JP4721961B2 - イオン送風装置 - Google Patents

Description

この発明は、イオン風を生じさせるイオン送風装置に関するものである。

近年、快適な生活環境を実現するため、空気環境の改善を目的とした様々な機器が開発されている。このような機器としては、たとえば、温度や湿度を制御する空気調和機、空気中の塵や浮遊微生物を除去する空気清浄機などがある。

これらの機器においては、空気を外部へ送り出す方法として、通常はファンが用いられている。しかし、ファンが回転することによって生じる乱流や、ファンの振動によって生じる騒音など解決すべき問題がある。

ファンを用いない送風方法としては、イオン風を用いた送風技術がある。これは、放電等により空気中にイオンを放出し、放出されたイオンは電界によって所定の方向に向かって加速されながら、空気中にて気流を生じさせ、空気の流れを生む方法である。

特開昭６１−６１６５６号公報（特許文献１）には、イオン風を利用したイオン風式空気清浄機が記載されている。このイオン風式空気清浄機の一例として、概略図を図６に示す。

図６に示すように、このイオン風式空気清浄機６においては、イオンを発生させる複数個のイオン化電極６０１と、イオン化電極６０１に対向する対向集塵電極６０２と、対向集塵電極６０２に近づいたイオンを加速させる加速電極６０３と、イオン化電極６０１で発生したイオンを対向集塵電極６０２までの間で加速させるための補助電極６１０を用いてイオン起風を行う。イオン化電極６０１、イオン化電極６０１を支える導電体の支持体６０８、補助電極６１０と補助電極６１０を支える導電体の支持体６０８、対向集塵電極６０２、および、加速電極６０３はケース６０４内に収められている。支持体６０８は絶縁体６０９を介してケース６０４に取り付けられている。ケース６０４には、吸気口６０５と送風口６０６とが開けられている。ケース６０４内の送風口６０６側には活性炭フィルタ６０７が設けられている。

補助電極６１０には、イオン化電極６０１と対向集塵電極６０２との間に印加される電圧の中間の電圧が印加される。このようにすることにより、対向集塵電極６０２の付近で電界が弱まることなく、イオン電流の加速が十分に行われ、イオン起風を強化することができるので、空気清浄機を効率よく動作させることができる。吸気口６０５を通ってイオン風式空気清浄機６内に取り込まれた空気中の塵埃は、イオン化電極６０１で発生したイオンによって荷電され、対向集塵電極６０２、加速電極６０３によって捕集される。一方で、イオン化電極６０１においてイオンが発生するときにはオゾンも発生する。このオゾンは活性炭フィルタ６０７によって除去される。このようにして、清浄な空気を送風口６０６から送り出すことができる。
特開昭６１−６１６５６号公報

しかしながら、放電電極としてのイオン化電極６０１の近傍では、イオン化電極６０１から等方的な電界が発生している。したがって、空気中にて気流を生じさせるイオンは、必ずしも対向電極の方向に移動するわけではない。また、電界は電極から離れるにしたがって弱くなる。そのため、複数のイオン化電極間の空間、あるいはイオン化電極と壁面との間の空間においては、イオンを加速する電界が十分ではなくなり、イオンは対向電極へ向かいにくくなる。このとき、イオンが電界の弱い場所を通って逆行し、これによってイオンの移動によって加速されている空気が逆行して、全体の風速が上がらないという問題がある。

そこで、この発明の目的は、放電電極から対向電極へ向かって効率よくイオン風を生じさせるイオン送風装置を提供することである。

この発明に従ったイオン送風装置は、イオンを発生させる放電電極と、放電電極に対向し、開口部を有する対向電極と、気体と放電電極から発生するイオンとを発生したイオンによって放電電極から対向電極に向かって移動させるための流路とを備えるイオン送風装置において、放電電極と対向電極とを結ぶ方向に交差する流路の断面積が、放電電極から対向電極に向かって増大する。

放電電極で発生したイオンは、放電電極の付近では放射状に散乱する。これは、放電電極の近傍では放電電極によって形成される電界が非常に強く、この強い電界が放電電極から放射状に広がっているためである。しかし、この発明のイオン送風装置では、イオンの移動方向は流路の形状によって修正され得る。すなわち、流路の形状が、放電電極と対向電極とを結ぶ方向に交差する流路の断面積が放電電極から対向電極に向かって増大している形状であるために、イオン風は対向電極に向かって流れやすくなる。

このようにすることにより、放電電極付近で発生したイオンが電界の弱い部分を通じて逆行することなく、対向電極へ向かって効率よく送風させることができる。

この発明にしたがったイオン送風装置は、第一の放電電極と、第一の放電電極と対向する第一の対向電極と、第二の放電電極と、第二の放電電極と対向する第二の対向電極とをさらに備え、第一の放電電極が陽イオンを発生させ、第二の放電電極が陰イオンを発生させることが好ましい。

このようにすることにより、イオン風が放出された空間や周辺環境に偏った電位を生じさせることが抑制されるため、イオンがイオン送風装置の外で斥力を受けることなく、良好に送風することができる。

この発明に従ったイオン送風装置においては、放電電極と対向電極との間に印加する電圧を正と負の間で切替えることにより、放電電極から発生するイオンを陽イオンと陰イオンとの間で切替えることが好ましい。

このようにすることにより、イオン風が放出された空間および周辺環境に偏った電位を生じさせることが抑制されるため、イオンがイオン送風装置外で斥力を受けることなく、良好に送風することができる。

この発明に従ったイオン送風装置においては、第一の放電電極と第一の対向電極との間に印加する電圧と第二の放電電極と第二の対向電極との間に印加する電圧とが互いに逆極性であるように、第一の放電電極に印加する電圧と第二の放電電極に印加する電圧とを正と負の間で切替えることが好ましい。

以上のように、この発明によれば、放電電極付近で発生したイオンが電界の弱い部分を通じて逆行することなく、対向電極へ向かって効率よく送風させるイオン送風装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一つの実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。

図１に示すように、イオン送風装置１は、放電電極１０１と、放電電極１０１に対向する対向電極１０３と、流路としての風洞１０２と、放電電極１０１と対向電極１０３との間に電圧を印加するための電源１０４を備える。対向電極１０３はメッシュ状の電極であり、多数の開口部を有する。風洞１０２はダクト１０５に接続されている。風洞１０２は、絶縁性の合成樹脂で形成されている。

放電電極１０１と対向電極１０３との間に、放電電極１０１の電位が負になるように電源１０４によって電圧を印加し、放電電極１０１で放電を生じさせて陰イオンを発生させる。発生したイオンは、放電電極１０１と対向電極１０３との間の電界によって加速されて、矢印で示す送風方向１１０の向きに移動する。このとき、イオンの移動によって空気中に気流を生じさせ、送風方向１１０の向きに流れる風が生じる。

放電電極１０１にて発生したイオンは、放電電極１０１の付近では放射状に散乱する。これは、放電電極１０１の近傍では放電電極１０１によって形成される電界が非常に強く、この強い電界が放電電極１０１から放射状に広がっているためである。しかし、イオンの移動方向は風洞１０２の形状によって修正される。すなわち、風洞１０２の形状が、放電電極１０１と対向電極１０３とを結ぶ方向に交差する面積が放電電極１０１から対向電極１０３に向かって増大している形状、たとえば、放電電極１０１から対向電極１０３に向かって広がるように湾曲した形状、または、ほぼ円錐面の形状であるために、イオン風はダクト１０５に向かわず、対向電極１０３に向かって流れやすくなる。

このようにすることにより、放電電極１０１付近で発生したイオンが電界の弱い部分を通じて逆行することがなく、放電電極１０１付近から加速される空気は、対向電極１０３の方向に移動しやすくなり、逆行が抑制されて効率よく送り出すことができる。また、風洞１０２を絶縁性の合成樹脂で形成することにより、加速されたイオンが風洞１０２の壁に衝突した場合でも、電荷を失うことなく、引き続き対向電極１０３に向けて加速されるため、良好に送風を行うことができる。

さらに、電源１０４に印加する電圧の正負を切り替えて、放電により生成されるイオンの電荷の正負を切り替えることが好ましい。電源１０４に印加する電圧の切替は、タイマーなどで自動化してもよい。電源１０４に印加する電圧の正負を周期的に切り替えると、発生するイオンの電荷の正負も周期的に切り替えられる。イオン送風装置１から外部へ放出される空気が帯びる電荷の正負も周期的に切り替わるので、イオン送風装置１の周囲の物品に与える電荷の正負も周期的に切り替えられ、周囲の物品においては、イオン送風装置１から放出された帯電した空気によって与えられる電荷は互いに打ち消しあう。

このようにすることにより、イオン送風装置１を長時間運転しても、周囲の物品等に与える電荷が少なくなる。イオン送風装置１から放出されるイオン風は、周囲の物品の帯電によって斥力を受けることなく、良好に送風される。

図２は、この発明のもう一つの実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。

図２に示すように、イオン送風装置２は、放電電極２０１と、放電電極２０１に対向する対向電極２０３と、放電電極２０１と対向電極２０３との間に、放電電極２０１と対向電極２０３との間に印加される電圧の中間の電圧を印加される補助電極２０６と、放電電極２０１と補助電極２０６との間に電圧を印加する第一の電源２０４ａと、補助電極２０６と対向電極２０３との間に電圧を印加する第二の電源２０４ｂと、流路としての風洞２０２とを備える。風洞２０２はダクト２０５に接続されている。風洞２０２は、絶縁性の合成樹脂で形成されている。対向電極２０３と補助電極２０６は、どちらもメッシュ状の電極である。

図２に示すイオン送風装置２が、図１に示すイオン送風装置１と異なる点は、補助電極２０６が設けられ、補助電極２０６には放電電極２０１と対向電極２０３との間に印加された電圧の中間の電圧が印加されることである。このように構成されているので、放電電極２０１で発生したイオンが補助電極２０６の引力により加速され、放射状に散乱することをさらに防ぎやすくなり、送風を風洞２０２の形状に合った送風方向２１０に整えやすくなる。

このように、補助電極２０６を放電電極２０１と対向電極２０３との間に設けることにより、気体の乱流を防ぎ、風洞２０２の形状に沿ってイオン風を導くことができる。

図３は、この発明のさらにもう一つの実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。

図３に示すように、イオン送風装置３は、図１に示したイオン送風装置１と異なる点として、第一の風洞３０２ａと、第二の風洞３０２ｂとを備え、第一の風洞３０２ａには第一の放電電極３０１ａと第一の対向電極３０３ａが配置され、第二の風洞３０２ｂには第二の放電電極３０１ｂと第二の対向電極３０３ｂが配置されている。第一の風洞３０２ａと第二の風洞３０２ｂとは、どちらも絶縁性の合成樹脂で形成されており、ケース３０５内に収められている。第一の対向電極３０３ａと第二の対向電極３０３ｂは、どちらもメッシュ状の電極である。

第一の放電電極３０１ａと第二の放電電極３０１ｂとで発生したイオンは、それぞれ第一の対向電極３０３ａと第二の対向電極３０３ｂに向かって進みながら、送風方向３１０の方向に流れるイオン風を起こす。このようにして第一の風洞３０２ａと第二の風洞３０２ｂのそれぞれの内部で発生したイオン風は、第一の風洞３０２ａと第二の風洞３０２ｂの外部で合流する。

このように、複数の風洞を束ねることにより、イオン送風装置３の送風方向の厚みを薄く保ちながら、全体的な送風量を増大させることができる。放電電極と対向電極との間の距離を短く保ったままで風量を増大させることができるので、低電圧で送風量の大きなイオン送風が可能となる。

図３に示すイオン送風装置３においては、さらに第一の放電電極３０１ａまたは第二の放電電極３０１ｂの一方に正の電圧、たとえば＋２０００Ｖを印加し、他方に負の電圧、たとえば−２０００Ｖを印加することで、陽イオンと陰イオンとを同時に生成することができる。第一の放電電極３０１ａでは陽イオンを生成させ、第二の放電電極３０１ｂでは陰イオンを生成させると、イオン送風装置３の外部に放出された空気には、第一の放電電極３０１ａで発生した陽イオンと、第二の放電電極３０１ｂで発生した陰イオンとが含まれる。イオン送風装置３の外部ではこれらの電荷が互いに打ち消しあうので、周囲の物品が帯電しにくくなり、イオン送風装置３から放出される帯電した空気は斥力を受けにくくなる。

このように、第一の放電電極３０１ａと第二の放電電極３０１ｂとで陽イオンと陰イオンを別々に発生させることにより、イオン風が放出された空間や周辺環境に偏った電位を生じさせることが抑制されるため、イオンがイオン送風装置３の外部で斥力を受けることなく、良好に送風することができる。

図４は、この発明のさらに別の実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。

図４に示すように、イオン送風装置４は、放電電極４０１と、放電電極４０１に対向する対向電極４０３と、放電電極４０１と対向電極４０３との間に、放電電極４０１と対向電極４０３との間に印加される電圧の中間の電圧を印加される補助電極４０６と、放電電極４０１と補助電極４０６との間に電圧を印加する第一の電源４０４ａと、補助電極４０６と対向電極４０３との間に電圧を印加する第二の電源４０４ｂと、流路としての第一の風洞４０２と第二の風洞４０７を備える。第一の風洞４０２はダクト４０５に、第二の風洞４０７はダクト４０８に接続されている。第一の風洞４０２と第二の風洞４０７は、絶縁性の合成樹脂で形成されている。対向電極４０３と補助電極４０６は、どちらもメッシュ状の電極である。

イオン送風装置４が図２に示すイオン送風装置２と異なる点は、第一の風洞４０２が対向電極４０３を境にして第二の風洞４０７に接続していることである。放電電極４０１で発生し、対向電極４０３を超えて送風方向４１０の方向に流れ出るイオン風は、空気中に放散されずに第二の風洞４０７の形状に導かれてダクト４０８に流れ込む。第二の風洞４０７においては、気体とイオンとの移動方向に交差する面積が、対向電極４０３から離れる方向に向かって減少する。放電電極４０１で発生し、対向電極４０３を超えて流れ出たイオン風は、空気中に放散されずに第二の風洞４０７の形状に導かれてダクト４０８に流れ込む。

このようにすることにより、イオン送風装置４を所定のダクト４０８の径に合わせながら、効率のよい送風を実現することができる。

図５は、この発明のさらにまた別の実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。

図５に示すように、イオン送風装置５は、図３に示すイオン送風装置３に熱交換器５０６をさらに備えたものである。

このようにすることにより、温度や湿度を調整したイオン風をイオン装置５の外部に放出することができる。このように、熱交換器５０６をイオン送風装置５に備えることで、ファンを用いない空気調和機を提供することができる。イオン送風装置５においてはファンを使用せず、電界によって加速されるイオンによって風を起こすので、機械的な摩擦やファンの風切音がなく、静かに送風を行うことのできる空気調和機となる。

なお、本発明のイオン送風装置を熱交換器５０６と組み合わせる代わりにフィルターと組み合わせて空気調和機器を構成してもよく、本発明のイオン送風装置をドライヤー、扇風機、冷却器に応用することもできる。

本発明のイオン送風装置を用いて得られたイオン送風の実験結果について説明する。

（実施例１）
図１に示すイオン送風装置１を用いて送風実験を行った。

ダクト１０５の内径は３ｃｍ、対向電極１０３の位置での風洞１０２の内径は１２ｃｍ、放電電極１０１から対向電極１０３までの距離は、およそ１５ｃｍとした。対向電極１０３を基準として放電電極１０１に−２０００Ｖの電圧を印加し、放電電流は１ｍＡとして、放電電極１０１で放電を発生させた。このようにして、イオン送風装置１の送風量を測定した。比較のため、風洞の内径を一様に１２ｃｍとした対照用風洞を用いて同様の測定を行った。測定時の気温は２２℃であった。

風洞の両端を開放してイオン風の風量を測定した場合、風洞１０２を用いたイオン送風装置１では１０Ｌ／秒の送風量が得られた。一方、風洞の内径が一様に１２ｃｍである対照用風洞では、送風量は１Ｌ／秒であった。イオン風の風量については、対向電極１０３から下流側に１ｃｍ離れた位置において格子状の複数の地点で風速を測定し、測定された風速から風洞全体の送風量を求めた。

このように、風洞１０２の内径が放電電極１０１から対向電極１０３に向かって次第に大きくなる本発明のイオン送風装置１では、一様な内径の風洞を用いたイオン送風装置よりも１０倍の送風量を得ることができた。これは、風洞１０２の形状によってイオン風の移動方向を放電電極１０１から対向電極１０３の方向に整え、逆風が抑制されるためである。

（実施例２）
図２に示すイオン送風装置２を用いて送風実験を行った。

ダクト１０５の内径は３ｃｍ、対向電極１０３の位置での風洞１０２の内径は１２ｃｍ、放電電極２０１から対向電極２０３までの距離は、およそ１５ｃｍとした。対向電極２０３を基準として、放電電極２０１に−２０００Ｖ、補助電極２０６に−１０００Ｖの電圧をそれぞれ印加し、放電電流は１ｍＡとして、放電電極２０１で放電を発生させた。このようにしてイオン送風装置２の送風量を測定した。測定時の気温は２２℃であった。

風洞の両端を開放してイオン風の風量を測定した場合、１５Ｌ／秒の送風量が得られた。イオン風の風量については、対向電極２０３から下流側に１ｃｍ離れた位置において格子状の複数の地点で風速を測定し、測定された風速から風洞全体の送風量を求めた。

このように、放電電極２０１と対向電極２０３の間に補助電極２０６を設けることにより、乱流が抑制され、流路の形状に沿ってイオン風を導くことができるので、より効率のよいイオン送風装置が得られる。

（実施例３）
図３に示すイオン送風装置３を用いて送風実験を行った。

第一の風洞３０２ａと第二の風洞３０２ｂにおいては、放電電極の位置での内径を１ｃｍ、対向電極の位置での内径を３ｃｍとし、第一の放電電極３０１ａから第一の対向電極３０３ａまでの距離と、第二の放電電極３０１ｂから第二の対向電極３０３ｂまでの距離とは、どちらもおよそ５ｃｍとした。第一の対向電極３０３ａと第二の対向電極３０３ｂを基準として、第一の放電電極３０１ａに−２０００Ｖ、第二の放電電極３０１ｂに−２０００Ｖの電圧をそれぞれ印加し、放電電流は１ｍＡとして、第一の放電電極３０１ａと第二の放電電極３０１ｂとで放電を発生させた。このようにして、イオン送風装置３の送風量を測定した。測定時の気温は２２℃であった。

風洞の両端を開放してイオン風の風量を測定した場合、２０Ｌ／秒の送風量が得られた。イオン風の風量については、第一の対向電極３０３ａと第二の対向電極３０３ｂのそれぞれから下流側に１ｃｍ離れた位置において格子状の複数の地点で風速を測定し、測定された風速から風洞全体の送風量を求めた。

このように、イオン送風装置３が複数の風洞を備えることで、イオン送風装置３の送風方向の厚みを薄く保ちながら、全体的な送風量を増大させることができる。放電電極と対向電極との距離を短く保ったままで風量を増大させられるので、低電圧で送風量の大きなイオン送風が可能となる。

以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、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修正や変形を含むものである。

本発明の一つの実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。 本発明のもう一つの実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。 本発明のさらにもう一つの実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。 本発明のさらにまた別の実施の形態として、イオン送風装置の概略的な全体を示す断面図である。 従来のイオン風式空気清浄機の一例を示す図である。

符号の説明

１０１：放電電極、１０２：風洞、１０３：対向電極、２０１：放電電極、２０２：風洞、２０３：対向電極、２０６：補助電極、３０１ａ：第一の放電電極、３０１ｂ：第二の放電電極、３０２ａ：第一の風洞、３０２ｂ：第二の風洞、３０３ａ：第一の対向電極、３０３ｂ：第二の対向電極、４０１：放電電極、４０２：第一の風洞、４０３：対向電極、４０６：補助電極、４０７：第二の風洞。

Claims (4)

1. イオンを発生させる放電電極と、
   前記放電電極に対向し、開口部を有する対向電極と、
   気体と前記放電電極から発生するイオンとを発生したイオンによって前記放電電極から前記対向電極に向かって移動させるための流路とを備えるイオン送風装置において、
   前記放電電極と前記対向電極とを結ぶ方向に交差する前記流路の断面積が、前記放電電極から前記対向電極に向かって増大する、イオン送風装置。
2. 第一の放電電極と、
   前記第一の放電電極と対向する第一の対向電極と、
   第二の放電電極と、
   前記第二の放電電極と対向する第二の対向電極とを備え、
   前記第一の放電電極が陽イオンを発生させ、前記第二の放電電極が陰イオンを発生させる、請求項１に記載のイオン送風装置。
3. 前記放電電極と前記対向電極との間に印加する電圧を正と負の間で切替えることにより、前記放電電極から発生するイオンを陽イオンと陰イオンとの間で切替える、請求項１または請求項２に記載のイオン送風装置。
4. 前記第一の放電電極と前記第一の対向電極との間に印加する電圧と前記第二の放電電極と前記第二の対向電極との間に印加する電圧とが互いに逆極性であるように、前記第一の放電電極に印加する電圧と前記第二の放電電極に印加する電圧とを正と負の間で切替える、請求項２に記載のイオン送風装置。

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