(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極とこれに対向する対向電極と、上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と、上記両電極間に高電圧を印加して両電極間に放電を生じさせて上記水を霧化する高圧電源と、放電電流を監視して放電電流値に応じて上記冷却手段による冷却能力を制御する制御手段とを備えた静電霧化装置において、
上記制御手段は、上記放電電流値に応じた冷却能力制御にあたり、環境温度に応じて設定された範囲内に冷却能力を規制し、該放電電流値から放電電極上の水の凍結が生じたと判定された時に、冷却手段への電圧印加や電極への高圧印加を所定時間停止させ、再開時に冷却手段の冷却能力の上限値を前回値から一定割合下げて冷却能力の規制値を変更することを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
放電電極とこれに対向する対向電極と、上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と、上記両電極間に高電圧を印加して両電極間に放電を生じさせて上記水を霧化する高圧電源と、放電電流を監視して放電電流値に応じて上記冷却手段による冷却能力を制御する制御手段とを備えた静電霧化装置において、
上記制御手段は、上記放電電流値に応じた冷却能力制御にあたり、霧化の安定動作中の冷却度から冷却能力の規制値を算出し、環境温度に応じて設定された範囲内に冷却能力を規制するものであり、
各環境温度における冷却手段の冷却能力の上限値を記憶し、該放電電流値から放電電極上の水の凍結が生じたと判定された時に、前記冷却能力の規制値を該上限値に変更することを特徴とする静電霧化装置。
【請求項３】
放電電極とこれに対向する対向電極と、上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と、上記両電極間に高電圧を印加して両電極間に放電を生じさせて上記水を霧化する高圧電源と、放電電流を監視して放電電流値に応じて上記冷却手段による冷却能力を制御する制御手段とを備えた静電霧化装置において、
上記制御手段は、上記放電電流値に応じた冷却能力制御にあたり、霧化の安定動作中の冷却度から冷却能力の規制値を算出し、環境温度に応じて設定された範囲内に冷却能力を規制するものであり、
各環境温度における冷却手段の冷却能力の平均値に所定値を加えた値を、冷却能力の上限値として記憶し、前記冷却能力の規制値を該上限値に変更することを特徴とする静電霧化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電霧化装置、殊にナノサイズミストを発生させるための静電霧化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水が供給される放電電極と対向電極との間に高電圧を印加して放電させることで、放電電極が保持している水にレイリー分裂を生じさせて霧化させることでナノメータサイズの帯電微粒子水（ナノサイズミスト）を生成する静電霧化装置がある。
【０００３】
上記帯電微粒子水は、ラジカルを含んでいるとともに長寿命であって、空間内への拡散を大量に行うことができ、室内の壁面や衣服やカーテンなどに付着した悪臭成分などに効果的に作用し、無臭化することができるといった特徴を有している。
【０００４】
しかし、水タンクに入れた水を毛細管現象によって放電電極に供給するものでは、水タンクへの水の補給を使用者に強いることになる。この手間を不要とするために空気を冷却することで水を生成する熱交換部を設けて、熱交換部で生成した水（結露水）を放電電極に送ることが考えられるが、この場合、熱交換部で結露水を生成してこの水を放電電極まで送るのに少なくとも数分程度の時間がかかってしまう。
【０００５】
放電電極を冷却することで静電霧化させるための水を放電電極上に結露水として生じさせれば、水を放電電極に送らなくてもすむことになるが、この場合、放電電極の冷却について問題が生じる。放電電極を冷やし過ぎれば結露水が放電電極に付き過ぎることになり、放電電極の冷却が不足すれば結露水が放電電極上に生成されずに霧化が生じなくなるからである。
【０００６】
このために本発明者らは、放電電圧が一定であるなら、結露水が多いと放電電流が増加し、結露水が少ないと放電電流が減少することに着目し、放電電流を監視して、放電電流値に応じて冷却手段の冷却度合いを調整することを提案した。この場合、放電電極上に常に適切な結露水が確保されることになる。
【０００７】
しかし、環境温度や環境湿度によっては、上記制御では結露水が氷結（凍結）してしまう事態を招くことがあり、より適切な制御を行えるものが求められている。
【特許文献１】特許第３２６０１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来の間題点に鑑みて発明したものであって、水の補給の手間が不要である上にナノサイズミストの発生のための安定した放電状態を維持させることができ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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る静電霧化装置は、放電電極とこれに対向する対向電極と、上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と、上記両電極間に高電圧を印加して両電極間に放電を生じさせて上記水を霧化する高圧電源と、放電電流を監視して放電電流値に応じて上記冷却手段による冷却能力を制御する制御手段とを備えた静電霧化装置において、
上記制御手段は、上記放電電流値に応じた冷却能力制御にあたり、環境温度に応じて設定された範囲内に冷却能力を規制し、該放電電流値から放電電極上の水の凍結が生じたと判定された時に、冷却手段への電圧印加や電極への高圧印加を所定時間停止させ、再開時に冷却手段の冷却能力の上限値を前回値から一定割合下げて冷却能力の規制値を変更することに特徴を有している。環境温度に応じて冷却能力を規制することで氷結を招くことがないようにしているものである。
【００１０】
放電電極とこれに対向する対向電極と、上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と、上記両電極間に高電圧を印加して両電極間に放電を生じさせて上記水を霧化する高圧電源と、放電電流を監視して放電電流値に応じて上記冷却手段による冷却能力を制御する制御手段とを備えた静電霧化装置において、上記制御手段は、上記放電電流値に応じた冷却能力制御にあたり、霧化の安定動作中の冷却度から冷却能力の規制値を算出し、環境温度に応じて設定された範囲内に冷却能力を規制するものであり、各環境温度における冷却手段の冷却能力の上限値を記憶し、該放電電流値から放電電極上の水の凍結が生じたと判定された時に、前記冷却能力の規制値を該上限値に変更するものであってもよい。
【００１１】
また、放電電極とこれに対向する対向電極と、上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と、上記両電極間に高電圧を印加して両電極間に放電を生じさせて上記水を霧化する高圧電源と、放電電流を監視して放電電流値に応じて上記冷却手段による冷却能力を制御する制御手段とを備えた静電霧化装置において、上記制御手段は、上記放電電流値に応じた冷却能力制御にあたり、霧化の安定動作中の冷却度から冷却能力の規制値を算出し、環境温度に応じて設定された範囲内に冷却能力を規制するものであり、各環境温度における冷却手段の冷却能力の平均値に所定値を加えた値を、冷却能力の上限値として記憶し、前記冷却能力の規制値を該上限値に変更してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、環境温度に応じて冷却能力を規制するために氷結を招くことがないものであり、低温環境においても氷結を生じない霧化連続運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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と、図１に示すように、この静電霧化装置は、放電電極２とこの放電電極２の一端に所要の距離をおいて対向するとともに内周縁が実質的な電極として機能する対向電極３、これら両電極２，３間に放電用の高電圧を印加する高圧電源部４、上記放電電極２の他端が吸熱側に接続されて放電電極２を露点以下の温度に冷却する冷却手段としてのペルチェモジュール５、ペルチェモジュール用の電源部６０を内蔵している電源６、そして制御回路Ｃで構成されたもので、上記対向電極３は接地されており、放電時には放電電極２側に負もしくは正の高電圧（たとえば−４．６ｋＶ）が印加される。図中５０はペルチェモジュール５の放熱側に配された放熱フィン、８は環境温度センサである。環境湿度も参照する場合は、環境湿度センサも備えたものとする。
【００１４】
上記高圧電源部４は図２にも示すように高圧発生回路４０と放電電圧検出回路４１と放電電流検出回路４２を備えたもので、検出された放電電圧Ｖｖ及び放電電流Ｖｉは上記制御回路Ｃに入力され、制御回路Ｃはこの放電電圧Ｖｖ及び放電電流Ｖｉを基にペルチェモジュール５の冷却度調整による結露水生成量の調整を行う。
【００１５】
すなわち、放電電極２を冷却することで空気中の水分を放電電極２上に結露させた状態で放電電圧を放電電極２と対向電極３との間に印加する時、放電電極２上の水は図３に示すように対向電極３側に引っ張られてテーラーコーンと称される形状のものとなるとともに、そのテーラーコーンの先端においてレイリー分裂が生じてナノメータサイズの帯電微粒子水が生成されることで霧化がなされる。
【００１６】
この時、放電電極２上の水量が図３(b)に示す状態から少なくなって図３(a)に示すようにテーラーコーンが小さくなれば放電電流も少なくなり、放電電極２上の水量が多くなって図３(c)に示すようにテーラーコーンが大きくなれば放電電流が増大する。ちなみに、−４．４ｋＶの放電電圧の印加時、図３(a)に示す状態では放電電流が３．０μＡ、図３(b)に示す状態では放電電流が６．０μＡ、図３(c)に示す状態では放電電流が９．０μＡであった。
【００１７】
つまり、結露水の量にテーラーコーンの形状が関係しているとともにテーラーコーンの高さから放電電流も変化するわけであり、これ故に放電電流を測定することにより、テーラーコーンの高さ（結露水の量）を知ることができる。ここにおいて、放電電極２上の結露水の量が更に少なくなれば、放電電極２上の水と対向電極３間での放電ではなく、放電電極２と対向電極３との間で放電が生じてオゾンの発生などを招くことになる。逆に放電電極２上の水が更に多くなれば、対向電極３と水との距離が短くなりすぎて、大電流が流れることになって狙いの粒子径のミストが得られなくなる。
【００１８】
このためにここではある放電電圧の時の放電電流値から放電電極２上の水の量を推定し、この推定に基づき放電電極２を冷却する冷却手段であるペルチェモジュール５の冷却度調整による結露水生成量の調整を行うものであり、放電電流が少ない時はペルチェモジュール５の印加電圧を上昇させて放電電極２をさらに冷却して結露水を増加させ、放電電流が多い時は冷却度合を緩和させて結露水を減少させる方向へフィードバック制御することで、放電電極２上の結露水の量が常にナノサイズミストの発生に適した量となるようにしているものであり、この結果、放電によるナノサイズミストを発生させる静電霧化が途切れたりすることなく連続的になされるものである。
【００１９】
ただし、放電電圧が変われば、適切な結露水量を表すことになる放電電流値も変化することから、表１に示すように放電電圧Ｖ(n)に応じた最適な放電電流ｉ(n)の範囲を規定し、検出される放電電流ｉ(n)値が上記範囲の中央値ｉ(n)typ付近を維持するようにペルチェモジュール５の印加電圧のデューティ制御を制御回路Ｃが行うようにしている。
【００２０】
【表１】
0004765772.tif 000002
【００２１】
放電電流に基づくフィードバック制御の詳細について説明すると、各回路が安定するまでの時間Δｔが経過した時点ｔａで制御回路Ｃは放電電圧検出回路４１と放電電流検出回路４２から放電電圧値及び放電電流値を取り込み、一定時間毎の平均値を演算して得られた放電電圧値によって上記表１に基づく放電電流制御の放電電流値上限ｉ(n)max、目標値（中央値）ｉ(n)typ、下限ｉ(n)minを取得し、測定された放電電流ｉ(n)値が目標値ｉ(n)typとなるようにペルチェモジュール５に加える印加電圧をデューティ制御でフィードバック制御するものであり、ここではオーバーシュートを避けるために次のように処理している。
【００２２】
すなわち図４に示すように、時刻ｔａにおいて取り込みを開始した放電電圧値及び放電電流値の平均値v(1)，ｉ(1)がΔｔ時間後の時刻ｔｂにおいて定まり、更に時刻ｔｂにおいて取り込みを開始した放電電圧値及び放電電流値の平均値v(2)，ｉ(2)がΔｔ時間後の時刻ｔｃにおいて定まる時、時刻ｔｂ−ｔｃ間の上記Δｔ時間内の放電電流値の差Δｉ(2)＝ｉ(2)−ｉ(1)を求めるとともに、時刻ｔｂでの放電電圧ｖ(1)と前記表１とから求めた時刻ｔｃでの目標放電電流中央値ｉtyp(1)と、時刻ｔｃでの放電電流値ｉ(2)との差Δｉd(2)とを求め、時刻ｔｂ−ｔｃ間でのペルチェモジュール５の印加電圧のデューティをＤ(2)とする時、このデューティＤ(2)から増分ΔＤ(2)を
ΔＤ(2)＝ａ×Δｉd(2)−ｂ×Δｉ(2)
（ａ，ｂはパラメータ）
で求めて、Ｄ(3)＝Ｄ(2)＋ΔＤ(2)を次の時刻ｔｃ−ｔｄ間でのペルチェモジュール５の印加電圧のデューティとしており、時間Δｔ毎に以降順次繰り返することで、つまりは
ΔＤ(n)＝ａ×Δｉｄ(n)−ｂ×Δｉ(n)
をΔｔ毎に求めて、それまでのデューティＤ(n-1)に加算して次のデューティＤ(n)を決定している。放電電流値ｉ(n)と目標放電電流中央値ｉtyp(n)との差分Δｉd(n)に加えて、放電電流値の差分Δｉ(n)を考慮することから、前者のみを考慮した場合に生じやすいオーバーシュートを避けることができる。なお、ここで言うデューティ値Ｄ(n)及び増分ΔＤ(n)は、デューティ０〜１００％を２５６分割して割りふったＤ1〜Ｄ256に対応させている。
【００２３】
ここにおいて、図５は横軸が環境温度、縦軸が湿度、対応する升目数字は露点−２℃の露点温度を示す。色付けしている範囲は露点が氷点下以下の範囲である。環境温度１０℃、環境湿度４０％であれば、−５℃まで冷やせばよいことになり、環境温度から計算すると１０℃−（−５℃）＝１５℃冷やすことができれば、結露を生じさせるという点で十分な能力を持つことになる。
【００２４】
そして静電霧化装置では、結露水が氷結しない範囲で制御することが前提となることから、環境温度が下がれば必要ペルチェ冷却能力は低くてよく、その温度に必要な分だけ冷却することができればよい。しかも、全ての環境下で同じ冷却能力をもたせた場合、低温度環境ではその能力範囲内で駆動しても放電電極２の電極温度が氷点下よりもかなり下がることになり、この場合、安定霧化していたものが、外部からの擾乱があった時にこの擾乱に反応して氷結に至る場合も考えられる。
【００２５】
このためにここではぺルチェ印加電圧の上限値を環境温度（及び環境湿度）に応じて図５に示す必要冷却能力を得られる値に設定することで、つまりは環境に応じた冷却能力を持たせることで、制御中に氷結に至る虞を低減している。各環境温度によるペルチェ印加電圧上限の目安は環境温度＋５℃前後が望ましい。環境温度が１０℃であれば、電極冷却印加電圧は１０＋５＝１５℃冷却できる電圧設定とするのである。
【００２６】
また、図６はペルチェ印加電圧の変化を示しており、図中Ｖ１は環境に応じて設定されるペルチェ印加電圧の上限値である。図に示すように、ペルチェ印加電圧は放電電流値に応じたフィードバック制御によって、電圧値Ｖ１を上限とする範囲内で変動するが、その環境下で結露水ができるペルチェ印加電圧が入力され続けているにもかかわらず、放電電流値が０Ｖ付近の場合、氷結が生じたと判定することができる。この場合、その環境ではまだ過冷却であることが推定できることから、上記凍結の判定がなされた時点でペルチェモジュール５への電圧印加や電極への高圧印加を所定時間だけ停止させ、その後、これらを再開する時、ぺルチェ印加電圧の上限値を前回値から一定割合下げることが好ましい。この結果、再度の結露水の氷結を防止することができる。制御回路Ｃにおいて、内部もしくは外部の記憶装置に各環境温度におけるペルチェ印加電圧の上限値を記憶させておくとともに、上記氷結時の上限値変更情報をもとに記憶させている上限値を更新させていけば、常時非氷結の状態での運転が可能となる。
【００２７】
更に図７はペルチェ印加電圧Ｖと放電電流Ｉの両者の変化を示しており、放電電流が安定する期間はぺルチェ印加電圧Ｖもある値で安定する。この安定ペルチェ印加電圧Ｖは、環境湿度に影響され、環境湿度が高いほど低く、環境湿度が低いほど大きい値をとる。湿度によって結露水のできやすさが変わるからである。
【００２８】
この点に着目し、ここでは制御回路Ｃにおいて各温度における安定ペルチェ印加電圧の平均値を計算し、この平均値ｖａに所定値ｖｂを加えた値をペルチェ印加電圧の上限値とするようにしてもよい。この場合も必要以上に結露水を冷却して氷結させてしまうことがなくなる。この場合も上記上限値を内部または外部の記憶装置に記憶させて、次回はこの上限値を採用することで、氷結の虞を更に低減させることができる。
【００２９】
同湿度でも温度により氷結割合が変化する上に、低温時のｖｂの値よりも高温時のｖｂの値が大きいことが必要となることから、上限値設定のための上記ｖｂの値も各温度毎に設定するとともに各温度時の平均ペルチェ印加電圧を記憶更新させることが、常時非氷結状態での運転に好ましいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の一例の回路図である。
【図２】同上のブロック回路図である。
【図３】(a)(b)(c)は放電時に放電電極上の結露水で形成されるテーラーコーンの状態を示す説明図である。
【図４】同上の放電電流フィードバックに関する説明図である。
【図５】ペルチェ冷却能力についての説明図である。
【図６】ペルチェ印加電圧のタイムチャートである。
【図７】ペルチェ印加電圧と放電電流のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
Ｃ  制御回路
２  放電電極
３  対向電極
４  高圧電源部
５  ペルチェモジュール
【図１】
0004765772.tif 000003
【図２】
0004765772.tif 000004
【図４】
0004765772.tif 000005
【図５】
0004765772.tif 000006
【図６】
0004765772.tif 000007
【図７】
0004765772.tif 000008
【図３】
0004765772.tif 000009