(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水等の液体（以下「水」とする）を蒸発させることに伴う気化熱によって自己を冷却させかつこの冷却によるマイナスの熱量によって対象物を冷却する素材であり、水を含浸させる含水部材本体と、この含水部材本体に対して水を供給する手段とからなり、かつ含水部材本体の少なくとも一面は水が蒸発する蒸発面となっている冷却部材を用いた構造体であって、伝熱機能と含水部材本体の荷重を支持する支持機能とを有する支持伝熱材により当該含水部材本体は構造体の躯体に支持され、含水部材本体のマイナスの熱量はこの支持伝熱材を介して躯体側に伝達されるよう構成したことを特徴とする冷却部材を用いた構造体。
【請求項２】
含水部材本体と躯体との間には空間部が形成され、含水部材本体は外面及びこの外面と対向する面である当該躯体と対向する面の両方に蒸発面が形成されていることを特徴とする請求項１記載の冷却部材を用いた構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水等の液体が気化蒸発する気化面を有する冷却部材に係り、特にこの冷却部材を用いた構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、我々が生活を営んでる家屋は木造であると、コンクリート構造であるととを問わず、多くの場合冷暖房装置が設置され、寒暖の変化に対応して冷房や暖房が行われるようになっている。
【０００３】
暖房手段としてはエアコンと通称される冷暖房装置を暖房運転する他、ガス、石油の燃焼、電気ストーブ等の電気の抵抗発熱を利用するもの等各種あるが、冷房は、フロン等の媒体の圧縮・膨張を利用して冷暖房装置を冷房運転し、或いはクーラーと通称される冷房専用機を運転する方式に事実上限られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の冷暖房装置は電気エネルギー等のエネルギーを多量に消費する装置であり、特に密閉性の高いコンクリート構造においては、夏場の冷房用に多量のエネルギーを消費することは我々の良く知るところである。
【０００５】
ここで、冷房とは、伝熱の法則に反して低温部から高温部に熱を移動させることであり、この移動を実現させるため、熱移動に係わる媒体の圧縮を行うコンプレッサー等の装置を駆動させるため、多大なエネルギーを消費することになる。このようにして移動された熱の移動先には前記低温部から高温部に移動させた熱量の他、冷房装置の各機構を作動させた結果として発生する熱も排出される。このため熱の移動先には多大な熱が排出されて環境温度が上昇し、さらにこの環境温度の上昇に対して、より一層冷房装置を作動させるという悪循環に陥り、特に都市部においては、冷房装置が排出する熱によりこの都市部を中心として広範囲に環境温度が上昇し、このような冷房装置の運転が所謂ヒートアイランド現象の発生原因の一つとなっていることも我々の良く知るところである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題点に鑑み構成したものである。
即ち、本発明は家屋等の構造物の一部として構成可能で、かつ水等の液体が含浸可能な構成を有する部材と、この部材に対する給水手段とを有し、当該部材に対して水等の液体を含浸させ、かつこの液体を所定の蒸発面から気化蒸発させる際の気化熱によって当該部材を冷却し、この冷却熱により直接に、或いは他の構造物を介して間接に構造物の所定の空間を冷却するよう構成した冷却構造である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
水などの液体（以下実施例を含めて「水」で説明する）が含浸可能ななよう当該部材（以下「含水部材」とする）は多孔質材等微小な空間を多数有する素材により構成されている。
【０００８】
上述の微小空間を多数有する素材としては、例えば煉瓦に代表されるような焼成物、或いはコンクリートモルタル材等予め特定形状に成形されているもの、更には所定の形状に成形されておらず、土壁の如く構造物の建築現場において壁面等として構成されるようなものであってもよい。何れにしても、供給される水が含浸し、かつこの水を蒸発させる蒸発面を有するよう構成する。なお、家屋等の構造物に対応して水の蒸発面は特定の面に規定されるが、この蒸発面は必ずしも一面に限るものではない。
【０００９】
構造物の一部として構成された含水部材は、供給される水が微小空間に沿って滲み込み、かつこの含浸した水が所定の蒸発面から蒸発する際の気化熱によって当該含水部材が冷却される。このマイナスの熱である冷却熱により含水部材は冷却され、この冷却熱により構造物の所定の空間は、直接に、或いは他の構造体を介する等して間接に冷却される。
【００１０】
家屋等に対する含水部材の構成は各種考えられが、例えば家屋壁面として、或いは家屋壁面を構成する部材に近接して配置する等して室内を冷却する。また含水部材の湿度、温度を検知してこの含水部材に対する水の供給量の制御や、ファンを制御することにより蒸発面の空気の流動を制御する等して、温度制御を行うよう構成することも可能である。また必要に応じて、湿潤環境下で菌の増殖を防止するため、蒸発面を中心として抗菌層（抗菌面）を形成する。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面を参考に説明する。
図１（Ａ）は本発明の第１の実施例たる本発明の基本構造を示す。矢印１は冷却部材全体を示し、当該冷却部材１は水分の含浸が可能な素材から構成された含水部材本体２と、この含水部材本体２に対して水Ｗを供給する給水手段３から構成されている。
【００１２】
先ず含水部材本体２は、例えば煉瓦に代表されるような微小空間を有する焼成物、或いはコンクリートモルタル材等予め特定形状に成形されているもの、更には所定の形状に成形されておらず、土壁の如く構造物の建築現場において壁面等として構成されるようなものであってもよい。何れにしても、含水部材本体２として成形後は、微小空間を介してしみ込んだ水が保持され、かつ後述の蒸発面から蒸発可能な構成であれば、その材質、成形方法等を問うものではない。
【００１３】
なお、この含水部材本体２を例えば家屋の壁面として利用する場合、例えばコンクリートモルタル材等のように、この含水部材本体２自体が家屋を構成する構造材として機能させる他、壁面自体は別の構造材により構成され、かつこの構造材に近接して冷却機能のみを担うよう構成する等、含水部材本体２の構成素材、強度等に対応して適宜使用する。以下、含水部材本体２を、主として家屋の壁面として利用する場合を例に説明する。
【００１４】
含水部材本体２は前述のとおり多孔質に形成されており、その一面は供給された水分が蒸発する蒸発面２Ａとなり、この蒸発面２Ａと反対の面は水分の透過を防止する層を形成する等して、非蒸発面２Ｂとして構成されている。
【００１５】
このような構成を有する含水部材本体２に対して給水手段３が設けられている。給水手段３としては、後述するように各種の構成が可能であるが、要するに含水部材本体２に対して水を含浸供給可能な構成であれば、その構成の如何を問うものではない。
【００１６】
図示の構成では含水部材本体２の上端部に対して、その奥行き方向に水供給ヘッダ３ａが配置され、かつこの水供給ヘッダ３の長手方向（図の奥行き方向）に穿設された小孔３ａ´から水Ｗを供給するよう構成されている。各小孔３ａ´から供給された水Ｗは含水部材本体２に対して、重力及び毛管現象によりほぼ均一に浸潤し、かつ蒸発面２Ａから適宜蒸発することにより含水部材本体２から気化熱を奪い、含水部材本体２を冷却する。このマイナスの熱が非蒸発面２Ｂを介して室内側に伝達され、室内を冷却する。なお、以下の構成でも同様であるが、供給された水は主として毛管現象により含水部材本体２全体に浸潤することが可能であるため、壁面として当該含水部材本体２を鉛直方向に配置する他、天井面、或いは床面として水平に配置しても、冷却手段としての利用は可能である。
【００１７】
図１（Ｂ）及び（Ｃ）は第２の実施例を示し、含水部材本体２に対して別の構成を有する水供給手段を設けた場合を示す。
符号３ｂは前記水供給ヘッダ３ａに接続する給水管であって、含水部材本体２内に複数本埋設配置されている。この給水管３ｂには小孔３ｂ´が穿設され、ヘッダ３ａを経て供給された水Ｗは各給水管３ｂの小孔３ｂ´から滲み出し、含水部材本体２内に浸潤し、蒸発面２Ａから気化・蒸発する。この構成の場合には給水管３ｂが複数本含水部材２内に配置されることにより、含水部材本体２に対する水の供給をより均等に行うことができる。また蒸発面２Ａからの蒸発が激しい場合でも、その蒸発量に見合った水の供給を容易に実現することができる。
【００１８】
図２（Ａ）は第３の実施例を示す。図中符号４は水タンクであって、含水部材本体２の下部に配置されている。５は不織布等、毛管現象により水タンク４内の水を含水部材本体２に供給するための介在部材である。水タンク４内の水Ｗは毛管現象により介在部材５を介して含水部材本体２側に供給され、さらに含水部材本体２内をやはり毛管現象により浸潤上昇する。
【００１９】
この構成は水の供給量の調整や、含水部材本体２に対する単位時間の供給量等に関しては前記２種類の構成に比較して劣るものの、構造が極めて簡単であり、例えば雨樋等の雨水排水経路と水タンク４とを接続することにより、雨水を蒸発水Ｗとして利用できる等の利点がある。
【００２０】
図２（Ｂ）は第４の実施例を示し、同図において符号６はスプレイヘッダであって、図の構成では鉛直方向に３本のスプレイヘッダが配置され、含水部材本体２の蒸発面２Ａに対して、水Ｗが直接噴射供給されるようになっている。水Ｗの噴射は通常、間欠的に行われ、水Ｗの噴射により含水部材本体２に対する水の浸潤が行われ、かつ浸潤された水は主として水Ｗの噴射が行われない時に蒸発する。
【００２１】
この構成では、水Ｗの蒸発以外に、水Ｗの噴射時には含水部材本体２が噴射された水Ｗで直接的に冷却される。また、水の蒸発においてはカルシウム分を中心とする水の含有成分が蒸発面２Ａに経時的に析出し、蒸発面２Ａにおける水の蒸発量が低下する可能性があるが、この水スプレー方式によれば、蒸発面２Ａに対する水の直接的な噴射により析出成分の成長を防止し、かつ析出した成分を洗浄除去することが期待できる。
【００２２】
図３（Ａ）、（Ｂ）は第５の実施例を示す。
符号７は構造物の壁面たる構造材であって、構造物の強度を負担するため、コンクリート等の強固な素材により構成されている。この構造材７には表面〔図（Ａ）に示す構造材７の右側の面）から裏面に挿通するようにして空間部７Ａが複数形成されている。なお、図示の構成ではこの空間部７Ａは円筒形に形成されているが、この形状に限定するものではない。
【００２３】
符号８は上記空間部７Ａの各々に充填配置された含水部材であって、前述の含水部材本体２と同様の材料により構成されている。構造材７の表面側は含水部材８の蒸発面８Ａが位置し、かつ同構造材７の裏面は非蒸発面８Ｂとなっている。
【００２４】
符号２０は各含水部材８に対して水Ｗを供給する給水手段であって、図示の構成では、主ヘッダ２０ａと、この主ヘッダ２０ａから分岐した副ヘッダ２０ｂとから構成され、主ヘッダ２０ａを経て、各副ヘッダ２０ｂからそれぞれの含水部材８に対して水Ｗが供給される。因みに、各副ヘッダ２０ｂには含水部材８内に開口するよう水供給用の小孔がそれぞれ開口している。
【００２５】
上記の構成では構造材７の一部が含水部材８となっているため、基本的に壁面を構造材と含水部材との二重構造とする必要がない。
【００２６】
図４（Ａ）及び（Ｂ）は第６の実施例を示す。
図中符号９は含水部材本体２内に複数埋設配置された水タンクである。この水タンク９には小孔９ａが形成されているが、この小孔９ａは主として水タンクの上面部分から、所定の高さまで下降した位置にのみ形成されている。これにより、、小孔９ａを介しての含水部材本体２に対する水の浸潤によっては水タンク９内の水Ｗの水位が高さＨ以下とならないように構成されている。
【００２７】
水Ｗの供給により水タンク９内の水は小孔９ａを介して含水部材本体２内に浸潤し、蒸発面２Ａから蒸発することになる。一方ヘッダ３ａから各水タンク９に対する水Ｗの供給を停止すると、小孔９ａからの水の浸潤は水位がＨとなると含水部材本体２に対する水Ｗの浸潤は停止し、水タンク９内で気化した水蒸気が僅かにこの小孔９ａから流出する以外は所定の水位Ｈを保持することになる。
【００２８】
上記の状態は特に冬季の壁面の保温に効果的である。即ち壁面には水タンク９により水が貯留されているため、壁面全体の熱容量が非常に大きくなる。このため、例えば昼間壁面に太陽光が射すことにより昇温した壁面はその高い熱容量により夜間でも適当な温度を保持し、室内温度の急速な低下を防止することができるという保温効果を発揮することが可能となる。
【００２９】
図４（Ｃ）は第７の実施例を示す。
この実施例では、水の供給経路そのものを構造材の補強材として利用するよう構成されている。
符号１０は給水管であって、例えば図示の如く格子状に形成されることにより、この給水管１０自体が、例えば鉄筋構造物の鉄筋のように構造体の物理的強度を保持するよう構成されている。なお、給水管には図示しないが、当該給水管１０には小孔が多数形成されることにより含水部材本体２全体に均等に水が供給されるようになっている。なお、給水管１０の格子目の少なくとも一部に対角線状に筋交いを入れることにより構造体としての強度をより一層たかめるよう構成してもよい。
【００３０】
図５は含水部材に対して抗菌性、防かび性を持たせるように構成したものを示す。含水部材には水が供給されて湿潤な状態となっているため、蒸発面を中心としてかびが発生しやく、また雑菌が繁殖し易い環境となっている。
図５（Ａ）は第８の実施例を示し、含水部材本体２の蒸発面２Ａに対して抗菌性、防かび性を有する層（以下単に「抗菌層」とする）２Ｃを形成している。
【００３１】
抗菌層２Ｃは、蒸発面２Ａに対して殺菌剤、防かび剤を含有する樹脂を吹きつけたり、あるいは殺菌剤、防かび剤を塗布する等の方法で形成される。なお、当然のことながら、吹きつけにより樹脂層を形成するのは、微粒となった樹脂が蒸発面に付着することにより樹脂層自体が多孔質となり、蒸発面２Ａの小孔を塞がないようにするためである。
【００３２】
また、図示しないが、含水部材本体２の構成材料自体に予め殺菌剤、防かび剤を混練しておき、当該含水部材本体２全体が抗菌性、防かび性を有するようにすることも可能である。
【００３３】
図５（Ｂ）は第９の実施例を示す。図中符号１１で示すものは、紫外線を発光する殺菌灯であり、含水部材本体２の蒸発面２Ａに対して紫外線ＵＶを照射することにより蒸発面２Ａを中心とした部分の殺菌（防かび）を行うよう構成している。実施例７も含めて、当該含水部材本体２の蒸発面２Ａが外部に露出している場合には適宜抗菌剤や防かび剤をスプレーするなどの方法で抗菌、防かび処理を行うことが可能であるが、後述するように蒸発面２Ａが外壁面で覆われている場合にはこのように直接スプレーすることが困難であるため、上記実施例７、８のような抗菌処理、防かび処理を予め施しておくことが望ましい。
【００３４】
図６は第１０の実施例であって、含水部材本体２の温度制御を行えるよう構成したものを示す。
含水部材本体２には当該含水部材本体２の湿度を検知する湿度センサ１２および同含水部材本体２の温度を検知する温度センサ１３が配置されている。また１４は含水部材本体２の蒸発面２Ａに空気Ａｉを流動通過させるファンである。１５は制御装置であって、前記湿度センサ１２、温度センサ１３からの信号により、給水手段３を介しての水Ｗの供給量の制御、ファン１４の制御による蒸発面２Ａの空気流量の制御により、主として蒸発面２Ａにおける蒸発量の制御により含水部材本体２の温度を制御する。
【００３５】
なお、図示の場合には湿度センサ１２、温度センサ１３は何れも一点に配置されいているが、これら両センサ１２、１３を含水部材本体２の多点に配置するよう構成してより検知精度を向上させるようにすることも当然可能である。また含水部材本体２に対する給水方法は、図３（Ａ）に示す構成以外であれば何れも水の供給の制御が行えるため、これらのうち何れの方法も実施可能である。
【００３６】
図７（Ａ）及び（Ｂ）として示す構成は、含水部材本体２が何れも家屋等の構造物の一部として構成されている具体例を示す。
【００３７】
先ず同図（Ａ）は第１１の実施例を示す。符号１６は構造物の躯体をなす壁体であって、例えば鉄筋コンクリート等の強固な構成とすることにより構造物の一部として構成されている。冷却部材１の主体を成す含水部材本体２は非蒸発面２Ｂを介してこの壁体１６に取り付けられている。この状態で冷却部材１の含水部材本体２に対して水の供給（図示せず）が行われることにより含水部材本体２の蒸発面２Ａから水が蒸発する。気化熱によるマイナスの熱量は、含水部材本体２を介して壁体１６に伝達され、かつこの壁体１６を介してこの壁体１６により仕切られている室内（壁体１６の左側空間）を冷却する。
【００３８】
なお、後述の実施例も含め、含水部材本体２の冷却面２Ａは戸外空間に露出させる他、外壁１７で覆うことも可能である。蒸発面２Ａに対する塵埃の付着等を考えると、家屋壁面として冷却面が露出しているよりも外壁１７で覆っておく方がむしろ実用的である。なお、外壁１７で覆った場合には図６に示す構成のようにファン１４等により空気Ａｉを流動させ、蒸発面２Ａにおける蒸発を促進するようにすることが望ましい。
【００３９】
図７（Ｂ）は第１２の実施例を示す。
図において、含水部材本体２は支持伝熱材１８を介して壁体１６により支持されている。図の構成では支持伝熱材１８と含水部材本体２との間には空間部１９が形成されて当該含水部材本体２は、その両面が蒸発面２Ａａ、２Ａｂとして構成されている。また支持伝熱材１８は、含水部材本体２の支持と、含水部材本体２側のマイナスの熱量を壁体１６側に伝達する機能とを有する部材である。これら両機能を発揮する材料としてはアルミ材等、熱伝導性が良好でかつ所定の強度を有する金属材料が有効である。なお、空間部１９がある場合は前記支持伝熱材１８のうち空間部１９に露出している部分、及び壁体１６のうち当該空間部１８に面している部分には断熱材を配置する等して断熱処理を行い、空間部１９に放出される気化熱から壁体１６を断熱しておくようにする。
【００４０】
この実施例においても、蒸発面２Ａａ及び２Ａｂの少なくとも一方にファンを配置して蒸発を促進するよう構成すること、蒸発面２Ａａ側に図７（Ａ）で示す外壁１７を設置することはもとより可能である。この実施例では含水部材本体２から壁体１６に対するマイナスの熱量の伝達が支持伝熱材８を介して間接的に行われるが、空間部１９を形成すれば含水部材本体２の蒸発面を蒸発面２Ａａと２Ａｂとして、蒸発面の面積を２倍にすることができるためより高い冷却効果が期待できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、各実施例により本発明を説明したように、本発明は水をはじめとする液体の気化熱により冷却を行う素材を用いた構造体であり、熱力学に従って冷却に伴う熱の移動が自然に行われ、電気エネルギーをはじめとする人工のエネルギーを消費することなく、環境に特別な負荷を与えることなく極めて安全かつ安価な冷却素材を用いた構造体を提供することが可能となる。
【００４２】
また、本構造体に用いる素材は冷却用の素材として構造体としは別個独立に構成さているため、建築物等の構造体以外にもその目的に応じて様々な用途で利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は本発明の第１の実施例を示す含水部材本体の断面図、（Ｂ）は第２の実施例を示す含水部材本体の断面図、（Ｃ）は同（Ｂ）Ａ−Ａ線による断面図である。
【図２】  （Ａ）は本発明の第３の実施例を示す含水部材本体の断面図、（Ｂ）は第４の実施例を示す含水部材本体の断面図である。
【図３】  本発明の第５の実施例を示し、（Ａ）は含水部材本体の断面図、（Ｂ）は同（Ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【図４】  （Ａ）は本発明の第６の実施例を示す含水部材本体の断面図、（Ｂ）は第７の実施例を示す格子型の給水管の正面図である。
【図５】  （Ａ）は本発明の第８の実施例を示す含水部材本体の断面図、（Ｂ）は第９の実施例を示す含水部材本体の断面図である。
【図６】  本発明の第１０の実施例を示す含水部材本体の制御系統図である。
【図７】  （Ａ）は本発明の第１１の実施例を示す含水部材本体および壁体の断面図、（Ｂ）は第１２の実施例を示す含水部材本体および壁体の断面図である。
【符号の説明】
１  冷却部材
２  含水部材本体
２Ａ、２Ａａ、２Ａｂ  蒸発面
２Ｂ  非蒸発面
３  給水手段
３ａ  水供給ヘッダ
３ｂ  給水管
４  水タンク
５  介在部材
６  スプレイヘッダ
７  構造材
７Ａ  （含水部材充填用）空間部
８  含水部材
８Ａ  蒸発面
８Ｂ  非蒸発面
９  水容器
１０  格子状給水管
１１  殺菌灯
１２  湿度センサ
１３  温度センサ
１４  ファン
１５  制御装置
１６  壁体
１７  外壁
１８  支持伝熱材
１９  空間部
【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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