JP2004055145A - マイナス粒子発生装置及びそれを備えた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光電効果を利用したマイナス粒子発生装置は、多量にマイナス粒子を発生する場合や連続してマイナス粒子を発生させる場合等に、マイナス粒子量が減少すると言う課題を有していた。
【解決手段】光電子発生材１と、前記光電子発生材に紫外線を照射するための光源２と、前記光電子発生材への印加電圧量を調整することによって発生するマイナス粒子量を制御する印加電圧調整手段６とを備えたマイナス粒子発生装置とすることにより、光電子発生材１への印加電圧量を調整することで、安定したマイナス粒子発生を実現するとともに、発生するマイナス粒子量を調整することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気にマイナス粒子を付加するマイナス粒子発生装置及びそれを備えた空気調和装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、発明者らはマイナス粒子発生装置として、図４に示す構成の装置を提案している。これは、筒状の容器１６内に、光源１２と、電気的に接地１５した光電子発生材１１とを配置し、光源１２が光電子発生材１１へ紫外線を照射するとともに空気入口１３から被処理空気を通風することによって、空気出口１４からマイナス粒子を含んだ空気が排出されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記マイナス粒子発生装置は、光電子発生材１１を電気的に接地１５することによって、光電子放出後に光電子発生材１１に残存する正孔を電気的に中和する手法を採っている。つまり、光電子発生材１１に残存した正孔が、接地１５を通じて電子を電気的引力によって引き寄せ、正孔自らが電気的に中和され見かけ上消滅する。接地１５から光電子発生材１１へ流入する電子には正孔との電気的引力以外には力が働かず、そのために、光電子発生量が多い場合、また連続して光電子を放出し続ける場合等には、電子の供給が不足し、その結果、光電子発生材１１が正に帯電し、光電子が放出されにくくなると言う課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決するもので、マイナス粒子発生装置から発生するマイナス粒子量を経過時間とともに減少させることなく安定して発生することができ、かつ、発生するマイナス粒子量を調整することができるマイナス粒子発生装置及びそれを備えた空気調和装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のマイナス粒子発生装置及びそれを備えた空気調和装置は、光電子発生材への印加電圧量を調整することによって発生するマイナス粒子量を制御する印加電圧調整手段を備えたものである。
【０００６】
これにより、光電子発生材への印加電圧量を調整することで、安定したマイナス粒子発生を実現するとともに、発生するマイナス粒子量を調整することができるものである。すなわち、光電子発生材に印加する電圧を負電位にすることによって、光電子発生材への電子の供給が加速されるので、光電子を大量に放出する場合や連続して光電子を放出する場合等でも、光電子発生材への電子供給が不足することがない。したがって、光電子発生材が正に帯電することなく、安定して光電子を放出し続けることができる。そして、光電子発生材から放出された光電子は、気体分子や空気中の塵、ほこり等と衝突、反応してマイナス粒子となるので、大気への安定した光電子の放出により安定したマイナス粒子の発生が実現する。
【０００７】
また、光電子発生材へ印加する負電位を大きくすれば、光電子が光電子発生材から放出され易くなるので、発生するマイナス粒子量を増加させることができる。さらに、光電子発生材へ正電位を印加すれば、光電子発生材への電子供給が妨げられるので、放出される光電子量は減少し、発生するマイナス粒子量を減少させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、光電子発生材と、前記光電子発生材に紫外線を照射するための光源と、前記光電子発生材への印加電圧量を調整することによって発生するマイナス粒子量を制御する印加電圧調整手段とを備えたマイナス粒子発生装置とすることにより、光電子発生材への印加電圧量を調整することで、安定したマイナス粒子発生を実現するとともに、発生するマイナス粒子量を調整することができるものである。すなわち、光電子発生材への印加電圧を負電位にすることによって、光電子発生材への電子の供給を加速し、光電子発生材への電子供給が不足することなく、安定して光電子を放出し続けることができ、安定したマイナス粒子の発生を実現する。
【０００９】
また、光電子発生材への印加電圧の負電位を大きくすれば、発生するマイナス粒子量を増加させることができる。また、光電子発生材へ正電位を印加すれば、光電子発生材への電子供給が妨げられ、発生するマイナス粒子量を減少させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、光電子発生材への電圧を印加する回路中に流れる電流量を検出する電流量検出手段を備えた請求項１に記載のマイナス粒子発生装置とすることにより、光電子発生材への電圧印加回路に流れる電流量検出により、光電子発生材中の正孔に補充される電子量が検出され、また、正孔に補充された電子数と放出された光電子数は比例関係にあるので、放出された光電子数が分かり、発生するマイナス粒子数を表示することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、空気を光電子発生材に送る通風手段を備えた請求項１または２に記載のマイナス粒子発生装置とすることにより、効率良くマイナス粒子を発生させる。すなわち、紫外線を照射された光電子発生材からは光電子が放出され、光電子発生材を電気的に接地することによって光電子が抜け出した跡である正孔は速やかに電気的に中和され、光電子が正孔に戻りにくくする。
【００１２】
しかし、たとえ光電子発生材が電気的に中和されていても光電子と光電子発生材との間には電気的鏡像力が作用し、光電子は微弱であるが光電子発生材に戻ろうとする。したがって、発生した光電子を速やかに光電子発生材から引き離す手段が必要であり、通風手段がその役割を果たす。つまり、光電子発生材に通風することにより発生した光電子が空気分子と衝突しながら光電子発生材から引き離されるので、光電子が光電子発生材に戻る傾向が弱くなり、結果として、効率良くマイナス粒子が発生することとなる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、通風手段への入力電力を制御して通風する流量を変化させることにより発生するマイナス粒子量を調整する請求項３に記載のマイナス粒子発生装置とすることにより、発生するマイナス粒子量を調整することができる。すなわち、光電効果で発生した光電子は、通風手段により送られた空気中の水や酸素等の分子、または埃等の微粒子が前記光電子を捕獲することによって、マイナス粒子となり空気中に放出される。
【００１４】
一方、光電子が放出された光電子発生材は光電子の放出箇所に正孔ができる。正孔と発生するマイナス粒子との間には電気的引力が働いてマイナス粒子は光電子発生材に吸着される。この時、通風手段による通風量を増加すれば、正孔とマイナス粒子との間に働く電気的引力よりも強い風量の場合、マイナス粒子は吸着されることなく空気中に放出され、空気中のマイナス粒子量を増加させることができる。また、通風量を減少すれば、前記原理により空気中のマイナス粒子量を減少させることもできる。その結果、マイナス粒子量を適宜調整することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、光電子発生材は、導電性基材上に設けてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置とすることにより、光電子発生材として例えば金等の貴金属を用いる場合、それを導電性基材上に設けることにより、たとえ貴金属層が薄層であっても機械的強度を有するものとなる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、光電子発生材は、金、白金、銀、銅、ステンレス、窒化チタンの中から選ばれた１種類以上の材料から構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置とすることにより、光電子発生材としての要件を満たしかつコストが比較的安価なものとなる。すなわち、光電子発生材が満たすべき要件は次の３点である。（１）仕事関数が比較的小さいこと。これは、光電子が光電子発生材から真空中に飛び出すために必要なエネルギのことで、その値が小さいほど光電子は発生し易いからである。（２）電気抵抗が小さいこと。これは、光電子発生材に負電位を印加して光電子発生材から光電子が抜け出た跡である正孔を速やかに電気的に中和するために必要である。（３）表面の経時劣化がないこと。これは、表面が酸化する等して劣化を起こすと、通常はより仕事関数が大きくなってしまい光電子が発生しにくくなることによる。これら３点の要件を満たしかつコストが比較的安価な材料としては、貴金属である金、白金、銀、銅、ステンレス、窒化チタンである。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、導電性基材は、真鍮、隣青銅、銅、アルミニウム、ステンレスの中から選ばれた１種類以上の材料から構成した請求項５に記載のマイナス粒子発生装置とすることにより、導電性基材の電気抵抗が小さく、光電子発生材から光電子が抜け出た跡である正孔を速やかに電気的に中和する。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置を備えた空気調和装置とすることにより、マイナス粒子発生が可能な空気清浄機、エアコン、除湿機、加湿器等を得ることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるマイナス粒子発生装置を示す。
【００２１】
図に示すように、光電子発生材１と、光電子発生材１に紫外線を照射するための光源２とを、一方に空気入口３を他方に空気出口４を設けた筒状の容器５内に配置している。そして、前記光電子発生材１は、容器５内の全面に設けられ、印加電圧量を調整することによって発生するマイナス粒子量を制御する印加電圧調整手段６と接続され、また、光電子発生材１への電圧を印加する回路中に流れる電流量を検出する電流量検出手段７を備えている。さらに、光電子発生材１に空気を送る通風手段８を容器５内または容器５外に備えている。この通風手段８は、電力制御手段１０でその入力電力を制御することにより、通風する流量を変化させることができるようになっており、通風流量の変化により発生するマイナス粒子量を調整するものである。
【００２２】
上記構成のマイナス粒子発生装置は、光電子発生材１に電圧が印加され、光源２から紫外線を照射することによって、光電子発生材１から光電子が発生し、空気入口３から入ってくる空気中の水や酸素等の分子または埃等の微粒子に、光電子が捕獲されてマイナス粒子として空気出口４から容器５外に放出されるものである。
【００２３】
本実施例では、光電子発生材１は、金、白金、銀、銅、ステンレス、窒化チタンの中から選ばれた１種類以上の材料から構成している。これらの光電子発生材１は、仕事関数が比較的小さく、電気抵抗が小さく、かつ表面の経時劣化がなく、紫外線を照射したときに金属表面から効率よく光電子が発生するため、マイナス粒子を効率よく発生させるのに適しているとともに、コストが比較的安価な材料である。
【００２４】
また、本実施例では、印加電圧調整手段６により、光電子発生材１に印加する電圧を負電位にすることによって、光電子発生材１への電子の供給が加速されるので、光電子を大量に放出する場合や連続して光電子を放出する場合等でも、光電子発生材１への電子供給が不足することがない。したがって、光電子発生材１が正に帯電することなく、安定して光電子を放出し続けることができる。光電子発生材１から放出された光電子は、気体分子や空気中の塵、ほこり等と衝突、反応してマイナス粒子となるので、大気への安定した光電子の放出により安定したマイナス粒子の発生が実現する。
【００２５】
また、光電子発生材１へ印加する負電位を大きくすれば、光電子が光電子発生材１から放出され易くなるので、発生するマイナス粒子量を増加させることができる。さらに、光電子発生材１へ正電位を印加すれば、光電子発生材１への電子供給が妨げられるので、放出される光電子量は減少し、発生するマイナス粒子量を減少させることができる。なお、先にも説明したように、電力制御手段１０により、通風手段８の入力電力を制御して通風流量を変化させれば、発生するマイナス粒子量は調整できるものである。
【００２６】
次に、本実施例１の効果について、実験例を用いて説明する。
【００２７】
容器５として内径３ｃｍ、長さ７ｃｍの樹脂製円筒状容器を用い、光電子発生材１として厚さ０．１ｍｍの金を用いた。また、光源２として３Ｗの紫外線殺菌ランプを用いた。
【００２８】
光電子発生材１にはマイナス２０Ｖの負電位を印加して、マイナス粒子発生装置の性能を評価するための実験を行った。光源２の紫外線殺菌ランプを点灯し、マイナス粒子を発生させた。測定は空気出口４から１ｃｍの位置で行い、装置作動後から２分毎に１０分間、単位体積当たりのマイナス粒子の数をイオンテスターで測定した。
【００２９】
また、図４に示した提案中の装置についても同様の試験を行いマイナス粒子の数を測定した。これらの試験結果をまとめて図２に示す。
【００３０】
図２の結果から明らかなように、本発明の実施例１におけるマイナス粒子発生装置を用いれば、常に安定したマイナス粒子の発生が見られたが、提案中のものでは、時間の経過とともにマイナス粒子の発生が減少した。このことから、実施例１ではマイナス粒子の発生を減少させることなく、常に一定に空気中へのマイナス粒子の供給を実現することができた。
【００３１】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２におけるマイナス粒子発生装置を示す。マイナス粒子発生装置の基本構成は実施例１と同一であるので、相違点についてのみ説明する。
【００３２】
図３に示すように、光電子発生材１は導電性基材９の表面に担持されている。光電子発生材１として例えば金等の貴金属を用いる場合、それを導電性基材９上に設けることにより、たとえ貴金属層が薄層であっても機械的強度を有するものとなる。また、導電性基材９は、真鍮、隣青銅、銅、アルミニウム、ステンレスの中から選ばれた１種類以上の材料から構成されている。これは、導電性基材９の電気抵抗が小さく、光電子発生材１から光電子が抜け出た跡である正孔を速やかに電気的に中和する。導電性基材９は、図示していないが、電源によって負電位を印加している。
【００３３】
次に、本実施例の効果について、実験例を用いて説明する。
【００３４】
容器５として内径３ｃｍ、長さ７ｃｍの樹脂製円筒状容器を用い、導電性基材９として厚さ０．１ｍｍのステンレスを用い、これに光電子発生材１として金を蒸着した。また、光源２として３Ｗの紫外線殺菌ランプを用いた。
【００３５】
導電性基材９に図示しないが電源によって負電位を印加し、マイナス粒子発生装置の性能を評価するための実験を行った。光源２の紫外線殺菌ランプを点灯し、マイナス粒子を発生させた。測定は空気出口４から１ｃｍの位置で行い、装置作動後から２分毎に１０分間、単位体積当たりのマイナス粒子の数をイオンテスターで測定した。
【００３６】
本実施例では実施例１と同様、常に安定したマイナス粒子の発生が見られた。このことから、本実施例においても、マイナス粒子の発生を減少させることなく、常に一定に空気中へのマイナス粒子の供給を実現することができた。
【００３７】
上記した実施例１、２に示したマイナス粒子発生装置は、少なくとも集塵フィルタ、活性炭あるいはゼオライトからなる吸着材等と組み合わせて空気調和装置に装備することにより、マイナス粒子発生が可能な空気清浄機、エアコン、除湿機、加湿器等を得ることができるものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のマイナス粒子発生装置及びそれを備えた空気調和装置は、光電子発生材への印加電圧量を調整することによって発生するマイナス粒子量を制御する印加電圧調整手段を備えたものであり、発生するマイナス粒子量を経過時間とともに減少させることなく安定して発生することができ、かつ、発生するマイナス粒子量を調整することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるマイナス粒子発生装置の要部断面図
【図２】同マイナス粒子発生装置と提案中の装置との試験結果を示すグラフ
【図３】本発明の実施例２におけるマイナス粒子発生装置の要部断面図
【図４】提案中のマイナス粒子発生装置の要部断面図
【符号の説明】
１　光電子発生材
２　光源
３　空気入口
４　空気出口
５　容器
６　印加電圧調整手段
７　電流量検出手段
８　通風手段
９　導電性基材
１０　電力制御手段

Claims (8)

1. 光電子発生材と、前記光電子発生材に紫外線を照射するための光源と、前記光電子発生材への印加電圧量を調整することによって発生するマイナス粒子量を制御する印加電圧調整手段とを備えたマイナス粒子発生装置。
2. 光電子発生材への電圧を印加する回路中に流れる電流量を検出する電流量検出手段を備えた請求項１に記載のマイナス粒子発生装置。
3. 空気を光電子発生材に送る通風手段を備えた請求項１または２に記載のマイナス粒子発生装置。
4. 通風手段への入力電力を制御して通風する流量を変化させることにより発生するマイナス粒子量を調整する請求項３に記載のマイナス粒子発生装置。
5. 光電子発生材は、導電性基材上に設けてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置。
6. 光電子発生材は、金、白金、銀、銅、ステンレス、窒化チタンの中から選ばれた１種類以上の材料から構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置。
7. 導電性基材は、真鍮、隣青銅、銅、アルミニウム、ステンレスの中から選ばれた１種類以上の材料から構成した請求項５に記載のマイナス粒子発生装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイナス粒子発生装置を備えた空気調和装置。

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