JP4952294B2

JP4952294B2 - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP4952294B2
Application number: JP2007043170A
Authority: JP
Inventors: 健太郎小林; 康一平井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2008207045A

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４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に結露水を生成させるものである。

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へ高電圧を供給するために、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の冷却効率を低下する問題があった。

また、放電電極１に結露水が十分に供給されていない状態においても、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が可能である。この場合には、帯電微粒子水が発生していないにも関わらず、放電電極１には高電圧が印加されるので、無駄にエネルギーを消費することとなる。また、結露水が十分に供給されていない状態で、放電を行うと放電電極１の磨耗を引き起こす可能性がある。このように放電電極１が磨耗した場合には、放電電極１と対向電極４との距離が変わり、放電電極１と対向電極４との間の電界分布が変化することで、結露水の安定した霧化を妨げることがある。

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と共に、放電電極に十分な結露水が供給されていない場合に、放電電極への高電圧の印加を停止させて、消費されるエネルギー効率を上げることができ、また、放電電極の磨耗を抑制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、本願請求項１記載の発明では、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結露水を生成させ、放電電極に高電圧を印加することによって該結露水を霧化させる静電霧化装置において、高電圧を放電電極へ印加する高圧印加体と、放電電極の基端部周囲に設けられ、放電電極に供給された結露水を収容する貯水部とを備え、高圧印加体の先端部を貯水部に位置させて、貯水部に収容された結露水によって放電電極と高圧印加体とが電気的に接続されることで、放電電極に高電圧が印加されて結露水が霧化されるようになした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、高圧印加体の先端部は、小間隙を介して放電電極に周設しているものである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、放電電極の基端部周囲に設けられ、放電電極に供給された結露水を収容する貯水部を備えたことによって、放電電極に結露水が十分に供給された場合、結露水は、放電電極の表面を流れて貯水部に収容される。さらに、高圧印加体の先端部を貯水部に位置させたことによって、この貯水部に収容された結露水により放電電極と高圧印加体が電気的に接続されるので、高電圧を放電電極に印加することができると共に、放電電極と高圧印加体との間には結露水が介在することにより熱伝達を低減させることができる。このことによって、高圧印加体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。さらに、放電電極に結露水が供給されていない場合には、貯水部に結露水は収容されないので、放電電極と高圧印加体は電気的に接続されることはない。このことによって、放電電極の結露水の供給状態を監視する機能を別途備えることなく、放電電極に十分な結露水が供給されていない場合に、放電電極への高電圧の印加を停止させて、消費されるエネルギー効率を上げることができる。また、結露水が十分に供給されていない場合の放電による放電電極の磨耗を抑制することができるので、安定して結露水の霧化を行うことができる。

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、高圧印加体の先端部が小間隙を介して放電電極に周設されていることによって、貯水部に収容される結露水が少量であって、放電電極と高圧印加体との小間隙の一部でも結露水が介在することでも通電することができる。このことによって、より早期に結露水の放電電極への供給の判断が可能となり、放電電極へ高電圧を印加して帯電微粒子水を発生するまでの立ち上がり時間を短縮することができる。

図１及び図２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及び図２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に結露水を生成させ、放電電極１に高電圧を印加することによって該結露水を霧化させる静電霧化装置２において、高電圧を放電電極１へ印加する高圧印加体としての高圧印加板１５と、放電電極１の基端部１ｂ周囲に設けられ、放電電極１に供給された結露水を収容する貯水部１６とを備え、高圧印加板１５の先端部１５ａを貯水部１６に位置させて、貯水部１６に収容された結露水によって放電電極１と高圧印加板１５とが電気的に接続されることで、放電電極１に高電圧が印加されて結露水が霧化されるようになしている。

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及び図２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、ハウジング１４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、放電電極１の先端の放電部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。

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２に示すように、貯水部１６は、放電電極１の周りに放電電極１の突出方向側が開口するようにハウジング１４を形成することによって構成されている。

高圧印加板１５は、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って、高圧印加板１５の先端部１５ａが、貯水部１６の底部１６ａに設けられるように、ハウジング１４によって挟持されている。

次に、放電電極１への高電圧の印加を行う動作について説明する。静電霧化装置２は、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の表面に結露し始める。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、結露水は、放電電極１の表面を流れて貯水部１６に収容され、貯水部１６の底部１６ａに溜まる。

貯水部１６の底部１６ａには、高電圧印加板１５の先端部１５ａが設けられているので、底部１６ａに溜まった結露水によって、放電電極１と高圧印加板１５が電気的に接続される。このことによって、高電圧印加部５によって発生される高電圧が高圧印加板１５及び貯水部１６に溜まった結露水を介して放電電極１に印加される。

したがって、放電電極１に供給された結露水を収容し、前記結露水によって放電電極１と高圧印加板１５が電気的に接続されるようになした貯水部１６を備えたことによって、放電電極１に結露水が十分に供給されて放電電極１の表面を流れて貯水部１６に収容される。この貯水部１６に収容された結露水により放電電極１と高圧印加板１５が電気的に接続されるので、高電圧を放電電極１に供給することができると共に、放電電極１と高圧印加板１５との間には結露水が介在することにより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。さらに、放電電極１に結露水が供給されていない場合には、貯水部１６に結露水は収容されないので、放電電極１と高圧印加板１５は電気的に接続されることはない。このことによって、放電電極１の結露水の供給状態を監視する機能を別途備えることなく、放電電極１に十分な結露水が供給されていない場合に、放電電極１への高電圧の印加を停止させて、消費されるエネルギー効率を上げることができる。また、結露水が十分に供給されていない場合の放電による放電電極１の磨耗を抑制することができるので、安定して結露水の霧化を行うことができる。

図３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３に示すように、貯水部１６は、放電電極１の周りに放電電極１の突出方向側が開口するようにハウジング１４を形成することによって構成されている。

高圧印加板１５は、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って、ハウジング１４によって挟持されている。さらに、高圧印加板１５の先端部１５ａは、円盤形状であって中央部に貫通孔１５ｄを有している。放電電極１は、高圧印加板１５との間に小間隙を有して貫通孔１５ｄ内に介在している。

貯水部１６の底部１６ａには、放電電極１と高圧印加板１５の先端部１５ａとが小間隙を有して設けられているので、底部１６ａに溜まった結露水は、放電電極１の全周のうちの一部で放電電極１と高圧印加板１５の先端部１５ａが電気的に接続されるように介在すれば、高電圧印加部５によって発生する高電圧が高圧印加板１５及び結露水を介して放電電極１に供給される。

したがって、高圧印加板１５の先端部１５ａが小間隙を介して放電電極１に周設されていることによって、貯水部１６に収容される結露水が少量であって、放電電極１と高圧印加板１５との小間隙の一部でも結露水が介在することでも通電することができる。このことによって、より早期に結露水の放電電極１への供給の判断が可能となり、放電電極１へ高電圧を供給して帯電微粒子水を発生するまでの立ち上がり時間を短縮することができる。

本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置の断面図である。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。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。従来例である静電霧化装置の断面図である。

符号の説明

１放電電極
１ａ放電部
１ｂ基端部
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（高圧印加体）
１５ａ先端部
１６貯水部
１７開口部

Claims

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結露水を生成させ、放電電極に高電圧を印加することによって該結露水を霧化させる静電霧化装置において、高電圧を放電電極へ印加する高圧印加体と、放電電極の基端部周囲に設けられ、放電電極に供給された結露水を収容する貯水部とを備え、高圧印加体の先端部を貯水部に位置させて、貯水部に収容された結露水によって放電電極と高圧印加体とが電気的に接続されることで、放電電極に高電圧が印加されて結露水が霧化されるようになしたことを特徴とする静電霧化装置。
高圧印加体の先端部は、小間隙を介して放電電極に周設しているものであることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。