CN100463727C - 静电雾化装置 - Google Patents

Abstract

一种静电雾化装置，包括发射电极；与发射电极相对的相反电极；冷却部件，将周围空气中的水冷凝在发射电极上；以及高电压源，将高电压施加至发射电极和相反电极上，以对水进行静电充电，用以将来自发射电极的放电端的带电水微粒雾化。该静电雾化装置还包括控制器，用于以稳定的方式将带电水微粒释放。控制器监控两个电极之间流动的放电电流以控制冷却部件，用以将放电电流保持在预定水平，从而调节来自发射电极的带电水微粒的雾化量。

Description

静电雾化装置

技术领域

本发明涉及一种静电雾化装置，尤其涉及一种冷凝空气中包含的水分并对冷凝的水分静电充电以使纳米级的水微粒雾化的静电雾化装置。

背景技术

日本特开平No.5-345156A揭示了一种现有技术的静电雾化装置，其产生带电的纳米级水微粒(纳米级雾)。该装置配置为在被提供有水的发射电极和相对电极上施加高电压，以使发射电极上承载的水发生瑞利分解(Rayleigh disintegration)，从而将水雾化。由此获得的带电水微粒包含自由基(radical)，并保持在长时间段内大量地扩散到空间中，从而能够与附着于室壁、衣物或窗帘的刺鼻气味有效地反应，以对其进行除臭。

但是，由于上述装置依赖于包含通过毛细效应提供至发射电极的水箱，所以其迫使用户对水箱进行补充。为了消除这种不便，可以使用通过冷却周围环境来冷凝水的热交换器，并将热交换器处冷凝的水提供至发射电极。但是，这种方案会引起如下问题：获取在热交换器中产生的水(冷凝水)并将冷凝水提供给发射电极需要至少几分钟。

发明内容

本发明鉴于上述问题完成，以给出一种解决方案，提供一种静电雾化装置，其能够消除供水的必要性并确保保持产生纳米级雾的稳定放电条件。

根据本发明的静电雾化装置包括：发射电极；与该发射电极相对的相反电极；冷却部件，配置为在该发射电极上冷凝周围空气中的水；以及高电压源，配置为将高电压施加至所述发射电极和所述相反电极上，以静电充电该发射电极上的水，用以将来自该发射电极的放电端的带电水微粒雾化。该静电雾化装置还包括控制器。该控制器配置为提供雾化控制模式，在该雾化控制模式下该控制器监控表示该发射电极放电条件的参数并根据监控到的参数控制所述冷却部件，用以调节带电水微粒的雾化量。

优选地，上述参数通过发射电极与相反电极之间流动的放电电流提供，从而使冷却部件根据放电电流改变冷却速率，用以调整发射电极上冷凝水量，这确保以稳定的方式提供带电水微粒的雾化量。由于放电电流与从发射电极释放的带电水微粒量成比例，因此通过控制保持放电电流能够最优地调节带电水微粒的释放量。

在这种情况下，控制器配置为存储目标放电电流表，该目标放电电流表限定根据施加在两个电极上的高电压而改变的目标放电电流。控制器在雾化控制模式下运行以收集所述高电压以及放电电流的时序数据并在第一时刻读取第一电压和第一电流，在随后的第二时刻读取第二电流。控制器从目标放电电流表读取相应于第一电压的目标放电电流，并计算第二电流与第一电流之间的放电电流差和目标放电电流与第二电流之间的目标电流误差。然后，控制器在所述雾化控制模式下运行以确定作为放电电流差和目标电流误差的函数的校正值，以通过校正值校正当前获得的冷却速率。在所述第二时刻之后，控制器控制冷却部件以这样校正后的冷却速率冷却发射电极，并对于时序数据中的下一个重复执行确定校正后的冷却速率的循环。通过这种控制，可以保持放电电流恒定，即从发射电极释放恒定量的带电水微粒。从当时的环境温度、环境湿度以及发射电极可获得未校正的冷却速率。

优选地，目标放电电流表包括随冷却速率改变的补偿参数，从而使控制器通过补偿参数修改校正后的冷却速率，确保更精确的温度控制，用以实现最优的冷凝水量或者最优的带电水微粒的释放量。

此外，控制器配置为提供初始冷却控制模式，用以在没有将高电压施加在两个电极上的情况下冷却所述发射电极。控制器在初始冷却控制模式下运行，以监控周围空气的环境温度和环境湿度以及发射电极的电极温度。对此，控制器配置为存储：目标电极温度表，限定随所述环境温度和湿度改变的目标电极温度；以及冷却速率表，限定随目标电极温度与所述电极温度之间的温度差改变的冷却速率。控制器在初始冷却控制模式下运行，以根据当前目标电极温度和电极温度从冷却速率表中确定冷却速率，并以这样确定的冷却速率控制冷却部件。因此，在施加高电压以释放带电水微粒之前，将发射电极冷却至最优温度，确保在发射电极上提供足够量的水。

在这种情况下，控制器确定预备冷却周期，该预备冷却周期随着在初始冷却控制模式开始时获得的上述温度差而改变，并在这个可变的启动周期内继续初始冷却控制模式，并在初始冷却控制模式之后立即进行雾化控制模式。

此外，优选地，目标电极温度表限定初始冷却速率，该初始冷却速率随着目标电极温度与初始冷却控制模式开始时监控到的电极温度之间的上述温度差而改变。在这种情况下，控制器在所述初始冷却控制模式下运行而以初始冷却速率控制冷却部件，直到电极温度降低至所述目标电极温度附近。

此外，本发明的控制器可配置为在上述初始冷却控制模式下或者在雾化控制模式下根据当前环境温度和湿度从目标电极温度表中读取目标电极温度，并控制冷却部件直到达到目标电极温度。在这种情况下，可以在不参照冷却速率表的情况下进行温度控制，并提供与采用的冷却部件匹配的适当温度控制。

优选地，目标电极温度表限定高于结冰温度的目标电极温度。因此，可以避免水在发射电极上结冰以进行稳定的水冷凝。

此外，优选地，控制冷却部件用以在初始冷却控制模式开始时以较快的冷却速率冷却发射电极，之后控制冷却部件以保持发射电极在目标电极温度。

取代监控发射电极的温度的是，可以预定与发射电极温度相应的吸热量，并且冷却发射电极以提供与目标电极温度匹配的吸热量。

优选地，控制器配置为在电极温度降低至结冰温度或以下时停止运行冷却部件并停止施加高电压，以确保只在最优的条件下释放带电水微粒。

此外，控制器可配置为仅在发射电极保持在允许水冷凝这样的条件下时将高电压施加在两个电极上，以确保稳定的运行。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的静电雾化装置的框图；

图2为上述静电雾化装置在其初始冷却控制模式下的意识图；

图3为上述静电雾化装置所依据的曲线图；

图4(A)(B)(C)分别为形成在上述静电雾化装置的发射电极尖端处的特制圆锥体的意识图；

图5为上述静电雾化装置的雾化控制模式的运行意识图；

图6为示出上述静电雾化装置的运行的流程图；

图7为示出上述静电雾化装置在异常放电时的顺序的流程图；

图8为示出上述静电雾化装置在异常放电时的另一顺序的流程图；

图9为根据本发明第二实施例的静电雾化装置的运行意识图；以及

图10为说明可用于本发明的发射电极温度的计算方案的坐标图。

具体实施方式

<第一实施利>

参照附图说明根据本发明第一实施例的静电雾化装置。如图1所示，该静电雾化装置包括发射电极10和与所述发射电极10相对设置的相反电极20。相反电极20由具有圆形开口22的导电衬底形成，该圆形开口22具有与位于发射电极10尖端处的放电端12相距预定距离的内部圆周。该静电雾化装置包括冷却部件30和高电压源50，该冷却部件30连接至发射电极10以将其冷却。冷却部件配置为将发射电极10冷却以使发射电极10的周围空气中携带的水分冷凝以将水提供给发射电极10。高电压源50配置为将高电压施加在发射电极10和相反电极20上，以向发射电极10上的水充电并将其雾化成带电水微粒而从放电端释放出去。

冷却部件30由珀耳帖模块实现，该珀耳帖模块具有在远离发射电极放电端12的另一端连接到发射电极10的冷却侧并具有热电元件，该热电元件在被施加预定电压时将发射电极冷却至水的露点以下的温度。珀耳帖模块具有多个在热导体31和32之间平行排列的热电元件，用于以一定的冷却速率冷却发射电极10，该冷却速率是由从冷却电源电路40提供的可变电压确定的。构成冷却侧的一个热导体31连接至发射电极10，构成散热侧的另一热导体32设置有散热片36。珀耳帖模块设置有热敏电阻38，用于监控发射电极20的温度。

高电压源50包括高压产生电路52、电压检测电路54以及电流检测电路56。高压产生电路52设置为将预定高电压施加在发射电极10和接地的相反电极20上，以为发射电极10提供负电压或正电压(例如，-4.6kV)。电压检测电路54设置为监控施加在两个电极上的电压，而电流检测电路56监控两个电极之间流动的放电电流。

上述静电雾化装置还包括控制器60。控制器60控制冷却电压源40以调节发射电极10的冷却速率，还控制高压产生电路52以导通或截至施加至发射电极10的电压。冷却电压源40设置有DC-DC转换器42，该DC-DC转换器42根据从控制器60发出占空比改变的PWM信号改变施加至珀耳帖模块的电压，从而改变珀耳帖模块的冷却速率。控制器60连接至温度传感器71以监控安装该静电雾化装置的房间的环境温度，还连接至湿度传感器72以监控湿度，从而根据环境温度和湿度调节发射电极的冷却速率。这些传感器设置在形成该雾化装置外壳的机箱中或者诸如组合有该雾化装置的空气净化器等设备的机箱中。

控制器60提供两种运行模式。一种运行模式是初始冷却控制模式，另一种运行模式是在自该静电雾化装置启动起经过预定模式之后执行的雾化控制模式。在初始冷却控制模式下，只有冷却部件30受到控制，同时不施加高电压，以将足够量的水(冷凝水)提供至发射电极。在雾化控制模式下，冷却部件30以及高压产生电路52都受到控制，以使来自发射电极10的纳米级带电水微粒雾化，同时保持足够量的水。

首先，下面说明初始冷却控制模式。

1)目标电极温度的确定

在图2中的[1]所示的运行开始时间，控制器60从传感器71和72读取环境温度和湿度，以确定从周围空气提供足够量的水(冷凝水)的目标电极温度(T_TGT)。目标电极温度(T_TGT)是从控制器中预定的目标电极温度表中获得的，如表1所示。

表1

目标电极温度表

环境湿度Rh(％)

 

Rh≥80		0	5	10	15	20	24	29
										70≤Rh<80		-1	3	8	13	17	22	27
60≤Rh<70		-2	1	6	10	15	20	24
										50≤Rh<60		-3	-1	3	7	12	17	21

 

40≤Rh<50			-3	0	4	8	13	17
										30≤Rh<40				-3	0	4	8	13
20≤Rh<30					-3	-1	2	7
										15≤Rh<20							-2	2
10≤Rh<15								-1
										Rh<10
	T<5	5≤T≤10	10<T≤15	15<T≤20	20<T≤25	25<T≤30	30<T≤35	35<T≤40	T>40

环境温度(℃)

当目标电极温度未被指定，控制器认为不能从环境取得足够量的水而将表示需要提高温度和湿度的消息提供给使用者，并停止运行直到环境满足能够指定目标电极温度的条件。在上面的表1中，目标电极温度选择为不会使发射电极的周围空气中的水分结冰。也就是说，以上的表格是根据通过如图3所示关于环境温度和湿度的各种组合将珀耳帖模块冷却至引起发射电极10上的水冷凝或结冰这样的程度获得结果而制得的。在图3中，曲线表示珀耳帖模块的冷却温度，区域DZ表示发生冷凝的区域，而区域FZ表示发生结冰的区域。尽管区域之间的交界处由将珀耳帖模块冷却至-1℃获得的冷却曲线确定，但是冷凝区域DZ可以延伸到-4℃的冷却曲线。

2)冷却速率的确定

接下来，控制器60从热敏电阻38读取发射电极10的电极温度以获取目标电极温度(T_TGT)与实际电极温度之间的温度差(ΔT)，并且从下面的表2所示的预定冷却速率表中读取初始冷却速率和目标冷却速率分别作为初始占空比和目标占空比。占空比表示每单位时间施加至珀耳帖模块的电压的比率(％)。因此，随着占空比增加，冷却速率也增加。表格中的等效占空比D(n)是除以256后的0至100％的占空比，因此D(96)对应于38％占空比，而D(225)对应于99％占空比。通过使用等效占空比的PWM控制来控制珀耳帖模块的冷却。

表2

冷却速率表

 

温度差(ΔT)(＝电极温度—目标电极温度)	初始占空比	等效初始占空比D(n)	目标占空比	等效目标占空比D(n)
					0≤ΔT<5	38	D(96)	1	D(0)
5≤ΔT<7.5	69	D(176)	6.6	D(16)
					7.5≤ΔT<10	80	D(205)	14.5	D(36)
10≤ΔT<12.5	99(最大)	D(255)	22.3	D(56)
					12.5≤ΔT<15	99(最大)	D(255)	30.1	D(76)
15≤ΔT<17.5	99(最大)	D(255)	37.9	D(96)
					17.5≤ΔT<20	99(最大)	D(255)	53.5	D(136)
20≤ΔT<22.5	99(最大)	D(255)	61.3	D(156)
					22.5≤ΔT<25	99(最大)	D(255)	69.1	D(176)
25≤ΔT<27.5	99(最大)	D(255)	84.8	D(216)
					27.5≤ΔT<30	99(最大)	D(255)	99(最大)	D(255)
30≤ΔT<35	99(最大)	D(255)	99(最大)	D(255)
					35≤ΔT	99(最大)	D(255)	99(最大)	D(255)

3)开始冷却

如图2所示，控制器60在上限(T_TGT+1)与下限(T_TGT-1)之间设定目标电极温度范围，并在从时刻[1]起控制珀耳帖模块30以初始冷却速率冷却发射电极10，其中该上限和下限分别通过例如将目标电极温度(T_TGT)加+1℃和-1℃而获得。随后，当在时刻[2]电极温度降低至目标电极温度的上限时，冷却速率切换至目标冷却速率(目标占空比)。在时刻[2]至时刻[3]期间，在上面的冷却速率表中确定的目标冷却速率(目标占空比)下进行控制。当在时刻[3]电极温度降低至低于目标电极温度的下限时，等效占空比降低一级。当在时刻[4]电极温度升高至下限时，在冷却速率表中确定的目标冷却速率下进行冷却。当电极温度升高至高于目标上限时，等效占空比降低一级，以降低电极温度。之后，在时刻[6]与时刻[9]之间进行类似的控制。时刻[9]限定为在电极温度首次降低至目标上限的时刻[2]之后经过预定时间周期的时刻，而预定时间周期限定预备冷却周期P。预备冷却周期P是在冷却开始时随着温度差(ΔT)(＝电极温度—目标电极温度)改变的可变周期。初始冷却周期P在ΔT为5℃或更小时确定为30秒，在ΔT为5℃至10℃时确定为60秒，在ΔT为10℃或更大时确定为90秒。也就是说，预备冷却周期P在发射电极上的冷凝易于进行的条件下缩短，并且在冷凝不易于进行的条件下延长，从而在开始对来自发射电极的带电水微粒的雾化之前确保发射电极10上有足够量的水。在时刻[9]预备冷却周期P结束之后，控制器60切换至雾化控制模式。

下面，说明雾化控制模式。

在雾化控制模式下，当向发射电极提供足够量的冷凝水时，带电水微粒从发射电极10释放出去。通过发射电极与相反电极之间流动的放电电流可判定是否提供了足够量的冷凝水。也就是说，如图4所示，当提供足够量的水时，在从发射电极释放时形成的水的特制圆锥体(tailor cone)TC变大。因此，与特制圆锥体的尺寸成比例改变的放电电流被用作表示放电条件的参数。在特制圆锥体的尖端处发生瑞利分解，以将纳米级的带电水微粒雾化。例如，当由于冷凝水不足而使特制圆锥体变小时，如图4(A)所示，放电电流为3.0μA。当观看到中等尺寸的特制圆锥体时，如图4(B)所示，放电电流为6.0μA。当特制圆锥体变大时，如图4(C)所示，放电电流为9.0μA。例如，图4(A)表明提供了不足量的水，图4(B)表明提供了适量的水，而图4(C)表明提供了过量的水。从而，根据放电电流调节珀耳帖模块的冷却速率。

此外，由于放电电流随着施加至发射电极的电压而改变，因此表示提供适量水的目标放电电流从目标放电电流表确定，如下面的表3所示，以与电压变化一致。

表3

1)读取放电电压和放电电流

当在图2中的时刻[9]开始雾化控制模式时，控制器60开始将高电压施加至发射电极10，从而开始雾化来自发射电极的带电水微粒。关于珀耳帖模块的控制，控制器60以与上述初始冷却控制模式中类似的方式根据环境温度和湿度确定目标电极温度，而以相应的冷却速率(目标占空比)D保持冷却，同时为了保持放电电流在表3中限定的目标放电电流附近，将预定占空比校正值ΔD加在目标占空比D上。占空比校正值ΔD是由放电电流和目标放电电流确定的，说明如下。

为了计算占空比校正值ΔD，在作为时刻[9]之后瞬间(例如1秒)的时刻t0控制器60开始分别从电压检测电路54和电流检测电流56读取放电电压和放电电流，其中在时刻[9]高电压开始被施加至发射电极，如图2和图5所示，并在经过预定时间周期Δt之后的时刻t1确定第一放电电压V(1)和第一放电电流I(1)。Δt设定为6.4秒，在这6.4秒内每隔0.32秒读取放电电压和放电电流以确定分别作为放电电压和放电电流平均值的V(1)和I(1)。

2)确定占空比校正值ΔD

如图5所示，在从时刻t1起经过Δt之后的时刻t2，控制器60以相同的方式确定第二放电电流I(2)，并获得第一和第二放电电流之间的放电电流差(ΔI(2)＝I(2)—I(1))。此外，控制器60参照目标放电电流表读取相应于第一放电电压V(1)的目标放电电流I_TGT(1)，以获得目标放电电流与时刻t2的放电电流之间的放电电流误差ΔId(2)(＝I_TGT(1)—I(2))。

根据表示t1至t2之间的冷却速率的占空比D(2)、在时刻t2确定的放电电流差ΔI(2)、以及目标放电电流误差ΔId，控制器60通过下面的公式确定占空比校正值ΔD(2)，其中在该公式中包含补偿参数F{D(1)}。

ΔD(2)＝(a×ΔId(2)-b×ΔI(2))×F{D(1)}      (公式1)

其中，a和b为常数(＝0.3)，而F{D(1)}为相应于时刻t1至t2期间的冷却速率(占空比)确定的补偿参数，如下面的表4所示。

表4

根据上面的公式，控制器60确定从t2起经过预定时间周期Δt之后直到时刻t3起控制作用的占空比D(3)(＝D(2)+ΔD(2))，并以由D(3)表示的冷却速率控制珀耳帖模块以冷却发射电极10。如上文中讨论的，D(2)由每个时刻的环境温度、环境湿度和电极温度确定。

随后，在每个时间周期Δt执行相同的控制，以沿着使放电电流接近目标放电电流的方向改变ΔD。在这种连续反馈控制下，占空比增加速率ΔD(n)、目标放电电流误差ΔId(n)和放电电流差ΔI(n)由下面的一般公式2、3和4表示：

ΔD(n)＝(a×ΔId(n)-b×ΔI(n))×F{D(n-1)}        (公式2)

ΔId(n)＝I_TGT(n-1)-I(n)                         (公式3)

ΔI(n)＝I(n)-I(n-1)                             (公式4)

其中，I(n)表示在开始放电之后第n次事件的放电电流，而I_TGT(n-1)是根据第(n-1)次事件的放电电流计算得到的目标放电电流。

以这种方式，通过监控放电电流反馈控制发射电极10的温度，以使发射电极10上的冷凝水量恒定地保持在产生纳米级雾的最佳水平，从而在不被中断的情况下连续地进行产生的纳米级雾的静电雾化。

注意在不使用外部传感器的情况下可获得在上述初始冷却控制模式中所依赖的环境温度。在这种情况下，在发射电极上没有水时将高电压施加在发射电极10和相反电极20上，以测量放电电流并获得电极间电阻(＝放电电压/放电电流)。在这种条件下，由于没有水而不会发生雾化，并且电极间电阻与空气中的水含量相关，从而根据电极间电阻可估计湿度。

图6为示出从启动经过初始冷却控制模式到雾化控制模式的运行的流程图。当环境温度和湿度不满足从目标电极温度表中获得目标电极温度的条件时，进行控制以停止珀耳帖模块30，并且顺序转至需要重置雾化控制装置并等待可获得冷凝环境的准备状态。该静电雾化装置设有重置按钮。响应使用者按下重置按钮，控制器读取环境温度和湿度，并切换至初始冷却控制模式。如果在执行雾化控制模式时检测到如下文提到的异常放电，则进行控制以检查异常放电的原因并返回雾化控制模式，或者停止将高电压施加至发射电极并停止珀耳帖模块，然后切换至重置等待模式。异常放电检测

只要放电电压V(n)处在表3所示的范围内，雾化控制模式下的控制就继续进行，然而在以下情况下判定发生异常以执行异常处理。

1)检测到的放电电压V(n)超出表3所示的范围。也就是说，当电压低于4.1kV时，施加的电压不足从而不能保持正常放电，并且当电压超过5.2kV时，发生电场集中而不能正常放电。响应这类事件，控制器60认为出现异常放电以使用灯之类的指示装置通知使用者发生这类事件并停止雾化和冷却。

2)当发现放电电流I(n)低于下限I_TGT(n)_min、即相应于检测到的放电电压V(n)的目标放电电流I_TGT(n)减去预定值时，表明发射电极10没有冷凝的水或者发生结冰。因此，如图7的流程图所示，首先检查电极温度是否低于0℃(步骤1)。

当电极温度低于0℃、表明发射电极10结冰时，占空比降低一级以削弱珀耳帖模块的冷却(步骤2)，然后在步骤3检查放电电流I(n)是否大于下限I_TGT(n)_min。当放电电流I(n)大于下限I_TGT(n)_min时，由于结冰消失而能确保冷凝水，因此控制返回至正常雾化控制模式。否则，表明结冰仍然存在，从而进行控制以通过不施加高电压而停止放电，直到环境温度升高而熔化结冰为止，然后返回至初始冷却模式。由于在初始冷却控制模式下环境温度升高，因此目标电极温度相应地升高，从而将水冷凝在发射电极上，之后开始雾化控制模式以重新开始将带电水微粒雾化。

另一方面，当在步骤1判定电极温度高于0℃、表明冷凝的水不足时，检查当前占空比是否为最大(步骤4)。在当前占空比为最大时，表明冷却部件与环境温度匹配的冷却能力不足，从而进行控制以停止放电直到环境温度升高为止，然后返回至初始冷却控制模式。在当前占空比不是最大时，控制返回雾化控制模式。

在初始冷却控制模式下，停止运行，直到从表1的温度-湿度条件提供相应于环境温度升高的目标电极温度为止，并且当预期环境提供足够量的冷凝水时初始控制模式实际上被激活。

3)当发现放电电流I(n)大于上限I_TGT(n)_max、即相应于检测到的放电电压V(n)的目标放电电流I_TGT(n)加上预定值，表明冷凝的水过多或者在没有冷凝水的情况下在电极上发生异常放电(电晕放电)。为此，如图8的流程图中的步骤1所示，检查下一放电电流I(n+1)是否大于表示异常放电的最大电流Iext。当放电电流大于该最大电流时，判定发生异常放电(电晕放电)，从而进行控制以在步骤2停止放电并返回到初始冷却控制模式，等待环境温度升高以提供升高的目标电极温度。即使当下一放电电流I(n+1)不大于表示异常放电的最大电流Iext时，仍进行控制以停止放电(步骤3)并且将占空比降低一级(步骤4)，并且在经过时间Δt之后重新开始放电以读取放电电压和放电电流(步骤5)。随后，检查放电电流I(n+2)是否大于目标放电电流的上限I_TGT(n)_max(步骤6)，以及是否大于最大电流Iext(步骤7)。当在步骤6发现放电电流(n+2)不大于目标放电电流的上限I_TGT(n)_max时，由于正常运行条件恢复，因此控制返回至雾化控制模式。当发现放电电流I(n+2)大于最大电流Iext时，由于异常放电继续存在，因此进行控制以停止放电并返回至初始冷却控制模式。当放电电流I(n+2)大于目标放电电流的上限I_TGT(n)_max但不大于最大电流Iext时，顺序返回至步骤3。

此外，当在雾化控制模式下每单位时间的放电电流差ΔI(n)大于预定水平时，控制器60判定出现异常放电以停止放电并转换至重置-等待状态。也就是说，在使用发射电极10上的水继续进行放电的同时，放电电流不会突然变化。然而，在观察到放电电流显著改变时，控制器认为出现一些异常以停止放电并进入等待环境改变的状态。

此外，当尽管改变施加至珀耳帖模块30的电压以相应地改变冷凝水的量但检测到的放电电流没有改变或者沿着与预期方向相反的方向改变时，控制器60判定异常。为此，控制器60配置为获得放电电流的时序数据和施加至珀耳帖模块的电压的占空比，并获取当前的放电电流、占空比变化在每个时间周期Δt的积分值∑ΔD，以及电流变化ΔI在每个时间周期Δt的积分值∑ΔI，以判断是否满足以下条件中的任一个。在满足时，控制器判定异常并停止将高电压施加至发射电极并停止将电压施加至珀耳帖模块，之后将控制转换至初始冷却控制模式或者重置-等待状态。

i)I≥e，∑ΔD≥f，且-g<∑ΔI<g

ii)I≥e，∑ΔD≥f，且∑ΔI≤-g

iii)I≥e，∑ΔD≤-f，且-g<∑ΔI<g

iv)I≥e，∑ΔD≤-f，且∑ΔI≥g

其中，e、f和g分别是预定值，例如，e＝1μA、f＝50、g＝1μA，并且在占空比变化ΔD的极性反转时重置积分值∑ΔD和∑ΔI。

条件i)表示即使在增加施加至珀耳帖模块30的电压以加速制冷时，放电电流仍然没有变化，即水的提供量没有增加。

条件ii)表示即使在增加施加至珀耳帖模块30的电压以加速制冷时，放电电流仍然减少，即水的提供量减少。

条件iii)表示即使在减少施加至珀耳帖模块的电压时，放电电流仍然没有减少，即水的提供量没有变化。

条件iv)表示即使在减少施加至珀耳帖模块的电压时，放电电流增加，即水的提供量增加。

<第二实施例>

根据本发明第二实施例的静电雾化装置基本上与第一实施例相同，除了采用不同方案将发射电极的温度调节至根据环境温度和湿度确定的目标电极温度。相比于揭示了通过占空比D控制珀耳帖模块30的PWM控制方案的第一实施例，其中，占空比D由表2中所示的电极温度与目标电极温度之间的温度差ΔT确定，本实施例揭示了除了在静电雾化装置启动时以外，连续地改变占空比D从而将发射电极冷却至由环境温度和湿度确定的目标电极温度的控制方案。

控制器60读取环境温度和湿度以从表1中获取用于在发射电极10上产生足够量冷凝水的目标电极温度，并设定限定在上限(T_TGT+1)与下限(T_TGT-1)之间的目标电极温度范围，如图9所示，其中所述上限和下限是通过在目标电极温度上加+1℃和-1℃而分别给出的。在开始运行该静电雾化装置时，以最大占空比D(＝255，99％占空比)冷却珀耳帖模块直到发射电极10的温度升高至略高于上限的温度(Ts)为止，之后为了保持发射电极10的温度在上限与下限之间，占空比D增加或减小一级。也就是说，相应于当前的电极温度超出上限、超出下限以及位于上限与下限之间，占空比分别增加、减少以及保持不变。通过这种逐级的占空比控制，可以抑制将过量的应力施加至珀耳帖模块。

在这种情况下，只在电极温度最初进入上限与下限之间的目标电极温度范围内时使占空比最小化，从而避免电极温度下限以下降低太多。此外，伪占空比可用于代替最小占空比。伪占空比由电极温度与目标电极温度的下限之差确定，其中目标电极温度的下限是从环境温度和湿度以及开始运行该静电雾化装置时的电极温度推导出的；并且伪占空比选取为使电极温度略高于目标电极温度的下限。

在上述实施例中，参照如表1所示的目标电极温度表，以根据环境温度和湿度读取目标电极温度。该表格设置为将环境温度和湿度分别划分成较宽的区间(例如，5℃温度区间和10％的湿度区间)。为了进行更精确的温度控制，可以使用以5℃温度区间和10％湿度区间限定环境温度和湿度的组合表格，并在温度和湿度远离该表格的区间范围时，根据温度和湿度的最接近值按照比例计算来获取目标电极温度。

此外，在不使用监控发射电极温度的温度传感器的情况下，同样可以根据珀耳帖模块30的吸热量来估计发射电极的温度。也就是说，如图10所示，通过预先获得在珀耳帖模块30和发射电极10处的吸热量与发射电极10的温度之间的关系，并增加根据提供给珀耳帖模块的电功率计算吸热量的功能，可以获得发射电极10的温度。在这种情况下，在不使用图1所示热敏电阻38的情况下进行上述控制。

此外，尽管上述实施例根据与环境温度和湿度一起改变的时间，确定开始雾化、即结束初始冷却控制模式(结束图2中的预备冷却周期P)的时刻，但是控制器可配置为在电极温度达到由环境温度和湿度确定的预定温度时开始雾化。

Claims (14)

1.一种静电雾化装置，包括：

发射电极；

相反电极，与所述发射电极相对；

冷却部件，配置为将周围空气中的水冷凝在所述发射电极上；

高电压源，配置为将高电压施加至所述发射电极和所述相反电极上，以静电方式对所述发射电极上的水进行充电，用以将来自所述发射电极的放电端的带电水微粒雾化，以及

控制器，配置为提供雾化控制模式，在所述雾化控制模式下所述控制器监控表示所述发射电极的放电条件的参数并根据所述监控到的参数控制所述冷却部件，用以调节所述带电水微粒的雾化量。

2.如权利要求1所述的装置，其中，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以监控所述电极之间的放电电流作为所述参数并改变所述冷却部件的冷却速率，用以调节在所述发射电极上冷凝的水量。

3.如权利要求2所述的装置，其中，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以监控周围空气的环境温度和环境湿度以及所述发射电极的电极温度，并且

所述控制器存储：

目标电极温度表，限定随所述环境温度和湿度改变的目标电极温度；

冷却速率表，限定随所述电极温度与所述目标电极温度之间的温度差改变的冷却速率；以及

目标放电电流表，限定根据当前施加在所述电极上的高电压而改变的目标放电电流，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以根据所述温度差从所述冷却速率表确定冷却速率；

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以收集所述放电电流和所述高电压的时序数据，以在第一时刻读取第一电压和第一电流并在随后的第二时刻读取第二电流，

所述控制器从所述目标放电电流表中读取相应于所述第一电压的所述目标放电电流，

所述控制器计算第二电流与第一电流之间的放电电流差以及所述目标放电电流与第二电流之间的目标电流误差，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以确定所述冷却速率的校正值，所述校正值作为所述放电电流差和所述目标电流误差的函数；

所述控制器在所述第二时刻之后控制所述冷却部件以校正后的冷却速率冷却所述发射电极，并对于所述时序数据中的下一个重复执行确定所述校正后的冷却速率的循环，其中所述校正后的冷却速率为所述冷却速率加上所述校正值。

4.如权利要求3所述的装置，其中，

所述目标放电电流表也限定随所述冷却速率改变的补偿参数，

所述控制器通过所述补偿参数修改校正后的冷却速率。

5.如权利要求2所述的装置，其中，

所述控制器配置为提供初始冷却控制模式，用以在没有将所述高电压施加在所述电极上的情况下冷却所述发射电极，

所述控制器在所述初始冷却控制模式下运行，以监控周围空气的环境温度和环境湿度以及所述发射电极的电极温度，并且

所述控制器存储：

目标电极温度表，限定随所述环境温度和湿度改变的目标电极温度；以及

冷却速率表，限定随所述目标电极温度与所述电极温度之间的温度差改变的冷却速率；

所述控制器在所述初始冷却控制模式下运行，以根据所述温度差从所述冷却速率表中确定所述冷却速率，用于以这样确定的冷却速率控制所述冷却部件。

6.如权利要求5所述的装置，其中，

所述控制器在整个预备冷却周期中继续所述初始冷却控制模式，该预备冷却周期随着在所述初始冷却控制模式开始时获得的所述温度差而改变，并且所述控制器在所述初始冷却控制模式之后立即执行所述雾化控制模式。

7.如权利要求5所述的装置，其中，

所述目标电极温度表限定初始冷却速率，该初始冷却速率随着所述目标电极温度与所述初始冷却控制模式开始时监控到的电极温度之间的所述温度差而改变，

所述控制器在所述初始冷却控制模式下运行，以所述初始冷却速率控制所述冷却部件，直到所述电极温度降低至所述目标电极温度附近为止。

8.如权利要求1所述的装置，其中，

所述控制器配置为提供初始冷却控制模式，用以在没有将所述高电压施加在所述电极上的情况下冷却所述发射电极，

所述控制器在所述初始冷却控制模式下运行，以监控所述周围空气的环境温度和环境湿度以及所述发射电极的电极温度，

所述控制器存储目标电极温度表，所述目标电极温度表限定随环境温度和环境湿度改变的目标电极温度，

所述控制器在所述初始冷却控制模式下运行，以根据所述环境温度和湿度确定目标电极温度，并控制所述冷却部件冷却所述发射电极，直到所述发射电极温度达到所述目标电极温度为止，随后所述控制器执行所述雾化控制模式。

9.如权利要求2所述的装置，其中，

所述控制器配置为提供初始冷却控制模式，用以在没有将所述高电压施加在所述电极上的情况下冷却所述发射电极，

所述控制器在所述初始冷却控制模式下运行，以监控所述周围空气的环境温度和环境湿度以及所述发射电极的电极温度，

所述控制器存储：

目标电极温度表，限定随环境温度和环境湿度改变的目标电极温度；以及

目标放电电流表，限定根据当前施加在所述电极上的高电压改变的目标放电电流，

所述控制器在所述初始冷却控制模式下运行，以根据所述环境温度和湿度从所述目标电极温度表中确定目标电极温度，并控制所述冷却部件冷却所述发射电极，直到所述发射电极温度达到所述目标电极温度为止，随后所述控制器执行所述雾化控制模式，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以监控所述环境温度和湿度以及所述电极温度，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以根据当前环境温度和湿度从所述目标电极温度表中确定目标电极温度，并获得将所述发射电极保持在所述目标电极温度的冷却速率，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以收集所述放电电流和所述高电压的时序数据，以在第一时刻读取第一电压和第一电流并在随后的第二时刻读取第二电流，

所述控制器从所述目标放电电流表中读取相应于所述第一电压的所述目标放电电流，

所述控制器计算第二电流与第一电流之间的放电电流差以及所述目标放电电流与第二电流之间的目标电流误差，

所述控制器在所述雾化控制模式下运行，以确定所述冷却速率的校正值，所述校正值作为所述放电电流差和所述目标电流误差的函数；

所述控制器在所述第二时刻之后控制所述冷却部件以校正后的冷却速率冷却所述发射电极，并对于所述时序数据中的下一个重复执行确定所述校正后的冷却速率的循环，其中所述校正后的冷却速率为所述冷却速率加上所述校正值。

10.如权利要求3或9所述的装置，其中，

所述目标电极温度表限定高于结冰温度的所述目标电极温度。

11.如权利要求3或9所述的装置，其中，

所述控制器配置为控制所述冷却部件，用以在所述初始冷却控制模式开始时以较快的冷却速率冷却所述发射电极，之后控制所述冷却部件以将所述发射电极温度保持在所述目标电极温度。

12.如权利要求3或9所述的装置，其中，

所示控制器配置为控制所述冷却部件，用以根据所述发射电极的吸热特性将所述发射电极温度冷却至所述目标电极温度。

13.如权利要求3或9所述的装置，其中，

所述控制器配置为在所述电极温度降低至结冰温度或以下时停止运行所述冷却部件并且停止施加所述高电压。

14.如权利要求3或9所述的装置，其中，

所述控制器配置为仅在所述发射电极保持在允许水冷凝这样的条件下时将所述高电压施加在所述电极上。

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