JP5819702B2

JP5819702B2 - イオン送出装置

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Publication number: JP5819702B2
Application number: JP2011235750A
Authority: JP
Inventors: 毅小河
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: US20140301009A1; JP2013093263A; WO2013061713A1; CN202933267U

Description

本発明は、正イオン及び負イオンを送出するイオン送出装置に関する。

従来のイオン送出装置は特許文献１に開示される。このイオン送出装置は空気清浄機を構成し、筐体内に誘電体の樹脂成形品により形成される第１送風ダクト及び第２送風ダクトが設けられる。第１送風ダクトは筐体の一側面に開口する第１吸込口と上面に開口する第１吹出口とを連通させる。第２送風ダクトは第１吸込口に対向した筐体の側面に開口する第２吸込口と上面に開口する第２吹出口とを連通させる。第１吸込口及び第２吸込口には塵埃を捕集する集塵フィルターが配される。

第１送風ダクト及び第２送風ダクトには送風ファンが配される。送風ファンはシロッコファンから成り、共通のファンモータにより駆動される２つの羽根車が同軸に設けられる。各羽根車がそれぞれ第１送風ダクト及び第２送風ダクト内に配置され、ファンモータによって羽根車が回転して第１送風ダクト及び第２送風ダクトに気流が流通する。

また、第１送風ダクト及び第２送風ダクトにはそれぞれイオン発生装置が配される。イオン発生装置は正の高電圧が印加される第１放電電極と負の高電圧が印加される第２放電電極とを備えている。第１放電電極の放電によって空気イオンから成る正イオンが発生し、第２放電電極の放電によって空気イオンから成る負イオンが発生する。

上記構成のイオン送出装置において、送風ファンの駆動によって第１、第２吸込口を介して第１、第２送風ダクト内に室内の空気が取り込まれる。空気に含まれる塵埃は集塵フィルターにより捕集される。塵埃を除去された空気にはイオン発生装置により発生した正イオン及び負イオンが含まれ、第１、第２吹出口から送出される。第１、第２吹出口から送出される正イオン及び負イオンによって空気中の浮遊菌や臭気成分を破壊し、室内の殺菌や脱臭を行うことができる。

特開２０１０−８０４２５号公報（第６頁−第１４頁、第１図）

しかしながら、上記従来のイオン送出装置によると、イオン発生装置により発生する正イオン及び負イオンは第１、第２送風ダクトを流通する間に互いに衝突する。このため、衝突によりイオンが消滅する中和失活が生じてイオンの送出量が減少し、室内の殺菌効果を十分得ることができない問題があった。

本発明は、イオンの送出量を増加させることのできるイオン送出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のイオン送出装置は、第１吹出口及び第２吹出口を開口する筐体と、正電圧が印加される第１放電電極の放電によって正イオンを発生する正イオン発生部と、負電圧が印加される第２放電電極の放電によって負イオンを発生する負イオン発生部と、第１吹出口を開放端に有して前記正イオン発生部が配される誘電体から成る第１送風ダクトと、第２吹出口を開放端に有して前記負イオン発生部が配される誘電体から成る第２送風ダクトと、第１送風ダクト及び第２送風ダクトに気流を流通させる送風ファンとを備え、正イオンを第１吹出口から送出して負イオンを第２吹出口から送出するとともに、第１送風ダクト及び第２送風ダクトを接地したことを特徴としている。

この構成によると、送風ファンの駆動によって誘電体から成る第１送風ダクト及び第２送風ダクトに気流が流通する。第１放電電極の放電により正イオン発生部から発生する正イオンは接地により除電された第１送風ダクトを流通する気流に含まれ、第１吹出口から送出される。第２放電電極の放電により負イオン発生部から発生する負イオンは接地により除電された第２送風ダクトを流通する気流に含まれ、第２吹出口から送出される。第１、第２吹出口から送出された正イオン及び負イオンによって室内の浮遊菌や臭気成分が破壊され、殺菌や消臭が行われる。

また本発明は、上記構成のイオン送出装置において、第１送風ダクトが前記正イオン発生部の上流側を接地されるとともに、第２送風ダクトが前記負イオン発生部の上流側を接地されることを特徴としている。この構成によると、第１、第２送風ダクトは正イオン発生部及び負イオン発生部の上流側を接地電位に維持される。正イオン発生部及び負イオン発生部で発生したイオンは下流の第１、第２吹出口に導かれる。

また本発明は、上記構成のイオン送出装置において、前記正イオン発生部が第１放電電極に対向する第１誘導電極を有して第１放電電極と第１誘導電極との間に電圧を印加して第１放電電極が放電するとともに、前記負イオン発生部が第２放電電極に対向する第２誘導電極を有して第２放電電極と第２誘導電極との間に電圧を印加して第２放電電極が放電し、第１送風ダクト及び第２送風ダクトが互いに導通する第１誘導電極及び第２誘導電極に電気接続されることを特徴としている。

この構成によると、第１誘導電極と第１放電電極との間に正の電圧を印加して第１放電電極が放電する。また、第１誘導電極に導通する第２誘導電極と第２放電電極との間に負の電圧を印加して第２放電電極が放電する。第１送風ダクト及び第２送風ダクトは第１誘導電極または第２誘導電極に電気接続することにより接地される。

また本発明は、上記構成のイオン送出装置において、第１誘導電極及び第２誘導電極が前記筐体に設けた金属部に導通してフレーム接地されることを特徴としている。この構成によると、第１送風ダクト及び第２送風ダクトが第１、第２誘導電極を介してフレーム接地される。

また本発明は、上記構成のイオン送出装置において、第１送風ダクト及び第２送風ダクトが抵抗を介して接地されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成のイオン送出装置において、前記抵抗が２ＭΩ以上であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成のイオン送出装置において、前記正イオン及び前記負イオンが空気イオンまたは帯電微粒子水であることを特徴としている。

本発明によると、接地した第１送風ダクトに正イオン発生部を配し、接地した第２送風ダクトに負イオン発生部を配したので、正イオンと負イオンとの衝突による中和失活を低減することができる。また、第１、第２送風ダクトが接地によって除電されるため第１、第２送風ダクトの電位勾配が低減される。これにより、イオンを発生させる電界への電位勾配による悪影響が小さくなるためイオンの発生量を増加させることができる。従って、イオンの送出量を増加させることができ、殺菌効果や脱臭効果を向上させることができる。

本発明の第１実施形態のイオン送出装置を示す正面断面図本発明の第１実施形態のイオン送出装置を示す側面断面図本発明の第１実施形態のイオン送出装置のイオン発生装置を示す斜視図本発明の第１実施形態のイオン送出装置のイオン発生装置の回路図本発明の第１実施形態のイオン送出装置による室内のイオン濃度の測定点を示す斜視図本発明の第２実施形態のイオン送出装置のイオン発生装置の回路図

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１、図２は第１実施形態のイオン送出装置の正面断面図及び側面断面図を示している。イオン送出装置１は空気清浄機を構成し、筐体２内に誘電体の樹脂成形品により形成される第１送風ダクト１１及び第２送風ダクト２１が左右に並設される。

第１送風ダクト１１は筐体２の一側面に開口する第１吸込口１２と上面に開口する第１吹出口１３とを連通させる。第１吸込口１２には塵埃を捕集する集塵フィルター１５及び複数の通気孔を開口した通気板１６が配される。第２送風ダクト２１は筐体２の第１吸込口１２に対向した側面に開口する第２吸込口２２と上面に開口する第２吹出口２３とを連通させる。第２吸込口２２には塵埃を捕集する集塵フィルター２５及び複数の通気孔を開口した通気板２６が配される。

第１送風ダクト１１及び第２送風ダクト２１には送風ファン３が配される。送風ファン２はシロッコファンから成り、共通のファンモータ３ａにより駆動される２つの羽根車３ｂ、３ｃが同軸に設けられる。羽根車３ｂが第１吸込口１２に面して第１送風ダクト１１内に配置され、羽根車３ｃが第２吸込口２２に面して第２送風ダクト２１内に配置される。ファンモータ３ａによって羽根車３ｂ、３ｃが回転して第１送風ダクト１１及び第２送風ダクト２１に気流が流通する。

また、筐体２内には詳細を後述する正イオン発生部３１及び負イオン発生部３２を備えたイオン発生装置３０が配される。正イオン発生部３１は第１送風ダクト１１に臨んで配され、負イオン発生部３２は第２送風ダクト２１に臨んで配される。

第１送風ダクト１１及び第２送風ダクト２１の送風ファン３とイオン発生装置３０との間には接地電極１４、２４がそれぞれ設けられている。

筐体２の後部には送風ファン３及びイオン発生装置３０を駆動制御する制御部４が配される。制御部４は筐体２に設けられる金属プレート（金属部、不図示）に導通してフレーム接地される接地端子（不図示）を備えている。接地電極１４、２４は導体により抵抗５を介して接地端子に接続され、接地電位に維持される。

図３はイオン発生装置３０の斜視図を示している。イオン発生装置３０はセラミック等の誘電体のカバー３４により覆われる。カバー３４内には第１放電電極３１ａ、第１誘導電極３１ｂ、第２放電電極３２ａ、第２誘導電極３２ｂ及び駆動回路を実装した回路基板（不図示）が配される。第１放電電極３１ａ及び第１誘導電極３１ｂにより正イオン発生部３１が形成され、第２放電電極３２ａ及び第２誘導電極３２ｂにより負イオン発生部３２が形成される。

第１放電電極３１ａ及び第２放電電極３２ａは針状に形成され、所定の間隔で並設される。第１誘導電極３１ｂは第１放電電極３１ａを中心とする環状に形成され、第１放電電極３１ａに対向する。第２誘導電極３２ｂは第２放電電極３２ａを中心とする環状に形成され、第２放電電極３２ａに対向する。

図４はイオン発生装置３０の駆動回路を示す回路図である。駆動回路の一端の端子４０ａ、４０ｂは電源回路（不図示）に接続される。電源回路から端子４０ａ、４０ｂ間に所定方向の電流が流れて電圧が印加されるとダイオード４１及び抵抗４２を介してコンデンサ４３に充電される。

コンデンサ４３の端子間電圧が上昇して２端子サイリスタ４４のブレークオーバー電圧に到達すると、２端子サイリスタ４４はツェナーダイオードのように動作してさらに電流を流す。２端子サイリスタ４４に流れる電流がブレークオーバー電流に到達すると、２端子サイリスタ４４は略短絡状態となる。これにより、コンデンサ４３に充電された電荷が２端子サイリスタ４４及びパルストランス４５の一次巻線４５ａを介して放電され、一次巻線４５ａにインパルス電圧が発生する。

一次巻線４５ａにインパルス電圧が発生すると、パルストランス４５の二次巻線４５ｂに正及び負の高電圧パルスが交互に減衰しながら発生する。第１誘導電極３１ｂ及び第２誘導電極３２ｂは導通して二次巻線４５ｂの一端に接続される。二次巻線４５ｂの他端はダイオード４６、４７を介してそれぞれ第１放電電極３１ａ及び第２放電電極３２ａに接続される。

このため、二次巻線４５ｂで発生した正の高電圧パルスはダイオード４６を介して第１放電電極３１ａに印加される。これにより、第１放電電極３１ａの先端でコロナ放電が発生する。二次巻線４５ｂで発生した負の高電圧パルスはダイオード４７を介して第２放電電極３２ａに印加される。これにより、第２放電電極３２ａの先端でコロナ放電が発生する。尚、第１、第２放電電極３１ａ、３２ａは所定の周期で交互に高電圧が印加されるが、独立した２つの駆動回路を設けて同時に高電圧を印加してもよい。

第１放電電極３１ａのコロナ放電により空気中の水分子が電離して水素イオンが生成される。この水素イオンが溶媒和エネルギーにより空気中の水分子とクラスタリングする。これにより、Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）ｍ（ｍは０または任意の自然数）から成る空気イオンの正イオンが正イオン発生部３１から放出される。

また、第２放電電極３２ａのコロナ放電により空気中の酸素分子または水分子が電離して酸素イオンが生成される。この酸素イオンが溶媒和エネルギーにより空気中の水分子とクラスタリングする。これにより、Ｏ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）ｎ（ｎは任意の自然数）から成る空気イオンの負イオンが負イオン発生部３２から放出される。

Ｈ⁺（Ｈ₂Ｏ）ｍ及びＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）ｎは空気中の浮遊菌や臭い成分の表面で凝集してこれらを取り囲む。そして、式（１）〜（３）に示すように、衝突により活性種である［・ＯＨ］（水酸基ラジカル）やＨ₂Ｏ₂（過酸化水素）を微生物等の表面上で凝集生成して浮遊菌や臭い成分を破壊する。ここで、ｍ’、ｎ’は任意の自然数である。従って、正イオン及び負イオンを室内に送出することにより、室内の殺菌及び臭い除去を行うことができる。

Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)ｍ＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)ｎ→・ＯＨ＋1/2Ｏ₂＋(ｍ＋ｎ)Ｈ₂Ｏ・・・（１）
Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)ｍ＋Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)ｍ’＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)ｎ＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)ｎ’
→ 2・ＯＨ＋Ｏ₂＋(ｍ＋ｍ'＋ｎ＋ｎ')Ｈ₂Ｏ・・・（２）
Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)ｍ＋Ｈ⁺(Ｈ₂Ｏ)ｍ’＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)ｎ＋Ｏ₂ ^-(Ｈ₂Ｏ)ｎ’
→ Ｈ₂Ｏ₂＋Ｏ₂＋(ｍ＋ｍ'＋ｎ＋ｎ')Ｈ₂Ｏ・・・（３）

上記構成のイオン送出装置１において、送風ファン３の駆動によって第１、第２吸込口１２、２２を介してそれぞれ第１、第２送風ダクト１１、２１内に室内の空気が取り込まれる。空気に含まれる塵埃は集塵フィルター１５、２５により捕集される。

塵埃を除去して第１送風ダクト１１を流通する空気には正イオン発生部３１により発生した正イオンが含まれ、第１吹出口１３から送出される。塵埃を除去して第２送風ダクト２１を流通する空気には負イオン発生部３２により発生した負イオンが含まれ、第２吹出口２３から送出される。この時、正イオンと負イオンとが第１送風ダクト１１と第２送風ダクト２１とに隔離して流通するため、イオンの中和失活を低減して送出量を増加させることができる。

そして、第１、第２吹出口１３、２３から送出される正イオン及び負イオンによって空気中の浮遊菌や臭気成分を破壊し、室内の殺菌や脱臭が行われる。

また、第１、第２送風ダクト１１、２１は誘電体により形成されるため、正イオン及び負イオンの一方が流通するとイオンにより帯電して内壁に電位勾配が形成される。この電位勾配によってイオン発生装置３０の近傍の電位が大きくなるとイオン発生装置３０でイオンを発生させる電界に悪影響を及ぼし、イオン発生量が減少する。

このため、第１送風ダクト１１は接地電極１４で接地して除電され、正イオンによる帯電が低減される。同様に、第２送風ダクト２１は接地電極２４で接地して除電され、負イオンによる帯電が低減される。これにより、イオン発生量が増加し、イオンの送出量をより増加させることができる。

この時、イオン発生装置３０の高電圧の印加によって第１、第２送風ダクト１１、２１が高電位に帯電すると接地電極１４、２４に流れる電流が大きくなる。このため、抵抗５により接地電極１４、２４に流れる電流を小さくすることができる。抵抗５を２ＭΩ以上に大きくすると、確実に接地電極１４、２４に流れる電流を小さくすることができる。

尚、第１、第２送風ダクト１１、２１は接地電位に維持される接地電極１４、２４から離れた位置で僅かに電位勾配が形成される。このため、正イオンは正電位に帯電する第１送風ダクト１１に反発して第１吹出口１３から流出しやすくなる。同様に、負イオンは負電位に帯電する第２送風ダクト２１に反発して第１吹出口１３から流出しやすくなる。

この時、接地電極１４、２４をそれぞれ正イオン発生部３１、負イオン発生部３２の下流側に配置すると、接地電位となる接地電極１４、２４に正イオン及び負イオンが反発しないため吸着される場合がある。このため、接地電極１４、２４をそれぞれ正イオン発生部３１、負イオン発生部３２の上流側に配置し、イオンの吸着を低減してイオンの送出量をさらに増加させることができる。

図５はイオン送出装置１を試験室内に設置してイオン濃度を測定した測定点（９点）を示す斜視図である。試験室Ｒは幅３００ｃｍ、奥行き３５０ｃｍ、高さ２５０ｃｍに形成している。イオン送出装置１は試験室Ｒの幅方向を形成する一側壁Ｗの中央から３０ｃｍ離れて配置している。イオン送出装置１の高さ（第１、第２吹出口１３、２３の形成面の高さ）は９０ｃｍである。また、イオン送出装置１の風量を１．２ｍ³／ｍｉｎにしている。

測定点Ａ〜Ｉの高さは１２５ｃｍである。測定点Ａ、Ｂ、Ｃは側壁Ｗの中央に対して向かって右方向（第２吹出口２３が配される側）に７５ｃｍ離隔している。測定点Ｄ、Ｅ、Ｆは側壁Ｗの中央を通る鉛直面上（イオン送出装置１の正面）に配される。測定点Ｇ、Ｈ、Ｉは側壁Ｗの中央に対して向かって左方向（第１吹出口１３が配される側）に７５ｃｍ離隔している。

また、測定点Ａ、Ｄ、Ｇは側壁Ｗに対して奥行き方向に８７．５ｃｍ離隔している。測定点Ｂ、Ｅ、Ｈは側壁Ｗに対して奥行き方向に１７５ｃｍ離隔している。測定点Ｃ、Ｆ、Ｉは側壁Ｗに対して奥行き方向に２６２．５ｃｍ離隔している。

表１は各測定点Ａ〜Ｉにおける正イオン及び負イオンのイオン濃度（単位：個／ｃｍ³）を測定した結果を示している。また、比較のため、表２に接地電極１４、２４を接地する導体を取り外してイオン濃度を同様に測定した結果を示している。

表１、表２によると、第１、第２送風ダクト１１、２１を接地していない場合に負イオンの濃度が低く、正負イオンの濃度のバランスが悪くなっている。これに対して、第１、第２送風ダクト１１、２１を接地すると、正イオン及び負イオンの濃度が高く、正負イオンの濃度のバランスが改善されている。

本実施形態によると、接地した第１送風ダクト１１に正イオン発生部３１を配し、接地した第２送風ダクト２１に負イオン発生部３２を配したので、正イオンと負イオンとの衝突による中和失活を低減することができる。また、第１、第２送風ダクト１１、２１が接地によって除電されるため第１、第２送風ダクト１１、２１の電位勾配が低減される。これにより、イオンを発生させる電界への電位勾配による悪影響が小さくなるためイオンの発生量を増加させることができる。従って、イオンの送出量を増加させることができ、殺菌効果や脱臭効果を向上させることができる。

また、第１送風ダクト１１が正イオン発生部３１の上流側の接地電極１４で接地され、第２送風ダクト２１が負イオン発生部３２の上流側の接地電極２４で接地される。これにより、接地電位部分でのイオンの吸着を低減し、イオンの送出量をより増加させることができる。

また、第１送風ダクト１１及び第２送風ダクト２１が抵抗５を介して接地されるので、接地電極１４、２４に流れる電流を小さくすることができる。また、抵抗５を２ＭΩ以上に大きくすることにより、接地電極１４、２４に流れる電流を確実に小さくすることができる。

次に、図６は第２実施形態のイオン送出装置１のイオン発生装置３０の駆動回路を示している。説明の便宜上、前述の図１〜図５に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は接地電極１４、２４が駆動回路の二次側コモン端子４８に接続される。その他の部分は第１実施形態と同様である。

二次側コモン端子４８はパルストランス４５の二次巻線４５ｂの一端に接続され、第１誘導電極３１ｂ及び第２誘導電極３２ｂに導通する。また、二次側コモン端子４８は筐体２の金属プレート（金属部、不図示）に接続され、フレーム接地されている。二次側コモン端子４８を制御部４の接地端子に接続してフレーム接地してもよい。接地電極１４、２４は抵抗５を介して二次側コモン端子４８に接続される。これにより、接地電極１４、２４は互いに導通する第１誘導電極３１ｂ及び第２誘導電極３２ｂに電気接続されて接地する。

従って、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、接地電極１４、２４を互いに導通する第１誘導電極３１ｂ及び第２誘導電極３２ｂに電気接続し、第１、第２送風ダクト１１、２１を容易に接地することができる。

第１、第２実施形態において、正イオン発生部３１及び負イオン発生部３２は空気イオンから成る正イオン及び負イオンを発生するが、これに限らない。例えば、正イオン発生部３１及び負イオン発生部３２を静電霧化装置によって構成してもよい。

即ち、静電霧化装置に設けた放電電極をペルチェ素子により冷却することで放電電極の表面に結露水が生じる。次に、放電電極に負の高電圧を印加すると、結露水から負イオンを含む帯電微粒子水が生成される。また、放電電極に正の高電圧を印加すると、結露水から正イオンを含む帯電微粒子水が生成される。これにより、正イオン発生部及び負イオン発生部が構成され、正イオン及び負イオンを送出して室内の殺菌等を行うことができる。

本発明によると、正イオン及び負イオンを送出するイオン送出装置に利用することができる。

１イオン送出装置
２筐体
３送風ファン
４制御部
５抵抗
１１第１送風ダクト
１２第１吸込口
１３第１吹出口
１４、２４接地電極
１５、２５集塵フィルター
２１第２送風ダクト
２２第２吸込口
２３第２吹出口
３０イオン発生装置
３１正イオン発生部
３１ａ第１放電電極
３１ｂ第１誘導電極
３２負イオン発生部
３２ａ第２放電電極
３２ｂ第２誘導電極
４８二次側コモン端子

Claims

第１吹出口及び第２吹出口を開口する筐体と、正電圧が印加される第１放電電極の放電によって正イオンを発生する正イオン発生部と、負電圧が印加される第２放電電極の放電によって負イオンを発生する負イオン発生部と、第１吹出口を開放端に有して前記正イオン発生部が配される誘電体から成る第１送風ダクトと、第２吹出口を開放端に有して前記負イオン発生部が配される誘電体から成る第２送風ダクトと、第１送風ダクト及び第２送風ダクトに気流を流通させる送風ファンとを備え、正イオンを第１吹出口から送出して負イオンを第２吹出口から送出するとともに、第１送風ダクトが前記正イオン発生部の上流側を接地され、第２送風ダクトが前記負イオン発生部の上流側を接地されることを特徴とするイオン送出装置。
前記正イオン発生部が第１放電電極に対向する第１誘導電極を有して第１放電電極と第１誘導電極との間に電圧を印加して第１放電電極が放電するとともに、前記負イオン発生部が第２放電電極に対向する第２誘導電極を有して第２放電電極と第２誘導電極との間に電圧を印加して第２放電電極が放電し、第１送風ダクト及び第２送風ダクトが互いに導通する第１誘導電極及び第２誘導電極に電気接続されることを特徴とする請求項１に記載のイオン送出装置。
第１誘導電極及び第２誘導電極が前記筐体に設けた金属部に導通してフレーム接地されることを特徴とする請求項２に記載のイオン送出装置。
第１送風ダクト及び第２送風ダクトが抵抗を介して接地されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のイオン送出装置。
前記抵抗が２ＭΩ以上であることを特徴とする請求項４に記載のイオン送出装置。
前記正イオン及び前記負イオンが空気イオンまたは帯電微粒子水であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のイオン送出装置。