JP2009135002A - Ion generation device, and electric equipment using it - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はイオン発生装置およびそれを用いた電気機器に関し、特に、プラスイオンとマイナスイオンを空間に放出して、空気中に浮遊する細菌やカビ菌、有害物質などを分解するイオン発生装置およびそれを用いた電気機器に関する。 The present invention relates to an ion generator and an electric device using the same, and more particularly, an ion generator that releases positive ions and negative ions into a space and decomposes bacteria, fungi, harmful substances, etc. floating in the air. The present invention relates to an electric device using the.
従来より、プラスイオンとマイナスイオンの両方を発生するイオン発生装置が知られている(たとえば特許文献1,2参照)。空気中に放出された両極性のイオンは、空気中の浮遊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水酸基ラジカル(・OH)によって浮遊カビ菌などを不活性化させる。
しかし、従来のイオン発生装置では、イオン発生効率が低いという問題があった。イオン発生装置のイオン発生量を増加させる方法としては、放電強度を高めたり、放電回数を増やす方法が考えられる。しかし、図13に示すように、放電強度を高めたり、放電回数を増やしても、ある領域から放電部周辺でのイオンの再結合の影響が大きくなり、イオンがほとんど増加しなくなる一方、放電によって発生するオゾンや騒音は放電の強さや回数に比例して増大する。 However, the conventional ion generator has a problem that the ion generation efficiency is low. As a method of increasing the ion generation amount of the ion generator, a method of increasing the discharge intensity or increasing the number of discharges can be considered. However, as shown in FIG. 13, even if the discharge intensity is increased or the number of discharges is increased, the effect of recombination of ions from a certain region around the discharge portion increases, and the ions hardly increase. The generated ozone and noise increase in proportion to the intensity and number of discharges.
それゆえに、この発明の主たる目的は、イオン発生効率が高いイオン発生装置およびそれを用いた電気機器を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide an ion generator having high ion generation efficiency and an electric device using the same.
この発明に係るイオン発生装置は、誘電体部の表面に設けられた放電電極と該放電電極に対向して誘電体部の内部に設けられた誘導電極とを含むイオン発生素子と、放電電極および誘電電極間に交流電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路とを備えたものである。この電圧印加回路は、互いに逆極性に電磁結合された1次巻線および2次巻線を有する昇圧トランスを含み、2次巻線の高電圧側端子は放電電極に接続され、その基準電圧側端子は誘電電極に接続されていることを特徴とする。 An ion generating apparatus according to the present invention includes an ion generating element including a discharge electrode provided on a surface of a dielectric part and an induction electrode provided inside the dielectric part so as to face the discharge electrode, a discharge electrode, A voltage application circuit for generating an ion by applying an AC voltage between the dielectric electrodes. The voltage application circuit includes a step-up transformer having a primary winding and a secondary winding that are electromagnetically coupled to each other in opposite polarities, and a high-voltage side terminal of the secondary winding is connected to the discharge electrode, and the reference voltage side The terminal is connected to the dielectric electrode.
好ましくは、昇圧トランスは円筒状のボビンを含む。1次巻線はボビンの外周面の一方端側から他方端側に向かって巻き回され、2次巻線はボビンの外周面の他方端側から一方端側に向かって巻き回されている。また、1次巻線の高電圧側端子は1次巻線の巻き始めの端部に設けられ、2次巻線の高電圧側端子は2次巻線の巻き始めの端部に設けられている。 Preferably, the step-up transformer includes a cylindrical bobbin. The primary winding is wound from one end side to the other end side of the outer peripheral surface of the bobbin, and the secondary winding is wound from the other end side to the one end side of the outer peripheral surface of the bobbin. The high-voltage side terminal of the primary winding is provided at the winding start end of the primary winding, and the high-voltage side terminal of the secondary winding is provided at the winding start end of the secondary winding. Yes.
また、この発明に係る他のイオン発生装置は、各々が、誘電体部の表面に設けられ放電電極と該放電電極に対向して誘電体部の内部に設けられた誘導電極とを含む第1および第2のイオン発生素子と、第1および第2のイオン発生素子の各々の放電電極および誘電電極間に交流電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路とを備えたものである。この電圧印加回路は、そのカソードが第1のイオン発生素子の放電電極に接続され、そのアノードが基準電位を受ける第1のダイオード素子と、そのアノードが第2のイオン発生素子の放電電極に接続され、そのカソードが基準電位を受ける第2のダイオード素子と、各々が、互いに逆極性に電磁結合された1次巻線および2次巻線を有する第1および第2の昇圧トランスとを含み、第1の昇圧トランスの2次巻線の高電圧側端子は第1のイオン発生素子の放電電極に接続され、その基準電圧側端子は第1のイオン発生素子の誘電電極に接続され、第2の昇圧トランスの2次巻線の高電圧側端子は第2のイオン発生素子の放電電極に接続され、その基準電圧側端子は第2のイオン発生素子の誘電電極に接続されていることを特徴とする。 In another ion generator according to the present invention, each includes a discharge electrode provided on the surface of the dielectric portion and an induction electrode provided inside the dielectric portion so as to face the discharge electrode. And a second ion generation element, and a voltage application circuit for generating an ion by applying an alternating voltage between the discharge electrode and the dielectric electrode of each of the first and second ion generation elements. In this voltage application circuit, the cathode is connected to the discharge electrode of the first ion generating element, the anode is connected to the discharge electrode of the second ion generating element, and the anode is connected to the discharge electrode of the second ion generating element. A second diode element whose cathode receives a reference potential, and first and second step-up transformers each having a primary winding and a secondary winding electromagnetically coupled in opposite polarities to each other, The high voltage side terminal of the secondary winding of the first step-up transformer is connected to the discharge electrode of the first ion generating element, the reference voltage side terminal is connected to the dielectric electrode of the first ion generating element, The high voltage side terminal of the secondary winding of the step-up transformer is connected to the discharge electrode of the second ion generating element, and the reference voltage side terminal is connected to the dielectric electrode of the second ion generating element. And
好ましくは、第1および第2の昇圧トランスの各々は円筒状のボビンを含む。第1および第2の昇圧トランスの各々の1次巻線はボビンの外周面の一方端側から他方端側に向かって巻き回され、2次巻線はボビンの外周面の他方端側から一方端側に向かって巻き回されている。また、1次巻線の高電圧側端子は1次巻線の巻き始めの端部に設けられ、2次巻線の高電圧側端子は2次巻線の巻き始めの端部に設けられている。 Preferably, each of the first and second step-up transformers includes a cylindrical bobbin. The primary winding of each of the first and second step-up transformers is wound from one end side of the outer peripheral surface of the bobbin toward the other end side, and the secondary winding is one from the other end side of the outer peripheral surface of the bobbin. It is wound toward the end side. The high-voltage side terminal of the primary winding is provided at the winding start end of the primary winding, and the high-voltage side terminal of the secondary winding is provided at the winding start end of the secondary winding. Yes.
また好ましくは、第1および第2のイオン発生素子の放電電極は同じ誘電体部の同じ表面に離間して設けられ、第1および第2のイオン発生素子の誘電電極は同じ誘電体の内部に第1および第2のイオン発生素子の放電電極に対向して設けられている。 Preferably, the discharge electrodes of the first and second ion generating elements are provided apart from each other on the same surface of the same dielectric part, and the dielectric electrodes of the first and second ion generating elements are disposed inside the same dielectric. It is provided facing the discharge electrodes of the first and second ion generating elements.
また、この発明に係る電気機器は、上記イオン発生装置と、そのイオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送出手段とを備えたことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided an electrical apparatus including the above-described ion generator and a sending unit that sends out ions generated by the ion generator into the air.
この発明に係るイオン発生装置および電気機器では、イオン発生素子の放電電極および誘電電極間に交流電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路を備え、この電圧印加回路は、互いに逆極性に電磁結合された1次巻線および2次巻線を有する昇圧トランスを含み、2次巻線の高電圧側端子は放電電極に接続され、その基準電圧側端子は誘電電極に接続されている。したがって、放電電極の対地電位を容易に高めることができ、放電部周辺でのイオンの再結合を抑制することができる。よって、印加電圧や放電回数を増加させた場合においても、イオンを効率良く発生することができる。 The ion generator and the electrical apparatus according to the present invention include a voltage application circuit that generates an ion by applying an AC voltage between the discharge electrode and the dielectric electrode of the ion generation element. It includes a step-up transformer having a coupled primary winding and secondary winding, the high voltage side terminal of the secondary winding being connected to the discharge electrode, and the reference voltage side terminal being connected to the dielectric electrode. Therefore, the ground potential of the discharge electrode can be easily increased, and recombination of ions around the discharge portion can be suppressed. Therefore, even when the applied voltage and the number of discharges are increased, ions can be generated efficiently.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるイオン発生装置の構成を示す回路図である。図1において、このイオン発生装置は、交流電源1に接続される電圧印加回路2と、電圧印加回路2の出力電圧によって駆動されるイオン発生素子9とを備える。交流電源1は、たとえば商用交流電源である。なお、日本では、商用交流電源に接続されたコンセントの2つの端子のうちの一方の端子は接地されている。
[Embodiment 1]
1 is a circuit diagram showing a configuration of an ion generator according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the ion generator includes a
電圧印加回路2は、入力抵抗素子3、整流ダイオード4、トランス駆動用スイッチング素子5、コンデンサ6、フライホイールダイオード7、および昇圧トランス8を含む。入力抵抗素子3、整流ダイオード4、コンデンサ6、およびフライホイールダイオード7は、交流電源1の出力端子1aと接地端子1bとの間に直列接続される。トランス駆動用スイッチング素子5は、無ゲート2端子サイリスタで構成され、整流ダイオード4のカソードと接地端子1bとの間に接続される。
The
昇圧トランス8は、互いに逆極性に電磁結合された1次巻線8aおよび2次巻線8bを含む。1次巻線8aの高電圧側端子(図1中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、フライホイールダイオード7のアノードおよびカソードにそれぞれ接続される。2次巻線8bの高電圧側端子(図1中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、イオン発生素子9の放電電極側端子9aおよび誘電電極側端子9bにそれぞれ接続される。
Step-up
図2は、昇圧トランス8の構成を示す断面図である。図2において、昇圧トランス8は、円筒状のボビン10と、ボビン10内に挿入されたコア11と、1次巻線8aおよび2次巻線8bとを含む。ボビン10の外周面には、3つのリング状の凸部10a,10b,10cが順に設けられている。凸部10a,10b間の距離は凸部10b,10c間の距離よりも小さく設定されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the step-
1次巻線8aは凸部10a側から凸部10b側に向けてボビン10の外周面に所定の回転方向に巻き回され、2次巻線8bは凸部10c側から凸部10b側に向けてボビン10の外周面に所定の回転方向に巻き回されている。したがって、1次巻線8aと2次巻線8bは逆方向に巻き回され、逆極性で電磁結合されている。1次巻線8aの凸部10a側の端子は高電圧側端子THa(図1中のドットが付された端子)とされ、凸部10b側の端子は基準電圧側端子TLaとされる。2次巻線8bの凸部10c側の端子は高電圧側端子THb(図1中のドットが付された端子)とされ、凸部10b側の端子は基準電圧側端子TLbとされる。
The
図3は、イオン発生素子9の構成を示す断面図である。図3において、イオン発生素子9は、積層された2枚の誘電体基板12,13を含む。誘電体基板12の表面には誘電電極14および接続端子15が一体的に形成され、誘電体基板12の裏面には誘電電極側端子9bが形成され、接続端子15と誘電電極側端子9bは誘電体基板12を貫通するスルーホール16を介して互いに接続されている。したがって、誘電電極側端子9bと誘電電極17は電気的に接続されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the
また、誘電体基板13の表面には放電電極17および接続端子18が一体的に形成され、誘電体基板12の裏面には放電電極側端子9aが形成され、接続端子18と放電電極側端子9aは2枚の誘電体基板12,13を貫通するスルーホール19を介して互いに接続されている。したがって、放電電極側端子9aと放電電極17は電気的に接続されている。誘電電極14と放電電極17は、互いに対向して平行に配置されている。放電電極17および接続端子18が形成された誘電体基板13の表面全体は、コーティング層20で覆われている。
Further, the
誘電体基板12,13の積層体である誘電体部21は、たとえば、縦15mm、横37mm、厚み0.45mmの略直方体状に形成されている。誘電体基板12,13の材料として無機物を選択するのであれば、高純度アルミナ、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイトなどのセラミックを使用することができる。また、誘電体基板12,13の材料として有機物を選択するのであれば、耐酸化性に優れたポリイミドやガラスエポキシなどの樹脂が好適である。ただし、耐食性を考慮すると、誘電体基板12,13の材料として無機物を選択する方が望ましく、さらに、成形性や後述する電極形成の容易性を考慮すれば、セラミックを用いて成形するのが好適である。
The
また、放電電極17と誘導電極14の間の絶縁抵抗は均一であることが望ましいため、誘電体基板12,13の材料としては、密度ばらつきが少なく、その絶縁率が均一であるものほど好適である。
In addition, since it is desirable that the insulation resistance between the
また、誘電体部21の形状は、略直方体状以外の形状(たとえば、円板状や楕円板状、多角形板状など)であってもよく、さらには円柱状であってもよいが、生産性を考えると、本実施の形態1のように略直方体状(円板状および平板状を含む)とするのが好適である。
In addition, the shape of the
放電電極17は、誘電体基板12の表面に該誘電体基板12と一体的に形成されている。放電電極17の材料としては、たとえばタングステンのように、導電性を有するものであれば、特に制限なく使用することができるが、放電エネルギーによって溶融あるいは変形を起こさないことが条件となる。
The
また、誘導電極14は、誘電体基板13を挟んで、放電電極17と平行に設けられている。このような配置とすることにより、放電電極17と誘導電極13の距離(以下、電極間距離と呼ぶ)を一定にすることができるので、両電極17,13間の絶縁抵抗を均一化して放電状態を安定させ、プラスイオンおよびマイナスイオンを好適に発生させることが可能となる。なお、誘電体部を円柱状とした場合には、放電電極17を円柱状の誘電体部の外周面に設けるとともに、誘導電極14を誘電体部の内部に放電電極17と同軸状に設けることによって、電極間距離を一定とすることができる。
The
誘導電極14の材料としては、放電電極17と同様、たとえばタングステンのように、導電性を有するものであれば、特に制限なく使用することができるが、放電エネルギーによって溶融あるいは変形を起こさないことが条件となる。
As the material of the
放電電極側端子9aは放電電極17に電気的に接続されているので、放電電極側端子9aにリード線(銅線やアルミ線など)の一端を接続し、該リード線の他端を昇圧トランス8の2次巻線8bに接続することにより、放電電極17と昇圧トランス8の2次巻線8bとを電気的に接続することができる。
Since the discharge
また、誘導電極側端子9bは誘導電極14に電気的に接続されているので、誘導電極側端子9bにリード線(銅線やアルミ線など)の一端を接続し、該リード線の他端を昇圧トランス8の2次巻線8bに接続することにより、誘導電極14と昇圧トランス8の2次巻線8bとを電気的に接続することができる。
Since the induction
また、放電電極側端子9aと誘導電極側端子9bは、誘電体部21の表面であって放電電極17が設けられた面以外の面に設けることが望ましい。このような構成であれば、誘電体部21の上面に不要なリード線などが配設されないので、図1に示すイオン発生装置とそのイオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送風ファン(図示せず)とを搭載した電気機器において、送風ファンからの空気流が乱れにくくなり、プラスイオンとマイナスイオンの中和を低減することができる。このため、イオン発生素子9では、放電電極17が誘電体部21の上面に設けられ、放電電極側端子9aと誘導電極側端子9bは誘電体部21の下面に設けられている。
Further, it is desirable that the discharge
なお、イオン発生素子9において、放電電極17は鋭角部(図示せず)を持ち、その部分で電界を集中させ、局部的に放電を起こす構成としている。また、放電電極17と誘導電極14の形状は相似形であり、それらの大きさは略同一である。
In the
次に、図1〜図3で示したイオン発生装置の動作について説明する。交流電源1の出力電圧により、入力抵抗素子3および整流ダイオード4を介してコンデンサ6が充電される。そして、コンデンサ6の端子間電圧が規定電圧以上になると、トランス駆動用スイッチング素子5がオンして、コンデンサ6の端子間電圧が昇圧トランス8の1次側巻線8aに印加される。その直後、コンデンサ6に充電された電荷は、1次側巻線8aおよびトランス駆動用スイッチング素子5を介して放電され、コンデンサ6の端子間電圧はゼロに戻り、再びコンデンサ6が充電され、規定周期で充放電が繰り返される。また、トランス駆動用スイッチング素子5がオンされると、昇圧トランス8の1次巻線8a側のエネルギーが昇圧トランス8の2次巻線8bに伝達され、2次巻線8bの端子間にインパルス波形の交番電圧が印加される。これにより、イオン発生素子8の放電電極17および誘電電極14間で放電が生じ、イオンが発生する。
Next, the operation of the ion generator shown in FIGS. 1 to 3 will be described. The
すなわち、放電電極17および誘電電極14間で放電が生じると、空気中の酸素分子ないしは水分子が放電によって生成された電子からエネルギーを受けてイオン化し、プラスイオンであるH+(H2O)mと、マイナスイオンであるO2 −(H2O)nとを主体としたイオンが発生する。これらのイオンをファンなどにより空間に放出させると、H+(H2O)mおよびO2 −(H2O)nは、浮遊菌の表面に付着し、化学反応して活性種であるH2O2または(・OH)を生成する。H2O2または(・OH)は、極めて強力な活性を示すため、これらにより、空気中の浮遊細菌を取り囲んで不活性化させることができる。ここで、(・OH)は活性種の1種であり、ラジカルのOHを示している。
That is, when a discharge is generated between the
また、活性種である過酸化水素H2O2または水酸基ラジカル(・OH)は、有害物質を酸化もしくは分解して、ホルムアルデヒドやアンモニアなどの化学物質を、二酸化炭素や、水、窒素などの無害な物質に変換することにより、実質的に無害化することが可能である。 In addition, hydrogen peroxide H 2 O 2 or hydroxyl radical (.OH), which is an active species, oxidizes or decomposes harmful substances and converts chemical substances such as formaldehyde and ammonia into harmless substances such as carbon dioxide, water, and nitrogen. By converting it to a new material, it can be made substantially harmless.
したがって、図4に示すように、図1に示すイオン発生装置と送風ファン22を電気機器に搭載し、送風ファン22を駆動することにより、イオン発生素子9で発生したプラスイオンとマイナスイオンを本体外に送り出すことができる。そして、これらのプラスイオンとマイナスイオンの作用により空気中のカビや菌を不活性化させ、それらの増殖を抑制することができる。
Therefore, as shown in FIG. 4, the ion generator and the
その他、プラスイオンとマイナスイオンには、コクサッキーウィルス、ポリオウィルス、などのウィルス類も不活性化させる働きがあり、これらのウィルスの混入による汚染を防止することができる。 In addition, positive ions and negative ions have a function to inactivate viruses such as Coxsackie virus and polio virus, and can prevent contamination due to mixing of these viruses.
図5は、この実施の形態1の比較例を示す回路図であって、図1と対比される図である。図5において、このイオン発生装置が実施の形態1のイオン発生装置と異なる点は、電圧印加回路2が電圧印加回路23で置換されている点であり、電圧印加回路23は電圧印加回路2の昇圧トランス8を昇圧トランス24で置換したものである。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a comparative example of the first embodiment, which is compared with FIG. In FIG. 5, the ion generator differs from the ion generator of Embodiment 1 in that the
昇圧トランス24は、互いに同極性に電磁結合された1次巻線24aおよび2次巻線24bを含む。1次巻線24aの高電圧側端子(図5中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、フライホイールダイオード7のアノードおよびカソードにそれぞれ接続される。2次巻線24bの高電圧側端子(図5中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、イオン発生素子9の誘電電極側端子9bおよび放電電極側端子9aにそれぞれ接続される。
Step-up
図6は、昇圧トランス24の構成を示す断面図である。図6において、昇圧トランス24は、円筒状のボビン10と、ボビン10内に挿入されたコア11と、1次巻線24aおよび2次巻線24bとを含む。ボビン10の外周面には、3つのリング状の凸部10a,10b,10cが順に設けられている。凸部10a,10b間の距離は凸部10b,10c間の距離よりも小さく設定されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the step-up
1次巻線24aは凸部10a側から凸部10b側に向けてボビン10の外周面に所定の回転方向に巻き回され、2次巻線24bは凸部10b側から凸部10c側に向けてボビン10の外周面に所定の回転方向に巻き回されている。したがって、1次巻線24aと2次巻線24bは同方向に巻き回され、同極性で電磁結合されている。1次巻線24aの凸部10a側の端子は高電圧側端子THa(図5中のドットが付された端子)とされ、凸部10b側の端子は基準電圧側端子TLaとされる。2次巻線24bの凸部10b側の端子は高電圧側端子THb(図5中のドットが付された端子)とされ、凸部10c側の端子は基準電圧側端子TLbとされる。このイオン発生装置の他の構成および動作は、実施の形態1のイオン発生装置と同じであるので、その説明は繰り返さない。
The primary winding 24a is wound around the outer peripheral surface of the
図7(a)〜(c)は、図5に示した比較例によるイオン発生装置における放電電極17および誘電電極14間の電圧Vcと、誘電電極14および接地端子1b間の電圧Vbと、放電電極17および接地端子1b間の電圧Vaを示す波形図である。また、図7(d)〜(f)は、図1に示した本願発明のイオン発生装置における放電電極17および誘電電極14間の電圧Vcと、誘電電極14および接地端子1b間の電圧Vbと、放電電極17および接地端子1b間の電圧Vaを示す波形図である。
7A to 7C show the voltage Vc between the
図7(a)〜(f)において、イオン発生素子9の放電電極17および誘電電極14間に交流電圧Vcを印加すると、放電が起こり、交流電圧の振幅は徐々に小さくなる。交流電圧Vcの振幅の最大値は、比較例では4.24kVであり、本願発明では4.25Vであり、比較例と本願発明で略同じであった。
7A to 7F, when an AC voltage Vc is applied between the
しかし、交流電圧Vbの振幅の最大値は、比較例では1.59kVであり、本願発明では1.14Vであり、本願発明の方が比較例よりも小さかった。また、交流電圧Vaの振幅の最大値は、比較例では1.82kVであり、本願発明では2.29kVであり、本願発明の方が比較例よりも大きかった。したがって、イオン発生素子9の放電電極17および誘電電極14間に同じ交流電圧Vcを印加した場合でも、本願発明では比較例よりもかなり大きな電圧Vaを放電電極17に印加できることが分かった。
However, the maximum value of the amplitude of the AC voltage Vb is 1.59 kV in the comparative example and 1.14 V in the present invention, and the present invention is smaller than the comparative example. Moreover, the maximum value of the amplitude of the AC voltage Va is 1.82 kV in the comparative example, and 2.29 kV in the present invention, and the present invention is larger than the comparative example. Therefore, it has been found that even when the same AC voltage Vc is applied between the
本願発明では、図2で示したように、昇圧トランス8の2次巻線8bの巻き始めの高電圧側端子THbと1次巻線8aとの間の距離が大きく、それらの間の結合容量値が比較的小さい。これに対して比較例では、図5で示したように、昇圧トランス24の2次巻線24bの巻き始めの高電圧側端子THbと1次巻線24aとの間の距離が小さく、それらの間の結合容量値が比較的大きい。本願発明の放電電極17の電圧Vaが比較例の放電電極17の電圧Vaよりも高いのは、昇圧トランス8の2次巻線8bの高電圧側端子THbと1次巻線8aとの結合容量値が昇圧トランス24の2次巻線24bの高電圧側端子THbと1次巻線24aとの間の結合容量値よりも小さいからと考えられる。結合容量値が小さいと、昇圧トランス8の2次巻線8bの負荷容量値(結合容量値とイオン発生素子9の電極14,17間容量値との和)が小さくなり、昇圧トランス8の出力電圧が大きくなる。
In the present invention, as shown in FIG. 2, the distance between the high voltage side terminal THb at the start of the secondary winding 8b of the step-up
また、図8は、イオン発生素子9の放電強度(または放電回数)とイオン発生量との関係を示す図である。なお、イオン発生素子9の放電強度は、イオン発生素子9の放電電極17および誘電電極14間の交流電圧Vcに応じて増大する。図8において、イオン発生素子9の放電強度(または放電回数)を上げて行くと、比較例では放電強度(または放電回数)が比較的低いレベルでイオン発生量が飽和するが、本願発明では飽和し難いことが分かった。放電回数などの条件が同じであれば放電電極17の電圧Vaが高い方がイオンの放出効率が高くなるので、放電強度を増加させた場合、本願発明のイオン発生量は比較例のイオン発生量よりも飽和し難くなる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the discharge intensity (or the number of discharges) of the
したがって、本実施の形態1のイオン発生装置によれば、容易に放電電極17の対地電位を増加させることが可能となり、放電部周辺でのイオンの再結合によるイオン放出効率の低減を防止し、印加電圧や放電回数を増加させた場合においてもイオンを効率よく放出させることが可能となる。
Therefore, according to the ion generator of the first embodiment, it is possible to easily increase the ground potential of the
[実施の形態2]
図9は、この発明の実施の形態2によるイオン発生装置の構成を示す回路図であって、図1と対比される図である。図9において、このイオン発生装置が図1のイオン発生装置と異なる点は、電圧印加回路2が電圧印加回路30で置換され、イオン発生素子35が追加されている点である。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of an ion generating apparatus according to
電圧印加回路30は、電圧印加回路2にフライホイールダイオード31、昇圧トランス32、およびダイオード33,34を追加したものである。フライホイールダイオード31のアノードはコンデンサ6を介して整流ダイオード4のカソードに接続され、フライホイールダイオード31のカソードはフライホイールダイオード7のアノードに接続される。
The
昇圧トランス32は、昇圧トランス8と同じ構成であり、互いに逆極性に電磁結合された1次巻線32aおよび2次巻線32bを含む。1次巻線32aの高電圧側端子(図9中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、フライホイールダイオード31のカソードおよびアノードにそれぞれ接続される。2次巻線32bの高電圧側端子(図9中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、イオン発生素子35の放電電極側端子35aおよび誘電電極側端子35bにそれぞれ接続される。なお、イオン発生素子35の放電電極側端子35aおよび誘電電極側端子35b間に印加される電圧の極性は、イオン発生素子9の放電電極側端子9aおよび誘電電極側端子9b間に印加される電圧の極性と逆になっている。
The step-up
ダイオード33のアノードはイオン発生素子9の放電電極側端子9aに接続され、そのカソードは接地端子1bに接続される。ダイオード34のアノードは接地端子1bに接続され、そのカソードはイオン発生素子35の放電電極側端子35aに接続される。
The anode of the
イオン発生素子35は、図10に示すように、イオン発生素子9と同じ誘電体部21に設けられている。すなわち、イオン発生素子35は、誘電体基板12の表面に形成された誘電電極36および接続端子37を含む。誘電電極36および接続端子37間は導通している。接続端子37は、誘電体基板12を貫通するスルーホール38を介して、誘電体基板12の裏面に形成された誘電電極側端子35bに接続されている。したがって、誘電電極側端子35bと誘電電極36は電気的に接続されている。
As shown in FIG. 10, the
また、イオン発生素子35は、誘電体基板13の表面に形成された放電電極39および接続端子40を含む。接続端子40は、誘電体基板12,13を貫通するスルーホール41を介して、誘電体基板12の裏面に形成された放電電極側端子35aに接続されている。したがって、放電電極側端子35aと放電電極39は電気的に接続されている。誘電電極36と放電電極39は、互いに対向して配置されている。放電電極17,39および接続端子18,40が形成された誘電体基板13の表面全体は、コーティング層20で覆われている。
The
また、イオン発生素子9と35は、誘電体基板12,13の中心を通り、かつ誘電体基板12,13に垂直な面を中心として面対称に形成されている。すなわち、誘電電極側端子9b,35bは隣接して配置され、放電電極側端子9a,35aは誘電電極側端子9b,35bの両側に配置されている。したがって、放電電極側端子9a,35a間の距離を大きくすることができ、それらの間の結合容量値を小さくすることができる。
Further, the
次に、図9および図10で示したイオン発生装置の動作について説明する。交流電源1の出力電圧により、入力抵抗素子3および整流ダイオード4を介してコンデンサ6が充電される。そして、コンデンサ6の端子間電圧が規定電圧以上になると、トランス駆動用スイッチング素子5がオンして、コンデンサ6の端子間電圧が昇圧トランス8,32の1次側巻線8a,32aに印加される。その直後、コンデンサ6に充電された電荷は、1次側巻線8a,32aおよびトランス駆動用スイッチング素子5を介して放電され、コンデンサ6の端子間電圧はゼロに戻り、再びコンデンサ6が充電され、規定周期で充放電が繰り返される。また、トランス駆動用スイッチング素子5がオンされると、昇圧トランス8,32の1次巻線8a,32a側のエネルギーが昇圧トランス8,32の2次巻線8b,32bに伝達され、2次巻線8b,32bの端子間にインパルス波形の交番電圧が印加される。これにより、イオン発生素子8,32の放電電極および誘電電極間で放電が生じ、イオンが発生する。
Next, the operation of the ion generator shown in FIGS. 9 and 10 will be described. The
また、イオン発生素子35の放電電極39には、昇圧トランス32の2次巻線32bの高電圧側端子THbだけでなく、ダイオード34のカソードが接続されている。このため、放電電極39および接地端子1b間の電圧Vaと、誘導電極36および接地端子1b間の電圧Vbは、それぞれ2次巻線32bの高電圧側端子THbおよび基準電圧側端子TLbに印加されるインパルス波形の交流電圧に正の直流バイアス電圧を加えた電圧となる。したがって、イオン発生素子35で発生したマイナスイオンは放電電極39上で中和され、プラスイオンは放電電極39によって反発されて放出される。
The
また、イオン発生素子9の放電電極17には、昇圧トランス8の2次巻線8bの高電圧側端子THbだけでなく、ダイオード33のアノードが接続されている。このため、放電電極17および接地端子1b間の電圧と、誘導電極14および接地端子1b間の電圧は、それぞれ2次巻線8bの高電圧側端子THbおよび基準電圧側端子TLbに印加されるインパルス波形の交流電圧に負の直流バイアス電圧を加えた電圧となる。したがって、イオン発生素子9で発生したプラスイオンは放電電極17上で中和され、マイナスイオンは放電電極17によって反発されて放出される。
The
また、放電電極17と39および誘導電極14と36は、それぞれ相似形であり、略同じ大きさである。また、放電電極17と誘導電極14との間の絶縁抵抗値と、放電電極39と誘導電極36との間の絶縁抵抗値とは略同一である。したがって、放電電極17と誘導電極14との間、および放電電極39と誘導電極36との間に絶対値が略同一の電圧を印加すれば、略同量のプラスイオンおよびマイナスイオンがイオン発生素子35,9から放出されることになる。
Further, the
なお、プラスイオンとしてはH+(H2O)mがあり、マイナスイオンとしてはO2 −(H2O)nがある。ここで、m,nの各々は自然数であり、(H2O)mはH+にH2O分子がm個付いていることを意味し、(H2O)nはO2 −にH2O分子がn個付いていることを意味する。このようにプラス、マイナス両方のイオンを個別に放出させ、空気中にH+(H2O)mとO2 −(H2O)nの両方を放出させることによる効果は前述した通りである。 Note that positive ions include H + (H 2 O) m , and negative ions include O 2 − (H 2 O) n . Here, each of m and n is a natural number, (H 2 O) m means that m H 2 O molecules are attached to H + , and (H 2 O) n is O 2 − to H 2. It means that there are n 2 O molecules. Thus, both positive and negative ions are individually released, and the effect of releasing both H + (H 2 O) m and O 2 − (H 2 O) n in the air is as described above. .
図11は、この実施の形態2の比較例を示す回路図であって、図9と対比される図である。図11において、このイオン発生装置が実施の形態2のイオン発生装置と異なる点は、電圧印加回路30が電圧印加回路40で置換されている点であり、電圧印加回路40は電圧印加回路30の昇圧トランス8,32を昇圧トランス24,41で置換したものである。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a comparative example of the second embodiment, which is compared with FIG. In FIG. 11, the ion generator differs from the ion generator of
昇圧トランス24の構成は、図6で説明した通りであり、昇圧トランス41は昇圧トランス24と同じ構成である。昇圧トランス24は、互いに同極性に電磁結合された1次巻線24aおよび2次巻線24bを含む。1次巻線24aの高電圧側端子(図11中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、フライホイールダイオード7のアノードおよびカソードにそれぞれ接続される。2次巻線24bの高電圧側端子(図11中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、イオン発生素子9の誘電電極側端子9bおよび放電電極側端子9aにそれぞれ接続される。
The configuration of the step-up
昇圧トランス41は、互いに同極性に電磁結合された1次巻線41aおよび2次巻線41bを含む。1次巻線41aの高電圧側端子(図11中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、フライホイールダイオード31のアノードおよびカソードにそれぞれ接続される。2次巻線41bの高電圧側端子(図11中のドットが付された端子)および基準電圧側端子は、イオン発生素子35の誘電電極側端子35bおよび放電電極側端子35aにそれぞれ接続される。このイオン発生装置の他の構成および動作は、実施の形態2のイオン発生装置と同じであるので、その説明は繰り返さない。
Step-up
図12(a)〜(c)は、図11に示した比較例によるイオン発生装置におけるイオン発生素子35の放電電極39および誘電電極36間の電圧Vcと、誘電電極36および接地端子1b間の電圧Vbと、放電電極39および接地端子1b間の電圧Vaを示す波形図である。また、図12(d)〜(f)は、図9に示した本願発明のイオン発生装置における放電電極39および誘電電極36間の電圧Vcと、誘電電極36および接地端子1b間の電圧Vbと、放電電極39および接地端子1b間の電圧Vaを示す波形図である。
12A to 12C show the voltage Vc between the
図12(a)〜(f)において、イオン発生素子35の放電電極39および誘電電極36間に交流電圧Vcを印加すると、放電が起こり、交流電圧Vcの振幅は徐々に小さくなる。交流電圧Vcの振幅の最大値は、比較例では4.65kVであり、本願発明では4.48Vであり、比較例と本願発明で略同じであった。
12A to 12F, when an AC voltage Vc is applied between the
しかし、交流電圧Vbの振幅の最大値は、比較例では3.21kVであり、本願発明では1.11Vであり、本願発明の方が比較例よりも小さかった。また、交流電圧Vaの振幅の最大値は、比較例では1.30kVであり、本願発明では2.85kVであり、本願発明の方が比較例よりも大きかった。したがって、イオン発生素子35の放電電極39および誘電電極36間に同じ交流電圧Vcを印加した場合でも、本願発明では比較例よりもかなり大きな電圧Vaを放電電極39に印加できることが分かった。
However, the maximum value of the amplitude of the AC voltage Vb is 3.21 kV in the comparative example and 1.11 V in the present invention, and the present invention is smaller than the comparative example. Further, the maximum value of the amplitude of the AC voltage Va is 1.30 kV in the comparative example and 2.85 kV in the present invention, and the present invention is larger than the comparative example. Therefore, it has been found that even when the same AC voltage Vc is applied between the
これは、実施の形態1でも説明したが、本願発明の放電電極39の電圧Vaが比較例の放電電極39の電圧Vaよりも高いのは、昇圧トランス32の2次巻線32bの高電圧側端子THbと1次巻線32aとの結合容量値が昇圧トランス41の2次巻線41bの高電圧側端子THbと1次巻線41aとの間の結合容量値よりも小さいからと考えられる。
As described in the first embodiment, the voltage Va of the
また、イオン発生素子9,35の放電強度(または放電回数)とイオン発生量との関係は、図8に示したように、イオン発生素子9,35の放電強度(または放電回数)を上げて行くと、比較例では放電強度(または放電回数)が比較的低いレベルでイオン発生量が飽和するが、本願発明では飽和し難いことが分かった。たとえば、図9に示した本願発明のイオン発生装置のイオン発生量は、図11に示した比較例のイオン発生装置のイオン発生量よりも20〜30%多かった。放電回数などの条件が同じであれば放電電極17,39の電圧Vaが高い方がイオンの放出効率が高くなるので、放電強度を増加させた場合、本願発明のイオン発生量は比較例のイオン発生量よりも飽和し難くなる。
Further, the relationship between the discharge intensity (or the number of discharges) of the
したがって、本実施の形態2のイオン発生装置によれば、容易に放電電極17,39の対地電位を増加させることが可能となり、放電部周辺でのイオンの再結合によるイオン放出効率の低減を防止し、印加電圧や放電回数を増加させた場合においてもイオンを効率よく放出させることが可能となる。
Therefore, according to the ion generator of the second embodiment, it is possible to easily increase the ground potential of the
なお、この実施の形態2では、昇圧トランス8,32の1次巻線8a,32aを直列接続したが、1次巻線8a,32aが並列接続された回路構成にすることも可能である。
In the second embodiment, the
なお、上記実施の形態1,2では、トランス駆動用スイッチング素子5として無ゲート2端子サイリスタを使用したが、若干異なる回路を用いてサイリスタ(SCR)を用いてもよい。
In the first and second embodiments, a gateless two-terminal thyristor is used as the transformer driving switching
また、昇圧トランス8,32の1次側駆動回路の構成は、特に限定するものではなく、同様の動作が得られる回路であればよい。たとえば、交流電源1の代わりに直流電源を使用し、直流電源の出力電圧を交流電圧に変換して昇圧トランス8,32の1次巻線8a,32aに印加してもよい。
The configuration of the primary side drive circuit of the step-up
また、上述した本発明に係るイオン発生装置は、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置などの電気機器に搭載することが可能である。 Further, the above-described ion generator according to the present invention is mounted on an electrical device such as an air conditioner, a dehumidifier, a humidifier, an air cleaner, a refrigerator, a fan heater, a microwave oven, a washing dryer, a vacuum cleaner, and a sterilizer. Is possible.
この電気機器には、イオン発生装置で発生したプラスイオン、マイナスイオンの両方のイオンを空気中に送出する送出手段(たとえば、図4の送風ファン22)を搭載すればよい。このような電気機器であれば、機器本来の機能に加えて、搭載したイオン発生装置から放出されたプラスイオン、マイナスイオンの作用により空気中のカビや菌を不活化してその増殖を抑制することなどができ、室内環境を所望の雰囲気状態とすることが可能となる。
This electrical apparatus may be equipped with a sending means (for example, the
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. 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.
1 交流電源、1a 出力端子、1b 接地端子、2,23,30,40 電圧印加回路、3 入力抵抗素子、4 整流ダイオード、5 トランス駆動用スイッチング素子、6 コンデンサ、7 フライホイールダイオード、8,24,32,41 昇圧トランス、8a,24a,32a,41a 1次巻線、8b,24b,32b,41b 2次巻線、9,35 イオン発生素子、9a,35a 放電電極側端子、9b,35b 誘導電極側端子、10 ボビン、10a,10b,10c 凸部、11 コア、TH 高電圧側端子、TL 基準電圧側端子、12,13 誘電体基板、14,36 誘電電極、15,18,37,40 接続端子、16,19,38,41 スルーホール、17,39 放電電極、20 コーティング層、21 誘電体部、22 送風ファン。 1 AC power supply, 1a output terminal, 1b ground terminal, 2, 23, 30, 40 voltage application circuit, 3 input resistance element, 4 rectifier diode, 5 transformer driving switching element, 6 capacitor, 7 flywheel diode, 8, 24 , 32, 41 Step-up transformer, 8a, 24a, 32a, 41a Primary winding, 8b, 24b, 32b, 41b Secondary winding, 9, 35 Ion generating element, 9a, 35a Discharge electrode side terminal, 9b, 35b Induction Electrode side terminal, 10 bobbin, 10a, 10b, 10c convex part, 11 core, TH high voltage side terminal, TL reference voltage side terminal, 12, 13 dielectric substrate, 14, 36 dielectric electrode, 15, 18, 37, 40 Connection terminal, 16, 19, 38, 41 Through hole, 17, 39 Discharge electrode, 20 Coating layer, 21 Dielectric part, 22 Blower fan.
Claims (6)
前記放電電極および前記誘電電極間に交流電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路とを備え、
前記電圧印加回路は、互いに逆極性に電磁結合された1次巻線および2次巻線を有する昇圧トランスを含み、
前記2次巻線の高電圧側端子は前記放電電極に接続され、その基準電圧側端子は前記誘電電極に接続されていることを特徴とする、イオン発生装置。 An ion generating element including a discharge electrode provided on a surface of the dielectric part and an induction electrode provided inside the dielectric part so as to face the discharge electrode;
A voltage application circuit for generating ions by applying an alternating voltage between the discharge electrode and the dielectric electrode;
The voltage application circuit includes a step-up transformer having a primary winding and a secondary winding electromagnetically coupled to each other in opposite polarities,
The ion generator according to claim 1, wherein a high voltage side terminal of the secondary winding is connected to the discharge electrode, and a reference voltage side terminal thereof is connected to the dielectric electrode.
前記1次巻線は前記ボビンの外周面の一方端側から他方端側に向かって巻き回され、前記2次巻線は前記ボビンの外周面の他方端側から一方端側に向かって巻き回され、
前記1次巻線の高電圧側端子は前記1次巻線の巻き始めの端部に設けられ、前記2次巻線の高電圧側端子は前記2次巻線の巻き始めの端部に設けら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装置。 The step-up transformer includes a cylindrical bobbin,
The primary winding is wound from one end side to the other end side of the outer peripheral surface of the bobbin, and the secondary winding is wound from the other end side to the one end side of the outer peripheral surface of the bobbin. And
The high voltage side terminal of the primary winding is provided at the end of the primary winding, and the high voltage side terminal of the secondary winding is provided at the start of the secondary winding. The ion generator according to claim 1, wherein the ion generator is provided.
前記第1および第2のイオン発生素子の各々の前記放電電極および前記誘電電極間に交流電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路とを備え、
前記電圧印加回路は、
そのカソードが前記第1のイオン発生素子の前記放電電極に接続され、そのアノードが基準電位を受ける第1のダイオード素子と、
そのアノードが前記第2のイオン発生素子の前記放電電極に接続され、そのカソードが前記基準電位を受ける第2のダイオード素子と、
各々が、互いに逆極性に電磁結合された1次巻線および2次巻線を有する第1および第2の昇圧トランスとを含み、
前記第1の昇圧トランスの前記2次巻線の高電圧側端子は前記第1のイオン発生素子の前記放電電極に接続され、その基準電圧側端子は前記第1のイオン発生素子の前記誘電電極に接続され、
前記第2の昇圧トランスの前記2次巻線の高電圧側端子は前記第2のイオン発生素子の前記放電電極に接続され、その基準電圧側端子は前記第2のイオン発生素子の前記誘電電極に接続されていることを特徴とする、イオン発生装置。 First and second ion generating elements each including a discharge electrode provided on the surface of the dielectric portion and an induction electrode provided inside the dielectric portion so as to face the discharge electrode;
A voltage application circuit that generates an ion by applying an alternating voltage between the discharge electrode and the dielectric electrode of each of the first and second ion generating elements,
The voltage application circuit includes:
A first diode element having a cathode connected to the discharge electrode of the first ion generating element and an anode receiving a reference potential;
A second diode element having an anode connected to the discharge electrode of the second ion generating element and a cathode receiving the reference potential;
Each including first and second step-up transformers having primary and secondary windings electromagnetically coupled in opposite polarities to each other;
The high voltage side terminal of the secondary winding of the first step-up transformer is connected to the discharge electrode of the first ion generating element, and the reference voltage side terminal thereof is the dielectric electrode of the first ion generating element. Connected to
A high voltage side terminal of the secondary winding of the second step-up transformer is connected to the discharge electrode of the second ion generating element, and a reference voltage side terminal thereof is the dielectric electrode of the second ion generating element. It is connected to the ion generator.
前記第1および第2の昇圧トランスの各々の前記1次巻線は前記ボビンの外周面の一方端側から他方端側に向かって巻き回され、前記2次巻線は前記ボビンの外周面の他方端側から一方端側に向かって巻き回され、
前記1次巻線の高電圧側端子は前記1次巻線の巻き始めの端部に設けられ、前記2次巻線の高電圧側端子は前記2次巻線の巻き始めの端部に設けられていることを特徴とする、請求項3に記載のイオン発生装置。 Each of the first and second step-up transformers includes a cylindrical bobbin,
The primary winding of each of the first and second step-up transformers is wound from one end side to the other end side of the outer peripheral surface of the bobbin, and the secondary winding is the outer peripheral surface of the bobbin. It is wound from the other end side toward the one end side,
The high voltage side terminal of the primary winding is provided at the end of the primary winding, and the high voltage side terminal of the secondary winding is provided at the start of the secondary winding. The ion generator according to claim 3, wherein the ion generator is provided.
前記第1および第2のイオン発生素子の前記誘電電極は同じ誘電体の内部に前記第1および第2のイオン発生素子の前記放電電極に対向して設けられていることを特徴とする、請求項3または請求項4に記載のイオン発生装置。 The discharge electrodes of the first and second ion generating elements are provided separately on the same surface of the same dielectric portion;
The dielectric electrode of the first and second ion generating elements is provided inside the same dielectric so as to face the discharge electrode of the first and second ion generating elements. The ion generator of Claim 3 or Claim 4.
前記イオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送出手段とを備えたことを特徴とする、電気機器。 An ion generator according to any one of claims 1 to 5,
An electric device comprising: a sending means for sending ions generated by the ion generator into the air.
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