JPH0514107Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は超音波加湿器を使用した加湿制御装置
に関し、特に制御室内の湿度をサイクリングやオ
フセツト等が生ずることなく安定して高精度に目
標とする一定値に保つことができ、さらに制御室
の扉を開閉した際など外乱が加わつた際にもその
修正が短時間に行われ、しかも超音波加湿器の振
動子を破壊するおそれがないことを特徴とするも
のである。

なお、上記制御室とは、その湿度を制御しよう
とする空間をいう。

［従来の技術］ 従来、超音波加湿器を使用して制御室内の湿度
を一定に保つ場合、第６図示の如きオンオフ動作
により制御室内の湿度を制御していた。

すなわち、第６図示の如く、目標温度H_Oに対
してヒステリシス△Ｈをもつたオン湿度H_ON及び
オフ湿度H_OFFを定め、制御室内の湿度を湿度検
出器で検出し、その検出湿度Ｈが上昇中にオフ湿
度H_OFFに達した時点t₁，t₃で超音波加湿器の振動
子の振動を完全に停止させ、上記検出湿度Ｈが下
降中にオン湿度H_ONに達した時点t₂，t₄で超音波
加湿器の振動子を100％の振幅で振動させていた。

なお、第６図示の場合、制御開始時点t₀におけ
る検出湿度Ｈが低いので、制御開始時点t₀から超
音波加湿器の振動子が100％の振幅で振動してい
る。

しかしながら、通常超音波加湿器の設置場所と
湿度検出器の設置場所とが離れていることから噴
霧により加湿された空気の伝達時間が比較的長
く、また湿度検出器自体の感応時間も無視し得な
いため、すなわち加湿制御系では一般的に伝送遅
れやむだ時間が大きいため、上記従来の加湿制御
方式では、第６図示の如くオーバーシユート△Ａ
及びアンダシユート△Ｂが発生し、このため振幅
の大きいサイクリング（持続振動）が起き、制御
室内の湿度を高精度に一定に保つことができない
欠点があつた。

また、上記従来の加湿制御方式では、上述のよ
うにヒステリシス△Ｈを設けて超音波加湿器の振
動子のON・OFF（100％振幅の振動・振動の完全
停止）の頻度を幾分少なくしているが、そのヒス
テリシス△Ｈの分だけさらに精度が悪化するので
該ヒステリシス△Ｈをさほど大きくすることがで
きず、したがつて上記振動子のON・OFFの頻度
が多く、上記振動子が破損するおそれがあつた。

［考案が解決しようとする問題点］ 本考案は上記従来技術の欠点を除去するもの
で、制御室内の湿度をサイクリングやオフセツト
等が生ずることなく安定して高精度に目標とする
一定値に保つことができ、さらに制御室の扉を開
閉した際など外乱が加わつた際にもその修正が短
時間に行われ、しかも超音波加湿器の振動子を破
壊するおそれがない超音波加湿器による加湿制御
装置を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するため、本考案は、噴霧を
制御室内に供給し得る超音波加湿器と、上記制御
室内の湿度を検出する湿度検出器と、該湿度検出
器の検出信号と予め設定した目標値信号との偏差
の比例値、積分値及び微分値を加算してなる操作
量信号を出力する操作量信号発生器と、該操作量
信号発生器から出力された上記操作量信号に対応
して連続的に調節した振幅で上記超音波加湿器の
振動子を振動させる振動調節手段であつて、上記
操作量信号がゼロを示す場合には上記超音波加湿
器から噴霧を発生しない程度の小さな振幅で上記
振動子を振動させるとともに、上記操作量信号が
ゼロより大きい値を示す場合には上記小さな振幅
に比べて大きい振幅で上記振動子を振動させる振
動調節手段とを備えてなる構成としたものであ
る。

［作用］ 超音波加湿器からの単位時間当りの噴霧量（以
下、単に「噴霧量」という。）は該超音波加湿器
の振動子の振動により発生する超音波エネルギー
に従つて変化し、該超音波エネルギーは上記振動
子の振幅の２乗に比例するものであるため、超音
波加湿器の振動子の振幅を変化させることにより
超音波加湿器からの噴霧量を０から100％まで連
続的に変化させることができるものである。

したがつて、本考案によれば、操作量信号に対
応して連続的に超音波加湿器の振動子の振幅が調
節されるため、操作量信号に対応した噴霧量が超
音波加湿器から発生することとなる。

そして、本考案では湿度検出器で制御室内の湿
度を検出し、その検出信号と予め設定した目標値
信号との偏差の比例値、積分値及び微分値を加算
して上記操作量信号とされるので、制御室内の湿
度を制御量とし、また超音波加湿器からの噴霧量
を操作量としたPID動作による制御が実現される
ものである。

したがつて、本考案によれば、噴霧により加湿
された空気の伝達時間が比較的長くまた湿度検出
器自体の感応時間も無視し得ないにもかかわら
ず、すなわち伝送遅れやむだ時間が大きいにもか
かわらず、制御室内の湿度をサイクリングやオフ
セツト等が生ずることなく安定して高精度に目標
とする一定値に保つことができ、さらに制御室の
扉を開閉した際など外乱が加わつた際にもその修
正が短時間に行われるものである。

そして、本考案によれば、上述の如く上記操作
量信号に対応して連続的に超音波加湿器の振動子
の振幅が調節されるものであり、従来の加湿制御
方式の如く超音波加湿器の振動子を頻繁にON・
OFF（100％振幅の振動・振動の完全停止）せし
めるものではないため、振動子が破損し難くな
る。このように、上記操作量信号に対応して連続
的に超音波加湿器の振動子の振幅を調節するだけ
でも上記従来の加湿制御方式に比べて振動子が破
損し難くなるが、それだけでは振動子が破損する
おそれを完全に取り除くことはできない。すなわ
ち、単にPID制御を適用して、上記操作量信号に
対応して連続的に超音波加湿器の振動子の振幅を
調節するだけでは、制御室内の湿度が一旦目標と
する一定値となつた場合など上記操作量信号がゼ
ロを示す場合に振動子の振動を完全に停止させて
しまうと、やはり振動子が破損するおそれがあ
る。つまり、上記操作量信号がゼロを示す状態と
なつているときに外乱が加わつたりすると上記操
作量信号がゼロより大きい所定の大きさの値を示
す状態に変化するが、この二つの状態が繰り返さ
れる状況が起こり得る。このような状況では、上
記操作量信号がゼロを示す場合に振動子の振動を
完全に停止させてしまうと、振動子の振動と振動
の完全停止が、100％の振動と振動の完全停止と
の繰り返しではないにしても、繰り返されること
となる。したがつて、やはりこのような場合には
振動子が破損するおそれがあり、特に、前記外乱
等が大きい場合には上記操作量信号の変化が大き
いので一層振動子が破損し易くなる。この点、本
考案によれば、上記操作量信号に対応して連続的
に超音波加湿器の振動子の振幅を調節するだけで
なく、操作量信号がゼロを示す場合には上記超音
波加湿器から噴霧を発生しない程度の小さな振幅
で振動子を振動させるとともに、操作量信号がゼ
ロより大きい値を示す場合には上記小さな振幅に
比べて大きい振幅で振動子を振動させている。し
たがつて、本考案によれば、上記操作量信号がゼ
ロを示す場合にも、振動子の振動が完全に停止さ
れるのではなく振動子が上記超音波加湿器から噴
霧を発生しない程度の小さな振幅で振動させられ
ることになり、振動子はいわばウオーミングアツ
プ状態にある。このため、上記操作量信号がゼロ
を示す状態とゼロより大きい所定の大きさの値を
示す状態を繰り返す状況が生じても、振動子が破
損するおそれがなくなる。

［実施例］ 第１図は本考案の一実施例に係る加湿制御装置
を示す構成図である。

第１図において、１は制御室、２は該制御室１
内の湿度を検出する湿度検出器であり、該湿度検
出器２として例えば高分子湿度センサを使用する
ことができるものである。

また、第１図において、３は、上記湿度検出器
２の検出信号と予め設定した目標値信号との偏差
の比例値、積分値及び微分値を加算してなる操作
量信号（PID信号）を出力する操作量信号発生器
である。

図面実施例の場合、上記操作量信号発生器３
は、第１図示の如く、目標値設定器４、偏差検出
器５、積分器６、微分器７、係数器８，９，１０
及び加算器１１から構成されている。してがつ
て、使用者が予め目標値設定器４により目標とす
る制御室１内の湿度を設定すると、該目標値設定
器４からの目標値信号及び湿度検出器５からの検
出信号が偏差検出器５に入力されているため、該
偏差検出器５から検出信号と予め設定した目標値
信号との偏差が偏差信号として出力されるもので
ある。そして、該偏差信号が係数器８で所定定数
倍され、上記偏差の比例値が比例信号（Ｐ信号）
として加算器１１に入力されるものである。ま
た、上記偏差信号は積分器６で積分され、さらに
係数器９で所定定数倍され、上記偏差の積分値が
積分信号（Ｉ信号）として加算器１１に入力され
るものである。さらにまた、上記偏差信号は微分
器７で微分され、さらに係数器１０で所定定数倍
され、上記偏差の微分値が微分信号（Ｄ信号）と
して加算器１１に入力されるものである。したが
つて、加算器１１で上記比例信号、積分信号及び
微分信号が加算され、該加算器１１から上記検出
信号と予め設定した目標値信号との偏差の比例
値、積分値及び微分値が加算された操作量信号
（PID信号）が出力されるものである。

また、第１図において、１２は噴霧を上記制御
室１内に供給し得る超音波加湿器であり、図面実
施例の場合には、該超音波加湿器１２は、噴霧せ
しめる水１４を収容する霧化水槽１５と、該霧化
水槽１５の底部に取付けた振動子１３と、該振動
子１３に超音波と同一周波数の交流電圧を振動子
入力信号として加える発振回路１６とから構成さ
れている。

さらに、図面実施例の場合には、上記発振回路
１６には整流平滑回路１７の出力側が接続され、
該整流平滑回路１７の入力側には電圧調整器１８
を介して交流電源１９が接続されており、発振回
路１６には直流電圧が入力されている。なお、上
記交流電源１９は通常AC100V又はAC200Vであ
るので、必要に応じてトランスを介在させて所用
の電圧に降圧されるものである。また、発振回路
１６としては種々のものを使用することができる
が、第１図示の場合には入力された直流電圧の大
きさに対応した振幅でしかも超音波と同一の所定
周波数（不変）の交流電圧が振動子入力信号とし
て出力されるようになつている。そして、第１図
示の場合、上記電圧調整器１８はサイリスタ２０
及び２１の逆並列回路から構成されており、これ
らのサイリスタ２０，２１のゲートに点弧角制御
信号発生器２２からの点弧角制御信号が入力され
て点弧角θfが決定され、交流電源１９からの交流
電圧が点弧角制御されて上記点弧角θfで定まる実
効値の交流電圧に調整されて出力されるものであ
る。したがつて、上記点弧角θfに対応して発振回
路１６に入力される直流電圧の大きさが定まり、
点弧角θfが０からπまで変化すると発振回路１６
に入力される直流電圧の大きさが０から100％ま
で変化するものである。なお、図面実施例の場
合、上記の如く、電力調整器１８で交流電圧が点
弧角制御されるため、ノイズが発生することが多
く、該ノイズによつて発振回路１６を構成するト
ランジスタ等が破壊されるおそれがあるので、実
際には電力調整器１８と整流平滑回路１７との間
にノイズカツトトランスを設けるなどのノイズ吸
収手段を講ずる。そして、上記点弧角制御信号発
生器２２には上記操作量信号が入力されており、
該操作量信号に基づき点弧角制御信号が調節され
るようになつている。すなわち、操作量信号のレ
ベルが大きければ上記点弧角θfが小さくなり、そ
のレベルが小さければ点弧角θfが大きくなるよう
になつている。したがつて、操作量信号に対応し
て発振回路１６に入力される直流電圧の大きさが
調節され、発振回路１６から出力される振動子入
力信号の振幅が調節されることとなり、これによ
り操作量信号に対応して連続的に超音波加湿器１
２の振動子１３の振動の振幅が調節されるもので
ある。そして、上記点弧角制御信号発生器２２
は、上記操作量信号がゼロを示す場合には上記点
弧角θfを後述の臨界角θf₀にする点弧角制御信号
を出力し、上記操作量信号が最大値を示す場合に
は上記点弧角θfを０にする点弧角制御信号を出力
するようになつている。

なお、図面実施例の場合には、上記発振回路１
６、整流平滑回路１７、電力調整機１８及び点弧
角制御信号発生器２２が、上記操作量信号発生器
３から出力された上記操作量信号に対応して連続
的に調節した振幅で上記超音波加湿器１２の振動
子１３を振動させる振動調節手段であつて、上記
操作量信号がゼロを示す場合には超音波加湿器１
２から噴霧を発生しない程度の小さな振幅で振動
子１３を振動させるとともに、上記操作量信号が
ゼロより大きい値を示す場合には上記小さな振幅
に比べて大きい振幅で上記振動子１３を振動させ
る振動調節手段を構成している。

ところで、超音波加湿器１２からの噴霧量は該
超音波加湿器１２の振動子１３の振動により発生
する超音波エネルギーに従つて変化し、該超音波
エネルギーは上記振動子１３の振幅の２乗に比例
するものであるため、超音波加湿器１２の振動子
１３の振幅を変化させることにより超音波加湿器
１２からの噴霧量を０から100％まで連続的に変
化させることができるものである。

なお、第２図は超音波加湿器１２からの噴霧量
が100％の状態、第３図は噴霧量が少なくなつた
状態、第４図は０％の状態を示すもので、これら
の図においてａは電圧調整器１８の出力電圧波形
図、ｂは振動子１３に入力される振動子入力信号
の波形図である。すなわち、第２図の場合には、
上記点弧角θfが０にされ、これにより発振回路１
６に入力される直流電圧の大きさが100％となり、
振動子入力信号の振幅が100％となつて上記噴霧
量が100％となつている。また、第３図の場合に
は、上記点弧角θfが若干大きくされ、これにより
発振回路１６に入力される直流電圧の大きさが若
干小さくなり、振動子入力信号の振幅も若干小さ
くなつて上記噴霧量が少なくなつている。さら
に、第４図の場合には、上記点弧角θfが臨界角
θf₀され、これにより発振回路１６に入力される
直流電圧が小さくなり、振動子入力信号の振幅も
小さくなつて上記噴霧量がちようど０％となつて
いる。なお、上記臨界角θf₀とは、上記点弧角θf
をそれ以上大きくすると超音波加湿器１２から発
生しないとともに、それ以下は小さくすると噴霧
が発生する角度をいう。この臨界角θf₀は、超音
波加湿器１２の振動子１３を振動させて霧化水槽
１５内の水１４に超音波エネルギーを加えても、
該超音波エネルギーが所定レベル以上にならない
と噴霧が発生しないという性質に基づくものであ
る。このため、第１図示の装置の場合、点弧角制
御信号発生器２２により点弧角θfを０からθf₀ま
で変化させることによつて、超音波加湿器１２か
らの噴霧量が０から100％まで連続的に変化させ
ることができるものである。

したがつて、上記構成の本考案に係る加湿制御
装置によれば、操作量信号に対応して連続的に超
音波加湿器１２の振動子１３の振幅が調節される
ため、操作量信号に対応した噴霧量が超音波加湿
器１２から発生することとなる。

そして、上記構成の本考案に係る加湿制御装置
では湿度検出器２で制御室１内の湿度を検出し、
その検出信号と予め設定した目標値信号との偏差
の比例値、積分値及び微分値を加算して上記操作
量信号とされるので、制御室１内の湿度を制御量
とし、また超音波加湿器１２からの噴霧量を操作
量としたPID動作による制御が実現されるもので
ある。

したがつて、上記構成の本考案に係る加湿制御
装置によれば、噴霧により加湿された空気の伝達
時間が比較的長くまた湿度検出器２自体の感応時
間も無視し得ないにもかかわらず、すなわち伝送
遅れやむだ時間が大きいにもかかわらず、第５図
の如く制御室１内の湿度をサイクリングやオフセ
ツト等が生ずることなく安定して高精度に目標と
する一定値に保つことができ、さらに制御室１の
扉を開閉した際などの外乱が加わつた際にもその
修正が短時間に行われるものである。

そして、上記構成の本考案に係る加湿制御装置
によれば、上述の如く上記操作量信号に対応して
連続的に超音波加湿器１２の振動子１３の振幅が
調節されるものであり、従来の加湿制御方式の如
く超音波加湿器１２の振動子１３を頻繁にON・
OFF（100％振幅の振動・振動の完全防止）せし
めるものではないため、振動子１３が破損し難く
なる。このように、上記操作量信号に対応して連
続的に超音波加湿器１２の振動子１３の振幅を調
節するだけでも上記従来の加湿制御方式に比べて
振動子１３が破損し難くなるが、それだけでは振
動子１３が破損するおそれを完全に取り除くこと
はできない。すなわち、単にPID制御を適用し
て、上記操作量信号に対応して連続的に超音波加
湿器１２の振動子１３の振幅を調節するだけで
は、制御室１内の湿度が一旦目標とする一定値と
なつた場合など上記操作量信号がゼロを示す場合
に振動子１３の振動を完全に停止させてしまう
と、やはり振動子１３が破損するおそれがある。
つまり、上記操作量信号がゼロを示す状態となつ
ているときに外乱が加わつたりすると上記操作量
信号がゼロより大きい所定の大きさの値を示す状
態に変化するが、この二つの状態が繰り返される
状況が起こり得る。このような状況では、上記操
作量信号がゼロを示す場合に振動子１３の振動を
完全に停止させてしまうと、振動子の振動と振動
の完全停止が、100％の振動と振動の完全停止と
の繰り返しではないにしても、繰り返されること
となる。したがつて、やはりこのような場合には
振動子１３が破損するおそれがあり、特に、前記
外乱等が大きい場合には上記操作量信号の変化が
大きいので一層振動子１３が破損し易くなる。こ
の点、本考案によれば、上記作動量信号に対応し
て連続的に超音波加湿器１２の振動子１３の振幅
を調節するだけでなく、操作量信号がゼロを示す
場合には超音波加湿器１２から噴霧を発生しない
程度の小さな振幅で振動子１３を振動させるとと
もに、操作量信号がゼロより大きい値を示す場合
には上記小さな振幅に比べて大きい振幅で振動子
１３を振動させている。したがつて、本考案によ
れば、上記操作量信号がゼロを示す場合にも、振
動子１３の振動が完全に停止されるのではなく振
動子１３が上記超音波加湿器１２から噴霧を発生
しない程度の小さな振幅で振動させられることに
なり、振動子１３はいわばウオーミングアツプ状
態にある。このため、上記操作量信号がゼロを示
す状態とゼロより大きい所定の大きさの値を示す
状態を繰り返す状況が生じても、振動子１３が破
損するおそれがなくなる。

なお、以上の説明においては、目標とする制御
室１内の湿度は一旦設定した後には変化しないと
していたが、例えば目標値設定器４に外部から制
御信号を与えて時間経過に対して目標値を変更す
ることもできるものである。

［考案の効果］ 本考案によれば、制御室内の湿度をサイクリン
グやオフセツト等が生ずることなく安定して高精
度に目標とする一定値に保つことができ、さらに
制御室の扉を開閉した際など外乱が加わつた際に
もその修正が短時間に行われ、しかも超音波加湿
器の振動子を破壊するおそれを完全に取り除くこ
とができる効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る加湿制御装置
の構成図、第２図乃至第４図はその各噴霧量にお
ける動作状態を示すものでこれらのａは電圧調整
器の出力電圧波形図、ｂは振動子入力信号の波形
図、第５図は本考案の一実施例に係る加湿制御装
置による時間経過と湿度との関係を示す図、第６
図は従来の加湿制御方式による時間経過と湿度と
の関係を示す図である。 １……制御室、２……湿度検出器、３……操作
量信号発生器、１２……超音波加湿器、１３……
振動子。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 噴霧を制御室内に供給し得る超音波加湿器と、 上記制御室内の湿度を検出する湿度検出器と、 該湿度検出器の検出信号と予め設定した目標値
   信号との偏差の比例値、積分値及び微分値を加算
   してなる操作量信号を出力する操作量信号発生器
   と、 該操作量信号発生器から出力された上記操作量
   信号に対応して連続的に調節した振幅で上記超音
   波加湿器の振動子を振動させる振動調節手段であ
   つて、上記操作量信号がゼロを示す場合には上記
   超音波加湿器から噴霧を発生しない程度の小さな
   振幅で上記振動子を振動させるとともに、上記操
   作量信号がゼロより大きい値を示す場合には上記
   小さな振幅に比べて大きい振幅で上記振動子を振
   動させる振動調節手段と、 を備えてなることを特徴とする超音波加湿器によ
   る加湿制御装置。