JP4396580B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体が供給される霧化電極に高電圧を印加することで上記液体を霧化させる静電霧化装置、殊に粒子径がナノサイズである微小なミストを発生させる静電霧化装置に関するものである。

特許第３２６０１５０号公報などに示されているように、液体が供給される霧化電極に高電圧を印加することで上記液体にレイリー分裂を起こさせることで霧化させる静電霧化では、粒子径の小さいミストを発生させることができるが、発生させるミスト量を多くするために、供給する液体の量を多くすると同時に放電電流を大きくすると、金属放電が生じてしまう虞が高くなるとともに、オゾンの発生量も多くなってしまう。

このために複数の霧化電極に同時に液体を供給するとともに各霧化電極に高電圧を印加することで発生させるミスト量を多くすることが考えられるが、この場合、次の問題が生じる。

すなわち、コストや設置スペース等の関係で霧化電極に印加する高電圧を発生させる単一の高電圧発生回路に複数の霧化電極を並列に接続した場合、高電圧が印加される霧化電極と、接地もしくは霧化電極に印加される電圧よりも十分に低い電圧が印加される対向電極との間の距離の差によって放電が開始されやすいものが生じるとともに、その霧化電極での静電霧化が開始されると、霧化電極の先端には液体が対向電極側に電気的力によって引っ張られることでテイラーコーンと称される円錐形状のものが生じるために、更に対向電極までの距離が短くなり、結果的にその霧化電極と他の霧化電極との間に静電霧化量に差が生じてしまう上に、その霧化電極には多くの放電電流が流れてオゾンの発生量が増加してしまう。
特許第３２６０１５０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、複数の霧化電極を用いることで多量のミストを発生させることをオゾン発生量を抑制しつつ適切に行う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、高電圧発生回路と、高電圧発生回路で発生させた高電圧が印加される霧化電極と、霧化電極と対向する対向電極と、霧化電極に霧化させるべき液体を供給する液体供給手段とからなり、並列接続された複数の霧化電極が単一の高電圧発生回路に接続されているとともに、高電圧発生回路と各霧化電極との間には夫々放電電流を抑制することになる抵抗を挿入しており、対向電極までの距離が他の霧化電極よりも長い霧化電極に挿入した抵抗は他の霧化電極に挿入した抵抗よりも抵抗値が小であることに特徴を有している。抵抗は霧化電極と対向電極との間の電極間電圧を調整して放電電流を抑制するために、各霧化電極と対向電極との間の距離の差などの影響を避けることができて、複数の霧化電極から夫々静電霧化を安定した状態で行わせることができるものであり、これに伴ってオゾンの発生量や金属放電の発生を抑えることができる。特に、距離差が大きい場合でも適切に静電霧化を行わせることができる。

上記の各霧化電極はその先端が滑らかな凸曲面で形成されたものであることが、上記の距離の差の影響を少なくするために、より好ましい結果を得ることができる。

そして上記抵抗はその抵抗値が可変もしくは切換自在なものであると、静電霧化条件の変化などに容易に対応することができるものとなる上に、静電霧化量の調整なども行うことができるものとなる。

霧化電極に高電圧を印加する高電圧発生回路にイオン発生用の放電電極も接続されていると、静電霧化と同時にイオン発生も行うことができ、この時、針状電極として形成された放電電極と高圧発生回路との間には霧化電極に挿入した抵抗よりも抵抗値が大な抵抗を挿入しておくことで、イオン発生及び静電霧化をそれぞれ適切に行うことができる。

送風量が可変の機器に組み込まれているとともに、抵抗値を変化もしくは切り換えるスイッチが上記機器の送風量切換スイッチに連動していると、送風量に応じた静電霧化量の切換を行うことができる。

本発明は、並列接続された複数の霧化電極と単一の高電圧発生回路との間に夫々挿入された抵抗は、霧化電極と対向電極との間の電極間電圧を調整して放電電流を抑制することで、各霧化電極と対向電極との間の距離の差などの影響を抑えて、複数の霧化電極から夫々静電霧化を安定した状態で行わせることができる上に、オゾンの発生量や金属放電の発生も抑えることができる。

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と、図１において、１は高電圧発生回路であり、ここでは数ｋＶの負電圧を発生させるものを用いている。そしてこの光電圧発生装置１には複数の霧化電極２，２を接続しているとともに、対向電極３，３をアースを通じて接続している。ここで用いている対向電極３は、その内周縁が霧化電極２に最小距離で対向するリング状のものとなっている。なお、対向電極３には霧化電極２に印加する電圧に比して十分低い電圧を印加するものであってもよい。

リング状の対向電極３の内周部分は、静電霧化時にミストが吐出される部分であるが、ここには感電防止等の安全面の点で格子形状のカバー（図示せず）を配置しておくのが好ましく、またカバーにはシリコン系、有機ホウ素系、高分子型の樹脂系などの帯電防止材を用いて静電霧化ミストによって帯電しないようにしておくのが好ましい。

上記霧化電極２は、中空で且つ滑らかな凸曲面となっている先端部に内部空間と連通する微小な孔２０を形成したもので、その他端は液体搬送路２１を通じてタンクである液体供給部４０に接続されている。図中４１は液体供給手段である液体供給部４１における液体補充口である。

液体供給部４０は液体搬送路２１を介さずに霧化電極２に直結するように配置してもよいが、液体搬送路２１を介して液体を霧化電極２に供給することにより、ヘアドライヤーのような機器に該静電霧化装置を配設する場合でも、霧化電極２と同一箇所に液体供給部４０を配置する必要がなくなるために、機器組み込みに対する制限が少なくなる上に、液体供給部４０への液体の補充や液体残量の確認などを容易とすることがしやすくなる。

また、液体供給部４０は霧化電極２よりも上方に配置することで、水頭圧を利用して霧化電極２への液体の供給量を増加させて静電霧化を安定させることも容易となる。この場合、液体供給部４０には内部の圧力を大気圧に対して若干の負圧とする弁を設けておくのが望ましい。また、液体搬送路２１としてはフレキシブルな材料からなるものを好適に用いることができる。霧化電極２への液体の供給は、霧化電極２をペルチェ素子などの冷却手段を用いて冷却することで空気中の水分を霧化電極表面に結露させることで得るようにしてもよい。

この静電霧化装置においては、各霧化電極２に高電圧を印加すれば、液体供給部４０から霧化電極２の内部に供給された液体は、霧化電極２先端の孔２０を通じて霧化電極２の先端部外面に引き出されて霧化電極２先端にテーラーコーン２２を形成するとともにテーラーコーン２２の先端部で液体はそれ自身が有する高密度の電荷によって弾けて微小な液滴ミストとなって霧化し、リング状の対向電極３の内周部を通過して飛散する。

ここにおいて、複数の霧化電極２と対向電極３との間の距離には微小な差異が存在している上に、例え上記距離が全く同じであっても、いずれかの霧化電極２が他のものよりも電気的に放電しやすい状態になっておれば、各負荷電極２の先端での電界集中に差が生じて前述のような問題を招くことになる。

このために高電圧発生回路１に並列接続となっている複数の霧化電極２に対し、夫々抵抗Ｒを直列接続している。各抵抗Ｒは、数ＭΩ以上、たとえば１０〜６００ＭΩの高抵抗値を有するもので、このような抵抗Ｒの存在は、その電圧降下によって図３に示すように負荷電極２と対向電極３との間の電極間電圧Ｖ１，Ｖ２を調整して放電状態を統一・安定化させるものであり、また放電電流を抑制することになるために、オゾン濃度も抑制することができる。なお、図３は抵抗Ｒとして１００ＭΩのものを用いた場合を示しており、図中のＶ０は高電圧発生回路電圧を示している。図４はイ：抵抗無で液体有、ロ：抵抗無で液体無、ハ：５０ＭΩ抵抗有で液体有、ニ：５０ＭΩ抵抗有で液体無の時の印加電圧と放電電流との関係を示している。

また、霧化電極２として先端が尖鋭のものを用いると、霧化電極２と対向電極３との間の距離差による問題がより大きく生じる上に、金属放電が生じてしまう虞が高くなってしまうが、前述のように霧化電極２としてその先端が滑らかな凸曲面となっているものを用いた場合、電極間距離差や霧化電極２の先端に液体が有るか否かの差による放電電流の値の差が小さくなって、抵抗Ｒを挿入したことによる効果をより顕著に得られることになる。

ところで、複数の霧化電極２と対向電極３との間の電極間距離が一定でないものの場合、たとえば図５に示すように、リング状をした共通対向電極３と、同一円周上に並んでいる複数の霧化電極２ｂと、中心に位置する霧化電極２ａとからなり、霧化電極２ａと対向電極３との間の距離が霧化電極２ｂと対向電極３との間の距離よりも長い場合、霧化電極２ａと高電圧発生回路１との間に挿入する抵抗Ｒａには、霧化電極２ｂと高電圧発生回路１との間に挿入する抵抗Ｒｂよりも抵抗値が低いものを用いることで、これら霧化電極２ａ，２ｂでの静電霧化の条件を整えるものとする。なお、対向電極３を複数の霧化電極で共通とすることは、小型化に関して有利となる。

図６に他例を示す。これは高電圧発生回路１に静電霧化用の霧化電極２に加えて、イオン発生用の放電電極５を並列に接続することで、イオン発生も同時に行えるようにしたものである。イオン発生用の放電電極５としては先端が針状となっているものが小型化の点で有利である。ただし、放電電極５と高圧発生回路１との間にも抵抗Ｒｉを挿入するとともにこの抵抗Ｒｉには上記抵抗Ｒよりも更に抵抗値が大なものを用いて放電電極５に流れる放電電流を抑制しておく。

抵抗Ｒとしては、図７に示すように、可変抵抗器を用いたり、抵抗値が異なる複数の抵抗を切り換えることができるようにしてもよい。霧化電極２への液体の供給状態や環境の温湿の変化等に対応させることができる。

また、この静電霧化装置がヘアドライヤーや空気清浄器等の機器に組み込まれて使用されるものであれば、図９に示すように抵抗値が異なる複数の抵抗Ｒ₁₁，Ｒ₁₂，Ｒ₁₃の切り換えで抵抗値を切り換えることができるようにしておくとともに、この切換のためのスイッチ６ｂが上記機器における送風量切換スイッチ６ａに連動するようにしておくとよい。抵抗値が変われば電極間電圧も変化するために、結果的に静電霧化量が変化することになるために、送風量が多い時には静電霧化量を多く、送風量が少ないときには静電霧化量を少なくすることができる。図９中のＶａは機器側の電源、６１はファン駆動回路、６２はファン用モータである。

本発明の実施の形態の一例の概略図である。 同上の霧化電極先端部の正面図である。 (a)は同上の概略回路図、(b)は放電電流と印加電圧との相関図である。 抵抗の有無による印加電圧と放電電流との相関図である。 (a)は他例における霧化電極の配置を示す平面図、(b)は同上の概略回路図である。 別の例の概略回路図である。 他の例の概略回路図である。 印加電圧と電極間電圧との相関を示す説明図である。 他例の概略回路図である。

符号の説明

１ 高電圧発生回路
２ 霧化電極
３ 対向電極
Ｒ 抵抗

Claims (5)

1. 高電圧発生回路と、高電圧発生回路で発生させた高電圧が印加される霧化電極と、霧化電極と対向する対向電極と、霧化電極に霧化させるべき液体を供給する液体供給手段とからなる静電霧化装置であって、並列接続された複数の霧化電極が単一の高電圧発生回路に接続されているとともに、高電圧発生回路と各霧化電極との間には夫々放電電流を抑制することになる抵抗を挿入しており、対向電極までの距離が他の霧化電極よりも長い霧化電極に挿入した抵抗は他の霧化電極に挿入した抵抗よりも抵抗値が小であることを特徴とする静電霧化装置。
2. 各霧化電極はその先端が滑らかな凸曲面で形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 上記抵抗はその抵抗値が可変もしくは切換自在なものであることを特徴とする請求項１または２記載の静電霧化装置。
4. 霧化電極に高電圧を印加する高電圧発生回路にイオン発生用の放電電極も接続されているとともに、針状電極として形成された放電電極と高圧発生回路との間には霧化電極に挿入した抵抗よりも抵抗値が大な抵抗を挿入していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
5. 送風量が可変の機器に組み込まれているとともに、抵抗値を変化もしくは切り換えるスイッチが上記機器の送風量切換スイッチに連動していることを特徴とする請求項３記載の静電霧化装置。

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