JP2010249337A - 超音波霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大エネルギーを要することなく霧化を行うことができ、部品点数も少なくて済む超音波霧化装置を提供する。
【解決手段】超音波霧化装置３０は、蓋３２で覆われる容器３１の内部に液槽３３を有している。液槽３３は電解室３５と貯液室３６に仕切られる。電解室３５の下部には、横方向に張り出す袋小路状の導液路４１が形成され、その天井に形成された窓４２を超音波振動板４３が閉塞する。超音波振動板４３には、その肉厚方向に微細な貫通穴が多数形成されている。上面は大気に露出し、下面は液体に接触した状態の超音波振動板４３を超音波振動させると、超音波振動板４３の貫通穴からミストが吹き出す。
【選択図】図８

Description

本発明は超音波霧化装置に関する。

超音波霧化装置は、室内空気の加湿の目的で、加湿器や加湿機能付き空気清浄機に組み合わせて用いられることが多い。特許文献１〜３に超音波霧化装置の例を見ることができる。

特許文献１に記載された超音波霧化装置では、超音波振動子の上面に水が乗っている。超音波振動子が振動するとその上の水に超音波振動が付与され、液面からミストが発生する。

特許文献２、３に記載された超音波霧化装置では、板の厚さ方向に貫通する微細な穴を多数設けた振動板の下面に、液面から突き出す保液材または吸液材が接触している。振動板が振動すると、前記の微細な穴を通じてミストが発生する。

特開２００７−３７５８９号公報（国際特許分類：Ａ６１Ｌ９／１４、Ａ６１Ｌ９／０１、Ｃ０２Ｆ１／４６） 特許第２５９９８４４号公報（国際特許分類：Ｂ０６Ｂ１／０６） 特開平６−３２００８３号公報（国際特許分類：Ｂ０５Ｂ１７／０６、Ｆ２４Ｆ６／１２）

特許文献１記載の超音波霧化装置では、超音波振動子の上面に乗った水を振動させねばならないことから多大なエネルギーが必要になる。また、微細な液滴が液面から高速で飛び出し、それが当たった機器ハウジングを劣化させることがある。

特許文献２記載の超音波霧化装置や特許文献３記載の超音波霧化装置では、保液材や吸液材といった部品が必要になる。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、大エネルギーを要することなく霧化を行うことができ、部品点数も少なくて済む超音波霧化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る超音波霧化装置は、超音波振動板の肉厚方向に多数の貫通穴を形成し、前記超音波振動板を、上面は大気に露出し、下面は液槽内の液体に直接接触する状態に置いたことを特徴としている。

この構成によると、超音波振動板が振動した時、貫通穴からミストが発生する。超音波振動板の上に液体が乗っていないので、振動に必要なエネルギーはそれほど大きくなくて済む。貫通穴を通るのはミストだけであり、高速の液滴が機器ハウジングを劣化させることもない。超音波振動板は直接液体に接触するので、保液材や吸液材といった部品は必要ない。

また本発明は、上記構成の超音波霧化装置において、前記液槽の下部に、横方向に張り出す袋小路状の導液路を形成し、この導液路の天井に形成した窓を前記超音波振動板で閉塞したことを特徴としている。

この構成によると、液槽の液位が窓よりも高い間は、その高さの差による圧力で液体が振動板に確実に接触し、効率良く霧化が続けられる。

また本発明は、上記構成の超音波霧化装置において、前記液槽の液面に浮くフロートを設け、このフロートに前記超音波振動板を装着したことを特徴としている。

この構成によると、フロートが液槽の底に着くまで、超音波振動板の下面にかかる液体の圧力が一定に保たれ、安定した霧化を行うことができる。

また本発明は、上記構成の超音波霧化装置において、前記フロートは、前記液槽に取り付けられた揺動アームの先端に支持されていることを特徴としている。

この構成によると、揺動アームを伝う形で超音波振動板への配線を行うことができるから、配線作業が容易である。またフロートの転覆を防ぐことができる。

また本発明は、上記構成の超音波霧化装置において、その制御部は、前記超音波振動板に液体が接触していない状態では前記超音波振動板を振動させないことを特徴としている。

この構成によると、霧化が生じない状態で超音波振動板を空運転することによる超音波振動板の消耗を防ぐことができる。

また本発明は、上記構成の超音波霧化装置において、前記液槽に、電解水生成用の電極板が設けられていることを特徴としている。

この構成によると、液体が水である場合、水を電解水に変え、そのミストを放出することにより、電解水の殺菌力や脱臭力を利用することができる。

また本発明は、上記構成の超音波霧化装置が空気清浄機に搭載されるものであって、当該空気清浄機によって浄化された空気の少なくとも一部に、霧化したミストを混合することを特徴としている。

この構成によると、清浄な空気と共にミストを拡散させることができる。

本発明によると、上面は大気に露出し、下面は液槽内の液体に直接接触する超音波振動板を振動させることにより、超音波振動板の肉厚方向に形成した多数の貫通穴からミストを発生させるようにしたものであるから、超音波振動板に大きなエネルギーを与えなくてもミストを発生させることができる。また超音波振動板は直接液体に接触するから、保液材や吸液材といった部品を設ける必要がなく、部品コストを低減することができる。

本発明に係る超音波霧化装置を搭載した空気清浄機の正面図である。 図１の空気清浄機の垂直断面図である。 図１の空気清浄機の背面図である。 図１の空気清浄機の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る超音波霧化装置の垂直断面図である。 図５の超音波霧化装置の、図５とは断面方向を変えた垂直断面図である。 図５の超音波霧化装置の、蓋を取り除いた状態の上面図である。 超音波霧化装置の液槽に液体を満たした状態を示す、図５に対応する垂直断面図である。 超音波霧化装置の液槽に液体を満たした状態を示す、図６に対応する垂直断面図である。 超音波霧化装置の液槽の液位が作動停止液位直前となった状態を示す、図５に対応する垂直断面図である。 超音波霧化装置の液槽の液位が作動停止液位直前となった状態を示す、図６に対応する垂直断面図である。 本発明の第２実施形態に係る超音波霧化装置の垂直断面図で、液槽に液体を満たした状態を示すものである。 図１２の超音波霧化装置の、液槽部分の上面図である。 図１２の超音波霧化装置の、図１２とは断面方向を変えた垂直断面図である。 超音波霧化装置の液槽の液位が作動停止液位直前となった状態を示す、図１２に対応する垂直断面図である。 超音波霧化装置の液槽の液位が作動停止液位直前となった状態を示す、図１４に対応する垂直断面図である。

本発明に係る超音波霧化装置が搭載される機器の一例に空気清浄機がある。最初に、空気清浄機の構造例を図１から図４までの図に基づき説明する。

空気清浄機１は、前後方向に偏平な箱形のハウジング１０の内部にフィルタユニット１１と送風ユニット１２を備えている。フィルタユニット１１は粗塵用フィルタ、細塵用フィルタ、脱臭フィルタなどを組み合わせたものであり、ハウジング１０の前面側に位置する。送風ユニット１２はファンとこれを回転させるモータを備え、フィルタユニット１１の背面側に位置する。送風ユニット１２のファンはシロッコファンであり、それを囲むファンケーシング１３がハウジング１０の内部に形成されている。ファンケーシング１３は、フィルタユニット１１に面する側に吸気口１４を有し、ハウジング１０の上面の、正面から見て左側にあたる位置に排気口１５を有している。排気口１５は格子状のグリル１６（図４参照）より覆われる。

ハウジング１０の上部の前面側中央には電装室１７が形成される。電装室１７には、制御、表示、操作などの機能を担う単数または複数の電気回路基板１８が収納されている。

ハウジング１０の正面は着脱可能なカバー２０によって覆われる。カバー２０はフィルタユニット１１まで空気を流通させる空気流通部を備えている。空気流通部の形成にあたっては、カバー２０とハウジング１０の間の隙間を空気流通部としてもよいし、カバー２０に通気口を形成することとしてもよい。またカバー２０は、電装室１７の正面の操作パネル部１９を露出させる窓２１を有している。

ハウジング１０の上部の、正面から見て右側にあたる位置に、本発明の第１実施形態に係る超音波霧化装置３０が搭載される。超音波霧化装置３０の構造は後で詳しく説明する。

空気清浄機１の動作は次の通りである。操作パネル部１９を通じての操作で送風ユニット１２を駆動すると、カバー２０の空気流通部から空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気はフィルタユニット１１から吸気口１４を経てファンケーシング１３に入り、排気口１５から上方に吹き出される。空気に含まれていた塵埃や臭いはフィルタユニット１１で濾過あるいは吸着され、清浄になった空気が室内に戻されることになる。送風ユニット１２を駆動すると同時に超音波霧化装置３０を動作させると、超音波霧化装置３０から発生するミストが室内に拡散する。

続いて、図５から図１１までの図に基づき超音波霧化装置３０の構造と働きを説明する。超音波霧化装置３０は、上面が開口となった箱形の容器３１と、容器３１の上面を覆う蓋３２を備える。容器３１の内部には液槽３３が形成される。

液槽３３の内部は仕切板３４により２区画に区分され、容器３１の中央に近い方の区画が電解室３５、他方の区画が貯液室３６となる。仕切板３４は液槽３３の底まで届いていないので、電解室３５と貯液室３６は連通状態にある。

電解室３５には天井板３７が設けられ、ここから、１対の電解用電極板３８と、渇液検知用電極板３９が垂下する。天井板３７は電解用電極板３８と渇液検知用電極板３９を支持するともに、電解室３５の天井部をシールするものである。蓋３２の内部には、天井板３７の部分を覆うカバー４０が形成されている。

電解室３５の下部には、横方向に張り出す袋小路状の導液路４１が形成される。導液路４１の天井には平面形状円形の窓４２が形成される。窓４２は超音波振動板４３で閉塞される。押さえ枠４４とシール部材４５により、超音波振動板４３は窓４２から外に水を漏らさないようしっかりと取り付けられる。

超音波振動板４３は圧電振動子を備え、この圧電振動子に電圧を印加することにより超音波振動板４３は超音波振動する。超音波振動板４３には、その肉厚方向に微細な貫通穴が多数形成されている。

導液路４１は超音波振動板４３に液体を供給する液路となる。液路断面積は超音波振動板４３の出力及び液槽３３の容積により決定される。

超音波振動板４３の上の、容器３１と蓋３２で囲まれた空間がミスト発生室４６となる。ミスト発生室４６には２箇所に通気口が設けられる。その１は容器３１の側面に形成された通気口４７であって、これは排気口１５より浄化済みの空気の一部を取り入れるためのものである。その２は蓋３２に形成された煙突状の通気口４８であって、これは通気口４７から取り入れた空気とミストの混合気体を上向きに吹き出すためのものである。

図６に示すように、容器３１には、電解室３５に隣り合ってコネクタ部５０が設けられる。コネクタ部５０は容器３１内のピンホルダ５１から下向きに突出する複数のピン５２を有する。超音波霧化装置３０を空気清浄機１に取り付けると、空気清浄機１側のコネクタ部２２（図２参照）にコネクタ部５０が接続する。これにより超音波霧化装置３０は、空気清浄機１より、電解用電極板３８や超音波振動板４３に流す電流の供給を受けることになる。また、渇液検知用電極板３９からの信号を空気清浄機１に伝えることになる。

超音波霧化装置３０を空気清浄機１に取り付けたら、蓋３２を外し、貯液室３６に液体を注ぐ。ここでは、液体として水を用いるものとする。水は貯液室３６に連通した電解室３５に入り、電解室３５から導液路４１に入る。導液路４１の水位が上昇すると、超音波振動板４３の下面に水が直接接触する。超音波振動板４３に形成した貫通穴は微細なので、超音波振動板４３の上面に水が浸み出すことはない。これにより超音波振動板４３は、上面は大気に露出し、下面は水に直接接触した状態となる。

水を注ぎ続けると、超音波振動板４３で塞き止められた形の導液路４１を水が満たした後も電解室３５と貯液室３６の水位は上昇する。貯液室３６の内面に表示された水位線まで水を注ぐと、図８及び図９に示す状態になる。ここで注水をやめ、蓋３２を被せる。蓋３２に設けられたシール部材５３が貯液室３６の開口部を水密に閉ざすので、液槽３３内の水が外部に漏れることはない。これにより、電解室３５で電解水を生成し、ミスト発生室４６で電解水のミストを発生させる準備が整ったことになる。

１対の電解用電極板３８に、互いに逆極性となるように交互に所定の電圧（例えば１０Ｖ）を印加すると、電解室３５内の水が電気分解される。水が水道水である場合、その中に塩素が含まれているから、電気分解により次のような電気化学反応が生じる。
（陽極側）
４Ｈ_２Ｏ−４ｅ⁻→４Ｈ^＋＋Ｏ_２↑＋２Ｈ_２Ｏ
２Ｃｌ⁻→Ｃｌ_２＋２ｅ⁻
Ｈ_２Ｏ＋Ｃｌ_２⇔ＨＣｌＯ＋Ｈ^＋＋Ｃｌ
（陰極側）
４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→２Ｈ_２↑＋４ＯＨ⁻
（電極板間）
Ｈ^＋＋ＯＨ⁻→Ｈ_２Ｏ
上記電気化学反応により、殺菌作用や脱臭作用を有する次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）や活性酸素を含む電解水を生成することができる。電解室３５で生成された電解水は貯液室３６や導液路４１の水と混じり合うから、結局、液槽３３の水全体が電解水に置き換わって行くことになる。

上記のようにして電解水を生成した後、圧電振動子に電圧を印加して超音波振動板４３を超音波振動させると、超音波振動板４３の貫通穴を通じてミスト発生室４６に電解水のミストが吹き出す。前述の通り、排気口１５より通気口４７を通じて取り入れた浄化済みの空気に電解水ミストが混じり、その混合気体は通気口４８から吹き出され、排気口１５からの排気流とともに室内に拡散する。これにより、室内空気を加湿することができる。またミストが電解水ミストであることにより、室内空気の殺菌や脱臭を行うことができる。ミストが電解水である必要がない場合は、電解用電極板３８に電圧を印加しないで、液槽３３内の水をただの水のままにしておけばよい。

ミストの発生は、超音波振動板４３の上に水が乗っていない状態で行われるから、超音波振動板４３のエネルギー消費量はそれほど多くなくて済む。貫通穴を通るのはミストだけであり、高速の水滴が飛び出す訳ではないから、その水滴が容器３１や蓋３２に当たってそれらを劣化させることもない。

水がミストとして消費されるにつれ、電解室３５と貯液室３６の水位が低下する。超音波振動板４３の下面よりも電解室３５と貯液室３６の水位の方が高い間は、その高さの差による水圧で水が超音波振動板４３に確実に接触し、効率良く霧化が続けられる。

電解室３５と貯液室３６の水位が低下し続けると、図１０及び図１１に示す、作動停止液位直前のレベルにまで達する。この時の水位は、渇液検知用電極板３９があと少しで水面から離れ、超音波振動板４３の下面も水に接触しなくなるという水位である。渇液検知用電極板３９が液面から離れたら超音波振動板４３への電圧印加は停止される。これにより、霧化が生じない状態で超音波振動板４３を空運転することによる超音波振動板４３の消耗を防ぐことができる。電解用電極板３８への電圧印加も同時に停止されるようにしてもよい。

図１２から図１６までの図に示されているのは、本発明の第２実施形態に係る超音波霧化装置の概念図である。以下、これについて説明する。

第２実施形態として示す超音波霧化装置６０も空気清浄機１に搭載されるものであり、第１実施形態の超音波霧化装置３０のコネクタ部５０と同様のコネクタ部（図示せず）を備える。超音波霧化装置６０は、上面が開口となった液槽６１と、液槽６１の上面を覆う蓋６２を有する。液槽６１と蓋６２で囲まれる空間がミスト発生室６３となる。ミスト発生室６３には２箇所に通気口が設けられる。その１は液槽６１の側面に形成された通気口６４であって、これは空気清浄機１の排気口１５より浄化済みの空気の一部を取り入れるためのものである。その２は蓋６２に形成された煙突状の通気口６５であって、これは通気口６４から取り入れた空気とミストの混合気体を上向きに吹き出すためのものである。

液槽６１の対向内側壁には対をなす揺動アーム６６が１本ずつ配置される。揺動アーム６６の根元は支点軸６７により液槽６１に回動自在に取り付けられる。揺動アーム６６の先端同士はリンク６８で連結される。リンク６８の中央はリング状のフロート６９となっている。フロート６９の中央の円形開口には超音波振動板７０が取り付けられる。超音波振動板７０には、その肉厚方向に多数の微細な貫通穴が形成されている。

液槽６１に液体として水を入れると、フロート６９は水に浮き、これにより超音波振動板７０は、上面は大気に露出し、下面は水に直接接触する状態となる。超音波振動板７０に電圧を印加して超音波振動させると、超音波振動板７０の貫通穴を通じてミスト発生室６３に水のミストが吹き出す。ミストは排気口１５より通気口６４を通じて取り入れた浄化済みの空気に混じり、その混合気体は通気口６５から吹き出され、排気口１５からの排気流とともに室内に拡散する。これにより、室内空気が加湿される。

ミストの発生は、超音波振動板７０の上に水が乗っていない状態で行われるから、超音波振動板７０のエネルギー消費量はそれほど多くなくて済む。貫通穴を通るのはミストだけであり、高速の水滴が飛び出す訳ではないから、その水滴が液槽６１や蓋６２に当たってそれらを劣化させることもない。

水がミストとして消費されるにつれ、液槽６１内の水位が低下する。液面が下がるにつれフロート６９も下がるから、超音波振動板７０の下面にかかる水の圧力が一定に保たれ、安定した霧化を行うことができる。

液槽６１内の水位が低下し続けると、図１５及び図１６に示す、作動停止液位直前のレベルにまで達する。この時の水位は、フロート６９があと少しで液槽６１の底に着き、超音波振動板７０の下面が水に接触しなくなるという水位である。揺動アーム６６の角度を適宜の角度検知装置で検知し、あるいはフロート６９の液槽６１内における高さそのものを適宜の手段で検知し、超音波振動板７０の下面が水に接触しなくなったら超音波振動板７０への電圧印加を停止するようにしておくとよい。これにより、霧化が生じない状態で超音波振動板７０を空運転することによる超音波振動板７０の消耗を防ぐことができる。

フロート６９が揺動アーム６６に支持されていることにより、揺動アーム６６を伝う形で超音波振動板７０への配線を行うことができるから、配線作業が容易である。またフロート６９の転覆を防ぐことができる。

なお、液槽６１に第１実施形態の電解用電極板３８と同様の電解用電極板を設け、液槽６１内の水を電解水とすることも可能である。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、超音波霧化装置に広く利用可能である。

３０ 超音波霧化装置
３１ 容器
３２ 蓋
３３ 液槽
３５ 電解室
３６ 貯液室
３８ 電解用電極板
４１ 導液路
４２ 窓
４３ 超音波振動板
４６ ミスト発生室
６０ 超音波霧化装置
６１ 液槽
６２ 蓋
６３ ミスト発生室
６６ 揺動アーム
６９ フロート
７０ 超音波振動板

Claims (7)

1. 超音波振動板の肉厚方向に多数の貫通穴を形成し、前記超音波振動板を、上面は大気に露出し、下面は液槽内の液体に直接接触する状態に置いたことを特徴とする超音波霧化装置。
2. 前記液槽の下部に、横方向に張り出す袋小路状の導液路を形成し、この導液路の天井に形成した窓を前記超音波振動板で閉塞したことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
3. 前記液槽の液面に浮くフロートを設け、このフロートに前記超音波振動板を装着したことを特徴とする請求項１に記載の超音波霧化装置。
4. 前記フロートは、前記液槽に取り付けられた揺動アームの先端に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波霧化装置。
5. 前記超音波霧化装置の制御部は、前記超音波振動板に液体が接触していない状態では前記超音波振動板を振動させないことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波霧化装置。
6. 前記液槽に、電解水生成用の電極板が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波霧化装置。
7. 空気清浄機に搭載されるものであって、当該空気清浄機によって浄化された空気の少なくとも一部に、霧化したミストを混合することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波霧化装置。

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