JP2012071227A - 静電霧化装置 - Google Patents
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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
【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。
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
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)
- 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。
- 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。
- 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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JP2010216222A JP2012071227A (ja) | 2010-09-27 | 2010-09-27 | 静電霧化装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104023854A (zh) * | 2012-01-11 | 2014-09-03 | 松下电器产业株式会社 | 静电雾化装置 |
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- 2010-09-27 JP JP2010216222A patent/JP2012071227A/ja not_active Withdrawn
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