JP2016013225A - ミスト発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で温度制御されたミストを発生し得るミスト発生装置を提供する。【解決手段】（Ａ）空気の取入口と、ミストの供給口３２を備えた筺体１０、（Ｂ）筺体内に設けられる給水タンク２０と貯水室Ｗから成る給水装置、（Ｃ）筺体内に設けられ、給水装置から供給される水を霧化するミスト発生器５０、（Ｄ）送風機４０と送風路ユニット３０とから成り、ミスト発生器から発生させたミストを、筺体の空気取入口から取り入れた空気と共にミストの噴出口に導く送風装置、（Ｅ）送風装置の送風路内に設けられる放熱放熱フィンを具備する温度制御用のペルチェ素子９０、（Ｆ）ミストの供給口から排出されるミストを含む空気の温度を検出し得る温度センサー７０、（Ｇ）ペルチェ素子に供給される電流及びその極性を制御し、温度センサーの出力値を所望の範囲に制御し得るペルチェ素子制御回路８０、とを具備するミスト発生装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、美容や温熱治療、食品の発酵槽等に利用されるミスト発生装置、特に高精度で発生ミストの温度を制御し得る装置に関するものである。

患部を蒸して温め血行を促進し治療を行う温熱治療器や、高温或いは冷温のミストを含む空気流の温湿効果により肌に潤いを与え美肌を回復するための美顔器は広く知られているが、その多くは蒸しタオルを用いたり、電気ヒータにより湯を沸かし、その湯気を肌に当てるものであり、使用するミストを含む空気の温度制御が設けられていても、それは単に温度を昇降させるだけのものであって正確でなく、周囲の気温や湿度によって影響を受けるので、常に確実に所望の効果が得られるというものではなかった。
又、一般家庭等で、パン生地や、納豆その他の発酵食品などを製造する場合、湯を沸かし湯気を立てて温度・湿度を管理すると好都合であるが、従来は正確で安価に温度・湿度を制御できる装置は提案されていなかった。

超音波振動霧化装置などを利用したミスト発生装置により発生させたミストを含む空気を加熱若しくは冷却して所望の温度のミストを含む高湿度空気流（以下、煩を避けるためこれを単にミストと言うものとする。）を発生させ、これを顔面等に当てるミスト発生装置は周知であり、これらのミストを含む空気の冷却にペルチェ素子を利用するものは例えば下記の特許文献に記載されている。
然しながら、ミストを含む空気の加熱には、電熱ヒータ等他の熱源が使用されており、ペルチェ効果を利用したものは提案されていない。

特開２０１１−２３９８２３号公報 特開２００９−２３２９３９号公報 特開２００９−２６４６６５号公報

このようにペルチェ効果を冷却に利用する場合でも、加熱には専ら電熱ヒータが利用されていたものである。
電熱ヒータは安価であり、構造が単純で制御も簡単で故障も少ないという長所があり、そのため冷却用のペルチェ素子が用いられている装置においても、加熱用には専ら電気ヒータが用いられていたものである。

然しながら、電熱ヒータは発熱線をセラミック絶縁管を介して金属シースに入れて使用しなければならないため、熱容量が大きくなり、制御系の遅れやオーバーシュートが大きく、本願発明の対象とする美顔器や小型の調理器や発酵槽等に用いられる小容量のミスト発生装置に要求される機能を満たすことは困難であった。
然しながら、ミストによる温熱治療や、美顔効果、或いは発酵等の場合、温度の制御は極めて重要であり、規定された温度で施術或いは発酵処理を行わないと初期の効果は達成し得ないものである。
又、治療器や美顔器等の場合、周期的に温熱・冷熱の切り替えを行うことが望ましい場合があるが、そのような場合、加熱・冷却にペルチェ素子を用いれば、制御が簡単となり、コストの点でも有利である。
又調理器具に於いても、調理完了後、急速冷却することが好ましい場合があり、そのような場合にも、加熱・冷却にペルチェ素子を用いることが推奨される。
これらの目的のため、ペルチェ素子に接続さえる電源の極性を所望のプログラムに従って切替制御する回路が設けられる。

本発明により解決しようとする課題は、小型軽量で取り扱い易く、高精度で温度が制御されたミストを発生せしめ得るミスト発生装置を提供することにある。
本発明者は、ペルチェ素子が、負荷の小さいミスト発生器に適した加熱／冷却両用の熱源であることを発見し、本発明に想到し、これを完成したものである。
本発明に係るミスト発生装置は、鋭敏な温度制御が可能であり、美顔器や、家庭用に好適な小型の発酵槽や調理器具等に好適に利用し得るものである。

上記の課題は、下記の構成要素、即ち、
（Ａ）筺体。
（Ｂ）筺体内に設けられる給水タンクと貯水室Ｗから成る給水装置。
（Ｃ）筺体内に設けられ、上記給水装置から供給される水を霧化するミスト発生器。
（Ｄ）送風機と送風路ユニットとから成り、上記ミスト発生器から発生させたミストを、筺体に設けた空気取入口から取り入れた空気と共にミストの供給口に導く送風装置。
（Ｅ）上記送風装置の送風路内に設けられる放熱放熱フィンを具備する温度制御用のペルチェ素子。
（Ｆ）上記ミストの供給口から排出されるミストを含む空気の温度を検出し得る温度センサー。
（Ｇ）上記ペルチェ素子に供給される電流及びその極性を制御し、上記温度センサーの出力値を所望の範囲に制御し得るペルチェ素子制御回路。
を具備することを特徴とするミスト発生装置により達成される。

好ましい一実施例においては、空気取入用の送風装置が１基設けられ、その1基の送風機の送気通路が、上記第一の送風通路と第二の送風通路の２系統に分岐し、その内の１系統、即ち第一の送気通路は、空気取入口からミスト噴出口に通じ、この第一の送気通路内部にはペルチエ素子の一方の放熱板、即ち第一放熱板に設けられる第一放熱放熱フィンが張り出すように構成すると共に、他の一方の系統の送気通路、即ち第二の送気通路は、空気取入口から上記ミスト噴出口とは別異に筺体に設けた排気口に通じ、その第二の送気通路内部にはペルチエ素子の他の一方の放熱板、即ち第二放熱板に設けられる第二放熱放熱フィンが張り出すように構成することが推奨される。

本発明の他の一実施例によれば、空気取入用送風機が２基設けられ、その一方の送風機が第一の通風路用として、他の一方の送風機が第二の通風路用として、それぞれ独立して作動するよう構成される。
そして、第一の通風路と第二の通風路との相互関係は、送風機接続関係を除いて、前段落に記載したものと同様に構成する。

本発明の好ましい他の一実施例においては、ミスト発生器としては、主に超音波式ミスト発生器が用いられる。
又更に別異の実施例においては、ミスト発生器に供給する空気と水を所望の温度に予熱或いは予冷却し、供給することが推奨される。
この熱源としてもペルチエ素子を採用することができる。
されに別異の実施例に於いては、ペルチェ素子に流れる電流の極性及び／又は大きさを、所望のプログラムに従って切替・制御する制御回路が設けられる。

本発明に係るミスト発生装置を用いれば、今日多くの人々が訴える肌などの症状を安価且つ手軽に緩和、治癒することができは所望の温度に正確に温度制御されたミストの発生装置を提供し得るので、一般市民生活の質向上に寄与できるのみでなく、健康保険の保険者等の医療費負担軽減にも寄与することができる。
又、この本発明に係るミスト発生装置を利用すれば、高精度で温度が制御できる安価な家庭用の発酵槽や調理器具を提供でき、これによればパン生地、納豆、ヨーグルト、みそ等の発酵や、各種の食品の調理に利用し得るものである。

図１は、本発明の第一実施例の基本構成を示す説明図である。

図１において、１は本発明に係るミスト発生装置、１０はその筺体であり、基台１２、貯水室Ｗ及びミスト発生室Ｍと一体に形成された筺体主体部１４及び筺体主体部の開口を覆うよう取り付けられる蓋体１６、貯水室Ｗの底部に設けられる支台から成る。
２０は、常用の超音波式加湿器等で多用されているのと同様なフロート式定水位弁付の給水タンク、２２はそのフロート、２４は給排水口のキャップ、２６は取っ手、２８は支脚であり、３０は、第一の送風管路即ちミスト排出路３０ａ、及び、第二の送風管路即ち排気路３０ｂを構成する送風管ユニット、３２はミストを含む空気を外気中に放出するミスト放出コーンであり、４０は外気を取り入れる送風機、５０は超音波振動により水を霧化するミスト発生器、６０はペルチェ素子であり、６２はその主体部、６４２及び６４４はそれぞれ主体部６２の表裏に設けられる第一放熱板及び第二放熱板、６６２及び６６４はそれぞれ第一放熱板６４２及び第二放熱板６４４に取り付けられる第一放熱フィン及び第二放熱フィンである。
主体部６２は、周知の通り、金属電極とp型およびn型半導体をΠの字型に接続して成る単位電熱変換素子を多数直列接続して成る電熱変換回路である。

而して、６７０はミストを含む空気の温度を検知し電気信号に変換する温度センサー、８０は、ミスト発生器４０を制御する回路、９０はペルチェ素子５０を制御する回路である。
以下順次説明する。
尚、この図１には図を簡略とするため、ミスト発生器５０とその制御回路８０の間、及び、ペルチェ素子６０とその制御回路９０の間の信号配線、及び、電力配線は図示を省略してある。

本実施例に於いては、筺体１０は、基台１２と、その上に取り付けられる筺体主体部１４と、蓋体１６とから成り、筺体主体部１４は、装置の略全体を内包する側壁部と、貯水室Ｗ及びミスト発生室Ｍとを一体的に成形して成る合成樹脂製の直方体状のキャビネットである。
筺体１０の貯水室Ｗの上方は、給水タンク２０の収容室Ｔとなっており、収容室Ｔには、底部に給水口と定水位弁が設けられた給水タンク２０が収容されれており、且つ、蓋体１６には、給水タンク２０を出し入れするための切欠きが設けられており、給水タンク２０は、蓋体１６を開閉することなく、蓋体１６に設けた切欠きから、筺体内１０内の収容室Ｔ内に装着され、取り出され得るように構成されている。

給水タンク収容室Ｔの底部は貯水室Ｗとなっており、貯水室Ｗは、その底部でミスト発生室Ｍに通じている。
給水タンク２０がその収容室Ｔ内に装着されると、給水タンク２０は、一対の支脚２８、２８により、給水タンク収容室Ｔの底部に設けられた支台１８の上に倒立する。
そのとき、給水タンク収容室Ｔ内の水位が低いと、給水タンク２０の定水位弁（図示せず。）のフロート２２が下がり、上記定水位弁が開くので、給水タンク２０内の水が流れ出し、貯水室Ｗに貯まる。
そして、給水タンク収容室Ｔの水位が上昇するに連れ、フロート２２が上昇し、上記定水位弁が絞られ、水位が所定高さに達すると上記定水位弁が閉まる。
貯水室Ｗ２流下した水は、これに伴ってミスト発生室Ｍに流入し、ミスト発生室Ｍの底部に設けられている超音波発生器４０が水没する。そして超音波ミスト発生器４０が水没した状態で励起されると、その振動により水面から激しくミストが発生する。

一方、筺体１０の内部には、送風管ユニット３０と、送風機４０が設けられている。
送風管ユニット３０は、送風機４０から送られる空気の一部をミスト発生室Ｍを経由してミスト放出コーン３２から外方に放出するミスト排出路３０ａと、ミスト排出路３０ａから分岐してミスト発生室Ｍを経ないで上記空気の一部以外の空気をペルチェ素子６０の第二放熱板６４４及び第二放熱フィン６６４に触れさせた後、外部に排出する排気路３０ｂとを形成している。

ミスト発生室Ｍから、ミストを伴って外部に至るミスト排出路３０ａの一部は、排気路３０ｂの一部と隔壁１枚を隔てて隣接せしめられており、その隔壁には、ペルチェ素子６０を取り付ける窓が設けられ、その窓はペルチェ素子６０の主体部６２で完全に閉塞されている。ペルチェ素子６０の一方の放熱板、即ち第一放熱板６４２は、ミスト排出路３０ａに臨み、他の一方の放熱板、即ち第二放熱板６４４は排気路３０ｂに臨んでいる。
第一放熱板６４２及び第二放熱板６４４に上にはそれぞれに発生する温熱又は冷熱を放散させるため、第一放熱フィン６６２及び第二放熱フィン６６４が、それぞれミスト排出路３０ａ及び排気路３０ｂを横断するように設けられる。

この実施例に於いては、送風機４０から送られる空気は二分され、その一方はミスト排出路３０ａに送られ、ミスト発生室Ｍで発生するミストを伴って、第一放熱フィン６６４に沿って流れ、ミスト放出コーン３２を通って外方に放出され、所望の用途に供される。
上記空気の他の一方は排気路３０ｂに送られ、第二放熱フィン６６４に沿って流れ、排気口３０ｃから排出される。
ペルチェ素子６０の主体部６２に電流が流れると、その極性に応じて、第一放熱板６４２、第二放熱板６４４の何れか一方が高温、他の一方が低温となり、それぞれ対応する第一放熱フィン６６２、第二放熱フィン６６４から熱の放散、吸収が行われる。

第一放熱板６４２が高温となると、ミスト排出路３０ａを搬送されるミストが加熱され、低温となると、ミストは冷却される。
ミストの温度は、温度センサー７０で電気信号に変換され、ペルチエ素子制御回路９０に制御信号として送られ、このペルチェ素子制御回路９０は、ミストの温度が予め設定された目標範囲に保たれるよう、ペルチェ素子６０の主体部６２を流れる電流を制御するので、ミスト放出コーン３２から放出されるミストの温度が上記設定された目標範囲に保たれる。
ペルチェ素子制御回路９０の構成は周知慣用のものであるので、ここでは具体的な説明は省略する。

而して、上記の説明は本発明に係るミスト発生装置１の作動原理である。
好ましい実施例に於いては、以下に順次説明する変更例が適用される。

先ず、第一の変更例としては、上記の説明では１基の送風機を用いる例を示したが、送風機として、ミスト排出路用のものと、排気路用のものとを別個に設ける例を挙げることができる。
このようにすると、ミスト排出路を流れる流体の温度制御系と、排気路を流れる空気の温度制御系の干渉がなくなり、安定した温度制御が確保されるものである。

この種のミスト発生装置に於いては、給水タンク２０の水温と、送風機４０で取り入れらる外気の温度は通常相違しており、又外気は通常は水蒸気で飽和していないため、ミスト発生室Ｍでミストが発生すると、ミストの水滴からの水分の蒸散或いは凝縮が生じ、そのため無視し得ない程の温度変化が生じる。
その上、水滴は空気に比して比熱が大きく、蒸発潜熱も大きいので、ミストを含み流動する空気の温度の計測及び制御には問題が生じることがある。
この問題を解決するため、供給するミストの目標温度が、ミスト発生室Ｍに供給される空気及び／又は水の温度と乖離している場合等には、これらの気温及び水温を予め調節し、乖離を解消しておくことが望ましい。

このため、ミスト発生室Ｍに空気を供給する管路及び／又は水を供給する管路に温度調整装置を設け、供給する空気及び水の温度を要求されるミストの目標温度と略同等に制御するよう構成することが推奨される。
この目的のため、ミスト発生室Ｍに供給される空気の温度センサーと、この空気を予熱或いは予冷却する空気温度調節用熱源と、上記空気温度センサーによる測定温度が、要求されるミストの目標温度と合致するよう上記空気温度調節用の熱源の発熱量を制御する装置を設けると共に、ミスト発生室Ｍに供給される水の温度センサーと、この水を予熱或いは予冷却する水温度調節用熱源と、上記水温度センサーによる測定温度が、要求されるミストの目標温度と合致するよう上記水温度調節用の熱源の発熱量を制御する装置を設ける。
而して、これらの空気及び水を加熱或いは冷却する熱源には、ペルチェ素子を用いることが推奨される。
又更に別異の実施例に於いては、ミストの温度を周期的に変化させるために、ペルチェ素子に流れる電流の大きさ及び/又は極性を所望のプログラムに従って、周期的又は非周期的に切替え、制御する回路が設けられ、これにより供給されるミストの温度がプログラム制御されるよう構成される。
この温度制御装置の構成は、公知慣用のもので良く、又上記のミストの温度制御装置に関する説明からも明らかであると思料するので、詳細な説明は省略する。

又、本発明は、単なる水から成るミストのみでなく、例えば芳香剤や薬液などの水溶液から成るミストの発生装置として構成することが可能である。
このような場合、必要に応じてミストの原液が直接超音波ミスト発生器に触れないようにするため、ミスト発生器を弾性薄膜等で原液から隔離、収容する小さな収容室を設けて収容すると共に、その収容室内部を水或いはオイルなどの超音波媒体で満たし、上記弾性薄膜を介して原液に超音波振動を伝達し、ミストを発生させるよう構成する。

本発明によれば、質の高いミストを簡便に提供し得るミスト発生装置を、安価に提供できるので、一般人の社会生活の質の向上に資することができる。

１ ミスト発生装置
１０ 筺体
１２ 基台
１４ 貯水室Ｗ及びミスト発生室Ｍと一体に形成された筺体主体部
１６ 筺体主体部の開口を覆うよう取り付けられる蓋体
２０ 定水位弁付給水タンク
２２ フロート
２４ 給排水口キャップ
２６ 取っ手
２８ 支脚
３０ 送風管ユニット
３０ａ 第一の送風管路：ミスト排出路
３０ｂ 第二の送風管路：排気路
３０ｃ 排気口
３２ ミスト放出コーン
４０ 送風機
５０ 超音波ミスト発生器
６０ ペルチェ素子
６２ 主体部
６４２ 第一放熱板
６４４ 第二放熱板
６６２ 第一放熱フィン
６６４ 第二放熱フィン
７０ ミストの温度を検知する温度センサー
８０ ミスト発生器制御回路
９０ ペルチェ素子制御回路
Ｗ 貯水室
Ｍ ミスト発生室
Ｔ 給水タンク収容室

Claims (1)

1. 下記の構成要素（Ａ）乃至（Ｇ）、即ち、
   （Ａ）筺体（１０）。
   （Ｂ）筺体（１０）内に設けられる給水タンク（２０）と貯水室Ｗから成る給水装置。
   （Ｃ）筺体（１０）内に設けられ、上記給水装置から供給される水を霧化するミスト発生器（５０）。
   （Ｄ）送風機（４０）と送風路ユニット（３０）とから成り、上記ミスト発生器（５０）から発生させたミストを、筺体（１０）に設けた空気取入口から取り入れた空気と共にミストの供給口に導く送風装置。
   （Ｅ）上記送風装置の送風路内に設けられる放熱放熱フィンを具備する温度制御用のペルチェ素子（６０）。
   （Ｆ）上記ミストの供給口から排出されるミストを含む空気の温度を検出し得る温度センサー（７０）。
   （Ｇ）上記ペルチェ素子（６０）に供給される電流及びその極性を制御し、上記温度センサー（７０）の出力値を所望の範囲に制御し得るペルチェ素子制御回路。
   を具備することを特徴とするミスト発生装置（１）。

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