JP2007167758A - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水微粒子生成時の騒音を低減する。
【解決手段】水滴２１は凸部１２に形成された段階で鋭利な形状を有し、霧化電極２と対向電極５間に印加された高電圧によるクーロン力によってさらに変形し、水滴２１の先端部分にマイナスの電荷が集中し、水滴２１がレイリー分裂を起こすることにより水微粒子が放出され、水微粒子の放出に伴い水滴２１の形状が鋭利な形状に戻るという過程を繰り返すことにより水微粒子を周期的に生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、水に高電圧を印加することにより水微粒子を生成する低騒音の静電霧化装置に関する。

従来より、円筒形状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極を冷却することにより霧化電極表面に大気中の水分を結露させる冷却装置と、霧化電極と対向電極間に高電圧を印加することにより霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する電圧印加部とを備える静電霧化装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。このような装置によれば、ナノサイズで電荷を有する水微粒子を生成することができる。
特開２００５−１３１５４９号公報

ところで、従来の静電霧化装置によれば、水微粒子の生成に伴い騒音が発生することが知られている。このような背景から、低騒音の静電霧化装置の提供が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低騒音の静電霧化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る静電霧化装置の特徴は、柱状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極表面に水を生成する装置と、霧化電極と対向電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する静電霧化装置であって、霧化電極の先端部分には、水滴の量を規定する水補給部が形成され、水補給部の先端部分には凸部が形成されていることにある。

また、本発明の第２の態様に係る静電霧化装置の特徴は、柱状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極表面に水を生成する装置と、霧化電極と対向電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する静電霧化装置であって、霧化電極の先端部分に水滴の量を規定する水補給部を備え、水補給部には、その表面における水滴が静電霧化される位置に、静電霧化される時の水滴よりも体積の小さい凸部が形成されていることにある。

本発明に係る静電霧化装置によれば、水滴の体積の時間変化量を小さくすることができるので、水滴の体積変化に伴う加振力が低減され、騒音を低減することができる。また、本発明に係る静電霧化装置によれば、水微粒子の生成周期が短くなるので、騒音の周波数が高くなり、人により感知される騒音レベルを小さくすることができる。

一般に、静電霧化装置は、（１）霧化電極２と対向電極５間に印加された高電圧によるクーロン力によって霧化電極２の先端部分に形成された水滴２１が図４（ａ），（ｂ）に示すように変形し、（２）図４（ｃ）に示すように、水滴２１が対向電極５に向かって鋭利な形状になり、水滴２１の先端部分にマイナスの電荷が集中し、（３）図４（ｄ）に示すように水滴２１がレイリー分裂を起こすることにより水微粒子が放出され、（４）水微粒子の放出に伴い帯電量が減少することによって水滴２１が図４（ｅ）に示すように表面張力により霧化電極２側に引きつけられるという過程を繰り返すことにより水微粒子を周期的に生成する。

本願発明の発明者らは、このような過程で水微粒子を生成する静電霧化装置の騒音について精力的な研究を重ねてきた結果、騒音は図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すような水滴２１の体積の時間変化に伴う加振力に起因することを知見した。そこで、本願発明の発明者らは、水滴２１の体積の時間変化量を小さくすることにより静電霧化装置の騒音を低減できるという技術的思想を想到するに至った。以下、図面を参照して、このような技術的思想の一実施形態となる静電霧化装置の構成と動作について詳しく説明する。

〔静電霧化装置の構成〕
本発明の実施形態となる静電霧化装置１は、図１に示すように、霧化電極２を冷却することにより霧化電極２表面に大気中の水分を結露させる冷却装置３と、霧化電極２と冷却装置３間を電気的に絶縁することにより霧化電極２と対向電極５間に印加された高電圧が冷却装置３側にリークすることを防止する絶縁部４と、霧化電極２の先端部分に対し所定間隔をあけて対向配置されたリング状の対向電極５と、対向電極５を保持するハウジング６と、霧化電極２と対向電極５間に高電圧を印加することにより霧化電極２の先端部分に形成された水滴を静電霧化する電圧印加部７と、冷却装置３とハウジング６を支持する支持基板８とを主な構成要素として備える。

上記霧化電極２は、真鍮等の熱伝導性が良い材料によって形成された円柱状の部材であり、その先端部分には図２（ａ）に示すように水滴の量を規定する球状の水補給部１１が設けられている。また、水補給部１１の先端部分には、電圧が印加されていない状態であっても水滴２１が図４（ｃ）に示すような電界が集中しやすい鋭利な形状になりやすいように、図２（ｂ）に示すような円錐状の凸部１２が形成されている。

なお、上記凸部１２は、水補給部１１と連続的に繋がっていてもよいし、水補給部１１とは別部材として連続性のないものであってもよい。また、水滴２１が凸部１２の表面と濡れ、水が凸部１２の形状に沿って付着するように、霧化電極２の表面に対して親水性加工を施しておくことが望ましい。また、本願発明者らは、電界が集中しやすい鋭利な形状になっている際の水滴２１の底面の直径は約０．３［ｍｍ］になることを知見したので、本実施形態では、凸部１２の底面の直径は０．３［ｍｍ］程度の微小な大きさとした。但し、この大きさは、霧化電極２と対向電極５間に印加する電圧の大きさ，霧化電極２と対向電極５間の距離，凸部１２の表面積の大きさ，凸部１２に供給される水の量に応じて変化する。また、凸部１２の形状は円錐状であるとしたが、水滴２１に電界が集中しやすい形状であれば、例えば底面の小さい円柱等、円錐状以外の形状であっても構わない。

上記冷却装置３は、半導体電子熱交換素子であるペルチェ素子により構成され、ペルチェ素子の吸熱側が絶縁部４に接合されている。これにより、冷却装置３は絶縁部４を介して霧化電極２を冷却することができる。また、一般にペルチェ素子は耐水性に乏しいので、絶縁部４は霧化電極２を冷却することにより生成された結露水が冷却装置３側に侵入することを防止する。

なお、上記凸部１２に生成させる水分量は、霧化電極２の冷却温度と先端形状により制御し、凸部１２に過剰な水分が付着しないようにすることが望ましい。また、本実施形態では、霧化電極２を冷却することにより凸部１２に水を供給することとしたが、水を貯蔵する水貯蔵部を設けると共に、霧化電極２を多孔質材料によって構成することにより、毛細管現象を利用して水貯蔵部に貯蔵されている水を凸部１２に供給するようにしてもよい。

〔静電霧化装置の動作〕
このような構成を有する静電霧化装置１は以下に示す生成過程により水微粒子を生成する。すなわち、この静電霧化装置１では、（１）図３（ａ）に示すように、凸部１２が水滴２１に覆われ、水滴２１は凸部１２に形成された段階で鋭利な形状を有し、図３（ｂ）に示すように霧化電極２と対向電極５間に印加された高電圧によるクーロン力によってさらに変形し、（２）図３（ｃ）に示すように水滴２１の先端部分にマイナスの電荷が集中し、（３）図３（ｄ）に示すように水滴２１がレイリー分裂を起こすることにより水微粒子が放出され、（４）図３（ｅ）に示すように水微粒子の放出に伴い水滴２１の形状が鋭利な形状に戻るという過程を繰り返すことにより水微粒子を周期的に生成する。

このような水微粒子の生成過程によれば、従来の静電霧化装置のように水微粒子の放出に伴い水滴２１の形状が鋭利な形状から平坦な形状に戻ることがなく、水微粒子の放出後も水滴２１の形状は凸部１１によって鋭利な形状に保たれる。この結果、水滴２１に電界が集中しやすくなり、水滴２１の体積の時間変化量が小さくなるので、水滴２１の体積変化に伴う加振力が低減され、静電霧化装置１の騒音を低減することができる。

また、この静電霧化装置１によれば、凸部１２は微小な大きさであるために、霧化電極２の先端部分に形成される水滴の量が少なくなるので、水滴２１の固有振動周波数が高い周波数域に移行し、発生する騒音の周波数が人間の耳の感度が低い周波数や可聴域以上の周波数になる結果、人が感じる静電霧化装置１の騒音レベルを小さくすることができる。

また、この静電霧化装置１によれば、凸部１２によって水滴２１の形状が水微粒子の放出後も電界が集中しやすい鋭利な形状に保たれる結果、水微粒子の発生周期が短くなるので、静電霧化装置１の騒音の周波数が大きくなり、人が感じる静電霧化装置１の騒音レベルを小さくすることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の実施形態となる静電霧化装置の構成を示す模式図である。 図１に示す霧化電極の先端部分の形状を示す模式図である。 図１に示す静電霧化装置における水微粒子の生成過程の流れを示す模式図である。 従来の静電霧化装置における水微粒子の生成過程の流れを示す模式図である。

符号の説明

１：静電霧化装置
２：霧化電極
３：冷却装置
４：絶縁部
５：対向電極
６：ハウジング
７：電圧印加部
８：支持基板
１１：水補給部
１２：凸部

Claims (2)

1. 柱状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極表面に水を生成する装置と、霧化電極と対向電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する静電霧化装置であって、
   前記霧化電極の先端部分には、前記水滴の量を規定する水補給部が形成され、当該水補給部の先端部分には凸部が形成されていることを特徴とする静電霧化装置。
2. 柱状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極表面に水を生成する装置と、霧化電極と対向電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する静電霧化装置であって、
   前記霧化電極の先端部分に前記水滴の量を規定する水補給部を備え、当該水補給部には、その表面における前記水滴が静電霧化される位置に、静電霧化される時の前記水滴よりも体積の小さい凸部が形成されていることを特徴とする静電霧化装置。

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