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

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。
本発明によるイオン発生用セラミック電極構造物を示した斜視図である。 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。 実験に使用された放電電極のモデルＤ１を示した図である。 実験に使用された放電電極のモデルＤ２を示した図である。 実験に使用された放電電極のモデルＤ３を示した図である。 実験に使用された放電電極のモデルＤ４を示した図である。 実験に使用された放電電極のモデルＤ５を示した図である。 図３ａ乃至図３ｅで使用されたセラミック電極構造物の諸元および実験結果を示した表である。 図４の実験結果を示したグラフである。 図４の実験結果を示したグラフである。 本発明による誘導電極の他の実施形態を示した図である。 本発明によるイオン発生装置を示した図である。 本発明による細菌の殺菌動作を示した図である。
符号の説明
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

Claims (12)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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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