JP6429392B2 - 冷却衣服 - Google Patents

Description

本発明は、着用者の身体を冷却することができる冷却衣服に関するものである。

着用者の身体を冷却する冷却衣服として、従来、着用者の体表面と服地との間に空気が流通できる空間を設け、その空間に空気を強制的に流通させるファン等の送風機を備えたものが種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。これらは何れも、送風によって汗を蒸発させ、その気化熱によって着用者の身体を冷却するものである。つまり、これら従来の冷却服は、着用者が発汗していることが前提である。換言すれば、身体を冷却するためには、いったんは発汗するほど体温を上げなければならない。そのため、体温を下げるために、まず体温を上げなければならないという矛盾を含んでいるものであった。

一方、宇宙飛行士が船外活動のために着用する船外活動用宇宙服（以下、単に「宇宙服」と称することがある）は、高度真空である宇宙空間と宇宙服内部との圧較差によって宇宙服が膨張するため、可動性が低い。そのため、宇宙服を着用して行う活動には、非常に大きな労力を必要とし、着用者の身体からの発熱が大きい。加えて、宇宙服の内部は密閉空間であるため、着用者の体温は大きく上昇する。そこで、従前より、宇宙飛行士は、冷却水を循環させるパイプを配設した下着と、下着と上着との間の空間に空気を流通させる機構を備えた衣服（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ ａｎｄ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｇａｒｍｅｎｔ、以下「ＬＣＶＧ」と称する）を着用している。このＬＣＶＧの下着は、伸縮性が高く身体に密着する生地に、表裏に交互にあらわれるようにパイプが縫い込まれており、このパイプに流通させる冷却水によって、パイプを介して身体を冷却するものである。

しかしながら、現在、米国ＮＡＳＡで採用されているＬＣＶＧの下着は、体表面を全面にわたり冷却することを目的として、冷却水を循環させるパイプが下着の表面に非常に密に配設されている。そのため、着用者が発汗していたとしても、密に配されたパイプの存在によって、汗が下着の生地を通過することが妨げられている。そのため、現行のＬＣＶＧは、空気を流通させる機構を備えているにも関わらず、汗は蒸発させにくいものであり、体温を下げることはできるものの、冷却水で冷やされた汗の層が下着と肌との間に残留することにより、体表面近くの湿度が上昇し、着用者が不快に感じるという問題がある。

国際公開第２００５／０６３０６５号 特開２００９−９７１０６号公報

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、着用者の発汗を前提とすることなく身体を冷却することができると共に、体表面近くの湿度の上昇が抑制されている冷却衣服の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる冷却衣服は、
「水を収容させるバッグと、
該バッグの内部に収容されているポンプと、
透水性を有する生地で形成された衣服本体と、
該衣服本体の表面に配設されており、両端がそれぞれ前記バッグに接続されていると共に、一端が前記ポンプに接続されているパイプと、
該パイプの周壁に貫設された複数の小孔部と、を具備し、
前記ポンプは、前記バッグが収容する水を、前記パイプの一端から他端に流通させ前記バッグ及び前記パイプを水の状態のまま循環させると共に、前記パイプを流通する水の一部を前記小孔部から外部に滲出させる」ものである。

本構成の冷却衣服では、パイプを流通する水によって着用者の身体を冷却できることに加えて、パイプから衣服本体に供給される水の気化熱によっても、着用者の身体を冷却することができる。すなわち、ポンプを作動させると、バッグに収容された水はパイプを一端から他端に向かって流通してバッグに戻り、循環する。パイプは衣服本体の表面に配されており、パイプには複数の小孔部が貫設されているため、パイプを流通する水の一部が小孔部から滲出し、透水性の生地で形成された衣服本体に浸み込む。そして、衣服本体に浸み込んだ水が蒸発する際、その気化熱として熱が奪われることにより衣服本体が冷却され、これにより着用者の身体が冷却される。つまり、着用者が発汗していることを前提とすることなく、パイプから滲出させた水で衣服本体を濡らすという、いわば「衣服自体に汗をかかせる」ことにより、その気化熱で着用者の身体を冷却することができる。

また、上述したように、従来のＬＣＶＧの下着では、体表面を全面にわたり冷却するために、パイプを下着の表面に非常に密に配設していた。これに対し、本構成では、パイプから滲出させる水で濡れた状態となる衣服本体が、着用者の体表面を全面的に覆っているため、パイプを密に配設することを要することなく、体表面を全面にわたり冷却することができる。従って、従来のＬＣＶＧの下着に比べて、衣服本体の表面に配設するパイプを、大幅に低減することが可能である。つまり、衣服本体においてパイプのない部分の面積を、大きくすることが可能である。これにより、着用者の汗も含めた水分は、パイプのない部分で衣服本体から蒸発し易く、体表面近くの湿度の上昇を有効に抑制することができる。

なお、パイプは、衣服本体の外表面及び内表面の何れに配設しても良いが、外表面に配設すれば、衣服本体を着用者の体表面に密着させ易く、水の気化熱で冷却された衣服本体で着用者の身体を冷却する効率が良いため、より望ましい。また、本発明にかかる冷却衣服は、上記構成に加え、「船外活動用宇宙服を更に具備し、前記衣服本体は、前記船外活動用宇宙服の中で着用される下着として着用者の身体に密着させるものであり、前記船外活動用宇宙服と前記衣服本体との間の密閉された空間に、空気を流通させる機構を有している」ものとすることができる。

本発明にかかる冷却衣服は、上記構成に加え、「前記バッグから水を吸引し、前記衣服本体の表面に向かうノズルから噴霧する噴霧器を、更に具備する」ものとすることができる。

本構成では、噴霧器から水を噴霧することによっても、衣服本体に水を浸み込ませることができる。これにより、小孔部を介した水の滲出では、衣服本体が未だ十分に濡れていない段階であっても、水の気化熱によって着用者の身体を冷却することができる。また、着用者の操作によって水を噴霧するタイプの噴霧器とすれば、着用者が暑さを感じた時など、任意のタイミングで衣服本体に水を噴霧することができ、気化熱による身体の冷却を着用者自身が調整することができる。

以上のように、本発明の効果として、着用者の発汗を前提とすることなく身体を冷却することができると共に、体表面近くの湿度の上昇が抑制されている冷却衣服を、提供することができる。

本発明の第一実施形態の冷却衣服の構成図である。 図１の冷却衣服を着用した際の体表面の温度及び湿度の変化を、冷却機構のない衣服及び従来の冷却衣服と比較したグラフである。 本発明の第二実施形態の冷却衣服の構成図である。 図３の冷却衣服を着用した際の体表面の温度及び湿度の変化を、図１の冷却衣服と比較したグラフである。

以下、本発明の第一実施形態である冷却衣服１の構成について、図１を用いて説明する。ここでは、船外活動用宇宙服の下着に本発明の冷却衣服１が適用され、従来のＬＣＶＧと同様に、冷却衣服１と上着（図示しない）との間の密閉された空間に空気を流通させる機構を有している場合を例示する。

冷却衣服１は、水を収容させるバッグ３１と、透水性を有する生地で形成された衣服本体１０と、衣服本体１０の表面に配設されていると共に、両端がそれぞれバッグ３１に接続されているパイプ２０と、パイプ２０の周壁に貫設された複数の小孔部２１と、バッグ３１が収容する水を、パイプ２０の一端から他端に流通させると共に、流通する水の一部を小孔部２１から外部に滲出させるポンプ３５と、を具備している。

より詳細に説明すると、衣服本体１０は袖付きで襟がなく上半身を被覆する形状であり、伸縮性の高いポリウレタン弾性繊維（スパンデックス繊維）で織られた透水性の生地で形成されていることにより、着用者の身体にぴったりとフィットする。バッグ３１は可撓性を有する樹脂シート製であり、着用者の肩に載せて首周りに配することができるよう、一方向に湾曲した形状に形成されている。

パイプ２０としては、可撓性を有する樹脂製パイプの一本が用いられており、その両端がそれぞれ異なる位置でバッグ３１に接続され、パイプ２０の内部空間とバッグ３１の内部空間とが連通している。パイプ２０の中途部は、衣服本体１０の後身頃及び前身頃の外表面に、それぞれ蛇行して配設されている。そして、パイプ２０には、処々で周壁を貫通するごく小径の小孔部２１が設けられている。なお、小孔部２１は便宜上、外方に向かって開口しているよう図示しているが、実際には衣服本体１０の外表面に向かって開口している。

ポンプ３５は、パイプ２０の一端と接続された状態で、バッグ３１の内部に収容されている。ポンプ３５を駆動させる電源であるバッテリ３７はバッグ３１の外部にあり、ポンプ３５と電気的に接続されている。なお、バッテリ３７は、衣服本体１０あるいは上着に固定することができる。

上記構成により、バッグ３１に水が収容された状態でポンプ３５を作動させると、水はパイプ２０に一端から送り込まれてパイプ２０内を流通した後、パイプ２０の他端からバッグ３１に戻り、その後循環する。水は、パイプ２０を流通する過程で、処々に設けられた多数の小孔部２１から滲出し、透水性の衣服本体１０に浸み込む。そして、衣服本体１０に浸み込んだ水は、上着との間の空間を流通する空気によって蒸発が促され、その気化熱により衣服本体１０が冷却される。これにより、衣服本体１０と密着している着用者の身体が、効率良く冷却される。

なお、本実施形態では、水を収容するバッグ３１を着用者の肩の上に載置しているため、体温が上昇した際に冷却する場所として適しているとされている首周りを、バッグ３１内の水によって冷却することができる。

実際に、年齢及び体格がほぼ等しい複数の被験者（男性）に、第一実施形態の冷却衣服１を着用した状態で所定の運動をさせ、体表面の温度と体表面近くの湿度を測定する試験を行った（実施例１）。冷却衣服１の衣服本体１０に配設したパイプ２０は、ビニル樹脂製で内径４ｍｍ、外径６ｍｍであり、全長は３．２ｍとした。このパイプ２０に、温度１４℃の水を流速１．８Ｌ／ｍｉｎで循環させ、２０個の小孔部２１からそれぞれ２ｍＬ／ｍｉｎの速度で水を滲出させた。

運動は、自転車型エルゴメータを使用し、パイプ２０への水の流通を開始した時点から３分間、３分〜６分間、６分〜９分間、９分〜１２分間に、それぞれ３０Ｗ、６０Ｗ、９０Ｗ、１２０Ｗの負荷をかけて行った。その際、室内の温度は２７℃に湿度は４７％に保持し、運動開始の３分前から流速１ｍ／ｓｅｃで室内に空気を流通させた。体表面の温度及び体表面近くの湿度は、僧帽筋の付近で測定した。

比較のために、冷却衣服１の衣服本体１０と同一の衣服本体に水を流通させるパイプを配設しなかった衣服（比較例１）、冷却衣服１の衣服本体１０と同一の衣服本体に、ＮＡＳＡで採用されているＬＣＶＧの下着と同様に水を流通させるパイプが配設された衣服（比較例２）について、同一の被験者で上記と同一の試験を行った。比較例２のパイプは、実施例１のパイプ２０と同素材であるが、内径１．６ｍｍ、外径３．２ｍｍで全長は１２．２ｍである。つまり、実施例１のパイプ２０は比較例２のパイプより太いが、全長は比較例２の約１／４であり、実施例１のパイプ２０が衣服本体１０の表面を覆っている面積は、比較例２の約２／３である。

体表面の温度及び体表面近くの湿度の変化を、図２に示す。冷却のための機構を有していない比較例１に対し、冷却のための機構を有している実施例１及び比較例２は、時間の経過に伴い体温が低下している。実施例１は、比較例２に比べて体温が低下し始める時点が約３分遅いが、運動開始後１２分経過した時点では、実施例１の方が比較例２より大きく体温が低下していた。このことから、実施例１ではパイプから水が滲出して衣服本体に浸みわたるまでにある程度の時間を要するが、パイプを介して熱交換する比較例２より、衣服本体に浸み込んだ水の気化熱により身体を冷却する実施例１の方が、冷却作用は高いと考えられた。なお、比較例１が冷却のための機構を有していないにも関わらず、運動による体温の上昇がみられなかったのは、試験中、空気を流通させていたことにより、汗の蒸発が促されたためと考えられた。

一方、体表面近くの湿度は、運動の後半で比較例２に大きな上昇がみられた。これは、比較例２では衣服本体の表面にパイプが密に配されているため、運動により発汗しても、その汗の蒸発がパイプによって妨げられたためと考えられた。これに対して、実施例１は、パイプから水を滲出させて衣服本体を濡らしているにも関わらず、運動に伴う湿度の上昇は、冷却用のパイプのない比較例１と同程度であった。これは、実施例１では、衣服本体においてパイプに覆われていない面積が大きいため、パイプから衣服本体に供給された水及び汗が、蒸発し易いためと考えられた。

次に、第二実施形態の冷却衣服２の構成について、図３を用いて説明する。冷却衣服２の基本的な構成は第一実施形態の冷却衣服１と同一であり、相違する点は、バッグ３１から水を吸引し、衣服本体１０の表面に向かうノズル４５から噴霧する噴霧器４０を、更に具備している点である。

より詳細に説明すると、本実施形態の噴霧器４０は冷却衣服２の着用者が操作するものであり、ピストン４２を有するシリンダ４１と、ノズル４５と、水を収容するバッグ３１に一端が接続され他端がシリンダ４１に接続された吸引パイプ４３と、ノズル４５に一端が接続され他端がシリンダ４１に接続された排出パイプ４４とを有している。ノズル４５は、衣服本体１０において着用者の首の後ろに相当する位置に取り付けられている。ピストン４２の動作によりシリンダ４１内が減圧された際に、吸引パイプ４３を介してバッグ３１からシリンダ４１内に水が吸引され、ピストン４２の逆動作により水はシリンダ４１から排出パイプ４４に押し出され、ノズル４５から噴霧される。なお、噴霧器４０は、衣服本体１０または上着の袖口付近にシリンダ４１を固定することにより、着用者が手でピストン４２を操作することができる。

上記構成により、冷却衣服２では、パイプ２０から水を滲出させることに加えて、噴霧器４０から水を噴霧することによっても、衣服本体１０に水を浸み込ませることができる。これにより、小孔部２１を介した水の滲出では、衣服本体１０が未だ十分に濡れていない段階であっても、水の気化熱によって着用者の身体を冷却することができる。また、着用者が暑さを感じた時など、任意のタイミングで衣服本体１０に水を噴霧することができ、気化熱により身体を冷却する程度を着用者自身が調整することができる。

実際に、第二実施形態の冷却衣服２を、上記と同一の複数の被験者に着用させ、上記と同一の条件で運動をさせ、体表面の温度と体表面近くの湿度を測定する試験を行った（実施例２）。噴霧は、パイプへの水の流通を開始する時点と、運動開始後９分経過した時点に行い、１回の噴霧量は１．８ｍＬとした。試験結果を、実施例１と対比して図４に示す。

図４から明らかなように、体表面の温度は、最初の噴霧の時から大きく低下した。つまり、パイプへの水の流通を開始する時点であって、未だ衣服本体にパイプから水が供給されていない段階であっても、噴霧により供給された水の気化熱によって、身体を冷却することが可能であった。また、実施例１では、運動の負荷が１２０Ｗと大きくなる９分経過後以降は、体温が低下する度合いが小さくなったのに対し、このタイミングで２回目の噴霧を行った実施例２では、体温低下の度合いが小さくなることなく連続的に低下した。

そして、１２分経過後の体温低下は、実施例１が約２℃であったのに対し、実施例２は約５℃と大きく低下していた。このことから、パイプの小孔部からの水の滲出に、噴霧器からの噴霧を併用することによって、着用者の身体をより効果的に冷却できると考えられた。

一方、体表面近くの湿度については、パイプの小孔部からの水の滲出に加えて噴霧を行っているにも関わらず、実施例２の湿度変化は実施例１と同程度であった。このことから、パイプの小孔部からの水の滲出に、噴霧器からの噴霧を併用することによって、湿度の上昇が抑制されているという作用を損なうことなく、着用者の身体を効果的に冷却できると考えられた。

上記のように、第一実施形態及び第二実施形態の冷却衣服１，２によれば、パイプ２０から小孔部２１を介して滲出させた水を衣服本体１０に浸み込ませることにより、その水の気化熱によって、衣服本体１０で被覆された身体を全面にわたり冷却することができる。

また、身体を全面にわたり冷却するために、パイプ２０を密に配設する必要がないため、パイプ２０から滲出させた水や汗の蒸発がパイプ２０によって阻害されることなく、体表面近くの湿度の上昇が有効に抑制されている。

更に、第二実施形態の冷却衣服２は噴霧器４０を備えているため、衣服本体１０に供給される水の量、ひいては水の気化熱により身体が冷却される度合いを、任意のタイミングで調整することができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、船外活動用宇宙服の下着に本発明が適用される場合を例示したが、これに限定されず、高温の環境下で作業を行う際に着用する衣服に本発明を適用することができる。空気が流通している解放空間で着用される場合は、上記の実施形態で例示したような衣服本体と上着との間の空間に空気を流通させる機構は不要である。また、その場合、上着も必須ではなく、パイプの露出を防ぐために、通気性の高いカバーでパイプの上から衣服本体を被覆することができる。

また、衣服本体１０の表面へのパイプ２０の配設の仕方は、上記の実施形態で図面により例示したものに限定されない。例えば、骨の部分よりも太い血管が通っている大きな筋肉部分を冷却した方が、身体を効果的に冷却することができるため、着用者の身体における筋肉の配置に対応させて、パイプを配設することができる。

更に、第二実施形態では、着用者が手で操作する噴霧器を例示したが、噴霧器の構成はこれに限定されない。例えば、体表面の温度を測定するセンサの検知に基づいて、予め定めた温度に達した時点で、水を噴霧するように制御された噴霧器を備える構成とすることができる。

１，２ 冷却衣服
１０ 衣服本体
２０ パイプ
２１ 小孔部
３１ バッグ
３５ ポンプ
４０ 噴霧器

Claims (3)

1. 水を収容させるバッグと、
   該バッグの内部に収容されているポンプと、
   透水性を有する生地で形成された衣服本体と、
   該衣服本体の表面に配設されており、両端がそれぞれ前記バッグに接続されていると共に、一端が前記ポンプに接続されているパイプと、
   該パイプの周壁に貫設された複数の小孔部と、を具備し、
   前記ポンプは、前記バッグが収容する水を、前記パイプの一端から他端に流通させ前記バッグ及び前記パイプを水の状態のまま循環させると共に、前記パイプを流通する水の一部を前記小孔部から外部に滲出させる
   ことを特徴とする冷却衣服。
2. 前記バッグから水を吸引し、前記衣服本体の表面に向かうノズルから噴霧する噴霧器を、
   更に具備することを特徴とする請求項１に記載の冷却衣服。
3. 船外活動用宇宙服を更に具備し、
   前記衣服本体は、前記船外活動用宇宙服の中で着用される下着として着用者の身体に密着させるものであり、
   前記船外活動用宇宙服と前記衣服本体との間の密閉された空間に、空気を流通させる機構を有している
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却衣服。

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