JP2011062673A

JP2011062673A - 静電霧化装置

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Publication number: JP2011062673A
Application number: JP2009217741A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Komura; 泰浩小村; Masato Nunomura; 真人布村; Yukiyasu Asano; 幸康浅野; Yukiko Mishima; 有紀子三嶋; Shoji Machi; 昌治町; Junpei Oe; 純平大江
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】帯電微粒子ミストが生成された際に発生したオゾンを減らすことができる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】静電霧化装置１０には、放電電極１３と対向するように対向電極２２が設けられるとともに、対向電極２２は活性炭より形成されている。そして、放電電極１３から生成された帯電微粒子ミストは対向電極２２側に向かって移送されるとともに、対向電極２２の孔を通過する。このとき、帯電微粒子ミストが生成された際に発生したオゾンは、オゾン中の分子が対向電極２２の表面に引き付けられるため、対向電極２２に吸着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯電微粒子ミストを生成するための静電霧化装置に関する。

従来から、帯電微粒子ミストを生成するための静電霧化装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の静電霧化装置は、高電圧印加部と、高電圧印加部で発生させた高電圧が印加される放電電極と、放電電極に霧化させるべき液体を供給する液体供給手段とを備えている。

上記構成の静電霧化装置において、帯電微粒子ミストを生成させるメカニズムとしては、まず、放電電極に印加された高電圧により、放電電極の先端部に供給された液体が帯電するとともに、帯電した液体にクーロン力が作用する。さらに、放電電極の先端に供給保持された液体の液面が、局所的に先端が尖った錐状に盛り上がってテーラーコーンとなり、このテーラーコーンの先端部に電荷が集中して高密度化されるとともに、高密度化された電荷の反発力による液体の分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して静電霧化が行われる。そして、電気分解によりラジカルを有する帯電微粒子ミスト（マイナスイオンミスト）が生成される。

この帯電微粒子ミストは、帯電により被対象物に引き寄せられる付着機能のほかに、脱臭、除菌などの効果を有している。この脱臭、除菌などの発現は、帯電微粒子ミスト中に含まれるラジカルが主な効果要因として作用していると考えられている。

特開２００７−３１３４６０号公報

しかしながら、上記構成の静電霧化装置によれば、帯電微粒子ミストを生成する際に、帯電微粒子ミストとともにオゾンが発生してしまうという問題があった。
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的は、帯電微粒子ミストが生成された際に発生したオゾンを減らすことができる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、請求項１に記載の発明は、一次側電極への電圧印加に基づく電気−機械−電気変換により二次側電極にて高電圧を発生させる圧電振動子と、前記圧電振動子にて発生した高電圧に基づいて放電を行う放電電極と、前記放電電極と対向するように設けられるとともに前記放電電極との間で放電を行う対向電極と、前記放電電極に液体を供給する液体供給手段とを備え、前記液体供給手段から前記放電電極に供給された液体を前記放電電極の放電により霧化させて帯電微粒子ミストを生成する静電霧化装置において、前記対向電極に、前記帯電微粒子ミストとともに発生したオゾンを減少させる機能を持たせたことを要旨とする。

この発明によれば、帯電微粒子ミストの生成によりオゾンが発生しても、対向電極の機能により発生したオゾンを減らすことができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記対向電極が活性炭より形成されていることを要旨とする。

この発明によれば、活性炭は複数の孔が形成されており、この孔をオゾンが通過する際に、オゾン中の分子が活性炭の表面に引き付けられる。このため、対向電極を活性炭で形成することにより、オゾンを対向電極に吸着させ、発生したオゾンを減らすことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記対向電極がオゾン分解触媒より形成されていることを要旨とする。
この発明によれば、オゾン分解触媒にオゾンが吸着されるとともに、オゾン分解触媒に吸着されたオゾンがオゾン分解触媒により分解される。このため、対向電極をオゾン分解触媒で形成することにより、発生したオゾンを減らすことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記対向電極には電力供給手段が電気的に接続されるとともに、前記対向電極は、前記電力供給手段から供給される電力を熱に変換可能な発熱体であることを要旨とする。

この発明によれば、オゾンは、発熱体である対向電極からの熱を受けて温度が上昇すると熱分解される。その結果、発生したオゾンを減らすことができる。
請求項５に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記対向電極は格子状またはハニカム形状に構成されていることを要旨とする。

この発明によれば、帯電微粒子ミストは対向電極を通過させることができる一方で、オゾンは対向電極に吸着させることができる。よって、対向電極を放電電極に対向配置しても、帯電微粒子ミストの大気への放出が妨げられることがない。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記放電電極から前記対向電極に向かって移動する前記オゾンに向かってＵＶを照射するＵＶ照射手段をさらに備えたことを要旨とする。

この発明によれば、ＵＶ照射手段から照射されるＵＶをオゾンに照射することで、放電電極から対向電極に向かって移動する途中でオゾンを分解させることができ、ＵＶ照射手段を備えない静電霧化装置と比べて、発生したオゾンをさらに減らすことができる。

この発明によれば、帯電微粒子ミストが生成された際に発生したオゾンを減らすことができる。

実施形態における静電霧化装置を模式的に示す断面図。（ａ）は圧電振動子の断面図、（ｂ）は接触部材を介して放電電極が設けられた圧電振動子の斜視図。対向電極の一部正面図。別の実施形態における静電霧化装置を模式的に示す断面図。別の実施形態における静電霧化装置を模式的に示す断面図。別の実施形態における対向電極の一部正面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。なお、以下に示す各図は、帯電微粒子ミストを生成するためのメカニズムを説明する上で必要な構成のみを図示した静電霧化装置１０の模式図となっており、静電霧化装置１０におけるその他の構成については図示及び説明を省略している。

図１に示すように、静電霧化装置１０には図示しないタンクホルダにタンク１１が着脱可能に設けられている。タンク１１内の水（液体）は、液体供給路１２上に配設された給水ポンプＰによって、液体供給路１２を介して放電電極１３へ供給されるようになっている。すなわち、タンク１１、液体供給路１２及び給水ポンプＰは、放電電極１３に水を供給する液体供給手段を構成する。また、静電霧化装置１０はファン１４を備えている。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、チタン酸ジルコン亜鉛（ＰＺＴ）系材料からなる矩形板状の圧電振動子（圧電トランス）１５は、その長手方向（図２に示す矢印Ｘの方向）と厚み方向（図２に示す矢印Ｙの方向）の二方向に分極されて構成されている。圧電振動子１５の長手方向における一方側であって、圧電振動子１５の厚み方向における両面には、電力供給面を構成する一次側電極１６，１７がそれぞれ設けられている。また、圧電振動子１５の長手方向における他方の端面側には、高電圧出力面１８ａを有する二次側電極１８が設けられている。なお、圧電振動子１５の厚み方向及び長さ方向の寸法比は、入力電圧及び出力電圧の略増幅比に相当し、本実施形態では１０〜２０倍程度に設定されている。

図１に示すように、一次側電極１６，１７は電力（交流電圧）を供給する電力供給部１９と電気的に接続されるとともに、電力供給部１９により圧電振動子１５の長手方向における長さに対応した共振周波数の交流電圧が一次側電極１６，１７に印加されるようになっている。

電力供給部１９により一次側電極１６，１７に交流電圧が印加されると、圧電振動子１５の長手方向に強い機械振動が生じるとともに、図１に二点鎖線で示す波長１／２λを形成する定在波Ｗモードで振動する。なお、本来、定在波Ｗは縦波の振動であるが、図１においては説明の都合上、横波で図示している。

この機械振動により二次側電極１８では、圧電効果による電荷が発生するとともに、電力供給部１９から一次側電極１６，１７に印加された電圧よりも昇圧された高電圧が発生する。昇圧された二次側電極１８の高電圧出力面１８ａにおいても同様に昇圧された高電圧が発生している。二次側電極１８に生じる高電圧は、一端が高電圧出力面１８ａの中央部に接触する接触部材２０を介して、接触部材２０の他端に接触する放電電極１３に印加されるようになっている。

また、圧電振動子１５における定在波Ｗの節Ｆとなる位置には、圧電振動子１５を保持する保持部材２１が、圧電振動子１５を厚み方向に挟むように設けられている。保持部材２１は弾性体からなる。この保持部材２１により、圧電振動子１５において長手方向に機械振動が生じても、節Ｆに引張・圧縮応力が集中することが抑制される。

また、静電霧化装置１０には、放電電極１３と対向するようにグランドに接続された対向電極２２が設けられている。対向電極２２は、放電電極１３近傍であるとともに帯電微粒子ミスト雰囲気に位置するように設けられている。図３に示すように、対向電極２２は、炭素物質を成形型を用いて射出成形される活性炭より形成されるとともに、正面視すると、矩形状の孔２２ａが複数形成された格子状になっており、帯電微粒子ミストの大部分がこの孔２２ａを介して対向電極２２を通過できるようになっている。なお、孔２２ａのセル数は、１平方インチ当たり３０〜３００セルが望ましい。

上記構成の静電霧化装置１０において、帯電微粒子ミストを生成させるメカニズムとしては、まず、放電電極１３と対向電極２２との間に高電圧が印加されて放電電極１３周りにコロナ放電を生じさせる。次に、タンク１１から液体供給路１２を介して放電電極１３の先端に液体が供給されるとともに、放電電極１３の先端に供給された液体が帯電し、この液体にクーロン力が作用する。さらに、放電電極１３の先端に供給保持された液体の液面が、局所的に先端が尖った錐状に盛り上がってテーラーコーンとなり、このテーラーコーンの先端部に電荷が集中して高密度化される。そして、高密度化された電荷の反発力による液体の分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して静電霧化が行われるとともに、静電霧化されたミストにおいて電気分解が行われ、ミストがラジカル状態になる。よって、ラジカルを有する帯電微粒子ミスト（マイナスイオンミスト）が生成される。このように生成された帯電微粒子ミストは、主にナノメータサイズからなり、ファン１４によって対向電極２２側に向けて効率良く移送できるようになっている。

帯電微粒子ミストは、帯電により被対象物に引き寄せられる付着機能のほかに、脱臭、除菌などの効果を有しているため、この静電霧化装置１０によれば、生成された帯電微粒子ミストを被対象物に効率良く付着させることで、被対象物に対して脱臭、除菌などの効果を得ることができる。

ところで、帯電微粒子ミストが生成される際には、帯電微粒子ミストとともにオゾンが発生する。帯電微粒子ミスト及びオゾンは、ファン１４によって対向電極２２側に向けて移送され、帯電微粒子ミストは対向電極２２の孔２２ａを通過する。一方、オゾンは、その分子が対向電極２２の表面に引き付けられ、オゾンが対向電極２２に吸着される。その結果、オゾンが取り除かれた帯電微粒子ミストを被対象物に付着させることができる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）静電霧化装置１０には、放電電極１３と対向するように対向電極２２が設けられ、この対向電極２２は活性炭より形成されている。そして、帯電微粒子ミストが生成された際に発生したオゾンは、対向電極２２（活性炭）の吸着作用により対向電極２２に吸着される。その結果、静電霧化装置１０によって帯電微粒子ミストを生成した際にオゾンが発生しても、対向電極２２によりオゾンを吸着して大気に放出されるオゾンを減らすことができる。

（２）対向電極２２は、炭素物質を成形型を用いて射出成形されるとともに、正面視すると、矩形状の孔２２ａが複数形成された格子状になっている。よって、帯電微粒子ミストは孔２２ａを通過させることができる一方で、オゾンは対向電極２２に吸着させることができる。よって、対向電極２２を放電電極１３に対向配置しても、帯電微粒子ミストの大気への放出が妨げられることがない。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、対向電極２２を活性炭により形成したが、これに限らず、対向電極２２をシート状、格子状、ハニカム形状等に加工したオゾン分解触媒により形成してもよい。これによれば、発生したオゾンがオゾン分解触媒に吸着され、そのオゾン分解触媒により分解される。このため、対向電極２２をオゾン分解触媒で形成することにより、発生したオゾンを減らすことができる。

○ 図４に示すように、対向電極２２には電力供給手段３１が電気的に接続されるとともに、対向電極２２は、電力供給手段３１から供給される電力を熱に変換可能な発熱体であってもよい。これによれば、オゾンは発熱体である対向電極２２からの熱を受けて温度が上昇すると熱分解される。その結果、帯電微粒子ミストとともにオゾンが発生しても、そのオゾンを減らすことができる。

○ 図５に示すように、静電霧化装置１０に放電電極１３から対向電極２２に向かって移動するオゾンに向かってＵＶを照射するＵＶ照射手段としてのＵＶランプ４１をさらに設けてもよい。これによれば、ＵＶランプ４１から照射されるＵＶをオゾンに照射することで、放電電極１３から対向電極２２に向かって移動する途中でオゾンを分解させることができ、ＵＶランプ４１を設けない静電霧化装置１０と比べて、発生したオゾンをさらに減らすことができる。なお、ＵＶの波長は２００〜３１０ｎｍであることが望ましい。

○ 実施形態において、対向電極２２は、矩形状の孔２２ａが複数形成された格子状になっていたが、これに限らず、例えば、図６に示すように、蜂の巣のような孔２２ａが複数形成されたハニカム形状になっていてもよい。

○ 実施形態において、対向電極２２は、炭素物質を成形型を用いて射出成形されたが、これに限らず、粉末活性炭を他の原料とともに抄紙して成形してもよい。
○ 実施形態において、放電電極１３を複数設けてもよい。

○ 実施形態において、液体供給手段として、毛細管現象により液溜め部に溜めた液体を放電電極１３に供給するようにしたものや、空気中の水分をペルチェユニットなどにより冷却して結露水として生成することで、この結露水を放電電極１３に供給するようにしたものであってもよい。

Ｐ…液体供給手段を構成する給水ポンプ、１０…静電霧化装置、１１…液体供給手段を構成するタンク、１２…液体供給手段を構成する液体供給路、１３…放電電極、１５…圧電振動子、１６，１７…一次側電極、１８…二次側電極、２２…対向電極、３１…電力供給手段、４１…ＵＶ照射手段としてのＵＶランプ。

Claims

一次側電極への電圧印加に基づく電気−機械−電気変換により二次側電極にて高電圧を発生させる圧電振動子と、前記圧電振動子にて発生した高電圧に基づいて放電を行う放電電極と、前記放電電極と対向するように設けられるとともに前記放電電極との間で放電を行う対向電極と、前記放電電極に液体を供給する液体供給手段とを備え、前記液体供給手段から前記放電電極に供給された液体を前記放電電極の放電により霧化させて帯電微粒子ミストを生成する静電霧化装置において、
前記対向電極に、前記帯電微粒子ミストとともに発生したオゾンを減少させる機能を持たせたことを特徴とする静電霧化装置。
前記対向電極が活性炭より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
前記対向電極がオゾン分解触媒より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
前記対向電極には電力供給手段が電気的に接続されるとともに、前記対向電極は、前記電力供給手段から供給される電力を熱に変換可能な発熱体であることを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
前記対向電極は格子状またはハニカム形状に構成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の静電霧化装置。
前記放電電極から前記対向電極に向かって移動する前記オゾンに向かってＵＶを照射するＵＶ照射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の静電霧化装置。