JP2008238061A - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発生した帯電微粒子液のラジカルなどの有効な成分を遠方まで搬送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。
【解決手段】静電霧化装置Ａは、放電電極１１に液を供給し、放電電極１１に高電圧を印加することで放電電極１１に保持される液を霧化させて帯電微粒子液を発生し、発生直後の前記帯電微粒子液を冷却するための冷却手段３０を備えている。また、冷却手段３０は、発生直後の帯電微粒子液を凍結させるものである。また、冷却手段は、ペルチェ素子３１を用いたものである。
【選択図】図１

Description

本願発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの帯電微粒子液を発生させる静電霧化装置に関するものである。

従来から帯電微粒子水を発生させるための静電霧化装置として特許文献１に示されている発明が知られている。この従来の静電霧化装置Ａは、図７に示すように、放電電極１１と、放電電極１１に対向して位置する対向電極１２と、放電電極１１に水を供給する水供給手段とを備え、放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加することで放電電極１１に保持される水を霧化させ、帯電微粒子水を発生させるようになっている。放電電極１１に水を供給する水供給手段としては、吸熱体１３により放電電極１１を冷却して空気中の水分を放電電極１１に結露させることにより放電電極１１に結露水を生成させるものである。

また、特許文献２に示されているように、風を導入して効率的に帯電微粒子液を放出する発明が知られている。この従来の静電霧化装置Ａは、図８に示すように、貯水部１７に溜めた水を、毛細管現象を利用して放電電極１１の先端まで搬送し、放電電極１１に高電圧を印加することで放電電極１１に保持される水を霧化させ、帯電微粒子水を発生させるものである。さらに、放電電極１１の根元方向より送風装置５によって風を導入し、先端方向に設けられた帯電微粒子液吐出口５１より効率的に帯電微粒子液を放出できるようにするとともに、遠方まで帯電微粒子液を搬送できるように構成されている。
特開２００６−０００８２６号公報 特開２００６−２０５０９４号公報

上記の図７に示した従来例では、放電電極１１と対向電極１２との間の放電によるイオン風や室内の自然風などにより、放電電極１１で霧化した帯電微粒子水は、ラジカル成分が活性化された状態で放出し搬送されるものである。

また、上記の図８に示した従来例では、送風装置５によって帯電微粒子液を遠方へ搬送するものであるが、ラジカル成分が活性化した状態で搬送されるものである。

よって、上記いずれの従来例においても、脱臭や花粉やダニなどのアレルゲンの不活化、除菌作用などに作用している帯電部位粒子液のラジカル成分は、マイナスイオンに比べると十分に長い寿命を持つが、ラジカル成分の活性を保ったまま搬送できる距離は限られ、広いスペースなどにおいては、遠方での能力が不足してしまうという課題があった。

本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その目的は、発生した帯電微粒子液のラジカルなどの有効な成分を遠方まで搬送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、本願請求項１記載の発明では、放電電極に液を供給し、放電電極に高電圧を印加することで放電電極に保持される液を霧化させて帯電微粒子液を発生する静電霧化装置において、発生直後の前記帯電微粒子液を冷却するための冷却手段を備えたことを特徴としている。

本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の静電霧化装置において、冷却手段は、前記発生直後の帯電微粒子液を凍結させるものであることを特徴としている。

本願請求項３記載の発明では、上記請求項１又は２記載の静電霧化装置において、冷却手段は、吸熱部と放熱部とを有し、吸熱部は、前記発生直後の帯電微粒子液を冷却するように設けられていることを特徴としている。

本願請求項４記載の発明では、上記請求項１又は２記載の静電霧化装置において、冷却手段は、吸熱部と放熱部を有し、吸熱部によって冷却された気体を放電電極近傍に導入することによって帯電微粒子液を冷却するものであることを特徴としている。

本願請求項５記載の発明では、上記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電霧化装置において、冷却手段は、吸熱部を有するペルチェ素子を用いたものであることを特徴としている。

本願請求項６記載の発明では、上記請求項３乃至５のいずれか一項に記載の静電霧化装置において、吸熱部で生成した結露水を回収し確保する確保部と、前記確保された結露水を放電電極に供給するための搬送部とを備えたことを特徴としている。

本願請求項７記載の発明では、上記請求項１乃至６のいずれか一項に記載の静電霧化装置において、周囲環境の温度を計測する計測部と、計測された温度を基に冷却手段の駆動を制御する制御部とを備えたことを特徴としている。

本願請求項１記載の発明の静電霧化装置においては、発生直後の前記帯電微粒子液を冷却するための冷却手段を備えたので、発生した帯電微粒子液を冷却することができる。このことによって、発生した帯電微粒子液の活性化するタイミングが遅れるため、より遠くまで飛散させた後に帯電微粒子液の効果を発揮することができることができる。

本願請求項２記載の発明の静電霧化装置においては、特に、発生した帯電微粒子液を凍結することにより、帯電微粒子液が溶解してから活性化するために、活性化のタイミングをより遅らせることができる。このことによって、より遠くまで飛散させた後に、帯電微粒子液が活性化して効果を発揮することができる。

本願請求項３記載の発明の静電霧化装置においては、特に、冷却手段は、吸熱部と放熱部とを有し、吸熱部は、前記発生直後の帯電微粒子液を冷却するように設けられているので、冷却手段を小型な構造とすることが可能である。

本願請求項４記載の発明の静電霧化装置においては、特に、冷却手段は、吸熱部と放熱部を有し、吸熱部で冷却した気体を放電電極近傍に導入することによって帯電微粒子液を冷却するものであるので、帯電微粒子液が吸熱部側面に付着して結露してしまうことによる帯電微粒子液の損失を防止し、効率的に冷却した帯電微粒子液を発生して飛散させることができる。

本願請求項５記載の発明の静電霧化装置においては、特に、冷却手段は、ペルチェ素子を用いたものであるので、冷却手段を小型で簡易な構造とすることができるので、静電霧化装置の構造を小型で簡易的なものにすることができる。

本願請求項６記載の発明の静電霧化装置においては、特に、吸熱部で生成した結露水を回収し確保する確保部と、前記確保された結露水を放電電極に供給するための搬送部とを備えているので、放電電極に供給する液体がない場合でも、放電電極に結露水を供給することで帯電微粒子水を発生することができる。

本願請求項７記載の発明の静電霧化装置においては、特に、周囲環境の温度を計測する計測部と、前記温度を基に冷却手段の駆動を制御する制御部とを備えているので、周囲環境に応じた最適な冷却ができるとともに、帯電微粒子液の活性化するタイミングを変更することもできる。

図１〜図３は、本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置を示している。静電霧化装置Ａは、放電電極１１に液を供給し、放電電極１１に高電圧を印加することで放電電極１１に保持される液を霧化させて帯電微粒子液を発生し、発生直後の前記帯電微粒子液を冷却するための冷却手段３０を備えている。また、冷却手段３０は、発生直後の帯電微粒子液を凍結させるものである。また、冷却手段３０は、吸熱部３２と放熱部３３とを有するペルチェ素子３１を用いたものであり、吸熱部３２は、前記発生直後の帯電微粒子液を冷却するように設けられている。さらに、静電霧化装置Ａは、吸熱部３２で生成した結露水を回収し確保する確保部４０と、前記確保された結露水を放電電極１１に供給するための搬送部４１とを備えている。そして、周囲環境の温度を計測する計測部４２と、計測した温度を基に冷却手段３０の駆動を制御する制御部４３とを備えている。

以下、この実施形態の静電霧化装置をより具体的詳細に説明する。図１に示すように、静電霧化装置Ａは静電霧化ユニット１０、冷却手段３０、確保部４０、搬送部４１、計測部４２及び制御部４３で構成されている。

静電霧化ユニット１０は、冷却部１４と放熱部１５とペルチェモジュール１６とを有するペルチェユニット１３の冷却部１４上に放電電極１１を立設するとともに、この放電電極１１の側方を囲むように断面円環状を成す保持部材１９をペルチェユニット１３に取り付け、保持部材１９の先端開口縁部に対向電極１２を固定させたものである。

ペルチェユニット１３は、通電により冷却側及び放熱側を形成するペルチェモジュール１６を用いたものであり、ペルチェモジュール１６の冷却側に冷却部１４が接続されており、ペルチェモジュール１６の放熱側に放熱部１５が接続されている。なお、冷却部１４としては熱伝導率が高く且つ電気伝導率の低い（絶縁性の）材料を用い、放熱部１５としては熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム）を用いる。

放電電極１１は冷却部１４上に立設されて円柱形状の部材であり、熱伝導率が高く且つ電気伝導率の高い材料（例えば銅）を用いてその先端は鋭利な円錐状となるように形成されている。なお、放電電極１１の先端の放電部１１ａは、球状となるように形成されていてもよい。放電電極１１には高電圧印加部（図示せず）より、例えば±２〜１５ｋＶ程度の高電圧が印加され、保持部材１９の先端開口縁部の放電電極１１と対をなす位置に設置される対向電極１２は放電電極１１に印加される高電圧よりも十分に低い電圧が印加される。なお、対向電極１２は、接地されていてもよい。このとき、対向電極１２は静電霧化の安定のために存在することが望ましいが、放電電極１１に印加される電圧が±１０ｋＶ以上などのように十分に高い電圧であれば存在しなくても良い。

帯電微粒子水を発生させる原理は以下の通りである。まず、ペルチェモジュール１６に通電を行い、冷却部１４によって放電電極１１を冷却する。放電電極１１が露点温度よりも下回ると空気中の水分が放電電極１１に結露し始める。このようにして放電電極１１に結露水が十分に生成されると、放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加する。放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加すると、放電電極１１の先端の放電部１１ａに生成された結露水が帯電し、この帯電した結露水にクーロン力が働き、この結露水が先端の尖った錐状に盛り上がる（テイラーコーン）。この時、印加される電圧が水の表面張力を超えて***、飛散（レイリー***）を起こさせることができる高電圧であれば、放電部１１ａに生成した結露水はテイラーコーン形状となってレイリー***を起こしてナノメータサイズの帯電微粒子水が発生するという静電霧化がなされ、大気中に放出される。

このようにして発生したナノメータサイズの帯電微粒子水は活性種（ヒドロキシラジカル、スパーオキサイド等）を持ったナノメータサイズの帯電微粒子水であるため、これを室内に放出することで、室内の空気の脱臭のみならず、室内壁面や衣類等に付着して壁面や衣類等の臭いを除去することができ、また、このような付着脱臭性能に加え、更に、アレルゲン除去性能、除菌性能等がある。

この場合、マイナスイオンを含んだミストを放出させるには、対向電極１２を接地し、放電電極１１に負の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極１２に正の高電圧を印加し、放電電極１１を接地すればよい。また、プラスイオンを含んだミストを放出させるには、対向電極１２を接地し、放電電極１１に正の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極１２に負の高電圧を印加し、放電電極１１を接地すればよい。

このペルチェモジュール１６による結露の場合は、放電電極１１の冷却効率向上のために、ペルチェモジュール１６の反対側の表面からの熱を放出する放熱部１５はフィン形状の放熱フィン１５ａを有し、また放熱部１５への送風装置（図示せず）が存在することが望ましい。

図１に示すように、静電霧化装置Ａは、放電電極１１の先端の放電部１１ａで発生した帯電微粒子液を冷却する冷却手段３０を備えている。冷却手段３０は、発生した帯電微粒子液がイオン風により搬送される先に設けることが望ましい。本実施形態においては、帯電微粒子液は、放電部１１ａで発生し、対向電極１２の中央の開口部１２ａを通り飛散するので、冷却手段３０は、対向電極１２の放電電極１１とは逆側に配置されている。

ここで、冷却手段３０は、通電により吸熱側及び放熱側を形成するペルチェ素子３１を用いるもので構成することができる。ペルチェ素子３１の吸熱側に吸熱部３２が接続されており、吸熱部３２を帯電微粒子液の通過する流路に面するように構成することによって、帯電微粒子液を冷却することができる。また、ペルチェ素子３１の放熱側に放熱部３３が接続されており、放熱部３３は、放熱効率を高めるために、熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム）を用いている。さらに、放熱部３３は、放熱効率を向上させるために、フィン形状とすることや、放熱部３３への送風装置（図示せず）が存在することが望ましい。

さらに、冷却手段３０は、帯電微粒子液が凍結するまで冷却する能力を有するものである。冷却手段３０によって凍結された帯電微粒子は、活性化することなく、放電によって発生したイオン風によって遠方へ飛散していく。その後、飛散した凍結している帯電微粒子は、環境温度によって溶解される。遠方まで飛散した後に溶解した帯電微粒子液は、活性化して脱臭や除菌などの効果を発揮する。

また、吸熱部３２の表面では、露点温度よりも下回ると空気中の水分が結露し始める。この発生した結露水は、十分に生成すると吸熱部３２の表面を流れて確保部４０によって確保される。確保された結露水は、搬送部４１によって、放電部１１ａに搬送されて霧化に利用することが可能となる。搬送部４１は、セラミックやフェルト材などの多孔質材料や非常に細い管を使用することによって、毛細管現象により液体を搬送することができる。また、ポンプなどの別のエネルギーによる液体の搬送を行う液体搬送装置を組合せてもよい。

さらに、静電霧化装置Ａは、周囲の雰囲気中の温度である周囲温度を計測する計測部４２と、計測結果に基づいて冷却手段３０の冷却温度を制御する制御部４３とを備えるものである。周囲温度が一定温度以下の場合には、帯電微粒子液は、冷却手段３０を用いることなく凍結することがある。そこで、一定温度以下の場合には、冷却手段３０の起動を停止し、一定温度以上の場合には、冷却手段３０を起動する制御を行う。以下、この制御内容を図３に基づいて説明する。静電霧化装置Ａは、起動すると、高電圧印加部（図示せず）によって、放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加される。制御部４３は、高電圧印加部（図示せず）と電気的に接続されており、高電圧が印加されているか否かの信号を受信することができる（Ｓ１００）。高電圧が印加されている場合には、計測部４２によって周囲温度が検出され（Ｓ１０１）、一定温度以上の場合には、帯電微粒子液は環境温度によって凍結されることはないと判断して（Ｓ１０２）、冷却手段３０を起動する（Ｓ１０３）。一方、周囲温度が一定温度以下の場合には、帯電微粒子液は環境温度によって凍結されると判断して（Ｓ１０２）、冷却手段３０を停止する（Ｓ１０４）。また、高電圧の印加が停止した場合にも、冷却手段３０は停止される（Ｓ１０５）。

したがって、発生直後の前記帯電微粒子液を冷却するための冷却手段３０であるペルチェ素子３１を備えたので、発生した帯電微粒子液を冷却することができる。このことによって、発生した帯電微粒子液の活性化するタイミングが遅れるため、より遠くまで飛散させた後に帯電微粒子液の効果を発揮することができることができる。

また、発生した帯電微粒子液を冷却手段３０によって凍結することにより、帯電微粒子液が溶解してから活性化するために、活性化のタイミングをより遅らせることができる。このことによって、より遠くまで飛散させた後に、帯電微粒子液が活性化して効果を発揮することができる。

また、冷却手段３０は、吸熱部３２と放熱部３３とを有するペルチェ素子３１を用い、吸熱部３２は、発生直後の帯電微粒子液を冷却するように設けられているので、冷却手段３０を小型で簡易な構造とすることができるので、静電霧化装置Ａの構造を小型で簡易的なものにすることができる。

さらに、吸熱部３２で生成した結露水を回収し確保する確保部４０と、前記確保された結露水を放電電極１１に供給するための搬送部４１とを備えているので、放電電極１１に供給する液体がない場合でも、放電電極１１に結露水を供給することで帯電微粒子水を発生することができる。

そして、周囲環境の温度を計測する計測部４２と、前記温度を基に冷却手段３０の駆動を制御する制御部４３とを備えているので、周囲環境に応じた最適な冷却ができるとともに、帯電微粒子液の活性化するタイミングを変更することもできる。

なお、図２に示すように、冷却手段３０に、冷媒などを用いて温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させる熱交換器３４を用いることもできる。この場合には、熱交換器３４の吸熱側に吸熱部３２が接続されており、吸熱部３２を帯電微粒子液の通過する流路に面するように構成することによって、帯電微粒子液を冷却することができる。また、熱交換器３４は、飛散する帯電微粒子液を凍結させる能力を有するものである。冷却手段３０に熱交換器３４を用いた場合には、電気的なエネルギーを熱エネルギーとして使用できるために、安定した条件で継続的に使用することができる。

図４は、本願発明の第２の実施形態である静電霧化装置を示している。ここでは、上記第１の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

図４に示すように、静電霧化ユニット１０は、霧化する対象である液体を予め貯水部１７に貯水しておき、貯水部１７から放電電極１１まで液体を供給する吸い上げ式を用いたものである。この場合には、放電電極１１の内部には、連通した空洞が形成されており、水頭圧又は毛細管現象を利用して、この空洞を放電電極１１の先端の放電部１１ａまで液体が搬送される。この場合、放電電極１１の下端が直接に貯水部１７に挿設された構造となっている。なお、別部材である液体供給部材（図示せず）を介して貯水部１７から放電電極１１へ液体を供給する構造としてもよい。この場合、液体供給部材に、セラミックやフェルト材や金属等の多孔質部材やキャピラリ構造を有した部材を使用し、毛細管現象を利用した液供給を行うことができる。

なお、図５に示すように、冷却手段３０に、熱交換器３４を用いることもできる。

図６は、本願発明の第３の実施形態である静電霧化装置を示している。ここでは、上記第１及び第２の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第１及び第２の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

図６に示すように、静電霧化装置Ａは、静電霧化ユニット１０、冷却手段３０、送風装置３７及び送風ダクト３８で構成されている。

送風ダクト３８は、整流用送風ダクト３８ａと、冷却用送風ダクト３８ｂと、混合用送風ダクト３８ｃと、放熱用送風ダクト３８ｄとで構成されており、送風ダクト３８内に空気流を発生させる送風装置３７を備えている。

整流用送風ダクト３８ａは、静電霧化ユニット１０の側面に設けられ、送風装置３７によって発生した空気流を静電霧化ユニット１０の側面より流入させて、放電電極１１より対向電極１２の中央の開口部１２ａを通る空気流を発生させている。

冷却用送風ダクト３８ｂは、冷却手段３０で冷却された空気を、放電電極１１より対向電極１２の中央の開口部１２ａを通る空気流に混合させるために、冷却手段３０と混合用送風ダクト３８ｃとを接続するものである。

混合用送風ダクト３８ｃは、開口部１２ａの先端に備えられ、放電電極１１より対向電極１２の中央の開口部１２ａを通る空気流と、冷却用送風ダクト３８ｂ内を流れてきた冷却された空気とを混合させ、放電電極１１で発生した帯電微粒子液を凍結させて遠方へ飛散させるものである。この場合に、帯電微粒子液を含む空気が静電霧化ユニット１０へ逆流することのないように、空気流を乱さないように滑らかに合流させることが望ましい。

さらに、送風装置３７によって発生される空気流を、放熱用送風ダクト３８ｄによって冷却手段３０の放熱部３３に当てることで、放熱部３３の冷却に用いることが可能である。このことによって、放熱部３３の放熱を促進させて冷却手段３０の冷却効率を向上させることができる。

本実施形態では、静電霧化ユニット１０にペルチェユニット１３を備え、放電電極１１を冷却して結露水を供給するものであり、冷却手段３０にペルチェ素子３１を用いたものを示したが、図４及び図５に示したような、静電霧化ユニット１０に、霧化する対象である液体を予め貯水部１７に貯水しておき、貯水部１７から放電電極１１まで液体を供給する吸い上げ式を用いたものであってもよく、また、図２及び図５に示したような、冷却手段３０に熱交換器３４を用いたものとしてもよい。

したがって、冷却手段３０は、冷却した気体を放電電極１１近傍に導入することによって帯電微粒子液を冷却するものであるので、帯電微粒子液が吸熱部３２側面に付着して結露してしまうことによる帯電微粒子液の損失を防止し、効率的に冷却した帯電微粒子液を発生して飛散させることができる。

本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置における静電霧化ユニット及び冷却手段の構成を示すブロック構成図である。 本願発明の第１の実施形態の変形例である静電霧化装置における静電霧化ユニット及び冷却手段の構成を示すブロック構成図である。 本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置における冷却手段の開始及び停止の判断処理のフローチャートである。 本願発明の第２の実施形態である静電霧化装置における静電霧化ユニット及び冷却手段の構成を示すブロック構成図である。 本願発明の第２の実施形態の変形例である静電霧化装置における静電霧化ユニット及び冷却手段の構成を示すブロック構成図である。 本願発明の第３の実施形態である静電霧化装置における静電霧化ユニット及び冷却手段の構成を示すブロック構成図である。 従来例である静電霧化装置の断面図である。 従来例である静電霧化装置の断面図である。

符号の説明

Ａ 静電霧化装置
１０ 静電霧化ユニット
１１ 放電電極
１２ 対向電極
１３ 熱交換部
１４ 冷却部
１５ 放熱部
１５ａ 放熱フィン
１６ ペルチェモジュール
１７ 貯水部
１８ 水供給部材
１９ 保持部材
３０ 冷却手段
３１ ペルチェ素子
３２ 吸熱部
３３ 放熱部
３４ 熱交換器
３７ 送風装置
３８ 送風ダクト

Claims (7)

1. 放電電極に液を供給し、放電電極に高電圧を印加することで放電電極に保持される液を霧化させて帯電微粒子液を発生する静電霧化装置において、発生直後の前記帯電微粒子液を冷却するための冷却手段を備えたことを特徴とする静電霧化装置。
2. 冷却手段は、前記発生直後の帯電微粒子液を凍結させるものであることを特徴とする請求項1に記載の静電霧化装置。
3. 冷却手段は、吸熱部と放熱部とを有し、吸熱部は、前記発生直後の帯電微粒子液を冷却するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の静電霧化装置。
4. 冷却手段は、吸熱部と放熱部を有し、吸熱部によって冷却された気体を放電電極近傍に導入することによって帯電微粒子液を冷却するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の静電霧化装置。
5. 冷却手段は、吸熱部を有するペルチェ素子を用いたものであることを特徴とする請求項1乃至４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
6. 吸熱部で生成した結露水を回収し確保する確保部と、前記確保された結露水を放電電極に供給するための搬送部とを備えたことを特徴とする請求項３乃至５記載の静電霧化装置。
7. 周囲環境の温度を計測する計測部と、計測された温度を基に冷却手段の駆動を制御する制御部とを備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項６のいずれか一項に記載の静電霧化装置。

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