(57)【要約】【課題】雪を低温熱源として冷房に利用する従来技術である冷風循環式と冷水循環式の長所を継承しつつ、両方式の短所を解消した冷水空調システムを提供することを課題とする。【解決手段】板材11の面に沿って冷水６を流下させると共に、前記冷水６より高温の空気27を前記冷水６の流下方向と異なる方向から流し、前記冷水６と前記空気27を直接接触させて空調を行う。また、前記板材11の上部に前記冷水６を溜めて流下させる樋９を設け、前記樋９の上縁に前記冷水６を均一に流下させる流下整流材31を配設する。このような冷水空調システム１により上記の課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材の面に沿って冷水を流下させると共に、前記冷水より高温の空気を前記冷水の流下方向と異なる方向から流し、前記冷水と前記空気を直接接触させて空調を行うことを特徴とする冷水空調システム。
【請求項２】
前記板材が複数枚離間して配設されることを特徴とする請求項１記載の冷水空調システム。
【請求項３】
前記板材の片面または両面に前記冷水を流下させることを特徴とする請求項１または２記載の冷水空調システム。
【請求項４】
前記板材の上部に前記冷水を溜めて流下させる樋を設け、前記樋の上縁に前記冷水を均一に流下させる流下整流材を配設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷水空調システム。
【請求項５】
前記板材が建物の窓ガラスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷水空調システム。
【請求項６】
前記冷水が雪山として貯蔵された雪を融雪した水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷水空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、融雪水等の冷水を低温熱源として用いる冷水空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化現象は大きな社会・政治問題となってきた。また、地球温暖化現象の進行は、日常生活においても随所で体感できる段階に達しつつある。たとえば、北日本や北海道地域においても、夏季になると冷房を必要とするようになってきた。この場合、通常の電力駆動によるエアコンで対処することも可能であるが、エアコンの運転には多量の電力エネルギを必要とする。また、発電を火力発電によって賄おうとすると、多くの二酸化炭素の排出を伴うことになり、温暖化ガスの排出削減要請にも反することとなる。さらに、消費された電力エネルギは、最終的に熱エネルギに変換されることとなり、一層の温暖化を招くという悪循環に陥る。
【０００３】
ところで、北日本や北海道地域の中山間地においては、冬季になると多くの積雪がある。そのため、これらの地域では古くから冬季の積雪を雪室に貯蔵して冷熱を利用することが行われてきた。また、これらの地域では住宅地域であっても比較的広い空き地がある。そこで、冬季の積雪を空き地に積み上げて雪山とし、その表面を断熱材で覆うことにより比較的簡単に夏季まで雪を貯蔵することも行われてきた。そして、これらの貯蔵された雪を夏季の冷房用低温熱源として用いる雪冷房装置が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
これら従来の雪冷房装置を大別すれば、図６（ａ）に示すような冷風循環式と、図６（ｂ）に示すような冷水循環式になる。冷風循環式は雪室等に貯蔵された雪５に空調が必要とされる建物２内の空気を直接接触させて空気の温度を下げ、その低温の空気を再び建物２内に送り込んで循環させるものである。一方、冷水循環式は雪室等に貯蔵された雪５の融雪水を熱交換器に送り、該熱交換器により空調が必要とされる建物２内の空気を冷やし、その冷やされた空気を建物２内に送り込んで循環させるものである。
【０００５】
冷風循環式の長所は、室内の空気が雪の表面に直接接触することにより、空気中に含まれる細かな塵埃が雪に付着して空気が清浄化されること、及び空気が雪の表面で冷却される際に絶対湿度が低下することにより除湿効果が得られることである。その一方、冷風循環式では、多量の空気を循環させる必要があることから循環ダクトを大断面のものにしなければならず、経済性を考慮すれば空調を要する建物と雪を貯蔵する雪室等が短距離でなければならいという短所がある。また、送風ダクトを通して音が伝わるという短所もある。
【０００６】
冷水循環式の長所は、熱輸送媒体として比熱が大きな融雪水を用いることから、小断面の配管で多量の冷熱を輸送することができることである。したがって、空調が必要とされる建物と低温熱源との距離が比較的長距離であっても、経済的なシステムとすることができる。その一方、冷水循環式では冷水を単に熱輸送媒体として利用するだけであり、空調が必要とされる室内の空気を雪や冷水と直接接触させものではないため、空気清浄効果や除湿効果が得られないという短所がある。
【特許文献１】特開昭５８−２０３３７６号公報
【特許文献２】特開平７−２９３９３６号公報
【特許文献３】特開２００２−２７７１２６号公報
【特許文献４】特開２００５−２９９９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、冷風循環式と冷水循環式の長所を継承しつつ、両方式の短所を解消することを課題とするものである。すなわち、冷熱を輸送する配管が小断面で済み経済的で、しかも空気の清浄効果や調湿効果が得られる冷水空調システム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】
【０００８】
請求項１記載の発明は、板材の面に沿って冷水を流下させると共に、前記冷水より高温の空気を前記冷水の流下方向と異なる方向から流し、前記冷水と前記空気を直接接触させて空調を行うことを特徴とする冷水空調システムである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の冷水空調システムにおいて、前記板材が複数枚離間して配設されることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の冷水空調システムにおいて、前記板材の片面または両面に前記冷水を流下させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷水空調システムにおいて、前記板材の上部に前記冷水を溜めて流下させる樋を設け、前記樋の上縁に前記冷水を均一に流下させる流下整流材を配設したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷水空調システムにおいて、前記板材が建物の窓ガラスであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷水空調システムにおいて、前記冷水が雪山として貯蔵された雪を融雪した水であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の冷水空調システムによれば、冷風循環式と冷水循環式の長所を継承しつつ、両方式の短所を解消することができる。すなわち、冷熱を輸送する配管が小断面で済み経済的で、しかも空気の清浄効果や調湿効果が得られ、冷風循環式と冷水循環式のハイブリッド型ともいうべき空調システムを実現することができる。
【００１５】
請求項２記載の冷水空調システムによれば、コンパクトで熱交換量の大きな空調システムを実現することができる。
【００１６】
請求項３記載の冷水空調システムによれば、必要に応じてガラス板の片面または両面に冷水を流下させることで融通性に富む空調システムが得られる。
【００１７】
請求項４記載の冷水空調システムによれば、板材の面に沿って冷水を均一な流れとして流下させることができる。したがって、板材の全面において効率的な熱交換が可能となる。
【００１８】
請求項５記載の冷水空調システムによれば、建物の一部を構成する窓ガラスに冷水を流すことで、視覚的効果および癒し効果が得られる。
【００１９】
請求項６記載の冷水空調システムによれば、冷水を雪山から得ることができるので全体として安価な空調システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例である冷水空調システム１の概念図である。この冷水空調システム１は、融雪水が有する冷熱を利用して建物内の空調を行うものであり、建物２の窓３に冷水空調システムたる融雪水空調装置１を適用した例である。
【００２１】
雪山４として貯蔵された雪５の融雪水６はポンプ７によって吸い上げられ、送水パイプ８を経由して融雪水空調装置１の上部に配設された樋９に供給される。樋９に供給された融雪水６は、建物の窓３を構成する融雪水空調装置１のガラス板11の面に沿って落下し、下部のタンク12に回収される。タンク12に回収された水の一部は、雪山４の融雪に利用するため再び雪山４に還流するようにされている。すなわち、雪山４と空調を必要とする建物２との間には、融雪水６を建物へ送水する送水パイプ８と、タンク12に回収された水を建物２から雪山４へ戻す還流パイプ13が敷設されている。また、タンク12に回収された水の一部は余剰水としてドレンパイプ14を経由して河川等に流される。いずれのパイプ８，13，14も熱媒体として空気を送風する場合に較べると、小断面のパイプで済ませることができるという利点がある。
【００２２】
雪山４は、雪を貯蔵するのに適した空き地に設けることができる。好適には建物２が建てられている地面より若干低い地面に雪山４を築くのがよい。そのことにより建物２から雪山４への水の還流を重力利用による自然落下とすることができ、還流パイプ13でのポンプの設置を省略することが可能となる。また、雪山４の表面を天然素材である籾殻や木屑で覆った後、断熱シート15を被せることで極めて安価に雪を数ヶ月間にわたって貯蔵することができる。
【００２３】
従来、雪を長期間にわたって貯蔵する方法には雪室を利用するものと、雪山を利用するものがあるが、雪室を利用するものが多数であった。しかし、雪室の建設には多額の費用がかかる。一方、雪山を利用する方法では安い費用で済むというメリットがある。そこで、本発明では雪５を貯蔵する方法として雪山４を主として採用することとしている。なお、雪山４を築く地面は降雪前に整地し、適宜の場所には融雪水６を貯溜するピット16を設けておく。
【００２４】
図２は、建物２の窓３を兼ねる融雪水空調装置の１ユニットを示す外観斜視図であり、図３は、その窓面に直角方向の縦断面図である。融雪水空調装置１は工場生産に適し、低コストで製造可能とするためにユニット化されている。ユニット化された融雪水空調装置１は、建物２の床面に直接設置することもできる。タンク12の上面には開口部17が設けられ、該開口部17には一枚以上の透明または半透明のガラス板11からなる窓３が取り付けられる。窓３はユニットごとにタンク12に固定される。タンク12への窓３の固定は、ガラス板11の両側辺部をアルミ押出し枠材等により固定することで、通常の窓枠サッシと同様にして行うことができる。
【００２５】
図３に示す実施例では、数ミリメートルの厚さのガラス板11を３枚、２センチメートル程度の間隔18をもって固定している。タンク12の上部の他の部位には小開口部19が設けられ、該小開口部19には室内の空気をタンク12内に送り込む電動ファン21が取り付けられている。また、タンク12には水を雪山４へ還流させるための還流パイプ13と、水が一定レベル以上に溜まると余剰の水を排水するためのドレンパイプ14が設けられている。
【００２６】
窓３を構成するガラス板11の上辺22には、融雪水６を溜めて溢流させるための樋９が固定されている。樋９は各ガラス板11の夫々に独立して設けられるが、取り扱いの便宜のため各ガラス板11に固定される樋９は共通側面板23によって一体化されている。各樋９は一対の表面板24と裏面板25を有している。表面板24および裏面板25は断面が略Ｊ字状に曲げられており、下部はガラス板11の表面または裏面に固着されている。ガラス板11の表面及び裏面に融雪水６を流下させる場合には、表面板24と裏面板25の各上辺の水平レベルは同一とされる。ガラス板11の表面または裏面の一方にのみ融雪水６を流下させる場合には、表面板24と裏面板25の上辺レベルは異なる高さに設定される。
【００２７】
窓ガラスが複数枚のガラス板11から構成される場合、隣り合うガラス板11に設けられる各樋９には所定間隔の隙間26が設けられる。本実施例では１センチメートル程度の隙間26が設けられている。ファン21から送り出された空気27流はタンク12内で方向変換され、ガラス板11の面に沿って流下する低温の融雪水６と直接接触して冷却されながら上昇し、各樋９間の隙間26を通って融雪水空調装置１の上部から吹き出される。
【００２８】
樋９の上方には、偏向板28が取り付けられている。偏向板28は冷却された空気27流を所望の方向に曲げるためのものであり、建物２に取り付けてもよいしユニット化された融雪水空調装置１に取り付けてもよい。
【００２９】
図４は、一枚のガラス板11に取り付けられた樋９の部分断面図である。この樋９はガラス板11の表面および裏面に融雪水６を流下させる設計となっている。樋９の表面板24および裏面板25の上縁29には、融雪水６を均一に流下させるための流下整流材31が取り付けられている。具体的には、表面板24および裏面板25の上縁29にガーゼ31が取り付けられている。ガーゼ31は表面板24および裏面板25の全幅にわたって、内側から上縁29を覆って外側に垂下するように取り付けられている。なお、流下整流材31はガーゼに限定されるものではなく、水を含んで水を薄膜状に整流して流下させるものであればよく、和紙等の繊維質の素材を採用することもできる。
【００３０】
次に、上記した実施例の融雪水空調装置１の作用について説明する。夏季になり冷房が必要な程度の気温になると、断熱材15によって表面が覆われた雪山４といえども融雪は進行する。したがって、雪山４のピット16には融雪水６が溜まることになる。このような状態で送水ポンプ７を駆動すると、融雪水６は送水パイプ８を通って融雪水空調装置１の上部に設けられた各樋９に送水される。各樋９に送水された融雪水６が溢流するレベルまで溜まると、融雪水６は各樋９の表面板24と裏面板25に取り付けられたガーゼ31により整流され、ガラス板11の表面を薄膜状となって流下することになる。ただし、３枚のガラス板11のうち、もっとも外側のガラス板11の屋外側の表面に融雪水６は流下しないようにされている。
【００３１】
送水ポンプ７を駆動した後、タンク12の上部に設けられたファン21を駆動すると、建物内の空気はファン21によってタンク12内に押し込まれタンク12内の圧力が上昇する。そうすると、タンク12内に押し込まれた空気27は複数枚のガラス板11の間を通過して上昇することになる。その際に融雪水６の流下方向と空気27流の上昇方向は対向するとともに、空気27流は融雪水６と直接接触することになる。相対的に低温の融雪水６と相対的に高温の空気27流とが直接接触すると、空気27中に含まれる細かな塵埃は融雪水６側に移転して除去されるとともに、空気27が冷却されることにより湿度も低下する。これに伴って空気27中に含まれる異臭も除かれることになる。また、相対的に低温の融雪水６と相対的に高温の空気27とが対流することから、融雪水６と空気27との対流冷却によって熱交換が効率的に行われる。その結果、融雪水空調装置１の上部から吹き出される空気は冷却されるとともに、細かな塵埃も除去され、除湿された適度な空気流となって室内の空調を行うことができる。
【００３２】
また、空調を行う場合には気温変動により融雪水６と冷房すべき建物内の空気27との間の交換熱量も変動することになるが、交換熱量に応じて送水パイプ８に設けたバルブ32の開度を調節することにより容易に温度調整をすることができる。かかるバルブ32の開度調節は温度調節器（図示省略）を用いて自動的に行うこともできる。
【００３３】
さらに、本実施例によればガラス窓を構成する複数枚のガラス板11が全面にわたって冷却されるため、ガラス窓を有する建物２内の空気は冷却されたガラス板11によって放射冷却されることになる。二つの流れの対流による冷却は冷却能力に優れ、効率的な冷却方法ではあるが、空気の流れを伴うため快適性という点では劣るものである。一方、放射冷却による輻射冷房は空気流を伴わないため、人体にとって優しく快適性に優れるという利点がある。本発明は対流冷却によって効率的に熱交換を行うとともに、輻射冷房の機能を併せて有するものである。したがって、冷房能力に優れるとともに人体にも優しい空調を行うことができる。
【００３４】
次に、対流冷房と輻射冷房を併せて行う本発明の複合冷房の優位性について説明する。一般に冷房の快適さの指標としては、予測温冷感申告と称されるＰＭＶ（ Predicted   Mean Vote）が用いられる。ＰＭＶとは、人体の熱的快適感に影響する６つの要素、すなわち、室温、平均放射温度、相対湿度、平均風速の４つの物理的要素と、２つの人間側の要素である在室者の着衣量と作業量の関数で表される指標である。冷房の快適さはＰＭＶを用いて数値表現することができる。快適さの評価は、具体的には、＋３（暑い）から−３（寒い）の数値で表現され、オフィスなど人間が居住する快適温度範囲に近い温熱環境を評価するのに適している。 ＩＳＯによれば、ＰＭＶが±０．５以内となるような温熱環境が推奨されている。
【００３５】
図５は、本実施例による融雪水空調装置１を用いて計測したＰＭＶ33を示している。融雪水空調装置１への空気入口温度34、即ち室温は時間経過とともに緩やかに低下する。一方、融雪水空調装置１の上部から吹き出される空気出口温度35は融雪水と直接接触することにより急激に低下する。これらの影響によりＰＭＶ33も次第に低下し、融雪水空調装置１の運転開始後３０分程度で人間にとって最も快適とされる±０．５前後にすることができる。
【００３６】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。上記実施例では冷水として融雪水を用いたが、冷水は融雪水に限定されるものではなく、地下水など周囲の気温より低温の水であれば利用できる。また、上記実施例では数ミリメートルの厚さのガラス板11を３枚、２センチメートル程度の間隔をもって固定しているが、ガラス板11の厚さや間隔はこれらの値と異なる値であってもよいことは言うまでもない。
【００３７】
さらに、上記実施例は冷水空調システムを建物２の窓３に適用したものであるが、本発明の冷水空調システムは建物２の窓３以外の部位にも適用できる。例えば、ショウウィンドゥにおける小道具として用いることもできる。そのような小道具の場合、透明板の面に沿って流下する水は空調効果のみならず視覚的効果をも奏する。特に有色の照明との組み合わせにより通行人等に大きな訴求力を持たせることができる。また、閑静な住宅地の建物に適用した場合には、静かな居住空間に「せせらぎ音」を付加することも可能であり、癒し効果の大きな居住空間を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例である冷水空調システムの概念図である。
【図２】本発明を窓に適用した実施例を示す外観斜視図である。
【図３】図２の窓面に直角方向の縦断面図である。
【図４】樋の部分断面図である。
【図５】本発明の実施例による実験結果を示す線図である。
【図６】従来技術である雪冷房の全体システムを示すものであり、（ａ）は冷風循環方式であり、（ｂ）は冷水循環方式である。
【符号の説明】
【００３９】
１  冷水空調システム（融雪水空調装置）
２  建物
３  窓
４  雪山
６  冷水（融雪水）
９  樋
11  板材（ガラス板）
27  空気
31  流下整流材（ガーゼ）
【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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