JP4900208B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電霧化現象を利用して帯電微粒子水を生成するための技術に関するものである。

従来から、霧化電極と、該霧化電極を冷却して空気中の水分を結露水として生成することで霧化電極に供給し、高圧電源回路により霧化電極に供給された水に高電圧を印加して静電霧化することで帯電微粒子水を生成する静電霧化装置が知られている。

静電霧化装置における静電霧化の生成は、静電霧化装置の運転始動により始動電圧を印加すると、霧化電極の先端部に供給された水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）することでナノメータサイズの帯電微粒子水を生成するものである。

このような静電霧化装置に高圧電源電圧の異常検出手段を設け、高圧電源電圧が設定値を超えると異常電圧とみなして静電霧化装置の運転を停止するようにしている。

ところが、静電霧化装置においては、一時的に霧化電極に過剰に水が供給された場合や、周囲の空気が高湿のときや、霧化電極と対向電極との間に一時的に水が付いてつながった時に、電流が流れ易くなり、高圧電源電圧が設定値を超えてしまう。これらの場合、静電霧化が一時的に不安定となるが、静電霧化がなされている状態であって、マイコン（制御部）による安定した静電霧化状態に復帰するための制御が可能な場合が多く、静電霧化が不能な異常電圧ではない。しかしながら従来は、このような場合も異常電圧である判定して静電霧化装置を停止してしまうという問題があった。

なお、静電霧化装置において、放電電圧の出力を高圧電源回路にフィードバックして高圧の発生電圧のばらつきを少なくするように制御することは特許文献１により知られているが、この特許文献１においては、上記の問題を解決する技術については開示してない。
特開２００７−２１３７０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、静電霧化を行うに当って、確実に高圧電源電圧が異常になった場合にのみ、異常電圧であるとして検出することができ、一時的に霧化電極に過剰に水が供給された場合や、周囲の空気が高湿のときや、霧化電極と対向電極との間に一時的に水が付いてつながった時でも運転をとめることなく静電霧化を継続す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発明に係る静電霧化装置は、霧化電極１と、霧化電極１に水を供給する水供給手段２と、霧化電極１に供給された水を静電霧化するために高電圧を印加するための高圧電源回路３とを備え、高圧電源回路３により高圧電源電圧を印加して霧化電極１に供給された水を静電霧化することで帯電微粒子水を生成する静電霧化装置４において、放電電流検出回路６及び電圧異常検出手段９を設け、放電電流検出回路６で放電電流が検出されている場合は、電圧異常検出手段９による異常検出をさせない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、一時的に霧化電極１に過剰に水が供給された場合や、周囲の空気が高湿のときや、霧化電極１と対向電極１４との間に一時的に水が付いてつながった時で、放電電流検出回路６で放電電流が検出されている場合は、高圧電源電圧が安定して静電霧化できる電圧値を超えていても、電圧異常検出手段９により異常として検出せず、静電霧化装置４の運転を継続することができ、静電霧化ができない状態における真の電圧異常の場合にのみ電圧異常検出手段９により異常として検出して静電霧化装置４の運転を停止して安全を確保することができる。

本発明は、上記のように構成したので、静電霧化を行うに当って、確実に高圧電源電圧が異常になった場合にのみ、異常電圧であるとして検出することができ、一時的に霧化電極に過剰に水が供給された場合や、周囲の空気が高湿のときや、霧化電極と対向電極との間に一時的に水が付いてつながった時でも運転をとめることなく静電霧化を継続することができる。

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４は、霧化電極１と、霧化電極１に水を供給する水供給手段２と、霧化電極１に供給された水を静電霧化するために霧化電極１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３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２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１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５は本発明に用いる静電霧化装置４の主体を構成する霧化ブロック４ａの概略構成図が示してある。図５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１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を介してなされるペルチェ用電源３０からの熱電素子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１の後端部が接続してある。

霧化電極１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１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１と対向電極１４とが対向している。

上記静電霧化装置４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１が冷却され、空気中の水分を結露して霧化電極１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１に水が供給された状態で上記霧化電極１と対向電極１４との間に高圧電源回路３から高電圧を印加すると、霧化電極１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１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。生成された帯電微粒子水は図５の矢印のように外部に放出される。

図２には本発明の静電霧化装置４の制御ブロック図が示してある。図２において、８はマイコンよりなる制御部、６は放電電流検出回路、７は高圧電源電圧検出回路、３は高圧電源回路、４ａは霧化ブロック、３０はペルチェ用電源である。また、制御部８には高圧電源電圧の異常を検出する電圧異常検出手段９を設けてある。

本発明においては、静電霧化時における電圧制御に当たり、高圧電源電圧検出回路７により検出された検出値に基づいて高圧電源電圧を霧化電圧（目標電圧）となるように制御部８により高圧電源回路３を制御するようになっている。

本発明においては図３に示すように、静電霧化時における電圧制御に当たり、制御部８による運転継続のための高圧電源電圧の制御可能域の上下限（制御可能上限値、制御可能下限値をＢｋＶとする）を、安定して静電霧化が行われる高圧電源電圧域の上下限（つまり、製品により安定して霧化できる霧化電圧（目標電圧）にばらつきがあるので、その霧化電圧のばらつきの上下限を図３で便宜上、静電霧化上限しきい値、静電霧化下限しきい値として表示する。目標電圧はこの静電霧化上限しきい値、静電霧化下限しきい値内に設定される）を超えて設定してある。

そして、図１に示すフローチャートのように静電霧化時における電圧制御が行われ、異常判定が行われる。

すなわち、高圧電源電圧値が一時的に、製品によりばらつきのある安定して静電霧化が行われる高圧電源電圧域の上下限を超えても、放電電流検出回路６で放電電流が検出されて、安定した状態ではないが静電霧化が行われていることが検出された場合は、制御部８による運転継続のための高圧電源電圧の制御可能域の制御可能上限値、制御可能下限値を超えていなければ、回路正常時であると判定して制御部８により安定して静電霧化が行われる当該製品の目標電圧になるように制御する。

一方、高圧電源電圧が制御部８による運転継続のための高圧電源電圧の制御可能域の上下限値（ＡｋＶ、ＢｋＶ）を越えた時にのみ電圧異常検出手段９で異常として検出するようになっており、このように電圧異常検出手段９で異常として検出した場合は、回路異常時として制御部８からの制御信号により高圧電源回路３による電圧印加を停止、又は静電霧化装置４を停止にする。

このような制御を行うことで、一時的に霧化電極１に過剰に水が供給された場合や、周囲の空気が高湿のときや、霧化電極１と対向電極１４との間に一時的に水が付いてつながった場合、高圧電源電圧が安定して静電霧化できる電圧値を超えていても、放電電流検出回路６で放電電流が検出される（安定した静電霧化ではないが静電霧化がなされているという放電電流が検出される）と、電圧異常検出手段９により異常として検出せず、静電霧化装置４の運転を継続することができ、静電霧化ができない状態、静電霧化が行われていない状態における電圧異常の場合にのみ電圧異常検出手段９により異常として検出して静電霧化装置４の運転を停止して安全を確保することができる。

図４には本発明の他の実施形態の制御ブロック図が示してある。本実施形態においては、高圧電源回路３に放電電流出力が規定値よりも高くなった場合、高圧電源電圧を低くする保護回路１０を設けてある。これによりマイコンよりなる制御部８が暴走したりして機能しないような時に、放電電流出力が規定値よりも高くなっても、保護回路１０により高圧電源電圧を抑制することができ、安全性を確保できる。

なお、上記各実施形態においては、水供給手段２として空気中の水分を結露水として生成することで霧化電極１に水を供給するためペルチェユニット１１のような冷却手段の例で示したが、本発明においては、水タンクに溜めた水を毛細管現象などを利用した水搬送手段により霧化電極１の先端部に供給するようなものであってもよい。

本発明の静電霧化時における電圧制御のフローチャートである。 本発明の一実施形態の制御ブロック図である。 同上の高圧電源電圧と制御部の制御出力との関係を示すグラフである。 本発明の更に他の実施形態の制御ブロック図である。 本発明の静電霧化装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 霧化電極
２ 水供給手段
３ 高圧電源回路
４ 静電霧化装置
５ 静電霧化検出手段
６ 放電電流検出回路
９ 電圧異常検出手段

Claims (1)

1. 霧化電極と、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高電圧を印加するための高圧電源回路とを備え、高圧電源回路により高圧電源電圧を印加して霧化電極に供給された水を静電霧化することで帯電微粒子水を生成する静電霧化装置において、放電電流検出回路及び電圧異常検出手段を設け、放電電流検出回路で放電電流が検出されている場合は、電圧異常検出手段による異常検出をさせないことを特徴とする静電霧化装置。

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