JP4595896B2

JP4595896B2 - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP4595896B2
Application number: JP2006194747A
Authority: JP
Inventors: 友宏山口; 清高島
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: WO2008007704A1; TWI337898B; TW200817097A; JP2008018404A

Description

本発明は、除菌力のある帯電微粒子ミストを発生させるための静電霧化装置に関するものである。

従来から放電極と、放電極に対向して位置する対向電極と、放電極に水を供給する水供給手段とを備え、放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで放電極に保持される水を霧化させ、ナノメータサイズで強い電荷を持つマイナスイオンミスト（ナノメータサイズの帯電微粒子水）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。

このナノメータサイズのマイナスイオンミストは、粒径が３〜数十ｎｍ程度であって、人体の角質細胞の大きさである７０ｎｍよりも小さな粒径であるため、このナノメータサイズのマイナスイオンミストは人体の角質層に浸透し、角質層表面の奥まで水分を十分に補給し、肌や毛髪に高い保湿効果を付与できるものであり、更に、活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するナノメータサイズのマイナスイオンミストは脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果があり、更にまた、活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するナノメータサイズのマイナスイオンミストは遊離基単独で存在する場合より寿命が長くなり、且つ、ナノメータサイズと非常に小さいので、空気中に長時間浮遊すると共に拡散性が高く、空気中に長時間満遍なく浮遊して、脱臭効果をより高めることができるという特徴を有している。

そして水供給手段として、放電電極に熱的に接続される冷却部と放熱部とを有し、冷却部を介して放電電極を冷却することで空気中の水分を結露させて放電電極に水を供給するものが開発され、これにより水の供給に手間がかからないようになっている。

しかしながらこのものにあっては、放電電極および対向電極が配置される空間には湿気を含んだ空気を供給する必要がある一方、高電圧を印加する高電圧印加部や水供給手段の電気接続部は、湿気を含んだ空気の環境下では錆の発生等の惧れがあって好ましくなく、放電電極および対向電極が配置される環境と電気接続部が配置される環境とを同一空間で良好にすることは不可能であった。
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、放電電極および対向電極が配置される環境と電気接続部が配置される環境とをそれぞれ良好にすることが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に係る静電霧化装置は、放電電極１１と、放電電極１１と対向する対向電極１２と、放電電極１１に熱的に接続される冷却部２１と放熱部２２とを有し前記冷却部２１を介して放電電極１１を冷却することで空気中の水分を結露させて放電電極１１に水を供給する水供給手段２と、放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加する高電圧印加部１３とで、放電電極１１に供給された水を静電霧化する静電霧化装置の主体が構成され、前記静電霧化装置の主体が配置される空間に隔壁３を設けて該空間を、水貯留部１４ａおよび蒸発促進手段からなる湿気を含んだ空気の供給手段１４が配置されるかあるいは加湿器又はスチーマー又は浴室ユニットで生成される湿気を含んだ空気が供給される高湿度領域Ａと低湿度領域Ｂとに仕切り、高湿度領域Ａに放電電極１１と対向電極１２とを配置すると共に、低湿度領域Ｂに水供給手段２の電気接続部１５と高電圧印加部１３の電気接続部１５を配置して成ることを特徴とするものである。

このように、高湿度領域Ａに放電電極１１と対向電極１２とを配置することで、放電電極１１に水を良好に供給することができ、高湿度であるほど小さいエネルギーで（すなわち低電力で）同量の水を供給することができ、さらに、電気接続部１５を低湿度領域Ｂに配置して錆の発生を防止することができる。

また、請求項２に係る静電霧化装置は、請求項１に係る静電霧化装置において、高湿度領域Ａ内に放電電極１１へ湿気を含む空気を供給する空気経路４を形成し、放電電極１１に過剰に結露した過剰水の排水経路を前記空気経路４と兼用して成ることを特徴とするものである。

放電電極１１に水が過剰に供給されると、放電電極１１の先端部の放電部１１ｂへの電界集中が弱くなって放電停止となる惧れがあるが、このように空気経路４を排水経路として兼用して過剰水を排水することで、放電電極１１の過剰水による放電停止等の不具合を防止することができる。

また、請求項３に係る静電霧化装置は、請求項１又は２に係る静電霧化装置において、放電電極１１の先端の放電部１１ｂを除く周囲に、断熱部材で形成され、表面が放電電極１１に過剰に結露した過剰水の排水を誘導するテーパ面７１となった排水誘導部材７を設けて成る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、放電電極１１を効率良く冷却して低電力で水を供給することができると共に、テーパ面７１によって放電電極１１の過剰水を排水し易くなるものである。

また、請求項４に係る静電霧化装置は、請求項３に係る静電霧化装置において、排水誘導部材７のテーパ面７１を横向きにして放電電極１１を横向きに設置するものにおいて、排水誘導部材７のテーパ面７１の前記放電電極１１を突出している部分から下側に、放電電極１１に過剰に結露した過剰水の排水を誘導する排水誘導リブ７２を設けて成る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、排水誘導リブ７２によって過剰水が誘導されて排水され易くなるものである。

また、請求項５に係る静電霧化装置は、請求項３又は４に係る静電霧化装置において、排水誘導部材７の表面に親水性を付与する表面処理を施して成る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、結露水のテーパ面７１上で大きな水滴となるのが防止され、過剰水が溜まり難くなるものである。

また、請求項６に係る静電霧化装置は、請求項４に係る静電霧化装置において、放電電極１１の周囲を略筒状をした放電電極ケーシング８で囲うと共に該放電電極ケーシング８内に排水誘導部材７を設け、放電電極ケーシング８の下端部に排水誘導部材７を流れてきた排水を誘導するケーシングリブ８１を設けて成る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、ケーシングリブ８１によって過剰水が誘導されて排水され易くなるものである。

本発明は、高湿度領域に放電電極と対向電極とを配置することで、高湿度であるほど小さいエネルギーで（すなわち低電力で）放電電極に水を供給することができ、さらに、電気接続部を低湿度領域に配置して錆の発生を防止することができ、放電電極および対向電極が配置される環境と電気接続部が配置される環境とをそれぞれ別の領域で良好にすることができる。

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。

静電霧化装置は、放電電極１１と、放電電極１１と対向する対向電極１２と、放電電極１１に水を供給する水供給手段２と、放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加する高電圧印加部１３とで主体が構成され、これらは本体ケーシング５内に収容される。

水供給手段２は、冷却部２１と放熱部２２とを有するペルチェユニット２０を用いたもので、ペルチェユニット２０の冷却部２１側に放電電極１１を接続して放電電極１１自体を冷却自在としている。図１に示す実施形態では、ペルチェユニット２０に連結させてある支持枠６１の先端に対向電極１２を支持させることで、放電電極１１と対向電極１２とを所定の間隔を隔てて互いに対向する位置に固定させている。

上記ペルチェユニット２０は、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２３の片面側に回路２４を形成してある一対のペルチェ回路板２５を、互いの回路２４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２６を両ペルチェ回路板２５間で挟持すると共に隣接する熱電素子２６同士を両側の回路２４で電気的に接続させ、ペルチェ入力リード線２７を介してなされる熱電素子２６への通電により一方のペルチェ回路板２５側から他方のペルチェ回路板２５側に向けて熱が移動するように設けたものである。更に、上記一方の側（以下、冷却側という）のペルチェ回路板２５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２８を接続してあり、また、上記他方の側（以下、放熱側という）のペルチェ回路板２５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板２９を接続してある。なお、上記ペルチェ回路板２５としてはエポキシ樹脂やポリイミド樹脂からなる絶縁板に回路２４を形成したものであってもよいし、これらの樹脂に熱伝導性の高いフィラーを含有させたものであってもよい。

本例においては、冷却側のペルチェ回路板２５の絶縁板２３と冷却用絶縁板２８とで冷却部２１を形成し、放熱側のペルチェ回路板２５の絶縁板２３と放熱板２９とで放熱部２２を形成するものであり、熱電素子２６を介して冷却部２１側から放熱部２２側へと熱が移動するようになっている。また、放熱板２９は放熱フィンを備えて放熱部２２からの放熱を促進させている。

上記支持枠６１は、ＰＢＴ樹脂やポリカーボネート樹脂やＰＰＳ樹脂等の絶縁材料を用いて両端の貫通した筒状に形成したものであり、一端側の開口部の外周縁にはその全周に亘って複数の連結用のねじ孔６２を貫設するとともに、他端側の開口部（以下、これをミスト吐出口６３という）にはインサート成形等により一体成形したリング状の対向電極１２を位置させている。上記ねじ孔６２を介して支持枠６１を放熱板２９の周縁部にねじ６４でねじ止めすることで支持枠６１をペルチェユニット２０に連結させている。連結手段としては上記ねじ止めに限定されず、例えば、支持枠６１をペルチェユニット２０に加圧しながら両者を接着してもよい。支持枠６１の内周面からはその内部空間を放電空間Ｓ１と封止空間Ｓ２とに二分割するための隔壁６５を延設しており、この隔壁６５の中央には放電電極１１を挿通させるための挿通孔６６が貫設してあるが、放電電極１１を挿通して固定した状態では放電空間Ｓ１と封止空間Ｓ２とが連通せず仕切られた状態となる。

なお、上記のように支持枠６１に対向電極１２を固定するのではなく、支持枠６１の放電電極１１と対向する箇所に導電性膜を被覆することで対向電極１２を形成するようにしてもよい。

上記放電電極１１は、アルミニウムや銅、タングステン、チタン、ステンレス等の熱伝導性及び導電性の高い材料を用いて形成してあり、この放電電極１１は主体部１１ａと主体部１１ａの先端部に形成された放電部１１ｂとで構成してあり、本実施形態においては、主体部１１ａの先端に設けた放電部１１ｂを主体部１１ａの軸心の延長方向に曲面状に凸曲した凸曲面部により構成してある。この主体部１１ａの先端部に形成される放電部１１ｂとなる凸曲面部はエッジが無く且つ中央部が外周部に比べて突出するように曲面状に凸曲したものであるが、上記例にのみ限定されず、中央部が外周部に比べて突出するように曲面状に凸曲した頂部となったものであれば他の形状をしていてもよいものである。

このように放電電極１１の先端部において空気中の水分を結露又は氷結（以下結露の例で説明する）させて水を供給するので水を補給する必要がなく、しかも生成される水に不純物が含まれないので付着物除去の手間も必要でなく、加えて、放電電極１１に水が生成される構造であるから冷却を開始してから素早い時間でナノメータサイズのマイナスイオンミストＭを生成することが可能となる。更に、静電霧化装置に備える冷却手段としてペルチェユニット２０を用いているので、コンパクトでありながら素早く且つ強力に放電電極１１を冷却して結露水を生成して水を自動供給できるものであり、更に、放電電極１１の先端部を曲面状に凸曲した凸曲面部としてあるので、放電電極１１の先端部が平坦面の場合に比べて、テーラーコーンを形成する場所が凸曲面部の頂部に特定されて一定の決まった位置で安定してテーラーコーンを形成することができ、また、凸曲面部の頂部の水を通る電束密度が大きくなって放電電極１１の先端の凸曲面部に生成した結露水を安定してテーラーコーンとして形成でき、更に、放電電極１１の先端部が平坦面の場合に比べて、水の形状が同量の水の場合、凸曲形状をしているので、この点でもテーラーコーンが安定して形成されることになり、更に、このように放電電極１１の先端部の形状をテーラーコーンが安定して形成できるように形成したにもかかわらず、曲面状に凸曲した凸曲面部であってエッジ部分が無いため、形成されたテーラーコーンの先端に大きな電界が集中してナノメータサイズのマイナスイオンミストＭが生成されて空気中に飛び出した直後であっても、先が尖った錐形状のもののように放電電極１１の錐形状の最先端の尖った金属部分が露出して金属放電が生じ易いというような問題がなくて、金属放電を抑制でき、これらの理由により本発明においては、ナノメータサイズのマイナスイオンミストＭが安定して生成できるものである。

また、電極の下端部には主体部１１ａよりも大径の被挟持部１１ｃが設けてある。

上記のような構成の放電電極１１はペルチェユニット２０の冷却部２１に設けられるのであるが、添付図面に示す実施形態においては、支持枠６１をペルチェユニット２０に連結する際に、上記放電電極１１の主体部１１ａを支持枠６１に設けた隔壁６５の連通孔６６に嵌め込んで放電部１１ｂ側を空間Ｓ１内に位置させ、被挟持部１１ｃ側を封止空間Ｓ２内に位置させることで、支持枠６１の隔壁６５が放電電極１１の被挟持部１１ｃとペルチェユニット２０の冷却用絶縁板２８とを挟み込むものであり、この挟み込みによって放電電極１１がペルチェユニット２０の冷却部２１側に押圧されて接続状態となる。また、図中６７は封止部材であって、ペルチェユニット２０内部を封止している。

図中６８は、支持枠６１の放電空間Ｓ１内において一端側が放電電極１１に接続されるとともに他端側が支持枠６１外に引き出されて高電圧印加部１３に接続されるように金属又は導電性プラスチックを用いて形成した高圧リード線であり、この高圧リード線６８を介して放電電極１１と電気的に接続された高電圧印加部１３を更に対向電極１２と電気的に接続させることで放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加するようになっている。

しかして、上記構成の静電霧化装置において、熱電素子２６に対してペルチェ入力リード線２７を介して通電を行うと、各熱電素子２６内において同一方向への熱の移動が生じ、この熱移動の冷却側に接続される冷却部２１を介して放電電極１１が冷却され、放電電極１１の周囲の空気が冷却されることで、空気中の水分が結露して液化されて放電電極１１の表面に水（結露水）が生成されるものである。そして、放電電極１１の先端部の放電部１１ｂに水が生成され且つ保持された状態で、高電圧印加部１３により放電電極１１の放電部１１ｂ側がマイナス電極となって電荷が集中するように該放電電極１１と対向電極１２との間に高電圧を印加すると、放電電極１１と対向電極１２との間にかけられた高電圧により放電電極１１の先端部の放電部１１ｂに供給された水と対向電極１２との間にクーロン力が働いて、水の液面が局所的に錐状に盛り上がり（テーラーコーン）が形成される。このようにテーラーコーンが形成されると、該テーラーコーンの先端に電荷が集中してこの部分における電界強度が大きくなって、これによりこの部分に生じるクーロン力が大きくなり、更にテーラーコーンを成長させる。そして、上記クーロン力が水の表面張力を超えると、テーラーコーン形状となった水が分裂（レイリー分裂）を繰り返し、ナノメータサイズのマイナスイオンミストＭを大量に生成させる。

ナノメータサイズのマイナスイオンミストＭは放電電極１１と対向する対向電極１２に向けて移動し、ミスト吐出口６３内に固定される対向電極１２の中央孔を通過して静電霧化装置の外部へと放出される。

本発明では、本体ケーシング５内の空間が静電霧化装置の主体が配置される空間となり、この静電霧化装置の主体が配置される空間を隔壁３によって二つの領域に仕切るもので、二つの領域とは、湿気を含んだ空気の供給手段１４が配置される高湿度領域Ａと、高湿度領域Ａよりも湿度が低い低湿度領域Ｂとである。湿気を含んだ空気の供給手段１４は、本実施形態では水貯留部１４ａおよび蒸発促進手段としてのファン１４ｂを備えたものであるが、本静電霧化装置を加湿器やスチーマーに組み込む場合には、特に湿気を含んだ空気の供給手段１４を設けたりする必要がなく、加湿器やスチーマーで生成される湿気を含んだ空気を利用することができる。また隔壁３は、本実施形態では本体ケーシング５内面に設けられる壁部に加えて、静電霧化装置の上述した隔壁６５も二つの領域に仕切る隔壁３として利用している。

そして、高湿度領域Ａに放電電極１１と対向電極１２とを配置し、低湿度領域Ｂに、水供給手段２の電気接続部１５や電気接続高電圧印加部の電気接続部１５等の電気接続部１５を配置するものである。電気接続部１５は、半田等による接続部をはじめ様々な接続部が挙げられ、また、接続部のみならず高電圧印加部や水供給手段２の制御部等の電気機器を本体ケーシング５内に収容する場合でも、これらを低湿度領域Ｂに配置するものである。

本実施形態では、高湿度領域Ａの下端部近傍に該高湿度領域Ａ内に空気を取り入れるための取入れ口５１を形成すると共に、上端部に空気を吐出するための吐出口５２を形成してあり、取入れ口５１の近傍に湿気を含んだ空気の供給手段１４を配置してある。また更に、高湿度領域Ａ内に縦板状の仕切り５３を配置して仕切り５３の上下で左右に連通する二つの領域に仕切り、一方の領域を仕切り５３の下の空気の流入口５４から空気が流入して仕切り５３の上の空気の流出口５５から流出する空気経路４とし、この空気経路４に放電電極１１と対向電極１２とを配置している。図中の符号５６は空気経路４に空気を流すためのファンである。高湿度領域Ａ内の二つの領域は空気経路４を形成した領域の方が狭く、もう一方の領域を湿気を含んだ空気の供給手段１４からの空気の大部分が通り、残りが空気経路４を通ってマイナスイオンミストの吐出を促進するものである。

低湿度領域Ｂには、本体ケーシング５の側壁に開口を形成して空気の流入口５７と流出口５８を形成すると共に、空気を本体ケーシング５外より取り入れるためのファン５９が設けてあり、外部より取り入れた低湿度の空気によって放熱部２２を冷却するようになっている。

また、本実施形態では、放電電極１１の周囲を略筒状をした放電電極ケーシング８で囲い、この放電電極ケーシング８内であって放電電極１１の先端の放電部１１ｂを除く周囲に排水誘導部材７を設けてある。排水誘導部材７は、例えばポリアミド等の発泡樹脂成形品からなる断熱部材で形成され、表面が放電電極１１に過剰に結露した過剰水の排水を誘導するテーパ面７１となったものである。このテーパ面７１は本実施形態では横向きとなって放電電極１１が横向きに設置されており、テーパ面７１に付着した過剰水はこのテーパ面７１により下方に流れてテーパ面７１上に付着して溜まるのが防止される。テーパ面７１を下方に流れた過剰水は、上記空気経路４を下方に落下して水貯留部１４ａに戻されることとなり、空気経路４が過剰水の排水経路となって兼用している。

また本実施形態では、この排水誘導部材７の表面（特にテーパ面７１）には、親水性を付与する表面処理を施してある。表面処理は例えば微細な凹凸を形成したりするもので、これにより表面上に水が盛り上がって溜まるのが防止され、表面上に溜まる水の量をより一層少なく抑えることができる。

また、放電電極ケーシング８の下端部に、排水誘導部材７のテーパ面７１を流下してきた排水を誘導するケーシングリブ８１を設けてある。これにより、ケーシングリブ８１によって過剰水が誘導されて排水され易くなるものである。

また図４に示す実施形態のように、排水誘導部材７のテーパ面７１の前記放電電極１１を突出している部分から下側に、放電電極１１に過剰に結露した過剰水の排水を誘導する排水誘導リブ７２を設けることで、テーパ面７１からの過剰水の排水性を更に一層向上させてもよい。このように、排水誘導部材７やその排水誘導リブ７２、ケーシングリブ８１によって過剰水の排水が誘導されて、放電電極１１に水が過剰に溜まって対向電極１２にまで繋がってリークするのが防止されるものであり、これにあたり特に排水のための制御を行ったりする必要もない。また、ペルチェユニット２０の稼動時間と停止時間を調節したりすることで水の供給量を制御可能であるが、上述したように排水を誘導することで特に制御することなく水が過剰に溜まるのが防止される。

以上のような本発明の静電霧化装置にあっては、高湿度領域Ａに放電電極１１と対向電極１２とを配置することで、放電電極１１に水を良好に供給することができ、高湿度であるほど小さいエネルギーで（すなわち低電力で）同量の水を供給することができると共に、低湿度領域Ｂに電気接続部１５を配置して錆の発生を防止することができ、放電電極１１および対向電極１２が配置される環境と電気接続部１５が配置される環境とをそれぞれ別の領域で良好にすることができて、水の供給を良好に行いつつ静電霧化装置の寿命を延ばすことができる。

またなお、別の実施形態として、例えば浴室ユニットの壁等を隔壁３として利用し、浴室ユニットの壁からなる隔壁３より浴室ユニット内に放電電極１１および対向電極１２を臨ませて配置し、浴室ユニット外に電気接続部１５を配置し、浴室ユニット内を高湿度領域Ａとすると共に、浴室ユニット外を低湿度領域Ｂとして利用するようにしてもよい。

本発明の静電霧化装置の一実施形態を示す概略構成断面図である。同上の主体の部分の拡大図を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は縦断面図であり、（ｃ）は正面断面図である。同上の静電霧化装置の斜視図である。他の実施形態の要部（対向電極を除く放電電極ケーシング）を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

１１放電電極
１２対向電極
１５電気接続部
２水供給手段
２１冷却部
２２放熱部
３隔壁
Ａ高湿度領域
Ｂ低湿度領域

Claims

放電電極と、放電電極と対向する対向電極と、放電電極に熱的に接続される冷却部と放熱部とを有し前記冷却部を介して放電電極を冷却することで空気中の水分を結露させて放電電極に水を供給する水供給手段と、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧印加部とで、放電電極に供給された水を静電霧化する静電霧化装置の主体が構成され、前記静電霧化装置の主体が配置される空間に隔壁を設けて該空間を、水貯留部および蒸発促進手段からなる湿気を含んだ空気の供給手段が配置されるかあるいは加湿器又はスチーマー又は浴室ユニットで生成される湿気を含んだ空気が供給される高湿度領域と低湿度領域とに仕切り、高湿度領域に放電電極と対向電極とを配置すると共に、低湿度領域に水供給手段の電気接続部と高電圧印加部の電気接続部を配置して成ることを特徴とする静電霧化装置。
高湿度領域内に放電電極へ湿気を含む空気を供給する空気経路を形成し、放電電極に過剰に結露した過剰水の排水経路を前記空気経路と兼用して成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
放電電極の先端の放電部を除く周囲に、断熱部材で形成され、表面が放電電極に過剰に結露した過剰水の排水を誘導するテーパ面となった排水誘導部材を設けて成ることを特徴とする請求項１又は２記載の静電霧化装置。
排水誘導部材のテーパ面を横向きにして放電電極を横向きに設置するものにおいて、排水誘導部材のテーパ面の前記放電電極を突出している部分から下側に、放電電極に過剰に結露した過剰水の排水を誘導する排水誘導リブを設けて成ることを特徴とする請求項３記載の静電霧化装置。
排水誘導部材の表面に親水性を付与する表面処理を施して成ることを特徴とする請求項３又は４記載の静電霧化装置。
放電電極の周囲を略筒状をした放電電極ケーシングで囲うと共に該放電電極ケーシング内に排水誘導部材を設け、放電電極ケーシングの下端部に排水誘導部材を流れてきた排水を誘導するケーシングリブを設けて成ることを特徴とする請求項４記載の静電霧化装置。