(57)【要約】【課題】装置の管理を簡素化するとともに発生したオゾンを削減することの容易な静電霧化装置を提供する。【解決手段】静電霧化部は、放電部１２ａを有する放電電極１２と、放電部１２ａに水を供給する電極用ペルチェユニット１３と、放電電極１２に高電圧を印加する高電圧印加部１４とを備えている。静電霧化装置は、放電部１２ａに供給される水を高電圧の印加により静電霧化させる装置である。静電霧化装置は、空気中の水分を用いて静電霧化の環境における絶対湿度を高める加湿部３１を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電部を有する放電電極と、前記放電電極に高電圧を印加する高電圧印加部とを備え、前記放電部に供給される液体を前記高電圧の印加により静電霧化させる静電霧化装置であって、
空気中の水分を用いて前記静電霧化の環境における絶対湿度を高める加湿部を備えることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の静電霧化装置において、
前記加湿部は、空気中の水分を冷却することで水を得る冷却部を備えることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項３】
請求項２に記載の静電霧化装置において、
前記加湿部は、前記冷却部で得た水の蒸発を促進する加熱部をさらに備えることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項４】
請求項３に記載の静電霧化装置において、
前記加湿部は、前記冷却部で得た水を前記加熱部に移行させる多孔質体をさらに備えることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項５】
請求項１に記載の静電霧化装置において、
前記加湿部は、前記空気中の水分を吸着する吸着材と、その吸着材を加熱する加熱部とを備えることを特徴とする静電霧化装置。
【請求項６】
請求項５に記載の静電霧化装置において、
前記吸着材が、ゼオライト、及びシリカゲルの少なくとも一方であ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、液体を静電霧化させる静電霧化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放電部に供給される水を静電霧化させることにより、帯電微粒子ミストを生成することのできる静電霧化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の静電霧化装置では、放電部を有する放電電極等が高湿度領域に配置されるとともに放電電極に高電圧を印加する高電圧印加部等が低湿度領域に配置されている。こうした静電霧化装置では、印加電圧を高めることで帯電微粒子ミストを大量に生成することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、帯電微粒子ミストを大量に生成させるに伴って、オゾンの発生量が高まる。オゾンは特有の臭気を有することから、発生したオゾンを削減することが望まれる。そこで、本発明者らは、オゾンと水との反応を利用することで、オゾンが削減されることに着目した。この点、上記特許文献１の静電霧化装置では、放電電極が高湿度領域に配置されていることから、放電部で発生したオゾンが消費されやすい環境下になっている。しかしながら、特許文献１の静電霧化装置では、高湿度にするための水を貯留及び補給する構成を設けることになるため、装置の管理が煩雑になるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、発生したオゾンを削減するとともに装置の管理を簡素化することの容易な静電霧化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の静電霧化装置は、放電部を有する放電電極と、前記放電電極に高電圧を印加する高電圧印加部とを備え、前記放電部に供給される液体を前記高電圧の印加により静電霧化させる静電霧化装置であって、空気中の水分を用いて前記静電霧化の環境における絶対湿度を高める加湿部を備えることを特徴とする。
【０００７】
この静電霧化装置においては、前記加湿部は、空気中の水分を冷却することで水を得る冷却部を備えることが好ましい。
この静電霧化装置においては、前記加湿部は、前記冷却部で得た水の蒸発を促進する加熱部をさらに備えることが好ましい。
【０００８】
この静電霧化装置においては、前記加湿部は、前記冷却部で得た水を前記加熱部に移行させる多孔質体をさらに備えることが好ましい。
本発明の静電霧化装置においては、加湿部は、前記空気中の水分を吸着する吸着材と、その吸着材を加熱する加熱部とを備えることが好ましい。
【０００９】
この静電霧化装置においては、前記吸着材が、ゼオライト、及びシリカゲルの少なくとも一方であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置の管理を簡素化するとともに発生したオゾンを削減することの容易な静電霧化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態における静電霧化装置を示す概略図である。
【図２】第２の実施形態における静電霧化装置を示す概略図である。
【図３】第２の実施形態における静電霧化装置を示す概略図である。
【図４】第３の実施形態における静電霧化装置を示す概略図である。
【図５】各実施形態における静電霧化装置の変更例を示す概略図である。
【図６】各実施形態における静電霧化装置の変更例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の静電霧化装置を具体化した第１の実施形態を図１に従って説明する。
図１に示されるように、静電霧化装置は、静電霧化部１１と、その静電霧化部１１が収容されるハウジング２１とを備えている。静電霧化部１１は、放電電極１２と、放電電極１２を冷却する電極用ペルチェユニット１３と、放電電極１２に高電圧を印加する高電圧印加部１４とを備えている。放電電極１２の先端部を構成する放電部１２ａには、空気中の水分（水蒸気）が冷却されることで凝縮した水が供給される。放電電極１２には、高電圧印加部１４により高電圧が印加されることで、放電部１２ａの水が静電霧化される。このように静電霧化装置は、水を静電霧化させてなる帯電微粒子ミストを生成するものである。
【００１３】
放電電極１２は、基台部に立設される柱状の本体部と、その先端に形成された球状の放電部１２ａとを有している。放電電極１２は、熱伝導性及び導電性を有する材料、例えば金属材料から構成される。
【００１４】
放電電極１２の周囲には、筒状をなすとともに絶縁材料からなる側壁部が立設されている。側壁部により囲まれるとともに放電電極１２の配置された空間は、水を静電霧化させる霧化空間Ｓ１となっている。側壁部は、空気を取り込む開口を有することで、霧化空間Ｓ１に空気が供給されるようになっている。側壁部の上部には、放電電極１２のグランド電極となる対向電極１５が設置されている。この対向電極１５は環状をなし、その内側は霧化空間Ｓ１から帯電微粒子ミストが放出される放出部として構成されている。なお、絶縁材料からなり、開口を有する上壁部を側壁部に設けるとともに、その上壁部に導電性膜を設けることでグランド電極を構成してもよい。
【００１５】
放電電極１２及び対向電極１５は、高電圧印加部１４に接続され、高電圧印加部１４により放電電極１２と対向電極１５との間に高電圧が印加されるようになっている。
電極用ペルチェユニット１３は、厚さ方向に互いに対向して配置される一対の回路基板間に複数の熱電素子を配置して構成されている。こうした回路基板によって複数の熱電素子が電気的に接続されている。電極用ペルチェユニット１３は、通電により一方の回路基板から、他方の回路基板へ熱を移動する。電極用ペルチェユニット１３において、一方の回路基板は冷却部１３ａとなり、他方の回路基板は放熱部１３ｂとなる。
【００１６】
冷却部１３ａには、熱伝導性を有する絶縁板を介して放電電極１２が設けられている。放熱部１３ｂには、放熱を促進する放熱部材１６（放熱フィン）が設けられている。
ハウジング２１は、静電霧化装置を取り囲むことで、静電霧化の環境を安定化させる。ハウジング２１の上部は開口２１ａを有し、その開口２１ａから帯電微粒子ミストが放出されるようになっている。
【００１７】
ハウジング２１には、空気中の水分を用いて静電霧化の環境における絶対湿度を高める加湿部３１が設けられている。加湿部３１は、加湿用ペルチェユニット３２と多孔質体３３とを備えている。加湿用ペルチェユニット３２としては、電極用ペルチェユニット１３と同様の構成のものを用いることができる。加湿用ペルチェユニット３２の冷却部３２ａは、ハウジング２１外に配置される一方で、加湿用ペルチェユニット３２の放熱部は、加熱部３２ｂとしてハウジング２１内に配置されている。冷却部３２ａでは、ハウジング２１外の空気に含まれる水分（水蒸気）が冷却されることで、凝縮した水が得られる。なお、加湿用ペルチェユニット３２は、図示を省略しているが、熱伝導性を有する絶縁部で覆われている。
【００１８】
多孔質体３３は、冷却部３２ａで得た水を加熱部３２ｂに移行させる。多孔質体３３は、冷却部３２ａの下端から加熱部３２ｂを繋ぐようにハウジング２１を通じて設けられている。冷却部３２ａ側の多孔質体３３は、冷却部３２ａが露出されるように設けられている。加熱部３２ｂ側の多孔質体３３は、加熱部３２ｂを覆うように設けられることで、多孔質体３３が効率的に加熱されるようになっている。なお、多孔質体３３は、冷却部３２ａを覆うように設けてもよいし、加熱部３２ｂの一部を露出させて設けてもよい。
【００１９】
多孔質体３３に含まれる水は、加熱部３２ｂにより加熱されることで蒸発される。このように蒸発した水分（水蒸気）によりハウジング２１内は加湿される。
多孔質体３３としては、吸水性を有するもの、すなわち毛細管現象を発現するものであれば特に限定されない。多孔質体３３の具体例としては、樹脂発泡体、不織布、織布、セラミックス、これらの複合体が挙げられる。樹脂発泡体としては、ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等を基材とし、連続気泡を有する発泡体が挙げられる。不織布としては、ニードルパンチ、ケミカルボンド、サーマルボンド等の不織布が挙げられる。セラミックスとしては、絶縁性を有するものが好ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等から構成されるものが挙げられる。多孔質体３３には、必要に応じて、抗菌剤、防カビ剤等を含ませてもよい。
【００２０】
ハウジング２１には、外気を取り込むファン２２が設けられ、加湿部３１により得られた水分が霧化空間Ｓ１や対向電極１５の上方に強制的に導かれるようになっている。なお、こうしたファン２２と、加湿部３１との間に、電極用ペルチェユニット１３に設けられる放熱部材１６を配置した構成により、外気は放熱部材１６から放出される熱で加温されるようになる。これにより、外気による多孔質体３３の冷却が抑制されるため、多孔質体３３からの水の蒸発効率が維持され易くなる。
【００２１】
次に、静電霧化装置の使用状態について説明する。電極用ペルチェユニット１３への通電により、放電電極１２が冷却されることで、放電部１２ａには水が供給される。高電圧印加部１４により放電電極１２と対向電極１５との間に印加された高電圧は、放電部１２ａの水に静電気力を与え、テイラーコーンを形成する。そして、水はレイリー分裂を繰り返し、マイナスに帯電した帯電微粒子ミストを大量に生成する。このように帯電微粒子ミストを大量に生成させるに伴ってオゾンの発生量が高まる。発生したオゾンは、霧化空間Ｓ１や対向電極１５の上方といった静電霧化の環境に存在する。
【００２２】
本実施形態の静電霧化装置では、加湿部３１が設けられている。加湿部３１では、加湿用ペルチェユニット３２の通電により、ハウジング２１外の空気に含まれる水分が冷却部３２ａに凝縮されることで水が得られる。得られた水は流下して多孔質体３３に吸収される。多孔質体３３に吸収された水は加熱部３２ｂ側まで移行される。加熱部３２ｂ側まで移行した水の蒸発は、加熱部３２ｂで加熱されることで促進される。そして、ハウジング２１内で蒸発した水分は、側壁部内の霧化空間Ｓ１や対向電極１５の上方に湿潤空気として流れ込む。流れ込んだ湿潤空気により、霧化空間Ｓ１や対向電極１５の上方といった静電霧化の環境における絶対湿度が高められる。このように、静電霧化の環境における絶対湿度が高められるため、その環境に存在するオゾンと水との反応は促進されるようになる。オゾンと水との反応を半反応式は、以下の式（１）で示される。
【００２３】
Ｏ３＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ→Ｏ２＋２ＯＨ−  ・・・（１）
加湿部３１の作動は、静電霧化部１１の作動と同時に開始するように構成してもよいし、静電霧化部１１の作動前に開始するように構成してもよい。また、加湿部３１の作動は、静電霧化部１１の作動中に間欠的に行うように構成してもよい。
【００２４】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）静電霧化の環境における絶対湿度は、加湿部３１により高められる。これにより、帯電微粒子ミストの生成とともに発生したオゾンと水分との反応が促進されるため、オゾンを効率的に削減することができる。加湿部３１は、空気中の水分を用いて上記絶対湿度を高める構成であるため、加湿用の水を補給する手間を省くことができるようになる。このように、本実施形態の静電霧化装置によれば、発生したオゾンを削減するとともに装置の管理を簡素化することが容易となる。
【００２５】
（２）加湿部３１が、冷却部３２ａ、加熱部３２ｂ、及び多孔質体３３を備えることで、空気中に含まれる水を用いて効率的に静電霧化の環境における絶対湿度を高めることができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
以下、本発明の静電霧化装置を具体化した第２の実施形態を図２及び図３に従って説明する。本実施形態の静電霧化装置は、加湿部の構成が第１の実施形態と異なるため、その点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。
【００２７】
図２に示されるように、本実施形態の加湿部４１は、加湿用ペルチェユニット４２と、加熱部４３とを備えている。加湿用ペルチェユニット４２の冷却部４２ａは、ハウジング２１内に配置される一方で、加湿用ペルチェユニット４２の放熱部４２ｂとしてハウジング２１外に配置されている。
【００２８】
冷却部４２ａでは、ハウジング２１内の空気に含まれる水分（水蒸気）が冷却されることで、凝縮した水が得られる。加熱部４３は、ハウジング２１内の空気を加温することで、ハウジング２１内の飽和水蒸気量を高めるとともに、冷却部４２ａで得られた水の揮発を促進させる。加熱部４３としては、各種ヒータの他に、ペルチェユニットの放熱部４２ｂを用いることもできる。なお、加熱部４３を設ける位置は特に限定されず、ハウジング２１内の空気の流れに応じて適宜変更することができる。
【００２９】
ファン２２は、ハウジング２１の外気をハウジング２１内に強制的に取り込むことで、外気に含まれる水分をハウジング２１内に補給する。また、ファン２２は、加熱部４３や放熱部材１６により加温された空気を冷却部４２ａ、霧化空間Ｓ１、及び対向電極１５の上方に送り込む。なお、図３に示されるように、加熱部４３を省略した静電霧化装置に変更することもできる。
【００３０】
以上説明した本実施形態によれば、上記（１）に記載の効果に加えて以下の効果が得られる。
（３）本実施形態の加湿部４１は、冷却部４２ａを備えているため、空気中の水分から水を得ることができる。このため、例えば静電霧化部１１の停止時に、ハウジング２１内外の空気から水を得て、その水を貯留しておくことで、静電霧化部１１の作動時には、その水の蒸発により静電霧化の環境における絶対湿度を高めることが可能となる。
【００３１】
（４）加熱部４３を設けた場合には、加温により、ハウジング２１内の飽和水蒸気量は高められるため、絶対湿度を高めることが容易な環境にすることができる。
（第３の実施形態）
以下、本発明の静電霧化装置を具体化した第３の実施形態を図４に従って説明する。本実施形態の静電霧化装置は、加湿部の構成が第１の実施形態と異なるため、その点を中心に説明し、第１の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。
【００３２】
図４に示されるように、本実施形態の加湿部５１は、空気中の水分を吸着する吸着材５２と、その吸着材５２を加熱する加熱部５３とを備える。
吸着材５２は、ハウジング２１外に設けられる吸湿部５２ａと、ハウジング２１内に設けられる脱湿部５２ｂと、ハウジング２１を通じるとともに吸湿部５２ａと脱湿部５２ｂとを連結する連結部５２ｃとから構成されている。吸着材５２の具体例としては、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ、活性炭等が挙げられる。吸着材５２は、単独種を用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。吸着材５２には、必要に応じて、抗菌剤、防カビ剤等を含ませてもよい。こうした吸着材５２の中でも、ゼオライト、及びシリカゲルの少なくとも一方が好ましい。吸着材５２は、支持体に上記の具体例で挙げたものを固定したものであってもよい。この場合、脱湿部５２ｂを支持する支持体は熱伝導性を有する材料から形成される。
【００３３】
脱湿部５２ｂとハウジング２１との間には、加熱部５３が設けられ、脱湿部５２ｂが加温されるようになっている。加熱部５３としては、各種ヒータを用いることができる。
以上のように構成された加湿部５１の作用について説明する。まず、ハウジング２１外の空気に含まれる水分を吸湿部５２ａが吸湿する。吸湿部５２ａに含まれた水は、連結部５２ｃを通じて脱湿部５２ｂに移行する。脱湿部５２ｂが加熱部５３により加熱されることで、脱湿部５２ｂに含まれている水はハウジング２１内で蒸発される。こうしてハウジング２１内で蒸発した水分は、霧化空間Ｓ１や対向電極１５の上方に湿潤空気として流れ込む。なお、脱湿部５２ｂとハウジング２１との間に間隙を設けるとともに、脱湿部５２ｂにおいてハウジング２１と反対側の面に加熱部５３を設けてもよい。この場合であっても、脱湿部５２ｂから水を蒸発させることができる。
【００３４】
以上説明した本実施形態によれば、上記（１）に記載の効果に加えて以下の効果が得られる。
（５）本実施形態の加湿部５１では、吸着材５２により、空気中の水分が吸湿され、その吸湿で得られた水は加熱部５３の作動により脱離される。このように構成することで、例えば側壁部内の霧化空間Ｓ１における絶対湿度が過剰に高まった場合には、加熱を停止、すなわち加熱部５３の作動を停止することで、吸着材５２の吸着力によって過剰な水分を吸湿させることもできるようになる。すなわち、静電霧化の環境における絶対湿度を高めることに加えて、その環境の調湿を行うこともできるようになる。吸着材５２としては、化学的な安定性や入手容易であるという観点から、例えばゼオライト、及びシリカゲルの少なくとも一方を用いることが好適である。
【００３５】
（変更例）
なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
・第１及び第２実施形態において、ファン２２を省略するとともにファン２２の設けられたハウジング２１の部位を閉塞させてもよい。この場合、例えば、ハウジング２１の開口２１ａの内周縁から外気が流入されるようになる。また、ハウジング２１に外気を導入する導入口を開口２１ａとは別に設けることで、ハウジング２１内の空気の流れを調整してもよい。
【００３６】
・第２の実施形態において、冷却部４２ａで得られた水を貯留する貯留部を設けてもよい。貯留部としては、例えば、貯留容器、第１の実施形態で説明した多孔質体等を用いることができる。
【００３７】
・第１及び第２の実施形態の加湿部３１，４１では、加湿用ペルチェユニット３２，４２を用いているが、例えば圧縮機等を用いた冷熱サイクルにより、冷却等を行うようにしてもよい。
【００３８】
・第３の実施形態において、第１の実施形態と同様にファン２２を設けてもよい。また、ハウジング２１に外気を導入する導入口を開口２１ａとは別に設けることで、ハウジング２１内の空気の流れを調整してもよい。
【００３９】
・第３の実施形態において、吸湿部５２ａ及び連結部５２ｃを省略してもよい。すなわち、吸着材及び加熱部を有する加湿部をハウジング２１内のみに設けた構成に変更してもよい。このように構成した場合、例えば、静電霧化部１１の停止時に、ハウジング２１内外の空気から水分を吸着材に吸着させる一方で、静電霧化部１１の作動開始前、又は作動時に、加熱部を作動させる。これにより、吸着材に含まれている水をハウジング２１内で蒸発させることができるため、静電霧化の環境における絶対湿度を高めることが可能となる。
【００４０】
・前記静電霧化装置に設けられる加湿部３１，４１，５１の数は、特に限定されず、適宜変更してもよい。また、加湿部３１，４１，５１の形状についても、特に限定されず、適宜変更してもよい。
【００４１】
・前記各実施形態のハウジング２１は、放電電極１２、放熱部材１６、及び霧化空間Ｓ１を覆うように構成されているが、図５に示されるように、放熱部材１６を覆わずに、放電電極１２、及び霧化空間Ｓ１を覆うように構成されてもよい。こうしたハウジング２１に加湿部３１，４１，５１を設けても、静電霧化の環境における絶対湿度を高めることができる。なお、図５に示される静電霧化装置において、対向電極１５をハウジング２１に設けるとともに、霧化空間Ｓ１を構成している側壁を省略することもできる。このように構成した場合、ハウジング２１内を霧化空間Ｓ１として、霧化空間Ｓ１を加湿部３１，４１，５１により直接加湿することができる。
【００４２】
・各実施形態において、加湿部３１，４１，５１は、静電霧化部１１を収容するハウジング２１に設けられているが、そのハウジング２１以外の場所に設けてもよい。例えば、図６に示される静電霧化装置では、対向電極１５の上部にさらに側壁を設けることで帯電微粒子ミストが流通する流路を形成している。この流路は、帯電微粒子ミストの存在する霧化空間Ｓ２となっている。この流路により、帯電微粒子ミストの放出する方向が規制される。上記加湿部３１，４１，５１を、例えば、図６に示されるように側壁に設けることで、霧化空間Ｓ２の絶対湿度を高めるように変更してもよい。この場合であっても、静電霧化の環境としての霧化空間Ｓ２において、オゾンと水分との反応が促進される結果、オゾンは効率的に削減されるようになる。また、図６の静電霧化装置において、さらに霧化空間Ｓ１を覆うハウジングを設けるとともに、そのハウジング内の絶対湿度を高めるように加湿部３１，４１，５１を設けてもよい。
【００４３】
・各実施形態において、対向電極１５をプラス電極とされてもよい。これにより、放電によって生じた帯電微粒子ミストを対向電極１５によって、さらに引きつけることができるので、帯電微粒子ミストの推進力を増加させることができる。
【００４４】
・各実施形態の静電霧化部１１は、放電電極１２とそれに対向して配置された対向電極１５との間に高電圧を印加するように形成されている。例えば、対向電極１５を設けずに放電電極１２に高電圧が印加される構成とした静電霧化部１１に変更してもよい。また、帯電除去板、側壁、ハウジング２１等の放電電極１２の周囲に配置される静電霧化部１１の構成部品や、静電霧化装置を搭載する機器の構成部品に対向電極１５の働きをさせてもよい。
【００４５】
・各実施形態は、正の電荷を帯びた帯電微粒子ミストを発生する静電霧化装置に応用してもよい。
・各実施形態では、電極用ペルチェユニット１３の冷却部１３ａで放電部１２ａを冷却することで放電部１２ａに水を供給しているが、例えば貯留タンクを設けることでその貯留タンクから水を供給するように変更してもよい。この場合、貯留タンクからポンプの圧力を用いて水を供給してもよいし、毛細管現象により放電部１２ａに水が供給されるように構成してもよい。
【００４６】
・各実施形態では、水以外の液体（例えば、化粧水、薬液等）を静電霧化してナノメータサイズの帯電微粒子ミストを生成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１２…放電電極、１２ａ…放電部、１４…高電圧印加部、３１，４１，５１…加湿部、３２ａ，４２ａ…冷却部、３２ｂ，４３，５３…加熱部、３３…多孔質体、５２…吸着材。
【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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