JP5265997B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、高電圧の印加によって発生させた高電界で水を静電霧化させる静電霧化装置に関するものである。

霧化電極と、前記霧化電極に水を供給する水供給手段と、前記霧化電極に高電圧を印加する高電圧発生回路とを備えて、前記霧化電極に供給された水を前記高電圧の印加によって発生する高電界で静電霧化させる静電霧化装置が知られており、特に上記水供給手段として、霧化電極を冷却することで空気中の水分を霧化電極上に結露させることで水の供給を行うものが特許文献１などで知られている。

この種の静電霧化装置では、霧化電極先端に付着している水の量に応じて電流値が変化するが、霧化電極への水の供給を、霧化電極を冷却して空気中の水分を霧化電極上に結露させることで行うものにおいては、静電霧化を行うことによる霧化電極先端の水の消費と、霧化電極の冷却量や周囲環境の温湿度による影響を受ける水供給量との関係から、安定した電流値を常に確保することは非常に困難である。

しかも高電圧制御をマイクロコンピュータなどを用いてデジタル制御で行うと、その制御タイミング毎に制御出力量が変化し、この変化に応じた高電圧変化が電流変化を引き起こす。

ここにおいて、単に霧化するだけであれば、霧化量の変化がさほど大きくなければ上記電流値の変化はさほど問題ではないのであるが、上記の静電霧化装置では、イオンやラジカルも同時に発生させているとともに、これらイオンの量やラジカルの量を重視する場合、これらも電流値に応じて変化する為に、電流値を一定値に保つことが重要となる。

一方、高電圧電源回路は一般的に高電圧と電流との間に、電流が増加すると高電圧が低下し、逆に電流が減少すると高電圧が上昇するという垂下特性と称される相関関係があり、この垂下特性の為に、例えば電極先端の水滴同士がつながることによる一時的な電流増加等があると、高電圧が目標値を大きく下回ることがある。そしてこの一時的な高電圧の低下を補う為に高電圧制御の制御出力量を増加させると、これが原因で電流値がさらに増加してしまうことになり、電流値を不安定にさせることになる。

また、電流値が上昇→下降→上昇・・・を繰り返す場合には高電圧は下降→上昇→下降・・・となり、高電圧検出手段の出力のみから高電圧制御を行っていた従来の高電圧制御であると、その制御出力も増加→減少→増加となるため、これがさらに電流値を上昇→下降→上昇・・・させることを繰り返すことになる。

従って、従来のものでは高電圧制御が電流値の不安定化を招くものとなってしまっている。
特開２００５−１３１５４９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、電流値の不安定化を抑えた高電圧制御を行う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、霧化電極と、前記霧化電極に水を供給する水供給手段と、前記霧化電極に高電圧を印加する高電圧発生回路とを備え、前記霧化電極に供給された水を前記高電圧の印加によって発生させた高電界で静電霧化させる静電霧化装置において、前記高電圧を印加することにより流れる放電電流を検出する電流検出手段と、前記霧化電極に印加される高電圧を検出する高電圧検出手段と、上記電流検出手段にて検出した放電電流値を所定電流範囲内に且つ前記高電圧検出手段で検出した高電圧の電圧値を所定電圧範囲内に制御する制御手段とを備えるとともに、前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲内になく且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲内にある時にのみ前記高電圧制御を行うものであることに特徴を有している。電圧値に加えて電流検出手段で得られた電流値にも応じて高電圧制御を行うものである。

前記制御手段は、前記制御手段は、前記放電電流値が前記所定電流範囲内で且つ放電電流値が上昇または下降のいずれか一方である時に前記高電圧制御を行うものであることが好ましい。

そして、前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも高く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも低い状態が所定時間経過した後にも前記高電圧制御を行うものであるとともに、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも低く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも高い状態が所定時間経過した後にも前記高電圧制御を行うものであることが好ましく、また前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも高く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも高い時にも前記高電圧制御を行うものであることが好ましく、更には前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも低く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも低い時にも前記高電圧制御を行うものであることが好ましい。

本発明は、高電圧発生回路の特性である電圧と電流との相関による影響を抑えて高電圧制御を行うために、電流値の変化を低減させて安定化を図ることができるものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明すると、この静電霧化装置は、図２に示すように、霧化電極１１と、霧化電極１１に対向する対向電極１７とを備えており、霧化電極１１には高電圧発生回路１２が接続されている。また、上記霧化電極１１に水を供給する水供給手段として、該霧化電極１１を冷却して空気中の水分を霧化電極１１上に結露させることで霧化電極１１に対して水を供給するペルチェ素子１３及びペルチェ用電源１４を備えている。

図中２は上記ペルチェ用電源１４及び高電圧発生回路１２を制御するためのマイクロコンピュータからなる制御回路であり、高電圧検出回路１５及び放電電流検出回路１６からの高電圧信号及び放電電流信号に応じて、ペルチェ１１の冷却具合や高電圧発生回路１２が霧化電極１１に印加する電圧を制御する。この時、制御回路２による高電圧発生回路１２の制御は、基本的に予め設定された目標範囲内の高電圧が霧化電極１１に印加されるように制御するフィードバック制御であるとともにＰＷＭ制御によるデューティ比の変更で高電圧値を変更するものであり、静電霧化が正常に行われておれば、図３に示すように、一時的に電流が乱れ、これに伴って電圧が目標電圧範囲Ｔｖ外に外れても、電流が再び目標電流範囲Ｔｉ内に戻れば、電圧制御しなくても電圧は目標電圧範囲Ｔｖ内に戻る。

図１に上記制御回路２における高電圧制御についての制御フローを示す。静電霧化を行うにあたっては、ペルチェ用電源１４を通じてペルチェ素子１３を動作させることで霧化電極１１を冷却して霧化電極１１上に水を供給する。

また、高電圧電源回路１２に高電圧制御信号を送って霧化電極１１への高電圧の印加を開始し、発生させた高電界で霧化電極１１上の水を静電霧化させる。この時、制御回路２は、高電圧電源回路１２から霧化電極１１に印加する高電圧の電圧値を高電圧検出回路１５から高電圧信号として取り込むとともに、放電電流値を放電電流検出回路１６から放電電流信号として取り込む。

そして上記制御回路２は、高電圧制御の制御サイクル毎に、高電圧値が予め設定された所定の目標範囲内にあるかどうかをチェックして目標範囲内にあれば、高電圧制御を更新せずにそれまでの高電圧制御信号を維持し、目標範囲内になければ放電電流が予め設定された所定の目標範囲内にあるかどうかをチェックして目標範囲内になければ、やはり高電圧制御を更新せずにそれまでの高電圧制御信号を維持する。

放電電流が上記目標範囲内にあれば、さらに放電電流値が前回の放電電流値よりも増加（上昇）しているかどうかをチェックして増加していない時には高電圧制御を更新せずにそれまでの高電圧制御信号を維持し、上昇している時には高電圧制御を更新して高電圧発生回路１２が霧化電極１１に印加する高電圧を調整する。なお、ここでは電流値が増加（上昇）している時としたが、逆に低下（下降）している時としてもよい。

一般的に、高電圧と放電電流とは高電圧発生回路１２のハード上の特性のために、電圧が高くなると電流が低下し、電圧が低くなると電流が上昇する。そして、霧化電極１１上の結露によって生成された水の量によって放電電流が変化する時、高電圧も変化する。

ここにおいて、高電圧が目標範囲Ｔｖから外れても、それが霧化電極１１上の水滴同士がつながることなどによる水量の一時的変化による放電電流の変化によるものであれば、静電霧化動作の進行で霧化電極１１上の水量が所定量に戻れば放電電流も目標範囲Ｔｉ内に戻るとともに高電圧値も目標範囲Ｔｖ内に戻るために、高電圧制御は行わずに推移を見るのである。

また、高電圧値が目標範囲内になくて放電電流値が目標範囲内にある時でも、上述のように放電電流が増加（または低下）している時にしか高電圧制御の更新をしないのは次の理由による。

すなわち、単に高電圧値が目標範囲内になくて放電電流値が目標範囲内にあれば高電圧の制御を行うと、図５に破線で示すように、半周期毎（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点・・・）で高電圧制御で上昇→下降→上昇→下降・・・を繰り返してしまうことがある。しかし、放電電流が増加（または低下）している時という条件を付加することで、上記悪影響は最初の電流上昇（または下降）時のみに抑えることができる。

最初の電流の上昇または下降変化時に高圧制御出力を減少または増加させることにより、次の電流上昇時（または下降時）に高圧制御出力を減少または増加させる必要がなくなるものである。電流の下降時に高圧制御出力を更新し、電流の上昇時には高圧制御出力を更新しない場合のタイムチャートを図５に実線で示す。Ａ点のみで高電圧を上昇させている。

もっとも、上記の高電圧制御は静電霧化が正常に行われている場合を想定したものであり、実際の静電霧化運転に対しては、運転初期の霧化電極１１上に水滴が供給されていない状態、温湿度とペルチェ素子１３の冷却能との関係で霧化電極１１上に結露させることができない場合などの状態も想定されるものであり、このような非定常状態も含めれば、次の条件を満たす場合も高電圧制御を行うことが好ましい。

第１に高電圧の電圧値が目標電圧範囲よりも高く且つ電流値が目標電流範囲よりも低い時もしくは高電圧の電圧値が目標電圧範囲よりも低く且つ電流値が目標電流範囲よりも高い状態がたとえば２００秒以上経過した時、第２に高電圧電圧値が目標電圧範囲の上限を越え且つ放電電流値が目標電流範囲の上限より大きい時、第３に高電圧電圧値が目標電圧範囲の下限より低く且つ放電電流値が目標電流範囲の下限より小さい時である。

本発明の実施の形態の一例における動作を示すフローチャートである。 同上のブロック回路図である。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の動作を示すタイムチャートである。 同上の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

２ 制御回路
１１ 霧化電極
１２ 高電圧発生回路
１３ ペルチェ素子
１５ 高電圧検出回路
１６ 放電電流検出回路

Claims (5)

1. 霧化電極と、前記霧化電極に水を供給する水供給手段と、前記霧化電極に高電圧を印加する高電圧発生回路とを備え、前記霧化電極に供給された水を前記高電圧の印加によって発生させた高電界で静電霧化させる静電霧化装置において、
   前記高電圧を印加することにより流れる放電電流を検出する電流検出手段と、前記霧化電極に印加される高電圧を検出する高電圧検出手段と、上記電流検出手段にて検出した放電電流値を所定電流範囲内に且つ前記高電圧検出手段で検出した高電圧の電圧値を所定電圧範囲内に制御する制御手段とを備えるとともに、前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲内になく且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲内にある時にのみ前記高電圧制御を行うものであることを特徴とする静電霧化装置。
2. 前記制御手段は、前記放電電流値が前記所定電流範囲内で且つ放電電流値が上昇または下降のいずれか一方である時に前記高電圧制御を行う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。
3. 前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも高く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも低い状態が所定時間経過した後にも前記高電圧制御を行うものであるとともに、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも低く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも高い状態が所定時間経過した後にも前記高電圧制御を行うものであることを特徴とする請求項１または２記載の静電霧化装置。
4. 前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも高く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも高い時にも前記高電圧制御を行うものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
5. 前記制御手段は、前記高電圧が前記所定電圧範囲よりも低く且つ前記電流検出手段にて検出した放電電流値が上記所定電流範囲よりも低い時にも前記高電圧制御を行うものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電霧化装置。

Images