JP5520764B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

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ものである。

例えば特許文献１に記載されているように、霧化電極（特許文献１では放電電極）を冷却することで同電極の表面に結露水を生成し、霧化電極に保持された結露水を霧化電極で霧化させて弱酸性で電荷を持つ帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置が知られている。この帯電微粒子水は、皮膚や毛髪の保湿、空間や物の脱臭等に貢献するため、静電霧化装置を様々な商品に搭載することで多様な効果を得ることができる。

また、特許文献１の静電霧化装置では、多数の熱電素子の両端部から回路板で挟み込むことによりペルチェモジュールを構成している。各回路板は、絶縁基板の片面に回路をパターンを形成し、一方の回路板の回路パターンによって各熱電素子の吸熱側の端部同士を電気的に接続させるとともに、他方の回路板の回路パターンによって各熱電素子の放熱側の端部同士を電気的に接続させている。そして、ペルチェモジュールの吸熱側の回路板に熱伝導性の冷却用絶縁部材を接続させるとともに、この冷却用絶縁板上に霧化電極を接続させている。

このような構成の静電霧化装置においては、各熱電素子の吸熱側の端部が回路パターン及び絶縁基板からなる前記回路板及び冷却用絶縁板を介して霧化電極を冷却させ、これによって霧化電極の表面には結露水が生成されるようになっている。そして、霧化電極表面の結露水に高電圧を印加することで、結露水が静電霧化されて帯電微粒子水が発生するようになっている。

特開２００６−０００８２６号公報

ところで、上記のような静電霧化装置では、各熱電素子と霧化電極との間には多数の部材が介在される。このため、各部材の界面（熱電素子及び回路パターンの界面、回路パターン及び絶縁基板の界面、絶縁基板及び冷却用絶縁板の界面、冷却用絶縁板及び霧化電極の界面）によって霧化電極の冷却効率を低下させる要因となっていた。そのため、結露水を霧化電極表面に生成するための冷却能力を確保するには熱電素子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、省電力化の阻害要因となる虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、装置全体の小型化と省電力化に寄与することができる静電霧化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の静電霧化装置は、霧化電極を冷却部にて冷却することにより前記霧化電極の表面に結露水を生成し、前記霧化電極の先端側に設けられる放電部に保持された結露水に電圧を印加することで帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置であって、前記冷却部は、前記霧化電極と電気的に接続されるとともに該霧化電極側が吸熱側となるように電力供給部にて通電されるＰ型熱電素子及びＮ型熱電素子のいずれか一方の熱電素子で構成されたこと特徴とする。

また上記構成において、電力供給部は、前記熱電素子の吸熱側の前記霧化電極と接続される通電部材と前記熱電素子の排熱側の金属性部材と接続される通電部材とで通電回路が形成され、前記熱電素子の吸熱側の前記霧化電極と接続される通電部材は、その断面積が前記熱電素子の排熱側の通電部材の断面積よりも小さいことが好ましい。

また上記構成において、霧化電極は、該霧化電極と電気的に接続される前記熱電素子の極性と異なる極性の熱電材料から構成されることが好ましい。
また上記構成において、１つの霧化電極に対して同種の熱電素子が複数配置されることが好ましい。

また上記構成において、熱電素子は、前記熱電素子の吸熱側が開口された有底筒状の凹部内に配置されることが好ましい。
また上記構成において、霧化電極と対向する位置に対向電極を設けることが好ましい。

本発明によれば、装置全体の小型化と省電力化に寄与することができる静電霧化装置を提供することができる。

本実施形態における静電霧化装置の概略構成図である。 熱電素子について説明するための概略構成図である。 熱電素子について説明するための概略構成図である。 熱電素子への通電方法について説明するための概略構成図である。 （ａ）は霧化電極に対して結露水供給前の状態について説明するための構成図であり、（ｂ）は霧化電極に対して結露水供給時の状態について説明するための構成図である。 霧化電極について説明するための概略構成図である。 霧化電極について説明するための概略構成図である。 熱電素子への通電方法について説明するための概略構成図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、静電霧化装置の概略構成図を示す。本実施形態の静電霧化装置１０は、ＰＢＴ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＰＳ樹脂、液晶ポリマー等の絶縁性樹脂材料を用いて形成される略筒状をなす支持枠１１を備えている。支持枠１１の先端面（図１において上端面）には、平板状部材の略中央に貫通孔を設けたリング状の対向電極１２が設けられている。対向電極１２は、ステンレス、銅、白金等の金属製材料、または導電性樹脂材料、または樹脂材料の表面に導電性材料をパターニングしたもので構成される。この対向電極１２の中央部の開口は、ミスト吐出口１２ａとなっている。そして、対向電極１２には、高電圧を印加するための高圧電源回路Ｃと接続されている。

支持枠１１の内部には、導電性を有する金属製の霧化電極１３が配置されている。霧化電極１３は、略筒状の支持枠１１の軸方向に沿って延びる略円柱状の電極本体部１３ａを有する。この電極本体部１３ａの先端側には略球状の球状放電部１３ｂと、電極本体部１３ａの基端側には径方向外側に延設された略円環状の基台部１３ｃとを備えている。なお、霧化電極１３は、真鍮、アルミ、銅、タングステン、チタン等の金属製材料、導電性を有する樹脂やカーボン等で構成することができる。

また、霧化電極１３の基台部１３ｃの裏面側にはＰ型熱電素子１４の吸熱側端部１４ａが接続されている。このＰ型熱電素子１４は例えばＢｉＴｅ系、ＰｂＴｅ系、ＳｉＣ系などのゼーベック係数が大きな熱電素子（熱電材料）で構成される。なお、霧化電極１３及びＰ型熱電素子１４の接続は半田接合や導電性接着材等を用いることができる。因みに、霧化電極１３及びＰ型熱電素子１４を半田接合する際に、これを良好に行うために霧化電極１３の基台部１３ｃの裏面にニッケル鍍金処理を施してもよい。

また、Ｐ型熱電素子１４の放熱側端部１４ｂには、金属製部材としての放熱部１５が接続されている。この放熱部１５は、例えば電気伝導性及び熱伝導性に優れる真鍮、アルミ、銅等の金属材料が望ましい。

また、本実施形態の静電霧化装置１０には、前記Ｐ型熱電素子１４に通電するための電力供給部としての電流供給部２０を備えている。この電流供給部２０は、通電部材としてのリード線２１を介してＰ型熱電素子１４の吸熱側となる霧化電極１３と電気的に接続されるとともに、通電部材としてのリード線２２を介してＰ型熱電素子１４の放熱側となる放熱部１５と電気的に接続される。なお、放熱部１５側と接続されるリード線２２はその線径が０．５ｍｍ以上のリード線が用いられ、霧化電極１３と接続されるリード線２１はその線径が前記リード線の線径よりも小さく、つまりリード線の線径が０．５ｍｍ未満のリード線が用いられる。このような構成により、電流供給部２０からの電流が各リード線２１，２２を介してＰ型熱電素子１４側に供給可能な通電回路が形成される。このとき、電流供給部２０は、Ｐ型熱電素子１４の放熱側端部１４ｂ側から吸熱側端部１４ａ側に電流が供給可能とされている。これにより、Ｐ型熱電素子１４の吸熱側端部１４ａから放熱側端部１４ｂに熱の移動が可能とされている。

上記のように構成された静電霧化装置１０では、図示しない電源からリード線２１，２２を介してＰ型熱電素子１４に電流が供給されることで、Ｐ型熱電素子１４の吸熱側端部１４ａが冷却される。そして、このように冷却されることで霧化電極１３が冷却され、空気中の水分が結露して霧化電極に水（結露水）が供給されるようになっている。

そして、上述のように霧化電極１３の球状放電部１３ｂに結露水が供給された状態において、高圧電源回路Ｃにより対向電極１２と対向電極１２との間にかけられた高電圧により結露水がレイリー***し静電霧化して、帯電微粒子化された液体としての活性種を含んだナノメータサイズの帯電微粒子水となる。そして生成された帯電微粒子水は、対向電極１２のミスト吐出口１２ａ側に向かって支持枠１１内を通過して外部に放出される。

また、本実施形態の静電霧化装置１０では、霧化電極１３と電気的に接続されるとともにこの霧化電極１３側が吸熱側となるように通電されるＰ型熱電素子１４で冷却部が構成される。このため、従来のように熱電素子及び霧化電極間に他の部材を介在させることなく、Ｐ型熱電素子１４と霧化電極１３とを直接接続させた構成となる。したがって、Ｐ型熱電素子１４を１つ設けるコンパクトかつ省電力な構成であっても、霧化電極１３を効率よく冷却することができるようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では冷却部が霧化電極１３と電気的に接続されるとともにこの霧化電極１３側が吸熱側となるように通電されるＰ型熱電素子１４で構成される。つまり、従来のように熱電素子及び霧化電極間に他の部材を介在させることなく、Ｐ型熱電素子１４と霧化電極１３とを直接接続させた構成される。このように、１つのＰ型熱電素子１４によるコンパクトかつ省電力な構成であっても、従来のような複数の部材の界面による霧化電極１３の冷却効率低下の発生を抑えることができ、霧化電極１３を効率よく冷却することができる。

（２）電力供給部としての電流供給部２０は、Ｐ型熱電素子１４の吸熱側の霧化電極１３と接続される通電部材としてのリード線２１とＰ型熱電素子１４の排熱側の金属製部材としての放熱部１５とで通電回路が形成される。そしてＰ型熱電素子１４の吸熱側の霧化電極１３と接続されるリード線２１は、その断面積（線径）がＰ型熱電素子１４の排熱側の放熱部１５の断面積（線径）よりも小さい構成とされる。このような構成により、リード線２１の熱抵抗を大きくでき、霧化電極１３及びリード線２１間の熱の移動が極力抑えることができ効率よく霧化電極１３を冷却することができるようになっている。

（３）霧化電極１３と対向する位置に対向電極１２を設けるため、霧化電極１３及び対向電極１２間の放電が安定し、安定して帯電微粒子水を発生させることができるようになっている。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、Ｐ型熱電素子１４によって霧化電極１３を冷却する冷却部を構成したが、例えば図４に示すようにＮ型熱電素子３０によって霧化電極１３を冷却する冷却部を構成してもよい。この場合、図４に示すように霧化電極１３（リード線２１）側から放熱部１５（リード線２２）に電流が供給されるように電流供給部２０と接続することで、霧化電極１３側となるＮ型熱電素子３０の端部３０ａで吸熱でき、放熱部１５側となるＮ型熱電素子３０の端部３０ｂで放熱できる。

・上記実施形態では、特に言及していないが、例えば霧化電極１３と電気的に接続される熱電素子（Ｐ型熱電素子１４）の極性と異なる極性の熱電材料（Ｎ型熱電材料）にて霧化電極１３を構成してもよい。このような構成とすることで、霧化電極１３においても熱電素子１４のように部分的（例えば球状放電部１３ｂなど）を冷却することができるようになるため、球状放電部１３ｂを効率よく冷却することが可能となる。

・上記実施形態では、１つの霧化電極１３と１つのＰ型熱電素子１４とが接続される構成としたが、例えば図２及び図３に示すように１つの霧化電極１３に対して同種の熱電素子（Ｐ型熱電素子１４）が２つ又は３つ接続される構成を採用してもよい。もちろん、１つの霧化電極１３に対して４つ以上の熱電素子を接続してもよい。このような構成とすることで、熱電素子の強度を向上させることができる。

・上記実施形態では、特に言及していないが、熱電素子１４は、前記熱電素子１４の吸熱側が開口された有底筒状の凹部内に配置してもよい。このような構成としては、例えば図５（ａ）（ｂ）に示すように、放熱部１５とこの放熱部１５上に前記熱電素子１４の外周を覆う円筒状の筒部４０を配置することで凹部を構成することができる。このような構成とすることで、図５（ｂ）に示すように結露水Ｍ１に加えて過剰結露水Ｍ２が発生した場合でも筒部４０にて筒部４０から外部にその過剰結露水Ｍ２が流出することを抑えることができる。また、熱電素子１４の放熱側端部１４ｂにて加熱された放熱部１５に前記結露水Ｍ２が達すると、放熱部１５により加熱されて過剰結露水Ｍ２を乾燥させることができる。

・また霧化電極１３の代替手段として図６及び図７に示すようにリード線２１にて構成してもよい。具体的には、図６に示すように前記リード線２１を折り曲げて、このリード線２１の先端を前記対向電極１２（図１参照）側を向くように半田接合等の接合部材５０を用いてＰ型熱電素子１４（Ｎ型熱電素子でも可）と電気的に接続することで霧化電極１３の代替手段として利用することが可能となる。また、図７に示すようにリード線２１の先端を霧化電極１３の球状放電部１３ｂのように球状とするためにレーザを用いて加熱・溶解させることが考えられる。このように、リード線２１の先端部２１ａを球状とすることで放電を安定させることができる。

・また図８に示すように、回路基板６０上に２つの回路パターン６１，６２を形成し、一方の回路パターン６１上に熱電素子１４の端部（放熱側端部１４ｂ）を接続し、他方の回路パターン６２には霧化電極１３に接続されるリード線２１が半田接合される構成を採用してもよい。なお、各回路パターン６１，６２間には電流供給部２０を構成する回路素子が配置されることで、上記実施形態と同様に熱電素子１４に電流を供給することが可能となる。このような構成とすることで、静電霧化装置１０に必要となる他の制御回路や駆動回路を同一の基板６０上に配置することができる。

・上記実施形態では特に言及していないが、例えば対向電極１２の耐食性を向上させるために耐食性の高い金や白金等の材料を表面にコーティングしてもよい。このような構成とすることで、帯電微粒子水による錆び等の発生を抑えることができる。また、霧化電極１３の耐食性を向上させるために対向電極１２と同様に耐食性の高い金や白金等の材料を表面にコーティングしてもよい。

・上記実施形態では、霧化電極１３とこの霧化電極１３と対向して配置された対向電極１２との間に高電圧が印加されるように構成されている。しかしながら、例えば対向電極１２を省略した構成とし、霧化電極１３に高電圧が印加される構成であってもよい。

１０…静電霧化装置、１２…対向電極、１３…霧化電極、１４…Ｐ型熱電素子、１５…金属性部材及び凹部を構成する放熱部、２０…電力供給部としての電流供給部、３０…Ｎ型熱電素子、４０…凹部を構成する筒部、Ｍ１…結露水。

Claims (6)

1. 霧化電極を冷却部にて冷却することにより前記霧化電極の表面に結露水を生成し、前記霧化電極の先端側に設けられる放電部に保持された結露水に電圧を印加することで帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置であって、
   前記冷却部は、前記霧化電極と電気的に接続されるとともに該霧化電極側が吸熱側となるように電力供給部にて通電されるＰ型熱電素子及びＮ型熱電素子のいずれか一方の熱電素子で構成されたことを特徴とする静電霧化装置。
2. 請求項１に記載の静電霧化装置において、
   前記電力供給部は、前記熱電素子の吸熱側の前記霧化電極と接続される通電部材と前記熱電素子の排熱側の金属性部材と接続される通電部材とで通電回路が形成され、
   前記熱電素子の吸熱側の前記霧化電極と接続される通電部材は、その断面積が前記熱電素子の排熱側の通電部材の断面積よりも小さいことを特徴とする静電霧化装置。
3. 請求項１又は２に記載の静電霧化装置において、
   前記霧化電極は、該霧化電極と電気的に接続される前記熱電素子の極性と異なる極性の熱電材料から構成されたことを特徴とする静電霧化装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電霧化装置において、
   前記１つの霧化電極に対して同種の熱電素子が複数配置されたことを特徴とする静電霧化装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電霧化装置において、
   前記熱電素子は、前記熱電素子の吸熱側が開口された有底筒状の凹部内に配置されたことを特徴とする静電霧化装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電霧化装置において、
   前記霧化電極と対向する位置に対向電極を設けたことを特徴とする静電霧化装置。

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