JP3106462U - Fog generation control device - Google Patents
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Abstract
【課題】霧の粒子を2μm±0.5μmの粒径に制御し、高効率で大幅にエネルギーを節約でき、該霧の噴射距離が15センチ以上に達し、省電力で医療用または加湿の運用に十分な霧化量が得られ、霧の噴射距離や粒径の調節が可能である、霧発生制御装置の提供。
【解決手段】振動器1と、該振動器により駆動される霧化器2と、水を該霧化器に導引する導水構造3と、該振動器を駆動する駆動回路から成り、該霧化器は、発射板22を含み、該発射板の表面に複数の微小な発射孔21を開設し、該発射板に相対する一側面に導水構造を設け、該導水構造により、微量の水膜状水液を導引し、発射板の動エネルギーに微量負荷で作用し、高效率で霧を発射すると共に、駆動回路の変調により、作動周波数を変化させ、霧の状態を調節し、例えば、周波数の変化で速度を調節し、さらに霧の噴射距離の調節や霧の粒径の調節を可能にする。
【選択図】図1[PROBLEMS] To control mist particles to a particle size of 2μm ± 0.5μm, save energy significantly with high efficiency, reach the spray distance of 15 centimeters or more, and save energy for medical or humid operation. Providing a mist generation control device capable of obtaining a sufficient amount of atomization and adjusting the mist injection distance and particle size.
A mist generator includes an oscillating device, an atomizer driven by the oscillating device, a water guide structure that guides water to the atomizer, and a driving circuit that drives the oscillating device. The generator includes a launch plate 22, a plurality of minute launch holes 21 are opened on the surface of the launch plate, and a water guide structure is provided on one side facing the launch plate, and a trace amount of water film is formed by the water guide structure. Introducing liquid water, acting on the kinetic energy of the launch plate with a minute load, launching the mist with high efficiency, changing the operating frequency by modulating the drive circuit, adjusting the state of the mist, for example, The speed is adjusted by changing the frequency, and the mist injection distance and the mist particle size can be adjusted.
[Selection] Figure 1
Description
本考案は、霧発生制御装置に関し、特に、電流帰還を利用し、自動的に出力電力を調節でき、且つ、定電圧方式で出力電圧を一定にし、霧発生時の安定性を向上すると共に、節電が可能である霧発生制御装置に関する。 The present invention relates to a fog generation control device, in particular, using current feedback, can automatically adjust the output power, and makes the output voltage constant by a constant voltage method, improving the stability at the time of fog generation, The present invention relates to a fog generation control device that can save power.
霧発生技術に関しては、早期には加熱により蒸気を発生する方法で霧を発生させ、加湿に用いるか、医療的補助器材に応用していた。しかし、加熱によって蒸気を発生させる方法であるため、消費エネルギーの必要量が大きく、また、加熱方式は医療器材において薬性に温度による化学変化を起こす可能性があり、薬性の制御に不利であるため、機械振動方式の超音波により、水または薬液に振動を与え分裂させ、微粒の霧を発生させる改良が行なわれた。また、従来の超音波振動方式は、その振動エネルギーが水の液面に集中し、該エネルギーの振動の作用で、分化した水の粒子が微小な顆粒を形成し、さらにファンで送風してこの微小な霧を使用エンドに吹きつけるしくみである。しかしながら、該超音波による方式は該振動子を直接水に接触させるため、該振動子は大きく、電力の大きなものを用いなければ、水中でエネルギーを伝達し、液面を動かすことができない。これは、該振動子が直接液体内に接触しているため、発生した振動エネルギーが水液の接触による損耗を受けることによるためで、エネルギーの損耗に対し、工率の大きなものを用いる必要が出てくる。また、水液の残存量の違いや容積の大きさの違いにより、該振動波が発生する霧の粒子の平均度にばらつきが生じ、さらに、ファンにより送風する必要があり、且つ、空の状態の装置において該振動子が断裂を生じやすく、また、冷却がされない状況においては、空焼きに似た状態を形成し、壊れてしまうことがある。 As for fog generation technology, fog was generated by a method of generating steam by heating at an early stage and used for humidification or applied to medical auxiliary equipment. However, because it is a method of generating steam by heating, the required amount of energy consumption is large, and the heating method may cause chemical changes due to temperature in the medical device, which is disadvantageous for the control of the drug property For this reason, improvements have been made to generate fine mist by vibrating and splitting water or chemicals using mechanical vibration ultrasonic waves. Also, in the conventional ultrasonic vibration system, the vibration energy is concentrated on the surface of the water, and the action of the vibration of the energy causes the differentiated water particles to form fine granules, which are further blown by a fan. It is a mechanism that blows a fine mist on the end of use. However, since the method using ultrasonic waves directly contacts the vibrator with water, the vibrator is large, and unless a large electric power is used, energy cannot be transmitted in water and the liquid level cannot be moved. This is because the vibrator is in direct contact with the liquid, and the generated vibration energy is subject to wear due to the contact with the liquid water. Come out. In addition, due to the difference in the remaining amount of water and the difference in volume, the average degree of fog particles generated by the vibration wave varies, and it is necessary to blow by a fan, and it is in an empty state. In such a device, the vibrator is likely to be broken, and in a situation where the vibrator is not cooled, a state resembling empty baking may be formed and it may be broken.
該従来の超音波の運用は以下のような欠点がある
1.
電力の消耗が大きく、若要得到實用的物化量則需5〜28wの電力を消耗する。
2.
機構が複雑であり、体積が大きく、実用上携帯式の応用ができない。
3.
別途ファンを設置し霧を送り出す必要があり、機構の体積、重量が大きくなり、また、エネルギーの消費量と騒音も増加する。
4.
信頼性が低く、セラミックチップ空載時(その上に液体がないとき)、短時間内ですぐに高温により壊れてしまい、セラミックチップの破裂やメッキまたは銀導電層膜の剥離や起泡、さらにはPZT のキュリー温度約200℃を超えてしまい、セラミックチップの機能が劣化し、破壊され、使用できなくなる。
5.
霧粒子の粒径を効果的に制御することができない。例えば、2〜3MHzの高周波で動作するとき、70%が0.5μm〜5μmの粒径に達するのみであり、霧粒子を均一化することができない。
6.
回路駆動効率が低く、全体効率はη<35のみであり、従来のLC並列または直列共振回路を備え、作業周波数及び出力電力を調節することができず、製品品質及び性能を一定に調整することができない。さらに、負荷帰還制御機能がないため、セラミックチップが軽負荷または無負荷時においても全工率で振動するため、高温を発生し、破壊されてしまう。温度スイッチで保護を実施しても、効果的に破壊を防ぐことはできない。
7.
従来の霧化器は、セラミックチップ動作時に直接と液体と接触するため、セラミックチップ動作時はその電極上の共振電圧が300VAC以上となり、過酸化水素不良気体及び電解作用を発生しやすく、液体成分が破壊され、絶縁を形成すると、機構の複雑さと全体の重量及び体積をさらに増すことになってしまう。
8.
一般的な霧化器は、実用的な霧化量を得るために、ψ25mm以上の大きなセラミックチップを用いる必要があり、構造が脆弱になり、UL安全規定の落下試験をパスすることができない。
9.
電力が15W以上になると、いくつかの薬物はその薬性に変化を生じることがある。
The conventional ultrasonic operation has the following drawbacks.
1.
Power consumption is large, and it consumes 5 to 28w of power demand for materialization.
2.
The mechanism is complicated, the volume is large, and practical portable application is not possible.
3.
It is necessary to install a separate fan to send out the mist, which increases the volume and weight of the mechanism, and also increases energy consumption and noise.
Four.
Unreliable, when the ceramic chip is empty (when there is no liquid on it), it breaks quickly due to high temperature within a short time, rupture of the ceramic chip or plating or peeling or foaming of the silver conductive layer film, Will exceed the Curie temperature of PZT of about 200 ° C, and the function of the ceramic chip will be degraded and destroyed, making it unusable.
Five.
The particle size of fog particles cannot be controlled effectively. For example, when operating at a high frequency of 2 to 3 MHz, 70% only reaches a particle size of 0.5 μm to 5 μm, and the fog particles cannot be made uniform.
6.
Low circuit drive efficiency, overall efficiency is only η <35, equipped with conventional LC parallel or series resonant circuit, working frequency and output power can not be adjusted, product quality and performance should be adjusted constant I can't. Furthermore, since there is no load feedback control function, the ceramic chip vibrates at the full work rate even when the load is light or no load, so that a high temperature is generated and destroyed. Even if protection is performed with a temperature switch, destruction cannot be effectively prevented.
7.
Since conventional atomizers are in direct contact with liquid during ceramic chip operation, the resonant voltage on the electrode becomes 300 VAC or more during ceramic chip operation, which tends to generate hydrogen peroxide defects and electrolysis, and liquid components. Breaking down and forming insulation will further increase the complexity of the mechanism and the overall weight and volume.
8.
In order to obtain a practical atomization amount, a general atomizer needs to use a large ceramic chip of ψ25 mm or more, and the structure becomes fragile, so that it cannot pass the UL safety stipulated drop test.
9.
Some drugs may change their drug properties when the power is above 15W.
本考案は、前述の問題を鑑みて特に改良を加え、発生される霧の粒子を2μm±0.5μmの粒径に制御し、且つ、発射板の隣接面にあらゆる方向から水液を導引する導水裝置を設置し、該発射板の作用面に相対して水膜状の水液を形成することができ、発射板の動エネルギーを介し、該微量の水液に対し微量容積単位のエネルギー交換を行ない、そのエネルギーに完全に全工率で作用を発揮させ、相対して無駄な負荷を減少して高効率で動作させ、大幅にエネルギーを節約できると共に、該霧の噴射流の距離が15センチ以上に達し、且つ、必要とする電力が0.5W〜0.8W程度でありながら、医療用または加湿の運用に十分な霧化量を得ることができ、その霧気量の調節は、該機構の大きさ及び動エネルギーの大きさにより、異なる選択が可能である、霧発生制御装置の提供を目的とする。 The present invention is particularly improved in view of the above-mentioned problems, controls the generated fog particles to a particle size of 2 μm ± 0.5 μm, and guides the liquid from all directions to the adjacent surface of the launch plate. A water guide device is installed to form a water film-like water solution relative to the working surface of the launch plate, and exchange energy in a minute volume unit for the minute amount of water solution through the kinetic energy of the launch plate. It is possible to operate the energy completely at the full rate, to reduce wasteful load and to operate with high efficiency, greatly save energy, and the distance of the mist jet flow is 15 It is possible to obtain a sufficient amount of atomization for medical or humidification operation while reaching a centimeter or more and the required power is about 0.5 W to 0.8 W. Depending on the size and dynamic energy, different choices are possible. And an object thereof is to provide a control device.
本考案の霧発生制御装置は、主に、振動器と、該振動器により駆動される霧化器と、水を該霧化器に導引する導水構造と、該振動器を駆動する駆動回路から成り、該霧化器は、発射板を含み、該発射板の表面に複数の微小な発射孔を開設し、該発射板に相対する一側面に導水構造を設け、該導水構造により、微量の水膜状水液を導引し、発射板の動エネルギーに微量負荷で作用し、高效率で霧を発射すると共に、駆動回路の変調により、作動周波数を変化させ、霧の状態を調節し、例えば、周波数の変化で速度を調節し、さらに霧の噴射距離の調節や霧の粒径の調節を可能にする。 The fog generation control device according to the present invention mainly includes a vibrator, an atomizer driven by the vibrator, a water guide structure for guiding water to the atomizer, and a drive circuit for driving the vibrator. The atomizer includes a launch plate, has a plurality of minute launch holes on the surface of the launch plate, and has a water guide structure on one side facing the launch plate. The water film-like liquid is drawn, acts on the kinetic energy of the launch plate with a minute load, launches the mist with high efficiency, and modifies the fog state by changing the operating frequency by modulating the drive circuit. For example, it is possible to adjust the speed by changing the frequency, and to adjust the spray distance of the mist and the particle size of the mist.
本考案の霧発生制御装置は、高効率で動作し、省電力で十分な霧化量を得ることができ、また、本考案の駆動回路は、PWM直列LC共振方式を採用し、非常に低い電圧下において、約1.8ボルトの直流電流でも82%以上の効率を得ることができ、且つ、変調回路を利用し出力電力と作業振動周波数を選択することができる。また、従来品は市場で販売されている高電量のリチウム電池でも15分間操作可能であるだけであり、消費電力が大きく、発生する霧粒子も均一でないが、本考案の霧発生制御装置は、実際の試作において、単三電池2本と3ボルトの電圧を必要とするのみで、120分間以上連続操作が可能であり、これは携帯式霧化器における大きな進歩である。 The fog generation control device of the present invention operates with high efficiency, can obtain a sufficient amount of atomization with power saving, and the drive circuit of the present invention adopts a PWM series LC resonance system and is very low Under voltage, an efficiency of 82% or more can be obtained even with a direct current of about 1.8 volts, and the output power and the working vibration frequency can be selected using a modulation circuit. In addition, the conventional product can only be operated for 15 minutes even with high-power lithium batteries sold in the market, consumes a lot of power, and the generated fog particles are not uniform. In actual trial production, only two AA batteries and a voltage of 3 volts are required, and continuous operation is possible for 120 minutes or more, which is a major advance in portable atomizers.
また、本駆動回路は別途自動電力帰還機能を設置してもよく、載荷の軽重により、自動的に出力電力の大小を調節し、エネルギーの節約を行なうことができ、本考案の省エネ設計と簡易構造によれば、軽便且つ高効率な運用が可能であり、手に持ったり、ポケットに収納して携帯したり、また、簡単に交換可能な電池を利用することもでき、利便性が高く、あらゆる加湿器や医療器材に応用することができ、吸入治療やバイオ栽培の水分一定制御に利用できるだけでなく、さらには一般的な霧化器に利用することができ、アルコールを含む飲料に対し、分子構造を変化させ、その密度構造と元素間の転位を変えて口当たりを良くしたり、また、肌の表面の異物を取り除く美容器材に運用することもできる。 In addition, this drive circuit may have a separate automatic power feedback function, which can automatically adjust the output power depending on the weight of the load and save energy. According to the structure, it is possible to operate lightly and efficiently, hold it in your hand, carry it in your pocket, or use a battery that can be easily replaced, which is highly convenient, It can be applied to all humidifiers and medical devices, and can be used not only for inhalation therapy and moisture control for bio-cultivation, but also for general atomizers. By changing the molecular structure, changing the density structure and dislocations between elements to improve the mouthfeel, it can also be applied to cosmetic equipment that removes foreign substances on the skin surface.
以下、本考案の霧発生制御装置について、図面に基づき詳細に説明する。図1は、本考案の構造関係を示す立体図である。図1に示すように、本考案の霧発生制御装置は、主に、振動器1と、該振動器1により駆動される霧化器2と、水を該霧化器2上に導引する導水構造3と、該振動器1を駆動する駆動回路4から成り、前記振動器1は、電力により駆動される各種の振動子11を採用することができ、また、該振動子11は、圧電セラミックとしてもよく、該圧電セラミックの上下表面に回路に接続する導電塗布層110をそれぞれ設け、該霧化器2の該発射板22内部表面に複数の微小な発射孔21を開設し、該発射板22の下面または相隣する位置に該導水構造3を設置し、該導水構造3は、毛細繊維31または導水平板32により成り、該毛細繊維31は束状に集められた後、その端部に水液が分布し、該水液が端部において微量の膜状になり、該発射板22に該振動子11の波動エネルギーが伝えられると、高周波数の振幅が形成され、その振動方向は表面に対し垂直であり、上下の振動を形成し、該毛細繊維31の上端平面に作用し、該水液を外へ向って発射し、圧力パルスと振動作用により、水粒を外へ発射する。また、導水平板32は、微量の水液を保持し、同様に、その面を該発射板22の作用面に対面させ、微量の水液を提供して霧を発生させ、発射板22の上方へ噴射させる。
Hereinafter, the fog generation control device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a three-dimensional view showing the structural relationship of the present invention. As shown in FIG. 1, the fog generation control device of the present invention mainly introduces a vibrator 1, an atomizer 2 driven by the vibrator 1, and water onto the atomizer 2. It consists of a water guide structure 3 and a drive circuit 4 that drives the vibrator 1. The vibrator 1 can employ
図2に、本考案の霧化器と導水構造の断面図を示す。図2に示すように、本考案の発射板22上に発射孔21が開設され、該発射孔21は前記毛細繊維31が保持する水液を受け、その波動振幅により圧縮し、該水体粒子5を上へ噴射させる。該発射板22の作用面において、該毛細繊維31が保持する水分は該毛細繊維31の上端部に一面に分布し、該面の水液は微量の水膜状の分布を形成し、また、該発射板22の振動エネルギーは、その作用力は一定であるが、振動させる水液が微量の膜状であるため、該発射板22が発生する動エネルギーは該微量の水膜を霧化させるに十分であり、その振動エネルギーは微量の水膜に対し、完全な振動作用を発揮し、その他物体に対する無駄な負荷を防ぐことができ、エネルギーの無駄を回避する。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the atomizer and water conveyance structure of the present invention. As shown in FIG. 2, a
また、該水膜51が霧化粒子5を形成する過程は、毛細繊維31が導引する水が水膜61を形成した後、該発射板22が上下に振幅し、また、該発射板22と毛細繊維31上端部310間には隙間Gがあり、該隙間Gの存在が空気Aの進入を促し、該発射孔21下端部が水膜51に接触するとき、その振幅が水分を上方向へ持ち上げ、また、該隙間Gの空間が、該発射板22に下方向への圧動を発生させるため、該圧動の過程において、空気Aの輔助を介し、該水液52が該発射孔21から外へ送り出される。この動作方式によれば、該発射板22が毛細繊維31の上端部310が形成する分布した水膜61に対し、単位体積の微量の振動加圧を行い、該発射板22のエネルギーが完全に作用するようにし、他の物体に対する負荷を回避し、且つ、該毛細繊維31が水分を補給し、連続して水液を上端部310に保持し、霧の連続発射を可能にする。
The process of forming the atomized particles 5 by the
図3に本考案の駆動回路図を示す。図3に示すように、本考案の駆動回路4は、マイクロプロセッサユニット41、駆動ユニット42、昇圧ユニット43及び帰還ユニット44から構成され、前記振動器1の振動子11を駆動し、振動を発生させる。
FIG. 3 shows a drive circuit diagram of the present invention. As shown in FIG. 3, the drive circuit 4 of the present invention is composed of a microprocessor unit 41, a
前記マイクロプロセッサユニット41は、パルス変調PWM信号を出力し、前記駆動ユニット42は、その入力端を前記マイクロプロセッサユニット41の出力端に接続し、該マイクロプロセッサユニット41が出力するPWM信号を受信した後、駆動信号を出力し、前記昇圧ユニット43は、変圧器または圧電セラミックから成り、その入力端を前記駆動ユニット42の出力端に接続し、電圧を上げ、振動子(セラミックチップ)11を駆動して振動を発生させ、前記帰還ユニット44は、前記振動子11とマイクロプロセッサユニット41間に接続され、該マイクロプロセッサユニット41は該帰還ユニット(電流帰還)44を通し探知した振動子11の平均電流の大きさにより出力クロックのデューティサイクル(Duty
Cycle)を決定し、該振動子11の平均電流を制御する。
The microprocessor unit 41 outputs a pulse-modulated PWM signal, and the
Cycle) is determined, and the average current of the
駆動回路4が動作するとき、該マイクロプロセッサユニット41はPWM信号を出力し、該駆動ユニット42を動作させ、該昇圧ユニット43が電圧を上昇させ、電圧が上昇した後、振動子11を駆動し振動を発生させ、該霧化器2の発射板22を動作させ、該導水構造3が該発射板22上に導引する水膜61に霧化效果を発揮させる。
When the driving circuit 4 operates, the microprocessor unit 41 outputs a PWM signal, operates the driving
本考案はPWM信号を利用するため、変圧器(TRANSFORMER)を利用して抵抗を変換し、操作電圧を1.8VDCまで下げることができる。且つ、帰還(FEED BACK)方式を利用して出力電力を探知し、定電圧(CONSTANT
VOLTAGE)方式で、回路が載荷(振動子11)の変化により自動調節を行ない、出力を一定にする。このほか、本回路構造は、入力電圧±50%の変化に対応し、出力の安定を維持することができ、運用範囲をより広げることができる。
Since the present invention uses a PWM signal, a transformer (TRANSFORMER) can be used to convert the resistance and reduce the operating voltage to 1.8V DC . In addition, the output power is detected using the feedback (FEED BACK) method, and the constant voltage (CONSTANT
VOLTAGE), the circuit automatically adjusts according to changes in the load (vibrator 11), and the output is kept constant. In addition, this circuit structure can respond to changes in the input voltage ± 50%, can maintain the output stability, and can further expand the operating range.
同時に、デューティサイクル(Duty Cycle)を出力電力の調節に使用するため、一般の駆動電圧による調節とは異なり、より安定した、エネルギー節約が可能であり、総電力消費が0.4Wでも十分な霧化量を得ることができる。 At the same time, the duty cycle is used to adjust the output power. Unlike the adjustment by the general drive voltage, more stable and energy saving is possible, and sufficient atomization is possible even when the total power consumption is 0.4W. The quantity can be obtained.
さらに、変圧器(TRANSFORMER)を減衰係数(DAMPING FACTOR)変換に用いるため、完全にセラミックチップ(振動子11)の静電容量に合わせることができ、振動波形をより正弦波(SINE WAVE)に近づけ、完全に電磁波(EMI)の干渉を消去することができる。 Furthermore, since the transformer (TRANSFORMER) is used for the damping factor (DAMPING FACTOR) conversion, it can be perfectly matched to the capacitance of the ceramic chip (vibrator 11), and the vibration waveform is made closer to a sine wave (SINE WAVE). Can completely eliminate electromagnetic interference (EMI) interference.
また、在於本回路はさらに第一調整ユニット7及び第二調整ユニット8を増設してもよく、該第一、第二調整ユニット7、8は、可変抵抗から成り、該第一調整ユニット7は、作業周波数を任意に調節することを可能にし、第二調整ユニット8は、出力電力を任意に調整することを可能にする。 In addition, in the present circuit, the first adjustment unit 7 and the second adjustment unit 8 may be further added. The first and second adjustment units 7 and 8 are composed of variable resistors. The working frequency can be arbitrarily adjusted, and the second adjustment unit 8 can arbitrarily adjust the output power.
以上、本考案について実施例に基づき説明してきたが、前述の実施例は本考案の実施範囲を制限するものではなく、本考案の要旨に基づいたいかなる変化や修飾も、本考案の申請範囲に含まれるものとする。 The present invention has been described above based on the embodiments. However, the above-described embodiments do not limit the scope of the present invention, and any changes and modifications based on the gist of the present invention are within the scope of application of the present invention. Shall be included.
1 振動器
11 振動子
110 導電塗布層
2 霧化器
21 発射孔
22 発射板
3 導水構造
31 毛細繊維
310 上端部
32 導水平板
4 駆動回路
41 マイクロプロセッサユニット
42 駆動ユニット
43 昇圧ユニット
44 帰還ユニット
5 霧化粒子
51 水膜
7 第一調整ユニット
8 第二調整ユニット
A 空気
G 隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
A air
G gap
Claims (11)
Cycle)を決定し、さらに、 自動的に高工率を調節し、出力を一定にして駆動電圧を安定させ、振動波形を正弦波(SINE
WAVE)に近づけ、電磁波(EMI)の干渉を完全に消去する霧発生制御装置。 A fog generation control device for driving a drive circuit of a vibrator, the drive circuit comprising a microprocessor unit that outputs a pulse-modulated PWM signal, and an input terminal connected to the output terminal of the microprocessor unit, A drive unit that outputs a signal, a booster unit that includes an input terminal connected to an output terminal of the drive unit, and that raises the voltage; and a feedback unit that connects between the vibrator and the microprocessor unit, The output clock duty cycle (Duty) depends on the average current of the vibrator detected by the microprocessor unit through the feedback unit (current feedback).
Cycle) and automatically adjust the high work rate, stabilize the drive voltage with a constant output, and convert the vibration waveform to a sine wave (SINE
Fog generation control device that completely cancels electromagnetic interference (EMI) interference close to WAVE).
The fog generation control device according to claim 10, wherein the second adjustment unit includes a variable resistor.
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