JP2020112314A

JP2020112314A - 加湿器および加湿器の制御方法

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Publication number: JP2020112314A
Application number: JP2019003774A
Authority: JP
Inventors: 鉄美越智; Tetsumi Ochi
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: JP7191705B2; CN111435029A; TWI835971B; TW202032064A

Abstract

【課題】加湿器による感染症等のリスクを紫外線を用いて低減する新たな技術を提供する。【解決手段】加湿器１０は、給水タンク１２と、給水タンクの下方に配置され、該給水タンクから供給された水Ｗに紫外線殺菌処理が行われる処理室１４と、処理室１４に設けられた、紫外線を照射する紫外線照射部１６と、処理室１４で紫外線殺菌処理された水Ｗ’が供給される霧化室１８と、霧化室１８に設けられた、水を霧化する霧化器２０と、霧化された水が外部へ向かう経路２２と、給水タンク１２から処理室１４を経て霧化室１８まで供給される水の流れを制御する制御機構と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、加湿器に関する。

病院や介護施設等の病室や食堂施設において、ウイルス等の感染症の防止は非常に重要な課題である。近年、多くの施設で加湿器が用いられているが、加湿器内のタンク水を放置するとバイオフィルムが形成され、そのバイオフィルムがレジオネラ症の温床となるリスクが報告されている。特に、超音波式の加湿器は加熱を伴わないため、レジオネラ症の温床となるリスクが相対的に高い。その場合、超音波振動子で霧化された水とともに細菌等が外部へ噴霧される。そのため、超音波式の加湿器においては、水を毎日交換し、バイオフィルムを取り除くことが励行されているが、清掃作業の負担が大きい。

一方、超音波式の加湿器において、霧化する水を蓄える霧化タンク内に紫外線ランプを配置し、タンク内の水を殺菌する方法が考案されている（特許文献１参照）。

特許第５９１８４２９号公報

しかしながら、上述の加湿器は、給水された水を蓄えるリザーバタンクが加湿装置の下部に配置されており、超音波振動子のような霧化器が配置された霧化タンクはリザーバタンクの上に配置されている。そのため、リザーバタンクから霧化タンクへ水を供給するための給水ポンプが必要である。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、加湿器による感染症等のリスクを紫外線を用いて低減する新たな技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の加湿器は、給水タンクと、給水タンクの下方に配置され、該給水タンクから供給された水に紫外線殺菌処理が行われる処理室と、処理室に設けられた、紫外線を照射する紫外線照射部と、処理室で紫外線殺菌処理された水が供給される霧化室と、霧化室に設けられた、水を霧化する霧化器と、霧化された水が外部へ向かう経路と、給水タンクから処理室を経て霧化室まで供給される水の流れを制御する制御機構と、を備える。

この態様によると、例えば給水タンク内にバイオフィルムが形成され、細菌やウイルス、微生物等（以下、「細菌等」という。）が増殖するような場合であっても、霧化する直前に処理室で紫外線を水に照射することで殺菌が行われる。また、紫外線照射部を含む処理室が給水タンクの下方に配置されているため、給水タンクの水を処理室に供給する場合には、ポンプ等の特段の動力源がなくても水の自重で可能であり、例えば、電磁弁の開閉を調整することで流量を調整できる。

処理室は、該処理室の容積が給水タンクの容積より少ない。処理室の容積が大きいと、紫外線による殺菌に必要な時間が長くなる、あるいは、紫外線照射部の出力が大きくなる。そこで、処理室の容積をある程度少なくすることで、大出力の紫外線照射部を使わなくても比較的短時間で処理室内の水を殺菌処理することができ、紫外線殺菌処理された水を迅速に霧化室へ供給できる。

処理室は、紫外線が反射するように構成された反射部が内壁に設けられていてもよい。これにより、処理室内で紫外線を無駄なく水の殺菌に利用できる。

反射部は、表面がＰＴＦＥまたはＡｌで構成されていてもよい。これにより、紫外線が全反射され、紫外線照射部から照射された紫外線に加えて反射された紫外線も処理室の内部での水の殺菌に利用できる。また、反射部の表面がＰＴＦＥの場合、バイオフィルムが形成されにくくなり、紫外線による処理室の内壁の劣化も抑制できる。

紫外線照射部は、ピーク波長が２５０〜３００ｎｍの範囲にある紫外線を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有しており、ＬＥＤは、処理室の底部に配置されていてもよい。これにより、細菌等を効率良く不活化できる。

霧化器は、霧化室の底部に設けられており、ＬＥＤと霧化器とを制御する回路が搭載されている回路基板を更に備えてもよい。回路基板は、処理室および霧化室の下方に配置されていてもよい。このように回路基板を共用化することで、配線や他の回路基板が不要となる。

処理室は、紫外線殺菌処理された水が霧化室へ供給される流出口を有してもよい。流出口は、霧化室の底部よりも高い位置に設けられていてもよい。これにより、処理室から昔への水の供給は、水の自重で可能となり、ポンプ等の駆動源が不要となる。

霧化器は、水をエアロゾルとして霧化する超音波振動子を有してもよい。これにより、加熱が不要な霧化器を備えた加湿器であっても細菌等に対して十分な殺菌が可能となり、装置の簡略化や消費電力の低減を実現できる。

本発明の他の態様も加湿器である。この加湿器は、給水タンクから供給された水に紫外線殺菌処理が行われる処理室と、処理室に設けられた、紫外線を照射する紫外線照射部と、処理室の底部よりも下方に配置されており、該処理室で紫外線殺菌処理された水が供給される霧化室と、霧化室に設けられた、水を霧化する霧化器と、霧化された水が外部へ向かう経路と、給水タンクから処理室を経て前記霧化室まで供給される水の流れを制御する制御機構と、霧化室にある水の量を推定する水量推定部と、を備える。制御機構は、推定された水の量に基づいて処理室から霧化室への水の供給を制御する。

この態様によると、例えば給水タンク内にバイオフィルムが形成され、細菌やウイルス、微生物等（以下、「細菌等」という。）が増殖するような場合であっても、霧化する直前に処理室で紫外線を水に照射することで殺菌が行われる。また、処理室の底部よりも下方に霧化室が設けられているため、処理室で紫外線殺菌された水を霧化室に供給する場合には、ポンプ等の特段の動力源がなくても水の自重で可能であり、例えば、電磁弁の開閉を調整することで流量を調整できる。

本発明の更に別の態様は、加湿器の制御方法である。この方法は、給水タンクから該給水タンクの下方に配置された処理室に水を供給する工程と、処理室に供給された水に紫外線殺菌処理を行う工程と、霧化器が設けられた霧化室に、紫外線殺菌処理された水を供給する工程と、霧化室に供給された水を霧化する工程と、を含む。霧化室の底部は、紫外線殺菌処理された水が自重で処理室から流れ込むように、処理室の底部よりも低くなっている。

この態様によると、給水タンクから該給水タンクの下方に配置された処理室に水を供給する場合には、ポンプ等の特段の動力源がなくても水の自重で可能であり、例えば、電磁弁の開閉を調整することで流量を調整できる。

処理室に供給された水に紫外線殺菌処理を行う工程は、ピーク波長が２５０〜３００ｎｍの範囲にある紫外線を照射するＬＥＤにより行われてもよい。ＬＥＤは、加湿器の動作開始直後の紫外線の出力よりも、加湿器の連続使用状態での出力の方が小さくなるように制御されてもよい。

加湿器の動作開始直後は、霧化室の水の量が所定値よりも少ない場合が多く、紫外線殺菌処理された水をすぐに霧化室に供給する必要があるため、殺菌時間を短縮するためにＬＥＤの出力を相対的に大きくなるように制御する。一方、加湿器の連続使用状態では、霧化室の水の量は安定し、紫外線殺菌処理された水をすぐに霧化室に供給する必要はないため、ＬＥＤの出力を相対的に小さくして殺菌時間を長くすることが可能である。このように、ＬＥＤの出力を相対的に小さくして、あるいは駆動時間を短くすることで、加湿器全体の消費電力の低減、ＬＥＤの長寿命化が可能となる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、感染症等のリスクを低減できる新たな構成の加湿器を提供できる。

本実施の形態に係る加湿器の概略構成を示す断面図である。本実施の形態に係る加湿器の制御方法のフローチャートを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、各図面における各構成要素の寸法比は、必ずしも実際の加湿器の寸法比と一致しない。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

（加湿器）
図１は、本実施の形態に係る加湿器の概略構成を示す断面図である。図１に示す加湿器１０は、給水タンク１２と、給水タンク１２の下方に配置され、給水タンク１２から供給された水Ｗに紫外線殺菌処理が行われる処理室１４と、処理室１４に設けられた、紫外線を照射する紫外線照射部１６と、処理室１４で紫外線殺菌処理された水Ｗ’が供給される霧化室１８と、霧化室１８に設けられた、水を霧化する霧化器２０と、霧化された水Ｗ’が外部へ向かう経路２２と、経路２２の開口部２４側に設けられたファン２６と、給水タンク１２から処理室１４を経て霧化室１８まで供給される水の流れを制御する制御機構を構成する電磁弁２８ａ，２８ｂおよび制御部３６と、レベル計２９と、を備える。

本実施の形態に係る加湿器１０は、紫外線照射部１６を含む処理室１４が給水タンク１２の下方に配置されている。そのため、給水タンク１２の水を処理室１４に供給する場合には、ポンプ等の特段の動力源がなくても水の自重で可能であり、例えば、電磁弁２８ａの開閉を調整することで流量を調整できる。

本実施の形態に係る給水タンク１２の容積Ｖ１は１５００ｍｌであり、処理室１４の容積Ｖ２は２００ｍｌである。このように、処理室１４の容積Ｖ２は給水タンク１２の容積Ｖ１より少ない。ここで、容積とは通常の使用において給水タンク１２や処理室１４において適正な水面を維持できる量である。処理室１４の容積が大きいと、紫外線による殺菌に必要な時間が長くなる、あるいは、紫外線照射部の出力が大きくなる。そこで、処理室１４の容積をある程度少なくすることで、大出力の紫外線照射部１６を使わなくても比較的短時間で処理室内の水を殺菌処理することができ、紫外線殺菌処理された水Ｗ’を迅速に霧化室１８へ供給できる。なお、霧化室１８の容積Ｖ３は、処理室１４の容積Ｖ２以下であることが好ましい。

具体的には、容積Ｖ３は１５０〜２００ｍｌであるが、より好ましくは、１００ｍｌ以下である。また、霧化室１８の底部１８ａは、電磁弁２８ｂの流出口近傍から霧化器２０に向けて斜面（テーパ面）１８ｂが形成されている。これにより、霧化室１８の容積を小さくできる。このように、処理室１４の容積Ｖ２に対して霧化室１８の容積Ｖ３を小さくすることで、加湿器１０を止めた後に霧化室１８に残存する水において細菌等が増殖することを抑制できる。

本実施の形態に係る処理室１４は、紫外線が反射するように構成された反射部３０が内壁に設けられている。反射部３０は、表面がＰＴＦＥまたはＡｌで構成されている。これにより、紫外線が全反射され、紫外線照射部から照射された紫外線に加えて反射された紫外線も処理室１４の内部での水Ｗ（Ｗ’）の殺菌に利用できる。また、反射部３０の表面がＰＴＦＥの場合、バイオフィルムが形成されにくくなる。また、処理室１４が樹脂で構成されていた場合、表面に反射部３０が形成されていることにより、紫外線による処理室１４の内壁の劣化も抑制できる。

紫外線照射部１６は、ピーク波長が２５０〜３００ｎｍの範囲にある紫外線を照射するＬＥＤ１６ａを有しており、ＬＥＤ１６ａは、処理室１４の底部１４ａに配置されている。これにより、処理室１４の内部において細菌等を効率良く不活化できる。なお、ＬＥＤ１６ａが発する深紫外線のピーク波長は２６０〜２９０ｎｍの範囲が好ましく、２７５〜２８５ｎｍの範囲がより好ましい。また、ＬＥＤ１６ａは、出力が３０〜２００ｍＷの範囲であるとよい。

霧化器２０は、霧化室１８の底部１８ａに設けられている。回路基板３２は、ＬＥＤ１６ａと霧化器２０とを制御する回路が搭載されている。回路基板３２は、処理室１４および霧化室１８の下方に配置されている。このように回路基板３２を共用化することで、配線や他の回路基板が不要となる。また、回路基板３２を処理室１４の下方にまとめることで、部品の交換や修理の際の回路基板へのアクセスが容易となる。

処理室１４は、紫外線殺菌処理された水Ｗ’が霧化室１８へ供給される流出口１４ｂを有している。流出口１４ｂは、霧化室１８の底部１８ａよりも高い位置に設けられている。換言すると、霧化室１８の底部１８ａは、紫外線殺菌処理された水が自重で処理室から流れ込むように、処理室１４の底部１４ａよりも低くなっている。これにより、処理室１４から霧化室１８への水Ｗ’の供給は、水の自重で可能となり、ポンプ等の駆動源が不要となる。

霧化器２０は、水Ｗ’をエアロゾル３４として霧化する超音波振動子２０ａを有している。エアロゾル(ａｅｒｏｓｏｌ）とは、気体中に浮遊する微小な液体または固体の粒子をいう。これにより、加熱が不要な霧化器を備えた加湿器であっても細菌等に対して十分な殺菌が可能となり、装置の簡略化や消費電力の低減を実現できる。

なお、霧化室１８内の水の量に基づいた電磁弁２８ｂの開弁は、霧化室１８内の水位をレベル計２９で検出し、所定の水位以下の場合に制御部３６によって制御される。このように、本実施の形態に係る水量推定部は、レベル計２９と制御部３６によって構成されている。あるいは、超音波振動子２０ａの出力と駆動時間とに基づいて、霧化室１８での水Ｗ’の消費量を算出し、残量が所定の量以下の場合に制御部３６によって電磁弁２８ｂを開弁してもよい。この場合、水量推定部は、超音波振動子２０ａの出力制御回路と超音波振動子２０ａの駆動時間をカウントするタイマーとを有する制御部３６によって構成される。そして、制御部３６は、電磁弁２８ｂの開閉を調整することで、推定された水の量に基づいて処理室１４から霧化室１８への水の供給流量を制御する。

（加湿器の制御方法）
次に、本実施の形態に係る加湿器１０の制御方法について説明する。図２は、本実施の形態に係る加湿器の制御方法のフローチャートを示す図である。なお、本実施の形態に係る加湿器１０の制御は、電磁弁２８ａ，２８ｂ、ＬＥＤ１６ａ、超音波振動子２０ａ等を制御する制御部３６により行われる。

本実施の形態に係る制御方法は、図２に示すように、はじめに給水タンク１２にのみ所定量の水Ｗを供給した状態で加湿器１０の電源をＯＮにする（ステップＳ１０）。次に、電磁弁２８ａが開弁され、所定量の水Ｗが給水タンク１２から処理室１４に供給された後、電磁弁２８ａが閉弁される（ステップＳ１２）。

次に、処理室１４に供給された水ＷにＬＥＤ１６ａが紫外線を照射し、紫外線殺菌処理が行われる（ステップＳ１４）。その後、電磁弁２８ｂが開弁し、霧化器２０が設けられた霧化室１８に、紫外線殺菌処理された水Ｗ’が供給され（ステップＳ１６）、電磁弁２８ｂが閉弁される。そして、制御部３６は、超音波振動子２０ａを駆動し、霧化室１８に供給された水Ｗ’が霧化される（ステップＳ１８）。

なお、電磁弁２８ｂが閉弁されてから超音波振動子２０ａが駆動されている間に、電磁弁２８ａが開弁され、給水タンク１２から処理室１４へ次の水Ｗが供給され、その後、電磁弁２８ａが閉弁される。そして、霧化室１８での水Ｗ’の霧化と並行して、処理室１４での水Ｗの殺菌処理が行われる。なお、殺菌と加湿は加湿器１０の電源がＯＦＦとなるまで連続的に行われる。

なお、加湿器１０を動作させた直後は、霧化室１８には水が供給されていない（または水がほとんど残っていない）ため、処理室１４での殺菌処理を迅速に行って霧化室１８に供給する必要がある。そこで、加湿器１０の電源をＯＮにして最初に処理室１４に供給された水に対しては、高電流（５００ｍＡ程度）駆動されたＬＥＤ１６ａにより紫外線を照射する。これにより、１０秒以内の比較的短時間で処理室１４内の細菌を９９．９９％以上除菌できる。

その後、ステップＳ１６およびステップＳ１８の処理によって、霧化室１８で水Ｗ’が霧化され、消費されるが、同時に処理室１４で水Ｗを紫外線で殺菌しておくことで、殺菌された水Ｗ’による連続的な加湿が可能になる。

本実施の形態に係る霧化器２０は、噴霧量Ｑ１が４．２ｍｌ／ｍｉｎであり、仮に霧化室１８に満たされた水の容積Ｖ３が２００ｍｌの場合、約４７分で全て消費されることになる。したがって、連続使用状態では、処理室１４での殺菌速度が噴霧量Ｑ１以上であればよいことになる。

そこで、本実施の形態に係る制御部３６は、前述のＬＥＤ１６ａの高電流駆動よりも、連続使用状態での噴霧量Ｑ１に応じてＬＥＤ１６ａの出力が小さくなるように（例えば駆動電流１５０ｍＡ）制御する。このように、状況に応じてＬＥＤ１６ａの出力を相対的に小さくし、あるいは駆動時間を短くすることで、加湿器全体の消費電力の低減、ＬＥＤの長寿命化が可能となる。なお、連続使用状態での噴霧量Ｑ１は一定である必要はなく、環境や装置の動作モードによって変化しうるので、噴霧量Ｑ１の変化に応じてＬＥＤ１６ａの出力を制御してもよい。

以上のように、本実施の形態に係る加湿器１０は、紫外線殺菌処理が行われる処理室１４を給水タンク１２の下方に配置することで、ＬＥＤ１６ａが照射する紫外線が外部へ漏れにくくできる。また、紫外線が照射される処理室１４の内壁だけＰＴＦＥ等の紫外線で劣化しにくい材料で覆えば、加湿器１０の筐体のその他の部材は汎用的な樹脂材料で構成できるので、加湿器の材料コストを低減できる。また、ＰＴＦＥ等の深紫外線に耐光性のある材料はコストが高いが、反射部３０が必要な処理室１４は容積が小さいため、コストの上昇を最低限に抑えられる。

また、処理室１４は、容積が小さく、内壁に反射部３０が設けられている。そのため、ＬＥＤ１６ａが１個または少数、あるいは低出力のＬＥＤ１６ａであっても十分な殺菌性能が得られる。

また、反射部３０は、表面（反射面）がＡｌで構成されていてもよい。例えば、純アルミニウム（ＪＩＳ１０００番台）の表面を電解研磨したものが好ましい。

また、ＬＥＤは、前述のように霧化室１８の水の量に応じて紫外線照射の出力を素早く切り替えることができるため、紫外線ランプのように出力が安定するまで時間がかかるものよりも、紫外線照射部に好適である。

また、前述の加湿器の制御方法における電磁弁２８ａ，２８ｂの一連の開閉制御は、タイマーにより予め設定されたタイミングで行ってもよい。

なお、本実施の形態に係る加湿器１０は、給水タンク１２内にも深紫外線を照射するＬＥＤを配置してもよい。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０加湿器、１２給水タンク、１４処理室、１４ａ底部、１４ｂ流出口、１６紫外線照射部、１６ａＬＥＤ、１８霧化室、１８ａ底部、２０霧化器、２０ａ超音波振動子、２２経路、２４開口部、２８ａ，２８ｂ電磁弁、３０反射部、３２回路基板、３４エアロゾル、３６制御部。

Claims

給水タンクと、
前記給水タンクの下方に配置され、該給水タンクから供給された水に紫外線殺菌処理が行われる処理室と、
前記処理室に設けられた、紫外線を照射する紫外線照射部と、
前記処理室で紫外線殺菌処理された水が供給される霧化室と、
前記霧化室に設けられた、水を霧化する霧化器と、
霧化された水が外部へ向かう経路と、
前記給水タンクから前記処理室を経て前記霧化室まで供給される水の流れを制御する制御機構と、
を備えることを特徴とする加湿器。
前記処理室は、該処理室の容積が前記給水タンクの容積より少ないことを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
前記処理室は、前記紫外線が反射するように構成された反射部が内壁に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の加湿器。
前記反射部は、表面がＰＴＦＥまたはＡｌで構成されていることを特徴とする請求項３に記載の加湿器。
前記紫外線照射部は、ピーク波長が２５０〜３００ｎｍの範囲にある紫外線を照射するＬＥＤを有しており、
前記ＬＥＤは、前記処理室の底部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加湿器。
前記霧化器は、前記霧化室の底部に設けられており、
前記ＬＥＤと前記霧化器とを制御する回路が搭載されている回路基板を更に備え、
前記回路基板は、前記処理室および前記霧化室の下方に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の加湿器。
前記処理室は、紫外線殺菌処理された水が前記霧化室へ供給される流出口を有し、
前記流出口は、前記霧化室の底部よりも高い位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加湿器。
前記霧化器は、水をエアロゾルとして霧化する超音波振動子を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の加湿器。
給水タンクから供給された水に紫外線殺菌処理が行われる処理室と、
前記処理室に設けられた、紫外線を照射する紫外線照射部と、
前記処理室の底部よりも下方に配置されており、該処理室で紫外線殺菌処理された水が供給される霧化室と、
前記霧化室に設けられた、水を霧化する霧化器と、
霧化された水が外部へ向かう経路と、
前記給水タンクから前記処理室を経て前記霧化室まで供給される水の流れを制御する制御機構と、
前記霧化室にある水の量を推定する水量推定部と、を備え、
前記制御機構は、推定された水の量に基づいて前記処理室から前記霧化室への水の供給を制御することを特徴とする加湿器。
給水タンクから該給水タンクの下方に配置された処理室に水を供給する工程と、
処理室に供給された水に紫外線殺菌処理を行う工程と、
霧化器が設けられた霧化室に、紫外線殺菌処理された水を供給する工程と、
前記霧化室に供給された水を霧化する工程と、を含み、
前記霧化室の底部は、紫外線殺菌処理された水が自重で前記処理室から流れ込むように、前記処理室の底部よりも低くなっていることを特徴とする加湿器の制御方法。
処理室に供給された水に紫外線殺菌処理を行う工程は、ピーク波長が２５０〜３００ｎｍの範囲にある紫外線を照射するＬＥＤにより行われ、
前記ＬＥＤは、加湿器の動作開始直後の紫外線の出力よりも、加湿器の連続使用状態での出力の方が小さくなるように制御されることを特徴とする請求項１０に記載の加湿器の制御方法。