JP2007313458A - Electrostatic atomizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水に高電圧を印加して帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic atomizer that generates charged fine particle water by applying a high voltage to water.
霧化電極と、霧化電極と対向する対向電極と、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加するための高電圧発生回路とを備え、霧化電極上の水に高電圧を印加して帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 An atomizing electrode, a counter electrode facing the atomizing electrode, and a high voltage generating circuit for applying a high voltage between the atomizing electrode and the counter electrode, and applying high voltage to the water on the atomizing electrode An electrostatic atomizer that generates charged fine particle water when applied is known (see, for example, Patent Document 1).
このような静電霧化装置にあっては、帯電微粒子水の発生量を増やす場合、従来においては高電圧発生回路にて霧化電極と対向電極との間に印加する電圧を高くする方法が採られていた。 In such an electrostatic atomizer, when increasing the generation amount of charged fine particle water, there is conventionally a method of increasing the voltage applied between the atomization electrode and the counter electrode in a high voltage generation circuit. It was taken.
この場合、霧化電極と対向電極との間に印加される電圧が高くなると、アーク放電や短絡する惧れが生じ、帯電微粒子水を安定的に発生させることが出来ず、また、オゾンの発生量が多くなってしまう、という問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、霧化電極と対向電極との間の印加電圧を高くすることなく、安定的に帯電微粒子水の発生量を増やすことを可能とす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。 The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to stably increase the generation amount of charged fine particle water without increasing the applied voltage between the atomizing electrode and the counter electrode. It is an object of the present invention to provide an electrostatic atomizer that can be increased.
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、高電圧印加部1と、高電圧印加部1で発生させた高電圧が印加される霧化電極2と、霧化電極2と対向する対向電極3と、霧化電極2に霧化させるべき水を供給する水供給手段4とで主体が構成される静電霧化装置であって、霧化電極2上の水に近赤外領域の赤外線を照射する赤外線照射手段5を設けて成ることを特徴とする特徴とするものである。
In order to solve the above problems, in the invention according to
このような構成とすることで、霧化電極2と対向電極3との間の印加電圧を高くすることなく、安定的に帯電微粒子水の発生量を増やすことができる。
By setting it as such a structure, the generation amount of charged fine particle water can be increased stably, without making the applied voltage between the
また、請求項2に係る発明にあっては、請求項1に係る発明において、照射する近赤外領域の赤外線を集光するレンズ53を設けて成ることを特徴とするものである。
The invention according to
このような構成とすることで、所望の照射位置に正確に大量の赤外線を照射することができて、効率良く帯電微粒子水の発生量を増大させることが可能となる。 With such a configuration, it is possible to accurately irradiate a large amount of infrared rays at a desired irradiation position, and it is possible to efficiently increase the generation amount of charged fine particle water.
また、請求項3に係る発明にあっては、請求項1又は2に係る発明において、照射する近赤外領域の赤外線が霧化電極2及び対向電極3に照射されるのを防止する遮光部を設けて成ることを特徴とするものである。
Moreover, in the invention which concerns on
このような構成とすることで、所望の照射位置に照射することができて、効率良く帯電微粒子水の発生量を増大させることが可能となる。 With such a configuration, it is possible to irradiate a desired irradiation position, and it is possible to efficiently increase the generation amount of charged fine particle water.
また、請求項4に係る発明にあっては、請求項1乃至3のいずれか一項に係る発明において、照射する近赤外領域の赤外線の照射量を静電霧化の発生周波数以上の周波数でON/OFFすることで制御する制御部7を備えて成ることを特徴とするものである。
Moreover, in the invention which concerns on
このような構成とすることで、静電霧化の発生周波数がある一定の周波数となっている場合には特に発生を安定させることができ、またエネルギーを効率よく使用することが可能となる。 By adopting such a configuration, when the frequency of occurrence of electrostatic atomization is a certain frequency, generation can be stabilized, and energy can be used efficiently.
また、請求項5に係る発明にあっては、請求項1乃至4のいずれか一項に係る発明において、高電圧印加部1により霧化電極2と対向電極3との間に印加される電圧及び前記両電極の間を流れる電流の値に基づいて、照射する近赤外領域の赤外線の照射量を制御する制御部7を備えて成ることを特徴とするものである。
Moreover, in the invention which concerns on
このような構成とすることで、発生する帯電微粒子水の量を一定にして安定的に霧化を持続させることが可能となる。 With such a configuration, the amount of the charged fine particle water generated can be made constant and the atomization can be stably maintained.
また、請求項6に係る発明にあっては、請求項1乃至4のいずれか一項に係る発明において、温度センサー81又は湿度センサー82又はガスセンサー83を備え、前記いずれかのセンサーの計測値に基づいて、照射する近赤外領域の赤外線の照射量を制御する制御部7を備えて成ることを特徴とするものである。
Further, in the invention according to
このような構成とすることで、発生する帯電微粒子水の量を一定にして安定的に霧化を持続させることが可能となる。特に、水供給手段として冷却手段にて結露水を供給するものにおいては、環境温度、環境湿度に応じて水の供給量及び照射量を制御することができて特に有効であり、また、ガス濃度に応じて効率よく帯電微粒子水を発生させてガスを分解することができる。 With such a configuration, the amount of the charged fine particle water generated can be made constant and the atomization can be stably maintained. In particular, in the case where condensed water is supplied by a cooling means as a water supply means, the supply amount and irradiation amount of water can be controlled according to the environmental temperature and environmental humidity, and the gas concentration is particularly effective. Accordingly, the charged fine particle water can be efficiently generated to decompose the gas.
本発明にあっては、霧化電極と対向電極との間の印加電圧を高くすることなく、安定的に帯電微粒子水の発生量を増やすことができて、アーク放電や短絡する惧れが生じて帯電微粒子水を安定的に発生させることが出来なかったり、また、オゾンの発生量が多くなってしまうといったことを防止することができる。 In the present invention, the amount of charged fine particle water can be stably increased without increasing the applied voltage between the atomizing electrode and the counter electrode, which may cause arc discharge or short circuit. Thus, it is possible to prevent the charged fine particle water from being stably generated and the generation amount of ozone from being increased.
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、本発明の一実施形態の静電霧化装置を示している。まず、基本構成について説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings. In FIG. 1, the electrostatic atomizer of one Embodiment of this invention is shown. First, the basic configuration will be described.
静電霧化装置は、高電圧印加部1と、高電圧印加部1で発生させた高電圧が印加される霧化電極2と、霧化電極2と対向する対向電極3と、霧化電極2に霧化させるべき水を供給する水供給手段4とで主体が構成される。
The electrostatic atomizer includes a high
霧化電極2と対向電極3は、ケーシングとなる略筒状をした筐体6に取り付けられる。筐体6の一方の端縁には対向電極3が取り付けられ、他方の端縁は水供給手段4が取り付けられる。本実施形態では、水供給手段4は冷却手段によって空気中の水蒸気を結露させるもので、冷却手段には半導体電子熱交換素子であるペルチェモジュール40を用いており、ペルチェモジュール40の吸熱部分41を熱伝導率が高く且つ電気伝導率が低い絶縁材料等の材料からなる冷却部42に接続すると共に、ペルチェモジュール40の放熱部分43を熱伝導率が高い例えばアルミニウム等の材料からなりフィンを有する放熱部44に接続して水供給手段4が構成してある。冷却部42は、筒状をした筐体6の他方の端縁に取り付けられ、筐体6内に位置する部分が内部に向けて円錐台状に隆起する基台部42aとなっており、霧化電極2が立設される。
The atomizing
霧化電極2は、熱伝導率が高く且つ電気伝導率が高い例えば銅のような材料からなり、円柱状に形成してあり、その先端部21は鋭利な円錐状となっている。そして、霧化電極2の基端部22を上記基台部42aの平面視中央部に埋設して、霧化電極2の先端部21を筐体6のもう一方の端縁側に向けて筐体6の途中まで突出させている。
The atomizing
対向電極3は円環状をしたもので、筒状をした筐体6の一方の端縁に取り付けられ、中央の穴部30を介して筐体6の内外が連通されている。この対向電極3と霧化電極2とは、平面視において対向電極3の中央の穴部30の中心部に霧化電極2が配置され、側面視において対向電極3と霧化電極2の先端部21とが一定間隔をおいて配置されており、高電圧印加部1によって対向電極3と霧化電極2との間に高電圧が印加される。高電圧印加部1は、前記両電極間に数千Vの電圧を印加することが可能で、例えば対向電極3と霧化電極2との間の距離が12mmで6千Vの電圧を印加することで500V/mmの電界を発生させることができる。
The
上述した静電霧化装置の基本構成の動作について説明する。霧化電極2に水を供給するため、冷却制御部45を稼動して冷却手段のペルチェモジュール40に電流を供給すると、ペルチェモジュール40内において熱の移動が生じ、ペルチェモジュール40の吸熱部分41で吸熱が行なわれると共に放熱部分43にて放熱が行なわれる。そして、吸熱部分41に接続されている冷却部42を介して霧化電極2が冷却され、霧化電極2の周囲の空気が冷却されて結露点以下に至ることで該霧化電極2の表面上に結露水が生じ、これが霧化電極2により霧化させる水となる。そして、霧化電極2の先端部21に結露水が付着した状態で、高電圧印加部1により霧化電極2の先端部21側がマイナス電極となり電荷が集中するように高電圧を印加することにより、先端部21に付着している水が大きなエネルギーを受けてレイリー分裂を繰り返し、例えば1kH前後の周波数で断続的にナノメートルサイズの帯電微粒子水が大量に発生する。発生した帯電微粒子水は、マイナスの電荷を帯びており、霧化電極2と対向電極3との間に発生している電界によって対向電極3の方へ移動し、対向電極3の中央の穴部30から筐体6外へ吐出される。また、静電霧化により発生する帯電微粒子水の量は、高電圧印加部1によって対向電極3と霧化電極2の間に印加される電圧と前記両電極間に流れる電流の値によって推定されるもので、電圧を印加した際に流れる電流値を計測する電流計11が霧化電極2と対向電極3との間に設けてあり、計測した電流値に応じて高電圧印加部1にて印加する電圧および両電極間に流す電流を電子回路からなる制御部7によって調節可能となっている。印加電圧が一定の場合、電流値が大きい程帯電微粒子水の発生量が大きい。
The operation of the basic configuration of the electrostatic atomizer described above will be described. In order to supply water to the atomizing
静電霧化により発生した帯電微粒子水には、スーパーオキサイドラジカルやヒドロキシラジカルが含まれており、脱臭効果や除菌効果、アレルゲン不活化効果、農薬分解効果等の効果があることがわかっており、帯電微粒子水の発生量を安定させ増加させることで効果も飛躍的に向上する。 It is known that the charged fine particle water generated by electrostatic atomization contains superoxide radicals and hydroxy radicals, and has effects such as deodorizing and sterilizing effects, allergen inactivating effects, and agricultural chemical degrading effects. The effect is also greatly improved by stabilizing and increasing the amount of charged fine particle water generated.
また本実施形態では、静電霧化装置が設置される部屋等の外部環境の温度、湿度、ガス濃度を検知する温度センサー81、湿度センサー82、ガスセンサー83を設け、制御部7がこれらのセンサーの計測値を読み込んで帯電微粒子水の発生量が適切となるように冷却制御部45にペルチェモジュール40への直流の通電量を調節させ、帯電微粒子水を安定的に持続させることが可能となっている。ペルチェモジュール40への通電量の調節はデューティ制御により好適に行なわれる。
In the present embodiment, a
上述した筐体6、冷却制御部45、ペルチェモジュール40の吸熱部分41及び放熱部分43、冷却部42及び放熱部44、制御部7、高電圧印加部1、後述する赤外線照射手段5は図示しない外殻ケーシング内に収容され、温度センサー81等の各センサーも外殻ケーシングに取り付けてある。
The
水の分子間に働く水素結合のエネルギーは水9.6〜26.4(kJ/mol)であり、水が霧化されて発生する帯電微粒子水は、霧化電極2と対向電極3との間に印加する電圧を大きくすれば水素結合が切れ易くなって発生する量が増大するが、印加電圧を大きくするとアーク放電や短絡する惧れが生じて帯電微粒子水を安定的に発生させることが出来なかったり、オゾンの発生量が多くなってしまったりするため限界がある。そこで本発明では、霧化電極2と対向電極3との間に印加する電圧を大きくすることなく、帯電微粒子水の発生量を増大させるため、赤外線照射手段5を設けてある。
The energy of hydrogen bonds between water molecules is 9.6 to 26.4 (kJ / mol), and charged fine particle water generated by atomizing water is generated between the atomizing
赤外線照射手段5は、上記制御部7に制御されて照射する赤外線の量を調節する赤外線制御部51と、赤外線制御部51より通電量が調節されて任意の量の赤外線を照射する赤外線照射部52とを備えている。赤外線照射部52は、筐体6の側壁の外側に配置され、赤外線照射部52と霧化電極2の先端部21との間に位置する筐体6の側壁には開口61が形成されてあり、赤外線照射部52で発振された赤外線は前記開口61を介して霧化電極2の先端部21に照射される。なお図1に示すように、赤外線照射部52の照射側の部分にレンズ53を設けることで、広範囲に向けて発光した赤外線を所望の照射位置に正確に集中的に照射することができて、効率良く帯電微粒子水の発生量を増大させることが可能となる。
The infrared irradiating means 5 is controlled by the
照射する赤外線は、近赤外線が好ましい。これは、図2に示すように、電磁波の水への吸収率は波長1〜10μmの近赤外領域が高くて好ましく、また図3に示すように、波長が短い程エネルギーが大きいため、吸収率が高くエネルギーが大きい3μm近傍の波長がより望ましい。 Infrared rays to be irradiated are preferably near infrared rays. As shown in FIG. 2, the absorption rate of electromagnetic waves into water is preferably high in the near-infrared region with a wavelength of 1 to 10 μm. Also, as shown in FIG. A wavelength in the vicinity of 3 μm with a high rate and high energy is more desirable.
また、照射する赤外線が霧化電極2と対向電極3に照射されるのを防止する遮光部を設けてもよく、本実施形態では筐体6が遮光部となっている。筐体6には前記開口61が形成してあるため、赤外線照射部52(本実施形態ではレンズ53)と霧化電極2の先端部21とを結ぶ直線は開口61を介して直通して筐体6の側壁に遮られないが、赤外線照射部52と霧化電極2および対向電極3とをそれぞれ結ぶ直線は筐体6の側壁に遮られ、霧化電極2と対向電極3とには赤外線が照射されないようにしてある。図4に遮蔽部として開口61を形成した筐体6を示す。図4(a)は開口61を円形状とした例、図4(b)は開口61を横長の長方形状とした例、図4(c)は開口61を正方形状とした例を示す。赤外線が照射されると温度が上昇するため、遮光部によって所望の照射位置に照射することが可能となって、霧化電極2と対向電極3とが過熱されて動作不良となるのを防止することができる。特に、本実施形態のように水供給手段4として結露水を生成することで水を供給する冷却手段を設けたものの場合、霧化電極2が加熱されると結露能力が低下するため、水供給能力を維持するという点においてもより一層の効果が得られるものである。
Moreover, you may provide the light-shielding part which prevents that the infrared rays to irradiate are irradiated to the
霧化により発生する帯電微粒子水の発生量は、高電圧印加部1による霧化電極2と対向電極3との間への印加電圧を一定とした場合、赤外線照射手段5による赤外線の照射量を大きくする程増加するものである。そして本実施形態では、霧化電極2と対向電極3との間に印加している電圧及び前記両電極間に流れる電流の値より発生している帯電微粒子水の量を推定することができるため、所望の帯電微粒子水の発生量に安定させるため赤外線照射手段5による赤外線の照射量を制御部7および赤外線制御部51によって調節するようにしている。赤外線の照射量の調節は、赤外線の照射を上述した帯電微粒子水の発生の周波数よりも大きな周波数でON、OFFするデューティ制御にて行なう。
The amount of charged fine particle water generated by atomization is the amount of infrared irradiation by the infrared irradiation means 5 when the voltage applied between the atomizing
一例として、電流値に基づいて、冷却手段による結露水の生成量と赤外線の照射量を調節する場合について説明する。これは、電流計11での電流の計測値を制御部7が読み込み、目標値よりも計測値が大きい場合には、冷却制御部45を制御して冷却能力を下げると共に、赤外線制御部51を制御して赤外線の照射量を大きくするものである。赤外線の照射量は、例えば電流の目標値が6μAに対して計測値が8μAの場合、照射量を6Wから8Wに増大させるといった制御を行う。
As an example, a case where the amount of condensed water generated by the cooling means and the amount of infrared irradiation are adjusted based on the current value will be described. This is because the
このように印加電圧や電流の値に基づいて赤外線の照射量を制御することで、発生する帯電微粒子水の量を一定にして安定的に霧化を持続させることが可能となる。そしてデューティ制御を行なうことで、静電霧化の発生周波数がある一定の周波数となっている場合には特に発生を安定させることができて、エネルギーを効率よく使用することが可能となり、また、デューティ比を変更することで容易に帯電微粒子水の発生量を変更することが可能となる。 In this way, by controlling the irradiation amount of infrared rays based on the value of applied voltage and current, it becomes possible to keep the amount of charged fine particle water generated constant and stably maintain the atomization. And by performing duty control, it is possible to stabilize the generation particularly when the frequency of occurrence of electrostatic atomization is a certain frequency, it is possible to use energy efficiently, By changing the duty ratio, the generation amount of charged fine particle water can be easily changed.
また、冷却手段による結露水の生成量と照射する近赤外領域の赤外線の照射量を制御するにあたり、温度センサー81、湿度センサー82、ガスセンサー83のうちの一つ又は複数の計測値に基づいて行なってもよい。
Further, in controlling the amount of condensed water produced by the cooling means and the amount of irradiated infrared light in the near-infrared region, based on one or a plurality of measured values of the
温度センサー81および湿度センサー82を用いる場合、温度と湿度との組み合わせに対してあらかじめ冷却手段における冷却能力と照射量を設定したテーブルを備え、このテーブルに基づいて制御部7が冷却制御部45を制御して冷却能力を調節すると共に赤外線制御部を制御して赤外線の照射量を調節し、所望の帯電微粒子水発生量を得るものである。
When the
また、ガスセンサー83を用いる場合について説明する。ガスセンサー83は、ある特定のガス(例えばメタンガス)の成分の濃度を検知するもので、対象となるガスの種類は特に限定されない。そして、ガスセンサー83にて計測したガス濃度に基づいて赤外線の照射量を調節する。ガス濃度が高い場合には、冷却手段による結露水の生成量と赤外線の照射量を増加させて帯電微粒子水の発生量を増大させる。これにより、ガス濃度に応じて帯電微粒子水を発生させて、帯電微粒子水によってガスを効率よく分解することができる。
A case where the
このように上記センサーに基づいて冷却手段による結露水の生成量と赤外線の照射量を制御することで、発生する帯電微粒子水の量を一定にして安定的に霧化を持続させることが可能となる。そしてデューティ制御を行なうことで、静電霧化の発生周波数がある一定の周波数となっている場合には特に発生を安定させることができて、エネルギーを効率よく使用することが可能となり、また、デューティ比を変更することで容易に帯電微粒子水の発生量を変更することが可能となる。 In this way, by controlling the amount of condensed water generated by the cooling means and the amount of infrared irradiation based on the above sensor, the amount of charged fine particle water generated can be kept constant and atomization can be stably maintained. Become. And by performing duty control, it is possible to stabilize the generation particularly when the frequency of occurrence of electrostatic atomization is a certain frequency, it is possible to use energy efficiently, By changing the duty ratio, the generation amount of charged fine particle water can be easily changed.
1 高電圧印加部
2 霧化電極
3 対向電極
4 水供給手段
5 赤外線照射手段
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