JP2020112314A - 加湿器および加湿器の制御方法 - Google Patents

加湿器および加湿器の制御方法 Download PDF

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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、 16a LED、 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 (11)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
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