CN101959610B - 静电雾化装置 - Google Patents
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Abstract
一种静电雾化装置具有放电电极(20)、对置电极(30)、用于在放电电极(20)与对置电极(30)之间施加电压的电压施加装置(40)、用于使得放电电极(20)保持液体的液体供给装置(50)。使用还原水作为待雾化的液体。静电雾化装置可产生具有还原功能的包含带电微粒的液体。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用静电雾化现象生成带电微小水粒子雾的静电雾化装置。
背景技术
在过去，如日本特许公开出版物第2007-167796号中所公开的，已经知道被配置成使水(例如，自来水)雾化以生成纳米大小带电微小水粒子雾的静电雾化装置。
上述带电微小水粒子雾包括诸如羟自由基的自由基。这种自由基具有氧化作用。因此，静电雾化装置能够产生诸如除臭效果、病毒和/或霉菌过滤效果以及病毒和/或霉菌抑制效果。
例如，上述日本特许公开出版物公开了带电微小水粒子雾附着到并渗透入食品以进行杀菌、除臭、有害物质降解或者保湿(简言之，食物保存)。
值得注意的是，不仅细菌的作用会使物品(例如，食品)劣化，氧化也会使物品劣化。特别是，对于长时间的食品保鲜，有必要防止由氧化引起的劣化。
然而，从水生成的带电微小水粒子雾无法抑制或防止由氧化引起的劣化。也就是说，常规静电雾化装置不能防止氧化。
发明内容
鉴于以上不足，本发明旨在提出能够抑制和防止氧化的静电雾化装置。
根据本发明的静电雾化装置包括放电电极和电势施加单元。电势施加单元被配置成向放电电极施加电势以使供给到放电电极的液体雾化。静电雾化装置进一步包括：还原水提供单元，被配置成将还原水作为该液体供给到放电电极。
根据本发明，从还原水产生带电微小水粒子雾。从还原水产生的带电微小水粒子雾具有还原作用。因此，可以抑制和防止目标物品的氧化(特别是由带电微小水粒子雾中所含的氧化自由基引起的氧化)。因此，静电雾化装置能够抑制和防止目标物品的劣化。
在优选实施例中，还原水提供单元包括：储水箱，被配置成储存还原水；以及液体输送器，被配置成将储存在储水箱中的还原水输送到放电电极。
根据此实施例，可以提供将还原水供给到放电电极的简化结构。
在优选实施例中，还原水被限定为包含这样的物质：其具有还原作用并且溶解在或者以微小粒子的形式分散在还原水中。放电电极形成为至少有一部分由该物质制成。还原水提供单元由水提供单元、放电电极和电势施加单元限定。水提供单元被配置成将水供给到放电电极。电势施加单元被配置成向放电电极施加电势以将来自放电电极的该物质溶解在由水提供单元供给并由放电电极保持的水中、或者将来自放电电极的该物质以微小粒子的形式分散在由水提供单元供给并由放电电极保持的水中。
根据此实施例，通过将形成放电电极的至少一部分的物质溶解在供给到放电电极的水中、或者通过将形成放电电极的至少一部分的物质以微小粒子的形式分散在供给到放电电极的水中，来生成还原水。因此，不需要制备还原水。进一步地，可以提供将还原水供给到放电电极的简化结构。
另外，该物质优选地为铂。
附图说明
图1是图示了根据第一实施例的静电雾化装置的示意图，以及
图2是图示了根据第二实施例的静电雾化装置的示意图。
具体实施方式
(第一实施例)
图1示出了包括放电电极(雾化电极)20、对置电极30和电压施加装置(电压施加单元)40的静电雾化装置10。静电雾化装置10进一步包括被配置成使放电电极20保持还原水60的还原水提供装置(还原水提供单元)50。
放电电极20由金属制成并且被成形为筒形(例如，圆筒形)。放电电极20的前端部(在图1中，右端部)的内径被制成在后端向着前端变小。放电电极20的前端的内径被选择为使得放电电极20的前端的外部的还原水60可通过其表面张力保持为球形。简言之，防止还原水60从放电电极20的前端流出。因此，还原水60被保持在放电电极20的前端。
在本实施例的静电雾化装置10中，放电电极20附接到容器70。容器70包括例如容器体700。容器体700的侧表面的下部设有供给管710。供给管710的内部与容器体700的内部连通，容器体700中的还原水60通过供给管710向外流出。放电电极20附接在供给管710的顶端。因此，供给管710中的还原水60通过供给管710被供给到放电电极20的内部。
还原水提供装置50包括箱500和筒形液体输送器510，箱500是被配置成储存还原水60的储水箱。液体输送器510被配置成将箱500连接到容器体700。液体输送器510担当用于分配还原水的水分配管。即，储存在箱500中的还原水60经由液体输送器510被输送到容器体700。容器体700中的还原水60经由供给管710流入放电电极20中。由上可知，液体输送器510被配置成将储存在箱500中的还原水60输送到放电电极20。图示的实例示出了利用重力将还原水60供给到放电电极20的还原水供给装置50。然而，还原水供给装置50可以被配置成利用诸如毛细现象和泵将还原水60供给到放电电极20。
电压施加装置40被配置成在放电电极20与对置电极30之间施加电压。例如，电压施加装置40是被配置成通过使用从商用AC电源接收到的电力在放电电极20与对置电极30之间施加足以使还原水60雾化的电压(例如，5000V的电压)的高电压施加装置(高电压施加单元)。电压施加装置40可以通过使用公知技术制成，相信没有必要详细解释。注意，本实施例的电压施加装置40被配置成向放电电极20施加负电势以及向对置电极30施加地电势(0V)。在本实施例中，电压施加装置40担当被配置成向放电电极20施加电势以使供给到放电电极20的液体雾化的电势施加单元。电压施加装置40不需要向对置电极30施加地电势。对置电极30可以被接地而不是被供给来自电压施加装置40的地电势。在此情况下，电压施加装置40被配置成只向放电电极20施加电势。对置电极30可以由被配置成容纳静电雾化装置10的外壳(未示出)的一部分或者静电雾化装置10附接到的设备的主体(未示出)的一部分来代替。简言之，如果外壳或主体的一部分接地，则静电雾化装置10无需包含对置电极30。由此，可以简化静电雾化装置10的配置。
对置电极30与放电电极20的前端对置并且与放电电极20间隔开预定的距离。根据静电雾化装置10的使用模式适当地选择放电电极20与对置电极30之间的距离。进一步地，对置电极30不需要在严格意义上与放电电极对置。简言之，允许对置电极30被布置成使得通过在放电电极20与对置电极30之间施加电压成功地实现由放电电极20保持的还原水60的雾化。
在本实施例的静电雾化装置10中，为了生成带电微小水粒子雾，在放电电极20的前端有还原水60时，电压施加装置40在放电电极20与对置电极30之间施加电压。由此，库仑力作用在还原水60上，因为电场被施加于放电电极20前端的还原水60。库仑力使得还原水60的表面局部凸起，从而形成泰勒锥(Taylor Cone)。于是，电荷变得集中在泰勒锥的尖端从而增大电场强度并因此增大库仑力，从而进一步增长泰勒锥。作用在泰勒锥尖端的还原水60的能量(由高密度电荷引起的斥力)随着泰勒锥尖端的电荷密度的变高而变高。相应地，当泰勒锥尖端的电荷密度超过预定值时，库仑力超过还原水60的表面张力。由此，使得还原水60重复分解(瑞利分解(Rayleigh disintegration))以生成大量的纳米大小带电微小水粒子雾。带电微小水雾带正电或带负电。
可以采用这样的水作为还原水60：具有还原作用的物质(以下在第一和第二实施例中称为“还原物质”)以固体微小粒子的形式分散在该水中。另外，还可以采用溶解有还原物质的水作为还原水60。这里，还原物质不限于自身具有还原能力的统称为还原剂的物质。例如，可以将还原物质广泛地限定为担当用以清除活性氧的催化剂的物质(例如，铂的纳米大小的粒子)。
在本实施例中，采用分散有铂的微小粒子的水作为还原水60。采用铂的纳米大小的粒子(例如，2nm大小的铂的微小粒子)作为铂的微小粒子。静电雾化该还原水60生成包括铂的纳米大小粒子的纳米大小带电微小水粒子。优选地，带电微小粒子包括这样的纳米大小粒子：它们分布为在15至30nm的粒子大小范围内呈现峰值。
这种带电微小水粒子是纳米大小的并且非常小。因此，带电微小水粒子远且宽范围地传递。在带电微小水粒子接触到目标物品(例如，食物、皮肤和毛发)的表面之后，带电微小水粒子渗透到目标物品中。因此，带电微小水粒子可以将铂的纳米大小的粒子传递到目标物品的内部。
虽然铂不是严格意义上的还原剂，但众所周知铂的纳米大小的粒子产生以催化方式清除活性氧的效果(即，铂的纳米大小的粒子担当用以带来还原作用的催化剂)。因此，在目标物品的表面上或内部，铂的纳米大小的粒子担当用于还原的催化剂。相应地，当采用分散有铂的纳米大小的粒子的水作为还原水60时，可以防止目标物品被氧化。特别是在目标物品是食物的情况下，不仅可以防止食物的表面被氧化，而且可以防止食物的内部被氧化。由此，可保持食物的新鲜度。
在目标物品是皮肤和/或毛发的情况下，铂的纳米大小的粒子抑制皮肤和/或毛发表面上和/或皮肤和/或毛发内部的氧化。即，铂的纳米大小的粒子可防止皮肤和毛发劣化(老化)。进一步地，包含铂的纳米大小的粒子的纳米大小带电微小水粒子经由口或鼻进入身体的内部。在此情况下，可以抑制老化，因为铂的纳米大小的粒子抑制身体内部的氧化。
注意，还原水60不限于分散有铂的纳米大小的粒子的水。例如，可以采用分散有具有还原作用的物质而不是铂的水作为还原水60。另外，还原水60还可以选自于诸如氢水(活性氢水)和抗坏血酸水。注意，氢水的意思是包含大量氢的水。
在采用氢水作为还原水60的情况下，可以通过电解储存在箱500中的水来制成氢水。可以通过液体输送器510向放电电极20的前端输送产生于箱500中的氢水，随后可以静电雾化该氢水。
即，还原水提供装置50除了包括箱500和液体输送器510之外还可以包括被配置成通过电解储存在箱500中的水来产生氢水的电解装置(未示出)。根据此配置，可以在箱500中产生还原水60。因此，不需要预先通过使用外部装置生成还原水60。只需要将水供给到箱500。
静电雾化氢水和抗坏血酸水分别产生带电微小氢水粒子雾和带电微小抗坏血酸水粒子雾。氢水和抗坏血酸水本身是还原剂。因此，在还原水60选自于氢水和抗坏血酸水的情况下，可以抑制由氧化引起的劣化，因为还原水60在目标物品的表面上或内部产生还原作用。
在放电电极20被供给水而不是还原水60的情况下，施加在放电电极20与对置电极30之间的电压在放电电极20的前端的水中生成自由基(例如，[·H]、[·OH]和[·O2])。在此情况下，当施加电压以向放电电极20提供比对置电极30低的电势时，电子(e-)从放电电极20被提供给水的泰勒锥。因此，电子与[·H]结合从而产生H2。结果，[·OH]和[·O2]保留在水中。最终，静电雾化产生包含活性氧的带电微小水粒子。该带负电微小水粒子被限定为包含诸如[·OH]和[·O2]的活性氧。
相比之下，根据本实施例的静电雾化装置10生成包含具有还原作用的物质的带电微小水粒子雾。进一步地，带电微小水粒子中所含的还原物质的还原能力足以取代或胜过由带电微小水粒子中所含的[·OH]和[·O2]氧化自由基引起的氧化。因此，防止了[·OH]和[·O2]氧化自由基产生氧化作用，且由还原物质引起的还原作用抑制了氧化。
如上所述，本实施例的静电雾化装置10包括放电电极20、对置电极30和电压施加装置40。电压施加装置40被配置成在放电电极20与对置电极30之间施加电压以使由放电电极20保持的液体雾化。静电雾化装置10进一步包括被配置成将还原水60作为该液体供给到放电电极20的还原水提供装置50。
根据静电雾化装置10，从还原水60产生带电微小水粒子雾。不同于从诸如自来水的单纯水产生的带电微小水粒子，从还原水60产生的带电微小水粒子具有还原作用。因此，可以抑制和防止目标物品的氧化(特别是由带电微小水粒子雾中所含的氧化自由基引起的氧化)。由此，静电雾化装置能够抑制和防止目标物品的劣化。
另外，还原水提供装置50包括被配置成储存还原水60的箱500以及被配置成将储存在箱50中的还原水60输送到放电电极20的液体输送器510。相应地，可以提供将还原水60供给到放电电极20的简化结构。另外，还可以生成包含具有还原作用的微小粒子的带电微小水粒子而无论放电电极20的材料如何。
进一步地，当还原水60是其中分散有还原物质的水时，还原物质在被包含在极小的带电微小水粒子中的状态下漂浮在空气中并接触到目标。因为带电微小水粒子是极小的，所以带电微小水粒子渗透到目标物品中。进一步地，带电微小水粒子经由口或鼻进入身体的内部。在带电微小水粒子雾蒸发之后，还原物质在目标物品的表面上或内部产生还原作用并且特别是抑制由带电微小水粒子中所含的氧化自由基引起的氧化。相应地，可以抑制和防止目标物品的氧化。由此，可抑制和防止目标物品的氧化劣化。进一步地，与还原物质单独飞行并粘附到目标的情形相比，还原物质所导致的还原可被延迟水(带电微小水粒子)蒸发的时间。由此，还原物质仅在它粘附到并渗透入目标之后才可实现还原。由此，还原物质可成功地抑制和防止氧化。
(第二实施例)
如图2中所示，本实施例的静电雾化装置10A包括放电电极20A、对置电极30A、电压施加装置40A、外壳80和冷却器90。由于电压施加装置40与第一实施例1的电压施加装置40相同，所以用相同的附图标记标注电压施加装置40，相信没有必要进行解释。
放电电极20A被成形为例如圆柱状。放电电极20A的外径被制成在其后端向着其前端变小。放电电极20A由还原物质制成。例如，还原物质可选自于铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)和钛(Ti)。
外壳80被成形为这样的盒形：其整个第一表面(在图2中，上表面)敞开。外壳80的第二表面(在图2中，下表面)中设有使外壳80的内部与外壳80的外部连通的连通孔800。放电电极20A的其前端经由连通孔800被插入外壳80中。外壳80的侧表面中设有窗孔810。外壳80设有窗810是为了将周围的空气引入外壳80中。
对置电极30A被设置在外壳80的第一表面上。对置电极30A被成形为这样的板形：其尺寸足以覆盖外壳80的第一表面中的开口。进一步地，对置电极80设有沿着其厚度方向延伸的喷雾孔300。喷雾孔300被设计成用于将产生于外壳80中的带电微小水粒子释放到外壳80的外部。
冷却器90适于冷却放电电极20A。冷却器90是这样的帕尔帖单元90：其包括帕尔帖模块900以及被配置成与帕尔帖模块900的加热器区域相接触的散热片910。冷却器90附着到外壳80的第二表面，使得帕尔贴模块900的冷却器区域与放电电极20A的后端相接触。驱动冷却器90冷却放电电极，使得放电电极20A的温度变得不大于周围空气的露点温度。当放电电极20A被冷却到露点温度以下时，周围空气中的湿气在放电电极20A的表面上凝结。因此，放电电极20A的表面上产生露珠。也就是说，冷却器90被配置成利用露珠凝结(表面凝结)将水(露珠凝结水)供给到放电电极20A。由上可知，冷却器90A担当被配置成将水供给到放电电极20A的水供给单元。
当相对高的电压(高电压)被施加在放电电极20A与对置电极30A之间时，高电压所提供的所得能量很有可能溶解放电电极20A的与水保持接触的部分或者使该部分以微小粒子的形式与放电电极20A分离。结果，由放电电极20A保持的水转变成包含还原物质的还原水60。另外，电晕放电使得放电电极20A的不与水保持接触的部分与放电电极20A分离。该微小粒子分散到由放电电极20A保持的水中。结果，由放电电极20A保持的水转变成包含还原物质的还原水60。
即，在静电雾化装置10A中，还原水提供装置(还原水提供单元)50A由放电电极20A、电压施加装置40和冷却器90限定。还原水提供装置50A被配置成在放电电极20A与对置电极30A之间施加电压(换言之，施加于放电电极20A的电势)以将放电电极20A的物质溶解在或者以微小粒子的形式分散在通过使用冷却器90供给到放电电极20A的水中。
在静电雾化装置10A中，为了生成带电微小水粒子，首先驱动冷却器90冷却放电电极20A以在放电电极20A的表面上生成露珠。随后，驱动电压施加装置40在放电电极20A与对置电极30A之间施加电压。当不小于预定电压的电压(高电压)被施加在放电电极20A与对置电极30A之间时，泰勒锥从由放电电极20A保持的水形成。进一步地，还原物质溶解在泰勒锥中。可替选地，还原物质与放电电极20A分离并以微小粒子的形式分散到泰勒锥中。因此，泰勒锥包含还原物质。
特别地，所施加的高电压所提供的所得能量很有可能溶解放电电极20A的与水保持接触的部分或者使该部分以微小粒子的形式与放电电极20A分离。因此，产生了包含还原物质的来自还原水60的泰勒锥。
另外，电晕放电使得构成放电电极20A的不与泰勒锥保持接触的部分的还原物质与放电电极20A分离。该微小粒子在接触到泰勒锥时分散到泰勒锥中。因此，产生了包含还原物质的来自还原水60的泰勒锥。
相应地，通过静电雾化该泰勒锥产生了包含还原物质的带电微小水粒子。
如上所述，根据静电雾化装置10A，通过将构成放电电极20A的物质溶解在供给到放电电极20A的水中或者通过将构成放电电极20A的物质以微小粒子的形式分散在供给到放电电极20A的水中，来生成还原水60。因此，不需要制备还原水60。进一步地，可以提供将还原水60供给到放电电极20A的简化结构。
这里，当放电电极20A由铂制成时，产生分散有铂的纳米大小的粒子的水作为还原水60。
虽然本实施例例示了整个放电电极20A由还原物质制成的实例，但是放电电极20A也可以至少有一部分(特别地，接触到湿气的表面部分)由还原物质制成。在本实施例中，水供给单元是被配置成冷却放电电极20A的帕尔贴单元90。然而，水供给单元也可以是被配置成通过使用输送单元将储存在水箱中的水供给到放电电极20A的前端的水提供装置。注意，输送单元可以是利用毛细现象的装置。在本实施例中，帕尔贴单元90直接冷却放电电极20A以在放电电极20A的表面上产生露珠。可替选地，可以通过使用诸如帕尔贴单元90的冷却单元在以与放电电极20A分离的多个部分提供的冷却部件(未示出)的表面上产生露珠。在此情况下，可以通过输送单元将通过露珠凝结在冷却部件上生成的露珠输送到放电电极20A。
Claims (2)
1.一种静电雾化装置，包括：
放电电极；
电势施加单元，被配置成向所述放电电极施加电势以使供给到所述放电电极的液体雾化；以及
还原水提供单元，被配置成将还原水作为所述液体供给到所述放电电极，
其中：
所述还原水被限定为包含这样的物质：其具有还原作用并且溶解在或者以微小粒子的形式分散在所述还原水中，
所述放电电极形成为至少有一部分由所述物质制成，
所述还原水提供单元由水提供单元、所述放电电极和所述电势施加单元限定，所述水提供单元被配置成将水供给到所述放电电极，并且
所述电势施加单元被配置成向所述放电电极施加所述电势以将所述放电电极的所述物质溶解在或者以所述微小粒子的形式分散在由所述水提供单元供给并由所述放电电极保持的水中。
2.如权利要求1所述的静电雾化装置，其中：
所述物质为铂。
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