JP4321660B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの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、先端が放電部となった放電電極（水搬送部）と、放電電極に水を供給する供給手段とを備え、放電電極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イオンミスト（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、特許文献２、特許文献３参照）。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。

上記特許文献１に示された従来の静電霧化装置は、空気中の水分を冷却して結露水を放電電極に供給するようにしたもので、ペルチェモジュールの冷却部に放電電極の後端部を当接することで、放電電極を冷却し、このように放電電極を冷却することで空気中の水分を結露させることで放電電極に結露水を生成するようになっている。

また、特許文献２に示された従来の静電霧化装置は、ペルチェモジュールの冷却部に冷却板を接続すると共に冷却板に放電電極の後端部を接続し、冷却板を冷却することで空気中の水分を結露させ、冷却板に付着した結露水を冷却板に接続した放電電極に供給するようになっている。

また、特許文献３に示された従来の静電霧化装置は、水の供給手段として、水が充填される水タンクと、水タンク内の水を毛細管現象により先端の放電部に搬送する水搬送部を備えたものである。

上記特許文献１、２にあっては、いずれも、放電電極と水供給手段を構成するペルチェモジュールの冷却部が直接又は冷却板を介して接触しているため、放電電極側から水供給手段を構成するペルチェモジュール側への漏電防止のために放電電極とペルチェモジュールとの絶縁封止が必要となり、装置の小型化に制約があるという問題があり、また、放電電極を、ペルチェモジュールの冷却部に直接又は冷却板を介して接続してあるので、放電電極とペルチェモジュールとの位置固定自由度が低く、機器組み込み設計の自由度が低く、機器の小型化に制約があるという問題がある。

また、特許文献３に示された従来例にあっては、水タンクに水を継続的に補給する必要があるが、この水の補給に当っては、必ず静電霧化装置の運転を停止した状態（つまり、放電電極への高電圧の印加を停止した状態）で行わなければならず、このように静電霧化運転中に水タンクへの水の補給ができないので、きわめて不便である。また、この従来例にあっても、放電電極と水タンクとの位置固定自由度が低く、機器組み込み設計の自由度が低く、機器の小型化に制約があるという問題がある。
特開２００６−８２６号公報 特開２００５−１３１５４９号公報 特開２００４−３５８３６４号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、放電部側と水供給部側とを完全に電気的に縁をきることができ、また、機器組み込み設計の自由度が可能で機器の小型化が可能とな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は、先端が尖った棒状の水搬送部４と、ペルチェモジュール１３の冷却側に接続され、表面に生成された結露水を該水搬送部４へ供給する冷却板１４と、該水搬送部４の水に高電圧を印加する高電圧印加手段３とを備えた静電霧化装置において、前記冷却板１４は、結露水を重力により表面に沿って流下させて下端部から滴下させる一方、前記水搬送部４には多孔質体が接続されて、当該多孔質体が前記冷却板１４側から供給される水を受け取る水受け取り部５となっており、前記滴下した水を当該多孔質体に流すガイド部８を当該多孔質体上に設けて、該冷却板１４と該ガイド部８とは、空間６を介して非接触として成ることを特徴とする。

このような構成とすることで、ペルチェモジュール１３の冷却側に接続した結露水を生成する冷却板１４と、冷却板１４側から滴下した水を当該多孔質体に流すガイド部８とを空間６を介して非接触とすることで、ペルチェモジュール１３に接続した冷却板１４側と、水搬送部４側とを電気的に縁を切ることができる。また、冷却板１４と、冷却板１４側から滴下した水を水受け取り部５となる多孔質体とが、空間６を介して非接触としてあるので、機器組み込み設計の自由度が可能で機器の小型化が可能となる。そして、このように冷却板１４と水受け取り部５とを空間６を介して非接触とするものにおいて、冷却板１４の表面に沿って重力により流下して下端部から滴下する結露水を、空間６を介して非接触となったガイド部８により受けて多孔質体に流すことができる。また、多孔質体で受け取って安定して保水して溜め、多孔質体に溜めた水を水搬送部４に継続して安定して供給できる。

また、前記ガイド部８は、一部に孔が設けられ、当該孔が最も低くなるよう上面部が下り傾斜しており、前記冷却板１４から重力で滴下した水を該上面部で受けて、最下端の孔側にガイドして当該多孔質体に流すことが好ましい。

このような構成とすることで、冷却板１４から重力で滴下した水をガイド部８の上面部で受けて、下り傾斜に沿って最下端の孔側にガイドして当該多孔質体に流すことができる。

また、前記水搬送部４は高電圧印加板が接続される一方、該水搬送部４の先端から一定の距離をおいて対向電極を設け、高電圧印加板と対向電極は高電圧印加手段３に接続されて、該高電圧印加手段３から水搬送部４に供給された水と対向電極との間に高電圧を印加することが好ましい。

本発明は、上記のように、ペルチェモジュールの冷却側に接続した結露水を生成する冷却板と、冷却板から滴下した水を、水搬送部に接続した水受け取り部である多孔質体に流すガイド部とが、空間を介して非接触となっているので、冷却板を接続したペルチェモジュール側と水搬送部側とを完全に電気的に縁をきることができて、漏電等の心配がなくて安全であり、また、冷却板側と水搬送部側とを空間を介して非接触としてあるので、機器組み込み設計の自由度が可能で機器の小型化が可能となる。更に、このように、ペルチェモジュールに接続した冷却板側と水搬送部側とを空間を介して非接触としたものにおいて、ペルチェユニットにより冷却された冷却板の表面に結露した結露水を重力によって冷却板の表面を沿って下方に流して下端部から滴下させ、これを空間を介してガイド部で受け取って多孔質体に流すことができ、更に、ガイド部から流される水を多孔質体で受け取って安定して保水して溜め、多孔質体に溜めた水を水搬送部に継続して安定して供給できる。

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。

ペルチェモジュール１３の冷却部に接続した冷却板１４が水供給部２を構成している。図中１５はペルチェモジュールの放熱部に接続されるフィンのような放熱部材である。

ペルチェモジュール１３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、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１３の一方の側が冷却側、他方の側が放熱側となっている。なお、このペルチェモジュール１３は防湿のためにシールしてある方が好ましい。

ペルチェモジュール１３の冷却部と冷却板１４との間には熱伝導性グリース等を介在させて接触熱抵抗を下げてあり、また、ペルチェモジュール１３の放熱部と放熱部材１５との間には熱伝導性グリース等を介在させて接触熱抵抗を下げてある。

冷却板１４はアルミ、銅、又はそれらの合金により形成してあり、防錆処理をおこなうのが好ましい。また、親水処理を行い、結露水を滴下し易くするのが好ましい。

また、放熱部材１５はアルミ、銅、又はそれらの合金により形成してある。

ペルチェモジュール１３に通電すると、冷却板１４が冷やされ、これにより、空気中の水分が冷やされて冷却板１４の表面に結露水が生成するように構成してある。

この水供給部２である冷却板１４に生成した結露水は冷却板１４から重力あるいは他の移動手段により移動して後述の放電部１側に設けた多孔質体よりなる水受け取り部５に水を供給するようになっている。なお、添付図面において矢印イは重力方向を示している。

放電部１側には水受け取り部５が設けてある。本発明は、図１に示すように、放電部１に水溜め部７を接続し、該水溜め部７が水供給部２側から供給される水を受け取る水受け取り部５となっている。

水供給部２の下方に空間６を介して先端部が放電部１の水受け取り部５を位置させるようになっている。このように、水供給部２の下方に空間６を介して水受け取り部５を位置させることで、水供給部２と水受け取り部５とは非接触、つまり、電気的に縁が切れた状態となっている。

本発明において水搬送部４は先端が鋭角に尖った錘状となった棒状のものであり、この水搬送部４を横向きに配置したものであり、水搬送部４の錘状となった先端が放電部１となっている。この先端部が放電部１となった棒状の水搬送部４は例えば多孔質セラミック、多孔質金属、フェルト等の多孔質体１２で構成してある。

図１の実施形態では、水供給部２である冷却板１４を垂直に設置し、冷却板１４の表面に結露した結露水を重力により表面に沿って流下させて、冷却板１４の下端部から下方に滴下させようになっている。

先端が尖った棒状の水搬送部４に水溜め部７を接続してあり、この水溜め部７が水供給部２側から供給される水を受け取る水受け取り部５となっている。すなわち、実施形態では水溜め部７は上方が開口しており、水供給部２の下方に空間６を介して上記水溜め部７の上開口部が位置するように配置してある。

ここで、本発明においては、冷却板１４の下端部から下方に滴下させた水を水溜め部７に流すガイド部８をさらに備えたことに特徴がある。図１に示すように、水溜め部７の上開口にガイド部８を設け、このガイド部８は一部（実施形態では中央部に）に孔を設けてあって、この孔が最も低くなるように上面部が下り傾斜しており、水供給部２から重力で滴下した水をガイド部８の下り傾斜した上面部で受けて最下端の孔側にガイドして水溜め部７に流すようになっている。図１において８ａは空気抜き孔であって、ガイド部８に設けてある。

図１に示す実施形態においては、水溜め部７に溜まった水を水搬送部４を介して水搬送部４の先端部の放電部１に供給するようになっている。ここで、水搬送部４の後端部を直接水溜め部７に連通接続してもよく、あるいは、水溜め部７と水搬送部４の後端部とを通水用接続部１７を介して連通接続してもよい。

また、図１に示す実施形態においては、水搬送部４を多孔質体１２で構成してもよく、あるいは、後端部から先端部の放電部１にかけて連続する通水孔を形成したものであってもよい。また、通水用接続部１７も多孔質体１２で構成したり、あるいは前後端にかけて連通する通水孔を形成したものであってもよい。

また、本発明においては、図１に示すように、冷却板１４とガイド部８とは、空間６を介して非接触としてある。

また、図２に示すように、水供給部２である冷却板１４の下端部に集水用のガイド部８を設けてもよい。つまり、冷却板１４の表面に結露した結露水が下方に流れ、これをガイド部８でガイドしながらガイド部８の最下端の落下部に流し、落下部から空間６を介して下方に位置する水溜め部７に設けたガイド部８に滴下するようにしてもよい。

水搬送部４の先端部に設けた放電部１の先端から一定の距離をおいて対向電極１９が設けてある。また、水搬送部４には高電圧印加板１８が接続してあり、該高電圧印加板１８と対向電極１９とは高電圧印加手段３にそれぞれ高圧リード線を介して接続してあり、高電圧印加手段３から放電部１に供給された水と対向電極１９との間に高電圧が印加されるようになっている。

上記の構成の静電霧化装置は、ペルチェモジュール１３の熱電素子に対して通電を行うと、各熱電素子内において同一方向への熱の移動が生じ、ペルチェモジュール１３の冷却部が冷却されて冷却板１４が冷やされ、これにより、空気中の水分が冷やされて冷却板１４の表面に結露水が生成する。冷却板１４の表面に生成された結露水は、冷却板１４から重力により滴下し、空間６を介して下方に位置する放電部１側に設けた水受け取り部５に供給され、水受け取り部５に供給された水は放電部１に供給される。

このように放電部１に水が供給された状態で、高電圧印加手段３により放電部１に供給された水に負又は正の３〜１０ｋＶ程度の高電圧を印加すると、放電部１に保持される水が帯電し、帯電した水にクーロン力が働き、水の液面が局所的に円錐形状に盛り上がってテイラーコーンが形成され、この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、テイ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）を受けて表面張力を超えてはじけるようにして水が分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して静電霧化を行い、活性種（ラジカル）を含むナノメータサイズの帯電微粒子水が発生する。ナノメータサイズの帯電微粒子水は放電部１と対向して位置する対向電極１９に向けて移動し、静電霧化装置の外部へと放出される。

このナノメータサイズの帯電微粒子水はナノメータサイズと極めて小さいために空気中に長時間浮遊すると共に拡散性が高いため、霧化対象空間内の隅々まで浮遊して、霧化対象空間の内面や霧化対象空間内に収納した収納物に付着するものであり、しかも、ナノメータサイズの帯電微粒子水は活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するため脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果があり、また、活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するナノメータサイズの帯電微粒子水は遊離基単独で存在する場合より寿命が長いため、上記拡散性、脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果がより向上することになる。また、ナノメータサイズの帯電微粒子水は保湿効果があるため、保湿する効果がある。

ところで、本発明においては、水供給部２と、放電部１側に設けた水受け取り部５とを空間６を介して非接触としてあるので、放電部１側と水供給部２側とが電気的に縁を切った状態となり、この結果、水供給部２側に帯電微粒子水を生成するための静電霧化のために印加する高電圧がかからず、したがって、水供給部２側における高電圧によるトラブルが発生しない。したがって、上記実施形態のように、水供給部２がペルチェモジュール１３を用いて空気中の水分を結露させて生成した水を供給するものにおいては、漏電防止のために放電部１とペルチェモジュール１３との絶縁封止を行う必要がない。また、放電部１側と水供給部２側とが接続してなくて非接触であるので、機器組み込み設計の自由度が可能で機器の小型化が可能となる。

なお、上記各実施形態において、水供給部２から供給された水のうち、水受け取り部５で受け取れなかった水は水受け取り部５の下方に空間を介して水を回収する回収部を設けてここで溜めて自然乾燥により乾燥したり、あるいは、ドレインを設けて排出するようにしてもよい。

なお、図３に示すように冷却板１４の下端に先端が尖った三角形をした集水滴下部１４ａを設けると、冷却板１４の表面に生成した結露水を三角形となった集水滴下部１４ａに効果的に集水して下端の尖った部分から効果的に水を滴下できる。

なお、上記実施形態において、各部材はそれぞれハウジング等に適宜固定される。

なお、添付図面において符号Ｗは水を示している。

上記各実施形態では対向電極を設けて静電霧化をする例で説明したが、対向電極を設けないものであってもよい。

本発明の静電霧化装置の一実施形態の概略構成図である。 同上の静電霧化装置の他の実施形態の側面から見た概略構成図である。 同上に用いる冷却板の他の実施形態の正面図である。

３ 高電圧印加手段
４ 水搬送部
５ 水受け取り部
６ 空間
７ 水溜め部
８ ガイド部
１２ 多孔質体

Claims (3)

1. 先端が尖った棒状の水搬送部と、ペルチェモジュールの冷却側に接続され、表面に生成された結露水を該水搬送部へ供給する冷却板と、該水搬送部の水に高電圧を印加する高電圧印加手段とを備えた静電霧化装置において、
   前記冷却板は、結露水を重力により表面に沿って流下させて下端部から滴下させる一方、前記水搬送部には多孔質体が接続されて、当該多孔質体が前記冷却板側から供給される水を受け取る水受け取り部となっており、前記滴下した水を当該多孔質体に流すガイド部を当該多孔質体上に設けて、該冷却板と該ガイド部とは、空間を介して非接触として成ることを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記ガイド部は、一部に孔が設けられ、当該孔が最も低くなるよう上面部が下り傾斜しており、前記冷却板から重力で滴下した水を該上面部で受けて、最下端の孔側にガイドして当該多孔質体に流すことを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 前記水搬送部は高電圧印加板が接続される一方、該水搬送部の先端から一定の距離をおいて対向電極を設け、高電圧印加板と対向電極は高電圧印加手段に接続されて、該高電圧印加手段から水搬送部に供給された水と対向電極との間に高電圧を印加することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電霧化装置。

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