(57)【要約】【課題】十分な量の霧状の液体を安定して噴霧する。【解決手段】静電霧化装置１は、液体２を収容するための液体槽１０と、液体２を噴出させるための複数の開口２７を有する噴出板２０と、複数の開口２７に対向して配置された対向電極３０と、液体２と対向電極３０との間に所定の電圧を印加する電圧印加部４０と、液体２を加熱するための加熱部５０と、加熱部５０を制御するコントローラ６０とを備え、コントローラ６０は、液体２の熱膨張によって開口２７で液体２が保持されるように、加熱部５０に液体２を加熱させる。【選択図】図１
2019098257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するための液体槽と、
前記液体を噴出させるための複数の開口を有する噴出板と、
前記複数の開口に対向して配置された対向電極と、
前記液体と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加部と、
前記液体を加熱するための加熱部と、
前記加熱部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記液体の熱膨張によって前記開口で前記液体が保持されるように、前記加熱部に前記液体を加熱させる
静電霧化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記液体の熱膨張率に基づいて算出された温度で前記加熱部に前記液体を加熱させる
請求項１に記載の静電霧化装置。
【請求項３】
さらに、
前記対向電極に流れる電流を検知する電流検知部を備え、
前記制御部は、前記電流検知部によって検知された電流の電流値に基づいて、前記加熱部による前記液体の加熱及び加熱の停止の少なくとも一方を制御する
請求項１又は２に記載の静電霧化装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電流値が所定の範囲を上回った場合に前記加熱部による加熱を停止し、前記電流値が前記所定の範囲を下回った場合に前記加熱部による加熱を再開する
請求項３に記載の静電霧化装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記加熱部による前記液体の加熱と当該加熱の停止とを繰り返し行う
請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
【請求項６】
前記噴出板は、
平板部と、
前記平板部に支持された複数の筒状部とを有し、
前記複数の筒状部の各々は、前記平板部から前記対向電極に向かって突出し、かつ、先端に前記開口を有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電霧化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体に高電圧を印加することで液体に生じる静電気力を利用して、液体を霧化して噴霧する技術が知られている。例えば、特許文献１には、先端が尖状の複数の霧化部を備え、複数の霧化部の先端からミストを大量に生成する静電霧化装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、ポンプを利用して複数の霧化部に液体を供給している。ポンプを利用した場合、複数の霧化部への送液速度のばらつきが大きいので、ミストの生成が不安定になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、十分な量の霧状の液体を安定して噴霧することができる静電霧化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る静電霧化装置は、液体を収容するための液体槽と、前記液体を噴出させるための複数の開口を有する噴出板と、前記複数の開口に対向して配置された対向電極と、前記液体と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加部と、前記液体を加熱するための加熱部と、前記加熱部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記液体の熱膨張によって前記開口で前記液体が保持されるように、前記加熱部に前記液体を加熱させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る静電霧化装置によれば、十分な量の霧状の液体を安定して噴霧することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る静電霧化装置の構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係る静電霧化装置の複数の放電電極と対向電極との位置関係を示す断面図である。
【図３】実施の形態に係る静電霧化装置の複数の放電電極の平面レイアウトを示す平面図である。
【図４】実施の形態に係る静電霧化装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態に係る静電霧化装置を動作させた場合における、液体の温度と対向電極に流れる噴霧電流の電流値との時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係る静電霧化装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１１】
また、本明細書において、垂直又は均一などの要素間の関係性を示す用語、及び、円形又は正六角形などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００１２】
（実施の形態）
［概要］
まず、本実施の形態に係る静電霧化装置の概要について、図１及び図２を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、液体槽１０と、噴出板２０と、対向電極３０と、電圧印加部４０と、加熱部５０と、コントローラ６０と、電流検知部７０とを備える。噴出板２０は、電極支持板２１と、複数の放電電極２６とを備える。
【００１４】
なお、図１では、コントローラ６０を機能的なブロックとして表している。コントローラ６０は、例えばマイコン（マイクロコントローラ）などで実現され、静電霧化装置１の外殻筐体（図示せず）の内部に配置されている。コントローラ６０は、例えば液体槽１０の外側に取り付けられていてもよい。
【００１５】
図２は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の複数の放電電極２６と対向電極３０との位置関係を示す断面図である。具体的には、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面であって、２つの放電電極２６の各々の中心軸Ｊを通る断面を示している。
【００１６】
静電霧化装置１は、液体２を霧化して噴出する噴霧装置である。具体的には、静電霧化装置１は、液体２に高電圧を印加して静電気力を発生させ、発生させた静電気力によって液体２を微細化し霧化させる。
【００１７】
本実施の形態では、図２に示すように、静電霧化装置１は、液体槽１０内に容れられた液体２を複数の放電電極２６の各々の先端へ導き、先端に設けられた開口２７から液体２を霧状にして噴出する。具体的には、電圧印加部４０が複数の放電電極２６と対向電極３０との間に高電圧を印加することで、複数の放電電極２６の各々の先端に電界が集中する。放電電極２６の内部の流路２９を通って開口２７から出た液体２は、電界によって形状が変化し、テーラーコーン３を形成する。テーラーコーン３の先端で液体２が微細化されることで、ミスト４が生成される。
【００１８】
複数の放電電極２６の各々の先端で生成されたミスト４は、対向電極３０に向けて放出される。ミスト４を対向電極３０の前方に放出させるために、対向電極３０には、放電電極２６の正面に貫通孔３１が設けられている。これにより、ミスト４は、貫通孔３１を介して対向電極３０の前方に放出される。なお、「前方」とは、ミスト４が放出される方向であって、対向電極３０を基準として放電電極２６とは反対側の方向である。また、図２に示すように、複数の放電電極２６の各々からミスト４が放出されるので、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、十分な量の霧状の液体２を噴霧することができる。
【００１９】
なお、液体２は、例えば機能水である。機能水は、人為的な処理によって再現性のある有用な機能を獲得した水溶液の中で、処理と機能とに関して科学的根拠が明らかにされたもの、及び、明らかにされようとしているものである。具体的には、機能水は、次亜塩素酸水などの電解水、又は、オゾン水などである。本実施の形態では、液体２は、電解質を含む水溶液であるが、これに限らない。液体２は、水でもよく、アルコール溶液でもよい。液体２の電気伝導度は、例えば、１μＳ／ｃｍ以上１０５μＳ／ｃｍ以下である。
【００２０】
ミスト４は、例えばナノメートルオーダー又はマイクロメートルオーダーの径の微細な液体粒子の集合である。例えば、ミスト４を構成する液体粒子の径は、１０ｎｍ以上１μｍ以下である。
【００２１】
本実施の形態に係る静電霧化装置１は、液体２の機能に応じて様々なデバイスに利用される。例えば、液体２が殺菌又は除菌性能を有する場合、静電霧化装置１は、殺菌装置又は除菌装置などに利用される。あるいは、静電霧化装置１は、加湿器などに利用されてもよい。
【００２２】
以下では、静電霧化装置１が備える各構成要素の詳細について説明する。
【００２３】
［液体槽］
液体槽１０は、液体２を収容するための容器である。液体槽１０は、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されているが、樹脂材料を用いて形成されていてもよい。このとき、液体槽１０は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
【００２４】
液体槽１０の形状は、例えば、上面が開放された直方体状であるが、これに限らない。液体槽１０の形状は、立方体又は円柱状でもよく、扁平なトレイ状でもよい。本実施の形態では、液体槽１０の開放された上面が噴出板２０によって覆われている。具体的には、液体槽１０と噴出板２０とが組み合わされて、放電電極２６の開口２７以外から液体２が漏れ出ないように密閉容器を形成している。
【００２５】
本実施の形態では、液体槽１０には、ポンプなどの液体を所定の圧力で供給する送液装置が接続されていない。つまり、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、液体ポンプなどを備えない。液体槽１０は、例えば、複数の開口２７を除いて密閉されている。
【００２６】
例えば、液体槽１０と噴出板２０とは着脱自在に固定されている。噴出板２０を液体槽１０から取り外すことで、液体槽１０内に液体２を容れることができる。
【００２７】
なお、液体槽１０には、例えば、配管（図示せず）を介して、機能水の貯水用の液体槽又は生成装置（図示せず）などが接続されていてもよい。このとき、液体槽１０は、少なくとも静電霧化装置１の動作中は、複数の開口２７を除いて密閉されている。
【００２８】
［噴出板］
噴出板２０は、液体２を噴出させるための複数の開口２７を有する。具体的には、噴出板２０は、平板部の一例である電極支持板２１と、複数の筒状部の一例である複数の放電電極２６とを備える。複数の開口２７は、放電電極２６の各々の先端に設けられている。
【００２９】
電極支持板２１は、複数の放電電極２６を支持する板状の部材である。電極支持板２１は、例えば樹脂材料を用いて形成されているが、ステンレスなどの金属材料を用いて形成されていてもよい。このとき、電極支持板２１は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
【００３０】
電極支持板２１には、複数の放電電極２６が圧入されることで固定されている。例えば、電極支持板２１には、複数の開口２７を設けるべき位置にそれぞれ貫通孔が設けられ、当該貫通孔に放電電極２６が挿入されて固定されている。電極支持板２１は、板厚が均一な平板であるが、これに限らず、湾曲板であってもよい。
【００３１】
電極支持板２１は、液体槽１０に固定されている。なお、電極支持板２１は、液体槽１０と同一の材料を用いて、液体槽１０と一体に形成されていてもよい。
【００３２】
複数の放電電極２６は、電極支持板２１に支持された複数の筒状部の一例である。複数の放電電極２６の各々は、ミスト４を放出するノズルに相当する。複数の放電電極２６の各々は、電極支持板２１から対向電極３０に向かって突出している。複数の放電電極２６の各々は、先端に開口２７を有する。また、図２に示すように、複数の放電電極２６の各々は、後端に開口２８を有し、かつ、開口２８から開口２７に至る流路２９を有する。つまり、流路２９は、放電電極２６の内部に設けられている。
【００３３】
なお、放電電極２６の先端とは、電極支持板２１から対向電極３０に向かう方向のプラス側である。つまり、放電電極２６の先端は、放電電極２６の最も対向電極３０に近い部分であり、前方の端部である。放電電極２６の後端は、先端とは反対側の端部である。
【００３４】
本実施の形態では、複数の放電電極２６は、互いに同じ構成を有する。放電電極２６の形状は、内径ｒ及び外径Ｒが均一な円筒状である。具体的には、開口２７及び開口２８の形状はそれぞれ、円形である。流路２９の形状は、流路面積が均一の円柱状である。内径ｒは、流路２９の径であり、例えば０．３ｍｍであるが、これに限らない。また、外径Ｒは、例えば０．５ｍｍであるが、これに限らない。例えば、外径Ｒは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲でもよい。
【００３５】
なお、放電電極２６の内径ｒ及び外径Ｒの少なくとも一方は、後端から先端に向かって漸次小さくなってもよい。例えば、後端側の開口２８より先端側の開口２７が小さくてもよく、流路２９の形状は、円錐台状であってもよい。
【００３６】
放電電極２６の後端は、液体２に接触する位置に位置している。具体的には、放電電極２６の後端は、液体槽１０の内部に位置している。これにより、液体２は、放電電極２６の後端側の開口２８から放電電極２６内の流路２９を通って先端側の開口２７まで導かれる。
【００３７】
放電電極２６は、電極支持板２１の主面２２に対して垂直に立設されている。主面２２は、電極支持板２１の対向電極３０に対向する面であり、液体２とは反対側の面である。本実施の形態では、放電電極２６は、外径Ｒに対する高さｈの比（以下、アスペクト比と記載する）が４以上である。すなわち、ｈ≧４Ｒを満たしている。ここで、放電電極２６の高さｈは、図２に示すように、放電電極２６の先端から主面２２までの距離で表される。高さｈは、例えば２ｍｍ以上である。
【００３８】
放電電極２６のアスペクト比が大きい程、放電電極２６の先端に電界が集中しやすくなる。このため、放電電極２６のアスペクト比は、６以上でもよい。本発明者らの検討により、アスペクト比が４以上であれば、テーラーコーン３の形状が安定し、ミスト４の噴霧量が安定することが確認された。一方で、アスペクト比が４より小さい場合、テーラーコーン３の形状が不安定となることが確認された。
【００３９】
放電電極２６は、導電性を有し、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されている。このとき、放電電極２６は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
【００４０】
図３は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の複数の放電電極２６の平面レイアウトを示す平面図である。図３では、複数の放電電極２６をその配置位置に応じて放電電極２６ａ〜２６ｄとして表している。以下の説明において、放電電極２６ａ〜２６ｄを特に区別しない場合は、放電電極２６として説明する。
【００４１】
図３に示すように、静電霧化装置１は、１９本の放電電極２６を備える。なお、放電電極２６の本数は、特に限定されず、複数であればよい。放電電極２６の本数が多い程、静電霧化装置１が生成するミスト４の量を増加させることができる。例えば、放電電極２６の本数は、１２本以上である。
【００４２】
図２に示すように、複数の放電電極２６のうち、隣り合う２つの放電電極２６間の距離ｐは、これらの２つの放電電極２６の各々の外径Ｒの１０倍以上である。すなわち、ｐ≧１０Ｒを満たしている。本実施の形態では、外径Ｒが０．５ｍｍであるので、距離ｐは、例えば、５ｍｍ以上である。なお、本実施の形態において、隣り合う２つの放電電極２６とは、１つの放電電極２６と、当該１つの放電電極２６に最も近い放電電極２６とである。
【００４３】
ここで、距離ｐは、隣り合う２つの放電電極２６の中心間の距離である。例えば、距離ｐは、２本の中心軸Ｊ間の距離である。なお、中心軸Ｊは、円形の開口２７及び開口２８の各々の中心を通る仮想的な軸である。
【００４４】
また、距離ｐは、外径Ｒの１６倍以上であってもよい。具体的には、外径Ｒが０．５ｍｍであるので、距離ｐは、例えば８ｍｍ以上であってもよい。例えば、距離ｐが８ｍｍ以上である場合、放電電極２６の本数によらず、安定したミスト４の生成が可能になる。
【００４５】
本実施の形態では、複数の放電電極２６はそれぞれ、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状の１以上の正六角形の頂点とにそれぞれ配置されている。具体的には、図３に示すように、放電電極２６ａが電極支持板２１の中心に位置している。残りの放電電極２６は、放電電極２６ａを中心として、その周りに環状に配置されている。
【００４６】
具体的には、６つの放電電極２６ｂは、放電電極２６ａを中心とする仮想的な正六角形ｈｇ１の各頂点に配置されている。さらに、６つの放電電極２６ｃは、放電電極２６ａを中心とする正六角形ｈｇ２の各頂点に配置されている。６つの放電電極２６ｄは、正六角形ｈｇ２の各辺の中点に配置されている。
【００４７】
正六角形ｈｇ１と正六角形ｈｇ２とは、放電電極２６ａを中心とする同心状の正多角形の一例である。正六角形ｈｇ２は、正六角形ｈｇ１より大きい。具体的には、正六角形ｈｇ２の一辺の長さは、正六角形ｈｇ１の一辺の長さの２倍である。正六角形ｈｇ１の一辺の長さは、図２に示す距離ｐに等しい。
【００４８】
なお、放電電極２６の本数が２０本以上である場合、２０本目〜３７本目の放電電極２６は、一辺の長さが距離ｐの３倍になる正六角形の頂点及び辺の三等分点に配置される。さらに、放電電極２６の本数が多くなる場合には、一辺の長さが距離ｐの４倍になる正六角形の頂点及び辺の四等分点に配置される。このように、本実施の形態では、複数の放電電極２６は、所定の位置と、当該位置を中心とする同心状のｎ個の正六角形であって、各々の一辺の長さが距離ｐの１〜ｎ倍の正六角形の頂点及びｎ等分点に配置されている。
【００４９】
図３に示すように、１９本の放電電極２６のうち、任意の１本の放電電極２６の周りには、距離ｐで等距離に位置する３本〜６本の放電電極２６が位置している。つまり、任意の１本の放電電極２６に対して、隣り合う複数の放電電極２６は全て等距離に位置している。具体的には、複数の放電電極２６は、正六角形のハニカム構造の各頂点に位置している。これにより、電極支持板２１の平面視において、複数の放電電極２６は、局所的に集中せずに、面内で均一になるように分散して配置される。
【００５０】
［対向電極］
対向電極３０は、図１及び図２に示すように、複数の開口２７に対向して配置されている。対向電極３０は、複数の放電電極２６に一対一に対応する複数の貫通孔３１を有する。本実施の形態では、対向電極３０は、板厚が均一な平板であり、複数の放電電極２６の各々の中心軸Ｊを通る位置に貫通孔３１が設けられている。なお、対向電極３０は、湾曲板であってもよい。
【００５１】
貫通孔３１の形状は、中心軸Ｊを中心とする扁平な円柱状である。貫通孔３１は、ミスト４を通過させるために設けられている。ミスト４は、図２に示すように、テーラーコーン３の先端から円錐状に広がって放出される。このため、貫通孔３１の開口径φが大きい程、ミスト４を通過させやすくなる。
【００５２】
貫通孔３１が大きすぎる場合、放電電極２６と対向電極３０との距離が大きくなるので、放電電極２６の先端に高電界が印加されにくくなる。また、放電電極２６と対向電極３０とが近すぎる場合、対向電極３０と液体２との間での絶縁破壊が発生しやすくなる。貫通孔３１の開口径φは、例えば放電電極２６の外径Ｒの５倍以上１０倍以下である。
【００５３】
本実施の形態では、貫通孔３１の開口径φは、例えば１ｍｍ以上２．２５ｍｍ以下の範囲である。また、電極間距離Ｌは、例えば３ｍｍ以上２５ｍｍ以下の範囲である。ここで、図２に示すように、複数の貫通孔３１の各々の開口端と、対応する放電電極２６の先端とを結ぶ線Ｋと、中心軸Ｊとがなす角度をθで表す。線Ｋは、中心軸Ｊを含む断面において、放電電極２６の先端の外周端と、貫通孔３１の下端側の開口端とを結ぶ線である。
【００５４】
このとき、ｔａｎθは、以下の式（１）で表される範囲になる。
【００５５】
１ｍｍ／２５ｍｍ＝０．０４≦ｔａｎθ≦２．２５ｍｍ／３ｍｍ＝０．７５  （１）
【００５６】
式（１）から、角度θは、３°以上３７°以下となる。
【００５７】
対向電極３０は、導電性を有し、例えばステンレスなどの金属材料を用いて形成されている。このとき、対向電極３０は、液体２の性質に応じて、耐酸性若しくは耐アルカリ性又はこれらの両方の性質を有する材料を用いて形成されていてもよい。
【００５８】
［電圧印加部］
電圧印加部４０は、液体２と対向電極３０との間に所定の電圧を印加する。本実施の形態では、電圧印加部４０は、対向電極３０と液体槽１０とに接続されている。具体的には、液体槽１０が接地されており、液体２にグランド電位を与える。電圧印加部４０は、対向電極３０に正の電位を与えることで、対向電極３０と液体２との間に所定の電圧を印加する。
【００５９】
なお、噴出板２０が導電性材料を用いて形成されている場合には、電圧印加部４０は、液体槽１０の代わりに噴出板２０に接続されていてもよい。このとき、電圧印加部４０は、電極支持板２１及び複数の放電電極２６の各々のいずれに接続されていてもよい。また、電圧印加部４０は、液体２に接触する位置に設けられた電極（図示せず）に接続されていてもよい。また、例えば、液体槽１０の内部で液体２に接触する位置に金属製のメッシュを配置し、電圧印加部４０は、当該メッシュに接続されていてもよい。
【００６０】
電圧印加部４０が印加する所定の電圧は、例えば、４．５ｋＶ以上１０ｋＶ以下の直流電圧である。あるいは、所定の電圧は、３．５ｋＶ以上８．５ｋＶ以下であってもよい。なお、所定の電圧は、パルス電圧、脈流電圧、又は、交流電圧でもよい。
【００６１】
電圧印加部４０は、具体的には、コンバータなどを含む電源回路で実現される。例えば、電圧印加部４０は、商用電源などの外部電源から受けた電力に基づいて所定の電圧を生成して、液体２と対向電極３０との間に印加する。
【００６２】
［加熱部］
加熱部５０は、液体２を加熱するために設けられている。加熱部５０は、コントローラ６０からの制御に基づいて、発熱及び発熱の停止を行う。加熱部５０は、発熱及び発熱の停止を繰り返すことで、液体２の温度を所定の範囲内で調整する。
【００６３】
加熱部５０は、例えば、ペルチェ素子又は抵抗素子などの発熱素子である。加熱部５０は、コントローラ６０による制御に基づいて電流が供給された場合に発熱し、液体２を加熱する。加熱部５０は、コントローラ６０による制御に基づいて電流の供給が停止された場合に発熱を停止し、液体２の加熱を停止する。
【００６４】
加熱部５０は、例えば、液体槽１０の内部に配置され、液体２を直接的に加熱する。あるいは、加熱部５０は、液体槽１０の外側に配置されていてもよい。例えば、加熱部５０は、液体槽１０を加熱することで、間接的に液体２を加熱してもよい。
【００６５】
なお、加熱部５０に供給される電力は、商用電源に限らず、電池などでもよい。
【００６６】
［コントローラ］
コントローラ６０は、静電霧化装置１の全体的な動作を制御する。具体的には、コントローラ６０は、電圧印加部４０及び加熱部５０の動作を制御する。例えば、コントローラ６０は、電圧印加部４０を制御することで、対向電極３０と液体２との間に電圧を印加するタイミング、及び、電圧の大きさなどを制御する。
【００６７】
また、コントローラ６０は、液体２の熱膨張によって開口２７で液体２が保持されるように、加熱部５０に液体２を加熱させる。本実施の形態では、コントローラ６０は、液体２の熱膨張率に基づいて算出された温度で加熱部５０に液体２を加熱させる。具体的には、コントローラ６０は、液体２の熱膨張率と、放電電極２６の高さと、放電電極２６の本数と、液体槽１０の容積とに基づいて算出された温度で加熱部５０に液体２を加熱させる。
【００６８】
加熱部５０による加熱温度は、液体２の目標温度であり、液体２の加熱前の温度と、加熱による上昇温度との合計で表される。加熱温度をＴ、加熱前の温度をＴａｍｂ、上昇温度をΔＴとした場合、上昇温度ΔＴは、以下の式（２）で表される。
【００６９】
ΔＴ＝Ｔ−Ｔａｍｂ＝ｈ×２πｒ×Ｎ／Ｖ／β＋α  （２）
【００７０】
なお、式（２）において、ｈは、放電電極２６の高さである。Ｎは、放電電極２６の本数である。Ｖは、液体槽１０の容積である。βは、熱膨張率である。液体２が次亜塩素酸水である場合、βは、水の熱膨張率と略同じ値になり、例えば０．０２１％である。αは、放電電極２６の本数に応じて定まるパラメータである。αは、例えば０以上１０以下の値であり、放電電極２６の本数が多い程、大きな値になる。
【００７１】
本実施の形態では、加熱前の温度Ｔａｍｂは、周囲環境の温度に等しく、例えば、室温である。加熱温度Ｔの最大値は、液体２の種類に依存する。例えば、液体２が次亜塩素酸水の場合、次亜塩素酸が熱によって分解されやすくなるため、加熱温度Ｔの最大値は、例えば４０℃である。つまり、液体２が次亜塩素酸水である場合、コントローラ６０は、液体２の温度が４０℃を超えない範囲で液体２を加熱する。
【００７２】
例えば、液体槽１０の容量Ｖが３０ｍＬであり、放電電極２６の高さｈが２ｍｍであり、放電電極２６の本数が１００本以下である場合を想定する。この場合、式（２）に基づいて、コントローラ６０は、加熱部５０に液体２を加熱させて、加熱前の温度Ｔａｍｂよりも約４℃（＝ΔＴ）上昇させる。これにより、液体２の温度上昇によって液体２が熱膨張するので、膨張した液体２は、流路２９を通って開口２７まで導かれる。開口２７に達した液体２は、開口２７で保持される。
【００７３】
その後、コントローラ６０は、加熱部５０に液体２を加熱させて、液体２の温度をさらに数℃（≦１０℃）上昇させることで、液体２は、開口２７から出される。液体２と対向電極３０との間に印加された電圧によって、開口２７から出た液体２に電界が集中することで、テーラーコーン３が形成されてミスト４が生成される。
【００７４】
本実施の形態では、コントローラ６０は、電流検知部７０によって検知された電流の電流値に基づいて、加熱部５０による液体２の加熱及び加熱の停止を制御する。具体的には、コントローラ６０は、電流値が所定の範囲を上回った場合に加熱部５０による加熱を停止する。コントローラ６０は、電流値が所定の範囲を下回った場合に加熱部５０による加熱を再開する。コントローラ６０は、加熱部５０による液体２の加熱と当該加熱の停止とを繰り返し行う。
【００７５】
コントローラ６０は、１時間当たり１０μＬ以上６０μＬ以下の液体２が供給されるように、液体２の加熱によって液体２の膨張量を調整する。これにより、静電霧化装置１がＮ本の放電電極２６を備える場合、静電霧化装置１の全体としては、１時間当たり１０×ＮμＬ以上６０×ＮμＬのミスト４が生成されて放出される。
【００７６】
コントローラ６０は、例えば、マイクロコントローラなどで実現される。具体的には、コントローラ６０は、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。コントローラ６０は、各動作を実行する専用の電子回路で実現されてもよい。
【００７７】
［電流検知部］
電流検知部７０は、対向電極３０に流れる電流を検知する。本実施の形態では、液体２が電解質を含むので、霧化された液体２であるミスト４も電解質を含んでいる。ミスト４は、与えられた電界によって帯電しているので、放電電極２６の先端から対向電極３０に向かって放出されたミスト４が対向電極３０に当たった場合に対向電極３０に、噴霧電流と呼ばれる電流が流れる。電流検知部７０は、この噴霧電流を検知する。
【００７８】
ミスト４の生成が安定した場合、噴霧電流の電流値は、所定の範囲内に収まって安定する。したがって、噴霧電流の電流値を取得することで、ミスト４が安定して生成されているのか否かを判定することができる。電流検知部７０によって検知された噴霧電流の電流値は、コントローラ６０に出力される。
【００７９】
電流検知部７０は、例えば、対向電極３０と電圧印加部４０との間に接続されている。例えば、電流検知部７０は、対向電極３０と電圧印加部４０との間に直列接続された抵抗素子を含み、当該抵抗素子の両端間に生じる電圧を測定することで、噴霧電流の電流値を検知する。なお、電流検知部７０は、噴霧電流を検知することができれば、いかなるものでもよい。
【００８０】
［動作］
続いて、本実施の形態に係る静電霧化装置１の動作について、図４及び図５を用いて説明する。
【００８１】
図４は、本実施の形態に係る静電霧化装置１の動作を示すフローチャートである。図５は、本実施の形態に係る静電霧化装置１を動作させた場合における、液体２の温度と対向電極３０に流れる噴霧電流の電流値との時間変化を示す図である。
【００８２】
なお、図５において、横軸は時間を表しており、縦軸は液体２の温度及び噴霧電流の電流値を表している。図５は、４℃の温度上昇によって液体２が開口２７に保持される場合の温度及び電流値の時間変化を示している。また、図５に示す「ＯＮ」は、加熱部５０による加熱の開始又は再開を意味し、「ＯＦＦ」は加熱の停止を意味している。
【００８３】
まず、図４に示すように、コントローラ６０は、液体２の加熱条件を決定する（Ｓ１０）。具体的には、コントローラ６０は、液体２の熱膨張率などに基づいて液体２の加熱温度を決定する。
【００８４】
液体２の熱膨張率は、液体２の種類に依存する。このため、例えば、コントローラ６０がアクセス可能なメモリに、液体２の種類と加熱温度とを対応付けたテーブルが予め格納されていてもよい。コントローラ６０は、当該テーブルを参照することで、液体２の加熱温度を決定する。なお、放電電極２６の高さｈ、放電電極２６の本数Ｎ、及び、液体槽１０の容積Ｖの少なくとも１つが可変である場合、コントローラ６０は、変化後の加熱温度を算出してもよい。あるいは、メモリに、熱膨張率β、高さｈ、本数Ｎ及び容積Ｖの各々の値に対応した加熱温度を表すテーブルが格納されていてもよい。
【００８５】
次に、コントローラ６０は、加熱部５０を制御することで、液体２の加熱を開始させる（Ｓ１１）。図５に示すように、液体２の加熱が開始されることで、液体２の温度が上昇する。液体２の温度が４℃上昇した場合に、ミスト４の生成が開始されて、ミスト４が対向電極３０に当たって噴霧電流が流れ始める。
【００８６】
なお、電圧印加部４０による対向電極３０と液体２との間への電圧の印加は、例えば、加熱の開始と同時に開始される。あるいは、加熱の開始後、液体２の温度が４℃上昇するまでに、又は、４℃上昇すると同時に、電圧の印加が開始されてもよい。
【００８７】
次に、電流検知部７０は、噴霧電流を検知する（Ｓ１２）。検知された噴霧電流の電流値が所定の範囲より小さい場合（Ｓ１３でＹｅｓ）、コントローラ６０は、液体２の加熱を継続させる（Ｓ１４）。所定の範囲は、例えば、図５に示すように、予め定められた電流値の上限値Ｉ以下で、かつ、上限値Ｉの０．９倍以上の範囲である。なお、当該範囲は一例に過ぎず、例えば、上限値Ｉの０．８倍以上であってもよい。
【００８８】
噴霧電流の電流値が所定の範囲内である場合（Ｓ１３でＮｏ、かつ、Ｓ１５でＮｏ）、コントローラ６０は、加熱部５０の動作状態を維持する（Ｓ１６）。具体的には、コントローラ６０は、加熱部５０に液体２を加熱させているときには、液体２の加熱を継続させる。コントローラ６０は、加熱部５０に加熱を停止させているときには、液体２の加熱を停止させる。
【００８９】
噴霧電流の電流値が所定の範囲より大きい場合（Ｓ１３でＮｏ、かつ、Ｓ１５でＹｅｓ）、コントローラ６０は、加熱部５０による液体２の加熱を停止させる（Ｓ１７）。例えば、図５に示すように、電流値が大きくなって上限値Ｉを僅かに超えた時点で、液体２の加熱が停止される。
【００９０】
液体２の加熱が停止された場合には、液体２の温度は徐々に低下する。液体２の温度が低くなり、再び所定の範囲を下回った場合には（Ｓ１３でＹｅｓ）、液体２の加熱が再開される（Ｓ１４）。
【００９１】
以降、噴霧電流の電流値に応じて、コントローラ６０は、加熱部５０を制御することで、液体２の加熱及び加熱の停止を繰り返し行わせる。これにより、噴霧電流の電流値が所定の範囲内に収まるように液体２を加熱することで、ミスト４を安定して生成することができる。常時加熱を行う場合に比べて、加熱に要するエネルギーを節約することができる。
【００９２】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る静電霧化装置１は、液体２を収容するための液体槽１０と、液体２を噴出させるための複数の開口２７を有する噴出板２０と、複数の開口２７に対向して配置された対向電極３０と、液体２と対向電極３０との間に所定の電圧を印加する電圧印加部４０と、液体２を加熱するための加熱部５０と、加熱部５０を制御するコントローラ６０とを備える。コントローラ６０は、液体２の熱膨張によって開口２７で液体２が保持されるように、加熱部５０に液体２を加熱させる。
【００９３】
これにより、加熱によって液体２が熱膨張するので、液体２は、放電電極２６内の流路２９を通って開口２７に導かれる。液体２の熱膨張によって複数の放電電極２６の各々の流路２９に流れる液体２の速度を互いに同じにすることができ、複数の開口２７の各々に安定して液体２を導くことができる。したがって、複数の開口２７の各々でミスト４が安定して生成されるので、十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。また、静電霧化装置１は、ポンプを備えないので、小型で、かつ、軽量で、さらに安価に実現される。
【００９４】
また、例えば、コントローラ６０は、液体２の熱膨張率に基づいて算出された温度で加熱部５０に液体２を加熱させる。
【００９５】
これにより、液体２の熱膨張率に基づいて算出された温度で加熱することで、液体２の膨張量が調整されるので、液体２が開口２７に保持されやすくなる。このため、開口２７に保持される液体２の量が少な過ぎて、あるいは、開口２７から出る液体２の量が多過ぎて、テーラーコーン３の形状が崩れるのを抑制することができる。したがって、テーラーコーンの形状が安定するので、ミスト４を安定して生成することができる。
【００９６】
また、例えば、静電霧化装置１は、さらに、対向電極３０に流れる電流を検知する電流検知部７０を備える。コントローラ６０は、電流検知部７０によって検知された電流の電流値に基づいて、加熱部５０による液体２の加熱及び加熱の停止の少なくとも一方を制御する。
【００９７】
これにより、ミスト４が安定して生成されている場合には噴霧電流の電流値も所定の範囲内に収まるように安定するので、電流値に基づいて加熱及び加熱の停止を制御することで、加熱に要するエネルギーを節約しながら十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。
【００９８】
また、例えば、コントローラ６０は、電流値が所定の範囲を上回った場合に加熱部５０による加熱を停止し、電流値が所定の範囲を下回った場合に加熱部５０による加熱を再開する。
【００９９】
これにより、常時加熱を行う場合に比べて、加熱に要するエネルギーを節約しながら十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。
【０１００】
また、例えば、コントローラ６０は、加熱部５０による液体２の加熱と当該加熱の停止とを繰り返し行う。
【０１０１】
これにより、常時加熱を行う場合に比べて、加熱に要するエネルギーを節約しながら十分な量のミスト４を安定して噴霧することができる。
【０１０２】
また、例えば、噴出板２０は、平板部の一例である電極支持板２１と、電極支持板２１に支持された複数の筒状部の一例である複数の放電電極２６とを有する。複数の放電電極２６の各々は、電極支持板２１から対向電極３０に向かって突出し、かつ、先端に開口２７を有する。
【０１０３】
これにより、複数の放電電極２６の各々の先端に高電界が集中しやすくなるので、液体２が形成するテーラーコーン３の形状が安定する。複数の放電電極２６の各々において、テーラーコーン３の形状が安定することにより、ミスト４の生成が安定する。したがって、静電霧化装置１は、十分な量のミスト４を安定して生成することができる。
【０１０４】
（その他）
以上、本発明に係る静電霧化装置について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【０１０５】
例えば、上記の実施の形態では、電極支持板２１が液体２の上面を覆うように設けられ、複数の放電電極２６が上方に向かって突出する例を示したが、これに限らない。例えば、電極支持板２１は、液体２の下面又は側面を覆っていてもよく、複数の放電電極２６は、下方、側方又は斜め方向に突出していてもよい。静電霧化装置１によるミスト４の噴霧方向は、上方に限らず、下方、側方又は斜め方向でもよい。
【０１０６】
また、例えば、噴出板２０は、導電性の放電電極２６の代わりに、絶縁性の材料を用いて形成された筒状のノズルを備えてもよい。例えば、液体２に接地電位を供給することで、ノズルが導電性を有しなくても、ノズルの先端でテーラーコーン３を形成することができ、ミスト４を安定して噴霧することができる。
【０１０７】
また、例えば、噴出板２０は、電極支持板２１と複数の放電電極２６とが一体に形成されていてもよい。噴出板２０は、例えば金属材料又は樹脂材料を用いた射出成形により一体的に形成されてもよい。
【０１０８】
また、例えば、対向電極３０は、平板状の電極でなくてもよく、例えば、滑らかに湾曲した電極板であってもよい。貫通孔３１は、厚み方向に電極板を貫通していてもよく、放電電極２６の突出方向に電極板を貫通していてもよい。
【０１０９】
また、例えば、複数の放電電極２６の配置の形状は、正六角形に限らず、正多角形でもよい。例えば、複数の放電電極２６は、一辺の長さがｐ、２ｐ又は３ｐなどの正方形の頂点及び等分点に配置されていてもよい。また、例えば、複数の放電電極２６は、格子の各交点に配置されていてもよい。
【０１１０】
また、例えば、複数の放電電極２６の形状は互いに異なっていてもよい。例えば、図３において、複数の放電電極２６のうち外側に位置する放電電極２６ｃ及び２６ｄは、中央に位置する放電電極２６ａより高さが低くてもよい。あるいは、放電電極２６ｃ及び２６ｄは、放電電極２６ａより高さが高くてもよい。
【０１１１】
また、例えば、静電霧化装置１は、電流検知部７０を備えなくてもよい。例えば、静電霧化装置１は、温度計を備え、液体２の温度を測定してもよい。コントローラ６０は、測定した温度に基づいて、液体２の加熱及び加熱の停止を制御してもよい。あるいは、コントローラ６０は、タイマー機能を有し、予め定められた時間毎に加熱と加熱の停止とを繰り返し行なってもよい。
【０１１２】
また、例えば、加熱部５０は、液体槽１０内の液体２を領域毎に加熱してもよい。具体的には、加熱部５０は、コントローラ６０によって互いに独立して制御される複数の発熱素子で実現されてもよい。複数の発熱素子は、例えば、平面視において、液体槽１０内の異なる領域に配置されている。例えば、複数の発熱素子は、複数の放電電極２６と一対一で配置されていてもよい。
【０１１３】
また、上記実施の形態において、コントローラ６０などの構成要素の全部又は一部は、専用のハードウェアで構成されてもよく、あるいは、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプロセッサなどのプログラム実行部が、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【０１１４】
また、コントローラ６０などの構成要素は、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
【０１１５】
１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又は、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）も同じ目的で使うことができる。
【０１１６】
また、本発明の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路又はコンピュータプログラムで実現されてもよい。あるいは、当該コンピュータプログラムが記憶された光学ディスク、ＨＤＤ若しくは半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な非一時的記録媒体で実現されてもよい。また、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【０１１７】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１１８】
１  静電霧化装置
２  液体
１０  液体槽
２０  噴出板
２１  電極支持板（平板部）
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ  放電電極（筒状部）
２７  開口
３０  対向電極
４０  電圧印加部
５０  加熱部
６０  コントローラ（制御部）
７０  電流検知部
【図１】
2019098257.tif 000003
【図２】
2019098257.tif 000004
【図３】
2019098257.tif 000005
【図４】
2019098257.tif 000006
【図５】
2019098257.tif 000007