JP2012071227A - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電極に結露水を生成するための冷却能力を保持したうえで、装置全体のさらなる小型化や省エネルギー化を実現することができる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】本発明の静電霧化装置では、放電電極１を冷却して生成した結露水に電圧を印加することで帯電微粒子水を生成する。この放電電極１を冷却するために備えた一対の熱電素子２に、それぞれ導電性の弾性体３を接合させ、この弾性体３を介して熱電素子２と放電電極１との間の通電路を形成する。そして、この通電路への通電によって、熱電素子２による放電電極１の冷却と、放電電極１への電圧印加を、共に行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置に関する。

特許文献１には、帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置が開示されている。

この従来の静電霧化装置は図７に示すようなもので、多数の熱電素子２を両側から回路板１５０で挟み込む形で熱交換ブロック１６０を構成している。回路板１５０は、絶縁基板１５１の片面に回路パターン１５２を形成したものであり、該回路パターン１５２によって各熱電素子２の端部同士を電気接続させている。そして、前記熱交換ブロック１６０の吸熱側の回路板１５０に熱伝導性の冷却板１７０を接続させ、この冷却板１７０上に放電電極１を接続させている。また、前記熱交換ブロック１６０の放熱側の回路板１５０に、放熱用構造体１７１を接続させている。

特開２００６−０００８２６号公報

前記した従来の静電霧化装置においては、熱電素子２と放電電極１の間に、多数の界面（熱電素子２と回路パターン１５２の界面、回路パターン１５２と絶縁基板１５１の界面、絶縁基板１５１と冷却板１７０の界面、冷却板１７０と放電電極１の界面）が存在する。この多数の界面の存在が、放電電極１の冷却効率を低下させる要因となる。

そのため、従来の静電霧化装置において、結露水生成のための冷却能力を確保するには、熱電素子２を多数配置する必要があり、装置全体の大型化を招くとともに、省エネルギー化にも限界があるという問題があった。

本発明は上述の問題点を解決するためのものであって、放電電極に結露水を生成するための冷却能力を保持したうえで、装置全体のさらなる小型化や省エネルギー化を実現することができ、しかも信頼性の高い静電霧化装置を提供することを、課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の静電霧化装置を、下記構成を具備したものとする。

本発明の静電霧化装置は、放電電極を冷却して生成した結露水に電圧を印加することで帯電微粒子水を生成する静電霧化装置において、前記放電電極を冷却するために備えた一対の熱電素子に、それぞれ導電性の弾性体を接合させ、前記熱電素子と前記弾性体と前記放電電極との間に通電路を形成し、前記通電路への通電によって、一対の前記熱電素子による前記放電電極の冷却と、前記放電電極への電圧印加を、共に行うことを特徴とする。

本発明の静電霧化装置において、前記弾性体は、一方の前記熱電素子を接合させるための第１接合部と、他方の前記熱電素子を接合させるための第２接合部とを、別々の箇所に形成するように、金属板を屈曲させて形成したものであることも好ましい。

また、前記弾性体は、前記放電電極と一体に形成したものであることも好ましい。

本発明は、放電電極に結露水を生成するための冷却能力を保持したうえで、装置全体の小型化や省エネルギー化を実現することができ、さらに信頼性も高いものにすることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１の静電霧化装置の基本構成を示す概略図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の静電霧化装置の変形例の概略図である。 本発明の実施形態２の静電霧化装置の基本構成を示す概略図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の静電霧化装置の変形例の概略図である。 本発明の実施形態３の静電霧化装置の基本構成を示す概略図である。 同上の静電霧化装置の変形例の概略図である。 従来の静電霧化装置の概略図である。

本発明の静電霧化装置について、添付の図面に従って説明する。

図１には、本発明の実施形態１の静電霧化装置の基本構成を、概略的に示している。本実施形態の静電霧化装置は、型が異なる一対の熱電素子２と、熱電素子２の一端部に１対１で接合される一対の弾性体３と、静電霧化を生じさせる放電電極１とを備えている。熱電素子２としては、ＢｉＴｅ系のペルチェ素子を用い、異なる型としてＰ型とＮ型のものを備えている。

弾性体３は、金属板に複数の屈曲部３１を形成することによりバネ性をもたせた、蛇腹状の部材である。弾性体３をなす金属としては、真鍮、アルミニウム、銅等の、電気伝導性と熱伝導性が共に優れる材質を用いる。なお、後述の変形例のように、導電性ゴム等で弾性体３を形成しても構わない。

放電電極１は、平板状の基台部１ａの中央部分から突出させた柱状部分の先端に、球状の先端放電部１ｂを形成した構造であり、真鍮、アルミニウム、銅、タングステン、チタン等の金属で全体を成形している。なお、放電電極１の材質は金属に限定されず、電気伝導性の高い材質であれば、導電性の樹脂、カーボン等の他の材質を用いてもよい。また、弾性体３との半田接合を良好に行うため、放電電極１の基台部１ａの底面にニッケル、金、錫等のめっきを施してあってもよいし、耐食性を向上させるために金や白金のめっきを施してあってもよい。

本実施形態においては、各熱電素子２の端部を、蛇腹状の弾性体３の端部に対して、導電性接着剤や半田を用いて接合させる。半田接合の場合、金属板をもとに成形した弾性体３の表面には、ニッケル、金、錫等のめっきを施しておくことが好ましい。後述の通電により、熱電素子２の弾性体３に接合される側の端部が吸熱側となり、逆側の端部が放熱側となる。

放電電極１の基台部１ａの底面には、各弾性体３の熱電素子２を接合させた側とは反対側の端部を、導電性接着剤や半田を用いて接合させる。これにより、一対の柱状の熱電素子２と、一対の蛇腹状の弾性体３と、放電電極１とが機械的且つ電気的に接続され、一連の通電路を形成する。

Ｐ型とＮ型で対をなす各熱電素子２の放熱側の端部には、導電性の放熱部材５の端部を、それぞれ接合させている。放熱部材５の他方の端部には、放熱部材５間に高電圧が印加されるように、電圧印加部（図示略）を接続させる。

この放熱部材５の材質には、真鍮、アルミニウム、銅等の、電気伝導性と熱伝導性が共に優れる材質を用いる。本実施形態では、放熱部材５を薄板状に形成しているが、円柱状や角柱状等の他形状に設けてもよい。

さらに、本実施形態においては、薄板状の基板からなる放熱部材５に、筒状の筐体１０を固定させて備えている。放熱部材５と筐体１０とは、接着剤により接合させてもよいし、或いは単に放熱部材５を筐体１０の貫通孔に差し込むことで固定させてもよい。

筐体１０は、絶縁性材料を用いて形成したものであり、その内部空間に放電電極１等を収容するとともに、該放電電極１の先端放電部１ｂと対向する位置に対向電極１１を支持している。対向電極１１は、中央に放出孔１２を貫通形成したリング状のものであり、接地させて設けている。

筐体１０の絶縁性材料としては、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ポリカーボネート、液晶ポリマー等の樹脂が好適に用いられる。装置全体の放熱性を向上させたい場合には、筐体１０の樹脂中に熱伝導性フィラーを混入させることも好ましい。

対向電極１１の材質としては、ＳＵＳ、銅、白金等の金属や、導電性の樹脂が好適に用いられるが、導電性材料を用いて樹脂表面に電極をパターニングすることで、対向電極１１を形成してもよい。また、対向電極１１の耐食性を向上させるために、金、白金等の耐食性が高い材料をコーティングさせてもよい。本実施形態の対向電極１１は、前述のようにリング状の形状を有しているが、静電霧化現象が安定的に発生する形状であれば、放電電極１の先端放電部１ｂを囲むドーム型等の、他の形状であってもよい。

筐体１０と対向電極１１との接合は、ネジや接着剤を用いることが好適である。筐体１０の材質が樹脂である場合には、筐体１０と対向電極１１との接合をヒートシールにより行ってもよい。

本実施形態の静電霧化装置において、帯電微粒子水を発生させるには、電圧印加部によって両側の放熱部材５間に高電圧を印加し、前記通電路間に電流を流せばよい。このとき、一対の熱電素子２間ではＮ型からＰ型にむけて電流が流れ、これにより、熱電素子２に接合される弾性体３が冷却され、さらには一対の弾性体３に支持される放電電極１が冷却される。冷却された放電電極１の表面には、結露水が生成される。各熱電素子２の放熱側からの熱は、放熱部材５を通じて効率的に放熱される。

そして、電圧印加部によって通電路中の放電電極１（特に先端放電部１ｂ）に印加される高電圧が、放電電極１表面の結露水に対して静電霧化現象を生じさせ、ナノメータサイズの粒径を含む帯電微粒子水を、大量に生成させる。

本実施形態の静電霧化装置においては、放電電極１を冷却するために備えた一対の熱電素子２の吸熱側同士が、弾性体３と放電電極１を介して電気接続されている。つまり、熱電素子２と放電電極１との間には、熱伝導性と電気伝導性に優れた弾性体３が介在するのみである。そのため、熱電素子２を一対だけ配置したコンパクト且つ省エネルギーな構造であっても、高い冷却効率で放電電極１を冷却し、結露水を生成することができる。また、放電電極１と熱電素子２との間には絶縁体が介在しないので、結露水等の水分が付着してもマイグレーションが生じることは抑えられる。

さらに、熱電素子２と放電電極１との間に弾性体３が介在することで、熱電素子２の耐衝撃性が向上している。この弾性体３は、熱電素子２の加熱、冷却によるヒートショック等を緩和させるようにも働く。これにより、本実施形態では、上記のシンプル且つコンパクトな構造により、静電霧化装置の高い信頼性を実現している。

図２（ａ）、（ｂ）には、本実施形態の静電霧化装置の変形例を示している。これら変形例は、いずれも弾性体３として他形態のものを用いた例である。以下、さらに述べる。

図２（ａ）の例では、図１のように金属板の少なくとも２箇所を鋭角に屈折させて蛇腹状に弾性体３を成形するのではなく、金属板の中央部分を一箇所だけ円弧状に屈曲させることで、全体としてＵ字状に弾性体３を成形している。この弾性体３では、両端側の平板状の接合部３０と、円弧状のカーブを描くように屈曲させた屈曲部３１とが、円滑に連続するように成形されている。屈曲部３１を挟む一方の接合部３０の平坦面上に熱電素子２が接合され、他方の接合部３０の平坦面上に放電電極１の基台部１ａの底面が接合される。一対の弾性体３は同一の寸法形状を有し、それぞれの弾性体３の屈曲部３１が、外側に（互いに離れる方向に）ふくらむように配置されている。

図２（ｂ）の例では、金属板を用いて弾性体３を成形するのではなく、カーボンブラックを含有させてなる導電性ゴムを用いて、柱状の弾性体３を成形している。この弾性体３は、熱電素子２と同程度の径を有しており、全体として、弾性体３で熱電素子２の長さを延長したような形状となっている。熱電素子２や放電電極１との接合は、導電性接着剤で行う。なお、この例の弾性体３を、導電性のウレタンスポンジを用いて成形してもよい。

次に、本発明の実施形態２の静電霧化装置について、図３に基づいて説明する。なお、実施形態１の静電霧化装置と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特徴的な構成についてのみ、以下に詳述する。

図３に示すように、本実施形態では、実施形態１のように熱電素子２ごとに１つの弾性体３を接合させるのではなく、一対の熱電素子２に対して１つの弾性体３を接合させている。つまり、弾性体３として、金属板を屈曲成形した一部材のものを用いている。

この弾性体３は、平板状の第１接合部３２と第２接合部３３を両端に有し、同じく平板状の電極接合部３４を中央に有し、電極接合部３４と両端の第１及び第２接合部３２，３３との間に複数の屈曲部３１を蛇腹状に有する構造である。

第１接合部３２の平坦面には一方の熱電素子２を接合し、第２接合部３３の平坦面には他方の熱電素子２を接合する。電極接合部３４は、第１及び第２接合部３２，３３よりも大面積の平坦面を有し、該平坦面に放電電極１の基台部１ａの底面を接合させる。

本実施形態の静電霧化装置においても、放電電極１を冷却するために備えた一対の熱電素子２の吸熱側同士が、弾性体３と放電電極１を介して電気接続される。つまり、熱電素子２と放電電極１との間には、熱伝導性と電気伝導性に優れた弾性体３が介在するのみである。そして、この弾性体３が金属板を折り曲げた一体物で構成されるので、放電電極１（特に先端放電部１ｂ）の位置精度が向上して放電が安定するという利点や、組立作業が容易になるという利点がある。

図４（ａ）、（ｂ）には、本実施形態の静電霧化装置の変形例を示している。図４（ａ）の例の弾性体３では、図３のように複数の屈曲部３１を蛇腹状に組み合わせるのではなく、一箇所を円弧状に屈曲させることでＵ字状の屈曲部３１を成形している。この弾性体３では、両端の第１及び第２接合部３２，３３と、中央の電極接合部３４と、円弧状のカーブを描くように屈曲させた屈曲部３１とが、円滑に連続するように成形されている。両側の屈曲部３１は、外側に（互いに離れる方向に）ふくらむように形成される。

図４（ｂ）の例では、弾性体３を、両端の平板状の第１及び第２接合部３２，３３と、中央のＵ字状の屈曲部３１とで形成している。そして、このＵ字状に膨らんだ屈曲部３１の先端部分に、球状の放電電極１を接合させている。この放電電極１は、その全体が先端放電部１ｂをなすものであり、先鋭針状等の他形状に設けてあってもよい。

次に、本発明の実施形態３の静電霧化装置について、図５に基づいて説明する。なお、実施形態１や実施形態２の静電霧化装置と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特徴的な構成についてのみ、以下に詳述する。

図５に示すように、本実施形態では、実施形態１や実施形態２のように放電電極１と弾性体３を別体で設けるのではなく、真鍮、アルミニウム、銅、タングステン、チタン等の金属を用いて、一体に成形している。つまり、放電電極１本体から一対の弾性体３を延設し、各弾性体３に熱電素子２を接合させている。

弾性体３は、Ｕ字状の屈曲部３１と、この屈曲部３１の先端から連続して形成される平板状の接合部３０とからなる。接合部３０にはそれぞれ熱電素子２が接合される。両側の弾性体３の屈曲部３１は、外側に（互いに離れる方向に）ふくらむように形成される。

本実施形態の静電霧化装置においても、放電電極１を冷却するために備えた一対の熱電素子２の吸熱側同士が、弾性体３と放電電極１本体を介して電気接続される。つまり、熱電素子２と放電電極１本体との間には、熱伝導性と電気伝導性の優れた弾性体３が介在するのみである。そして、この弾性体３が放電電極１と一体のものであるから、熱的界面が最小限に抑えられて冷却効率が向上するという利点や、放電電極１本体（特に先端放電部１ｂ）の位置精度が向上して放電が安定するという利点や、組立作業が容易になるという利点がある。

図６には、本実施形態の静電霧化装置の変形例を示している。この例では、両端の平板状の第１及び第２接合部３２，３３と、中央のＵ字状の屈曲部３１とで形成される弾性体３の、Ｕ字状に膨らんだ屈曲部３１の先端部分に、球状の放電電極１が一体に成形されている。

上述したように、実施形態１〜３の静電霧化装置は、放電電極１を冷却して生成した結露水に電圧を印加することで帯電微粒子水を生成する静電霧化装置である。放電電極１を冷却するために備えた一対の熱電素子２に、それぞれ導電性の弾性体３を接合させ、熱電素子２と弾性体３と放電電極１との間に通電路を形成している。そして、この通電路への通電によって、一対の熱電素子２による放電電極１の冷却と、放電電極１への電圧印加を、共に行うことを特徴としている。

したがって、実施形態１〜３の静電霧化装置によれば、熱電素子２を一対だけ配置したコンパクト且つ省エネルギーな構造によって、高い冷却効率で放電電極１を冷却し、結露水を生成することができる。また、放電電極１と熱電素子２との間には絶縁体が介在しないので、結露水等の水分が付着してもマイグレーションが生じることは抑えられる。加えて、熱電素子２と放電電極１との間に弾性体３が介在することで、熱電素子２等の耐衝撃性や、耐ヒートッショック性、耐オンオフ性が向上する。つまり、上記のシンプル且つコンパクトな構造により、静電霧化装置の高い信頼性も実現される。

更に、実施形態２の静電霧化装置において、弾性体３は、一方の熱電素子２を接合させるための第１接合部３２と、他方の熱電素子２を接合させるための第２接合部３３とを、別々の箇所に形成するように、金属板を屈曲させて形成したものである。

実施形態２の静電霧化装置によれば、一対の熱電素子２を接合させることのできる弾性体３が、金属板を折り曲げた一体物で構成されるので、放電電極１の位置精度が向上して放電の安定性が向上し、また、組立作業が容易になる。

また、実施形態３の静電霧化装置において、弾性体３は、放電電極１と一体に形成したものである。

したがって、実施形態３の静電霧化装置によれば、熱的界面が最小限となって冷却効率が向上するとともに、放電電極１の位置精度が向上して放電の安定性が向上し、さらに、組立作業が容易になる。

以上、本発明の静電霧化装置の各実施形態や各種の変形例について、図面に基づいて詳述したが、本発明の構成は、各実施形態に限定されるものではない。

例えば、放電電極１全体を導電体で形成するのではなく、絶縁体の表面全体に導電層を被覆することで、放電電極１を形成してもよい。この場合であっても、弾性体３を介して熱電素子２と放電電極１（表面の導電層）との間に通電路が形成され、この通電路への通電によって、一対の熱電素子２による放電電極１の冷却と、放電電極１（結露水が供給される先端放電部１ｂ）への電圧印加が、同時に行われる。また、対向電極１１を配置しない構成としてもよい。この場合でも帯電微粒子水を生成できることは勿論である。その他の構成についても、本発明の意図する範囲内であれば適宜の設計変更が可能であるし、各構成を適宜組み合わせて適用することも可能である。

１ 放電電極
２ 熱電素子
３ 弾性体
３１ 屈曲部
３２ 第１接合部
３３ 第２接合部

Claims (3)

1. 放電電極を冷却して生成した結露水に電圧を印加することで帯電微粒子水を生成する静電霧化装置において、前記放電電極を冷却するために備えた一対の熱電素子に、それぞれ導電性の弾性体を接合させ、前記熱電素子と前記弾性体と前記放電電極と間に通電路を形成し、前記通電路への通電によって、一対の前記熱電素子による前記放電電極の冷却と、前記放電電極への電圧印加を、共に行うことを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記弾性体は、一方の前記熱電素子を接合させるための第１接合部と、他方の前記熱電素子を接合させるための第２接合部とを、別々の箇所に形成するように、金属板を屈曲させて形成した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. 前記弾性体は、前記放電電極と一体に形成した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。
   

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