CN103068492A - 静电雾化装置 - Google Patents

Abstract

静电雾化装置(1)包括：放电电极(2)；被放电电极(3)，其用于与该放电电极之间产生放电；液体供给部(7)，其对放电电极(2)供给用于雾化的液体；高电压产生部(11)，其对被放电电极(3)施加高电压；放电电流检测部(R1、R3、21、22)，其介于该高电压产生部与被放电电极之间，检测流过被放电电极(3)的放电电流(I2)；以及控制部(6)，其根据由该放电电流检测部检测出的放电电流(I2)，来控制高电压产生部(11)所生成的高电压以形成规定的放电电流。

Description

静电雾化装置

技术领域

本发明涉及一种静电雾化装置。

背景技术

以往，已知如下一种静电雾化装置：在向放电电极与对置电极(被放电电极)之间施加高电压的同时向放电电极供给水，来产生带电微粒子水和负离子。作为这种静电雾化装置，一般将对置电极接地，对放电电极侧施加负的高电压，但是也存在将放电电极侧接地、向对置电极侧施加正的高电压的静电雾化装置(例如，参照专利文献1)。这样，从放电电极(雾化电极)产生的质量轻的负离子附着于对置电极来防止对象物带电，并且质量大的带电微粒子水被有效地供给给对象物。

专利文献1：日本特开2008-149243号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，在静电雾化装置中，当附着于放电电极的液体量改变时，放电变得不稳定，因此需要基于放电电流的检测来控制放电。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使附着于放电电极的液体量改变也能够使放电稳定的静电雾化装置。

用于解决问题的方案

本发明的一个方式是一种静电雾化装置。该装置具备：放电电极；被放电电极，其用于与该放电电极之间产生放电；液体供给部，其对上述放电电极供给用于雾化的液体；高电压产生部，其对上述被放电电极施加高电压；放电电流检测部，其介于上述高电压产生部与上述被放电电极之间，对流过上述被放电电极的放电电流进行检测；以及控制部，其根据由上述放电电流检测部检测出的上述放电电流，来控制由上述高电压产生部所生成的上述高电压以形成规定的放电电流。在该结构中，控制部根据放电电流的检测结果来控制施加到被放电电极的高电压。因此，即使附着于放电电极的液体量改变，也能够生成适当的放电电流来稳定地产生放电。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的静电雾化装置的电路框图。

图2是第二实施方式所涉及的静电雾化装置的电路框图。

图3是用于说明静电雾化装置的其它例的电路框图。

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，按照附图说明第一实施方式的静电雾化装置1。

如图1所示，静电雾化装置1包括放电电极2、作为被放电电极的对置电极3、高电压产生电路4、热电元件驱动电路5以及作为控制部的控制电路(微计算机)6。放电电极2由具有导电性的金属部件构成，形成向相对配置的对置电极3突出的大致圆柱状。在本例中，对置电极3的中央部形成为覆盖放电电极2的上表面的圆顶状，其中央部的开口形成雾沫喷出口3a。另外，对置电极3的圆顶状的中央部的周边相对于放电电极2形成平面状。对置电极3与高电压产生电路4相连接。放电电极2的前端部以朝向对置电极3的雾沫喷出口3a的方式设置，在其基端部相抵接地配置有多个热电元件7。

热电元件7包括例如由BiTe系的热电材料构成的多个N型和P型的热电元件，与放热电极8分别电连接，该放热电极8与放电电极2相对地进行配置。放热电极8形成平板状以促进热电元件7的冷却作用所引起的发热的排出。另外，放热电极8与供给用于驱动热电元件7的电压的热电元件驱动电路5相连接。在这种情况下，放电电极2构成包括热电元件7的电气回路的一部分。因而，热电元件驱动电路5通过放热电极8对热电元件7供给电源电压(数伏)，使其产生冷却作用。然后，热电元件7在通过放热电极8进行放热动作的同时冷却放电电极2，由此使空气中的水分在放电电极2处产生凝结水。

高电压产生电路4包括电源电路9和高压变压器部10。高压变压器部10包括作为高电压产生部的变压器11，使来自电源电路9的电压升压。电源电路9包括直流电源电路和开关电路，与变压器11的初级线圈11a相连接。电源电路9对变压器11的初级线圈11a施加脉冲状的电源电压Vin或者正弦波的电源电压Vin。变压器11将施加到初级线圈11a的脉冲状的电源电压Vin或者正弦波的电源电压Vin升压至高电压的二次电压后输出到次级线圈11b。次级线圈11b的正端子上连接二极管D1的阳极。二极管D1的阴极通过电阻R1与对置电极3相连接。因而，从次级线圈11b输出的二次电压作为正的高电压(数千伏)通过二极管D1和电阻R1被施加到对置电极3。

在此，在静电雾化装置1中，虽然由热电元件驱动电路5对放电电极2施加数伏的电位，但是从被施加数千伏的高电压的对置电极3侧来看是接近接地电位(零伏)的电位。而且，当在放电电极2的前端部保持有凝结水的状态下向对置电极3施加高电压时，在放电电极2与对置电极3之间产生放电。

在放电动作中，保持在放电电极2的前端部的凝结水带电，由于库仑力的作用而凝结水的液面局部隆起成圆锥形状(Taylorcone：泰勒锥)。电荷集中于隆起成圆锥形状的水的前端而电荷密度成为高密度，由于电荷的互斥力而绽开，重复分裂、飞散(Rayleigh fission：瑞利分裂)而进行静电雾化。而且，进行静电雾化产生大量包含活性种的纳米大小的带电微粒子水。所产生的带电微粒子水通过雾沫喷出口3a而被排出。

另外，在静电雾化装置1中，当放电电极2上的凝结水变少时，泰勒锥变小。于是，从该泰勒锥的前端到对置电极3的距离变长而放电电流I2变小。而且，当放电电极2的水的量进一步变少时，变成在放电电极2与对置电极3之间放电(空气放电)，而不是在放电电极2上的凝结水与对置电极3之间放电，不会转变为静电雾化。

相反，当放电电极2上的凝结水的量变多时，泰勒锥变大。于是，从泰勒锥的前端到对置电极3的距离变短而放电电流I2增大。而且，当放电电极2上的凝结水进一步变多、对置电极3与凝结水的距离变得过短时，流动短路电流，从而无法得到想要的粒径的雾沫，并且产生大量的臭氧而臭氧浓度变高。

因而，需要预先防止空气放电，并且需要预先防止凝结水过多附着于放电电极2而流动过量的放电电流I2，产生大量的臭氧。也就是说，控制电路6对电源电路9进行控制以使变压器11产生二次电压，使二次电压为产生空气放电的电压(空气放电电压)以下，并且在流动过量的放电电流I2时降低二次电压来避免臭氧浓度变高。

在进行这样的控制时，控制电路6对二极管D1与电阻R1之间的节点N1处的电压V1和电阻R1与对置电极3之间的节点N2处的电压V2进行检测，计算放电电流I2。

在本例中，节点N1的电压V1通过电阻R2被输入到运算放大器21的非反转输入端子。运算放大器21的非反转输入端子通过电阻R4与自己的输出端子相连接，运算放大器21的输出信号通过电阻R4被反馈。运算放大器21的输出端子与控制电路6的第一输入端子相连接。运算放大器21的反转输入端子与对规定电压VD进行分割的电阻R6、R7之间的节点N3相连接。因而，对运算放大器21的反转输入端子输入将规定电压VD分压而得到的基准电压Vth。运算放大器21将节点N1的电压V1放大而生成输出电压Vs1，将该输出电压Vs1供给到控制电路6的第一输入端子。

同样地，节点N2的电压V2通过电阻R3被输入到运算放大器22的非反转输入端子。运算放大器22的非反转输入端子通过电阻R5与自己的输出端子相连接，运算放大器22的输出信号通过电阻R5被反馈。运算放大器22的输出端子与控制电路6的第二输入端子相连接。运算放大器22的反转输入端子与上述节点N3相连接。因而，对运算放大器22的反转输入端子也输入上述基准电压Vth。该运算放大器22将节点N2的电压V2放大而生成输出电压Vs2，将该输出电压Vs2供给到控制电路6的第二输入端子。

在本例中，放电电流检测部由电阻R1、R3以及运算放大器21、22形成。在此，能够根据节点N1、N2处的电压V1、V2之差和电阻R1的电阻值来计算流过电阻R1的电流I1。另外，能够根据节点N2处的电压V2和电阻R3的电阻值来计算流过电阻R3的电流I3。因而，能够根据电流I3与电流I1之差(I1-I3)计算放电电流I2。控制电路6利用这种计算放电电流I2的式子，来根据输出电压Vs1、Vs2(电压V1、V2)来计算放电电流I2的值。而且，控制电路6根据计算出的放电电流I2来调整电源电压Vin的大小，并进行控制以使从变压器11的次级线圈11b输出的二次电压处于上述优选的范围内。

在采用这样向对置电极3施加正的高电压的结构的静电雾化装置1中也能够高精度地检测放电电流I2。因而，即使附着于放电电极2的凝结水的量改变也能够使放电稳定，进行预先防止空气放电、产生大量臭氧的控制。

接着，记述基于第一实施方式的结构的特征性优点。

(1)由变压器11的次级线圈11b所产生的高电压通过二极管D1、电阻R1被施加到放电电极2与相对的对置电极3之间。电阻R1与二极管D1之间的节点N1的电压V1通过电阻R2被输入到运算放大器21。电阻R1与对置电极3之间的节点N2的电压V2通过电阻R3被输入到运算放大器22。控制电路6根据从运算放大器21、22输出的输出电压Vs1、Vs2来识别节点N1、N2的电压V1、V2。控制电路6根据电压V1、V2和电阻R1、R3的电阻值求出流过这些电阻R1、R3的电流I1、I3，来计算放电电流I2。而且，控制电路6根据该放电电流I2控制电源电压Vin。这样，在采用向对置电极3施加正的高电压的结构的静电雾化装置1中也能够高精度地检测放电电流I2。由此，能够根据检测出的放电电流I2实施适当的控制。因此，能够预先防止空气放电、产生大量臭氧，并且生成适当量的带电微粒子水。

(2)使用热电元件7作为向放电电极2供给液体的液体供给部。热电元件7通过冷却放电电极2，使空气中的水分生成凝结水来向放电电极2供给水。因此，不需要用于储存、供给液体的装置，还能够省去从外部储存液体的麻烦。

(第二实施方式)

下面，根据图2说明第二实施方式的静电雾化装置30。在第二实施方式中，使用高电压产生电路31来代替第一实施方式的高电压产生电路4。对与上述第一实施方式相同的结构附加相同的附图标记并省略其说明。

如图2所示，在静电雾化装置30中，在高电压产生电路31的高压变压器部32，代替第一实施方式的电阻R2而包括二极管D2。二极管D2的阳极连接在变压器11的次级线圈11b的中间的规定匝数位置处。二极管D2的阴极连接于运算放大器21的非反转输入端子。在这种情况下，在次级线圈11b的规定匝数位置处产生的电压V3通过二极管D2被输入到运算放大器21。此时，设定次级线圈11b的连接位置(匝数位置)以使输入到运算放大器21的电压与第一实施方式中的节点N1的电压V1通过电阻R2而被输入到运算放大器21的电压相同。也就是说，在次级线圈11b的中间的规定匝数位置处产生的电压V3与整个次级线圈11b产生的电压相比是足够低的电压，因此不需要在第一实施方式中使用的用于降压的电阻R2。因而，在第二实施方式的结构中，能够省略高耐压用的高价的电阻R2，并且与第一实施方式同样地由电阻R1、R3以及运算放大器21、22形成放电电流检测部。

顺便提及，即使像这样改变运算放大器21的非反转输入端子的连接方式，从运算放大器21输出的输出电压Vs1也与第一实施方式的相同，因此能够同样地由控制电路6计算放电电流I2。

接着，记述基于第二实施方式的结构的特征性优点。

(1)与上述第一实施方式的优点(1)同样地，即使采用向对置电极3施加高电压的结构，也能够高精确度地检测放电电流I2，能够实施适当的控制。

(2)从变压器11的次级线圈11b的中间的规定匝数位置处将低电压V3通过二极管D2输入到运算放大器21，来与上述第一实施方式同样地进行放电电流I2的检测。由此，不需要用于降压的在第一实施方式中使用的电阻R2，即能够省略高耐压用的高价的电阻R2，因此有助于装置30的低成本化。

(3)在第二实施方式中也使用热电元件7作为对放电电极2供给液体的液体供给部，因此不需要储存、供给液体的装置，还能够省去从外部储存液体的麻烦。

此外，上述各实施方式也可以如下这样进行变更。

·在上述各实施方式中，使用热电元件7作为对放电电极2供给液体的液体供给部，但是也可以例如图3所示的静电雾化装置40那样设置作为液体储存部的储水部41作为液体供给部。在该结构中，储存在储水部41内的液体(即水)利用毛细管现象等被供给到放电电极42，由此在放电电极42与对置电极43(被放电电极)之间进行放电。在这种情况下，例如在放电电极42形成从放电电极42的基端部向前端部延伸的细孔。而且，将放电电极42的基端部配置在储水部41内来产生毛细管现象。此外，在图3中，设置有第一实施方式的高电压产生电路4，但是也可以替换为图2所示的第二实施方式的高电压产生电路31。

·被放电电极除了如上述各实施方式那样的对置电极3以外，只要是与放电电极2之间产生放电的电极即可，并不限于与放电电极2相对。例如也可以构成为包围放电电极2的周围。

·上述各实施方式中的电路结构是一个例子，因此也可以适当地变更例如高电压产生电路4、31的电路结构。

·在上述各实施方式中，将放电电极2构成为包括热电元件7的电气回路的一部分，但是也可以独立地构成放电电极2侧的电气回路和热电元件7侧的电气回路。

Claims (6)

1.一种静电雾化装置，其特征在于，具备：

放电电极；

被放电电极，其用于与上述放电电极之间产生放电；

液体供给部，其对上述放电电极供给用于雾化的液体；

高电压产生部，其对上述被放电电极施加高电压；

放电电流检测部，其介于上述高电压产生部与上述被放电电极之间，检测流过上述被放电电极的放电电流；以及

控制部，其根据由上述放电电流检测部检测出的上述放电电流，来控制上述高电压产生部所生成的上述高电压以形成规定的放电电流。

2.根据权利要求1所述的静电雾化装置，其特征在于，

上述放电电流检测部包括：

第一电阻，其设置于上述高电压产生部与上述被放电电极之间；以及

第二电阻，其与上述第一电阻和上述被放电电极之间的节点连接，流过上述第一电阻的电流的一部分流过该第二电阻，

其中，上述控制部根据施加于上述第一电阻的电压和该第一电阻的电阻值求出流过上述第一电阻的电流，并且根据连接有上述第二电阻的上述节点的电压和该第二电阻的电阻值求出流过上述第二电阻的电流，根据流过上述第一电阻的电流和流过上述第二电阻的电流求出上述放电电流。

3.根据权利要求2所述的静电雾化装置，其特征在于，

上述放电电流检测部还包括：

第一运算放大器，其通过第三电阻与上述高电压产生部和上述第一电阻之间的节点连接，对上述高电压产生部和上述第一电阻之间的上述节点的电压进行检测；以及

第二运算放大器，其通过上述第二电阻与上述第一电阻和上述被放电电极之间的上述节点连接，对上述第一电阻和上述被放电电极之间的上述节点的电压进行检测。

4.根据权利要求2所述的静电雾化装置，其特征在于，

上述第一电阻的一端与作为上述高电压产生部的变压器的次级线圈电连接，

上述放电电流检测部还包括：

第一运算放大器，其与上述次级线圈的中间的规定匝数位置电连接，检测该规定匝数位置的电压作为上述第一电阻的一端的电压；以及

第二运算放大器，其通过上述第二电阻与上述第一电阻和上述被放电电极之间的上述节点连接，对上述第一电阻和上述被放电电极之间的上述节点的电压进行检测。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的静电雾化装置，其特征在于，

上述液体供给部包括热电元件，该热电元件构成为将上述放电电极冷却，使该放电电极周围的空气中的水分凝结来向上述放电电极供给凝结水。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的静电雾化装置，其特征在于，

上述液体供给部包括液体储存部，该液体储存部用于向上述放电电极供给上述液体。

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