WO2022118686A1 - 放電装置 - Google Patents

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WO2022118686A1
WO2022118686A1 PCT/JP2021/042677 JP2021042677W WO2022118686A1 WO 2022118686 A1 WO2022118686 A1 WO 2022118686A1 JP 2021042677 W JP2021042677 W JP 2021042677W WO 2022118686 A1 WO2022118686 A1 WO 2022118686A1
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WO
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discharge
voltage
discharge electrode
electrode
tip
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/042677
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English (en)
French (fr)
Inventor
陽平 石上
慎 今井
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/015—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using gaseous or vaporous substances, e.g. ozone
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/14—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using sprayed or atomised substances including air-liquid contact processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/057—Arrangements for discharging liquids or other fluent material without using a gun or nozzle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects

Definitions

  • the present disclosure relates to a discharge device in general, and more particularly to a discharge device provided with a discharge electrode.
  • Patent Document 1 describes an electrostatic atomizer (discharge device) that generates fine particles of water containing radicals (charged fine particle water).
  • the electrostatic atomizer described in Patent Document 1 includes a discharge electrode (discharge electrode), a counter electrode, and a Pelche unit (liquid supply unit).
  • the counter electrode is located opposite the release electrode.
  • the Pelche unit supplies water to the release electrode.
  • An object of the present disclosure is to provide a discharge device capable of improving the radical generation efficiency.
  • the discharge device includes a discharge electrode.
  • the discharge electrode has a base end portion and a tip end portion.
  • the tip extends in one direction with respect to the proximal end.
  • a Taylor cone is formed at the tip portion of the liquid held by the discharge electrode by applying a voltage to the discharge electrode. A part of the tip portion has entered the Taylor cone.
  • the discharge device According to the discharge device according to one aspect of the present disclosure, it is possible to improve the radical generation efficiency.
  • FIG. 1 is a block diagram of a discharge device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the load included in the discharge device of the same as above.
  • FIG. 3 shows the same load and is a cross-sectional view taken along the line X1-X1 of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the discharge electrode included in the same discharge device as viewed from below.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the same discharge device.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the shape of the tip of the discharge electrode of the same as above.
  • FIG. 7A is a graph schematically showing the discharge mode of the same discharge device.
  • FIG. 7B is a graph schematically showing the discharge mode of the discharge device according to the comparative example.
  • FIG. 8 is a bottom view of a discharge electrode included in the discharge device according to the first modification of the embodiment.
  • each of the figures described in the following embodiments and the like is a schematic view, and the ratio of the size and the thickness of each component in each figure does not necessarily reflect the actual dimensional ratio. Not always.
  • FIG. 1 is a block diagram of the discharge device 10 according to the present embodiment.
  • the discharge device 10 includes a voltage application device 1, a load 4, and a liquid supply unit 5.
  • the voltage application device 1 is a device that applies a voltage for causing a discharge to the load 4, and has a voltage application circuit 2 and a control circuit 3.
  • the load 4 has a discharge electrode 41 and a counter electrode 42. That is, the discharge electrode 10 includes the discharge electrode 41. Further, the discharge device 10 further includes a counter electrode 42.
  • the counter electrode 42 is an electrode arranged so as to face the discharge electrode 41 via a gap.
  • the load 4 causes a discharge between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 by applying a voltage between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42.
  • the liquid supply unit 5 has a function of supplying the liquid 50 to the discharge electrode 41.
  • the discharge device 10 includes the voltage application circuit 2, the control circuit 3, the liquid supply unit 5, the discharge electrode 41, and the counter electrode 42 as constituent elements.
  • the discharge device 10 may include the discharge electrode 41 as a minimum component, and each of the voltage application device 1, the counter electrode 42, and the liquid supply unit 5 is included in the components of the discharge device 10. It does not have to be.
  • the discharge device 10 according to the present embodiment is, for example, between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 in a state where the liquid 50 is held by the discharge electrode 41 due to the liquid 50 adhering to the surface of the discharge electrode 41.
  • a voltage is applied from the voltage application circuit 2.
  • the discharge device 10 according to the present embodiment constitutes a so-called electrostatic atomizer.
  • the discharge device 10 electrostatically atomizes the liquid 50 held in the discharge electrode 41 by the discharge generated between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42.
  • the liquid 50 held in the discharge electrode 41 that is, the liquid 50 to be electrostatically atomized is also simply referred to as “liquid 50”.
  • the voltage application circuit 2 is electrically connected to the discharge electrode 41 and the counter electrode 42. Specifically, the counter electrode 42 is electrically connected to the positive electrode (plus) of the voltage application circuit 2, and the discharge electrode 41 is electrically connected to the negative electrode (ground) of the voltage application circuit 2.
  • the voltage application circuit 2 applies a voltage between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42. As a result, in the load 4, a discharge is generated between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42.
  • FIG. 2 is a perspective view of the load 4 included in the discharge device 10.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the tip shape of the discharge electrode 41 included in the discharge device 10.
  • the discharge electrode 41 has a base end portion 412 (see FIG. 2) and a tip end portion 411 (see FIG. 2).
  • the tip portion 411 extends in one direction with respect to the proximal end portion 412. One direction is, for example, the longitudinal direction of the discharge electrode 41.
  • the discharge electrode 41 is formed, for example, continuously integrally with the base end portion 412, and further has a shaft portion 413 extending toward the tip end portion 411.
  • the shape of the tip portion 411 is, for example, a shape including a conical portion.
  • a Taylor cone 501 (see FIG. 6) is formed at the tip portion 411 by the liquid 50 held by the discharge electrode 41. ..
  • the shape of the Taylor cone 501 is a cone along the above-mentioned conical portion of the tip portion 411.
  • a part of the tip portion 411 (second portion 4112) of the discharge electrode 41 is inserted into the Taylor cone 501.
  • radicals are generated by generating a discharge between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42. Radicals are not only sterilizing, deodorizing, moisturizing, moisturizing, and inactivating viruses, but are also the basis for exerting useful effects in various situations.
  • Radicals are generated by electric discharge, ozone is also generated.
  • a relatively large current can flow instantaneously. Therefore, the discharge energy between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 is increased and the discharge space is greatly expanded, so that the reaction with oxygen in the atmosphere is promoted and the amount of ozone generated is increased.
  • the discharge device 10 as described above, a part of the tip portion 411 (second portion 4112) of the discharge electrode 41 has entered the Taylor cone 501. Therefore, it is possible to reduce the volume of the liquid 50 forming the Taylor cone 501, and as a result, it is possible to increase the resonance frequency of the liquid 50. This makes it possible to reduce the discharge energy between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42. As a result, the discharge space becomes smaller, so that the reaction with oxygen in the atmosphere is suppressed and the amount of ozone produced can be suppressed.
  • the discharge device 10 by generating the discharge generated between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 at a high frequency, the discharge space due to the discharge between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 is difficult to expand, and in the vicinity of the discharge electrode 41. It will be generated, and the radicals obtained by the reaction with water can be increased. That is, according to the discharge device 10 according to the present embodiment, it is possible to increase the amount of radicals generated while suppressing the amount of ozone generated, and it is possible to improve the efficiency of radical generation. Further, since the discharge energy can be reduced, not only ozone but also NO x (for example, NO 2 which is a target substance of the environmental standard in the Basic Environment Law) can be suppressed.
  • NO x for example, NO 2 which is a target substance of the environmental standard in the Basic Environment Law
  • FIG. 3 shows a load 4 and is a cross-sectional view taken along the line X1-X1 of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of the discharge electrode 41 included in the discharge device 10 as viewed from below.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the discharge device 10.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the shape of the tip of the discharge electrode of the same as above.
  • the discharge device 10 includes a voltage application device 1, a load 4, and a liquid supply unit 5.
  • the voltage application device 1 includes a voltage application circuit 2 and a control circuit 3.
  • the load 4 has a discharge electrode 41 and a counter electrode 42.
  • the liquid supply unit 5 supplies the liquid 50 to the discharge electrode 41.
  • FIG. 1 schematically shows the shapes of the discharge electrode 41 and the counter electrode 42.
  • the discharge electrode 41 is a rod-shaped electrode. As shown in FIGS. 2 and 3, the discharge electrode 41 has a tip portion 411 at one end in the longitudinal direction, and a base end portion at the other end in the longitudinal direction (the end opposite to the tip portion 411). It has 412. Further, as shown in FIG. 4, the discharge electrode 41 is formed continuously integrally with, for example, the base end portion 412, and further has a shaft portion 413 extending toward the tip end portion 411. The tip portion 411 extends in one direction (longitudinal direction of the discharge electrode 41) with respect to the base end portion 412.
  • the discharge electrode 41 is a needle electrode having at least a tip portion 411 formed into a tapered shape.
  • tapered shape as used herein is not limited to a shape having a sharply pointed tip, and includes a shape having a rounded tip as shown in FIG.
  • the shape of the tip portion 411 will be described in the column of "(2.3) Shape of the tip portion”.
  • the facing electrode 42 is arranged so as to face the tip portion 411 of the discharge electrode 41.
  • the counter electrode 42 has, for example, a plate shape and has a recess 421 in the central portion (see FIG. 3).
  • the recess 421 is formed in a truncated cone shape by denting a part of the counter electrode 42 toward the discharge electrode 41.
  • a pedestal portion 423 is integrally formed in the central portion of the bottom wall 4211 of the recess 421.
  • the abutment portion 423 is formed in a truncated cone shape by projecting a part of the bottom wall 4211 of the recess 421 to the side opposite to the discharge electrode 41 side.
  • the concave direction of the concave portion 421 (the direction in which the concave portion 421 is recessed) and the protruding direction of the abutment portion 423 are opposite to each other.
  • An opening 4232 is formed in the central portion of the bottom wall 4231 of the abutment portion 423.
  • the opening 4232 penetrates the bottom wall 4231 in the thickness direction of the bottom wall 4231.
  • the thickness direction of the counter electrode 42 (penetration direction of the opening 4232) coincides with the longitudinal direction of the discharge electrode 41, and the tip portion 411 of the discharge electrode 41 is located near the center of the opening 4232 of the counter electrode 42. As such, the positional relationship between the counter electrode 42 and the discharge electrode 41 is determined.
  • a gap space
  • the discharge electrode 41 is arranged so as to face the facing electrode 42 via a gap, and is electrically insulated from the facing electrode 42.
  • each of the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 is formed in the shape shown in FIGS. 2 and 3 as an example. That is, the counter electrode 42 includes a support portion 422 and a abutment portion 423. Each of the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 is held in a housing 40 made of an electrically insulating synthetic resin.
  • the support portion 422 has a flat plate shape, and a concave portion 421 recessed in a truncated cone shape is formed on the discharge electrode 41 side.
  • the bottom wall 4211 of the recess 421 is integrally formed with a truncated cone portion 423 that projects in a truncated cone shape on the side opposite to the discharge electrode 41 side.
  • the bottom wall 4231 of the abutment portion 423 is formed with an opening 4232 that opens in a circular shape. In this case, a discharge occurs between the opening edge of the opening 4232 formed in the bottom wall 4231 of the abutment portion 423 and the tip portion 411 of the discharge electrode 41.
  • the base end portion 412 of the discharge electrode 41 is formed in a disk shape.
  • the base end portion 412 has a first surface 4121 and a second surface 4122.
  • the first surface 4121 is a surface of the base end portion 412 on the tip end portion 411 side.
  • the shaft portion 413 is formed in a long columnar shape, and its first end portion (lower end portion in FIG. 4) is arranged at a substantially central portion of the first surface 4121. ..
  • the second end portion (upper end portion in FIG. 4) on the opposite side of the first end portion of the shaft portion 413 is connected to the tip portion 411 via a throttle portion 4113 (see FIG. 6) described later.
  • the second surface 4122 of the base end portion 412 is a surface opposite to the tip end portion 411 side. That is, the first surface 4121 and the second surface 4122 of the base end portion 412 face each other in the longitudinal direction (one direction) of the discharge electrode 41.
  • a current limiting element 43 is formed on the second surface 4122 of the base end portion 412 over the entire area of the second surface 4122.
  • dot hatching is applied to the current limiting element 43 so that the current limiting element 43 and the conduction member 44 described later can be easily distinguished.
  • the current limiting element 43 is directly and electrically connected to the proximal end portion 412 of the discharge electrode 41 opposite to the facing electrode 42 side.
  • the current limiting element 43 is directly and electrically connected to the second surface 4122 of the proximal end 412.
  • the shape of the current limiting element 43 is circular when viewed from the longitudinal direction of the discharge electrode 41.
  • the current limiting element 43 is, for example, an insulating film made of silicon oxide (SiCO).
  • the current limiting element 43 is formed, for example, by chemical vapor deposition (CVD) with respect to the second surface 4122 of the proximal end portion 412.
  • the current limiting element 43 is, for example, a thin film having a thickness of 4 ⁇ m.
  • the "thin film” refers to a thin film having a thickness of 10 ⁇ m or less. As shown in FIG.
  • the current limiting element 43 includes a resistance element 431. That is, in the present embodiment, the insulating film is not a film that electrically insulates the two elements (here, the discharge electrode 41 and the pair of Pelche elements 511 shown in FIG. 4 and described later), but between the two elements. It is a film having a function as a resistance element 431.
  • the resistance value of the current limiting element 43 is preferably, for example, 1 M ⁇ or more and 900 M ⁇ or less. More preferably, the resistance value of the current limiting element 43 is preferably 10 M ⁇ or more.
  • the resistance value of the current limiting element 43 is, for example, 300 M ⁇ .
  • the current limiting element 43 includes an insulating film having a function as a resistance element 431. In addition, one Pelche element is connected to the ground and is connected to a high-voltage circuit.
  • a conduction member 44 is formed on the surface of the current limiting element 43 (the surface of the discharge electrode 41 opposite to the base end portion 412 side) (see FIG. 4).
  • the shape of the conducting member 44 is a circular shape having a diameter smaller than that of the current limiting element 43 when viewed from the longitudinal direction of the discharge electrode 41.
  • the conductive member 44 is, for example, a thin film.
  • the conduction member 44 has a function of conducting a pair of Pelche elements 511, which will be described later.
  • the pair of Pelche elements 511 are mechanically and electrically connected to the conductive member 44, for example, by soldering.
  • the current limiting element 43 is a thin film as described above. Therefore, even if the current limiting element 43 is interposed between the discharge electrode 41 and the pair of Pelche elements 511, it is possible to maintain the cooling performance of the discharge electrode 41 by the pair of Pelche elements 511.
  • the liquid supply unit 5 supplies the liquid 50 for electrostatic atomization to the discharge electrode 41.
  • the liquid supply unit 5 is realized by using a cooling device 51 that cools the discharge electrode 41 and generates dew condensation water on the discharge electrode 41.
  • the cooling device 51 includes a pair of Pelche elements 511 and a pair of heat sinks 512, as shown in FIG.
  • the pair of Pelche elements 511 are held by the pair of heat sinks 512.
  • the cooling device 51 cools the discharge electrode 41 by energizing the pair of Pelche elements 511.
  • the pair of heat sinks 512 is held in the housing 40 by embedding a part of each of the pair of heat sinks 512 in the housing 40. Of the pair of heat sinks 512, at least a portion holding the Pelche element 511 is exposed from the housing 40 (see FIG. 3).
  • the pair of Pelche elements 511 are mechanically and electrically connected to the conductive member 44, for example, by soldering. Therefore, the pair of Pelche elements 511 are in contact with the discharge electrode 41 via the current limiting element 43. Further, the pair of Pelche elements 511 are mechanically and electrically connected to the pair of heat sinks 512, for example, by soldering. The energization of the pair of Pelche elements 511 is performed through the pair of heat sinks 512, the conduction member 44, the current limiting element 43, and the discharge electrode 41. Therefore, the cooling device 51 constituting the liquid supply unit 5 cools the entire discharge electrode 41 through the base end portion 412.
  • the liquid supply unit 5 is configured to cool the discharge electrode 41 and generate dew condensation water as the liquid 50 on the surface of the discharge electrode 41.
  • the liquid supply unit 5 can supply the liquid 50 (condensed water) to the discharge electrode 41 by utilizing the moisture in the air, so that it is not necessary to supply and replenish the liquid to the discharge device 10.
  • the voltage application circuit 2 includes a drive circuit 21 and a voltage generation circuit 22 that functions as a booster circuit B1.
  • the drive circuit 21 is a circuit that drives the voltage generation circuit 22.
  • the voltage generation circuit 22 is a circuit that receives power supply from the input unit 6 and generates a voltage (applied voltage) to be applied to the load 4.
  • the input unit 6 is, for example, a power supply circuit that generates a DC voltage of about several V to a dozen V. In the present embodiment, the input unit 6 will be described as not included in the component of the voltage applying device 1, but the input unit 6 may be included in the component of the voltage applying device 1.
  • the specific circuit configuration of the drive circuit 21 and the voltage generation circuit 22 (boost circuit B1) will be described in the column of “(2.2) Circuit configuration”.
  • the voltage application circuit 2 is electrically connected to the load 4 (discharge electrode 41 and counter electrode 42) (see FIG. 5).
  • the voltage application circuit 2 applies a high voltage to the load 4.
  • the voltage application circuit 2 is configured to apply a high voltage between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 with the discharge electrode 41 as the negative electrode (ground) and the counter electrode 42 as the positive electrode (plus). ..
  • the potential difference between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 is such that the counter electrode 42 side has a high potential and the discharge electrode 41 side has a low potential. Will occur.
  • the "high voltage” here may be any voltage set so as to generate a discharge in the discharge electrode 41, and as an example, it is a voltage having a peak of about 7.0 kV.
  • the high voltage applied from the voltage application circuit 2 to the load 4 is not limited to about 7.0 kV, and is, for example, the shape of the discharge electrode 41 and the counter electrode 42, the distance between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42, and the like. It is set appropriately according to it.
  • the operation mode of the voltage application circuit 2 includes two modes, a first mode and a second mode.
  • the first mode is a mode for increasing the applied voltage with the passage of time, causing dielectric breakdown, starting discharge, and generating a discharge current.
  • the second mode is a mode for cutting off the discharge current by the control circuit 3 or the like in order to end the discharge. That is, the voltage application circuit 2 has a first mode and a second mode as operation modes.
  • the first mode is a mode for increasing the applied voltage with the passage of time to generate a discharge current.
  • the second mode is a mode for cutting off the discharge current.
  • the control circuit 3 controls the voltage application circuit 2.
  • the control circuit 3 controls the voltage application circuit 2 so that the voltage application circuit 2 alternately repeats the first mode and the second mode during the drive period in which the voltage application device 1 is driven.
  • the control circuit 3 is set to the first mode depending on the drive frequency so that the magnitude of the applied voltage (transformer voltage described later) applied from the voltage application circuit 2 to the load 4 is periodically changed depending on the drive frequency. Switch to the second mode.
  • the magnitude of the electric energy acting on the liquid 50 held in the discharge electrode 41 periodically fluctuates with the drive frequency, and as a result, the liquid 50 held in the discharge electrode 41 becomes. It vibrates mechanically at the drive frequency.
  • the voltage generation circuit 22 boost circuit B1 is applied so that the frequency of fluctuation of the applied voltage (driving frequency) is equal to or higher than the resonance frequency (natural frequency) of the liquid 50 held in the discharge electrode 41.
  • the magnitude of the voltage is varied.
  • the drive frequency is set to a value near the resonance frequency of the liquid 50, the amplitude of the mechanical vibration of the liquid 50 due to the fluctuation of the magnitude of the applied voltage becomes relatively large.
  • control circuit 3 controls the voltage application circuit 2 based on the monitoring target.
  • the "monitoring target” here is at least one of the output current and the output voltage of the voltage application circuit 2.
  • the control circuit 3 has a voltage control circuit 31 and a current control circuit 32, as shown in FIGS. 1 and 5.
  • the voltage control circuit 31 controls the drive circuit 21 of the voltage application circuit 2 based on the monitoring target including the output voltage of the voltage application circuit 2.
  • the control circuit 3 outputs a control signal Si1 to the drive circuit 21, and controls the drive circuit 21 by the control signal Si1.
  • the current control circuit 32 controls the drive circuit 21 of the voltage application circuit 2 based on the monitoring target including the output current of the voltage application circuit 2. That is, in the present embodiment, the control circuit 3 controls the voltage application circuit 2 by monitoring both the output current and the output voltage of the voltage application circuit 2.
  • the voltage control circuit 31 is the primary side voltage of the voltage application circuit 2.
  • the output voltage of the voltage application circuit 2 may be indirectly detected from the voltage application circuit 2.
  • the current control circuit 32 is a voltage application circuit.
  • the output current of the voltage application circuit 2 may be indirectly detected from the input current of 2.
  • the control circuit 3 operates the voltage application circuit 2 in the first mode when the size of the monitoring target is less than the threshold value, and operates the voltage application circuit 2 in the second mode when the size of the monitoring target exceeds the threshold value. It is configured in. That is, the voltage application circuit 2 operates in the first mode until the size of the monitoring target reaches the threshold value, and the applied voltage increases with the passage of time. At this time, in the discharge electrode 41, corona discharge starts due to dielectric breakdown and a discharge current is generated. When the size of the monitored object reaches the threshold value, the voltage application circuit 2 operates in the second mode, and the applied voltage drops. At this time, the potential difference between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 is lost, and the discharge current is cut off by the control circuit 3 or the like. In other words, the control circuit 3 and the like detect the discharge of the load 4 via the voltage application circuit 2 and reduce the applied voltage to extinguish (disappear) the discharge current.
  • the voltage application circuit 2 operates so as to alternately repeat the first mode and the second mode, and the magnitude of the applied voltage periodically fluctuates with the drive frequency.
  • the discharge electrode 41 is intermittently repeatedly discharged.
  • the discharge device 10 first causes a local corona discharge with the liquid 50 held at the tip portion 411 of the discharge electrode 41, but immediately after the start of the discharge, it shifts to the second mode and the discharge electrode 41 A discharge is intermittently generated between the and the counter electrode 42.
  • FIG. 7A is a graph showing the discharge mode (voltage waveform Vx1 and current waveform Ix1) of the discharge device 10 in the present embodiment.
  • the horizontal axis is the time axis
  • the vertical axis on the left side shows the output voltage (applied voltage, that is, the transformer voltage) of the voltage application circuit 2
  • the vertical axis on the right side shows the discharge current.
  • the applied voltage rises, dielectric breakdown occurs at the tip of the liquid 50, and micro discharge occurs due to corona discharge.
  • the applied voltage is the maximum value V1
  • the discharge is formed, and then the discharge is stopped by rapidly lowering the voltage.
  • FIG. 7B is a graph showing the discharge mode of the discharge device of the comparative example, and the details will be described later.
  • the magnitude of the applied voltage varies periodically in the discharge cycle T1.
  • the discharge cycle T1 is the reciprocal of the drive frequency f1. It is represented by 1 / f1).
  • the magnitude of the applied voltage fluctuates in a range exceeding 0 V during the driving period.
  • the minimum value V0 of the applied voltage is larger than 0V, and the magnitude of the applied voltage varies between the minimum value V0 and the maximum value V1.
  • the applied voltage increases substantially linearly with the passage of time and decreases substantially linearly with the passage of time in each discharge cycle T1.
  • each discharge cycle T1 if the size of the monitored object is less than the threshold value, that is, the applied voltage reaches the threshold value (for example, the maximum value V1 in FIG. 7A) and the output current reaches the threshold value (for example). , The voltage application circuit 2 is operated in the first mode until the threshold value I1) in FIG. 7A is reached. Then, in each discharge cycle T1, the control circuit 3 operates the voltage application circuit 2 in the second mode when the size of the monitoring target becomes the threshold value or more, that is, when the output current becomes the threshold value or more.
  • the threshold value for example, the maximum value V1 in FIG. 7A
  • the drive frequency f1 is set to be equal to or higher than the resonance frequency fr1 (natural frequency) of the liquid 50 held in the discharge electrode 41.
  • V is the volume of the liquid 50 held in the discharge electrode 41.
  • A is a proportional coefficient depending on the surface tension, viscosity, etc. of the liquid 50 held in the discharge electrode 41. Therefore, reducing the volume of the liquid 50 held by the discharge electrode 41 leads to an increase in the resonance frequency fr1 of the liquid 50.
  • the discharge device 10 applies a voltage from the voltage application circuit 2 to the load 4 in a state where the liquid 50 (condensed water) is supplied (held) to the discharge electrode 41.
  • a discharge is generated between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 due to the potential difference between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42.
  • the liquid 50 held in the discharge electrode 41 is electrostatically atomized by the discharge.
  • the discharge device 10 produces a nanometer-sized charged fine particle liquid containing radicals. That is, the discharge device 10 constitutes a so-called charged fine particle liquid generation device.
  • the generated charged fine particle liquid is discharged to the periphery of the discharge device 10 through, for example, the opening 4232 of the counter electrode 42.
  • FIG. 5 is a circuit diagram schematically showing an example of the circuit configuration of the discharge device 10. Note that FIG. 5 omits the illustration of the input unit 6.
  • the voltage application circuit 2 has a drive circuit 21 and a voltage generation circuit 22.
  • the voltage application circuit 2 is an isolated DC / DC converter.
  • the voltage application circuit 2 has a booster circuit B1 that boosts the input voltage Vin (for example, 13.8V) from the input unit 6 and outputs the boosted voltage as an output voltage.
  • the voltage generation circuit 22 functions as the booster circuit B1.
  • the output voltage of the booster circuit B1 is applied to the load 4 (discharge electrode 41 and counter electrode 42) as an applied voltage. That is, the voltage application circuit 2 causes the discharge electrode 41 to be discharged by applying a voltage to the load 4.
  • the voltage generation circuit 22 (boost circuit B1) has an isolation transformer 220 (boost transformer) including a primary winding 221, a secondary winding 222, and an auxiliary winding 223.
  • the primary winding 221 and the auxiliary winding 223 are electrically isolated and magnetically coupled to the secondary winding 222.
  • a counter electrode 42 is electrically connected to one end of the secondary winding 222. That is, the booster circuit B1 boosts the input voltage Vin input to the primary side (primary winding 221 side) and outputs it from the secondary side (secondary winding 222 side) electrically connected to the load 4.
  • a step-up transformer (insulated transformer 220) for applying a voltage is included.
  • the booster circuit B1 is configured so that the output voltage can be periodically changed at a frequency equal to or higher than the resonance frequency of the liquid 50.
  • the value of the inductance of the secondary side (secondary winding 222 side) of the step-up transformer (isolation transformer 220) can fluctuate the output voltage at a frequency equal to or higher than the resonance frequency of the liquid 50. It is set to the size.
  • the “inductance on the secondary side” here is the effective inductance on the secondary side (secondary winding 222 side), and the coupling coefficient k (0 to 1) is added to the self-inductance L on the secondary winding 222 side.
  • the value of the inductance on the secondary side can be set by adjusting the magnetic permeability of the core, the number of turns of the secondary winding 222, the length, the cross-sectional area, and the like.
  • the value of the inductance on the secondary side of the step-up transformer is 900 mH or less.
  • the value of the inductance on the secondary side is 50 mH or more and 900 mH or less as the lower limit value. It is preferably 500 mH or less, and more preferably 100 mH or less.
  • the booster circuit B1 By setting the inductance value in this way, even when the resonance frequency of the liquid 50 is relatively high (for example, 1.5 kHz or more), the booster circuit B1 has a resonance frequency or higher so as to be able to follow the resonance frequency. It becomes possible to fluctuate the output voltage with the drive frequency of.
  • the drive circuit 21 has a transistor Q1 and is configured to supply electric power to the primary winding 221 of the isolation transformer 220 by the switching operation of the transistor Q1.
  • the drive circuit 21 has a transistor Q2, a transistor Q3, and resistors R1 to R5 in addition to the transistor Q1.
  • the transistors Q1, Q2, and Q3 are, for example, composed of an npn type bipolar transistor.
  • the collector of the transistor Q1 is connected to the primary winding 221 and the emitter of the transistor Q1 is connected to the ground via the resistor R1.
  • An input voltage Vin is applied from the input unit 6 to the series circuit of the primary winding 221 and the transistor Q1 and the resistor R1.
  • the base of the transistor Q1 is connected to the control power supply Vcc via the resistor R2.
  • the control power supply Vcc applies a control voltage (for example, 5.1 V) to the drive circuit 21.
  • the collectors of transistors Q2 and Q3 are connected to the base of transistor Q1.
  • the emitters of the transistors Q2 and Q3 are connected to the ground.
  • the base of the transistor Q2 is connected to the emitter of the transistor Q1 via the resistor R3.
  • the base of the transistor Q1 is connected to one end of the auxiliary winding 223 via a parallel circuit of the resistors R4 and R5.
  • the other end of the auxiliary winding 223 is connected to the ground.
  • a control circuit 3 (voltage control circuit 31 and current control circuit 32) is connected to the base of the transistor Q3, and a control signal Si1 is input from the control circuit 3.
  • the voltage application circuit 2 constitutes a self-excited converter. That is, when the transistor Q1 is turned on and a current flows through the primary winding 221 of the isolation transformer 220, the voltage across the resistor R1 rises and the transistor Q2 is turned on. As a result, the base of the transistor Q1 is connected to the ground via the transistor Q2, so that the transistor Q1 is turned off. When the transistor Q1 is turned off, the current flowing through the primary winding 221 is cut off, the voltage across the resistor R1 drops, and the transistor Q2 is turned off. As a result, a high voltage is induced in the secondary winding 222 of the isolation transformer 220, and is applied to the load 4 as the output voltage of the voltage application circuit 2.
  • the voltage application circuit 2 boosts the input voltage Vin and applies the output voltage to the load 4.
  • control circuit 3 includes a voltage control circuit 31 and a current control circuit 32.
  • the voltage control circuit 31 has a diode D1, a resistor R6, a capacitor C1, and a Zener diode ZD1.
  • the anode of the diode D1 is connected to the connection point between the auxiliary winding 223 and the resistors R4 and R5.
  • the cathode of the diode D1 is connected to one end of the capacitor C1 via the resistor R6.
  • the other end of the capacitor C1 is connected to the ground.
  • the cathode of the Zener diode ZD1 is connected to one end of the capacitor C1 (the connection point with the resistor R6).
  • the anode of the Zener diode ZD1 is connected to the base of the transistor Q3 as the output end of the voltage control circuit 31.
  • the voltage control circuit 31 indirectly monitors the output voltage of the voltage application circuit 2 to be monitored (the induced voltage of the secondary winding 222) by monitoring the induced voltage of the auxiliary winding 223. .. That is, while the output voltage of the voltage application circuit 2 is less than the threshold value (maximum value V1), the Zener diode ZD1 of the voltage control circuit 31 is off. On the other hand, when the output voltage of the voltage application circuit 2 becomes equal to or higher than the threshold value (maximum value V1), the Zener diode ZD1 of the voltage control circuit 31 is turned on. At this time, the control signal Si1 exceeds the control threshold value, a voltage is applied between the base and the emitter of the transistor Q3, and the transistor Q3 is turned on.
  • the voltage control circuit 31 reduces the switching energy of the drive circuit 21 of the voltage application circuit 2.
  • the current control circuit 32 includes an operational amplifier OP1, a reference voltage generation unit 321, resistors R7 to R11, and capacitors C2 and C3.
  • One end of the capacitor C2 is connected to the control power supply Vcc via the resistor R7.
  • the other end of the capacitor C2 is connected to the ground.
  • the control power supply Vcc applies a control voltage (for example, 5.1 V) to the series circuit of the resistor R7 and the capacitor C2.
  • the connection point between the resistor R7 and the capacitor C2 (one end of the capacitor C2) is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 via the resistor R8.
  • the control power supply Vcc is connected to the counter electrode 42 via the resistor R7 and the secondary winding 222.
  • a reference voltage generation unit 321 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1, and a reference voltage is input from the reference voltage generation unit 321.
  • a series circuit of the resistor R9 and the capacitor C3 is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1.
  • One end of the resistor R10 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1.
  • the other end of the resistor R10 is connected to the ground via the resistor R11.
  • the connection point between the resistor R10 and the resistor R11 (the other end of the resistor R10) is connected to the base of the transistor Q3 as the output end of the current control circuit 32.
  • the current control circuit 32 monitors the output current of the voltage application circuit 2 to be monitored (the induced voltage of the secondary winding 222) by monitoring the induced current of the secondary winding 222. That is, while the output current of the voltage application circuit 2 is less than the threshold value, the output of the operational amplifier OP1 of the current control circuit 32 is L level (Low Level). When the output current of the voltage application circuit 2 becomes equal to or higher than the threshold value, the output of the operational amplifier OP1 of the current control circuit 32 becomes H level (High Level). At this time, the control signal Si1 exceeds the control threshold value, a voltage is applied between the base and the emitter of the transistor Q3, and the transistor Q3 is turned on.
  • the current control circuit 32 reduces the energy input from the drive circuit 21 of the voltage application circuit 2 to the voltage generation circuit 22.
  • the shape of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 is, for example, a shape including a conical portion.
  • the shape of the portion of the tip portion 411 facing the facing electrode 42 (here, the shape of the tip of the conical portion) is, for example, an R shape. That is, the shape of the portion of the tip portion 411 opposite to the base end portion 412 side is an R shape.
  • the tip portion 411 has a first portion 4111 and a second portion 4112.
  • the first portion 4111 is a portion of the tip portion 411 closer to the base end portion 412 than the second portion 4112, and is columnar.
  • the second portion 4112 is a portion of the tip portion 411 that is farther from the base end portion 412 than the first portion 4111 and has a conical shape.
  • the tip portion 411 has a first portion 4111 corresponding to a cylindrical portion and a second portion 4112 corresponding to a conical portion.
  • the first portion 4111 and the second portion 4112 are arranged in the order of the first portion 4111 and the second portion 4112 from the base end portion 412 side in the longitudinal direction of the discharge electrode 41.
  • the shape of the second portion 4112 is preferably substantially conical as shown in FIG. 6, but is not limited thereto.
  • the shape of the second portion 4112 may be a curved surface shape that is convex toward the counter electrode 42, and specifically, it may be a hemispherical shape, a bell shape, or the like.
  • the tip portion 411 of the present embodiment has a shape in which the second portion 4112 (conical portion) and the first portion 4111 (cylindrical portion) having a different shape are combined.
  • the tip portion 411 may be composed of only a single-shaped portion (for example, a conical portion) as a whole, for example, omitting the first portion 4111.
  • a throttle portion 4113 is provided between the tip portion 411 and the shaft portion 413. That is, the tip portion 411 and the shaft portion 413 are connected via the throttle portion 4113.
  • the throttle portion 4113 is formed in a tapered shape whose diameter becomes smaller as it approaches the shaft portion 413 from the edge 4114 of the tip portion 411.
  • the tip portion 411 and the shaft portion 413 should be projected in the radial direction from both the tip portion 411 and the shaft portion 413 instead of the throttle portion 4113.
  • An overhanging portion having a large diameter may be provided.
  • a step portion may be provided between the tip portion 411 and the shaft portion 413.
  • the maximum diameter of the tip portion 411 including the conical portion is equal to the maximum diameter D11 of the first portion 4111 (hereinafter, the maximum diameter of the tip portion 411 is also referred to as "maximum diameter D11").
  • the maximum diameter D11 of the tip portion 411 is preferably, for example, 0.35 mm or more and 1.5 mm or less.
  • the maximum diameter D11 of the tip portion 411 is 0.710 mm as an example.
  • the apex angle ⁇ 1 of the second portion 4112 is 47.580 ° as an example.
  • the total length of the tip portion 411 (the length dimension of the tip portion 411 in the longitudinal direction of the discharge electrode 41) L1 is 0.830 mm as an example.
  • the total length L1 of the tip portion 411 is from the end edge 4114 to the second portion 4112 on the base end portion 412 side in the substantially cylindrical portion having the maximum diameter D11 of the first portion 4111 as the diameter.
  • the total length L1 of the tip portion 411 is the length of the second portion 4112.
  • the ratio of the total length L1 of the tip portion 411 to the maximum diameter D11 of the tip portion 411 is 1.6.
  • the ratio of the total length L1 of the tip portion 411 to the maximum diameter D11 of the tip portion 411 is 1.0. That is, in the discharge device 10 according to the present embodiment, the ratio of the total length L1 of the tip portion 411 in one direction (longitudinal direction of the discharge electrode 41) to the maximum diameter D11 of the tip portion 411 (hereinafter, also referred to as “first ratio”). ) Is 1.0 or more and 1.6 or less.
  • the total length L1 of the tip portion 411 in one direction is a length equal to or larger than the maximum diameter D11 of the tip portion 411.
  • the maximum diameter D11 of the tip portion 411 is 0.710 mm and the total length L1 of the tip portion 411 is 0.830 mm
  • the first ratio is 1.169.
  • the volume of the liquid 50 forming the Taylor cone 501 can be reduced, and as a result, the resonance frequency of the liquid 50 can be reduced. It can be made higher.
  • the Taylor cone 501 is formed at the tip portion 411 of the discharge electrode 41 by the liquid 50 held by the discharge electrode 41.
  • the shape of the Taylor cone 501 is a conical shape along the conical portion of the tip portion 411 of the discharge electrode 41.
  • the second portion 4112 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 has entered the Taylor cone 501. That is, in the discharge device 10 according to the present embodiment, the second portion 4112 constitutes a part of the tip portion 411 that has entered the Taylor cone 501.
  • the ratio of the volume of the second portion 4112 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 to the volume of the Taylor cone 501 (hereinafter referred to as the volume).
  • second ratio is preferably 0.6 or more and 0.95 or less.
  • the second ratio is 0.71.
  • the volume of the liquid 50 forming the Taylor cone 501 is 0.23 ⁇ L, and the resonance frequency of the liquid 50 is 1 kHz at this time.
  • the volume of the liquid 50 forming the Taylor cone 501 is 0.076 ⁇ L, and the resonance frequency of the liquid 50 is 3 kHz at this time.
  • the second portion 4112 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 has entered the Taylor cone 501.
  • the outer peripheral edge 502 of the Taylor cone 501 is preferably located between the first position and the second position.
  • the outer peripheral edge 502 of the Taylor cone 501 is the portion of the Taylor cone 501 farthest from the counter electrode 42 in the direction in which the discharge electrode 41 and the counter electrode 42 are aligned.
  • the shape of the outer peripheral edge 502 of the Taylor cone 501 is an annular shape when viewed from the longitudinal direction of the discharge electrode 41.
  • the first position is a position where the distance from the tip of the tip portion 411 is 0.62 times the total length L1 of the tip portion 411.
  • the second position is a position where the distance from the tip of the tip portion 411 is 1.00 times the total length L1 of the tip portion 411.
  • the outer peripheral edge 502 of the Taylor cone 501 has a distance of 0.515 mm from the tip of the tip portion 411 (first position) and 0. It is located between the positions of .830 mm (second position).
  • the electric energy acting on the liquid 50 held in the discharge electrode 41 The magnitude varies periodically with its drive frequency.
  • the liquid 50 mechanically vibrates at the drive frequency.
  • the drive frequency is set to be equal to or higher than the resonance frequency of the liquid 50, the amplitude of the mechanical vibration of the liquid 50 due to the fluctuation of the magnitude of the applied voltage becomes relatively large.
  • the tip of the Taylor cone 501 (see FIG. 6) becomes more pointed (sharp) and more likely to discharge.
  • the discharge device 10 it is possible to stop the continuous discharge generated by the corona discharge by lowering the voltage in the second mode after the start of the discharge, and it is possible to stop the continuous discharge in which ozone is likely to be generated. It is possible. By repeating this discharge at high speed, that is, by increasing the drive frequency, it is possible to generate a large amount of radicals while suppressing the increase of ozone.
  • the resonance frequency of the liquid 50 depends on the volume of the liquid 50 held by the discharge electrode 41 as described above.
  • the volume of the liquid 50 held by the discharge electrode 41 is reduced, and the resonance frequency of the liquid 50 is increased.
  • the resonance frequency of the liquid held in the discharge electrode having the above shape is, for example, 1 kHz
  • the resonance frequency of the liquid 50 held in the discharge electrode 41 having the above shape is 1.5 kHz or more (for example, 3 kHz).
  • the drive frequency is also increased to 1.5 kHz or more (for example, if the resonance frequency is 3 kHz, 3 kHz to 5 kHz), resulting in mechanical vibration of the liquid 50.
  • the amplitude of is increased and the discharge efficiency is improved.
  • the value of the inductance on the secondary side of the step-up transformer is set to 900 mH or less in order to increase the speed of raising and lowering the transformer voltage.
  • FIG. 7B is a graph showing the discharge form (voltage waveform Vx1 and current waveform Ix1) of the discharge device of the comparative example.
  • the horizontal axis is the time axis
  • the vertical axis on the left side shows the output voltage (applied voltage, that is, the transformer voltage) of the voltage application circuit
  • the vertical axis on the right side shows the discharge current.
  • the maximum value V2 (threshold value) of the transformer voltage shown in FIG. 7B is assumed to be the same as the maximum value V1 (threshold value) of the transformer voltage shown in FIG. 7A, but may be different from the maximum value V1.
  • the threshold value I2 of the discharge current shown in FIG. 7B is assumed to be the same as the threshold value I1 of the discharge current shown in FIG. 7A, but may be different from the threshold value I1. It is assumed that the time scales on the horizontal axis of FIGS. 7A and 7B are the same.
  • the value of the inductance on the secondary side of the step-up transformer is set to, for example, 3000 mH, but the shape of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 described above is adopted, and the resonance of the liquid 50 is adopted.
  • the frequency is being increased.
  • it is desirable to increase the drive frequency according to the increased resonance frequency but in the comparative example set to 3000 mH, the time for stepping up to the maximum value V2 is slow, and the time for stepping down to the minimum value V0 is slow.
  • the drive frequency f2 is about 1 kHz.
  • the discharge cycle T1 is approximately half of the discharge cycle T2. That is, the number of discharges of the discharge device 10 within a predetermined period is approximately twice that of the discharge device of the comparative example.
  • the step-up transformer (isolation transformer 220) of the present embodiment in which the value of the inductance on the secondary side is set to 900 mH or less periodically fluctuates the output voltage at a frequency equal to or higher than the resonance frequency of the liquid 50. Is possible. Therefore, the number of discharges of the discharge device 10 is increased, and as a result, it is possible to improve the radical generation efficiency.
  • the discharge energy due to one discharge is smaller than that of the discharge device of the comparative example, but by increasing the number of discharges, the amount of radicals generated increases. We are trying to improve and suppress the amount of ozone generated. Further, by suppressing the discharge energy due to one discharge, the amount of NO 2 generated depending on the increase in the discharge energy can also be suppressed.
  • control circuit 3 operates as follows to generate energy between the discharge electrode 41 and the counter electrode 42. Generates a suppressed discharge.
  • the control circuit 3 targets the output voltage of the voltage application circuit 2 for monitoring until the dielectric breakdown occurs, and when the output voltage to be monitored becomes equal to or higher than the threshold value (for example, the maximum value V1 in FIG. 7A), the voltage is increased.
  • the control circuit 31 reduces the switching energy of the drive circuit 21.
  • the control circuit 3 monitors the output current of the voltage application circuit 2, and when the output current to be monitored becomes equal to or higher than the threshold value (for example, the threshold value I1 in FIG. 7A), the current control circuit 32 At, the switching operation of the drive circuit 21 is stopped.
  • the voltage application circuit 2 operates in the second mode in which the transformer voltage is lowered and the load 4 is overloaded with respect to the voltage application circuit 2 to cut off the discharge current. That is, the operation mode of the voltage application circuit 2 is switched from the first mode to the second mode.
  • both the output voltage and the output current of the voltage application circuit 2 decrease, so that the control circuit 3 restarts the switching operation of the drive circuit 21.
  • the voltage application circuit 2 operates in the first mode in which the applied voltage is increased with the passage of time and discharge occurs. That is, the operation mode of the voltage application circuit 2 is switched from the second mode to the first mode.
  • the voltage application circuit 2 operates so as to alternately repeat the first mode and the second mode.
  • the discharge is switched between ON and OFF.
  • the voltage application circuit 2 of the present embodiment can realize fluctuations in the output voltage at a drive frequency equal to or higher than the resonance frequency of the liquid 50.
  • FIG. 8 is a bottom view of the discharge electrode 41 included in the discharge device according to the first modification.
  • the shape of the conductive member 44 that conducts the pair of Pelche elements 511 is circular when viewed from the longitudinal direction of the discharge electrode 41.
  • the present invention is not limited to this, and may have a rectangular shape when viewed from the longitudinal direction of the discharge electrode 41, for example, as in the conduction member 44B shown in FIG.
  • the width dimension of the conductive member 44B (vertical dimension in FIG. 8) is preferably the same as the width dimension of each Pelche element 511 (vertical dimension in FIG. 8), but the Pelche element 511 It may be larger than the width dimension.
  • the conductive member 44B is preferably a thin film.
  • the shape of the conductive member may be, for example, an elliptical shape when viewed from the longitudinal direction of the discharge electrode 41. That is, the conduction member may have any shape as long as it can conduct the pair of Pelche elements 511.
  • the upper limit of the maximum diameter D11 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 is 0.71 mm, but the present invention is not limited to this.
  • the upper limit of the maximum diameter D11 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 may be, for example, 0.600 mm. That is, the maximum diameter D11 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 may be, for example, 0.600 mm or less. Further, the maximum diameter D11 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 is preferably 0.500 mm or more, for example. In this case, the volume of the liquid 50 forming the Taylor cone 501 can be further reduced, and as a result, the resonance frequency of the liquid 50 can be further increased.
  • the discharge device 10 it is possible to further increase the amount of radicals generated while further suppressing the amount of ozone generated, and it is possible to further improve the radical generation efficiency. It becomes.
  • the maximum diameter D11 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 is 0.550 mm or less. That is, it is more preferable that the maximum diameter D11 of the tip portion 411 of the discharge electrode 41 is 0.500 mm or more and 0.550 mm or less.
  • the liquid supply unit 5 is not limited to a configuration in which the discharge electrode 41 is cooled to generate dew condensation water on the discharge electrode 41.
  • the liquid supply unit 5 may be configured to supply the liquid 50 from the tank to the discharge electrode 41 by using, for example, a capillary phenomenon or a supply mechanism such as a pump.
  • the liquid 50 is not limited to water (condensed water) and may be a liquid other than water.
  • FIG. 5 is only an example of the circuit configuration of the discharge device 10, and the specific circuit configuration of the voltage applying device 1 can be changed as appropriate.
  • the voltage application circuit 2 is not limited to the self-excited converter, and may be a separately-excited converter.
  • the transistors Q1, Q2, and Q3 are not limited to bipolar transistors, and may be, for example, MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors).
  • the voltage generation circuit 22 may be realized by a transformer (transformer transformer) having a piezoelectric element.
  • the current limiting element 43 is not limited to the resistance element 431, and may include a capacitive element. That is, the current limiting element 43 may include at least one of the resistance element 431 and the capacitive element.
  • the current limiting element 43 is not limited to the insulating film made of silicon oxide, and may be, for example, an oxide film (NiO) of nickel (Ni).
  • the current limiting element 43 is formed by, for example, applying nickel paste to the second surface 4122 of the base end portion 412 of the discharge electrode 41 and then sintering the applied nickel paste to form a nickel oxide film. It is formed.
  • the current limiting element 43 may be, for example, an insulating film made of diamond-like carbon (DLC).
  • the current limiting element 43 may be, for example, an insulating film made of aluminum nitride (AlN).
  • the current limiting element 43 may be, for example, an oxide film (TIO) of titanium (Ti).
  • the current limiting element 43 may be formed of, for example, a sintered material having high thermal conductivity. Further, the current limiting element 43 may be, for example, a binder product obtained by adhering two pieces of copper (Cu) using an epoxy resin (EP) as a binder, or aluminum oxide (AlO 3 or Al 2 O 3 ). As a binder, it may be a binder product in which two pieces of copper are bonded.
  • the place where "greater than or equal to” includes both the case where the two values are equal and the case where one of the two values exceeds the other.
  • the present invention is not limited to this, and “greater than or equal to” here may be synonymous with “greater than” including only the case where one of the two values exceeds the other. That is, whether or not the two values are equal can be arbitrarily changed depending on the setting of the threshold value and the like, so there is no technical difference between "greater than or equal to” and "greater than”.
  • “less than” may be synonymous with “less than or equal to”.
  • a needle-shaped protrusion may be provided on the counter electrode 42, and a leader discharge may be used in which the corona discharge progresses to a strong discharge and causes dielectric breakdown (all-road failure) intermittently.
  • the plurality of needle-shaped portions may be arranged at equal intervals in the circumferential direction of the opening 4232.
  • Each needle-shaped portion may project from the inner peripheral edge of the opening 4232 toward the center of the opening 4232.
  • Each needle-shaped portion may project diagonally from the inner peripheral edge of the opening 4232 so that the closer to the tip thereof, the shorter the distance to the discharge electrode 41 in the longitudinal direction of the discharge electrode 41.
  • the discharge device (10) includes a discharge electrode (41).
  • the discharge electrode (41) has a proximal end portion (412) and a distal end portion (411).
  • the tip (411) extends in one direction with respect to the base (412).
  • a Taylor cone (501) is formed at the tip portion (411) of the liquid (50) held by the discharge electrode (41) by applying a voltage to the discharge electrode (41).
  • a portion (4112) of the tip (411) is embedded in the Taylor cone (501).
  • the discharge device (10) according to the second aspect in the first aspect, with respect to the volume of the Taylor cone (501), a part (4112) of the tip portion (411) that has entered the Taylor cone (501).
  • the volume ratio is 0.6 or more and 0.95 or less.
  • the total length (L1) of the tip portion (411) in one direction is equal to or larger than the maximum diameter (D11) of the tip portion (411). Is the length of.
  • the ratio of the total length (L1) of the tip portion (411) to the maximum diameter (D11) of the tip portion (411) is 1.0 or more. And it is 1.6 or less.
  • the shape of the portion of the tip portion (411) opposite to the proximal end portion (412) side is changed. It has an R shape.
  • the maximum diameter (D11) of the tip portion (411) is 0.6 mm or less.
  • the distance from the edge (tip) of the tip portion (411) in one direction is the tip portion.
  • the outer peripheral edge (502) of the Taylor cone (501) is between the position of 0.62 times the total length (L1) of (411) and the position of 1.00 times the total length (L1) of the tip portion (411). ) Is located.
  • the discharge device (10) according to the eighth aspect further includes a counter electrode (42) in any one of the first to seventh aspects.
  • the counter electrode (42) faces the discharge electrode (41).
  • the discharge device (10) according to the ninth aspect further includes a liquid supply unit (5) in any one of the first to eighth aspects.
  • the liquid supply unit (5) supplies the liquid (50) to the discharge electrode (41).
  • the liquid (50) is electrostatically atomized by the electric discharge in any one of the first to ninth aspects.
  • the configuration according to the second to tenth aspects is not an essential configuration for the discharge device (10) and can be omitted as appropriate.
  • Discharge device 41 Discharge electrode 42 Opposite electrode 50 Liquid 411 Tip 412 Base end 501 Taylor cone 502 Outer peripheral edge 4112 2nd part (part of tip) D11 Maximum diameter L1 Overall length

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Abstract

放電装置は、放電電極（４１）を備える。放電電極（４１）は、基端部と、先端部（４１１）と、を有する。先端部（４１１）は、基端部に対して一の方向に延びている。放電装置では、放電電極（４１）に電圧が印加されることにより放電電極（４１）に保持されている液体（５０）にて先端部（４１１）にテイラーコーン（５０１）が形成される。先端部（４１１）の一部（第２部分４１１２）は、テイラーコーン（５０１）内に入り込んでいる。

Description

放電装置
　本開示は、一般に放電装置に関し、より詳細には、放電電極を備える放電装置に関する。
　特許文献１には、ラジカルを含む水の微粒子（帯電微粒子水）を生成する静電霧化装置（放電装置）が記載されている。特許文献１に記載の静電霧化装置は、放電極（放電電極）と、対向電極と、ペルチェユニット（液体供給部）と、を備える。対向電極は、放電極に対向して位置する。ペルチェユニットは、放電極に水を供給する。
　特許文献１に記載の静電霧化装置では、放電極と対向電極との間に高電圧を印加して放電を生じさせることにより放電極に供給された水が霧化し、ラジカルを含む帯電微粒子水が発生する。
特開２００６－０００８２６号公報
　特許文献１に記載の静電霧化装置の分野では、ラジカルの生成効率の向上を図ることが望まれている。
　本開示の目的は、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能な放電装置を提供することにある。
　本開示の一態様に係る放電装置は、放電電極を備える。前記放電電極は、基端部と、先端部と、を有する。前記先端部は、前記基端部に対して一の方向に延びている。前記放電装置では、前記放電電極に電圧が印加されることにより前記放電電極に保持されている液体にて前記先端部にテイラーコーンが形成される。前記先端部の一部が前記テイラーコーン内に入り込んでいる。
　本開示の一態様に係る放電装置によれば、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
図１は、実施形態に係る放電装置のブロック図である。 図２は、同上の放電装置が備える負荷の斜視図である。 図３は、同上の負荷を示し、図２のＸ１－Ｘ１線断面図である。 図４は、同上の放電装置が備える放電電極を下側から見た斜視図である。 図５は、同上の放電装置の一例を示す回路図である。 図６は、同上の放電電極の先端形状を示す模式図である。 図７Ａは、同上の放電装置の放電形態を概略的に示すグラフである。 図７Ｂは、比較例に係る放電装置の放電形態を概略的に示すグラフである。 図８は、実施形態の変形例１に係る放電装置が備える放電電極の底面図である。
　（実施形態）
　以下、本実施形態に係る放電装置１０について、図１～図８を参照して説明する。
　ただし、以下に説明する実施形態及び変形例は、本開示の一例に過ぎず、本開示は、下記の実施形態及び変形例に限定されない。下記の実施形態及び変形例以外であっても、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
　また、下記の実施形態等において説明する各図は、いずれも模式的な図であり、各図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
　（１）概要
　まず、本実施形態に係る放電装置１０の概要について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る放電装置１０のブロック図である。
　本実施形態に係る放電装置１０は、図１に示すように、電圧印加装置１と、負荷４と、液体供給部５と、を備えている。電圧印加装置１は、放電を生じさせるための電圧を負荷４に印加する装置であり、電圧印加回路２と、制御回路３と、を有している。負荷４は、放電電極４１と、対向電極４２と、を有している。つまり、放電電極１０は、放電電極４１を備えている。また、放電装置１０は、対向電極４２を更に備えている。対向電極４２は、放電電極４１と隙間を介して対向するように配置される電極である。負荷４は、放電電極４１と対向電極４２との間に電圧が印加されることにより、放電電極４１と対向電極４２との間で放電を生じさせる。液体供給部５は、放電電極４１に液体５０を供給する機能を有する。このように、本実施形態に係る放電装置１０は、電圧印加回路２、制御回路３、液体供給部５、放電電極４１、及び対向電極４２を、構成要素に含んでいる。ただし、放電装置１０は、放電電極４１を最低限の構成要素として含んでいればよく、電圧印加装置１、対向電極４２、及び液体供給部５の各々は、放電装置１０の構成要素に含まれていなくてもよい。
　本実施形態に係る放電装置１０は、例えば、放電電極４１の表面に液体５０が付着することで放電電極４１に液体５０が保持されている状態において、放電電極４１と対向電極４２との間に電圧印加回路２から電圧を印加する。これにより、放電電極４１と対向電極４２との間で放電が生じ、放電電極４１に保持されている液体５０が、放電によって静電霧化される。すなわち、本実施形態に係る放電装置１０は、いわゆる静電霧化装置を構成する。言い換えると、放電装置１０は、放電電極４１と対向電極４２との間で生じる放電によって放電電極４１に保持されている液体５０を静電霧化する。本開示において、放電電極４１に保持されている液体５０、つまり静電霧化の対象となる液体５０を、単に「液体５０」とも呼ぶ。
　電圧印加回路２は、放電電極４１及び対向電極４２に電気的に接続されている。具体的には、対向電極４２が電圧印加回路２の正極（プラス）に電気的に接続され、放電電極４１が電圧印加回路２の負極（グランド）に電気的に接続されている。電圧印加回路２は、放電電極４１と対向電極４２との間に電圧を印加する。これにより、負荷４では、放電電極４１と対向電極４２との間で放電が生じる。
　図２は、放電装置１０が備える負荷４の斜視図である。図６は、放電装置１０が備える放電電極４１の先端形状を示す模式図である。放電電極４１は、基端部４１２（図２参照）と、先端部４１１（図２参照）と、を有している。先端部４１１は、基端部４１２に対して一の方向に延びている。一の方向は、例えば、放電電極４１の長手方向である。また放電電極４１は、例えば基端部４１２と連続一体となって形成されていて、先端部４１１に向かって延びている軸部４１３を更に有している。先端部４１１の形状は、例えば、円錐部を含む形状である。本実施形態に係る放電装置１０では、放電電極４１に電圧が印加されることにより、放電電極４１に保持されている液体５０にて先端部４１１にテイラーコーン５０１（図６参照）が形成される。テイラーコーン５０１の形状は、先端部４１１の上記円錐部に沿った円錐状である。本実施形態に係る放電装置１０では、放電電極４１の先端部４１１の一部（第２部分４１１２）がテイラーコーン５０１内に入り込んでいる。
　本実施形態に係る放電装置１０では、放電電極４１と対向電極４２との間で放電を生じさせることによりラジカルが生成される。ラジカルは、除菌、脱臭、保湿、保鮮、ウイルスの不活性化にとどまらず、様々な場面で有用な効果を奏する基となる。ここで、放電によってラジカルが生成される際には、オゾンも生成される。放電電極４１と対向電極４２との間で生じる放電において、瞬時的に比較的大きな電流が流れ得る。そのため、放電電極４１と対向電極４２との間の放電エネルギが大きくなって放電空間が大きく広がることにより、大気中の酸素との反応が促進されてオゾンの生成量が増大する。
　また、本実施形態に係る放電装置１０では、上述したように、放電電極４１の先端部４１１の一部（第２部分４１１２）がテイラーコーン５０１内に入り込んでいる。そのため、テイラーコーン５０１を形成する液体５０の体積を小さくすることが可能となり、その結果、液体５０の共振周波数を高くすることが可能となる。これにより、放電電極４１と対向電極４２との間の放電エネルギを小さくすることが可能となる。その結果、放電空間が小さくなるので、大気中の酸素との反応が抑制されてオゾンの生成量を抑制することが可能となる。一方で、放電電極４１と対向電極４２との間で生じる放電を高周波にて発生させることにより、放電電極４１と対向電極４２との間の放電による放電空間は広がりにくく、放電電極４１の近傍で生じることとなり、水との反応で得られるラジカルについては増大させることが可能となる。すなわち、本実施形態に係る放電装置１０によれば、オゾンの生成量を抑制しつつ、ラジカルの生成量を増大させることが可能となり、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。また、放電エネルギを小さくすることが可能となるため、オゾンだけでなく、ＮＯｘ（例えば、環境基本法における環境基準の対象物質であるＮＯ２）の発生量も抑制することが可能となる。
　（２）詳細
　次に、本実施形態に係る放電装置１０の詳細について、図１～図６を参照して説明する。図３は、負荷４を示し、図２のＸ１－Ｘ１線断面図である。図４は、放電装置１０が備える放電電極４１を下側から見た斜視図である。図５は、放電装置１０の一例を示す回路図である。図６は、同上の放電電極の先端形状を示す模式図である。
　（２．１）全体構成
　本実施形態に係る放電装置１０は、図１に示すように、電圧印加装置１と、負荷４と、液体供給部５と、を備えている。電圧印加装置１は、電圧印加回路２と、制御回路３と、を有している。負荷４は、放電電極４１と、対向電極４２と、を有している。液体供給部５は、放電電極４１に液体５０を供給する。図１では、放電電極４１、及び対向電極４２の形状を模式的に表している。
　放電電極４１は、棒状の電極である。放電電極４１は、図２及び図３に示すように、長手方向の一端部に先端部４１１を有し、長手方向の他端部（先端部４１１とは反対側の端部）に基端部４１２を有している。また放電電極４１は、図４に示すように、例えば基端部４１２と連続一体となって形成されていて、先端部４１１に向かって延びている軸部４１３を更に有している。先端部４１１は、基端部４１２に対して一の方向（放電電極４１の長手方向）に延びている。放電電極４１は、少なくとも先端部４１１が先細り形状に形成された針電極である。ここでいう「先細り形状」とは、先端が鋭く尖っている形状に限らず、図６に示すように、先端が丸みを帯びた形状を含む。なお、先端部４１１の形状については、「（２．３）先端部の形状」の欄で説明する。
　対向電極４２は、放電電極４１の先端部４１１に対向するように配置されている。対向電極４２は、例えば、板状であって、中央部に凹部４２１を有している（図３参照）。凹部４２１は、対向電極４２の一部を放電電極４１側に凹ませることにより円錐台状に形成されている。凹部４２１の底壁４２１１の中央部には、突台部４２３が一体に形成されている。突台部４２３は、凹部４２１の底壁４２１１の一部を放電電極４１側とは反対側に突出させることにより円錐台状に形成されている。つまり、凹部４２１の凹設方向（凹部４２１が凹む方向）と突台部４２３の突出方向とが反対方向である。突台部４２３の底壁４２３１の中央部には、開口部４２３２が形成されている。開口部４２３２は、底壁４２３１を底壁４２３１の厚さ方向に貫通している。ここで、対向電極４２の厚さ方向（開口部４２３２の貫通方向）が放電電極４１の長手方向に一致し、かつ放電電極４１の先端部４１１が対向電極４２の開口部４２３２の中心付近に位置するように、対向電極４２と放電電極４１との位置関係が決められている。つまり、対向電極４２と放電電極４１との間には、少なくとも対向電極４２の突台部４２３の開口部４２３２によって隙間（空間）が確保される。言い換えると、放電電極４１は、対向電極４２に対して隙間を介して対向するように配置されており、対向電極４２とは電気的に絶縁されている。
　より詳しくは、放電電極４１、及び対向電極４２の各々は、一例として、図２及び図３に示すような形状に形成される。すなわち、対向電極４２は、支持部４２２と、突台部４２３と、を備えている。放電電極４１、及び対向電極４２の各々は、電気絶縁性を有する合成樹脂製のハウジング４０に保持されている。支持部４２２は、平板状であって、放電電極４１側に円錐台状に凹む凹部４２１が形成されている。凹部４２１の底壁４２１１には、放電電極４１側とは反対側に円錐台状に突出する突台部４２３が一体に形成されている。突台部４２３の底壁４２３１には、円形状に開口する開口部４２３２が形成されている。この場合、突台部４２３の底壁４２３１に形成された開口部４２３２の開口端縁と放電電極４１の先端部４１１との間で放電が生じる。
　放電電極４１の基端部４１２は、図４に示すように、円板状に形成されている。基端部４１２は、第１面４１２１及び第２面４１２２を有している。第１面４１２１は、基端部４１２における先端部４１１側の面である。軸部４１３は、図４に示すように、長尺の円柱状に形成されており、その第一端部（図４では下端部）は、第１面４１２１の略中央部に配置されている。また軸部４１３の第一端部の反対側の第二端部（図４では上端部）は、後述する絞り部４１１３（図６参照）を介して、先端部４１１につながっている。基端部４１２の第２面４１２２は、先端部４１１側とは反対側の面である。すなわち、基端部４１２の第１面４１２１と第２面４１２２とは、放電電極４１の長手方向（一の方向）において互いに対向している。基端部４１２の第２面４１２２には、第２面４１２２の全域にわたって電流制限要素４３が形成されている。ここで、図４では、電流制限要素４３と後述の導通部材４４とを区別しやすいように、電流制限要素４３に対してドットハッチングを施している。電流制限要素４３は、放電電極４１における対向電極４２側とは反対側の基端部４１２に対して直接的かつ電気的に接続されている。より詳しくは、電流制限要素４３は、基端部４１２の第２面４１２２に対して直接的かつ電気的に接続されている。電流制限要素４３の形状は、放電電極４１の長手方向から見て円形状である。電流制限要素４３は、例えば、酸化炭化シリコン（ＳｉＣＯ）からなる絶縁膜である。電流制限要素４３は、基端部４１２の第２面４１２２に対して、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により形成される。電流制限要素４３は、例えば、厚さが４μｍの薄膜である。本開示において、「薄膜」とは、厚さが１０μｍ以下の薄い膜のことをいう。電流制限要素４３は、図５に示すように、抵抗素子４３１を含む。すなわち、本実施形態においては、絶縁膜は、２つの要素（ここでは、放電電極４１と図４に示し後述する一対のペルチェ素子５１１）を電気的に絶縁する膜ではなく、２つの要素間において抵抗素子４３１としての機能を有する膜である。電流制限要素４３の抵抗値は、例えば、１ＭΩ以上、９００ＭΩ以下であることが好ましい。より好ましくは、電流制限要素４３の抵抗値は、１０ＭΩ以上であるのがよい。電流制限要素４３の抵抗値は、一例として、３００ＭΩである。電流制限要素４３は、上述したように、抵抗素子４３１としての機能を有する絶縁膜を含む。また、1方のペルチェ素子がグラウンドに接続され、高圧の回路と接続される。
　電流制限要素４３の表面（放電電極４１の基端部４１２側とは反対側の面）には、導通部材４４が形成されている（図４参照）。導通部材４４の形状は、放電電極４１の長手方向から見て、電流制限要素４３よりも径の小さい円形状である。導通部材４４は、例えば、薄膜である。導通部材４４は、後述する一対のペルチェ素子５１１を導通させる機能を有する。本実施形態に係る放電装置１０では、一対のペルチェ素子５１１は、導通部材４４に対して、例えば、半田により機械的かつ電気的に接続される。ここにおいて、電流制限要素４３は、上述したように、薄膜である。したがって、放電電極４１と一対のペルチェ素子５１１との間に電流制限要素４３が介在していても、一対のペルチェ素子５１１による放電電極４１の冷却性能を維持することが可能となる。
　液体供給部５は、放電電極４１に対して静電霧化用の液体５０を供給する。液体供給部５は、一例として、放電電極４１を冷却して、放電電極４１に結露水を発生させる冷却装置５１を用いて実現される。具体的には、冷却装置５１は、一例として、図３に示すように、一対のペルチェ素子５１１と、一対の放熱板５１２と、を備えている。一対のペルチェ素子５１１は、一対の放熱板５１２に保持されている。冷却装置５１は、一対のペルチェ素子５１１への通電によって放電電極４１を冷却する。一対の放熱板５１２は、一対の放熱板５１２の各々における一部がハウジング４０に埋め込まれることにより、ハウジング４０に保持されている。一対の放熱板５１２のうち、少なくともペルチェ素子５１１を保持する部位は、ハウジング４０から露出している（図３参照）。
　一対のペルチェ素子５１１は、上述したように、導通部材４４に対して、例えば、半田により機械的かつ電気的に接続されている。したがって、一対のペルチェ素子５１１は、電流制限要素４３を介して放電電極４１に接している。また、一対のペルチェ素子５１１は、一対の放熱板５１２に対して、例えば、半田により機械的かつ電気的に接続されている。一対のペルチェ素子５１１への通電は、一対の放熱板５１２、導通部材４４、電流制限要素４３及び放電電極４１を通じて行われる。したがって、液体供給部５を構成する冷却装置５１は、基端部４１２を通じて放電電極４１の全体を冷却する。これにより、空気中の水分が凝結して放電電極４１の表面に結露水として付着する。結果的に、液体５０が放電電極４１に保持される。すなわち、液体供給部５は、放電電極４１を冷却して放電電極４１の表面に液体５０としての結露水を生成するように構成されている。この構成では、液体供給部５は、空気中の水分を利用して、放電電極４１に液体５０（結露水）を供給できるため、放電装置１０への液体の供給、及び補給が不要になる。
　電圧印加回路２は、図１に示すように、駆動回路２１と、昇圧回路Ｂ１として機能する電圧発生回路２２と、を有している。駆動回路２１は、電圧発生回路２２を駆動する回路である。電圧発生回路２２は、入力部６からの電力供給を受けて、負荷４に印加する電圧（印加電圧）を生成する回路である。入力部６は、例えば、数Ｖ～十数Ｖ程度の直流電圧を発生する電源回路である。本実施形態では、入力部６が電圧印加装置１の構成要素に含まれないこととして説明するが、入力部６は電圧印加装置１の構成要素に含まれていてもよい。駆動回路２１、及び電圧発生回路２２（昇圧回路Ｂ１）の具体的な回路構成については、「（２．２）回路構成」の欄で説明する。
　電圧印加回路２は、負荷４（放電電極４１及び対向電極４２）に対して電気的に接続されている（図５参照）。電圧印加回路２は、負荷４に対して高電圧を印加する。ここでは、電圧印加回路２は、放電電極４１を負極（グランド）、対向電極４２を正極（プラス）として、放電電極４１と対向電極４２との間に高電圧を印加するように構成されている。言い換えると、電圧印加回路２から負荷４に高電圧が印加された状態では、放電電極４１と対向電極４２との間に、対向電極４２側を高電位、放電電極４１側を低電位とする電位差が生じることになる。ここでいう「高電圧」とは、放電電極４１に放電が生じるように設定された電圧であればよく、一例として、ピークが７．０ｋＶ程度となる電圧である。ただし、電圧印加回路２から負荷４に印加される高電圧は、７．０ｋＶ程度に限らず、例えば、放電電極４１及び対向電極４２の形状、又は放電電極４１及び対向電極４２間の距離等に応じて適宜設定される。
　ここで、電圧印加回路２の動作モードには、第１モードと、第２モードと、の２つのモードが含まれている。第１モードは、印加電圧を時間経過に伴って上昇させ、絶縁破壊に至らせて放電を開始し、放電電流を生じさせるためのモードである。第２モードは、放電を終わらせるために、制御回路３等により放電電流を遮断するためのモードである。つまり、電圧印加回路２は、動作モードとして、第１モードと、第２モードとを有する。第１モードは、印加電圧を時間経過に伴って上昇させ、放電電流を生じさせるためのモードである。第２モードは、放電電流を遮断するためのモードである。
　制御回路３は、電圧印加回路２の制御を行う。制御回路３は、電圧印加装置１が駆動される駆動期間において、電圧印加回路２が第１モードと第２モードとを交互に繰り返すように、電圧印加回路２を制御する。ここで、制御回路３は、電圧印加回路２から負荷４に印加される印加電圧（後述するトランス電圧）の大きさを、駆動周波数により周期的に変動させるように、駆動周波数により第１モードと第２モードとの切り替えを行う。
　これにより、放電電極４１に保持されている液体５０に作用する電気エネルギの大きさが駆動周波数にて周期的に変動することになり、結果的に、放電電極４１に保持されている液体５０が駆動周波数にて機械的に振動する。ここで、電圧発生回路２２（昇圧回路Ｂ１）は、印加電圧の変動の周波数（駆動周波数）が、放電電極４１に保持されている液体５０の共振周波数（固有振動数）以上となるように印加電圧の大きさを変動させる。なお、駆動周波数は、液体５０の共振周波数付近の値に設定されているほど、印加電圧の大きさが変動することに伴う液体５０の機械的な振動の振幅は、比較的大きくなる。
　本実施形態では、制御回路３は、監視対象に基づいて電圧印加回路２を制御する。ここでいう「監視対象」は、電圧印加回路２の出力電流、及び出力電圧の少なくとも一方である。
　ここでは、制御回路３は、図１及び図５に示すように、電圧制御回路３１と、電流制御回路３２と、を有している。電圧制御回路３１は、電圧印加回路２の出力電圧からなる監視対象に基づいて、電圧印加回路２の駆動回路２１を制御する。制御回路３は、駆動回路２１に対して制御信号Ｓｉ１を出力しており、制御信号Ｓｉ１によって駆動回路２１を制御する。電流制御回路３２は、電圧印加回路２の出力電流からなる監視対象に基づいて、電圧印加回路２の駆動回路２１を制御する。すなわち、本実施形態では、制御回路３は、電圧印加回路２の出力電流、及び出力電圧の両方を監視対象として、電圧印加回路２の制御を行う。ただし、電圧印加回路２の出力電圧（二次側電圧）と、電圧印加回路２の一次側電圧との間には相関関係があるので、電圧制御回路３１は、電圧印加回路２の一次側電圧から間接的に電圧印加回路２の出力電圧を検出してもよい。同様に、電圧印加回路２の出力電流（二次側電流）と、電圧印加回路２の入力電流（一次側電流）との間には相関関係があるので、電流制御回路３２は、電圧印加回路２の入力電流から間接的に電圧印加回路２の出力電流を検出してもよい。電圧制御回路３１、及び電流制御回路３２の具体的な回路構成については、「（２．２）回路構成」の欄で説明する。
　制御回路３は、監視対象の大きさが閾値未満であれば電圧印加回路２を第１モードで動作させ、監視対象の大きさが閾値以上になると電圧印加回路２を第２モードで動作させるように構成されている。すなわち、監視対象の大きさが閾値に達するまでは、電圧印加回路２は第１モードで動作し、印加電圧が時間経過に伴って上昇する。このとき、放電電極４１においては、絶縁破壊によりコロナ放電が開始し放電電流が生じることになる。監視対象の大きさが閾値に達すると、電圧印加回路２は第２モードで動作し、印加電圧が低下する。このとき、放電電極４１と対向電極４２の間の電位差が失われ、制御回路３等により放電電流が遮断されることになる。言い換えれば、制御回路３等が、電圧印加回路２を介して負荷４の放電を検知し、印加電圧を低下させることにより放電電流を消滅（立ち消え）させる。
　これにより、駆動期間において、電圧印加回路２は、第１モードと第２モードとを交互に繰り返すように動作し、印加電圧の大きさが駆動周波数にて周期的に変動する。その結果、放電電極４１においては、間欠的に放電が繰り返される。
　さらに詳しく説明すると、放電装置１０は、まず放電電極４１の先端部４１１に保持された液体５０で局所的なコロナ放電を生じさせるが、放電の開始後すぐに第２モードに転じ、放電電極４１と対向電極４２の間で放電が間欠的に生成される。
　図７Ａは、本実施形態における放電装置１０の放電形態（電圧波形Ｖｘ１と電流波形Ｉｘ１）を示すグラフである。図７Ａにおいては、横軸を時間軸として、左側の縦軸に電圧印加回路２の出力電圧（印加電圧、すなわちトランス電圧）を示し、右側の縦軸に放電電流を示している。印加電圧が上昇し液体５０の先端で絶縁破壊が発生し、コロナ放電により微小放電が生じる。印加電圧が最大値Ｖ１では、放電が形成された状態になり、その後電圧を急速に低下させることにより放電が停止する。なお、図７Ｂは、比較例の放電装置の放電形態を示すグラフであり、詳細は後述する。
　図７Ａに示すように、印加電圧（トランス電圧）の大きさは、放電周期Ｔ１で周期的に変動しており、駆動周波数を「ｆ１」とすると、放電周期Ｔ１は、駆動周波数ｆ１の逆数（１／ｆ１）で表される。なお、本実施形態では、例えば、印加電圧（トランス電圧）の大きさは、駆動期間において０Ｖを超える範囲で変動する。ここでは、印加電圧の最小値Ｖ０は、０Ｖより大きく、印加電圧の大きさは、最小値Ｖ０と最大値Ｖ１との間で変動する。印加電圧は、各放電周期Ｔ１において、時間経過に対して略線形に増加し、また略線形に減少する。
　各放電周期Ｔ１において、制御回路３は、監視対象の大きさが閾値未満であれば、つまり、印加電圧が閾値（例えば、図７Ａの最大値Ｖ１）に到達し、かつ出力電流が閾値（例えば、図７Ａの閾値Ｉ１）に到達するまでは、電圧印加回路２を第１モードで動作させる。そして、各放電周期Ｔ１において、制御回路３は、監視対象の大きさが閾値以上になると、つまり、出力電流が閾値以上になると、電圧印加回路２を第２モードで動作させる。
　ところで、駆動周波数ｆ１は、上述したように、放電電極４１に保持されている液体５０の共振周波数ｆｒ１（固有振動数）以上となるように設定される。液体５０の共振周波数ｆｒ１は、例えば、液体５０の体積（量）に依存し、ｆｒ１＝ａ×Ｖ＾－０．５にて表される。「Ｖ」は、放電電極４１に保持されている液体５０の体積である。「ａ」は、放電電極４１に保持されている液体５０の表面張力及び粘度等に依存する比例係数である。したがって、放電電極４１に保持される液体５０の体積を減らすことで、液体５０の共振周波数ｆｒ１を増加させることにつながる。
　本実施形態に係る放電装置１０は、放電電極４１に液体５０（結露水）が供給（保持）されている状態で、電圧印加回路２から負荷４に電圧を印加する。これにより、負荷４においては、放電電極４１及び対向電極４２間の電位差によって、放電電極４１と対向電極４２との間に放電が生じる。このとき、放電電極４１に保持されている液体５０が、放電によって静電霧化される。その結果、放電装置１０では、ラジカルを含有するナノメータサイズの帯電微粒子液が生成される。つまり、放電装置１０は、いわゆる帯電微粒子液生成装置を構成する。生成された帯電微粒子液は、例えば、対向電極４２の開口部４２３２を通して、放電装置１０の周囲に放出される。
　（２．２）回路構成
　次に、電圧印加装置１の具体的な回路構成について、図５を参照して説明する。図５は、放電装置１０の回路構成の一例を概略的に示す回路図である。なお、図５では、入力部６の図示を省略している。
　電圧印加回路２は、上述したように、駆動回路２１と、電圧発生回路２２と、を有している。図５の例では、電圧印加回路２は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである。電圧印加回路２は、入力部６からの入力電圧Ｖｉｎ（例えば１３．８Ｖ）を昇圧し、昇圧後の電圧を出力電圧として出力する昇圧回路Ｂ１を有する。ここでは、電圧発生回路２２が昇圧回路Ｂ１として機能する。昇圧回路Ｂ１の出力電圧は、印加電圧として負荷４（放電電極４１、及び対向電極４２）に印加される。すなわち、電圧印加回路２は、負荷４に電圧を印加することにより、放電電極４１に放電を生じさせる。
　電圧発生回路２２（昇圧回路Ｂ１）は、一次巻線２２１、二次巻線２２２、及び補助巻線２２３を具備する、絶縁トランス２２０（昇圧トランス）を有している。一次巻線２２１、及び補助巻線２２３は、二次巻線２２２に対して電気的に絶縁されており、かつ磁気的に結合されている。二次巻線２２２の一端には対向電極４２が電気的に接続されている。つまり、昇圧回路Ｂ１は、一次側（一次巻線２２１側）に入力される入力電圧Ｖｉｎを昇圧して、負荷４と電気的に接続された二次側（二次巻線２２２側）から出力電圧を印加する昇圧トランス（絶縁トランス２２０）を含む。
　ここで、昇圧回路Ｂ１は、液体５０の共振周波数以上の周波数で出力電圧を周期的に変動させることが可能なように構成される。特に、本実施形態では、昇圧トランス（絶縁トランス２２０）の二次側（二次巻線２２２側）のインダクタンスの値は、液体５０の共振周波数以上の周波数で出力電圧を変動させることが可能な大きさに設定されている。
　ここでいう「二次側のインダクタンス」は、二次側（二次巻線２２２側）の有効インダクタンスであり、二次巻線２２２側の自己インダクタンスＬに、結合係数ｋ（０～１）を掛け合わせたものある。二次側のインダクタンスの値は、コアの透磁率、二次巻線２２２の巻き数や、長さ、断面積等を調整することで設定され得る。
　本実施形態では、昇圧トランス（絶縁トランス２２０）の二次側のインダクタンスの値は、９００ｍＨ以下である。具体的には、二次側のインダクタンスの値は、下限値として５０ｍＨ以上であり、かつ９００ｍＨ以下である。好ましくは５００ｍＨ以下であり、より好ましくは１００ｍＨ以下である。
　このようにインダクタンスの値を設定することで、液体５０の共振周波数が比較的高い場合（例えば１．５ｋＨｚ以上）であっても、昇圧回路Ｂ１は、その共振周波数に追随できるように共振周波数以上の駆動周波数で出力電圧を変動させることが可能になる。
　駆動回路２１は、トランジスタＱ１を有し、トランジスタＱ１のスイッチング動作により、絶縁トランス２２０の一次巻線２２１に電力を供給するように構成されている。駆動回路２１は、トランジスタＱ１の他、トランジスタＱ２、トランジスタＱ３、及び抵抗Ｒ１～Ｒ５を有している。トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３は、一例として、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタからなる。
　トランジスタＱ１のコレクタは一次巻線２２１に接続され、トランジスタＱ１のエミッタは抵抗Ｒ１を介してグランドに接続されている。一次巻線２２１、トランジスタＱ１、及び抵抗Ｒ１の直列回路には、入力部６から入力電圧Ｖｉｎが印加される。トランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ２を介して制御電源Ｖｃｃに接続されている。制御電源Ｖｃｃは、駆動回路２１に対して制御電圧（例えば５．１Ｖ）を印加する。
　トランジスタＱ２，Ｑ３のコレクタは、トランジスタＱ１のベースに接続されている。トランジスタＱ２，Ｑ３のエミッタは、グランドに接続されている。トランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。トランジスタＱ１のベースは、抵抗Ｒ４，Ｒ５の並列回路を介して補助巻線２２３の一端に接続されている。補助巻線２２３の他端はグランドに接続されている。トランジスタＱ３のベースには、制御回路３（電圧制御回路３１、及び電流制御回路３２）が接続され、制御回路３から制御信号Ｓｉ１が入力される。
　上記構成により、電圧印加回路２は自励式のコンバータを構成する。すなわち、トランジスタＱ１がオンして、絶縁トランス２２０の一次巻線２２１に電流が流れると、抵抗Ｒ１の両端電圧が上昇してトランジスタＱ２がオンする。これにより、トランジスタＱ１のベースがトランジスタＱ２を介してグランドに接続されるため、トランジスタＱ１がオフする。トランジスタＱ１がオフすると、一次巻線２２１を流れる電流が遮断され、抵抗Ｒ１の両端電圧が低下してトランジスタＱ２がオフする。これにより、絶縁トランス２２０の二次巻線２２２に高電圧が誘起され、電圧印加回路２の出力電圧として負荷４に印加される。このとき、二次巻線２２２に生じた誘起電圧によって補助巻線２２３にも電圧が誘起され、トランジスタＱ１のベース－エミッタ間電圧が上昇してトランジスタＱ１がオンする。電圧印加回路２は、上記動作を繰り返すことにより、入力電圧Ｖｉｎを昇圧し、負荷４に対して出力電圧を印加する。
　制御回路３は、図５に示すように、電圧制御回路３１と、電流制御回路３２と、を有している。
　電圧制御回路３１は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ１、及びツェナダイオードＺＤ１を有している。ダイオードＤ１のアノードは、補助巻線２２３と抵抗Ｒ４，Ｒ５との接続点に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、抵抗Ｒ６を介してコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は、グランドに接続されている。さらに、コンデンサＣ１の一端（抵抗Ｒ６との接続点）には、ツェナダイオードＺＤ１のカソードが接続されている。ツェナダイオードＺＤ１のアノードは、電圧制御回路３１の出力端として、トランジスタＱ３のベースに接続されている。
　上記構成により、電圧制御回路３１は、補助巻線２２３の誘起電圧を監視することによって、監視対象となる電圧印加回路２の出力電圧（二次巻線２２２の誘起電圧）を間接的に監視する。つまり、電圧印加回路２の出力電圧が閾値（最大値Ｖ１）未満の間は、電圧制御回路３１のツェナダイオードＺＤ１はオフである。一方、電圧印加回路２の出力電圧が閾値（最大値Ｖ１）以上になれば、電圧制御回路３１のツェナダイオードＺＤ１がオンする。このとき、制御信号Ｓｉ１が制御閾値を超え、トランジスタＱ３のベース－エミッタ間に電圧が印加されてトランジスタＱ３がオンする。これにより、トランジスタＱ１のベース電流がトランジスタＱ３を介してグランドに流れるため、トランジスタＱ１のコレクタ電流が減少する。よって、電圧制御回路３１は、電圧印加回路２の出力電圧が閾値（最大値Ｖ１）以上であれば、電圧印加回路２の駆動回路２１のスイッチングエネルギを減少させる。
　電流制御回路３２は、オペアンプＯＰ１、基準電圧生成部３２１、抵抗Ｒ７～Ｒ１１、及びコンデンサＣ２，Ｃ３を有している。コンデンサＣ２の一端は抵抗Ｒ７を介して制御電源Ｖｃｃに接続されている。コンデンサＣ２の他端はグランドに接続されている。制御電源Ｖｃｃは、抵抗Ｒ７、及びコンデンサＣ２の直列回路に対して制御電圧（例えば５．１Ｖ）を印加する。抵抗Ｒ７とコンデンサＣ２との接続点（コンデンサＣ２の一端）は、抵抗Ｒ８を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ２との接続点（コンデンサＣ２の一端）には、絶縁トランス２２０の二次巻線２２２における、対向電極４２とは反対側の端部（他端）が接続されている。言い換えると、制御電源Ｖｃｃは、抵抗Ｒ７、及び二次巻線２２２を介して対向電極４２に接続されている。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、基準電圧生成部３２１が接続されており、基準電圧生成部３２１から基準電圧が入力される。オペアンプＯＰ１の反転入力端子－出力端子間には、抵抗Ｒ９、及びコンデンサＣ３の直列回路が接続されている。オペアンプＯＰ１の出力端子には、抵抗Ｒ１０の一端が接続されている。抵抗Ｒ１０の他端は、抵抗Ｒ１１を介してグランドに接続されている。抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１との接続点（抵抗Ｒ１０の他端）は、電流制御回路３２の出力端として、トランジスタＱ３のベースに接続されている。
　上記構成により、電流制御回路３２は、二次巻線２２２の誘導電流を監視することによって、監視対象となる電圧印加回路２の出力電流（二次巻線２２２の誘導電圧）を監視する。つまり、電圧印加回路２の出力電流が閾値未満の間は、電流制御回路３２のオペアンプＯＰ１の出力はＬレベル（Low Level）である。電圧印加回路２の出力電流が閾値以上になると、電流制御回路３２のオペアンプＯＰ１の出力がＨレベル（High Level）になる。このとき、制御信号Ｓｉ１が制御閾値を超え、トランジスタＱ３のベース－エミッタ間に電圧が印加されてトランジスタＱ３がオンする。これにより、トランジスタＱ１のベース電流がトランジスタＱ３を介してグランドに流れるため、トランジスタＱ１のコレクタ電流が減少する。よって、電流制御回路３２は、電圧印加回路２の出力電流が閾値以上であれば、電圧印加回路２の駆動回路２１から電圧発生回路２２に投入されるエネルギを減少させる。
　（２．３）先端部の形状
　次に、放電電極４１の先端部４１１の形状について、図６を参照して説明する。図６では、先端部４１１と先端部４１１に形成されているテイラーコーン５０１とを区別しやすいように、テイラーコーン５０１に対してドットハッチングを施している。
　放電電極４１の先端部４１１の形状は、図６に示すように、例えば、円錐部を含んだ形状である。先端部４１１のうち対向電極４２との対向部分の形状（ここでは円錐部の先端の形状）は、例えば、Ｒ形状である。すなわち、先端部４１１における基端部４１２側とは反対側の部分の形状は、Ｒ形状である。
　先端部４１１は、第１部分４１１１と、第２部分４１１２と、を有している。第１部分４１１１は、先端部４１１において第２部分４１１２よりも基端部４１２に近い部分であり、円柱状である。第２部分４１１２は、先端部４１１において第１部分４１１１よりも基端部４１２から遠い部分であり、円錐状である。要するに、先端部４１１は、円柱部に相当する第１部分４１１１と、円錐部に相当する第２部分４１１２とを有している。
　第１部分４１１１、及び第２部分４１１２は、放電電極４１の長手方向において、基端部４１２側から第１部分４１１１、第２部分４１１２の順に並んでいる。なお、第２部分４１１２の形状は、図６に示すように略円錐状が好ましいが、それに限定されない。第２部分４１１２の形状は、対向電極４２に向かって凸となるような曲面形状でもよく、具体的には、半球状、又は釣鐘状（ベル状）等としてもよい。また、本実施形態の先端部４１１では、第２部分４１１２（円錐部）と、それとは異なる形状の第１部分４１１１（円柱部）とを組み合わせた形状としている。先端部４１１は、例えば第１部分４１１１が省略されて、全体として単一の形状の部位（例えば円錐部）のみから構成されてもよい。
　また本実施形態では一例として、先端部４１１と軸部４１３との間には、絞り部４１１３が設けられている。すなわち、絞り部４１１３を介して先端部４１１と軸部４１３とがつながっている。絞り部４１１３は、先端部４１１の端縁４１１４から軸部４１３に近づくほど径が小さくなるテーパ状に形成されている。絞り部４１１３が設けられていることで、軸部４１３側で生じた余剰な結露水が先端部４１１側の結露水（テイラーコーン）と合流してしまうことが抑制され得る。なお、同様の合流抑制の効果を得るために、先端部４１１と軸部４１３との間に、絞り部４１１３に代えて、先端部４１１及び軸部４１３の両方よりも径方向に張り出すように大きな径を有した張り出し部が設けられてもよい。また、テーパ状の絞り部４１１３に代えて、先端部４１１と軸部４１３の間に段差部を設けるようにしてもよい。
　円錐部を含んだ先端部４１１の最大径は、第１部分４１１１の最大径Ｄ１１に等しい（以下、先端部４１１の最大径を、「最大径Ｄ１１」ともいう）。先端部４１１の最大径Ｄ１１は、例えば、０．３５ｍｍ以上で、かつ１．５ｍｍ以下であることが好ましい。先端部４１１の最大径Ｄ１１は、一例として、０．７１０ｍｍである。第２部分４１１２の頂角θ１は、一例として、４７．５８０°である。また、先端部４１１の全長（放電電極４１の長手方向における先端部４１１の長さ寸法）Ｌ１は、一例として、０．８３０ｍｍである。ここでは一例として、先端部４１１の全長Ｌ１は、図６に示すように、第１部分４１１１の最大径Ｄ１１を径とする略円柱部分における基端部４１２側の端縁４１１４から第２部分４１１２の先端までの長さとする。なお、第１部分４１１１が省略される場合には、先端部４１１の全長Ｌ１は、第２部分４１１２の長さとなる。
　ここで、先端部４１１の最大径Ｄ１１が１．５ｍｍの場合、先端部４１１の最大径Ｄ１１に対する先端部４１１の全長Ｌ１の比率は、１．６である。また、先端部４１１の最大径Ｄ１１が０．３５ｍｍの場合、先端部４１１の最大径Ｄ１１に対する先端部４１１の全長Ｌ１の比率は、１．０である。すなわち、本実施形態に係る放電装置１０では、先端部４１１の最大径Ｄ１１に対する、一の方向（放電電極４１の長手方向）における先端部４１１の全長Ｌ１の比率（以下、「第１比率」ともいう）は、１．０以上で、かつ１．６以下である。言い換えると、一の方向における先端部４１１の全長Ｌ１は、先端部４１１の最大径Ｄ１１以上の長さである。例えば、先端部４１１の最大径Ｄ１１が０．７１０ｍｍで、先端部４１１の全長Ｌ１が０．８３０ｍｍの場合、第１比率は１．１６９である。このように、第１比率が１．０以上で、かつ１．６以下であれば、テイラーコーン５０１を形成する液体５０の体積を小さくすることが可能となり、その結果、液体５０の共振周波数を高くすることが可能となる。これにより、放電電極４１と対向電極４２との間の放電エネルギを小さくすることが可能となり、その結果、放電空間が小さくなるので、大気中の酸素との反応が抑制されてオゾンの生成量を抑制することが可能となる。一方で、放電電極４１と対向電極４２との間で生じる放電を高周波にて発生させることにより、放電電極４１と対向電極４２との間の放電による放電空間は広がりにくく、放電電極４１の近傍で生じることとなり、水との反応で得られるラジカルについては増大させることが可能となる。すなわち、本実施形態に係る放電装置１０によれば、オゾンの生成量を抑制しつつ、ラジカルの生成量を増大させることが可能となり、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
　ところで、放電電極４１と対向電極４２との間に電圧を印加させることにより、放電電極４１に保持させた液体５０にて放電電極４１の先端部４１１にテイラーコーン５０１が形成される。テイラーコーン５０１の形状は、図６に示すように、放電電極４１の先端部４１１の円錐部に沿った円錐状である。放電電極４１の先端部４１１のうち第２部分４１１２は、テイラーコーン５０１内に入り込んでいる。すなわち、本実施形態に係る放電装置１０では、第２部分４１１２により、テイラーコーン５０１内に入り込んでいる先端部４１１の一部が構成されている。
　また、上述したように、テイラーコーン５０１を形成する液体５０の共振周波数を高くするためには、テイラーコーン５０１の体積に対する、放電電極４１の先端部４１１の第２部分４１１２の体積の比率（以下、「第２比率」ともいう）は、０．６以上で、かつ０．９５以下であることが好ましい。一例として、テイラーコーン５０１の体積が０．０９１７ｍｍ３で、第２部分４１１２の体積が０．０６５０ｍｍ３の場合、第２比率は０．７１である。例えば、上記形状を有さない場合、テイラーコーン５０１を形成する液体５０の体積が０．２３μＬであり、このとき液体５０の共振周波数が１ｋＨｚである。それに対し、上記形状を有する本実施形態の形状では、テイラーコーン５０１を形成する液体５０の体積が０．０７６μＬであり、このとき液体５０の共振周波数は３ｋＨｚとなる。このように、テイラーコーン５０１を形成する液体５０の体積を小さくすることにより、液体５０の共振周波数を高くすることが可能となる。
　本実施形態に係る放電装置１０では、上述したように、放電電極４１の先端部４１１のうち第２部分４１１２がテイラーコーン５０１内に入り込んでいる。この場合、テイラーコーン５０１の外周縁５０２は、第１位置と第２位置との間に位置していることが好ましい。テイラーコーン５０１の外周縁５０２は、テイラーコーン５０１のうち、放電電極４１と対向電極４２とが並ぶ方向において対向電極４２から最も遠い部分である。図６の例では、テイラーコーン５０１の外周縁５０２の形状は、放電電極４１の長手方向から見て円環状である。第１位置は、先端部４１１の先端からの距離が先端部４１１の全長Ｌ１の０．６２倍の位置である。第２位置は、先端部４１１の先端からの距離が先端部４１１の全長Ｌ１の１．００倍の位置である。例えば、上述したように、先端部４１１の全長Ｌ１が０．８３０ｍｍの場合、テイラーコーン５０１の外周縁５０２は、先端部４１１の先端からの距離が０．５１５ｍｍの位置（第１位置）と０．８３０ｍｍの位置（第２位置）の間に位置する。
　（２．４）放電回数の改善
　以下、本実施形態に係る放電装置１０における放電回数の改善について、図７Ａ、及び図７Ｂを参照して説明する。
　上述の通り、負荷４への印加電圧、すなわち出力電圧（トランス電圧）の大きさを駆動周波数（放電周波数）で変動させることで、放電電極４１に保持されている液体５０に作用する電気エネルギの大きさが、その駆動周波数にて周期的に変動する。結果的に、液体５０が駆動周波数にて機械的に振動する。そして、駆動周波数が、液体５０の共振周波数以上に設定されていると、印加電圧の大きさが変動することに伴う液体５０の機械的な振動の振幅は、比較的大きくなる。液体５０の振幅が増加すると、テイラーコーン５０１（図６参照）の先端部がより尖った（鋭利な）形状となり、放電しやすくなる。
　ところで、放電装置１０では、放電開始後に、第２モードにて電圧を低下させることにより、コロナ放電で生じる持続放電を停止させることが可能であり、オゾンの発生しやすい持続放電を停止することが可能である。この放電を高速で繰り返すことにより、つまり駆動周波数を高くすることで、オゾンの増大を抑制しつつ、ラジカルを大量に発生させることが可能である。
　ここで、液体５０の共振周波数は、上述の通り、放電電極４１に保持される液体５０の体積に依存する。そして、放電電極４１の先端部４１１の形状が上述のように設定されていることで放電電極４１に保持される液体５０の体積を減らして、液体５０の共振周波数の増加を実現している。上記形状を有さない放電電極に保持される液体の共振周波数が、例えば１ｋＨｚとすると、上記形状を有する放電電極４１に保持される液体５０の共振周波数は、１．５ｋＨｚ以上（例えば３ｋＨｚ）となる。１．５ｋＨｚ以上に増加した共振周波数に追随して、駆動周波数も１．５ｋＨｚ以上（例えば共振周波数が３ｋＨｚなら、３ｋＨｚ～５ｋＨｚ）に高くすることで、結果的に、液体５０の機械的な振動の振幅が増加して、放電効率が向上する。
　一方で、１．５ｋＨｚ以上に増加した共振周波数に追随できるように、駆動周波数も高くするためには、第１モードにおけるトランス電圧を、閾値（最大値Ｖ１）まで素早く昇圧させる必要がある。また、前述のコロナ放電で生じる持続放電が継続した状態であると、新たな霧化放電が形成できない可能性があり、持続放電を停止した上で、次の霧化放電を発生させることが必要である。持続放電の停止には、トランス電圧を低下させる、又はトランス電圧によって形成されるテイラーコーン５０１の尖りが緩和されることが必要であり、トランス電圧の降下速度を高める必要がある。
　そこで、本実施形態では、トランス電圧の昇降下の速度を高めるために、昇圧トランス（絶縁トランス２２０）の二次側のインダクタンスの値を、９００ｍＨ以下に設定している。
　図７Ｂは、比較例の放電装置の放電形態（電圧波形Ｖｘ１と電流波形Ｉｘ１）を示すグラフである。図７Ｂにおいても、図７Ａと同様に、横軸を時間軸として、左側の縦軸に電圧印加回路の出力電圧（印加電圧、すなわちトランス電圧）を示し、右側の縦軸に放電電流を示している。図７Ｂで示すトランス電圧の最大値Ｖ２（閾値）は、図７Ａで示すトランス電圧の最大値Ｖ１（閾値）と同じであるとするが、最大値Ｖ１と異なってもよい。また、図７Ｂで示す放電電流の閾値Ｉ２は、図７Ａで示す放電電流の閾値Ｉ１と同じであるとするが、閾値Ｉ１と異なってもよい。図７Ａと図７Ｂの横軸の時間スケールは同じであるとする。
　比較例の放電装置では、昇圧トランスの二次側のインダクタンスの値を、例えば３０００ｍＨに設定しており、ただし、上述した放電電極４１の先端部４１１の形状を採用しており、液体５０の共振周波数の増加が図られている。本来であれば、増加した共振周波数に追随して駆動周波数も高めることが望まれるが、３０００ｍＨに設定された比較例では、最大値Ｖ２まで昇圧する時間が遅く、また最小値Ｖ０まで降圧する時間も遅く、駆動周波数ｆ２は１ｋＨｚ程度である。結果的に、比較例における放電周期Ｔ２は、放電周期Ｔ１に比べて長い。
　一方、９００ｍＨ以下に設定にされた本実施形態の放電装置１０では、比較例の放電装置に比べて、最大値Ｖ１まで昇圧する時間が早く、また最小値Ｖ０まで降圧する時間も早い。図示例では、放電周期Ｔ１は、放電周期Ｔ２の略半分である。つまり、所定期間内における放電装置１０の放電回数は、比較例の放電装置の略２倍である。
　このように、二次側のインダクタンスの値が９００ｍＨ以下に設定にされた本実施形態の昇圧トランス（絶縁トランス２２０）は、液体５０の共振周波数以上の周波数で出力電圧を周期的に変動させることが可能な構成となっている。そのため、放電装置１０の放電回数が増加され、結果的に、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
　特に、放電装置１０では、放電周期Ｔ１を短くすることで、１回分の放電による放電エネルギは、比較例の放電装置に比べて小さいものの、放電回数を増やしていることで、ラジカルの発生量の向上と、オゾンの発生量の抑制とを図っている。更に、１回分の放電による放電エネルギを抑えることで、放電エネルギの増加に依存して増加するＮＯ２の発生量も抑制できる。
　（２．５）動作
　図５に例示したような回路構成であれば、放電装置１０は、制御回路３が以下のように動作することで、放電電極４１と対向電極４２との間にエネルギを抑制した放電を生じさせる。
　すなわち、制御回路３は、絶縁破壊が生じるまでの期間では、電圧印加回路２の出力電圧を監視対象とし、監視対象である出力電圧が閾値（例えば図７Ａの最大値Ｖ１）以上になると、電圧制御回路３１にて駆動回路２１のスイッチングエネルギを減少させる。一方、絶縁破壊の発生後では、制御回路３は、電圧印加回路２の出力電流を監視対象とし、監視対象である出力電流が閾値（例えば図７Ａの閾値Ｉ１）以上になると、電流制御回路３２にて、駆動回路２１のスイッチング動作を停止させる。これにより、トランス電圧を低下させ、電圧印加回路２に対して負荷４を過負荷状態として放電電流を遮断する第２モードにて、電圧印加回路２が動作する。つまり、電圧印加回路２の動作モードが、第１モードから第２モードに切り替わることになる。
　このとき、電圧印加回路２の出力電圧、及び出力電流が共に低下するため、制御回路３は、駆動回路２１のスイッチング動作を再開させる。これにより、印加電圧を時間経過に伴って上昇させて放電が起きる第１モードにて電圧印加回路２が動作する。つまり、電圧印加回路２の動作モードが、第２モードから第１モードに切り替わることになる。
　制御回路３が上述した動作を繰り返すことにより、電圧印加回路２は、第１モードと、第２モードと、を交互に繰り返すように動作する。その結果、放電電極４１においては、放電のＯＮとＯＦＦが切り替わることとなる。そして、本実施形態の電圧印加回路２は、液体５０の共振周波数以上の駆動周波数で、出力電圧の変動を実現できる。
　（３）変形例
　上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
　（３．１）変形例１
　図８は、変形例１に係る放電装置が備える放電電極４１の底面図である。上述の実施形態では、一対のペルチェ素子５１１を導通させる導通部材４４の形状が放電電極４１の長手方向から見て円形状である。しかし、これに限らず、例えば、図８に示す導通部材４４Ｂのように、放電電極４１の長手方向から見て矩形状であってもよい。この場合、導通部材４４Ｂの幅寸法（図８の上下方向の寸法）は、各ペルチェ素子５１１の幅寸法（図８の上下方向の寸法）と同じであることが好ましいが、各ペルチェ素子５１１の幅寸法よりも大きくてもよい。この場合においても、導通部材４４Ｂは薄膜であることが好ましい。さらに、導通部材の形状は、例えば、放電電極４１の長手方向から見て楕円形状であってもよい。つまり、導通部材は、一対のペルチェ素子５１１を導通可能な形状であれば、どのような形状であってもよい。
　（３．２）変形例２
　上述の実施形態では、放電電極４１の先端部４１１の最大径Ｄ１１の上限値が０．７１ｍｍであるが、これに限らない。放電電極４１の先端部４１１の最大径Ｄ１１の上限値は、例えば、０．６００ｍｍであってもよい。つまり、放電電極４１の先端部４１１の最大径Ｄ１１は、例えば、０．６００ｍｍ以下であってもよい。また、放電電極４１の先端部４１１の最大径Ｄ１１は、例えば、０．５００ｍｍ以上であることが好ましい。この場合、テイラーコーン５０１を形成する液体５０の体積を更に小さくすることが可能となり、その結果、液体５０の共振周波数を更に高くすることが可能となる。これにより、放電電極４１と対向電極４２との間の放電エネルギを更に小さくすることが可能となる。その結果、放電空間が更に小さくなるので、大気中の酸素との反応が抑制されてオゾンの生成量を更に抑制することが可能となる。一方で、放電電極４１と対向電極４２との間で生じる放電を更に高周波にて発生させることにより、水との反応で得られるラジカルを更に増大させることが可能となる。すなわち、本実施形態に係る放電装置１０によれば、オゾンの生成量を更に抑制しつつ、ラジカルの生成量を更に増大させることが可能となり、ラジカルの生成効率の更なる向上を図ることが可能となる。この場合において、より好ましくは、放電電極４１の先端部４１１の最大径Ｄ１１は、０．５５０ｍｍ以下であるのがよい。すなわち、放電電極４１の先端部４１１の最大径Ｄ１１は、０．５００ｍｍ以上で、かつ０．５５０ｍｍ以下であることがより好ましい。
　（３．３）その他の変形例
　液体供給部５は、放電電極４１を冷却して放電電極４１に結露水を発生させる構成に限らない。液体供給部５は、例えば、毛細管現象、又はポンプ等の供給機構を用いて、タンクから放電電極４１に液体５０を供給する構成であってもよい。さらに、液体５０は、水（結露水）に限らず、水以外の液体であってもよい。
　図５は、放電装置１０の回路構成の一例に過ぎず、電圧印加装置１の具体的な回路構成は適宜変更可能である。例えば、電圧印加回路２は、自励式のコンバータに限らず、他励式のコンバータであってもよい。また、電圧印加回路２において、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３は、バイポーラトランジスタに限らず、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。さらに、電圧発生回路２２は、圧電素子を有する変圧器（変圧トランス）にて実現されてもよい。
　電流制限要素４３は、抵抗素子４３１に限らず、容量素子を含んでいてもよい。すなわち、電流制限要素４３は、抵抗素子４３１と容量素子との少なくとも一方を含んでいればよい。
　電流制限要素４３は、酸化炭化シリコンからなる絶縁膜に限らず、例えば、ニッケル（Ｎｉ）の酸化膜（ＮｉＯ）であってもよい。この場合、電流制限要素４３は、例えば、放電電極４１の基端部４１２の第２面４１２２に対してニッケルペーストを塗布した後、塗布したニッケルペーストを焼結することにより、ニッケルの酸化膜が形成される。また、電流制限要素４３は、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Diamond-like Carbon）からなる絶縁膜であってもよい。さらに、電流制限要素４３は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる絶縁膜であってもよい。また、電流制限要素４３は、例えば、チタン（Ｔｉ）の酸化膜（ＴｉＯ）であってもよい。また、電流制限要素４３は、例えば、熱伝導性の高い焼結材により形成されていてもよい。また、電流制限要素４３は、例えば、エポキシ樹脂（ＥＰ）をバインダとして２枚の銅（Ｃｕ）を接着させたバインダ品であってもよいし、酸化アルミニウム（ＡｌＯ３又はＡｌ２Ｏ３）をバインダとして２枚の銅を接着させたバインダ品であってもよい。
　監視対象及び閾値等の二値間の比較において、「以上」としているところは、二値が等しい場合、及び二値の一方が他方を超えている場合の両方を含む。ただし、これに限らず、ここでいう「以上」は、二値の一方が他方を超えている場合のみを含む「より大きい」と同義であってもよい。つまり、二値が等しい場合を含むか否かは、閾値等の設定次第で任意に変更できるので、「以上」か「より大きい」かに技術上の差異はない。同様に、「未満」においても「以下」と同義であってもよい。
　対向電極４２に針形状の突起部を設け、コロナ放電から強い放電に進展して、絶縁破壊(全路破壊)を断続的に生じさせるリーダ放電を用いてもよい。この場合、複数の針状部は、開口部４２３２の周方向において等間隔で配置されてもよい。各針状部は、開口部４２３２の内周縁から、開口部４２３２の中心に向けて突出してもよい。各針状部は、その先端部に近づくほど、放電電極４１の長手方向における放電電極４１までの距離が短くなるように、開口部４２３２の内周縁から斜めに突出してもよい。各針状部がこのような形状に形成されることにより、各針状部の先端部で電界集中が生じやすくなる。その結果、各針状部の先端部と放電電極４１の先端部４１１との間で、放電が安定的に生じやすくなる。
　（態様）
　以上説明した実施形態及び変形例等から以下の態様が開示されている。
　第１の態様に係る放電装置（１０）は、放電電極（４１）を備える。放電電極（４１）は、基端部（４１２）と、先端部（４１１）と、を有する。先端部（４１１）は、基端部（４１２）に対して一の方向に延びている。放電装置（１０）では、放電電極（４１）に電圧が印加されることにより放電電極（４１）に保持されている液体（５０）にて先端部（４１１）にテイラーコーン（５０１）が形成される。先端部（４１１）の一部（４１１２）は、テイラーコーン（５０１）内に入り込んでいる。
　この態様によれば、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
　第２の態様に係る放電装置（１０）では、第１の態様において、テイラーコーン（５０１）の体積に対する、先端部（４１１）のテイラーコーン（５０１）内に入り込んでいる一部（４１１２）の体積の比率は、０．６以上で、かつ０．９５以下である。
　この態様によれば、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
　第３の態様に係る放電装置（１０）では、第１又は第２の態様において、一の方向における先端部（４１１）の全長（Ｌ１）は、先端部（４１１）の最大径（Ｄ１１）以上の長さである。
　第４の態様に係る放電装置（１０）では、第３の態様において、先端部（４１１）の最大径（Ｄ１１）に対する、先端部（４１１）の全長（Ｌ１）の比率は、１．０以上で、かつ１．６以下である。
　この態様によれば、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
　第５の態様に係る放電装置（１０）では、第１～第４の態様のいずれか１つにおいて、先端部（４１１）における基端部（４１２）側とは反対側の部分の形状は、Ｒ形状である。
　第６の態様に係る放電装置（１０）では、第１～第５の態様のいずれか１つにおいて、先端部（４１１）の最大径（Ｄ１１）は、０．６ｍｍ以下である。
　この態様によれば、ラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
　第７の態様に係る放電装置（１０）では、第１～第６の態様のいずれか１つにおいて、一の方向において、先端部（４１１）の端縁（先端）からの距離が、先端部（４１１）の全長（Ｌ１）の０．６２倍の位置と、先端部（４１１）の全長（Ｌ１）の１．００倍の位置と、の間に、テイラーコーン（５０１）の外周縁（５０２）が位置している。
　第８の態様に係る放電装置（１０）は、第１～第７の態様のいずれか１つにおいて、対向電極（４２）を更に備える。対向電極（４２）は、放電電極（４１）に対向している。
　この態様によれば、放電電極（４１）と対向電極（４２）との間で生じる放電によってラジカルの生成効率の向上を図ることが可能となる。
　第９の態様に係る放電装置（１０）は、第１～第８の態様のいずれか１つにおいて、液体供給部（５）を更に備える。液体供給部（５）は、放電電極（４１）に液体（５０）を供給する。
　この態様によれば、ラジカルの生成効率の向上を図りつつ、液体供給部（５）によって放電電極（４１）に液体（５０）を供給することが可能となる。
　第１０の態様に係る放電装置（１０）では、第１～第９の態様のいずれか１つにおいて、放電によって液体（５０）が静電霧化される。
　この態様によれば、ラジカルの生成効率の向上を図りつつ、ラジカルを含む帯電微粒子水を生成することが可能となる。
　第２～第１０の態様に係る構成については、放電装置（１０）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
１０　放電装置
４１　放電電極
４２　対向電極
５０　液体
４１１　先端部
４１２　基端部
５０１　テイラーコーン
５０２　外周縁
４１１２　第２部分（先端部の一部）
Ｄ１１　最大径
Ｌ１　全長

Claims (10)

  1. 　放電電極を備え、
    　前記放電電極は、
    　　基端部と、
    　　前記基端部に対して一の方向に延びている先端部と、を有し、
    　前記放電電極に電圧が印加されることにより前記放電電極に保持されている液体にて前記先端部にテイラーコーンが形成され、
    　前記先端部の一部が前記テイラーコーン内に入り込んでいる、
    　放電装置。
  2. 　前記テイラーコーンの体積に対する、前記先端部の前記一部の体積の比率は、０．６以上で、かつ０．９５以下である、
    　請求項１に記載の放電装置。
  3. 　前記一の方向における前記先端部の全長は、前記先端部の最大径以上の長さである、
    　請求項１又は２に記載の放電装置。
  4. 　前記先端部の前記最大径に対する前記先端部の前記全長の比率は、１．０以上で、かつ１．６以下である、
    　請求項３に記載の放電装置。
  5. 　前記先端部における前記基端部側とは反対側の部分の形状は、Ｒ形状である、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の放電装置。
  6. 　前記先端部の最大径は、０．６ｍｍ以下である、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の放電装置。
  7. 　前記一の方向において、前記先端部の端縁からの距離が、前記先端部の全長の０．６２倍の第１位置と、前記先端部の端縁からの距離が、前記先端部の全長の１．００倍の第２位置と、の間に、前記テイラーコーンの外周縁が位置している、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の放電装置。
  8. 　前記放電電極に対向している対向電極を更に備える、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の放電装置。
  9. 　前記放電電極に前記液体を供給する液体供給部を更に備える、
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の放電装置。
  10. 　前記放電によって前記液体が静電霧化される、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の放電装置。
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