JP7475115B2

JP7475115B2 - 放電ユニット、及び空気清浄機

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Publication number: JP7475115B2
Application number: JP2019100104A
Authority: JP
Inventors: 竜司秋山; 啓鈴村; 完治茂木
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2024-04-26
Anticipated expiration: 2039-05-29
Also published as: JP2020194720A

Description

本開示は、放電ユニット、及び該放電ユニットを備えた空気清浄機に関する。

従来より、放電を行う放電装置が知られており、空気清浄機等に搭載されている。特許文献１の放電装置は、電源ユニットと、該電源ユニットから電圧が印加される放電電極及び対向電極と、前記放電電極を挟んで前記対向電極と反対側に配置され、前記放電電極と同じ極性となるように構成されるスタビライザを有している。

前記放電装置では、電圧が印加された放電電極の電圧と前記スタビライザの電圧との電圧差を調節することで、ストリーマ放電とグロー放電とを切り替えることができる。具体的に、前記放電装置は、前記電圧差を所定値以下に調節されることでストリーマ放電を行い、前記電圧差を所定値以上に調節されることでグロー放電を行うことができる。

国際公開第２０１７／０４２９９２号公報

特許文献１に開示の放電装置は、前記電圧差の調整によりストリーマ放電とグロー放電とを切り換えている。しかし、本願発明者は、他の方法によりストリーマ放電とグロー放電とを切り換える装置を創出した。

本開示の目的は、ストリーマ放電とグロー放電と切り替えることができる放電ユニット、及び該放電ユニットを備える空気清浄機を提供することである。

第１の態様は、電源（53）と、前記電源（53）に接続される放電電極（52）及び対向電極（57）とを有し、前記電源（53）から前記放電電極（52）及び前記対向電極（57）に直流電圧が印加されることでストリーマ放電を行う放電装置（51）と、前記放電装置（51）の前記対向電極（57）に光を照射する照射装置（70）とを備え、前記照射装置（70）は、前記対向電極（57）に光を照射しない第１状態と、対向電極（57）の仕事関数よりも大きい光を前記対向電極（57）に照射する第２状態と、に切り換えられることを特徴とする放電ユニットである。

第１の態様では、放電装置（51）は、放電電極（52）から対向電極（57）に向けてストリーマ放電を行うように構成されている。照射装置（70）から光を照射しない第１状態では、放電装置（51）はストリーマ放電を行う。第２状態では、照射装置（70）から対向電極（57）の仕事関数よりも大きいエネルギーの光が、対向電極（57）に照射される。このことにより第２状態では、放電装置（51）はグロー放電を行う。第２状態では、対向電極（57）において光電効果が生じ、ストリーマ放電が不安定になると推察できる。従って、照射装置（70）が第１状態と第２状態とに切り換わることで、放電装置（51）はストリーマ放電とグロー放電とを切り換えることができる。

第２の態様は、第１の態様において前記対向電極（57）は、亜鉛、アルミニウム、スズまたはチタンのいずれかで構成されることを特徴とする放電ユニットである。

第２の態様では、対向電極（57）を構成する亜鉛、アルミニウム、スズまたはチタンはいずれも仕事関数が比較的小さい。このため、照射装置（70）から照射される光のエネルギーは、対向電極（57）の仕事関数よりも大きくなりやすい。

このことにより、照射装置（70）を第1状態から第２状態にすると、放電装置（51）はストリーマ放電からグロー放電に切り換えることができる。

第３の態様は、第１又は第２の態様において前記照射装置（70）は、前記対向電極（57）に紫外光を照射することを特徴とする放電ユニットである。

第３の態様では、照射装置（70）から照射される紫外光のエネルギーは比較的大きい。そのため、照射装置（70）から照射される光のエネルギーは、対向電極（57）の仕事関数よりも大きくなりやすい。

第４の態様は、第１乃至第３の態様のいずれか１つの放電ユニット（50）を備えていることを特徴とする空気清浄機である。

第４の態様では、空気清浄機（1）の放電ユニット（50）において、ストリーマ放電とグロー放電とが切り換えて行われる。

図１は、実施形態に係る空気清浄機の概略の構成図である。図２は、対向電極を透明で表わした、実施形態に係る放電装置の平面図である。図３は、照射装置が第１状態であるときの図２のIII－III線断面図である。図４は、第１状態の図２のIＶ－IＶ線断面図である。図５は、第２状態の図２のIII－III線断面図である。図６は、第２状態の図２のIＶ－IＶ線断面図である。図７は、放電ユニットの第１状態と第２状態とのＶ－Ｉ特性を表わしたグラフである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。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。

本発明に係る放電ユニット（50）は、住宅等の室内に適用される空気清浄機（1）に適用される。

《空気清浄機の全体構成》
図１に示すように、空気清浄機（1）はケーシング（10）を有する。ケーシング（10）は、その側面が開口された２つの吸込口（11，11）と１つの吹出口（12）とを有している。吸込口（11，11）はケーシング（10）の前側の側面に向かい合うようにそれぞれ形成されている。吹出口（12）は、ケーシング（10）の後ろ側の側面に形成されている。ケーシング（10）の内部には吸込口（11，11）と吹出口（12）とを連通する空気通路（13）が形成されている。吸込口（11，11）から吸い込まれた室内の空気は、図１の白抜きの矢印で示すように、空気通路（13）を通って吹出口（12）から再び室内に吹き出される。

空気通路（13）には、放電ユニット（50，50）、プレフィルタ（14）、集塵部（20）、脱臭フィルタ（15）及びファン（16）が配置されている。

放電ユニット（50，50）は吸込口（11，11）にそれぞれ設置される。放電ユニット（50，50）は放電装置（51，51）及び照射装置（70，70）を備える。照射装置（70，70）は、放電装置（51，51）に向かって光を照射する。放電装置（51，51）はそれぞれ、対向電極（57）が照射装置（70）により光が照射されていない第１状態のときにストリーマ放電を行い、対向電極（57）が照射装置（70）により光が照射される第２状態のときにグロー放電を行う（詳細は後述する）。

プレフィルタ（14）は、シート状または板状に形成される。プレフィルタ（14）は、放電ユニット（50）を通って空気通路（13）に流入した空気に含まれる塵埃を物理的に捕集する。

集塵部（20）は、プレフィルタ（14）の空気の流れの下流側に配置される。集塵部（20）は、複数の高圧電極（21）と複数の集塵電極（22）とを有している。高圧電極（21）及び集塵電極（22）はそれぞれ板状の電極で構成される。高圧電極（21）及び集塵電極（22）はそれぞれの平面部が互いに向かい合うように交互に配置される。高圧電極（21）及び集塵電極（22）は空気の流れと略平行に設置される。高圧電極（21）及び集塵電極（22）は、高圧電源（図示省略）に接続される。例えば、高圧電極（21）はプラス電位となり、集塵電極（22）はゼロ電位となっている。高圧電極（21）と集塵電極（22）との間には、イオン化された塵埃を捕集するための電界が形成される。

脱臭フィルタ（15）は、集塵部（20）の空気の流れの下流側に配置される。脱臭フィルタ（15）は、例えばハニカム構造の基材の表面に触媒を担持させたものである。この触媒には、マンガン系の触媒や貴金属系の触媒が用いられる。脱臭フィルタ（15）には、空気中の有害成分や臭気成分を吸着する吸着剤（例えば活性炭）が担持される。

ファン（16）は、脱臭フィルタ（15）の空気の流れの下流側に配置される。ファン（16）は、室内の空気を吸込口（11，11）から吸込み、放電ユニット（50，50）を経由して、空気通路（13）内のプレフィルタ（14）、集塵部（20）、脱臭フィルタ（15）の順に送り込む。ファン（16）は、脱臭フィルタ（15）を通った空気を再び室内に送り出す。

《放電ユニットの構成》
放電ユニット（50）の構成について、図２～図６を参照しながら説明する。

放電ユニット（50）は、放電装置（51）と照射装置（70）とを有している。

〈放電装置〉
放電装置（51）は、絶縁部（60）と、電源（53）と、放電電極（52，52，52）と、対向電極（57）と、導電性部材（56）とを有している。

－絶縁部－
絶縁部（60）は合成樹脂等の絶縁材料で構成される。絶縁部（60）は薄板状の基台（61）と、基台（61）の表面に配置される円柱形状の４つの第１支柱（63，63，…）及び２つの第２支柱（65，65）とを有する。

基台（61）には、切り欠き部（67）が形成される。切り欠き部（67）は、基台（61）の長辺側の側面の中央部に形成される。これにより、基台（61）はほぼＵ字型に形成される。

第１支柱（63，63，…）は基台（61）の４隅にそれぞれ配置される。第１支柱（63，63，…）の頂面には対向電極（57）が固定される。

第２支柱（65，65）は、第１支柱（63，63，…）の内側にあって、基台（61）の中央寄りに配置される。第２支柱（65，65）の高さ位置は、第１支柱（63，63，…）の高さ位置よりも低い。第２支柱（65，65）の頂面には、導電性部材（56）が固定されている。

－電源－
電源（53）は、３つの放電電極（52，52，52）と対向電極（57）とに接続される。電源（53）は、両電極（57，52，52，…）に高圧の直流電圧（例えば、約60ｋＶ）を供給する。電源（53）は、高圧の直流電源で構成される。電源（53）の正極側には放電電極が接続され、電源（53）の負極側には対向電極（57）が接続される。電源（53）の負極側は設置される。これにより、各放電電極（52）は陽極の電極を構成し、対向電極（57）はアース電極を構成する。各放電電極（52）を陰極の電極としてもよい。

－放電電極－
放電電極（52，52，…）は、金属材料で構成される。本実施形態の各放電電極（52）は、直線に延びる線状又は細長い棒状に形成される。各放電電極（52）の基端は、後述の各支持部（59）における端部（59a）に固定される。

－対向電極－
対向電極（57）は、金属材料で構成される。本実施形態の対向電極（57）は、アルミニウムで構成される。対向電極（57）は、平面の板状に形成され、各放電電極（52）と平行になるように第１支柱（63，63，…）の頂面に設置される。

－導電性部材－
導電性部材（56）は、導電性の樹脂材料である。導電性部材（56）は、庇部（58）と、３つの支持部（59，59，59）とを構成している。

庇部（58）は、放電安定部材である。庇部（58）は、矩形の薄板状に形成されている。庇部（58）は、放電電極（52，52，52）を挟んで対向電極（57）と平行になるように第２支柱（65，65）の頂面に固定されている。庇部（58）は、支持部（59）を介して放電電極（52，52，52）に通電する。

各支持部（59）は、各放電電極（52）を支持する部材である。各支持部（59）は、庇部（58）上に立設された四角形の薄板からなる。各支持部（59）は、その板面が庇部（58）の長手方向と平行となるように並んで設けられている。

〈照射装置〉
照射装置（70）は、基台（61）の裏側に配置される。換言すると、照射装置（70）は、基台（61）を挟んで対向電極（57）と対向する位置に配置される。照射装置（70）は、照射部（71）と、照射装置（70）のＯＮ／ＯＦＦを操作する照射操作部（図示せず）とを備える。

照射部（71）は、紫外光を照射する。照射部（71）は、放電装置（51）側に向くように照射装置（70）に設けられる。

照射操作部により照射装置（70）がＯＮになると、照射部（71）から放出された紫外光は、基台（61）の切り欠き部（67）を通って、対向電極（57）に照射される。

－放電ユニットの動作－
放電ユニット（50）は、第１動作と第２動作とを切り換えて行う。

〈第１動作〉
第１動作では、放電装置（51）がＯＮ状態であり、かつ照射装置（70）がＯＦＦ状態（第１状態となる。この第１動作では、放電装置（51）において、電源（53）から各放電電極（52）と対向電極（57）とに直流電圧が印加される。これにより、各放電電極（52）から対向電極（57）に向かっ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、活性種（高速電子、イオン、ラジカル、オゾン等）が生成される。

〈第２動作〉
第２動作では、放電装置（51）がＯＮ状態であり、かつ照射装置（70）がＯＦＦ状態（第２状態）となる。この第２動作では、第１状態において、照射装置（70）から対向電極（57）に紫外光が照射される。これにより、各放電電極（52）ではグロー放電が行われる。グロー放電が行われると、放電電極（52，52，52）の周囲には、空気中の塵埃を捕捉するための電界が形成される。

〈第１動作と第２動作の検証結果〉
２つの放電の切り換えを検証した結果について図７を参照しながら説明する。

図７の実線Ｘ１は、第１動作時（図３及び図４に示す状態）のＶ－Ｉ特性を示す。各放電電極（52）の電圧が高くなると、実線Ｘ１の放電電流が大きくなっている。

通常、ストリーマ放電を表わすＶ－Ｉ特性として、放電電極の電圧が高くなると放電電流が上昇する傾向がある。これは、放電電極から対向電極に向けて放電が行われることに起因する。これにより、第１動作ではストリーマ放電が行われていることがわかる。

図７の実線Ｘ２は、第２動作時（図５及び図６に示す状態）のＶ－Ｉ特性を示す。各放電電極（52）の電圧が高くなっても、放電電流は実線Ｘ１と比して低い状態を維持している。

グロー放電を表わすＶ－Ｉ特性として、放電電極の電圧を高くしても、放電電流は低い状態を維持する傾向がある。これにより、第２動作では、グロー放電が行われていることがわかる。

対向電極（57）を構成するアルミ二ウムの仕事関数は、照射装置（70）が照射する紫外光のエネルギーよりも小さい。対向電極（57）が紫外光に照射されると、対向電極（57）において光電効果が生じ、ストリーマ放電が不安定になる。そのため、第２動作では、グロー放電が行われると推察される。

《運転動作》
空気清浄機（1）の運転動作について、図１～図６を参照しながら説明する。空気清浄機（1）は、ストリーマ放電が行われる運転（脱臭優先運転）と、グロー放電が行われる運転（集塵優先運転）とを切り換えることができる。各運転では、ファン（16）が回転し、室内の空気は空気通路（13）へ流入する。

－脱臭優先運転－
脱臭優先運転では、放電ユニット（50）は第１動作を行う。これにより、各放電電極（52）から対向電極（57）に向かってストリーマ放電が行われる。

吸込口（11，11）に吸い込まれた室内空気は、放電ユニットの周囲を流れる。放電装置（51）でストリーマ放電が行われると、活性種が生成される。この活性種により、空気中の有害物質（臭気成分やアレルゲン等）が分解される。

放電ユニット（50）を通過した空気は、プレフィルタ（14）を通過する。プレフィルタ（14）では、空気中の比較的大きさ塵埃が捕集される。この空気は、集塵部（20）を通過し、脱臭フィルタ（15）を通過する。脱臭フィルタ（15）では、空気中に残存する臭気成分等が除去される。

以上のようにして清浄化された空気は、吹出口（12）から室内へ供給される。

－集塵優先運転－
集塵優先運転では、放電ユニット（50）は第２動作を行う。これにより、各放電電極（52）では、グロー放電が行われる。

吸込口（11，11）に吸い込まれた室内空気は、放電ユニット（50）の周囲を流れる。放電装置（51）でグロー放電が行われると、各放電電極（52）の周囲に空気中の塵埃を帯電・イオン化するための電界が形成される。本実施形態では、この電界により、空気中の塵埃が正の電荷に帯電する。

放電ユニット（50）を通過した空気は、プレフィルタ（14）を通過する。プレフィルタ（14）では、空気中の比較的大きな塵埃が捕集される。

プレフィルタ（14）を通過した空気は、集塵部（20）を通過する。集塵部（20）では、正の電荷を帯びた塵埃は集塵電極（22）に引き寄せられ、集塵電極（22）の表面に付着する。これにより、空気中の小さな塵埃が捕集される。その後、この空気は脱臭フィルタ（15）を通過する。

集塵部（20）を通過した空気は、脱臭フィルタ（15）を通過する。脱臭フィルタ（15）では、空気中に残存する臭気成分等が除去される。

以上のようにして、清浄化された空気は、吹出口（12）から室内へ供給される。

＜実施形態の効果＞
上記実施形態の放電ユニット（50）は、電源（53）と、前記電源（53）に接続される放電電極（52）及び対向電極（57）を有し、前記電源（53）から各放電電極（52，52，52）及び対向電極（57）に直流電圧が印加されることでストリーマ放電を行う放電装置（51）と、前記放電装置（51）の対向電極（57）に光を照射する照射装置（70）とを備え、前記照射装置（70）は、前記対向電極（57）に光を照射しない第１状態と、対向電極（57）の仕事関数よりも大きいエネルギーの光を前記対向電極（57）に照射する第２状態とに切り換えられる。

本実施形態の放電装置（51）は、第１実施状態では、ストリーマ放電を行う。第２状態では、照射装置（70）から対向電極（57）の仕事関数よりも大きいエネルギーの光が、対向電極（57）に照射される。そのため、対向電極（57）では光電効果が生じる。このことより、第２状態では、対向電極（57）においてグロー放電が生じる。従って、照射装置（70）がＯＦＦ状態（第１状態）からＯＮ状態（第２状態）に切り換えることで、放電装置（51）はストリーマ放電からグロー放電に切り換えることができる。

放電装置において、放電電極と放電安定部材との電圧差を調節することによりストリーマ放電とグロー放電とを切り換えるためには、該電圧差を調節する装置を要する。このような装置は、電圧を調整するための複雑な機構を要する。そのため、前記装置の不具合に起因してストリーマ放電とグロー放電とを切り換えできないといった問題がある。また、電圧を調整するために操作が煩雑化するといった問題も生じる。本実施形態では、照射装置（70）をＯＦＦ状態（第１状態）にすることで、放電装置（51）はストリーマ放電を行う。一方、照射装置（70）をＯＮ状態（第２状態）にすると、放電装置（51）はグロー放電に切り替わる。そのため、放電電極と放電安定部材との電圧差の調節は不要である。このことにより、ストリーマ放電とグロー放電との切り換えを簡便に行うことができる。該電圧差を調節する装置は不要であるため、前記装置の不具合に起因してストリーマ放電とグロー放電とを切り換えできないといった問題は生じない。

本実施形態の対向電極（57）は、仕事関数が比較的小さいアルミニウムから構成される。対向電極（57）の仕事関数は、照射装置（70）が照射する光のエネルギーよりも小さくなりやすい。そのため、第２状態では、対向電極（57）において光電効果が生じる。従って、放電装置（51）は、第２状態において、グロー放電を行うことができる。

本実施形態の照射装置（70）は、エネルギーが比較的大きい紫外光を照射する。紫外光のエネルギーは、対向電極（57）の仕事関数よりも大きくなりやすい。そのため、対向電極（57）において光電効果が生じる。従って、放電装置（51）は、第２状態において、グロー放電を行うことができる。

この空気清浄機（１）では、放電ユニット（50）の第１動作において、放電装置（51）がストリーマ放電を行う。ストリーマ放電が行われると、活性種（高速電子、イオン、ラジカル、オゾン等）が生成される。このことにより、空気清浄機（1）は、第１動作において脱臭優先運転を行う。一方、放電ユニット（50）の第２動作において、放電装置（51）はグロー放電を行う。グロー放電が行われると、放電電極（52）の周囲に空気中の塵埃を帯電・イオン化するための電界が形成される。このことにより、空気清浄機（1）は、第２動作において集塵優先運転を行う。従って、放電ユニット（50）を第１動作と第２動作とを切り換えることで、脱臭優先運転と集塵優先運転とを切り替えることができる。

空気清浄機において脱臭優先運転と集塵優先運転とを切り換えるためには、ストリーマ放電とグロー放電とを切り換える必要がある。従来では、ストリーマ放電とグロー放電とを切り換えるためには、放電装置の放電電極と放電安定部材との電圧差を調節する必要があった。しかし、本開示の放電ユニット（50）では、前記電圧差を調整する必要がない。放電装置ユニット（50）の第１動作と第２動作とを切り換えることで、ストリーマ放電とグロー放電とを切り換えることができる。このことにより、空気清浄機（1）は、放電ユニット（50）を第１動作と第２動作とを切り換えることで、脱臭優先運転と集塵優先運転とを切り替えることができる。

この空気清浄機（1）では、第２動作では対向電極（57）は照射装置（70）からの紫外光が照射される。紫外光には殺菌効果がある。そのため、第２動作において、吸込口（11，11）から空気通路（13）に流れ込む室内空気を殺菌できる。加えて、対向電極（57）の表面を紫外光により殺菌できる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態の第１状態では、照射装置（70）はＯＦＦ状態である。しかし、第１状態は、照射装置（70）がＯＮ状態であり、且つ照射装置（70）から発する紫外光が対向電極（57）に照射されない状態も含む。

具体的には、第１状態は、ＯＮ状態の照射装置（70）の照射部（71）を不透光性のカバーで覆う状態を含む。この場合、前記カバーが照射部（71）を露出させるように移動することで、照射装置（70）は紫外光を対向電極（57）に照射できる。このことにより、放電ユニット（50）は第１状態から第２状態に切り換えることができる。

あるいは、第１状態は、ＯＮ状態の照射装置（70）の照射部（71）が対向電極（57）と異なる他の部材を照射する状態を含む。この場合、照射部（71）の照射方向を対向電極（57）に向けることで、照射装置（70）は対向電極（57）に紫外光を照射できる。このことにより、放電ユニット（50）は、第１状態から第２状態に切り換えることができる。

上記実施形態の対向電極（57）はアルミニウムから構成される。しかし、対向電極（57）は比較的小さい仕事関数の金属であればよい。例えば、対向電極(57)は、亜鉛、スズ又はチタンで構成されてもよい。このことにより、対向電極（57）の仕事関数は、照射装置（70）から照射される光のエネルギーよりも低くなりやすい。そのため、第２状態では、放電装置（51）はグロー放電を行うことができる。

上記実施形態の照射装置（70）は紫外光を照射する。しかし、対向電極（57）を構成する金属より仕事関数の大きなエネルギーを有する波長の光を照射する照射装置（70）であってもよい。このことにより、照射装置（70）から照射される光のエネルギーは対向電極（57）の仕事関数より高くなりやすい。そのため、第２状態では、放電装置（51）はグロー放電を行うことができる。

本開示は、放電ユニット、及び該放電ユニットを備えた空気清浄機に関し有用である。

50 放電ユニット
51 放電装置
52 放電電極
53 電源
57 対向電極
70 照射装置

Claims

電源（53）と、前記電源（53）に接続される放電電極（52）及び対向電極（57）とを有し、前記電源（53）から放電電極（52）及び対向電極（57）に直流電圧が印加されることでストリーマ放電を行う放電装置（51）と、
前記放電装置（51）の対向電極（57）に光を照射する照射装置（70）と、
を備え、
前記照射装置（70）は、前記対向電極（57）に光を照射しない第１状態と、
前記対向電極（57）の仕事関数よりも大きいエネルギーの光を前記対向電極（57）に照射する第２状態とに切り換えられ、
前記放電装置（51）は、前記第１状態及び第２状態ともに前記放電電極（52）と前記対向電極（57）とへ直流電圧を印加し、
前記第１状態では、ストリーマ放電が行われ、
前記第２状態では、グロー放電が行われる
ことを特徴とする放電ユニット。
請求項１において、
前記放電電極（52）に通電する放電安定部材（58）をさらに備える
ことを特徴とする放電ユニット。
請求項２において、
前記放電安定部材（58）を支持する絶縁部（60）をさらに備え、
前記絶縁部（60）は、前記対向電極（57）と前記照射装置（70）との間に配置されると共に、前記照射装置（70）から照射される光が通る切り欠き部（67）を有する
ことを特徴とする放電ユニット。
請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
前記対向電極（57）は、亜鉛、アルミニウム、スズ又はチタンのいずれかで構成されることを特徴とする放電ユニット。
請求項１乃至４のいずか１つにおいて、
前記照射装置（70）は、前記対向電極（57）に紫外光を照射することを特徴とする放電ユニット。
空気を浄化する空気清浄機であって、
請求項１乃至５のいずれか１つの放電ユニットを備えていることを特徴とする空気清浄機。