(57)【要約】      （修正有）【課題】放電極に生成した結露水をスムーズ且つ安定して放電極の頂部に供給し、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストを安定して生成できる。静電霧化装置の稼動時、放電極の冷却が十分に飽和に達する前段階から静電霧化を開始することが可能となる静電霧化装置を提供する。【解決手段】熱伝導性及び導電性に優れた材料で形成された放電極と、放電極を冷却して表面に水を結露させて放電極に水を供給する水供給手段２と、放電極に高電圧を印加する電圧印加手段３とを備え、放電極に高電圧を印加することで放電極に保持された水を静電霧化させる静電霧化装置４である。放電極の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けた。【選択図】図１
2007105636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性及び導電性に優れた材料で形成された放電極と、放電極を冷却して放電極の空気と接する面に空気中の水分を結露させて放電極に水を供給する水供給手段と、放電極に高電圧を印加する電圧印加手段とを備え、放電極に高電圧を印加することで放電極に保持された水を静電霧化させる静電霧化装置において、放電極の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けたことを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極の頂部から内部方向に至る孔により構成し、該孔の放電極の頂部から離れた位置に外気取り入れ部を連通させて成る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】
結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極の頂部からはじまって頂部より離れる方向に伸びたスリットにより構成して成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
【請求項４】
結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極の頂部から外周面上を伸びて頂部より離れた位置に至るまで形成された凹溝により構成して成ることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
【請求項５】
放電極に形成する凹部構造の一部に凹部構造の他の部分よりも幅広な貯水部を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか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、水を静電霧化させてナノメータサイズの帯電微粒子ミスト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、ナノメータサイズで強い電荷を持つマイナスイオンミスト（ナノメータサイズの帯電微粒子ミスト）を発生させる静電霧化装置が、特許文献１により知られている。
【０００３】
このナノサイズメータの帯電微粒子ミストは、粒径が３〜数十ｎｍ程度であって、人体の角質細胞の大きさである７０ｎｍよりも小さな粒径である。このため、例えば、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストは人体の角質層に浸透し、角質層表面の奥まで水分を十分に補給し、肌や毛髪に高い保湿効果を付与できるものであり、更に、活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するナノメータサイズの帯電微粒子ミストは脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果があり、更にまた、活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するナノメータサイズの帯電微粒子ミストは遊離基単独で存在する場合より寿命が長くなり、且つ、ナノメータサイズと非常に小さいので、空気中に長時間浮遊すると共に拡散性が高く、空気中に長時間満遍なく浮遊して、脱臭効果をより高めることができるという特徴を有している。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示された従来の静電霧化装置は、水の供給手段が、水が充填される水タンクと、水タンク内の水を毛細管現象により放電極まで搬送する水搬送部を備えた構造であるので、使用者は水タンク内に継続的に水を補給する必要があり、面倒な水補給の手間が強いられるという問題があって、使い勝手が悪いという問題があった。また、上記の静電霧化装置においては、供給する水が水道水のようなＣａ、Ｍｇ等の不純物を含む水であった場合、この不純物が空気中のＣＯ２と反応して水搬送部の先端部にＣａＣＯ３やＭｇＯ等を析出付着させ、毛細管現象による水の供給を阻害し、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストの発生を妨げるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明者は上記問題を解決するために、放電極を冷却して表面に水を結露させ、この放電極に結露生成した水を静電霧化することを考えた。これだと、上記従来例のような水タンクや、水タンクからの放電極に水を搬送する搬送路が必要でなく、また、使用者による継続的な水の補給作業が必要でなく、また、水タンクが必要でないので小型化が図れ、更に、水道水を搬送部に搬送して生じる目詰まりでナノメータサイズの帯電微粒子ミストの発生を妨げるといった問題点を解決できることが判明した。
【０００６】
しかしながら、放電極を冷却して放電極に結露水を生成させるものにおいては、結露水が放電極の頂部であるテイラーコーンの生成部分にスムーズに安定して供給されず、安定したテイラーコーンの生成による安定した静電霧化ができ難いという問題があることが判明した。
【０００７】
更に、静電霧化装置の稼動時、放電極の冷却を開始してから放電極の冷却が十分に飽和に達するまでは静電霧化ができず、放電極の冷却を開始してから帯電微粒子ミストの生成開始までに時間がかかるという問題があることが判明した。
【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】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、放電極を冷却することで放電極に結露水を生成して該結露水を静電霧化するに当たって、放電極に生成した結露水をスムーズ且つ安定して放電極の頂部に供給し、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストを安定して生成でき、また、静電霧化装置の稼動時、放電極の冷却が十分に飽和に達する前段階から静電霧化を開始することが可能とな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、熱伝導性及び導電性に優れた材料で形成された放電極１と、放電極１を冷却して放電極１の空気と接する面に空気中の水分を結露させて放電極１に水を供給する水供給手段２と、放電極１に高電圧を印加する電圧印加手段３とを備え、放電極１に高電圧を印加することで放電極１に保持された水を静電霧化させる静電霧化装置４において、放電極１の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
このような構成とすることで、水供給手段２により放電極１を冷却して放電極１の空気と接する面に生成した結露水を、放電極１に設けた凹部構造部分に保持し、これをスムーズ且つ安定的にテイラーコーンの生成部である放電極１の頂部に供給し、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストを安定して生成できる。また、前回稼動時に結露した水を凹部構造内に保持することができて、静電霧化装置４の稼動時、放電極の冷却が十分に飽和に達する前段階から静電霧化を開始することが可能となる。
【００１１】
また、結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極１の頂部から内部方向に至る孔５により構成し、該孔５の放電極１の頂部から離れた位置に外気取り入れ部６を連通させることが好ましい。
【００１２】
このような構成とすることで、孔５の内面に得られた結露水を孔５内に保持し、この孔５に保持された結露水を孔５の先端から放電極１の頂部、すなわちテイラーコーンの生成部に効果的に供給でき、安定して静電霧化を継続することができ、これによりナノメータサイズの帯電微粒子ミストを安定して生成できる。
【００１３】
また、結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極１の頂部からはじまって頂部より離れる方向に伸びたスリット７により構成することが好ましい。
【００１４】
このような構成とすることで、スリット７の内面に生成した結露水を保持するだけでなく、放電極１の表面に生成した結露水もスリット７に取り込み、該スリット７に保持した結露水をテイラーコーンを生成する放電極１の頂部にスムーズ且つ安定的に供給することができ、安定して静電霧化を継続することができ、これによりナノメータサイズの帯電微粒子ミストを安定して生成できる。
【００１５】
また、結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極１の頂部から外周面上を伸びて頂部より離れた位置に至るまで形成された凹溝８により構成することが好ましい。
【００１６】
このような構成とすることで、凹溝８に生成した結露水だけでなく放電極１表面に生成した結露水を保持すると共に素早くテイラーコーンを生成する放電極１の頂部にスムーズ且つ安定的に供給することができ、安定して静電霧化を継続することができ、これによりナノメータサイズの帯電微粒子ミストを安定して生成できる。
【００１７】
また、放電極１に形成する凹部構造の一部に凹部構造の他の部分よりも幅広な貯水部９を設けることが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることで、結露水をできるだけ多く保持して静電霧化をより長時間継続することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、放電極を冷却することで生成した結露水をテイラーコーン形成部となる放電極の頂部に安定的且つ継続的に供給でき、より安定した静電霧化が可能となり、また、前回稼動時に結露した水を凹部構造内に保持することができて、静電霧化装置の稼動時、放電極の冷却が十分に飽和に達する前段階から静電霧化を開始することができ、静電霧化による作用効果を迅速に与えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
静電霧化装置４は、図１に示すように放電極１及び放電極１に対向配置した対向電極１０と、放電極１を冷却して放電極１の空気と接する面に空気中の水分を結露させて放電極１に水を供給する水供給手段２と、放電極１と対向電極１０との間に高電圧を印加する電圧印加手段３とを備えたもので、電圧印加手段３により放電極１と対向電極１０との間に高電圧を印加することで放電極１に供給した水を静電霧化するものである。
【００２２】
静電霧化は、高電圧の印加により放電極１側が負電極となって放電極１の頂部に供給された水が帯電し、帯電した水にクーロン力が働き、水の液面が局所的に円錐形状に盛り上がってテイラーコーンが形成され、このテイラーコーンの先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となり、テイラーコーンの先端部分の水が大きなエネルギー（高密度となった電荷の反発力）を受けて表面張力を超えてはじけるようにして水が分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して静電霧化を行い、ナノメータサイズの帯電微粒子ミストが発生する。
【００２３】
本実施形態における水供給手段２はペルチェ素子１１からなる冷却手段を備えたもので、この冷却手段により放電極１を冷却させて空気中の水分（湿気）を放電極の空気が接する面に結露させることで放電極１に水を供給するものである。
【００２４】
ペルチェ素子１１は一端部が冷却部１１ａ、他端部が放熱部１１ｂとなっており、冷却部１１ａに熱伝導性及び導電性に優れた材料で形成された放電極１が熱的に（つまり熱が伝わり易いように）接続してあり、放熱部１１ｂに放熱フィン１２が熱的に（つまり熱が伝わり易いように）接続してあり、この水供給手段２を構成するペルチェ素子１１に通電すると、放電極１が冷却され、放電極１の空気を接する面に空気中の水分（湿気）が結露して結露水が生成するようになっている。
【００２５】
ここで、本発明は、放電極１の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けたことを特徴としている。
【００２６】
上記のように、ペルチェ素子１１に通電して放電極１を冷却することで、放電極１の空気を接する面に生成された結露水は、高電圧の印加により放電極１の頂部に集まり、やがてテイラーコーンを形成するのであるが、この時、放電極１に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けてないと、結露水の水滴がテイラーコーンに取り込まれる際に該水滴の取り込みが安定せず、テイラーコーン形状の変動及びそれによる霧化能力の変動が引き起こされ、静電霧化の安定性が一時的に失われることになる。
【００２７】
しかしながら、本発明のように、放電極１の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けることで、放電極１のテイラーコーンの生成部への水の供給、つまり、テイラーコーンへの水の供給が非常にスムーズに且つ安定的なものとなり、静電霧化が非常に安定して行え、霧化状態が安定する。
【００２８】
放電極１の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造としては、例えば、図２に示すようなものがある。
【００２９】
図２（ａ−１）（ａ−２）に示す実施形態に示す実施形態では、結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極１の頂部から内部方向に至る孔５により構成してあり、該孔５の放電極１の頂部から離れた位置に通気孔６ａの端部が連通しており、この通気孔６ａの他端部は放電極１の表面に開口していて該通気孔６ａが孔５への外気取り入れ部６となっている。
【００３０】
本実施形態では放電極１を冷却した場合、放電極１の空気と接する表面に空気中の水分が結露して放電極１に水が供給されて放電極１の頂部のテイラーコーン生成部に供給されてテイラーコーンが生成されるだけでなく、頂部から離れた位置に設けた外気取り入れ部６から孔５内に空気が取り入れられ、孔５内壁に継続的に結露が発生して孔５内に結露水が保持されるので、この孔５内の結露水をテイラーコーンの直下からテイラーコーンに供給できることになり、これにより継続的で安定した水の供給ができ、継続的で安定した静電霧化が可能となる。なお、このような放電極１の頂部付近の形態としては、寸法（直径）Ｄが０．２〜１．５ｍｍ（例えば０．７ｍｍ）の円柱状の真鍮製基材に寸法（直径）ｄが０．０７〜０．３ｍｍ（例えば０．２ｍｍ）、深さＴが１．０〜１０．０ｍｍ（例えば２．５ｍｍ）の孔５が好ましいが、この材質、寸法に限定されるものではない。
【００３１】
図２（ｂ−１）（ｂ−２）には他の実施形態が示してある。この実施形態においては、結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極１の頂部からはじまって頂部より離れる方向に伸びたスリット７により構成してある。本実施形態のスリット７は、放電極１の頂部及び両側面が開口するもので放電極１の頂部側からみて−（マイナス）形状をしている。
【００３２】
本実施形態では、放電極１を冷却した場合、放電極１の空気と接する表面に空気中の水分が結露して放電極１に水が供給されて放電極１の頂部のテイラーコーン生成部に供給されてテイラーコーンが生成されるだけでなく、スリット７の内壁に継続的に結露が発生してスリット７内に結露水が保持されると共に放電極１の表面にできた結露水の一部もスリット７内に取り込まれて保持されるので、このスリット７内の結露水をテイラーコーンの直下からテイラーコーンに供給できることになり、これにより継続的で安定した水の供給ができ、継続的で安定した静電霧化が可能となる。なお、このような放電極１の頂部付近の形態としては、図２（ｂ−１）において、寸法（直径）Ｄが０．２〜１．５ｍｍ（例えば０．７ｍｍ）の円柱状の真鍮製基材に寸法ｄが０．０７〜０．３ｍｍ（例えば０．２ｍｍ）、深さＴが１．０〜１０．０ｍｍ（例えば２．５ｍｍ）のスリット７が好ましいが、この材質、寸法に限定されるものではない。
【００３３】
図２（ｃ−１）（ｃ−２）には更に他の実施形態が示してある。この実施形態においては、結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極１の頂部からはじまって頂部より離れる方向に伸びた複数のスリット７により構成してある。本実施形態のスリット７は、放電極１の頂部及び両側面が開口するもので放電極１の頂部側からみて＋（プラス）形状をしているが、複数のスリット７の組み合わせの形態としてはプラス形状の組み合わせのみに限定されない。
【００３４】
本実施形態では、図２（ｂ−１）（ｂ−２）と同じ作用効果があるが、図２（ｂ−１）（ｂ−２）よりも更にスリット７の内壁の面積が増し、スリット７内部での結露水量が増加する上、放電極１の表面に結露した水の取り込み作用も増し、更に、放電極１内部における水保持空間が増すため、結露が困難な状況に陥ったとしても保持した水でしばらく継続的に静電霧化を実施することが可能となる。なお、このような放電極１の頂部付近の形態としては、図２（ｃ−１）において、寸法（直径）Ｄが０．２〜１．５ｍｍ（例えば０．７ｍｍ）の円柱状の真鍮製基材に寸法ｄが０．０７〜０．３ｍｍ（例えば０．２ｍｍ）、深さＴが１．０〜１０．０ｍｍ（例えば２．５ｍｍ）のスリット７が好ましいが、この材質、寸法に限定されるものではない。
【００３５】
図２（ｄ−１）（ｄ−２）には更に他の実施形態が示してある。この実施形態においては、結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を、放電極１の頂部から外周面上を伸びて頂部より離れた位置に至るまで形成された凹溝８により構成してある。
【００３６】
本実施形態では、凹溝８に生成した結露水だけでなく放電極１表面に生成した結露水を保持すると共に凹溝８に溜まった水を毛細管現象によりテイラーコーンを生成する放電極１の頂部に素早く、スムーズ且つ安定的に供給することができ、安定して静電霧化を継続することができる。なお、このような放電極１の頂部付近の形態としては、図２（ｄ−１）において、寸法（直径）Ｄが０．２〜１．５ｍｍ（例えば０．７ｍｍ）の円柱状の真鍮製基材に寸法ｄが０．０７〜０．３ｍｍ（例えば０．２ｍｍ）、凹溝８の長さＴ’が１．０〜１０．０ｍｍ（例えば２．５ｍｍ）、凹溝８の溝深さｔが０２ｍｍ程度の凹溝８が好ましいが、この材質、寸法に限定されるものではない。
【００３７】
ところで、上記したいずれの実施形態においても、放電極１に形成する凹部構造の一部に凹部構造の他の部分よりも幅広な貯水部９を設けることで、より多くの水保持が可能となり、結露水をできるだけ多く保持して静電霧化をより長時間継続することが可能となる。
【００３８】
図２（ｅ−１）（ｅ−２）、（ｆ−１）（ｆ−２）にはその例として凹部構造をスリット７により構成したものにおいて貯水部９を設けた各例を示している。図２（ｅ−１）（ｅ−２）においては頂部から離れた側が巾広で、頂部に近づく程巾狭となるようなスリット７が示してあり、頂部から離れた巾広部分がより多くの水を貯めることができる貯水部９となっている。図２（ｅ−１）において、寸法（直径）Ｄが０．２〜１．５ｍｍ（例えば０．７ｍｍ）の円柱状の真鍮製基材に最小巾の寸法ｄ１が０．０７〜０．３ｍｍ（例えば０．２ｍｍ）で次第に巾寸法が大きくなり（例えば頂部から最も遠い部分における最大巾の寸法ｄ２が０．５ｍｍ）、深さＴが１．０〜１０．０ｍｍ（例えば２．５ｍｍ）のスリット７を形成した例示しているが、この材質、寸法に限定されるものではない。
【００３９】
また、本実施形態ではスリット７が頂部に近づく程巾狭となっていることで保持した水を放電極１の頂部側により誘導し易くなり、より安定した静電霧化が可能となる。また、図２（ｆ−１）（ｆ−２）はスリット７の頂部から離れた側が巾広となり、この部分がより多くの水を貯める貯水部９となっている。図２（ｄ−１）において、寸法（直径）Ｄが０．２〜１．５ｍｍ（例えば０．７ｍｍ）の円柱状の真鍮製基材にスリット７の貯水部９以外の部位の巾寸法ｄ１が０．０７〜０．３ｍｍ（例えば０．２ｍｍ）で貯水部９の巾寸法ｄ２がが０．５ｍｍ）、深さＴが１．０〜１０．０ｍｍ（例えば２．５ｍｍ）のスリット７を形成した例示しているが、この材質、寸法に限定されるものではない。
【００４０】
本発明のように、放電極１の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けた上で静電霧化を行うと、凹部構造を設けない時に比べて、飛散する帯電微粒子の粒子数が増加する傾向となる。
【００４１】
例えば、図３（ａ）に示す放電極１の一部に結露水の保持及び頂部への移動を補助するスリット７よりなる凹部構造を設けた本発明に係る放電極１と、図３（ｂ）に示す凹部構造を設けない比較例の放電極１とを、例えば２５℃、湿度５０％の環境条件下で、対向電極１０との間で−４．９ｋＶの高電圧を印加し、放電極１表面に結露している水を静電霧化した場合の飛散する帯電微粒子ミストの水微粒子の粒径分布をエアロゾルサイズスペクトロメータを用いて測定した結果を図４に示す。
【００４２】
図３（ａ）、図３（ｂ）に放電極１はいずれも真鍮製で、放電極１の頂部を対向電極１０から３．０ｍｍ離れて設置した。
【００４３】
また、図３（ａ）（ｂ）において、寸法（直径）Ｄが０．７ｍｍ、寸法ｄが０．１５ｍｍ、寸法Ｔ（深さ）が２．５ｍｍ、寸法Ａ１が１０．１ｍｍ、Ａ２が２．０ｍｍ、Ａ３が１．０ｍｍ、Ｂが１．５ｍｍのものを用いた。
【００４４】
図４から明らかなように、スリット７よりなる凹部構造を設けた本発明に係るものは、スリット７を設けない比較例に比べ、静電霧化現象により飛散する帯電微粒子数が増加し、より効率的に静電霧化が実現することが判明する。
【００４５】
これは、放電極１に結露水の保持及び頂部への移動を補助する凹部構造を設けていることにより、テイラーコーン形成部となる放電極１の頂部への水供給が安定的なものとなり、変動要因の少ない効率的な静電霧化が継続して実施できることによる。このような凹部構造が無い場合、放電極１の頂部への結露水供給が断続的且つ不規則なものであるため、安定的な静電霧化を継続することが困難となる。このように放電極１に凹部構造を設けることにより、静電霧化現象を効率的なものとし、空間に飛散する水微粒子がもたらす作用を容易に増大させることが可能となる。なお、本実施形態においては対向電極１０を備えた静電霧化装置４について述べているが、対向電極１０は必ずしも必要ではなく、接地電位に対して高電圧を放電極１に印加しさえすれば静電霧化が行われるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の静電霧化装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】同上の放電極に凹部構造を形成する例を示し、（ａ−１）は一実施形態の正面図であり、（ａ−２）は同上の平面図であり、（ｂ−１）は他の実施形態の正面図であり、（ｂ−２）は同上の平面図であり、（ｃ−１）は更に他の実施形態の正面図であり、（ｃ−２）は同上の平面図であり、（ｄ−１）は更に他の実施形態の同上の正面図であり、（ｄ−２）は平面図であり、（ｅ−１）は更に他の実施形態の正面図であり、（ｅ−２）は同上の平面図であり、（ｆ−１）は更に他の実施形態の正面図であり、（ｆ−２）は同上の平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態の正面図であり、（ｂ）は比較例の正面図である。
【図４】図３の本発明の実施形態のものと、比較例のものにおける静電霧化による飛散する帯電微粒子ミストの水微粒子の粒径分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  放電極
２  水供給手段
３  電圧印加手段
４  静電霧化装置
５  孔
６  外気取り入れ部
７  スリット
８  凹溝
９  貯水部
【図１】
2007105636.tif 000003
【図２】
2007105636.tif 000004
【図３】
2007105636.tif 000005
【図４】
2007105636.tif 000006