WO2017090086A1 - 放電デバイス及びこれを備えた空気調和装置 - Google Patents

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electrode
discharge
power supply
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あゆみ 斎木
草太 小前
古橋　拓也
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a discharge device that discharges to clean air, and an air conditioner including the discharge device.
  • the electric discharge type air cleaning device of the prior art includes a charging unit that applies a charge to particles such as dust, and a dust collection unit that collects the particles to which the charge is applied.
  • the charging unit includes a high voltage electrode and a ground electrode that face each other. The high voltage electrode discharges when a high voltage is applied, and the ground electrode is grounded.
  • the dust collecting part similarly includes a high voltage electrode and a ground electrode.
  • the entire device is reduced in weight by forming each electrode using a conductive resin.
  • the actual voltage may not follow the voltage control due to the resistance value.
  • the electric field strength between the high voltage electrode and the ground electrode is insufficient and the dust collection performance is deteriorated.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and a discharge device capable of removing charges accumulated in an electrode and resetting a voltage necessary for discharge, and an air conditioner including the discharge device The purpose is to provide.
  • a discharge device includes a discharge electrode for generating discharge, a counter electrode that is disposed to face the discharge electrode, and is formed of a conductive resin having a volume resistivity of 10 7 ⁇ ⁇ cm or less, A high-voltage power supply that applies an output voltage between the discharge electrode and the counter electrode, and a function that controls the output voltage of the high-voltage power supply, and a discharge is generated between the discharge electrode and the counter electrode by the high-voltage power supply. And a control means for executing a discharge mode and a voltage reduction mode for temporarily reducing the output voltage of the high-voltage power supply to a voltage that does not cause a discharge between the discharge electrode and the counter electrode.
  • Embodiment 1 of this invention It is sectional drawing which shows the indoor unit of the air conditioning apparatus by Embodiment 1 of this invention. It is a disassembled perspective view which shows the discharge device by Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram which shows the structural example of a discharge device. It is a block diagram of the control part by Embodiment 1 of this invention. In Embodiment 1 of this invention, it is a characteristic diagram which shows an example of mode switching control.
  • Embodiment 1 FIG.
  • common elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an indoor unit of an air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the air conditioner includes an indoor unit 1 that is disposed indoors and performs air conditioning, and an outdoor unit (not shown) that is disposed outdoors and performs heat exchange with the indoor unit 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which the indoor unit 1 is broken along a plane perpendicular to the rotation axis of the blower fan 5.
  • the indoor unit 1 includes an air inlet port 2, an air outlet port 3, a heat exchanger 4, a blower fan 5, a left and right wind direction plate 6, a vertical wind direction plate 7, a front panel 8, a discharge device 9 and the like. I have.
  • the heat exchanger 4, the blower fan 5, and the discharge device 9 are accommodated in a housing 1 ⁇ / b> A that constitutes the outline of the indoor unit 1.
  • the air suction port 2 is an opening for sucking indoor air into the housing 1A, and is disposed, for example, on the upper side of the housing 1A.
  • the air outlet 3 is an opening for blowing air from the housing 1A into the room, and is disposed, for example, on the lower side of the housing 1A.
  • the heat exchanger 4 cools and heats the air sucked from the air suction port 2.
  • the blower fan 5 sucks air from the air inlet 2 and blows air that has passed through the heat exchanger 4 toward the air outlet 3.
  • the left and right wind direction plates 6 are disposed at the air outlet 3 and adjust the direction of the air blown from the air outlet 3 (blow angle) to the left and right direction of the indoor unit 1.
  • the vertical wind direction plate 7 adjusts the air blowing angle in the vertical direction of the indoor unit 1.
  • the left-right direction of the indoor unit 1 is a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, and the up-down direction of the indoor unit 1 is the up-down direction of FIG.
  • the up-and-down wind direction board 7 is arrange
  • the front panel 8 constitutes the front portion of the housing 1A.
  • the discharge device 9 collects particles such as dust contained in the air by electrostatic force, and cleans the air.
  • the discharge device 9 is disposed on the upstream side (windward side) of the heat exchanger 4 in the flow of air flowing from the air inlet 2 toward the air outlet 3.
  • the discharge device of the present invention is not necessarily limited to an apparatus that collects particles such as dust, but includes various discharge-type air cleaning devices that discharge into the air in order to clean the air.
  • the discharge device decomposes and inactivates contaminants such as particles floating in the air, smoke, pollen, viruses, molds, fungi, allergens, odorous substances, ions, radicals, etc. by discharge. It may be a device.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the discharge device according to the first embodiment of the present invention.
  • the X-axis direction corresponds to the left-right direction of the indoor unit 1
  • the Y-axis direction corresponds to the front-rear direction of the indoor unit 1 (left-right direction in FIG. 1).
  • the upper side in the Z-axis direction corresponds to the upwind direction of the air flowing inside the indoor unit 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the discharge device. This figure is intended to schematically show the arrangement and connection of the electrodes of the discharge device 9. Therefore, in FIG. 3, illustration of some components is abbreviate
  • the discharge device 9 includes an upper frame 10, a lower frame 11, a discharge electrode 12, a spring 13, a power supply unit 14, electrode support units 15 and 16, a counter electrode 17, a dust collection unit 18, A control unit 30, a high voltage power supply 40, and the like are provided.
  • the upper frame 10 constitutes a portion of the discharge device 9 that is disposed on the most windward side.
  • the lower frame 11 constitutes a portion of the discharge device 9 that is disposed on the most leeward side.
  • These frames 10 and 11 are, for example, entirely formed of a resin material, and extend parallel to the X-axis direction while facing each other in the Z-axis direction.
  • the upper frame 10 is formed with a plurality of openings for taking outside air into the discharge device 9. Each opening is separated in a grid pattern so that a human finger or the like does not enter the discharge device 9 from the opening.
  • a plurality of openings are arranged side by side on the upper surface of the upper frame 10, for example, in the X-axis direction (width direction) and the Y-axis direction (front-rear direction).
  • the lower frame 11 is formed with a plurality of openings arranged in a lattice pattern.
  • the discharge electrode 12 is formed, for example, by folding an intermediate portion of a long metal plate about 1 to 4 times, and extends in the X-axis direction.
  • FIG. 2 illustrates the U-shaped discharge electrode 12 formed by turning the metal plate once. Ring-shaped terminals are respectively attached to both ends of the discharge electrode 12.
  • a metal material such as tungsten, copper, nickel, stainless steel, zinc, iron, molybdenum, or an alloy containing these metal materials as a main component.
  • the discharge electrode 12 may be formed by plating a noble metal such as silver, gold, or platinum on the surface of the metal material, or generating a carbon (graphite) layer, an oxide film, or the like.
  • the cross-sectional shape of the discharge electrode 12 is formed, for example, in a flat rectangular shape having a long side and a short side.
  • the length of the long side in this cross-sectional shape is, for example, about 0.1 to 1.0 mm, and the length of the short side is, for example, about 0.01 to 0.1 mm.
  • the spring 13 is a member for applying tension to the discharge electrode 12 and is formed of a metal material.
  • the spring 13 is connected to terminals on both sides of the discharge electrode 12.
  • the discharge electrode 12 is attached to the power supply unit 14 while being pulled in the longitudinal direction by the spring 13, and is electrically connected to the power supply unit 14.
  • the power feeding unit 14 is a member for applying a voltage output from the high voltage power supply 40 to the discharge electrode 12 and the high voltage electrode 19 and is made of a conductive material such as metal.
  • the discharge electrode 12 and the high voltage electrode 19 may be connected to different power supply members, and the voltage applied to the discharge electrode 12 and the high voltage electrode 19 may be individually controlled.
  • the electrode support portions 15 and 16 support the discharge electrode 12 inside the discharge device 9, and are entirely formed of a resin material, for example.
  • the electrode support portion 15 is attached to one end side in the length direction (X-axis direction) of the lower frame 11.
  • the electrode support part 16 is attached to the other end side of the length direction of the upper frame 10, for example. In this state, the electrode support portions 15 and 16 are configured to support both end sides of the discharge electrode 12.
  • the electrode support portions 15 and 16 include a member for supporting the discharge electrode 12 in a folded state, a member for holding the discharge electrode 12 in an appropriate position, and the like.
  • the counter electrode 17 is an electrode that makes a pair with the discharge electrode 12, and is formed in a long and thin flat plate shape with a conductive resin, for example.
  • the counter electrode 17 includes, for example, three electrode plates as shown in FIG. These electrode plates extend in the X-axis direction and are spaced from each other in the Y-axis direction.
  • the discharge electrode 12 is disposed with a gap between the electrode plates of the counter electrode 17.
  • the discharge electrode 12 and the counter electrode 17 are configured to face each other in the Y-axis direction.
  • the counter electrode 17 is integrally formed with a ground electrode 20 described later using a conductive resin having a volume resistivity of 10 7 ⁇ ⁇ cm or less, for example.
  • the conductive resin is generally defined as a resin having a volume resistivity of 10 7 ⁇ ⁇ cm or less.
  • Such a conductive resin is formed, for example, by blending a base material with a conductive material such as carbon black, carbon fiber, conductive whisker, or metal fiber. Further, the counter electrode 17 and the ground electrode 20 are grounded via the grounding power supply unit 21.
  • the dust collecting unit 18 collects dust or the like charged (charged) by passing between the discharge electrode 12 and the counter electrode 17, and includes a high voltage electrode 19 and a ground electrode 20. ing. An output voltage of the high voltage power supply 40 is applied between the high voltage electrode 19 and the ground electrode 20.
  • the high voltage electrode 19 includes, for example, a plurality of electrode pieces arranged at regular intervals in the X-axis direction. Each electrode piece constituting the high-voltage electrode 19 protrudes toward the counter electrode 17 in the Z-axis direction, for example, and extends parallel to the Y-axis direction.
  • the high voltage electrode 19 is formed using a semiconductive resin having a volume resistance value lower than that of the counter electrode 17 and the ground electrode 20, for example. As an example, this semiconductive resin has a volume resistance value of about 10 8 to 10 13 ⁇ ⁇ cm.
  • the high voltage electrode 19 is electrically connected to the power feeding unit 14.
  • the ground electrode 20 is an electrode paired with the high voltage electrode 19 and is integrally formed with the counter electrode 17 using the conductive resin described above.
  • the ground electrode 20 includes, for example, a plurality of electrode pieces arranged at regular intervals in the X-axis direction. Each electrode piece constituting the ground electrode 20 extends in parallel to the Y-axis direction while projecting toward the high-voltage electrode 19 in the Z-axis direction, for example.
  • the discharge device 9 is assembled, as shown in FIG. 3, the high voltage electrodes 19 and the ground electrodes 20 are alternately arranged so that the electrode pieces are engaged with each other, and held in a state facing each other in the X-axis direction. Is done.
  • the counter electrode 17, the high voltage electrode 19, and the ground electrode 20 from a resin material, the weight reduction of the entire discharge device 9 is promoted, and the processing of the electrodes 17, 19, 20 is simplified. Can do. Further, in the case of a metal electrode, since pressing and bending are required, the degree of freedom of the electrode shape is low, whereas according to the present embodiment, the electrode shape of each of the electrodes 17, 19, and 20 The degree of freedom can be improved. Moreover, since the counter electrode 17 and the ground electrode 20 are integrally formed, the structure of the entire electrode can be simplified, and further reduction in size and weight of the discharge device 9 can be promoted. In addition, since the resin electrode has a higher charge holding power than the metal electrode, the distance between the electrodes can be narrowed. Thereby, the electric field strength between electrodes can be strengthened and dust collection ability can be improved.
  • the control unit 30 as a control unit that controls the operation of the high voltage power supply 40 will be described.
  • the control unit 30 includes a microcomputer or the like, and includes a processor 30A and a memory 30B as shown in FIG.
  • the function of the control unit 30 is achieved by the processor 30A executing a program stored in the memory 30B.
  • the control unit 30 may also be used as a control device that controls the operation of the air conditioner, or may be a dedicated control device that controls the operation of only the high-voltage power supply 40.
  • the control unit 30 may be configured by a separate component from the high voltage power supply 40 or may be an integrated control circuit built in the high voltage power supply 40.
  • FIG. 4 is a block diagram of a control unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the control unit 30 is communicably connected to the high voltage power supply 40, and includes a voltage control unit 31, a voltage determination unit 32, a mode switching unit 33, and the like.
  • the voltage control unit 31 controls the output voltage of the high voltage power supply 40 so that the discharge current generated between the discharge electrode 12 and the counter electrode 17 has a constant current value.
  • the voltage determination unit 32 compares the output voltage of the high voltage power supply 40 (that is, the voltage applied to the discharge electrode 12 and the high voltage electrode 19) with a preset trigger voltage A described later, and the comparison result is obtained. This is output to the mode switching unit 33.
  • the mode switching unit 33 switches the operation mode of the discharge device 9 between a discharge mode and a voltage drop mode, which will be described later, based on the determination result of the voltage determination unit 32 and the like.
  • discharge mode Next, the operation of the discharge device 9 will be described with reference to FIG. First, in the initial state, it is assumed that the discharge device 9 is in the discharge mode. In the discharge mode, the output voltage of the high voltage power supply 40 is applied to the discharge electrode 12 and the high voltage electrode 19. Thereby, a discharge current is generated between the discharge electrode 12 and the counter electrode 17 in accordance with the output voltage, and an electric field having a prescribed strength is generated.
  • the voltage control unit 31 holds the discharge current between the electrodes 12 and 17 at a constant current value by controlling the output voltage of the high voltage power supply 40.
  • the air passing through the discharge device 9 first passes between the discharge electrode 12 and the counter electrode 17.
  • particulate matter such as dust, bacteria, mold, virus, pollen, and allergen substance floating in the air is charged by the discharge between the electrodes 12 and 17 and the electric field.
  • the charged particulate matter passes between the high voltage electrode 19 and the ground electrode 20 of the dust collecting unit 18 together with air. Since the output voltage of the high-voltage power supply 40 is applied to the high-voltage electrode 19 similarly to the discharge electrode 12, an electric field having a prescribed strength is generated between the high-voltage electrode 19 and the ground electrode 20. Has been. As a result, the particulate matter in a charged state is attached to the ground electrode 20 by receiving a large Coulomb force when passing between the high voltage electrode 19 and the ground electrode 20. Therefore, the particulate matter is collected by the dust collecting unit 18 and removed from the air.
  • the voltage controller 31 can maintain the specified discharge current by increasing the output voltage of the high voltage power supply 40.
  • the high voltage power supply 40 generally has an upper limit value of the output voltage. When the output voltage reaches the upper limit value, the output of the voltage is forcibly stopped by the safety device, and the recovery mode may be entered. In this case, there is a problem that the performance of the discharge device 9 cannot be obtained during the recovery mode.
  • the dust collecting section 18 since the high voltage electrode 19 has a high volume resistance value, even if the output voltage of the high voltage power supply 40 is raised, the followability of the voltage with respect to the output voltage is not good. As a result, between the high voltage electrode 19 and the ground electrode 20, the voltage between the electrodes 19 and 20 cannot sufficiently follow the output voltage of the high voltage power supply 40, so that the electric field strength is reduced and dust collection is performed. Performance may be degraded.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of mode switching control in the first embodiment of the present invention.
  • the thick line in this figure indicates the output voltage of the high voltage power supply 40 controlled by the voltage control unit 31, and the dotted line indicates the dust collection efficiency of the particulate matter by the dust collection unit 18.
  • the dust collection efficiency can be calculated based on, for example, the difference in the number of particulate substances measured on the upstream side and the downstream side of the discharge device 9, for example.
  • the mode switching control first, when the output voltage of the high-voltage power supply 40 is less than a specified voltage (trigger voltage A), the above-described discharge mode is executed.
  • a specified voltage Trigger voltage A
  • the above-described discharge mode is executed.
  • the discharge mode electric charges accumulate in the counter electrode 17 due to discharge, and the electric field and discharge current between the discharge electrode 12 and the counter electrode 17 decrease. For this reason, for example, as shown on the left side of FIG. 5, the voltage control unit 31 increases the output voltage of the high-voltage power supply 40 to supplement the discharge current as the duration of the discharge mode becomes longer.
  • the voltage determination unit 32 determines whether or not the output voltage of the high voltage power supply 40 has reached the trigger voltage A during the discharge mode. If the determination is established, the determination result is output to the mode switching unit 33. Thereby, the mode switching unit 33 outputs a signal corresponding to the voltage reduction mode to the voltage control unit 31, and switches the operation mode of the discharge device 9 from the discharge mode to the voltage reduction mode.
  • the voltage control unit 31 stops outputting the voltage from the high voltage power supply 40, and the discharge device 9 shifts to the voltage reduction mode.
  • the high voltage power supply 40 has a preset output upper limit value, and is configured to stop voltage output when the output voltage reaches the output upper limit value.
  • the trigger voltage A is a voltage value lower than the output upper limit value, and is set to a voltage value at which charges are easily accumulated in the counter electrode 17. Thereby, in a situation where electric charges are accumulated in the counter electrode 17, the voltage drop mode can be surely executed.
  • the output voltage of the high voltage power supply 40 is temporarily reduced, and the output voltage is held at a voltage value lower than the lowest discharge voltage B shown in FIG.
  • the minimum discharge voltage B is the minimum voltage value at which discharge occurs between the discharge electrode 12 and the counter electrode 17. That is, the output voltage realized by the voltage drop mode is set equal to or lower than the maximum value of the voltage at which no discharge occurs between the electrodes 12 and 17. Therefore, during the voltage drop mode, the discharge between the electrodes 12 and 17 is stopped. Thus, in the voltage drop mode, the discharge can be stopped, so that it is possible to avoid supplying new charges to the counter electrode 17 and the ground electrode 20 due to the discharge.
  • produced in the electrodes 17 and 20 can be eliminated, and the accumulated electric charge can be removed. That is, the electric field strength between the ground electrode 20 integrally formed with the counter electrode 17 and the high voltage electrode 19 can be initialized, and the dust collection performance of the dust collection unit 18 can be recovered.
  • the mode switching unit 33 outputs a signal corresponding to the discharge mode to the voltage control unit 31 when, for example, the elapsed time after shifting to the voltage decrease mode reaches a specified voltage decrease time, and the discharge device 9 The operation mode is switched from the voltage drop mode to the discharge mode.
  • the voltage control unit 31 permits the voltage output by the high voltage power supply 40, and the discharge device 9 returns to the discharge mode.
  • the voltage drop time which is the time during which the voltage drop mode is continued, is set in advance according to, for example, the resistance value or charge relaxation time of the conductive resin forming the counter electrode 17 and the ground electrode 20. Is preferred.
  • the voltage drop time can be appropriately set in accordance with the minimum time required for removing the potential and charge from the counter electrode 17 and the ground electrode 20. Therefore, the duration of the voltage drop mode, that is, the stop time of the discharge device 9 can be shortened as much as possible, and the dust collection performance can be recovered early while stably removing the potential of the counter electrode 17. .
  • the present invention is not limited to this, and in the voltage drop mode, for example, the output potential (polarity) of the high voltage power supply 40 may be reversed with respect to the discharge mode. Also with this configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the charges accumulated in the counter electrode 17 and the ground electrode 20 can be smoothly removed by the voltage drop mode. Thereby, the voltage required for discharge can be reset. Therefore, as described above, it is possible to avoid that the output voltage of the high voltage power supply 40 reaches the upper limit value and the output of the voltage is forcibly stopped, and the discharge device 9 can be stably operated. That is, in the present embodiment, the voltage can be lowered by the voltage drop mode before entering the recovery mode by forcibly stopping the high voltage power supply 40. As a result, the time during which the discharge is stopped in the recovery mode (that is, the performance stop time of the discharge device 9) can be shortened.
  • the dust collection performance of the dust collection part 18 is recoverable by resetting the voltage required for discharge.
  • the dust collection performance of the discharge device 9 and the air conditioner can be improved.
  • the discharge device 9 comprised in this way, and an air conditioning apparatus provided with the same are mounted in apparatuses, such as various air conditioning apparatuses, an air cleaner, an air blower, etc. installed in a living room, an office, a store, etc., for example. Or by providing a fan in an elevator, a duct or the like.
  • the discharge device 9 including the dust collection unit 18 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to a discharge device that does not include the dust collection unit 18. Even in this case, it can be avoided that the output voltage of the high voltage power supply reaches the upper limit value and the output of the voltage is forcibly stopped, so that the above-described effects can be obtained.
  • 1 indoor unit 1A housing, 2 air inlet, 3 air outlet, 4 heat exchanger, 5 blower fan, 6 left and right wind direction plate, 7 vertical air direction plate, 8 front panel, 9 discharge device, 10 upper frame, 11 lower Frame, 12 discharge electrode, 13 spring, 14 power supply unit, 15, 16 electrode support unit, 17 counter electrode, 18 dust collection unit, 19 high voltage electrode, 20 ground electrode, 21 grounding power supply unit, 30 control unit (control means ), 30A processor, 30B memory, 31 voltage control unit, 32 voltage determination unit, 33 mode switching unit, 40 high voltage power supply

Abstract

電極に蓄積した電荷を除去し、放電に必要な電圧をリセットする。放電デバイス９は、放電電極１２、対向電極１７、高電圧電極１９、接地電極２０、制御部３０、高電圧電源４０等を備える。対向電極１７は、１０７Ω・cm以下の体積抵抗率を有する導電性樹脂により形成する。制御部３０は、高電圧電源４０の出力電圧がトリガー電圧Ａ未満であるときに、放電モードを実行し、高電圧電源４０により放電電極１２と対向電極１７との間に放電を生じさせる。また、高電圧電源４０の出力電圧がトリガー電圧Ａに到達したときには、高電圧電源４０による電圧の出力を一時的に停止する電圧低下モードに移行する。さらに、電圧低下モードに移行してからの経過時間が規定の電圧低下時間に到達したときには、放電モードに復帰する。

Description

放電デバイス及びこれを備えた空気調和装置
　本発明は、空気を清浄化するために放電する放電デバイス、及び、当該放電デバイスを備えた空気調和装置に関する。
　従来技術として、空気中に含まれる塵埃等の粒子を捕集する放電式空気清浄デバイスが知られている。従来技術の放電式空気清浄デバイスは、塵埃等の粒子に電荷を付与する荷電部と、電荷が付与された粒子を捕集する集塵部とを備えている。また、荷電部は、互いに対向する高電圧電極と接地電極とを備えている。高電圧電極は、高電圧が印加されることで放電するものであり、接地電極は接地されている。一方、集塵部も同様に、高電圧電極と接地電極とを備えている。また、例えば特許文献１に記載された従来技術では、導電性樹脂を用いて各電極を形成することで、デバイス全体を軽量化している。
日本特許第３７２９４０３号公報 日本特許第３７３０６４５号公報 日本特許第４１４９５２６号公報
　上述した特許文献１に記載の従来技術では、電極に導電性樹脂を用いることにより、デバイス全体の軽量化を図っている。しかしながら、導電性樹脂を用いた場合には、金属ほど良好な導電性を確保するのが難しいため、接地電極の電気抵抗により電荷が接地電極内に蓄積し、接地電極の電位が上昇する。この結果、接地電極の表面電位が上昇すると、放電に必要な電圧も上昇するので、例えば高電圧電源の電圧制御等により放電電流を維持する必要がある。しかしながら、高電圧電源には、一般的に出力上限があり、この出力上限に到達すると電圧出力が停止し、復帰までに時間を要する。さらに、集塵部の高電圧電極では、抵抗値の影響で電圧制御に対して実際の電圧が追従しきれないことがある。この場合には、高電圧電極と接地電極との間の電界強度が不足し、集塵性能が低下するという問題がある。
　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電極に蓄積した電荷を除去し、放電に必要な電圧をリセットすることが可能な放電デバイス及びこれを備えた空気調和装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る放電デバイスは、放電を発生させるための放電電極と、放電電極と対向して配置され、１０７Ω・cm以下の体積抵抗率を有する導電性樹脂により形成された対向電極と、放電電極と対向電極との間に出力電圧を印加する高電圧電源と、高電圧電源の出力電圧を制御する機能を有し、高電圧電源により放電電極と対向電極との間に放電を発生させる放電モードと、高電圧電源の出力電圧を放電電極と対向電極との間に放電が発生しない電圧以下まで一時的に低下させる電圧低下モードとを実行する制御手段と、を備えている。
　本発明によれば、対向電極及び接地電極に蓄積した電荷を電圧低下モードにより円滑に除去することができる。これにより、放電に必要な電圧をリセットすることができる。
本発明の実施の形態１による空気調和装置の室内機を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による放電デバイスを示す分解斜視図である。 放電デバイスの構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１による制御部のブロック図である。 本発明の実施の形態１において、モード切換制御の一例を示す特性線図である。
実施の形態１．
　以下、図１から図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、本明細書で使用する各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
　図１は、本発明の実施の形態１による空気調和装置の室内機を示す断面図である。なお、空気調和装置は、室内に配置されて空調を行う室内機１と、室外に配置されて室内機１との間で熱交換等を行う室外機（図示せず）とを備えている。また、図１は、室内機１を送風ファン５の回転軸と垂直な平面で破断した状態を示す横断面図である。図１に示すように、室内機１は、空気吸込口２、空気吹出口３、熱交換器４、送風ファン５、左右風向板６、上下風向板７、前面パネル８、放電デバイス９等を備えている。このうち、熱交換器４、送風ファン５及び放電デバイス９は、室内機１の外郭を構成するハウジング１Ａの内部に収納されている。
　空気吸込口２は、室内の空気をハウジング１Ａの内部に吸込むための開口部であり、例えばハウジング１Ａの上部側に配置されている。空気吹出口３は、ハウジング１Ａから室内に空気を吹出すための開口部であり、例えばハウジング１Ａの下部側に配置されている。熱交換器４は、空気吸込口２から吸込まれた空気の冷房及び暖房を行う。送風ファン５は、空気吸込口２から空気を吸込み、熱交換器４を通過した空気を空気吹出口３に向けて送風するものである。
　左右風向板６は、空気吹出口３に配置されており、空気吹出口３から吹出す空気の方向（吹出し角度）を室内機１の左右方向に調整する。上下風向板７は、空気の吹出し角度を室内機１の上下方向に調整する。なお、室内機１の左右方向とは、図１の紙面と垂直な方向であり、室内機１の上下方向とは、図１の上下方向である。また、上下風向板７は、室内機１の前面（前面パネル８側）からみて、手前側と奥側にそれぞれ配置されている。前面パネル８は、ハウジング１Ａの前面部を構成している。
　放電デバイス９は、空気中に含まれる塵埃等の粒子を静電力により捕集し、空気を清浄化するものである。放電デバイス９は、空気吸込口２から空気吹出口３に向けて流れる空気の流れにおいて、熱交換器４の上流側（風上側）に配置されている。なお、本発明の放電デバイスは、必ずしも塵埃等の粒子を捕集する機器に限定されるものではなく、空気を清浄化するために空気中に放電する各種の放電式空気清浄デバイスを含むものである。具体的に述べると、放電デバイスは、例えば空気中に浮遊する粒子、煙、花粉、ウイルス、カビ、菌、アレルゲン、臭気物質、イオン、ラジカル等からなる汚染物質を放電により分解、不活性化する機器であってもよい。また、本発明の放電デバイスは、熱交換器４の下流側（風下側）に配置してもよい。
　次に、図２及び図３を参照して、放電デバイス９の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１による放電デバイスを示す分解斜視図である。なお、図２において、Ｘ軸方向は、室内機１の左右方向に相当し、Ｙ軸方向は、室内機１の前後方向（図１の左右方向）に相当している。また、Ｚ軸方向の上側は、室内機１の内部を流れる空気の風上方向に相当している。一方、図３は、放電デバイスの構成例を示す模式図である。この図は、放電デバイス９の各電極の配置及び接続を概略的に示すことを目的としている。従って、図３では、一部の部品の図示を省略しており、また、図２と部品の形状が異なる場合がある。
　放電デバイス９は、図２及び図３に示すように、上部フレーム１０、下部フレーム１１、放電電極１２、バネ１３、給電部１４、電極支持部１５，１６、対向電極１７、集塵部１８、制御部３０、高電圧電源４０等を備えている。上部フレーム１０は、図２に示すように、放電デバイス９のうち最も風上側に配置される部分を構成している。また、下部フレーム１１は、放電デバイス９のうち最も風下側に配置される部分を構成している。これらのフレーム１０，１１は、例えば全体が樹脂材料により形成され、Ｚ軸方向で互いに対向しつつ、Ｘ軸方向に平行に伸張している。
　また、上部フレーム１０には、外部の空気を放電デバイス９の内部に取込む複数個の開口が形成されている。各開口は、格子状に分離され、人の指等が開口から放電デバイス９の内部に入らないように構成されている。各開口は、上部フレーム１０の上面部において、例えばＸ軸方向（幅方向）及びＹ軸方向（前後方向）に複数個ずつ並べて配置されている。下部フレーム１１には、上部フレーム１０と同様に、複数個の開口が格子状に並んだ状態で形成されている。
　放電電極１２と対向電極１７との間には、例えば４～７ｋＶ程度の高電圧を出力可能な高電圧電源４０の出力電圧が印加される。放電電極１２は、例えば長尺な金属板の中間部を１～４回程度折返すことで形成され、Ｘ軸方向に伸張している。なお、図２では、金属板を１回折返すことで形成したＵ字状の放電電極１２を例示している。放電電極１２の両端部には、リング状の端子がそれぞれ取付けられている。放電電極１２の材料としては、例えばタングステン、銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛、鉄、モリブデン等の金属材料、または、これらの金属材料を主成分とする合金等を用いるのが好ましい。また、放電電極１２は、上記金属材料の表面に対して、銀、金、白金等の貴金属をメッキしたり、炭素（グラファイト）層、酸化膜等を生成することで形成してもよい。
　放電電極１２の断面形状は、例えば長辺及び短辺を有する扁平な四角形状に形成されている。この断面形状における長辺の長さは、例えば０．１～１．０mm程度に形成され、短辺の長さは、例えば０．０１～０．１mm程度に形成されている。放電電極１２の断面形状を四角形状とすることにより、例えば断面形状が円形状の電極と比較して電極周囲の電界強度を強くすることができる。これにより、放電電極１２の近傍を通過するカビ、菌、アレルゲン、ウイルス等を安定的に不活性化することができる。また、放電電極１２の近傍を通過する塵埃等の帯電量を効率よく増加させることができる。
　バネ１３は、放電電極１２に張力を付与するための部材であり、金属材料により形成されている。バネ１３は、放電電極１２の両側の端子に連結されている。放電電極１２は、バネ１３により長手方向に引っ張られた状態で給電部１４に取付けられると共に、当該給電部１４と電気的に接続されている。給電部１４は、高電圧電源４０から出力される電圧を放電電極１２及び高電圧電極１９に印加するための部材であり、金属等の導電性材料により形成されている。なお、本発明では、放電電極１２と高電圧電極１９をそれぞれ異なる給電部材に接続し、放電電極１２と高電圧電極１９に印加する電圧を個別に制御可能な構成としてもよい。
　電極支持部１５，１６は、放電デバイス９の内部で放電電極１２を支持するもので、例えば全体が樹脂材料により形成されている。電極支持部１５は、下部フレーム１１の長さ方向（Ｘ軸方向）の一端側に取付けられている。また、電極支持部１６は、例えば上部フレーム１０の長さ方向の他端側に取付けられる。この状態で、電極支持部１５，１６は、放電電極１２の両端側を支持するように構成されている。電極支持部１５，１６は、放電電極１２を折返した状態で支持するための部材、放電電極１２を適切な位置に保持するための部材等を備えている。
　対向電極１７は、放電電極１２と対をなす電極であり、例えば導電性樹脂により細長い平板状に形成されている。一例を挙げると、対向電極１７は、図２に示すように、例えば３枚の電極板を備えている。これらの電極板は、Ｘ軸方向に伸張すると共に、Ｙ軸方向に対して互いに間隔をもって配置されている。そして、放電電極１２は、対向電極１７の各電極板の間に隙間をもって配置される。これにより、放電電極１２と対向電極１７とは、Ｙ軸方向において互いに対向するように構成されている。
　また、対向電極１７は、例えば１０７Ω・cm以下の体積抵抗率を有する導電性樹脂を用いて、後述の接地電極２０と一体成形されている。なお、導電性樹脂とは、一般に、１０７Ω・cm以下の体積抵抗率を有する樹脂として定義されるものである。このような導電性樹脂は、例えばカーボンブラック、カーボンファイバ、導電ウィスカー、金属繊維等の導電材を基材樹脂に配合することにより形成される。また、対向電極１７及び接地電極２０は、接地用給電部２１を介して接地される。
　集塵部１８は、放電電極１２と対向電極１７との間を通過することで荷電された（電荷が付与された）塵埃等を捕集するもので、高電圧電極１９及び接地電極２０を備えている。高電圧電極１９と接地電極２０との間には、高電圧電源４０の出力電圧が印加される。高電圧電極１９は、例えばＸ軸方向に一定の間隔をもって並んだ複数個の電極片を備えている。高電圧電極１９を構成する各電極片は、例えばＺ軸方向で対向電極１７に向けて突出しつつ、それぞれＹ軸方向に平行に伸張している。また、高電圧電極１９は、例えば体積抵抗値が対向電極１７及び接地電極２０よりも低い半導電性樹脂を用いて形成されている。一例を挙げると、この半導電性樹脂は、１０８～１０１３Ω・cm程度の体積抵抗値を有している。また、高電圧電極１９は、給電部１４と電気的に接続される。
　接地電極２０は、高電圧電極１９と対をなす電極であり、前述の導電性樹脂を用いて対向電極１７と一体成形されている。接地電極２０は、例えばＸ軸方向に一定の間隔をもって並んだ複数個の電極片を備えている。接地電極２０を構成する各電極片は、例えばＺ軸方向で高電圧電極１９に向けて突出しつつ、それぞれＹ軸方向に平行に伸張している。放電デバイス９を組立てたときに、高電圧電極１９と接地電極２０とは、図３に示すように、互いの電極片が噛み合うように交互に配置され、Ｘ軸方向において互いに対向した状態に保持される。
　このように、対向電極１７、高電圧電極１９及び接地電極２０を樹脂材料により形成することで、放電デバイス９全体の軽量化を促進し、各電極１７，１９，２０の加工を簡略化することができる。また、金属製電極の場合には、プレス加工及び曲げ加工が必要となるため、電極形状の自由度が低いのに対し、本実施の形態によれば、各電極１７，１９，２０の電極形状の自由度を向上させることができる。しかも、対向電極１７と接地電極２０とを一体成形しているので、電極全体の構造を簡略化し、放電デバイス９の小型化及び軽量化を更に促進することができる。また、樹脂製の電極は、金属製の電極と比較して、電荷の保持力が高いので、電極間の間隔を狭くすることができる。これにより、電極間の電界強度を強くし、集塵能力を向上させることができる。
　次に、高電圧電源４０の動作を制御する制御手段としての制御部３０について説明する。制御部３０は、マイクロコンピュータ等により構成され、図３に示すように、プロセッサ３０Ａ及びメモリ３０Ｂを備えている。制御部３０の機能は、プロセッサ３０Ａがメモリ３０Ｂに記憶されたプログラムを実行することにより達成される。なお、制御部３０は、空気調和装置の動作を制御する制御装置と兼用してもよいし、高電圧電源４０のみの動作を制御する専用の制御装置であってもよい。また、制御部３０は、高電圧電源４０と別箇の部品により構成してもよいし、高電圧電源４０に内蔵された一体型の制御回路であってもよい。
　図４は、本発明の実施の形態１による制御部のブロック図である。この図に示すように、制御部３０は、高電圧電源４０と通信可能に接続されており、電圧制御部３１、電圧判定部３２、モード切換部３３等を備えている。電圧制御部３１は、放電電極１２と対向電極１７との間に生じる放電電流が一定の電流値となるように、高電圧電源４０の出力電圧を制御するものである。
　電圧判定部３２は、高電圧電源４０の出力電圧（即ち、放電電極１２及び高電圧電極１９に印加される電圧）と、予め設定された後述のトリガー電圧Ａとを比較し、当該比較結果をモード切換部３３に出力するものである。モード切換部３３は、電圧判定部３２の判定結果等に基いて、放電デバイス９の動作モードを後述の放電モードと電圧低下モードとに切換えるものである。
（実施の形態１の動作）
　次に、図１を参照して、空気調和装置の動作について説明する。まず、空気調和装置の作動時には、熱交換器４、送風ファン５及び放電デバイス９が駆動される。送風ファン５が作動すると、室内の空気が空気吸込口２から吸込まれ、室内機１の内部に空気流が生成される。この結果、吸込まれた空気は、放電デバイス９を通過することにより清浄化された後に、熱交換器４を通過することにより冷却または加熱される。熱交換器４を通過した空気は、送風ファン５、左右風向板６及び上下風向板７の位置を順次通過し、空気吹出口３から室内に送風される。これにより、室内の空調を行うことができる。
（放電モード）
　次に、図３を参照して、放電デバイス９の動作について説明する。まず、最初の状態では、放電デバイス９が放電モードであるものとする。放電モードでは、高電圧電源４０の出力電圧が放電電極１２及び高電圧電極１９に印加される。これにより、放電電極１２と対向電極１７との間には、出力電圧に応じて放電電流が発生し、規定の強度を有する電界が生成される。
　このとき、電圧制御部３１は、高電圧電源４０の出力電圧を制御することにより、電極１２，１７間の放電電流を一定の電流値に保持する。この状態で、放電デバイス９を通過する空気は、まず、放電電極１２と対向電極１７との間を通過する。この結果、空気中に浮遊する塵埃、細菌、かび、ウイルス、花粉、アレルゲン物質等の粒子状物質は、電極１２，１７間の放電及び電界により荷電された状態となる。
　次に、荷電された粒子状物質は、空気と一緒に、集塵部１８の高電圧電極１９と接地電極２０との間を通過する。高電圧電極１９には、放電電極１２と同様に、高電圧電源４０の出力電圧が印加されているので、高電圧電極１９と接地電極２０との間には、規定の強度を有する電界が生成されている。この結果、荷電状態である粒子状物質は、高電圧電極１９と接地電極２０との間を通過するときに、大きなクーロン力を受けて接地電極２０に付着する。従って、粒子状物質は、集塵部１８により捕集され、空気中から除去される。
　ここで、放電電極１２と対向電極１７との間で放電が継続されると、抵抗値をもつ対向電極１７に電荷が蓄積し、表面電位が発生する。この結果、放電電極１２と対向電極１７との間では、電界及び放電電流が減少傾向となる。この現象に対しては、電圧制御部３１が高電圧電源４０の出力電圧を上昇させることにより、規定の放電電流を維持することができる。但し、高電圧電源４０には、一般的に出力電圧の上限値があり、出力電圧が上限値に到達すると、安全装置により電圧の出力が強制的に停止されてリカバリーモードに入ることがある。この場合には、リカバリーモード中に放電デバイス９の性能が得られないという問題がある。一方、放電が継続されると、集塵部１８においても、次のような問題が生じる。集塵部１８では、高電圧電極１９が高い体積抵抗値を有しているので、高電圧電源４０の出力電圧を上昇させても、当該出力電圧に対する電圧の追従性が良くない。この結果、高電圧電極１９と接地電極２０との間では、当該電極１９，２０間の電圧が高電圧電源４０の出力電圧に十分に追従することができないので、電界強度が減少し、集塵性能が低下する可能性がある。
　これらの問題を解決するために、制御部３０は、図５に示すように、放電モードと電圧低下モードとを交互に繰返すモード切換制御を実行する。図５は、本発明の実施の形態１において、モード切換制御の一例を示す特性線図である。この図中の太線は、電圧制御部３１により制御された高電圧電源４０の出力電圧を示し、点線は、集塵部１８による粒子状物質の集塵効率を示している。なお、集塵効率は、例えば放電デバイス９の上流側及び下流側でそれぞれ測定した粒子状物質の個数の差異等に基いて算出することができる。
　モード切換制御では、まず、高電圧電源４０の出力電圧が規定の電圧（トリガー電圧Ａ）未満であるときに、前述の放電モードを実行する。放電モードでは、放電により対向電極１７に電荷が蓄積し、放電電極１２と対向電極１７との間の電界及び放電電流が減少する。このため、電圧制御部３１は、例えば図５の左側に示すように、放電モードの継続時間が長くなるにつれて、放電電流を補うために高電圧電源４０の出力電圧を上昇させる。
（電圧低下モード）
　電圧判定部３２は、放電モード中において、高電圧電源４０の出力電圧がトリガー電圧Ａに到達したか否かを判定する。そして、当該判定が成立した場合には、判定結果をモード切換部３３に出力する。これにより、モード切換部３３は、電圧低下モードに対応する信号を電圧制御部３１に出力し、放電デバイス９の動作モードを放電モードから電圧低下モードに切換える。
　この結果、電圧制御部３１は、例えば図５の中央に示すように、高電圧電源４０による電圧の出力を停止し、放電デバイス９が電圧低下モードに移行する。なお、高電圧電源４０は、予め設定された出力上限値を有しており、出力電圧が出力上限値に到達した場合には、電圧の出力を停止するように構成されている。トリガー電圧Ａは、この出力上限値よりも低い電圧値であり、かつ、対向電極１７に電荷が蓄積し易いような電圧値に設定される。これにより、対向電極１７に電荷が蓄積されるような状況では、電圧低下モードを確実に実行することができる。
　電圧低下モードでは、高電圧電源４０の出力電圧を一時的に低下させ、当該出力電圧を図５中に示す最低放電電圧Ｂよりも低い電圧値に保持する。最低放電電圧Ｂとは、放電電極１２と対向電極１７との間に放電が生じる最小の電圧値である。即ち、電圧低下モードにより実現される出力電圧は、電極１２，１７間に放電が発生しない電圧の最大値と等しいか、または、当該最大値よりも低く設定される。従って、電圧低下モード中には、電極１２，１７間の放電が停止した状態となる。このように、電圧低下モードでは、放電を停止させることができるので、放電により対向電極１７及び接地電極２０に新たな電荷が供給されるのを回避することができる。これにより、電極１７，２０に発生した電位を解消し、蓄積された電荷を除去することができる。即ち、対向電極１７と一体成形されている接地電極２０と、高電圧電極１９との間の電界強度を初期化し、集塵部１８の集塵性能を回復することができる。
　また、モード切換部３３は、例えば電圧低下モードに移行してからの経過時間が規定の電圧低下時間に到達したときに、放電モードに対応する信号を電圧制御部３１に出力し、放電デバイス９の動作モードを電圧低下モードから放電モードに切換える。この結果、電圧制御部３１は、高電圧電源４０による電圧の出力を許可し、放電デバイス９が放電モードに復帰する。なお、電圧低下モードが継続される時間である電圧低下時間は、例えば対向電極１７及び接地電極２０を形成している導電性樹脂の抵抗値または電荷緩和時間に応じて、予め設定しておくのが好ましい。
　これにより、対向電極１７及び接地電極２０から電位及び電荷を除去するのに必要な最小限の時間に合わせて電圧低下時間を適切に設定することができる。従って、電圧低下モードの継続時間、即ち、放電デバイス９の停止時間を出来るだけ短くすることができ、対向電極１７の電位を安定的に除去しつつ、集塵性能を早期に回復することができる。
　なお、本実施の形態では、電圧低下モード中に高電圧電源４０の出力を停止する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、電圧低下モードでは、例えば高電圧電源４０の出力電位（極性）を放電モードに対して反転させる構成としてもよい。この構成によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
　以上詳述した通り、本実施の形態によれば、対向電極１７及び接地電極２０に蓄積した電荷を電圧低下モードにより円滑に除去することができる。これにより、放電に必要な電圧をリセットすることができる。従って、前述したように高電圧電源４０の出力電圧が上限値に到達して電圧の出力が強制的に停止されるのを回避し、放電デバイス９を安定的に作動させることができる。即ち、本実施の形態では、高電圧電源４０の強制停止によりリカバリーモードに入る前に、電圧低下モードにより電圧を低下させることができる。この結果、リカバリーモードにより放電が停止される時間（即ち、放電デバイス９の性能停止時間）を短縮化することができる。また、放電に必要な電圧がリセットされることにより、集塵部１８の集塵性能を回復することができる。これにより、放電デバイス９及び空気調和装置の集塵性能を向上させることができる。そして、このように構成された放電デバイス９及びそれを備えた空気調和装置は、例えば家庭のリビング、オフィス、店舗等に設置される各種の空気調和装置、空気清浄機、送風機等の機器に搭載したり、エレベータ、ダクト等にファンを設けることでも搭載することができる。
　なお、本実施の形態では、集塵部１８を備える放電デバイス９を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、集塵部１８を備えていない放電デバイスに対しても適用することができる。この場合でも、高電圧電源の出力電圧が上限値に到達して電圧の出力が強制的に停止されるのを回避できるので、上述のような効果を得ることができる。
１　室内機、１Ａ　ハウジング、２　空気吸込口、３　空気吹出口、４　熱交換器、５　送風ファン、６　左右風向板、７　上下風向板、８　前面パネル、９　放電デバイス、１０　上部フレーム、１１　下部フレーム、１２　放電電極、１３　バネ、１４　給電部、１５，１６　電極支持部、１７　対向電極、１８　集塵部、１９　高電圧電極、２０　接地電極、２１　接地用給電部、３０　制御部（制御手段）、３０Ａ　プロセッサ、３０Ｂ　メモリ、３１　電圧制御部、３２　電圧判定部、３３　モード切換部、４０　高電圧電源

Claims (6)

  1. 　放電を発生させるための放電電極と、
    　前記放電電極と対向して配置され、１０７Ω・cm以下の体積抵抗率を有する導電性樹脂により形成された対向電極と、
    　前記放電電極と前記対向電極との間に出力電圧を印加する高電圧電源と、
    　前記高電圧電源の出力電圧を制御する機能を有し、前記高電圧電源により前記放電電極と前記対向電極との間に放電を発生させる放電モードと、前記高電圧電源の出力電圧を前記放電電極と前記対向電極との間に放電が発生しない電圧以下まで一時的に低下させる電圧低下モードとを実行する制御手段と、
    　を備えた放電デバイス。
  2. 　前記放電電極と前記対向電極との間を通過することで荷電された塵埃を捕集するための集塵部を備え、
    　前記集塵部は、
    　高電圧電極と、
    　前記導電性樹脂により前記対向電極と一体成形され、前記高電圧電極と対向して配置された接地電極と、を備え、
    　前記高電圧電源の出力電圧を前記高電圧電極と前記接地電極との間に印加する構成とした請求項１に記載の放電デバイス。
  3. 　前記制御手段は、前記高電圧電源の出力電圧が規定の電圧まで上昇したときに、前記電圧低下モードに移行する請求項１または２に記載の放電デバイス。
  4. 　前記制御手段は、前記電圧低下モードを規定の時間継続した後に、放電モードに復帰する構成とし、前記電圧低下モードが継続される時間は、前記導電性樹脂の抵抗値に応じて設定する請求項１から３のうち何れか１項に記載の放電デバイス。
  5. 　前記放電電極の断面形状は、互いに長さが異なる長辺と短辺とを有する扁平な形状に形成した請求項１から４のうち何れか１項に記載の放電デバイス。
  6. 　請求項１から５のうち何れか１項に記載の放電デバイスを備えた空気調和装置。
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