JP4609145B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を微粒子化する静電霧化装置に関する。

従来の静電霧化装置の概略を図２に示す。この静電霧化装置１０１は、液溜め部１０２に溜まった液体Ｗを、液搬送部１０３により毛細管現象を利用して液溜め部１０２の上方へと搬送し、電圧印加部１０４により液印加電極１０５と対向電極１０６との間に高電圧を印加して、液搬送部１０３の先端から液体Ｗを静電霧化させる。

上記とは別の静電霧化装置として、例えば、特許文献１に示されるように、液溜め部に毛細管を垂直に立設し、液体が毛細管現象によって毛細管の上端にまで送られるように構成すると共に、液溜め部内の液体に高電圧を印加することによって、毛細管上端の液体を噴霧するものが知られている。この装置においては、荷電された噴霧粒子が、接地電位である部屋の壁や、天井に引き寄せられるように浮遊する。

また、例えば、特許文献２に示されるように、液体を収納した収納部に、微細孔を有するフィルタを介してケースを連設し、液体に高電圧を印加すると共に、ケース内に対向する電極を設け、収納部内の液体がフィルタを通じてケース内に移動する時に、液体を微粒子化させる液体微粒子化装置が知られている。
特開平５−３４５１５６号公報 特開平１１−１４７０５５号公報

前述の、図２に示した静電霧化装置１０１では、液搬送部１０３による毛細管現象を利用した液体Ｗの上方への搬送を円滑にするために、液搬送部１０３は、一般的に多孔質又はそれと同等の材料から構成されている。また、その液搬送部１０３の上端は、安定的な放電状態を形成して、安定した霧化作用を得るために、円錐形状１０３ａに形成されている。

ところで、このようなタイプの静電霧化装置１０１において、液搬送部１０３の上端部に塩類が析出して目詰まりを起こし、霧化作用が生じない、又は円滑な霧化作用が得られないという障害が発生することがあった。

このような障害が発生する原因は、次のように考えられる。つまり、一般的に、（毛細管による液体を引き上げる力）＝（表面張力の重力方向成分）×（接触長さ）で与えられるが、液搬送部１０３の上端は、前述の通り円錐形状１０３ａになっているので、接触長さが、先端ほど短くなり、毛細管による液体を引き上げる力も、先端ほど小さい。従って、電圧が印加されていない状態（非稼動時）では、液体Ｗは、毛細管現象によって、液搬送部１０３の上端までは至らない低い位置までしか引き上げられていないが、電圧が印加されると（稼動時）、電気力によって、液搬送部１０３の上端まで至っていない液体Ｗが、液搬送部１０３の上端まで引き上げられると考えられる。

すなわち、液搬送部１０３における液面は、電圧印加時（稼動時）には、電気力によって、液搬送部１０３の上端まで引き上げられ、電圧が印加されない時（非稼動時）には、液搬送部１０３の上端よりも低い元の位置に戻ると考えられるが、一旦液搬送部１０３の上端にまで引き上げられた液体Ｗは、電圧が印加されない状態になっても、全ては戻らず、一部の液体Ｗは表面張力によって、液搬送部１０３の上端に留まる。そして、その電圧が印加されない状態が、長時間継続すると、液搬送部１０３の上端に留まった液体Ｗが蒸発し、液体中のイオン種が析出して、塩類が生成する。一回に析出する塩類の量は僅かであっても、このような静電霧化の稼動と非稼動を繰返すことにより、析出した塩類が次第に液搬送部１０３の上部に蓄積し、液搬送部１０３の目詰まりを生じることになる。

また、液搬送部１０３が導電性の材料で構成され、図２に示したように、液印加電極１０５が、液搬送部１０３に直接接続された構造である場合には、液搬送部１０３の上端の円錐形状部１０３ａで高い電位勾配が生じ、液体中のカルシウムイオン（Ｃａ^＋＋）や、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）が、そこに集中して強アルカリ化し、空気中の炭酸ガスが溶け込みやすくなって、炭酸カルシウム等の炭酸塩類が析出し、それが液搬送部１０３の上端の目詰まりを引き起こすと考えられる。

なお、ここで言う電位勾配は、液搬送部１０３が導電性の材料から構成されるため、液印加電極１０５から液搬送部１０３内に流入した電子が、液搬送部１０３内を流れると同時に、液搬送部１０３の周囲の液体中のイオンとの間で電子の受け渡しを行い、その時に液搬送部１０３の表面において生じると考えられる。そして、電子の流れやすさ（電気抵抗の逆数）は接触部の断面積に比例するから、円錐形状１０３ａになった液搬送部１０３の上端では、上方へ向かうほど断面積が減少するので、液搬送部１０３から液体Ｗ中へと電子を受け渡す電気抵抗が増大し、大きな電位勾配を形成すると考えられる。

そこで、本発明は、液溜め部に溜まった液体を、液搬送部により毛細管現象を利用して液溜め部の上方へと搬送し、電圧印加部により液印加電極と対向電極との間に高電圧を印加して、液搬送部の先端から液体を静電霧化させる静電霧化装置において、液搬送部に塩類の析出が生じにくく、目詰まりを生じて霧化作用が生じない、又は円滑な霧化作用が得られないという障害が発生する可能性が低い静電霧化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１の発明は、霧化させる液体を溜める液溜め部と、前記液溜め部から上方へ延出され、該液溜め部の外部に液体を搬送する液搬送部と、前記液溜め部内で液体に電圧を印加する液印加電極と、前記液搬送部の上端に対向するように、且つ、液搬送部に触れないように配置された対向電極と、前記液印加電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、前記液溜め部は、前記液搬送部及び前記液印加電極の接続部を含めて密閉容器に形成され、前記液溜め部に連通路を介して連通させて、前記液搬送部よりも上位に副液溜め部を備え、前記副液溜め部、連通路、液溜め部、及び液搬送部が前記液溜め部を最も低い位置として、その両側に前記副液溜め部と前記液搬送部とが位置するように略Ｕ字状に配置され、前記副液溜め部は上方から液体が注入可能な容器であり、前記液搬送部の上端は液溜め部の外部に露出され、前記副液溜め部に注入した液体の水位を前記液搬送部の上端よりも上位にもたらして、前記液搬送部の上端に常時液体が滲出するように構成したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記液印加電極が、前記液溜め部内の液搬送部から離間した位置であって、前記液体の水位よりも下方に配設したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、液体の水位が、液搬送部の上端よりも上位にもたらされるので、液搬送部の上端に常時液体が滲出する状態となり、液搬送部の上端が乾燥することがなくなって、塩類の析出が可及的に防止され、液搬送部に目詰まりを生じて霧化作用が生じない、又は円滑な霧化作用が得られないという障害を防止することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の作用に加えて、液印加電極と液搬送部との間の電気抵抗が大きくなるので、液搬送部上端に高い電位勾配が生じず、そこにカルシウムイオン等が集中して強アルカリ化することがなく、空気中の炭酸ガスの溶け込みによる炭酸塩類の析出が防止される。従って、液搬送部の目詰まりが防止でき、霧化作用が生じない、又は円滑な霧化作用が得られないという障害を、よりよく防止することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る静電霧化装置について、図１を参照して説明する。図１において、静電霧化装置１は、液体表面の電界が大きくなると表面に働く静電気力によって液体Ｗが微粒子化する、いわゆる静電霧化現象を利用して液体を霧化させる装置である。この静電霧化装置１は、霧化させる液体（水等）Ｗを溜める液溜め部２と、液溜め部２から上方へ延出され、液溜め部２の外部へ液体Ｗを搬送する液搬送部３と、液溜め部２内で液体Ｗに電圧を印加する液印加電極５と、液搬送部３の上端に対向するように、且つ、液搬送部３に触れないように配置された対向電極６と、液印加電極５と対向電極６との間に電圧を印加する電圧印加部４とを備えている。液溜め部２には、後に詳述する副液溜め部７を連通して設け、液溜め部２内の液印加電極５は、液搬送部３から離間した位置であって、液溜め部２内の下方に配置してある。

液搬送部３は、多孔質又は多数のキャピラリを有して、毛細管現象により液溜め部２内の液体Ｗを上方へ搬送する機能を備えた絶縁性セラミックからなり、上端は円錐形状３ａに形成されている。液搬送部３の外径は、例えば１００〜１０００μｍ程度である。対向電極６は、液搬送部３の上端から所定間隔（２〜３ｍｍ）だけ隔てて配置され、霧化された液体Ｗが通過する開口部６ａが電極の中央に形成されている。電圧印加部４は、液印加電極５と対向電極６との間に所定電圧（２〜１０ｋＶ）を印加する直流電源を有しており、液印加電極５にマイナス電圧を印加し、対向電極６にプラス電圧を印加する。

副液溜め部７は、液溜め部２と連通して、液体Ｗの水位Ｈｗを液搬送部３の上端の高さＨよりも上位にもたらすように設けられている。副液溜め部７が連通させて設けてある。具体的に説明すると、液溜め部２は、液搬送部３及び液印加電極５との接続部を含めて密閉容器に形成すると共に、その側壁の開口部２ａに、上方へ延びるＬ字状の連通路８を介して副液溜め部７を連通させてある。副液溜め部７は、上方から液体Ｗが注入可能な容器であって、注入した液体Ｗの水位Ｈｗが、液搬送部３の上端の高さＨよりも上位になるように、常時液体Ｗを満たしてある。従って、副液溜め部７に液体Ｗを満たした状態では、液搬送部３内の液体の水位が上昇し、液搬送部３の上端（円錐形状部）３ａに常時液体Ｗが滲出する状態になる。また、液印加電極５は、液溜め部２の比較的下方に配置してあるので、液体Ｗの水位Ｈｗより下方であって、常に液体Ｗに浸漬された状態になる。

上記のように構成された本実施形態の静電霧化装置１は、次のように動作する。副液溜め部７に液体Ｗが注入されれば、液体Ｗの水位Ｈｗが液搬送部３の上端３ａを超えて上昇し、多孔質の材料からなる液搬送部３の全体に亘って液体Ｗが満ち、特に液搬送部３の上端３ａにおいても液体Ｗが滲出する状態になる。ここで、電圧印加部４を作動させて、液印加電極５にマイナス電圧を印加し、対向電極６にプラス電圧を印加すると、液印加電極５は、液搬送部３に接触していないので、液印加電極５から放出された電子は、全て液体Ｗ中のイオンに受け渡され、その後、液体Ｗ中をイオン流として流れて行く。

本実施形態では、液搬送部３は絶縁性セラミックからなるので、液搬送部３自体への電子の受け渡しは生じず、従って、液搬送部３自体の内部に電子流（電流）が発生することはなく、液搬送部３の上端からの直接的なコロナ放電は生じない。また、液搬送部３の上端における、液搬送部３自体と液体Ｗとの電子の受け渡しが生じない（電位勾配が生じない）ので、液搬送部３の表面でのプラスイオンの集中が生じない。従って、液搬送部３の上端付近の液体Ｗの強アルカリ化が生じず、空気中の炭酸ガスの溶け込みも生じないので、炭酸塩類の析出が生じない。

一方、液印加電極５から液体Ｗ中へと受け渡された電子は、液搬送部３全体の多孔内に満ちた液体Ｗ中をイオン流として流れ、上端に達した電子は、液搬送部３の上端の円錐形状部３ａと対向電極６との間で安定して放電され、安定した液体の霧化作用を生起させる。

また、液印加電極５は、液溜め部２の内部にあって、液体Ｗの水位Ｈｗよりも下方であって、常時液体Ｗに浸漬された状態であるので、直接空気に触れることがなく、従って、液印加電極５の近傍で発生するカルシウムイオン（Ｃａ^＋＋）やナトリウムイオン（Ｎａ^＋）過剰のアルカリ化液体が、直接空気中の二酸化炭素に接触することがなく、これによって、液印加電極５上に塩類が析出することも防止できる。

以上のように、本実施形態の静電霧化装置１では、電圧印加部４を作動させると、液搬送部３に塩類の析出を生じることなく、安定して、液搬送部３の上端３ａへ搬送されてきた液体Ｗの霧化が行われるが、電圧印加部４による電圧の印加を停止しても、液体Ｗの水位Ｈｗが液搬送部３の上端高さＨよりも上位になっているので、液搬送部３の上端３ａには、常時液体Ｗが滲出し、従来装置のように、乾燥することがないので、液体Ｗの蒸発による塩類の析出も生じない。

また、副液溜め部７の液体の水位Ｈｗを、液搬送部３の上端の高さＨよりも十分に高く設定すれば、液搬送部３の上端における液体Ｗの滲出圧力が大きくなって、液体Ｗが液搬送部３の上端３ａにおいて、表面張力で盛り上がった形状になり、この盛り上がった形状を保った上で、電圧を印加すれば、そこに良好な電界集中が生じて、さらに安定的な放電と霧化作用が得られる。

なお、液搬送部３を絶縁性セラミックではなく、導電性のセラミックで構成した場合には、液印加電極５から一旦液体Ｗ中のイオンへと受け渡された電子の一部が、再び液搬送部３へと受け渡されて、導電体である液搬送部３内を流れ、前述の電位勾配を生じる可能性があるが、本実施形態の静電霧化装置１では、液印加電極５が、液搬送部３とは離間して配置してあるので、導電体である液搬送部３内を流れる電流は小さく、それによって生じる電位勾配も十分に小さい。

つまり、液印加電極５と液搬送部３との間には、液体Ｗが存在するので、液印加電極５から放出される電子は、直接には液搬送部３内に流入することはできず、まず、液印加電極５から液体Ｗ中のイオンに受け渡され、イオン流となった電子は、その後、液搬送部３の表面で、再び液搬送部３の内部に、イオンと電子の交換を経て受け渡される。そして、この時に、大きな電気抵抗を受けるので、液搬送部３内に受け渡される電子は、相当に制限され、液搬送部３内を流れる電子流（電流）は、液印加電極５が液搬送部３に直接接続される従来装置に比べて、十分に小さくなる。従って、液搬送部３の上端３ａに生じる電位勾配が減少し、イオンの集中も減少して、その周囲の液体Ｗのアルカリ化の度合いも軽減されるので、空気中の炭酸ガスの溶け込みが軽減され、結果的に炭酸塩類の析出が防止される。

本発明は、上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、液溜め部２の側壁の開口部２ａに上方へ延びる連通路８を介して副液溜め部７を設けたが、副液溜め部７は、液溜め部２の側壁に、縦方向に長く所定の高さを有する形状の容器を、液溜め部２に一体に接続したものであってもよい。要するに、液溜め部２の内部に液体Ｗを注入できて、液溜め部２に連通した液体の水位Ｈｗを、液搬送部３の上端の高さＨよりも上位にもたらす構成を有すればよい。

本発明の一実施形態に係る静電霧化装置の全体構成を示す断面図。 従来の静電霧化装置の全体構成を示す断面図。

符号の説明

１ 静電霧化装置
２ 液溜め部
３ 液搬送部
３ａ 円錐形状部（上端）
４ 電圧印加部
５ 液印加電極
６ 対向電極
７ 副液溜め部
８ 連通路
Ｗ 液体
Ｈ 液搬送部の上端の高さ
Ｈｗ 液体の水位

Claims (2)

1. 霧化させる液体を溜める液溜め部と、前記液溜め部から上方へ延出され、該液溜め部の外部に液体を搬送する液搬送部と、前記液溜め部内で液体に電圧を印加する液印加電極と、前記液搬送部の上端に対向するように、且つ、液搬送部に触れないように配置された対向電極と、前記液印加電極と前記対向電極との間に電圧を印加する電圧印加部とを備えた静電霧化装置において、
   前記液溜め部は、前記液搬送部及び前記液印加電極の接続部を含めて密閉容器に形成され、
   前記液溜め部に連通路を介して連通させて、前記液搬送部よりも上位に副液溜め部を備え、
   前記副液溜め部、連通路、液溜め部、及び液搬送部が前記液溜め部を最も低い位置として、その両側に前記副液溜め部と前記液搬送部とが位置するように略Ｕ字状に配置され、
   前記副液溜め部は上方から液体が注入可能な容器であり、前記液搬送部の上端は液溜め部の外部に露出され、前記副液溜め部に注入した液体の水位を前記液搬送部の上端よりも上位にもたらして、前記液搬送部の上端に常時液体が滲出するように構成したことを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記液印加電極が、前記液溜め部内の液搬送部から離間した位置であって、前記液体の水位よりも下方に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。

Images