JP2009028584A

JP2009028584A - 霧発生装置

Info

Publication number: JP2009028584A
Application number: JP2007192526A
Authority: JP
Inventors: Masato Nunomura; 真人布村
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-02-12
Also published as: WO2009013954A1

Abstract

【課題】霧の冷感を高め、霧の噴射を受ける対象物として冷却効果を必要とするものに対しても適用できるようにする。
【解決手段】超音波振動子５を超音波振動させて液体１１を霧化して微粒化させ、この微粒化した液体４６を、霧搬送ファン４５により容器１の上部に搬送して霧噴出口２９から霧５５として噴出する。このとき、液体１１は容器１の底部に設けたヒータ３９で加熱して殺菌する。一方、霧噴出口２９の周囲には空気噴出通路４９を形成し、その先端の送風口４９ａから、霧冷却ファン５３によって空気を送風して霧５５を冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を霧化させる霧発生装置に関する。

霧発生装置として、従来から超音波振動を利用して霧を発生させるものがあり、その一例として、容器内の液体中に設置した超音波振動子により液体を振動させるものがある（例えば、下記特許文献１参照）。

この超音波振動子による霧発生原理は、液体中の超音波振動を強力にして音の放射圧を高め、高い周波数の指向性により音圧を中心付近に集中させることで液体を押しあげて液柱をつくり、液柱の表面で発生した表面波が干渉を起こし、液体を衝突及び引きちぎり合わせ、発生するエネルギが表面張力に打ち勝つことにより、液体を微粒子化して空中に飛散させるものである。

特開平１１−９９１８９号公報

ところで、前記した従来の超音波振動により霧を発生させる装置では、液体をヒータにより８０℃〜１００℃程度に加熱し、液体内のレジオネラ菌や大腸菌Ｏ−１５７などの病原菌を減菌し、その加熱液体を霧化しており、このとき加熱液体を超音波霧化した霧の温度が５０℃〜７０℃となるよう温度制御している。

このため、発生する霧としては生温かいものとなり、冷却効果を期待する例えば美容のための美顔器や、野菜などの生鮮品の鮮度を保つための装置には適していない。

そこで本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、霧の冷感を高め、霧の噴射を受ける対象物として冷却効果を必要とするものに対しても適用できるようにすることを目的としている。

請求項１の発明は、液体を霧化させて霧を生成する霧生成手段と、この霧生成手段により生成した霧を収容する容器に設けられて該容器の外部に霧を噴出する霧噴出口と、前記容器内の霧を前記霧噴出口に送る霧搬送手段とを備えた霧発生装置において、前記霧噴出口から外部に噴出された霧を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の霧発生装置であって、前記冷却手段は、前記霧噴出口近傍に設けた気体噴出通路と、この気体噴出通路に気体を送る送風手段とを備えていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の霧発生装置であって、前記気体噴出通路は、前記霧噴出口の周囲に位置して環状に形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の霧発生装置であって、前記冷却手段は、前記霧噴出口近傍に設けた気体噴出通路と、この気体噴出通路と前記容器内の霧生成部近傍とを連通する連通路とをそれぞれ備え、この連通路内に前記霧搬送手段を設け、この霧搬送手段は、前記気体噴出通路に気体を送る送風手段を兼用していることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１に記載の霧発生装置であって、前記冷却手段は、前記霧噴出口から噴出した霧の進行方向に対して交差する方向に向けて気体を噴出する気体噴出口と、この気体噴出口に気体を送る送風手段とを備えていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１に記載の霧発生装置であって、前記冷却手段は、前記霧噴出口から噴出した霧の進行方向に対して交差する方向に向けて気体を噴出する気体噴出口と、この気体噴出口と前記容器内の霧生成部近傍とを連通する連通路とをそれぞれ備え、この連通路内に前記霧搬送手段を設け、この霧搬送手段は、前記霧噴出口から噴出した霧の進行方向に対して交差する方向に向けて気体を送る送風手段を兼用していることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか1項に記載の霧発生装置であって、霧化させる前の前記液体を加熱する液体加熱手段を設けたことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の霧発生装置であって、前記霧生成手段は、超音波振動を発生させる超音波振動子を備えていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、霧噴出口から外部に噴出された霧を冷却するようにしたので、霧化する液体が例え加熱されていても、霧噴出口から外部に噴出された霧の冷感を高めることができ、霧の噴射を受ける対象物として、冷却効果を必要とするものに対しても適用することができる。

請求項２の発明によれば、送風手段から気体噴出通路を経て噴霧口近傍に気体が流出するので、噴霧口から噴出した霧を効率よく冷却することができる。

請求項３の発明によれば、霧噴出口の周囲から気体が流出するので、噴霧口から噴出した霧をさらに効率よく冷却することができる。

請求項４または６の発明によれば、霧を冷却するための専用の送風手段を設ける必要がなく、部品点数の増加を抑えて構造を簡素化しつつ、霧噴出口から外部に噴出された霧の冷感を高めることができる。

請求項５の発明によれば、噴霧口から噴出した霧と気体噴出口から噴出する気体との交差部に、霧の噴射を受ける対象物を位置させることで、気体噴出口から噴出する気体によって、霧噴出口から噴出された霧を冷却できると同時に、霧の噴射を受ける対象物も冷却できるので、対象物に対する冷却効果をより高めることができる。

請求項７の発明によれば、霧化させる前の液体を加熱することで殺菌効果が得られ、殺菌のため加熱した液体を霧化しても、その霧を冷却することで、霧の冷感を確保することができる。

請求項８の発明によれば、超音波振動を利用した霧化では、沸騰によるスチームや、微細管やベンチュリー管を利用した噴霧などでは達成できない、細かく均一で感じのよい霧を低消費電力で生成できるため、さらに高い冷感が得られる霧発生装置として有効である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施形態を示す霧発生装置の断面図である。

この霧発生装置は、超音波振動によって霧を発生させる超音波霧発生装置であり、容器１の例えば円形の底部３には、開口部３ａを形成し、この開口部３ａに霧生成手段としての超音波振動子５を設置している。

超音波振動子５は、一般的にチタン酸ジルコン酸鉛系材料（ＰＺＴ）で作った円板形のものが用いられる。このような超音波振動子５は、ある周波数で共振するように厚みを制御しており、一般的には（１／２）λの厚みであり、例えば１ＭＨｚ駆動用であれば２ｍｍ程度、１．６ＭＨｚ駆動用であれば１．２ｍｍ程度としている。

また、超音波振動子５は、液体を霧化する際に直接液体に接すると、疲労破壊や腐食などにより劣化するため、通常は図２（ａ）に示すように、超音波振動子５の表面にＮｉなどの金属膜７を被覆するか、図２（ｂ）のように板状もしくはキャップ状のホーン８を被せている。

本実施形態では、図１に示すように、金属膜７を被覆したものを採用しており、この金属膜７を被覆した超音波振動子５を、図１のように保持具９内に収容固定し、該保持具９を前記した容器１の底部３に固定している。

保持具９は、底部３の開口部３ａ側に貫通孔９ａを設けて容器１内の液体１１に金属膜７を露出させ、金属膜７と反対側にも貫通孔９ｂを設けてリード線１３，１５をこの貫通孔９ｂから外部に引き出している。

なお、超音波振動子５の表裏両面には、薄電極１７，１９を設けており、表側の薄電極１７は裏側に端部を回り込ませて、これら各薄電極１７，１９に前記したリード線１３，１５をそれぞれ接続している。

上記した金属膜７やホーン８は、超音波振動子５の振動を妨げないように設計されており、金属膜７においては０．１ｍｍ以下の薄膜に設計し、またホーン８は、接続した超音波振動子５の周波数で１波長共振するように設計することにより、超音波振動子５と合わせた超音波振動ブロックとして所望の周波数で高効率に共振するよう設計する。

また、超音波振動子５は、液体１１の液面１１ａで反射した超音波振動が超音波振動子５方向へ反射するなどの乱反射を起こさないように、水平面（液面１１ａ）に対して傾斜して設置している。

前記した容器１は、底部３の外周縁から上方に延びる円筒部２１を備え、円筒部２１の上端に円錐部２３をさらに備えている。円錐部２３の上端には小径の円筒部２５を備え、該円筒部２５の上端には、側方に屈曲する霧放出部２７を備え、霧放出部２７の先端に、容器１の外部に霧を噴出する霧噴出口２９を設けている。

円筒部２１の図１中で左側の側部には、給水タンク３１を取り付け、給水タンク３１の容器１側の下部には、給水管３３を下方に向けて突出させて設け、この給水管３３の下端を、容器１の底部３から側方に突出した膨出部３５の上部開口３５ａに挿入している。

また、上記した膨出部３５近傍の容器１内には、容器１内の液体１１の水位（液面１１ａ）を検出する水位センサ３７を設けている。一方、給水管３３には図示しない例えば電磁弁を設け、水位センサ３７によって容器１内の液体１１の水位が常に一定となるよう前記した電磁弁を開閉制御する。

これにより、容器１内の液体１１の水位が、超音波振動による霧生成に最適なものとなり、超音波振動子５の無負荷運転を抑制するとともに、超音波振動がその指向性により最適な位置で集中して発生し、液面を押し上げ安定した霧化量を確保できる。

また、容器１における給水タンク３１を設けた位置と反対側の下部には、容器１内の霧化させる前の液体１１を加熱する液体加熱手段としてのヒータ３９を設置している。さらに、このヒータ３９の上部の円筒部２１には、霧搬送空気通路４１を形成する霧搬送空気配管４３を連通接続し、霧搬送空気通路４１には霧搬送手段としての霧搬送ファン４５を設置している。なお、霧搬送空気通路４１の容器１内の開口部４１ａは、液面１１ａに向けて開口している。

霧搬送空気通路４１に霧搬送ファン４５を設けることで、超音波振動によって微粒化した液体４６が、温度や重力により落下するのを抑制し、この微粒化した液体４６を霧噴出口２９まで搬送する。

そして、容器１の上部における前記した円筒部２５および霧放出部２７に対し、これらの周囲を囲むようにして気体噴出管である空気噴出管４７を設け、この空気噴出管４７と円筒部２５および霧放出部２７との間に気体噴出通路としての空気噴出通路４９を形成し、空気噴出通路４９の先端を、霧噴出口２９よりも噴出方向前方へ突出させて送風口４９ａとしている。

図３は、空気噴出管４７の前方（図１中で左側）から見た霧噴出口２９と送風口４９ａを示している。これによれば、円形の送風口４９ａの中心に、同心円状に小径の送風口４９ａを配置した構成となっている。

また、空気噴出管４７の送風口４９ａと反対側の基部側下部には、気体導入口である空気導入口５１を設け、空気導入口５１近傍には、空気噴出通路４９に気体としての空気を送り込む送風手段としての霧冷却ファン５３を設置する。この霧冷却ファン５３と空気噴出通路４９とで、霧噴出口２９から外部に噴出された霧５５を冷却する冷却手段を構成している。

次に作用を説明する。超音波振動子５から発生した超音波振動は、金属膜７（またはホーン８）を伝達し、ヒータ３９によって加熱されて殺菌された液体１１中を伝播して液面１１ａに到達する。

ここで、液面１１ａに到達した超音波振動５は液面１１ａを振動させ、液体１１中における超音波振動が強力となって音の放射圧が高まり、指向性をもった液柱を発生させ、液柱表面に発生する表面波５７の干渉から液体１１の衝突や引きちぎり合いが生じ、これが液体１１の表面張力に打ち勝つことで液体１１を微粒子化した液体４６として霧化させる。

そして、この微粒子化した液体４６は、霧搬送ファン４５の作動により外部から導入した空気が容器１内の下部に導入されることで、容器１内を上方に向けて運ばれ、霧噴出口２９から霧５５となって容器１の外部に噴出する。

これと同時に、霧冷却ファン５３の作動により、空気導入口５１から空気噴出通路４９内に空気を導入し、送風口４９ａから、霧噴出口２９からの霧５５の噴出方向とほぼ平行な状態で外部に噴出する。このとき噴出する空気は、霧噴出口２９から噴出した霧５５に対し、周囲を囲むようにして追い風となってその後霧５５の中に混入しながら霧５５を冷却する。そしてこの冷却された霧５５が、霧５５の噴射を受ける対象物である例えば人の顔５９に向けて噴射される。

この際、図３に示すように環状に設けた送風口４９ａの中心部に霧噴出口２９を設けることで、霧噴出口２９からの霧５５に対して高効率に空気を当てることができ、冷却効果をより高めることができる。

また、送風口４９ａからの空気を受けた霧５５は、保有する熱量を空気により奪われ、さらに噴霧速度が加速されることでも空気により熱量が奪われる。そして、被噴霧部である顔５９に届くまでに冷えた霧５５となっている上、霧５５が顔５９に付着した後にさらに顔５９に風があたることにより、気化熱として顔５９からの熱量を奪う仕組みとなっており、霧自身の冷たさに加えて冷感をさらに向上できるという利点がある。

このようにして冷却された霧５５を顔５９に噴射された人は、霧５５の冷感が強く感じられ、また、液体１１はヒータ３９の加熱により殺菌されているので、液体１１の安全性も確保することができ、美容に好適なものとなり、またこの美容のほか、室内などに対する加湿、医療現場での治療、野菜など生鮮品に対する保冷（保温）などの処理についても適したものとなる。

なお、霧化する前の液体１１は、ヒータ３９によって、７０℃以上の温度を１分以上確保することが望ましい。これにより、レジオネラ菌や大腸菌などの病原菌の発生、繁殖を抑えることができる。

図４は、液体１１を６０℃、７０℃及び８０℃にそれぞれ加熱した場合の加熱保持時間に対する、大腸菌と耐熱性が同等である黄色ブドウ球菌の菌数の変化を示している。これによれば、液体１１を７０℃以上に加熱して１分以上保持することで、菌はほぼ検出されなくなり、滅菌されていることがわかる。

これにより、本霧発生装置から生成される霧の安全性を確保することができ、例え供給水に温水を用いても冷たい霧を生成できて冷感を得ることができるため、安全で冷たい霧を生成できることになる。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施形態を示す霧発生装置の断面図である。

この霧発生装置は、前記図１に示した第１の実施形態に対し、空気噴出管４７を容器１の円錐部２３から円筒部２１に沿って下方に延ばして連通路６１を形成し、この連通路６１の下端を、容器１内の下部における霧生成部近傍（液面１１ａの近傍）に、開口部６１ａを介して連通接続したものであり、図１における霧搬送空気配管４３を廃止している。

そして、図１では、霧搬送ファン４５と霧冷却ファン５３とを別々に設けて、ファンを２個設置しているが、本実施形態では、連通路６１に、図１における霧搬送ファン４５と霧冷却ファン５３の各機能を兼用する１個の兼用ファン６３を設置している。すなわち、ここでの霧搬送手段は、気体噴出通路に気体を送る送風手段を兼用していることになる。また、兼用ファン６３の近傍の連通路６１には外部に開口する空気導入口６５を設けている。その他の構成については、図１のものと同様である。

したがって、この実施形態においては、兼用ファン６３の作動により、空気導入口６５から導入した空気は、その一部が下方に流れて容器１内に流出し、超音波振動により微粒化した液体４６を霧噴出口２９に向けて搬送すると同時に、残りの一部が空気噴出通路４９内に向けて流れ、送風口４９ａから外部に噴出する。

このとき送風口４９ａから噴出する空気は、第１の実施形態と同様に、霧噴出口２９から噴出した霧５５を冷却する。

上記した第２の実施形態によれば、霧５５を冷却するための専用の霧冷却ファンを設ける必要がなく、１個の兼用ファン６３が、容器１内の微粒化した液体４６を霧噴出口２９まで搬送する機能と、霧噴出口２９から噴出した霧５５を冷却する機能とを兼用するので、部品点数の増加を抑えて構造を簡素化しつつ、霧噴出口２９から外部に噴出された霧５５の冷感を高めることができる。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施形態を示す霧発生装置の断面図である。

この霧発生装置は、前記図１に示した第１の実施形態に対し、給水タンク３１を設けた位置の円筒部２１の側部に、上方に向けて空気を噴出する空気噴出管６７を、図１の空気噴出管４７に代えて設けている。なお、図１に示してある給水タンク３１については、本実施形態では、容器１における円筒部２１の図６中で紙面に直交する表側もしくは裏側に取り付けるものとする。

空気噴出管６７は、先端の気体噴出口としての空気噴出口６９側が先細となるように円錐形状を呈し、下部に空気導入口７１を備え、内部に送風手段となる霧冷却ファン７３を、図１の霧冷却ファン５３に代えて設置している。

上記した霧冷却ファン７３の作動によって、空気導入口７１から導入した空気は、上方でかつ容器１から離れる方向の図６中で左斜め上に向けて噴出し、この噴出方向は、霧噴出口２９から噴出した霧５５の進行方向に対して交差している。その他の構成については、図１のものと同様である。

第３の実施形態では、霧冷却ファン７３の作動によって空気噴出口６９から噴出する空気が、霧噴出口２９から噴出した霧５５と交差するので、霧５５を冷却し、かつこの交差部近傍に人の顔５９を近づけることで、冷却した霧５５が顔５９に接触して冷感を強く感じるとともに、空気噴出口６９からの空気も顔５９に吹き付けられるので、気化熱として熱量が奪われ、冷感をさらに強く感じることとなる。

［第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施形態を示す霧発生装置の断面図である。

この霧発生装置は、前記図６に示した第３の実施形態に対し、空気噴出管６７を容器１の円筒部２１に沿って下方に延ばして連通路７５を形成し、この連通路７５の下端を、容器１内の下部における霧生成部近傍（液面１１ａ近傍）に、開口部７５ａ介して連通接続したものであり、図６における霧搬送空気配管４３を廃止している。

そして、図６では、霧搬送ファン４５と霧冷却ファン７３とを別々に設けて、ファンを２個設置しているが、本実施形態では、連通路７５に、図６における霧搬送ファン４５と霧冷却ファン７３の各機能を兼用する１個の兼用ファン７７を設置している。すなわち、ここでの霧搬送手段は、霧噴出口２９から噴出した霧の進行方向に対して交差する方向に向けて気体を送る送風手段を兼用していることになる。また、兼用ファン７７の近傍の連通路７５には外部に開口する空気導入口７９を設けている。その他の構成については、図６のものと同様である。

したがって、この実施形態においては、兼用ファン７７の作動により、空気導入口７９から導入した空気は、その一部が下方に流れて容器１内に流出し、超音波振動により微粒化した液体４６を霧噴出口２９に向けて搬送すると同時に、残りの一部が霧噴出口２９から噴出した霧５５と交差するので、この霧５５を冷却し、かつこの交差部近傍に人の顔５９を近づけることで、冷却した霧５５が顔５９に接触して冷感を強く感じることになり、上記図６に示した第３の実施形態と同様な効果を得ることができる。

また、第４の実施形態によれば、霧５５を冷却するための専用の霧冷却ファンを設ける必要がなく、１個の兼用ファン７７が、容器１内の微粒化した液体４６を霧噴出口２９まで搬送する機能と、霧噴出口２９から噴出した霧５５と交差する方向に空気を噴出する機能とを兼用するので、部品点数の増加を抑えて構造を簡素化しつつ、霧噴出口２９から外部に噴出された霧５５の冷感を高めることができる。

なお、前記した各実施形態では、ヒータ３９を容器１内に設置しているが、これに限らず、例えば図５に対応する図８に示すように、給水タンク３１内にヒータ３９を設けてもよく、また、特に図示しないが、給水タンク３１から容器１に至る経路途中に設けてもよい。

本発明の第１の実施形態を示す霧生成装置の断面図である。（ａ）は超音波振動子の表面に金属膜を被覆した例を示す超音波振動ブロックの断面図、（ｂ）は超音波振動子にキャップ状のホーンを被せた例を示す超音波振動ブロックの断面図である。図１の空気噴出管の前方から見た霧噴出口と送風口の形状を示す正面図である。霧化する液体を６０℃、７０℃および８０℃にそれぞれ加熱した場合の加熱保持時間に対する、黄色ブドウ球菌の菌数の変化を示す特性図である。本発明の第２の実施形態を示す霧発生装置の断面図である。本発明の第３の実施形態を示す霧発生装置の断面図である。本発明の第４の実施形態を示す霧発生装置の断面図である。図５に対し、ヒータを給水タンク内に設置した例を示す霧発生装置の断面図である。

符号の説明

１容器
５超音波振動子（霧生成手段）
１１液体
２９霧噴出口
３９ヒータ（液体加熱手段）
４５霧搬送ファン（霧搬送手段）
４９空気噴出通路（冷却手段）
５３，７３霧冷却ファン（送風手段，冷却手段）
５５霧
６１，７５連通路
６３，７７兼用ファン（送風手段を兼用する霧搬送手段）
６９空気噴出口

Claims

液体を霧化させて霧を生成する霧生成手段と、この霧生成手段により生成した霧を収容する容器に設けられて該容器の外部に霧を噴出する霧噴出口と、前記容器内の霧を前記霧噴出口に送る霧搬送手段とを備えた霧発生装置において、前記霧噴出口から外部に噴出された霧を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする霧発生装置。
前記冷却手段は、前記霧噴出口近傍に設けた気体噴出通路と、この気体噴出通路に気体を送る送風手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の霧発生装置。
前記気体噴出通路は、前記霧噴出口の周囲に位置して環状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の霧発生装置。
前記冷却手段は、前記霧噴出口近傍に設けた気体噴出通路と、この気体噴出通路と前記容器内の霧生成部近傍とを連通する連通路とをそれぞれ備え、この連通路内に前記霧搬送手段を設け、この霧搬送手段は、前記気体噴出通路に気体を送る送風手段を兼用していることを特徴とする請求項１に記載の霧発生装置。
前記冷却手段は、前記霧噴出口から噴出した霧の進行方向に対して交差する方向に向けて気体を噴出する気体噴出口と、この気体噴出口に気体を送る送風手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の霧発生装置。
前記冷却手段は、前記霧噴出口から噴出した霧の進行方向に対して交差する方向に向けて気体を噴出する気体噴出口と、この気体噴出口と前記容器内の霧生成部近傍とを連通する連通路とをそれぞれ備え、この連通路内に前記霧搬送手段を設け、この霧搬送手段は、前記霧噴出口から噴出した霧の進行方向に対して交差する方向に向けて気体を送る送風手段を兼用していることを特徴とする請求項１に記載の霧発生装置。
霧化させる前の前記液体を加熱する液体加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか1項に記載の霧発生装置。
前記霧生成手段は、超音波振動を発生させる超音波振動子を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか1項に記載の霧発生装置。