WO2019102894A1 - 静電霧化装置 - Google Patents

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WO2019102894A1
WO2019102894A1 PCT/JP2018/041861 JP2018041861W WO2019102894A1 WO 2019102894 A1 WO2019102894 A1 WO 2019102894A1 JP 2018041861 W JP2018041861 W JP 2018041861W WO 2019102894 A1 WO2019102894 A1 WO 2019102894A1
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WO
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liquid
cylindrical
cylindrical portion
cylindrical portions
counter electrode
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Application number
PCT/JP2018/041861
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English (en)
French (fr)
Inventor
斐 劉
勉 櫟原
成正 岩本
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from JP2017229324A external-priority patent/JP2019098216A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08Plant for applying liquids or other fluent materials to objects

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic atomizer.
  • Patent Document 1 discloses an electrostatic atomization device that includes a plurality of atomizing units whose tips are pointed and that generates a large amount of mist from the tips of the plurality of atomizing units.
  • the pump is used to supply the liquid to the plurality of atomizing units.
  • a pump is used, there is a problem that the generation of mist becomes unstable because the dispersion of the liquid transfer speed to a plurality of atomizing parts is large.
  • an object of the present invention is to provide an electrostatic atomizer capable of stably spraying a sufficient amount of atomized liquid.
  • an electrostatic atomizer comprises: a first liquid tank for containing a liquid; a jet plate having a plurality of openings for jetting the liquid; And a voltage application unit configured to apply a predetermined voltage between the liquid and the counter electrode.
  • the jet plate includes a flat plate portion and a flat plate portion. And a plurality of supported cylindrical portions, each of the plurality of cylindrical portions protrudes from the flat plate portion toward the counter electrode, and has the opening at a tip end, and the plurality of cylindrical portions The contact angle to the liquid of the inner surface of each of the parts is less than 90 °.
  • a sufficient amount of atomized liquid can be stably sprayed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the electrostatic atomizer according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the positional relationship between a plurality of cylindrical parts of the electrostatic atomizer according to Embodiment 1 and the counter electrode.
  • FIG. 3 is a plan view showing a planar layout of a plurality of cylindrical portions of the electrostatic atomizer according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the positional relationship among the cylindrical portion, the first liquid tank, and the second liquid tank of the electrostatic atomizer according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the electrostatic atomizer according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the positional relationship between a plurality of cylindrical parts of the electrostatic atomizer according to Embodiment 1 and the counter electrode.
  • FIG. 3 is a plan view showing a planar layout of a plurality of cylindrical portions of the electrostatic atomizer
  • FIG. 5 is a view showing the height of the liquid column with respect to the diameter of the flow channel for each contact angle of the wall surface of the flow channel of the electrostatic atomizer according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the electrostatic atomizer according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the plurality of discharge electrodes and the counter electrode of the electrostatic atomizer according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view showing a planar layout of a plurality of discharge electrodes of the electrostatic atomizer according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a view showing the relationship between the distance between discharge electrodes of the electrostatic atomizer according to Embodiment 2 and the tailor cone.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the distance between discharge electrodes of the electrostatic atomizer according to Embodiment 2 and the voltage gradient due to the increase in the number of discharge electrodes.
  • FIG. 11 is a view showing the relationship between the number of discharge electrodes of the electrostatic atomizer according to Embodiment 2 and the dielectric breakdown voltage and the electrostatic atomization voltage.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the inter-electrode distance of the electrostatic atomization voltage and the dielectric breakdown voltage and the electrostatic atomization voltage according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the plurality of discharge electrodes and the counter electrode of the electrostatic atomizer according to the modification of the second embodiment.
  • each drawing is a schematic view, and is not necessarily illustrated exactly. Therefore, for example, the scale and the like do not necessarily match in each figure. Further, in each of the drawings, substantially the same configuration is given the same reference numeral, and overlapping description will be omitted or simplified.
  • the term indicating the relationship between elements such as vertical or coincidence, the term indicating the shape of an element such as circular or regular hexagon, and the numerical range are expressions in which only the strict meaning is expressed. It is a expression which means that the difference of a substantially equivalent range, for example, several%, is also included.
  • Embodiment 1 [Overview] First, an outline of the electrostatic atomizer according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the electrostatic atomizer 1 according to the present embodiment.
  • the electrostatic atomization device 1 includes a first liquid tank 10, a second liquid tank 11, an ejection plate 20, a counter electrode 30, and a voltage application unit 40. , And the controller 50.
  • the ejection plate 20 includes a flat plate portion 21 and a plurality of cylindrical portions 24.
  • the controller 50 is represented as a functional block.
  • the controller 50 is realized by, for example, a microcomputer (micro controller) or the like, and is disposed inside an outer casing (not shown) of the electrostatic atomizing device 1.
  • the controller 50 may be attached, for example, to the outside of the first liquid tank 10 or the second liquid tank 11.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the plurality of cylindrical portions 24 and the counter electrode 30 of the electrostatic atomizer 1 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 2 is a cross section taken along line II-II in FIG. 1, and shows a cross section passing through the central axis J of each of the two cylindrical portions 24.
  • the electrostatic atomization device 1 is a spray device that atomizes the liquid 2 and ejects it. Specifically, the electrostatic atomizer 1 applies a high voltage to the liquid 2 to generate an electrostatic force, and the generated electrostatic force makes the liquid 2 fine and atomizes.
  • the electrostatic atomizing device 1 guides the liquid 2 contained in the first liquid tank 10 to the tip of each of the plurality of cylindrical portions 24 and is provided at the tip.
  • the liquid 2 is atomized and spouted from the opening 25.
  • the voltage application unit 40 applies a high voltage between the liquid 2 and the counter electrode 30, the electric field is concentrated at the tip of each of the plurality of cylindrical portions 24.
  • the liquid 2 that has exited from the opening 25 through the flow passage 27 inside the cylindrical portion 24 changes its shape due to the electric field, and forms the Taylor cone 3. As the liquid 2 is refined at the tip of the tailor cone 3, mist 4 is generated.
  • the mist 4 generated at the tip of each of the plurality of cylindrical portions 24 is discharged toward the counter electrode 30.
  • the counter electrode 30 is provided with a through hole 31. Thereby, the mist 4 is discharged to the front of the counter electrode 30 through the through hole 31.
  • the “front” is a direction in which the mist 4 is released, and is a direction opposite to the cylindrical portion 24 with respect to the counter electrode 30.
  • the electrostatic atomization device 1 since the mist 4 is released from each of the plurality of cylindrical portions 24, the electrostatic atomization device 1 according to the present embodiment is a liquid 2 in the form of a sufficient amount of mist (ie, Mist 4) can be sprayed.
  • the liquid 2 is, for example, functional water.
  • Functional water is an aqueous solution that has acquired reproducible and useful functions by artificial treatment, and whose scientific basis for treatment and function has been clarified, and is about to be clarified .
  • the functional water is electrolytic water such as hypochlorous acid water or ozone water.
  • the liquid 2 is an aqueous solution containing an electrolyte, but it is not limited to this.
  • the liquid 2 may be pure water or an alcohol solution.
  • the electric conductivity of the liquid 2 is, for example, 1 ⁇ S / cm or more and 10 5 ⁇ S / cm or less.
  • the mist 4 is, for example, a collection of fine liquid particles having a diameter of nanometer order or micrometer order.
  • the diameter of liquid particles constituting the mist 4 is 10 nm or more and 1 ⁇ m or less.
  • the electrostatic atomization device 1 is used for various devices according to the function of the liquid 2. For example, when the liquid 2 has sterilization or sterilization performance, the electrostatic atomization device 1 is used for a sterilization device or a sterilization device. Alternatively, the electrostatic atomization device 1 may be used as a humidifier or the like.
  • the first liquid tank 10 is a container for containing the liquid 2.
  • the first liquid tank 10 is formed of, for example, a metal material such as stainless steel, but may be formed of a resin material. At this time, the first liquid tank 10 may be formed using a material having acid resistance, alkali resistance, or both of them depending on the nature of the liquid 2.
  • the shape of the first liquid tank 10 is, for example, a rectangular solid whose upper surface is open, but is not limited thereto.
  • the shape of the first liquid tank 10 may be cubic, cylindrical, or flat tray-like.
  • the open upper surface of the first liquid tank 10 is covered by the ejection plate 20.
  • the first liquid tank 10 and the ejection plate 20 are combined to form a closed container so that the liquid 2 does not leak from other than the opening 25 of the cylindrical portion 24.
  • a second liquid tank 11 for storing functional water is connected to the first liquid tank 10 through a pipe 12.
  • the first liquid tank 10 is not connected to a liquid feeding device such as a pump that supplies liquid at a predetermined pressure. That is, the electrostatic atomizer 1 according to the present embodiment does not include a liquid pump or the like.
  • the first liquid tank 10 is sealed except for the pipe 12 and the plurality of openings 25.
  • the first liquid tank 10 is not provided with a supply port for supplying the liquid 2 therein except through the pipe 12.
  • the second liquid tank 11 is a container for supplying the liquid 2 to the first liquid tank 10.
  • the second liquid tank 11 is connected to the first liquid tank 10 via a pipe 12.
  • the volume of the second liquid tank 11 is larger than the volume of the first liquid tank 10.
  • the second liquid tank 11 is formed of, for example, a metal material such as stainless steel, but may be formed of a resin material. At this time, the second liquid tank 11 may be formed using a material having acid resistance, alkali resistance, or both of them depending on the property of the liquid 2.
  • the shape of the second liquid tank 11 is, for example, a rectangular parallelepiped whose upper surface is open, but is not limited thereto.
  • the shape of the second liquid tank 11 may be a cube or a column, or may be a flat tray.
  • the second liquid tank 11 may be connected to a generator for generating functional water (for example, a generator of hypochlorous acid water).
  • the ejection plate 20 is a multi-orifice ejection plate having a plurality of openings 25 for ejecting the liquid 2.
  • the ejection plate 20 includes a flat plate portion 21 and a plurality of cylindrical portions 24.
  • the plurality of openings 25 are provided at the tip of each of the cylindrical portions 24.
  • the flat plate portion 21 and the plurality of cylindrical portions 24 are integrally formed.
  • the ejection plate 20 is formed using, for example, a metal material such as stainless steel, it may be formed using a resin material.
  • the ejection plate 20 may be formed using a material having acid resistance, alkali resistance, or both of them depending on the nature of the liquid 2.
  • the ejection plate 20 is integrally formed, for example, by injection molding using a metal material or a resin material.
  • the flat plate portion 21 is fixed to the first liquid tank 10.
  • the flat plate portion 21 may be formed integrally with the first liquid tank 10 using the same material as that of the first liquid tank 10.
  • the flat plate portion 21 has two main surfaces 22 and 23 facing each other.
  • the main surface 22 is a front surface (i.e., a front surface) of the flat plate portion 21.
  • the main surface 23 is a rear surface (i.e., a rear surface) of the flat plate portion 21.
  • the major surface 22 and the major surface 23 are parallel to each other. That is, the plate thickness of the flat plate portion 21 is uniform.
  • the plurality of cylindrical portions 24 are supported by the flat plate portion 21. Each of the plurality of cylindrical portions 24 corresponds to a nozzle that discharges the mist 4. Each of the plurality of cylindrical portions 24 protrudes from the flat plate portion 21 toward the counter electrode 30. Each of the plurality of cylindrical portions 24 has an opening 25 at its tip. Further, as shown in FIG. 2, each of the plurality of cylindrical portions 24 has an opening 26 at the rear end, and has a flow path 27 extending from the opening 26 to the opening 25. That is, the flow path 27 is provided inside the cylindrical portion 24.
  • the end of the cylindrical portion 24 is the plus side in the direction from the flat plate portion 21 to the counter electrode 30. That is, the tip of the cylindrical portion 24 is a portion closest to the counter electrode 30 of the cylindrical portion 24 and is a front end. The rear end of the cylindrical portion 24 is an end opposite to the front end.
  • Each of the plurality of cylindrical portions 24 is provided vertically to the main surface 22 of the flat plate portion 21.
  • the main surface 22 is a surface opposite to the counter electrode 30 of the flat plate portion 21, and is a surface on the opposite side to the liquid 2.
  • the cylindrical portion 24 has a ratio of height H to outer diameter R (hereinafter referred to as an aspect ratio) of 4 or more. That is, H ⁇ 4R is satisfied.
  • the height H of the cylindrical portion 24 is represented by the distance from the tip of the cylindrical portion 24 to the main surface 22 as shown in FIG.
  • the height H is, for example, 2 mm or more.
  • the aspect ratio of the cylindrical portion 24 As the aspect ratio of the cylindrical portion 24 is larger, the electric field tends to be concentrated at the tip of the cylindrical portion 24. Therefore, the aspect ratio of the tubular portion 24 may be 6 or more. According to the study of the present inventors, it was confirmed that when the aspect ratio is 4 or more, the shape of the tailor cone 3 is stable and the spray amount of the mist 4 is stable. On the other hand, it was confirmed that the shape of the tailor cone 3 becomes unstable when the aspect ratio is smaller than 4.
  • the plurality of cylindrical portions 24 have the same configuration.
  • An example of a specific shape of the cylindrical portion 24 will be described later.
  • the arrangement of the plurality of cylindrical portions 24 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing a planar layout of the plurality of cylindrical portions 24 of the electrostatic atomizing device 1 according to the present embodiment.
  • the plurality of cylindrical portions 24 are represented as cylindrical portions 24a to 24d in accordance with the arrangement positions.
  • the cylindrical portions 24 a to 24 d will be described as the cylindrical portion 24 unless otherwise specified.
  • the electrostatic atomization device 1 includes nineteen cylindrical portions 24.
  • the number of cylindrical portions 24 is not particularly limited, and may be plural.
  • the amount of mist 4 generated by the electrostatic atomization device 1 can be increased as the number of cylindrical portions 24 is increased.
  • the number of cylindrical portions 24 is 12 or more.
  • the distance p between two adjacent cylindrical portions 24 is at least 10 times the outer diameter R of each of the two cylindrical portions 24. . That is, p ⁇ 10R is satisfied.
  • the distance p is, for example, 5 mm or more.
  • two adjacent cylindrical portions 24 are one cylindrical portion 24 and the cylindrical portion 24 closest to the one cylindrical portion 24.
  • the distance p is the distance between the centers of two adjacent cylindrical portions 24.
  • the distance p is a distance between two central axes J.
  • the central axis J is an imaginary axis passing through the centers of each of the circular opening 25 and the opening 26.
  • the distance p may be 16 times or more of the outer diameter R. Specifically, since the outer diameter R is 0.5 mm, the distance p may be, for example, 8 mm or more. For example, when the distance p is 8 mm or more, stable mist 4 can be generated regardless of the number of cylindrical portions 24.
  • each of the plurality of cylindrical portions 24 is arranged at a predetermined position and at the apex of one or more regular hexagons concentric with the position. Specifically, as shown in FIG. 3, the cylindrical portion 24 a is located at the center of the flat portion 21. The remaining cylindrical portion 24 is annularly disposed around the cylindrical portion 24a.
  • the six cylindrical portions 24b are disposed at each vertex of a virtual regular hexagon hg1 centering on the cylindrical portion 24a. Furthermore, the six cylindrical parts 24c are arrange
  • the regular hexagon hg1 and the regular hexagon hg2 are examples of concentric regular polygons centered on the cylindrical portion 24a.
  • the regular hexagon hg2 is larger than the regular hexagon hg1.
  • the length of one side of the regular hexagon hg2 is twice the length of one side of the regular hexagon hg1.
  • the length of one side of the regular hexagon hg1 is equal to the distance p shown in FIG.
  • the 20th to 37th cylindrical parts 24 have three sides of the apex and the side of a regular hexagon whose one side has a length three times the distance p. Placed at a point. Furthermore, when the number of cylindrical portions 24 is increased, they are disposed at the apex of the regular hexagon whose side length is four times the distance p and the quadrant of the side. As described above, in the present embodiment, the plurality of cylindrical portions 24 are n regular hexagons centered at the predetermined position and the predetermined position, and the length of each side is the distance p Are arranged at the apex and n equal points of a regular hexagon of 1 to n times of.
  • three to six cylindrical portions 24 positioned equidistantly at a distance p are provided around any one cylindrical portion 24 among the 19 cylindrical portions 24. positioned. That is, with respect to any one cylindrical portion 24, the plurality of adjacent cylindrical portions 24 are all located at equal distances. Specifically, the plurality of cylindrical portions 24 are located at each vertex of the regular hexagonal honeycomb structure. Thereby, in a plan view of the flat plate portion 21, the plurality of cylindrical portions 24 are dispersed and arranged so as to be uniform in the plane without being concentrated locally.
  • the counter electrode 30 is disposed to face the plurality of openings 25 as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the counter electrode 30 has a plurality of through holes 31 corresponding to the plurality of cylindrical portions 24 one by one.
  • the counter electrode 30 is a flat plate having a uniform thickness, and the through holes 31 are provided at positions passing through the central axes J of the plurality of cylindrical portions 24.
  • the counter electrode 30 may be a curved plate.
  • the shape of the through hole 31 is a flat cylindrical shape centered on the central axis J.
  • the through hole 31 is provided to allow the mist 4 to pass.
  • the mist 4 spreads conically from the tip of the tailor cone 3 and is emitted as shown in FIG. For this reason, the larger the opening diameter ⁇ of the through hole 31, the easier it is for the mist 4 to pass.
  • the opening diameter ⁇ of the through hole 31 is, for example, not less than 5 times and not more than 10 times the outer diameter R of the cylindrical portion 24.
  • the opening diameter ⁇ of the through hole 31 is, for example, in the range of 1 mm or more and 2.25 mm or less.
  • the inter-electrode distance L is, for example, in the range of 3 mm to 25 mm.
  • an angle formed by a line K connecting the opening end of each of the plurality of through holes 31 and the tip of the corresponding cylindrical portion 24 and the central axis J is represented by ⁇ .
  • the line K is a line connecting the outer peripheral end of the tip of the cylindrical portion 24 and the open end on the lower end side of the through hole 31 in a cross section including the central axis J.
  • tan ⁇ is in the range represented by the following formula (1).
  • the angle ⁇ is 3 ° or more and 37 ° or less.
  • the counter electrode 30 has conductivity, and is formed using, for example, a metal material such as stainless steel. At this time, the counter electrode 30 may be formed using a material having acid resistance or alkali resistance or both of them depending on the property of the liquid 2.
  • the voltage application unit 40 applies a predetermined voltage between the liquid 2 and the counter electrode 30.
  • the voltage application unit 40 is connected to the counter electrode 30 and the first liquid tank 10. Specifically, the first liquid tank 10 is grounded and applies a ground potential to the liquid 2.
  • the voltage applying unit 40 applies a predetermined voltage between the counter electrode 30 and the liquid 2 by applying a positive potential to the counter electrode 30.
  • the voltage application unit 40 may be connected to the jet plate 20 instead of the first liquid tank 10. At this time, the voltage application unit 40 may be connected to any one of the flat plate portion 21 and the plurality of cylindrical portions 24. Alternatively, the voltage application unit 40 may be connected to the conductive second liquid tank 11.
  • the voltage application unit 40 may be connected to an electrode (not shown) provided at a position in contact with the liquid 2.
  • a metal mesh may be disposed at a position in contact with the liquid 2 inside the first liquid tank 10, and the voltage application unit 40 may be connected to the mesh.
  • the predetermined voltage applied by the voltage application unit 40 is, for example, a DC voltage of 4.5 kV to 10 kV. Alternatively, the predetermined voltage may be 3.5 kV or more and 8.5 kV or less. The predetermined voltage may be a pulse voltage, a pulsating current voltage, or an alternating voltage.
  • voltage application unit 40 is realized by a power supply circuit including a converter and the like.
  • the voltage application unit 40 generates a predetermined voltage based on the power received from an external power source such as a commercial power source and applies the voltage between the liquid 2 and the counter electrode 30.
  • the controller 50 controls the overall operation of the electrostatic atomization device 1. Specifically, the controller 50 controls the operation of the voltage application unit 40. For example, the controller 50 controls the voltage application unit 40 to control the timing of applying a voltage between the counter electrode 30 and the liquid 2, the magnitude of the voltage, and the like.
  • the controller 50 is realized by, for example, a microcontroller. Specifically, the controller 50 is realized by a non-volatile memory in which a program is stored, a volatile memory which is a temporary storage area for executing a program, an input / output port, a processor which executes the program, or the like. The controller 50 may be realized by a dedicated electronic circuit that performs each operation.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the cylindrical portion 24 and the first liquid tank 10 and the second liquid tank 11 of the electrostatic atomization device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 in order to make the description easy to understand, only one cylindrical portion 24 is illustrated.
  • the shape of the cylindrical portion 24 is a cylindrical shape with uniform inner diameter d and outer diameter R.
  • the inner surface 28 of the cylindrical portion 24 forms a flow passage 27.
  • the inlet of the flow path 27 is an opening 26 on the rear end side of the cylindrical portion 24.
  • the outlet of the flow path 27 is an opening 25 on the tip end side of the cylindrical portion 24.
  • the shapes of the openings 25 and 26 are respectively circular.
  • the inner diameter d is the diameter of the flow path 27 and is, for example, 0.3 mm, but is not limited thereto.
  • the outer diameter R is 0.5 mm, for example, it is not restricted to this.
  • the outer diameter R may be in the range of 0.5 mm to 1.5 mm.
  • an enlarged diameter portion 29 is provided at a connection portion between the rear end of the cylindrical portion 24 and the main surface 23 of the flat plate portion 21.
  • the enlarged diameter portion 29 is a part of the inner surface 28 of the cylindrical portion 24 and is a portion in which the inner diameter d gradually decreases in the direction from the rear end of the cylindrical portion 24 toward the front end.
  • the enlarged diameter portion 29 has, for example, a side surface shape of a truncated cone.
  • the enlarged diameter portion 29 may not be provided.
  • the area of each of the openings 25 and 26 may be equal to one another.
  • the shape of the flow path 27 may be a cylindrical shape having a uniform flow path area.
  • At least one of the inner diameter d and the outer diameter R of the cylindrical portion 24 may be gradually reduced from the rear end toward the front end.
  • the opening 25 on the front end side of the opening 26 on the rear end side may be smaller, and the shape of the flow path 27 may be a truncated cone.
  • the rear end of the cylindrical portion 24 is located at a position in contact with the liquid 2. Specifically, the rear end of the cylindrical portion 24 is flush with the main surface 23 of the flat plate portion 21. The rear end of the cylindrical portion 24 is located inside the first liquid tank 10. Thereby, the liquid 2 is guided from the opening 26 on the rear end side of the cylindrical portion 24 through the flow path 27 in the cylindrical portion 24 to the opening 25 on the front end side.
  • the inner surface 28 forming the flow path 27, that is, the inner surface 28 of the cylindrical portion 24 is subjected to a hydrophilization treatment. That is, the inner surface 28 is hydrophilic. Specifically, the entire inner surface 28 is hydrophilized.
  • the hydrophilization treatment is performed, for example, by flowing a chemical solution in the flow path 27.
  • the minute unevenness is formed on the surface of the inner surface 28 by the chemical solution, whereby the inner surface 28 is hydrophilized.
  • the cylindrical portion 24 is formed using, for example, stainless steel, dilute hydrochloric acid or the like is used as a chemical solution.
  • the hydrophilization treatment may be performed by plasma treatment or ozone treatment.
  • the contact angle of the inner surface 28 of the cylindrical portion 24 with the liquid 2 is less than 90 °. At this time, the contact angle may be 85 ° or less. Alternatively, the contact angle may be 65 ° or less. The contact angle may be 10 ° or less or 5 ° or less.
  • the inner surface 28 may be superhydrophilic.
  • the contact angle of the inner surface 28 is, for example, uniform across the inner surface 28. Further, the contact angles of the inner surfaces 28 of the plurality of cylindrical portions 24 are equal to one another. Thereby, the capillary force in each of the plurality of cylindrical portions 24 can be equalized, and the liquid 2 can be guided to the opening 25 with equal speed.
  • the cylindrical portion 24 is formed under the conditions that satisfy the following formula (2).
  • h is a distance from the front end to the rear end of the cylindrical portion 24 as shown in FIG. d is the inner diameter of the cylindrical portion 24 as described above.
  • T is the surface tension of the liquid 2
  • is the contact angle of the inner surface 28 with the liquid 2.
  • is the density of the liquid 2 g is gravitational acceleration.
  • the right side of the above equation (2) means the upper limit value of the height of the liquid column formed when the liquid 2 extends vertically upward by capillary action. Therefore, by satisfying the equation (2), even if the flow path 27 extends vertically upward, the liquid 2 reaches the height h, that is, the opening 25 by capillary action. For this reason, the liquid 2 that has reached the opening 25 forms the tailor cone 3 and mist 4 is generated.
  • FIG. 5 is a view showing the height of the liquid column with respect to the diameter d of the flow path 27 for each contact angle of the wall surface (inner surface 28) of the flow path 27 of the electrostatic atomizer 1 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the diameter of the flow path 27, that is, the inner diameter d of the cylindrical portion 24.
  • the vertical axis indicates the height of the liquid column formed by the liquid 2 rising in the channel 27 when the channel 27 extends vertically upward.
  • the height of the liquid column is larger as the contact angle is smaller. That is, as the contact angle is reduced, the length of the flow path 27 can be increased. For example, since the protrusion amount H of the cylindrical portion 24 from the flat plate portion 21 can be increased, it becomes easy to concentrate the high electric field on the tip of the cylindrical portion 24.
  • the diameter of the flow path 27, that is, the inner diameter d is 0.3 mm
  • the height of the liquid column is 40 mm or more for stainless steel and 80 mm or more for glass.
  • the plate thickness (for example, 1 mm) of the flat plate portion 21 is taken into consideration, the aspect ratio of the cylindrical portion 24 can be easily secured at 4 or more.
  • the aspect ratio of the cylindrical portion 24 may be smaller than four.
  • the cylindrical portion 24 is formed using polyvinyl chloride, as shown in FIG. 5, by setting the diameter (inner diameter d) of the flow path to 0.2 mm or less, the height of the liquid column is increased. It can be seen that Therefore, the aspect ratio of the cylindrical portion 24 can be secured to 4 or more.
  • the contact angle when the contact angle is less than 87 °, for example, 85 ° or less, the height of the liquid column with respect to the same inner diameter d increases as the contact angle decreases.
  • the contact angle when the contact angle is 65 ° or less, the height of the liquid column for the same inner diameter d is further increased as can be seen by comparing stainless steel (63 °) and polyvinyl chloride (87 °). I understand. For example, when the inner diameter d is 0.3 mm, the height of the liquid column is 10 times or more.
  • the contact angle of the inner surface 28 is less than 90 degrees, it is preferable that it is 85 degrees or less. Furthermore, the contact angle of the inner surface 28 is preferably 65 ° or less. By reducing the contact angle, the liquid 2 can be guided to the opening 25 through the flow path 27 and easily held by the opening 25.
  • the contact angle of the inner surface 28 and the diameter of the flow path 27 are adjusted so that the liquid 2 of 10 ⁇ L or more and 60 ⁇ L or less per hour is supplied to the tip of one cylindrical portion 24. It is done.
  • mist 4 of 10 ⁇ N ⁇ L or more and 60 ⁇ N ⁇ L or less is generated per hour for the entire electrostatic atomization device 1. Be released.
  • the liquid level 2 a of the liquid 2 stored in the second liquid tank 11 is located between the rear end and the front end of the cylindrical portion 24.
  • a virtual extension plane of the liquid surface 2 a is illustrated by a broken line.
  • the controller 50 may monitor the height of the liquid level 2 a of the liquid 2 in the second liquid tank 11. When the liquid level 2 a falls below the rear end of the cylindrical portion 24 during the operation of the electrostatic atomizing device 1, the controller 50 may stop the application of the voltage by the voltage application unit 40.
  • the second liquid tank 11 may be supplied with the liquid 2 from the outside so that the liquid level 2a is always positioned between the rear end and the front end of the cylindrical portion 24.
  • the electrostatic atomizer 1 includes the first liquid tank 10 for containing the liquid 2 and the ejection plate 20 having the plurality of openings 25 for ejecting the liquid 2.
  • a counter electrode 30 is provided to face the plurality of openings 25, and a voltage application unit 40 that applies a predetermined voltage between the liquid 2 and the counter electrode 30.
  • the ejection plate 20 has a flat plate portion 21 and a plurality of cylindrical portions 24 supported by the flat plate portion 21. Each of the plurality of cylindrical portions 24 protrudes from the flat plate portion 21 toward the counter electrode 30 and has an opening 25 at the tip.
  • the contact angle with the liquid 2 of the inner surface 28 of each of the plurality of cylindrical portions 24 is less than 90 °.
  • the liquid 2 easily travels inside the cylindrical portion 24 by capillary phenomenon. Therefore, the liquid 2 can be introduced to the opening 25 provided at the tip of the cylindrical portion 24 without using an external pressure such as a pump.
  • the velocity of the liquid 2 flowing through the flow path 27 of each of the plurality of cylindrical portions 24 can be made equal to each other, and the liquid 2 can be stably introduced to each of the plurality of openings 25. Therefore, since the mist 4 is stably generated in each of the plurality of openings 25, it is possible to stably spray a sufficient amount of the mist 4. In addition, since the electrostatic atomization device 1 does not have a pump, it is small and lightweight, and is realized at low cost.
  • the distance from the front end to the rear end of the cylindrical portion 24 is h
  • the inner diameter of the cylindrical portion 24 is d
  • the surface tension of the liquid 2 is T
  • the contact angle of the inner surface 28 with the liquid 2 is ⁇
  • the density is ⁇ and the gravitational acceleration is g
  • d ⁇ h ⁇ 4T cos ⁇ // gd is satisfied.
  • the liquid 2 can be guided to the opening 25 by capillary action.
  • the mist 4 of sufficient quantity can be stably sprayed not only vertically upward but in various directions.
  • the electrostatic atomization device 1 further includes a second liquid tank 11 connected to the first liquid tank 10 for supplying the liquid 2 to the first liquid tank 10.
  • the liquid level 2 a of the liquid 2 stored in the second liquid tank 11 is located between the front end and the rear end of each of the plurality of cylindrical portions 24.
  • the liquid level 2a of the liquid 2 stored in the second liquid tank 11 is located at a position higher than the rear end of the cylindrical portion 24, so that the liquid 2 reaches the rear end of the cylindrical portion 24 by its own weight. .
  • the liquid 2 that has reached the opening 26 on the rear end side of the cylindrical portion 24 is guided to the opening 25 through the flow path 27 in the cylindrical portion 24 by capillary action.
  • the liquid 2 can be supplied from the second liquid tank 11 to the first liquid tank 10 without using pressure from the outside such as a pump, and the supplied liquid 2 can be further opened. Can lead up to Therefore, since the mist 4 is stably generated in each of the plurality of openings 25, it is possible to stably spray a sufficient amount of the mist 4.
  • the cylindrical portion 24 is formed using a metal material, and the inner surface 28 of the cylindrical portion 24 is subjected to a hydrophilization treatment.
  • the contact angle of the inner surface 28 can be adjusted to a desired value according to the aspect of the hydrophilization treatment. Therefore, since the supply amount of the liquid 2 held in the opening 25 can be easily adjusted, the formation of the tailor cone 3 can be stabilized, and the mist 4 can be stably sprayed.
  • the cylindrical part 24 is formed using a metal material and has electroconductivity, the cylindrical part 24 can also be functioned as a discharge electrode.
  • the voltage application unit 40 may be connected to the counter electrode 30 and the cylindrical portion 24. Thereby, a high electric field can be easily generated at the tip of the cylindrical portion 24.
  • the flat plate portion 21 and each of the plurality of cylindrical portions 24 are integrally formed using a metal material.
  • the rear end of the cylindrical portion 24 is flush with the main surface 23 of the flat portion 21.
  • the flat plate portion 21 and the plurality of cylindrical portions 24 are integrally formed, a step of fixing the flat portion 21 and the plurality of cylindrical portions 24 is not necessary, and the working accuracy in the step is Variations and the like can be suppressed.
  • the protrusion amount from the flat plate portion 21 of each of the plurality of cylindrical portions 24 tends to be uniform, and the stability of the generation of the mist 4 can be enhanced.
  • the contact angle of the inner surface 28 of the cylindrical portion 24 with the liquid 2 is 85 ° or less.
  • the height of the liquid column formed by the capillary phenomenon increases as the contact angle decreases, so that the liquid 2 can be guided to a higher position.
  • the protrusion amount of the cylindrical part 24 from the main surface 22 of the flat plate part 21 can be enlarged.
  • the protrusion amount of the cylindrical portion 24 becomes larger, the high electric field tends to be concentrated at the tip of the cylindrical portion 24. Therefore, the shape of the tailor cone 3 formed at the tip of the cylindrical portion 24 is stable, and the mist 4 can be stably generated.
  • the contact angle of the inner surface 28 of the cylindrical portion 24 with the liquid 2 is 65 ° or less.
  • the height of the liquid column formed by capillary action is further increased, and therefore the amount of protrusion of the cylindrical portion 24 can be further increased. Therefore, the electric field is more easily concentrated at the tip of the cylindrical portion 24, and the shape of the tailor cone 3 is further stabilized.
  • the mist 4 of sufficient quantity can be sprayed stably.
  • the present embodiment provides an electrostatic atomizer capable of stably spraying a sufficient amount of atomized liquid.
  • the electrostatic atomizer includes a liquid tank for containing a liquid, an ejection plate having a plurality of openings for ejecting the liquid, and the plurality of openings opposed to the plurality of openings.
  • Each of the plurality of cylindrical portions protrudes from the flat plate portion toward the counter electrode, has the opening at the tip, and two adjacent cylindrical portions of the plurality of cylindrical portions. The distance between the parts is at least 10 times the outer diameter of each of the two cylindrical parts.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment.
  • the electrostatic atomization device 101 includes the liquid tank 110, the ejection plate 120, the counter electrode 30, the voltage application unit 40, the pump 160, and the controller 150.
  • the ejection plate 120 includes an electrode support plate 121 and a plurality of discharge electrodes 124.
  • the liquid 2 is stored in the liquid tank 110.
  • the controller 150 is represented as a functional block.
  • the controller 150 is realized by, for example, a microcomputer (micro controller) or the like, and is disposed inside an outer casing (not shown) of the electrostatic atomization device 101.
  • the controller 150 may be attached to the outside of the liquid tank 110, for example.
  • the counter electrode 30, the voltage application unit 40, and the liquid 2 are the same as the counter electrode 30, the voltage application unit 40, and the liquid 2 according to the first embodiment.
  • the liquid tank 110, the ejection plate 120 and the controller 150 correspond to the first liquid tank 10, the ejection plate 20 and the controller 50 according to the first embodiment, respectively.
  • differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described, and the description of the common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the plurality of discharge electrodes 124 and the counter electrode 30 of the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment. Specifically, FIG. 7 shows a cross section taken along line VII-VII in FIG. 6 and passing through the central axis J of each of the two adjacent discharge electrodes 124. As shown in FIG.
  • the liquid tank 110 is a container for containing the liquid 2 and is similar to the first liquid tank 10 of the first embodiment.
  • the liquid tank 110 is different from the first liquid tank 10 in that a pipe 161 is connected instead of the pipe 12.
  • a reservoir for functional water or a generator (not shown) or the like is connected to the liquid tank 110 through the pump 160 and the pipe 161.
  • the ejection plate 120 has a plurality of openings 125 for ejecting the liquid 2.
  • the ejection plate 120 includes an electrode support plate 121 which is an example of a flat plate portion, and a plurality of discharge electrodes 124 which are an example of a plurality of cylindrical portions.
  • a plurality of openings 125 are provided at the tip of each of the discharge electrodes 124.
  • the electrode support plate 121 is a plate-like member that supports the plurality of discharge electrodes 124.
  • the electrode support plate 121 is formed of, for example, a resin material, but may be formed of a metal material. At this time, the electrode support plate 121 may be formed using a material having acid resistance, alkali resistance, or both of them depending on the property of the liquid 2.
  • a plurality of discharge electrodes 124 are fixed to the electrode support plate 121 by press-fitting.
  • through holes are provided at positions where the plurality of openings 125 are to be provided, and the discharge electrodes 124 are inserted and fixed in the through holes.
  • the electrode support plate 121 is a flat plate having a uniform thickness, but is not limited to this and may be a curved plate.
  • the electrode support plate 121 is fixed to the liquid tank 110.
  • the electrode support plate 121 may be formed integrally with the liquid tank 110 using the same material as the liquid tank 110.
  • the plurality of discharge electrodes 124 are an example of a plurality of cylindrical portions supported by the electrode support plate 121. Each of the plurality of discharge electrodes 124 protrudes from the electrode support plate 121 toward the counter electrode 30. Each of the plurality of discharge electrodes 124 has an opening 125 at its tip. Further, as shown in FIG. 7, each of the plurality of discharge electrodes 124 has an opening 126 at the rear end, and has a flow path 127 extending from the opening 126 to the opening 125.
  • the tip of the discharge electrode 124 is the plus side in the direction from the electrode support plate 121 toward the counter electrode 30. That is, the tip of the discharge electrode 124 is the portion closest to the counter electrode 30 of the discharge electrode 124.
  • the rear end of the discharge electrode 124 is an end opposite to the front end.
  • the plurality of discharge electrodes 124 have the same configuration.
  • the shape of the discharge electrode 124 is cylindrical with uniform inner diameter r and outer diameter R.
  • the shapes of the opening 125 and the opening 126 are respectively circular.
  • the shape of the flow path 127 is a cylindrical shape having a uniform flow area.
  • the inner diameter r is, for example, 0.3 mm
  • the outer diameter R is, for example, 0.5 mm, but is not limited thereto.
  • the outer diameter R may be in the range of 0.5 mm to 1.5 mm.
  • At least one of the inner diameter r and the outer diameter R of the discharge electrode 124 may be gradually reduced from the rear end toward the front end.
  • the opening 125 on the end side of the opening 126 on the rear end side may be smaller, and the shape of the flow path 127 may be a truncated cone.
  • the rear end of the discharge electrode 124 is located at a position in contact with the liquid 2. Specifically, the rear end of the discharge electrode 124 is located inside the liquid tank 110. Thereby, the liquid 2 is led from the opening 126 on the rear end side of the discharge electrode 124 through the flow path 127 in the discharge electrode 124 to the opening 125 on the front end side.
  • the discharge electrode 124 is provided vertically to the main surface 122 of the electrode support plate 121.
  • the main surface 122 is a surface facing the counter electrode 30 of the electrode support plate 121, and is a surface on the opposite side to the liquid 2.
  • the discharge electrode 124 has a ratio of height h to outer diameter R (hereinafter referred to as an aspect ratio) of 4 or more. That is, h ⁇ 4R is satisfied.
  • the height h of the discharge electrode 124 is represented by the distance from the tip of the discharge electrode 124 to the main surface 122, as shown in FIG.
  • the height h is, for example, 2 mm or more.
  • the aspect ratio of the discharge electrode 124 As the aspect ratio of the discharge electrode 124 is larger, the electric field tends to be concentrated at the tip of the discharge electrode 124. Therefore, the aspect ratio of the discharge electrode 124 may be 6 or more. According to the study of the present inventors, it was confirmed that when the aspect ratio is 4 or more, the shape of the tailor cone 3 is stable and the spray amount of the mist 4 is stable. On the other hand, it was confirmed that the shape of the tailor cone 3 becomes unstable when the aspect ratio is smaller than 4.
  • the discharge electrode 124 has conductivity and is formed using, for example, a metal material such as stainless steel. At this time, the discharge electrode 124 may be formed using a material having acid resistance or alkali resistance or both of them depending on the property of the liquid 2.
  • the distance p between two adjacent discharge electrodes 124 among the plurality of discharge electrodes 124 is ten or more times the outer diameter R of each of the two discharge electrodes 124. That is, p ⁇ 10R is satisfied.
  • the distance p is, for example, 5 mm or more.
  • two adjacent discharge electrodes 124 are one discharge electrode 124 and the discharge electrode 124 closest to the one discharge electrode 124.
  • the distance p is the distance between the centers of two adjacent discharge electrodes 124.
  • the central axis J of the discharge electrode 124 is shown in FIG.
  • the distance p is the distance between the two central axes J.
  • the central axis J is an imaginary axis passing through the center of each of the circular opening 125 and the opening 126.
  • the distance p may be 16 times or more of the outer diameter R. Specifically, since the outer diameter R is 0.5 mm, the distance p may be, for example, 8 mm or more. Although the details will be described later, when the distance p is 8 mm or more, stable mist 4 can be generated regardless of the number of discharge electrodes 124.
  • FIG. 8 is a plan view showing a planar layout of the plurality of discharge electrodes 124 of the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment.
  • the plurality of discharge electrodes 124 are represented as discharge electrodes 124a to 124d in accordance with their arrangement positions.
  • the discharge electrodes 124 a to 124 d will be described as the discharge electrode 124 unless they are particularly distinguished.
  • the electrostatic atomization device 101 includes nineteen discharge electrodes 124.
  • the number of discharge electrodes 124 is not particularly limited, and may be plural. As the number of discharge electrodes 124 increases, the amount of mist 4 generated by the electrostatic atomization device 101 can be increased. For example, the number of discharge electrodes 124 is 12 or more.
  • each of the plurality of discharge electrodes 124 is disposed at a predetermined position and at the apex of one or more regular hexagonal shapes centered on the position.
  • the discharge electrode 124 a is located at the center of the electrode support plate 121.
  • the remaining discharge electrodes 124 are annularly disposed around the discharge electrodes 124 a.
  • the discharge electrode 124 a is an example of a first cylindrical portion.
  • the discharge electrodes 124b to 124d are an example of a plurality of second cylindrical portions disposed so as to surround the discharge electrode 124a.
  • the specific arrangement of the plurality of discharge electrodes 124 is, for example, the same as the arrangement of the plurality of cylindrical portions 24 according to the first embodiment, as shown in FIGS. 8 and 3.
  • the pump 160 is an example of a liquid transfer device that supplies the functional water stored in the water reservoir or the functional water generated by the generator to the liquid tank 110 as the liquid 2. By adjusting the supply amount of the functional water to the liquid tank 110 by the pump 160, the amount of the liquid 2 guided through the inside of the discharge electrode 124 to the opening 125 is adjusted.
  • the pump 160 adjusts the supply amount of functional water so that the liquid 2 of 10 ⁇ L to 60 ⁇ L per hour is supplied to the opening 125 of each of the plurality of discharge electrodes 124.
  • the electrostatic atomization device 101 includes N discharge electrodes 124, the mist 4 of 10 ⁇ N ⁇ L or more and 60 ⁇ N ⁇ L per hour is generated and emitted as an entire electrostatic atomization device 101 Ru.
  • the pipe 161 is provided to supply functional water as the liquid 2 to the liquid tank 110.
  • the pipe 161 connects the liquid tank 110 and a functional water generation device (not shown).
  • a pump 160 is provided in the middle of the pipe 161.
  • the pipe 161 is formed using, for example, a metal material such as stainless steel. At this time, the pipe 161 may be formed using a material having acid resistance or alkali resistance or both of them depending on the property of the liquid 2.
  • the voltage application unit 40 may be connected to the conductive pipe 161 instead of the liquid tank 110. Alternatively, the voltage application unit 40 may be connected to each of the plurality of discharge electrodes 124. When the electrode support plate 121 is formed using a conductive material, the voltage application unit 40 may be connected to the electrode support plate 121. In addition, the voltage application unit 40 may be connected to an electrode (not shown) provided at a position in contact with the liquid 2.
  • the controller 150 controls the overall operation of the electrostatic atomizer 101. Specifically, the controller 150 controls the operation of the voltage application unit 40 and the pump 160. For example, the controller 150 controls the voltage application unit 40 to control the timing of applying a voltage between the counter electrode 30 and the liquid 2, the magnitude of the voltage, and the like. In addition, the controller 150 controls the amount of functional water supplied as the liquid 2 to the liquid tank 110 by controlling the pump 160.
  • the controller 150 is realized by, for example, a microcontroller. Specifically, the controller 150 is realized by a non-volatile memory in which a program is stored, a volatile memory which is a temporary storage area for executing a program, an input / output port, a processor that executes the program, or the like. The controller 150 may be realized by a dedicated electronic circuit that performs each operation.
  • FIG. 9 is a view showing the relationship between the distance p between the discharge electrodes 124 of the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment and the tailor cone 3.
  • the generation amount of the mist 4 depends on the shape of the tailor cone 3. Specifically, if the tailor cone 3 has a stable conical shape, the mist 4 is also generated stably.
  • FIG. 9 shows the case where the outer diameter R of the discharge electrode 124 is 0.5 mm.
  • the shape of the tailor cone 3 is maintained in a conical shape in all of the 12 discharge electrodes 124. For this reason, when p ⁇ 5 mm or more, the mist 4 is stably generated.
  • the distance p increases, interference between the adjacent discharge electrodes 124 is suppressed. For this reason, a high electric field is easily generated at the tip of each of the plurality of discharge electrodes 124, and the shape of the tailor cone 3 is stabilized. For example, when the distance p is 8 mm or more, the shape of the tailor cone 3 is stabilized regardless of the number of discharge electrodes 124, and the generation amount of the mist 4 is also stabilized.
  • FIG. 10 is a view showing the relationship between the distance between the discharge electrodes 124 of the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment and the gradient of the voltage due to the increase in the number of the discharge electrodes 124.
  • the horizontal axis indicates the distance p between adjacent discharge electrodes 124.
  • the vertical axis shows the slope of the increase in electrostatic atomization voltage when the number of discharge electrodes 124 is increased.
  • electrostatic atomization voltage is an applied voltage required to perform electrostatic atomization, and is also called spray voltage.
  • the gradient of the increase of the electrostatic atomization voltage is decreased by increasing the distance p.
  • the gradient is zero when the distance p is about 8 mm. That is, when the distance p is about 16 times the outer diameter R, the electrostatic atomization voltage does not increase even if the number of discharge electrodes 124 is increased.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the number of discharge electrodes 124 of the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment, the dielectric breakdown voltage and the electrostatic atomization voltage.
  • the horizontal axis indicates the number of discharge electrodes 124
  • the vertical axis indicates voltage.
  • the dielectric breakdown voltage is 9 kV, for example. That is, when a voltage exceeding 9 kV is applied between the counter electrode 30 and the liquid 2, dielectric breakdown occurs between the electrodes, and the mist 4 is not generated.
  • the data shown in FIG. 11 is that the outer diameter R is 0.5 mm, the inner diameter r is 0.3 mm, the height h is 3 mm, the distance L between the electrodes is 6 mm, and the electric conductivity of the liquid 2 is 0.
  • the case of 49 mS / cm is shown.
  • the discharge electrodes 124 were arranged so as to spread in a regular hexagonal shape from the center according to the number thereof.
  • the electrostatic atomization voltage increases as the number of discharge electrodes 124 increases. Specifically, the number of discharge electrodes 124 and the electrostatic atomization voltage have a linear relationship. When the number of discharge electrodes 124 is 15 or more, the electrostatic atomization voltage exceeds 9 kV which is a dielectric breakdown voltage. For this reason, when the number of discharge electrodes 124 is 15 or more, the generation of the mist 4 becomes difficult.
  • the number of discharge electrodes 124 can be infinitely increased, and the generation amount of the mist 4 as the entire electrostatic atomization device 101 can be made as necessary. It can be increased.
  • the data shown in FIG. 12 indicates the case where the outer diameter R is 0.5 mm, the inner diameter r is 0.3 mm, the height h is 3 mm, and the electric conductivity of the liquid 2 is 0.49 mS / cm. ing.
  • the discharge electrodes 124 were arranged so as to spread in a regular hexagonal shape from the center according to the number thereof.
  • FIG. 12 is a view showing the relationship between the inter-electrode distance L, the dielectric breakdown voltage and the electrostatic atomization voltage of the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment.
  • the horizontal axis indicates the inter-electrode distance L
  • the vertical axis indicates the voltage.
  • both the dielectric breakdown voltage and the electrostatic atomization voltage increase.
  • the inter-electrode distance L and each of the dielectric breakdown voltage and the electrostatic atomization voltage have a linear relationship.
  • the breakdown voltage is lower than the electrostatic atomization voltage. For this reason, when the voltage application unit 40 applies an electrostatic atomization voltage, dielectric breakdown occurs between the counter electrode 30 and the discharge electrode 124. Therefore, in this case, the generation of the mist 4 is difficult.
  • the dielectric breakdown voltage exceeds the electrostatic atomization voltage. For this reason, even if the voltage application unit 40 applies an electrostatic atomization voltage, the mist 4 can be generated without causing insulation breakdown between the counter electrode 30 and the discharge electrode 124.
  • the maximum value of the voltage that can be applied by the voltage application unit 40 is 10 kV from the viewpoint of safety and reduction of power consumption. As shown in FIG. 12, when the inter-electrode distance L is larger than about 25 mm, the electrostatic atomization voltage exceeds 10 kV.
  • the inter-electrode distance L is in the range of 3 mm to 25 mm.
  • the range is represented by an angle ⁇ , as described above, the angle ⁇ is 3 ° or more and 37 ° or less.
  • the inter-electrode distance L may be 6 mm or more and 22 mm or less.
  • the difference between the dielectric breakdown voltage and the electrostatic atomizing voltage can be increased, and the occurrence of dielectric breakdown due to the fluctuation of the applied voltage can be suppressed.
  • the difference between the upper limit value of the applicable voltage and the electrostatic atomization voltage can be increased, and the mist 4 can be stably generated.
  • the angle ⁇ at this time is 3 ° or more and 21 ° or less.
  • the inter-electrode distance L may be 8 mm or more and 20 mm or less. Thereby, the generation of the mist 4 can be further stabilized.
  • the angle ⁇ at this time is 3 ° or more and 16 ° or less.
  • the electrostatic atomization device 101 includes the liquid tank 110 for containing the liquid 2 and the ejection plate 120 having the plurality of openings 125 for ejecting the liquid 2 And a voltage application section 40 for applying a predetermined voltage between the liquid 2 and the opposite electrode 30.
  • the ejection plate 120 includes an electrode support plate 121 which is an example of a flat plate portion, and a plurality of discharge electrodes 124 which are an example of a plurality of cylindrical portions supported by the electrode support plate 121.
  • Each of the plurality of discharge electrodes 124 protrudes from the electrode support plate 121 toward the counter electrode 30, and has an opening 125 at its tip.
  • the distance p between two adjacent discharge electrodes 124 among the plurality of discharge electrodes 124 is ten times or more the outer diameter R of each of the two discharge electrodes 124.
  • the electrostatic atomizer 101 since the distance p between two adjacent discharge electrodes 124 is ten times or more of the outer diameter R, the interference between the two adjacent discharge electrodes 124 is suppressed. For this reason, the electric field is easily concentrated at the tip of the discharge electrode 124, and the shape of the tailor cone 3 formed at the tip is stabilized.
  • the stabilization of the shape of the tailor cone 3 stabilizes the refinement (i.e., atomization) of the liquid 2 at the tip of the tailor cone 3, and the mist 4 is stably generated. Since the mist 4 is stably generated from each of the plurality of discharge electrodes 124, the electrostatic atomizer 101 according to the present embodiment stably sprays a sufficient amount of the liquid 2 as the mist 4 be able to.
  • the ratio of the height h to the outer diameter R of the plurality of discharge electrodes 124 is 4 or more.
  • the shape of the tailor cone 3 formed at the tip of each of the plurality of discharge electrodes 124 can be made more stable. Therefore, according to the electrostatic atomization apparatus 101 which concerns on this Embodiment, the liquid 2 of sufficient quantity can be sprayed as mist 4 more stably.
  • the counter electrode 30 has a plurality of through holes 31 corresponding to the plurality of discharge electrodes 124 one by one.
  • An angle ⁇ formed by a line K connecting the opening end of each of the plurality of through holes 31 to the tip of the corresponding discharge electrode 124 and the central axis J of the corresponding discharge electrode 124 is 3 ° or more and 37 ° or less.
  • the plurality of discharge electrodes 124 are respectively disposed at predetermined positions and at the apexes of one or more regular hexagons concentric with the positions. .
  • the electrostatic atomization apparatus 101 which concerns on this Embodiment, not only it can spray stably the liquid 2 of sufficient quantity as the mist 4, and size reduction can be implement
  • the inter-electrode distance L between the counter electrode and the plurality of discharge electrodes is illustrated as being equal to each other, but the inter-electrode distance L may be different in each of the two discharge electrodes.
  • the electrostatic atomizer according to the present modification includes a plurality of discharge electrodes having different heights. In the following, differences from Embodiment 2 will be mainly described. The points that are not particularly described are the same as in the second embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the plurality of discharge electrodes 224a to 224c and the counter electrode 30 of the electrostatic atomizer 201 according to the present modification. Similar to FIG. 7, FIG. 13 shows a cross section passing through the central axis of each of the plurality of discharge electrodes 224a to 224c.
  • the electrostatic atomizing device 201 includes a plurality of discharge electrodes 224 a to 224 c instead of the plurality of discharge electrodes 124.
  • the plurality of discharge electrodes 224a to 224c are the same as the discharge electrode 124 according to the second embodiment, respectively, except that the heights ha to hc from the main surface 122 of the electrode support plate 121 are different.
  • the discharge electrode 224a is an example of a first cylindrical portion.
  • the discharge electrode 224a is a discharge electrode positioned at a position closest to the center among the plurality of discharge electrodes 224a to 224c when the electrode support plate 121 is viewed in plan.
  • the discharge electrode 224a corresponds to the discharge electrode 124a shown in FIG.
  • the discharge electrodes 224 b and 224 c are an example of a plurality of second cylindrical portions disposed so as to surround the discharge electrode 224 a.
  • the discharge electrodes 224 b and 224 c are located outside the discharge electrode 224 a when the electrode support plate 121 is viewed in plan.
  • the discharge electrode 224c is located outside the discharge electrode 224b.
  • the discharge electrode 224b corresponds to the discharge electrode 124b shown in FIG.
  • the discharge electrode 224c corresponds to the discharge electrode 124c shown in FIG.
  • the discharge electrode 224c is the discharge electrode positioned at the outermost side among the plurality of discharge electrodes 224a to 224c.
  • the height ha of the discharge electrode 224a is higher than the heights hb and hc of the discharge electrodes 224b and 224c.
  • ha> hb> hc is satisfied.
  • the difference between ha and hb and the difference between hb and hc are each 0.3 mm or more and 1.0 mm or less.
  • the outer diameter of each of the discharge electrodes 224a to 224c is R
  • the distance La between counter electrode 30 and discharge electrode 224a is the distance between counter electrode 30 and each of discharge electrodes 126b and 126c.
  • La ⁇ Lb ⁇ Lc is satisfied.
  • the difference between La and Lb and the difference between Lb and Lc are equal to the difference between ha and hb and the difference between hb and hc, respectively.
  • La ⁇ Lb Lc may be sufficient.
  • the discharge electrodes 224a and 224b correspond to one or more first cylindrical portions
  • the discharge electrode 224c corresponds to a second cylindrical portion.
  • the distances between the counter electrode 30 and each of the discharge electrodes 224a to 224c are different from each other.
  • the electric field is likely to be concentrated at the tip of the discharge electrode 224c disposed on the outer periphery.
  • the plurality of discharge electrodes are a discharge electrode 224a which is an example of a first cylindrical portion, and discharge electrodes 224b and 224c which are an example of a plurality of second cylindrical portions which are disposed surrounding the discharge electrode 224a. And contains.
  • the distance La between the counter electrode 30 and the discharge electrode 224a is smaller than the distances Lb and Lc between the counter electrode 30 and each of the plurality of discharge electrodes 224b and 224c.
  • the electric field concentration of the discharge electrodes 224c arranged on the outer periphery can be alleviated, and the amount of mist 4 from each of the plurality of discharge electrodes 224a to 224c can be made substantially even.
  • the height h of the discharge electrode is made different depending on the arrangement position in plan view, but the present invention is not limited to this.
  • the height h of the discharge electrode may be constant regardless of the arrangement position in plan view, and the shape of the counter electrode may be different.
  • the counter electrode may be formed in a conical side shape so as to be farther from the discharge electrode as the position in the plan view is farther from the center.
  • the counter electrode may be formed in a step-like shape so as to be farther from the discharge electrode as the position in the plan view is farther from the center.
  • the distance to the counter electrode may be closer to the outer discharge electrode.
  • a higher electric field can be applied to the tip of the outer discharge electrode where the electric field tends to be concentrated. For this reason, the generation amount of the mist from the outer discharge electrode can be increased, and the spray amount of the mist as a whole can be increased.
  • the flat plate portion 21 of the ejection plate 20 or the electrode support plate 121 is provided so as to cover the upper surface of the liquid 2, and the plurality of cylindrical portions 24 or discharge electrodes 124 project upward.
  • the flat plate portion 21 or the electrode support plate 121 may cover the lower surface or the side surface of the liquid 2, and the plurality of cylindrical portions 24 or the discharge electrode 124 may protrude downward, sideways or diagonally.
  • the spraying direction of the mist 4 by the electrostatic atomizer 1 or 101 is not limited to the upper side, but may be the lower side, the side direction, or an oblique direction.
  • the first liquid tank 10, the second liquid tank 11, and the cylindrical portion 24, the liquid tank 110, the pipe 161, and the like may be formed using an insulating material.
  • the tail cone 3 is formed at the tip of the cylindrical portion 24 or the discharge electrode 124 even if the cylindrical portion 24 or the discharge electrode 124 does not have conductivity.
  • the mist 4 can be stably sprayed.
  • the flat plate portion 21 and the plurality of cylindrical portions 24 may be separately formed.
  • the jet plate 20 may be formed by press-fitting the plurality of cylindrical portions 24 into the flat plate portion 21 made of resin or metal.
  • the electrode support plate 121 and the plurality of discharge electrodes 124 may be integrally formed.
  • the ejection plate 120 may be integrally formed, for example, by injection molding using a metal material or a resin material.
  • the ejection plate 120 may have a cylindrical nozzle formed of an insulating material instead of the conductive discharge electrode 124.
  • the tail cone 3 can be formed at the tip of the nozzle even if the nozzle does not have conductivity, and the mist 4 can be stably sprayed.
  • the plurality of discharge electrodes 124 may include two discharge electrodes 124 in which the distance p is smaller than 10 times the outer diameter R. Also, for example, the height h of each of the plurality of discharge electrodes 124 may be smaller than four times the outer diameter R.
  • the counter electrode 30 may not be a flat electrode, and may be, for example, a smoothly curved electrode plate.
  • the through holes 31 may penetrate the electrode plate in the thickness direction, and may penetrate the electrode plate in the protruding direction of the cylindrical portion 24 or the discharge electrode 124.
  • the shape of the arrangement of the plurality of cylindrical portions 24 or the discharge electrode 124 is not limited to a regular hexagon, but may be a regular polygon.
  • the plurality of tubular portions 24 or the discharge electrodes 124 may be disposed at the vertexes and equidistant points of a square, such as p, 2p, or 3p, each side.
  • a plurality of cylindrical portions 24 or discharge electrodes may be disposed at each intersection of the grid.
  • the shapes of the plurality of cylindrical portions 24 may be different from each other.
  • the cylindrical portions 24 c and 24 d positioned outside among the plurality of cylindrical portions 24 may be lower in height than the cylindrical portion 24 a positioned at the center.
  • the cylindrical portions 24c and 24d may be taller than the cylindrical portion 24a.
  • the contact angles of the inner surface 28 may be made different.
  • the contact angle of the inner surface 28 forming the long channel 27 may be smaller than the contact angle of the inner surface 28 forming the short channel 27.
  • the rear ends of the plurality of cylindrical portions 24 may be located below the main surface 23 of the flat plate portion 21.
  • the plurality of cylindrical portions 24 may be provided to penetrate the flat plate portion 21.
  • the electrostatic atomization device 1 may not have the second liquid tank 11.
  • the first liquid tank 10 and the ejection plate 20 may be detachably fixed, and the liquid 2 may be supplied into the first liquid tank 10 by removing the ejection plate 20.
  • controller 50 or 150 may be configured by dedicated hardware, or realized by executing a software program suitable for each component It may be done.
  • Each component may be realized by a program execution unit such as a central processing unit (CPU) or processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk drive (HDD) or a semiconductor memory. Good.
  • components such as controller 50 or 150 may be configured with one or more electronic circuits.
  • Each of the one or more electronic circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit.
  • the one or more electronic circuits may include, for example, a semiconductor device, an integrated circuit (IC), or a large scale integration (LSI).
  • the IC or LSI may be integrated on one chip or may be integrated on a plurality of chips.
  • IC integrated circuit
  • LSI large scale integration
  • the term “IC” or “LSI” is used here, the term changes depending on the degree of integration, and may be called system LSI, very large scale integration (VLSI), or ultra large scale integration (ULSI).
  • an FPGA Field Programmable Gate Array programmed after LSI fabrication can be used for the same purpose.
  • the general or specific aspects of the present invention may be realized as a system, an apparatus, a method, an integrated circuit or a computer program. Alternatively, it may be realized by a computer readable non-transitory recording medium such as an optical disk, HDD or semiconductor memory in which the computer program is stored. Also, the present invention may be realized as any combination of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium.
  • the present invention can be realized by arbitrarily combining components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention or embodiments obtained by applying various modifications that those skilled in the art may think to each embodiment.
  • the form is also included in the present invention.
  • Electrostatic atomizer 2 Liquid 2a Liquid surface 10 1st liquid tank 11 2nd liquid tank 20, 120 Ejection plate 21 Flat part 24, 24a, 24b, 24c, 24d Tubular part 25, 125 Opening 28 Inner surface 30 counter electrode 40 voltage application unit 110 liquid tank 121 electrode support plate (flat plate portion) 124 Discharge electrode (tubular part) 124a, 224a Discharge electrode (first cylindrical portion) 124b, 124c, 224d, 224b, 224c Discharge electrode (second cylindrical portion)

Abstract

静電霧化装置(1)は、液体(2)を収容するための第1液体槽(10)と、液体(2)を噴出させるための複数の開口(25)を有する噴出板(20)と、複数の開口(25)に対向して設けられた対向電極(30)と、液体(2)と対向電極(30)との間に所定の電圧を印加する電圧印加部(40)とを備える。噴出板(20)は、平板部(21)と、平板部(21)に支持された複数の筒状部(24)とを有する。複数の筒状部(24)の各々は、平板部(21)から対向電極(30)に向かって突出し、かつ、先端に開口(25)を有する。複数の筒状部(24)の各々の内面(28)の、液体(2)に対する接触角は、90°未満である。

Description

静電霧化装置
 本発明は、静電霧化装置に関する。
 従来、液体に高電圧を印加することで液体に生じる静電気力を利用して、液体を霧化して噴霧する技術が知られている(例えば、特許文献1及び2を参照)。例えば、特許文献1には、先端が尖状の複数の霧化部を備え、複数の霧化部の先端からミストを大量に生成する静電霧化装置が開示されている。
特開2011-67739号公報 特開2004-358359号公報
 しかしながら、上記従来技術では、ポンプを利用して複数の霧化部に液体を供給している。ポンプを利用した場合、複数の霧化部への送液速度のばらつきが大きいので、ミストの生成が不安定になるという問題がある。
 そこで、本発明は、十分な量の霧状の液体を安定して噴霧することができる静電霧化装置を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る静電霧化装置は、液体を収容するための第1液体槽と、前記液体を噴出させるための複数の開口を有する噴出板と、前記複数の開口に対向して設けられた対向電極と、前記液体と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記噴出板は、平板部と、前記平板部に支持された複数の筒状部とを有し、前記複数の筒状部の各々は、前記平板部から前記対向電極に向かって突出し、かつ、先端に前記開口を有し、前記複数の筒状部の各々の内面の、前記液体に対する接触角は、90°未満である。
 本発明に係る静電霧化装置によれば、十分な量の霧状の液体を安定して噴霧することができる。
図1は、実施の形態1に係る静電霧化装置の構成を示す斜視図である。 図2は、実施の形態1に係る静電霧化装置の複数の筒状部と対向電極との位置関係を示す断面図である。 図3は、実施の形態1に係る静電霧化装置の複数の筒状部の平面レイアウトを示す平面図である。 図4は、実施の形態1に係る静電霧化装置の筒状部と第1液体槽と第2液体槽との位置関係を示す断面図である。 図5は、実施の形態1に係る静電霧化装置の流路の壁面の接触角毎に、流路の径に対する液柱の高さを示す図である。 図6は、実施の形態2に係る静電霧化装置の構成を示す斜視図である。 図7は、実施の形態2に係る静電霧化装置の複数の放電電極と対向電極との位置関係を示す断面図である。 図8は、実施の形態2に係る静電霧化装置の複数の放電電極の平面レイアウトを示す平面図である。 図9は、実施の形態2に係る静電霧化装置の放電電極間の距離とテーラーコーンとの関係を示す図である。 図10は、実施の形態2に係る静電霧化装置の放電電極間の距離と放電電極の本数の増大による電圧の勾配との関係を示す図である。 図11は、実施の形態2に係る静電霧化装置の放電電極の本数と絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。 図12は、実施の形態2に係る静電霧化電圧の電極間距離と絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。 図13は、実施の形態2の変形例に係る静電霧化装置の複数の放電電極と対向電極との位置関係を示す断面図である。
 以下では、本発明の実施の形態に係る静電霧化装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
 また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
 また、本明細書において、垂直又は一致などの要素間の関係性を示す用語、及び、円形又は正六角形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。
 (実施の形態1)
 [概要]
 まず、本実施の形態に係る静電霧化装置の概要について、図1及び図2を用いて説明する。
 図1は、本実施の形態に係る静電霧化装置1の構成を示す斜視図である。図1に示すように、本実施の形態に係る静電霧化装置1は、第1液体槽10と、第2液体槽11と、噴出板20と、対向電極30と、電圧印加部40と、コントローラ50とを備える。噴出板20は、平板部21と、複数の筒状部24とを備える。
 なお、図1では、コントローラ50を機能的なブロックとして表している。コントローラ50は、例えばマイコン(マイクロコントローラ)などで実現され、静電霧化装置1の外殻筐体(図示せず)の内部に配置されている。コントローラ50は、例えば第1液体槽10又は第2液体槽11の外側に取り付けられていてもよい。
 図2は、本実施の形態に係る静電霧化装置1の複数の筒状部24と対向電極30との位置関係を示す断面図である。具体的には、図2は、図1のII-II線における断面であって、2つの筒状部24の各々の中心軸Jを通る断面を示している。
 静電霧化装置1は、液体2を霧化して噴出する噴霧装置である。具体的には、静電霧化装置1は、液体2に高電圧を印加して静電気力を発生させ、発生させた静電気力によって液体2を微細化し霧化させる。
 本実施の形態では、図2に示すように、静電霧化装置1は、第1液体槽10内に容れられた液体2を複数の筒状部24の各々の先端へ導き、先端に設けられた開口25から液体2を霧状にして噴出する。具体的には、電圧印加部40が液体2と対向電極30との間に高電圧を印加することで、複数の筒状部24の各々の先端に電界が集中する。筒状部24の内部の流路27を通って開口25から出た液体2は、電界によって形状が変化し、テーラーコーン3を形成する。テーラーコーン3の先端で液体2が微細化されることで、ミスト4が生成される。
 複数の筒状部24の各々の先端で生成されたミスト4は、対向電極30に向けて放出される。ミスト4を対向電極30の前方に放出させるために、対向電極30には貫通孔31が設けられている。これにより、ミスト4は、貫通孔31を介して対向電極30の前方に放出される。なお、「前方」とは、ミスト4が放出される方向であって、対向電極30を基準として筒状部24とは反対側の方向である。図2に示すように、複数の筒状部24の各々からミスト4が放出されるので、本実施の形態に係る静電霧化装置1は、十分な量の霧状の液体2(すなわち、ミスト4)を噴霧することができる。
 なお、液体2は、例えば機能水である。機能水は、人為的な処理によって再現性のある有用な機能を獲得した水溶液の中で、処理と機能とに関して科学的根拠が明らかにされたもの、及び、明らかにされようとしているものである。具体的には、機能水は、次亜塩素酸水などの電解水、又は、オゾン水などである。本実施の形態では、液体2は、電解質を含む水溶液であるが、これに限らない。液体2は、純水でもよく、アルコール溶液でもよい。液体2の電気伝導度は、例えば、1μS/cm以上10μS/cm以下である。
 ミスト4は、例えばナノメートルオーダー又はマイクロメートルオーダーの径の微細な液体粒子の集合である。例えば、ミスト4を構成する液体粒子の径は、10nm以上1μm以下である。
 本実施の形態に係る静電霧化装置1は、液体2の機能に応じて様々なデバイスに利用される。例えば、液体2が殺菌又は除菌性能を有する場合、静電霧化装置1は、殺菌装置又は除菌装置などに利用される。あるいは、静電霧化装置1は、加湿器などに利用されてもよい。
 以下では、静電霧化装置1が備える各構成要素の詳細について説明する。
 [液体槽]
 第1液体槽10は、液体2を収容するための容器である。第1液体槽10は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されているが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい。このとき、第1液体槽10は、液体2の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
 第1液体槽10の形状は、例えば、上面が開放された直方体状であるが、これに限らない。第1液体槽10の形状は、立方体又は円柱状でもよく、扁平なトレイ状でもよい。本実施の形態では、第1液体槽10の開放された上面が噴出板20によって覆われている。具体的には、第1液体槽10と噴出板20とが組み合わされて、筒状部24の開口25以外から液体2が漏れ出ないように密閉容器を形成している。
 本実施の形態では、第1液体槽10には、配管12を介して、機能水の貯水用の第2液体槽11が接続されている。第1液体槽10には、ポンプなどの液体を所定の圧力で供給する送液装置が接続されていない。つまり、本実施の形態に係る静電霧化装置1は、液体ポンプなどを備えない。第1液体槽10は、配管12及び複数の開口25を除いて密閉されている。第1液体槽10には、配管12を介する以外に、内部に液体2を供給するための供給口が設けられていない。
 第2液体槽11は、第1液体槽10に液体2を供給するための容器である。第2液体槽11は、配管12を介して第1液体槽10に接続されている。例えば、第2液体槽11の容量は、第1液体槽10の容量よりも大きい。
 第2液体槽11は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されているが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい。このとき、第2液体槽11は、液体2の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
 第2液体槽11の形状は、例えば、上面が開放された直方体状であるが、これに限らない。第2液体槽11の形状は、立方体又は円柱状でもよく、扁平なトレイ状でもよい。第2液体槽11には、機能水を生成する生成装置(例えば、次亜塩素酸水の生成器)が接続されていてもよい。
 [噴出板]
 噴出板20は、液体2を噴出させるための複数の開口25を有するマルチオリフィス型の噴出板である。具体的には、噴出板20は、平板部21と、複数の筒状部24とを備える。複数の開口25は、筒状部24の各々の先端に設けられている。
 本実施の形態では、平板部21と複数の筒状部24とは一体的に形成されている。例えば、噴出板20は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されているが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい。このとき、噴出板20は、液体2の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。噴出板20は、例えば金属材料又は樹脂材料を用いた射出成形により一体的に形成されている。
 平板部21は、第1液体槽10に固定されている。なお、平板部21は、第1液体槽10と同一の材料を用いて、第1液体槽10と一体に形成されていてもよい。
 本実施の形態では、平板部21は、互いに背向する2つの主面22及び23を有する。主面22は、平板部21の前面(すなわち、前方の面)である。主面23は、平板部21の後面(すなわち、後方の面)である。主面22及び主面23は、互いに平行である。つまり、平板部21の板厚は、均等である。
 複数の筒状部24は、平板部21に支持されている。複数の筒状部24の各々は、ミスト4を放出するノズルに相当する。複数の筒状部24の各々は、平板部21から対向電極30に向かって突出している。複数の筒状部24の各々は、先端に開口25を有する。また、図2に示すように、複数の筒状部24の各々は、後端に開口26を有し、かつ、開口26から開口25に至る流路27を有する。つまり、流路27は、筒状部24の内部に設けられている。
 なお、筒状部24の先端とは、平板部21から対向電極30に向かう方向のプラス側である。つまり、筒状部24の先端は、筒状部24の最も対向電極30に近い部分であり、前方の端部である。筒状部24の後端は、先端とは反対側の端部である。
 複数の筒状部24の各々は、平板部21の主面22に対して垂直に立設されている。主面22は、平板部21の対向電極30に対向する面であり、液体2とは反対側の面である。本実施の形態では、筒状部24は、外径Rに対する高さHの比(以下、アスペクト比と記載する)が4以上である。すなわち、H≧4Rを満たしている。ここで、筒状部24の高さHは、図2に示すように、筒状部24の先端から主面22までの距離で表される。高さHは、例えば2mm以上である。
 筒状部24のアスペクト比が大きい程、筒状部24の先端に電界が集中しやすくなる。このため、筒状部24のアスペクト比は、6以上でもよい。本発明者らの検討により、アスペクト比が4以上であれば、テーラーコーン3の形状が安定し、ミスト4の噴霧量が安定することが確認された。一方で、アスペクト比が4より小さい場合、テーラーコーン3の形状が不安定となることが確認された。
 本実施の形態では、複数の筒状部24は、互いに同じ構成を有する。筒状部24の具体的な形状の一例については、後で説明する。ここでは、複数の筒状部24の配置について、図3を用いて説明する。
 図3は、本実施の形態に係る静電霧化装置1の複数の筒状部24の平面レイアウトを示す平面図である。図3では、複数の筒状部24をその配置位置に応じて筒状部24a~24dとして表している。以下の説明において、筒状部24a~24dを特に区別しない場合は、筒状部24として説明する。
 図3に示すように、静電霧化装置1は、19本の筒状部24を備える。なお、筒状部24の本数は、特に限定されず、複数であればよい。筒状部24の本数が多い程、静電霧化装置1が生成するミスト4の量を増加させることができる。例えば、筒状部24の本数は、12本以上である。
 図2に示すように、複数の筒状部24のうち、隣り合う2つの筒状部24間の距離pは、これらの2つの筒状部24の各々の外径Rの10倍以上である。すなわち、p≧10Rを満たしている。本実施の形態では、外径Rが0.5mmであるので、距離pは、例えば、5mm以上である。なお、本実施の形態において、隣り合う2つの筒状部24とは、1つの筒状部24と、当該1つの筒状部24に最も近い筒状部24とである。
 ここで、距離pは、隣り合う2つの筒状部24の中心間の距離である。例えば、距離pは、2本の中心軸J間の距離である。なお、中心軸Jは、円形の開口25及び開口26の各々の中心を通る仮想的な軸である。
 また、距離pは、外径Rの16倍以上であってもよい。具体的には、外径Rが0.5mmであるので、距離pは、例えば8mm以上であってもよい。例えば、距離pが8mm以上である場合、筒状部24の本数によらず、安定したミスト4の生成が可能になる。
 本実施の形態では、複数の筒状部24はそれぞれ、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状の1以上の正六角形の頂点とにそれぞれ配置されている。具体的には、図3に示すように、筒状部24aが平板部21の中心に位置している。残りの筒状部24は、筒状部24aを中心として、その周りに環状に配置されている。
 具体的には、6つの筒状部24bは、筒状部24aを中心とする仮想的な正六角形hg1の各頂点に配置されている。さらに、6つの筒状部24cは、筒状部24aを中心とする正六角形hg2の各頂点に配置されている。6つの筒状部24dは、正六角形hg2の各辺の中点に配置されている。
 正六角形hg1と正六角形hg2とは、筒状部24aを中心とする同心状の正多角形の一例である。正六角形hg2は、正六角形hg1より大きい。具体的には、正六角形hg2の一辺の長さは、正六角形hg1の一辺の長さの2倍である。正六角形hg1の一辺の長さは、図2に示す距離pに等しい。
 なお、筒状部24の本数が20本以上である場合、20本目~37本目の筒状部24は、一辺の長さが距離pの3倍になる正六角形の頂点及び辺の三等分点に配置される。さらに、筒状部24の本数が多くなる場合には、一辺の長さが距離pの4倍になる正六角形の頂点及び辺の四等分点に配置される。このように、本実施の形態では、複数の筒状部24は、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状のn個の正六角形であって、各々の一辺の長さが距離pの1~n倍の正六角形の頂点及びn等分点に配置されている。
 図3に示すように、19本の筒状部24のうち、任意の1本の筒状部24の周りには、距離pで等距離に位置する3本~6本の筒状部24が位置している。つまり、任意の1本の筒状部24に対して、隣り合う複数の筒状部24は全て等距離に位置している。具体的には、複数の筒状部24は、正六角形のハニカム構造の各頂点に位置している。これにより、平板部21の平面視において、複数の筒状部24は、局所的に集中せずに、面内で均一になるように分散して配置される。
 [対向電極]
 対向電極30は、図1及び図2に示すように、複数の開口25に対向して配置されている。対向電極30は、複数の筒状部24に一対一に対応する複数の貫通孔31を有する。本実施の形態では、対向電極30は、板厚が均一な平板であり、複数の筒状部24の各々の中心軸Jを通る位置に貫通孔31が設けられている。なお、対向電極30は、湾曲板であってもよい。
 貫通孔31の形状は、中心軸Jを中心とする扁平な円柱状である。貫通孔31は、ミスト4を通過させるために設けられている。ミスト4は、図2に示すように、テーラーコーン3の先端から円錐状に広がって放出される。このため、貫通孔31の開口径φが大きい程、ミスト4を通過させやすくなる。
 貫通孔31が大きすぎる場合、筒状部24と対向電極30との距離が大きくなるので、筒状部24の先端に高電界が印加されにくくなる。また、筒状部24と対向電極30とが近すぎる場合、対向電極30と液体2との間での絶縁破壊が発生しやすくなる。貫通孔31の開口径φは、例えば筒状部24の外径Rの5倍以上10倍以下である。
 本実施の形態では、貫通孔31の開口径φは、例えば1mm以上2.25mm以下の範囲である。また、電極間距離Lは、例えば3mm以上25mm以下の範囲である。ここで、図2に示すように、複数の貫通孔31の各々の開口端と、対応する筒状部24の先端とを結ぶ線Kと、中心軸Jとがなす角度をαで表す。線Kは、中心軸Jを含む断面において、筒状部24の先端の外周端と、貫通孔31の下端側の開口端とを結ぶ線である。
 このとき、tanαは、以下の式(1)で表される範囲になる。
 1mm/25mm=0.04≦tanα≦2.25mm/3mm=0.75 (1)
 式(1)から、角度αは、3°以上37°以下となる。
 対向電極30は、導電性を有し、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されている。このとき、対向電極30は、液体2の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
 [電圧印加部]
 電圧印加部40は、液体2と対向電極30との間に所定の電圧を印加する。本実施の形態では、電圧印加部40は、対向電極30と第1液体槽10とに接続されている。具体的には、第1液体槽10が接地されており、液体2にグランド電位を与える。電圧印加部40は、対向電極30に正の電位を与えることで、対向電極30と液体2との間に所定の電圧を印加する。
 なお、噴出板20が導電性材料を用いて形成されている場合には、電圧印加部40は、第1液体槽10の代わりに噴出板20に接続されていてもよい。このとき、電圧印加部40は、平板部21及び複数の筒状部24の各々のいずれに接続されていてもよい。あるいは、電圧印加部40は、導電性の第2液体槽11に接続されていてもよい。
 また、電圧印加部40は、液体2に接触する位置に設けられた電極(図示せず)に接続されていてもよい。また、例えば、第1液体槽10の内部で液体2に接触する位置に金属製のメッシュを配置し、電圧印加部40は、当該メッシュに接続されていてもよい。
 電圧印加部40が印加する所定の電圧は、例えば、4.5kV以上10kV以下の直流電圧である。あるいは、所定の電圧は、3.5kV以上8.5kV以下であってもよい。なお、所定の電圧は、パルス電圧、脈流電圧、又は、交流電圧でもよい。
 電圧印加部40は、具体的には、コンバータなどを含む電源回路で実現される。例えば、電圧印加部40は、商用電源などの外部電源から受けた電力に基づいて所定の電圧を生成して、液体2と対向電極30との間に印加する。
 [コントローラ]
 コントローラ50は、静電霧化装置1の全体的な動作を制御する。具体的には、コントローラ50は、電圧印加部40の動作を制御する。例えば、コントローラ50は、電圧印加部40を制御することで、対向電極30と液体2との間に電圧を印加するタイミング、及び、電圧の大きさなどを制御する。
 コントローラ50は、例えば、マイクロコントローラなどで実現される。具体的には、コントローラ50は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。コントローラ50は、各動作を実行する専用の電子回路で実現されてもよい。
 [筒状部の詳細な形状]
 続いて、筒状部24の詳細な形状の一例について、図2及び図4を用いて説明する。
 図4は、本実施の形態に係る静電霧化装置1の筒状部24と第1液体槽10及び第2液体槽11の位置関係を示す断面図である。なお、図4では、説明を分かりやすくするため、1本のみの筒状部24を図示している。
 図2及び図4に示すように、筒状部24の形状は、内径d及び外径Rが均一な円筒状である。筒状部24の内面28は、流路27を形成している。流路27の入口は、筒状部24の後端側の開口26である。流路27の出口は、筒状部24の先端側の開口25である。
 開口25及び開口26の形状はそれぞれ、円形である。内径dは、流路27の径であり、例えば0.3mmであるが、これに限らない。また、外径Rは、例えば0.5mmであるが、これに限らない。例えば、外径Rは、0.5mm以上1.5mm以下の範囲でもよい。
 ここで、図4に示すように、筒状部24の後端と平板部21の主面23との接続部分には、拡径部29が設けられている。拡径部29は、筒状部24の内面28の一部であり、筒状部24の後端から先端に向かう方向に、漸次、内径dが小さくなる部分である。拡径部29は、例えば、円錐台の側面形状を有する。
 なお、筒状部24には、拡径部29が設けられていなくてもよい。具体的には、開口25及び開口26の各々の面積は、互いに等しくてもよい。例えば、流路27の形状は、流路面積が均一の円柱状であってもよい。
 あるいは、筒状部24の内径d及び外径Rの少なくとも一方は、後端から先端に向かって漸次小さくなってもよい。例えば、後端側の開口26より先端側の開口25が小さくてもよく、流路27の形状は、円錐台状であってもよい。
 筒状部24の後端は、液体2に接触する位置に位置している。具体的には、筒状部24の後端は、平板部21の主面23と面一である。筒状部24の後端は、第1液体槽10の内部に位置している。これにより、液体2は、筒状部24の後端側の開口26から筒状部24内の流路27を通って先端側の開口25まで導かれる。
 本実施の形態では、流路27を形成している内面28、すなわち、筒状部24の内面28は、親水化処理されている。つまり、内面28は、親水性を有する。具体的には、内面28の全体が親水化処理されている。
 親水化処理は、例えば、流路27に薬液を流すことにより行われる。薬液によって内面28の表面に微小凹凸が形成されることで、内面28が親水化される。筒状部24が例えばステンレスを用いて形成されている場合、薬液として、希塩酸などが用いられる。
 このとき、薬液に接触させた部分のみが親水化されるので、選択的な親水化が可能になる。例えば、拡径部29を含む内面28のみを親水化し、平板部21の主面23を撥水化してもよい。主面23が撥水性を有することで、弾かれた液体2が流路27に導かれやすくなる。また、拡径部29は、親水化されていなくてもよい。なお、親水化処理は、プラズマ処理又はオゾン処理などで行われてもよい。
 筒状部24の内面28の、液体2に対する接触角は、90°未満である。このとき、接触角は、85°以下であってもよい。あるいは、接触角は、65°以下であってもよい。接触角は、10°以下でもよく、5°以下でもよい。内面28は、超親水性を有してもよい。
 内面28の接触角は、例えば、内面28の全体で均等である。また、複数の筒状部24の各々の内面28の接触角は、互いに等しい。これにより、複数の筒状部24の各々における毛細管力を均等になり、均等な速さで液体2を開口25まで導くことができる。
 本実施の形態では、筒状部24は、以下の式(2)を満たすような条件で形成されている。
 d≦h≦4Tcosθ/ρgd (2)
 ここで、hは、図4に示すように、筒状部24の先端から後端までの距離である。dは、上述したように、筒状部24の内径である。Tは、液体2の表面張力である。θは、液体2に対する内面28の接触角である。ρは、液体2の密度である。gは、重力加速度である。
 上記式(2)の右辺は、毛細管現象によって液体2が鉛直上方に延びた場合に形成される液柱の高さの上限値を意味する。したがって、上記式(2)を満たすことで、流路27が鉛直上方に向かって延びている場合であっても、毛細管現象によって液体2が高さhまで、すなわち、開口25まで到達する。このため、開口25に到達した液体2がテーラーコーン3を形成し、ミスト4が生成される。
 [接触角と液柱の高さ]
 ここで、内面28の接触角と液柱の高さとの関係を、図5を用いて説明する。
 図5は、本実施の形態に係る静電霧化装置1の流路27の壁面(内面28)の接触角毎に、流路27の径dに対する液柱の高さを示す図である。図5において、横軸は、流路27の径、すなわち、筒状部24の内径dを示している。縦軸は、流路27が鉛直上方に延びるときに液体2が流路27を上昇することで形成される液柱の高さを示している。
 ここでは、筒状部24の材料として、ガラス、ステンレス(SUS)及びポリ塩化ビニル(PVC)の3種類を用意した。ガラス、ステンレス及びポリ塩化ビニルの各々の、次亜塩素酸水に対する接触角はそれぞれ、20°、63°及び87°である。
 図5に示すように、流路27の径が同じである場合、接触角が小さい程、液柱の高さが大きくなっている。つまり、接触角を小さくする程、流路27の長さを大きくすることができる。例えば、筒状部24の平板部21からの突出量Hを大きくすることができるので、筒状部24の先端に高電界を集中させやすくなる。
 例えば、流路27の径、すなわち、内径dが0.3mmである場合、液柱の高さは、ステンレスで40mm以上、ガラスで80mm以上になっている。このため、平板部21の板厚(例えば1mm)を考慮したとしても、筒状部24のアスペクト比を容易に4以上で確保することができる。
 一方で、内径dが0.3mmである場合、ポリ塩化ビニルのときの液柱の高さは、3mm~5mm程度である。このため、筒状部24のアスペクト比が4より小さくなる場合がある。
 しかしながら、ポリ塩化ビニルを用いて筒状部24を形成した場合であっても、図5に示すように、流路の径(内径d)を0.2mm以下にすることで、液柱の高さが上昇していることが分かる。したがって、筒状部24のアスペクト比を4以上に確保することができる。
 図5から分かるように、接触角が87°を下回り、例えば85°以下になった場合、接触角が小さくなる程、同じ内径dに対する液柱の高さが大きくなることが分かる。特に、接触角が65°以下である場合には、ステンレス(63°)とポリ塩化ビニル(87°)とを比較して分かるように、同じ内径dに対する液柱の高さが一層大きくなることが分かる。例えば、内径dが0.3mmの場合には液柱の高さが10倍以上大きくなっている。
 このように、本実施の形態に係る静電霧化装置1によれば、内面28の接触角は、90°未満であるが、85°以下であることが好ましい。さらに、内面28の接触角は、65°以下であることが好ましい。接触角を小さくすることで、流路27内を通って液体2が開口25まで導かれ、かつ、開口25で保持されやすくなる。
 なお、本実施の形態では、1本の筒状部24の先端に、1時間当たり10μL以上60μL以下の液体2が供給されるように、内面28の接触角及び流路27の径などが調整されている。これにより、静電霧化装置1がN本の筒状部24を備える場合に、静電霧化装置1の全体としては、1時間当たり10×NμL以上60×NμL以下のミスト4が生成されて放出される。
 [位置関係]
 ここで、本実施の形態に係る第1液体槽10と第2液体槽11との位置関係について、図1及び図4を用いて説明する。
 本実施の形態では、図4に示すように、第2液体槽11に貯められた液体2の液面2aは、筒状部24の後端と先端との間に位置している。なお、図4には、液面2aの仮想的な延長平面を破線で図示している。
 例えば、コントローラ50は、第2液体槽11内の液体2の液面2aの高さを監視していてもよい。静電霧化装置1の動作中に、液面2aが筒状部24の後端より下回った場合に、コントローラ50は、電圧印加部40による電圧の印加を停止してもよい。あるいは、液面2aが常に筒状部24の後端と先端との間に位置するように、第2液体槽11には外部から液体2が供給されていてもよい。
 [効果など]
 以上のように、本実施の形態に係る静電霧化装置1は、液体2を収容するための第1液体槽10と、液体2を噴出させるための複数の開口25を有する噴出板20と、複数の開口25に対向して設けられた対向電極30と、液体2と対向電極30との間に所定の電圧を印加する電圧印加部40とを備える。噴出板20は、平板部21と、平板部21に支持された複数の筒状部24とを有する。複数の筒状部24の各々は、平板部21から対向電極30に向かって突出し、かつ、先端に開口25を有する。複数の筒状部24の各々の内面28の、液体2に対する接触角は、90°未満である。
 これにより、複数の筒状部24の各々の内面が親水性になるので、毛細管現象によって液体2が筒状部24の内部を進行しやすくなる。したがって、ポンプなどの外部からの圧力を利用しなくても、筒状部24の先端に設けられた開口25まで液体2を導くことができる。
 このため、複数の筒状部24の各々の流路27を流れる液体2の速度を互いに同じにすることができ、複数の開口25の各々に安定して液体2を導くことができる。したがって、複数の開口25の各々でミスト4が安定して生成されるので、十分な量のミスト4を安定して噴霧することができる。また、静電霧化装置1は、ポンプを備えないので、小型で、かつ、軽量で、さらに安価に実現される。
 また、例えば、筒状部24の先端から後端までの距離をh、筒状部24の内径をd、液体2の表面張力をT、内面28の液体2に対する接触角をθ、液体2の密度をρ、重力加速度をgとした場合、d≦h≦4Tcosθ/ρgdを満たす。
 これにより、筒状部24の突出方向が鉛直上方である場合においても、毛細管現象によって液体2を開口25まで導くことができる。なお、鉛直上方だけでなく、様々な方向に十分な量のミスト4を安定して噴霧することができる。
 また、例えば、静電霧化装置1は、さらに、第1液体槽10に接続され、第1液体槽10に液体2を供給するための第2液体槽11を備える。第2液体槽11に貯められる液体2の液面2aは、複数の筒状部24の各々の先端と後端との間に位置している。
 これにより、第2液体槽11に貯められる液体2の液面2aが筒状部24の後端より高い位置に位置しているので、液体2は、自重によって筒状部24の後端まで達する。筒状部24の後端側の開口26に達した液体2は、毛細管現象によって筒状部24内の流路27を通って開口25まで導かれる。このように、ポンプなどの外部からの圧力を利用しなくても、第2液体槽11から第1液体槽10に対して液体2を供給することができ、さらに、供給した液体2を開口25まで導くことができる。したがって、複数の開口25の各々でミスト4が安定して生成されるので、十分な量のミスト4を安定して噴霧することができる。
 また、例えば、筒状部24は、金属材料を用いて形成されており、筒状部24の内面28は、親水化処理されている。
 これにより、親水化処理の態様に応じて内面28の接触角を所望の値に調整することができる。したがって、開口25に保持させる液体2の供給量を容易に調整することができるので、テーラーコーン3の形成を安定させ、ミスト4を安定して噴霧することができる。
 また、筒状部24が金属材料を用いて形成されており、導電性を有するので、筒状部24を放電電極として機能させることもできる。例えば、電圧印加部40は、対向電極30と筒状部24とに接続されていてもよい。これにより、筒状部24の先端に高電界を容易に発生させることができる。
 また、例えば、平板部21と複数の筒状部24の各々とは、金属材料を用いて一体的に形成されている。筒状部24の後端は、平板部21の主面23と面一である。
 これにより、平板部21と複数の筒状部24とが一体的に形成されているので、平板部21と複数の筒状部24とを固定する工程が必要ではなく、当該工程における作業精度のばらつきなどを抑制することができる。例えば、複数の筒状部24の各々の平板部21からの突出量が均等になりやすく、ミスト4の生成の安定性を高めることができる。
 また、例えば、筒状部24の内面28の、液体2に対する接触角は、85°以下である。
 これにより、接触角が小さくなる程、毛細管現象によって形成される液柱の高さが大きくなるので、液体2をより高い位置まで導くことができる。このため、平板部21の主面22からの筒状部24の突出量を大きくすることができる。筒状部24の突出量が大きくなる程、筒状部24の先端に高電界が集中しやすくなる。したがって、筒状部24の先端で形成されるテーラーコーン3の形状が安定し、ミスト4を安定して生成することができる。
 また、例えば、筒状部24の内面28の、液体2に対する接触角は、65°以下である。
 これにより、毛細管現象によって形成される液柱の高さが更に大きくなるので、筒状部24の突出量を更に大きくすることができる。したがって、筒状部24の先端に電界が更に集中しやすくなり、テーラーコーン3の形状が更に安定する。このように、本実施の形態に係る静電霧化装置1によれば、十分な量のミスト4を安定して噴霧することができる。
 (実施の形態2)
 [概要]
 続いて、実施の形態2に係る静電霧化装置について説明する。
 本実施の形態では、十分な量の霧状の液体を安定して噴霧することができる静電霧化装置を提供する。
 本実施の形態に係る静電霧化装置は、液体を収容するための液体槽と、前記液体を噴出させるための複数の開口を有する噴出板と、前記複数の開口に対向して配置された対向電極と、前記液体と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加部とを備え、前記噴出板は、平板部と、前記平板部に支持された複数の筒状部とを有し、前記複数の筒状部の各々は、前記平板部から前記対向電極に向かって突出し、かつ、先端に前記開口を有し、前記複数の筒状部のうち、隣り合う2つの筒状部間の距離は、当該2つの筒状部の各々の外径の10倍以上である。
 [構成]
 まず、本実施の形態に係る静電霧化装置の構成について、図6及び図7を用いて説明する。
 図6は、本実施の形態に係る静電霧化装置101の構成を示す斜視図である。図6に示すように、本実施の形態に係る静電霧化装置101は、液体槽110と、噴出板120と、対向電極30と、電圧印加部40と、ポンプ160と、コントローラ150とを備える。噴出板120は、電極支持板121と、複数の放電電極124とを備える。液体槽110には、液体2が収容されている。
 なお、図1では、コントローラ150を機能的なブロックとして表している。コントローラ150は、例えばマイコン(マイクロコントローラ)などで実現され、静電霧化装置101の外殻筐体(図示せず)の内部に配置されている。コントローラ150は、例えば液体槽110の外側に取り付けられていてもよい。
 対向電極30、電圧印加部40、及び液体2は、実施の形態1に係る対向電極30、電圧印加部40及び液体2と同じである。液体槽110、噴出板120及びコントローラ150は、実施の形態1に係る第1液体槽10、噴出板20及びコントローラ50にそれぞれ対応している。以下では、本実施の形態と実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
 図7は、本実施の形態に係る静電霧化装置101の複数の放電電極124と対向電極30との位置関係を示す断面図である。具体的には、図7は、図6のVII-VII線における断面であって、隣り合う2つの放電電極124の各々の中心軸Jを通る断面を示している。
 液体槽110は、液体2を収容するための容器であり、実施の形態1の第1液体槽10と同様である。液体槽110には、配管12の代わりに配管161が接続されている点が第1液体槽10と相違している。具体的には、液体槽110には、ポンプ160及び配管161を介して、機能水の貯水槽又は生成装置(図示せず)などが接続されている。
 噴出板120は、液体2を噴出させるための複数の開口125を有する。具体的には、噴出板120は、平板部の一例である電極支持板121と、複数の筒状部の一例である複数の放電電極124とを備える。複数の開口125は、放電電極124の各々の先端に設けられている。
 電極支持板121は、複数の放電電極124を支持する板状の部材である。電極支持板121は、例えば樹脂材料を用いて形成されているが、金属材料を用いて形成されていてもよい。このとき、電極支持板121は、液体2の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
 電極支持板121には、複数の放電電極124が圧入されることで固定されている。例えば、電極支持板121には、複数の開口125を設けるべき位置にそれぞれ貫通孔が設けられ、当該貫通孔に放電電極124が挿入されて固定されている。電極支持板121は、板厚が均一な平板であるが、これに限らず、湾曲板であってもよい。
 電極支持板121は、液体槽110に固定されている。なお、電極支持板121は、液体槽110と同一の材料を用いて、液体槽110と一体に形成されていてもよい。
 複数の放電電極124は、電極支持板121に支持された複数の筒状部の一例である。複数の放電電極124の各々は、電極支持板121から対向電極30に向かって突出している。複数の放電電極124の各々は、先端に開口125を有する。また、図7に示すように、複数の放電電極124の各々は、後端に開口126を有し、かつ、開口126から開口125に至る流路127を有する。
 なお、放電電極124の先端とは、電極支持板121から対向電極30に向かう方向のプラス側である。つまり、放電電極124の先端は、放電電極124の最も対向電極30に近い部分である。放電電極124の後端は、先端とは反対側の端部である。
 本実施の形態では、複数の放電電極124は、互いに同じ構成を有する。放電電極124の形状は、内径r及び外径Rが均一な円筒状である。具体的には、開口125及び開口126の形状はそれぞれ、円形である。流路127の形状は、流路面積が均一の円柱状である。内径rは、例えば0.3mmであり、外径Rは、例えば0.5mmであるが、これに限らない。例えば、外径Rは、0.5mm以上1.5mm以下の範囲でもよい。
 なお、放電電極124の内径r及び外径Rの少なくとも一方は、後端から先端に向かって漸次小さくなってもよい。例えば、後端側の開口126より先端側の開口125が小さくてもよく、流路127の形状は、円錐台状であってもよい。
 放電電極124の後端は、液体2に接触する位置に位置している。具体的には、放電電極124の後端は、液体槽110の内部に位置している。これにより、液体2は、放電電極124の後端側の開口126から放電電極124内の流路127を通って先端側の開口125まで導かれる。
 放電電極124は、電極支持板121の主面122に対して垂直に立設されている。主面122は、電極支持板121の対向電極30に対向する面であり、液体2とは反対側の面である。本実施の形態では、放電電極124は、外径Rに対する高さhの比(以下、アスペクト比と記載する)が4以上である。すなわち、h≧4Rを満たしている。ここで、放電電極124の高さhは、図7に示すように、放電電極124の先端から主面122までの距離で表される。高さhは、例えば2mm以上である。
 放電電極124のアスペクト比が大きい程、放電電極124の先端に電界が集中しやすくなる。このため、放電電極124のアスペクト比は、6以上でもよい。本発明者らの検討により、アスペクト比が4以上であれば、テーラーコーン3の形状が安定し、ミスト4の噴霧量が安定することが確認された。一方で、アスペクト比が4より小さい場合、テーラーコーン3の形状が不安定となることが確認された。
 放電電極124は、導電性を有し、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されている。このとき、放電電極124は、液体2の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
 図7に示すように、複数の放電電極124のうち、隣り合う2つの放電電極124間の距離pは、これらの2つの放電電極124の各々の外径Rの10倍以上である。すなわち、p≧10Rを満たしている。本実施の形態では、外径Rが0.5mmであるので、距離pは、例えば、5mm以上である。なお、本実施の形態において、隣り合う2つの放電電極124とは、1つの放電電極124と、当該1つの放電電極124に最も近い放電電極124とである。
 ここで、距離pは、隣り合う2つの放電電極124の中心間の距離である。図7には、放電電極124の中心軸Jを図示している。距離pは、2本の中心軸J間の距離である。なお、中心軸Jは、円形の開口125及び開口126の各々の中心を通る仮想的な軸である。
 また、距離pは、外径Rの16倍以上であってもよい。具体的には、外径Rが0.5mmであるので、距離pは、例えば8mm以上であってもよい。詳細については後述するが、距離pが8mm以上である場合、放電電極124の本数によらず、安定したミスト4の生成が可能になる。
 図8は、本実施の形態に係る静電霧化装置101の複数の放電電極124の平面レイアウトを示す平面図である。図8では、複数の放電電極124をその配置位置に応じて放電電極124a~124dとして表している。以下の説明において、放電電極124a~124dを特に区別しない場合は、放電電極124として説明する。
 図8に示すように、静電霧化装置101は、19本の放電電極124を備える。なお、放電電極124の本数は、特に限定されず、複数であればよい。放電電極124の本数が多い程、静電霧化装置101が生成するミスト4の量を増加させることができる。例えば、放電電極124の本数は、12本以上である。
 本実施の形態では、複数の放電電極124はそれぞれ、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状の1以上の正六角形の頂点とにそれぞれ配置されている。具体的には、図8に示すように、放電電極124aが電極支持板121の中心に位置している。残りの放電電極124は、放電電極124aを中心として、その周りに環状に配置されている。なお、放電電極124aは、第1筒状部の一例である。放電電極124b~124dは、放電電極124aを囲んで配置された複数の第2筒状部の一例である。複数の放電電極124の具体的な配置は、例えば、図8及び図3に示すように、実施の形態1に係る複数の筒状部24の配置と同じである。
 ポンプ160は、貯水槽に貯められた機能水又は生成装置によって生成された機能水を、液体2として液体槽110に供給する送液装置の一例である。ポンプ160による液体槽110への機能水の供給量を調整することで、放電電極124内を通って開口125まで導く液体2の量が調整される。
 例えば、ポンプ160は、複数の放電電極124の各々の開口125に、1時間当たり10μL以上60μL以下の液体2が供給されるように、機能水の供給量を調整する。これにより、静電霧化装置101がN本の放電電極124を備える場合、静電霧化装置101の全体としては、1時間当たり10×NμL以上60×NμLのミスト4が生成されて放出される。
 配管161は、機能水を液体2として液体槽110に供給するために設けられている。例えば、配管161は、液体槽110と、機能水の生成装置(図示せず)とを接続している。本実施の形態では、図1に示すように、配管161の途中にポンプ160が設けられている。
 配管161は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されている。このとき、配管161は、液体2の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
 なお、電圧印加部40は、液体槽110の代わりに、導電性の配管161に接続されていてもよい。あるいは、電圧印加部40は、複数の放電電極124の各々に接続されていてもよい。電極支持板121が導電性材料を用いて形成されている場合には、電圧印加部40は、電極支持板121に接続されていてもよい。また、電圧印加部40は、液体2に接触する位置に設けられた電極(図示せず)に接続されていてもよい。
 コントローラ150は、静電霧化装置101の全体的な動作を制御する。具体的には、コントローラ150は、電圧印加部40及びポンプ160の動作を制御する。例えば、コントローラ150は、電圧印加部40を制御することで、対向電極30と液体2との間に電圧を印加するタイミング、及び、電圧の大きさなどを制御する。また、コントローラ150は、ポンプ160を制御することで、液体槽110に液体2として供給する機能水の量を制御する。
 コントローラ150は、例えば、マイクロコントローラなどで実現される。具体的には、コントローラ150は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。コントローラ150は、各動作を実行する専用の電子回路で実現されてもよい。
 [放電電極間の距離]
 ここで、隣り合う放電電極124間の距離pとミスト4の安定した生成との関係について、図9を用いて説明する。図9は、本実施の形態に係る静電霧化装置101の放電電極124間の距離pとテーラーコーン3との関係を示す図である。
 ミスト4の生成量は、テーラーコーン3の形状に依存する。具体的には、テーラーコーン3が安定した円錐状であれば、ミスト4も安定して生成される。
 図9に示すように、距離pが5mmより短い場合、12本の放電電極124のうち数本のテーラーコーンの形状が円錐から崩れている。このため、p<5mmの場合は、ミスト4が安定して生成されない。なお、図9は、放電電極124の外径Rが0.5mmの場合を示している。
 一方で、距離pが5mm以上である場合、12本の放電電極124の全てでテーラーコーン3の形状が円錐で維持される。このため、p≧5mm以上の場合、ミスト4が安定して生成される。
 なお、距離pが大きくなるにつれて、隣り合う放電電極124間での干渉が抑制される。このため、複数の放電電極124の各々の先端に高電界が生成されやすくなって、テーラーコーン3の形状が安定する。例えば、距離pが8mm以上である場合、放電電極124の個数によらず、テーラーコーン3の形状が安定し、ミスト4の生成量も安定する。
 [放電電極の本数]
 続いて、放電電極124の本数と隣り合う放電電極124間の距離pとの関係について、図10及び図11を用いて説明する。
 図10は、本実施の形態に係る静電霧化装置101の放電電極124間の距離と放電電極124の本数の増大による電圧の勾配との関係を示す図である。図10において、横軸は、隣り合う放電電極124間の距離pを示している。縦軸は、放電電極124の本数が増えた場合の静電霧化電圧の増大の勾配を示している。なお、静電霧化電圧は、静電霧化を行うのに必要な印加電圧であり、スプレー電圧ともいう。
 図10に示すデータは、距離pが2.5mm(=5R)、4.3mm(=8.6R)、5.0mm(=10R)の3つの場合の各々において、放電電極124の本数を所定数(例えば1本)増やしたときの静電霧化電圧の変化を測定することで得られた。なお、外径Rが0.5mm、内径rが0.3mm、高さhが3mm、電極間距離Lが6mmであり、かつ、液体2の電気伝導度が0.49mS/cmの場合を示している。
 このとき、距離pを大きくすることで、静電霧化電圧の増大の勾配は、減少していることが分かる。3点の値に基づいて線形近似を行った場合、距離pが約8mmである場合に、勾配が0になる。つまり、距離pが外径Rの約16倍である場合に、放電電極124の本数を増やしたとしても、静電霧化電圧は増加しない。
 図11は、本実施の形態に係る静電霧化装置101の放電電極124の本数と絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。図11において、横軸は、放電電極124の本数を示しており、縦軸は、電圧を示している。
 図11に示す例では、絶縁破壊電圧は、例えば9kVである。つまり、対向電極30と液体2との間に9kVを超える電圧が印加された場合、電極間で絶縁破壊が生じ、ミスト4の生成が行われなくなる。
 なお、図11に示すデータは、外径Rが0.5mm、内径rが0.3mm、高さhが3mm、電極間距離Lが6mmであり、かつ、液体2の電気伝導度が0.49mS/cmの場合を示している。放電電極124は、図8に示すように、その本数に応じて中心から正六角形状に広がるように配置した。
 図11に示すように、隣り合う放電電極124間の距離pが外径Rの10倍以上である場合、放電電極124の本数が増えるにつれて、静電霧化電圧が上昇している。具体的には、放電電極124の本数と静電霧化電圧とは、線形の関係を有する。放電電極124の本数が15本以上の場合に、静電霧化電圧は、絶縁破壊電圧である9kVを上回っている。このため、放電電極124の本数が15本以上の場合、ミスト4の生成が困難になる。
 一方で、隣り合う放電電極124間の距離pが外径Rの16倍以上である場合、放電電極124の本数によらず、静電霧化電圧は、5kVで略一定である。これは、図10を用いて説明した場合(すなわち、R=0.5mmに対するp=8mm(=16R))と同様である。
 したがって、距離pを外径Rの16倍以上にすることで、放電電極124の本数を無限に増やすことができ、静電霧化装置101の全体としてのミスト4の生成量を必要に応じて増やすことができる。
 [対向電極と放電電極との間の距離]
 続いて、本実施の形態に係る対向電極30と放電電極124のとの間の距離Lについて、図12を用いて説明する。
 なお、図12に示すデータは、外径Rが0.5mm、内径rが0.3mm、高さhが3mmであり、かつ、液体2の電気伝導度が0.49mS/cmの場合を示している。放電電極124は、図12に示すように、その本数に応じて中心から正六角形状に広がるように配置した。
 図12は、本実施の形態に係る静電霧化装置101の電極間距離Lと絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧との関係を示す図である。図12において、横軸は、電極間距離Lを示しており、縦軸は、電圧を示している。
 図12に示すように、電極間距離Lが大きくなる程、絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧のいずれも大きくなっている。具体的には、電極間距離Lと絶縁破壊電圧及び静電霧化電圧の各々とは、線形の関係を有する。
 電極間距離Lが約3mmより短い場合、絶縁破壊電圧が静電霧化電圧を下回っている。このため、静電霧化電圧を電圧印加部40が印加した場合に、対向電極30と放電電極124との間で絶縁破壊が発生する。したがって、この場合、ミスト4の生成が困難である。
 一方で、電極間距離Lが3mm以上である場合、絶縁破壊電圧が静電霧化電圧を上回っている。このため、電圧印加部40が静電霧化電圧を印加したとしても、対向電極30と放電電極124との間に絶縁破壊を発生させることなく、ミスト4の生成が可能となる。
 また、本実施の形態では、安全性及び消費電力の削減などの観点から、電圧印加部40が印加可能な電圧の最大値は、10kVである。図12に示すように、電極間距離Lが約25mmより大きい場合、静電霧化電圧が10kVを上回る。
 このため、本実施の形態では、電極間距離Lは、3mm以上25mm以下の範囲である。当該範囲を角度αで表すと、上述したように、角度αは、3°以上37°以下となる。
 電極間距離Lは、6mm以上22mm以下であってもよい。電極間距離Lが6mm以上であることで、絶縁破壊電圧と静電霧化電圧との差を大きくすることができ、印加電圧の変動によって絶縁破壊が発生するのを抑制することができる。また、電極間距離Lが22mm以下であることで、印加可能な電圧の上限値と静電霧化電圧との差を大きくすることができ、ミスト4の安定した生成が可能になる。なお、このときの角度αは、3°以上21°以下となる。
 また、電極間距離Lは、8mm以上20mm以下でもよい。これにより、ミスト4の生成を更に安定させることができる。なお、このときの角度αは、3°以上16°以下となる。
 [効果など]
 以上のように、本実施の形態に係る静電霧化装置101は、液体2を収容するための液体槽110と、液体2を噴出させるための複数の開口125を有する噴出板120と、複数の開口125に対向して配置された対向電極30と、液体2と対向電極30との間に所定の電圧を印加する電圧印加部40とを備える。噴出板120は、平板部の一例である電極支持板121と、電極支持板121に支持された複数の筒状部の一例である複数の放電電極124とを有する。複数の放電電極124の各々は、電極支持板121から対向電極30に向かって突出し、かつ、先端に開口125を有する。複数の放電電極124のうち、隣り合う2つの放電電極124間の距離pは、当該2つの放電電極124の各々の外径Rの10倍以上である。
 これにより、隣り合う2つの放電電極124間の距離pが外径Rの10倍以上であるので、隣り合う2つの放電電極124間の干渉が抑制される。このため、放電電極124の先端で電界が集中しやすく、先端に形成されるテーラーコーン3の形状が安定する。テーラーコーン3の形状が安定することで、テーラーコーン3の先端での液体2の微細化(すなわち、霧化)が安定して行われ、ミスト4が安定して生成される。複数の放電電極124の各々から安定してミスト4が生成されるので、本実施の形態に係る静電霧化装置101によれば、十分な量の液体2をミスト4として安定して噴霧することができる。
 また、例えば、複数の放電電極124はそれぞれ、外径Rに対する高さhの比が4以上である。
 これにより、複数の放電電極124の各々の先端で形成されるテーラーコーン3の形状をより安定させることができる。したがって、本実施の形態に係る静電霧化装置101によれば、十分な量の液体2をミスト4として、より安定して噴霧することができる。
 また、例えば、対向電極30は、複数の放電電極124に一対一に対応する複数の貫通孔31を有する。複数の貫通孔31の各々の開口端と、対応する放電電極124の先端とを結ぶ線Kと、対応する放電電極124の中心軸Jとがなす角度αが3°以上37°以下である。
 これにより、対向電極30と放電電極124の先端とが離れすぎないようにしつつ、ミスト4が対向電極30に捕らわれるのを抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る静電霧化装置101によれば、より多くの量の液体2をミスト4として、安定して噴霧することができる。
 また、例えば、複数の放電電極124は、電極支持板121を平面視した場合に、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状の1以上の正六角形の頂点とにそれぞれ配置されている。
 これにより、複数の放電電極124の互いの距離を確保しつつ、限られた面積の領域に、より多くの放電電極124を配置することができる。つまり、複数の放電電極124の互いの干渉を抑制しつつ、複数の放電電極124を密に配置することができる。したがって、本実施の形態に係る静電霧化装置101によれば、十分な量の液体2をミスト4として安定して噴霧することができるだけでなく、小型化を実現することができる。
 [変形例]
 続いて、実施の形態2の変形例について説明する。
 上記の実施の形態2では、対向電極と複数の放電電極との電極間距離Lが互いに等しい例について示したが、2つの放電電極の各々において電極間距離Lは異なっていてもよい。本変形例に係る静電霧化装置は、高さが互いに異なる複数の放電電極を備える。なお、以下では、実施の形態2との相違点を中心に説明する。特に説明しない点については、実施の形態2と同様である。
 図13は、本変形例に係る静電霧化装置201の複数の放電電極224a~224cと対向電極30との位置関係を示す断面図である。図13は、図7と同様に、複数の放電電極224a~224cの各々の中心軸を通過する断面を示している。
 図13に示すように、静電霧化装置201は、実施の形態2に係る静電霧化装置101と比較して、複数の放電電極124の代わりに、複数の放電電極224a~224cを備える。複数の放電電極224a~224cはそれぞれ、電極支持板121の主面122からの高さha~hcが異なる点を除いて、実施の形態2に係る放電電極124と同様である。
 放電電極224aは、第1筒状部の一例である。放電電極224aは、電極支持板121を平面視した場合に、複数の放電電極224a~224cのうち最も中央に近い位置に位置する放電電極である。例えば、放電電極224aは、図8に示す放電電極124aに相当する。
 放電電極224b及び224cは、放電電極224aを囲んで配置された複数の第2筒状部の一例である。放電電極224b及び224cは、電極支持板121を平面視した場合に、放電電極224aより外側に位置している。放電電極224cは、放電電極224bよりも外側に位置している。例えば、放電電極224bは、図8に示す放電電極124bに相当する。また、例えば、放電電極224cは、図8に示す放電電極124cに相当する。放電電極224cは、複数の放電電極224a~224cのうち、最も外側に位置する放電電極である。
 図13に示すように、放電電極224aの高さhaは、放電電極224b及び224cの高さhb及びhcより高い。具体的には、ha>hb>hcを満たしている。例えば、haとhbとの差、及び、hbとhcとの差はそれぞれ、0.3mm以上1.0mm以下である。放電電極224a~224cの各々の外径がRである場合、haとhbとの差、及び、hbとhcとの差はそれぞれ、外径Rの0.6倍以上2倍以下である。なお、ha>hb=hcでもよい。
 本変形例では、対向電極30が平板状に構成されているので、対向電極30と放電電極224aとの間の距離Laは、対向電極30と放電電極126b及び126cの各々のとの間の距離Lb及びLcより小さい。具体的には、La<Lb<Lcを満たしている。LaとLbとの差、及び、LbとLcとの差はそれぞれ、haとhbとの差、及び、hbとhcとの差に等しい。なお、La<Lb=Lcでもよい。
 このとき、放電電極224a及び224bの高さha及びhbが互いに等しく、放電電極224cの高さhcのみが高さha及びhbより低くてもよい。すなわち、ha=hb>hcを満たしていてもよい。この場合、放電電極224a及び224bが、1以上の第1筒状部に相当し、放電電極224cが、第2筒状部に相当する。
 以上のように、本変形例に係る静電霧化装置201では、例えば、対向電極30と放電電極224a~224cの各々との間の距離は、互いに異なっている。
 これにより、複数の放電電極224a~224c間での電界のばらつきを抑制することができるので、複数の放電電極224a~224cの各々からのミスト4の量を略均等にすることができる。
 例えば、複数の放電電極224a~224cを密に配置した場合には、外周に配置された放電電極224cの先端に電界が集中しやすくなる。
 このため、例えば、複数の放電電極は、第1筒状部の一例である放電電極224aと、放電電極224aを囲んで配置された複数の第2筒状部の一例である放電電極224b及び224cとを含んでいる。対向電極30と放電電極224aとの間の距離Laは、対向電極30と複数の放電電極224b及び224cの各々との間の距離Lb及びLcより小さい。
 これにより、外周に配置された放電電極224cの電界集中を緩和し、複数の放電電極224a~224cの各々からのミスト4の量を略均等にすることができる。
 なお、本変形例では、放電電極の高さhを平面視における配置位置に応じて異ならせたが、これに限らない。放電電極の高さhは、平面視における配置位置に依らず一定でもよく、対向電極の形状が異なっていてもよい。例えば、対向電極は、平面視における位置が中心から離れる程、放電電極から離れるように、円錐側面形状に形成されていてもよい。あるいは、対向電極は、平面視における位置が中心から離れた部分程、放電電極から遠ざかるように階段状に形成されていてもよい。
 また、本変形例において、外側の放電電極程、対向電極との距離を近づけてもよい。これにより、電界が集中しやすい外側の放電電極の先端に、より高電界が印加されるようにすることができる。このため、外側の放電電極からのミストの生成量を増やすことができ、全体としてのミストの噴霧量を増やすことができる。
 (その他)
 以上、本発明に係る静電霧化装置について、上記の実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
 例えば、上記の実施の形態では、噴出板20の平板部21又は電極支持板121が液体2の上面を覆うように設けられ、複数の筒状部24又は放電電極124が上方に向かって突出する例を示したが、これに限らない。例えば、平板部21又は電極支持板121は、液体2の下面又は側面を覆っていてもよく、複数の筒状部24又は放電電極124は、下方、側方又は斜め方向に突出していてもよい。静電霧化装置1又は101によるミスト4の噴霧方向は、上方に限らず、下方、側方又は斜め方向でもよい。
 また、例えば、第1液体槽10、第2液体槽11及び筒状部24、並びに、液体槽110及び配管161などは、絶縁性の材料を用いて形成されてもよい。例えば、液体2に接地電位を供給することで、筒状部24又は放電電極124などが導電性を有しなくても、筒状部24又は放電電極124の先端でテーラーコーン3を形成することができ、ミスト4を安定して噴霧することができる。
 また、例えば、噴出板20は、平板部21と複数の筒状部24とがそれぞれ別体で形成されていてもよい。例えば、樹脂製又は金属製の平板部21に、複数の筒状部24を圧入することで、噴出板20が形成されてもよい。
 また、例えば、噴出板120は、電極支持板121と複数の放電電極124とが一体に形成されていてもよい。噴出板120は、例えば金属材料又は樹脂材料を用いた射出成形により一体的に形成されてもよい。
 また、例えば、噴出板120は、導電性の放電電極124の代わりに、絶縁性の材料を用いて形成された筒状のノズルを備えてもよい。例えば、液体2に接地電位を供給することで、ノズルが導電性を有しなくても、ノズルの先端でテーラーコーン3を形成することができ、ミスト4を安定して噴霧することができる。
 また、例えば、複数の放電電極124には、距離pが外径Rの10倍より小さい2つの放電電極124が含まれてもよい。また、例えば、複数の放電電極124の各々の高さhは、外径Rの4倍より小さくてもよい。
 また、例えば、対向電極30は、平板状の電極でなくてもよく、例えば、滑らかに湾曲した電極板であってもよい。このとき、貫通孔31は、厚み方向に電極板を貫通していてもよく、筒状部24又は放電電極124の突出方向に電極板を貫通していてもよい。
 また、例えば、複数の筒状部24又は放電電極124の配置の形状は、正六角形に限らず、正多角形でもよい。例えば、複数の筒状部24又は放電電極124は、一辺の長さがp、2p又は3pなどの正方形の頂点及び等分点に配置されていてもよい。また、例えば、複数の筒状部24又は放電電極は、格子の各交点に配置されていてもよい。
 また、例えば、複数の筒状部24の形状は互いに異なっていてもよい。例えば、図3において、複数の筒状部24のうち外側に位置する筒状部24c及び24dは、中央に位置する筒状部24aより高さが低くてもよい。あるいは、筒状部24c及び24dは、筒状部24aより高さが高くてもよい。
 なお、複数の筒状部24の高さが異なっており、流路27の長さが異なる場合に、内面28の接触角を異ならせてもよい。例えば、長い流路27を形成している内面28の接触角は、短い流路27を形成している内面28の接触角より小さくてもよい。
 また、例えば、複数の筒状部24の後端は、平板部21の主面23よりも下方に位置していてもよい。具体的には、複数の筒状部24は、平板部21を貫通するように設けられていてもよい。
 また、静電霧化装置1は、第2液体槽11を備えていなくてもよい。例えば、第1液体槽10と噴出板20とは着脱可能に固定されており、噴出板20を取り外すことで、第1液体槽10内に液体2が供給されてもよい。
 また、上記実施の形態において、コントローラ50又は150などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPU(Central Processing Unit)又はプロセッサなどのプログラム実行部が、HDD(Hard Disk Drive)又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
 また、コントローラ50又は150などの構成要素は、1つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。1つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
 1つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、IC(Integrated Circuit)又はLSI(Large Scale Integration)などが含まれてもよい。IC又はLSIは、1つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、IC又はLSIと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(Very Large Scale Integration)、又は、ULSI(Ultra Large Scale Integration)と呼ばれるかもしれない。また、LSIの製造後にプログラムされるFPGA(Field Programmable Gate Array)も同じ目的で使うことができる。
 また、本発明の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、HDD若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
 その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、101、201 静電霧化装置
2 液体
2a 液面
10 第1液体槽
11 第2液体槽
20、120 噴出板
21 平板部
24、24a、24b、24c、24d 筒状部
25、125 開口
28 内面
30 対向電極
40 電圧印加部
110 液体槽
121 電極支持板(平板部)
124 放電電極(筒状部)
124a、224a 放電電極(第1筒状部)
124b、124c、224d、224b、224c 放電電極(第2筒状部)
 

Claims (13)

  1.  液体を収容するための第1液体槽と、
     前記液体を噴出させるための複数の開口を有する噴出板と、
     前記複数の開口に対向して設けられた対向電極と、
     前記液体と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加部とを備え、
     前記噴出板は、
     平板部と、
     前記平板部に支持された複数の筒状部とを有し、
     前記複数の筒状部の各々は、前記平板部から前記対向電極に向かって突出し、かつ、先端に前記開口を有し、
     前記複数の筒状部の各々の内面の、前記液体に対する接触角は、90°未満である
     静電霧化装置。
  2.  前記複数の筒状部のうち、隣り合う2つの筒状部間の距離は、当該2つの筒状部の各々の外径の10倍以上である
     請求項1に記載の静電霧化装置。
  3.  前記複数の筒状部はそれぞれ、外径に対する高さの比が4以上である
     請求項1又は2に記載の静電霧化装置。
  4.  前記対向電極と前記2つの筒状部の各々との間の距離は、互いに異なっている
     請求項1~3のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  5.  前記複数の筒状部は、
     第1筒状部と、
     前記第1筒状部を囲んで配置された複数の第2筒状部とを含み、
     前記対向電極と前記第1筒状部との間の距離は、前記対向電極と前記複数の第2筒状部の各々との間の距離より小さい
     請求項4に記載の静電霧化装置。
  6.  前記対向電極は、前記複数の筒状部に一対一に対応する複数の貫通孔を有し、
     前記複数の貫通孔の各々の開口端と、対応する筒状部の先端とを結ぶ線と、対応する筒状部の中心軸とがなす角度が3°以上37°以下である
     請求項1~5のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  7.  前記複数の筒状部は、前記平板部を平面視した場合に、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状の1以上の正六角形の頂点とにそれぞれ配置されている
     請求項1~6のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  8.  前記筒状部の先端から後端までの距離をh、前記筒状部の内径をd、前記液体の表面張力をT、前記接触角をθ、前記液体の密度をρ、重力加速度をgとした場合、
     d≦h≦4Tcosθ/ρgd
     を満たす
     請求項1~7のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  9.  さらに、前記第1液体槽に接続され、前記第1液体槽に前記液体を供給するための第2液体槽を備え、
     前記第2液体槽に貯められる前記液体の液面は、前記複数の筒状部の各々の先端と後端との間に位置している
     請求項1~8のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  10.  前記筒状部は、金属材料を用いて形成されており、
     前記筒状部の内面は、親水化処理されている
     請求項1~9のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  11.  前記平板部と前記複数の筒状部の各々とは、金属材料を用いて一体的に形成されており、
     前記筒状部の後端は、前記平板部の後面と面一である
     請求項10に記載の静電霧化装置。
  12.  前記筒状部の内面の、前記液体に対する接触角は、85°以下である
     請求項1~11のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
  13.  前記筒状部の内面の、前記液体に対する接触角は、65°以下である
     請求項1~11のいずれか1項に記載の静電霧化装置。
     
     
     
     
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