JP4173233B2 - イオン発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ケーシングの内部に導入された空気をイオン化してオゾンを生成するイオン発生装置に関する。より詳しくは内燃機関、燃焼装置、消臭装置、殺菌装置、空気清浄機、医療機器等のオゾン供給源として機能するイオン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の燃焼効率を高めたり、低燃費化、低公害化を図ったりするために、イオン化した空気を内燃機関の吸気マニホールドに供給するイオン発生装置が使用されている（特開平９−１８４４５５号公報）。
図１０はこの公報に開示されたイオン発生装置を示す断面図である。このイオン発生装置のケーシング８０は、ステンレス等からなる円筒体８９の両端部をキャップ８４，８５によって閉塞したものであり、一方のキャップ８４には吸気口８６が、他方のキャップ８５には排気口８７が形成されている。このイオン発生装置は、これら吸気口８６と排気口８７との間を、空気流路Ａとして構成しているとともに、この空気流路Ａの上流側に高電圧発生器８８を配置し、下流側にイオン化電極Ｉを配置している。
【０００３】
イオン化電極Ｉは、円筒体８９の一部によって構成された外側電極８１と、この外側電極８１の中心部に配置された内側電極８２と、この内側電極８２を支持する一対の円板状の支持部材８３とを備えている。内側電極８２は、一対の支持部材８３間に架け渡した導電性の軸８２ａの軸方向に沿って所定間隔毎に星型電極８２ｂを配列したものである。そして、内側電極８２は高電圧発生器８８の一方の極に、外側電極８１は高電圧発生器８８の他方の極にそれぞれ接続されている。
一対の支持部材８３は絶縁材料からなり、その側面には、吸気口８６からケーシング８０の内部に導入された空気を排気口８７に導くための通気口８３ｃが、前記軸８２ａを中心とする円周上に所定間隔毎に貫通形成されている。
このイオン発生装置においては、イオン化電極Ｉの外側電極８１と内側電極８２との間に高電圧を印加し、この両電極間にコロナ放電を発生させることにより、内部の空気がイオン化されてオゾンが発生する。
【０００４】
図１１は、従来の他のイオン発生装置のイオン化電極Ｄを示す断面図である。 このイオン化電極Ｄのケーシング９０は、樹脂製の円筒体９１の両端部を複数個の通気孔９２ａが設けられた一対の閉塞板９２によって閉塞したものである。 イオン化電極Ｄは、ケーシング９０の一方の閉塞板９２に取付けられた黄銅製の中空電極９３と、他方の閉塞板９２に取付けられ、球電極９４ａ及び支持部材９４ｂからなる球電極部９４とを備えている。中空電極９３の先端側面には、矩形の薄いステンレス製のフィン９３ａが周方向に複数枚、等間隔に設けられている。
このイオン化電極Ｄにおいては、中空電極９３側から球電極部９４側に空気を流し、電極間に正極性直流高電圧を印加すると、フィン９３ａの球電極部９４に対向する端面から球電極９４ａに向かってコロナ放電Ｂが発生し、これにより内部の空気がイオン化されてオゾンが発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示したイオン化電極Ｉは、コロナ放電の大半が軸８２ａの両端に配置した星型電極８２ｂから発生し、内側に配置した星型電極８２ｂが効果的に機能せず、空気のイオン化効率が悪いという問題があった。また、外側電極８１及び内側電極８２の加工誤差や取付け誤差により、星型電極８２ｂの一部に他より外側電極８１に接近する部分が生じると、コロナ放電がこの部分に集中し、これがさらに火花放電に発展し、その結果、高電圧発生器８８の電気回路素子等が焼損して高電圧発生器８８が使用不可能になるという問題もあった。そして、放電が偏らない場合でも、コロナ放電が火花放電に近く不安定であり、トランスの一次側の電流値を大きくしなければならなかった。
図１１に示したイオン化電極Ｄは、フィン９３ａの端面の幅を0.1mm 程度に薄くしないと放電が発生しにくく、フィン９３ａの加工が困難であるという問題があった。また、図１０のイオン化電極Ｉと同様に、電極の加工誤差や取付け誤差によって放電が偏り、電気回路素子の焼損等が生じるという問題があり、放電が偏らない場合でもトランスの一次側の電流値を大きくしなければならいという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、電極の加工誤差や取付け誤差に関わらず、コロナ放電を安定して発生させることができ、トランスの一次側の電流値を低減することができるとともに、空気のイオン化効率を高めることができるイオン発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のイオン発生装置は、ケーシングに吸気口と排気口とがそれぞれ形成されており、吸気口から導入された空気をイオン化電極によりイオン化するイオン発生装置において、
前記イオン化電極が、先鋭部を縁部の少なくとも一部に含む平板状の一極と、この一極の平面に対向する他極とからなり、
前記一極が星型電極であり、前記他極が球又はその一部であることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
このイオン化電極の他極は一極の平面に対向しており、一極の先鋭部は直接他極の方を向いていないので、先鋭部が直接他極を向いている場合と比較してコロナ放電の指向性が鈍くなっていると考えられる。従って、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの先鋭部に集中するのが抑制されており、コロナ放電から火花放電に発展するおそれのない、安定した状態でコロナ放電が発生することになる。
また、前記一極が星型電極であり、前記他極が球又はその一部であるので、コロナ放電の指向性がさらに鈍くなり、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの先鋭部に集中するのがさらに抑制され、コロナ放電がより安定する。
【０００８】
請求項２記載のイオン発生装置は、ケーシングに吸気口と排気口とがそれぞれ形成されており、吸気口から導入された空気をイオン化電極によりイオン化するイオン発生装置において、
前記イオン化電極が、鋸歯状にて直線的に配列された先鋭部を少なくとも含む平板状の一極と、母線が一極の先鋭部と平行に延びる円筒又はその一部である他極とからなり、
前記一極が前記他極の周面に対向させて当該他極の周方向に複数個配置されたことを特徴とする。
このイオン発生装置によれば、一極の先鋭部は直接他極の方を向かず、しかも他極が凸状の曲面であるのでコロナ放電の指向性が鈍くなっており、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの部分に集中するのが抑制され、コロナ放電が安定する。また、一極及び他極を長尺にすることにより、一度に多量のコロナ放電を発生させてオゾンの発生量を増加させることができる。
【０００９】
請求項２記載のイオン発生装置は、前記一極に先鋭部が複数列形成されており、前記他極が各先鋭部に対してその母線を個別に沿わせて複数個配置されてもよく（請求項３）、この場合にもオゾンの発生量を増加させることができる。
【００１０】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、前記一極がタングステン製であるのが好ましく、この場合にはコロナ放電が発生して一極の先鋭部が１０００℃近い高温になってもオゾンにより酸化されることがなく、以後のコロナ放電の発生が阻害されることがない。また、一極の表面でタングステンが触媒として作用してオゾンが反応することもない。
【００１１】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、内燃機関に空気を供給する吸気装置に内蔵又は接続されていてもよく（請求項４）、この場合には、内燃機関において高効率の燃焼が実現される。
【００１２】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、前記吸気口にダストフィルターを、前記排気口にイオン化した空気を外部に送りだすシロッコファンを設けたものであってもよく、この場合には、濾過した空気を逐次取り込み、効率よく空気をイオン化して外部に送りだすことができる。
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、前記吸気口にダストフィルターを設け、前記排気口側にイオン化した空気を外部に送るエアポンプを備えたものであってもよく、この場合にも、濾過した空気を逐次取り込み、効率よく空気をイオン化して外部に送りだすことができる。
【００１３】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、太陽光線の放射エネルギーを電気エネルギーに変えるソーラーパネルと、前記電気エネルギーを蓄える蓄電池からなる電源部とを備えたものであってもよく（請求項５）、この場合には電源部からコロナ放電用の電流が供給されるので、携帯が可能になる。しかもこの装置はソーラーパネルを備えており、自動的に電気エネルギーが蓄えられるので、蓄電池を充電させなくても長時間使用することができる。
請求項５記載のイオン発生装置は、空気をイオン化して得られたオゾンを分解するオゾン分解装置を備えたものであってもよく（請求項６）、この場合にはオゾンの代わりに酸素を供給することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るイオン発生装置を示す断面図、図２はそのII−II線拡大断面図である。
このイオン発生装置は、空気をイオン化して、内燃機関のエアクリーナとシリンダとの間に介在する吸気マニホールドに供給するものである。
このイオン発生装置においては、筒状のケーシング１の一方の端面１ａに吸気口１１が、他方の端面１ｂに排気口１２がそれぞれ形成され、これら吸気口１１と排気口１２との間が空気流路Ａとして構成されているとともに、この空気流路Ａの上流側に高電圧発生器２が配置され、下流側にイオン化電極３が配置されている。
【００１５】
前記ケーシング１は、ポリエーテルイミド等の合成樹脂によって形成されており、一方の端面１ａには吸気管４用の接続口１４が突設されており、他方の端面１ｂには、排気管５用の接続口１５が突設されている。なお、前記吸気口１１及び排気口１２は、ケーシング１の軸心と同軸に設けられている。また、前記排気管５は、前記吸気マニホールドに連通されている。
【００１６】
前記高電圧発生器２は、高電圧発生用の電気回路部品をケースに収容し、当該部品をエポキシ樹脂等によってモールディングしたものである。この高電圧発生器２は、その外周の複数箇所に突設されたリブを介して、前記ケーシング１の内部に中立状態で支持されており、その外周側と前記吸気口１１に対向する端面側とに、当該吸気口１１からケーシング１の内部に導入された空気を流通させるための隙間Ｓが形成されている。また、前記高電圧発生器２は、前記吸気口１１及び排気口１２と同心状に設けられている。なお、図面符号中、２１は電源線であり２２はアース線である。
【００１７】
イオン化電極３は、外周に先鋭部３１ｂが形成された星型にて薄肉の陽極（一極）３１ａ及び支持軸３１ｃからなる陽極部３１と、陽極３１ａの平面に対向させて配置された球冠状の陰極３２ａ（他極）及び支持軸３２ｂからなる陰極部３２と、陽極部３１及び陰極部３２をそれぞれ支持する一対の円板状の支持部材３３とを備えている。先鋭部３１ｂは二等辺三角形状である。陽極３１ａは高電圧発生器２の一極に接続されており、陰極３２ａは高電圧発生器２の他極に接続されている。このイオン化電極３では陰極３２ａが接地されており、高電圧発生器２によって陽極３１ａと陰極３２ａとの間にプラスの高電圧が印加される。
陽極３１ａはタングステン製であり、先鋭部３１ｂがオゾンにより酸化されることがなく、陽極３１ａの表面でタングステンが触媒として作用してオゾンが反応することもない。陰極３２ａはステンレス製である。
一対の支持部材３３は、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁材料からなり、その側面には、吸気口１１からケーシング１の内部に導入された空気を排気口１２に導くための通気口３３ｃがそれぞれ１個貫通形成されている。また、支持部材３３の両平面の中心部には小筒状の突起部３３ａ及び３３ｂがそれぞれ設けられている。
【００１８】
以上の構成であれば、吸気マニホールドの内部の負圧によって、吸気口１１を通してケーシング１の内部に空気を導入することができ、この導入された空気を、高電圧発生器２とケーシング１との間に構成された隙間Ｓを通して、排気口１２側に導くことができる。このとき前記高電圧発生器２を通過した空気を、イオン化電極３のコロナ放電によってイオン化し、これを排気口１２及び排気管５を通して吸気マニホールドに供給する。
【００１９】
この実施形態において、コロナ放電Ｂは陽極３１ａの外周に設けられた各先鋭部３１ｂから、図１に示した弧を描いて、陰極３２ａに到達する。
陽極３１ａの先鋭部３１ｂは陰極３２ａの方を直接向かず、しかも陰極３２ａが凸状の曲面であるので、コロナ放電Ｂの指向性は鈍くなっていると考えられる。従って、陽極３１ａ及び陰極３２ａの加工時や取付け時の誤差等により、一部の先鋭部３１ｂが陰極３２ａに対して他の先鋭部３１ｂより接近しても、放電がこの先鋭部３１ｂに集中するのが抑制されており、コロナ放電Ｂは火花放電に発展するおそれのない、安定した状態で発生する。このため、高電圧発生器２において電気回路素子が焼損する等のトラブルが生じることがなくなり、トランスの一次側の電流値を従来の３分の１程度まで低減させることができた。そして、単位時間当たりのオゾン生成量が増加し、空気のイオン化効率が向上した。
【００２０】
図３は参考例に係るイオン発生装置を示す断面図、図４はそのイオン化電極の平面図、図５は図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。
この参考例において、イオン化電極３は、矩形形状の陽極３１ａ及び支持軸３１ｃからなる陽極部３１と、半円筒状の陰極３２ａ及び支持軸３２ｂからなる陰極部３２とを備えている。陽極３１ａの長手方向に沿った両側縁には鋸歯状に先鋭部３１ｂが形成されており、陰極３２ａはその母線が陽極３１ａの長手方向と平行になるように配置されている。
【００２１】
この参考例においても、第１の実施形態と同様に、陽極３１ａの先鋭部３１ｂが直接陰極３２ａの方を向かず、陰極３２ａが凸状の曲面であるので、電極の加工時や取付け時の誤差によってコロナ放電Ｂが一部に偏るのが抑制されており、コロナ放電Ｂは安定して発生する。
この参考例では、陽極３１ａの両端面に先鋭部３１ｂが数多く形成されており、各先鋭部３１ｂから陽極３１ａの長手方向にコロナ放電Ｂが並列に数多く発生するので、空気のイオン化効率がさらに向上し、トランスの一次側の電流値も従来の３分の１程度まで低減させることができた。
図６は、本発明の第２の実施形態に係るイオン化電極３を示した断面図である。このイオン化電極３においては、陰極３２ａが円筒形状に構成されており、陽極３１ａが、陰極３２ａの周面に対向させて陰極３２ａの周方向に４個配置されている。この結果、さらに多量のコロナ放電Ｂが発生する。
【００２２】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極３を示す断面図である。
このイオン化電極３は、両側縁に先鋭部３１ｂが形成された矩形形状の陽極３１ａと、陽極３１ａの各側縁と平行にその母線が延びるように配置された一対の円筒状の陰極３２ａとを２組備えている。一対の陽極３１ａの間には鉄板３４が介在している。
このイオン化電極３においても、図６のイオン化電極と同様に、多量のコロナ放電Ｂが発生する。
【００２３】
図８は、参考例に係るイオン発生装置のイオン化電極３を示す斜視図である。
このイオン化電極３は、矩形形状の陽極３１ａと、この陽極３１ａの平面に対して所定角度傾斜させて対向配置された平板状の陰極３２ａとを備えている。陽極３１ａの長手方向に沿った一側縁には鋸歯状に先鋭部３１ｂが形成されている。
このイオン化電極３においても、コロナ放電が一部に偏るのが抑制されており、コロナ放電が安定する。
【００２４】
なお、以上の実施形態においては、イオン発生装置の排気管５を吸気マニホールドに連通させる構成につき説明しているがこれに限定されるものではなく、このイオン発生装置を吸気マニホールドのサージタンク等に内蔵させることにしてもよい。
また、内燃機関の回転数、燃料の噴射量等に対応させ、コンピュータの指令によりトランスの一次側の電圧値若しくは電流値を変更したり、又は陽極３１ａ若しくは陰極３２ａの少なくとも一方の位置を変えたりすることにより、コロナ放電の発生量を制御してもよい。
そして、以上の実施形態においては、イオン化した空気を内燃機関に供給する場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ボイラーや焼却炉等の燃焼装置、消臭装置、殺菌装置、空気清浄機、壊疽や水虫等の患部にオゾンを照射して治療する等の医療機器等に供給することにしてもよい。ボイラー等の燃焼装置に適用する場合は、バーナーの吸気管にイオン発生装置の排気管５を連通させ、バーナーに空気とともにオゾンを供給すればよい。
【００２５】
図９は、本発明に係る第４の実施形態を示す断面図である。
このイオン発生装置は、図１に示すイオン発生装置において、筒状のケーシング１の一方の開口部１ｃにダストフィルター９が、他方の開口部１ｄにシロッコファン１０が追加構成されている。このシロッコファン１０によりダストフィルター９側からケーシング１内に空気が導入され、このとき空気に含まれるゴミはダストフィルター９で除去される。
【００２６】
さらに、この実施形態においては、この空気の流路Ａの上流側から順に、電源部７、高電圧発生器２及び電気回路部品６、イオン化電極３が配置されている。
電源部７には蓄電池が複数個収容されており、蓄電池には外部部品のソーラーパネル８が接続されている。ソーラーパネル８において太陽光線の放射エネルギーが電気エネルギーに変えられ、この電気エネルギーが蓄電池に蓄えられる。電源部７には電気回路部品６が接続されており、電気回路部品６にはさらにシロッコファン１０のモータ１０ａの電源線が接続されている。高電圧発生器２には高電圧発生用の電気回路部品が収容されている。
なお、電源部７には、ソーラーパネル８から得た電気エネルギーを蓄える蓄電池の他に、交流電源から得た電気エネルギーを蓄える蓄電池を収容してもよい。
【００２７】
以上の構成であれば、電源部７の蓄電池を電源として、イオン化電極３の陽極３１ａと陰極３２ａとの間に高電圧を印加することができる。これにより両電極間にコロナ放電が発生し、ダストフィルター９から逐次導入された空気がイオン化されてオゾンが発生し、このオゾンがシロッコファン１０によりケーシング１の外部に送りだされる。
このとき、第１の実施形態と同様に、コロナ放電Ｂが安定して発生するので、トランスの一次側の電流値が小さくて済み、空気のイオン化効率も良好である。
この実施形態に係るイオン発生装置は、電源が蓄電池であるので、携帯することができる。しかもこの装置はソーラーパネルを備えており、自動的に電気エネルギーが蓄えられるので、電池を充電させなくても長時間使用することができる。なお、この実施形態においては、開口部１ｄにシロッコファン１０を設けているがこれに代えて開口部１ｄ側にエアポンプを設けることにしてもよい。
さらに、このイオン発生装置にオゾンを触媒により若しくは電気的分解により分解するオゾン分解装置を内蔵させるか又は外部に接続することにより、このイオン発生装置を酸素供給装置として使用することもできる。特にこの実施形態を医療用の酸素供給装置に適用した場合には、従来の酸素ボンベと比較して小型軽量であり、携帯に便利である。
【００２８】
本発明のイオン発生装置は、前記実施形態に限定されるものではなく、前記ケーシング１を角形断面に形成する等、種々の設計変更を施すことができる。
また、陽極３２ａを接地し、高電圧発生器２によりマイナスの高電圧を印加して、陽極３１ａと陰極３２ａとの極性を逆にしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載のイオン発生装置によれば、イオン化電極が、先鋭部を縁部の少なくとも一部に含む平板状の一極と、この一極の平面に対向する他極とからなり、一極の先鋭部は直接他極の方を向いていないので、コロナ放電の指向性が鈍くなっていると考えられる。従って、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの部分に集中するのが抑制されており、コロナ放電は火花放電に発展するおそれのない、安定した状態で発生する。よって、このイオン発生装置においては、高電圧発生器において電気回路素子が焼損する等のトラブルが生じることがなく、トランスの一次側の電流値を低減することができるとともに、空気のイオン化効率が向上する。
しかも、前記一極が星型電極であり、前記他極が球又はその一部であるので、コロナ放電の指向性がさらに鈍くなり、コロナ放電がさらに安定して発生するので、トランスの一次側の電流値をさらに低減できるとともに、空気のイオン化効率がさらに向上する。
【００３０】
請求項２記載のイオン発生装置によれば、一極の先鋭部が、鋸歯状にて直線的に配列されており、他極がその軸線が一極の先鋭部と平行に延びる円筒又はその一部であるので、コロナ放電の指向性が鈍くなっており、放電が一部に集中するのが抑制され、コロナ放電が安定する。従って、トランスの一次側の電流値を低減できるとともに、空気のイオン化効率が向上する。さらに、一極及び他極を長尺にすることにより、一度に多量のコロナ放電を発生させてオゾンの発生量を増加させることができる。
また、一極が他極の周面に対向させて他極の周方向に複数個配置されているので、さらにオゾンの発生量を増加させることができる。
【００３１】
請求項３記載のイオン発生装置によれば、他極が一極の複数列の先鋭部と平行に複数個配置されているので、請求項６記載のイオン発生装置と同様にオゾンの発生量を増加させることができる。
【００３２】
請求項４記載のイオン発生装置によれば、内燃機関に空気を供給する吸気装置に内蔵又は接続されているので内燃機関において高効率の燃焼が実現される。
【００３３】
請求項５記載のイオン発生装置によれば、電源部からコロナ放電用の電源が供給されるので、携帯が可能になる。しかもこの装置はソーラーパネルを備えており、自動的に電気エネルギーが蓄えられるので、電池を充電させなくても長時間使用することができる。
請求項６記載のイオン発生装置によれば、オゾン分解装置を備えているので、酸素供給源として機能することができ、これを医療用の酸素供給装置等に適用した場合には、従来の酸素ボンベと比較して小型軽量であり、携帯に便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るイオン発生装置を示す断面図である。
【図２】 図１のII−II線拡大断面図である。
【図３】 参考例に係るイオン発生装置を示す断面図である。
【図４】 参考例に係るイオン化電極を示す平面図である。
【図５】 図３のＶ−Ｖ線拡大断面図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極を示す断面図である。
【図７】 本発明の第３の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極を示す斜視図である。
【図８】 参考例に係るイオン発生装置を示す断面図である。
【図９】 本発明の第４の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極を示す断面図である。
【図１０】 従来のイオン発生装置を示す断面図である。
【図１１】 従来の他のイオン発生装置のイオン化電極を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 高電圧発生器
３ イオン化電極
３１ 陽極部
３１ａ 陽極
３１ｂ 先鋭部
３１ｃ 支持軸
３２ 陰極部
３２ａ 陰極
３２ｂ 支持軸
３３ 支持部材
１１ 吸気口
１２ 排気口
【発明の属する技術分野】
この発明は、ケーシングの内部に導入された空気をイオン化してオゾンを生成するイオン発生装置に関する。より詳しくは内燃機関、燃焼装置、消臭装置、殺菌装置、空気清浄機、医療機器等のオゾン供給源として機能するイオン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の燃焼効率を高めたり、低燃費化、低公害化を図ったりするために、イオン化した空気を内燃機関の吸気マニホールドに供給するイオン発生装置が使用されている（特開平９−１８４４５５号公報）。
図１０はこの公報に開示されたイオン発生装置を示す断面図である。このイオン発生装置のケーシング８０は、ステンレス等からなる円筒体８９の両端部をキャップ８４，８５によって閉塞したものであり、一方のキャップ８４には吸気口８６が、他方のキャップ８５には排気口８７が形成されている。このイオン発生装置は、これら吸気口８６と排気口８７との間を、空気流路Ａとして構成しているとともに、この空気流路Ａの上流側に高電圧発生器８８を配置し、下流側にイオン化電極Ｉを配置している。
【０００３】
イオン化電極Ｉは、円筒体８９の一部によって構成された外側電極８１と、この外側電極８１の中心部に配置された内側電極８２と、この内側電極８２を支持する一対の円板状の支持部材８３とを備えている。内側電極８２は、一対の支持部材８３間に架け渡した導電性の軸８２ａの軸方向に沿って所定間隔毎に星型電極８２ｂを配列したものである。そして、内側電極８２は高電圧発生器８８の一方の極に、外側電極８１は高電圧発生器８８の他方の極にそれぞれ接続されている。
一対の支持部材８３は絶縁材料からなり、その側面には、吸気口８６からケーシング８０の内部に導入された空気を排気口８７に導くための通気口８３ｃが、前記軸８２ａを中心とする円周上に所定間隔毎に貫通形成されている。
このイオン発生装置においては、イオン化電極Ｉの外側電極８１と内側電極８２との間に高電圧を印加し、この両電極間にコロナ放電を発生させることにより、内部の空気がイオン化されてオゾンが発生する。
【０００４】
図１１は、従来の他のイオン発生装置のイオン化電極Ｄを示す断面図である。 このイオン化電極Ｄのケーシング９０は、樹脂製の円筒体９１の両端部を複数個の通気孔９２ａが設けられた一対の閉塞板９２によって閉塞したものである。 イオン化電極Ｄは、ケーシング９０の一方の閉塞板９２に取付けられた黄銅製の中空電極９３と、他方の閉塞板９２に取付けられ、球電極９４ａ及び支持部材９４ｂからなる球電極部９４とを備えている。中空電極９３の先端側面には、矩形の薄いステンレス製のフィン９３ａが周方向に複数枚、等間隔に設けられている。
このイオン化電極Ｄにおいては、中空電極９３側から球電極部９４側に空気を流し、電極間に正極性直流高電圧を印加すると、フィン９３ａの球電極部９４に対向する端面から球電極９４ａに向かってコロナ放電Ｂが発生し、これにより内部の空気がイオン化されてオゾンが発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示したイオン化電極Ｉは、コロナ放電の大半が軸８２ａの両端に配置した星型電極８２ｂから発生し、内側に配置した星型電極８２ｂが効果的に機能せず、空気のイオン化効率が悪いという問題があった。また、外側電極８１及び内側電極８２の加工誤差や取付け誤差により、星型電極８２ｂの一部に他より外側電極８１に接近する部分が生じると、コロナ放電がこの部分に集中し、これがさらに火花放電に発展し、その結果、高電圧発生器８８の電気回路素子等が焼損して高電圧発生器８８が使用不可能になるという問題もあった。そして、放電が偏らない場合でも、コロナ放電が火花放電に近く不安定であり、トランスの一次側の電流値を大きくしなければならなかった。
図１１に示したイオン化電極Ｄは、フィン９３ａの端面の幅を0.1mm 程度に薄くしないと放電が発生しにくく、フィン９３ａの加工が困難であるという問題があった。また、図１０のイオン化電極Ｉと同様に、電極の加工誤差や取付け誤差によって放電が偏り、電気回路素子の焼損等が生じるという問題があり、放電が偏らない場合でもトランスの一次側の電流値を大きくしなければならいという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、電極の加工誤差や取付け誤差に関わらず、コロナ放電を安定して発生させることができ、トランスの一次側の電流値を低減することができるとともに、空気のイオン化効率を高めることができるイオン発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のイオン発生装置は、ケーシングに吸気口と排気口とがそれぞれ形成されており、吸気口から導入された空気をイオン化電極によりイオン化するイオン発生装置において、
前記イオン化電極が、先鋭部を縁部の少なくとも一部に含む平板状の一極と、この一極の平面に対向する他極とからなり、
前記一極が星型電極であり、前記他極が球又はその一部であることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
このイオン化電極の他極は一極の平面に対向しており、一極の先鋭部は直接他極の方を向いていないので、先鋭部が直接他極を向いている場合と比較してコロナ放電の指向性が鈍くなっていると考えられる。従って、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの先鋭部に集中するのが抑制されており、コロナ放電から火花放電に発展するおそれのない、安定した状態でコロナ放電が発生することになる。
また、前記一極が星型電極であり、前記他極が球又はその一部であるので、コロナ放電の指向性がさらに鈍くなり、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの先鋭部に集中するのがさらに抑制され、コロナ放電がより安定する。
【０００８】
請求項２記載のイオン発生装置は、ケーシングに吸気口と排気口とがそれぞれ形成されており、吸気口から導入された空気をイオン化電極によりイオン化するイオン発生装置において、
前記イオン化電極が、鋸歯状にて直線的に配列された先鋭部を少なくとも含む平板状の一極と、母線が一極の先鋭部と平行に延びる円筒又はその一部である他極とからなり、
前記一極が前記他極の周面に対向させて当該他極の周方向に複数個配置されたことを特徴とする。
このイオン発生装置によれば、一極の先鋭部は直接他極の方を向かず、しかも他極が凸状の曲面であるのでコロナ放電の指向性が鈍くなっており、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの部分に集中するのが抑制され、コロナ放電が安定する。また、一極及び他極を長尺にすることにより、一度に多量のコロナ放電を発生させてオゾンの発生量を増加させることができる。
【０００９】
請求項２記載のイオン発生装置は、前記一極に先鋭部が複数列形成されており、前記他極が各先鋭部に対してその母線を個別に沿わせて複数個配置されてもよく（請求項３）、この場合にもオゾンの発生量を増加させることができる。
【００１０】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、前記一極がタングステン製であるのが好ましく、この場合にはコロナ放電が発生して一極の先鋭部が１０００℃近い高温になってもオゾンにより酸化されることがなく、以後のコロナ放電の発生が阻害されることがない。また、一極の表面でタングステンが触媒として作用してオゾンが反応することもない。
【００１１】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、内燃機関に空気を供給する吸気装置に内蔵又は接続されていてもよく（請求項４）、この場合には、内燃機関において高効率の燃焼が実現される。
【００１２】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、前記吸気口にダストフィルターを、前記排気口にイオン化した空気を外部に送りだすシロッコファンを設けたものであってもよく、この場合には、濾過した空気を逐次取り込み、効率よく空気をイオン化して外部に送りだすことができる。
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、前記吸気口にダストフィルターを設け、前記排気口側にイオン化した空気を外部に送るエアポンプを備えたものであってもよく、この場合にも、濾過した空気を逐次取り込み、効率よく空気をイオン化して外部に送りだすことができる。
【００１３】
請求項１又は２記載のイオン発生装置は、太陽光線の放射エネルギーを電気エネルギーに変えるソーラーパネルと、前記電気エネルギーを蓄える蓄電池からなる電源部とを備えたものであってもよく（請求項５）、この場合には電源部からコロナ放電用の電流が供給されるので、携帯が可能になる。しかもこの装置はソーラーパネルを備えており、自動的に電気エネルギーが蓄えられるので、蓄電池を充電させなくても長時間使用することができる。
請求項５記載のイオン発生装置は、空気をイオン化して得られたオゾンを分解するオゾン分解装置を備えたものであってもよく（請求項６）、この場合にはオゾンの代わりに酸素を供給することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るイオン発生装置を示す断面図、図２はそのII−II線拡大断面図である。
このイオン発生装置は、空気をイオン化して、内燃機関のエアクリーナとシリンダとの間に介在する吸気マニホールドに供給するものである。
このイオン発生装置においては、筒状のケーシング１の一方の端面１ａに吸気口１１が、他方の端面１ｂに排気口１２がそれぞれ形成され、これら吸気口１１と排気口１２との間が空気流路Ａとして構成されているとともに、この空気流路Ａの上流側に高電圧発生器２が配置され、下流側にイオン化電極３が配置されている。
【００１５】
前記ケーシング１は、ポリエーテルイミド等の合成樹脂によって形成されており、一方の端面１ａには吸気管４用の接続口１４が突設されており、他方の端面１ｂには、排気管５用の接続口１５が突設されている。なお、前記吸気口１１及び排気口１２は、ケーシング１の軸心と同軸に設けられている。また、前記排気管５は、前記吸気マニホールドに連通されている。
【００１６】
前記高電圧発生器２は、高電圧発生用の電気回路部品をケースに収容し、当該部品をエポキシ樹脂等によってモールディングしたものである。この高電圧発生器２は、その外周の複数箇所に突設されたリブを介して、前記ケーシング１の内部に中立状態で支持されており、その外周側と前記吸気口１１に対向する端面側とに、当該吸気口１１からケーシング１の内部に導入された空気を流通させるための隙間Ｓが形成されている。また、前記高電圧発生器２は、前記吸気口１１及び排気口１２と同心状に設けられている。なお、図面符号中、２１は電源線であり２２はアース線である。
【００１７】
イオン化電極３は、外周に先鋭部３１ｂが形成された星型にて薄肉の陽極（一極）３１ａ及び支持軸３１ｃからなる陽極部３１と、陽極３１ａの平面に対向させて配置された球冠状の陰極３２ａ（他極）及び支持軸３２ｂからなる陰極部３２と、陽極部３１及び陰極部３２をそれぞれ支持する一対の円板状の支持部材３３とを備えている。先鋭部３１ｂは二等辺三角形状である。陽極３１ａは高電圧発生器２の一極に接続されており、陰極３２ａは高電圧発生器２の他極に接続されている。このイオン化電極３では陰極３２ａが接地されており、高電圧発生器２によって陽極３１ａと陰極３２ａとの間にプラスの高電圧が印加される。
陽極３１ａはタングステン製であり、先鋭部３１ｂがオゾンにより酸化されることがなく、陽極３１ａの表面でタングステンが触媒として作用してオゾンが反応することもない。陰極３２ａはステンレス製である。
一対の支持部材３３は、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁材料からなり、その側面には、吸気口１１からケーシング１の内部に導入された空気を排気口１２に導くための通気口３３ｃがそれぞれ１個貫通形成されている。また、支持部材３３の両平面の中心部には小筒状の突起部３３ａ及び３３ｂがそれぞれ設けられている。
【００１８】
以上の構成であれば、吸気マニホールドの内部の負圧によって、吸気口１１を通してケーシング１の内部に空気を導入することができ、この導入された空気を、高電圧発生器２とケーシング１との間に構成された隙間Ｓを通して、排気口１２側に導くことができる。このとき前記高電圧発生器２を通過した空気を、イオン化電極３のコロナ放電によってイオン化し、これを排気口１２及び排気管５を通して吸気マニホールドに供給する。
【００１９】
この実施形態において、コロナ放電Ｂは陽極３１ａの外周に設けられた各先鋭部３１ｂから、図１に示した弧を描いて、陰極３２ａに到達する。
陽極３１ａの先鋭部３１ｂは陰極３２ａの方を直接向かず、しかも陰極３２ａが凸状の曲面であるので、コロナ放電Ｂの指向性は鈍くなっていると考えられる。従って、陽極３１ａ及び陰極３２ａの加工時や取付け時の誤差等により、一部の先鋭部３１ｂが陰極３２ａに対して他の先鋭部３１ｂより接近しても、放電がこの先鋭部３１ｂに集中するのが抑制されており、コロナ放電Ｂは火花放電に発展するおそれのない、安定した状態で発生する。このため、高電圧発生器２において電気回路素子が焼損する等のトラブルが生じることがなくなり、トランスの一次側の電流値を従来の３分の１程度まで低減させることができた。そして、単位時間当たりのオゾン生成量が増加し、空気のイオン化効率が向上した。
【００２０】
図３は参考例に係るイオン発生装置を示す断面図、図４はそのイオン化電極の平面図、図５は図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。
この参考例において、イオン化電極３は、矩形形状の陽極３１ａ及び支持軸３１ｃからなる陽極部３１と、半円筒状の陰極３２ａ及び支持軸３２ｂからなる陰極部３２とを備えている。陽極３１ａの長手方向に沿った両側縁には鋸歯状に先鋭部３１ｂが形成されており、陰極３２ａはその母線が陽極３１ａの長手方向と平行になるように配置されている。
【００２１】
この参考例においても、第１の実施形態と同様に、陽極３１ａの先鋭部３１ｂが直接陰極３２ａの方を向かず、陰極３２ａが凸状の曲面であるので、電極の加工時や取付け時の誤差によってコロナ放電Ｂが一部に偏るのが抑制されており、コロナ放電Ｂは安定して発生する。
この参考例では、陽極３１ａの両端面に先鋭部３１ｂが数多く形成されており、各先鋭部３１ｂから陽極３１ａの長手方向にコロナ放電Ｂが並列に数多く発生するので、空気のイオン化効率がさらに向上し、トランスの一次側の電流値も従来の３分の１程度まで低減させることができた。
図６は、本発明の第２の実施形態に係るイオン化電極３を示した断面図である。このイオン化電極３においては、陰極３２ａが円筒形状に構成されており、陽極３１ａが、陰極３２ａの周面に対向させて陰極３２ａの周方向に４個配置されている。この結果、さらに多量のコロナ放電Ｂが発生する。
【００２２】
図７は、本発明の第３の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極３を示す断面図である。
このイオン化電極３は、両側縁に先鋭部３１ｂが形成された矩形形状の陽極３１ａと、陽極３１ａの各側縁と平行にその母線が延びるように配置された一対の円筒状の陰極３２ａとを２組備えている。一対の陽極３１ａの間には鉄板３４が介在している。
このイオン化電極３においても、図６のイオン化電極と同様に、多量のコロナ放電Ｂが発生する。
【００２３】
図８は、参考例に係るイオン発生装置のイオン化電極３を示す斜視図である。
このイオン化電極３は、矩形形状の陽極３１ａと、この陽極３１ａの平面に対して所定角度傾斜させて対向配置された平板状の陰極３２ａとを備えている。陽極３１ａの長手方向に沿った一側縁には鋸歯状に先鋭部３１ｂが形成されている。
このイオン化電極３においても、コロナ放電が一部に偏るのが抑制されており、コロナ放電が安定する。
【００２４】
なお、以上の実施形態においては、イオン発生装置の排気管５を吸気マニホールドに連通させる構成につき説明しているがこれに限定されるものではなく、このイオン発生装置を吸気マニホールドのサージタンク等に内蔵させることにしてもよい。
また、内燃機関の回転数、燃料の噴射量等に対応させ、コンピュータの指令によりトランスの一次側の電圧値若しくは電流値を変更したり、又は陽極３１ａ若しくは陰極３２ａの少なくとも一方の位置を変えたりすることにより、コロナ放電の発生量を制御してもよい。
そして、以上の実施形態においては、イオン化した空気を内燃機関に供給する場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、ボイラーや焼却炉等の燃焼装置、消臭装置、殺菌装置、空気清浄機、壊疽や水虫等の患部にオゾンを照射して治療する等の医療機器等に供給することにしてもよい。ボイラー等の燃焼装置に適用する場合は、バーナーの吸気管にイオン発生装置の排気管５を連通させ、バーナーに空気とともにオゾンを供給すればよい。
【００２５】
図９は、本発明に係る第４の実施形態を示す断面図である。
このイオン発生装置は、図１に示すイオン発生装置において、筒状のケーシング１の一方の開口部１ｃにダストフィルター９が、他方の開口部１ｄにシロッコファン１０が追加構成されている。このシロッコファン１０によりダストフィルター９側からケーシング１内に空気が導入され、このとき空気に含まれるゴミはダストフィルター９で除去される。
【００２６】
さらに、この実施形態においては、この空気の流路Ａの上流側から順に、電源部７、高電圧発生器２及び電気回路部品６、イオン化電極３が配置されている。
電源部７には蓄電池が複数個収容されており、蓄電池には外部部品のソーラーパネル８が接続されている。ソーラーパネル８において太陽光線の放射エネルギーが電気エネルギーに変えられ、この電気エネルギーが蓄電池に蓄えられる。電源部７には電気回路部品６が接続されており、電気回路部品６にはさらにシロッコファン１０のモータ１０ａの電源線が接続されている。高電圧発生器２には高電圧発生用の電気回路部品が収容されている。
なお、電源部７には、ソーラーパネル８から得た電気エネルギーを蓄える蓄電池の他に、交流電源から得た電気エネルギーを蓄える蓄電池を収容してもよい。
【００２７】
以上の構成であれば、電源部７の蓄電池を電源として、イオン化電極３の陽極３１ａと陰極３２ａとの間に高電圧を印加することができる。これにより両電極間にコロナ放電が発生し、ダストフィルター９から逐次導入された空気がイオン化されてオゾンが発生し、このオゾンがシロッコファン１０によりケーシング１の外部に送りだされる。
このとき、第１の実施形態と同様に、コロナ放電Ｂが安定して発生するので、トランスの一次側の電流値が小さくて済み、空気のイオン化効率も良好である。
この実施形態に係るイオン発生装置は、電源が蓄電池であるので、携帯することができる。しかもこの装置はソーラーパネルを備えており、自動的に電気エネルギーが蓄えられるので、電池を充電させなくても長時間使用することができる。なお、この実施形態においては、開口部１ｄにシロッコファン１０を設けているがこれに代えて開口部１ｄ側にエアポンプを設けることにしてもよい。
さらに、このイオン発生装置にオゾンを触媒により若しくは電気的分解により分解するオゾン分解装置を内蔵させるか又は外部に接続することにより、このイオン発生装置を酸素供給装置として使用することもできる。特にこの実施形態を医療用の酸素供給装置に適用した場合には、従来の酸素ボンベと比較して小型軽量であり、携帯に便利である。
【００２８】
本発明のイオン発生装置は、前記実施形態に限定されるものではなく、前記ケーシング１を角形断面に形成する等、種々の設計変更を施すことができる。
また、陽極３２ａを接地し、高電圧発生器２によりマイナスの高電圧を印加して、陽極３１ａと陰極３２ａとの極性を逆にしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載のイオン発生装置によれば、イオン化電極が、先鋭部を縁部の少なくとも一部に含む平板状の一極と、この一極の平面に対向する他極とからなり、一極の先鋭部は直接他極の方を向いていないので、コロナ放電の指向性が鈍くなっていると考えられる。従って、電極の加工時や取付け時の誤差等により一部の先鋭部が他極に対して他の先鋭部より接近しても、放電がこの部分に集中するのが抑制されており、コロナ放電は火花放電に発展するおそれのない、安定した状態で発生する。よって、このイオン発生装置においては、高電圧発生器において電気回路素子が焼損する等のトラブルが生じることがなく、トランスの一次側の電流値を低減することができるとともに、空気のイオン化効率が向上する。
しかも、前記一極が星型電極であり、前記他極が球又はその一部であるので、コロナ放電の指向性がさらに鈍くなり、コロナ放電がさらに安定して発生するので、トランスの一次側の電流値をさらに低減できるとともに、空気のイオン化効率がさらに向上する。
【００３０】
請求項２記載のイオン発生装置によれば、一極の先鋭部が、鋸歯状にて直線的に配列されており、他極がその軸線が一極の先鋭部と平行に延びる円筒又はその一部であるので、コロナ放電の指向性が鈍くなっており、放電が一部に集中するのが抑制され、コロナ放電が安定する。従って、トランスの一次側の電流値を低減できるとともに、空気のイオン化効率が向上する。さらに、一極及び他極を長尺にすることにより、一度に多量のコロナ放電を発生させてオゾンの発生量を増加させることができる。
また、一極が他極の周面に対向させて他極の周方向に複数個配置されているので、さらにオゾンの発生量を増加させることができる。
【００３１】
請求項３記載のイオン発生装置によれば、他極が一極の複数列の先鋭部と平行に複数個配置されているので、請求項６記載のイオン発生装置と同様にオゾンの発生量を増加させることができる。
【００３２】
請求項４記載のイオン発生装置によれば、内燃機関に空気を供給する吸気装置に内蔵又は接続されているので内燃機関において高効率の燃焼が実現される。
【００３３】
請求項５記載のイオン発生装置によれば、電源部からコロナ放電用の電源が供給されるので、携帯が可能になる。しかもこの装置はソーラーパネルを備えており、自動的に電気エネルギーが蓄えられるので、電池を充電させなくても長時間使用することができる。
請求項６記載のイオン発生装置によれば、オゾン分解装置を備えているので、酸素供給源として機能することができ、これを医療用の酸素供給装置等に適用した場合には、従来の酸素ボンベと比較して小型軽量であり、携帯に便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係るイオン発生装置を示す断面図である。
【図２】 図１のII−II線拡大断面図である。
【図３】 参考例に係るイオン発生装置を示す断面図である。
【図４】 参考例に係るイオン化電極を示す平面図である。
【図５】 図３のＶ−Ｖ線拡大断面図である。
【図６】 本発明の第２の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極を示す断面図である。
【図７】 本発明の第３の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極を示す斜視図である。
【図８】 参考例に係るイオン発生装置を示す断面図である。
【図９】 本発明の第４の実施形態に係るイオン発生装置のイオン化電極を示す断面図である。
【図１０】 従来のイオン発生装置を示す断面図である。
【図１１】 従来の他のイオン発生装置のイオン化電極を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
２ 高電圧発生器
３ イオン化電極
３１ 陽極部
３１ａ 陽極
３１ｂ 先鋭部
３１ｃ 支持軸
３２ 陰極部
３２ａ 陰極
３２ｂ 支持軸
３３ 支持部材
１１ 吸気口
１２ 排気口
Claims (6)
- ケーシングに吸気口と排気口とがそれぞれ形成されており、吸気口から導入された空気をイオン化電極によりイオン化するイオン発生装置において、
前記イオン化電極が、先鋭部を縁部の少なくとも一部に含む平板状の一極と、この一極の平面に対向する他極とからなり、
前記一極が星型電極であり、前記他極が球又はその一部であることを特徴とするイオン発生装置。 - ケーシングに吸気口と排気口とがそれぞれ形成されており、吸気口から導入された空気をイオン化電極によりイオン化するイオン発生装置において、
前記イオン化電極が、鋸歯状にて直線的に配列された先鋭部を少なくとも含む平板状の一極と、母線が一極の先鋭部と平行に延びる円筒又はその一部である他極とからなり、
前記一極が前記他極の周面に対向させて当該他極の周方向に複数個配置されたことを特徴とするイオン発生装置。 - 前記一極に先鋭部が複数列形成されており、前記他極が各先鋭部に対してその母線を個別に沿わせて複数個配置された請求項２記載のイオン発生装置。
- 内燃機関に空気を供給する吸気装置に内蔵又は接続されている請求項１又は２記載のイオン発生装置。
- 太陽光線の放射エネルギーを電気エネルギーに変えるソーラーパネルと、前記電気エネルギーを蓄える蓄電池からなる電源部とを備えた請求項１又は２記載のイオン発生装置。
- 空気をイオン化して得られたオゾンを分解するオゾン分解装置を備えた請求項５記載のイオン発生装置。
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