JP2008200670A

JP2008200670A - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP2008200670A
Application number: JP2008014097A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Masuda; 幸広桝田; Tetsuya Maekawa; 哲也前川; Hideki Watanabe; 英樹渡辺
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】略中央に略円形の穴を有する円環状をした対向電極の放電電極から最短距離となる部分近傍の面積を増大させて、放電電極の先端での電界集中を促進させることで、静電霧化量を増大させる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】略中央に略円形の穴１０を有する略円環状をした対向電極１と、前記対向電極１の穴１０の中心線上の近傍に位置する放電電極２と、放電電極２の先端部２１に水を供給する水供給手段３と、放電電極２と対向電極１との間に高電圧を印加する高電圧印加部４と、を具備する静電霧化装置５である。放電電極２の先端部２１から対向電極１の内周端縁１２までの距離Ｌに対する対向電極１の外周端縁１１から内周端縁１２までの幅Ｗの比Ｒ_１を１５％以上とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの帯電微粒子水（マイナスイオンミスト）を発生させる静電霧化装置に関するものである。

静電霧化装置とは、放電電極と、放電電極に対向して位置する対向電極と、放電電極に水を供給する供給手段とを備え、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加することで放電電極に保持される水を霧化させてナノメータサイズで強い電荷を持つ帯電微粒子水（マイナスイオンミストで、以下、これをナノイオンミストという）を発生させるものである（特許文献１参照）。ナノイオンミストの粒径は３〜数十ｎｍ程度であって、人体の角質細胞の大きさである７０ｎｍよりも小さな粒径であるため、広範囲に飛散し、滞留時間が長く、壁面などの内部にも浸透し、高い脱臭効果や、ダニや花粉等のアレルゲンの不活性化効果や殺菌効果を発揮することができ、また、皮膚に対してはナノイオンミストの暴露により角質層表面の奥までも水分が十分に補給されて、高い保湿効果が得られ、また、毛髪の保湿効果等の効果も得られるようになっているので、多様な商品に備えることで多様な効果が得られるものである。
特開２００５−２９６７５３号公報

ところで、上述したような従来の静電霧化装置においては、対向電極は、略中央に略円形の穴を有する略円環状をした部材からなる。そして、放電電極の先端との間で電界が形成されると共に放電電極の先端に電界が集中することで、放電電極の先端の電荷が高密度となり、電荷の反発力で放電電極の先端の水が弾けて水が分裂・飛散（レーリー分裂）を繰り返して静電霧化が行われる。

このように、放電電極の先端に電界が集中する程、静電霧化が良く行われるため、対向電極の放電電極に面する部分の面積を広くすることで、静電霧化量の増量を図ることが行われるようになってきている。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、略中央に略円形の穴を有する円環状をした対向電極の放電電極に面する部分の面積を増大させて、放電電極の先端での電界集中を促進させることで、静電霧化量を増大させ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本発明に係る静電霧化装置５は、略中央に略円形の穴１０を有する略円環状をした対向電極１と、前記対向電極１の穴１０の中心線上の近傍に位置する放電電極２と、放電電極２の先端部２１に水を供給する水供給手段３と、放電電極２と対向電極１との間に高電圧を印加する高電圧印加部４と、を具備する静電霧化装置５において、放電電極２の先端部２１から対向電極１の内周端縁１２までの距離Ｌに対する対向電極１の外周端縁１１から内周端縁１２までの幅Ｗの比Ｒ_１を１５％以上とし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、対向電極１の放電電極２に面する部分の面積を増大させて、静電霧化量を増大させることができる。

また、請求項２に係る発明は、略中央に略円形の穴１０を有する略円環状をした対向電極１と、前記対向電極１の穴１０の中心線上の近傍に位置する放電電極２と、放電電極２の先端部２１に水を供給する水供給手段３と、放電電極２と対向電極１との間に高電圧を印加する高電圧印加部４と、を具備する静電霧化装置５において、放電電極２の先端部２１から対向電極１の内周端縁１２までの距離Ｌに対する対向電極１の厚みＴの比Ｒ_２を１０％以上で且つ９０％以下とし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、距離Ｌに対する厚みＴの比Ｒ_２を１０％以上とすることで対向電極１の放電電極２に面する部分の面積を増大させて静電霧化量を増大させ、且つ、比Ｒ_２を９０％以下とすることで、穴１０の内面の面積が増大して該穴１０の内面に衝突する帯電微粒子水が増加して帯電微粒子水の放出量が減少してしまうのを抑え、結果として静電霧化量を増大させることができる。

また、請求項３に係る発明は、略中央に略円形の穴１０を有する略円環状をした対向電極１と、前記対向電極１の穴１０の中心線上の近傍に位置する放電電極２と、放電電極２の先端部２１に水を供給する水供給手段３と、放電電極２と対向電極１との間に高電圧を印加する高電圧印加部４と、を具備する静電霧化装置５において、放電電極２の先端部２１から対向電極１の内周端縁１２までの距離Ｌに対する対向電極１の外周端縁１１から内周端縁１２までの幅Ｗの比Ｒ_１を１５％以上とし、且つ、放電電極２の先端部２１から対向電極１の内周端縁１２までの距離Ｌに対する対向電極１の厚みＴの比Ｒ_２を１０％以上で且つ９０％以下として成ることを特徴とするものである。

このように、距離Ｌに対する幅Ｗの比Ｒ_１を１５％以上とすると共に距離Ｌに対する厚みＴの比Ｒ_２を１０％以上とすることで、対向電極１の放電電極２に面する部分の面積を増大させて、静電霧化量を増大させることができ、且つ、比Ｒ_２を９０％以下とすることで、穴１０の内面の面積が増大して該穴１０の内面に衝突する帯電微粒子水が増加して帯電微粒子水の放出量が減少してしまうのを抑え、結果として静電霧化量を増大させることができる。

本発明は、略中央に略円形の穴を有する円環状をした対向電極の放電電極に面する部分の面積を増大させて、放電電極の先端での電界集中を促進させることで、静電霧化量を増大させることが可能となる。

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５の概略構成断面図を示す。本例の静電霧化装置５は、放電電極２および対向電極１と、放電電極２に水を供給する水供給手段３と、放電電極２に生成した上記結露水を静電霧化するために放電電極２に高電圧を印加するための高電圧印加部４とで主体が構成してある。

水供給手段３は、水貯留部から搬送経路を介して水を搬送するものや、空気中の水分を放電電極２の先端部２１に結露させるもの等、特に限定されないが、本実施形態では該放電電極２を冷却して空気中の水分を結露させて放電電極２に結露水を供給するための冷却手段３０を設けるものである。

冷却手段３０は熱交換器により構成してあって実施例ではペルチェユニットを用いてある。ペルチェユニットは、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムから成る絶縁板の片面側に回路を形成してある一対のペルチェ回路板を、互いの回路側が向い合うように対向させ、多数列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子を両ペルチェ回路板間で挟持するとともに隣接する熱電素子同士を両側の回路で電気的に接続させてペルチェモジュール３１を構成し、ペルチェ入力リード線（図示せず）を介して為される熱電素子への通電により一方のペルチェ回路板側から他方のペルチェ回路板側に向けて熱が移動するように設けたものであり、上記ペルチェモジュール３１の一方の側が冷却側、他方の側が放熱側となっている。

ペルチェモジュール３１の冷却側のペルチェ回路板の外側にはセラミック、アルミナや窒化アルミニウム等から成り高熱伝導性及び電気的絶縁性の高い冷却用絶縁板３２を接続させており、上記他方の側（以下、放熱側という）のペルチェ回路板の外側にはアルミニウム等の金属から成る高熱伝導性の放熱板３３を接続させている。なお、上記ペルチェ回路板としてはエポキシ樹脂やポリイミド樹脂から成る絶縁板に回路を形成したものであってもよいし、これら樹脂に熱伝導性の高いフィラーを含有させたものであってもよい。

次に、放電電極２と対向電極１について詳述する。

放電電極２は銅や銅合金等の熱伝導性のよい材料により形成してあり、放電電極２の先端部２１の先端が放電部となったもので後端をペルチェユニットの冷却側、図１の実施形態では冷却用絶縁板３２に接続してある。先端部２１は球状や先端が尖った錘状の部分を備えていてその最先端が放電部となっている。

対向電極１を保持するハウジング５０は樹脂で形成されており、その上部に上記放電電極２の先端の放電部から一定の距離をおいて対向電極１が設けてあり、この対向電極１はＳＵＳ（例えばＳＵＳ３０４）などの腐蝕に強い材料により形成してあって、上記放電電極２と対向電極１とは高電圧印加部４にそれぞれ高圧リード線を介して接続してあり、高電圧印加部４から放電電極２と対向電極１との間に高電圧が印加されるようになっている。

対向電極１は、略中央に略円形の貫通した穴１０を有する略円環状をした形状で、その外周端縁１１がハウジング５０にて保持される。そして、放電電極２の先端部２１の放電部は、対向電極１の略円形の内周端縁１２（すなわち前記穴１０の周端縁）の中心線Ｃ上に位置している。ここで、中心線Ｃとは、対向電極１の前記穴１０の中心を通って対向電極１の幅Ｗ方向と直交する直線をいうものとする。

本実施形態では、対向電極１の内周端縁１２の径（すなわち穴１０の内径）はφ８ｍｍ、対向電極１の表面（穴１０が形成されている面）のうち放電電極２がある側の面（図１では下面）を形成する平面と放電電極２の先端部２１との間の距離Ｌ_０は３ｍｍ、対向電極１の内周端縁１２と放電電極２の先端部２１との間の距離Ｌは５ｍｍ、厚みＴが０．５ｍｍとなっている。前記距離Ｌは、放電電極２の先端部２１から対向電極１の内周端縁１２のいずれの部位までにおいても同じであり、これが放電電極２から対向電極１までの距離（最短距離）となっている。なお、放電電極２には、対向電極１に対して−５．１５ｋＶとなる電圧を印加すると共に、この間の放電電流が６μＡとなるように放電電極２への水の供給を調節するようにしている。

ところで、放電電極２の先端部２１に集中的に形成される電界は、前記対向電極１の放電電極２に面する部分から放電電極２の先端部２１に向けて形成される仮想の電気力線の密度に依存する。すなわち、対向電極１の放電電極２に面する部分の面積の広さが広くなるにつれて電界の強度が強くなるものである。本実施形態の場合、対向電極１の放電電極２に面する部分は、対向電極１の放電電極２がある側の表面と、穴１０の内側面であるが、穴１０の内側面の面積は対向電極１の放電電極２がある側の表面の面積と比べて小さい。このため、対向電極１の放電電極２がある側の表面の面積を大きくとることで、対向電極１の放電電極２に面する部分の面積が大きくなって、放電電極２の先端部２１に形成される電界の強度が大きくなる。

ここで、対向電極１と放電電極２との距離Ｌ（最短距離）を一定の５ｍｍとし、対向電極１の放電電極２がある側の表面の面積を変化させた場合の静電霧化量の変化を図２に示す。横軸には、対向電極１の放電電極２がある側の表面の面積の代わりに対向電極１の幅Ｗ（すなわち、（外周端縁１１の直径−内周端縁１２の直径）／２）の最短距離Ｌに対する比Ｒ_１をパラメータとしてとり、縦軸には、静電霧化量として帯電微粒子のラジカル量（μｍｏｌ／Ｌ）をパラメータとしてとっている。

図２を見ると、幅Ｗ／最短距離Ｌの比Ｒ_１が１５％以上でラジカル量が約８５（μｍｏｌ／Ｌ）となっており、ラジカル量の最大値（比Ｒ_１が増大する際の収束する推定値１４０（μｍｏｌ／Ｌ）の約６０％）となって実用上好ましい量となる。また、幅Ｗ／最短距離Ｌの比Ｒ_１が４０％までは急勾配であるが、４０％以上では大体横這いとなっている。４０％以上では大体横這いとなるのは、対向電極１の外周端縁１１の直径を増大させて対向電極１の放電電極２がある側の表面の面積を増大させても、放電電極２から最短距離Ｌとなる部分から離れた部分の面積が増大するだけで、電気力線の増加にあまり寄与しないためと考えられる。図２から、幅Ｗ／最短距離Ｌの比Ｒ_１が１５％（好ましくは４０％）以上あれば実用上好ましいことが分かる。

次に、対向電極１の放電電極２に面する部分の面積を増大させるため、上記のように対向電極１の放電電極２がある側の表面の面積を増大させる代わりに、穴１０の内側面の面積を増大させる場合について説明する。

対向電極１と放電電極２との距離Ｌ（最短距離）を一定の５ｍｍとすると共に、対向電極１の幅Ｗ（すなわち、（外周端縁１１の直径−内周端縁１２の直径）／２）を一定の３．０ｍｍとし、穴１０の内側面の面積を変化させた場合の静電霧化量の変化を図３に示す。横軸には、対向電極１の穴１０の内側面の面積の代わりに対向電極１の厚みＴの最短距離Ｌに対する比Ｒ_２をパラメータとしてとり、縦軸には、静電霧化量として帯電微粒子のラジカル量（μｍｏｌ／Ｌ）をパラメータとしてとっている。

図３を見ると、厚みＴ／最短距離Ｌの比Ｒ_２が低い部分では１０％以上でラジカル量が略１２０（μｍｏｌ／Ｌ）となり、後述するラジカル量の最大値（比Ｒ_２が４０％の時の１９０（μｍｏｌ／Ｌ））の約６０％となって実用上好ましい量となる。そして、厚みＴ／最短距離Ｌの比Ｒ_２が４０％近傍でラジカル量が最大値１９０（μｍｏｌ／Ｌ）となり、それ以上の部分では、約９０％でラジカル量が最大値の約６０％の略１２０（μｍｏｌ／Ｌ）以下となる。このように、厚みＴ／最短距離Ｌの比Ｒ_２のラジカル量に対する最適値がある理由は、厚みＴ／最短距離Ｌの比Ｒ_２が増大するに従って、対向電極１の放電電極２に面する部分の面積が増大するものの、図４に示すように対向電極１の放電電極２に面する部分の面積が増大するにつれて、放電電極２の先端で静電霧化されて対向電極１の略中央の穴１０を通って放出される帯電微粒子水であるナノイオンミストＭが前記穴１０の内側面に衝突して、その放出量が少なくなってしまうためと考えられる。図３から、厚みＴ／最短距離Ｌの比Ｒ_２は１０％以上で且つ９０％以下であれば実用上好ましいことが分かる。

次に、対向電極１と放電電極２との距離Ｌを一定の５ｍｍとし、対向電極１の幅Ｗが、距離Ｌに対する幅Ｗの比Ｒ_１が６０％となる３ｍｍの場合と、比Ｒ_１が１５％となる０．７５ｍｍの場合と、比Ｒ_１が１０％となる０．５ｍｍの場合の三通りについて、厚みＴの距離Ｌに対する比Ｒ_２を横軸にとり、縦軸に放出する静電霧化量として帯電微粒子のラジカル量（μｍｏｌ／Ｌ）をとったグラフを図５に示す。

図５を見ると、比Ｒ_１（＝幅Ｗ／距離Ｌ）が６０％、１５％、１０％となるに従って放出するラジカル量が少なくなり、図２に示すのと同様の傾向が読み取れる。特に比Ｒ_１が４０％以上では大体横這いとなっているが、４０％以下では急勾配となり減り方が顕著となっている。

上記構成によれば、距離Ｌに対する幅Ｗの比Ｒ_１を１５％以上とすると共に距離Ｌに対する厚みＴの比Ｒ_２を１０％以上とすることで、対向電極１の放電電極２に面する部分の面積を増大させて、静電霧化量を増大させることができ、且つ、比Ｒ_２を９０％以下とすることで、穴１０の内面の面積が増大して該穴１０の内面に衝突する帯電微粒子水が増加して帯電微粒子水の放出量が減少してしまうのを抑え、結果として静電霧化量を増大させることができる。

本発明の静電霧化装置の概略構成断面図である。対向電極と放電電極との距離（最短距離）に対する対向電極の幅の比−静電霧化量の関係を示す関係図である。対向電極と放電電極との距離（最短距離）に対する対向電極の厚みの比−静電霧化量の関係を示す関係図である。（ａ）（ｂ）は同上の関係の説明図である。対向電極と放電電極との距離（最短距離）に対する対向電極の厚みの比−静電霧化量の関係を、対向電極と放電電極との距離（最短距離）に対する対向電極の幅の比毎に複数示した関係図である。

符号の説明

１対向電極
１０穴
１１外周端縁
１２内周端縁
２放電電極
３水供給手段
４高電圧印加部
５静電霧化装置
Ｌ距離
Ｗ幅

Claims

略中央に略円形の穴を有する略円環状をした対向電極と、前記対向電極の穴の中心線上の近傍に位置する放電電極と、放電電極の先端部に水を供給する水供給手段と、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧印加部と、を具備する静電霧化装置において、放電電極の先端部から対向電極の内周端縁までの距離に対する対向電極の外周端縁から内周端縁までの幅の比を１５％以上として成ることを特徴とする静電霧化装置。
略中央に略円形の穴を有する略円環状をした対向電極と、前記対向電極の穴の中心線上の近傍に位置する放電電極と、放電電極の先端部に水を供給する水供給手段と、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧印加部と、を具備する静電霧化装置において、放電電極の先端部から対向電極の内周端縁までの距離に対する対向電極の厚みの比を１０％以上で且つ９０％以下として成ることを特徴とする静電霧化装置。
略中央に略円形の穴を有する略円環状をした対向電極と、前記対向電極の穴の中心線上の近傍に位置する放電電極と、放電電極の先端部に水を供給する水供給手段と、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧印加部と、を具備する静電霧化装置において、放電電極の先端部から対向電極の内周端縁までの距離に対する対向電極の外周端縁から内周端縁までの幅の比を１５％以上とし、且つ、放電電極の先端部から対向電極の内周端縁までの距離に対する対向電極の厚みの比を１０％以上で且つ９０％以下として成ることを特徴とする静電霧化装置。