JP4645528B2 - Electrostatic atomizer - Google Patents
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Description
本発明は液体に高電圧を印加して帯電液体微粒子を発生させる静電霧化装置に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic atomizer that generates charged liquid fine particles by applying a high voltage to a liquid.
高電圧発生回路と、高電圧発生回路で発生させた高電圧が印加される霧化電極と、霧化電極と対向する対向電極と、霧化電極に霧化させるべき液体を供給する液体供結手段とからなり、霧化電極上の液体(水)を霧化電極と対向電極との間の放電によって霧化させることで帯電液体微粒子を発生させる静電霧化装置があるが、ナノメータサイズの帯電液体微粒子を発生させる静電霧化装置では、得られた帯電液体微粒子にスーパーオキサイドラジカルやヒドロキシラジカルが含まれていて、脱臭効果や、除菌効果、アレルゲン不活化効果、農薬分解効果があることから近年注目されている。 A high voltage generation circuit, an atomization electrode to which a high voltage generated by the high voltage generation circuit is applied, a counter electrode facing the atomization electrode, and a liquid supply for supplying the liquid to be atomized to the atomization electrode There is an electrostatic atomizer that generates charged liquid fine particles by atomizing the liquid (water) on the atomizing electrode by electric discharge between the atomizing electrode and the counter electrode. The electrostatic atomizer that generates charged liquid fine particles contains superoxide radicals and hydroxy radicals in the obtained charged liquid fine particles, and has deodorizing effect, sterilizing effect, allergen inactivating effect, and agrochemical decomposing effect. Therefore, it has been attracting attention in recent years.
この静電霧化装置において帯電液体微粒子の発生量を増やすには、高電圧発生回路で発生させて霧化電極に印加する直流高電圧の電圧値を高くしていたが、この場合、アーク放電や短絡が生じる可能性が高くなって帯電液体微粒子を安定的に発生させることができない上に、オゾンの発生量が多くなってしまうという問題があった。
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、オゾン発生量を抑えながら安定的に帯電液体微粒子の発生量を増やす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。 The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and it is an object of the present invention to provide an electrostatic atomizer capable of stably increasing the generation amount of charged liquid fine particles while suppressing the generation amount of ozone. It is what.
上記課題を解決するために本発明に係る静電電化装置は、高電圧発生回路と、高電圧発生回路で発生させた高電圧が印加される霧化電極と、霧化電極に霧化させるべき液体を供給する液体供給手段とからなり、霧化電極上の液体(水)を霧化電極での放電によって霧化させることで帯電液体微粒子を発生させる静電霧化装置であって、上記高電圧発生回路は直流一定電圧にパルス電圧を重畳した高電圧を霧化電極に印加するものであるとともに、上記パルス電圧の周波数を静電霧化の発生周波数以上としていることに特徴を有している。パルス電圧の重畳によってオゾン量を抑えながら安定的に帯電液体微粒子を発生させることができる。 In order to solve the above problems, an electrostatic electrification apparatus according to the present invention should be atomized by a high voltage generation circuit, an atomization electrode to which a high voltage generated by the high voltage generation circuit is applied, and the atomization electrode consists of a liquid supply means for supplying a liquid, a discharge electrostatic atomizer that generates charged fine droplets by atomizing by the liquid (water) on the atomization electrode in the atomization electrode, the high The voltage generation circuit applies a high voltage obtained by superimposing a pulse voltage on a constant DC voltage to the atomization electrode, and has a feature that the frequency of the pulse voltage is equal to or higher than the generation frequency of electrostatic atomization. Yes. Charged liquid fine particles can be stably generated while suppressing the amount of ozone by superimposing the pulse voltage.
しかも上記パルス電圧の周波数は静電霧化の発生周波数以上であるために、パルスによって与えるエネルギーをより効率よく利用することができて、安定的な帯電液体微粒子の発生に効果的である。 Moreover the frequency of the pulse voltage to be higher occurrence frequency of the electrostatic atomization, it can more efficiently utilize the energy given by the pulse, which is effective in the generation of stable charging liquid particles.
また、上記直流一定電圧は放電を開始させる電圧値であることが望ましい。この場合、オゾン発生量を抑えながら帯電液体微粒子の発生量を最大にすることが可能となる。印加する直流一定電圧は、霧化電極の構造、霧化電極と対向電極との間の距離、供給される液体の量によってことなるが、±2kV〜5kV程度が好適である。この範囲より低くなると帯電液体微粒子の発生量が減少し、高くなるとパルス電圧を重畳しない場合と同様にオゾンの発生量が多くなる。 The DC constant voltage is preferably a voltage value for starting discharge. In this case, it is possible to maximize the generation amount of charged liquid fine particles while suppressing the generation amount of ozone. The DC constant voltage to be applied varies depending on the structure of the atomization electrode, the distance between the atomization electrode and the counter electrode, and the amount of liquid to be supplied, but about ± 2 kV to 5 kV is preferable. When the temperature is lower than this range, the generation amount of charged liquid fine particles is reduced, and when it is higher, the generation amount of ozone is increased as in the case where the pulse voltage is not superimposed.
上記パルス電圧のパルス幅はパルスの発生周期の10〜50%が、オゾン量を抑えながら帯電微粒子の発生量を増やす点において好適である。より具体的には10〜30%に設定することが望ましいが、特に限定するものではない。 The pulse width of the pulse voltage is preferably 10 to 50% of the pulse generation period in terms of increasing the generation amount of charged fine particles while suppressing the ozone amount. More specifically, it is desirable to set it to 10 to 30%, but it is not particularly limited.
また、高電圧発生回路は、高電圧発生回路と霧化電極とからなる回路内の電気的な変位によりパルス電圧の周波数を変化させるものであると、安定的に霧化を持続させることが可能となるとともに帯電液体微粒子の発生量を調整することも可能となる。 The high voltage generating circuit, when the electric displacement in the circuit composed of the high voltage generating circuit and the atomizing electrode is intended to change the frequency of the pulse voltage, can be sustained stably atomized It is also possible to adjust the generation amount of charged liquid fine particles.
高電圧発生回路は、環境変化を検知するセンサーの出力に応じてパルス電圧の周波数を変化させるものであってもよく、この場合、周りの環境変化に応じて霧化量を調整することができ、安定的に霧化を持続させることが可能となる。上記センサーとしては、温度検知センサー、湿度検知センサー、ガス検知センサー、霧化させるべき液体量の検知センサー等を用いることができるが、霧化電極を冷却して空気中の液体分を結露させて液体を供給するような場合には、外部の温度及び湿度を検知してパルス電圧の周波数を制御すると特に有効である。また、霧化電極と対向する対向電極を備えて、霧化電極と対向電極との間の放電を行うものが好ましい。
The high voltage generation circuit may change the frequency of the pulse voltage according to the output of the sensor that detects the environmental change. In this case, the amount of atomization can be adjusted according to the surrounding environmental change. It becomes possible to maintain the atomization stably. As the above sensor, a temperature detection sensor, a humidity detection sensor, a gas detection sensor, a detection sensor for the amount of liquid to be atomized, etc. can be used, but the atomization electrode is cooled to condense liquid components in the air. In the case of supplying a liquid, it is particularly effective to control the frequency of the pulse voltage by detecting the external temperature and humidity. Moreover, what comprises the counter electrode which opposes an atomization electrode, and discharges between an atomization electrode and a counter electrode is preferable.
本発明においては、直流一定高電圧にパルス電圧を重畳した高電圧を霧化電極に印加するために、帯電液体微粒子の発生量を増やすことができると同時にオゾン発生量の増加を抑えることができ、このために帯電液体微粒子によるところの前述の効果が向上する。 In the present invention, since the high voltage obtained by superimposing the pulse voltage on the constant DC high voltage is applied to the atomizing electrode, the generation amount of charged liquid fine particles can be increased and at the same time the increase in the ozone generation amount can be suppressed. For this reason, the above-described effects due to the charged liquid fine particles are improved.
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2において1は熱交換部であり、半導体電子熱交換素子であるペルチェ素子2の吸熱側に平板上の冷却部3を接続させるとともにペルチェ素子2の放熱側にフィン形状の放熱部4を接続させたものとして構成されている。上記放熱部4は熱伝導率が高い材料(本例はアルミニウム)で,上記冷却部3は熱伝導率が高く且つ電気伝導率が低い(絶縁性)材料で形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a heat exchanging portion, and a
上記冷却部3の中央に円錐台状に隆起させてある基台部5に霧化電極6の基端部6bを埋設させることで、霧化電極6を冷却部3上に立設させている。霧化電極6は、熱伝導率が高く且つ電気伝導率が高い材料(本例では銅)を用いて形成される円柱状の部材であり、その先端部6aは、鋭利な円錐状となっている。
The atomizing electrode 6 is erected on the
霧化電極6の先端部6aとの対向側にリング状の対向電極7を筐体8で保持することで位置させている。この対向電極7と上記霧化電極6とは一定高電圧印加部9及びパルス電圧印加部10を備える高電圧発生回路に接続されており、該高電圧発生回路によって霧化電極6の先端部6a側がマイナス電極となるように高電圧が霧化電極6の先端部6aと対向電極7とに印加される。
The ring-shaped
このものでは、冷却制御部11によって熱交換部1のペルチェ素子2に直流電源を供給すると、ペルチェ素子2内において熱の移動が生じ、吸熱側に接続させてある冷却部3を介して霧化電極6が冷却され、霧化電極6の周囲の空気が冷却されて結露点以下に至ることで霧化電極6の表面上に結露液体が生じる。
In this device, when DC power is supplied to the
この霧化電極6上に生成された結露液体は、霧化電極6に印加された高電圧、殊に直流一定高電圧によってその先端6aに集まり、重畳されたパルス電圧を契機にする放電によって、レイリ一分裂を繰り返してナノメータサイズの帯電液体微粒子が生成される。 The condensed liquid generated on the atomizing electrode 6 gathers at the tip 6a by a high voltage applied to the atomizing electrode 6, in particular, a constant DC high voltage, and by discharge triggered by the superimposed pulse voltage, Nanometer-sized charged liquid particles are generated by repeating Rayleigh splitting.
この時、図1に示すように、上記直流一定高電圧Vdは、放電を開始させる電圧値Vhとし、パルス電圧Vpが重畳されることで、更に高い電圧が霧化電極6に印加されるようにしておくことで、図1下段の静電霧化放電波形で示される放電が生じるとともに、帯電液体微粒子の発生量を多く、且つオゾンの発生量を少なくすることができる。なお、帯電液体微粒子の発生量は、放電電流値が高くなるほど多くなる。ちなみに図7は従来の直流一定高電圧のみで静電霧化を行う場合を示しており、この場合、パルス電圧を重畳するものと比較した場合、同じ帯電液体微粒子を得られるようにすると、オゾン発生量がかなり多くなる。 At this time, as shown in FIG. 1, the constant DC high voltage Vd is set to a voltage value Vh for starting discharge, and a higher voltage is applied to the atomizing electrode 6 by superimposing the pulse voltage Vp. Thus, the discharge shown by the electrostatic atomizing discharge waveform in the lower part of FIG. 1 is generated, the generation amount of charged liquid fine particles can be increased, and the generation amount of ozone can be reduced. The amount of charged liquid fine particles generated increases as the discharge current value increases. Incidentally, FIG. 7 shows a case where electrostatic atomization is performed only with a conventional DC constant high voltage. In this case, when compared with the case where a pulse voltage is superimposed, the same charged liquid fine particles can be obtained. The amount generated is considerably increased.
図3は上記直流一定高電圧Vdを上記電圧値Vhよりも高くした場合を示しており、この時には帯電液体微粒子の発生量が多いと同時にオゾン発生量も多くなってしまう。逆に図4に示すように上記直流一定高電圧Vdを上記電圧値Vhよりも低くした時には帯電液体微粒子の発生量もオゾン発生量も少なくなることから、直流一定高電圧Vdは、放電を開始させる電圧値Vhにほぼ等しくしておくことが好ましい。 FIG. 3 shows a case where the DC constant high voltage Vd is higher than the voltage value Vh. At this time, the amount of charged liquid fine particles generated is large and the amount of ozone generated is also large. On the contrary, as shown in FIG. 4, when the constant DC high voltage Vd is lower than the voltage value Vh, the amount of charged liquid fine particles and the amount of ozone generated decrease, so the constant DC high voltage Vd starts discharging. It is preferable that the voltage value Vh be approximately equal to the voltage value Vh.
パルス電圧Vpの周波数は静電霧化の発生周波数以上としておくことが望ましい。パルスによって与えるエネルギーをより効率よく利用することができるからである。静電霧化の発生周波数が1MHzの場合、パルス電圧の周波数は1〜10MHzとするのが望ましい。パルス電圧印加部10がパルス電圧の周波数を変更することができるものであってもよく、この場合、この周波数の変更で帯電液体微粒子の発生量を制御することができる。
The frequency of the pulse voltage Vp is preferably set to be equal to or higher than the generation frequency of electrostatic atomization. This is because the energy given by the pulse can be used more efficiently. When the generation frequency of electrostatic atomization is 1 MHz, the frequency of the pulse voltage is desirably 1 to 10 MHz. The pulse
また、パルス電圧Vpのパルス幅Wはパルスの発生周期Pの10〜50%としておくとよい。好ましくは10〜30%である。オゾン量を抑えながら帯電微粒子の発生量を増やすことができる。ちなみに50%以上になると急激にオゾン発生量が増加して図5に示すように[帯電液体微粒子の発生量/オゾン量]の値が低下する。 The pulse width W of the pulse voltage Vp is preferably 10 to 50% of the pulse generation period P. Preferably it is 10 to 30%. The generation amount of charged fine particles can be increased while suppressing the amount of ozone. By the way, when it becomes 50% or more, the amount of ozone generation increases rapidly, and the value of [generation amount of charged liquid fine particles / ozone amount] decreases as shown in FIG.
対向電極7と高電圧発生回路との間に設置した電流計12によって放電電流値を検出し、検出した放電電流値に応じて制御回路13がパルス電圧印加部10で発生するパルス電圧の周波数を変更するようにしてもよく、この時には霧化の安定的持続を図ることができる。
The discharge current value is detected by an
また、外部環境に設置された温度センサー14、湿度センサー15、ガスセンサー16によって外部温度や外部湿度、ガスの有無等を検出し、これらの値やガスの有無等に応じて制御回路13によりパルス電圧印加部10から出力されるパルス電圧の周波数を制御することで、さらに安定的に霧化を持続させることができるとともに帯電液体微粒子の発生量を調整することができる。
The
図3に示した静電霧化装置では、霧化電極6を冷却する熱交換部1が液体供給手段を構成しているが、液体供給手段としては、図6に示すように、液体を収納するタンク等で構成されて該液体を霧化電極6に供給するものを用いてもよい。この場合、霧化電極6には中空もしくは多孔質の材料を使用して、霧化電極6の先端6aに液体を送り込めるようにする。 In the electrostatic atomizer shown in FIG. 3, the heat exchange unit 1 that cools the atomizing electrode 6 constitutes a liquid supply unit. As shown in FIG. 6, the liquid supply unit stores a liquid. A tank configured to supply the liquid to the atomizing electrode 6 may be used. In this case, a hollow or porous material is used for the atomizing electrode 6 so that the liquid can be fed to the tip 6 a of the atomizing electrode 6.
1 熱交換部
6 霧化電極
7 対向電極
10 一定高電圧印加部
11 パルス電圧印加部
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