JP2002319471A - イオン発生素子及びそれを備えた装置 - Google Patents

イオン発生素子及びそれを備えた装置

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JP2002319471A
JP2002319471A JP2001120856A JP2001120856A JP2002319471A JP 2002319471 A JP2002319471 A JP 2002319471A JP 2001120856 A JP2001120856 A JP 2001120856A JP 2001120856 A JP2001120856 A JP 2001120856A JP 2002319471 A JP2002319471 A JP 2002319471A
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ion generating
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needle
voltage
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Kazuo Nishikawa
和男 西川
Hideo Nojima
秀雄 野島
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  • Air Filters, Heat-Exchange Apparatuses, And Housings Of Air-Conditioning Units (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的実効値の小さな交流電圧の印加によ
って正イオン及び負イオンを両方発生させて、空気中の
浮遊細菌の殺菌除去効果が得られるイオン発生素子を提
供する。 【解決手段】 イオン発生素子10は、針状電極1と、
接地電位に接続されたGND導体4と、針状電極1とG
ND導体4との間に交流電圧を印加する交流電源2とか
ら構成されている。針状電極1は、直径1mm、長さ3
0mm、及び先端曲率0.1mmのステンレスSUS3
04製の針状部1aと、この針状部1aと一体に形成さ
れるとともに、交流電源2に接続された板状部1bとか
ら成る。そして、この針状電極1に交流電源2を用い
て、実効値が1.5〜3.0kVの範囲の比較的小さな
交流電圧を印加することにより、効率良く充分量の正イ
オン及び負イオンを発生できる。そのため、別途安全回
路を設けなくても、感電の危険性を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン発生素子及
びそれを備えた装置(例えば、空気清浄機、空気調和
機、除湿器、加湿器、電気ヒータ、石油ストーブ、ガス
ヒータ、クーラーボックス、及び冷蔵庫等)に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、住環境の高気密化に伴い、人体に
有害な空気中の浮遊細菌を取り除き、健康で快適な生活
を送りたいという要望が強くなっている。こうした要望
に応えるため、抗菌作用を有する各種のフィルタを備え
た空気清浄機等の装置が開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような空気清浄機
等においては、空間の空気を吸引してフィルタにより汚
染物質を吸着又は分解する方式が採用されている。その
ため、長期間にわたる使用によりフィルタの交換等のメ
ンテナンスが不可欠であり、しかも、フィルタの特性が
充分でないため、満足のいく性能が得られていない。
【0004】それに対し、イオン発生装置を用いて発生
させたイオンを送風することにより、空気中のイオン濃
度を増加させる空気清浄機や空気調和機が開発されてい
る。しかしながら、現状のこうした機器は、負イオンリ
ッチな居住空間を提供するものがほとんどであり、負イ
オンによる人間をリラックスさせる効果はある程度期待
できるものの、空気中の浮遊細菌の積極的な除去につい
てはほとんど効果が認められていない。
【0005】また、従来のイオン発生装置は、直流高電
圧やパルス高電圧を放電針に印加することにより、イオ
ンを発生させる方式が主流であるので、少なくとも5k
V以上の高電圧を必要とする。そのため、製品や周辺の
機器等が帯電して、ホコリが多く付着するという問題が
あった。更に、高電圧に人体が触れて感電する恐れがあ
るため、安全回路を設置するなどして安全性を充分に確
保する必要があった。そのため、製品の価格の上昇を招
いていた。
【0006】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、比較的実効値の小さな交流電圧の印加
によって正イオン及び負イオンを両方発生させて、空気
中の浮遊細菌の殺菌除去効果が得られるイオン発生素子
を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的
は、そのようなイオン発生素子を備えることにより、快
適な住環境を実現できる空気清浄機等の装置を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のイオン発生素子は、対極電極は設けずに、針状
電極のみを設け、この針状電極に印加する交流電圧の実
効値が1.5kV〜3.0kVの範囲であることを特徴
とする。
【0008】これによると、交流電圧を針状電極に印加
することにより、交互に極性の変化する針状電極から空
気分子へ電荷移動が起こり、正イオン及び負イオンが発
生する。このとき、正イオンとしてはH+(H2O)n
負イオンとしてはO2 -(H2O)nが最も安定に生成す
る。
【0009】これらのイオンは、正イオン又は負イオン
単独では、空気中の浮遊細菌に対し、格別な効果はな
い。しかし、これら正イオンと負イオンが両方生成する
と、正・負のイオンが化学反応を起こして活性種である
過酸化水素(H22)又は水酸化ラジカル(・OH)が
生成する。このH22又は・OHは極めて強力な活性を
示す。正・負のイオンが両方空間内に放出されると、こ
れらの正・負のイオンは空気中の浮遊細菌を取り囲み、
化学反応により分解・除去する。
【0010】また、本発明のイオン発生素子は、針状電
極と、該針状電極と所定の距離を有して対向するメッシ
ュ状電極と、前記針状電極と前記メッシュ状電極との間
に実効値が0.5kV〜2.0kVの交流電圧を印加す
る交流電源と、を備えたことを特徴とする。
【0011】これによると、交流電圧を針状電極とメッ
シュ状電極との間に印加することにより、交互に極性の
変化する電極間から空気分子へ電荷移動が起こり、正イ
オン及び負イオンが発生する。そして、これらの正イオ
ンと負イオンとの反応によって、除菌作用に優れた上記
活性種が生成する。
【0012】この場合、前記交流電圧の周波数を20k
Hz以上とすると、人間の可聴範囲を超えるため、イオ
ン発生素子の動作中に騒音が発生することなく静かであ
る。
【0013】また、前記針状電極の先端曲率を0.1m
m以下とすると、先端の電界強度が増すため、イオン発
生素子の低電圧動作によっても効率良く充分量のイオン
が発生する。
【0014】そして、このようなイオン発生素子を空気
清浄機を始めとする様々な装置に搭載することにより、
正イオン及び負イオンを空間の隅々まで届かせて空気中
の浮遊細菌を効率良く除去できる。
【0015】
【発明の実施の形態】<第1の実施形態>本発明の第1
の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、
本実施形態に係るイオン発生素子を示す概略的な構成図
である。イオン発生素子10は、図1に示すように、針
状電極1と、接地電位に接続されたGND導体4と、針
状電極1とGND導体4との間に高周波の交流電圧を印
加する交流電源2とから構成されている。
【0016】針状電極1は、直径1mm、長さ30m
m、及び先端曲率0.1mmのステンレスSUS304
製の針状部1aと、この針状部1aと一体に形成される
とともに、交流電源2に接続された板状部1bとから成
る。
【0017】そして、交流電源2を用いて一定の条件を
満たす交流電圧を、針状電極1の板状部1bに印加する
ことにより、交互に極性の変化する針状部1aから空気
分子への電荷移動が起こり、正イオン及び負イオンを発
生させることができる。尚、針状部1aは、図7のよう
に、複数の針状部1aから成る鋸歯状をしていても良
い。
【0018】図2は、そのイオン発生素子10の針状電
極1に、交流電源2を用いて種々の実効値及び周波数の
交流電圧を印加した場合に、針状電極1から10cmだ
け離れた位置で測定した正イオン及び負イオンの濃度を
オゾン濃度とともに示す表である。
【0019】図2に示すように、交流電圧の実効値、及
び周波数が、それぞれ1.0kV、及び25kHzの場
合にはイオンの発生は観測されなかったが、実効値を
1.5kVに上げると、周波数25kHzにおいてわず
かながら正イオン及び負イオンの発生が認められた。
【0020】更に、実効値を3.0kVまで上げると、
周波数を60Hzに下げても充分量のイオンを発生させ
ることができた。この場合、60Hz〜90kHzの広
い周波数帯域において、イオンの発生が確認された。ま
た、いずれの実効値、及び周波数でも、有害なオゾンの
発生を抑制することができた。ただし、20kHz以下
の周波数では、動作時に騒音が聞こえて耳障りなので、
少なくとも20kHz以上の周波数とするのが実用上は
好ましい。
【0021】それに対し、針状電極1の針状部1aの先
端曲率を0.3mmとし、交流電源2を用いて実効値、
及び周波数がそれぞれ3.0kV、及び25kHzの交
流電圧を印加した場合は、イオンの発生は確認されなか
った。
【0022】以上説明したように本実施形態によると、
先端曲率が0.1mm以下の針状電極1に、実効値、及
び周波数がそれぞれ1.5kV〜3.0kV、及び20
kHz以上の交流電圧を印加することにより、有害なオ
ゾンの発生を抑制して、効率良く充分量の正イオン及び
負イオンを発生できる。
【0023】従って、印加する交流電圧の実効値が比較
的小さく、人間の聴覚によって認識できない高周波であ
るため、別途安全回路を設けなくても、動作時の感電の
危険性を低減できるとともに、騒音が小さく静かなイオ
ン発生素子10を提供できる。
【0024】<第2の実施形態>本発明の第2の実施形
態について図面を参照して説明する。図3は、本実施形
態に係るイオン発生素子を示す概略的な構成図である。
この図において、図1に示した上記第1の実施形態のイ
オン発生素子と同一の部材には同一の符合を附してい
る。
【0025】イオン発生素子10は、図3に示すよう
に、上下端が開放された円筒状のケーシング12と、該
ケーシング12の内部の軸方向に対向して配された針状
電極1及びメッシュ状電極3と、接地電位に接続された
GND導体4と、メッシュ状電極3を接地電位として針
状電極1とメッシュ状電極3との間に高周波の交流電圧
を印加する交流電源2とから構成されている。
【0026】針状電極1は、直径1mm、長さ30m
m、及び先端曲率0.1mmのステンレスSUS304
製の針状部1aと、この針状部1aと一体に形成される
とともに、交流電源2に接続された板状部1bとから成
る電極である。一方、メッシュ状電極3は、線径0.8
mm、目開き数9メッシュ、直径20mmのステンレス
SUS304から形成されており、例えば、針状部1a
から10mmの距離を有して針状電極1と対向してい
る。
【0027】そして、交流電源2を用いて一定の条件を
満たす交流電圧を針状電極1とメッシュ状電極3との間
に印加することにより、交互に極性の変化する電極間で
電荷移動が起こり、正イオン及び負イオンを同時に発生
させることができる。尚、針状部1aは、図7のよう
に、複数の針状部1aから成る鋸歯状をしていても良
い。
【0028】図4は、そのイオン発生素子10の針状電
極1とメッシュ状電極3との間に、周波数25kHzの
交流電圧を、その実効値を種々変更して印加した場合
に、針状電極1から10cmだけ離れた位置で測定した
正イオン及び負イオンの濃度をオゾン濃度とともに示す
表である。
【0029】図4に示すように、交流電圧の実効値が
0.5kV以上で、正イオン及び負イオンの発生が確認
された。特に、実効値を1.0kV以上に上昇させると
ことにより、充分量のイオンを発生させることができ
た。ただし、2.5kV以上の実効値では、針状電極1
とメッシュ状電極3との間で火花放電が起こり、異常音
の発生があった。
【0030】以上説明したように本実施形態によると、
針状電極1の先端曲率を0.1mmにして、該針状電極
1とメッシュ状電極3との間に、実効値、及び周波数が
それぞれ0.5kV〜2.0kV、及び25kHzの交
流電圧を印加することにより、有害なオゾンの発生を抑
制して、効率良く充分量の正イオン及び負イオンを発生
できる。
【0031】従って、印加する交流電圧の実効値が比較
的小さく、人間の聴覚によって認識できない高周波であ
るため、別途安全回路を設けなくても、動作時の感電の
危険性を低減できるとともに、騒音が小さく静かなイオ
ン発生素子10を提供できる。
【0032】<第3の実施形態>本発明の第3の実施形
態について図面を参照して説明する。図5は本実施形態
に係る空気清浄機の概略的な側面断面図である。この空
気清浄機13には、上記第1の実施形態によるイオン発
生素子10(図1参照)が搭載されている。
【0033】図5に示すように、空気清浄機13のケー
シング14の前面には、空気の吸込口6が形成されてい
る。また、ケーシング14の天板には、スリット状の空
気の吹出口8が開口形成されている。そして、ケーシン
グ14の内部には、送風用のファン5が配されている。
更に、吸込口6の下流側には除塵脱臭フィルタ7が配設
されている。
【0034】以上のように構成された空気清浄機13に
よる除菌性能を評価するため、以下の実験を行った。ま
ず、空気清浄機13を縦2m×横2.5m×高さ2.7
mの密閉された対象区域に設置した。次いで、大腸菌を
対象区域内にミスト状に散布した。そして、空気清浄機
13のファン5を流速3m/秒で運転するとともに、交
流電源2を用いて実効値3.0kV、周波数90kHz
の交流電圧を針状電極1に印加した。
【0035】これにより、イオン発生素子10の動作に
よって発生した正イオン及び負イオンは、ファン5の回
転によって対象区域内に速やかに送出された。このと
き、所定の時間の経過とともに対象区域内の大腸菌をBi
otest Hyton RCSエアサンプラーで採取して菌数を測定
した。結果を図6に示す。
【0036】図6に示すように、約1時間の空気清浄機
13の運転で菌数は約85%減少した。従って、本実施
形態のイオン発生素子10を搭載した空気清浄機13の
運転によって、空気中の浮遊細菌を適度に殺菌除去でき
るものと期待される。
【0037】尚、本発明のイオン発生素子が搭載される
装置は、上記の空気清浄機に限定されない。その他とし
て、例えば、空気調和機、除湿器、加湿器、電気ヒー
タ、石油ストーブ、ガスヒータ、クーラーボックス、冷
蔵庫等に搭載することによっても、同様な除菌効果が得
られる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明のイオン発生
素子によると、先端曲率が0.1mm以下の針状電極
に、実効値の比較的小さな高周波の交流電圧を印加する
ことにより、効率よく充分量の正イオン及び負イオンを
発生できる。そのため、別途安全回路等を設けなくて
も、感電の危険性を低減できる。この場合、交流電圧の
周波数を20kHz以上とすることにより、動作時の騒
音が小さく静かなイオン発生素子を提供できる。
【0039】そして、そのようなイオン発生素子を空気
清浄機等の装置に搭載することにより、正イオンと負イ
オンを空間の隅々まで届かせて空気中の浮遊細菌を効率
良く除去できる。従って、細菌の少ない快適な居住空間
を実現できる。特に、その装置が冷蔵庫である場合に
は、庫内に貯蔵した食品の鮮度を長持ちできるようにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係るイオン発生
素子の概略的な構成図である。
【図2】 そのイオン発生素子の針状電極に種々の実
効値及び周波数の交流電圧を印加した場合に、針状電極
から10cmだけ離した位置で測定した正イオン及び負
イオンの濃度をオゾン濃度とともに示す表である。
【図3】 本発明の第2の実施形態に係るイオン発生
素子の概略的な構成図である。
【図4】 そのイオン発生素子の針状電極とメッシュ
状電極との間に、周波数25kHzの交流電圧の実効値
を種々変更して印加した場合に、針状電極から10cm
の距離を離した位置で測定した正イオン及び負イオンの
濃度をオゾン濃度とともに示す表である。
【図5】 本発明の第3の実施形態に係る空気清浄機
の概略的な側面断面図である。
【図6】 その空気調和機を対象区域に設置し、その
運転を開始してから時間の経過とともに空気中の大腸菌
の濃度の変化を示す図である。
【図7】 複数の針状部から成る鋸歯状をしている針
状電極の平面図である。
【符号の説明】
1 針状電極 2 交流電源 3 メッシュ状電極 4 GND導体 5 ファン 6 吸込口 7 除塵脱臭フィルタ 8 吹出口 10 イオン発生素子 13 空気清浄機 12,14 ケーシング
フロントページの続き Fターム(参考) 3L051 BC10 4C080 AA07 BB02 CC12 HH02 JJ01 KK02 LL02 MM40 QQ11

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対極電極は設けずに、針状電極のみを設
    け、この針状電極に印加する交流電圧の実効値が1.5
    kV〜3.0kVの範囲であることを特徴とするイオン
    発生素子。
  2. 【請求項2】 針状電極と、該針状電極と所定の距離を
    有して対向するメッシュ状電極と、前記針状電極と前記
    メッシュ状電極との間に実効値が0.5kV〜2.0k
    Vの交流電圧を印加する交流電源と、を備えたことを特
    徴とするイオン発生素子。
  3. 【請求項3】 前記針状電極に印加する交流電圧の周波
    数が20kHz以上の範囲であることを特徴とする請求
    項1又は請求項2に記載のイオン発生素子。
  4. 【請求項4】 前記針状電極の先端曲率が0.1mm以
    下であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれ
    かに記載のイオン発生素子。
  5. 【請求項5】 前記針状電極は、複数の針状部から成る
    鋸歯状をしていることを特徴とする請求項1〜請求項4
    のいずれかに記載のイオン発生素子。
  6. 【請求項6】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の
    イオン発生素子を備えた空気清浄機。
  7. 【請求項7】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の
    イオン発生素子を備えた空気調和機。
  8. 【請求項8】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の
    イオン発生素子を備えた除湿器。
  9. 【請求項9】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載の
    イオン発生素子を備えた加湿器。
  10. 【請求項10】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載
    のイオン発生素子を備えた電気ヒータ。
  11. 【請求項11】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載
    のイオン発生素子を備えた石油ストーブ。
  12. 【請求項12】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載
    のイオン発生素子を備えたガスヒータ。
  13. 【請求項13】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載
    のイオン発生素子を備えたクーラーボックス。
  14. 【請求項14】 請求項1〜請求項5のいずれかに記載
    のイオン発生素子を備えた冷蔵庫。
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