JP5342464B2

JP5342464B2 - 電気器具

Info

Publication number: JP5342464B2
Application number: JP2010010006A
Authority: JP
Inventors: 修今堀; 利久平井; 晃秀須川; 史生三原; 昭輔秋定; 智治渡邉; 浩一吉岡; 健太郎小林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: JP2010104989A

Description

本発明は、電気器具に関するものである。

静電霧化装置とは、放電極と、放電極に対向して位置する対向電極と、放電極に水を供給する供給手段とを備え、放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで放電極に保持される水を霧化させ、ナノサイズで強い電荷を持つマイナスイオンミスト（以下、これをナノイオンミストという）を発生させるものである（特許文献１参照）。ナノイオンミストの粒径は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、このナノイオンミストの曝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るようになっている。また、脱臭効果や毛髪の保湿効果等の他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。

しかし、上記特許文献１に示されたような従来の静電霧化装置は、水の供給手段として、水が充填される水タンクと、水タンク内の水を毛細管現象により放電極にまで搬送する水搬送部を備えた構造であることから、使用者は水タンク内に水を補給し続ける必要があり、面倒な水補給の手間が強いられるという問題があった。また、上記の静電霧化装置においては、水タンクに補給する水が水道水のようなＣａ，Ｍｇ等の不純物を含む水であった場合には、この不純物が空気中のＣＯ_２と反応して水搬送部の先端部にＣａＣＯ_３やＭｇＯ等を析出付着させ、ナノイオンミストの発生を妨げるという問題があった。

特許第３２６０１５０号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、使用者に水補給の手間や付着物除去の手間を強いることなく、イオンミストを人体に曝露させて保湿することのできる静電霧化装置を備えた電気器具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を、静電霧化装置を備えた電気器具であって、この静電霧化装置が、熱交換によって空気を冷却して結露水を生成する熱交換部を備え、この結露水を放電極に保持させた状態で、放電極の先端に電荷が集中するように高電圧を印加することで、送風により空気中に漂わせて人体の肌に曝露して保湿するためのナノイオンミストを生成するものであることを特徴としたものとする。上記のように、空気中の水分を基にして水が生成されるようにすることで、水補給や付着物除去の手間が不要になる。

また、本発明が、静電霧化装置を備えた電気器具であって、この静電霧化装置が、熱交換によって空気を冷却して水分を氷結させる熱交換部を備え、氷結した氷を溶解させ、溶解した水を放電極に保持させた状態で、放電極の先端に電荷が集中するように高電圧を印加することで、送風により空気中に漂わせて人体の肌に曝露して保湿するためのナノイオンミストを生成するものであることを特徴としたものであってもよい。

本発明は、使用者に水補給の手間や付着物除去の手間を強いることなく使用することの可能な電気器具を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態における一例のイオンミストによる保湿方法に用いる静電霧化装置の断面形状を示す説明図である。同上の静電霧化装置の他の断面形状を示す説明図である。同上の静電霧化装置の全体を示す説明図である。本発明の実施の形態における他例のイオンミストによる保湿方法に用いる静電霧化装置の断面形状を示す説明図である。同上の放電極の保水部の別形態を示す概略断面図であり、（ａ）は軸心部分が保水部である形態、（ｂ）は外表面が保水部である形態、（ｃ）は二つ割りにして隙間を保水部とした形態を示している。同上の放電極に保水面を設けた形態を示す概略断面図であり、（ａ）は保水面を平坦状にした形態、（ｂ）は（ａ）の保水面に突起を設けた形態、（ｃ）は保水面を凹曲面状にした形態、（ｄ）は（ｃ）の保水面に突起を設けた形態を示している。

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１〜図３には、本発明の実施の形態における一例のイオンミストによる保湿方法に用いる静電霧化装置を示している。本例の静電霧化装置の外殻を成す本体ケース１０は、両端の開口した四角筒状のミスト発生ケース１と、一端側が開口した四角筒状の送風・放熱ケース２とを連通接続させることで形成されている。送風・放熱ケース２のミスト発生ケース１との接続側には熱交換部配置口３を開口させており、この熱交換部配置口３内に熱交換部４を嵌合させている。熱交換部４は、半導体電子熱交換素子であるぺルチェ素子５の吸熱側に平板状の冷却部６を接続させるとともに、該ぺルチェ素子５の放熱側にフィン形状の放熱部７を接続させて形成したものでる。なお、上記の放熱部７は熱伝導率が高い材料（本例ではアルミニウム）で形成したものであり、上記の冷却部６は熱伝導率が高く且つ電気伝導率が低い（絶縁性の）材料で形成したものである。

熱交換部４の放熱部７は送風・放熱ケース２内に位置し、冷却部６はミスト発生ケース１内に位置するものであり、ミスト発生ケース１内において冷却部６の中央に円錐台状に隆起させてある基台部６ａに放電極１１の基端部１１ｂを埋設させることで、この放電極１１を冷却部６上に立設させている。放電極１１は、熱伝導率が高く且つ電気伝導率が高い材料（本例ではアルミニウム）を用いて形成される円柱形状の部材であり、その先端部１１ａは鋭利な円錐形状となっている。ミスト発生ケース１の、放電極１１の先端部１１ａとの対向側に開口させてあるミスト吐出口１２の中央部分には、リング状の対向電極１３を位置させている。この対向電極１３と放電極１１とは高電圧印加部１４を介して接続されており、放電極１１の先端部１１ａと対向電極１３との間に、放電極１１の先端部１１ａ側がマイナス電極となるように高電圧が印加されるようになっている。

送風・放熱ケース２内には、モーターファンである送風部１５を放熱部７と対向するように配しており、送風部１５を駆動させることで送風・放熱ケース２側からミスト発生ケース１側に向けて空気の流れが発生するようになっている。送風・放熱ケース２内には、熱交換部配置口３の開口縁から放熱部７側に向けて、放熱部７の周囲を囲む隔壁１６を延設しており、この隔壁１６により囲まれて放熱部７が位置することとなる内部空間と、送風・放熱ケース２の外部とを、送風・放熱ケース２の側周壁２ａであって放熱部７と近接する部分に開口させてある放熱口２２を介して連通させている。また、送風・放熱ケース２の側周壁２ａと隔壁１６との間には所定の空隙１７を設けており、この空隙１７が、送風・放熱ケース２の熱交換部配置口３の近傍に形成した通風口１８を介してミスト発生ケース１内と連通するようになっている。

なお、図中の１９は、送風部１５への電源供給を制御することで送風部１５から発生する送風量を制御する送風制御部１９であり、図中の２０は、ぺルチェ素子５への電源供給を制御することで該ぺルチェ素子５（即ち熱交換部４）の冷却能力を制御する冷却制御部である。

しかして、上記した静電霧化装置において、冷却制御部２０により熱交換部４のぺルチェ素子５にＤＣ電源を供給すると、ペルチェ素子５内において熱の移動が生じ、吸熱側に接続させてある冷却部６を介して放電極１１が冷却され、放電極１１の周囲の空気が冷却されて結露点以下に至ることで該放電極１１の表面上に結露水が生じる。そして、放電極１１の特に先端部１１ａに水が結露した状態で、高電圧印加部１４により放電極１１の先端部１１ａ側がマイナス電極となり電荷が集中するように高電圧を印加すると、先端部１１ａに保持される水（即ち結露水）が大きなエネルギを受けてレイリー分裂を繰り返し、ナノイオンミストＭを大量に発生させる。ナノイオンミストＭは、放電極１１と対向して位置する対向電極１３側に放出され、ミスト吐出口１２を介してミスト発生ケース１の外部へと吐出される。なお、本例においては放電極１１を先端部１１ａを除いては同一断面形状としているが、基端部１１ｂを平板状に形成するとともに該基端部１１ｂの平面部分が熱交換部４の冷却部６に接続されるように配した場合には、放電極１１を更に効率的に冷却してナノイオンミストＭを効率良く発生させることができる。また、放電極１１の先端部１１ａが鋭利に形成する程に電気力線を高密度に形成して放電効率を高くすることができる。放電極１１の先端部１１ａと対向電極１３との間の距離は、電気力線が高密度に形成されてナノイオンミストＭが高効率で発生するような、適当な空間距離に設定しておくことが好適である。ミスト発生ケース１の材質については、これを絶縁材料とすることが好ましいが、仮に対向電極１３と同様の導電材料を用いる場合には、放電極１１とミスト発生ケース１との間に十分な空気絶縁距離を設けておくことが必要である。

つまり、本例の静電霧化装置は、放電極１１に水を供給する供給手段として、熱交換部４を用いて放電極１１を冷却し、結露により放電極１１部分（特に先端部１１ａ）に直接水を生成させる水生成手段を用いたものであり、このような手段を用いることで、使用者自身が水を補給する手間が不要になるとともに、結露により生成された水には不純物が含まれないことからＣａＣＯ_３やＭｇＯ等の析出付着が防止されることとなる。しかも、水が放電極１１に直接生成されることから、運転を開始（つまり熱交換部４で冷却を開始）してからナノイオンミストＭを発生させるまでの時間が短くて済み、ヘアドライヤ等の短時間だけ使用する商品にも問題なく備えることができる。加えて、水を充填させておく為の水タンクや、水タンク内の水を放電極１１にまで搬送する水搬送部といった部材を備える必要がないので装置全体がコンパクト化されるものである。

本例においては、放電極１１が高電圧印加部１４と直接接続される構成としているが、上記構成に限らず、例えば冷却部６を放電極１１と同様に熱伝導率が高く且つ電気伝導率が高い（導電性の）材料で形成するとともに該冷却部６を高電圧印加部１４と接続させ、高電圧印加部１４により冷却部６と対向電極１３との間に高電圧を印加することで、放電極１１の先端部１１ａに電荷を集中させる構成にしても構わない。冷却部６と放電極１１をアルミニウム等の同一材料で形成する場合には、冷却部６と放電極１１を一体に形成してもよく、これによれば熱伝導のロスも少なく且つ構造もコンパクト化されるという利点がある。但し、上記のように冷却部６を熱伝導率の高い材料で形成する場合は、ぺルチェ素子５と冷却部６との間に、熱伝導率が高く且つ電気伝導率が低い材料を介在させることが好ましい。

また、本例の静電霧化装置においては、放電極１１部分に水を生成する手段として、放電極１１の冷却により空気中の水分を放電極１１に直接結露させる結露手段を用いているが、熱交換部４による冷却能力が強過ぎる場合には、空気中の水分が冷却により放電極１１に氷結して生成されることとなる。この場合、熱交換部４は放電極１１の冷却により空気中の水分を放電極１１に氷結させる氷結手段として働くこととなるが、この放電極１１に氷結した氷を溶解させて水を生成する溶解手段を備えることで、問題なく放電極１１に水を生成することができる。上記溶解手段としては、やはり熱交換部４が好適に用いられ、冷却制御部２０からの通電制御により一時的に熱交換部４への通電を低下又は停止させて放電極１１の温度を上げること、若しくは、極性を逆転させることで熱交換部４の吸熱側と放熱側とを入換えて放電極１１を加熱することで、氷結した氷を溶解させることができる。

更に、本例の静電霧化装置において、送風制御部１９により送風部１５を駆動させると、前述したように送風・放熱ケース２側からミスト発生ケース１側に向けて空気の流れが発生することとなる。送風・放熱ケース２の側周壁２ａであって送風部１５を挟んで放熱部７が配してある側と反対側の部分には、円形状を成す吸気口８を複数開口させており、送風部１５の駆動によって外部空気が吸気口８を介して送風・放熱ケース２つまり本体ケース１０内に導入され、放熱部７側に向けて送り出されるようになっている。送風部１５からの流路は、放熱部７に至る前に、隔壁１６で囲まれた内部空間に流入した後に放熱口２２を通って外部に吐出される放熱流路Ｒ１と、送風・放熱ケース２の側周壁２ａと隔壁１６との間の空隙１７を通り、通風口１８を介してミスト発生ケース１内に流入して放電極１１の先端部１１ａ近傍を通過して冷却された後にミスト吐出口１２から外部に吐出される冷却流路Ｒ２とに分岐される（図１、図２の矢印を参照）。ここで、放熱流路Ｒ１を通る空気は、隔壁１６の内部空間中にて放熱部７の近傍を通過して熱を奪った後に外部に吐出され、熱交換部４の放熱性能を向上させるようになっている。また、冷却流路Ｒ２を通る空気は、放電極１１の特に先端部１１ａに外部空気を継続的に供給して水の生成量を向上させるとともに、この生成水から発生したナノイオンミストＭを外部に向けて勢い良く誘引するようになっている。

即ち、本例の送風部１５は、放熱部７側と放電極１１側のそれぞれに空気を送り出すものであるが、上記のように送風部１５から放電極１１に外部空気を供給する冷却流路Ｒ２と別流路で、送風部１５から放熱部７に外部空気を送り込んだ後に外部に吐出させる放熱流路Ｒ１を設けることで、放電極１１にて水が生成されやすくなっている。というのも、仮に放熱部７側で温められて乾燥した空気が放電極１１側に送り出されて冷却された場合には、相対湿度が上がり辛いために水が生じ難くなるが、本例のように放電極１１が放熱部７の下流に位置しないように外部空気の流路を別流路で形成することで、放電極１１側において相対湿度が上がり易くなって水が生じ易くなるからである。また、仮に放電極１１を通過した空気が放熱部７に送り出された場合には、放電極１１で発生したナノイオンミストＭが放熱部７に付着してしまって外部に吐出され難くなるので、本例のように放熱部７が放電極１１の下流に位置しないように外部空気の流路を別流路で形成することで、ナノイオンミストＭの吐出効率が向上するという利点もある。

また、本例の静電霧化装置においては、冷却制御部２０や送風制御部１９が、放電極１１での水の生成状態に基づいて熱交換部４の冷却能力や送風部１５から放電極１１への送風量を制御して、水が生成され易い状態では水の生成を抑制し、水が生成され難い状態では水の生成を促進するようにしている。ここで、放電極１１と対向電極１３との間の印加電流や、放電極１１に供給される外部空気の温度や湿度が、いずれも放電極１１における水の生成状態と高い相関性を有していることから、本例においては放電極１１での水の生成状態を検知する水生成検知手段として、放電極１１と対向電極１３との間の印加電流を検知する印加電流検知部２３と、放電極１１に供給される外部空気の温度と湿度の少なくとも一方を検知する温湿度センサ２４とを備えている。例えば放電極１１にて氷結が生じている場合には印加電流が低下するものであるが、これを印加電流検知部２３で検知するとともに、印加電流検知部２３の出力に基づいて冷却制御部２０が熱交換部４の冷却能力を低下させるか、又は送風制御部１９が送風部１５からの送風量を増加させることで、放電極１１の温度を上げて氷結した氷を溶解させることができる。また、一般的に放電極１１に送り込む外部空気の温度や湿度が低い場合は結露等により水を生成し難いので、例えば、本体ケース１０内の吸気口８付近に配してある温湿度センサ２４にて検知した温度や湿度が低い場合には、温湿度センサ２４の出力に基づいて冷却制御部２０が熱交換部４の冷却能力を向上させるか、又は送風制御部１９が送風部１５からの送風量を低減させることで、放電極１１の温度を下げて結露等により水を生成し易い状態にすることができる。つまり、上記構成によって、水を生成し易い環境であるか否かに関わらず放電極１１に安定的に水を生成し、ナノイオンミストＭを継続的に発生させることが可能となるのである。

本例の静電霧化装置にあっては、送風部１５により送り出された空気に誘引されて、１時間に２０兆個程度のナノイオンミストＭが外部に吐出され、吐出後２０分程度空気中に漂う性質を有しているので、ナノイオンミストＭの曝露による高い保湿効果や脱臭効果等の多様な効果が得られるものである。なお、ここでの脱臭効果は、ナノイオンミストＭ中に包まれるラジカルが、例えば下記の反応式のように各種の臭い成分を分解することによると推察される。
アンモニア：２ＮＨ_３＋６・ＯＨ→Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
アセトアルデヒド：ＣＨ_３ＣＨＯ＋６・ＯＨ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ
酢酸：ＣＨ_３ＣＯＯＨ＋４・ＯＨ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２＋４Ｈ_２Ｏ
メタンガス：ＣＨ＋４・ＯＨ＋Ｏ_２→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
一酸化炭素：ＣＯ＋２・ＯＨ→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ
一酸化窒素：２ＮＯ＋４・ＯＨ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
ホルムアルデヒド：ＨＣＨＯ＋４・ＯＨ→ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ
即ち、本例の静電霧化装置は、高い保湿効果や脱臭効果が得られることに加えて、水補給や付着物除去の手間が不要となっている。また、放電極１１を冷却して結露水を生成するので、使用を開始してからナノイオンミストＭを発生させるまでの時間が短くて済み、全体にコンパクトに形成されるものであることから、加湿器やエステスチーマーや空気清浄機等に用ることは勿論、例えばスタンド照明器具等の室内常設器具や、又はヘアドライヤ、髪質改善器具等の手持ち式電気器具等の、短時間だけ使用する商品にも、問題なく装備させて付加価値を得ることができるものである。

次に、本発明の実施の形態における他例のイオンミストによる保湿方法に用いる静電霧化装置について説明するが、一例と同様の構成については説明を省略するとともに、一例とは異なる特徴的な構成についてのみ以下に述べる。図４に示すように、本例の静電霧化装置は、放電極１１に、毛細管現象により余剰分の水を長時間に亘って保持しておくことの可能な保水部２５を備えたものである。上記保水部２５は、円柱状を成す放電極１１の外周部分を成す金属メッシュ部２６により構成されており、放電極１１はこの外周部分の金属メッシュ部２６と軸心部分の放電極本体部２７とで二層構造に形成されている。また、本体ケース１０内における放電極１１の基端部１１ｂの周囲部分には、同じく毛細管現象により水を保持し得る保水部２５であるフェルト部２８を配しており、金属メッシュ部２６とフェルト部２８とを該フェルト部２８側から突設した導水部２８ａを介して相互に水が行き交うように接続させている。

上記構成により、本例の静電霧化装置においては、結露等による放電極１１部分での水の生成量が多い場合には、余剰分の水が放電極１１の外周部分を構成する金属メッシュ部２６に蓄えられ、更に水の余剰量が多い場合には導水部２８ａを介してフェルト部２８にまで送られて蓄えられるので、放電極１１の先端部１１ａで霧化される水量よりも放電極１１部分で生成される水量の方が多い場合には余剰分を金属メッシュ部２６やフェルト部２８から成る保水部２５に蓄えておいて、放電極１１の先端部１１ａで霧化される水量よりも放電極１１部分で生成される水量の方が少ない場合に、保水部２５に蓄えておいた水を放電極１１の先端部１１ａに供給することができる。また、余剰分の水がぺルチェ素子５等の他の部材にまで流入して短絡を生じることが防止されるという利点もある。加えて、本例においては保水部２５である金属メッシュ部２６が放電極１１の外周部分を構成するものであることから、この金属メッシュ部２６においても結露等により水が直接生成されることとなり、効率良く水が生成されて保持されるという利点があり、また、放電極本体部２７が軸心部分を構成するので先端部１１ａが冷却され易いという利点がある。

また、本例の静電霧化装置は一つの冷却部６に複数の放電極１１を立設した構成であり、上記の簡単な構成によりナノイオンミストＭを大量に発生させることが可能になっている。

図５には、放電極１１の一部に形成される保水部２５の別形態をそれぞれ示している。図５（ａ）には、円柱状を成す放電極１１の軸心部分が多孔質セラミックス等の毛細管現象を生じ得る材料から成る保水部２５であり、外周部分が熱伝導率と電気伝導率の高い金属材料等から成る放電極本体部２７である二層構造のものを示している。また、図５（ｂ）には、円柱状を成す放電極１１の外表面部分２９にエッチング等により溝を形成することで毛細管現象を生じ得る凹凸形状を設け、この外表面部分２９を保水部２５としたものを示しており、図５（ｃ）には、円柱状を成す放電極１１を軸方向に沿って二つ割りに形成するとともに、二つ割りした両半部を毛細管現象を生じ得る隙間３０を介して突き合わせた構造であって、該隙間３０が保水部２５となるものを示している。

図５（ａ）〜（ｃ）のいずれの構造においても、放電極１１の一部のみを毛細管現象を生じ得る保水部２５とし、保水部２５以外の部分をバルク状（即ち、隙間の詰まった状態）に形成しているので、保水部２５以外の部分で熱や電気を高効率で伝達してナノイオンミストＭを発生させるとともに、保水部２５においては既述のように余剰分の水を保持しておくことができる。なお、図５（ａ）の構造においては、保水部２５のみ親水性に処理し、他の部分の表面は撥水性に処理しておくことが好ましい。また、図５（ｂ）の構造のように放電極１１の外表面部分２９に保水部２５を形成する他の手段として、外表面部分２９にプラズマ処理やアルマイト処理を施して親水性を付与することや、外表面部分２９に親水性付与材を塗布することも好適である。また、図５（ｃ）に示す構造において放電極１１は万年筆のような二つ割り形状でなくてもよく、軸方向に沿って三以上の複数の部分に分割されるとともに分割された各部分が毛細管現象を生じ得る隙間３０を介して付き合わされた構造であればよいものである。

図６には、放電極１１の更に別形態として、放電極１１の円錐形状を成す先端部１１ａに、結露等により生成した水を表面張力により保持する為の保水面３１を形成したものを示している。図６（ａ）、（ｂ）に示すものは保水面３１を平坦に設けた構造であり、図６（ｃ）、（ｄ）に示すものは保水面３１を凹曲面状に設けた構造であるが、いずれの構造にあっても放電極１１部分に生成した水が保水面３１上に貯まるので霧化が連続的に且つ安定的に発生するものである。また、霧化量も増加することとなる。なお、図６（ｂ）、（ｄ）に示すものはそれぞれ保水面３１上に一以上（本例では一つ）の針状の突起３２を設けた構造であるが、突起３２を設けることで該突起３２部分に電荷を集中させて霧化量を増加させることができる。

４熱交換部
６冷却部
７放熱部
１１放電極
１３対向電極
１４高電圧印加部
１５送風部
１９送風制御部
２０冷却制御部
２３印加電流検知部
２４温湿度センサ
２５保水部
Ｒ１放熱流路
Ｒ２冷却流路
Ｍナノイオンミスト

Claims

静電霧化装置を備えた電気器具であって、この静電霧化装置は、熱交換によって空気を冷却して結露水を生成する熱交換部を備え、この結露水を放電極に保持させた状態で、放電極の先端に電荷が集中するように高電圧を印加することで、送風により空気中に漂わせて人体の肌に曝露して保湿するためのナノイオンミストを生成するものであることを特徴とする電気器具。
静電霧化装置を備えた電気器具であって、この静電霧化装置は、熱交換によって空気を冷却して水分を氷結させる熱交換部を備え、氷結した氷を溶解させ、溶解した水を放電極に保持させた状態で、放電極の先端に電荷が集中するように高電圧を印加することで、送風により空気中に漂わせて人体の肌に曝露して保湿するためのナノイオンミストを生成するものであることを特徴とする電気器具。