TWI760350B - 電壓施加裝置及放電裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示之電壓施加裝置具備電壓施加電路、及控制電路。控制電路是將電壓施加電路控制成交互地重複第1模式及第2模式。第1模式是使電壓隨著時間經過而上升,並使其從電暈放電進展至絕緣破壞來產生放電電流的模式。第2模式是使電壓降低,並相對於電壓施加電路將負載設為過載狀態來遮斷放電電流的模式。藉此,一方面使自由基之生成量增大,另一方面可以抑制臭氧的產生量。

Description

電壓施加裝置及放電裝置
發明領域 本揭示一般而言,是有關於一種電壓施加裝置及放電裝置。若更詳細言之,是有關於一種藉由對包含放電電極的負載施加電壓來使其產生放電的電壓施加裝置、及放電裝置。
發明背景 在日本專利特開2011-67738號公報中已提出有下述方案:一種具備放電電極、及電壓施加電路(電力供給部)的放電裝置。
在這種放電裝置中,是藉由電壓施加電路對放電電極施加電壓,而產生電暈放電。並且,在對放電電極供給液體時,會在放電時進行靜電霧化,而能夠生成包含作為有効成分之自由基的帶電微粒子液。包含有自由基的帶電微粒子液會發揮例如殺菌、除臭等的效果。
然而,在放電裝置中,所希望的是提高投入的能量,而將成為發揮各種效果之基礎的自由基之生成量增大。但是,在如上所述之以往的放電裝置中,若只是單純地提高投入之能量,會有一方面增大自由基之生成量,另一方面也增加不必要之臭氧的產生量的疑慮。
發明概要 本揭示是有鑒於上述事由而作成的發明,其目的在於提供一種能夠使自由基的生成量增大,且抑制臭氧之產生量的增加之電壓施加裝置、及放電裝置。
第1態様之電壓施加裝置具備電壓施加電路、及控制電路。前述電壓施加電路是藉由對包含放電電極的負載施加電壓,以在前述放電電極產生放電。前述控制電路會根據由前述電壓施加電路的輸出電流、及輸出電壓的至少其中一個所構成的監視對象來控制前述電壓施加電路。前述控制電路是將前述電壓施加電路控制成交互地重複第1模式及第2模式。前述第1模式是使前述電壓隨著時間經過而上升,並使其從電暈放電進展至絕緣破壞來產生放電電流的模式。前述第2模式是使前述電壓降低,並相對於前述電壓施加電路將前述負載設為過載狀態來遮斷前述放電電流的模式。前述控制電路是構成為:若前述監視對象的大小不到閾値時,是以前述第1模式來使前述電壓施加電路動作,當前述監視對象的大小成為前述閾値以上時,是以前述第2模式來使前述電壓施加電路動作。
第2態様之電壓施加裝置是在第1態様中,更具備調節放電週期之長度的時間調節部,且前述絕緣破壞是以前述放電週期來週期性地產生。
在第3態様之電壓施加裝置中,是在第2態様中,將前述電壓施加電路構成為:具有隔離變壓器,且將輸入到前述隔離變壓器之一次側的輸入電壓升壓,以對已電連接於前述隔離變壓器之二次側的前述負載施加前述電壓。前述時間調節部是設置於前述隔離變壓器的一次側。
第4態様之電壓施加裝置是在第2或3態様中,更具備接受使用者之操作的操作部,且前述時間調節部構成為因應前述使用者對前述操作部之操作,而調節前述放電週期的長度。
第5態様之電壓施加裝置是在第2或3態様中,將前述時間調節部構成為因應感測器的輸出,而自動地調節前述放電週期的長度,其中該感測器檢測前述放電電極之周圍的狀態。
第6態様之放電裝置具備第1至5中任一態様的電壓施加裝置、及前述放電電極。
第7態様之放電裝置是在第6態様中,更具備對前述放電電極供給液體的液體供給部,且藉由前述放電將前述液體靜電霧化。
第8態様之放電裝置是在第6或7態様中,更具備配置成與前述放電電極隔著間隙而相向的對向電極。前述放電裝置是構成為藉由在前述放電電極與前述對向電極之間施加前述電壓,而可在前述放電電極與前述對向電極之間間歇性地產生前述絕緣破壞。
本揭示具有能夠使自由基的生成量增大,且抑制臭氧之產生量的增加之優點。
用以實施發明之形態 (實施形態1) (1)概要 如圖1所示,本實施形態之電壓施加裝置1具備有電壓施加電路2、及控制電路3。電壓施加裝置1是藉由對包含放電電極41之負載4施加電壓,以在放電電極41產生放電的裝置。
又,如圖1所示,本實施形態之放電裝置10具備有:電壓施加裝置1、具有放電電極41以及配置成與放電電極41相向之對向電極42的負載4、及對放電電極41供給液體的液體供給部5。也就是說,放電裝置10 是在構成要素中包含有:電壓施加電路2、控制電路3、液體供給部5、放電電極41、及對向電極42。然而,放電裝置10只要包含有電壓施加裝置1及放電電極41作為最低限度的構成要素即可,對向電極42及液體供給部5的各個亦可不包含在放電裝置10的構成要素中。
電壓施加電路2會對負載4施加電壓(以下將對負載4施加的電壓稱為「施加電壓」)。藉此,變得可在負載4所包含的放電電極41產生放電。控制電路3會進行電壓施加電路2的控制。控制電路3會依據監視對象而控制電壓施加電路2。在此所謂的「監視對象」,是由電壓施加電路2的輸出電流、及輸出電壓的至少其中一個所構成。
控制電路3是將電壓施加電路2控制成交互地重複第1模式、及第2模式。亦即,在電壓施加電路2的動作模式中包含有第1模式、第2模式的2種模式,且控制電路3會以交互地重複此2種動作模式之方式來控制電壓施加電路2。第1模式是用於使前述施加電壓隨著時間經過而上升,並使其從電暈放電進展至絕緣破壞來產生放電電流的模式。第2模式是用於使施加電壓降低,並相對於電壓施加電路2將負載4設為過載狀態來遮斷放電電流的模式。在此所謂的「放電電流」,所意味的是在絕緣破壞後所產生之相對較大的電流,而非包含在絕緣破壞前之電暈放電中所產生的數μA左右之微小電流之意思。在此所謂的「過載狀態」,所意味的是對電壓施加電路2施加容許範圍以上的負載的狀態,具體言之,是意味由於施加電壓的降低而變得無法維持放電電流的狀態。
另外,控制電路3是構成為:只要監視對象的大小不到閾值,即以第1模式來使前述電壓施加電路2動作,且當監視對象的大小成為閾値以上時,會以前述第2模式來使電壓施加電路2動作。亦即,在監視對象的大小達到閾値以前,電壓施加電路2會以第1模式動作,使施加電壓隨著時間經過而上升。此時,在放電電極41中,將形成為從電暈放電進展至絕緣破壞來產生放電電流之情形。當監視對象的大小達到閾値時,電壓施加電路2會以第2模式動作,使施加電壓降低。此時,形成為負載4相對於電壓施加電路2成為過載狀態,而使放電電流被遮斷之情形。換言之,藉由負載4成為過載狀態,電壓施加電路2會變得無法維持放電電流,而使放電電流自然地消滅(中斷)。
其結果,在本實施形態之放電裝置10中,會重複以下之現象:當施加電壓上升至絕緣破壞時,使相對較大的放電電流瞬間地流通,且於其後隨即降低施加電壓而遮斷放電電流,並使施加電壓再次上升至絕緣破壞。如此,間歇性地重複所謂的從電暈放電進展至絕緣破壞的現象之形態的放電,在以下是稱為「先導放電」。也就是說,在放電裝置10中,是藉由先導放電,以在放電電極41的周圍間歇性地形成放電路徑,而重複產生脈衝狀的放電電流。關於先導放電的詳細內容,將在「(2.2)先導放電」的欄目中說明。
在如此的先導放電中,會以與電暈放電相比較為較大的能量來生成自由基,且所生成的是與電暈放電相比較為2~10倍左右的大量自由基。如此進行所生成的自由基,會成為不限於殺菌、除臭、保溼、保鮮、病毒的不活化,在各種場合下均發揮有用之效果的基礎。在此,在藉由先導放電生成自由基之時,也會產生臭氧。不過,在先導放電中,相對於與電暈放電相比較可生成2~10倍左右的自由基之情況,會將臭氧的產生量抑制在與電暈放電時同等程度。從而,依據本實施形態之電壓施加裝置1、及具備其之放電裝置10,能夠增大自由基的生成量,並且抑制臭氧之產生量的增加。 (2)詳細內容
以下,針對本實施形態之電壓施加裝置1、及放電裝置10更加詳細地說明。 (2.1)整體構成
如圖1所示,本實施形態之放電裝置10具備有:電壓施加電路2、控制電路3、負載4、及液體供給部5。負載4具有放電電極41、及對向電極42。液體供給部5會對放電電極41供給液體。本實施形態之放電裝置10是在對放電電極41供給液體的狀態下,從電壓施加電路2對負載4施加電壓。藉此,可至少在放電電極41產生放電,並藉由放電將保持於放電電極41的液體靜電霧化。亦即,本實施形態之放電裝置10是構成所謂的靜電霧化裝置。
放電電極41是棒狀的電極。放電電極41在長邊方向的一端部具有前端部,在長邊方向的另一端部(與前端部相反側的端部)具有基端部。放電電極41是至少將前端部形成為頭細形狀的針電極。在此所謂的「頭細形狀」,不限於前端銳利地變尖的形狀,而是包含前端帶有圓角的形狀。
對向電極42是配置成與放電電極41的前端部相向。對向電極42是例如板狀,且形成為在中央部具有開口部421的環狀。開口部421是朝對向電極42的厚度方向貫通於對向電極42。在此,是將對向電極42與放電電極41之間的位置關係決定成:使對向電極42的厚度方向(開口部421的貫通方向)與放電電極41的長邊方向一致,且放電電極41的前端部位於對向電極42之開口部421的中心附近。也就是說,在對向電極42與放電電極41之間,是至少藉由對向電極42的開口部421而可確保有間隙(空間)。換言之,對向電極42是配置成對放電電極41隔著間隙而相向,而與放電電極41形成電絕緣。
液體供給部5會對放電電極41供給靜電霧化用的液體。液體供給部5作為一例可使用冷卻裝置來實現,該冷卻裝置是冷卻放電電極41,以使其在放電電極41產生結露水。具體言之,液體供給部5是配置成連接於放電電極41的基端部,並透過基端部冷卻放電電極41的全體。藉此,凝結空氣中的水分作為結露水而附著於放電電極41的表面。在這種構成中,由於液體供給部5能夠利用空氣中的水分對放電電極41供給液體(結露水),所以變得不需要對放電裝置10之液體的供給、及補給。
電壓施加電路2具有驅動電路21、及電壓產生電路22。驅動電路21是驅動電壓產生電路22的電路。電壓產生電路22是接收來自輸入部6的電力供給,以生成施加於負載4之電壓(施加電壓)的電路。輸入部6是產生數V~十數V左右之直流電壓的電源電路。在本實施形態中,雖然是設成輸入部6不是包含於電壓施加裝置1的構成要素來說明,但輸入部6亦可為包含於電壓施加裝置1的構成要素。關於驅動電路21、及電壓產生電路22之具體的電路構成,將在「(2.3)電路構成」之欄目中說明。
電壓施加電路2是對負載4(放電電極41及對向電極42)形成電連接(參照圖3)。電壓施加電路2會對負載4施加高電壓。在此,電壓施加電路2是構成為將放電電極41設為負極(接地)、將對向電極42設為正極(plus),並在放電電極41與對向電極42之間施加高電壓。換言之,在從電壓施加電路2對負載4施加有高電壓的狀態下,會成為在放電電極41與對向電極42之間,產生以對向電極42側為高電位、以放電電極41側為低電位的電位差。在此所謂的「高電壓」,只要是設定成可在放電電極41產生先導放電的電壓即可,作為一例,是峰值成為7.0kV左右的電壓。但是,從電壓施加電路2施加於負載4的高電壓,不限於7.0kV左右,可因應於例如,放電電極41及對向電極42的形狀、或放電電極41及對向電極42間的距離等而適宜設定。
在此,在電壓施加電路2的動作模式中,是如上所述地包含有第1模式及第2模式2種模式。在第1模式中,電壓施加電路2會使施加電壓隨著時間經過而上升,並使其從電暈放電進展至絕緣破壞來產生放電電流。在第2模式中,電壓施加電路2會使施加電壓降低,並相對於電壓施加電路2將負載4設為過載狀態來遮斷放電電流。
控制電路3具有電壓控制電路31、及電流控制電路32。電壓控制電路31會根據由電壓施加電路2之輸出電壓所構成的監視對象,來控制電壓施加電路2的驅動電路21。控制電路3會對驅動電路21輸出控制訊號Si1,並藉由控制訊號Si1控制驅動電路21。電流控制電路32會根據由電壓施加電路2之輸出電流所構成的監視對象,來控制電壓施加電路2的驅動電路21。亦即,在本實施形態中,控制電路3會將電壓施加電路2的輸出電流、及輸出電壓雙方均作為監視對象,而進行電壓施加電路2的控制。但是,由於電壓施加電路2的輸出電壓(二次側電壓)、與電壓施加電路2的一次側電壓之間存在有相關關係,所以電壓控制電路31亦可從電壓施加電路2的一次側電壓來間接地檢測電壓施加電路2的輸出電壓。同樣地,由於電壓施加電路2的輸出電流(二次側電流)、與電壓施加電路2的輸入電流(一次側電流)之間存在有相關關係,所以電流控制電路32亦可從電壓施加電路2的輸入電流來間接地檢測電壓施加電路2的輸出電流。關於電壓控制電路31、及電流控制電路32之具體的電路構成,將在「(2.3)電路構成」欄目中說明。
控制電路3在監視對象的大小不到閾值時,是以第1模式來使前述電壓施加電路2動作,當監視對象的大小成為閾値以上時,是以第2模式來使電壓施加電路2動作。藉此,電壓施加電路2會以交互地重複第1模式、第2模式之方式動作,而在放電電極41產生間歇性地重複所謂的從電暈放電進展至絕緣破壞之現象的先導放電。
若更詳細地說明,放電裝置10首先會在放電電極41的前端部(嚴格來說為保持於前端部之液體的前端部)產生局部的電暈放電。在本實施形態中,由於放電電極41是負極(接地)側,所以於放電電極41之前端部產生的電暈放電是負極性電暈。放電裝置10會使於放電電極41產生的電暈放電進一步進展至高能量的放電。藉由此高能量的放電,可在放電電極41的周圍產生絕緣破壞(全路絕緣破壞),而在放電電極41的周圍形成放電路徑。在本實施形態之放電裝置10中,是藉由電壓施加電路2交互地重複第1模式與第2模式,而在放電電極41與對向電極42之間間歇性地產生絕緣破壞,並間歇性地生成接通放電電極41與對向電極42的放電路徑。
在先導放電中,會使與電暈放電相比較為2~10倍左右的放電電流通過放電電極41與對向電極42之間的放電路徑而流動。因此,變得如圖2所示,在施加電壓到達閾値Vth1以前,可藉由電暈放電使微小電流流動,當施加電壓到達閾値Vth1時,是於達到絕緣破壞時使相對較大的放電電流瞬間流動。在圖2中,是將横軸設為時間軸,在上層顯示電壓施加電路2的輸出電壓(施加電壓),在下層顯示放電能量。在此所謂的「放電能量」,是在負載4產生之放電的能量,且與放電電流間存在有大致成比例的關係。亦即,在施加電壓上升且到絕緣破壞以前的期間,是藉由電暈放電產生放電能量為「E1」的微小放電,當施加電壓達到閾値Vth1時,會產生絕緣破壞,而產生放電能量為「E2」(>E1)之高能量的放電。
在此,只要閾値Vth1的大小為一定,且施加電壓的上升率為一定,在先導放電中產生絕緣破壞的週期(以下又稱「放電週期」)即成為大致一定。在圖2之例中,絕緣破壞是以放電週期T1週期性地產生。放電週期T1與施加電壓到達閾値Vth1的週期,亦即電壓施加電路2的動作模式從第1模式切換至第2模式的週期是相同的。
又,本實施形態之放電裝置10是在對放電電極41供給(保持)有液體(結露水)的狀態下,從電壓施加電路2對負載4施加電壓。藉此,在負載4中,藉由放電電極41及對向電極42間的電位差,在放電電極41與對向電極42之間產生放電(先導放電)。此時,保持於放電電極41的液體會藉由放電而被靜電霧化。其結果,在放電裝置10中,會生成含有自由基之奈米尺寸的帶電微粒子液。所生成的帶電微粒子液是通過例如對向電極42的開口部421,而朝放電裝置10的周圍放出。 (2.2)先導放電
接著,更詳細地說明先導放電。
一般而言,在一對電極間投入能量而使其產生放電時,會使放電形態因應於所投入的能量之量,而從電暈放電、往輝光放電、或電弧放電發展。
電暈放電是在其中一邊的電極中局部地產生的放電,且為未伴隨一對電極間之絕緣破壊的放電。輝光放電、及電弧放電是在伴隨在一對電極間之絕緣破壊的放電。在輝光放電、及電弧放電中,在一對電極間投入有能量的期間,會維持藉由絕緣破壞所形成的放電路徑,而在一對電極間持續地產生放電電流。
相對於此,先導放電雖然是伴隨在一對電極間的絕緣破壞的放電,但並非持續地產生絕緣破壞,而是間歇性地產生絕緣破壞的放電。因此,在一對電極間所產生的放電電流也是間歇性地產生。
作為一例,在先導放電中的放電頻率(放電週期的倒數)是50Hz~10kHz左右,放電電流的脈衝寬度(放電電流的持續時間)是200ns左右。如此,在先導放電會重複放電能量較高之狀態與放電能量較低之狀態的這點上,與持續產生絕緣破壞的(也就是持續產生放電電流)輝光放電、及電弧放電是不同的。
在先導放電中,雖然與電暈放電相比較會生成2~10倍左右的大量的自由基,但卻能將臭氧的產生量抑制在與電暈放電時同等程度。這可考慮為是因為在放出藉由先導放電所產生的臭氧之時,可藉由暴露在高能量的先導放電中而將臭氧的一部分破壞。 (2.3)電路構成
接著,針對電壓施加裝置1之具體的電路構成,參照圖3來說明。圖3是概要地顯示放電裝置10之電路構成之一例的電路圖,在圖3中,省略了輸入部6的圖示。
電壓施加電路2是如上述地具有驅動電路21、及電壓產生電路22。在圖3之例中,電壓施加電路2是絕緣型的直流/直流(DC/DC)轉換器,且會將來自輸入部6的輸入電壓Vin(例如13.8V)升壓,並將升壓後的電壓作為輸出電壓而輸出。電壓施加電路2的輸出電壓是作為施加電壓而施加於負載4(放電電極41、及對向電極42)。
電壓產生電路22具有隔離變壓器220,該隔離變壓器220具備:一次繞組221、二次繞組222、及輔助繞組223。一次繞組221、及輔助繞組223是對二次繞組222形成電絕緣,且是磁性地耦合。在二次繞組222的一端電連接有對向電極42。
驅動電路21具有電晶體Q1,且是構成為藉由電晶體Q1的開關動作,而對隔離變壓器220的一次繞組221供給電力。驅動電路21除了電晶體Q1外,還具有電晶體Q2、電晶體Q3、及電阻R1~R5。電晶體Q1、Q2、Q3作為一例,是由npn型的雙極電晶體所構成。
電晶體Q1的集極(collector)是連接於一次繞組221,且電晶體Q1的射極(emitter)是透過電阻R1而連接到接地。在一次繞組221、電晶體Q1、及電阻R1的串聯電路中,是從輸入部6施加輸入電壓Vin。電晶體Q1的基極是透過電阻R2而連接到控制電源Vcc。控制電源Vcc會對驅動電路21施加控制電壓(例如5.1V)。
電晶體Q2、Q3的集極是連接到電晶體Q1的基極。電晶體Q2、Q3的射極是連接到接地。電晶體Q2的基極是透過電阻R3連接到電晶體Q1的射極。電晶體Q1的基極是透過電阻R4、R5的並聯電路而連接到輔助繞組223的一端。輔助繞組223的另一端是連接到接地。於電晶體Q3的基極是連接控制電路3(電壓控制電路31、及電流控制電路32),且從控制電路3輸入控制訊號Si1。
藉由上述構成,電壓施加電路2是構成自勵式的轉換器。亦即,當電晶體Q1開啟,而使電流流動至隔離變壓器220的一次繞組221時,會使電阻R1的兩端電壓上升而使電晶體Q2開啟。藉此,由於電晶體Q1的基極是透過電晶體Q2連接到接地,所以會使電晶體Q1關閉。當電晶體Q1關閉時,會遮斷流經一次繞組221的電流,使電阻R1的兩端電壓降低而使電晶體Q2關閉。藉此,在隔離變壓器220的二次繞組222誘發高電壓,並作為電壓施加電路2的輸出電壓來施加於負載4。此時,可藉由於二次繞組222產生的誘發電壓而也在輔助繞組223誘發電壓,使電晶體Q1的基極-射極間電壓上升而使電晶體Q1開啟。電壓施加電路2會藉由重複上述動作,將輸入電壓Vin升壓,並對負載4施加輸出電壓。
控制電路3如上述地具有電壓控制電路31、及電流控制電路32。
電壓控制電路31具有:二極體D1、電阻R6、電容器C1、及齊納二極體(Zener diode)ZD1。二極體D1的陽極是連接到輔助繞組223與電阻R4、R5間的連接點。二極體D1的陰極是透過電阻R6而連接到電容器C1的一端。電容器C1的另一端是連接到接地。另外,在電容器C1的一端(與電阻R6的連接點),連接有齊納二極體ZD1的陰極。齊納二極體ZD1的陽極是作為電壓控制電路31的輸出端而連接到電晶體Q3的基極。
藉由上述構成,電壓控制電路31是藉由監視輔助繞組223的誘發電壓,而間接地監視成為監視對象之電壓施加電路2的輸出電壓(二次繞組222的誘發電壓)。也就是說,在電壓施加電路2的輸出電壓不到閾値Vth1的期間,電壓控制電路31的齊納二極體ZD1是關閉的。另一方面,若電壓施加電路2的輸出電壓成為閾値Vth1以上時,會使電壓控制電路31的齊納二極體ZD1開啟。此時,控制訊號Si1超過控制閾値Sth1(參照圖4),並在電晶體Q3的基極-射極間施加電壓而使電晶體Q3開啟。藉此,由於電晶體Q1的基極電流透過電晶體Q3流動至接地,所以使電晶體Q1的集極電流減少。據此,只要電壓施加電路2的輸出電壓為閾値Vth1以上,即可使從電壓施加電路2的驅動電路21投入到電壓產生電路22的能量減少。
電流控制電路32具有:運算放大器OP1、基準電壓生成部321、電阻R7~R11、及電容器C2、C3。電容器C2的一端是透過電阻R7而連接到控制電源Vcc。電容器C2的另一端是連接到接地。控制電源Vcc會對電阻R7、及電容器C2的串聯電路施加控制電壓(例如5.1V)。電阻R7與電容器C2的連接點(電容器C2的一端),是透過電阻R8而連接到運算放大器OP1的反向輸入端子。又,在電阻R7與電容器C2之間的連接點(電容器C2的一端),連接有隔離變壓器220之二次繞組222中的與對向電極42為相反側的端部(另一端)。換言之,控制電源Vcc是透過電阻R7、及二次繞組222而連接到對向電極42。在運算放大器OP1的非反向輸入端子上,連接有基準電壓生成部321,並可從基準電壓生成部321輸入基準電壓。在運算放大器OP1的反向輸入端子-輸出端子之間,連接有電阻R9、及電容器C3的串聯電路。在運算放大器OP1的輸出端子,連接有電阻R10的一端。電阻R10的另一端是透過電阻R11而連接到接地。電阻R10與電阻R11的連接點(電阻R10的另一端)是作為電流控制電路32的輸出端,而連接到電晶體Q3的基極。
藉由上述構成,電流控制電路32是藉由監視二次繞組222的感應電流,來監視成為監視對象之電壓施加電路2的輸出電流(二次繞組222的感應電壓)。也就是說,在電壓施加電路2的輸出電流不到閾値的期間,電流控制電路32之運算放大器OP1的輸出是低位準(Low Level)的。只要電壓施加電路2的輸出電流成為閾値以上,電流控制電路32之運算放大器OP1的輸出即成為高位準(High Level)。此時,控制訊號Si1超過控制閾値Sth1(參照圖4),並在電晶體Q3的基極-射極間施加電壓而使電晶體Q3開啟。藉此,由於電晶體Q1的基極電流透過電晶體Q3流動至接地,所以使電晶體Q1的集極電流減少。因此,只要電壓施加電路2的輸出電流是閾値以上,電流控制電路32就會減少從電壓施加電路2的驅動電路21投入電壓產生電路22的能量。 (2.4)動作
若是如圖3所例示之電路構成,在放電裝置10中,會藉由控制電路3如以下地動作,而在放電電極41與對向電極42之間產生先導放電。
亦即,控制電路3在產生絕緣破壞以前的期間,是將電壓施加電路2的輸出電壓設為監視對象,且當監視對象(輸出電壓)成為閾値Vth1以上時,會以電壓控制電路31使投入電壓產生電路22的能量減少。另一方面,在絕緣破壞的產生後,控制電路3會將電壓施加電路2的輸出電流設為監視對象,且當監視對象(輸出電流)成為閾値以上時,會以電流控制電路32使投入電壓產生電路22的能量減少。藉此,以使施加電壓降低,且相對於電壓施加電路2將負載4設為過載狀態而遮斷放電電流之第2模式,來使電壓施加電路2動作。也就是說,形成電壓施加電路2的動作模式從第1模式切換至第2模式。
此時,由於電壓施加電路2的輸出電壓、及輸出電流一起降低,所以控制電路3會使驅動電路21的開關動作重新開始。藉此,以使施加電壓隨著時間經過而上升,並使其從電暈放電進展至絕緣破壞而產生放電電流的第1模式,來使電壓施加電路2動作。也就是說,形成電壓施加電路2的動作模式從第2模式切換至第1模式。
在圖4中,是將横軸設為時間軸,並在上層顯示電壓施加電路2的輸出電壓(施加電壓),在下層顯示控制訊號Si1。在圖4中,是將電壓施加電路2以第1模式動作的期間以「T11」顯示,將電壓施加電路2以第2模式動作著的期間以「T12」顯示。亦即,在電壓施加電路2的輸出電壓達到閾値Vth1以前的期間T11中,電壓施加電路2是以第1模式動作,且為控制電路3之輸出的控制訊號Si1是逐漸地變大。在此,在圖4的例子中,期間T11中之控制訊號Si1的增減之重複,是概要地顯示有起因於輔助繞組223之誘發電壓的電壓控制電路31之輸出(控制訊號Si1)的變動。當控制訊號Si1超過控制閾值Sth1時,電壓施加電路2的動作模式會從第1模式切換至第2模式,使電壓施加電路2的輸出電壓降低。在電壓施加電路2以第2模式動作的期間T12中,為控制電路3之輸出的控制訊號Si1會逐漸地變小。
在此,電流控制電路32作動以後,也就是運算放大器OP1的輸出成為高位準以後,是藉由包含運算放大器OP1、電阻R9、及電容器C3之積分電路的影響,而決定電壓施加電路2之輸出電壓(施加電壓)的上升率。簡單來說,在圖4之例中,放電週期T1中之輸出電壓的傾斜,是由包含運算放大器OP1、電阻R9、及電容器C3之積分電路的時間常數所決定的。換言之,放電週期T1是由包含運算放大器OP1、電阻R9、及電容器C3之積分電路的時間常數所決定的。
藉由控制電路3重複上述的動作,電壓施加電路2動作成交互地重複第1模式、第2模式。也就是說,會交互地重複在圖4中的期間T11與期間T12。其結果,在放電電極41中,會產生先導放電,且該先導放電是間歇性地重複所謂的從電暈放電進展至絕緣破壞的現象。 (3)變形例
實施形態1之放電裝置10僅是本揭示的一例,本揭示並不限定於上述放電裝置10,即便不是上述放電裝置10,只要在不脫離本揭示之技術性思想的範圍內,就可以因應設計等進行種種的變更。以下,列舉實施形態1的變形例。
放電裝置10亦可省略用於生成帶電微粒子液的液體供給部5。此時,放電裝置10會藉由在放電電極41、及對向電極42間產生的先導放電,生成作為有効成分的空氣離子。
又,放電裝置10亦可省略對向電極42。此時,先導放電是形成為在放電電極41、及存在於放電電極41之周圍的例如殼體等的構件之間產生。另外,放電裝置10亦可省略液體供給部5與對向電極42兩者。
又,電壓施加電路2亦可構成為將放電電極41設為正極(plus)、將對向電極42設為負極(接地),並在放電電極41與對向電極42之間施加高電壓。
又,圖3僅是放電裝置10之電路構成的一例,電壓施加裝置1之具體的電路構成是可適宜變更的。例如,電壓施加電路2不限定於自勵式的轉換器,亦可是他勵式的轉換器。又,在電壓施加電路2中,電晶體Q1、Q2、Q3並不限定於雙極電晶體,亦可為例如MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)等。另外,電壓產生電路22亦可藉由具有壓電元件的變壓器(壓電變壓器)而實現。
又,在監視對象及閾値等之二値間的比較中,設為「以上」之時,包含二値相等之情況、及二値的其中一方已超出另一方之情況兩種。但是,並不限定於此,在此所謂的「以上」,亦可為與包含僅二値的其中一方超出另一方的情況之「更大」同義。也就是說,是否包含二値相等的情況,由於能夠以閾値等的設定情況而任意地變更,所以為「以上」或為「更大」並無技術上的差異。同樣地,關於「不到」亦可與「以下」同義。 (4)總結
如以上所說明地,本實施形態之電壓施加裝置1具備電壓施加電路2、及控制電路3。電壓施加電路2會藉由對包含放電電極41的負載4施加電壓(施加電壓),而在放電電極41產生放電。控制電路3會依據由電壓施加電路2的輸出電流、及輸出電壓的至少其中一個所構成的監視對象而控制電壓施加電路2。控制電路3會將電壓施加電路2控制成交互地重複第1模式及第2模式。第1模式是隨著時間經過使施加電壓上升,並使其從電暈放電進展至絕緣破壞來產生放電電流的模式。第2模式是使施加電壓降低,並相對於電壓施加電路2將負載4設為過載狀態來遮斷放電電流的模式。控制電路3是構成為:若監視對象的大小不到閾值時,是以第1模式使電壓施加電路2動作,若監視對象的大小為閾値以上時,是以第2模式使電壓施加電路2動作。
若依據此構成,在監視對象的大小達到閾値以前,電壓施加電路2會以第1模式動作,使施加電壓隨著時間經過而上升。此時,在放電電極41中,將成為從電暈放電進展至絕緣破壞而產生放電電流之情形。當監視對象的大小達到閾値時,電壓施加電路2會以第2模式動作,使施加電壓降低。此時,形成為負載4相對於電壓施加電路2成為過載狀態,而使放電電流被遮斷之情形。其結果,在本實施形態之電壓施加裝置1中,會重複以下之現象:當施加電壓上升至絕緣破壞時使相對較大的放電電流瞬間地流通,且於其後隨即降低施加電壓而遮斷放電電流,並使施加電壓再次上升至絕緣破壞。也就是說,在電壓施加裝置1中,是藉由先導放電,以在放電電極41的周圍間歇性地形成放電路徑,而重複產生脈衝狀的放電電流。在先導放電中,相對於與電暈放電相比較可生成2~10倍左右的自由基之情況,會將臭氧的產生量抑制在與電暈放電時同等程度。而且,在先導放電中,與在電暈放電中單純地提高投入之能量的情況相比較,能夠良好地生成包含有自由基的帶電微粒子液。因此,依據本實施形態之電壓施加裝置1,具有能夠使自由基的生成量增加,且抑制臭氧之產生量的增加之優點。
另外,在本實施形態之電壓施加裝置1中,控制電路3能夠藉由因應於監視對象與閾値的比較結果來控制電壓施加電路2,而實現先導放電。這種的控制電路3基本上,可用與用於產生電暈放電之電壓施加裝置同樣的電路構成來實現。亦即,在產生電暈放電的情況下,會有採用藉由控制電路將電壓施加電路的輸出電壓、或輸出電流維持成大致一定之控制的情況。此時,會有使用具有電壓控制電路、及電流控制電路之控制電路的情況。與此情況同樣,本實施形態之電壓施加裝置1是採用具有電壓控制電路31、及電流控制電路32的控制電路3。即便是這種電路構成,本實施形態之電壓施加裝置1仍可藉由配合負載4將閾值設定成滿足產生先導放電的條件,而可實現先導放電。也就是說,在本實施形態之電壓施加裝置1中,是將閾值設定成在負載4相對於電壓施加電路2成為過載狀態且引發放電電流中斷的時間點上,使控制電路3進行從第1模式至第2模式的切換。因此,本實施形態之電壓施加裝置1可在不需從產生電暈放電的電壓施加裝置中伴隨電路構成的大幅變更的情形下,藉由在控制電路3中所使用之閾値的設定如何,來實現先導放電。
又,如本實施形態,放電裝置10宜具備電壓施加裝置1、及放電電極41。依據這種構成,能夠配合放電電極41來設定閾値,而可做到容易產生先導放電之最適當的閾値之設定。
又,如本實施形態,放電裝置10宜更具備對放電電極41供給液體的液體供給部5,並藉由放電將液體靜電霧化。依據這種構成,會生成含有自由基的帶電微粒子液。因此,與將自由基以單體方式釋放至空氣中的情況相比,能夠謀求自由基的長壽命化。另外,帶電微粒子液是例如奈米尺寸,藉此能夠在相對較廣的範圍中使帶電微粒子液懸浮。但是,液體供給部5對於放電裝置10並非必需的構成,亦可適當省略液體供給部5。
又,如本實施形態,放電裝置10宜更具備配置成與放電電極41隔著間隙而相向的對向電極42。此時,放電裝置10宜構成為藉由在放電電極41與對向電極42之間施加施加電壓,而在放電電極41與對向電極42之間間歇性地產生絕緣破壞。依據這種構成,能夠在放電電極41與對向電極42之間安定地產生,於絕緣破壞後放電電流流動的放電路徑。但是,對向電極42並非對放電裝置10必要的構成,亦可適當省略對向電極42。 (實施形態2)
如圖5所示,本實施形態之電壓施加裝置1A、及放電裝置10A,在更具備時間調節部7這點上,與實施形態1之電壓施加裝置1、及放電裝置10是不同的。以下,針對與實施形態1同樣之構成,會附加共通之符號並適當省略說明。
時間調節部7是構成為調節放電週期的長度。亦即,在本實施形態之電壓施加裝置1A中,在間歇性地產生絕緣破壞的先導放電中,可做到以時間調節部7調節產生絕緣破壞之週期(放電週期)的長度。
然而,電壓施加電路2具有隔離變壓器220(參照圖3)。電壓施加電路2是構成為將輸入於隔離變壓器220之一次側的輸入電壓Vin(參照圖3)升壓,並對已電連接於隔離變壓器220之二次側的負載4施加施加電壓。在本實施形態中,時間調節部7是設置於隔離變壓器220的一次側。亦即,時間調節部7並非設置於連接於隔離變壓器220之二次繞組222的二次側電路上,而是設置於連接於一次繞組221的一次側電路上。例如圖5所示,這種構成是藉由在控制電路3的輸出與電壓施加電路2(驅動電路21)之間,配置時間調節部7而實現。也就是說,會從控制電路3中輸出用於電壓施加電路2之控制的控制訊號。藉由形成將此控制訊號通過時間調節部7來輸入至驅動電路21的構成,可以在時間調節部7中,調節從放電電流的遮斷至絕緣破壞以前的時間,而調節放電週期的長度。
又,在本實施形態中,電壓施加裝置1A更具備有接受使用者之操作的操作部8。時間調節部7是構成為因應使用者對操作部8的操作,而調節放電週期的長度。也就是說,在電壓施加裝置1A中,放電週期是能以手動方式進行調節的。操作部8的操作亦可在電壓施加裝置1A的動作中(使用中)進行,亦可在電壓施加裝置1A的製造時等進行。在電壓施加裝置1A的製造時操作操作部8的情況下,操作操作部8的使用者是電壓施加裝置1A的製造者。
接著,針對時間調節部7之具體例,參照圖6A、及圖6B來說明。
圖6A是將電流控制電路32中的運算放大器OP1、電阻R91、及電容器C31,作為時間調節部7A來利用的例子。電阻R91是由可變電阻所構成,且取代實施形態1中的電阻R9(參照圖3)而設置。電容器C31是由可變電容器所構成,且是替代實施形態1中的電容器C3(參照圖3)而設置。也就是說,由於放電週期T1是藉由包含運算放大器OP1、電阻R91、及電容器C31之積分電路的時間常數而決定的,所以可藉由使電阻R91、或電容器C31的電路常數(電阻値、或電容値)改變,以改變放電週期T1。
圖6B是將驅動電路21的一部分作為時間調節部7B而兼用的例子。在圖6B的例子中,在圖3所示的驅動電路21上附加有電容器C4~C6。電容器C4~C6任一個均是由可變電容器所構成的。電容器C4是連接於電晶體Q1的基極-射極之間。電容器C5是連接於電晶體Q1的基極與接地之間。電容器C6是在電阻R5的兩端間,且與電阻R4串聯連接。在這種構成中,是藉由使電容器C4~C6的電路常數(電容値)改變,來改變放電週期T1。
在如上所述而構成的電壓施加裝置1A中,是藉由時間調節部7,而變得可做到例如圖7A、及圖7B所示之放電週期的調節。在圖7A、及圖7B中,是將横軸設為時間軸,並在上層顯示有電壓施加電路2的輸出電壓(施加電壓),在下層顯示有放電能量。在圖7A、及圖7B中,所顯示的是,在將預設值的放電週期設為「T1」(參照圖2)的情況下,使放電週期改變成「T2」、或「T3」的例子。在此,「T2」比「T1」更短,且「T3」比「T1」更長(T2<T1<T3)。
亦即,當時間調節部7調節放電週期而設成比預設値(T1)更短的放電週期T2時,如圖7A所示,會使產生絕緣破壞的時間間隔變短,並使放電頻率變高。此時,由於產生放電能量為「E2」(>E1)之高能量的放電之時間間隔變短,所以會使每單位時間(例如1秒)之高能量的放電之產生次數增加。其結果,能夠使每單位時間之自由基、及臭氧的產生量增加。
另一方面,當時間調節部7調節放電週期而設成比預設值(T1)更長的放電週期T3時,如圖7B所示,會使產生絕緣破壞的時間間隔變長,並使放電頻率變低。此時,由於產生放電能量為「E2」(>E1)之高能量的時間間隔變長,所以會使每單位時間(例如1秒)之高能量的放電之產生次數減少。其結果,能夠使每單位時間之自由基、及臭氧的產生量減少。
又,在已將放電週期縮短之情況、延長之情況的任一種情況下,均會使在放電週期的1週期中的藉由電暈放電而產生放電能量為「E1」的微小放電之期間、與產生高能量之放電的期間之比例改變。在產生微小放電的期間與產生高能量之放電的期間中,會使自由基、及臭氧等之產生量的比例不同。因此,在已將放電週期縮短之情況、延長之情況的任一種情況下,均會形成使以放電裝置10A所生成之成分(自由基、及臭氧等)的細項改變之情形。
如以上所說明,在本實施形態之電壓施加裝置1A中,更具備調節放電週期之長度的時間調節部7,且是以放電週期來週期性地產生絕緣破壞。依據這種構成,藉由以時間調節部7改變放電週期的長度,且改變放電裝置10A的放電特性,可做到調節在放電裝置10A之自由基等的產生量、及在放電裝置10A所生成之成分的細項等。
又,如本實施形態,電壓施加電路2宜具有隔離變壓器220,並將輸入到隔離變壓器220之一次側的輸入電壓Vin升壓,並對電連接於隔離變壓器220之二次側的負載4施加施加電壓。此時,時間調節部7宜設置於隔離變壓器220的一次側。依據這個構成,在隔離變壓器220的二次側會變得不需要用於調節放電週期之長度的高壓電容器等,且可做到構成電壓施加裝置1A之電路元件的小型化。但是,此構成對於電壓施加裝置1A並非必需的構成,時間調節部7亦可設置於隔離變壓器220的二次側。
又,如本實施形態,電壓施加裝置1A宜更具備接受使用者之操作的操作部8,且時間調節部7是構成為因應於使用者對操作部8的操作,而調節放電週期的長度。依據這個構成,由於能夠以使用者手動方式調節放電週期的長度,所以能因應於放電裝置10A的用途、及狀況,而自由地改變放電特性。但是,此構成對於電壓施加裝置1A並非必需的構成,亦可適當省略操作部8。
以下,列舉實施形態2之變形例。
電阻R91並不限定於可變電阻,亦可是具備複數個電阻及開關,且將這些複數個電阻的連接關係藉由開關來切換的構成。同樣,電容器C31、及電容器C4~C6的各個並不限定於可變電容器,亦可是具備複數個電容器及開關,且將這些複數個電容器的連接關係藉由開關來切換的構成。
又,時間調節部7並不限定於藉由改變電路常數來改變放電週期的構成,亦可例如使用微電腦來改變放電週期。也就是說,在控制電路3具備有微電腦的情況下,是藉由例如改變從微電腦輸出之PWM(脈寬調變,Pulse Width Modulation)訊號的占空比(duty cycle),而實現時間調節部7的機能。
在實施形態2中所說明之構成(包含變形例),可與在實施形態1(包含變形例)中所說明之構成適當組合而應用。 (實施形態3)
如圖8所示,本實施形態之電壓施加裝置1B、及放電裝置10B,在將時間調節部7構成為自動地調節放電週期之長度的這點上,與實施形態2之電壓施加裝置1A、及放電裝置10A不同。以下,針對與實施形態2同樣之構成,會附加共通之符號並適當省略說明。
在本實施形態中,時間調節部7是構成為可因應感測器9的輸出,而調節放電週期的長度。感測器9是檢測放電電極41之周圍的狀態之感測器。感測器9會檢測例如放電電極41之周圍的溫度、濕度、臭氧指數、照度、及有人/無人等與放電電極41之周圍的環境(狀態)相關連之資訊。在本實施形態中,雖然電壓施加裝置1B是以將感測器9包含於構成要素中來說明,但感測器9亦可不包含於電壓施加裝置1B的構成要素中。
具體言之,時間調節部7可作為連接於感測器9之微電腦71的一機能而被實現。亦即,電壓施加裝置1B具備有微電腦71。此微電腦71是構成為取得感測器9的輸出(以下亦稱為「感測器輸出」),且因應於感測器輸出,來作為調節放電週期之長度的時間調節部7C而動作。
以下,針對以時間調節部7C所進行之放電週期的調節動作,列舉幾個具體例子來說明。
作為第1個例子,時間調節部7C是在放電電極41之周圍的濕度為規定値以上時,將放電週期設成比預設值更短的放電週期T2(參照圖7A),而使每單位時間之自由基、及臭氧的產生量增加。藉此,在例如濕度較高且容易充滿臭味的環境下,可以藉由令放電裝置10B增加自由基的生成量,而有效地進行消臭(除臭)。
作為第2個例子,時間調節部7C在放電電極41之周圍的濕度為規定値以上時,是將放電週期設成比預設值更長的放電週期T3(參照圖7B)。藉此,在例如濕度較高且容易充滿臭味的環境下,可以藉由改變以放電裝置10B所生成的成分(自由基、及臭氧等),而有效地進行消臭(除臭)。
作為第3個例子,時間調節部7C在放電電極41的周圍有人存在時,是將放電週期設成比預設値更短的放電週期T2(參照圖7A),使每單位時間之自由基、及臭氧的產生量增加。藉此,在例如放電裝置10B附近沒有人的期間,能夠抑制自由基的生成量,且能夠抑制放電裝置10B的消耗電力。
如以上所說明地,在本實施形態之電壓施加裝置1B中,時間調節部7是構成為因應檢測放電電極41之周圍的狀態之感測器9的輸出,而自動地調節放電週期的長度。依據這種構成,電壓施加裝置1B可以因應放電電極41之周圍的狀態,而自動地實現最適當的放電特性。
實施形態3所說明的構成,可與在實施形態1(包含變形例)、或實施形態2(包含變形例)中所說明的構成適當組合而應用。
電壓施加裝置、及放電裝置能夠適用於電冰箱、洗衣機、吹風機、空調設備、電風扇、空氣清淨機、加濕器、美顏機、汽車等的多種用途上。
10、10A、10B‧‧‧放電裝置1、1A、1B‧‧‧電壓施加裝置2‧‧‧電壓施加電路21‧‧‧驅動電路22‧‧‧電壓產生電路220‧‧‧隔離變壓器221‧‧‧一次繞組222‧‧‧二次繞組223‧‧‧輔助繞組3‧‧‧控制電路31‧‧‧電壓控制電路32‧‧‧電流控制電路321‧‧‧基準電壓生成部4‧‧‧負載41‧‧‧放電電極42‧‧‧對向電極421‧‧‧開口部5‧‧‧液體供給部6‧‧‧輸入部7、7A、7B、7C‧‧‧時間調節部71‧‧‧微電腦8‧‧‧操作部9‧‧‧感測器C1~C6、C31‧‧‧電容器D1‧‧‧二極體E1、E2‧‧‧放電能量OP1‧‧‧運算放大器Q1、Q2、Q3‧‧‧電晶體R、R1~R11、R91‧‧‧電阻Si1‧‧‧控制訊號Sth1‧‧‧控制閾值T1、T2、T3‧‧‧放電週期T11、T12‧‧‧期間Vcc‧‧‧控制電源Vin‧‧‧輸入電壓Vth1‧‧‧輸出電壓ZD1‧‧‧齊納二極體
圖1是實施形態1之放電裝置的方塊圖。 圖2是概要地顯示同上之放電裝置的放電形態之圖表。 圖3是顯示同上之放電裝置之一例的電路圖。 圖4是概要地顯示同上之放電裝置的放電形態之圖表。 圖5是實施形態2之放電裝置的方塊圖。 圖6A是顯示同上之放電裝置的時間調節部之一例的電路圖。 圖6B是顯示同上之放電裝置的時間調節部之其他例的電路圖。 圖7A是概要地顯示同上之放電裝置的放電形態之一例的圖表。 圖7B是概要地顯示同上之放電裝置的放電形態之其他例的圖表。 圖8是實施形態3之放電裝置的方塊圖。
10‧‧‧放電裝置
1‧‧‧電壓施加裝置
2‧‧‧電壓施加電路
21‧‧‧驅動電路
22‧‧‧電壓產生電路
3‧‧‧控制電路
31‧‧‧電壓控制電路
32‧‧‧電流控制電路
4‧‧‧負載
41‧‧‧放電電極
42‧‧‧對向電極
421‧‧‧開口部
5‧‧‧液體供給部
6‧‧‧輸入部
Si1‧‧‧控制訊號

Claims (8)

  1. 一種電壓施加裝置,具備: 電壓施加電路,藉由對包含放電電極的負載施加電壓,以在前述放電電極產生放電;及 控制電路,根據由前述電壓施加電路的輸出電流、及輸出電壓的至少其中一個所構成的監視對象來控制前述電壓施加電路, 前述控制電路是將前述電壓施加電路控制成交互地重複第1模式與第2模式, 該第1模式是使前述電壓隨著時間經過而上升,並使其從電暈放電進展至絕緣破壞來產生放電電流, 該第2模式是使前述電壓降低,並相對於前述電壓施加電路而將前述負載設為過載狀態來遮斷前述放電電流, 前述控制電路是構成為: 若前述監視對象的大小不到閾値時,是以前述第1模式來使前述電壓施加電路動作,當前述監視對象的大小成為前述閾値以上時,是以前述第2模式來使前述電壓施加電路動作。
  2. 如請求項1之電壓施加裝置,其更具備調節放電週期之長度的時間調節部, 且是以前述放電週期來週期性地產生前述絕緣破壞。
  3. 如請求項2之電壓施加裝置,其中,前述電壓施加電路是構成為具有隔離變壓器,並將輸入於前述隔離變壓器之一次側的輸入電壓升壓,以對已電連接於前述隔離變壓器之二次側的前述負載施加前述電壓, 且前述時間調節部是設置於前述隔離變壓器的一次側。
  4. 如請求項2之電壓施加裝置,其更具備接受使用者之操作的操作部, 且前述時間調節部構成為因應前述使用者對前述操作部的操作,而調節前述放電週期的長度。
  5. 如請求項2之電壓施加裝置,其中,前述時間調節部是構成為因應感測器之輸出,而自動地調節前述放電週期的長度,其中該感測器檢測前述放電電極之周圍的狀態。
  6. 一種放電裝置,具備如請求項1之電壓施加裝置、及前述放電電極。
  7. 如請求項6之放電裝置,其更具備對前述放電電極供給液體的液體供給部, 並藉由前述放電將前述液體靜電霧化。
  8. 如請求項6之放電裝置,其更具備配置成與前述放電電極隔著間隙而相向的對向電極, 且是構成為藉由在前述放電電極與前述對向電極之間施加前述電壓,而在前述放電電極與前述對向電極之間間歇性地產生前述絕緣破壞。
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