JP3583147B2 - 空気改善のために空気中に活性酸素イオンを発生させるための、イオン化装置を備えた装置 - Google Patents

Description

この発明は、少なくとも１つの空気イオン化装置と、空気のイオン化に十分な高電圧を発生する変圧器とからなる、特に呼吸用空気の品質を改善するために活性酸素イオンを空気中に発生させるための装置に関するものである。
衛生的な呼吸用空気とは、有害ガスや明らかに極めて不快な臭気成分がその大勢を占めていない空気のことである。衛生的な空気はそこに含まれるバクテリア、ウイルスおよびその他の病原菌の数ができるだけ少なくなければならない。これは、ドイツ国内のたとえば病院、ホテル、レストランおよび大量交通機関において空気感染性の伝染病に罹って死亡する人の数が毎年４万人以上に上るという、ロベルト・コッホ研究所の学術調査によって確認された（連邦保健庁公報7/96、246頁）事実からも極めて重要である。この調査の著者によると、これらの伝染病にかかるコストは年間30億マルク以上である。
臭気成分が多く含まれる空気はそれにさらされた人間の快適度、体調および集中能力を、したがって生活の質を劇的に引下げる、というのは周知の事実である。たとえば空港や道路脇のレストランではケロシンその他の排気ガスの悪臭によって食事を楽しむことができなくなるか、あるいはいずれにせよ食欲が著しく減退するのは容易に理解され得るが、これは悪臭が根本的な負荷となって味覚および臭覚神経を遮断し、その結果もはや微妙な差異を知覚することができなくなるからである。また、高負荷の空気中に継続的に滞留すると体がだるく疲れた状態になり、空気の悪い所で働かなければならない人はしばらくすると、申し分のない空気の中で働く人よりもはるかに多くのミスを犯すことも知られている。同様に、室内の空気中のイオンが少ないか、あるいは正または負に帯電したイオンが大勢を占めると、何倍もの量の静電気が発生することが知られている。俗に「帯電した」と呼ばれる、そのような空気は自律神経系に明白な影響を及ぼす。さらに、静電気の帯電によって電気機器およびデータ記憶媒体が破損することもある。同様に、空気調節装置の機能が悪く就労者に衛生的な空気を提供できない企業の患者数は、申し分のない空気を提供するよう配慮された企業における患者数よりもはるかに多い。
自動車の利用者は他の車両の排気ガスを吸い込み、健康を損なう。これに関して雑誌「サイエンティスト（Scientist）」の1996年９月号にはデンマークの調査が引用されているが、それによるとバス運転手が肺癌に罹る危険性はその比較グループよりも50％高い。車両利用者の環境汚染被害を減じるための有効な手段としては、たとえばセンサ制御による換気システムが知られている。このシステムにおいては、車両が有害物質濃度の高い区域に達すると常に、外気の流入が止められて換気操作に切換えられる。さらに活性炭フィルタが知られており、また利用されているが、これはいくつかのガスおよび蒸気、自然の埃および花粉に対しては限られた範囲の抑止能力を有する。しかしながら、より高濃度の場合、このフィルタでは抑止できない。また、たとえば有毒な一酸化炭素、微細な埃および、ディーゼルエンジンなどによって排出され癌を誘発すると考えられる煤などはフィルタを通過する。
周知のイオン化装置は一般に手動スイッチを備え、このスイッチによって変圧器の電圧をタップで下げることができ、その結果イオン化管にはさまざまな電圧が供給され、それによってイオン化能力を調整することができる。このような配置は、たとえば冷凍倉庫において病原菌の数を少なく抑える場合には全く問題ないが、これは冷凍倉庫では一般にその他の有害物質による空気汚染が大きく変動することはないからである。しかしながら、その他ほとんどすべての利用例においては、空気混入物の濃度は激しく変動し、その比率は１対10000にもなる。
これらの場合固定調節式のイオン化装置は十分な解決とはなり得ないが、これはイオン化能力が不十分であり、したがって臭気や病原菌が効果的に抑制されないか、あるいは高負荷の有害物質に対してはイオン化能力が十分高く調節されるが、空気負荷が極めて小さいと、匂いのある、場合によっては危険なオゾン濃度が問題となるからである。
US−Ａ−４ 918 568によって、様々な空間の空気を改善するために空気中に活性酸素イオンを発生する装置が既知のものとなった。この装置は、空気のイオン化に十分な高電圧を発生する電気変圧器を備える空気イオン化装置を含む。空気イオン化装置は、空気の負荷状態を測定するセンサと連結される。これによって前記高電圧を、したがって空気イオン化装置の電気出力を、したがってその強度を、空気負荷の状態に応じて電気制御装置によって変更することが可能である。極性を変えることによって、正ならびに負の静電荷が発生し得る。
技術上の課題
この発明の課題は、臭気成分や排気ガスによる空気への負荷に応じて、これらの臭気成分または排気ガスの濃度に依存した空気のイオン化を行なうことができる、空気、特に呼吸用空気を物理的に浄化するための装置を提供することである。技術上本質的な諸問題の１つは、一方では臭気成分および病原菌を効果的に制圧しながら、同時に過剰なオゾン濃度を発生させないように、前記イオン化装置のイオン化能力を空気負荷に適合させることである。
発明の開示およびその利点
この発明の課題は、少なくとも一つの空気イオン化装置と、空気のイオン化に十分な高電圧を発生する電気変圧器とからなる、空気、特に呼吸用空気を改善するために空気中に活性酸素イオンを発生する装置によって解決する。この装置は、空気中の酸化可能なガスの含有量を測定するセンサ（空気品質センサ）と、測定された酸化可能なガスの含有量に基づいて、酸化可能なガスの濃度が上昇するとセンサ制御によって自動的に最大値まで上昇可能なイオン化出力が、酸化可能なガス濃度が低い場合にはごくわずかとなるように、空気イオン化装置に供給される電気エネルギを変える電気制御装置とを備える。
この発明のさらなる実施例においては、空気イオン化装置の後ろに配置されたイオンカウンタが空気中のイオンの数を検出し、電子回路を介して装置ないし空気イオン化装置に作用し、センサ制御で自動的に、好ましくは恒常的に、イオンの数が少ない場合には空気イオン化装置のイオン化能力を高め、イオンの数が多いときにはイオン化能力を低くする。これと結びついて、空気、特に呼吸用空気のガスによる負荷に応じた空気イオン化装置のイオン化能力の制御が行なわれる。
空気イオン化装置の調整能力を変えるために、変圧器はさまざまなコイルタップを有し、これらを介して、適切な効果が得られるようにセンサ制御されたより高い、またはより低い作動電圧が空気イオン化装置において得られるように、変圧器は調整可能である。同様に、空気イオン化装置の調整能力を変化させるために、この装置に一連の容量またはオーム抵抗が直列接続され得、これらの抵抗は、適切な制御ユニットを介して適切な効果が得られるように並列接続され、その結果この並列接続に応じて適切に制御されたイオン化能力が空気イオン化装置において得られる。多数の空気イオン化装置を用い、それらを作動させることによって、適切な効果が得られるように、かつ状況に応じてイオン化能力を変化させることが可能であり、その際には適切な電気切換ユニットによって、作動する空気イオン化装置の活性表面が単数または複数の空気品質センサによって探知された要件に合せられる。イオン化能力はセンサ制御によって、すなわち空気品質センサによって検出されたガス濃度の変化が所定時間内に一定の指数を示すたびに、上昇する。あるいはまた、空気イオン化装置のイオン化能力はセンサ制御によって、すなわち空気品質センサのガスに依存する値、あるいは空気品質センサの所定時間内におけるその値の変化から得られた指数が一定の値を超えた場合に、その都度上昇し得る。
さらに別の実施例においては、この装置ないし空気イオン化装置が空気加湿器に直列接続されるか、あるいはその中に一体化される。
利用範囲を広げるために、空気イオン化装置にはオゾンセンサが後接続され、このオゾンセンサが電気制御回路と接続され、空気中において一定のオゾン含有量を確認すると電気制御回路に働きかけ、この電気制御回路が空気イオン化装置に供給される電気エネルギを減少させる。空気イオン化装置に供給される電気エネルギをイオンが発生した場合に制御するには、オゾン発生を許容する電圧に達すると、確かにイオン化はするが、オゾン化には至らないような電圧に引き戻される鋸歯形状の電圧によって調整可能である。この鋸歯形状の電圧は２つの電圧レベル間における電圧帯においてスロープ状または鋸歯形状となって揺れ動く。
有利な実施例においては、空気イオン化装置は電気伝導性の平らな、あるいはプレート形状の２つまたはそれ以上の、電極としての構造体からなり、これらの構造体は互いに平行平面をなし、かつ誘電体によって電気的に互いに分離され、平らなコンデンサを形成する。その際、電極には空気のイオン化に十分な高さの交流電圧がかけられる。
さらにこの空気イオン化装置は平らな外部電極と、平らな内部電極とからなり得、この内部電極は外部電極を担う誘電体によって密閉収納される。ここで、外部および内部電極はそれぞれ電気接続部によってコンタクトをとり、内部および外部電極には空気のイオン化に十分な高さの交流電圧が接続される。
複数の平らな空気イオン化装置（平面イオン化装置）は電気的に互いに絶縁されて層状に積み重ねられ多数または複数の成層となる。処理されるべき空気がこの成層を貫流し、個々の電極には空気のイオン化に十分な高さの交流電圧がかけられる。内部電極は隣接する平面イオン化装置と同じ電位を有し得、あるいは内部電極は隣接する平面イオン化装置とは異なる電位を有し得る。
有利な実施例においては空気イオン化装置は通気性であり、平らな両電極は貫通孔を有し、格子状または孔形状に構造化され、イオン化されるべき空気が電極の自由横断面を貫流する。電極の１つは、他方の電極によって格子状に、電気的に絶縁されて囲まれた電気伝導性のフィルタ材料からなり、処理されるべき空気は両電極を貫流する。
電極のうちの少なくとも１つは、対電極に向けられた複数の針または先端を有しそれによってコロナ効果を高める。
イオン化プレートからなる成層は通風チャネル内に配置され、通風チャネルの全横断面を占め、空気イオン化装置を形成する。ここで、イオン化プレートの短辺側の前面、またはその空気が貫流し得る横断面表面が空気流に向かうように調整される。そのような装置は車両の外気を運搬する空気チャネル内に組込まれ得る。
【図面の簡単な説明】
図１は、内部および外部内壁が金網によって電気伝導性となるよう設計されてコンデンサを形成するガラス管からなる、周知の空気イオン化装置を示す。
図２は、金属酸化物半導体センサによって検出されるべき、酸化可能な有害物質による空気の負荷を表わす表である。
図３は、空気の質を検出するためのこの発明による装置である。
図４は、空気加湿器と組合されたこの発明による装置である。
図５は、プリセット可能な時間の間イオン化能力を上昇させ、次にイオン化能力を再び下降させる、またはそのスイッチを切る、この発明のさらなる装置の電気回路を示す。
図６は、空気イオン化装置を制御するために、空気イオン化装置にイオン検出器が後接続された回路を示す。
図７は、平面イオン化装置として平らな構造を有する空気イオン化装置を示す。
図８は、図７の空気イオン化装置の外部構造を示す。
図９は、互いに並列して配置された複数のこの発明による空気イオン化装置（図７）からなるプレートの成層である。
図10は、図７の２つの平面イオン化装置の接続回路の一例を示す。
図11は、図７の２つの平面イオン化装置の接続回路のさらなる例を示す。
図12は、電極が空気が通過するように格子状に形成され、その自由横断面を空気が貫流する、平面またはプレートイオン化装置を示す。
図13は、図12のそのような平面またはプレートイオン化装置の個々の電極を示す。
図14は、１つの内部空気貫流電極が活性炭からなる、さらなる空気イオン化装置を示す。
図15は、車両の吸引チャネル内に組込まれ得るような、図12、13、および図14のような空気イオン化装置の透視図である。
図16は、互いに向合う針または先端を電極が有するような空気イオン化装置の一例である。
図17は、空気イオン化装置を制御するためにオゾンセンサが後接続された、空気イオン化装置の空気チャネル内における配置を示す。
図18は、２つの電圧値VIおよびVO₃との間で揺れ動くランプ形状の電圧の図である。
図20は、ランプ形状の電圧を発生させるための電気接続のブロック回路図である。
発明の実施方法
図1aおよび図1bは、周知のイオン化装置を説明するための図であり、この装置は基本的に、壁の内側と外側がそれぞれ金網1.2ないし1.3によって電気伝導性であるガラス管1.1からなる。互いに絶縁された２つの金網には、変圧器1.4から発生する高電圧が接続される。物理的にはこれはコンデンサに相当し、２つの金網1.2および1.3がコンデンサの表面を形成し、ガラスの内壁1.1が誘電体である。金網1.2および1.3に変圧器1.4からのたとえば3000ボルトの交流電圧がかけられると、いわゆる「無音放電」が起こる。このとき金網1,2および1.3の表面には酸素クラスターから負のイオンが発生するが、これがいわゆる活性酸素である。電圧が高いと必然的に副産物としてオゾン（O₃）が生じるが、オゾンは刺激臭があり、わずか約50ppbの濃度でも匂いがあり、100ppb以上の高い濃度になると健康を害する危険性がある。数多くの学術調査において証明されたように、イオン化装置から発生した活性酸素は空気中の負荷である臭気成分、病原菌、バクテリアおよびその他の有害物質の多くを酸化し、したがって無害化することができる、というのは周知の事実である。また、機器類および人間が一方的に静電気に帯電するのを避けられる。このような顕著な特性の根拠となるのは、前述の空気の内容物がほとんど全く化学的に酸化可能な物質であり、大抵は有機物であるという事実である。
たとえば食料品の工場における学術調査は、イオン化装置を導入することによって１立方メートル当りの病原菌の数が本来800から1000であったのが、平均して30から60に減少し、病原菌の増殖が強く抑制された、と指摘している。実際に空港のレストランにおける実験で、以前は客および従業員によって強く訴えられていたケロシンの匂いが、イオン化装置を空気供給路に導入することによって見事に緩和され、被験者によってもはや知覚され得なかった、という結果が出た。
この発明はイオン化装置または空気イオン化装置の、図２に示されたセンサ制御に基づくものである。Ｙ軸2.1には、たとえばWO 97/41423の金属酸化物半導体センサによって検出された、酸化可能な有害物質、たとえばたばこの煙、ケロシンあるいは工業排気ガスまたは車両排気ガス、溶剤などによる空気の負荷が示される。Ｘ軸2.2には、望ましいイオン化能力が示される。空気の負荷が極めて少ない場合には、空気イオンの数、すなわち活性酸素イオンを安定した水準に保つために、かつ主観的に知覚される「臭気」いわゆる「よどんだ空気」をそれによって抑制し、逆に空気を「フレッシュ」にするために、一定の低いイオン化能力に調整する必要があることがわかる。人間は実際に活性空気イオンを嗅ぐことはできないが、活性空気イオンの数が多い外気と、活性空気イオンがあまり含まれていない密閉空間の「濁った空気」との違いをはっきりと認識することができる。空気の負荷が高い2.3の場合、イオン化装置の能力が実際には限られているためイオン化能力が停滞する。この発明によると、これら両点の間においてイオン化能力2.4および2.5は自動的にセンサ制御されて、好ましくは恒常的に、空気の負荷に従う。
空気の質を検出するためのセンサは図３に示される。加熱されたセンサエレメント3.1、すなわちたとえばWO 97/41423による金属酸化物半導体センサが電気抵抗のように働き、空気が負荷を受けていない場合には、約40kOhmの典型的な値を示す。反対に空気中に酸化可能なガスまたは蒸気があると、電気抵抗はガス濃度に対応するたとえば5kOhm、またはそれ以下の値に下がる。この抵抗の変化はしたがって、空気の有害物質による負荷の測定となる。最も簡単な例では、センサ3.1がオーム抵抗と直列接続されることによって分圧器が得られる。その場合は電圧の変化が空気の負荷の測度となる。
さらに、イオン化装置のインパルスのセットによる調整が提案されるが、その際にはインパルスとインターバルの比率がセンサ制御される。空気の負荷が極めて高い場合には、この過程において永久にイオン化される。空気の負荷が少ない場合には、継続時間のごく短いインパルスのセットが発生し、これに比較的長いインターバルが続く。インパルスとインターバルとの比はしたがって空気の質の関数である。これは明確な関数ではあるが、イオン化の際に必然的に生じるイオン化装置のジージーまたはブーンという音がいわば切り刻まれ、その結果コオロギを思わせるような激しい騒音が生じ、一般に従業員にとっては大きな負担となる、という欠点がある。
さらに提案されるのは、従来の位相角制御方法に従ってイオン化装置に供給される出力に、特性曲線に現われる制御可能性が得られるような影響を与える、というものである。この方法は実際には利用困難である。というのは、調整されるべき誘導負荷は大きな公差を有し、したがって申し分なく再生可能なイオン化能力の制御を制約するからである。さらに、この調整形式では抑制が困難な電磁放射が発生し、これを抑制するには大変な電波騒音防止経費が必要となる。
図３に示されたセンサの接続では、センサエレメント3.1の抵抗が電気振動回路3.2に組込まれ、この電気振動回路3.2の一部を成す。こうして、その高さがセンサ抵抗の関数を表わす振動回路の周波数が得られる。負荷のない空気では典型的には低い周波数が、負荷のかかった空気では典型的には明らかに高い周波数が得られる。
振動回路3.2に後接続された電気周波数カウンタ3.3が周波数を確認し、それに応じてその出力コンタクトを切換えるが、これらのコンタクトは今出力された周波数を好ましくは２進コード化して出力する。これらの信号は評価ロジック3.4に与えられ、このロジックは信号をデコード化し、一定の周波数グループまたは周波数段階に対応する推進トランジスタ3.5をそれによって空気の品質／レベルにアナログ調整し、これらのトランジスタは後接続されたリレー3.6、3.7、3.8、3.9および3.10を切換える。リレー3.6から3.10はそれらの側で、発生した二次交流電圧がたとえば1500から3200ボルトまでの間で等級分けされ、イオン化管または空気イオン化装置3.11に与えられるように、電気変圧器3.14に接続する。変圧器3.14の二次コイルに並列接続されたコンデンサ3.12と、同様に二次コイルに並列接続された抵抗3.13との組合された場合、イオン管内の放電過程によって生じる高周波干渉インパルスを抑える役割をする。
その他の実用的な接続、特にイオン化段階に対応する窓弁別器とのアナログ接続、またはマイクロプロセッサによる完全にデジタルな解決策が考えられる。この発明のすべての回路に共通しているのは、供給される電気エネルギを空気品質センサに従って変化させることによって、イオン化能力が自動制御される、という点である。さらに、この発明の基本となる考えをなおざりにせずに、電気または機械リレーをたとえばトライアックなどの半導体スイッチに置換えることも可能である。
これによって、臭気、有機物質、バクテリアおよびウイルスの効果的な制圧が保証され、かつ、たとえば電子生産に利用する際に大変重要となる、静電気の大幅な抑制が可能であるような、十分かつ適切な活性イオンのイオン化出力が得られる。
同時に、匂いのするオゾン濃度と結びつき得る過度のイオン化出力によって人が被害を受けたり、あるいは危険にさらされることは決してない、と保証される。したがって、危険な、または不快な空気成分または病原菌を制圧すべき場合、および電気的に申し分のない室内環境において静電気を防止すべき場合にはいつでも、この有利なイオン化技術を効率的かつ安全に利用することが可能である。
さらに、この発明によるこの技術は周知の空気処理装置と組合せることが可能である。たとえば装置を用いて空気を加湿すること、すなわちたとえばほぼ半分が水中にある回転板バッテリを空気が貫流することによって空気を加湿することが知られている。この際、円板バッテリの比較的大きな表面上の水が気化され、同時に埃および多くの水溶性空気成分が水中に融合される。しかしながら欠点となるのは、湿ったプレートの湿度の多い環境で病原菌が培養され、水浴内において危険な極めて高い濃度に達し得る、という点である。プレートに空気が当たると、水が気化する際に病原菌がともに流れ去り、そのまま空気内に蓄積されるという問題が生じる。
このような理由から、このような装置の利用者には、水浴に殺菌添加物を加えることが勧められるが、これはさらなる費用および労力を要し、またこれらの添加物の一部は通気によって空気内に気化されるので、生物学的に危険である。
図４において、図３による装置と、加湿技術との組合せが示される。空気のための、図４による装置の流入側4.1では、空気は、１つまたは複数の空気イオン化装置4.8の上に導かれる。図３に関する詳細に従って、イオン化機能は、酸化可能な空気成分の検出のためのガスセンサ4.7に依存して、電気制御装置4.6により制御される。
イオン化と、それにより生じる活性酸素イオンとにより、病原体が確実に壊滅され、臭いと、ガス状および蒸気状の酸化可能な空気成分が酸化され、それにより、無害にされる。活性酸素イオンの一部分は、水浴4.3の水中で、湿潤面4.2に引き付けられ、それにより水浴4.3に入り、そこで、存在する病原体が撲滅され、病原体がさらに増加することが阻止される。空気輸送は、通気装置4.4により保証される。水浴4.3の後の流出側4.5では、空気が自由に使用されるようにされ、その空気の質は、本発明による配置により、著しく向上される。空気は、一方では、快適に湿らされ、他方では、空気から、ガス状および蒸気状の有機物質および臭気成分、ならびに、病原体が無くなる。
さらなる適用範囲は、例えば、トイレ、シャワールームおよびバスルーム、または、倉庫または地下室などの、制限された通気の内部空間において空気を再生するためのイオン化装置である。この場合、本発明による小型イオン化装置を用いることにより、活性酸素イオンの存在により、永久的にわずかな機能で、病原体が壊滅されかつ空気が常に快適に新鮮になるように動作される。
例えば、トイレの使用、または、部屋に新しい貯蔵物をおくことによる臭気成分の放出、などにより、空気に、ガス状物質が蓄積されると、図３に示されたように働く図５のセンサ5.1により検出され、かつ、図３に示された接続によって、イオン化出力が必要に応じて増加され得る。本発明によれば、ここでは、調節可能な限られた時間の間だけ、すなわち、ガスセンサが空気負荷の増加を検出するときにのみ、イオン化出力が高められる。
さらに、図５によるガスセンサ5.1は、電気抵抗5.2により分圧器に連結される。従って、抵抗5.2で生じる分圧は、空気の質の関数となる。センサーエレメント5.1は、増加する空気負荷に基づいて、その抵抗が低くなり、分圧器の法則に対応して、抵抗5.2での抵抗が変わる。高経路5.5として、適合された中継周波数でオンにされたコンデンサ5.6は、比較器5.3に、電圧変化だけを伝送し、静的なセンサレベルは伝送しない。比較器の出力インパルスが、時間成分5.4をトリガする。時間成分5.4の出力は、切換リレー5.7に向けられる。通常の降下において、トランスフォーマ5.9の前のコンデンサ5.8の切換えにより、減少されたイオン化機能がオンにされている間、空気負荷が所定の数値付近に上昇すると、より高いイオン化機能が、切換リレー5.7を用いて、オンにされる。トランスフォーマ5.9が、回路電圧により、直接この切換リレーに向けられる。
空気中に存在している負イオンの総数は、電気的な室内環境を決定する。空間空気が「濁る」、または、粒子、蒸気、もしくは煙で汚染されると、イオンの総数は、部分的にゼロに減少する。以前に述べたように、空気を電気空気イオン化装置で処理することにより、その数は増加し、そして、新鮮な外気における「通常のレベル」が達成される。
但し、過度のイオン化により、においのあるオゾンが形成される。このオゾンの形成は、弱められなければならない。
従って、本発明によれば、空気イオン化装置にイオン検出器を連結すること、または、イオン検出器を、通気するための空間に取り付けることが提案される。図６によれば、そのようなイオン検出器は、本質的に、誘電性空気を有するプレート型コンデンサ6.1からなっている。所定量の空気は、小型通気装置により、プレート型コンデンサ6.1のプレートを通るように押しやられる。プレート型コンデンサ6.1のプレートは帯電しており、それにより、電圧が、プレート6.1の抵抗を通して与えられる。イオンは、電荷の輸送を引き起こし、したがって、わずかな電流の流れを引き起こす。この電流の流れは、抵抗6.2で受け取られ得、入力信号として、インピーダンス変流器6.3に供給され、信号6.4として、インピーダンス変流器6.3から出力される。この信号は、例えば、図３によるセンサの構成と置き換えることができる。
本発明によれば、イオン化を表す信号6.4が、このように制御信号として使用され得、イオンがあまり存在しない場合には装置のイオン化機能が高められ、かつ、望まれるイオン数が達成されているかまたはそれを超えている場合にはイオン化機能が低下される。
従って、本発明によれば、図６によるイオン検出装置は、既存の上記方法により、電気的な影響により、イオン化機能を制御する。代替的には、制御されたインパルス−ポーズの比率により、一定の電圧を用いて制御することが可能である。同様に、代替的には、一定の電圧を用いて操作することが可能である。その際、個々の交流電圧サイクルにおけるエネルギ供給は、いわゆる位相角制御によって行われ得る。
イオン化機能を変化させるさらなる可能性は、例えば、設置されたイオン化管またはイオン化設備の総数の変化、などにより、イオン化装置の配置された活性面を変えることにある。特に、かなりの空気出力を有する大型設備により、たいていは、多数の空気イオン化装置を用いた構成が設置される。本発明によれば、適切な制御エレクトロニクスを有する既存の上記イオン化装置を、能動的に動作されるイオン化装置または空気イオン化装置の総数が、望まれるイオン化強度に依存して変えられるように配設することが提案される。一般に、過度のイオン生成および／またはオゾン化の危険を防ぐために、高度な空気汚染または多くの空気量の場合には、すべてのイオン化装置が動作され、清浄な空気の場合には、イオン化装置は１つしか動作されないか、または、全く動作されない。
本発明の本質的な部分は、今日までに様々に使用されかつ上記の図１において示された管状の空気イオン化装置を、別の有利な構成形状により設置することである。
図７にはこの発明による空気イオン化装置7.0が示される。この装置が現行技術による周知のガラス管イオン化装置より優れているのは、容積と表面積との比率がより有利である点である。前面が小さいので、この発明の平面イオン化装置の空力抵抗は周知の管におけるものよりはるかに少ない。構造に関しては、内部電気伝導性表面7.5が２つの板7.1および7.2、または電気絶縁性材料からなるプレートによって密閉収納されている。ここではガラス、セラミック、PTFEのような特殊合成樹脂、または高い絶縁破壊強度を備え、かつ優れた誘電体を形成する同様の材料が考えられる。板7.1および7.2は外側に、電気伝導性の構造7.3および7.4を有する。内部電気伝導性表面7.5および外部構造7.3および7.4は共に電気伝導性としてコンタクトがとられ、構造7.3および7.4への供給路は導線7.6によって、電気伝導性表面7.5のための電気接続は導線7.7によって形成される。外部構造7.3および7.4は、スクリーン印刷、蒸着めっきまたはエッチングないしレーザ構造化などの技術によって、多数の縁部または先端を有し、かつこの構造のこれらの縁部または先端において電界強度が突出するような構造となり得る。
構造7.3および7.4に対応するそのような構造の実施例が図８に示される。ここでは、たとえば有刺鉄線に似ていなくもない櫛状の、または有刺鉄線状の突起部8.2が導体路8.1に装着される。こうして、縁部または先端において高い電界強度を生み出す上記のような構造が製造可能である。
図７の導線7.6および7.7には作動中高い交流電圧がかけられる。その際、内部および外部構造の間にあるコンデンサは、最終的にはこれが重要なのであるが、連続的に負荷を変えられる。個々の位相において外部構造7.3および7.4に形成されるイオン化されたガス分子は次の反対の極の位相において払いのけられ、周りの空気に流入する。
図７のそのようなプレートまたは平面イオン化装置によって図９によるプレートの成層が構成される。図７のプレート構造7.0に対応する個々のプレート9.1、9.2は一定の距離をおいて互いに絶縁され、浄化されるべき空気9.3がプレート成層9.1、9.2、…を貫流し、かつプレート成層全体の大きな表面においてイオンの最大量が受容され得るように、配置される。流出する空気9.4には酸素イオンが添加される。極めて有利なのは、プレート9.1、9.2、…からなるプレート成層の前面が流着する空気9.3に対して比較的小さく、このプレート表面によって小さな容積で比較的大きなイオン化表面が得られるという点である。
プレート9.1、9.2、…については、図10および図11に示されたさまざまな接続が可能である。図10は、図７による２つのプレートイオン化装置10.1および10.2を示すが、これらの装置においては内部および外部表面がそれぞれ同じ電位を有し、したがって図10から明らかなように並列接続される。この接続方法の利点は、個々のプレート10.1および10.2の間の距離を極めて小さくすることが可能である点であるが、これはそれぞれ向き合う外部表面10.3ないし10.4が同じ電位を有し、したがって電気的フラッシュオーバーが発生する危険がないからである。このようにして、容積の小さい構造に非常に大きな活性イオン化表面を格納することが可能である。
図11は、２つの平面イオン化装置11.1および11.2を示す。これらの平面イオン化装置はその内側及び外側の面が、隣接するプレートに対して交互に交替する電位差を有し、したがって逆並列接続される。その際、２つの隣接した外側プレート11.3および11.4の間隔は、電気的フラッシュオーバーが生じないように選択される。この回路の長所は、イオン化面の間、ないしは、２つのイオン化装置11.1および11.2の両方の外側面11.3および11.4の間の、空気区間は誘電体と同様に作用し、面の間にかなりの電界を発生させることができる。そこでは特に、たとえば、炭化水素分子のような極分子は、引き裂かれた状態となる。「活性な酸素イオンによる酸化」と「電気的交替領域における極分子の引き裂き」との組合せは、イオン化装置の効果を向上させる。
図12は、本発明に基づく空気イオン化装置のさらに有利な構成を示す。好ましくは、導かれた空気のための流れ管を形成する絶縁されたないし絶縁性の枠12.1の内部には、格子に類似した平面構造12.2、12.3、12.4があり、これらは、平面的な格子類似体であり、導電性の表面を備える。この格子類似体12.2、12.3、12.4は、気流の中に互いに平行平面になるように上下に配列され、電気的に接触することによって常に電位が交替するようになっている。それらの間隔は、電気的フラッシュオーバーが生じないように選択される。格子類似平面体12.2、12.3、12.4の材料は、金属部分を押抜き加工した織金網または類似の導電性のある材料からなる。
本発明に基づいて、導電性の平面体13.1を以下のように形成することによって、イオンの生産レートが高くなる。すなわち、導電性の平面体−または、図12における平面体12.2、12.3、12.4−が、有刺鉄線に類似して組立てられ、コロナ効果が特にはっきりと発生する多数の針形またはぎざぎざ形の突起13.2が設けられる。
さらにもう一つの形態が、図14に示される。そこでは、電気的に絶縁し、空気管を形成する枠14.1の中に、さらに、かご14.2に絶縁包囲された電極14.4が配置されている。内部電極14.4は、外部電極14.2から電気的に絶縁されて掛けられ、成形され発泡された活性炭による導電性のあるフィルタ材料からなる。空気ガイドは、空気が外部電極14.2を通って流れ、導電性のあるフィルタ材料14.4を同様に通り抜ける。両電極14.2および14.4間の電気的交替領域においては、空気の成分が、上記のように引き裂かれて同時に活性な酸素イオンによって酸化される。塵およびパーティクルは活性炭マット14.4の中で捕獲される。インパルス状に集中するガスまたは蒸気は、一時的に活性炭マットの中に凝集され、マットを通じて同様に流れる活性な酸素イオンによって酸化されるため、マットは、常に再生し、逆収着効果が起こる恐れはない。この構造、いわゆる「サンドイッチ構造」は、任意の頻度で再帰可能である。
外部のかご状の電極14.2はさらに、コロナ効果が特にはっきりと発生する、内側に向かう針形またはぎざぎざ形の導電性の先端14.3を有する。
イオン化効果は、対向電極14.2ないし先端14.3に対してイオン生産を強化するコロナ効果が得られるように、活性炭マットにも、多数の電気的に接触した針または先端がうち込まれることによって、さらに向上することができる。いわゆる針は、図13におけると類似の対向電極の上にも、あるいは、同様に両面に、形成することが、当然可能である。
乗物に関して、流れ込んでくる外気の処理のために、上記のような物理的な空気の処理を組込むことは当然だと思われる。これを通じて、ガソリン蒸気、ケロシンもしくはディーゼルの臭い、有毒な一酸化炭素、または未燃炭素、水素、ベンゼンなどの酸化可能なガスを酸化し、無害にするに至る。そのような乗物用空気処理装置は、乗物の熱交換器の近くに配置することが可能である。
図15は、接続可能なイオン化モジュール15.1を示す。このモジュールはそれぞれ同時に、一方の表面に空気が流着し、他方の表面からは処理された空気が流出する、管状の空気導管として働く、電気絶縁性の外部枠15.2によって構成される。枠の内部には、横断面に、図７〜14において述べた平面電極15.3が張られる。
図16は、類似のモジュールを示す。ここでは空気を自由に通す２つの導電性の平面的な平面16.1および16.2が、枠16.3の内側に備えられている。両方の電極16.1および16.2は、コロナ効果を増幅するような、互いに内側に向けて突出した針形またはぎざぎざ形の先端16.4を有する。
図17は、空気イオン化ユニットの制御装置の特に有利な方法を示す。ここでは、空気イオン化は、空気流路17.2の中に配置された、管形あるいは平面形の空気イオン化装置17.1によって行われる。空気イオン化装置17.1には、導線17.4を介して電気制御モジュール17.3から電圧が供給される。電気制御モジュール17.3は、ネットワーク17.5に接続されている。
空気イオン化装置17.1の流れ方向の後ろに、オゾンセンサ17.6が配置されており、空気イオン化装置17.1がオゾンを生産した場合はそれを検出することができる。オゾンセンサ17.6は、導線17.7を介して電気制御モジュール17.3に接続されている。
図18は、図17の回路の機能の仕方を説明する。イオン化機能は、最低電圧VIより上方のスイッチ点に調節されることがわかる。さらに、限界電圧すなわち電圧VO₃より上方では、好ましくないオゾン発生が起こることがわかる。この限界電圧は、乾いた空気やきれいな空気に比べて、空気が湿っているほど、および、空気が汚れているほど、高くなる。したがって、空気イオン化装置は、これらの両方の電圧VIおよびVO₃の間において、運転し続けるべきである。それゆえに、0.05〜0.2Hzの周波数の鋸歯形の高電圧が生じ、イオン化開始VIより上方のスイッチ一致点と好ましくないオゾン発生を伴なう電圧VO₃の間で行ったりきたり振り子のように揺れ動く。スイッチ点におけるスイッチ投入の後、高電圧は、単位時間辺り常に一定量上昇するアプローチ電圧の形をとる。正確な値は空気流れ、空気の湿度、空気の汚染などのパラメータによって左右される電圧VO₃の上方では、オゾンの生成が起こる。オゾンセンサ17.6は、これを認識し、これを電気制御モジュール17.3に報告し、高電圧は一定量すなわち図18の戻り跳躍だけ下がり、オゾン生成が行なわれないがイオン化の行なわれる領域に戻る。引き続いて、高電圧は新たに高くなり、第２アプローチが走り続け、電圧点VO₃における新たなオゾン生成に至るまで高くなる。そして、新たな高電圧は、第２アプローチの戻り跳躍によって下げられる。引き続いて、さらにこの事象が繰り返される。したがって、結果として、イオン化装置は、高電圧が常に一定の領域にあり、その領域では、一方では、イオン化が行なわれるが、他方では、オゾン生成の行なわれる領域が確実に回避されることとなる。この発明による空気イオン化装置17.1のためのイオン化電圧の有利な点は、オゾンの過剰生産を許さないが、常に最大のイオン化またはちょうど望ましいイオン化が行なわれるように導かれることである。
図19は、図18の機能を電気的に満たすことができるような、電気回路の原理の回路図を表す。ネット整流器19.1には、パルス幅電圧調整器19.2が一体化され、この調整器はLC列を介して約50〜150Vの作動電圧を、二次コイルが空気イオン化装置19.4に固定された高電圧変換器19.3の一次コイルに提供する。この一次コイルは、インパルス形状の高電圧を生産するように、出力トランジスタ19.5のコレクタ−エミッタ領域にある。回路トランジスタの基本区間を調整する調整回路19.6は、トランジスタ19.5を切換える働きをする。出力トランジスタ19.5が接続されると、作動電圧が、高電圧変換機19.3の１次コイルを流れ通る。出力トランジスタ19.5は、調整回路19.6を通じて一定の周波数および一定のパルス休止比率によって調整される。好ましい実施においては、周波数15〜20kHz、スイッチ比率15％が選択される。
制御および調整ユニット19.7は、鋸歯形状の電圧を生産し、パルス幅電圧調整器19.2に影響を与え、その出力電圧を連続的に高くする。オゾンセンサ19.8は、制御および調整ユニット19.7に接続され、これに対して、オゾン発生の際には調整電圧、したがって高電圧を直ちにある程度戻すという影響を与え、オゾン生成は防止される。
産業上の使用可能性：
本発明は、空気を清潔に保つこと、特に呼吸空気について、特に産業的に組込み可能である。本発明の効用は、特に、オゾンを生成せずに常に最適な酸素イオンを生産する空気イオン化が可能な点にある。

Claims (20)

1. 少なくとも一つの空気イオン化装置と、空気のイオン化に十分な高電圧を発生する電気変圧器とからなる、空気、特に呼吸用空気を改善するために空気中に活性酸素イオンを発生する装置であって、
   空気中の、前記活性酸素イオンによって酸化可能なガスの含有量を測定するセンサ（空気品質センサ）と、測定されたそのような酸化可能なガスの含有量に基づいて、酸化可能なガスの濃度が上昇するとセンサ制御によって自動的に最大値まで上昇可能なイオン化出力が、酸化可能なガス濃度が低い場合にはごくわずかとなるように、空気イオン化装置に供給される電気エネルギを変える電気制御装置とを備える、装置。
2. 空気イオン化装置の後方に配置されたイオンカウンタが空気中のイオンの数を検出し、かつセンサ制御によって自動的に、好ましくは恒常的に、イオンの数が少ないと空気イオン化装置のイオン化出力を増大させ、イオンの数が増加すると出力を減少させるように、電気回路を介して前記装置ないし空気イオン化装置に作用することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 変圧器が、空気イオン化装置の調整能力を変えるために様々なコイルタップを有し、かつ前記タップを介して、的確な効果が得られるようセンサ制御によってより高いまたはより低い空気イオン化装置の作動電圧が発生するように、調整可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 空気イオン化装置の調整能力を変えるために、空気イオン化装置に一連の容量抵抗またはオーム抵抗が直列接続されることを特徴とし、前記抵抗は適当な接続ユニットによって的確な効果が得られるように並列接続され、前記並列接続に応じて空気イオン化装置の適切なイオン化出力が得られる、請求項１または２に記載のイオン化装置。
5. 多数のイオン化装置が使用され、かつ作動するイオン化装置の活性表面が適当な電気接続ユニットを介して、単数ないし複数の空気品質センサによって算出された要求に合わせられることによって、的確な効果が得られるよう状況に応じてイオン化出力が変更され得ることを特徴とする、請求項１または２に記載のイオン化装置。
6. 空気品質センサによって検出されたガス濃度の変化が所定時間にある一定の指数を示すたびに、センサ制御によってイオン化出力が高められることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
7. 空気品質センサのガスに依存する値、または空気品質センサの所定時間における値の変化から得られる指数がある一定の値を超えるたびに、センサ制御によってイオン化出力が高められることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 空気イオン化装置が空気加湿器に直列接続されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
9. 空気イオン化装置にオゾンセンサが後接続されることを特徴とし、前記オゾンセンサは電気制御回路と接続され、空気中に一定のオゾン含有量を検出すると前記電気制御回路に作用し、空気イオン化装置に供給される電気エネルギを前記電気回路が減少させる、請求項１に記載の装置。
10. オゾン発生の際に空気イオン化装置に供給される電気エネルギを制御するために、鋸歯形状の電圧による調整が行われることを特徴とし、前記電圧は、オゾンの生成を許容する電圧に達すると、確実にイオン化はするがオゾン化には至らないような電圧に引き戻される、請求項９に記載の装置。
11. 前記鋸歯形状の電圧は、前記両電圧レベル間の電圧帯内においてランプ形状にまたは鋸歯形状に揺れ動くことを特徴とする、請求項10に記載の装置。
12. 前記空気イオン化装置の電極が、二つまたは複数の平らな、またはプレート形状の電気伝導性構造体からなることを特徴とし、前記電極は互いに平行平面をなして向き合い、かつ誘電体によって電気的に分離されて平らなコンデンサを形成し、前記電極には空気のイオン化に十分な高さの交流電圧がかけられる、請求項１に記載の装置。
13. 空気イオン化装置が一つの平らな外部電極と、前記外部電極を担う誘電体によって密閉包囲される一つの平らな内部電極とからなることを特徴とし、前記内部および外部電極はそれぞれ電気接続を介して接触をとり、かつ前記内部および外部電極には空気のイオン化に十分な高さの交流電圧が接続される、請求項12に記載の装置。
14. 複数の平らな空気イオン化装置（平面イオン化装置）が積み重ねられて、処理されるべき空気が貫流する、単数または複数の電気的に互いに絶縁された成層をなし、かつ個々の電極には空気のイオン化に十分な高さの交流電圧が与えられることを特徴とする、請求項12または13に記載の装置。
15. 前記内部電極が、隣接する平面イオン化装置と同じ電位を有するか、あるいは前記内部電極が、隣接する平面イオン化装置と異なる電位を有することを特徴とする、請求項12または13に記載の装置。
16. 空気イオン化装置が通気性であることを特徴とし、前記平面電極が共に複数の貫通口を有し、格子状または穴状に構造化され、さらにイオン化されるべき空気が前記電極の自由横断面を貫流する、請求項12に記載の装置。
17. 前記電極の一方が、他方の電極によって格子状に、電気絶縁状態で包囲される電気伝導性フィルタ材料からなり、処理されるべき空気が両電極を貫流することを特徴とする、請求項16に記載の装置。
18. 前記電極の少なくとも一つが、対向電極に向けられた多数の針、または先端、または突起部を有することを特徴とする、請求項12に記載の装置。
19. 複数のイオン化プレートからなる成層が通気チャネル内に配置され、通気チャネルの横断面全体を占めて空気イオン化装置を形成し、かつ前記イオン化プレートの短辺側の前面か、あるいは空気が貫流し得るその横断面表面が空気流に向けて調整されることを特徴とする、請求項12に記載の装置。
20. 請求項１または12または19に記載の装置が車両の外気運搬チャネル内に組み込まれることを特徴とする、前記装置の利用。

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