JP2004356103A - イオン発生装置及び空気調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイナスイオンおよびプラスイオンを安定して発生させ、マイナスイオンとプラスイオンの発生比率を広範囲にわたって制御することができるイオン発生装置および該イオン発生装置を備えた空調機器を提供する。
【解決手段】 高電圧印加手段４０にはイオン発生素子１０が接続されている。イオン発生素子１０の電極の一方（表面電極１３）と接地線（点Ｂ）との間に、整流手段としてのダイオードＤ５及び開閉手段としてのリレー３２により構成される直列回路が接続される。ダイオードＤ５のアノードを表面電極１３側に、カソードを接地線側に接続する。ダイオードＤ５には、静電容量部としてのコンデンサＣ３が並列に接続されるものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気中にイオンを発生させるイオン発生装置およびイオン発生装置を備えた空気調節装置に関するものである。ここでいう空気調節装置に該当するものの例としては、空気調和機、除湿機、加湿器、空気清浄機、ファンヒータなどがあり主に家屋の室内、ビルの一室、病院の病室、車内、飛行機内、船内などにおいて用いられる。

一般に、事務所や会議室などの換気の少ない密閉化された部屋では、室内の人が多いと、呼吸により排出される二酸化炭素やたばこの煙、ホコリなどの空気汚染物質が増加するため、人間をリラックスさせる効能を有するマイナスイオンが空気中から減少していく。特にタバコの煙によってマイナスイオンが多量に失われ、通常の１／２〜１／５程度にまで減少することがある。そこで空気中のマイナスイオンを補給するため、種々のイオン発生装置が提案されており、空気清浄機等に搭載されていた。一方、近年殺菌・除菌に対するニーズが高まっているが、マイナスイオンのみを発生するイオン発生装置では空気中の浮遊細菌を積極的に除去することはできないという問題があった。

そこで、本発明者等は、空気中の浮遊細菌を除去する手段について鋭意検討を重ねた結果、プラスイオンとマイナスイオンとを発生させればよいことを創案し、出願人においてプラスイオンとマイナスイオンとを発生させるイオン発生装置を搭載した空気清浄機が実用化された。プラスイオンとしてのＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは自然数）と、マイナスイオンとしてのＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは自然数）とを発生させて、プラスイオンとマイナスイオンの双方が浮遊細菌の表面に付着すると、これらのイオンが化学反応して活性種である過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）及び／又は水酸基ラジカルＯＨを生成し、空気中の浮遊細菌を除去するのである。

しかし、プラスイオンは人間に対してストレスを与えるといわれている。このため、プラスイオンとマイナスイオンとを発生させると、マイナスイオンの持つ人間をリラックスさせる効能が減ずることになる。従って、使用目的に応じて運転モードを切り替える必要がある。すなわち、リラックス効果を得たいときにはマイナスイオンを多く発生させる運転モードに、また除菌・殺菌効果を得たいときにはプラスイオンとマイナスイオンを略同イオン量発生させる運転モードに、ユーザの選択により、あるいは周辺環境状況に応じて自動的に運転モードを切り替えることにより発生イオンの種類と量とを制御できるイオン発生装置が望まれている。

マイナスイオンだけを発生させるには直流で出力する必要があり、高圧交流のときには片側半波にすればよいが、この方式では部品が大型化し、コスト高になり、またモードの切換えが困難となる等の問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑み、簡単な回路構成を付加することにより、マイナスイオンおよびプラスイオンを安定して発生させ、マイナスイオンとプラスイオンの発生比率を広範囲にわたって制御することができるイオン発生装置および該イオン発生装置を備えた空気調節装置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、一対の電極を有するイオン発生素子と、該イオン発生素子からのイオン発生に必要な電圧を前記電極間に印加する電圧印加手段とを備えたイオン発生装置において、アノードとカソードを有する整流手段と、該整流手段に直列接続された開閉手段と、前記整流手段に並列接続された静電容量部とを備え、前記アノード側は前記電極の一方に接続され、前記カソード側は前記電圧印加手段に設けた接地線に接続されていることを特徴とする。

本発明に係るイオン発生装置は、前記整流手段は、ダイオードであることを特徴とする。

本発明に係るイオン発生装置は、前記静電容量部は、静電容量を可変制御可能な構成としたことを特徴とする。

本発明に係るイオン発生装置は、前記静電容量部は、異なる静電容量を有する静電容量素子を選択可能な構成としたことを特徴とする。

本発明に係るイオン発生装置は、前記イオン発生装置は、空気状況センサーを備え、空気状況検知結果に応じて、前記静電容量部の静電容量を可変制御することを特徴とする。

本発明に係る空気調節装置は、イオン発生装置を備えた空気調節装置において、本発明に係るイオン発生装置を備えたことを特徴とする。

本発明においては、整流手段と整流手段に並列接続された静電容量部とを備え、整流手段のカソード側を電圧印加手段に設けた接地線に接続する構成としたので、発生するイオン種類の制御とプラスイオンとマイナスイオンの発生比率の制御が可能なイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明においては、整流手段をダイオードで構成したので、簡単な回路構成及び小型部品により、発生イオン種類の制御とプラスイオンとマイナスイオンの発生比率の制御が可能なイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明においては、静電容量部の静電容量を可変制御可能な構成としたので、プラスイオンとマイナスイオンの発生比率の可変制御が容易にできるイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明においては、静電容量部は、異なる静電容量を有する静電容量素子を選択可能な構成としたので、静電容量素子の接続を切り替えることにより簡単にプラスイオンとマイナスイオンの発生比率の制御ができるイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明においては、空気状況センサーによる空気状況検知結果に応じて、静電容量部の静電容量を可変制御する構成としたので、空気状況（例えば、汚染度）に応じた必要な種類のイオンの発生と必要に応じたプラスイオンとマイナスイオンの発生比率の設定ができるイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明においては、プラスイオンとマイナスイオンの発生比率の設定ができるイオン発生装置を備えた空気調節装置としたので、空気中の浮遊細菌に対する除菌・殺菌効果とリラックス効果を同時に実現できる空気調節装置の提供が可能となる。

以上詳述したように、本発明にあっては、整流手段と静電容量部とを並列に接続するという簡単な回路を付加する構成により、発生するイオン種類の制御とプラスイオンとマイナスイオンの発生比率の制御ができるイオン発生装置の提供が可能となる。このとき、マイナスイオンがプラスイオンに比べて多く発生するようにすれば、空気中の浮遊細菌に対する除菌・殺菌効果とリラックス効果を同時に実現することができる。

本発明にあっては、整流手段をダイオードで構成したので、簡単な回路構成及び小型部品により、発生イオン種類の制御ができ、プラスイオンとマイナスイオンの発生比率の制御ができるイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明にあっては、静電容量を可変制御することにより、マイナスイオンとプラスイオンの発生比率の可変制御ができるイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明にあっては、異なる静電容量を有する静電容量素子の接続を切り替えることにより、プラスイオンとマイナスイオンの発生比率の段階的制御が簡単にできるイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明にあっては、空気状況センサー（例えば、汚染度センサー）による空気状況検知結果に応じて、静電容量部の静電容量を可変制御する構成としたので、空気状況（例えば、汚染度）に応じた必要な種類のイオンの発生と必要に応じたプラスイオンとマイナスイオンの発生比率の制御ができるイオン発生装置の提供が可能となる。

本発明にあっては、プラスイオンとマイナスイオンの発生比率の設定、変更ができるイオン発生装置を備えた空気調節装置としたので、空気中の浮遊細菌に対する除菌・殺菌効果とリラックス効果を実現できる空気調節装置の提供が可能となる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るイオン発生装置の主要回路図である。図において、３０は、交流商用電源であり、ＳＳＲ（ソリッドステートリレー）を介して電圧印加手段としての高電圧印加手段４０の一方の入力端である点Ａに接続される。ＳＳＲが接続される点Ａに対し、高電圧印加手段４０の他方の入力端である点Ｂは直接、交流商用電源３０に接続され、ここでは、点Ｂを接地点即ち接地線としている。ＳＳＲは、マイクロコンピュータ３３の制御部３３Ｃからの制御信号ＳＳにより、開閉制御される。尚、制御信号ＳＳは、マイコン制御によらず入力ボタン等の直接入力手段を別途設けて、直接入力する形態にしても良い。ＳＳＲは、抵抗Ｒ１を介してダイオードＤ３のアノード側に接続される。ダイオードＤ３のカソード側はコンデンサＣ２の正極側に接続される。また、コンデンサＣ２の負極側は、ダイオードＤ１を介して交流商用電源３０に接続されている。ＳＳＲがオンであれば、高電圧印加手段４０に交流商用電源３０から電力が供給され、イオン発生素子１０に高電圧（イオン発生に必要な電圧であれば良い）が印加され、イオンを発生する。ＳＳＲがオフであれば、高電圧印加手段４０には交流商用電源３０から電力が供給されず、イオン発生素子１０には高電圧が印加されないから、イオンは発生しない。

コンデンサＣ２の正極側にはスイッチングトランス３１の一次巻線３１Ｐの一端が接続されている。スイッチングトランス３１の一次巻線３１Ｐの他端はＳＣＲに接続されている。コンデンサＣ１、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５はＳＣＲのゲート制御回路を構成している。抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１とで交流商用電源３０を分圧し、適当な電圧をコンデンサＣ２に印加する。ダイオードＤ２、Ｄ４は逆流防止用である。スイッチングトランス３１は、二次側に二次巻線３１Ｓを備え、二次巻線３１Ｓにはイオン発生素子１０が接続されている。イオン発生素子１０は誘電体１１と誘電体１１を挟んで対向する一対の電極（内部電極１２、表面電極１３）とを有している。

イオン発生素子１０の一対の電極の一方（ここでは表面電極１３）と接地線（即ち点Ｂ）との間に、整流手段及び開閉手段により構成される直列回路が接続される。整流手段は、アノード及びカソードを備えており、ここではダイオードＤ５により構成し、アノードを表面電極１３側に、カソードを接地線側に接続する。開閉手段はリレー３２により構成される。整流手段即ちダイオードＤ５には、静電容量部が並列に接続される。静電容量部は、コンデンサＣ３により構成される。尚、整流手段としてダイオード（Ｄ５）を用いたが、他の整流手段を用いても良いことは言うまでもない。

リレー３２は、マイクロコンピュータ３３の制御部３３Ｃからのリレー制御信号３２Ｓにより、開閉制御（オンオフ制御）される。リレー制御信号３２Ｓはマイクロコンピュータ３３の入力部３４への各種の入力情報ＩＮを適宜処理判断して出力される。入力部３４への各種の入力情報ＩＮは、例えば、ユーザが運転モードを選択できる操作部からの運転モード指定情報であり、環境センサー（例えば汚染度センサー）による周辺環境の汚染度の測定結果等である。制御部３３Ｃは、制御信号等を出力する制御回路等により構成される。尚、マイクロコンピュータ３３内の演算部等は省略している。

このような構成において、ＳＳＲをオンすると、点Ａ−Ｂ間に交流が印加されるが、点Ａの電位が点Ｂの電位より高い周期においては、コンデンサＣ２に充電される（ＳＣＲはオフを維持）。次に交流が反転（点Ｂの電位が点Ａの電位より高い周期）すると、ゲート制御回路の動作により、ＳＣＲのゲート・カソード間に閾値電圧以上の電圧が印加され、ＳＣＲはオンする。ＳＣＲがオンすると、コンデンサＣ２が放電し、コンデンサＣ２→スイッチングトランス３１（一次巻線３１Ｐ）→ＳＣＲ→ダイオードＤ１の経路で電流が流れ、これにより、スイッチングトランス３１の二次巻線３１Ｓにも誘導電圧が発生する。

イオン発生素子１０は、擬似的には容量負荷と抵抗負荷であるため、スイッチングトランス３１の二次側回路は等価的にはＬＣＲ振動回路となり、一次側のコンデンサＣ２に充電されたエネルギーに対応するエネルギーを二次側でも放出、消費した後に振動が止まる。

図２は、本発明に用いたイオン発生素子における電位波形図である。縦軸に電圧Ｖを、横軸に時間Ｔを示す。電圧は、ピーク（正）からピーク（負）までの値で約５乃至７ｋＶであり、振動波形の振動期間は約０．１乃至０．２ｍｓである。この振動波形が、交流商用電源３０の周波数に応じた周期で発生する。同図（ａ）は、図１の回路におけるリレー３２をオフ状態（つまり、ダイオードＤ５が接続されない状態）とした場合の電位波形を示し、マイナスイオンとプラスイオンとが略同量発生する。同図（ｂ）は、図１の回路において、コンデンサＣ３を取り外し、リレー３２をオン状態（つまり、ダイオードＤ５が接続された状態）とした場合の電位波形を示す。ダイオードＤ５は、一方向の電流をカットするために、点Ｂの電位から見て、表面電極１３の電位は、マイナス方向にシフトした波形となる。従って、プラスイオンの割合が少なく、マイナスイオンが多いイオン発生状況となる。同図（ｃ）は、図１の回路におけるリレー３２をオン状態（つまり、ダイオードＤ５が接続され、更に、コンデンサＣ３（例えば、静電容量で１００ｐＦ〜１０００ｐＦ）がダイオードＤ５に並列に付加された場合）とした場合の電位波形を示す。表面電極１３の電位は同図（ｂ）の場合に比べてプラス方向にシフトし、少量のプラスイオンが発生する。このコンデンサＣ３の静電容量の大きさを調整することにより、プラスイオンとマイナスイオンとの発生比率を制御することが可能となる。

図６は、本発明に係るイオン発生装置のイオン発生状況の説明図である。図１における、リレー３２がオン状態（つまり、ダイオードＤ５が接続され、更に、コンデンサＣ３がダイオードＤ５に並列に付加された場合）において、コンデンサＣ３の静電容量の変化に伴うイオン発生状況の変化を示すものである。コンデンサＣ３の静電容量が大きくなるに従って、マイナスイオンは徐々に減少し、プラスイオンは徐々に増加することが分かる。ちなみに、静電容量が１００ｐＦでは、プラスイオンは７万個／ｃｃ、マイナスイオンは５８万個／ｃｃ、静電容量が２００ｐＦでは、プラスイオンは１４万個／ｃｃ、マイナスイオンは３８万個／ｃｃ、静電容量が１０００ｐＦでは、プラスイオンは３２万個／ｃｃ、マイナスイオンは２２万個／ｃｃと測定された。尚、静電容量が零の場合は、プラスイオンは０万個／ｃｃ、マイナスイオンは１００万個／ｃｃであった。

コンデンサＣ３の静電容量を可変とするには、例えば、バリアブルコンデンサを用いることにより実現できるが、この他に、静電容量の異なる複数のコンデンサを並列に接続して、各コンデンサを選択可能な切り替えスイッチにより必要なコンデンサを選択することによっても実現できる。１個のコンデンサのみを選択する構成としても良いし、複数個のコンデンサを選択する構成としても良い。選択可能な構成とすることにより、容易に静電容量を段階的に制御することができ、発生させるイオンの制御がより容易となる。この際の選択手段としては、機械的なスイッチを用いても良いし、電子的な切替手段（例えば、ソリッドステートリレー等の固体スイッチ）を用いる構成としても良い。

イオン発生装置は更に、空気状況センサーを備えたものとすることができる。空気状況センサーとは、例えば、汚染度センサーであり、具体的にはホコリセンサー、ニオイセンサー等である。これらのセンサーの検出結果に基づいて、マイクロコンピュータ等により、適宜必要な判断を事前に組み込んだプログラムに応じて自動的にさせることにより、必要なイオン種を発生させること及びプラスイオンとマイナスイオンの発生比率を制御することが自動的にできる。また、センサーの出力を人が認識できるようにして、手動でイオン発生装置の制御をするように構成しても良い。

図３は、本発明に用いたイオン発生素子の説明図である。同図（ａ）は、イオン発生素子の外観斜視図であり、同図（ｂ）は、イオン発生素子の断面図である。図において、イオン発生素子１０は、平板状の誘電体１１の表面に設けられた表面電極１３と、該表面電極１３に電力を供給するため誘電体１１の表面に設けられる表面電極接点１５と、誘電体１１の内部に埋設され且つ前記表面電極１３と平行に設けられた内部電極１２と、該内部電極１２に電力を供給するため誘電体１１の表面に設けられる内部電極接点１４を有している。誘電体１１は、上部誘電体１１ａ、下部誘電体１１ｂ、表面保護誘電体１１ｃにより構成される。

誘電体１１の材料は、有機物としては、耐酸化性に優れた材料が好適であり、例えばポリイミド又はガラスエポキシ等の樹脂が使用でき、また、無機物としては、純度の高いアルミナ、結晶化ガラス、フォルステライト、ステアタイト等のセラミックを使用することができるが、耐食性の面を考えれば、無機系のもののほうが望ましく、更に、成形性や後述する電極の構成の容易性を考えれば、セラミックを用いて成形するのが好適である。また、表面電極１３と内部電極１２との間の絶縁抵抗が均一であることが望ましいため、材料内部の密度ばらつきが少なく、誘電体１１の絶縁率が均一であればある程好適である。誘電体１１の形状は、円板や楕円板、多角形板等の他の形状であってもよく、更には円柱状であってもよいが、生産性を考えると図に示すように板状（この板状には、円板状及び直方体状のいずれをも含む。）とするのが好適である。

表面電極１３は、導電性を有するものであれば特に制限なく使用することができるが、放電によって溶融する等の変形を起こさないものであることが条件となる。表面電極１３は、誘電体１１の表面に誘電体１１と一体に形成し、該表面からの深さ（誘電体の表面より内部電極１２側に表面電極１３を設ける場合）或は厚み（誘電体の表面より突出して表面電極１３を設ける場合）が均一である方が望ましい。表面電極１３の形状は、面状、格子状、線状等の何れの形状であってもよいが、電界の集中が起こりやすい形状にすれば、表面電極１３と内部電極１２との間に印加する電圧が低くても放電させることができるため、格子状や線状のように、電界集中が起こりやすい形状とすることが望ましい。

内部電極１２は、表面電極１３と同様、導電性を有するものであれば特に制限なく使用することができる。また、表面電極１３と内部電極１２との間の絶縁抵抗が均一であることが望ましいため、内部電極１２は表面電極１３と平行であることが望ましい。そのため、誘電体１１の内部であって表面電極１３と対向させて平行に配置し、表面電極１３と内部電極１２との距離が一定になるように設けることが好適である。これにより、表面電極１３と内部電極１２との間の放電状態が安定し、プラスイオン及びマイナスイオンを好適に発生させることが可能である。

次に、内部電極接点１４は、内部電極１２に、表面電極接点１５は、表面電極１３に、各々導通する接点であり、この接点に銅線、アルミ線等のリード線を介して高電圧印加手段（図１の４０）を接続する。表面電極接点１５は、リード線との接続の容易性から誘電体１１の表面であれば何れの面に設けてもよいが、表面電極１３と同じ電位となるものであるため、内部電極１２と表面電極接点１５との距離が、電極間距離よりも遠い関係にあることが望ましい。内部電極接点１４は、リード線との接続の容易性から誘電体の表面であれば何れの面に設けてもよいが、内部電極１２と同じ電位となるものであるため、表面電極１３と内部電極接点１４との距離が、電極間距離よりも遠い関係にあることが望ましい。このように構成することにより安定した放電状態を得ることができる。

また、表面電極接点１５と内部電極接点１４との距離についても、電極間距離よりも遠く形成する。さらに、表面電極接点１５及び内部電極接点１４を共に表面電極１３を設けた面（上面）と相対する面（下面）に設けると、プラスイオン及びマイナスイオンが発生する表面電極１３を設けた面にリード線等の配線が配置されないため、表面電極１３を設けた面に空気を送風する構成とした場合に、リード線によって空気の流れが乱れるような事もなく好適である。なお、このような効果は、表面電極接点１５及び内部電極接点１４を上面以外の位置に設けることによって同様に得ることが可能である。

本発明に係る空気調節装置の一例としての空気清浄機を図４、図５に基づいて説明する。図４は、本発明に係る空気清浄機の斜視図であり、図５は、本発明に係る空気清浄機の分解図である。空気清浄機８０は、本体前部８１と本体後部８２を主要構成とする。空気清浄機８０の後方上部に吹出し口８３を備え、イオンを含む清浄な空気を室内に供給する。本体後部８２には、ファン収納空間部８４の一部が凸部を形成している。空気清浄機８０の中心には、空気取入れ口８５が形成されている。空気取入れ口８５は、図示しない前面フィルターを介して、空気清浄機８０の前面から空気を取り入れ、ファン用ケーシング８６を通過させて、吹出し口８３に連通するスリット穴８７から清浄な空気を外部に供給する。ファン用ケーシング８６の内部には、イオン発生装置１が配設されている。これにより、空気清浄機８０にイオン供給機能を持たせることが可能になり、必要に応じた種類のイオンの供給及びプラスイオンとマイナスイオンの比率を制御できる。

本発明に係るイオン発生装置の主要回路図である。 本発明に用いたイオン発生素子における電位波形図である。 本発明に用いたイオン発生素子の説明図である。 本発明に係る空気清浄機の斜視図である。 本発明に係る空気清浄機の分解図である。 本発明に係るイオン発生装置のイオン発生状況の説明図である。

符号の説明

１ イオン発生装置
１０ イオン発生素子
１２ 内部電極
１３ 表面電極
３２ リレー
４０ 高電圧印加手段
８０ 空気清浄機
Ｃ３ コンデンサ
Ｄ５ ダイオード

Claims (6)

1. 一対の電極を有するイオン発生素子と、該イオン発生素子からのイオン発生に必要な電圧を前記電極間に印加する電圧印加手段とを備えたイオン発生装置において、アノードとカソードを有する整流手段と、該整流手段に直列接続された開閉手段と、前記整流手段に並列接続された静電容量部とを備え、前記アノード側は前記電極の一方に接続され、前記カソード側は前記電圧印加手段に設けた接地線に接続されていることを特徴とするイオン発生装置。
2. 前記整流手段は、ダイオードであ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. 前記静電容量部は、静電容量を可変制御可能な構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン発生装置。
4. 前記静電容量部は、異なる静電容量を有する静電容量素子を選択可能な構成としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイオン発生装置。
5. 前記イオン発生装置は、空気状況センサーを備え、空気状況検知結果に応じて、前記静電容量部の静電容量を可変制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイオン発生装置。
6. イオン発生装置を備えた空気調節装置において、請求項１乃至５のいずれかに記載のイオン発生装置を備えたことを特徴とする空気調節装置。

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