JP5899453B2 - オゾンとイオン風を発生させるオゾン・イオン発生装置およびそれを備える空気調和機 - Google Patents

オゾンとイオン風を発生させるオゾン・イオン発生装置およびそれを備える空気調和機 Download PDF

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Description

本発明は、オゾンとイオン風を発生させるオゾン・イオン発生装置およびそれを備える空気調和機に関する。
一般的な空気調和機は、室内ユニットの本体前面および上面に空気の吸込口を、底面に空気の吹出口をそれぞれ形成し、この本体の内部に、エアフィルタと熱交換器と送風ファンとを収納し、送風ファンにより吸込口から吸い込んだ空気をエアフィルタにより除塵し、ついで熱交換器により熱交換させたのち吹出口より吹き出す構成になっている。
このため、室内ユニット内には空気中に浮遊するごみや埃が室内空気と一緒に吸い込まれ、このごみや埃が室内ユニット内部壁面や内部に設けられた送風ファンや熱交換器等に付着しやすい。そしてこの付着したごみや埃に含まれる雑菌やかび等の微生物が繁殖し易いという問題がある。特に、冷房運転停止後には、熱交換器で凝縮した凝縮水が室内ユニット内で蒸発し、室内ユニット内部の湿度が高くなるため、微生物がより繁殖し易くなるという問題がある。
このような問題に対して、室内ユニット内にオゾン発生装置を設けてオゾンの殺菌効果により、微生物の繁殖を抑制するよう構成した空気調和機が提案されている(特許文献1参照)。
特開平6−272888号公報
前記従来の空気調和機において、室内ユニット内で発生させたオゾンは、オゾン発生装置の近傍に止まるだけで、オゾンが室内ユニット内部に十分に拡散しないという課題があった。従い、オゾン発生装置近傍のみしか雑菌やかびの繁殖を防止することができず、室内ユニット内部全体を殺菌して雑菌やかびの繁殖を防止するには不十分であった。特に、塵埃が捕集されたエアフィルタは一般的に室内ユニットの上面に設置されており、空気より高比重のオゾンを実際上エアフィルタまで充満させることが出来ず、エアフィルタ上の塵埃とともに捕集された雑菌やかびの繁殖を十分に防止できなかった。
また、送風ファンを回転させてオゾンを拡散させることが考えられるが、室内ユニット内で発生させたオゾンが室内に拡散してしまい、室内ユニット内に必要なオゾン濃度を確保できないという欠点があった。また、空気調和装置を運転していないのに送風ファンの運転音がするため、使用者にとってあまり好ましいものではなかった。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、十分な量のオゾンを拡散させて殺菌することにより雑菌やかびの繁殖を十分に防止することが可能なオゾン・イオン発生装置およびそれを備える空気調和機を提供することにある。
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、吸込口および吹出口を備えた本体と、吸込口から吹出口に至る通風路に設けた熱交換器および送風ファンと、本体内に配置され、放電によってオゾンおよびイオン風を発生させるオゾン・イオン発生装置とを備え、オゾン・イオン発生装置より発生されたイオン風が通風路内を吹出口側から吸込口側へと向かうように、オゾン・イオン発生装置が本体内に配置され、イオン風により本体内にオゾンを充満させて、本体内部の浄化を行う構成とした。
また、前記従来の課題を解決するために、本発明のオゾン・イオン発生装置は、放電電極と対向電極との間でコロナ放電を発生させてオゾンおよびマイナスイオンを発生させるオゾン・イオン発生装置において、放電電極が針電極であり、対向電極が針電極の軸心を中心とした筒形状から一部を除去した円弧形状の電極であり、かつ放電電極を対向電極の軸心上に放電電極の針先が対向電極の端面より突出する位置に配した構成とした。
本発明のオゾン・イオン発生装置を備える空気調和機は、オゾン・イオン発生装置により十分な量のオゾンを拡散させて殺菌し、雑菌やかびの繁殖を十分に防止することができる。
本発明のオゾン・イオン発生装置は、イオン放出量を増大させるとともに、オゾン発生量をコントロールし、発生するイオン風を利用してオゾンの拡散を促進させることができる。
本発明の実施の形態1における空気調和機の横断面図 本発明の実施の形態1におけるオゾン・イオン発生装置の略概断面図 図2Aの矢印S1方向から見た模式図 本発明の実施の形態1におけるオゾン・イオン発生装置の略概断面図 図3Aの矢印S2方向から見た模式図 本発明の実施の形態1における空気調和機の正面図 本発明の実施の形態1における空気調和機を上から見た平面図 本発明の実施の形態1における空気調和機の正面図 本発明の実施の形態1における空気調和機を上から見た平面図 本発明の実施の形態2におけるオゾン・イオン発生装置の模式図 本発明の実施の形態2における円弧形状筒型電極の俯瞰図 本発明の実施の形態2における円弧型状筒型電極の1つの展開平面図 本発明の実施の形態2における円弧型状筒型電極の1つの俯瞰図 本発明の実施の形態2における電流(小)とオゾン発生量の関係図 本発明の実施の形態2における電流(大)とオゾン発生量の関係図 本発明の実施の形態2における印加電圧と電流値の関係図 本発明の実施の形態2における突出長さとマイナスイオン発生量および電流値の関係図 本発明の実施の形態2における円弧角度および突出長さとマイナスイオン発生量および電流値の関係図 本発明の実施の形態2における円筒直径および突出長さとマイナスイオン発生量および電流値の関係図 本発明の実施の形態2における円弧角度と発生装置近傍のオゾン濃度の関係図 本発明の実施の形態3における空気調和機の室内ユニットの横断面模式図 本発明の実施の形態3における空気調和機に組み込まれたオゾン・イオン発生装置の平面図 同オゾン・イオン発生装置の側面図 本発明の実施の形態3におけるオゾン・イオン発生装置を吹出側風路の略中央部分に配置した空気調和機室内ユニットの正面図 本発明の実施の形態3におけるオゾン・イオン発生装置を吹出側風路の端部に配置した空気調和機室内ユニットの正面図
第1の発明は、放電電極と対向電極との間でコロナ放電を発生させてオゾンおよびマイナスイオンを発生させるオゾン・イオン発生装置において、放電電極が針電極であり、対向電極が針電極の軸心を中心とした筒形状から一部を除去した円弧形状の電極であり、かつ放電電極を対向電極の軸心上に放電電極の針先が対向電極の端面より突出する位置に配した、オゾン・イオン発生装置である。
対向電極が針電極の軸心を中心とした筒形状から一部を除去した円弧形状の電極であって、更にその放電電極の針先が対向電極の端面より突出しているので、マイナスイオンの主な放出方向である針先前方に対向電極が無いことでマイナスイオン放出量を増加させ、さらに、オゾン量も増加し、かつ、イオン風の利用により生成オゾンの拡散を促進できる。
第2の発明は、第1の発明において、対向電極が針電極の軸心を中心とした円弧形状の筒型電極であり、円弧が90度以上270度以下である、オゾン・イオン発生装置である。
円弧が90度以上270度以下であることで、幅広い指向性を持ったイオン風を生成することができ、生成したオゾンの拡散を促進させ、また、オゾン・マイナスイオン発生装置近傍に高濃度のオゾンを蓄積させることがないため、安全性および周辺部材の劣化を抑制することができる。
第3の発明は、第1の発明において、対向電極が針電極の軸心を中心とした円弧形状の筒型電極であり、左右の端部上部の角が扇状に切除されている、オゾン・イオン発生装置である。
円弧形状の筒電極の最も角が鋭利となる箇所を滑らかにすることで、安定した放電を起こすことができる。
第4の発明は、第1の発明において、対向電極が針電極の軸心を中心とした円弧形状の筒型電極であり、左右の端部が外側に折られている、オゾン・イオン発生装置である。
円弧形状の筒電極の最も角が鋭利となる箇所を他の円弧形状部分より針先から遠ざけることで、安定した放電を起こすことができる。
第5の発明は、第1〜4の発明において、放電電極と対向電極の電極間に直流電圧を印加する高電圧発生装置を備え、この高電圧発生装置が印加する直流電圧は、範囲が−3kV以上−10kV以下であり、かつ、電極間に流れる電流が1μAより大きく、30μAより小さい、オゾン・イオン発生装置である。
放電の強さにともなうマイナスイオン発生量の増加、および対向電極に捕捉されてしまうマイナスイオン量の減少によるマイナスイオン放出量の増加、また、オゾン発生量をコントロールすることができ、イオンとともにオゾン発生量をともに増大させることができる。
第6の発明は、吸込口および吹出口を備えた本体と、吸込口から吹出口に至る通風路に設けた熱交換器および送風ファンと、本体内に配置され、放電によってオゾンおよびイオン風を発生させるオゾン・イオン発生装置とを備え、オゾン・イオン発生装置より発生されたイオン風が通風路内を吹出口側から吸込口側へと向かうように、オゾン・イオン発生装置が本体内に配置され、イオン風により本体内にオゾンを充満させて、本体内部の浄化を行う、空気調和機である。
オゾン・イオン発生装置は、放電によって空気中の酸素分子を酸化してオゾン分子(O3)としオゾンを発生させると同時に、放電によってプラスイオンやマイナスイオンを発生させ空気中にイオン風として放出させる構成とすることで、発生させたオゾンをイオン風により拡散させ、本体内部全体に充満させることができる。
また、イオン風が本体内側に向かって流れるような配置とすることで、本体内部に均一にオゾンを拡散させることが可能となる。
これにより、オゾンの殺菌効果によって室内ユニットの本体内の各部、各部品が殺菌され、本体内におけるかび等の微生物の繁殖が抑制される。
さらにオゾンによる脱臭効果によって、本体内の部材に染み付いた臭いの脱臭が効果的に行われ、空気調和機の運転開始時に、臭いが吹出口から吹出風となって吹出されるのを防ぐことが可能となる。
第7の発明は、第6の発明において、吸込口に設けたエアフィルタをさらに備え、オゾン・イオン発生装置より発生されたイオン風を用いてオゾンを本体内に充満させることにより、エアフィルタおよび本体内部の除菌を行う、空気調和機である。
エアフィルタまでオゾンを充満させて殺菌することにより、エアフィルタ上の塵埃とともに捕集された雑菌やかびの繁殖も十分に防止することができる。
第8の発明は、第7の発明において、本体の上部に吸込口、下部に吹出口を設けるとともに、オゾン・イオン発生装置は吹出口近傍に設けて、イオン風が上向きに流れるように配置した、空気調和機である。
その際、イオン風が上向きに流れるように配置することにより吹出口から上部方向にオゾンが拡散され、空気より高比重のオゾンをエアフィルタ近傍まで充満させることが可能となる。従い、エアフィルタを含めた室内ユニット内部の殺菌を効果的に行うことができる。
第9の発明は、第7の発明において、吹出口を開閉するルーバーと、オゾン・イオン発生装置及びルーバーの開閉を制御する制御部とをさらに備え、制御部はルーバーにより吹出口を閉塞してオゾン・イオン発生装置を作動させる、空気調和機である。
これにより、室内ユニットの内部は密閉あるいは略密閉な状態となり、オゾンを効率良く室内ユニット内に充満させることが可能となる。
第10の発明は、第7の発明において、制御部は、空気調和機の冷凍サイクル停止中に、オゾン・イオン発生装置を作動させるクリーン運転を実施する、空気調和機である。
冷房運転停止後は、熱交換器で凝縮した凝縮水が室内ユニット内で蒸発し、室内ユニット内部の湿度が高くなるため、雑菌やかびが繁殖し易い環境となっているが、冷房運転停止後すなわち冷凍サイクル停止中に、オゾン・イオン発生装置を作動させることにより、室内ユニット内部の雑菌およびかびを殺菌し、繁殖を抑制することが可能となる。
第11の発明は、第7の発明において、オゾン・イオン発生装置は放電電極と対向電極とで構成し、対向電極は放電電極の外周所定範囲を取り囲む、空気調和機である。
放電電極と対向電極を対置して両電極間に高電圧を印加することで、風量感を与えるほどの風速のイオン風を発生させることができる。対向電極を放電電極の外周所定範囲を取り囲むように構成することにより、イオン風の進行方向を拡散させ広がりを持たせることができ、これによりオゾンを室内ユニット内部に効果的に均一に充満させることが可能となる。
第12の発明は、第11の発明において、放電電極の放電部は対向電極よりも上方に突出させて設けた、空気調和機である。
これにより、対向電極に捕捉されるマイナスイオン等のイオン量を抑制し、空気中に放出されるイオン量を増加させることが出来る。従い、イオン風の風量を増加させることができ、オゾンを室内ユニット内部に迅速に拡散させることが可能となり、さらにより効果的にエアフィルタにまでオゾンを充満させることが可能となる。
第13の発明は、第6〜12の発明において、オゾン・イオン発生装置は放電電極と対向電極の電極間に直流電圧を印加する高電圧発生装置を備え、高電圧発生装置が印加する直流電圧は、範囲が−3kV以上−10kV以下であり、かつ、電極間に流れる電流が1μAより大きく、30μAより小さい、空気調和機である。
これにより、放電の強さにともなうイオン発生量の増加、および対向電極に捕捉されてしまうイオン量の減少によるイオン放出量の増加、また、オゾン発生量を増加することができ、イオンとともにオゾン発生量をともに増大させることができ、より確実にエアフィルタにまでオゾンを充満させることが可能となる。
第14の発明は、第6の発明において、空気調和機は、運転中にイオンを室内空間に放出する塵捕集運転機能と、運転停止後に本体内部にオゾンを充満させる内部クリーン運転機能を有し、通風路は、吸込口に連通した吸込側風路と、吹出口に連通した吹出側風路とを有し、オゾン・イオン発生装置は、吹出側風路またはその近傍に配置され、さらに、オゾン・イオン発生装置は、放電電極と対向電極とを有する放電部を備え、少なくとも対向電極が放電電極よりも吹出側風路の内側寄りに位置するように、放電部が吹出側風路内へと突出して配置されており、運転中に、オゾン・イオン発生装置により吹出側風路内に発生されたイオンが、吹出口を通して室内に放出されることにより塵捕集運転を行い、運転停止後に、オゾン・イオン発生装置より発生されたイオン風が吹出側風路を通り、吸込側風路に向かうことにより内部クリーン運転を行う、空気調和機である。
このように、オゾン・イオン発生装置を吹出口側風路またはその近傍に配置することで、発生したイオンを熱交換器等で吸収されることなく室内空間に多く放出できる。また、吹出口側風路内は運転中に通過する風量、風速ともに大きく、イオンを室内空間に放出するには好適である。また、内部クリーン運転時にはオゾン・イオン発生装置から発生するイオンがイオン風によって吹出側風路を通り、吸込口側へと流れることにより、室内ユニット内部へオゾンを確実に拡散することができる。したがって、室内空間に浮遊する菌、ウイルス、カビ、粉塵、花粉などを帯電させることができ、積極的に室内ユニット内に取り込むことができる。さらに、取り込んだ菌、ウイルス、カビを室内ユニット内に充満させたオゾンにより死滅させることにより増殖を抑制することができる。加えてこの発明では拡散のための駆動部を持たなくてもよいため、静かであり、就寝時にも稼動音が気にならない。
第15の発明は、第14の発明において、放電電極は針電極であり、対向電極は針電極の軸心を中心とした筒形状から一部を除去した円弧形状の電極であり、かつ放電電極を対向電極の軸心上に放電電極の針先が対向電極の端面より突出する位置に配した、空気調和機である。
これにより、イオンの放出量が多くなるので、無風時においても吹出側風路を通過する風量、風速の大きさに大きく左右されず安定したイオン放出量を確保することができる。また、対向電極は針電極の軸心を中心とした筒形状から一部を除去した円弧形状の電極であることで、均一な距離に配した電極面を形成することができ、安定した強い放電によるオゾン生成と除去された面の存在によりイオンの放出量の増大を果たすことができる。これにより、室内空間に浮遊する菌、ウイルス、カビ、粉塵、花粉などを帯電させることができ、積極的に室内ユニット内に取り込むことができる。さらに、取り込んだ菌、ウイルス、カビを室内ユニット内に充満させたオゾンにより死滅させることにより増殖を抑制することができる。
第16の発明は、第14又は第15の発明において、オゾン・イオン発生装置を吹出側風路の略中央部分に配置し、対向電極が針電極の軸心を中心とした筒形状から一部を除去した円弧形状の電極であり、円弧形状の円弧中心が風向の風上側に存在する、空気調和機である。
この構成により、塵捕集運転機能の動作時には、放電電極より風上側に対向電極の大部分が存在することになり、送風ファンからの風によって発生したイオンが対向電極で中和されることを抑制することになって、イオンが多く室内空間に放出されることになる。また、内部クリーン機能の動作中には、オゾン・イオン発生装置を吹出側風路の略中央部分に配置したことにより、室内ユニット内部にオゾンを行き渡らせることが容易となり、また、イオン風が針電極の軸心から対向電極に向かってイオン風が起こるため、中央から室内ユニット内部にオゾンが広がっていく。これにより、室内空間に浮遊する菌、ウイルス、カビ、粉塵、花粉などを帯電させることができ、積極的に室内ユニット内に取り込むことができる。さらに、取り込んだ菌、ウイルス、カビを室内ユニット内に充満させたオゾンにより死滅させることにより増殖を抑制することができる。
第17の発明は、第14、15の発明において、オゾン・イオン発生装置を吹出側風路の端部に配置し、対向電極が針電極の軸心を中心とした筒形状から一部を除去した円弧形状の電極であり、円弧形状の円弧中心が風向の風上側に対して中央方向に0度から90度までの範囲に存在する、空気調和機である。
この構成により、塵捕集運転機能の動作時には、放電電極より風上側に対向電極の大部分が存在することになり、送風ファンからの風によって発生したイオンが対向電極で中和されることを抑制することになって、イオンが多く室内空間に放出されることになる。また、内部クリーン機能の動作中には、オゾン・イオン発生装置を吹出側風路の端部に配置したことにより、空気調和機の運転時に風の抵抗になりにくく、また、対向電極の正面からの投影面積も減少することになるので風の抵抗を抑えることができる。また、イオン風が針電極の軸心から対向電極に向かってイオン風が起こるため、円弧形状の円弧中心が風向の風上側に対して中央方向に0度から90度までの範囲に存在する構成とすることで、室内ユニット内部にオゾンが広がっていく。これにより、室内空間に浮遊する菌、ウイルス、カビ、粉塵、花粉などを帯電させることができ、積極的に室内ユニット内に取り込むことができる。さらに、取り込んだ菌、ウイルス、カビを室内ユニット内に充満させたオゾンにより死滅させることにより増殖を抑制することができる。
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。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるオゾン・イオン発生装置を備える空気調和機の横断面図である。まず、空気調和機について説明する前に、本実施の形態1のオゾン・イオン発生装置8について説明する。
オゾン・イオン発生装置8は、放電電極と対向電極で構成されており、放電電極にマイナス電位を印加すると、放電電極の先端でコロナ放電が起こり、放電電極の先端から対向電極の内面に向かって電子が放出される。放出された電子の流れは高電界によって加速されながら気体分子と衝突し、気体分子に運動エネルギーを与えて空気の電子誘導風となって気流を生み出す。このとき、電子の一部は気体分子の結合起動の外殻にトラップされてマイナスに帯電したマイナスイオン分子となる。したがって、電子誘導風は、マイナスイオン分子を含むイオン風の気流となる。このように、放電電極と対向電極に直流の電位を印加することによって生じるイオン風は、放電電極から対向電極の間を抜けて吹き出される気流となり、マイナスイオン分子を含むイオン風を放電電極から対向電極に向かう方向に放出させることができる。
オゾン・イオン発生装置8は、放電によってオゾンおよびイオン風が発生する構成としてあり、本実施の形態1では、放電電極と対向電極を対置して両電極間に高電圧を印加し、コロナ放電によってイオン風を発生させるものとしているが、コロナ放電方式に特に限定するものではなく、種々の発生方法が採用可能である。
例えば、オゾン・イオン発生装置8の一例として、図2A、Bに示すような構成を採ることができる。図2Aはオゾン・イオン発生装置8の略概断面図であり、図2Bは図2Aの矢印S1方向から見た模式図である。
図2Aに示すように、オゾン・イオン発生装置8は長方形の板状に形成した対向電極31と、針状の放電電極32とを所定間隔を隔てて平衡に配置した構成としており、対向電極31と放電電極32はそれぞれ導線33により高電圧発生装置34に接続されている。高電圧発生装置34により放電電極32にマイナス電位を印加することによって生じるイオン風は、図2Bに示すように放電電極32から対向電極31の間を抜けて吹き出される気流となり、マイナスイオン分子を含むイオン風が放電電極32から対向電極31に向かう方向に放出される。すなわち、対向電極31を板状に形成したことにより、イオン風は放電電極32から対向電極31の全長にわたって扇状に発生する気流となり、オゾン・イオン発生装置8よりイオン風と同時に発生させたオゾンを発生後すぐにイオン風によりオゾン・イオン発生装置を中心として扇状に拡散させることができる。
別のオゾン・イオン発生装置8の一例として、図3A、Bに示すような構成を採ることができる。図3Aはオゾン・イオン発生装置8の略概断面図であり、図3Bは図3Aの矢印S2方向から見た模式図である。
図3Aに示すように、オゾン・イオン発生装置は、対向電極41を円筒状に形成し、上記円筒状の中心に針状の放電電極42を配置し、対向電極41が放電電極42の外周を取り囲むように構成している。高電圧発生装置34により放電電極42にマイナス電位を印加することによって生じるイオン風は、図3Bに示すように放電電極42から対向電極41の間を抜けて吹き出される気流となり、マイナスイオン分子を含むイオン風が放電電極42から対向電極41に向かう方向に放出される。すなわち、対向電極41を円筒状に形成したことにより、イオン風は放電電極42を中心に円状に発生する気流となり、オゾン・イオン発生装置8よりイオン風と同時に発生させたオゾンを発生後すぐにイオン風によりオゾン・イオン発生装置8を中心として円状に拡散させることができる。
次に、本実施の形態1の空気調和機の全体構成について、図1を参照しながら説明する。
図1に示すように空気調和機の室内ユニットの本体1には、吸込口2が前面から上面にかけて形成され、吹出口3が下部に形成されている。吸込口2と吹出口3とを結ぶ空気通路には、空気中の粗い塵埃を取り除くためのエアフィルタ4と、ファンモータ(図示せず)に連結された送風ファン5と、熱交換器6とが設けられている。
本体1の吸込口2から吸引された空気は熱交換器6を通過させることにより熱交換され、冷却または加熱される。その後、室内送風回路である送風ファン5によって吹出口3より室内環境へと送り出され、所定の空調となるよう調整され、ルーバー7によって所定の方向へ調整された後、吹き出される構成となる。この時、本体1に吸い込まれる空気中の塵埃はエアフィルタ4に捕集される。
エアフィルタ4は、吸い込まれた室内空気の中に含まれる塵埃を捕集するためのものであり、熱交換器6の吸引側を覆うように設けられていて、オゾン・イオン発生装置8が発生させるオゾンで浄化される。
オゾン・イオン発生装置8は、上述のように、発生させるイオン風の上流側に放電電極が配置され、下流側に対向電極が配置されている。従い、室内ユニット内において、オゾン・イオン発生装置8の取付配置位置により、イオン風の気流方向を任意に設定することができる。
本実施の形態1では、オゾン・イオン発生装置8は、吹出口3下側に配置されている。オゾン・イオン発生装置8は本体1において、例えば吸込口2や送風ファン5近傍のどこに設置しても同様の殺菌効果を得ることが可能であるが、空気調和機の送風性能を低下させないためには、オゾン・イオン発生装置8を吹出口3近傍に設けることが望ましい。この構成にすることにより、送風ファン5との距離を長く取ることができ、送風性能の低下を抑制することができる。
なお、オゾン・イオン発生装置8は吹出口3下側の中央もしくは左右どちらかの端部等、吹出口3下部のどこに設置してもよく、本実施の形態1により、特に設置場所を限定するものではない。オゾン・イオン発生装置8を吹出口3下側に設置し、オゾン・イオン発生装置8の放電電極を吹出口3側に配置し対向電極を本体の背面側に配置する。このような構成にすることにより、イオン風は本体1内側に向かって流れ、イオン風と同時に発生させたオゾンがイオン風の気流で本体1内側に向かって拡散され、送風ファン5、熱交換器6、エアフィルタ4の順にオゾンが流れ充満されていく。従い、本体1内全体にオゾンを充満させることが可能となる。
また、オゾン・イオン発生装置8をイオン風の流れが上向き(エアフィルタ4側)になるように配置することにより、オゾン・イオン発生装置8を吹出口3に設置した場合でも、オゾンはイオン風により上部方向に拡散され、空気より高比重のオゾンをエアフィルタ4近傍まで充満させることが可能となる。従い、エアフィルタ4を含めた本体1内部の殺菌を効果的に行うことができる。
次に、本実施の形態1における空気調和機の動作について説明する。
空気調和機の冷凍サイクルの運転を停止させ、制御部9によりルーバー7で吹出口3を閉塞し、オゾン・イオン発生装置8を作動し、クリーン運転を開始する。オゾン・イオン発生装置8を作動させ、高電圧発生装置(図示せず)によって放電電極にマイナス電位を印加することにより、イオン風とオゾンの発生が開始する。オゾンはイオン風により本体1内部に拡散され、オゾンによる本体1内の殺菌が行われる。
ルーバー7で吹出口を閉塞することにより、本体1内部は密閉あるいは略密閉な状態となり、オゾンを効率良く本体1内に充満させることができる。従い、本体1内の微生物の殺菌を効果的に行うことができ、微生物の繁殖を抑制することが可能となる。前記のクリーン運転が所定時間行われると、オゾン・イオン発生装置8は停止され、クリーン運転が終了する。冷房運転停止後は、熱交換器6で凝縮した凝縮水が本体1内で蒸発し、本体1内部の湿度が高くなるため、雑菌やかびが繁殖し易い環境となっている。よって、冷房運転停止後に、クリーン運転を実施することが特に望ましい。
(実施例1)
図4は図2Aに示すオゾン・イオン発生装置8を吹出口3の右端部に設置した空気調和機の正面図であり、図5はその空気調和機を上から見た平面図である。以下、空気調和機について、その動作、作用を説明するが、前述したものと同一構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図2Bに示すように、高電圧発生装置34により放電電極32にマイナス電位を印加することによって、マイナスイオン分子を含むイオン風が放電電極32から対向電極31に向かう方向に放出される。オゾン・イオン発生装置8の構成を上記のようにすることにより、オゾン・イオン発生装置8より発生するイオン風にある程度の指向性を与えてイオン風の無駄な拡散を抑制し、適量な風量感のある気流を得ることができる。
空気調和機の送風性能の低下を防ぐためにはオゾン・イオン発生装置8は吹出口3の端部に配置することが望ましいが、オゾン・イオン発生装置8を吹出口3端部に設置した場合、吹出口3の反対側端部および上部対角方向のエアフィルタ4端部にまでオゾンが充満しないことが課題となる。そこで、図5に示すように、オゾン・イオン発生装置8を吹出口3右端部に設置し、イオン風が対角方向に流れるように配置することにより、前記の風量感のあるイオン風によりオゾンを本体1内部の反対側の端部にまで全体に拡散させることが可能となる。
さらに、オゾン・イオン発生装置8をイオン風の流れが上向きになるように配置することにより、空気より高比重のオゾンをエアフィルタ4近傍まで迅速に充満させることが可能となる。従い、実施例1においては、空気調和機の送風性能を低下させることなく、エアフィルタを含めた本体1内部の殺菌および脱臭を効果的に行うことができる。本実施の形態の場合、対向電極31の幅を5〜10mm程度とすることにより、適度なイオン風の指向性とオゾン発生量を確保することができた。
また、放電電極32の放電部すなわち先端部を、対向電極31の端部よりも突出させた構成とすることにより、対向電極31に捕捉されるイオン量を抑制し、空気中に放出されるイオン量を増加させることができる。従い、イオン風の風量を増加させることができ、オゾンを本体1内部に迅速に拡散させることが可能となり、さらにより効果的にエアフィルタ4にまでオゾンを充満させることが可能となる。
(実施例2)
図6は図3Aに示すオゾン・イオン発生装置8を吹出口3中央部に設置した空気調和機の正面図であり、図7はその空気調和機を上から見た平面図である。
図7に示すようにオゾン・イオン発生装置8を吹出口3下側の中央部に配置したことにより、本体1の中央から周囲に対して均一にオゾンを拡散させることができ、従い本体1内部にオゾンを均一に充満させることが可能となる。
また、放電電極42の放電部すなわち先端部を、対向電極41の端部よりも突出させた構成とすることにより、対向電極41に捕捉されるイオン量を抑制し、空気中に放出されるイオン量を増加させることができる。従い、イオン風の風量を増加させることができ、オゾンを本体1内部に迅速に拡散させることが可能となり、さらにより効果的にエアフィルタ4にまでオゾンを充満させることが可能となる。これにより、本体1内の微生物の殺菌を効果的に行うことができ、微生物の繁殖を効果的に抑制することができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2では、前述のオゾン・イオン発生装置8を特定の構成に限定したオゾン・イオン発生装置108について説明する。
図8は、本実施の形態2におけるオゾン・イオン発生装置108の模式図である。オゾン・イオン発生装置108は、放電電極102と対向電極101との間に高電圧発生装置104によりマイナスの高電圧をかけ、コロナ放電を発生させてオゾンとマイナスイオンを発生させるものである。
対向電極101は、図9に示すような円弧状の形状をしている。そして、放電電極102は対向電極101の軸心上に放電電極102の針先が対向電極101の端面より突出(図面では上方に突出)する位置に配してある。
上記対向電極101は円弧状の形状をしていることで、放電電極102からの距離が略等しく円弧状の形状をする対向電極101上で均等な放電をすることができ、効率的な放電が可能となる。さらに、図10に示すような、円弧状筒型電極の上部両端角が扇状に切除加工されていることで最近接部の鋭利な面が取り除かれ、安定した放電を行なうことができる。また、図11に示すような、左右の端部が外側に折られていることで最近接部の鋭利な面が放電電極102の針先から遠ざけられ、安定した放電を行なうことができる。
対向電極101の材料は、ステンレス、ニッケル、アルミ、銅、タングステンなどが挙げられるが、ステンレスが、汎用的であり、加工性の面からも望ましい。板厚は、0.3mm以上、2mm以下であれば良い。0.3mm未満では、強度が弱くなってしまい、製造過程などで形状が変形しやすいことが問題となってしまう。また、1mmより大きいと、加工がしにくい。
放電電極102の材料は、ステンレス、ニッケル、アルミ、銅、タングステンなどが挙げられるが、ステンレスが、汎用的であり、加工性の面からも望ましい。放電電極102の形状は、先端が鋭く尖った形状をしており、鋭く尖っているほど、オゾン発生量が減少する。放電電極102は、径が0.3mm以上、1mm以下であれば良い。0.3mm未満では、先端との差が出にくい。また、1mmより大きいと、加工が難しくなる。
高電圧発生装置104は対向電極101と放電電極102との間にマイナスの高電圧をかけるが、図12に示すように、対向電極101と放電電極102の電極間に流す電流は直流であり、1μA以上の電流が流れると、オゾン発生量が25μg/h以上となり、例えば、40Lの密閉容器であれば、オゾン濃度を30ppb程度まで高めることができる。30ppb程度のオゾンは臭いをわずかに感じるかのレベルであり、非常に利用しやすい濃度である。また、図13に示すように、30μA以下の電流が流れると、オゾン発生量が400μg/h程度となり、例えば、200Lの密閉容器であれば、オゾン濃度を100ppb程度にすることができる。100ppb以上のオゾンが蓄積すると、長時間暴露されると人体に与える影響も現れるため100ppb以下であることが望ましい。つまり、対向電極101と放電電極102の電極間に流す電流は1μA以上、30μA以下が望ましい。
図14は、円筒直径15mmかつ円弧角度が180度で放電電極102の針先の突出長さ106が10mmのオゾン・イオン発生装置108を用いた時の印加電圧と電流値の関係を示している。同図に示すように、−3kV程度から電流値が立ち上がり、コロナ放電が開始していることがわかる。また、印加電圧の増加とともに電流値が増加している。しかしながら、−10kVまで印加電圧を増加させると、安全設計のため、空間距離や沿面距離を十分にとる必要がでてくる。そのためオゾン・イオン発生装置108が大きくなってしまうため不適である。また電圧を増加させることで電極間の短絡も懸念されるため印加電圧を増加させることは好ましくない。本発明の実施の形態では、一部の電極形状で、印加電圧−10kVで電極間の短絡が確認されたことから、より好ましくは、印加電圧は−8kV以下である。
このように高電圧発生装置104は、上記電流と印加電圧を発生させ、さらに、安全性を保つことができるものである。また、電流制限をかけるなど保護回路を有していることが望ましい。
図15は、円筒直径15mmかつ円弧角度が180度で印加電圧が−6kVのオゾン・イオン発生装置108を用いた時の突出長さ106とマイナスイオン発生量および電流値の関係を示している。放電電極102の針先の突出長さ106が負のとき、つまり対向電極101より図面上低い位置にあるときは、マイナスイオン量は少ない。放電電極102の針先の突出長さ106がゼロを境に正になると、つまり対向電極101より図面上高い位置に突出すると、マイナスイオン量が増加するともに、顕著に電流値が減少してくる。これは、放電電極102の針先と最近接部距離107が離れることで放電が弱くなるとともに、マイナスイオンが放出されやすくなるからである。このことから、突出長さ106はゼロより大きいことが好ましい。また、詳細は後で述べるが、突出長さ106は、図16や図17に示すように、13mmでも対向電極101と放電電極102の電極間に流れる電流が5μAとなっており、十分にオゾン発生量を確保できる。すなわち、イオンとともにオゾンの発生量も確保することができ、イオンとオゾンを実用的レベルで両立させることができる。
図16は、円筒直径15mmかつ印加電圧が−8kVのオゾン・イオン発生装置108を用いた時の円弧角度および突出長さ106とマイナスイオン発生量および電流値の関係を示している。突出長さ106を十分にとることで、円弧角度によるマイナスイオン放出量の影響を減らすことができている。また、円弧角度が大きいほど、電流値が高くなるので、電流値1μA以上30μAを実現するために円弧角度を制御することで、マイナスイオン放出量との両立が可能となる。
図17は、印加電圧が−8kVのオゾン・イオン発生装置108を用いた時の円筒直径105および突出長さ106とマイナスイオン発生量および電流値の関係を示している。突出長さ106を十分にとることで、円筒直径105によるマイナスイオン放出量の影響を減らすことができている。また、円筒直径105が小さいほど、電流値が高くなるので、電流値1μA以上30μAを実現するために円筒直径105を制御することで、マイナスイオン放出量との両立が可能となる。しかしながら、円筒直径105は、その内径の直径が、小さいと短絡の危険性が高くなり、大きすぎると放電が弱くなってしまうので、10mm以上、30mm以下である必要がある。また、30mmより大きいと、オゾン・イオン発生装置108として大きくなってしまうため利用の幅が狭くなってしまうことも大きな理由である。
円筒幅(図面上では上下の幅)は、0.3mm以上、5mm以下であればよい。0.3mm未満では強度が弱くなる。また、5mmより大きいと、発生したマイナスイオンが対向電極101に捕捉されるため、マイナスイオン放出量が減少する。この傾向は、針先突出長さが長いほど減少する。
最近接部距離107は、放電電極102の先端と対向電極101の距離を表している。最近接部距離107を、小さくとれば、放電の強さが増し、電極間の電流値が増加し、大きくすれば、電極間の電流値が減少する。
図18は、密閉はされていないが、風除けができる40Lの容器に、オゾン・イオン発生装置108を設置し、オゾン・イオン発生装置108の対向電極の円弧角度と発生装置近傍のオゾン濃度の関係を示したものである。対向電極101と放電電極102の電極間に流れる電流を5μAとしている。40Lの密閉容器では充満するとオゾン濃度は、150ppb程度まで上昇する。しかしながら、円弧角度が90度以上270度以下のオゾン・イオン発生装置108では、発生装置近傍で100ppbを超えておらず、オゾンをよく拡散している。つまり、オゾンの拡散を促進するために、円弧角度は90度以上270度以下が望ましい。
なお、図8に示す導線103は、樹脂で被覆された導線であり、特に、放電電極側の導線103は、高電圧にも耐えうる、フッ素樹脂被覆やシリコーン樹脂被覆などの耐圧性の導線が望ましい。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3では、実施の形態2におけるオゾン・イオン発生装置108を用いた空気調和機について説明する。
図19は本実施の形態3における空気調和機の室内ユニットの横断面模式図である。室内ユニット210は、吸込口2、吹出口3、送風ファン5、熱交換器6、吸込口側風路211、吹出口側風路212、オゾン・イオン発生装置108から大きくは構成されている。なお、吸込口2、吹出口3、吸込口側風路211、吹出口側風路212は、本体1に形成されている。
まず、空気調和機の通常の運転について説明する。送風ファン5が回転すると、室内空間から空気が、吸込口2を通過して、吸込口側風路211に取り込まれる。取り込まれた空気が、熱交換器6によって、冷房運転時には冷やされ、また、暖房運転時には温められ、吹出口側風路212を経て、吹出口3から室内空間に供給される。
次に、塵捕集運転機能について説明する。塵捕集運転機能は、送風ファン5が回転することで、室内空間から空気が、吸込口2を介して吸込口側風路211に取り込まれ、熱交換器6によって、冷房運転時には冷やされ、暖房運転時には温められる。これと同時にオゾン・イオン発生装置108に通電することによってオゾン・イオン発生装置108からイオンが生成され、このイオンが吹出口3から室内空間に供給される。この際、送風ファン5の回転数が増えるほど、風量、風速が上がることとなり、オゾン・イオン発生装置から生成したイオンが中和されることが抑制され、室内空間へのイオンの放出が増加する。このため、塵捕集運転機能が強く望まれる際には、送風ファン5の回転数を上げた運転が、イオン放出量増大と、室内ユニット210への室内空気の取り込み量の増大の点から効果的である。
また、この塵捕集運転機能は、熱交換器6を作動させることなく送風ファン5による送風のみによる塵捕集運転も可能なものである。
次に、内部クリーン運転機能について説明する。これは、通常運転の完了後、通常運転と塵捕集運転機能の併用運転後、または、塵捕集運転機能の単独運転後に、運転を行う。運転は、オゾン・イオン発生装置108を作動させることによって行われるが、オゾン・イオン発生装置108から発生するオゾンが、オゾン・イオン発生装置108から吹出口側風路212を通り、吸込口2側へとイオン風が吹くことにより、オゾンが室内ユニット210内部に拡散する。すなわち、送風ファン5を動作させなくても拡散させることができ、ファン駆動音なく内部クリーン運転を行うことができる。
なお、図19では、オゾン・イオン発生装置108を、吹出口側風路212の下部に配しているが、吹出口側風路212の天面部や、吹出口側風路212の側面部に配することも可能である。
本実施の形態3で用いられているオゾン・イオン発生装置108は、実施の形態2の説明で図8などを用いて説明したように、放電電極102は対向電極101の軸心上に放電電極102の針先が対向電極101の端面より突出(図面では上方に突出)する位置に配しているため、無風状態であってもイオンの放出量が多くすることができ、風量や風速に大きく左右されず安定的に室内空間にイオンを放出することができるため好適である。
このイオン風は、放電電極102から、対向電極101に向かって強く放射する。また、対向電極101の円弧角度が大きくなれば、イオン風の広がりは大きくなり、逆に、対向電極101の円弧角度が小さくなれば、イオン風の広がりは小さくなる。なお、対向電極101が放電電極102に比べて上方に配する場合は、イオン風が対向電極101に向けて上方に向かった風となる。そこで、吸込口2側へイオン風を起こすために、放電電極102の針先を送風ファン5方向に傾けることが好適となる。
高電圧発生装置104は対向電極101と放電電極102との間に高電圧をかけるが、プラスもしくはマイナスの直流電圧である。マイナスの直流電圧をかけることがよりプラスの直流電圧をかけるよりオゾンが発生しやすく、室内へのイオン放出量とオゾン発生量とを制御しやすい点からマイナスの直流電圧がより望ましい。また、パルスや交流を用いることも可能であるが、直流であることで継続的にイオン風を発生させることができる点で好ましい。
図20A、Bは、本発明の実施の形態3における空気調和機に組み込まれたオゾン・イオン発生装置108を示し、図20Aはオゾン・イオン発生装置の上から見た平面図、図20Bはオゾン・イオン発生装置の横から見た側面図である。
風上方向231に対して、円弧中心方向232が、円弧中心の風上方向との角度233の傾きをもっている。図21に示すような、オゾン・イオン発生装置108を吹出口側風路212の略中央部分に配置した空気調和機室内ユニットでは、風上方向231と、円弧中心方向232が、ほぼ同一とすることで、塵捕集運転機能の動作時には、放電電極102より風上側に対向電極101の大部分が存在することになる。これにより、送風ファンからの風によって発生したイオンが対向電極で中和されることを抑制することになり、イオンが多く室内空間に放出されるので好適である。
また、内部クリーン機能の動作中には、イオン風が針電極の軸心から対向電極に向かってイオン風が起こるため、中央から室内ユニット内部にオゾンが広がっていき、オゾンを室内ユニット内部に行き渡らせるのに好適である。
また、図22に示すような、オゾン・イオン発生装置108を吹出口側風路212の端部に配置した空気調和機室内ユニットでは、円弧中心の風上方向との角度233が、0度から90度とすることで、塵捕集運転機能の動作時には、放電電極102より風上側に対向電極101の大部分が存在することができる。これにより、送風ファンからの風によって発生したイオンが対向電極で中和されることを抑制することになり、イオンが多く室内空間に放出されるので好適である。
また、内部クリーン機能の動作中には、イオン風が針電極の軸心から対向電極に向かってイオン風が起こるため、端部から室内ユニット内部にオゾンが広がっていき、オゾンを室内ユニット内部に行き渡らせるのに好適である。
なお、図22は、オゾン・イオン発生装置108が正面から見て右端部に設置されているが、左端部に設置することも可能で、その際は、円弧中心方向232が、風上方向231を軸として対称となる。また、図22では、オゾン・イオン発生装置108を、片側端部に1つ設置しているが、両側端部にそれぞれ1つずつ設置することも可能で、その際には、片側設置の場合より、円弧中心の風上方向との角度233の角度が小さくなる。
イオン風は、放電電極102から、対向電極101に向かって強く放射する。また、対向電極101の円弧角度234が大きくなれば、イオン風の広がりは大きくなり分散してしまい、逆に、対向電極101の円弧角度234が小さくなれば、イオン風の広がりは小さくなり局所集中してしまう。そのため、円弧角度234は90度から270度であることが好適である。
また、対向電極101が放電電極102より吹出口の内部寄り側に位置する形で吹出口風路面235から突出していることで、吹出口風路面235内部で遮られることなく、イオン風が、吹出口風路面235に沿って、吸込口側に流れる。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
また、実施の形態2で説明したように、高電圧発生装置104が印加する直流電圧を、範囲が−3kV以上−10kV以下であり、かつ、電極間に流れる電流が1μAより大きく、30μAより小さくなる構成とすることにより、空気より高比重のオゾンをエアフィルタ4近傍まで流すことができるイオン風を生成しつつエアフィルタに付着した微生物を殺菌できるオゾンを発生させることができ、実用に供しうるオゾン・イオン発生装置とすることができる。
以上のように、本発明のオゾン・イオン発生装置およびそれを用いた空気調和機は、オゾンとイオン風を発生させ、殺菌および脱臭を効果的に行うことができるので、空気調和機以外の家庭用電気製品等の用途にも適用できる。
1 本体
2 吸込口
3 吹出口
4 エアフィルタ
5 送風ファン
6 熱交換器
7 ルーバー
8 オゾン・イオン発生装置
9 制御部
31 対向電極
32 放電電極
33 導線
34 高電圧発生装置
41 対向電極
42 放電電極
101 対向電極
102 放電電極
103 導線
104 高電圧発生装置
105 円筒直径
106 突出長さ
107 最近接部距離
108 オゾン・イオン発生装置
121 円弧角度
210 室内ユニット
211 吸込口側風路
212 吹出口側風路
231 風上方向
232 円弧中心方向
233 角度
234 円弧角度
235 吹出口風路面

Claims (9)

  1. 吸込口および吹出口を備えた本体と、
    吸込口から吹出口に至る通風路に設けた熱交換器および送風ファンと、
    本体内に配置され、放電によってオゾンおよびイオン風を発生させるオゾン・イオン発生装置とを備え、
    オゾン・イオン発生装置より発生されたイオン風が通風路内を吹出口側から吸込口側へと向かうように、オゾン・イオン発生装置が本体内に配置され、
    送風ファンを動作させることなく、イオン風により本体内にオゾンを充満させて、本体内部の浄化を行う、空気調和機であって、
    オゾン・イオン発生装置は放電電極と対向電極とで構成し、
    放電電極は針電極であり、対向電極は針電極の軸心を中心とした円弧角度が90度以上270度以下である円弧形状の筒型電極であり、
    オゾン・イオン発生装置は吹出口の端部に配置され、対向電極の円弧形状の円弧中心が風向の風上側に対して中央方向に0度から90度までの範囲に存在する、空気調和機。
  2. 吸込口に設けたエアフィルタをさらに備え、
    オゾン・イオン発生装置より発生されたイオン風を用いてオゾンを本体内に充満させることにより、エアフィルタおよび本体内部の除菌を行う、
    請求項に記載の空気調和機。
  3. 吹出口を開閉するルーバーと、
    オゾン・イオン発生装置及びルーバーの開閉を制御する制御部とをさらに備え、
    制御部はルーバーにより吹出口を閉塞してオゾン・イオン発生装置を作動させる、
    請求項1又は2に記載の空気調和機。
  4. 制御部は、空気調和機の冷凍サイクル停止中に、オゾン・イオン発生装置を作動させるクリーン運転を実施する、請求項1から3のいずれか1つに記載の空気調和機。
  5. 放電電極の放電部は対向電極よりも上方に突出させて設けた、
    請求項1から4のいずれか1つに記載の空気調和機。
  6. オゾン・イオン発生装置は放電電極と対向電極の電極間に直流電圧を印加する高電圧発生装置を備え、高電圧発生装置が印加する直流電圧は、範囲が−3kV以上−10kV以下であり、かつ、電極間に流れる電流が1μAより大きく、30μAより小さい、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の空気調和機。
  7. 空気調和機は、運転中にイオンを室内空間に放出する塵捕集運転機能と、運転停止後に本体内部にオゾンを充満させる内部クリーン運転機能を有し、
    通風路は、吸込口に連通した吸込側風路と、吹出口に連通した吹出側風路とを有し
    なくとも対向電極が放電電極よりも吹出側風路の内側寄りに位置するように、放電部が吹出側風路内へと突出して配置されており、
    運転中に、オゾン・イオン発生装置により吹出側風路内に発生されたイオンが、吹出口を通して室内に放出されることにより塵捕集運転を行い、
    運転停止後に、オゾン・イオン発生装置より発生されたイオン風が吹出側風路を通り、吸込側風路に向かうことにより内部クリーン運転を行う、
    請求項1から6のいずれか1つに記載の空気調和機。
  8. 対向電極は、左右の端部上部の角が扇状に切除されている、
    請求項1から7のいずれか1つに記載のオゾン・イオン発生装置。
  9. 対向電極は、左右の端部が外側に折られている、
    請求項1から8のいずれか1つに記載のオゾン・イオン発生装置。
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