JP2006122758A

JP2006122758A - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP2006122758A
Application number: JP2004311509A
Authority: JP
Inventors: Kazutsugu Hayashi; 和嗣林; Tomonori Tanaka; 友規田中; Takayuki Nakada; 隆行中田; Hiroshi Suda; 洋須田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: JP4349261B2

Abstract

【課題】搬送部を大きくしたり搬送部を増やしたりすることなく霧化部への搬送能力を向上させて、装置を大型化することなく霧化部へ充分な量の液体を供給することができる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】霧化させるための液体Ｗを収容する液溜め部１と、前記液体Ｗに電圧を印加する印加電極４と、一端が前記液溜め部１の液体Ｗに接触していると共に他端が尖ってこの尖先部が霧化部１１となる搬送部２と、搬送部２の前記霧化部１１に対向している対向電極３と、搬送部２と対向電極３との間に高電圧を印加する電圧印加部５とを備えて、搬送部２が液溜め部１から吸い上げた液体Ｗを霧化部１１において静電霧化させる静電霧化装置６において、搬送部２内に前記一端から他端の霧化部１１の尖先部に至る孔２ａを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体をナノメータサイズに静電霧化するための静電霧化装置に関するものである。

従来から静電霧化装置として、例えば特許文献１が知られている。この特許文献１に示された従来例にあっては、搬送部が多孔体で構成してあり、多孔体で構成した搬送部で液溜め部の水を毛細管現象により搬送し、搬送した水を静電霧化するようになっている。

図８には静電霧化の原理図が示してあり、図中１は水のような液体Ｗを溜める液溜め部、２は多孔体よりなる搬送部、１１は搬送部２の先端部に形成される尖先部からなる霧化部、３は対向電極、４は印加電極、５は印加電極４と対向電極３の間に高電圧を印加する電圧印加部であり、電圧印加部５により印加電極４と対向電極３の間に高電圧を印加することで、搬送部２の上端に搬送した液体Ｗを静電霧化してイオンミストを発生するものである。

この静電霧化装置６によるナノメータサイズのイオンミストの発生のメカニズムは、搬送部２と対向電極３との間にかけられた電圧により搬送部２の霧化部１１に供給された水のような液体Ｗが帯電し、帯電した液体Ｗにクーロン力が働き、霧化部１１に供給された液体Ｗの液面が局所的に先端が尖った錐状に盛り上がる（テイラーコーンＴ）。このクーロン力が液体Ｗの表面張力を超えると液体Ｗが分裂、飛散し（レイリー分裂）、ナノメータサイズのイオンミストが発生するのである。

この静電霧化装置６においては、霧化部１１へ供給される液体Ｗの量が充分多いと、霧化部１１の液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）の高さが高くなり、テイラーコーンＴの先端と対向電極３との間の距離が短くなり放電電流が増加し、静電霧化量も多い。一方、霧化部１１へ供給される液体Ｗの量が少ないと、霧化部１１の液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）の高さが低くなり、テイラーコーンＴの先端と対向電極３との間の距離が長くなり放電電流が減少し、静電霧化量も減少する。また、霧化部１１へ供給される液体Ｗの量が更に少なく所定量以下になると、霧化部１１の液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）が非常に小さくなり、液体Ｗにおいて放電されず静電霧化がしなくなる。

このような従来の静電霧化装置６にあっては、搬送部２を多孔体、すなわち、内部に多数の微小空間を有すると共にこれらが更に小さな空隙にて連通された部材から形成してあるため、搬送部２の一端（下端）から吸い上げた液体Ｗをその先端（上端）の霧化部１１へ搬送する能力（単位時間当たりの搬送量）が充分ではなく、この場合、液体Ｗを搬送する能力を確保するには搬送部２の数を増やしたり搬送部２を大きくする必要があり、静電霧化装置６の大型化及び高コスト化してしまうものであった。

また、静電霧化のために使用する液体Ｗとしては、例えば、水道水、電解水、ｐＨ調整水、ミネラルウォータ、ビタミンＣ・アミノ酸等の有用成分が入った水、アロマオイルや芳香剤や消臭材等が入った水が使用されている。これらの液体Ｗ中にＣａ、Ｎａ等のミネラル成分が入ったものを使用すると、多孔体よりなる搬送部２を毛細管現象で水が霧化部１１に引き上げられ、外気中のＣＯ_２が水に溶け込んでできる炭酸イオンと反応し、霧化部１１の液体Ｗ中にＣａＣＯ_３やＮａＨＣＯ_３やＣａＳＯ_３等の生成物を生成し、この時、霧化部１１に供給される液体Ｗの量が充分でない場合には前記生成物の濃度が飽和溶解濃度以上に濃くなり、個々の成分が析出して付着して搬送部２を構成する多孔体を目詰まりさせ、更に搬送能力が低下するという問題があった。

また、この静電霧化装置６においては、対向電極３と霧化部１１との間で放電が行われる際に液体Ｗ（ここでは水）が電気分解されて酸性やアルカリ性を帯びるため、供給される液体Ｗの量が充分でない場合には酸やアルカリの濃度が濃くなって霧化部１１自身が磨耗や劣化してしまうものであった。

また、液溜め部１における液体Ｗの残量が減少してその水位が低くなると、液面と霧化部１１との水頭差が大きくなり、毛細管現象にて液体Ｗを吸い上げる搬送部２の霧化部１１への液体Ｗの搬送量が減少して液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）の高さが低くなり、これにより上記のようにテイラーコーンＴの先端と対向電極３との間の距離が長くなり放電電流が減少し、静電霧化量が減少してしまうものであった。
特許第３２６０１５０号公報

本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、搬送部を大きくしたり数を増やしたりすることなく霧化部への搬送能力を向上させて、装置を大型化することなく霧化部へ充分な量の液体を供給することができる静電霧化装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、霧化させるための液体Ｗを収容する液溜め部１と、前記液体Ｗに電圧を印加する印加電極４と、一端が前記液溜め部１の液体Ｗに接触していると共に他端が尖ってこの尖先部が霧化部１１となる搬送部２と、搬送部２の前記霧化部１１に対向している対向電極３と、搬送部２と対向電極３との間に高電圧を印加する電圧印加部５とを備えて、搬送部２が液溜め部１から吸い上げた液体Ｗを霧化部１１において静電霧化させる静電霧化装置６において、搬送部２内に前記一端から他端の霧化部１１の尖先部に至る孔２ａを設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、装置を大型化することなく霧化部１１に充分な量の液体Ｗを供給可能となって、充分な静電霧化量を確保できると共に、霧化部１１の液体Ｗ中のＣａＣＯ_３やＮａＨＣＯ_３やＣａＳＯ_３等の生成物が高濃度となって霧化部１１に析出して付着したり該霧化部１１の液体Ｗ中の酸やアルカリが高濃度となって霧化部１１自身が磨耗や劣化してしまうのを防止することができる。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、液溜め部１の液面から霧化部１１までの高さを一定に維持する高さ維持手段を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、液溜め部１における液体Ｗの残量が減少してその水位が低くなっても、高さ維持手段によって液面から霧化部１１までの高さを一定に維持することができて、液面と搬送部２の先端部との水頭差が大きくなって霧化部１１への液体Ｗの搬送量が減少することがなく、霧化部１１へ充分な量の液体Ｗを供給することが可能となる。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、液溜め部１の水位を検知する水位検知手段を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、水位（即ち液溜め部１の液面の高さ）を検知することができて、これに応じて高さ維持手段によって前記液面から霧化部１１までの高さを確実に維持することができる。

本発明にあっては、装置を大型化することなく霧化部に充分な量の液体を供給可能となって、充分な静電霧化量を確保できると共にオゾンの発生を防止して無駄な放電電流を抑えることができ、更に、霧化部の液体中のＣａＣＯ_３やＮａＨＣＯ_３やＣａＳＯ_３等の生成物が高濃度となって霧化部に析出して付着したり、霧化部の液体中の酸やアルカリが高濃度となって霧化部自身が磨耗や劣化してしまうのを防止することができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１には本発明の静電霧化装置６の概略構成図が示してあり、図２には断面図が示してある。この図１、図２に示すように、静電霧化装置６は、液体Ｗ（本実施形態では水であり、以下水とする）を収容したタンクよりなる液溜め部１と、下端が液溜め部１内に入れられた水に浸される多孔質セラミックよりなる棒状の搬送部２と、これら搬送部２の保持及び水に対する電圧の印加のための印加電極４と、絶縁体からなる保持部８によって保持されていると共に上記搬送部２の先端部（後述する霧化部１１）と対向する対向部を備えている対向電極３と、上記印加電極４と対向電極３との間に高電圧を印加する電圧印加部５とからなるもので、対向電極３と印加電極４は共にカーボンのような導電材を混入した合成樹脂やＳＵＳのような金属で形成してある。

搬送部２は棒状をした多孔質セラミックにより構成してあって、搬送部２の上端は尖っていてこの尖先部が霧化部１１となっている。更に本発明では、搬送部２の中央に下端面から霧化部１１の先端に到る断面略円形状をした孔２ａを上下に貫通して形成するもので、本実施形態では搬送部２の水平断面における略中央部に径がφ０．０５〜０．７ｍｍ程度の略直線状をした孔２ａを形成してある。この搬送部２は、霧化部１１を設けていない側の端部を下端として液溜め部１の液体Ｗに浸漬させ、霧化部１１を設けた側の端部を上端として対向電極３と対向するように配置してあり、前記孔２ａ及び多孔質材の内部に多数有する微小空間において毛細管現象によって液体Ｗを下端から上端の霧化部１１へと液体Ｗを搬送するものである。これにより、従来の多孔質材からなる搬送部２に孔２ａを形成しないものと比べて液体Ｗの搬送能力が向上する。搬送部２の一部（外周部）は非透水性のＰｔやＳＵＳ、Ｃなどの導電性材料５０で被覆して構成してある。なお、搬送部２としては、本実施形態の多孔質セラミックのような多孔質材ではないものに孔２ａを形成し、この孔２ａのみによって液体Ｗを霧化部１１へと搬送するものであってもよい。

この搬送部２は、液溜め部１を構成するタンクの上開口部に取付けられた印加電極４を嵌装して設けてあり、搬送部２の上部が印加電極４よりも上方に突出し、下部が印加電極４から下方に突出して上記液溜め部１内に入れられた水と接触するようになっている。

液溜め部１の上開口部に取付けられた印加電極４には円筒状のスカート９が下方に突設してあって、上記搬送部２の外側を囲んでいると共に、その下端は搬送部２の下端より下方に位置している。印加電極４におけるこのスカート９は、液溜め部１内に入れられた水と接触することで水に高電圧を印加すると同時に搬送部２の保護を行うようになっている。

液溜め部１の上部には絶縁体からなる筒状をした保持部８の下部が取付けられ、該保持部８の上端開口を閉じるように対向電極３が配置され、これにより対向電極３が搬送部２の搬送方向の先端（つまり搬送部２の上端部）と対向するように配置される。対向電極３の中央には開口部１２が設けてある。対向電極３を接地し、印加電極４に電圧印加部５を接続して高電圧を印加すると共に、孔２ａを有する搬送部２が毛細管現象により液溜め部１に入れてある水を吸い上げている時、搬送部２の上端の霧化部１１が印加電極４側の実質的な電極として機能する。

液体Ｗは搬送部２内を上述したように毛細管現象によって上端部の霧化部１１側へと搬送される。

そして、電圧印加部５により印加電極４と対向電極３との間に高電圧を印加すると、搬送部２の先端の霧化部１１が実質的な電極となり、搬送部２と対向電極３との間にかけられた電圧により霧化部１１に達した液体Ｗが帯電し、帯電した液体Ｗにクーロン力が働き、液体Ｗの液面が局所的に先端が尖った錐状に盛り上がる（テイラーコーンＴ）。この時印加される電圧が液体Ｗの表面張力を超えて分裂、飛散（レイリー分裂）を起こさせることができる高電圧であれば、搬送部２の上端に達した液体ＷはテイラーコーンＴ形状となってレイリー分裂を起こしてナノメータサイズのイオンミストが発生するという静電霧化がなされる。

このようにして発生したナノメータサイズのイオンミストは活性種（ヒドロキシラジカル、スーパーオキサイド等）を持ったナノメータサイズのイオンミストであるため、これを室内に放出することで、室内の空気の脱臭のみならず、室内壁面等に付着した臭いを除去することことができる。

ところで、このような静電霧化装置６においては、霧化部１１へ供給される液体Ｗの量が充分多いと、霧化部１１の液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）の高さが高くなり、テイラーコーンＴの先端と対向電極３との間の距離が短くなり放電電流が増加し、静電霧化量も多い（図３参照）。一方、霧化部１１へ供給される液体Ｗの量が少ないと、霧化部１１の液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）の高さが低くなり、テイラーコーンＴの先端と対向電極３との間の距離が長くなり放電電流が減少し、静電霧化量も減少する。また、霧化部１１へ供給される液体Ｗの量が更に少なく所定量以下になると、霧化部１１の液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）が非常に小さくなり、液体Ｗにおいて放電されず静電霧化がしなくなると共にオゾンが発生したりする。

そこで本発明では上記のように、搬送部２内に一端（下端）から他端（上端）の霧化部１１の尖先部に至る孔２ａを設けたことで、装置を大型化することなく霧化部１１に充分な量の液体Ｗを供給可能となって、充分な静電霧化量を確保できると共にオゾンの発生を防止して無駄な放電電流を抑えることができ、更に、霧化部１１の液体ＷにＣａＣＯ_３やＮａＨＣＯ_３やＣａＳＯ_３等の生成物が高濃度で生成されて霧化部１１に析出して付着してしまうのを防止することができるものである。更に、対向電極３と霧化部１１との間で放電が行われる際に液体Ｗ（水）が電気分解されても、供給される液体Ｗの量が充分であるため酸やアルカリが高濃度とならず霧化部１１自身が磨耗や劣化してしまうのを防止することができる。

また、搬送部２の外周部に非透水性のＰｔやＳＵＳ、Ｃなどの導電性材料５０を被覆して設けたことで、電圧印加部５と搬送部２との間の電気抵抗や搬送部２自身の電気抵抗を小さくして電圧降下を抑え、搬送部２の下端部と上端の霧化部１１との電位差を電気分解が起きる電圧以下に抑えてｐＨ分離が起こらないようにすることができて、酸やアルカリの生成を抑えて霧化部１１の磨耗や劣化を抑えることができ、更に、搬送部２内の液体Ｗが外気と接触するのが霧化部１１の孔２ａ部分のみとなり、外気との接触面積が減少して自然蒸発による液体Ｗのロスが小さくなって霧化を効率良く行うことができ、液体Ｗの供給周期を長くしてメンテナンスを少なくできる。更に、外気との接触面積が減少することで、外気中のＣＯ_２が水に溶け込んでできる炭酸イオンと反応して霧化部１１にＣａＣＯ_３やＮａＨＣＯ_３やＣａＳＯ_３等の生成物が生成されるのを抑えることができる。

なお、孔２ａの形状としては断面略円形状に限定されず同様の機能を果たすものであればどんな形状でもよく、また、霧化部１１の尖先部の形状としても同様の機能を果たすものであればどんな形状でもよい。

また更に本実施形態では、液溜め部１の水位が変化しても高電圧の印加によって生成するナノサイズのミストの霧化量が変わらないように維持するため、液溜め部１の液面から霧化部１１までの高さを一定に維持する高さ維持手段と、水位の変化を検知する水位検知手段が設けてある。高さ一定手段に、
すなわち、搬送部２による霧化部１１への液体Ｗの搬送は、上述したように毛細管現象によって行っているが、図３に示すように、液溜め部１における液体Ｗの残量が減少してその水位が低くなると、液面と搬送部２の先端部との水頭差が大きくなり、毛細管現象にて液体Ｗを吸い上げる搬送部２の霧化部１１への液体Ｗの搬送量が減少してしまう。霧化部１１への搬送量が多い（即ち液体Ｗの残量が多く水位が高い）場合、液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）の高さが高くなり、テイラーコーンＴの先端と対向電極３との間の距離が短くなり放電電流が増大し、静電霧化量も多いが、霧化部１１への搬送量が少ない（即ち液体Ｗの残量が少なく水位が低い）場合、液体Ｗによる尖った形状（テイラーコーンＴ）の高さが低くなり、テイラーコーンＴの先端と対向電極３との間の距離が長くなり放電電流が減少し、静電霧化量も減少する。そこで、本発明においては、上記のように液溜め部１の水位が変化しても高電圧の印加によって生成するナノサイズのイオンミストの霧化量が液溜め部１の水位の変化により変わらないように維持するために高さ維持手段を設けてある。

高さ維持手段は、図示しないが制御部と給水部とからなり、水位検知手段にて検知した水位を基に液溜め部１に液体Ｗを自動供給するものである。水位検知手段としては、放電電流やオゾン濃度を測定することで水位を検知するものがあるが、本実施形態では図１、図２に示すようにフロート３０、磁石連動スイッチ３１を設けて構成してある。これは、搬送部２の外側に液体Ｗに浮く磁石を備えたフロート３０を移動自在に被嵌し、水位が放電可能な放電領域以下に低下すると該磁石を備えたフロート３０が下降し、フロート３０の磁石により液溜め部１の底部下面に設けた磁石連動スイッチ３１が動作するようにしたもので、これにより液溜め部１の液体Ｗの残量を検知することで水位を検知するものである。このようにフロート３０、磁石連動スイッチ３１を設けて構成したものにおいては、フロート３０を保持する部材を別に設ける必要もなく搬送部２を保持部８として兼用することができるので、静電霧化装置６の小型化が図れる。

これにより、水位検知手段にて液溜め部１の液体Ｗの水位を検知し、これに基いて高さ維持手段によって液体Ｗが自動供給されて液溜め部１の液面から霧化部１１までの高さが一定に維持される。

次に、他の実施形態について図４、図５に基いて説明する。本実施形態では、高さ維持手段として、上記液溜め部１、搬送部２、印加電極４、保持部８、対向電極３、電圧印加部５で構成される静電霧化装置６の本体ユニットの角度を変化させる角度調整装置（図示せず）を設けてある。角度調整装置は、固定部及び該固定部に対して回動する回動部と、回動部を駆動するためのモータ等からなる駆動部及び制御部とで構成されるもので、回動部に前記本体ユニットが取り付けられ、制御部によって回動部を固定部に対してモータ等の駆動部により回動させるものである。角度調整装置によって、霧化部１１が上側となるように搬送部２が水平方向から１０°〜６０°の角度θをなすように回動される。これにより、残量が少なくなっても液面から霧化部１１までの水頭差を小さくして所定の水頭差を維持することができ、毛細管現象にて液体Ｗを吸い上げる搬送部２の霧化部１１への液体Ｗの搬送量を一定にして静電霧化量を安定させることができる。また、霧化部１１への風の流れを作って風に乗せて多く安定して静電霧化することができる。

図６、図７には前述のような構成の静電霧化装置６を空気浄化装置２０に内装した例を示している。空気浄化装置２０には空気浄化部２１と、静電霧化装置６とが内装してある。空気浄化部２１は、室内空気を吸入するための吸込み口２２と、ろ過した空気を室内に吐出するための吐出口２３と、吸込み口２２から吐出口２３に到る風路２６内に設けた不織布や活性炭等のフィルタ２４と、ファン２５とを備えたもので、室内空気を吸込み口２２から吸い込んでフィルタ２４でろ過して清浄な空気として吐出口２３から室内に吐出するようになっており、いわゆるフィルタ２４でろ過する方式（フィルタレーション方式）により室内に浮遊しているほこり等を除去するようになっている。この空気浄化装置２０に内装した静電霧化装置６は前述のような構成のもので、静電霧化装置６は前記風路２６のフィルタ２４を設けた部分よりも下流側に配置してあり、フィルタ２４で清浄化された空気流に乗って静電霧化装置６で発生したナノメータサイズのイオンミストが吐出口２３から室内に放出され、室内の脱臭を行うものである。ここで、清浄化された空気が静電霧化装置６を通過することで、静電霧化装置６の電圧が印加されている部分に室内の埃等が付着することがなく、埃の付着が原因で静電霧化が生じ難くなることを防止している。

本発明の静電霧化装置の概略構成図である。（ａ）は同上の縦断面図であり、（ｂ）は同上の横断面図である。電圧を印加した場合における液溜め部内における液体の水位（液溜め部内における液体残量）及び液溜め部内の液体の液面と搬送部の先端部との水頭差と、放電電流との関係を示すグラフである。本発明の他の実施形態の静電霧化装置の一例の概略構成図である。本発明の他の実施形態の静電霧化装置の他例の概略構成図である。同上の静電霧化装置を搭載した空気浄化装置の側面断面図である。同上の静電霧化装置を搭載した空気浄化装置の正面断面図である。従来例を示す概略構成図である。

符号の説明

１液溜め部
１１霧化部
２搬送部
２ａ孔
３対向電極
４印加電極
５電圧印加部
Ｗ液体

Claims

霧化させるための液体を収容する液溜め部と、前記液体に電圧を印加する印加電極と、一端が前記液溜め部の液体に接触していると共に他端が尖ってこの尖先部が霧化部となる搬送部と、搬送部の前記霧化部に対向している対向電極と、搬送部と対向電極との間に高電圧を印加する電圧印加部とを備えて、搬送部が液溜め部から吸い上げた液体を霧化部において静電霧化させる静電霧化装置において、搬送部内に前記一端から他端の霧化部の尖先部に至る孔を設けて成ることを特徴とする静電霧化装置。
液溜め部の液面から霧化部までの高さを一定に保持する高さ維持手段を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
液溜め部の水位を検知する水位検知手段を設けて成ることを特徴とする請求項２記載の静電霧化装置。