CN102006942B - 静电雾化设备 - Google Patents

Abstract

本发明中的一种静电雾化设备(1)包括发射电极(21)、冷却装置(110)和高压源(32)。发射电极(21)具有杆(21b)和形成在杆(21b)的一个轴向端的排出头(21a)。冷却装置(110)以热传递关系耦合到该杆的远离排出头(21a)的一个轴向端以冷却发射电极(21)，以用于使其上冷凝来自周围空气中的水。高压源(32)被配置成对发射电极(21)施加高电压，以用于静电雾化排出头(21a)上的水。发射电极(21)包括凸缘(21c)，在排出头(21a)与杆(21b)之间的接合处，凸缘(21c)被设置为从排出头(21a)和杆(21b)径向向外延伸，超出排出头(21a)的整个圆周。排出头逐渐变小，以具有向外凸起的侧轮廓。

Description

静电雾化设备

技术领域

本发明涉及一种静电雾化设备，该静电雾化设备被配置成生成带电的微小水粒子的烟雾，并且更具体地涉及具有冷却装置的一种静电雾化设备，该冷却装置被配置成冷却发射电极以将发射电极周围的空气中的水蒸气冷凝成水，所冷凝的水通过高电压而静电雾化。

背景技术

日本专利申请公开第2007-54808A号和第2006-68711A号公开了常规静电雾化设备。提供常规静电雾化设备，用于生成纳米尺寸的带电的微小水粒子的烟雾。静电雾化设备包括发射电极、冷却装置、以及高压源。发射电极包括杆和排出头。杆具有保持排出头的一端，并且具有热耦合到冷却装置的另一端。冷却装置被配置成通过杆冷却排出头，以便将排出头周围的空气中的水蒸气冷凝成水。因此，在排出头上冷凝出水。在启动冷却装置之后，冷却装置立即将空气中的水蒸气冷凝成排出头上的足量的水。供给到排出头上的足量的水也是适当量的水，以用于通过静电雾化来生成带电的微小水粒子的烟雾。高压源被配置成对发射电极施加高电压，以静电雾化排出头所保持的水。

当冷却装置冷却发射电极时，将水冷凝在排出头的表面上。随后，高压源通过杆对排出头施加高电压，由此在发射电极与大地(地)之间生成电场。电场使排出头表面上的水移动到排出头的顶端。然后，在排出头顶端处的水通过电场而带电。带电的水从发射电极与大地(地)之间生成的电场中接收库伦力。因此，沿着电场的方向拉动带电的水，由此在排出头上的水形成泰勒圆锥(Taylor cone)。然后，泰勒圆锥继续接收库伦力，致使在泰勒圆锥的顶端处出现瑞利破碎(Rayleigh Breakup)。根据瑞利破碎，从泰勒圆锥的顶端生成纳米尺寸的带电微小水粒子的烟雾。以这种方式，静电雾化设备不断生成纳米尺寸的带电微小水粒子的烟雾，而无需由使用者来供给水。因此，具有以上结构的静电雾化设备具有高的可用性。

然而，因为冷却装置通过杆冷却排出头，该冷却的杆还将杆周围的空气中的水蒸气冷凝成杆表面上的水。杆表面上的水被电场朝向排出头移动。因此，还对排出头供给来自杆的水。也就是说，排出头被供给过量的水。在过量的水供给到排出头的情况下，不会形成具有适于静电雾化的形状的泰勒圆锥。

发明内容

实现本发明来解决以上问题。本发明的目的是提供一种静电雾化设备，其被配置成通过形成具有用于静电雾化的适当形式的泰勒圆锥来稳定地生成带电的微小水粒子的烟雾。

根据本发明的静电雾化设备包括发射电极、冷却装置、以及高压源。发射电极具有杆和形成在杆的一个轴向端的排出头。冷却装置以热传递的关系耦合到杆的远离排出头的一个轴向端以冷却发射电极，以使其上冷凝来自周围空气中的水。高压源被配置成对发射电极施加高电压，以用于静电雾化排出头上的水。本发明的特征在于，发射电极还包括凸缘，在排出头与杆之间的接合处，凸缘被设置为从排出头和杆径向向外延伸，超出排出头的整个圆周。排出头逐渐变小，以具有向外凸起的侧轮廓。

在这种情况下，凸缘防止冷凝在杆的表面上的水移动到排出头。因此，泰勒圆锥由适当量的水形成，以用于静电雾化。此外，凸缘从排出头径向向外延伸。泰勒圆锥从排出头的底部的圆周朝向排出头的顶端形成。也就是说，泰勒圆锥不是从凸缘的圆周朝向排出头的顶端形成的。因此，可防止泰勒圆锥与凸缘的圆周处的水汇合。

更优选的是，排出头具有顶部、底部、以及凸起的侧轮廓。凸起的侧轮廓位于具有顶部和底部的伪圆锥或伪棱锥的外部。

进一步优选的是，发射电极还包括安置在排出头的顶端处的针电极。

在这种情况下，静电雾化设备被配置成通过对排出头上的水施加高电压雾化在排出头的顶端的水来生成带电的微小水粒子的烟雾。此外，可产生电晕放电，以便在排出头未保持水的情形下通过对针电极的顶端施加高电压而发射负离子。

优选的是，该静电雾化设备还包括用于在第一模式与第二模式之间进行选择的模式选择器。该模式选择器在第一模式中控制高压源和冷却装置，以静电雾化排出头上的水。该模式选择器在第二模式中控制高压源，同时使冷却装置失效，以便对发射电极施加电压，以用于在针电极处产生电晕放电。

在这种情况下，可选择第一模式以生成带电的微小水粒子的烟雾，或者第二模式以便发射负离子。

从实施本发明的以下最佳模式和实施例中，本发明的这些和其它特征将变得更明显。

附图说明

图1示出了本发明的第一实施例中的静电雾化设备的侧视截面图。

图2(a)、图2(b)和图2(c)示出了在本发明中的实施例的静电雾化设备中应用的发射电极的侧视图。

图3(a)和图3(b)示出了本发明中的改进的发射电极的侧视图。

图4示出了并入本发明中的静电雾化设备的吹风机的侧视截面图。

图5示出了具有本发明中的针电极的发射电极的侧视图。

图6示出了本发明的第二实施例中的静电雾化设备的侧视截面图。

具体实施方式

现在利用附图来解释本发明中的静电雾化设备。

第一实施例

图1示出了本发明中的静电雾化设备1的截面视图。本发明中的静电雾化设备1包括发射电极21、对置电极22、珀尔帖模块31、高压源32、基座100、保持件20、冷却板110、以及散热鳍片120。基座100被配置成保持发射电极21、珀尔帖模块31、以及散热鳍片120。

图2(a)示出了发射电极21的侧视图。如图1和图2(a)所示，发射电极21具有杆21b、支架21d、排出头21a、以及凸缘21c。发射电极21是由导电材料制成的。杆21b具有固定到支架21d的上表面的一端，并且具有保持排出头21a的另一端。支架21d由基座100保持，由此杆21b由基座100保持。发射电极21具有在排出头21a与杆21b之间的接合。

凸缘21c提供在该接合处并且从排出头21a和杆21b径向向外延伸。凸缘21c被形成为具有垂直于杆21b的轴L1的直径。凸缘21c的直径从凸缘21c的下端到排出头21a的顶端变大，由此凸缘21c具有呈最大直径的上端。排出头21a具有垂直于杆21b的轴L1的最大直径。

排出头21a被形成为具有半球形形状，以具有底部S。因此，排出头21a具有伪圆锥(pseudo-cone)C、向外凸起的侧轮廓S1、顶端P、以及底部S。排出头21a的顶端P与杆21b的轴L1对齐。伪圆锥C具有由顶端P定义的顶部、以及由底部S定义的底部。同时，也可应用具有伪棱锥(pseudo-pyramid)、向外凸起的侧轮廓、顶端和底部的排出头21a。因此，排出头21a从底部S到排出头21a的顶端P逐渐变小，并且具有向外凸起的侧轮廓S1。底部S的直径被定义为排出头21a垂直于杆21b的轴L1的最大直径。

凸缘21c的最大直径大于排出头21a的最大直径。因此，排出头21a的最外圆周位于凸缘21c的最外圆周内。因此，排出头21a的外表面与凸缘21c的顶部的圆周分隔开，以便形成凸缘21c的上表面21e。上表面21e垂直于杆21b的轴L1。

提供对置电极22，以用于平滑地静电雾化保持在排出头21a上的水。对置电极22被形成为具有带有孔的环形形状。保持件20具有保持对置电极22的一端并且具有由基座100保持的另一端。因此，以与发射电极21相对的关系来安置对置电极22。

高压源32被配置成对发射电极21施加负高压，以便在发射电极21与对置电极22之间产生电场。

珀尔帖模块31被定义为这样的冷却装置，该冷却装置被配置成冷却发射电极21，以使发射电极21上冷凝来自周围空气中的水。珀尔帖模块31包括一对导电电路板31a、31b和多个热电转换元件31c。导电电路板31a、31b是由电绝缘材料(诸如氧化铝和氮化铝)制成的。热电转换元件31c是由热电转换材料(诸如基于Bi-Te的材料)制成的。多个热电转换元件31c被并联设置在导电电路板31a与导电电路板31b之间。导电电路板31a、31b通过电源33来接收电压。因此将电压施加给热电转换元件31c。珀尔帖模块31具有作为冷却侧的导电电路板31a、以及作为散热侧的导电电路板31b。导电电路板31a通过冷却板110被热耦合到导电电路板31a的支架21d。因此，珀尔帖模块31被热耦合到发射电极21。当导电电路板31a冷却时，发射电极21冷却。也就是说，珀尔帖模块31通过支架21d以热传递关系被耦合到杆21b。另一方面，导电电路板31b被热耦合到散热鳍片120。因此，当导电电路板31b被加热时，导电电路板31b的热量朝向散热鳍片120传递。散热鳍片120的热量被辐射到围绕散热鳍片120的空气中。

如下，该静电雾化设备1生成带电的微小水粒子M的烟雾。当按下图中未示出的电源按钮时，高压源32和电源33启动。因此，高压源32将电压施加在发射电极21与对置电极22之间，并且电源33对热电转换元件31c施加电压。然后，热电转换元件31c将热量从导电电路板31a传递到导电电路板31b。因此，导电电路板31a被热电转换元件31c冷却。因为导电电路板31a被热耦合到冷却板110，导电电路板31a通过冷却板110和杆21b来冷却发射电极21的排出头21a。排出头21a将空气中的水蒸气冷凝成在其表面上的水W1。以这种方式，排出头21a被供给适当的并且足量的水W1，并且保持其上的水W1。此外，排出头被形成为具有半球形结构。因此，当排出头21a将水蒸气冷凝成少量的水时，在排出头21a处立即形成泰勒圆锥T。也就是说，泰勒圆锥T是由少量的水形成的，因为排出头21a具有向外凸起的侧轮廓。此外，因为排出头21a逐渐变小，所以由少量的水来形成泰勒圆锥T，其具有用于生成带电的微小水粒子M的烟雾的适当形式。

由于高压源32将电压施加在如上所述的发射电极21与对置电极22之间，所以高压源32在发射电极21与对置电极22之间生成高压电场。由于该电场，排出头21a上的水被充电。然后，高压电场生成库伦力。该库伦力作用在排出头21a上的带电的水上，使得库伦力将排出头21a上的水朝向对置电极22拉动。以这种方式，库伦力和水的表面张力形成排出头21a上的水的泰勒圆锥T。随后，由于该电场，排出头21a上的水的泰勒圆锥T被进一步充电。然后，高压电场生成大的库伦力。该大的库伦力将排出头21a上的水的泰勒圆锥T朝向对置电极22拉动。以这种方式，电场形成图2(b)中示出的排出头21a上的水的大的泰勒圆锥T。该泰勒圆锥T具有与上表面21e配合的侧表面，以形成小于90度的接触角200。

当库伦力变得大于表面张力时，致使在泰勒圆锥T的顶端处出现破碎。该破碎便是所谓的瑞利破碎。最后，根据在泰勒圆锥T的顶端处致使的瑞利破碎，从排出头21a上的泰勒圆锥T生成纳米尺寸的带电的微小水粒子M的烟雾。纳米尺寸的带电的微小水粒子M的烟雾流经对置电极22的孔。

这时，当排出头21a被珀尔帖模块31冷却时，杆21b也被珀尔帖模块31冷却。因此，杆21b将周围空气中的水蒸气冷凝成杆21b表面上的水。根据杆21b对水进行的冷凝，在杆21b的表面上生成液滴W2。在杆21b表面上的液滴被发射电极21与对置电极22之间的电场充电。因此，该电场生成将液滴W2朝向排出头21a拉动的库伦力。然而，凸缘21c防止杆21b处的液滴W2朝向排出头21a移动。因此，仅排出头21a将水蒸气冷凝成其上的水，由此排出头21a保持适当的且足量的水，以用于静电雾化。也就是说，凸缘21c使排出头21a可保持适当的且足量的水，以用于静电雾化。

如上所述，本实施例中的静电雾化设备1包括发射电极21，发射电极21具有提供在排出头21a与杆21b之间的接合处的凸缘21c。该凸缘21c防止杆21b表面上的水移动到排出头21a。因此，排出头21a通过珀尔帖模块而被供给适当的且足量的水，该珀尔帖模块通过杆21b冷却排出头21a。另一方面，发射电极21配备有凸缘，从而不会从杆21b向排出头21a供给水。因此，排出头21a不会从杆21b供给过量的水。因此，可形成这样的泰勒圆锥T，其具有用于生成纳米尺寸的带电的微小水粒子M的烟雾的适当形式。

此外，当排出头21a被珀尔帖模块31冷却时，排出头21a将周围空气中的水蒸气冷凝成水。排出头21a在水的冷凝开始时保持不多的水。然而，本实施例中的排出头21a具有半球形形状。因此，可使用少量的水在排出头21a处形成泰勒圆锥T。因此，在启动电源33之后立即生成带电的微小水粒子M的烟雾。

此外，本实施例中的排出头21a具有半球形形状。也就是说，排出头21a逐渐变小，以具有向外凸起的侧轮廓。因此，当排出头21a被供给水时，库伦力和水的表面张力形成泰勒圆锥T。排出头21a支持泰勒圆锥T以具有用于静电雾化的适当的形式。因此，可从泰勒圆锥T稳定地生成带电的微小水粒子M的烟雾。

将该静电雾化设备1并入护发设备中，如吹风机11。图4示出了带有静电雾化设备1的吹风机11的截面视图。该吹风机包括壳体14、风扇17、加热器18、以及静电雾化设备1。壳体被形成为具有这样的内部，即内部带有空气流动路径12和分支空气流动路径13。风扇17被安置在壳体的内部以生成空气流，该空气流流经空气流动路径12以便从壳体14的开口12a吹动空气。此外，风扇17被安置在壳体14的内部，以生成分支空气流，该分支空气流流经分支空气流动路径13以便通过第二开口13a吹动空气。加热器18被安置在开口12a与风扇17之间，以便对流经空气流动路径12的空气加热。静电雾化设备1被安置在壳体14中，以便被定位在分支空气流动路径13。

当吹风机11启动时，吹风机从开口12a吹动热空气或常温下的空气。此外，当吹风机11启动时，静电雾化设备1生成带电的微小水粒子M的烟雾。该烟雾被分支空气流从吹风机携带通过第二开口13a。因此，吹风机11被配置成向使用者吹动热空气或常温下的空气以及带电的微小水粒子M的烟雾。

此外，并不局限于具有半球形形状的排出头21a。图3示出了本实施例中的发射电极的第一变型。图3(a)和图3(b)中的排出头21a也具有伪圆锥C、向外凸起的侧轮廓S2、S3、S4、底部S和顶端P。也就是说，图3(a)和图3(b)中的排出头21a也逐渐变小以具有向外凸起的侧表面。因此，图3(a)中的排出头21a逐渐变小以具有向外凸起的侧轮廓S2和S3。图3(b)中的排出头21a逐渐变小以具有向外凸起的侧轮廓S2、S3和S4。在每个变型中，可从泰勒圆锥T稳定地生成带电的微小水粒子M的烟雾。

图5示出了本实施例中的发射电极21的第二变型。在本变型中，发射电极21还包括具有与杆21b的轴L1对齐的顶端的针电极40。如图5所示，针电极40被形成为具有圆形的截短圆锥。针电极40被提供在排出头21a的顶端处并且沿杆21b的轴L1延伸。针电极40与排出头21a一起整体形成。

带有这种结构的静电雾化设备1被配置成在高压源32将高电压施加在对置电极22与发射电极21之间而无需排出头21a上的水时在针电极40的顶端处产生电晕放电。电晕放电使围绕发射电极21的空气的氧带负电。带负电的氧被耦合到空气中的微小的水。因此，负离子从静电雾化设备1排出。优选的是，在本变型中的静电雾化设备1被组装成护发设备，像如上所述的吹风机。在将本变型中的静电雾化设备1并入图4所示的吹风机11中的情况下，吹风机11被配置成生成带电的微小水粒子M的烟雾并且被配置成产生电晕放电。此外，针电极40具有形成以下泰勒圆锥T的功能，即该泰勒圆锥T具有用于静电雾化的适当的形式。

第二实施例

图6示出了本发明中的静电雾化设备1的第二实施例。本实施例的静电雾化设备1几乎包括除本实施例中示出的特征之外的第一实施例中示出的相同的元件。因此，在本实施例中未解释与第一实施例相同的元件。此外，用相同的参考号示出与第一实施例相同的元件。

本实施例中的静电雾化设备1包括发射电极21、对置电极22、珀尔帖模块31、高压源32、基座100、保持件20、冷却板110、散热鳍片120、电源33、以及模式选择器300。

本实施例中的发射电极21与第一实施例的第二变型中的发射电极21相同。也就是说，图2(a)还示出了本实施例中的发射电极21的顶端。

电源33被配置成将电压施加在导电板31a与31b之间，以便将电压施加在热电转换元件31c之间。

提供模式选择器300，用于在第一模式与第二模式之间进行选择，使得使用第一模式或者使用第二模式来操作静电雾化设备1。在第一模式中，操作电源33以便将水蒸气冷凝成排出头21a上的水，并且操作高压源32以便静电雾化排出头21a上的水。因此，静电雾化设备1生成带电的微小水粒子M的烟雾。另一方面，在第二模式中，不操作电源33，而操作高压源32以便将电压施加在发射电极21与对置电极22之间。因此，使珀尔帖模块31失效。因此，静电雾化设备1在针电极40处产生电晕放电。

利用这种结构，本实施例中的静电雾化设备1被配置成使用操作高压源32和珀尔帖模块31的第一模式来操作，以便雾化排出头上的水。此外，本实施例中的静电雾化设备1被配置成使用操作高压源32并使珀尔帖模块失效的第二模式来操作，以便在针电极40处产生电晕放电。此外，选择器使静电雾化设备1可选择性地生成排出头21a处的带电的微小水粒子M的烟雾或者针电极40处的电晕放电。

将本实施例中的静电雾化设备1并入护发设备中，如图4所示的吹风机11。吹风机11装备有用于选择静电雾化设备1的操作模式的选择开关301。模式选择器300被配置成根据选择开关301的选择而在第一模式与第二模式之间进行选择。因此，使用者能够利用第一模式或利用第二模式使用吹风机。以这种方式，吹风机11选择性地被配置成生成带电的微小水粒子M的烟雾或者被配置成产生电晕放电。

Claims (4)

1.一种静电雾化设备，包括：

发射电极，其具有杆和形成在所述杆的一个轴向端的排出头；

冷却装置，其以热传递关系耦合到所述杆的远离所述排出头的一个轴向端以冷却所述发射电极，以使发射电极上冷凝来自周围空气中的水；以及

高压源，其被配置成对所述发射电极施加高电压，以用于静电雾化所述排出头上的水；

其中，

所述发射电极包括凸缘，在所述排出头与所述杆之间的接合处，所述凸缘被设置为从所述排出头和所述杆径向向外延伸，超出所述排出头的整个圆周，

所述排出头逐渐变小，以具有向外凸起的侧轮廓。

2.根据权利要求1所述的静电雾化设备，其中，所述排出头具有顶部、底部、以及所述凸起的侧轮廓，

所述凸起的侧轮廓位于具有所述顶部和所述底部的伪圆锥或者伪棱锥的外部。

3.根据权利要求1所述的静电雾化设备，其中，所述发射电极还包括安置在所述排出头的顶端处的针电极。

4.根据权利要求3所述的静电雾化设备，

其中，

所述静电雾化设备还包括用于在第一模式与第二模式之间进行选择的模式选择器，在所述第一模式中，控制所述高压源和所述冷却装置以静电雾化所述排出头上的水；而在所述第二模式中，控制所述高压源，同时使所述冷却装置失效，以对所述发射电极施加电压，以用于在所述针电极处产生电晕放电。

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