JP2021080593A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンを用いて効果的に冷却対象物から熱を奪って冷却対象物を冷却させることができるようにした冷却装置を提供することを目的とする。【解決手段】間の後頚部や背中に密着可能に設けられ、湿潤可能に設けられたメッシュ３（第一メッシュ３１、第二メッシュ３２）と、当該メッシュ３の微小孔から外気を取り込むためのケーシング２と、当該ケーシング２に取り込まれた空気をケーシング２の外部に放出させるためのファン４１とを設けて冷却装置１を構成する。そして、汗によって湿潤したメッシュ３から空気を吸い込み、陰圧になったケーシング２の内部の蒸気圧を下げてメッシュ３の気化熱を奪い、メッシュ３の表面の温度を下げて、最も熱を感じやすい後頚部から背中近傍の熱を下げる。【選択図】図４

Description

本発明は、ファンを使って冷却対象物を冷却させるようにしたものであって、より詳しくは、液体が気化する際の気化熱、及び、断熱膨張による気体の温度低下を用いて冷却対象物を冷却させることができるようにした冷却装置に関するものである。

近年、真夏の熱中症対策の商品として、携帯式の扇風機などが販売されている。このような携帯式の扇風機としては、バッテリーを収容した柄部の先端にファンを取り付けたものや（特許文献１）、首から吊り下げられる帯状体の両端部にファンを取り付けたものなど、多種多様のものが販売されている（特許文献２）。このような扇風機を用いれば、真夏の昼間などの外出時に、顔など空気を当てることができるため、暑さを和らげることができるようになる。

しかしながら、このような携帯式の扇風機は、例えば、外気が高温であるような場合（例えば、外気が４０℃などのような場合）は、高温の熱風を顔に当てることになるため、効果的に身体を冷却させることができない。

また、このような携帯式の扇風機だけでなく、下記の特許文献２などには、ファンを一体的に取り付けた作業服なども提案されている。このような作業服は、腰部近傍に取り付けた複数のファンから外気を内部に取り込み、服を膨らませて洋服内に気流を生じさせ、身体の熱を奪えるようにしたものである。このような作業服を用いれば、作業服の内部に籠もった熱を奪うことができるため、工事作業中などにおける熱中症を防止することができるというメリットがある。

しかしながら、このような作業服を使用する場合、専用の作業服を新たに購入しなければならず、コストが高くなるといった問題を生ずる。また、外部の熱い空気を作業服の内部に取り込むため、作業服が膨らんでしまい、作業の邪魔になる。また、ファンによる外気の圧縮を伴うことから、断熱圧縮による圧縮熱が発生するため、作業服内に外気より高温の空気を送り込むことになるといった問題も生ずる。

意匠登録第１６４１９５１号公報 特開２０１９−１０５２６６号公報 意匠登録第１５８２９２５号公報

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、ファンを用いて効果的に冷却対象物から熱を奪って冷却対象物を冷却させることができるようにした冷却装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は上記課題を解決するために、冷却対象物に接触可能に設けられ、湿潤可能に設けられたメッシュと、当該メッシュの微小孔から外気を取り込むためのケーシングと、当該ケーシングに取り込まれた空気をケーシングの外部に放出させるためのファンとを設けるようにしたものである。

このように構成すれば、メッシュの微小孔から空気を吸い込むため、ケーシング内部の蒸気圧を下げることができ、蒸発を促進して気化熱を奪うことができるようになる。また、弱いファンを用いた場合であっても、メッシュの微小孔で強い気流を起こさせることができるため、湿潤するメッシュから気化熱を奪って冷却対象物を冷却させることができるようになる。さらには、メッシュが冷却対象物に接触するため、冷却対象物の表面の水分を毛細管現象で均一に拡散させることができ、その状態でその冷却対象物の表面に付着した水分を気化させて、表面を均一に冷却させることができるようになる。

また、このような発明において、前記ケーシングとして、メッシュが身体に接触するものを用い、また、前記メッシュとして、身体に接触することで汗で湿潤するものを用いる。

このように構成すれば、身体の汗をメッシュの微小孔を介して、強い気流で気化させることができるため、身体から熱を奪って冷却させることができるようになる。

さらに、このようなケーシングとして、人間の後頚部と衣服の隙間に挿入可能に設けられるものを用いる。

このように構成すれば、人間の後頚部と衣服の隙間に上から挿入することで、両手が塞がっている場合であっても使用することができるとともに、身体で最も熱を感じやすい部分である後頚部から熱を奪うため、効果的に身体の冷気を感じさせることができるようになる。

また、前記空気を外部に放出するファンとして、ケーシングの上部に設けられ、後頚部から頭部に向けて空気を放出させるようにしたものを用いる。

このように構成すれば、放出された空気が後頭部に当たるため、頭部も冷却させることができるようになる。

また、前記メッシュとして、交換可能に設けられた布もしくは紙などの繊維体で構成する。

このように構成すれば、身体に密着して汗で汚れたメッシュを交換することができ、常に衛生状態を保つことができる。

本発明によれば、冷却対象物に密着可能に設けられ、湿潤可能に設けられたメッシュと、当該メッシュの微小孔から外気を取り込むためのケーシングと、当該ケーシングに取り込まれた空気をケーシングの外部に放出させるためのファンとを設けるようにしたので、ケーシング内部の蒸気圧を下げて、蒸発を促して気化熱を奪うことができるようになる。また、弱いファンを用いた場合であっても、メッシュの微小孔で強い気流を起こさせることができるため、湿潤するメッシュから気化熱を奪って冷却対象物を冷却させることができるようになる。さらには、メッシュが冷却対象物に接触して、冷却対象物の表面の水分を毛細管現象で均一に拡散させることができるため、その状態でその冷却対象物の表面に付着した水分を気化させて、表面を均一に冷却させることができるようになる。

本発明の一実施の形態における冷却装置を示す外観斜視図 同形態における断面概略図 同形態におけるメッシュを示す図 同形態における使用例を示す図

以下、本発明の一実施の形態における冷却装置１について説明する。

この実施の形態における冷却装置１は、一例として、図４に示すように、身体に接触させて使用できるようにしたものであって、人間の後頚部と服装との隙間に挿入できるようにしたケーシング２（図１参照）と、そのケーシング２における人間との接触面側に設けられるメッシュ３と、そのメッシュ３から吸い込まれた空気をケーシング２の内部から外部に向けて放出させるためのファン４１とを備えるように構成されている。そして、このような冷却装置１のメッシュ３を身体に接触させることにより、そのメッシュ３から汗を吸い取って湿潤させ、陰圧にしたケーシング２の内部で蒸気圧を下げて気化熱を奪えるようにするとともに、メッシュ３の微小孔３３から吸い込まれた強い気流によって気化を促進し、メッシュ３に接触した部分の熱を下げられるようにしたものである。以下、本実施の形態について詳細に説明する。

まず、ケーシング２は、図１に示すように、身体に接触する開口部分２２（図２など参照）を除いた部分の内側を中空状にしたものであって、耐水性の素材で構成される。この耐水性の素材としては、例えば、プラスチックなどの樹脂の他、ステンレスなどの金属などを用いることができる。このケーシング２の下方部分は、着衣した状態で後頚部と衣服の隙間に挿入できるような左右幅および厚み幅となっている。一方、ケーシング２の上方部分については、身体の接触部分が首周りを覆うような湾曲形状となっており、また、ケーシング２が衣服との隙間に落ちてしまわないように、襟首の開口幅よりも幅広く構成されたＴ字状となっている。また、上方部分の厚み幅については、下方部分よりも相対的に厚くなるように構成されており、その厚みを有する上方部分にファン４１などを取り付けられるようになっている。

このケーシング２が身体（背中）に接触する部分の縁部２１には、メッシュ３が取り付けられている。ここで、メッシュ３としては、布やガーゼ、不織布、金属メッシュなどを用いることができるが、布やガーゼ、不織布などをケーシング２の縁部２１に取り付けた場合、ファン４１によって内部が陰圧になるため、メッシュ３が内側に凹んでしまい、メッシュ３が身体に接触しなくなる。そこで、この実施の形態では、図２や図３に示すように、ケーシング２の縁部２１に金属メッシュで構成された第一メッシュ３１を取り付けて開口部分２２を平面状態に保持しておくとともに、その第一メッシュ３１の表面に布やガーゼ、不織布などの第二メッシュ３２を取り付けられるようにしている。なお、このように第二メッシュ３２を取り付ける際、汗で汚れた第二メッシュ３２を交換できるように、第一メッシュ３１の縁部２１近傍に面ファスナーや接着面などの取付部３３（図３参照）を設けておき、その取付部３３を介して第二メッシュ３２を取り付けられるようにしておく。そして、このように第一メッシュ３１や第二メッシュ３２で構成されたメッシュ３を身体（背中）に接触できるようにすることで、背中や首の汗を吸収できるようにする。なお、このようなメッシュ３によって汗を吸収できるようにするため、メッシュ３の微小孔としては、目開きが１０μｍ〜１０００μｍとなるものを用いるとよい。このようなメッシュ３を用いれば、毛細管現象によって汗を吸い取って湿潤させることができるとともに、微小孔から空気を吸い込む際に、強い気流を起こさせて気化を促進することができるようになる。

この吸い込みを行うためのファン４１は、ケーシング２の上部の開口部分に取り付けられる。このファン４１は、吹き出し方向が上向きとなるように取り付けられており、このファン４１に隣接して設けられたバッテリー（図示せず）によって駆動するようになっている。なお、このような上部の開口部分にファン４１やバッテリーなどを取り付ける際、板状体４０にファン４１やバッテリー、そのバッテリーを充電するためのポート４２、電源スイッチ４３、風量調整スイッチ４３などを取り付けておき、ケーシング２の上部の開口した部分に板状体４０と一体的に取り付けられるようにしておく。そして、その板状体４０をケーシング２の上部の開口した部分に取り付けることで、ケーシング２（身体に接触する開口部分２２を除く）を密閉状態にしておき、メッシュ３が存在している部分からのみ空気を吸い込めるようにしている。

次に、このように構成された冷却装置１の使用方法や作用について説明する。

まず、この冷却装置１を使用する場合、布やガーゼや不織布などの第二メッシュ３２をケーシング２の開口部分２２に設けられた第一メッシュ３１（金属メッシュ）の上に取り付ける。このとき、第二メッシュ３２は、第一メッシュ３１の縁部２１近傍に設けられた取付部３３である面ファスナーや接着面などによって取り付けられる。

そして、このようにメッシュ３を取り付けた状態で、冷却装置１を使用する場合、着衣した人間の後頚部から、その冷却装置１の下端部分を衣服との隙間に挿入していく。このとき、冷却装置１のケーシング２における下方部分の厚みが薄くなっているため、冷却装置１を衣服との隙間に挿し込みやすくなる。

そして、このように冷却装置１を衣服と後頚部との間に挿入し、Ｔ字状に幅広となって上方部分を衣服の襟首の上に位置させ、メッシュ３を背中や首に接触させるとともに、上方部分を首の周りに接触させた状態にしておく。すると、背中や首の汗がメッシュ３に吸われてメッシュ３が全体的に湿潤された状態となる。

このような状態で、冷却装置１の電源スイッチ４３を入れると、ファン４１が駆動してケーシング２の内部空間の空気が吸い出されていき、ケーシング２の内部が陰圧の状態となる。このとき、ケーシング２は、メッシュ３を除く部分では密閉されているため、身体と接触している僅かな隙間からメッシュ３を介して外部の空気が吸い込まれていくことになる。

このとき、メッシュ３の微小孔から空気が吸い込まれることになるため、ファン４１の回転パワーが小さい場合であっても微小孔からの空気の流れが速くなり、さらに、ケーシング２の内部が陰圧となっているため、蒸気圧を下げることで、湿潤したメッシュ３から気化熱を奪ってメッシュ３を冷却させていくことができるようになる。

そして、このように気化熱を奪った空気を、ケーシング２の内部空間からファン４１によって外部に放出させる。このとき、ファン４１によって、ケーシング２の内部の空気が上向きに放出されるため、後頭部に空気を当てることができ、背中や首を冷却させるだけでなく、後頭部を冷やすことができるようになる。

そして、このような冷却装置１の使用を終了する場合、後頚部と衣服の隙間から冷却装置１を取り出すとともに、メッシュ３のうち、第二メッシュ３２を第一メッシュ３１から剥がして、次に綺麗な状態で使用できるようにする。

このように上記実施の形態によれば、人間の後頚部や背中に密着可能に設けられ、湿潤可能に設けられたメッシュ３（第一メッシュ３１、第二メッシュ３２）と、当該メッシュ３の微小孔から外気を取り込むためのケーシング２と、当該ケーシング２に取り込まれた空気をケーシング２の外部に放出させるためのファン４１とを設けるようにしたので、ケーシング２の内部の蒸気圧を下げて、蒸発を促して気化熱を奪うことができるようになる。また、弱いファン４１を用いた場合であっても、メッシュ３の微小孔で強い気流を起こさせることができるため、湿潤するメッシュ３から気化熱を奪って背中を冷却させることができるようになる。さらには、メッシュ３が背中に接触して、汗を毛細管現象で均一に拡散させることができるため、その状態でその背中の汗を気化させて、表面を均一に冷却させることができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、身体の後頚部近傍に接触させて冷却させる場合について説明したが、腰部近傍などに設けるようにしてもよい。また、身体だけでなく、魚水槽や家電製品や電子機器の冷却装置１、バッテリーを冷却させるための装置などにも適用することができる。

また、上記実施の形態では、人間の汗によって湿潤したメッシュ３の気化熱を利用して背中近傍を冷却させる場合について説明したが、強制的に湿潤させることが必要な場合は、メッシュ３を湿潤させるための湿潤装置を用いてメッシュ３を湿潤させ、その気化熱を用いて冷却対象物を冷却させるようにしてもよい。このような場合、湿潤装置をメッシュ３の上側に設けてメッシュ３に上から染み込ませ、メッシュ３を全体的に湿潤させるようにするとよい。

さらに、上記実施の形態では、身体と接触するメッシュ３と身体との隙間から空気を取り込み、メッシュ３の微小孔を介して空気を吸い込むようにしたが、ガラス板や金属板などのような平面的な部材にメッシュ３を接触させる場合は、ケーシング２の縁部２１から空気を吸い込みにくくなる。このため、そのような場合は、ケーシング２の縁部２１と平面状の冷却対象物との隙間を形成できるようにした凹凸などの隙間を形成しておき、その隙間から冷却対象物とメッシュ３との間に空気を取り込めるようにしてもよい。もしくは、ケーシング２自体に小さな間隙を設け、その間隙からファンの排気量よりも少ない量の外気を取り込むようにすることで蒸気圧を低下させて冷却させるようにしてもよい。

本発明の一実施の形態における実験例を以下に示す。

実験においては、メッシュとして金属メッシュの上に不織布を取り付けるとともに、ファンとして５０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍで回転するＤＣ軸流ファンを二つ取り付けたものを用いた。

測定に際しては、室温の状態で霧吹きを用いて不織布の表面を湿潤させ、赤外線温度測定装置によってメッシュ表面の温度を測定した。

実験の結果、ファンを回転させる前の不織布の温度は、２３℃であったが、３０秒経過後には、１７℃までメッシュの表面を冷却させることができたことが確認された。

１・・・冷却装置
２・・・ケーシング
２１・・・縁部
２２・・・開口部分
３・・・メッシュ
３１・・・第一メッシュ（金属メッシュ）
３２・・・第二メッシュ
３３・・・取付部
４０・・・板状体
４１・・・ファン
４２・・・ポート
４３・・・電源スイッチ
４４・・・調整スイッチ

Claims (5)

1. 湿潤可能に設けられたメッシュと、
   当該メッシュから取り入れられた空気を内部の中空部に導くことが可能に設けられたケーシングと、
   前記メッシュから取り込んだ空気を前記ケーシングの中空部を通してケーシングの外部に放出させるファンと、
   を設けるようにした冷却装置。
2. 前記ケーシングが、身体に密着するように設けられるものであり、
   前記メッシュが、身体に密着することで汗によって湿潤可能に設けられるものである請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記ケーシングが、人間の後頚部と衣服の隙間に挿入可能に設けられるように構成したものである請求項１に記載の冷却装置。
4. 前記空気を外部に放出するファンが、ケーシングの上部に設けられ、後頚部から頭部に向けて空気を放出させるように設けられるものである請求項１に記載の冷却装置。
5. 前記メッシュが、交換可能に設けられた布もしくは紙で構成されるものである請求項１に記載の冷却装置。

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