JP2010091240A - 液体噴霧方法および噴霧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波を液体に印加すると、瞬間的に超高圧、超高温が発生することが知られており、液体の成分に少なからぬ影響を与えるわけである。従って、機能成分を含んだ液体の噴霧に超音波を利用する場合は、そのような、超音波の悪影響を最小限に止める機構とすることが必須となるのである。目的の液体を、噴霧時間に関係なく最後まで、超音波振動の影響による変化を受けないで噴霧できる超音波噴霧方法を提供する。
【解決手段】超音波振動子を利用した加湿器による液体の噴霧方法において、超音波エネルギーを受けて霧を発生させる超音波霧化容器に収容されている液体と、超音波霧化容器に供給するための液体を貯留する給水タンク内の液体が、相互に拡散混合することが無く、かつ給水タンク内の液体が超音波エネルギーを受けることが無いように隔離されている加湿器を使って噴霧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体の噴霧方法に関する。より詳しくは、超音波振動子を使用した噴霧方法に関する。

液体を微細粒子あるいは気化して噴霧することは色々な目的で行われている。従来から最も広く行われているのは加湿を目的とするものであるが、その他にも、脱臭、殺菌、冷房、加香等々の目的がある。最近では住環境の快適化や感染予防などを目的にした、室内の脱臭や殺菌を目的とした利用が増えている。特に老人介護施設、病院、不特定多数に人が集まる場所での感染症予防や脱臭には強い関心が持たれており、そのような機能を備えた加湿器の市場が形成されつつある。

噴霧の方法としては超音波振動、加熱、遠心、自然蒸発あるいはそれらを組み合わせた方法などが利用されており、それぞれに一長一短がある。それらのなかで、超音波を利用する方法は簡便さ、安全性の高さ、装置のコンパクトさ、低価格などの理由で広く普及したが、内部で微生物が発生することが問題となり、一時下火になった。しかし、昨今の需要の拡大に伴い、その優れた機能が見直され、微生物対策をした装置が次々と上市されつつある。

特許文献１に示したものは、水用のタンクとして、使い捨てのペットボトルを利用することで、タンク内の細菌汚染を防止するとともに、装置の小型化をねらったものである。一方、特許文献２は、噴霧する液体に、電解陽極水などの殺菌効果のあるものを使用し、器具内の細菌汚染防止と共に、室内の殺菌を目的としている。

特開２００２−４８３６４号公報 特開２００６−１４９９９５号公報

超音波を液体に印加すると、瞬間的に超高圧、超高温が発生することが知られており、産業的にはそれらの物理効果が粉砕、分散、混合及び化学反応促進などに利用されている。つまり、液体に超音波を印加すると、液体の成分に少なからぬ影響を与えることがあるわけである。従って、機能成分を含んだ液体の噴霧に超音波を利用する場合は、そのような、超音波の悪影響を最小限に止める機構とすることが必須となるのである。そのために必要なことは超音波に曝される時間を最小にすることである。

ところで、前出の特許文献１及び２では、それぞれ、水を貯留したペットボトルや水タンク等の給水タンクを加湿器にセットすると、給水タンクの口は常時開口状態となる。するとタンク等に貯留された水は超音波霧化容器に供給されるが、両者の液体は連続的に繋がって、所謂液絡状態となる。このような状態で超音波を印加すると、超音波霧化容器内の液体成分は徐々に変化するが、超音波による攪拌効果も加わって、混合拡散が起こり、給水タンク内の水も徐々に変化することになる。また、液絡のため、給水タンク内の水も直接超音波の影響を受けてしまう。このような状態では、早晩全体の水が変化してしまい、所定の噴霧の目的が達せられないことがあるのである。

そこで本発明者は、目的の液体を、噴霧時間に関係なく最後まで、超音波振動の影響による変化を受けないで噴霧できる超音波噴霧方法を提供することを、本発明が解決しようとする課題とした。

本発明者は、試験を重ねた結果、目的の液体が、噴霧時間に関係なく最後まで、超音波振動の影響による変化を受けないようにするには、超音波霧化容器に印加される超音波振動を給水タンクに伝えず、かつ、拡散混合によって給水タンク内の液体が超音波の影響を受けないように、超音波霧化容器と給水タンクが液体で繋がる液絡状態を無くせばよいという結論を得た。

そこで、超音波振動子を利用した加湿器による液体の噴霧方法であって、超音波エネルギーを受けて霧を発生させる超音波霧化容器に収容されている液体と、前記超音波霧化容器に供給するための液体を貯留する給水タンク内の液体が、相互に拡散混合することが無く、かつ前記給水タンク内の液体が超音波エネルギーを受けることが無いように隔離されている加湿器を使って噴霧する方法を、本課題解決手段の第1の態様とした。

或いは又、第1の態様において、隔離が、給水タンクから超音波霧化容器への給水配管上に配設された開閉弁によって行われることを、本課題解決手段の第２の態様とした。

或いは又、第1の態様において、隔離が、給水タンクから超音波霧化容器への給水配管上に配設されたポンプによって行われることを、本課題解決手段の第３の態様とした。

或いは又、第３の態様において、給水配管上に配設されたポンプがチューブポンプであることを、本課題解決手段の第４の態様とした。

或いは又、第２乃至４の何れかの態様において、給水タンクから超音波霧化容器への給水が、超音波霧化容器の液面を感知するセンサーの信号に応じて行われることを、本課題解決手段の第５の態様とした。

或いは又、第1乃至５の何れかの態様において、噴霧される液体が、超音波振動の影響を受けて性質が変化する液体であることを、本課題解決手段の第６の態様とした。

或いは又、第1乃至６の何れかの態様において、噴霧される液体が、殺菌効果のある液体であることを、本課題解決手段の第７の態様とした。

或いは又、第1乃至７の何れかの態様において、噴霧される液体が、塩素、次塩素酸イオン、次亜塩素酸分子、オゾン及び二酸化塩素で構成される群の中から選ばれた１以上を含む液体であることを、本課題解決手段の第８の態様とした。

或いは又、第８の態様において、噴霧される液体が、微酸性電解水であることを、本課題解決手段の第９の態様とした。

そして、第１乃至９の何れかに記載の方法を実施する機能を有する装置を、本課題解決手段の第１０の態様として、本発明を完成させた。

本発明の効果の概要は次の通りである。まず、超音波振動子を利用した加湿器による液体の噴霧方法において、超音波エネルギーを受けて霧を発生させる超音波霧化容器に収容されている液体と、供給するための液体を貯留する給水タンク内の液体が、相互に拡散混合することが無く、かつ給水タンク内の液体が超音波エネルギーを受けることが無いように隔離されている加湿器を使って噴霧することとしたことにより、給水タンク内に貯留されている液体は、長時間に亘る運転でも、超音波による影響を受けて変化する恐れがなくなったわけで、運転時間に関係なく常に機能を保持した液体を噴霧し続けることができるようになったのである。

さらに、給水タンクと超音波霧化容器の隔離が給水配管上に配設された開閉弁によって行われることとしたことにより、液絡が無くなり、両者間の液の拡散や混合が完全に解消され、超音波振動の給水タンクへの伝播も遮断された。又、超音波霧化容器への給水は開閉弁の開閉によって自由に行うことができるようになった。

さらに、給水タンクと超音波霧化容器の隔離が給水配管上に配設されたポンプによって行われることとしたことにより、液絡が無くなり、両者間の液の拡散や混合が完全に解消され、超音波振動の給水タンクへの伝播も遮断された。又、超音波霧化容器への給水はポンプの駆動停止によって自由に行うことができるようになり、供給量の調節も容易に行うことができるようになった。

さらに、給水配管上に配設されたポンプをチューブポンプとしたことにより、常時液絡状態が発生しないというチューブポンプの特性により、給水タンクと超音波霧化容器の隔離がより完全に行われることとなった。

さらに、給水タンクから超音波霧化容器への給水が、超音波霧化容器の液面を感知するセンサーの信号に応じて行われることとしたことにより、超音波霧化容器内の液面を任意の位置で一定に保つことができ、噴霧を途絶えさせることなく超音波の影響を受ける液量を最少に保つことを可能にした。

さらに、噴霧される液体が、超音波振動の影響を受けて性質が変化する液体であることとしたことで、超音波に対して不安定な性質の物質でも、超音波の影響を最少に保ちながら長時間連続噴霧することを可能にした。

さらに、噴霧される液体が、殺菌効果のある液体であることとしたことにより、超音波に対して不安定な殺菌成分を含む液体でも、超音波の影響を最少に抑えながら長時間連続噴霧することを可能にした。

さらに、噴霧される液体が、塩素、次亜塩素酸イオン、次亜塩素酸分子、オゾン及び二酸化塩素で構成される群の中から選ばれた１以上を含む液体であることとしたことにより、超音波に対してとくに不安定なこれらの成分を含む液体でも、超音波の影響を最少に抑えながら長時間連続噴霧することを可能にした。

さらに、噴霧される液体が、微酸性電解水であることとしたことにより、超音波に対して不安定な分子状次亜塩素酸を主成分として含む微酸性電解水の効果を維持したまま長時間連続噴霧することを可能にした。

そして、前述の何れかの方法を実施する機能を有する装置を提供したことにより、超音波の影響を受けやすい液体の噴霧を、超音波式でも実施可能にした。

本発明の理解を容易にするためにさらに詳しく最良の実施形態を説明するが、この内容は例示であり、本発明の範囲に関わるものではない。まず、超音波振動子を利用した加湿器とは、超音波の周波数で振動する振動板に液体を接触させ、液体を霧化させる方式の加湿器で、超音波のみで霧化する方式に限らず、他の物理エネルギー、例えば加熱などを組み合わせたものでもよい。そのような装置においては、噴霧する液体を貯留する給水タンクを備え、そこから霧化容器に液体を供給し、霧化容器内の振動板を超音波振動させ液体を霧化する方式になっているが、本発明は、この給水タンクと霧化容器間で、液体の拡散混合を防ぎ、さらに液体を通して超音波振動が伝わるのを防ぐために、液体の連続を無くし隔離するというものである。隔離の方法は多数考えられるが、両者間に、噴霧用の液体以外の物体を置き液体を分断したり、両者をつなぐ流路の一部を切断し、切断部位では液体を滴下によって霧化容器側に供給する方法などが可能である。

給水タンクと霧化容器間の液絡を無くし、かつ必要に応じて給水を行う方法として、両者を繋ぐ給水配管上に開閉弁を配設する方法がある。使用する開閉弁はどのような形式のものでも利用できる。例えば、ニードル弁、ボール弁、ゲート弁、軟質配管を圧迫遮蔽する形式のもの、などである。

前述と同じ目的は、給水タンクから霧化容器への給水配管上にポンプを配設する方法でも可能である。その場合に使用するポンプの種類はどのような方式のものでもよく、例えばダイヤフラムポンプ、ロータリーポンプ、プランジャーポンプ、遠心式ポンプなどが利用できる。中でもチューブポンプは吸引側の液と吐出側の液が常時分離された状態で運転されるため特に好都合である。

霧の発生を連続して安定に保つためには超音波霧化容器の液面を一定に保つのがよい。そのためには、霧化量と同一量の液を供給する方法がよいが、より簡便には、霧化容器の液面を感知するセンサーを用いて、そのセンサーの信号によって給水を制御する方法で行うことができる。用いる液面センサーとしては液体の種類や制御の方式によって選べばよいが、フロート式のもの、液体の導電性を利用する物、電気容量の変化を利用する物、超音波を利用するものなどが利用できる。

このような噴霧方法が必要とされるのは、超音波振動の影響を受けやすい液体である。つまり、超音波により、成分自体が変化するもの、成分毎の揮散速度が異なり、長時間のうちに組成が変化する物などである。そのようなものの例としては、殺菌剤、香料、保湿剤、アロマテラピー用薬剤などで、それらの噴霧に本発明は好適である。

中でも、室内等の殺菌目的で噴霧される薬剤には超音波の影響を受けやすいものがある。特に塩素系やオゾンなどを含むものは本発明の方法に依らないと、長時間安定的に効果を維持して噴霧することが困難である。そのような殺菌剤の例としては、次亜塩素酸イオン溶液、中和次亜塩素酸イオン水、二酸化塩素溶液、亜塩素酸イオン溶液、オゾン溶液、強酸性電解水、微酸性電解水などがある。中でも微酸性電解水は塩類を含まず、本発明の方法による噴霧にも好適である。

本発明による方法を実施する装置は、すでに知られている超音波噴霧装置に関する技術と、本明細書に詳細に記述した技術をもってすれば当業者であれば容易に実施できるものである。

本発明の的確な理解のために、さらに実施例を示し、説明する。
（試験１）
実際に、図2に模式図で示した構造の、一般的な超音波式加湿器を使って、本発明者が主張する、超音波による溶液成分への影響を試験した。この加湿器は次のように作動する。給水タンク（１２）に貯留された液体（１３）は、弁（１４）によって口が封止されているため流出することはないが、加湿器に図のように設置すると、弁の一部が加湿器側の突起（１７）に当たり押し上げられて開口部（１５）ができる。液体は開口部を通って霧化容器（１８）内に流入し、水位が１６の位置に来ると開口部が液体に没するため、タンク内への空気の流入が止まり、タンク内圧低下により液体の霧化容器側への流出が止まる。超音波発振機（１９）を作動させると霧化容器の水面に細霧が発生し、細霧は送気ファン（２０）により発生する気流により、ダクト（２１）を通り、噴霧口（２２）から排出される。霧化により霧化容器の水面が下がると、開口部から空気が給水タンク内に侵入し、その分溶液が霧化容器内に流入する。このように、給水タンク内の液体と霧化容器内の液体は、開口部を通して液絡状態になっており、両者間で、拡散混合や超音波の伝播が起きているのである。この装置を使って、有効塩素濃度18ppmの微酸性電解水をタンクに入れ連続的に噴霧しながら、噴霧される霧に含まれる有効塩素をチェックした。チェックは、5分おきに、ヨウ化カリデンプン紙を加湿器の噴霧口にかざして行った。その結果、開始から55分目で霧から有効塩素が検出できなくなった。その時点で、２L容のタンクに約半分残っていた水にも有効塩素は検出されなかった。

（実施例）
実施例を図1に示すフロー図によって説明する。この装置は次のように作動する。液体は給水タンク（１）に貯留され、チューブポンプ（３）によって、給水管（２）を通り、超音波霧化容器（４）に供給される。霧化容器にはフロート式液面センサー（８、９）が配設されており、その信号によってチューブポンプを制御し、霧化容器内の水面を一定レベルに維持している。この装置では、霧化容器内の液体（７）は、給水管の先端が霧化容器内の水面と離れていることや、チューブポンプによって、給水タンク内の液体と完全に分断されており、霧化容器内の液との拡散混合は生じず、超音波の伝播もない。従って、このような装置を使って実施する噴霧では、液体の成分は最後まで変化することは無い。この装置を使って行った微酸性電解水の噴霧では、給水タンクが空になった3時間30分後まで、噴出される霧に有効塩素が検出された。

本発明を実施する装置のフロー図 一般的な超音波式加湿器の作動説明図

符号の説明

５ 超音波振動板
６ 超音波発振機
１０ 液面センサー信号線
１１ 制御装置

Claims (10)

1. 超音波振動子を利用した加湿器による液体の噴霧方法であって、超音波エネルギーを受けて霧を発生させる超音波霧化容器に収容されている液体と、前記超音波霧化容器に供給するための液体を貯留する給水タンク内の液体が、相互に拡散混合することが無く、かつ前記給水タンク内の液体が超音波エネルギーを受けることが無いように隔離されている加湿器を使って噴霧することを特徴とする液体噴霧方法
2. 隔離が、給水タンクから超音波霧化容器への給水配管上に配設された開閉弁によって行われることを特徴とする、請求項1に記載の液体噴霧方法
3. 隔離が、給水タンクから超音波霧化容器への給水配管上に配設されたポンプによって行われることを特徴とする、請求項1に記載の液体噴霧方法
4. 給水配管上に配設されたポンプがチューブポンプであることを特徴とする、請求項３に記載の液体噴霧方法
5. 給水タンクから超音波霧化容器への給水が、超音波霧化容器の液面を感知するセンサーの信号に応じて行われることを特徴とする、請求項２乃至４の何れかに記載の液体噴霧方法
6. 噴霧される液体が、超音波振動の影響を受けて性質が変化する液体であることを特徴とする、請求項１乃至５の何れかに記載の液体噴霧方法
7. 噴霧される液体が、殺菌効果のある液体であることを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の液体噴霧方法
8. 噴霧される液体が、塩素、次亜塩素酸イオン、次亜塩素酸分子、オゾン及び二酸化塩素で構成される群の中から選ばれた１以上を含む液体であることを特徴とする、請求項１乃至７の何れかに記載の液体噴霧方法
9. 噴霧される液体が、微酸性電解水であることを特徴とする、請求項８に記載の液体噴霧方法
10. 請求項1乃至９の何れかに記載の方法を実施する機能を有する装置