JP2012102973A - 渦輪発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より大きく、より霧の濃度の高い渦輪を形成できる渦輪発生装置を提供する。
【解決手段】当該渦輪発生装置１ａは、水Ｗを入れると内部に水面Ｗｆが形成される容器１０と、水面Ｗｆの上で、この水面Ｗｆの全体を覆うように容器１０の側壁内面１２に沿って上下する蓋２０であって、渦輪９０を放出する開口２１を備えた蓋２０と、蓋２０を上下に駆動する駆動ユニット３０と、水面Ｗｆに浮いて水Ｗを霧化し、水面Ｗｆと蓋２０との間の空間１９に霧９１を充満させる超音波振動子４０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧された空気を渦輪（リング状の塊）に放出する装置に関するものである。

特許文献１に、水を貯えて該水から水蒸気を発生させる水蒸気生成部と、水蒸気生成部で発生した水蒸気を含む空気に圧力を加えるスピーカを有する加圧室と、加圧室に設けられ、スピーカで加圧された空気を外部へ渦輪状に噴出させる少なくとも１つの渦輪吹き出し口と、スピーカを間欠的に動作させて渦輪状空気を間欠的に発生させる制御装置と、加圧室の内部空間あるいは内壁を加熱するヒータ及びファンとを備えたことを特徴とする加湿装置が開示されている。

特開２０１０−５４１４６号公報

加圧された空気をリング状の塊（渦輪状の空気、以下、渦輪と称する）として放出する装置は、空気に霧が混ざっていると渦輪が飛び出す様子を見て楽しむことができるとともに、加湿器としての機能を得ることができる。このような渦輪を発生させる装置（以下、渦輪発生装置と称する）において、装置本体のサイズに対して，より径の大きな渦輪を発生することができる装置が要望されている。

本発明の一態様は、水を入れると内部に水面が形成される容器と、水面の上で、水面の全体を覆うように容器の側壁内面に沿って上下する蓋であって、加圧された空気を渦輪状に放出する開口を備えた蓋と、蓋を上下に駆動する駆動ユニットと、水面に浮いた状態で超音波振動子を水没させて水を霧化し、水面と蓋との間の空間に霧を充満させる霧化ユニットとを有する、渦輪発生装置である。

この渦輪発生装置においては、水面と蓋との間に、駆動ユニットによる蓋の上下動により圧力が変動する空間が形成される。さらに、霧化ユニットによりその空間に霧が充満される。したがって、蓋が下がると、霧を含む加圧された空気が開口から渦輪状に放出され、開口から可視状態の渦輪が放出される。この渦輪発生装置においては、霧化ユニットが水面に浮いた状態で超音波振動子を水没させて霧を発生させているので、渦輪を発生させる圧力変動室となる空間に霧化ユニットを配置することができ、圧力変動室となる空間が、霧を発生させる空間として、また、霧を蓄積する空間として兼用される。このため、装置本体、すなわち、水を入れる容器のサイズと比較してより大きな渦輪を放出できる。

容器に対してより大きなサイズの渦輪を放出する装置は、コンパクトでハンディーな加湿器としての用途、また、見た目にインパクトのある大径の渦輪を発生する装置はインテリアなどを兼ねた加湿器としての用途がある。また、容器のサイズと比較して、渦輪状になった霧をより遠くに到達させられるので、より広い範囲の湿度調整が可能となる。

この渦輪発生装置においては、蓋が水面に浮いていることが好ましい。水面と蓋との間の、圧力変動する空間の体積が水量により変わることを抑制できる。このため、水量の変動に伴い、蓋の上下動による圧力変動の幅が変わるのを抑制でき、渦輪を放出する際の条件を一定に保ちやすい。したがって、より安定した大きな渦輪を放出できる。蓋を水面に浮かせる典型的な構成の１つは、駆動ユニットを水面に浮かせ、駆動ユニットを介して蓋を水面に浮いた状態で支持するものである。

また、霧化ユニットは、超音波振動子を、その振動方向が水面に対して傾斜するように支持することが好ましい。超音波振動子を水面に対して傾斜させることにより、水面と蓋との間の空間の、容器の側壁に沿った領域に向けて霧を発生させることができる。このため、渦輪として放出される以外に蓋の開口から漏れ出る霧の量を抑制でき、水面と蓋との間の空間の霧の濃度を高められる。したがって、霧の濃度が濃く、しかも見えやすい渦輪を放出できる。また、超音波振動による水はねが蓋の開口から飛び出るのも抑制できる。

さらに、駆動ユニットは、水面と蓋との間の空間に外部の空気が渦輪状に吸引されるように蓋を上に動かすことが望ましい。蓋が上に動くと、水面と蓋との間の空間に外部の空気が吸引される。その際、蓋の開口から外気が渦輪状に吸引されると、水面と蓋との間の空間の容器の水面近傍に濃く漂っている霧を攪拌し、蓋の開口近傍における霧の濃度を高めることができる。したがって、霧の濃度が濃く、しかも見えやすい渦輪を放出できる。

本発明の一実施形態にかかる渦輪発生装置を示す断面図。 図１の渦輪発生装置を示す平面図。 本発明の他の一実施形態にかかる渦輪発生装置を示す断面図。 図３の渦輪発生装置であって、カバーを外した状態を示す平面図。

以下、図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる渦輪発生装置を縦断面図により示している。図２は、図１の渦輪発生装置を平面図により示している。この渦輪発生装置１ａは、円筒状の容器１０と、この容器１０の上端を覆い、内側が開口１５ａになったカバー（外蓋）１５と、容器の側壁内面に沿って上限に動く蓋（内蓋）２０と、この内蓋２０を駆動する機構３９を内蔵した駆動ユニット３０と、超音波振動子４０を水面から若干沈んだ状態（水没した状態）で支持する霧化ユニット４５と、駆動機構３９のモータ３１および超音波振動子４０に電力を供給する電源５０とを備えている。

容器１０は、底１１を備えているとともに上方が開放された円筒状の容器であり、水Ｗを内部に保持することができ、水Ｗを入れると内部に水面Ｗｆが形成される。内蓋２０は、渦輪９０を放出する平面円形状の開口２１を備えている。内蓋２０は、容器１０の側壁内面１２に沿って、内蓋２０と側壁内面１２との間に十分ではあるが過剰にならない程度のクリアランス、たとえば、１ｍｍ程度のクリアランスを開けて上下に移動するように配置されている。このため、内蓋２０は、容器１０に水Ｗを入れたときに、その水面Ｗｆの上方で水面Ｗｆの全体を覆い、内蓋２０と側壁内面１２との間から、霧が漏れ難いようにしている。内蓋２０が側壁内面１２に沿って均等に、同軸状に上下に動くように、側壁内面１２に、適当な間隔で、内蓋２０をスライド支持するような部材あるいは機構が設けられていてもよい。

この装置１ａにおいては、内蓋２０の外周からは、下向きに縁２２が伸びており、内蓋２０を上下動させる際のガイドとなっている。図２に示すように、内蓋２０の開口２１は完全にオープンでなくてもよく、容器１０内に不用意に物が入り込むことを抑制するために、細いワイヤーあるいは糸２３を渡しておいてもよい。この程度の障害物は、渦輪を放出する際の障害になることはほとんどない。

駆動ユニット３０は、内蓋２０を上下駆動させる機構（駆動機構）３９と、水Ｗに浮くケース３５とを備えている。駆動機構３９は、モータ３１と、回転カム３２と、これらを繋ぐ歯車３３と、カム３２と内蓋２０とを繋ぐ連結部材３４とを含み、モータ３１、カム３２、および歯車３３は、水Ｗに触れないように、ケース３５内に収納されている。連結部材３４は、回転カム３２と内蓋２０とを接続し、回転カム３２が回転駆動されると内蓋２０を上下に駆動する。連結部材３４の一例は、内蓋２０の開口２１を避けた適当な複数の位置を上下に駆動して、内蓋２０を上下に動かす数本の細い棒である。連結部材３４は、水面上の空間１９に浮遊する霧９１の動きをできるだけ妨げないもの、あるいは妨げない形状であることが望ましい。連結部材３４は、容器１０の内壁１２の内側に沿って回転するカム筒であってもよい。カム筒あるいは回転カム３２の一例は、内蓋２０を上方に駆動する速度に対して内蓋２０を下方に駆動する速度を高くするものである。

この発生装置１ａにおいては、内蓋２０は、連結部材３４を介して駆動ユニット３０により支持されており、駆動ユニット３０は、水Ｗに浮くようになっている。したがって、内蓋２０もまた、駆動ユニット３０を介して水Ｗに浮き、水面（水位）Ｗｆが上下しても水面Ｗｆと内蓋２０との距離、たとえば、内蓋２０が上下に駆動する平均位置と水面Ｗｆとの距離が一定に保持されるようになっている。内蓋２０は、駆動ユニット３０を介さずに単独で水Ｗに浮く構成であってもよい。

霧化ユニット４５は、超音波振動子４０と、超音波振動子４０を支持した状態で水Ｗに浮く多孔製のケース（浮子）４１とを含む。この霧化ユニット４５においては、ケース４１の内部に水が侵入し、超音波振動子４０が水面Ｗｆから一定の深さに水没した状態で支持され、容器１０内の水Ｗを霧化し、水面Ｗｆと内蓋２０との間の空間１９に霧９１を充満させる。本例では、超音波振動子４０として、ランジェバン型振動子（ランジュバン型振動子ともいう）を用いている。ケース４１は容器状のものに限らず、筏状のものなどであってもよい。

霧化ユニット４５においては、超音波振動子４０の振動面が水面Ｗｆに対して傾斜するように支持されている。したがって、超音波振動子４０により霧９１は、水面Ｗｆに対して真上ではなく、斜め横、すなわち、容器１０の側壁内面１２の方向に放出される。したがって、生成された霧９１は内蓋２０の開口２１から外部に漏れ出しにくく、空間１９における霧９１の滞留時間を延ばすことができ、空間１９の霧９１の濃度を高めることができる。

電源５０は、水Ｗに晒されないように防水された状態で、容器１０の内部の底１１に設置されている。電源５０は、駆動機構３９のモータ３１および超音波振動子４０と、それぞれ、電気的に接続されている。発生装置１ａは、モータ３１および超音波振動子４０に電源を供給して、この発生装置１ａを制御する回路およびパネル（不図示）を備えており、容器１０の外周あるいは底面の適当なところに配置される。

この渦輪発生装置１ａにおいては、駆動ユニット３０により内蓋２０を上下に動かし、内蓋２０と水面Ｗｆとの間の空間（水面上の空間）１９の体積を変動させ、それにより水面上の空間１９の圧力を変動させる。これにより内蓋２０の開口２１から加圧された空気を渦輪状に、すなわち、渦輪９０として放出する。この渦輪９０に水面上の空間１９に滞留している霧９１が混じるために霧９１を含む渦輪９０が放出され、渦輪９０を可視化できる。したがって、渦輪９０に高濃度の霧９１が含まれていることが望ましい。このため、駆動ユニット３０は、内蓋２０を下げて水面上の空間１９を加圧するときに内蓋２０を下げる（下がる）速度を渦輪９０が生成される限界速度以上にするとともに、内蓋２０を上げて（上昇させて）水面上の空間１９を減圧して外気を吸い込む際も、内蓋２０を上げる（上がる）速度を、水面上の空間１９に渦輪９９が生成される限界速度以上にしている。ここで、限界速度とは、水面Ｗｆと内蓋２０との間の空間１９の大きさ、内蓋２０の開口２１の大きさ（開口２１の径）、および内蓋２０の移動距離などによって決定されるものであり、渦輪９０および／または渦輪９９を形成可能な内蓋２０の最低動作速度である。

水面上の空間１９に外気を吸い込む際に水面上の空間１９に渦輪を形成することにより、水面上の空間１９を攪拌でき、水面上の空間１９の底部、すなわち、容器１０の水面Ｗｆの近傍に滞留させている霧９１を内蓋２０の開口２１の近傍に吹き上げることができる。そのような攪拌時間を確保するため、駆動ユニット３０は、内蓋２０の下方への動きと、上方への動きとの間に待機時間、たとえば０．５秒程度を設けるようにしている。内蓋２０の開口２１の近傍の霧９１の濃度を高めた後、内蓋２０を下に動かして水面上の空間１９を加圧することにより、霧９１の濃度の高い渦輪９０を放出することができる。

超音波振動子４０で発生される霧９１、すなわち、目に見える程度のサイズの霧滴は、高さ１５ｃｍ程度まで浮遊するが、それ以上の上方には広がり難い。また、発生した霧９１の半分程度は２０秒程度で水面Ｗｆに落下する。このため、水面上の空間１９の霧９１の濃度は下方および周囲が高く、内蓋２０の開口２１の付近はそれほど高くないことが多い。したがって、内蓋２０を上方に動かす速度を限界速度以上にすることにより水面上の空間１９で渦輪９９を発生させ、水面上の空間１９の霧９１を攪拌して内蓋２０の開口２１の付近の霧９１の濃度を高くすることは視覚的に見える渦輪９０を発生させるために有効である。

水面上の空間１９に生成された渦輪（外気の渦輪）９９は、渦輪としての外気の塊を水面Ｗｆに到達させ、水面Ｗｆの近くに導入された外気により水面Ｗｆ近くの濃度の高い霧９１を攪拌して押し上げる効果を持つ。渦輪９９は、渦輪９９をなさない外気の流入よりも水面上の空間１９の空気の乱れを抑え、霧９１だけを攪拌させると考えられる。したがって、水面上の空間１９の空気の乱れを抑え、安定した状態で濃度の高い霧９１を内蓋２０の開口２１の付近に生成することができ、霧９１の濃度の高い渦輪９０を発生させやすい条件を作ると考えられる。

渦輪９０および９９を発生させるために内蓋２０を上下に動かす速度は、上述したように、水面上の空間１９の体積、うち内蓋２０の開口２１の径や形状などにより変わる。傾向としては、内蓋２０を上下に動かす速度を上げていくと、ある速度（限界速度）で渦輪が発生し始める。内蓋２０を上下に動かす速度を限界速度以上に上げていくと、渦輪９０の放出速度が上昇し、渦輪９０が遠くへ、あるいは高くまで到達する。さらに内蓋２０を上下に動かす速度を上げていくと、ある速度以上では渦輪９０の発生が見られなくなる。

この渦輪発生装置１ａにおいては、霧化ユニット４５、駆動ユニット３０および内蓋２０が水Ｗに浮くように設計されている。したがって、容器１０の内部に水Ｗを入れた後、霧化ユニット４５および駆動ユニット３０を容器１０に入れて、内蓋２０、さらにカバー１５を取り付けることにより簡単に組み立てる（完成させる）ことができる。したがって、この渦輪発生装置１ａは、構成および構造が簡易であり、組み立て分解も容易である。

また、霧化ユニット４５および駆動ユニット３０は、内蓋２０と水面Ｗｆとの間の霧９１を蓄積する空間１９に配置され、この水面上の空間１９は、さらに、圧力変動により渦輪を生成する空間ともなっている。したがって、この発生装置１ａにおいては、内蓋２０と水面Ｗｆとの間の空間（水面上の空間）１９が幾つかの機能のために兼用されており、全体としてスペース効率が高く、コンパクトな発生装置１ａを提供できる。

図３は、本発明の他の一実施形態にかかる渦輪発生装置１ｂを縦断面図により示している。図４は、図３の渦輪発生装置１ｂを平面図により示している。この渦輪発生装置１ｂにおいては、容器１０は、平面形状が略正方形状のボックス型（角筒状）ものである。また、内蓋２０の平面形状は、容器１０の平面形状にあわせ、これより若干小さい略正方形状としている。

この発生装置１ｂにおいては、駆動ユニット３０は容器１０の底１１に設置されており、浮かない、固定されたタイプになっている。この駆動ユニット３０は、電源５０などとともに水Ｗに晒されないように壁で隔離されている。このタイプの発生装置１ｂにおいても、容器１０に入れる水量は若干減少する可能性があるが、容器１０の内部の水を入れる部分を駆動ユニット３０、さらに、霧化ユニット４５を設置するスペースとして使用しており、全体としてコンパクトな発生装置１ｂを提供できる。

さらに、この渦輪発生装置１ｂにおいては、容器１０の底１１に浮遊している霧化ユニット４５が、水量が低下したときに収まるスペース４２を設けている。したがって、水量が低下したときであっても、超音波振動子４０を水面Ｗｆに対して適当な深さ（水深）に維持でき、効率よく霧化できる。したがって、容器１０に入れた水を無駄なく使って加湿することができる。

上述した渦輪発生装置１ａにおいても、底１１に霧化ユニット４５を収納するスペースを設けることが可能である。さらに、駆動ユニット３０を収納するスペースを設けることも可能であり、水面Ｗｆが低下したときも水面Ｗｆと内蓋２０との距離（空間）を一定に保ち、所定の条件で内蓋２０を駆動して効率よく渦輪９０を発生させることができる。

これらの渦輪発生装置１ａおよび１ｂにおいては、渦輪９０を発生させるために圧力変動する空間１９を、霧９１を蓄積する空間、霧化ユニット４５を配置する空間、さらには、内蓋２０を駆動する駆動ユニット３０を配置する空間として兼用している。このため、装置本体のサイズに対して従来よりも大きな渦輪９０を放出することができる。

したがって、これらの渦輪発生装置１ａおよび１ｂは、従来よりもいっそうコンパクトで相対的に大きな渦輪を発生する加湿装置として提供できる。また、インテリアあるいはディスプレイなどに適した、見た目にインパクトのある大きな渦輪を発生する装置として提供できる。さらに、霧化する際に、エッシェンシャルオイルなどの香料を含ませておくことも可能であり、見た目にインパクトのある渦輪とともに、香りを放出する装置として提供することも可能である。さらには、音楽あるいは映像と連動して渦輪を放出するようなアミューズメント用の機器としてなど、様々な用途に用いることができる。

なお、容器１０および内蓋２０の平面形状は円形状や四角形状に限定されるものではない。容器１０は、平面多角形状などでもよく、内蓋２０は容器１０の平面形状に合わせればよい。

Claims (5)

1. 水を入れると内部に水面が形成される容器と、
   前記水面の上で、前記水面の全体を覆うように前記容器の側壁内面に沿って上下する蓋であって、加圧された空気を渦輪状に放出する開口を備えた蓋と、
   前記蓋を上下に駆動する駆動ユニットと、
   前記水面に浮いた状態で超音波振動子を水没させて前記水を霧化し、前記水面と前記蓋との間の空間に霧を充満させる霧化ユニットとを有する渦輪発生装置。
2. 請求項１において、前記蓋が前記水面に浮いている、渦輪発生装置。
3. 請求項１または２において、前記駆動ユニットが前記水面に浮いており、前記蓋が前記駆動ユニットを介して前記水面に浮いている、渦輪発生装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記霧化ユニットは、前記超音波振動子を、前記超音波振動子の振動方向が前記水面に対して傾斜するように支持する、渦輪発生装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記駆動ユニットは、前記水面と前記蓋との間の前記空間に外部の空気が渦輪状に吸引されるように前記蓋を上に動かす、渦輪発生装置。

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