JP7417993B2 - マスク用冷却装置およびマスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、マスク本体に進入にする外気から粉塵もしくは有害物質を除去し、かつ外気を冷却するマスク用冷却装置およびマスク装置に関するものである。

従来、外気に含まれる粉塵や有害物質を取り除くフィルタや電動ファンなどを備えたマスク型の呼吸用保護具が提案されている。

このような呼吸用保護具を使用する場合、使用時の気温によってはマスク本体内に熱風が進入するという問題がある。特に電動ファン付きの呼吸用保護具については、装着者が息を吸った際に電動ファンが回転し、その回転によりマスク本体内に外気を取り入れることによって、マスク本体内が陰圧となるのを防止しているため、熱風がマスク本体内に積極的に送風されることになり、装着者にとっては非常に呼吸がし辛い状況になるとともに、装着者の深部体温が上昇し、熱中症を招くおそれがあった。

ここで、特許文献１には、冷却送風ユニットと電動ファンを備えた呼吸用保護具が提案されている。また、特許文献２には、冷却機能を備えたマスク装置が提案されている。

特開２０１３－１８００４４号公報 国際公開第２０１７－０５７１６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の呼吸用保護具においては、冷却送風ユニットがゴーグル部に設けられているため、吸気そのものを冷却する機構となっていない。また、災害用であり、反復継続して長時間使用する仕組みとなっていない。

また、特許文献２に記載のマスク装置は、マスク本体内部に冷却用の液体路を設けたものであるため、装着者の吸気の妨げとなる可能性があり、いわゆるマスク性能に関わる国家検定を通過できず、市販できない可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑み、装着者の吸気を十分に冷却することができ、マスク性能に関わる国家検定への影響も少ないマスク用冷却装置およびマスク装置を提供することを目的とする。

本発明のマスク用冷却装置は、人体の鼻および口を覆うマスク本体と、マスク本体に進入にする外気から粉塵もしくは有害物質を除去するフィルタ部とを備えた呼吸用保護具に設けられるマスク用冷却装置であって、呼吸用保護具の外側に設けられ、呼吸用保護具に進入する外気を冷却する冷却部を備える。

また、上記本発明のマスク用冷却装置において、呼吸用保護具は、電動ファンを有することができる。

また、上記本発明のマスク用冷却装置において、冷却部は、マスク本体に設けられたフィルタ部に対して着脱可能に構成することができる。

また、上記本発明のマスク用冷却装置においては、冷却部とフィルタ部とを接続するアタッチメントであって、フィルタ部の形状に応じて形成されたアタッチメントを複数備えることができる。

また、上記本発明のマスク用冷却装置においては、少なくとも冷却部が筐体内に収容され、筐体に対して吸気孔および吸気弁を設けることができる。

また、上記本発明のマスク用冷却装置において、冷却部は、ラジエータを有することができ、ラジエータに冷却液を供給するポンプと、冷却液を冷却する冷却機構とを備えることができる。

また、上記本発明のマスク用冷却装置において、冷却機構は、冷却液が流れる流路と、流路に対して着脱可能な冷却剤とを有することができる。

本発明のマスク装置は、人体の鼻および口を覆うマスク本体と、マスク本体に進入にする外気から粉塵または有害物質を除去するフィルタ部と、マスク本体に進入する外気を冷却する冷却部とを備え、冷却部が、マスク本体の外側に設けられ、マスク本体側から冷却部およびフィルタ部の順で設けられる。

本発明のマスク用冷却装置によれば、呼吸用保護具の外側に設けられ、呼吸用保護具に進入する外気を冷却する冷却部を備えるようにしたので、呼吸用保護具の装着者の吸気を十分に冷却することができる。したがって、装着者の深部体温を下げ、熱中症を防止する効果を期待できる。さらに、呼吸用保護具としては、既に市販されてものと同様の構成を採用することができるので、マスク性能に関わる国家検定への影響も少ない。

本発明のマスク装置によれば、マスク本体の外側に設けられ、マスク本体に進入する外気を冷却する冷却部を備えるようにしたので、マスク装置の装着者の吸気を十分に冷却することができる。したがって、装着者の深部体温を下げ、熱中症を防止する効果を期待できる。また、マスク本体側から冷却部およびフィルタ部の順で設けるようにしたので、フィルタ部によって粉塵や有害物質が除去され、これにより冷却部に粉塵や有害物質が付着して冷却機能が低下するのを防止することができる。

本発明のマスク用冷却装置の一実施形態を用いたマスク装置を人が装着した状態を示す図 マスク用冷却装置の全体構成を示す図 ケースの斜視図 図３に示すケースを接続部側（矢印Ａ方向）から見た図 図３に示すケースを接続部側とは反対側（矢印Ｂ方向）から見た図 高温環境下で運動（作業）を行った場合におけるマスク本体内に進入する外気の温度の測定結果を示すグラフ 冷却機構のその他の実施形態を示す図

以下、図面を参照して本発明のマスク用冷却装置の一実施形態を用いたマスク装置について詳細に説明する。図１は、本実施形態のマスク装置１を人が装着した状態を示す図である。

本実施形態のマスク装置１は、図１に示すように、呼吸用保護具１０と、マスク用冷却装置２０とを備えている。本実施形態において、マスク用冷却装置２０は、呼吸用保護具１０に対して着脱可能に構成されており、図１は、呼吸用保護具１０にマスク用冷却装置２０が取り付けられた状態を示している。

本実施形態の呼吸用保護具１０は、人体Ｈの鼻および口を覆うマスク本体１１と、マスク本体に進入する外気から粉塵もしくは有害物質を除去するフィルタ部１２と、電動ファンを備えたファン部１３とを備えている。

マスク本体１１は、たとえば樹脂などから形成された椀型の面体部材を備え、面体部材の開口部分が人体Ｈの顔に押し付けられることによって、鼻および口が覆われる。また、面体部材の開口側とは反対側の下部には、外気を取り入れるための吸気孔１１ａが形成されている。また、図示省略したが、マスク本体１１には、呼気を排出するための排気孔が形成されている。また、マスク本体１１には、ベルト部１４が設けられており、図１に示すようにベルト部１４が人体Ｈの後頭部に掛けられることによって、マスク本体１１が、頭部に固定される。

フィルタ部１２は、マスク本体１１の吸気孔１１ａに対して設けられ、上述したように外気から粉塵もしくは有害物質を除去可能なフィルタを備える。フィルタは交換可能に構成されている。

ファン部１３は、フィルタ部１２とマスク本体１１との間に設けられ、電動ファンを備えている。電動ファンが回転することによってマスク本体１１外からマスク本体１１内に送風される。本実施形態のファン部１３は、図示省略した呼吸感知センサとファン制御部とを備えている。呼吸感知センサは、マスク本体１１が人体に装着された状態において、人の呼吸を感知するセンサであって、具体的には、マスク本体１１内の気圧を検出するセンサである。

ファン制御部は、人が息を吸うことによって、マスク本体１１内の気圧が所定閾値以下になったことが呼吸感知センサにより検出された場合に、電動ファンを回転させ、マスク本体１１内に送風する。これによりマスク本体１１内が陰圧になることを防止することができ、呼吸をし易くすることができる。また、マスク本体１１内を常の陽圧に維持することによって、マスク本体１１内に粉塵もしくは有害物質が進入するのを防止することができる。

また、ファン制御部は、人が息を吐くときには電動ファンを駆動しないので、人の呼吸を妨げることはない。

本実施形態においては、呼吸用保護具１０として、国などの検定試験を通過した既に市販などされているものを用いるものとする。ただし、これに限られるものではない。

そして、本実施形態のマスク用冷却装置２０は、上述したような構成の呼吸用保護具１０に対して着脱可能に設けられるものである。これにより、外気が高温な環境で作業をする場合にのみマスク用冷却装置２０を取り付けて使用することができ、外気が特に高温でない環境で作業をする場合には、マスク用冷却装置２０を取り外して呼吸用保護具１０のみを使用することができる。

図１では、マスク用冷却装置２０の冷却部２１と冷却液用チューブ２５のみを示しており、図２が、マスク用冷却装置２０の全体構成を示す図である。

マスク用冷却装置２０は、図２に示すように、冷却部２１と、ポンプ２２と、リザーバタンク２３と、冷却機構２４と、冷却液用チューブ２５とを備えている。冷却部２１は、呼吸用保護具１０のフィルタ部１２に着脱可能に構成されたものであり、ポンプ２２、リザーバタンク２３および冷却機構２４は、たとえば呼吸用保護具１０を装着する人が持つバッグまたはリュックなどに収容される。すなわち、本実施形態のマスク用冷却装置２０は、可搬型の冷却装置であり、従来のチラーを用いた冷却装置と比較すると、極めて軽量で持ち運びを容易とすることができる。また、乾電池でも動作させることができるので、可搬性に優れる。以下、各部の詳細について説明する。

冷却部２１は、具体的には、ラジエータ２１ａと、ラジエータ２１ａを収容するケース２１ｂとを備えている。

ラジエータ２１ａは、冷却液用チューブ２５を流れる冷却液が供給され、これにより周囲の空気を冷却する。ラジエータ２１ａを流れた冷却液は、冷却液用チューブ２５を介してポンプ２２に向かって排出される。本実施形態では、一般的に市販されている矩形状のラジエータ２１ａを用いるが、これに限らず、たとえばラジエータ２１ａを収容するケース２１ｂに設けられる後述する吸気孔２１ｈに対応するラジエータ２１ａの位置に、貫通孔を設けるようにしてもよい。これにより、装着者の吸気がラジエータ２１ａによって妨げられるのを抑制することができる。

ケース２１ｂは、ラジエータ２１ａを収容するとともに、呼吸用保護具１０に接続される接続部２１ｃを有する。接続部２１ｃは、フィルタ部１２の形状に合わせて形成されており、フィルタ部１２に嵌合することによってケース２１ｂがフィルタ部１２に装着される。本実施形態では、フィルタ部１２は円形で構成され、ケース２１ｂの接続部２１ｃは、円筒形で形成され、接続部２１ｃの内径とフィルタ部１２の外形とがほぼ一致するように形成されている。そして、接続部２１ｃの中心にフィルタ部１２の中心が位置するようにフィルタ部１２が挿入されることによって、冷却部２１が、フィルタ部１２に装着される。

図３は、ケース２１ｂの斜視図である。ケース２１ｂは、上述した接続部２１ｃと、収容部２１ｄと、蓋部２１ｅと、留め部２１ｆとを備えている。

収容部２１ｄは、上面が取り除かれた箱体から形成されるものであり、その箱体の中にラジエータ２１ａが収容される。そして、収容部２１ｄの上面に蓋部２１ｅが設けられている。図３に示すように、収容部２１ｄに対して蓋部２１ｅが設けられた状態において、収容部２１ｄの側面と蓋部２１ｅの側面とが同一面となるように構成されている。そして、蓋部２１ｅの留め部２１ｆが、収容部２１ｄに設けられた凹部（図示省略）に嵌合することによって、蓋部２１ｅが収容部２１ｄに固定される。なお、蓋部２１ｅは、収容部２１ｄに対して着脱可能に構成されており、これによりラジエータ２１ａのメンテナンスおよび交換などを行うことができる。

図４は、図３に示すケース２１ｂを接続部２１ｃ側（矢印Ａ方向）から見た図であり、図５は、図３に示すケース２１ｂを接続部２１ｃ側とは反対側（矢印Ｂ方向）から見た図である。

図４および図５に示すように、ケース２１ｂの接続部２１ｃと対向する壁部２１ｇの中央には、吸気孔２１ｈが形成されている。マスク用冷却装置２０が取り付けられた呼吸用保護具１０を装着した人が、息を吸った場合には、この吸気孔２１ｈのみから外気が取り入れられる。このように、ケース２１ｂによってラジエータ２１ａを覆い、吸気孔２１ｈのみで外気を取り入れるように構成することによって、ケース２１ｂ内の空気の放熱を防止することができ、ケース２１ｂ内の空気の温度を低く維持することができる。

また、ケース２１ｂの吸気孔２１ｈには、十字形状と円形状のリブが形成されている。このリブには、図示省略した吸気弁が設けられる。吸気弁は、ケース２１ｂ内への外気の吸気は可能にするが、ケース２１ｂ内の空気の外部への排出を妨げるものである。このように吸気弁を設けることによって、ケース２１ｂ内の冷気が、外に漏れだすのを防止することができる。

また、ケース２１ｂの壁部２１ｇには、蓋部２１ｅに跨る２つの孔２５ａが設けられている。この２つの孔２５ａは、ラジエータ２１ａに接続される２本の冷却液用チューブ２５が設置される貫通孔である。

図２に戻り、冷却部２１とポンプ２２との間、ポンプ２２とリザーバタンク２３との間、リザーバタンク２３と冷却機構２４との間、および冷却機構２４と冷却部２１との間は、それぞれ冷却液用チューブ２５が設けられている。

ポンプ２２は、冷却液用チューブ２５内の冷却液を循環させるものである。ポンプ２２から押し出された冷却液は、リザーバタンク２３に一旦貯留された後、冷却機構２４に供給される。そして、冷却機構２４において冷却液が冷却され、その冷却された冷却液が、ラジエータ２１ａに供給される。そして、ラジエータ２１ａ内を通過した冷却液は、冷却液用チューブ２５を介して再びポンプ２２に戻される。

リザーバタンク２３は、上述したように冷却液を一旦貯留するものであり、冷却液の交換や冷却液の温度計測のために用いられるものである。たとえばリザーバタンク２３に温度センサを設け、その温度センサによって検出された冷却液の温度が、予め設定された閾値以上となった場合には、ランプを点灯したり、音を鳴らしたりして警告するようにしてもよい。なお、リザーバタンク２３は設けずにマスク用冷却装置２０を構成するようにしてもよい。

冷却機構２４は、冷却管２４ａ（本発明の流路に相当する）と、冷却剤２４ｂとを備えている。冷却管２４ａは、１本の銅管を円筒形状に巻いたものである。冷却管２４ａの一端には、リザーバタンク２３に接続された冷却液用チューブ２５が接続され、冷却管２４ａの他端には、ラジエータ２１ａに接続された冷却液用チューブ２５が接続されている。そして、リザーバタンク２３から流れ出した冷却液が冷却管２４ａに流入し、冷却管２４ａ内を通過した後、冷却液用チューブ２５を介してラジエータ２１ａに供給される。

円筒形状の冷却管２４ａの中央には冷却剤２４ｂが挿入されており、これにより冷却管２４ａ内の冷却液が冷却される。冷却剤２４ｂは、たとえばボトル状の容器内に保冷液を充填したものであり、冷却管２４ａに対して挿抜可能とすることによって交換可能に構成されている。このように、冷却剤２４ｂを交換可能とすることによって、反復継続して使用することができる。

次に、上述した実施形態のマスク装置１の使用方法および効果について説明する。

まず、マスク装置１の装着者が、高温環境下で作業する場合、装着者は、呼吸用保護具１０のフィルタ部１２に対してマスク用冷却装置２０の冷却部２１を取り付ける。そして、冷却部２１が取り付けられた呼吸用保護具１０を頭部に装着する。なお、この際、マスク用冷却装置２０のポンプ２２を予め駆動しておき、冷却液の循環を開始しておいてもよいし、頭部に装着した後にポンプ２２を駆動し始めてもよい。

そして、装着者が吸気した場合には、上述したようにファン部１３の電動ファンが回転するとともに、外気が呼吸用保護具１０のマスク本体１１内に取り入れられるが、この際、外気は、冷却部２１のケース２１ｂの吸気孔２１ｈからのみ進入し、ケース２１ｂ内のラジエータ２１ａによって冷却される。そして、ラジエータ２１ａによって冷却された外気が、フィルタ部１２およびファン部１３を介してマスク本体１１内に進入する。これにより、呼吸用保護具１０の装着者の吸気を十分に冷却することができる。したがって、装着者の深部体温を下げ、熱中症を防止する効果が期待できる。さらに、呼吸用保護具１０としては、既に市販されてものと同様の構成を採用することができるので、マスク性能に関わる国家検定への影響も少ない。

次に、上記実施形態のマスク装置１におけるマスク用冷却装置２０による外気の冷却効果について、以下に説明する。図６は、高温環境下で運動（作業）を行った場合におけるマスク本体１１内に進入する外気の温度の測定結果を示すグラフである。図６では、マスク装置１の装着者が、気温２８℃、湿度４５％、ＷＢＧＴ２３度の環境下で安静にしている状態（安静期間）から、気温３６℃、湿度４５％、ＷＢＧＴ２９度の環境下に移動して運動を行い（運動期間）、その後、再び気温２８℃、湿度４５％、ＷＢＧＴ２３度の環境下に戻り安静にした場合（安静期間）におけるマスク本体１１内に進入する外気の温度変化を示している。

図６のグラフＡは、装着者が上記実施形態のマスク用冷却装置２０を装着した場合の冷却部２１（ケース２１ｂ）内の温度を測定した結果である。グラフＡに示すように、装着者が高温環境下で運動している間、冷却部２１内の温度は、冷却部２１外の温度よりも１０℃程度低く維持できていることがわかる。

これに対し、グラフＢは、装着者がマスク用冷却装置２０を用いず、呼吸用保護具１０のみを装着した場合におけるマスク本体１１内の温度を計測した結果であり、グラフＣは、ファン部１３を備えていない市販の防塵マスクを装着した場合における面体内（マスク本体内に相当）の温度を計測した結果である。グラフＢおよびグラフＣに示すように、マスク用冷却装置２０を用いていない場合には、マスク本体内の温度は、ほぼマスク本体外の環境温度と同じであり、装着者は、高温の外気を吸う状態で運動（作業）をしなければならないことがわかる。

また、上記実施形態のマスク装置１においては、呼吸用保護具１０のフィルタ部１２に対して冷却部２１を着脱可能な構成としたが、一般的に市販されている呼吸用保護具１０のフィルタ部１２の大きさは１種類に限られない。

そこで、たとえば冷却部２１のケース２１ｂの接続部２１ｃを樹脂などから形成して柔軟性をもたせ、複数種類の大きさのフィルタ部１２に着脱可能に構成するようにしてもよい。また、別の方法としては、ケース２１ｂの接続部２１ｃの形状を円筒形ではなく、接続先に向かって次第に径が広がるようなテーパ－形状（円錐形状）とし、これにより複数種類の大きさのフィルタ部１２に着脱可能に構成するようにしてもよい。

また、フィルタ部１２は、形状についても円形だけでなく、矩形状である場合もある。したがって、フィルタ部１２と冷却部２１とを接続するアタッチメントであって、種々の大きさおよび形状の複数のフィルタ部１２に応じた複数のアタッチメントを備えるようにしてもよい。これにより、市販の種々の呼吸用保護具１０に対して冷却部２１を取り付けることができ、マスク用冷却装置２０の汎用性を向上させることができる。

また、上記実施形態のマスク用冷却装置２０においては、冷却機構２４の冷却管２４ａを円筒形状に形成するようにしたが、これに限らず、図７に示すように、１本の冷却管２７を蛇行させて対向する２面を形成し、その２面の間に矩形状の冷却剤２６を挟み込むようにしてもよい。この場合も、冷却剤２６は着脱可能に構成することが好ましい。このように冷却管２７を形成することによって、大容量の保冷液を充填可能な冷却剤２６を用いることができる。また、冷却機構２４の厚さを薄くすることができ、取扱いが容易となる。

また、上記実施形態においては、呼吸用保護具１０に対してマスク用冷却装置２０の冷却部２１を着脱可能な構成としたが、これに限らず、呼吸用保護具１０と冷却部２１とを一体化してマスク装置を構成するようにしてもよい。このように呼吸用保護具１０と冷却部２１とを一体的に構成する場合には、マスク本体１１側から冷却部２１、ファン部１３およびフィルタ部１２の順で設けることが好ましい。フィルタ部１２を通過した外気を冷却部２１に取り入れることによって、冷却部２１のラジエータ２１ａに粉塵や有害物質が付着して冷却機能が低下するのを防止することができる。

また、上記実施形態のマスク用冷却装置２０や呼吸用保護具１０と冷却部２１とを一体化したマスク装置において、冷却部２１にラジエータ２１ａを設けるのではなく、たとえば小型の冷却剤や、ペルチェ素子などを有する小型の冷却装置や、その他の公知な小型の冷却装置を設けるようにしてもよい。これにより、マスク装置を小型化することができる。

１ マスク装置
１０ 呼吸用保護具
１１ マスク本体
１１ａ 吸気孔
１２ フィルタ部
１３ ファン部
１４ ベルト部
２０ マスク用冷却装置
２１ 冷却部
２１ａ ラジエータ
２１ｂ ケース
２１ｃ 接続部
２１ｄ 収容部
２１ｅ 蓋部
２１ｆ 留め部
２１ｇ 壁部
２１ｈ 吸気孔
２２ ポンプ
２３ リザーバタンク
２４ 冷却機構
２４ａ 冷却管
２４ｂ 冷却剤
２５ 冷却液用チューブ
２５ａ 孔
２６ 冷却剤
２７ 冷却管
Ｈ 人体

Claims (9)

1. 人体の鼻および口を覆うマスク本体と、前記マスク本体に進入する外気から粉塵もしくは有害物質を除去するフィルタ部とを備えた呼吸用保護具に設けられるマスク用冷却装置であって、
   前記呼吸用保護具に進入する外気を冷却する冷却部と、
   前記呼吸用保護具の外側に設けられ、前記冷却部を収容する筐体とを有し、
   前記筐体が、吸気孔および吸気弁を有し、前記呼吸用保護具の装着者が息を吸った場合に、前記吸気孔のみから前記筐体内に外気が取り入れられ、前記吸気孔から取り入れられた外気が前記冷却部によって冷却された後、前記呼吸用保護具に取り入れられるマスク用冷却装置。
2. 前記呼吸用保護具が、電動ファンを有する請求項１記載のマスク用冷却装置。
3. 前記筐体が、前記マスク本体に設けられた前記フィルタ部に対して着脱可能に構成されている請求項１または２記載のマスク用冷却装置。
4. 前記筐体と前記フィルタ部とを接続するアタッチメントであって、前記フィルタ部の形状に応じて形成されたアタッチメントを複数備える請求項３記載のマスク用冷却装置。
5. 前記冷却部が、ラジエータを有し、
   前記ラジエータに冷却液を供給するポンプと、前記冷却液を冷却する冷却機構とを備えた請求項１から４いずれか１項記載のマスク用冷却装置。
6. 前記冷却機構が、前記冷却液が流れる流路と、前記流路に対して着脱可能な冷却剤とを有する請求項５記載のマスク用冷却装置。
7. 前記筐体に排気孔が設けられていない請求項１記載のマスク用冷却装置。
8. 前記吸気孔および吸気弁が、前記呼吸用保護具と前記筐体との接続部分に対向する前記筐体の面に設けられている請求項１記載のマスク用冷却装置。
9. 前記吸気孔および吸気弁と、前記冷却部と、前記呼吸用保護具と前記筐体との接続部分とが、前記吸気孔からの吸気方向について一直線上に配置されている請求項１記載のマスク用冷却装置。