专利名称：静电雾化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生带电的微小液体粒子雾的静电雾化装置。
背景技术：
过去，如在日本已公开的专利公报第2005-131549号中所公开的，已知存在静电 雾化装置。上述日本已公开的专利公报中披露的静电雾化装置包括放电电极；与放电电 极隔开的相对电极；输水器(液体供应部件)，该输水器被配置用于向放电电极供应用于雾 化的液体；以及高压施加单元(高压施加部件)，该高压施加单元被配置用于在放电电极和 相对电极之间施加高压。在所述静电雾化装置中，高压施加单元在相对电极和放电电极之 间产生电场，以使负电荷集中于放电电极所保持的液体上，从而产生静电雾化现象，其中， 液体被反复地分解和扩散(瑞利分解，Rayleigh disintegration)。这种静电雾化现象会 产生包含原子团(活性种，active species)的、纳米尺寸的带电微小水粒子雾。带电微小 水粒子雾由离子风引起的气流携带着而被排出。这样，所述静电雾化装置会产生诸如高保 湿行为、除臭效果和对过敏原(例如扁虱和花粉)的灭活效应等。上述静电雾化装置的相对电极被成形为环状，在其中心设置有孔(发射器端口)。 这个相对电极被布置成使得放电电极的端部被暴露在所述孔中。因此，高压施加单元产生 的电场在相对电极的内表面和放电电极的端部之间延伸，并且该电场仅在放电电极的端部 和发射器端口的周边之间的狭窄区域变强。因此，放电电极的端部上的电场的集中度较低。 这样，难于产生和排放大量的、包含原子团的带电微小水粒子。
发明内容
鉴于上述不足，本发明旨在提出一种静电雾化装置，该静电雾化装置能够在放电 电极和相对电极之间产生电场，同时加强放电电极的端部处的电场集中度，由此产生并排 放大量的、包含原子团的带电微小液体粒子雾。根据本发明的静电雾化装置包括放电电极；与所述放电电极隔开的相对电极； 液体供应部件，该液体供应部件被配置用于向所述放电电极的端部供应液体；以及电压施 加部件，该电压施加部件被配置用于在所述放电电极的端部和所述相对电极之间施加电 压，以从向所述放电电极的端部供应的液体中产生带电微小液体粒子雾。所述相对电极被 设置有用于通过其向外排出带电微小液体粒子雾的孔。所述相对电极被成形为具有凹陷的 表面，所述凹陷的表面与所述放电电极相对，并且包围所述发电电极的端部。所述相对电极 被设置有筒状电极，该筒状电极从所述孔的周边开始远离所述放电电极地延伸。根据本发明，在所述放电电极的端部和所述相对电极的位于所述放电电极侧的表 面之间产生强电场，以覆盖宽泛的范围。另外，在所述筒状电极的内圆周和所述放电电极的 端部之间的空隙中也产生电场。因此，放电电极的端部处的电场集中度会大大提高。结果， 电荷会有效地集中于放电电极上所承载的液体上。由此，能够产生大量的、包含原子团的带 电微小液体粒子的雾。另外，如同被吸引向所述筒状电极的内圆周，带电微小液体粒子雾进入所述相对电极的孔。其后，带电微小液体粒子雾通过所述筒状电极，然后通过所述排放端 口而被排出。这样，能够排出大量的、包含原子团的带电微小液体粒子雾。在一个优选实施例中，凹陷的表面包括以所述放电电极的端部为中心并且具有恒 定的半径的球形表面。根据本发明，能够在所述放电电极的端部和所述表面的至少一部分之间产生强电 场，以覆盖宽泛的范围。在一个优选实施例中，所述筒状电极的轴方向与所述球形表面的通过所述孔的中 心的径向对齐。根据本发明，能够通过所述孔来释放带电微小液体粒子雾，同时使得尽可能少的 带电微小液体粒子雾保留在相对电极的内表面上。在一个优选实施例中，所述静电雾化装置满足关系式0. 1 <D/2R< 1，其中，D是 所述筒状电极的内直径，并且R是所述球形表面的半径。根据本发明，能够将有效范围内的原子团的数量保持为有保证的性能范围。
图1是示出根据本发明的一个实施例的静电雾化装置的示意性截面图，图2A是示出在相对电极未被设置筒状电极的情况下放电电极和相对电极之间的 电场的说明性视图，图2B是示出在相对电极被设置有筒状电极的情况下放电电极和相对电极之间的 电场的说明性视图，图3A是示出上述静电雾化装置的放电电极和相对电极之间的尺度关系的示意性 侧视图，图3B是示出原子团的数量相对于图3A中所示的尺度关系的依赖关系的图，图4A是示出上述静电雾化装置的一个变型的示意性侧视图，图4B是示出上述静电雾化装置的一个变型的示意性侧视图，图5是示出上述静电雾化装置的一个变型的尺度关系的示意性侧视图，以及图6是示出上述静电雾化装置的一个变型中的相对电极的透视图。
具体实施例方式图1是示出根据本发明的一个实施例的静电雾化装置10的示意图。本实施例的 静电雾化装置10包括放电电极20、相对电极30、液体供应装置(液体供应部件)40和电压 施加装置(高压施加部件)50。放电电极20被成形为杆状。另外，放电电极20的端部21被成形为球形。相对比 地，放电电极20的基座22被成形为板状。另外，放电电极20由金属中具有高导热率的材 料(例如铝)来制成。注意，放电电极20的端部21可以不是球形，而是尖锐的形状。电压施加装置50电连接到放电电极20和相对电极30中的每一个，并且被配置用 于在放电电极20和相对电极30之间施加电压。电压施加装置50被配置用于在放电电极 20和相对电极30之间施加足够的电压，以从放电电极20的端部上承载的液体中产生带电 微小液体粒子雾。而且，电压施加装置50被配置用于在放电电极20和相对电极30施加电压，使得放电电极20的端部21作为负电极，从而使得电荷集中在放电电极20的端部21上。液体供应装置40被配置用于向放电电极20的端部21供应用于静电雾化的液体 (未示出)。在本实施例中，将水用作用于静电雾化的液体。液体供应装置40是通过利用 放电电极20和珀尔贴单元(peltier unit)41来实现的。珀尔贴单元41的冷却部分42与 放电电极20的基座22接触。换句话说，冷却部分42热耦合到放电电极20的基座22。液 体供应装置40被配置用于通过控制珀尔贴单元41来使得放电电极20冷却到周围空气的 露点以下。即，液体供应装置40通过利用结露(表面凝结)而向放电电极20的端部21供 水。在静电雾化装置10中，通过结露而存在于放电电极20的表面上的水(结露水)被用 作用于静电雾化的液体。液体供应装置40并不局限于上述实例。例如，液体供应装置40 可以通过利用放电电极20和被配置为存储液体的液体箱(未示出)来实现。在这种情况 下，放电电极20可以由具有细孔的材料或多孔材料(例如多孔陶瓷等)来制成，并且可以 被布置成使得其基座22浸于液体箱中存储的液体中。相对电极30的主体33被形成为半球形盘状，并且由金属制成。主体33的中心设 置有孔(以下称为“第一孔”)31，通过该孔向外排放带电微小水粒子雾。相对电极30与放 电电极20间隔开，其中，主体33的内表面32面向放电电极20。简而言之，相对电极30的 内表面32限定了相对电极的与放电电极20相对的表面。这个内表面32是包围放电电极20的端部21的凹陷表面(凹面)。当在相对电极 30的与通过放电电极20的端部21的平面对应的截面观看时，内表面32的轮廓是以放电电 极20的端部21为中心的圆弧，其半径等于端部21和相对电极30之间的最短距离(即放 电距离)R。特别地，在本实施例中，相对电极30的内表面32包括球形表面，该球形表面以放 电电极20的端部21为中心，并且具有恒定的半径R。即，相对电极30的具有围绕放电电极 20的端部21的内表面32的整个主体33被限定为其中在相对电极30和放电电极20的端 部21之间的距离是最短距离R的部分。因此，在整个主体33和放电电极20的端部21之 间产生强电场，以覆盖三维的宽泛范围(参见图2A中所示的箭头)。相对电极30还具有筒状电极34。筒状电极34由金属制成，并且其相对的端是开 放的。筒状电极34从第一孔31的周边开始向离开放电电极20的方向延伸(向着图1中 的向上方向)。筒状电极34的内部在第一轴端(图1中的下端)与相对电极30的第一孔 31相通。筒状电极34的内部在第二轴端(图1中的上端)与外部相通。因此，在静电雾化 装置10中，筒状电极34的第二轴端处的开口 35被用作带电微小水粒子雾的排放端口。下 文中将开口 35称为“排放端口”。筒状电极34与主体33形成为一体。因此，筒状电极34电连接到主体33。因此， 当电压施加装置50在放电电极20和相对电极30之间施加电压时，不仅在放电电极20和 整个主体33之间施加有电压，而且在放电电极20和筒状电极34之间也施加有电压。因此， 在筒状电极34的整个内圆周36和放电电极20的端部21之间产生强电场，以覆盖三维的 广泛范围(参见图2B中所示的箭头)。因此，在主体33的整个内圆周36和放电电极20的端部21之间三维地产生的电 场与在主体33的整个内表面32和放电电极20的端部21之间三维地产生的电场相加，由 此，在相对电极30和放电电极20的端部21之间产生了强电场。
5
通过切割和弯曲为诸如SUS304等的金属的导电材料而将主体33和筒状电极34 彼此形成为一体。或者，主体33和筒状电极34可以是镀有金属的模制品。而且，可以将导 电塑料用作主体33和筒状电极34的导电材料。接下来，将简要描述静电雾化装置10产生带电微小水粒子雾的操作。首先，液体 供应装置40向放电电极20的端部21供应液体。由此，放电电极20在其端部21承载液体。 其后，电压施加装置50在放电电极20和相对电极30之间施加电压。结果产生的电场将放 电电极20的端部21上承载的液体充电，由此在该液体处产生库仑力，该库仑力使得液体表 面成圆锥形地且局部地膨胀。然后，电荷变得集中于圆锥形液体(泰勒圆锥，Taylor cone) 的端部以增加其电荷密度。当电荷密度变高时，出现静电雾化现象。在该静电雾化现象中， 液体由于由高密度电荷引起的排斥力而如同爆炸那样重复地分解和扩散(瑞利分解)。该 静电雾化现象产生纳米尺寸并且包括原子团(活性种)的、大量带电微小水粒子的雾。所 产生的带电微小水粒子雾被承载于由离子风引起的气流上而通过第一孔31进入筒状电极 34，并且通过开口 35被排出静电雾化装置10。根据本实施例的静电雾化装置10，如上所述，在相对电极30和放电电极20的端部 21之间的宽泛范围内产生强电场。因此，电场非常集中于放电电极20的端部21上。由此， 电荷被有效地集中于放电电极20上承载的液体上。从而产生大量的带电微小水粒子雾。另外，如同被吸引向筒状电极34的内圆周36那样，带电微小水粒子雾进入第一孔 31。其后，带电微小水粒子雾在被承载于由离子风引起的气流上而通过筒状电极34，随后通 过开口 35而被排出。简而言之，根据本实施例的静电雾化装置10，由于筒状电极34从主体33的第一孔 31的周边开始延伸，因此，电场可以非常集中于放电电极20的端部21上。这样，可以产生 大量的、包括原子团的带电微小水粒子雾。而且，能够通过第一孔31高效率地排出所产生 的带电微小水粒子雾，而不在相对电极30的内表面32上保留带电微小水粒子雾。这样，排 出了大量的带电微小水粒子雾。在本实施例中，筒状电极34的轴方向与以放电电极20的端部21为中心并且具有 最短距离R的圆弧的特定法线方向(图1中的向上方向)对齐。在此，特定法线方向被定 义为所述圆弧的通过第一孔31的中心的法线方向。即，筒状电极34的轴方向与球形表面 的通过第一孔31的中心的径向对齐。这样，带电微小水粒子雾难于与筒状电极34的内圆周36接触。因此，能够在尽可 能地减少保留在筒状电极34的内圆周36上的带电微小水粒子雾的量的情况下，排出被承 载于由离子风引起的气流上的带电微小水粒子雾。例如，比较下述两种情况一种情况是 静电雾化装置10被布置为使得筒状电极34的轴方向相对于所述法线方向倾斜30度，另一 种情况是静电雾化装置10被布置成使得筒状电极34的轴向与图1中所示的法线方向对 齐，可以看出，与后者相比，前者向外排出的带电微小水粒子的雾的量要少得多(从前一种
装置向外排出的带电微小水粒子雾的量为来自后一种装置的带电微小水粒子雾的十分之一)。图3B示出向外部排出的原子团的数量与放电电极20和相对电极30的尺度之间 的关系。如图3A所示，D[mm](毫米)表示筒状电极34的内径，H[mm](毫米)表示筒状电 极34的高度(轴长度)，并且L[mm](毫米)表示相对电极30的高度。相对电极30的主体
633在放电电极20的侧具有孔(以下称为“第二孔”)37。相对电极30的高度被定义为从主 体33的第二孔37到筒状电极34的排放端口 35的长度。注意R单位为[mm](毫米)。另 外，在图3A所示的实例中，放电电极20的端部21与相对电极30的第二孔37位于同一水 平。因此，在图3A的实例中，满足关系式(L-H)2+(D/2)2 = R2。在此，如果D是可变的，而L保持在7毫米且R保持在5毫米，则通过上述关系式 来根据D确定H。如图3B中所示，所排出的原子团的数量依赖于D与2R的比(S卩，D/2R) 是可变的。如图3B中所示，其中以最高效率产生和排放原子团的原子团峰值在0. 4 < D/2R <0.5的范围中。这表示，为了将原子团的数量保持为不小于在原子团峰值处产生的原子 团数量的50%，D/2与R的比需要满足关系式0. 1 < D/2R < 1，以提供有保证的性能范围。下面的表1示出除了改变“H”之外在相同条件下原子团的数量的结果。表1说明 筒状电极34的高度H最好满足关系式H > 3 [毫米]。在表1中，H = 0 [毫米]的实例表 示相对电极30不具有筒状电极34。这个结果说明，通过向相对电极30提供筒状电极34， 大大提高了原子团的数量。[表 1]
权利要求
一种静电雾化装置，包括放电电极；与所述放电电极隔开的相对电极；液体供应部件，该液体供应部件被配置用于向所述放电电极的端部供应液体；以及电压施加部件，该电压施加部件被配置用于在所述放电电极的所述端部和所述相对电极之间施加电压，以从向所述放电电极的端部供应的液体中产生带电的微小液体粒子雾，其中，所述相对电极被设置有孔，通过所述孔向外排放所述带电的微小液体粒子雾，所述相对电极被成形为具有凹陷的表面，所述凹陷的表面与所述放电电极相对，并且包围所述放电电极的所述端部，以及所述相对电极被设置有从所述孔的周边开始向离开所述放电电极的方向延伸的筒状电极。
2.根据权利要求1所述的静电雾化装置，其中所述凹陷的表面包括以所述放电电极的所述端部为中心并且具有恒定的半径的球形表面。
3.根据权利要求2所述的静电雾化装置，其中，所述筒状电极的轴方向与所述球形表面的通过所述孔的中心的径向对齐。
4.根据权利要求2所述的静电雾化装置，其中 所述静电雾化装置满足关系式0. 1 < D/2R < 1，其中，D是所述筒状电极的内直径，并且R是所述球形表面的半径。
全文摘要
静电雾化装置包括放电电极(20)、相对电极(30)、用于在放电电极(20)和相对电极(30)之间施加电压的电压施加装置(50)以及用于使得放电电极(20)保持液体的液体供给装置(40)。相对电极(30)包括包围放电电极(20)的、具有开口(31)的球形表面(32)和从开口(31)延伸的筒状部分(34)。该静电雾化装置使得电场能够集中于放电电极的端部(21)上，从而产生大量的带电粒子液，并且还能够使得所产生的在筒状部分(34)的内周表面上的带电粒子液被吸走，并从排放端口(35)排放出去。
文档编号H01T23/00GK101959609SQ200980106330
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月17日 优先权日2008年2月27日
发明者桝田幸广 申请人:松下电工株式会社