JP4120685B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストを発生するための静電霧化装置に関するものである。

従来から例えば特許文献１により水を静電霧化させてナノメータサイズの帯電微粒子ミストを発生させる静電霧化装置が知られている、この特許文献１に示された放電電極先端に水を供給する手段として放電電極を冷却して表面に水を結露させるようになっている。

上記のような従来例において、静電霧化装置によるナノメータサイズの帯電微粒子ミストの発生のメカニズムは、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が帯電し、帯電した水にクーロン力が働き、放電電極の先端に供給保持された水の液面が局所的に先端が尖った錐状に盛り上がり（テーラーコーンとなり）、このテーラーコーンの先端部に電荷が集中して高密度化され、高密度された電荷の反発力による液体の***・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）を生成させるようになっている。

上記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は脱臭、除菌等の効果を有しているが、この脱臭、除菌等の発現は、ナノメータサイズの帯電微粒子ミスト中に含まれるラジカルが主な効果要因として作用していると考えられる。

ところが、上記従来の静電霧化装置にあっては、放電電極の先端部への水の供給量が一定しない等の理由によりテーラーコーンの先端の角度が安定せず、このため、効率よく且つ安定して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を生成し難いという問題があった。
特開２００５−２９６７５３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、効率よく且つ安定して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を生成することが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に係る静電霧化装置は、高電圧印加部１と、高電圧印加部１で発生させた高電圧が印加される放電電極２と、放電電極２と一定の距離を隔てて対向する対向電極３と、放電電極２に霧化させるべき液体を供給する液体供給手段４と、上記一定の距離を隔てて対向する放電電極２と対向電極３との間に流れる電流を検出することで放電電極２に保持される液体の保持状態を検知する検知手段５とを備え、上記液体供給手段４がペルチェユニット９により構成されて、ペルチェユニット９の冷却部７側に放電電極２を接続して放電電極２を冷却することで空気中の水分を結露水として放電電極２に供給するものであり、放電電極２に高電圧を印加させた際に放電電極２に保持される液体のテーラーコーンの先端角度を７０°〜９５°に制御するためのテーラーコーン先端角度制御手段６を設け、上記テーラーコーン先端角度制御手段６が、検知手段５により得られた液体の保持状態の情報に基づいて、ペルチェユニット９への通電量を制御することで放電電極２に供給する霧化させるべき液体の供給量を制御するものであることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、放電電極２に保持される液体Ｗの保持状態を一定の距離を隔てて対向する放電電極２と対向電極３との間に流れる電流を検出することにより検知し、このようにして検知した液体Ｗの保持状態の情報に基づいてペルチェユニット９への通電量を制御することで放電電極２に供給する霧化させるべき液体の供給量を制御することにより放電電極２に保持される液体ＷのテーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°に制御することができ、効率的且つ安定して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を生成することができる。

本発明は、上記のように、一定の距離を隔てて対向する放電電極と対向電極との間に流れる電流を検出することで放電電極に保持される液体の保持状態を検知する検知手段を備え、ペルチェユニットの冷却部側に放電電極を接続して放電電極を冷却することで空気中の水分を結露水として放電電極に供給するものであり、放電電極に高電圧を印加させた際に放電電極に保持される液体のテーラーコーンの先端角度を７０°〜９５°に制御するためのテーラーコーン先端角度制御手段が、検知手段により得られた液体の保持状態の情報に基づいて、ペルチェユニットへの通電量を制御することで放電電極に供給する霧化させるべき液体の供給量を制御するものであるから、効率よく且つ安定して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を生成することができ、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストに含まれるラジカルにより効率よく且つ安定して脱臭、除菌、アレルゲン不活性化効果、農薬分解効果、有機物分解（汚れ除去）等の効果を発現できる。

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には本発明の静電霧化装置の概略構成図を示している。本例の静電霧化装置は、高電圧印加部１と、高電圧印加部１で発生させた高電圧が印加される放電電極２と、放電電極２に対向する対向電極３と、放電電極２の先端部に霧化させるべき液体Ｗを供給する液体供給手段４とを備えて構成してある。

放電電極２の先端部に霧化させるべき液体Ｗを供給する液体供給手段４としては、空気中の水分を冷却して結露水として生成することで、該結露水を放電電極２の先端部に供給するようにしたものである。

以下の説明において液体Ｗを水Ｗ又は結露水Ｗとして説明する。

液体供給手段４となる冷却手段は冷却部７と放熱部８とを有するペルチェユニット９により構成してあり、ペルチェユニット９の冷却部７側に放電電極２を接続して放電電極２自体を冷却自在としている。添付図面に示す実施形態では、ペルチェユニット９に連結させてある筐体１０の先端に対向電極３を支持させることで、放電電極２と対向電極３とを所定の間隔を隔てて互いに対向する位置に固定してある。

ペルチェユニット９は、一対のペルチェ回路板を互いの回路側が向い合うように対向させ、多数列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子を両ペルチェ回路板間で挟持するとともに隣接する熱電素子同士を両側の回路で電気的に接続させ、冷却側のペルチェ回路板の絶縁板と冷却用絶縁板とで冷却部７を形成し、放熱側のペルチェ回路板の絶縁板と放熱板又は放熱フィンとで放熱部８を形成したものであり、冷却制御部１３によるペルチェ入力リード線１１を介して為される熱電素子への通電制御により冷却部７側から放熱部８側に熱が移動するようになっている。

ペルチェユニット９の冷却部７に接続された放電電極２はアルミニウム、銅、タングステン、チタン、ステンレス等の熱伝導性及び導電性の高い材料を用いて略棒状に形成してあって、ペルチェユニット９により冷されて結露水Ｗを生成するようになっている。

放電電極２の後端部には図１に示すように高電圧印加板１２が接続してあり、この高電圧印加板１２と対向電極３とは高電圧印加部１にそれぞれ高圧リード線を介して接続してあり、高電圧印加部１から放電電極２と対向電極３との間に高電圧が印加されるようになっている。

上記の構成の静電霧化装置は、熱電素子に対して通電を行うと、各熱電素子内において同一方向への熱の移動が生じ、ペルチェユニット９の冷却部７が冷却される。冷却部７が冷却されることで冷却部７に接続した放電電極２が冷却され、放電電極２の周囲の空気が冷却されることで、空気中の水分が結露等により液化されて放電電極２の先端部に結露水Ｗが生成される。

このように、ペルチェユニット９の冷却部７に放電電極２を接続して直接放電電極２を冷却して空気中の水分を結露させることで結露水Ｗを生成させるので、装置のコンパクト化が図れ、また、従来のように水を補給する手間が必要でなく、更に、空気中の水分を結露させるので水道水のように不純物を含むことがなくて付着物除去の手間が不要となる。

上記のようにして放電電極２を冷却して放電電極２の先端部に結露水Ｗが保持された状態で、高電圧印加部１により放電電極２の先端部側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２と対向電極３との間に５ｋＶ程度の高電圧を印加すると、放電電極２の先端部に保持される水Ｗが帯電し、帯電した水にクーロン力が働き、該水Ｗの液面が局所的に円錐形状（テイラーコーン）に盛り上がり、円錐形状となった水Ｗの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水が***・飛散（レーリー***）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）を発生させる。

ここで、本発明においては、制御部２０に放電電極２に保持される液体Ｗの保持状態を検知する検知手段５及びテーラーコーン先端角度制御手段６を有しており、上記検知手段５によって放電電極２への液体Ｗの保持状態を検知し、この検知手段５による放電電極２への液体Ｗの保持状態の検知情報に基づいて、制御部２０に設けたテーラーコーン先端角度制御手段６により放電電極２に高電圧を印加させた際に放電電極２に保持される液体ＷのテーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°に制御するようになっている。

放電電極２に保持される液体Ｗの保持状態を検知する検知手段５としては、放電電極２と対向電極３間に流れる微小な電流を検出する手段（電流計２１）や、あるいは放電電極２の先端に対向するように筐体１０に設けた開口部２３を介してビデオカメラ２２を配置して画像により情報を得る手段を挙げることができるが、本発明においては、放電電極２と対向電極３間に流れる微小な電流を検出する手段（電流計２１）を用いている。また、放電電極２を冷却してその表面に水Ｗを結露させる本発明においては、放電電極２の近傍の空気の温湿度を検知する手段（温度センサ１５、湿度センサ１６）を付加することが望ましい。

下記の表１は先端径の異なる２種類の放電電極２における印加電圧に対するラジカル発生量の変化を示しており、先端径の異なる２種類の電極１、電極２にそれぞれ６μＡ、９μＡの電流を流した時に電圧を変化させた場合におけるテーラーコーンＴの先端角度の測定結果を示し、また、図２はこの場合における上記先端径の異なる２種類の放電電極２における印加電圧に対するラジカル発生量の変化を示すグラフである。

表１及び図２から明らかなように、ラジカル発生量はテーラーコーンＴの先端角度が７０°〜９５°の間で極大点をとる。先端角度７０°より小さい場合には、放電電極２の先端の水Ｗの量が多い状態となり、エネルギーの伝達効率が悪くなってラジカルを含む帯電微粒子ミストの発生量が減少すると推察される。また、先端角度が９５°以上の場合には、先端がボール状となる状態が不定期的に見られ、この状態になると電界の集中が悪くなってラジカルを含む帯電微粒子ミストの発生量が減少すると推察される。よってテーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°となるように制御することでラジカルを含む帯電微粒子ミストを効率よく且つ安定して発生させることが可能となる。

上記のようにテーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°に制御するためのテーラーコーン先端角度制御手段６は、検知手段５により検知した液体Ｗの保持状態に基づいて、放電電極２の先端部への霧化させるべき結露水Ｗの供給量を制御する手段により構成してある。

図１には本発明の一実施形態が示してあり、放電電極２と、放電電極２と対向する対向電極３との距離が一定の場合において、検知手段５である電流計２１で放電電極２と対向電極３間に流れる電流を検出することにより検知された放電電極２の先端部における水Ｗの保持状態の情報に基づいて、放電電極２の先端部への水Ｗの供給量を制御するものであり、図１においては冷却制御部１３によるペルチェユニット９の熱電素子への通電量を制御することで、ペルチェユニット９の冷却性能を調整し、これにより放電電極２の表面における結露量、つまり、放電電極２の先端部への水Ｗの供給量を調整するようになっている。すなわち、本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、検知手段５によりテーラーコーンＴの先端角度が７０°未満の場合は、テーラーコーン先端角度制御手段６により冷却制御部１３によるペルチェユニット９の熱電素子への通電量をダウンさせて冷却性能をダウンさせることでテーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°となるように制御し、また、テーラーコーンＴの先端角度が９５°を越える場合は、テーラーコーン先端角度制御手段６により冷却制御部１３によるペルチェユニット９の熱電素子への通電量をアップさせて冷却性能を向上させることでテーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°となるように制御するものである。これにより、放電電極２の先端部への水Ｗの供給量の調整により簡単にラジカルを含む帯電微粒子ミストを効率よく且つ安定して発生させることが可能となる。

また、上記実施形態において、オゾン量に制限がある空間で使用する場合、図３のようにオゾン量を検知するオゾン量検知手段１４を付加し、印加する水の供給量を制御するようにしてもよく、この場合はオゾン量が制限された範囲の中で、ラジカルを含む帯電微粒子ミストを効率よく且つ安定して発生させることが可能となる。すなわち、図３（ｂ）に示すように、検知手段５によりテーラーコーンＴの先端角度が７０°未満の場合で且つオゾン量検知手段１４で検知したオゾン量が大の場合、冷却性能をダウンさせ、テーラーコーンＴの先端角度が７０°未満の場合でオゾン量検知手段１４で検知したオゾン量が小の場合、印加電圧をアップさせることで、テーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°となるように制御する。また、テーラーコーンＴの先端角度が９５°を越える場合で且つオゾン量が大の場合、印加電圧をダウンさせ、テーラーコーンＴの先端角度が９５°を越える場合でオゾン量が小の場合、冷却性能をアップさせることで、テーラーコーンＴの先端角度を７０°〜９５°となるように制御する。これにより、印加電圧の制御により簡単にラジカルを含む帯電微粒子ミストを効率よく且つ安定して発生させることが可能となり、また、オゾン量も最適化できる。

本発明の一実施形態を示し、（ａ）は概略全体構成図であり、（ｂ）はテーラーコーンの先端角度が７０°未満の場合と、９５°を越える場合に７０°〜９５°となるように制御する例を示す概略説明図である。 先端径の異なる２種類の放電電極における印加電圧に対するラジカル発生量の変化を示すグラフである。 本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は概略全体構成図であり、（ｂ）はテーラーコーンの先端角度が７０°未満の場合と、９５°を越える場合に７０°〜９５°となるように制御する例を示す概略説明図である。

符号の説明

１ 高電圧印加部
２ 放電電極
３ 対向電極
４ 液体供給手段
５ 検知手段
６ テーラーコーン先端角度制御手段
Ｗ 液体

Claims (1)

1. 高電圧印加部と、高電圧印加部で発生させた高電圧が印加される放電電極と、放電電極と一定の距離を隔てて対向する対向電極と、放電電極に霧化させるべき液体を供給する液体供給手段と、上記一定の距離を隔てて対向する放電電極と対向電極との間に流れる電流を検出することで放電電極に保持される液体の保持状態を検知する検知手段とを備え、上記液体供給手段がペルチェユニットにより構成されて、ペルチェユニットの冷却部側に放電電極を接続して放電電極を冷却することで空気中の水分を結露水として放電電極に供給するものであり、放電電極に高電圧を印加させた際に放電電極に保持される液体のテーラーコーンの先端角度を７０°〜９５°に制御するためのテーラーコーン先端角度制御手段を設け、上記テーラーコーン先端角度制御手段が、検知手段により得られた液体の保持状態の情報に基づいて、ペルチェユニットへの通電量を制御することで放電電極に供給する霧化させるべき液体の供給量を制御するものであることを特徴とする静電霧化装置。