冷却システム、冷却方法
【課題】地表付近の空気を冷却可能なシステムを提供する。
【解決手段】地上付近の気温を冷却するためのシステム１０は、地表高さに空気取り込み口１３を備え、地上高さから上方に向かって延びる煙突１１と、煙突１１内の空気を上方に向かって付勢する送風ファン１２とを備える。地表付近の高温の空気を煙突１１を通じて上空に上昇させることにより、上空の低温の空気が下降する気流が生じることとなる。
【解決手段】地上付近の気温を冷却するためのシステム１０は、地表高さに空気取り込み口１３を備え、地上高さから上方に向かって延びる煙突１１と、煙突１１内の空気を上方に向かって付勢する送風ファン１２とを備える。地表付近の高温の空気を煙突１１を通じて上空に上昇させることにより、上空の低温の空気が下降する気流が生じることとなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上付近の空気を冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の二酸化炭素量が増加し、いわゆる温室効果により、大気温の温暖化が進行している。このため、発電所において発電効率を向上し、二酸化炭素の発生を抑える方法（例えば、特許文献１）など、二酸化炭素の発生量を削減する技術が様々な技術分野で開発されている。
【特許文献１】特開２００８−１２１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、二酸化炭素の発生を削減するべく、様々な技術が開発されているが、大幅に二酸化炭素の発生量を削減するには至っておらず、温暖化の抑制効果が上がっているとはいえない。
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、地表付近の空気を冷却可能なシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の冷却システムは、地上付近の気温を冷却するためのシステムであって、地上から上方に向かって延び、地上付近に空気取り込み口を有する管状部材と、前記空気取りこみ口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気を前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢するファンと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
上記の冷却システムにおいて、前記管状部材は地表面に略垂直に立設されていてもよく、また、山の斜面に沿うように設けられていてもよい。また、前記ファンは、太陽光発電又は風力発電により発電した電力により駆動してもよい。
【０００７】
また、本発明の冷却方法は、地上付近の気温を冷却する方法であって、地上から上方に向かって延びるように、地表付近に空気取り込み口を有する管状部材を設け、前記空気取り込み口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気をファンにより前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、地表付近の温度が高い空気を煙突を通して、大量に上空まで上昇させることができる。これにより、下方に向かって空気が下降する気流が生じることとなり、上空の温度の低い空気が地表付近まで降下し、地表付近の気温を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の冷却システムの一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の冷却システム１０を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態の冷却システム１０は、地表付近に外気を取り込むための空気取り込み口１３を有し、上下方向に延びる高さ３０００ｍ程度の管状の煙突１１と、煙突１１内に設けられた送風ファン１２とにより構成される。
送風ファン１２は、太陽光発電パネル（不図示）で発電された電力が供給され、下方から上方に向かって煙突１１内の空気を付勢することにより煙突１１内を上昇させる。
【００１０】
地上付近における気温が、例えば、３５℃である場合には、気温は１００ｍ上昇すると約０．８℃低下するため、煙突１１の上端における気温は、約５〜１０℃である。
【００１１】
発明者らは、送風ファン１２に必要とされる付勢力を以下のように算出することとした。
煙突の上下ではベルヌーイの式が成立するため、以下の式（１）が導かれる。
【数１】
【００１２】
なお、式（１）中の各記号が示す数値は以下の通りである。
Ｖ１：地表における風速［ｍ／ｓ］
Ｖ２：煙突１１上部における風速［ｍ／ｓ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］
Ｐ１：地表における気圧［ｋｇｆ／ｍ２］
Ｐ２：煙突１１上部における気圧［ｋｇｆ／ｍ２］
γ１：地表における空気の密度［ｋｇｆ／ｍ３］
γ２：煙突１１上部における空気の密度［ｋｇｆ／ｍ３］
Ｚ１：地表の高さ［ｍ］
Ｚ２：煙突１１上部の高さ［ｍ］
ｈ２：煙突１１内の圧力損失［ｍ］
【００１３】
ここで、地表及び煙突１１上部における風速が等しく（すなわち、Ｖ１＝Ｖ２）、煙突１１上部の高さＺ２を３０００ｍとすると、上記の式（１）は以下の式（２）のように表される。
【数２】
【００１４】
式（２）に以下の値を代入する。
煙突１１上部の高さＺ２＝３０００［ｍ］
地表における気圧Ｐ１＝１．０３３×１０４［ｋｇｆ／ｍ２］
煙突１１上部（上空３０００ｍ）における気圧Ｐ２＝７．０１２１×１０３［ｋｇｆ／ｍ２］
地表における空気の比重γ１＝１．２２５［ｋｇｆ／ｍ３］
煙突１１上部における空気の比重γ２＝０．９０９２５［ｋｇｆ／ｍ３］
なお、気圧や空気の比重などの値は、理科年表などにより得られる。
【００１５】
上記の式（２）における左辺及び右辺は以下の値となる。
【数３】
【００１６】
このように左辺の値に比べて右辺の値の方が大きく、これは、地上の空気のエネルギーに比べて、煙突１１上部の空気のエネルギーの方が高いことを示しており、このため、地上から煙突１１上部へ向かう気流が生じないことがわかる。
【００１７】
そこで、送風ファン１２により煙突１１内の空気を上向きに付勢することで、地上の空気のエネルギーを増加させることを考える。
【００１８】
例えば、送風ファン１２により付勢することで地上の空気のエネルギーを１．５倍すると、式（２）における左辺の値は以下の式（５）のようになる。
【数４】
【００１９】
式（３）で得られた値に代えて式（５）により得られた値を用いると、以下の式（６）が得られる。
【数５】
この式（６）を解くことにより、圧力損失ｈ２＝１９３７［ｍ］となる。
【００２０】
また、煙突１１内の圧力損失ｈ２はファニングの式により算出することができ、以下の式（７）のように表される。
【数６】
【００２１】
ここで式（７）中の各記号は以下の値を示す。
λ：ダルシーの管摩擦係数
Ｌ：煙突１１の長さ［ｍ］
Ｄ：煙突１１の直径［ｍ］
ｖ：煙突１１内の空気の流速［ｍ／ｓ］
【００２２】
また、ダルシーの管摩擦係数λと、ファニングの管摩擦係数ｆとの間には、以下の式（８）の関係がある。
【数７】
【００２３】
ファニングの管摩擦係数は、図２に示すムーディー線図により求めることができ、本実施形態ではレイノルズ数Ｒｅは非常に大きく、管内の粗さｅ／直径Ｄが非常に小さいため、管摩擦係数ｆは約０．００３と求められる。
【００２４】
このため、ダルシーの管摩擦係数λ＝４×０．００３＝０．０１２となる。また、煙突１１の長さＬ＝３０００［ｍ］、煙突１１の直径Ｄ＝５０［ｍ］を式（７）に代入すると、以下の式（９）となる。
【数８】
よって、煙突１１内の空気の流速Ｖは１３０［ｍ／Ｓ］となる。
【００２５】
また、煙突１１内の空気の流速Ｖが求まることで、単位時間当たりに煙突１１を通過する空気の流量Ｑは以下の式（１０）で算出できる。
【数９】
【００２６】
すなわち、１時間あたり１．２百万トンの地表近傍の空気が、煙突１１を通って上空まで上昇することとなる。このように地表付近の高温の空気を煙突１１を通じて大量に上昇させ、煙突１１の上端から上空へ放出させることにより、図３に示すように、上空から低温の空気が下降する気流が生じることとなる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、地表付近の高温の空気を煙突１１を通じて上空へ向かって上昇させることにより、上空から低温の空気が下降する気流が生じることとなる。これにより、上空の低温の空気を大量に地上まで流れこみ、地表付近の気温を下げることができる。また、送風ファン１２を太陽電池パネルで発電したエネルギーにより駆動しているため、新たなに二酸化炭素を排出することがない。
【００２８】
なお、本実施形態では、煙突１１を設けることとしたが、これに限らず、標高の高い山の斜面に沿って、大径の配管を設けることとしてもよい。また、本実施形態では、煙突の高さを３０００ｍ程度としたが、これに限らず、上端が上空の気温の低い高さ位置まで到達していれば、その高さは問わない。
【００２９】
また、本実施形態では、送風ファン１２を駆動する電力を太陽光発電により発電するものとしたが、これに限らず、風力発電により発電することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の冷却システムを示す鉛直断面図である。
【図２】ムーディー線図である。
【図３】本実施形態の冷却システムにおける空気の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 冷却システム
１１ 煙突
１２ 送風ファン
１３ 空気取り込み口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上付近の空気を冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の二酸化炭素量が増加し、いわゆる温室効果により、大気温の温暖化が進行している。このため、発電所において発電効率を向上し、二酸化炭素の発生を抑える方法（例えば、特許文献１）など、二酸化炭素の発生量を削減する技術が様々な技術分野で開発されている。
【特許文献１】特開２００８−１２１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、二酸化炭素の発生を削減するべく、様々な技術が開発されているが、大幅に二酸化炭素の発生量を削減するには至っておらず、温暖化の抑制効果が上がっているとはいえない。
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、地表付近の空気を冷却可能なシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の冷却システムは、地上付近の気温を冷却するためのシステムであって、地上から上方に向かって延び、地上付近に空気取り込み口を有する管状部材と、前記空気取りこみ口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気を前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢するファンと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
上記の冷却システムにおいて、前記管状部材は地表面に略垂直に立設されていてもよく、また、山の斜面に沿うように設けられていてもよい。また、前記ファンは、太陽光発電又は風力発電により発電した電力により駆動してもよい。
【０００７】
また、本発明の冷却方法は、地上付近の気温を冷却する方法であって、地上から上方に向かって延びるように、地表付近に空気取り込み口を有する管状部材を設け、前記空気取り込み口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気をファンにより前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、地表付近の温度が高い空気を煙突を通して、大量に上空まで上昇させることができる。これにより、下方に向かって空気が下降する気流が生じることとなり、上空の温度の低い空気が地表付近まで降下し、地表付近の気温を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の冷却システムの一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の冷却システム１０を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態の冷却システム１０は、地表付近に外気を取り込むための空気取り込み口１３を有し、上下方向に延びる高さ３０００ｍ程度の管状の煙突１１と、煙突１１内に設けられた送風ファン１２とにより構成される。
送風ファン１２は、太陽光発電パネル（不図示）で発電された電力が供給され、下方から上方に向かって煙突１１内の空気を付勢することにより煙突１１内を上昇させる。
【００１０】
地上付近における気温が、例えば、３５℃である場合には、気温は１００ｍ上昇すると約０．８℃低下するため、煙突１１の上端における気温は、約５〜１０℃である。
【００１１】
発明者らは、送風ファン１２に必要とされる付勢力を以下のように算出することとした。
煙突の上下ではベルヌーイの式が成立するため、以下の式（１）が導かれる。
【数１】
【００１２】
なお、式（１）中の各記号が示す数値は以下の通りである。
Ｖ１：地表における風速［ｍ／ｓ］
Ｖ２：煙突１１上部における風速［ｍ／ｓ］
ｇ：重力加速度［ｍ／ｓ２］
Ｐ１：地表における気圧［ｋｇｆ／ｍ２］
Ｐ２：煙突１１上部における気圧［ｋｇｆ／ｍ２］
γ１：地表における空気の密度［ｋｇｆ／ｍ３］
γ２：煙突１１上部における空気の密度［ｋｇｆ／ｍ３］
Ｚ１：地表の高さ［ｍ］
Ｚ２：煙突１１上部の高さ［ｍ］
ｈ２：煙突１１内の圧力損失［ｍ］
【００１３】
ここで、地表及び煙突１１上部における風速が等しく（すなわち、Ｖ１＝Ｖ２）、煙突１１上部の高さＺ２を３０００ｍとすると、上記の式（１）は以下の式（２）のように表される。
【数２】
【００１４】
式（２）に以下の値を代入する。
煙突１１上部の高さＺ２＝３０００［ｍ］
地表における気圧Ｐ１＝１．０３３×１０４［ｋｇｆ／ｍ２］
煙突１１上部（上空３０００ｍ）における気圧Ｐ２＝７．０１２１×１０３［ｋｇｆ／ｍ２］
地表における空気の比重γ１＝１．２２５［ｋｇｆ／ｍ３］
煙突１１上部における空気の比重γ２＝０．９０９２５［ｋｇｆ／ｍ３］
なお、気圧や空気の比重などの値は、理科年表などにより得られる。
【００１５】
上記の式（２）における左辺及び右辺は以下の値となる。
【数３】
【００１６】
このように左辺の値に比べて右辺の値の方が大きく、これは、地上の空気のエネルギーに比べて、煙突１１上部の空気のエネルギーの方が高いことを示しており、このため、地上から煙突１１上部へ向かう気流が生じないことがわかる。
【００１７】
そこで、送風ファン１２により煙突１１内の空気を上向きに付勢することで、地上の空気のエネルギーを増加させることを考える。
【００１８】
例えば、送風ファン１２により付勢することで地上の空気のエネルギーを１．５倍すると、式（２）における左辺の値は以下の式（５）のようになる。
【数４】
【００１９】
式（３）で得られた値に代えて式（５）により得られた値を用いると、以下の式（６）が得られる。
【数５】
この式（６）を解くことにより、圧力損失ｈ２＝１９３７［ｍ］となる。
【００２０】
また、煙突１１内の圧力損失ｈ２はファニングの式により算出することができ、以下の式（７）のように表される。
【数６】
【００２１】
ここで式（７）中の各記号は以下の値を示す。
λ：ダルシーの管摩擦係数
Ｌ：煙突１１の長さ［ｍ］
Ｄ：煙突１１の直径［ｍ］
ｖ：煙突１１内の空気の流速［ｍ／ｓ］
【００２２】
また、ダルシーの管摩擦係数λと、ファニングの管摩擦係数ｆとの間には、以下の式（８）の関係がある。
【数７】
【００２３】
ファニングの管摩擦係数は、図２に示すムーディー線図により求めることができ、本実施形態ではレイノルズ数Ｒｅは非常に大きく、管内の粗さｅ／直径Ｄが非常に小さいため、管摩擦係数ｆは約０．００３と求められる。
【００２４】
このため、ダルシーの管摩擦係数λ＝４×０．００３＝０．０１２となる。また、煙突１１の長さＬ＝３０００［ｍ］、煙突１１の直径Ｄ＝５０［ｍ］を式（７）に代入すると、以下の式（９）となる。
【数８】
よって、煙突１１内の空気の流速Ｖは１３０［ｍ／Ｓ］となる。
【００２５】
また、煙突１１内の空気の流速Ｖが求まることで、単位時間当たりに煙突１１を通過する空気の流量Ｑは以下の式（１０）で算出できる。
【数９】
【００２６】
すなわち、１時間あたり１．２百万トンの地表近傍の空気が、煙突１１を通って上空まで上昇することとなる。このように地表付近の高温の空気を煙突１１を通じて大量に上昇させ、煙突１１の上端から上空へ放出させることにより、図３に示すように、上空から低温の空気が下降する気流が生じることとなる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、地表付近の高温の空気を煙突１１を通じて上空へ向かって上昇させることにより、上空から低温の空気が下降する気流が生じることとなる。これにより、上空の低温の空気を大量に地上まで流れこみ、地表付近の気温を下げることができる。また、送風ファン１２を太陽電池パネルで発電したエネルギーにより駆動しているため、新たなに二酸化炭素を排出することがない。
【００２８】
なお、本実施形態では、煙突１１を設けることとしたが、これに限らず、標高の高い山の斜面に沿って、大径の配管を設けることとしてもよい。また、本実施形態では、煙突の高さを３０００ｍ程度としたが、これに限らず、上端が上空の気温の低い高さ位置まで到達していれば、その高さは問わない。
【００２９】
また、本実施形態では、送風ファン１２を駆動する電力を太陽光発電により発電するものとしたが、これに限らず、風力発電により発電することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の冷却システムを示す鉛直断面図である。
【図２】ムーディー線図である。
【図３】本実施形態の冷却システムにおける空気の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０ 冷却システム
１１ 煙突
１２ 送風ファン
１３ 空気取り込み口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上付近の気温を冷却するためのシステムであって、
地上から上方に向かって延び、地上付近に空気取り込み口を有する管状部材と、
前記空気取りこみ口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気を前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢するファンと、を備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
請求項１記載の冷却システムであって、
前記管状部材は地表面に略垂直に立設されていることを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
請求項１記載の冷却システムであって、
前記管状部材は、山の斜面に沿うように設けられていることを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
請求項１から３のうち何れか１項に記載の冷却システムであって、
前記ファンは、太陽光発電又は風力発電により発電した電力により駆動することを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
地上付近の気温を冷却する方法であって、
地上から上方に向かって延びるように、地表付近に空気取り込み口を有する管状部材を設け、
前記空気取り込み口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気をファンにより前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢することを特徴とする冷却方法。
【請求項１】
地上付近の気温を冷却するためのシステムであって、
地上から上方に向かって延び、地上付近に空気取り込み口を有する管状部材と、
前記空気取りこみ口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気を前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢するファンと、を備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
請求項１記載の冷却システムであって、
前記管状部材は地表面に略垂直に立設されていることを特徴とする冷却システム。
【請求項３】
請求項１記載の冷却システムであって、
前記管状部材は、山の斜面に沿うように設けられていることを特徴とする冷却システム。
【請求項４】
請求項１から３のうち何れか１項に記載の冷却システムであって、
前記ファンは、太陽光発電又は風力発電により発電した電力により駆動することを特徴とする冷却システム。
【請求項５】
地上付近の気温を冷却する方法であって、
地上から上方に向かって延びるように、地表付近に空気取り込み口を有する管状部材を設け、
前記空気取り込み口から外気を取り込んで、当該取り込んだ外気をファンにより前記管状部材内の空気を上方に向かって付勢することを特徴とする冷却方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２６１６５３（Ｐ２０１０−２６１６５３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１２９３５（Ｐ２００９−１１２９３５）
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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