KR20070091221A - 방전분무장치 - Google Patents

Abstract

정전분무장치(10)에는, 분무카트리지(15)와 전원(16)과 제어기(17)가 구성된다. 분무카트리지(15)에서는, 용액탱크(20) 하부에 노즐유닛(30)이 설치된다. 노즐유닛(30)의 분무노즐(31)은, 그 선단이 용액탱크(20) 내의 액면(51)보다 아래쪽에 위치한다. 분무노즐(31)의 선단과 용액탱크(20) 내의 액면(51) 사이에는 헤드 차이가 있으며, 이 헤드 차에 의해 용액탱크(20) 내의 수용액이 분무노즐(31) 내로 공급된다. 전원(16)이 분무노즐(31)에 전압을 인가하면, 분무노즐(31) 선단에서 수용액이 분무된다.

정전분무, 전기유체역학, 분무노즐, 전극, 전계

Description

방전분무장치{ELECTROSTATIC SPRAY DEVICE}

본 발명은, 전기유체역학에 의해 액체를 미세액적화하여 분무하는 정전분무장치에 관한 것이다.

종래, 전기유체역학(EHD: Electro Hydrodynamic)에 의해 액체를 미세액적화하여 분무하는 정전분무장치가 알려져 있다. 이 정전분무장치는, 예를 들어 모세관의 개구 끝단 근방에 전계를 형성하고, 그 전계의 불평등성을 이용하여 모세관 내 액체를 미세액적화 하여 분무하는 것이다.

예를 들어, 특허문헌1(일특개소 62-197071호 공보)이나 특허문헌2(일특표 2002-532163호 공보)에는, 정전분무장치로 구성된 흡입기가 개시되었다. 이 흡입기는, 예를 들어 천식이나 기관지염 등의 치료약을 미세액적화하여, 미세한 액적상태로 된 약제를 코로 흡입시키기 위해 이용된다. 또 특허문헌3(일특표2003-507166호 공보)에는, 정전분무장치로 구성된 손잡이 식의 스프레이장치가 개시되었다. 이 스프레이장치는, 액상파운데이션이나 향수 등의 화장품을 미세액적화시켜, 미세한 액적상태로 된 화장품을 피부에 부착시키기 위해 이용된다.

이들 특허문헌에 개시된 흡입기나 스프레이장치에서는, 노즐 선단근방에 전계가 형성되고, 노즐 선단에 존재하는 액체가 미세액적화되어 방출된다. 이 때, 이들 흡입기나 스프레이장치에서, 액체의 미세액적화가 이루어지는 노즐 선단으로는, 펌프나 모터를 이용한 압출기구를 이용하여 미세액적화 대상 액체가 공급된다.

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

상술한 바와 같이, 상기 특허문헌에 기재된 바와 같은 종래의 정전분무장치에서는, 액체의 미세액적화가 일어나는 모세관 선단으로 액체를 공급하기 위해, 펌프나 모터 등을 이용한다. 이로써, 펌프나 모터 등의 액체를 공급하기 위한 부재가 필요하게 되어, 정전분무장치 구성의 복잡화나 제조원가 상승을 초래할 우려가 있다. 또 펌프나 모터 등이 고장나면 액체를 분무할 수 없게 되므로, 정전분무장치의 신뢰성을 확보하기 어려워진다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 정전분무장치 구성의 간소화나 제조원가의 저감, 나아가 신뢰성 향상을 도모하는 데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

제 1 발명은, 액체를 저장하는 용기부재(20)와, 상기 용기부재(20)의 내부공간으로 연통되는 관형 노즐부재(31)와, 상기 노즐부재(31) 내의 액체에 접하는 제 1 전극(31, 37)과, 상기 노즐부재(31) 내의 액체로부터 절연된 제 2 전극(35, 38, 60, 61)을 구비하며, 상기 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차가 부여되면 상기 노즐부재(31) 선단에서 액체가 분무되는 정전분무장치를 대상으로 한다. 그리고 상기 노즐부재(31)는, 그 선단이 상기 용기부재(20) 내의 액면(51)보다 낮은 위치에 배치되는 것이다.

제 1 발명에서는, 용기부재(20) 내의 액체가 노즐부재(31)로 유입된다. 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차를 부여하면, 노즐부재(31) 선단에서 액체가 미세액적화 되고, 미세한 액적이 된 액체가 노즐부재(31)의 선단에서 분무된다. 이 발명에서는, 노즐부재(31) 선단이 용기부재(20) 내부공간의 액면(51)보다 낮은 위치에 배치되어, 노즐부재(31) 선단과 용기부재(20) 내의 액면(51) 사이에 헤드 차가 있다. 액체가 미세액적화 되는 노즐부재(31) 선단으로는, 이 헤드 차에 의해 용기부재(20) 내의 액체가 공급된다.

제 2 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 동 전위가 된 상태에서는, 상기 노즐부재(31) 선단의 기액계면(52)에서 액압과 표면장력이 균형을 이룸으로써 이 노즐부재(31) 선단으로부터의 액체 유출이 저지되도록 구성되는 것이다.

제 2 발명에서, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차가 없는 상태가 되면, 노즐부재(31) 선단에 형성된 기액계면(52)에서는 그 기액계면(52)에 각각 작용하는 액압과 표면장력이 균형을 이룬다. 즉, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 동 전위일 때 노즐부재(31) 선단의 기액계면(52)에서 액압과 표면장력이 균형을 이루도록, 미세액적화 되는 액체의 점도 등의 물성에 따라, 예를 들어 용기부재(20)에서의 액면(51) 높이 최대값이나 노즐부재(31)의 안지름 등이 설정된다. 그리고 노즐부재(31) 선단의 기액계면(52)에서 액압과 표면장력이 균형을 이루는 상태에서는, 노즐부재(31) 선단의 기액계면(52)에 액압이 작용해도 노즐부재(31) 선단으로부터 액체가 유출되지 않는다.

제 3 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단은, 상기 용기부재(20)의 저면(22)보다 낮은 위치에 배치되는 것이다.

제 3 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단이 용기부재(20)의 저면(22)보다 낮은 위치로 배치된다. 이로써, 거의 모든 액체가 용기부재(20)에서 유출되어도, 노즐부재(31) 선단이 액체로 가득찬 상태로 유지된다.

제 4 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 적어도 상기 제 1 전극(31, 37)에 전압을 인가하여 이 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차를 부여하는 전원(16)과, 상기 전원(16)의 온오프를 반복함과 더불어, 이 전원(16)이 온 상태인 시간과 오프 상태인 시간에 관한 듀티비를 상기 용기부재(20) 내의 액면(51) 높이에 따라 조절하는 제어수단(17)을 구비하는 것이다.

제 4 발명에서는, 제어수단(17)이 전원(16)의 온/오프를 반복 실행한다. 전원(16)을 온 하면, 적어도 제 1 전극(31, 37)에 전압이 인가된다. 이 전압의 인가에 의해 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차가 부여되어, 노즐부재(31)의 선단에서 분무가 이루어진다. 또 전원(16)을 오프 하면, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 동 전위가 되어, 노즐부재(31)로부터의 분무가 정지된다. 전원(16)의 온/오프에 관한 듀티비를 변경하면, 단위시간당 노즐부재(31)로부터의 분무가 이루어지는 시간이 변화하여, 단위시간당 노즐부재(31)로부터의 분무량이 변화한다. 이 발명에서 제어수단(17)은, 전원(16)의 온/오프에 관한 듀티비를, 용기부재(20) 내의 액면(51) 높이에 따라 조절한다.

제 5 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 제 2 전극(35)은, 고리형으로 형성되어 상기 노즐부재(31)와 동축으로 배치되는 것이다.

제 5 발명에서는, 제 2 전극(35)이 고리형으로 형성된다. 이 제 2 전극(35)은, 그 중심축이 노즐부재(31)의 중심축과 일치하는 자세로 배치된다.

제 6 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 제 2 전극(60, 61)은 돌출단부(65)를 구비하며, 이 돌출단부(65)가 상기 노즐부재(31)의 측방에 위치하도록 배치되는 것이다.

제 6 발명에서는, 제 2 전극(60, 61)에 돌출단부(65)가 형성된다. 이 돌출단부(65)는 노즐부재(31) 측방에 위치한다. 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(60, 61) 사이에 전위 차를 부여하면, 제 2 전극(60, 61)의 돌출단부(65)와 제 1 전극(31, 37) 사이에 전계가 형성되어, 노즐부재(31)로부터 액체가 분무되어간다.

제 7 발명은 상기 제 6 발명에 있어서, 상기 제 2 전극(60)은 막대형상으로 형성되며, 그 선단이 상기 돌출단부(65)가 되는 것이다.

제 7 발명에서는, 막대형으로 형성된 제 2 전극(60)의 선단이 돌출단부(65)가 된다. 즉, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(60, 61) 사이에 전위 차를 부여하면, 제 2 전극(60, 61)의 선단과 제 1 전극(31, 37) 사이에 전계가 형성된다.

제 8 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 적어도 상기 제 1 전극(31, 37)에 전압을 인가하여 이 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차를 부여하는 전원(16)을 구비하며, 상기 전원(16)을 온 한 상태에서는, 상기 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38)의 전위차가 3kV 이상이며 코로나방전이 일어나기 시작하는 값 미만인 것이다.

제 8 발명에 있어서, 전원(16)을 온 하면 적어도 제 1 전극(31, 37)에 전압이 인가된다. 이 전압의 인가에 의해 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차가 부여되어, 노즐부재(31)의 선단에서 분무가 이루어진다. 전원(16)을 오프하면, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 동 전위가 되어, 노즐부재(31)로부터의 분무가 정지된다. 전원(16)이 온인 상태에서, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 부여되는 전위 차의 값은, 소정 범위 내로 설정된다. 여기서 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 코로나 방전이 일어나기 시작하는 전위 차의 값은, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 거리에 따라 다르다.

제 9 발명은 상기 제 1 내지 제 8 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)는 도전성 재료로 구성되며, 이 노즐부재(31)가 상기 제 1 전극(31, 37)을 겸하는 것이다.

제 9 발명에서는, 도전성 재료로 구성되는 노즐부재(31)가 제 1 전극(31, 37)을 겸한다. 이 발명의 정전분무장치(10)에서, 제 1 전극(31, 37)을 겸하는 노즐부재(31)와 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위 차가 부여되면, 노즐부재(31)의 선단에서 액체가 미세 액적화되어 방출된다.

제 10 발명은 상기 제 9 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 거리가 5mm 이상 20mm 이하인 것이다.

제 10 발명에서는, 제 1 전극(31, 37)을 겸하는 노즐부재(31)의 선단과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 거리가 소정 범위 내의 값으로 설정된다. 여기서 노즐부재(31)의 선단과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 거리가 지나치게 가까우면, 노즐부재(31)와 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에서 코로나방전이 일어나기 시작하는 전위 차의 값이 작아진다. 그리고 코로나방전의 발생을 피하고자 하면, 노즐부재(31)와 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 충분한 전위 차를 부여하기가 어려워져, 노즐부재(31)의 선단에서 액체를 안정되게 분무시킬 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 노즐부재(31)의 선단과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 거리가 지나치게 멀면, 노즐부재(31)와 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 부여할 필요가 있는 전위 차가 지나치게 커져, 전위 차를 부여하기 위한 전원(16)이 대형화되는 등의 문제를 초래할 우려가 있다. 그래서 본 발명에서는, 상기와 같은 사정을 고려하여, 노즐부재(31)의 선단과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 거리를 5mm 이상 20mm 이하로 한다.

제 11 발명은 상기 제 9 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)는 그 선단의 두께가 0.2mm 이하인 것이다.

제 11 발명에서는, 노즐부재(31) 선단의 두께가 소정 범위 내의 값으로 설정된다. 즉, 노즐부재(31)는 그 전체에 걸쳐 두께가 0.2mm 이하일 필요는 없으며, 그 최선단부분의 두께가 0.2mm 이하이면 된다. 여기서 노즐부재(31)의 선단 두께가 지나치게 크면, 노즐부재(31) 선단으로의 전계 불평등성이 약해져, 노즐부재(31) 선단으로부터의 분무가 안정되게 이루어지지 않을 우려가 있다. 그래서 이 발명에서는, 상기와 같은 사정을 고려하여 노즐부재(31) 선단의 두께를 0.2mm 이하로 한다.

제 12 발명은 상기 제 9 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)는 그 안지름이 0.3mm 이상 1.0mm 이하인 것이다.

제 12 발명에서는, 노즐부재(31)의 안지름이 소정 범위 내의 값으로 설정된다. 여기서 노즐부재(31)의 안지름이 지나치게 작으면, 노즐부재(31) 선단 기액계면(52)에서의 표면장력이 지나치게 커져, 노즐부재(31)의 선단에서 안정되게 액체를 분무시킬 수 없게 될 우려가 있다. 또 노즐부재(31)의 안지름이 지나치게 작으면, 노즐부재(31)가 막힐 위험도 증대한다. 한편 노즐부재(31)의 안지름이 지나치게 크면, 노즐부재(31) 선단 기액계면(52)에서의 표면장력이 지나치게 작아지며, 이 경우도 노즐부재(31) 선단에서의 액체 미세액적화가 불안정해질 우려가 있다. 그래서 이 발명에서는, 상기와 같은 사정을 고려하여 노즐부재(31)의 안지름을 0.3mm 이상 1.0mm 이하로 한다.

제 13 발명은 상기 제 9 발명에 있어서, 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)은, 상기 노즐부재(31) 선단에서 기단 쪽으로 후퇴한 위치에 배치되는 것이다.

제 13 발명에 있어서 제 2 전극(35, 38, 60, 61)은, 노즐부재(31) 선단의 전방이 아닌, 그 후방에 배치된다. 여기서, 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 노즐부재(31)의 선단보다 전방에 배치되면, 노즐부재(31) 선단에서 분무된 액적이 제 2 전극(35, 38, 60, 61)에 부착되어버릴 우려가 있다. 그래서 본 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단보다 후방, 즉 노즐부재(31)의 기단 쪽으로 제 2 전극(35, 38, 60, 61)을 배치하여, 노즐부재(31) 선단에서 분무된 액적이 제 2 전극(35, 38, 60, 61)에 부착되는 것을 방지한다.

제 14 발명은 상기 제 13 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31) 선단으로부터의 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 후퇴거리가 3mm 이상 10mm 이하인 것이다.

제 14 발명에서는, 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 노즐부재(31) 선단에서 소정 거리만큼 후퇴한 위치에 배치된다. 여기서 노즐부재(31) 선단으로부터의 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 후퇴거리가 지나치게 짧으면, 분무에 적합한 전계를 노즐부재(31) 선단에 형성할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 노즐부재(31) 선단으로부터의 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 후퇴거리가 지나치게 길면, 노즐부재(31)와 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 부여할 필요가 있는 전위 차가 지나치게 커져, 전위 차를 부여하기 위한 전원(16)이 대형화되는 등의 문제를 초래할 우려가 있다. 그래서 이 발명에서는, 상기와 같은 사정을 고려하여, 노즐부재(31) 선단으로부터의 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 후퇴거리를 3mm 이상 10mm 이하로 한다.

여기서, 본 발명에 관한 정전분무장치(10)로 액체를 미세액적화할 경우, 노즐부재(31) 선단에서는, 기액계면(52)이 전계에 의해 당겨져 원추형이 된다. 노즐부재(31)의 선단에 형성되는 원추형 기액계면(52)의 크기는, 노즐 선단면의 젖는 정도에 따라 변화한다. 예를 들어, 노즐부재(31)의 선단면이 전혀 젖지 않은 상태에서는, 도 33(A)에 나타낸 바와 같이, 기액계면(52)이 노즐부재(31) 내면으로 연속되는 형상이 된다. 또 노즐부재(31) 선단면 전체가 젖은 상태에서는, 도 33(A)에 나타낸 바와 같이, 기액계면(52)이 노즐부재(31) 외면으로 연속되는 형상이 된다. 한편, 원추형의 기액계면(52)이 작은 지름이면 노즐부재(31)로부터의 분무량이 적어지며, 역으로 원추형의 기액계면(52)이 큰 지름이면 노즐부재(31)로부터의 분무량이 많아진다. 때문에, 노즐부재(31) 선단에서의 기액계면(52) 형상이 안정되지 않으면, 노즐부재(31)로부터 분무되는 액체의 양이 일정하지 않다는 문제가 발생한다.

제 15 내지 제 22의 각 발명에서는, 이 문제에 대해 대책을 강구한다.

제 15 발명은 상기 제 1 내지 제 14 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)는 그 선단부(31a) 두께가 다른 부분보다 얇은 것이다.

제 15 발명에서는, 상기 노즐부재(31)의 선단면(31b) 두께가 선단부(31a) 이외의 다른 부분에 비해 얇다. 즉, 노즐부재(31)의 선단면(31b)에서는, 안지름과 바깥지름의 차가 다른 부분에 비해 작다. 전술한 바와 같이, 노즐부재(31)에서 액체가 분무된 상태에서는, 노즐부재(31) 선단에 형성되는 기액계면(52)이 원추형이 된다. 이 원추형이 된 기액계면(52)의 직경은, 이 노즐부재(31) 선단면(31b)의 젖은 정도의 변화에 따라, 노즐부재(31) 선단의 안지름에서 바깥지름까지의 범위에서 변화한다. 이에 반해 이 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단면(31b) 두께가 얇아지므로, 선단면(31b)에서의 안지름과 바깥지름의 차도 작아진다. 따라서 이 발명에서는, 노즐부재(31) 선단에 형성되는 기액계면(52)의 지름 변동폭이 작아진다.

제 16 발명은 상기 제 1 내지 제 14 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단부(31a) 두께가, 이 노즐부재(31)의 선단에 가까워짐에 따라 서서히 얇아지는 것이다.

제 16 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31) 선단부(31a)에서의 안지름과 바깥지름의 차는, 노즐부재(31)의 선단에 가까워짐에 따라 작아지며, 노즐부재(31)의 최선단에서 가장 작아진다.

제 17 발명은 상기 제 16 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단부(31a)는, 그 안지름이 일정해지는 한편, 그 바깥지름이 이 노즐부재(31)의 선단에 가까워짐에 따라 서서히 작아지는 것이다.

제 17 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단부(31a)는, 안지름이 일정하게 변화하지 않고 바깥지름만이 선단에 가까워짐에 따라 서서히 작아지는 형상으로 형성된다. 그리고 노즐부재(31) 선단부(31a)에서의 안지름과 바깥지름의 차는, 노즐부재(31)의 최선단에서 가장 작아진다.

제 18 발명은 상기 제 1 내지 제 14 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 친수처리가 실시되는 것이다.

제 18 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 친수처리가 실시되므로, 선단면(31b) 전체가 거의 확실하게 젖은 상태가 된다. 따라서, 노즐부재(31)의 선단에 형성되는 기액계면(52)의 형상은, 노즐부재(31)의 외면으로 연속된 원추형이 된다(도 33(B) 참조). 그리고 이 기액계면(52)의 직경은, 노즐부재(31)의 바깥지름과 대략 같은 상태로 유지되며, 거의 변화하지 않게 된다.

제 19 발명은 상기 제 18 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 이 선단면(31b)을 거친 면으로 하는 조면처리가공이 친수처리로서 실시되는 것이다.

제 19 발명에서는, 상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 조면처리가공이 실시되므로, 이 선단면(31b)은 그 전체가 거의 확실하게 젖은 상태가 된다.

제 20 발명은 상기 제 18 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 이 선단면(31b)의 지름방향으로 이어지는 홈(19)을 형성하는 가공이 친수처리로서 실시되는 것이다.

제 20 발명에 있어서, 노즐부재(31)의 선단에 원추형의 기액계면(52)이 형성될 때는, 액체가 모세관 현상에 의해 홈(19) 전체로 퍼진다. 이로써, 노즐부재(31)의 선단면(31b)은, 그 전체가 젖은 상태로 되기 쉬워진다.

제 21 발명은 상기 제 18 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 친수성 재료로 이루어진 피막(71)을 이 선단면(31b)에 형성하는 피막가공이 친수처리로서 실시되는 것이다.

제 21 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 친수성 재료로 이루어진 피막(71)이 형성된다. 이로써 노즐부재(31)의 선단면(31b)은, 그 전체가 거의 확실하게 젖은 상태가 된다.

제 22 발명은 상기 제 1 내지 제 14 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 발수처리가 실시되는 것이다.

제 22 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 발수처리가 실시되므로, 선단면(31b) 전체가 거의 확실하게 젖지 않은 상태(즉, 마른 상태)가 된다. 따라서, 노즐부재(31)의 선단에 형성되는 기액계면(52)의 형상은, 노즐부재(31) 내면으로 연속된 원추형이 된다(도 33(A) 참조). 그리고, 이 기액계면(52)의 직경은, 노즐부재(31)의 안지름과 대략 같은 상태로 유지되어 거의 변화하지 않게 된다.

[발명의 효과]

본 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단을 용기부재(20) 내의 액면(51)보다 낮게 배치하고, 노즐부재(31)의 선단과 용기부재(20) 내 액면(51) 사이의 헤드 차에 의해 노즐부재(31) 선단으로 용기부재(20) 내의 액체를 공급한다. 이로써 본 발명에 의하면, 펌프나 모터를 이용한 압출기구 등을 사용하지 않고, 용기부재(20)내에서 노즐부재(31) 선단으로 액체를 공급할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 용기부재(20)내에서 노즐부재(31) 선단으로 액체를 보내기 위한 펌프 등을 생략할 수 있어, 정전분무장치(10) 구성의 간소화나 제조원가 저감을 도모할 수 있다.

여기서, 펌프 등을 이용하여 노즐로 액체를 공급하는 종래의 정전분무장치에서는, 펌프 등이 고장나면 액체를 미세액적화 시킬 수 없게 된다. 이에 반해 본 발명에 의하면, 펌프 등의 액체 공급을 위한 부재를 설치할 필요가 없어진다. 이로써, 그와 같은 부재의 고장에 의해 정전분무장치(10)의 기능을 잃어버리는 일도 없어져, 정전분무장치(10)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 제 2 발명에서는, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 동 전위가 되면 노즐부재(31)의 선단에 형성된 기액계면(52)에서 액압과 표면장력이 균형을 이루고, 이에 따라 노즐부재(31)로부터의 액체 유출이 저지된다. 이로써, 용기부재(20)에서 노즐부재(31)로의 액체 공급에 헤드 차를 이용하는 본 발명의 정전분무장치(10)에 있어서, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61)으로의 전위 차 부여를 정지하는 것만으로 노즐부재(31)로부터의 액체 유출을 정지시킬 수 있다. 따라서 이 발명에 의하면, 정전분무장치(10)의 정지 중에 노즐부재(31)로부터의 액체 누출을 방지하기 위한 구성을 강구할 필요가 없어져, 정전분무장치(10)의 구성을 한층 간소화할 수 있다.

상기 제 3 발명에서는, 거의 모든 액체가 용기부재(20)로부터 유출되어버렸을 때도, 노즐부재(31)의 선단이 액체로 가득한 상태를 유지한다. 따라서, 이 발명에 의하면 용기부재(20) 내의 액체를 거의 모두 노즐부재(31)로부터 분무할 수 있다.

여기서, 노즐부재(31)로부터의 분무를 계속하면, 용기부재(20) 내에서의 액면(51) 높이가 저하되어간다. 본 발명의 정전분무장치(10)에 있어서, 용기부재(20) 내의 액면(51) 높이가 변화하면, 노즐부재(31)의 선단과 용기부재(20) 내 액면(51) 사이의 헤드 차가 변화한다. 그러므로, 아무런 대책도 강구하지 않으면, 용기부재(20)로부터 노즐부재(31)로의 액체 유입량이 변화하고, 그에 따라 노즐부재(31) 선단으로부터의 분무량이 변동할 우려가 있다.

이에 반해, 상기 제 4 발명에서는 제어수단(17)이, 용기부재(20) 내의 액면(51) 높이 변화에 따라, 전원(16)이 온된 시간(온 상태인 시간)과 오프된 시간(오프상태인 시간)에 대한 듀티비를 조절한다. 이로써, 예를 들어 용기부재(20) 내의 액면(51) 높이 저하에 연동하여 전원(16)의 온 시간과 오프 시간에 대한 듀티비를 크게 하면, 용기부재(20) 내의 액면(51) 높이가 변화하여도 노즐부재(31)로부터의 분무량을 일정하게 유지하기가 가능하다.

상기 제 6 및 제 7 발명에서는, 제 2 전극(60, 61)의 돌출단부(65)와 제 1 전극(31, 37) 사이에 전계가 형성된다. 즉, 이 발명에서는, 비교적 좁은 영역끼리의 사이에 전계가 형성된다. 그리고, 노즐부재(31)의 선단 부근 공간에서는, 제 2 전극(60, 61)의 돌출단부(65)와 제 1 전극(31, 37) 사이의 비교적 좁은 영역에 전계가 집중하게 된다. 따라서 이들 발명에 의하면, 노즐부재(31)의 선단 부근에 형성되는 전계를 좁은 영역에 집중시킬 수 있어, 외적인 요인에 의해 전계가 다소 흐트러지더라도, 노즐부재(31) 선단으로부터의 분무를 안정되게 계속시킬 수 있다.

상기 제 8 발명에서는, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에서의 코로나방전의 발생이 회피되도록, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 부여되는 전위차를 소정 범위 내의 값으로 설정한다. 여기서, 대기 중에서 코로나방전이 발생하면, 인체에 유해한 오존이 발생할 우려가 있다. 이에 반해 이 발명에 의하면, 제 1 전극(31, 37)과 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 간의 전위 차를 소정 범위 내로 하므로, 코로나방전에 기인하는 오존의 발생을 확실하게 회피할 수 있다.

상기 제 9 발명에서는, 노즐부재(31)가 제 1 전극(31, 37)도 겸하는 구성이다. 따라서 이 발명에 의하면, 정전분무장치(10)의 부품 수를 삭감할 수 있어, 정전분무장치(10)의 보다 나은 간소화나 저원가화를 도모할 수 있다.

상기 제 10, 제 11, 제 12 및 제 14의 각 발명에 의하면, 노즐부재(31)와 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 위치관계나 노즐부재(31)의 형상을 적절히 설정할 수 있어, 노즐부재(31)로부터 안정되게 액체를 분무할 수 있는 정전분무장치(10)를 실현할 수 있다.

상기 제 13 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단보다 후방에 제 2 전극(35, 38, 60, 61)을 배치하므로, 노즐부재(31)의 선단에서 분무된 액체가 제 2 전극(35, 38, 60, 61)에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 액체의 부착에 의해 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 오염되면, 제 2 전극(35, 38, 60, 61)과 제 1 전극(31, 37) 사이의 전계가 불안정해져, 노즐부재(31)로부터의 분무를 안정되게 계속할 수 없게 될 우려가 있다. 이에 반해 본 발명에 의하면, 제 2 전극(35, 38, 60, 61)을 청정 상태로 유지할 수 있으므로, 제 2 전극(35, 38, 60, 61)과 제 1 전극(31, 37) 사이에 안정된 전계를 계속 형성할 수 있어, 노즐부재(31)로부터의 액체 분무를 안정되게 계속시킬 수 있다.

상기 제 15 내지 제 17의 각 발명에서는, 노즐부재(31) 선단면(31b)에서의 안지름과 바깥지름의 차를 작게 한다. 전술한 바와 같이, 분무 중에 노즐부재(31)의 선단에 형성되는 원추형 기액계면(52)의 직경은, 노즐부재(31) 선단면(31b)의 안지름에서 바깥지름까지의 범위에서 변동한다. 이로써 이들 발명과 같이, 노즐부재(31) 선단면(31b)의 안지름과 바깥지름의 차를 작게 하면, 노즐부재(31) 선단에 형성된 기액계면(52) 크기의 변동폭도 작아진다. 따라서 이들 발명에 의하면, 노즐부재(31)로부터 분무되는 액체 양의 변동폭을 축소할 수 있어, 소정량 이상의 액체가 미세액적화되어 액체가 필요 이상 소비되거나, 충분한 분무량을 얻을 수 없는 등의 문제를 해소할 수 있다.

또 상기 제 18 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 친수처리가 실시되어, 분무 중에는 노즐부재(31)의 선단면(31b) 전체가 젖은 상태가 된다. 그리고, 노즐부재(31)의 선단에 형성되는 원추형의 기액계면(52)은, 도 33(B)에 나타낸 바와 같은 노즐부재(31) 외면으로 연속된 형상이 되고, 그대로의 형상으로 안정된다. 따라서 이 발명에 의하면, 노즐부재(31)의 선단에 형성된 기액계면(52)의 크기 변동을 억제할 수 있어, 노즐부재(31)로부터 분무되는 액체의 양을 대체로 일정하게 유지할 수 있다.

또한 상기 제 22 발명에서는, 노즐부재(31)의 선단면(31b)에 발수처리가 실시되어, 분무 중에는 노즐부재(31)의 선단면(31b) 전체가 젖지 않은 상태가 된다. 그리고, 노즐부재(31)의 선단에 형성되는 원추형의 기액계면(52)은, 도 33(A)에 나타낸 바와 같은 노즐부재(31) 내면으로 연속된 형상이 되고, 그대로의 형상으로 안정된다. 따라서 이 발명에 의하면, 노즐부재(31)의 선단에 형성된 기액계면(52)의 크기 변동을 억제할 수 있어, 노즐부재(31)로부터 분무되는 액체의 양을 대체로 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은, 제 1 실시형태에서의 정전분무장치 개략구성도이다.

도 2는, 제 1 실시형태에서의 분무카트리지 사시도이다.

도 3은, 제 1 실시형태에서의 분무카트리지 분해사시도이다.

도 4는, 제 1 실시형태에서의 분무카트리지 주요부를 나타낸 단면도이다.

도 5는, 제 1 실시형태에서의 분무노즐과 링 전극의 위치관계를 나타낸 분무카트리지 주요부의 개략정면도이다.

도 6의 (A)는, 분무 중의 분무노즐 선단을 도시한 단면도이며, (B)는 분무 정지 중의 분무노즐 선단을 도시한 단면도이다.

도 7은, 제 1 실시형태의 제어기 동작을 나타낸 타이밍도이다.

도 8은, 두께가 다른 분무노즐에 대한 분무시험 결과를 나타낸 도이다.

도 9는, 안지름이 다른 분무노즐에 대한 분무시험 결과를 나타낸 도이다.

도 10은, 수평방향의 전극간 거리가 다른 분무카트리지에 대한 분무시험 결과를 나타낸 도이다.

도 11은, 제 1 실시형태의 변형예에서 분무노즐과 링 전극의 위치관계를 나타낸 분무카트리지의 주요부 개략정면도이다.

도 12는, 제 1 실시형태의 변형예에서 분무노즐과 링 전극의 위치관계를 나타낸 분무카트리지의 주요부 개략정면도이다.

도 13은, 제 2 실시형태의 정전분무장치 개략구성도이다.

도 14는, 제 2 실시형태의 분무카트리지 사시도이다.

도 15는, 제 2 실시형태의 분무카트리지 주요부를 나타낸 단면도이다.

도 16은, 제 2 실시형태의 분무노즐과 막대형 전극의 위치관계를 나타낸 분무카트리지의 주요부 개략정면도이다.

도 17은, 제 2 실시형태의 변형예에서 분무노즐과 막대형 전극의 위치관계를 나타낸 분무카트리지의 주요부 개략정면도이다.

도 18은, 제 3 실시형태에서 분무노즐의 선단을 도시한 단면도이다.

도 19는, 분무 중의 제 3 실시형태 분무노즐 선단을 도시한 단면도이다.

도 20은, 분무노즐 선단부의 꼭지각(θ)과 분무변동량의 관계를 나타낸 관계도이다.

도 21은, 제 3 실시형태의 제 1 변형예에서 분무노즐 선단을 도시한 단면도 이다.

도 22는, 분무 중에 있어서 제 3 실시형태 제 2 변형예의 분무노즐 선단을 도시한 단면도이다.

도 23은, 제 3 실시형태의 제 3 변형예에서 분무노즐 선단부의 단면도이다.

도 24는, 제 3 실시형태의 제 3 변형예에서 분무노즐 선단부의 단면도이다.

도 25는, 제 4 실시형태의 분무노즐 선단부 개략사시도이다.

도 26은, 분무 중에 있어서 제 4 실시형태의 분무노즐 선단을 도시한 단면도이다.

도 27은, 분무 중에 있어서 제 4 실시형태 제 2 변형예의 분무노즐 선단을 도시한 단면도이다.

도 28은, 분무 중에 있어서 제 5 실시형태의 분무노즐 선단을 도시한 단면도이다.

도 29는, 그 밖의 실시형태 제 1 변형예에서의 분무카트리지 개략단면도이다.

도 30은, 그 밖의 실시형태 제 1 변형예에서의 분무카트리지 개략단면도이다.

도 31은, 그 밖의 실시형태 제 3 변형예에서 정전분무장치가 설치된 공기청정기의 개략사시도이다.

도 32는, 그 밖의 실시형태 제 4 변형예에서의 분무카트리지 주요부를 나타낸 단면도이다.

도 33은, 분무노즐 선단에 형성된 기액계면의 형상을 나타낸 분무노즐의 주요부 단면도이며, (A)는 분무노즐의 선단면 전체가 젖지 않은 상태를 나타낸 것이고, (B)는 분무노즐 선단면 전체가 젖은 상태를 나타낸 것이다.

[부호의 설명]

10 : 정전분무장치 15 : 분무카트리지

16 : 전원 17 : 제어부(제어수단)

20 : 용액탱크(용기부재) 31 : 분무노즐(노즐부재, 제 1 전극)

31a : 선단부 31b : 선단면

35 : 링 전극(제 2 전극) 37 : 바늘전극(제 1 전극)

38 : 전극용 부재(제 2 전극) 51 : 액면

60 : 막대형 전극(제 2 전극) 61 : 삼각판 전극(제 2 전극)

65 : 돌출단부 71 : 친수성 피막

72 : 발수성 피막

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명하기로 한다.

[제 1 실시형태]

도 1에 나타낸 바와 같이 본 실시형태의 정전분무장치(10)는, 분무카트리지(15)와 전원(16)과 제어기(17)를 구비한다.

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 분무카트리지(15)는, 용액탱크(20)와, 노즐유닛(30), 전극홀더(40), 및 링 전극(35)을 구비한다.

상기 용액탱크(20)는, 용기부재를 구성하는 것이며 탱크본체(21)를 구비한다. 탱크본체(21)는, 다소 편평한 직방체형으로 형성된 중공의 용기이다. 탱크본체(21)의 천장판에는, 통기공(25)이 형성된다. 탱크본체(21)의 저면(22)은, 탱크본체(21)의 배면(도 1에서의 우측면, 도 2 및 도 3에서의 안쪽 측면)에서 탱크본체(21)의 전면(前面)(도 1에서의 좌측면, 도 2 및 도 3에서의 앞쪽 측면)을 향해 경사진 경사면이다. 그리고 탱크본체(21)에서는, 그 배면 쪽보다 전면 쪽이 깊다. 또 탱크본체(21)의 측면은 대략 수직면이다.

상기 탱크본체(21)의 전면에는, 관부(23)가 형성된다. 이 관부(23)는, 비교적 짧은 원형관 형태로 형성되며, 탱크본체(21)의 전면에서 대략 수평방향으로 돌출된다. 탱크본체(21)의 전면에서 관부(23)는, 이 전면의 하단 쪽이며, 또 전면 폭 방향의 대략 중앙에 배치된다. 또 탱크본체(21)의 전면을 형성하는 벽에는 관통공(24)이 형성되며, 이 관통공(24)을 통해 탱크본체(21)의 내부공간과 관부(23)가 연통된다. 관통공(24)의 하단은, 탱크본체(21) 저면(22)보다 약간 위쪽에 위치한다(도 1 참조).

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 노즐유닛(30)은 분무노즐(31)과 노즐홀더(32)를 구비한다.

상기 분무노즐(31)은 스테인리스스틸제의 원형관이며 노즐부재를 구성한다. 한편, 상기 노즐홀더(32)는, 원통형이며 유저면 캡 형상으로 형성된다. 노즐홀더(32)는, 그 안지름이 관부(23) 바깥지름과 대략 같으며, 이 관부(23)에 씌워진다. 즉, 노즐홀더(32)에는, 용액탱크(20)의 관부(23)가 삽입된다. 노즐홀더(32) 에서는, 그 저부(도 3에서의 앞쪽 단부) 중앙에 분무노즐(31)의 기단부가 삽입된다. 분무노즐(31)의 기단부는, 노즐홀더(32)의 저부를 관통한다. 용액탱크(20)에 노즐유닛(30)을 설치하면, 분무노즐(31)이 탱크본체(21) 전면에서 대략 수평방향으로 돌출된 상태가 되며, 또 분무노즐(31)이 관부(23) 및 관통공(24)을 통해 탱크본체(21)의 내부공간으로 연통된 상태가 된다.

상기 노즐홀더(32)에는 단자부(33)가 형성된다. 이 단자부(33)는, 노즐홀더(32)의 외주면에서 돌출되며, 노즐홀더(32)의 개구단 쪽(도 3에서의 안쪽)에 배치된다. 노즐홀더(32)는, 단자부(33)를 포함하는 전체가 도전성 수지로 구성된다. 그리고 노즐홀더(32)의 저부에 삽입된 분무노즐(31)은, 노즐홀더(32)와 전기적으로 접속되며, 제 1 전극을 구성한다.

상기 전극홀더(40)는, 내통부(41)와 외통부(42)를 구비한다. 내통부(41)와 외통부(42)는 모두 원통형으로 형성된다. 외통부(42) 안지름은 내통부(41) 바깥지름보다 크다. 내통부(41)와 외통부(42)는 서로 동축으로 배치되며, 각각의 기단 쪽에서 서로 연결되어 일체화된다. 내통부(41) 안지름은, 노즐홀더(32)의 바깥지름과 대략 같다. 전극홀더(40)는, 내통부(41) 및 외통부(42) 기단 쪽이 용액탱크(20)의 탱크본체(21) 쪽을 향하는 자세이며, 그 내통부(41)가 노즐홀더(32)와 끼움결합 됨으로써 이 노즐홀더(32)에 설치된다. 이 전극홀더(40)는, 그 전체가 비도전성 수지로 구성된다.

상기 링 전극(35)은 고리형으로 형성된다. 링 전극(35)에는, 단자부(36)가 형성된다. 이 단자부(36)는, 링 전극(35)의 외주에서 그 지름방향 바깥쪽으로 돌 출된다. 링 전극(35)은 단자부(36)를 포함하는 전체가 도전성 수지로 구성되며 제 2 전극을 구성한다. 이 링 전극(35)은, 전극홀더(40)의 외통부(42)에 설치된다. 구체적으로는, 외통부(42) 선단 쪽(도 4에서 좌단측) 외주 둘레부에 끼워진다. 전술한 바와 같이 전극홀더(40)는, 그 재질이 비도전성 수지로 구성된다. 따라서 링 전극(35)은, 분무노즐(31)로부터 전기적으로 절연된다.

그리고 전술한 분무노즐(31) 및 링 전극(35)의 재질은, 단순한 일례이다. 즉, 분무노즐(31)의 재질은, 스테인리스스틸 이외의 도전성 재료(예를 들어 도전성 수지 등)라도 된다. 또 링 전극(35)의 재질은, 도전성 수지 이외의 도전성 재료(예를 들어 금속 등)라도 된다.

상기 용액탱크(20)의 탱크본체(21) 내에는, 인체에 유익한 물질의 수용액, 예를 들어 아미노산의 일종인 티아닌(theanine) 수용액이 저류된다. 탱크본체(21) 내 액면(51)의 위치는, 탱크본체(21) 하부에서 수평방향으로 연장되는 분무노즐(31) 선단보다 높다. 탱크본체(21) 내의 액면(51)과 분무노즐(31) 선단 사이에는 헤드 차가 있으며, 이 헤드 차에 의해 탱크본체(21) 내의 수용액이 분무노즐(31) 선단으로 공급된다.

제 1 전극을 구성하는 분무노즐(31)의 상세한 형상이나, 이 분무노즐(31)과 제 2 전극을 구성하는 링 전극(35)의 상세한 위치관계에 대해, 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다. 분무노즐(31)은 그 바깥지름이 0.7mm이며, 안지름(D)이 0.4mm이다. 분무노즐(31)의 두께(t)는 0.15mm이다. 분무노즐(31)은, 그 전체 길이에 걸쳐 두께가 일정하다. 분무노즐(31) 선단의 외주 둘레에서 링 전극(35) 전면까지 의 직선거리, 즉 분무노즐(31)의 선단과 링 전극(35)의 거리(L₁)는 5.0mm이다. 또 링 전극(35)은, 분무노즐(31) 선단보다 탱크본체(21) 쪽으로 배치된다. 분무노즐(31)의 선단면과 링 전극(35) 전면과의 거리, 즉 수평방향에서의 분무노즐(31)의 선단과 링 전극(35)의 거리(L₂)는 5.0mm이다.

상기 전원(16)은 직류고전압 전원이다. 이 전원(16)은, 그 양극단자가 노즐홀더(32)의 단자부(33)를 통해 분무노즐(31)과 전기적으로 접속되며, 그 음극단자가 링 전극(35)의 단자부(36)에 전기적으로 접속된다. 전원(16)의 음극단자는 접지(earth)된다. 이 전원(16)을 온 하면, 분무노즐(31)로 6kV 정도의 전압이 인가된다. 여기서 도 1은, 노즐홀더(32)의 단자부(33) 도시를 생략한 것이며, 편의적으로 전원(16)을 분무노즐(31)에 접속한 도이다.

상기 제어기(17)는 전원(16)의 스위칭을 실행하는 것이며, 제어수단을 구성한다. 구체적으로 이 제어기(17)는, 전원(16)의 온/오프를 교대로 반복하도록 구성된다. 또 제어기(17)는, 전원(16)을 온 한 시간(온 상태의 시간)과 전원(16)을 오프한 시간(오프상태의 시간)의 비율, 즉 듀티비를, 용액탱크(20) 내의 액면(51) 높이에 따라 조절하도록 구성된다.

-운전동작-

상기 정전분무장치(10)의 운전동작에 대해 설명한다. 이 정전분무장치(10)에서는, 이른바 콘 제트 모드(Cone-jet mode)의 EHD분무가 이루어진다.

전술한 바와 같이 분무카트리지(15)에서는, 용액탱크(20) 내의 액면(51)이 분무노즐(31) 선단보다 위에 위치하며, 용액탱크(20)내의 액면(51)과 분무노즐(31) 선단 사이에 헤드 차가 있는 상태이다. 이로써 분무노즐(31)의 선단에 형성되는 기액계면(52)에는, 헤드 차에 기인하는 액압이 작용한다.

전원(16)이 오프인 상태(즉, 분무노즐(31)과 링 전극(35)이 동 전위인 상태)에서, 분무노즐(31) 선단에 형성된 기액계면(52)에서는, 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이, 표면장력과 헤드 차에 기인하는 액압이 균형을 이룬 상태가 된다. 이로써 전원(16)을 오프시킨 상태라도, 분무노즐(31) 선단으로부터 수용액이 유출되는 일은 없다. 안지름이 0.4mm인 분무노즐(31)을 이용하는 본 실시형태의 정전분무장치(10)에서, 티아닌수용액의 농도가 10질량%인 경우, 분무노즐(31) 선단의 기액계면(52)에 20mmH₂O의 액압이 작용해도, 분무노즐(31) 선단으로부터의 수용액 누출이 저지된다.

전원(16)이 온인 상태(즉 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이에 전위차가 부여된 상태)에서는, 분무노즐(31)의 선단 근방에 전계가 형성된다. 또 분무노즐(31) 내의 수용액이 분극되어, 분무노즐(31) 선단의 기액계면(52) 근방에 +(양)전하가 모인다. 그리고 분무노즐(31)의 선단에서는, 도 6(A)에 나타낸 바와 같이 기액계면(52)이 당겨져 원추형으로 되고, 이 원추형이 된 기액계면(52)의 꼭지부로부터 일부 수용액이 흩어져 액적화된다.

분무노즐(31) 선단으로부터는 티아닌 수용액의 미세한 액적이 방출되며, 이 액적이 실내의 공기 중으로 공급된다. 실내에 있는 사람은, 호흡할 때 공기 중의 액적을 공기와 함께 흡입한다. 사람에게 흡입된 액적은 폐포 점막에 부착된다. 액적에 함유된 티아닌은, 폐포 점막을 통해 사람 체내로 도입된다. 그리고 티아닌은, 흥분을 억제하여 안정시키는 작용이 있는 것으로 알려져 있다.

여기서, 공기 중에 포함된 액적을 실내에 있는 사람의 폐포에 도달시키는 데는, 액적의 직경을 소정 범위 내로 할 필요가 있다. 즉, 액적의 직경이 지나치게 크면, 사람에게 흡입된 액적은 기도 점막에 포착되어버려 폐포까지 도달하지 못한다. 역으로, 액적의 직경이 지나치게 작으면, 사람에게 흡입된 액적이 폐포 점막에 포착되지 않고 호흡과 함께 배출되어버린다. 이들 사정을 고려하면, 상기 정전분무장치(10)로부터 분무되는 액적의 직경은, 10nm 이상 5㎛ 이하인 것이 바람직하며, 50nm 이상 2㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

전술한 바와 같이, 분무카트리지(15)에서는 분무노즐(31)의 선단에서 액적화된 수용액이 방출되어간다. 이로써, 분무노즐(31) 내로 수용액이 보급되지 않으면, 분무노즐(31) 내의 수용액 양이 감소되어 분무를 계속할 수 없게 된다. 한편, 이 분무카트리지(15)에서는, 분무노즐(31) 선단이 용액탱크(20) 내의 액면(51)보다 낮은 위치에 배치되어, 용액탱크(20) 내의 액면(51)과 분무노즐(31) 선단과의 사이에 헤드 차가 있다. 때문에 이 헤드 차에 의해 분무노즐(31) 내로 용액탱크(20) 내의 수용액이 보급되어, 분무노즐(31)로부터 분무가 계속 이루어진다. 즉, 본 실시형태의 정전분무장치(10)에 있어서, 용액탱크(20) 내의 수용액을 분무노즐(31)로 공급하기 위한 펌프 등의 부재는 필요 없게 된다.

-제어기의 동작-

상기 제어기(17)는, 전원(16)의 온/오프를 일정 주기로 번갈아 반복한다. 이 제어기(17)의 동작에 대해 도 7을 참조하면서 설명한다.

상기 제어기(17)는, 전원(16)을 온 한 시각에서 시간(T_ON)이 경과하면 전원(16)을 오프하고, 그 후는 전원(16)을 오프상태로 유지하여, 전원(16)을 오프한 시각에서 시간(T_OFF)이 경과하면 전원(16)을 다시 온 한다. 제어기(17)는 이 동작을 주기적으로 반복한다. 이와 같은 제어기(17)가 행하는 동작의 주기, 즉 전원(16)의 온 시간(T_ON)과 오프시간(T_OFF)의 합(T)(=T_ON+T_OFF)은 일정하다.

여기서, 분무카트리지(15)에 있어서 분무를 계속하면, 용액탱크(20) 내에서의 액면(51)이 저하되어간다. 그리고 분무카트리지(15)에서는, 용액탱크(20) 내에서의 액면(51) 높이가 변화하면, 분무노즐(31) 선단과 용액탱크(20) 내 액면(51) 사이의 헤드 차가 변화한다. 때문에, 아무런 대책도 강구하지 않으면, 용액탱크(20)로부터 분무노즐(31)을 향하는 수용액의 유량이 변화하며, 그에 따라 분무노즐(31)로부터의 분무량도 변화해버린다.

그래서, 상기 제어기(17)는, 전원(16)의 온 시간과 오프시간에 관한 듀티비(r)(=T_ON/T)를, 용액탱크(20) 내의 액면(51) 높이 변화에 따라 조절한다. 구체적으로 이 제어기(17)는, 용액탱크(20) 내의 액면(51)이 저하됨에 따라 듀티비(r)를 증대시켜간다. 즉, 제어기(17)는, 제어기(17)에 의한 전원(16)의 온/오프 주기(T)에 대한 전원(16)의 온 시간(T_ON) 비를 점차 크게 하여, 전원(16)이 온 상태가 되어 분무노즐(31)로부터 액적이 방출되는 시간을 연장해간다.

이와 같이 상기 제어기(17)는, 용액탱크(20) 내의 액면(51) 저하에 따라 용액탱크(20)로부터 분무노즐(31)로 향하는 수용액의 유량이 감소하면, 그에 따라 듀티비(r)를 증대시켜, 분무카트리지(15)에서 분무가 이루어지는 시간을 연장시킨다. 이 때 이 제어기(17)는, 용액탱크(20) 내의 액면(51)이 저하되어도 분무노즐(31)로부터의 분무량이 일정하게 유지되도록 듀티비(r)를 조절한다.

상기 제어기(17)가 듀티비(r)를 조절하기 위해서는, 용액탱크(20) 내의 액면(51) 높이에 관한 정보가 필요하다. 한편, 분무노즐(31)로부터의 분무량이 일정하게 유지된 것으로 하면, 용액탱크(20) 내의 액면(51)이 저하되는 속도도 일정해진다. 즉, 용액탱크(20) 내의 액면(51) 높이는, 분무카트리지(15)에서 분무가 이루어지는 시간(분무시간)의 적산값에 비례하게 된다. 이와 같은 분무시간의 적산값과 액면(51) 높이와의 관계를 이용하여, 제어기(17)는 분무카트리지(15)에서의 분무시간 적산값에 따라 듀티비(r)를 조절한다.

-분무카트리지의 각 부 크기-

상기 분무카트리지(15)에 있어서, 분무노즐(31) 선단의 두께(도 4의 길이(t)), 분무노즐(31)의 안지름(도 4의 길이(D)), 수평방향에서의 분무노즐(31) 선단과 링 전극(35)의 거리(도 4의 길이(L₂)), 및 분무노즐(31) 선단과 링 전극(35)의 거리(도 4의 길이(L₁))는, 각각 다음과 같은 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

우선, 분무노즐(31) 선단의 두께(t)에 대해 설명한다. 분무노즐(31)의 선단 에서 수용액의 미세액적화를 안정되게 하려면, 분무노즐(31) 선단면의 내주 쪽 에지 부근에 전계가 집중하는 편이 바람직하다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 분무노즐(31) 선단의 두께가 0.2mm 이하이면, 분무노즐(31) 선단에서 수용액의 미세액적화가 안정되게 이루어진다. 이에 반해, 분무노즐(31) 선단의 두께가 0.5mm 이상이 되면, 분무노즐(31)과 링 전극(35)의 전위차를 크게 하지 않으면 수용액을 안정되게 미세액적화시킬 수 없게 된다. 이와 같은 사정을 고려하면, 분무노즐(31) 선단의 두께(t)는 0.2mm 이하인 것이 바람직하다.

다음으로, 분무노즐(31)의 안지름(D)에 대해 설명한다. 분무노즐(31) 선단 기액계면(52)에서의 표면장력은, 수용액 점도가 같으면 그 크기가 분무노즐(31)의 안지름에 따라 결정된다. 일반적으로 기액계면(52)에서의 표면장력은, 분무노즐(31)의 안지름이 작을수록 커지며, 분무노즐(31)의 안지름이 클수록 작아진다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 분무노즐(31)의 안지름이 0.2mm 이하가 되면, 기액계면(52)에서의 표면장력이 과대해져, 분무노즐(31) 선단에서 수용액을 안정되게 미세액적화시키기가 어려워진다. 또 분무노즐(31)의 막힘이 일어나기 쉬워져 정전분무장치(10)의 신뢰성을 손상시킬 우려가 있다. 한편, 분무노즐(31)의 안지름이 1.5mm 이상이 되면, 기액계면(52)에서의 표면장력이 과소해져, 이 경우도 분무노즐(31) 선단에서 수용액을 안정되게 미세액적화시키기가 어려워진다. 이와 같은 사정을 고려하면, 분무노즐(31)의 안지름(D)은, 0.3mm 이상 1.0mm 이하인 것이 바람직하다.

이어서, 수평방향에서의 분무노즐(31) 선단과 링 전극(35)의 거리, 즉 분무 노즐(31) 선단에 대한 링 전극(35)의 후퇴거리(L₂)에 대해 설명한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 링 전극(35)이 분무노즐(31) 선단보다 전방, 혹은 이 선단과 동일 위치에 배치된 상태에서는, 분무노즐(31) 선단에서 분무된 액적이 링 전극(35)으로 당겨져, 미세액적화된 수용액을 실내로 공급할 수 없게된다. 또 링 전극(35)이 분무노즐(31) 선단보다 후퇴된 위치에 배치되어도, 분무노즐(31) 선단에 대한 링 전극(35)의 후퇴거리(L₂)가 지나치게 짧으면, 분무에 적합한 전계를 분무노즐(31) 선단 근방에 형성하기가 어려워진다. 역으로 분무노즐(31) 선단에 대한 링 전극(35)의 후퇴거리(L₂)가 지나치게 길면, 분무노즐(31)과 링 전극(35)의 전위차를 크게 하지 않으면 수용액을 안정되게 미세액적화시킬 수 없게 되어버린다. 이와 같은 사정을 고려하면, 수평방향에서의 분무노즐(31) 선단에 대한 링 전극(35)의 후퇴거리(L₂)는 3.0mm 이상 10.0mm 이하인 것이 바람직하다.

마지막으로, 분무노즐(31) 선단과 링 전극(35)의 거리(L₁)에 대해 설명한다. 분무노즐(31) 선단과 링 전극(35)의 거리(L₁)가 지나치게 짧으면, 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이에서 코로나방전이 일어나기 시작하는 전위차가 작아진다. 그리고 오존 발생을 억제하기 위해 코로나방전을 피하고자 하면, 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이에 충분한 전위차를 부여할 수 없게 되어, 분무노즐(31)의 선단에서 수용액을 안정되게 미세액적화시키기가 어려워진다. 역으로 분무노즐(31) 선단과 링 전극(35)의 거리(L₁)가 지나치게 길면, 분무노즐(31)과 링 전극(35)의 전위차를 크 게 하지 않으면 수용액을 안정되게 미세액적화시킬 수 없게 된다. 이와 같은 사정을 고려하면, 분무노즐(31) 선단과 링 전극(35)의 거리(L₁)는, 5.0mm 이상 20.0mm 이하인 것이 바람직하다.

-분무노즐과 링 전극의 전위차-

분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이에 부여되는 전위차는, 다음과 같은 범위 내의 값인 것이 바람직하다.

구체적으로, 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이의 전위차가 지나치게 작으면, 분무노즐(31)의 선단에서 수용액을 안정되게 미세액적화시킬 수 없다. 때문에 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이에 부여되는 전위차는, 3kV 이상인 것이 바람직하다. 한편, 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이의 전위차가 커지면, 코로나방전이 발생할 우려가 있다. 대기 중에서 코로나방전이 발생하면, 그에 수반하여 인체에 해로운 오존이 발생한다. 그러므로, 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이에 부여되는 전위차는, 코로나방전이 발생하기 시작하는 값 미만인 것이 바람직하다.

여기서, 코로나방전이 발생하기 시작하는 전위차의 값은, 분무노즐(31)과 링 전극(35)의 거리에 따라 다르다. 본 실시형태의 정전분무장치(10)에서는, 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이의 전위차가 7kV 이상 되면 코로나방전이 일어날 우려가 있다. 따라서 이 정전분무장치(10)에서는, 분무노즐(31)과 링 전극(35) 사이 부여되는 전위차를 3kV 이상 7kV 미만으로 하는 것이 바람직하다.

-제 1 실시형태의 효과-

본 실시형태에서는, 분무노즐(31)의 선단을 용액탱크(20) 내의 액면(51)보다 낮게 배치하고, 분무노즐(31)의 선단과 용액탱크(20) 내 액면(51) 사이의 헤드 차에 의해 분무노즐(31) 선단으로 용액탱크(20) 내의 액체를 공급한다. 이로써, 펌프나 모터를 이용한 압출기구 등을 사용하지 않고, 용액탱크(20) 내에서 분무노즐(31) 선단으로 액체를 공급할 수 있다. 따라서 본 실시형태에 의하면, 용액탱크(20) 내에서 분무노즐(31) 선단으로 액체를 공급하기 위한 펌프 등을 생략할 수 있어, 정전분무장치(10) 구성의 간소화나 제조원가의 저감을 도모할 수 있다.

여기서, 펌프 등을 이용하여 노즐로 액체를 공급하는 종래의 정전분무장치에서는, 펌프 등이 고장나면 액체를 미세액적화시킬 수 없게 된다. 이에 반해, 본 실시형태의 정전분무장치(10)에서는, 펌프 등의 액체를 공급하기 위한 부재를 구성시킬 필요가 없다. 이로써 본 실시형태에 의하면, 펌프 등의 고장에 따라 정전분무장치(10)의 기능을 잃게 될 가능성을 작게 할 수 있어, 정전분무장치(10)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또 본 실시형태에서는, 분무노즐(31)과 링 전극(35)이 동 전위가 되면 분무노즐(31) 선단에 형성된 기액계면(52)에서 액압과 표면장력이 균형을 이루며, 이에 따라 분무노즐(31)로부터의 액체 유출이 저지된다. 이로써, 본 실시형태의 정전분무장치(10)에서는, 전원(16)을 오프시켜 분무노즐(31)과 링 전극(35)을 동 전위로 하는 것만으로, 분무노즐(31)로부터의 액체 유출을 정지시킬 수 있다. 따라서 본 실시형태에 의하면, 정전분무장치(10)의 정지 중에 분무노즐(31)로부터 수용액이 누출되는 것을 막기 위한 구성이 필요 없게 되어, 정전분무장치(10)의 구성을 한층 간소화할 수 있다.

또 본 실시형태에 있어서 제어기(17)는, 분무 계속 중에 용액탱크(20) 내의 액면(51) 높이가 저하되어 가는 것에 대응하여, 전원(16)의 온 시간과 오프 시간에 관한 듀티비를 증대시킨다. 이로써, 용액탱크(20) 내의 액면(51) 저하에 따라, 분무노즐(31) 선단과 용액탱크(20) 내 액면(51) 사이의 헤드 차가 변화하여 용액탱크(20)로부터 분무노즐(31)을 향하는 수용액의 유량이 감소되어도, 분무노즐(31)로부터의 분무량을 일정하게 유지할 수 있다.

본 실시형태에서는, 제 2 전극으로서의 링 전극(35)을 분무노즐(31) 선단보다 후방에 배치한다. 이로써 분무노즐(31) 선단으로부터 분무된 액체가 링 전극(35)에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 액체의 부착에 의해 링 전극(35)이 오염되면, 링 전극(35)과 분무노즐(31) 사이의 전계가 불안정해져, 분무노즐(31)로부터의 분무를 안정되게 계속할 수 없게될 우려가 있다. 이에 반해 본 실시형태에 의하면, 링 전극(35)을 청정 상태로 유지할 수 있으므로, 링 전극(35)과 분무노즐(31) 사이에 안정된 전계를 계속 형성할 수 있어, 분무노즐(31)로부터의 액체 분무를 안정되게 계속 실행시킬 수 있다.

-제 1 실시형태의 변형예-

본 실시형태의 분무카트리지(15)에서는, 링 전극(35) 대신 복수의 전극용 부재(38)가 제 2 전극으로서 배치되어도 된다.

예를 들어 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 분무카트리지(15)는 원호형의 선형상으로 형성된 복수의 전극용 부재(38)를 제 2 전극으로서 구비해도 된다. 이 경우, 각 전극용 부재(38)는, 각각의 곡률반경이 같으며, 1개의 피치 원 위에 배치된다. 이들 전극용 부재(38)의 피치 원 중심은, 분무노즐(31)의 중심축 상에 위치한다. 각 전극용 부재(38)의 내주에서 분무노즐(31) 외주 면까지의 거리는, 각각 같은 길이(L₁)이다.

또 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 분무카트리지(15)는, 단면이 타원형인 작은 조각으로 형성된 복수의 전극용 부재(38)를 제 2 전극으로 구비해도 된다. 이 경우도, 각 전극용 부재(38)는 1개의 피치 원 위에 배치된다. 이들 전극용 부재(38)의 피치 원 중심은, 분무노즐(31)의 중심축 상에 위치한다. 각 전극용 부재(38)의 내주에서 분무노즐(31) 외주 면까지의 거리는, 각각 같은 길이(L₁)이다.

이와 같이, 상기 각 실시형태의 분무카트리지(15)에서는, 복수의 전극용 부재(38)가 제 2 전극으로서 배치되며, 이들 전극용 부재(38)가 분무노즐(31)과 동심 피치 원 위에 배치되어도 된다. 이 경우, 복수 전극용 부재(38)의 피치 원은, 그 반경이 상기 제 1 실시형태의 링 전극(35) 반경과 대략 동등한 것이 바람직하다. 또 이 피치 원의 분무노즐(31) 선단으로부터의 후퇴거리는, 링 전극(35) 후퇴거리와 대체로 동등한 것이 바람직하다.

[제 2 실시형태]

본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 여기서는, 본 실시형태의 정전분무장치(10)에 대해, 상기 제 1 실시형태와 다른 점을 설명한다.

도 13에서 도 16까지의 각 도에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 정전분무 장치(10)에서는, 상기 제 1 실시형태의 링 전극(35) 대신, 막대형 전극(60)이 제 2 전극으로서 배치된다. 막대형 전극(60)은, 단면이 원형인 막대형상으로 형성된 부재이며, 금속 등의 도전성 재료로 구성된다.

막대형 전극(60)은, 전극홀더(40)의 외통부(42) 선단면(도 13, 도 15에서의 좌단면)에 돌출 형성된다. 외통부(42)에서 돌출된 막대형 전극(60)의 선단부분은, 돌출단부(65)를 구성한다. 막대형 전극(60)의 돌출단부(65)는, 분무노즐(31) 선단보다 용액탱크(20) 쪽에 위치한다. 즉, 막대형 전극(60)은, 분무노즐(31) 선단보다 후퇴한 위치에 배치된다. 또 막대형 전극(60)의 돌출단부(65)는, 분무노즐(31) 측방에 위치한다. 그리고 이 막대형 전극(60)은, 전원(16)의 음극단자와 전기적으로 접속된다.

본 실시형태에 있어서, 분무노즐(31) 선단의 외주 둘레부터 막대형 전극(60)의 돌출단부(65) 외주 둘레까지의 직선거리, 즉 분무노즐(31) 선단과 막대형 전극(60) 선단의 거리(L₁)(도 15 참조)는, 5.0mm 이상 20.0mm 이하인 것이 바람직하다. 또 수평방향에서의 분무노즐(31) 선단에서 막대형 전극(60)의 돌출단부(65)까지의 거리, 즉 분무노즐(31) 선단에서 막대형 전극(60)의 후퇴거리(L₂)(도 15 참조)는, 3.0mm 이상 10.0mm 이하인 것이 바람직하다. 이들 거리(L₁) 및 거리(L₂)를 상기 범위로 설정하는 것이 바람직한 이유는, 제 1 실시형태에서 서술한 바와 같다.

본 실시형태의 정전분무장치(10)에서, 전원(16)이 온 되어 분무노즐(31)과 막대형 전극(60) 사이에 전위차가 부여되면, 분무노즐(31) 선단과 막대형 전극(60) 의 돌출단부(65) 사이에 전계가 형성된다. 즉, 본 실시형태의 정전분무장치(10)에서는, 비교적 좁은 영역끼리의 사이에 전계가 형성된다. 그리고 분무노즐(31) 선단 부근의 공간에서는, 막대형 전극(60)의 돌출단부(65)와 분무노즐(31) 선단 사이의 비교적 좁은 영역에 전계가 집중하게 된다.

여기서, 정전분무장치(10)의 운전 중에는, 제 1 전극인 분무노즐(31)보다 전위가 낮은 것(예를 들어 인간의 손) 등이 분무노즐(31)에 접근할 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 인간의 손 등과 분무노즐(31) 사이에도 전계가 형성되고, 이에 따라 분무노즐(31) 선단 부근에 형성된 전계가 흐트러지므로, 분무노즐(31)로부터의 분무가 불안정해질 우려가 있다.

이에 반해 본 실시형태에서는, 돌출단부(65)를 갖는 막대형 전극(60)을 제 2 전극으로 이용하여, 분무노즐(31) 선단 부근에 형성되는 전계를 좁은 영역으로 집중시키도록 한다. 이로써, 예를 들어 사람의 손 등이 분무노즐(31)에 접근함에 따라 분무노즐(31)의 선단 부근이 외란(disturbance)을 입었다 해도, 그 외란의 크기는 분무노즐(31) 선단 부근에 형성된 전계에 비해 충분히 작으므로, 분무노즐(31)로부터 안정되게 액체를 계속 분무시킬 수 있다.

또 본 실시형태에서는, 분무노즐(31)의 선단보다 후방에 막대형 전극(60)을 배치하므로, 분무노즐(31)의 선단에서 분무된 액체가 막대형 전극(60)에 부착하는 것을 막을 수 있다. 이로써, 액체 부착에 의해 막대형 전극(60)이 오염되고, 이에 기인하여 막대형 전극(60)과 분무노즐(31) 사이의 전계가 불안정해지는 것을 회피할 수 있다. 따라서 본 실시형태에 의하면, 막대형 전극(60)을 청정한 상태로 유 지함으로써 막대형 전극(60)과 분무노즐(31) 사이의 전계를 안정화할 수 있어, 상기 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 분무노즐(31)로부터의 액체 분무를 안정되게 계속 실행시킬 수 있다.

-제 2 실시형태의 변형예-

본 실시형태의 정전분무장치(10)에서는, 막대형 전극(60) 대신 삼각판 전극(61)이 제 2 전극으로서 형성되어도 된다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 삼각판 전극(61)은 삼각형의 판상으로 형성된다. 막대형 전극(60)과 마찬가지로 삼각판 전극(61)은, 전극홀더(40)의 외통부(42) 선단면에 돌출 형성된다. 이 삼각판 전극(61)은, 그 밑변에 상당하는 부분이 외통부(42)로 메워지며, 그 꼭지점에 상당하는 부분이 외통부(42) 선단면으로부터 전방으로 돌출된다. 그리고 삼각판 전극(61)에서는, 꼭지점에 상당하는 부분이 돌출단부(65)를 구성한다.

분무노즐(31)과 삼각판 전극(61) 사이에 전위차를 부여하면, 분무노즐(31)의 선단과 삼각판 전극(61)의 돌출단부(65) 사이에 전계가 형성된다. 그리고, 분무노즐(31) 선단 부근의 공간에는, 삼각판 전극(61)의 돌출단부(65)와 분무노즐(31) 선단 사이의 비교적 좁은 영역으로 전계가 집중하게 되어, 외적 요인에 의해 전계가 다소 흐트러지더라도, 분무노즐(31) 선단으로부터의 분무를 안정되게 계속 시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시형태에서는, 제 2 전극으로서 형성되는 부재에 돌출된 부분(즉 돌출단부(65))이 형성되면 되며, 제 2 전극으로서 형성되는 부재의 전체형상 은 어떤 형상이라도 된다.

[제 3 실시형태]

본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 분무카트리지(15)에서, 분무노즐(31)의 형상을 변경한 것이다. 그리고 본 실시형태의 분무노즐(31)은, 상기 제 2 실시형태의 분무카트리지(15)에도 적용 가능하다.

본 실시형태의 분무노즐(31)은, 그 전체길이에 걸쳐 안지름이 일정하다. 한편, 분무노즐(31)의 선단 부근은, 그 바깥지름이 분무노즐(31) 최선단에 가까워짐에 따라 서서히 작아지는 형상, 즉 테이퍼 형상이 된다. 분무노즐(31)에서는, 테이퍼 형상으로 형성된 부분이 선단부(31a)를 구성한다. 그리고 분무노즐(31)의 선단부(31a)는 그 최선단이 에지형상이 되어, 최선단의 두께가 실질적으로 0mm가 된다.

상기 분무노즐(31)의 상세한 형상에 대해 도 18을 참조하면서 설명한다. 분무노즐(31)은, 그 바깥지름이 0.7mm이며, 그 안지름(D)이 0.4mm이다. 분무노즐(31)의 두께(t)는 0.15mm이다. 또 테이퍼 형상으로 형성된 선단부(31a)의 외주면(31c) 꼭지각(도 18에 나타내는 각도(θ))은 20도이다. 즉, 분무노즐(31) 선단부(31a)의 외주면(31c)은, 꼭지각 20도의 원추면을 이룬다.

분무노즐(31)에 전압을 인가하면, 분무노즐(31) 선단 부근에 전계가 형성되어 분무노즐(31)로부터 액체가 분무된다. 이 때, 분무노즐(31) 선단에서는, 도 19에 나타낸 바와 같이 기액계면(52)이 당겨져 원추형상이 된다.

여기서, 분무노즐(31) 선단부(31a)의 꼭지각(θ)을 20도로 하는 이유에 대해 도 20을 참조하면서 설명한다.

도 20은, 단위시간당 분무노즐(31)로부터 분무되는 액량의 변동량(분무변동량)을, 선단부(31a)의 꼭지각(θ)을 20도로 한 경우와, 40도로 한 경우, 180도로 한 경우의 각각에 대해 나타낸 것이다. 여기서 꼭지각(θ)이 180도인 분무노즐(31)이란, 전 길이에 걸쳐 두께가 일정하고, 선단 부근에 테이퍼 면이 형성되지 않는 것이다(도 4 및 도 6 참조).

분무변동량은, 3종류의 분무노즐(31) 각각에 대해 5회씩 계측된다. 이에 따르면, 선단부(31a)가 테이퍼 형상인 분무노즐(31)(꼭지각(θ)이 20도 또는 40도인 분무노즐(31))은, 테이퍼 형상이 아닌 분무노즐(31)(꼭지각(θ)이 180도인 분무노즐(31))에 비해 대폭으로 분무변동량의 차이가 작음을 알 수 있다. 또 꼭지각(θ)이 20도인 분무노즐(31)은, 꼭지각(θ)이 40도인 분무노즐(31)에 비해 분무변동량의 차이가 작음을 알 수 있다. 그래서 본 실시형태에서는, 분무노즐(31)의 선단부(31a) 꼭지각(θ)을, 분무변동량의 차이가 가장 작은 20도로 설정한다.

-제 3 실시형태의 효과-

본 실시형태에서는, 분무노즐(31) 최선단에서의 두께가 실질적으로 0mm이다. 이로써, 분무 중에 이 분무노즐(31) 선단에 형성되는 기액계면(52)의 직경을 대체로 일정하게 유지할 수 있어, 정전분무장치(10)에서의 분무변동량을 작게 할 수 있다. 따라서 본 실시형태에 의하면, 소정 분무량 이상의 액체가 미세액적화되어 액체가 필요 이상 소비되거나, 충분한 분무량이 얻어지지 않는다거나 하는 문제를 해 소할 수 있다.

-제 3 실시형태의 제 1 변형예-

본 실시형태의 분무노즐(31)에서는, 도 21에 나타낸 바와 같이, 그 최선단이 에지형상이 아닌 평면형태로 되어도 된다. 구체적으로는, 분무노즐(31)의 선단부(31a) 바깥지름은, 분무노즐(31) 선단에 가까워짐에 따라 서서히 작아지나, 분무노즐(31) 최선단에서도 안지름보다는 크다. 즉, 분무노즐(31)의 최선단에서는, 두께가 0mm가 되지 않고 평탄한 고리형의 선단면(31b)이 형성된다.

-제 3 실시형태의 제 2 변형예-

본 실시형태의 분무노즐(31)에서는, 도 22에 나타낸 바와 같이, 그 선단부(31a) 내주면이 분무노즐(31)의 최선단을 향해 넓어지는 테이퍼면이 되어도 된다. 구체적으로 분무노즐(31)의 선단부(31a)에서는, 그 바깥지름이 일정한 한편, 그 안지름이 분무노즐(31)의 최선단에 가까워짐에 따라 서서히 커진다. 그리고 분무노즐(31)의 선단부(31a)는, 그 최선단이 에지형상이 되며, 최선단의 두께가 실질적으로 0mm가 된다.

-제 3 실시형태의 제 3 변형예-

본 실시형태의 분무노즐(31)에서는, 도 23에 나타낸 바와 같이, 그 선단부(31a)가 선단부(31a) 이외의 부분에 비해 한단 얇아져도 된다. 구체적으로, 분무노즐(31)에서는, 선단부(31a) 바깥지름이 선단부(31a) 이외 부분의 바깥지름보다 작다. 선단부(31a) 바깥지름에서는 선단부(31a) 전 길이에 걸쳐 일정하다. 또 분무노즐(31)의 안지름은 그 전 길이에 걸쳐 일정하다. 그리고, 이 분무노즐(31)에 서는, 선단부(31a)에서의 안지름과 바깥지름의 차가, 선단부(31a) 이외 부분에서의 안지름과 바깥지름의 차에 비해 작아진다.

여기서 본 변형예에서는 도 24에 나타낸 바와 같이, 선단부(31a) 바깥지름이 분무노즐(31)의 선단에 가까워짐에 따라 서서히 작아져도 된다.

[제 4 실시형태]

본 발명의 제 4 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 분무카트리지(15)에 있어서, 분무노즐(31)의 구성을 변경한 것이다. 여기서, 본 실시형태의 분무노즐(31)은, 상기 제 2 실시형태의 분무카트리지(15)에도 적용 가능하다.

도 25 및 도 26에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 분무노즐(31) 선단면(31b)에는, 가는 홈(19)을 형성하는 가공이 친수처리로서 실시된다. 구체적으로, 이 분무노즐(31) 선단면(31b)에는, 지름방향으로 이어지는 홈(19)이 형성된다. 이 홈(19)은, 등간격으로 8개 형성된다. 이 홈(19)의 폭은, 내주길이 또는 외주길이에 비해 매우 가늘다. 이로써, 분무 중에 분무노즐(31) 선단에 원추형의 기액계면(52)이 형성될 때는, 액체가 모세관 현상에 의해 홈(19) 전체로 퍼지게 되어, 분무노즐(31) 선단면(31b) 전체가 젖은 상태로 되기 쉬워진다.

여기서, 상기 제 3 실시형태의 제 1 변형예(도 21 참조) 또는 제 3 변형예(도 23 참조)의 분무노즐(31)에 있어서, 그 선단면(31b)에 친수처리를 실시해도 된다.

본 실시형태에서는, 분무노즐(31)의 선단면(31b)에 친수처리를 실시하므로, 분무노즐(31)로부터의 분무 중에 선단면(31b) 전체가 젖은 상태로 되기 쉬워진다. 그리고, 분무노즐(31)의 선단에 형성되는 원추형의 기액계면(52)은, 도 26에 나타낸 바와 같은 분무노즐(31) 외면으로 연속되는 형상이 되며, 그대로의 형상으로 안정된다. 따라서, 분무노즐(31) 선단에 형성되는 기액계면(52)의 크기가 거의 변화하지 않게 되어, 정전분무장치(10)의 분무변동량을 작게 할 수 있다. 이로써, 분무 중에 이 분무노즐(31) 선단에 형성되는 기액계면(52)의 크기를 대체로 일정하게 유지할 수 있어, 정전분무장치(10)의 분무변동량을 작게 할 수 있다.

-제 4 실시형태의 제 1 변형예-

본 실시형태에서는, 분무노즐(31)의 선단면(31b)에 친수처리로서 조면(粗面)가공을 실시해도 된다. 분무노즐(31) 선단면(31b)에 조면가공을 실시하면, 선단면(31b)에 다수의 미세한 요철이 형성되어 선단면(31b)이 액체로 젖은 상태로 되기 쉬워진다.

-제 4 실시형태의 제 2 변형예-

본 실시형태에서는 도 27에 나타낸 바와 같이, 분무노즐(31)의 선단면(31b)에 친수성 피막(71)을 형성해도 된다. 즉, 분무노즐(31)의 선단면(31b)에는, 친수성 재료로 이루어진 피막(71)을 형성하는 피막가공을, 친수처리로서 실시해도 된다. 친수성 재료로는, 광 촉매로서 널리 알려진 산화티타늄(TiO₂) 등을 사용할 수 있다.

[제 5 실시형태]

본 발명의 제 5 실시형태에 대해 설명한다. 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 분무카트리지(15)에 있어서, 분무노즐(31)의 구성을 변경한 것이다. 여기서, 본 실시형태의 분무노즐(31)은, 상기 제 2 실시형태의 분무카트리지(15)에도 적용 가능하다.

본 실시형태의 분무노즐(31)에서는 도 28에 나타낸 바와 같이, 그 선단면(31b)에 발수성 피막(72)이 형성된다. 즉, 분무노즐(31)의 선단면(31b)에는, 발수성 재료로 이루어진 피막(72)을 형성하는 피막가공이, 발수처리로서 실시된다.

분무 중에는, 분무노즐(31)의 선단면(31b)에 형성된 발수성 피막(72)이 물을 튕겨내므로, 선단면(31b) 전체가 젖지 않은 상태(즉, 마른 상태)가 된다. 그리고 분무노즐(31) 선단에 형성되는 원추형의 기액계면(52)은, 도 28에 나타낸 바와 같은 분무노즐(31) 내면으로 연속되는 형상이 되어, 그대로의 형상으로 안정된다. 따라서, 분무노즐(31) 선단에 형성되는 기액계면(52)의 크기가 거의 변화하지 않게 되어, 정전분무장치(10)의 분무변동량을 작게 할 수 있다. 이로써, 분무 중에 이 분무노즐(31) 선단에 형성되는 기액계면(52)의 직경을 대체로 일정하게 유지할 수 있어, 정전분무장치(10)의 분무변동량을 작게 할 수 있다.

[그 밖의 실시형태]

상기 실시형태에 대해서는 다음과 같은 구성으로 해도 된다.

-제 1 변형예-

상기 각 실시형태의 분무카트리지(15)에서는, 용액탱크(20)를 다음과 같은 구성으로 해도 된다. 여기서는, 본 변형예의 용액탱크(20)에 대해, 도 29 및 도 30을 참조하면서 설명한다. 또 도 29는, 상기 제 1 실시형태의 분무카트리지(15)에 본 변형예를 적용한 것을 나타내며, 도 30은, 상기 제 2 실시형태의 분무카트리지(15)에 본 변형예를 적용한 것을 나타낸다.

본 변형예의 용액탱크(20)에는 팽출부(26)가 형성된다. 이 팽출부(26)는, 탱크본체(21)의 저부에서 하방으로 팽출된 부분이며, 탱크본체(21)의 전면 쪽(도 29, 도 30에서의 왼쪽) 측벽부에 인접 배치된다. 또 팽출부(26)는, 탱크본체(21) 저부의 일부를 패이게 함으로써 형성되며, 그 내부공간이 탱크본체(21) 저면(22)보다 한단 내려간다.

본 변형예의 용액탱크(20)에서는, 관부(23) 위치가 상기 각 실시형태의 것보다 낮아진다. 또, 관부(23)와 탱크본체(21) 내부를 연통시키는 관통공(24)은, 팽출부(26)의 내부공간에 임하는 위치에 개구된다. 이 관통공(24)은, 그 최상부가 탱크본체(21) 저면(22)보다 낮다. 상기 각 실시형태와 마찬가지로, 본 변형예의 용액탱크(20)에도, 노즐유닛(30)은 관부(23)에 설치된다. 그리고 본 변형예의 용액탱크(20)에서는, 분무노즐(31)의 선단 위치가 탱크본체(21) 저면(22)보다 낮다.

본 변형예의 용액탱크(20)에서는, 탱크본체(21) 내의 수용액이 거의 없어져 팽출부(26) 내부공간에밖에 수용액이 잔존하지 않은 상태라도, 분무노즐(31) 선단을 수용액으로 가득 찬 상태로 유지할 수 있다. 따라서 본 변형예에 의하면, 탱크본체(21) 내에 저류된 수용액의 거의 전부를 분무할 수 있어, 분무되지 않고 무용화되는 수용액의 양을 최소한으로 억제할 수 있다.

-제 2 변형예-

상기 각 실시형태의 정전분무장치(10)는, 전원(16)과 제어기(17)가 본체유닛을 구성하고, 이 본체부분에 대해 분무카트리지(15)가 탈착 자유로운 구조로 구성되어도 된다. 본 변형예에서, 용액탱크(20)가 빈 상태로 될 경우에는, 사용이 끝난 분무카트리지(15)가 본체유닛에서 분리되고, 용액탱크(20)에 액체가 충전된 신품의 분무카트리지(15)가 설치된다.

본 변형예에서는, 분무카트리지(15) 전체가 아닌 그 일부만이 본체 부분에 대해 탈착 자유롭게 구성되어도 된다. 예를 들어, 용액탱크(20)와 노즐유닛(30)이 일체화되며, 이 일체화된 용액탱크(20) 및 노즐유닛(30)만이 본체유닛에 탈착 자유롭게 구성되어도 된다. 즉, 제 1 전극을 구성하는 분무노즐(31)과 용액탱크(20)만이 본체유닛에 탈착되는 구성으로 해도 된다.

이 경우, 분무카트리지(15) 중 용액탱크(20) 및 노즐유닛(30) 이외의 부분은, 본체유닛에 설치된 채이다. 즉, 용액탱크(20)가 빈 상태로 됐을 때는, 용액탱크(20)와 노즐유닛(30)만을 교환하면 된다. 따라서, 교환을 요하는 부품의 수가 적어져, 교환부품의 가격을 억제하여 사용자의 부담을 경감할 수 있다. 또, 용액탱크(20)와 함께 분무노즐(31)도 교환되게 되므로, 분무노즐(31)을 청결한 상태로 유지할 수 있다.

-제 3 변형예-

상기 각 실시형태의 정전분무장치(10)는, 공기청정기(90)나 공조기에 구성되어도 된다. 여기서는, 이들 실시형태의 정전분무장치(10)를 공기청정기(90)에 설치한 경우에 대해 도 31을 참조하여 설명한다.

이 경우, 정전분무장치(10)의 전원과 제어기는, 공기청정기(90)의 케이싱(91) 내에 수납된다. 한편, 정전분무장치(10)의 분무카트리지(15)는, 공기청정기(90)의 케이싱(91)에 대해 탈착 자유롭게 구성된다. 공기청정기(90)의 케이싱(91)에 분무카트리지(15)를 설치한 상태에서는, 분무노즐(31) 선단이 공기청정기(90)의 토출구(92) 위쪽에 위치한다. 그리고, 분무노즐(31) 선단에서 분무된 수용액의 액적은, 공기청정기(90)로부터 토출된 공기와 함께 실내로 공급된다. 용액탱크(20)가 빈 상태일 경우에는, 분무카트리지(15)가 새것으로 교환된다.

본 변형예에서는, 분무카트리지(15) 전체가 아닌, 그 일부만이 공기청정기(90)나 공조기에 대해 탈착 자유롭게 구성되어도 된다. 예를 들어, 상기 제 2 변형예의 경우와 마찬가지로, 용액탱크(20)와 노즐유닛(30)이 일체화되고, 이 일체화된 용액탱크(20) 및 노즐유닛(30)만이 공기청정기(90)에 탈착 자유롭게 구성되어도 된다. 이 경우는, 상기 제 2 변형예의 경우와 마찬가지로, 교환부품의 가격을 억제하여 사용자의 부담을 경감할 수 있다. 또, 용액탱크(20)와 함께 분무노즐(31)도 교환되게 되므로, 분무노즐(31)을 청결한 상태로 유지할 수 있다.

-제 4 변형예-

상기 각 실시형태의 분무카트리지(15)에서는, 전원(16)의 양극(+)에 접속되는 전극을, 분무노즐(31)과는 별도로 구성시키도록 해도 된다. 예를 들어 도 32에 나타낸 바와 같이, 제 1 전극을 구성하는 바늘전극(37)을, 분무노즐(31) 내부에 분무노즐(31)과 동축으로 배치해도 된다. 이 경우에는, 바늘전극(37)과 링 전극(35)이 도전성 재료로 구성되며, 분무노즐(31)은 비도전성 재료로 구성된다. 그리고, 분무노즐(31) 내의 수용액과 접촉하는 바늘전극(37)에 전압을 인가하면, 분무노즐(31) 선단 부근에 전계가 형성되어 분무노즐(31) 선단에서 수용액이 미세액적화 된다.

-제 5 변형예-

상기 각 실시형태의 정전분무장치(10)에서는, 분무되는 액체로서 여러 가지를 사용할 수 있다.

예를 들어 분무될 액체로서, 아미노산의 일종인 γ-아미노낙산(GABA; gamma-aminobutyric acid) 수용액을 이용해도 된다. γ-아미노낙산은, 신경전달물질의 일종으로서, 신경안정작용이 있는 것으로 알려져 있다. 또 카테킨(catechin)이나 프로안토시아니딘(proanthocyanidin) 등의 항산화제 수용액을 이용해도 된다. 또한 미생물 번식을 억제하거나 미생물을 사멸시키는 기능을 갖는 물질을 함유한 액체를 이용해도 된다. 또 공기 중의 냄새성분을 중화 등에 의한 화학변화로 무취화하는 물질을 함유한 액체를 이용해도 된다. 또한 알레르겐인 단백질의 항원부위를 화학적으로 변화시키는 물질을 함유한 액체를 이용해도 된다. 또 공기 중의 유해성분을 화학변화로 무해화시키는 물질을 함유한 액체를 이용해도 된다. 또한 각종 향료나 해충 기피제 등을 함유한 액체를 이용해도 된다.

여기서 이상의 실시형태는, 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 혹은 그 용도 범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 전기유체역학에 의해 액체를 미세액적화 하여 분무하는 정전분무장치에 대해 유용하다.

Claims (22)

1. 액체를 저장하는 용기부재(20)와, 상기 용기부재(20)의 내부공간으로 연통되는 관형 노즐부재(31)와, 상기 노즐부재(31) 내의 액체에 접하는 제 1 전극(31, 37)과, 상기 노즐부재(31) 내의 액체로부터 절연된 제 2 전극(35, 38, 60, 61)을 구비하며,

   상기 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차가 부여되면 상기 노즐부재(31) 선단에서 액체가 분무되는 정전분무장치에 있어서,

   상기 노즐부재(31)는, 그 선단이 상기 용기부재(20) 내의 액면(51)보다 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)이 동 전위가 된 상태에서는, 상기 노즐부재(31) 선단의 기액계면(52)에서 액압과 표면장력이 균형을 이룸으로써 이 노즐부재(31) 선단으로부터의 액체 유출이 저지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 노즐부재(31)의 선단은, 상기 용기부재(20)의 저면(22)보다 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   적어도 상기 제 1 전극(31, 37)에 전압을 인가하여 이 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차를 부여하는 전원(16)과,

   상기 전원(16)의 온오프를 반복함과 더불어, 이 전원(16)이 온 상태인 시간과 오프 상태인 시간에 관한 듀티비를 상기 용기부재(20) 내의 액면(51) 높이에 따라 조절하는 제어수단(17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 2 전극(35)은, 고리형으로 형성되어 상기 노즐부재(31)와 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 2 전극(60, 61)은 돌출단부(65)를 구비하며, 이 돌출단부(65)가 상기 노즐부재(31)의 측방에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 제 2 전극(60)은 막대형상으로 형성되며, 그 선단이 상기 돌출단부(65)가 되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   적어도 상기 제 1 전극(31, 37)에 전압을 인가하여 이 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61) 사이에 전위차를 부여하는 전원(16)을 구비하며,

   상기 전원(16)을 온한 상태에서는, 상기 제 1 전극(31, 37)과 상기 제 2 전극(35, 38)의 전위차가 3kV 이상이며 코로나방전이 일어나기 시작하는 값 미만인 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 노즐부재(31)는 도전성 재료로 구성되며, 이 노즐부재(31)가 상기 제 1 전극을 겸하는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단과 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 거리가 5mm 이상 20mm 이하인 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
11. 청구항 9에 있어서,

    상기 노즐부재(31)는, 그 선단의 두께가 0.2mm 이하인 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
12. 청구항 9에 있어서,

    상기 노즐부재(31)는, 그 안지름이 0.3mm 이상 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
13. 청구항 9에 있어서,

    상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)은, 상기 노즐부재(31) 선단에서 기단 쪽으로 후퇴한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 노즐부재(31) 선단으로부터의 상기 제 2 전극(35, 38, 60, 61)의 후퇴거리가 3mm 이상 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
15. 청구항 1에 있어서,

    상기 노즐부재(31)는, 그 선단부(31a) 두께가 다른 부분보다 얇은 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
16. 청구항 1에 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단부(31a) 두께는, 이 노즐부재(31)의 선단에 가까워짐에 따라 서서히 얇아지는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
17. 청구항 16 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단부(31a)는, 그 안지름이 일정한 한편, 그 바깥지름이 이 노즐부재(31)의 선단에 가까워짐에 따라 서서히 작아지는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
18. 청구항 1에 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 친수처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
19. 청구항 18에 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 이 선단면(31b)을 거친 면으로 하는 조면처리가공이 친수처리로서 실시되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
20. 청구항 18에 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 이 선단면(31b)의 지름방향으로 이어지는 홈(19)을 형성하는 가공이 친수처리로서 실시되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
21. 청구항 18에 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 친수성 재료로 이루어진 피막(71)을 이 선단면(31b)에 형성하는 피막가공이 친수처리로서 실시되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.
22. 청구항 1에 있어서,

    상기 노즐부재(31)의 선단면(31b)에는, 발수처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 정전분무장치.

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