JP2013002751A - 超音波加湿機 - Google Patents

Abstract

【課題】菌を含む霧化空気が外部へ放出されることを防止できる超音波加湿機を提供する。
【解決手段】水を貯める給水タンク３と、霧化させる水を貯める霧化水槽４と、給水タンク３の水が霧化水槽４に供給されるように、給水タンク３と霧化水槽４とを連通した給水路５と、霧化水槽４に設けられた超音波素子９と、超音波素子９により霧化水槽４の水が霧化された際に、当該霧化された水を含んだ空気を滞留させる霧化室１１と、霧化水槽４に滞留した霧化空気を霧化室１１へ搬送する風を発生させる送風機１４と、霧化水槽４と給水路５とを加熱する加熱手段１５と、運転開始時に、加熱手段１５を動作させ、霧化水槽４の水温が所定温度以上で所定時間以上継続し、給水路５の水温が所定温度以上となった後に、送風機１４を動作させる制御装置１８と、を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、超音波加湿機に関するものである。

超音波加湿機として、霧化水槽へ連通する給水路に加熱手段を備えたものが提案されている。この超音波加湿機によれば、霧化水槽に供給される水が給水路を通過する際に、殺菌される（例えば、特許文献１及び２参照）。

しかしながら、当該超音波加湿機においては、運転開始時に、霧化水槽内に貯まっている水に対し、殺菌することができない。

これに対し、霧化水槽に加熱手段を備えた超音波加湿機が提案されている。この超音波加湿機によれば、運転開始時に、霧化水槽内に貯まっている水に対し、殺菌を開始することができる（例えば、特許文献３参照）。

特許第２５８９９２２号公報 特許第４１５５４８７号公報 特開平２−２３８２３７号公報

しかしながら、当該超音波加湿機においても、殺菌が完了する前に、菌を含む霧化空気が外部へ放出され得る。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、菌を含む霧化空気が外部へ放出されることを防止できる超音波加湿機を提供することである。

この発明に係る超音波加湿機は、水を貯める給水タンクと、霧化させる水を貯める霧化水槽と、前記給水タンクの水が前記霧化水槽に供給されるように、前記給水タンクと前記霧化水槽とを連通した給水路と、前記霧化水槽に設けられた超音波素子と、前記超音波素子により前記霧化水槽の水が霧化された際に、当該霧化された水を含んだ空気を滞留させる霧化室と、前記霧化水槽に滞留した霧化空気を前記霧化室へ搬送する風を発生させる送風機と、前記霧化水槽と前記給水路とを加熱する加熱手段と、運転開始時に、前記加熱手段を動作させ、前記霧化水槽の水温が所定温度以上で所定時間以上継続し、前記給水路の水温が所定温度以上となった後に、前記送風機を動作させる制御装置と、を備えたものである。

この発明によれば、菌を含む霧化空気が外部へ放出されることを防止できる。

この発明の実施の形態１における超音波加湿機の縦断面図である。 この発明の実施の形態１における超音波加湿機による殺菌効果を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における超音波加湿機の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１における超音波加湿機の霧化水槽の水温と配管入口の水温の推移を説明するための図である。 この発明の実施の形態２における超音波加湿機の縦断面図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における超音波加湿機の縦断面図である。なお、図１の上部の矢印方向が超音波加湿機の前方である。

図１において、１は本体ケース１である。本体ケース１の上部には、ふた１ａが設けられる。ふた１ａの下方では、本体ケース１内に、給水部２が設けられる。ふた１ａの下方では、給水部２の上方に、給水タンク３が着脱自在に取り付けられる。給水タンク３の下部には、給水弁３ａが設けられる。

本体ケース１内の下部中央には、霧化水槽４が設けられる。霧化水槽４中央の外周面一側には、金属製の配管４ａが設けられる。配管４ａは、霧化水槽４と一体形成される場合もある。配管４ａは、霧化水槽４とは別部品として、霧化水槽４に溶接される場合もある。配管４ａは、給水路５を介して、給水部２に連通する。

給水路５の中央下部には、第１排水経路６の上端が連結される。給水路５の下方では、霧化水槽４の側面には、第２排水経路７の一端が連結される。第１排水経路６の下端と第２排水経路７の他端とは、電気式又は手動式の排水弁８に連結される。

霧化水槽４の底面には、超音波素子９が取り付けられる。霧化水槽４の上方には、霧化空気流路１０が設けられる。霧化空気流路１０の前方端には、霧化室１１が設けられる。霧化室１１の後部は、後ろケース１１ａからなる。後ろケース１１ａの任意位置には、任意形状の空気弁（図示せず）が形成される。霧化室１１の前部は、前カバー１１ｂからなる。前カバー１１ｂの前部には、少なくとも１つの渦輪形成口１１ｃが形成される。

霧化室１１内の空間には、空気加圧手段として、加振器１２が設けられる。加振器１２は、前カバー１１ｂとの間で機密を保持する。加振器１２は、一般的なスピーカと同様の構造である。すなわち、加振器１２には、ボイスコイル（図示せず）が設けられる。ボイスコイルの定位置には、接着層によって振動板１２ａが固着される。振動板１２ａは、耐熱性の機能を有する材料で形成される。振動板１２ａに接するように、ゴム等の振動減衰能の大きい材料が配置される場合もある。振動板１２ａの近傍には、マグネット（図示せず）が配置される。

本体ケース１内部の前方下部には、空気経路１３が形成される。空気経路１３の前方端は、外部に向けて開口する。空気経路１３の後方端は、霧化空気流路１０の後方端と対向する。空気経路１３の途中には、送風機１４が設けられる。

霧化水槽４下部の外周面には、第１加熱手段１５が取り付けられる。霧化装置下部の外周面には、第１温度検出手段として、サーミスタ１６が設けられる。配管４ａの外周面には、第２温度検出手段として、サーミスタ１７が設けられる。本体ケース１内部の前方下部には、制御装置１８が設けられる。制御装置１８は、超音波素子９、ボイスコイル、第１加熱手段１５、サーミスタ１６、１７に接続される。

次に、図２を用いて、水の殺菌効果に関する試験結果を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における超音波加湿機による水の殺菌効果を説明するための図である。図２の横軸は加熱時間である。図２の縦軸は水中の菌数である。

図２に示すように、菌数に関する水質基準値は、１．Ｅ＋０２個／ｍｌである。殺菌温度を摂氏６５度とした場合、５分以上加熱すれば、水中の菌数が水質基準値以下に減る。これに対し、殺菌温度が摂氏８０度の場合は、１分以上加熱すれば、水中の菌数が水質基準値以下に減る。すなわち、殺菌温度が高いほど、短時間で水を殺菌できる。

当該殺菌効果は、配管４ａの設定に影響する。例えば、加湿温度（給水温度）が５０ｃｃ／ｈで配管４ａの内径が１０ｍｍの場合、配管４ａを通過する水の速度は、約６．４ｍｍ／ｍｉｎである。この場合、配管４ａを通過する水を摂氏６５度で５分間加熱するためには、配管４ａの長さを３２ｍｍ程度にする必要がある。

次に、図３を用いて、超音波加湿機の動作を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における超音波加湿機の動作を説明するためのフローチャートである。

給水タンク３には、外部から水が供給される。給水タンク３は、タンク挿入部（図示せず）に沿って、本体ケース１内に設置される。給水タンク３内の水は、給水部２、給水路５、配管４ａを介して、霧化水槽４に一定量流れ込む。この際、霧化水槽４への給水量は、給水弁３ａによって調整される。

その後、ステップＳ１で、電源ＳＷ（図示せず）が押されると、超音波加湿機の電源がＯＮ状態となる。これにより、超音波加湿機の運転が開始される。その後、ステップＳ２に進み、制御装置１８は、第１加熱手段１５をＯＮ状態にする。これにより、第１加熱手段１５に電流が流れる。この電流により、第１加熱手段１５が熱を発する。当該熱により、霧化水槽４が加熱される。この際の熱は、配管４ａにも伝達される。このため、霧化水槽４内の水温や配管４ａ内の水温が上昇する。

その後、ステップＳ３に進み、制御装置１８は、サーミスタ１６の検出温度に基づいて、霧化水槽４の水温が摂氏８０度よりも高いか否かを判断する。

霧化水槽４の水温が摂氏８０度以下の場合は、ステップＳ２に戻る。霧化水槽４の水温が摂氏８０度より高い状態が１分継続した場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、制御装置１８は、第１加熱手段１５をＯＦＦ状態にする。その後、ステップＳ５に進み、制御装置１８は、超音波素子９をＯＮ状態にする。

これにより、霧化水槽４内の水は、界面で微細化される。すなわち、霧化水槽４内の水は、霧化する。霧化した水を含んだ高湿空気は、霧化水槽４内の上部に充満する。この際、霧化水槽４内の水は、攪拌される。このため、配管４ａの入口付近の水温は、更に上昇する。

その後、ステップＳ６に進み、制御装置１８は、サーミスタ１７の検出温度に基づいて、配管４ａ入口の水温が摂氏６５度以上か否かを判断する。配管４ａ入口の水温が摂氏６５度よりも低い場合は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御装置１８は、第１加熱手段１５をＯＮ状態にする。この加熱と攪拌により、配管４ａ入口の水温が再び上昇する。

その後、ステップＳ８に進み、制御装置１８は、サーミスタ１７の検出温度に基づいて、配管４ａ入口の水温が摂氏６５±５度以上か否かを判断する。配管４ａ入口の水温が摂氏６５±５度よりも低い場合は、ステップＳ７に戻る。配管４ａ入口の水温が摂氏６５±５度以上の場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、制御装置１８は、第１加熱手段１５をＯＦＦ状態にする。

ステップＳ６で配管４ａ入口の温度が摂氏６５度以上の場合やステップＳ９で第１加熱手段１５がＯＦＦ状態となった場合は、ステップＳ１０に進む。この際、配管４ａを通過する水は、霧化水槽４に進入するまでに５分間加熱される。このため、配管４ａを通過する水は、確実に殺菌される。

ステップＳ１０では、制御装置１８は、送風機１４をＯＮ状態にする。これにより、空気経路１３を介して、外部から空気が取り込まれる。当該空気の流れに伴って、霧化水槽４に充満した霧化空気は、霧化空気流路１０を介して霧化室１１に移送される。

これと同時に、制御装置１８は、加振器１２をＯＮ状態にする。これにより、ボイスコイルに駆動信号が入力される。ボイスコイルは、マグネットとの間で電磁駆動する。その結果、振動板１２ａが振動する。この振動により、霧化室１１内の容積が変動する。この変動により、霧化室１１内の霧化空気が加圧される。この際、霧化室１１内で生じる異音の共鳴による増幅等は、ゴム等によって防止される。

当該霧化空気は、渦輪形成口１１ｃから外部へ押し出される。この際、霧化空気の渦輪形成口１１ｃ近傍は、渦輪形成口１１ｃとの摩擦により減速する。このため、霧化空気の渦輪形成口１１ｃ近傍と渦輪形成口１１ｃとの間には、風速分布が形成される。この分布により、渦輪形成口１１ｃ近傍で、渦流が生成される。その結果、全体として、渦輪状の霧化空気が生成される。当該霧化空気においては、渦輪外周部が徐々に拡散する。その後、当該霧化空気は、渦輪の形状が保持できなくなるまで並進する。

その後、ステップＳ１１に進み、制御装置１８は、電源ＳＷがＯＦＦ状態となっているか否か、タイマー設定時間が経過したか否か、給水タンク３内の水量が０になったか否かを判断する。いずれでもない場合は、ステップＳ６に戻る。いずれかの場合は、ステップＳ１２に進み、動作が終了する。

超音波加湿機の動作が終了した際、利用者は、排水弁８を開くことで、給水タンク３や給水路５に残った水を本体ケース１外へ排出することができる。これにより、超音波加湿機の未使用時に給水タンク３や給水路５に残った水内で菌が繁殖したり、悪臭が発生したりすることを抑制できる。

また、利用者は、本体ケース１の前ケース（図示せず）、前カバー１１ｂ、給水タンク３のカバー（図示せず）を順番にはずすことで、霧化水槽４内、振動板１２ａ等、水が残った部分を確実に拭くことができる。この場合、水が残った部分で菌が繁殖したり、悪臭が発生したりすることを抑制できる。

次に、図４を用いて、霧化水槽４の水温と配管４ａ入口の水温の推移の一例を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における超音波加湿機の霧化水槽の水温と配管入口の水温の推移を説明するための図である。なお、図４のＳ１〜Ｓ１０のタイミングは、図３のステップＳ１〜Ｓ１０のタイミングに相当する。

図４に示すように、配管４ａ入口の水温よりも霧化水槽４の水温の方が速く上昇する。このため、霧化水槽４の水温が摂氏８０度以上で１分間継続していても、配管４ａ入口の水温が摂氏６５度に達していない。このため、この時点では、加湿が開始されない。その後、配管４ａ入口の水温が摂氏６５度に到達した時点で、加湿が開始される。その後、配管４ａ入口の水温は、摂氏６５±５度以上を維持する。

以上で説明した実施の形態１によれば、霧化水槽４の水温が所定温度以上で所定時間以上継続し、給水路５の水温が所定温度以上となった後に、送風機１４が動作する。このため、運転開始直後に、霧化水槽４へ供給された水や前回使用した際に霧化水槽４に残った水に対し、殺菌することができる。また、運転中に給水タンク３等から供給される水に対しても、殺菌することができる。すなわち、運転開始時及び運転中に、菌を含む霧化空気が外部へ放出されることを防止できる。なお、送風機１４を動作させるタイミングは、タイマー等によって時間のみで制御する場合もある。

なお、加熱時間は、霧化空気が本体ケース１外に放出されない。すなわち、利用者にとって、加熱時間は待ち時間となる。このため、可能であれば、加熱時間を２、３分以下にすることが好ましい。例えば、霧化水槽４の貯水量が５０ｃｃの場合、第１加熱手段１５の入力を１００〜２００Ｗとすればよい。

また、給水路５の霧化水槽４側は、配管４ａとして、霧化水槽４に形成される。このため、部品点数を減らすこともできる。また、霧化水槽４と給水路５とを効率良く加熱することができる。

また、配管４ａは、金属で形成される。このため、配管４ａを効率よく加熱することができる。

また、霧化水槽４の水温が所定温度以上で所定時間継続した後に、超音波素子９が動作する。このため、霧化水槽４内の水が殺菌されない状態で霧化することを防止できる。

なお、霧化水槽４の水温が所定温度以上で所定時間継続する前に、超音波素子９を動作させてもよい。この場合、このため、超音波素子９の動作によって、霧化水槽４内の水温を早く上げることができる。

また、霧化水槽４の水温と配管４ａの水温とが所定温度で所要時間継続するように、第１加熱手段１５が動作する。このため、運転中においても水に対する殺菌が維持される。

また、所定温度と所定時間との関係を摂氏温度６５度以上５分又は摂氏温度８０度以上１分とすれば、図２の実験結果の通り、確実に殺菌することができる。

また、給水路５の水温が殺菌温度以上で殺菌所要時間継続するように給水路５の長さを設定すれば、霧化水槽４に進入する前に殺菌することができる。このため、霧化空気に菌が混入することを防止できる。

また、給水路５の長さを５０ｍｍ以下にすれば、小スペースかつ低入力で霧化水槽４に進入する前に殺菌することができる。このため、通常運転しながら殺菌でき、連続加湿が可能となる。すなわち、霧化水槽４に水を貯めて殺菌した後に加湿を行うことを繰り返さなくてもよい。

また、霧化空気は渦輪状となって外部へ押し出される。当該霧化空気は、局所的に送られる。このため、加湿水量を少なくすることができる。その結果、配管４ａの長さを短くすることができる。すなわち、超音波加湿機を小さくすることができる。また、第１加熱手段１５の入力を小さくすることができる。すなわち、第１加熱手段１５の消費電力を低減することができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における超音波加湿機の縦断面図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２の超音波加湿機は、実施の形態１の超音波加湿機に第２加熱手段１９を付加したものである。第２加熱手段１９は、配管４ａの外周面に設けられる。

以上で説明した実施の形態２によれば、霧化水槽４の水温と配管４ａの水温とをより細かく制御することができる。また、第２加熱手段１９は、新たに供給される水のみを加熱すればよい。このため、加熱能力の低い第２加熱手段１９を利用することができる。すなわち、消費電力の小さい第２加熱手段１９を利用することができる。

なお、配管４ａ入口の温度は、霧化水槽４と配管４ａ等のモデルに基づいて、サーミスタ１６の測定値を補正して検出してもよい。これにより、サーミスタ１７を不要とすることができる。このため、部品点数を減らすことができる。

また、空気経路１３が霧化水槽４と第１加熱手段１５との近傍を通過するようにしてもよい。この場合、初期殺菌を終えた第１加熱手段１５が冷却される。この冷却により、霧化水槽４内の温度が下がる。その結果、外部へ放出される霧化空気の温度が下がる。また、超音波加湿機が転倒した際に熱湯が流出することもない。

また、流体搬送装置による渦輪を用いることなく、殺菌処理した霧化空気をそのまま本体ケース１外へ放出してもよい。この場合であっても、菌を含む霧化空気が外部へ放出されることを防止できる。

１ 本体ケース
１ａ ふた
２ 給水部
３ 給水タンク
３ａ 給水弁
４ 霧化水槽
４ａ 配管
５ 給水路
６ 第１排水経路
７ 第２排水経路
８ 排水弁
９ 超音波素子
１０ 霧化空気流路
１１ 霧化室
１１ａ 後ろケース
１１ｂ 前カバー
１１ｃ 渦輪形成口
１２ 加振器
１２ａ 振動板
１３ 空気経路
１４ 送風機
１５ 第１加熱手段
１６、１７ サーミスタ
１８ 制御装置
１９ 第２加熱手段

Claims (12)

1. 水を貯める給水タンクと、
   霧化させる水を貯める霧化水槽と、
   前記給水タンクの水が前記霧化水槽に供給されるように、前記給水タンクと前記霧化水槽とを連通した給水路と、
   前記霧化水槽に設けられた超音波素子と、
   前記超音波素子により前記霧化水槽の水が霧化された際に、当該霧化された水を含んだ空気を滞留させる霧化室と、
   前記霧化水槽に滞留した霧化空気を前記霧化室へ搬送する風を発生させる送風機と、
   前記霧化水槽と前記給水路とを加熱する加熱手段と、
   運転開始時に、前記加熱手段を動作させ、前記霧化水槽の水温が所定温度以上で所定時間以上継続し、前記給水路の水温が所定温度以上となった後に、前記送風機を動作させる制御装置と、
   を備えた超音波加湿機。
2. 前記給水路の前記霧化水槽側は、前記霧化水槽に形成された請求項１記載の超音波加湿機。
3. 前記給水路は、金属で形成された請求項１又は請求項２に記載の超音波加湿機。
4. 前記加熱手段は、
   前記霧化水槽に設けられた第１加熱手段と、
   前記給水路に設けられた第２加熱手段と、
   を備えた請求項１〜請求項３のいずれかに記載の超音波加湿機。
5. 前記制御装置は、前記霧化水槽の水温が所定温度以上で所定時間継続した後に、前記超音波素子を動作させる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の超音波加湿機。
6. 前記制御装置は、前記霧化水槽の水温が所定温度以上で所定時間継続する前に、前記超音波素子を動作させる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の超音波加湿機。
7. 前記制御装置は、前記霧化水槽の水温と前記給水路の水温とが所定温度で所要時間継続するように、前記加熱手段を動作させる請求項１〜請求項６のいずれかに記載の超音波加湿機。
8. 前記所定温度と前記所定時間との関係は、摂氏温度６５度以上５分又は摂氏温度８０度以上１分である請求項７記載の超音波加湿機。
9. 前記給水路の長さは、当該給水路の水温が殺菌温度以上で殺菌所要時間継続するように設定された請求項８記載の超音波加湿機。
10. 前記給水路の長さは、５０ｍｍ以下となるように設定された請求項９記載の超音波加湿機。
11. 前記送風機により発生した風が通過するように、前記霧化水槽と前記加熱手段との近傍を通過するように設けられた空気経路、
    を備えた請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の超音波加湿機。
12. 前記霧化室に設けられた加圧手段と、
    前記加圧手段により加圧された空気が渦輪状に外部へ押し出されるように、前記加圧手段よりも前記霧化室の加圧方向側に形成された渦輪形成口と、
    を備えた請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の超音波加湿機。

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