JP2013116444A

JP2013116444A - 静電霧化装置

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Publication number: JP2013116444A
Application number: JP2011265117A
Authority: JP
Inventors: Junpei Oe; 純平大江; Yukiyasu Asano; 幸康浅野; Takeyuki Imai; 健之今井; Yukiko Mishima; 有紀子三嶋; Yasuhiro Komura; 泰浩小村; Ayaka Sumimoto; 彩香住元; Hiroshi Suda; 洋須田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-13
Also published as: WO2013080686A1

Abstract

【課題】オゾンの生成を抑えつつ、有効成分を含む帯電微粒子水を効率的に生成することのできる静電霧化装置を提供する。
【解決手段】本発明の静電霧化装置は、放電電極２と、放電電極２を冷却することで結露水Ｗを供給する液供給手段３と、放電電極２が保持する結露水Ｗに対して０．１〜１０Ｈｚで周期的に変化する電圧を印加する電圧印加部１４と、放電電極２が保持する結露水Ｗの量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つ保液量制御手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電電極に保持させた液体を基にして帯電微粒子水を生成する静電霧化装置に関する。

帯電微粒子水を生成するために、特許文献１等に記載の静電霧化装置が用いられる。この静電霧化装置は、放電電極が保持する液体に対して電圧を印加することで、前記液体を基にして帯電微粒子水を発生させるものである。

特開２００６−２７２０９２号公報

前記の静電霧化装置においては、有効成分を含む帯電微粒子水を大量に生成することが望まれる。このためには、放電電極に保持される液体に対して、電圧印加によって大きなエネルギを与えることが考えられる。しかし、このように印加電圧を大きくすると、静電霧化現象と共に生じる放電現象によってオゾンも多く発生するという問題がある。

本発明は前記問題点に鑑みて発明したものであって、オゾンの生成を抑えつつ、有効成分を含む帯電微粒子水を効率的に生成することのできる静電霧化装置を提供することを、課題とする。

前記課題を解決するために本発明を、下記構成を具備した静電霧化装置とする。

本発明の静電霧化装置は、放電電極と、前記放電電極に液体を供給する液供給手段と、前記放電電極が保持する前記液体に対して０．１〜１０Ｈｚで周期的に変化する電圧を印加する電圧印加部と、前記放電電極が保持する前記液体の量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つ保液量制御手段とを具備する。

前記保液量制御手段としては、前記液供給手段により前記放電電極に供給する前記液体の量を制御することが好ましい。

また、前記液供給手段として、前記放電電極を冷却して結露水を生成する熱交換器を備え、前記保液量制御手段として、前記放電電極の周囲空間の湿度を制御する湿度制御手段を備え、前記湿度制御手段による湿度調節によって前記放電電極が保持する前記結露水の量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つように設けることも好ましい。

また、前記保液量制御手段として、前記電圧印加部により印加する電圧を一時的に上昇させ、この一時的な電圧上昇によって前記放電電極が保持する前記液体を飛散させることで、前記液体の保持量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つように設けることも好ましい。

本発明は、オゾンの生成を抑えつつ、有効成分を含む帯電微粒子水を効率的に生成することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１の静電霧化装置の概略的な構成図である。同上の静電霧化装置での電圧印加の一例を示すグラフ図である。同上の静電霧化装置による有効成分発生量と変動周波数との関係を示すグラフ図である。同上の静電霧化装置による有効成分発生量と結露水量との関係を示すグラフ図である。本発明の実施形態２の静電霧化装置の概略的な構成図である。本発明の実施形態３の静電霧化装置の概略的な構成図である。同上の静電霧化装置での電圧印加の一例を示すグラフ図である。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１には、本発明の実施形態１の静電霧化装置の構成を概略的に示している。本実施形態の静電霧化装置は、放電電極２と、この放電電極２を冷却するために配置される熱交換器６とを備える。熱交換器６は、ペルチェ素子を多数配列させたペルチェモジュールからなる。この熱交換器６の吸熱側に絶縁板８を接触させて配置し、放熱側に放熱フィン１０を接触させて配置している。さらにこの熱交換器６には、ペルチェ素子への電力供給を行うペルチェ電源供給部１２を接続させている。

放電電極２には電圧印加部１４が接続され、この電圧印加部１４から放電電極２に対して静電霧化用の電圧が印加されるように設けている。ここで付与する電圧は、図２に示すように中央値が４ｋＶ、ピークピーク値が２ｋＶ、周波数が１Ｈｚの正弦波であるが、０．１〜１０Ｈｚの電圧が周波数で変動するものであれば、三角波、のこぎり波等の他の波形であってもよい。

放電電極２の先端部と対向する箇所には、対向電極１６が配置されている。対向電極１６と接地点との間には電流センサ１８を設けており、電流センサ１８を通じて、放電電極２と対向電極１６の間の通電量を検知可能に設けている。この電流センサ１８の検知結果に応じて、ペルチェ電源供給部１２から熱交換器６への供給電力（即ち、放電電極２に与える冷却強度）が制御される。

次に、本実施形態の静電霧化装置の動作について説明する。本実施形態の静電霧化装置では、ペルチェ電源供給部１２が熱交換器６のペルチェ素子に電力を供給することで、この熱交換器６が絶縁板８を冷却し、絶縁板８を通じて放電電極２を冷却する。冷却された放電電極２には空気中の水分を基にして結露水Ｗが生じ、この結露水Ｗが放電電極２に付着する。即ち、本実施形態では、この結露水Ｗが静電霧化用の液体となり、放電電極２を冷却する熱交換器６が液供給手段３となる。

このようにして結露水Ｗが付着した放電電極２に対して、電圧印加部１４によって周期的に変化するように電圧を印加すると、結露水Ｗに静電霧化現象が生じることによって、有効成分を含む帯電微粒子水が生成され、外部空間にむけて放出される。

このときの静電霧化にあっては、前述のように放電電極２に対して周期的に変化する電圧を印加するので、これに応じて、結露水Ｗに作用する電界の電界強度が周期的に変化する。放電電極２の先端部にてテイラーコーンを形成する結露水Ｗは、周期的に変化する電界強度の変化に応じてその全体が放電電極２の長手方向に伸縮する。テイラーコーンの収縮時には帯電微粒子水は生じにくいが、伸長時には瞬発的に多量の帯電微粒子水が発生し、全体としてみれば、有効成分を含む帯電微粒子水が大量に生成されることになる。多量の帯電微粒子水を発生させるためは、伸長時の結露水Ｗに作用する電界が７００〜２０００Ｖ／ｍｍの電界強度となるように印加電圧等を設定する。

図４にも示す実験結果からも、同一量の結露水Ｗに対して一定電圧を付加した場合（図４中ではＤＣ放電と記載）と、周期変動するように電圧を印加した場合（図４中ではＡＣ放電と記載）とでは、結露水量が一定の範囲内（後述する０．０２〜０．０８ｍｍ^３の範囲内）において、後者の場合のほうが有効成分の発生量が増大することが分かる。そして、周期変動するように電圧を印加した場合には、結露水Ｗに供給されたエネルギが帯電微粒子水の生成のために有効に費やされ、オゾンの発生が抑えられる。また、印加電圧が周期的に小さくなるので、アーク放電が継続して生じることも抑制される。

図３に示す実験結果から分かるように、結露水Ｗのテイラーコーンを伸縮させて帯電微粒子水の全体的な生成量を増大させるためには、０．１〜１０Ｈｚの周波数で電圧を変動させることが望ましい。そして、図４に示す実験結果から分かるように、周期的に変化する電圧印加によって静電霧化を生じさせるに際して、帯電微粒子水の全体的な生成量を増大させるためには、放電電極２に保持される液体量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３の範囲内に収めることが望ましい。

図３、図４の実験データでの有効成分発生量は、ＯＨラジカルの発生量である。また、図３の実験は、結露水量０．０４ｍｍ^３、印加電圧３．３〜３．７ｋＶで行ったものである。図４に示すＡＣ放電とは、３．３〜３．７ｋＶの範囲で電圧を周期変動させた場合であり、ＤＣ放電とは３．５ｋＶで電圧を印加した場合である。

本実施形態の静電霧化装置では、放電電極２が保持する液量である結露水Ｗの量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つ保液量制御手段を備えている。具体的には、電流センサ１８が検知する電流値を基にして結露水Ｗの保持量を推定し、これに基づいて、ペルチェ電源供給部１２が熱交換器６に供給する電力を制御する。これは、放電によって放電電極２から対向電極１６を通じて接地点に流れる電流が、その放電電極２に保持される結露水Ｗの量に依存するという関係を利用したものである。

つまり、放電電極２から対向電極１６を通じて接地点に流れる電流が所定範囲を超える場合には、放電電極２の保持する結露水Ｗが０．０８ｍｍ^３を超えると判断し、熱交換器６への供給電力を低下させ、放電電極２の冷却能力を弱くする制御を行う。一方、放電電極２から対向電極１６を通じて接地点に流れる電流が所定範囲を下回る場合には、放電電極２が保持する結露水Ｗが０．０２ｍｍ^３を下回ると判断し、熱交換器６への供給電力を上昇させ、放電電極２の冷却能力を強くする制御を行う。この制御を行うことで、放電電極２が保持する結露水Ｗの量は０．０２〜０．０８ｍｍ^３の範囲内で保たれる。

なお、本実施形態では、前記電流値に基づいて放電電極２の保液量を検知しているが、他の手段によって保液量を検知してもよい。例えば、放電電極２の保液量を、位置センサや質量センサを用いて検知する手段を用いてもよいし、静電霧化時の放電電圧値を基に検知する手段を用いてもよい。また、保持される液量に応じて放電時の振動音が変化することを利用し、音センサを用いて振動音を検知することで保液量を検知する手段を用いてもよい。

次に、本発明の実施形態２の静電霧化装置について、図５に基づいて説明する。本実施形態の構成のうち実施形態１と同様の構成については説明を省略し、実施形態１と異なる特徴的な構成について以下に詳述する。

本実施形態の静電霧化装置では、対向電極１６と接地点との間に、実施形態１のような電流センサ１８を備えていない。一方、放電電極２の周囲空間には、湿度制御手段２２を備えている。この湿度制御手段２２は、液体（水）を毛細管現象によって保持するフェルトからなる液保持体２４と、液保持体２４に隣接して配置されるヒータ２６と、液保持体２４に対して液体を供給する液タンク２８及び液供給路３０からなる。この液保持体２４がヒータ２６により加熱され、液保持体２４が含む液体を蒸発させることで、放電電極２の周囲空間は常時９０％ＲＨ以上に保持される。

ここで、本実施形態では、周囲空間の湿度が９０％ＲＨ以上となるときに放電電極２に付着する結露水Ｗの量が０．０２〜０．０８ｍｍ^３の範囲内で保たれるように、ペルチェモジュールである熱交換器６への入力電力（即ち放電電極２の冷却強度）を設定する。

これにより、本実施形態においても、０．０２〜０．０８ｍｍ^３の範囲内で保持される結露水Ｗに対して０．１〜１０Ｈｚの範囲内の所定の周波数（例えば１Ｈｚ）で変動するように電圧を印加し、全体として大量の帯電微粒子水の生成することができる。

なお、本実施形態においても実施形態１と同様の電流センサ１８を備え、電流センサ１８の検知結果から推定される結露水Ｗの保持量に基づいてヒータ２６の加熱を制御し、これにより湿度を制御することで、結露水Ｗの保持量を制御しても構わない。

また、このような湿度制御を用いた保液量制御手段と、実施形態１のような放電電極２の冷却能力制御を用いた保液量制御手段とを、組み合わせて用いても構わない。

次に、本発明の実施形態３の静電霧化装置について、図６、図７に基づいて説明する。本実施形態の構成のうち実施形態１と同様の構成については説明を省略し、実施形態１と異なる特徴的な構成について以下に詳述する。

本実施形態の静電霧化装置では、図６に示すように、対向電極１６と接地点との間に実施形態１のような電流センサ１８を備えていない。一方、本実施形態では図７に示すように、電圧印加部１４によって放電電極２に印加する電圧を周期的に変動させることに加えて、５分ごとに５秒間だけ、１ｋＶ程度上昇させるように制御する。この一時的な電圧上昇は、保持される結露水Ｗが０．０８ｍｍ^３を超える場合にはその超過分の結露水Ｗを飛散させるように設定しておく。

これにより、本実施形態においても、０．０２〜０．０８ｍｍ^３の範囲内で放電電極２に結露水を保持させ、この結露水Ｗに対して０．１〜１０Ｈｚの範囲内の所定の周波数（例えば１Ｈｚ）で変動するように電圧を印加し、全体的に大量の帯電微粒子水を生成することができる。

なお、一時的な電圧上昇のタイミングは、定期的でなくてもよい。例えば、本実施形態においても実施形態１と同様の電流センサ１８を備え、電流センサ１８の検知結果から推定される結露水Ｗの保持量に基づいて一時的な電圧上昇のタイミングを制御しても構わない。また、前述した他の手段によって保液量を検知し、保液量が０．０８ｍｍ^３を超えるタイミングで電圧を一時的に上昇させてもよい。

また、このような一時的な電圧上昇によって保液量を保つ保液量制御手段を、実施形態１，２の保液量制御手段と組み合わせて用いても構わない。

添付図面に基づいて詳述したように、本発明の実施形態の静電霧化装置は、放電電極２と、放電電極２に液体（結露水Ｗ）を供給する液供給手段３と、放電電極２が保持する液体に対して０．１〜１０Ｈｚで周期的に変化する電圧を印加する電圧印加部１４と、放電電極２が保持する液体の量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つ保液量制御手段とを具備する。

これにより、放電電極２に保持される液体を、電圧印加によって周期的に伸縮させ、液体の伸長時に多量の帯電微粒子水を発生させることで、全体として大量の帯電微粒子水を生成することができる。そのため、オゾンの発生は抑制したうえで、有効成分を含む帯電微粒子水を効率的に生成することが可能となる。

また、本発明の実施形態の静電霧化装置では、保液量制御手段として、液供給手段３により放電電極２に供給する液体の量を制御するように設けている。また、液供給手段として、放電電極２を冷却して結露水Ｗを生成する熱交換器６を備え、保液量制御手段として、放電電極２の周囲空間の湿度を制御する湿度制御手段２２を備えている。そして、湿度制御手段２２による湿度調節によって（実施形態では、湿度９０％ＲＨ以上に保つことによって）放電電極２が保持する結露水Ｗの量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つように設けている。これらの手段によって、放電電極２での保液量が望ましい範囲内に保持される。

また、保液量制御手段として、電圧印加部１４により印加する電圧を一時的に上昇させ、この一時的な電圧上昇によって放電電極２が保持する液体を飛散させることで、液体の保持量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つように設けている。このような手段によっても、放電電極２での保液量を望ましい範囲内に保持することが可能である。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記各例の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

２放電電極
３液供給手段
６熱交換器
１４電圧印加部
２２湿度制御手段
Ｗ結露水

Claims

放電電極と、前記放電電極に液体を供給する液供給手段と、前記放電電極が保持する前記液体に対して０．１〜１０Ｈｚで周期的に変化する電圧を印加する電圧印加部と、前記放電電極が保持する前記液体の量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つ保液量制御手段とを具備することを特徴とする静電霧化装置。
前記保液量制御手段として、前記液供給手段により前記放電電極に供給する前記液体の量を制御することを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
前記液供給手段として、前記放電電極を冷却して結露水を生成する熱交換器を備え、前記保液量制御手段として、前記放電電極の周囲空間の湿度を制御する湿度制御手段を備え、前記湿度制御手段による湿度調節によって前記放電電極が保持する前記結露水の量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つように設けることを特徴とする請求項２に記載の静電霧化装置。
前記保液量制御手段として、前記電圧印加部により印加する電圧を一時的に上昇させ、この一時的な電圧上昇によって前記放電電極が保持する前記液体を飛散させることで、前記液体の保持量を０．０２〜０．０８ｍｍ^３に保つように設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。