JPH06127486A - 冷却服 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一で高い冷却能力を備えた冷却服を提供す
る。 【構成】 ループ型ヒートパイプ４が衣服部２，３の布
面に沿って取り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が衣服部２，３の各部に延びて前記布面に
取付けられている。

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、着衣者に疲労感を与えず、かつ、快適な冷却が可
能であるとともに、小型・軽量化が図られた冷却服を提
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前記布面
に取付けら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、少量の
非凝縮性のガスを作動流体とともに封入した可変コンダ
クタンス型ヒートパイプとすることができる。

【０００９】また、前記複数のヒートパイプは、それぞ
れ循環路を形成するループ型のヒートパイプとすること
ができる。

【００１０】さらに、前記ポンプは、液相の作動流体を
加熱して生じさせた気泡によって揚液する気泡ポンプと
することができる。

【００１１】

【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
て布面に取付けら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、潜熱の状態にて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、各ヒートパイプが潜熱の状態で大
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。

【００１２】また、前記複数のヒートパイプを少量の非
凝縮性のガスを作動流体とともに封入した可変コンダク
タンス型ヒートパイプとすれば、着衣者の体温の上昇に
伴って、作動流体の加熱蒸発量が増加し、ヒートパイプ
内の蒸気圧が高くなって非凝縮性ガスを圧縮するため、
凝縮部の実効面積が拡大し、作動流体の蒸気の凝縮量が
増加して熱輸送量が増大する。また、体温が低下する
と、逆にヒートパイプ内の蒸気圧が低下するため非凝縮
ガスの容積が増大して凝縮部の実効面積が縮小し、作動
流体の蒸気の凝縮量が減るため熱輸送量が減少するよう
に自動調整される。

【００１３】また、前記複数のヒートパイプを、それぞ
れ循環路を形成するループ型のヒートパイプとすれば、
ヒートパイプ内の作動流体の流れが蒸気流と液流とに分
離されるため飛散限界がなくなり、熱輸送能力が向上す
る。

【００１４】さらに、前記ポンプを、液相の作動流体を
加熱して生じさせた気泡によって揚液する気泡ポンプと
すれば、加熱されて作動流体中に蒸気泡が発生して、そ
のポンプ作用によって作動流体がループ型ヒートパイプ
中を強制循環させられる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例を第１図ないし第５
図を参照して説明する。

【００１６】図１ないし図３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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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細径の金属
パイプ製のヒートパイプ７が、その基端の円筒型の凝縮
部７ａを前記蒸発部４ａの外周に、熱伝達可能に被着す
るとともに、それぞれの先端側を前身頃２および後身頃
３の布地の表面に密着させた状態で、前身頃２および後
身頃３の中心に向けてそれぞれ配設されている。なお、
ループ型ヒートパイプ４の蒸発部４ａおよびヒートパイ
プ７の蒸発部７ｂは、冷却服１の布地の表面に接着剤ま
たは縫い付けによって取り付けられている。また、ヒー
トパイプ７の蒸発部７ｂ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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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は、着用して
いるパイロットの胸部および背中等の上半身に密接して
配設されているため、蒸発部７ｂ内の作動流体が体温で
加熱されると沸騰し、作動流体の蒸気となって凝縮部７
ａに移動する。このとき、作動流体の蒸気が潜熱の状態
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、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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】したがって、パイロットは航空機の離陸準
備作業中および離陸走行中等に極度に緊張するため体温
が上昇すると、冷却服１の各部に取り付けられたヒート
パイプ７の蒸発部７ｂはパイロットの身体から発する熱
を吸収して凝縮部７ａに熱輸送し、この凝縮部７ａにお
いて熱をループ型ヒートパイプ４の蒸発部４ａとの間で
熱交換するとともに、このループ型ヒートパイプ４によ
って外部に放出されるため、疲労感を生じることなく快
適に航空機の操縦ができる。

【００２７】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従来の冷却服と比べると、一
度に大量の熱輸送を行うことができるとともに、管材の
小径化が可能となり、冷却服１の軽量化を図ることがで
きる。また、ヒートパイプ７の均熱効果により温度差が
生じず、着衣者に温度差に起因した不快感を与えること
もない。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】また図３はこの発明の第２実施例の冷却服
１１を示し、これは前記第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は、作動流体の液還流路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、その結果、ヒートパイプ１７の熱輸送量が増大す
る。

【００３２】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が設けられている。

【００３３】さらに、図４および図５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５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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】

【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
各部に延びて前記布面に取付けられているので、ヒート
パイプ特性によって服全体を均一に冷却できるととも
に、単位時間当り熱輸送能力が高いため、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
び軽量化が図れ、さらに、優れた着心地および作業性を
得ることができる。また循環ポンプ等の設備も水冷式の
場合より小型化できる等の効果を有している。

【００３７】また、ループ型ヒートパイプの蒸発部に取
付ける複数のヒートパイプとして可変コンダクタンス型
のヒートパイプを用いれば、体温変化に応じて冷却量が
自動的にコントロールされため、快適な装着感が得られ
る。また、前記複数のヒートパイプをループ型ヒートパ
イプとすれば、蒸気流路と液還流路とが分離されるため
飛散限界がなくなり、通常の単管状のヒートパイプに比
べ熱輸送量を増大させることができる分、この冷却服の
冷却能力の増大を図ることができる。さらに、循環ポン
プとして気泡ポンプを用いれば、ポンプの小型化が可能
となり、その分冷却服の小型・軽量化を図ることができ
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
副ヒートパイプ系の取付け状態を示す部分拡大斜視図で
ある。

【図３】この発明の第２実施例の冷却服を示す斜視図で
ある。

【図４】この発明の第３実施例の冷却服を示す斜視図で
ある。

【図５】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、 １７…ループ型のヒートパイプ、 １８ａ…液還
流路、 １８ｂ…蒸気流路、 ２６…気泡ポンプ、 ２
６ａ…電気ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉原 伸一 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 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 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 (4)

【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
   に延びて前記布面に取付けら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が、少量の非凝
   縮性のガスを作動流体と共に封入した可変コンダクタン
   ス型ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記
   載の冷却服。
3. 【請求項３】 前記複数のヒートパイプが、それぞれ循
   環路を形成するループ型のヒートパイプであることを特
   徴とする請求項１に記載の冷却服。
4. 【請求項４】 前記ポンプが、液相の作動流体を加熱し
   て生じさせた気泡によって揚液する気泡ポンプであるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷
   却服。