(57)【要約】【課題】手乾燥装置に設けられた気流発生用のモータに商用交流電源の容量以上の電力を入力させて、より強い高圧空気流を発生させて、手の乾燥時間を速める。【解決手段】平滑回路５１は商用交流電源６を直流に変換して平滑する。充電回路５３は制御回路５７の制御の下に昇圧回路５４が不動作時に電気二重層キャパシタ５２に商用電源の電力を充電する。昇圧回路５４は制御回路５７の制御の下に電気二重層キャパシタ５２の電力を放電する。制御回路５７は、手挿入部に配設された手挿入検出手段からの手挿入検出信号を入力すると、昇圧回路５４と駆動回路５６を制御して商用電源の電力に電気二重層キャパシタの貯蔵電力を加算した結果を高圧空気流発生用のモータ５５に供給してこのモータ５５を駆動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流を直流に変換して平滑する平滑手段と、
電力を貯蔵する電気二重層キャパシタと、
前記平滑手段の出力電力を前記電気二重層キャパシタに充電する充電手段と、
前記電気二重層キャパシタからの直流電圧を昇圧する昇圧手段と、
入力電力の大きさに応じた圧力の空気流を発生する気流発生部と、
前記平滑手段の出力と前記昇圧手段の出力を合成した電力を前記気流発生部へ供給する気流発生部駆動手段と、
外部からの手挿入検出信号を入力すると、前記気流発生部を駆動するように前記気流発生部駆動手段を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする高圧空気流発生装置。
【請求項２】
前記昇圧手段は、前記電気二重層キャパシタの電力を伝えるトランスおよびこのトランスの一次側に接続されたスイッチング手段と、前記トランスの二次側に接続され、前記電気二重層キャパシタの電力を出力するダイオードおよびこのダイオードに接続されたコンデンサーとを備え、
前記制御手段は、前記スイッチング手段のオンオフ比率を変化することで前記昇圧手段の電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の高圧空気流発生装置。
【請求項３】
前記平滑手段の出力電流から前記気流発生部に供給される電流を検出する電流検出手段を設け、
前記制御手段は、前記電流検出手段が検出した電流が所定値以上にならないように前記昇圧手段の電圧を制御することを特徴とする請求項1及び請求項２に記載の高圧空気流発生装置。
【請求項４】
前記電気二重層キャパシタの端子電圧を検出する手段を備え、
前記制御手段は、前記電気二重層キャパシタの端子電圧が所定値以下となった場合、前記スイッチング手段の通電時間を短くして前記気流発生部の出力を下げるとともに前記電気二重層キャパシタから前記気流発生部への電力供給を停止するように前記昇圧手段の電圧を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれかに記載の高圧空気流発生装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記充電手段による前記電気二重層キャパシタへの充電を高圧空気流発生装置が非動作の時に行うことを特徴とする請求項1乃至請求項４の何れかに記載の高圧空気流発生装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記電力平滑手段の出力と前記電気二重層キャパシタ昇圧手段の出力を並列接続して高圧空気流発生装置への合成電力を生成するように前記昇圧手段の電圧を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項５の何れかに記載の高圧空気流発生装置。
【請求項７】
前記電気二重層キャパシタ昇圧手段の出力に並列に接続されるダイオードを備え、
前記制御手段は、前記電力平滑手段の出力と直列接続して前記気流発生部への合成電力を生成するように前記昇圧手段の電圧を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項５の何れかに記載の高圧空気流発生装置。
【請求項８】
前記気流発生部駆動手段への出力を間欠的に可変させる手段を備え、
前記制御手段は、前記気流発生部駆動手段の間欠変化に同期して、前記昇圧手段及び前記充電手段を動作させることを特徴とする請求項1乃至請求項７の何れかに記載の高圧空気流発生装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れかに記載の高圧空気流発生装置と、
手を収納する空間である手挿入部と、前記高圧空気流発生装置から出力される高圧空気流を高速空気流として吹き出させる空気流吹出孔を有する本体と、
この本体の前記手挿入部に面して設けられ、手の挿入を検出すると手挿入検出信号を前記高圧空気流発生装置へ供給する手挿入検出部と、を備えた手乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、洗浄後の濡れた手を高速空気流により吹き飛ばして乾燥させる高圧空気流発生装置およびこの高圧空気流発生装置を収容する手乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の手乾燥装置は、商用交流電源の他に蓄電池を備え、この蓄電池により送風機もしくは温風ヒータに電力を供給する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、手の乾燥時間を速める為に、高速空気流により、手に付いた水分を吹き飛ばす方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８３４６２号公報（３頁、図１）
【特許文献２】特開平０５−２９３０５５号公報（１３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された従来の手乾燥装置は、商用交流電源の他に蓄電池を備え、この蓄電池により送風機もしくは温風ヒータに電力を供給するものであるが、乾燥時間を短縮する為には、温風ヒータを併用するよりは、送風機の風速を上げて手に付いた水分を吹き飛ばす必要がある。従来の構成では、商用交流電源の出力制限以上、例えばブレーカ容量の２０Ａを越えた電力を高速空気流発生装置に供給して、乾燥時間を短縮することは出来ないという課題がある。また、大電力を必要とする手乾燥装置を動作させる為の補助電源として蓄電池を用いているが、鉛蓄電池、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの蓄電池は、いずれも瞬間的に大電力を出すことが難しく、充放電の可能回数も１０００回程度と少なく、１日１００回以上使用される手乾燥装置では、蓄電池を頻繁に交換する必要があるという問題があった。
【０００６】
この発明は係る課題を解決するためになされたもので、その目的は蓄電池を頻繁に交換することなく、高圧空気流を発生する高圧空気流発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る高圧空気流発生装置は、上記課題を解決する為に、交流電源からの交流を直流に変換して平滑する平滑手段と、電気二重層キャパシタと、上記平滑手段の出力電力を上記電気二重層キャパシタに充電する充電手段と、上記電気二重層キャパシタからの直流電圧を昇圧する昇圧手段と、入力電力の大きさに応じた圧力の空気流を発生する気流発生部と、上記平滑手段の出力と上記昇圧手段の出力を合成した電力を上記気流発生部へ供給する気流発生部駆動手段と、外部からの手挿入検出信号を入力すると、上記気流発生部を駆動するように上記気流発生部駆動手段を制御する制御手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る高圧空気流発生装置は、補助電源として電気二重層キャパシタ５２を利用しているので、大電力を瞬時に高圧空気流発生装置に供給できる。また、電気二重層キャパシタ５２は充放電寿命が長く、交換する必要がないという効果もある。さらに、商用電力に電気二重層キャパシタ５２の貯蔵電力を加算して高圧空気流発生装置に供給するので、商用交流電源の容量以上の電力を高圧空気流発生装置に供給できるので、手乾燥時間を速めることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における手乾燥装置の全体構成を示す断面図である。
図１に示すように、手乾燥装置1は手を収納する開口部である手挿入部２と、空気流吹出孔３を有する手乾燥装置本体４と、本発明に係る高圧空気流発生装置５と、高圧空気流発生装置５に電力を供給する商用交流電源６とから構成されており、手乾燥装置本体４の手挿入部２に面する壁面には手の挿入を検出する手挿入検出器７が設けられている。この手挿入検出器７は光検出方式や超音波方式や温度検出方式などが考えられるが、光検出方式の場合には、発光器７ａと対向する位置に配設された受光器７ｂとこれに接続された周辺回路（図示せず）とから構成されており、手乾燥装置に電源が供給されている場合（通常、故障のない限り電源が供給されている。）には、図２の細い矢印で示すように発光器７ａからの光が手挿入部２内を通過して受光器７ｂに届くように構成されている。手が挿入された場合に、光が遮断されたことを受光器７ｂが検出することで周辺回路が手挿入検出信号を発生する。この手挿入検出信号は高圧空気流発生装置５へ送られる。また、手乾燥装置本体４の空気吸入口にはフィルタ８が設けられている。また、濡れた手から高圧空気流によって吹き飛ばされた水はそのままに下方に落ち、あるいは本体の壁面に付着した後下方へ落ち、水取り出し口９から図示しない接続配管を通って外部へ流出する。なお、図中の太い矢印は空気の流れを示す。
【００１０】
また、図２は図1における高圧空気流発生装置５の構成を示す図である。図２に示すように、高圧空気流発生装置５は、商用交流電源６を直流に変換して平滑する平滑回路５１と、蓄電池である電気二重層キャパシタ５２と、電気二重層キャパシタ５２に電力を充電する充電回路５３と、電気二重層キャパシタ５２の電力を放電する昇圧回路５４と、高圧空気流を発生するモータ５５と、このモータ５５を駆動する駆動回路５６と、上記充電回路５３と、昇圧回路５４と、駆動回路５６を制御する制御回路５７から構成されている。また、制御回路５７には手挿入検出部７からの信号が接続されている。なお、平滑回路５１は平滑手段を構成し、充電回路５３は充電手段を構成し、昇圧回路５４は昇圧手段を構成し、モータ５５及びこれに接続された図示しないファンは気流発生部を構成し、駆動回路５６は気流発生部駆動手段を構成し、制御回路５７は制御手段を構成する。
【００１１】
また、図３は、電気二重層キャパシタ５２の端子電圧と入出力電力の動作を表した図である。
【００１２】
実施の形態１の動作について図２と図３を用いて説明する。手挿入検出器７が手を収納する開口である手挿入部２に手が挿入された事を検知すると、手挿入検出信号が生成されて高圧空気流発生装置５に送られる。高圧空気流発生装置５では、制御回路５７が手挿入検出器７からの手挿入検出信号を受信すると、制御回路５７は、手を乾燥させる為の高速空気を生成するためのモータ５５を回転させる為に駆動回路５６を動作させる。駆動回路５６はスイッチング素子５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄから構成されており、５６ａと５６ｄの組と５６ｂと５６ｃの組を交互に動作させることでモータ５５に交流の電流を流す。制御回路５７はスイッチング素子５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄの通電時間を制御してモータ５５の出力を制御する。例えば、５６ａと５６ｄの組と５６ｂと５６ｃの組の切り換え周期が１００マイクロ秒（１０ｋＨｚ）の時、５６ａと５６ｄの組の通電時間が５０マイクロ秒、５６ｂと５６ｃの組の通電時間が５０マイクロ秒の時、モータ５５の出力は最大となる。
また、１００マイクロ秒の周期の内、５６ａと５６ｄの組の通電時間が２５マイクロ秒、５６ｂと５６ｃの組の通電時間が２５マイクロ秒で、いずれのスイッチング素子が駆動していない時間が５０マイクロ秒存在している場合は、モータ５５の出力は最大出力時の半分になる。
【００１３】
駆動回路５６に電力を供給するルートとしては、商用交流電源６の交流を直流に変換し、平滑回路５１により平滑して駆動回路５６に供給するルートと電気二重層キャパシタ５２の電力の昇圧回路５４から供給するルートがある。平滑回路５１はダイオード５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄから構成されるブリッジにより交流が全波整流され、コンデンサ５１ｅにより直流電圧に平滑される。昇圧回路５４はスイッチング素子５４ａとトランス５４ｂとダイオード５４ｃとコンデンサ５４ｄとから構成されている。制御回路５７はスイッチング素子を高周波でオン/オフすることで、トランス５４ｂに高周波の電流を流す。トランス５４ｂのダイオード側の巻き数は、スイッチング素子側の巻き数より多く巻いているので、高い電圧の高周波がダイオード５４ｃ側の巻き線に生じる。これをダイオード５４ｃとコンデンサ５４ｄにより平滑して電気二重層キャパシタ５２の電力を商用交流電源６の平滑電圧近傍まで昇圧する。昇圧回路５４の出力電圧はスイッチング素子５４ａのオン/オフ比率を変えることにより制御できる。
【００１４】
制御回路５７により、昇圧回路５４の昇圧電圧を制御することで、駆動回路５６へ供給する電力ルートを制御できる。例えば、平滑回路５１の電圧よりも昇圧回路５４の出力電圧を高くすれば、駆動回路５６への電力は昇圧回路５４から供給される。また、平滑回路５１の電圧よりも昇圧回路５４の電圧を低くすれば、駆動回路５６への電力は平滑回路５１から供給される。以上の制御を高速で行うことで、駆動回路５６への電力の内、所定量を平滑回路５１から、残りの所定量を昇圧回路５４から供給することが出来る。
【００１５】
以上の様に制御することで、商用電力に電気二重層キャパシタ５２の貯蔵電力を加算して高圧空気流発生装置に電力を供給できるので、図２に示すように商用交流電源６の容量以上の電力で手乾燥装置を強運転でき、より強い高圧空気流により、手乾燥時間が速くなる。
【００１６】
また、制御回路５７は、平滑回路５１の出力電流を電流検出抵抗５１ｆにより監視し、平滑回路５１からの出力電流が所定値以上にならないように、昇圧回路５４の昇圧電圧を制御する。
【００１７】
このように制御することで、商用交流電源６の出力がブレーカー容量を越えて流れる事を防止できる。
【００１８】
また、制御回路５７は、電気二重層キャパシタ５２の端子電圧を監視して、端子電圧が所定値以下に低下した場合は、駆動回路５６のスイッチング素子の通電時間を短くして、モータ５５の出力を下げると共に昇圧回路５４の動作も停止させる。
【００１９】
鉛蓄電池、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの蓄電池の端子電圧は、ほぼ一定の端子電圧を示し、蓄積した電荷が無くなる直前に端子電圧が急激に低下する。一方、電気二重層キャパシタ５２の端子電圧は、放電電荷に比例して低下するので、蓄積電荷を全て使い切ろうとすると、端子電圧が低くなった部分で、放電電流が大きくなる。昇圧回路５４のスイッチング素子５４ａは、この放電電流にも対応できるようにしなければならず、コストが高くなる問題点がある。
例えば、端子電圧２０Ｖの時、５００Ｗの電力を取り出すためには、放電電流は２５Ａで済むが、端子電圧が１０Ｖに低下すると５００Ｗの電力を取り出すためには５０Ａの放電電流となる。
【００２０】
そこで、図３に示すように、電気二重層キャパシタ５２の端子電圧が所定値以下に低下した場合、モータ５５の出力を下げ、手乾燥装置の運転を弱運転にすると共に昇圧回路５４の動作も停止させる。これにより昇圧回路５４のスイッチング素子５４ａは、容量の大きなスイッチング素子にしなくても良いので低コスト化が出来る。また、電気二重層キャパシタ５２の充電電荷を全て使い切らないので、充電時間が短くて済む。
【００２１】
次に、図示していないが、制御回路５７は乾燥が終了し、手収納部に挿入された手が抜かれた事を検知すると、駆動回路５６を停止させて、手を乾燥させる為の高速空気生成を止める。その後、制御回路５７は、充電回路５３の充電動作を開始する。充電回路５３はスイッチング素子５３ａ、トランス５３ｂ、ダイオード５３ｃ、コンデンサ５３ｄ、出力電流検出抵抗５３ｅから構成されており、制御回路５７はスイッチング素子５３ａを高周波でオン/オフすることで、トランス５３ｂに高周波の電流を流す。トランス５３ｂのダイオード側の巻き数は、スイッチング素子側の巻き数より少なく巻いているので、低い電圧の高周波がダイオード５３ｃ側の巻き線に生じる。これをダイオード５３ｃとコンデンサ５３ｄにより平滑することで、商用交流電源６の交流を平滑した高い電圧を、電気二重層キャパシタ５２の低い電圧近傍まで降圧する。充電回路５３の出力電圧の微調整はスイッチング素子５３ａのオン/オフ比率を変える事により制御できる。制御回路５７は、出力電流検出抵抗５３ｅで検出した充電電流が所定値となるようにスイッチング素子５３ａのオン/オフ比率を制御して、電気二重層キャパシタ５２の充電電圧が所定値に達するまで、充電を行なう。
【００２２】
図３に示すように、駆動回路５６が動作していないときに、充電回路５３を動作させるので、モータ５５が回転している時は、商用交流電源６の電力を全て、モータ５５に投入できるので、より強い高圧空気流が生成でき、手乾燥時間が速くなる。
【００２３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における高圧空気流発生装置５の構成を示す構成図である。図において、構成要素、動作は実施の形態1と同様である。違いは、実施の形態1においては、平滑回路５１と昇圧回路５４を並列接続して駆動回路５６への合成電力を生成していたが、実施の形態２では、平滑回路５１と昇圧回路５４を直列接続して駆動回路５６への合成電力を生成している。
【００２４】
昇圧回路５４のコンデンサ５４ｄと平滑回路５１のコンデンサ５１ｅを直列接続することにより、駆動回路５６には平滑回路５１と昇圧回路５４の合成電力が供給される。また、昇圧回路５４のコンデンサ５４ｄに並列にダイオード５４ｅを接続することにより、昇圧回路５４が停止している場合でも、ダイオード５４ｅを介して商用交流電源６からの電力を駆動回路５６へ供給でき、実施の形態1と同様に商用電力に電気二重層キャパシタ５２の貯蔵電力を加算して高圧空気流発生装置に電力を供給できるので、商用交流電源６の容量以上の電力で手乾燥装置を強運転でき、より強い高圧空気流により、手乾燥時間が速くなる。
【００２５】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３における高圧空気流発生装置５の動作を表した図である。実施の形態３における高圧空気流発生装置５の構成は、図２または図４どちらでも構成可能である。ここでは、図２を用いて動作を説明する。
【００２６】
図５は充電回路５３、昇圧回路５４の動作を示す。図において、斜線部Ａは、昇圧回路５４が動作している時間と昇圧回路５４から駆動回路５６へ出力される電力量を表している。黒塗り部Ｂは、充電回路５３の動作している時間と充電電力量を表す。すなわち黒塗り部Ｂでは、商用電力1から電気二重層キャパシタ５２への電力供給されている。縦縞模様部Ｃでは、商用電力1から平滑回路５１を介して駆動回路５６へ供給される電力量と時間を表している。
【００２７】
昇圧回路５４は、1Ｈｚ以上の短い間隔でパルス的に動作させる。この時、充電回路５３の動作は停止しており、駆動回路５６には、商用電力と電気二重層キャパシタ５２の加算電力が供給される。昇圧回路５４が停止している時は、充電回路５３が動作して、商用電力は、充電回路５３を介して、電気二重層キャパシタ５２を充電する電力と、平滑回路５１を介して駆動回路５６へ供給される電力に分割される。
【００２８】
実施の形態1では、所定時間、電気二重層キャパシタ５２の蓄積エネルギーと商用交流電源６からの電力を重ね合わせて駆動回路５６へ電力を供給したが、実施の形態３では、パルス的に強弱運転を繰り返す。以上の動作により、駆動回路５６には、1Ｈｚ以上の周波数で間欠的に大電力が供給される。駆動回路５６は、この間欠動作に合わせて、モータ５５の出力を可変させて、高圧空気流発生装置を動作させる。手に付着した水滴は、短時間でも高速空気流を当てることで取り除けるので、間欠的に商用電力と電気二重層キャパシタ５２の充電電力を加算した大電力でより強い高圧空気流を生成して、これをより強い高速空気流に変換して手に当てることで、短い時間で手を乾燥させることが出来る。電気二重層キャパシタ５２の蓄積電力を放出する時間は短く、キャパシタ容量が少なくて済み装置が小形化できる。また、昇圧回路５４が停止している時、商用電力を充電回路５３と駆動回路５６に振り分けて供給するので、高圧空気流発生装置が停止することが無く、継続的に手に空気流を当てることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施の形態１における手乾燥装置の全体を示す断面図である。
【図２】実施の形態１における高圧空気流発生装置５の構成を示す図である。
【図３】電気二重層キャパシタ５２の端子電圧と入出力電力の動作を表した図である。
【図４】実施の形態２における高圧空気流発生装置５の構成を示す構成図である。
【図５】実施の形態３における高圧空気流発生装置５の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  手乾燥装置、２  手挿入部、３  空気流吹出孔、４  手乾燥装置本体、５  高圧空気流発生装置、６  商用交流電源、７  手挿入検出器、５１  平滑回路、５２  電気二重層キャパシタ、５３  充電回路、５４  昇圧回路、５５  モータ、５６  駆動回路、５７  制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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