JP2008293801A - 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】放電電極の寿命を長く保つとともに付着物によるイオン性能の低下を防止する。
【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を生じさせるものであって、誘導電極３００と、誘導電極３００との間でコロナ放電を生じさせる負イオン発生用の放電電極１００と正イオン発生用の放電電極２００とを備える。誘導電極３００には、負イオン発生用の放電電極１００に対応する負イオン用貫通孔と正イオン発生用の放電電極２００とに対応する正イオン用貫通孔とが設けられる。負イオン用貫通孔の径は正イオン用貫通孔の径よりも小さい。
【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を発生させるための、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７は、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７に示すように、従来のイオン発生装置は、リング状の誘導電極１０１０と、針状の先端を有する放電電極針１０２０とを有している。この放電電極針１０２０の先端が、放電電極針１０２０の前方に配置された平板リング状の誘導電極１０１０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

ところで、コロナ放電を利用したイオン発生装置では、使用する環境によっては放電電極の先端部の針先に塵埃などが付着し、放電電極と誘導電極間の電界が弱まりイオン性能が低下することがあるという課題がある。また、付着物によるイオン性能の低下を防止するために、放電電極と誘電電極との間に印加する電圧を高くすると、針の先端が放電により消耗しやすくなり放電電極の寿命が短くなるという課題がある。

しかしながら、これら２つの課題を上述の特許文献１に開示された技術では解決し得ない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、放電電極の寿命を長く保つとともに付着物によるイオン性能の低下を防止することができる、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。

第１の発明に係るイオン発生素子は、コロナ放電により正イオンと負イオンとを生じさせる。このイオン発生素子は、負イオン発生用の放電電極と、正イオン発生用の放電電極と、放電電極との間でコロナ放電を生じさせるための誘導電極とを含む。負イオン発生用の放電電極と誘導電極との距離が、正イオン発生用の放電電極と誘導電極との距離よりも小さくなるように配置されている。

第１の発明によると、負イオン発生用の放電電極と誘導電極との距離が、正イオン発生用の放電電極との距離よりも小さいので、塵埃が付着しやすい負イオン発生用の放電電極への電界が、正イオン発生用の放電電極への電界よりも強くなる。正イオン発生用の放電電極に顕著に見られる電極先端の針先の消耗は、放電電極の寿命を短くし、負イオン発生用の放電電極に顕著に見られる電極先端の針先への付着物は、電界を弱めてイオン性能を低下させる。しかしながら、塵埃が付着しやすい負イオン発生用の放電電極の針先に塵埃が付着しても、誘導電極との距離が短く電界が強いため、放電が弱まることがない。また、針先が消耗しやすい正イオン発生用の放電電極と誘導電極との距離は、負イオン発生用の放電電極と誘導電極との距離よりも遠くなり、針先が消耗しやすい正イオン発生用の放電電極への電界が弱くなる。これにより、針先が消耗しやすい正イオン発生用の放電電極の針先の消耗を回避することができ、寿命が短くなることを回避することができる。その結果、放電電極の寿命を長く保つとともに付着物によるイオン性能の低下を防止することができるイオン発生素子を提供することができる。

第２の発明に係るイオン発生素子においては、第１の発明の構成に加えて、誘導電極は、金属性の板状物であって、板状物は、放電電極の個数に対応した複数の貫通孔を有する。負イオン発生用の放電電極に対する貫通孔の径は、正イオン発生用の放電電極に対する貫通孔の径よりも小さいものである。

第２の発明によると、径が小さい貫通孔には負イオン発生用の放電電極が対応されて、径が大きい貫通孔には正イオン発生用の放電電極が対応される。このようにすると、負イオン発生用の放電電極と誘導電極との距離が、正イオン発生用の放電電極との距離よりも小さいので、塵埃が付着しやすい負イオン発生用の放電電極への電界が、正イオン発生用の放電電極への電界よりも強くできる。

第３の発明に係るイオン発生装置は、第１または第２の発明に係るイオン発生素子と、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含む。

第３の発明によると、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、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。

第４の発明に係る電気機器は、第３の発明に係るイオン発生装置と、イオン発生装置で生じた正イオンおよび負イオンを気流に乗せて機器外部に放出するための送風部とを含む。

第４の発明によると、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器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冷蔵室内または冷蔵室外にイオンを放出することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１〜３を参照して、本発明の実施の形態に係るイオン発生素子１０について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るイオン発生素子１０の構成を概略的に示す図である。このイオン発生素子１０は、負イオン発生用の放電電極１００と正イオン発生用の放電電極２００とを備えている。さらに、このイオン発生素子１０は、放電電極１００、２００との間でそれぞれコロナ放電を生じさせるための誘導電極３００を備えている。

放電電極１００および放電電極２００の先端部は、テーパ状に先鋭化した針状である。誘導電極３００は、金属板で形成されており、放電電極の個数に対応した数の円形状の貫通孔を有している。本実施の形態においては、放電電極の個数は負イオン発生用と正イオン発生用との各１本ずつであって、貫通孔の個数は２個である。

なお、放電電極１００と放電電極２００は、その針状の先端が、誘導電極３００の円形の各貫通孔の中心に位置するように配置されている。また、詳しくは後述するが、これらの貫通孔の径は異なる。

図１に示すように、イオン発生素子１０の誘導電極３００と負イオン発生用の放電電極１００および正イオン発生用の放電電極２００とには、高圧電線を介して高圧発生回路３００が接続されている。この高圧発生回路３００からの電力を用いて、誘導電極３００と負イオン発生用の放電電極１００および正イオン発生用の放電電極２００との間に高電圧を印加することにより、負イオン発生用の放電電極１００および正イオン発生用の放電電極２００の針状の先端部分にてコロナ放電が生じてイオンが発生する。このイオンは、このイオン発生素子１０の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等で生じた気流で放出される。

なお、負イオン発生用の放電電極１００は負高電圧生成回路１１０を介して高圧発生回路３００に高圧電線により接続されている。また、正イオン発生用の放電電極２００は正高電圧生成回路２１０を介して高圧発生回路３００に高圧電線により接続されている。

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）として表わされる。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）として表わされる。

正イオンおよび負イオンの両極性のイオンを放出するため、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。

図２は、図１に示したイオン発生素子１０を上面から見た図、図３は、図２に対応するイオン発生素子１０の断面図である。図２および図３に示すように、負イオン発生用の放電電極１００に対応する誘導電極３００の貫通孔の半径Ｄ（１）は、正イオン発生用の放電電極２００に対応する誘導電極３００の貫通孔の半径Ｄ（２）よりも小さい。これにより、負イオン発生用の放電電極１００と誘導電極３００との距離は、正イオン発生用の放電電極２００と誘導電極３００との距離よりも近くなる。

誘導電極３００と放電電極（負イオン発生用の放電電極１００および正イオン発生用の放電電極２００）との間に高電圧を印加すると、誘導電極３００と放電電極１００、２００と間に電界が発生し、主に誘導電極３００の貫通孔の円周から放電電極１００、２００の針先への電界の集中によりコロナ放電が生じる。電界の強さは、誘導電極３００と放電電極１００、２００への印加電圧（誘導電極と放電電力との電位差）、および、誘導電極と放電電極間との距離により決定されて、印加電圧が高いほど、また、距離が短いほど、電界が強くなる傾向を有する。

イオン発生素子１０の放電電極１００、２００は、放電によって針先が消耗したり、針先へ塵埃などの付着物が付着することがある。

ここで、針先の消耗は、主に正イオン発生用の放電電極２００に見られ、負イオン発生用の放電電極１００の消耗は、正イオン発生用の放電電極２００に比べて小さい。この消耗により、放電電極の寿命が短くなる。

一方、針先への付着物は、主に負イオン発生用の放電電極１００に見られ、正イオン発生用の放電電極２００の針先への付着物は、負イオン発生用の放電電極１００に比べて少ない。この付着物により、電界が弱まりイオン性能が低下する原因となることがある。

本発明の実施の形態に係るイオン発生素子１０は、負イオン発生用の放電電極１００に対応する誘導電極３００の貫通孔の半径Ｄ（１）が、正イオン発生用の放電電極２００に対応する誘導電極３００の貫通孔の半径Ｄ（２）よりも小さくなっている。負イオン発生用の放電電極１００と誘導電極３００との距離は、正イオン発生用の放電電極２００と誘導電極３００との距離よりも近くなる。

このため、塵埃が付着しやすい負イオン発生用の放電電極１００への電界が、正イオン発生用の放電電極２００への電界よりも強くなる。これにより、塵埃が付着しやすい負イオン発生用の放電電極１００の針先に塵埃が付着しても、距離が短く電界が強いため、放電が弱まることがない。

一方、針先が消耗しやすい正イオン発生用の放電電極２００と誘導電極３００との距離は、負イオン発生用の放電電極１００と誘導電極３００との距離よりも遠くなり、針先が消耗しやすい正イオン発生用の放電電極１００への電界が、負イオン発生用の放電電極１００への電界よりも弱くなる。これにより、針先が消耗しやすい正イオン発生用の放電電極１００の針先の消耗を回避することができ、寿命が短くなることを回避することができる。

すなわち、負イオン発生用の放電電極１００については、針先に塵埃が付着してもイオン性能の低下を防ぐことができる。正イオン発生用の放電電極２００については、針先の消耗を抑え、寿命を伸ばすことができる。

図４は、図１〜図３に示すイオン発生素子１０を用いたイオン発生装置２０００の機能ブロックを示す図である。イオン発生装置２０００は、たとえば、図１〜図３に示すイオン発生素子１０と、ケース１５００と、電源入力コネクタ２２００と、駆動回路２３００と、高電圧発生回路１０００と、正高電圧生成回路２１０と、負高電圧生成回路１１０とを有している。

電源入力コネクタ２２００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２２００を介して入力電圧を供給された駆動回路２３００は、高電圧発生回路１０００を駆動させることにより、入力電圧が昇圧させて高電圧が発生する。高電圧発生回路１０００は、誘導電極３００に電気的に接続されている。また、高電圧発生回路１０００は、正高電圧生成回路２１０を通じて、正イオン発生用の放電電極２００に正極性（誘導電極３００に対しての極性）の高電圧を印加する。また、高電圧発生回路１０００は、負高電圧生成回路１１０を通じて、負イオン発生用の放電電極１００に負極性（誘導電極３００に対しての極性）の高電圧を印加する。ケース１５００は、イオン発生素子１０、電源入力コネクタ２２００、駆動回路２３００、高電圧発生回路１０００、正高電圧生成回路２１０および負高電圧生成回路１１０を内部に収容している。電源入力コネクタ２２００は、外部の入力電源の供給を受けるため、ケース１５００の外部に露出している。

また、ケース１５００は、イオン発生素子１０の貫通孔に対向する壁部に孔を有している。これにより、イオン発生素子１０で生じたイオンがこの孔を通じてイオン発生装置２０００の外部へ放出される。

上記のイオン発生装置２０００においては、正イオン発生用の放電電極２００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、負イオン発生用の放電電極１００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。なお、印加する波形は、ここでは、特に限定されるものではない。たとえば、直流、正負にバイアスされた交流波形、正負にバイアスされたパルス波形などの高電圧がその一例である。

次に、上述のイオン発生装置２０００を用いた電気機器の一例として空気清浄機３０００について説明する。

図５は、図４に示すイオン発生装置２０００を用いた空気清浄機３０００の構成を概略的に示す斜視図である。図６は、図５に示す空気清浄機３０００にイオン発生装置２０００を配置した状態を示す空気清浄機３０００の分解図である。

図４および図５を参照して、空気清浄機３０００は、前面パネル３１００と本体３２００とを有している。本体３２００の後方上部には吹き出し口３３００が設けられており、この吹き出し口３３００からイオンを含む清浄な空気が室内に供給される。本体３２００の中心には空気取り入れ口３４００が形成されている。空気清浄機３０００の前面の空気取り入れ口３４００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３５００を通じて、吹き出し口３３００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３５００の一部に、図４に示すイオン発生装置２０００が取り付けられている。イオン発生装置２０００は、そのイオン発生部である貫通孔からイオンを上述した空気流に放出できるように配置されている。図６においては、イオン発生装置２０００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３３００に比較的近い位置としている。なお、比較的遠い位置などの位置であっても構わない。

このようにイオン発生装置２０００のイオン発生素子１０に送風を通過させることにより、吹き出し口３３００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３０００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３０００によれば、イオン発生装置２０００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い。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。

本発明の実施の形態に係るイオン発生素子の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係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に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態に係る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。 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６に示す空気清浄機にイオン発生装置を配置した状態を示す空気清浄機の分解図である。 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

１０ イオン発生素子、１００ 負イオン発生電極、１１０ 負高電圧生成回路、２００ 正イオン発生電極、２１０ 正高電圧生成回路、３００ 誘導電極、１０００ 高電圧発生回路、２０００ イオン発生装置、２１００ ケース、２２００ 電源入力コネクタ、２３００ 駆動回路、３０００ 空気清浄機、３１００ 前面パネル、３２００ 本体、３３００ 吹き出し口、３４００ 空気取り入れ口、３５００ ファン用ケーシング。

Claims (4)

1. コロナ放電により正イオンと負イオンとを生じさせるためのイオン発生素子であって、
   負イオン発生用の放電電極と、
   正イオン発生用の放電電極と、
   前記放電電極との間でコロナ放電を生じさせるための誘導電極とを含み、
   前記負イオン発生用の放電電極と前記誘導電極との距離が、前記正イオン発生用の放電電極と前記誘導電極との距離よりも小さくなるように配置された、イオン発生素子。
2. 前記誘導電極は、金属性の板状物であって、
   前記板状物は、前記放電電極の個数に対応した複数の貫通孔を有し、
   前記負イオン発生用の放電電極に対する貫通孔の径は、前記正イオン発生用の放電電極に対する貫通孔の径よりも小さい、請求項１に記載のイオン発生素子。
3. 請求項１または２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含む、イオン発生装置。
4. 請求項３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を気流に乗せて機器外部に放出するための送風部とを含む、電気機器。

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