JP2012065979A - 機能ミスト発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンの生成量を増加させることなく、機能ミストの除菌や脱臭等の作用を向上させることのできる機能ミスト発生装置を提供する。
【解決手段】機能ミスト発生装置は、放電電極１に高電圧を印加して放電電極１に保持された液体を霧化させる静電霧化部４と、水の電気分解を介してヒドロキシラジカル又は次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成部７とを備えている。そして、静電霧化部４は電解水生成部７により生成されたヒドロキシラジカル又は次亜塩素酸を含む電解水を霧化させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、機能ミストを発生させる機能ミスト発生装置に関するものである。

従来、除菌や脱臭等の作用を有する機能ミストを発生させる機能ミスト発生装置として、特許文献１に開示されるような静電霧化装置が知られている。特許文献１の静電霧化装置は、放電電極に水を保持させた状態で、その放電電極と相手側電極との間に高電圧を印加し、放電電極が保持している水にレイリー分裂を生じさせることにより、ナノメータサイズの微粒子（帯電微粒子水）からなる機能ミストを生成するものである。

具体的には、ペルチェモジュールにより放電電極を冷却して空気中の水分を放電電極上に結露させ、その結露水を放電電極に保持させた状態で、放電電極と相手側電極との間に高電圧を印加するようにしている。そして、その高電圧の印加に伴って放電電極側から相手側電極側に引っ張られて所謂テイラーコーンと称される円錐形状に盛り上がった結露水の先端にレイリー分裂を生じさせるようにしている。

特許文献１の静電霧化装置により生成された機能ミスト中には、除菌や脱臭等の作用を有する活性種（ラジカル）が含まれており、同ミストは内在する活性種に基づく脱臭作用や、ウイルス又はカビ菌の除去・抑制、アレルゲン物質の不活性化等の作用を有している。

特開２００６−２３９６３２号公報

ところで、上記特許文献１の静電霧化装置では、生成される機能ミストの除菌や脱臭等の作用を向上させるために、機能ミスト中における活性種の生成量を多くすることが好ましい。そして、機能ミスト中における活性種の生成量を高めるための方法としては、放電電極と相手側電極との間に印加する印加電圧を高める方法が考えられる。しかしながら、上記印加電圧を高めた場合には、印加電圧の増加にともなって異臭等の原因となるオゾンの生成量も増加してしまうという問題があった。

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、オゾンの生成量を増加させることなく、機能ミストの除菌や脱臭等の作用を向上させることができる機能ミスト発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の機能ミスト発生装置は、放電電極に高電圧を印加して前記放電電極に保持された液体を霧化させる静電霧化部と、水の電気分解を介してヒドロキシラジカル又は次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成部とを備え、前記静電霧化部は、前記電解水生成部により生成された前記電解水を霧化させることを特徴とする。

この機能ミスト発生装置において、前記電解水生成部により生成された前記電解水を前記放電電極へ供給する第１供給手段を備えることが好ましい。
この機能ミスト発生装置において、前記電解水以外の液体を前記放電電極へ供給する第２供給手段を備えることが好ましい。

この機能ミスト発生装置において、前記第１供給手段による前記放電電極への前記電解水の供給と、前記第２供給手段による前記放電電極への前記電解水以外の液体の供給とを切り替え可能であることが好ましい。

この機能ミスト発生装置において、前記第２供給手段は、前記放電電極を冷却することによって前記放電電極に結露水を供給する熱交換器を備えることが好ましい。

本発明によれば、オゾンの生成量を増加させることなく、機能ミストの除菌や脱臭等の作用を向上させることのできる機能ミスト発生装置を提供できる。

第１実施形態における機能ミスト発生装置の概略構成図。 第１実施形態における電解水生成部の概略構成図。 第２実施形態における電解水生成部の概略構成図。 別例の機能ミスト発生装置の概略構成図。

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、第１実施形態の機能ミスト発生装置は、金属製の多孔質材料からなる放電電極１を備えている。この放電電極１は全体として基端から先端に向かって縮径する円錐状をなし、その先端部分が球状に形成されている。

放電電極１の先端の前方位置には、放電電極１に対向するように配置されたリング状の対向電極２が設けられている。放電電極１と対向電極２とは高電圧印加部３を介して電気的に接続され、放電電極１と対向電極２との間に高電圧が印加されるように構成されている。第１実施形態においては、放電電極１、対向電極２、高電圧印加部３により静電霧化部４が構成されている。

また、放電電極１の基端部には、放電電極１を冷却するための熱交換器５が接続されている。熱交換器５としては、放電電極１から熱を吸収して放電電極１を冷却可能な構成であればよく、例えばペルチェモジュールや冷熱サイクルを好適に用いることができる。さらに、放電電極１の基端部は供給路６を介して、液体の供給源となる電解水生成部７に接続されている。この供給路６上には開閉弁８が設けられている。

また、第１実施形態の機能ミスト発生装置は、上述した熱交換器５及び開閉弁８の動作を制御する制御部９、及び装置周辺の浮遊物質を検出する検出センサ１０を備えている。浮遊物質を検出する検出センサ１０としては、例えば、ダストセンサ、花粉センサ、臭いセンサ、ウイルスセンサ等が挙げられる。制御部９は検出センサ１０から入力された検出情報に基づいて熱交換器５及び開閉弁８の動作を制御する。

次に、電解水生成部７について説明する。電解水生成部７は、水の電気分解を介して機ヒドロキシラジカルを含む電解水を生成する。図２に示すように、電解水生成部７は、電解用電圧印加部７４を介して電気的に接続された陽極側電極７２及び陰極側電極７３を電解槽７１内に配置したものである。

陽極側電極７２には、両電極間に電圧を印加した際に、電解槽７１内に貯留された水からオゾンを発生させる触媒能を有する電極が用いられている。また、陰極側の電極７３には、両電極間に電圧を印加した際に、電解槽７１内に貯留された水から過酸化水素を発生させる触媒能を有する電極が用いられている。上記触媒能を有する公知の電極としては、例えば特開２００６−９７１２２号公報に開示される電極が挙げられる。

図２に示すように、電解水生成部７において、両電極間に電圧が印加されると、陽極側電極７２にてオゾンが発生するとともに、陰極側電極７３にて過酸化水素が発生する（下記反応式１及び２参照）。そして、発生したオゾンと過酸化水素が反応することにより、ヒドロキシラジカルが発生する（下記反応式３参照）。これにより、電解槽７１内に貯留された水はヒドロキシラジカルを含む電解水へと変換される。

３Ｈ_２Ｏ→６Ｈ^＋＋６ｅ⁻＋Ｏ_３ ・・・（１）
Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ_２ ・・・（２）
２Ｏ_３＋Ｈ_２Ｏ_２→２・ＯＨ＋３Ｏ_２ ・・・（３）
なお、電解槽７１内には、図示しないタンク内から同タンク内に貯留された水が供給されるように構成されている。

次に、第１実施形態の機能ミスト発生装置の動作について説明する。
まず、検出センサ１０が装置周囲の浮遊物質量を測定し、その浮遊物質情報を制御部９に入力する。次いで、制御部９は、検出センサ１０から入力された浮遊物質情報に基づいて、装置周囲の浮遊物質量が予め設定された所定値未満であるか、所定値以上であるかを判定する。

そして、装置周囲の浮遊物質量が所定値未満である場合には、制御部９は開閉弁８を閉状態にするとともに熱交換器５を作動させる。熱交換器５の作動により放電電極１が冷却された状態となると、放電電極１の周囲の空気中の水分が結露して放電電極１の表面に結露水が付着する。なお、第１実施形態においては、熱交換器５及び制御部９により、結露水（電解水以外の液体）を放電電極１へ供給する第２供給手段が構成されている。

そして、放電電極１の先端表面に結露水が保持された状態で、放電電極１がマイナス電極となって電荷が集中するように、高電圧印加部３により放電電極１と対向電極２との間に高電圧が印加される。これにより、放電電極１に保持された結露水は、静電気力によって対向電極２側に引き上げられてテイラーコーンと称される形状を形成しつつ、レイリー分裂を繰り返して、ナノメータサイズの微粒子からなる機能ミストとして放出される（静電霧化）。

一方、装置周囲の浮遊物質量が所定値以上である場合には、制御部９は熱交換器５を停止状態にするとともに、開閉弁８を開状態とし、電解水生成部７にて生成された電解水を放電電極１の基端部へ供給する。放電電極１の基端部へ供給された電解水は、多孔質材料により形成される放電電極１内にて毛管現象により先端表面へと吸い上げられ、放電電極１の先端表面に電解水が付着した状態となる。なお、第１実施形態においては、供給路６、開閉弁８、及び制御部９により、電解水を放電電極１へ供給する第１供給手段が構成されている。

そして、放電電極１の先端表面に電解水が保持された状態で、放電電極１がマイナス電極となって電荷が集中するように、高電圧印加部３により放電電極１と対向電極２との間に高電圧が印加される。これにより、静電気力によって放電電極１に保持された電解水は、対向電極２側に引き上げられてテイラーコーンと称される形状を形成しつつ、レイリー分裂を繰り返して、ナノメータサイズの微粒子からなる機能ミストとして放出される。

この電解水を霧化させた機能ミスト中には、静電霧化時に発生したヒドロキシラジカルに加えて、霧化前の電解水中に含まれていたヒドロキシラジカルも含まれている。そのため、電解水を霧化させた機能ミストは、結露水を霧化させた機能ミストと比較して、より多量のヒドロキシラジカルを含むミストとなる。

次に、第１実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）第１実施形態の機能ミスト発生装置は、放電電極１に高電圧を印加して放電電極１に保持された液体を霧化させる静電霧化部４と、水の電気分解を介してヒドロキシラジカルを含む電解水を生成する電解水生成部７とを備えている。そして、静電霧化部４は電解水生成部７により生成されたヒドロキシラジカルを含む電解水を霧化させるように構成されている。

ヒドロキシラジカルを含む電解水を霧化させた機能ミストは、静電霧化時に発生したヒドロキシラジカルに加えて、霧化前の電解水中に含まれていたヒドロキシラジカルも含むことからヒドロキシラジカルを多量かつ高密度に含むミストとなる。そして、機能ミスト中のヒドロキシラジカル量が高められることによって、ヒドロキシラジカルに基づく機能ミストの除菌や脱臭等の作用が向上する。このように本構成によれば、放電電極１と対向電極２との間に印加する印加電圧を高めることなく、ミスト中のヒドロキシラジカル量を高めることが可能である。したがって、オゾンの生成量を増加させることなく、機能ミストの除菌や脱臭等の作用を向上させることができる。

（２）放電電極１に水を供給するための構成として、電解水生成部７により生成された電解水を供給する第１供給手段（供給路６、開閉弁８、及び制御部９）に加えて、空気中の水分を結露させてなる結露水を供給する第２供給手段（熱交換器５及び制御部９）を備えている。

上記構成によれば、電解水生成部７において、例えば電解水残量が零になった状態、又は電解水を生成中（電気分解中）の状態であって、放電電極１に電解水を供給できないような場合であっても、第２供給手段によって放電電極１に結露水を供給することにより継続的に機能ミストを発生させることができる。

（３）浮遊物質を検出する検出センサ１０を備え、検出センサ１０により検出された装置周囲の浮遊物質量に応じて放電電極１へ供給する水を切り替えるように構成している。具体的には、検出センサ１０により検出された浮遊物質量が所定値未満である場合には、第２供給手段により結露水が供給され、所定値以上である場合には、第１供給手段により電解水が供給されるように構成している。

上記構成では、装置周囲の環境が浮遊物質の少ない環境（汚れの少ない環境）である場合には、従来通りの結露水由来の機能ミストを発生させ、浮遊物質の多い環境（汚れの多い環境）である場合には、ヒドロキシラジカルをより多量に含む電解水由来の機能ミストを発生させている。これにより、周囲の環境に応じて、機能ミストの除菌や脱臭等の作用を自動的に調節することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。第２実施形態の機能ミスト発生装置は、電解水生成部７の構成のみが第１実施形態と異なっている。したがって、以下では第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

第２実施形態の電解水生成部７は、塩化物イオンを含む水（例えば、水道水）を電気分解して次亜塩素酸を含む電解水を生成する。第２実施形態の電解水生成部７では、陽極側電極７２及び陰極側電極７３として、両電極間に電圧を印加した際に、陽極側電極７２において電解槽７１内に貯留された水から塩素及び次亜塩素酸を発生させる触媒能を有する電極が用いられている。こうした電極としては、水の電気分解に一般的に用いられる公知の電極、例えば白金電極、チタン基体表面に白金を焼成した不溶性電極、白金−イリジウム系の電解用電極、炭素電極等が挙げられる。

図３に示すように、第２実施形態の電解水生成部７において、両電極間に電圧が印加されると、陽極側電極７２にて塩素が発生するとともに、同塩素と水とが反応して次亜塩素酸が発生する（下記反応式４及び５参照）。これにより、電解槽７１内に貯留された水は次亜塩素酸を含む電解水へと変換される。

２Ｃｌ⁻→Ｃｌ_２＋２ｅ⁻ ・・・（４）
Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ→ＨＣｌＯ＋Ｈ^＋＋Ｃｌ⁻ ・・・（５）
第２実施形態においては、電解水生成部７により生成された次亜塩素酸を含む電解水は、供給路６及び放電電極１内を通じて放電電極１の先端部へと供給される（図１参照）。そして、放電電極１の先端表面に供給された電解水は、放電電極１と対向電極２との間に高電圧が印加されることにより静電霧化されてナノメータサイズの微粒子からなる機能ミストとして放出される。

第２実施形態における電解水を霧化させた機能ミスト中には、静電霧化時に発生したヒドロキシラジカルに加えて、霧化前の電解水中に含まれていた次亜塩素酸が含まれている。次亜塩素酸は除菌作用や脱臭作用を有する物質であることから、上記電解水を霧化させた機能ミストは、ヒドロキシラジカルによる除菌作用や脱臭作用と、次亜塩素酸による除菌作用や脱臭作用とを併せ持つミストとなる。

次に、第２実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（４）第２実施形態の機能ミスト発生装置は、放電電極１に高電圧を印加して放電電極１に保持された液体を霧化させる静電霧化部４と、水を電気分解して次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成部７とを備えている。そして、静電霧化部４は電解水生成部７により生成された次亜塩素酸を含む電解水を霧化させるように構成されている。

次亜塩素酸を含む電解水を霧化させた機能ミストは、静電霧化時に発生したヒドロキシラジカルに加えて、霧化前の電解水中に含まれていた次亜塩素酸を含むミストとなる。そのため、ヒドロキシラジカルによる除菌作用や脱臭作用に、次亜塩素酸による除菌作用や脱臭作用が加わってミストの除菌や脱臭等の効果が向上する。このように本構成によれば、放電電極１と対向電極２との間に印加する印加電圧を高めることなく、即ちオゾンの生成量を増加させることなく、機能ミストの除菌や脱臭等の効果を向上させることができる。

なお、本発明の上記各実施形態は、以下のように変更してもよい。
・ 上記各実施形態において、電解水生成部７にて電解水を生成する（電気分解を行う）タイミングは特に限定されるものではない。たとえば、装置の電源がオンにされた段階で電気分解を行うように構成してもよいし、電解水生成部７の電解槽７１内に水が供給された段階で電気分解を行うように構成してもよい。また、所定時間経過毎に一定時間の電気分解を行うように構成してもよい。

・ 上記各実施形態において、電解水生成部７と放電電極１との間に、電解水生成部７により生成された電解水を貯留しておくためのタンクを設け、同タンクから放電電極１へ電解水を供給するように構成してもよい。

・ 上記各実施形態では、放電電極１に電解水以外の液体を供給するための構成として熱交換器５を設けていたが、同構成は熱交換器５に限られるものではない。たとえば、図４に示すように、電解水生成部７とは別に水を貯留するためのタンク１１を設け、同タンク１１内に貯留された水を放電電極１へ供給するように構成してもよい。図４の構成においては、タンク１１と供給路６とを接続し、その接続点に流路を切り替える切替弁１２を設けている。そして、タンク１１から放電電極１へ電気分解されていない水を供給する状態と、電解水生成部７から放電電極１へ電解水を供給する状態とを切替弁１２により切替可能としている。また、制御部９は検出センサ１０から入力された検出情報に基づいて切替弁１２の動作を制御する。

さらに、図４においては、多孔質材料からなる放電電極１に代えて、内部に内通路１ａを有する放電電極１を設けている。そして、内通路１ａを通じて電解水生成部７の電解水やタンク１１内の水を放電電極１の先端表面に供給する構成としている。この場合、放電電極１の先端まで確実に水を供給するために、水頭圧やポンプ等を利用して電解水生成部７の電解水やタンク１１内の水を放電電極１へ送り出す構成とすることが好ましい。

・ 上記各実施形態では、第１供給手段により供給される電解水と第２供給手段により供給される結露水（電気分解されていない水）のいずれか一方が、放電電極１に供給されるように構成されていたが、電解水と結露水とを同時に放電電極１へ供給するように構成してもよい。

・ 上記各実施形態において、熱交換器５を省略して、電解水生成部７により生成された電解水のみを放電電極１に供給する構成としてもよい。
・ 上記各実施形態において、放電電極１をキャピラリとしてもよい。

・ 上記各実施形態では、検出センサ１０の検出情報に基づいて、第１供給手段による放電電極１への電解水の供給と、第２供給手段による放電電極１への結露水の供給とを自動的に切り替えていたが、切替スイッチ等を設けて使用者の操作によって切り替えるように構成してもよい。

・ 上記各実施形態において、浮遊物質を検出する検出センサ１０に代えて、装置の周囲の湿度や温度を検出するセンサを設けてもよい。
・ 第２実施形態において、電解槽７１内に陽極側と陰極側を隔てるイオン交換膜を設け、陽極側で生成される電解水（酸性電解水）のみを放電電極１へ供給する構成としてもよい。この場合、次亜塩素酸をより高濃度で含む電解水を放電電極１に供給することができる。

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） 前記機能ミスト発生装置において、前記放電電極は熱伝導性材料により形成され、前記電解水を毛管現象により前記放電電極の先端表面へ供給することを特徴とする機能ミスト発生装置。

１…放電電極、２…対向電極、３…高電圧印加部、４…静電霧化部、５…熱交換器、６…供給路、７…電解水生成部、８…開閉弁、９…制御部、１０…検出センサ、７１…電解槽、７２…陽極側電極、７３…陰極側電極、７４…電解用電圧印加部。

Claims (5)

1. 放電電極に高電圧を印加して前記放電電極に保持された液体を霧化させる静電霧化部と、水の電気分解を介してヒドロキシラジカル又は次亜塩素酸を含む電解水を生成する電解水生成部とを備え、
   前記静電霧化部は、前記電解水生成部により生成された前記電解水を霧化させることを特徴とする機能ミスト発生装置。
2. 請求項１に記載の機能ミスト発生装置において、
   前記電解水生成部により生成された前記電解水を前記放電電極へ供給する第１供給手段を備えることを特徴とする機能ミスト発生装置。
3. 請求項２に記載の機能ミスト発生装置において、
   前記電解水以外の液体を前記放電電極へ供給する第２供給手段を備えることを特徴とする機能ミスト発生装置。
4. 請求項３に記載の機能ミスト発生装置において、
   前記第１供給手段による前記放電電極への前記電解水の供給と、前記第２供給手段による前記放電電極への前記電解水以外の液体の供給とを切り替え可能であることを特徴とする機能ミスト発生装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の機能ミスト発生装置において、
   前記第２供給手段は、前記放電電極を冷却することによって前記放電電極に結露水を供給する熱交換器を備えることを特徴とする機能ミスト発生装置。

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