JP2010054107A - 超音波加湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタの電流増幅率のばらつきや商用電源の電圧ばらつきに左右されずに、必要な可視ミストの散布量を一定に保つことができる超音波加湿装置を得る。
【解決手段】貯水タンク２に配置される超音波振動子３をインダクタンス成分とするＬＣ発振回路を備える制御部４は、ＬＣ発振回路を駆動するトランジスタのベース電流供給経路に与える抵抗値を制御信号に従って増減変更できる抵抗値可変素子と、電源からの入力電流を検出する電流検出回路と、電源からの入力電圧を検出する電圧検出回路と、ミスト１０の必要量との関係で定められる当該制御部での目標電力と検出された前記入力電圧とから当該制御部への入力電流の目標値を算出し、該算出した目標電流値と検出された前記入力電流との大小比較の結果に基づき、前記抵抗値の増減を指示する前記制御信号を生成する制御回路とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、超音波加湿装置に関するものである。

この発明が対象とする超音波加湿装置は、水を注入した貯水タンクの底部に配置した超音波振動子をＬＣ発振回路の要素Ｌに組み込んで振動させ、超音波振動子の配置位置直上の水面で発生したミスト（霧）を室内に散布して、室内に可視できるミスト（以降、「可視ミスト」という）が充満した可視ミスト空間を生成する装置である。

したがって、この発明が対象とする超音波加湿装置では、室内にユーザが希望する可視ミスト空間を生成できるように、室内に散布するミストの量を適切に制御できることが必要である。

例えば、特許文献１では、雰囲気湿度を検出する湿度センサを搭載し、室内の湿度が所望値になるまで、超音波振動子をインダクタンス成分とするＬＣ発振回路を駆動するトランジスタのベース電流を増加させてミスト量を増加させ、室内の湿度が所望値になると、トランジスタのベース電流を減少させてミスト量を減少させる方法が開示されている。

この特許文献１に記載の技術では、ミスト量が増減するので、室内にユーザが希望する可視ミスト空間を安定的に生成することはできないが、特許文献１に開示されているミスト量の調節方法は、採用することができる。

特開昭６２−２４８９５０号公報

ところが、ＬＣ発振回路を駆動するトランジスタのベース電流を制御してミスト量の調節を行う場合、当該トランジスタの電流増幅率は、個々の製品で異なり、ばらつきがあるので、必要なミスト量を得るには、電流増幅率のばらつきを吸収するために、超音波振動子をインダクタンス成分とするＬＣ発振回路を含む制御部を製作する過程で、ベース電流の調整作業を人手により行う必要がある。

しかし、このベース電流の調整は、実際に用いる超音波振動子に代わる擬似負荷を接続して行うため、擬似負荷と実負荷との相関ばらつきと、当該超音波加湿装置の駆動電源である商用電源の電圧ばらつきとにより、発生するミスト量にばらつきが発生する。発生するミスト量が少ないと、散布したミストが見えにくくなる。一方、発生するミスト量が多くなると、可視ミストは生成できるが、ＬＣ発振回路の損失が大きくなり、回路部品が発熱するという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、トランジスタの電流増幅率のばらつきや商用電源の電圧ばらつきに左右されずに、必要な可視ミストの散布量を一定に保つことができる超音波加湿装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明は、超音波加湿装置において、貯水タンクに配置される超音波振動子をインダクタンス成分とするＬＣ発振回路を備える制御部は、前記ＬＣ発振回路を駆動するトランジスタにベース電流を供給する経路に介在して設けられる抵抗素子であって当該ベース電流供給経路に与える抵抗値を制御信号に従って増減変更できる抵抗値可変素子と、電源からの入力電流を検出する電流検出回路と、電源からの入力電圧を検出する電圧検出回路と、必要なミスト量との関係で定められる当該制御部での目標電力と検出された前記入力電圧とから当該制御部への入力電流の目標値を算出し、該算出した目標電流値と検出された前記入力電流との大小比較の結果に基づき、前記抵抗値の増減を指示する前記制御信号を生成する制御回路とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、トランジスタにベース電流を、人手による調整作業を要さずに、実際の運転時に自動的に最適値に調整することができるので、トランジスタの電流増幅率のばらつきや商用電源の電圧ばらつきに左右されずに、必要な可視ミストの散布量を一定に保つことができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる超音波加湿装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超音波加湿装置の全体構成を示す断面概略図である。図１において、超音波加湿装置１は、貯水タンク２と、超音波振動子３と、制御部４と、モータ５及び送風用ファン６と、吐出口７とを備えている。なお、図１では、超音波加湿装置１の加湿運転を統括制御する上位装置は示されていない。

貯水タンク２には、水道管（図示せず）が接続されている。その水道管の途中に設けられた電磁弁（図示せず）を開閉して、貯水タンク２内に水８が供給される。超音波振動子３は、貯水タンク２の底部外面に取り付けられ、制御部４に電気的に接続されている。制御部４は、例えば図２に示すように、超音波振動子３をインダクタンス成分とするＬＣ発振回路１６を備え、そのＬＣ発振回路１６の発振動作を制御して超音波振動子３を振動させ、超音波振動子３の配置位置直上の水面に適切な量のミスト９を連続的に発生させる。

超音波加湿装置１は、このようにして発生したミスト９をモータ５及び送風用ファン６により吐出口７からミスト１０として外部（室内）に排出する構成である。吐出口７から排出されるミスト１０は、粒子径が５μｍ〜２０μｍであり、人の目で白く確認できるものである。

図２は、図１に示す制御部４の構成例を示す回路図である。図２において、商用電源１３の交流電圧は、絶縁トランス１４にて降圧され、ダイオードブリッジ構成の全波整流回路１５にて直流電圧に変換される。

全波整流回路１５の負極端子（−）には、電流検出回路であるシャント抵抗器１７の一端が接続されている。全波整流回路１５の正極端子（＋）とシャント抵抗器１７の他端との間に、平滑用コンデンサＣ１と、電圧検出回路である抵抗器Ｒ１，Ｒ２の直列回路と、ベース電流生成回路である抵抗器Ｒ３，Ｒ４の直列回路と、ＬＣ発振回路１６とが並列に接続されている。

そして、制御回路（図２では「マイコン」としている）１８と、抵抗値可変素子であるディジタルポテンショメータ（ＤＰ）１９とが設けられている。シャント抵抗器１７が検出した入力電流２０は、マイコン１８に入力される。抵抗器Ｒ１，Ｒ２の直列回路の接続端に出力される分圧電圧は、入力電圧２１としてマイコン１８に入力される。

ＤＰ１９は、図２では出力回路の抵抗値可変部分のみを示すが、その出力回路の抵抗値をマイコン１８からの制御信号（ディジタル信号）が示す値に設定するように動作する。

ＬＣ発振回路１６は、トランジスタＴＲと、超音波振動子３と、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４と、インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３とで構成されている。トランジスタＴＲのコレクタ端子は、全波整流回路１５の正極端子（＋）に接続され、エミッタ端子は、インダクタＬ３，Ｌ２を介してシャント抵抗器１７の他端に接続されている。トランジスタＴＲのベース端子は、インダクタＬ１，ＤＰ１９を介して抵抗器Ｒ３，Ｒ４の直列回路の接続端に接続されている。

トランジスタＴＲのコレクタ端子には、超音波振動子３の一端とコンデンサＣ４の一端とが接続されている。トランジスタＴＲのベース端子には、超音波振動子３の他端がコンデンサＣ２を介して接続され、また、コンデンサＣ３の一端が接続されている。コンデンサＣ４の他端とコンデンサＣ３の他端とは、共通にインダクタＬ３を介してトランジスタＴＲのエミッタ端子に接続されている。

これらの要素のうち、トランジスタＴＲと、超音波振動子３と、コンデンサＣ３と、コンデンサＣ４とが、周知のコルピッツ発振回路を構成している。インダクタＬ２は、発振動作に必要な電位差を形成する働きをする。インダクタＬ１は、トランジスタＴＲのベース電流が逆向きに流れるのを阻止する働きをする。インダクタＬ３とコンデンサＣ２は、発振動作を安定化させる働きをする。

このＬＣ発振回路１６の発振周波数ｆは、超音波振動子３のインダクタンス成分をＬとすれば、コンデンサＣ３，Ｃ４の合成容量値Ｃ（Ｃ＝Ｃ３×Ｃ４／（Ｃ３＋Ｃ４））を用いて、ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））と表せる。

発振開始に合わせてトランジスタＴＲが動作することで、超音波振動子３が振動して貯水タンク２の水８がミスト化する。超音波振動子３には、トランジスタＴＲの電流増幅率に応じた電流が流れる。この電流がシャント抵抗器１７にて検出され、入力電流２０としてマイコン１８に入力される。また、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の直列回路の接続端から入力電圧２１がマイコン１８に入力される。

ここで、入力電流２０が大きいと、超音波振動子３の運動エネルギーが大きくなり、散布するミスト１０の量が多くなる。また、逆に、入力電流２０が小さいと、超音波振動子３の運動エネルギーが小さくなり、散布するミスト１０の量が少なくなる。すなわち、制御部４の消費電力（入力電流２０×入力電圧２１）は、散布するミスト１０の量と比例関係にある。

そこで、マイコン１８は、図３に示す手順によって、ＤＰ１９の抵抗値を増減調整してＬＣ発振回路１６の発振動作を制御することで、超音波振動子３の励振を強弱制御するように構成されている。

図３は、図２に示す制御回路（マイコン）１８のベース電流調整動作を説明するフローチャートである。なお、処理手順を示すステップは、単に「ＳＴ」と略記する。また、入力電流２０は、入力電流Ｉｉｎと表記し、入力電圧２１は、入力電圧Ｖｉｎと表記して用いる。

図３において、ＳＴ１では、マイコン１８は、運転時において監視タイミングが到来すると、入力電流Ｉｉｎと入力電圧Ｖｉｎとを取り込む。ＳＴ２では、マイコン１８は、制御部４の消費電力として必要なミスト量との関係で定められる目標電力Ｗｔを、取り込んだ入力電圧Ｖｉｎで割り算して、その目標電力Ｗｔを確保するための目標電流Ｉｔを算出する。次のＳＴ３〜ＳＴ７では、マイコン１８は、取り込んだ入力電流Ｉｉｎと算出した目標電流Ｉｔとの大小比較の結果に基づき、ＤＰ１９の抵抗値を増減調整する。

すなわち、最初は、目標電流Ｉｔ＝入力電流Ｉｉｎではないので（ＳＴ３：Ｎｏ）、目標電流Ｉｔ＞入力電流Ｉｉｎであるか否かを判定する（ＳＴ４）。その結果、目標電流Ｉｔ＞入力電流Ｉｉｎであれば（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、ＤＰ１９に対して抵抗値を所定値低下させる制御信号を出力して（ＳＴ５）、ＳＴ１に戻る。これによって、トランジスタＴＲのベース電流が増加し、超音波振動子３の励振強度が増加する。また、逆に、目標電流Ｉｔ＜入力電流Ｉｉｎであれば（ＳＴ４：Ｎｏ）、ＤＰ１９に対して抵抗値を所定値増加させる制御信号を出力して（ＳＴ６）、ＳＴ１に戻る。これによって、トランジスタＴＲのベース電流が低下し、超音波振動子３の励振強度が低下する。

マイコン１８は、監視タイミングが到来するたびに、ＳＴ１〜ＳＴ６の処理を行い、その繰り返し過程でのＳＴ３において、目標電流Ｉｔ＝入力電流Ｉｉｎになると（ＳＴ３：Ｙｅｓ）、ＤＰ１９に対して直前において調整した抵抗値を保持させる制御信号を出力して（ＳＴ７）、ＳＴ１に戻る。これによって、トランジスタＴＲに適切な値のベース電流が供給されるので、超音波振動子３は、散布するミスト１０を必要量生成するように励振される。

なお、入力電流２０の検出は、シャント抵抗器１７に代えて、絶縁トランス１４の二次側の一端と全波整流回路１５の対応する入力端との間に設けた破線で示すカレントトランス２２によって行ってもよい。

また、ＤＰ１９は、図１では、抵抗器Ｒ３，Ｒ４の接続端とトランジスタＴＲのベース端子との接続ラインに介在させたが、抵抗器Ｒ３または抵抗器Ｒ４の位置に配置してもよい。これによってもベース電流を調整することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、トランジスタのベース電流を、人手による調整作業を要さずに、実際の運転時において、入力電流と入力電圧とを監視して自動的に最適値に調整することができるので、トランジスタの電流増幅率のばらつきや商用電源の電圧ばらつきに左右されずに、可視ミストの散布量を必要な一定量に保つことができる。

そして、常に最適な消費電力で超音波振動子を振動させることができるので、回路部品（絶縁トランス１４や全波整流回路１５、抵抗器Ｒ３，Ｒ４、トランジスタＴＲ）の無駄な発熱を抑制した効率の良い運転を行うことができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による超音波加湿装置が備える制御部の構成例を示す回路図である。この実施の形態２による超音波加湿装置は、図１（実施の形態１）に示した構成を有するが、そこでの制御部４に、この実施の形態２では、若干の機能を追加してある。

図４に示すように、この実施の形態２による制御部４が備える符号を変えたマイコン２５には、外部から運転モードの指定が入力される。運転モードとは、例えば、ミスト１０の散布量が少ないくつろぎ運転や散布量が多い潤い運転などである。マイコン２５は、運転モードとそれに対するミスト量（目標電力）との関係テーブルを備え、図５に示す手順で、運転モード毎にベース電流を調整する制御を行うように構成されている。

図５は、図４に示す制御回路（マイコン）２５のベース電流調整動作を説明するフローチャートである。なお、図５では、図３（実施の形態１）に示した処理手順と同一ないしは同等である処理手順には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

図５に示すように、マイコン２５は、運転時において監視タイミングが到来すると、入力電流Ｉｉｎと入力電圧Ｖｉｎとを取り込む（ＳＴ１）と共に、上記した関係テーブルを参照して、外部から入力される運転モードに対する目標電力を選択し（ＳＴ１０）、選択した目標電力に対する目標電流Ｉｔｎを算出する（ＳＴ２）。以降、図３（実施の形態１）と同様の処理（ＳＴ３〜ＳＴ７）が行われる。

以上のように、この実施の形態２によれば、目標電力に応じてベース電流を適切に調整できるので、例えば、読書をしてゆっくりくつろぎたい場合にはミスト１０の散布量を少なくし、潤い感を重視したい場合にはミスト１０の散布量を多くするように、ユーザの使用目的に応じてミスト１０の散布量を可変することができる。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による超音波加湿装置が備える制御部の構成例を示す回路図である。この実施の形態３による超音波加湿装置は、図１（実施の形態１）に示した構成を有するが、そこでの制御部４に、この実施の形態３では、若干の機能を追加してある。

図６に示すように、この実施の形態３による制御部４では、トランジスタＴＲの温度を検出する温度検出器（例えばサーミスタ）３０が設けられている。符号を変えたマイコン３１には、入力電流２０，入力電圧２１の他に、温度検出器３０が検出したトランジスタ温度３２が入力される。

マイコン３１は、トランジスタＴＲの温度が異常であると判定する閾値温度が設定されている。マイコン３１は、図７に示す手順で、閾値温度に基づきトランジスタ温度３２に対する処理を行う。

図７は、図６に示す制御回路（マイコン）３１のベース電流調整動作を説明するフローチャートである。なお、図７では、図３（実施の形態１）に示した処理手順と同一ないしは同等である処理手順には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。図７では、トランジスタ温度３２をトランジスタ温度Ｔｑと表記し、閾値温度をＴｅと表記している。

図７に示すように、マイコン３１は、運転時において監視タイミングが到来すると、入力電流Ｉｉｎと入力電圧Ｖｉｎとを取り込むと共に、トランジスタ温度Ｔｑを取り込む（ＳＴ１５）と、まず、トランジスタ温度Ｔｑが閾値温度Ｔｅよりも小さいか否かを判定する（ＳＴ１６）。

その結果、トランジスタ温度Ｔｑが閾値温度Ｔｅよりも小さい場合は（ＳＴ１６：Ｙｅｓ）、マイコン３１は、図３（実施の形態１）に示した処理（ＳＴ２〜ＳＴ７）を実行する。

一方、トランジスタ温度Ｔｑが閾値温度Ｔｅよりも大きい場合は（ＳＴ１６：Ｎｏ）、マイコン３１は、ＤＰ１９に対して抵抗値を無限大にさせる制御信号を出力する（ＳＴ１７）。これによって、トランジスタＴＲに供給するベース電流がゼロになり、加湿運転が停止する。

以上のように、この実施の形態３によれば、検出したトランジスタ温度が閾値温度を超える場合、加湿運転を停止するようにしたので、超音波振動子の故障、超音波振動子の接続不良などの不具合によるＬＣ発振回路の故障を防止することができる。なお、実施の形態３では、実施の形態１への適用例を示したが、実施の形態２にも同様に適用することができる。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４による超音波加湿装置の全体構成を示す断面概略図である。なお、図８では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。

図８に示すように、この実施の形態４による超音波加湿装置３５では、超音波振動子と制御部の組が、複数組（３ａ，４ａ）（３ｂ、４ｂ）（３ｃ、４ｃ）設けられている。制御部４ａ，４ｂ，４ｃは、図２、図４、図６において全波整流回路１５以降の各回路で構成され、それぞれが絶縁トランス１４の二次側に並列に接続される構成である。超音波振動子３ａによってミスト９ａが発生し、超音波振動子３ｂによってミスト９ｂが発生し、超音波振動子３ｃによってミスト９ｃが発生する構成である。

この複数組（３ａ，４ａ）（３ｂ、４ｂ）（３ｃ、４ｃ）は、一緒に動作する個数（つまり超音波振動子の個数）または制御部４ａ，４ｂ，４ｃでの目標電力が運転モードに応じて選択され、選択された内容で動作するようになっている。

したがって、この実施の形態４によれば、ミストの散布量を使用目的に応じて広範囲に可変することができる。

以上のように、この発明にかかる超音波加湿装置は、トランジスタの電流増幅率のばらつきや商用電源の電圧ばらつきに左右されずに、必要な可視ミストの散布量を一定に保つことができる超音波加湿装置として有用である。

この発明の実施の形態１による超音波加湿装置の全体構成を示す断面概略図である。 図１に示す制御部の構成例を示す回路図である。 図２に示す制御回路（マイコン）のベース電流調整動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２による超音波加湿装置が備える制御部の構成例を示す回路図である。 図４に示す制御回路（マイコン）のベース電流調整動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態３による超音波加湿装置が備える制御部の構成例を示す回路図である。 図６に示す制御回路（マイコン）のベース電流調整動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態４による超音波加湿装置の全体構成を示す断面概略図である。

符号の説明

１，３５ 超音波加湿装置
２ 貯水タンク
３，３ａ，３ｂ，３ｃ 超音波振動子
４，４ａ，４ｂ，４ｃ 制御部
５ モータ
６ 送風用ファン
７ 吐出口
８ 水
９，１０ ミスト（霧）
１３ 商用電源
１４ 絶縁トランス
１５ 全波整流回路
１６ ＬＣ発振回路
１７ 入力電流検出回路としてのシャント抵抗器
１８，２５，３１ 制御回路（マイコン）
１９ 抵抗値可変素子としてのディジタルポテンショメータ（ＤＰ）
２２ シャント抵抗器に代わる入力電流検出回路としてのカレントトランス
３０ 温度検出器（サーミスタ）
ＴＲ トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２ 入力電圧検出回路を構成する抵抗器
Ｒ３，Ｒ４ ベース電流生成回路を構成する抵抗器
Ｃ１ 平滑用コンデンサ
Ｃ２ 発振動作安定化用のコンデンサ
Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ（ＬＣ発振回路の要素）
Ｌ１ インダクタ（逆流阻止用）
Ｌ２ インダクタ（発振動作に必要な電位差の生成用）
Ｌ３ インダクタ（発振動作安定化用）

Claims (4)

1. 超音波加湿装置において、貯水タンクに配置される超音波振動子をインダクタンス成分とするＬＣ発振回路を備える制御部は、
   前記ＬＣ発振回路を駆動するトランジスタにベース電流を供給する経路に介在して設けられる抵抗素子であって当該ベース電流供給経路に与える抵抗値を制御信号に従って増減変更できる抵抗値可変素子と、
   電源からの入力電流を検出する電流検出回路と、
   電源からの入力電圧を検出する電圧検出回路と、
   必要なミスト量との関係で定められる当該制御部での目標電力と検出された前記入力電圧とから当該制御部への入力電流の目標値を算出し、該算出した目標電流値と検出された前記入力電流との大小比較の結果に基づき、前記抵抗値の増減を指示する前記制御信号を生成する制御回路と
   を備えていることを特徴とする超音波加湿装置。
2. 前記目標電力は複数定められ、前記制御回路は、運転モードに応じて複数の前記目標電力の中から１つを選択して前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の超音波加湿装置。
3. 前記超音波振動子と前記制御部の組が、複数組設けられ、該複数組の全部または一部が運転モードに応じて選択されて動作することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波加湿装置。
4. 前記トランジスタの温度を検出する温度検出器が設けられ、
   前記制御回路は、前記温度検出器の検出温度が閾値を超えると、前記抵抗値を無限大にさせる前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波加湿装置。

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