(57)【要約】  空洞を形成するために結合させた実質的に気体不透過性の第一基層(2)および気体透過性の第二基層(3)を含んでなる、着用者の身体を冷却するための衣服(1)が記載される。例えば着用者の身体によって、圧迫される可能性がある領域において気体の流動を維持するために、少なくとも一つのスペーサー要素(30)が、第一基層と第二基層の間に設置される。第一基層と第二基層のうち少なくとも一方が、好ましくは、空洞内の表面上に複数の隆起突出部を有し、気体透過性の第二基層が、空洞に対し外側の表面上に、かつ着用者の身体に近接して複数の隆起突出部(4)を有している。この空洞は、気体が、空洞内に流入して、気体透過性の第二基層を通過して空洞から出るように、気体供給源(6〜9)に接続されるように構成されている。本冷却服は、軽重量でかつ快適であり、そしてつながれることなく携帯できるようにすることができる。
2009525412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それらの周縁周りが結合されてそれらの間に空洞が形成されている、実質的に気体不透過性の第一基層および気体透過性の第二基層、
前記空洞内に配置された少なくとも一つのスペーサー要素、および
気体透過性の前記第二基層の、前記空洞に対し外側の表面上の、着用者の身体に近接している複数の隆起突出部
を含んでなる衣服であって、
前記空洞は、気体が、空洞内に流入して、気体透過性の第二基層を通過して空洞から出るように、気体供給源に接続されるよう構成されており、かつ
前記スペーサー要素は、第一基層と第二基層の内の少なくとも一方の空洞内の表面上の複数の隆起突出部ではない、着用者の身体を冷却する衣服。
【請求項２】
第一基層と第二基層の内の少なくとも一方が、空洞内の表面上に複数の隆起突出部を有する請求項1に記載の衣服。
【請求項３】
第一基層と第二基層の内の少なくとも一方が、空洞内の表面の一部分の上に複数の隆起突出部を有する請求項1に記載の衣服。
【請求項４】
第一基層と第二基層の内の少なくとも一方が、スペーサー要素に隣接する空洞内の表面の一部分の上に複数の隆起突出部を有する請求項1に記載の衣服。
【請求項５】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、空洞内の第一領域中に配置されている請求項1に記載の衣服。
【請求項６】
空洞内の第二領域中の、第一基層と第二基層の内の少なくとも一方の上に複数の隆起突出部を有する請求項5に記載の衣服。
【請求項７】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、空洞中の、着用者の身体で圧迫される領域内に配置されている請求項1に記載の衣服。
【請求項８】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、約3〜30 mmの高さを有する請求項1に記載の衣服。
【請求項９】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、4〜20 mmの高さを有する請求項1に記載の衣服。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのスペーサー要素の高さが、隆起突出部の高さより大きい請求項1に記載の衣服。
【請求項１１】
前記スペーサー要素の高さが、空洞内の隆起突出部の高さより大きい請求項2に記載の衣服。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、らせん状コイルを備えている請求項1に記載の衣服。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、複数のらせん状コイルを備えている請求項1に記載の衣服。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、三次元のメッシュを備えている請求項1に記載の衣服。
【請求項１５】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、耐荷重性を有している請求項1に記載の衣服。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、空洞内で支持されている請求項1に記載の衣服。
【請求項１７】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、第一基層と第二基層の内の少なくとも一方に固定されている請求項1に記載の衣服。
【請求項１８】
前記少なくとも一つのスペーサー要素の位置を空洞内に確保するための支持層をさらに備えている請求項1に記載の衣服。
【請求項１９】
請求項1に記載の衣服および空洞に気体流を供給する気体供給源を備えている衣服システム。
【請求項２０】
システム中の気体をコンディショニングするための、気体の流れと流体連通している要素をさらに備えている請求項19に記載の衣服システム。
【請求項２１】
前記要素が、前記気体と蒸気連通している乾燥剤である、請求項20に記載の衣服システム。
【請求項２２】
前記要素が、前記乾燥剤と熱的に連通している相変化材をさらに含んでいる請求項21に記載の衣服システム。
【請求項２３】
それらの周縁周りが結合されてそれらの間に空洞が形成されている、実質的に気体不透過性の第一基層および気体透過性の第二基層、
前記空洞内に配置された少なくとも一つのスペーサー要素、および
着用者の身体と衣服の気体透過性の第二層との間に挿置されかつ複数の隆起突出部を有する少なくとも一つの追加の基層
を含んでなる衣服であって、
前記空洞は、気体が、空洞内に流入して、気体透過性の第二基層を通過して空洞から出るように、気体供給源に接続されるよう構成されており、かつ
前記スペーサー要素は、第一基層と第二基層の内の少なくとも一方の空洞内の表面上の複数の隆起突出部ではない、着用者の身体を冷却する衣服。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの追加の基層が、着用者の身体に近接した表面上に隆起突出部を有する請求項23に記載の衣服。
【請求項２５】
前記少なくとも一つのスペーサー要素の高さが約3〜30 mmである請求項23に記載の衣服。
【請求項２６】
前記少なくとも一つのスペーサー要素の高さが4〜20 mmである請求項23に記載の衣服。
【請求項２７】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、らせん状コイルを備えている請求項23に記載の衣服。
【請求項２８】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、複数のらせん状コイルを備えている請求項23に記載の衣服。
【請求項２９】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、三次元のメッシュを備えている請求項23に記載の衣服。
【請求項３０】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、耐荷重性を有している請求項23に記載の衣服。
【請求項３１】
第一基層と第二基層の内の少なくとも一方が、空洞内の表面上に複数の隆起突出部を有する請求項23に記載の衣服。
【請求項３２】
第一基層と第二基層の内の少なくとも一方が、空洞内の表面の一部分の上に複数の隆起突出部を有する請求項23に記載の衣服。
【請求項３３】
それらの周縁周りが結合されてそれらの間に空洞が形成されている、実質的に気体不透過性の第一基層および気体透過性の第二基層、
前記空洞内に配置された少なくとも一つのスペーサー要素、および
気体透過性の前記第二基層の、前記空洞に対して外側の表面上の、着用者の身体に近接している複数の隆起突出部
を含んでいる衣服；
気体の流れを前記空洞に供給する気体供給源であって、前記空洞が、空洞内に気体が流入し、気体透過性の第二基層を通過して空洞から出るように、気体供給源に接続されるよう構成されている、気体供給源；
気体をコンディショニングするために前記気体の流れと流体連通している要素；
を備えてなり、
前記スペーサー要素は、第一基層と第二基層の内の少なくとも一方の空洞内の表面上の複数の隆起突出部ではない、着用者の身体を冷却する衣服システム。
【請求項３４】
前記要素が、前記気体と蒸気連通している乾燥剤である、請求項33に記載の衣服システム。
【請求項３５】
前記要素が、さらに、前記乾燥剤と熱的に連通している相変化材を含んでいる請求項33に記載の衣服システム。
【請求項３６】
第一基層と第二基層の内の少なくとも一方が、空洞内の表面上に複数の隆起突出部を有する請求項33に記載の衣服システム。
【請求項３７】
第一基層と第二基層の内の少なくとも一方が、空洞内の表面の一部分の上に複数の隆起突出部を有する請求項33に記載の衣服システム。
【請求項３８】
前記少なくとも一つのスペーサー要素の高さが約3〜30 mmである請求項33に記載の衣服システム。
【請求項３９】
前記少なくとも一つのスペーサー要素の高さが4〜20 mmである請求項33に記載の衣服システム。
【請求項４０】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、らせん状コイルを備えている請求項33に記載の衣服システム。
【請求項４１】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、複数のらせん状コイルを備えている請求項33に記載の衣服システム。
【請求項４２】
前記少なくとも一つのスペーサー要素が、三次元のメッシュを備えている請求項33に記載の衣服システム。
【請求項４３】
前記要素が気体の温度を変化させる請求項33に記載の衣服システム。
【請求項４４】
気体の温度が上昇する請求項43に記載の衣服システム。
【請求項４５】
気体の温度が低下する請求項43に記載の衣服システム。
【請求項４６】
前記コンディショニング要素が、クロスフロー乾燥剤乾燥機である請求項33に記載の衣服システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人用の気体分布服(ガーメント)、好ましくは通気冷却服に関する。一実施態様は、密閉されたオーバーオールスーツおよび有害な化学的、生物学的またはその他の環境の危険から着用者を保護するように設計された呼吸システムを着用している着用者が使用するための通気冷却服に向けられている。濾過された環境空気を通気冷却媒体として使用できるようにすることも、本発明の通気冷却服の一機能である。本衣服のさらなる好ましい特性は、高い冷却力、低重量、小容積、良好な可撓性および高い水蒸気透過性であり、これらの特性はすべて、着用者の快適さに寄与している。
【背景技術】
【０００２】
人が長期間にわたって不十分な熱の放散にさらされると、体温の上昇(熱性ストレス)、不快感、疲労の増大、運動機能と知能の低下、極端な場合、死をもたらすことはよく知られている。例えば、中核体温が38℃を超えると意思決定が損なわれて反応時間が長くなるが、中核体温が40℃を超えると、生理的損傷を起こして死に至ることがある。体温の上昇は、外部原因、身体の運動による代謝過程またはその両者の組合せによる熱の蓄積から起こる。消防士などの職員、有毒なまたは一般に有害な清掃作業に携わる人のような「危険物」作業員、および有害製品を扱う化学工場の作業員は、かような熱ストレスの犠牲者になる可能性がある。かような個人は、人の皮膚と衣服を覆っている環境空気流によって自然に起こる冷却作用を著しく妨げる実質的に完全密閉式の衣服を通常着用しなければならない。
【０００３】
熱ストレスの発生を防止する可能性のある一方法は、通常、空気で随意選択的に冷却された冷却気体を、対象者の身体に吹き付けて、対流冷却と蒸発冷却を組み合わせて、対象者を冷却する方法である。熱ストレスの作用の試験結果は、この作用を最小限にするために、中位の身体運動をしている対象者に供給される、望ましい平均冷却量は、胴体の領域に対して最小100ワットであることを示している(「Techniques for Estimating Ventilation Requirements for Personal Air-cooling Systems」,J. W. Kaufman , Naval Air Warfare Center report NAWCADPAX-99-92-TR.参照)。
【０００４】
対象者の「空気冷却」を達成するため、各種の方法が提案されている。例えば、Frimらの米国特許第5,243,706号に開示されているシステムは、かかる方法の一つである。この引用文献に開示されている衣服の構造は、空気不透過性層と空気分布層を有し、これらの層が、その間に配置された波形メッシュのスペーサー層で結合されている構造である。別のメッシュスペーサー層が、空気透過性層と着用者の身体との間に配置されている。冷却空気は、空気透過性層と空気不透過性層の間の空間に供給され、その空気透過性層から出て着用者の身体全体に分布（分配）される。この衣服の、波型スペーサー層を含む多層構造からみて、衣服の可撓性、フィット性および快適性が著しく損なわれ、上記の要望事項の基準を満たすとは考えられない。また、メッシュ織物の、空気流に対する抵抗が比較的高いので高圧の空気源が必要であり、このような空気源は、携帯式(すなわち、つなぎなしの)システムでは、容易には使用できない。
【０００５】
Elsherifらの米国特許第5,564,124号は、身体の選択された領域に空気を導くため、連続気泡フォームなどの空気透過性材料の領域を組み込んだ衣服を含む個人用通気装置を開示している。このシステムも、電池を電源とするブロワー装置を備えており、またそのブロワー装置は随意選択的に熱電加熱装置、冷却装置またはフィルターを有している。冷却空気が通気される領域が胴体の全領域と比べて小さいことからみて、この引用文献に開示されている衣服の冷却力は、厳しく限定されるので上記の冷却基準を満たさない。
【０００６】
Weberの米国特許第5,970,519号は、厚さが最小限でかつ空気が吹き込まれる空洞を画成している空気不透過性層と空気透過性層からなる簡単な2層構造を有する、医療職員用冷却服を開示している。空洞には、この衣服が、放射線シールドなどの重いエプロンの下に着用されたときに、服の肩の部分が潰れるのを防止するため、スペーサーすなわち中間材料または中間構造体が肩領域にのみ存在している。かかるシステムの明確な一欠点は、不均一な空気の分布をもたらす空洞内の空気流を制御するための中間層がないことである。さらなる欠点は、内側の空気透過性層と着用者の身体との間の空気の分布を制御する手段を欠いていることである。このような機構を欠いていると、着用者身体の幾つかの領域、特に、空気入口ポートに隣接する領域の過冷却を起こし、一方、他の領域は満足に冷却しないことがある。上記したようなシステムのいろいろな欠点を克服することが、本発明の目的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、危険なまたは有毒な環境において、ならびに消防士、クリーンルーム職員または病院職員のように、対象者が高い熱ストレスの状態にさらされる他の用途において使用される密閉服とともに使用できる気体分布服システムに向けられている。好ましい実施態様では、気体分布冷却服システムは、胴体にのみ冷却空気を送達するベストを備えているものが最も便利であるが、袖つきのジャケット、袖と脚部つきのカバーオール、または身体の特定領域に冷却空気を送達する他のいずれの形態であってもよい。最適の快適さと冷却効率を得るため、この衣服は、着用者の体型にぴったり一致していることが望ましい。
【０００８】
冷却気体は周囲環境の空気であり、かつその空気は、濾過して、冷却空気から望ましくない成分を除くことができることが本発明の実施態様の1つの目的である。冷却気体は、気体の温度を下げるため、熱交換器を通過させたり、またはその冷却容量を一層増大するため減湿器を通過させてもよい。さらに、約35℃の周囲温度の空気を使って、最も有効な冷却が、対象者に対して約4〜8リットル/秒(l/s)の空気流量で達成され、かつその空気流は、対象者の身体からわずか約4 mm以下の層に限定すべきであるということが確認されたのである。
【０００９】
別の目的は、長期間にわたって、着用者が経験している自然冷却に加えて、着用者を高度に冷却することである。好ましくは、50ワットを超える追加の冷却を、胴体に、少なくとも約3時間にわたって行い、より好ましくは、約80ワットを超える追加の冷却を、さらに好ましくは、約100ワットを超える追加の冷却を、着用者の胴体に、少なくとも約3時間にわたって行なう。
【００１０】
さらに別の目的は、本発明を構成する基層(基材)によって画成されている空洞内に、気体分布マニホルドおよび複数の離散要素を使用することによって、実質的に均一な冷却を、着用者の胴体全体にわたって達成することである。
【００１１】
さらなる目的は、「繋留されない(つながれない)」で低重量の個人用冷却システムを提供することである。好ましい実施態様では、システムの全重量は3 kg未満である。
【００１２】
さらに別の目的は、水蒸気透過性が高いので、衣服に冷却気体が供給されない場合でも、着用者の身体への汗の蓄積が最小限になる基層を含む冷却服を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面は、それらの周縁周りに取り付けられて、それらの間に空洞を形成している実質的に気体不透過性の第一基層および気体透過性の第二基層、空洞内に配置された少なくとも一つのスペーサー要素、および気体透過性の第二基層の、空洞に対して外側の表面上の、着用者の身体に近接している複数の隆起突出部を含む、着用者の身体を冷却する衣服を提供する。この身体冷却服において、空洞は、気体が空洞に流入し、気体透過性の第二基層を通過して空洞から出るように気体源(気体供給源)に接続されるよう構成され、また、スペーサー要素は、第一および第二の基層の少なくとも一方の空洞内の表面上の複数の隆起突出部ではない。
【００１４】
本発明の気体分布服を含む一実施態様は、密閉されて少なくとも一つの空洞を画成する第一と第二の基層を備えている。第一の基層は、実質的に気体不透過性であるが水蒸気透過性である。第二の基層は、気体透過性でかつ好ましくは水蒸気透過性である。空洞の内側に向いている、一方または両方の基層の表面は、離散要素の形態の複数の隆起突出部を備え、そして空洞は、気体源システムと流体接続している気体分布マニホルドが入るように構成されている。第二の基層の、空洞に対し外側の表面も、離散要素の形態の複数の隆起突出部を備えている。
【００１５】
好ましい一実施態様では、本衣服は、ベストの形態であり、使用時、気体透過性の第二基層は、この第二層を通過して空洞から出る気体が着用者の胴体全体にわたって流動するように、ベストの内側を形成している。第二基層の、空洞に対し外側の表面上の複数の離散要素は、この基層と、着用者の身体もしくはその身体の上に着用している他の服との間に空間を形成する。離散要素の高さは、着用者の身体もしくは着用者の身体に隣接して着用されている他の服と気体透過性の第二基層との間の間隔が、冷却気体が均一に流動できるように十分大きいが、気体の冷却作用を低下させるほど大きくないように選択される。離散要素の水平方向の間隔は、空洞から出る気体の流れを分散させて、胴体を実質的に均一に冷却するように最適化される。
【００１６】
空洞内の基層の一方の表面または両表面上の複数の離散要素は、これらの表面の間に間隔を与えて、冷却気体を、空洞内で、したがって着用者の身体を横切って、均一に分散させることができる。
【００１７】
別の実施態様では、気体分布服システムは、着用者の身体と空洞を形成する第二基層の外側表面との間に介在させた追加の基層上に配置されている、空洞に対し外側の突出部を備えている。この介在基層は、好ましくは水-水蒸気透過性であり気体透過性であってもよい。この介在層は、空洞を形成する基層に結合していてもよくまたは空洞の基層から分離していてもよい。
【００１８】
複数の離散要素は、メッシュまたはメッシュ様スペーサーを利用する従来技術の服と比べて、突出部間に撓むことができることによって、本発明の衣服の整合性(形状追従性)を高めることに寄与している。その上にパターンまたは複数の離散要素を有する、本発明で使用するのに適切な基層の可撓性は、少なくとも、実質的に、離散要素無しの基層の可撓性である。対照的に、従来技術のメッシュまたはメッシュ様のスペーサーの三次元構造は、変曲点を欠いており、かつ一般に嵩高で剛性であるから、これら構造を使用すると、可撓性と整合性の劣った服ができる。
【００１９】
さらにまた、複数の離散要素は、メッシュまたはメッシュ様材料をスペーサーとして利用する従来技術の服と比べて、気体の流れに対する抵抗の低い服構造をもたらす。メッシュのスペーサーは、空気流を妨げる材料で構築されており、一方、本発明の材料は、離散要素の間に、空気流を妨げる介在材料を全く有していない。離散要素によって与えられる気体流に対する抵抗が低いと、本発明の衣服に冷却気体を供給するのに低電力のファンが使用しやすくなり、本発明の衣服を、電源または冷却気体の高圧供給源に「繋留する」必要が無くなる。したがって、好ましい実施態様は、「携帯式」または「非繋留式(つなぎなし)」の気体分布服システムを備えている。なお、この用語は、本明細書で使用する場合、(定置)電源または高圧気体供給源に繋留されないシステムを意味する。冷却気体は、有害なまたは他の望ましくない汚染成分を除くための濾過要素または他の気体処理システムを随意選択的に取り付けることのできる電池電源のファンによって空洞中に吹き込まれる周囲環境の空気でよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施態様を示す図1を参照すると、気体分布冷却服1は、その周縁周りを気体透過性基層3に結合されて、空洞(切欠き部分Aに模式的に示してある部分)を画成している実質的に気体不透過性の基層2を備えている。基層3は、空洞に対し外側にかつ着用者の身体に近接しているその表面上に、離散要素の形状の複数の隆起突出部4を備えている。基層3は、その基層の隆起突出部の間に穿孔して、気体が空洞から通気して着用者の身体上を通過できる複数の通孔5を設けることによって、気体透過性になっている。一実施態様では、冷却気体は、随意使用されるフィルター7を通過してファン6によって引き入れられて、ダクト8を通じて空気分布マニホルド9に供給され、そこから、空洞の容積全体にわたって実質的に均一に、通孔5を通過して出る周囲環境の空気である。この冷却服は、面ファスナーシステムまたは当該技術分野で知られている他の適切な方法を使用して固締できる固締部分10によって、着用者の身体に密接して保持される。
【００２１】
本システムを通過する空気流の方向は、全体を一連のブロック矢印で示してあり、これは本発明の理解を助けるために記入され、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２２】
図2は、着用者の身体に近接して着用されている気体透過性基層3の表面を描いた本発明の一実施態様の平面図である。離散要素4と通孔5の分布状態は、図2の領域「X」の拡大図である図3に、より明瞭にかつ詳細に示してある。本発明の一実施態様を例示している図3は、基層3の表面上の離散要素4と通孔5の相対的分布状態を示している(尺度通りではない)。ここに示した実施態様では、離散要素は、平面図で円形断面であるように示されているが、本発明を限定するとみなすべきではない。この隆起突出部は、立方形、円錐形、角錐形、多面体形、半球形または半球台形などの他の形状であってもよい。用語「離散要素」は、実質的にもしくはほとんど不連続の、すなわち接続されていない複数の個別要素を意味する。離散要素4は、好ましくは柔軟かつ弾性であるが、空気流の最適の快適性と保持を達成するために限定された圧縮性を有している。離散要素は、基層間または基層と着用者身体との間の空間を維持できるいずれの材料で構成されていてもよいが、好ましくは、例えば、限定されないが、当業者に知られているシリコーン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアルケン、ポリアミド、フッ素ポリマーまたは他の類似材料から選択される熱可塑性または熱硬化性のポリマーで構成されている。隆起突出部4は、押出し法もしくはスクリーン印刷法または例えば表面コーティング法の当業者に知られている他の方法などの便利な方法で基層2に適用されてよい。
【００２３】
最適の気体流と冷却を達成するには、上記の隆起突出部は、好ましくは、着用者の身体に近接している基層3の表面積の50%以下を被覆し、好ましい被覆率は表面積の30%未満であり、そしてより好ましい被覆率は表面積の20%未満である。驚くべきことには、最適の冷却は、隆起突出部の高さが、好ましくは離散要素4の形状で、約1〜20 mmの範囲内であり、好ましくは約2〜10 mmの範囲内であり、そしてより好ましくは約2〜4 mmの範囲内であるシステムで達成されることを本発明者が発見したのである。好ましくは、隆起突出部4は、基層3の外表面と着用者との間に、その隆起部の高さに等しい幅の複数のチャネルを画成する。通孔5を通過して出る冷却気体は、チャネルを通じて流れ、着用者の身体の全体にわたって実質的に均一に分布される。
【００２４】
断面形状が円形で示されている通孔５は、他の断面形状であってもよく、好ましくは、着用者の身体全体にわたって均一な気体流を維持するため、基層3の表面上に均一に分布している。1個の通孔の断面積は、好ましくは、約1〜2 mmの直径を有する円形通孔の断面積に等しい。これらの通孔の数は、基層3の空気透過率が、好ましくは、圧力低下約100 Paにて約10〜100 l m-2s-1の値であり、より好ましくは、圧力低下約100 Paにて約60〜70 l m-2s-1の値であるのに十分な数でなければならない。
【００２５】
図4は、本発明の一実施態様の図２のY-Y’方向の拡大詳細断面図である。基層2と3は、冷却気体が気体分布マニホルド(図示せず)から流入する空洞11を画成している。半球形の離散要素で構成されている隆起突出部4は、基層3の外表面上、すなわち空洞11に対し外側の表面上に設けられている。衣服が着用されているとき、突出部4は、着用者の身体と接触しているか、または着用者が着ている下着またはTシャツなどの衣料品と接触している。
【００２６】
再び図4を参照すると、この実施態様は、空洞11の内側に配置された、基層2の表面と一体の複数の隆起突出部を備えていることが分かるであろう。これらの隆起突出部は、空洞11内の基層2の表面上に均一に分布されている半球形離散要素12の形状である。好ましくは離散要素12の形状の隆起突出部は、空洞に対し内側の、基層2の表面の面積の好ましくは50%未満、より好ましくは30%未満を覆っている。空洞内に配置された離散要素12の一機能は、例えば、重い衣料品または自給式呼吸装置が、本発明の冷却服の上に着用されている場合、空洞11が潰れるのを防ぐため、スペーサー部材として働く機能である。離散要素12の別の機能は、冷却気体が空洞11全体にわたって均一に分布するのを助ける機能である。
【００２７】
空洞内の離散要素12の高さは、好ましくは約1〜20 mmの範囲内である。ベストの厚さを最小限にしかつその整合性と可撓性を最大にするため、および空洞11を通じて冷却気体の均一な分布を保証するため、離散要素12の好ましい高さは、約2〜10 mmの範囲でよい。空洞内に位置している離散要素12は、適切な材料で構成されているが、好ましい材料は、限定された圧縮性を有する柔軟で弾性のポリマーである。これらのポリマーは、熱可塑性または熱硬化性でもよく、シリコーン類、ポリウレタン類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリアルケン類、フッ素ポリマー類、または当業者が適切であるとみなしている他のポリマーなどのポリマーの範囲から選択でき、そして押出法、スクリーン印刷法または当業者に知られている適切な方法で支持基層に適用することができる。
【００２８】
本発明の別の実施態様を図5に示してあるが、図5は、空洞11内の離散要素12の形状の隆起突出部が別の配置構成になっている衣服の断面図である。この実施態様では、離散要素12は、基層3の内側表面上に配置され、かつ基層3の反対側の表面上に配置されている突出部4から外れた位置に配置されている。さらに別の実施態様では、基層3の内側表面上の離散要素12は、通孔5を通過する空気流を維持しながら、基層3の外側表面上の突出部4の位置と一致していてもよい。
【００２９】
基層2は、好ましくは、実質的に気体不透過性であり、用語「実質的に気体不透過性」は、この基層の気体透過度が、気体透過性の第二基層の気体透過度の約10%未満であることを意味する。好ましい基層は、空気透過度が、圧力100 Paにて10 l m-2 s-1未満である。好ましくは、基層2も水蒸気透過性である。基層3は、穿孔された気体不透過性層でもよく、または微孔質PTFEのラミネート、緻密な織布または高密度の不織布などの、空気透過度が本明細書で先に教示したような約10〜100 l m-2 s-1の範囲である好ましい構造を有する本来空気透過性の層でもよい。基層3は、穿孔されると、通孔5によっていくぶん水蒸気透過性になるが、基層3を構成する材料は、本来水蒸気透過性であることが好ましい。
【００３０】
基層2と3は、単一のモノリシック構造体で構成されていてもよく、または基層に所望の特徴、例えば空気透過性および水蒸気透過性を付与するため、選択された異なる材料製の複数の層で構成されてもよい。好ましい構造体は、編物もしくは織物、および水蒸気透過性ポリマーをコートされた延伸ポリテトラフルオロエチレン膜のラミネートである。このようなラミネートは、米国デラウェア州ニューアーク所在のW.L.Gore and Associates Inc.が商品名GORE-TEX（登録商標）で販売している。気体不透過性基層および気体透過性基層の両者を含む本発明の基層に使用する好ましい水蒸気透過性の材料は、ポリウレタン、ポリエステルまたは微孔質ポリウレタンなどの水蒸気透過性ポリマーの層で構成されていてもよく、またはこのようなポリマーをコートまたはラミネートされた布帛構造体で構成されていてもよい。好ましい材料は、水蒸気蒸発抵抗(Ret)値が、ISO 11092で測定して約20 m2 Pa W-1未満の材料である。より好ましい材料は、Ret値がISO 11092で測定して約15 m2 Pa W-1未満の材料である。
【００３１】
着用者の体型に対して最大の可撓性と整合性を得るために、基層2と3は、使用応力に耐える十分な堅牢性を保持しながら、可能な限り薄くなければならない。基層3は、モノリシック単一層の構造体、または基層2に選択されているのと同じもしくは異なる材料で構成された複数の層もしくはラミネートで構成されていてもよい。
【００３２】
本発明の別の構造体では、空洞に対し外側の複数の隆起突出部が空洞の外側表面に直接配置されていない気体分布服システムが形成されている。空洞の外側表面の隆起突出部は、着用者の身体と空洞の外側表面との間に挿入されている追加の基層上に配置されている。この別の構造体の第一実施態様では、空洞の外側表面の複数の隆起突出部は、空洞の外側基層と着用者の皮膚の間に配置された追加の基層上に配置され、そしてその隆起突出部は、主として皮膚の方に向いている。追加の基層は、空気透過性の、適切な織物、不織布または編物でよい。例えば、気体分布服とは別に着用される編物の下着は、着用者の皮膚の方に向いている、下着の内側に配置された複数の隆起突出部を有していてもよい。この好ましい実施態様では、隆起突出部を有する追加の基層は、空気透過性であり、空洞の空気透過性の空洞基層からの空気流を、この追加基層を通じて着用者の皮膚のすぐ近くまで流入させることができる。
【００３３】
この別の構造体の第二実施態様では、空洞の外側に複数の隆起突出部を有する追加の基層が、着用者の身体と空洞の外側表面との間にやはり配置されている。この実施態様では、複数の隆起突出部は、主として、追加の基層上に、皮膚から離れた方向に向けて配置されている。この追加の基層は、例えば、Tシャツのような編物の下着のような水蒸気透過性の適切な織物、不織布または編物でもよい。この実施態様では、追加の基層は、空気透過性の空洞の基層と、隆起突出部を有する追加の基層との間の空洞の外側に生成する空気流中に、皮膚から水分が蒸発できるように、水蒸気透過性である。この実施態様では、追加の基層は、随意選択的に空気透過性である。本発明の別の構造体の実施態様では、追加の基層は、空洞を形成する基層の一方または両方に永久的に取り付けられていてもよく、または追加の基層は、空洞を形成する基層に取り外しできるように取り付けられていてもよく、または追加の基層は、空洞を形成する基層から分離していてもよい。
【００３４】
図10で例示されている本発明の別の実施態様では、空洞は、隆起突出部に加えてさらに、例えば着用者の身体によって圧縮されやすい領域に空気流を維持するため空洞の基層の間に、少なくとも一つのスペーサー要素30を備えていてもよい。例えば、一実施態様では、図10に示すように、少なくとも一つのスペーサー要素30が、着用者の腹部、着用者の腹部に隣接する脇腹部分または腹部と脇腹部分の両方に対応する部分の空洞内に配置されている。したがって、スペーサー要素30は好ましくは耐荷重性を有している。好ましい耐荷重性スペーサー要素は、限定されないが、バリスティックベスト、バックパック、自給式呼吸装置などの比較的重い用具の下に着用されたとき、空洞内に適切なギャップを維持できる要素である。スペーサー要素は、高さが約1〜30 mmであり、好ましくは2〜約30 mmもしくは3〜約30 mmであり、より好ましくは約4〜約20 mmである。スペーサー要素30は、隆起突出部12と組み合わせて利用する場合(図11)、その高さは隆起突出部の高さより高い方が好ましい。図11は、図10のB-B’線断面図である。スペーサー要素30は、図10に示す気体分布べストの空洞を形成している空気透過性基層3と空気不透過性基層2の間に配置されている。この実施態様では、空気不透過性基層2は、スペーサー要素30が組み込まれている領域と同じ領域に隆起突出部12を備えている。
【００３５】
本発明は、可撓性で整合性のある衣服を目的としているので、スペーサー要素は、好ましくは、可撓性材料、変曲点を有する形状、または衣服の可撓性を維持するように組み込まれた多種の要素で構成されている。スペーサー要素の形状は、圧縮に抵抗して、空洞部分全体にわたって所望の空気流分布を維持するのに適していなければならない。その例としては、限定されないが、一つのらせん状コイル、複数のらせん状コイル、可撓性の孔あきチューブおよび成形された三次元メッシュがある。
【００３６】
スペーサー要素が、図10の切開図Zに示すようならせん状コイルである場合、好ましいらせん状コイルは、直径が、約2〜30 mmの値であり、好ましくは約3〜30 mmの値であり、より好ましくは約４〜約20 mmの値である。本発明で有用ならせん状コイルを製造するのに適切な一材料としては、ポリ塩化ビニルがある。このようなコイルは、Factory Express(米国ニューメキシコ州アルバカーキ所在、例えば部品番号 1200および1240)から入手できる。
【００３７】
スペーサー要素がコイルの場合、連続長または複数のコイル要素であってもよい。あるいは、らせん状コイルで構成されているスペーサー要素は、オーバーラップしているコイルのグリッドでもよい。
【００３８】
随意選択的に、空洞内に配置されている少なくとも一つのスペーサー要素は、空洞の基層に取り付けられていない。別法によれば、スぺーサー要素は、空洞内の一方の基層の表面または両基層の表面に、例えば接着、縫合などによって固定してもよく、または空洞の外周に取り付けることによって空洞中に組みこんでもよい。さらに別の実施態様では、スペーサー要素は、図11に31で例示されているように、空洞内中に組み込まれている平面メッシュまたはスクリムなどの追加の層で支持されてもよい。例えば、追加の層は、空洞の基層に取り付けることなく、空洞の外周に取り付けることによって空洞中に組みこんでもよく、または空洞の基層に固定してもよい。スペーサー要素は、随意選択的に、スペーサーと追加の支持層を、縫合、接着および織り合わせもしくは絡み合わせするなどの既知の方法によって、追加の支持層に固定できる。追加の支持層を製造するのに適切な材料としては、平坦なメッシュまたはスクリムがあり、空洞内で有意に背圧を増大しないものが好ましい。
【００３９】
スペーサー要素を備えたさらに別の実施態様では、隆起突出部は、スペーサー要素が組み込まれている領域の空洞の内部から省くことができる。したがって、一実施態様では、空洞を形成する第一と第二の基層、および圧縮作用を受ける領域の空洞内にスペーサー要素を有し、そしてその第一と第二の基層の少なくとも一方が、空洞内表面上に複数の隆起突出部を有しかつスペーサー要素を有する領域の空洞内の表面上に隆起突出部を随意選択的に有する気体分布服が製造される。好ましい一実施態様では、少なくとも一つのスペーサー要素が空洞内の第一領域内に配置され、空洞内に位置する基層上の複数の隆起突出部が第二領域内に配置されている。
【００４０】
本発明のさらに別の実施態様では、第一と第二の基層で形成されている空洞全体わたって隆起突出部の代わりに、スペーサー要素を使用できる。したがって、本発明の一実施態様は、その周囲周りが結合されてそれらの間に空洞を形成する実質的に気体不透過性の第一基層および気体透過性の第二基層を備え、少なくとも一つのスペーサー要素がその空洞内に配置されて第一と第二の基層のうち少なくとも一方に随意選択的に固定され、そして気体透過性の第二基層は空洞に対し外側の表面上に着用者の身体に近接して複数の隆起突出部を有する気体分布服であって、空洞は、気体が空洞中に流入し次いで気体透過性の第二基層を通過して空洞から出るように構成されている気体分布服に分けられている。スペーサー要素が隆起突出部の代わりに利用されるこの実施態様では、スペーサー要素の好ましい高さは、約1〜30 mmである。
【００４１】
本発明の気体分布服は、好ましくは、電池電源のファンで維持される携帯式個人用冷却システム中に組み込まれるので、そのシステムの効率を最大にするため、スペーサー要素の生成する背圧を最小限にすることが好ましい。
【００４２】
基層で形成される空洞は、気体が空洞中に流入して気体透過性基層を通じて空洞から出るように、気体源と接続するよう構成されている。かかる構成に対して好ましい手段は、気体分布マニホルドであり、これは断面が実質的に中空でかつ気体源と流体連通しており、および気体が空洞の少なくとも一部分の中に分布できるように一連の通孔を有している。図6は、本発明の一実施態様に使用される気体分布マニホルドの構造を示す。図6に示すマニホルドは、断面が実質的に長方形の中空の細長い部材13で構成されているが、他の断面形状も本発明で使用するのに適していると解すべきである。中空部材13は、側部15と16に沿って設けた一連の通孔14および気体供給ダクト17を有している。中空部材13は、使用時、衣服の空洞内に配置され、ダクト17は空洞の外側に配置されている。冷却空気は、ダクト17の内腔18を通じて供給されて、通孔14を通過し衣服の空洞中に分布される。
【００４３】
図7は、本発明の衣服に使用される、図1のアイテム9に相当する気体分布マニホルドの別の好ましい構造体を示す。この構造体は、断面が実質的に円筒形でかつ側縁22、23、24および25にそって一連の通孔21を有する二つの中空で細長い部材19と20を有する。中空部材19と20はユニオンピース27によって気体供給ダクト26に接続され、部材19と20の、ユニオンピース27から遠いほうの末端は、閉鎖ピース28と29によって閉鎖されている。
【００４４】
使用時、部材19と20は、好ましくは、一方の部材が着用者の胴体の前部をカバーする衣服の領域内に有り、もう一方の部材が衣服の後部領域にあるように、衣服の空洞内に配置されている。この代表的実施態様の気体供給ダクト26は、衣服の空洞の外側に位置している。ダクト26に供給された冷却気体は、部材19と20の両方に送られ、通孔21を通過して空洞中に分布される。
【００４５】
部材19と20は、当業者に知られている適切な材料で製造できるが、着用者に最適な整合性を提供するには、柔軟かつ可撓性で好ましくは弾性であり、ごくわずか圧縮性を有していなければならない。適切な材料としては、ポリウレタン、ポリエステルまたは合成ゴム類、例えばEPDMもしくはSBRなどのエラストマー材料がある。この材料は、55〜65ショアAの範囲内の硬度を有しているものが好ましい。
【００４６】
別の実施態様で、本発明は、本発明の実施例として図12と図14に例示したような気体調節(コンディショニング)要素58と気体ブロアー60を組み込んだ気体分布冷却服1を含む気体分布システムに向けられている。気体の流路は、図12中に矢印で示してある。気体流量計62が、気体分布冷却服1中に送られる気体の流量を監視するため、随意選択的に気体分布システム中に含まれていてもよい。気体コンディショニング要素を設置して、気体分布服内に分布される気体の質を改善することができる。用途の要求によって、気体コンディショニング要素は、粒子の濾過、化学的吸着、除湿、冷却もしくは加熱またはこれらの組合せの機能を備えていてもよい。
【００４７】
図12に示し、実施例4、5および6に例示したような閉ループシステムでは、着用者の身体由来の水分は、循環している気体流中に吸収されるので、気体分布システム中の水蒸気圧は上昇する。高い冷却効率を維持するため、水蒸気圧の低い気体流を循環させるほうが好ましい。したがって、本発明の一実施態様は、水分を気体流から除去できる気体コンディショニング要素を含んでいる。着用者の周りを循環している気体流の水蒸気圧を低下させることによって、着用者の身体からの水分の蒸発を促進して、被験者の冷却を高めることができる。
【００４８】
気体コンディショニング要素を有する一実施態様では、流入する気体から水分を除くため、乾燥剤乾燥機が設置されている。別の実施態様では、乾燥剤が水分を吸収するときに発生する熱を吸収するため、相変化材が同時に気体コンディショニング要素に加えられる。参照することにより本願に援用するものとする米国特許第6,858,068号には、図12に示すコンディショニングされた気体の分布システムに使用できる乾燥剤/相変化材乾燥機が記載されている。
【００４９】
本発明の別の実施態様では、主たる気体流路が矢印で示されている、図14に例示されているような気体分布服と流体連通しているクロスフロー乾燥剤乾燥機が組み込まれている。クロスフロー乾燥剤乾燥機70は、水分を吸着して乾燥剤中に発生した熱を除くため、乾燥剤床と交差する二次気体流72をさらに備えている。この実施態様では、二次気体流72は、気体分布冷却服1と流体連通している主気体流とは分離されている。流入気体流から水蒸気圧を低下させることができる適切な乾燥剤乾燥機であればいずれも、本発明の気体分布システムと組み合わせて使用できる。
【００５０】
気体コンディショニング要素を備えた本発明の気体分布システムの性能は、気体コンディショニング要素を備えていない、図16に示す気体分布システムの性能と比較できる。約35℃および約50%の相対湿度において実施した試験では、図12と14に例示したような、気体コンディショニング要素を備えたシステムは、図16で例示したような、気体コンディショニング要素のない同じ構造体より大きい冷却作用を提供した。
【００５１】
本発明の気体分布システムの別の実施態様は、気体分布ベストと流体連通している気体コンディショニング要素が、流入気体流の温度を変化させるシステムである。一実施態様では、気体の温度は上昇する。環境によっては、熱源から循環気体流を分離するほうが望ましい。このような分離気体流システムの主な要件は、その気体流と熱源が熱的に連通していることである。この目的を達成するのに適した材料としては、反応の発熱に対して高い熱容量を有する材料または熱を制御された方式で消散させることができる材料がある。例えば、Grabber Performance Group(米国ミシガン州グランドラピッズ所在)が、商品名MyCoal Heat Treatで市販しているような酸化鉄のパケットは、気体コンディショニング媒体として使用できる。さもなければ、気体流の温度は、参照することにより本願に援用するものとする米国特許第6,532,762号に例えば列挙されているような吸着ユニットを、気体コンディショニング要素中に組み込むことによって上下させることができる。
【実施例】
【００５２】
実施例1
本発明の一実施態様の効力を立証するため、衣服を、本明細書の教示に従って作製し、トレッドミル上で歩く被験者に着用させて、その衣服の冷却効力を評価した。
【００５３】
第一と第二の基層は、Basofil（登録商標）スパンボンド不織布と、空気不透過性でかつ水蒸気透過性のコーティングを有する延伸ポリテトラフルオロエチレンとのラミネートであって、Basofil（登録商標）の表面上に均一に分布された複数の発泡シリコーンゴムの突出部を有しているラミネートで構成されている。このラミネートは、ドイツ国プツブルン所在のW.L.Gore and Associates GmbHから、商品名Airlock（登録商標）部品番号AIRL 002000で入手できる。シリコーンゴムの突出部は、高さがほぼ3mmであり、ラミネートの表面の約13%の面積を覆っている。
【００５４】
2片のAirlock（登録商標）AIRL 002000ラミネートを切り取り、次いで図2に従って、約0.45 m2の身体被覆面積が得られる大きさにした。本発明の第二基層に相当するラミネートには、直径1.34 mmの針で穿孔して、約6 mm x10 mmの間隔で通孔のグリッドパターンを作製した。これらの通孔から得られるラミネートの空気透過性は、約100 Paの圧力降下で約60 l.m-2s-1であった。
【００５５】
ラミネートの切り取った切断片を、図4に示す配列に並べて、その周縁を縫合で結合し、空洞を形成させた。図7に示す全体構造の気体分布マニホルドを、図7に示す部材19と20に相当する、内径25 mmの円筒形ケーブルダクト(部品番号 364-3458、イングランドノーサンプトンシャー州コービー所在のRS Components Ltd.から入手)2本から製造した。各部材の長さは約460 mmであった。直径が約4 mmの通孔の均一な列を、一部材当たり92個の通孔が得られるように、図7の表面22、23、24および25に相当するダクトの表面に穿孔した。空洞内のダクトの一方の末端は閉鎖部材で密閉され、その他方の末端は、図7に示すユニオン部材27と気体入口ダクト26で終端している。電気ファン(部品番号 U97EM-012KK3、イングランドサリー州エガム所在のAcal Radiationから入手)を、気体ダクトに接続して組み立てを完了した。評価試験中は、便宜上、ファンに約15ボルトの直流電流を流すように調節された卓上電源ユニットを電源として使った。この設定で、ファンによる圧力降下を測定し、次いでその測定値を、ファンのメーカーのデータシートから得た圧力降下/流量のデータと比較することによって、ファンからの空気流量を計算した。流量は、約10 litre/secであることを確認した。
【００５６】
評価試験を行なうため、被験者に、以下のように衣服を着用させた。被験者は、皮膚の上に木綿製Tシャツと木綿製ブリーフを着用した。実施例1の冷却服を、Tシャツの上に着用した。冷却服の上に、防護服(British Army MK IV protective suit)を着用した。最後に、防護服の上に、防弾ベスト(British Army MK I Fragmentation vest)を着用した。足にソックスとヘビーブーツをはき、次いで軽重量の木綿製手袋が中に入っているゴム製手袋を着用した。呼吸マスクを被験者の顔面に取り付けた。
【００５７】
3種の評価試験を以下のようにして実施した。
試験1−ファン運転中(すなわち冷却操作中)の上記着用被験者。
試験2−ファンを停止した(すなわち冷却されていない)上記着用被験者。
試験3−冷却服を脱いだこと以外同じ(すなわち軍人が現在使用しているのと同じ衣料組合せのまま)の上記着用試験者。
【００５８】
被験者に、約4.5 km/hrの直線速度に設定したトレッドミル上を歩かせて、被験者の中核体温と心拍数を監視し記録した。各試験の期間は、約100分間の歩行期間とこれに続く約30分間の休憩時間からなっている。これらの評価試験は、周囲環境の温度が約35℃で相対湿度が50%の環境調整室内で実施した。
【００５９】
3種の全試験について、心拍数/時間のグラフおよび中核体温/時間のグラフそれぞれを図8と図９に示してある。図8を参照すれば、心拍数(拍動/分)/時間(hr)のグラフが、本発明の衣服の高度に有意な冷却効果を示している。試験1に該当する冷却モードの衣服を着用している被験者の心拍数/時間のグラフ(「冷却」グラフ)は、心拍数が、全試験期間を通じて、全体にわたってわずかに上昇(約80拍/分から約100拍/分まで)することを示している。このグラフの規則的なピークは、運動期間に対応しているが、冷却操作によって、心拍数は、休憩期間中、実質的にベースレベルまで低下している。しかし、対照的に、「冷却無し」および「ベスト無し」のモード(試験2および3)の場合の心拍数のグラフは、心拍数が、試験期間全体にわたって、約80拍/分から極めて望ましくない160拍/分まで規則的に上昇している。
【００６０】
しかし、試験2と3のグラフの関係が近いことは、本発明の別の非常に望ましい特徴を立証している。すなわち、冷却服を冷却することなく着用している場合でも、冷却服無しの衣料組合せと比べて、熱-生理的負荷が、着用者にほとんどまたは全く加わっていないことを立証している。
【００６１】
図9に示す中核体温のグラフは、さらに、本発明の冷却服の効力を確証している。この「冷却」グラフは、被験者の中核体温のごくわずかな上昇(約0.5℃未満)を示している。対照的に、試験2と3に対応する「冷却無し」および「ベスト無し」のグラフは、ほとんど2℃という極めて望ましくない上昇を示している。しかし、この中核体温のグラフは、心拍数のグラフと同様に、冷却服を冷却操作無しで着用しているときの冷却服の熱-生理的負荷特性が無視できることを立証している。
【００６２】
また、本発明の目的は、上記した実施例の冷却服によって明確に達成される。上記試験では、ファンが卓上電源ユニットによって動力を供給されているので、電池電源のファンを使用して、同じ空気流量を達成できることが分かったのである。この実施例のファンを、5ボルトの直流電源のみを必要とするファン(部品番号 U97LM-005K1、イングランドサリー州エガム所在のAcal Radiationから入手)と取り替えて、その代替ファンには、アンダーロード電圧が5.0ボルトで公称定格電圧が6.4ボルトの電池(部品番号 U3356H/2/7、イングランドオックスフォードシャー州アビンドン所在のUltralife Batteries Ltd.から入手)によって動力を供給した。ファンは、9時間にわたって約6 litre/secの出力を提供した。
【００６３】
ファンと電池を取り付けたこの実施例の冷却服は、重量が約2.1 kgであったが、これは、軽重量システムの目標値の3 kgよりかなり軽い。
【００６４】
実施例2
冷却
実質的に実施例1に従って製造した冷却服の冷却力を評価するため、カナダ国ノバスコシア州ダートマス所在のコード社(The Cord Group Ltd.)によるマネキン試験(Thermally Instrumented Manikin testing)を冷却服に行った。冷却服を、前記実施例1で使用したような標準の防護服(British Army MK IV protective suit)と組み合わせて試験した。試験は、周囲環境の温度を35℃に、相対湿度を50%に設定した、温度と湿度を制御した室内で実施した。試験方法の詳細を以下に説明する。
【００６５】
試験方法
英国標準の衣料アンサンブルを使用する冷却ベストの原型を、マネキン試験システム(Thermal Instrumented Manikin Test System)を利用して評価した。試験中、周囲環境の温度、皮膚の温度および電力消費量を記録した。
【００６６】
マネキン試験システムは、コンピュータシステムに接続された温度センサと電気加熱器を備えたアルミニウム製中空人模型からなっている。この人模型に、試験すべき人用衣料を着用させて、適切な環境中においた。コンピュータ装置で加熱器を制御して、人模型の皮膚を設定温度に維持し、これを行なうのに必要な電力を測定した。電力は、衣服を横切る温度差が原因の衣服を通じて逃げる熱に等しい。人模型の既知の表面積とともに、電力と温度差を利用して、衣服が提供する熱抵抗を計算した。
【００６７】
衣服の熱的性能は、実際の作動条件と同じかまたは類似の条件下で、衣服全体の無人試験で評価した。このシステムは、選択された温度に加熱されてその温度を維持できる等身大の防水人模型を採用した。
【００６８】
このシステムは、Thermally Instrumented Manikin(TIM)、制御モヂュール、コンピュータ、環境温度センサおよびこれら要素を接続する電線を備えていた。人模型は、試験服の内側に適合する人のプロポーションの形態である。この人模型のアルミニウム製枠組みと試験服の内側の加熱器の出力の組合せによって、人模型の表面にわたって適切に均一な温度が提供された。温度は、人模型の枠組みに埋め込まれたセンサによって感知され、次いで制御モジュールに送られる。
【００６９】
制御モジュールは、プログラム式データ収集システム、加熱器リレーおよび他の回路部品を収納していた。データ収集システムは、人模型の温度センサからデータを受信し、次いで人模型の表面温度が一定に保持されるように、加熱器のリレーを制御した。このシステムは、周囲環境の温度および人模型に加えた電力も測定し、人模型の表面積でプログラムされた。このシステムは、温度、電力および面積のデータによって冷却服の絶縁値を計算し、それを他の適切なデータとともにコンピュータに送信した。コンピュータは、制御・表示端末およびポストプロセッサとして作動した。
【００７０】
試験には、以下の衣料の組合せを使用した。人模型には、まず、白色の100%木綿布地のインターロック編物(高ストレッチ)製カバーオール(皮膚)に、組み合わせた長袖シャツとズボンを着せた。冷却衣服に、水を分布させるためのチューブを縫合した。第1表に示す人模型の設定のA-Eに記載されているような試験設定によって、実施例1に従って作製した冷却服(２種のスタイル)を選択し、任意にカバーオールの上に着せた。第一スタイルの冷却服は、入口ポートが単一のマニホルド(図6)を備えており、そして第二スタイルの冷却服は、スプリットマニホルド(図7)を備えていた。防護服(UK Standard protective suit ensemble)の上下およびMK Iバリスティックベストを含む外層を、冷却服の上に着せるか、または試験条件によっては、カバーオール(皮膚)の上に直接着用させた。冷却服の開口は以下のように処置した。腕部の袖口は、押し込んで弾性ストラップで締結し、前部のジッパーは頂点まで上げ、脚部の下部は弾性ストラップで締結した。バリスティックベストのテンショニングストラップを締結した。
【００７１】
上記の人模型を持ち上げて垂直姿勢にし、頭部ボルトから吊り下げて足が床に軽く接触するようにして、試験チャンバー内に吊り下げた。複数の環境センサを、人模型の周りに吊り下げて、周囲環境の温度を検出した。人模型の温度は約35.0℃に設定した。試験チャンバーの環境温度は約35℃に設定したが、温度の実測値は約34.16〜34.31℃であった。試験チャンバーの環境相対湿度は約50%に設定したが、その実測値は約48.5〜56.0%であった。チューブによって木綿製衣料に加えた水は、汗による湿潤をシミュレートするために加えた。人模型が設定温度に到達して試験期間に入れるように安定所要時間を与えた。長期電力を、すべての計算部分について、定常状態の条件に到達するまで監視し、次いで試験を再び開始した。
【００７２】
本発明の気体分布ベストありおよび無しの人模型(thermal instrumented manikin)ならびに標準の防護服アンサンブル(British protective suit ensemble)の、定常状態の長期電力の試験結果は、以下の通りである。
【００７３】
【表１】
2009525412.tif 000003
【００７４】
第1表は、冷却モードに付勢したときの本発明の冷却服の有意な全冷却電力を示している。さらに、人模型の設定AとBの試験結果を比較すると、冷却服が冷却するため付勢されていないとき、本発明の冷却服システムによって人模型に加えられた追加の温度ストレスが最小限になることが立証されている。
【００７５】
快適性(Conformability)
本発明の冷却服の快適性を試験して、従来技術の冷却服に使用されている代表的な材料のメッシュスペーサー材料と比較した。Airlock（登録商標）Laminate AIRL 002000を含むサンプルを、複数の突出部と通孔を有する実施例1の空気透過性第二基層によって作製し、試験して、Mueller Textile Germany社製のスペーサー材料、Mueller Part no.5911と比較した。
【００７６】
試験方法
利用した試験方法は、ASTM D 4032-94(2001年に再認可)-Standard Test Method for Stiffness of Fabric by the Circular Bend Procedureに記載されている方法と実質的に同じで、以下のように変更した方法である。試験サンプルの大きさは、4インチ X 4インチ(100 mm X 100 mm)であり、ソフトウェア(Instron Series 9 software)で作動のインストロン試験機(Instron Model 1011 tennsile/compression tester)の力測定ゲージを取り替えた。プランジャー速度は、500 mm/minに設定した。
【００７７】
Airlock（登録商標）ラミネートを下記の3種類のモードで試験した。
試験1：突出部が下方に向いて、試験プラットホームと接触しているラミネート自体を試験した；
試験2：突出部が上を向いて、プランジャーと接触しているラミネート自体を試験した；
試験3：本発明の衣服の構造体をシミュレートするため、ラミネートを、84 g/m2のポリエステル製織物と組み合わせて試験した。
【００７８】
各材料のサンプル5個ずつに快適性試験を行い、試験結果を下記の第2表に要約してある。
【００７９】
【表２】
2009525412.tif 000004
【００８０】
本発明の材料の快適性を他のスペーサー材料と比較したときの差は、この試験で明確に立証されている。平均ピーク力値の低い材料は、平均ピーク力値の高い材料より快適性が高いとみなされる。したがって、本発明の好ましい実施態様は、基層表面上に複数の隆起突出部を有する基層の場合、快適性のピーク力値が、本明細書に記載した方法で試験したとき、好ましくは0.03 kg以下であり、より好ましくは0.02 kg以下であり、さらに好ましくは0.01 kg以下である。
【００８１】
実施例3
スペーサー要素を追加したこと以外、上記実施例1に実質的に従って製造した冷却ベストを有する本発明の別の実施態様を製造した。
【００８２】
ベストは、身体被覆面積が約0.35 m2であった。第二基層の空気透過率は、圧力降下が約100 Paで、約20 l.m-2 s-1であった。一連の気体流増大ばね30を有するスペーサー要素を、実質的に図10と図11に示すように、ベスト内に組み込んだ。ポリ塩化ビニル(カナダ国ウイニペグ所在のPlastikoilが製造)からなるばね30を、米国ニューメキシコ州アルバカーキ所在のFactory Expressから入手したが、その直径は約6 mmであった(部品番号 1200)。ばねを、支持メッシュ31(米国デラウェア州ミドルタウン所在のDelStar Technologies,Inc.製造,部品番号N03007/09-45PP)によって空洞内に配置した。マニホルドを、上記実施例1に記載したようにして提供した。
【００８３】
実施例1に記載したような電源ファンを気体ダクト32に接続したが、流量計(部品番号 Y630 Flowcheck、イングランドサリー州エガム所在のACAL Radiationから入手)を電源ファンと気体ダクトの間に配置した。冷却ベストへの流量は、試験期間が始まった時点で7.5 l/secに設定した。
【００８４】
特定の流量を発生させるのに必要な入力電力は、システムの気体の流れに対する抵抗である程度測定される。背圧は、抵抗の尺度である。本実施例のベストの背圧を、腹部の周りにスペーサー要素のばねの無いこと以外同じベストと比較した。この実験の設定は、本実施例のベストおよびスペーサー要素のばね無しのベストを実質的に実施例1に従って着用させた被験者で構成されている。気体を流し始めた。1分後、ベストの背圧を、ベストの入口34で、圧力計(部品番号 2081P、イングランドデボン州トーキー所在のDigitronから入手)を使って測定した。スペーサー要素のばね30無しのベストの背圧は4.5 mbarであった。スペーサー要素のばね30を有するベストは、丁度2.9 mbarの背圧で同じ流量を達成できた。
【００８５】
実施例4
携帯式乾燥剤/相変化材(「PCM」)乾燥機および強制気体冷却ベストを備えた本発明の強制気体冷却システムの別の実施態様を製造した。この強制空気冷却システムで達成できる冷却量を、時間の関数として測定する試験を行なった。
【００８６】
この実施態様で使ったPCM乾燥機は、Nanopore,Inc.の米国特許第6,858,068号の実施例1に教示されているものと実質的に同じものであった。実質的に本発明の実施例1に従って製造した、べストの全有効表面積が0.7 m2の強制気体冷却ベストを提供した。この強制気体冷却システムの実施態様の気体源は、少なくとも5 ミリバールの圧力で10 l/secまでの空気流量を提供できるブロアーによって提供された。これらの要件を満たすブロアーは、Acal Radiation(イングランド、サリー州エガム所在；部品番号 U97EN-012KK-3)から入手できる。空気を、空気不透過性のカバーオールの内側から、PCM乾燥機を通じてブロアーで引出して、実施例2に記載されているような発汗している人模型(Thermal Manikan)が、そのカバーオールの内側に着用している強制気体冷却ベスト中に導くアダプターが開発された。空気流を監視して、ベストの入口において所望の流量に維持した。
【００８７】
PCMで乾燥した空気を使う強制空気冷却システムのこの実施態様の性能を、CORD Group Ltd(カナダ国B2Y4K9ノバスコシア州ダートマス、マウントホープアベニュー50A所在)にて、計測器装備発汗人模型(Thermal Manikin)を使って測定した。図12は、空気不透過性のカバーオール50(NORTH（登録商標）、style Tyvek（登録商標）QC、モデル番号 65595、サイズL)の内側に冷却ベスト1を着用した人模型48からなる試験設定を示している。手首、頸部および足首の端の開口部は、外部環境52に対してテープで密閉した。カバーオール50は、やはりテープで密閉した二つの空気ダクトが通過できるように改造した。これらダクトの一方は、カバーオールの内側の冷却ベスト入口54に接続した。第二のダクトは、空気をカバーオールの内側から引き出すことができるように、カバーオール内部に約0.5インチ貫入している流出ダクト56であった。これら二つのダクトの末端は、PCM乾燥機58、ブロアー60および流量計62と直列に接続されて空気の閉ループを形成していた。PCM乾燥機の入口66は、カバーオールの放出ダクトに接続し、乾燥機の出口64は、空気ブロアーの入口68に接続した。ブロアーの出口は、インライン空気流量計62を備えたベスト供給ダクトに接続した。
【００８８】
冷却ベストに対する流量は、試験開始時に4 l/secに設定した。システムを通過する空気流を定常状態に維持するため、作動開始から最初の5分後にデータを記録し始めた。人模型は、身体冷却電力全体を記録するように計器を装備した。気体分布システムの冷却電力は、試験条件下、人模型の一定の皮膚温度35℃を維持するため、人模型内の発熱体が必要とする電気エネルギーの測定値に基づいている。人模型は、35℃および相対湿度50%に設定した環境制御チャンバー内に配置した。
【００８９】
図13は、使用したエネルギーのワット(W)数で測定した気体分布システムの全冷却電力を、分(min)で表した時間に対してプロットしたグラフである。PCM乾燥機の冷却性能を、1時間当たりの、曲線の下の全面積を積分することによって測定して、75ワット-時間の値を得た。乾燥機内の乾燥剤は、人模型から発生した水分で飽和されるので、試験期間にわたって冷却容量の減少が観察される。
【００９０】
実施例5
携帯式乾燥剤/対流冷却(「XFlow」)乾燥機および強制空気冷却ベストを有する本発明の強制空気冷却システムを備えた別の実施態様を製造した。この強制空気冷却システムから達成することができた冷却量を、時間の関数として測定する試験を実施した。
【００９１】
試験は、実施例4の上記説明に実質的に従って、Cord Group LTD(カナダ、ノバスコシア州、ダートマス所在)によって実施した。人模型(Thermal Manikin)に、実施例3に記載したカバーオールおよび気体分布ベストと実質的に同じカバーオールおよびベストの両者を着用させた。この実施態様に使用したXFlow乾燥機は、Nanopore,Inc.(米国ニューメキシコ州アルバカーキ所在)と提携して開発したものであり、Nanoporeの試験部品番号 NPD.MW.003.113005として入手できる。図14に示す試験の設定は、XFlow乾燥機70を空気流を乾燥する手段として使用したこと以外、実施例4に記載した設定と同じであった。XFlow乾燥機は、乾燥ユニットに一定流量の環境空気流72を提供する一体ブロアーを備えていた。
【００９２】
図15は、使用したエネルギーのワット(W)数で測定した本実施例の気体分布システムの全冷却電力を、時間(分)に対してプロットしたグラフである。XFlow乾燥機を使用するシステムの冷却性能を、1時間当たりの、曲線の下の全面積を積分することによって測定して、84ワット-時間の値を得た。乾燥機内の乾燥剤は、人模型から発生する水分で飽和されるので、試験期間にわたって、冷却容量の減少が観察される。
【００９３】
実施例6
コンディショニングしていない空気をカバーオールを通じて再循環させるループと組み合わせて上記実施例4に実質的に従って製造した強制空気冷却ベストを有する本発明の強制空気冷却システムを備えた別の実施態様を製造した。
【００９４】
強制空気冷却システムから達成することができた冷却量を、時間の関数として測定する試験を実施した。この試験の設定は、図16に示してあり、そして空気流を調節する手段が無いことを除いて、実質的に、上記実施例4に記載した設定と実質的に同じであった。図17は、使用したエネルギーのワット(W)数で測定した本実施例の気体分布システムの全冷却電力を、時間の尺度(分)に対してプロットしたグラフである。冷却性能を、60分間当たりの、曲線の下の全面積を積分することによって測定して、9.2ワット-時間の値を得た。
【００９５】
上記した各実施例は、本発明の特定の実施態様を例証しているものであるから、これらの実施例は本発明の範囲を限定するものではないとみなすべきである。当業者は、特定の最終用途向けに設計された他の実施態様を選択するであろう。例えば火災または他の高温状況にさらされる消防士などの職員が使用するのを目的とする本発明の実施態様は、不溶融性材料および不燃性材料を含んでいる。
【００９６】
本発明の特定の実施態様を、本明細書において例示して説明してきたが、本発明はこのような例示や説明によって限定されるべきものではない。変更と変形が本発明の一部として本願の請求項の範囲内に組み入れられ具体化されることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】ベストの形態で、かつ環境空気をマニホルドを通じて服の空洞に送り込む手段としてファンを備えた本発明の一実施態様を示す斜視図である。
【図２】基層上の離散要素およびその基層の突出部の相対的配置を示すベストの身体側の平面図である。
【図３】離散要素が円形突出部を有する、図2の「X」領域の拡大図である。
【図４】空洞内の離散要素が気体不透過性基層上に配置されている本発明の一実施態様の断面図である。
【図５】離散要素が気体透過性基層の両面上に配置されている、図2に示す本発明の一実施態様のY-Y’方向断面図である。
【図６】本発明の一実施態様に使用する気体分布マニホルドの斜視図である。
【図７】本発明の一実施態様に使用する、別の構造の気体分布マニホルドの斜視図である。
【図８】本発明の一実施態様の評価試験において、人の被験者の心拍数(拍数/分)を時間(hr)に対してプロットしたグラフである。
【図９】本発明の一実施態様の評価試験において、人の被験者の中核体温をプロットしたグラフである。
【図１０】空洞内のスペーサー要素を例示する一実施態様の平面図である。
【図１１】らせん状コイル型のスペーサー要素および隆起突出部が空洞内に配置されている図10のB’-B方向断面図である。
【図１２】気体コンディショニング要素に接続された気体分布服の模式図である。
【図１３】本発明の一実施態様の冷却電力を示すグラフである。
【図１４】クロスフロー乾燥機に気体コンディショニング要素を接続した気体分布服の模式図である。
【図１５】本発明の一実施態様の冷却電力を示すグラフである。
【図１６】気体コンディショニング要素を有しない気体分布服の模式図である。
【図１７】本発明の一実施態様の冷却電力を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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