人工降雨システム「レインカーテン」による自然雨の再現とその活用
Artificial Rain System
The embodiment of natural rainfall by “Rain Curtain” and its application

池上布美子

Fumiko IKEGAMI
株式会社テクノコア（334-0058 埼玉県川口市安行領家 1220-5）
Techno Core Co., Ltd(1220-5 Angyouryouke, Kawaguchi city, Saitama, 334-0058)

Summary
The artificial rain system “Rain Curtain” using self-excited vibration of original tube-nozzles is the simple
and resource efficient sprinkler system. The droplet sizes ejected from nozzle can be controlled byparameterized nozzle form and water pressure. As a result, this can produce rain drops that have the same
diameter as the natural rain drop (about 2mm-diameter). The system can produce various rainfall conditions
from small rain drop to heavy rain. This paper provides the general description of the system, type of systems
produced for specific applications, and future potential applications.
Key words: Artificial rain, Rain simulator, Sprinkler, Cooling system, Green roof, Energy conservation

1．は じ め に

近年，「ゲリラ豪雨」といった，短時間に局所的に起こる予測不能な豪雨により，各地で多くの人的，資産的被害が生じている．
気象庁によると，2011 年（平成 23 年）1 年間にアメダスが観測した「非常に激しい雨」と「猛烈な雨」（それぞれの雨の強さの表現については，
表１「雨の強さに関する用語」参照）の 1000地点あたりの発生回数は 296 回であり，2010 年（平成 22 年）の 225 回と比較して 30%以上増

Fax:+81 4-8291-1004

E-mail: ikegami＠technocore.jp

表 1 雨の強さに関する用語 1）

図 1

1 時間降水量 50mm 以上の年間発生回数（1000 地点あたり）2）(a) 施設外観（四角の中の数値は 10 年毎の平均値）（幅約 48m×長さ 73m×高さ 20m の建屋全体がレール上を移動可能）

加している．時間雨量 50mm 以上の雨が発生した回数の，隣り合う 10 年ごとの平均回数（図 1）で見ると，増加傾向にあることが分かる 2）．
ゲリラ豪雨に対する防災の観点から，斜面土砂の雨水浸透挙動や崩落メカニズムに関する解析研究が盛んになっており，この分野への人工降雨装置の需要も高まっている．
人工降雨装置はこれまで土木研究を始めとして，気象研究，各種センサ開発，農業技術等，その他多くの分野で用いられてきた．乗り物，(b) ノズルの散水状態

建築物，その他屋外で使用される対象物の自然降雨に対する耐久性，耐水性，視認性，感知性

図2を調べるためなど，その活躍は多種多様である．

大型降雨実験施設（（独）防災科学技術研究所 HP より）

一般的な降雨装置は，降雨範囲を覆うように設けられたアングルもしくは建屋内部に，散水用のノズルが多数設置され，必要に応じて搖動することでさまざまな降雨状態を再現している．

2．散水原理とシステム概要

図 2 に示す施設は国内最大級の大型降雨装置施設である．これらの装置はシステム全体が比較

2.1

散水原理的大がかりで，大量の流量や動力源としての電細長いホースの先端を固定せずに勢いよく水源が必要なものが多い．また，可搬性が低く，を流すと，ホースがまるで蛇のように，不規則実際の斜面への設置などには不向きである．に激しく暴れる．この現象は，内部流による弾使用される散水ノズルは，スプレー方式（図性細管の自励振動と呼ばれ，すでに非線形動力
2(b)参照），針方式などさまざまであるが，自然学分野で多くの研究がなされている 3）．

雨に近い雨滴粒径への制御，幅広い降水量の範
当社システムの散水原理は，この自励振動を囲を幅広くカバーするようなノズルの選定は難利用したものである．振動の様子をとらえた写しいのが現状である．

真を図 3 に示す．スプレー方式や針方式と比較

本稿では，従来装置の課題を解決し得る新規して，一つのノズルからの吐出する雨滴（数）人工降雨システム「レインカーテン」について，密度が小さく，より自然雨に近い状態の散水をその概要および実際の活用例，そして今後展開広範囲にすることが出来る．
が期待される分野について紹介する．

オリジナルチューブノズルには，内部に数ミリの細孔が通っている．ノズルは非常に可とう性に富んだ樹脂素材で出来ており，耐候性にも優れ，軽量かつ取扱が容易である．ノズル継手接続箇所には薄いガイドフィンが設けられており，この存在は散水時の振動挙動制御に深く影響する．チューブノズルの外観を図 4 に示す．
散水される雨滴粒径は，ノズル内径により決定される．ノズルの内径と散水雨滴径との関係を図 5 に示す．気象通報では 0.5mm 以上の雨滴を雨（それ以下を霧雨）としており，平均的な

図 3 チューブノズルの散水状態

雨滴径は 2mm 前後とされる．5～6mm 以上の雨滴の存在個数は 2mm 前後のそれと比較して少なく，落下時に分解してしまうことが多い 4）．
ノズルの散水範囲は図 3 からも推察されるように扇型に広がる．水平面に振動するよう設置したノズルの散水範囲のイメージを図 6 に示す．
ノズル設置高さ H が高くなるほど散水範囲は大きく，広範囲になる．H=1.0m の場合は A=3.0m，

図 4 チューブノズル写真

降 雨 エ リ ア の 面 積 5.8 m2 だ が ， H=2.0m でA=3.6m，降雨エリアの面積は 8.5 m2 と 40%以上広くなる．
降雨エリア内での単位時間降雨量は均一でなく，ノズルの往復動の折り返しである③の位置で最も多くなる．そのため，目的箇所への所定降雨量の設定には，ノズルの稼働個数，設置高さ，及び設置角度の微調整が必要となる．
このようにノズル内径とノズル稼働個数他，形状パラメータを制御する事で，霧雨からおよそ 200mm/時までの降雨状態を幅広く再現する事が可能なシステムとなっている．
2.2

図 5 ノズル内径と生成雨滴粒径の関係
システム概要次に本システムの概要について説明する．シ
ステムの一例を図 7 に示す．
本システムは，・蛇口取付用コネクタ・ホース・ノズルユニット（パイプ，継手，ノズル）・ユニット固定用スタンドの基本構成からなる．

(a) 側面イメージ(b) 上面イメージ

生成雨滴径 2mm（通常雨モード）のノズル使用の場合において，一般家庭水道圧（全国平均約 0.3MPa）のみで散水可能な設計となっており，

図 6 ノズル散水エリア

な降雨装置希望の自動車部品メーカーより問い合わせがあり，雨滴粒径 1～2mm に対応するノズルにてシステム設計．フロントガラスへの降雨再現のため，図 8 のようなスタンドタイプにて対応した．本システムの特長の一つである，自然雨滴粒径に近い小雨の再現が活かされた例である．
3.3

センサ開発研究用

防犯カメラ，セキュリティセンサへの雨の妨害作用を調べる目的で，警備業界への納入が検図 7 レインカーテン基本システム討されている．
要求仕様に霧雨～ゲリラ豪雨（約 100mm/時）ポンプ等の動力源は不要である．ただし，設置の再現性とシステムの可搬性があげられ，簡易場所の供給水圧不足や，豪雨タイプでの散水，的でありながら，幅広い降雨量範囲をカバーで雨水タンク利用，薬剤を混入した水の散水の場きる本システムの長所が活かされる事例である．
合は，別途ポンプ設備が必要となる．
3.4

建築物への降雨試験用

ユニット固定用のスタンドは，設置個所の条施工中の建築物への降雨は，露出している基件や使用目的に応じて，三脚タイプ，分岐タイ礎や骨組み等へ影響を与える恐れがある．特にプ，アングルタイプ，直接設置タイプ等，多数
コンクリート硬化時の降雨は，水セメント比をのアタッチメント種類からの選択が可能である．
増大させ，基礎の強度低下や著しい中性化の進
また，稼働条件に応じてタイマー，各種セン行など品質への悪影響を与えることが知られてサ（降雨検知，乾燥検知，温度検知など），雨水

いる 5）．建設メーカーに納入された本システム利用のためのタンク／ポンプ／フィルタユニッ
では，これらの調査研究に活用されている．
トを組み込み，希望に応じてシステムをカスタ
3.5

降雨浸透率測定機の開発用マイズする事ができる．
豪雨による土砂崩れの発生を予測するには，斜面崩落挙動の解析と，斜面土砂の浸透率測定

3．これまでの納入実績が重要な役割を示している．
新規浸透率測定機の開発している国立教育機
当社散水システムは，その特性を活かし，開関の研究室へ本システムを納入した．要求仕様
発以降，様々な分野のお客様へ納入されてきた．
として，可搬性はもちろん，森林等の斜面へのそのうちのいくつかの納入例を紹介する．
固定が可能であることがあげられたため，ユニ3.1

自動車テストコース用
ット固定用フレームにフレキシブルジョイント

自動車用テストコースで雨天時の走行試験を再現する場合，広範囲に散水可能で、より自然雨に近い降雨装置が必要となる．本システムの簡易性，軽量性，そしてイニシャル／ランニン
グコストの優位性を活かし，自動車メーカーのテストコース内 100m にわたって人工降雨装置を設置した．使用したノズル本数約 300 個，テストコース既存の電柱に設置する事で設備導入工程を大幅に短縮した．現在も各種車載センサ開発時の性能試験に利用されている．
3.2

ワイパー開発研究用

小雨の再現という要求仕様を満たす，簡易的

図 8 フロントガラスへの降雨試験

を用い，任意の角度で固定できる構造にした．
3.6

量は約 52L，水道代にして約 13 円である 6）．従吹付けモルタルの降雨耐性調査用

来のスプリンクラーと比較して使用水量が少な

崩落の危険がある自然斜面や崖面をモルタルく，ミストより風の影響を受けにくいメリットやコンクリートで覆う工法を吹付工という．屋がある。

外構造物の一種として，施工から完成後に至る雨滴粒径の小さいノズルを用いて，建物全体まで，常に降雨の影響を受ける可能性がある．

を雨のカーテンで包み込むことで，建屋内を冷施工途中の吹付けモルタルが，降雨によりど却する構想も検討中である．

れだけ流出するか，また，流出量と材料依存性

4.1.2 室外機への冷却について調査研究しているコンクリートメーカ

一般的な打ち水同様，空調用室外機，またはーへ，本システムを実験用装置として納入した．

屋根への直接散水により，空調効率のアップや，建屋内の気温低下が期待される．

4．展開が期待される分野

空調面積 3,500 m2 相当の事務室ビルの場合，消費電力が 10%削減できる試算結果がある 7）．

以下に，今後さらに本システムの活躍が期待される分野について紹介する．
4.1

省エネ型冷却用途

先述したゲリラ豪雨等，世界各地での異常気室外機の散水冷却においては，水道使用量が節電コストを上回らないような工夫（雨水，井水の利用など），使用する水の水質管理，定期的な清掃が必要となる．

象の原因とされているのが，地球温暖化である．

4.1.3 屋根への冷却

気象庁によれば，過去の世界の平均気温は 100

屋根への散水による冷却効果は，屋根形状・年あたり約 0.68℃の割合で上昇，日本に至って構造・材質に大きく左右されるところであるが，は 1.15℃も上昇している．

屋根からの輻射熱の影響を受けやすい工場，倉このような温暖化による気温上昇に加え，都会特有の「ヒートアイランド現象」により，都庫，畜舎等の屋根の冷却手段として，既に実施例や効果が報告されている 8）．

市部の気温上昇はますます深刻化している．夏

記憶に新しい 2010 年（平成 22 年）の猛暑で場の気温上昇は，熱中症による死亡者数の増加

は，全国（宮崎県を除く）で 7～8 月の間に、2008に繋がり，対策として 2011 年（平成 23 年）か年比 26～256%増の家畜の死亡又は廃用頭羽数

らは気象庁による「高温注意報」の発表が開始が報告されている 9）．

された．

この対策として，農林水産省では「家畜への東日本大震災後，電力供給体制に不安が残る中で，節電しながら猛暑を乗り越えるための方法に注目が集まっている．動力源不要で散水可
能な当システムは，省エネ型冷却用途に適したものと言える．
4.1.1 打ち水効果による冷却
日本に古くから伝わる「打ち水」の習慣により，気温低減を狙う試みが夏場各地で行われている．ミストやスプリンクラー等，水の気化熱を利用した冷房商品は，電力を使わないエコな（拡大図）
ツールとして人気も高い．
真夏の戸外で当社の散水システムを利用した
場合，どのくらいの気温低減が見られるか実験した様子を図 9 に示す．ガーデンパラソル上部に設置したノズル 4 本から 30 分間散水した結果，

図 9 レインカーテンによる冷却効果確認

2℃の気温低下が確認された．電源不要，使用水（平成 23 年 7 月，気温 35.8℃，晴れ）暑熱に対する技術指導の再徹底について」を発

4.3

出，適切な高温対策のためのリーフレット配布

これまで挙げた冷却や潅水用途以外にも，防を行った．その中で暑熱対策法として，遮光，塵，融雪，乾燥防止，撮影等の特殊演出など，断熱材塗布，送風とならび，屋根散水が記され季節に依存しない様々な用途への応用が期待さている．井戸水を利用したスプリンクラーを屋れている．

その他

根に設置して，畜舎の温度上昇の抑制を行った
牛舎では，夏期の乳量の向上や，分娩間隔の短5．お わ り に10）

縮など，生産性の向上が報告されている．

4.1.4 太陽光発電パネルの冷却

本稿では，当社の開発した人工降雨システム

2009 年（平成 21 年）に太陽光発電の固定買について，その原理や応用例について紹介した．

取制度が開始して以来，太陽光パネルの普及は今後は展開が期待される分野への実績を上げ順調に進んでいる．2011 年（平成 23 年）の計るべく，各種実証実験を重ねていく．

画停電の実施，そして 2012 年（平成 24 年）の当社では現在，本システムを始めとして，蓄買い取り価格 42 円/kW 時の決定で，電気の自給電システム，高純度貴金属リサイクルシステム，自足に対する意識が高まっている．

バイオ燃料混合装置など，地球環境に配慮した一般的な結晶性シリコン系の太陽電池では，温度が高くなると発電量が低下する特性を持っ製品の開発，普及を進めている．
当社の保有技術が，地球温暖化対策の一助と11 ）ている．その温度係数は約-0.4~-0.5%/℃で，なるよう，今後も開発に取り組む所存である．

真夏に素子表面温度が 60℃近くまで上昇すると，太陽光パネルの発電効率は 20%近く低下することになる．散水冷却による発電効率のアッ文

献

プは，すでにパネルメーカーや散水メーカーにより実証されているが，当社システムのメリッ

1) 「雨の強さと降り方」気象庁(2000)．

トである散水動力源の不要やシステムの軽量性

2) 「アメダスで見た短時間強雨発生回数の長は，屋根設置の散水システムとして大いに期待できるものである．パネルへの散水冷却においては、施工時の建屋漏水防止、近隣への飛散の影響、および使用する水の水質に十分注意する

3) 島伸一郎，水口毅: 物 性 研 究 ， 77(2)， pp.
3-19 (2001)．
4) JIS C 6072 1-2-2, 環境条件の分類

自然環

境の条件－降水 (1996)．

必要がある。
4.2

期変化について」気象庁(2012)．

5) 浦，大塚: 日本建築学会大会学術講梗概集

緑化施設潅水用

気温上昇を抑制する取組として，東京都が制2

pp.523-524 (2002) ．

定している緑化条例では，1000 m 以上の敷地

6) さいたま市水道局水道料金一覧 (2010)．

で開発計画や建築計画を行う場合，事業者は敷7) 東北電力株式会社「夏期節電手法のご紹介」

地や建築物上での一定基準以上の緑化が義務付けられている．
多くの事業者が屋上・壁面緑化を導入して緑(rev.2.0 版)，p.27 (2011)．
8) NIRO「AQUA ルネッサンス神戸検討委員会報告書」，pp.98-99 (2009)．

化面積の拡大に努めているが，樹木や植物，用9) 農林水産省， 9/16 プレスリリース(2010)．

土，水分，潅水設備など，緑化に伴いかなりの10) 社）中央畜産会 HP 畜産生産性向上促進総重量が建物にかかる事となる．近年では，技術合対策，http://jlia.lin.gr.jp/seisan/

開発により土壌や基材の軽量化が進んでおり，

リーフレット (2010)．

建物への負担は軽減傾向である．屋上緑化用の11) 松川洋，黒川浩助: 太陽／風力エネルギー

潅水設備として，メンテナンス性や軽量性は，講演論文集， pp.153-156，北九州 (2004)．

当システムの大きなメリットとなる．