JP4915931B2 - Electrostatic atomizer - Google Patents
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Description
本発明は、ラジカル（活性種）を含んだ帯電微粒子水、殊にナノメータサイズの帯電微粒子水を発生させるための静電霧化装置に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic atomizer for generating charged fine particle water containing radicals (active species), in particular, nanometer-sized charged fine particle water.
水が供給される放電電極に高電圧を印加して放電させることで、放電電極が保持している水にレイリー***を生じさせて霧化させることでナノメータサイズの帯電微粒子水（ナノサイズミスト）を生成する静電霧化装置がある。 Nanometer-sized charged fine particle water (nano-size mist) by applying a high voltage to the discharge electrode to which water is supplied and causing discharge to cause atomization by causing Rayleigh splitting in the water retained by the discharge electrode There are electrostatic atomizers that produce
上記帯電微粒子水はラジカルを含んでいるとともに長寿命であって、空間内への拡散を大量に行うことができ、室内の壁面や衣服やカーテンなどに付着した悪臭成分などに効果的に作用して無臭化したり、ダニや花粉等のアレルゲン物質を不活性化したりすることができるほか、人の肌や髪に潤いを与えることができる。 The above charged fine particle water contains radicals and has a long life, can be diffused in a large amount of space, and acts effectively on malodorous substances adhering to indoor walls, clothes, curtains, etc. In addition to being non-brominated, it can inactivate allergens such as mites and pollen, and can also moisturize human skin and hair.
このために上記静電霧化装置を各種機器に搭載することがなされているが、この場合、そのエネルギー効率を高めてエネルギー消費を抑えることが要望されている。
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、ラジカルを含んだ耐電微粒子水の生成を高効率で行う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。 This invention is invented in view of said conventional problem, Comprising: It aims at providing the electrostatic atomizer which can perform the production | generation of the electric-resistant fine particle water containing a radical with high efficiency. It is.
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、高電圧が印加される放電電極と、この放電電極に水を供給する水供給手段とを備えて、放電電極上の水を放電によって霧化させるものにおいて、ミリ秒単位で繰り返される放電と放電停止の放電サイクル中の放電電流を監視する監視手段と、この監視手段による監視結果に基づいて放電電極への高電圧供給のオンオフを行ってオン直後のピーク電流値が高い放電開始初期状態の放電サイクルを繰り返し生じさせる制御回路とを備えていることに特徴を有している。高電圧印加のオンオフによって突入電流のためにピーク電流値が高い放電開始初期状態の放電サイクルを常時得られるようにしたものである。 In order to solve the above problems, an electrostatic atomization apparatus according to the present invention includes a discharge electrode to which a high voltage is applied, and water supply means for supplying water to the discharge electrode, and supplies water on the discharge electrode. In the case of atomization by discharge, monitoring means for monitoring the discharge current during the discharge cycle of discharge and discharge stop repeated in milliseconds, and on / off of high voltage supply to the discharge electrode based on the monitoring result by this monitoring means And a control circuit for repeatedly generating a discharge cycle in a discharge start initial state having a high peak current value immediately after being turned on. The discharge cycle in the initial stage of the discharge start with a high peak current value due to the inrush current can be always obtained by turning on and off the high voltage application.
この時、上記制御回路は、放電サイクル中の放電電流値の安定化を機に放電電極への高電圧供給をオフし、直後にオンとするものであることが放電サイクルの維持が容易で好ましい結果を得ることができる。 At this time, the control circuit preferably turns off the high-voltage supply to the discharge electrode immediately after the stabilization of the discharge current value during the discharge cycle, and is turned on immediately thereafter, so that it is easy to maintain the discharge cycle. The result can be obtained.
本発明は、ピーク電流値が高くてラジカル発生量が多い放電開始初期状態の放電サイクルを常時得ることができるものであり、このために高効率で省エネルギーのものを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to always obtain a discharge cycle in a discharge start initial state with a high peak current value and a large amount of radical generation. For this reason, a highly efficient and energy-saving product can be obtained.
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と、図３は本発明に係る静電霧化装置の構造の一例を示すもので、放電電極１とこの放電電極１の一端に所要の距離をおいて対向するとともに内周縁が実質的な電極として機能する対向電極２、これら両電極２，３間に放電用の高電圧を印加する高圧電源部３、上記放電電極１の他端が吸熱側に接続されて放電電極１を露点以下の温度に冷却することで放電電極１に水を供給するペルチェモジュール４、そして制御回路５で構成されたもので、上記対向電極２は接地されており、放電時には放電電極１側に負の高電圧が印加される。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings. FIG. 3 shows an example of the structure of an electrostatic atomizer according to the present invention, and a
上記制御回路５は、放電電流を監視することで放電電極１上に所要の量の結露水が生成されているかどうかを見て、その量に応じてペルチェモジュール４による放電電極１の冷却度合いを制御するとともに、放電電極１への高電圧印加を制御する。
The
そしてペルチェモジュール４によって放電電極１を冷却することで空気中の水分を放電電極１上に結露させた状態で高電圧を放電電極１に印加する時、放電電極１上の水は対向電極２側に引っ張られてテーラーコーンと称される形状のものとなるとともに、そのテーラーコーンの先端においてレイリー***が生じて霧化されることでナノメータサイズの帯電微粒子水が生成される。
When the
上記テーラーコーンは、放電電極１と対向電極２との間に働くクーロン力によって放電電極１先端に保持された水の液面が局所的に錘状に盛り上がって形成されるものであり、テーラーコーン先端への電荷の集中でこの部分の電界強度が大きくなると、上記先端に生じるクーロン力が大きくなるために更にテーラーコーンが成長してその先端が尖ったものとなり、テーラーコーン先端での電荷が高密度となってそのエネルギー（電荷の反発力）が水の表面張力を越えたならば、はじけるようにしてテーラーコーン先端の水が***・飛散（レイリー***）して帯電したナノメータサイズの微粒子水が大量に生成され、テーラーコーンはその先端が鈍ったものとなる。
The tailor cone is formed by locally increasing the level of water held at the tip of the
放電電極１に直流高電圧を印加して上記静電霧化を行わせた時のミリ秒単位の放電電流変化を図４に、同じくミリ秒単位でのテーラーコーンの形状変化を図５に示す。図４中にＰで示す時点が図５においてテーラーコーンの先端が最も尖った状態（テーラーコーンの錐状の角度は７０〜９５°程度）の時に一致しており、テーラーコーンの先端が尖った時点で放電が始まり、先端が鈍ってもしばらくは放電が続くが、その後、放電が停止する。そして放電停止状態においてテーラーコーンの先端が徐々に尖りだし、最も尖った時点で再度放電が開始される。つまり、連続して放電がなされているものの、微細的には放電区間イと放電停止区間ロとからなる図中αの放電サイクルが繰り返されていることになる。
FIG. 4 shows a change in discharge current in milliseconds when a high DC voltage is applied to the
また、電源を投入することで放電電極１の冷却が開始され、直流高電圧が印加される放電電極１上に水が生成されて放電が始まる時点に着目すると、図４に示すように、放電が始まった時点での放電電流はそのピーク値がかなり高い放電サイクルαとなり、その後はほぼ一定のピーク電流が発生する安定した放電サイクルαが繰り返されていることがわかる。
In addition, when the cooling of the
ここにおいて、ラジカルを含んだ帯電微粒子水の発生量は放電電流量が多いほど多くなることから、上記ピーク値が高い放電サイクルαの時の方が、ピーク値がほぼ一定の低い値を保つ安定期の放電サイクルαの時よりも帯電微粒子水の発生量が多くなる。 Here, the amount of charged fine particle water containing radicals increases as the amount of discharge current increases, so that the peak value is more stable in the discharge cycle α when the peak value is higher. The amount of charged fine particle water generated is larger than that in the discharge cycle α in the period.
本発明はこの点に着目し、放電電圧印加のオンオフを繰り返すことでピーク値が高い放電サイクルαが繰り返し得られるようにしたもので、上記オンオフの繰り返しを行うために、ここでは前記制御回路５において放電電流を監視するとともにピーク電流をトリガとして上記放電サイクルα中の平均電流を求め、この平均電流が低くなればピーク電流も小さくなって放電が安定期に入ったと判断して高電圧印加をいったんオフ（ｔ２）し、直後に高電圧印加を再開（ｔ１）してピーク値が高い放電電流が得られるようにしている。
The present invention pays attention to this point, and the discharge cycle α having a high peak value can be repeatedly obtained by repeatedly turning on and off the discharge voltage application. In order to repeat the on / off, the
具体的には放電電流検出手段として時間分解能が１マイクロセカンド程度のものを用いて、上述のようにピーク電流をトリガとして各放電サイクルαを認識するとともに、各放電サイクルα中の平均電流値を算出する。そして過去数回の放電サイクルαの各平均電流値を最新の放電サイクルαの平均電流値と比較し、平均電流値の変化の割合が指定範囲内（たとえば１５％内）となれば、放電電圧の印加をいったん停止（ｔ２）し、その後、放電電圧の印加を再開（ｔ１）するのである。図１に示す例では、放電を開始してから４回目の放電サイクルαの平均電流値を、１〜３回目の放電サイクルαの平均電流値と比較すると、３回目の放電サイクルαの平均電流値と４回目の放電サイクルαの平均電流値との変化割合が１５％以内となることから、放電電圧の印加をオフとしている。 Specifically, the discharge current detection means having a time resolution of about 1 microsecond is used to recognize each discharge cycle α using the peak current as a trigger as described above, and to calculate the average current value in each discharge cycle α. calculate. Then, each average current value of the past several discharge cycles α is compared with the average current value of the latest discharge cycle α, and if the change rate of the average current value is within a specified range (for example, within 15%), the discharge voltage Is temporarily stopped (t2), and then the application of the discharge voltage is resumed (t1). In the example shown in FIG. 1, when the average current value of the fourth discharge cycle α after the start of discharge is compared with the average current value of the first to third discharge cycles α, the average current of the third discharge cycle α. Since the change ratio between the value and the average current value of the fourth discharge cycle α is within 15%, the application of the discharge voltage is turned off.
平均電流値の変化の割合で判断するのではなく、平均電流値の絶対値で判断するようにしてもよい。たとえば所定電流値（たとえば１０±２μＡ）内にたとえば２放電サイクルαの平均電流値が連続して収まれば、放電電圧の印加をいったん停止するのである。 The determination may be made based on the absolute value of the average current value instead of the determination based on the change rate of the average current value. For example, when the average current value of, for example, two discharge cycles α continuously falls within a predetermined current value (for example, 10 ± 2 μA), the application of the discharge voltage is temporarily stopped.
ここで、ピーク電流値を見るのではなく、平均電流値を見るとともに、平均電流値が安定したことを確認してから高電圧印加をオフとしているのは、このようにすることで次に放電を再開した時の放電開始がスムーズになされるためである。 Here, instead of looking at the peak current value, the average current value is seen, and after confirming that the average current value is stable, the high voltage application is turned off. This is because the discharge starts smoothly when the process is resumed.
放電電流の監視は、放電によって生成されるとともに放電電流の大小によって生成量が変化するオゾンやマイナスイオンの量を計測することで行ってもよい。発生するオゾンの量やマイナスイオンの量をミリ秒単位で監視し、これらが上記安定期の電流値に相当する量になれば、高電圧印加をオフとし、直後に印加をオンとする。 The discharge current may be monitored by measuring the amount of ozone or negative ions that are generated by the discharge and whose generation amount varies depending on the magnitude of the discharge current. The amount of generated ozone and the amount of negative ions are monitored in milliseconds, and when these become amounts corresponding to the current value in the stable period, the high voltage application is turned off and the application is turned on immediately thereafter.
いずれにしても、直流高電圧の印加の場合（投入電力１００％）Ｓ０と、上記放電電流監視による高電圧印加のオンオフが１０マイクロ秒のオンと２マイクロ秒のオフの繰り返しになる場合（投入電力８０％）Ｓ１と、１０マイクロ秒のオンと０．１マイクロ秒のオフの繰り返しになる場合（投入電力９９％）Ｓ２とでラジカル発生量を比較（ちなみに印加電圧はいずれも−５．１５ｋＶで安定状態での平均電流値はいずれも６μＡ）すると、夫々１２０，１２０，１５０（単位はμｍｏｌ／ｌ）となり、ラジカル発生に要するエネルギーが少なくて済むことがわかる。また、オゾンの発生量を７０リッターチャンバーで２０分間計測すると、図６に示すように、投入電力が８０％の時Ｓ１に投入電力１００％の時Ｓ０と同じオゾン発生量となり、投入電力が９９％の時、投入電力１００％の時Ｓ０の約１．２５倍のオゾン発生量となった。
In any case, in the case of applying a DC high voltage (applied
放電をいったん停止させることについては、放電電圧の印加をオフとするのではなく、放電電圧を低下させることで行ってもよい。要は次に放電を開始させた時、高いピーク値の放電電流が流れることになればよいものである。 Stopping the discharge once may be performed by lowering the discharge voltage instead of turning off the application of the discharge voltage. In short, the discharge current with a high peak value should flow when the discharge is started next.
また、上記実施例では、放電電極１をペルチェモジュール４で冷却して結露水を放電電極１上に生成していたが、放電電極１に対する水の供給は例えば毛細管現象などを利用した放電電極１への水供給によって行うものであってもよい。また、図示例は対向電極２を備えているが、この対向電極２は必須のものではなく、放電電極１上の水で放電を行わせることができるものであればよい。
Moreover, in the said Example, although the
１ 放電電極
２ 対向電極
３ 高電圧電源部
４ ペルチェモジュール
５ 制御回路
α 放電サイクル
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