JP4956368B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズのイオンミスト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、霧化電極部である霧化針と、該霧化針の先端に対向して位置する相手側電極部（対向電極部）と、霧化針に水を供給する供給手段とを備え、霧化針と相手側電極部との間に高電圧を印加することで霧化針に保持される水を霧化させてナノメータサイズで強い電荷を持つイオンミスト（以下、これをナノイオンミストという）を発生させる静電霧化装置が、特許文献１、特許文献２、特許文献３等により知られている。

上記のような静電霧化装置で生成した帯電微粒子水は、粒径が３〜数十ｎｍ程度であって、人体の角質細胞の大きさである７０ｎｍよりも小さな粒径であるため、広範囲に飛散し、滞留時間が長く、壁面などの内部にも浸透し、高い脱臭効果や殺菌効果を発揮することができ、また、皮膚に対してはナノイオンミストの暴露により角質層表面の奥までも水分が十分に補給されて、高い保湿効果が得られ、また、毛髪の保湿効果等の効果も得られるようになっているので、多様な商品に備えることで多様な効果が得られるものである。

ところが、上記した特許文献１、特許文献２、特許文献３等に示される従来の静電霧化装置は、霧化針と相手側電極部との間で空中放電をさせて霧化針の先端に供給した水を静電霧化して帯電微粒子水を生成するようにしていた。

このような空中放電により霧化針の先端部に保持した水を静電霧化するには、霧化電極部を構成する霧化針は先端が尖った極細の針状に形成する必要があり、３次元の精密加工となって製作が難しく、特に、霧化針の先端の放電部となる部分の加工が難しく、コストも高くなるという問題があった。

また、霧化針を熱交換器の冷却部により直接冷却して空気中の水分を結露させることで霧化針に水を供給するに当たり、上記のように霧化針が極細の針状であるため、表面積が小さく、必要量の結露水を安定して得難いという問題があった。

更に、針状をした霧化針と、霧化針の先端に対して空間を介して対向する相手側電極部とをハウジングに支持し、更に、霧化針の後端部側にペルチェユニットを配置するという構造であるため、構造が複雑になると共に、組み立てが面倒で、また、組み立て精度にばらつきがあると、霧化針と相手側電極部との間の距離の精度が悪くなり、目的とする静電霧化が得られなくなり、また、薄型にできず、装置全体が大型化してしまうという問題があった。
特開２００６−６８７１１号公報 特開２００５−１３１５４９号公報 特開２００４−３５８３６４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、沿面放電により帯電微粒子水を生成するための静電霧化ができて構造が簡略化し、精度が良く、製作コストも安く、また、装置のコンパクト化が図れ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、絶縁体１の外面に設けたられた霧化電極部２と、絶縁体１の外面に上記霧化電極部２に対して離して設けられた相手側電極部３と、霧化電極部２に水を供給するための水供給手段４と、霧化電極部２に供給された水に高電圧を印加するための高電圧印加手段５とを備え、高電圧印加手段５により高電圧を印加することで霧化電極部２と相手側電極部３との間で絶縁体１の外面に沿った沿面放電を発生させて霧化電極部２に供給された水を静電霧化することを特徴とするものである。

このように、霧化電極部２に供給された水を沿面放電により静電霧化して帯電微粒子水を生成することができ、従来の霧化針の先端部に供給された水を空中放電により静電霧化するものに比べて、霧化電極部２の構造が簡単な構造となり、装置の組み立てが容易で、精度も高くなり、また、製作コストも安くなり、コンパクト化が図れ、また、沿面放電により静電霧化するので、高電圧をかけなくても大電流を流すことができる。

また、絶縁体１の外面の霧化電極部２と、相手側電極部３との間に遮水部６を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、絶縁体１の外面に設けた霧化電極部２と相手側電極部３との間が水によって短絡するのが防止され、霧化電極部２に供給された水を沿面放電により確実に静電霧化することができる。

また、絶縁体１の一外面に霧化電極部２と相手側電極部３とを設けることが好ましい。

このような構成とすることで、装置をコンパクト化できる。

また、絶縁体１の一外面に霧化電極部２を設けると共に絶縁体１の上記霧化電極部２を設けた一外面とは異なる他の外面に相手側電極部３を設けることが好ましい。

このような構成とすることで、霧化電極部２と相手側電極部３とが水で接続されて短絡するのを防止できる。

また、絶縁体１の外面に面状をした霧化電極部２を形成し、霧化電極部２に絶縁部８を介して該霧化電極部２を冷却するための熱交換器７を設け、霧化電極部２を冷却することで空気中の水分を結露させて霧化電極部２の表面に水を供給することが好ましい。

このような構成とすることで、面状をした霧化電極部２を冷却して霧化電極部２に結露水を生成するので、面状で面積が広くなった霧化電極部２に確実に安定して結露水を生成することができる。

本発明は、上記のように構成したので、沿面放電により霧化電極部に供給された水を静電霧化して帯電微粒子水を生成することができ、霧化電極部の構造が簡略化すると共に装置の構造も簡略化し、精度が良く、製作コストも安く、また、装置のコンパクト化が図れる。

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。

絶縁体１の外面に霧化電極部２と、相手側電極部３とが離して設けてある。添付図面に示す実施形態においては、導電材料よりなる霧化電極部２と、導電材料よりなる相手側電極部３とをセラミックのような絶縁体１の外面に設けてある。

導電材料よりなる霧化電極部２、相手側電極部３を絶縁体１の外面に設けるに当っては、例えば、金属箔や金属板を板状をした絶縁体１の外面に取着して、エッチングすることで、絶縁体１の外面に所定形状の霧化電極部２や相手側電極部３を形成したり、あるいは、金属箔や金属板であらかじめ所定の形状に形成した霧化電極部２や相手側電極部３をそれぞれ絶縁体１の外面に取着したり、あるいは、導電性材料を印刷により絶縁体１の外面に印刷することで、絶縁体１の外面に所定形状の霧化電極部２や相手側電極部３を形成したりすることができる。いずれにせよ、従来の空中放電により静電霧化するための霧化電極部のような精密な３次元加工を必要とすることなく、簡単且つ精度よく霧化電極部２、相手側電極部３を形成できる。

霧化電極部２は面状をしていて、端部に先端が尖った尖部９を設けてある。図１に示す実施形態では霧化電極部２が円板状をしていて、外周縁部に周方向に連続して複数の尖部９を設けた例であり、図２、図３に示す実施形態では霧化電極部２が帯板状をしていて長手方向の一端部に先端が尖った尖部９を設けた例である。

霧化電極部２には高電圧印加手段５が接続してある。また、添付図面に示す実施形態では相手側電極部３はフレームグランド（例えば、本発明の静電霧化装置を組み込む電気機器などのフレーム）に接続してあるが、高電圧印加手段５の一端部を霧化電極部２に、他端を相手側電極部３に接続するものであってもよい。

また、霧化電極部２に水を供給するための水供給手段４が設けてある。水供給手段４として添付図面に示す実施形態では熱交換器７の例が示してある。

熱交換器７としては、例えば、ペルチェユニットを用いることができる。ペルチェユニットは、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムから成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、互いの回路側が向い合うように対向させ、多数列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子を両ペルチェ回路板間で挟持するとともに隣接する熱電素子同士を両側の回路で電気的に接続させ、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り、上記ペルチェユニットの一方の側が冷却側、他方の側が放熱側となっている。この熱交換器７を構成するペルチェユニットの冷却側を絶縁部８を介して霧化電極部２に接続し、霧化電極部２を冷却することで、空気中の水分が霧化電極部２に結露水として生成することで、霧化電極部２に水を供給するようになっている。

図１に示す実施形態では、絶縁体１の外面に設けた霧化電極部２の絶縁体１の外面と反対側の面に絶縁部８を介して熱交換器７の冷却側を接続した例である。

また、図２、図３に示す実施形態では、霧化電極部２及び相手側電極部３を外面に設けた絶縁体１に熱交換器７の冷却側を取付けた例であり、この実施形態では霧化電極部２及び相手側電極部３を設ける絶縁体１が、熱交換器７の冷却側と霧化電極部２との間に介在される絶縁部８を構成している。

この図２、図３に示す実施形態において、板状をした絶縁体１の霧化電極部２を設けた一外面（表側外面）と反対側の他の外面（裏側外面）の上記霧化電極部２に表裏対応する部位に熱交換器７の冷却側を取付けてある。したがって、絶縁体１は熱交換器７の冷却側が取着してある部分が最も冷却される。一方、セラミックのような絶縁体１は金属などに比べると熱を伝え難いが、絶縁体１を板状として薄く形成することで、熱交換器７の冷却側が取着された部分に対応した霧化電極部２を効果的に冷却して霧化電極部２部分に結露水を生成することができる。一方、絶縁体１の外面の霧化電極部２を設けた部分以外の部分は熱交換器７の冷却側との距離が長くなり、霧化電極部２から離れるほどその距離は長くなって熱が伝わりにくく、したがって、絶縁体１の外面の霧化電極部２を設けた部分から離れた部分では結露水ができ難くなっている。

そして、本発明においては、上記のように熱交換器７の冷却側で霧化電極部２を冷却して、空気中の水分を霧化電極部２に結露水として供給すると共に、高電圧印加手段５により上記霧化電極部２に供給された水に高電圧を印加すると、高電圧印加手段５により高電圧を印加することで霧化電極部２と相手側電極部３との間で絶縁体１の外面に沿った沿面放電が発生して霧化電極部２に供給された水が静電霧化される。すなわち、霧化電極部２に供給された水は高電圧が印加することで帯電し、帯電した水にクーロン力が働き、霧化電極部２の端部の尖部９に沿って相手側電極部３側に引かれ、その先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となり、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）を受けて表面張力を超えてはじけるようにして水が分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して静電霧化を行い、活性種（ラジカル）を含むナノメータサイズの帯電微粒子水が発生する。

この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、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、保湿する効果がある。

ここで、絶縁体１の外面の霧化電極部２と、相手側電極部３との間に遮水部６を設けることで、霧化電極部２に供給された水が絶縁体１の外面にこぼれたり、あるいは、絶縁体１の外面の霧化電極部２の近くで仮に結露水が発生することがあっても、該結露水が霧化電極部２から離れた相手側電極部３までつながるのを遮水部６で防止することができ、これにより短絡が生じないようにできる。

図３の実施形態では絶縁体１の外面の霧化電極部２と、相手側電極部３との間に突部を設けて水を遮水する遮水部６を設けた例であるが、突部の代わりに凹溝を形成して遮水部６としてもよい。

また、図１、図２に示す実施形態では絶縁体１の一外面に霧化電極部２を形成し、霧化電極部２を設けた一外面とは異なる他の外面に相手側電極部３を設けることで、絶縁体１の一外面の端部と他の外面の端部との間に部分（絶縁体１の一外面の端部と他の外面の端部とが一致している場合もある）、つまり、絶縁体１の一端部が水切部分となって遮水部６を構成している例である。

また、図１の実施形態のように、絶縁体１とは別の絶縁部８を介して熱交換器７の冷却側を霧化電極部２に接続したものにおいては、絶縁体１を冷却することなく霧化電極部２のみを効果的に冷却して、霧化電極部２に効果的に結露水を生成することができる。

霧化電極部２には表面に結露した水をスムーズに端部の尖部９に供給できるように尖部９側に向かう導水溝を形成したり、あるいは、霧化電極部２の表面を尖部９側に向けて僅かに下り傾斜するように傾斜面としたり、あるいは、霧化電極部２を多孔質として毛細管現象により端部の尖部９側に水を供給するようにしたりするのが好ましい。

また、上記実施形態においては、霧化電極部２に水を供給する水供給手段４としてペルチェユニットのような熱交換器７を用い、該熱交換器７の冷却側を絶縁部８を介して霧化電極部２に接続した例を示したが、熱交換器７の冷却側に絶縁手段を介して冷却板を接続し、該冷却板を冷却することで空気中の水分を冷却板に結露水として生成し、該冷却板に生成した結露水を冷却板に直接接続した、又は通水性を有する接続部材を介して接続した霧化電極部２に供給するようにしたり、あるいは、上記冷却板で生成した結露水を多孔質体あるいは容器よりなる保水部に溜め、保水部に溜めた水を保水部に直接接続した、あるいは、通水性を有する接続部材を介して接続した霧化電極部２に供給するようにしてもよい。これらの実施形態の場合、霧化電極部２としては、供給される水を端部の尖部９側に毛細管現象により供給する多孔質のものが好ましく、この場合には霧化電極部２としては必ずしも金属である必要はない。

また、水供給手段４としては、他の例として水タンクをあげることができ、水タンクに溜めた水を任意の搬送手段で霧化電極部２に供給するようにしてもよい。

本発明の静電霧化装置の一実施形態を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は背面図であり、（ｄ）は霧化電極部を示す平面図である。 同上の静電霧化装置の他の実施形態を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。 同上の静電霧化装置の更に他の実施形態を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１ 絶縁体
２ 霧化電極部
３ 相手側電極部
４ 水供給手段
５ 高電圧印加手段
６ 遮水部
７ 熱交換器
８ 絶縁部

Claims (5)

1. 絶縁体の外面に設けたられた霧化電極部と、絶縁体の外面に上記霧化電極部に対して離して設けられた相手側電極部と、霧化電極部に水を供給するための水供給手段と、霧化電極部に供給された水に高電圧を印加するための高電圧印加手段とを備え、高電圧印加手段により高電圧を印加することで霧化電極部と相手側電極部との間で絶縁体の外面に沿った沿面放電を発生させて霧化電極部に供給された水を静電霧化することを特徴とする静電霧化装置。
2. 絶縁体の外面の霧化電極部と、相手側電極部との間に遮水部を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 絶縁体の一外面に霧化電極部と相手側電極部とを設けて成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電霧化装置。
4. 絶縁体の一外面に霧化電極部を設けると共に絶縁体の上記霧化電極部を設けた一外面とは異なる他の外面に相手側電極部を設けて成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電霧化装置。
5. 絶縁体の外面に面状をした霧化電極部とし、霧化電極部に絶縁部を介して該霧化電極部を冷却するための熱交換器を設け、霧化電極部を冷却することで空気中の水分を結露させて霧化電極部の表面に水を供給することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。

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