JP2009268944A - 静電霧化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ａｇ^＋イオンの発生量が減少の抑え、除菌、酸化抑制効果に優れた帯電微粒子水を生成することができる。
【解決手段】 放電電極１と、放電電極１に水を供給する水供給手段２と、高電圧印加手段３とを備え、高電圧を印加することで放電電極１に供給された水を静電霧化して帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置４である。放電電極１の少なくとも先端部が銀又は銀合金で形成してある。放電電極１にプラス及びマイナスの電圧を交互に印加する切り替え手段５を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電霧化現象を利用して帯電微粒子水を生成するための技術に関するものである。

従来から、放電電極と、放電電極に水を供給する水供給手段とを備え、放電電極に高電圧を印加することで放電電極に保持された水を静電霧化してナノメータサイズの帯電微粒子水を生成する静電霧化装置が知られている。

また、このような静電霧化装置において、放電電極を銀により形成することが特許文献１により知られている。

従来は、一般に放電電極側がマイナスとなるように高電圧を印加して、マイナスに帯電した帯電微粒子水を生成し、帯電微粒子水中に含まれる活性種により除菌を行うようにしている。

すなわち、放電電極の先端に供給された水に高電圧を印加すると、該水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、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溶液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）を繰り返してマイナス帯電したナノメータサイズの帯電微粒子水を大量に生成し、このようにして生成したナノメータサイズの帯電微粒子水は活性種を含むことで、除菌効果を発揮することができる。

ところで、本発明者は、銀又は銀の合金により形成した放電電極側にプラスの電圧を印加して帯電微粒子水を生成すると、プラスに帯電したＡｇ^＋イオンが発生し、このＡｇ^＋イオンは抗菌作用、抗酸化効果があり、除菌及び酸化抑制効果があることを見出した。

そして、上記のように高電圧を印加して静電霧化を行うと、放電電極表面とテーラーコーン先端の放電部との間で電位差が生じるため、テーラーコーンを形成する水中において電気分解が生じるものと考えられ、放電電極側がプラスとなるように高電圧を印加すると、テーラーコーンの先端側では、２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻の反応が起こってアルカリ性になり、テーラーコーンの根元側（放電電極の先端側）ではＨ_２Ｏ→１／２Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅの反応が起こり酸性になる。

ところが、上記のように先端部が銀又は銀合金よりなる放電電極側がプラスとなるように高電圧を印加すると、酸性側である放電電極付近においては、Ａｇ＋ＯＨ⁻→ＡｇＯ⁻＋Ｈ^＋＋ｅという反応が生じて放電電極の電極材料であるＡｇが溶け出し、ＡｇＯ⁻イオンが生成される。

更に、酸性が強くなるとＡｇ_２Ｏ_３の薄膜が生成し、粒径の大きな粒子が霧化される。

２Ａｇ^＋＋３Ｈ_２Ｏ→Ａｇ_２Ｏ_３↓＋４ｅ
２ＡｇＯ⁻＋Ｈ_２Ｏ→Ａｇ_２Ｏ_３↓＋２Ｈ^＋＋４ｅ
このようにＡｇ_２Ｏ_３の薄膜が生成すると、目的とするＡｇ^＋イオンの発生量が減少し、静電霧化におけるＡｇ^＋イオンによる抗菌作用、抗酸化効果が低下するという問題があった。
特開２００６−２０５０１３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、Ａｇ^＋イオンの発生量の減少を抑え、除菌、酸化抑制効果に優れた帯電微粒子水を生成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、放電電極１と、放電電極１に水を供給する水供給手段２と、高電圧印加手段３とを備えて、高電圧を印加することで放電電極１に供給された水を静電霧化して帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置４において、放電電極１の少なくとも先端部が銀又は銀合金で形成してあり、該放電電極１にプラス及びマイナスの電圧を交互に印加する切り替え手段５を備えていることを特徴とするものである。

本発明においては、通常運転では、少なくとも先端部が銀又は銀合金で形成した放電電極１の先端に水を供給すると共に放電電極１側がプラスとなるように高電圧を印加することで、ナノメータサイズの帯電微粒子水が生成されると同時にＡｇ^＋イオンが発生し、ナノメータサイズの帯電微粒子水に含まれる活性種及びＡｇ^＋イオンにより効果的に除菌される。この場合、ナノメータサイズの帯電微粒子水に活性種及びＡｇ^＋イオンが含まれているので、長時間広範囲に浮遊して除菌効果を発揮すると共に、ナノメータサイズの帯電微粒子水は水の浸透力により対象物の内部に浸透して上記殺菌作用を発揮し、更に、Ａｇ^＋イオンは抗酸化作用を有しているので酸化抑制効果があり、帯電微粒子水が付着して時間が経過した後であってもＡｇ^＋イオンが付着して残っているので、その後、該当箇所に新たに発生又は付着した菌をＡｇ^＋イオンにより効果的に除菌することができ、また、酸化抑制効果を発揮して対象物の劣化を抑制、防止することができる。

そして、放電電極１側がプラスとなるように高電圧を印加し続けると、時間の経過と共に少なくとも先端部が銀又は銀合金で形成した放電電極１の先端部にＡｇ_２Ｏ_３の薄膜ができて、Ａｇ^＋イオンの発生量が減少してくる。

そこで、切り換え手段５により高電圧の印加の極性を切り換え、放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加して、Ａｇ_２Ｏ_３からＡｇ^＋とＡｇＯ⁻を発生させることで、Ａｇ_２Ｏ_３の薄膜を除去し、このようにしてＡｇ_２Ｏ_３の薄幕を除去した後、再び、放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加して通常運転に戻って、前述のようにナノメータサイズの帯電微粒子水及びＡｇ^＋イオンが発生させることができる。

本発明は、上記のように放電電極の少なくとも先端部が銀又は銀合金で形成してあり、該放電電極にプラス及びマイナスの電圧を交互に印加する切り換え手段を備えているので、放電電極側がプラスとなるように電圧を印加することで、ナノメータサイズの帯電微粒子水が生成されると同時にＡｇ^＋イオンが発生させて、効果的に除菌ができ、また、酸化抑制効果を発揮して対象物の劣化を抑制、防止することができ、また、放電電極の先端部にＡｇ_２Ｏ_３の薄膜ができると、放電電極側がマイナスとなるように高電圧を印加してＡｇ_２Ｏ_３の薄膜を除去することができるので、再び放電電極側がプラスとなるように電圧を印加することで、再びナノメータサイズの帯電微粒子水が生成されると同時にＡｇ^＋イオンが発生させることができ、Ａｇ^＋イオンの発生量の減少を抑えて安定して殺菌、酸化抑制効果を発揮できる。

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、放電電極１と、放電電極１に水を供給する水供給手段２と、高電圧印加手段３とを備えている。また、図１に示す実施形態では、放電電極１に対向するように対向電極６を設けた例が示してある。

冷却することで空気中の水分を結露させて放電電極１に水を供給する水供給手段２としては、例えば、熱交換器の冷却部７で水供給手段２を構成する例を挙げることができる。熱交換器としては、公知の様々な熱交換器を用いることができるが、添付図面には熱交換器としてペルチェユニット１０の例が示してある。なお、熱交換器としては、冷蔵庫、エアコン等の様々な電気機器に備えられた熱交換器を用いてもよい。

添付図面に示すペルチェユニット１０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、多数列設してある熱電素子１２を両ペルチェ回路板間で挟持すると共に隣接する熱電素子１２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ペルチェ用電源１９からなされる熱電素子１２への通電により一方のペルチェ回路板側から他方のペルチェ回路板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の外側には冷却部７を設けてあり、また、上記他方の側のペルチェ回路板の外側には放熱部８を設けてある。実施形態では放熱部８として放熱フィンの例が示してある。

また、図１に示す実施形態ではペルチェユニット１０の冷却部７に放電電極１の後端部を接続してある例である。

放電電極１は絶縁材料からなる筒状をした電極ハウジング１４で囲まれており、該電極ハウジング１４の先端開口部にリング状をした対向電極６が配設され、放電電極１の軸心の延長線上にリング状の対向電極６のリングの中心が位置するように放電電極１と対向電極６とが対向している。

図１の実施形態では、ペルチェユニット１０に通電することで、冷却部７を冷却して放電電極１を冷却し、空気中の水分を結露水として放電電極１に生成して供給するようになっている。

また、放電電極１は少なくとも先端部が銀又は銀合金により形成してある。

高電圧印加手段３による高電圧の印加の制御及びペルチェユニット１０への通電制御は制御部９により行うようになっている。

また、本発明においては、制御部９による運転制御モードとして、放電電極１側がプラスとなるように高電圧を印加する通常運転制御モードと、放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加するクリーニング運転制御モードとを備えており、切り替え手段５により上記両運転制御モードを切り換えることができるようにしてある。

上記のような構成の本発明の静電霧化装置４は、通常時は、ペルチェユニット１０に通電して放電電極１を冷却して放電電極１に結露水を供給すると共に、高電圧印加手段３から放電電極１側がプラスとなるように高電圧を印加する通常運転制御モードで運転をする。

高電圧印加手段３により放電電極１側がプラスとなるように高電圧を印加すると、銀又は銀合金よりなる放電電極１の先端部からＡｇ^＋イオン発生すると共に、放電電極１を冷却することで放電電極１の先端に供給された結露水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って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。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溶液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）を繰り返してプラスに帯電したナノメータサイズの帯電微粒子水を大量に生成させ、生成された帯電微粒子水は筒状をした電極ハウジング１４の先端開口部から外部に放出されるようになっている。

プラスに帯電したナノメータサイズの帯電微粒子水には活性種が含まれると共に、上記銀又は銀合金よりなる放電電極１に高電圧を印加することで発生する多量のＡｇ^＋イオンが含まれている。

したがって、このナノメータサイズの帯電微粒子水に含まれる活性種及びＡｇ^＋イオンが対象物に付着することで、活性種及びＡｇ^＋イオンにより効果的に除菌できると共に、Ａｇ^＋イオンは抗酸化効果（酸化抑制効果）があるため、酸化による劣化防止効果を発揮する。この場合、帯電微粒子水はナノメータサイズときわめて小さいので、長時間広範囲に浮遊して除菌効果を発揮することができると共に、酸化抑制効果を発揮し、更に、ナノメータサイズの帯電微粒子水がその浸透力により対象物の内部に浸透し、対象物の内部においても除菌、酸化抑制効果を発揮することができる。

例えば、野菜や肉等の食品にナノメータサイズの帯電微粒子水を付着させると、適度の水分の補給がなされ、また、表面及び内部において除菌、酸化抑制効果を発揮して、食品の劣化を抑制することができる。

また、人体の髪、顔、頭皮、身体の皮膚にナノメータサイズの帯電微粒子水を付着させたり、あるいは、鼻あるいは口から体内に入れることで、適度の水分の補給、除菌、皮膚や人体の各部の組成の劣化を抑制をすることができる。

ところで、既に述べたように、放電電極１側がプラスとなるように高電圧を印加して上記のような通常運転制御による静電霧化を行うと、放電電極１表面とテーラーコーン先端の放電部との間で電位差が生じるため、テーラーコーンを形成する水中において電気分解が生じ、テーラーコーンの先端側がアルカリ性になり、テーラーコーンの根元側（放電電極１の先端側）が酸性になる。

そして、酸性側においては、Ａｇ＋ＯＨ⁻→ＡｇＯ⁻＋Ｈ^＋＋ｅという反応が生じて放電電極の電極材料であるＡｇが溶け出し、ＡｇＯ⁻イオンが生成される。更に、酸性が強くなると２Ａｇ^＋＋３Ｈ_２Ｏ→Ａｇ_２Ｏ_３↓＋４ｅという反応や、２ＡｇＯ⁻＋Ｈ_２Ｏ→Ａｇ_２Ｏ_３↓＋２Ｈ^＋＋４ｅという反応が生じて銀又は銀合金よりなる放電電極１の先端部にＡｇ_２Ｏ_３の薄膜が生成し、粒径の大きな粒子が霧化され、目的とするＡｇ^＋イオンの発生量が減少してしまう。

そこで、本発明においては、このように放電電極１の先端部にＡｇ_２Ｏ_３の薄膜が生成されると、切り替え手段５を切り換え、放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加するクリーニング運転制御モードで運転する。このクリーニング運転制御モードの時もペルチェユニット１０には通電をして帯電微粒子水を生成する。

放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加するクリーニング運転制御モードで運転することで、銀又は銀合金よりなる放電電極１の先端部に形成されたＡｇ_２Ｏ_３からＡｇ^＋とＡｇＯ⁻を発生させて、Ａｇ_２Ｏ_３の薄膜を除去して銀又は銀合金の部分を露出させるクリーニングを行う。このように銀又は銀合金の部分を露出させるクリーニングを行った後、再び、切り換え手段５を切り換えて、放電電極１側がマイナスとなるように高電圧を印加して前述のようにナノメータサイズの帯電微粒子水及びＡｇ^＋イオンが発生させる通常運転制御モードに戻すものである。

ここで、切り換え手段５としては、例えば、制御部９にタイマーを設けておき、通常制御モードの運転時間があらかじめ設定された所定時間に達すると、自動的に通常運転制御モードからクリーニングモードに切り換わり、クリーニングモードの運転時間があらかじめ設定した一定時間経過すると、自動的に通常運転制御モードに自動的に切り換わるようにしたものであってもよく、また、切り換え手段５を手動切り換えスイッチにより構成して、手動で通常運転制御モードとクリーニングモードとを切り換えることができるようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、対向電極６を設けた例で説明したが、対向電極６を設けないものであってもよい。

また、上記実施形態では、水供給手段２として熱交換器を用い、熱交換器の冷却部７で放電電極１を冷やして放電電極１に結露水を直接供給させるようにした例を示したが、熱交換器の冷却部７又はこれに接続した冷却部材で結露水を生成し、生成した結露水を毛細管現象などを利用した水搬送手段で搬送したり、重力で流したりして放電電極１に水を供給するようにしたものであってもよい。

更に、タンクのような水溜め部に溜めた水を毛細管現象などを利用した水搬送手段で搬送して放電電極１に供給するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１ 放電電極
２ 水供給手段
３ 高電圧印加手段
４ 静電霧化装置
５ 切り替え手段

Claims (1)

1. 放電電極と、放電電極に水を供給する水供給手段と、高電圧印加手段とを備えて、高電圧を印加することで放電電極に供給された水を静電霧化して帯電微粒子水を発生させる静電霧化装置において、放電電極の少なくとも先端部が銀又は銀合金で形成してあり、該放電電極にプラス及びマイナスの電圧を交互に印加する切り替え手段を備えていることを特徴とする静電霧化装置。
   

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