JP5256087B2 - 静電霧化装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を静電霧化させて放出する静電霧化装置に関するものである。

従来、水が付着される放電電極に高電圧を印加して放電させることで、放電電極に付着された水にレイリー分裂を生じさせて静電霧化させることで微小サイズのミストを発生させ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、カバー部材内に収容される放電電極がペルチェ素子（ペルチェモジュール）にて冷却されることで、空気中の水分を基にして放電電極に水が供給されるようになっている。そして、放電電極及び対向電極間に高電圧を印加することで供給された水が静電霧化され微少サイズのミストが生成されるようになっている。

特開２００６−２３９６３２号公報

ところで、上記の静電霧化装置では、電極間に高電圧を印加するべく高電圧発生回路（高電圧印加部）等の各種回路が使用されている。この回路中には、トランジスタ等の電子部品（増幅器）が使用されており、これらの電子部品によってカバー部材（装置）内で熱が発生し易くなっていた。そのため、トランジスタ等の比較的熱損失の大きい（発熱の大きい）電子部品には、放熱させるべく放熱フィンを設けることが考えられる。

また、上記の静電霧化装置では、放電電極に対して水を供給するべくペルチェ素子を用いている。このため、放電電極を冷却する際において、ペルチェ素子にて放電電極の熱を吸熱して冷却する冷却面とは反対側の発熱面から熱が発生されていた。そのため、発熱面側から放熱させるべく放熱フィンを設けている。

上述したように、従来の静電霧化装置では、発熱しやすい箇所のそれぞれに放熱フィンを設け、各放熱フィンにて効果的に放熱を行うことが可能となるが、それぞれに放熱フィンを設けることで、装置全体の大型化を招くこととなり、その改善が望まれている。

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、放熱効果を損なわずに装置全体の小型化を図ることができる静電霧化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、高電圧印加に基づいて放電を生じさせる放電電極と、冷却部とその冷却部の冷却動作に基づく発熱を放出する放熱部を有してなり、前記冷却部にて空気中の水分から結露水を生成して前記放電電極に供給する水供給手段と、前記放電電極及び前記水供給手段の少なくとも１つの電源供給及びその制御を行う制御装置と、を備え、前記放電電極の放電に基づいてその供給された水を静電霧化させて放出する静電霧化装置であって、前記制御装置は、各種電子部品が回路基板上に搭載されて構成されるものであり、前記電子部品の内でその動作により所定温度以上上昇する発熱の大きい電子部品を前記水供給手段の前記放熱部に当接させて構成したことをその要旨とする。

この発明では、制御装置は、各種電子部品が回路基板上に搭載されて構成される。そして、電子部品の内でその動作により所定温度以上上昇する発熱の大きい電子部品を水供給手段の放熱部に当接させて構成される。これにより、水供給手段を構成する放熱部にて第１電子部品から発生する熱も放熱することができるため、放熱部を各部材毎に設けなくてよく、放熱効果を損なわずに装置全体の小型化を図ることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の静電霧化装置において、前記放熱部に対して送風する送風装置が設けられたことをその要旨とする。
この発明では、放熱部に対して送風する送風装置が設けられることで、送風装置により放熱部に対して風を送ってより効果的に放熱を行うことができる。

本発明によれば、放熱効果を損なわずに装置全体の小型化を図ることができる静電霧化装置を提供することができる。

本実施形態における静電霧化装置の断面図である。 同上における静電霧化装置の断面図である。 同上における静電霧化装置の概略構成を説明するための説明図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２は、本実施形態の静電霧化装置の概略構成を示す。図１及び図２に示すように、静電霧化装置１０は、ケース部材１１を備えるとともに、ケース部材１１内には放電電極１２が収容されている。ケース部材１１は、金属材や樹脂材、又はこれらの複合部材が用いられる。尚、金属材で構成した場合では発生しうるノイズ等から後述する各回路２１〜２６を保護する場合に用いられ、樹脂材で構成した場合では絶縁性を確保する場合に好適である。

放電電極１２はケース部材１１の先端開口部１１ａに向かって延びるように設けられるとともに、放電電極１２の先端はケース部材１１の先端開口部１１ａ側を向いている。そのケース部材１１の先端開口部１１ａには、放電電極１２と対向する円環状の対向電極１３が配置されている。対向電極１３の孔１３ａの中心は放電電極１２における軸心の延長線上となるように配置されている。

放電電極１２の基端部には、その放電電極１２を冷却して放電電極１２の周囲の空気中の水分から放電電極１２の表面に結露水を生成するための冷却部としてのペルチェ素子１５が当接配置されている。ペルチェ素子１５は、２つの金属板（図示略）間に複数の熱電素子（図示略）が挟持されて構成され、電源供給に基づいて冷却作用を生じさせる素子である。このペルチェ素子１５の後面１５ａには放熱部としての放熱フィン１６が当接配置されており、この放熱フィン１６は、ペルチェ素子１５側とは反対側に延びるように所定間隔を隔てて平板状の複数（例えば５本）形成されるフィン部１６ａと、このフィン部１６ａの内の一部から屈曲形成される延設部１６ｂとで構成されている。尚、この延設部１６ｂは、後述する発熱の大きい電子部品としての第１電子部品群４０（電子部品３０〜３２）と当接されるようになっている。

そして、ペルチェ素子１５の熱電素子に電力が供給されると、そのペルチェ素子１５が放電電極１２等から熱を吸収するとともに放熱フィン１６（フィン部１６ａ及び延設部１６ｂ）にてその放熱がなされ、これにより放電電極１２が冷却されて結露し、放電電極１２にその結露水が生じる（供給される）ようになっている。尚、本実施形態では、ペルチェ素子１５及び放熱フィン１６にて水供給手段が構成されている。

また、放熱フィン１６の側方には、その放熱フィン１６のフィン部１６ａの平面方向に沿って風を送る送風装置としての放熱ファン１７が配置されている。放熱ファン１７は、その動作によって、ケース部材１１の長手方向略中間位置の側面１１ｂに形成される空気取込口１１ｃから空気（外気）をケース部材１１内に取り込み、前記側面１１ｂとは反対側の側面１１ｄに形成される空気排出口１１ｅからケース部材１１内の空気（熱）を外部に放出するものである。これにより、放熱フィン１６の放熱が効率良く行われてペルチェ素子１５による冷却効果の向上が図られ、またケース部材１１内の雰囲気温度の低下も図られる。

ケース部材１１内において、放熱フィン１６の基端側には制御装置２０が配置されている。制御装置２０は、図３に示すように、高電圧発生回路２１、高電圧検出回路２２、放電電流検出回路２３、ペルチェ用電源回路２４、温度測定回路２５、及びマイコン（マイクロコンピュータ）２６を備えている。高電圧発生回路２１は、放電電極１２にてコロナ放電を生じさせるべくその放電電極１２に高電圧を生成して供給し、マイコン２６は、生成する高電圧を高電圧検出回路２２を介して検出し、また放電電流を放電電流検出回路２３を介して検出し、各検出に基づいて高電圧発生回路２１を制御している。また、ペルチェ用電源回路２４は、ペルチェ素子１５にて冷却動作を行わせるべくそのペルチェ素子１５に電源を生成して供給し、マイコン２６は、ケース部材１１内の雰囲気温度を温度測定回路２５を介して検出し、その検出に基づいてペルチェ用電源回路２４を制御している。

このような制御装置２０は、各種電子部品３０〜３６等が回路基板３７上に搭載されて構成され、各回路２１〜２５を構成する電子部品３０〜３６は、大別して第１及び第２電子部品群４０，４１に分けられる。

第１電子部品群４０は、ダイオード、ＦＥＴ等のスイッチング素子、レギュレータ及びインダクタ等、本装置１０の使用中において雰囲気温度より所定温度（例えば２０度）以上上昇し得る、つまり熱損失の大きい（発熱の大きい）電子部品の集合である。一方、第２電子部品群４１は、電解コンデンサやヒューズ等の第１電子部品群４０のものよりも温度上昇しない、つまり熱損失の小さい（発熱の小さい）電子部品の集合である。第１電子部品群４０の電子部品３０〜３３は回路基板３７上において前記放熱フィン１６側に近接配置されるとともに、電子部品３０〜３２が延設部１６ｂと当接されており、発熱の大きい電子部品３０〜３２の熱が延設部１６ｂ（放熱フィン１６）側に移動されるようになっている。そして、これら第１電子部品群４０の電子部品３０〜３３は放熱ファン１７の冷却風が当たるようになっており、第２電子部品群４１の電子部品３４，３５は回路基板３７上において前記放熱フィン１６よりも離間位置に配置される。

また本実施形態では、第１，第２電子部品群４０，４１の間に、第１，第２電子部品群４０，４１の電子部品３０〜３５よりも背高で幅方向（図２において上下方向）に連続する筺体の大きい高電圧印加モジュール等の第３電子部品としての電子部品３６が配置されている。つまり、発熱の大きい第１電子部品群４０にて温められた空気が第２電子部品群４１側に流れるのがその電子部品３６にて抑制される構成になっている。

上記のように構成された静電霧化装置１０では、マイコン２６により、ペルチェ素子１５に対してペルチェ用電源回路２４から電力が供給されることで、ペルチェ素子１５の前面１５ｂ側が冷却される。そしてこのようにペルチェ素子１５の放電電極１２との当接側が冷却されることで放電電極１２が冷却され、空気中の水分が結露して放電電極１２に水（結露水）が供給されるようになっている。

そして、放電電極１２に水が供給された状態において、高電圧発生回路２１により放電電極１２と対向電極１３との間に高電圧を印加すると、放電電極１２と対向電極１３との間に印加された高電圧により、供給された水が分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返し、プラス若しくはマイナスに帯電した微小サイズのミストが大量に生成される。そして生成されたミストは、ケース部材１１の先端開口部１１ａ側に向かって外部に放出されるようになっている。

また、上記のように構成された静電霧化装置１０においてペルチェ素子１５に電力を供給する場合、放熱ファン１７の駆動にて空気取込口１１ｃから空気（外気）が取り込まれる。そして、放熱ファン１７の駆動によりこの取り込まれた空気が空気排出口１１ｅ側に運ばれるため、取り込まれた空気の流路中に配置された放熱フィン１６及び第１電子部品群４０の熱がその取り込まれた空気（冷却風）とともに空気排出口１１ｅから外部へと排出される。このように、第１電子部品群４０を放熱フィン１６と近接配置して、放熱ファン１７の冷却風が放熱フィン１６と共に第１電子部品群４０に供給され冷却されるため、効率よく装置１０（ケース部材１１）内の熱を放熱することができる。

また、延設部１６ｂと発熱の大きい電子部品３０〜３２とが当接されて発熱の大きい電子部品３０〜３２の熱が効率よく放熱フィン１６側に移動されるため、発熱の大きい電子部品３０〜３２の放熱も好適に行われる。そのため、各部材１５，３０，３１，３２毎に放熱フィンを設けなくてよく、装置１０全体の小型化が図られている。

また、電子部品３６を構成する筐体の大きい高電圧印加モジュールにより、第２電子部品群４１側への空気の流れが遮られるため、放熱フィン１６及び第１電子部品群４０にて熱せられた空気が第２電子部品群４１側に到達することが抑制される。そのため、放熱フィン１６及び第１電子部品群４０にて発生した熱によって第２電子部品群４１に与える影響を抑えることができ、所望の回路特性を得ることが可能となる。

また、第２電子部品群４１と比較して第１電子部品群４０を水供給装置を構成するペルチェ素子１５及び放熱フィン１６側に配置しているため、放熱フィン１６の全長を長くする必要がなく、装置１０全体の小型化に寄与できる。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）制御装置２０は、各種電子部品３０〜３６が回路基板３７上に搭載されて構成される。そして、電子部品３０〜３６の内でその動作により所定温度以上上昇する発熱の大きい電子部品３０〜３３にて構成される第１電子部品群４０の電子部品３０〜３２を水供給手段を構成する放熱部としての放熱フィン１６に当接させて構成される。これにより、放熱フィンにて第１電子部品群４０（電子部品３０〜３２）から発生する熱も放熱することができるため、放熱フィンを各部材３０，３１，３２毎に設けなくてよく、放熱効果を損なわずに装置１０全体の小型化を図ることが可能となる。

（２）放熱フィン１６に対して送風する送風装置としての放熱ファン１７が設けられることで、放熱ファン１７により放熱フィン１６に対して風を送ってより効果的に放熱を行うことができる。

（３）第１電子部品群４０が放熱フィン１６と近接配置され、送風装置としての放熱ファン１７の冷却風が放熱フィン１６と共に第１電子部品群４０に供給され冷却されるように構成される。つまり、発熱し易い部材である第１電子部品群４０（電子部品３０〜３３）と放熱フィン１６とを近接（集合）させ、これらを１つの放熱ファン１７にて冷却できるため、効率よく装置１０（ケース部材１１）内の温度を放熱でき、本装置１０（ケース部材１１）内のその他の箇所で発生する熱を低減できる。

（４）制御装置２０を構成する各種電子部品３０〜３６の内、第１電子部品群４０を構成する電子部品３０〜３３より発熱の小さい電子部品３４，３５を第２電子部品群４１とし、また第１及び第２電子部品群４０，４１よりも筐体の大きな電子部品を電子部品３６とし、第１及び第２電子部品群４０，４１間に、相互の雰囲気の交流の抑制を図るべく筐体の大となる電子部品３６が配置される。つまり、制御装置２０を構成する電子部品３０〜３６の内で筐体の大きな電子部品３６を第１及び第２電子部品群４０，４１間に配置することで、第１電子部品群４０側の電子部品３０〜３３にて発生する熱が第２電子部品群４１側に伝わることを抑制でき、第２電子部品群４１側に与える熱の影響を抑えることができる。そのため、第２電子部品群４１側において所望の回路特性を得ることが可能となる。

（５）第２電子部品群４１と比較して第１電子部品群４０を水供給装置を構成するペルチェ素子１５及び放熱フィン１６側に配置しているため、放熱フィン１６の全長を長くする必要がなく、装置１０全体の小型化に寄与できる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、放熱フィン１６と第１電子部品群４０の電子部品３０〜３２とが当接するように構成したが、これに限らない。例えば、第１電子部品群４０の電子部品３３と放熱フィン１６とが当接するような構成であってもよい。要は、電子部品３０〜３６の内で所定温度以上上昇し得る電子部品３０〜３３のいずれかと放熱フィン１６とが当接するように構成すれば、放熱フィン１６を水供給装置を構成するペルチェ素子１５とで共有することができる。また、ペルチェ用電源回路２４等のその他の回路を構成する電子部品の内で使用中に所定温度上昇し得る電子部品と放熱フィン１６とを当接するように構成してもよい。

・上記実施形態では、放熱フィン１６の１つの延設部１６ｂと第１電子部品群４０の電子部品３０〜３２とが当接するように構成したが、これに限らず、複数のフィン部が電子部品３０〜３２と当接するように構成してもよい。

・上記実施形態では、放熱フィン１６のフィン部１６ａの本数を計５本としたが、その本数はこれに限らない。
・上記実施形態では、筐体の大きな電子部品３６を第１電子部品群４０及び第２電子部品群４１の間に配置する構成としたが、その配置はこれに限らない。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ） 請求項２に記載の静電霧化装置において、
前記電子部品の内、その動作により所定温度以上上昇する発熱の大きい電子部品を第１電子部品とし、その第１電子部品を前記放熱部と近接配置して、前記送風装置の冷却風が前記放熱部と共に前記第１電子部品に供給され冷却されるように構成されたことを特徴とする静電霧化装置。

このように、発熱し易い部材である第１電子部品と放熱部とを近接（集合）させ、これらを１つの放熱部にて冷却できるため、効率よく装置（ケース部材）内の温度を放熱でき、本装置（ケース部材）内のその他の箇所で発生する熱を低減できる。

（ロ） 前記（イ）に記載の静電霧化装置において、
前記制御装置を構成する各種電子部品の内、前記第１電子部品より発熱の小さい電子部品を第２電子部品とし、また前記第１及び第２電子部品よりも筐体の大きな電子部品を第３電子部品とし、
前記第１及び第２電子部品間に、相互の雰囲気の交流の抑制を図るべく筐体の大となる前記第３電子部品が配置されたことを特徴とする静電霧化装置。

このように、制御装置を構成する電子部品の内で筐体の大きな第３電子部品を第１及び第２電子部品間に配置することで、第１電子部品にて発生する熱が第２電子部品側に伝わることを抑制でき、第２電子部品側に与える熱の影響を抑えることができる。そのため、第２電子部品側において所望の回路特性を得ることが可能となる。また、第２電子部品と比較して第１電子部品を水供給装置を構成するペルチェ素子及び放熱部側に配置しているため、放熱フィンの全長を長くする必要がなく、装置全体の小型化に寄与できる。

１０…静電霧化装置、１２…放電電極、１５…水供給手段を構成するペルチェ素子、１６…放熱部としての放熱フィン、１７…送風装置としての放熱ファン、２０…制御装置、３０〜３４…発熱の大きい電子部品、３６…第３電子部品としての電子部品、３７…回路基板。

Claims (2)

1. 高電圧印加に基づいて放電を生じさせる放電電極と、
   冷却部とその冷却部の冷却動作に基づく発熱を放出する放熱部を有してなり、前記冷却部にて空気中の水分から結露水を生成して前記放電電極に供給する水供給手段と、
   前記放電電極及び前記水供給手段の少なくとも１つの電源供給及びその制御を行う制御装置と、
   を備え、前記放電電極の放電に基づいてその供給された水を静電霧化させて放出する静電霧化装置であって、
   前記制御装置は、各種電子部品が回路基板上に搭載されて構成されるものであり、
   前記電子部品の内でその動作により所定温度以上上昇する発熱の大きい電子部品を前記水供給手段の前記放熱部に当接させて構成したことを特徴とする静電霧化装置。
2. 請求項１に記載の静電霧化装置において、
   前記放熱部に対して送風する送風装置が設けられたことを特徴とする静電霧化装置。

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