CN101444768B

CN101444768B - 静电雾化设备

Info

Publication number: CN101444768B
Application number: CN200810179116.0A
Authority: CN
Inventors: 里谷丰; 小幡健二; 井坂笃
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: EP2065095A1; HK1130451A1; US20090135539A1; JP2009125723A; CN101444768A; JP4956396B2

Abstract

本发明的静电雾化设备包括发射电极、供水装置、高压源以及雾化检测装置，并还包括控制器。供水装置被配置来向发射电极供水。高压源被配置来向发射电极施加高电压，从而对发射电极上的水进行静电雾化。雾化检测装置被配置来检测水被从发射电极静电雾化的状态。控制器被配置来在设备的加电时施加启动电压。控制器被配置来在识别出所述状态时施加工作电压。利用该配置，可获得这样的静电雾化设备，其被配置为当静电雾化设备被加电后立即生成带电微小水微粒的雾。可获得这样的静电雾化设备，其被配置为当识别出所述状态后稳定地生成带电微小水微粒的雾。

Description

静电雾化设备

技术领域

本发明涉及一种静电雾化设备，其被配置为通过静电雾化来生成带电微小水微粒的雾。

背景技术

日本专利申请第2007-21370A号公报公开了现有技术的静电雾化设备。该静电雾化设备被配置来生成带电微小水微粒的雾。该现有技术静电雾化设备包括发射电极、相对电极、供水装置、控制器以及高压源。相对电极以与发射电极相对的关系布置。高压源被配置来在发射电极与相对电极之间施加电压。供水装置被配置来向发射电极供水。

在静电雾化设备被加电(energize)后，控制器启动高压源，以对发射电极施加高电压。因此，在发射电极与相对电极之间产生高压电场。从供水装置将水提供到发射电极上。发射电极上的水被高压电场充电。因此，带电的水受到库仑力。该库仑力将带电的水拉向相对电极，从而带电的水形成锥形。发射电极上的锥形水就是所谓的泰勒锥(Taylor cone)。当泰勒锥被形成，该泰勒锥受高压电场影响，从而其顶端被高度充电。也就是说，泰勒锥在顶端具有高能量。当该高能量超过了水的表面张力时，在泰勒锥的顶端引起破碎。该破碎就是所谓的瑞利破碎(Rayleigh breakup)。通过瑞利破碎，从泰勒锥的顶端生成了带电的微小水微粒。这种生成即所谓的静电雾化。这样，从泰勒锥的顶端生成了带电微小水微粒的雾。

然而，现有技术的静电雾化设备需要消耗时间来生成带电微小水微粒的雾。也就是说，在设备工作启动之后，该静电雾化设备不可能立即生成带电微小水微粒的雾。

发明内容

实现本发明以解决上述问题。本发明的目的是提供一种静电雾化设备，其被配置为在设备启动后的短时间内生成带电微小水微粒的雾。

根据本发明的静电雾化设备包括：发射电极、供水装置、高压源以及雾化检测装置。供水装置被配置来向发射电极供水。高压源被配置来向发射电极施加高电压，从而对发射电极上的水进行静电雾化。雾化检测装置被配置来检测水被从发射电极静电雾化的状态。本发明的特征在于该静电雾化设备还包括控制器。控制器被配置来控制高压源，以选择性地提供启动电压和工作电压。启动电压被配置为高于工作电压。控制器被配置为当识别出所述状态时选择工作电压。

利用该配置，当发射电极上的水没有被静电雾化时，控制器控制高压源以施加启动电压。因此，可获得被配置为立即生成带电微小水微粒的雾的静电雾化设备。另外，在雾化检测装置检测到水被从发射电极静电雾化的状态后，控制器控制高压源以施加工作电压。因此，可获得被配置来稳定地生成带电微小水微粒的雾的静电雾化设备。

优选地，该雾化检测装置包括放电电流检测电路。该放电电流检测电路被配置来检测从发射电极流过的放电电流。控制器被配置来基于该放电电流识别静电雾化状态。

优选地，该静电雾化设备还包括相对电极。该相对电极以与发射电极相对的关系布置。放电电流检测电路被连接到该相对电极。放电电流检测电路被配置来检测从发射电极流到相对电极的放电电流。

利用该配置，放电电流检测电路确保能检测到静电雾化的状态。因此，可以检测到水的静电雾化的开始。

优选地，该雾化检测装置还包括放电电流检测电路。该放电电流检测电路被配置来检测从高压源流到发射电极的放电电流。控制器基于该放电电流来识别雾化状态。

利用该配置，放电电流检测电路确保能检测到静电雾化的状态。因此，也可以检测到水的静电雾化的开始。

优选地，该静电雾化设备还包括电压检测电路。该电压检测电路被配置来检测施加给发射电极的施加电压。控制器控制高压源以将施加电压分别保持在启动电压或工作电压。

在这种情况下，即使施加电压不同于启动电压和工作电压，控制器也控制高压源来施加启动电压和工作电压。因此，即使当施加电压不同于启动电压和工作电压时，高压源也可以确保施加启动电压和工作电压。

优选地，该静电雾化设备还包括异常电压检测装置。该异常电压检测装置被配置来确定施加到发射电极的电压的上限和下限。电压检测电路被配置来检测所述施加电压的电压值。控制器被配置为当电压值变得高于上限或变得低于下限时进行限制。

在这种情况下，施加到发射电极的施加电压高于启动电压和工作电压，并低于上限，异常电压检测装置控制高压源以连续地向发射电极施加启动电压和工作电压。另一方面，施加电压高于电压的上限，异常电压检测装置控制高压源以停止向发射电极施加电压。相似地，施加电压低于启动电压和工作电压，并高于下限，异常电压检测装置控制高压源以连续地向发射电极施加启动电压和工作电压。另一方面，施加电压低于电压的下限，异常电压检测装置控制高压源以停止向发射电极施加电压。因此，即使当高压源发生故障并向发射电极施加了过高电压时，高压源也被配置为由异常电压检测装置来停止。

优选地，该静电雾化设备还包括保护电路。保护电路被配置为当放电电流变得高于预定电流时，降低施加给发射电极的启动电压和工作电压。

在这种情况下，即使控制器发生故障并且没有控制高压源，也由保护电路来降低施加到发射电极的电压。因此，可获得这样的静电雾化设备，它具有被配置为当控制器发生故障时停止向发射电极施加高电压的高压源。

根据下面用于执行本发明和各实施例的最佳方式，本发明的这些以及其它特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是示出本发明中施加电压与生成放电电流之间的关系的曲线图。

图2是本发明第一实施例的静电雾化设备的框图。

图3是本发明第一变型实施例的静电雾化设备的框图。

图4是示出本发明的各个电压之间的关系的曲线图。

图5是本发明第二变型实施例的静电雾化设备的框图。

图6是本发明的雾化单元的横截面图。

图7是本发明第三变型实施例的静电雾化设备的框图。

具体实施方式

现在参考附图说明本发明的静电雾化设备。

图2示出本发明的静电雾化设备100。本实施例中的静电雾化设备100包括雾化单元200、控制器300、高压源400、放电电流检测电路500、电压检测电路600以及电源700。

图6示出雾化单元200。雾化单元200用于生成带电微小水微粒的雾。雾化单元200包括发射电极210、相对电极220、雾化筒230以及珀耳帖(Peltier)模块240。需要说明：珀耳帖模块240用作供水装置。

雾化筒230具有管形。雾化筒230结合有发射电极210、相对电极220以及珀耳帖模块240。雾化筒230在其圆周壁上形成有孔231。孔231被配置来通过来自雾化筒230之外的空气。

发射电极210是棒状的。发射电极210形成有轴。发射电极210被布置在雾化筒230的内部。发射电极210的轴被布置为与雾化筒230的轴向对齐。发射电极210的顶端具有发射端211，后端具有凸缘212。

相对电极220被形成为带有圆形窗口221的环形。相对电极220被保持在雾化筒230的顶端。因此，相对电极220以与发射电极210相对的关系布置。相对电极220的圆形窗口221被配置来从雾化筒230内部向雾化筒230外部流通空气。另外，相对电极220不限于形成为带有圆形窗口221的环形。此外，相对电极不限于保持在雾化筒230的顶端。

发射电极210被配置为由高压源400进行加电。因此，高压源被配置为在发射电极210和相对电极220之间施加高电压，从而在发射电极210和相对电极之间产生高压电场。高压源400包括变压器，以在发射电极210和相对电极220之间施加预定的电压。高压源400被配置来向发射电极210施加负电压。在本实施例中，高压源400被配置来施加-4.8kV到-5.0kV的负电压。然而，负电压不限制于-4.8kV到-5.0kV。另一方面，相对电极220被接地。

珀耳帖模块240包括一对导电电路板241、242，以及多个热电转换元件243。导电电路板241、242由诸如氧化铝和氮化铝的电绝缘材料制成。热电转换元件243由热电转换材料制成，诸如Bi-Te基热电转换材料。在导电电路板241和导电电路板242之间平行布置多个热电转换元件243。导电电路板241和242被配置为由图2所示的电源700加电。因此，单元700被配置来向热电转换元件243施加电压。珀耳帖模块240具有作为冷却侧的导电电路板241，以及作为热辐射侧的导电电路板242。珀耳帖模块240通过冷却板501热耦合到发射电极210的凸缘212。因此，珀耳帖模块240被配置为当导电电路板241被冷却时，冷却发射电极210。另一方面，导电电路板242热耦合到热辐射叶片(fin)260。因此，当导电电路板242被加热时，导电电路板242的热量被传输到热辐射叶片260。热辐射叶片260被配置为由流经热辐射叶片260的空气来冷却。因此，热辐射叶片260立即被空气冷却。

静电雾化设备100如下生成带电微小水微粒的雾。珀耳帖模块240被电源700加电，从而对热电转换元件243施加电压。然后热电转换元件243将热量从导电电路板241传输到导电电路板242。结果，热电转换元件243冷却导电电路板241。当导电电路板241被冷却时，热耦合到导电电路板241的冷却板501被冷却。冷却板501热耦合到发射电极210的凸缘212。因此，发射电极被冷却板501冷却。也就是说，珀耳帖模块240冷却通过冷却板501热耦合的发射电极210。这样，冷却的发射电极210将周围空气中的水蒸气冷凝成发射电极210表面上的水。也就是说，珀耳帖模块被配置来冷却发射电极210，以将水冷凝到发射电极，从而为发射电极210提供水。因此，珀耳帖模块用作供水装置。以这种方式，水被提供给发射电极210，从而被提供给发射端211。另外，发射电极210还可以形成为具有多孔(porous)结构。在这种情况下，提供给发射电极的水通过毛细作用被移动到发射端211。

高压源400被配置为在发射电极210和相对电极之间施加高电压。因此，高压源400在发射电极210与相对电极220之间生成高压电场。高压电场将保持在发射端211上的水拉向相对电极220。以这种方式，电场在发射电极210所保持的水上形成小的泰勒锥。另外，电场在泰勒锥的顶端形成小的电荷聚集。结果，小的放电电流从高压源经过发射电极210流向相对电极220。随后，在小的带电泰勒锥的顶端与相对电极220之间引起了中间电场。在这种情况下，电场在发射电极210保持的水上形成中等的泰勒锥。另外，电场在泰勒锥的顶端形成中等的电荷聚集。结果，引起了中等的静电雾化，其中中等的放电电流从高压源经过发射电极210流向相对电极220。并且中等的泰勒锥被中等的库仑力拉向相对电极220。然后，在中等的带电泰勒锥的顶端与相对电极220之间引起了高压电场。因此，高压电场在发射电极210所保持的水上形成了大的泰勒锥。另外，电场在泰勒锥的顶端形成了大的电荷聚集。结果，引起了大的静电雾化，其中大的放电电流从高压源经过发射电极210流向相对电极220。然后，高压电场引起对泰勒锥的顶端的高库仑力。随后，在泰勒锥的顶端引起破碎。该破碎即所谓的瑞利破碎。最后，由于在泰勒锥的顶端处引起的瑞利破碎，从在发射端211保持的水的泰勒锥产生出纳米大小的带电微小水微粒雾。该纳米大小的带电微小水微粒雾被施加以负电压的发射电极210负充电。该纳米大小的带电微小水微粒雾由从发射电极210吹向相对电极220的离子风承载。然后，该纳米大小的带电微小水微粒雾经由相对电极220的圆形窗口221被排出，并沿着图6所示的箭头方向流动。带电微小水微粒雾具有大约纳米大小的小直径。因此，该雾能够在延长的时间内在空气中散布和漂浮，从而附着到该雾被排放的房间中的物质上。另外，该纳米大小的带电微小水微粒的雾包括原子团。因此，该纳米大小的带电微小水微粒的雾具有除臭效果和灭菌效果。

返回图2，该雾化单元200具有发射电极210，它由高压源400加电。高压源400被配置来向发射电极施加-5.0kV的电压作为启动电压。此外，控制器300控制高压源向发射电极200施加-4.8kV的电压作为工作电压。也就是说，启动电压被配置为高于工作电压。

放电电流检测电路500用于检测从发射电极210流向相对电极220的放电电流。放电电流检测电路500被定义为雾化检测装置。放电电流检测电路500被连接到相对电极220，以检测放电电流，从而检测从发射电极210到相对电极220的放电电流。如上所述，当在发射电极210上的水上引起了静电雾化时，放电电流流动。也就是说，放电电流检测电路500被配置为基于从发射电极210流向相对电极220的放电电流，来检测水被从发射电极210静电雾化的状态。放电电流检测电路500经由二极管被连接到高压源400，以将放电电流的电流值作为信号发送。放电电流检测电路500被连接到控制器300，以发送放电电流的电流值的信号920。

电压检测电路600被配置来检测电压值。电压检测电路600被连接到高压源400，从而检测施加给发射电极210的施加电压的电压值。电压检测电路600被连接到控制器300，以将施加电压值作为图2所示的信号930发送。

控制器300被配置来向高压源400发送信号900，以启动和停止高压源400。控制器300被配置为在通过信号900对静电雾化设备100加电之后，控制高压源400的功率。控制器300被配置来向高压源400发送放电电压调节信号，以调节施加给发射电极210的高电压。因此，控制器300被配置来控制高压源400，以选择性地提供启动电压和工作电压。控制器300被配置为基于水被从发射电极210静电雾化的状态来选择工作电压。特别地，当为静电雾化设备100加电后，控制器300控制高压源400向发射电极210施加启动电压。此外，当识别出水被从发射电极210静电雾化的状态时，控制器300控制高压源400向发射电极210施加工作电压。

接下来，结合图1和图2来说明静电雾化设备100的操作。图1是示出施加到发射电极210的电压与从静电雾化设备100启动开始经过的时间之间的关系的曲线图。静电雾化设备100如下工作。当按下附图中未示出的电源按钮时，静电雾化设备100被图中未示出的外部电源加电。控制器300控制电源700在板241、242之间施加电压。控制器控制高压源400向发射电极210施加启动电压800，如图1所示。也就是说，控制器300被配置来控制高压源，以在为静电雾化设备100加电时提供启动电压。另外，雾化单元200按照如上所述启动。控制器300被配置来控制高压源400，以连续向发射电极210施加启动电压，直到放电电流检测电路500检测到放电电流。

经过一定的时间后，连续施加的启动电压使发射端211的顶端的水静电雾化。然后，在发射电极210与相对电极220之间产生放电电流。放电电流随着泰勒锥的扩大而增加。放电电流检测电路未被配置为检测小的放电电流，而是被配置为检测中等放电电流和大的放电电流。当放电电流变得高于中等放电电流时，放电电流检测电路500检测到该放电电流。由图1的附图标记820所示的箭头来示出水被静电雾化的状态。利用该配置，控制器300被配置为当静电雾化设备100被加电后，控制高压源400施加启动电压。启动电压被配置为高于工作电压。因此，可获得被配置为当静电雾化设备被加电时就立即生成带电微小水微粒雾的静电雾化设备100。随后如图1中所示，控制器300被配置为当基于放电电流识别出水被静电雾化的状态时，控制高压源400向发射电极210提供工作电压810。因此，静电雾化设备100能够在识别出该状态后稳定地产生带电微小水微粒的雾。

此外，静电雾化设备100包括电压检测电路600。电压检测电路600被配置为检测施加到发射电极210的施加电压。基于该施加电压，控制器300控制高压源400，以将施加电压分别保持在启动电压和工作电压。换句话说，控制器300控制高压源400以将施加电压调节到启动电压或工作电压。因此，可获得包括这样的高压源400的静电雾化设备100，该高压源被配置为确保向发射电极210施加启动电压和工作电压。

图3示出本发明实施例的静电雾化设备的第一种变型。在该变型中，静电雾化设备100包括具有异常电压检测装置310的控制器300。该异常电压检测装置310被配置来确定高压源400的上限940、下限950、高水平电压960、以及低水平电压970。图4是示出上限940、下限950、高水平电压960、以及低水平电压970与由电压检测电路600检测的启动电压800(或工作电压810)之间的关系的曲线图。高水平电压高于启动电压和工作电压。上限高于高水平电压。低水平电压低于启动电压和工作电压。下限低于低水平电压。

控制器300被配置为基于上限、下限、高水平电压和低水平电压与由电压检测电路600检测的施加电压之间的关系，来停止或连续驱动高压源400。特别地，控制器300被配置为当施加电压在高水平电压和上限之间时，连续驱动高压源400。在这种情况下，控制器控制高压源，以将施加电压调整到启动电压或工作电压。控制器被配置为当施加电压在低水平电压和下限之间时，连续驱动高压源。在这种情况下，控制器300控制高压源，以将施加电压调整到启动电压或工作电压。另一方面，控制器被配置为当施加电压高于上限时限制高压源。因此，高压源400被配置为从不向发射电极210施加过高电压。类似地，控制器被配置为当施加电压低于下限时，限制高压源。因此，利用这种配置，可获得安全的静电雾化设备100。

图5示出本实施例的静电雾化设备100的第二种变型。在该变型中，静电雾化设备100包括控制器300和高压源400。本变型中的控制器300与第一种变型中的控制器300是相同的。高压源400包括如图5所示的保护电路410。

保护电路410被配置为基于由放电电流检测电路500检测的到放电电流来控制高压源400，以降低施加给发射电极210的施加电压。特别地，保护电路410被配置为当放电电流的电流值高于预定电流时控制高压源400以降低施加电压。

放电电流检测电路500被配置来检测放电电流，并且随后被配置来向高压源400的保护电路410发送放电电流的电流值。保护电路410被配置来比较放电电流的电流值与预定的电流。保护电路410被配置为当放电电流的电流值高于预定值时，停止高压源400。保护电路400被配置为当放电电流的电流值低于预定值时，连续地驱动高压源400。也就是说，保护电路410被配置为基于放电电流的电流值来控制高压源400。

因此，带有保护电路410的高压源400被配置为从不向发射电极210施加过高电压。因此，高压源400被配置为即使控制器300或电压检测电路600故障时，也从不向发射电极210施加过高电压。

图7示出本发明的静电雾化设备的本实施例的第三种变型。第三种变型的静电雾化设备基本上和第一种变型相同，除了下面的特征。因此，不需对共同的部分和操作进行重复说明。图7中相似的部份用第一实施例所示的相同的附图标记表示。

如图7所示，这种变型的静电雾化设备具有雾化单元200B和放电电流检测电路500B，分别代替雾化单元200和放电电流检测电路500。雾化单元200B不具有相对电极。高压源400经由放电电流检测电路500B被连接到发射电极210。因此，高压源400被配置来向发射电极210施加高电压。放电电流检测电路500B被配置来检测从高压源400流向发射电极210的放电电流。放电电流检测电路500B被配置来向控制器300发送检测信号。控制器300被配置为基于该检测信号来识别状态。

高压源400被配置为在发射电极210与电势低于发射电极210的物质之间施加高电压。因此，发射电极210上的水被从发射电极210静电雾化。当水被静电雾化时，放电电流从高压源500B经过发射电极210流到雾化单元200B的外面。因此，由放电电流检测电路500B检测从高压源400流向发射电极210的放电电流，使得放电电流检测电路500B生成信号920。信号920被从放电电流检测电路500B发送到控制器300。因此，控制器300基于信号920来识别状态，并控制高压源400以向发射电极210施加工作电压。

要说明的是：本发明的静电雾化设备100包括作为供水装置的珀耳帖模块。然而，优选静电雾化设备包括供水箱来代替珀耳帖模块240。在这种情况下，静电雾化设备还具有供水通道，被配置来将水从供水箱提供到发射电极。优选该供水通道被形成为具有多孔结构，并被配置为通过毛细作用来提供水。此外，可改变静电雾化设备400的设计。例如，可使用不具有相对电极的静电雾化设备。在这种情况下，与静电雾化设备结合的壳体用作相对电极。加电了的发射电极具有高电势。另一方面，壳体不被高压源加电。因此，在发射电极400与壳体之间存在电势差。结果，从发射电极400上的水产生带电微小水微粒的雾。

尽管特别参考上述实施例对本发明进行了说明，本发明不应被限制于此，并且应该被解释为包括实施例中的各特征的任意组合。

Claims

1.一种静电雾化设备，包括：

发射电极；

供水装置，被配置来向所述发射电极供水；

高压源，被配置来向所述发射电极施加高电压，从而对所述发射电极上的水进行静电雾化；以及

雾化检测装置，被配置来检测水被从所述发射电极静电雾化的状态，

其中，所述静电雾化设备还包括控制器，所述控制器被配置来控制所述高压源，以选择性地提供工作电压和高于所述工作电压的启动电压，所述控制器被配置为在识别出所述状态时选择所述工作电压。

2.根据权利要求1所述的静电雾化设备，其中

所述雾化检测装置包括放电电流检测电路，所述放电电流检测电路被配置来检测从所述发射电极流出的放电电流，所述控制器被配置来基于所述放电电流来识别所述状态。

3.根据权利要求2所述的静电雾化设备，还包括与发射电极以相对关系布置的相对电极，其中

所述放电电流检测电路被连接到所述相对电极，并被配置来检测从所述发射电极流到所述相对电极的所述放电电流。

4.根据权利要求1所述的静电雾化设备，其中

所述雾化检测装置包括放电电流检测电路，所述放电电流检测电路被配置来检测从所述高压源流到所述发射电极的放电电流，所述控制器基于所述放电电流来识别所述状态。

5.根据权利要求1所述的静电雾化设备，其中

所述静电雾化设备还包括电压检测电路，被配置来检测施加到所述发射电极的施加电压，并且所述控制器控制所述高压源，以将所述施加电压分别保持在所述启动电压或所述工作电压。

6.根据权利要求5所述的静电雾化设备，其中

所述静电雾化设备还包括异常电压检测装置，所述异常电压检测装置被配置来确定施加到所述发射电极的所述电压的上限和下限，

所述电压检测电路被配置来检测所述施加电压的电压值，并且

所述控制器被配置为当所述电压值变得高于所述上限或变得低于所述下限时进行限制。

7.根据权利要求2所述的静电雾化设备，还包括保护电路，所述保护电路被配置为当所述放电电流变得高于预定电流时，降低施加到所述发射电极的所述启动电压和所述工作电压。