JP2013075265A

JP2013075265A - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP2013075265A
Application number: JP2011217340A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Komura; 泰浩小村; Yukiyasu Asano; 幸康浅野; Hiroshi Suda; 洋須田; Junpei Oe; 純平大江; Shoji Machi; 昌治町; Ayaka Sumimoto; 彩香住元
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-25
Also published as: US20140209710A1; EP2762236A4; CN103781555A; WO2013047168A1; EP2762236A1

Abstract

【課題】アーク放電が生じることを抑制しつつ、多量の帯電微粒子水を発生させることができる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】放電電極１を備える。放電電極１に液体１０を供給する液供給手段を備える。放電電極１に供給された液体１０に電圧を印加して静電霧化を生じさせる電圧印加手段４を備える。電圧印加手段４が高周波で且つ中心値が負である電圧を液体１０に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置に関する。

特許文献１には、静電霧化装置が開示されている。この静電霧化装置は、霧化電極と、霧化電極に対向する対向電極と、霧化電極の先端に液体を搬送する搬送供給体を備え、霧化電極の先端と対向電極の間に電圧を印加することで、霧化電極の先端に搬送された液体を静電霧化して帯電微粒子水を生成する。

特開２００６−２７２０９２号公報

ところで、特許文献１に示す静電霧化装置において、多量の帯電微粒子水を発生させるには、液体に大きなエネルギーを与えるために霧化電極の先端と対向電極の間に印加される電圧を大きくすることが考えられるが、この場合、アーク放電が生じる恐れがある。このようにアーク放電に移行すると、エネルギーが無駄に消費されて結果として帯電微粒子水を多量に発生させることができず、また、放電の制御が不能になったり、音鳴りが生じたりすることも懸念される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、アーク放電が生じることを抑制しつつ、多量の帯電微粒子水を発生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。

上記課題を解決するために本発明の静電霧化装置は、放電電極と、この放電電極に液体を供給する液供給手段と、前記放電電極に供給された液体に電圧を印加して静電霧化を生じさせる電圧印加手段を備えた静電霧化装置であって、前記電圧印加手段が高周波で且つ中心値が負である電圧を前記液体に印加するものであることを特徴とする。

また、前記電圧印加手段によって前記液体に印加される電圧が交流であることが好ましい。

また、前記放電電極に対向する対向電極を備えることが好ましい。

また、前記電圧印加手段によって前記液体に印加される電圧の周波数が５０ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚであることが好ましい。

また、前記電圧印加手段が圧電素子を用いたものであることが好ましい。

本発明にあっては、アーク放電が生じることを抑制しつつ、多量の帯電微粒子水を発生させることができる。

本実施形態の静電霧化装置を示す説明図である。電圧印加手段によって印加される電圧を高周波で且つ正方向の最大値が０Ｖとなるものとしたときの電圧波形を示すグラフである。電圧印加手段によって印加される電圧を高周波の交流電圧としたときの電圧波形を示すグラフである。電圧印加手段によって印加される電圧を高周波で且つ正方向の最大値を負としたときの電圧波形を示すグラフである。電圧印加手段によって印加される電圧が負で且つ放電開始電圧が印加電圧の振幅の間にあるときの電圧波形を示すグラフである。電圧印加手段によって印加される電圧が負で且つ印加電圧が放電開始電圧よりも大きいときの電圧波形を示すグラフである。同上のペルチェユニットを示す断面図である。比較例の印加電圧の電圧波形を示すグラフである。

以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。

図１に示す本実施形態の静電霧化装置は、放電電極１と、放電電極１に対向する対向電極２を備えている。また、静電霧化装置は、放電電極１に液体１０を供給するペルチェユニット７で構成された液供給手段と、放電電極１に供給された液体に電圧を印加して静電霧化を生じさせる電圧印加手段４を備えている。

放電電極１は棒状に形成されてその先端部が霧化部となる。対向電極２は円環状に形成され、放電電極１の先端に対向する位置に設けられ、接地されている。

液供給手段を構成するペルチェユニット７には、冷却部を構成する絶縁板５と、放熱部を構成する放熱フィン６が設けられている。

ペルチェユニット７は、図７に示すように、一対のペルチェ回路板８と、両ペルチェ回路板８で挟持されたＢｉＴｅ系の熱電素子９とで構成されている。各ペルチェ回路板８は、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからなる絶縁板の片面側に回路を形成したものであり、両ペルチェ回路板８は互いの回路が向き合うように対向している。熱電素子９は両ペルチェ回路板８の間において多数並べて設けられており、隣接する熱電素子９同士は両側のペルチェ回路板８が有する回路で電気的に接続されている。

一方のペルチェ回路板８の外側には絶縁板５が接続され、他方のペルチェ回路板８の外側には放熱フィン６が接続されている。図１に示すように絶縁板５のペルチェユニット７と反対側の面には放電電極１が立設され、この放電電極１は絶縁板５を介して前記一方のペルチェ回路板８に熱的に接続されている。

ペルチェユニット７の熱電素子９に図示しないペルチェ入力リード線を介して通電がなされると、絶縁板５が設けられた一方のペルチェ回路板８側から放熱フィン６が設けられた他方のペルチェ回路板８側に向けて熱が移動し、これによって絶縁板５が冷却される。そして、このように絶縁板５が冷却されることで放電電極１が冷却され、これにより空気中の水蒸気が放電電極１の先端部に結露して放電電極１に水（結露水）が付着する。

電圧印加手段４は例えば圧電素子を用いた発振回路等で構成されている。電圧印加手段４は放電電極１に接続されている。電圧印加手段４によって放電電極１に印加される電圧は、周波数が５０ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲内で設定された高周波の電圧であり、図２に示すように中心値が負となる。なお、図２の例では正方向の最大値が０Ｖに設定されているが、前記印加電圧は図３のように正方向の最大値が正に設定された交流電圧であってもよく、また、図４のように正方向の最大値が負に設定されるものであってもよい。また、前記印加電圧は高周波であればよく、その波形は正弦波に限定されるものではない。

本実施形態の静電霧化装置を用いて静電霧化を生じさせるには、ペルチェユニット７を駆動して前述のように放電電極１の先端部に結露水を供給しつつ、電圧印加手段４によって放電電極１に前記高周波の電圧を印加する。すると、放電電極１と対向電極２との間に印加された高周波の電圧により、放電電極１の先端部に保持された水と対向電極２との間にクーロン力が働き、水の液面が局所的に錐状に盛り上がり（テーラーコーン）が形成される。このテーラーコーンの先端には電荷が集中してこの部分における電界強度が大きくなって、当該部分に生じるクーロン力が大きくなり、更にテーラーコーンを成長させる。そして、このようにテーラーコーンが成長してテーラーコーンの先端に電荷が集中すると、テーラーコーンの先端部分の水が大きなエネルギー（高密度となった電荷の反発力）を受け、表面張力を超えて分裂・飛散を繰り返す。これにより負に帯電したナノメータサイズの帯電微粒子水が発生する。

このように生成された帯電微粒子水はナノメータサイズのミストであって非常に小さいため、長時間浮遊し、また、拡散性も高い。また、この帯電微粒子水にはヒドロキシラジカルやスーパーオキサイド等の活性種を有しているため、臭いの成分やアレルゲン物質、ウイルスや菌を効果的に分解、不活性化あるいは抑制あるいは除菌することができる。

ここで、本実施形態では、前記静電霧化を生じさせるにあたって、電圧印加手段４が放電電極１に対して前記高周波で且つ中心値が負である電圧を印加するため、アーク放電が生じることを抑制できる。

すなわち、放電電極１に印加される電圧が図２や図３に示されるように、高周波で且つ正方向の最大値が正（すなわち交流電圧）又は０Ｖであると、印加電圧は一時的に放電開始電圧を下回るためアーク放電が継続して生じることが防止される。また、このようにアーク放電が生じ難いため、エネルギーを帯電微粒子水の生成に用いることができ、多量の帯電微粒子水を発生させることが可能になる。なお、電圧印加手段４により放電電極１に印加される高周波の電圧が図８のように中心値が０Ｖの交流電圧であると、前述のテーラーコーンが形成され難くなる。このため、多量の帯電微粒子水を発生させるには、前記高周波の印加電圧の中心値が負であることが好ましい。

また、特に前記印加電圧が図３に示すうように正負が繰り返し入れ換わる交流電圧であると、電圧印加時に生じる電場の静電気力によって放電電極１近傍の空気イオンが補足されるので、多量の活性種を含む帯電微粒子水を生成することができる。

また、放電電極１に印加される電圧が図４に示すように常に負となる場合も放電がアーク放電に移行することを抑制できる。このうち、例えば図５のように、放電開始電圧が印加電圧の振幅の間にある場合、上記図２や図３に示す例と同様、印加電圧は一時的に放電開始電圧を下回るためアーク放電が継続して生じることが防止される。

また、図５のように印加電圧が放電開始電圧よりも大きくても、以下の理由によりアーク放電が継続して生じにくくなる。すなわち、印加電圧が直流電圧であると、電極間距離の最も小さなところが最も小さいのでその１点のみで放電する。しかし、印加電圧が高周波の電圧であると、電極間の抵抗値だけでなくコンデンサー容量等も考慮されて、電極間距離の多少の違いではインピーダンス（抵抗）に違いが現れず多数の点で放電が生じる。このため、印加電圧が高周波の電圧であると、アーク放電には移行し難くなる。

また、本実施形態では、電圧印加手段３によって印加される電圧の周波数が５０ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚであるので、電圧印加手段３のコストとサイズを抑えたまま、大量の酸性成分を生成することができる。また、本実施形態では、電圧印加手段４を圧電素子を用いたものとすることで、電圧印加手段４のコストとサイズを抑制できる。

なお、本実施形態の対向電極２は放電電極１との間の電界強度を高めて帯電微粒子水を多量に発生させるために設けたものであり、省略可能である。

また、本実施形態では、電圧印加手段４から放電電極１に高周波の電圧を印加したが、上記実施形態と同様の高周波の電圧が放電電極１に供給された液体１０にかかるように対向電極２に電圧を印加しても構わない。すなわち、電圧印加手段４は放電電極１に供給された液体１０に前記高周波の電圧を印加するものであればよい。

また、前記実施形態において電圧印加手段３によって放電電極１又は対向電極２に印加される電圧の周波数は５０ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚの範囲外の高周波であってもよい。また、液供給手段はペルチェユニット７に限定されるものではなく、タンク等で構成される水溜部から放電電極１に毛細管等を利用して水を供給する等の公知の技術を用いてもよい。また、液供給手段によって放電電極１に供給される液体１０は水に限定されない。

１放電電極
２対向電極
４電圧印加手段

Claims

放電電極と、この放電電極に液体を供給する液供給手段と、前記放電電極に供給された液体に電圧を印加して静電霧化を生じさせる電圧印加手段を備えた静電霧化装置であって、前記電圧印加手段が高周波で且つ中心値が負である電圧を前記液体に印加するものであることを特徴とする静電霧化装置。
前記電圧印加手段によって前記液体に印加される電圧が交流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。
前記放電電極に対向する対向電極を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電霧化装置。
前記電圧印加手段によって前記液体に印加される電圧の周波数が５０ｋＨｚ〜２５０ｋＨｚであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
前記電圧印加手段が圧電素子を用いたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。