JP4877210B2

JP4877210B2 - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP4877210B2
Application number: JP2007306596A
Authority: JP
Inventors: 豊裏谷; 健二小幡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: JP2009127599A

Description

本発明は、静電霧化装置に関するものである。

従来から、空気中の水分を冷やして結露させることで霧化電極に水を供給するようにした静電霧化装置において冷却手段としてペルチェユニットのような熱交換器を用いたものにおいて、熱交換器における放熱部を冷却するための冷却用のファンを設けたり、あるいは、静電霧化された帯電微粒子水を目的とする空間に移送するための送風用のファンを設けたりしている。

これらのファン装置は静電霧化装置の運転時にファン装置も連続して運転しているのが現状である。

ところが、ファンの回転系に一時的に異物等が付着してファンの一時的な固着が生じた場合、ファンが正常に回転せず、放熱が十分に行えずに、空気中の水分から結露水を得ることが出来ない事態が生じて静電霧化ができなくなったり、あるいは、生成された帯電微粒子を目的とする空間にスムーズに移送することができなかったりするという問題があった。

なお、ファンを制御する従来例として、印刷装置の内部で発生した熱を外部に排出するための放熱ファンの風切り音を耳障りとならないようにするため、放熱ファンへの印加電圧を１／ｆゆらぎの周期となるように制御するものが特許文献１により知られているが、この特許文献１には、ファンの回転系に一時的に異物等が付着してファンの一時的な固着が生じた場合の対策については開示してない。
特開２００５−７６５４０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、ファンの回転系に異物等が付着して一時的にファンの固着が生じたような場合であっても、ファンの運転自体で簡単且つ確実に異物を除去して安定したファンの回転を得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静電霧化装置は、霧化電極７と、この霧化電極７に水を供給する水供給手段８と、霧化電極７に供給された水を静電霧化するために霧化電極７に供給された水に高電圧を印加するための高圧電源回路９と、ファン１を備え、このファン１が静電霧化により生成された帯電微粒子水を移送する空気流を発生させるものであり、ファン１の運転初期に、ファン１への電源印加をパルス的に印加し、ファン１の回転を検出するための回転信号検出手段２を有し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加す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、ファン１の回転系に異物等が付着したりしてファン１が一時的に固着するようなことがあっても、少なくともファン１の運転初期に、ファン１が間欠的に回転し、ファン１の間欠的な回転による衝撃でファン１の回転系に付着た異物を除去することができる。また、ファン１の回転を検出するための回転信号検出手段２を有し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加するので、ファン１の回転系に付着した異物をファン１の運転初期にファン１の間欠的な回転による衝撃で除去し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加してファン１を安定した通常回転にすることができる。これにより生成した帯電微粒子水を空気流にのせて霧化対象空間に移送することができる。

また、静電霧化装置が、霧化電極７と、この霧化電極７に水を供給するペルチェユニット１１により構成した水供給手段８と、霧化電極７に供給された水を静電霧化するために霧化電極７に供給された水に高電圧を印加するための高圧電源回路９と、ファン１とを備え、このファン１がペルチェユニット１１の放熱部１２を冷却する空気流を発生させるものであり、ファン１の運転初期に、ファン１への電源印加をパルス的に印加し、ファン１の回転を検出するための回転信号検出手段２を有し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加することを特徴とするものであることも好ましい。

このような構成とすることで、ファン１の回転系に異物等が付着したりしてファン１が一時的に固着するようなことがあっても、少なくともファン１の運転初期に、ファン１が間欠的に回転し、ファン１の間欠的な回転による衝撃でファン１の回転系に付着た異物を除去することができる。また、ファン１の回転を検出するための回転信号検出手段２を有し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加するので、ファン１の回転系に付着した異物をファン１の運転初期にファン１の間欠的な回転による衝撃で除去し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加してファン１を安定した通常回転にすることができる。これにより放熱部１２から効果的に熱を放熱することができ、ペルチェユニット１１における冷却部１３の冷却能力の低下を防止して、空気中の水分を確実に結露させて霧化電極に結露水を供給でき、安定した静電霧化ができる。

また、静電霧化装置が、霧化電極７と、この霧化電極７に水を供給するペルチェユニット１１により構成した水供給手段８と、霧化電極７に供給された水を静電霧化するために霧化電極７に供給された水に高電圧を印加するための高圧電源回路９と、ファン１とを備え、このファン１が、静電霧化７により生成された帯電微粒子水を移送する空気流の発生と、ペルチェユニット１１の放熱部１２を冷却する空気流の発生を兼用して行うものであり、ファン１の運転初期に、ファン１への電源印加をパルス的に印加し、ファン１の回転を検出するための回転信号検出手段２を有し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加することを特徴とするものであることも好ましい。

このような構成とすることで、ファン１の回転系に異物等が付着したりしてファン１が一時的に固着するようなことがあっても、少なくともファン１の運転初期に、ファン１が間欠的に回転し、ファン１の間欠的な回転による衝撃でファン１の回転系に付着た異物を除去することができる。また、ファン１の回転を検出するための回転信号検出手段２を有し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加するので、ファン１の回転系に付着した異物をファン１の運転初期にファン１の間欠的な回転による衝撃で除去し、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になればファン１への電源印加を連続的に印加してファン１を安定した通常回転にすることができる。これにより帯電微粒子水を空気流にのせて霧化対象空間に移送することができると共に、放熱部１２から効果的に熱を放熱する空気流を発生させ、ペルチェユニット１１における冷却部１３の冷却能力の低下を防止して、空気中の水分を確実に結露させて霧化電極に結露水を供給でき、安定した静電霧化ができる。そして、上記生成した帯電微粒子水を空気流にのせて霧化対象空間に移送する空気流と、放熱部１２から熱を効果的に放熱するための空気流を一つのファン１で兼用できる。

また、ファン１への電源印加をパルス的な印加から連続的な印加に切り替えるためのしきい値を、ファン１への電源電圧の連続的な印加中に該印加を停止するための連続運転停止のしきい値よりも小さくすることが好ましい。

このようにファン１への電源印加をパルス的な印加から連続的な印加に切り替えるためのしきい値を、ファン１への電源電圧の連続的な印加中に該印加を停止するための連続運転停止のしきい値よりも小さくすることで、パルス的な印加から連続的な印加への切り換えを簡易な検出にできると共に、連続運転の回転数を正確に読み取ることができ、異常回転の判定を正確におこなって異常回転時に正確に連続運転を停止することができる。

また、環境温度検出手段３を有し、環境温度が所定温度以下又は／及び所定温度以上になるとファン１を動作させないように制御することが好ましい。

このような構成とすることで、環境温度が所定温度以下又は／及び所定温度以上の時にファン１の動作を停止させることができ、ファン１の動作保障環境外での使用に対して保護することができる。

また、入力電源電圧検出手段４を有し、入力電圧が規定範囲外の場合は、ファン１を動作させないように制御することが好ましい。

このような構成とすることで、入力電圧が低すぎてファン１に要求される必要な回転数が得られない場合や、入力電圧が高すぎて回転数が増加しすぎて故障にいたる可能性がある場合は、ファン１を停止し、これによりファン１を正常な回転数でのみ運転することができる。

また、入力電源電圧検出手段４を有し、入力電圧が規定範囲よりも高い場合はファン１を動作させないように制御し且つ入力電圧が規定範囲よりも低い場合はファン１の動作を停止しないように制御することが好ましい。

このような構成とすることで、入力電圧が規定範囲よりも高い場合はファン１の回転数が高くなりすぎてファン１の保障範囲を超えた回転となって故障する可能性があるので、異常回転として判定してファン１の動作を停止する。一方、入力電圧が規定範囲よりも低い場合はファン１に要求される必要な回転数は得られていないが、一応回転しているので、ファン１が動いていても問題はなく、したがって停止しないで運転を継続することができる。

本発明は、静電霧化装置に備えたファンの回転系に異物等が付着してファンが一時的に固着しても、ファンの間欠的な回転によるファンの間欠的な回転による衝撃で除去し、回転信号検出手段で検出したファンの回転状態が所定状態になればファンへの電源印加を連続的に印加してファンを安定した通常回転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。

図２には本発明の静電霧化装置に用いるファン装置の制御ブロック図が示してあり、１はファン、５はマイコンのような制御部であり、制御部５にはファン１の回転信号を検出する回転信号検出手段２が設けてある。

そして、図１に示すように、少なくともファン１の運転初期に、ファン１への電源印加をパルス的に印加するように制御部５からファン１に動作信号を出力し、これによりファン１は少なくとも運転初期に間欠的な回転動作を行うように制御される。

このように少なくともファン１の運転初期に間欠的な回転動作を行なわせることで、ファン１の回転系に一時的に異物等が付着してファン１に固着が生じていても、間欠的な回転、つまり、間欠的にオン、オフを繰り返すことで、間欠的な回転による衝撃でファン１の回転系に固着した異物を除去することができる。

ここで、ファン１の運転初期に、ファン１への電源印加をパルス的に印加する具体例につき一例を挙げれば、ファン１の運転開始のスタート信号をもらってから、１秒間オン、０．５秒間オフを交互に繰り返すことで、パルス的にファン１に電源電圧を印加するように制御するものである。

図１に示す実施形態においては、ファン１の運転初期だけなく、ファン１の運転期間中パルス的に電源印加を行うように制御部５により制御する例である。

また、図３、図４に示す実施形態においては、ファン１の運転初期にパルス的に電源印加を行い、回転信号検出手段２で検出したファン１の回転状態が所定状態になれば（例えば、回転信号検出手段２でファン１の回転数を検出してファン１の回転数が予め設定してあるパルス的印加から連続印加への切り換えのしきい値以上に達すると）、異物等が除去されたとみなしてファン１への電源印加を連続的に印加するように制御部５により制御され、ファン１は正常な連続運転となる。

また、図５、図６に示す実施形態においては、上記のようにしてファン１への電源印加を運転初期のパルス的な印加から連続的な印加に切り替えるようにしたものにおいて、更に、ファン１に電源電圧を連続的に印加する連続運転中にファン１の回転数が多くなる異常が生じた際に、これを回転信号検出手段２により検出して制御部５により、ファン１への電源印加をパルス的な印加に切り換えて回転数を減少させる制御をおこない、再び、回転信号検出手段２でファン１の回転数を検出してファン１の回転数が予め設定してあるパルス的印加から連続印加への切り換えのしきい値になると、回転数が再び正常な回転数に戻ったとして電源電圧の連続印加に切り替えるように制御するものである。ここで、ファン１への電源印加をパルス的な印加から連続的な印加に切り替えるためのしきい値は、ファン１への電源電圧の連続的な印加中に該印加を停止するための連続運転停止のしきい値よりも小さくなっている。

また、上記のようなファン装置は、図２ように環境温度検出手段３を有しており、環境温度検出手段３により検出した環境温度が規定温度領域を越えた所定温度以下又は／及び所定温度以上になるとファン１を動作させないように制御部５により制御されるようになっており、環境温度が所定温度以下又は／及び所定温度以上の時はファン１の動作を停止させることができ、ファン１の動作保障環境外での使用に対して保護することができるようになっている。

また、ファン装置は、図２のように入力電源電圧検出手段４を有しており、入力電圧が規定範囲外の場合は、ファン１を動作させない又はファン１を装備した装置を動作させないように制御部５により制御されるようになっており、入力電圧が低すぎてファン１に要求される必要な回転数が得られなくなった場合や、入力電圧が高すぎて回転数が増加しすぎて故障にいたる可能性があるような場合は、ファン１を停止し、これによりファン１を正常な回転数でのみ運転することができるようになっている。

ここで、上記例の場合は、入力電圧が規定範囲よりも高い場合、規定範囲以下よりも低い場合のいずれの場合も、ファン１を動作させないように制御部５により制御した例を示したが、入力電圧が規定範囲よりも高い場合はファン１を動作させないように制御し且つ入力電圧が規定範囲よりも低い場合はファン１の動作を停止しないように制御部５により制御するようにしてもよい。この実施形態においては、入力電圧が規定範囲よりも高い場合はファン１の回転数が増加しすぎてファン１の保障範囲を超えた回転となって故障の原因になるので、異常回転として判定してファン１の動作を停止する。一方、入力電圧が規定範囲よりも低い場合はファン１に要求される必要な回転数は得られていないが、一応回転しているので、ファン１が動いていても問題はないので停止しないで運転を継続することができる。

上記したような特徴を有するファン装置は、静電霧化装置６に設けられる。

図７には静電霧化装置６にファン装置を設けた一例を示している。

静電霧化装置６は、霧化電極７と、霧化電極７に水を供給する水供給手段８と、霧化電極７に供給された水を静電霧化するために霧化電極７に供給された水に高電圧を印加するための高圧電源回路９とを備えている。

添付図面に示す実施形態においては、水供給手段８が、空気中の水分を結露水として生成することで霧化電極７に水を供給するための冷却手段により構成してある例を示している。

図７は静電霧化装置６の主体を構成する霧化ブロック６ａの概略構成図が示してある。図７に示す実施形態においてはペルチェユニット１１により冷却手段が構成してあり、冷却手段により空気中の水分を冷却して結露水を生成することで霧化電極７に水を供給するようになっている。

ペルチェユニット１１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の片面側に回路を形成してある一対のペルチェ回路板１５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１６を両ペルチェ回路板１５間で挟持すると共に隣接する熱電素子１６同士を両側の回路で電気的に接続させ、ペルチェ入力リード線１７を介してなされる熱電素子１６への通電により一方のペルチェ回路板１５側から他方のペルチェ回路板１５側に向けて熱が移動するように構成したものである。更に、上記一方の側のペルチェ回路板１５の外側には冷却部１３を接続してあり、また、上記他方の側のペルチェ回路板１５の外側には放熱部１２が接続してあり、実施形態では放熱部１２として放熱フィンの例が示してある。ペルチェユニット１１の冷却部１３には霧化電極７の後端部が接続してある。

霧化電極７は絶縁材料からなる筒体１８で囲まれており、筒体１８の周壁には筒体１８内外を連通する窓１８ａが設けてある。また、筒体１８の先端開口部にリング状をした対向電極１４が配設され、霧化電極７の軸心の延長線上にリング状の対向電極１４のリングの中心が位置するように霧化電極７と対向電極１４とが対向している。

上記静電霧化装置６は、ペルチェユニット１１に通電することで、冷却部１３が冷却され、冷却部１３が冷却されることで霧化電極７が冷却され、空気中の水分を結露して霧化電極７に水（結露水）を供給するようになっている。

このように霧化電極７に水が供給された状態で上記霧化電極７と対向電極１４との間に高圧電源回路９から高電圧を印加すると、霧化電極７と対向電極１４との間にかけられた高電圧により霧化電極７の先端部に供給された水と対向電極１４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。このようにテーラーコーンが成長し該テーラーコーンの先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となると、テーラーコーンの先端部分の水が大きなエネルギー（高密度となった電荷の反発力）を受け、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返してマイナスに帯電したナノメータサイズの帯電微粒子水を大量に生成するようになっている。

上記のような静電霧化装置６においては、ペルチェユニット１１の放熱部１２を冷却するための放熱用のファン１ａや、生成した帯電微粒子水を目的とする空間に空気流にのせて移送するための移送用のファン１ｂを必要とする。これらの放熱用のファン１ａや移送用のファン１ｂとして上記したファン装置が用いられる。

ここで、放熱用のファン１ａにより図７の矢印イのように送風して放熱部１２に当てて熱交換させることで放熱部１２から効果的に放熱させ、これによりペルチェユニット１１における冷却部１３の冷却能力の低下を防止して、空気中の水分を確実に結露させて霧化電極７に結露水を供給することができるが、放熱用のファン１ａの回転系に異物等が付着して固着が生じると、放熱部１２における放熱が十分に行われず、このため、冷却部１３の冷却能力が著しく低下して空気中の水分を確実に結露させて霧化電極７に結露水を供給することができなくなるという事態が生じるが、本発明においては、前述のように、放熱用のファン１ａの運転初期に、放熱用のファン１ａへの電源印加をパルス的に印加するように制御されることによる放熱用のファン１ａの間欠的な回転動作により、放熱用のファン１ａの回転系に固着した異物を除去して、安定した正常の運転となる。したがって、放熱部１２から効果的に熱を放熱することができ、ペルチェユニット１１における冷却部１３の冷却能力の低下を防止して、空気中の水分を確実に結露させて霧化電極７に結露水を供給でき、安定した静電霧化ができることになる。

また、静電霧化によりナノメータサイズの帯電微粒子水を生成するのであるが、そのままでは生成された帯電微粒子水は電気力線による力のみで移動するにすぎず、目的とする空間に確実に移送することができない。そこで、生成した帯電微粒子水を目的とする霧化対象空間に確実に移送するために移送用のファン１ｂを設け、移送用のファン１ｂにより図７の矢印ロのように送風し、この空気流にのせて目的とする空間に移送する。この場合、移送用のファン１ｂの回転系に異物等が付着して固着が生じると、目的とする霧化対象空間に帯電微粒子水を移送できないという事態が生じるが、本発明においては、前述のように、移送用のファン１ｂの運転初期に、移送用のファン１ｂへの電源印加をパルス的に印加するように制御されることによる移送用のファン１ｂの間欠的な回転動作により、移送用のファン１ｂの回転系に固着した異物を除去して、安定した正常の運転となる。したがって、生成した帯電微粒子水を空気流にのせて目的とする霧化対象空間に確実に移送することができる。

静電霧化装置６により生成されたナノメータサイズの帯電微粒子水はナノメータサイズと極めて小さいために空気中に長時間浮遊すると共に拡散性が高いため、目的とする霧化対象空間内の隅々まで浮遊して、霧化対象空間の内面や霧化対象空間内に収納した収納物に付着するものであり、しかも、ナノメータサイズの帯電微粒子水は活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するため脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果があり、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帯電微粒子水は遊離基単独で存在する場合より寿命が長いため、上記拡散性、脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果がより向上することになる。また、ナノメータサイズの帯電微粒子水は保湿効果があるため、保湿する効果を発揮することができる。

ところで、放熱用のファン１ａにより送風された放熱部１２に当てて熱交換して高温となった空気が、結露水を生成しようとする空間に流入して該空間の温度が上がると結露水が生成できなくなるおそれがある。そこで、放熱用のファン１ａにより送風されて放熱部１２に当てて熱交換して高温となった空気は、空気中の水分を結露させて結露水を生成するための空間（実施例では冷却部１３により霧化電極７を冷却して結露水を生成するようにしているので霧化電極７が位置する空間）に流入しないようする。

また、上記例では放熱用のファン１ａと送風用のファン１ｂと別々のファン１を設けた例を示したが、放熱用のファン１ａと送風用のファン１ｂとを図８のように前述の一つのファン１により兼用してもよい。この場合は、一つのファン１による空気流を２つの流れ分岐し、一方の空気流を図８の矢印ハのように結露水を生成するための空間（実施例では冷却部１３により霧化電極７を冷却して結露水を生成するようにしているので霧化電極７が位置する空間）に流し、他方の空気流を図８の矢印ニのように放熱部１２側に流す。そして、放熱部１２からの放熱で高温となった他方の空気流は結露水を生成するための空間側に流れないようにする。

本発明の静電霧化装置に設けるファン装置のファンへ印加電圧の制御を示すタイムチャートである。同上のファン装置の制御ブロック図である。同上のファン装置の他の実施形態のファンへ印加電圧の制御を示すタイムチャートである。同上のファンの回転数と時間の関係を示す説明図である。同上のファン装置の更に他の実施形態のファンへ印加電圧の制御を示すタイムチャートである。同上のファンの回転数と時間の関係を示す説明図である。本発明のファン装置を用いた静電霧化装置の一例を示す概略構成図である。本発明のファン装置を用いた静電霧化装置の他例を示す概略構成図である。

１ファン
２回転信号検出手段
３環境温度検出手段
４入力電源電圧検出手段

Claims

霧化電極と、この霧化電極に水を供給する水供給手段と、霧化電極に供給された水を静電霧化するために霧化電極に供給された水に高電圧を印加するための高圧電源回路と、ファンを備え、このファンが静電霧化により生成された帯電微粒子水を移送する空気流を発生させるものであり、ファンの運転初期に、ファンへの電源印加をパルス的に印加し、ファンの回転を検出するための回転信号検出手段を有し、回転信号検出手段で検出したファンの回転状態が所定状態になればファンへの電源印加を連続的に印加することを特徴とする静電霧化装置。
霧化電極と、この霧化電極に水を供給するペルチェユニットにより構成した水供給手段と、霧化電極に供給された水を静電霧化するために霧化電極に供給された水に高電圧を印加するための高圧電源回路と、ファンとを備え、ファンがペルチェユニットの放熱部を冷却する空気流を発生させるものであり、ファンの運転初期に、このファンへの電源印加をパルス的に印加し、ファンの回転を検出するための回転信号検出手段を有し、回転信号検出手段で検出したファンの回転状態が所定状態になればファンへの電源印加を連続的に印加することを特徴とする静電霧化装置。
霧化電極と、この霧化電極に水を供給するペルチェユニットにより構成した水供給手段と、霧化電極に供給された水を静電霧化するために霧化電極に供給された水に高電圧を印加するための高圧電源回路と、ファンとを備え、ファンが、静電霧化により生成された帯電微粒子水を移送する空気流の発生と、ペルチェユニットの放熱部を冷却する空気流の発生を兼用して行うものであり、ファンの運転初期に、このファンへの電源印加をパルス的に印加し、ファンの回転を検出するための回転信号検出手段を有し、回転信号検出手段で検出したファンの回転状態が所定状態になればファンへの電源印加を連続的に印加することを特徴とする静電霧化装置。
ファンへの電源印加をパルス的な印加から連続的な印加に切り替えるためのしきい値を、ファンへの電源電圧の連続的な印加中に該印加を停止するための連続運転停止のしきい値よりも小さくして成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
環境温度検出手段を有し、環境温度が所定温度以下又は／及び所定温度以上になるとファンを動作させないように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
入力電源電圧検出手段を有し、入力電圧が規定範囲外の場合は、ファンを動作させないように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
入力電源電圧検出手段を有し、入力電圧が規定範囲よりも高い場合はファンを動作させないように制御し且つ入力電圧が規定範囲よりも低い場合はファンの動作を停止しないように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。