JP2008155144A - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸熱体で発生した熱の放熱効率を向上させた形状とすることによって、軽量化及び小型化を可能にした静電霧化装置を提供することを課題とするものである。
【解決手段】放電部１ａに供給される結露水を放電電極１に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置Ａにおいて、冷却部１０ａと放熱部１０ｂとを有する吸熱体３を備え、放電電極１は前記冷却部１０ａに接続され、放電部１ａを露出させて放電電極１を覆うと共に前記冷却部１０ａを覆う断熱材２０を備え、放電部１ａを露出させる貫通孔２１ｂを有する筐体２１を備え、筐体２１は、前記放熱部１０ｂを内底面２１ａに当接するように固定し、前記貫通孔２１ｂの内側面と放電電極１の間に断熱材２０が介在するように放電電極１と吸熱体３と断熱材２０とを収納している。
【選択図】図１

Description

本願発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの帯電微粒子液滴を発生させる静電霧化装置に関するものである。

従来から帯電微粒子水を発生させるための静電霧化装置として特許文献１に示されている発明が知られている。この従来の静電霧化装置Ａは、図８に示すように、放電電極１と、放電電極１に対向して位置する対向電極４と、放電電極１に水を供給する水供給手段とを備え、放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加することで放電電極１に保持される水を霧化させ、帯電微粒子水を発生させるようになっている。放電電極１に水を供給する水供給手段としては、吸熱体により放電電極１を冷却して空気中の水分を放電電極１に結露させることにより放電電極１に結露水を生成させるものである。

上記吸熱体は、ペルチェモジュールで構成されており、ハウジング１４に収納されている。該ペルチェモジュールの冷却側のペルチェ回路板の外側には、アルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性及び高耐電圧性の高い冷却用絶縁板が、熱伝導性グリース等を介して接続されている。さらに、放電電極１は、基端部を冷却用絶縁板に面接触させ、ハウジング１４によって固定されている。このことによって、放電電極１は、吸熱体によって冷却されることとなる。

また、上記他方の側（以下、放熱側という）のペルチェ回路板の外側にはアルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性の放熱部１３が、熱伝導性グリース等を介して接続されている。さらに、放熱部１３に放熱フィン部１３ａが設けてあって放電電極１の冷却を効率よく行えるようにしてある。
特開２００６−２０５０１３号公報

しかしながら、上記従来例である静電霧化装置において、より放電電極１の冷却効率を向上させるために、吸熱体で発生した熱を効率よく放熱させる必要がある。そこで、放熱フィン１３ａは、より放熱効率を向上させるために、表面積をより大きくする必要があるので、静電霧化装置の小型化を困難なものにしていた。

本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その目的は、吸熱体で発生した熱の放熱効率を向上させた形状とすることによって、軽量化及び小型化を可能にした静電霧化装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、放電部を有する放電電極を冷却して空気中の水分を放電電極に結露させることにより放電部に水を供給し、放電部に供給される結露水を放電電極に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置において、冷却部と放熱部とを有する吸熱体を備え、放電電極は前記冷却部に接続され、放電部を露出させて放電電極を覆うと共に前記冷却部を覆う断熱材を備え、放電部を露出させる貫通孔を有する筐体を備え、筐体は、前記放熱部を内底面に当接するように固定し、前記貫通孔の内側面と放電電極の間に断熱材が介在するように放電電極と吸熱体と断熱材とを収納していることを特徴としている。

本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の静電霧化装置において、高電圧を印加するために放電電極に接続された高電圧端子部と、吸熱体に通電するために吸熱体に接続された低電圧端子部とを有し、高電圧端子部と低電圧端子部を着脱自在に保持して高電圧と低電圧を給電する取付台を備えることを特徴としている。

本願請求項３記載の発明では、上記請求項１又は２記載の静電霧化装置において、筐体は、外面に凹凸状を形成してなることを特徴としている。

本願請求項４記載の発明では、上記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電霧化装置において、前記放電部と対向して位置する対向電極を備え、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加することで、放電部に供給される結露水を霧化させるものであることを特徴としている。

本願請求項１記載の発明の静電霧化装置においては、放電電極と吸熱体と断熱材とを筐体に収納し、吸熱体は、筐体の内底面に放熱部を当接するように固定されているので、吸熱体の放熱部で発生した熱を、放熱部から筐体へ直接熱伝達することによって、放熱を行うことができる。さらに、放熱部で発生した熱を、筐体内の空間を介して筐体へ熱伝達することによっても、放熱を行うことができる。このことによって、筐体全体で放熱することが可能となり、放熱面積を十分に確保することができるので、放熱フィンが不要となり、装置の軽量化、小型化ができる。また、断熱材は、放電電極と吸熱体の冷却部を覆うように設けられているので、放熱部で発生した熱による筐体内の温度上昇の影響を、放電電極及び冷却部に及ぼすことを防止することができる。このことによって、放電電極の冷却効率の低下を防止することができる。

本願請求項２記載の発明の静電霧化装置においては、特に、高電圧端子部と低電圧端子部を有し、両端子部を保持して給電する取付台を備えているので、高電圧端子部及び低電圧端子部への配線接続を簡易にすることができる。さらに、取付台を、複数の両端子部を保持することが可能な構成とすることによって、放電電極を複数有する静電霧化装置を容易に構築することができる。また、両端子部は、取付台に対して着脱可能であるので、放電電極の数の増減を容易に行うこともできる。

本願請求項３記載の発明の静電霧化装置においては、特に、筐体は、外面に凹凸状を形成してなることによって、筐体の外面の表面積を増加させることができるので、さらに効率よく筐体の外面より放熱ができる。

本願請求項４記載の発明の静電霧化装置においては、特に、放電電極と対向して位置する対向電極を備えることによって、放電電極と対向電極との間の放電電流を確認することが可能となるので、その電流に基づいて印加する高電圧を制御することによって、放電霧化を安定して制御することができる。

図１〜図３は、本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置を示している。図１及び図２に示すように、放電部１ａを有する放電電極１を冷却して空気中の水分を放電電極１に結露させることにより放電部１ａに水を供給し、放電部１ａに供給される結露水を放電電極１に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置Ａにおいて、冷却部１０ａと放熱部１０ｂとを有する吸熱体３を備え、放電電極１は前記冷却部１０ａに接続され、放電部１ａを露出させて放電電極１を覆うと共に前記冷却部１０ａを覆う断熱材２０を備え、放電部１ａを露出させる貫通孔２１ｂを有する筐体２１を備え、筐体２１は、前記放熱部１０ｂを内底面２１ａに当接するように固定し、前記貫通孔２１ｂの内側面と放電電極１の間に断熱材２０が介在するように放電電極１と吸熱体３と断熱材２０とを収納している。また、筐体２１の外面２１ｃには、凹凸状が形成されている。また、高電圧を印加するために放電電極１に接続された高電圧端子部１５と、吸熱体３に通電するために吸熱体３に接続された低電圧端子部１６とを有し、高電圧端子部１５と低電圧端子部１６を着脱自在に保持して高電圧と低電圧を給電する取付台２２を備えている。

以下、この実施形態の静電霧化装置をより具体的詳細に説明する。図１及び図２に示すように、静電霧化装置Ａは、放電電極１と、この放電電極１を冷却するための吸熱体３と、ベース部１４と、高電圧端子部１５と、低電圧端子部１６と、断熱材２０と、筐体２１と、で構成している静電霧化ユニット２と、取付台２２とで構成してある。放電電極１を冷却するための吸熱体３としては、ペルチェモジュール１０を使用している。

ペルチェモジュール１０は、例えば熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからなる絶縁板の片面側に回路を形成してある一対のペルチェ回路板を、互いの回路が向き合うように対向させ、多数列設してあるＢｉＴｅ系やＳｂＴｅ系のＰ型及びｎ型の熱電素子を両ペルチェ回路板間で挟持することで隣接するＰ型及びｎ型の熱電素子同士を両側の回路で電気的に直列に接続させている。ペルチェモジュール１０は、接続されるペルチェ入力リード線（図示せず）を介してなされる熱電素子への通電により、一方のペルチェ回路板側から他方のペルチェ回路板側に向けて熱が移動するように設けたものである。

上記ペルチェモジュール１０の冷却側である冷却部１０ａには、セラミック、アルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性及び電気的絶縁性の高い冷却用絶縁板１２が接続してある。なお、冷却用絶縁板１２とペルチェモジュール１０の間には、高熱伝導性材料（図示せず）が介在していることが望ましい。また、上記他方の側（以下、放熱側という）のペルチェ回路板は、筐体２１の内底面２１ａに固定されている。放熱部１０ａを筐体２１に接続することによって、放熱側の放熱を効率よく行えるようにしてある。なお、冷却用絶縁板１２とペルチェモジュール１０、あるいは放熱部１３とペルチェモジュール１０の間には、高熱伝導性材料（図示せず）が介在していることが望ましい。

放電電極１は、基端部１ｂを吸熱体３として用いられているペルチェモジュール１０の冷却側に設けた冷却用絶縁板１２に面接触させて、冷却用絶縁板１２上に立設され、断熱材２０を介して筐体２１の貫通孔２１ｂによって保持されている。また、放電電極１は、円柱形状の部材であって、熱伝導率が高く且つ電気伝導率の高い材料で構成されていることが望ましく、例えば、銅、アルミニウム、銀、あるいはそれらの合金などがよい。また、放電電極１の先端の放電部１ａは、鋭利な円錐状となるように形成されている。なお、放電部１ａは、先端が球状となるように形成されていてもよい。

帯電微粒子水を発生させる原理は以下の通りである。まず、ペルチェモジュール１０に低電圧端子部１６を介して通電を行い、冷却用絶縁板１２と共に放電電極１を冷却する。放電電極１が露点温度よりも下回ると空気中の水分が放電電極１に結露し始める。このようにして放電電極１に結露水が十分に生成されると、放電電極１は、高電圧端子部１５を介して高電圧が印加される。放電電極１に高電圧が印加されると、放電電極１の先端の放電部１ａに生成された結露水が帯電し、この帯電した結露水にクーロン力が働き、この結露水が先端の尖った錐状に盛り上がる（テイラーコーン）。この時印加される電圧が水の表面張力を超えて分裂、飛散（レイリー分裂）を起こさせることができる高電圧であれば、放電部１ａに生成した結露水はテイラーコーン形状となってレイリー分裂を起こしてナノメータサイズの帯電微粒子水が発生するという静電霧化がなされ、大気中に放出される。なお、霧化を安定したものとするためにも、放電電極１に対向した電極が存在することが望ましいが、放電電極１に印加される電圧が±１０ｋＶ以上などのように十分に高い電圧であれば、対向する電極がなくてもよい。

このようにして発生したナノメータサイズの帯電微粒子水は活性種（ヒドロキシラジカル、スパーオキサイド等）を持ったナノメータサイズの帯電微粒子水であるため、これを室内に放出することで、室内の空気の脱臭のみならず、室内壁面や衣類等に付着して壁面や衣類等に付着した臭いを除去することができ、また、このような付着脱臭性能に加え、更に、アレルゲン除去性能、除菌性能等がある。

断熱材２０は、放電電極１の先端部である放電部１ａを露出させて、放電電極１の外面を覆うように設けられていると共に、吸熱体３であるペルチェモジュール１０の冷却部１０ａを覆っている。また、併せて冷却用絶縁板１２も断熱材２０によって覆われている。このことによって、吸熱体３によって冷却された放電電極１、冷却部１０ａ及び冷却用絶縁板１２は、断熱材２０の効果によって周囲の空間Ｓとの熱移動が防止されるので、冷却された状態を保つことができる。ここで、断熱材２０の材質としては、例えばポリカーボネート、ジュラコン、ＡＢＳ、ＰＰ，ＰＢＴ、ＰＡ、ウレタン系樹脂等の樹脂、あるいは、セラミックやフェルト等が使用できる。

筐体２１は、放電電極１と吸熱体３と断熱材２０を収納し、放電電極１の先端部である放電部１ａを露出させる貫通孔２１ｂを有している。この貫通孔２１ｂの内側面と放電電極１の間には断熱材２０が介在しており、放電電極１及び断熱材２０は筐体２１の貫通孔２１ｂによって固定されている。また、吸熱体３は、放熱部１０ｂを筐体２１の内底面２１ａに当接して固定されている。放熱部１０ｂを筐体２１に接続することによって、放熱側の放熱を効率よく行えるようにしてある。さらに、筐体２１で覆われている空間Ｓは、機密にして窒素ガスなどの不活性ガスを充填させることが望ましい。このことによって、ペルチェモジュール１０の放熱部１０ｂで発生した熱を不活性ガスによって効率よく筐体２１へ熱伝達させることができるので、さらに放熱効率を向上させることができる。なお、筐体２１には、熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム）を用いることが望ましい。

また、筐体２１の外面２１ｃは、凹凸状に形成されている。このことによって、筐体２１の外面２１ｃの表面積を増やすことができるので、筐体２１から外部へ放熱効率を向上させることができる。

高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６は、導電性の材料で構成されており、ベース部１４及び筐体２１の底部を貫通して設けられている。ここで、ベース部１４は、高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６を保持するために筐体２１の底部に取り付けられるものであるが、ベース部１４を備えずに、筐体２１の底部のみで高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６を保持してもよい。高電圧端子部１５の空間Ｓ側の端部は、導電性のワイヤ（図示せず）などによって放電電極１と電気的に接続されており、高電圧端子部１５を介して放電電極１へ高電圧が印加される。また、低電圧端子部１６の空間Ｓ側の端部は、導電性のワイヤ（図示せず）などによってペルチェモジュール１０と電気的に接続されており、低電圧端子部１６を介してペルチェモジュール１０へ低電圧が通電される。低電圧端子部１６は、ペルチェモジュール１０のプラス側とマイナス側へ接続されるプラス用とマイナス用の２個の端子で構成されている。

図２に示すように、取付台２２には、上記高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６に対応した導電性で構成された高電圧端子受け部２２ａと低電圧端子受け部２２ｂとが設けられている。高電圧端子受け部２２ａには高電圧を印加するための配線（図示せず）が接続されている。さらに、高電圧端子受け部２２ａは、高電圧端子部１５を挿入して保持することができるように構成されている。また、高電圧端子受け部２２ａは、バネ性を有しており、高電圧端子部１５を挿入した場合には、高電圧端子部１５と高電圧端子受け部２２ａとの接触抵抗が十分に低くなるようになっている。低電圧端子受け部２２ｂには、ペルチェモジュール１０に通電する低電圧を印加するための配線（図示せず）が接続されている。さらに、低電圧端子受け部２２ｂは、低電圧端子部１６を挿入して保持することができるように構成されている。また、低電圧端子受け部２２ｂは、バネ性を有しており、低電圧端子部１６を挿入した場合には、低電圧端子部１６と低電圧端子受け部２２ｂとの接触抵抗が十分に低くなるようになっている。なお、取付台２２は、電気的絶縁性を有する材質であることが望ましい。

図３は、本実施形態の変形例を示している。図３に示すように、取付台２２に、複数の高電圧端子受け部２２ａと低電圧端子受け部２２ｂを備えることによって、複数の放電電極１を有する静電霧化装置Ａを構築することができる。高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６は、高電圧端子受け部２２ａ及び低電圧端子受け部２２ｂに対して着脱可能であるので、必要とされる霧化量に応じて、放電電極１の数を容易に増減させることができる。

したがって、第1の実施形態では、放電電極１と吸熱体３と断熱材２０とを筐体２１に収納し、吸熱体３は、筐体２１の内底面２１ａに放熱部１０ｂを当接するように固定されているので、吸熱体３の放熱部１０ｂで発生した熱を、放熱部１０ｂから筐体２１へ直接熱伝達することによって、放熱を行うことができる。さらに、放熱部１０ｂで発生した熱を、筐体２１内の空間Ｓを介して筐体２１へ熱伝達することによっても、放熱を行うことができる。このことによって、筐体２１全体で放熱することが可能となり、放熱面積を十分に確保することができるので、放熱フィンが不要となり、装置の軽量化、小型化ができる。また、断熱材２０は、放電電極１と吸熱体３の冷却部１０ａを覆うように設けられているので、放熱部１０ｂで発生した熱による空間Ｓの温度上昇の影響を、放電電極１及び冷却部１０ａに及ぼすことを防止することができる。このことによって、放電電極１の冷却効率の低下を防止することができる。

また、高電圧端子部１５と低電圧端子部１６を有し、両端子部を保持して給電する取付台２２を備えているので、高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６への配線接続を簡易にすることができる。さらに、取付台２２を、複数の両端子部を保持することが可能な構成とすることによって、放電電極１を複数有する静電霧化装置Ａを容易に構築することができる。また、両端子部は、取付台２２に対して着脱可能であるので、静電霧化ユニット２の数の増減を容易に行うこともできる。

さらに、筐体２１は、外面２１ｃに凹凸状を形成してなることによって、筐体２１の外面２１ｃの表面積を増加させることができるので、さらに効率よく筐体２１の外面２１ｃより放熱ができる。

図４〜図７は、本願発明の第２の実施形態である静電霧化装置を示している。ここでは、上記第１の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

図４に示すように、放電電極１と対向して位置する対向電極４を備え、放電電極１と対向電極４との間に高電圧を印加することで、放電部１に供給される結露水を霧化させて帯電微粒子水を発生させるものである。

保持部２３は、静電霧化ユニット２の周囲を取り囲むように断面円環状を成して取付台２２に立設し、先端に対向電極４を備えるものである。対向電極４は、放電電極１の先端の放電部１ａから適当な距離をおいて帯電微粒子水放出用の開口部１７を設けて保持部２３に固定されている。高電圧印加部５は、放電電極１と対向電極４とに電気的に配線されて両電極間に高電圧を印加するものである。両電極に高電圧が印加された場合に、放電電極１の先端の放電部１ａより対向電極４へ放電がされる。なお、対向電極４は、電気伝導性を有する材質であることが必要で、電気伝導性を示す金属、樹脂が良い。

放電電極１には、例えば±２〜１５ｋＶ程度の高電圧が印加され、対向電極４は接地もしくは放電電極１に印加される高電圧よりも十分に低い電圧が印加される。ここで、マイナスイオンを含んだミストを放出させるには、対向電極４を接地し、放電電極１に負の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極４に正の高電圧を印加し、放電電極１を接地すればよい。また、プラスイオンを含んだミストを放出させるには、対向電極４を接地し、放電電極１に正の高電圧を印加するか、あるいは、対向電極４に負の高電圧を印加し、放電電極１を接地すればよい。

また、高電圧印加部５は、放電電流を測定する電流測定部（図示せず）を有しており、放電電流の測定結果を用いて印加する高電圧を制御することによって、放電霧化を安定して制御することができる。

図５は、本実施形態の変形例を示している。図５に示すように、高電圧端子部１５は、放電電極１及び対向電極４へ接続される２個の端子で構成されている。これに対応して取付台２２に設けられている高電圧端子受け部２２ａも２個で構成されている。高電圧印加部５は、高電圧端子受け部２２ａに接続して高電圧を印加することによって、高電圧端子部１５を介して放電電極１と対向電極４へ高電圧を印加することができる。

図６は、本実施形態の変形例を示している。図６に示すように、取付台２２は、複数の高電圧端子受け部２２ａと低電圧端子受け部２２ｂを備えている。さらに、取付台２２には、保持部２３が取り付けられており、保持部２３には、複数の対向電極４が設けられている。このことによって、複数の放電電極１を有する静電霧化装置Ａを構築することができる。高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６は、高電圧端子受け部２２ａ及び低電圧端子受け部２２ｂに対して着脱可能であるので、必要とされる霧化量に応じて、放電電極１の数を容易に増減させることができる。

図７は、本実施形態の変形例を示している。図７に示すように、取付台２２は、複数の高電圧端子受け部２２ａと低電圧端子受け部２２ｂを備えることによって、複数の放電電極１を有する静電霧化装置Ａを構築することができる。高電圧端子部１５及び低電圧端子部１６は、高電圧端子受け部２２ａ及び低電圧端子受け部２２ｂに対して着脱可能であるので、必要とされる霧化量に応じて、静電霧化ユニット２の数を容易に増減させることができる。

本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置の筐体の上面図（ａ）と断面図（ｂ）と底面図（ｃ）である。 同静電霧化装置の筐体が取付台に取り付けられる状態を示す断面図である。 同静電霧化装置の変形例である静電霧化装置の筐体が取付台に取り付けられる状態を示す断面図である。 本願発明の第２の実施形態である静電霧化装置の筐体が取付台に取り付けられる状態を示す断面図である。 同静電霧化装置の変形例である静電霧化装置の筐体が取付台に取り付けられる状態を示す断面図である。 同静電霧化装置の変形例である静電霧化装置の筐体が取付台に取り付けられる状態を示す断面図である。 同静電霧化装置の変形例である静電霧化装置の筐体が取付台に取り付けられる状態を示す断面図である。 従来例である静電霧化装置の斜視図である。

符号の説明

Ａ 静電霧化装置
１ 放電電極
１ａ 放電部
１ｂ 基端部
２ 静電霧化ユニット
３ 吸熱体
４ 対向電極
１０ ペルチェモジュール
１０ａ 冷却部
１０ｂ 放熱部
１２ 冷却用絶縁板
１４ ベース部
１５ 高電圧端子部
１６ 低電圧端子部
１７ 開口部
２０ 断熱材
２１ 筐体
２１ａ （筐体の）内底面
２１ｂ （筐体の）貫通孔
２１ｃ （筐体の）外面
２２ 取付台
２２ａ 高電圧端子受け部
２２ｂ 低電圧端子受け部
２３ 保持部

Claims (4)

1. 放電部を有する放電電極を冷却して空気中の水分を放電電極に結露させることにより放電部に水を供給し、放電部に供給される結露水を放電電極に高電圧を印加することによって霧化させる静電霧化装置において、冷却部と放熱部とを有する吸熱体を備え、放電電極は前記冷却部に接続され、放電部を露出させて放電電極を覆うと共に前記冷却部を覆う断熱材を備え、放電部を露出させる貫通孔を有する筐体を備え、筐体は、前記放熱部を内底面に当接するように固定し、前記貫通孔の内側面と放電電極の間に断熱材が介在するように放電電極と吸熱体と断熱材とを収納していることを特徴とする静電霧化装置。
2. 高電圧を印加するために放電電極に接続された高電圧端子部と、吸熱体に通電するために吸熱体に接続された低電圧端子部とを有し、高電圧端子部と低電圧端子部を着脱自在に保持して高電圧と低電圧を給電する取付台を備えることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 筐体は、外面に凹凸状を形成してなることを特徴とする請求項１又は２記載の静電霧化装置。
4. 前記放電部と対向して位置する対向電極を備え、放電電極と対向電極との間に高電圧を印加することで、放電部に供給される結露水を霧化させるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。

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