WO2013046834A1 - イオン発生装置及び空気清浄装置 - Google Patents

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ions
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metal layer
transport path
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吉岡　智良
哲也 江崎
直子 山本
正徳 河合
泰久 白山
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シャープ株式会社
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    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/22—Ionisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/30—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by ionisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D53/323—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 by electrostatic effects or by high-voltage electric fields

Definitions

  • the present invention relates to an ion generator that generates positive ions or negative ions and an air purifier using the same.
  • ion generators that generate positive ions or negative ions by corona discharge are installed in air cleaners and put into practical use.
  • the former ion generator can produce a relaxing effect, and the latter ion generator can produce effects such as decomposition of mold and viruses floating in the air, removal of odors, and dust collection.
  • the amount of ions released into the space may be increased.
  • ions generated by corona discharge come into contact with the inner surface of the ion transport path of the ion generator and remain on the inner surface of the ion transport path, there is a problem in that the amount of ions released into the space is reduced.
  • Patent Document 1 includes, as shown in FIG. 9, a conveyance path 83 including an insulated outer duct 81 and a conductive inner duct 82, and the inner duct 82 has ions.
  • a static eliminator that applies a DC voltage of the same polarity. According to this apparatus, an electric repulsive force can be generated between the inner duct 82 and the ions, and the ions can be prevented from coming into contact with the inner side of the transport path 83. Can be suppressed.
  • the conveyance path 83 of the static eliminator shown in Patent Document 1 has a problem that the inner duct 82 having conductivity is oxidized and rusted. This is because, when ions are generated by corona discharge or the like, it is known that active species such as hydroxyl radicals and ozone are generated at the same time. This is because these active species have strong oxidizing power and oxidize the inner duct 82 having conductivity. Furthermore, since the same voltage is applied to the entire duct 82 inside the transport path 83, a potential gradient is not formed, and there is a problem that ions cannot be efficiently guided in the discharge direction.
  • the present invention has been made in view of such problems, and has a high durability, and ions generated by corona discharge can efficiently release high-concentration ions into the space.
  • An ion generating apparatus includes an ion generating element that generates ions, and an ion generating apparatus that includes an ion generating element on a wall surface and discharges the generated ions from an emission port.
  • the path has a first dielectric layer on the inner side and a metal layer on the outer side of the dielectric layer, and applies a predetermined voltage to the metal layer according to the thickness of the first dielectric layer.
  • the ion transport path may have a second dielectric layer outside the metal layer.
  • the thickness of the first dielectric layer may be set so that the amount of ion generation is in the vicinity of the maximum value when the metal layer is in a grounded state. Further, the thickness of the first dielectric layer may be increased from the ion generating element toward the emission port. You may comprise the air purifying apparatus provided with the said ion generator.
  • an ion generator and an air purifier that are provided with an ion transport path that has high durability and can discharge high concentration ions into the indoor space.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an ion generating element according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an experimental system of an ion generator according to Example 1.
  • FIG. It is an ion current measurement result of the ion generator which concerns on Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the ion conveyance path which concerns on a comparative example.
  • It is an ion current measurement result of the ion generator which concerns on Example 2.
  • FIG. It is sectional drawing of the ion generator which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the ion conveyance path of the static elimination apparatus which concerns on a prior art.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an ion generator 10 showing one embodiment of the present invention.
  • the ion generator 10 includes an ion transport path 6 including an ion generator 1, a first voltage application device 2, a blower 3, a dielectric layer 4, and a metal layer 5, and a second voltage application device 7. .
  • FIG. 2 is an enlarged configuration diagram of the ion generating element 1 surrounded by a broken line in FIG. 1 as viewed from above.
  • the ion generating element 1 includes a discharge electrode 11 and a dielectric electrode 12 which is a counter electrode in order to cause corona discharge and generate at least one of positive ions and negative ions.
  • the discharge electrode 11 has a needle-like tip portion 11a.
  • the dielectric electrode 12 is formed of an annular metal plate and has a through hole with respect to the discharge electrode. This through-hole is an opening for discharging ions generated by corona discharge to the outside. In the present embodiment, there is one through hole, and the planar shape of the through hole is, for example, a circular shape.
  • the discharge electrode 11 and the induction electrode 12 are fixed by the support substrate 13 so that the distal end portion 11a of the discharge electrode 11 is disposed at substantially the center of the through hole of the induction electrode 12.
  • the needle-like tip portion 11 a of the discharge electrode 11 protrudes to the surface side of the support substrate 13, and the other end portion of the discharge electrode 11 is connected to the first voltage application device 2.
  • the ion generating element 1 is installed in a part of the ion transport path 6.
  • the first voltage application device 2 in FIG. 1 is connected to the discharge electrode 11 and the induction electrode 12 and applies a positive or negative voltage to each electrode in order to generate ions between the discharge electrode 11 and the induction electrode 12.
  • the blower unit 3 is configured by a fan or the like, sends ions generated by blowing air taken in from the air intake port, and discharges ions from the discharge port 8 into the space. The stronger the wind power and the wind speed of the blower unit 3, the more widely generated ions can be diffused farther and more widely. .
  • the ventilation part 3 does not need to depend on the specification of an apparatus.
  • the ion transport path 6 is configured such that the ion generating element 1 is installed on the wall surface, and the dielectric layer 4 is provided on the inner side and the metal layer 5 is provided on the outer side, except for the portion where the ion generating element 1 is attached. Further, the ion transport path 6 may have any shape as long as it has a hollow cylindrical shape, such as a substantially rectangular cross section, a substantially circular cross section, and a substantially semicircular cross section, and the blower unit 3 is provided in the vicinity of one of the openings. It has been.
  • the dielectric layer 4 is usually made of a resin such as polystyrene, polycarbonate, or acrylic, and constitutes the inner wall of the ion transport path 6.
  • a material having high conductivity, workability, and versatility is suitable. For example, copper, aluminum or the like is used, and is provided outside the derivative layer 4.
  • the second voltage application device 7 is connected to the metal layer 5 and applies a positive or negative voltage. Further, since it is dangerous that the metal layer 5 to which a voltage is applied is exposed outside the ion generator, it is preferable to provide the second dielectric layer further outside the metal layer 5.
  • the voltage value applied by the first voltage application device 2 and the second voltage application device 7 is appropriately set according to the specifications of the device, the installation environment, and the like. Further, the first voltage application device 2 and the second voltage application device 7 may be installed separately as shown in FIG. 1, or both may be controlled by one circuit.
  • a voltage is applied from the first voltage applying device 2 to the discharge electrode 11 and the dielectric electrode 12 of the ion generating element 1 to cause corona discharge.
  • a positive voltage is applied to the discharge electrode 11
  • positive ions are generated
  • a negative voltage is applied, negative ions are generated.
  • the generated ions are discharged into the inner space of the ion transport path 6 and flow toward the discharge port 8 by the blower 3.
  • the dielectric layer 4 is charged with the same polarity as the generated ions. Furthermore, when many ions contact the dielectric layer 4 over time, the dielectric layer 4 near the ion generating element 1 forms a higher potential on the inner surface than the voltage applied to the ion generating element 1. Therefore, the ions generated in the ion generating element 1 may be recovered by the ion generating element 1 due to the electric field distribution formed in the ion transport path 6.
  • the surface potential inside the dielectric layer 4 is lowered by applying a predetermined voltage to the metal layer 5 provided outside the dielectric layer 4 by the second voltage applying device 7.
  • ions recovered by the ion generating element 1 can be reduced.
  • ions can be efficiently removed from the discharge port 8. Can be released.
  • FIG. 3 shows a configuration diagram of an experimental system composed of the ion generator 1 and its ion generation amount measuring device 9 as seen from above.
  • the ion generator 10a for generating positive ions and the ion generation for generating negative ions are shown. Both positive and negative ions are generated simultaneously using the apparatus 10b.
  • the amount of ions generated is measured by the magnitude of the ion current flowing through the ion amount measuring device 9 arranged approximately 41 cm away from the discharge port 8 of the ion generator.
  • the dielectric layer 4 was used for the dielectric layer 4 and the thickness was 0.5 mm.
  • a DC voltage of 5 kV is applied to the discharge electrode 11
  • a pulse voltage of 5 to 0 kV having a duty ratio of 5% of discharge time is applied to the induction electrode 12 to generate negative ions.
  • a voltage having a polarity opposite to that of the ion generator 10a was applied to each electrode.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the metal layer 5 and the ion current measured at that time.
  • the vertical axis represents the normalized ion current
  • the horizontal axis represents the applied voltage (kV) to the metal layer 5.
  • the solid line shows the experimental results when positive ions are generated
  • the broken line shows the experimental results when negative ions are generated.
  • the experimental results for negative ions are displayed with the horizontal axis polarity reversed. For example, when negative ions are generated and an experiment is performed by applying ⁇ 1.5 kV to the metal layer 5, the experimental results are indicated at 1.5 kV with the polarity reversed on the graph of FIG. 4. . Similarly, when 2.0 kV is applied to the metal layer 5 when generating negative ions, the experimental result is indicated at ⁇ 2.0 kV on the graph of FIG. 4.
  • FIG. 4 shows that the same tendency is observed when positive ions are generated and when negative ions are generated. Furthermore, positive ions are efficiently released when the voltage applied to the metal layer 5 is in the range of ⁇ 0.8 to 0.4 kV, and negative ions are efficient in the range of ⁇ 0.6 to 0.6 kV. It can be seen that the ions are well released. From these, it can be seen that it is better to adjust the voltage applied to the metal layer 5 in order to efficiently release ions to the space.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the ion transport path used in the experiment, in which (A) the ion transport path of the present invention, (B) the ion transport path constituted only by the dielectric layer 4b, and (C) the ion transport path.
  • the ion transport path is formed of the metal layer 5c on the inside and the dielectric layer 4c on the outside.
  • the experimental conditions in each ion transport path were the same as the experimental conditions performed in Example 1, and were performed using the experimental system shown in FIG.
  • the voltage applied to the ion generating element 1 to generate positive ions and negative ions is also the same condition.
  • the discharge electrode 11 has a DC voltage of 5 kV and the induction electrode 12 has a duty ratio of discharge time.
  • a voltage having a polarity opposite to that of the ion generator 10a was applied to each electrode.
  • FIG. 6 shows the measurement results of the ion generation amount in each of the ion transport paths (A) to (C).
  • the value of the ion current in the negative ions is displayed with the polarity reversed.
  • the thickness of the dielectric layer 4 was set to 0.5 mm as in Example 1, and the ion generator 10a for positive ions and the ion generator 10b for negative ions were used.
  • a voltage of 0 kV was applied to the metal layer 5.
  • an ion current of 7.4 nA for positive ions and -7.4 nA for negative ions was obtained.
  • the ions generated in the ion generating element 1 are collected by the ion generating element 1 having a lower potential than the dielectric layer 4b.
  • the metal layer 5 is provided outside the dielectric layer 4 having a high potential, and a low voltage is applied to the metal layer 5 by the second voltage applying device 7. Since the potential of the inner surface can be lowered, it can be prevented from being collected by the ion generating element 1. The same applies when negative ions are generated. For this reason, it is considered that the amount of ion generation in the ion transport path (A) was measured more than the ion transport path (B).
  • the positive ion generator 10a applies a voltage of 3.9 kV to the metal layer 5c inside the ion transport path, while the negative ion generator 10b has a reverse polarity of ⁇ 3.
  • a voltage of 9 kV was applied.
  • the voltage applied to the metal layer 5c was adjusted so that ions were generated efficiently.
  • an ion current of 7.1 nA for positive ions and -7.5 nA for negative ions was obtained.
  • a result comparable to the generation amount of positive and negative ions obtained in the experiment of (A) could be obtained.
  • the ion transport path of (C) is different from the ion transport path of (A) according to the present invention, and the inside of the ion transport path is made of the metal layer 5c, so that it is oxidized by hydroxyl radicals and ozone generated together with ions, It will rust. Since hydroxyl radicals and ozone have strong oxidizing power, they react with metals and oxidize metals. Therefore, there is a problem that the ion transport path (C) has lower durability than the ion transport path (A).
  • the ion transport path (C) directly applies a voltage to the inner metal layer 5c, the ion generating element 1 is detached due to a strong impact or the like, and the electrode of the metal layer 5c and the ion generating element 1 comes into contact with each other. May cause a malfunction.
  • the ion transport path of (A) has a high safety design because the inner side of the metal layer 5 is covered with the dielectric layer 4, so that there is no danger as described above.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the metal layer 5 and the ion current measured at that time when the thickness of the dielectric layer 4 is (a) to (c).
  • the vertical axis represents the normalized ion current
  • the horizontal axis represents the applied voltage (kV) to the metal layer 5.
  • the solid line shows the experimental results when positive ions are generated
  • the broken line shows the experimental results when negative ions are generated.
  • the experimental results for negative ions are displayed with the polarities on the horizontal axis reversed as in FIG. 4 so that both experimental results can be displayed simultaneously and compared.
  • an appropriate voltage applied to the metal layer 5 is (a) 1.0 kV when the dielectric layer 4 is 0.1 mm, and (b) dielectric. 0 kV when the layer 4 is 0.5 mm, and (c) ⁇ 0.8 kV when the dielectric layer 4 is 2 mm.
  • the appropriate voltage applied to the metal layer 5 is (a) dielectric When the layer 4 is 0.1 mm, ⁇ 1.0 kV, (b) 0 kV when the dielectric layer 4 is 0.5 mm, and (c) 0.9 kV when the dielectric layer 4 is 2 mm.
  • an appropriate voltage applied to the metal layer 5 varies depending on the thickness of the dielectric layer 4. For example, when the dielectric layer 4 is thin, the voltage of the metal layer 5 tends to affect the potential of the inner surface of the dielectric layer 4, so that a voltage close to the potential desired to be formed on the inner surface of the dielectric layer 4 is applied. It may be applied to. Further, when the dielectric layer 4 is thick, the voltage of the metal layer 5 is less likely to affect the dielectric layer 4, so a voltage having a large difference from the potential to be formed on the inner surface of the dielectric layer 4 is applied to the metal layer 5. Must.
  • the experimental results show that when the thickness of the dielectric layer 4 is 0.5 mm, ions are efficiently released when the voltage applied to the metal layer 5 is approximately 0 kV. At this time, the metal layer 5 may be grounded, so that the power consumption can be reduced to zero. Further, since the second voltage application device 7 is not necessary, the number of parts can be reduced.
  • Embodiment 2 which is an ion conveyance path 6 structure different from the ion generator 10 shown in the said Embodiment 1 is demonstrated using FIG.
  • the thickness of the dielectric layer 4 increases as it approaches the emission port 8.
  • the inner surface of the dielectric layer 4 near the ion generating element 1 has a high potential, and the vicinity of the emission port 8 is near.
  • the inner surface of the dielectric layer 4 has a low potential. Since the potential state of the inner surface of the dielectric layer 4 at this time has a strong gradient, it is considered that ions can be more efficiently released by adjusting the gradient.
  • the potential inside the ion transport path is uniform, and thus the generated ions are directed toward the discharge port 8. There is no effect to send to.
  • the dielectric layer 4 is adjusted accordingly.
  • the voltage gradient on the inner surface of the also changes. Since the potential of the surface of the dielectric layer 4 in the vicinity of the ion generating element 1 is high, the thickness of the dielectric layer 4 is reduced to easily influence the voltage applied to the metal layer 5. Since the potential of the surface of the dielectric layer 4 in the vicinity of the emission port 8 is low, the thickness of the dielectric layer 4 is increased so that the influence of the voltage applied to the metal layer 5 is less affected. As a result, the potential gradient on the surface of the dielectric layer 4 becomes gentler than before the voltage is applied to the metal layer 5, and ions can be efficiently released to the external space.
  • the shapes and applied voltages of the discharge electrode 11 and the induction electrode 12 used in the embodiment of the present invention are set according to the distance between the electrodes, the amount of ions to be generated, and the like. Accordingly, an appropriate applied voltage is also set for the metal layer 5.
  • the ventilation part 3 was used as a sending means, the effect by the ventilation part 3 is for diffusing ion to a wider range, and the structure without the ventilation part 3 may be sufficient according to the objective.
  • Air purifiers here are air conditioners, dehumidifiers, humidifiers, air purifiers, fan heaters, etc., mainly in the interior of a house, a room in a building, a hospital room, a car cabin. It is a device that is used to adjust the air in an airplane cabin, a ship cabin, and the like.

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Abstract

　安全性が高く、室内空間に高濃度のイオンを放出することができるイオン搬送路を備えたイオン発生装置及び空気清浄装置を実現する。　イオンを発生させるイオン発生素子（１）と、イオン発生素子（１）を壁面に有し、発生したイオンを放出口（８）から放出するイオン搬送路（６）とを備えたイオン発生装置（１０）において、イオン搬送路（６）は、内側に第１の誘電体層（４）、該誘電体層の外側に金属層（５）を有し、第１の誘電体層（４）の厚さに応じて、金属層（５）に所定の電圧を印加することを特徴とする。

Description

イオン発生装置及び空気清浄装置
　本発明は、正イオン又は負イオンを発生させるイオン発生装置及びこれを用いた空気清浄装置に関する。
　近年、コロナ放電により正イオンあるいは負イオンを発生させるイオン発生装置が、空気清浄装置などに多く搭載され、実用化されている。イオン発生装置には大きく別けると２種類あり、負イオンだけを発生させるものと、正イオン及び負イオンを発生させるものがある。前者のイオン発生装置は、リラックス効果を生むことができ、後者のイオン発生装置は、空気中に浮遊するカビ菌やウィルスの分解、ニオイの除去、集塵等などの効果を生むことができる。
　そして、上記の効果を促進するためには、空間内へ放出させるイオンの量を増加させれば良い。しかしながら、コロナ放電によって発生させたイオンは、イオン発生装置のイオン搬送路内面に接触し、イオン搬送路内面に留まってしまうため、空間内に放出するイオン量が減少するという課題があった。
　この課題を解決するために、特許文献１には図９のように、絶縁されている外側のダクト８１及び導電性を有する内側のダクト８２からなる搬送路８３を備え、内側のダクト８２にイオンと同極性の直流電圧を印加する除電装置が開示されている。この装置によれば、内側のダクト８２とイオンとの間に電気的な反発力を生じさせ、イオンが搬送路８３の内側に接触することを防止することができ、搬送路８３を通過するイオンの減少を抑制することが可能となる。
特開２００８―９１１４５号公報（平成２０年４月１７日公開）
　しかしながら、特許文献１に示された除電装置の搬送路８３は、導電性を有する内側のダクト８２が酸化し、錆びてしまうという問題がある。なぜならば、コロナ放電等でイオンを発生させる場合、同時にヒドロキシルラジカルやオゾンといった活性種も発生することが知られている。これらの活性種は強い酸化力を持っているため、導電性を有する内側のダクト８２を酸化させるからである。さらに、搬送路８３の内側のダクト８２には、全体的に同じ電圧が印加されているため、電位勾配が形成されず、効率良く放出方向へイオンを導くことは出来ないといった課題も存在した。
　そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、耐久性が高く、コロナ放電により発生されたイオンが効率良く空間内へ高濃度のイオンを放出することができるイオン搬送路を備えたイオン発生装置及び空気清浄装置を実現することにある。
　本発明に係るイオン発生装置は、イオンを発生させるイオン発生素子と、イオン発生素子を壁面に有し、発生したイオンを放出口から放出するイオン搬送路とを備えたイオン発生装置において、イオン搬送路は、内側に第１の誘電体層、該誘電体層の外側に金属層を有し、第１の誘電体層の厚さに応じて、金属層に所定の電圧を印加することを特徴とする。
　また、イオン搬送路は、金属層の外側に第２の誘電体層を有しても良い。また、第１の誘電体層は、金属層を接地状態としたときに、イオン発生量が最大値近傍になるように、厚さ設定されても良い。また、第１の誘電体層の厚さは、イオン発生素子から放出口方向に、厚くなっても良い。前記イオン発生装置を備えた空気清浄装置を構成しても良い。
　本発明によれば、耐久性が高く、室内空間に高濃度のイオンを放出することができるイオン搬送路を備えたイオン発生装置及び空気清浄装置を実現することができる。
実施形態１に係るイオン発生装置の断面図である。 実施形態１に係るイオン発生素子の構成図である。 実施例１に係るイオン発生装置の実験系の構成図である。 実施例１に係るイオン発生装置のイオン電流測定結果である。 比較例に係るイオン搬送路の断面図である。 比較例に係るイオン発生装置のイオン電流測定結果である。 実施例２に係るイオン発生装置のイオン電流測定結果である。 実施形態２に係るイオン発生装置の断面図である。 従来技術に係る除電装置のイオン搬送路を示す断面図である。
　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。
　＜実施形態１＞
　図１は、本発明の一つの実施形態を示すイオン発生装置１０の断面図である。イオン発生装置１０は、イオン発生素子１、第１の電圧印加装置２、送風部３、誘電体層４及び金属層５から構成されるイオン搬送路６と、第２の電圧印加装置７を備える。
　図２は、図１において破線で囲まれたイオン発生素子１を上方から見た拡大構成図である。イオン発生素子１は、コロナ放電を起こし、正イオン、及び負イオンの少なくともいずれかを生じさせるために、放電電極１１及び対向電極である誘電電極１２により構成されている。放電電極１１は、針状の先端部１１ａを有している。誘電電極１２は、環状の金属板より形成され、かつ放電電極に対して貫通孔を有している。この貫通孔は、コロナ放電により発生するイオンを外部へ放出するための開口部である。本実施形態では、貫通孔は１つであり、貫通孔の平面形状は例えば円形状である。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及び誘導電極１２を支持基板１３で固定する。放電電極１１の針状の先端部１１ａは、支持基板１３の表面側に突き出しており、放電電極１１の他端部は、第１の電圧印加装置２に接続されている。この状態で、イオン発生素子１は、イオン搬送路６の一部に設置されている。
　図１の第１の電圧印加装置２は、放電電極１１及び誘導電極１２に接続され、放電電極１１及び誘導電極１２間でイオンを発生させるために、各々の電極に正または負の電圧を印加する。送風部３は、ファン等によって構成され、空気取り入れ口から取り込まれた空気を送風することで発生したイオンを送り、放出口８から空間にイオンを放出する。送風部３の風力、及び風速は、強いほど発生したイオンをより遠くに、また広く拡散させることができるが、風力が強いとファンの運転音も大きくなるため、装置の仕様により、適宜設定する。また、送風部３は、装置の仕様によってはなくても良い。
　イオン搬送路６は、その壁面にイオン発生素子１が設置されており、イオン発生素子１が取りつけられている部分を除いて、内側に誘電体層４、外側に金属層５という構成である。またイオン搬送路６は、断面略矩形、断面略円形、断面略半円形など、内部が空洞である筒形状であれば、何れの形状でもよく、その片方の開口部近傍に送風部３が設けられている。
　誘電体層４は、通常、主にポリスチレン、ポリカーボネート、アクリルなどの樹脂等が用いられ、イオン搬送路６の内壁を構成する。金属層５は、導電性、加工性、汎用性の高いものが適しており、例えば銅、アルミニウムなどが用いられ、誘導体層４の外側に設けられる。第２の電圧印加装置７は、金属層５に接続され、正または負の電圧を印加する。また、電圧が印加されている金属層５が、イオン発生装置の外側にむき出しになっているのは危険であるため、金属層５のさらに外側に第２の誘電体層を設けるほうが好ましい。
　第１の電圧印加装置２、及び第２の電圧印加装置７により印加する電圧値は、装置の仕様、設置環境等により適宜設定する。また、第１の電圧印加装置２、及び第２の電圧印加装置７は、図１に示したように別々に設置しても良いし、一つの回路で双方を制御できるようにしても良い。
　次に、上記のイオン発生装置１０によって空間へイオンを放出するまでについて説明する。イオン発生素子１の放電電極１１及び誘電電極１２に、第１の電圧印加装置２より電圧を印加し、コロナ放電を生じさせる。ここで、放電電極１１に正電圧を印加すると正イオンが発生し、負電圧を印加すると負イオンが発生する。発生したイオンは、イオン搬送路６の内空間に放出され、送風部３により放出口８の方向へ流される。
　しかし、一部のイオンはイオン搬送路６の誘電体層４に接触してしまうので、誘電体層４は、発生しているイオンと同極性に帯電してしまう。さらに、経時的に多くのイオンが誘電体層４に接触すると、イオン発生素子１近辺の誘電体層４は、イオン発生素子１に印加されている電圧よりも高い電位を内側表面に形成してしまうため、イオン発生素子１で発生したイオンは、イオン搬送路６内に形成される電界分布によってイオン発生素子１に回収されてしまうことも起こりうる。
　そこで、誘電体層４の外側に設けられている金属層５に第２の電圧印加装置７により所定の電圧を印加することで、誘電体層４の内側の表面電位を低下させる。これによって、イオン発生素子１に回収されるイオンを減少させることができる。さらに、イオン発生素子１に回収されるイオン及び誘電体層４に接触するイオンの割合が少なくなるように、金属層５に印加する電圧を調整することで、効率良くイオンを放出口８から空間に放出することができる。
　上記の実施形態１と同様のイオン発生装置を用いて、金属層５に印加する電圧と放出されるイオン量の関係を調べる実験を行った。図３は、イオン発生装置１とそのイオン発生量測定器９からなる実験系を上から見た構成図を示しており、正イオンを発生させるイオン発生装置１０ａと、負イオンを発生させるイオン発生装置１０ｂを用いて、同時に正負両イオンを発生させる。発生したイオン量は、イオン発生装置の放出口８から約４１ｃｍ離して配置したイオン量測定器９に流れるイオン電流の大きさにより測定される。
　実験では、誘電体層４にポリカーボネートを使用し、厚さを０．５ｍｍとした。正イオンを発生させるイオン発生装置１０ａでは、放電電極１１に５ｋＶの直流電圧、誘導電極１２に放電時間のＤｕｔｙ比が５％である５～０ｋＶのパルス電圧を印加し、負イオンを発生させるイオン発生装置１０ｂでは、イオン発生装置１０ａと逆極性の電圧を各電極に印加した。
　図４は、金属層５へ印加する電圧とそのときに測定されたイオン電流の関係図である。縦軸は、規格化したイオン電流を、横軸は、金属層５への印加電圧（ｋＶ）を示す。実線は正イオン、破線は負イオンを発生させたときの実験結果である。ただし、両方の実験結果を同時に表示し、比較しやすいように、負イオンにおける実験結果は、横軸の極性を逆にして表示している。例えば、負のイオンを発生させるときに、金属層５に－１．５ｋＶを印加して実験を行った場合、図４のグラフ上では極性を逆にした１．５ｋＶのところへ実験結果を記す。同様に、負のイオンを発生させるときに、金属層５に２．０ｋＶを印加した場合、図４のグラフ上では－２．０ｋＶのところへ実験結果を記す。
　図４より、正イオンを発生させた場合と負イオンを発生させた場合ではほぼ同傾向であることがわかる。さらに、正イオンは、金属層５に印加する電圧が－０．８～０．４ｋＶの範囲で効率良くイオンが放出されており、負イオンは、－０．６～０．６ｋＶの範囲で効率良くイオンが放出されていることがわかる。これらより、イオンを空間へ効率よく放出するためには、金属層５に印加する電圧を調整した方が良いことがわかる。
　　＜比較例＞
　次に、実施例１のイオン発生装置とイオン搬送路の構成を変化させた比較例とを用いて、イオンの発生量を測定した結果について説明する。図５は、実験で用いたイオン搬送路の断面図であり、（Ａ）本発明のイオン搬送路、（Ｂ）誘電体層４ｂのみにより構成されるイオン搬送路、及び（Ｃ）イオン搬送路の内側が金属層５ｃ、外側が誘電体層４ｃで構成されるイオン搬送路である。それぞれのイオン搬送路での実験条件は実施例１で行った実験条件と等しく、図３に示す実験系を用いて行った。正イオン及び負イオンを発生させるためにイオン発生素子１に印加する電圧も同条件であり、正イオンを発生させる場合、放電電極１１に５ｋＶの直流電圧、誘導電極１２に放電時間のＤｕｔｙ比が５％である５～０ｋＶのパルス電圧を印加し、負イオンを発生させる場合、イオン発生装置１０ａと逆極性の電圧を各電極に印加した。
　図６は、（Ａ）～（Ｃ）の各イオン搬送路におけるイオン発生量の測定結果である。ただし、正負両イオンの実験結果を同時に表示するために、負イオンにおけるイオン電流の値は極性を逆にして表示している。本発明のイオン搬送路を用いた（Ａ）の実験においては、実施例１と同じく誘電体層４の厚さを０．５ｍｍとし、正イオン用イオン発生装置１０ａ及び負イオン用イオン発生装置１０ｂの金属層５に０ｋＶの電圧を印加した。その結果、正イオンは７．４ｎＡ、負イオンは－７．４ｎＡのイオン電流が得られた。
　この実験に対して、（Ｂ）の実験においては、正イオンは４．６ｎＡ、負イオンは－４．４ｎＡのイオン電流が得られた。（Ｂ）の結果が（Ａ）よりも悪い結果になった原因は以下が考えられる。正イオンを発生する場合を考えると、（Ｂ）の場合、発生した一部の正イオンは、イオン搬送路の誘電体層４ｂの内側表面に接触し、発生している正イオンと同極性に誘電体層４ｂを帯電させる。さらに、経時的に多くの正イオンが誘電体層４ｂに接触すると、イオン発生素子１近辺の誘電体層４ｂは、イオン発生素子１に印加される電圧よりも高い電位を内側表面に形成してしまい、その結果、イオン発生素子１で発生したイオンは、誘電体層４ｂよりも低電位のイオン発生素子１に回収されてしまう。このようにして空間に放出されるイオン量が少なくなったと考えられる。それに対して、（Ａ）は高い電位を持つ誘電体層４の外側に金属層５を設け、第２の電圧印加装置７により金属層５に低い電圧を印加することで、誘電体層４の内側表面の電位を下げることができるため、イオン発生素子１に回収されることを防ぐことができる。負イオンを発生する場合も同様である。そのため、（Ｂ）のイオン搬送路よりも（Ａ）のイオン搬送路におけるイオン発生量が多く計測されたと考えられる。
　また、（Ｃ）の実験において、正イオン用イオン発生装置１０ａではイオン搬送路内側の金属層５ｃに３．９ｋＶの電圧を印加し、負イオン用イオン発生装置１０ｂでは、逆極性の－３．９ｋＶの電圧を印加した。金属層５ｃへの印加電圧は、効率よくイオンが発生するように調整した。その結果、正イオンは７．１ｎＡ、負イオンは－７．５ｎＡのイオン電流が得られた。これは、（Ａ）の実験で得られた正負イオンの発生量と同程度の結果を得ることができた。しかし、（Ｃ）のイオン搬送路は、本発明である（Ａ）のイオン搬送路と異なり、イオン搬送路の内側が金属層５ｃからなるため、イオンとともに発生するヒドロキシルラジカルやオゾンにより酸化され、錆びてしまう。ヒドロキシルラジカルやオゾンは強い酸化力を有するため、金属と反応し、金属を酸化させる。そのため、（Ｃ）のイオン搬送路は、（Ａ）のイオン搬送路より耐久性が低いという課題がある。また、（Ｃ）のイオン搬送路は内側の金属層５ｃに直接電圧を印加するため、強い衝撃等により、イオン発生素子１が外れ、金属層５ｃとイオン発生素子１の電極が接触し、ショートを起こし、故障してしまう可能性もある。（Ａ）のイオン搬送路は、金属層５の内側を誘電体層４で覆っているため、上記のような危険性がなく、安全性の高い設計になっている
　次に、イオン発生装置１における誘電体層４の厚さと金属層５に印加する適切な電圧の関係を調べるために、実施例１と同様の図３に示す実験系を用いて、実験を行った。誘電体層４の厚さを（ａ）０．１ｍｍ、（ｂ）０．５ｍｍ、（ｃ）２ｍｍとした３つの場合について、金属層５に印加する電圧と放出されるイオン量の関係を測定し、それぞれの結果から効率よくイオンが発生する金属層５への印加電圧を調べた。実験条件は実施例１で行った実験条件と等しく、正イオン及び負イオンを発生させるためにイオン発生素子１に印加する電圧も同条件である。
　図７は、誘電体層４の厚さが前記（ａ）～（ｃ）の場合に、金属層５へ印加する電圧とそのときに測定されたイオン電流の関係図である。縦軸は規格化したイオン電流を、横軸は金属層５への印加電圧（ｋＶ）を示す。実線は正イオン、破線は負イオンを発生させたときの実験結果である。ただし、両方の実験結果を同時に表示し、比較しやすいように、負イオンにおける実験結果は、図４と同様に横軸の極性を逆にして表示している。
　図７（ａ）～（ｃ）より、正イオン発生時において、適切な金属層５への印加電圧は、（ａ）誘電体層４が０．１ｍｍのとき１．０ｋＶ、（ｂ）誘電体層４が０．５ｍｍのとき０ｋＶ、（ｃ）誘電体層４が２ｍｍのとき－０．８ｋＶであり、負イオン発生時において、適切な金属層５への印加電圧は、（ａ）誘電体層４が０．１ｍｍのとき－１．０ｋＶ、（ｂ）誘電体層４が０．５ｍｍのとき０ｋＶ、（ｃ）誘電体層４が２ｍｍのとき０．９ｋＶである。
　これらの結果から、誘電体層４の厚さによって、金属層５に印加する適切な電圧の大きさが変化することがわかる。例えば、誘電体層４が薄い場合、金属層５の電圧が誘電体層４の内側表面の電位に影響を与えやすいため、誘電体層４の内側表面に形成したい電位に近い電圧を金属層５に印加すれば良い。また、誘電体層４が厚い場合、金属層５の電圧が誘電体層４に影響を与えにくくなるため、誘電体層４の内側表面に形成したい電位と差の大きい電圧を金属層５に印加しなければならない。
　さらに、実験結果より誘電体層４の厚さが０．５ｍｍのとき、金属層５に印加する電圧をほぼ０ｋＶにすると、イオンが効率よく放出されていることがわかる。このとき、金属層５は接地状態にすれば良いので、消費電力を０にすることができ、さらに、第２の電圧印加装置７は必要ないので、部品の削減にもなる。
　＜実施形態２＞
　次に、前記実施形態１に示したイオン発生装置１０と異なるイオン搬送路６構成である実施形態２について、図８を用いて説明する。図８では誘電体層４の厚さが、放出口８に近付くにつれ、厚くなる。このように構成することで、誘電体層４の内側表面にかかる電圧の勾配を調整することができるようになるため、イオン発生素子１で発生したイオンを放出口８の方向へ送りやすくなる。
　例えば、実施形態１のイオン搬送路６では、誘電体層４の厚さがほぼ均一であるため、イオン発生素子１近辺の誘電体層４の内側表面は高い電位を持ち、放出口８近辺の誘電体層４の内側表面は低い電位を持つ。このときの誘電体層４の内側表面の電位状態は勾配がきついため、勾配を調整すればより効率よくイオンを放出することが可能になると考えられる。また、比較例で示した（Ａ）イオン搬送路の内側が金属層５ａで構成されるイオン搬送路では、イオン搬送路の内側の電位は均一であるため、発生したイオンを放出口８の方向へ送る効果は生じない。
　しかし、図８のように誘電体層４の厚さを変化させることで、外側の金属層５に印加された電圧が誘電体層４に与える影響が変化するため、それに合わせて誘電体層４の内側表面の電圧勾配も変化する。イオン発生素子１近辺の誘電体層４表面の電位は高いため、誘電体層４の厚さを薄くし、金属層５に印加する電圧の影響を与えやすくする。放出口８近辺の誘電体層４表面の電位は低いため、誘電体層４の厚さを厚くし、金属層５に印加する電圧の影響を与えにくくする。この結果、金属層５に電圧を印加する前よりも誘電体層４表面の電位勾配を緩やかになり、効率良くイオンを外部空間へ放出することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　例えば、本発明の実施例で用いた放電電極１１及び誘導電極１２の形状及び印加電圧は、電極間の距離、発生させたいイオン量等に応じて設定される。それに応じて金属層５に適切な印加電圧も設定される。また、送出手段として送風部３を用いたが、送風部３による効果は、イオンをより広い範囲に拡散させるためであり、目的に応じては送風部３がない構成でも良い。
　また、本発明に係るイオン発生装置は、空気清浄装置に搭載することが可能である。なお、ここでいう空気清浄装置は、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、ファンヒ－タ等であり、主として、家屋の室内、ビルの一室、病院の病室、自動車の車室内、飛行機の機内、船の船室内等の空気を調整すべく用いられる装置である。
　１　イオン発生素子
　２　第１の電圧印加装置
　３　送風部
　４、４ａ、４ｂ　誘電体層
　５、５ａ　金属層
　６　イオン搬送路
　７　第２の電圧印加装置
　８　放出口
　９　イオン量測定器
　１０、１０ａ、１０ｂ　イオン発生装置
　１１　放電電極
　１２　誘電電極
　１３　支持基板
　８１　外側のダクト
　８２　内側のダクト
　８３　搬送路

Claims (5)

  1. 　イオンを発生させるイオン発生素子と、
    前記イオン発生素子を壁面に有し、発生したイオンを放出口から放出するイオン搬送路とを備えたイオン発生装置において、
    前記イオン搬送路は、内側に第１の誘電体層、該誘電体層の外側に金属層を有し、
    前記第１の誘電体層の厚さに応じて、前記金属層に所定の電圧を印加することを特徴とするイオン発生装置。
  2. 　前記イオン搬送路は、前記金属層の外側に第２の誘電体層を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
  3. 　前記第１の誘電体層は、前記金属層を接地状態としたときに、イオン発生量が最大値近傍になるように、厚さ設定されたことを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
  4. 　前記第１の誘電体層の厚さは、前記イオン発生素子から前記放出口方向に、厚くなることを特徴とする請求項１に記載のイオン発生装置。
  5. 　請求項１～４のいずれかに記載のイオン発生装置を備えることを特徴とする空気清浄装置。
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