JP2004270087A - 冷風ヘルメット - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量であって、雰囲気温度より低い温度の冷風を供給できる冷風ヘルメットを提供する。
【解決手段】冷風ヘルメット１は、ヘルメット本体１０と、同本体の後部に装着された冷風供給装置２０を備える。冷風供給装置２０は、ペルチェ素子２１と、同素子の低温側の面に配置された吸気ファン３３と、高温側の面に配置された２つの排気ファン４３と、ペルチェ素子２１から発生した冷熱を含む冷風を前頭部まで導く冷風ダクト２３と、を具備する。さらに、ペルチェ素子２１の低温側の面には、冷風ダクト２３の長手方向に延びるプレート型蛇行細管ヒートパイプ３１が貼り付けられており、冷熱を効率的に冷風に伝える。また、ペルチェ素子２１の高温側の面には、プレート型蛇行細管ヒートパイプ４１が貼り付けられており、ペルチェ素子２１の高温面を放熱している。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷風を供給する機能を備えた冷風ヘルメットに関する。特には、製鉄や鋳造、鍛造、各種熱処理、トンネル掘削、炎天下での各種作業等の、雰囲気温度が高い場所で長時間使用する際に、冷風を供給して作業者に快適性を与える冷風ヘルメットに関する。
【０００２】
【従来技術】
冷風ヘルメットは、高温雰囲気下において、着用者の発汗や疲労を緩和し作業性を向上させるために使用されている。
【０００３】
このような冷風ヘルメットには、背嚢型充電可能エアコンディショナーを備えているものがある（例えば、特許文献１参照特開２０００−５５４０１号）。この例においては、冷媒気化型のエアコンディショナーで発生させた冷風が、ダクトを介して、ヘルメット本体の後部に導かれ、後頭部を冷やす。また、ヘルメット本体の頂部に、電池で駆動するファンを設けているものもある（特許文献２参照実公平６−４２９２８号）。この例においては、ファンの回転により、ヘルメット本体内の暖気を外部へ放出する。また、ヘルメット本体と、同本体と別置きの冷風供給装置を備えるものもある（特許文献３参照特公平５−１６８７２４号）。冷風供給装置は、着用者と離れた場所に置かれ、ホースでヘルメット本体と接続している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−５５４０１号公報
【特許文献２】
実公平６−４２９２８号公報
【特許文献３】
特公平５−１６８７２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した、特許文献１や特許文献３に開示されている冷風ヘルメットにおいては、冷風を発生及び供給するための装置が大型で重量も重い。このため、特許文献１の背嚢型の場合は着用者に負担がかかってしまう。また、特許文献３のように、装置を着用者と離れた位置に設置し、ホースを通して冷風を供給する方式では、装置とヘルメットとの距離が限られてしまうため、着用者の行動範囲が狭くなる。
また、特許文献２に開示されている冷風ヘルメットにおいては、ファンの回転によりヘルメット本体内に吸い込まれる空気の温度は雰囲気温度であり、十分な冷却能力を与えるとはいえない。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、小型・軽量であって、雰囲気温度より低い温度の冷風を供給できる冷風ヘルメットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するため、本発明の冷風ヘルメットは、 人の頭部を覆うヘルメット本体と、 該ヘルメット本体の後部に付設されたペルチェ素子と、 該ペルチェ素子の低温側の面（Ｃ面）に風を当てるＣ面ファンと、 該ペルチェ素子の高温側の面（Ｈ面）に風を当てるＨ面ファンと、 前記Ｃ面ファンに当たった風を前頭部まで導く冷風ダクトと、を具備することを特徴とする。
ペルチェ素子の冷熱発生作用を利用し、発生した冷熱を前頭部に供給することにより、高い冷却効果を与える冷風ヘルメットを提供できる。また、冷気を発生する機構を、従来の冷媒気化式のエアコンディショナー等に比べて軽量化及び小型化できる。
【０００８】
本発明においては、 前記Ｃ面に一部が貼り付けられ、前記冷風ダクトの長手方向に延びるプレート型蛇行細管ヒートパイプと、 該ヒートパイプ上に立設され、前記Ｃ面ファンの風を受けるフィンと、 前記Ｈ面に一部が貼り付けられたプレート型蛇行細管ヒートパイプと、 該ヒートパイプ上に立設され、前記Ｈ面ファンの風を受けるフィンと、をさらに具備することを特徴とする。
プレート型蛇行細管ヒートパイプ及びフィンを用いることによって、ペルチェ素子の発生する冷熱をより効率的に冷風に伝えることができるとともに、素子のＨ面を十分に冷却できるので素子の冷却能力自体もが高められる。
【０００９】
本発明においては、 さらに、前記ヘルメット本体の前部に接続された、使用者の顔を覆うフェイスシールドを具備し、 前記冷風ダクトから前頭部へ導かれた風は、前記フェイスシールドと顔面との間の空間から、前記ヘルメット本体と顔の側面との空間を通って、前記ペルチェ素子のＨ面に流れることを特徴とする。
各ファンの回転により、ヘルメット本体内に冷気の流れを作ることができ、着用者の頭部及び顔面を冷却し、快適性を与える。また、人の頭部や顔面を通った後の冷風をペルチェ素子の冷却に用いることにより、残存している冷熱を活用してペルチェ素子の冷却能力を高めることも可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る冷風ヘルメットの構造を示す図である。
冷風ヘルメット１は、ヘルメット本体１０と、同本体の後部に取り付けられた冷風供給装置２０と、フェイスシールド５１と、シールド周辺カバー５３とから主に構成されている。ヘルメット本体１０の後部内面と着用者の後頭部との間には、サイズ調節バンド１４により所定の幅及び奥行きをもった空間１１が形成されている。また、ヘルメット本体１０は着用者の頭部に直接接するのではなく、クロス状の支持帯１３で頭部に対して支持されている。この支持帯１３によりヘルメット本体１０の内面と頭部との間には空間１５が形成されている。冷風供給装置２０は、これらの空間１１、１５に配置されて、ヘルメット本体１０に、ブラケット等（図示されず）により着脱可能に取り付けられる。
【００１１】
次に、冷風供給装置２０について説明する。
図２は、冷風供給装置の全体を示す斜視図である。
図３は、図２の冷風供給装置の裏面図である。
冷風供給装置２０は、ペルチェ素子２１、２枚のプレート型蛇行細管ヒートパイプ３１、４１、３つのファン３３、４３−１、４３−２（図３参照）、２つのフィン３５、４５、冷風ダクト２３から主に構成される。ペルチェ素子２１、各ヒートパイプ３１、４１、各フィン３５、４５は、各々ケーシング３７、４７に収容されて、ヘルメット本体後部の空間１１に配置される。各ファン３３、４３−１、４３−２は、各ケーシング３７、４７の下面カバー４９に取り付けられている。冷風ダクト２３はヘルメット本体後部空間１１から、頭部周囲空間１５を通って前頭部に達する。
【００１２】
ペルチェ素子２１は板状であり、一例で寸法は４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚みは４ｍｍである。同素子は、片側の面が冷熱発生面（Ｃ面）となり、同面と反対側の面がその熱的作用と反対の熱的現象が発生する放熱面（Ｈ面）となる。この例では、冷熱発生面と放熱面とで３０℃の温度差を作る場合を考えて、冷熱発生面から１０℃の冷熱を発生させると、放熱面では４０℃の温熱が発生する。この放熱面は冷風などによって冷やす必要がある。ヘルメット本体１０内において、ペルチェ素子２１は、Ｃ面が外側、Ｈ面が内側（頭部側）となるように配置される。
【００１３】
ペルチェ素子２１のＣ面とＨ面には、各々プレート型蛇行細管ヒートパイプ３１、４１が、熱伝導性の良い両面テープや接着剤で固定されている。
ヒートパイプとは、熱輸送性能の高い放熱器の一種で、中空体内部の密閉空間を真空に引いた後に、水やブタン、アルコール等の作動流体を封入したものである。プレート型蛇行細管ヒートパイプにおいては、アルミ等のプレート内に、このヒートパイプが受熱部と放熱部間を蛇行するように配置されている。発熱体（温熱）から受熱部に伝えられた熱は、同部のパイプ内の作動流体を蒸発させる。発生した蒸気は、ヒートパイプの放熱部に移動し、同部において蒸気が放熱して液体に戻る。この密閉空間内の作動流体の相の変化や移動により、発熱体の熱を放熱する。発熱体が冷熱を発生する場合は、作動流体はこの逆に相変化及び移動し、冷熱を放熱部で放熱する。
【００１４】
このような蛇行細管ヒートパイプは、例えば、特開平４−１９００９０号に開示されている。
このヒートパイプは、以下の特性を有する。
（Ａ）細孔の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉されている（閉ループ型）。
（Ｂ）細孔の一部は受熱部、他の一部は放熱部となっている。
（Ｃ）受熱部と放熱部が交互に配置されており、両部の間を細孔が蛇行している。
（Ｄ）細孔内には二相凝縮性流体（作動流体）が封入されている。
（Ｅ）細孔の内壁は、上記作動流体が常に孔内を閉塞した状態のままで循環または移動することができる最大直径以下の径をもつ。
【００１５】
ここで、ペルチェ素子２１のＣ面に固定されているヒートパイプ（以下、Ｃ面ヒートパイプとする）３１は、幅がペルチェ素子２１の幅とほぼ等しく、長さは約２０ｃｍである。Ｃ面ヒートパイプ３１は、図１に示すように、ペルチェ素子２１のＣ面のやや下方の位置から、ヘルメット本体１０のほぼ頂部まで、後頭部の形状に沿って湾曲しながら延びている。このＣ面ヒートパイプ３１は、湾曲しても熱輸送性能を維持する特性をもつ。Ｃ面ヒートパイプ３１内の蛇行細孔は、ヒートパイプの長さ方向に延びている。
【００１６】
Ｃ面ヒートパイプ３１の外側の面（ペルチェ素子固定面の反対側の面）にはフィン３５が固定されている。フィン３５の幅は、Ｃ面ヒートパイプ３１の幅とほぼ等しい。フィン３５の長さは同ヒートパイプ３１の長さより短く、ペルチェ素子２１のやや下方の位置から、Ｃ面ヒートパイプ３１のほぼ中央まで延びている。フィン３５は、例えばアルミ板を波状に折り曲げたもので、波状部の間の空間の向きはＣ面ヒートパイプ３１の長さ方向である。
【００１７】
Ｃ面ヒートパイプ３１及びフィン３５は、吸気側ケーシング３７で囲まれている。吸気側ケーシング３７の上下端は開口しており、下開口は下面カバー４９で閉じられている。下面カバー４９の、吸気側ケーシング３７の下開口に当たる部分には、吸気ファン３３が取り付けられている。吸気ファン３３の送風能力は、一例で、８０〜１００リットル／ｍｉｎである。吸気ファン３３で外部から引かれた空気は、ケーシング３７の内部及びフィン３５の間を通って上開口へ達する。
ケーシング３７の上開口には、冷風ダクト２３が接続している。冷風ダクト２３は頭部の側面形状に沿って湾曲しており、ケーシング３７の上開口から頭部周囲空間１５を通って、先端開口２３ａが前頭部に達している。冷風ダクト２３の内側（頭部側）の面は、Ｃ面ヒートパイプ３１の内側（頭部側）の面に沿って延びている。
【００１８】
一方、ペルチェ素子２１のＨ面に固定されているヒートパイプ（以下、Ｈ面ヒートパイプとする）４１は、図２、図３に示すように、幅がペルチェ素子２１の幅より広く、長さはペルチェ素子２１の長さとほぼ等しい。このＨ面ヒートパイプ４１内の蛇行細孔は、ヒートパイプ４１の幅方向に延びている。Ｈ面ヒートパイプ４１の外側の面（ペルチェ素子固定面の反対側の面）にはフィン４５が固定されている。フィン４５の幅と長さは、Ｈ面ヒートパイプ４１の幅及び長さとほぼ等しく、同ヒートパイプ４１の全面に設けられている。フィン４５は、例えばアルミ板を波状に折り曲げたもので、波状部の間の空間の向きはＨ面ヒートパイプ４１の長さ方向である。
【００１９】
Ｈ面ヒートパイプ４１及びフィン４５は、排気側ケーシング４７で囲まれている。排気側ケーシング４７の上下端は開口しており、下開口は下面カバー４９で閉じられている。下面カバー４９の、排気側ケーシング４７の下開口に当たる部分には、図３に示すように、２つの排気ファン４３−１、４３−２が、Ｈ面ヒートパイプ４１の幅方向に並んで取り付けられている。各排気ファンの送風能力は、一例で、１５０〜２００リットル／ｍｉｎである。排気ファン４３は、ケーシング４７内の空気を外部に排気するとともに、ペルチェ素子２１のＨ面を冷却する。
【００２０】
図１、図２から分かるように、各ケーシング３７、４７の側面形状は略台形で、各上開口の寸法が各下開口の寸法より小さい。また、各ケーシング３７、４７の下開口は同一面上にあり、各々下面カバー４９で閉じられている。このような形状により、冷風供給装置２０をコンパクトにすることができるとともに、後頭部の後方及び下方の空間１１の形状に合わせて冷風供給装置２０を配置することができる。
【００２１】
フェイスシールド５１は、ヘルメット本体１０に開閉可能に取り付けられている。フェイスシールド５１が閉じられると、顔の全面が覆われる。同シールド５１の周囲には、シールド周辺カバー５３が設けられている。シールド５１が閉じられると、カバー５３によってシールド５１の外周と首すじとのスキマがゆるく閉じられ、顔の周囲に閉じた空間１７が形成される。このため、周囲の高温空気が顔の周りに入ってこない。
【００２２】
この冷風供給装置２０の作用について説明する。
ペルチェ素子２１を作動させると、Ｃ面から冷熱が発生する。冷熱は、Ｃ面ヒートパイプ３１のペルチェ素子との接触部（受熱部）で受熱され、一部が同ヒートパイプ３１の厚さ方向を貫通し、フィン３５に伝導して放熱する。また、冷熱は、Ｃ面ヒートパイプ３１の蛇行細孔の方向（ヒートパイプ３１の長さ方向）に伝えられる。そして、同ヒートパイプ３１のヘルメット本体１０の頂部に位置する部分が放熱部となり、ここで冷熱を放熱する。このように、ペルチェ素子２１から発生した冷熱を広い範囲で拡散することができる。
一方、Ｃ面ヒートパイプ３１の放熱部（本体頂部の部分）では、頭部からの熱を受けて温度が上がっている。このように、Ｃ面ヒートパイプ３１において、受熱部（ペルチェ素子と接する部分）と放熱部（本体頂部の部分）との間隔を広くして両部間の温度差を大きくすることにより、ヒートパイプ内の作動流体の流れが活発になって熱輸送能力を高めることができる。
【００２３】
ここで、吸気ファン３３を回転させると、外部空気が吸気ケーシング３７内に引かれる。そして、吸気ケーシング３７内において、引かれた空気とともに、フィン３５から放熱された、ペルチェ素子２１のＣ面から発生した冷熱が上開口から吹き出される。この冷気を含んだ空気は冷風ダクト２３を通って前頭部に達し、先端２３ａから吹き出される。
【００２４】
前頭部は、冷風ダクトの先端２３ａから冷気を含んだ空気によって冷やされる。着用者が最も汗をかくのは“おでこ”の辺りであり、この部分の潜熱を奪って汗を蒸発させることにより涼しい感じを与えることができる。冷風ダクト２３から吹き出された空気は、フェイスシールド５１とシールド周辺カバー５３で囲まれた顔周囲空間１７内に流れ込む。この間に空気の温度は上昇するが、まだ冷熱が残存しており、外部雰囲気温度より温度が低い場合が多い。
【００２５】
一方、ペルチェ素子２１のＨ面からは温熱が発生している。温熱は、Ｈ面ヒートパイプ４１のペルチェ素子との接触部（受熱部）で受熱され、一部は、同ヒートパイプの厚さ方向を貫通し、フィン４５に伝導して放熱する。また、温熱は、Ｈ面ヒートパイプ４１の蛇行細孔の方向（ヒートパイプの幅方向）に伝えられる。そして、同ヒートパイプの、ペルチェ素子の両側の部分が放熱部となる。この部分にもフィン４５が設けられているため、ここでも温熱を放熱する。このように、ペルチェ素子２１のＨ面から発生した温熱を広い範囲で拡散することができる。
【００２６】
フィン４５から放熱された、ペルチェ素子２１から発生した温熱は、ヘルメット本体の後部空間１１の空気とともに、２つの排気ファン４３で排気側ケーシング４７から排気されている。後部空間１１の空気は、上述のように残存している冷熱によって外部雰囲気より温度が低いため、ペルチェ素子２１のＨ面の冷却能力を高めることが期待できる。
冷風ヘルメット１の冷却能力を高めるには、ペルチェ素子２１のＣ面の温度は出来るだけ低い方がよい。ペルチェ素子２１は、前述のように、一例としてＣ面とＨ面で約３０℃の温度差を発生させる。Ｃ面の温度を下げるには、Ｈ面の温度も極力下げる必要がある。このために、ペルチェ素子２１のＨ面にヒートパイプ４１を取り付けるとともに、排気ファン４３を２つ設けることにより、Ｈ面から発生する温熱を活発に放熱させて温度を下げている。
【００２７】
したがって、冷風ヘルメット１内では、吸気ケーシング３７から冷風ダクト２３、前頭部空間、顔周囲空間１７及び頭部周囲空間１５、後頭部空間１１、排気ケーシング４７に至る、図１の白抜き矢印で示されるような空気の流れが起こる。そして、冷風ダクト２３から吹き出される空気は、ペルチェ素子２１で発生した冷気を含んでいるため、雰囲気空気の温度より低く、着用者に涼しい感じを与えることができる。
一つの実験例として、雰囲気の温度が３５℃で、ペルチェ素子のＣ面が１０℃、Ｈ面が４０℃の場合、冷風ダクト２３の先端開口２３ａ近辺の空気温度は２７℃となった。また、そのときの後頭部後方空間（排気ケーシング入口）１１の空気温度は３２℃であった。
【００２８】
ペルチェ素子２１の電源や各ファンの電源、各スイッチ等は、着用者の腰に装着可能な電源ボックス６１内に配置されている。ペルチェ素子２１や各ファンと電源とをつなぐ各配線６３は、冷風ヘルメット１の冷風供給装置２０から、着用者の背中後方を通って、腰装着用電源ボックス６１に延びている。
【００２９】
この例の冷風ヘルメット１の冷風供給装置２０の重量は、約０．４ｋｇである。そして、作業用の冷風ヘルメット１の全体の重量は約１．１ｋｇとなり、着用者に重量感を与えないように配慮している。この例では、各ケーシング３７、４７及び下面カバー４９をステンレスで作製したが、プラスチックで作製することにより、さらに軽量化できる。また、冷風供給装置２０の体積も小さいため、ヘルメット本体１０を特別に大きくする必要はない。
また、腰に装着される電源ボックス６１の重量は約１ｋｇであり、作業者の負担にはならない。
【００３０】
この冷風ヘルメット１は、他の用途として、自動車レース用のヘルメットにも適している。レース用の自動車は、車体の軽量化のためにエアコンが装着されていないため、ドライバーは狭い高温雰囲気下で長時間運転することになる。また、ペルチェ素子や各ファンの電源として、自動車自身の直流電源を使用できるという利点もある。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、小型で軽量な冷風供給装置を備えた冷風ヘルメットを提供できる。この冷風ヘルメットにおいては、雰囲気温度より低い温度の冷風を供給できるため、着用者への快適性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷風ヘルメットの構造を示す図である。
【図２】冷風供給装置の全体を示す斜視図である。
【図３】図２の冷風供給装置の裏面図である。
【符号の説明】
１ 冷風ヘルメット １０ ヘルメット本体
１１ 空間 １３ 支持帯
１４ サイズ調節バンド １５ 空間
２０ 冷風供給装置 ２１ ペルチェ素子
２３ 冷風ダクト
３１ Ｃ面プレート型蛇行細管ヒートパイプ
３３ 吸気ファン ３５ フィン
３７ 吸気側ケーシング
４１ Ｈ面プレート型蛇行細管ヒートパイプ
４３ 排気ファン ４５ フィン
４７ 排気側ケーシング
４９ 下面カバー ５１ フェイスシールド
５３ シールド周辺カバー ６１ 電源ボックス
６３ 配線

Claims (3)

1. 人の頭部を覆うヘルメット本体と、
   該ヘルメット本体の後部に付設されたペルチェ素子と、
   該ペルチェ素子の低温側の面（Ｃ面）に風を当てるＣ面ファンと、
   該ペルチェ素子の高温側の面（Ｈ面）に風を当てるＨ面ファンと、
   前記Ｃ面ファンに当たった風を前頭部まで導く冷風ダクトと、
   を具備することを特徴とする冷風ヘルメット。
2. 前記Ｃ面に一部が貼り付けられ、前記冷風ダクトの長手方向に延びるプレート型蛇行細管ヒートパイプと、
   該ヒートパイプ上に立設され、前記Ｃ面ファンの風を受けるフィンと、
   前記Ｈ面に一部が貼り付けられたプレート型蛇行細管ヒートパイプと、
   該ヒートパイプ上に立設され、前記Ｈ面ファンの風を受けるフィンと、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の冷風ヘルメット。
3. さらに、前記ヘルメット本体の前部に接続された、使用者の顔を覆うフェイスシールドを具備し、
   前記冷風ダクトから前頭部へ導かれた風は、前記フェイスシールドと顔面との間の空間から、前記ヘルメット本体と顔の側面との空間を通って、前記ペルチェ素子のＨ面に流れることを特徴とする請求項１記載の冷風ヘルメット。

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