【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高濃度でイオンを発生することが可能なイオン発生装置、およびこれを用いた空気調節装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題の顕在化や居住空間の高気密化に伴い、人体に有害な空気中の浮遊微生物を取り除き、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。この要望に応えるため、汚染物質を各種のフィルタにより除去する空気清浄機が開発されている。これらの空気清浄機は、居住空間における空気を吸引してフィルタにより汚染物質を吸着する方式を採用している。
【０００３】
しかしながら、長期の使用によりフィルタの交換等のメンテナンスが必要な上、フィルタの特性が十分でないため、満足のいく性能が得られていない。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば、特許文献１においては、誘電体を挟んで対向する電極間に交流電圧を印加することによって発生させた正イオンと負イオンとを居住空間に送出し、これらのイオンが起こす化学反応により空気中に浮遊する有害微生物を殺菌する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２２４２１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献に開示されている方法では、発生させるイオンの濃度が十分に高くないため、特に広い居住空間の中に分散して浮遊する有害微生物を殺菌するのに要する時間が長いという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、高濃度のイオンを発生させることにより、たとえば殺菌効果を得ることを目的とした空気調節装置等に対して好適に用いることが可能なイオン発生装置、およびこれを用いた空気調節装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のイオン発生装置およびこれを用いた空気調節装置は、２５℃における比誘電率が１０以上の誘電体を挟んで対向する電極を設け、該電極間に電圧を印加することによりイオンを発生することを特徴とする。比誘電率の高い誘電体を用いることにより、電極の端面近傍の空間に強い電場を発生させることができるため、小型で安価でありながら高濃度のイオンを発生するイオン発生装置を提供することができる。
【０００９】
本発明のイオン発生装置は、前記誘電体の２５℃における比誘電率をε、前記誘電体の厚みをｄで表した時、（ε−１）／ｄの値が、好ましくは５００／ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
本発明に使用する誘電体は、固溶体を主成分とするセラミックスであることが好ましい。さらに、本発明に使用する誘電体は、チタン酸バリウム（組成式はＢａＴｉＯ３）または、チタン酸バリウムを構成するバリウムイオン（Ｂａ２＋）および／またはチタンイオン（Ｔｉ４＋）が部分的に他の元素イオンと置換されてできた固溶体を主成分とするセラミックスであることが好ましい。
【００１１】
本発明のイオン発生装置の好ましい構成としては、上記の各構成のいずれかのイオン発生装置を少なくとも２つ備え、そのうち少なくとも１つのイオン発生装置から正イオンを発生させ、残りのイオン発生装置のうち少なくとも１つから負イオンを発生させることにより、正イオンおよび負イオンを発生するという構成が挙げられる。この場合、高濃度の正イオンと高濃度の負イオンを同時に居住空間に送出することができるだけでなく、発生する正イオンと負イオンの濃度や比率を調節することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記のイオン発生装置を用いた空気調節装置に関する。本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置は、イオンを発生させ、空気中の浮遊微生物に対する殺菌作用、悪臭物質に対する脱臭作用、有害物質に対する無害化作用等を得る目的で用いられることができ、具体的には、空気清浄機、空気調和機として用いられる他、除湿機、加湿器、石油ファンヒータ、ガスファンヒータ、セラミックファンヒータ、冷蔵庫等に組み込まれて用いられることもできる。
【００１３】
本発明のイオン発生装置には、誘電体を挟むように電極が対向して設けられている。真空中で電極間に電圧を印加すると、電位が高い方の電極に正の電荷が蓄えられ、電位が低い方の電極に等量の負の電荷が蓄えられるが、これらの電極間に誘電体を挿入すると、誘電体が分極して誘電体の表面に電荷が誘起される。誘電体表面の電荷によって生じる電場は、電極に蓄えられている電荷が作る電極間の電場を打ち消す方向に働く。
【００１４】
一方、空気中で誘電体を挟むように対向させて電極を設けた場合、空間と接している電極端面近傍には空気が存在する。電極端面近傍においては、誘電体と電極との間に空気が存在し、電極に蓄えられている電荷がつくる電場と、誘電体の分極による電場が打ち消し合う方向には働かない。したがって、印加電圧が一定の条件では、誘電体の分極が大きいほど電極端面近傍の空気中の電場が強くなることとなる。
【００１５】
本発明のイオン発生装置は、空気中の電場によって放電プラズマを生じさせ、空気中の酸素や水蒸気を電離してイオンを発生させるものである。ここで、放電プラズマにより発生するイオンの大部分はエネルギー的に不安定なのですぐに消滅するが、一部分は、空気中の水分子と結合することによりエネルギー的に安定になり、送風ファンが発生する風に乗って居住空間に送出される。このようなイオンとしては、空気中の水分子がオキソニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）とクラスタリングしてできた正イオンＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｍ（ｍは０または任意の自然数）と、空気中の水分子が酸素イオン（Ｏ２ −）とクラスタリングしてできた負イオンＯ２ −（Ｈ２Ｏ）ｎ（ｎは０または任意の自然数）がある。
【００１６】
電極端面近傍の空気中の電場が強いほど、空気中の酸素や水蒸気が活発に電離してイオンの発生量は増加する。誘電体の分極は比誘電率を大きくすることによって向上させることが可能であるため、比誘電率の高い誘電体を用いることにより電極端面近傍の空気中に強い電場を生じさせ、高濃度でイオンを発生させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図を参照して本発明に係るイオン発生装置の構成例を説明する。
【００１８】
図１は、本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の一例を示す概略断面図である。空気調節装置１１においては、送風ファン１２の下流側に、平板状の誘電体１３と、該誘電体１３を挟んで対向する接地電極１４および印加電極１５と、電圧印加手段１６とからなるイオン発生装置１７が設けられている。
【００１９】
図２は、本発明のイオン発生装置を用いた空気調整装置の別の一例を示す概略断面図である。空気調節装置２１において、送風ファン２２の下流側に、平板状の誘電体２３、接地電極２４、印加電極２５、電圧印加手段２６からなるイオン発生装置２７が２つ設けられている。２つのイオン発生装置の一方は正イオン発生装置、他方は負イオン発生装置である。
【００２０】
図１は、印加電極１５の端面近傍の空間からイオンを発生させる構成を示しているが、接地電極１４と印加電極１５の形状を入れ換えることにより、接地電極１４の端面近傍の空間からイオンを発生させる構成も採用できる。
【００２１】
たとえば図１のイオン発生装置１７において、接地電極１４を接地電位として印加電極１５に電圧印加手段１６により電圧を印加すると、誘電体１３が分極を起こすため、印加電極１５の端面近傍の空間に電場が発生する。この電場により、空気中の酸素や水蒸気等の電離が生じ、イオンが発生する。発生したイオンは、送風ファン１２によって空間に供給される。
【００２２】
本発明のイオン発生装置の誘電体には、２５℃における比誘電率が１０以上のものを用いる。印加電極の端面近傍の空間に強い電場が発生するようにするためには誘電体の分極を大きくすることが必要である。２５℃における比誘電率が１０以上である場合、誘電体の分極は十分大きくなるため、印加電極の端面近傍の空間には強い電場が発生し、所望のイオン発生量を確保することができる。
【００２３】
ここで、誘電体の分極を大きくするためには、比誘電率の高い誘電体を用いるとともに、誘電体の厚みをできるだけ薄くすることが有効である。ただし、厚みが薄すぎると電極間に印加される電圧によって絶縁破壊が起きやすくなるので、絶縁破壊が起きない程度の厚みは必要である。このため、誘電体の２５℃における比誘電率をε、誘電体の厚みをｄで表した時、（ε−１）／ｄの値が５００／ｍｍ以上である誘電体を用いることが好ましい。（ε−１）／ｄの値が５００／ｍｍ以上であれば、誘電体の分極が大きいため、絶縁破壊を防止するために十分な厚みを確保した場合にも、誘電体表面に十分な電荷を供給することができる。
【００２４】
上記のような高い比誘電率を有する材料としては、チタン酸バリウム（組成式はＢａＴｉＯ３）やチタン酸バリウムを構成するバリウムイオン（Ｂａ２＋）および／またはチタンイオン（Ｔｉ４＋）が部分的に他の元素イオンと置換されてできた固溶体等が挙げられるが、高い比誘電率を有するとともに、物理的特性に優れることにより厚みを薄くすることができる上、常温での比誘電率の温度変化が小さいという点で、固溶体を主成分とするセラミックスを特に好ましく用いることができる。
【００２５】
固溶体とは、異なる物質が互いに均一に溶けあった固相をいう。固溶体を主成分とするセラミックスを用いた場合、周囲の温度が変化しても外部の電場に対して生じる分極が安定しており、イオン発生装置において、高濃度のイオンを安定して発生させることができる。
【００２６】
本発明に好適に用いられる誘電体の具体例としては、たとえば、常温の比誘電率が２０〜１５０程度である温度補償用セラミックコンデンサ材料として、ルチル型のＴｉＯ２（酸化チタン）の他、２ＭｇＯ・ＴｉＯ２にＣａＴｉＯ３を加えたもの、ＣａＴｉＯ３（チタン酸カルシウム）、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系セラミックス等のＭｇＯ−ＴｉＯ２−ＣａＯ３成分系セラミックス、ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）等のＭｇＯ−ＴｉＯ２−ＳｒＯ３成分系セラミックス、さらにＭｇＯ−ＴｉＯ２−ＢａＯ３成分系、ＭｇＯ−Ｌａ２Ｏ３−ＴｉＯ２３成分系、Ｌａ２Ｏ３−ＴｉＯ２系、ＭｇＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２３成分系等のセラミックスが挙げられる。
【００２７】
さらに高誘電率の誘電体としては、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）であって常温の比誘電率が約１５００であるもの、ＢａＴｉＯ３にＳｒＴｉＯ３、ＣａＳｎＯ３、ＢａＳｎＯ３、ＢａＺｒＯ３等のシフタと呼ばれる添加物を加えてＴＣ（キュリー温度）を常温付近に下げ、さらに、ＣａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３等のデプレッサと呼ばれる添加物を加えて常温付近の比誘電率の温度変化を平坦にしたものであって、常温の比誘電率が３０００〜１５０００であるもの、等が挙げられる。また、高誘電率結晶粒の周辺を薄い低誘電率相で覆う構造とすることにより比誘電率の温度変化を改善したものとしては、ＢａＴｉＯ３−Ｂｉ２（ＳｎＯ３）３系（常温の比誘電率が約１０００）であって高誘電率結晶粒がＢａＴｉＯ３、Ｂａ（Ｔｉ−Ｓｎ）Ｏ３、低誘電率相がＢｉ２（ＳｎＯ３）３、Ｂｉ２（ＴｉＯ３）３、であるもの、等が挙げられる。さらに、ＴＣの異なる２つの高誘電率相が共存する構造とすることにより比誘電率の温度変化を改善したものとしては、ＢａＴｉＯ３−ＮｉＳｎＯ３系（常温の比誘電率が約２０００）であって、相１がＢａ（Ｔｉ−Ｓｎ）Ｏ３、相２が（Ｂａ−Ｎｉ）ＴｉＯ３であるもの、等が挙げられる。
【００２８】
高誘電率を有する誘電体の市販品としては、共立マテリアル（株）製の積層セラミックコンデンサ用配合品粉末「ＭＣＣ−Ｂ３０Ｊ」、「ＭＣＣ−Ｂ３５Ｊ」、「ＭＣＣ−Ｂ３７Ｊ」、共立マテリアル（株）製の一般セラミックコンデンサ用配合品粉末「ＳＢ−２５」、「ＹＰ−２０」、京セラ（株）製の高周波用誘電体セラミック用誘電体材料「ＳＭ２００」、「ＳＭ２１０」、「ＳＨ７９０」、「ＳＨ８９０」、「ＳＨ１１０」等が挙げられる。
【００２９】
本発明に使用し得る最も好ましい誘電体としては、たとえばＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）を構成するバリウムイオン（Ｂａ２＋）やチタンイオン（Ｔｉ４＋）が部分的に他の元素イオンと置換されてできた固溶体を主成分とし、厚みが０．１〜１０ｍｍ程度、特に１ｍｍ程度であるセラミックスであって、室温における比誘電率が２５００〜３０００であるもの等が挙げられる。該セラミックスからなる誘電体は、分極が特に大きく、大きなイオン発生量を得ることができる。また、該セラミックスからなる誘電体の厚みが０．１ｍｍ以上であれば絶縁破壊を起こす危険性が少なく、１０ｍｍ以下であれば誘電体表面に十分な電荷が生じるため好ましい。
【００３０】
本発明に使用する誘電体の形状に限定はないが、空間にイオンを送出する効率および製造コスト等の点で、板状とすることが好ましい。
【００３１】
本発明のイオン発生装置において、接地電極および印加電極は、両者が誘電体を挟んで対向するように設けられる。接地電極および印加電極は、誘電体の表面に、たとえばタングステン、金、銀、白金、パラジウム、アルミニウム、銅、ニッケル、モリブデン等の金属または金属を含む導体材料の膜を物理的または化学的に形成することによって得ることができる。ここで本発明のイオン発生装置は電極端面近傍の空間からイオンを発生させるため、イオンが発生する側の電極は、端面の長さができる限り長くなるような形状とすることが好ましい。具体的には、内部に多数の透穴を有するものや、複雑な形状の透穴を有するものが好ましく用いられる。
【００３２】
接地電極としては、ステンレス、タングステンの他、金、銀、白金、パラジウム、アルミニウム、銅、ニッケル、モリブデン等の金属または金属を含む導体材料を用いることができるが、たとえば厚さ０．０５ｍｍの板状のステンレスを好ましく用いることができる。
【００３３】
印加電極としては、たとえば線径０．１５ｍｍのステンレス線をメッシュ状に織ったステンレス網であって、周縁が幅２０ｍｍ、長さ５ｍｍの長方形であるもの、等を用いることができる。メッシュ状とすることで印加電極は長い端面を有し、広範囲の空間からイオンを発生させることができる。
【００３４】
なお、たとえば図１において、接地電極１４と印加電極１５との端面間に導電性の高い放電路が形成されて大きな電流が流れることを防止するため、接地電極１４および印加電極１５は誘電体１３よりも小さく形成され、接地電極１４および印加電極１５の周縁は誘電体１３の周縁から５ｍｍ以上後退させられていることが好ましい。この場合、接地電極と印加電極との間に大きな電流が流れることを防止できる。
【００３５】
また、印加電極１５の端面近傍の空間全体に強い電場を発生させるため、接地電極１４は印加電極１５よりも大きく形成され、印加電極１５の周縁が接地電極１４の周縁から５ｍｍ以上後退させられていることが好ましい。この場合、印加電極の端面近傍の空間全体からイオンを発生させることができる。
【００３６】
誘電体１３の比誘電率と厚みをそれぞれε、ｄで表し、印加電極１５に印加する電圧の大きさをＶ（ｔ）（電圧の大きさＶは時間ｔの関数）で表すと、誘電体の分極は（ε−１）／ｄとＶ（ｔ）の積に比例する。すなわち印加電圧の絶対値が大きいほど、また誘電体の比誘電率が大きく厚みが小さい程、誘電体の分極は大きくなって印加電極の端面近傍に強い電場を生じさせることができる。
【００３７】
ここで、誘電体の比誘電率εが２５００〜３０００、厚みｄが５ｍｍである場合、（ε−１）／ｄは５００〜６００／ｍｍであり、非常に大きな値となる。したがって、比較的弱い印加電圧でも高濃度のイオンを発生させることができ、小型かつ安価でありながら高いイオン発生量が得られるイオン発生装置の製造が可能である。
【００３８】
本発明のイオン発生装置においては、正の電圧を印加電極に印加した場合、印加電極の端面近傍の空間に強い電場が発生し、高濃度の正イオンと負イオンが発生する。しかし、誘電体における印加電極側の表面には周囲の空間から正の電荷が蓄積するため、印加電極の端面近傍の空間に発生した負イオンの大部分はこの正の電荷や印加電極に引き寄せられてすぐに消滅する。したがって、送風ファンが発生する風に乗って居住空間に送出されるイオンの大部分は正イオンである。
【００３９】
一方、負の電圧を印加電極に印加した場合には、誘電体における印加電極側の表面には周囲の空間から負の電荷が蓄積するため、印加電極の端面近傍の空間に発生した正イオンの大部分はこの負の電荷や印加電極に引き寄せられてすぐに消滅する。したがって、送風ファンが発生する風に乗って居住空間に送出されるイオンの大部分は負イオンとなる。
【００４０】
発生させる正イオンおよび／または負イオンの濃度や正イオンと負イオンの比率は、電圧印加条件によって自在に制御することができるため、所望のイオン種またはイオン濃度に応じて印加条件を適宜選択すればよい。上記のように正の電圧または負の電圧を単独で印加すれば正イオンまたは負イオンを選択的に発生させることができるし、たとえば交流電圧を印加することによって正負両イオンを１つのイオン発生装置から同時に発生させる構成とすることも可能である。本発明のイオン発生装置は、比誘電率の高い誘電体を用いることにより比較的弱い印加電圧でも十分に高濃度のイオンが発生するが、印加電圧を強くしたり、強い電場が印加電極の端面近傍に形成されるように電圧印加条件を制御することによってイオン発生濃度をさらに向上させることが可能である。
【００４１】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
＜イオン発生装置の製造＞
誘電体として、比誘電率が２５００〜２９００、厚みが５ｍｍの、共立マテリアル（株）製の積層セラミックコンデンサ用配合品粉末「ＭＣＣ−Ｂ３０Ｊ」を焼結して作製したセラミックス、接地電極として、厚さ０．０５ｍｍの板状のステンレス、印加電極として、線径０．１５ｍｍのステンレス線をメッシュ状に織ったステンレス網を用い、中興化成工業（株）製の粘着テープ「ＡＧＦ−１００Ａ」を用いて誘電体の一方の表面に接地電極を固定し、誘電体の他方の表面に印加電極を固定し、それぞれの電極と電圧印加手段をアルファ・ワイヤー・カンパニー製の電線「５８５４／７」を用いて接続する方法により、イオン発生装置を製造した。
【００４３】
＜イオンの発生＞
上記の方法で製造したイオン発生装置の印加電極に対して、１．５ｋＶの直流電圧に１．５ｋＶのパルス電圧を１．０ｍｓｅｃ間隔で重ね合わせた正の電圧を印加し、正イオンを発生させた。
【００４４】
＜発生イオン濃度の測定＞
図３は実施例および比較例における発生イオン濃度を示す図である。発生イオン濃度の測定には、（株）ダン科学製空気イオンカウンタ（型番８３−１００１Ｂ−ＩＩ）を用いた。なお発生イオンの濃度は、印加電極から５０ｃｍの位置で検出された移動度１ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上の小イオンの濃度（個／ｃｍ３）によって示した。
【００４５】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で製造したイオン発生装置の印加電極に対して、−１．５ｋＶの直流電圧に−１．５ｋＶのパルス電圧を１．０ｍｓｅｃ間隔で重ね合わせた負の電圧を印加し、負イオンを発生させた。なお発生イオン濃度の測定は実施例１と同様の方法を用いて行なった。結果を図３に示す。
【００４６】
（比較例１）
誘電体として比誘電率εが６．７、厚みが０．５５ｍｍのホウ珪酸ガラスを用いた他は、実施例１と同様の方法でイオン発生装置を製造した。３．０ｋＶの直流電圧に３．０ｋＶのパルス電圧を１．０ｍｓｅｃ間隔で重ね合わせた正の電圧を印加電極に印加し、正イオンを発生させた。なお本比較例の電圧印加条件は、１．５ｋＶの直流電圧に１．５ｋＶのパルス電圧を１．０ｍｓｅｃ間隔で重ね合わせた正の電圧を印加した際に正イオンが殆ど発生しなかったため、実施例１よりも絶対値の大きい印加電圧としたものである。発生イオン濃度の測定は実施例１と同様の方法を用いて行なった。結果を図３に示す。
【００４７】
（比較例２）
比較例１と同様の方法で製造したイオン発生装置の印加電極に対して、−３．０ｋＶの直流電圧に−３．０ｋＶのパルス電圧を１．０ｍｓｅｃ間隔で重ね合わせた負の電圧を印加し、負イオンを発生させた。なお本比較例の電圧印加条件は、−１．５ｋＶの直流電圧に−１．５ｋＶのパルス電圧を１．０ｍｓｅｃ間隔で重ね合わせた負の電圧を印加した際に負イオンが殆ど発生しなかったため、実施例２よりも絶対値の大きい印加電圧としたものである。発生イオン濃度の測定は実施例１と同様の方法を用いて行なった。
【００４８】
実施例１および実施例２においては、発生した正イオンまたは負イオンの濃度はいずれも１００万個／ｃｍ３以上であったのに対し、比較例１は実施例１の、比較例２は実施例２のそれぞれ２倍の絶対値となる電圧を印加したにもかかわらず、発生した正イオンまたは負イオンの濃度がいずれも３０万個／ｃｍ３以下であり、実施例１および２と比べて著しく少なかった。
【００４９】
これらの結果より、本発明ではイオン発生装置に比誘電率の高い誘電体を用いることにより、従来の一般的な誘電体を用いたものと比べ、比較的弱い印加電圧においても正イオンまたは負イオンの発生濃度の著しい向上が可能であることが確認できる。
【００５０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明のイオン発生装置においては、比誘電率の高い誘電体を用いることによって印加電極の端面近傍に強い電場を発生させることができるため、正イオンまたは負イオンを高濃度で発生させることができる。したがって、小型で安価でありながら高濃度のイオンを発生するイオン発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン発生装置を用いた空気調節装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のイオン発生装置を用いた空気調整装置の別の一例を示す概略断面図である。
【図３】実施例および比較例における発生イオン濃度を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１ 空気調節装置、１２，２２ 送風ファン、１３，２３ 誘電体、１４，２４ 接地電極、１５，２５ 印加電極、１６，２６ 電圧印加手段、１７，２７ イオン発生装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion generator capable of generating ions at a high concentration, and an air conditioner using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the emergence of environmental problems and the increase in airtightness of living spaces, there is an increasing demand for a healthy and comfortable life by removing airborne microorganisms harmful to the human body. In response to this demand, air purifiers that remove contaminants with various filters have been developed. These air purifiers employ a method of sucking air in a living space and adsorbing contaminants with a filter.
[0003]
However, since maintenance such as replacement of the filter is necessary due to long-term use and the characteristics of the filter are not sufficient, satisfactory performance is not obtained.
[0004]
In order to solve this problem, for example, in Patent Document 1, positive ions and negative ions generated by applying an alternating voltage between electrodes facing each other across a dielectric are sent to a living space. A method of disinfecting harmful microorganisms floating in the air by a chemical reaction caused by the ions of is disclosed.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-224211
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method disclosed in the above document, since the concentration of ions to be generated is not sufficiently high, there is a problem that it takes a long time to disinfect harmful microorganisms that are dispersed and floating in a large living space. is there.
[0007]
In view of the above problems, the present invention provides an ion generator that can be suitably used for, for example, an air conditioner for the purpose of obtaining a bactericidal effect by generating a high concentration of ions, and the ion generator An object of the present invention is to provide an air conditioner used.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The ion generator according to the present invention and the air conditioner using the ion generator generate ions by providing electrodes facing each other with a dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more at 25 ° C. and applying a voltage between the electrodes. It is characterized by doing. Since a strong electric field can be generated in the space in the vicinity of the end face of the electrode by using a dielectric having a high relative dielectric constant, it is possible to provide a small and inexpensive ion generator that generates high-concentration ions. it can.
[0009]
In the ion generator of the present invention, when the dielectric constant at 25 ° C. of the dielectric is ε, and the thickness of the dielectric is d, the value of (ε−1) / d is preferably 500 / mm or more. It is characterized by being.
[0010]
The dielectric used in the present invention is preferably a ceramic whose main component is a solid solution. Furthermore, the dielectric used in the present invention is composed of barium titanate (compositional formula BaTiO 3 ) or barium ions (Ba 2+ ) and / or titanium ions (Ti 4+ ) constituting the barium titanate partially. A ceramic mainly composed of a solid solution formed by substituting element ions is preferred.
[0011]
As a preferable configuration of the ion generator of the present invention, at least two ion generators of any of the above-described configurations are provided, positive ions are generated from at least one of the ion generators, and the remaining ion generators The structure which produces | generates a positive ion and a negative ion by generating a negative ion from at least one is mentioned. In this case, not only can high-concentration positive ions and high-concentration negative ions be sent simultaneously to the living space, but also the concentration and ratio of the generated positive ions and negative ions can be adjusted.
[0012]
The present invention also relates to an air conditioner using the above ion generator. The air conditioner using the ion generator of the present invention can be used for the purpose of generating ions and obtaining bactericidal action against airborne microorganisms, deodorizing action against malodorous substances, detoxifying action against harmful substances, etc. Specifically, in addition to being used as an air purifier or an air conditioner, it can also be used by being incorporated in a dehumidifier, a humidifier, a petroleum fan heater, a gas fan heater, a ceramic fan heater, a refrigerator, or the like.
[0013]
In the ion generator of the present invention, electrodes are provided to face each other so as to sandwich a dielectric. When a voltage is applied between the electrodes in a vacuum, a positive charge is stored in the higher potential electrode, and an equal amount of negative charge is stored in the lower potential electrode. When is inserted, the dielectric is polarized and charges are induced on the surface of the dielectric. The electric field generated by the charge on the dielectric surface acts in a direction to cancel the electric field between the electrodes created by the charge stored in the electrodes.
[0014]
On the other hand, when electrodes are provided so as to face each other so that a dielectric is sandwiched in air, air exists in the vicinity of the electrode end face in contact with the space. In the vicinity of the end face of the electrode, air exists between the dielectric and the electrode, and the electric field generated by the electric charge stored in the electrode and the electric field due to the polarization of the dielectric do not work in the direction of canceling each other. Therefore, under a condition where the applied voltage is constant, the electric field in the air near the electrode end face becomes stronger as the dielectric polarization increases.
[0015]
The ion generator of the present invention generates discharge plasma by an electric field in the air, and ionizes oxygen and water vapor in the air to generate ions. Here, most of the ions generated by the discharge plasma disappear energetically because they are energetically unstable, but some of them become stable energetically by combining with water molecules in the air, generating a blower fan. It is sent to the living space on the wind. Examples of such ions include positive ions H 3 O + (H 2 O) m (m is 0 or any natural number) formed by clustering water molecules in the air with oxonium ions (H 3 O + ). And negative ions O 2 − (H 2 O) n (n is 0 or any natural number) formed by clustering water molecules in the air with oxygen ions (O 2 − ).
[0016]
The stronger the electric field in the air near the electrode end face, the more the oxygen and water vapor in the air are ionized and the amount of ions generated increases. Since the polarization of the dielectric can be improved by increasing the relative permittivity, using a dielectric with a high relative permittivity generates a strong electric field in the air near the electrode end face, resulting in high concentrations of ions. Can be generated.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a configuration example of an ion generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an air conditioner using the ion generator of the present invention. In the air conditioner 11, on the downstream side of the blower fan 12, a plate-like dielectric 13, an earth electrode 14 and an application electrode 15 facing each other with the dielectric 13 in between, and a voltage application means 16 are generated. A device 17 is provided.
[0019]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of an air conditioner using the ion generator of the present invention. In the air conditioner 21, two ion generators 27 including a flat dielectric 23, a ground electrode 24, an application electrode 25, and a voltage application unit 26 are provided on the downstream side of the blower fan 22. One of the two ion generators is a positive ion generator, and the other is a negative ion generator.
[0020]
FIG. 1 shows a configuration in which ions are generated from the space near the end face of the application electrode 15, but ions are generated from the space near the end face of the ground electrode 14 by switching the shapes of the ground electrode 14 and the application electrode 15. It is also possible to adopt a configuration that allows
[0021]
For example, in the ion generator 17 of FIG. 1, when a voltage is applied to the application electrode 15 by the voltage application means 16 with the ground electrode 14 as the ground potential, the dielectric 13 is polarized, so that an electric field is generated in the space near the end face of the application electrode 15. Will occur. By this electric field, ionization of oxygen, water vapor, etc. in the air occurs, and ions are generated. The generated ions are supplied to the space by the blower fan 12.
[0022]
As the dielectric of the ion generator of the present invention, a dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more at 25 ° C. is used. In order to generate a strong electric field in the space near the end face of the application electrode, it is necessary to increase the polarization of the dielectric. When the relative dielectric constant at 25 ° C. is 10 or more, the dielectric polarization becomes sufficiently large, so that a strong electric field is generated in the space near the end face of the application electrode, and a desired ion generation amount can be secured.
[0023]
Here, in order to increase the polarization of the dielectric, it is effective to use a dielectric having a high relative dielectric constant and to make the thickness of the dielectric as thin as possible. However, if the thickness is too thin, dielectric breakdown is likely to occur due to the voltage applied between the electrodes, and thus a thickness that does not cause dielectric breakdown is necessary. For this reason, it is preferable to use a dielectric having a value of (ε−1) / d of 500 / mm or more when the dielectric constant at 25 ° C. is expressed as ε and the thickness of the dielectric is expressed as d. If the value of (ε-1) / d is 500 / mm or more, since the polarization of the dielectric is large, even when a sufficient thickness is secured to prevent dielectric breakdown, a sufficient charge is applied to the surface of the dielectric. Can be supplied.
[0024]
As a material having a high relative dielectric constant as described above, barium titanate (composition formula is BaTiO 3 ), barium ions (Ba 2+ ) and / or titanium ions (Ti 4+ ) constituting barium titanate are partially used. Examples include solid solutions formed by substitution with other elemental ions, but it has a high relative dielectric constant and is excellent in physical properties, so that the thickness can be reduced and the temperature change of the relative dielectric constant at room temperature. In view of smallness, ceramics mainly composed of a solid solution can be particularly preferably used.
[0025]
A solid solution means a solid phase in which different substances are uniformly dissolved in each other. When ceramics whose main component is a solid solution is used, the polarization generated with respect to the external electric field is stable even when the ambient temperature changes, and the ion generator can stably generate high-concentration ions. Can do.
[0026]
Specific examples of the dielectric material suitably used in the present invention include, for example, a rutile type TiO 2 (titanium oxide) and 2MgO as a temperature compensating ceramic capacitor material having a relative dielectric constant of about 20 to 150 at room temperature. · TiO 2 plus the CaTiO 3, CaTiO 3 (calcium titanate), MgTiO 3 -CaTiO 3 system MgO-TiO 2 -CaO3 component ceramics such as ceramics, MgO-TiO such SrTiO 3 (strontium titanate) 2 -SrO3 component ceramics, further MgO-TiO 2 -BaO3 component, MgO-La 2 O 3 -TiO 2 3 -component system, La 2 O 3 -TiO 2 system, MgO-Nd 2 O 3 -TiO 2 3 component And ceramics.
[0027]
Still high dielectric constant dielectric, BaTiO 3 as the dielectric constant of the ambient temperature a (barium titanate) is about 1500, and the shifter such as SrTiO 3, CaSnO 3, BaSnO 3 , BaZrO 3 to BaTiO 3 The additive called is used to lower the TC (Curie temperature) to near room temperature, and the additive called so-called depressor such as CaTiO 3 and MgTiO 3 is added to flatten the temperature change of the relative dielectric constant around room temperature. And those having a relative dielectric constant of 3000 to 15000 at room temperature. Further, as a structure in which the temperature change of the dielectric constant is improved by covering the periphery of the high dielectric constant crystal grains with a thin low dielectric constant phase, a BaTiO 3 —Bi 2 (SnO 3 ) 3 system (ratio at room temperature) The dielectric constant is about 1000), the high dielectric constant crystal grains are BaTiO 3 and Ba (Ti—Sn) O 3 , and the low dielectric constant phase is Bi 2 (SnO 3 ) 3 and Bi 2 (TiO 3 ) 3 . And the like. Further, as an improvement over the temperature change of the dielectric constant by a structure in which two high-dielectric-constant phase different T C coexist in BaTiO 3 -NiSnO 3 system (normal temperature of the relative dielectric constant of about 2000) And those in which phase 1 is Ba (Ti-Sn) O 3 and phase 2 is (Ba-Ni) TiO 3 .
[0028]
Commercially available dielectric materials having a high dielectric constant include “MCC-B30J”, “MCC-B35J”, “MCC-B37J”, and Kyoritsu Material Co., Ltd., powders for multilayer ceramic capacitors manufactured by Kyoritsu Material Co., Ltd. General ceramic capacitor compound powders “SB-25” and “YP-20” manufactured by Kyocera Corporation, dielectric materials for high frequency dielectric ceramics “SM200”, “SM210”, “SH790”, “SH890” And “SH110”.
[0029]
As the most preferable dielectric material that can be used in the present invention, for example, barium ions (Ba 2+ ) and titanium ions (Ti 4+ ) constituting BaTiO 3 (barium titanate) are partially substituted with other element ions. And a ceramic having a thickness of about 0.1 to 10 mm, particularly about 1 mm, and having a relative dielectric constant of 2500 to 3000 at room temperature. The dielectric made of the ceramic has a particularly large polarization, and a large ion generation amount can be obtained. Moreover, if the thickness of the dielectric made of the ceramic is 0.1 mm or more, the risk of causing dielectric breakdown is small, and if it is 10 mm or less, a sufficient charge is generated on the dielectric surface, which is preferable.
[0030]
The shape of the dielectric used in the present invention is not limited, but is preferably a plate from the standpoints of efficiency of sending ions to the space and manufacturing cost.
[0031]
In the ion generator of the present invention, the ground electrode and the application electrode are provided so that both face each other with a dielectric interposed therebetween. The ground electrode and the application electrode are formed physically or chemically on the surface of the dielectric, for example, a metal of a metal such as tungsten, gold, silver, platinum, palladium, aluminum, copper, nickel, molybdenum, or a conductive material containing the metal. Can be obtained. Here, since the ion generator of the present invention generates ions from the space near the electrode end face, the electrode on the side where the ions are generated preferably has a shape that makes the end face as long as possible. Specifically, those having a large number of through-holes inside and those having a complex-shaped through-hole are preferably used.
[0032]
As the ground electrode, in addition to stainless steel, tungsten, a metal such as gold, silver, platinum, palladium, aluminum, copper, nickel, molybdenum, or a conductive material containing a metal can be used. For example, a plate having a thickness of 0.05 mm Stainless steel can be preferably used.
[0033]
As the application electrode, for example, a stainless steel mesh in which a stainless steel wire having a wire diameter of 0.15 mm is woven in a mesh shape and a peripheral edge is a rectangle having a width of 20 mm and a length of 5 mm can be used. By applying the mesh shape, the application electrode has a long end face, and ions can be generated from a wide space.
[0034]
For example, in FIG. 1, in order to prevent a large current from flowing due to the formation of a highly conductive discharge path between the end faces of the ground electrode 14 and the application electrode 15, the ground electrode 14 and the application electrode 15 are made of a dielectric 13. It is preferable that the periphery of the ground electrode 14 and the application electrode 15 is set back by 5 mm or more from the periphery of the dielectric 13. In this case, it is possible to prevent a large current from flowing between the ground electrode and the application electrode.
[0035]
Further, in order to generate a strong electric field in the entire space near the end face of the application electrode 15, the ground electrode 14 is formed larger than the application electrode 15, and the periphery of the application electrode 15 is retreated by 5 mm or more from the periphery of the ground electrode 14. Preferably it is. In this case, ions can be generated from the entire space near the end face of the application electrode.
[0036]
The relative dielectric constant and thickness of the dielectric 13 are represented by ε and d, respectively, and the magnitude of the voltage applied to the application electrode 15 is represented by V (t) (the magnitude of the voltage V is a function of time t). Is proportional to the product of (ε−1) / d and V (t). That is, the larger the absolute value of the applied voltage, the greater the relative dielectric constant of the dielectric, and the smaller the thickness, the greater the polarization of the dielectric, and a stronger electric field can be generated near the end face of the applied electrode.
[0037]
Here, when the relative dielectric constant ε of the dielectric is 2500 to 3000 and the thickness d is 5 mm, (ε−1) / d is 500 to 600 / mm, which is a very large value. Therefore, a high concentration of ions can be generated even with a relatively weak applied voltage, and it is possible to manufacture an ion generator that is small and inexpensive and that provides a high ion generation amount.
[0038]
In the ion generator of the present invention, when a positive voltage is applied to the application electrode, a strong electric field is generated in the space near the end face of the application electrode, and high concentrations of positive ions and negative ions are generated. However, since positive charge accumulates from the surrounding space on the surface on the application electrode side of the dielectric, most of the negative ions generated in the space near the end face of the application electrode are attracted to the positive charge and the application electrode. It disappears soon. Therefore, most of the ions sent to the living space on the wind generated by the blower fan are positive ions.
[0039]
On the other hand, when a negative voltage is applied to the applied electrode, negative charge accumulates from the surrounding space on the surface of the dielectric on the side of the applied electrode, so that positive ions generated in the space near the end face of the applied electrode Most of them disappear immediately after being attracted to this negative charge or applied electrode. Therefore, most of the ions sent to the living space on the wind generated by the blower fan become negative ions.
[0040]
Since the concentration of positive ions and / or negative ions to be generated and the ratio of positive ions to negative ions can be freely controlled according to the voltage application conditions, the application conditions can be appropriately selected according to the desired ion species or ion concentration. That's fine. If a positive voltage or a negative voltage is applied alone as described above, positive ions or negative ions can be selectively generated. For example, by applying an AC voltage, both positive and negative ions can be generated as one ion generator. It is also possible to have a configuration in which they are generated simultaneously. The ion generator of the present invention generates sufficiently high concentration ions even at a relatively weak applied voltage by using a dielectric having a high relative dielectric constant. However, the applied voltage is increased or a strong electric field is applied to the end face of the applied electrode. It is possible to further improve the ion generation concentration by controlling the voltage application conditions so as to be formed in the vicinity.
[0041]
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
[0042]
(Example 1)
<Manufacture of ion generator>
As a dielectric, a ceramic produced by sintering a compound ceramic powder “MCC-B30J” manufactured by Kyoritsu Material Co., Ltd. having a relative dielectric constant of 2500 to 2900 and a thickness of 5 mm, and a thickness as a ground electrode A 0.05 mm thick plate-like stainless steel, and a stainless steel mesh woven from a stainless steel wire with a wire diameter of 0.15 mm as an applied electrode, and an adhesive tape “AGF-100A” manufactured by Chuko Kasei Kogyo Co., Ltd. The ground electrode is fixed to one surface of the dielectric, the applied electrode is fixed to the other surface of the dielectric, and each electrode and the voltage application means are wires “5854/7” manufactured by Alpha Wire Company. The ion generator was manufactured by the connection method.
[0043]
<Ion generation>
A positive voltage obtained by superimposing a 1.5 kV pulse voltage on a 1.5 kV DC voltage at 1.0 msec intervals is applied to the application electrode of the ion generator manufactured by the above method to generate positive ions. It was.
[0044]
<Measurement of generated ion concentration>
FIG. 3 is a graph showing the generated ion concentration in Examples and Comparative Examples. For the measurement of the generated ion concentration, an air ion counter (model number 83-1001B-II) manufactured by Dan Kagaku Co., Ltd. was used. The concentration of generated ions was indicated by the concentration (number / cm 3 ) of small ions having a mobility of 1 cm 2 / Vsec or more detected at a position 50 cm from the applied electrode.
[0045]
(Example 2)
A negative voltage obtained by superimposing a pulse voltage of -1.5 kV on a DC voltage of -1.5 kV at an interval of 1.0 msec is applied to an application electrode of an ion generator manufactured by the same method as in Example 1. , Negative ions were generated. The generated ion concentration was measured using the same method as in Example 1. The results are shown in FIG.
[0046]
(Comparative Example 1)
An ion generator was manufactured in the same manner as in Example 1 except that borosilicate glass having a relative dielectric constant ε of 6.7 and a thickness of 0.55 mm was used as the dielectric. A positive voltage obtained by superimposing a 3.0 kV pulse voltage on a 3.0 kV DC voltage at 1.0 msec intervals was applied to the application electrode to generate positive ions. Note that the voltage application condition of this comparative example was carried out because almost no positive ions were generated when a positive voltage obtained by superimposing a 1.5 kV pulse voltage on a 1.5 kV DC voltage at 1.0 msec intervals was applied. The applied voltage has a larger absolute value than in Example 1. The generated ion concentration was measured using the same method as in Example 1. The results are shown in FIG.
[0047]
(Comparative Example 2)
A negative voltage obtained by superimposing a -3.0 kV pulse voltage on a DC voltage of -3.0 kV at intervals of 1.0 msec is applied to an application electrode of an ion generator manufactured by the same method as in Comparative Example 1. , Negative ions were generated. The voltage application condition of this comparative example is that, when a negative voltage obtained by superimposing a pulse voltage of -1.5 kV on a DC voltage of -1.5 kV at an interval of 1.0 msec was applied, almost no negative ions were generated. The applied voltage has a larger absolute value than that of Example 2. The generated ion concentration was measured using the same method as in Example 1.
[0048]
In Example 1 and Example 2, the concentration of generated positive ions or negative ions was 1 million / cm 3 or more, whereas Comparative Example 1 was Example 1 and Comparative Example 2 was Despite the application of a voltage having an absolute value that is twice that of Example 2, the concentration of generated positive ions or negative ions is 300,000 / cm 3 or less, compared with Examples 1 and 2. Remarkably less.
[0049]
From these results, in the present invention, by using a dielectric having a high relative dielectric constant for the ion generator, positive ions or negative ions can be applied even at a relatively weak applied voltage as compared with a conventional general dielectric. It can be confirmed that the generation concentration of can be significantly improved.
[0050]
It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0051]
【The invention's effect】
In the ion generator of the present invention, a strong electric field can be generated in the vicinity of the end face of the application electrode by using a dielectric having a high relative dielectric constant, so that positive ions or negative ions can be generated at a high concentration. . Therefore, it is possible to provide an ion generator that generates high-concentration ions while being small and inexpensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an air conditioner using an ion generator of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of an air conditioner using the ion generator of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing generated ion concentrations in Examples and Comparative Examples.
[Explanation of symbols]
11, 21 Air conditioner, 12, 22 Blower fan, 13, 23 Dielectric, 14, 24 Ground electrode, 15, 25 Applied electrode, 16, 26 Voltage applying means, 17, 27 Ion generator.
