JP7134706B2 - ウェアラブル身体冷却装置 - Google Patents
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Description
[1]空気ファンと、前記空気ファンに対して離隔して配置された気化式冷却フィルタとを備えてなり、前記空気ファンの空気流入側および送出側の少なくとも一方の側に前記気化式冷却フィルタが配置され、35℃、相対湿度50%における気化量が15g/hr以上である、ウェアラブル身体冷却装置。
[2]前記気化式冷却フィルタの通気度が100~800cm3/cm2/秒である、前記[1]に記載のウェアラブル身体冷却装置。
[3]前記気化式冷却フィルタが吸水性多孔質体から構成される、前記[1]または[2]に記載のウェアラブル身体冷却装置。
[4]温度20℃、相対湿度65%における、前記吸水性多孔質体の水分率が0.5~10質量%である、前記[3]に記載のウェアラブル身体冷却装置。
[5]吸水性多孔質体の見かけ密度が0.08~0.3g/cm3である、前記[3]または[4]に記載のウェアラブル身体冷却装置。
[6]吸水性多孔質体のバイレック式吸水量が30mm以上である、前記[3]~[5]のいずれかに記載のウェアラブル身体冷却装置。
[7]吸水性多孔質体が不織繊維成形体である、前記[3]~[6]のいずれかに記載のウェアラブル身体冷却装置。
[8]不織繊維成形体が、湿熱接着性樹脂から構成される鞘部と、非湿熱接着性樹脂から構成される芯部とを含んでなる芯鞘複合繊維の成形体である、前記[7]に記載のウェアラブル身体冷却装置。
[9]湿熱接着性樹脂がエチレン-ビニルアルコール系共重合体樹脂である、前記[8]に記載のウェアラブル身体冷却装置。
[10]前記[1]~[9]のいずれかに記載の身体冷却装置を備えてなる身体冷却用繊維製品。
[11]身体冷却用繊維製品は身体冷却用衣料である、前記[10]に記載の身体冷却用繊維製品。
図1は、本発明の身体冷却装置の構成を簡易的に示す図である。本発明の一実施態様において、身体冷却装置(1)は、空気ファン(11)と、前記空気ファン(11)に対して離隔して配置された気化式冷却フィルタ(21)とを備えてなり、前記気化式冷却フィルタ(21)は、前記空気ファン(11)を駆動した場合に生じる空気の流れにおいて、該空気ファン(11)を中心として空気が流れ込む空気流入側(A)、および、空気が送出される空気送出側(B)の少なくとも一方の側に配置されている。図1(a)は気化式冷却フィルタが空気流入側(A)に配置された構成を示し、図1(b)は気化式冷却フィルタが空気送出側(B)に配置された構成を示す。空気ファン(11)の空気流入側(A)および空気送出側(B)の少なくとも一方の側に気化式冷却フィルタ(21)を設けることにより、空気ファン(11)を駆動した際に、身体冷却装置(1)の外部から装置内部に流れ込んだ後、空気ファン(11)の空気流入側とは反対側に送出される空気が、そのいずれかの時点で前記気化式冷却フィルタ(21)の気化熱を利用して冷却される。したがって、冷却対象となる使用者側に前記空気送出側(B)が位置するように身体冷却装置(1)を装着することで、気化式冷却フィルタ(21)を介して送出される冷気(空気)により、持続的な身体冷却効果を得ることができる。
気化量(g/hr)=[送風前気化式フィルタ質量(g)-10分送風後気化式フィルタ質量(g)]×6
なお、上記測定方法において「任意の保水量に調整」するとは、気化式冷却フィルタに含まれる(浸み込ませる)水の量を、測定対象とする身体冷却装置の使用時の保水量に調整することを意味し、例えば、気化式冷却フィルタに水を含ませた後、該フィルタから水が滴り落ちない程度に軽く水を切る、自然乾燥させるなどして過剰量の水を除去することにより調整することができる。上記測定においては、通常、測定対象とする身体冷却装置が備える空気ファンの有する動力下で送風を行い、気化量の測定を行えばよい。
気化量(g/hr)=[送風前気化式フィルタ質量(g)-10分送風後気化式フィルタ質量(g)]×6
なお、上記測定方法において「任意の保水量に調整」するとは、上記身体冷却装置の気化量の測定時における保水量の調整方法と同じである。また、上記「風速」は、気化式冷却フィルタが存在しない状態における空気ファン直下の風速を意味し、空気ファン直下(空気ファンから1~3cm)において風速計で測定される風速である。気化式冷却フィルタの気化量は、気化式冷却フィルタを取り付けていない状態で上記風速を生じさせ得る空気ファンにより気化式冷却フィルタに対して上記条件の送風を行うことにより測定することができる。具体的には、例えば、後述する実施例に記載の方法(条件)に従って測定することができる。
なお、本発明における上記通気度は、JIS L 1096「一般織物試験方法」に規定される方法に従い、測定算出することができる。
なお、上記保水率は、後述する実施例に記載の方法に従い測定、算出できる。
なお、前記多孔質体の水分率は、下記式に従って算出される。
水分率(質量%)=[(W-W0)/W0]×100
〔式中、Wは標準状態(20℃、65%RH)における質量であり、W0は20℃、絶乾状態における質量である。〕
なお、吸水性多孔質体の見かけ密度は、繊維状多孔質体の場合には、JIS L 1913に規定の方法に準じて、厚みと目付の値から算出することができる。ウレタンフォームなどの連続気泡型多孔質体では、JIS K 6401に従って測定、算出することができる。
なお、吸水性多孔質体のバイレック式吸水量は、JIS L 1907に従って測定、算出することができる。
親水性繊維の種類としては、例えば、綿、亜麻、ウッドパルプなどのセルロース系繊維、キチン、キトサン、羊毛、絹などの天然繊維、アセテート、トリアセテート、プロミックスなどの半合成繊維、レーヨン、キュプラ、ポリノジックレーヨン、リヨセル、テンセルなどの再生繊維、およびポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール系共重合体、ポリアミドなどの合成繊維が挙げられる。本発明においては、気化式冷却フィルタを構成する繊維状多孔質体に用いる親水性繊維としてこれらの繊維の1種のみを単独で用いてもよく、また2種以上の複数種を組み合わせて用いてもよい。中でも、加工性(縫製の容易性)および繊維形状の安定性の観点から、親水性繊維がポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール系共重合体およびポリアミドからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、エチレン-ビニルアルコール系共重合体またはポリアミドを含むことがより好ましい。
図2は、本発明の一実施態様である身体冷却装置を繊維生地に取り付けた状態の概略断面図である。図2に示す通り、本発明の一実施態様において、身体冷却装置(1)は、空気ファン(11)と、前記空気ファン(11)の空気流入側(A)に気化式冷却フィルタ(21)とを備えてなる。図2に示す一実施態様において、身体冷却装置(1)は、空気ファン(11)が収容された本体収納部材(10)と、該本体収納部材(10)の空気取込み口(12)の外側に着脱可能に設けられた気化式冷却フィルタ(21)の収納部材(20)とを含む。身体冷却装置(1)の本体収納部材(10)の空気流入側および空気送出側の端部には、空気ファン(11)の回転方向と平行に格子状の空気取込み口(12)および空気排出口(13)が形成されている。両端部が開口した筒状の気化式冷却フィルタ(21)の収納部材(20)の端部には、図3に示すように、本体収納部材(10)の空気取込み口(12)と同様の格子状のフィルタ部空気取込み口(22)およびフィルタ部空気排出口(23)が形成されている。気化式冷却フィルタ(21)の収納部材(20)は、本体収納部材(10)と、本体収納部材(10)の空気取込み口(12)と気化式冷却フィルタ(21)の収納部材(20)のフィルタ部空気排出口(23)とが対向するように隣り合って配置されている。気化式冷却フィルタ(21)の収納部材(20)は、係合部(15)により本体収納部材(10)に接続している。
図4は、本発明の身体冷却用繊維製品の一実施態様である身体冷却用衣服の概略背面図である。図4に示す本発明の身体冷却用衣服(2)において、本発明の身体冷却装置(1)は、身体冷却用衣服(2)を構成する後見頃(30)に設けられた身体冷却装置(1)の取付け孔に装着される。身体冷却装置(1)は、空気取込み口側が身体冷却用衣服(2)の外側に位置し、空気排出口側が身体側に位置するよう装着される。図4に示す身体冷却用衣服(2)において、気化式冷却フィルタ(21)は身体冷却用衣服(2)の外側(すなわち、空気取込み口側)に備えられている。空気ファンと接続されるバッテリからモーターに電力を供給することにより空気ファンを駆動し、気化式冷却フィルタ(21)を介して取り込まれた空気が気化式冷却フィルタ(21)に含まれる水の気化熱を利用して冷却され、冷気が身体側に供給される。
吸水性多孔質体の水分率(質量%)は、JIS L 0105(2006)に準拠して以下の方法に従い算出した。
水分率を測定する多孔質体(繊維)を、20℃、65%RHの環境に24時間静置して標準状態の質量(W)を測定した。次に、20℃の乾燥条件で30分以上の間隔で測定した質量差が0.25%以下になるまで乾燥させることで絶乾状態の質量(W0)を求め、下記式に従い水分率(質量%)を算出した。
水分率(質量%)=[(W-W0)/W0]×100
多孔質体の見かけ密度は、JIS L 1913に規定の方法に準じて、目付(A)と厚み(B)の値から算出した。
多孔質体の見かけ密度(g/cm3)=A(g/m2)/B(mm)/1000
JIS L 1907「繊維製品の吸水性試験法」に準じて、600秒後の吸い上げ高さを測定した。
吸水前のフィルタ質量(フィルタDRY質量)を測定後、フィルタを水中に1分間沈め、その後引き上げて、保水質量(フィルタWET質量)を測定し、以下の式に基づいて算出した。
保水率(質量%)=[(フィルタWET質量-フィルタDRY質量)/フィルタDRY質量]×100
収納部材におけるフィルタの充填率(体積%)は、フィルタDRY体積(cm3)および収納部材内容積(cm3)を測定し、以下の式に基づいて算出した。
充填率(体積%)=フィルタDRY体積(cm3)/収納部材内容積(cm3)×100
気化式冷却フィルタの収納部材にフィルタを充填した状態で、JIS L 1096「一般織物試験方法」に規定のフラジール型通気度測定機で圧力損失125Paの条件下で測定、算出した。
身体冷却装置における気化量は、気化式冷却フィルタを水に1分間浸し、任意の重量になるまで自然乾燥で重量調整した後、35℃、相対湿度50%の高温恒温槽内に設置した直径12cmの羽根を含む定格電圧7V、定格電流2Aの電気空気ファンを有する送風装置の空気取込口の外側に取り付け可能な気化式フィルタの収納部材(収納部材内容積339cm3、断面積113cm2、空気ファンから収納部材の空気排出口までの距離1cm)に、気化式冷却フィルタを充填し、10分間送風した。送風終了後の気化式冷却フィルタの質量を測定し、気化量を算出した。
気化量(g/hr)=[送風前気化式フィルタ質量(g)-10分送風後気化式フィルタ質量(g)]×6
実施例および比較例における風量(m3/分)は、各実験例の気化式冷却フィルタを取り付けた状態の上記送風装置(空気ファン)において、風速82m/分(気化式冷却フィルタがない状態の空気ファン直下での風速)で送風した場合に該送風装置の空気排出口から3cmの地点で風速計により測定された値に、空気排出口の断面積を乗じて算出した。
(1)身体冷却装置(身体冷却衣料)の作製および物性評価
(i)不織繊維成形体および気化式冷却フィルタ
芯成分がポリエチレンテレフタレート、鞘成分がエチレン-ビニルアルコール共重合体(エチレン含有量44モル%、鹸化度98.4モル%)である芯鞘型複合ステープル繊維((株)クラレ製、「ソフィスタ」、繊度3.3dtex、繊維長51mm、芯鞘質量比=50/50)を用いて、目付500g/m2のカードウェブを作製した。次いでこのカードウェブを0.4MPaの高温水蒸気で、カードウェブの厚み方向に向けて通過するように(垂直に)噴出して水蒸気処理を施し、厚み5mm、見かけ密度0.1g/cm3の不織繊維成形体を作製した。該不織繊維成形体のバイレック式吸水量を上記方法に従い測定した。
得られた不織繊維成形体を1cm×1cm角の小片に切り分け、直径12cmの羽根を含む電動空気ファンを有する送風装置の空気取込み口の外側に取り付け可能な気化式冷却フィルタの収納部材(収納部材内容積339cm3、断面積113cm2)に、前記不織繊維成形体の小片を20g(体積24cm3)充填した後、140gの水を吸収させ、160gの気化式冷却フィルタを得た。充填時の収納部材における気化式冷却フィルタの高さは約3cmであった。該気化式フィルタの保水率、通気度および気化量を上記方法に従い測定した。結果を表1に示す。
吸水後の不織繊維成形体の小片を収容した気化式冷却フィルタの収納部材を、前記送風装置の空気取込み口の外側に取り付けた。35℃、相対湿度50%の恒温槽内に送風装置を置き、定格電圧7V、定格電流2Aの空気ファンを駆動して10分間送風を行った。気化式冷却フィルタの保水量の変化(送風前後)を測定し、気化量を求め、以下の式に基づいて気化潜熱を算出した。
気化潜熱(W)=[送風前気化式フィルタ質量(g)-10分送風後気化式フィルタ質量(g)]×水の蒸発潜熱(2257kJ/kg)/600
結果を表1に示す。
上記送風装置を腰部に2つ左右対称に取り付けた長袖作業服を用意した。一般的な肌着を着用した5名の被験者に、気化式冷却フィルタを取り付けた前記長袖作業服(冷却衣服)を着用させ、10分間の軽作業(パソコンによる文字入力)を行い、快適性と作業性を官能評価した。着用時の液漏れの有無および快適性と作業性を下記基準に従い評価した。結果を表1に示す。
○:被験者の4名以上が快適と感じた。
△:被験者の3名以上が快適と感じた。
×:被験者の3名以上が不快と感じた。
○:被験者の4名以上が作業しやすいと感じた。
△:被験者の3名以上が作業しやすいと感じた。
×:被験者の3名以上が作業しにくいと感じた。
表1に示す不織繊維成形体の充填量および保水量とした以外は、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
目付750g/m2のカードウェブを用いた以外は、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
目付1000g/m2のカードウェブを用い、不織繊維成形体の厚みを10mmにした以外は、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
ビスコースレーヨン繊維(「ホープ」オーミケンシ社製、繊度3.3dtex)を用いて目付60g/m2のカードウェブを作製した。次いでこのカードウェブを水流絡合にて厚み0.5mm、見かけ密度0.12g/cm3の不織繊維成形体を作製した以外は、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
ビスコースレーヨン繊維(「ホープ」オーミケンシ社製、繊度3.3dtex)を用いて目付60g/m2のカードウェブを作製した。次いでこのカードウェブを高圧水流絡合(7MPa)にて厚み0.5mm、見かけ密度0.12g/cm3の不織繊維成形体を作製し、得られた不織成形体を直径10cm(Φ100)の円状に打ち抜いた以外は、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
不織繊維成形体を直径10cm(Φ100)の円状に打ち抜いた以外は、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
送風を行わない以外は、実施例1の身体冷却装置を用いて、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
気化式冷却フィルタを備えない以外は、表1に示す風速で送風を行い、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。
ポリオレフィン繊維(芯がポリプロピレン、鞘がポリエチレンの芯鞘複合繊維、芯鞘質量比=50/50、繊度1.7dtex、繊維長51mm)を用いた以外は、実施例1と同様の手順により身体冷却装置の性能試験および着用試験を行った。結果を表1に示す。
2:身体冷却用衣服
10:本体収納部材
11:空気ファン
12:空気取込み口
13:空気排出口
14:隔壁
15:係合部
16:モーター
17:固定リング
18:繊維生地
20:フィルタ収納部材
21:気化式冷却フィルタ
22:フィルタ部空気取込み口
23:フィルタ部空気排出口
24:吸水性多孔質体
30:後身頃
A:空気流入側
B:空気送出側
Claims (10)
- 空気ファンと、前記空気ファンに対して離隔して配置された気化式冷却フィルタとを備えてなり、前記空気ファンの空気流入側および送出側の少なくとも一方の、前記空気ファンを駆動した際に生じる空気の流れ方向に対して交差する方向の平面上に前記気化式冷却フィルタが配置され、
前記気化式冷却フィルタの通気度が100~800cm 3 /cm 2 /秒であり、
前記気化式冷却フィルタに保水した後、10分間、35℃、相対湿度50%において前記空気ファンにより送風した場合の気化式冷却フィルタの保水量の変化量により算出される気化量が15g/hr以上200g/hr以下である、ウェアラブル身体冷却装置。 - 前記気化式冷却フィルタが吸水性多孔質体から構成される、請求項1に記載のウェアラブル身体冷却装置。
- 温度20℃、相対湿度65%における、前記吸水性多孔質体の水分率が0.5~10質量%である、請求項2に記載のウェアラブル身体冷却装置。
- 吸水性多孔質体の見かけ密度が0.08~0.3g/cm3である、請求項2または3に記載のウェアラブル身体冷却装置。
- 吸水性多孔質体のバイレック式吸水量が30mm以上130mm以下である、請求項2~4のいずれかに記載のウェアラブル身体冷却装置。
- 吸水性多孔質体が不織繊維成形体である、請求項2~5のいずれかに記載のウェアラブル身体冷却装置。
- 不織繊維成形体が、湿熱接着性樹脂から構成される鞘部と、非湿熱接着性樹脂から構成される芯部とを含んでなる芯鞘複合繊維の成形体である、請求項6に記載のウェアラブル身体冷却装置。
- 湿熱接着性樹脂がエチレン-ビニルアルコール系共重合体樹脂である、請求項7に記載のウェアラブル身体冷却装置。
- 請求項1~8のいずれかに記載の身体冷却装置を備えてなる身体冷却用繊維製品。
- 身体冷却用繊維製品は身体冷却用衣料である、請求項9に記載の身体冷却用繊維製品。
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