JP2007305418A - イオン発生素子、イオン発生装置および電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】放電開始電圧の低下と放電電極の長寿命化とを両立することができるイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器を提供する。
【解決手段】イオン発生素子１０は、コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるものであって、誘導電極１と、その誘導電極１との間でコロナ放電を生じさせるための放電電極２とを備え、放電電極２は複数の針状電極２Ａ、２Ｂを有し、複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々の針状の先端の曲率半径Ｒ１、Ｒ２が互いに異なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン発生素子、イオン発生装置および電気機器に関し、特に、コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器に関するものである。

従来のイオン発生装置として、コロナ放電を利用したものがある。棒状ないし針状の放電電極と、板状の誘導電極とを対向して配置し、放電電極と誘導電極との間に高電圧を印加すると、電界の強い領域だけが局所的に絶縁破壊され、放電電極の針状の先端部に電離現象が起こり、イオンが発生する。

このコロナ放電現象を利用したイオン発生装置が実現されている。イオン発生装置として負イオンを発生させる電極構成の一例が特許文献１に開示されている。図１１は、上記特許文献１に記載された、コロナ放電を利用したイオン発生装置の構成を示す斜視図である。図１１を参照して、従来のイオン発生装置は、リング状の誘導電極１０１と、針状の先端を有する放電電極針１０２とを有している。この放電電極針１０２の先端が、放電電極針１０２の前方に配置された平板リング状の誘導電極１０１の中心軸と一致するように配置されている。
特開２００３−３０８９４７号公報

コロナ放電を利用したイオン発生装置では、放電電極針の先端の先鋭度を上げる程、電界が集中しやすくなり放電開始電圧が低くなって、イオンが発生しやすくなる。しかし、針の先端が放電により損耗しやすくなるため放電電極の寿命が短くなるという課題がある。また、放電電極針の先端の先鋭度を下げると放電による針先端の損耗は低減し、放電電極の寿命を伸ばすことができるが、電界が集中しにくくなるため、イオンが発生しにくくなるという課題があった。

また、誘導電極が放電電極針の先端部よりも前方に配置されているので、放電電極針の放電により発生したイオンのすべてが外部へ放出される訳ではなく、その一部は静電引力によって誘導電極に捕捉されてしまい、イオンの放出効率が悪いという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電開始電圧の低下と放電電極の長寿命化とを両立することができるイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器を提供することである。

また本発明の他の目的は、イオンの放出効率のよいイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器を提供することである。

本発明のイオン発生素子は、コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子であって、誘導電極と、その誘導電極との間でコロナ放電を生じさせるための放電電極とを備え、放電電極は複数の針状電極を有し、複数の針状電極の各々の針状の先端の曲率半径が互いに異なることを特徴とするものである。

本発明のイオン発生素子によれば、複数の針状電極の各々の針状の先端の曲率半径が互いに異なるため、一の針状電極の先端は曲率半径が小さく先鋭度が高くなっており、他の針状電極の先端は曲率半径が大きく先鋭度が小さくなっている。これにより、イオン発生当初は先鋭度の高い針状電極において電界が集中しやすくなるため放電開始電圧が低くなってイオンが発生しやすくなる。また、先鋭度の低い針状電極は先鋭度の高い針状電極針に比べて電界の集中が弱まるため、放電による針状の先端の損耗が少なくなる。そのため、先鋭度の高い針状電極の先端が放電によって損耗し放電が弱まったとしても、先鋭度の低い針状電極は損耗が少ないので、イオンを安定して発生させ続けることができ、放電電極の寿命を長くすることができる。

上記のイオン発生素子において好ましくは、複数の針状電極の各々と誘導電極との最短距離がすべて等しくなるように複数の針状電極と誘導電極とが配置されている。

このように複数の針状電極の各々と誘導電極との最短距離がすべて等しくなるように複数の針状電極と誘導電極とが配置されているので、放電電極と誘導電極との間の電界の集中度は針状電極の先端の尖鋭度にのみ依存するようになるため、上記理由により放電開始電圧が低下し、放電電極の寿命が長くなる。

上記のイオン発生素子において好ましくは、複数の針状電極の各々の針状の先端は、誘導電極の上面と下面との間に配置されている。

このように複数の針状電極の各々の針状の先端が誘導電極の上面と下面との間に配置されているので、発生したイオンが静電引力によって誘導電極に捕捉されることなく、効果的にイオン発生素子外の空間へ供給され得る。

本発明のイオン発生装置は、上記のイオン発生素子と、入力電圧を昇圧して誘導電極および放電電極に高電圧を印加するための高電圧発生回路部と、入力電圧を受けて高電圧発生回路部を駆動させる駆動回路部とを備えている。

本発明のイオン発生装置によれば、高電圧発生回路部が駆動回路部により駆動制御されることで誘導電極および放電電極に高電圧を印加するため、上記のイオン発生素子においてコロナ放電を生じさせてイオンを発生させることができる。

本発明の電気機器は、上記のイオン発生装置と、そのイオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを気流に乗せて送るための送風部とを備えている。

本発明の電気機器によれば、イオン発生装置で生じたイオンを送風部により気流に乗せて送ることができるため、たとえば空調機器において機外にイオンを放出することができ、また冷蔵機器において庫内または庫外にイオンを放出することができる。

以上説明したように本発明によれば、複数の針状電極の各々の針状の先端の曲率半径が互いに異なるため、イオン発生当初は先鋭度の高い針状電極において放電開始電圧が低くなることによりイオンが発生しやすくなるとともに、先鋭度の低い針状電極においてイオンを安定して発生させ続けることができ、放電開始電圧の低下と放電電極の長寿命化とを両立することができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の構成を概略的に示す斜視図および上面図である。また図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。図４は図３を一部を拡大して示す概略拡大断面図である。

図１〜図３を参照して、イオン発生素子１０は、誘導電極１と、放電電極２とを主に有している。誘導電極１は、たとえば平面形状が楕円形の貫通孔１ｂを有する金属平板である。放電電極２は針状の先端を有する針状電極を複数本（たとえば２本）有している。針状電極２Ａ、２Ｂの各々の針状の先端の曲率半径は互いに異なっている。具体的には、図４に示すように一方の針状電極２Ａの針状の先端では曲率半径Ｒ１が大きく先鋭度が小さくなっており、他方の針状電極２Ｂの針状の先端では曲率半径Ｒ２が小さく先鋭度が高くなっている。

たとえば針状電極２Ａ、２Ｂの材質としてステンレス鋼を用いた場合には、一方の針状電極２Ａの曲率半径Ｒ１はたとえば０．０５ｍｍであり、他方の針状電極２Ｂの曲率半径Ｒ２はたとえば０．０１ｍｍである。これにより、一方の針状電極２Ａの放電による損耗量を他方の針状電極２Ｂの放電による損耗量の半分程度にすることができる。したがって、針状電極２Ａの曲率半径Ｒ１を針状電極２Ｂの曲率半径Ｒ２の５倍程度とすることにより、針状電極２Ａ、２Ｂの針状先端の放電による損耗量の差が顕著になる。これにより、針状電極２Ｂにおいて電界が集中しやすくなるため放電開始電圧が低くなってイオンが発生しやすくなるとともに、針状電極２Ａにおいて放電による針状先端の損耗量が少なくなるためイオンを安定して発生させ続けることができ放電電極の寿命を長くすることができる。

図２に示すように複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々と誘導電極１の貫通孔１ｂの周縁部との最短距離ｄ１、ｄ２がすべて等しくなるように複数の針状電極２Ａ、２Ｂと誘導電極１とが配置されている。図３に示すように複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々の針状の先端は、貫通孔１ｂ内において、誘導電極１の上面と下面との間の高さ位置に配置されている。

図１に示すように、イオン発生素子１０の誘導電極１と放電電極２との各々に高圧電線を介して高圧発生回路３が接続されている。この高圧発生回路３により、誘導電極１と放電電極２との間に高電圧を印加することにより、放電電極２の針状の先端部分にてコロナ放電が生じイオンが生じる。このイオンは、このイオン発生素子１０外の空間へ放出された後、このイオン発生素子１０を搭載する電気機器のファン４で生じた気流で送られる。

このイオン発生素子１０で負イオンのみを発生させる場合には、高圧発生回路３から直流の負極性の高電圧が発生され、針状電極２Ａ、２Ｂの双方に負極性の高電圧が印加される。また、正イオンと負イオンとの両イオンを発生させる場合には、高圧発生回路３から交流の高電圧が発生され、針状電極２Ａ、２Ｂと誘導電極１との間に交流の高電圧が印加される。また針状電極２Ａ、２Ｂの一方の針状電極に負極性の高電圧が印加されて、他方の針状電極に正極性の高電圧が印加されるようにして負イオンと正イオンとの両イオンが発生するようにしてもよい。

ここで、正イオンは、水素イオン（Ｈ⁺）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）として表される。また負イオンは、酸素イオン（Ｏ₂ ^-）の周囲に複数の水分子が付随したクラスターイオンであり、Ｏ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）として表される。

また正イオンおよび負イオンの両極性のイオンを放出すれば、空気中の正イオンであるＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）と、負イオンであるＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）とを略同等量発生させることにより、両イオンが空気中を浮遊するカビ菌やウィルスの周りを取り囲み、その際に生成される活性種の水酸化ラジカル（・ＯＨ）の作用により、浮遊カビ菌などを除去することが可能となる。

本実施の形態によれば、複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々の針状の先端の曲率半径Ｒ１、Ｒ２が互いに異なるため、一の針状電極２Ｂの先端では曲率半径Ｒ２が小さく先鋭度が高くなっており、他の針状電極２Ａの先端では曲率半径Ｒ１が大きく先鋭度が小さくなっている。これにより、イオン発生当初は先鋭度の高い針状電極２Ｂにおいて電界が集中しやすくなるため放電開始電圧が低くなってイオンが発生しやすくなる。また、先鋭度の低い針状電極２Ａは先鋭度の高い針状電極２Ｂに比べて電界の集中が弱まるため、放電による針状の先端の損耗が少なくなる。そのため、先鋭度の高い針状電極２Ｂの先端が放電によって損耗し放電が弱まったとしても、先鋭度の低い針状電極２Ａは損耗が少ないので、イオンを安定して発生させ続けることができ、放電電極の寿命を長くすることができる。

また、複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々の針状の先端と誘導電極１に設けられた楕円形の貫通孔１ｂの周縁部との最短距離ｄ１、ｄ２がすべて等しくなるように複数の針状電極２Ａ、２Ｂと誘導電極１とが配置されている。これにより、放電電極２と誘導電極１との間の電界の集中度は針状電極２Ａ、２Ｂの先端の先鋭度にのみ依存するようになるため、上記理由によりイオンが発生しやすくなるとともに、放電電極２の寿命が長くなり、イオンを安定して発生させ続けることができる。

また、複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々の針状の先端は、誘導電極１に開けられた楕円形の貫通孔１ｂ内で、誘導電極１の上面と下面との間に配置されている。これにより、放電で発生したイオンが静電引力によって誘導電極１に捕捉されることなく、効果的に貫通孔１ｂを介してイオン発生素子１０外の空間へ供給され得る。

上記の実施の形態では、誘導電極１は楕円形の貫通孔１ｂの開いた金属平板であるが、これ以外に図５に示すように楕円形のリングであってもよく、あるいは図６に示すように棒状電極であってもよい。

図５および図６のいずれの形状の誘導電極を用いた場合においても、複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々と誘導電極１との最短距離ｄ１、ｄ２がすべて等しくなるように複数の針状電極２Ａ、２Ｂと誘導電極１とが配置されている。また複数の針状電極２Ａ、２Ｂの各々の針状の先端は、誘導電極１の上面と下面との間の高さ位置に配置されている。

なお図５および図６のいずれの構成も、上記以外の構成については、図１〜図３に示す構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

また上記の実施の形態においては、放電電極を構成する針状電極の本数が２本の場合について説明したが、３本以上であってもよい。

次に、上記のイオン発生素子を用いたイオン発生装置の構成として、イオン発生素子が、負イオンを発生する放電電極と正イオンを発生する放電電極とを有する構成について説明する。

図７は、図１〜図３に示すイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロックを示す図である。また図８は、図７に示すイオン発生装置の構成を概略的に示す斜視図である。

図７および図８を参照して、イオン発生装置２０は、たとえば、図１〜図３に示すイオン発生素子１０と、ケース２１と、電源入力コネクタ２２と、駆動回路２３と、高電圧発生回路２４と、正高電圧生成回路２５と、負高電圧生成回路２６とを有している。電源入力コネクタ２２は、入力電源としての直流電源や商用交流電源の供給を受ける。この電源入力コネクタ２２を介して入力電圧を供給された駆動回路２３は、高電圧発生回路２４を駆動させることにより入力電圧を昇圧させて高電圧を発生させる。高電圧発生回路２４の一端は誘導電極１に電気的に接続されている。また高電圧発生回路２４は、正高電圧生成回路２５を通じて、正イオンを発生させる針状の放電電極２（互いに先鋭度の異なる２つの針状電極２Ａ、２Ｂ）に誘導電極１に対し正極性の高電圧を印加し、また負高電圧生成回路２６を通じて、負イオンを発生させる針状の放電電極２（互いに先鋭度の異なる２つの針状電極２Ａ、２Ｂ）に誘導電極１に対し負極性の高電圧を印加する。なお正イオンを発生させる２つの針状電極２Ａ、２Ｂは１つの貫通孔１ｂ内に配置されており、また負イオンを発生させる２つの針状電極２Ａ、２Ｂは別の貫通孔１ｂ内に配置されている。

ケース２１は、イオン発生素子１０、電源入力コネクタ２２、駆動回路２３、高電圧発生回路２４、正高電圧生成回路２５および負高電圧生成回路２６を内部に収容している。電源入力コネクタ２２は、外部の入力電源の供給を受けるため、ケース２１の外部に露出している。

またケース２１は、イオン発生素子１０の貫通孔１ｂに対向する壁部に孔２１ａを有している。これにより、イオン発生素子１０で生じたイオンがこの孔２１ａを通じてイオン発生装置２０の外部へ放出される。上記のようにイオン発生素子１０の一方の放電電極２は正イオンを発生させるものであり、他方の放電電極２は負イオンを発生させるものであるため、ケースに設けられた一方の孔２１ａは正イオン発生部となり、他方の孔２１ａは負イオン発生部となる。

このイオン発生装置２０の厚みＴ４は、５ｍｍ以上８ｍｍ以下である。
上記のイオン発生装置においては、一方の放電電極２の先端では正コロナ放電を発生させて正イオンを発生させ、他方の放電電極２の先端では負コロナ放電を発生させて負イオンを発生させる。印加する波形はここでは、特に問わず、直流、正負にバイアスされた交流波形や正負にバイアスされたパルス波形などの高電圧とする。電圧値は放電を発生させるに十分かつ、所定のイオン種は生成させる電圧領域を選定する。

次に、上記のイオン発生装置を用いた電気機器の一例として空気清浄機の構成について説明する。

図９は、図７および図８に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。また図１０は、図９に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。

図９および図１０を参照して、空気清浄機３０は前面パネル３１と本体３２とを有している。本体３２の後方上部には吹き出し口３３が設けられており、この吹き出し口３３からイオンを含む清浄な空気が室内に供給される。本体３２の中心には空気取り入れ口３４が形成されている。空気清浄機３０の前面の空気取り入れ口３４から取り込まれた空気が、図示しないフィルターを通過することで清浄化される。清浄化された空気は、ファン用ケーシング３５を通じて、吹き出し口３３から外部へ供給される。

清浄化された空気の通過経路を形成するファン用ケーシング３５の一部に、図７および図８に示すイオン発生装置２０が取り付けられている。イオン発生装置２０は、そのイオン発生部となる孔２１ａからイオンを上記の空気流に放出できるように配置されている。イオン発生装置２０の配置の例として、空気の通過経路内であって、吹き出し口３３に比較的近い位置Ｐ１、比較的遠い位置Ｐ２などの位置が考えられる。このようにイオン発生装置２０のイオン発生部２１ａに送風を通過させることにより、吹き出し口３３から清浄な空気とともに外部にイオンを供給するイオン発生機能を空気清浄機３０に持たせることが可能になる。

本実施の形態の空気清浄機３０によれば、イオン発生装置２０で生じたイオンを送風部（空気の通過経路）により気流に乗せて送ることができるため、機外にイオンを放出することができる。

なお本実施の形態においては電気機器の一例として空気清浄機について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電気機器は、これ以外に空気調和機（エアコンディショナー）、冷蔵機器、掃除機、加湿器、除湿機、電気ファンヒータなどであってもよく、イオンを気流に乗せて送るための送風部を有する電気機器であればよい。

今回開示された実施の形態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。

本発明は、コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子、イオン発生装置および電気機器に特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施の形態におけるイオン発生素子の構成を概略的に示す上面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。 図３を一部を拡大して示す概略拡大断面図である。 誘導電極として楕円形のリングを用いた場合のイオン発生素子の構成を概略的に示す斜視図である。 誘導電極として棒状電極を用いた場合のイオン発生素子の構成を概略的に示す斜視図である。 図１〜図３に示すイオン発生素子を用いたイオン発生装置の機能ブロックを示す図である。 図７に示すイオン発生装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図７および図８に示すイオン発生装置を用いた空気清浄機の構成を概略的に示す斜視図である。 図９に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した様子を示す空気清浄機の分解図である。 特許文献１に記載された、コロナ放電を利用したイオン発生装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 誘導電極、１ｂ 貫通孔、２ 放電電極、２Ａ，２Ｂ 針状電極、３ 高圧発生回路、４ ファン、１０ イオン発生素子、２０ イオン発生装置、２１ ケース、２１ａ イオン発生部（孔）、２２ 電源入力コネクタ、２３ 駆動回路、２４ 高電圧発生回路、２５ 正高電圧生成回路、２６ 負高電圧生成回路、３０ 空気清浄機、３１ 前面パネル、３２ 本体、３３ 吹き出し口、３４ 空気取り入れ口、３５ ファン用ケーシング。

Claims (5)

1. コロナ放電により正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのイオン発生素子であって、
   誘導電極と、
   前記誘導電極との間でコロナ放電を生じさせるための放電電極とを備え、
   前記放電電極は複数の針状電極を有し、前記複数の針状電極の各々の針状の先端の曲率半径が互いに異なることを特徴とする、イオン発生素子。
2. 前記複数の針状電極の各々と前記誘導電極との最短距離がすべて等しくなるように前記複数の針状電極と前記誘導電極とが配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン発生素子。
3. 前記複数の針状電極の各々の針状の先端は、前記誘導電極の上面と下面との間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のイオン発生素子。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の前記イオン発生素子と、
   入力電圧を昇圧して前記誘導電極および前記放電電極に高電圧を印加するための高電圧発生回路部と、
   前記入力電圧を受けて前記高電圧発生回路部を駆動させる駆動回路部とを備えた、イオン発生装置。
5. 請求項４に記載の前記イオン発生装置と、
   前記イオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを気流に乗せて送るための送風部とを備えた、電気機器。

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