專利名稱：靜電霧化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用靜電霧化現(xiàn)象生成荷電水顆粒的技術(shù)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，存在已知的用于生成荷電水顆粒的靜電霧化器，其 利用冷卻霧化電極來允許空氣中的水分被凝結(jié)在霧化電極上，利用高壓供 電電路于對(duì)霧化電極上的冷凝水施加高電壓，從而靜電式地將冷凝水霧化。在靜電霧化器中，當(dāng)啟動(dòng)電壓被施加于靜電霧化器的霧化電 極時(shí)，庫侖力作用于霧化電極端部的水上，使得水平面以具有突出前端的 針形(稱為"泰勒錐"("Taylor cone"))局部膨脹。電荷聚集泰勒錐的前端， 并因此變密，使得附近的電場強(qiáng)度和庫倫力增大并且泰勒錐形成。泰勒錐 前端周圍的水接收大量的能量(密集的電荷的斥力)，并被反復(fù)分割和散射 (稱為瑞利散射)，從而生成納米尺度的荷電水顆粒。然而，在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)，當(dāng)電壓被從高壓供電電路施加 于霧化電極，沖擊電流流動(dòng)，使得空閑放電(負(fù)離子放電)在泰勒錐未形 成的狀態(tài)中出現(xiàn)。由此，由于長期的使用，霧化電極的端部被蒸發(fā)、磨損 和損壞，因此導(dǎo)致不穩(wěn)定的靜電霧化。此外，在例如日本專利特開平2007-21370中公開了，在靜電 霧化器中，放電電壓的輸出量被反饋回髙壓供電電路，從而減少高電壓中 的變化。但是，日本專利特開平2007-21370沒有公開防止因啟動(dòng)靜電霧化 器時(shí)的空閑放電而引起的霧化電極的損壞的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過防止對(duì)因啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)的空閑放 電而引起的霧化電極的損壞，而能夠長期穩(wěn)定地執(zhí)行靜電霧化的靜電霧化 器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種靜電霧化器，包括霧 化電極；供水裝置，用于向所述霧化電極供應(yīng)水；高壓供電電路，用于將 高電壓施加于所述霧化電極來靜電式地對(duì)供應(yīng)給所述霧化電極的水進(jìn)行霧 化并且生成荷電水顆粒高壓供電電路；以及控制裝置，用于控制所述高壓 供電電路使得施加于所述霧化電極的電壓在啟動(dòng)所述靜電霧化器時(shí)被逐漸 增加。利用這樣的結(jié)構(gòu)，在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)可以防止沖擊電流流 動(dòng)，而且可以防止在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)因空閑放電引起蒸發(fā)和磨損的霧化 電極的損壞。最好，控制裝置控制高壓供電電路，使得在啟動(dòng)靜電霧化器 時(shí)電壓逐步被增加到目標(biāo)電壓，以及隨著電壓接近目標(biāo)電壓，減少每一步 電壓的增量。這樣，可能進(jìn)一步確保在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)沒有沖擊電流。 靜電霧化器還可以包括異常電壓探測裝置，用于探測高壓供電電路的
電壓中的異常。當(dāng)電壓超出控制裝置連續(xù)操作靜電霧化器的可控制的電壓
范圍的上限和下限時(shí)，異常電壓探測裝置探測出電壓的異常。
此外，靜電霧化器還可以包括提供給高壓供電電路的保護(hù)電路。當(dāng)高
壓供電電路中的放電電流輸出增加到預(yù)定值以上時(shí)，保護(hù)電路用于降低電壓。根據(jù)本發(fā)明，在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)可以防止沖擊電流流動(dòng)， 而且可以防止在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)因空閑放電引起蒸發(fā)和磨損的霧化電極 的損壞。因此，靜電霧化可以長期穩(wěn)定地執(zhí)行。


本發(fā)明的目的和特征將從結(jié)合附圖給出的下列實(shí)施例的描述中變得顯 而易見，其中
圖1根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出從高壓供電電路施加于霧化電極的電壓的 時(shí)間圖2根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例示出從高壓供電電路施加于霧化電極的電 壓的時(shí)間圖；框圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的控制框圖5是示出高壓供電電路的電壓與控制裝置的控制輸出之間的關(guān)系的
圖6是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的控制框圖7根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例示出電壓被從高壓供電電路施加于霧化 電極的時(shí)間圖8根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例示出電壓被從高壓供電電路施加于霧化 電極的時(shí)間圖；以及
圖9是根據(jù)本發(fā)明示出靜電霧化器的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，本發(fā)明的實(shí)施例將根據(jù)附圖得到詳細(xì)描述。
靜電霧化器4包括霧化電極1，用于將水供應(yīng)給霧化電極1的
供水裝置2，以及用于將高電壓施加于被供應(yīng)給霧化電極1的水的高壓供電
電路3。在本發(fā)明的實(shí)施例中，例如，供水裝置2采用允許空氣中的 水分凝結(jié)的冷卻裝置來將水供應(yīng)給霧化電極1。圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出靜電霧化器的霧化區(qū)4a的示 意圖。在圖9示出的實(shí)施例中，冷卻裝置設(shè)置為珀耳帖(Peltier)裝置11， 并且空氣中的水分由冷卻裝置進(jìn)行冷卻以便凝結(jié)，使得水被供應(yīng)給霧化電 極1。珀耳帖裝置11包括一對(duì)珀耳帖電路板15，每塊珀耳帖電路板 具有由高導(dǎo)熱性的氧化鋁或氮化鋁組成的絕緣板，絕緣板在其一面上具有 電路圖。珀耳帖電路板15相對(duì)放置使得它們的電路圖相互面對(duì)?；阢G-碲(Bi-Te)的熱電元件16在鉑耳貼電路板15之間按行放置，并且相鄰的 熱電元件16相互之間通過電路板15進(jìn)行電連接。因此，通過珀耳帖輸入 導(dǎo)線17將電從珀耳帖電源30施加到熱電元件16，熱量從珀耳帖電路板15 中的一個(gè)被轉(zhuǎn)移到另一珀耳帖電路板15。此外，冷卻部件13連接至珀耳帖 電路板15中的一個(gè)，并且散熱部件12被連接至另一珀耳帖電路板15。在
5本發(fā)明的實(shí)施例中，采用散熱片作為散熱部件12的實(shí)例。珀耳帖裝置11 的冷卻部件13連接至霧化電極1的后部。霧化電極1被由絕緣材料構(gòu)成的殼體18所環(huán)繞，并且在殼體 18的外壁中提供了窗口 18a，通過該窗口，殼體18的內(nèi)部和外部相互連通。 此外，環(huán)形對(duì)電極(counter electrode) 14相對(duì)于霧化電極1被放置在殼體 18的前端開口中，使得環(huán)形對(duì)電極14的中心位于霧化電極1的中心軸線的 延長線上。在靜電霧化器4中，冷卻部件13通過將電流施加于珀耳帖裝 置11來冷卻，使得霧化電極1通過己冷卻的冷卻部件13來冷卻。因此， 空氣中的水分被凝結(jié)，從而將水(冷凝水)供應(yīng)給霧化電極。當(dāng)高電壓在如上述水(冷凝水)被供應(yīng)給霧化電極1的情況 中被施加于霧化電極1與對(duì)電極14之間時(shí)，通過在霧化電極1與對(duì)電極14 之間施加的高電壓，庫侖力被施加于供應(yīng)給霧化電極1的端部的水與對(duì)電 極14之間。因此，水平面以具有突出前端的針形局部膨脹(稱為"泰勒錐")。 電荷集中在泰勒錐的前端，而且因此變密，使得附近的電場強(qiáng)度和庫侖力 增大并且泰勒錐形成。泰勒錐前端周圍的水接收大量的能量(密集的電荷 的斥力)并被反復(fù)分割和散射(稱為瑞利散射)，從而生成納米尺度的負(fù)荷 電水顆粒。因此生成的荷電水顆粒以圖9中示出的箭頭的方向向外部排放。圖3根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示出靜電霧化器4的控制框圖。在圖3中，參考數(shù)字8表示包括微型計(jì)算機(jī)的控制裝置，參 考數(shù)字6表示放電電流探測電路，參考數(shù)字7表示電壓探測電路，參考數(shù) 字3表示高壓供電電路，參考數(shù)字4a表示霧化區(qū)，參考數(shù)字30表示珀耳 帖電源。此處，在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)高電壓在啟動(dòng)靜電霧化器4 時(shí)通過高壓供電電路被施加于霧化電極(放電電極)的時(shí)候，控制裝置8 控制高壓供電電路使得如圖1中所示通過逐漸增加所施加的電壓來獲得目 標(biāo)高電壓。因此，在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)防止沖擊電流流動(dòng)是在可能的，使 得在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)因空閑放電引起蒸發(fā)和磨損的霧化電極的損壞可以 得到防止。此外，在圖2示出的另一實(shí)施例中，當(dāng)控制裝置8控制高壓
6供電電路使得通過逐漸增加所施加的電壓來獲得目標(biāo)電壓，控制裝置8控 制電壓使得其逐步增加。在該情形下，在如圖2所示逐步增加電壓過程中， 隨著電壓接近目標(biāo)電壓，減少每一步電壓的增量。借此，可能進(jìn)一步確定 地控制高壓供電電路使得在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)沒有沖擊電流流動(dòng)。此外，在圖1和2示出的實(shí)施例中，從通過逐漸增加所施加 的電壓而獲得目標(biāo)高電壓時(shí)到靜電霧化啟動(dòng)時(shí)的期間的電壓(被稱作"啟 動(dòng)電壓")被設(shè)置成比在靜電霧化啟動(dòng)之后用于穩(wěn)定地執(zhí)行靜電霧化的電壓 (被稱作"霧化電壓")要高。 gp，如圖1和2所示出，當(dāng)高電壓在啟動(dòng)靜電霧化器4時(shí)被 施加于霧化電極1的時(shí)候，如圖1所示通過逐漸增加電壓來獲得目標(biāo)高電 壓(即啟動(dòng)電壓)。啟動(dòng)電壓被設(shè)置為高于靜電霧化啟動(dòng)之后所施加的霧化 電壓(例如，啟動(dòng)電壓被設(shè)置為比霧化電壓高大約0.2kV)。在靜電霧化探測裝置5探測到靜電霧化的啟動(dòng)之后，通過控 制裝置5的控制，所施加的電壓從啟動(dòng)電壓被降低到霧化電壓。在圖3的 控制框圖中示出的實(shí)施例中，放電電流探測電路6將放電電流探測為放電 開始時(shí)間，在此時(shí)供應(yīng)給霧化電極1的端部的水形成泰勒錐，并且電荷被 聚集在泰勒錐的前端而變得密集，使得泰勒錐前端周圍的水接收大量的能 量(密集的電荷的斥力)并且被反復(fù)分割和散射(瑞利散射)。然后，放電 電流探測電路6探測到的放電電流的結(jié)果被輸入到包括微型計(jì)算機(jī)的控制 裝置8。高壓供電電路3由傳輸至控制裝置8的控制信號(hào)來控制，使得所施 加的電壓從啟動(dòng)電壓被降低到用于穩(wěn)定地執(zhí)行靜電霧化的霧化電壓。用于穩(wěn)定地執(zhí)行靜電霧化的霧化電壓依賴于產(chǎn)品的種類而變 化。例如，當(dāng)霧化電壓是4.8kV時(shí)，啟動(dòng)電壓設(shè)置在5kV，其比霧化電壓 高(X2kV。如圖3所示出，在本發(fā)明的實(shí)施例中，提供了電壓探測電路7， 并且控制裝置8基于由電壓探測電路7探測到的結(jié)果來控制電壓，使得電 壓變成霧化電壓。所以，依賴于成分或大氣環(huán)境的電壓變化可以被限制在 狹小的范圍之內(nèi)，從而高電壓可以得到精確的控制。如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于啟動(dòng)電壓被設(shè)置為比 霧化電壓高，減少用于啟動(dòng)靜電霧化的時(shí)間是可能的，在此期間供應(yīng)給霧 化電極1的端部的水形成泰勒錐，以及電荷聚集在泰勒錐的前端而變得密集，使得泰勒錐前端周圍的水接收大量的能量(密集的電荷的斥力)并被 反復(fù)分割和散射(瑞利散射)。此處，通過如上所述將啟動(dòng)電壓設(shè)置得比霧化電壓高，減少 了用于啟動(dòng)靜電霧化的時(shí)間，并且認(rèn)為，即使在靜電霧化開始以后，靜電 霧化是在與啟動(dòng)電壓相同的高電壓下進(jìn)行的。但是，在該情形下，由于靜 電霧化不能穩(wěn)定地執(zhí)行，其是不被優(yōu)選的。同時(shí)，萬一啟動(dòng)電壓被設(shè)置得等于霧化電壓來穩(wěn)定地執(zhí)行靜 電霧化，如上所述，由于用于啟動(dòng)靜電霧化的時(shí)間過度增加，其是不被優(yōu) 選的。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例控制框圖。在該實(shí)施例 中，控制裝置8配備有異常電壓探測裝置9，用于探測高壓供電電路3的電 壓中的異常。在該實(shí)施例中，如圖5所示，關(guān)于靜電霧化期間的電壓控制， 用于由控制裝置8來連續(xù)操作靜電霧化器4的高電壓的可控制范圍的上限A KV和下限BKV分別被設(shè)置為超過在其中靜電霧化可穩(wěn)定執(zhí)行的霧化電壓 (目標(biāo)電壓)容許值的上限和下限。出于便利，在圖4中，霧化電壓所容 許值的上限和下限分別被定義作靜電霧化的上下閾值。目標(biāo)電壓被設(shè)置在 靜電霧化可穩(wěn)定執(zhí)行的高電壓范圍的靜電霧化上下閾值之內(nèi)。即使在電壓超過靜電霧化可穩(wěn)定執(zhí)行的電壓范圍的上限和下 限時(shí)，如果高電壓處于用于由控制裝置8來連續(xù)操作靜電霧化器4的高電 壓可控制范圍的上限和下限之間，則控制裝置8確定高壓供電電路是正常 的，并且將電壓控制在靜電霧化可在其上穩(wěn)定執(zhí)行的產(chǎn)品的目標(biāo)電壓。同 時(shí)，僅當(dāng)電壓超過用于由控制裝置8來連續(xù)操作靜電霧化器4的高電壓可 控制范圍的上限和下限(AkV和BkV)時(shí)，異常電壓探測裝置9才探測到 電壓的異常。這樣，當(dāng)異常電壓探測裝置9探測到電壓的異常時(shí)，控制裝 置8確定高壓供電電路3是異常的，以及因此停止高壓供電電路的電壓的 施加或停止靜電霧化器的操作。所以，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)電壓處于用于由控制裝置8來連續(xù)操 作靜電霧化器4的高電壓可控制范圍的上限和下限之間時(shí)，即使電壓超過 靜電霧化可穩(wěn)定執(zhí)行的電壓范圍的上限和下限，電壓被控制裝置8調(diào)節(jié)到 目標(biāo)電壓，因此靜電霧化器能夠得以連續(xù)操作。同時(shí)，當(dāng)電壓超過用于由控制裝置8來連續(xù)操作靜電霧化器4的高電壓可控制范圍的上限和下限的 時(shí)候，異常電壓探測裝置9探測到電壓的異常，并且控制裝置8確定高壓 供電電路3是異常的，并因此停止高壓供電電路3的電壓的施加或關(guān)掉靜 電霧化器的操作，從而提高安全性。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的控制框圖。在該實(shí)施例 中，保護(hù)電路IO被提供給高壓供電電路3，來用于當(dāng)高壓供電電路3中的 放電電流輸出被增加到超出預(yù)定值的時(shí)候降低電壓。所以，當(dāng)控制裝置8 過載并因此無法操作時(shí)，即使放電電流的輸出量被增加到高于預(yù)定值，保 護(hù)電路10能夠控制電壓，因而確保安全。在上述實(shí)施例中，如圖1和2所示，已經(jīng)描述了示例性的情 形，即從通過逐漸增加所施加的電壓而獲得目標(biāo)高電壓時(shí)到靜電霧化啟動(dòng) 時(shí)的期間的電壓被設(shè)置成比在靜電霧化啟動(dòng)之后用于穩(wěn)定地執(zhí)行靜電霧化 的霧化電壓要高。但是，如圖7和8所示，通過逐漸增加被施加于霧化電 極1上的電壓而獲得的目標(biāo)高電壓可以用作用于穩(wěn)定地執(zhí)行靜電霧化的霧 化電壓。即使在該實(shí)施例中，也可以在啟動(dòng)靜電霧化器的時(shí)防止沖擊 電流流動(dòng)，并且可以防止因在啟動(dòng)靜電霧化器時(shí)空閑放電引起蒸發(fā)和磨損 而造成的霧化電極的損壞。此外，在以上實(shí)施例中，供水裝置2采用冷卻裝置作為實(shí)例， 通過允許凝結(jié)空氣中的水分來將水供應(yīng)給霧化電極l。但是，在本發(fā)明中， 可以將收集在水箱中的水通過使用毛細(xì)現(xiàn)象的水傳送裝置來供應(yīng)給霧化電 極1的端部。
雖然針對(duì)示例性實(shí)施例來示出并描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員 將會(huì)理解本發(fā)明并不限于前述實(shí)施例，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，
可以進(jìn)行各種修改和變型。
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權(quán)利要求
1、一種靜電霧化器，包括霧化電極；供水裝置，用于將水供應(yīng)給所述霧化電極；以及高壓供電電路，用于將高電壓施加于所述霧化電極，來靜電式地對(duì)供應(yīng)給所述霧化電極的水進(jìn)行霧化并生成荷電水顆粒；以及控制裝置，用于控制所述高壓供電電路，使得被施加于所述霧化電極的電壓在啟動(dòng)所述靜電霧化器時(shí)被逐漸增加。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電霧化器，其中所述控制裝置控制所述高 壓供電電路，使得所述電壓在啟動(dòng)所述靜電霧化器時(shí)逐步被增加到目標(biāo)電 壓，并且隨著所述電壓接近所述目標(biāo)電壓，所述電壓在每一步的增量被減 少。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電霧化器，還包括異常電壓探測裝置，用 于探測所述高壓供電電路的電壓中的異常，其中當(dāng)所述電壓超過用于由所 述控制裝置來連續(xù)操作所述靜電霧化器的電壓的可控制范圍的上限和下限 時(shí)，所述異常電壓探測裝置探測出所述電壓的異常。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靜電霧化器，還包括提供給所述高壓供電電 路的保護(hù)電路，所述保護(hù)電路用于當(dāng)所述高壓供電電路中的放電電流輸出 被增加到超出預(yù)定值時(shí)減少所述電壓。
全文摘要
公開了一種靜電霧化器，其包括霧化電極，用于將水供應(yīng)給霧化電極的供水裝置，高壓供電電路和控制裝置。所述高壓供電電路將高電壓施加于所述霧化電極，來靜電式地將供應(yīng)給所述霧化電極的水進(jìn)行霧化，并生成荷電水顆粒。所述控制裝置控制所述高壓供電電路使得被施加于所述霧化電極的電壓在啟動(dòng)所述靜電霧化器時(shí)被逐漸增加。此外，所述控制裝置可以控制所述高壓供電電路，使得所述電壓在啟動(dòng)所述靜電霧化器時(shí)逐步增加到目標(biāo)電壓，而且隨著所述電壓接近所述目標(biāo)電壓，所述電壓在每一步的增量被減少。
文檔編號(hào)B05B5/00GK101444769SQ20081018161
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者井坂篤, 小幡健二, 裹谷豐 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社