JP2013045531A - イオン発生装置及びこれを備えた空気清浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 イオンを対象空間内へ効率よく放出することができるイオン発生装置、およびこれを備えた空気清浄装置を実現する。
【解決手段】 放電電極及び誘導電極を含む放電手段と、反発電極と、電圧印加手段とを備えたイオン発生装置において、反発電極は、放電手段が発生するイオンが搬送される方向と反対側に配置されており、反発電極は、電圧印加手段により、放電手段による放電期間の４分の３以上の期間は、接地状態に近づけ、非放電期間は、イオンと同極性の電圧を反発電極に印加することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘導電極と放電電極とを備え、コロナ放電によりイオンを発生させるイオン発生装置及びこれを備えた空気清浄装置に関するものである。

近年、コロナ放電によりプラスイオンあるいはマイナスイオンを発生させるイオン発生装置が、空気清浄装置などに多く搭載され、実用化されている。イオン発生装置には大きく分けると２種類あり、マイナスイオンだけを発生させるものと、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させるものがある。前者のイオン発生装置は、リラックス効果を生むことができ、後者のイオン発生装置は、空気中に浮遊するカビ菌やウィルスの分解、ニオイの除去、集塵等などの効果を生むことができる。

上記の効果を促進するためには、対象の空間内へ放出させるイオンの量を増加させれば良い。しかしながら、イオン量を増加させるために、放電電極に印加する電圧をより高くすると、イオンと共に生ずる放電音や人体に有害なオゾン量も増加するという問題がある。そこで、放電電極に印加する電圧を高くせずに、効率よくイオンを対象空間内へ放出する方法が研究されてきた。

例えば、特許文献１には、効率のよいマイナスイオン発生装置が開示されている。マイナスイオンは、電極への電圧印加により、電極表面から電子が遊離し、水分や気体分子に電子が吸着することで生ずる。しかし、マイナスイオンが多くなり電極表面に滞留すると、電極表面の電界は緩和され、電極からの電子の遊離が起き難くなり、結果としてマイナスイオンの生成を妨げてしまう。

その問題を改善するために、例えば、特許文献１では補助的な電極を備えているが、図７にその構成図を示す。筒状絶縁体７１の前方開口部がマイナスイオンの流出口７２に、また後方開口部が空気の取り入れ口７３となっている。そして、筒状絶縁体７１の内部で流出口７２付近に、低電圧を印加された環状電極Ａ７４が保持され、筒状絶縁体７１の軸方向のほぼ中間位置に、マイナスイオン生成のための自由電子を放出する針状電極Ｂ７５が保持され、さらに針状電極Ｂ７５の後方に、それよりもより高い電圧を印加された環状電極Ｃ７６が保持されている。前記針状電極Ｂ７５は、電極保持用絶縁体７７により筒状絶縁体７１の中心位置に保持されている。特許文献１によれば、針状電極Ｂ７５で生成されたマイナスイオンは、環状電極Ａ７４、環状電極Ｃ７６間に形成される電界の作用により針状電極Ｂ７５周囲より移動する。よって、従来発生していた針状電極周辺のマイナスイオンの滞留が発生せず、針状電極Ｂ７５先端部の電界の緩和が起こらないため、針状電極Ｂ７５表面からの自由電子の放出が容易になり、マイナスイオンの生成が円滑に行われる。

特開２００４−３１１４５号公報（平成１６年１月２９日公開）

しかしながら、特許文献１に示す技術は、筒状絶縁体７１の流出口７２に環状電極Ａ７４が配置されているため、針状電極Ｂ７５で発生させたマイナスイオンが、流出口７２と反対の方向へ押し戻されてしまう。また、環状電極Ｃ７６には高い電圧が印加されているため、針状電極Ｂ７５表面の電界が緩和され、マイナスイオンの発生量に悪影響を及ぼしているという問題がある。

そこで、本発明は、発生させたイオンを対象空間内へ放出させるための補助的な電極を備え、さらにその電極に印加する電圧波形を工夫することによって、誘導電極及びその他の構成物への回収量を抑制し、イオンの放出効率を向上できるイオン発生装置を実現することにある。

放電電極及び誘導電極を含む放電手段と、反発電極と、電圧印加手段とを備えたイオン発生装置において、反発電極は、放電手段が発生するイオンが搬送される方向と反対側に配置されており、反発電極は、電圧印加手段により、放電手段による放電期間の４分の３以上の期間は、接地状態に近づけ、非放電期間は、イオンと同極性の電圧を反発電極に印加することを特徴とする。

また、放電を起こすとほぼ同時に前記反発電極を接地状態に近づけ、放電を止めるとほぼ同時に前記反発電極に発生させるイオンと同極性の電圧を印加させても良い。また、放電電極及び誘導電極を２組以上備え、プラス及びマイナスの両イオンを発生させても良い。前記イオン発生装置を備えた空気清浄装置を構成しても良い。

本発明によれば、放電電極及び誘導電極の後方位置に補助的な電極として機能する反発電極を配置し、印加する電圧波形を工夫することで、より効率良く対象空間内へイオンを放出することができる。

本発明の実施の形態におけるイオン発生装置の断面図である。 実施例１に係るイオン発生装置の測定装置を示す図である。 実施例１に係る放電電極１１、誘導電極１２及び、反発電極１３に印加する電圧波形図である。 比較例に係る放電電極１１、誘導電極１２及び、反発電極１３に印加する電圧波形図である。 比較例に係る時間差と炭素棒電流の関係を表した図である。 実施例２に係る放電電極１１、誘導電極１２及び、反発電極１３に印加する電圧波形図である。 従来のマイナスイオン発生装置の構成図である。

本発明による実施の形態について、図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一つの実施形態におけるイオン発生装置の構成図である。このイオン発生装置１０は、放電電極１１、孔をもつ誘導電極１２、補助的な電極として機能する反発電極１３、それぞれの電極に接続された電圧印加手段である電圧印加装置１４、及び送風ファン１５を備える。

放電電極１１は、電界集中が起こりやすいように先端を鋭利に尖らせた針状の導電体からなっており、絶縁体の基板等に保持され、リード線あるいは配線パターンを通じて電圧印加装置１４に接続される。

誘導電極１２は、導電体からなっており、薄い中空のほぼ円形状であり、その円形状の中心と、放電電極１１の先端中心がほぼ一致するように配置される。この構成において、放電電極１１の周囲に均一な電界を形成させ、安定的にコロナ放電を発生させることで、プラスイオンあるいはマイナスイオンのいずれかを発生させる。誘導電極１２についても、絶縁体の基板等に保持され、リード線あるいは配線パターンを通じて電圧印加装置１４に接続される。

反発電極１３は、導電体からなっており、放電電極１１及び誘導電極１２の後方位置で、放電電極針１１及び誘導電極１２の中心とほぼ一致する位置に配置される。反発電極１３についても、リード線あるいは配線パターンを通じて電圧印加装置１４に接続され、放電電極１１及び誘導電極１２間のコロナ放電により発生するイオンと同極性の電圧が印加される。そのため、イオンを開口部のほうへ反発させ、効率良く放出させることができる。なお、反発電極１３は、導電体から成り、イオンを反発させる効果があれば、円板状、ドーナツ状、あるいは多角形状等とあらゆる形状が考えられる。

またファン１５が配置され、イオン発生装置１０の外側に向かって流れを作り、発生したイオンは、イオン発生装置１０内を搬送され、対象空間内へ放出される。以下、上記の実施形態を用いた具体的な実施例について説明する。

図２は、図１の実施形態におけるイオン発生装置の効果を検証するために用いた測定装置を示す図である。図２においては、図１の放電電極１１、誘導電極１２及び反発電極１３を記載するとともに、これに加えて、測定装置として、放電電流測定のための炭素棒１６、炭素棒の微弱電流を増幅するためのオペアンプと抵抗を用いた電流電圧変換回路１７及び前記抵抗の両端の電圧を測定する電圧測定手段１８を有する様子を記載している。

図２における放電電極１１は、導電性の金属製であり、軸部分の太さ直径１ｍｍ、長さ５ｍｍで、十分に先鋭度のある針状のものを用いた。また誘導電極１２は、導電性の金属製であり、直径１３ｍｍのワイヤ状のものを用いた。さらに反発電極１３も、導電性の金属製であり、内径８ｍｍ、外径２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの中空の円板形状のものを用いた。それぞれの電極の中心軸を一致させており、反発電極１３は誘導電極１２の後方５ｍｍ位置に固定した。発生したイオン量は、放電電極１１の先端から４０ｍｍ離して配置されている炭素棒１６に流れる電流の大きさにより測定する。

図３は、本実施例に係るイオン発生装置の効果を検証するために、図２に記載の各電極に印加した電圧波形を示した図である。Ｖ１は放電電極１１に印加する電圧波形、Ｖ２は誘導電極１２に印加する電圧波形、Ｖ３は反発電極１３に印加する電圧波形を示し、図３（ａ）はプラスイオンを発生させる場合、図３（ｂ）はマイナスイオンを発生させる場合を示す。

図３（ａ）において、Ｔ１は、放電電極１１と誘導電極１２間に電位差を作り、放電を生じさせる放電期間であり、Ｔ２は、放電電極１１及び誘導電極１２に正の電圧を印加させ、放電を生じさせない非放電期間である。反発電極１３は、放電期間Ｔ１では、放電電極１１及び誘導電極１２間の放電の電界に影響を与えないように、放電を起こすとほぼ同時に接地状態を保つ。なお、接地状態とは、接地状態に近づけることを意味し、放電によるイオンの発生量にほぼ影響を及ぼさない程度であれば、電位が印加されていても良い。また、非放電期間Ｔ２では、Ｔ１で発生させたプラスイオンを効率よく放出させるため、放電を止めるとほぼ同時に発生させたイオンと同極性である正の電圧を印加する。また、図３（ｂ）は、放電電極１１、誘導電極１２及び反発電極１３に印加する電圧を図３（ａ）とは逆極性にしたものである。

ここで、図３（ａ）に示す印加電圧波形によるプラスイオンの発生量の測定を行った。なお、Ｖ１は４ｋＶの直流電圧、Ｖ２及びＶ３は放電期間Ｔ１に０ｋＶ、非放電期間Ｔ２に４ｋＶとなるパルス電圧とし、Ｖ２及びＶ３は周波数２ｋＨｚ、放電を起こすＤｕｔｙ比は５％とした。

この構成において、イオンを発生させている状況下で炭素棒１６に流れる電流を測定すると、２１５ｎＡであった。放電電極１１及び誘導電極１２に印加する電圧は同じ条件で、反発電極に４ｋＶの直流電圧を印加した場合に測定された炭素棒電流１０８ｎＡと比較すると、炭素棒電流が約２倍に増加していることがわかる。これは、放電期間Ｔ１に、反発電極１３に電圧を印加しないことにより、放電電極１１と誘導電極１２間に形成させる電界が影響を及ぼされず、安定してイオンを発生させることができるからである。

以上の結果から、反発電極１３を用いてより効率良く対象空間内へイオンを放出させるためには、放電期間Ｔ１では反発電極１３を接地状態に近づけて、非放電期間Ｔ２では反発電極１３に発生させるイオンを同極性の電圧を印加させるのが良いことがわかる。

また、実施例１ではプラスイオンを発生させた場合を述べたが、マイナスイオンを発生させる場合についても図３（ｂ）のように放電電極１１、誘導電極１２及び反発電極１３に印加する電圧を逆極性にすることで、同傾向の結果を得ることができることは言うまでもない。

実施例２では、実施例１の電圧波形図に示す反発電極１３に印加するパルス電圧Ｖ３と誘導電極１２に印加するパルス電圧Ｖ２間に時間差Ｔ２０をつけて、炭素棒電流の測定を行った。図４は、各電極に印加する電圧波形の図を示し、図５は、Ｖ２とＶ３の時間差Ｔ２０と炭素棒電流の関係を示した測定結果である。なお、測定装置は図２で示した実施例１と同様のものを用いた。

図４は、実施例２に係る各電極に印加する電圧波形であり、実施例１と異なり、Ｖ２とＶ３の間に−１６μｓから１６μｓの時間差Ｔ２０をもたせ、プラスイオンの発生量を測定した。その測定結果が、図５である。

図５より時間差Ｔ２０が小さいほど炭素棒電流が大きくなることがわかる。例えば、−６μｓ〜６μｓ間においては、反発電極に４ｋＶの直流電圧を印加した場合に測定された炭素棒電流１０８ｎＡと比較すると、８割以上炭素棒電流が増加している。６μｓは放電期間のほぼ４分の１にあたる。このことから、放電期間Ｔ１と反発電極１３を接地状態に近づけている期間が放電期間Ｔ１のほぼ４分の３以上の期間において重なっていれば、ある程度効率良くイオンを放出させることができることがわかる。また、マイナスイオンを発生させる場合においても、イオン発生量の傾向は同じである。

実施例３は、イオンを発生させるために誘導電極１２に直流電圧、放電電極１１にパルス電圧を印加し、放電電極１１にパルス電圧を印加させている点が実施例１、２と異なる。なお、測定装置は実施例１と同様のものを用いている。反発電極１３は、実施例１、２と同様に、放電期間Ｔ１では、放電の電界に影響を与えないように接地状態にし、非放電期間Ｔ２では、Ｔ１で発生させたイオンと同極性の電圧を印加される。図６は、実施例３に係る各電極に印加する電圧波形の図であり、Ｖ１は放電電極１１に印加する電圧波形、Ｖ２は誘導電極１２に印加する電圧波形、Ｖ３は反発電極１３に印加する電圧波形を示し、図６（ａ）はプラスイオンを発生させる場合、図６（ｂ）はマイナスイオンを発生させる場合を示す。

放電電極１１にパルス電圧を印加し、イオンを発生させても、反発電極に印加する電圧を制御することで、効率良く対象空間内へイオンを放出させることができる。

実施例１から実施例３では、放電電極１１及び誘導電極１２を１組用いてプラスあるいはマイナスのいずれかのイオンを発生させるイオン発生装置１０を示したが、放電電極１１及び誘導電極１２を２組以上用いて、プラスイオン及びマイナスイオンを発生させても良い。この場合、プラスイオンを発生させる放電電極１１及び誘導電極１２の後方に、正の電圧を印加された反発電極１３を配置し、マイナスイオンを発生させる放電電極１１及び誘導電極１２の後方に、負の電圧を印加された反発電極１３を配置する。両イオンを発生させることで、空気中に浮遊するカビ菌やウィルスの分解、ニオイの除去、集塵等などの効果を生むことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は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。

例えば、本発明の実施例で用いた放電電極１１、誘導電極１２及び反発電極１３の形状及び印加電圧は、電極間の距離、発生させたいイオン量等に応じて設定される。また、送出手段として送風ファン１５を用いたが、送風ファン１５による効果は、イオンをより広い範囲に拡散させるためであり、目的に応じては送風ファン１５がない構成でも良い。

また、本発明に係るイオン発生装置は、空気清浄装置に搭載することが可能である。なお、ここでいう空気清浄装置は、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、ファンヒ−タ等であり、主として、家屋の室内、ビルの一室、病院の病室、自動車の車室内、飛行機の機内、船の船室内等の空気を調整すべく用いられる装置である。

１０ イオン発生装置
１１ 放電電極
１２ 誘導電極
１３ 反発電極
１４ 電圧印加装置
１５ 送風ファン
１６ 炭素棒
１７ 電流電圧変換回路
１８ 電圧測定手段
７１ 筒状絶縁体
７２ 流出口
７３ 取り入れ口
７４ 環状電極Ａ
７５ 針状電極Ｂ
７６ 環状電極Ｃ
７７ 電極保持用絶縁体

Claims (4)

1. 放電電極及び誘導電極を含む放電手段と、反発電極と、電圧印加手段とを備えたイオン発生装置において、
   前記反発電極は、前記放電手段が発生するイオンが搬送される方向と反対側に配置されており、
   前記反発電極は、前記電圧印加手段により、放電手段による放電期間の４分の３以上の期間は、接地状態に近づけ、
   非放電期間は、前記イオンと同極性の電圧を前記反発電極に印加することを特徴とするイオン発生装置。
2. 放電を起こすとほぼ同時に前記反発電極を接地状態に近づけ、放電を止めるとほぼ同時に前記反発電極に発生させるイオンと同極性の電圧を印加させることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 前記放電電極及び前記誘導電極を２組以上備え、プラス及びマイナスの両イオンを発生させることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のイオン発生装置を備えることを特徴とする空気清浄装置。