CN101444769A - 静电雾化器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种静电雾化器，其包括雾化电极，用于将水供应给雾化电极的供水装置，高压供电电路和控制装置。所述高压供电电路将高电压施加于所述雾化电极，来静电式地将供应给所述雾化电极的水进行雾化，并生成荷电水颗粒。所述控制装置控制所述高压供电电路使得被施加于所述雾化电极的电压在启动所述静电雾化器时被逐渐增加。此外，所述控制装置可以控制所述高压供电电路，使得所述电压在启动所述静电雾化器时逐步增加到目标电压，而且随着所述电压接近所述目标电压，所述电压在每一步的增量被减少。

Description

静电雾化器
技术领域
[0001]本发明涉及使用静电雾化现象生成荷电水颗粒的技术。
背景技术
[0002]传统地，存在已知的用于生成荷电水颗粒的静电雾化器，其利用冷却雾化电极来允许空气中的水分被凝结在雾化电极上，利用高压供电电路于对雾化电极上的冷凝水施加高电压，从而静电式地将冷凝水雾化。
[0003]在静电雾化器中，当启动电压被施加于静电雾化器的雾化电极时，库仑力作用于雾化电极端部的水上，使得水平面以具有突出前端的针形(称为“泰勒锥”(“Taylor cone”))局部膨胀。电荷聚集泰勒锥的前端，并因此变密，使得附近的电场强度和库伦力增大并且泰勒锥形成。泰勒锥前端周围的水接收大量的能量(密集的电荷的斥力)，并被反复分割和散射(称为瑞利散射)，从而生成纳米尺度的荷电水颗粒。
[0004]然而，在启动静电雾化器时，当电压被从高压供电电路施加于雾化电极，冲击电流流动，使得空闲放电(负离子放电)在泰勒锥未形成的状态中出现。由此，由于长期的使用，雾化电极的端部被蒸发、磨损和损坏，因此导致不稳定的静电雾化。
[0005]此外，在例如日本专利特开平2007-21370中公开了，在静电雾化器中，放电电压的输出量被反馈回高压供电电路，从而减少高电压中的变化。但是，日本专利特开平2007-21370没有公开防止因启动静电雾化器时的空闲放电而引起的雾化电极的损坏的技术。
发明内容
[0006]本发明提供了一种通过防止对因启动静电雾化器时的空闲放电而引起的雾化电极的损坏，而能够长期稳定地执行静电雾化的静电雾化器。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种静电雾化器，包括：雾化电极；供水装置，用于向所述雾化电极供应水；高压供电电路，用于将高电压施加于所述雾化电极来静电式地对供应给所述雾化电极的水进行雾化并且生成荷电水颗粒高压供电电路；以及控制装置，用于控制所述高压供电电路使得施加于所述雾化电极的电压在启动所述静电雾化器时被逐渐增加。
[0008]利用这样的结构，在启动静电雾化器时可以防止冲击电流流动，而且可以防止在启动静电雾化器时因空闲放电引起蒸发和磨损的雾化电极的损坏。
[0009]最好，控制装置控制高压供电电路，使得在启动静电雾化器时电压逐步被增加到目标电压，以及随着电压接近目标电压，减少每一步电压的增量。
[0010]这样，可能进一步确保在启动静电雾化器时没有冲击电流。
静电雾化器还可以包括异常电压探测装置，用于探测高压供电电路的电压中的异常。当电压超出控制装置连续操作静电雾化器的可控制的电压范围的上限和下限时，异常电压探测装置探测出电压的异常。
此外，静电雾化器还可以包括提供给高压供电电路的保护电路。当高压供电电路中的放电电流输出增加到预定值以上时，保护电路用于降低电压。
[0011]根据本发明，在启动静电雾化器时可以防止冲击电流流动，而且可以防止在启动静电雾化器时因空闲放电引起蒸发和磨损的雾化电极的损坏。因此，静电雾化可以长期稳定地执行。
附图说明
本发明的目的和特征将从结合附图给出的下列实施例的描述中变得显而易见，其中：
图1根据本发明实施例示出从高压供电电路施加于雾化电极的电压的时间图；
图2根据本发明另一实施例示出从高压供电电路施加于雾化电极的电压的时间图；
图3是根据本发明的实施例的控制框图；
图4是根据本发明的另一实施例的控制框图；
图5是示出高压供电电路的电压与控制装置的控制输出之间的关系的图；
图6是根据本发明的又一实施例的控制框图；
图7根据本发明的又一实施例示出电压被从高压供电电路施加于雾化电极的时间图；
图8根据本发明的又一实施例示出电压被从高压供电电路施加于雾化电极的时间图；以及
图9是根据本发明示出静电雾化器的示意图。
具体实施方式
[0012]在下文中，本发明的实施例将根据附图得到详细描述。
[0013]静电雾化器4包括雾化电极1，用于将水供应给雾化电极1的供水装置2，以及用于将高电压施加于被供应给雾化电极1的水的高压供电电路3。
[0014]在本发明的实施例中，例如，供水装置2采用允许空气中的水分凝结的冷却装置来将水供应给雾化电极1。
[0015]图9是根据本发明的实施例示出静电雾化器的雾化区4a的示意图。在图9示出的实施例中，冷却装置设置为珀耳帖(Peltier)装置11，并且空气中的水分由冷却装置进行冷却以便凝结，使得水被供应给雾化电极1。
[0016]珀耳帖装置11包括一对珀耳帖电路板15，每块珀耳帖电路板具有由高导热性的氧化铝或氮化铝组成的绝缘板，绝缘板在其一面上具有电路图。珀耳帖电路板15相对放置使得它们的电路图相互面对。基于铋-碲(Bi-Te)的热电元件16在铂耳贴电路板15之间按行放置，并且相邻的热电元件16相互之间通过电路板15进行电连接。因此，通过珀耳帖输入导线17将电从珀耳帖电源30施加到热电元件16，热量从珀耳帖电路板15中的一个被转移到另一珀耳帖电路板15。此外，冷却部件13连接至珀耳帖电路板15中的一个，并且散热部件12被连接至另一珀耳帖电路板15。在本发明的实施例中，采用散热片作为散热部件12的实例。珀耳帖装置11的冷却部件13连接至雾化电极1的后部。
[0017]雾化电极1被由绝缘材料构成的壳体18所环绕，并且在壳体18的外壁中提供了窗口18a，通过该窗口，壳体18的内部和外部相互连通。此外，环形对电极(counter electrode)14相对于雾化电极1被放置在壳体18的前端开口中，使得环形对电极14的中心位于雾化电极1的中心轴线的延长线上。
[0018]在静电雾化器4中，冷却部件13通过将电流施加于珀耳帖装置11来冷却，使得雾化电极1通过已冷却的冷却部件13来冷却。因此，空气中的水分被凝结，从而将水(冷凝水)供应给雾化电极。
[0019]当高电压在如上述水(冷凝水)被供应给雾化电极1的情况中被施加于雾化电极1与对电极14之间时，通过在雾化电极1与对电极14之间施加的高电压，库仑力被施加于供应给雾化电极1的端部的水与对电极14之间。因此，水平面以具有突出前端的针形局部膨胀(称为“泰勒锥”)。电荷集中在泰勒锥的前端，而且因此变密，使得附近的电场强度和库仑力增大并且泰勒锥形成。泰勒锥前端周围的水接收大量的能量(密集的电荷的斥力)并被反复分割和散射(称为瑞利散射)，从而生成纳米尺度的负荷电水颗粒。因此生成的荷电水颗粒以图9中示出的箭头的方向向外部排放。
[0020]图3根据本发明实施例示出静电雾化器4的控制框图。
[0021]在图3中，参考数字8表示包括微型计算机的控制装置，参考数字6表示放电电流探测电路，参考数字7表示电压探测电路，参考数字3表示高压供电电路，参考数字4a表示雾化区，参考数字30表示珀耳帖电源。
[0022]此处，在本发明的实施例中，当高电压在启动静电雾化器4时通过高压供电电路被施加于雾化电极(放电电极)的时候，控制装置8控制高压供电电路使得如图1中所示通过逐渐增加所施加的电压来获得目标高电压。因此，在启动静电雾化器时防止冲击电流流动是在可能的，使得在启动静电雾化器时因空闲放电引起蒸发和磨损的雾化电极的损坏可以得到防止。
[0023]此外，在图2示出的另一实施例中，当控制装置8控制高压供电电路使得通过逐渐增加所施加的电压来获得目标电压，控制装置8控制电压使得其逐步增加。在该情形下，在如图2所示逐步增加电压过程中，随着电压接近目标电压，减少每一步电压的增量。借此，可能进一步确定地控制高压供电电路使得在启动静电雾化器时没有冲击电流流动。
[0024]此外，在图1和2示出的实施例中，从通过逐渐增加所施加的电压而获得目标高电压时到静电雾化启动时的期间的电压(被称作“启动电压”)被设置成比在静电雾化启动之后用于稳定地执行静电雾化的电压(被称作“雾化电压”)要高。
[0025]即，如图1和2所示出，当高电压在启动静电雾化器4时被施加于雾化电极1的时候，如图1所示通过逐渐增加电压来获得目标高电压(即启动电压)。启动电压被设置为高于静电雾化启动之后所施加的雾化电压(例如，启动电压被设置为比雾化电压高大约0.2kV)。
[0026]在静电雾化探测装置5探测到静电雾化的启动之后，通过控制装置5的控制，所施加的电压从启动电压被降低到雾化电压。在图3的控制框图中示出的实施例中，放电电流探测电路6将放电电流探测为放电开始时间，在此时供应给雾化电极1的端部的水形成泰勒锥，并且电荷被聚集在泰勒锥的前端而变得密集，使得泰勒锥前端周围的水接收大量的能量(密集的电荷的斥力)并且被反复分割和散射(瑞利散射)。然后，放电电流探测电路6探测到的放电电流的结果被输入到包括微型计算机的控制装置8。高压供电电路3由传输至控制装置8的控制信号来控制，使得所施加的电压从启动电压被降低到用于稳定地执行静电雾化的雾化电压。
[0027]用于稳定地执行静电雾化的雾化电压依赖于产品的种类而变化。例如，当雾化电压是4.8kV时，启动电压设置在5kV，其比雾化电压高0.2kV。如图3所示出，在本发明的实施例中，提供了电压探测电路7，并且控制装置8基于由电压探测电路7探测到的结果来控制电压，使得电压变成雾化电压。所以，依赖于成分或大气环境的电压变化可以被限制在狭小的范围之内，从而高电压可以得到精确的控制。
[0028]如上所述，在本发明的实施例中，由于启动电压被设置为比雾化电压高，减少用于启动静电雾化的时间是可能的，在此期间供应给雾化电极1的端部的水形成泰勒锥，以及电荷聚集在泰勒锥的前端而变得密集，使得泰勒锥前端周围的水接收大量的能量(密集的电荷的斥力)并被反复分割和散射(瑞利散射)。
[0029]此处，通过如上所述将启动电压设置得比雾化电压高，减少了用于启动静电雾化的时间，并且认为，即使在静电雾化开始以后，静电雾化是在与启动电压相同的高电压下进行的。但是，在该情形下，由于静电雾化不能稳定地执行，其是不被优选的。
[0030]同时，万一启动电压被设置得等于雾化电压来稳定地执行静电雾化，如上所述，由于用于启动静电雾化的时间过度增加，其是不被优选的。
[0031]图4示出根据本发明的又一个实施例控制框图。在该实施例中，控制装置8配备有异常电压探测装置9，用于探测高压供电电路3的电压中的异常。在该实施例中，如图5所示，关于静电雾化期间的电压控制，用于由控制装置8来连续操作静电雾化器4的高电压的可控制范围的上限AKV和下限BKV分别被设置为超过在其中静电雾化可稳定执行的雾化电压(目标电压)容许值的上限和下限。出于便利，在图4中，雾化电压所容许值的上限和下限分别被定义作静电雾化的上下阈值。目标电压被设置在静电雾化可稳定执行的高电压范围的静电雾化上下阈值之内。
[0032]即使在电压超过静电雾化可稳定执行的电压范围的上限和下限时，如果高电压处于用于由控制装置8来连续操作静电雾化器4的高电压可控制范围的上限和下限之间，则控制装置8确定高压供电电路是正常的，并且将电压控制在静电雾化可在其上稳定执行的产品的目标电压。同时，仅当电压超过用于由控制装置8来连续操作静电雾化器4的高电压可控制范围的上限和下限(AkV和BkV)时，异常电压探测装置9才探测到电压的异常。这样，当异常电压探测装置9探测到电压的异常时，控制装置8确定高压供电电路3是异常的，以及因此停止高压供电电路的电压的施加或停止静电雾化器的操作。
[0033]所以，根据本发明，当电压处于用于由控制装置8来连续操作静电雾化器4的高电压可控制范围的上限和下限之间时，即使电压超过静电雾化可稳定执行的电压范围的上限和下限，电压被控制装置8调节到目标电压，因此静电雾化器能够得以连续操作。同时，当电压超过用于由控制装置8来连续操作静电雾化器4的高电压可控制范围的上限和下限的时候，异常电压探测装置9探测到电压的异常，并且控制装置8确定高压供电电路3是异常的，并因此停止高压供电电路3的电压的施加或关掉静电雾化器的操作，从而提高安全性。
[0034]图6示出根据本发明的又一实施例的控制框图。在该实施例中，保护电路10被提供给高压供电电路3，来用于当高压供电电路3中的放电电流输出被增加到超出预定值的时候降低电压。所以，当控制装置8过载并因此无法操作时，即使放电电流的输出量被增加到高于预定值，保护电路10能够控制电压，因而确保安全。
[0035]在上述实施例中，如图1和2所示，已经描述了示例性的情形，即从通过逐渐增加所施加的电压而获得目标高电压时到静电雾化启动时的期间的电压被设置成比在静电雾化启动之后用于稳定地执行静电雾化的雾化电压要高。但是，如图7和8所示，通过逐渐增加被施加于雾化电极1上的电压而获得的目标高电压可以用作用于稳定地执行静电雾化的雾化电压。
[0036]即使在该实施例中，也可以在启动静电雾化器的时防止冲击电流流动，并且可以防止因在启动静电雾化器时空闲放电引起蒸发和磨损而造成的雾化电极的损坏。
[0037]此外，在以上实施例中，供水装置2采用冷却装置作为实例，通过允许凝结空气中的水分来将水供应给雾化电极1。但是，在本发明中，可以将收集在水箱中的水通过使用毛细现象的水传送装置来供应给雾化电极1的端部。
虽然针对示例性实施例来示出并描述了本发明，本领域内的技术人员将会理解本发明并不限于前述实施例，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和变型。

Claims (4)

1、一种静电雾化器，包括：
雾化电极；
供水装置，用于将水供应给所述雾化电极；以及
高压供电电路，用于将高电压施加于所述雾化电极，来静电式地对供应给所述雾化电极的水进行雾化并生成荷电水颗粒；以及
控制装置，用于控制所述高压供电电路，使得被施加于所述雾化电极的电压在启动所述静电雾化器时被逐渐增加。
2、根据权利要求1所述的静电雾化器，其中所述控制装置控制所述高压供电电路，使得所述电压在启动所述静电雾化器时逐步被增加到目标电压，并且随着所述电压接近所述目标电压，所述电压在每一步的增量被减少。
3、根据权利要求1所述的静电雾化器，还包括异常电压探测装置，用于探测所述高压供电电路的电压中的异常，其中当所述电压超过用于由所述控制装置来连续操作所述静电雾化器的电压的可控制范围的上限和下限时，所述异常电压探测装置探测出所述电压的异常。
4、根据权利要求1所述的静电雾化器，还包括提供给所述高压供电电路的保护电路，所述保护电路用于当所述高压供电电路中的放电电流输出被增加到超出预定值时减少所述电压。
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