(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体冷却用のドライアイスを収容可能な装着部と、該装着部と身体との間および該装着部の下方に少なくとも配置されて該ドライアイスから発生する二酸化炭素冷気を通過させるメッシュ状の冷却部と、
を有し、
前記冷却部は、
複数の第１の開口領域が交互に設けられ、前記身体の側に位置する第１のメッシュ層と、
前記身体とは反対の側に位置する第２のメッシュ層であって、交互に設けられているとともに該複数の第１の開口領域の個々の開口面積より大きい個々の開口面積を有する複数の第２の開口領域を備えた第２のメッシュ層と、
を有する、
冷却装置。
【請求項２】
前記複数の第２の開口領域は、前記複数の第１の開口領域と少なくとも一部が重なるように設けられている、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記装着部は、前記身体の首の後ろ、左胸、右胸、左肩甲骨、および右肩甲骨の少なくとも１つに面して設けられている、請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却部は前記身体の正面から背面に亘って設けられており、
前記身体の前記正面に配置された前記冷却部は、前記装着部の下方に配置されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記装着部は、前記身体の前記正面に設けられた前記冷却部の下方に２つ並列して設けられている、請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却部における前記複数の第１の開口領域の個々の形状および前記複数の第２の開口領域の個々の形状は、多角形、円形、および楕円形の少なくとも１つである、請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却部の熱伝導率は０．０６Ｗ／ｍ・Ｋである、請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体冷却用の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ゴムおよび樹脂の成型プレスの作業場、溶鉱炉近傍、鍛造所近傍、金属や樹脂系材料に熱を加えた後の作業場などの高温の悪環境下で作業を行う作業員の健康を保護できる身体冷却用の冷却装置が望まれていた。更に、この冷却装置には、高温作業場における作業員のできるだけ長い時間の作業可能性、すなわち高温作業場での作業性の向上が要求されていた。
【０００３】
高温作業場での作業員の作業性を向上する方法として、例えば冷暖房手段を備えた衣類や防熱用衣類が提案されている。
【０００４】
冷暖房手段を備えた衣類に関して、例えば図５に示されているものがある（特許文献１）。この冷暖房手段は、熱源４により伝熱パイプ５内の水、不凍液、油などの液体を冷却あるいは加熱する。こうして熱量が供給された液体は、給水パイプ９内を流れ、身体に着用されるベスト１に送られる。この液体はベスト１のチューブ２内を流れることで身体を冷却あるいは加熱することができる。チューブ２内を流れた液体は、戻り水用パイプ１１内を流れて熱源システムである収納体１８に戻る。こうして熱源システムに戻った液体は熱源４により熱量が供給されて身体へ再度送られる。こうして熱媒体の循環システムが構築されている。この構成により、作業員の身体を冷却することができている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される冷暖房手段では、熱媒体を移送する手段として給水パイプ９および戻り水用パイプ１１が備わっている。これにより、熱源と作業員との間に熱媒体移送手段が介在する形態のため、この手段によって作業員の作業範囲が制限されることになる。
【０００６】
一方、防熱用衣類に関しては、例えば図６に示されているものがある（特許文献２）。この防熱用衣類の衣服１の内面には冷却材として蓄冷剤２が設けられている。この衣服１を使用する際は、予め冷凍庫にて衣服１に設けた蓄冷剤２を低温にしてから着用する。この衣服を着用することで、融解潜熱２０９〜３２７ｋＪ／ｋｇ（５０〜７８ｋｃａｌ／ｋｇ）の冷却能力を有する蓄冷剤によって冷却された空気で身体が凍傷になることを防止できる。更に、衣服自体に熱源である冷却材が備わっているため、熱媒体移送手段を有する上述の形態より作業員の作業性は向上している。
【特許文献１】特開２００３−１１３５０７号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０３５５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この防熱用衣服では、蓄冷剤の冷却能力を長時間維持するために相応の体積が蓄冷剤に要求されることになる。嵩張るこの蓄冷剤を装着部内に収容したクールベストなどの冷却用衣服を身体に装着して作業を行うと、ゴワゴワした違和感を伴うことで動きづらくなる。そのため、長時間の作業に当たっては作業性が低下していた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高温作業場での作業性を向上でき、かつ冷却材による身体の凍傷を防止できる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様の冷却装置は、身体冷却用のドライアイスを収容可能な装着部と、装着部と身体との間および装着部の下方に少なくとも配置されてドライアイスから発生する二酸化炭素冷気を通過させるメッシュ状の冷却部と、を有し、冷却部は、複数の第１の開口領域が交互に設けられ、身体の側に位置する第１のメッシュ層と、身体とは反対の側に位置する第２のメッシュ層であって、交互に設けられているとともに複数の第１の開口領域の個々の開口面積より大きい個々の開口面積を有する複数の第２の開口領域を備えた第２のメッシュ層と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄冷剤より冷却能力が高いドライアイス（融解潜熱６２８ｋＪ／ｋｇ：１５０ｋｃａｌ／ｋｇ）を冷却材として用いることで、冷却装置に要求される冷却材の体積を軽減できる。これにより、蓄冷剤よりも体積が軽減されたドライアイスを用いた身体冷却用衣服を作業員が着用した際、ゴワゴワした違和感は軽減される。そのため、作業員の作業性を向上できる。
【００１１】
更に、本発明は以下の効果を奏する。外気に触れる装着部内のドライアイスの一部は外気温度により昇華し、低温の二酸化炭素となる。二酸化炭素は周囲へ拡散し、その一部は装着部と身体との間に配置されたメッシュ状冷却部の第２のメッシュ層の第２の開口領域から冷却部内へ進入する。二酸化炭素は空気より密度が大きいため、冷却部内を重力方向に沿って下方へと流れることになる。一方、身体の熱で温められた空気は周囲へ拡散し、その一部は冷却部の第１のメッシュ層の第１の開口領域から冷却部内へと進入する。進入した空気は身体の体温程度の温度であるが、重力方向に流れる低温の二酸化炭素と混合することで冷却される。混合した二酸化炭素と空気の一部は、第１の開口領域を通過して身体側へ、または第２の開口領域を通過してドライアイス側へと流れる。この際、重力方向に沿って流れる混合気体が各開口領域へ流入する速度は一定である。そのため、第１の開口領域から身体側へ流れる混合気体の流量は、第１の開口領域の個々より開口面積の大きい個々の開口面積を有する第２の開口領域からドライアイス側へ流れる混合気体の流量より小さくなる。流量と伝熱量との間の関係に関し、流体（混合気体）と固体（身体またはドライアイス）との間の強制的な対流伝熱では、流体から固体への伝熱量は流量の正の冪乗に比例する。ゆえに、第１の開口領域を通過する混合気体の身体への伝熱量は、第２の開口領域を通過する混合気体のドライアイスへの伝熱量よりも小さくなる。更に、このようにして冷却部内を流れた混合気体は、装着部の下方に配置される冷却部へと流れ第２のメッシュ層の第２の開口領域から外気へ流出することで熱が放散される。そのため、身体の過度の冷却が軽減されることで低温の二酸化炭素に起因する身体の凍傷を防止できる。
【００１２】
従って、高温作業場での作業性を向上でき、かつ冷却材による身体の凍傷を防止できる冷却装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１に本発明の一実施形態に係る冷却装置の模式図を示す。冷却装置１は、装着部２および冷却部３を有する。
【００１４】
装着部２は複数設けられており、各装着部２は身体冷却用のドライアイス４を少なくとも１つ収容可能である。蓄冷剤（融解潜熱２０９〜３２７ｋＪ／ｋｇ：５０〜７８ｋｃａｌ／ｋｇ）より冷却能力が高いドライアイス（融解潜熱６２８ｋＪ／ｋｇ：１５０ｋｃａｌ／ｋｇ）を冷却材として用いることで、冷却装置に要求される冷却材の体積を軽減できる。なお、ドライアイス４は装着部２内に収容可能であればよく、その形状および大きさについては何ら限定されない。更に、装着部２は、身体の首の後ろ、左胸、右胸、左肩甲骨、および右肩甲骨の少なくとも１つに重なる箇所に設けられている（図１（ａ）、（ｂ）参照）。また、装着部２は、身体の正面に設けられた冷却部３の下方に２つ並列して身体の腹に相当する箇所に設けられている（図１（ａ）参照）。しかし、この個数については２つという数字に限定されるものではなく、この箇所に装着部２が全く無い形態あるいは１つ以上の装着部２が設けられている形態も可能である。なお、図１に示す冷却装置１は正面と背面とで合計７個の装着部２を備えている。しかしながら、この７個という装着部２の個数に限定されるものではない。すなわち、ドライアイス４から発生する冷気である二酸化炭素は空気より密度が大きく重力方向に沿って下方に流れることを考慮して、装着部２は冷却装置１の上部に少なくとも１つ配置されている形態であればよい。
【００１５】
冷却部３は、メッシュ状であって装着部２と身体との間および装着部２の下方に少なくとも配置されている（図１（ａ）、（ｂ）参照）。また、冷却部３は身体の正面から背面に亘って設けられている。身体の正面に配置された冷却部３は上方に位置する装着部２と下方に位置する装着部２との間に配置されている。身体の背面に配置された冷却部３は装着部２の下方に配置されている。この冷却部３の長さは背中の下半分またはそれ以上と重なる長さであり、その幅は身体の背中の幅と同じかそれ以下となっている。更に、冷却部３は装着部２内に収容されたドライアイス４の一部が昇華した二酸化炭素を通過させる機能を有する（図１（ｃ）参照）。冷却部３は第１のメッシュ層５と第２のメッシュ層６との２層構造である（図１（ｄ）参照）。第１のメッシュ層５は、身体の側に位置しているともに複数の第１の開口領域７が交互に設けられている。第２のメッシュ層６は、身体とは反対の側に位置しているとともに複数の第２の開口領域８を有する。複数の第２の開口領域８は、複数の第１の開口領域７と少なくとも一部が重なるように交互に設けられている。複数の第２の開口領域８の個々の開口面積は、複数の第１の開口領域７の個々の開口面積より大きい。なお、図１（ｄ）では第１の開口領域７の個々の形状は六角形状であり、第２の開口領域８の個々の形状は円形状に示されているが、これらの形状に限定されるものではない。すなわち、気体が通過可能な開口サイズをこれらの開口領域は有していればよく、第１の開口領域７の個々および第２の開口領域８の個々の形状は多角形、円形、および楕円形の少なくとも１つであることが好ましい。また、冷却部３はポリエステルでできており、メッシュ編みと呼ばれる編み方で上述の２層構造に形成されている。冷却部３の物性に関して、熱伝導率は０．０６Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましい。しかし、冷却部３の材質や編み方の種類、層構造や熱伝導率の数値についてはこれらに限定されず、ドライアイス４からの放熱を緩和できるような構成であればよい。
【００１６】
次に図２を用いて冷却部３内の気体の流れについて詳細に説明する。図２は、図１（ｄ）の冷却部３のII−II断面図である。
【００１７】
外気に触れる表面を有する装着部２内に収容されたドライアイス４の一部は外気温度により昇華し、低温の二酸化炭素となる。二酸化炭素は周囲へ拡散し、その一部は装着部２と身体との間に配置されたメッシュ状冷却部３の第２のメッシュ層６の第２の開口領域８から冷却部３内へ進入する（Ｆ1）。二酸化炭素は空気より密度が大きいため、冷却部３内を重力方向に沿って下方へと流れることになる。一方、身体の熱で温められた空気は周囲へ拡散し、その一部は冷却部３の第１のメッシュ層５の第１の開口領域７から冷却部３内へと進入する（Ｆ2）。進入した空気は身体の体温程度の温度であるが、重力方向に流れる低温の二酸化炭素と混合することで冷却される（Ｆ3）。混合した二酸化炭素と空気の一部は、第１の開口領域７を通過して身体側へ（Ｆ4）、または第２の開口領域８を通過してドライアイス４側へと流れる（Ｆ5）。この際、重力方向に沿って流れる混合気体が第１および第２の開口領域７、８へ流入する速度は一定である。そのため、第１の開口領域７から身体側へ流れる混合気体の流量は、第１の開口領域７の個々より開口面積の大きい個々の開口面積を有する第２の開口領域８からドライアイス４側へ流れる混合気体の流量より小さくなる。流量と伝熱量との間の関係に関し、流体（混合気体）と固体（身体またはドライアイス４）との間の強制的な対流伝熱では、流体から固体への伝熱量は流量の正の冪乗に比例する。ゆえに、第１の開口領域７を通過する混合気体の身体への伝熱量は、第２の開口領域８を通過する混合気体のドライアイス４への伝熱量よりも小さくなる。更に、このようにして冷却部３内を流れた混合気体は、装着部２の下方に配置される冷却部３へと流れ第２のメッシュ層６の第２の開口領域８から外気へ流出することで熱が放散される。また、冷却装置１と身体との間には作業性の観点からある程度の隙間が設けられているが、低温の二酸化炭素はこの隙間を通って外気へ散逸する構成となっている。従って、身体の過度の冷却が軽減されることで低温の二酸化炭素に起因する身体の凍傷を防止できる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明に係る一実施形態の冷却装置１を適用して温度計測を実施した実施例を説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。図３に、恒温室（室内設定温度４５℃）内で冷却装置１を身体着用して実施した温度変化計測に使用した温度センサーの設置箇所の概略図を示す。図３に示す符号と設置箇所との対応関係は以下の通りとなっている。
【００１９】
Ｔ１：首の後ろ  Ｔ２：左胸  Ｔ３：右胸  Ｔ４：左肩甲骨  Ｔ５：右肩甲骨  Ｔ６：首筋  Ｔ７：背中下部
次に、各実施例を図４の各実施例の温度結果を表すグラフを参照して説明する。なお、この温度計測と同時に二酸化炭素濃度測定も実施し、その結果はいずれの実施例でも０．１〜０．１４％の濃度となり、人体に有害な影響を及ぼす濃度には至らなかった（参考：日本産業衛生学会により、健康な成人に対して、１日８時間、１週間に４０時間程度の労働を基準として０．５％（５０００ｐｐｍ）が二酸化炭素の恕限量と勧告されている。）。
（実施例１）
本実施例（テスト条件Ａ−１）では、約２５０ｇの角型（長さ１１５ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）のドライアイス４を５個使用した。これらのドライアイス４を首の後ろ（Ｔ１）、左胸（Ｔ２）、右胸（Ｔ３）、左肩甲骨（Ｔ４）、および右肩甲骨（Ｔ５）に対応する装着部２内に各々収容した。この実施例での衣類の着用状態は、身体側から下着、ワイシャツ、冷却装置１、作業着の順に着用し、下着とワイシャツとの間に温度センサーを配置して上記７点の設置箇所で３０分間にわたって温度計測を実施した。なお、参照温度として恒温室内の温度Ｔ０についても３０分間にわたり計測した。
【００２０】
本実施例の温度計測結果は図４（ａ）に示す通りである。計測点の中で低い値を得た左胸（Ｔ２）および右胸（Ｔ３）の温度は、雰囲気温度約４５℃に対し２〜１２℃の範囲を示したが、凍傷の恐れのある氷点下の温度とはなっていない。更に、これらの左胸（Ｔ２）および右胸（Ｔ３）以外の箇所については、雰囲気温度約４５℃に対し２１〜３７℃となり約８〜２４℃の冷却効果が得られた。
（実施例２）
本実施例（テスト条件Ａ−２）では、約２５０ｇの角型（長さ１１５ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）のドライアイス４を７個使用した。これらのドライアイス４を首の後ろ（Ｔ１）、左胸（Ｔ２）、右胸（Ｔ３）、左肩甲骨（Ｔ４）、右肩甲骨（Ｔ５）、および腹２箇所に対応する装着部２内に各々収容した。この実施例での衣類の着用状態は、身体側から下着、ワイシャツ、冷却装置１、作業着の順に着用し、下着とワイシャツとの間に温度センサーを配置して上記７点の設置箇所で３０分間にわたって温度計測を実施した。なお、参照温度として恒温室内の温度Ｔ０についても上述の実施例と同様に３０分間にわたり計測した。
【００２１】
本実施例の温度計測結果は図４（ｂ）に示す通りである。計測点の中で最も低い値を得た右胸（Ｔ３）の温度は、雰囲気温度約４５℃に対し８〜１５℃の範囲を示したが、凍傷の恐れのある氷点下の温度とはなっていない。更に、右胸（Ｔ３）以外の箇所については、雰囲気温度約４５℃に対し２０〜３４℃となり約１１〜２５℃の冷却効果が得られた。
（実施例３）
本実施例（テスト条件Ｂ−１）では、約２５０ｇの角型（長さ１１５ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）のドライアイス４を５個使用した。これらのドライアイス４を首の後ろ（Ｔ１）、左胸（Ｔ２）、右胸（Ｔ３）、左肩甲骨（Ｔ４）、および右肩甲骨（Ｔ５）に対応する装着部２内に各々収容した。この実施例での衣類の着用状態は、身体側から下着、作業着、冷却装置１の順に着用し、下着と作業着との間に温度センサーを配置して上記７点の設置箇所で３０分間にわたって温度計測を実施した。なお、参照温度として恒温室内の温度Ｔ０についても上述の実施例と同様に３０分間にわたり計測した。
【００２２】
本実施例の温度計測結果は図４（ｃ）に示す通りである。計測点の中で最も低い値を得た右胸（Ｔ３）の温度は、雰囲気温度約４５℃に対し５〜１３℃の範囲を示したが、凍傷の恐れのある氷点下の温度とはなっていない。更に、右胸（Ｔ３）以外の箇所については、雰囲気温度約４５℃に対し１５〜３７℃となり約８〜３０℃の冷却効果が得られた。
（実施例４）
本実施例（テスト条件Ｂ−２）では、約２５０ｇの角型（長さ１１５ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ）のドライアイス４を７個使用した。これらのドライアイス４を首の後ろ（Ｔ１）、左胸（Ｔ２）、右胸（Ｔ３）、左肩甲骨（Ｔ４）、右肩甲骨（Ｔ５）、および腹２箇所に対応する装着部２内に各々収容した。この実施例での衣類の着用状態は、身体側から下着、作業着、冷却装置１の順に着用し、下着と作業着との間に温度センサーを配置して上記７点の設置箇所で３０分間にわたって温度計測を実施した。なお、参照温度として恒温室内の温度Ｔ０についても上述の実施例と同様に３０分間にわたり計測した。
【００２３】
本実施例の温度計測結果は図４（ｄ）に示す通りである。計測点の中で最も低い値を得た右胸（Ｔ３）の温度は、雰囲気温度約４５℃に対し４〜２０℃の範囲を示したが、凍傷の恐れのある氷点下の温度とはなっていない。更に、右胸（Ｔ３）以外の箇所については、雰囲気温度約４５℃に対し２０〜４１℃となり約４〜２５℃の冷却効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る冷却装置の正面図である。（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る冷却装置の背面図である。（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）の装着部の内部構造を示す斜視図である。（ｄ）は、（ｃ）の冷却部の詳細を示す斜視図である。
【図２】図１（ｄ）の冷却部のII−II断面図である。
【図３】温度センサーの設置箇所を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る冷却装置を適用した各実施例の温度結果を示すグラフである。
【図５】従来の冷却装置の一形態を示す模式図である。
【図６】従来の冷却装置の別形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  冷却装置
２  装着部
３  冷却部
４  ドライアイス
５  第１のメッシュ層
６  第２のメッシュ層
７  第１の開口領域
８  第２の開口領域
【図１】
0005078742.tif 000002
【図２】
0005078742.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005078742.tif 000006
【図６】
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