JP4093282B1 - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 対向電極と放電電極との間の広範な範囲内で強い電界を発生させ、放電電極の先端部に対する電界の集中度合いを増すことのできる静電霧化装置とする。
【解決手段】 放電電極１と、放電電極１から距離を隔てて位置する対向電極２と、放電電極１に液体を供給する液供給手段３と、放電電極１と対向電極２の間に高電圧を印加する高電圧印加手段４とを具備し、放電電極１が保持する液体に高電圧を印加して生成される帯電微粒子液を放出する静電霧化装置において、上記対向電極２の放電電極１側を向く内面２ｂの断面形状を、放電電極１の先端部１ａを中心とした円弧形状とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、帯電微粒子液を生成する静電霧化装置に関し、詳しくは帯電微粒子液を効率的に生成するための技術に関する。

従来から、放電電極と、放電電極から距離を隔てて位置する対向電極と、放電電極に液体を供給する液供給手段と、放電電極と対向電極の間に高電圧を印加する高電圧印加手段とを具備する静電霧化装置が知られている（特許文献１参照）。この静電霧化装置においては、高電圧印加手段によって対向電極と放電電極との間に電界を発生させ、放電電極が保持する液体にマイナス電荷を集中させることで液体に分裂、飛散（所謂レイリー分裂）を繰り返す静電霧化現象を発生させ、この静電霧化現象によって活性種（ラジカル）を含むナノメータサイズの帯電微粒子液を生成するようになっている。ここで生じた帯電微粒子液は、イオン風に乗せて装置外の空間へと放出され、高い保湿効果、脱臭効果、及びダニや花粉等のアレルゲン物質の不活性化効果等を発揮する。

図８に示すように、上記従来の静電霧化装置の対向電極２は、中央に放出孔２ａを有するリング状に形成されており、上記放出孔２ａを放電電極１の先端部１ａと対向させている。したがって、高電圧印加部４により対向電極２の内面２ｂと放電電極１の先端部１ａとの間で発生させる電界は、特に、放電電極１の先端部１ａに対して最短距離ｄとなる放出孔２ａの周縁部分と該放電電極１の先端部１ａとの間の狭い範囲内でしか強く生じることがなく、放電電極１の先端部１ａに対する電界の集中度合いは低いため、効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることは困難であった。
特開２００５−１３１５４９号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、対向電極と放電電極との間の広範な範囲内で強い電界を発生させ、放電電極の先端部に対する電界の集中度合いを増すことで、帯電微粒子液を効率的に発生させることが可能な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を、放電電極１と、放電電極１から距離を隔てて位置する対向電極２と、放電電極１の先端部１ａに液体を供給する液供給手段３と、放電電極１と対向電極２の間に高電圧を印加する高電圧印加手段４とを具備し、放電電極１が先端部１ａに保持する液体に高電圧を印加して生成される帯電微粒子液を放出する静電霧化装置において、放電電極１の先端部１ａを囲むように形成される上記対向電極２の放電電極１側を向く内面２ｂの少なくとも一部の断面形状が、放電電極１の先端部１ａを中心とし、放電電極１の先端部１ａから対向電極２までの最短距離ｄを半径として描く円弧線に沿って形成されたものとする。

このようにすることで、対向電極２の内面２ｂのうち少なくとも放電電極１の先端部１ａを囲んで形成される円弧線部分の全体が、放電電極１の先端部１ａとの間で最短距離ｄを隔てた部分となり、この対向電極２の円弧線部分と放電電極１の先端部１ａとの間の広範な範囲内で、強力な電界が生じる。これにより、放電電極１の先端部１ａに対する電界の集中度合いが高くなり、放電電極１に保持する液体に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能となる。

また、上記構成の静電霧化装置にあっては、上記対向電極２の放電電極１側を向く内面２ｂの少なくとも一部が、放電電極１の先端部１ａを中心とし、放電電極１の先端部１ａから対向電極２までの最短距離ｄを半径として描く球面に沿って形成されたものであることが好適である。このようにすることで、対向電極２の内面２ｂと、放電電極１の先端部１ａとの間に形成される三次元的に広範な範囲内で、強力な電界が生じる。これにより、放電電極１の先端部１ａへの電界の集中度合いは更に高くなり、放電電極１に保持する液体に更に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能となる。

また更に、上記対向電極２の放電電極１側を向く内面２ｂの少なくとも一部は、放電電極１の先端部１ａを中心とし、放電電極１の先端部１ａから対向電極２までの最短距離ｄを半径とする半球状の面であることが好適である。このようにすることで、対向電極２の内面２ｂと放電電極１の先端部１ａとの間に形成される三次元的に広範な範囲内で更に強力な電界を発生させ、これにより、放電電極１に保持する液体に更に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能となる。

また上記対向電極２は、複数の放出孔２ａを有するものであることが好適である。このようにすることで、放電電極１から対向電極２に向けて放出される帯電微粒子液を、装置外に効率的に送り出すことができる。

また上記対向電極２は、放電電極１側を向く内面２ｂの端部に、放電防止用の凸曲面３０を設けたものであることが好適である。一般的に、放電電極１と対向電極２が近い場合には、対向電極２の放電電極１側を向く内面２ｂの端部で放電を生じ易くなる。この放電により発生するプラスイオンは逆極性の帯電微粒子液を中和するように作用するので、上記凸曲面３０を設けて電界の集中を防ぎ、放電を防止することで、帯電微粒子液を安定的に供給することができる。

請求項１に係る発明は、対向電極と放電電極との間の広範な範囲内で強い電界を発生させ、放電電極の先端部に対する電界の集中度合いを増すことで、帯電微粒子液を効率的に発生させることが可能になるという効果を奏する。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、対向電極の内面と放電電極の先端部との間に形成される三次元的に広範な範囲内で、強力な電界が生じることとなり、放電電極の先端部への電界の集中度合いが更に高くなるので、放電電極に保持する液体に更に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能となるという効果を奏する。

また請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明の効果に加えて、対向電極の内面と放電電極の先端部との間に形成される三次元的に広範な範囲内で更に強力な電界を発生させ、これにより、放電電極に保持する液体に更に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能になるという効果を奏する。

また請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、放電電極から対向電極に向けて放出される帯電微粒子液を、装置外に効率的に送り出すことができるという効果を奏する。

また請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、対向電極に対する電界の集中を防ぎ、対向電極側の放電を防止することで、帯電微粒子液を更に効率的に且つ安定的に供給することが可能になるという効果を奏する。

以下、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、本発明の実施形態における第１例の静電霧化装置を概略的に示している。この静電霧化装置は、棒状を成す放電電極１と、この放電電極１の先端部１ａから距離を隔てて位置するとともに放出孔２ａを中央に有する対向電極２と、この放電電極１の先端部１ａにまで水等の静電霧化用の液体（図示せず）を供給する液供給手段３と、放電電極１及び対向電極２に電気的に接続されて両電極１，２間に高電圧を印加する高電圧印加部４とを具備している。図示例では放電電極１の先端部１ａを丸まった形状としているが、先鋭形状としてもよい。

本例にあっては上記液供給手段３として、放電電極１をアルミニウム等の熱伝導率の高い材質で形成するとともに、この放電電極１の基端部１ｂを、ペルチェユニット５の冷却部５ａ側に接続させてある。これにより、ペルチェユニット５により放電電極１自体を冷却して該放電電極１の表面上に結露水を生成させ、この結露水を静電霧化用の液体として用いる構造である。本発明において液供給手段３は特に限定されず、例えば放電電極１を多孔質セラミック等の多孔質材や細孔を有する材質で構成し、この放電電極１の基端部１ｂ側を、液タンク（図示せず）内に貯蔵してある液体内に浸すといった構成であってもよい。

そして本例にあっては、放電電極１の先端部１ａと対向して位置する上記対向電極２の内面２ｂを、放電電極１の先端部１ａを囲むように形成される凹面としている（図２参照）。放電電極１の先端部１ａを通過する平面でこの内面２ｂを切断した断面形状は、放電電極１の先端部１ａを中心とし、この先端部１ａから対向電極２までの最短距離ｄを半径として描かれる円弧状の断面形状となっている。

これにより、対向電極２の内面２ｂと放電電極１の先端部１ａとの間で生じる電界は、特に、対向電極２の内面２ｂのうち放電電極１の先端部１ａとの距離が最短距離ｄとなる円弧線部分（図２中の点線部分）と、放電電極１の先端部１ａとの間の範囲内で強く生じることとなる。対向電極２は例えばＳＵＳ３０４等の金属から成る導電性物質を切削、曲げ加工等して形成したものであるが、樹脂成形後に金属めっきを施して形成してもよいし、或いは導電性プラスチック等の導電性物質を用いてもよい。

上記構成の静電霧化装置において、液供給手段３により放電電極１の先端部１ａに液体を供給して保持させ、この状態で高電圧印加部４によって、放電電極１の先端部１ａ側がマイナス電極となって電荷が集中するように該放電電極１と対向電極２との間に高電圧を印加すると、放電電極１の先端部１ａに保持される液体が帯電し、帯電した液体にクーロン力が働き、液体の液面が局所的に円錐形状に盛り上がる。この円錐形状となった液体（テイラーコーン）の先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となり、高密度の電荷の反発力で弾けるようにして液体が分裂、飛散（所謂レイリー分裂）を繰り返して静電霧化を生じる。この静電霧化現象により、活性種（ラジカル）を含むナノメータサイズの帯電微粒子液が大量に生成され、イオン風に乗って放出孔２ａから装置外へと放出される。

ここで、本例にあっては上記した通り、対向電極２の内面２ｂのうち放電電極１の先端部１ａを囲む円弧線部分が、放電電極１の先端部１ａとの間で最短距離ｄを隔てた部分となり、この対向電極２の円弧線部分と放電電極１の先端部１ａとの間の広範な範囲内で、強力な電界が生じることとなる。したがって、放電電極１の先端部１ａへの電界の集中度合いは高くなり、放電電極１に保持する液体に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能となるのである。

次に、本発明の実施形態における第２例の静電霧化装置について説明するが、本例の構成のうち上記した第１例と同様の構成については説明を省略する。本例の対向電極２の凹状を成す内面２ｂの断面形状は、図３に概略的に示すように、放電電極１の先端部１ａからの最短距離ｄだけ隔てて位置する複数の直線を連続させた折れ線形状となっており、全体として、放電電極１の先端部１ａを中心とし且つ最短距離ｄを半径として描く円弧線（図中の点線部分）に沿って形成されている。断面形状がこのような略円弧状の折れ線形状であっても、第１例と同様に、対向電極２の内面２ｂは放電電極１の先端部１ａとの間の広範な範囲内で、強力な電界を生じることとなる。したがって、放電電極１の先端部１ａへの電界の集中度合いは高くなり、放電電極１に保持する液体に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能となる。

次に、本発明の実施形態における第３例の静電霧化装置について説明するが、本例の構成のうち上記した第１例と同様の構成については説明を省略する。本例の対向電極２は、図４に概略的に示すように、その全体又は一部をメッシュ加工することによって、対向電極２に複数の放出孔２ａを形成したものである。これにより、放電電極１の先端部１ａから対向電極２に向けて拡散して放出される帯電微粒子液を装置外に効率的に送り出すことができる。なお、第２例においても同様の構成を採用できることは勿論である。

次に、本発明の実施形態における第４例の静電霧化装置について説明するが、本例の構成のうち上記した第１例と同様の構成については説明を省略する。本例の対向電極２は、図５に概略的に示すように、放電電極１の先端部１ａに近い一部分の断面形状を、対向電極２の先端部１ａを中心とし且つ最短距離ｄを半径として描かれる円弧形状とし、他の部分の断面形状は、上記円弧形状の端部から変曲点を介して逆側に屈曲した形状としている。このように、対向電極２の放電電極１側を向く内面２ｂの全部でなく一部のみを、放電電極１の先端部１ａから最短距離ｄを隔てて描く円弧線に沿って形成した場合であっても、同様の効果が得られる。なお、本例にあっては放電電極１の先端部１ａを中心とした断面円弧状の部分に、少なくとも周方向に等間隔を隔てて複数の放出孔２ａを設けている。

次に、本発明の実施形態における第５例の静電霧化装置について説明するが、本例の構成のうち上記した第１例と同様の構成については説明を省略する。本例の対向電極２は、図６に概略的に示すように、対向電極２の放電電極１側を向く凹状の内面２ｂを、放電電極１の先端部１ａを中心とし、放電電極１の先端部１ａと対向電極２との最短距離ｄを半径とする半球状の面としている。

本例にあっては、放電電極１の先端部１ａを囲む対向電極２の半球状の内面２ｂ全体が、放電電極１の先端部１ａとの間に最短距離ｄを隔てた部分となる。そして、この内面２ｂ全体と放電電極１の先端部１ａとの間には、三次元的に広範な範囲内で強力な電界が生じるので、放電電極１の先端部１ａに対する電界の集中度合いは第１例と比べても更に高くなり、放電電極１に保持する液体に更に効率的に電荷を集中させて帯電微粒子液を発生させることが可能となる。

なお、本例においても、第２例の特徴的な構成は適用可能である。即ち、例えば対向電極２の内面２ｂの断面形状が、放電電極１の先端部１ａから最短距離ｄを隔てた複数の直線を連続させた折れ線形状となる構成であっても（図３参照）、全体として、放電電極１の先端部１ａを中心として描く球面（図６中の点線部分）に沿って形成される構成になっていれば、本例の上記効果は得られる。この場合、対向電極２の内面２ｂは、放電電極１の先端部１ａから最短距離ｄを隔てて形成される複数の平面を組み合わせて半球状に構成した面となる。

また、第３例の構成や第４例の構成も、本例において適用可能である。即ち、対向電極２の全体又は一部をメッシュ加工することによって対向電極２に複数の放出孔２ａを形成してもよいし（図４参照）、対向電極２において放電電極１の先端部１ａに近い一部分のみを、放電電極１の先端部１ａを中心として描く球面に沿って形成してもよい（図５参照）。

次に、本発明の実施形態における第６例の静電霧化装置について説明するが、本例の構成のうち上記した第５例と同様の構成については説明を省略する。本例の対向電極２は、図７に概略的に示すように、放電電極１側を向く内面２ｂの端部に、放電防止用の凸曲面３０を設けたものである。

一般的に、放電電極１と対向電極２を近くに設置した場合（例えば最短距離ｄが３ｍｍ以下となる場合）には、対向電極２の放電電極１側を向く内面２ｂの端部で、放電が生じ易くなる。この内面２ｂの端部は、例えば放出孔２ａの内側面との間で凸状の角部分となり、角部分の先端に電界が集中し易くなるからである。対向電極２側で放電が起こればプラスイオンが発生し、このプラスイオンは逆極性の帯電微粒子液を中和するように作用するので、帯電微粒子液の安定的な供給を阻害することとなる。

これに対して、上記凸曲面３０を０．３ｍｍ程度の曲率半径で形成し、対向電極２に対する電界の集中を防ぐことで、対向電極２側の放電を防止することができ、結果として帯電微粒子液を効率的に且つ安定的に供給することが可能となる。なお、同様の凸曲面３０の構成を第１例〜第４例の構成に適用した場合でも、同様の効果が得られることは勿論である。

以上述べた各例の構成は、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更可能であり、また各例の構成を適宜組み合わせることも可能である。

本発明の実施形態における第１例の静電霧化装置の説明図である。 同上の対向電極の説明図である。 本発明の実施形態における第２例の静電霧化装置の対向電極の説明図である。 本発明の実施形態における第３例の静電霧化装置の対向電極の説明図である。 本発明の実施形態における第４例の静電霧化装置の対向電極の説明図である。 本発明の実施形態における第５例の静電霧化装置の対向電極の説明図である。 本発明の実施形態における第６例の静電霧化装置の対向電極の説明図である。 従来の静電霧化装置の対向電極の説明図である。

符号の説明

１ 放電電極
１ａ 先端部
２ 対向電極
２ａ 放出孔
２ｂ 内面
３ 液供給手段
４ 高電圧印加部
３０ 凸曲面

Claims (5)

1. 放電電極と、放電電極から距離を隔てて位置する対向電極と、放電電極に液体を供給する液供給手段と、放電電極の先端部と対向電極の間に高電圧を印加する高電圧印加手段とを具備し、放電電極が先端部に保持する液体に高電圧を印加して生成される帯電微粒子液を放出する静電霧化装置において、放電電極の先端部を囲むように形成される上記対向電極の内面の少なくとも一部の断面形状が、放電電極の先端部を中心とし、放電電極の先端部から対向電極までの最短距離を半径として描く円弧線に沿って形成されたものであることを特徴とする静電霧化装置。
2. 上記対向電極の放電電極側を向く内面の少なくとも一部が、放電電極の先端部を中心とし、放電電極の先端部から対向電極までの最短距離を半径として描く球面に沿って形成されたもの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。
3. 上記対向電極の放電電極側を向く内面の少なくとも一部が、放電電極の先端部を中心とし、放電電極の先端部から対向電極までの最短距離を半径とする半球状の面であることを特徴とする請求項２に記載の静電霧化装置。
4. 上記対向電極は、複数の放出孔を有するものであ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。
5. 上記対向電極は、放電電極側を向く内面の端部に、放電防止用の凸曲面を設けたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
   

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