JP2009193847A - 電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】正イオンと負イオンの中和を抑制することが可能なイオン発生装置を提供する。
【解決手段】このイオン発生装置では、負イオン発生モード時は、スイッチング素子９がオンしてイオン発生素子１３で負イオンが発生し、正イオン発生モード時は、スイッチング素子１０がオンしてイオン発生素子１４で正イオンが発生し、正負イオン発生モード時は、スイッチング素子９,１０が交互にオンしてイオン発生素子１３，１４で負イオンと正イオンを交互に発生する。したがって、負イオンと正イオンを異なるタイミングで発生するので、負イオンと正イオンの中和を抑制できる。
【選択図】図１

Description

この発明は電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器に関し、特に、イオン発生器に電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器に関する。

従来より、正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧をイオン発生素子に印加することにより、正イオンと負イオンの両方を発生するイオン発生装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このようなイオン発生装置はたとえば空気調和機内に設けられ、ファンによって空気中に放出された両極性のイオンは、空気中の浮遊カビ菌やウィルスの周りを取り囲んで不活性化させる。
特開２００７−２３４４６１号公報

しかし、従来のイオン発生装置では、正イオンと負イオンを同時に発生していたので、正イオンと負イオンが中和し、イオン発生量が低下するという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、正イオンと負イオンの中和を抑制することが可能な電圧印加回路と、それを用いたイオン発生装置および電気機器を提供することである。

この発明に係る電圧印加回路は、イオン発生器に電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路であって、正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧を発生するインパルス発生回路と、第１のモード時は、インパルス状電圧を整流して正電圧を生成し、その正電圧をイオン発生器に印加して正イオンを発生させ、第２のモード時は、インパルス状電圧を整流して負電圧を生成し、その負電圧をイオン発生器に印加して負イオンを発生させる整流回路とを備えたものである。

好ましくは、第１および第２のモードは交互に実行される。
また好ましくは、インパルス発生回路は、トランスと、コンデンサと、コンデンサを充電させる充電回路と、充電回路によって充電されたコンデンサをトランスの１次巻線の端子間に接続して、トランスの２次巻線の端子間にインパルス状電圧を発生させるスイッチング素子とを含む。

また好ましくは、イオン発生器は、各々が放電電極とトランスの２次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有する第１および第２のイオン発生素子を含み、整流回路は、第１および第２のダイオードと、第１のモード時は、トランスの２次巻線の他方端子と第１のイオン発生素子の放電電極との間に第１のダイオードを順バイアス方向に接続し、第２のモード時は、トランスの２次巻線の他方端子と第２のイオン発生素子の放電電極との間に第２のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む。

また好ましくは、イオン発生器は、放電電極とトランスの２次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有するイオン発生素子を含み、整流回路は、第１および第２のダイオードと、第１のモード時は、トランスの２次巻線の他方端子と放電電極との間に第１のダイオードを順バイアス方向に接続し、第２のモード時は、トランスの２次巻線の他方端子と放電電極との間に第２のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む。

また、この発明に係るイオン発生装置は、上記電圧印加回路と、イオン発生器とを備えたものである。

また、この発明に係る電気機器は、上記イオン発生装置と、イオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送出手段とを備えたものである。

この発明に係る電圧印加回路では、正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧を発生するインパルス発生回路と、第１のモード時は、インパルス状電圧を整流して正電圧を生成し、その正電圧をイオン発生器に印加して正イオンを発生させ、第２のモード時は、インパルス状電圧を整流して負電圧を生成し、その負電圧をイオン発生器に印加して負イオンを発生させる整流回路とが設けられる。したがって、正イオンと負イオンを異なるタイミングで発生するので、正イオンと負イオンの中和を抑制することができる。

図１は、この発明の一実施の形態によるイオン発生装置の構成を示す回路図である。図１において、このイオン発生装置は、交流電源１に接続される電圧印加回路２と、電圧印加回路２の出力電圧によって駆動されるイオン発生素子１３，１４とを備える。交流電源１は、たとえば商用交流電源である。なお、日本では、商用交流電源に接続されたコンセントの２つの端子のうちの一方の端子は接地されている。

電圧印加回路２は、整流ダイオード３、入力抵抗素子４、コンデンサ５、フライホイールダイオード６、トランス駆動用スイッチング素子７、昇圧トランス８、スイッチング素子９，１０、および整流ダイオード１１，１２を含む。トランス駆動用スイッチング素子７としては、双方向導通可能となるトライアックや２端子サイリスタなどが用いられる。

整流ダイオード３、入力抵抗素子４、およびコンデンサ５は、交流電源１の出力端子１ａと接地端子１ｂとの間に直列接続される。トランス駆動用スイッチング素子７および昇圧トランス８の１次巻線８ａは、コンデンサ５の端子間に直列接続される。フライホイールダイオード６は、アノードを接地端子１ｂ側にしてコンデンサ５に並列接続される。

また、昇圧トランス８の２次巻線８ｂの一方端子とイオン発生素子１３，１４の誘電電極側端子１３ｂ,１４ｂとは、ともに接地端子１ｂに接続される。整流ダイオード１１のアノードはイオン発生素子１３の放電電極側端子１３ａに接続され、そのカソードはスイッチング素子９を介して２次巻線８ｂの他方端子に接続される。整流ダイオード１２のカソードはイオン発生素子１４の放電電極側端子１４ａに接続され、そのアノードはスイッチング素子１０を介して２次巻線８ｂの他方端子に接続される。

スイッチング素子９は、負イオンを発生する負イオン発生モード時にオンされる。スイッチング素子１０は、正イオンを発生する正イオン発生モード時にオンされる。また、負イオンと正イオンを発生する正負イオン発生モード時は、スイッチング素子９と１０は、所定時間ごとに交互にオンされる。

図２（ａ）はイオン発生素子１３の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。図２（ａ）（ｂ）において、イオン発生素子１３は、針状の放電電極１５と、中央部に円形の孔の開いた平板状の誘電電極１６とを含む。放電電極１５は誘電電極１６に対して垂直に配置され、放電電極１５の先端部は誘電電極１６の孔の中心に配置されている。放電電極１５および誘電電極１６は、それぞれ放電電極側端子１３ａおよび誘電電極側端子１３ｂに接続される。

放電電極側端子１３ａおよび誘電電極側端子１３ｂを介して放電電極１５および誘電電極１６間に高電圧を印加すると、電極１５，１６のうちの電界の強い領域だけが局所的に絶縁破壊され、放電電極１５の尖った先端部に電離現象が起こり、イオンが発生する。放電電極１５および誘電電極１６間に負電圧を印加すると負イオンが発生し、放電電極１５および誘電電極１６間に正電圧を印加すると正イオンが発生する。イオン発生素子１４は、イオン発生素子１３と同じ構成である。

次に、図１および図２で示したイオン発生装置の動作について説明する。交流電源１の出力電圧により、整流ダイオード３および入力抵抗素子４を介してコンデンサ５が充電される。コンデンサ５の端子間電圧が規定電圧以上になると、トランス駆動用スイッチング素子７がオンして、コンデンサ５の端子間電圧が昇圧トランス８の１次巻線８ａに印加され、昇圧トランス８の１次巻線８ａ側のエネルギーが昇圧トランス８の２次巻線８ｂに伝達される。また、コンデンサ５に溜まっていた電荷は、トランス駆動用スイッチング素子７および昇圧トランス８の１次巻線８ａを介して放電され、コンデンサ５の端子間電圧はゼロに戻る。これに応じてトランス駆動用スイッチング素子７がオフし、再びコンデンサ５が充電され、規定周期でコンデンサ５の充放電が繰り返される。

一方、昇圧トランス８の２次側では、２次巻線８ｂのインダクタンスおよび抵抗成分と、スイッチング素子９,１０の抵抗成分、ダイオード１１，１２の抵抗成分、イオン発生素子１３，１４の静電容量などによって共振回路が構成されている。この共振回路では、昇圧トランス８の１次巻線８ａから２次巻線８ｂに伝達されたエネルギーが無くなるまで電流が共振する。

これにより、図３（ａ）に示すような波形で、正および負方向に振動しながら減衰する振動減衰電圧Ｖが昇圧トランス８の２次巻線８ｂに出力される。この振動減衰電圧Ｖの波形は、昇圧トランス８の２次巻線８ｂの端子間電圧を接地端子１ｂを基準にして見た波形であり、第１番目のピークＰ１は負極性となり、第２番目のピークは正極性となる。また、この電圧Ｖの振動減衰時間は数十μsecから数百μsecであり、交流電源１から出力される交流電圧の周期（６０Ｈｚでは１６．７msec、５０Ｈｚでは２０msec）のレンジから見れば、インパルス的と言える極短時間の幅となる。

負イオン発生モード時は、スイッチング素子９がオンされ、スイッチング素子１０がオフされる。この場合は、図３（ａ）に示した振動減衰電圧Ｖが負極性であるときに整流ダイオード１１が導通し、図３（ｂ）に示すように、振動減衰電圧Ｖを負方向に整流減衰して得られた電圧Ｖ−がイオン発生素子１３の放電電極側端子１３ａに印加される。これにより、イオン発生素子１３から負イオンが発生する。

また、正イオン発生モード時は、スイッチング素子１０がオンされ、スイッチング素子９がオフされる。この場合は、図３（ａ）に示した振動減衰電圧Ｖが正極性であるときに整流ダイオード１２が導通し、図３（ｃ）に示すように、振動減衰電圧Ｖを正方向に整流減衰して得られた電圧Ｖ＋がイオン発生素子１４の放電電極側端子１４ａに印加される。これにより、イオン発生素子１４から正イオンが発生する。

また、正負イオン発生モード時は、スイッチング素子９と１０が所定時間ごとに交互にオンされ、負イオンと正イオンが交互に発生される。このとき、負イオンと正イオンが異なるタイミングで、異なるイオン発生素子１３，１４で生成されるので、負イオンと正イオンの中和を抑制することができ、イオン発生効率の向上を図ることができる。なお、スイッチング素子９のオン期間とスイッチング素子１０のオン期間との間に、スイッチング素子９，１０を両方ともオフさせる期間を設けてもよい。

図４は、この実施の形態の変更例を示す回路図であって、図１と対比される図である。図４を参照して、この変更例は、図１のイオン発生装置からイオン発生素子１４を除去し、整流ダイオード１１のアノードと整流ダイオード１２のカソードとをともにイオン発生素子１３の放電電極側端子１３ａに接続したものである。

図５は、図４に示したイオン発生装置の正負イオン発生モード時におけるイオン発生素子１３の放電電極側端子１３ａの電圧ＶＣを示すタイムチャートである。図５において、初期状態では、スイッチング素子９，１０がともにオフされ、イオンの発生は停止されている。期間Ｔ１では、スイッチング素子９がオンされるとともにスイッチング素子１０がオフされ、電圧ＶＣは負の減衰電圧となり、イオン発生素子１３で負イオンが発生する。次の期間Ｔ２では、スイッチング素子９，１０がともにオフされ、電圧ＶＣは０Ｖになってイオンの発生は停止される。

さらに次の期間Ｔ３では、スイッチング素子１０がオンされるとともにスイッチング素子９がオフされ、電圧ＶＣは正の減衰電圧となり、イオン発生素子１３で正イオンが発生する。さらに次の期間Ｔ４では、スイッチング素子９，１０がともにオフされ、電圧ＶＣは０Ｖになってイオンの発生は停止される。この変更例では、負イオンと正イオンが異なるタイミングで、生成されるので、負イオンと正イオンの中和を抑制することができ、イオン発生効率の向上を図ることができる。

また、図６は、この実施の形態の他の変更例を示す回路図であって、図４と対比される図である。図６を参照して、この変更例は、図４のイオン発生装置のスイッチング素子９,１０を切換スイッチ２０で置換したものである。切換スイッチ２０の共通端子２０ｃは昇圧トランス８の２次巻線８ｂの他方端子に接続され、その一方切換端子２０ａは整流ダイオード１１のカソードに接続され、その他方切換端子２０ｂは整流ダイオード１２のアノードに接続される。イオン発生素子１３で負イオンを発生させる場合は、切換スイッチ２０の端子２０ａ,２０ｃ間をオンさせる。イオン発生素子１３で正イオンを発生させる場合は、切換スイッチ２０の端子２０ｂ,２０ｃ間をオンさせる。この変更例でも、図４の変更例と同じ効果が得られる。

また、図７に示すように、図１、図４または図６で示したイオン発生装置と送風ファン２１を電気機器に搭載し、送風ファン２１を駆動することにより、イオン発生素子１３（および１４）で発生した正イオンと負イオンを本体外に送り出すことができる。そして、正イオンと負イオンの作用により空気中のカビや菌を不活性化させ、それらの増殖を抑制することができる。電気機器としては、たとえば、空気調和機、除湿器、加湿器、空気清浄機、冷蔵庫、ファンヒータ、電子レンジ、洗濯乾燥機、掃除機、殺菌装置がある。

今回開示された実施の形態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えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態によるイオン発生装置の構成を示す回路図である。 図１に示したイオン発生素子の構成を示す断面図である。 図１に示したイオン発生装置の動作を説明するための波形図である。 実施の形態の変更例を示す回路図である。 図４に示したイオン発生装置の動作を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態の他の変更例を示す回路図である。 実施の形態のさらに他の変更例を示す回路図である。

符号の説明

１ 交流電源、１ａ 出力端子、１ｂ 接地端子、２ 電圧印加回路、３,１１，１２ 整流ダイオード、４ 入力抵抗素子、５ コンデンサ、６ フライホイールダイオード、７ トランス駆動用スイッチング素子、８ 昇圧トランス、８ａ １次巻線、８ｂ ２次巻線、９，１０ スイッチング素子、１３，１４ イオン発生素子、１３ａ,１４ａ 放電電極側端子、１３ｂ,１４ｂ 誘電電極側端子、１５ 放電電極、１６ 誘電電極、２０ 切換スイッチ、２０ａ 一方切換端子、２０ｂ 他方切換端子、２１ 送風ファン。

Claims (7)

1. イオン発生器に電圧を印加してイオンを発生させる電圧印加回路であって、
   正および負方向に振動する波形のインパルス状電圧を発生するインパルス発生回路と、
   第１のモード時は、前記インパルス状電圧を整流して正電圧を生成し、その正電圧を前記イオン発生器に印加して正イオンを発生させ、第２のモード時は、前記インパルス状電圧を整流して負電圧を生成し、その負電圧を前記イオン発生器に印加して負イオンを発生させる整流回路とを備える、電圧印加回路。
2. 前記第１および第２のモードは交互に実行される、請求項１に記載の電圧印加回路。
3. 前記インパルス発生回路は、
   トランスと、
   コンデンサと、
   前記コンデンサを充電させる充電回路と、
   前記充電回路によって充電された前記コンデンサを前記トランスの１次巻線の端子間に接続して、前記トランスの２次巻線の端子間に前記インパルス状電圧を発生させるスイッチング素子とを含む、請求項１または請求項２に記載の電圧印加回路。
4. 前記イオン発生器は、各々が放電電極と前記トランスの２次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有する第１および第２のイオン発生素子を含み、
   前記整流回路は、
   第１および第２のダイオードと、
   前記第１のモード時は、前記トランスの２次巻線の他方端子と前記第１のイオン発生素子の放電電極との間に前記第１のダイオードを順バイアス方向に接続し、前記第２のモード時は、前記トランスの２次巻線の他方端子と前記第２のイオン発生素子の放電電極との間に前記第２のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む、請求項３に記載の電圧印加回路。
5. 前記イオン発生器は、放電電極と前記トランスの２次巻線の一方端子に接続された誘電電極とを有するイオン発生素子を含み、
   前記整流回路は、
   第１および第２のダイオードと、
   前記第１のモード時は、前記トランスの２次巻線の他方端子と前記放電電極との間に前記第１のダイオードを順バイアス方向に接続し、前記第２のモード時は、前記トランスの２次巻線の他方端子と前記放電電極との間に前記第２のダイオードを逆バイアス方向に接続する切換回路とを含む、請求項３に記載の電圧印加回路。
6. 請求項１から請求項５までのいずれかに記載の電圧印加回路と、前記イオン発生器とを備える、イオン発生装置。
7. 請求項６に記載のイオン発生装置と、前記イオン発生装置で発生したイオンを空気中に送出する送出手段とを備える、電気機器。

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