专利名称：静电雾化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电雾化装置，更具体地涉及使空气中所含的水冷凝并以静电方式对冷凝的水进行充电以喷出纳米级水微粒的静电雾化装置。
背景技术：
日本特开平No.5-345156A揭示了一种现有技术的静电雾化装置，其产生带电的纳米级水微粒(纳米大小的喷雾)。该装置配置为在被提供有水的发射电极和相对电极上施加高电压，以使发射电极上承载的水发生瑞利分解(Rayleigh disintegration)，从而将水雾化。由此获得的带电水微粒包含自由基(radical)，并保持在长时间段内大量地扩散到空间中，从而能够与附着于室壁、衣物或窗帘的刺鼻气味有效地反应，以对其进行除臭。
但是，由于上述装置依赖于包含通过毛细效应提供至发射电极的水的水箱，所以其迫使用户对水箱进行补充。为了消除这种不便，可以使用通过冷却环绕物来冷凝水的热交换器，并将热交换器处冷凝的水提供至发射电极。
然而，此方案将历时至少几分钟来获得热交换器处产生的水(冷凝水)以及将冷凝水提供至发射电极，因此造成了以下问题，即对于例如吹风机等仅操作很短时间的设备而言是不实用的。
发明内容
本发明鉴于以上问题完成，以给出一种解决方案，该方案提供能够取消水箱并立即产生静电雾化效果的静电雾化装置。
根据本发明的静电雾化装置包括发射电极；相对电极，其与发射电极相对；供水器，配置为在发射电极上提供水；以及高电压源，配置为将高电压施加到所述发射电极和所述相对电极上，从而以静电方式对发射电极上的水进行充电，以从发射电极的放电端喷出带电水微粒。供水器配置为将水从周围空气中冷凝在发射电极上。因此，空气中所含的水可被冷凝在发射电极上，从而能够在短时间段内将水提供至发射电极，而不使用附加的水箱。因而，使用该装置可立即获得带电水微粒的雾化。
优选地，供水器包括致冷器，该致冷器冷却发射电极，从而能够将水从周围空气中冷凝在发射电极上。
供水器可以配置为具有将周围空气的水分冻结在发射电极上的冻结功能，并且还具有将发射电极上的冻结水融化的融化功能。
此外，本发明的装置优选包括风扇，其配置为经空气进入路径将周围空气引入至发射电极附近。利用这种配置，能够将湿润空气恒定地提供到发射电极附近，以保持预定的冷凝水量。另外，利用所得的空气流携带从发射电极发射的带电水微粒的喷雾，并将微粒向外释放。
致冷器与散热器组合以构成热交换器，该热交换器与发射电极一起容纳在外壳内。在这种情况下，外壳可以形成有与空气进入路径分离的热交换路径，以将周围空气引入至散热器并将其释放外壳。因此，从外部引入并由散热器加热的空气不会泄漏到发射电极侧，因而不会升高发射电极附近的温度，从而避免降低发射电极处的水冷凝效率。
此外，发射电极优选形成有盛装一定体积水的水容器，从而一旦发现过量冷凝其能够贮水，并且在难以产生水的情况下能够利用容器中的水确保雾化水量。另外，能够减小过量水侵入其它部分引起短路的危险。
致冷器可以通过小型而具有高冷却效率的珀耳帖(Peltier)效应热电模块实现。
此外，本发明揭示了设置有多个发射电极的装置。在这种情况下，多个发射电极热耦接至致冷器，以使各自的放电端被冷却至相同温度；并且同时电耦接至高电压源，以使各自的放电端接收相同的电场强度。因此，能够利用单个致冷器提供大量的带电水微粒的喷雾。
多个发射电极优选地集成到单个电极部件中。该电极部件具有耦接至致冷器的单个杆，并且发射电极从单个杆分别经由分支延伸。利用集成有多个发射电极的电极部件导致易于制造。另外，利用相同长度的发射电极和相同长度的分支，能够为各发射电极的放电端提供相同的冷却温度。在这种情况下，全部发射电极具有它们各自的放电端，所述放电端与相对电极间隔相等距离，从而以稳定的方式从多个发射电极产生均匀的喷雾量。
另外，电极部件优选由相同材料制成一体结构，其中发射电极围绕该杆对称设置。
此外，电极部件优选连接为在从分支向致冷器偏移的连接点从高电压源接收高电压。因此，能够施加高电压至各发射电极，同时在各发射电极的放电端保持冷却温度恒定，从而确保以稳定的方式产生喷雾。
为了有效地冷却发射电极的放电端，电极部件优选装有绝热鞘层，其覆盖从分支延伸到致冷器的部分。
此外，同样能够设置与发射电极相应的多个相对电极。在这种情况下，各相对电极与各自相关的一个发射电极间隔相同距离，从而为各发射电极的放电端提供相同的电场强度，确保以稳定的方式产生大量喷雾。
图1是根据本发明第一实施例的静电雾化装置的立体图；图2是上述装置的俯视图；图3是沿图2中3-3线的截面图；图4是沿图2中4-4线的截面图；图5是上述装置的改型的立体图；图6是上述装置的另一改型的俯视图；图7是上述装置的又一改型的垂直截面图；图8是根据本发明第二实施例除去一部分的静电雾化装置的立体图；图9(A)、图9(B)和图9(C)是分别示出可用于本发明中的各种形状发射电极的说明图；以及图10(A)、图10(B)、图10(C)和图10(D)是分别示出可用于本发明中的各种形状发射电极的说明图。
具体实施例方式
<第一实施例>
参照
根据本发明第一实施例的静电雾化装置。如图1至图4所示，该静电雾化装置包括壳体10，在该壳体10中设置有多个发射电极21。在壳体10的顶部开口连接有集成了多个相对电极30的电极板，所述相对电极30分别以预定距离与发射电极21的端部相对。该电极板形成有多个圆形开口32，所述圆形开口32分别具有中心轴线，各相应发射电极21的尖端设置在所述中心轴线上。
发射电极21耦接至致冷器40，该致冷器40将周围空气中所含的水冷却并凝结在发射电极21上。发射电极21和相对电极连接至高电压源60。该高电压源设置为将预定的高电压施加到发射电极21和相对电极30上，以将负电压(例如-4.6kV)提供给发射电极21，从而在各发射电极21端部的放电端22与各相对电极30的圆形窗口32的内周边之间产生高电压电场，由此以静电方式对各发射电极21上的水进行充电，以从放电端22释放带电雾状水微粒。在此种连接中，在放电端22发生水的瑞利分解，以产生纳米级大小的带电水微粒的喷雾，其通过相对电极30的圆形窗口32向外释放。
通过珀耳帖效应热电模块(此后称为珀耳帖模块)实现致冷器40，该模块具有冷却侧，该冷却侧与发射电极21的与放电端22相对的端部耦接，从而通过施加恒定电压于构成珀耳帖模块的热电元件，将发射电极21冷却至低于水的露点的温度。珀耳帖模块配置为具有在导电电路板之间并联连接的多个热电元件，从而以从冷却控制器50给定的可变电压确定的速率来冷却发射电极21。冷却侧上的导电电路板之一耦接至发射电极21，而加热侧上的另一电路板耦接至具有散热片46的散热器45。珀耳帖模块设置有热敏电阻，用于检测发射电极21的冷却温度；并且冷却控制器50配置为控制珀耳帖模块40的温度，从而保持电极温度与环境温度及湿度相对应，即该温度使得足量的水可冷凝在发射电极上。
珀耳帖模块40与发射电极21一起容纳在壳体10内。壳体10由介电材料制成的上壳体11和下壳体15构成。上壳体11环绕发射电极21的上端，而下壳体15容纳珀耳帖模块40。在冷却侧与发射电极21之间设置有高导热性的介电板44。上壳体15的底部由散热器45封闭。
多个发射电极21集成到一体(unitary)结构的电极部件20中。电极部件20由具有良好导电性和高导热性的材料(例如铜、铝、银或它们的合金)制成，具有单个杆(stem)24以及从杆24的上端水平延伸的多个分支25，各发射电极21从各分支25的端部直立起来。杆24具有耦接至珀耳帖模块40的冷却侧的凸缘26。杆24穿过下壳体15的上壁16和上壳体11的底壁12延伸，而分支25沿底壁12的顶表面延伸。下壳体15和上壳体11都由具有良好绝热性的介电材料制成。在这种情况下，在从珀耳帖模块40延伸至分支25的杆24上可以设置绝热鞘层，从而提高电极部件20与壳体10之间的绝热性。
下壳体15设置有电极端子18，用于将电极部件20连接至高电压源60的高电压侧。电极端子18的一端连接至下壳体15内的杆24下端处的凸缘26，其另一端向下壳体15外侧延伸。高电压源60的接地侧连接至相对电极30的接地端子33。下壳体15在其与电极端子18相对的侧端上设置有连接器19，用于与控制珀耳帖模块的冷却控制器50电连接。
上壳体11在其侧壁的下端设置有空气入口14，该空气入口14将环境空气引入到发射电极21的周围，从而使引入的空气中所含的水冷凝在发射电极21上，让冷凝的水能够以带电水微粒的雾状从发射电极21的端部释放壳体外。
各发射电极21具有相同的形状，并且从杆24的上端被相同长度的分支25水平间隔，如图2所示，从而被冷却至相同温度。各发射电极21的放电端22设置在各相应相对电极30的圆形窗口32的中心轴线上，以具有相同的电场强度，从而能够从各发射电极21等量地释放带电水微粒的喷雾。
图5示出上述实施例的改型，其中与两个发射电极21组合使用的相对电极30形成有单个圆形窗口32，并且放电端设置在圆形窗口32的径向相对端上。在这种情况下，在圆形窗口32的内周边与各放电端22之间发生放电，从而产生带电水微粒的喷雾。
图6示出另一改型，其中三个发射电极21等角地间隔。同样在这种情况下，发射电极21集成到一体结构的电极部件中(如同在上述实施例中一样)，并且经由相同长度的分支25耦接至杆24的上端，从而被冷却至相同温度。相对电极30成形为具有三个圆形窗口32，所述圆形窗口32均具有设置了各发射电极的中心轴线。
虽然上述实施例及改型揭示了装备有多个发射电极的装置，但本发明应不限于此，而可以配置为仅使用单个发射电极21，如图7所示。在此改型中，管形壳体10被隔板13垂直地分隔，发射电极21穿过该隔板13而延伸。壳体10的下端耦接至散热板45，而珀耳帖模块40容纳在隔板13与散热板45之间。珀耳帖模块40配置为具有设置在一对导电电路板41与42之间的多个热电元件，并且具有经导热性良好的介电板耦接至发射电极21下端处的凸缘26的冷却侧电路板41。凸缘26被绝热鞘层7所包围，以减小对于壳体的热吸收。发射电极21连接至隔板13下侧上的电极端子18，而珀耳帖模块连接至从壳体10的下端向外凸出的连接器19。在隔板13的上侧上设置有水容器28，其吸收发射电极21处产生的过量的水，以防止水泄漏到电极端子18和珀耳帖模块40侧。
<第二实施例>
图8示出根据本发明第二实施例的静电雾化装置，除了风扇110与壳体10一起容纳在单个外壳100内以外，其基本上与上述实施例相同。承载发射电极21、相对电极30、珀耳帖模块40和散热片46的壳体10设置在外壳100的上端，而风扇110设置在外壳100的下端。在本实施例中，珀耳帖模块用作一端构成散热器而另一端构成致冷器的热交换器。设置风扇110以经空气入口102获取周围的空气，并经形成在外壳106中的空气进入路径104和热交换路径106将其向外释放。空气进入路径104形成在壳体10与外壳100之间的风扇110的下游(downstream)，以引导风扇所产生的受迫空气流A从空气入口14进入壳体10，并且经相对电极30的圆形窗口32将其向外释放，在此期间空气中的水分冷凝在发射电极21上，并且从发射电极21释放的带电微粒的喷雾由受迫空气流携带以向外喷出。
而另一方面，设置热交换路径106以引导受迫空气流B经过风扇110的下游侧上的散热片46周围的通路，并经外壳100的壁中的释放口108将其向外喷出。因此，空气流与散热片46接触，以改善珀耳帖模块40处的冷却效果。热交换路径106与空气进入路径104相分离，以避免散热片加热的空气向发射电极2泄漏。由此，向发射电极21提供新鲜空气，以有效地从中冷凝水。
在空气入口102附近设置温度-湿度传感器80，用于检测环境温度和湿度。冷却控制器50控制施加至珀耳帖模块40的电压，以将发射电极21冷却至由环境温度和湿度确定的温度，即冷却至在发射电极21上冷凝出足量水的温度。此外，冷却控制器50连接至电流计70，用于监控发射电极21与相对电极30之间流动的放电电流，从而控制珀耳帖模块以使放电电流保持恒定。由于放电电流与从放电端22释放的带电水微粒的量或发射电极上冷凝的水量成比例，所以通过控制珀耳帖模块40保持恒定的放电电流，能够定量地持续释放带电水微粒的喷雾。
风扇110连接至空气流控制器120，用于调节提供至发射电极21和散热片46的空气流量。空气流控制器120连接至电流计70和温度-湿度传感器80，以依照放电电流和环境温度及湿度来调节空气流量。例如，当环境温度与发射电极之间存在很大差别时，空气流量增大以提高珀耳帖模块处的冷却效率。此外，当发射电极上冷凝的水量不足时，空气流量增大以将更大量的环境空气提供至发射电极。另一方面，当发射电极上冷凝有足量水时，风扇停止或者空气流量降低，从而保持定量地持续释放带电水微粒的喷雾。
当发射电极21在特定环境下过冷却时，发射电极21上冷凝的水可能发生冻结。一旦发生冻结，放电电流减小，并且这种情况可被冷却控制器50确知。在这种情况下，冷却控制器50控制珀耳帖模块40以提高发射电极21的温度，从而消除冻结。例如，通过珀耳帖模块进行的冷却降低或停止。此外，施加至珀耳帖模块的电压的极性可暂时反转，以加热发射电极21。在这种情形下，冷却控制器50可配置为对冻结空气中的水分和融化冻结水的功能进行切换，从而将适量的水提供至发射电极21。
如图9所示，发射电极21可以形成有暂时盛装过量水的水容器。图9(A)示出一实例，其中发射电极21在其中心形成有由多孔陶瓷制成从而具有毛细作用的水容器90A。图9(B)中示出一实例，其中发射电极21在其外表面形成有沿轴向延伸的毛细槽，以限定出水容器90B。在任一实例中，水容器被进行亲水处理，而其它部分例如通过涂覆防水层而被进行疏水处理。在图9(C)中，发射电极21内部形成有沿轴向延伸的毛细间隙，以限定出水容器90C。例如，通过将发射电极分为两半或三部分，可以在发射电极的内部形成该间隙。
图10示出为发射电极21远端处的放电端22提供增大的盛水量的各种结构。图10(A)示出一实例，其中放电端22形成有平面，以通过水的表面张力在其上保存水。图10(B)示出一实例，其中在平面上的中心部位形成有尖利的凸起，以将电荷汇聚于此处。图10(C)中示出一实例，其中放电端形成有凹口，以在其内保存水。图10(D)中示出一实例，其中在凹口上的中间部位形成有尖利的凸起。在任一实例中，提供至放电端的水可适当地保存在那里，使水能够成功地发生水的瑞利分解，因此确保以稳定的方式提供静电雾化。可以形成多于一个凸起以增加喷雾量。
权利要求
1.一种静电雾化装置，包括发射电极；相对电极，其与所述发射电极相对；供水器，配置为在所述发射电极上提供水；高电压源，配置为将高电压施加到所述发射电极和所述相对电极上，从而以静电方式对所述发射电极上的水进行充电，以从所述发射电极的放电端喷出带电水微粒；其中，所述供水器配置为将水从周围空气中冷凝在所述发射电极上。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述供水器包括致冷器，该致冷器冷却所述发射电极，以将水从周围空气中冷凝在所述发射电极上。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述供水器具有将周围空气的水分冻结在所述发射电极上的冻结功能以及将所述发射电极上的冻结水融化的融化功能。
4.如权利要求2所述的装置，还包括风扇，其配置为经空气进入路径将周围空气引入至所述发射电极附近。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述致冷器与散热器组合以构成热交换器；所述热交换器与所述发射电极一起容纳在外壳内；所述外壳形成有与所述空气进入路径分离的热交换路径，以将周围空气引入至所述散热器并将其释放所述外壳。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述发射电极形成有盛装一定体积水的水容器。
7.如权利要求2所述的装置，其中所述致冷器是通过具有冷却侧和加热侧的珀耳帖效应热电模块实现的，所述冷却侧耦接至所述发射电极以对其进行冷却。
8.如权利要求2所述的装置，其中设置有多个所述发射电极；所述发射电极热耦接至所述致冷器，以使各自的放电端被冷却至相同温度；所述发射电极电耦接至所述高电压源，以使各自的放电端接收相同的电场强度。
9.如权利要求8所述的装置，其中多个所述发射电极集成到电极部件中，该电极部件具有耦接至所述致冷器的单个杆；所述发射电极从所述单个杆分别经由分支延伸。
10.如权利要求8所述的装置，其中全部所述发射电极具有它们各自的放电端，所述放电端与所述相对电极间隔相等距离。
11.如权利要求8所述的装置，其中所述电极部件由相同材料制成一体结构，所述发射电极围绕所述杆对称设置。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述电极部件连接为在从所述分支向所述致冷器偏移的连接点处从所述高电压源接收高电压。
13.如权利要求9所述的装置，其中所述电极部件装有绝热鞘层，其覆盖从所述分支延伸到所述致冷器的部分。
14.如权利要求8所述的装置，其中多个所述相对电极分别相对于所述发射电极设置；各所述相对电极与各自相关的一个所述发射电极间隔相同距离。
全文摘要
本发明提供一种静电雾化装置，其不需要水箱，并且能够即时具有静电雾化效果。该静电雾化装置包括发射电极，与放电电极相对的相对电极，配置为将水提供到发射电极上的供水器，以及配置为将高电压施加到发射电极与相对电极上、从而通过施加高电压以静电方式对发射电极上的水进行充电并从发射电极的放电端喷出带电水微粒的高电压源。供水器配置为将周围空气中的水冷凝在发射电极上，从而使水可在短时间内被提供到发射电极上，而不需依赖额外的水箱。因此，使用该装置可将带电水微粒立即雾化。
文档编号B05B5/08GK1938103SQ20058001061
公开日2007年3月28日 申请日期2005年4月1日 优先权日2004年4月8日
发明者今堀修, 平井利久, 须川晃秀, 三原史生, 秋定昭辅, 渡边智治, 吉冈浩一, 小林健太郎, 村濑慎也, 平井康一, 今井顺二 申请人:松下电工株式会社