WO2012176525A1 - イオン発生装置および電気機器 - Google Patents

Abstract

　イオン発生装置（１００）は、誘導電極（１２）と、誘導電極（１２）との間でイオンを発生させるための放電電極（１１）とから構成されるイオン発生素子（１）を備え、イオン発生素子（１）は、金属（５）により囲繞され、金属（５）には、発生したイオンと同極性の電圧が印加される。イオン発生装置（１００）によれば、イオン発生素子（１）で生成されたイオンがイオン発生素子（１）の近傍で消滅することなく、室内空間に高濃度のイオンとして供給することができる。

Description

イオン発生装置および電気機器

　本発明は、正イオンまたは負イオンを生成するイオン発生装置およびこれを用いた電気機器に関する。

　従来より、室内の空気を浄化したり、殺菌したり、消臭したりするために、イオン発生装置が使用されている。一般的なイオン発生装置は、イオン発生電極を備えている。イオン発生装置の筐体には、イオン放出口が設けられる。イオン発生電極を備えたイオン発生装置は、コロナ放電の作用によって正イオンと負イオンとを発生させ、それらをイオン放出口から外部に放出させる。これらのイオンによって、室内の空気は、浄化されたり、殺菌されたり、消臭されたりする。

　特開２００５－０１３６４９号公報（特許文献１）に開示されているように、一般的なイオン発生素子は、針形状を有する金属と、この針形状を有する金属に対向するように配置された金属板若しくはグリッドとを備える。針形状を有する金属は、放電電極として用いられる。イオン発生素子としては、特に対向電極を配置しないものもある。これらのイオン発生素子においては、放電電極と対向電極との間の空気が、絶縁体の役割を果たす。放電電極に高電圧を印加した際に、鋭角な形状を有する電極の先端で、電界集中が生じる。電極の先端部分の空気が絶縁破壊されることで、イオンの放電現象が得られる。イオン発生素子により発生したイオンは、搬送路を通じて外部に放出される。

　ここで、搬送路が正極性に帯電していた場合、イオン発生器により生成された負イオンは搬送路の内面に引き寄せられることによって、放出されるべきイオンの量が減少することがある。この逆の極性においても、同様の課題が発生する。この課題を解決するために、特開２００８－０９１１４５号公報（特許文献２）には、イオンと同極性の直流電圧を搬送路の内面に印加する除電装置が開示されている。搬送路の内面とイオンとの間に電気的な反発力が生じることによって、イオンが搬送路の内面に接触することは防止される。同文献は、この除電装置によれば、搬送路を通過するイオンが減少してしまうことを効果的に抑制することができると述べている。

特開２００５－０１３６４９号公報 特開２００８－０９１１４５号公報

　特開２００５－０１３６４９号公報（特許文献１）に開示されているイオン発生装置においては、放電電極と対向電極との間に生じた放電現象の作用により生成されたイオンは、搬送路に到達する前に、イオン発生素子周辺の壁面に付着したり、消滅したりする。その結果、外部に放出されるべきイオンの量は、減少しやすくなる。このことに加えて、イオン発生素子周辺の風洞が樹脂製の部材から構成される場合、樹脂製の風洞は、帯電することで電位が上昇する。樹脂製の風洞の電位がイオン発生素子の電圧よりも高くなると、樹脂製の風洞の周辺にいわゆる高電位の障壁が形成され、生成されたイオンがこの障壁と反発し合うことにより、生成されたイオンはその障壁を通過することができなくなる。障壁を通過できないイオンは、対向電極に吸い寄せられて消滅する。その結果、外部に放出されるイオンの量は、減少しやすくなる。特開２００８－０９１１４５号公報（特許文献２）に示された除電装置においても、イオン発生素子によって生成されたイオンは、搬送路に到達する前にイオン発生素子周辺の内壁面に引き寄せられる。結果として、この除電装置においても、外部に放出されるイオンの量が減少し、高濃度のイオンを供給することが妨げられる場合がある。

　本発明は、イオン発生素子によって生成されたイオンが、イオン発生素子近傍で消滅することなく、高濃度のイオンとして室内空間に供給されることが可能なイオン発生装置、およびそのイオン発生装置を備えた電気機器を提供することを目的とする。

　本発明に係るイオン発生装置は、誘導電極と、上記誘導電極との間でイオンを発生させるための放電電極とを含むイオン発生素子を備え、上記イオン発生素子は、金属により囲繞され、上記金属には、発生したイオンと同極性の電圧が印加される。

　好ましくは、本発明に係る上記のイオン発生装置は、上記放電電極または上記誘導電極に、パルス状の電圧が印加される。

　好ましくは、本発明に係る上記のイオン発生装置は、上記イオン発生素子の近傍内壁が、金属製の部材よりなる。

　好ましくは、本発明に係る上記のイオン発生装置は、上記金属に印加される電圧の電圧値が、上記イオン発生素子の上記放電電極に印加される電圧の電圧値よりも低い。

　本発明に係る電気機器は、本発明に係る上記のイオン発生装置と、上記イオン発生装置で生成されたイオンを送風気流に乗せて電気機器の外部に送るための送風部と、を備える。

　本発明によれば、イオン発生素子によって生成されたイオンが、イオン発生素子近傍で消滅することなく、高濃度のイオンとして室内空間に供給されることが可能なイオン発生装置、およびそのイオン発生装置を備えた電気機器を得ることができる。

実施の形態に係るイオン発生装置の模式的断面図である。 実施の形態に係るイオン発生素子の構成図である。 実施の形態に係るイオン発生装置の実験構成図である。 実施の形態に係るイオン発生素子における金属壁を配置した部分のみの斜視図である。 実施の形態に係るイオン発生素子における金属壁を内壁側から見た構成図である。 実施の形態に係るパルス放電の説明図であり、正極側のパルス放電の時間と電圧との関係を示したグラフである。 実施の形態に係るパルス放電の説明図であり、負極側のパルス放電の時間と電圧との関係を示したグラフである。 実施の形態に係るイオン発生装置のイオン電流測定結果であり、正イオンを発生するイオン発生装置における測定結果である。 実施の形態に係るイオン発生装置のイオン電流測定結果であり、負イオンを発生するイオン発生装置における測定結果である。 実施の形態に係るイオン発生装置の比較実験構成図である。 実施の形態に係る比較実験結果を示すグラフである。

　以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態に係るイオン発生装置１００の模式的断面図である。イオン発生装置１００は、イオン発生素子１、高圧回路２、送風部３、イオン発生ケース４、金属壁５、および、電圧印加回路６を備える。

　図２は、イオン発生素子１の構成図である。イオン発生素子１は、たとえばコロナ放電を発生させ、正イオンおよび負イオンの少なくともいずれかを生じさせるためのものである。イオン発生素子１は、放電電極１１および誘導電極１２を含む。放電電極１１は、針状に形成された先端部１１ａを有する。誘導電極１２は、環状に形成された金属板である。誘導電極１２は、貫通孔を有する。この貫通孔は、放電電極１１の個数に対応して設けられる。この貫通孔は、コロナ放電により生成されたイオンを外部へ放出するための開口部である。本実施の形態では、貫通孔は１つであり、貫通孔の平面形状は円形状である。放電電極１１の先端部１１ａが誘導電極１２の貫通孔のほぼ中央に配置されるように、放電電極１１および誘導電極１２は、支持基板１３にそれぞれ固定される。放電電極１１の先端部１１ａは、支持基板１３の表面側に突き出るように配置されている。放電電極１１の他端部は、高圧回路２（図１参照）に接続されている。この状態で、イオン発生素子１は、後述するイオン発生ケース４（図１および図３参照）内の所定の箇所に設置される。このとき、放電電極１１の先端部１１ａは、イオン発生ケース４内に向いている。

　図１を再び参照して、高圧回路２は、放電電極１１（図２参照）および誘導電極１２（図２参照）に接続される。高圧回路２によって、各々の電極には正または負の電圧が印加される。送風部３は、ファン等によって構成される。送風部３は、図示しない空気取り入れ口から取り込まれた空気を送風する。送風部３は、生成されたイオンを搬送し、吹き出し口から外部に向かってイオンを送り出す。送風部３の風力が強いほど、生成されたイオンをより遠くに搬送し、広く拡散させることができる。風力が強いとファンの運転音も大きくなるため、送風部３の風力は、要求される仕様に基づいて適宜設定されるとよい。イオン発生ケース４は、主に、ポリスチレン、ポリカーボネート、またはアクリルなどの樹脂により構成される。イオン発生ケース４の形状は、断面略矩形、断面略円形、または、断面略半円形など、内部に空洞を有する筒形状である。イオン発生ケース４の片方の開口部の近傍に、送風部３が設けられる。イオン発生ケース４の他端の開口部は、搬送路に連結されている。この搬送路は、イオン発生素子１によって生成されたイオンが、送風部３からの気流によって外部に送り出されるためのものである。イオン発生ケース４は、この搬送路と一体的に構成されていてもよい。

　金属壁５は、イオン発生素子１の近傍を囲むように配置されている。金属壁５の材質は、導電性、加工性、および汎用性の高いものが適しており、たとえば銅、またはアルミニウムなどが用いられる。金属壁５は、たとえば断面略矩形状に形成されるイオン発生ケース４において、イオン発生素子１の配置されている面と、その両側面と、イオン発生素子１に対向する面とを、金属箔あるいは金属板で覆うことで、イオン発生素子１を囲繞するように構成される。電圧印加回路６は、金属壁５に接続される。電圧印加回路６によって、金属壁５の壁面に、正または負の電圧が印加される。

　高圧回路２および電圧印加回路６により印加される電圧の電圧値は、装置に要求される仕様、または、装置が設置される環境等に応じて適宜設定される。高圧回路２および電圧印加回路６は、本実施の形態のように別々に設置されても良いし、一つの回路として双方が制御可能なようにしても良い。

　図３、図４Ａ、および図４Ｂを参照して、実施例として、イオン発生装置１００を用いてイオンを発生させる方法を説明する。図３は、正イオンを発生させるイオン発生装置１００ａおよび負イオンを発生させるイオン発生装置１００ｂの装置構成図である。イオン発生装置１００ａ，１００ｂを用いて、金属壁に印加する電圧と、イオン電流との関係が測定される。図４Ａは、イオン発生装置１００ａ，１００ｂにおける、金属壁５ａと金属壁５ｂとを配置した部分のみの斜視図である。図４Ｂは、金属壁５ａと金属壁５ｂとを各々の内壁側から見た構成図である。

　イオン発生装置１００ａ，１００ｂの内壁に対し、アルミ箔を用いて金属壁５ａ，５ｂを設けた。金属壁５ａ，５ｂを設けた部分のファン側の開口部は、幅が５５ｍｍであり、高さが７０ｍｍであり、奥行きが７５ｍｍである。イオン放出側の開口部は、幅が４２ｍｍであり、高さが５５ｍｍである。気温２３℃、湿度３３％の条件下において、イオン発生装置１００ａを用いて正イオンを生成し、イオン発生装置１００ｂを用いて負イオンを生成し、それらイオンに基づく電流値を測定した。今回用いたイオン発生素子１ａ，１ｂの大きさは、いずれも内径が９ｍｍであり、外径が１２ｍｍである。金属壁５ａ，５ｂが設けられている範囲は、イオン発生素子１ａ，１ｂが配置されている面と、その対向面と、両側面との全てとした。金属で被覆する範囲は、イオン発生ケース４ａ，４ｂの内壁の全体でも良いし、イオン発生ケース４ａ，４ｂの内壁の一部であっても構わない。金属で被覆する範囲は、少なくともイオン放出側の開口部から１ｃｍまでは被覆しないほうが好ましい。

　ここで、高圧回路２を稼動させ、イオン発生素子１ａおよびイオン発生素子１ｂの各々に電圧を印加し、正イオンおよび負イオンをそれぞれ発生させた。放電条件は、パルス放電とし、イオン発生素子１ａにおいては、放電電極に対して５ｋＶのＤＣ電圧を印加し、誘導電極に対して５～０ｋＶのパルス電圧を印加した。イオン発生素子１ｂにおいては、放電電極に対して－５ｋＶのＤＣ電圧を印加し、誘導電極に対して－５～０ｋＶのパルス電圧を印加した。いずれも、パルス電圧の周波数は２ｋＨｚであり、ＤＵＴＹは５％である。

　図５Ａは、正極側のパルス放電の時間と電圧との関係を示したグラフであり、図５Ｂは、負極側のパルス放電の時間と電圧との関係を示したグラフである。図５Ａ，図５Ｂにおいて、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。図５Ａ，図５Ｂにおけるｔ１は、パルス幅を示しており、ｔ２は、周期を示している。本実施例でのＤＵＴＹは、ｔ１／ｔ２のパーセントとした。本実施例では、誘導電極側にパルス電圧を印加したが、これに限るものではなく、放電電極側にパルス電圧を印加してもよく、いずれか一方にパルス電圧を印加すればよい。

　さらに、電圧印加回路６により、金属壁５ａ，５ｂにも正、負の電圧をそれぞれ印加し、ファンを用いて送風し、イオン発生ケース４ａ，４ｂから吹き出されるイオン電流をイオンカウンター７にて測定した。イオンカウンター７は、イオン発生装置１００ａおよびイオン発生装置１００ｂの中間であって、イオン吹き出し口から４１ｃｍの風路上に設置した。

　図６は、金属壁に印加する電圧とイオン電流との関係の測定結果である。図６Ａは正イオンを発生するイオン発生装置１００ａにおける測定結果であり、図６Ｂは負イオンを発生するイオン発生装置１００ｂにおける測定結果である。図６Ｂにおいては、正イオン側の図６Ａと比較しやすいように、データを絶対値で表している。たとえば、図６Ｂにおける壁面電圧１ｋＶは、実際には－１ｋＶであり、イオン電流１ｎＡは、実際には－１ｎＡである。

　正イオン側に対しては、おおむね２．５～４．５ｋＶの範囲で金属壁に電圧を印加すると、放出されるイオン電流が高くなることがわかる。さらに言えば、３．０～４．０ｋＶの範囲内の電圧が特に好ましい。また、負イオン側に対しては、おおむね－４．５～－２．５ｋＶの範囲でアルミ箔製の金属壁に電圧を印加すると、放出されるイオン電流が高くなることがわかる。さらに言えば、－４．０～－３．０ｋＶの範囲内の電圧が特に好ましい。

　以上の結果から、金属壁５ａ，５ｂに印加される電圧は、イオン発生素子１ａ，１ｂに印加される電圧の５０～９０％が好ましく、さらには６０～８０％が特に好ましいことがわかる。

　＜比較例＞
　比較例として、図７に示すような測定を行った。正イオンを発生させるイオン発生装置２００ａと負イオンを発生させるイオン発生装置２００ｂとが並列に並べられている。イオン発生ケース４ａ，４ｂは樹脂製であり、金属板で覆われている部分はない。イオン発生素子１ａ，１ｂの大きさ、放電電圧、および、その他の条件は、上記実施例と同一とした。

　高圧回路２を稼動させ、イオン発生素子１ａおよびイオン発生素子１ｂに電圧を印加し、正イオン、負イオンをそれぞれ発生させるとともに、ファンにより送風してイオン発生ケース４ａ，４ｂから吹き出されるイオン電流をイオンカウンター７にて測定した。

　図８は、それぞれのイオン電流の測定結果である。図８における（ａ）は、本実施の形態に係るイオン発生素子１ａ，１ｂの近傍に金属板（金属）を配したイオン発生装置１００ａ，１００ｂのイオン電流であり、今回は上記実施例に基づいて、金属壁５ａ，５ｂに３．９ｋＶの電圧を印加したときの値をグラフ化したものである。ここでは、わかりやすいように負イオンにおいては、絶対値表示としている。このときのイオン電流は、正イオン８ｎＡ以上、負イオン－８ｎＡ以上であった。一方、図８における（ｂ）は、比較例で測定したイオン発生装置２００ａ，２００ｂのイオン電流である。イオン発生素子１ａ，１ｂの近傍が樹脂のみの場合は、正イオン４ｎＡ、負イオン－４ｎＡ程度のイオン電流にとどまった。イオン発生ケース４ａ，４ｂが樹脂のみの場合は、樹脂製のイオン発生ケース内部、特にイオン発生素子１ａ，１ｂ近傍に、イオン発生素子１ａ，１ｂで生成されたイオンが付着し、内壁の樹脂の帯電量が高くなり、発生したイオンが誘導電極に引き寄せられて消滅し、その結果、イオン発生ケース４ａ，４ｂから外部に吹き出されるイオン電流が低くなったと考えられる。

　以上のような実験結果より、イオン発生素子１近傍を金属で囲み、電圧を印加することによって、イオン発生素子１から発生したイオンがロス無く流れて、高濃度のイオンを室内に供給することができることがわかる。さらに、上記金属に印加される電圧を、イオン発生素子の放電電極よりも低くすることで、より一層の効果が得られることがわかる。

　今回開示された実施の形態および実験例は、全ての点で例示であり、制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなくて、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。

　本発明に係るイオン発生装置は、室内にイオンを放出する空気清浄機、空気調和機、加湿器、または、除湿器等の電気機器に好適に利用できる。

　１，１ａ，１ｂ　イオン発生素子、２　高圧回路、３　送風部、４，４ａ，４ｂ　イオン発生ケース、５，５ａ，５ｂ　金属壁、６　電圧印加回路、７　イオンカウンター、１１　放電電極、１１ａ　先端部、１２　誘導電極、１３　支持基板、１００，１００ａ，１００ｂ，２００ａ，２００ｂ　イオン発生装置。

Claims (5)

1. 　誘導電極（１２）と、前記誘導電極との間でイオンを発生させるための放電電極（１１）とを含むイオン発生素子（１）を備え、
   　前記イオン発生素子は、金属（５）により囲繞され、
   　前記金属には、発生したイオンと同極性の電圧が印加される、
   イオン発生装置。
2. 　前記放電電極（１１）または前記誘導電極（１２）に、パルス状の電圧が印加される、
   請求項１に記載のイオン発生装置。
3. 　前記イオン発生素子（１）の近傍内壁は、金属製の部材よりなる、
   請求項１に記載のイオン発生装置。
4. 　前記金属（５）に印加される電圧の電圧値は、前記イオン発生素子（１）の前記放電電極に印加される電圧の電圧値よりも低い、
   請求項１に記載のイオン発生装置。
5. 　請求項１に記載のイオン発生装置（１００）と、
   　前記イオン発生装置で生成されたイオンを送風気流に乗せて電気機器の外部に送るための送風部（３）と、を備える、
   電気機器。

Images