JP2006040876A - イオン発生用セラミック電極構造物およびこれを用いたイオン発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
イオンの発生性能を一層高めるために、セラミック電極構造物を改善し、このセラミック電極構造物に矩形パルス電圧を印加することでオゾンの発生を抑制できるイオン発生用電極構造およびこれを用いたイオン発生装置を提供する。
【解決手段】
放電電極4と、誘導電極6と、それらの間に形成されたセラミック絶縁層3と、を含むイオン発生用セラミック電極構造物であって、前記放電電極4と前記誘導電極6との面積比が2〜3.5倍であるイオン発生用セラミック電極構造物を構成する。
【選択図】図1
イオンの発生性能を一層高めるために、セラミック電極構造物を改善し、このセラミック電極構造物に矩形パルス電圧を印加することでオゾンの発生を抑制できるイオン発生用電極構造およびこれを用いたイオン発生装置を提供する。
【解決手段】
放電電極4と、誘導電極6と、それらの間に形成されたセラミック絶縁層3と、を含むイオン発生用セラミック電極構造物であって、前記放電電極4と前記誘導電極6との面積比が2〜3.5倍であるイオン発生用セラミック電極構造物を構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、イオン発生用セラミック電極構造物およびこれを用いたイオン発生装置に関するもので、詳しくは、電極構造を改善することでイオン発生装置の性能を向上できるイオン発生用セラミック電極構造物およびこれを用いたイオン発生装置に関するものである。
イオン発生装置は、空気掃除機、エアコンディショナー、加湿器などに適用されている。
一般に、イオン発生装置は、交流電流が印加されると、陽イオンおよび陰イオンを発生して水酸基(OH)または過酸化水素(H2O2)を生成するが、これら生成物質が細菌に付着され、その結果、細菌の酸化反応またはオゾンの発生により細菌が除去される。
従来のイオン発生装置に適用されたセラミック電極構造は、日本国特開2003−36954号に開示されている。この装置は、健康に良い陰イオンのみを効率的に発生するために電極構造を改善したものであるが、この装置の放電電極および誘導電極に高周波交流電流を印加するため、依然としてオゾンが多く発生する。
また、イオン発生装置から発生するイオンを用いて殺菌機能を強化するためには、イオンの発生性能を一層高める必要がある。
特開2003−36954号公報
本発明は、イオンの発生性能を一層高めるために、セラミック電極構造物を改善し、このセラミック電極構造物に矩形パルス電圧を印加することでオゾンの発生を抑制できるイオン発生用電極構造物およびこれを用いたイオン発生装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は、放電電極と、誘導電極と、それらの間に形成されたセラミック絶縁層と、を含むイオン発生用セラミック電極構造物であって、前記放電電極と前記誘導電極との面積比は、2〜3.5倍であることを特徴とする。
前記誘導電極を固定設置するためのセラミックプレートをさらに含み、前記放電電極の面積は、前記セラミックプレートの面積の10〜20%であることを特徴とする。
前記放電電極は、電極ラインを形成するパターンフレームと、電圧を印加するための電極部と、少なくとも一つの放電針と、を含むことを特徴とする。
前記放電針の長さは、前記パターンフレームの厚さの1〜2倍であり、前記放電針の尖頭部の角度は、40〜60゜であることを特徴とする。
前記パターンフレームの厚さは、0.5〜1.0mmであることを特徴とする。
前記放電針の終端部と前記誘導電極の終端部との間の水平距離は、1.1〜2.5mmであることを特徴とする。
前記パターンフレームは、多角形が相互隣接する幾何学形状に形成されることを特徴とする。
前記各電極のキャパシタンスは、20〜40pFであることを特徴とする。
前記各電極に安定状態で印加する高電圧は、前記各電極に初期に印加する動作電圧よりも大きいことを特徴とする。
前記高電圧は、前記動作電圧よりも1.2〜1.5倍大きいことを特徴とする。
また、前記目的を達成するために、本発明は、プラズマ放電によりイオンを発生するための複数の電極を備えた電極構造物と、前記複数の電極に矩形パルスの高電圧を印加する矩形パルス発生部と、を含んで構成されたイオン発生装置であって、前記複数の電極は、放電電極および誘導電極により構成され、前記誘導電極の面積は、前記放電電極の面積よりも2〜3.5倍大きいことを特徴とする。
前記各電極に印加された矩形パルスの電圧は、初期に印加する電圧よりも安定状態で印加する電圧が大きいことを特徴とする。
本発明によると、セラミック電極構造物の形状を改善することで、水素イオンの発生量を増大してイオン発生性能を大きく向上するとともに、セラミック電極構造物に矩形パルスの高電圧を印加してオゾンの発生を抑制できるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、本発明によるイオン発生用電極構造物1は、セラミックコーティング層2、放電電極4、セラミック絶縁層3、誘導電極6およびセラミックプレート5を積層して構成する。セラミックコーティング層2は、放電電極4の表面を覆って保護し、セラミック絶縁層3は、放電電極4と誘導電極6との間に配置され、それら放電電極4と誘導電極6とを相互絶縁させる。
図2は、本発明によるセラミック電極構造物の主要部を示した平面図である。
誘導電極6は、セラミックプレート5に固定設置され、その誘導電極6の上部には、放電電極4が対応するように設置される。放電電極4および誘導電極6は、導電体であるタングステンがプリンティングされており、電極の両端にかかる高電圧によりコロナ放電を起こしてイオンを発生する。放電電極4は、幾何学形状の電極ラインを形成するパターンフレーム4c、そのパターンフレーム4cの一側に形成された電極部4aおよび複数の放電針4bにより構成される。
イオン発生量を決定する放電電極4に関する多様な要素は、次のように定める。まず、放電電極4の面積はセラミックプレート5の面積(5a×5b)の10〜20%にし、パターンフレーム4cの厚さは0.5〜1.0mmにし、放電針4bの長さはパターンフレームの厚さの1〜2倍にし、放電針4bの尖頭部の角度は40〜60゜にする。また、放電針4bの終端部と誘導電極6の終端部との間の水平距離4eは1.1〜2.5mmにする。また、パターンフレーム4cは、多角形が相互隣接して配列されており、そのパターンフレーム4cには、複数の放電針4bが形成されている。
一方、図3aの第1モデルD1、図3bの第2モデルD2、図3cの第3モデルD3、図3dの第4モデルD4、図3eの第5モデルD5を対象にし、放電電極と誘導電極との面積比およびイオン発生量の関係、セラミックプレート全体の面積、放電電極と誘導電極との面積比およびイオン発生量の関係、放電電極4の面積、誘導電極6の面積およびイオン発生量の関係、各電極に初期に印加する動作電圧、安定状態で印加する高電圧およびイオン発生量の関係などを実験した結果、図4乃至図6のような結果が得られた。
前記実験結果によると、第4モデルD4および第5モデルD5では、イオン発生量が著しく増加する。第4モデルD4および第5モデルD5に共通的に適用される条件として、放電電極の面積は40〜80mm2、放電電極と誘導電極との面積比は2〜3.5、各電極に印加する初期動作電圧は2.4kV以上、高電圧は3.0kV以上にする。動作電圧は小さいほどよく、高電圧は動作電圧の1.2〜1.5倍にする。
図7のように、平板型誘導電極6のボディー6aに溝6bを形成した場合も、前記条件を充足すれば、良好なセラミック電極構造物として適用される。
前記セラミック電極構造物1は、図8に示すように、イオン発生装置に適用される。
イオン発生装置は、支持台11の一側および他側にセラミック電極構造物1および針状電極12を設け、そのセラミック電極構造物1の放電電極4および誘導電極6に連結された電気リード線に矩形パルス発生部14を連結し、針状電極12および接地電極に連結された電気リード線に直流電源発生部13を連結する。
直流電源発生部13は、所定の直流電源(直流12V)を矩形パルス発生部14に提供する。このとき、矩形パルス発生部14は、直流電源を矩形パルス電圧に変換して矩形パルス電圧を昇圧し、この昇圧された矩形パルスの高電圧を電気リード線を通して放電電極4と誘導電極6との間に印加する。セラミック電極構造物1に矩形パルスの高電圧を印加する場合、オゾンの発生が大きく抑制される。また、直流電源発生部13は、直流電源をマイナス極性に昇圧し、この昇圧されたマイナスの直流高電圧を針状電極12に印加する。
セラミック電極構造物1に矩形パルスの高電圧を印加し、針状電極12に直流電源を印加する場合、図9に示すように、セラミック電極構造物1では水素イオン(H+)が発生し、針状電極12では電子およびスーパーオキサイド・アニオン(O2 -)が発生する。セラミック電極構造物から発生した水素イオン(H+)は、針状電極から放出された電子と反応して水素原子になる。
水素原子およびスーパーオキサイド・アニオンが生成されてヒドロペルオキシ・ラジカル(O-O-H)を形成し、スーパーオキサイド・アニオンの電子は、細菌の静電気により相殺される。また、ヒドロペルオキシ・ラジカルは、細菌の細胞膜構成成分である蛋白質から水素原子を奪って水を作る。また、水素原子を奪われた細胞膜の蛋白質分子が破壊され、細菌の細胞膜も破壊されて殺菌が行われる。
1 電極構造物
2 セラミックコーティング層
3 セラミック絶縁層
4 放電電極
5 セラミックプレート
6 誘導電極
2 セラミックコーティング層
3 セラミック絶縁層
4 放電電極
5 セラミックプレート
6 誘導電極
Claims (12)
- 放電電極と、誘導電極と、それらの間に形成されたセラミック絶縁層と、を含むイオン発生用セラミック電極構造物であって、
前記放電電極と前記誘導電極との面積比は、2〜3.5倍であることを特徴とするイオン発生用セラミック電極構造物。 - 前記誘導電極を固定設置するためのセラミックプレートをさらに含み、前記放電電極の面積は、前記セラミックプレートの面積の10〜20%であることを特徴とする請求項1記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記放電電極は、電極ラインを形成するパターンフレームと、電圧を印加するための電極部と、少なくとも一つの放電針と、を含むことを特徴とする請求項1記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記放電針の長さは、前記パターンフレームの厚さの1〜2倍であり、前記放電針の尖頭部の角度は、40〜60゜であることを特徴とする請求項3記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記パターンフレームの厚さは、0.5〜1.0mmであることを特徴とする請求項4記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記放電針の終端部と前記誘導電極の終端部との間の水平距離は、1.1〜2.5mmであることを特徴とする請求項3記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記パターンフレームは、多角形が相互隣接する幾何学形状に形成されることを特徴とする請求項3記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記各電極のキャパシタンスは、20〜40pFであることを特徴とする請求項1記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記各電極に安定状態で印加する高電圧は、前記各電極に初期に印加する動作電圧よりも大きいことを特徴とする請求項1記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- 前記高電圧は、前記動作電圧よりも1.2〜1.5倍大きいことを特徴とする請求項9記載のイオン発生用セラミック電極構造物。
- プラズマ放電によりイオンを発生するための複数の電極を備えた電極構造物と、前記複数の電極に矩形パルスの高電圧を印加する矩形パルス発生部と、を含んで構成されたイオン発生装置であって、
前記複数の電極は、放電電極および誘導電極により構成され、前記誘導電極の面積は、前記放電電極の面積よりも2〜3.5倍大きいことを特徴とするイオン発生装置。 - 前記各電極に印加された矩形パルスの電圧は、初期に印加する電圧よりも安定状態で印加する電圧が大きいことを特徴とする請求項11記載のイオン発生装置。
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