(57)【要約】【課題】結露により発生したが、霧化に寄与しなかった結露水を、以降の霧化時に有効に利用することによって、放電極に安定した水の供給を行って、帯電微粒子液滴を安定して発生させ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。【解決手段】所定位置に放電部１ａを有する放電極１と、放電極１と対向して位置する対向電極２と、放電極１を冷却して空気中の水分を放電極１に結露させることにより放電極１に水を供給する水供給手段と、放電極１に供給される結露水を放電極１と対向電極２の間に高電圧を印加することによって放電部１ａで霧化させる静電霧化装置Ａにおいて、直前の高電圧印加時において霧化に寄与しなかった結露水を収容する貯水部４と、貯水部４から放電部１ａへ結露水を搬送する搬送路５とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定位置に放電部を有する放電極と、放電極と対向して位置する対向電極と、放電極を冷却して空気中の水分を放電極に結露させることにより放電極に水を供給する水供給手段と、放電極に供給される結露水を放電極と対向電極の間に高電圧を印加することによって放電部で霧化させる静電霧化装置において、直前の高電圧印加時において霧化に寄与しなかった結露水を収容する貯水部と、貯水部から放電部へ結露水を搬送する搬送路とを備えたことを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
搬送路は、放電部と貯水部とを連通するように放電極に内設され、毛細管現象によって貯水部に収容された結露水を放電部へ搬送するようになしたことを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
【請求項３】
貯水部の結露水の貯水状況を検知する貯水検知手段と、前記貯水状況に基づいて水供給手段で行われる放電極の冷却状態を制御する制御部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の静電霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来から特開２００６−０００８２６号公報に示されているように、放電極と、放電極に対向して位置する対向電極と、放電極に水を供給する水供給手段とを備え、放電極と対向電極との間に高電圧を印加することで放電極に保持される水を霧化させ、帯電微粒子液滴を発生させる静電霧化装置が知られている。放電極に水を供給する水供給手段としては、吸熱体により放電極を冷却して空気中の水分を放電極に結露させることにより放電極の放電部に結露水を生成させるものである。
【特許文献１】特開２００６−０００８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例である静電霧化装置において、多湿な環境で用いられた場合、放電極には多量に結露水が生成されて全てが霧化されない場合があり、余剰水として放電極の表面に付着し、さらには放電極の下方に流れ落ちてしまうことがある。周辺に回路機器がある場合には、この余剰水によって回路が短絡する恐れがあるので、絶縁性を確保するためにも問題である。また、空気中の水分が少ない環境で用いられる場合には、放電極を冷却することによって生成される結露水が少なくなるために、霧化によって発生する帯電微粒子液滴の量も少なくなり、安定した帯電微粒子液滴の供給ができない場合があった。
【０００４】
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、結露により発生したが、霧化に寄与しなかった結露水を、以降の霧化時に有効に利用することによって、放電極に安定した水の供給を行って、帯電微粒子液滴を安定して発生させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、所定位置に放電部を有する放電極と、放電極と対向して位置する対向電極と、放電極を冷却して空気中の水分を放電極に結露させることにより放電極に水を供給する水供給手段と、放電極に供給される結露水を放電極と対向電極の間に高電圧を印加することによって放電部で霧化させる静電霧化装置において、直前の高電圧印加時において霧化に寄与しなかった結露水を収容する貯水部と、貯水部から放電部へ結露水を搬送する搬送路とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
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、搬送路は、放電部と貯水部とを連通するように放電極に内設され、毛細管現象によって貯水部に収容された結露水を放電部へ搬送するようになしたことを特徴としている。
【０００７】
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、貯水部の結露水の貯水状況を検知する貯水検知手段と、前記貯水状況に基づいて水供給手段で行われる放電極の冷却状態を制御する制御部とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本願請求項１記載の発明の静電霧化装置においては、貯水部と搬送路を備えたことによって、霧化に寄与しなかった結露水を放電部へ搬送することができる。このことによって、結露により発生したが、霧化に寄与しなかった結露水を、以降の霧化時に有効に利用することによって、放電極に安定した水の供給を行って、帯電微粒子液滴を安定して発生させることができる。さらに、放電極の冷却が開始されて結露水が生成されるまでの間においても、余剰した結露水を霧化することができるので、静電霧化装置の起動直後より結露水を霧化することができる。
【０００９】
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、搬送路を放電極に内設し、毛細管現象によって結露水を貯水部から放電部へ搬送するので、結露水を搬送する装置を別途に設ける必要がない。また、搬送路は放電極の内部形状によって形成することができるので、搬送路を別部材で設ける必要がない。このことによって、静電霧化装置の部品点数の削減と小型化を図ることができる。
【００１０】
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、貯水部の貯水状況を検知して放電極の冷却状態を制御することができるので、霧化に寄与しなかった結露水を再利用して霧化を行っている場合には、水供給手段において放電極を冷却する熱交換部への電力の供給を低減または停止することができる。このことによって、静電霧化装置の省電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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に示すように、所定位置に放電部１ａを有する放電極１と、放電極１と対向して位置する対向電極２と、放電極１を冷却して空気中の水分を放電極１に結露させることにより放電極１に水を供給する水供給手段と、放電極１に供給される結露水を放電極１と対向電極２の間に高電圧を印加することによって放電部１ａで霧化させる静電霧化装置Ａにおいて、直前の高電圧印加時において霧化に寄与しなかった結露水を収容する貯水部４と、貯水部４から放電部１ａへ結露水を搬送する搬送路５とを備えたものである。
【００１２】
また、搬送路５は、放電部１ａと貯水部４とを連通するように放電極１に内設され、毛細管現象によって貯水部４に収容された結露水を放電部１ａへ搬送するようになしたものである。
【００１３】
さらに、貯水部４の結露水の貯水状況を検知する貯水検知手段６と、前記貯水状況に基づいて水供給手段で行われる放電極１の冷却状態を制御する制御部７とを備えたものである。
【００１４】
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に示すように、静電霧化装置Ａは放電極１、対向電極２、熱交換部３、貯水部４、搬送路５、貯水検知手段６、制御部７、ペルチェモジュール通電回路８、保持部材９、高電圧印加部１０及び記憶部１１で構成されている。
【００１５】
熱交換部３は、冷却部３１と放熱部３２とペルチェモジュール３３とを有するものであり、放電極１は、冷却部３１上に立設されている。この放電極１の側方を囲むように先端に開口を有する断面円環状を成す保持部材９を熱交換部３に取り付け、保持部材９の先端開口縁部９ａに対向電極２が固定されている。なお、冷却部３１とペルチェモジュール３３、あるいは放熱部３２とペルチェモジュール３３の間には、熱伝導材料（図示せず）が介在していることが望ましい。
【００１６】
また、放電極１は、冷却部３１上に立設された円柱形状の部材であり、熱伝導率が高く且つ電気伝導率の高い材料（例えば銅）を用いて、その先端の放電部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、球状となるように形成されていてもよい。放電部１ａには高電圧印加部１０より、例えば±２〜１５ｋＶ程度の高電圧が印加され、保持部材９の先端開口縁部９ａの放電極１と対をなす位置に設置される対向電極２は接地もしくは放電部１ａ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。
【００１７】
熱交換部３は、通電により冷却側及び放熱側を形成するペルチェモジュール３３を用いたものであり、ペルチェモジュール３３の冷却側に薄板状に形成されている冷却部３１が接続されており、ペルチェモジュール３３の放熱側に薄板状に形成されている放熱部３２が接続されている。なお、冷却部３１としては熱伝導率が高く且つ電気伝導率の低い材料（例えばアルミナ）を用い、放熱部３２としては熱伝導率の高い材料（例えばアルミニウム）を用いる。
【００１８】
放電極１は、ペルチェモジュール３３で冷却された冷却部３１によって冷却される。冷却された放電極１によって、放電極１近傍の空気中の水分を結露させて結露水を放電極１表面に生成し、この結露水が放電部１ａで高電圧によって帯電微粒子液滴となって発散される。
【００１９】
このペルチェモジュール３３によって放電極１の冷却を行う場合は、放電極１の冷却効率向上のために、ペルチェモジュール３３の反対側の表面からの熱を放出する放熱部３２はフィン形状の放熱フィン３２ａを有し、また放熱部３２へ送風を当てる送風装置（図示せず）が存在することが望ましい。
【００２０】
図１に示すように、放電極１の表面より滴下、もしくは放電極１の表面を流れてきた霧化に寄与しなかった結露水を溜めるように、貯水部４は周囲に貯水壁４ａを有して形成されている。さらに、図２は放電極１と貯水部４の構成部分の断面図であるが、放電極１と貯水部４とが接触する部分に隙間があれば、貯水部４で貯水した結露水がその隙間より下方の熱交換部３へ流れていく恐れがあり、霧化に寄与しなかった結露水を有効に利用することができなくなるのみならず、結露水が周辺の回路機器へ流れていって回路が短絡する可能性もあり、絶縁性を確保するためにも問題である。そこで、封止用の接着剤などを用いた封止部４ｂを備えることによって、結露水の漏れを防止することができる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、搬送路５は、貯水部４と放電極１の先端の放電部１ａとを連通するように放電極１に内設され、貯水部４に貯水された結露水を毛細管現象により放電部１ａへ搬送することができる径の小さい（φ２ｍｍ以下）断面円形状又は断面楕円形状をしたものである。搬送路５は、放電部１ａより放電極１の略中心軸を通る本路部５ａを有し、本路部５ａの貯水部４側の端部には、貯水部４へ向かって１又は複数の基端部５ｂが形成されている。静電霧化装置Ａが、放電部１ａを上方に向けて使用される場合には、貯水部４で収容されている結露水を有効に放電部１ａへ搬送するために、基端部５ｂは貯水部４の底面に近い箇所に備えるほうがよい。貯水部４に結露水が収容されると、毛細管現象によって、結露水は基端部５ｂから本路部５ａに入り、放電部１ａまで搬送されて霧化される。
【００２２】
さらに、貯水部４には、貯水状況を検知することができる貯水検知手段６が備えられている。貯水検知手段６は、貯水部４の底部に圧力センサを備え、圧力の値によって貯水状況を検知するものや、水位をセンシングできる水位センサを用いるもので実現できる。なお、貯水の検知手段は上述の検知方法を用いたものに必ずしも限定するものではなく、他の方法を用いてもよい。
【００２３】
貯水検知手段６によって検知された貯水状況の情報は、制御部７に送信されて、ペルチェモジュールの通電制御に用いられる。制御部７において行われる制御内容を図３に基づいて説明する。
【００２４】
例えば起動スイッチなどが押されることによって、制御部７に静電霧化装置Ａの起動命令がされ（Ｓ１）、制御部７から高電圧印加部１０へ高電圧の印加を開始する命令が送信されて、高電圧印加部１０によって放電部１ａに高電圧が印加された場合（Ｓ２）、貯水検知手段６によって貯水部４の結露水の貯水状況が検知される（Ｓ３）。この検知の結果において、結露水が無いと検知された場合には、制御部７は、結露水が貯水部４より放電部１ａへ供給されていないと判断する。さらに、制御部７は、霧化できる結露水が供給されていないと判断して、ペルチェ通電回路８へペルチェモジュールの通電を要求する。そして、ペルチェ通電回路８によってペルチェモジュールに通電がされて（Ｓ４）、放電極１が冷却されることで、放電極１に結露水が生成される。この結果、放電部１ａへ結露水が供給される。一方、結露水の貯水状況の検知結果において、結露水が有ると検知された場合には、高電圧印加部１０において、放電極１に流れている電流値を用いて霧化量が測定されて、測定結果が制御部７へ送信される。制御部７は、予め記憶部１１に保存されている霧化量の基準値を読み込み、高電圧印加部１０より受信した霧化量の測定値と比較することによって、基準値以上の量の霧化がされているか否かの判断を行う。制御部７において基準値以上の量の霧化がされていると判断された場合には、制御部７は、ペルチェ通電回路へペルチェモジュールの通電を停止する命令を送信し（Ｓ６）、貯水部４より供給される結露水のみで霧化を行うものとする。制御部７において基準値以上の量の霧化がされていないと判断された場合には、制御部７は、貯水部４より供給される結露水では不足していると判断して、ペルチェ通電回路へペルチェモジュールの通電を開始する命令を送信し（Ｓ７）、ペルチェ通電回路８によってペルチェモジュールへ通電がされ、ペルチェモジュールを用いて放電極１を冷却することで結露水の生成を行い、結露水を補給する制御を行う。
【００２５】
また、図４に示すように、例えば起動スイッチなどが押されることによって、制御部７に静電霧化装置Ａの起動命令がされ（Ｓ２１）、制御部７から高電圧印加部１０へ高電圧の印加を開始する命令が送信されて、高電圧印加部１０によって放電部１ａに高電圧が印加された場合（Ｓ２２）、ペルチェモジュールに通電しない状態で、高電圧印加部１０において、放電極１に流れている電流値を用いて霧化量が測定されて、測定結果が制御部７へ送信される。制御部７は、予め記憶部１１に保存されている霧化量の基準値を読み込み、高電圧印加部１０より受信した霧化量の測定値と比較することによって、基準値以上の量の霧化がされているか否かの判断を行う（Ｓ２３）。制御部７において、基準値以上の量の霧化がされていないと判断された場合には、制御部７は、貯水部４からの結露水の供給がないとして、貯水部４には結露水が無いとの判断をすることが可能となる。一方、制御部７において基準値以上の量の霧化がされていると判断された場合には、ペルチェモジュールには通電されていないので、制御部７は、貯水部４から供給される結露水で霧化されているとして、貯水部４には結露水が有るとの判断をすることが可能となる。制御部７においてこのような判断を行うことによって、貯水部４の結露水の貯水状況の判断を、貯水検知手段６を備えずに行ってもよい。
【００２６】
したがって、貯水部４と搬送路５を備えたことによって、霧化に寄与しなかった結露水を放電部１ａへ搬送することができる。このことによって、結露により発生したが、霧化に寄与しなかった結露水を、以降の霧化時に有効に利用することによって、放電極１に安定した水の供給を行って、安定した帯電微粒子液滴を発生させることができる。さらに、放電極１の冷却が開始されて結露水が生成されるまでの間においても、余剰した結露水を霧化することができるので、静電霧化装置Ａの起動直後より結露水を霧化することができる。
【００２７】
また、搬送路５を放電極１に内設し、毛細管現象によって結露水を貯水部４から放電部１ａへ搬送するので、結露水を搬送する装置を別途に設ける必要がない。また、搬送路５は放電極１の内部形状によって形成することができるので、搬送路５を別部材で設ける必要がない。このことによって、静電霧化装置Ａの部品点数の削減と小型化を図ることができる。
【００２８】
さらに、貯水部４の貯水状況を検知して放電極１の冷却状態を制御することができるので、霧化に寄与しなかった結露水を再利用して霧化を行っている場合には、水供給手段において放電極１を冷却する熱交換部３への電力の供給を低減または停止することができる。このことによって、静電霧化装置Ａの省電力化を図ることができる。
【００２９】
図５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、その他の構成については、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。
【００３０】
図５に示すように、貯水壁４ａは、放電部１ａにおいて結露水を霧化することを妨げず、霧化により発生した帯電微粒子液滴が貯水壁４ａの内壁に衝突することによって、帯電微粒子液滴の発散を妨げることがない高さまで放電極１を覆うように形成されている。このことによって、放電極１の先端の放電部１ａを上方に向けて、放電極１の中心軸が鉛直線より傾いた状態で静電霧化装置Ａを用いた場合において、放電極１の表面に付着した霧化に寄与しなかった結露水が滴下した場合でも、貯水壁４ａの内壁に当たって確実に貯水部４へ結露水を収容することができる。
【００３１】
図６は、本願発明の第３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及び２の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の構成については、上記第１及び２の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００３２】
貯水部４に貯水された結露水に埃などの不純物が混入すると、搬送路５が不純物で詰まり、結露水の搬送ができなくなる可能性がある。そこで、図６に示すように、貯水部４の上面を覆うように貯水天板４ｃを設けることによって、貯水部４への埃などの不純物の混入を防止することができる。
【００３３】
図７は、本願発明の第４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１〜３の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の構成については、上記第１〜３の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００３４】
図７に示すように、貯水部４は、放電部１ａにおいて結露水を霧化することを妨げず、霧化により発生した帯電微粒子液滴が貯水壁４ａの内壁に衝突することによって、帯電微粒子液滴の発散を妨げることがない高さまで放電極１を覆うように形成した貯水壁４ａと、貯水天板４ｃとを有している。さらに、貯水天板４ｃと放電極１との間隙には、封止用の接着剤などを用いた封止部４ｂを備えている。さらに、貯水部４のいずれかの箇所に、外部の空気を取り入れる空気孔（図示せず）を設けることによって、貯水部４の内部へ水分を含んだ外部の新たな空気を常に取り入れることができる。
【００３５】
このことによって、放電極１の先端の放電部１ａ付近以外の放電極１の表面で結露した結露水は確実に貯水部４によって収容されることとなる。さらに、貯水部４は封止部４ｂによって封止されているので、静電霧化装置Ａをいずれの向きで用いても、貯水部４に収容されている結露水が外部に漏れることを確実に防止することができる。放電極１の先端の放電部１ａを下方に向けた状態で静電霧化装置Ａを使用している場合には、貯水部４に収容されている結露水は貯水天板４ｃ側に溜まることになるので、貯水部４の貯水天板４ｃの付近に搬送路５の基端部５ｂを設けることによって、収容された結露水を放電部１ａに搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本願発明の第１の実施形態である静電霧化装置の構成を示すブロック構成図である。
【図２】同静電霧化装置における放電極と貯水部の構成部分の断面図である。
【図３】同静電霧化装置の制御部で行われる貯水部に収容された結露水の貯水状況に基づくペルチェモジュールの通電制御フローをあらわすフローチャートである。
【図４】同静電霧化装置の制御部で行われる貯水部に収容された結露水の貯水状況判断フローをあらわすフローチャートである。
【図５】本願発明の第２の実施形態である静電霧化装置における放電極と貯水部の構成部分の断面図である。
【図６】本願発明の第３の実施形態である静電霧化装置における放電極と貯水部の構成部分の断面図である。
【図７】本願発明の第４の実施形態である静電霧化装置における放電極と貯水部の構成部分の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ  静電霧化装置
１  放電極
１ａ  放電部
２  対向電極
３  熱交換部
３１  冷却部
３２  放熱部
３２ａ  放熱フィン
３３  ペルチェモジュール
４  貯水部
５  搬送路
６  貯水検知手段
７  制御部
８  ペルチェモジュール通電回路
９  保持部材
１０  高電圧印加部
１１  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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