JP5256124B2 - 空気清浄活性器 - Google Patents
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Description
ファン等の送風手段を特に設けることなくマイナスイオン及び/又は少量のオゾンを真下に向けて放出する空気清浄活性器を提供することにある。
(1)マイナスイオンを放出する天井設置型の空気清浄活性器において、円形開口電極と針状電極とを対向配置して対置放電電極を構成し、針状電極を負電極、円形開口電極を正電極として直流の高電圧を印加することによって、ファンを設けることなくマイナスイオンを含む風を放出する空気清浄活性器であって、下方を開口した筐体と該開口に対してマイナスイオン放出孔が設けられた前面装着板が設けられており、正電極は前面装着板に取り付けられており、前面装着板は空気清浄活性器が天井に設置された状態で着脱自在に装着されていて、マイナスイオンを含む風を下向き放出することを特徴とする空気清浄活性器。
(2)針状電極と円形開口電極が1〜5mmの間隔を置いて配置された対置放電電極であって、高電圧を印加することによりマイナスイオンと少量のオゾンが放出されることを特徴とする(1)記載の空気清浄活性器。
(2)対置放電電極が1個では、放出口から2.5m離れた位置でのマイナスイオンの計測値は、水平方向放出では20%以下になるが真下方向放出では65%程度と高密度を維持できる。
(3)対置放電電極を4個設けた空気清浄活性器では、1個の場合よりも減衰率を押さえることができる。
(4)天井取付型あるいは吊り下げ型なので、一定間隔で本機器を設置する事ができ、狭い部屋から広い部屋までマイナスイオン等の分布を均一にすることができる。
(5)あるいはマイナスイオンを必要とする場所の直上に本機器を設置することができるので、効果的な配置ができる。例えば、喫煙場所の直上に設けることができる。
(6)単針状の放電電極と対置放電電極を組み合わせることにより、マイナスイオンの発生量を増加させることができる。
(7)放電電極を設置する設置板のみを脱着する事により、筒状電極に付着する塵埃などを容易にメンテナンスすることができる。
(8)本機器は、マイナスイオンと微量のオゾンを併用することにより、殺菌、除菌、消臭、消煙などの効果を相乗的に発揮することができる。
(9)本機器は、ファンなどの送風手段が不要であるから、静穏で省電力である。
(10)本機器は、微弱な紫外線を発生し、筒状電極の酸化チタンの光触媒作用により、臭いの分子、煙の粒子、塵埃粒子などの分解が促進される。
(11)筒状電極を空気が流通することにより、マイナス電荷をもった塵埃が筒状電極に吸着され、集塵される。
(12)本考案の空気清浄活性器は、特に用途が限定されることはないが、一般室内、病院、車内、電車内、商業施設、娯楽施設、飲食店、レストラン、美・理容院、喫煙所、生鮮売場、食品売場、工場、ペットショップ、動物病院、天井、倉庫等各種施設・各個所が例示できる。
本発明は、マイナスイオン及び微量のオゾンを含む空気を発生装置から直下に向けて吹き出すことによって、直下の一定範囲の空間のマイナスイオン及びオゾンの量の減衰が水平に吹き出すよりも格段に小さいことを見出し、放出孔を真下に向けた空気清浄活性器を作成したものである。
また、マイナスイオン及び微量のオゾンの発生器を1個よりも複数設けると減衰率がさらに少なくすることができることを見出して、複数設置した空気清浄活性器を提供するものである。
また、さらに、単針状の放電電極を併用することにより、さらにマイナスイオンの放出量を増加させることができることに着目し、単針状の放電電極を組み合わせた空気清浄活性器を提供するものである。
具体的には、放出孔を真下に向けた状態で空気清浄活性器を天井に取付る構成としたこと、あるいは、天井などから吊り下げるように構成したことである。
空気清浄活性器は、マイナスイオン等を発生する放電電極と高電圧発生用の高圧電源ユニットと両者を接続する電源ケーブルからなる機器類とこれらの機器類を収容する収容体から構成され、外装体には天井などに取り付ける構成が設けられている。
本発明で採用する対置電極の筒状電極は集塵に伴うクリーニングメンテナンスを実施する必要があるので、このメンテナンスの容易性を確保する構成とする必要がある。
これら構成機器の収容は、天井などに取付た状態で下側となる面を開口面とした筐体を準備し、該筐体には少なくとも高圧電源ユニットと該高圧電源から放電電極への電源ケーブルを取付、また外部電源への接続器を設ける。
筐体の開口面には前面装着板を着脱自在に設け、該前面装着板には、少なくともメンテナンスが必要な筒状電極を装着する孔を設けて、該前面装着板の脱着に伴って、筒状電極も取り外しできるように構成する。針状電極の取付方は、針状電極と筒状電極に所定の配置に保つことができる限り、筐体側あるいは前面装着板側に取り付けるかは自由である。
ただし、筐体開口と前面装着板との間に天井板等が介在する場合は、筒状電極と針状電極の配置関係を所定の位置関係に保つことは困難であるから、前面装着板側に筒状電極と針状電極を取り付けた方が、所定の性能を発揮することに適している。
また、前面装着板には単針状の放電極に対応する孔も設ける。
複数の対置放電電極を用いる場合は、これらを一体としたカートリッジとすると、前面板への装着やメンテナンスのための脱着の作業及び位置関係を所定の関係に保つために有用である。
筐体や前面装着板は金属製とすると、電波ノイズのシールド性が高まる。
外形は、設置場所などに合わせて設計することができ、角型や丸型の外装表面や、円筒や角筒の筐体など、工夫することができる。
空気清浄活性器は、天井板や梁などの天井構造材に直接取り付けるケースや天井に埋め込み設置するケース、吹き抜けなどの空間などに取り付けるケースなどが想定される。
天井構造材に直接取り付ける場合は、筐体の背面あるいは側端に取付片を設けて直接固着するか天井構造材に蛍光灯などを取り付けるような接続具を介して取り付けることができる。
天井に埋め込む場合は、天井に挿入用の切り欠きを設け、天井板裏面に空気清浄活性器あるいは筐体を載せ、切り欠きを覆う外装環状板体を天井表面側にあてがい、天井板を間に挟んで外装環状体と筐体とを接続してしっかりと固定する構成を採用することができる。加えて、外装環状体を取り付けてから前面板体を取り付けるようにすると、メンテナンスなどの際の着脱がきわめて容易となる。
天井から吊り下げる手段は、筐体の背面にフックや紐、チェーンなどを採用することができる。
<2−1 対置放電電極>
本発明で採用するマイナスイオンの主な発生手段は、本出願人が先に提案した筒状電極を正極とし、筒状電極の筒の中心軸の延長線上で開口面よりやや外側に負極の針状電極を配置する対置放電電極を用いて、コロナ放電による無声放電によってマイナスイオンを発生させる手段である。この方式によると、筒状電極からマイナスイオンと微量のオゾンがファンなどの送風手段を設けることなく、秒速3m程度の風速で放出される。さらに、針状電極からの放電に伴い微弱な紫外線が発生する。マイナスイオンは50万個程度が観察されている。本方式は、モーターなどの駆動源が必要無く静穏であり、省力的であり、マイナスイオンとオゾンの併用の作用効果が発揮されるものである。
筒状電極に酸化チタンなどの光触媒を用いることにより、紫外線によって光触媒が活性化して、消煙、消臭、浮遊塵埃の分解などを促進することができる。酸化チタン合金を電極材料とすることにより、放電による耐久性の向上と吸着塵埃の解消の双方を解決することができ、対置放電電極の性能を十分に発揮できる。
対置放電電極を構成する針状電極と筒状電極の配置関係は、前記の起風力、発生するマイナスイオン量、オゾン量に大きな影響を及ぼす。針状電極は筒状電極の軸線の延長にあって、開口面より数ミリメートル外側に間隔を設けて配置することが必要である。対置放電電極の1対について針状電極と筒状電極の間隔を横軸にとり、生ずる風速、オゾン量、マイナスイオン量の変化を調べた結果、このコロナ放電方式では、距離が大きくなると発生オゾン量は減少し、マイナスイオン量は増加し、風速は3mm近くをピークに放物線を描くことが確認できた。したがって、マイナスイオンを遠くへ放出するためには、間隔は1〜5mm程度必要であって、好ましくは2〜4mmである。別に、筒状電極の径についても実験した結果、10〜50mm特に20mm程度が適していることが判明した。
さらに、筒状電極を設けない単針状の負電極は、単針状電極からは対置電極よりも多くのマイナスイオンを生成するが、送風力がないので単独では放出力がないが、前記の対置放電電極に近接配置することにより、その送風力に載せて放出することができる。この併用方式では、それぞれの単独で計測した量の総和より多くのマイナスイオンを計測できているので、相乗の作用効果が発揮されているものと推測される。
単針状放電電極では、マイナスイオンの放出方向に指向性は無いので、放出孔側に集中させるために、単針状放電電極の背面に反射板を設けると効率性が高まる。
単針状の針状電極は、対置放電電極と同様の材質で作成されており、対置放電電極に用いる針状電極よりも大きく形成している。太さ、長さとも1〜3倍程度としている。単独で用いる単針状の針状電極に負の電圧を印加した状態を暗箱で観測すると、短いビーム状の放電を観測することができ、短ビーム状の空中放電が発生している。この放電によって、マイナスイオンが生成されているものと考えられる。単針状の針状電極の背面側に凹面状の反射板を設けることによって装置前方でマイナスイオンの増加が観測され、反射板は指向性を高める作用があると理解された。
正極である筒状電極は、負に帯電した塵埃が付着するので、クリーニングメンテナンスが必要である。針状電極と筒状電極の位置関係は、所定の放電を実現するため、正確に保たれる必要がある。この位置関係をメンテナンスなどによる脱着によっても変化しないようにするために、複数の筒状電極をまとめてカートリッジ化して開閉が必要な前面装着板の孔に位置決め固定するか、あるいは、前面装着板の取付孔に位置決め固定することによって、正確に再装着できる。マイナスイオンの発生性能を維持するのに有用な構成である。
従来はマイナスイオン発生器は床置きや棚などの上において、放出方向を水平にして拡散させる方式が主である。水平放出方式は、放出口近傍から離れるに従いマイナスイオン密度は急激に低くなり、部屋全体を均一な密度に保つことは困難であること、本出願人が先に提案した対置放電電極からは空気の平均分子量より大きいオゾンが含まれるので、特にマイナスイオンとオゾンの混合状態で送風することが困難であることをふまえ、試行錯誤の結果、天井から直下に向けて放出したところ、水平方向よりも減衰率を押さえた状態でマイナスイオンを分布させることができたので、この発明を案出するに至った。
具体的には、放出孔から天井の高さに相当する2.5m離れた位置でマイナスイオンを計測した結果、放出孔近傍では50万個/ccの計測値が、真下吹き出しでは、65%(32.5万個/cc、減衰率では35%)であるのに対し、水平方向の吹き出しでは、20%以下(10万個以下、減衰率では80%以上)という結果となり、直下吹き出し方式の方が減衰率が小さいことを実測で確認された。
さらに、対置放電電極を複数配置した場合は、より減衰率を小さくすることができた。4個用いた実施例では、2.5m直下で直径3mの範囲で、減衰率を20〜26%に押さえることができた。
したがって、和室などの空間では、対置放電電極を4個組み込んだ空気清浄活性器を天井に取り付けると、部屋全体を均一にカバーできることとなる。また、事務室や会議室などの広い空間でも一定間隔を空けて天井に取り付けることで、全体を均一にカバーできることとなる。もちろん、喫煙所などに集中配置して、局所的に効果を高めることができる。特に、たばこの煙など上昇する対象物に対しては、天井設置はよりその作用効果が発揮される。
本発明の装置は、発生したマイナスイオンと微量のオゾンをファン等の送風装置を用いる必要が無く、直下方向に吹き出すことにより、小さい減衰率で一定範囲にマイナスイオン等を分布させることが可能となり、対象空間に平均的にあるいは集中して的確に作用させることが実現できるものである。
本装置によって、(1)除菌、(2)脱臭、(3)プラス滞荷浮遊塵埃中和沈下による浮遊塵埃の減少、(4)消煙、(5)塵埃の筒状電極での吸着集塵、(6)筒状電極に含まれる酸化チタンの光触媒作用による吸着集塵の分解、(7)マイナスイオンによる清涼環境の創出(森林浴効果)、(8)電磁波障害が発生しない等の従来のマイナスイオン発生器より以上の作用効果を発揮するものである。
特に、 本装置からは大量のマイナスイオンと僅少のオゾンが発生され、ファン等の送風手段を用いることなく起風によって、筒状電極から放出され、空中に散布され、無声放電であるから電子ノイズが発生せずコンピューター制御機器の作動に悪影響を及ぼすことが少なく、筒状電極によって、塵埃の一部が吸着され浮遊塵埃が減少されるので、使用箇所に制限が少ないので、建物の施工時に天井などに埋め込んでおいても、用途に制限を与えることは少ない。
マイナスイオンと微量オゾンの相乗効果で強力に除菌し、食中毒の原因となっているO-157にも効果を発揮する。大腸菌と青かびの生育試験を行った試験結果において、殺菌性能を確認することができた。
異臭やタバコの臭いは微粒子で空気中に漂ったり、至る所に付着する。微量オゾンとマイナスイオンが素早く臭い成分を分解し臭いを取り去ることができる。空気清浄活性器を使用して、代表的なトイレ臭の消臭テストを行った。アンモニアとホルムアルデヒドは、20分で半減し、ホルムアルデヒドは60分で解消し、アンモニアはほぼ20%に減少しており、消臭に効果があることを確認している。サル、イヌ、フェレットなどの動物飼育室の消臭試験においても良好な結果が認められた。
空気中に浮遊するチリやタバコの煙の粒子である一酸化炭素、花粉症やアレルギー患者の原因になる有害微粒子を0.001ミクロンまで強力に集塵・消煙できる。
浮遊粉塵量の減少試験では、10数分で半分に減少するのに対し、フィルター方式は30分間を要しており、30分後には70%減少するのに対し、フィルター方式では60分経過しても70%の減少は達成できていない。本装置では、電荷を持っていない粉塵を用いて試験をした結果、マイナスイオンに接触することにより、粉塵にマイナスイオンが帯電することとなり、プラス側に吸着され、浮遊粉塵が減少し、空気が清浄にされ、粉塵は筒状電極の外、床などの室内下部に多く付着しているのが観察されている。
低濃度オゾンで衛生管理と光触媒反応で大量のマイナスイオン効果による健康管理と森林浴効果が期待でき、新鮮・健康生活のエンジョイが増進される。除菌+脱臭+集塵+消煙によって安心した生活環境を提供できる。 病棟において対置放電電極を4個組込んだ空気清浄活性器を作成し有用性の確認試験をした結果、設置前後において落下した観測菌数は18%〜58%、平均38%に減少しており、有用性を確認している。本発明の空気清浄活性器は、マイナスイオンの放出量および放出範囲が拡大されるので更に効果が期待できる。病室内空気を可能な限り正常に保つことは重要な感染予防手段のひとつである。
本発明の空気清浄活性器は、特に用途が限定されることはないが、一般室内、病院、車内、電車内、商業施設、娯楽施設、飲食店、レストラン、美・理容院、喫煙所、生鮮売場、食品売場、工場、ペットショップ、動物病院、天井、倉庫等各種施設・各個所が例示できる。
図1は、空気清浄活性器の容器の分解図である。図2は、天井埋込設置状態を概説する図である。図3は、空気清浄活性器の斜視図である。図4は、天井埋込取付状態の天井斜視図である。図5は、対置電極と単針状電極を併用した例の機器配置略図である。図6は、4つの対置放電電極を組み込んだ空気清浄活性器のマイナスイオン観測図である。図7は、真下吹き出し方向によるマイナスイオンの観測図である。図8は、水平方向吹き出しの比較例のマイナスイオン観測概略図である。図9は円筒状の筐体を採用した例の図である。図10は、角型の外装環状体を備えた例を示す図である。
図2に天井埋込設置の断面模式図が示されている。図2(a)は、上から筐体11、外装環状体30、前面装着板20の順に配置される状態を示し、図2(b)は、天井板200に設置した状態を示している。筐体11を天井板200に設けた切り欠きから天井裏に挿入して、天井板200裏面に載せ、その後天井板200の表面から外装環状体30をあてがい位置あわせをして、ボルト40を挿通して固着し、その後、筒状電極101が装着された前面装着板20を取り付ける。図4に天井埋込施工後の状態図が示してある。目に触れるものは4個の孔のあいた化粧板面が見えるだけなので、天井の意匠性を損なうことは無い。
コロナ無声放電する対置電極100と単針状の放電極120及び高電圧発生用の高圧電源ユニット103から構成されケース1に納められている。対置電極100は、負の針状電極102と該針状電極に対向して設けられた正の筒状電極101から構成される。高圧電源ユニット103は、直流電源であって、負電圧をケーブル106を介して針状電極102及び単針状の放電極120に印加し、筒状正電極へは、ケーブル105を介して正電圧を印加する。針状電極102から、筒状電極101の開口周縁に向けて、無声のコロナ放電が生じ、針状電極120からは、短ビーム状の放電が生ずる。対置電極100からは3m/秒程度の風速でマイナスイオンと微量のオゾンを含む空気が放出されることが本考案者によって核にされている。
正電極及び負電極は、チタンに酸化チタンを混合して成型した酸化チタン合金を用い、放電に対して耐久性を向上させる。筒状の正電極101の径は19mm、針状負電極102と筒状電極101との間隔dを3mmと設定している。針状電極102は基部径を1.0mm長さを13〜14mm単針状電極120は基部径を1.5mm長さを25mmにしてコロナ無声放電する電極よりも単針状を太く長く成形している。単針状の放電極120の後側にはアルミ製の反射板121を設け、前面には、安全用のスリットを設けた。単針状の放電極120からは短ビーム状の放電が発生することは、暗箱実験によって確認しているが、マイナスイオンの量は、離れる程減衰することも確認され、指向性は弱いことを本考案者は確認している。図5の例では、単針状の放電極と対置電極を近接配置して併用すること、及び、単針状の放電極の背面に凹面状の反射板を設けて、マイナスイオンの前方への集中度合を高めることとしている。針の先端30cmの計測では、1.6倍〜2.0倍の増加があった。実験結果を表1aに示す。印加する負電圧は、4kcの周波数で、マイナス7.5kvとした。
図5の例では対置電極100と単針状の放電極120を組み合わせた例を示しているが、対置電極を1個あるいは複数組み合わせたものでも良い。図1、図3、図4に示した例では、対置電極100を4個組み込んだものである。
<天井設置試験>
図6は、2.5mの天井に図3に記載した空気清浄活性器を埋込設置した状況を示すものである。放出孔付近では、約3m/秒の風速で500,000個/1電極のマイナスイオンが計測され、床面では、直径3mの範囲で370,000〜400,000個/1電極のマイナスイオンが計測された。減衰率は20〜26%である。なお、減損した率を減衰率とした。この場合は、例えば、100%−37万個/50万個×100%=26%である。
図7は、空気清浄活性器の放出孔からの距離に応じたマイナスイオン数の計測グラフで、1個の対置電極を用いて、通常の天井高さより高い3.5mから真下に放出させた本考案の例と、図8に示すように1.4mの高さから水平に放出させた比較例1と、他社の製品を比較例1と同様にして放出させた比較例2である。
本実施例は放出孔付近では50万個である。40万個を切るのが1.2m、通常の天井高さ付近の2.5mでは32万個(減衰率36%)、3.0m〜3.5mの床付近でも30万個(減衰率40%)を維持している。
これに対し、比較例1では、0.5mで40万個となり、1.0mでは25万個弱と半減し、2.5mでは10万個を下回り、以後漸減となっている。
比較例2は、放出孔付近で20万個程度であって、2.0mまで逆比例的に減少し、ほぼ計測できなくなった。
この試験によって、真下に向けて放出した方が減衰率が小さく、マイナスイオン環境を均一に作りやすいことがわかる。
図7の実施例と図6の実施例を比較する、前者は2.5m直下では36%減衰していたが図6の複数個の電極の例では20%の減衰率であった。これは、複数の対置電極を組み合わせることにより減衰率を小さくできることを現している。
d 間隔
1 ケース
11 筐体
12 取付片
13,31 小孔
20 前面装着板
21 放出孔
30 外装環状体
40 ボルト
100 対置電極
101 筒状電極
102 針状電極
103 高圧電源ユニット
105 ケーブル
106 ケーブル
120 単針状の放電極
121 反射板
200 天井板
Claims (4)
- 天井板を筐体と外装環状板体で挟むことによって天井に埋め込み設置されるマイナスイオンを放出する天井設置型の空気清浄活性器において、
円形開口電極と針状電極とを対向配置して対置放電電極を構成し、針状電極を負電極、円形開口電極を正電極として直流の高電圧を印加することによって、ファンを設けることなくマイナスイオンを含む風を放出する空気清浄活性器であって、
下方を開口した筐体と該開口に対してマイナスイオン放出孔が設けられた前面装着板が設けられており、
正電極は前面装着板に取り付けられており、
前面装着板は空気清浄活性器が天井に設置された状態で室内側から着脱自在に装着されていて、
室内側から脱着自在とする装着が、外装環状板体の内径を前面装着板の外径より小さく形成して、前面装着板が外装環状板体に対して着脱自在に形成された構成である、
マイナスイオンを含む風を下向き放出することを特徴とする空気清浄活性器。 - 筐体には、開口側端に外向きに延出し小孔を穿った取付片(12)を設けられており、
外装環状板体は、該取付片よりも大きな外径を備えており、筐体の取付片(12)と外装環状体(30)は、天井板(200)を介在して結着されることを特徴とする請求項1記載の空気清浄活性器。 - 螺着によって結着されることを特徴とする請求項2記載の空気清浄活性器。
- 針状電極と円形開口電極が1〜5mmの間隔を置いて配置された対置放電電極であって、高電圧を印加することによりマイナスイオンとオゾンが放出されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の空気清浄活性器。
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