(57)【要約】【課題】排熱源から放出される人工排熱より暖められた周辺空気を直接冷却してヒートアイランド現象の形成を抑制する。【解決手段】回転翼１４を回転させて飛行するヘリコプタ１０を冷却塔Ｒの上空でホバリングさせ、回転翼１４より下側で機体１２の左右に延出するブーム２６に設けた複数のノズル２８から水を噴出して多量の水滴とし、該水滴を回転翼１４の回転に伴い吹き下ろされるダウンウォッシュＤと共に翼端１４ａに生ずる翼端渦Ｙへ向けて供給する。多量の水滴を、翼端渦ＹおよびダウンウォッシュＤの流れの中で旋回降下させる過程で空気に接触させ、該水滴の気化に伴い低温空気を形成する。この低温空気を、翼端渦ＹおよびダウンウォッシュＤの流れと共に排熱源Ｒの周辺へ集中的に供給することで、該排熱源Ｒにより暖められた周辺空気を冷却する。【選択図】図１
2005193790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼(14)を回転させて飛行する航空機(10)を排熱源(R)の上空でホバリングさせ、
前記回転翼(14)より下側で機体(12)の左右に延出するブーム(26)に設けた複数のノズル(28)から液体を噴出して多量の液滴とし、該液滴を回転翼(14)の回転に伴い吹き下ろされるダウンウォッシュ(D)と共に翼端(14a)に生ずる翼端渦(Y)へ向けて供給し、
前記多量の液滴を、前記翼端渦(Y)およびダウンウォッシュ(D)の流れの中で旋回降下させる過程で空気に接触させ、該液滴の気化に伴い低温空気を形成し、
この低温空気を、前記翼端渦(Y)およびダウンウォッシュ(D)の流れと共に前記排熱源(R)の周辺へ集中的に供給することで、該排熱源(R)により暖められた周辺空気を冷却するようにした
ことを特徴とする空気冷却方法。
【請求項２】
前記ノズル(28)は、翼端渦(Y)の影響を強く受ける翼端(14a)の近傍領域(A)では、前記回転翼(14)の回転方向後側へ向けて液体を噴出する請求項１記載の空気冷却方法。
【請求項３】
前記ノズル(28)は、翼端渦(Y)の影響が弱い領域(B)では、前記ブーム(26)の先端側へ向けて液体を噴出する請求項１または２記載の空気冷却方法。
【請求項４】
前記複数のノズル(28)において、前記翼端渦(Y)の影響を強く受ける翼端(14a)の近傍領域(A)に位置するノズル(28a)から噴出される液滴の寸法に比較して、翼端渦(Y)の影響が弱い領域(B)に位置するノズル(28b)から噴出される液滴の寸法が小さくなるよう設定される請求項１〜３の何れかに記載の空気冷却方法。
【請求項５】
前記ブーム(26)の上面には、複数のボルテックスジェネレータ(38)が設けられる請求項１〜４の何れかに記載の空気冷却方法。
【請求項６】
液体を空気中に噴出して液滴をなし、この液滴を空気に接触させることで、該液滴の気化に伴い低温空気を形成する空気冷却装置であって、
駆動手段により回転される回転翼(14)と、
前記回転翼(14)の回転により生ずる空気流の下流に位置する所要長のブーム(26)と、
前記ブーム(26)に沿って設置された複数のノズル(28)と、
前記ノズル(28)から液体を噴出させるための液体供給手段とからなり、
前記回転翼(14)の回転につれて、その翼端(14a)に生ずる翼端渦(Y)へ向けて前記各ノズル(28)より液体を噴出供給するよう構成した
ことを特徴とする空気冷却装置。
【請求項７】
回転翼(14)を回転させて飛行する航空機(10)に搭載される液体供給装置において、
所要量の液体を貯留し得るタンク(22)と、
前記回転翼(14)より下側で機体(12)の左右に延出するブーム(26)と、
前記ブーム(26)に所要間隔で設けた複数のノズル(28)と、
前記タンク(22)からブーム(26)を介してノズル(28)へ液体を圧送するポンプ(24)とからなり、
前記各ノズル(28)からの液体は、前記回転翼(14)の翼端(14a)に生ずる翼端渦(Y)へ向けて噴出される
ことを特徴とする液体供給装置。
【請求項８】
前記ノズル(28)は、翼端渦(Y)の影響を強く受ける翼端(14a)の近傍領域(A)では、前記回転翼(14)の回転方向後側へ向けて液体を噴出する請求項７記載の液体供給装置。
【請求項９】
前記ノズル(28)は、翼端渦(Y)の影響が弱い領域(B)では、前記ブーム(26)の先端側へ向けて液体を噴出する請求項７または８記載の液体供給装置。
【請求項１０】
前記複数のノズル(28)において、前記翼端渦(Y)の影響を強く受ける翼端(14a)の近傍領域(A)に位置するノズル(28a)から噴出される液滴の寸法に比較して、翼端渦(Y)の影響が弱い領域(B)に位置するノズル(28b)から噴出される液滴の寸法が小さくなるよう設定される請求項７〜９の何れかに記載の液体供給装置。
【請求項１１】
前記ノズル(28)は、複数の噴射孔(30a)を有している請求項７〜１０の何れかに記載の液体供給装置。
【請求項１２】
前記ブーム(26)の上面には、複数のボルテックスジェネレータ(38)が設けられる請求項７〜１１の何れかに記載の液体供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体を空気中に噴出して、この液体の気化により形成された低温空気で排熱源により暖められた空気を冷却する空気冷却方法および装置並びに液体供給装置に関し、更に詳細には、回転する回転翼の翼端に生ずる翼端渦へ向けて液体を供給すると共に、形成した低温空気を空気流に乗せて排熱源へ向けて供給する空気冷却方法および装置並びに液体供給装置である。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市部では気温が郊外に比べて島状に高くなる熱大気汚染である、所謂ヒートアイランド現象の進行が報告されている。すなわち、地球の平均気温が１００年間に０．６℃しか上昇していないのに対して、例えば都市化が進んでいる東京の平均気温は２℃以上上昇している。このように、都市部にヒートアイランドが形成されると、例えば夏季においては、人が高温に暴露される時間の増加や熱帯夜の増加による都市の生活環境(快適性)の悪化、冷房用電力消費の増大および短時間に記録的な雨量を伴う夕立の頻発等が引き起こされ、深刻な社会問題となっている。
【０００３】
また前記ヒートアイランド現象は、都市部の大気汚染を助長する要因の一つもなっている。夏季においては、ヒートアイランド現象が都市部に存在することにより、海陸風の移動が停滞し、弱風域等が長時間に亘り発生して空気が滞留することで、都市内の工場や自動車等から排出された窒素酸化物や炭化水素を原因物質とする光化学オキシダントの生成が促進されて大気汚染が進行する。一方、秋季から冬季にかけては、夜間に放射冷却が顕著に現われるので、この放射冷却により地表面付近の温度が上空よりも低くなる逆転層が形成される。図１１に示すように、都市部では空気が混合し易い混合層が形成されると共に、ビル等の建物Ｔからの人工排熱等、熱の供給が多量にあるので混合層の高さは都市中心部では高くなり、この混合層は上部の逆転層により蓋をされた形となり、上部の逆転層によって都市内部の気流の上昇が阻止されるので、都市部に閉鎖した循環系(ヒートアイランドドーム)が形成される。このように、前記都市部は逆転層により蓋をされた形になっているため、大気の温度が低くなると、建物Ｔから放出された人工排熱により強い上昇流が生じて、特に建物Ｔが密集した都市中心部では、大きな上昇気流を生み出すことになる。これに伴い、郊外から都市部に向かう都市風により周囲の工場や自動車から出された汚染物質が都市中心部に集まり、ヒートアイランドドーム内部の大気は高温となる上に澱み易いため、汚染空気が濃縮されて大気汚染が助長されることとなる。更に、この濃縮した汚染空気は、ドーム内を循環する空気の流れに乗って都市郊外の住宅地等へ運ばれて、郊外にも汚染が拡散してしまう。このようにヒートアイランド現象は、夏季だけではなく一年を通じて都市環境に様々な弊害をもたらしている。
【０００４】
前記ヒートアイランド現象が形成される要因としては、地表面が被覆されることによる反射や放射の変化、地表面と大気との間の対流顕熱や蒸発潜熱の変化、人口が集中することによる人工排熱の増加やその排出の仕方、都市を取り巻く海陸風などの気候条件など、多くの要素が絡み合っている。具体的には、建物空調や自動車の走行、工場の生産活動等に伴う人工排熱の増加、地表面を被覆する建物等のコンクリート構造物やアスファルトの蓄熱による対流顕熱の増加、緑地や水面や河川の減少による反射や放射の変化および蒸発潜熱の変化、ビル等の建物の凸凹等に起因する気流の変化による海陸風等の気候に対する影響、都市の温室効果等が複合的、かつ複雑に作用した結果として地表面の熱収支が変化して気温の上昇が起こる。
【０００５】
前記ヒートアイランド現象の形成要因の一つである人工排熱は、空調など建物に起因して発生する建物排熱、自動車の走行に伴う自動車排熱、工場などの生産活動に伴うエネルギー消費によって生ずる工場排熱等の総和である。例えば、東京２３区全体では建物排熱が約５０％を占め、自動車排熱が約４０％で、工場排熱が約１０％の割合になっている。このように、ヒートアイランド現象の形成において、建物Ｔからの人工排熱の放出が大きな要因の一つとなっている。また、ヒートアイランド現象が形成されている都市部において、温度分布を調査すると、特に都市中心部の駅周辺では高温化が著しい。これは、オフィスビル等の建物Ｔが密集して存在し、人工排熱の放出量が非常に多いためである。前記オフィスビル等の建物Ｔから放出される人工排熱のほとんどは、冷暖房等の空調によるもので、オフィスのインテリジェント化に起因するところが大きく、コンピュータ、照明やエスカレータ、エレベータ等の搬送手段等の熱源となる機器や機械が多く設置されるのに伴い、空調にかかる負荷が増大して、熱交換により外部に放出される熱量(人工排熱量)が増えたことによる。更に、オフィスビル等の建物Ｔは、日射により建物Ｔ自体が暖められて蓄熱し、周囲の大気に熱を放出する対流顕熱により周辺の温度上昇も引き起こしている。
【０００６】
前記オフィスビル等の建物Ｔから放出される人工排熱は、その屋上に設置された冷却塔からの大気中への放熱が主な外部への排熱源となっている。前記冷却塔は、方式によって様々なものがあるが、空調の稼働により冷却機器と熱交換して高温となった冷却水の温度を下げ、低温の冷却水を冷却機器へ再循環に供するよう機能している。すなわち前記冷却塔は、高温となった冷却水を大気に接触させることで熱を放出させると共に、その冷却水の一部を気化させて気化熱により温度を下げるようになっている。なお、前記冷却塔の冷却効果は２５％が、冷却水が周辺の空気に接触することによる空気の温度上昇(顕熱)によるものであり、残りの７５％は冷却水の気化における蒸発潜熱によるものである。ここで、冷却水の蒸発潜熱は、周辺空気の温度上昇に関係しないので、前記顕熱が冷却塔から放出される人工排熱としてヒートアイランド現象の形成に関わっていると考えられる。
【０００７】
現在、ヒートアイランド現象を抑制するための対策としては、(１)人工排熱量の低減、(２)都市形態等の改善、そして(３)水の蒸発・蒸散の効果を利用した地表面被覆の改善等が挙げられる。これらの具体的な取り組みとしては、(１)に関しては空調等の設備の省エネルギー化、地域冷暖房・排熱処理システム導入等がある。また(２)または(３)に関しては、緑地化や屋上緑化を促進することで植物の蒸散による冷却効果や建物等の蓄熱の抑制、道路の舗装材に保水性を持たせる等の改善、水面の確保による蒸発による冷却効果、都市部に風を導くよう気流を勘案した計画的な都市設計、その他多岐に亘っている。
【０００８】
ところで従来、庭先に水を撒く「打ち水」を行なうことで、周辺の気温が下がることは広く知られている。これは気化加湿の原理を利用していて、庭に撒かれた水が蒸発する時、周辺の空気から気化熱を奪って気化するので、周辺の空気が冷却される。このように、水と空気の接触面を多くして、水をその接触面で気化させる気化加湿や、水を霧状にして空気中に吹き出して気化させる水噴霧加湿の原理を利用して、空気を加湿することで気温の低下を図ることはなされている。すなわち、これら何れの加湿方法であっても、空気と接触した水が気化する際に、この水が接触している周辺の空気から気化熱を奪うため、接触していた空気の温度を低下させて周辺の気温の低下をもたらす。そこで、建物に降り注いだ雨水を貯留して、この雨水を屋上に敷き詰めた多孔質ブロックの中に流通させることで、気化加湿の原理を利用して建物の表面温度を下げ、対流顕熱を抑制してヒートアイランド現象を抑える方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。また、水噴霧加湿の原理を利用した冷却装置の一例として、天井から噴霧した水の気化により形成された冷風(低温空気)を室内に導くことで、室内の冷房を図る構成も提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【０００９】
更に、特に建物Ｔを対象としたヒートアイランド現象の対策として、建物Ｔの屋上緑化が行なわれている。この屋上緑化を実施することで、建物Ｔから放散される対流顕熱を抑制し、植栽等の断熱効果により最上階の室内温度の低減に寄与すると共に、植物からの蒸散により周辺の温度を低下させる作用もある。また、反射性の塗料を建物Ｔの屋根に塗布することで、日射を反射して、日射により建物に蓄熱しないようにした方法も知られている(例えば、特許文献３参照)。前述した方法では、建物自体の太陽熱の吸収および放出を阻止することで、建物からの対流顕熱を抑制して周辺の温度上昇を防ぐよう構成されている。
【特許文献１】特開２００３−１０５８８３号公報
【特許文献２】特開平８−２１９６１２号公報
【特許文献３】特開平１１−１８１３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した建物Ｔに対するヒートアイランド対策である、屋上緑化、特許文献１または特許文献３に開示された方法では、建物自体の蓄熱を防止して、この建物Ｔから放出される対流顕熱を抑制する効果を奏する。また、特許文献１に開示された方法では、多孔質ブロック内を流通する水が蒸発する際に周辺温度を下げるように作用している。しかし、前記ヒートアイランド現象の対策において、室内温度の管理や空調の効率化により人工排熱を削減することに対策の重点が置かれ、冷却塔等の排熱源から放出される人工排熱について直接的な対策が採られていないのが現状である。すなわち、前記建物Ｔの屋上に設置された冷却塔等から大気中に放出される人工排熱に対して、対策および管理が全く行なわれておらず、大気が排出熱の最終的な捨て場とされ、これがヒートアイランド現象の形成について、オフィスビル等の建物Ｔの密集地帯を擁する都市の中心部において助長させる一因となっていた。
【００１１】
また、屋上緑化や特許文献３に開示された反射塗料の塗布等の対策は、建物Ｔからの対流顕熱の抑制を図る面的な整備であるのに対し、人工排熱のうち多くの比率を占める建物Ｔからの人工排熱は、例えばビルでは排熱源である冷却塔が屋上に設けられることや、上昇気流を生み出す人工排熱により暖められた空気の三次元的な流れに対応して、立体的な対処方法が求められている。更に、特許文献１〜３に開示された手段は、それ自体が固定されているから、多数の対処箇所がある場合は、複数の設置が必要であった。このように、ヒートアイランド現象の構造を見てみると、人工排熱により暖められた空気の三次元的な流れが構成されているから、冷却装置が据え置き式では、該冷却装置の周辺または地上付近での対処となり、充分な効果を得ることができない欠点があった。
【００１２】
しかも、特許文献２に開示された冷風装置は、短時間に多量の低温空気を作ることが難しく、閉鎖された空間(室内)においてしか冷却効果を有効に発揮できない問題が指摘される。また、室内で利用する場合では問題ないが、室外に応用する場合には、単純に水を噴霧する方式では、風の流れ等の気象条件に影響されて、狙った場所(限定的な領域)を冷却することが極めて困難である難点がある。このように、前述した何れの方法であっても、建物Ｔの冷却塔等から放出される人工排熱により高温化された周辺空気を直接冷却することができない問題が指摘される。
【００１３】
すなわちこの発明は、従来の前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、排熱源から放出される人工排熱より暖められた周辺空気を直接冷却して、ヒートアイランド現象を抑制する空気冷却方法および装置並びに液体供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る空気冷却方法は、
回転翼を回転させて飛行する航空機を排熱源の上空でホバリングさせ、
前記回転翼より下側で機体の左右に延出するブームに設けた複数のノズルから液体を噴出して多量の液滴とし、該液滴を回転翼の回転に伴い吹き下ろされるダウンウォッシュと共に翼端に生ずる翼端渦へ向けて供給し、
前記多量の液滴を、前記翼端渦およびダウンウォッシュの流れの中で旋回降下させる過程で空気に接触させ、該液滴の気化に伴い低温空気を形成し、
この低温空気を、前記翼端渦およびダウンウォッシュの流れと共に前記排熱源の周辺へ集中的に供給することで、該排熱源により暖められた周辺空気を冷却するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の別の発明に係る空気冷却装置は、
液体を空気中に噴出して液滴をなし、この液滴を空気に接触させることで、該液滴の気化に伴い低温空気を形成する空気冷却装置であって、
駆動手段により回転される回転翼と、
前記回転翼の回転により生ずる空気流の下流に位置する所要長のブームと、
前記ブームに沿って設置された複数のノズルと、
前記ノズルから液体を噴出させるための液体供給手段とからなり、
前記回転翼の回転につれて、その翼端に生ずる翼端渦へ向けて前記各ノズルより液体を噴出供給するよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の更に別の発明に係る液体供給装置は、
回転翼を回転させて飛行する航空機に搭載される液体供給装置において、
所要量の液体を貯留し得るタンクと、
前記回転翼より下側で機体の左右に延出するブームと、
前記ブームに所要間隔で設けた複数のノズルと、
前記タンクからブームを介してノズルへ液体を圧送するポンプとからなり、
前記各ノズルからの液体は、前記回転翼の翼端に生ずる翼端渦へ向けて噴出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る空気冷却方法および装置によれば、回転翼の回転に伴い翼端から生じている翼端渦に向けて液体を多量に供給することで、翼端渦およびダウンウォッシュの渦流を利用して、液体の気化に要する時間を長く稼ぐことができ、多量の低温空気を形成し得ると共に、限定的な領域に集中的に低温空気を運び、狙った領域の空気冷却を効率よく行なうことができる。すなわち、回転翼の回転により飛行する航空機を利用することで、上空から個別の排熱源に対応して、人工排熱により暖められた周辺空気を直接冷却することができ、ヒートアイランド現象の形成を抑制することが可能である。また、ノズルを翼端渦の影響を強く受ける翼端の近傍領域では、回転翼の回転方向後側へ向けて液体を噴出し、一方翼端渦の影響が弱い領域では、ブームの先端側へ向けて液体を噴出するよう構成することで、噴出された液滴を翼端渦に好適に乗せることができる。更に、複数のノズルにおいて、翼端渦の影響を強く受ける翼端の近傍領域に位置するノズルから噴出される液滴の寸法に比較して、翼端渦の影響が弱い領域に位置するノズルから噴出される液滴の寸法が小さくなるよう設定することで、噴出された液滴を翼端渦により好適に乗せることができる。
【００１８】
本発明に係る液体供給装置によれば、航空機の回転翼の回転により生ずる翼端渦に向けて、多量の液体を供給し得るように構成することで、液滴の気化を利用して多量の低温空気を形成し得ると共に、限定的な領域に集中的に低温空気を運び、狙った領域の空気冷却を効率よく行なうことができる。また、ノズルを翼端渦の影響を強く受ける翼端の近傍領域では、回転翼の回転方向後側へ向けて液体を噴出し、一方翼端渦の影響が弱い領域では、ブームの先端側へ向けて液体を噴出するよう構成することで、噴出された液滴を翼端渦に好適に乗せることができる。更に、複数のノズルにおいて、翼端渦の影響を強く受ける翼端の近傍領域に位置するノズルから噴出される液滴の寸法に比較して、翼端渦の影響が弱い領域に位置するノズルから噴出される液滴の寸法が小さくなるよう設定することで、噴出された液滴を翼端渦により好適に乗せることができる。更にまた、ノズルに複数の噴射孔を設けることで、噴射量を増加させて短時間に多量の液滴を形成し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る空気冷却方法および装置並びに液体供給装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照して以下に説明する。なお実施例では、液体として水を用いる場合について説明する。
【実施例】
【００２０】
本発明の空気冷却方法は、人工排熱の排熱源として、建物の屋上に設置された空調の冷却塔や室外機等、工場等の産業活動により多くの熱を生み出している施設、その他大気に対して顕著に熱を放出している場所、またはこれらの周辺に対して実施される。なお実施例では、人工排熱の排熱源としてビル等の建物の屋上に設置されている冷却塔に対して空気冷却方法を実施する場合について説明する。実施例の空気冷却方法は、図１に示すように、回転翼１４を備えた航空機としてのヘリコプタ１０のホバリング状態において、前記回転翼１４の回転により翼端１４ａに発生する翼端渦Ｙに向けて液体供給装置２０により多量の水を噴出して多量の水滴を供給し、該水滴の気化に伴う気化熱を利用して低温空気を形成して、建物Ｔの上空から人工排熱の排熱源である冷却塔Ｒに向けてダウンウォッシュＤを用いて送ることで、人工排熱により暖められた周辺空気の直接的な冷却処理を図るものである。
【００２１】
そこで先ず、前記ヘリコプタ１０の回転翼１４の回転により生ずる空気の流れについて説明する。図２に示すように、前記回転翼１４を回転させると下側(地表側)へ向けてダウンウォッシュＤと呼ばれる旋回降下する吹き下ろし風が発生する。また、回転により揚力が発生している回転翼１４では、その上面の静圧は低くなり、下面の静圧は高くなっている。すなわち、空気等の流体は圧力の高い所から低い所へ流れる性質があることから、前記回転翼１４における回転方向の後側では下面から上面へ巻き込むような空気の流れが生じ、特に回転翼１４の翼端１４ａは、上面と下面との状態が近在している部分であるので、翼端渦Ｙと呼ばれる強い渦が形成される。このように、前記回転翼１４が回転した際に、該回転翼１４の下側には、概念的に地表に向けて螺旋状に旋回降下しているダウンウォッシュＤを軸として翼端渦Ｙが渦巻くような複合的な空気の流れ(空気流)が形成されている。
【００２２】
次に、実施例の空気冷却方法に用いられる空気冷却装置について説明する。この空気冷却装置は、回転翼１４を備えた航空機としてのヘリコプタ１０の機体１２に搭載され、翼端渦Ｙに向けて多量の水を噴出供給する液体供給装置２０と、該回転翼１４の駆動手段としてのヘリコプタ１０のエンジンとから構成される。図３〜図５に示すように、実施例の液体供給装置２０は、前記回転翼１４の回転により生ずる空気流の下流に位置において機体１２の左右に延出し、複数のノズル２８が配設されたブーム２６,２６と、前記ノズル２８から水を噴出させるための液体供給手段とから基本的に構成されている。
【００２３】
前記液体供給手段は、所要量の水を貯留し得るタンク２２と、このタンク２２からブーム２６,２６を介して複数のノズル２８へ水を圧送するポンプ２４とから構成される。前記タンク２２は、前記ヘリコプタ１０における機体１２の底面に配設され、所要量の水を貯留し得ると共に、飛行を妨げない箱形状に形成されている。このタンク２２の材料としては、軽量で、かつある程度の強度を有する例えばＦＲＰ等が採用される。また前記ポンプ２４は、前記タンク２２の下方に配設され、該タンク２２に連通した図示しない吸込み口からタンク２２内の水を吸込み、各ブーム２６に圧送し得る渦巻きポンプやプランジャーポンプ等の公知の圧送手段が用いられる。前記ポンプ２４は、所要量の水を短時間で複数のノズル２８から噴出し得る充分な能力を持ったものが選定され、前記ヘリコプタ１０のパイロットの操作により駆動するようになっている。なお、実施例では、ヘリコプタ１０における機体１２の底面に、前記液体供給装置２０のタンク２２およびポンプ２４を配設する構成であるが、機体１２内にタンク２２およびポンプ２４を配設する構成であっても、勿論よい。
【００２４】
図５に示すように、前記ブーム２６,２６は、前記機体１２の下方に配設されたタンク２２の下面に設置され、該機体１２の左右に夫々延出すると共に、各ブーム２６の下面には、複数のノズル２８が設置されている。また前記ブーム２６,２６の延在長さは、回転翼１４の翼幅と略同一寸法になるよう設定され、前記回転翼１４の翼端１４ａと各ブーム２６の先端が略同一位置に臨むように構成される。すなわち、前記回転翼１４の回転により発生するダウンウォッシュＤの中に前記複数のノズル２８が全て位置している。各ブーム２６は中空の長尺な筒状体であって、一端が前記ポンプ２４に接続されて、その内部の流通孔２６ａを該ポンプ２４で圧送された水が流通すると共に、他端が閉成されて各ノズル２８から水が噴出するようになっている。
【００２５】
前記各ブーム２６の下面に設けられた各ノズル２８は、該ブーム２６の延在方向に沿って等間隔で設置されている(図５または図６参照)。図７または図８に示すように各ノズル２８は、略Ｌ字状の部材であって、複数の噴射孔３０ａが設けられたノズルヘッド３０と、このノズルヘッド３０を前記ブーム２６に回転自在に保持する支持部３２とから構成されている。実施例のノズルヘッド３０は、六面の棒状体が先端部に向かうにつれて窄まった形状になっており、その先端面および斜面に夫々噴射孔３０ａが設けられている。すなわち、実施例のノズルヘッド３０は、先端面に一箇所と、六面の斜面に６箇所の合計７箇所の噴射孔３０ａを備えている。従って、前記ノズルヘッド３０の各噴射孔３０ａから噴出される水は、該ノズルヘッド３０の先端面が臨む方向だけではなく、前記斜面の臨む方向にも噴出され、先端面が臨む方向に大体指向して放射状に拡散するようになっている。また、前記ノズルヘッド３０の先端面に設けられ、前記複数の噴射孔３０ａ群の中心に位置する噴射孔３０ａから噴出される水滴は、６面の斜面に設けられた他の噴射孔３０ａから噴出される水滴より小さくなるよう設定されている。このように、前記ノズルヘッド３０に複数設けられた噴射孔３０ａから噴出形成される水滴の大きさを、噴射孔３０ａ毎に調整するよう構成してもよい。
【００２６】
図６に示すように、翼端渦Ｙの影響を強く受ける翼端１４ａの近傍領域(以下、第１領域と云う)Ａに位置する第１ノズル２８ａ(２８)は、前記回転翼１４における回転方向の後側(反対側)に向けて前記ノズルヘッド３０が指向するよう設置される。一方、翼端渦Ｙの影響が弱い領域(以下、第２領域と云う)Ｂに位置する第２ノズル２８ｂ(２８)は、対応する各ブーム２６の先端側に向けて前記ノズルヘッド３０が指向するよう設置される。すなわち、翼端渦Ｙの流れの中に位置している第１ノズル２８ａからは、翼端渦Ｙの流れの向きに沿って水を噴出供給し得るように設定され、翼端渦Ｙの流れから外れている第２領域Ｂに位置している第２ノズル２８ｂからも水を翼端渦Ｙの流れの中に噴出供給し得るようになっている。実施例では、前記翼端１４ａから回転翼１４の半径の３０％程までの領域の下側に第１ノズル２８ａが配設され、その他７０％程の領域の下側に第２ノズル２８ｂが配設される。また、左右のブーム２６,２６では、第１領域Ａに位置する第１ノズル２８ａのノズルヘッド３０の向きが異なっている(図５参照)。すなわち、図１に示すヘリコプタ１０における機体１２の正面から見て、左側のブーム２６に配設された第１ノズル２８ａでは機首側にノズルヘッド３０が指向するのに対し、右側のブーム２６に設けられた第１ノズル２８ａは、尾翼側に指向している。また、左右のブーム２６,２６の第２領域Ｂに位置している第２ノズル２８ｂ,２８ｂについては、回転翼１４の回転中心を挟んで相反し、該回転翼１４がなす回転円の半径方向の外側に向かって指向している。なお前記ノズルヘッド３０は、前記支持部３２に対して回動調節可能に配設されており、翼端渦Ｙの発生領域、翼端渦Ｙの強さおよびノズル２８からの水の噴出強さ等を勘案して、該ノズルヘッド３０の方向を任意に調節し得る。
【００２７】
前記ポンプ２４の駆動により前記タンク２２から各ブーム２６の流通孔２６ａを介して圧送された水は、前記ノズルヘッド３０の各噴射孔３０ａから外部に噴出されるようになっている。各噴射孔３０ａから噴出された水は、細かい水滴(液滴)となるように設定されるが、第２領域Ｂに位置する第２ノズル２８ｂでは、第１領域Ａに位置している第１ノズル２８ａから噴出される水滴と比較して、その噴出する水滴が小さくなるように設定される。前記水滴の大きさは、気象条件等を勘案して霧状の微細な大きさから霧雨程度、またはそれ以上の大きさに調整される。
【００２８】
前記液体供給装置２０から翼端渦Ｙに向けて噴出供給する水は、純水(純度９９％以上)が望ましいが、コストや入手難易性を勘案して水道水や雨水等を選択してもよい。水道水や雨水等を選択した際、水中の不純物により噴射孔３０ａの閉塞を予防するため、濾過手段を設けるとよい。すなわち純水は、不純物を含まず噴射孔３０ａの閉塞を予防できると共に、不純物による気化の阻害が起こらないので、気化が良好に進行する。また、噴出する水については、消毒剤や芳香剤や香水等の殺菌、除菌および消臭成分等をもたらす第３成分を加えることにより、冷却塔Ｒ(排熱源)の周辺空気の質を改善することも実施できる。更に、噴出する水について、夏季では常温以下の冷水を使用することにより、冷却効果を高める一方、冬季では常温以上の温水を使用することで、気化を促進させることがなされる。このように、前記液体供給装置２０から噴出する水を、季節による気温変動により温度調整してもよい。
【００２９】
〔実施例の作用〕
次に、実施例に係る空気冷却装置並びに液体供給装置の作用について、この装置を用いた空気冷却方法との関係から説明する。
【００３０】
図１に示すように、前記液体供給装置２０を搭載し、空気冷却装置としてのヘリコプタ１０を、冷却塔Ｒの上空に安全な高度でホバリング(空中停止)させる。このとき、前記ヘリコプタ１０は、前記冷却塔Ｒの周辺における風、気温および湿度等の気象条件を考慮した位置および高度に調節する。このとき、前記回転翼１４から下方に吹き付けているダウンウォッシュＤが、前記冷却塔Ｒに吹きかかる位置となるようにヘリコプタ１０の位置が設定される。そして、前記ヘリコプタ１０をホバリングさせたまま、前記液体供給装置２０のポンプ２４を駆動して、前記タンク２２内に貯留した水を圧送し、各ノズル２８の噴射孔３０ａから水を噴出して多量の水滴を形成する。
【００３１】
前記左右のブーム２６,２６において、第１領域Ａに位置する第１ノズル２８ａから噴出された水滴は、該第１ノズル２８ａが翼端渦Ｙの流れの中に位置し、かつ第１ノズル２８ａから翼端渦Ｙの流れ方向に向けて噴出されているので、この翼端渦Ｙに乗って水滴が運ばれる。一方、左右のブーム２６,２６において、第２領域Ｂに位置する第２ノズル２８ｂが該ブーム２６の先端側に指向しているので、該第２ノズル２８ｂからもブーム２６の半径方向の外側に位置している翼端渦Ｙの流れに向けて水滴が噴出されて、この水滴が該翼端渦Ｙによって運ばれることになる。すなわち、各ノズル２８から噴出された水滴の大部分は、翼端渦Ｙに乗って運ばれる。そして、翼端渦Ｙに乗った水滴は、螺旋状に下降するダウンウォッシュＤと共に翼端渦Ｙが旋回下降しているので、周辺の空気に接触しつつ下降してゆく。このとき、翼端渦Ｙに乗った水滴は、空気と接触することで、この空気から気化熱を奪って気化し、接触していた空気の温度を下げて加湿された低温空気を形成する。ここで前記翼端渦Ｙは、螺旋状に下降しているダウンウォッシュＤを軸として渦巻きながら下降するので、翼端渦Ｙに乗った水滴と空気との接触時間は長くなる(図１参照)。
【００３２】
前記液体供給装置２０から噴出された水滴の気化により形成された低温空気は、ダウンウォッシュＤおよび翼端渦Ｙに乗って運ばれて、冷却塔Ｒの周辺に集中的に供給される。空気流(ダウンウォッシュＤおよび翼端渦Ｙ)により運ばれた低温空気は、前記冷却塔Ｒから大気中に放出されている人工排熱により暖められた空気に接触し、冷却塔Ｒの周辺空気が冷却される。そして、液体供給装置２０から水の噴出を継続して行ない、低温空気を冷却塔Ｒの周辺へ連続的に供給することで、引き続き大気に放出される高温空気が冷却される。すなわち、冷却塔Ｒから放出されている人工排熱が、直接冷却処理されることになる。また、所要量の水を継続して噴出し、低温空気を冷却塔Ｒの上空または周辺に形成しておくことで、長時間に亘り冷却効果を持続させることが可能である。ここで、翼端渦Ｙに向けて噴出した水は、気化するまで白い筋となって流れが見えるので、冷却塔Ｒへの到達具合を判断して、ヘリコプタ１０の位置を微調節することが可能である。なお低温空気中には、気化した水滴が水蒸気の形で空気中に存在しているので、低温空気の供給により冷却塔Ｒの周辺は加湿された状態になる。
【００３３】
前述したように、ホバリング状態にあるヘリコプタ１０では、前記回転翼１４の上側から下側に向けて大量の空気が供給されている。これにより、前記回転翼１４から下側に向けてダウンウォッシュＤが生み出され、このダウンウォッシュＤは螺旋状に渦を巻きながら下降してゆく空気の流れであるから、直線的な空気の流れと比較した場合、前記ヘリコプタ１０から冷却塔Ｒに到達するまでの距離が長くなる。また翼端渦Ｙは、ダウンウォッシュＤを軸として渦巻き、該ダウンウォッシュＤと共に該地表に向けて旋回降下しているので、前記液体供給装置２０から翼端渦Ｙに噴出供給された水滴が、冷却塔Ｒに到達するまでの距離が更に長くなる。すなわち、前記ノズル２８から翼端渦Ｙに向けて噴出されて該翼端渦Ｙに乗った水滴は、冷却塔Ｒに到達するまでの距離が長くなるため、空気との接触時間が長くなり、気化のための時間を充分にとることができるから、水滴の状態で冷却塔Ｒに直接降りかかることはなく、全て気化させて低温空気として冷却塔Ｒの周辺に供給することができる。更に、前記回転翼１４により大量に空気が供給されるので、前記液体供給装置２０から噴出形成された水滴は、空気との接触機会が増え、気化が良好に行なわれる。各ノズル２８から噴出された水滴は、空気との接触時間を多くとることができるので、水滴寸法を大きく設定したり、水の噴出量を多くしたりして翼端渦Ｙに対する水の供給量を多くしても、好適に気化させて多量の低温空気を形成することが可能である。
【００３４】
また、前記回転翼１４の回転で生じた翼端渦ＹおよびダウンウォッシュＤは、渦の性質(渦度の保存則)より渦を巻き続ける性質を持つので、直線的な空気の流れと比較して、渦の状態が長く維持される。すなわち、渦流は指向性を持ち空気流を遠い距離まで到達させることができるから、空気流中に噴出した水滴と空気との接触時間が長くなると共に、この空気流中に形成された低温空気を遠くまで運び、周囲への拡散を防いで目標物である冷却塔Ｒの周辺に集中的に供給することが可能である。このように、限定的な領域を集中して冷却することで、冷却塔Ｒから放出されて該冷却塔Ｒの上空および周辺に留まっている暖められた空気を効果的に冷却することができる。また、冷却塔Ｒの周辺に供給される低温空気は、加湿されているので乾燥状態を解消する効果も奏する。
【００３５】
実施例の空気冷却方法では、前記ヘリコプタ１０に液体供給装置２０を搭載して、上空から低温空気を供給し得るように構成することで、人工排熱の排熱源である冷却塔Ｒに対して、建物Ｔ毎に個別に対応することができるから、建物Ｔ毎に人工排熱の処理する装置を設ける必要がない。すなわち、人工排熱の放出が顕著な限定的な領域を冷却することができるので、新たに設備の付加が困難な高層ビルの屋上や、気象条件や季節、時間帯等の時期に柔軟に対応することができる。前記ヘリコプタ１０の空気流を利用して低温空気を供給する方法では、風向きや湿度等の気象条件を考慮した位置に該ヘリコプタ１０をホバリングさせると、空気流自体が指向性を有し、渦流れの性質より拡散が抑制されて限定的な領域に低温空気を供給することが可能である。従って、前記液体供給装置２０から噴出された水の気化により形成された低温空気を集中的に供給して、冷却に効率よく利用することができる。そして、前記ヘリコプタ１０に搭載した液体供給装置２０から水を噴出するので、前記冷却塔Ｒとの間の距離を長く設定することができ、気化のための時間を稼げるようになっている。例えば、雨等のように直接冷却塔Ｒの周辺に水滴が降りかかった場合は、水滴が付着した面の周辺における狭い領域でしか気化による平面的な冷却効果が望めないが、実施例の空気冷却方法では、前記ヘリコプタ１０から噴出した水滴を上空で低温空気に変換して、空気流と共に上空から冷却塔Ｒの周囲に供給するから、該冷却塔Ｒの上空および周辺に存在している高温空気に対して三次元的に対処することができる。
【００３６】
前記各ブーム２６には、複数のノズル２８が設置されると共に、該ノズル２８のノズルヘッド３０には、複数の噴射孔３０ａが開設されているので、翼端渦Ｙに対する水滴の供給量を増やすことができる。前記ノズル２８(２８ａ,２８ｂ)におけるノズルヘッド３０が臨む方向を、第１領域Ａに位置する第１ノズル２８ａでは、そのノズルヘッド３０を回転方向の後側に向けることで、回転方向と逆方向に流れている空気に噴出した水滴を運ばせることになる。一方、第２領域Ｂに位置する第２ノズル２８ｂでは、そのノズルヘッド３０を各ブーム２６の先端側に指向させることで、翼端渦Ｙの影響を強く受けている第１領域Ａに向けて水を噴出し得るようになっている。すなわち、各ノズル２８から噴出される水は、気化のための時間を長く取れる翼端渦Ｙの流れに乗るよう噴出される。更に、前記第２ノズル２８ｂから噴出される水滴の寸法は、前記第１ノズル２８ａから噴出される水滴の寸法と比較して、小さくなるよう設定されるから、前記第１領域Ａにおける翼端渦Ｙの流れの中に乗り易くなる。そして、前記ノズルヘッド３０は、各ブーム２６に固定された支持部３２に対して回動調節自在に配設されているので、前記回転翼１４による翼端渦Ｙの形成具合等を考慮して、水の噴出方向を好適に調節し得る。
【００３７】
前記各ノズルヘッド３０に設けられた噴射孔３０ａの開口方向を放射状にして広角に水を噴出することで、吹き出した水滴同士がぶつかることで結合して大きくなることが抑制される。すなわち水滴の気化が、この水滴同士の結合による水滴寸法の増大で阻害されることはなく、好適に低温空気を形成することができる。また、前記ノズルヘッド３０の先端面に設けられ、前記複数の噴射孔３０ａ群の中心に位置する噴射孔３０ａから噴出される水滴は、６面の斜面に設けられた他の噴射孔３０ａから噴出される水滴より小さくなるよう設定することで、吹き出した水滴同士がぶつかり結合することに起因する水滴の大型化がより好適に抑制される。しかも、前記液体供給装置２０から多量の水を短時間で噴出しても、翼端渦Ｙおよび螺旋状のダウンウォッシュＤに取り込まれるため、この渦流れの中で水滴の気化に要する時間を稼ぐことができ、水滴の状態で冷却塔Ｒに直接降りかかることはない。更に、前記液体供給装置２０では、前記翼端渦Ｙに向けて水を噴出することで、水滴が翼端渦Ｙの中でせん断されて細かくなると共に、前述したように気化に要する時間を長く取ることができるため、水滴を比較的大きく設定しても水滴は低温空気に全て変換され、直接冷却塔Ｒに降りかかることはない。
【００３８】
前記ノズル２８から噴出した水滴の気化を促進するためには、水滴の大きさをできるだけ小さくなるよう設定すればよいが、水滴の微細化に伴い、噴出できる水の量が減少してしまい、求められる量の水を噴出するのに時間がかかってしまう弊害がある。しかし、実施例の液体供給装置２０では、ヘリコプタ１０に搭載して、翼端渦Ｙに向けて水を噴出するように構成することで、水滴の気化に要する時間を稼ぐことができるので、水滴を大きく設定して供給量を多く設定しても、充分気化して低温空気を形成することができる。このように、液体供給装置２０は短時間で充分な水の噴出を実施できるので、前記ヘリコプタ１０の飛行時間を短縮して、該ヘリコプタ１０を飛行させることによる排熱の発生を最低限に抑え、人工排熱の冷却効果を阻害することはない。
【００３９】
前記液体供給装置２０から噴出する水に、殺菌剤、消毒剤、香水および芳香剤等の第３成分を混入させることで、排熱源としての冷却塔Ｒの周りに低温空気を送って冷却を実施するだけではなく、所要の効果を付加することができる。例えば、前記冷却塔Ｒからレジオネラ菌等の細菌の飛散が懸念される場合、噴出する水に殺菌剤を混入することで、該冷却塔Ｒの周辺空気を殺菌して、細菌汚染の拡大を防止し得る。
【００４０】
実施例の空気冷却方法を用いることで、前記回転翼１４の回転により上空から低温空気を大量に供給し得ると共に、直接排熱を冷却することができるので、短時間で冷却による効果を得ることができ、人工排熱による周辺空気の温度上昇の解消に対して速効性がある。そして、個々の排熱源に対し、空気冷却方法を実施することで、都市部全体として人工排熱を処理することができる。すなわち、ヒートアイランド現象の形成要因の一つである建物Ｔからの人工排熱を直接処理することで、周辺の温度上昇を抑制してヒートアイランド現象の形成を回避することとなる。
【００４１】
[変更例]
前述した実施例の構成に加えて、図９または図１０に示すように、各ブーム２６の上面に複数のボルテックスジェネレータ３８を配設することで、各ブーム２６の後側に積極的に渦を作り出す構成も採用し得る。前記ボルテックスジェネレータ３８は、矩形の板状体であって、各ブーム２６における前記回転翼１４に対向する面である上面に該回転翼１４の回転方向に対して斜交するよう立設しており、該ボルテックスジェネレータ３８によって作られる渦は、翼端１４ａに生ずる翼端渦Ｙと回転方向が同じになるように設定される。すなわち、前記回転翼１４の回転により作り出される該回転翼１４の回転方向と反対向きの空気の流れに沿って、前記ボルテックスジェネレータ３８は機体１２側から各ブーム２６の先端側に向かうにつれて斜めに横切るようになっている。ここで、空気の流れ(ダウンウォッシュ)に対して斜交しているボルテックスジェネレータ３８では、空気が当たる面(ブーム２６の先端側に臨む面)には高圧域が形成される一方、その裏面(機体１２に臨む面)には低圧域が形成され、高圧域から低圧域へ向けて空気が流れて渦が発生する。このような渦については、同じ方向に回転している渦同士が合併していく性質があるから、複数のボルテックスジェネレータ３８によって、翼端渦Ｙと同じ回転方向の細い渦を大量に作ることで、より多くの渦と翼端渦Ｙを合併させて、ダウンウォッシュＤ中に強い翼端渦Ｙを形成させる作用がある(図９参照)。
【００４２】
このように、前記各ブーム２６の上面に複数のボルテックスジェネレータ３８を設けることで、前記回転翼１４の翼端１４ａから発生する翼端渦Ｙが弱い場合、ボルテックスジェネレータ３８により形成された渦を翼端渦Ｙに合併させて該翼端渦Ｙを強くすることができる。また、強い翼端渦Ｙを生み出すことで、より大きなせん断力が発揮されるから、水滴を細かくして気化し易くできると共に、水滴が気化することで形成された低温空気をより遠くまで供給することが可能となる。
【００４３】
実施例では、ビル等の建物Ｔの屋上に設置された冷却塔Ｒに対して空気冷却方法を実施する場合について説明したが、人工排熱の排出が顕著な場所に空気冷却を施す場合に限定されず、上空で形成した低温空気を特定の領域に送ることで、その領域に温度低下による清涼感等を発現させたり、加湿効果等を与えることができる。また、前記液体供給装置２０から噴出する水は、空気流に乗った水滴の流れが筋状に視認し得るので、噴出する水に色や香り等を付加することや、水の噴出により虹を形成することで、アトラクション性をもたらすことができる。更に実施例では、回転翼１４を備えた航空機の一例として、ヘリコプタ１０を挙げて説明したが、回転翼の向きを変えることで、垂直離陸し得るよう構成したプロペラ機であってもよい。
【００４４】
また実施例では、ヘリコプタ１０に液体供給装置２０を搭載して、回転翼１４の駆動手段として該ヘリコプタ１０のエンジンを利用した空気冷却装置について説明したが、これに限定されず、回転翼の回転により生ずる翼端渦を利用し、液体を噴出供給する構成であれば、例えば空気冷却装置を固定する構成も採用し得る。すなわち、駆動手段として固定型のモータを採用し、回転翼の回転により生ずる空気流の下流側に位置するブームに設けられたノズルから液体を、翼端渦に向けて噴出供給して低温空気を形成し、対象物に集中的に供給して冷却する。また前記液体供給手段としては、タンクに貯留した水をポンプにより供給しても、直接水道から給水してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、建物等の排熱源から放出される人工排熱により暖められた周辺空気を直接冷却処理してヒートアイランド現象の形成を抑制するのみでなく、回転翼に生ずる翼端渦に向けて液体を噴出することで、好適に作り出される低温空気を利用した冷風扇等の空気冷却装置にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例の空気冷却方法の実施状況を示す概略図である。
【図２】回転翼により生ずる空気の流れを示す概略図である。
【図３】本発明の好適な実施例に係る液体供給装置を搭載したヘリコプタを示す正面図である。
【図４】実施例の液体供給装置を搭載したヘリコプタを示す側面図である。
【図５】実施例の液体供給装置を搭載したヘリコプタを示す底面図である。
【図６】実施例の液体供給装置のブーム部分を示す底面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】変更例に係る液体供給装置のブーム部分を示す上面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】都市部におけるヒートアイランドドームの形成状況を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ヘリコプタ(航空機)
１２  機体
１４  回転翼
１４ａ  翼端
２０  液体供給装置
２２  タンク(液体供給手段)
２４  ポンプ(液体供給手段)
２６  ブーム
２８  ノズル
２８ａ  第１ノズル(ノズル)
２８ｂ  第２ノズル(ノズル)
３０ａ  噴射孔
３８  ボルテックスジェネレータ
Ａ  第１領域(翼端の近傍領域)
Ｂ  第２領域(翼端渦の影響が弱い領域)
Ｄ  ダウンウォッシュ
Ｒ  冷却塔(排熱源)
Ｙ  翼端渦
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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