JP2011189343A

JP2011189343A - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP2011189343A
Application number: JP2011082469A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Maekawa; 哲也前川; Yukiyasu Asano; 幸康浅野; Hiroshi Suda; 洋須田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2011-09-29

Abstract

【課題】霧化電極への印加電圧を高くすることなく、安定的に帯電微粒子水の発生量を増やすことを可能とする静電霧化装置を提供する。
【解決手段】高電圧印加部１と、先端部２１側に電荷が集中するように高電圧印加部１で発生させた高電圧が印加される霧化電極２と、霧化電極２の先端部２１に霧化させるべき水を供給する水供給手段４とで主体が構成される。霧化電極２には照射されないように霧化電極２の先端部２１上の水に近赤外領域の赤外線を照射する赤外線照射手段５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、水に高電圧を印加して帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置に関するものである。

霧化電極と、霧化電極と対向する対向電極と、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加するための高電圧発生回路とを備え、霧化電極上の水に高電圧を印加して帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

このような静電霧化装置にあっては、帯電微粒子水の発生量を増やす場合、従来においては高電圧発生回路にて霧化電極と対向電極との間に印加する電圧を高くする方法が採られていた。

この場合、霧化電極と対向電極との間に印加される電圧が高くなると、アーク放電や短絡する惧れが生じ、帯電微粒子水を安定的に発生させることが出来ず、また、オゾンの発生量が多くなってしまう、という問題があった。

特開２００５−１３１５４９号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、霧化電極への印加電圧を高くすることなく、安定的に帯電微粒子水の発生量を増やすことを可能とする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請求項１に係る発明にあっては、高電圧印加部１と、先端部２１側に電荷が集中するように高電圧印加部１で発生させた高電圧が印加される霧化電極２と、霧化電極２の先端部２１に霧化させるべき水を供給する水供給手段４とで主体が構成される静電霧化装置であって、霧化電極２には照射されないように霧化電極２の先端部２１上の水に近赤外領域の赤外線を照射する赤外線照射手段５を設けて成ることを特徴とする特徴とするものである。

このような構成とすることで、霧化電極２への印加電圧を高くすることなく、安定的に帯電微粒子水の発生量を増やすことができる。

また、請求項２に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、霧化電極と対向する対向電極を設けて成ることを特徴とするものである。

また、請求項３に係る発明にあっては、請求項１または２に係る発明において、近赤外領域の赤外線は、波長が１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の静電霧化装置。

また、請求項４に係る発明にあっては、請求項３に係る発明において、近赤外領域の赤外線は、波長が３μｍであることを特徴とする請求項３記載の静電霧化装置。

また、請求項５に係る発明にあっては、請求項１乃至４のいずれか一項に係る発明において、高電圧印加部による霧化電極への印加により流れる電流値が目標値よりも大きい場合に赤外線の照射量を大きくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。

また、請求項６に係る発明にあっては、請求項５に係る発明において、高電圧印加部による霧化電極への印加により流れる電流値が目標値よりも大きい場合に冷却能力を下げることを特徴とする請求項５記載の静電霧化装置。

本発明にあっては、霧化電極への間の印加電圧を高くすることなく、安定的に帯電微粒子水の発生量を増やすことができて、アーク放電や短絡が生じて帯電微粒子水を安定的に発生させることが出来なかったり、また、オゾンの発生量が多くなってしまうといったことを防止することができる。

本発明の一実施形態の構成図である。電磁波の波長−水への吸収率の関係を示す図である。電磁波の波長−エネルギーの関係を示す図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ遮光部としての筐体の例を示す図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。図１に、本発明の一実施形態の静電霧化装置を示している。まず、基本構成について説明する。

静電霧化装置は、高電圧印加部１と、高電圧印加部１で発生させた高電圧が印加される霧化電極２と、霧化電極２と対向する対向電極３と、霧化電極２に霧化させるべき水を供給する水供給手段４とで主体が構成される。

霧化電極２と対向電極３は、ケーシングとなる略筒状をした筐体６に取り付けられる。筐体６の一方の端縁には対向電極３が取り付けられ、他方の端縁は水供給手段４が取り付けられる。本実施形態では、水供給手段４は冷却手段によって空気中の水蒸気を結露させるもので、冷却手段には半導体電子熱交換素子であるペルチェモジュール４０を用いており、ペルチェモジュール４０の吸熱部分４１を熱伝導率が高く且つ電気伝導率が低い絶縁材料等の材料からなる冷却部４２に接続すると共に、ペルチェモジュール４０の放熱部分４３を熱伝導率が高い例えばアルミニウム等の材料からなりフィンを有する放熱部４４に接続して水供給手段４が構成してある。冷却部４２は、筒状をした筐体６の他方の端縁に取り付けられ、筐体６内に位置する部分が内部に向けて円錐台状に隆起する基台部４２ａとなっており、霧化電極２が立設される。

霧化電極２は、熱伝導率が高く且つ電気伝導率が高い例えば銅のような材料からなり、円柱状に形成してあり、その先端部２１は鋭利な円錐状となっている。そして、霧化電極２の基端部２２を上記基台部４２ａの平面視中央部に埋設して、霧化電極２の先端部２１を筐体６のもう一方の端縁側に向けて筐体６の途中まで突出させている。

対向電極３は円環状をしたもので、筒状をした筐体６の一方の端縁に取り付けられ、中央の穴部３０を介して筐体６の内外が連通されている。この対向電極３と霧化電極２とは、平面視において対向電極３の中央の穴部３０の中心部に霧化電極２が配置され、側面視において対向電極３と霧化電極２の先端部２１とが一定間隔をおいて配置されており、高電圧印加部１によって対向電極３と霧化電極２との間に高電圧が印加される。高電圧印加部１は、前記両電極間に数千Ｖの電圧を印加することが可能で、例えば対向電極３と霧化電極２との間の距離が１２ｍｍで６千Ｖの電圧を印加することで５００Ｖ／ｍｍの電界を発生させることができる。

上述した静電霧化装置の基本構成の動作について説明する。霧化電極２に水を供給するため、冷却制御部４５を稼動して冷却手段のペルチェモジュール４０に電流を供給すると、ペルチェモジュール４０内において熱の移動が生じ、ペルチェモジュール４０の吸熱部分４１で吸熱が行なわれると共に放熱部分４３にて放熱が行なわれる。そして、吸熱部分４１に接続されている冷却部４２を介して霧化電極２が冷却され、霧化電極２の周囲の空気が冷却されて結露点以下に至ることで該霧化電極２の表面上に結露水が生じ、これが霧化電極２により霧化させる水となる。そして、霧化電極２の先端部２１に結露水が付着した状態で、高電圧印加部１により霧化電極２の先端部２１側がマイナス電極となり電荷が集中するように高電圧を印加することにより、先端部２１に付着している水が大きなエネルギーを受けてレイリー分裂を繰り返し、例えば１ｋＨ前後の周波数で断続的にナノメートルサイズの帯電微粒子水が大量に発生する。発生した帯電微粒子水は、マイナスの電荷を帯びており、霧化電極２と対向電極３との間に発生している電界によって対向電極３の方へ移動し、対向電極３の中央の穴部３０から筐体６外へ吐出される。また、静電霧化により発生する帯電微粒子水の量は、高電圧印加部１によって対向電極３と霧化電極２の間に印加される電圧と前記両電極間に流れる電流の値によって推定されるもので、電圧を印加した際に流れる電流値を計測する電流計１１が霧化電極２と対向電極３との間に設けてあり、計測した電流値に応じて高電圧印加部１にて印加する電圧および両電極間に流す電流を電子回路からなる制御部７によって調節可能となっている。印加電圧が一定の場合、電流値が大きい程帯電微粒子水の発生量が大きい。

静電霧化により発生した帯電微粒子水には、スーパーオキサイドラジカルやヒドロキシラジカルが含まれており、脱臭効果や除菌効果、アレルゲン不活化効果、農薬分解効果等の効果があることがわかっており、帯電微粒子水の発生量を安定させ増加させることで効果も飛躍的に向上する。

また本実施形態では、静電霧化装置が設置される部屋等の外部環境の温度、湿度、ガス濃度を検知する温度センサー８１、湿度センサー８２、ガスセンサー８３を設け、制御部７がこれらのセンサーの計測値を読み込んで帯電微粒子水の発生量が適切となるように冷却制御部４５にペルチェモジュール４０への直流の通電量を調節させ、帯電微粒子水を安定的に持続させることが可能となっている。ペルチェモジュール４０への通電量の調節はデューティ制御により好適に行なわれる。

上述した筐体６、冷却制御部４５、ペルチェモジュール４０の吸熱部分４１及び放熱部分４３、冷却部４２及び放熱部４４、制御部７、高電圧印加部１、後述する赤外線照射手段５は図示しない外殻ケーシング内に収容され、温度センサー８１等の各センサーも外殻ケーシングに取り付けてある。

水の分子間に働く水素結合のエネルギーは水９．６〜２６．４（ｋＪ／ｍｏｌ）であり、水が霧化されて発生する帯電微粒子水は、霧化電極２と対向電極３との間に印加する電圧を大きくすれば水素結合が切れ易くなって発生する量が増大するが、印加電圧を大きくするとアーク放電や短絡する惧れが生じて帯電微粒子水を安定的に発生させることが出来なかったり、オゾンの発生量が多くなってしまったりするため限界がある。そこで本発明では、霧化電極２と対向電極３との間に印加する電圧を大きくすることなく、帯電微粒子水の発生量を増大させるため、赤外線照射手段５を設けてある。

赤外線照射手段５は、上記制御部７に制御されて照射する赤外線の量を調節する赤外線制御部５２と、赤外線制御部５１より通電量が調節されて任意の量の赤外線を照射する赤外線照射部５１とを備えている。赤外線照射部５２は、筐体６の側壁の外側に配置され、赤外線照射部５２と霧化電極２の先端部２１との間に位置する筐体６の側壁には開口６１が形成されてあり、赤外線照射部５２で発振された赤外線は前記開口６１を介して霧化電極２の先端部２１に照射される。なお図１に示すように、赤外線照射部５２の照射側の部分にレンズ５３を設けることで、広範囲に向けて発光した赤外線を所望の照射位置に正確に集中的に照射することができて、効率良く帯電微粒子水の発生量を増大させることが可能となる。

照射する赤外線は、近赤外線が好ましい。これは、図２に示すように、電磁波の水への吸収率は波長１〜１０μｍの近赤外領域が高くて好ましく、また図３に示すように、波長が短い程エネルギーが大きいため、吸収率が高くエネルギーが大きい３μｍ近傍の波長がより望ましい。

また、照射する赤外線が霧化電極２と対向電極３に照射されるのを防止する遮光部を設けてもよく、本実施形態では筐体６が遮光部となっている。筐体６には前記開口６１が形成してあるため、赤外線照射部５２（本実施形態ではレンズ５３）と霧化電極２の先端部２１とを結ぶ直線は開口６１を介して直通して筐体６の側壁に遮られないが、赤外線照射部５２と霧化電極２および対向電極３とをそれぞれ結ぶ直線は筐体６の側壁に遮られ、霧化電極２と対向電極３とには赤外線が照射されないようにしてある。図４に遮蔽部として開口６１を形成した筐体６を示す。図４（ａ）は開口６１を円形状とした例、図４（ｂ）は開口６１を横長の長方形状とした例、図４（ｃ）は開口６１を正方形状とした例を示す。赤外線が照射されると温度が上昇するため、遮光部によって所望の照射位置に照射することが可能となって、霧化電極２と対向電極３とが過熱されて動作不良となるのを防止することができる。特に、本実施形態のように水供給手段４として結露水を生成することで水を供給する冷却手段を設けたものの場合、霧化電極２が加熱されると結露能力が低下するため、水供給能力を維持するという点においてもより一層の効果が得られるものである。

霧化により発生する帯電微粒子水の発生量は、高電圧印加部１による霧化電極２と対向電極３との間への印加電圧を一定とした場合、赤外線照射手段５による赤外線の照射量を大きくする程増加するものである。そして本実施形態では、霧化電極２と対向電極３との間に印加している電圧及び前記両電極間に流れる電流の値より発生している帯電微粒子水の量を推定することができるため、所望の帯電微粒子水の発生量に安定させるため赤外線照射手段５による赤外線の照射量を制御部７および赤外線制御部５１によって調節するようにしている。赤外線の照射量の調節は、赤外線の照射を上述した帯電微粒子水の発生の周波数よりも大きな周波数でＯＮ、ＯＦＦするデューティ制御にて行なう。

一例として、電流値に基づいて、冷却手段による結露水の生成量と赤外線の照射量を調節する場合について説明する。これは、電流計１１での電流の計測値を制御部７が読み込み、目標値よりも計測値が大きい場合には、冷却制御部４５を制御して冷却能力を下げると共に、赤外線制御部５１を制御して赤外線の照射量を大きくするものである。赤外線の照射量は、例えば電流の目標値が６μＡに対して計測値が８μＡの場合、照射量を６Ｗから８Ｗに増大させるといった制御を行う。

このように印加電圧や電流の値に基づいて赤外線の照射量を制御することで、発生する帯電微粒子水の量を一定にして安定的に霧化を持続させることが可能となる。そしてデューティ制御を行なうことで、静電霧化の発生周波数がある一定の周波数となっている場合には特に発生を安定させることができて、エネルギーを効率よく使用することが可能となり、また、デューティ比を変更することで容易に帯電微粒子水の発生量を変更することが可能となる。

また、冷却手段による結露水の生成量と照射する近赤外領域の赤外線の照射量を制御するにあたり、温度センサー８１、湿度センサー８２、ガスセンサー８３のうちの一つ又は複数の計測値に基づいて行なってもよい。

温度センサー８１および湿度センサー８２を用いる場合、温度と湿度との組み合わせに対してあらかじめ冷却手段における冷却能力と照射量を設定したテーブルを備え、このテーブルに基づいて制御部７が冷却制御部４５を制御して冷却能力を調節すると共に赤外線制御部７を制御して赤外線の照射量を調節し、所望の帯電微粒子水発生量を得るものである。

また、ガスセンサー８３を用いる場合について説明する。ガスセンサー８３は、ある特定のガス（例えばメタンガス）の成分の濃度を検知するもので、対象となるガスの種類は特に限定されない。そして、ガスセンサー８３にて計測したガス濃度に基づいて赤外線の照射量を調節する。ガス濃度が高い場合には、冷却手段による結露水の生成量と赤外線の照射量を増加させて帯電微粒子水の発生量を増大させる。これにより、ガス濃度に応じて帯電微粒子水を発生させて、帯電微粒子水によってガスを効率よく分解することができる。

このように上記センサーに基づいて冷却手段による結露水の生成量と赤外線の照射量を制御することで、発生する帯電微粒子水の量を一定にして安定的に霧化を持続させることが可能となる。そしてデューティ制御を行なうことで、静電霧化の発生周波数がある一定の周波数となっている場合には特に発生を安定させることができて、エネルギーを効率よく使用することが可能となり、また、デューティ比を変更することで容易に帯電微粒子水の発生量を変更することが可能となる。

１高電圧印加部
２霧化電極
３対向電極
４水供給手段
５赤外線照射手段

Claims

高電圧印加部と、先端部側に電荷が集中するように高電圧印加部で発生させた高電圧が印加される霧化電極と、霧化電極の先端部に霧化させるべき水を供給する水供給手段とで主体が構成される静電霧化装置であって、霧化電極には照射されないように霧化電極の先端部上の水に近赤外領域の赤外線を照射する赤外線照射手段を設けて成ることを特徴とする特徴とする静電霧化装置。
霧化電極と対向する対向電極を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
近赤外領域の赤外線は、波長が１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の静電霧化装置。
近赤外領域の赤外線は、波長が３μｍであることを特徴とする請求項３記載の静電霧化装置。
高電圧印加部による霧化電極への印加により流れる電流値が目標値よりも大きい場合に赤外線の照射量を大きくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
高電圧印加部による霧化電極への印加により流れる電流値が目標値よりも大きい場合に冷却能力を下げることを特徴とする請求項５記載の静電霧化装置。