JPH08131884A - コロナ放電を利用した空気流発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コロナ放電を利用した空気流発生装置に関し、
放電時のオゾン臭や酸化作用を抑制できるコロナ放電を
利用した空気流発生装置を実現することを目的とする。 【構成】針のような先の鋭い電極２と筒状をした電極１
とを対向して配置し、針状電極２はプラス電位に、筒状
の電極１はマイナス電位にして、それぞれの電極の間
に、コロナ放電が発生する程度の直流高電圧を加え、空
気の流れを生じさせるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、コロナ放電を利用し
た空気流発生装置、特に放電時のオゾン臭や酸化作用を
抑制できる空気流発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気の流れや風を発生させようと
した場合、電気モーターやエンジンなどを利用してファ
ンを回転させるなど、機械的な作用で空気流を発生させ
ていた。このような機械的な手法だと、騒音や振動が発
生し、静かな環境が要求される場所においての使用には
問題があった。

【０００３】これらの問題を解決するために、高電圧放
電を利用することにより空気流を発生させることが提案
され、例えば特開昭51−5985号公報などの記載のよう
に、空気清浄用の電気集塵装置において実用化されてい
る。

【０００４】図７は従来のコロナ放電を利用した集塵装
置の原理を説明する回路図である。ａは針状電極、ｂは
例えば円筒状の対向電極であり、針状電極ａに負の高圧
直流が印加され、対向電極ｂには正の高圧直流が印加さ
れることによって、両電極ａ、ｂ間に負のコロナ放電が
発生し、矢印ｄ方向に空気流が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この空気流発生装置
は、精密電子機器などの冷却用などの用途も考えられる
が、前記のような従来の構成では、高電圧放電を行った
場合、放電に伴なうオゾン臭が発生するため、室内用と
して適しない。また酸化作用などの問題がある。

【０００６】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、放電時のオゾン臭や酸化作用を抑制できるコロ
ナ放電を利用した空気流発生装置を実現することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、針の
ような先の鋭い電極２と筒状をした電極１とを対向して
配置し、針状電極２にはプラス電位に、筒状の電極１は
マイナス電位にして、それぞれの電極の間に、コロナ放
電が発生する程度の直流高電圧を加え、空気の流れを生
じさせるようにしたコロナ放電を利用した空気流発生装
置である。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の針状電極２
が、筒状の電極１の中心線上に位置するように配設され
ているコロナ放電を利用した空気流発生装置である。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１または２に記
載の筒状電極が、針状電極２側よりその反対側の直径が
大きなテーパ状となっているコロナ放電を利用した空気
流発生装置である。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
中のいずれかの項に記載の針状電極２と筒状電極１との
間に印加される直流高電圧が、細い線状のコロナ放電が
発生する手前の領域の電圧であるコロナ放電を利用した
空気流発生装置である。

【００１１】なお、本発明における「空気流発生装置」
とは、空気流を発生させることで推進力を得る装置など
も含むものとする。

【００１２】

【作用】請求項１のように、針状電極２と筒状電極１と
を対向させ、針状電極２はプラス電位に、筒状の電極１
はマイナス電位にして、コロナ放電を発生させること
で、放電時のオゾン臭の少ない空気流を得ることができ
る。また、オゾンの低減に伴ない、酸化作用も抑制でき
る。

【００１３】請求項２のように、前記の筒状電極１の中
心線上に針状電極２を配置することで、放電距離が一定
となるので、局部的なアーク放電を防止し、均一で安定
した空気流を発生させることができる。

【００１４】請求項３のように、筒状電極を、背部側が
大径のテーパ状とすることにより、筒状電極の背部側の
開口面積が大きくなって空気抵抗が減少するので、より
効果的に空気流を強くできる。

【００１５】請求項４のように、前記針状電極２と筒状
電極１との間に印加される直流高電圧が、細い線状のコ
ロナ放電が発生する手前の領域の電圧とすることによ
り、より少ない消費電力で経済的に、オゾン臭や放電ノ
イズ等の発生の少ない空気流を得ることができる。

【００１６】

【実施例】次に本発明によるコロナ放電を利用した空気
流発生装置が実際上どのように具体化されるかを実施例
で説明する。図１は本発明によるコロナ放電を利用した
空気流発生装置の第一実施例を示す回路図である。

【００１７】１は円筒状の電極であり、この円筒状電極
１と対向して、針状電極すなわち先の鋭い電極２が配置
されている。３は直流高圧電源であり、そのプラス側が
各針状電極２に抵抗６を介して接続され、またマイナス
側が円筒状電極１に接続されている。各円筒状電極１、
１の間は、絶縁材５で仕切られているが、不可欠なもの
ではない。

【００１８】いま、直流高圧電源３によって、針状電極
２と円筒状電極１との間に直流の高電圧を加える。この
とき、両電極２、１間でコロナ放電が発生する程度の電
圧とする。その結果、コロナ放電にともなって空気の流
れが矢印４方向に発生する。実際には、針状電極２と円
筒状電極１との対を、用途に応じて複数個配設し、より
大量の空気の流れを発生させて利用する。

【００１９】このように、針状電極２にプラス電位を、
また円筒状電極１にマイナス電位を印加して、直流の高
電圧を印加することにより、放電時のオゾン臭の発生を
効果的に抑制でき、また酸化作用も抑制できる。

【００２０】次に本発明の実験に用いた空気流発生装置
を説明し、実験結果について考察する。図２は実験に用
いたコロナ放電を利用した空気流発生装置の斜視図であ
り、図３は同装置の正面図とＡ−Ａ断面図と背面図であ
る。

【００２１】７は一辺が７０mmの正方形のプリント基板
であり、正方形の穴をマトリックス状にあけて格子状部
７ａを形成し、その縦横の交差した部分に抵抗器６ａを
基板７に対し垂直に半田づけ固定してある。

【００２２】そして、この抵抗器６ａの先端に、鉄製の
針状電極２を基板７に対して垂直に半田付けして固定し
てあるが、針状電極２は、基板７に直接取り付けてもよ
い。なお、抵抗器６ａは、５.1ＭΩのものを用いた。

【００２３】８は導電性の基板であり、プリント基板７
と対向して配置され、正方形の絶縁性枠板９によって互
いに固定されている。導電性基板８には、直径が約９ｍ
ｍの穴を開けて、その中にステンレス製で長さが約５ｍ
ｍ、内径８.5ｍｍの円筒電極１を挿入して、半田付け固
定してある。

【００２４】このとき、針状電極２の先端が円筒電極１
の中心に向かうよう、また針状電極２の先端が円筒電極
１の外周部から、その中心線上の方向に２mm程度離れる
ように固定してある。なお、針状電極２と円筒状電極１
との対を、縦横５組ずつ、計２５組配設した。

【００２５】この装置において、抵抗器６ａ側の針状電
極２をプラスの電極とし、円筒状電極１をマイナスの電
極として、両電極２、１間に約３５００〜９０００Ｖの
範囲の直流高電圧を加え、コロナ放電を発生させた。そ
の時、電極２、１間で、最適なコロナ放電の状態を保つ
ように、直流の高電圧を微妙に調整して実験を行なっ
た。

【００２６】実験室の照明を暗くした状態で、前記の実
験を行なった結果、コロナ放電を確認することができ
た。その際の放電の状況を説明すると、針状電極２と円
筒状電極１との間に約５０００Ｖの直流高電圧を加えた
頃から、針状電極２を覆った、正コロナの膜状のコロナ
が針先表面の大気中に発生し、ほのかに青白い光を発光
し「サー」という雑音と共に 空気流が発生した。

【００２７】電圧を次第に上げてゆき、約７０００Ｖに
なると、青白い光が強くなり空気流も速くなった。その
とき、「サー」と言う雑音は小さくなり、青白い光が強
くなった。さらに電圧を上げてゆき約８０００Ｖになる
と、正コロナの細い発光線状（ストリーマ）が、円筒状
電極１の中心部に向かって、図４（１）の様に伸長し、
再び「サー」という雑音が大きく聞こえ、オゾン臭が強
くなった。

【００２８】逆に、従来の集塵機と同様に、針状電極２
をマイナス電位、円筒状電極をプラス電位とし、負コロ
ナの放電を行なった場合、図４（２）のような放電状態
が確認できた。すなわち、針状電極２と円筒状電極１と
の間の最短距離の部位で放電ｃが発生している。この場
合も空気流は発生するが、実験中に強いオゾン臭が発生
した。

【００２９】次に針状電極２および円筒状電極の形状に
ついて考察する。数多い実験から電界中の放電を利用し
て空気の流れを作りだすためには、不平等の電界とした
方が良い結果が得られた。そこで著しい不平等電界を形
成するために、最初は点対面の電極構造を考案した。し
かし、不平等電界であっても、放電ギャップが均一でな
ければ、最もギャップの短い点と面との間でアーク放電
が発生し、発熱や異常電流の原因となる事が判明した。

【００３０】そのため、点対面の条件に加え、均一な放
電ギャップの条件をも満足させるために、円の中心を点
とし面を円筒とする方法を考案した。その結果、点から
円筒へ放電させる電極構造となり、点が針先となり、針
先と円筒状への不平等電界を形成する構造となった。

【００３１】筒状電極は、図５（１）に例示するよう
に、針状電極２側の径ｄより背部（針状電極２とは反対
側）１ｈの径Ｄが大きなテーパ状とすることにより、背
部１ｈ側の開口面積を大きくしている。その結果、この
筒状電極１ａ中を通過する空気流の抵抗が低減し、より
強力な空気流となる。

【００３２】また、図５（２）のように、背部１Ｈを、
内接する円の外径Ｄが針状電極２側の径ｄより大きな正
六角形とし、図５（３）のように蜂の巣状に配設する
と、空気流発生に寄与しない無駄な空間が生じないの
で、より小型で大きな空気流が得られる。

【００３３】このように、無駄なスペースを無くすとい
う点では、図５（４）のように、テーパを付けずに背部
１Ｈを正六角形とすることもできる。この場合は、正六
角形に内接する円が、筒状電極１の針状電極２側の径ｄ
と同じ寸法となる。図２、図３からも明らかなように、
筒状電極１の背部が真円だと、各真円の間は、空気流発
生に寄与しない無駄なスペースとなり、大型となるが、
正六角形にして蜂の巣状に配列すると、無駄なスペース
は全く発生せず、小型化できる。

【００３４】図６は電圧−電流特性を示した図であり、
具体的な数値および消費電力の少なさを説明した。実験
器の特性を測定してみると、次のようになった。この実
測結果から、空気中の不平等電界における正コロナと負
コロナでは、電圧−電流特性が異なっている。

【００３５】曲線ＡＢＣＤはそれぞれ正コロナの電圧−
電流特性、負コロナの電圧−電流特性、正コロナの風
速、負コロナの風速を表している。グラフより明らかな
ように、約６.7ＫＶの直流高圧での正コロナと負コロナ
の放電時の消費電力は、負コロナの方が大きいが、風速
はほぼ等しい。

【００３６】そして、電圧をさらに上げてゆき、約７０
００Ｖになると、正コロナの風速が負コロナの風速を上
回る。したがって、正コロナと負コロナの放電を利用し
て空気流を発生させ、両方を比較した場合、正コロナの
放電が少ない消費電力で、速度の速い空気流を発生させ
ることが可能であることが明らかとなった。

【００３７】このように、より少ない電流で空気流を発
生できるという事は、気体分子の電離をできるだけ抑え
られるという事であり、正コロナと負コロナとでは、オ
ゾン臭の発生の違いが実験中に感じられる事からも判断
できる。

【００３８】負コロナでは、直流高圧の６ＫＶでオゾン
臭の発生が容易に確認でき、直流高圧の上昇と共に臭気
が強くなるようになる。しかし、正コロナにおいては、
７ＫＶまでオゾン臭の発生は感じられず、８ＫＶを越
え、細い線状のコロナ放電が始まる付近において、オゾ
ン臭が感じられるようになる。

【００３９】また正コロナにおいては、約６.5ＫＶから
７ＫＶ前後で放電ノイズ発生の少ない領域がはっきり区
別でき、８ＫＶで激しい放電ノイズが発生する。この場
合、一般的な膜状コロナ領域、ブラシコロナ領域、ほっ
すコロナ領域の区別は明瞭に確認できないが、電圧が５
ＫＶ以上で、針先付近の空気中で発生する膜状コロナと
推測できる青白い光と、電圧を８ＫＶ以上に上昇した時
の細い線状のほっすコロナと推測できる青白い光が観察
できた。

【００４０】従って、測定結果と実験により、実験器の
ような針先対円筒状の不平等な電界の電極において、細
い線状のコロナ放電が発生する手前の７ＫＶ以降の領域
で正コロナの放電を形成した場合、消費電力が小さく、
オゾン臭、放電ノイズ等の発生が少ない空気流発生装置
を実現する事が可能となった。

【００４１】

【発明の効果】請求項１のように、針状電極２と筒状電
極１とを対向させ、針状電極２にはプラス電位に、筒状
の電極１はマイナス電位にして、コロナ放電を発生させ
る構成としたことにより、放電時のオゾン臭や酸化作用
を抑制できる。

【００４２】請求項２のように、前記の筒状電極１の中
心線上に針状電極２を配置することで、局部的なアーク
放電を防止し、均一で安定した空気流を発生させること
ができる。

【００４３】請求項３のように、筒状電極１の背部側が
大きなテーパ状とすることで、空気の流出抵抗を低減
し、より強力な空気流を発生させることができる。

【００４４】請求項４のように、前記針状電極２と筒状
電極１との間に印加される直流高電圧を、細い線状のコ
ロナ放電が発生する手前の領域の電圧とすることによ
り、より少ない消費電力で経済的に、オゾン臭や放電ノ
イズ等の少ない空気流を得ることができる。

【００４５】したがって、本発明のコロナ放電を利用し
た空気流発生装置は、空冷の冷却装置や送風機、換気
扇、推進装置など、各分野への応用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるコロナ放電を利用した空気流発生
装置の第一実施例を示す図である。

【図２】実験に用いたコロナ放電を利用した空気流発生
装置の斜視図である。

【図３】実験に用いたコロナ放電を利用した空気流発生
装置の正面図とＡ−Ａ断面図と背面図である。

【図４】（１）は本発明による正コロナの放電を行なっ
た場合の放電状態を例示する図であり、（２）は従来の
負コロナの放電を行なった場合の放電状態を例示する図
である。

【図５】筒状電極の各種実施例を示す図である。

【図６】本発明装置の実験における電圧−電流特性およ
び風速の測定結果を示した図である。

【図７】従来の集塵機におけるコロナ風発生の原理を説
明する図である。

【符号の説明】

１ 筒状電極 １ｈ、１Ｈ 筒状電極の背部 ２ 針状電極 ３ 直流高圧電源 ４ 空気の流れる方向 ５ 絶縁材 ６ 抵抗 ６ａ 抵抗器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 針のような先の鋭い電極２と筒状をした
   電極１とを対向して配置し、針状電極２はプラス電位
   に、筒状の電極１はマイナス電位にして、それぞれの電
   極の間に、コロナ放電が発生する程度の直流高電圧を加
   え、空気の流れを生じさせるようにしたコロナ放電を利
   用した空気流発生装置。
2. 【請求項２】 前記の針状電極２が、筒状の電極１の中
   心線上に位置するように配設されていることを特徴とす
   る請求項１記載のコロナ放電を利用した空気流発生装
   置。
3. 【請求項３】 前記の筒状電極は、針状電極２側よりそ
   の反対側が直径の大きなテーパ状となっていることを特
   徴とする請求項１または２に記載のコロナ放電を利用し
   た空気流発生装置。
4. 【請求項４】 前記の針状電極２と筒状電極１との間に
   印加される直流高電圧が、細い線状のコロナ放電が発生
   する手前の領域の電圧であることを特徴とする請求項１
   から請求項３中のいずれかの項に記載のコロナ放電を利
   用した空気流発生装置。