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【発明の名称】 集水金属プレートおよび集水エレメント
【発明者】 【氏名】腰山 英弥

【氏名】腰山 琢弥

【要約】 【課題】大気から大量に集水する造水装置,建物全体を冷やす冷房装置,室内大空間に用いる加湿・除湿装置,電力を消費しない屋根除雪装置に関する。

【解決手段】大気の湿気から集水する、濡れ易い高集水性金属プレートAの造水方法およびこの金属プレートAを要素として用いて冷却し易く形成した集水エレメントB並びにこの集水エレメントBを用いて大気から大量に集水するように構成した集水デバイス等を搭載することによって課題となる各装置等の目的機能を達成する産業用資材を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
耐腐蝕性および熱伝導性を有する金属板の表面に対して、粗引き研摩または/および各種サイズの粒体の圧力噴射または/およびプラズマまたは/およびレーザー等の加工を施すことによって、前記金属板表面を粗面化し、該粗面の状態は加工前の表面積に対して加工後の有効表面積をn倍(約3倍以上)にするように微細な凹凸粗面を設けたことを特徴とする集水金属プレート。
【請求項2】
請求項1における金属板または粗面化した金属プレートの表面に対して、集水性の物性を有する酸化物(TiO2,
SiO2等)の微粉末をゾル液にして付着させてから、該酸化物の結晶構造が高度な集水性を現出するような施工条件のもとで焼付固着加工を施すことによって、該表面を高集水性に改質したことを特徴とする高集水金属プレート。
【請求項3】
前記請求項の加工における製造物の品質評価方法に関して、請求項1の粗面化加工については評価の基準となる標準物と製造物に対して光を照射し、反射した光量の差をもって良否の判定をする粗面評価装置を用い、請求項2の親水化加工については評価対象面に対して水を滴下し、非親水性の水滴/高親水性の水膜等の表面付着水の付着状態をカメラ映像によって良否判定をする親水評価装置を用いて製造したことを特徴とする高集水金属プレート。
【請求項4】
前記請求項の生産プロセスにおいて、請求項1の粗面化加工,請求項2の高集水化施工および請求項3の品質評価プロセス順序に従って構築した生産設備によって製造したことを特徴とする高集水金属プレート。
【請求項5】
請求項1または請求項2における金属板または高集水金属プレートの各々の2枚を対面させ、対面した2枚の間に熱運搬性に優れた熱運搬用媒体を封入して狭持固定することによって複合型に形成したヒートプレートとし、該ヒートプレートの一部分を冷やすことによって速やか全体がに冷却され、前記金属板または高集水金属プレートの表面に大気中の湿気が結露し易く高い集水性を発現するように構成したことを特徴とするヒートプレー型の集水エレメントの要素となる集水金属プレート。
【請求項6】
請求項5におけるヒートプレートにおいて、該ヒートプレートの両面または片面に対して、請求項1または請求項2の金属板または高集水金属プレートを一体型に重ね合わせてハイブリッド型に形成し、前記ヒートプレートの一部分を冷やすことによって、全体が速やかに冷却され、該ハイブリッド板の表面に大気中の湿気が結露し易く高い集水性が発現するように構成したことを特徴とするハイブリッド型の集水エレメントとなる集水金属プレート。
【請求項7】
請求項5または請求項6における集水エレメントを、大気中の湿気から大量に集水する造水装置等に用いる場合、該集水エレメントの表面積を大きくするため複数(n)枚の該集水エレメントを用い、各々間隔を設けて並べ重ねることで集水能力をn倍に大きくしたデバイス型に形成し、n枚の該集水エレメントを各々冷やすことで該デバイス全体を冷却し、大気の湿気から大量の水を抽出する造水装置に用いる要素とし、該デバイスが生成する水質が純水であることを利用してミネラル等の金属イオン(Ca,Mg,Fe,Mn等)の含有を嫌う各種産業用水にも用いたことを特徴とする造水装置用の集水デバイスとなる金属プレート。
【請求項8】
請求項1または/および請求項2の集水金属プレートを建物冷房装置として用いる場合、複数の該集水金属プレートを建物の外壁に取付け、集水化の加工面に対して水を注ぐことによって水滴として落下することなく水膜が付着した状態とし、この水膜の水が気化する際に発現する周囲から大量の熱を奪う気化熱現象を効果的に応用することによって、消費電力を大幅に削減する建物全体を冷やすための建物冷房装置の要素として用いたことを特徴とする建物冷房装置用の集水金属プレート。
【請求項9】
請求項1または/および請求項2の集水金属プレートを空間加湿装置として用いる場合、複数の該集水金属プレートを室内の壁付近に立掛け、集水性に改質した表面に対して水を注ぎ、この水は落下しないで水膜が付着した状態とし、この水膜の水が気化した水蒸気が乾燥した空間の空気を加湿する空間加湿装置の要素として用いたことを特徴とする加湿装置用の集水金属プレート。
【請求項10】
請求項5または請求項6の集水エレメントを空間除湿装置として用いる場合、その空間の壁付近に該集水エレメントを立掛け、他の場所に設置した冷却機が発生した冷気を輸送して該集水エレメントを冷やすことによって、空間内の空気から湿気を結露させて除去する空間除湿の要素として用いたことを特徴とする除湿装置用の集水エレメントとなる集水金属プレート。
【請求項11】
請求項10の除湿装置用の集水エレメントにおける設置状態に対し、請求項9における水を注ぎ込む注水機構を付加して併用することによって、空間除加湿装置として用いる場合、空間空気が乾燥している時には該集水エレメントの集水性に改質した表面に対して水を注ぎ込むことによって請求項9に述べた加湿装置として動作させ、空間空気が湿り過ぎて不快な時には請求項10に述べたように集水エレメントを冷やすことで空気の湿気を結露させて除湿する除湿装置として動作させ、加湿と除湿の両機能を賄う一体型の装置とした空間除加湿装置の要素として用いたことを特徴とする空間除加湿装置用の集水エレメントとなる集水金属プレート。
【請求項12】
請求項5または請求項6における集水エレメントを屋根除雪装置として用いる場合、複数の集水エレメントを建物の屋根上に置載固定し、一方では地下熱等の熱源を集熱する集熱体を備え、前記集水エレメントと前記集熱体の間を熱運搬性に優れた導熱線によって熱的連結をすることによって、商用電力や燃料を使用せず無料エネルギーとなる地下熱だけの使用により、屋根に積雪した雪を自動的に除去する屋根除雪装置の要素として用いたことを特徴とする屋根除雪装置用の集水エレメントとなる集水金属プレート。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明の目的は、濡れ易いように表面を集水性に改質した集水金属プレートの製造方法,該集水金属プレートを用いて大気の湿気から集水をし易くした集水要素となる集水エレメントの構成方法,および集水金属プレート並びに集水エレメントに関する各種の使用方法に関する。
【0002】
本発明の要点は、濡れ易い集水性の金属プレート(以下、「プレートA」)に対して冷気の運搬性に優れたヒートプレートを用いることによって様々な環境装置に用いる要素として形成した集水エレメント(以下、「エレメントB」)および大気の湿気から大量の水を安価に集水できるように複数のエレメントBを並べ重ねて構成した集水デバイス(以下、「デバイスC」)等について言及するものである。
【0003】
集水性は物質的な現象からみると親水性である。親水性について、金属板上における付着水の状態を図1〜3にて説明する。図1は非親水時の水滴,図2は親水時の水塊,図3は超親水時の水膜の状態を示している。親水性が進行すると水膜状態になり集水性が向上する。
【背景技術】
【0004】
金属板は一般的に水を嫌う。従って従来から金属板表面の濡れや錆等による害を阻止するための様々な技術的手段が研究され、実用化されてきた。本発明が目指す技術は、金属板表面を濡れ易いように改質することによって大気の湿気から大量に集水すること等であり、従来とは逆の発想である。大気から集水する同類の技術や製品は目下のところ見当たらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明となる濡れ易い集水系の要素における主な用途は、大気から大量に集水する「造水装置」,建物全体を冷やす「建物冷房装置」,室内空気の湿度をコントロールする「加湿/除湿および両機能を備えた除加湿装置」,屋根の積雪を自動除去する「屋根除雪装置」等である。これらはいずれも電気や燃料等のエネルギーを殆ど必要としないため、未来志向型の環境機器といえる。本発明はこれらの機器に対する主要な要素となる産業資材として提供することに関する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
発明が解決しようとする課題は、金属板を濡れ易く集水性に優れた表面に改質するための製造方法,並びに0005項に示した各機器に対して本発明になる集水系要素の使用方法であり、以下説明する。
【0007】
1つ目として、金属表面の粗面化である。濡れ易く高集水性にするための必要条件は、金属表面の単位面積当りの有効表面積を極大化することである。そのためには金属表面に対して粗面化とする加工をする必要がある。
【0008】
2つ目として、金属を高集水化する表面改質である。酸化チタン(TiO2)などの親水性物質が高集水性を発現するための施工条件のもとで金属結晶に密着した状態で親水性物質の結晶を生成させる必要がある。この両物質の結晶同士を密着させるためには、金属結晶面に対しても粗化加工をしておくことが肝要である。
【0009】
3つ目として、高集水度合の減衰防止である。2つめの親水性物質の結晶化では高温加熱の施工であり、急冷することは親水度合を減衰させる。従って親水度合を固定化するためには高温から常温へ温度域を下げていく時間的過程が重要である。
【0010】
4つ目として、品質管理である。安定した品質で生産を継続するためには、製造物の対象面における粗面状態および親水度合の品質評価を実施したものを顧客に提供することが必要であり、自動制御機能を備えた生産設備によって生産する必要がある。
【0011】
以上が本発明となるプレートAの製造方法に関する課題である。続いて集水系の要素における使用方法に関する課題について述べる。

【0012】
造水装置に関する課題:水不足に悩む世界の人口は国連白書によると現在は約9億人,2075年頃には40億人になると予測されている。自然の猛威が人々から生命を奪おうとしている。生存のためには水は必要不可欠である。将来、益々既存の水源は減少していくため、既存の水源に頼らない取水方法が強く求められる。本発明は、水源を安定した大気中の湿気に求め、大量且つ安価に集水できる手段としての造水装置を提供することに関する。
【0013】
海水淡水化プラント:大量の水を得る既存の取水方法として本プラントがあるが次の短所がある。海に近く資金力のある大都市では導入可能であるが、食料生産地等の過疎地では費用対効果の面から恩恵を受けることができない。結果として、生活を追われた人々が村を捨て都市部周辺にキャンプを張ることによって諸問題の発生源となってくる。
【0014】
建物冷房装置に関する課題:国際的課題であり、京都議定書の約定でもある省電力に関する。大電力を消費するのは夏期の冷房電力である。電力を使った冷房に頼らない手段が求められる。本発明は、自然現象である気化熱を応用して建物全体を冷やす手段として高性能且つ低コストな建物冷房装置の提供に関する。

【0015】
室内加湿装置に関する課題:現在の建物では空調機器が完備されているが、加湿機能を備えたものは少なく、室内の空気は年間を通して乾燥した状態となっている。従って快適な空間にするためには適度な加湿をする必要がある。現在は小空間用の加湿器が市販されているが、大空間向けの加湿装置は存在していない。乾燥空間内で長時間居住することに耐えられない人々が増えている現在、大空間向けの加湿装置が求められる。本発明は、高性能且つ低コストな加湿装置の提供に関する。

【0016】
室内除湿装置に関する課題:地下室やトンネル内等大空間内の空気は湿っている。この空間内で作業する人々や湿気に弱い物を設置する場合、除湿が必要となる。市販の空調機器でも賄うことができるが、費用対効果を満たすのは難しい。従って、この点から満足できる安価かつ高性能な除湿装置が求められる。本発明は、高性能且つ低コストな除湿装置の提供に関する。
【0017】
室内除加湿装置に関する課題:快適な室内空間を維持するためには、年間を通して加湿と除湿の両方を賄える除加湿装置が必要であるが、目下のところ市販されていない。0015項の加湿装置と0016項の除湿装置の両機能を賄うことのできる装置によって解決できる。
【0018】
屋根除雪装置に関する課題:屋根の雪を電力使用ゼロで自動除雪することが目的である。豪雪地では屋根の雪下ろしの際に落下による死傷事故が頻発している。今後、地球温暖化の影響によって日本海の海水温が上昇し大量の水蒸気が発生し大量の降雪が予想されている。安全且つ安価に雪下ろしするための手段が求められる。現在でも屋根の雪下ろし用機器は市販されているが、見栄え,取扱性,導入コスト,ランニングコスト,騒音等の欠点があり普及を妨げている。本発明では、これらの欠点を解消した屋根除雪装置の提供に関する。
【発明の効果】
【0019】
0005項〜0018項に示した各課題に対する発明の概要とその効果について、以下説明する。
【0020】

金属表面の粗面化:金属の表面を集水性に改質するためには、表面の有効面積を極大化する表面粗化が必要条件である。粗面の状態は加工前の表面積に対しn倍にする粗面化施工が必要である。n=3倍以上が望ましい。この粗面金属板は、家電品や雑貨品等には水切り性や衛生面の観点から改善をする部品として使用することができる。

【0021】
高集水化表面改質:金属表面に対して親水性物質となる異質のものを固着することによって金属表面を改質する加工である。この加工は、施工管理が重要である。この管理内容は、親水性物質の粉体サイズであり、0020項の粗面に比べて約100分の1以下とし、有効表面積を維持する。一方、親水性物質による集水の度合を最大に発現させるための施工条件のもとで結晶化し、この結晶を金属粗面に密着結合することが重要であり、この結合強度を強化するためには金属結晶に対してもプラズマまたはレーザー等によって粗化する前処理加工が必要である。また、加熱によって結晶化した後も高集水度を維持させるための徐冷時間が重要である。
【0022】
前述0020項および0021項の施工によって、濡れ易く集水性や保水性に優れた高集水性および高親水度を発現するプレートAが実現する。この実現によって、プレートAを主要要素品とし、0005項に挙げた主な用途に対しても実現させることができる。各装置毎に以下説明する。
【0023】
造水装置について:本装置は水を欲する世界の人々に生活基盤の提供に繋がるものである。水無しでは生体は消滅するため、生存を保証する必要不可欠のものでもある。電力を太陽光や風力に求めることで電源も水源も無い場所でも集水が可能であり、運搬できる砂漠のオアシスともいえる。用途は、砂漠の緑化,食料生産用水,飲料水等であり、人間社会成立のための基礎資源を提供する。
【0024】
建物冷房装置について:0014項に述べたように、水の気化熱現象を効果的に応用するものである。夏期における消費電力を自然現象によって約半減させる効果がある。建物が密集した都市において全建物に利用することによって、街全体が涼しくなり集客効果が高まる。
【0025】
加湿/除湿装置について:小空間内の家電品は市販されているが、ビルディング,体育館等の大空間用のものはニーズがあっても市販されていない。本発明はこのニーズに応えるものである。快適な空間としての室内湿度は約50%前後であるが、自動的に湿度を調整する装置を提供することができる。
【0026】
除加湿装置について:除湿と加湿の両機能および年間を通して最適な空間湿度に自動調節する制御装置を備え、大空間に対応した電力を殆ど必要としない製品を提供することができる。
【0027】
屋根除雪装置について:濡れ易いプレートAの用途として最もわかり易いものである。プレートAおよび地下熱等無料の熱源を用い、凍結を回避することができる。ランニングコストゼロの除雪装置を提案できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
本発明となる基礎的な要素となるものは、濡れ易く大気の湿気から集水する高集水性のプレートAである。このプレートAを多目的な用途として使い易い形態に構成したものが、プレートAに対して熱運搬性に優れたヒートプレート機能を付加したエレメントBである。このエレメントBを多数並べ重ねることで大気から大量に集水できるようにしたデバイスCである。これらのプレートA,エレメントB,並びにデバイスCによって様々な環境機器に用いることができるようにした主要な要素として適用する。以下適用例について述べる。
【0029】
プレートAの材質はステンレス(SUS304)でサイズは1000×1000(1500)×0.3mmである。またデバイスCのサイズは、エレメントBを75mm間隔毎に24枚並べた場合の外形サイズは1×1(1.5)×1.8m,容積は1.8(2.7)立方メートルである。以下、適用例について述べる。
【0030】
造水装置に関して:ニーズの大半は大水量を求められるためデバイスCを用いる。湿度が60%/30%時の目標水量は、0029項に示した容積が1.8立方メートルの場合では、1日当り2/1トンになる。1リットル当りの水単価は約0.5円程度である。本装置の装備品は、デバイスCを中心に、冷却装置,超音波発振器,制御装置,貯水槽,架台等および電源電力を揃えることで造水機能を実現できる。
【0031】
建物冷房装置に関して:建物の外壁にプレートAを取付けて用いる。プレートA以外で装備するものは、プレートAに注水する注水用の関連部品,および水源のみでよい。水源を0030項の本造水装置とし、電源を太陽光や風力の発電装置を用いることで、電気代も水道代もゼロになる。対象建物に合わせて施工するため定尺寸法は無い。

【0032】
室内加湿装置に関して:室内の壁付近にプレートAを立掛けて用いる。プレートA以外で装備するものは、プレートAに注水する注水用の関連部品および水道栓である。また外部に設置した0030項の造水装置でもよい。壁に合わせて施工するため定尺寸法は無い。

【0033】
室内除湿装置に関して:室内の壁付近にエレメントBを立掛けて用いる。エレメントB以外で装備するものは、冷却装置,超音波発振器,制御装置,排水系の部品等である。壁に合わせて施工するため定尺寸法は無い。
【0034】
除加湿装置に関して:本装置は0032項の加湿装置と0033項の除湿装置の併用型であり、エレメントBを用いる。装備品は両装置用のものを全て用いることで両機能を賄うことができる。サイズは0033項の除湿装置と同じである。
【0035】
屋根除雪装置に関して:エレメントBを屋根上に置載して用いる。装備品は地下熱等無料の熱源から熱を集める集熱体およびエレメントBと前記の集熱体の間を熱的に連絡する導熱線,並びに据付用の付属品等のみである。屋根のサイズに合わせて施工するため定尺寸法は無い。
【実施例】
【0036】
本実施例における濡れ易い集水性の金属板について以下説明する。
図1は非親水性金属板面上の水滴を示す断面図,図2は高親水性の金属板上での水塊を示す断面図,図3は超親水性金属板上での水膜を示す断面図であり、親水度合が進むと水滴が水膜の状態になることを示している。図4は高集水性に表面を改質した金属板の断面概念図,図5はTiO2結晶構造が超親水性を発現した状態の倍率2万倍の電子顕微鏡による平面写真,図6は図5の斜視状態写真,図7はプレートAの生産工程フロー図である。
【0037】
本実施例におけるプレートAの使用方法について図によって説明する。
図8はエレメントBの外観図,図9は両面型エレメントBの断面図,図10はデバイスCの概観図,図11は集水状態と水膜除去状態の説明図,図12は造水装置の外観図,図13は建物冷房装置の据付状態図,図14は建物冷房装置の据付状態の断面図,図15は室内除湿装置の据付状態図,図16は片面型エレメントDの断面図,図17は屋根除雪装置の据付状態図,図18は屋根除雪装置用の集熱体の断面図,図19は屋根除雪装置の施工付属品図である。

【0038】
図1〜4における5は金属板,6は非親水時の水滴,7は高親水時の水塊,8は超親水時の水膜を示す。図4の10は金属板5の表面を粗面化した後の凹凸状態を示した状態の模式図であり、図4の11は親水化物質のTiO2等を固着した薄膜の親水面を示す。実際には図9に示す親水面11に見るように複雑な模様の凹凸面である。使用する金属板5の材質は、ステンレス(SUS304)またはアルミニウムである。
【0039】
粗面加工の方法:粒度が様々に異なる硬質の粒体を圧力噴射するサンドブラスト加工を施し、加工前の表面積に対して有効表面積が約3倍以上になるように大小多数の微細な凹凸を有する粗面にする。この粗面化加工は粒度の異なる粒体にて複数回施工することによって達成可能である。
【0040】
結晶面加工の方法:造水装置に用いるデバイスCでは付着水膜を除去する際に超音波加振を作動させるため、後付けの結晶が欠落し易い。従って、金属板と異なる物質を表面に結晶させるには結合強度を向上するための予備加工が必要となる。この予備加工はプラズマ等を用いて金属板の結晶面にも凹凸状の粗化加工を施しておく。
【0041】
高集水化表面改質:高集水化するために、超親水性を発現させるには親水化物質(TiO2)を金属板5の粗面10に対して薄膜状態で固着させる必要がある。この作業方法は、TiO2の微粉末入りゾル液を対象面に吹付塗布した後、親水度合を最大に発現するための施工条件のもとに焼付加工する。加熱焼付条件となる温度/時間は、約400℃/約30分である。図5〜6に示した写真は超親水性を発現したTiO2結晶30がアナターゼ構造の結晶状態を示す。
【0042】
親水性の固定方法:加熱によって結晶30が生成した直後に高温から常温に一気に冷却すると、親水性の度合が減衰する傾向があるため、加熱温度から常温まで温度低下する時間を制御して徐冷する必要がある。温度400℃から常温までの時間は約30分以上を要する。
【0043】
プレートAの製造方法:図7にて、プレートAの生産工程を説明する。本実施形態は、フリーフローライン方式の自動生産設備である。このラインの有効幅は約1000mmの9工程によって構築している。
【0044】
工程1:サイズが1000×1000(1500)×0.3mmの金属板5を段積みされた場所からライン上までロボットによって自動供給する工程である。
【0045】
工程2:粗面前加工、圧力噴射される粒体サイズは約0.1〜1.0mmのサンドブラスト加工であり、金属表面に対して粗目の粗面化を施す工程である。
【0046】
工程3:粗面後加工で、圧力噴射される粒体サイズは約0.1mm以下のサンドブラスト加工であり、金属表面に対して細目の粗面化を施す工程である。工程1と2の粗面化加工によって粗面10が現出し、有効表面積を加工前の3倍以上にする。

【0047】
工程4:粗面10に対し、プラズマまたはレーザーを照射することによって金属板表面の結晶にもダメージを加える工程である。製造物の用途によっては、本工程は不要である。

【0048】
工程5:粗面10に対し、TiO2微粉末入りのゾル液を吹付塗布する工程である。TiO2の膜厚は1〜0.001ミクロンの超薄膜であり、重要な吹付の加工条件である。ゾルのTiO2濃度,噴射量および噴射時間等が重要であり、制御装置と作業者の両面によって生産管理する。

【0049】
工程6:加熱用電気炉によってTiO2の超親水性結晶をアナターゼ構造に生成する工程である。アナターゼ構造の結晶にするためには、加熱の温度と時間の管理が重要であり、自動制御装置によって行なう。温度/時間は約400℃/30分である。

【0050】
工程7:親水性の特性を固定するための徐冷工程である。製造物の表面温度が約400〜150℃までは徐冷約25分,約150〜50℃までは急冷約5分である。最終温度の50℃は作業者の安全確保を目的としている。

【0051】
工程8:品質管理の工程である。光照射による反射光量の比較によって粗面化の良否判定する粗度評価装置および水滴落下による水膜の付着状態をカメラ映像によって良否判定する親水評価装置を備える。また良品は次工程へ,不良品はラインから外される。

【0052】
工程9:完成した製造物をロボットによってラインから排出し、指定位置に自動段積する。同時に品質証の自動貼付も行なう。品質証には、生産日,検査員No.,シリアルナンバー等が印字される。以上でプレートA生産工程は終了である。

【0053】
プレートAを主要な要素として用いた実施例について以下の(1)〜(6)にて説明する。
(1)造水装置:本装置の原理と達成手段について述べる。造水の原理は金属を冷やすと表面に結露水が生成される自然現象である。この現象を最大限に利用することによって大量の水を大気から集めるための手段が本発明の要点の1つである。大量集水の達成手段は次項0054に挙げる5点である。
【0054】
1点目は、濡れ易く集水性に優れた集水金属プレートの「プレートA」
2点目は、プレートAを冷却性と取扱性を形にした「エレメントB」
3点目は、エレメントBの多重化によって、大量集水を目指した「デバイスC」
4点目は、冷却装置によってエレメントBの一部の冷却で全体が冷却されること
5点目は、金属板面に付着した水膜の厚さが飽和する前の増量過程内の時間帯において、付着水膜を除去することによって集水量1000倍以上になる。これが最も効果の大きい造水の仕掛けである。この水膜除去の手段として超音波加振を用いる。この5点が希望通りの水量を得るための仕掛けである。実施例での水量は前述0030項,形態は図10および図12を参照されたい。
【0055】
エレメントBの外観を図8に、断面を図9に示す。集水性に改質した親水面11を外側に向けた2枚のプレートAの間に熱運搬性に優れたヒートプレート20を挟持し、接合面12は熱的接合を施して一体型に形成したものが両面型のエレメントBである。室内除湿装置や屋根除雪装置に用いる場合は、図16に示すようなプレートAを片面のみとし原価を下げた片面型エレメントDを用いる。
【0056】
ヒートプレート20について説明する。ヒートプレート20は2枚の薄いアルミニウム板21と22によって図9に示すように形成している。21と22の中空間24は連通するように複数の仕切壁23を設け、24には熱運搬性に優れた熱運搬性媒体25を封入する。ヒートプレート20の冷却端面26を冷却すると熱運搬性媒体25の働きによって速やかにアルミニウム板21と22が冷却され、金属板5が冷やされて、エレメントBの全体が冷却される。この冷却によって、親水面11には大気中の湿気が結露し、効率よく集水される。
【0057】
大気から大量に集水するデバイスCについて、図10を用いて説明する。複数(図10では14枚)のエレメントBを間隔を設けて並べ重ねたものがデバイスCである。図10では金属板5の使用数が28枚であり、金属板5における1枚の集水能力に対して28倍になるように構成した事例である。
【0058】
デバイスCは、複数のエレメントBを串刺しにして固定する複数の固定棒30,ヒートプレート20の各冷却端面26に対して冷気を輸送して配分する冷気管32,冷気管32を格納するカバー33,親水面11に生成した水膜14(図11に示す)を超音波振動子31の作動によって除去するように構成する。エレメントBの取付数を増設することによって希望通りの集水量を設定できることが本発明の効果的な特長でもある。
【0059】
デバイスCの集水動作について、図9を簡単に表した図11を用いて説明する。図11の左図は、ヒートプレート20の冷却によって金属板5が冷やされ、粗面化と集水性に改質された親水面11の表面に水膜14が生成された状態を示している。図11の右図は、水膜14を除去するため超音波振動子31の動作による超音波加振が与えられ、水膜14が親水面11から弾き飛ばされた水15となった状態をわかりやすく示したものである。尚、親水面11は複雑な凹凸面で図示が難しいため鋸刃状態の略図とした。また水15は弾き飛んでいるが、実際にはにじみ出るようにしている。この弾き/にじみの条件は、超音波の発振周波数の大小と発振パワーによって調整可能である。「にじみ」の条件は、500W 約30KHz,加振時間は約5秒×枚数である。
【0060】
造水装置本体の実施例となる外観を参考までに図12に示す。本発明は図10に示したデバイスCが主体であるため、図12の詳細説明は略する。図10で略し、図12に図示した装備は、水を中心に集める漏斗板34,貯水槽35および蛇口36である。また、造水装置には必要不可欠であるが、冷却装置本体,超音波発振器本体,制御装置,および電源等の装備品は図示を略す。
【0061】
(2)建物冷房装置:本装置は、図13および図14を用いて説明する。ビルディング建物70の外壁72の窓を除いた全面に対して、プレートAを取付けて用いる。手摺壁71の付近にプレートAにおける親水面11の上端に水を供給するための樋体75を備える。樋体75の給排水は、送水ポンプ78(図省略)から送水管77を経て送られた水が、樋体75内の水槽73に至り、排水スリット74から必要とする水量が少量ずつ排出される。水槽73の中には落ち葉等の異物混入を防ぐため、樋体75の上部にフタ76を設ける。図13の樋体75には見易くするためフタ76の図示は略している。
【0062】
本冷房装置の原理と動作について説明する。原理は、水が気化する時に周囲から大量の熱を奪う気化熱現象を応用するものである。一般的には「打ち水効果」と言われている。動作に関しては、超親水性の親水面11上の水は水滴として落下せず、水膜として付着した状態になり少しずつ下降する現象が発現する。この付着水が気化して減量すると、そこを満たすように水が浸入してくる。この注水と気化のくり返しが気化熱による建物全体を冷やすための原理と動作である。
【0063】
外壁72とプレートAの間に空間79を設けておくと裏面の効果もあるので施工条件としておく。また、本装置の打ち水効果は該当建物ばかりでなく建物周囲や街全体にも波及するので、商店街等の街づくりにも好適である。
【0064】
本冷房装置用の水は水道水でもよいが、塩素化合物やミネラルを含有しており排水スリット74が詰まってくるため、定期的に清掃する必要がある。このメンテナンスを避けるためには、前述の造水装置によるクリーンな水を使用すればよい。その理由は、水蒸気が一気に水になった純水系の真水であるため、不純物がほとんど混入していないからである。この造水装置を建物屋上に備えることで、屋上緑化による癒しの空間づくりや、緊急時の水源の確保もできるので全体として好適である。
【0065】
(3)室内加湿装置:本装置の目的は、乾燥した室内空気に対して水分を含ませて加湿することである。加湿方法は前述の建物冷房装置と同方式である。建物冷房装置におけるプレートAは建物外壁への取付けに対し、本装置は室内の壁付近にプレートAを立掛けて用いる。実施例としては、後述の(5)除加湿装置において説明するので割愛する。
【0066】
(4)室内除湿装置:本装置は図15の室内除湿装置の据付状態図によって説明する。41は室内壁,42は据付壁面,43は外置きの冷却装置,44は冷気輸送管,45は冷却端末,46は45の装飾カバー,47は排水用の装飾樋,48は44と45の連結口,49は超音波発振器本体と振動伝達線,31は超音波振動子,Dは図16のエレメントD(図9のエレメントBでもよい),11はエレメントDまたはエレメントBの親水面を各々示す。
【0067】
本除湿装置の据付けにおいて、エレメントD/Bと振動子31の使用数は同一である。また、施工時においてエレメントD/Bと壁面42の間は10cm程度の間隙を設けておく。建物外へ排出するための排水管は図示を割愛する。
【0068】
動作手順について説明する。冷却装置43の冷気は、冷気輸送管44,連結口48,冷却端末45を経て集水エレメントD/Bが冷やされ、室内空気の湿気分が親水面11に結露水として抽出される。親水面11上の水は水滴として落下せず水膜状態で付着する。この水膜を除去するため、超音波発振器本体49のタイマー作動によって振動子31を動作し、水膜を水塊にして落下させ装飾樋47から建物外に抽出水を排出する。振動子31の動作時間はエレメントD/B1枚当り約5秒間であり、動作音は超音波であるため無音である。
【0069】
(5)除加湿装置:室内の空気湿度は春夏秋冬で変化する。快適湿度は人によって異なるが概ね50%である。従って加湿と除湿が必要になってくる。結果として(3)の加湿装置と(4)の除湿装置の両機能を備えた装置が求められる。本除加湿装置は、エレメントD/Bと両装置が必要とする装備品の両方を用いることによって可能である。除湿装置の図15を用いて以下概説する。
【0070】
除加湿装置として動作する場合は、(4)の室内除湿装置と同じでよい。加湿装置として動作する場合は、(2)の建物冷房装置と同じように、エレメントD/Bの親水面11の上端から水を供給すればよい。従って図15の状態に追加する装備品は冷却装置43付近に送水ポンプ78を追加し、装飾カバー46の内側には樋体75を格納させて、各々追加装備をしてから、樋体75のスリット74から、エレメントD/Bの上端に水を少量ずつ流下する。以上で除湿装置として機能する。また快適湿度を維持するために自動制御装置を備える必要がある。そのためには、湿度と温度の検知センサー等を内蔵した制御回路とし、装備品となる冷却装置43,超音波発振器本体49、送水ポンプ等の制御運転をすればよい。
【0071】
(6)屋根除雪装置:図17〜19を用いて説明する。図17は本装置の据付状態図,図18は本装置専用の集熱体,図19は本装置用の施工付属品である。本装置の外部から見えるものは、片面エレメントD,導熱線57および集熱体50の頭部のみである。施工は容易且つ安価であり、使用電力ゼロである。
【0072】
図18の集熱体50について、構造から説明する。60は地面,61は地中,51は地中埋設頭,52は地下熱の受熱管,53は貯熱頭,54は断熱管,58はキャップ,51と52,52と53,52と54および54と58は各々ネジ嵌合,55は53に設けた線穴,56はハンダで導熱体57と貯熱頭53を熱的に接合,59はキャップ58の横孔に嵌着したゴムリングを各々示す。集熱体50のサイズはφ90×1000(mm)である。
【0073】
集熱体50の使用方法は、図18に示すように集熱体50を地中に埋設してから、導熱線57を延長して、地下熱(約15℃)を片面エレメントDに伝達する。この伝達の途中に、図19に示すような施工用付属品65を用いる。集熱体50内から延長された導熱線57は、地下熱を連結口67,送熱管66を経て、熱分配端子68まで熱運搬する。端子68から片面エレメントDに対して熱を受け渡すには、細い導熱線(図示省略)を用いて行なう。尚、片面エレメントDと端子68は同数である。屋根と片面エレメントDとの固定用金具は図示省略する。

【0074】
屋根除雪に至る動作内容について説明する。地下熱は地表から1mくらいの地下の温度は約15℃前後であり、年間を通じて変化の無い無限の熱源である。この熱源を応用して本除雪装置を稼動するので、消費電力を一切必要としない。地下熱によって片面エレメントDは温められ、厳寒時でも凍結はしない。温められた親水面11の表面には常に水膜が張られ、濡れた状態になっているため、積雪は雪崩現象により落下する。これがくり返されることによって雪下ろし作業が不要となる。
【0075】
本除雪装置に用いる装備品の材質について、熱伝導系の埋設頭51,受熱管52,貯熱頭53,導熱線57は高熱伝導性の銅系合金を用いる。また、導熱線57は銅系合金細線の撚線を束ねたもので、その外周には断熱性被覆を施したワイヤーである。断熱管54とキャップ58は複合樹脂材を用いる。
【0076】
集熱体50は地下埋設専用であるが、設置対象の建物付近に冬期であっても10℃以上の熱源が存在する場合は、本集熱体50を用いず、導熱線57だけで賄うことができる。この場合は、導熱線57の被覆を除去して裸体にしてからその部分をその熱源に投入しておけばよい。
【0077】
変形例について述べる。図7に示したプレートAの生産において、9工程全てを稼動させる必要はない。用途や顧客要求に応じて各工程の動/不動を選択することができる。例えば、工程3まででよい注文品があった場合は、工程4以降については通過するだけの生産にすることができる制御装置付きの自動生産ラインである。
【0078】
図10,12に示した造水装置の使用上の変形例について説明する。0064項に述べたように、本装置によって生成した水は純水系の真水である。染色工場において、用水に含まれる金属イオン(Ca,Mg,Fe,Mn等)は色ブレの要因になり工程上の妨げになるため、通常は金属イオン封鎖剤を用いている。この無駄を排除するために金属イオンを含有しない用水が必要となる。本装置の生成水は金属イオンを含有していないため、染色工場用水としても好適である。

【図面の簡単な説明】
【0079】
【図1】非親水の水滴
【図2】親水性の水塊
【図3】超親水性の水膜
【図4】高集水性金属板の断面概念図
【図5】TiO2結晶(アナターゼ構造)の2万倍平面写真
【図6】図5の斜視写真
【図7】プレートAの生産フロー図
【図8】集水エレメントBの概観図
【図9】集水エレメントBの断面図
【図10】集水デバイスCの概観図
【図11】集水と水膜除去の説明図
【図12】造水装置の外観図
【図13】建物冷房装置の据付図
【図14】建物冷房装置の断面詳細図
【図15】室内除湿装置の据付図
【図16】集水エレメントDの断面図
【図17】屋根除雪装置の据付図
【図18】集熱体の断面図
【図19】屋根除雪装置の施工付属品
【符号の説明】
【0080】
5・・・金属板,6・・・非親水の水滴,12・・・親水性の水塊,8・・・超親水性の水膜,10・・・粗面,11・・・親水面,A・・・プレートA,B・・・両面型エレメントB,C・・・デバイスC,D・・・片面型エレメントD,14・・・水膜,20・・・ヒートプレート,25・・・熱運搬媒体,30・・・固定棒,31・・・超音波振動子,32・・・冷気管,33・・・格納カバー,41・・・室内壁,43・・・冷却装置,45・・・冷却端末,49・・・超音波発振器本体,50・・・集熱体,57・・・導熱線,60・・・地面,61・・・地中,65・・・施工用付属品,70・・・建物,72・・・外壁,74・・・スリット,75・・・樋体,78・・・送水ポンプ
【出願人】 【識別番号】597077160
【氏名又は名称】腰山 英弥
【出願日】 平成18年12月8日(2006.12.8)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−142818(P2008−142818A)
【公開日】 平成20年6月26日(2008.6.26)
【出願番号】 特願2006−331295(P2006−331295)