CN1906822B - 放电装置及空气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了放电装置及空气净化装置。能够通过使周期变动的电压频率(fv)大于或等于流光放电频率(fs)，来缩短在一次流光放电时所产生的放电延迟时间。

Description

放电装置及空气净化装置

技术领域

本发明涉及施加周期变动的电压，进行流光放电的放电装置、及具备了该放电装置的空气净化装置。

背景技术

至今为止，将具备了放电装置的空气净化装置用作通过放电产生的等离子体来分解除去臭气成分和有害成分等的机构。在这样的空气净化装置中，由于由流光放电产生低温等离子体的流光放电方式的空气净化装置，能够用较低的电力获得较高的空气净化效果，因此是进行有害成分的分解和除臭的较佳技术。

此流光放电方式的空气净化装置，作为放电装置，包括多个放电电极、与该放电电极对峙的对置电极和将电压施加在两电极上的电源机构。在这样的结构中，在从电源机构向两电极施加电压后，在两电极之间进行流光放电，产生低温等离子体。并且，通过让被处理空气中的有害成分和臭气成分通风接触在随着此低温等离子体的生成而产生的活性种(高速电子、离子、原子团、其它激励分子等)，来将这些成分分解除去(参照专利文献1)。

但是，这样的流光放电方式的放电装置，在对臭气成分和有害成分具有较高的分解效率的同时，相反，还具有流光放电状态(流光放电的产生频率和产生状况)很容易被各种影响因素左右的特性。因此，存在有由于例如在放电电极的制造时所产生的尺寸误差和组装误差、或两电极之间的尘埃附着等影响，而在各电极的放电特性上产生变动，使流光放电不能稳定进行的问题。

参照图10对此加以说明。图10分别示出了多个电极a、b、c中的放电特性，横轴为施加在这些电极上的施加电压V，纵轴为放电时流动的放电电流I。并且，在这些电极a、b、c中，因上述理由而在放电特性上产生了变动。若在这样的条件下，将规定的施加电压(例如，图10的V1)施加在各电极上的话，则有可能在一部分电极(例如，图10的c电极)中，产生没能被施加放电所需的电压，造成不能进行流光放电的现象。若象这样，在一部分电极上不能进行流光放电的话，则存在有高速电子和原子团等活性种的生成量减少，从而，使具备了此放电装置的空气净化装置的空气净化效率降低的问题。

作为解决此问题的以往技术，存在有从电源机构向两电极施加周期变动的电压的放电装置。在此放电装置中，如图11所示，能够通过让电压周期变动(例如，图11的Vp)，使各电极可用规定的电压值(例如，图11的V1、V2、V3)进行流光放电，来消除上述放电特性变动的问题(参照专利文献2)。

专利文献1：特开2002-336689号公报

专利文献2：特开2003-53129号公报

但是，在专利文献1和专利文献2所示的那样的放电装置中，产生脉冲状的流光放电。参照图5对此加以说明。另外，图5的(A)、(B)、(C)阶段性地示出了流光放电中的电子51及电荷粒子52(正离子)的移动概念。

当流光放电时，从放电电极41朝着对置电极42产生被称为引线(leader)53的微小电弧。在引线53的前端部分，空气因较强的电位梯度而与电子51和电荷粒子52电离。并且，在电荷粒子52到达对置电极42后，第一次放电结束。

此时，因电离产生的电子51，朝着放电电极41移动，电荷粒子52朝着对置电极42移动(图5(A))。这里，由于因电离产生的电荷粒子52与电子51相比，相对质量较大，因此电荷粒子52的移动速度慢于电子51的移动速度。所以，在一次流光放电时，电荷粒子52暂时残留在两电极41、42之间(图5(B))。并且，在该残留的电荷粒子52完全移动到对置电极42后，两电极41、42之间恢复到原来的电场，再次开始放电(图5(C))。如上所述，在流光放电时，反复(A)→(B)→(C)的循环，通过在该循环中产生的电荷粒子52的间歇性移动，来产生脉冲状流光放电。

在这样的流光放电中，在如专利文献2所示的施加周期变动的电压的放电装置中，会产生下述问题。

图6为以时间的变化示出了在施加周期变动的电压Vp的放电装置中的流光放电的产生特性的坐标图，横轴为时间t，纵轴为施加电压V。另外，放电电极具有在施加例如Vmin或Vmin以上的电压后，进行流光放电的特性。

在这样的条件下，在变动的电压Vp例如在t1时成为Vmin或Vmin以上后，进行第一次流光放电。在该流光放电中，由于上述电荷粒子52残存在电极之间，因此电荷粒子52到达对置电极42需要一些时间。所以，从进行一次流光放电到进行下一次流光放电，需要规定的放电周期Ts。这里，当将周期变动的电压施加在两电极41、42上时，有可能在经过放电周期Ts之后，电压Vp还没有到达Vmin或Vmin以上(例如，在图6的t2时)。此时，在t2时，不进行下一次流光放电，在经过放电周期Ts后，电压Vp初次到达Vmin或Vmin以上的t3时，才进行下一次流光放电。所以，该从t2到t3为止的时间(图6的虚线箭头所示的期间)成为放电延迟时间，在两电极41、42中造成放电损失。如上所述，为了稳定地进行流光放电，发挥其较高的空气净化效率，希望能够极力抑制由上述放电延迟时间而造成的放电损失。

发明内容

如上所鉴，本发明的目的在于：能够在施加周期变动的电压的放电装置中，减少两电极之间的放电损失，稳定地进行流光放电。

本发明能够通过使施加在放电电极和对置电极的电压频率高速化，来减少放电装置的放电损失。

具体地说，第1发明是以这样的放电装置为前提的，包括多个放电电极41和与该放电电极41对峙的对置电极42，通过从上述电源机构45向两电极41、42施加周期变动的电压，来在两电极41、42之间进行流光放电。并且，该放电装置的特征在于，向两电极41、42施加的电压频率fv和在两电极41、42之间以脉冲状产生的流光放电的频率fs，满足fv≥fs的关系式。这里，「流光放电的频率fs」是因图6所示的电荷粒子52的残留而以脉冲状产生的流光放电的频率，是上述放电周期Ts的倒数。

在上述第1发明中，周期变动的电压的频率fv，大于或等于流光放电的频率fs，其被从电源机构45施加到两电极41、42上。换句话说，如图7所示，周期变动的电压周期Tv(电压周期)小于或等于放电周期Ts。在此条件下进行流光放电后，例如，如图6所示，与电压周期Tv大于放电周期Ts时相比，能够缩短流光放电时的放电延迟时间(图7中的虚线箭头期间)。

第2发明是在第1发明的放电装置的基础上，向两电极41、42施加的电压的频率fv kHz和两电极41、42之间的距离G mm，在k＝40mm/kHz时，满足fv≥k/G的关系式。

在上述第2发明中，为大于或等于放电频率fs的电压频率fv是根据两电极41、42之间的距离G(间隙(gap)长)决定的，从电源机构45向两电极41、42施加该电压频率fv的电压。

参照图5对此加以说明。流光放电是因电荷粒子52的残留而以脉冲状产生的。因此，若电荷粒子52到达对置电极42的距离，即间隙长G变短的话，则电荷粒子52的残留时间也随之变短，放电频率fs变大。而当间隙长G变长的话，则电荷粒子52的残留时间也随之变长，放电频率fs变小。象这样，流光放电的放电频率fs大大受到间隙长G左右，能够利用该间隙长G，大致推测出放电频率fs。

在本发明中，从间隙长G(从实验所求得的关系式，fs＝k/G，k＝40mm/kHz)推测出流光放电时的放电频率fs，根据此放电频率fs来决定电压频率fv。从而，能够确实地使电压频率fv大于或等于放电频率fs，能够确实地缩短流光放电时的放电延迟时间。

第3发明是在第1或第2发明的放电装置的基础上，向两电极41、42施加的电压的频率fv kHz，满足fv≥20kHz的关系式。

在上述第3发明中，用大于或等于放电频率fs且大于或等于20kHz的电压频率fv，从电源机构45向两电极41、42施加电压。这里，由于流光放电的放电频率fs一般不满20kHz，因此通过使电压频率fv大于或等于20kHz，能够确实地使该电压频率fv大于或等于放电频率fs。从而，能够缩短流光放电时的放电延迟时间(图6的虚线箭头期间)。

第4发明是在第1、第2或第3发明的放电装置的基础上，向两电极41、42施加的电压中的平均电压Va和振幅Vp-p，满足Vp-p≤0.1×Va的关系式。

在上述第4发明中，将振幅Vp-p小于或等于平均电压Va的10％的、周期变动的电压，从电源机构45向两电极41、42施加。因此，向两电极41、42施加的电压的变动范围小于或等于平均电压Va的10％。这里，流光放电与例如电子集尘等放电相比，具有较容易产生火花(spark)的特点。所以，当相对于所施加的电压的平均电压Va，振幅Vp-p较大时，有可能使施加在两电极41、42的电压变高，在该电压到达火花区域后，在两电极41、42之间产生火花。

而在本发明中，由于将向两电极41、42施加的电压的变动范围缩小到了小于或等于平均电压Va的10％，因此能够抑制向两电极41、42施加的电压变高，电压到达火花区域的现象，从而，能够抑制该火花的产生。

第5发明是以这样的空气净化装置为前提的，包括在放电电极41和对置电极42之间进行流光放电的放电装置，让被处理空气在两电极41、42之间流通，来将被处理空气净化。特征在于，该放电装置是权利要求1到4的任意一项所述的放电装置。

上述第5发明是将第1到第4中的任意一个发明的放电装置用在空气净化装置中。并且，能够缩短该空气净化装置中的流光放电时的放电延迟时间。

(发明的效果)

根据上述第1发明，将为大于或等于放电频率fs的电压频率fv的电压施加到两电极41、42。并且，能够在各电极41、42中，缩短在流光放电时产生的放电延迟时间。这样一来，能够抑制两电极41、42中的放电损失，能够稳定地进行流光放电。

根据上述第2发明，根据从间隙长G推测出的放电频率fs来决定电压频率fv。这样一来，能够确实地使电压频率fv大于或等于放电频率fs，能够缩短流光放电时的放电延迟时间。从而，能够确实地抑制该放电装置中的放电损失。

根据上述第3发明，施加大于或等于放电频率fs且大于或等于20kHz的电压频率fv的电压。这样一来，能够使电压频率fv大于或等于一般流光放电的放电频率(大约不满20kHz)，能够缩短流光放电时的放电延迟时间。

并且，当电压频率fv大于或等于20kHz时，伴随着此电压输出的声音的频率将高于人的听觉范围。从而，能够抑制在电源机构45的附近产生的噪音。

根据上述第4发明，使周期变动的电压的振幅Vp-p小于或等于平均电压Va。这样一来，能够使向两电极41、42施加的电压范围变窄，抑制向两电极41、42施加的电压到达火花区域的现象。从而，能够抑制火花的产生，能够谋求提高该放电装置中的流光放电的稳定性。

根据上述第5发明，能够通过将第1到第4中的任意一个发明的放电装置使用在空气净化装置中，来缩短该空气净化装置中的流光放电时的放电延迟时间。因此，能够减少该空气净化装置的放电损失，能够稳定地进行流光放电。从而，能够谋求提高该空气净化装置的空气净化效率。

附图的简单说明

图1为示出了本实施例所涉及的空气净化装置的整体结构的概要立体图。

图2为从上侧来看本实施例所涉及的放电装置的内部的结构图。

图3为将本实施例所涉及的放电装置的重要部分放大的立体图。

图4为本实施例所涉及的放电装置的电源机构的电路图。

图5为流光放电的原理所涉及的说明图。

图6为示出了放电频率和电压频率的关系的坐标图的例子。

图7为示出了放电频率和电压频率的关系的坐标图的例子。

图8为验证放电频率和电压频率的关系、对放电延迟时间所造成的影响的模拟结果。

图9为示出了间隙长和放电频率的关系的坐标图。

图10为示出了以往技术所涉及的放电装置的放电特性的说明图。

图11为示出了施加周期变动的电压时的放电特性的说明图。

(符号的说明)

10-空气净化装置；40-放电装置；41-放电电极；42-对置电极；45-电源机构；fv-电压频率；fs-放电频率；Tv-电压周期；Ts-放电周期。

具体实施方式

参照图1到图4对本实施例加以说明。

图1为本实施例所涉及的空气净化装置10的分解立体图，图2为从上方来看此空气净化装置10的内部的图。此空气净化装置10一般为使用在家庭和小规模店铺等中的民生用空气净化装置。并且，该空气净化装置10为通过流光放电生成低温等离子体，来将被处理空气净化的所谓的流光放电方式的空气净化装置。

该空气净化装置10具备机壳20，该机壳20由一端开放的箱形机壳本体21、和装在其开放端面的前面板(plate)22构成。在机壳20的前面板22的两侧面形成有吸入口23。并且，在机壳本体21的靠近背面板的地方形成有喷出口24。

在机壳20内，从吸入口23到喷出口24形成有让被处理空气即室内空气流动的空气通路25。在此空气通路25中，从室内空气流动的上流一侧(图2中的下侧)开始依次布置有进行空气净化的各种功能部品30、和用以让室内空气在该空气通路25中流通的离心送风机26。

在上述功能部品30中，从前面板22开始依次包含预过滤器31、离子化部32、静电过滤器33、和催化剂过滤器34。用以产生低温等离子体的放电装置40被组装到离子化部32中，成为一体。并且，在靠近空气净化装置10的机壳本体21的后部下侧，设置有放电装置40的电源机构45。

预过滤器31为捕获含在空气中的较大尘埃的过滤器。并且，离子化部32让通过预过滤器31的较小尘埃带电，由布置在离子化部32下流的静电过滤器33来捕获该尘埃。该离子化部32由多个离子化线35和多个对置电极42构成。多个离子化线35被以均等的间隔从离子化部32的上端架设到下端，分别位于平行与静电过滤器33的一个假想面上。对置电极42，由水平剖面为日语片假名的字母「コ」字形的长条形部件构成，其开放部位于后方。该对置电极42在各离子化线35之间，与该离子化线35平行排列。并且，各对置电极42的各开放部接合在一块网状板(mesh plate)37上。

放电装置40具备多个放电电极41、和与该放电电极41对着的对置电极42。另外，上述对置电极42作为上述离子化部32的对置电极42共用，各放电电极41被布置在与该放电电极41对峙的各对置电极42的内侧。

具体地说，在对置电极42的内侧设置有在上下方向延伸的电极保持部件43，放电电极41通过固定部件44被保持在电极保持部件43上，如放电装置40的放大立体图即图3所示。放电电极41是线状棒状电极，从固定部件44突出的放电电极41被布置为与对置电极42的第1面42a大致平行的样子。另外，在本实施例中，从放电电极41的前端部到对置电极42的第1面42a的距离(间隙长)G为4.8mm。

将催化剂过滤器34布置在静电过滤器33的下流。该催化剂过滤器34使催化剂附着在例如蜂窝状结构的基材表面。将锰系催化剂和贵金属系催化剂等使用为该催化剂，这些催化剂使通过放电生成的低温等离子体中的反应性较高的物质更加活性化，来促进空气中的有害成分和臭气成分的分解。

其次，参照图4对本发明的特征即电源机构45的电路结构例加以说明。此电源机构45由高压电源控制部61和高压电源电路部62构成，高压电源控制部61和高压电源电路部62相互连接在一起。并且，高压电源电路部62与上述放电电极41及对置电极42连接在一起。

高压电源控制部61设置有为一次侧(primary side)电源的高压电源63和控制上述高压电源电路部62的控制器64。

在高压电源电路部62设置有发信电路65、晶体管66、变压器部(transformer part)67和平滑电路68。

振荡电路65用以向晶体管66施加电压(振荡信号)，使该晶体管66为ON/OFF。并且，变压器部67用以响应晶体管66的ON/OFF，向平滑电路68施加周期变动的电压。在该变压器部67的一次侧(振荡电路侧)设置有一次侧第1线圈S11和一次侧第2线圈S12，而在其二次侧(平滑电路侧)设置有二次侧第1线圈S21。一次侧第1线圈S12通过晶体管66的ON/OFF反复进行通电/非通电，来使被升压、被增大振幅的电压产生在二次侧第1线圈S21。另一方面，一次侧第2线圈S12用以产生取决于二次侧电压的诱发电压，由输出电压检测部69检测出该诱发电压。另外，输出电压检测部69构成为当在例如二次侧输出电压产生异常时，向控制器64发出异常信号。

平滑电路68由将电容器和二极管组合在一起的例如科克罗夫特电路(Cockcroft circuit)构成。并且，平滑电路68构成为在变压器部67的二次侧第1线圈S21使升压、增幅的电压平滑化，向放电装置40的两电极41、42施加周期变动的电压。

另外，在本实施例中，向该两电极41、42施加的电压的输出波形为图7所示的正弦波状。并且，该电压周期Tv(电压周期)小于或等于以脉冲状产生的流光放电的周期Ts(放电周期)。换句话说，电压频率fv(电压频率)大于或等于以脉冲状产生的流光放电的频率fs(放电频率)。

并且，上述电压频率fv kHz，与间隙长G mm的关系满足fv kHz≥k/G mm(这里，k是用实验方法求出的系数，k＝40mm/kHz)，在本实施例中，电压频率fv大于或等于8.4kHz。而且，该电压的振幅Vp-p小于或等于从电源机构45输出的平均电压Va的10％，在本实施例中，平均电压Va是4.0kV，电压振幅Vp-p小于或等于0.4kV。

-运转动作-

其次，对空气净化装置10的运转动作加以说明。

如图1及图2所示，在空气净化装置10的运转中，离心送风机26启动，使室内空气在机壳20内的空气通路25中流通。并且，在此状态下，从图4所示的电源机构45将电压施加在离子化部32及放电装置40上。此时，将图7所示的正弦波状电压施加在放电装置40上。

将室内空气导入机壳20内后，首先，在预过滤器31中，将较大尘埃除去。然后，当室内空气通过离子化部32时，该室内空气中的较小尘埃成为带电状态，流向下流，该尘埃被捕获到静电过滤器33中。如上所述，空气中的较大尘埃及较小尘埃几乎都被预过滤器31和静电过滤器33除去。

在被组装到离子化部32，与离子化部32成为一体的放电装置40中，如图3所示，由于从放电电极41的前端朝着对置电极42产生低温等离子体，因此产生反应性较高的活性种(电子、离子、臭氧、原子团等)。并且，这些活性种在到达催化剂过滤器34后，进一步活性化，将空气中的有害成分和臭氧成分分解除去。如上所述，将尘埃除去且将有害成分和臭氧成分除去的清净的室内空气，被从空气喷出口24向室内喷出。

-实施例的效果-

在本实施例所涉及的空气净化装置10中发挥下述效果。

在本实施例中，电压频率fv大于或等于放电频率fs。因此，与例如电压频率fv小于放电频率fs时(图6时)进行比较，能够缩短流光放电时的放电延迟时间(图7中的虚线箭头期间)。

参照图8所示的坐标图对此加以说明。图8为检验流光放电时的延迟时间随着电压周期Tv和放电周期Ts的关系而如何发生变化的模拟结果。在图8中，横轴是用电压周期Tv除以放电周期Ts的值。纵轴是用实际放电周期Ts’除以放电周期Ts的值。这里，放电周期Ts是流光放电时所需的最低限度的周期，而实际放电周期Ts’是通过模拟方法求出的实际流光放电中所需的周期。因此，在图8中，若纵轴的Ts/Ts’接近于1.0的话，则意味着放电延迟时间变短，相反，若接近于0的话，则意味着放电延迟时间变长。

在模拟结果中，如图8的斜线范围所示，得知在Ts/Tv＜1后，即电压周期Tv大于放电周期Ts后，放电延迟时间呈明显变长的趋势。因此，放电装置40中的放电损失也变大。而在图8中，在Ts/Tv≥1后，即电压周期Tv小于或等于放电周期Ts后，放电延迟时间变得较短。换句话说，通过使电压频率fv大于或等于放电频率fs，能够缩短放电延迟时间，能够有效地减少放电装置40的放电损失。

并且，在本实施例中，电源机构45构成为施加满足fv≥40/间隙长G的关系式的电压。这里，参照图9的坐标图对此关系式加以说明。

如上所述，流光放电是因电荷粒子52的残留而以脉冲状产生的。因此，流光放电的频率fs大体上被电荷粒子52的残留时间左右。图9是用实验的方法求出间隙长G和放电频率fs的关系的坐标图。从图中得知，在进行流光放电的范围内，放电频率fs大约是间隙长G的线性函数，其关系是fs＝40/G。

在本实施例中，由于通过此关系式推算放电频率fs，根据此放电频率fs来决定电压频率fv，因此能够确实地使电压频率fv大于或等于放电频率fs。所以，能够确实地减少该放电装置40中的放电损失。

而且，在本实施例中，使电源机构45向两电极41、42施加小于或等于平均电压Va的10％的振幅为Vp-p的电压。这样一来，向两电极41、42施加的电压范围变窄，能够抑制施加在两电极41、42上的电压到达火花区域的现象。从而，能够抑制火花的产生，能够谋求提高该放电装置中的流光放电的稳定性。

(其它实施例)

对于上述实施例，本发明也可以是下述结构。

在本实施例中的放电装置40中，电源机构45构成为输出大于或等于8.4kHz的电压频率fv的电压。但是，最好该电压频率fv大于或等于20kHz。此时，除了能够缩短放电延迟时间、减少放电损失外，还能够让伴随着从电源机构45输出的电压(振幅信号)而产生的声音的频率高于人的听觉范围，能够抑制电源机构45附近的噪音。

并且，在本实施例中，使电源机构45输出正弦波状的输出波形电压。但是，该电源机构的输出波形只要是矩形波状、锯齿状、脉冲状等周期变动的电压的话，可以是任何形状。

(实用性)

如上所述，本发明对施加周期变动的电压，进行流光放电的放电装置、及具备了该放电装置的空气净化装置有用。

Claims (6)

1.一种放电装置，包括多个放电电极和与该放电电极对峙的对置电极，通过从电源机构向两电极施加周期变动的电压来在两电极之间进行流光放电，其特征在于：

向两电极施加的电压频率fv和在两电极之间以脉冲状产生的流光放电频率fs，满足fv≥fs的关系式。

2.根据权利要求1所述的放电装置，其特征在于：

向两电极施加的电压频率fvkHz和两电极之间的距离Gmm，在k＝40mm/kHz时，满足fv≥k/G的关系式。

3.根据权利要求1或2所述的放电装置，其特征在于：

向两电极施加的电压频率fvkHz，满足fv≥20kHz的关系式。

4.根据权利要求3所述的放电装置，其特征在于：

向两电极施加的电压中的平均电压Va和振幅Vp-p，满足Vp-p≤0.1×Va的关系式。

5.根据权利要求1或2所述的放电装置，其特征在于：

向两电极施加的电压中的平均电压Va和振幅Vp-p，满足Vp-p≤0.1×Va的关系式。

6.一种空气净化装置，包括在放电电极和对置电极之间进行流光放电的放电装置，让被处理空气在两电极之间流通，来将被处理空气净化，其特征在于：

上述放电装置是权利要求1到5中的任意一项所述的放电装置。

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