JP5533966B2

JP5533966B2 - 空気清浄機

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Publication number: JP5533966B2
Application number: JP2012203351A
Authority: JP
Inventors: 利夫田中; 謙吉香川; 俊治春名; 達海榎田; 啓鈴村
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: AU2013317235A1; CN104519918A; EP2896410B1; AU2013317235B2; US9468937B2; EP2896410A1; EP2896410A4; WO2014041737A1; US20150224516A1; CN104519918B; JP2014057660A

Description

本発明は、放電動作によって空気を浄化する空気清浄機に関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、放電動作によって空気を浄化する空気清浄機が知られている。この空気清浄機は、一対の放電電極および対向電極を有する放電装置を備えている。放電装置では、一対の電極間に電圧が印加されてストリーマ放電が行われる。ストリーマ放電が行われると、オゾンやラジカル等の反応性の高い活性種が生じて、この活性種によって空気中の有害成分や臭気成分が分解される。

特開２００５−２１８７４８号公報

ところで、上述したような空気清浄機の放電装置では、放電によって空気中に存在する揮発性のシリコン化合物が酸化されてシリカ（SiO2）となり電極の先端に付着するという問題があった。電極先端にシリカ等が付着すると、その付着物が抵抗となって放電動作が阻害されてしまい、その結果、空気の浄化機能が低下するという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ストリーマ放電等が行われる電極において放電動作によって付着した付着物を除去することにある。

第１の発明は、一対の電極（51,55）を有し、該両電極（51,55）間に電圧が印加されて放電を行う放電部（50）を備えた空気清浄機であって、前記放電部（50）がコロナ放電またはストリーマ放電を行って空気を浄化する通常放電動作と、前記通常放電動作によって空気中の成分が前記電極（51,55）に付着した付着物を除去するために、前記両電極（51,55）に前記通常放電動作時よりも高い電圧が印加されて前記放電部（50）が火花放電を行う非常放電動作とを実行させる制御部（60）を備え、前記一対の電極は、突起（53）を有し、電圧が印加される高圧電極（51）と、該高圧電極（51）と対向する面状の接地電極（55）とで、前記突起（53）の先端から前記接地電極（55）に向かって放電が発生するように構成され、前記制御部（60）は、前記両電極（51,55）間の電流値が一定となるように前記高圧電極（51）の印加電圧を調整し、前記通常放電動作と前記非常放電動作とが自動的に切り換わるように、前記高圧電極（51）の印加電圧の上限値が、前記両電極（51,55）間の距離をｄ（mm）とすると、ｄ×１．２よりも大きい値に設定されているものである。

前記第１の発明では、制御部（60）によって放電部（50）が通常放電動作と非常放電動作とを実行可能になっている。通常放電動作では、放電部（50）の両電極（51,55）間に電圧が印加されてコロナ放電またはストリーマ放電が行われ、この放電によってオゾンやラジカル等の反応性の高い活性種が生じる。この活性種により、空気中の有害成分や臭気成分が分解されて空気が浄化される。

ところで、上述した通常放電動作では、空気中に存在する揮発性のシリコン化合物等が放電により酸化されてシリカ（SiO2）等となり電極（51,55）に付着する。そこで、本発明では、放電部（50）において非常放電動作が行われる。非常放電動作では、電極（51,55）に通常放電動作時よりも高い電圧が印加されて火花放電（スパーク放電）が行われるので、この火花放電によって電極（51,55）の付着物が飛ばされる。その結果、電極（51,55）の付着物が除去される。

前記第１の発明では、通常放電動作において、放電電極である高圧電極（51）の突起（53）の先端部にシリカ等が付着する。高圧電極（51）の突起（53）先端は放電による酸化力が最も強いため、その突起（53）先端に集中してシリカ等が付着する。つまり、電極（51,55）においてシリカ等の付着箇所が高圧電極（51）の突起（53）先端に限定される。そして、非常放電動作時の火花放電の発生箇所も高圧電極（51）の突起（53）先端である。したがって、電極（51,55）に付着した付着物が火花放電によって効果的且つ確実に飛ばされる。

前記第１の発明の放電部（50）では、両電極（51,55）間の電流が一定値となるように印加電圧が調整される。つまり、放電部（50）はいわゆる定電流制御される。通常放電動作時において、シリカ等が高圧電極（51）の突起（53）に付着していないときは、比較的低い印加電圧で所定の電流値を確保できる。高圧電極（51）においてシリカ等が付着していくに従って、両電極（51,55）間の抵抗が増大していく。そうすると、所定の電流値を確保するために印加電圧が徐々に上昇し、非常放電動作が行われて火花放電が発生しシリカ等の付着物が飛ばされる。また、火花放電が発生する電圧は、上述したような突起−面状電極の場合、電極（51,55）間距離の単位長さ当たり１．１〜１．２kV/mmであるところ、印加電圧の上限値は、両電極（51,55）間の距離をｄ（mm）とすると、ｄ×１．２よりも大きな値に設定されているので、印加電圧は火花放電が発生する電圧値まで確実に上昇する。

以上説明したように、本発明によれば、放電部（50）がコロナ放電またはストリーマ放電を行って空気を浄化する通常放電動作と、通常放電動作によって空気中の成分が電極（51,55）に付着した付着物を除去するために、両電極（51,55）に通常放電動作時よりも高い電圧が印加されて放電部（50）が火花放電を行う非常放電動作とを実行させるようにした。そのため、通常放電動作から非常放電動作に切り換えて実行させることにより、通常放電動作時に電極（51,55）に付着した付着物を火花放電によって飛ばすことができ、電極（51,55）の付着物を除去することができる。これにより、通常放電動作を長期間行うことができ、放電による空気浄化機能を長く維持することが可能となる。

また、第１の発明によれば、一対の電極を、突起（53）を有し、電圧が印加される高圧電極（51）と、該高圧電極（51）と対向する面状の接地電極（55）とで構成し、突起（53）の先端から接地電極（55）に向かって放電が発生するようにした。そのため、電極（51,55）においてシリカ等の付着箇所と火花放電の発生箇所を同一にすることができる。これにより、電極（51,55）に付着した付着物を火花放電によって効果的且つ確実に除去することが可能となる。

また、第１の発明によれば、火花放電が発生する電圧が電極（51,55）間距離の単位長さ当たり１．１〜１．２kV/mmであるところ、両電極（51,55）間の電流値が一定となるように高圧電極（51）の印加電圧を調整する一方、該印加電圧の上限値を、両電極（51,55）間の距離をｄ（mm）とすると、ｄ×１．２よりも大きい値に設定するようにした。そのため、通常放電動作時において、シリカ等の付着の進行に伴って、印加電圧を上昇させることができる。そして、印加電圧が上昇すると、非常放電動作が行われ、シリカ等の付着物を火花放電によって除去することができる。このように、本発明によれば、付着物の付着状態に応じた適切な時期に非常放電動作を行うことができる。よって、付着物の付着状態を検知する手段を別途設けることなく、確実に付着物を除去することが可能である。

図１は、実施形態に係る空気清浄機の構成を示す模式図である。図２は、実施形態に係る浄化部の構成を示す模式図である。図３は、実施形態に係る放電部の構成を模式的に示す図であり、（Ａ）は平面図であり（Ｂ）は側面図である。図４は、放電部における電圧と電流との関係を示すグラフである。図５は、放電部における動作電圧の推移を示すグラフである。図６は、電圧の上限値を説明するための図である。図７は、その他の実施形態に係る通常放電動作と非常放電動作を示すタイムチャートである。図８は、その他の実施形態に係る通常放電動作と非常放電動作を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本実施形態の空気清浄機（10）は、空気の主通路（11）を備え、該主通路（11）の上流側から下流側に向かって順に、浄化部（20）、加湿部（30）、ファン（40）が設けられている。主通路（11）のファン（40）の下流側では、空気の戻し通路（12）が分岐している。戻し通路（12）は、主通路（11）の浄化部（20）の上流側に接続されている。そして、戻し通路（12）の途中には、放電部（50）が設けられている。主通路（11）および戻し通路（12）は、空気通路を構成している。

浄化部（20）は、図２に示すように、プレフィルタ（21）、イオン化部（22）、プリーツフィルタ（23）および脱臭部材（24）を有しており、空気を浄化するためのものである。

プレフィルタ（21）は、主通路（11）の空気中に含まれる比較的大きな塵埃を物理的に捕捉する集塵用のフィルタを構成している。イオン化部（22）は、空気中の塵埃を帯電させる塵埃荷電手段を構成している。イオン化部（22）には、例えば線状の電極と、この線状の電極に対向する板状の電極とが設けられている。イオン化部（22）では、両電極に電源から電圧が印加されることで、両電極の間でコロナ放電が行われる。このコロナ放電により、空気中の塵埃が所定の電荷（正または負の電荷）に帯電される。プリーツフィルタ（23）は、波板状の静電フィルタを構成している。つまり、プリーツフィルタ（23）では、イオン化部（22）で帯電された塵埃が電気的に誘引されて捕捉される。なお、プリーツフィルタ（23）に光触媒等の脱臭用の材料を担持させるようにしてもよい。脱臭部材（24）は、ハニカム構造の基材の表面に空気を脱臭するための脱臭剤が担持されて構成されている。脱臭剤は、空気中の被処理成分（臭気物質や有害物質）を吸着する吸着剤や、該被処理成分を酸化分解するための触媒等が用いられる。本実施形態では、これら吸着剤や触媒等は、被処理成分として少なくともオゾンを処理可能なものが用いられる。つまり、本実施形態の浄化部（20）は、主通路（11）の空気を浄化すると共に、オゾン除去処理機能を有している。

加湿部（30）は、図示しないが、加湿ロータや水タンク等を備えている。加湿ロータは水タンクから水分が供給される。浄化部（20）の脱臭部材（24）を通過した空気は、加湿ロータを通過する際に、加湿ロータから水分を付与されて加湿される。

ファン（40）は、主通路（11）および戻し通路（12）において図１に示す矢印の方向に空気を流通させるものである。

放電部（50）は、図３に示すように、放電電極（51）と、該放電電極（51）に対向する対向電極（55）と、電源（56）とを有している。放電電極（51）は、保持部材（54）に保持された固定部材（52）と、該固定部材（52）に取り付けられた電極本体（53）とを有している。固定部材（52）は、先端が折り返されており、その折り返し部に電極本体（53）が挿通されている。電極本体（53）は、線状ないし棒状に形成されており、両端が固定部材（52）から突出する状態で固定部材（52）に挿通されている。電極本体（53）の固定部材（52）から突出した部分は、本発明に係る放電電極（51）の突起を構成している。対向電極（55）は、面状に形成された前面部分（55a）を有している。放電電極（51）の電極本体（53）は、対向電極（55）の前面部分（55a）と実質的に平行になるように配置されている。つまり、放電電極（51）の突起の突出方向は、対向電極（55）の前面部分（55a）と平行になっている。

放電電極（51）は電源（56）からの電圧が保持部材（54）を介して印加される高圧電極であり、対向電極（55）はアースされた接地電極である。放電部（50）では、放電電極（51）に電圧が印加されると、放電電極（51）の電極本体（53）の先端から対向電極（55）の前面部分（55a）に向かってストリーマ放電が発生する。ストリーマ放電は、プラズマ放電の一種であり、放電発生の際に反応性（酸化分解力）の高い活性種（オゾン、ラジカル、電子、イオン等）が生成される。放電部（50）では、ストリーマ放電により生成された活性種によって、戻し通路（12）の空気中の有害成分や臭気成分が分解される。これにより、戻し通路（12）の空気が浄化される。放電部（50）によって浄化された空気は主通路（11）に戻る。

なお、放電部（50）はストリーマ放電に代えてコロナ放電を行うように構成してもよい。また、放電電極（51）の形態は、対向電極（55）に対向する板状の基板から、対向電極（55）の前面部分（55a）に向かって突出する突起を有するものであってもよい。つまり、放電電極（51）は、その突起部分の突出方向が対向電極（55）の前面部分（55a）と略直交するように構成された形態であってもよい。

図３に示すように、空気清浄機（10）には、放電部（50）を制御する制御部（60）を備えている。制御部（60）は、放電部（50）がストリーマ放電を行って空気を浄化する通常放電動作と、該通常放電動作によって空気中の成分が電極（51,55）に付着した付着物を除去するために、放電電極（51）に通常放電動作時よりも高い電圧が印加されて放電部（50）が火花放電を行う非常放電動作とを実行させるように構成されている。制御部（60）の詳細な動作については後述する。

〈運転動作〉
空気清浄機（10）の運転動作について説明する。室内から主通路（11）に吸い込まれた空気は浄化部（20）に流入する。浄化部（20）では、空気中の比較的大きな埃や塵がプレフィルタ（21）に捕捉される。プレフィルタ（21）を通過した空気は、イオン化部（22）で空気に含まれる塵埃等が帯電する。そして、空気はプリーツフィルタ（23）を通過する際に、イオン化部（22）で帯電した塵埃等がプリーツフィルタ（23）に吸着される。プリーツフィルタ（23）を通過した空気は、脱臭部材（24）を通過する際に脱臭される。浄化部（20）を通過した空気は加湿部（30）において加湿される。加湿部（30）で加湿された空気は、一部が戻し通路（12）に分流し、残りが室内へ吹き出す。戻し通路（12）に分流した空気は、放電部（50）で活性種によって空気中の有害成分等が分解されて浄化される。放電部（50）で浄化された空気は、再び主通路（11）に戻り、室内から吸い込まれた空気と合流して浄化部（20）に流入する。

〈放電部および制御部の動作〉
制御部（60）は、図４に示すように、放電部（50）の両電極（51,55）間の電流が一定値Icとなるように放電電極（51）の印加電圧を調整する、いわゆる定電流制御を行う。放電部（50）では、制御部（60）によって、通常放電動作と非常放電動作が実行可能である。

通常放電動作では、放電部（50）の放電電極（51）に電圧が印加されてストリーマ放電が行われ、この放電によって反応性の高い活性種が生じ、この活性種によって空気中の有害成分や臭気成分が分解されて空気が浄化される。

通常放電動作では、空気中に存在する揮発性のシリコン化合物等が放電により酸化されてシリカ（SiO2）等となり放電電極（51）に付着してしまう。詳しく言うと、シリカ等が放電電極（51）の電極本体（53）の先端に付着する。そうすると、放電電極（51）の付着物が抵抗となって、放電動作が阻害される。特にシリカは絶縁物質であるため、放電動作の阻害が顕著となる。

そこで、本実施形態では、放電部（50）において非常放電動作が行われる。非常放電動作では、放電電極（51）に通常放電動作時よりも高い所定電圧が印加されて火花放電（スパーク放電）が行われる。そうすると、放電電極（51）に付着した付着物が火花放電によって飛ばされる。その結果、電極（51,55）の付着物が除去される。本実施形態の非常放電動作時において、放電電極（51）に印加する所定電圧、即ち火花放電を発生させる放電電極（51）の印加電圧Ｖ（kV）（スパーク電圧Ｖとも言う）は、両電極（51,55）間の距離をｄ（mm）とすると、Ｖ≧ｄ×１．２に設定されている。両電極（51,55）間の距離をｄ（mm）は、図３に示す通りである。なお、両電極（51,55）間の距離ｄ（mm）は、電極本体（53）の中心から対向電極（55）の前面部分（55a）までの距離としてもよい。

具体的に、図４に示すように、通常放電動作時において、シリカ等が放電電極（51）の電極本体（53）に付着していないときは、比較的低い印加電圧で所定の電流値Icを確保できる。放電電極（51）においてシリカ等が付着していくに従って、両電極（51,55）間の抵抗が増大していく。これにより、放電部（50）におけるストリーマ放電の放電特性が変化していく。そうすると、所定の電流値Icを確保するために印加電圧（動作電圧）が徐々に上昇していく。そして、印加電圧がスパーク電圧Ｖ（Ｖ≧ｄ×１．２）まで上昇すると、非常放電動作が行われて火花放電が発生しシリカ等の付着物が飛ばされる。これによって放電電極（51）の付着物が除去されると、図５に示すように、動作電圧がスパーク電圧Ｖ（図５に破線で示す電圧）から通常放電動作時の動作電圧まで低下する。つまり、放電電極（51）の付着物が除去されると、抵抗がなくなるため、非常放電動作から通常放電動作に自動的に切り換わる。

また、図４に示すように、電源（56）では、電圧（印加電圧、動作電圧）の上限値Vmaxがスパーク電圧Ｖ（Ｖ≧ｄ×１．２）よりも大きな値に設定されている。したがって、動作電圧は火花放電が発生する電圧値まで確実に上昇する。また、図６に示すように、電源（56）の上限値Vmaxには製品によってVmax-〜Vmax+までの個体差（はらつき）がある。そのため、本実施形態では、上限値Vmaxの下限であるVmax-の値がスパーク電圧Ｖ（Ｖ≧ｄ×１．２）以上となるように設定するのが好ましい。こうすることで、電源（56）の個体差に左右されることなく、確実に動作電圧を火花放電が発生する電圧値まで上昇させることができる。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、放電部（50）がストリーマ放電（またはコロナ放電）を行って空気を浄化する通常放電動作と、通常放電動作によって空気中の成分が電極（51,55）に付着した付着物を除去するために、両電極（51,55）に通常放電動作時よりも高い電圧が印加されて放電部（50）が火花放電（スパーク放電）を行う非常放電動作とを実行させるようにした。そのため、通常放電動作から非常放電動作に切り換えて実行させることにより、通常放電動作時に電極（51,55）に付着した付着物を火花放電によって飛ばすことができ、電極（51,55）の付着物を除去することができる。これにより、通常放電動作を長期間行うことができ、放電による空気浄化機能を長く維持することが可能となる。

また、本実施形態によれば、一対の電極を、突起部分である電極本体（53）を有し、電圧が印加される放電電極（51）と、放電電極（51）と対向する面状の対向電極（55）とで構成するようにした。そのため、電極（51,55）においてシリカ等の付着箇所と火花放電の発生箇所を同一にすることができる。即ち、放電電極（51）の突起部分である電極本体（53）の先端は放電による酸化力が最も強いため、その電極本体（53）先端に集中してシリカ等が付着する。つまり、電極（51,55）においてシリカ等の付着箇所が放電電極（51）の電極本体（53）先端に限定される。そして、非常放電動作時の火花放電の発生箇所も放電電極（51）の電極本体（53）先端である。したがって、電極（51,55）に付着した付着物を火花放電によって効果的且つ確実に飛ばして除去することが可能である。

また、火花放電が発生する電圧は電極（51,55）間距離の単位長さ当たり１．１〜１．２kV/mmであるところ、本実施形態の非常放電動作では、印加電圧Ｖ（kV）を、両電極（51,55）間の距離をｄ（mm）とすると、Ｖ≧ｄ×１．２に設定するようにしたため、非常放電動作において確実に火花放電を発生させることができる。

また、本実施形態によれば、両電極（51,55）間の電流値が一定となるように放電電極（51）の印加電圧（動作電圧）を調整する一方、該印加電圧（動作電圧）の上限値を前記の所定値Ｖ≧ｄ×１．２よりも大きい値に設定するようにした。そのため、通常放電動作時において、シリカ等の付着の進行に伴って、印加電圧を上昇させることができる。そして、印加電圧が所定値Ｖ≧ｄ×１．２まで上昇すると、非常放電動作が行われ、シリカ等の付着物を火花放電によって除去することができる。このように、本実施形態によれば、付着物の付着状態に応じた適切な時期に非常放電動作を行うことができる。よって、付着物の付着状態を検知する手段を別途設けることなく、確実に付着物を除去することが可能である。

《参照形態》
参照形態は、以下のように構成してもよい。

例えば、前記実施形態では放電部（50）を定電流制御するようにしたが、放電部（50）の印加電圧を制御する電圧制御を行うようにしてもよい。その場合、図７に示すように、制御部（60）は、放電部（50）において通常放電動作を所定時間（数時間〜数ヶ月）行う毎に放電電極（51）の印加電圧をスパーク電圧Ｖ（Ｖ≧ｄ×１．２）まで上昇させて非常放電動作を所定時間（数ms〜数分）行うようにしてもよい。このとき、放電電極（51）にシリカ等が付着していると、その付着物が火花放電によって飛ばされる。これにより、放電電極（51）の付着物が除去されると、印加電圧が一旦ゼロまで低下するので通常放電動作時の印加電圧まで上昇させる。この形態によれば、印加電圧を制御するだけで火花放電を発生させることができるので、付着物を除去したい所望の時期に確実に火花放電を発生させて付着物を除去することが可能である。

また、図８に示すように、通常放電動作を所定時間行う毎に非常放電動作を間欠的に複数回行うようにしてもよい。つまり、通常放電動作を所定時間行う毎に、放電電極（51）の印加電圧をスパーク電圧Ｖ（Ｖ≧ｄ×１．２）まで上昇させる動作を間欠的に複数回行うようにしてもよい。印加電圧をスパーク電圧Ｖまで上昇させても直ちに火花放電が発生するとは限らない。スパーク電圧Ｖが印加されてから火花放電が発生するまでの間は、有害なオゾンが発生したり放電音が発生する。そのため、火花放電が直ちに発生せずにその発生までの時間が長くなるほど前記オゾンの発生等が顕著となるが、上述したようにスパーク電圧Ｖを間欠的に複数回印加することによって、オゾンの発生等を低減することが可能である。

以上説明したように、本発明は、放電が行われる電極を有する空気清浄機について有用である。

１０空気清浄機
５０放電部
５１放電電極（高圧電極）
５３電極本体（突起）
５５対向電極（接地電極）
６０制御部

Claims

一対の電極（51,55）を有し、該両電極（51,55）間に電圧が印加されて放電を行う放電部（50）を備えた空気清浄機であって、
前記放電部（50）がコロナ放電またはストリーマ放電を行って空気を浄化する通常放電動作と、前記通常放電動作によって空気中の成分が前記電極（51,55）に付着した付着物を除去するために、前記両電極（51,55）に前記通常放電動作時よりも高い電圧が印加されて前記放電部（50）が火花放電を行う非常放電動作とを実行させる制御部（60）を備え、
前記一対の電極は、突起（53）を有し、電圧が印加される高圧電極（51）と、該高圧電極（51）と対向する面状の接地電極（55）とで、前記突起（53）の先端から前記接地電極（55）に向かって放電が発生するように構成され、
前記制御部（60）は、前記両電極（51,55）間の電流値が一定となるように前記高圧電極（51）の印加電圧を調整し、前記通常放電動作と前記非常放電動作とが自動的に切り換わるように、前記高圧電極（51）の印加電圧の上限値が、前記両電極（51,55）間の距離をｄ（mm）とすると、ｄ×１．２よりも大きい値に設定されている
ことを特徴とする空気清浄機。