JP4581990B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、水に高電圧を印加することにより水微粒子を生成する低騒音の静電霧化装置に関する。

従来より、円筒形状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極を冷却することにより霧化電極表面に大気中の水分を結露させる冷却装置と、霧化電極と対向電極間に高電圧を印加することにより霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する電圧印加部とを備える静電霧化装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。このような装置によれば、ナノサイズで電荷を有する水微粒子を生成することができる。
特開２００５−１３１５４９号公報

ところで、従来の静電霧化装置によれば、水微粒子の生成に伴い騒音が発生することが知られている。このような背景から、低騒音の静電霧化装置の提供が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低騒音の静電霧化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る静電霧化装置の特徴は、柱状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極表面に水を生成する装置と、霧化電極と対向電極間に電圧を印加する電圧印加部とを備え、霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する静電霧化装置であって、霧化電極の先端部分以外の領域に近接配置された補助電極と、霧化電極と補助電極間に電圧を印加することにより霧化電極表面に生成された水を静電霧化しない程度に帯電させる補助電極用電圧印加部とを備えることにある。

本発明に係る静電霧化装置によれば、水微粒子の放出に伴う水滴の電荷の減少量を小さくすることができるので、騒音を低減することができる。また、本発明に係る静電霧化装置によれば、水滴の体積の時間変化量を小さくすることができるので、水滴の体積変化に伴う加振力が低減され、騒音を低減することができる。また、本発明に係る静電霧化装置によれば、水微粒子の生成周期が短くなるので、騒音の周波数が高くなり、人により感知される騒音レベルを小さくすることができる。

一般に、静電霧化装置は、（１）霧化電極２と対向電極５間に印加された高電圧によるクーロン力によって霧化電極２の先端部分に形成された水滴２１が図３（ａ），（ｂ）に示すように変形し、（２）図３（ｃ）に示すように、水滴２１の形状が対向電極５に向かって鋭利な形状になり、水滴２１の先端部分にマイナスの電荷が集中し、（３）図３（ｄ）に示すように水滴２１がレイリー分裂を起こすることにより水微粒子が放出され、（４）水微粒子の放出に伴い帯電量が減少することによって水滴２１が図３（ｅ）に示すように表面張力により霧化電極２側に引きつけられるという過程を繰り返すことにより水微粒子を周期的に生成する。

本願発明の発明者らは、このような過程で水微粒子を生成する静電霧化装置の騒音について精力的な研究を重ねてきた結果、騒音は水微粒子の放出に伴う水滴２１の電荷の急激な減少に起因することを知見した。そこで、本願発明の発明者らは、水滴２１の電荷の減少量を小さくすることにより静電霧化装置の騒音を低減することができるという技術的思想を想到するに至った。以下、図面を参照して、このような技術的思想の一実施形態となる静電霧化装置の構成と動作について詳しく説明する。

〔静電霧化装置の構成〕
本発明の実施形態となる静電霧化装置１は、図１に示すように、霧化電極２を冷却することにより霧化電極２表面に大気中の水分を結露させる冷却装置３と、霧化電極２と冷却装置３間を電気的に絶縁することにより霧化電極２と対向電極５間に印加された高電圧が冷却装置３側にリークすることを防止する絶縁部４と、霧化電極２の先端部分に対し所定間隔をあけて対向配置されたリング状の対向電極５と、対向電極５を保持するハウジング６と、霧化電極２の先端部分以外の領域に近接配置されたリング状の補助電極７と、補助電極７を支持する支持部材８と、冷却装置３，ハウジング６，及び支持部材８を支持する支持基板９と、霧化電極２と対向電極５間に高電圧を印加することにより霧化電極２の先端部分の水を静電霧化する電圧印加部１０ａと、霧化電極２と補助電極７間に電圧を印加することにより霧化電極２の先端部分に供給される水を帯電させる電圧印加部１０ｂを主な構成要素として備える。

なお、上記霧化電極２は、真鍮等の熱伝導性が良い材料によって形成された円柱状の部材である。また、上記冷却装置３は、半導体電子熱交換素子であるペルチェ素子により構成され、ペルチェ素子の吸熱側が絶縁部４に接合されている。これにより、冷却装置３は絶縁部４を介して霧化電極２を冷却することができる。

また、一般にペルチェ素子は耐水性に乏しいので、絶縁部４は霧化電極２を冷却することにより生成された結露水が冷却装置３側に侵入することを防止する。なお、霧化電極２表面に生成させる水分量は、霧化電極２の冷却温度と先端形状により制御し、霧化電極２の先端部分に過剰な水分が付着しないようにすることが望ましい。

また、本実施形態では、冷却装置３によって霧化電極２を冷却することにより霧化電極２の先端部分に水を供給することとしたが、水を貯蔵する水貯蔵部を設けると共に、霧化電極２を多孔質材料によって構成することにより、毛細管現象を利用して水貯蔵部に貯蔵されている水を霧化電極２の先端部分に供給するようにしてもよい。

また、上記補助電極７は、電圧として対向電極５と同じ極性の電圧を有し、水滴２１が静電霧化される位置に移動するまでの間に水滴２１を帯電させるものである。

〔静電霧化装置の動作〕
このような構成を有する静電霧化装置１は以下に示す生成過程により水微粒子を生成する。すなわち、この静電霧化装置１では、（１）図２（ａ）に示すように電圧印加部１０ｂによって霧化電極２の先端部分に供給される水を静電霧化しない程度に帯電させた後に、図２（ｂ）に示すように霧化電極２と対向電極５間に印加された高電圧によるクーロン力によって霧化電極２の先端部分に形成された水滴２１の形状を変形させ、（２）図２（ｃ）に示すように水滴２１の先端部分にマイナスの電荷を集中させ、（３）図２（ｄ）に示すように水滴２１がレイリー分裂を起こすることにより水微粒子を放出し、（４）図２（ｅ）に示すように水微粒子の放出に伴い水滴２１の形状が電圧印加部１０ｂによる帯電によって霧化電極２の図２（ａ）に近い形状に戻るという過程を繰り返すことにより水微粒子を周期的に生成する。このような生成過程によれば、静電霧化しない程度に帯電された水が霧化電極２の先端部分に順次供給されることから、従来の静電霧化装置と比較して、水微粒子の放出に伴う水滴２１の電荷の減少量を小さくすることができるので、騒音を低減することができる。また、水滴２１の体積の時間変化量を小さくすることができるので、水滴２１の体積変化に伴う加振力が低減され、騒音を低減することができる。また、水微粒子の生成周期が短くなるので、騒音の周波数が高くなり、人により感知される騒音レベルを小さくすることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の実施形態となる静電霧化装置の構成を示す模式図である。 図１に示す静電霧化装置におけるナノイオンミスト放出の流れを示す模式図である。 従来の静電霧化装置におけるナノイオンミスト放出の流れを示す模式図である。

符号の説明

１：静電霧化装置
２：霧化電極
３：冷却装置
４：絶縁部
５：対向電極
６：ハウジング
７：補助電極
８：支持部材
９：支持基板
１０ａ，１０ｂ：電圧印加部

Claims (1)

1. 柱状の霧化電極と、霧化電極の先端部分に対し対向配置された対向電極と、霧化電極表面に水を生成する装置と、霧化電極と対向電極間に高電圧を印加する高電圧印加部とを備え、霧化電極の先端部分に形成された水滴を静電霧化する静電霧化装置であって、
   前記冷却装置の吸熱側に接合される絶縁部と、
   前記絶縁部に立設される前記霧化電極が中空部に挿通されるリング状部材であって、前記絶縁板と前記霧化電極の先端部との間に配置される補助電極と、
   前記霧化電極と前記補助電極間に電圧を印加することにより霧化電極表面に生成された水を帯電させる補助電極用電圧印加部と
   を備えることを特徴とする静電霧化装置。

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