WO2013084601A1

WO2013084601A1 - 静電霧化装置

Info

Publication number: WO2013084601A1
Application number: PCT/JP2012/077046
Authority: WO
Inventors: 祐花里中野; 矢野　武志; 豊裏谷; 英聖上垣; 誠之鈴木; 小幡　健二; 須川　晃秀
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-06-13
Also published as: JP2013119076A

Abstract

静電霧化部（４）と、高電圧印加部（５）と、熱交換手段用電源供給部（６）と、送風部（７）とが同一の回路基板（８）上に構成されて、ケース（１３）内に備えられた静電霧化装置において、ケース（１３）に、空気を吸入する空気吸入口（９）と、静電霧化部（４）で生成された帯電微粒子水が放出される放出部（１０）とを設け、送風部（７）による送風で、空気吸入口（９）、送風部（７）、静電霧化部（４）、放出部（１０）の順に空気が流れる送風経路（１１）が形成されように構成されており、熱交換手段用電源供給部（６）の発熱回路部品（１２）が、送風経路（１１）から外れた位置に配置されたものである。当該構成により、静電霧化装置を小型化できるとともに、静電霧化部に対する発熱回路部品の熱による影響を抑制できる。

Description

静電霧化装置

　本発明は、静電霧化装置に関するものである。

　従来より、たとえば日本国特許公開２００７－１１７９７１号公報に開示されているような静電霧化装置がある。

　上記文献に示された静電霧化装置は、放電極と熱交換手段を備えた静電霧化部と、放電極に供給された水を静電霧化するために強電界を発生させるための高電圧印加部と、熱交換手段の放熱部を冷却するための送風部と、送風及び水供給制御部とを備える。

　送風及び水供給制御部は、送風部の制御及び熱交換手段を構成するペルチェユニットの運転制御を行うもので、ペルチェユニットの運転制御のために昇圧回路を備えており、この昇圧回路には大電流が印加されると発熱するダイオード等の発熱回路部品が備えられる。　

　発熱回路部品が発熱すると、その熱が放電極の周囲の空気を暖めるおそれがあり、放電極の周囲の空気が暖められると、空気中の水分を基にして放電極に水を効果的に供給でき難くなる。

　このため、上記文献は、静電霧化部、高電圧印加部、送風部、送風及び水供給制御部をそれぞれブロック化してケース内に別々に組み込み、ブロック相互を離間させることで、ブロックが他のブロックに与える影響を抑制されるようにしている。

　これにより、送風及び水供給制御部に備えらえた発熱回路部品の熱が放電極に影響を与え難いようにされている。

　しかし、この従来例は、静電霧化部、高電圧印加部、送風部、送風及び水供給制御部のブロックが、それぞれケース内に別々に組込まれ、相互に離間して固定されるため、組込みが複雑で、製造コストがアップし、装置が大型化するという問題がある。

　そこで、本発明の目的は、小型化が可能で、組立が容易で、しかも、発熱回路部品の熱が放電極に影響を与えるのを抑制できる静電霧化装置を提供することにある。

　本発明の静電霧化装置は、放電極と空気中の水分を基に結露水を生成して前記放電極に水を供給するための熱交換手段とを有した静電霧化部と、前記放電極に供給された水を静電霧化するために強電界を発生させるための高電圧印加部と、前記熱交換手段に電源を供給するための電源供給部と、前記熱交換手段に風を供給して冷却するための送風部と、前記前記静電霧化部、前記高電圧印加部、前記電源供給部および前記送風部を内部に収納するケースと、を備え、前記静電霧化部と、前記高電圧印加部と、前記電源供給部と、前記送風部は、同一の回路基板上に実装され、前記回路基板が前記ケース内に配置され、前記ケースに前記静電霧化部に空気を供給するための空気が吸入される空気吸入口と、前記静電霧化部で生成された帯電微粒子水が放出される放出部が設けられ、前記送風部は、前記回路基板上において前記空気吸入口と前記静電霧化部との間に配置されて、前記送風部による送風で前記空気吸入口、前記送風部、前記静電霧化部、前記放出部の順に空気が流れる送風経路が形成され、前記電源供給部には、前記静電霧化部の運転の際に大電流が流れることで発熱する発熱回路部品が含まれており、前記発熱回路部品は、前記回路基板上において前記送風経路から外れた位置に配置されることを特徴とする。

　この静電霧化装置において、前記発熱回路部品の近くに放熱部が設けられることが好ましい。

　この静電霧化装置において、前記発熱回路部品と前記静電霧化部との間の熱伝導経路の途中に１または複数の放熱部が設けられることが好ましい。

　この静電霧化装置において、前記静電霧化部、および前記送風部が前記回路基板の表面側に設けられ、前記発熱回路部品が前記回路基板の裏面側に設けられることが好ましい。

　この静電霧化装置において、前記回路基板を平面視したときに、前記発熱回路部品と前記静電霧化部とを結ぶ直線上に沿って１または複数の放熱部が設けられていることが好ましい。

　この静電霧化装置において、前記ケースの内部は、前記回路基板によって第１の領域と第２の領域とに区分けされ、前記送風経路は、前記第１の領域側に形成され、前記発熱回路部品は、前記第２の領域側に配置されていることが好ましい。

　本発明は、静電霧化部と、高電圧印加部と、熱交換手段用電源供給部と、送風部が同一回路基板上に構成され、この回路基板がケースに備えられるので、静電霧化装置の小型化が可能で、組立てが容易となる。また、小型化を可能とするため、各部品が同一回路基板上に構成されたものであるにもかかわらず、発熱回路部品が送風経路から外れた位置に配置されるので、発熱回路部品の熱が放電極に影響を与えるのを抑制し、安定して結露水を生成することが可能となる。

　本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
本発明の実施形態に係る静電霧化装置の平断面図である。本発明の実施形態に係る静電霧化装置の縦断面図である。本発明の実施形態に係る静電霧化装置における静電霧化部、送風部、カバーが回路基板に保持されている状態の断面図である。本発明の実施形態に係る静電霧化装置の静電霧化部の斜視図である。本発明の実施形態に係る静電霧化装置の静電霧化部の断面図である。本発明の他の実施形態に係る静電霧化装置の断面図である。本発明の更に他の実施形態に係る静電霧化装置の断面図である。

　以下、本発明の実施形態に係る静電霧化装置１を添付図面に基づいて説明する。

　本実施形態の静電霧化装置１は、静電霧化部４と、高電圧印加部５と、後述する熱交換部（熱交換手段）３へ電源を供給する電源供給部６と、熱交換部３に風を供給して冷却するための送風部７と、回路基板８と、ケース１３と、を備える。回路基板８には、静電霧化部４、高電圧印加部５、電源供給部６および送風部７が実装され、回路基板８がケース１３に内装される。　

　静電霧化部４は、放電極２と、空気中の水分を基に結露水を生成して放電極２に水を供給するための熱交換部（熱交換手段）３と、放電極２および熱交換部３が内部に組み込まれる霧化ケーシング１５と、を備える。

　熱交換部３は、ペルチェユニットにより構成される。

　霧化ケーシング１５は合成樹脂により構成され、図３Ｃに示されるように、対向電極２０を備えている。

　対向電極２０は環状に形成され、環状の中心が放電極２の軸芯の延長線上に位置する。

　熱交換部３を構成するペルチェユニットは、複数の熱電素子１６を備える。図３Ａ～図３Ｃにおいては、熱電素子１６としてはＰ型のペルチェ素子とＮ型のペルチェ素子が用いられる。そしてＰ型のペルチェ素子の端部と、Ｎ型のペルチェ素子の端部が、平板状の導電材よりなる連結部１７の裏面に固着してあり、ペルチェ素子の連結部１７側の端部（図３Ｃでは上端部）が冷却側となり、ペルチェ素子の連結部１７と反対側の端部（図３Ｃでは下端部）が放熱側となる。

　連結部１７の表面側には先端が尖った放電極２が突設してあり、熱交換部３の冷却側が冷却されることで放電極２が冷却される。

　Ｐ型とＮ型で対をなす熱電素子１６の放熱側の端部（図３Ｃでは下端部）には、それぞれ通電と熱を放熱する放熱用通電部２３が接合してあり、図３Ｂおよび図３Ｃに示すように放熱用通電部２３が霧化ケーシング１５の外側に突出している。

　放熱用通電部２３は、放熱の機能と、熱電素子１６への通電の機能を備えている。

　図３Ｂに示すように、放熱用通電部２３が霧化ケーシング１５の側面からＬ状に突設されており、これにより側面からの側方への突出長をできるだけ短くしながら放熱面積を広く確保できるようにしている。この放熱用通電部２３の先端部は接続用端子部２２となっている。

　霧化ケーシング１５は、対向電極２０が位置する側の第１の端部１５ａ（図３Ａでは右端部で、図３Ｂや図３Ｃでは上端部）が開口し、また、第２の端部１５ｂ（図３Ａでは上端部で、図３Ｂや図３Ｃでは後端部）に空気流入用開口２５が設けられる。　

　図２に示されるように、本実施形態の静電霧化部４、高電圧印加部５、電源供給部６、送風部７は全て同一の回路基板８上に保持されて、一つのユニットとして構成される。

　また、回路基板８には電源入力部（図示せず）が保持され、この電源入力部には外部から電源を入力するためのコネクターを有する電源線が接続される。回路基板８に保持された電源入力部は、回路基板８に形成した回路を通して回路基板８に保持する高電圧印加部５、電源供給部６、送風部７等と電気的に接続される。

　回路基板８には合成樹脂製の電気的絶縁性を有するカバー３０が保持される。カバー３０は、放電極２と熱交換部３を備えた静電霧化部４を覆う。

　カバー３０の第１の端面３０ａ（図１では左端面）には空気取入れ口３１が開口しており、第１の端面３０ａとは反対側の第２の端面３０ｂ（図１では右端面）には放出部１０を構成する筒部２４が設けられる。

　このようにしてカバー３０を回路基板８に保持させることで、カバー３０と回路基板８で囲まれた空間３３が空気取入れ口３１と放出部１０を除いて略密閉され、静電霧化部４はこの空間３３内に配置される。

　図１に示されるように、カバー３０の第１の端面３０ａが送風部７の一端面に当接状態で対向しており、空気取入れ口３１が送風部７と対向している。

　静電霧化部４、高電圧印加部５、電源供給部６、送風部７が保持された回路基板８は、ケース１３内に組み込まれて内装される。回路基板８をケース１３に内装した状態で、カバー３０の第２の端面３０ｂに設けた筒部２４がケース１３の一端面（図１では右端面）から突出される。

　ケース１３には（図１のケース１３では上側面の略中央）空気吸入口９が設けられる。

　ケース１３内には、送風部７による送風で、図１や図２中の一点鎖線で示されるように、空気吸入口９、送風部７、静電霧化部４を配置した空間３３、放出部１０の順に空気が流れる送風経路１１が形成される。

　ペルチェユニットよりなる熱交換部３に電源を供給するための電源供給部６は昇圧回路を有し、この昇圧回路は大電流が印加されると発熱するダイオード等の発熱回路部品１２を備える。

　この発熱回路部品１２は回路基板８の送風経路１１から外れた位置に配置される。

　前記構成の静電霧化装置１は、電源供給部６から熱電素子１６に対し通電すると、各熱電素子１６内において同一方向への熱の移動が生じ、熱電素子１６の冷却部側が冷却されて放電極２が冷却され、放熱側が高温となって放熱用通電部２３が高温となる。

　放電極２が冷却されると放電極２の周囲の空気が冷却され、空気中の水分が結露等により液化されて放電極２の先端部に結露水が生成される。

　前記のようにして放電極２を冷却して放電極２の先端部に結露水が保持された状態で、高電圧印加部５により高電圧を印加して、放電極２の周りに強電界を発生させる。これにより放電極２の先端部に保持されている水がマイナス又はプラスに帯電し、帯電した水にクーロン力が働き、該水の液面が局所的に円錐形状に盛り上がってテイラーコーンが形成される。すると、円錐形状となった水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水を発生させる。

　一方、放熱用通電部２３から熱が放出される。

　ここで、電源供給部６から熱電素子１６への通電と同時に送風部７に通電され、送風部７が運転され、図１や図２中の一点鎖線で示される送風経路１１に沿って空気が流れる。

　送風経路１１の途中の送風部７を通過して空間３３に送られた空気流は、霧化ケーシング１５の外周壁に沿って流れ、放熱用通電部２３に当って、放熱用通電部２３を冷却して放熱を促進させカバー３０の第２の端面３０ｂ側に流れる。

　一方、霧化ケーシング１５内で静電霧化により生成された帯電微粒子水は静電霧化時に発生するイオン風、及び、空気流入用開口２５から霧化ケーシング１５内に流れ込む少量の空気の流れにより、霧化ケーシング１５の開口する第１の端部１５ａを通じて外に運ばれる。霧化ケーシング１５の第１の端部１５ａの外に運ばれた帯電微粒子水は霧化ケーシング１５の外側を流れてきた空気流と合流してこれに乗って放出部１０から外部に放出される。これにより、帯電微粒子水を遠くまで飛ばすことが可能となる。

　空気流入用開口２５から霧化ケーシング１５内に流れ込む空気の風量は、放電極２における空気中の水分を結露水として生成することの妨げとならないような風量となるようにする。これにより、結露時間を短く且つ安定して結露水を生成することが可能となる。

　前記構成の静電霧化装置１は、放電極２と熱交換部３を備えた静電霧化部４、高電圧印加部５、電源供給部６、送風部７等を回路基板８に保持して一つのユニットとして構成してあるので、構成が簡略化され、小型化が可能となる。

　しかも、熱交換部３への通電と熱を放熱する機能を有する放熱用通電部２３を備えるので、熱交換部３への通電と放熱を別部材で構成する必要がなく、構成が簡略化され、この点でも静電霧化装置１の小型化が可能となる。

　本実施形態の静電霧化装置１は、発熱回路部品１２が、送風経路１１から外れた位置に配置されるので、発熱回路部品１２の熱が、放電極２を直接加熱したり、あるいは送風経路１１を流れる空気流を加熱して、加熱された空気により放電極２周囲の空気が加熱されるのを抑制できる。

　これにより、同一の回路基板８に各部品を保持して装置のコンパクト化を可能としたにもかかわらず、熱交換部３の冷却により放電極２周囲の空気中の水分を基にして安定した結露水の生成が可能となる。

　また、本実施形態の静電霧化装置１は、熱交換部３への通電と熱交換部３の放熱とを兼ねた放熱用通電部２３が回路基板８に実装されているので、熱交換部３に通電するためのハーネスが必要でなく、構成が簡略化され、且つ、組立が簡略化される。

　ここで、本実施形態の静電霧化装置１では、図１に示すように、発熱回路部品１２の近くに放熱部（放熱用の接点部）１４が設けられている。放熱部１４は、回路基板８に設けられる。放熱部１４は、熱伝導性の高い部材により形成されて、ケース１３と回路基板８とを熱的に接続するものであり、例えば、回路基板８をケース１３に固定するためにねじ穴に留められた固定用ねじである。この図１では、発熱回路部品１２の放電極２側の一側端部（図１では右側端部）の近くに放熱部１４が設けられる。

　このように、発熱回路部品１２の近くに放熱部１４が設けられることで、発熱回路部品１２の熱が放電極２から離れた位置で効果的に放熱され、放電極２側への熱の影響がよりいっそう抑制される。

　図４には、本発明の他の実施形態の静電霧化装置１が示されている。この静電霧化装置１でも、発熱回路部品１２の近くに放熱部１４が設けられる。この例では、発熱回路部品１２の放電極２側の前記一側端部の近くに、発熱回路部品１２の放電極２側の一側端部の幅と略同じ幅又はこれよりも長い幅の放熱部１４が設けられている。これにより、発熱回路部品１２の熱を放熱部１４でより効果的に放熱可能となる。

　上述した２つの実施形態では、放熱部１４を一つ設けた例が示されているが、放熱部１４を回路基板８に複数設けてもよい。

　図５には、本発明の更に他の実施形態の静電霧化装置１が示されている。この静電霧化装置１では、放熱部１４が発熱回路部品１２と静電霧化部４との間の回路基板８における熱伝導経路４０の途中に設けられる。

　図５において発熱回路部品１２から静電霧化部４への熱伝導経路４０が破線により示されており、発熱回路部品１２から静電霧化部４への熱伝導経路４０に１乃至複数の放熱部１４が設けられている。つまり、回路基板８を平面視したときに、発熱回路部品１２と静電霧化部４とを結ぶ略直線上に沿って複数の放熱部１４が配置されている。

　この実施形態のように発熱回路部品１２から静電霧化部４への熱伝導経路４０に放熱部１４が設けられることで、発熱回路部品１２の熱がより効果的に放熱され、放電極２側への熱の影響がよりいっそう抑制される。

　また、図２に示されるように、静電霧化部４、高電圧印加部５、電源供給部６、送風部７が保持された回路基板８からの電気的ノイズの影響を低減させるためのアース部２１が放熱部１４を兼用してもよい。

　アース部２１は回路基板８側と金属製のケース１３側を電気的に接続される。このアース部２１は熱伝導率の高い材料で形成され、発熱回路部品１２の熱がアース部２１の回路基板８側の端部で効果的に集熱され、アース部２１を介して効果的にケース１３に伝熱される。

　また、図２に示されるように、回路基板８の表面側（図２では上面側）に静電霧化部４、送風部７、高電圧印加部５が設けられ、回路基板８の裏面側（図２では下面側）に発熱回路部品１２が設けられるのが好ましい。

　この場合、送風経路１１は図２のように、回路基板８の表面側に形成される。より具体的に説明すると、図２に示されるように、ケース１３の内部が、回路基板８によって第１の領域４１と第２の領域４２とに区分けされるとき、送風経路１１は、第１の領域４１側に形成され、発熱回路部品１２は、第２の領域４２側に配置されているのが好ましい。この場合、ケース１３の第１の領域４１側に空気吸入口９および放出部１０が形成される。

　したがって、回路基板８の裏面側に発熱回路部品１２が送風経路１１を流れる空気流を加熱するのを効果的に抑制可能となり、また、発熱回路部品１２と静電霧化部４とが回路基板８を挟んで表裏に隔離される。

　これにより、本実施形態においては、放電極２側への発熱回路部品１２の熱の影響がよりいっそう抑制される。

　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims

　放電極と空気中の水分を基に結露水を生成して前記放電極に水を供給するための熱交換手段とを有した静電霧化部と、
　前記放電極に供給された水を静電霧化するために強電界を発生させるための高電圧印加部と、
　前記熱交換手段に電源を供給するための電源供給部と、
　前記熱交換手段に風を供給して冷却するための送風部と、
　前記前記静電霧化部、前記高電圧印加部、前記電源供給部および前記送風部を内部に収納するケースと、を備え、
　前記静電霧化部と、前記高電圧印加部と、前記電源供給部と、前記送風部は、同一の回路基板上に実装され、
　前記回路基板が前記ケース内に配置され、
　前記ケースに前記静電霧化部に空気を供給するための空気が吸入される空気吸入口と、前記静電霧化部で生成された帯電微粒子水が放出される放出部が設けられ、
　前記送風部は、前記回路基板上において前記空気吸入口と前記静電霧化部との間に配置されて、前記送風部による送風で前記空気吸入口、前記送風部、前記静電霧化部、前記放出部の順に空気が流れる送風経路が形成され、
　前記電源供給部には、前記静電霧化部の運転の際に大電流が流れることで発熱する発熱回路部品が含まれており、
　前記発熱回路部品は、前記回路基板上において前記送風経路から外れた位置に配置されることを特徴とする静電霧化装置。
　前記発熱回路部品の近くに放熱部が設けられることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
　前記発熱回路部品と前記静電霧化部との間の熱伝導経路の途中に１または複数の放熱部が設けられることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
　前記静電霧化部、および前記送風部が前記回路基板の表面側に設けられ、前記発熱回路部品が前記回路基板の裏面側に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
　前記回路基板を平面視したときに、前記発熱回路部品と前記静電霧化部とを結ぶ直線上に沿って１または複数の放熱部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
　前記ケースの内部は、前記回路基板によって第１の領域と第２の領域とに区分けされ、
　前記送風経路は、前記第１の領域側に形成され、前記発熱回路部品は、前記第２の領域側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。