JP4407415B2 - Electrostatic atomizer and air cleaner equipped with electrostatic atomizer - Google Patents
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Description
本発明は、水をナノメータサイズに静電霧化するための静電霧化装置及び静電霧化装置を備えた空気清浄機に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic atomizer for electrostatically atomizing water into a nanometer size and an air cleaner equipped with the electrostatic atomizer.
従来から静電霧化装置として、例えば特許文献1が知られている。この特許文献1に示された従来例にあっては、搬送部が多孔体で構成してあり、多孔体で構成した搬送部で水溜め部の水を毛細管現象により搬送し、搬送した水を静電霧化するようになっている。 For example, Patent Document 1 is known as an electrostatic atomizer. In the conventional example shown in this Patent Document 1, the transport unit is composed of a porous body, the water in the water reservoir is transported by a capillary phenomenon in the transport unit composed of the porous body, and the transported water is It is designed to be atomized electrostatically.
図5には静電霧化の原理図が示してあり、図中1は水を溜める水溜め部、2は多孔体よりなる搬送部、3は対向電極、4は水印加電極、5は水印加電極4と対向電極3の間に高電圧を印加する電圧印加部であり、電圧印加部5により水印加電極4と対向電極3の間に高電圧を印加することで、搬送部2の上端に搬送した水Wを静電霧化してミストMを発生するものである。ここで、静電霧化のために使用する水Wとしては、例えば、水道水、電解水、pH調整水、ミネラルウォータ、ビタミンC・アミノ酸等の有用成分が入った水、アロマオイルや芳香剤や消臭材等が入った水が使用されている。これらの水Wの中にCa、Mg等のミネラル成分が入ったものを使用すると、多孔体よりなる搬送部2を毛細管現象で水が先端部に引き上げられ、空気中のCO2が水Wに溶け込んでできる炭酸イオンと反応し、搬送部2の先端部にCaCO3やMgCO3等として析出付着して搬送部2を構成する多孔体を目詰まりさせる(図5において符号20はCaCO3やMgCO3等が析出して搬送部2の先端部に付着したスケールを示す)という問題があった。このように多孔体が目詰まりすると毛細管現象による水の搬送を阻害し、静電霧化が起こり難くなり、長期間にわたり安定して静電霧化ができず、このため、搬送部2に析出付着して目詰まりしているCaCO3やMgCO3等を除去するメンテナンスを行ったり、あるいは、搬送部2を交換したりするというメンテナンスを行う必要があった。
FIG. 5 shows a principle diagram of electrostatic atomization. In the figure, 1 is a water reservoir for storing water, 2 is a transport unit made of a porous material, 3 is a counter electrode, 4 is a water application electrode, and 5 is a water mark. A voltage application unit that applies a high voltage between the
また、静電霧化装置を備えた空気清浄機が特許文献2により知られているが、この特許文献2に示された空気清浄機は、室内汚染空気が静電霧化装置を通過することで、室内空気を浄化するようになっており、静電霧化装置の電圧が印加される部分に室内の埃等が付着し、安定した静電霧化ができず、このため、静電霧化装置の電圧が印加される部分に付着した埃等を除去するためのメンテナンスが必要であるという問題があった。しかも、この特許文献2に示されたものは、空気清浄機内に取り込んだ汚染された空気のみしか浄化できないという問題があった。
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、水の中に含まれるCa、Mg等の陽イオンが塩として析出しないようにでき、長期間にわたってメンテナンスをすることなく安定して静電霧化によりナノメータサイズのミストを発生させることができる静電霧化装置を提供することを課題とし、併せて、静電霧化装置の電圧が印加される部分に埃等が付着せず、静電霧化装置で発生させたナノメータサイズのミストを浄化された空気の流れに乗って広い範囲に拡散させ、室内空気中の臭気成分や室内壁面への付着物についての脱臭機能を有効に利用して広範囲において脱臭することができる空気清浄機を提供することを課題とするものである。 The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and can prevent cations such as Ca and Mg contained in water from being precipitated as a salt, and can be stable without maintenance over a long period of time. An object of the present invention is to provide an electrostatic atomizer capable of generating nanometer-size mist by electrostatic atomization. In addition, dust or the like is attached to a portion to which the voltage of the electrostatic atomizer is applied. The nanometer-size mist generated by the electrostatic atomizer is diffused over a wide range by the purified air flow, and has a deodorizing function for odor components in indoor air and deposits on indoor walls. An object of the present invention is to provide an air cleaner that can be effectively used and deodorized over a wide range.
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、水溜め部1と、下部が水溜め部1内に入れられて水溜め部1内の水を毛細管現象により上端の針状霧化部11に搬送する搬送部2と、該搬送部2の上端の針状霧化部11に対向するように配置した対向電極3と、水溜め部1から搬送部2の先端の針状霧化部11に到る経路中の水に電圧を印加できる水印加電極4と、水印加電極4と対向電極3の間に高電圧を印加する電圧印加部5を有する静電霧化装置6において、前記搬送部2が酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックより構成され、針状霧化部11に達した水が高電圧によりレイリー分裂を起こしてナノメータサイズのミストを発生させるものであることを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, an electrostatic atomizer according to the present invention includes a water reservoir portion 1 and a needle-like shape at the upper end by capillarity that causes water in the water reservoir portion 1 to be placed in the water reservoir portion 1. A
このように、下部が水溜め部1内に入れられて水溜め部1内の水を毛細管現象により上端の針状霧化部11に搬送する搬送部2が酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックよりなるので、水が酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックと接することで、酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックの毛細管内の水が水素イオンを放出し酸性となって、炭酸ガスが炭酸水素となり、酸性雰囲気では水に含まれるCa、Mg等の陽イオンは、空気中のCO2と反応してCaCO3、MgCO3等として析出して酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックよりなる搬送部2の先端の針状霧化部11に付着することがなく、特に、電圧を印加していない非使用時に搬送部1の下部が入れられた水溜め部1に水を溜めたままにしておいても、搬送部2により毛細管現象で搬送された水に含まれるCa、Mg等の陽イオンが搬送部2の先端の針状霧化部11において、空気中のCO2と反応して塩として析出して酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックよりなる搬送部2の先端の針状霧化部11に付着して目詰まりさせることがないものである。これにより静電霧化の運転が終わるたびに水溜め部1内に残っている水を捨てる手間が省け、使用勝手がよくなり、長期間にわたって、安定してナノメータサイズのミストを発生させる静電霧化ができる。また、針状霧化部に達した水が高電圧によりレイリー分裂を起こしてナノメータサイズのミストを発生させるので、発生したナノメータサイズのミストは活性種を持っていると共に拡散性が高く、脱臭機能がある。
In this way, the lower part is placed in the water reservoir 1 and the
また、本発明の空気清浄機は、上記の構成の静電霧化装置6をフィルタ15、ファン17の下流側に配置して成ることを特徴とするものである。
The air cleaner of the present invention is characterized in that the
このような構成とすることで、フィルタ15により浄化された空気が静電霧化装置6を通過して、静電霧化装置6で発生したナノメータサイズのミストを浄化された空気流に乗って室内に放出することができ、これにより、静電霧化装置6の電圧が印加されている部分に室内の埃等が付着することがなくて、水に含まれるCa、Mgが等の陽イオンが空気中のCO2と反応して塩として析出することによる多孔質セラミックの目詰まり防止効果と相俟って、長期間安定して放電霧化ができるものであり、また、静電霧化で生じたナノメータサイズの粒子径のミストであるナノメータサイズのミストは拡散性が元々高いが、浄化された空気がファン13によって送風される空気流に乗って広がるためにさらに拡散性が良好になり、また、浄化された空気の流れに乗って広がるためナノメータサイズのミストが直ぐに汚れた空気と接触せず、遠くまで浄化された空気に乗って拡散されるものであり、このためにナノメータサイズのミストが有している活性種によるところの室内空気中の臭気成分や室内壁面への付着物についての脱臭機能を有効に利用して広範囲において脱臭することができ、前述の静電霧化装置の持つ脱臭機能をより効果的に発揮できる。
With such a configuration, the air purified by the
本発明の静電霧化装置は、上記のように、下部が水溜め部内に入れられて水溜め部内の水を毛細管現象により上端の針状霧化部に搬送する搬送部が酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックで構成してあるので、水の中に含まれるCa、Mg等の陽イオンが塩として析出しないようにでき、特に、非使用時に水溜め部に水を溜めたままにしておいても、搬送部により毛細管現象で搬送された水に含まれるCa、Mg等の陽イオンが空気中のCO2と反応して塩として析出して多孔質セラミックよりなる搬送部の先端の針状霧化部に付着して目詰まりさせることがなく、この結果、長期間にわたってメンテナンスをすることなく安定して静電霧化ができるという利点がある。また、針状霧化部に達した水が高電圧によりレイリー分裂を起こしてナノメータサイズのミストを発生させるので、発生したナノメータサイズのミストは活性種を持っていると共に拡散性が高く、脱臭機能がある。 In the electrostatic atomizer of the present invention, as described above, the transport unit that has the lower part placed in the water reservoir and transports the water in the water reservoir to the needle-like atomizer at the upper end by capillary action is made of titanium oxide or cord. Since it is composed of a porous ceramic made of any solid acid of light, it can prevent cations such as Ca and Mg contained in water from precipitating as a salt. Even if water is stored in the part, the cation such as Ca, Mg, etc. contained in the water conveyed by the capillary action by the conveying part reacts with CO 2 in the air and precipitates as a salt, so that it is porous. There is an advantage that the electrostatic atomization can be stably performed without maintenance for a long period of time without adhering to and clogging the needle-like atomization section at the tip of the conveying section made of ceramic. In addition, water that reaches the needle-like atomization part causes Rayleigh splitting due to high voltage and generates nanometer-size mist, so the generated nanometer-size mist has active species and is highly diffusive, and has a deodorizing function. There is.
また、本発明の静電霧化装置を備えた空気清浄機は、静電霧化装置で発生したナノメータサイズのミストを浄化された空気流に乗って室内に放出できて、静電霧化装置の電圧が印加されている部分に室内の埃等が付着することがなく、水に含まれるCa、Mg等の陽イオンが空気中のCO2と反応して塩として析出することによる多孔質セラミックの目詰まり防止効果と相俟って、長期間安定して放電霧化ができるものであり、また、静電霧化で生じたナノメータサイズのミストは拡散性が元々高いが、浄化された空気がファンによって送風される空気流に乗って広がるためにさらに拡散性が良好になり、また、浄化された空気の流れに乗って広がるためナノメータサイズのミストが直ぐに汚れた空気と接触せず、遠くまで浄化された空気に乗って拡散されるものであり、このためにナノメータサイズのミストが有している活性種によるところの室内空気中の臭気成分や室内壁面への付着物についての脱臭機能を有効に利用して広範囲において脱臭することができ、静電霧化装置の持つ脱臭機能をより効果的に発揮できるという利点がある。 In addition, an air cleaner equipped with the electrostatic atomizer of the present invention can discharge nanometer-sized mist generated in the electrostatic atomizer into a room on a purified air flow. Porous ceramics in which indoor dust or the like does not adhere to the portion to which the voltage is applied, and cations such as Ca and Mg contained in water react with CO 2 in the air and precipitate as a salt. Combined with the anti-clogging effect, discharge atomization can be performed stably for a long period of time, and nanometer-size mist generated by electrostatic atomization is originally highly diffusible, but purified air The diffusivity is further improved by spreading on the air flow blown by the fan, and the nanometer-sized mist does not immediately come into contact with dirty air because it spreads on the purified air flow. Up to purified air For this purpose, the deodorizing function for the odor components in the indoor air and the deposits on the indoor wall surface due to the active species possessed by the nanometer-size mist is effectively utilized for a wide range. The deodorizing function of the electrostatic atomizer can be exhibited more effectively.
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。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings.
図1、図2には本発明の静電霧化装置6の断面図及び平面図が示してある。この図1、2に示すように、静電霧化装置6は、水を収容した水タンクよりなる水溜め部1と、下端が水溜め部1内に入れられた水Wに浸される複数本の多孔質セラミックよりなる棒状又は帯状の搬送部2と、これら搬送部2の保持及び水Wに対する電圧の印加のための水印加電極4と、絶縁体からなる保持部8によって保持されていると共に上記複数本の棒状又は帯状をした搬送部2の先端部と対向する対向部を備えている対向電極3と、上記水印加電極4と対向電極3との間に高電圧を印加する電圧印加部5とからなるもので、対向電極3と水印加電極4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してある。
1 and 2 are a sectional view and a plan view of the
搬送部2は棒状又は帯状をした多孔質セラミックにより構成してあって、搬送部2の上端は尖った針状霧化部11となっている。本発明において、この搬送部2を構成する多孔質セラミックは固体酸を材料として形成してあり、使用される固体酸としては、例えば酸化チタン又はコージライトを挙げることができる。ちなみに、酸強度(pKa)は酸化チタンが−11.35、コージライトが−11.99である。形成される多孔質セラミックは気孔率が10〜70%、粒径が0.1〜500μmで、上端の針状霧化部11の先端の断面形状をφ2mm以下とするのが好ましい。
The
この棒状又は帯状の搬送部2は、図1、図2に示すように複数本配置され、これらの複数本の搬送部2は水溜め部1を構成する水タンクの上開口部に取付けられた水印加電極4の中央を中心とする同心円上に等間隔で配置されていて、各搬送部2の上部が水印加電極4よりも上方に突出し、下部が水印加電極4から下方に突出して上記水溜め部1内に入れられた水Wと接触するようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of the rod-shaped or belt-
図1に示すように、水溜め部1の上開口部に取付けられた水印加電極4には円筒状のスカート9が下方に突設してあって、上記複数の搬送部2の外側を囲んでいると共に、その下端は搬送部2の下端より下方に位置し、下端開口には格子状の保護カバー10が被せてある。水印加電極におけるこのスカート9は、水溜め部1内に入れられた水と接触することで水に高電圧を印加すると同時に上記保護カバー1と共に搬送部2の保護を行うようになっている。
As shown in FIG. 1, a
水溜め部1の上部には絶縁体からなる筒状をした保持部8の下部が取付けられ、該保持部8の上端開口を閉じるように対向電極3が配置され、これにより対向電極3が搬送部2の搬送方向の先端(つまり搬送部2の上端部)と対向するように配置される。対向電極3の中央には開口部12が設けてあり、この開口部12の縁は図2に示すように上方から見た場合前記複数本の搬送部2の上端の各針状霧化部11を中心とする同一径の複数の円弧Rを滑らかにつないだ形状となっている。対向電極3を接地し、水印加電極4に電圧印加部5を接続して高電圧を印加すると共に、多孔質セラミックで形成されている搬送部2が毛細管現象により水溜め部1に入れてある水Wを吸い上げている時、搬送部2の上端の針状霧化部11が水印加電極4側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Rが実質的な電極として機能するものである。電圧印加部5としては、500V/mm以上、例えば700〜1200V/mmの電界強度を与えることができるものが好ましい。
The lower part of the cylindrical holding
ここで本発明においては、水溜め部1内には水道水、電解水、pH調整水、ミネラルウォータ、ビタミンC・アミノ酸等有用成分が入った水、アロマオイルや芳香剤や消臭剤が入った水を使用するが、これらの水にはCa、Mg等のミネラル成分の入ったものが想定される。 Here, in the present invention, the water reservoir 1 contains tap water, electrolyzed water, pH adjusted water, mineral water, water containing vitamin C / amino acid and other useful ingredients, aroma oil, fragrance and deodorant. These waters are supposed to contain mineral components such as Ca and Mg.
上記水溜め部1内に溜められた水は多孔質セラミックよりなる搬送部2内を毛細管現象により上端部の針状霧化部11側へと搬送される。
The water stored in the water reservoir 1 is transported to the
そして、電圧印加部5により水印加電極4と対向電極3との間に高電圧を印加すると、多孔質セラミックよりなる搬送部2の上端の針状霧化部11が実質的な電極となり、針状霧化部11に達した水Wが高電圧によりレイリー分裂を起こしてナノメータサイズの粒子径のイオンのミスト(例えば10〜30ナノメータ)を発生させる静電霧化がなされる。このようにして発生してたナノメータサイズのミストは活性種(ヒドロキシラジカル、スパーオキサイド等)を持ったナノメータサイズのミストであるため、これを室内に放出することで、室内の空気の脱臭のみならず、室内壁面等に付着した臭いを除去することができる。
When a high voltage is applied between the
下記に臭気とナノメータサイズのミストに含まれた活性種の脱臭反応式を示す。 The following shows the deodorization reaction formula of the active species contained in the odor and nanometer mist.
アンモニア 2NH3+6・OH→N2+6H2O
アセトアルデヒド CH3CHO+6・OH+O2→2CO2+5H2O
酢酸 CH3COOH+4・OH+O2→2CO2+4H2O
メタンガス CH4+4・OH→CO2+4H2O
一酸化炭素 CO+2・OH→CO2+H2O
一酸化窒素 2NO+4・OH→N2+2O2+2H2O
ホルムアルデヒド HCHO+4・OH→CO2+3H2O
なお、上記脱臭反応式において、・OHはヒドロキシラジカルを示す。
Ammonia 2NH 3 +6 ・ OH → N 2 + 6H 2 O
Acetaldehyde CH 3 CHO + 6 ・ OH + O 2 → 2CO 2 + 5H 2 O
Acetic acid CH 3 COOH + 4 ・ OH + O 2 → 2CO 2 + 4H 2 O
Methane gas CH 4 +4 ・ OH → CO 2 + 4H 2 O
Carbon monoxide CO + 2 ・ OH → CO 2 + H 2 O
Nitric oxide 2NO + 4 ・ OH → N 2 + 2O 2 + 2H 2 O
Formaldehyde HCHO + 4 ・ OH → CO 2 + 3H 2 O
In the above deodorization reaction formula, .OH represents a hydroxy radical.
また、ナノメータサイズの霧化イオンは粒子径がナノメータサイズときわめて小さいので空気中に長時間(約10分程度)浮遊すると共に拡散性が高いので、空気中に長時間満遍なく浮遊することになり、スプレー式で噴霧するものに比べて長時間空中に留まると共に広範囲に拡散することになり(スプレー式で噴霧させると粒径が数μmと大きくて空間浮遊時間が短いと共に拡散性が低い)、上記脱臭効果を広範囲において長時間発揮することができるものである。 In addition, since nanometer-sized atomized ions have a very small particle size of nanometer size , they float in the air for a long time (about 10 minutes) and are highly diffusive. It stays in the air for a long time and spreads over a wide range compared to those sprayed by the spray method (if sprayed, the particle size is a few μm, the space floating time is short and the diffusivity is low), The deodorizing effect can be exhibited over a wide range for a long time.
また、水がビタミンC・アミノ酸等有用成分が入った水や、アロマオイルや芳香剤や消臭剤が入った水の場合、これらの有用成分や鎮静成分や芳香成分や消臭剤成分がナノメータサイズで電荷を持った帯電状態で上記のように空気中に放出され、長時間に空気中に浮遊し、上記の脱臭効果に加え、有用成分や鎮静成分や芳香成分や消臭成分を長時間にわたって供給することができる。 In addition, when water contains useful ingredients such as vitamin C and amino acids, or water containing aroma oils, fragrances and deodorants, these useful ingredients, sedative ingredients, fragrance ingredients and deodorant ingredients are nanometers. Released in the air as described above in a charged state with a charge in size, floats in the air for a long time, and in addition to the above-mentioned deodorizing effect, useful components, sedative components, aroma components and deodorant components for a long time Can be supplied over.
上記のような静電霧化装置6において、本発明においては、前述のように先端が針状霧化部11となった搬送部2が酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックで構成してあるので、酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックに水が接した時、毛細管内の水は酸性となり、酸性雰囲気では水に含まれるCa、Mg等の陽イオンは、空気中のCO2と反応して、CaCO3、MgCO3等として析出することはなく、したがって、CaCO3、MgCO3等が析出して酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックよりなる搬送部2の先端の針状霧化部11に付着して目詰まりすることがない。特に、静電霧化装置6の非使用時に水溜め部2に水を入れたままの状態にしておいても、多孔質セラミックの毛細管内の水が酸性であるため、上記のように水に含まれるCa、Mg等の陽イオンが塩として析出付着しないものである。このように、酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックよりなる搬送部2の先端針状部11が目詰まりすることがないので、静電霧化の運転が終わるたびに水溜め部1内に残っている水を捨てる手間が省け、使用勝手が良くなり、長期間にわたって、安定して酸化チタン又はコージライトの何れかの固体酸を材料とする多孔質セラミックよりなる搬送部2内を毛細管現象により水を搬送して搬送部2の先端の針状霧化部11に搬送し、安定して静電霧化ができることになる。
In the
下記の化1には固体酸を材料とする多孔質セラミックに水が接触した場合に水が酸性を示す反応式を、固体酸として酸化チタンを例として示している。 The following chemical formula 1 shows a reaction formula in which water is acidic when it comes into contact with a porous ceramic made of a solid acid, and titanium oxide as an example of the solid acid.
上記化2、化3においては水中のCaの陽イオンを例としてアルカリ性の水又は中性の水と酸性の水の場合における、CaCO3の析出の有無につき説明したが、Mgの陽イオンについてアルカリ性の水又は中性の水と酸性の水の場合においても、同様にしてアルカリ性又は中性の水ではMgCO3が析出し、酸性の水ではMgCO3が析出しない。
In the
図3、図4には前述した構成の静電霧化装置6を備えた空気清浄機13を示している。図3は空気清浄機13の概略正面図であり、図4は空気清浄機13の概略側断面図である。空気清浄機13は本体ケース14内に、フィルタ15(プレフィルタ15a、除塵・脱臭フィルタ15b)、ファン17を備えた空気清浄部18と、前述の構成の静電霧化装置6とが内装してある。本体ケース14には一端が入口、他端が出口となった風路が形成されるが、この風路の上流側から順に上記プレフィルタ15a、除塵・脱臭フィルタ15b、ファン17、静電霧化装置6が配置される。図4の矢印は風の流れを示しているが、風路の入口から入った空気が空気清浄部18で浄化され、この浄化された空気が静電霧化装置6を通過することで、静電霧化装置6の電圧が印加されている部分に室内の埃等が付着することがなく、埃の付着が原因で静電霧化が生じ難くなることを防止している。
3 and 4 show an
静電霧化で生じたナノメータサイズの粒子径のミストであるナノメータサイズのミストは粒径が極めて小さいので拡散性が元々高いが、浄化された空気がファン13によって送風される空気流に乗って広がるためにさらに拡散性が良好になり、また、浄化された空気の流れに乗って広がるためナノメータサイズのミストが直ぐに汚れた空気と接触せず、遠くまで浄化された空気に乗って拡散されるものであり、このためにナノメータサイズのミストが有している活性種によるところの室内空気中の臭気成分や室内壁面への付着物に対する脱臭機能が有効に働き広範囲において脱臭することができ、前述の静電霧化装置の持つ脱臭機能をより効果的に実現できることになる。
Nanometer-size mist, which is a mist of nanometer-size particle diameter generated by electrostatic atomization, is originally highly diffusible because of its extremely small particle size, but the purified air rides on the air flow blown by
1 水溜め部
2 搬送部
3 対向電極
4 水印加電極
5 電圧印加部
6 静電霧化装置
14 フィルタ
17 ファン
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