JP4442444B2 - 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。

従来から放電電極部と、放電電極部に対向して位置する対向電極部と、放電電極部に水を供給する供給手段とを備え、放電電極部と対向電極部との間に高電圧を印加することで放電電極部に保持される水を霧化させ、イオンミストを発生させる静電霧化装置が、特許文献１により知られている。

しかしながら、上記特許文献１に示された従来の静電霧化装置は、貯水部に溜めた水を毛細管現象を利用して放電電極部の先端まで搬送するようにした吸い上げ式の静電霧化装置であり、使用者は貯水部内の水が無くなれば、順次継ぎ足していかねばならないという煩わしさがあり、使い勝手が悪いという問題があった。また、上記の静電霧化装置においては、供給する水が水道水のようなＣａ、Ｍｇ等の不純物を含む水であった場合、この不純物が空気中のＣＯ_２と反応して水搬送部の先端部にＣａＣＯ_３やＭｇＯ等を析出付着させ、毛細管現象による水の供給を阻害し、また不純物が毛細管に詰まり、これらの理由によりイオンミストの発生を妨げるという問題があった。

そこで、上記問題を解決するために、本発明者は本発明に到る過程で、吸熱体により空気を冷却して、空気中の水分を結露させて結露水を生成し、それを放電電極部まで供給するか、あるいは、空気中の水分を冷却して放電電極部に直接結露させて放電電極部に結露水を生成させ、放電電極部で生成された結露水を静電霧化により空気中にイオンミストとして発散させる結露式の静電霧化装置を開発した。

ところが、この結露式の静電霧化装置においては放電電極部が１つしかなく、放出イオンミスト量も限界があり、放出量を増加させるには上記静電霧化装置を複数個使用して動作させる必要があり、コストが高くなると共に、装置全体が大型化するという問題があった。

また、貯水部に溜めた水を吸い上げる吸い上げ式の静電霧化装置においては、放電電極部を複数設け、貯水部から複数の放電電極部にそれぞれ水を搬送し、放出イオンミスト量を増加させる技術が従来から行われているが、結露式の静電霧化装置においては、ただ単純に放電電極部を増やしただけでは、イオンミスト量の増大を図ることができない。

なぜならば、結露式の静電霧化装置においては、安定したイオンミスト放出を実現させるには、結露水の生成量、放電の条件（放電付近の電界強度、電気力線）等を厳しく管理し、それを長時間維持することが必要である。すなわち、各々の放電電極部における結露水の生成量や、各々の放電電極部における放電条件にわずかなずれが存在すると、ある放電電極部からは安定したイオンミストが発生していても、他の放電電極部では、結露水の多過、あるいは不足、放電電界強度が強過ぎる、あるいは放電電界強度が弱過ぎる等の状態が起こり、イオンミスト放出が行われないといった現象が生じることが判明した。
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、結露式の静電霧化装置において各放電電極部からのイオンミストの放出を同時に且つ安定して行え、各放電電極部を冷却するための電力量を殆ど変えることなく、イオンミスト量の増大を図ることができるように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、放電電極部１を冷却して空気中の水分を結露させて放電電極部１に結露水を生成し、該結露水を静電霧化により空気中にイオンミストとして発散させる静電霧化装置２であって、２つ以上の放電電極部１と、これらの放電電極部１を冷却するための吸熱体３と、対向電極部４とから構成され、上記放電電極部１が、吸熱体３により冷却される基部６から分岐部８を介して突設した２つ以上の電極棒５の各先端部に形成され、上記２つ以上の電極棒５を構成する部分が同一材料で形成され且つ各電極棒５が基部６からの分岐点７に対して対称に配置され、すべての放電電極部１の先端形状が等しく且つすべての放電電極部１から対向電極４までの距離を等しく設定し、各電極棒５に通電するための電気的接続を分岐部８より基部６側においておこなったことを特徴とするものである。

このような構成とすることで、結露式の静電霧化装置２において、２つ以上の電極棒５を均一に冷却して各電極棒５の先端部の放電電極部１の冷却温度を容易に揃え、容易に各放電電極部１の電界強度を高精度で揃えることができ、２つ以上の放電電極部１からのイオンミストの放出を同時に且つ安定して行うことができるものであり、吸熱体３からの吸熱量、すなわち各放電電極部１を冷却するための電力量を殆ど変えることなく、生成されるイオンミスト量が増加し、これに伴って付着脱臭性能、アレルゲン物質の除去性能、除菌性能が向上するものであり、また、結露式の静電霧化装置２において、イオンミスト量を増加するに当たって、複数の静電霧化装置を複数使用して動作させるものに比べて装置サイズが大型化せず、コンパクト化が図れる。

また、分岐部８から電極棒５の根元までのすべて又は一部を断熱材９により覆うことが好ましい。

このような構成とすることで、霧化に関与しない余剰結露水の生成を抑制できる。

また、各放電電極部１に対してそれぞれ同一の対向電極部４を、各電極棒５に対して同一の位置関係となるように配置することが好ましい。

このような構成とすることで、各放電電極部１の電界強度を高精度で揃え、且つイオンミストの発生効率を最大限にできる。

本発明は、結露式の静電霧化装置において、２つ以上の放電電極部からのイオンミストの放出を同時に且つ安定して行い、各放電電極部を冷却するための電力量を殆ど変えることなく、生成されるイオンミスト量を増加できて付着脱臭性能、アレルゲン物質の除去性能、除菌性能を向上でき、更に、結露式の静電霧化装置において、イオンミスト量を増加できるようにしたものにおいて装置サイズが大型化せず、コンパクト化が図れる。

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。

本発明の静電霧化装置２は、２つ以上の放電電極部１と、これらの放電電極部１を冷却するための吸熱体３と、対向電極部４とで構成してある。放電電極部１を冷却するための吸熱体３としては、ペルチェモジュール１０を使用している。

２つ以上の放電電極部１は単一の電極部材１１に設けてあり、該電極部材１１は吸熱体３により冷却される基部６から分岐部８を介して複数の電極棒５を基部６と反対方向に一体に突設して構成してあり、複数の電極棒５の先端部がそれぞれ放電電極部１となっている。電極部材１１の基部６は添付図面に示す実施形態では細首部６ｂの一端部に細首部６ｂよりも面積が広い大径底面部６ａを設けて構成してあり、細首部６ｂの大径底面部６ａと反対側の端部に分岐部８が設けてある。

ここで、基部６から分岐部８を介して分岐して突設した複数の電極棒５はいずれも基部６からの分岐部８の中心である分岐点７に対して対称（図２の実施形態のように分岐部８を介して２つの電極棒５を分岐して突設した例では２つの電極棒５が１８０°回転対称となっている。また、分岐部８を介して３つの電極棒５を分岐して突設する場合には３つの電極棒５が互いに１２０°回転対称となる。）に配置してあり、更に、各電極棒５を構成する部分が同一材料で形成してある。この場合、すべての電極棒５を含む電極部材１１全体を同一材料で形成してもよく、すべての電極棒５を同一材料で形成すると共に先端部が分岐部８となった基部６を電極棒５と別部材で形成し、分岐部８に複数の電極棒５を固着したものであってもよい。このように構成することで、複数の電極棒５の各先端部の放電電極部１の熱抵抗を統一させることができ、各放電電極部１の温度分布をほぼ同じにすることができる。これにより装置の寸法を大きくすることなく、複数の放電電極部１を単一の静電霧化装置２に設けることができる。

吸熱体３を構成するペルチェモジュール１０は、例えば熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからな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、互いの回路が向き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共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、ペルチェモジュール１０に設けた通電用コネクタ１９に接続するペルチェ入力リード線を介してなされる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る。

上記ペルチェモジュール１０の冷却側のペルチェ回路板の外側にはアルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性及び高耐電性の高い冷却用絶縁板１２を熱伝導性グリース等を介して接続してあり、また、上記他方の側（以下、放熱側という）のペルチェ回路板の外側にはアルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性の放熱部１３を熱伝導性グリース等を介して接続してある。放熱部１３に放熱フィン部１３ａが設けてあって電極棒５の冷却を効率よく行えるようにしてある。

上記吸熱体３を構成するペルチェモジュール１０及び電極部材１１はハウジング１４内に内装してある。

ハウジング１４はペルチェ側ハウジング部１４ａと静電霧化側ハウジング部１４ｂとよりなる。ペルチェモジュール１０及び電極部材１１の基部６がペルチェ側ハウジング部１４ａ内に内装してあり、ペルチェモジュール１０の冷却側に設けた冷却用絶縁板１２に電極部材１１の基部６の端部の大径底面部６ａを面接触させてある。ハウジング１４のペルチェ側ハウジング部１４ａは放熱部１３に固着してある。

ペルチェ側ハウジング部１４ａと静電霧化側ハウジング部１４ａとを仕切る仕切り部に設けた孔を電極部材１１の基部６の細首部６ｂが貫通し、静電霧化側ハウジング部１４ａ内に分岐部８及び該分岐部８を介して突出した複数の電極棒５が配置してある。

ここで、各放電電極部１で安定した放電を維持するためには、各電極棒５間の距離を十分にとることが望ましく、５ｍｍ以上の距離が好ましい。実施形態では各電極棒５の距離を１０ｍｍにしている。

添付図面に示す実施形態では上記ペルチェ側ハウジング部１４ａと静電霧化側ハウジング部１４ｂとは別体であって、ペルチェ側ハウジング部１４ａの上底面部に静電霧化側ハウジング部１４ｂの下底面部を重ねて固着手段により固着してハウジング１４を構成してある（この場合、ペルチェ側ハウジング部１４ａの上底面部に静電霧化側ハウジング部１４ｂの下底面部とで仕切りが構成される）が、ペルチェ側ハウジング部１４ａと静電霧化側ハウジング部１４ｂとを一体に成形してハウジング１４を構成してもよい。

電極部材１１の基部６には通電を行うためのリード板１６が電気的に接続してある。このリード板１６の電極部材１１への接続部は基部６の大径底面部６ａと分岐部８との間に位置している。これにより分岐部８から各放電電極部１までの温度分布が等しくなり、各放電電極部１における結露量を等しくすることができる。

各電極棒５の先端部の各放電電極部１の先端から適当な距離をおいてイオン放出用の開口部１７を設けた対向電極部４が設置してあり、この対向電極部４は静電霧化側ハウジング部１４ｂに固定してある。

対向電極部４はイオン放出用の開口部１７を有する一つの対極板１５により構成してあり、それぞれの放電電極部１の先端から対極板１５までの距離を等しくしてあり、これにより、並列で各放電電極部１と対向電極部４との間で高電圧を印加して、それぞれの放電部に等しい電界強度、電気力線を生じさせることができるようにしてある。

図１乃至図４に示す実施形態では２つの放電電極部１を設けた例であり、一つの対極板１５に縁部が対向電極部４となった２つのイオン放出用の開口部１７を設け、２つの放電電極部１にそれぞれ２つのイオン放出用の開口部１７が対応するように配置してある。ここで２つのイオン放出用の開口部１７は同じ径の円孔により構成してあり、各イオン放出用の開口部１７の円の中心にそれぞれ各放電電極部１を配置してある。

静電霧化側ハウジング部１４ｂの側面には、発生したイオンを効率よく放出するために空気孔１８が設けてある。

また、図示を省略しているが、放電電極部１側に高電圧を印加する場合、冷却用絶縁板１２と電極部材１１の周囲を絶縁性の樹脂で封止する必要がある。すなわち、上記のように絶縁性の樹脂で封止することで、高電圧印加時に電極棒５に結露した水によってペルチェモジュール１０や放熱フィン部１３ａへの漏電を防ぐようになっている。

次に各部材の材質につき説明する。電極部材１１としては電気伝導性がよく、且つ熱伝導性が高い材質が望ましく、例えば、銅、アルミニウム、銀、あるいはそれらの合金などがよい。冷却用絶縁板１２としては熱伝導率が高く、且つ電気絶縁性が高い材質が望ましく、例えば、アルミナや窒化アルミなどの材質がよい。対向電極部４を構成する対極板１５としては電気伝導性を有する材質が必要で、電気伝導性を示す金属、樹脂が良く、実施例ではＳＵＳを使用している。ハウジング１４は絶縁性を有する材質で、且つ熱損失を防ぐために熱伝導率が低い材質が望ましく、例えば、ＡＢＳ、ＰＰＳ、ＰＢＴなどの樹脂がよい。放熱フィン部１３ａを有する放熱部１３としては、熱伝導性の高い材質が望ましく、例えば、アルミニウム、銅などがよい。また、封止樹脂としては、エポキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ウレタン系樹脂等が有効である。

イオンミストを発生させる原理は以下の通りである。まず、ペルチェモジュール１０に通電を行い、冷却用絶縁板１２と共に複数の電極棒５を有する電極部材１１を冷却する。電極棒５が露点温度よりも下回ると空気中の水分が電極棒５に結露し始め、各電極棒５先端部の各放電電極部１に結露水が生成される。このようにして各放電電極部１に結露水が十分に生成されると、各放電電極部１と対向電極部４との間に高電圧を印加する。各放電電極部１と対向電極部４との間に高電圧を印加すると、各放電電極部１の先端部に生成された結露水が帯電し、この帯電した結露水にクーロン力が働き、該結露水が先端が尖った錐状に盛り上がる（テイラーコーン）。この時印加される電圧が水の表面張力を超えて分裂、飛散（レイリー分裂）を起こさせることができる高電圧であれば、放電電極部１に生成した結露水はテイラーコーン形状となってレイリー分裂を起こしてナノメータサイズのイオンミストが発生するという静電霧化がなされ、大気中に放出される。

このようにして発生したナノメータサイズのイオンミストは活性種（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イオンミストであるため、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、室内壁面や衣類等に付着して壁面や衣類等に付着した臭いを除去することができ、また、このような付着脱臭性能に加え、更に、アレルゲン除去性能、除菌性能等がある。

この場合、マイナスイオンを含んだミストを放出させるには、対向電極部４を構成する対極板１５を接地し、複数の電極棒５を有する電極部材１１に負の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極部４を構成する対極板１５に正の高電圧を印加し、複数の電極棒５を有する電極部材１１を接地すればよい。また、プラスイオンを含んだミストを放出させるには、対向電極部４を構成する対極板１５を接地し、複数の電極棒５を有する電極部材１１に正の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極部４を構成する対極板１５に負の高電圧を印加し、複数の電極棒５を有する電極部材１１を接地すればよい。

上記においては、図１乃至図４に基づいて放電電極部１を２つ有する静電霧化装置２について説明したが、放電電極部１を３つ以上設けた静電霧化装置２であってもよく、この場合は放出するイオンミスト量は更に増加する。放電電極部１を３つ以上設けた静電霧化装置２の構造は上記した放電電極部１を２つ設けた静電霧化装置２と基本的には同じで、電極部材１１の形状、対向電極部４を構成する対極板１５の形状、更に、各部材を固定するハウジング１４の形状が異なっている。その一例として図５には３つの放電電極部１を有する静電霧化装置２の例が示してあり、この図５に示す実施形態においては、一つの対極板１５にそれぞれ縁部が対向電極部４となるイオン放出用の開口部１７が３つ設けてあり、この３つの対向電極部４がそれぞれ３つの放電電極部１に対向しており、各対向電極部４から対応する対向電極部４までの距離をそれぞれ等しくしてある。

上記各実施形態では、各放電電極部１に対向してそれぞれ縁部が対向電極部４となるイオン放出用の開口部１７をそれぞれ１つずつ設けた例を示したが、図６、図７に示すように、複数の放電電極部１に対してイオン放出用の開口部１７を１つ設け、このイオン放出用の開口部１７の円の中心から同心円上に、各放電電極部１を等間隔で配置してもよい。但し、各々の放電電極部１から放出されるイオンミスト発生効率を向上させるには、各放電電極部１に対してそれぞれ１つずつイオン放出用の開口部１７を設けた方が望ましい。

また、図８に示すように、分岐部８から電極棒５の根元までのすべて又は一部を熱伝導性の低い断熱材９により覆ってもよい。これにより、余分な結露水の生成を防ぎ、過剰結露による漏電や、水垂れを防ぐことができる。断熱材９の材質としては、ウレタン樹脂やフェノール樹脂等の樹脂系断熱材や、ガラスウール、セラミックファイバー等の繊維系断熱材、あるいはセラミックを混合した断熱塗料などが有効である。

図９には放電電極部１を複数設けた場合における微分型静電分級装置（ＤＭＡ）によって計測した放出イオンミスト量の比較である。各放電電極部１の放電条件を同一にし、約５×１０７（Ｖ／ｍ）の電界強度に調整して、各放電部で安定した静電霧化を行った。この結果により、放電電極部１を増加させると、それに伴って放出されるイオンミスト量も増加していくことがわかる。これにより、付着脱臭性能、アレルゲン除去性能、除菌性能等が向上する。

本発明の静電霧化装置の一実施形態の斜視図である。 同上の平面図である。 同上の図２のＡ−Ａ線の断面図である。 同上の図２のＢ−Ｂ線の断面図である。 本発明の静電霧化装置の他の実施形態の斜視図である。 本発明の静電霧化装置の更に他の実施形態の平面図である。 同上の図６のＡ−Ａ線の断面図である。 本発明の静電霧化装置の更に他の実施形態の断面図である。 微分型静電分級装置（ＤＭＡ）による放出イオン量測定結果を示すグラフである。

１ 放電電極部
２ 静電霧化装置
３ 吸熱体
４ 対向電極部
５ 電極棒
６ 基部
７ 分岐点
８ 分岐部
９ 断熱材

Claims (3)

1. 放電電極部を冷却して空気中の水分を結露させて放電電極部に結露水を生成し、該結露水を静電霧化により空気中にイオンミストとして発散させる静電霧化装置であって、２つ以上の放電電極部と、これらの放電電極部を冷却するための吸熱体と、対向電極部とから構成され、上記放電電極部が、吸熱体により冷却される基部から分岐部を介して突設した２つ以上の電極棒の各先端部に形成され、上記２つ以上の電極棒を構成する部分が同一材料で形成され且つ各電極棒が基部からの分岐点に対して対称に配置され、すべての放電電極部の先端形状が等しく且つすべての放電電極部から対向電極までの距離を等しく設定し、各電極棒に通電するための電気的接続を分岐部より基部側においておこなったことを特徴とする静電霧化装置。
2. 分岐部から電極棒の根元までのすべて又は一部を断熱材により覆って成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 各放電電極部に対してそれぞれ同一の対向電極部を、各電極棒に対して同一の位置関係となるように配置して成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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