JP4400210B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電霧化現象により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、水を収容する水タンクと、上記水に電圧を印加する印加電極と、上記水と接触するとともにその一端に霧化部を有している吸水体と、吸水体の霧化部と対向している対向電極とを備えて、吸水体が水タンクから吸上げた水を該吸水体の霧化部において静電霧化現象により霧化させることでミストを発生させるものである（特許文献１参照）。しかしながら、上記した従来の静電霧化装置においては、水タンクに補給する水が、水道水のようなＣａ、Ｍｇ等のミネラル成分を含む水であった場合には、このミネラル成分が空気中のＣＯ_２と反応して吸水体の霧化部にＣａＣＯ_３やＭｇＯ等を析出付着させ、ミストの発生を妨げることがあった。このため、使用者にはＣａＣＯ_３やＭｇＯ等の付着物を取り除く定期的なメンテナンスが要求されるものであった。
特許第３２６０１５０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、使用者に付着物除去のメンテナンスを強いることなく、継続的に使用することの可能な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を、霧化させるための水を収容する水タンク６と、上記水に電圧を印加する印加電極２と、上記水と接触するとともにその一端に尖った霧化部１３を有している吸水体４と、吸水体４の霧化部１３と対向する対向電極３と、吸水体４が毛細管現象により水タンク６から吸上げた水を該吸水体４の霧化部１３において霧化させさせてナノメータサイズの粒子径のミストを発生させるための電圧を印加電極２に印加する高電圧発生源とを具備し、水タンク６から吸水体４の霧化部１３に至るまでの水搬送経路中に、ミネラル成分を除去するためのイオン交換部１８を設けた静電霧化装置であって、上記吸水体４を、毛細管現象を生じ且つ陽イオン交換機能を有するイオン交換繊維を用いて形成することで、吸水体４にイオン交換部１８を兼ねさせたものとする。このようにすることで、水タンク６内に収容してある水をイオン交換部１８にてＣａ、Ｍｇ等のミネラル成分が除去された水としてから霧化部１３に供給することができるので、尖った霧化部１３において空気中のＣＯ２との反応によりＣａＣＯ３やＭｇＯ等が析出付着することが防止される。したがって、使用者がＣａＣＯ３やＭｇＯ等の付着物を取り除く定期的なメンテナンスを行わずとも、静電霧化装置を継続的に使用することが可能となる。

また、上記静電霧化装置において、イオン交換部が、ナトリウムイオン交換型のものであることや、水素イオン交換型のものであることや、水素イオン交換型のものと陰イオン交換機能を有する他のイオン交換体とを併用したものであることが好ましい。ナトリウムイオン交換型であればＣａ^２＋やＭｇ^２＋とＮａ^＋とを交換吸着することができ、水素イオン交換型であればＣａ^２＋やＭｇ^２＋とＨ^＋とを交換吸着することができる。また、水素イオン交換型のものに陰イオン交換機能を有する他のイオン交換体を併用することで、ｐＨのバランスを保つことができる。

本発明は、使用者に付着物除去のメンテナンスを強いることなく継続的に使用することの可能な静電霧化装置を提供することができるという効果がある。

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。図１〜図３には、本発明の実施の形態における一例の静電霧化装置を示している。一例の静電霧化装置は、円筒状であってその周面に通風孔１を開口させてあるホルダー１０と、ホルダー１０の上部に配された対向電極３と、ホルダー１０の下部に嵌め込まれて水に対する電圧印加を行う印加電極２と、この印加電極２により保持されていて毛細管現象を生じ得る吸水体４と、同じく印加電極２により保持されるイオン化針５と、ホルダー１０の下部に装着された水タンク６とで主体を構成している。上記水タンク６は、上端の開口したカップ状を成しており、その上端開口縁部分の外面に設けてある突起７が、ホルダー１０の下部に装着されている印加電極２の外周フランジ部２１に設けられている係合凹所１２にバネヨット係合することで取り付けられている。

対向電極３と印加電極２は共に、カーボンのような導電材を混入した合成樹脂や、ＳＵＳのような金属で形成されることで導電性を有しているもので、図３に示すようにホルダー１０の上部に被嵌される対向電極３は、その外周面に形成された接続用突部１４の外面に接触する接地用接触板８を通じて接地される。また、ホルダー１０の下部内に嵌め込み固定されてホルダー１０内面のリブ１１で押え固定されている印加電極２は、その外周面に形成された接続用突部２０の外面に接触する接触板９を介して高電圧発生源に接続される。

棒状を成す吸水体４は、その上端が針状に尖った霧化部１３となっており、複数本（図示例では６本）の吸水体４が印加電極２に取り付けられている。これら吸水体４は、印加電極２の中央に配されたイオン化針５を中心とする同心円上に等間隔で配置されて、その上部が印加電極２よりも上方に突出し、且つ、その下部は下方に突出して水タンク６の収容空間２４内に収容される水と接触するようになっている。図中２２は、印加電極２から下方に延設された円筒状のスカートであり、上記複数本の吸水体４の外周を囲んでいるとともに、その下端が吸水体４の下端よりも下方に位置しており、その下端開口には格子状の保護カバー１７が被嵌されている。印加電極２におけるこのスカート２２は、水タンク６の収容空間２４内に収容された水と接触して該水に高電圧を印加すると同時に、保護カバー１７と共に吸水体４を保護するものである。

印加電極２は、水タンク６を装着したときに該水タンク６の上端開口を略密閉することで、傾いたときにも水タンク６内の水が漏れ出ることを防止している。また、スカート２２にはその上下方向全長に亘るスリット２３を設けており、水を充填させてある水タンク６を装着する際に上記スリット２３を介してスカート２２に囲まれる空間内の空気を抜いて、スカート２２内への水の流入を許すようになっている。

ホルダー１０の上端開口を閉じるように装着された対向電極３は、図２に示すように、その中央に開口部１５を有している。この開口部１５の縁は、上方から見たときに各吸水体４の霧化部１３を中心とした同一径の円弧部分Ｒを、他の円弧部分ｒで円滑に繋いだ形状となっている。上記開口部１５は格子状の保護カバー１６で覆っており、開口部１５を通して手指等が吸水体４やイオン化針５に接触することを防止している。

しかして、一例の静電霧化装置において、水が充填された水タンク６を装着すると、水タンク６内の水が印加電極２のスカート２２及び吸水体４に接触するとともに、吸水体４が毛細管現象により水を上端側へと吸い上げる。ここで、対向電極３を接地させるとともに印加電極２に高電圧発生源を接続して負電圧を印加させると、吸水体４の上端に設けてある霧化部１３が印加電極２の実質的な電極として機能すると同時に、対向電極３の上記円弧部分Ｒが実質的な電極として機能し、吸水体４の霧化部１３にまで搬送された水にレイリー分裂を起こさせる。レイリー分裂によって霧化部１３の水はナノメータサイズの粒子径を有する高帯電のミストに霧化され（これを静電霧化という）、外部へと吐出されることとなる。また、印加電極２に保持されるイオン化針５にも負電圧が同時に印加され、対向電極３との間でのコロナ放電によってマイナスイオンも発生させるようになっている。このとき、仮に電極間の距離が同一であればマイナスイオン発生の為に必要な電圧よりも静電霧化に必要な電圧が高いことから、吸水体４の上端の霧化部１３から対向電極３までの距離Ｌ１よりもイオン化針５から対向電極３までの距離Ｌ２が適当な程度に長くなるよう設定することで、静電霧化の方を生じ易くしている。もっとも、水タンク６内の水が無くなり吸水体４に保持される水も霧化されて無くなった場合には、マイナスイオンの発生のみが継続して行われることとなる。

ここにおいて、一例の静電霧化装置にあっては特徴的な構成として、吸水体４を、毛細管現象を生じ得るイオン交換繊維を用いて形成し、吸水体４がイオン交換部１８を兼ねるようにしている。上記イオン交換繊維は、イオン交換樹脂等の陽イオン交換機能を有するイオン交換体から成り、例えばナトリウムイオン交換型であればＣａ^２＋やＭｇ^２＋とＮａ^＋とを交換吸着し、水素イオン交換型であればＣａ^２＋やＭｇ^２＋とＨ^＋とを交換吸着するものである。上記のようにすることで水タンク６から吸水体４の上端の霧化部１３に至るまでの水搬送経路中にイオン交換部１８が配されることとなり、水タンク６内に充填させてある水中のＣａ、Ｍｇ等のミネラル成分を除去し、これらミネラル成分を含まない水としてから霧化部１３へと搬送することができるので、霧化部１３において空気中のＣＯ_２との反応によりＣａＣＯ_３やＭｇＯ等が析出付着することが防止される。即ち、使用者がＣａＣＯ_３やＭｇＯ等の付着物を取り除く定期的なメンテナンスを行わずとも、継続的に静電霧化装置を使用することが可能となっている。なお、上記イオン交換体として水素イオン交換型のものを用いる場合には、ｐＨのバランスを保つ為に陰イオン交換機能を有する他のイオン交換体を併用することが好ましい。

また、上記のように吸水体４の全部がイオン交換部１８を兼ねるようにするのではなく、例えば図４に示すように、主体部分を多孔質セラミックで形成するとともにその外周面にイオン交換繊維から成るシート材１９を巻装して主体部分を被覆させることで吸水体４を形成し、吸水体４の一部がイオン交換部１８を兼ねるようにしてもよい。この場合にあっても、上記イオン交換部１８は水タンク６から吸水体４の上端の霧化部１３に至るまでの水搬送経路中に配されることとなり、ＣａＣＯ_３やＭｇＯ等の析出付着は防止される。

次に、本発明の実施の形態における他例の静電霧化装置について図５〜図８に基づいて説明するが、一例と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。図５に示すように、他例においては上端の開口したカップ状のイオン交換部タンク３１を水タンク６の下部に装着しており、イオン交換部タンク３１の開口内に水タンク６の下部が嵌入されるようになっている。イオン交換部タンク３１の装着時に、水タンク６の多数の通水孔３５を穿設してある下底部２５とイオン交換部タンク３１の下底部３３との間には所定の収容空間３４が形成され、この収容空間３４内にイオン交換部１８が収容されるようになっている。イオン交換部１８としては、後述するようにイオン交換樹脂等のイオン交換体から成る粒子材３６（図６参照）や、同様のイオン交換体から成るシート材３７，３８（図７、図８参照）を用い、これらが収容空間３４内に収容されるようにイオン交換部タンク３１内に充填しておけばよい。

上記のようにすることで、水タンク６とこれの下方に位置するイオン交換部タンク３１とが、通水孔３５を介して互いの収容空間２４，３４が連通した状態で連結され、水タンク６の収容空間２４内に収容された水が、イオン交換部タンク３１の収容空間３４内に収容されたイオン交換部１８と接触してイオン交換を行うようになっている。ここでのイオン交換は、一例で既述したものと同様に水中のＣａ^２＋、Ｍｇ^２＋等のミネラル成分の陽イオンをＮａ^＋、Ｈ^２＋等の他の陽イオンと交換吸着させるものである。即ち、他例の静電霧化装置は、水タンク６から吸水体４の上端の霧化部１３に至るまでの水搬送経路の中で、水タンク６内に収容してある段階で水と接触してミネラル成分を除去するようにイオン交換部１８を直接水タンク６に取り付けたものであり、これにより水タンク６内に充填させてある水中のＣａ、Ｍｇ等のミネラル成分を除去したうえで吸水体４の下部から霧化部１３へと搬送することができ、霧化部１３におけるＣａＣＯ_３やＭｇＯ等の析出付着が確実に防止されるようになっている。

図６には、イオン交換部１８として多数の粒子材３６をイオン交換部タンク３１に充填してある場合を示しているが、この場合には、粒子材３６として水タンク６の通水孔３５を通過し得ないサイズの粒径を有したものを用いる。また、図７に示すように、イオン交換部１８として、イオン交換繊維を収納空間３４内に収容可能となるように上方から見て丸型に切断して成るシート材３７を、イオン交換タンク３１内に積層させたものを用いてもよいし、図８に示すように、イオン交換繊維をその幅寸法が収納空間３４の高さ寸法に納まるような帯状に切断して成るシート材３８を、幾重かにロールさせた状態でイオン交換タンク３１内に収納したものを用いてもよい。

なお、本例のイオン交換部１８を設ける箇所としては、上記のように水タンク６と連通接続されるように該水タンク６の下側に直接取付けたイオン交換部タンク３１内に配される構造に限定されず、例えば水タンク６内に収容される袋状の収納部内に配される構造として、イオン交換部１８が水タンク６内に収容される水と接触するようにしてもよい。

また、他例の吸水体４はその全部を多孔質セラミックで形成したものであるが、これに限らず、一例で示したように吸水体４の一部又は全部が更にイオン交換部１８を兼ねるようにしてもよい。この場合、特別な部材を追加せずともイオン交換機能を向上させることができ、霧化部１３における析出付着が更に効果的に防止されることとなる。

本発明の実施の形態における一例の静電霧化装置の断面図である。 同上の静電霧化装置の平面図である。 同上の静電霧化装置に高電圧を印加させる状態の断面図である。 同上の静電霧化装置の、一部をイオン交換部とした場合の吸水体を示す正面図である。 本発明の実施の形態における他例の静電霧化装置の断面図である。 同上の静電霧化装置の、イオン交換部として粒子材をイオン交換部タンク内に収納した場合を示す模式的断面図である。 同上の静電霧化装置の、イオン交換部としてシート材を積層させてイオン交換部タンク内に収納した場合を示す模式的断面図である。 同上の静電霧化装置の、イオン交換部としてシート材をロールさせてイオン交換部タンク内に収納した場合を示しており、（ａ）は模式的断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は模式的斜視図である。

２ 印加電極
３ 対向電極
４ 吸水体
６ 水タンク
１３ 霧化部
１８ イオン交換部

Claims (4)

1. 霧化させるための水を収容する水タンクと、上記水に電圧を印加する印加電極と、上記水と接触するとともにその一端に尖った霧化部を有している吸水体と、吸水体の霧化部と対向する対向電極と、吸水体が毛細管現象により水タンクから吸上げた水を該吸水体の霧化部において霧化させてナノメータサイズの粒子径のミストを発生させるための電圧を印加電極に印加する高電圧発生源とを具備し、水タンクから吸水体の霧化部に至るまでの水搬送経路中に、ミネラル成分を除去するためのイオン交換部を設けた静電霧化装置であって、上記吸水体を、毛細管現象を生じ且つ陽イオン交換機能を有するイオン交換繊維を用いて形成することで、吸水体にイオン交換部を兼ねさせたことを特徴とする静電霧化装置。
2. イオン交換部が、ナトリウムイオン交換型の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. イオン交換部が、水素イオン交換型の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。
4. イオン交換部が、水素イオン交換型のものと、陰イオン交換機能を有する他のイオン交換体とを併用し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。

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