(57)【要約】【課題】  減圧沸騰で発生させた蒸気による気化潜熱により冷却する装置を身体装着型とし、個々人の冷却を簡便なものとする。【解決手段】  身体表面に密着させた容器に液体を満たし、この容器を真空ポンプで減圧することで体温程度での加熱で液体が沸騰・蒸発する。その気化潜熱により身体を冷却する。排出された気体は液化手段で冷却・液化し、回収容器に回収する。さらに、容器に対してぺルチェ素子を組み付けることで、容器を加熱可能とし、ペルチェ効果による冷却機能をさらに追加する。容器への液体を追加供給可能なリザーバは冷却能力をさらに高める。また、保冷剤パックとの併用で冷却効果を発揮する。これら容器、真空ポンプなどはベルト、ジャケットなどで身体の必要部位に密着して装着させる。【選択図】図１
2020093068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記排出手段により排出された蒸気を冷却して液化する液化手段と、
この液化手段により液化された液体を回収する回収手段とを備えた身体装着型冷却装置。
【請求項２】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記容器の外面に接して設けられた保冷剤パックを含む身体装着型冷却装置。
【請求項３】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記容器の外面にその発熱部分が密着されるとともに、その吸熱部分が身体表面に直接にまたは衣服を介して間接に接触するよう設けられたペルチェ素子とを備えた身体装着型冷却装置。
【請求項４】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
その一部が上記容器内の液体中に浸漬されるとともに、その残部がこの容器内空間に露出した繊維質吸水材を有する身体装着型冷却装置。
【請求項５】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記液体を上記容器に供給可能なリザーバを有する身体装着型冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は身体装着型冷却装置、詳しくは冷却用の液体容器を身体に装着して当該部位を冷却する身体装着型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の身体装着型の冷却装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、人体に装着できる人体冷却具であって、いわゆるベスト形状を呈している。このベストの内布と外布との間に保水層を形成し、保水層内の水の蒸発潜熱により人体を冷却する構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５―５２１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の冷却装置（人体冷却具）にあっては、保水層の水の蒸発は、衣類を介しての人体表面温度に依存するため、冷却効果としては不十分であり、また、保水層への水の供給を行うことが面倒で使い勝手に劣るという問題点を有していた。
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、身体冷却デバイスとして減圧沸騰による液体の気化潜熱を利用することにより、十分な冷却効果を得られることを知見し、この発明を完成するに至った。
【０００５】
この発明は、十分な冷却効果を得られる使い勝手の良い身体装着型冷却装置を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記排出手段により排出された蒸気を冷却して液化する液化手段と、この液化手段により液化された液体を回収する回収手段とを備えた身体装着型冷却装置である。
容器内の液体の減圧沸騰により、その液体の一部が蒸気となって容器の外部に排出される。このとき、気化潜熱により容器の外部、すなわち身体表面から熱を奪うこととなる。当該身体表面が冷却されることとなる。
液体が沸騰、蒸発して気体となる際の気化潜熱により残存した液体の温度を下げることにより身体表面から熱を奪い、本装置の装着者にとっての冷却効果を発揮する。なお、容器内を減圧するため、液体の沸騰は任意の温度で、すなわち比較的低温（例えば体温より低い温度）で行うことができる。他の熱源については不要とされる。また、減圧手段（例えば真空ポンプ）により容器内空間についての減圧度（すなわち沸騰温度）は容易に調整することができる。
この沸騰は、一定温度のもとでその液体の飽和蒸気圧以下に減圧したとき，液体の表面からだけでなく内部からも気化が起こって蒸気が泡となって発生する現象である。
装着手段としては、例えばベルト、ジャケット、ベスト、外面に面状ファスナを有するポケットなどを適用することができる。装着手段は、液体容器だけでなく、減圧手段（例えば真空ポンプ）、排出手段（例えばホース）などを身体に対して装着できるように構成することもできる。容器は、冷却が必要な身体部位、例えば首の後ろで背中の高い位置などに密着して保持される。
液体を減圧沸騰し、容器より排出された蒸気については、これを冷却することで液化し、この液体を回収する。液化する際は、各種の冷却手段（ヒートポンプ、ヒートパイプなど）を利用するが、水蒸気が液体となる際は、潜熱を放出する。
なお、これらの液化手段、回収手段（例えばタンク状容器）は、装着手段（例えばジャケット、ベルト、紐、面状ファスナなど）により身体の適宜部位に装着される。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記容器の外面に接して設けられた保冷剤パックを含む身体装着型冷却装置である。
保冷剤パックは、市販品を使用することができる。例えば袋詰めされた市販の保冷剤（アイスパック）には約９９パーセントの水と高吸水性樹脂（ポリアクリル酸ナトリウム）、防腐剤、形状安定剤などが含まれている。常温で温まり溶けた状態で保冷効果はないため、まず冷凍庫で十分に凍らせてから使用する。この保冷剤は、使用して温まっても、再び冷凍して繰り返し使うことができる。なお、保冷剤としては相変化材料ＰＣＭ材を充填したＰＣＭパックも好適である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記容器の外面にその発熱部分が密着されるとともに、その吸熱部分が身体表面に直接にまたは衣服を介して間接に接触するよう設けられたペルチェ素子とを備えた身体装着型冷却装置である。
ペルチェ素子は、例えば矩形の板材に形成され、その一側面が吸熱部分として作用するとき、その他側面は発熱部分として作用する。
このペルチェ素子は、ペルチェ効果を発揮する例えば矩形板状の半導体素子で構成されている。ペルチェ効果とは、異なる２種類の金属の接合部に直流電流を流すと、一方の金属から残りの他方の金属に熱が移動することである。つまり、一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こる。電流の極性を逆転させると、その関係が反転する。高精度の温度制御に適している。一定温度での冷却を行うことができる。
ペルチェ素子による冷却具を併用することで、冷却効果をより高めることができる。このペルチェ素子は、装着手段に装着された容器に密着して設けられ、身体に装着されることとなる。
ペルチェ素子を併せて用いることにより、ペルチェ素子による冷却に加えて気化潜熱による冷却が可能となり、これらの相乗効果を発揮することができる。また、これらの冷却を切り替え使用することも可能となる。すなわち、ペルチェ素子をＯＮとすると、吸熱部分が身体にまたは衣服に触れているため冷却効果を発揮し、さらに、発熱部分の発熱によりこれが接する容器は熱せられて所定温度にまで高められる。容器内は減圧されているため、容器が所定温度に達すると、液体が沸騰し、沸騰潜熱(気化潜熱)を周囲（身体との接着部位）から奪うこととなる。２重の意味での冷却効果を発揮する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、その一部が上記容器内の液体中に浸漬されるとともに、その残部がこの容器内空間に露出した繊維質吸水材を有する身体装着型冷却装置である。
繊維質吸水材とは、布帛，紐を複数本並列に設けたもの、またはネット状に編んだものを含む。布帛には麻、木綿などによる布を含む。
容器内に配設された繊維質吸水材（布帛、編紐など）は、その一部が液体中に浸漬されており、その残部は容器内空間に（気体中に）露出している。この場合、液体は毛細管現象により布帛の繊維に沿って上昇し、容器内の気体に接触している（空間に露出している）。この結果、液体が容器内の気体に接する表面積は、気体と液体との界面だけでなく繊維の表面を介して増加することとなる。したがって、沸騰に際しては単位時間当たりでの液体が気化する量が増加する。よって、気化潜熱量も増大し、冷却は速度が速まる。
この場合の布帛は、紐を複数本並列に設けた紐材、またはネット状に編んだ網状紐材と同等の概念とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記液体を上記容器に供給可能なリザーバを有する身体装着型冷却装置である。
リザーバは、例えば容器の上方に配設されて、容器内の液体量が少なくなると、リザーバの注入口を開いて液体を容器内に供給（補充）する。冷却効果を長時間発揮することが可能となる。このリザーバは容器と一体としてまたは別々に装着手段により身体に対して装着される。
この装着手段は、上記容器を身体表面に直接にまたは間接に接触するように身体に装着するベスト、ベルト、ジャケットなどを含む。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、減圧手段により容器内の圧力を任意に設定することができ、この結果、媒体（液体）の沸騰温度を任意に設定することが可能となる。液体の沸騰による蒸発潜熱は、例えば水の場合は、２５℃では５８４ｃａｌ／ｇ、６０℃では５６３ｃａｌ／ｇである。すなわち、減圧により沸騰温度を任意とすることで、蒸発潜熱量を制御することができる。この結果、沸騰温度を低下させてその冷却効果を高めることが容易である。減圧度を変更することにより冷却効果を大とすることもできる。
排出された蒸気を冷却して液化し、この液体を回収する。すなわち、水蒸気を冷却して液化するため、その回収が容易となる。液体は気体に比較して取り扱いが容易である。液体は低温のため、安全性を確保することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、減圧沸騰により容器内の液体が蒸発し、その蒸発潜熱により外部の温度を低下させる。このとき、容器の外面に接して設けられた保冷剤パックにおいては、蒸発潜熱による冷却効果に加えて保冷剤による冷却効果を付加することができる。冷却効果が高まる。なお、容器内の液体がなくなり保冷剤パックから熱を奪えなくなって保冷剤パックが高温となり、身体に対する冷却効果が失われた場合は、容器に給水するか、もしくは容器ごと取り換えると同時に新たな冷たいパックと交換して使用することが容易である。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、上記容器の外面にペルチェ素子の発熱部分が密着される一方、ペルチェ素子の吸熱部分は身体表面に直接にまたは衣服を介して間接に接触する。通電によりペルチェ素子の吸熱部分が冷却面となる。とともに、ペルチェ素子の放熱作用により容器は加温され、容器内の液体の沸騰温度に到達する時間を早めることができる。
すなわち、ペルチェ素子を併せて用いることにより、気化潜熱による冷却に加えてペルチェ素子による冷却が可能となり、これらの相乗効果を発揮することができる。また、これらの冷却を切り替え使用することも可能となる。すなわち、ペルチェ素子をＯＮとすると、吸熱部分が身体にまたは衣服に触れているため冷却効果を発揮し、さらに、発熱部分の発熱によりこれが接する容器は熱せられて所定温度にまで高められる。容器内は減圧されているため、容器が所定温度に達すると、液体が沸騰し、沸騰潜熱(気化潜熱)を周囲（身体との接着部位）から奪うこととなる。２重の意味での冷却効果を発揮する。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、繊維質吸水材である布帛、紐を複数本並列に設けた紐材、または、紐をネット状に編んだ網状紐材について、その一部を上記容器内の液体中に浸漬させ、その残部をこの容器内空間に露出させる。その結果として、これらの布帛、紐材、網状紐材により液体が空間に露出する面積を増大することができ、単位時間当たりの蒸発量、すなわち蒸発潜熱を増加させることができる。短時間での冷却を可能としている。冷却の速度を高めることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、上記液体が蒸発し、容器内の残量が減じると、リザーバより液体を容器に供給することとなり、容器への液体の補充を行うことができ、冷却装置として長時間の使用に耐えて使い勝手を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施例１に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】この発明の実施例２に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】この発明の実施例３に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図４】この発明の実施例４に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】この発明の実施例５に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図６】この発明の実施例６に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図７】この発明の実施例１〜実施例６に係る身体装着型冷却装置の装着手段の一例（ジャケット）を示す正面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施例を、図面を参照して具体的に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は実施例１に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
図１において、１０は箱形の容器（本体ケース）であり、いずれも矩形の幅広の表側側面、裏側側面、底面、上面、および幅が狭い左右一対の側面を有して構成されている。この略６面体箱形の容器１０の内部には液体、例えば水が注入されている。
この容器１０は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率が大きい薄い金属板で作製されている。そのサイズは、例えば縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍとする。その表側側面または裏側側面は緩やかに湾曲させることもできる。この湾曲側面により身体への密着性を高めるためである。
容器１０においては、上記一対の幅狭の側面の一方に開口（給水口）が形成され、この側面開口は板材である蓋１１により開閉可能に配設され、側面から内部に液体を注入可能に構成されている。容器１０の蓋１１とは反対側の側面においてその下方位置には高さを変えて水位センサ１２Ａ、水位センサ１２Ｂが固定されている。これらの水位センサ１２Ａ，１２Ｂは、容器１０が底面を最下方にて水平に位置させるとともに各側面が底面から直立した垂直に保持した状態での容器１０内の液体の水位、すなわち液体残量を告知するものである。さらに、低い位置の水位センサ１２Ａに近接して(または一体化して)水温センサ１３が配設されている。これらのセンサ１２Ａ，１２Ｂ，１３からの各出力信号は後述する制御機構に入力される。
また、容器１０の上面（矩形）の一部には蒸気の排出口が形成されており、この排出口には弁１４を介して排出管１５の一端部が接続・連通されている。排出管１５の一端部は垂直に（上方に向かって）延びて直角に屈曲して水平部となり、さらにその他端部は垂直に（下方に向かって）直角に屈曲して液体の排水分離部１６に接続・連通している。
【００１９】
排出管１５は、垂直に配置された一端部１５Ａと、水平に配置された中間部１５Ｂと、垂直に配設された他端部１５Ｃとで構成されている。一端部１５Ａは容器１０に接続されるとともに、他端部１５Ｃは真空ポンプ２４に弁２３を介して接続されている。中間部１５Ｂには金属パイプ１９が外嵌されており、この金属パイプ１９にはヒートポンプ（またはヒートパイプ）２９より熱伝導シートなどを介して冷却媒体が送給される。すなわち、金属パイプ１９は排出管１５内部を通流する水蒸気を冷却し、液化する機能を有している。金属パイプ１９、ヒートポンプ２９が水蒸気の液化手段を構成している。
また、排出管１５の一端部１５Ａには、容器１０側に配置した弁１４より離間して（発生した蒸気の排出における下流側に）空気口（空気孔とも記載する）１７が形成されており、この空気口１７を介して排出管１５内外が連通可能な構成とされている。この空気口１７は弁１８により開閉される。
排出管１５の中間部１５Ｂは断面が同一径の円管であって直線状に延びており上述した金属パイプ１９を挟んでその上流側である一端部１５Ａとの連結部分（屈曲部）には当該配管内を移動（摺動）可能なスイーパ２０が配設されている。スイーパ２０は先端に円板を固着したロッドをモータ駆動により往復動させる構成とすることができる。また、金属パイプ１９よりも下流側部分には配管内に突出するセンサ（スイーパ当接検知器）２１が配設されている。スイーパ２０はこの直線状の中間部１５Ｂ内をセンサ２１との間で往復動し、管内の水滴、水蒸気を排出管１５の他端部１５Ｃ側に排出するよう構成されている。
排出管１５の他端部１５Ｃには上記排水分離部１６との間に開閉弁２２が配設されており、開閉弁２２の下流側で真空ポンプ２４の吸入口側には弁２３が配設されている。なお、排水分離部１６の下端部は液体排出管となって回収用の排水ケース２５に接続されている。この排水ケース２５も厚さの薄い箱状の容器であって蓋２６により開閉自在とされている。
【００２０】
真空ポンプ２４のＯＮ／ＯＦＦ、ヒートポンプ２９のＯＮ／ＯＦＦ、スイーパ２０のＯＮ／ＯＦＦ、および各弁の開閉は、制御機構により制御されている。なお、制御機構はＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏを備えたマイクロチップを有して構成されている。すなわち、制御機構は、上記センサ出力を得て、あらかじめ設定したプログラムに基づき信号処理を行い、上記アクチュエータ類（ポンプ、スイーパ、弁など）の作動・稼働をコントロールしている。
図中、２８はスイッチ、警報ブザーなど、また制御回路（制御機構）などが配設、内蔵された操作パネルであって、この操作パネル２８、真空ポンプ２４の電源であるＤＣバッテリ２７は、以上の各部材（容器、排出管、ヒートポンプ、排水ケースなど）とともに、装着手段であるベストまたはベルト（単数または複数）にあって例えばそのポケットなどに挿入されることにより保持される構成である。なお、装着手段としては上記以外にも容器外面に面状ファスナを固着し、この面状ファスナにより装着者の衣服に装着することも考えられる。
この装着手段により、冷却の対象となる身体の任意の部分（例えば背中、腰、上腕など）に容器１０が配置されるように身体に装着される。また、操作パネル２８は、操作可能な位置に、例えば身体前面側の上腕、腹部、胸部などに配置されるように装着手段により装着されるものとする。
【００２１】
図７（Ａ），（Ｂ）は、この装着手段の一例としてのベストを示す。
これらの図において、１００は、身体冷却装置の各部材を保持するとともに、身体（人体）の上半身に装着することができるベストである。
ベスト１００は、これを身体に装着したとき内側に位置する薄い内布１０４と、人体に装着した時に外側に位置する外布１０６とで形成され、これらの内布１０４と外布１０６との間に形成された複数のポケット１０５を有している。
これらの内布１０４および外布１０６は、例えば通気性のあるメッシュ生地で形成されている。このように胸部および背部にポケット１０５を形成することにより、内臓等の熱を発生する部位、さらには褐色脂肪を有する部位を効果的に冷却し、かつ、胸筋や背筋等の大きな筋肉から熱を外部に逃すことができる。
身体への着用では、各ポケット１０５に液体容器、真空ポンプなどを配置・収納した後に衣服の上から着用する。
【００２２】
この実施例１に係る身体装着型冷却装置の使用方法について以下説明する。
まず、冷却を必要とする身体部位、例えば背中（背部）に対して容器１０の裏側側面が密着・当接するようにベスト１００のポケット１０５に容器１０を収納・固定する。容器１０では排出管１５の一端部１５Ａとの連結部が上方に位置し、底面が最下方に位置する。このとき、真空ポンプ２４、回収ケース２５などは別のポケット１０５に収納・固定する。操作パネル２８については身体前面（腹部）などの操作が可能な位置（ポケットまたは衣服表面）に装着する。
この状態においては、容器１０内には、水（体温より低い温度の例えば氷水）がその上限とされるまで満たされている。また、弁１８により空気口（空気孔）１７は閉止され、開閉弁２２は閉とされている。さらに、ヒートポンプ２９からは冷媒が金属パイプ１９に供給されている。スイーパ２０は原位置（中間部１５Ｂの端部）にて待機している。
ここに、温度センサ１３が所定温度を検知した場合、弁１４および弁２３は開放され、排出管１５を介して容器１０内と真空ポンプ２４とは連通する。とともに、真空ポンプ２４がＯＮとなり、稼働する。この場合の真空ポンプ２４の稼働開始温度は、例えば身体表面温度３２℃に近い２８℃とするが、急速冷却の場合は２０℃、ゆっくりと冷却する場合は３０℃とし、これら運転開始温度の設定を切り替え可能とする。
真空ポンプ２４の稼働により、排出管１５を介して容器１０内は減圧され、容器１０内の液体（水）は設定温度にて沸騰する。沸騰により蒸発した水蒸気は、排出管１５Ａを通り上昇し、水平部１５Ｂから金属パイプ１９が外嵌めされた部分を通過する際ここで冷却されて液体、大部分が水となる。水は残りの水蒸気とともに他端部１５Ｃより排出される。真空ポンプ２４の稼働により水温が２８℃より低下した場合、真空ポンプ２４を停止する。同時に空気孔１７を開けることで排出管１５内が大気圧に戻り、取り込まれた空気によって、排出管１５内にとどまっていた水蒸気が液化し、かつ付着していた水滴を排水分離部１６の方向に移動させる。仕上げに排出管１５内に溜まる水滴についてはスイーパ２０を駆動して排水分離部１６方向にスイープする（押し出す）。押し出した後、スイーパ２０は原位置に復帰させる。このとき、弁１４，弁２３は閉じる。
この水が減圧沸騰することにより水蒸気が発生するが、この水蒸気の発生により気化潜熱が外部すなわち身体表面から奪われることとなる。例えば沸騰温度が２５℃では５８４ｃａｌ／ｇの潜熱が必要とされる。よって、この容器１０および排出管１５を介して身体表面は冷却されることとなる。
そして、沸騰が進み容器１０内の水位が低下した場合水位センサ１２Ｂが信号を出力すると、操作パネル部２８にて警報音（ブザー）が例えば数秒間だけ鳴らされる。さらに水位が低下すると、水位センサ１２Ａが検知し、警報音とともに、真空ポンプ２４などの作動は停止する。
なお、排出管１５の他端部１５Ｃからの水の排水ケース２５への回収は、弁２３を閉じ、開閉弁２２を開いて行う。
【００２３】
図２は、この発明に係る身体装着型冷却装置の他の実施例（実施例２）を示す。
この実施例２に係る冷却装置にあっては、容器３０内に布帛（繊維質吸水材）３１を配置し、かつ、容器３０内に水を追加供給するためのリザーバ３２をこれに付設した点が、実施例１のそれとは異なる構成である。以下、この２点について詳細に説明し、他の構成要素については実施例１のそれと同等でありその重複説明は省略する。
第１に、薄い箱形の容器３０の内部は仕切り壁３３により液体である水の注入室３０Ａと、布帛３１が内部に保持された設置室３０Ｂとに分離されている。これらの隣接する２室３０Ａ，３０Ｂは、設置室３０Ｂの最下方位置に設けたスリット乃至小孔３４を介して連通しており、この小孔３４を介して繊維である布帛３１の下端部が注入室３０Ａに進出して設置された構成とされている。
布帛３１は繊維（天然繊維または化学繊維）を織り上げた例えば所定大きさの４角形状であって、下端が注入室３０Ａ内に、上端部が注入室３０Ａの上端側に給水孔３５（水蒸気排出用）を介して設置されている。布帛３１の残りの大部分が設置室３０Ｂの蓋３６との間に形成された隙間部分に垂直方向に延びてセットされている。よって、注入室３０Ａ内の水はこの布帛３１に毛管現象により吸い上げられて保持されることとなる。布帛３１は水平な上端側部分、垂直な中間部分および下部についても水を含むように構成されている。蓋３６は容器３０の側面部分を開閉し、布帛３１の交換などを可能としてある。
また、容器３０の注入室３０Ａ内には高さ位置に応じて４つの水位センサ４１，４２，４３，４４が下から上に向かって略等間隔でこの順番に配置されており、最下部のセンサ４１部分には温度センサ（水温検出用）も配置されている。
さらに、容器３０の天井部分に形成した複数の小孔からなる給水孔３５は、弁または開閉板などにより開閉される構造である。
【００２４】
第２の点として、この容器３０の上端面には同じく略直方体形状の箱形容器であるリザーバ４５が付設（直立した状態で）されている。リザーバ４５は容器３０よりもわずかに小容量であって、その下端面には連通孔とこれを開閉する弁４６が配設されている。
また、その中間高さよりわずかに下方位置には水位センサ４７が配設されている。
図中、４５Ａは箱（リザーバ４５）の上面を形成する蓋であり、この蓋４５Ａを取り外して給水をリザーバ４５に行える構成である。さらには、このリザーバ４５の一側面には金属板４８が密着・配置されており、この金属板４８から熱伝導度の高い素材を使用した熱伝導シート４９などにより上記金属パイプ１９を冷却することができる構成である。
その他の構成については実施例１のそれと同等であるが、ヒートポンプについては上記リザーバ４５の側面に密着させた金属板４８がその機能を代替する。すなわち、リザーバ４５内の水で比較的低温とされた金属板４８が熱伝導シート４９により金属パイプ１９を介して排出管１５内の比較的高温の水蒸気を冷却・液化する役割を果たすこととなる。
【００２５】
この実施例に係る身体装着型冷却装置にあっては、容器３０内に布帛３１を付加することにより液体（水）の蒸発面積を増大させている。この結果、単位時間当たりの水蒸気量が増す結果となる。すなわち、蒸発潜熱についても短時間での吸熱作用が発生し、冷却時間の短縮が図ることができる。
なお、水位センサ４１〜４４により水位の検出を行い、水位が低下したとき、警報を発するとともに、この実施例２にあっては、弁４６を開いてリザーバ４５から容器３０への給水を行う。このとき、注水室３０Ａへの給水用小孔群３５は開口されている。
リザーバ４５への給水はその中間高さよりやや下方位置のセンサ４７により水量を検出して蓋４５Ａを開けて行う。
その他の作用効果については、真空ポンプ２４の作動により容器３０内を減圧して水を沸騰させて水蒸気とする際の気化潜熱により身体各部位の冷却を行うことは上記実施例１の場合と同等である。
【００２６】
図３は実施例３に係る身体装着型冷却装置の全体構成を模式図として示す。
この実施例３にあっては、実施例１の装置に対してペルチェ素子５１を追加したものであり、その他の構成については実施例１のそれと同等である。
すなわち、液体容器５２についてその一側面に、この側面と同等のサイズの板材で構成した異なる金属製の２枚の金属板を積層してなるペルチェ素子５１を熱伝導性良好なシール材で貼付したものである。ペルチェ素子５１の外面には金属板５３が同様にシール材を介して貼り付けられている。
この結果、ペルチェ素子５１の外面が金属板（アルミなどの熱伝導度の高い金属を使用する）５３で覆われるため、金属板５３が身体各部位に直接に、または、衣服を介して（間接に）接触するため、ペルチェ素子５１を操作パネル２８の操作でＯＮとした場合、この金属板５３を介して吸熱作用、すなわち冷却作用が行われることとなる。
一方、ペルチェ素子５１の放熱側は容器５２外面に接しているため、真空ポンプ２４のＯＮ動作で減圧された容器５２内部の水が沸騰する温度をこのペルチェ素子５１の放熱によりコントロールすることができる。ペルチェ素子５１からの加熱により水が沸騰し、水蒸気を発生させる。この結果、気化潜熱（蒸発潜熱）によりさらに身体各部における冷却効果を得ることができる。
なお、実施例３に係る装置にあっては、温度センサが設定温度を超えるとき、真空ポンプ２４を作動させる。そして、この真空ポンプ２４の稼働により発生した水蒸気を例えばセンサで検知したとき、真空ポンプ２４の運転を停止する。そして、弁１８により空気口１７を開いて排出管１５内に外気を取り込み、管内で液化していない水蒸気をその圧力差により液化する。管内に残る水とこの液化した水はスイーパ２０で（または流入空気の流れで）弁２２を介して排水ケース２５内に排出する（このとき弁２３は閉じている）。
【００２７】
図４は実施例４に係る身体装着型冷却装置を示す。
この実施例にあっては、実施例２における繊維質吸水材（布帛）を備えた液体入り容器、そのリザーバに対して実施例３に係るペルチェ素子６４を付設した例である。すなわち、図中６２は容器で、注入室と設置室とを備え、布帛６１がこの設置室に介挿されている。リザーバ６３は容器６２の上面に付設されている。ペルチェ素子６４はこの容器６２の後側面に密着して配設されている。
なお、繊維質吸水材は、布帛，紐を複数本並列に設けたもの、またはネット状に編んだものを含む。
この冷却装置の作用については上記各実施例２，３のそれと同等とする。
すなわち、ペルチェ素子６４で冷却し、減圧沸騰による気化潜熱での冷却を併せて行う。水蒸気は液化して水として回収する。さらに、装着手段を駆使して必要な身体の部位に容器６２を直接にまたは間接に密着させる。
なお、上記各実施例にて使用する冷却用のヒートパイプ２９は、熱伝導性が高い材質からなるパイプ中に揮発性の液体（作動液）を封入したもので、パイプ中の一方を加熱し、もう一方を冷却することで、作動液の蒸発（潜熱の吸収）作動液の凝縮（潜熱の放出）のサイクルが発生し熱を移動する。
【００２８】
図５は実施例５に係る身体装着型冷却装置を示す。
この実施例５にあっては、実施例１に係る冷却装置について容器（本体ケース）５２の一側面に保冷剤パック５５を密着して配設してある。容器内部には液体が注入されており、液体が沸騰して蒸発した蒸気は、通路１５を通って回収容器１６に排出される構成である。その際、通路１５の一部は金属パイプ１９でその外面が取り囲まれており、蒸気は冷却されて液体となり回収される。
上記容器５２の外面に接して設けられた保冷剤パック５５は、冷凍された状態で使用が開始される。保冷剤５５の冷却効果とともに、上記各実施例と同様に容器内液体の減圧沸騰による気化潜熱による冷却効果をも併せて発揮することとなる。
その他の構成、作用については、その説明は重複をさけるため、省略する。
【００２９】
図６はこの発明の実施例６に係る身体装着型冷却装置を示す。
この実施例では、液体が注入された容器５２の一側面にペルチェ素子５１を配設し、さらにこのペルチェ素子５１の側面に保冷剤パック５５を密着して配設したものである。その他の部材などは上記実施例５の場合と同様に構成されている。
この実施例にあっては、冷凍された保冷剤パック５５による冷却効果とこれをペルチェ素子５１の吸熱作用とが相俟って、さらには減圧沸騰による気化潜熱により身体各装着部位における冷却効果を高めることができる。例えば装着手段であるベストの背部ポケットにこの三層構造の保冷剤パック５５，ペルチェ素子５１，容器５２を収納して褐色脂肪部分を効率的に冷却することができる。
その他の作用については上記各実施例と同等とする。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明は、液体の気化潜熱により冷却を行う身体装着型冷却装置の技術として有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，３０，５２，６２  容器、
１５  排出管（排出手段）、
１９  金属パイプ（液化手段）、
２０  スイーパ、
２４  真空ポンプ（減圧手段）、
２５  排水ケース（回収手段）、
２９  ヒートポンプ（液化手段）、
３１、６１  布帛、
３２，６３  リザーバ、
５１，６４  ペルチェ素子、
５５  保冷剤パック。
【図１】
2020093068.tif 000003
【図２】
2020093068.tif 000004
【図３】
2020093068.tif 000005
【図４】
2020093068.tif 000006
【図５】
2020093068.tif 000007
【図６】
2020093068.tif 000008
【図７】
2020093068.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月3日(2019.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記排出手段により排出された蒸気を冷却して液化する液化手段と、
この液化手段により液化された液体を回収する回収手段とを備えた身体装着型冷却装置。
【請求項２】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記容器の外面に接して設けられた保冷剤パックを含む身体装着型冷却装置。
【請求項３】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記減圧手段として真空ポンプを用い、
上記排出手段は、蒸気容器の蒸気排出口にその一端部が接続され、その他端部がこの真空ポンプに接続された排出管を有し、この排出管内外を連通する開閉可能な空気口をこの排出管の一端部に設けるとともに、
上記容器の外面にその発熱部分が密着されるペルチェ素子を、その吸熱部分が身体表面に直接にまたは衣服を介して間接に接触するよう設けた身体装着型冷却装置。
【請求項４】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧することにより上記液体を沸騰させる減圧手段と、
この減圧手段による減圧により上記容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
布帛，紐を複数本並列に設けたもの、またはネット状に編んだものである繊維質吸水材を有し、この繊維質吸水材はその一部が上記容器内の液体中に浸漬されるとともに、その残部がこの容器内空間に露出した身体装着型冷却装置。
【請求項５】
内部に液体が注入された容器と、
この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、
この容器内を減圧する減圧手段と、
この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、
上記液体を上記容器に供給可能なリザーバを有する身体装着型冷却装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は身体装着型冷却装置、詳しくは冷却用の液体容器を身体に装着して当該部位を冷却する身体装着型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の身体装着型の冷却装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、人体に装着できる人体冷却具であって、いわゆるベスト形状を呈している。このベストの内布と外布との間に保水層を形成し、保水層内の水の蒸発潜熱により人体を冷却する構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５―５２１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の冷却装置（人体冷却具）にあっては、保水層の水の蒸発は、衣類を介しての人体表面温度に依存するため、冷却効果としては不十分であり、また、保水層への水の供給を行うことが面倒で使い勝手に劣るという問題点を有していた。
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、身体冷却デバイスとして減圧沸騰による液体の気化潜熱を利用することにより、十分な冷却効果を得られることを知見し、この発明を完成するに至った。
【０００５】
この発明は、十分な冷却効果を得られる使い勝手の良い身体装着型冷却装置を提供することを、その目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記排出手段により排出された蒸気を冷却して液化する液化手段と、この液化手段により液化された液体を回収する回収手段とを備えた身体装着型冷却装置である。
容器内の液体の減圧沸騰により、その液体の一部が蒸気となって容器の外部に排出される。このとき、気化潜熱により容器の外部、すなわち身体表面から熱を奪うこととなる。当該身体表面が冷却されることとなる。
液体が沸騰、蒸発して気体となる際の気化潜熱により残存した液体の温度を下げることにより身体表面から熱を奪い、本装置の装着者にとっての冷却効果を発揮する。なお、容器内を減圧するため、液体の沸騰は任意の温度で、すなわち比較的低温（例えば体温より低い温度）で行うことができる。他の熱源については不要とされる。また、減圧手段（例えば真空ポンプ）により容器内空間についての減圧度（すなわち沸騰温度）は容易に調整することができる。
この沸騰は、一定温度のもとでその液体の飽和蒸気圧以下に減圧したとき，液体の表面からだけでなく内部からも気化が起こって蒸気が泡となって発生する現象である。
装着手段としては、例えばベルト、ジャケット、ベスト、外面に面状ファスナを有するポケットなどを適用することができる。装着手段は、液体容器だけでなく、減圧手段（例えば真空ポンプ）、排出手段（例えばホース）などを身体に対して装着できるように構成することもできる。容器は、冷却が必要な身体部位、例えば首の後ろで背中の高い位置などに密着して保持される。
液体を減圧沸騰し、容器より排出された蒸気については、これを冷却することで液化し、この液体を回収する。液化する際は、各種の冷却手段（ヒートポンプ、ヒートパイプなど）を利用するが、水蒸気が液体となる際は、潜熱を放出する。
なお、これらの液化手段、回収手段（例えばタンク状容器）は、装着手段（例えばジャケット、ベルト、紐、面状ファスナなど）により身体の適宜部位に装着される。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記容器の外面に接して設けられた保冷剤パックを含む身体装着型冷却装置である。
保冷剤パックは、市販品を使用することができる。例えば袋詰めされた市販の保冷剤（アイスパック）には約９９パーセントの水と高吸水性樹脂（ポリアクリル酸ナトリウム）、防腐剤、形状安定剤などが含まれている。常温で温まり溶けた状態で保冷効果はないため、まず冷凍庫で十分に凍らせてから使用する。この保冷剤は、使用して温まっても、再び冷凍して繰り返し使うことができる。なお、保冷剤としては相変化材料ＰＣＭ材を充填したＰＣＭパックも好適である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記減圧手段として真空ポンプを用い、上記排出手段は、蒸気容器の蒸気排出口にその一端部が接続され、その他端部がこの真空ポンプに接続された排出管を有し、この排出管内外を連通する開閉可能な空気口をこの排出管の一端部に設けるとともに、上記容器の外面にその発熱部分が密着されるペルチェ素子を、その吸熱部分が身体表面に直接にまたは衣服を介して間接に接触するよう設けた身体装着型冷却装置である。
ペルチェ素子は、例えば矩形の板材に形成され、その一側面が吸熱部分として作用するとき、その他側面は発熱部分として作用する。
このペルチェ素子は、ペルチェ効果を発揮する例えば矩形板状の半導体素子で構成されている。ペルチェ効果とは、異なる２種類の金属の接合部に直流電流を流すと、一方の金属から残りの他方の金属に熱が移動することである。つまり、一方の面が吸熱し、反対面に発熱が起こる。電流の極性を逆転させると、その関係が反転する。高精度の温度制御に適している。一定温度での冷却を行うことができる。
ペルチェ素子による冷却具を併用することで、冷却効果をより高めることができる。このペルチェ素子は、装着手段に装着された容器に密着して設けられ、身体に装着されることとなる。
ペルチェ素子を併せて用いることにより、ペルチェ素子による冷却に加えて気化潜熱による冷却が可能となり、これらの相乗効果を発揮することができる。また、これらの冷却を切り替え使用することも可能となる。すなわち、ペルチェ素子をＯＮとすると、吸熱部分が身体にまたは衣服に触れているため冷却効果を発揮し、さらに、発熱部分の発熱によりこれが接する容器は熱せられて所定温度にまで高められる。容器内は減圧されているため、容器が所定温度に達すると、液体が沸騰し、沸騰潜熱(気化潜熱)を周囲（身体との接着部位）から奪うこととなる。２重の意味での冷却効果を発揮する。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧することにより上記液体を沸騰させる減圧手段と、この減圧手段による減圧により上記容器内の液体から蒸発した気体を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、布帛，紐を複数本並列に設けたもの、またはネット状に編んだものである繊維質吸水材を有し、この繊維質吸水材はその一部が上記容器内の液体中に浸漬されるとともに、その残部がこの容器内空間に露出した身体装着型冷却装置である。
繊維質吸水材とは、布帛，紐を複数本並列に設けたもの、またはネット状に編んだものである。布帛には麻、木綿などによる布を含む。
容器内に配設された繊維質吸水材（布帛、編紐など）は、その一部が液体中に浸漬されており、その残部は容器内空間に（気体中に）露出している。この場合、液体は毛細管現象により布帛の繊維に沿って上昇し、容器内の気体に接触している（空間に露出している）。この結果、液体が容器内の気体に接する表面積は、気体と液体との界面だけでなく繊維の表面を介して増加することとなる。したがって、沸騰に際しては単位時間当たりでの液体が気化する量が増加する。よって、気化潜熱量も増大し、冷却は速度が速まる。
この場合の布帛は、紐を複数本並列に設けた紐材、またはネット状に編んだ網状紐材と同等の概念とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、内部に液体が注入された容器と、この容器が身体表面に直接にまたは衣類を挟んで間接に接触するようにこの容器を身体に装着する装着手段と、この容器内を減圧する減圧手段と、この容器内の液体から蒸発した蒸気を容器外に排出する排出手段とを備えた身体装着型冷却装置であって、上記液体を上記容器に供給可能なリザーバを有する身体装着型冷却装置である。
リザーバは、例えば容器の上方に配設されて、容器内の液体量が少なくなると、リザーバの注入口を開いて液体を容器内に供給（補充）する。冷却効果を長時間発揮することが可能となる。このリザーバは容器と一体としてまたは別々に装着手段により身体に対して装着される。
この装着手段は、上記容器を身体表面に直接にまたは間接に接触するように身体に装着するベスト、ベルト、ジャケットなどを含む。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、減圧手段により容器内の圧力を任意に設定することができ、この結果、媒体（液体）の沸騰温度を任意に設定することが可能となる。液体の沸騰による蒸発潜熱は、例えば水の場合は、２５℃では５８４ｃａｌ／ｇ、６０℃では５６３ｃａｌ／ｇである。すなわち、減圧により沸騰温度を任意とすることで、蒸発潜熱量を制御することができる。この結果、沸騰温度を低下させてその冷却効果を高めることが容易である。減圧度を変更することにより冷却効果を大とすることもできる。
排出された蒸気を冷却して液化し、この液体を回収する。すなわち、水蒸気を冷却して液化するため、その回収が容易となる。液体は気体に比較して取り扱いが容易である。液体は低温のため、安全性を確保することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、減圧沸騰により容器内の液体が蒸発し、その蒸発潜熱により外部の温度を低下させる。このとき、容器の外面に接して設けられた保冷剤パックにおいては、蒸発潜熱による冷却効果に加えて保冷剤による冷却効果を付加することができる。冷却効果が高まる。なお、容器内の液体がなくなり保冷剤パックから熱を奪えなくなって保冷剤パックが高温となり、身体に対する冷却効果が失われた場合は、容器に給水するか、もしくは容器ごと取り換えると同時に新たな冷たいパックと交換して使用することが容易である。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、上記容器の外面にペルチェ素子の発熱部分が密着される一方、ペルチェ素子の吸熱部分は身体表面に直接にまたは衣服を介して間接に接触する。通電によりペルチェ素子の吸熱部分が冷却面となる。とともに、ペルチェ素子の放熱作用により容器は加温され、容器内の液体の沸騰温度に到達する時間を早めることができる。
すなわち、ペルチェ素子を併せて用いることにより、気化潜熱による冷却に加えてペルチェ素子による冷却が可能となり、これらの相乗効果を発揮することができる。また、これらの冷却を切り替え使用することも可能となる。すなわち、ペルチェ素子をＯＮとすると、吸熱部分が身体にまたは衣服に触れているため冷却効果を発揮し、さらに、発熱部分の発熱によりこれが接する容器は熱せられて所定温度にまで高められる。容器内は減圧されているため、容器が所定温度に達すると、液体が沸騰し、沸騰潜熱(気化潜熱)を周囲（身体との接着部位）から奪うこととなる。２重の意味での冷却効果を発揮する。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、繊維質吸水材である布帛、紐を複数本並列に設けた紐材、または、紐をネット状に編んだ網状紐材について、その一部を上記容器内の液体中に浸漬させ、その残部をこの容器内空間に露出させる。その結果として、これらの布帛、紐材、網状紐材により液体が空間に露出する面積を増大することができ、単位時間当たりの蒸発量、すなわち蒸発潜熱を増加させることができる。短時間での冷却を可能としている。冷却の速度を高めることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、上記液体が蒸発し、容器内の残量が減じると、リザーバより液体を容器に供給することとなり、容器への液体の補充を行うことができ、冷却装置として長時間の使用に耐えて使い勝手を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施例１に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】この発明の実施例２に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】この発明の実施例３に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図４】この発明の実施例４に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】この発明の実施例５に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図６】この発明の実施例６に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
【図７】この発明の実施例１〜実施例６に係る身体装着型冷却装置の装着手段の一例（ジャケット）を示す正面図（Ａ）および背面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施例を、図面を参照して具体的に説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は実施例１に係る身体装着型冷却装置の全体構成を示す模式図である。
図１において、１０は箱形の容器（本体ケース）であり、いずれも矩形の幅広の表側側面、裏側側面、底面、上面、および幅が狭い左右一対の側面を有して構成されている。この略６面体箱形の容器１０の内部には液体、例えば水が注入されている。
この容器１０は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率が大きい薄い金属板で作製されている。そのサイズは、例えば縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍとする。その表側側面または裏側側面は緩やかに湾曲させることもできる。この湾曲側面により身体への密着性を高めるためである。
容器１０においては、上記一対の幅狭の側面の一方に開口（給水口）が形成され、この側面開口は板材である蓋１１により開閉可能に配設され、側面から内部に液体を注入可能に構成されている。容器１０の蓋１１とは反対側の側面においてその下方位置には高さを変えて水位センサ１２Ａ、水位センサ１２Ｂが固定されている。これらの水位センサ１２Ａ，１２Ｂは、容器１０が底面を最下方にて水平に位置させるとともに各側面が底面から直立した垂直に保持した状態での容器１０内の液体の水位、すなわち液体残量を告知するものである。さらに、低い位置の水位センサ１２Ａに近接して(または一体化して)水温センサ１３が配設されている。これらのセンサ１２Ａ，１２Ｂ，１３からの各出力信号は後述する制御機構に入力される。
また、容器１０の上面（矩形）の一部には蒸気の排出口が形成されており、この排出口には弁１４を介して排出管１５の一端部が接続・連通されている。排出管１５の一端部は垂直に（上方に向かって）延びて直角に屈曲して水平部となり、さらにその他端部は垂直に（下方に向かって）直角に屈曲して液体の排水分離部１６に接続・連通している。
【００１９】
排出管１５は、垂直に配置された一端部１５Ａと、水平に配置された中間部１５Ｂと、垂直に配設された他端部１５Ｃとで構成されている。一端部１５Ａは容器１０に接続されるとともに、他端部１５Ｃは真空ポンプ２４に弁２３を介して接続されている。中間部１５Ｂには金属パイプ１９が外嵌されており、この金属パイプ１９にはヒートポンプ（またはヒートパイプ）２９より熱伝導シートなどを介して冷却媒体が送給される。すなわち、金属パイプ１９は排出管１５内部を通流する水蒸気を冷却し、液化する機能を有している。金属パイプ１９、ヒートポンプ２９が水蒸気の液化手段を構成している。
また、排出管１５の一端部１５Ａには、容器１０側に配置した弁１４より離間して（発生した蒸気の排出における下流側に）空気口（空気孔とも記載する）１７が形成されており、この空気口１７を介して排出管１５内外が連通可能な構成とされている。この空気口１７は弁１８により開閉される。
排出管１５の中間部１５Ｂは断面が同一径の円管であって直線状に延びており上述した金属パイプ１９を挟んでその上流側である一端部１５Ａとの連結部分（屈曲部）には当該配管内を移動（摺動）可能なスイーパ２０が配設されている。スイーパ２０は先端に円板を固着したロッドをモータ駆動により往復動させる構成とすることができる。また、金属パイプ１９よりも下流側部分には配管内に突出するセンサ（スイーパ当接検知器）２１が配設されている。スイーパ２０はこの直線状の中間部１５Ｂ内をセンサ２１との間で往復動し、管内の水滴、水蒸気を排出管１５の他端部１５Ｃ側に排出するよう構成されている。
排出管１５の他端部１５Ｃには上記排水分離部１６との間に開閉弁２２が配設されており、開閉弁２２の下流側で真空ポンプ２４の吸入口側には弁２３が配設されている。なお、排水分離部１６の下端部は液体排出管となって回収用の排水ケース２５に接続されている。この排水ケース２５も厚さの薄い箱状の容器であって蓋２６により開閉自在とされている。
【００２０】
真空ポンプ２４のＯＮ／ＯＦＦ、ヒートポンプ２９のＯＮ／ＯＦＦ、スイーパ２０のＯＮ／ＯＦＦ、および各弁の開閉は、制御機構により制御されている。なお、制御機構はＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏを備えたマイクロチップを有して構成されている。すなわち、制御機構は、上記センサ出力を得て、あらかじめ設定したプログラムに基づき信号処理を行い、上記アクチュエータ類（ポンプ、スイーパ、弁など）の作動・稼働をコントロールしている。
図中、２８はスイッチ、警報ブザーなど、また制御回路（制御機構）などが配設、内蔵された操作パネルであって、この操作パネル２８、真空ポンプ２４の電源であるＤＣバッテリ２７は、以上の各部材（容器、排出管、ヒートポンプ、排水ケースなど）とともに、装着手段であるベストまたはベルト（単数または複数）にあって例えばそのポケットなどに挿入されることにより保持される構成である。なお、装着手段としては上記以外にも容器外面に面状ファスナを固着し、この面状ファスナにより装着者の衣服に装着することも考えられる。
この装着手段により、冷却の対象となる身体の任意の部分（例えば背中、腰、上腕など）に容器１０が配置されるように身体に装着される。また、操作パネル２８は、操作可能な位置に、例えば身体前面側の上腕、腹部、胸部などに配置されるように装着手段により装着されるものとする。
【００２１】
図７（Ａ），（Ｂ）は、この装着手段の一例としてのベストを示す。
これらの図において、１００は、身体冷却装置の各部材を保持するとともに、身体（人体）の上半身に装着することができるベストである。
ベスト１００は、これを身体に装着したとき内側に位置する薄い内布１０４と、人体に装着した時に外側に位置する外布１０６とで形成され、これらの内布１０４と外布１０６との間に形成された複数のポケット１０５を有している。
これらの内布１０４および外布１０６は、例えば通気性のあるメッシュ生地で形成されている。このように胸部および背部にポケット１０５を形成することにより、内臓等の熱を発生する部位、さらには褐色脂肪を有する部位を効果的に冷却し、かつ、胸筋や背筋等の大きな筋肉から熱を外部に逃すことができる。
身体への着用では、各ポケット１０５に液体容器、真空ポンプなどを配置・収納した後に衣服の上から着用する。
【００２２】
この実施例１に係る身体装着型冷却装置の使用方法について以下説明する。
まず、冷却を必要とする身体部位、例えば背中（背部）に対して容器１０の裏側側面が密着・当接するようにベスト１００のポケット１０５に容器１０を収納・固定する。容器１０では排出管１５の一端部１５Ａとの連結部が上方に位置し、底面が最下方に位置する。このとき、真空ポンプ２４、回収ケース２５などは別のポケット１０５に収納・固定する。操作パネル２８については身体前面（腹部）などの操作が可能な位置（ポケットまたは衣服表面）に装着する。
この状態においては、容器１０内には、水（体温より低い温度の例えば氷水）がその上限とされるまで満たされている。また、弁１８により空気口（空気孔）１７は閉止され、開閉弁２２は閉とされている。さらに、ヒートポンプ２９からは冷媒が金属パイプ１９に供給されている。スイーパ２０は原位置（中間部１５Ｂの端部）にて待機している。
ここに、温度センサ１３が所定温度を検知した場合、弁１４および弁２３は開放され、排出管１５を介して容器１０内と真空ポンプ２４とは連通する。とともに、真空ポンプ２４がＯＮとなり、稼働する。この場合の真空ポンプ２４の稼働開始温度は、例えば身体表面温度３２℃に近い２８℃とするが、急速冷却の場合は２０℃、ゆっくりと冷却する場合は３０℃とし、これら運転開始温度の設定を切り替え可能とする。
真空ポンプ２４の稼働により、排出管１５を介して容器１０内は減圧され、容器１０内の液体（水）は設定温度にて沸騰する。沸騰により蒸発した水蒸気は、排出管１５Ａを通り上昇し、水平部１５Ｂから金属パイプ１９が外嵌めされた部分を通過する際ここで冷却されて液体、大部分が水となる。水は残りの水蒸気とともに他端部１５Ｃより排出される。真空ポンプ２４の稼働により水温が２８℃より低下した場合、真空ポンプ２４を停止する。同時に空気孔１７を開けることで排出管１５内が大気圧に戻り、取り込まれた空気によって、排出管１５内にとどまっていた水蒸気が液化し、かつ付着していた水滴を排水分離部１６の方向に移動させる。仕上げに排出管１５内に溜まる水滴についてはスイーパ２０を駆動して排水分離部１６方向にスイープする（押し出す）。押し出した後、スイーパ２０は原位置に復帰させる。このとき、弁１４，弁２３は閉じる。
この水が減圧沸騰することにより水蒸気が発生するが、この水蒸気の発生により気化潜熱が外部すなわち身体表面から奪われることとなる。例えば沸騰温度が２５℃では５８４ｃａｌ／ｇの潜熱が必要とされる。よって、この容器１０および排出管１５を介して身体表面は冷却されることとなる。
そして、沸騰が進み容器１０内の水位が低下した場合水位センサ１２Ｂが信号を出力すると、操作パネル部２８にて警報音（ブザー）が例えば数秒間だけ鳴らされる。さらに水位が低下すると、水位センサ１２Ａが検知し、警報音とともに、真空ポンプ２４などの作動は停止する。
なお、排出管１５の他端部１５Ｃからの水の排水ケース２５への回収は、弁２３を閉じ、開閉弁２２を開いて行う。
【００２３】
図２は、この発明に係る身体装着型冷却装置の他の実施例（実施例２）を示す。
この実施例２に係る冷却装置にあっては、容器３０内に布帛（繊維質吸水材）３１を配置し、かつ、容器３０内に水を追加供給するためのリザーバ３２をこれに付設した点が、実施例１のそれとは異なる構成である。以下、この２点について詳細に説明し、他の構成要素については実施例１のそれと同等でありその重複説明は省略する。
第１に、薄い箱形の容器３０の内部は仕切り壁３３により液体である水の注入室３０Ａと、布帛３１が内部に保持された設置室３０Ｂとに分離されている。これらの隣接する２室３０Ａ，３０Ｂは、設置室３０Ｂの最下方位置に設けたスリット乃至小孔３４を介して連通しており、この小孔３４を介して繊維である布帛３１の下端部が注入室３０Ａに進出して設置された構成とされている。
布帛３１は繊維（天然繊維または化学繊維）を織り上げた例えば所定大きさの４角形状であって、下端が注入室３０Ａ内に、上端部が注入室３０Ａの上端側に給水孔３５（水蒸気排出用）を介して設置されている。布帛３１の残りの大部分が設置室３０Ｂの蓋３６との間に形成された隙間部分に垂直方向に延びてセットされている。よって、注入室３０Ａ内の水はこの布帛３１に毛管現象により吸い上げられて保持されることとなる。布帛３１は水平な上端側部分、垂直な中間部分および下部についても水を含むように構成されている。蓋３６は容器３０の側面部分を開閉し、布帛３１の交換などを可能としてある。
また、容器３０の注入室３０Ａ内には高さ位置に応じて４つの水位センサ４１，４２，４３，４４が下から上に向かって略等間隔でこの順番に配置されており、最下部のセンサ４１部分には温度センサ（水温検出用）も配置されている。
さらに、容器３０の天井部分に形成した複数の小孔からなる給水孔３５は、弁または開閉板などにより開閉される構造である。
【００２４】
第２の点として、この容器３０の上端面には同じく略直方体形状の箱形容器であるリザーバ４５が付設（直立した状態で）されている。リザーバ４５は容器３０よりもわずかに小容量であって、その下端面には連通孔とこれを開閉する弁４６が配設されている。
また、その中間高さよりわずかに下方位置には水位センサ４７が配設されている。
図中、４５Ａは箱（リザーバ４５）の上面を形成する蓋であり、この蓋４５Ａを取り外して給水をリザーバ４５に行える構成である。さらには、このリザーバ４５の一側面には金属板４８が密着・配置されており、この金属板４８から熱伝導度の高い素材を使用した熱伝導シート４９などにより上記金属パイプ１９を冷却することができる構成である。
その他の構成については実施例１のそれと同等であるが、ヒートポンプについては上記リザーバ４５の側面に密着させた金属板４８がその機能を代替する。すなわち、リザーバ４５内の水で比較的低温とされた金属板４８が熱伝導シート４９により金属パイプ１９を介して排出管１５内の比較的高温の水蒸気を冷却・液化する役割を果たすこととなる。
【００２５】
この実施例に係る身体装着型冷却装置にあっては、容器３０内に布帛３１を付加することにより液体（水）の蒸発面積を増大させている。この結果、単位時間当たりの水蒸気量が増す結果となる。すなわち、蒸発潜熱についても短時間での吸熱作用が発生し、冷却時間の短縮が図ることができる。
なお、水位センサ４１〜４４により水位の検出を行い、水位が低下したとき、警報を発するとともに、この実施例２にあっては、弁４６を開いてリザーバ４５から容器３０への給水を行う。このとき、注水室３０Ａへの給水用小孔群３５は開口されている。
リザーバ４５への給水はその中間高さよりやや下方位置のセンサ４７により水量を検出して蓋４５Ａを開けて行う。
その他の作用効果については、真空ポンプ２４の作動により容器３０内を減圧して水を沸騰させて水蒸気とする際の気化潜熱により身体各部位の冷却を行うことは上記実施例１の場合と同等である。
【００２６】
図３は実施例３に係る身体装着型冷却装置の全体構成を模式図として示す。
この実施例３にあっては、実施例１の装置に対してペルチェ素子５１を追加したものであり、その他の構成については実施例１のそれと同等である。
すなわち、液体容器５２についてその一側面に、この側面と同等のサイズの板材で構成した異なる金属製の２枚の金属板を積層してなるペルチェ素子５１を熱伝導性良好なシール材で貼付したものである。ペルチェ素子５１の外面には金属板５３が同様にシール材を介して貼り付けられている。
この結果、ペルチェ素子５１の外面が金属板（アルミなどの熱伝導度の高い金属を使用する）５３で覆われるため、金属板５３が身体各部位に直接に、または、衣服を介して（間接に）接触するため、ペルチェ素子５１を操作パネル２８の操作でＯＮとした場合、この金属板５３を介して吸熱作用、すなわち冷却作用が行われることとなる。
一方、ペルチェ素子５１の放熱側は容器５２外面に接しているため、真空ポンプ２４のＯＮ動作で減圧された容器５２内部の水が沸騰する温度をこのペルチェ素子５１の放熱によりコントロールすることができる。ペルチェ素子５１からの加熱により水が沸騰し、水蒸気を発生させる。この結果、気化潜熱（蒸発潜熱）によりさらに身体各部における冷却効果を得ることができる。
なお、実施例３に係る装置にあっては、温度センサが設定温度を超えるとき、真空ポンプ２４を作動させる。そして、この真空ポンプ２４の稼働により発生した水蒸気を例えばセンサで検知したとき、真空ポンプ２４の運転を停止する。そして、弁１８により空気口１７を開いて排出管１５内に外気を取り込み、管内で液化していない水蒸気をその圧力差により液化する。管内に残る水とこの液化した水はスイーパ２０で（または流入空気の流れで）弁２２を介して排水ケース２５内に排出する（このとき弁２３は閉じている）。
【００２７】
図４は実施例４に係る身体装着型冷却装置を示す。
この実施例にあっては、実施例２における繊維質吸水材（布帛）を備えた液体入り容器、そのリザーバに対して実施例３に係るペルチェ素子６４を付設した例である。すなわち、図中６２は容器で、注入室と設置室とを備え、布帛６１がこの設置室に介挿されている。リザーバ６３は容器６２の上面に付設されている。ペルチェ素子６４はこの容器６２の後側面に密着して配設されている。
なお、繊維質吸水材は、布帛，紐を複数本並列に設けたもの、またはネット状に編んだものを含む。
この冷却装置の作用については上記各実施例２，３のそれと同等とする。
すなわち、ペルチェ素子６４で冷却し、減圧沸騰による気化潜熱での冷却を併せて行う。水蒸気は液化して水として回収する。さらに、装着手段を駆使して必要な身体の部位に容器６２を直接にまたは間接に密着させる。
なお、上記各実施例にて使用する冷却用のヒートパイプ２９は、熱伝導性が高い材質からなるパイプ中に揮発性の液体（作動液）を封入したもので、パイプ中の一方を加熱し、もう一方を冷却することで、作動液の蒸発（潜熱の吸収）作動液の凝縮（潜熱の放出）のサイクルが発生し熱を移動する。
【００２８】
図５は実施例５に係る身体装着型冷却装置を示す。
この実施例５にあっては、実施例１に係る冷却装置について容器（本体ケース）５２の一側面に保冷剤パック５５を密着して配設してある。容器内部には液体が注入されており、液体が沸騰して蒸発した蒸気は、通路１５を通って回収容器１６に排出される構成である。その際、通路１５の一部は金属パイプ１９でその外面が取り囲まれており、蒸気は冷却されて液体となり回収される。
上記容器５２の外面に接して設けられた保冷剤パック５５は、冷凍された状態で使用が開始される。保冷剤５５の冷却効果とともに、上記各実施例と同様に容器内液体の減圧沸騰による気化潜熱による冷却効果をも併せて発揮することとなる。
その他の構成、作用については、その説明は重複をさけるため、省略する。
【００２９】
図６はこの発明の実施例６に係る身体装着型冷却装置を示す。
この実施例では、液体が注入された容器５２の一側面にペルチェ素子５１を配設し、さらにこのペルチェ素子５１の側面に保冷剤パック５５を密着して配設したものである。その他の部材などは上記実施例５の場合と同様に構成されている。
この実施例にあっては、冷凍された保冷剤パック５５による冷却効果とこれをペルチェ素子５１の吸熱作用とが相俟って、さらには減圧沸騰による気化潜熱により身体各装着部位における冷却効果を高めることができる。例えば装着手段であるベストの背部ポケットにこの三層構造の保冷剤パック５５，ペルチェ素子５１，容器５２を収納して褐色脂肪部分を効率的に冷却することができる。
その他の作用については上記各実施例と同等とする。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明は、液体の気化潜熱により冷却を行う身体装着型冷却装置の技術として有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，３０，５２，６２  容器、
１５  排出管（排出手段）、
１９  金属パイプ（液化手段）、
２０  スイーパ、
２４  真空ポンプ（減圧手段）、
２５  排水ケース（回収手段）、
２９  ヒートポンプ（液化手段）、
３１、６１  布帛、
３２，６３  リザーバ、
５１，６４  ペルチェ素子、
５５  保冷剤パック。