JP3229764U

JP3229764U - 電子冷暖式マスク・フィルター

Info

Publication number: JP3229764U
Application number: JP2020003085U
Authority: JP
Inventors: 明久松園
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2030-07-27

Abstract

【課題】周囲の温度変化に幅広く対応でき、呼吸時の暑さを抑えて快適なマスク着用ができる電子冷暖式マスク・フィルターを提供する。【解決手段】マスクと鼻の間に挟む、電子冷暖式マスク・フィルターであって、マスク側の左側に小型電動ファン１０４と、集風ドーム１０８を組み合わせて空気を取り入れやすくし、ガーゼ等で梱包した電子冷暖式マスク・フィルター１００の鼻先側迄の間に、ヒートポンプ機能が優れたペルチェ素子１０１と、その表裏両面に斜溝構造放熱フィン１０２、１０３を張り付けた。鼻先側を中心に上下を反転させて並べれば、鼻先で冷風が合流して冷却能力が向上する。そして、リチューム電池と温湿度センサー１０６により携行可能な小型可変ＤＣＤＣコンバータで駆動電力を半自動制御する。【選択図】図１

Description

本考案は暑い環境や寒い場所等でのマスク着用を快適にする携行型電子式冷暖吸気制御技術に関するものである。

２０２０年、世界保健機関（ＷＨＯ）は中国武漢で発生したウイルス（サイズ：0.1〜0.2μm）を新型コロナウイルス感染症として発表したが、公表と注意喚起が大幅に遅れ、また感染予防対策として重要なマスクを否定したことも重なり、世界的なパンデミック（感染爆発）を生じさせた。しかし３ケ月以上遅れてマスクの有効性は見直されて発表され、一時は世界的に品薄となり争奪競争も呈しパンデミックも拡大しており、夏場でもマスク着用が求められ、これからの必需品となってきた。

このように新型コロナウイルス感染症防止対策として、特にマスク着用が重要となっているが、夏場等でマスクを着用すると、息が持つ熱を上手く外に発散できず体内にため込んでしまうため吸気温度を下げる方法が求められており、多様な方法が開発・販売されており、例えば、冷やしマスクと称し、マスクに保冷剤2個を入れられるポケットを設けた熱中症対策冷やしマスク（非特許文献１：本書類添付図５）がある。

またウォーターマスクと称し、マスクに水を含ませるだけで、水分が蒸発する際に周囲の熱を奪う効果「気化熱」でヒンヤリするマスク（非特許文献２：本書類添付図６）がある。

さらに、首からかけられるケイタイ扇風機と称し、下から風でマスクなどを冷やす（非特許文献３：本書類添付図７）がある。

古くは、医療機器で電気冷却モジュールを使う例として、「呼吸器機関の途中に介在される循環式呼吸器の吸気冷却装置に関し、吸気経路と冷却室が伝熱壁を介して規定されて構成されるケースと、冷却室に収納される冷却媒体と、冷却室に臨みベルチエ効果を利用して冷却媒体を冷却する電子冷却素子を使った、循環式呼吸器の吸気冷却装置」がある。（特許文献１：図面公開無し）

特開昭６１−２０６４６６「循環式呼吸器の吸気冷却装置」

「株式会社エルブ：保冷剤2個付き熱中症対策日本製冷やしマスク」「株式会社オーシンWEB SHOP：ウォーターマスクマスクに水を含ませるだけ」「大作商事株式会社：首からかけられるケイタイ扇風機」

非特許文献１の「保冷剤２個付き冷やしマスク」は、保冷剤が２ケあるが、保冷効果は短く冷却力が無くなると逆に熱を蓄積して、着用継続が負担になる。しかし本考案の電子冷暖式マスク・フィルターは、保冷剤不要で熱伝導性の良いペルチェ素子の電子冷却と、独自開発の電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（図３）で利用環境に応じて幅広く冷却力が選べて効果も高く、電池容量の許すかぎり維持される。

非特許文献２のマスクに水を含ませるだけの「ウォーターマスク」は水分が蒸発する際に周囲の熱を奪う「気化熱」効果で簡単だが、周囲が暑いと冷却力不足になり、ムレが生じると逆に不快感となる。本考案の電子冷暖式マスク・フィルターは、マスク全体を濡らさないので、水が周りに滴らず、送風だけでの運転や、更に熱い場合はペルチェ素子冷却と冷却力調整機能により効率良く持続できる。

非特許文献３の「首からかけられるケイタイ扇風機」は、首からかけるため風向きを決める送風ファンの距離や角度維持も必要で、また外気温が高い場合はマスクから遠く冷却効果が薄い。しかし本考案の電子冷暖式マスク・フィルターは、鼻先への直結空冷構造と、更に熱い場合はペルチェ素子冷却調整機能により効率良く持続される。

特許文献１の「循環式呼吸器の吸気冷却装置」は、「吸気管の途中に介在される循環式呼吸器の吸気冷却装置において、吸気経路と冷却室が伝熱壁を介して規定されて構成されるケースと、冷却室に収納される冷却媒体と、冷却室に臨みベルチエ効果を利用して冷却媒体を冷却する電子冷却素子とを含み、ケースと電子冷却素子とを取外し可能に」と、大きな医療用人工呼吸器装置筐体での電子冷却装置で持ち運び困難だが、本考案の電子冷暖式マスク・フィルターはマスク内に熱伝導性の良い電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュールをペルチェ素子冷却と冷却力調整機能により効率良く持続でき、携行性も優れ利用環境が全く異なる。

マスクを装着する人の息の熱にもよるが、本考案の電子冷暖式マスク・フィルターは、気温が２７度程度までは従来のマスクと口との間に挟み、送風機能を低速で回転させるだけでも涼しく、約３０度を超えれば、組み込まれている電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（図３）と、ペルチェ効果による電子冷暖機能を小型可変ＤＣＤＣコンバータ制御で微調整して、周囲の温度変化に幅広く対応でき、呼吸時の暑さを抑えて快適なマスク着用を可能として課題を解決している。

電子冷暖式マスク・フィルターの使い方は多様で、数十ｍＷ程度で送風機能だけを静かに低速回転させるだけでも涼しく且つ長時間使え、電子素子による細かな冷風調整は基より、猛暑や寒冷地などの環境で、大きく変動する周囲の気温変化にも広く対応でき、快適に社会活動が続けられる。また、組合わせるマスクは大きめや、立体型や医療用サージカルマスク等、用途に応じた幅広い組み合わせも考えられる。

ガーゼ等の梱包を取った電子冷暖式マスク・フィルターの３次元ＣＡＤによる内部俯瞰構造図である。ガーゼ等で梱包した本装置のマスク装着時の頭上からの上面図である。電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュールである。上記図３を構成する、斜溝高構造放熱フィンの単体拡大俯瞰図と機能原理図である。本電子冷暖式マスク・フィルターの冷暖電力制御システム構成図である。市販の保冷剤２個付き冷やしマスクと称されるものである。市販のウォーターマスクと称されるものである。市販の首からかけられるケイタイ扇風機と称されるものである。

図２のガーゼ等で梱包した本装置のマスク装着時の上面図を実施する為、図１の電子冷暖式マスク・フィルター（１００）を、ガーゼや不織布等のシート（２０３）で包み、表裏面が着脱容易な簡単両面テープ（２０７）や両面ファスナー等で、マスクとくっ付けたり外したりでき、
内部の電子冷暖式マスク・フィルター（１００）の形態は、マスク側に小型電動ファン（１０４）と半円球状の集風ドーム（１０８）を置き、更に図２の鼻先側（２０６）迄の間に、表裏両面でヒートポンプ機能が優れたペルチェ素子（１０１）と、その表裏両面に内向き斜溝冷却フィン（１０２）と、外向き斜溝放熱フィン（１０３）を張り付けて組合わせた電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）を、図２中央の鼻先側（２０６）を中心に上下反転させ、上下の冷却側斜溝フィン（１０２）の、鼻先側（２０６）が、斜溝高（４０１）側になるように方向を揃えて並べ、この出口に温湿度センサー（１０６）を置く。

そして、これら装置をリチューム電池（５０１）と上述の温湿度センサー（１０６）により携帯用小型可変ＤＣＤＣコンバータ（５０２）で駆動電力を半自動制御して、送風のみの運転や、ペルチェ素子（１０１）と電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）でマスク内の熱を外にポンピングして冷やしたり、また逆に寒冷環境等では電流を反対に流すことにより冷却面側（１０２）が温まるペルチェ効果の逆動作により、外気温に応じてマスク着用時の吸気温度を常に快適に制御できる形態に置く。

図３の電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）は、図4の新開発の斜溝高構造放熱フィン（４００）の溝流路内の斜溝高フィン（４０１）の特殊構造により、表面積を増やして放冷熱効果を向上させ且つ、フィンの風上側（４０２）から入った風は、フィンの風下側（４０３）に向かって段々に狭く絞られて流速が増すと同時に、上方に曲げられる（４０４）ため、この斜溝高構造放熱フィン（４００）を表裏両面に張り合わせて組合せた電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）を置いた形態により、放熱方向がお互いに反対方向（３０６）と（３０７）に曲げられて熱の分離が良くなり排熱効果が向上し、熱風（２０４）の流れは、顔からも遠ざかる構造となる。

なお、電子冷暖式マスク・フィルター（１００）を汎用的且つ、遣い回し易くする為、本装置をガーゼやフィルター効果を高める不織布シート（２０３）等で包み、表裏面が着脱容易で接続テープや、着脱簡単両面テープや両面ファスナー等で、マスクと張り合わせたり外したり、又、医療用Ｎ９５マスクや、各種多様なヘッドバンドマスク（２０１）と組合せて、鼻先側（２０６）との間に挟み合わせて装着でき、更に衛生上の維持管理等、必要に応じ交換、着脱等可能となる。

以下、図面に従って、実施例を説明するが、先に説明図の３桁の符号番号の付与ルールを述べると、頭１桁目は図面番号で下２桁がその図面内で出現する追番だが、後の詳細図の符号番号が先に現れる事もある。

図１と図２説明で、図１は電子冷暖式マスク・フィルターの内部俯瞰構造図で、図２はガーゼ等で梱包した本装置のマスク装着時の上面図で、空気取り入れ時風圧等による梱包布等の撓みに対し支え（２０８）でカバーし、ガーゼや不織布等のシート（２０３）で包んで、マスクと鼻の間に挟み、着脱容易な構造にする為、着脱簡単両面テープや両面ファスナー（２０７）等で、マスクの両端でくっ付けたり外せる仕組みとなっている。

次に、図１の斜め後方から見た電子冷暖式マスク・フィルター（１００）の内部俯瞰構造では、左前側に小型電動ファン（１０４）と風を集める集風ドーム（１０８）で空気を取り入れやすくし、電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）を、図２中央の鼻先側（２０６）を中心に上下に反転させて並べ、上下の冷却側斜溝フィン（１０２）の出口側の鼻先（２０６）で冷風の流れが合流（２０５）して冷却能力が向上し、この出口に置かれた温湿度センサー（１０６）で、マスク装着人が放つ息の放出熱との混合熱温度が常時測定可能となり、同時に、外側面の暖熱側斜溝放熱フィン（１０３）の熱風（２０４）は夫々のフィン溝内の斜溝高構造部（４０１）で、より外側（２０４）の上下に曲げられ、放熱し易い構造となっている。

図３の電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）は、ペルチェ素子（１０１）を中央に、その上下の表裏面に、斜溝高構造放熱フィン（４００）の斜溝高隠れ線位置（３０８）方向を揃えて張り付ければ、冷却面の下側が冷却側斜溝フィン（１０２）に、放熱面の上側が放熱側斜溝フィン（１０３）となり、放熱方向がお互いに反対方向（３０６）と（３０７）に曲げられ遠ざけられて、熱の分離が良くなり排熱効果が向上する構造となっている。

図４の斜溝高構造放熱フィン（４００）は、溝流路内の斜溝高フィン（４０１）の特殊構造により、表面積を増やして放冷熱効果を向上させ且つ、フィンの風上側（４０２）から入った空気は、フィンの風下側（４０３）に向かって段々に狭く絞られて流速が増すと同時に、上方に曲げる（４０４）構造となっている。

図５は、先に述べた複数の電子冷熱伝導ペルチェ素子（１０１）と電動ファン（１０４）の電力を、リチューム電池（５０１）と上述の温湿度センサー（１０６）により携行でき、よりリプルの少ない同期整流式小型可変ＤＣＤＣコンバータ（５０２）等で駆動電力を半自動制御して、送風のみの運転から、ペルチェ素子（１０１）でマスク内の熱を外にポンピングして冷やしたり、また逆に寒冷環境等では電流を反対に流すことにより冷却面側（１０２）が温まるペルチェ効果の逆動作により、外気温に応じてマスク着用時の吸気温度を常に快適に制御する構造となっている。

１００電子冷暖式マスク・フィルター
１０１ペルチェ素子（薄白色部）
１０２内向き斜溝冷却フィン
１０３外向き斜溝放熱フィン
１０４電動小型ファン
１０５ファン回転翼
１０６温湿度センサー
１０７空気取り入れ口
１０８集風ド−ム
２００ガーゼ等で梱包した電子冷暖式マスク・フィルター
２０１ヘッドバンドマスク等
２０２ヘッドバンド等マスク装着ひも
２０３装置包含ガーゼ等
２０４熱風の曲がり流れ
２０５冷風流れの合流
２０６鼻先側
２０７表裏面着脱簡単両面テープや両面ファスナー等
２０８ガーゼ等梱包時のたわみ支えバー
３００電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール
３０３ペルチェ素子への給電ケーブル＋極
３０４ペルチェ素子への給電ケーブル ―極
３０５送風される外気
３０６冷風は下向きに出る
３０７熱風は上向きに出る
３０８斜溝高隠れ線位置表示
４００斜溝高構造放熱フィン
４０１フィン内側の溝流路内の斜溝高構造部
４０２フィン風上側
４０３フィン風下側
４０４風向きを上に曲げる構造
５０１リチューム電池等
５０２可変ＤＣＤＣコンバータによる電子冷暖式マスク・フィルター制御部

Claims

マスクの着用が暑くて苦しい環境での改善策として、大きめのマスクと鼻の間に挟む図１のマスク・フィルターの内部構造として、先ずマスク側となる左側に外気を集める小型電動ファン（１０４）と、ファンの風を絞る集風ドーム（１０８）を組み合わせて空気を取り入れやすくした構造を置き、図２の鼻先側（２０６）迄の間に、表裏両面でヒートポンプ機能が優れたペルチェ素子（１０１）と、その表裏両面に新開発した斜溝構造放熱フィン（１０２、１０３）を張り付けた、同じ詳細な図３の電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）を、図２中央の鼻先側（２０６）を中心に上下を反転させて並べれば、上下内側の冷却側斜溝フィン（１０２）側の中央が、鼻先側（２０６）で、斜溝高（４０１）側に揃い、出口側の鼻先（２０６）で丁度、冷風の流れが合流（２０５）して冷却能力が向上する位置となり、この出口位置に置かれた温湿度センサー（１０６）で、本装置装着人が放つ息の放出熱との混合熱温度の常時測定が可能な構造となり、また、上下外向き面の暖熱側斜溝放熱フィン（１０３）からの熱風は夫々のフィン溝内の斜溝高構造部（４０１）で、より外側（２０４）の上下に曲げられ、放熱し易い組み合わせ構造が形成され、
そして、これら複数の電子冷熱伝導ペルチェ素子（１０１）と電動ファン（１０４）の電力を、図５のリチューム電池（５０１）と温湿度センサー（１０６）により携行可能な小型可変ＤＣＤＣコンバータ（５０２）で駆動電力を半自動制御して、送風のみの運転から、ペルチェ素子（１０１）でマスク内の熱を外にポンピングして冷やしたり、また逆に寒冷環境等では電流を反対に流すことにより冷却面側（１０２）が温まるペルチェ効果の逆動作により、外気温に応じてマスク着用時の吸気温度を常に快適に制御する構造を有することを特徴とする電子冷暖式マスク・フィルター。
前記「請求項１記載の電子冷暖式マスク・フィルター」を構成する主要部品である、図３の電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）の特徴を詳述すれば、表裏両面でヒートポンプ機能を有する半導体ペルチェ素子（１０１）の厚みが薄いにもかかわらず、表裏面の温度差が最大約７０度と大きくなる為、マスクに装着し易く軽く簡素な構造で効率良く放冷熱する為には、冷却面の冷風方向と放熱面の熱風方向を距離的に離すことが重要となることから、新開発の斜溝高構造放熱フィン（４００）の溝流路内の斜溝高フィン（４０１）の特殊斜溝構造により、表面積を増やして放冷熱効果を向上させ且つ、フィンの風上側（４０２）から入った風をフィンの風下側（４０３）に向かって段々に狭く絞って流速が増すと同時に、上方に曲げられる（４０４）構造で、
更にこの斜溝高構造放熱フィン（４００）を表裏両面に斜溝高側が揃うようにペルチェ素子（１０１）の表裏面に反対に張り合わせて組合せた、電子冷熱分離伝導式放熱増強モジュール（３００）として構成することにより、放熱方向がお互いに反対方向（３０６）と（３０７）に曲げられて遠ざけられることにより熱の分離が良くなり、排熱と冷却能力が向上する構造を有したことを特徴とする、「請求項１」記載の「電子冷暖式マスク・フィルター」。
前記「請求項１記載の電子冷暖式マスク・フィルター」を汎用的且つ、遣い回し易くする為、本装置を、図2のガーゼや不織布等のシート（２０３）で包み、表裏面が着脱容易な構造の着脱簡単両面テープ（２０７）や両面ファスナー等で、マスクの両端をくっ付けたり外したり出来、又、医療用や各種多様なマスク（２０１）と組合せて、鼻先側（２０６）との間に挟み合わせて装着でき、更に衛生上の維持管理等、必要に応じ交換、着脱、分離、組み合わせ可能な構造も持ったことを特徴とする、「請求項１または請求項２」記載の「電子冷暖式マスク・フィルター」。