JP2014137940A - イオン発生装置及びこれを備えた電気機器 - Google Patents

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正徳 河合
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Abstract

【課題】発生したイオンを効率よく送風分散できるイオン発生装置を提供する。
【解決手段】電圧発生回路4の出力端子の一方は、前記第1ダイオード7aのカソードと接続され、前記電圧発生回路の出力端子の他方は、前記第2ダイオード7bのアノードと接続されており、前記第1ダイオード7aのアノードは、前記第1放電電極21及び前記第2誘導電極32と接続され、前記第2ダイオードのカソードは、前記第1誘導電極22及び前記第2放電電極31と接続されており、前記第2イオン発生素子3は、前記第1イオン発生素子2に向かって気流を形成し、前記第1放電電極21と前記第2誘導電極32は前記気流の方向に配置する。
【選択図】図2

Description

本発明は、イオン発生装置及び電気機器に関し、特に、放電電極と誘導電極とを有するイオン発生装置及びこのイオン発生装置を備えた電気機器に関するものである。
放電現象により正イオンと負イオンを発生させるイオン発生装置は、浮遊カビ菌の不活化や有害物質の浄化、脱臭等の効果を目的として広く実用化されている。イオン発生装置は、通常、イオンを発生させるためのイオン発生素子と、イオン発生素子に高電圧を供給するための高圧トランスと、高圧トランスを駆動するための高電圧発生回路と、コネクタなどの電源入力部により構成されている。
イオン発生素子で実用化されているものの一例としては、金属線や鋭角部を持った金属板、針形状の金属などを放電電極とし、大地電位の金属板などを誘導電極としたもの、あるいは誘導電極を大地として特に誘導電極を配置しないものなどがある。この種類のイオン発生素子では空気が絶縁体の役割を果たす。このイオン発生素子は、電極に高電圧を印加した際に、放電電極となる針形状などの鋭角部をした電極の先端で電界集中が生じ、その先端の極近部分の空気が絶縁破壊することで放電現象を得る方式である。
多くのイオン発生装置は、ファンあるいはファンを備えた機器に組み込まれてイオンを供給するようになっている。ファンを利用することで、発生したイオンをより遠くへ広く分散させることができる。
一方、ファンを用いることなくイオンを空間に分散させる方法としては、放電電極と誘導電極を用いて、コロナ放電によりイオン風を発生させてイオンを送風分散させる方法がある。
特許文献1には、ファンを用いないイオン発生装置の一例として、筒状電極を用いたマイナスイオン発生装置が開示されている。
図8は、該文献に示されたマイナスイオン発生装置800の模式図である。マイナスイオン発生装置800は、負電極である針状電極801と正電極である筒状電極802とを間隔をおいて対向配置してマイナスイオン風を発生する対向放電電極803と、該筒状電極802のマイナスイオン風放出側に負電圧を負荷してマイナスイオンを発生する針状の放電針電極804を該電極の先端をマイナスイオン風の風下方向に向けて配置し、各電極に直流の高電圧を印加してマイナスイオン風を発生させる。このように、ファンを用いないことで、装置の小型化が図れる上、ファンの送風音が発生せず、静音化が図れるなどの効果がある。
特開2005−302656号公報
しかしながら、特許文献1に示されたマイナスイオン発生装置800は、マイナスイオン風を発生させるための筒状電極802及びイオン発生用の放電針電極804に印加される電圧が逆極性であるため、放電針電極804から発生したイオンがクーロン力によって筒状電極802に回収されてしまい、マイナスイオン発生装置800から発生するイオンが減少してしまうという課題が生じていた。
本発明の目的は、イオン風を用いたイオン発生装置において、発生したイオンを効率よく送風分散できるイオン発生装置を提供するものである。
本発明に係るイオン発生装置は、第1放電電極と第1誘導電極から構成される第1イオン発生素子と、第2放電電極と第2誘導電極から構成される第2イオン発生素子と、正負に振動する電圧を発生させる電圧発生回路と、前記電圧発生回路からの出力を整流する第1ダイオード及び第2ダイオードとを備えたイオン発生装置であって、前記電圧発生回路の出力端子の一方は、前記第1ダイオードのカソードと接続され、前記電圧発生回路の出力端子の他方は、前記第2ダイオードのアノードと接続されており、前記第1ダイオードのアノードは、前記第1放電電極及び前記第2誘導電極と接続され、前記第2ダイオードのカソードは、前記第1誘導電極及び前記第2放電電極と接続されており、前記第2イオン発生素子は、前記第1イオン発生素子に向かって気流を形成し、前記第1放電電極と前記第2誘導電極は前記気流の方向に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係るイオン発生装置は、第1放電電極と第1誘導電極から構成される第1イオン発生素子と、第2放電電極と第2誘導電極から構成される第2イオン発生素子と、正負に振動する電圧を発生させる電圧発生回路と、前記電圧発生回路からの出力を整流する第1ダイオード及び第2ダイオードとを備えたイオン発生装置であって、前記電圧発生回路の出力端子の一方は、前記第1ダイオードのカソードと接続され、前記電圧発生回路の出力端子の他方は、前記第2ダイオードのアノードと接続されており、前記第1ダイオードのアノードは、前記第1誘導電極及び前記第2放電電極と接続され、前記第2ダイオードのカソードは、前記第1放電電極及び前記第2誘導電極と接続されており、前記第2イオン発生素子は、前記第1イオン発生素子に向かって気流を形成し、前記第1放電電極と前記第2誘導電極は前記気流の方向に配置されていることを特徴とする。
また、前記イオン発生装置は、コンデンサを備え、前記コンデンサは、前記第1イオン発生素子及び前記第2イオン発生素子と並列に、前記第1ダイオードのアノード及び前記第2ダイオードのカソードと接続されていることを特徴としてもよい。
また、前記第1放電電極と前記第2誘導電極が同一部材に配置されていることを特徴としてもよい。
本発明に係る電気機器は、上記のいずれかに記載のイオン発生装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、イオン風を用いたイオン発生装置において、発生したイオンを効率よく送風分散できるイオン発生装置を提供することが可能となる。
実施形態1に係るイオン発生装置100の一構成例を示すブロック図である。 実施形態1に係るイオン発生装置100の回路構成例を示した図である。 実施形態2に係るイオン発生装置200の回路構成例を示した図である。 実施形態3に係るイオン発生装置300の回路構成例を示した図である。 実施形態4に係るイオン発生装置400の回路構成例を示した図である。 実施形態5に係るイオン発生装置500の回路構成例を示した図である。 実施形態5に係るイオン発生装置500のイオン発生素子2a、2b、気流形成用イオン発生素子3a、3bの概略図である 従来技術におけるマイナスイオン発生装置の模式図である。
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
<実施形態1>
図1は、本実施形態に係るイオン発生装置100の一構成例を示すブロック図である。イオン発生装置100は、制御部1、イオン発生素子2、気流形成用イオン発生素子3及び電圧発生回路4を備える。
制御部1は、イオン発生装置100を構成する各回路に接続され、イオン発生装置100全体を制御する。イオン発生素子2は、誘導電極及び放電電極の電極対によって構成され、電圧発生回路4によって高電圧を印加され、イオンを生成する。気流形成用イオン発生素子3は、イオン発生素子2と同様に、誘導電極及び放電電極の電極対によって構成され、電圧発生回路4によって高電圧を印加され、イオンを生成する。ここで、生成されたイオンは、電界の流れに従い移動する。これに伴い、周りの空気分子も加速移動することで気流が形成され、いわゆるイオン風が発生し、空中にイオンを広く放出する。電圧発生回路4は、制御部1、イオン発生素子2及び気流形成用イオン発生素子3と電気的に接続され、イオン発生素子2及び気流形成用イオン発生素子3に対し高電圧を印加することによりイオンを発生させる。
図2は、イオン発生装置100における回路構成例を示している。イオン発生装置100は、イオン発生素子2、気流形成用イオン発生素子3及び電圧発生回路4を備え、これらは例えばイオン発生ケース内に配置されている。電圧発生回路4は、電源5、トランス6及びダイオード7a、7b、第1端子61、第2端子62を含む。
イオン発生素子2は、例えばコロナ放電を起こし、正イオン、及び負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのものである。本実施形態では正イオンを発生させる例を示している。図に示すように、イオン発生素子2は、放電電極21及び誘導電極22より構成されている。
放電電極21は、針状の先端部を有している。誘導電極22は、ダイオード7bのアノードに接続される。誘導電極22は、環状の金属板より形成され、かつ放電電極の個数に対応して貫通孔を有している。この貫通孔は、コロナ放電により発生するイオンを外部へ放出するための開口部である。本実施形態では、貫通孔は1つであり、貫通孔の平面形状は例えば円形状である。放電電極21の先端部が誘導電極22の貫通孔のほぼ中央に配置されるように、放電電極21及び誘導電極22を図示しない支持基板で固定する。放電電極21の針状の先端部は、支持基板の表面側に突き出しており、放電電極21の他端部は、ダイオード7aのカソードに接続されている。
一般に、誘導電極22は放電電極21の近くに配置して、放電電極21の先端部の電界強度を増加する目的で使用される。また、針形状の放電電極21では先端部のみに選択的に放電が発生することが意図されるため、誘導電極22は極端に放電電極21と近づけることはない。
具体的には数kV程度の電圧を印加する場合に、放電電極21と誘導電極22との間は4〜10mm程度離して配置される。例えば誘導電極22がリング形状の場合、その内径は8〜20mm程度が設定される。
気流形成用イオン発生素子3は、例えばコロナ放電を起こし、正イオン、及び負イオンの少なくともいずれかを生じさせることにより気流を形成するためのものである。生成されたイオンが電界の流れに従って移動するのに伴い、周りの空気分子も加速移動する。これにより、気流が形成され、いわゆるイオン風が発生し空中にイオンを広く放出する。本実施形態では負イオンを発生させる例を示し、図中矢印Xに示す方向に負放電によるイオン風が発生している。気流形成用イオン発生素子3は、図に示すように、放電電極31及び誘導電極32より構成され、イオン発生素子2の放電電極21と誘導電極32が並置されている。本実施形態においては、イオン発生素子2の放電電極先端と気流形成用イオン発生素子3の放電電極先端との距離は10mmに設定している。
放電電極31は、針状の先端部を有している。誘導電極32は、ダイオード7aのカソードに接続される。誘導電極32は、環状の金属板より形成され、かつ放電電極の個数に対応して貫通孔を有している。この貫通孔は、コロナ放電により発生するイオン及び、該イオンの移動により周りの空気分子をイオン発生素子2側に送り込むための開口部である。本実施形態では、貫通孔は1つであり、貫通孔の平面形状は例えば円形状である。放電電極31の先端部が誘導電極32の貫通孔のほぼ中央の延長線上に配置されるように、放電電極31及び誘導電極32を図示しない支持基板でそれぞれ固定する。放電電極31の針状の先端部は、放電電極32と所定の距離をおいて設置され、放電電極31の他端部は、ダイオード7bのアノードに接続されている。
ここで、イオン発生素子2においては、より多くのイオンを発生させるために、放電電極21と誘導電極22は、近くに配置して放電電極21の先端部の電界強度が増加するようにしている。一方、気流形成用イオン発生素子3においては、気流の発生を目的としているため、放電電極31と誘導電極32とは所定の距離を保った位置で設置される。本実施形態においては、放電電極31と誘導電極32との距離は5mmに設定している。
電圧印加回路4における電源5は、トランス6の1次側に電気的に接続され、DC12Vを入力電源として正負に振動するパルス状電圧を生成する。生成されたパルス状電圧はトランス6により昇圧され、トランス6の2次側に誘起される。
トランス6の二次側には、第1端子61と第2端子62の2つの出力端子がある。第1端子61は、ダイオード7aのアノードに接続され、2系統に分岐される。2系統に分岐された一方は、イオン発生素子2の放電電極21に電気的に接続され、他方は、気流形成用イオン発生素子3の誘導電極32に電気的に接続される。このため、隣り合う放電電極21と誘導電極32は同電位となる。第2端子62は、ダイオード7bのカソードに接続され、2系統に分岐される。2系統に分離された一方はイオン発生素子2の誘導電極22に電気的に接続され、他方は、気流形成用イオン発生素子3の放電電極31に電気的に接続される。
この電源5及びトランス6によってトランス6の2次側に正負振動する高電圧のパルス幅が短時間のパルス状電圧が発生する。このパルス幅が短時間のパルス状電圧は、ピーク電圧が概ね20μ秒以内に出現し、200μ秒以内程度で減衰する短時間のパルス状電圧であり、周波数は100Hzから500Hzである。すなわち、パルス幅に対して2桁以上の周期で発振するパルス状電圧である。
上記パルス幅が短時間のパルス状電圧は、ダイオード7a、7bによって整流され、イオン発生素子2の放電電極21及び誘導電極22と、気流形成用イオン発生素子3の放電電極31及び誘導電極32にそれぞれ正の電圧または負の電圧が印加される。
このような構成とすることで、トランス6において昇圧された電圧振動をダイオード7a、7bを通して一方をイオン発生用のエネルギーへ、他方を気流形成用のエネルギーへと分配することができ、ファン等による送風機能を用いることなく効率よくイオンを空間へ放出することが可能となる。
また、イオン発生素子2の放電電極21と気流形成用イオン発生素子3の誘導電極32は、並置され、いずれも極性が正であり、なおかつ同電位である。このため、イオン発生素子2の放電電極21で発生した正イオンが気流形成用イオン発生素子3の誘導電極32側に引き寄せられ、中和してイオン量が減少するということはない。また、気流形成用イオン発生素子3の放電電極31から発生した負イオンは、誘導電極32に加え、該誘導電極と同電位であるイオン発生素子の放電電極21にも引き寄せられ、周りの空気分子をより多く移動させることができるので、効率的にイオン風を発生させることができる。
本実施形態では、イオン発生素子2を正イオン発生素子として説明したが負イオン発生素子においても同様であることはいうまでもない。
<実施形態2>
次に、実施形態2について説明する。本実施形態では、正のイオン発生素子と負のイオン発生素子を用いたイオン発生装置について説明する。イオン発生装置200は、イオン発生素子2a、2b、気流形成用イオン発生素子3a、3b及び電圧発生回路4を備え、これらは例えばイオン発生ケース内に配置されている。電圧発生回路4は、電源5、トランス6、ダイオード7a、7b、第1端子61及び第2端子62を含む。
図3は、本実施形態に係るイオン発生装置200における回路構成例を示している。イオン発生装置200は、イオン発生素子2a、2b、気流形成用イオン発生素子3a、3b、電圧発生回路4、電源5、トランス6及びダイオード7a、7bにより構成され、これらは、例えばイオン発生ケース内に配置されている。
イオン発生素子2a、2b及び気流形成用イオン発生素子3a、3b、電圧発生回路4の構成は上記実施形態1と同様である。
トランス6の二次側には、第1端子61と第2端子62の2つの出力端子がある。第1端子61は、ダイオード7aのアノードに接続され、2系統に分岐される。2系統に分岐された一方は、気流形成用イオン発生素子3bの誘導電極32bに電気的に接続され、他方は、イオン発生素子2bの放電電極21bに電気的に接続され、さらに2系統に分岐され、一方は、イオン発生素子2aの誘導電極22aに、他方は、気流形成用イオン発生素子3aの放電電極31aに電気的に接続される。
第2端子62は、ダイオード7bのカソードに接続され、2系統に分岐される。2系統に分岐された一方は、気流形成用イオン発生素子3bの放電電極31bに電気的に接続され、他方は、イオン発生素子2bの誘導電極22bに電気的に接続され、さらに2系統に分岐され、一方は、イオン発生素子2aの放電電極21aに、他方は、気流形成用イオン発生素子3aの誘導電極32aに電気的に接続される。
このような構成とすることで、トランス6において昇圧された電圧振動をダイオード7a、7bを通して一方をイオン発生用のエネルギーへ、他方を気流形成用のエネルギーへと分配することができ、ファン等による送風機能を用いることなく効率よくイオンンを空間へ放出することが可能となる。また、隣り合う放電電極21aと誘導電極32aは同電位となる。同様に、隣り合う放電電極21bと誘導電極32bも同電位となる。このため、イオン発生素子2aの放電電極21aで発生した負イオンが気流形成用イオン発生素子3aの誘導電極32a側に引き寄せられ、中和してイオン量が減少するということはない。また、気流形成用イオン発生素子3aの放電電極31aから発生した正イオンは、誘導電極32aに加え、該誘導電極と同電位であるイオン発生素子の放電電極21aにも引き寄せられ、周りの空気分子をより多く移動させることができるので、効率的にイオン風を発生させることができる。
また、イオン発生素子2b、気流形成用イオン発生素子3bについてもこれと同様の効果が得られる。よって、イオン発生装置200のような構成とすることで、正、負のイオンを同時に効率的に空中に分散させることが可能となる。
<実施形態3>
次に、実施形態3について説明する。本実施形態では、コンデンサを各イオン発生素子の放電電極と誘導電極間に並列接続した例を説明する。
図4は、本実施形態に係るイオン発生装置300における回路構成例を示している。イオン発生装置300は、実施形態3の構成に加え、コンデンサ23a、23b、33a、33bにより構成され、これらは、例えばイオン発生ケース内に配置されている。コンデンサ23a、23b、33a、33b以外の構成は実施形態2と同様であるので説明は省略する。
コンデンサ23aは、イオン発生素子2aの放電電極21aと誘導電極22aに対して並列に接続されている。同様に、コンデンサ23bは、イオン発生素子2bの放電電極21bと誘導電極22bに対して並列に接続されている。
コンデンサ33aは、気流形成用イオン発生素子3aの放電電極31aと誘導電極32aに対して並列に接続されている。同様に、コンデンサ33bは、気流形成用イオン発生素子3bの放電電極31bと誘導電極32bに対して並列に接続されている。
コンデンサ23a、23b、33a、33bを接続することで、上記実施形態2の効果に加え、放電時における電圧減衰が緩やかになるため、より長時間イオンを発生させることができ、なおかつ長時間イオン気流を維持することができる。
<実施形態4>
次に、実施形態4について説明する。本実施形態では、実施形態3の構成に加え、各放電電極に対して抵抗を直列接続した例を説明する。
図5は、本実施形態に係るイオン発生装置400における回路構成例を示している。イオン発生装置400は、実施形態3の構成に加え、抵抗24a、24b、34a、34bにより構成され、これらは、例えばイオン発生ケース内に配置されている。抵抗24a、24b、34a、34b以外の構成は実施形態3と同様であるので説明は省略する。
抵抗24aは、イオン発生素子2aの放電電極21aに直列接続されている。同様に、抵抗24bは、イオン発生素子2bの放電電極21bに直列接続されている。
抵抗34aは、気流形成用イオン発生素子3aの放電電極31aに直列接続されている。同様に、抵抗34bは、気流形成用イオン発生素子3bの放電電極31bに直列接続されている。
抵抗24a、24b、34a、34bを接続することで、上記実施形態3の効果に加え、放電時における印加電圧の立ち上がりが緩やかになり、放電音を低減する効果が得られる。
<実施形態5>
次に、実施形態5について説明する。本実施形態では、イオン発生素子の放電電極と気流形成用イオン発生素子の誘導電極が同一面に載置されている点で上記の実施形態のいずれとも異なる。
図6は、本実施形態に係るイオン発生装置500における回路構成例を示している。イオン発生装置500は、イオン発生素子2a、2b、気流形成用イオン発生素子3a、3b及び電圧発生回路4を備え、これらは例えばイオン発生ケース内に配置されている。電圧発生回路4は、電源5、トランス6、ダイオード7a、7b、第1端子61及び第2端子62を含む。
図7は、イオン発生装置500のイオン発生素子2a、2b、気流形成用イオン発生素子3a、3bの部分を説明する概略図である。
基板81には、2つの穴が設けられ、この穴に沿って環状の金属板より形成され、貫通孔を有した誘導電極22a、22bが配置されている。この誘導電極22a、22bは、イオン発生素子2a、2bを構成するものである。基板82には、2つの穴が設けられ、この穴に沿って環状の金属板より形成され、貫通孔を有した誘導電極32a、32bが配置されている。この誘導電極32a、32bは、気流形成用イオン発生素子3a、3bを構成するものである。さらに、基板82の貫通孔のそれぞれには、誘導電極32a、32bと同じ材料により支持部材33a、33bが設けられ、該支持部材33a、33bにより、放電電極21a、21bがそれぞれ誘導電極22a、22bの中央に向けて固定されている。この放電電極21a、21bは、イオン発生素子2a、2bを構成するものである。また、基板83には、放電電極31a、31bがそれぞれ誘導電極32a、32bの中央に向けて固定されている。この放電電極31a、21bは、気流形成用イオン発生素子3a、3bを構成するものである。
基板82には、イオン発生素子2a、2bの放電電極21a、21bと、気流形成用イオン発生素子3a、3bの誘導電極32a、32bが同一面に載置されている。このため、気流形成用イオン発生素子3a、3bにより発生したイオン風の減衰が抑えられ、効率よくイオンを空間に搬送できるとともに、イオン発生装置500の小型化を図ることができる。
以上それぞれの実施形態で説明した構成とすることにより、イオン風を用いたイオン発生装置において、発生したイオンを効率よく送風分散できるイオン発生装置を提供することが可能となる。
本発明に係るイオン発生装置は、室内にイオンを放出する空気清浄機、空気調和機、加湿器、除湿器等の電気機器に好適に利用できる。
1 制御部
2、2a、2b イオン発生素子
3、3a、3b 気流形成用イオン発生素子
4 電圧発生回路
5 電源
6 トランス
7a、7b ダイオード
81、82、83 基板
100、200、300、400、500 イオン発生装置

Claims (5)

  1. 第1放電電極と第1誘導電極から構成される第1イオン発生素子と、
    第2放電電極と第2誘導電極から構成される第2イオン発生素子と、
    正負に振動する電圧を発生させる電圧発生回路と、
    前記電圧発生回路からの出力を整流する第1ダイオード及び第2ダイオードと、
    を備えたイオン発生装置であって、
    前記電圧発生回路の出力端子の一方は、前記第1ダイオードのカソードと接続され、
    前記電圧発生回路の出力端子の他方は、前記第2ダイオードのアノードと接続されており、
    前記第1ダイオードのアノードは、前記第1放電電極及び前記第2誘導電極と接続され、
    前記第2ダイオードのカソードは、前記第1誘導電極及び前記第2放電電極と接続されており、
    前記第2イオン発生素子は、前記第1イオン発生素子に向かって気流を形成し、
    前記第1放電電極と前記第2誘導電極は前記気流の方向に配置されていることを特徴とするイオン発生装置。
  2. 第1放電電極と第1誘導電極から構成される第1イオン発生素子と、
    第2放電電極と第2誘導電極から構成される第2イオン発生素子と、
    正負に振動する電圧を発生させる電圧発生回路と、
    前記電圧発生回路からの出力を整流する第1ダイオード及び第2ダイオードと、
    を備えたイオン発生装置であって、
    前記電圧発生回路の出力端子の一方は、前記第1ダイオードのカソードと接続され、
    前記電圧発生回路の出力端子の他方は、前記第2ダイオードのアノードと接続されており、
    前記第1ダイオードのアノードは、前記第1誘導電極及び前記第2放電電極と接続され、
    前記第2ダイオードのカソードは、前記第1放電電極及び前記第2誘導電極と接続されており、
    前記第2イオン発生素子は、前記第1イオン発生素子に向かって気流を形成し、
    前記第1放電電極と前記第2誘導電極は前記気流の方向に配置されていることを特徴とするイオン発生装置。
  3. 前記イオン発生装置は、コンデンサを備え、
    前記コンデンサは、前記第1イオン発生素子及び前記第2イオン発生素子と並列に、前記第1ダイオードのアノード及び前記第2ダイオードのカソードと接続されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のイオン発生装置。
  4. 前記第1放電電極と前記第2誘導電極が同一部材に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のイオン発生装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載のイオン発生装置を備えた電気機器。
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