JPH06127487A - 冷却服 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却能力の向上、装着感および作業性の向上
を図る。 【構成】 ループ型ヒートパイプ４が、衣服部２，３の
布面に沿って取付けられるとともに、作動流体を強制循
環させるポンプ６が介在させられ、さらに一部を前記ル
ープ型ヒートパイプ４に熱交換可能に接続した複数のヒ
ートパイプ７の蒸発部７ｂを、肌に接する部分の布地に
織込むか縫刺しさせて設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、航空機のパイロット
や高温環境作業者等により使用される冷却服に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】例えば航空機のパイロットは、狭い操縦
室内において飛行機の操縦中に極度に緊張するため、体
温が上昇して発汗し、操縦中に不快感を感じるととも
に、飛行機の着陸後に体調を崩してしまうという問題が
あった。このため、このようなパイロットに対しては体
温調整のために種々の冷却服が開発されている。

【０００３】例えば、この冷却服の代表的なものとし
て、換気式の冷却服や水冷機構を備えた冷却服がある。
換気式の冷却服は衣服内を冷却風によって換気し、この
冷却風および汗の蒸発によって衣服内の冷却を行うもの
である。また、水冷機構を備えた冷却服は、衣服に細い
水冷管を取り付け、この水冷管内に冷却水を通して冷却
を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、換気式
の冷却服では、冷却するのに発汗を必要とするため、着
衣者であるパイロットに発汗による疲労感を招いてしま
うという不都合があった。また、水冷機構を備えた冷却
服では、細くて長い水冷管を備える必要があり、冷却服
の重量化をもたらすとともに、この水冷管内に冷却水を
循環させる必要があるため、冷却水の圧力損失が増大
し、冷却水用のポンプの大型化を招いてしまうという不
都合があった。さらに、水冷機構を備えた冷却服では、
水冷管の長手方向に沿って冷却水の温度が変化するた
め、均一な冷却ができず、特に冷却水の入口側の温度が
低くなりすぎ、また出口側は冷却不足となる等によって
着衣者に不快感を与えてしまうという不都合があった。

【０００５】なお、高温環境下で作業する者等に対する
冷却服においても、上述したパイロット用冷却服と同様
の不都合があった。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、優れた冷却能力と、心地好い装着感を備え、かつ
軽量である冷却服を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、着衣者から熱を奪って外部に放熱す
る冷却機能を有する冷却服において、潜熱として熱を輸
送する作動流体を封入したループ型ヒートパイプが衣服
部の布面に沿って取付けられるとともに、前記作動流体
を強制循環させるポンプが前記ループ型ヒートパイプに
介在させられ、さらに、作動流体が封入された複数のヒ
ートパイプが、それぞれの一部を前記ループ型ヒートパ
イプに熱交換可能に取付けられ、このループ型ヒートパ
イプから衣服部の各部へ延びて、それぞれ布地部分に織
込みあるいは縫刺しされていることを特徴としている。

【０００８】また、前記複数のヒートパイプは、作動流
体を封入するコンテナとして可撓性を有する非金属製の
細管を用いていることができる。

【０００９】さらに、前記複数のヒートパイプのコンテ
ナとして用いる非金属製の細管は、その内周面に金属コ
ーティングを施すことができる。

【００１０】

【作用】上記のように構成される冷却服は、ループ型ヒ
ートパイプに基端側を取付けられて衣服部の各部に延び
て布地部分に織込みまたは縫刺しされている各ヒートパ
イプの先端側を体温で加熱されることによって、各ヒー
トパイプ内の作動流体が蒸発し、この蒸気が凝縮部とな
る基端側に移動する際に潜熱の状態で熱輸送し、この基
端側が取付けられているループ型ヒートパイプとの間で
熱交換が行われる。循環ポンプによって強制循環してい
るループ型ヒートパイプ内の作動流体は、熱交換した熱
によって加熱され、封入されている作動流体が蒸気とな
って凝縮部に送られ、潜熱の状態で輸送してきた熱を外
部に放出して凝縮し、液相に戻った作動流体は循環ポン
プによって、複数のヒートパイプが取付けられている蒸
発部方向へ送られる。したがって、複数のヒートパイプ
が、それぞれ潜熱の状態で大量に熱輸送し、ループ型ヒ
ートパイプを経由して外部に放熱することによって着衣
者の身体を効率良く冷却する。

【００１１】また、作動流体を封入するコンテナとし
て、ガラス管やポリエチレン樹脂管等の可撓性を有する
非金属製の細管を用いれば、冷却服が軽量となる。

【００１２】さらに、作動流体を封入するコンテナとし
て、内周面に金属コーティングが施された非金属製の細
管を用いれば、封入されている凝縮性ガスの洩れや加熱
により発生する非凝縮性ガスの作動流体中への混入が防
止される。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１ないし図７を
参照して説明する。

【００１４】図１ないし図４は、この発明の冷却服の第
１実施例を示すもので、ベスト型の冷却服１は、航空機
のパイロットの肌着として用いられるものであって、通
常の布地により構成されている前身頃２および後身頃３
の表面には、金属パイプ製のループ型ヒートパイプ４の
蒸発部４ａが、前身頃２の上縁に沿うとともに、左袖ぐ
りの下方を経由して後身頃３に続き、後身頃３の上縁に
沿うように配設され、後身頃３の上部から右側部を下降
して右裾付近で凝縮部４ｂとなり、この凝縮部４ｂは前
記前身頃２の上部に配設された蒸発部４ａに連通して閉
ループを形成し、前記凝縮部４ｂには冷却器５が介設さ
れるとともに、冷却器５の下流側には循環ポンプ６が介
設されている。

【００１５】したがって、ループ型ヒートパイプ４内に
封入されている作動流体は、冷却器５で冷却されると凝
縮して凝縮部４ｂに溜り、凝縮部４ｂに溜った作動流体
は、循環ポンプ６によって蒸発部４ａに供給されるが、
作動流体の封入量等の条件によって、液単相流と蒸気単
相流との相変化を行いながら移動するか、あるいは気液
二相流のままの状態で移動するかのいずれかの方式で強
制循環させられる。

【００１６】また作動流体は、循環ポンプ６によって強
制的に循環させられるため、凝縮部４ｂより高い位置に
配設された蒸発部４ａへ容易に供給され、また、無重力
下や、飛行中にパイロットの姿勢が天地逆転したり、急
上昇時やバンク時の重力や遠心力の影響を受けても循環
量を一定に保持して正常に作動するようになっている。

【００１７】また、ベスト型の冷却服１の前身頃２およ
び後身頃３の表面に配設されたループ型ヒートパイプ４
の蒸発部４ａには、副ヒートパイプ系として多数のヒー
トパイプ７が、その基端の円筒型の凝縮部７ａを、前記
ループ型ヒートパイプ４の蒸発部４ａの外周に、熱伝達
可能に被着するとともに、各ヒートパイプ７の先端側
は、前身頃２および後身頃３の着衣者の肌に接する布地
部分に織込まれている（図３参照）。また、各ヒートパ
イプ７の蒸発部７ｂは、例えば図４に断面形状を示すよ
うに、光ファイバのように細くて可撓性を有する細径の
ガラス管またはポリエチレン樹脂管等の非金属製のチュ
ーブ８の内周面に、アルミニウムまたは銅等の金属コー
ティング層９が形成されたチューブ９をコンテナとして
おり、このコンテナ内に凝縮性の作動流体のみがそれぞ
れ封入されている。そして、各ヒートパイプ７が、その
基端の円筒型の凝縮部７ａを、前記ループ型ヒートパイ
プ４の蒸発部４ａの外周に、熱伝達可能に被着するとと
もに、各ヒートパイプ７の先端側は、前身頃２および後
身頃３の着衣者の肌に接する布地部分に織込まれている
（図３参照）。また、ヒートパイプ７の蒸発部７ａは、
その内周にウィックを備えており、したがって、その配
設方向を水平方向や上方に延在するようにしても、ヒー
トパイプとして作動させることができる。

【００１８】次に、上記のように構成されるこの実施例
の作用を説明する。

【００１９】パイロットは、このベスト型の冷却服１を
下着として素肌の上に直接着用し、その上に断熱性を有
する所定の飛行服を身につける。この場合、ループ型ヒ
ートパイプ４の冷却器５と循環ポンプ６とが介設されて
いる凝縮部４ａを、パイロットの腰付近から外方に露出
した状態とする。つぎにパイロットは、航空機のコック
ピットに入り操縦席に着いた後、ループ型ヒートパイプ
４の冷却器５と循環ポンプ６とを電源に接続してスイッ
チを入れる。

【００２０】冷却器５を作動させることによって、ルー
プ型ヒートパイプ４内の作動流体は、凝縮して凝縮部４
ｂに溜り、この作動流体は循環ポンプ６によって蒸発部
４ａに供給されて強制循環させられる。

【００２１】一方、ループ型ヒートパイプ４の蒸発部４
ａに凝縮部７ａを被着したヒートパイプ７の蒸発部７ｂ
は、パイロットの胸部および背中等の上半身に密接する
部分の布地に織込まれているため、蒸発部７ｂが被着者
の肌に直接触れて、その体温によって加熱される。その
結果、被着者の体温が蒸発部７ｂに伝わる際の熱抵抗は
小さく抑えられる。従って、蒸発部７ｂ内の作動流体が
体温で効率よく加熱されて沸騰し、その蒸気が凝縮部７
ａに移動するときに、潜熱の状態で熱輸送し、円筒状の
凝縮部７ａの中心を貫通するように設けられたループ型
ヒートパイプ４の蒸発部４ａに接触し、熱を奪われて凝
縮して液相に戻った作動流体はウィックの毛細管作用で
蒸発部７ｂに還流する。

【００２２】その結果、例えばループ型ヒートパイプ４
が気液二相ループの場合には、凝縮部７ａからの放熱に
よって加熱される蒸発部４ａ内の作動流体は、蒸発して
液相の作動流体中に蒸気泡が発生した状態で、蒸発部４
ａに取付けられた各ヒートパイプ７の凝縮部７ａからそ
れぞれ吸収した熱を、蒸気泡内に蒸発潜熱の形で保持し
た二相流となって凝縮部４ｂまで熱輸送する。

【００２３】そして、凝縮部４ｂに達した二相流は、冷
却器５において熱を奪われて凝縮し、蒸気泡が液相に戻
って凝縮部に溜り、循環ポンプ６によって再び蒸発部４
ａに供給される。

【００２４】したがって、この実施例の冷却服１は、ル
ープ型ヒートパイプ４に取付けた多数のヒートパイプ７
のコンテナとして、可撓性を有し、かつ内周に金属コー
ティング層９が形成された非金属製のチューブ８を用い
ているため、冷却服１の軽量化が図れるとともに、着脱
性および装着感の優れた冷却服１とすることができるこ
のように冷却服１は、ループ型ヒートパイプ４および多
数のヒートパイプ７を採用しているため、水や冷気を熱
媒とする冷却服と比べると、一度に大量の熱輸送を行う
ことができるとともに、ヒートパイプ７の均熱効果によ
り温度差が生じないことから、冷却不足や温度差に起因
した不快感を着衣者に与えることもない。

【００２５】なお、冷却服１による冷却量の調整は、ル
ープ型ヒートパイプ４の循環ポンプ６による作動流体の
単位時間当りの循環量の制御や、冷却器５の冷却能力の
制御等によって行うことができるが、ヒートパイプ７と
して可変コンダクタンス型ヒートパイプを用いれば、体
温の変化に応じて熱輸送量を自動調整することができ
る。

【００２６】すなわち、ループ型ヒートパイプ４の蒸発
部４ａに凝縮部７ａを被着したヒートパイプ７を、その
内部に凝縮性の作動流体とともに少量の非凝縮性ガスを
封入した可変コンダクタンス型のヒートパイプとする。
これによって、凝縮部７ａ側に集まる非凝縮性ガスは、
パイロットの体温が低いと、作動流体の蒸気圧が低いた
め、凝縮部内において圧縮されずに大きな容積を占め
る。その結果、ループ型ヒートパイプ４との間で熱交換
が行われる凝縮部７ａの実効面積が狭くなり、気相の作
動流体の凝縮量が減少し、ヒートパイプ７による熱輸送
量が少なく抑えられる。

【００２７】また、パイロットの体温上昇が激しくなる
と、作動流体の蒸発が活発化し、ヒートパイプ内の蒸気
圧が上昇するため非凝縮性ガスが圧縮されて、その容積
が縮小するため、凝縮部７ａの実効面積が拡大して、気
相の作動流体の凝縮量が増大する。その結果、ヒートパ
イプ７による熱輸送量が増大して冷却能力が高くなる。
したがって、このヒートパイプ７では体温の上昇に見合
った分だけループ型ヒートパイプ４側へ熱伝達すること
によって、冷却量が自動調整され、冷却不足や過冷却を
防止することができる。

【００２８】また図５および図６はこの発明の第２実施
例を示し、冷却服１１は前記第１実施例におけるヒート
パイプ７の代りに、蒸発部１８がループ状になったルー
プ型のヒートパイプ１７を用いたもので、第１実施例と
比べてヒートパイプ１７の蒸発部１８は、作動流体の液
還流路１８ａと蒸気流路１８ｂとに分離されるととも
に、その蒸気流路１８ｂが着衣者の体表側となり、液還
流路１８ａが体表から離れるように布地に織込まれてい
る（図６参照）。したがって、液還流路１８ａと蒸気流
路１８ｂとが分離されるため飛散限界がなくなり、また
液還流路１８ａが体表から離れた位置に配設されている
ため、液還流路１８ａ内を流れる作動流体が体温に加熱
されずに円滑に還流し、ヒートパイプ１７の熱輸送量が
増大する。

【００２９】また、前記第１実施例における冷却器５の
代りに、冷凍サイクル１４の膨張器１４ａを、ループ型
ヒートパイプ４の凝縮部４ｂとの間で熱交換可能に配設
した熱交換器１５が設けられており、この冷凍サイクル
１４の運転を制御することによって、冷却服１の冷却能
力を調整することができる。

【００３０】さらに、図７および図８はこの発明の第３
実施例の冷却服２１を示すもので、前記第１実施例にお
ける循環ポンプ６の代りに気泡ポンプを用いたもので、
ループ型ヒートパイプ４の凝縮部４ｂの下流側に介設さ
れるポンプ２６は、図７に示すように、凝縮部４ｂの上
昇区間の下部外周に、加熱手段として電気ヒータ２６ａ
を巻装したもので、この電気ヒータ２６ａで凝縮部を加
熱することによって、作動流体中に蒸気泡Ｖを発生させ
て、この蒸気泡Ｖが発生することによって、凝縮部４ｂ
の下降区間の作動流体との間に比重差を生じさせ、この
比重差に起因するヘッド差によって、一種の気泡ポンプ
として作用させるもので、電気ヒータ２６ａだけで良い
ため機械的なポンプを用いる場合と比べて、装置の大幅
な小型・軽量化を図ることができる。

【００３１】また、この実施例においても、前記第１実
施例の場合と同様にヒートパイプ７内に非凝縮性ガスを
封入し、可変コンダクタンス型のヒートパイプとしても
よく、またヒートパイプ７の蒸発部７ａをループ状に形
成することもできる。

【００３２】なお、上記各実施例においては、冷却服と
して航空機のパイロット用のベスト型の冷却服１，１
１，２１について説明したが、ベスト型の冷却服に限ら
ずジャケットタイプやズボン等であってもよいのは勿論
である。また、その用途もパイロット用に限らず、溶鉱
炉での作業者、鋳造作業者および消防管等のように高温
環境下で作業を行う者用の耐熱服や耐火服等として、ま
たは、レーシングカーやバイク等のレーサ用のレーシン
グスーツや、手術中の医師等の発汗を嫌う職種用の作業
服として、さらに、農薬散布者用の防護服や、潜水夫、
宇宙飛行士等のように外界との接触を断つ者用の装備等
にも好適に実施することができる。

【００３３】また、上記各実施例においては、複数のヒ
―トパイプ７，１７を布地に織込んだ場合について説明
したが、これらのヒ―トパイプ７，１７によって布地を
縫刺しするようにして設けても同様の作用効果が得られ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の冷却服
は、潜熱として熱を輸送する作動流体を封入したループ
型ヒートパイプが衣服部の布面に沿って取り付けられる
とともに、前記作動流体を強制循環させるポンプが前記
ループ型ヒートパイプに介在させられ、さらに一部を前
記ループ型ヒートパイプに熱交換可能に接続した複数の
ヒートパイプが、前記ループ型ヒートパイプから衣服部
の各部に延びて布地に織込みあるいは縫刺しされて設け
られているため、ヒートパイプ特性によって服全体を均
一に冷却でき、また熱輸送能力が高く冷却能力が高いた
め、水冷式の場合と比べて管路を小径とできるので、冷
却服の薄型化および軽量化を図ることができる。さら
に、ヒートパイプが布地に織込まれるか縫込まれている
ため着衣者の肌に違和感なく密着して着心地が良く、ま
た作業性にも優れている。さらに、ヒ―トパイプが体表
にほぼ接触した状態で体温を吸熱するため熱抵抗が小さ
く、冷却効果の大幅な増大を図ることができる。

【００３５】また、ヒートパイプのコンテナに可撓性を
有する非金属製のチューブを用いれば、ヒートパイプが
軽量となる分だけ冷却服が軽量となり、その装着感も向
上する。

【００３６】また、ヒートパイプのコンテナに、可撓性
を有する非金属製で内周に金属コーティング層を備えた
チューブを用いれば、作動流体の洩れや、高温時に発生
する非凝縮性ガスが作動流体中に混入するのを防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の冷却服を示す斜視図で
ある。

【図２】第１実施例におけるループ型ヒートパイプへの
副ヒートパイプ系が取付けられている状態を示す斜視図
である。

【図３】第１実施例におけるヒートパイプが布地に織込
まれている状態を示す断面図である。

【図４】非金属製のコンテナの断面図である。

【図５】この発明の第２実施例の冷却服を示す斜視図で
ある。

【図６】第２実施例のヒートパイプが布地に織込まれて
いる状態を示す断面図である。

【図７】この発明の第３実施例の冷却服を示す斜視図で
ある。

【図８】第３実施例におけるループ型ヒートパイプの凝
縮部に設けられた気泡ポンプを示す部分拡大図である。

【符号の説明】

１…冷却服、 ４…ループ型ヒートパイプ、 ４ａ…蒸
発部、 ４ｂ…凝縮部、５…冷却器、 ６…循環ポン
プ、 ７…ヒートパイプ、 ７ａ…凝縮部、 ７ｂ…蒸
発部 ８…非金属製のチューブ、 ９…金属コーティン
グ層、 １１…冷却服、 １７…ループ型のヒートパイ
プ、 １８ａ…液還流路、 １８ｂ…蒸気流路、 ２１
…冷却服、 ２６…気泡ポンプ、 ２６ａ…電気ヒー
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 伊藤 雅彦 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 青山 文明 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着衣者から熱を奪って外部に放熱する冷
   却機能を有する冷却服において、 潜熱として熱を輸送する作動流体を封入したループ型ヒ
   ートパイプが衣服部の布面に沿って取付けられるととも
   に、前記作動流体を強制循環させるポンプが前記ループ
   型ヒートパイプに介在させられ、さらに、作動流体が封
   入された複数のヒートパイプが、それぞれの一部を前記
   ループ型ヒートパイプに熱交換可能に取付けられ、この
   ループ型ヒートパイプから衣服部の各部へ延びて、それ
   ぞれ布地部分に織込みあるいは縫刺しされていることを
   特徴とする冷却服。
2. 【請求項２】 前記複数のヒートパイプは、作動流体を
   封入するコンテナとして可撓性を有する非金属製の細管
   を用いていることを特徴とする請求項１記載の冷却服。
3. 【請求項３】 前記非金属製の細管は、その内周面に金
   属コーティングが施されていることを特徴とする請求項
   ２記載の冷却服。