JPH0223218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン風を利用した送風装置に関す
る。

従来、放電電極である第１電極体とそれに対向
するように配置された対向電極である第２電極体
との間に高電圧を印加すると、第１電極体から第
２電極体に向けてコロナ放電が生じ、イオン風が
発生することが知られている。

すなわち、コロナ放電によつて第１電極体近傍
の空気はイオン化され、このイオンは静電力によ
つて第２電極体に向つて運動する。この運動の過
程で多数の中性分子をはじき飛ばし、分子の流
れ、すなわち風となつて誘起されるものである。
このイオン風は毎秒数メータの風速が得られ、使
い方によつては十分な風量を得ることが可能であ
る。さらに、コロナ放電の際に、空気中の塵埃も
イオン化され、この塵埃を第２電極体上に集塵す
る静電式集塵器の機能をも有する。

そこでこのイオン風が利用できれば、送風部と
集塵部が一体となり、フアンとモータを有する送
風機を使用せずに済み、空気清浄器の小型、軽量
化が可能である。また可動部が無く、ダクトも自
由に設定できる為に、空気清浄器に利用した場
合、形状の設計自由度が大きくなり、薄型の物も
容易に設計できる。

ところで、上記のイオン風を利用をした送風装
置として例えば空気清浄器を実用化する場合、空
気清浄器として十分な風量が得られ、しかもいか
に効率よく放電を行なわせるかが問題となる。そ
こで、本発明者らが上記の風量および効率を決定
する要因について調べたところ、以下に列挙する
要因が特に重要であることが判明した。

(1) 第１電極体上に設けられた各放電突起間の距
離 (2) 第２電極体が、複数の平板電極で構成されて
いる場合には、各平板電極間の距離 (3) 第２電極体が、網目状に形成されている場合
には、網目の大きさ (4) 第１電極体と第２電極体の間の放電間隙 そこで、本発明は例えば空気清浄器の送風装置
としての風量および効率が最適となるように、上
記に列挙した要因を決定し、実用性のある送風装
置を提供することを目的とする。

以下、本発明を図面に示す実施例によつて説明
する。

第１図は、本第１発明のイオン風を利用した空
気清浄器の具体的構造を示す構造図であり、空気
清浄器の電気絶縁材のアクリル樹脂製ケース１の
内部には、第１電極体２と第２電極体３が放電間
隙l₁（本例ではl₁＝８mm）をおいて配置され、ケー
ス１の外側からビス４によつてケース１にねじ止
め固定されている。ケース１の空気吸込口１ａお
よび空気吹出口１ｂには、空気中の比較的大きな
塵埃を除去するためのフイルタ５が、アクリル樹
脂製のフレーム６をビス４によつてケース１にね
じ止め固定することによつて取付けられている。
前記第１電極体２は、ステンレス製の矩形フレー
ム２ａに、複数のステンレス製の帯状電極部材２
ｂが適当な間隔をおいて、互いに平行になるよう
に溶接等により固着されている。帯状電極部材２
ｂには、複数のステンレス製針状電極２ｃが互い
にl₂（本例ではl₂＝８mm）の間隔を有して溶接等に
より固着されている。この場合、第１図に示すよ
うに、ある帯状電極部材２ｂの針状電極２ｃの配
列と、次列の帯状電極部材２ｂの針状電極２ｃの
配列は千鳥状となつている。また隣り合う針状電
極２ｃの間の距離は全てl₂となるようにし、全て
の針状電極２ｃの先端は、同一平面上にあるよう
にする。ここで、針状電極２ｃの配列を千鳥状に
するのは、針状電極２ｃから放出する負イオン流
の空間分布をできるだけ均一にするためである。

一方、上記のように構成された第１電極体２と
対向する第２電極体３は次の如く構成されてい
る。すなわち、ステンレス製の矩形フレーム３ａ
には、前記針状電極２ｃに放電間隙l₂をおいて対
向する長辺部の先端がナイフエツジ状の複数の平
板電極３ｃが、互いに間隔l₃（本例ではl₃＝５mm）
をおいて、各々が平行になるように溶接等にて固
着されている。

上記第１電極体２の矩形フレーム２ａは、この
フレーム２ａに半田付けされたリード線７ａによ
つて、直流高圧電源８の負端子８ａに接続されて
いる。また、第２電極体３の矩形フレーム３ａ
は、このフレーム３ａに半田付けされたリード線
７ｂによつて、直流高圧電源８の接地端子８ｂに
接続されている。

次に上記のような構成を有する本実施例の空気
清浄器の作動について説明する。

第２図は、本実施例の空気清浄器を自動車車室
内の天井に取付けた概略図を示し、この第２図お
よび第１図を用いて説明する。第１図において直
流高圧電源８により、第１電極体２に負の直流高
電圧を印加し、第２電極体３を接地とする。ここ
で、負の直流高電圧値を増加させていくと、針状
電極２ｃの先端より負コロナ放電が発生し点状の
光点（負コロナ点）があらわれる。この時、針状
電極２ｃと平板電極３ｂとの間の空間には強力な
直流電界が形成されており、同時に針状電極２ｃ
から平板電極３ｂに向かう負イオンのシヤワー、
すなわち負イオン流が生じている。このため、空
気中に存在する塵などの粒子は負イオン流の衝突
を受けて、たちまち負に荷電される。この結果、
強力なクーロン力の作用を受けて、接地側の平板
電極３ｂに向かつて駆動される。空気は粘性流体
であるから、負に帯電した空気中の粒子が平板電
極３ｂに向かつて移動すれば、これに伴つて空気
に流れることになる。負に帯電した粒子は、平板
電極３ｂに捕集されるわけだが、捕集されずに平
板と平板のすき間を通過する粒子も存在し、この
通過する粒子の流れがイオン風となる。つまり、
このイオン風は、第１電極体２から第２電極体３
に向かつて吹く。

従つて、第２図に示すように、車室内の汚れた
空気は、矢印Ａで示す如く、空気清浄器の吸込口
１ａから、空気清浄器内部に吸込まれ、第２電極
体３の平板電極３ｂ上で塵埃を除去された後、矢
印Ｂで示す如く、清浄化空気となつて吹出口１ｂ
から車室内に吹き出される。

以上のようなイオン風を利用した空気清浄器を
例えば、自動車用に適用する場合、以下に述べる
如き特徴を有する。

従来のイオン風を利用しない自動車用空気清浄
機は、大きな塵埃を取るプレフイルタと、小さな
塵埃を高電圧のコロナ放電により帯電させ集塵す
る集塵部と、コロナ放電を発生させる電源部と、
臭を取る為の活性炭フイルタと、さらに空気を循
環させるための送風機と、そのダクト等とから構
成されている。本発明者らがこれらの構成部品の
体積的および重量的な支配割合を調べて見ると重
量的には、送風機のモータ、フアン及びダクト
が、空気清浄器全体の約1/2を占め、体積的には、
約2/3ほども占めていることが判明した。従つて
前記モータ、フアン、及びダクトが空気清浄器の
大きさおよび重量を決める支配的要因となり、設
置場所が制限され、例えば、自動車の後部座席後
方のリアボード等に設置せざるを得ない。リアボ
ード上に設置された空気清浄器では、運転席等で
喫煙した場合には、車室内の空気を循環させ、リ
アボード上まで汚れた空気を持つて来なくてはな
らない。ところが、喫煙時に人が吐き出した煙や
タバコから出る煙は高濃度であり、車室内に気流
がない場合には、上昇気流によつて高濃度のまま
天井付近にたまる。よつて、車室内空気を循環さ
せ、天井付近に溜つた煙をリアボード上まで持つ
て来る間に、人体やシートに煙が当り、車室内へ
拡散し低濃度となる。従つてリアボード上の空気
清浄器は、薄くなつた煙を大量に処理しなくては
ならず、大きな送風量が得られるフアンが必要と
なる等の問題がある。そこで、空気清浄器の大き
さを制限し、自動車車室内の天井部に取付けるよ
うにしたものがあるが、モータやフアン部分で空
気清浄器の体積のほとんどの部分を占め、自由な
ダクト設計が出来ず、集塵部等も小さくなり、十
分な性能を得ることができない。

そこで、従来の空気清浄器に内蔵されている送
風機に代わる送風手段として、イオン風を利用す
れば、従来に比べて小型、軽量の自動車用空気清
浄器を提供できる。

次に、本発明の空気清浄器の送風装置としての
風速と効率について、本発明者らが行なつた実験
結果を引用して説明する。なお、上記の効率と
は、本空気清浄器の出力を風速から算出し、これ
を直流電圧源の消費電力で除したものである。

第１図において、針状電極２ａに負の直流高電
圧を印加すると、まず負コロナ放電があらわれる
が、さらに電圧を上げていくと、火花放電に移行
する。すなわち、放電間隙全体が火花によつて短
絡され全路破壊を起こして放電が完結しイオン風
は流れなくなる。第３図は、本発明者らが行なつ
た実験結果より得られた本実施例の空気清浄器の
印加電圧に対する風速と効率の関係を示す特性図
である。ここで、針状電極２ｃと平板電極３ｂと
の放電間隙はl₁＝８mm、針状電極２ｃ相互間の距
離はl₂＝８mm、平板電極３ｂ相互間の距離はl₃＝
５mmの条件で実験を行なつた。第３図において、
実線ａは効率の曲線を示し、破線ｂは風速の曲線
を示している。風速は、印加電圧を上げていく
と、針状電極２ｃと平板電極３ｂの間の電界強度
が増すために大きくなる。しかし、前述のように
印加電圧がある限界を越えると火花放電に移行
し、全路破壊を起こして風は流れなくなる。この
全路破壊を生ずる点が第３図の×印Ｃに示され
る。また、効率の場合も印加電圧の上昇と伴に、
大きくなるが、印加電圧がある限界（第４図では
7.5KV程度）を越えると、針状電極２ｃから発生
する負イオン（電子）の数に対して、負に帯電す
べき空気中の塵粒子の数が不足し始める。この結
果、負イオン（電子）だけが単独で平板電極３ｂ
に向かつて流れだすために、電流はどんどん流れ
るが風速が頭打ちになるという状態になる。この
ため、効率は低下するようになる。さらに印加電
圧の値を大きくすると、第３図の×印ｄ点で火花
放電に移行する。

よつて、風速2m／ｓ以上で、かつ効率が0.4％
以上とするためには、印加電圧は7.5KV程度が望
ましいことがわかる。

次に、放電間隙l₁、針状電極２ｃ相互間の距離
l₂、平板電極３ｂ相互間の距離l₃、のそれぞれ対
する風速および効率の関係について説明する。第
４図、第５図、第６図は、本発明者らが行なつた
実験結果に基づいて、それぞれ放電間隙l₁、針状
電極２ｃ相互間の距離l₂、平板電極３ｂの相互間
の距離l₃を変化させたときの風速および効率の関
係を示している。なお、上記の３つのパラメータ
のうち、１つだけを変化させるとき、残りの２つ
は以下のように設定している。すなわち、放電間
隙l₁＝８mm、針状電極２ｃ相互間の距離l₂＝８mm、
平板電極３ｂ相互間の距離l₃＝５mmとする。ま
た、第４図、第５図、第６図、おいて実線ａは効
率を表わし、破線ｂは風速を表わしている。

以下、それぞれの場合について説明する。

まず、放電間隙l₁を変化させたときの、風速お
よび効率の関係について述べる。第１図におい
て、第１電極体２と第２電極体３の間に高電圧を
印加したとき、第１電極体２の針状電極２ｃと第
２電極体３の平板電極３ｂの間の空間に形成され
る電界は不平等電界であるが、放電間隙l₁が小さ
くなるに従つてこの不平等電界が形成されにくく
なり、低い印加電圧でも簡単に電極間が短絡され
て全路破壊を起こすようになる。従つて、放電間
隙l₁が小さいと、大きい場合に比べて小さい印加
電圧で高い風速と効率が得られるが、前述のよう
に全路破壊が早く起きるようになるため適当では
ない。逆に放電間隙l₁が大きくなると、より高い
電圧を印加しなければ、高い風速と効率は得られ
ない。すなわち、第４図に示す如く、放電間隙l₁
の増加と共に、効率（実線ａ）および風速（破線
ｂ）は増加するが、印加電圧もまた増加するの
で、省エネルギー性、さらに高電圧を取り扱う上
での簡便さを考慮すると、一方的に放電間隙l₁を
大きくするのは適当でない。したがつて、第４図
のグラフより、全路破壊を起こさない範囲内で、
消費電力20W以下、印加電圧10KV以下で風速
2m／ｓ以上、効率0.4％以上とするためには、放
電間隙l₁は６〜10mmが好ましい。

次に、針状電極２ｃ相互間の距離l₂を変化させ
たときの、風速および効率の関係について述べ
る。第１図に示す針状電極２ｃ相互間の距離l₂が
大きくなると、針の数が減少するために、針状電
極２ｃから放出される電子の数が減少して、針状
電極３ｂの間に形成される直流電界の強度が小さ
くなり、負コロナ放電が抑制されるようになり適
当ではない。逆に針状電極２ｃ相互間の距離l₂が
小さくなると、直流電界の強度は大きくなるが、
針と針のすき間で圧力損失が大きくなつて風速が
小さくなつて適当ではない。したがつて、第５図
のグラフより、消費電力20W以下、印加電圧
10KV以下で、風速2m／ｓ以上、効率0.4％以上
とするためには、針状電極１ａ相互間の距離l₂は
６〜10mmが好ましい。

次に平板状電極３ｂ相互間の距離l₃を変化させ
たときの風速および効率の関係について述べる。
第１図に示す平板電極３ｂ相互間の距離l₃が大き
くなると、平板の数が減少することになる。すな
わち、針状電極２ｃと平板電極３ｂの間の空間に
形成される直流電界の強度が小さくなり、負コロ
ナ放電が抑制されるようになる。逆に平板電極３
ｂ相互間の距離l₃が小さくなると、形成される直
流電界の強度は大きくなり、負に帯電した空気中
の粒子の移動が多くなるが、平板３ｂと平板３ｂ
のすき間において圧力損失が大きくなるため適当
ではない。第６図のグラフより、消費電極20W以
下、印加電圧10KV以下で、風速2m／ｓ以上、
効率0.4％以上とするためには平板電極３ｂ相互
間の距離l₃は３〜７mmが好ましい。

ここで、本実施例の空気清浄効果について説明
する。第７図は、第１図に示す空気清浄器に印加
電圧7.5KVを加えた場合に、テストチヤンバ１m³
において、２分間でタバコ１本喫煙後の集塵性能
を示したもので、時間の経過に対する空気中の煙
濃度の減少の過程をあらわす。第７図の実線イは
無集塵の場合を示し、破線ロは本空気清浄器を使
用した場合を示している。集塵をおこなわない場
合に比べて煙濃度の最高値がおさえられるととも
に、急速に室内の空気が清浄化されることがわか
る。

次に、本第２発明について説明する。

本第２発明は、平板電極の代わりに、金網電極
を用いて第２電極体を構成することを特徴とす
る。

以下、第２発明を図に示す実施例によつて説明
する。第８図は、本実施例の空気清浄器の簡略図
を示し、第２電極体は、網目の大きさが＃８〜
＃24程度のステンレス製金網電極３ｃで構成され
ている。その他の構成は、第１図に示すような第
１発明と同様であるため説明を省略する。

上記のような金網状電極３ｃを有する空気清浄
器において、金網電極３ｃの網目の大きさに対す
る風速および効率関係について説明する。

第９図は、本発明者らが行なつた実験結果より
得られた、網目の大きさの変化に対する風速およ
び効率の関係を示しており、実線ａは効率を表わ
し、破線ｂは風速を表わしている。ここで、実験
条件は放電間隙l₁＝８mm、針状電極２ｃ相互間の
距離l₂＝８mm、印加電圧7.5KVで実験を行なつ
た。上記第９図からわかるように、網目の大きさ
は、粗すぎると針状電極２ｃと金網電極３ｃの間
に形成される直流電界の強度が小さくなり、負コ
ロナ放電が抑制され風速、効率ともに低下し適当
ではない。逆に網目の大きさが細かすぎると第９
図に示すようにある領域では効率がよくなるが、
圧力損失が大きくなり通風抵抗が大きくなるため
同様に適当ではない。したがつて消費電力20W以
下、印加電圧10KV以下で、風速2m／ｓ以上、
効率0.4％以上とするためには、金網電極３ｃの
網目の大きさは＃８〜＃24が好ましい。また、金
網電極３ｃを使つた場合の空気清浄効果は、平板
電極２ｂと同程度のものが得られる。

次に上記第１発明および、第２発明の他の実施
例について説明する。上記の第１発明および第２
発明において、第１電極体の放電突起は、針状電
極を適用したが、その他種々の変形が可能であ
り、以下に第１電極体の変形例を列挙する。

(1) 第２実施例…第１電極体２に設けられた針状
電極２ｃを第１０図および第１１図に示すよう
に、上下および左右方向について全て一直線上
にあるように配列する。格子状配列の針状電極
２ｃは、風速と効率だけでなく空気清浄効果も
千鳥状配列の針状電極２ｃとほぼ同程度のもの
が得られる。

(2) 第３実施例…電極部材９は第１２図，第１３
図，第１４図に示すようにステンレス製平板９
ａの長辺部をのこぎり刃状に形成されており、
こののこぎり刃状の突起部９ｂが放電突起とな
る。この突起部９ｂ相互間の距離l₁は、前述と
同様にl₁＝８mmに設定されている。この場合の
第１電極体は、上記のように構成された複数の
電極部材９を前述のようなステンレス製矩形フ
レームに、互いに平行となるように溶接等にて
固着することによつて構成されている。このの
こぎり刃状の放電突起部９ｂは、針状電極２ｃ
の場合と同程度の性能が得られる。また、針状
電極２ｃの場合、針を１本１本帯状電極部材２
ｂ上にスポツト溶接ないし導電性接着材で接着
する必要があるが、のこぎり刃状の突起部９ｂ
が設けられた電極部材９は針状電極２ｃと帯状
電極部材２ｂに相当する部分が一体構造である
から、製作が容易であるという長所がある。

(3) 第４実施例…電極部材１０は、第１５図、第
１６図、第１７図に示すようにのこぎり刃状の
放電突起１０ａを有する帯状薄膜電極１０ｂを
アルミナ等のセラミツク帯状平板１０ｃ上にス
クリーン印刷し、焼付けることを特徴としてい
る。したがつて第３実施例に示す電極部材９よ
りさらに製作が容易となる。この放電突起１０
ａ相互間の距離l₁は、前述と同様にl₁＝８mmに
設定されており、針状電極２ｃの場合と同程度
の性能が得られる。この場合の第１電極体は、
前述の実施例のようなステンレス製矩形フレー
ムに、本実施例の帯状薄膜電極１０ｂとセラミ
ツク帯状平板１０ｃとから構成された電極部材
１０を互いに平行となるように溶接等にて固着
することによつて構成されている。

以上述べたように、本発明は第１発明において
は、第１電極体の各放電突起間の距離、第２電極
体の各平板電極間の距離、および第１電極体と第
２電極体の間の放電間隙を最適に選び、第２発明
においては第２電極体の網目の大きさを最適に選
んでいるため、送風装置としての風量および効率
が最適なものが得られ、イオン風を利用した送風
装置としてより実用性のあるものが実現できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本第１発明の空気清浄器の構造図、
第２図は本第１発明の空気清浄器を自動車車室内
の天井に取付けを概略図、第３図は本第１発明の
空気清浄器において印加電圧と風速および効率の
実験結果を示す特性図、第４図、第５図、第６図
は、本第１発明の空気清浄器において、それぞれ
放電間隙、針状電極間の距離、平板電極間の距離
に対する風速および効率の実験結果を示す特性
図、第７図は本第１発明の空気清浄器の空気清浄
効果を示す特性図、第８図は本第２発明の空気清
浄器の簡略図、第９図は本第２発明の金網電極の
網目の大きさに対する風速および効率の実験結果
を示す特性図、第１０図は本第１発明および第２
発明において第１電極体の他の実施例を示す正面
図、第１１図は第１０図の側面図、第１２図およ
び第１５図は本第１発明および第２発明において
第１の電極体の他の実施例を示す電極部材の上面
図、第１３図は第１２図の正面図、第１４図は第
１２図の側面図、第１６図は第１５図の正面図、
第１７図は第１５図の側面図である。 ２ｃ，９ｂ，１０ａ…放電突起、２ｂ，９，１
０…電極部材、２…第１電極体、３ｂ…平板電
極、３…第２電極体、３ｃ…金網電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の放電突起が設けられた電極部材と、こ
   の電極部材を複数列配列した第１電極体と、この
   第１電極体の各列の前記放電突起に放電間隙をお
   いて対向する先端がナイフエツジ状の複数の平板
   電極を有する第２電極体とを備え、前記第１電極
   体の前記放電突起間の距離を６〜10mmとし、前記
   第２電極体の前記平板電極間の距離を３〜７mmと
   し、かつ前記放電間隙を６〜10mmとすることを特
   徴とする送風装置。 ２ 前記第１電極体の前記放電突起の配列は千鳥
   状配列とすることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の送風装置。 ３ 前記放電突起は、針状に形成することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の送
   風装置。 ４ 前記電極部材は、のこぎりの刃状の前記放電
   突起を帯状平板に一体成形することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の送風装置。 ５ 前記電極部材は、のこぎりの刃状の前記放電
   突起を有する帯状薄膜電極をセラミツク基板上に
   装着せしめてなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の送風装置。 ６ 複数の放電突起が設けられた電極部材と、こ
   の電極部材を複数列配列した第１電極体と、この
   第１電極体の各列の前記放電突起に放電間隙をお
   いて対向する金網状の第２電極体を備え、前記第
   １電極体の前記放電突起間の距離を６〜10mmと
   し、前記第２電極体の前記金網状の第２電極体の
   網目の大きさを＃８〜＃24とし、かつ前記放電間
   隙を６〜10mmとすることを特徴とする送風装置。 ７ 前記第１電極体の前記放電突起の配列は、千
   鳥状配列とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項記載の送風装置。 ８ 前記放電突起は、針状に形成することを特徴
   とする特許請求の範囲第６項または第７項記載の
   送風装置。 ９ 前記電極部材は、のこぎりの刃状の前記放電
   突起を帯状平板に一体成形することを特徴とする
   特許請求の範囲第６項記載の送風装置。 １０ 前記電極部材は、のこぎりの刃状の前記放
   電突起を有する帯状薄膜電極をセラミツク基板上
   に装着せしめてなることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項記載の送風装置。