JP4872653B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本願発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの帯電微粒子液滴を発生させる静電霧化装置に関するものである。

従来から帯電微粒子水を発生させるための静電霧化装置として特許文献１に示されている発明が知られている。この従来の静電霧化装置２は、図６に示すように、放電電極１と、放電電極１に対向して位置する対向電極４と、放電電極１に水を供給する水供給手段とを備え、放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加することで放電電極１に保持される水を霧化させ、帯電微粒子水を発生させるようになっている。放電電極１に水を供給する水供給手段としては、吸熱体３により放電電極１を冷却して空気中の水分を放電電極１に結露させることにより放電電極１に結露水を供給させるものである。

ハウジング１４には、下面が開口した凹部が形成されており、この凹部が吸熱体３を収容する吸熱体収容部１４ａとなっている。さらに、凹部の底部の中央には放電電極１を挿通するための孔１４ｂが設けられている。吸熱体３は、吸熱体収容部１４ａに収容され、放電電極１は、基端部１ｂを、吸熱体３の冷却側に設けた冷却用絶縁板１２に面接触させ、孔１４ｂに挿入して固定されている。

さらに、高圧リード線１５は、放電電極１へ高電圧を印加するために、放電電極１と高電圧印加部５とを電気的に接続するものである。放電電極１と高圧リード線１５との接続は、半田付けや導電性接着剤を用いて行われている場合や、放電電極１と高圧リード線１５の接続箇所を封止樹脂で埋没させて固定している場合が示されている。
特開２００６−０００８２６号公報

しかしながら、上記従来例である静電霧化装置においては、吸熱体３によって冷却される放電電極１は、高圧リード線１５と相当の面積を持って接続されている。このことによって、吸熱体３によって冷却された放電電極１と高圧リード線１５との間で熱伝達があり、高圧リード線１５より外部への冷熱の漏れが発生するので、放電電極１の冷却効率を低下させる問題があった。

本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その目的は、放電電極から外部への冷熱の漏れの発生を低減して、放電電極の冷却効率を向上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するものである。

上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、放電電極と、放電電極を挿通するための孔が底部に設けられたハウジングと、を有し、放電電極を冷却して空気中の水分を放電電極に結露させることにより放電電極に水を供給し、放電電極に供給される結露水を放電電極に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置において、放電電極に周設されて当接することにより電気的に接続することで高電圧を放電電極へ印加する高圧印加板を備え、高圧印加板は、前記ハウジング底部内において、ハウジングに挟持されて放電電極と周方向に線接触していることを特徴としている。

本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の静電霧化装置において、高圧印加板は、放電電極と当接する部分の形状を断面形状が鋭角に尖ったものとしたことを特徴としている。

本願請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の静電霧化装置において、高圧印加板は、放電電極と当接する部分を曲面形状としたことを特徴としている。

本願請求項４記載の発明では、放電電極と、前記放電電極を挿通するための孔が底部に設けられたハウジングと、を有し、放電電極を冷却して空気中の水分を放電電極に結露させることにより放電電極に水を供給し、放電電極に供給される結露水を放電電極に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置において、放電電極に周設されて当接することにより電気的に接続することで高電圧を放電電極へ印加する高圧印加板を備え、高圧印加板は、前記ハウジング底部内において、ハウジングに挟持されて放電電極と周方向に部分的に当接する一又は複数の突起形状を備えたことを特徴としている。

本願請求項１記載の発明の静電霧化装置においては、高圧印加板は、放電電極に周設されて当接することにより電気的に接続することで高電圧を放電電極へ印加し、放電電極と周方向に線接触しているので、放電電極と高圧印加板との接触面積が小さくなり、放電電極と高圧印加板の間の熱伝達を低減させることができる。このことによって、高圧印加板を通じた外部への冷熱の漏れの発生を低減することができるので、放電電極の冷却効率を向上させることができる。また、高圧印加板は、ハウジング底部内において、ハウジングに挟持されて放電電極と周方向に線接触しているので、放電電極と高圧印加板との間の当接部分に結露水が付着するのを効果的に防ぐことができる。

本願請求項２記載の発明の静電霧化装置においては、特に、高圧印加板は、放電電極と当接する部分の形状の断面形状が鋭角に尖ったものであるので、放電電極と当接する部分以外の部分を、十分な強度を確保できる断面積とすることができる。

本願請求項３記載の発明の静電霧化装置においては、特に、高圧印加板は、放電電極と当接する部分の形状を曲面形状としたものであるので、放電電極と当接する部分以外の部分を、十分な強度を確保できる断面積とすることができる。

本願請求項４記載の発明の静電霧化装置においては、放電電極と周方向に部分的に当接する突起部を高圧印加板に設けることによって、放電電極と高圧印加板との接触面積が小さくなり、放電電極と高圧印加板の間の熱伝達を低減させることができる。このことによって、高圧印加板を通じた外部への冷熱の漏れの発生を低減することができるので、放電電極の冷却効率を向上させることができる。また、高圧印加板は、ハウジング底部内において、ハウジングに挟持されて放電電極と周方向に部分的に当接しているので、放電電極と高圧印加板との間の当接部分に結露水が付着するのを効果的に防ぐことができる。

図１〜図３は、本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置を示している。図１〜図３に示すように、放電電極１を冷却して空気中の水分を放電電極１に結露させることにより放電電極１に水を供給し、放電電極１に供給される結露水を放電電極１に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置２において、放電電極１に周設されて当接することにより電気的に接続することで高電圧を放電電極１へ印加する高圧印加板１５を備え、高圧印加板１５は、放電電極１と当接する部分の形状を、断面形状が鋭角に尖ったものとし、放電電極と周方向に線接触している。ここで、線接触とは、放電電極１の周方向に高圧印加板１５が線状に接触していることをいう。

以下、この実施形態の静電霧化装置を、より具体的詳細に説明する。図１に示すように、静電霧化装置２は、放電電極１と、この放電電極１を冷却するための吸熱体３と、対向電極４と、放電電極１と対向電極４とに高電圧を印加する高電圧印加部５と、ハウジング１４とで構成してある。放電電極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。

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系やＳｂＴｅ系のＰ型及びｎ型の熱電素子を両ペルチェ回路板間で挟持することで隣接するＰ型及びｎ型の熱電素子同士を両側の回路で電気的に直列に接続させている。ペルチェモジュール１０は、接続されるペルチェ入力リード線（図示せず）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、セラミック、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電気的絶縁性の高い冷却用絶縁板１２が接続してあり、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、アルミニウム等からなる高熱伝導性の放熱部１３が接続してある。放熱部１３に放熱フィン１３ａが設けてあって、放電電極１の冷却を効率よく行えるようにしてある。なお、冷却用絶縁板１２とペルチェモジュール１０、あるいは放熱部１３とペルチェモジュール１０の間には、熱伝導材料（図示せず）が介在していることが望ましい。

放電電極１は、冷却用絶縁板１２上に立設された円柱形状の部材であり、熱伝導率が高く且つ電気伝導率の高い材料で構成されていることが望ましく、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。また、放電電極１の先端の放電部１ａは、鋭利な円錐状となるように形成されている。なお、放電部１ａは、球状となるように形成されていてもよい。

対向電極４は、放電電極１の先端から適当な距離をおいて帯電微粒子水放出用の開口部１７を設けてハウジング１４の保持部１４ａに固定されており、放電電極１と対向電極４との間で高電圧を印加して、放電電極１の先端の放電部１ａより放電するものである。なお、対向電極４は、電気伝導性を有する材質であることが必要で、電気伝導性を示す金属、樹脂が良い。

ハウジング１４には、下面が開口した凹部３１ａが形成されており、この凹部３１ａが吸熱体３であるペルチェモジュール１０を収容する吸熱体収容部３１となっている。さらに、凹部３１ａの底部の中央には放電電極１を挿通するための孔３２が設けられている。ペルチェモジュール１０は、吸熱体収容部３１に収容され、放電電極１は、基端部１ｂを、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に面接触させ、孔３２に挿入して固定されている。また、ハウジング１４は、固着具（図示せず）を用いて放熱部１３に固着される。

なお、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であることが望ましく、例えば、ＡＢＳ、ＰＰＳ、ＰＢＴなどの樹脂がよい。

また、図示を省略しているが、放電電極１側に高電圧を印加する場合、冷却用絶縁板１２と放電電極１の周囲を絶縁性の樹脂で封止する必要がある。すなわち、こ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、放電電極１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１３ａへの漏電を防ぐようになっている。なお、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。

帯電微粒子水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と共に放電電極１を冷却する。放電電極１が露点温度よりも下回ると空気中の水分が放電電極１に結露し始める。このようにして放電電極１に結露水が十分に生成されると、放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加する。放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加すると、放電電極１の先端の放電部１ａ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、この結露水が先端の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、放電部１ａ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帯電微粒子水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帯電微粒子水は活性種（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帯電微粒子水であるため、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４を接地し、放電電極１に負の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極４に正の高電圧を印加し、放電電極１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４を接地し、放電電極１に正の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極４に負の高電圧を印加し、放電電極１を接地すればよい。

図１及び図２（ａ）に示すように、高圧印加板１５は、放電電極１と高電圧印加部５とを接続するものであって、ハウジング１４に挟持されて放電電極１と接触している。また、図３に示すように、高圧印加板１５の放電電極１と接触する部分は、円盤形状であって中央部に貫通孔１５ｄが設けられている。放電電極１は、貫通孔１５ｄに介在し、放電電極１の側面に貫通孔１５ｄの内側面を接触させることによって、放電電極１と高圧印加板１５は電気的に接続されて高電圧を通電することができる。また、図２（ｂ）に示すように、貫通孔１５ｄの内側面は、鋭角に尖った当接部１５ａが設けられている。このことによって、高圧印加板１５は、鋭角に尖った当接部１５ａの先端で放電電極１の側面と接触するので、放電電極１と高圧印加板１５との接触面積を小さくすることができる。

したがって、放電電極１へ接続されて高電圧を印加する高圧印加板１５の放電電極１と当接する部分の形状を、断面形状が鋭角に尖ったものとしたことによって、放電電極１と高圧印加板１５との接触面積が小さくなり、放電電極１と高圧印加板１５の間の熱伝達を低減させることができる。このことによって、高圧印加板１５を通じた外部への冷熱の漏れの発生を低減することができるので、放電電極１の冷却効率を向上させることができる。

図４は、本願発明の第２の実施形態である静電霧化装置を示している。ここでは、上記第１の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

図４（ａ）に示すように、高圧印加板１５は、放電電極１と高電圧印加部５とを接続するものであって、ハウジング１４に挟持されて放電電極１と接触している。また、図４（ｂ）に示すように、貫通孔１５ｄの内側面は、曲面形状を有する当接部１５ｂが設けられ、放電電極と周方向に線接触している。このことによって、高圧印加板１５は、当接部１５ｂの先端の曲面で放電電極１の側面と接触するので、放電電極１と高圧印加板１５との接触面積を小さくすることができる。

したがって、放電電極１へ接続されて高電圧を印加する高圧印加板１５の放電電極１と当接する部分を曲面形状としたことによって、放電電極１と高圧印加板１５との接触面積が小さくなり、放電電極１と高圧印加板１５の間の熱伝達を低減させることができる。このことによって、高圧印加板１５を通じた外部への冷熱の漏れの発生を低減することができるので、放電電極１の冷却効率を向上させることができる。

図５は、本願発明の第３の実施形態である静電霧化装置を示している。ここでは、上記第１の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第１及び第２の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、高圧印加板１５は、放電電極１と高電圧印加部５とを接続するものであって、ハウジング１４に挟持されて放電電極１と接触している。また、図５（ｂ）に示すように、貫通孔１５ｄの内側面は、複数の突起部１５ｃを有している。このことによって、高圧印加板１５は、突起部１５ｃの先端で放電電極１の側面と接触することができるので、放電電極１と高圧印加板１５との接触面積を小さくすることができる。なお、図５（ｂ）で示した例では、突起部１５ｃの数は４個であるが、これに限定されるものではなく、放電電極１の放電部１ａにおいて、結露水を安定して霧化することが可能な高電圧を印加することができるだけの接触面積を有するものであれば、突起部１５ｃの数の増減は可能である。また、放電電極１と高圧印加板１５の接触面積を小さくするためには、突起部１５ｃの先端を尖った形状とすることもできる。

したがって、放電電極１へ接続されて高電圧を印加する高圧印加板１５の放電電極１と当接する部分を突起形状としたことによって、放電電極１と高圧印加板１５との接触面積が小さくなり、放電電極１と高圧印加板１５の間の冷熱の伝達を低減させることができる。このことによって、高圧印加板１５を通じた外部への熱漏れの発生を低減することができるので、放電電極１の冷却効率を向上させることができる。

本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置の構成図である。 同静電霧化装置の（ａ）要部断面図と（ｂ）要部拡大断面図である。 同静電霧化装置の要部斜視図である。 本願発明の第２の実施形態である静電霧化装置の（ａ）要部断面図と（ｂ）要部拡大断面図である。 本願発明の第３の実施形態である静電霧化装置の（ａ）要部断面図と（ｂ）要部拡大断面図である。 従来例である静電霧化装置の斜視図である。

符号の説明

１ 放電電極
１ａ 放電部
２ 静電霧化装置
３ 吸熱体
４ 対向電極
５ 高電圧印加部
１０ ペルチェモジュール
１２ 冷却用絶縁板
１３ 放熱部
１３ａ 放熱フィン
１４ ハウジング
１４ａ 保持部
１５ 高圧印加板
１５ａ、１５ｂ 当接部
１５ｃ 突起部
１７ 開口部

Claims (4)

1. 放電電極と、前記放電電極を挿通するための孔が底部に設けられたハウジングと、を有し、前記放電電極を冷却して空気中の水分を前記放電電極に結露させることにより前記放電電極に水を供給し、前記放電電極に供給される結露水を前記放電電極に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置において、前記放電電極に周設されて当接することにより電気的に接続することで高電圧を前記放電電極へ印加する高圧印加板を備え、前記高圧印加板は、前記ハウジングの底部内において、前記ハウジングに挟持されて前記放電電極と周方向に線接触していることを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記高圧印加板は、前記放電電極と当接する部分の形状を断面形状が鋭角に尖ったものとしたことを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 前記高圧印加板は、前記放電電極と当接する部分を曲面形状としたことを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
4. 放電電極と、前記放電電極を挿通するための孔が底部に設けられたハウジングと、を有し、前記放電電極を冷却して空気中の水分を前記放電電極に結露させることにより前記放電電極に水を供給し、前記放電電極に供給される結露水を前記放電電極に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置において、前記放電電極に周設されて当接することにより電気的に接続することで高電圧を前記放電電極へ印加する高圧印加板を備え、前記高圧印加板は、前記ハウジング底部内において、前記ハウジングに挟持されて前記放電電極と周方向に部分的に当接する一又は複数の突起形状を備えたことを特徴とする静電霧化装置。
   

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