JP5873960B2 - 活性種発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、室内空間の除菌や脱臭を行う活性種発生装置に関するものである。

近年、空気中にラジカルなどの活性種を供給し、この活性種による清浄化作用により、この空気を清浄化する活性種発生装置が開発されている。

従来のこの種、活性種発生装置は、本体ケースと、針電極と、この針電極に対向する対向電極と、これらの針電極と対向電極とに電圧を印加する電源と、対向電極の表面に設けた吸着手段とを備えた構成であった（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−３２０６１３号公報

上記従来の活性種発生装置では、本体ケースと、針電極と、針電極に対向する対向電極と、針電極と対向電極とに放電電圧を印加する電源と、対向電極の表面に設けた吸着手段を備えた構成であった。

すなわち、針電極と対向電極間に電圧を印加することで、コロナ放電を行わせ、これによって吸着手段に吸着した水分を分解し、活性種を発生させるようになっていた。

このような構成において、コロナ放電によって針電極と対向電極間に流れる電流は、針電極から導電体である対向電極への最短経路となる吸着手段の厚み方向に流れ易いので、針近傍の狭い範囲に集中して電子が流れやすい傾向があった。狭い範囲に電流が集中することによって、集中的に生成した高濃度の活性種が、吸着手段の劣化を起こす可能性があった。また、集中的に生成した活性種が吸着手段を剥離させて針電極と対向電極間で火花放電を発生させる可能性があり、安全性を高めることが求められている。

そこで、本発明は、針電極と対向電極の間の絶縁性を高め、より広い範囲で活性種を生成させることにより、安全性を向上させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、本体ケースと、前記本体ケース内に設けられた絶縁性基板と、前記絶縁性基板から所定距離を隔てて配置された針電極と、前記絶縁性基板に接する対向電極と、前記針電極と前記対向電極とに電圧を印加する電源とを備え、前記絶縁性基板の表面を覆うとともに、前記絶縁性基板の近傍の水分を吸着する吸着手段を設け、前記対向電極は前記吸着手段に接して設け、前記絶縁性基板は前記吸着手段に覆われた被覆域と、前記吸着手段に覆われていない非被覆域とを有し、前記被覆域は前記針電極に対向するように配置した構成とし、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、本体ケースと、前記本体ケース内に設けられた絶縁性基板と、前記絶縁性基板から所定距離を隔てて配置された針電極と、前記絶縁性基板に接する対向電極と、前記針電極と前記対向電極とに電圧を印加する電源とを備え、前記絶縁性基板の表面を覆うとともに、前記絶縁性基板の近傍の水分を吸着する吸着手段を設け、前記対向電極は前記吸着手段に接して設け、前記絶縁性基板は前記吸着手段に覆われた被覆域と、前記吸着手段に覆われていない非被覆域とを有し、前記被覆域は前記針電極に対向するように配置した構成としたものであるので、安全性を高めることができる。

すなわち、本発明においては、本体ケース内に設けられた絶縁性基板と、絶縁性基板から所定距離を隔てて配置された針電極と、絶縁性基板に接する対向電極と、絶縁性基板の表面を覆うとともに、絶縁性基板の近傍の水分を吸着する吸着手段を設け、絶縁性基板は吸着手段に覆われた被覆域と、吸着手段に覆われていない非被覆域とを有し、被覆域は前記針電極に対向するように配置したことにより、針電極と対向電極間に高電圧が印加された場合でも、針電極と対向電極間を流れる電流は、針電極から絶縁性基板の外周に位置する吸着手段を面方向に流れた後に、対向電極へと到達することになる。

つまり、針電極と対向電極間に高電圧が印加された場合でも、針電極に対向する被覆域により、針電極と対向電極間の沿面距離が長くなり、電子が吸着手段を介してより長い距離にわたって流れることになるため、瞬間的な短絡による火花放電が起こりにくく、その結果として、安全性の向上が図れるものである。また、針電極と対向電極間の沿面距離が長くなることにより、放電範囲が広がり、より広い範囲から活性種が生成するため、安全性の向上が図れるものである。

本発明の実施の形態１における活性種発生装置を設置する屋内の斜視図 同活性種発生装置の断面図 同活性種発生装置における吸着手段部分の側面図 同活性種発生装置におけるプラスコロナ放電の概念を示す図 同活性種発生装置におけるマイナスコロナ放電の概念を示す図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、部屋１の床２上には、活性種発生装置３が配置されている。

この活性種発生装置３は、部屋１内の空気中にラジカルなどの活性種を供給することで、この活性種による清浄化作用により、空気を清浄化するものである。

図２は、図１における活性種発生装置３の断面図を示している。この活性種発生装置３を起動させると、プラスチック製の本体ケース４側面に設けられた吸込口５から、部屋１内の空気が本体ケース４内に流入する。本体ケース４内に流入した空気は、送風機６により本体ケース４内の上部まで移動する。

本体ケース４内の上方には、セラミック又はフッ素などの樹脂製の板状の絶縁性基板７が設けられている。この絶縁性基板７は、支持部材１８によって本体ケース４に固定されている。なお、絶縁性基板７の素材は、オゾンやラジカルで腐食されにくい無機系のものであればよく、後述のごとく、例えばセラミック基板や、樹脂基板で形成される。

絶縁性基板７の表面の一部には図３のように、吸着手段８を有している。また、吸着手段８は、水を吸着する平均粒子径０．５マイクロメートルから数十マイクロメートル程度の粒子で構成されたゼオライトなどの吸着剤９を有している。更に、この吸着剤９と、絶縁性基板７を接着するコロイダルシリカなどの接着剤１０を有している。

この吸着手段８を構成する吸着剤９は、表面に細孔１１を有しているため、接着剤１０は、ゼオライトなどの吸着剤９の平均粒子径より小さく、ゼオライトの表面に開いている細孔１１よりも大きい平均粒子径であれば良い。また、細孔１１を閉塞させなければ、接着剤としてガラス粉や、シリケート化合物を用いてもよい。

本実施の形態における吸着剤９は、細孔１１に空気中の水蒸気を吸着させるものであるが、細孔１１が接着剤１０の粒子で埋まりにくい平均粒子径であれば、空気中の水蒸気を吸着することができる。なお、吸着剤９は接着剤１０よりも平均粒子径が大きいものであっても良い。

また、本実施の形態では、吸着剤９としてゼオライトを例に挙げたが、吸着剤９は、ナノレベルの細孔１１を有し、いわゆるＫｅｌｖｉｎの毛管凝縮現象により細孔内で水蒸気が凝縮し得るような細孔を有する構造を有する多孔質構造体であれば、シリカ、ゼオライト、デシカイト、アロフィン、イモゴライトなどでも、これらのうちいずれか１つを含むものでも良い。また、粒子間の隙間を利用して水を吸着する、多孔質アルミナ、多孔質シリカ、多孔質チタニアであっても良い。

更に、図２のように、この絶縁性基板７から数ミリメートル〜数十ミリメートル程度の所定距離を隔てて、コロナ放電をさせるＳＵＳ針やタングステン針などを用いた針電極１２が配置され、さらに、絶縁性基板７には対向電極１３が設けられている。

対向電極１３は、ＳＵＳなどのステンレス、アルミ、金、銀、銅などで形成されている。なお、これらに限られること無く、導電性の素材であれば良い。

図２において、絶縁性基板７は、針電極１２の長手方向と略平行状態に配置されている。なお、針電極１２と絶縁性基板７は、平行状態に限らず、針電極１２が、その長手方向に対し、絶縁性基板７の表面側に多少傾斜を有していても良い。

すなわち、針電極１２に高電圧をかけることで、絶縁性基板７表面にてラジカルやオゾンや過酸化水素などの活性種が発生する。針電極１２と絶縁性基板７を略平行状態にすることにより、針の先端から絶縁性基板の長手方向に向けてイオン風が発生するため、絶縁性基板７の表面に生じた活性種が絶縁性基板７表面から移動し、拡散しやすくなる。

この点を、いま少し説明すると、針電極１２から絶縁性基板７に向かうコロナ放電の進行方向により、絶縁性基板７の表面に生じた活性種を絶縁性基板７表面から押し出すような作用が期待できるのである。

なお、本実施の形態では、絶縁性基板７の表面の一部に吸着手段８を有しているが、絶縁性基板７の表面の全部や、側面に吸着手段８を有していても良い。また、吸着手段８は、針電極１２に対向するように配置されていても良い。これにより、吸着手段８に吸着された水を効率的に分解することができる。

絶縁性基板７は図４に示すごとく、吸着手段８に覆われている被覆域（絶縁性基板７の表面全部と、側面の大部分と、裏面の一部）１６と、吸着手段８に被われていない非被覆域（絶縁性基板７の裏面の一部と側面の一部）１７とを有している。対向電極１３は、絶縁性基板７と被覆域１６に接しており、被覆域１６と非被覆域１７との間に位置するものである。

これにより、針電極１２と対向電極１３間をながれる電流は、例えば針電極１２から絶縁性基板７の表面を覆う吸着手段を流れた後に、その側面を経由し、続いて裏面を流れ、その後ようやく対向電極１３へと到達することになり、つまり沿面距離が長いので、その結果として火花放電が起こらず、安全性の向上が図れるものである。

また、針電極１２の先端からは、イオン風と呼ばれる気流が発生する。この気流は、針電極１２の先端から絶縁性基板７の方向に向かって流れる。この気流方向における絶縁性基板７の風上側には、埃等が付着し易いものである。ここで、絶縁性基板７は図４に示すごとく、吸着手段８に覆われている被覆域（絶縁性基板７の表面全部と、側面の大部分と、裏面の一部）１６と、吸着手段８に被われていない非被覆域１７とを有していても良い。この非被覆域１７は、絶縁性基板７の気流方向における風上側寄りに位置するとよい。これにより、絶縁性基板７の風上側の側面に埃や油脂やカーボン等が付着し、絶縁性が低下しても、この非被覆域１７があるので、針電極１２と対向電極１３間をながれる電流は、針電極１２から絶縁性基板７の風上側の側面を経由し、続いて裏面を流れ、対向電極１３へと到達することが無く、針電極１２から絶縁性基板７の表面を覆う吸着剤を風下側の側面を経由し、続いて裏面を流れ、その後ようやく対向電極１３へと到達することになり、つまり沿面距離が長い経路を流れるので、その結果として火花放電が起こらず、安全性の向上が図れるものである。

なお、本実施の形態では、絶縁性基板７は、セラミック基板であっても、フッ素などの樹脂基板であっても良い。セラミック基板として、シリカ、アルミ、マグネシウムのうちいずれか１つを含む基板であっても、アルミナ基板であっても良い。オゾンやラジカルで腐食されにくい無機系のものあるいはフッ素樹脂であれば良いためである。

なお、絶縁性基板７の表面を覆う吸着手段８を備えたセラミックの表面抵抗は、１０⁶から１０¹⁰Ω／□であることが望ましい。針電極１２と対向電極１３間との間に高電圧が印加されたとき、電流は一方の電極から放電されて絶縁性基板７の表面を覆う吸着手段８を伝って他方の電極へと流れる。この際に、本体ケース内に設けられた絶縁性基板と、絶縁性基板から所定距離を隔てて配置された針電極と、絶縁性基板に接する対向電極と、絶縁性基板の表面を覆うとともに、絶縁性基板の近傍の水分を吸着する吸着手段を設けることで、電子が移動する距離であるいわゆる沿面距離が伸びることとなる。これにより火花放電の発生を低減させることができ、安全性が向上するためである。

図４のように、この針電極１２に、電源１４により放電電圧をプラス約３〜１０ＫＶで印加を行うと、針電極１２表面に強い電界が形成される。針電極１２にプラスの高電圧が印加されているため、空気中に存在する遊離電子が流れ込む。このとき、対向電極１３は、マイナス状態となっているので、その結果、電子が移動することで、対向電極１３から針電極１２へ電子が流れる。この状態がコロナ放電であって、このコロナ放電の力で後述のごとく、ＯＨラジカル（活性種の一例）が発生する。

これを、図４のように、針電極１２にプラスの電圧を印加した場合について説明を行う。

セラミック製の絶縁性基板７と吸着剤９は、接着剤１０により接着されている。吸着剤９の表面はナノレベルの細孔を有し、空気中の水分は、この細孔内で水蒸気が凝縮することにより、水分を吸着することが知られている（Ｋｅｌｖｉｎの毛管凝縮現象）。これにより、ゼオライトなどの吸着手段８に、空気中の水分が吸着され、電子が流れやすくなる。針電極１２にプラスの高電圧を印加してプラスコロナ放電を行うと、吸着剤９中の電子は、針電極１２に強い力で引き寄せられるため、電子が高速で移動する。電子が、吸着剤９の近くに有る酸素分子と衝突すると、酸素分子に電子が一つ増えた状態の酸素分子の陰イオンが発生する。その後、酸素分子陰イオンが、絶縁性基板７の表面に吸着された水分子と反応をすることで、ＯＨラジカルなどの活性種を発生する。吸着した水分の周辺でコロナ放電が起こることにより、水分が電子と反応しやすくなるため、ＯＨラジカルの発生をより行いやすくするものである。

なお、この絶縁性基板７は、長方形の板状であり、針電極１２と対向する表面（第１の面）と、裏面（第２の面）と、表面と裏面の外周においてこれらの表裏面に接続された側面（第３の面）を有している。

対向電極１３は、絶縁性基板７の裏面又は側面に接して設けられているものであっても良い。これにより、針電極１２から流れる電子が、絶縁性基板７の表面を伝って流れる際に、電子の移動する距離である、いわゆる沿面距離が伸びることで、火花放電を起こりにくくなる。

なお、これに限られること無く、対向電極１３を絶縁性基板７の表面に設ける場合には、
十分な沿面距離を確保した状態で配置することが必要となる。

なお、本実施の形態において針電極１２は、プラスに印加したものであるが、この針電極１２に印加する電圧はプラスであっても、マイナスであっても良い。

図５のように、針電極１２にマイナスの電圧を印加した場合について説明を行う。針電極１２に、電源１４により放電電圧をマイナス約３〜１０ＫＶで印加を行うと、針電極１２表面に強い電界が形成される。針電極１２にマイナスの高電圧が印加されているため、
空気中に遊離電子が放出される。対向電極１３に接した絶縁性基板７は、プラス側となる。その結果、電子が移動することで、対向電極１３から針電極１２へ電流が流れる。

図５の針電極１２から空気に放出された電子は、対向電極１３の強い電界に強い力で引き寄せられるため、電子が高速で移動し、空気中の分子などと衝突する。このとき高速で移動している電子が、空気中の酸素分子と衝突するすると、酸素分子に電子が一つ増えた状態の酸素分子の陰イオンが発生する。その後、酸素分子陰イオンが、絶縁性基板７の表面に吸着された水分子と反応をすることで、ＯＨラジカルが発生する。

上記のようなマイナスに印加された針電極１２からの放電であるいわゆるマイナスコロナ放電を行うことにより、吸着手段８周辺の水分が電子と反応することにより、ＯＨラジカルの発生をより行いやすくするものである。

さらに、このように、針電極１２と対向電極１３間に吸着手段８を介して面方向に電子が流れるため、沿面距離が長くなり、絶縁性基板７の表面を電流が伝って流れるものである。

以上、図４、図５のようにして発生したＯＨラジカル（活性種）は、図２の送風機６からの送風により、活性種発生装置３の排気口１５から室内へ排出される。このＯＨラジカルを含む空気を部屋１内に供給することで、空気中の菌を不活化することができる。また、空気中の臭いを分解して取り除くことで、脱臭効果を発揮させることができる。

以上のように本発明は、本体ケースと、前記本体ケース内に設けられた絶縁性基板と、前記絶縁性基板から所定距離を隔てて配置された針電極と、前記絶縁性基板に接する対向電極と、前記針電極と前記対向電極とに電圧を印加する電源とを備え、前記絶縁性基板の表面を覆うとともに、前記絶縁性基板の近傍の水分を吸着する吸着手段を設け、前記対向電極は前記吸着手段に接して設けられている構成としたものであるので、安全性を高めることができる。

すなわち、本発明においては、本体ケース内に設けられた絶縁性基板と、絶縁性基板から所定距離を隔てて配置された針電極と、絶縁性基板に接する対向電極と、絶縁性基板の表面を覆うとともに、絶縁性基板の近傍の水分を吸着する吸着手段を設けたことにより、針電極と対向電極間に高電圧が印加された場合でも、針電極と対向電極間をながれる電流は、針電極から絶縁性基板の外周に位置する吸着手段を流れた後に、対向電極へと到達することになる。

つまり、針電極と対向電極間に高電圧が印加された場合でも、針電極と対向電極間の沿面距離が長くなり、電子が吸着手段を介してより長い距離にわたって流れることになるため、瞬間的な短絡による火花放電が起こりにくく、その結果として、安全性の向上が図れるものである。また、針電極と対向電極間の沿面距離が長くなることにより、放電範囲が広がり、より広い範囲から活性種が生成するため、安全性の向上が図れるものである。

したがって、空気清浄機としての活用が期待される。

１ 部屋
２ 床
３ 活性種発生装置
４ 本体ケース
５ 吸込口
６ 送風機
７ 絶縁性基板
８ 吸着手段
９ 吸着剤
１０ 接着剤
１１ 細孔
１２ 針電極
１３ 対向電極
１４ 電源
１５ 排気口
１６ 被覆域
１７ 非被覆域
１８ 支持部材

Claims (12)

1. 本体ケースと、前記本体ケース内に設けられた絶縁性基板と、前記絶縁性基板から所定距離を隔てて配置された針電極と、前記絶縁性基板に接する対向電極と、前記針電極と前記対向電極とに電圧を印加する電源とを備え、前記絶縁性基板の表面を覆うとともに、前記絶縁性基板の近傍の水分を吸着する吸着手段を設け、前記対向電極は前記吸着手段に接して設け、前記絶縁性基板は前記吸着手段に覆われた被覆域と、前記吸着手段に覆われていない非被覆域とを有し、前記被覆域は前記針電極に対向するように配置したことを特徴とする活性種発生装置。
2. 前記絶縁性基板は、前記針電極と対向する第１の面と、前記第１の面の裏面である第２の面と、前記第１の面と前記第２の面の外周に接続された第３の面を有し、前記対向電極は、前記絶縁性基板の第２の面又は第３の面に接して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の活性種発生装置。
3. 前記対向電極は、前記絶縁性基板の前記非被覆域に接していることを特徴とする請求項１に記載の活性種発生装置。
4. 前記針電極は、前記絶縁性基板の長手方向と平行に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の活性種発生装置。
5. 前記絶縁性基板は、セラミック基板により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の活性種発生装置。
6. 前記セラミック基板は、シリカ、アルミ、マグネシウムのうちいずれか１つを含むことを特徴とする請求項５に記載の活性種発生装置。
7. 前記セラミック基板は、アルミナ基板であることを特徴とする請求項５または６に記載の活性種発生装置。
8. 前記絶縁性基板は樹脂基板により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の活性種発生装置。
9. 前記樹脂基板はフッ素樹脂基板であることを特徴とする請求項８に記載の活性種発生装置。
10. 前記吸着剤は前記接着剤よりも平均粒子径が大きいことを特徴とする請求項３〜９のいずれか１つに記載の活性種発生装置。
11. 前記吸着剤は表面に細孔を有し、前記細孔の穴は、前記接着剤の平均粒子径より小さいことを特徴とする請求項１０に記載の活性種発生装置。
12. 前記電源は、前記針電極と前記対向電極間に、３〜１０ＫＶの正または負の電圧を印加することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の活性種発生装置。
    

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