JPH01190355A - 暖房素子及びそれを用いた手袋 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱伝達構造体に熱源をイ」設した暖房素子及
びそれを用いた手袋に関する。

（従来の技術） 従来、通常の暖房素子例えば、コタツでは熱源に接触し
ている足は暖かいが、背中、腰は寒い。またカイロでは
、接触して（、Ｎる部分だけが暖かく全体を暖めようと
すると大きなものが必要であり、かつ重いなどといった
欠点があった。

また、このような暖房素子にヒートパイプと呼ばれる熱
伝達素子を組み込むことを考えることもできるが、従来
のヒートパイプは金属製であり、剛直な性質を持ってお
り、使用の自由さがないなどの難点を有している。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、係る従来技術の欠点に鑑み、柔軟性に
優れ、軽量である上に形態をある程度自由に変化させる
ことができる熱伝達構造体に熱源を付設させることによ
り、フレキシブルで熱が要求される所へ熱を付与するこ
とができる暖房素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、次の構成を有する。

（１）　　作動流体と該作動流体を封入した容器からな
り、かつ作動時には作動流体の気化に伴って該容器の体
積が増加して気体空間が形成される熱伝達構造体であっ
て、該熱伝達構造体の一部に熱源を付設したことを特徴
とする暖房素子。

（２）　　作動流体が、気体−液体の相変化を惹起する
媒体である請求項（１）記載の暖房素子。

（３）　　容器が、高分子材料または高分子材料と無機
物の複合材料から選ばれたシート状物で構成された請求
項（１）記載の暖房素子。

（４）　　熱伝達構造体が、容器内に作動流体を吸着ま
たは捕獲する性質を有する素材を封入せしめた請求項（
１）記載の暖房素子。

（５）　　熱伝達構造体が、一部に断熱材を付設した請
求項（１）記載のＷＡ房素子。

（６〉　　熱伝達構造体が、容器内にスペーサ°−を封
入せしめた請求項（１）記載の暖房素子。

（７）熱伝達構造体が、容器内にウィック材を封入せし
めた請求項（１）記載の暖房素子。

（８）作動流体を吸着または捕獲する性質を有する素材
が、発泡体、微多孔性素材、繊維材料から選ばれた少な
くとも１種である請求項（４）の暖房素子。

（９）　　熱源が、１Ｗ／１００ｃｍ２以上の発熱量ヲ
有する請求項（１）記載の暖房素子。

（１０）　　請求項（１）記載の暖房素子を有する手袋
。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の暖房素子は、ある熱源の熱を必要とされる所に
輸送することにより、暖めたい場所を暖房できる素子で
あり、例えば、ある熱源から離れた所に暖めたい部分が
あり、その部分に熱源を持っていくことが不可能な場合
に、熱伝達構造体を利用することにより熱を輸送して、
その部分を暖めることができることを特徴としている。

本発明における熱伝達構造体とは、密閉容器の内部に適
量の作動流体を内包し、作動時には熱源が熱を与える部
分く以下蒸発部という〉において熱源から熱が加えられ
内包している液状の作動流体を蒸発させて作動流体の蒸
気とし、この蒸気が熱を必要とする暖めたい部分く以下
行凝縮部という）に移動し、該凝縮部において外部から
冷却され蒸気が凝縮して液状の作動流体となる。その際
、作動流体の相変化による潜熱を外部に放出するという
原理で熱伝達を行うものである。

本発明における熱源を付設するとは、熱を伝える熱伝達
構造体の一部に、熱源が熱を与えることができれば、熱
源と熱伝達構造体が接触していても離れていても良く、
例えば、接触による熱伝導や非接触での輻射伝熱などに
より、熱を熱伝達構造体の一部に伝えることができる熱
源の付属方法であればいずれであっても良い。

本発明の暖房素子の構成を第１図および第２図に示した
。

第１図においては、熱源からな、る発熱体２による部分
的な熱を熱伝達構造体１全体に拡散させることができる
。この熱によって熱伝達構造体１の周辺部分を暖房する
ことができる。

また、第２図においては、熱伝達構造体１に断熱材３が
一部に装着されていることにより、発熱体２の熱は断熱
材３が被覆されていない部分においてのみ熱が外部に放
出されるので、その部分が暖房される。断熱材の大きざ
、形状を変化させることにより、任意の熱輸送が可能と
なる。

断熱材を使用した該暖房素子は、熱源と暖めたい部分が
離れていればいるほど効果的となる。

本発明でいう密閉容器とは、作動流体、あるいは作動流
体を吸着または捕獲する性質を有する素材を内包するた
めのものであり、密閉できれば、任意の形態を選ぶこと
ができるが、特に該容器をシート状（偏平）にすれば非
常に薄く柔軟性に富むものができるなどの利点がある。

熱伝達構造体の主たる構成材料が高分子材料であれば、
高分子材料の性質である可撓性、耐腐蝕性や軽量である
などの性質を持った熱伝達構造体となり、軽量で柔軟性
を持つ暖房素子を提供できる。

ここで密閉容器の構成材料である高分子材料とは、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどのポリマー
材料のことであり、ガスバリヤ−性と、作動流体との適
合性、すなわち後述の作動流体に対する非溶解性を有す
るものであれば適用可能である。例えば、ポリビニルア
ルコール系、ポリエステル系、ポリアミド系などの樹脂
があげられる。好ましくはポリ塩化ごニリデン、ポリビ
ニルアルコール、ナイロン、あるいはエチレン−ビニル
アルコール共重合体などガスバリヤ−性の高分子材料が
良い。

かかる高分子材料は、それぞれ単独で適用可能であるが
、これらを２種以上併用した複合シートが所望のシート
特性すなわち、ガスバリヤ−性と熱接着シール性、ある
いは使用時の強度保証が得られ易く好ましい。例えば、
強度の高いポリエステルとガスバリアー性の良いポリオ
レフィンなどの樹脂同志のラミネートまたはコーティン
グならびにそれらの併用物などの複合シートがガスバリ
ヤ−性、接着性、耐久性の優れたものとして適用できる
。さらに、前記好ましいガスバリヤ−性を有する高分子
フィルム同志の複合シート、具体的には、ポリ塩化ビニ
リデン、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル
のようなガスバリヤ−性の良いフィルムと、ガスバリア
ー性、接着性共に優れた高分子フィルム、例えば、エチ
レン−ビニルアルコール共重合体などとの複合シートが
好ましく適用される。さらに、例えばガスバリヤ−性の
良いエチレン−ビニルアルコール共重合体のシートに接
着性の容易なポリエチレン等をラミネートしたちであっ
ても良い。

一方、高分子材料と無機物とからなる複合材料とは、前
記高分子材料にＡＩ、ＡｌＯ３、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２、
ＳｎＯ２などの金属やセラミックなどをコーティングあ
るいは蒸着またはスパッタリングし、ガスバリヤ−性の
機能をざらに付与したものである。かかる蒸着複合材料
の場合には前記ガスバリヤ−性の良好な材料にも当然適
用できるが、ガスバリヤ−性のやや低い高分子材料も適
用することができる。かかる高分子材料としては、たと
えば、６ナイロン、ポリ塩化ビニル、高密度ポリエチレ
ンやポリエチレンテレフタレートがあげられる。

さらに複合シートとしては、前記高分子材料同志のラミ
ネート等の複合の他に、前記高分子材料からなるシート
と上記金属やセラミックのコーティング、あるいは上記
蒸着した材料をラミネートするなどの複合も含まれる。

本発明でいう高分子材料または高分子材料と無機物の複
合材料の形状は、筒状、板状、フィルム状のいずれをも
包含するが、通常板状、フィルム状などのシート状物が
好ましく用いられるまた、パイプ、チューブ、中空繊維
の場合であっても、複合材料として利用できる。

本発明でいう作動流体とは熱を運ぶ媒体であって、密閉
容器を構成する高分子材料の使用可能温度範囲内で作動
するものが選択される。さらに、作動流体の相変化が２
０〜４５°Ｃ９で惹起される作動流体であれば人体周辺
の暖房素子として有効となる。

ここで、２０〜４５℃という温度範囲は、人間の生活環
境下において体験できる温度範囲であり、この温度範囲
で作動し熱伝達を行なう構造体は、人体から適当な放熱
を行ない、体温をある温度に保つための重要な因子であ
る。

かかる作動流体は、気体−液体の相変化を惹起する媒体
であって、たとえばアセトアルデヒド、イソペンタン、
エタンチオール、塩化イソプロピル、ペンタン、ギ酸メ
チル、ジエチルエーテル、ジクロロメタン、ジブロモジ
フルオロメタン、臭化エチル、テトラメチルシラン、ト
リクロロフルオロメタン、トリフロロ酢酸無水物、トリ
フロロ酢酸メチル、ｔ−ブチルアミン、ヨウ化メチル、
硫化ジメチル、等の媒体があげられる。これらはフレキ
シビリイティーの特に要求される人体周辺の温度環境に
おいて、作動させることがでる。ざらにメタノール、ア
セトン、エタノール、ギ酸エチル、トリクロロトリフル
オロエタン、水などの２０〜１００℃に気体−液体の相
変化を及ぼす点を持つ物質であれば減圧下において、２
０〜４５°Ｃの低い温度でも作動させることができる。

一方、容器と作動流体との関係は、作動流体が容器材料
を浸蝕しなければ良く、水を作動流体にした場合以外は
ポリビニルアルコールの容器などが望ましい。

本発明の暖房素子における熱伝達構造体を良好に作動さ
せるためには、内包している作動流体をうまく分散させ
、作！ｌＪ流体の蒸発、凝縮、還流を円滑に行わせる必
要がある。

その為、容器の内部に作動流体を吸着または捕獲する性
質を有する素材、例えば発泡体、微多孔性素材、繊維材
料などやこれらに更に吸着性を増大さゼる加工剤を処理
して付与した素材などを装填せしめると、非作動時に作
動流体が拡散しやすいとともに、作動時の作動流体の蒸
発や還流も助けることができる。この作動流体を吸着ま
たは捕獲する性質を有する素材には、後述するスペーサ
ー、ウィック材と呼ばれる構造体も含んでいる。

容器の内部に装填する繊維材料としては編織物、不織布
などの繊維構造物や、極細繊維、多孔質繊維などの特殊
ｌＩｉ紺、または、衣料用の一般繊維などである。例え
ば、マルチフイラメン１〜を撚糸した糸の集合体であっ
ても良いが、特に好ましくは、液体保持能力の良い不織
布が望ましい。前記繊維材料としては、例えば、ポリエ
ステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどの合成繊維で
あっても良い。

前記作動流体を人体周辺で有効な暖房効果を持たせるた
めには容器内を減圧状態にし、２０〜４５°Ｃの範囲で
蒸発、凝縮を惹起する必要がある。

上記スペーサーとは、そのためのものであり、密閉容器
内を、作動流体の１気圧以下である蒸気空間を形成せし
めるための構造体であり、柔軟ではあるが、容器外圧で
つぶれることがなく、外気圧（１気圧）がかかつても蒸
気空間（減圧状態にある空間）を形成することができる
ものが選択される。かかる適当な内圧（減圧状態）の空
間が存在すれば、１気圧の沸点以下の温度でも、液体の
蒸発と移動がスムースに起こり、気化熱をうばえる。

適当な内圧とは、例えばｎ−ペンタンの場合では１気圧
で３６°Ｃで沸騰するが、３０’Ｃで沸騰させるには０
．７７気圧まで減圧すればよく、人体表面温度で沸騰し
ても外気圧（１気圧）のほうが強いため、容器が大きく
ふくらみ、破裂することはない。

上記スペーサーとしては、たとえば、フッ素系、シリコ
ン系或いは、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリオレ
フィン系等のチューブ、パイプ類、さらには、前記容器
内部に作動流体を吸着又は捕獲する性質を有する素材で
代用することもできる。

例えば、合成繊維等からなる不織布、編み物、ネット類
、ざらには、ＰＶＤＦ等耐薬等外薬品性多孔質類などが
適用できる。

また本発明の容器の内側表面に、凹凸形状を与えたもの
でも、スペーサーとして適用することもできる。

本発明の暖房素子の熱伝達構造９体においては、連続し
て熱輸送を行う必要があり、そのため凝縮した作動流体
を、熱源から熱を受ける部分に運流しなければならず、
そこでウィック材が必要となる。

上記ウィック材とは、液状の作動流体を蒸発部に還流さ
せる作用を発揮するものをいい、上記の作動流体を吸着
または捕獲する性質を有する素材またはスペーサーと同
様な作用を持つこともある。

本発明においての熱源とは、該熱伝達構造体の蒸発部に
熱を与えるものであればいずれの構造、形状であっても
良く、暖房素子の使用方法にもよるが１Ｗ／１００ｃｍ
２以上の発熱量があれば人体に対する暖房素子として作
用することができる。

これは、人体が安静状態でも５０Ｋｃａｌ／ｍ２ｈの熱
ｍを放出しており、それ以上の熱量が加えられなければ
、自然に冷えて、冷たく感じる。しかしこれ以上の熱が
加えられると人体表面の温度を上昇させることができる
ためである。

ここで熱源としては、電気的発熱体、化学的発熱体、蓄
熱体などであり、電気的発熱体とは、糸状発熱体、面状
発熱体などのヒーター類であり、化学的発熱体とは、生
石灰、塩化カルシウムなどの化学反応により熱を放出す
るものであり、蓄熱体とは顕在的、潜在的に熱を蓄えて
いるものであって、水、岩石、土や、パラフィン類、塩
水化物、包接形水化物、ポリマー類などがある。具体的
にはコタツやストーブの電気ヒーター、使い捨てカイロ
（Ｍ化鉄）、酢酸ナトリウムやポリエチレングリコール
などの潜熱蓄熱材がある。

本発明の暖房素子を使用する用途、使い型としては、実
施例でも記述したように、人体付近が主なものであり、
そのため、フレキシブルなヒートパイプを併用したもの
が最適であるが、その他にも自動車や住宅設備、温室な
どにも利用できる。

人体付近で使うものとしては、手袋、靴下類、コタツ用
座椅子などがあるが、例えば、手袋では、使い袷でカイ
ロと熱伝達構造体を併用することにより、カイロでは暖
めにくい指先を３０〜３５℃程度に保つことができる。

（実施例） 容器材１１　ｔこエチレン−ビニルアルコール共重合体
と、ポリエチレンのラミネートフィルムを、また、スペ
ーサー兼ウィック材としてポリエステル不織布、作動流
体として、トリクロロトリフルオロエタン（１気圧での
沸点は４７°Ｃ）を使用し、容器内を減圧した熱伝達構
造体を、第３図に示すように暖房素子を手袋の内部に組
み込んだ手袋を作成した。作成した手袋の熱伝達構造体
１は手の甲の部分から指先４まで細いシート状で連続し
ており、熱伝達構造体そのものがフレキシブルなため、
手袋も柔軟な物になっている。ざらに指先４まで熱伝達
構造体が到達しているため暖めたい指先４まで熱が伝え
られる。

この手袋の手の甲の部分に、市販の使い捨てカイロ（５
ｘ３ｃｍ２の大きざ）を熱伝達構造体に接触するように
装着すると、指先の温度は、３２℃程度になり、熱伝達
構造体を組み込んでいない手袋に比へ、５〜ｉｏ’ｃ指
先の温度が上昇した。

（発明の効果） 本発明の暖房素子は、下記の効果を有する。

（１）熱伝達ＨＡ構造体熱源を（ｊｆ用しているため、
熱伝達ＷＩ構造体介して熱源の装着ができないような部
分を暖めることができる。

（２〉熱伝達構造体に高分子材料を用いると、柔軟で、
軽量になり、人体周辺のフレキシビリティ−が要求され
るところにも使用できる。

（３）熱源を選ぶことにより、使用する場所を限定され
ることがない。

（４）断熱材などの付設により、暖めたくないところを
加熱することがない。すなわち、必要な部分だけを暖房
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る暖房素子の１例をあられす全体斜
視図図、第２図は本発明に係る暖房素子の他の１例をあ
られす全体斜視図図、第３図は本発明に係る暖房素子を
付設した実施例における手袋の１部切欠き視図図である
。 １：熱伝達構造体　　　２：発熱体 ３：断熱材　　　　　　４：指先

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　作動流体と該作動流体を封入した容器からなり
   、かつ作動時には作動流体の気化に伴って該容器の体積
   が増加して気体空間が形成される熱伝達構造体であって
   、該熱伝達構造体の一部に熱源を付設したことを特徴と
   する暖房素子。 （２）　作動流体が、気体−液体の相変化を惹起する媒
   体である請求項（１）記載の暖房素子。 （３）　容器が、高分子材料または高分子材料と無機物
   の複合材料から選ばれたシート状物で構成された請求項
   （１）記載の暖房素子。 （４）　熱伝達構造体が、容器内に作動流体を吸着また
   は捕獲する性質を有する素材を封入せしめた請求項（１
   ）記載の暖房素子。 （５）　熱伝達構造体が、一部に断熱材を付設した請求
   項（１）記載の暖房素子。 （６）　熱伝達構造体が、容器内にスペーサーを封入せ
   しめた請求項（１）記載の暖房素子。 （７）　熱伝達構造体が、容器内にウイック材を封入せ
   しめた請求項（１）記載の暖房素子。 （８）　作動流体を吸着または捕獲する性質を有する素
   材が、発泡体、微多孔性素材、繊維材料から選ばれた少
   なくとも１種である請求項（４）の暖房素子。（９）　
   熱源が、１Ｗ／１００ｃｍ＾２以上の発熱量を有する請
   求項（１）記載の暖房素子。 （１０）　請求項（１）記載の暖房素子を有する手袋。