JP2005140461A - 液体空気を利用した冷却空気発生装置及び冷却空気発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、可搬性があって、簡便であり、性能のすぐれた対人冷却装置、対人冷却方法を提供することである。
【解決手段】
即ち本発明は、貯留容器と、気化器に流入する常温気体空気及び液体空気の流入口、液体空気と気体空気から発生した冷却空気の気化器からの出口とを備えた液体空気を気化するための気化器と、冷却空気の供給管を有することを特徴とする冷却空気発生装置及び
貯留容器から気化器に送られた液体空気は気化し、その気化空気の噴流による吸引効果により常温気体空気と混合して冷却空気となることを特徴とする冷却空気発生方法である。
そして、前記冷却空気発生装置における冷却空気供給管の先端に対人用冷却服をつないだ対人用冷却装置乃至前記の如く発生した冷却空気を、冷却空気の供給管の先端につないだ対人用冷却服に送る対人冷却方法により目的を達成できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体空気を利用した冷却空気発生装置及び冷却空気発生方法に関し、さらに詳しくは、高温など過酷な条件下で作業をする作業者のための、液体空気を利用した対人冷却装置及び対人冷却方法に関する。

高温など過酷な条件下で各種作業する作業者乃至運転者を保護するため、局所冷却が行われている。その一つの方法は、作業者乃至運転者に対し、管を通して優先的に冷風をあてる方法である。しかし、この方法は、冷風が作業者乃至運転者のみにあたるわけではないので効率が劣る。

別の方法は、作業者乃至運転者の衣服を冷却する方法であり、クールスーツ（冷却服）として各種方法が提案されている。衣服の中に管を埋め込み、冷水を循環させる方法が開示されている（特許文献１）しかし、この方法は、水のような液体を循環させるため装置が複雑となる欠点がある。

簡便なクールスーツとして、衣服のわきの下やポケットなどに、冷却した水・グリセリンなど比較的熱容量の大きい物質を内蔵し作業者乃至運転者を保護する方法である（特許文献２）。しかし、この方法は、簡便法であり、効率が劣る

特公平６−２３６３０号公報 特開２００３−５５８１１号公報

そこで本発明の目的は、可搬性があって、簡便であり、性能のすぐれた対人冷却装置及び対人冷却方法のための、冷却空気発生装置及び冷却空気発生方法を提供することである。

上記の問題点を解決するため、本発明は、液体空気を利用することに特徴があり、液体空気を利用しているため、冷却に使用後は回収する必要がなく、そのまま排出でき、液体空気が気化する際の高圧空気の噴流を利用できるため、ポンプを特に必要とせず、装置が簡単であり、可搬性が優れている点に特徴がある。即ち本発明は、
（１） 貯留容器と、常温気体空気及び液体空気の流入口及び冷却空気の出口とを備えた気化器と、冷却空気の供給管を有することを特徴とする冷却空気発生装置、
（２） 貯留容器から気化器に送られた液体空気は気化し、その気化空気の噴流による吸引効果により常温気体空気と混合して冷却空気となることを特徴とする冷却空気発生方法、
（３） （１）における冷却空気発生装置において、冷却空気供給管の先端に対人用冷却服をつないだことを特徴とする対人用冷却装置、
（４） （２）記載の方法により発生した冷却空気は、冷却空気の供給管の先端につないだ対人用冷却服に送られ冷却を行うことを特徴とする対人冷却方法、
（５） （２）、（４）において、冷却空気の温度が５〜１５℃であるとよい、
（６） （１）、（３）において、貯留容器として、液体空気貯留容器であることを特徴とする、
（７） （２）、（４）、（５）において、液体空気を用いることを特徴とする、
（８） （１）、（３）において、貯留容器として、液体酸素と液体窒素貯留容器であることを特徴とする、
（９） （２）、（４）、（５）において、液体酸素と液体窒素を用いることを特徴とする、
（１０）（３）において、対人冷却服の先端は大気に開放されていることを特徴とする、
（１１）（４）において、対人冷却服の先端は大気に開放されていることを特徴とする。

本発明は、液体空気が使用される。液体空気は、空気を冷却して得られる液体で以下の物性値を示す。
１気圧における沸点：７８．８Ｋ、臨界温度：１３２．５２Ｋ、臨界圧力：３．７６５ＭＰａ（３７．１７ａｔｍ）、沸点における蒸発熱：２０５．２ｋＪ／ｋｇである（非特許文献１）。

空気の主成分は、酸素と窒素の混合物であるため、液体空気の代わりに液体酸素と液体窒素を使用することができる。液体酸素の物性値は、以下の値を示す。
１気圧における沸点：９０．１８８Ｋ、臨界温度：−１１８．４℃、臨界圧力：５０．１５ａｔｍである（非特許文献１）。
また液体窒素の物性値は以下の値を示す。
１気圧における沸点：７７．３４８Ｋ、臨界温度：−１２６．９℃、臨界圧力：３３．５ａｔｍ、蒸発熱：５．５８ｋＪ／ｋｇである（非特許文献１）。

化学大辞典（東京化学同人）（１９９６）

本発明において、局所冷却器の置かれている雰囲気として３５℃、６０％ＲＨの雰囲気を想定したとき、冷却空気の温度として、５〜１５℃が好ましい。人の体温は３６．０〜３６．５℃であるが、通常の雰囲気下では人体表面は３３℃が好適とされる。人体からの発熱を吸収する必要があり、低めに冷却した冷却空気が好ましいのである。本発明者らの知見によれば、体重６０ｋｇ、身長１．７ｍの人の表面積は１，７平方メートルであり、冷却量として２２０〜２５０ｗ／ｈｒが好ましい。この範囲の冷却量となるように空気の量や、空気の温度（５〜１５℃の範囲で）が選択される。空気の温度として、１５℃より高いと冷却が不足し、５℃より低いと冷却が過剰になる。１５℃より高いと送風中や対人冷却服の中で空気が暖められ、冷却の効果が少なく、５℃より低いと冷却が激しすぎ好ましくないからである。冷却空気の好適温度は、冷却空気の量によっても異なることになる。

本発明における液体空気は、空気を液体とした液体空気であってもよいし、液体酸素と液体窒素を所定の割合に混合して使用してもよい。しかし装置が簡単になるため、液体空気を用いたほうが好ましい。液体空気、液体酸素、液体窒素の容器としては、真空断熱容器を使用することができる。

本発明において、液体空気と混合して使用する常温気体空気としては、周囲の空気を取り入れることもできる。液体空気の気化による高圧空気の噴流により空気を取り込むからである。

本発明において、局所冷却器の先端は大気に開放されていて、局所冷却器を通った冷却空気は大気中に放出される。空気を冷却に使用しているので使用後空気を排出しても何ら差し支えないのである。酸素であるならば、そのまま排出すると、近辺の雰囲気が酸素過剰となり危険性が増すし、窒素を使用すると、近辺の雰囲気は酸素欠乏となって作業者が危険になる。

本発明において使用される局所冷却器は、冷却空気の通る管からなる冷却管を内蔵した冷却服の形態であってもよい。そして、管の先端は大気中に開放されている。該冷却服に冷却空気が通っているため冷却されるのである。局所冷却器の別の形態は、管の先端に達する以前の途中でも部分的に開放された管をあげることができる。先端に達する以前の途中でも部分的に開放された管から出る冷却空気により局所冷却が行われるのである。

貯留容器とは、液体空気や液体酸素液体窒素を貯留する容器であって、液体空気貯留容器、液体酸素貯留容器、液体窒素貯留容器の三種がある。気化器とは、液体空気を気化するための装置であって、常温気体空気及び液体空気の流入口及び液体空気と気体空気から発生した冷却空気の気化器からの出口を備えている。気化器は好ましくは耐圧性のある気化器が使用される。気化器から局所冷却器まで気体を送るため、圧力を利用する必要があり気化器は加圧した状態になっているからである。

液体空気貯留容器から気化器の間には液体空気供給調節弁、常温空気吸入口には外気吸入調節弁、気化器と局所冷却器の間には冷却空気調節弁が設けられ、液体空気、常温気体空気、冷却空気の流量が調整される。

実施例１として、図１を示す。液体空気貯留容器１に気化器３を、空気供給弁４を介して連結する。そして該気化器３は外気供給弁５を通して常温空気を取り入れることが可能である。冷却空気は、気化器３から供給されることになる。そして、液体空気貯留容器１には、液体空気２を収納している。
液体空気２が気化器３に送られ、気体の空気と混合すると、液体空気２が気化し蒸発熱を奪い、気体空気の温度を下げる。このとき、好ましくは５〜１５℃の温度に調整する。冷却空気の温度及び流量は、液体空気供給調整弁４及び外気吸入調整弁など５の操作により調整される。ここで気化器３の気圧は常圧より大きく、対人冷却服（図示せず）に流出する。図３は、一例として、衣服に冷却管１３を内蔵した対人冷却服１２を示した。内蔵した冷却管１３により冷却されることになる。ここで、対人冷却服１２の冷却管１３の途中及び冷却管１３の先端は、大気中に開放し、送られてきた冷却空気は大気中に放出される。

実施例２として、図２を示す。液体空気２の代わりに液体酸素７及び液体窒素１０および常温空気から冷却空気が製造される。空気の主成分は、酸素と窒素からなり、その組成は、酸素２０．１％、窒素７８．１％、その他１．８％であるから、この割合に近似した組成に酸素、窒素を混合することにより人工空気を作成できるからである。液体酸素貯留容器６は、液体酸素供給弁８を介して気化器３に連結し、液体窒素貯留容器９は、液体窒素供給弁１１を介して気化器３に連結している。そして該気化器３は外気吸入調整弁など５を通して常温空気を取り入れることが可能である。冷却空気は、気化器３から供給されることになる。

以上の説明によって明らかな様に、本発明による液化空気を利用した冷却空気発生装置及び冷却空気発生方法は、以下に列挙した如き、実用上の好ましい効果を奏する。
（ａ） 外部からエネルギーを必要とせず冷却空気を送風しているので、電力を使用しがたい屋外の使用に適する。
（ｂ） 冷媒として空気を使用しているので回収の必要性はなく装置自体が簡単で可搬性に優れる。
（ｃ） 温度、冷却空気の温度、流量が任意にできる制御性が優れる
（ｄ） 局所のみ冷却するので、部屋全体を冷却するよりも省エネルギーを図ることが可能である。
このため、石油など危険物を使用する火力発電所、石油化学プラントなど引火の危険性のある工場でも使用でき、産業の発展に大いに寄与する。

液体空気を使用した本発明のシステムの略図である。 液体酸素及び液体窒素を使用した本発明のシステムの略図である。 対人冷却服の略図である。

符号の説明

１ 液体空気貯留容器
２ 液体空気
３ 気化器
４ 液体空気供給調整弁
５ 外気吸入調整弁など
６ 液体酸素貯留容器
７ 液体酸素
８ 液体酸素供給調整弁
９ 液体窒素貯留容器
１０ 液体窒素
１１ 液体窒素供給調整弁
１２ 対人冷却服
１３ 冷却管

Claims (11)

1. 貯留容器と、常温気体空気及び液体空気の流入口及び冷却空気の出口とを備えた気化器と、冷却空気の供給管を有することを特徴とする冷却空気発生装置。
2. 貯留容器から気化器に送られた液体空気は気化し、その気化空気の噴流による吸引効果により常温気体空気と混合して冷却空気となることを特徴とする冷却空気発生方法。
3. 請求項１における冷却空気発生装置において、冷却空気供給管の先端に対人用冷却服をつないだことを特徴とする対人用冷却装置。
4. 請求項２記載の方法により発生しりた冷却空気は、冷却空気の供給管の先端につないだ対人用冷却服に送られ冷却を行うことを特徴とする対人冷却方法。
5. 請求項２、請求項４において、冷却空気の温度が５〜１５℃でることを特徴とする対人冷却方法。
6. 請求項１、請求項３において、貯留容器として、液体空気貯留容器であることを特徴とする対人冷却装置。
7. 請求項２、請求項４、請求項５において、液体空気を用いることを特徴とする対人冷却方法。
8. 請求項１、請求項３において、貯留容器として、液体酸素と液体窒素貯留容器であることを特徴とする対人冷却装置。
9. 請求項２、請求項４、請求項５において、液体酸素と液体窒素を用いることを特徴とする対人冷却方法。
10. 請求項３において、対人冷却服の先端は大気に開放されていることを特徴とする対人冷却装置。
11. 請求項４において、対人冷却服の先端は大気に開放されていることを特徴とする対人冷却方法。
    

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