JP5480516B2

JP5480516B2 - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP5480516B2
Application number: JP2009077675A
Authority: JP
Inventors: 健太郎小林; 崇史大森; 純平大江
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010227806A

Description

本発明は、帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置に関し、詳しくは、回路構成の簡略化や信頼性向上のための技術に関する。

帯電微粒子水を発生させることのできる静電霧化装置として、放電電極を冷却して生成した結露水に電圧を印加することによって帯電微粒子水を生成するものが知られている（特許文献１参照）。

この静電霧化装置は図１６に示すようなもので、多数の熱電素子２を両側から回路板５０で挟み込むことによって熱交換ブロック６０を構成している。回路板５０は、絶縁基板５１の片面に回路パターン５２を形成したものであって、一方の回路板５０の回路パターン５２によって熱電素子２の放熱側の端部同士を電気接続させ、他方の回路板５０の回路パターン５２によって熱電素子２の吸熱側の端部同士を電気接続させている。

各熱電素子２には、放熱側の回路パターン５２に接続させた一対のリード９を介して通電を行う。該通電により、各熱電素子２が吸熱と放熱を行う。

各熱電素子２の吸熱側が接合される回路板５０には、熱伝導性の冷却板７０を介して放電電極１を接続させている。放電電極１は、基台部１ａから柱状の放電部１ｂを突設したものであり、該基台部１ａの底面を冷却板７０に接触させている。放電電極１の放電部１ｂには、高圧印加用のリード１３を接続させている。

各熱電素子２の放熱側が接合される回路板５０には、放熱部材７１を接続させている。放熱部材７１には、熱電素子２や回路パターン５２を該放熱部材７１との間で密閉する筐体７５を、ねじ固定させてある。筐体７５の内面には、放電電極１の基台部１ａや冷却板７０を収容する凹所７６を形成している。凹所７６の中央には貫通孔７７を設けており、該貫通孔７７を通じて、放電電極１の放電部１ｂを突出させている。

また、筐体７５によって、放電電極１の放電部１ｂの先端と対向する位置に、リング状の対向電極１１を支持させている。図示例では対向電極１１と放電電極１とを電気接続させているが、対向電極１１は接地させてあってもよい。

上記静電霧化装置においては、放電電極１が保持する水に高電圧を印加するための回路と、各熱電素子２に通電を行うための回路とを、別々に構成している。そのため、回路構成が全体に大型化し、装置のコンパクト化の障害になるという問題がある。

また、放電電極１と外部電源とを直接接続させるために、リード１３等の配線を大きく引き出す必要があり、該配線に外力が加わった場合には放電電極１が引っ張られ（図中矢印参照）、放電電極１に破損を生じる虞や、放電電極１と熱電素子２の間で界面に剥離を生じる虞があるといった問題がある。

特開２００６−０００８２６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、静電霧化装置のコンパクト化を実現し、さらに装置の信頼性を高めることを課題とする。

本発明は、放電電極１と、通電による吸熱作用で放電電極１を冷却させる熱電素子２と、熱電素子２に通電を行う通電路４とを具備し、放電電極１を冷却して生成した結露水に電圧を印加することで帯電微粒子水を生成する静電霧化装置である。そして、放電電極１と対向する位置に対向電極１１を備え、対向電極１１側に高電圧を印加するように設け、通電路４の一方の端子を接地端子とし、通電路４の接地端子と熱電素子２の間に放電電極１を電気接続させることで、通電路４中に放電電極１を電気接続させ、放電電極１を接地させるように設けたことを特徴としている。

上記構成から成る本発明の静電霧化装置によれば、放電電極１の結露水に高電圧を印加するための回路と、熱電素子２に通電を行うための回路とを、共通化することができる。そのため、装置全体のコンパクト化が容易となる。また、放電電極１に接続させたリード等に外力が加わり、放電電極１が引っ張られて破損を生じるといった虞も低減される。

本発明の静電霧化装置において、上記通電路４は、熱電素子２の吸熱側または放熱側に接合される電極部５を含むものであり、放電電極１を、該電極部５に対して電気接続させていることが好ましい。このようにすることで、放電電極１と電極部５とを電気接続させるリード等の構造がさらにコンパクト化される。また、放電電極１に接続させたリード等に外力が加わって破損を生じるといった虞がさらに低減される。

放電電極１に電気接続される上記電極部５は、熱電素子２の吸熱側に接合される電極部５であることがさらに好ましい。吸熱側の電極部５は放電電極１に近い側であるから、このようにすることで、放電電極１と電極部５とを電気接続させるための構造がさらにコンパクト化される。また、放電電極１に接続させたリード等に外力が加わって破損を生じるといった虞がさらに低減される。加えて、放電電極１の電気接続は吸熱側の部材間で完結した構造となるので、該構造内の熱移動によって放電電極１の冷却効率が低下することが防止される。

請求項１に係る発明は、装置全体をコンパクトに形成することができるという効果や、放電電極がリードに引っ張られて破損を生じる等の事態を防止して、信頼性を高めることができるという効果や、回路構成がより安全且つ簡単に組まれるという効果を奏する。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、装置全体がさらにコンパクト化されるという効果や、装置の信頼性がさらに高まるという効果を奏する。

また請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明の効果に加えて、装置全体がさらにコンパクト化されるという効果や、装置の信頼性がさらに高まるという効果や、放電電極の冷却性能を確保することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における第１例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。同上の静電霧化装置において対向電極を省いた場合を概略的に示す側面図である。本発明の実施形態における第２例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。本発明の実施形態における第３例の静電霧化装置を概略的に示す側面図である。同上の静電霧化装置において冷却板を省いた場合を概略的に示す側面図である。同上の静電霧化装置で用いる吸熱側の回路板を概略的に示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。同上の回路板の変形例を概略的に示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。第１例の静電霧化装置の変形例を概略的に示す側面図である。第１例の静電霧化装置の他の変形例を概略的に示す側面図である。第２例の静電霧化装置の変形例を概略的に示す側面図である。第２例の静電霧化装置の他の変形例を概略的に示す側面図である。第２例の静電霧化装置のさらに他の変形例を概略的に示す側面図である。第３例の静電霧化装置の変形例を概略的に示す側面図である。第３例の静電霧化装置の他の変形例を概略的に示す側面図である。第３例の静電霧化装置のさらに他の変形例を概略的に示す側面図である。従来の静電霧化装置を概略的に示す説明図である。

本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。まず、図１〜図４に基づいて第１例〜第３例の基本構成を説明し、次に、図５〜図１５に基づいて各例の変形例を説明する。

図１には、本発明の実施形態における第１例の静電霧化装置の全体構成を概略的に示している。以下においては、第１例の構成のうち図１６に示した従来例と同様のものについては詳しい説明を省略し、第１例特有の構成についてのみ詳述する。

第１例の静電霧化装置は、導電性材料から成る放電電極１と、通電による吸熱作用で該放電電極１を冷却させるために配置した複数対の熱電素子２と、該複数の熱電素子２に対して通電を行うための一対のリード９を備えたものである。一対のリード９はそれぞれ駆動回路３に接続させてあり、該リード９と、複数対の熱電素子２同士を電気接続する放熱側および吸熱側の回路パターン５２とで、複数対の熱電素子２に順次通電を行うことのできる通電路４を形成している。

熱電素子２としては、ＢｉＴｅ系のペルチェ素子を用い、Ｐ型とＮ型とで対を成すように設けている。なお、熱電素子２は複数対又は一対設けてあればよい。

放電電極１に一端１３ａ側を電気接続させて備えたリード１３の他端１３ｂ側は、筐体７５内の封止空間から外部に引き出した一方のリード９の途中に、電気接続させてある。また、筐体７５によって支持する対向電極１１は、リード１５を通じて駆動回路３に電気接続させてある。

図示のように、駆動回路３には１ポート、２ポート、３ポートが備えてあり、１ポートにリード１５を電気接続させ、２ポートに上記一方のリード９（即ち、途中にリード１３を電気接続させてあるほうのリード９）を電気接続させ、３ポートに他方のリード９（即ち、途中にリード１３を電気接続させていないほうのリード９）を電気接続させている。

上記回路において、駆動回路３の１ポートを接地端子、２ポートをマイナス端子、３ポートをプラス端子とした場合には、２ポートと３ポートの間の通電路４で複数対の熱電素子２に通電を行い、各熱電素子２の吸熱によって放電電極１を冷却して結露水を生成するとともに、該放電電極１にはマイナスの高電圧を印加して、放電電極１表面の結露水に静電霧化現象を生じさせることができる。

２ポートと３ポートは、プラス端子とマイナス端子を逆に設定することも可能である。このとき、各熱電素子２は、放電電極１と接続される方が吸熱側となるように設定する。放電電極１にプラスの高電圧を印加することによっても、放電電極１表面の結露水には静電霧化現象が生じる。

また、上記回路において、１ポートをプラス端子、２ポートを接地端子、３ポートをプラス端子とすることも好適である。このとき、２ポートと３ポートの間の通電路４では複数対の熱電素子２に通電を行い、各熱電素子２の吸熱によって放電電極１を冷却して結露水を生成する。そして、対向電極１１にはプラスの高電圧を印加し、放電電極１表面の結露水を、対向電極１１に対してマイナスの高電圧が印加された状態にすることで、静電霧化現象を生じさせる。

なお、１ポートをマイナス端子としてもよい。この場合、放電電極１の結露水には対向電極１１に対してプラスの高電圧が印加された状態となり、該電圧印加によって、放電電極１表面の結露水には静電霧化現象が生じる。

放電電極１に電気接続される上記リード１３は、放電電極１の吸熱方向の熱伝導度よりも低い熱伝導度に形成する。そのため、リード１３を熱伝導率の比較的低い金属材料（ＳＵＳ等）で形成することや、極力細い線（φ０．５以下の銅線、金ワイヤ等）で形成することが好ましい。

ところで、上記対向電極１１は省略可能である。図２には対向電極１１を備えていない場合について示している。この場合、駆動回路３には１ポートと２ポートを備え、１ポートに上記一方のリード９を電気接続させ、２ポートに他方のリード９を電気接続させる。そして、１ポートをマイナス端子とし、２ポートをプラス端子とすることで、１ポートと２ポートの間の通電路４で複数対の熱電素子２に通電を行い、且つ、放電電極１にはマイナスの高電圧を印加することができる。１ポートと２ポートのプラスとマイナスが逆に設定可能であることは、図１の場合と同様である。

図３には、本発明の実施形態における第２例の静電霧化装置の全体構成を概略的に示している。以下においては、第２例の構成のうち図１や図２に示した第１例と同様のものについては詳しい説明を省略し、第２例特有の構成についてのみ詳述する。

第２例の静電霧化装置では、一端１３ａ側が放電電極１に電気接続されるリード１３の他端１３ｂ側を、熱電素子２の放熱側を接合させる回路パターン５２に対して電気接続させている。換言すると、第２例の静電霧化装置は、熱電素子２の放熱側に接合される電極部５として、放熱側の回路板５０上の回路パターン５２を備えたものであって、この放熱側の回路パターン５２に対して、リード１３を介して放電電極１を電気接続させている。

リード１３の一端１３ａ側は、放電電極１のうちで筐体７５内に収容される部分である基台部１ａに対して接合させる。そして、リード１３の他端１３ｂ側は、同じく筐体７５内に収容される放熱側の回路パターン５２に対して接合させる。つまり、第２例ではリード１３全体が筐体７５内に収容されるので、第１例と比較してもさらにコンパクト化が実現される。また、リード１３に外力が加わって放電電極１等に破損を生じることも確実に防止される。

図４には、本発明の実施形態における第３例の静電霧化装置の全体構成を概略的に示している。以下においては、第３例の構成のうち図３に示した第２例と同様のものについては詳しい説明を省略し、第３例特有の構成についてのみ詳述する。

第３例の静電霧化装置では、一端１３ａ側が放電電極１に電気接続されるリード１３の他端１３ｂ側を、熱電素子２の吸熱側を接合させる回路パターン５２に対して電気接続させている。換言すると、第３例の静電霧化装置は、熱電素子２の吸熱側と接合させる電極部５として、吸熱側の回路板５０上の回路パターン５２を備えたものであって、この吸熱側の回路パターン５２に対して、リード１３を介して放電電極１を電気接続させている。

第３例の静電霧化装置においては、リード１３が吸熱側の部材間で完結した配置となり、リード１３を介しての熱伝達で放電電極１の冷却効率が低下するという事態が防止される。また、リード１３の配置もさらにコンパクト化される。

ところで、放電電極１と吸熱側の電極部５を電気接続させるリード１３を、図４に示すような電線以外の部材で構成してもよい。図５、図６には、上記リード１３を、吸熱側の回路板５０上に配した回路パターンで構成した場合を示している。この場合、吸熱側の回路板５０を成す絶縁基板５１の表面側から裏面側にかけて回路パターンが形成してあり、該回路パターンから成るリード１３の表面側の一端１３ａ側において半田や電導性接着剤で放電電極１を接合させ、該回路パターンから成るリード１３の裏面側の他端１３ｂ側において吸熱側の電極部５と電気接続させるようになっている。

また、図７に示すように、吸熱側の回路板５０を成す絶縁基板５１に、表面側から裏面側にまでスルーホール６を貫設してあってもよい。該スルーホール６を通じて、回路パターンからなるリード１３を表面側から裏面側にかけて形成することができる。

以上、第１例〜第３例の静電霧化装置の基本的な構成について述べた。以下においては、各例の静電霧化装置の変形例についてさらに述べる。なお、いずれの変形例においても、第１例〜第３例について既述した構成と同様のものについては、詳しい説明を省略する。

図８、図９には、第１例の静電霧化装置の変形例を示している。図８に示す例では、放電電極１の基台部１ａの底面に設けた絶縁膜３０上に吸熱側の回路パターン５２を形成し、該回路パターン５２に対して、一対の熱電素子２の吸熱側を半田又は導電性接着剤で接合させている。各熱電素子２の吸熱側は放電電極１上の回路パターン５２を介して電気接続され、Ｎ型の熱電素子２からＰ型の熱電素子２への通電によって該放電電極１を冷却するようになっている。

上記構成によれば、図１に示す場合と比較して、吸熱側の回路板５０を成す絶縁基板５１や、冷却板７０が不要であり、装置全体がさらにコンパクト化される。また、熱電素子２の吸熱側の端部と放電電極１との間の界面も削減されるため、冷却効率も向上する。

図９に示す例では、放熱部材７１を、熱電素子２の通電方向を長手方向とする棒状に形成してある。放電電極１を囲む筐体７５は有底筒状に形成し、その底壁部の中央部分に、長尺状の放熱部材７１を貫通固定させ、該放熱部材７１の一部を筐体７５外に露出させている。

上記構成によれば、熱電素子２から放出される熱を、長尺の放熱用通電部材１４を通じて、冷却対象である放電電極１から極力離れた側にまで伝達することができる。そのため、放電電極１の冷却効率が向上する。

図１０〜図１２には、第２例の静電霧化装置の変形例を示している。図１０に示す例において変形させた構成は、図８に基づいて既述した第１例の変形例の場合と同様である。また、図１１に示す例において変形させた構成は、図９に基づいて既述した第１例の変形例の場合と同様である。

図１２に示す例では、一対の熱電素子２のそれぞれの放熱側に接合される電極部５として、放熱側の回路板５０上の回路パターン５２を用いるのでなく、図示のような棒状の放熱用通電部材１４を備えている。そして、放熱側の電極部５を成す放熱用通電部材１４に対して、リード１３を介して放電電極１を電気接続させている。

上記放熱用通電部材１４は、熱電素子２の通電方向（図中の上下方向）が長手方向となるように接合させた長尺部材であって、導電性および熱伝導性の材料（真鍮、アルミニウム、銅等）からなる。一対の放熱用通電部材１４は、有底筒状をなす筐体７５の底壁部に貫通接合させてある。筐体７５は、その底壁部に、放熱用通電部材１４を挿通させるための貫通孔１７を一対形成したものであり、絶縁性材料からなる。該絶縁性材料としては、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ポリカーボネート、液晶ポリマー、ＡＢＳ等の樹脂が好適に用いられる。両貫通孔１７は、隣接する放熱用通電部材１４同士の絶縁性を確保するため、所定距離を隔てて並行に形成してある。

図示例では、放熱用通電部材１４を棒状部材としているが、熱電素子２の通電方向を長手方向とするものであれば、板状、スパイラル状、蛇腹（コルゲート）状等の他の形状であってもよい。また、放熱用通電部材１４を棒状部材とする場合において、その断面形状は多様なものが適用可能であり、丸棒状、角棒状等の形態が好適に用いられる。

一対の放熱用通電部材１４の端部には、貫通孔１７を通じて筐体７５外に突出した部分において、それぞれ大径のリード９の一端側を接合させている。一対の熱電素子２の放熱側同士は、放熱用通電部材１４、リード９を含む通電路４を介して電気接続される。リード９は、放熱性の観点から、できるだけ太いものや表面積の大きなものを用いることが好ましい。

放電電極１は絶縁性材料からなり、該放電電極１の基台部１ａの底面に設けた回路パターン５２に、熱電素子２の吸熱側を接合させている。

上記構成によれば、各熱電素子２の放熱が、直接接合される放熱用通電部材１４、さらには筐体７５やリード９を介して効率的に行われ、しかも全体の構造がコンパクト化される。また、棒状の放熱用通電部材１４を通じて、冷却対象である放電電極１から極力離れた側にまで熱を伝達することで、放電電極１の冷却性能も確保される。

図１３〜図１５には、第３例の静電霧化装置の変形例を示している。図１３に示す例において変形させた構成は、図８に基づいて既述した第１例の変形例の場合と同様であり、図１４に示す例において変形させた構成は、図９に基づいて既述した第１例の変形例の場合と同様である。

図１５に示す例では、一対の熱電素子２のそれぞれの吸熱側に接合される電極部５として、放電電極１を用いている。つまり、各熱電素子２の吸熱側をそれぞれ放電電極１の基台部１ａの底面に接合させ、該放電電極１を通じて熱電素子２の吸熱側を電気接続させている。

また、一対の熱電素子２のそれぞれの放熱側には、棒状の放熱用通電部材１４を接合させている。上記放熱用通電部材１４は、図１２に示す第２例の変形例において既述したものと同様の構成である。

上記構成によれば、リード１３を設けることなく、熱電素子２に通電を行うための通電路４中に直接、放電電極１を電気接続させることができる。また、熱電素子２の吸熱側と放電電極１との間には、図４の例にある回路板５０、冷却板７０等の部材が介在しないので、熱電素子２を一対のみ配置したコンパクトな構造であっても、放電電極１を十分に冷却することができる。

さらに、放電電極１と熱電素子２との間には絶縁体が介在しないので、水の付着によるマイグレーションが防止される。ここでのマイグレーションとは、電流、電圧の存在下で、絶縁体の水の吸着に伴って金属材料が絶縁体の内部あるいは表面上を移動する現象のことである。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記各例の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

１放電電極
２熱電素子
４通電路
５電極部
１１対向電極

Claims

放電電極と、通電による吸熱作用で前記放電電極を冷却させる熱電素子と、前記熱電素子に通電を行う通電路とを具備し、前記放電電極を冷却して生成した結露水に電圧を印加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、前記放電電極と対向する位置に対向電極を備え、前記対向電極側に高電圧を印加するように設け、前記通電路の一方の端子を接地端子とし、前記通電路の前記接地端子と前記熱電素子の間に放電電極を電気接続させることで、前記通電路中に前記放電電極を電気接続させ、前記放電電極を接地させるように設けたことを特徴とする静電霧化装置。
前記通電路は、前記熱電素子の吸熱側または放熱側に接合される電極部を含むものであり、前記放電電極を、前記電極部に対して電気接続させることを特徴とする請求項１に記載の静電霧化装置。
前記放電電極に電気接続される前記電極部は、前記熱電素子の吸熱側に接合される電極部であることを特徴とする請求項２に記載の静電霧化装置。