JP2010216739A - 瞬間冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室内空間の瞬時な冷却と冷房装置の作動開始時の負荷の低減が可能な室内冷房装置を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明にかかる瞬間冷却装置は、空気を圧縮する空気圧縮機１１０と、空気圧縮機１１０により供給された圧縮空気を貯留する圧力タンク１１２と、室内に配置された噴出口１１４と、圧力タンク１１２内の圧縮空気を噴出口１１４から噴出させる作動制御部１１６と、を備え、作動制御部１１６が圧縮空気を室内に噴出させることにより室内の空気を冷却することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内を冷却する瞬間冷却装置に関するものである。

近年、ヒートアイランドという言葉に代表されるように、我が国の夏の都市部における温度は益々上昇する傾向にある。これには、水辺や草地が減少したことによる水分の蒸散量の低下や、建築物等の過密化に伴うコンクリートやアスファルトの設置による熱吸収量の増加に起因している。

また、この都市部における温度上昇に伴い、夏の蒸し暑さを数的に表した不快指数も年々高まる傾向にある。不快指数は、例えば、湿度が高いために発汗しても肌から汗がなかなか蒸発しない時や、風が無いために体温によって暖められた皮膚周りの空気がなかなか入れ変わらない時などのいわゆる蒸し暑い時に高く感じられる。特に、降雨時の室内における不快指数は相当なものである。

都市部での不快指数が高くなる一方、現在ではほとんど全ての建物に冷房装置が設置されている。冷房装置の除湿運転を利用すれば湿気を取り除くこともでき、快適な室内環境を整えることが可能である。

しかし、前述した不快指数を高く感じる場面の１つに入室直後が挙げられる。特に、日中において、事前にその部屋の冷房装置が作動していなかった場合、空気の流れのない屋内には日射熱がこもり、屋外よりも屋内の温度が高くなるという事態が頻繁に発生する。冷房装置は、作動開始から冷気が室内に充満するまでに少なからず時間を要するため、利用者は清涼感が得られるまでの間、相当なストレスを強いられることになる。

ここで、屋外からの入室者に対し、強い送風で瞬時に熱気を取り払うために、建物や部屋の入口付近で局所的に強い気流を発生させ、入室者の体にこもった暑気を払う技術が公開されている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載された局所強化冷房システムによると、空調設備の送風口と給気ダクトで連通した吹出口を入口付近に設け、その吹出口付近に配置された人間探知センサが人の入室を探知すると、吹出口内の送風ファンが作動して冷却された空気を浴びせることができるとされている。これによれば、利用者は入室してすぐに涼しい風を身体に受けることで、身辺にこもった暑気を払って清涼感を得ることができるとともに、身体にあたった空気は還気口から排出されるため、熱を室内に持ち込まないようにできるとされている。

特開平８−１５９５３４号公報

しかし、特許文献１の技術では、利用者に向けて送風される冷却された空気は、室内用に設置された冷房装置によるものである。したがって、この局所強化冷房システムが作動するには冷房装置が既に作動中であることが前提のため、事前に冷房装置の電源を入れて作動させておくという事前操作が必要となる。

また、従来から冷房装置の作動時において、室内の壁や備品等が持つ熱量が熱負荷となって冷房設備の性能を低下させるという問題が存在する。特許文献１の記載によれば、利用者にあたった空気を還気口から排出することで室内環境が変動することを防いでいるものの、この技術はあくまで冷房装置が既に作動している状態において利用されるものであるため、冷房装置の作動開始時の負荷によるエネルギー損失は免れない。

本発明は、このような課題に鑑み、室内空間の瞬時な冷却と冷房装置の作動開始時の負荷の低減が可能な室内冷却装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる瞬間冷却装置の代表的な構成は、空気を圧縮する空気圧縮機と、空気圧縮機により供給された圧縮空気を貯留する圧力タンクと、室内に配置された噴出口と、圧力タンク内の圧縮空気を噴出口から噴出させる作動制御部と、を備え、作動制御部が圧縮空気を室内に噴出させることにより室内の空気を冷却することを特徴とする。

上記構成によれば、圧縮空気は圧力から開放されると断熱膨張を起こし、圧縮されていた状態よりも温度が低下する。この圧縮空気を室内等に噴出することで、室内空間に冷風を発生させることができる。このように、圧縮空気の断熱膨張を利用することで、他のいかなる冷房装置よりも室内空間を瞬時に冷却でき、冷房装置の作動開始時の負荷を低減し得る瞬間冷却装置を提供することが可能となる。また、熱負荷を低減することで電力負荷の増加の抑制も可能となる。なお、空気圧縮機や圧力タンクは屋外に設置することで、断熱圧縮により発生した圧縮熱を屋外に排出することができる。

当該瞬間冷却装置は、作動制御部に噴出の開始指令を送信する入力センサをさらに備え、入力センサは、所定の入口扉の開動作を検知することで作動制御部に開始指令を送信するとよい。

上記構成によれば、入口扉を開けるだけで冷却装置が作動するため、利用者は部屋等に入るという簡易な動作を行うだけで、瞬時に清涼感が得られ、従来の冷房装置のように自ら冷房装置を作動させ、冷気が室内に充満するまで待機するといった煩わしさを解消できる。なお入口扉には、建物の入口や部屋のドアなどの人が出入りするための扉が該当する。

当該瞬間冷却装置は、自動車に搭載され、噴出口は、車室内に配置するとよい。これにより、空間が狭いことから建物よりはるかに日射熱の滞留による影響を受けやすい車内において、瞬時に車内空間の温度を下げることができ、かつ、既存の冷房装置の補助冷却として利用することができる。これらにより、利用者に瞬時に快適な車内環境を提供し、また既存の冷房装置の効率的な運用が可能となる。

当該瞬間冷却装置は、室内と室外を通気する圧力逃し窓をさらに備え、作動制御部は、圧力逃し窓を圧縮空気の噴出中に開放するとよい。これにより、圧縮空気の噴出による室内空間の気圧の変動を抑えることができ、室内空気が高圧になってしまうことを防止できる。

作動制御部は、圧縮空気の噴出と停止を継続的に繰り返してもよい。これにより、一定の温度かつ風量の風を送り続ける従来の冷房装置よりも、断続的で風量の変化に富んだ空気調節をすることができる。これにより、冷風が身体に当たり続けることの不快感を無くし、より自然な送風を行うことのできる冷房装置の提供が可能となる。

噴出口は、圧縮空気の噴出時に発生する音を低減する消音器を備えてもよい。この消音器によれば、圧縮空気の噴出時に発生する音による騒音を防ぐことができる。これによって、利用者に心理的な不快感を与えることなく、快適な室内環境を提供することができる。

噴出口は、圧縮空気の噴出時の風圧を低減する防風部材を備えてもよい。この防風部材によれば、圧縮空気の噴出時の風圧による不快感や室内の備品等への影響を抑えることができ、快適な室内環境を提供することができる。

噴出口はスプリンクラ用ノズルを兼ねて室内に配置され、圧力タンクはスプリンクラ用配管に接続されてもよい。この構成によれば、スプリンクラ配管を利用することで、大規模な設置工事を行うことなく、既存の設備を有効に利用した瞬間冷房装置の提供が可能となる。

本発明によれば、室内空間の瞬時な冷却と冷房装置の作動開始時の負荷の低減が可能な室内冷却装置を提供することができる。

第１実施形態に係る瞬間冷却装置の説明図である。 第１実施形態に係る消音器の説明図である。 第１実施形態に係る防風部材の説明図である。 第２実施形態に係る瞬間冷却装置の説明図である。 第３実施形態に係る瞬間冷却装置の説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
本発明に係る瞬間冷却装置の第１実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る瞬間冷却装置１００の構成を説明するための図である。

本実施形態に係る瞬間冷却装置１００は空気圧縮機１１０と、圧力タンク１１２、噴出口１１４、作動制御部１１６、電磁弁１２０、入力センサ１２２、圧力逃し窓１２６、自動開閉部１２８を含んで構成される。

空気圧縮機１１０は、室内空間を冷却するための圧縮空気を調整する機器である。空気圧縮機１１０は電動モータ等の動力源により空気を機械的に圧縮する。主な圧縮構造にはピストン型構造とロータリ型構造が挙げられ、利用規模や設置場所等を考慮して適宜選択が可能である。

また、空気圧縮機１１０は空気清浄構造を備えておくことが好ましい。外部から吸引した空気には、周囲の環境等の影響を受けて粉塵や水分等が混在していることが考えられるためである。したがって、空気清浄構造としてフィルタやＨＥＰＡフィルタ等を備えることで、圧縮空気の供給先である室内空間の汚染を防止できる。

圧力タンク１１２は、空気圧縮機１１０によって圧縮された圧縮空気を貯留するためのタンクである。圧力タンク１１２には、空気圧縮機１１０によって調整された圧縮空気の気圧を維持することが要される。そのため、圧力タンク１１２の材質には剛性の高い金属等が好適である。

なお、上記の空気圧縮機１１０と圧力タンク１１２は屋外に設置するとよい。空気の断熱圧縮により発生した圧縮熱を屋外に排出するためである。この圧縮熱の排出を効率的に行なうために、空気圧縮機１１０等にはさらに放熱ファンや放熱フィン、放熱ボード等を備えておくことが望ましい。

噴出口１１４は、圧力タンク１１２内に貯留された圧縮空気を室内に噴出する部位である。噴出口１１４の室内における配置は用途によって適宜選択することができる。例えば主に室内の冷却を行うことを目的とする場合には、室内の天井付近に配置するとよい。また例えば、主に利用者の暑気を払うことを目的とする場合には、圧縮空気が利用者に十分届くように、室内の入口付近に配置するとよい。

圧縮空気は噴出口１１４から噴出されると、空気圧縮機１１０から続く通気経路内でかけられていた圧力から開放され、急激に膨張する。このとき、圧縮空気は断熱膨張を起こすため、圧縮されていた状態よりも温度が低下し、冷風となって室内に供給される。

作動制御部１１６は、圧力タンク１１２から噴出口１１４に繋がる通気配管上に配置された電磁弁１２０の開閉を制御することができる。電磁弁１２０が開放されると、圧力タンク１１２内の圧縮空気が噴出口１１４から室内に噴出される。

入力センサ１２２は所定の入口扉１２４の開動作を検知するセンサである。入力センサ１２２は、入口扉１２４の開動作を検知すると作動制御部１１６に圧縮空気の噴出の開始指令となる信号を送信する。この信号を受けとった作動制御部１１６は電磁弁１２０を開放させ、圧力タンク１１２内の圧縮空気を噴出口１１４から室内に噴出させる。

このように、入力センサ１２２を入口扉１２４に設置しておくことで、入口扉を開けるだけで冷却装置を作動させることができる。このため、利用者は部屋等に入るという簡易な動作を行うだけで瞬時に清涼感を得ることができ、従来のように自ら冷房装置を作動させ、冷気が室内に充満するまで待機するといった煩わしさを解消することが可能となる。また、既存の冷房装置による冷却時の抵抗となる室内の熱負荷を低減することで、作動開始時の負荷を抑制し得る。なお入口扉１２４には、建物の入口や部屋のドアなどの人が出入りするための扉等が該当する。

なお、作動制御部１１６は入口扉１２４が開かれたときばかりではなく、利用者の在室時に継続して冷却を行ってもよい。このとき、連続的に圧縮空気を噴出させてもよいが、電磁弁１２０の開閉を繰り返すことで圧縮空気の噴出と停止を断続的に行ってもよい。このような噴出を行うことで、一定の温度かつ風量の風を送り続ける従来の冷房装置よりも、断続的で風量の変化に富んだ空気調節をすることができる。これにより、冷風が身体に当たり続けることの不快感を無くし、より自然な送風を行うことが可能となる。

また、室内温度を測定する温度センサを設けて、ある設定温度以上の場合に作動するようにしてもよく、室内に人がいることを検知する人感知センサを設けて、利用者の入室中には作動しないようにしてもよい。またさらに、上記の噴出や温度等の設定は、利用者が不図示のコントローラを用いて所望する設定に変更できることが好ましい。

圧力逃し窓１２６は、室内と室外を通気するための窓である。圧縮空気の噴出時には多少なりとも室内空間の気圧が高まるため、圧力逃し窓１２６を開放することで室内空気が高圧になってしまうことを防止し、ＰＬ法に準拠した構造で室内空間を冷却することが可能となる。

また圧力逃し窓１２６の近傍には自動開閉部１２８が設置されている。自動開閉部１２８は作業制御部１１６の指令を受けて圧力逃し窓１２６の開閉を行うことができる。作動制御部１１６によって、圧力逃し窓１２６が圧縮空気の噴出中に開放されることで、利用者の入室中に圧縮空気の噴出に伴う急な気圧の上昇を抑えることできる。このように上記構成の瞬間冷却装置１００によれば、他のいかなる冷房装置よりも室内空間の瞬時な冷却が可能になる。

以下では噴出口１１４に取り付け可能な消音器１４０と防風部材１５０について説明する。図２は消音器１４０を説明するための図、図３は防風部材１５０を説明するための図である。

図２に示すように、本実施形態において消音器１４０は圧縮空気の通路上に網目状の構造をした側壁１４２（パンチングパイプ）を備えている。この側壁１４２が吸音材となり、噴出時に発生する音の圧力波を減衰し分散させることで音量を低減させることができる。これによって、圧縮空気の噴出に伴う騒音を防止でき、利用者に心理的な不快感を与えることなく室内の冷却を行い、快適な室内環境を提供することが可能となる。

また、消音器１４０には図２で示した構造以外のものを適用することも可能である。たとえば、圧縮空気の通路を大きさや位置の異なるいくつかの小部屋になるように仕切ることでいわゆるマフラー構造となり、そこを通過する圧縮空気の噴出時における音量を低減させることが可能となる。

図３に示すように、本実施形態において防風部材１５０は圧縮空気の通路の先端部に多孔状の蓋部１５２を有している。この蓋部１５２を圧縮空気が通過することで噴出時の気流が分散され、圧縮空気の風圧は低減される。この構成によって、圧縮空気の噴出時の風（風圧）が利用者の肌に直接あたることによる不快感や、室内備品の散乱等を防止することが可能となる。

（第２実施形態）
図４は、本発明に係る瞬間冷却装置の第２実施形態を説明するための図である。なお、上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように本実施形態に係る瞬間冷却装置２００は、スプリンクラ配管２１０、貯水タンク２５０、電磁弁２５２、加圧ポンプ２５４、圧力タンク２２２、電磁弁２２０、噴出口２１４を含んで構成されている。

スプリンクラ配管２１０は、本来は貯水タンク２５０からスプリンクラノズル（噴出口２１４）へ消防用の水を供給するための配管である。室内に火災が発生した場合、火災検知器等が作動し、電磁弁２５２が開放され、貯水タンク２５０内の水が加圧ポンプ２５４によって水がスプリンクラノズル（噴出口２１４）から散水される。しかし、本実施形態では圧縮空気の通路として利用することができる。

圧力タンク２２２は、空気圧縮機１１０によって圧縮された空気を貯留しておくためのタンクである。圧力タンク２２２はスプリンクラ配管２１０に接続されており、作動制御部１１６によって電磁弁２２０が開放されることで、圧力タンク２２２内の圧縮空気はスプリンクラ配管２１０を通過して噴出口２１４に送られる。

噴出口２１４は、圧力タンク２２２内に貯留されている圧縮空気を室内に噴出するための部位である。また、本実施形態に係る噴出口２１４はスプリンクラ用ノズルを兼ねて室内に配置されているため、消防時には貯水タンク２５０内の水を室内に散水することが可能である。

通常、室内の壁や天井の内部に配管を設置することは大規模な設置工事を伴うため相当の設置費用が必要となるが、既存のスプリンクラ設備の配管を有効に利用することで、当該瞬間冷却装置２００の設置費用の削減を行うことが可能となる。

（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態について説明する。図５は自動車に搭載された当該瞬間冷却装置３００の使用態様図である。

図５に示すように本実施形態に係る瞬間冷却装置３００は、空気圧縮器３１０、圧力タンク３１２、噴出口３１４、作動制御部３１６、入力センサ３２２、を含んで構成される。

空気圧縮機３１０は、圧縮空気を調整することが可能である。第１実施例で述べたように、空気の圧縮時には断熱圧縮により、圧縮前より温度が上昇するため、空気圧縮機３１０は、圧縮熱の排出を行うことが好ましい。そこで、空気圧縮機３１０に冷却水を循環させ、ラジエターを利用して冷却してもよい。なお、空気圧縮機３１０の動力には自動車のエンジンの駆動力を利用してもよい。

圧力タンク３１２は、空気圧縮機３１０によって調整された圧縮空気を貯留するためのタンクである。圧力タンク３１２も上記の空気圧縮機３１０と同様に放熱が必要となる場合があるが、ラジエターを利用すれば、圧力タンク３１２も効率的に放熱を行うことができる。これにより、高温になりやすい自動車のフロント部分に当該瞬間冷却装置３００を配置することも可能となる。

噴出口３１４は車室内に配置しておくことで、車内空間を瞬時に冷却することが可能となる。本実施形態においては、入力センサ３２２はドアの開動作を検知すると作動制御部３１６に噴出の開始信号を送信する。この信号を受けとった作動制御部３１６は電磁弁３２０を開放させ、圧力タンク３１２内の圧縮空気が噴出口３１４から車室内に噴出される。

車室内は、空間が狭いことから建物よりはるかに日射熱の影響を受けやすい。しかし、圧縮空気を噴出することで、車室内にこもった日射熱を車外に追い出すことが可能となる。また、車内の備品が日射熱によって高熱となり、既存の冷房装置の熱負荷となることも考えられが、圧縮空気の噴出によって備品等も冷却できる。このように、当該瞬間冷却装置３００を既存の冷房装置の補助冷却として利用することができる。これらにより、利用者に瞬時に快適な車内環境を提供し、また効率的な冷房を行うことが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、室内を冷却する室内冷却装置に利用することができる。

１００…瞬間冷却装置
１１２…圧力タンク
１１４…噴出口
１１６…作動制御部
１２０…電磁弁
１２２…入力センサ
１２４…入口扉
１２６…圧力逃し窓
１２８…自動開閉部
１４０…消音器
１４２…側壁
１５０…防風部材
１５２…蓋部
２００…瞬間冷却装置
２１０…スプリンクラ配管
２１４…噴出口
２２０…電磁弁
２２２…圧力タンク
２５０…貯水タンク
２５２…電磁弁
２５４…加圧ポンプ
３００…瞬間冷却装置
３１０…空気圧縮器
３１２…圧力タンク
３１４…噴出口
３１６…作動制御部
３２０…電磁弁
３２２…入力センサ

Claims (8)

1. 空気を圧縮する空気圧縮機と、
   前記空気圧縮機により圧縮された圧縮空気を貯留する圧力タンクと、
   室内に配置された噴出口と、
   前記圧力タンク内の圧縮空気を前記噴出口から噴出させる作動制御部と、
   を備え、
   前記作動制御部が前記圧縮空気を前記室内に噴出させることにより該室内の空気を冷却することを特徴とする瞬間冷房装置。
2. 前記作動制御部に噴出の開始指令を送信する入力センサをさらに備え、
   前記入力センサは、所定の入口扉の開動作を検知することで前記作動制御部に前記開始指令を送信することを特徴とする請求項１に記載の瞬間冷却装置。
3. 当該瞬間冷却装置は自動車に搭載され、
   前記噴出口は、車室内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の瞬間冷房装置。
4. 室内と室外を通気する圧力逃し窓をさらに備え、
   前記作動制御部は、前記圧力逃し窓を前記圧縮空気の噴出中に開放することを特徴とする請求項１に記載の瞬間冷房装置。
5. 前記作動制御部は、前記圧縮空気の噴出と停止を継続的に繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の瞬間冷房装置。
6. 前記噴出口は、前記圧縮空気の噴出時に発生する音を低減する消音器を備えることを特徴とする請求項１に記載の瞬間冷却装置。
7. 前記噴出口は、前記圧縮空気の噴出時の風圧を低減する防風部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の瞬間冷却装置。
8. 前記噴出口はスプリンクラ用ノズルを兼ねて前記室内に配置され、
   前記圧力タンクはスプリンクラ用配管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の瞬間冷却装置。

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