JP2011094870A - Fluid conveying device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、室内および室外の任意エリアに対して、例えば加湿空気を気相中に搬送する流体搬送装置に関する。 The present invention relates to a fluid conveyance device that conveys, for example, humidified air into a gas phase to indoor and outdoor arbitrary areas.
加湿空気を生成する手段として、水を保持した気化エレメントに対して通風することにより加湿空気を搬送する方式や水を超音波振動により水界面で微細粒子を生成して霧化する方式、又は水を加湿空気発生手段で加熱して蒸発させる方式がある。いずれの方式も、生成した加湿空気は、ファンを用いて気流に乗せることで、遠方領域に搬送される。 As a means for generating humidified air, a method of conveying humidified air by ventilating a vaporizing element holding water, a method of atomizing water by generating fine particles at the water interface by ultrasonic vibration, or water There is a method of evaporating by heating with humidified air generating means. In either method, the generated humidified air is transported to a distant region by being placed in an air current using a fan.
前述のように生成した加湿空気をファンを用いて搬送するものにあっては、いずれも加湿装置の吹出口より放出された加湿空気はすぐに拡散してしまうため、吹出口近傍より加湿され、徐々に部屋全体が加湿される。そのため、人や特定の場所に対して加湿を行ないたい場合には、過剰な加湿量が必要となってしまう。特に広い空間において用いる場合には、大きな加湿量が必要となり、結果として加湿装置も大型化してしまう。また、部屋全体が加湿されると、窓の結露や、部分的に過加湿となってカビ繁殖の温床となる。 In the case where the humidified air generated as described above is transported using a fan, since the humidified air released from the outlet of the humidifier diffuses immediately, it is humidified from the vicinity of the outlet, Gradually the whole room is humidified. Therefore, when it is desired to humidify a person or a specific place, an excessive amount of humidification is required. Particularly when used in a wide space, a large amount of humidification is required, resulting in an increase in the size of the humidifier. In addition, when the entire room is humidified, dew condensation on the windows and partial over-humidification become a hotbed for mold growth.
そこで、生成した加湿空気を加圧して渦輪状空気を生成し、遠方に搬送できるようにしたものが提案されている。渦輪状空気は並進性に優れ、徐々に拡散しながらも渦輪の形を維持して並進する。このため、渦輪を加湿空気により形成することで、渦輪が対象物と衝突して崩壊する場所で加湿空気を拡散させることができる。そのため、加湿したい領域の制御が可能となり、室内、室外に関係なく所定の空間を迅速に加湿することが可能となる。 Therefore, there has been proposed an apparatus in which the generated humidified air is pressurized to generate vortex ring-shaped air so that it can be transported far away. The vortex ring air is excellent in translation and translates while maintaining the shape of the vortex ring while gradually diffusing. For this reason, by forming the vortex ring with humidified air, the humidified air can be diffused in a place where the vortex ring collides with the object and collapses. For this reason, it is possible to control a region where humidification is desired, and it is possible to quickly humidify a predetermined space regardless of whether it is indoors or outdoors.
ところで、前記のような渦輪を用いた加湿装置において、加湿空気を機外へ押し出す手段として直接駆動方式(スピーカー)や、同様に動作するソレノイドを用いた手段がある。スピーカーのようにコイルに矩形波の電流を入力して空気を押し出すための振動板を駆動させる構成では、電流印加時に振動板の変位が矩形波に応答しきれずに、最大振幅位置付近で過渡ひずみが発生し、異音が発生する要因となり、使用者に対して不快感を与えてしまう。 By the way, in the humidifying device using the vortex ring as described above, there are a direct drive system (speaker) and a means using a solenoid that operates in the same manner as means for pushing out the humidified air to the outside of the apparatus. In a configuration in which a rectangular wave current is input to the coil and the diaphragm is driven like a speaker, the displacement of the diaphragm does not fully respond to the rectangular wave when current is applied, and transient distortion occurs near the maximum amplitude position. Will be generated and cause abnormal noise, which will make the user uncomfortable.
そこで、振動板の変位を規制する部材を付与して過渡ひずみの抑制を行なったり(例えば、特許文献1参照)、振動板を圧縮側に対して凸形状に形成して発生する衝撃音の指向角を拡大することで音を分散させたり(例えば、特許文献2参照)する対策が実施されている。 Therefore, a member that regulates the displacement of the diaphragm is added to suppress transient distortion (for example, see Patent Document 1), or the direction of the impact sound generated by forming the diaphragm in a convex shape with respect to the compression side. Measures are taken to disperse sound by enlarging the corners (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、過渡ひずみを抑制するために振動板の変異を規制する部材を付与したものにあっては、渦輪による加湿空気の搬送量を決める重要な要素である振動板の振幅が大きく取れないこととなり、音の低減効果は認められるものの、本来の求めるべき性能である加湿空気を搬送する量が減少してしまう。 However, in the case of a member provided with a member that restricts the variation of the diaphragm in order to suppress transient distortion, the amplitude of the diaphragm, which is an important factor for determining the amount of humidified air transported by the vortex ring, cannot be increased. Although the sound reduction effect is recognized, the amount of humidified air that is the originally required performance is reduced.
また、発生する音を分散させるために振動板を圧縮側に対して凸形状に形成したものにあっては、空気を押し出す向きが一定でないためにきれいな渦輪が形成できず、渦輪がすぐに壊れてしまい、遠方へ搬送することができない。 Also, in the case where the diaphragm is formed in a convex shape with respect to the compression side to disperse the generated sound, the direction of pushing out the air is not constant, so a clean vortex ring cannot be formed, and the vortex ring breaks immediately. It cannot be transported far away.
このように、従来は発生する異音を低減すると、渦輪の生成に影響を与えてしまうという難点があった。 As described above, conventionally, there is a problem that if the generated abnormal noise is reduced, the generation of the vortex ring is affected.
本発明の技術的課題は、大きな振動振幅で駆動して渦輪を遠方の任意エリアに対して搬送できる構成としても、加振時に発生する異音を抑制することができるようにすることにある。 The technical problem of the present invention is to be able to suppress abnormal noise generated at the time of vibration even when the vortex ring is driven with a large vibration amplitude and can be transported to an arbitrary distant area.
本発明に係る流体搬送装置は、開口穴を有する加圧室と、入力信号に基づいて振動板を進退駆動させて、加圧室内の空気を加圧して開口穴から放出させるための駆動装置と、振動板の固有振動数以上の周波数成分を除去した入力信号を、駆動装置に発信する信号発信手段とを備えるものである。 A fluid conveyance device according to the present invention includes a pressurizing chamber having an opening hole, a driving device for driving the diaphragm forward and backward based on an input signal, and pressurizing air in the pressurizing chamber to release it from the opening hole. And a signal transmitting means for transmitting an input signal from which a frequency component equal to or higher than the natural frequency of the diaphragm is removed to the driving device.
本発明の流体搬送装置によれば、流体搬送量を低下させることなく、加振時に発生する異音を抑制することができる。 According to the fluid conveyance device of the present invention, it is possible to suppress abnormal noise generated during vibration without reducing the amount of fluid conveyance.
実施の形態1.
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図1は本実施の形態1に係る流体搬送装置の全体構成を示す側面断面図、図2はその駆動装置を拡大して示す断面図、図3はその駆動装置の信号入力部の構成を示すブロック図、図4はその信号が入力されてから加湿空気が渦輪となって出射されるまでの動作を示すフローチャート、図5はその駆動装置に入力される信号の特性を示す波形図、図6はその駆動装置に入力される信号の周波数と音圧の関係を従来と比較して示す波形図である。
The present invention will be described below with reference to illustrated embodiments.
FIG. 1 is a side sectional view showing the overall configuration of the fluid conveyance device according to the first embodiment, FIG. 2 is an enlarged sectional view of the driving device, and FIG. 3 shows the configuration of a signal input unit of the driving device. FIG. 4 is a block diagram, FIG. 4 is a flowchart showing the operation from when the signal is input until the humidified air is emitted as a vortex ring, FIG. 5 is a waveform diagram showing the characteristics of the signal input to the drive device, and FIG. FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the frequency of a signal input to the driving device and the sound pressure in comparison with the prior art.
本実施の形態の流体搬送装置すなわち加湿装置102は、図1のように外郭となるキャビネット30の内部の前面側に加圧室1が形成され、その背面側に駆動装置100が配置されている。
As shown in FIG. 1, the fluid conveyance device, that is, the
駆動装置100は、図2のように最底面となるヨーク10と、ヨーク10の中心部に一体成型したセンターポール11と、センターポール11の周りに固定配置したマグネット12と、マグネット12の上面に固着したプレート13と、駆動信号が入力されるボイスコイル14と、センターポール11に嵌装されボイスコイル14が巻回されたボイスコイルボビン15とを有する。
As shown in FIG. 2, the
マグネット12は、ネオジウム、サマリウムコバルト、フェライト、アルニコなど使用している。ボイスコイル14の巻幅はボイスコイルボビン15を覆う面積を有しており、ボイスコイル14に印加する入力電圧により、マグネット12との間で電磁駆動を行い、ボイスコイルボビン15全体を図2の上下方向に振動させるようになっている。
The
また、ボイスコイルボビン15は、接着層16によって振動板101の定位置に固着されている。振動板101は、ボイスコイルボビン15より大きい外径寸法を有し、硬くて軽い材料から構成されているが、供給される加湿空気が蒸気である場合には、更に蒸気に対して変形することのない耐熱性の機能をも有する材料を用いることが好ましい。更には、振動板101と接触するようにゴムなどの振動減衰能の大きい材料が付与されて構成されることにより、加圧室1内で生じる異音の共鳴による増幅などを防ぐこともできる。
The
振動板101の周囲から背面を覆うようにフレーム17が設けられ、フレーム17の一端と振動板101とがエッジ18により接続されている。これにより、ボイスコイルボビン15が振動板101およびエッジ18を介してフレーム17に保持されるようになっている。ボイスコイルボビン15及びエッジ18は一般のスピーカー装置で用いている振動板と異なり、接着層16への加湿空気の進入を防ぐことを目的として設置されたものである。
A
これを更に詳述すると、エッジ18は、振動板101の加圧方向に対して突出する断面円弧状を呈し、振動板101の振幅長以上の円弧半径(突出量)を有している。また、エッジ18の材質は、伸縮性を有するゴム材などの弾性材料から形成する必要があるが、硬すぎると加振時に振動板端部でのたわみが生じてしまい、一回の加振で複数の渦輪が生成されてしまうため好ましくない。また、エッジ18は、その両端の振動板固定部20とフレーム固定部21で、振動板101とフレーム17に接続されているが、これら接続部のうち、1箇所以上に部材の振動を抑制する制振材を介在させることで、振動による異音の発生を抑制することができる。
More specifically, the
また、ボイスコイルボビン15とフレーム17とは、伸縮性を有する部材またはプリーツ状部材から構成されたダンパー22により接続され、ダンパー22によってボイスコイルボビン15が所定の位置に弾性保持されるようになっている。また、ダンパー22は、ボイスコイルボビン15がマグネット12とボイスコイル14の電磁駆動により上下に動いた際に、その動きの妨げとならないように、かつその上下動に対して左右のぐらつきが起こらないように、支持する機能も持っている。
The
加湿装置102は、駆動装置100の前面側に加圧室1が形成されているが、この加圧室1の外郭となるキャビネット30の形状は、直方体形状、円筒状、球形など、様々な形状を採用可能である。加圧室1の底面には、貯水タンク6の水を一時的に貯水する貯水部3が設けられている。貯水部3の周囲には、貯水部3の水を加熱して蒸気を生成する加湿空気発生手段4が設けられており、生成した蒸気を加圧室1に直接導入できるようになっている。また、加圧室1の前壁には、当該加圧室1に導入した加湿空気を任意エリアに向けて放射するための円形の開口穴5が形成されている。
In the
加湿空気発生手段4は、貯水部3の外周に設けられた電熱線で構成されており、電熱線に電流を流すことで発熱させ、その熱を貯水部3内の水に伝導させ加熱することによって、蒸気を発生させるものである。なお、加湿空気発生手段4は、加湿空気を生成できれば良いものであり、例えば水を加熱して蒸気を発生させる方式であれば電熱線の代わりにセラミックヒータやその他ヒータを用いたものでもよく、それ以外の方式として、超音波によって水を霧化する方式や、微細孔ノズルから噴射することで霧化する方式を用いても良い。
The humidified air generating means 4 is composed of a heating wire provided on the outer periphery of the
開口穴5の面積は、振動板101の面積の略1/2から1/10の範囲に設定されている。開口穴5の面積が振動板101の面積の1/2より大きい場合には、振動板101の振幅及び加振力を大きくする必要があり、異音が大きくなってしまう問題がある。また、開口穴5の面積が振動板101の面積の1/10より小さい場合には、信号入力を下げることができて異音の問題は殆どなくなるが、生成する渦輪の径が小さくなってしまうため、渦輪の飛行距離が短くなってしまい、振動板の大きさに対して有効に加湿空気を搬送することができない。
The area of the
キャビネット30内には、駆動装置100を所定位置に固定するための設置片40が内方に突出して形成されているとともに、それよりも背面側に、駆動装置100によって駆動装置用空気室41が画成されている。また、キャビネット30の背面42には、任意位置に任意形状を有する空気弁(呼吸穴)43が形成されている。空気弁43が無い場合は、駆動装置用空気室41内の圧力の影響をボイスコイルボビン15を介して駆動装置100の振動板101が受けることとなり、振動板101の駆動が邪魔される問題が発生する。空気弁(呼吸穴)43を設けることで、駆動装置用空気室41内の圧力を外気の圧力と一緒にすることができ、振動板101を自由に動かすことができるようになる。
An
加圧室1の形状は角型でも円筒状でもよいが、特に図1のように開口穴5方向に向かってテーパ状に絞られた構造とした場合には、加圧された空気が加圧室1内で層流となるため、開口穴5での風速が上がり、渦輪の飛行距離も延びる傾向にあり、好ましい。
The shape of the pressurizing
また、加圧室1の部材は、供給される加湿空気が蒸気である場合、蒸気に対して変形することのないよう、耐熱性を有する材料を用いることが好ましく、更に熱伝導性の良い材料を用いることにより、加圧室内部壁面の結露を抑制することができる。
In addition, when the humidified air to be supplied is steam, the member of the pressurizing
更にまた、加圧室1の部材を、ゴムなど、振動減衰能の大きい材料から構成することにより、加圧室1内で生じる異音の共鳴に起因する加圧室1そのものの振動を抑制することができる。
Furthermore, by constituting the member of the pressurizing
振動方向において貯水部3などの障害物が配置されていると乱流を生じやすくなり、生成した渦輪の初速が得られずに遠方までの搬送が困難となる。振動板101により押し出された空気は、加圧室1内で層流を形成することが好ましい。このため、本実施の形態では、駆動装置100により加振される振動板101の振動方向に干渉することのない加圧室1底部に貯水部3を配置している。
If an obstacle such as the
駆動装置100への信号は図3の経路により入力される。つまり、外部より供給される家庭用電源信号51が、任意波形発生器52、低周波数帯域のみを透過するローパスフィルター53、及びアンプ54を経て駆動装置100へ入力される。
A signal to the
次に、本実施の形態の加湿装置102の動作について図1乃至図6により説明する。
外部から水が供給された貯水タンク6は、タンク収納部に設置される。これにより、配水管8を通して貯水部3に一定量の水が流れ込む。貯水部3に流れ込み貯留された水は、加湿空気発生手段4により加熱されて蒸気が生成され、貯水部3より加圧室1内に蒸気が導入されて満たされ、これにより加圧室1内に加湿空気が生成される。
Next, the operation of the
The
この状態で駆動装置100に直流電圧を印加すると、駆動装置100の振動板101が振動し、その振幅により加圧室1内の容積が変動し、開口穴5より加圧室1内の加湿空気が渦輪状空気となって加圧室外へ押し出される。加湿空気は、開口穴5を通過する時に、開口穴5の縁部との摩擦により開口穴縁部近辺では減速して開口穴中央部との間で風速分布ができるときに開口穴縁部で渦流が生成し、全体として渦輪状空気が生成される。生成された渦輪状空気は、渦輪外周部から徐々に拡散し、渦輪の形状が保持できなくなるまで並進する。渦輪が崩壊する地点で搬送された空気が拡散し、渦輪崩壊地点の周辺の湿度を上昇させる。
When a DC voltage is applied to the
次に、駆動装置100の動作を図4のフローチャートに基づき図3を参照しながら説明する。家庭用電源より供給された家庭用電源信号51は、任意波形発生器52により矩形波または鋸波に生成される。任意波形発生器52より生成された矩形波または鋸波は、全帯域の周波数を有する信号となるため、この信号の高周波数帯域をローパスフィルター53にて除去する。ローパスフィルター53により高周波数帯域を除去された信号は、アンプ54にて信号を0.2〜1.5Vまで増幅した後、駆動装置100へ入力され、振動板101を加振する。これによって、振動板101から発生する高周波数帯域の不快な異音の発生を抑制することができる。特に、図6のように振動板101の固有振動数以上の周波数帯域をローパスフィルター53で除去するように構成することで、振動板101の共振によって大きな異音が発生するのを確実に防ぐことができ、振動板101から発生する不快な異音の発生を大幅に抑制することができる。
Next, the operation of the driving
また、ローパスフィルター53により高周波数帯域を除去された信号をアンプ54によって昇圧しても、それにより生成される信号には高周波数帯域が含まれないので、振動板101から発生する高周波数帯域の不快な異音の発生を抑制しながら、振動板101の加振力を大きくすることができる。特に、振動板の固有振動数以上の高周波数帯域をローパスフィルター53にて除去することによって、容易に振動板の固有振動数以下の低周波数帯域の信号を大きくすることができ、これにより振動板101の加振力を大きくすることができる。このため、加湿空気の渦輪による搬送を遠方まで十分に行なうことが可能となる。
Further, even if the signal from which the high frequency band has been removed by the
なお、任意波形発生器52によって生成される波形は、立ち上がり入力が大きくそして徐々に減衰する鋸波とすることで、立ち上がり波形により押し出された振動板101をゆっくりと初期位置に戻すことができる。これにより、振動板101が早く戻ることにより加圧室1内が負圧になり、加圧室1側へ戻される力が渦輪に作用して壊れるという現象を抑制することができ、渦輪の発生を安定的に行うことができる。
The waveform generated by the
また、ローパスフィルター53は帯域の遮断が急峻であるほど、遮断帯域近辺において生じる異音を抑制することができるので好ましい。このような制御は、チェビシェフフィルターを用いることによって行うことができる。
In addition, it is preferable that the low-
このような制御信号を加えることにより、図5に示すように、大きい加振力が得られる50Hz以下の低周波数帯域を増幅して、振動板101の固有振動数以上の周波数帯域を遮断することができ、任意エリアへ渦輪を搬送する能力を低下させずに異音の低減を実現することができる。
By adding such a control signal, as shown in FIG. 5, a low frequency band of 50 Hz or less where a large excitation force can be obtained is amplified, and a frequency band of more than the natural frequency of
実施の形態2.
図7は本発明の実施の形態2に係る流体搬送装置すなわち加湿装置の全体構成を示す側面断面図であり、図中、前述の実施の形態1と同一部分には、同一符号を付してある。なお、説明に当っては前述の図2を参照するものとする。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a side sectional view showing the overall configuration of the fluid conveyance device, that is, the humidifying device according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. is there. In the description, reference is made to FIG.
本発明の実施の形態に係る加湿装置102は、駆動装置100及び加圧室1が実施の形態1と同様に構成されている。しかし、家庭用電源からの入力信号51は周波数帯域制限されずにアンプ53を通って駆動装置100に入力される。また、加圧室1内において、振動板101と加圧室1の開口穴5との間の振動板101に近い位置に周波数検出用マイク61が配置され、開口穴に近い位置にスピーカー62が配置されている。それ以外の構成は前述の実施の形態1と同様である。
In the
次に、本実施の形態に係る加湿装置の動作について図7に基づき図2を参照しながら説明する。既述したように駆動装置100に入力される信号は周波数帯域の制限がされていないので、加振時にボイスコイルボビン15から振動板101を伝搬して異音が発生する。発生した異音を周波数検出用マイク61にて採取して周波数データを取得し、取得した周波数データと逆位相の信号を開口穴に近い位置に配置されたスピーカー62より出力する。なお、この逆位相の信号は、異音に対してのみ出力されるものであり、通常の加振動作に影響を与えるものではない。
Next, the operation of the humidifier according to the present embodiment will be described based on FIG. 7 with reference to FIG. As described above, since the signal input to the
このような構成とすることで、振動板101より発生される異音は開口穴付近の逆位相の信号により打ち消されて装置外において音の発生がなくなる。また、このとき逆位相の信号を出力するスピーカー62は開口穴より内側に配置されることで、渦輪の形成に対して影響を与えない構成とすることができる。
By adopting such a configuration, the abnormal noise generated from the
本発明の対象は、加湿空気に限るものではなく、アロマテラピーなどで用いられる香りや、ヒアルロン酸などに代表される保湿成分の搬送としても用いられることを拒むものではない。 The object of the present invention is not limited to humidified air, and does not refuse to be used as a scent used in aromatherapy, or as a moisture-retaining component typified by hyaluronic acid.
前記した構成により、大きな振動振幅で駆動して渦輪を遠方の任意エリアに対して搬送できる構成としても、加振時に発生する異音を逆位相の信号により打ち消して消音することができる。 With the above-described configuration, even if the vortex ring can be transported to a distant arbitrary area by driving with a large vibration amplitude, it is possible to mute the abnormal noise generated at the time of excitation by canceling the signal with an opposite phase.
本発明の活用例として、加湿空気を搬送する加湿装置、香料成分を搬送する芳香装置、またはそれを具備した空気調和装置が考えられる。 As an application example of the present invention, a humidifying device that conveys humidified air, an aroma device that conveys a fragrance component, or an air conditioner equipped with the same can be considered.
1 加圧室、3 貯水部、4 加湿空気発生手段、5 開口穴、6 貯水タンク、8 配水管、10 ヨーク、11 センターポール、12 マグネット、13 プレート、14 ボイスコイル、15 ボイスコイルボビン、16 粘性接着層、17 フレーム、18 エッジ、20 振動板固定部、21 フレーム固定部、22 ダンパー、30 キャビネット、40 設置片、41 駆動装置用空気室、42 キャビネットの背面、43 空気弁、51 家庭用電源信号、52 任意波形発生器、53 ローパスフィルター、54 アンプ、61 周波数検出用マイク、62 スピーカー、100 駆動装置、101振動板、102 加湿装置(流体搬送装置)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
入力信号に基づいて振動板を進退駆動させて、前記加圧室内の空気を加圧して前記開口穴から放出させるための駆動装置と、
前記振動板の固有振動数以上の周波数成分を除去した前記入力信号を、前記駆動装置に発信する信号発信手段と
を備えることを特徴とする流体搬送装置。 A pressurizing chamber having an opening hole;
A driving device for driving the diaphragm forward and backward based on an input signal to pressurize and release the air in the pressurizing chamber from the opening hole;
A fluid conveyance device comprising: a signal transmission unit configured to transmit the input signal from which a frequency component equal to or higher than the natural frequency of the diaphragm is removed to the driving device.
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