JP2015034693A - 冷却装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型軽量で、十分な冷却効果を発揮できる。
【解決手段】装置本体を形成する筺体内部に、送風手段と、この送風手段を駆動するための電源部と、筐体内外を貫通する吹出口とを設け、更に、送風手段と吹出口とに接続可能であり、断熱材に覆われる冷却部を着脱自在に設けるようにした。このとき、この冷却部を、長手方向の両端部に開口を有した中空構造からなり、内部の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁を有する冷却フィンと、冷却フィンの外周を覆うように配設されるケースと、冷却フィンとケースとの間に介在するように充填され、冷却フィン内を通過する空気を冷却するための冷却剤とを備えて構成するようにした。
【選択図】図7

Description

本発明は、吸入した空気を冷却して送風する冷却装置に関するものである。
従来、携帯性を有する冷却装置としては、冷却剤として用いられる揮発性流体を噴射し、冷感を得る冷却装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この冷却装置は、冷却剤として用いる揮発性流体を装着体内へ注入する冷気注入手段を備えている。このとき装着体は、衣服形状をなしており、第1面状部材と、該第1面状部材に対向している第2面状部材と、これら第1および第2面状部材間に介在した揮発性流体の導通路となるチューブとを有している。また、これら第1および第2面状部材は、通気性および可撓性を有しており、第2面状部材の厚み寸法は、第1面状部材の厚み寸法よりも大きい寸法からなる。チューブは、揮発性流体を冷気注入手段からチューブ内へ注入する注入口と、揮発性流体を第1および第2面状部材間に吐出する複数の吐出口とを有している。冷気注入手段は、揮発性流体を収容した容器と、注入口に着脱可能に接続する接続部と、容器内に封入したガスの圧力によって揮発性流体をチューブへ注入する開閉弁を有している。
従って、この冷却装置では、チューブを装着体内に配設し、冷気注入手段によって揮発性流体を注入してチューブの吐出口から揮発性流体を噴射することによって、揮発性流体の気化潜熱により装着体を装着した冷却対象を冷却する。このため、揮発性流体が少量であっても蒸発潜熱が大きいので、揮発性流体を噴射するだけで大きな熱量を奪うことができ、その結果、冷却対象に対して冷感を与えることができる。
特開2004−218112号公報(2004年8月5日公開)
ところで、近年、各種技術の進歩が目覚ましいことから、例えばクレーンのオペレータ、製鉄や製鋼現場での作業者、ガラスやその他の窯業関係の作業者、または毒性の強い化学物質や細菌物質等で汚染された環境下で作業する作業者等の所謂、防護服等を着用するために過酷な温熱環境下で作業しなければならない作業者においては、その作業効率の向上のために、作業性・運動性を損なうことなく冷感を得る技術の開発が望まれている。
しかしながら、特許文献1の冷却装置では装着体が衣服形状になっているため、メンテナンス性に欠けている。
また、揮発性流体を収納する容器がコンパクト且つ軽量で携帯性に優れたものでなければならないため、当該揮発性流体の選定が難しい。特に作業者が携帯する観点から、不燃性であることや、オゾン破壊性のないこと等の安全性を満たす物質を選定しなければならず、小型軽量の観点からすると実現性に欠けている。
そこで、本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、小型軽量で、十分な冷却効果を発揮できる冷却装置を提供することを目的とする。
本発明に係る冷却装置は、吸入した空気を冷却して送風する冷却装置において、装置本体を形成する筺体と、筺体内部に着脱自在に配設され、流入された空気を冷却する冷却部と、冷却部に接続され、筺体外部から吸入した空気を、当該冷却部を介して送風する送風手段と、筺体内部に配設され、送風手段を駆動させるための電源部と、筺体の内外を貫通して配設され、筺体内部側に位置する端部に接続された冷却部から送風される冷却された空気を、筺体外部側に位置する端部から吹き出す吹出口と、筺体内部に設けられ、冷却部を覆うように配置される断熱材とを備えており、冷却部は、長手方向の両端部に開口を有した中空構造からなり、内部の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁を有する冷却フィンと、冷却フィンの外周を覆うように配設されるケースと、冷却フィンとケースとの間に介在するように充填され、冷却フィン内を通過する空気を冷却するための冷却剤とを備えている。
本発明に係る冷却装置は、吸入した空気を冷却して送風する冷却装置であって、空気を冷却する冷却部と、電源部から供給される電力によって駆動され、前記吸入した空気を、筐体内外を貫通する吹出口に前記冷却部を介して導く送風手段とを備え、前記冷却部は、断熱材に覆われているとともに、前記冷却装置の筐体内部に着脱自在に設けられており、前記冷却部は、長手方向の両端部に開口を設けた中空構造を有し、短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁を備えた冷却フィンと、前記冷却フィンの外周を覆うように配設されるケースと、前記冷却フィンと前記ケースとの間に充填され、前記冷却フィンの内部を通過する空気を冷却する冷却剤とを含んでいる。
本発明の冷却装置において、前記冷却部は、空気を取り込む吸気口に接続されており、前記冷却装置は、前記送風手段によって前記吸気口から取り込まれた空気が、前記冷却部から当該送風手段を経由して、前記吹出口に吹き出される構造を有している。
本発明の冷却装置において、前記送風手段は、ファンの回転速度を変化させることによって、前記冷却された空気が前記吹出口から吹き出される量を調節可能である。
本発明の冷却装置は、前記冷却装置の使用者に給水する水を貯水可能な水筒部をさらに備えることができる。
本発明の冷却装置において、前記冷却剤は、凍結性ゲルであってよい。
本発明の冷却装置において、前記冷却剤は、前記凍結性ゲルに、少なくともケイ素、ストロンチウム、マグネシウム、ユーロピウムおよびジスプロシウムを必須元素とし、少なくともケイ素酸化物、炭酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化ユーロピウムおよび酸化ジスプロシウムを焼成して得られる組成物を、所定の比率で配合してなることが好ましい。
本発明の冷却装置において、冷却フィンの短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁は、鋸刃形状をなしており、平面に対して直交する鉛直方向に積層された多段構造になっているものであってもよい。
本発明の冷却装置において、冷却フィンの短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁は、各々断面矩形状をなしており、平面に対して直交する鉛直方向に拡大された巾広構造になっているものであってもよい。
本発明の冷却装置において、前記冷却部は、前記冷却フィンの両端部に、それぞれジョイント部を介して前記送風手段と、吸気口または前記吹出口とが接続可能となっていることが好ましい。
本発明の冷却装置は、更に、筺体にはパッド部が配設されていると共に、筺体外部の空気を送風手段に取り込むための吸気口が設けられていることが好ましい。
本発明に係る冷却装置によれば、装置本体を形成する筺体内部に、送風手段と、この送風手段を駆動するための電源部と、筐体内外を貫通する吹出口とを設け、更に、送風手段と吹出口とに接続可能であり、断熱材に覆われる冷却部を着脱自在に設けるようにした。このとき、この冷却部を、長手方向の両端部に開口を有した中空構造からなり、内部の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁を有する冷却フィンと、冷却フィンの外周を覆うように配設されるケースと、冷却フィンとケースとの間に介在するように充填され、冷却フィン内を通過する空気を冷却するための冷却剤とを備えて構成するようにした。従って、冷却部を軽量化しつつコンパクト化することができるため、冷却装置を全体として小型軽量化できる。また、冷却部に流入される空気が冷却フィンを通過する際に、熱交換作用によって冷却され、さらに送風手段によって強制的に送風されるため、十分な冷却効果を発揮できる。
しかも、冷却部が着脱自在であるので、仮に冷却効果が薄れたとしても冷却部を交換することで、引き続き冷却効果を得ることができる。
かくして、本発明の冷却装置によれば、小型軽量で、十分な冷却効果を発揮できる。
本発明の一実施形態に係る冷却装置を示す平面図である。 図1の冷却装置を側面から見て示す側面図である。 図1の冷却装置を裏面側から見て示す平面図である。 (a)は、送風手段を吹出口から遠い位置に配置した構造を有する冷却装置の上面図であり、(b)は、送風手段を吹出口から近い位置に配置した構造を有する冷却装置の上面図である。 (a)は、送風手段を吹出口から遠い位置に配置した構造を有する冷却装置の底面図であり、(b)は、送風手段を吹出口から近い位置に配置した構造を有する冷却装置の底面図である。 (a)は、送風手段を吹出口から遠い位置に配置した構造を有する冷却装置を、部分的断面で示す平面図であり、(b)は、送風手段を吹出口から近い位置に配置した構造を有する冷却装置を、部分的断面で示す平面図である。 (a)は、図6の(a)に示される冷却装置のA−A線矢視断面図であり、(b)は、図6の(b)に示される冷却装置のA−A線矢視断面図である。 (a)は、図6の(a)に示される冷却装置のB−B線矢視断面図であり、(b)は、図6の(b)に示される冷却装置のB−B線矢視断面図である。 (a)は、図6の(a)に示される冷却装置のC−C線矢視断面図であり、(b)は、図6の(b)に示される冷却装置のC−C線矢視断面図である。 図1の冷却装置における冷却部を示し、(a)は側面図、(b)は平面図である。 図1の冷却装置における冷却部を示し、(a)は側面方向の断面図、(b)は平面方向の断面図である。 冷却部に冷却剤を充填する様子を示し、(a)は充填開始後の様子を示す概略断面図、(b)は充填完了の様子を示す概略断面図である。 本発明の冷却装置における冷却部の冷却フィンを示し、(a)は図1の冷却装置における冷却フィンを示す正面図、(b)〜(d)は他の実施形態における冷却フィンをそれぞれ示す正面図である。 本発明の冷却装置の冷却部における冷却効果を実験するための実験装置を示す概略構成図である。 本発明の冷却装置の実験結果を示すグラフである。 本発明の冷却装置の実験結果を示すグラフである。
<冷却装置>
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る冷却装置について説明する。
図1〜図6に示すように、本実施形態の冷却装置1は、吸入した空気を冷却して送風する冷却装置であり、装置本体を形成する筺体2と、筺体2内部に着脱自在に配設され、流入された空気を冷却する冷却部3と、冷却部3に接続され、筺体2外部から吸入した空気を、当該冷却部3を介して送風する送風手段4と、筺体2内部に配設され、送風手段4を駆動させるための電源部5と、筺体2の内外を貫通して配設され、筺体2内部側に位置する端部に接続された冷却部3から送風される冷却された空気を筺体2外部側に位置する端部から吹き出す吹出口6と、筺体2内部に設けられ、冷却部3を覆うように配置される断熱材7と、を備えている。
筐体2は、蓋部21と本体部22とから構成され、当該蓋部21は、本体部22に対して開閉自在に取り付けられている。そして、蓋部21および本体部22は、例えば、ABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンを重合させて作られる樹脂の総称)を含む任意の合成樹脂や、アラミド繊維強化プラスチックとFRP(Fiber Reinforced Plastics:繊維強化プラスチック)との合成材料などを用いて製造できる。これにより、筐体2全体をコンパクトかつ軽量にするとともに、剛性を確保することができる。なお、蓋部21および本体部22に用いられる材料は、上記の例に限定されない。
また、筐体2は、送風手段4が配設される側から吹出口6側に向けて、その厚みが薄くなるように成形されていてもよい。これにより、冷却装置1を使用した場合、使用者の首回りをすっきりさせ、首の可動範囲を広げることができるため、上記冷却装置1の使用し易さを改善することができる。なお、上記した筐体2の形状は一例であり、当該形状に限定されない。
この筐体2内部に配置される送風手段4は、ファン41と、当該ファン41を駆動するためのモータ42とを備えて構成された送風機である。このモータ42は、電源部5であるバッテリーから供給される電源に基づいて、回転駆動するようになっている。なお、バッテリーとしては、充電可能なニッケル水素電池を適用することが好ましい。これにより、上記バッテリーは、安全面・性能面・コスト面において優れた性能を発揮できる。また、本実施形態において、電源部5は、断熱材7によって覆われた冷却部3の側方に配置されているが、電源部5を配置する位置は、当該冷却部3の側方に限られず、任意の位置に配置することができる。
また、吹出口6は、筐体2内部側の端部に冷却部3が接続されるようになっており、筐体2の外部側の端部が例えば4つに分岐されており、外部に向かって冷却部3から送られる冷却された空気を吹き出し可能としている。なお、吹出口6は、冷却された空気を吹き出し可能でありさえすればよく、当該吹出口6の形状、数、材料、配置位置などは限定されない。
加えて、筺体2内部には、冷却部3の外周を覆うように断熱材7が配置されており、これにより、冷却部3における冷却効果を持続させることが可能となっている。
また、筐体2(例えば、当該筐体2の背面側、すなわち本体部22における蓋部21とは反対の裏面側)には、パッド部としてのウレタンパッド9が設けられると共に(図3の縁取り部分参照)、筺体2外部の空気を筐体2内部に取り込むための吸気口22aが設けられている。なお、上記筐体2には、当該筐体2内部の送風手段4の位置に対応して開口されていてもよい。
かかる冷却装置1は、例えば一例として、不図示の防護服に装着されることで、当該防護服内に冷却された空気を送風し、この防護服を着用する着用者を冷却対象として冷却することが可能なものである。すなわち、この冷却装置1を防護服に装着し、防護服内の空気を吸気口22aから吸い込んで、送風手段4によって冷却部3を介して循環させることにより、当該防護服を着用した着用者の身体を効果的に冷却することができるようになっている。
ここで、一例として挙げた防護服とは、例えばクレーンのオペレータ、製鉄や製鋼現場での作業者、ガラスやその他の窯業関係の作業者、または毒性の強い化学物質や細菌物質等で汚染された環境下で作業する作業者等が着用する作業着の一つである。このような防護服を着用して作業する作業者は、当該防護服を着用して作業することから過酷な温熱環境下で作業することとなる。そのため、このような作業者に対し、当該防護服を着用している際においても、その身体を効果的に冷却することで作業効率の向上を図るべく、このような防護服に装着されるものとして、本発明の冷却装置が好適なものであると言える。但し、これは一例であって、本発明はこれに限られることはない。
なお、冷却装置1は、防護服を装着してから(すなわち、当該防護服の上から)装着されてもよいし、防護服の内部に(すなわち、当該冷却装置1を装着してから当該防護服が)装着されてもよい。言い換えれば、上記「防護服に装着される」には、当該冷却装置1が防護服の内部に含まれる場合と、防護服の外部に露出する場合とが含まれるが、前者の場合の方が冷却装置1の冷却効果を大きく得ることができる。
さて、この冷却装置1において冷却部3は、図6〜図12および図13の(a)に示すように、長手方向の両端部に開口31a、31bを有した中空構造からなり、内部の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁31cを有する冷却フィン31と、冷却フィン31の外周を覆うように配設され、当該冷却フィン31を境界として二分割されたケース32と、冷却フィン31およびケース32の間に介在するように充填され、冷却フィン31内を通過する空気を冷却するための冷却剤33とを備えている。冷却剤33の詳細については後述するが、冷却効果を高めるため、冷却剤33は、凍らせて用いるのが好ましい。
このケース32には、側面側に冷却剤33を注入するための注入口32aが設けられる(図10の(a)および(b)参照)。ただし、注入口32aは、上記冷却剤33を注入できさえすればよく、当該注入口32aを設ける位置は上記側面側に限られない。
また、当該ケース32の冷却フィン31とケース32とが当接する、長手方向の両端部は、ケース32内部から外部に水分が漏れることを防止する構造を有することが好ましい(図12の(a)および(b)参照)。例えば、上記両端部をシーリング加工する、接着加工する、シリコンゴムからなる止水パッキンを設けるなどの手段によって、上記構造を実現することができる。なお、上記水分は、例えば、凍らせた冷却剤33が溶けてきたときなどに生じるものである。
具体的に、冷却フィン31は全体として外形が矩形のチューブ形状をなし、長手方向の両端部に開口31a、31bを有している。また、冷却フィン31の内部には、短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁31cが、長手方向の両端部に亘って形成されている。
この場合、図8の(a)および図13の(a)にも示すように、大小の矩形状をなす隔壁31cが、それぞれ交互に傾斜した状態で連結されてなる。そして、ジョイント81を介して開口31a(送風手段4と直接接続されてもよいし、接続されなくてもよい)から流入される空気を、冷却フィン31における複数の隔壁31c間を長手方向に沿って通過させる際、当該冷却フィン31の外周に充填された冷却剤33によって冷却され、開口31bからジョイント82を介して接続される吹出口6へ送り出し、吹出口6から外部(防護服内など)へと吹き出すようになっている。
図4〜図9にそれぞれ含まれる(a)と(b)とは、冷却部3、送風手段4、および、吹出口6の配置が異なる。すなわち、図4〜図9の(a)に示す冷却装置1では、吸気口22aに隣接して設けられた送風手段4(ファン41およびモータ42)によって、外部から取り込まれた空気が冷却部3に送り込まれ、冷却部3によって冷却された空気が吹出口6から吹き出される。
一方、図4〜図9の(b)に示す冷却装置1では、冷却部3が吸気口22aに接続されており、送風手段4によって当該吸気口22aから取り込まれた空気が、冷却部3から当該送風手段4を経由して、吹出口6から吹き出される。図4〜図9の(b)にそれぞれ示される構造を有する場合、冷却装置1は、空気が流れる抵抗を低減することができるため、送風圧力の効率を向上させることができる。
したがって、図4〜図9の(a)に示す冷却装置1では、送風手段1として、例えばクロスフローファン(その他のファンを用いてもよい)を採用するが、図4〜図9の(b)に示す冷却装置1では、送風手段1として、上記クロスフローファンよりも小型のファンを採用できる。これにより、冷却装置1全体をさらに小型化したり、冷却装置1の大きさを維持したまま複数の小型ファンを搭載することによって、送風能力を向上させたりすることができる。なお、図7の(b)は、図7の(a)とは異なり、蓋部21を取り外した状態のA−A線矢視断面図を示している。
送風手段4は、ファン41の回転速度を変化させることによって、風量を調節することができる。これにより、例えば、上記防護服の着用者は、当該防護服内に送り込まれる、冷却された空気の量を適宜調節することができる。
また、冷却装置1は、上記防護服の着用者(当該冷却装置1の使用者)に給水する水を貯水可能な水筒部(給水タンク、図示せず)をさらに備えることができる。この場合、例えば、上記水筒部は蓋部21に設けられている(別の部分に設けられてもよい)。そして、当該水筒部に接続され、冷却装置1の内部に配設された給水チューブが、上記防護服のマスク部分に伸びている。これにより、上記防護服の着用者は、上記給水チューブを吸うだけで、好きなときに給水を受けることができる。
<冷却剤>
ここで、冷却フィン31およびケース32の間に充填される冷却剤33について説明する。上記冷却剤33は、凍結性ゲル(凍結可能な性質を有するゲル)でよい。
一方で、上記冷却剤33は、少なくともケイ素、ストロンチウム、マグネシウム、ユーロピウムおよびジスプロシウムを必須元素とし、少なくともケイ素酸化物、炭酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化ユーロピウムおよび酸化ジスプロシウムを焼成して得られる組成物と、上記凍結性ゲルとが所定の比率で配合された冷却剤であってもよい。この場合、上記冷却剤33が凍結性ゲルのみで構成される場合よりも、実用的なレベルで、冷却効果をさらに得ることができる。また、組成物がケイ酸塩系化合物であるため、鉛よりも比重が軽く、加工性にも優れている。加えて、上記組成物は、放射線を遮蔽する効果を有する。
ケイ素(Si)の含有量は、好ましくは5〜30質量%、より好ましくは10〜20質量%である。
ストロンチウム(Sr)の含有量は、好ましくは30〜60質量%、より好ましくは40〜50質量%である。
マグネシウム(Mg)の含有量は、好ましくは1〜20質量%、より好ましくは5〜10質量%である。
ユーロピウム(Eu)の含有量は、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。
ジスプロシウム(Dy)の含有量は、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。
この組成物は、上記必須元素以外にも酸素原子(好ましくは10〜50質量%、より好ましくは20〜40質量%)を含んでいてもよい。また、ホウ素原子、上記以外の放射線吸収原子(例えば、エルビウム等のランタノイド元素)等を含んでいても良く、更には、製造上不可避な不純物等を含んでいてもよい。
この場合、有害性の観点から、鉛元素を実質的に含まないことが好ましい。例えば、5質量%以下、好ましくは1質量%以下である。
また、この組成物の形状は、本発明の場合、粉体(粒状)加工が可能となっており、他の粉状、繊維状等の有機物(この場合、凍結性ゲル)に混入させ、冷却剤33として使用可能となっている。
このように、組成物が粒状の場合は、例えば、平均粒子径が0.1μm〜1000μm、好ましくは1μm〜100μmとすればよい。
また、この組成物は、上記必須元素等を含有する化合物単独で使用してもよいし、例えば、水、有機溶剤(アルコール、エーテル等)、界面活性剤、樹脂バインダー、無機粒子、有機粒子、本発明以外の組成物等といった添加剤と併せて使用してもよい。
このような組成物の好適な製造方法は、ケイ素化合物、ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、ユーロピウム化合物およびジスプロシウム化合物を混合し、焼成する焼成工程を備えることを特徴とする。具体的には、例えば、ケイ素酸化物、炭酸ストロンチウム(SrCO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ユーロピウム(Eu)および酸化ジスプロシウム(Dy)を混合し、焼結する工程を経ることにより製造することができる。
ケイ素酸化物としては、二酸化ケイ素(SiO)、一酸化ケイ素(SiO)等のいずれでもよいが、本発明ではSiOが好適に用いられる。
配合割合は限定的でないが、例えば、
ケイ素酸化物20〜60質量%、好ましくは30〜50質量%、
炭酸ストロンチウム20〜60質量%、好ましくは30〜50質量%、
酸化マグネシウ5〜40質量%、好ましくは10〜30質量%、
酸化ユーロピウム0.1〜5質量%、好ましくは0.2〜1質量%および
酸化ジスプロシウム0.1〜5質量%、好ましくは0.2〜1質量%、
とすればよい。
上記原料に加えて、さらにホウ酸(HBO)等のホウ素化合物を加えてもよい。これにより、焼成時に金属間の電子移動を容易にさせ、酸化還元作用を促進させることができる。ホウ酸の配合量は限定的でないが、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜3質量%である。
混合した後、ボールミル、ロッドミル等の粉砕機で上記原料を粉砕してもよいし、粉砕しなくてもよいが、本発明では粉砕することが好ましい。
焼成温度は、例えば、電気炉にて500〜2000℃、好ましくは1000〜1500℃とすればよい。
焼成雰囲気は、大気雰囲気および不活性ガス雰囲気のいずれでもよいが、好ましくは大気雰囲気である。
焼成時間は、焼成温度、焼成雰囲気等に応じて適宜決定すればよいが、例えば、10分〜10時間、好ましくは30分〜5時間とすればよい。
<冷却性能(放熱効果)>
以上のように生成された冷却剤33を用いた冷却部3を、着脱自在に装着する本発明の冷却装置1における放熱効果、すなわち冷却性能について、以下のように実験した。
まず、かかる冷却性能を測るための実験装置について説明する。
図14に示すように、実験装置100は、全体として矩形状の箱形をなし、本体部101と蓋部102とから構成される。本体部101の内部には、上述した送風手段4と同様の構成からなる送風手段103と、上述した吹出口6に相当する吹出部104と、上記冷却部3を覆う断熱材7とが配設されている。送風手段103は、ジョイント部103aが、冷却部3の冷却フィン31における一方の開口31aを有する端部と接続されている。また、吹出部104は、冷却部3の冷却フィン31における他方の開口31bを有する端部と接続されている。そして、これら送風手段103の直上と、吹出部104の他方の端部である吹出口104b近傍には、それぞれ温度計106a、106bが設置されている。
また、実験装置100の蓋部102側には、装置内部となる内側面にランプ107(消費電力8W)が配設されていると共に、このランプ107の外周側に向けて温度計106c、106dが設置されている。
ここで、前提として、1kwh=860kcalとして、人間の一日の基礎代謝を求めると、
1548kcal÷860=1.8kwh
1.8kwh÷24h=0.075kw=75w
と導き出せる。これに基づいて導き出す、表面積あたりの発熱量(W/m)は、睡眠時において70W、デスクワークにおいて150W、身体を動かす作業において600Wとされる。従って、人体表面積を約2mとして、最大で約1200Wの発熱量となる。
次に、この実験装置100を用いた放熱量(W)の実験による計算式は、空気の比重をγ(kg/m)、空気の比熱をC(J/kg・K)、空気の流量をQ(m/秒)、排気温度をT、投入空気温度をTとすると、W=γ・C・Q(T−T)から求められる。このとき、1気圧ならば、γ・C≒1150としてよい。
本実験において、開口部31aの大きさは、
13mm×102mm、
0.013m×0.102m=0.001326mである。
これに基づき、吹出し量(すなわち、空気の流量Q)を算定すると、
0.001326m×3.2m/s=0.0042432m/sとなる。
従って、実験装置100による放熱量は以下のようになる。
W=1150J/m・K×0.0042432m/s(T−T
W=4.87968(T−T)J/s
但し、1J=1W・1sとする。
そして、実験装置100のスタイロフォーム厚を20mm、外形寸法を300×600×490mmとし、冷却部3の重量を1491.3gとし、冷却部3の冷却フィン31における隔壁31cの形状を上述した図13の(a)に示す形状とし、冷却部3の体積を1003.5cmとした。また、隔壁31cの体積を265.2cmとし、冷却剤33の体積を738.3cmとした。なお、実験時の外気温は26.3℃であり、冷却フィン31の内部温度は−19.3℃であった。実験して得られた結果を表1および図15のグラフに示す。
これにより、冷却剤33を用いた冷却部3によれば、人体の冷却に十分な放熱量を得ることができる、すなわち冷却効果を発揮できることがわかる。
以上、説明したように、本実施形態の冷却装置1によれば、装置本体を形成する筺体2内部に、送風手段4と、この送風手段4を駆動するための電源部5と、筐体2内外を貫通する吹出口6とを設け、更に、送風手段4と吹出口6とに接続可能であり、断熱材7に覆われる冷却部3を着脱自在に設けるようにした。このとき、この冷却部3を、長手方向の両端部に開口31a、31bを有した中空構造からなり、内部の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁31cを有する冷却フィン31と、冷却フィン31の外周を覆うように配設されるケース32と、冷却フィン31とケース32との間に介在するように充填され、冷却フィン31内を通過する空気を冷却するための冷却剤33とを備えて構成するようにした。従って、冷却部3を軽量化しつつコンパクト化することができるため、冷却装置1を全体として小型軽量化できる。また、冷却部3に流入される空気が冷却フィン31を通過する際に、熱交換作用によって冷却され、さらに送風手段4によって強制的に送風されるため、十分な冷却効果を発揮できる。
しかも、冷却部3が着脱自在であるので、仮に冷却効果が薄れたとしても冷却部3を交換することで、引き続き冷却効果を得ることができる。
かくして、この冷却装置1によれば、小型軽量で、十分な冷却効果を発揮できる。
また、本実施形態の冷却装置1では、冷却部3が、冷却フィン31の一方側(開口31a側)の端部および他方側(開口31b側)の端部に、それぞれジョイント部81、82を介して、送風手段4と吸気口22aまたは吹出口6とが接続可能となっている。これにより、冷却部3を筐体2内部に着脱し易くなり、例えばメンテナンス等において冷却部3を交換する際などの作業が容易になるため、作業性・簡便性を満足できる。
さらに、筺体2の背面側にはウレタンパッド等からなるパッド部9が配設されているため、冷却装置1は、当該冷却装置1の使用者に快適な装着性を与えることができる。特に、冷却装置1を防護服に装着した場合、着用者に対して負荷を掛けることなく、より快適な装着性を与えることができる。
防護服を装着してから(すなわち、当該防護服の上から)冷却装置1を装着する場合、筐体2の背面における送風手段4の位置に対応して、筺体2外部の空気を送風手段4に取り込むための吸気口22aが設けられているため(図4〜図9の(a)をそれぞれ参照)、当該吸気口22aを防護服の内部に連通するように装着することで、当該防護服内の空気を冷却装置1に取り込んで循環させることができる。これにより、冷却装置1は、防護服の着用者に対して快適な状態で冷却された送風を与えることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜、種々の改良および設計の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態においては、冷却フィン31の隔壁31cが、大小の矩形状をなし、冷却フィン31の短手方向に沿って、それぞれ交互に傾斜した状態で連結されてなる場合について述べたが、一例であってこれに限られることはない。すなわち、隔壁31cは、縦、横または斜め、もしくは、これらを組み合わせて設けられていればよい。すなわち、冷却フィン31の隔壁31cの形状としては、図13の(a)との対応部分に同一符号を付した図13の(b)に示すように、冷却フィン31の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁31cが、鋸刃形状をなしていてもよい。また、図13の(a)との対応部分に同一符号を付した図13の(d)に示すように、前記鋸刃形状をなす隔壁31cが、平面に対して直交する鉛直方向に積層された多段構造(例えば、2段構造)になっているものであってもよい。
さらに、冷却フィン31の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁31cは、図13の(a)との対応部分に同一符号を付した図13の(c)に示すように、各々断面矩形状をなしており(すなわち、大小の矩形状をなす隔壁31cが、それぞれ交互に傾斜した状態で連結されてなり)、これら矩形状の隔壁31cが、それぞれ平面に対して直交する鉛直方向に拡大された巾広構造になっているものであってもよい。
冷却フィン31の隔壁31cの形状を図13の(d)に示す2段構造の形状とした場合の冷却性能(放熱効果)を、前述と同様に評価した。
本実験において、開口部31aの大きさは、
17mm×102mm、
0.017m×0.102m=0.001734mである。
これに基づき、吹出し量(すなわち、空気の流量Q)を算定すると、
0.001734m×3.2m/s=0.0055488m/sとなる。
従って、実験装置100による放熱量は以下のようになる。
W=1150J/m3・K×0.0055488m3/s(T−T
W=6.38112(T−T)J/s
但し、1J=1W・1sとする。
そして、実験装置100のスタイロフォーム厚を20mm、外形寸法を300×600×490mmとし、冷却部3の重量を2020.8gとし、冷却部3の体積を1359.5cmとした。また、隔壁31cの体積を346.8cmとし、冷却剤33の体積を1012.7cmとした。なお、実験時の外気温は26.6℃であり、冷却フィン31の内部温度は−22.3℃であり、アクリル表面温度は−12.1℃であった。実験して得られた結果を表2および図16のグラフに示す。
これによると、冷却フィン31の隔壁31cを上記多段構造とする分、空気が通過する際に触れる隔壁31cの面積が広がり、また、冷却剤33の体積も増えたことから、隔壁31cを図13の(a)に示す1段構造とする場合に比較して、より十分な放熱量を得ることができる。したがって、より十分な放熱量が求められる場合には、隔壁31cの形状を多段構造の形状とすることもできる。
1 冷却装置
2 筐体
3 冷却部
31 冷却フィン
31c 隔壁
32 ケース
33 冷却剤
4 送風手段
5 電源部
6 吹出口
81 ジョイント部
82 ジョイント部
9 パッド部
したがって、図4〜図9の(a)に示す冷却装置1では、送風手段として、例えばクロスフローファン(その他のファンを用いてもよい)を採用するが、図4〜図9の(b)に示す冷却装置1では、送風手段として、上記クロスフローファンよりも小型のファンを採用できる。これにより、冷却装置1全体をさらに小型化したり、冷却装置1の大きさを維持したまま複数の小型ファンを搭載することによって、送風能力を向上させたりすることができる。なお、図7の(b)は、図7の(a)とは異なり、蓋部21を取り外した状態のA−A線矢視断面図を示している。

Claims (11)

  1. 吸入した空気を冷却して送風する冷却装置において、
    装置本体を形成する筺体と、
    前記筺体内部に着脱自在に配設され、流入された空気を冷却する冷却部と、
    前記冷却部に接続され、前記筺体外部から吸入した空気を、当該冷却部を介して送風する送風手段と、
    前記筺体内部に配設され、前記送風手段を駆動させるための電源部と、
    前記筺体の内外を貫通して配設され、前記筺体内部側に位置する端部に接続された前記冷却部から送風される冷却された空気を、前記筺体外部側に位置する端部から吹き出す吹出口と、
    前記筺体内部に設けられ、前記冷却部を覆うように配置される断熱材と、を備えており、
    前記冷却部は、
    長手方向の両端部に開口を有した中空構造からなり、内部の短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁を有する冷却フィンと、
    前記冷却フィンの外周を覆うように配設されるケースと、
    前記冷却フィンとケースとの間に介在するように充填され、前記冷却フィン内を通過する空気を冷却するための冷却剤と、を備えていることを特徴とする冷却装置。
  2. 吸入した空気を冷却して送風する冷却装置であって、
    空気を冷却する冷却部と、
    電源部から供給される電力によって駆動され、前記吸入した空気を、筐体内外を貫通する吹出口に前記冷却部を介して導く送風手段とを備え、
    前記冷却部は、断熱材に覆われているとともに、前記冷却装置の筐体内部に着脱自在に設けられており、
    前記冷却部は、長手方向の両端部に開口を設けた中空構造を有し、短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁を備えた冷却フィンと、前記冷却フィンの外周を覆うように配設されるケースと、前記冷却フィンと前記ケースとの間に充填され、前記冷却フィンの内部を通過する空気を冷却する冷却剤とを含むことを特徴とする冷却装置。
  3. 前記冷却部は、空気を取り込む吸気口に接続されており、
    前記冷却装置は、前記送風手段によって前記吸気口から取り込まれた空気が、前記冷却部から当該送風手段を経由して、前記吹出口に吹き出される構造を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の冷却装置。
  4. 前記送風手段は、ファンの回転速度を変化させることによって、前記冷却された空気が前記吹出口から吹き出される量を調節可能であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の冷却装置。
  5. 前記冷却装置の使用者に給水する水を貯水可能な水筒部をさらに備えたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の冷却装置。
  6. 前記冷却剤は、凍結性ゲルであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の冷却装置。
  7. 前記冷却剤は、前記凍結性ゲルに、少なくともケイ素、ストロンチウム、マグネシウム、ユーロピウムおよびジスプロシウムを必須元素とし、少なくともケイ素酸化物、炭酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化ユーロピウムおよび酸化ジスプロシウムを焼成して得られる組成物を、所定の比率で配合してなることを特徴とする請求項6に記載の冷却装置。
  8. 前記冷却フィンの前記短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁は、鋸刃形状をなしており、
    平面に対して直交する鉛直方向に積層された多段構造になっていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の冷却装置。
  9. 前記冷却フィンの前記短手方向に沿って交互に傾斜した複数の隔壁は、各々断面矩形状をなしており、
    平面に対して直交する鉛直方向に拡大された巾広構造になっていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の冷却装置。
  10. 前記冷却部は、前記冷却フィンの両端部に、それぞれジョイント部を介して前記送風手段と、吸気口または前記吹出口とが接続可能となっていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の冷却装置。
  11. 前記筺体には、パッド部が配設されていると共に、前記筺体外部の空気を前記送風手段に取り込むための吸気口が設けられていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の冷却装置。
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