JP5369022B2

JP5369022B2 - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP5369022B2
Application number: JP2010037832A
Authority: JP
Inventors: 健太郎小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010227928A

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し、詳しくは、装置全体のコンパクト化を実現するための技術に関する。

帯電微粒子水を発生させることのできる静電霧化装置として、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によって帯電微粒子水を生成するものが知られている（特許文献１参照）。

この静電霧化装置は図１０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５０で挟み込むことによって熱交換ブロック６０を構成している。回路板５０は、絶縁基板５１の片面に回路パターン５２を形成したものであって、一方の回路板５０の回路パターン５２によって熱電素子２の放熱側の端部同士を電気接続させ、他方の回路板５０の回路パターン５２によって熱電素子２の吸熱側の端部同士を電気接続させている。

上記熱交換ブロック６０の吸熱側の回路板５０に、熱伝導性の冷却板７０を介して放電電極１を接続させている。そして、上記熱交換ブロック６０の放熱側の回路板５０には、放熱部材７１を接続させている。放電電極１には高圧リード線８０を接続させており、該高圧リード線８０を介して放電電極１表面の結露水に高電圧を印加することで、静電霧化現象によって帯電微粒子水を生成させる。

上記構成の静電霧化装置においては、熱電素子２と放熱部材７１の間に、熱電素子２に通電を行うための回路パターン５２や、この回路パターン５２と放熱部材７１の絶縁性を確保する絶縁基板５１が介在している。そのため、放熱性能を向上させるためには、該放熱部材７１として大型の放熱フィンを設ける必要があり、装置全体が大型化する要因となっていた。

特開２００６−０００８２６号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、放電電極に結露水を生成するための十分な冷却能力を保持したうえで、装置全体のコンパクト化を実現することのできる静電霧化装置を提供することを、課題とする。

上記課題を解決するために本発明を、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において、放電電極１を冷却するために備えた熱電素子２の放熱側に放熱用通電部材１４を接続させ、該放熱用通電部材１４を介して熱電素子２に通電を行うように設け、放電電極１を内部空間に収容し且つ放熱用通電部材１４を貫通させる筐体１０を備え、放熱用通電部材１４と筐体１０とを貫通部にて固定させて設けたものとする。

このように、放熱用通電部材１４を配置して放熱と通電をともに行う構成とすることで、冷却能力は確保したうえで装置全体をコンパクト化することができる。加えて、放熱用通電部材１４を通じての放熱が筐体１０を介しても行われるので、放熱効率がさらに向上する。

上記放熱用通電部材１４は、接合される熱電素子２の通電方向を長手方向とする部材であることが好ましい。このようにすることで、放熱用通電部材１４とこれに接合される熱電素子２を一連の細長い形状に構成することができ、さらなるコンパクト化が可能となる。また、放熱用通電部材１４を通じて、冷却対象である放電電極１から極力離れた側にまで、熱電素子２から放出される熱を伝達することができる。これにより、放電電極１の冷却能力を確保することができる。

また、本発明の静電霧化装置においては、上記放電電極１と対向する位置に対向電極１１を備えていることが好ましい。このようにすることで、放電電極１での静電霧化現象をさらに安定させ、該放電電極１から帯電微粒子水を安定生成することができる。

請求項１に係る発明は、一部材によって放熱と通電を行うコンパクトな構造によって、放熱効率を向上させることができ、したがって、放電電極に結露水を生成するための十分な冷却能力を保持したうえで、装置全体のコンパクト化が実現されるという効果を奏する。加えて、放熱用通電部材を通じての放熱が筐体を介しても行われるので、放熱効率がさらに向上するという効果を奏する。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、装置全体のさらなるコンパクト化が可能となるという効果や、冷却対象の放電電極から極力離れた位置で放熱を行うことで冷却能力を確保するという効果を奏する。

また請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明の効果に加えて、帯電微粒子水をさらに安定的に生成することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における第１例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。同上の静電霧化装置に用いる放熱用通電部材の変形例を概略的に示しており、（ａ）は第１変形例を用いた場合の側面図、（ｂ）は第２変形例を用いた場合の側面図、（ｃ）は第３変形例を用いた場合の側面図である。本発明の実施形態における第２例の静電霧化装置を概略的に示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は下面図である。本発明の実施形態における第３例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。同上の静電霧化装置に用いる放熱用通電部材を概略的に示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。同上の放熱用通電部材の変形例を概略的に示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。本発明の実施形態における第４例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。本発明の実施形態における第５例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。本発明の実施形態における第６例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。従来の静電霧化装置を概略的に示す説明図である。

本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１には、本発明の実施形態における第１例の静電霧化装置の全体構成を概略的に示している。

図１に示すように、第１例の静電霧化装置は、熱電素子２をＰ型とＮ型で一対備え、両熱電素子２の吸熱側に、放電電極１を接合させたものである。熱電素子２としては、ＢｉＴｅ系のペルチェ素子を用いる。熱電素子２の配置は一対に限定されず、Ｐ型とＮ型を複数対備えた配置であってもよい。

放電電極１は、基台部１ａの中央部分から放電部１ｂを突設した形状であり、真鍮、アルミニウム、銅、タングステン、チタン等の金属からなる。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、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。放電電極１の基台部１ａには、放電電極１への電圧印加を行うためのリード１３を接合させている。

放電電極１の基台部１ａの底面には、絶縁基板５１の一面側を当接させてある。該絶縁基板５１は、アルミナや窒化アルミニウム等の高熱伝導性の材質から成り、放電電極１に当接する側とは逆側の面上に回路パターン５２を設けることで、回路板５０を形成している。各熱電素子２の吸熱側は上記回路板５０の回路パターン５２に接合させており、該回路パターン５２を介して、熱電素子２の吸熱側の端部同士を電気接続させている。熱電素子２と回路パターン５２とは、半田や導電性接着剤を介して接合させる。

一対の熱電素子２のそれぞれの放熱側には、導電性および熱伝導性の材料（真鍮、アルミニウム、銅等）からなる放熱用通電部材１４を接続させている。放熱用通電部材１４は、熱電素子２の通電方向（図中の上下方向）を長手方向とした棒状の長尺部材である。

一対の放熱用通電部材１４は、有底筒状をなす筐体１０の底壁部１０ａに貫通接合させてある。筐体１０は、その底壁部１０ａに、放熱用通電部材１４を挿通させるための貫通孔１７を一対形成したものであり、絶縁性材料からなる。両貫通孔１７は、隣接する放熱用通電部材１４同士の絶縁性を確保するため、所定距離を隔てて並行に形成してある。

放熱用通電部材１４の筐体１０への固定は、放熱用通電部材１４の貫通孔１７内への圧入固定であってもよいし、放熱用通電部材１４を接着剤により貫通孔１７内に固定するものであってもよい。固定用の接着剤として熱伝導性フィラーを混入させたものを用いた場合には、放熱用通電部材１４の放熱性を向上させることができる。つまり、上記接着剤のような熱伝導性の固着体を介して放熱用通電部材１４を筐体１０に固定することで、放熱用通電部材１４の放熱性がさらに向上することとなる。

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を収容するとともに、該放電電極１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る。放電電極１と対向電極１１との間には、両電極１，１１間に高電圧を印加するための電圧印加部７を電気的に接続させてある。

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、ＡＢＳ等の樹脂が好適に用いられる。放熱用通電部材１４の放熱性をさらに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。また、筐体１０の材質として、ＳＵＳ、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属を用いてもよい。この場合、筐体１０と対向電極１１との間には、絶縁材料（図示せず）を介在させて備える。

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。また、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を形成してもよいし、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。

図示の対向電極１１は、平板の中央に放出孔１２を開口させた形状であるが、静電霧化現象を安定的に発生させることのできる形状であれば、他の形状であってもよい。例えば、放電電極１を囲むドーム型に対向電極１１を形成した場合には、放電電極１に対して電界をさらに集中させやすくなる。ドーム型の対向電極１１にも放出孔１２を開口させることは勿論である。

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。

一対の放熱用通電部材１４の端部には、貫通孔１７を通じて筐体１０外に突出した部分において、それぞれリード線９の一端側を接合させている。リード線９は、放熱性の観点から、できるだけ太いものや表面積の大きなものを用いることが好ましい。

上記構成からなる第１例の静電霧化装置において、一対の熱電素子２の吸熱側同士は、回路板５０上の回路パターン５２を介して電気接続される。また、一対の熱電素子２の放熱側同士は、放熱用通電部材１４、リード線９を介して電気接続される。

直流電源（図示せず）によって、Ｎ型の熱電素子２からＰ型の熱電素子２に電流が流れるように（図中の白抜き矢印参照）電圧を印加すると、各熱電素子２の吸熱によって放電電極１が冷却され、該放電電極１の表面上に結露水が生成される。ここで、電圧印加部７によって放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加すると、放電電極１表面の結露水は静電霧化現象を生じ、ナノメータサイズの粒径の帯電微粒子水を大量に生成する。

各熱電素子２の放熱は、直接接合される放熱用通電部材１４、さらには筐体１０やリード線９を介して、効率的に行われる（図中の黒塗り矢印参照）。というのも、上記したように第１例の静電霧化装置では、各熱電素子２の放熱側に放熱用通電部材１４を接続させ、該放熱用通電部材１４を介して熱電素子２への通電を行うように設けているからである。そのため、一対の熱電素子２と一対の放熱用通電部材１４を電気的且つ機械的に接合させたコンパクトな構造によって、効率的な放熱が可能になっている。

また、棒状の放熱用通電部材１４を通じて放熱を行うように設けたことで、放電電極１の冷却能力の確保にも寄与する。というのも、冷却対象である放電電極１から極力離れた側にまで、熱電素子２から放出される熱を伝達することができるからである。

加えて、上記したように第１例の静電霧化装置においては、筐体１０を介して、放電電極１に対する一定の位置関係で対向電極１１を配置してある。そのため、放電電極１において、外部環境に影響されることなく安定的に静電霧化現象を発生させることができる。また、放熱用通電部材１４を通じての放熱が筐体１０を介しても行われるので、放熱効率はさらに向上する。なお、対向電極１１を備えない場合であっても、放電電極１の結露水に静電霧化現象を生じさせて帯電微粒子水を生成することは可能である。

図２には、放熱用通電部材１４の各種変形例を示している。以下、図に基づいて各変形例の構成について述べる。

図２（ａ）に示す第１変形例では、熱電素子２に接合される放熱用通電部材１４が、図１に示すような部材でなく、該熱電素子２の通電方向と直交する方向を長手方向とするように側方に伸びる長板状の長尺部材となっている。第１変形例の放熱用通電部材１４を用いる場合、有底筒状をなす筐体１０の側壁部１０ｂに、放熱用通電部材１４を挿通させるための貫通孔１７を一対形成する。長板状の放熱用通電部材１４の筐体１０への固定方法は、図１に示す放熱用通電部材１４を用いた場合と同様である。一対の放熱用通電部材１４の端部には、貫通孔１７を通じて筐体１０の側方に突出した部分において、それぞれリード線９の一端側を接合させている。

図２（ｂ）に示す第２変形例では、熱電素子２に接合される放熱用通電部材１４が、該熱電素子２の通電方向を長手方向とするように伸びる長板状の長尺部材となっている。長板状の放熱用通電部材１４の一端部（図中上端部）はＬ字状に屈折させており、該屈折部分の外側の平坦面に、熱電素子２の放熱側を接合させている。長尺に形成した放熱用通電部材１４には、筐体１０の底壁部１０ａの貫通孔１７を通じて外側に突出した部分において、リード線９の一端側を接合させている。

図２（ｃ）に示す第３変形例では、熱電素子２に接合される放熱用通電部材１４が、ブロック状の部材となっている。ブロック状の放熱用通電部材１４の端部には、筐体１０の底壁部１０ａの貫通孔１７を通じて外側に突出した部分において、リード線９の一端側を接合させている。上記放熱用通電部材１４の断面形状は、円形、半円形、矩形等のいずれの形状であっても構わないが、熱電素子２と接合させる部分は平坦面に形成してあることが好ましい。

図１、図２に示すように、放熱用通電部材１４の形状としては、棒状、板状、スパイラル状、蛇腹（コルゲート）状等の多様な形状が採用可能である。また、放熱用通電部材１４を棒状部材とする場合において、その断面形状は多様なものが適用可能であり、丸棒状、角棒状等の形態が好適に用いられる。

次に、図３に基づいて本発明の実施形態における第２例の静電霧化装置を説明する。なお、第２例の基本的な構成は第１例と同様であるから、第１例と同様の構成については図中に同一符号を付して詳しい説明を省略し、第２例特有の構成についてのみ以下に詳述する。

第２例の静電霧化装置では、各放熱用通電部材１４の熱電素子２に接合される側とは逆側の端部から、第二放熱用通電部材２０を延設している。第二放熱用通電部材２０の材質としては、放熱用通電部材１４と同様の材質を用いることが好適である。放熱用通電部材１４と第二放熱用通電部材２０とは、一体に成形してもよいし、溶接、半田付け、導電性接着材等を用いて接合させてもよい。

各第二放熱用通電部材２０には、リード線９の一端側を接合させる。リード線９は、やはり放熱性の観点から、できるだけ太いものを用いることが好ましい。

第二放熱用通電部材２０は、放熱用通電部材１４の貫通孔１７を通じて筐体１０外に突出した部分から、側方にむけて延設してある。図３（ｂ）に示すように、一対の第二放熱用通電部材２０はそれぞれ半円板状を成しており、全体として円板状の外形となるように隣接配置している。

図示例では、第二放熱用通電部材２０を筐体１０の底壁部１０ａに当接させているが、筐体１０から離間させてあってもよい。また、第二放熱用通電部材２０の筐体１０に当接する側とは逆側の面に多数のフィン２２を設けているが、フィン２２を備えない形状であってもよい。

上記構成からなる第２例の静電霧化装置において、一対の熱電素子２の放熱側同士は、放熱用通電部材１４、第二放熱用通電部材２０、リード線９を介して電気接続される。そして、各熱電素子２の放熱は、放熱用通電部材１４と第二放熱用通電部材２０、さらには筐体１０やリード線９を介して、効率的に行われる。

放熱についてさらに具体的に述べると、図中の黒塗り矢印に示すように、放熱用通電部材１４の表面からは、筐体１０内において効率的に放熱が行われる。第二放熱用通電部材２０の表面からは、筐体１０外において効率的に放熱が行われる。第二放熱用通電部材２０のフィン２２にむけて冷却風を送り込むように送風手段２３を設ければ、さらに放熱性は向上する。

また、放熱用通電部材１４と第二放熱用通電部材２０は共に筐体１０と当接しているので、該筐体１０を通じても放熱が行われる。

次に、図４〜図６に基づいて、本発明の実施形態における第３例の静電霧化装置を説明する。なお、第３例の基本的な構成は第１例と同様であるから、第１例と同様の構成については図中に同一符号を付して詳しい説明を省略し、第３例特有の構成についてのみ以下に詳述する。

第３例の静電霧化装置では、各放熱用通電部材１４の筐体１０内に位置する部分から、放熱用のフィン２５を突設している。フィン２５は、放熱用通電部材１４の軸方向と直交する方向に向けて突設されるものであり、該放熱用通電部材１４の軸方向に等間隔を隔てて複数並設してある。フィン２５の形状は、図５に示すような棒状のものであってもよいし、図６に示すような半円板状のものであってもよい。

上記構成からなる第３例の静電霧化装置においては、筐体１０内において、放熱用通電部材１４の表面からさらに効率的な放熱が行われる。

次に、図７に基づいて、本発明の実施形態における第４例の静電霧化装置を説明する。なお、第４例の基本的な構成は第１例と同様であるから、第１例と同様の構成については図中に同一符号を付して詳しい説明を省略し、第４例特有の構成についてのみ以下に詳述する。

第４例の静電霧化装置においては、放電電極１の基台部１ａの底面に設けた絶縁膜３０上に回路パターン３１を形成し、該回路パターン３１に対して、各熱電素子２の吸熱側を半田又は導電性接着剤で接合させている。各熱電素子２の吸熱側は放電電極１上の回路パターン３１を介して電気接続され、Ｎ型の熱電素子２からＰ型の熱電素子２への通電によって該放電電極１を冷却する。

上記冷却により、放電電極１の表面には結露水が生成される。ここで、導電性材料からなる放電電極１側がマイナスとなるようにリード１３を通じて高電圧を印加すると、放電電極１上の結露水に高電圧が印加され、放電部１ｂ先端において帯電微粒子水が生成される。

次に、図８に基づいて、本発明の実施形態における第５例の静電霧化装置を説明する。なお、第５例の基本的な構成は第１例と同様であるから、第１例と同様の構成については図中に同一符号を付して詳しい説明を省略し、第５例特有の構成についてのみ以下に詳述する。

第５例の静電霧化装置においては、絶縁性材料からなる放電電極１の基台部１ａの底面に、回路パターン３１を直接形成している。該回路パターン３１には、各熱電素子２の吸熱側を半田又は導電性接着剤で接合させる。各熱電素子２の吸熱側は上記回路パターン３１を介して電気接続され、Ｎ型の熱電素子２からＰ型の熱電素子２への通電によって、該放電電極１を冷却する。

上記冷却により、放電電極１の表面には結露水が生成される。ここで、リード１３を通じて放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加すると、放電電極１上の結露水に高電圧が印加され、放電部１ｂ先端において帯電微粒子水が生成される。

次に、図９に基づいて、本発明の実施形態における第６例の静電霧化装置を説明する。なお、第６例の基本的な構成は第１例と同様であるから、第１例と同様の構成については図中に同一符号を付して詳しい説明を省略し、第６例特有の構成についてのみ以下に詳述する。

第６例の静電霧化装置においては、導電性材料からなる放電電極１の基台部１ａの底面に、各熱電素子２の吸熱側を半田又は導電性接着剤で直接接合させている。各熱電素子２の吸熱側は、冷却対象である放電電極１を介して電気接続され、Ｎ型の熱電素子２からＰ型の熱電素子２への通電によって、該放電電極１を冷却する。

上記冷却により、放電電極１の表面には結露水が生成される。ここで、対向電極１１側に接続させてある電圧印加部７によって該対向電極１１に対してプラスの高電圧を印加する。これにより、放電部１ｂが保持する結露水には、対向電極１１に対してマイナスの高電圧が印加された状態となり、該結露水が生じる静電霧化現象によって帯電微粒子水を生成する。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記各例の実施形態に限定されるものではない。つまり、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

１放電電極
２熱電素子
１１対向電極
１４放熱用通電部材

Claims

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、放電電極を冷却するために備えた熱電素子の放熱側に放熱用通電部材を接続させ、該放熱用通電部材を介して熱電素子に通電を行うように設け、放電電極を内部空間に収容し且つ放熱用通電部材を貫通させる筐体を備え、放熱用通電部材と筐体とを貫通部にて固定させて設けたことを特徴とする静電霧化装置。
上記放熱用通電部材は、接合される熱電素子の通電方向を長手方向とする部材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。
上記放電電極と対向する位置に対向電極を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電霧化装置。