JP4900209B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気中の水分を結露させて得た水を静電霧化する静電霧化装置に関するものである。

従来から、霧化電極と、空気中の水分を結露させて霧化電極に水を供給するためのペルチェモジュールのような冷却手段と、霧化電極に供給された水を静電霧化するために高電圧を印加するための高電圧印加手段とを備えた静電霧化装置が知られている。

ところで、空気中の水分を冷却して結露させて霧化電極に水を供給するものにおいて、ペルチェモジュールに印加する電圧が一定の場合、雰囲気温度が高くなると雰囲気温度が低い場合に比べて結露水の生成量が少なくなり、静電霧化が安定しないという問題がある。

そこで、雰囲気環境条件の変化に応じて安定した静電霧化を行うように制御するものが、特許文献１により知られているが、この特許文献１に示されたものは、雰囲気温度や雰囲気湿度の変化に対応して静電霧化を安定して行うために、ペルチェモジュール冷却温度を可変する制御を行うものである。このものは、環境温度が高くなると、霧化電極表面の温度も高くなるので、ペルチェモジュールに印加する電圧を高くして霧化電極を冷却する温度を低くするように制御して、霧化量を一定にしようとするもので、このため、環境温度が高くなるほどペルチェモジュールの電圧出力が高くなり、ペルチェモジュール制御部の発熱による温度上昇が生じ、電子部品が温度上昇で劣化するおそれがあり、このため、従来の静電霧化装置においては、静電霧化可能な雰囲気温度の上限が低い温度になってしまうという問題がある。
特開２００６−２６６２９号公報

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、雰囲気温度が所定温度を超えると、高電圧印加手段における発熱が低くなるように制御することで、静電霧化可能な雰囲気温度の上限を従来よりも高い温度とすることが可能となり、また、雰囲気温度が上昇しても電子部品の発熱による劣化を抑制す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。

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、霧化電極１と、空気中の水分を結露させて霧化電極１に水を供給するための冷却手段２と、霧化電極１に供給された水を静電霧化するために高電圧を印加するための高電圧印加手段３とを備えた静電霧化装置４において、雰囲気温度が所定温度以下では高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続し且つ雰囲気温度が所定温度を超えると高電圧印加手段３によって高電圧の印加を間欠的に行うように制御することを特徴とするものである。

このような構成とすることで、雰囲気温度が所定温度以下の環境下では、冷却手段２による冷却で空気中の水分を結露させて霧化電極１に供給する水量が多くなり、このため、連続運転により安定して静電霧化するのに必要な水量を霧化電極１に供給できる。したがって、静電霧化のための高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続させるように制御することで、安定した静電霧化を連続して行うことができる。しかも、この高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続するのは雰囲気温度が所定温度以下の環境下で行うので、高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続しても、高電圧印加手段３自体が連続印加で発熱しても、比較的温度の低い周囲環境に効率的に放熱して、高電圧印加手段３の発熱による昇温が抑制され、劣化が抑制される。

一方、雰囲気温度が所定温度を超えると、冷却手段２による冷却で空気中の水分を結露させて霧化電極１に供給する水量が少なくなり、このため、静電霧化のための高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続させると、水量が少ないため静電霧化が安定しないが、本発明においては、雰囲気温度が所定温度を超えると高電圧印加手段３によって高電圧の印加を間欠的に行うように制御するので、安定した静電霧化に必要な水が供給された状態で静電霧化を行うことができるので、雰囲気温度が一定温度を超えても安定した静電霧化ができる。しかも、雰囲気温度が一定温度を超えた場合、高電圧印加手段３による高電圧の印加が連続すると、温度の高い周囲環境に効率的に放熱することができず、高電圧印加手段３やその他の電子機の発熱による昇温で劣化するおそれがあるが、本発明においては、雰囲気温度が所定温度を超えると高電圧印加手段３によって高電圧の印加を間欠的に行うように制御するので、高電圧印加手段３自体の発熱が減少するので、高電圧印加手段３の発熱による劣化を抑制することができる。これにより安定して静電霧化できる雰囲気温度の上限を上げることができる。

また、雰囲気温度が高電圧印加手段３による高電圧の印加を間欠的に行う温度領域の上限温度を超えると静電霧化装置４の運転を停止するように制御することが好ましい。

このような構成とすることで、発熱による電子部品の劣化を確実に防止することができる。

また、静電霧化装置４の運転を停止する温度と、停止から復帰させる温度がヒステリシスを持っていることが好ましい。

このような構成とすることで、停止、復帰を頻繁に繰り返さないようにでき、システムの安定化を図ることができる。

また、静電霧化装置４の運転を停止した際に復帰までのタイマーを有していることが好ましい。

このような構成とすることで、停止、復帰を頻繁に繰り返さないようにでき、システムの安定化を図ることができる。

本発明は、上記のように構成したので、所定温度以下では、安定した静電霧化に必要な十分な水量の水を結露水として霧化電極に供給して、高電圧印加手段により連続して静電霧化のための高電圧を印加して安定した静電霧化を連続して行うことができ、所定温度を超えると、供給される結露水の水量が少なくなるが、高電圧印加手段における高電圧の印加を間欠的に行うことで、安定した静電霧化を間欠的に行うことができ、しかも、高電圧印加手段における高電圧の印加を間欠的に行うことにより高電圧印加手段の発熱が低く、雰囲気温度が高くなっても高電圧印加手段自体の温度上昇を抑制し、熱による劣化を抑制することができる。これにより、従来に比べて、静電霧化が可能な環境温度条件の範囲を拡大することができると共に、高温時の動作保障がない部品であっても保護することが可能となる。

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。

本発明の静電霧化装置４は、霧化電極１と、空気中の水分を結露させて霧化電極１に結露水を供給するための冷却手段２と、霧化電極１に生成した上記結露水を静電霧化するために霧化電極１に高電圧を印加するための高圧電源回路よりなる高電圧印加手段３とを備えて構成してある。

図２には本発明に用いる静電霧化装置４の主体を構成する霧化ブロック４ａの概略構成図が示してある。図２に示す実施形態においてはペルチェユニット５により冷却手段２が構成してあり、冷却手段２により空気中の水分を冷却して結露水を生成することで霧化電極１に水を供給するようになっている。

ペルチェユニット５は、熱伝導性の高いアルミナや窒化アルミニウムからなる絶縁板の片面側に回路を形成してある一対のペルチェ回路板６を、互いの回路が向き合うように対向させ、多数列設してあるＢｉＴｅ系の熱電素子７を両ペルチェ回路板６間で挟持すると共に隣接する熱電素子７同士を両側の回路で電気的に接続させ、ペルチェ入力リード線を介してなされるペルチェ用電源８から熱電素子７への通電により一方のペルチェ回路板６側から他方のペルチェ回路板６側に向けて熱が移動するように構成したものである。更に、上記一方の側のペルチェ回路板６の外側には冷却部１２を接続してあり、また、上記他方の側のペルチェ回路板６の外側には放熱部９が接続してあり、実施形態では放熱部９として放熱フィンの例が示してある。ペルチェユニット５の冷却部１０には霧化電極１の後端部が接続してある。

霧化電極１は絶縁材料からなる筒体１１で囲まれており、筒体１１の周壁には筒体１１内外を連通する窓１１ａが設けてある。また、筒体１１の先端開口部にリング状をした対向電極１２が配設され、霧化電極１の軸心の延長線上にリング状の対向電極１２のリングの中心が位置するように霧化電極１と対向電極１２とが対向している。

上記静電霧化装置４は、ペルチェユニット５に通電することで、冷却部１０が冷却され、冷却部１０が冷却されることで霧化電極１が冷却され、空気中の水分を結露して霧化電極１に水（結露水）を供給するようになっている。

図１には本発明の制御ブロック図が示してある。図１において、４ａは静電霧化装置４の主体を構成する霧化ブロック、３は高圧電源回路よりなる高電圧印加手段、８はペルチェ用電源、１５はマイコンよりなる制御部、１６は高圧電源電圧検出回路、１７は放電電流検出回路、１８は雰囲気温度検出手段である。

高電圧印加手段３である高圧電源回路は制御部１５からの制御信号により制御されるのであるが、該高圧電源回路の制御はオン、オフだけでなく、高圧電源電圧検出回路１６で検出されて制御部１５に入力される高圧電圧信号や放電電流検出回路１７で検出されて制御部１５に入力される放電電流信号に基づき、制御部１５から放電電圧調整信号が高圧電源回路に出力されて、高圧電源回路から安定して静電霧化できる電圧が霧化電極１に印加される。

また、ペルチェ用電源８は制御部１５からの制御信号により制御される。

上記の構成の静電霧化装置４は、ペルチェ用電源８からペルチェモジュール６の熱電素子７に対して通電を行うと、各熱電素子７内において同一方向への熱の移動が生じ、ペルチェユニット５の片面側が冷却される。このペルチェユニット５の片面の冷却側に設けた冷却用絶縁板を介して霧化電極１が冷却され、霧化電極１の周囲の空気が冷却されることで、空気中の水分が結露等により液化されて霧化電極１の外部に露出した部分である先端部に結露水が生成される。そして、霧化電極１の先端の放電部に結露水が生成され且つ保持された状態で、高電圧印加手段３により霧化電極１の放電部側がマイナス電極となって電荷が集中するように該霧化電極１と対向電極１２との間に５ｋＶ程度の高電圧を印加すると、放電部に保持される水が帯電し、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（テイラーコーン）に盛り上がり、円錐形状となった水の先端に電荷が集中して電荷の密度が高密度となり、高密度の電荷の反発力ではじけるようにして水が分裂・飛散（レーリー分裂）を繰り返して静電霧化を行い、ナノイオンミストを大量に発生させる。ナノイオンミストは霧化電極１と対向して位置する対向電極１２に向けて移動し、図２の矢印のように静電霧化装置の外部へと放出される。

上記のような構成の静電霧化装置４において、本発明においては、図１のように雰囲気温度検出手段１８を設け、雰囲気温度検出手段１８により静電霧化装置４が設置された空間、より具体的には冷却されて結露水を生成する霧化電極１が位置する空間の雰囲気温度を検出して、該検出した雰囲気温度が所定温度（例えば４０℃）以下では高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続し且つ雰囲気温度が所定温度を超えると高電圧印加手段３によって高電圧の印加を間欠的に行うように制御部１５により制御することに特徴がある。

すなわち、雰囲気温度が所定温度以下の環境下（つまり凍結温度以下では結露水が生成できないので、ここでいう所定温度以下の環境下とは所定温度（例えば４０℃）から下限が略０℃までの温度領域のことである）では、冷却手段２による冷却で空気中の水分を結露させて霧化電極１に供給する水量が多くなる。このため、連続運転により安定して静電霧化するのに必要な水量を霧化電極１に供給できる。したがって、本発明においては、上記のように、検出した雰囲気温度が所定温度以下では高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続させるように制御することで、安定した静電霧化を連続して行うことができる。しかも、この高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続するのは雰囲気温度が所定温度以下の環境下で行うので、高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続しても、高電圧印加手段３自体が連続印加で発熱しても、比較的温度の低い周囲環境に効率的に放熱して、高電圧印加手段３の発熱による昇温が抑制し、劣化を抑制することができる。

一方、雰囲気温度が所定温度を超えると、冷却手段２による冷却で空気中の水分を結露させて霧化電極１に供給する水量が少なくなり、このため、静電霧化のための高電圧印加手段３による高電圧の印加を連続させると、水量が少ないため安定して静電霧化ができなくなる。

そこで、本発明においては、上記のように、雰囲気温度が所定温度を超えると高電圧印加手段３によって高電圧の印加を間欠的に行うように制御することで、安定した静電霧化に必要な水が供給された状態で静電霧化を行うことができることになる。

しかも、雰囲気温度が一定温度を超えた場合、高電圧印加手段３による高電圧の印加が連続すると、温度の高い周囲環境に効率的に放熱することができず、高電圧印加手段３が発熱による昇温で劣化するおそれがあるが、本発明においては、上記のように、雰囲気温度が所定温度を超えると高電圧印加手段３によって高電圧の印加を間欠的に行うように制御するので、高電圧印加手段３自体の発熱が減少するので、高電圧印加手段３の発熱による劣化を抑制することができる。これにより安定して静電霧化できる雰囲気温度の上限を上げることができることになる。

このように、雰囲気温度検出手段１８で検知した雰囲気温度が所定温度（例えば４０℃）を超えた場合、高電圧印加手段３によって高電圧の印加を間欠的に行うように制御することで、安定した静電霧化ができるように制御するのであるが、雰囲気温度検出手段１８により検知する雰囲気温度が高電圧印加手段３による高電圧の印加を間欠的に行う温度領域の上限温度（つまり異常高温となった場合。例えば６０℃）を超えると制御部１５により高電圧印加手段３をオフにして静電霧化装置４の運転を停止する。

したがって、雰囲気温度が異常に高温となった環境下での発熱による電子部品の劣化を確実に防止することができる。

ここで、上記のようにして静電霧化装置４の運転を停止した後、時間が経過して雰囲気温度が低下するとこれを雰囲気温度検出手段１８で検出し、再び制御部１５により高電圧印加手段３にオンにするように制御して静電霧化装置４の運転を再開するのである。この場合、図３に示すように、静電霧化装置４の運転を停止する温度と、停止から復帰させる温度がヒステリシスを持たせてあり、これにより停止、復帰を頻繁に繰り返さないようにでき、システムの安定化を図ることができるようになっている。

また、図４に示すように、静電霧化装置４の運転が停止すると、停止後、所定時間が経過すると自動的に制御部１５により高電圧印加手段３にオンにするように制御して静電霧化装置４の運転を再開することができるようにタイマを設けてもよい。この場合も、停止、復帰を頻繁に繰り返さないようにでき、システムの安定化を図ることができる。

本発明の制御ブロック図である。 本発明の静電霧化装置の概略構成図である。 同上の静電霧化装置の停止、運転再開を示す一実施形態を示すグラフである。 同上の静電霧化装置の停止、運転再開を示す他の施形態を示すグラフである。

符号の説明

１ 霧化電極
２ 冷却手段
３ 高電圧印加手段
４ 静電霧化装置

Claims (4)

1. 霧化電極と、空気中の水分を結露させて霧化電極に水を供給するための冷却手段と、霧化電極に供給された水を静電霧化するために高電圧を印加するための高電圧印加手段とを備えた静電霧化装置において、雰囲気温度が所定温度以下では高電圧印加手段による高電圧の印加を連続し且つ雰囲気温度が所定温度を超えると高電圧印加手段による高電圧の印加を間欠的に行うように制御することを特徴とする静電霧化装置。
2. 雰囲気温度が高電圧印加手段による高電圧の印加を間欠的に行う温度領域の上限温度を超えると静電霧化装置の運転を停止するように制御することを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
3. 静電霧化装置の運転を停止する温度と、停止から復帰させる温度がヒステリシスを持っていることを特徴とする請求項２記載の静電霧化装置。
4. 静電霧化装置の運転を停止した際に復帰までのタイマーを有していることを特徴とする請求項２記載の静電霧化装置。

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