JP2007260626A

JP2007260626A - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP2007260626A
Application number: JP2006092197A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suda; 洋須田; Takayuki Nakada; 隆行中田; Shoji Machi; 昌治町
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP4645502B2

Abstract

【課題】対象空間内に帯電微粒子ミストを放出するに際して、マイナス帯電の影響を受けず帯電微粒子ミストを長時間に亘って安定的に生じさせることのできる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】放電電極３と、放電電極３に液体Ｗを供給する液供給手段と、放電電極３に高電圧を印加する高電圧印加手段とを備え、放電電極３が保持する液体Ｗに高電圧を印加して生成される帯電微粒子ミストを対象空間Ｓ内に放出する静電霧化装置１において、上記高電圧印加手段を、放電電極３に高電圧を印加する運転モードと、放電電極３への高電圧印加を休止する休止モードとを、交互に切り替えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象空間内に帯電微粒子ミストを放出するに際して、対象空間側のマイナス帯電の影響を受けることなく帯電微粒子ミストを長時間に亘って安定的に生じさせるための技術に関するものである。

従来から静電霧化装置として、例えば特許文献１が知られている。この特許文献１に示された従来例にあっては、液溜め部の液体を毛細管現象により放電電極の先端に搬送し、このように毛細管現象により放電電極の先端部に供給された液体を放電電極の先端部に表面張力により保持し、この放電電極の先端部に表面張力により保持された液体に高電圧を印加することで静電霧化して活性種（ラジカル）を含むナノメータサイズの帯電微粒子ミストを発生するようになっている。

この静電霧化装置による帯電微粒子ミストの発生メカニズムは以下の通りである。即ち、放電電極と対向電極との間にかけられた電圧により放電電極の先端部に供給された水等の液体が帯電し、帯電した液体にクーロン力が働き、放電電極の先端に供給された液体の液面が局所的に先端が尖った錐状に盛り上がる（テイラーコーン）。このテイラーコーンの先端部に電荷が集中して高密度化され、高密度とされた電荷の反発力により液体が***・飛散（レイリー***）を繰り返して静電霧化を行い、ラジカルを有するナノメータサイズの帯電微粒子ミスト（マイナスイオンミスト）を生成させるのである。

この帯電微粒子ミストは活性種（ラジカル）を含み且つ極めて小さな粒径を有しているので、外部に放出された後は外部空間内の隅々まで飛散して殺菌、脱臭を行なうと共に、外部空間内に存在する物体に付着浸透して効果的に殺菌、脱臭を行なうことができる。

ところが、この静電霧化装置を例えば食品保管庫の庫内空間といった狭い対象空間内に設置し、該対象空間内に帯電微粒子ミストを長時間に亘って放出させようとするような場合には、この帯電微粒子ミストが安定的に生成され難くなるといった問題が生じる。これは、対象空間を形成するハウジングの内壁や収納物体の表面に帯電微粒子ミストが付着して強くマイナス帯電することで、放電電極の先端の上記テイラーコーンがこのマイナス帯電の影響を受けて、安定したコーン形状に形成され難くなるからである。
特許第３２６０１５０号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、対象空間内に帯電微粒子ミストを放出するに際して、対象空間側のマイナス帯電の影響を受けることなく帯電微粒子ミストを長時間に亘って安定的に生じさせることのできる静電霧化装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、放電電極３と、放電電極３に液体Ｗを供給する液供給手段と、放電電極３に高電圧を印加する高電圧印加手段とを備え、放電電極３が保持する液体Ｗに高電圧を印加して生成される帯電微粒子ミストを対象空間Ｓ内に放出する静電霧化装置１において、上記高電圧印加手段が、放電電極３に高電圧を印加する運転モードと、放電電極３への高電圧印加を休止する休止モードとを、交互に切り替えるものであることを特徴としたものとする。

このようにすることで、対象空間Ｓを形成するハウジングの内面や、対象空間Ｓ内に収納される物体の表面に帯電微粒子ミストが付着してマイナス帯電する場合であっても、休止モード中にこのハウジングや収納物体からは自然放電がなされるので強くマイナス帯電することがない。したがって、放電電極３に保持される液体Ｗはこのハウジングや収納物体のマイナス帯電の影響を受けずに安定的に静電霧化されて帯電微粒子ミストを生成するものである。

上記構成の静電霧化装置１にあっては、対象空間Ｓ内の絶対湿度を検出する湿度検出手段１１を備え、該湿度検出手段１１の検出結果に応じて運転モードと休止モードの各継続時間Ｔ１，Ｔ２を設定することが好適である。

対象空間Ｓ内の空気中に存在する水分はハウジング等のマイナス帯電を奪う性質を有し、したがって一定時間当りの自然放電量は絶対湿度に応じて変化するので、このように設定することで休止モードの継続時間Ｔ２を必要且つ十分な分だけ設定することが可能となる。

本発明は、対象空間内に帯電微粒子ミストを放出するに際して、対象空間側のマイナス帯電の影響を受けることなく帯電微粒子ミストを長時間に亘って安定的に生じさせることができるという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図１〜図３には、本発明の実施形態における一例の静電霧化装置１を示している。本例の静電霧化装置１は、霧化用の液体Ｗを搬送するための液体搬送部２と、液体搬送部２の先端部である放電電極３と、放電電極３の先端と対向して位置する対向電極１４と、液体Ｗに圧力を作用させて液体搬送部２の先端部に設けた放電電極３先端に液体Ｗを供給する加圧手段４と、放電電極３と対向電極１４との間に高電圧を印加する電圧印加部５とを備えたものである。なお、以下の説明では液体Ｗが水の例で説明するので、液体Ｗは水Ｗとして表す。

図１に示すように本例にあっては加圧手段４として、水頭圧により水Ｗに圧力を作用させて放電電極３の先端に水Ｗを供給するようになっている。液体搬送部２は図示例では筒状をしており、この液体搬送部２の内部の孔１３部分の内径が先端の放電電極３部分を除いて毛細管現象が発生しない大きさの孔部１３ａとなっている。孔１３の先端部は、先端が細径となるように孔径が次第に細くなっており、内部の水Ｗに圧力が作用しても孔１３の最先端においては水Ｗが表面張力により液玉状態を保持し、孔１３の最先端から水Ｗが垂れ流しされないような孔径としてある。

液体搬送部２の後端部には、水頭圧調整部となる液体溜め部６を連通させてある。図中の符号７は液体補給用のタンクであり、マイクロポンプ等のポンプ１５によりタンク７内に溜まっている水Ｗを液体溜め部６に補給して、液体溜め部６の水位（液位）を放電電極３の先端よりも高い所定設定水位に保つようにしている。具体的には、液体溜め部６内に水位センサ１６が設けてあり、水位センサ１６により液体溜め部６内の水位を検知するとともに、液体溜め部６内の水位が放電電極３の先端よりも高い所定設定水位よりも下がるとこれを検知し、制御部１７からの制御によりポンプ１５を駆動して液体溜め部６内の水位が所定水位に復帰するようにタンク７内の水を供給するようになっている。したがって、液体搬送部２の先端部の放電電極３の先端に表面張力により形成される液玉Ｗ１には常に決められた一定の水頭圧が作用するものである。この水頭圧は、放電電極３の最先端に表面張力により液玉Ｗ１が形成されることを阻害しない程度のものになるよう予め設定してある。

図２、図３には、上記静電霧化装置１の概略斜視図が示してある。液体溜め部６やタンク７等はベース２６に取付けてあり、このベース２６にカバー２７を取付けて液溜め部６やタンク７を覆うことで、ユニット化されてコンパクトとなった静電霧化装置１が構成される。図示例ではカバー２７に設けた孔２８から液体搬送部２先端の放電電極３が突出しており、カバー２７に設けた対向電極１４が上記放電電極３の先端の前方位置に配置してある。タンク７は透明又は半透明の材料で形成してあり、カバー２７に水位窓２９が設けてあってタンク７内の水位の確認ができるとともに、タンク７内の水位が低くなるとタンク７上部の給水口３０から給水するようになっている。

上記構成から成る静電霧化装置１にあっては、液体搬送部２先端の放電電極３に水Ｗが供給されて表面張力により液玉Ｗ１が形成される状態で、適宜箇所に備えてある操作部９を操作して帯電微粒子ミストの生成をオンに設定すれば、このオン指令を受けた制御部１７によって制御される電圧印加部５が、放電電極３がマイナス電極となって電荷が集中するように該放電電極３と対向電極１４との間に高電圧（８ｋＶ程度）を印加し、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストと、ミクロンサイズの帯電微粒子ミストとを同時に生成させる。

上記ナノメータサイズの帯電微粒子ミストとミクロンサイズの帯電微粒子ミストとが同時に生成される理由は、下記の通りであると考えられる。即ち、液体搬送部２先端の放電電極３に表面張力により液玉Ｗ１が形成された状態で、電圧印加部５により高電圧を印加すると、放電電極３の先端に表面張力により液玉状に保持された水Ｗが帯電し、帯電した水にクーロン力が働くことで液玉Ｗ１が局所的に円錐形状（テイラーコーン）に盛り上がる。そして円錐形状となった水Ｗの最先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となり、高密度の電荷の反発力ではじけるようにして最先端の水Ｗが***・飛散（レーリー***）を繰り返して静電霧化を行い、主としてナノメータサイズの帯電微粒子ミストを大量に発生させる。加えて、テイラーコーンとなった液玉Ｗ１には前述のように加圧手段４による加圧力が作用していることで、液玉Ｗ１の表面は表面張力により保たれる液玉状態が僅かな力でも破れ得る不安定な状態となっており、このため、最先端のように電荷が集中する箇所ではない液玉Ｗ１の最先端以外の表面部分においても、高電圧の印加により液玉Ｗ１から表面の一部が千切れて***・飛散するものである。この部分においては、電荷が最先端ほど集中しておらず水Ｗを***させるエネルギーも小さいので、主としてミクロンサイズの帯電微粒子ミストが生成されるのである。

上記のようにしてナノメータサイズの帯電微粒子ミスト、及びミクロンサイズの帯電微粒子ミストが生成されると水が消費されてゆくが、放電電極３の先端には絶えず表面張力で液玉Ｗ１が形成されるように加圧手段４により水Ｗが供給されるので、継続してナノメータサイズの帯電微粒子ミスト、及びミクロンサイズの帯電微粒子ミストが生成され続けることになる。上記のようにして生成されるナノメータサイズの帯電微粒子ミストとミクロンサイズの帯電微粒子ミストには、活性種（ラジカル）が含まれる。

このように同時生成されたナノメータサイズの帯電微粒子ミストとミクロンサイズの帯電微粒子ミストは、放電電極３と対向して位置する対向電極１４に向けて移動し、ハウジング１０に囲まれて形成される所定の対象空間Ｓ内に放出される。対象空間Ｓ内に放出されたナノメータサイズの帯電微粒子ミストは対象空間Ｓ内の隅々まで飛散し、この帯電微粒子ミストに含まれる活性種（ラジカル）によって対象空間Ｓ内の殺菌、脱臭、有害物質の分解等を行うとともに、この帯電微粒子ミストが対象空間Ｓ内に位置する物体に付着浸透することで、該物体の殺菌、脱臭、有害物質の分解等を行なうことができる。上記ナノメータサイズの帯電微粒子ミストだけでは粒径が極めて小さいので、対象空間Ｓやこの対象空間Ｓ内の物体の加湿には十分でないが、本発明においては同時にミクロンサイズの帯電微粒子ミストを放出するので、これらの加湿を十分に行なえる。

そして、本例の静電霧化装置１の制御部１７にあっては図４に示すように、操作部９のスイッチを操作して帯電微粒子ミストの生成をオンに設定してある間には、電圧印加部５が放電電極３と対向電極１４との間に高電圧を一定時間（以下これを「運転時間Ｔ１」という）だけ印加させて実際に帯電微粒子ミストを生成させる運転モードと、電圧印加部５が放電電極３と対向電極１４との間の高電圧印加を一定時間（以下これを「休止時間Ｔ２」という）だけ休止させて帯電微粒子ミストの生成を一旦休止させる休止モードとを、交互に切り替えながら帯電微粒子ミストの生成を継続していくようになっている。

ここで、静電霧化装置１で生成される帯電微粒子ミストが対象空間Ｓを形成するハウジング１０の内壁に大量に付着して該ハウジング１０全体が強くマイナス帯電してしまうと、放電電極３先端の液玉Ｗ１の上記テイラーコーンが、近接して位置するハウジング１０内壁のマイナス帯電の影響を受けて安定したコーン形状に形成され難くなる。これに対して本例にあっては上記の如く帯電微粒子ミストの生成がオンとなっている間に、放電電極３への高電圧印加を休止する休止モードが、放電電極３に高電圧を印加する運転モードと一定周期で交互に切り替わるように制御されるので、この休止モード中にハウジング１０からの自然放電がなされてハウジング１０が強くマイナス帯電されることがない。したがって帯電微粒子ミストを長時間に亘って放出させる場合であっても、放電電極３先端の液玉Ｗ１の上記テイラーコーンは安定的したコーン形状に形成され、帯電微粒子ミストが安定的に生成されるようになっている。

運転モードの運転時間Ｔ１と休止モードの休止時間Ｔ２は、休止モード中の自然放電によりハウジング１０のマイナス帯電が液玉Ｗ１のコーン形状に影響を与えない程度にまで除電されるよう適宜設定するのであるが、例えば体積固有抵抗が１０^１６〜１０^２０（Ω・ｃｍ）のポリスチレン製のハウジング１０を用いて容積７０Ｌの対象空間Ｓを形成してある場合には、少なくともＴ１：Ｔ２＝６：１となる程度の運転時間Ｔ１及び休止時間Ｔ２を設定することが好ましい。加えて、運転モード及び休止モードが繰り返される周期は１時間以内であることが好ましい。

また、図５の変形例に示すように、帯電微粒子ミストを放出させる対象空間Ｓ内の絶対湿度を検出する湿度検出手段１１を備えておき、この湿度検出手段１１を用いて検出される絶対湿度に応じて運転モードと休止モードの各継続時間（即ち上記の運転時間Ｔ１及び休止時間Ｔ２）を設定するよう制御部１７を設けることが好適である。これは、対象空間Ｓ内の空気中に存在する水分がハウジング１０のマイナス帯電を奪う性質を有し、したがって絶対湿度が高くなるほどハウジング１０からの単位時間当たりの自然放電量が増加するからであって、検出される絶対湿度が高くなるほどに休止時間Ｔ２が短く設定されるようにすることで、必要十分な休止時間Ｔ２を挟んで帯電微粒子ミストを安定的に且つ大量に放出することが可能となる。具体的には、湿度検出手段１１により検出される絶対湿度が予め設けてある所定の閾値を超えれば、休止時間Ｔ２が短く変更されるようにすればよい。

湿度検出手段１１としては、対象空間Ｓ内の温度と相対湿度から絶対温度を検出するものを用いてもよいし、対象空間Ｓ内が略一定の湿度に保持される条件下であれば温度のみから絶対温度を検出するものであってもよいし、また対象空間Ｓ内が略一定の温度に保持される条件下であれば相対温度のみから絶対温度を検出するものであってもよい。

上記構成から成る本例の静電霧化装置１は、様々な対象空間Ｓに帯電微粒子ミストを供給する装置として使用することができる。

例えば図６には、本例の静電霧化装置１を食品保管庫１２に備えた場合を示している。食品保管庫１２は、その庫内空間に食品を収納させておく食品収納部２２と、食品収納部２２内の温度を目的とする温度にするための冷却部又は加熱部よりなる温度調整部２３とを備えたものである。食品収納部２２の開口部には開閉蓋（図示せず）が設けてある。また、食品保管庫１２には更に電源スイッチ２４、温度調整の操作を行うための温度調整操作部２５が設けてある。そして、食品収納部２２の庫内空間に食品を収納し、温度調整操作部２５を操作して収納する食品の保存に最適の温度に調整し、電源スイッチ２４をオンにすると、食品収納部２２内が温度調整操作部２５で設定された設定温度に温度制御されるとともに、電源スイッチ２４のオンと連動して静電霧化装置１においては帯電微粒子ミスト生成がオンとなり、食品収納部２２内にナノメータサイズの帯電微粒子ミストとミクロンサイズの帯電微粒子ミストとが、運転モードと休止モードを繰り返しながら放出されるようになっている。

つまり、この場合にあっては食品保管庫１２の電源スイッチ２４が静電霧化装置１の操作部９を兼ねるものであり、また食品収納部２２の庫内空間が帯電微粒子ミストを放出する対象空間Ｓとなっている。

食品収納部２２内の対象空間Ｓにナノメータサイズの帯電微粒子ミストとミクロンサイズの帯電微粒子ミストとを放出すると、放出されたナノメータサイズの帯電微粒子ミストは対象空間Ｓ内の隅々まで飛散し、該帯電微粒子ミストに含まれる活性種（ラジカル）により対象空間Ｓ内の殺菌、脱臭、有害物質の分解等を行なうとともに、対象空間Ｓ内に位置する物体（この場合は食品収納部２２内に保管している食品）に付着浸透して殺菌、脱臭、有害物質の分解等を行なう。また、放出されたミクロンサイズの帯電微粒子ミストにより対象空間Ｓ内の加湿、及び対象空間Ｓ内の物体への加湿が十分に行なわれる。食品収納部２２内の対象空間Ｓには種々の食品を保管することができるが、特に葉野菜を保管する場合に効果がある。

そして、このように帯電微粒子ミストを放出する対象空間Ｓが食品収納部２２の庫内空間である場合においても、図４に基づいて既述したように放電電極３に高電圧を印加する運転モードと、放電電極３への高電圧印加を休止する休止モードとを一定周期で交互に切り替えるようにしてあることで、食品収納部２２の対象空間Ｓを形成するハウジング１０からの自然放電が休止モード中になされ、ハウジング１０が強くマイナス帯電することが防止される。

加えて、特に対象空間Ｓ内に収納される物体がラップに包まれる野菜等である場合にはラップ部分に帯電微粒子ミストが付着して強くマイナス帯電され易くなるのだが、休止モード中にはこの収納物体のマイナス帯電も自然放電されることとなる。

したがって、本例の静電霧化装置１を備えた食品保管庫１２にあっては、放電電極３先端の液玉Ｗ１の上記テイラーコーンが安定的したコーン形状に形成されるとともに、帯電微粒子ミストが安定的に生成されることとなる。

また、このように対象空間Ｓが食品収納部２２の庫内空間である場合においても、図５に基づいて上記したように対象空間Ｓ内の絶対湿度を検出する湿度検出手段１１を備え、該湿度検出手段１１の検出結果に応じて運転時間Ｔ１と休止時間Ｔ２を設定することが好ましいことは勿論である。特に本例の食品保管庫１２が冷蔵庫である場合には対象空間Ｓ内の湿度は略一定に保持されるので、上記湿度検出手段１１として温度計を備えてこの温度計の検出結果から推定される絶対湿度に基づいて運転時間Ｔ１及び休止時間Ｔ２を設定してもよい。

また特に図示はしないが、本例の静電霧化装置１を設置して帯電微粒子ミストを放出させる対象空間Ｓとしては、図６に示した食品収納部２２のような収納庫の庫内空間に限定されず、例えば洗濯機において洗濯対象物を収納する洗濯籠内の空間や、衣類乾燥機、食器乾燥機等において乾燥対象物を収納する乾燥籠内の空間といったように、ハウジング１０により囲まれて形成される限定された庫内空間であって該ハウジング１０のマイナス帯電や収納物体のマイナス帯電が放電電極３先端の液玉Ｗ１のコーン形状に影響を及ぼすようなものであれば、同様の構成が適用可能であることは勿論である。

なお、本例にあってはナノメータサイズの帯電微粒子ミストとミクロンサイズの帯電微粒子ミストを生成するようにしているが、これに限定される訳ではなく、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストのみを生成するものであっても構わない。液供給手段も、放電電極３に液体Ｗを供給するものであれば他の構成であってもよい。また、放電電極３に高電圧を印加する高電圧印加手段においても図示例には限定されず、例えば対向電極１４を備えずに放電電極３に高電圧を印加させるような構成であってもよい。更に、静電霧化する液体Ｗも水には限定されず、例えば抗菌剤や殺菌剤から成る液体Ｗを放電電極３に供給するようにしてもよい。

本発明の実施形態における一例の静電霧化装置を示す概略構成図である。同上の静電霧化装置の斜視図である。同上の静電霧化装置のカバーを外した状態の斜視図である。同上の静電霧化装置の運転モードと休止モードの切り替えを示すタイムチャートである。同上の静電霧化装置の変形例を示す概略構成図である。同上の静電霧化装置を備えた食品保管庫の概略構成図である。

符号の説明

１静電霧化装置
３放電電極
１１湿度検出手段
Ｓ対象空間
Ｗ液体

Claims

放電電極と、放電電極に液体を供給する液供給手段と、放電電極に高電圧を印加する高電圧印加手段とを備え、放電電極が保持する液体に高電圧を印加して生成される帯電微粒子ミストを対象空間内に放出する静電霧化装置において、上記高電圧印加手段が、放電電極に高電圧を印加する運転モードと、放電電極への高電圧印加を休止する休止モードとを、交互に切り替えるものであることを特徴とする静電霧化装置。
対象空間内の絶対湿度を検出する湿度検出手段を備え、該湿度検出手段の検出結果に応じて運転モードと休止モードの各継続時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。