JP2008155121A

JP2008155121A - 静電霧化装置

Info

Publication number: JP2008155121A
Application number: JP2006346544A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nakada; 隆行中田; Hiroshi Suda; 洋須田; Shoji Machi; 昌治町; Tomohiro Yamaguchi; 友宏山口; Sumio Wada; 澄夫和田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: WO2008081764A1; TWI333875B; JP4706632B2; EP2094393B1; CN101563165B; US20100044475A1; ATE530258T1; CN101563165A; EP2094393A1; TW200831193A; US8191805B2

Abstract

【課題】静電霧化を行おうとする霧化領域の温度、湿度条件の制約を受けず、霧化領域が低温度や低湿度であっても確実に霧化電極に水を供給して安定して静電霧化を行うことができる。
【解決手段】霧化電極１と、対向電極２と、霧化電極１を冷やして空気中の水分を霧化電極１に凍結させるための冷却手段３と、霧化電極１に凍結した氷を融解して霧化電極１に水を供給する融解手段４と、霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加する高電圧印加部５とを備える。凍結した氷を融解して霧化電極１に水を供給した状態で霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加して霧化電極１に供給される水を静電霧化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電霧化現象によりナノメータサイズの帯電微粒子水を発生させて霧化対象空間に供給するようにした静電霧化装置に関するものである。

従来から霧化電極と、霧化電極に対向して位置する対向電極と、霧化電極に水を供給する供給手段とを備え、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加することで霧化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帯電微粒子水（ナノメータサイズの帯電イオンミスト）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。

このナノメータサイズの帯電微粒子水は保湿効果があり、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ため脱臭効果、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水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。

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霧化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ＣＯ_２と反応して水搬送部の先端部にＣａＣＯ_３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水の発生を妨げるという問題があった。

そこで、上記問題を解決するために、霧化電極にペルチェユニットの冷却部を接続して霧化電極を冷却し、霧化電極を冷却して空気中の水分を結露させることで霧化電極に水を供給し、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加して霧化電極に供給された水（結露水）を静電霧化するようにしたものが特許文献２により知られている。

この特許文献２の従来例は、水の補給の手間が不要となり、得られた水には不純物が含まれないことからＣａＣＯ_３やＭｇＯ等が析出付着しないという特徴を有している。

上記特許文献２に示された従来例にあっては、ペルチェユニットの冷却部により連続して霧化電極を冷却して空気中の水分を結露させて霧化電極に水を連続して供給しながら同時に高電圧を連続して印加することで、結露水の生成、霧化を平行して行うようになっている。ところが、上記従来例においては、霧化電極を０℃以下に冷やすと、空気中の水分が凍結して霧化電極に付着し、高電圧を印加しても静電霧化ができない。このため、従来にあっては、空気中の水分を凍結しないように霧化電極を冷却する必要があって、霧化電極は０℃以下には冷却しないようにしていた。つまり、従来にあっては、霧化電極の冷却温度は０℃が限界であった。

このため、静電霧化を行おうとする霧化対象空間の湿度が低いと０℃近くまで霧化電極を冷却しても空気中の水分が飽和状態とならず、霧化電極に結露水を生成できないという問題がある。特に、霧化対象空間の温度が０℃以上ではあるが、０℃に近い場合、霧化電極を０℃に冷却しても霧化対象空間の温度と霧化電極との温度差が小さく、霧化対象空間の湿度が高くなければ結露水を生成できない。

図１０には霧化対象空間の温度と、霧化対象空間の湿度と、霧化電極の設定温度との関係における霧化領域を示すグラフであり、従来の霧化領域は霧化電極が０℃の線よりも上方の領域（図１０において太線で囲んだ領域）であり、この霧化電極が０℃の線よりも上方の領域しか静電霧化ができず、静電霧化を行おうとする霧化対象空間の温度、湿度条件に大きく制約され、低湿度や低温の環境においては使用できず、使用できる温湿度環境範囲が狭いという問題があった。
特許第３２６０１５０号公報特開２００６−６８７１１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、静電霧化を行おうとする霧化対象空間の温度、湿度条件の制約を受けず、霧化対象空間が低温度や低湿度であっても確実に霧化電極に水を供給して安定して静電霧化を行う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、対向電極２と、霧化電極１を冷やして空気中の水分を霧化電極１に凍結させるための冷却手段３と、霧化電極１に凍結した氷を融解して霧化電極１に水を供給する融解手段４と、霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加する高電圧印加部５とを備え、上記凍結した氷を融解して霧化電極１に水を供給した状態で霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加して霧化電極１に供給される水を静電霧化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、冷却手段３により霧化電極１を０℃以下に冷却して空気中の水分を凍結させて霧化電極１に氷を付着させ、その後、融解手段４により霧化電極１に凍結付着した氷を融解して霧化電極１に水を供給し、その後、高電圧印加部５により霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加して霧化電極１に供給された水を静電霧化する。このように空気中の水分を凍結させて氷とした後、氷を融解して水として供給することにより、霧化対象空間９内の湿度や温度が低くても、確実に霧化電極１に水を供給して静電霧化を行い、安定して帯電微粒子水を生成することができる。

また、両伝熱部６のうちいずれか一方が冷却部となると共にいずれか他方が加熱部となるペルチェユニット７の一方の伝熱部６に霧化電極１を熱的に接続し、ペルチェユニット７に通電する通電方向を切り替えて霧化電極１を冷却又は加熱するように構成して上記冷却手段３と融解手段４とを構成することが好ましい。

このような構成とすることで、ペルチェユニット７に通電して霧化電極１を０℃以下に冷却することで空気中の水分を凍結させて霧化電極１に付着させ、その後、ペルチェユニット７への通電方向を切り替えることで霧化電極１を加熱して霧化電極１に凍結付着した氷を融解して霧化電極１に水を供給することができ、ペルチェユニット７への通電を切り替えるという簡単な構成で、冷却手段３、融解手段４を構成することができる。

また、融解手段４がヒータ８であることが好ましい。

このような構成とすることで、ヒータ８で加熱することで簡単に霧化電極１に凍結付着した氷を融解して霧化電極１に水を供給することができ、構成が簡略化する。

また、静電霧化が行われる霧化対象空間９の温度を検出する霧化対象空間温度検出手段１０を設け、霧化対象空間温度検出手段１０により検出された霧化対象空間９の温度データに基づいて、融解手段４による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することが好ましい。

このような構成とすることで、霧化対象空間９の温度に応じて、融解手段４による霧化電極１に凍結した氷が融解を開始するタイミングが最適のタイミングとなり、且つ、氷が融解すると同時に静電霧化を開始する最適のタイミングとなり、また、水が静電霧化により無くなる最適のタイミングで静電霧化を停止するように制御するので、氷の一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷を融解して水が供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにでき、更に、水が無くなったのに高電圧を印加し続けるというような不都合がなく、効率よく静電霧化ができる。

また、静電霧化が行われる霧化対象空間９の湿度を検出する湿度検出手段１１を設け、湿度検出手段１１により検出された霧化対象空間９の湿度データに基づいて融解手段４による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することが好ましい。

このような構成とすることで、霧化対象空間９の湿度に応じて、融解手段４による霧化電極１に凍結した氷が融解を開始するタイミングが最適のタイミングとなり、且つ、氷が融解すると同時に静電霧化を開始する最適のタイミングとなり、また、水が静電霧化により無くなる最適のタイミングで静電霧化を停止するように制御するので、氷の一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷を融解して水が供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにでき、更に、水が無くなったのに高電圧を印加し続けるというような不都合がなく、効率よく静電霧化ができる。

また、霧化電極１の温度を検出する霧化電極温度検出手段１２を設け、霧化電極温度検出手段１２により検出された霧化電極１の温度データに基づいて融解手段４による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することが好ましい。

このような構成とすることで、霧化電極１の温度に応じて、融解手段４による霧化電極１に凍結した氷が融解を開始するタイミングが最適のタイミングとなり、且つ、氷が融解すると同時に静電霧化を開始する最適のタイミングとなり、また、水が静電霧化により無くなる最適のタイミングで静電霧化を停止するように制御するので、氷の一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷を融解して水が供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにでき、更に、水が無くなったのに高電圧を印加し続けるというような不都合がなく、効率よく静電霧化ができる。

また、冷却手段３が、静電霧化が行われる霧化対象空間９に隣接する霧化対象空間９よりも低い温度の冷空間１３との熱のやりとりで霧化電極１を冷却することで空気中の水分を霧化電極１に凍結させるものであって、冷空間１３の温度を検出する冷空間温度検出手段１４を設け、冷空間温度検出手段１４で検出した冷空間１３の温度データに基づいて、融解手段４による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することが好ましい。

このような構成とすることで、冷空間１３の温度変化により霧化電極１の冷却温度が変わって霧化対象空間９の空気中の水分の霧化電極１への凍結量が変わるが、冷空間１３の温度の変化に応じて、融解手段４による霧化電極１に凍結した氷が融解を開始するタイミングが最適のタイミングとなり、且つ、氷が融解すると同時に静電霧化を開始する最適のタイミングとなり、また、水が静電霧化により無くなる最適のタイミングで静電霧化を停止するように制御するので、氷の一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷を融解して水が供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにでき、更に、水が無くなったのに高電圧を印加し続けるというような不都合がなく、効率よく静電霧化ができる。

本発明は、上記のように、霧化対象空間の空気中の水分を霧化電極に凍結させ、凍結した氷を融解して水として供給し、このようにして霧化電極に供給された水を静電霧化するものであるから、静電霧化を行おうとする霧化対象空間の温度、湿度条件の制約を受けず、霧化対象空間が低温度や低湿度であっても確実に霧化電極に水を供給して安定して静電霧化を行うことができ、このように霧化領域を拡大できるので、静電霧化装置の使用領域を拡大できるという効果がある。

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。

まず図１乃至図６に示す実施形態を説明する。この図１乃至図６に示す実施形態における静電霧化装置は、霧化対象空間９と、該霧化対象空間９に隣接した霧化対象空間９より温度が低い冷空間１３とを備えた装置Ａにおいて、霧化対象空間９に静電霧化により生成されるナノメータサイズの帯電微粒子水を供給するためのものである。

霧化対象空間９と冷空間１３とを備えた装置Ａとしては、例えば、冷蔵庫やクーラ等を挙げることができる。

以下、一例として霧化対象空間９と冷空間１３とを備えた装置Ａとして冷蔵庫Ａ１を例にとって説明するが、本発明は必ずしも冷蔵庫Ａ１に限定されるものではない。

図３には冷蔵庫Ａ１の概略構成図が示してある。図３において２０は冷蔵庫本体であって、冷蔵庫本体２０内には冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３、冷気通路２４が設けてあり、冷蔵庫本体２０の外郭、冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３、冷気通路２４をそれぞれ仕切る仕切り部３０は断熱材により構成してある。仕切り部３０には孔３０ｂが形成してある。また、仕切り部３０の断熱材の表面には合成樹脂成形品よりなる外皮３０ａが積層一体化してある。冷気通路２４と冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３とを仕切る仕切り部３０にはそれぞれ冷気通路２４と冷凍室２１、冷気通路２４と野菜室２２、冷気通路２４と冷蔵室２３を連通する連通部２７ａ、２７ｂ、２７ｃが設けてある。

冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３の前面側はそれぞれ開口している。冷蔵室２３の前開口にはヒンジにより回動自在に扉２５ａが取付けられ、また、冷凍室２１や野菜室２２には引出しボックス２６ａ、２６ｂが引き出し自在に取付けられると共に各引出しボックス２６ａ、２６ｂの前部に扉２５ｂ、２５ｃを一体に設け、引き出しボックス２６ａ、２６ｂを冷凍室２１や野菜室２２内に押し込んで収納することで、引出しボックス２６ａ、２６ｂの前部に設けた扉２５ｂ、２５ｃで冷凍室２１や野菜室２２の前開口を閉じるようになっている。

冷気通路２４内には冷却源２８、ファン２９が設けてあり、冷却源２８により冷気通路２４内の空気を冷却し（例えば−２０℃程度に冷却し）、冷気通路２４内の冷気を連通部２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介して冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３に供給し、冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３をそれぞれ目的とする温度とするようになっている。ここで、野菜室２２や冷蔵室２３は冷凍室２１よりも温度が高い（例えば野菜室２２は約５℃である）ので、連通部２７ｂ、２７ｃは連通路２７ａよりも小さい開口となっていて冷気通路２４からの冷気の流入量が冷凍室２１に比べて少なくなるように設定してある。

また、図示を省略しているが、冷凍室２１、野菜室２２、冷蔵室２３からそれぞれ冷気通路２４の冷却源２８側に空気を返送するための返送通路が設けてある。

上記のような冷蔵庫Ａ１において、本発明においては例えば野菜室２２や冷蔵室２３が霧化対象空間９となり、断熱材よりなる仕切り部３０を介して隣接する冷気通路２４が霧化対象空間９よりも温度が低い冷空間１３となっている（添付図面においては野菜室２２を霧化対象空間９としている）。ここで、本発明における冷空間１３とは温度が０℃以下の領域のことであり、実施形態のように冷蔵庫Ａ１の冷気通路２４を冷空間１３とした場合は、例えば冷空間１３は上記のように−２０℃程度である。もちろん、冷空間１３は０℃以下であれば、この例にのみ限定されない。

霧化対象空間９である野菜室２２と冷空間１３である冷気通路２４とを仕切る仕切り部３０の霧化対象空間９側の面には静電霧化装置の主体部Ｂが取付けてある。

静電霧化装置の主体部Ｂは、霧化電極１、対向電極２、霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加する高電圧印加部５、静電霧化を行うための制御部１５を装置ハウジング３１内に内装することで構成してある。

装置ハウジング３１内は高電圧印加部５や制御部１５を収納する収納室１６ａと放電室１６ｂとに仕切られており、高電圧印加部５や制御部１５を収納した収納室１６ａは外部から水等が浸入しないような密閉室となっている。放電室１６ｂ内には霧化電極１と対向電極２とが配設され、対向電極２はドーナツ状をした金属板により構成してあって装置ハウジング３１の前面に設けた放出用開口１７に対向するように放電室１６ｂ内の前部寄りに内装してあり、放電室１６ｂ内の後部には霧化電極１が取付けてあり、霧化電極１の先端の尖った部分がドーナツ状をした対向電極２の中央孔部のセンターと同一軸線上に位置している。霧化電極１と対向電極２とは高圧リード線を介して高電圧印加部５に電気的に接続してある。

上記霧化電極１の後端部には金属のような熱伝導性の良い熱伝達部１８が設けてある。ここで、霧化電極１と熱伝達部１８とを一体に形成したものでもよく、また、霧化電極１に別体の熱伝達部１８を固着してもよく、また、霧化電極１に別体の熱伝達部１８を接触させるようにしたものであってもよい。いずれの場合も、熱伝達部１８と霧化電極１とで熱を効率よくやりとりできるような構成とする。

図１、図２に示す実施形態では、柱状をした金属製の熱伝達部１８の前面部に凹所１８ａを形成すると共に凹所１８ａの底に嵌め込み穴１８ｂを形成し、この嵌め込み穴１８ｂに棒状をした霧化電極１の後端部を嵌めむと共に霧化電極１の先端部を熱伝達部１８の前面よりも前方に突出させてある。したがって、本実施形態では霧化電極１と熱伝達部１８とは嵌め込み穴１８ｂの内面と霧化電極１の後端部とが接触することによる熱伝導による熱のやりとりに加え、凹所１８ａの内面とこれと対向する霧化電極１との放熱による熱のやりとりで効果的に熱のやりとりができるようになっている。

熱伝達部１８は装置ハウジング３１に取付けられる（図１、図２に示す実施形態では装置ハウジング３１の後面部の一部を構成する蓋部１６ｃに熱伝達部１８が取付けてある）。装置ハウジング３１の後面には孔部１９が設けてあり（図１、図２に示す実施形態では蓋部１６ｃに孔部１９が設けてあり）、熱伝達部１８がこの孔部１９を挿通して後方に突出している。

上記装置ハウジング３１は仕切り部３０の霧化対象空間９（例えば野菜室）側に取付けられ、突出部１８ｃが仕切り部３０の孔３０ｂに挿入されて突出部１８ｃの後端部が冷空間１３内に露出する。

ここで、熱伝達部１８は突出部１８ｃが冷空間１３で冷やされるため、霧化対象空間９内に位置する霧化電極１が冷やされる。この場合、霧化電極１は必ず０℃以下に冷却され、霧化電極１の周囲の空気中の水分（すなわち０℃以上の温度である霧化対象空間９の空気中の水分）を凍結させて霧化電極１に付着させるようになっている。したがって、本実施形態においては、熱伝達部１８、０℃以下の温度の冷空間１３により霧化電極１を０℃以下に冷却するための冷却手段３が構成してある。

また、本実施形態においては、霧化電極１又は熱伝達部１８に隣接して（例えば周囲を囲むように）ヒータ８を設けて融解手段４を構成してある。

上記融解手段４であるヒータ８の通電のタイミング、ヒータ８への通電時間、高電圧印加部による霧化電極１と対向電極２との間への高電圧を印加するタイミング、高電圧の印加停止のタイミング等は制御部１５により制御される。

すなわち、本発明においては、図４に示すタイムチャートのように、霧化電極１は冷却手段３により連続して冷却されているが、ヒータ８への通電及び高電圧の印加を行わない凍結期間と、凍結期間後にヒータ８への通電を行う（高電圧の印加は行わない）融解期間と、融解期間後に高電圧を印加する（ヒータ８への通電は継続する）静電霧化期間とが順番に繰り返されるように制御部１５によりヒータ８の通電、高電圧の印加の制御を行うのである。図４に示す例においては、凍結期間を３０秒、融解期間を２０秒、静電霧化期間を６０秒となるようにヒータ８の通電開始のタイミング、ヒータ８への通電時間、高電圧印加部による霧化電極１と対向電極２との間への高電圧を印加を開始するタイミング、高電圧の印加を停止するタイミングを制御するようになっているが、上記各期間の時間は一例にすぎず、霧化対象空間９の温度や湿度、霧化電極１の温度、冷空間１３の温度等により上記各期間の時間は最適の時間に設定される。

しかして、熱伝達部１８が冷空間１３により冷やされて霧化電極１が０℃以下のある目的とする温度（つまり霧化対象空間９の空気中の水分が凍結して氷となる温度）に冷やされることで、凍結期間においては霧化対象空間９の空気中の水分が凍結されて図５（ａ）のように霧化電極１に氷Ｉとなって付着する。

図５（ａ）のように霧化電極１に氷Ｉが付着する凍結期間が終了すると、ヒータ８に通電して凍結した氷Ｉを融解して図５（ｂ）のように水Ｗとする融解期間となる。このようにして氷Ｉを水Ｗにする融解期間が終了すると、ヒータ８への通電を継続したまま霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加する霧化期間となる。高電圧印加部５により霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加すると、霧化電極１と対向電極２との間にかけられた高電圧により霧化電極１の先端部に供給された水と対向電極２との間にクーロン力が働いて、水の液面が局所的に錐状に盛り上がり（テーラーコーン）が形成される。このようにテーラーコーンが形成されると、該テーラーコーンの先端に電荷が集中してこの部分における電界強度が大きくなって、これによりこの部分に生じるクーロン力が大きくなり、更にテーラーコーンを成長させる。このようにテーラーコーンが成長し該テー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ると、テー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、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して図５（ｃ）のようにナノメータサイズの帯電微粒子水を大量に生成させ、次第に霧化電極１の先端部に供給された水が少なくなって、高電圧の印加を停止すると共にヒータ８への通電を停止して霧化期間が終了すると図５（ｄ）のように水が無くなる。霧化期間が終了すると再び凍結期間となり、上記と同じ順序で凍結による氷の付着→融解による水の供給→静電霧化という順番を繰り返す。

このようにして生成されたナノメータサイズの帯電微粒子水は対向電極２の中央孔を通過して装置ハウジング３１の前面に設けた放出用開口１７から霧化対象空間９内に放出される。

ところで、本実施形態においては、図６に示すように、静電霧化が行われる霧化対象空間９の温度を検出する霧化対象空間温度検出手段１０や、静電霧化が行われる霧化対象空間９の湿度を検出する湿度検出手段１１や、霧化電極１の温度を検出する霧化電極温度検出手段１２や、冷空間１３の温度を検出する冷空間温度検出手段１４を設け、これらの検出手段１０、１１、１２、１４で検出した温度や湿度のデータに基づいて制御部１５により融解手段４であるヒータ８への通電開始のタイミング（氷の融解を開始するタイミング）、融解手段４の通電停止のタイミング、高電圧の印加開始のタイミング及び高電圧の印加停止のタイミングを制御をするようになっている。

このように、静電霧化が行われる霧化対象空間９の温度や、静電霧化が行われる霧化対象空間９の湿度や、霧化電極１の温度や、冷空間１３の温度のデータに基づいて、融解手段４による霧化電極１に凍結した氷が融解を開始するタイミングが最適のタイミングとなり、且つ、氷が融解すると同時に静電霧化を開始する最適のタイミングとなり、また、水が静電霧化により無くなる最適のタイミングとなるように制御するので、氷の一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷を融解して水が供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにでき、更に、水が無くなったのに高電圧を印加し続けるというような不都合がなく、効率よく静電霧化ができることになる。

ここで、上記実施形態では霧化対象空間温度検出手段１０と湿度検出手段１１と霧化電極温度検出手段１２と冷空間温度検出手段１４を設け、各検出手段１０、１１、１２、１４で検出した温度や湿度のデータに基づいて、融解手段４による霧化電極１に凍結した氷が融解を開始するタイミングが最適のタイミングとなり、且つ、氷が融解すると同時に静電霧化を開始する最適のタイミングとなり、また、水が静電霧化により無くなる最適のタイミングとなるように制御するようにした例で説明したが、霧化対象空間温度検出手段１０と湿度検出手段１１と霧化電極温度検出手段１２と冷空間温度検出手段１４のうち少なくとも一つ又は複数の検出手段を設けて検出したデータに基づいて、融解手段４による霧化電極１に凍結した氷が融解を開始するタイミングが最適のタイミングとなり、且つ、氷が融解すると同時に静電霧化を開始する最適のタイミングとなり、また、水が静電霧化により無くなる最適のタイミングとなるように制御するようにしてもよく、この場合も氷Ｉの一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷Ｉを融解して水Ｗが供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにすることもでき、更に、水が無くなったのに高電圧を印加し続けるというような不都合がなく、効率よく静電霧化ができることになる。

次に、図７乃至図９に基づいて本発明の他の実施形態を説明する。本実施形態においては、ペルチェユニット７により冷却手段３と融解手段４とを構成した例が示してある。

ペルチェユニット７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３２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３４を両ペルチェ回路板３２間で挟持すると共に隣接する熱電素子３４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３３を介してなされる熱電素子３４への通電により一方のペルチェ回路板３２側から他方のペルチェ回路板３２側に向けて熱が移動するように設けたものである。更に、上記一方の側のペルチェ回路板３２の外側にはアルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性及び高耐電性の高い絶縁板３５を接続してあり、また、上記他方の側のペルチェ回路板３２の外側にはアルミナや窒化アルミニウム等からなる高熱伝導性の絶縁板３６を接続してある。

そして一方のペルチェ回路板３２の絶縁板３５とで一方の伝熱部６を構成し、他方のペルチェ回路板３２と絶縁板３６とで他方の伝熱部６を形成するものであり、熱電素子３４を介して一方の伝熱部６側から他方の伝熱部６側へと熱が移動するようになっている。

本実施形態においては、ペルチェユニット７の両伝熱部６のうち一方の伝熱部６に霧化電極１を熱的に接続したもので、ペルチェユニット７に通電して、一方の伝熱部６を冷却することで、該一方の伝熱部６に熱的に接続した霧化電極１を０℃以下に冷却して霧化対象空間９における空気中の水分を凍結させて霧化電極１に氷Ｉを付着させるようになっている。この場合、ペルチェユニット７は霧化電極１を０℃以下に冷却するための冷却手段３となる。

一方、ペルチェユニット７に上記とは逆方向に電流を流すと、霧化電極１に接続した方の一方の伝熱部６が放熱側となるため加熱され、霧化電極１が０℃以上に加熱され、霧化電極１に付着した氷Ｉを融解して霧化電極１に水を供給するようになっている。この場合、ペルチェユニット７は霧化電極１に付着した氷Ｉを融解するための融解手段４となる。

ペルチェユニット７に通電して霧化電極１の冷却手段３とする運転の通電のタイミング及び通電時間、ペルチェユニット７への通電の方向を切り替えて霧化電極１に凍結した氷Ｉを融解する融解手段４とする運転の通電のタイミング及び通電時間、高電圧印加部による霧化電極１と対向電極２との間への高電圧を印加するタイミング、高電圧の印加時間等は制御部１５により制御される。

すなわち、本発明においては、図８に示すタイムチャートのように、ペルチェユニット７に通電して霧化電極１を０℃以下に冷却し、高電圧の印加を行わない凍結期間と、凍結期間後にペルチェユニット７への通電の方向を逆にして霧化電極１を加熱する（高電圧の印加は行わない）融解期間と、融解期間後に高電圧を印加する（この場合ペルチェユニット７への通電の方向を逆にしたまま霧化電極１の加熱を継続する）静電霧化期間とが順番に繰り返されるように制御部１５によりヒータ８の通電、高電圧の印加の制御を行うのである。

図８に示す例においては、凍結期間を３０秒、融解期間を２０秒、静電霧化期間を６０秒となるようにペルチェユニット７への通電方向の切り替えを行うタイミング、各状態における通電時間、高電圧印加部による霧化電極１と対向電極２との間への高電圧を印加するタイミング、高電圧の印加時間を制御するようになっているが、上記各期間の時間は一例にすぎず、霧化対象空間９の温度や湿度、ペルチェユニット７による霧化電極１の冷却温度や加熱温度等により上記各期間の時間は最適の時間に設定される。

しかして、ペルチェユニット７により霧化電極１が０℃以下に冷やされることで、凍結期間においては霧化対象空間９の空気中の水分が凍結されて図５（ａ）のように霧化電極１に氷Ｉとなって付着する。

図５（ａ）のように霧化電極１に氷Ｉが付着する凍結期間が終了すると、ペルチェユニット７への通電の方向を逆にして霧化電極１を加熱して霧化電極１に凍結した氷Ｉを融解して図５（ｂ）のように水Ｗとする融解期間となる。このようにして氷Ｉを水Ｗとする融解期間が終了すると、ペルチェユニット７への通電は霧化電極１を加熱する状態を継続したまま霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加する霧化期間となる。高電圧印加部５により霧化電極１と対向電極２との間に高電圧を印加すると、霧化電極１と対向電極２との間にかけられた高電圧により霧化電極１の先端部に供給された水と対向電極２との間にクーロン力が働いて、水の液面が局所的に錐状に盛り上がり（テーラーコーン）が形成される。このようにテーラーコーンが形成されると、該テーラーコーンの先端に電荷が集中してこの部分における電界強度が大きくなって、これによりこの部分に生じるクーロン力が大きくなり、更にテーラーコーンを成長させる。このようにテーラーコーンが成長し該テー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ると、テー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、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）を繰り返して図５（ｃ）のようにナノメータサイズの帯電微粒子水を大量に生成させ、次第に霧化電極１の先端部に供給された水が少なくなって、図５（ｄ）のように水が無くなると霧化期間が終了する。この霧化期間が終了した時点で高電圧の印加を停止すると共にペルチェユニット７への通電方向を霧化電極１が０℃以下に冷却するように切り替え、再び凍結期間となり、上記と同じ順序で凍結による氷の付着→融解による水の供給→静電霧化という順番を繰り返す。

ところで、本実施形態においては、図９に示すように、静電霧化が行われる霧化対象空間９の温度を検出する霧化対象空間温度検出手段１０や、静電霧化が行われる霧化対象空間９の湿度を検出する湿度検出手段１１や、霧化電極１の温度を検出する霧化電極温度検出手段１２を設け、これらの検出手段１０、１１、１２で検出した温度や湿度のデータに基づいて、融解手段４による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御部１５により制御するようになっている。

このように、静電霧化が行われる霧化対象空間９の温度や、静電霧化が行われる霧化対象空間９の湿度や、霧化電極１の温度のデータに基づいて、融解手段４を構成するペルチェユニット７への霧化電極１を加熱する通電時間ように通電を開始するタイミング、ペルチェユニット７への通電を切り替えて霧化電極１の冷却を開始するタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することで、霧化電極１に凍結した氷が融解する最適の時間となるように通電時間が制御され、氷Ｉの一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷を融解して水が供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにすることもでき、効率よく静電霧化ができることになる。

ここで、上記実施形態では霧化対象空間温度検出手段１０と湿度検出手段１１を設け、各検出手段１０、１１、１２で検出した温度や湿度のデータに基づいて制御部１５によりペルチェユニット７への霧化電極１を加熱する通電時間を制御するようになっている例で説明したが、霧化対象空間温度検出手段１０と湿度検出手段１１と霧化電極温度検出手段１２のうち少なくとも一つ又は複数の検出手段を設けて検出したデータに基づいて制御部１５により融解手段４を構成するペルチェユニット７への霧化電極１を加熱する通電時間ように通電を開始するタイミング、ペルチェユニット７への通電を切り替えて霧化電極１の冷却を開始するタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御するようにしてもよい。この場合も氷Ｉの一部が融解されずに残ったまま静電霧化されるというような不都合が生じないようにでき、また、氷を融解して水が供給された状態のまま、高電圧を印加するまでの間に無駄な待機時間が生じないようにすることもでき、更に、水が無くなったのに高電圧を印加し続けるというような不都合がなく、効率よく静電霧化ができることになる。

そして、上記したいずれの実施形態においても、霧化対象空間９に放出されたナノメータサイズの帯電微粒子水はナノメータサイズと極めて小さいために空気中に長時間浮遊すると共に拡散性が高いため、霧化対象空間９内の隅々まで浮遊して、霧化対象空間９の内面や霧化対象空間９内に収納した収納物に付着するものであり、しかも、ナノメータサイズの帯電微粒子水活性種が水分子に包み込まれるようにして存在するため脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果があり、霧化対象空間９内の内面や霧化対象空間９内に入れた収納物に付着して脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果を発揮することになる。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水は遊離基単独で存在する場合より寿命が長いため、上記拡散性、脱臭効果、カビや菌の除菌や繁殖の抑制効果がより向上することになる。また、ナノメータサイズの帯電微粒子水は保湿効果があるため、霧化対象空間９内に入れた収納物を保湿する効果がある。

本発明においては、上記のように、冷却手段３により霧化電極１を０℃以下に冷却して空気中の水分を凍結させて霧化電極１に付着させ、その後、融解手段４により霧化電極１に凍結付着した氷を融解して霧化電極１に水を供給するものであるから、静電霧化を行うための霧化対象空間９の湿度が低かったり、温度が低くても、冷却手段３により霧化対象空間９内の空気中の水分が飽和する温度まで霧化電極１の温度を低下させる（０℃以下の任意の温度まで低下させる）ことで、確実に霧化対象空間９内の空気中の水分を霧化電極１に凍結させて氷Ｉとして生成して付着させることができ、次に、霧化電極１に付着した氷Ｉを融解手段４により融解して水Ｗとして供給することができるものであり、安定して霧化電極１に供給された水を静電霧化することができる。

このように本発明は、空気中の水分を凍結させた後融解して水として供給するものであるから、霧化対象空間９の空気中の水分を凍結させて氷として生成するには霧化電極１の設定温度を０℃以下のある温度以下に設定する必要があり、したがって、図１０のグラフにおいて、霧化電極１の０℃以下のある設定温度の線よりも上の領域の全てが本発明における霧化領域となり、図１０において０℃以上のある設定温度の線よりも上の領域が霧化領域であった従来に比べてはるかに霧化領域が広くなり、静電霧化装置を使用できる温湿度環境範囲が広くなる。

例えば、図１０において霧化電極１の設定温度が−２０℃となるように冷却すると図１０における−２０℃の線よりも上の領域の全てが霧化領域となり、また、図１０において霧化電極１の設定温度が−５℃となるように冷却すると図１０における−５℃の線よりも上の領域の全てが霧化領域となり、また、霧化電極１の設定温度が−２０℃となるように冷却すると図１０における−２０℃の線よりも上の領域の全てが霧化領域となり、また、霧化電極１の設定温度が−２５℃となるように冷却すると図１０における−２５℃の線よりも上の領域の全てが霧化領域となる。

もちろん、霧化対象空間９の空気中の水分を凍結して霧化電極１に氷を生成することができる温度であれば、霧化電極１の設定温度は０℃以下の任意の温度に設定できる。

なお、上記各実施形態においては、静電霧化の停止、つまり高電圧の印加停止と同時に融解手段４による霧化電極１の加熱の停止を行うようにした例で説明しているが、静電霧化の開始、高電圧の印加開始と同時に融解手段４による霧化電極１の加熱の停止を行うようにしたり、あるいは、高電圧の印加開始から高電圧の印加停止までの間の任意の時点で融解手段４による霧化電極１の加熱の停止を行うようにしてもよく、この場合には、融解手段４の運転時間を短くして省エネルギーを図ることができる。なお、この場合、ペルチェユニット７を使用する場合は、霧化電極１の加熱の停止を行う場合、ペルチェユニット７への通電を停止し、高電圧の印加を停止すると同時にペルチェユニット７に霧化電極１を冷却するように通電を開始する。

本発明の一実施形態の静電霧化装置の横断面図である。同上の拡大縦断面図である。同上の冷蔵庫に用いた例の断面図である。同上の制御のタイムチャートである。（ａ）は同上の霧化電極に氷が付着した状態の説明図であり、（ｂ）は氷を融解して水とした状態の説明図であり、（ｃ）は静電霧化している状態の説明図であり、（ｄ）は静電霧化が終了した時点の説明図である。同上の制御ブロック図である。本発明の他の実施形態の静電霧化装置の概略構成図である。同上の制御のタイムチャートである。同上の制御ブロック図である。霧化対象空間の温度と、霧化対象空間の湿度、霧化電極の設定温度との関係における霧化領域を説明するグラフである。

符号の説明

１霧化電極
２対向電極
３冷却手段
４融解手段
５高電圧印加手段
６伝熱部
７ペルチェユニット
８ヒータ
９霧化対象空間
１０霧化対象空間温度検出手段
１１湿度検出手段
１２霧化電極温度検出手段
１３冷空間
１４冷空間温度検出手段

Claims

霧化電極と、対向電極と、霧化電極を冷やして空気中の水分を霧化電極に凍結させるための冷却手段と、霧化電極に凍結した氷を融解して霧化電極に水を供給する融解手段と、霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加する高電圧印加部とを備え、上記凍結した氷を融解して霧化電極に水を供給した状態で霧化電極と対向電極との間に高電圧を印加して霧化電極に供給される水を静電霧化することを特徴とする静電霧化装置。
両伝熱部のうちいずれか一方が冷却部となると共にいずれか他方が加熱部となるペルチェユニットの一方の伝熱部に霧化電極を熱的に接続し、ペルチェユニットに通電する通電方向を切り替えて霧化電極を冷却又は加熱するように構成して上記冷却手段と融解手段とを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。
融解手段がヒータであることを特徴とする請求項１記載の静電霧化装置。
静電霧化が行われる霧化対象空間の温度を検出する霧化対象空間温度検出手段を設け、霧化対象空間温度検出手段により検出された霧化対象空間の温度データに基づいて融解手段による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
静電霧化が行われる霧化対象空間の湿度を検出する湿度検出手段を設け、湿度検出手段により検出された霧化対象空間の湿度データに基づいて融解手段による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
霧化電極の温度を検出する霧化電極温度検出手段を設け、霧化電極温度検出手段により検出された霧化電極の温度データに基づいて融解手段による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の静電霧化装置。
冷却手段が、静電霧化が行われる霧化対象空間に隣接する霧化対象空間よりも低い温度の冷空間との熱のやりとりで霧化電極を冷却することで空気中の水分を霧化電極に凍結させるものであって、冷空間の温度を検出する冷空間温度検出手段を設け、冷空間温度検出手段で検出した冷空間の温度データに基づいて融解手段による融解開始のタイミング、高電圧印加による静電霧化の開始のタイミング、高電圧印加を停止して静電霧化を停止するタイミングを制御することを特徴とする請求項１又は請求項３記載の静電霧化装置。