JP4328858B2 - 双極イオン生成方法および装置 - Google Patents

Description

本発明の方法および装置（すなわち、イオン生成およびイオン生成装置）は、双極空気イオン化に使用でき、また静電気を除去するためのデバイスで使用できる、イオン生成のための１つの交流高電圧源と少なくとも２つの空気イオン化電極を用いる方法および生成装置に関する。

すべての既知のイオン生成装置は、空気イオン化電極の前に配置された少なくとも１つのスクリーンを有する。通常、このスクリーンは導電性スクリーンであるが、時には、必ずしも導電性でないデバイス本体の要素をスクリーンとして使用することもある。
このスクリーンは受動電極として働き、イオン生成の際の電極間のコロナ放電の発生に必要である。
このスクリーンはある電位を有するかまたは接地してもよい。
「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＤＥＶＩＣＥ ＦＯＲ ＩＯＮ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ」と題された米国特許第６，３７３，６８０号（Ｒｉｓｋｉｎ）（特許文献１）に開示されている発明は、実際にその主たる欠点の１つである単極イオン化専用のデバイスを例示している。
米国特許第４，７４０，８６２号（特許文献２）の図１は、スクリーンの電位がゼロに近いイオン生成装置を示す。イオン化電極の前に重ねて装着された２つの導電性スクリーンを備えるイオン生成装置も周知である（米国特許第４，７５７，４２２号（特許文献３）および米国特許第５，１５３，８１１号（特許文献４）を参照）。

米国特許第４，７５７，４２２号（特許文献３）の第１のスクリーンは、ゼロ電位を有し、このスクリーンとイオン化電極との間にコロナ放電を提供する働きをする。
この発明の第２のスクリーンの電位はゼロに近く、不平衡センサとしての働きをする。
米国特許第５，１５３，８１１号（特許文献４）の図４に示すデバイスの第１の導電性スクリーンは動作時にある電位を有する。
この発明の第２のスクリーンは接地されている。
上記および類似のイオン生成装置の主な欠点はイオン化電極上に埃が沈降するために寿命が短い点であり、その結果、イオン放出はそれが完全に停止するまで次第に減少する。
これはイオンを加速することが可能な電界がイオン化電極と電位がゼロに近いスクリーンとの間にのみ集中することが原因で起こる。
スクリーンの先には、イオンをデバイスから除去できる、装置の外部の電界を生成する構成要素はないので、イオンはコロナ放電領域、すなわち、イオン化電極とスクリーンとの間の領域を通る空気流によって外界環境に搬送される。
コロナ放電領域は実際には静電気フィルタであるために、空気流に含まれる埃はイオン化電極を含むコロナ・システムを形成するすべての要素上に沈降する。
さらに、上記周知の発明は、イオン放出の低減または停止について何も述べていない。
米国特許第６，３７３，６８０号 米国特許第４，７４０，８６２号 米国特許第４，７５７，４２２号 米国特許第５，１５３，８１１号

本発明の目的の１つは、空気流がコロナ放電領域を通過することなく生成装置からイオンを搬送する助けになる定常外部電界を生成することである。
本発明の上記目的を達成するために、電極を保持するスクリーンを通して第１のイオン電流が流れ、正イオンを生成し、アースに対して正の高電位を有する電圧安定装置を通過し、次いで、電極を保持するスクリーンを通して第２のイオン電流が流れ、負イオンを生成し、アースに対して負の高電位を有する電圧安定装置を通過する。一方、両方のイオン電流の出力を平衡化するため、スクリーンおよび電圧安定装置を通過した後で、イオン電流はこれらの電流に共通の容量回路網を通過する。

本発明のもう１つの目的は、正および負の出力イオン電流の自己平衡を提供することである。
イオン化電極によって放出される平衡電流を用いる方法および生成装置では、上記の目的はスクリーンを介してアースに流れるイオン電流を平衡化するだけで達成される。
本発明の方法では、スクリーンを介してアースに流れるイオン電流はアースに対してスクリーン電位を変化させることで制御される。
そのために、電圧安定装置を備えた別の回路からアースに向かって各スクリーンによって放出されるイオン電流はこれらの電流に共通の容量回路網を通過する。
この場合、スクリーン電流が等しい時には、共通の容量回路網の電圧降下はゼロに等しく、スクリーン電位はそれぞれの電圧安定装置によって決定される。
イオン化イオン電極の両端からスクリーンまでの距離の初期の差から生じるスクリーン電流が不平衡の場合、共通の容量回路網でバイアス電圧が生成され、この電圧は負の帰還となってアースに対するスクリーン電位を再配分し、その結果、スクリーンのイオン電流は平衡になり、イオン電流の正および負の出力の自己平衡が達成される。
同時に、各スクリーン間の電圧差は変わらず、電圧安定装置の電圧の総和に等しい。したがって、スクリーン間の外部電界の値は一定である。

本発明では、空気流がコロナ放電領域ではなく生成装置の境界を超えて通過し、このこと自体が埃による電極の汚染を大幅に低減し、電極の寿命を大幅に延ばすが、本発明のもう１つの目的は、生成装置の動作中のイオン放出レベルを一定にすることである。
この目的を達成するために、スクリーンによって放出される少なくとも１つのイオン電流、または空気イオン化電極によって放出される少なくとも１つのイオン電流が生成装置のパラメータを制御する帰還信号として使用される。

上記目的に加えて、本発明の方法のさらにもう１つの目的は、空気イオン化電極の埃を清掃する必要性の表示を提供することである。
この目的を達成するために、これを下回るとイオン放出の事前設定レベルが維持できない帰還信号の最小値が表示信号として使用される。

本発明で提案する方法は、少なくとも２つの空気イオン化電極と、これらの電極を装着した絶縁体と、内部に電極を配置した導電性スクリーンと、整流用高電圧ダイオードと、上記電極によって放出されるイオン電流を平衡化するコンデンサと、正および負のスクリーン電圧の安定装置と、上記スクリーンよって放出されるイオン電流を平衡化するコンデンサと、交流高電圧源と、帰還回路網と、コンパレータと、インジケータとを有するイオン生成装置で実施される。
（発明の概略の説明）

本発明の好ましい実施形態によれば、正および負イオンを生成するための方法であって、
交流高電圧を発生し、
互いに隣接して配置された別々の導電性ケージ内に装着された少なくとも一対のイオン化電極にそれぞれ異なる極性の前記高電圧を提供するステップであって、各前記各ケージが前記各電極と対向している開口部を有し、
平衡化ユニットを提供することで前記各電極によって放出されるイオン電流を平衡化するステップであって、前記交流高電圧の出力が前記平衡化ユニットを介して前記各電極に向かい、該各電極が異なる極性を備え、
前記各電極から該各電極が装着された前記各ケージにわたって流れる前記イオン電流を用い、電圧降下を生成するための要素を通過することにより外部電界を生成するステップとを含み、
これにより前記各電極から生成された前記イオンの一部が前記ケージ間の電界の存在によって前記各ケージの外に逃げる方法が提供される。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、前記ケージを通して放出される前記イオン電流の少なくとも１つが、イオン放出を安定化するため、帰還信号と前記交流高電圧源を制御する基準信号とを比較することに使用される前記帰還信号を提供するために使用される。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、正および負イオンを生成するための生成装置であって、
交流高電圧源と、
互いに隣接して配置された別々の導電性ケージ内に装着された、前記交流高電圧源から電源供給された互いに異なる極性を備える少なくとも一対のイオン化電極であって、前記各ケージが前記各電極と対向している開口部を有するイオン化電極と、
前記各電極によって放出されるイオン電流を平衡化するための平衡化ユニットであって、前記交流高電圧の出力が前記平衡化ユニットを介して前記電極に伝えられ、各電極が異なる極性を備える平衡化ユニットと、
前記各電極から該電極が装着されたケージにわたって流れる前記イオン電流を用い、該イオン電流が電圧降下を生成する要素を通過することにより外部電界を生成する目的で前記各ケージに接続された電圧降下を生成する要素、
とから成り、
これにより前記電極から生成された前記イオンの一部が前記ケージ間の電界の存在によって前記ケージの外に逃げる生成装置が提供される。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、上記生成装置は、前記イオン化電極が前記交流高電圧源の異なる極性に接続されており、２つの逆向きに接続された整流ダイオードで構成される。
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、電圧降下を生成する要素はコンデンサを備えるツェナー・ダイオードである。
さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、上記生成装置は、少なくとも１つの前記ケージを通して放出された前記イオン電流に対応する帰還信号と前記交流高電圧源を制御する基準信号との比較によりイオン放出を安定化させるためのコンパレータをさらに備える

図１を参照しながら説明する。図１から分かるように、絶縁体３および３ａに装着された空気イオン化電極１および１ａは、逆向きに接続された整流用高電圧ダイオード４および４ａの端子の１つに接続されている。一方、ダイオード４および４ａのその他の端子の共通接続ポイントは、平衡コンデンサ１４を介して交流電圧源８の高電位端子に接続され、その低電位端子は、帰還回路網を介してアースに接続され、帰還回路網は、並列に接続された２つの回路分岐からなり、各々が直列に接続されたダイオードおよび抵抗器（それぞれ１１および１２ならびに１１ａおよび１２ａ）からなり、上記回路内のダイオード１１および１１ａは互いに逆向きに接続されている。

少なくとも１つの回路のダイオードと抵抗器（例えば、１１および１２）の共通接続ポイントは、その第２の入力に基準電圧が端子１３を介して印加されるコンパレータ９の入力の１つに接続され、上記コンパレータ９の出力は、交流電圧源８の制御端子と、他方の出力が接地されているインジケータ７の出力のうちの１つに接続されている。
同時に内部に電極１および１ａが装着されたスクリーン２および２ａが、電圧安定装置の高電圧端子に接続され、各々が並列に接続されたツェナー・ダイオード５および５ａならびにコンデンサ６および６ａからなり、一方、低電圧安定装置端子の接続の共通ポイントは、コンデンサ１０を介してアースに接続されている。本発明に関して、「スクリーン」という用語は、内部に電極が装着され、ケージからイオンが離れることを可能にするための電極に対向している１つの開口部を備えた導電性材料からなるケージを意味する。
２つのスクリーンは互いに近接して装着されるので、それらの間には強力な電界が存在する。
以下にイオン生成装置の動作について説明する。

交流電圧源８は、平衡コンデンサ１４および逆向きに接続されたダイオード４および４ａを介して電極１および１ａに印加される高電圧を発生する。
電極１および１ａとスクリーン２および２ａとの間でコロナ放電が生成され、スクリーンによって放出されツェナー・ダイオード５および５ａおよびコンデンサ６および６ａを通過するイオン電流は、スクリーン２と２ａとの間に電圧を発生し、その極性は電極１および１ａによって放出されるイオンの極性に対応する。ここで、スクリーン２と２ａとの間の電圧は、ツェナー・ダイオードの安定化電圧の総和に対応する。

図１から分かるように、スクリーン２および２ａは、イオンをコロナ・システムから逃がすための穴を有する。
イオンは、スクリーン２と２ａとの間で生成される外部電界によって外部環境に放出される。
同時に、スクリーン２および２ａによって放出される電流は、また、これらの電流をコンデンサ１０を介して平衡化する共通回路内も流れる。
コンデンサ１４が電極１および１ａによって放出されるイオン電流を平衡化することを考慮すると、スクリーン２および２ａによって放出されるイオン電流の平衡が生成装置の出力で出力イオン電流を自動平衡させることは明らかである。
スクリーン２および２ａによって放出されるイオン電流が不平衡の場合、コンデンサ１０の両端にバイアス電圧が生成され、この電圧がスクリーン２および２ａによって放出される電流を等化する。
コンデンサ１０の両端の電圧はアースに対してスクリーン２および２ａ間に電位を再配分し、スクリーン間の電位差は変化しない。

生成装置の動作中に一定のイオン化レベルを確保するために、交流高電圧源８のパラメータの制御に使用する帰還回路網およびコンパレータ９が追加される。イオン化レベルは以下のように変化しないままである。
各々が逆向きに接続されたダイオード１１および１１ａとこれらダイオードに直列接続された抵抗器１２および１２ａからなる並列に接続された２つの回路からなる帰還回路網が、交流電圧８の低電位端子を介して流れるコロナ電極１および１ａの電流を正と負の成分に分離する。
これらの電流は等しいため、電流の一方または両方を帰還信号として使用することができる。
帰還信号読み出しポイント（例えば、ダイオード１１と抵抗器１２の接続ポイント）はコンパレータ９の入力の１つに接続される。
端子１３を介してコンパレータ９の他方の入力に基準電圧が印加され、これによって必要なイオン化レベルが決定される。

コンパレータ９は制御信号を生成し、制御信号はコンパレータ９の出力から交流電圧源８の制御端子に供給される。
制御信号はこのように生成装置８のパラメータ（高電圧パルスの周波数またはその振幅）を変更し、デバイスの動作中を通して事前設定されたイオン化レベルを一定に保つ。
ただし、出力イオン電流のそのような安定化も交流電圧源８の特徴によって制限される。
電極１および１ａの汚染が著しいかまたは障害の場合、低レベルの帰還信号が保守（電極の埃の清掃）または修理の必要性の表示に使用される。
そうするには、コンパレータ９の出力から交流電圧源８の動作を制御する電圧がＬＥＤとツェナー・ダイオードとからなるインジケータ７にも印加され、その安定化電圧がイオン放出の事前設定レベルを維持できない最小帰還信号に従って選択される。

次いで、正および負の出力イオン電流を直接平衡化するための１つの要素を含むイオン生成装置の実施形態を示す図２を参照しながら説明する。
この実施形態は平衡電極１および１ａの電流に従来使用したコンデンサ１４を含まない。一般に平衡化にコンデンサ１０を使用する。生成装置８の低電位入力はコンデンサ１０の高電位端子に接続され、コンデンサ１０の低電位端子は帰還回路網１１、１１ａ、１２、１２ａを介してアースに接続されている。
この実施形態では、イオン生成装置の動作は以下の通りである。電極１および１ａならびにスクリーン２および２ａによって同時に放出される電流はコンデンサ１０を介して流れる。しかし、各電極とそれぞれのスクリーンの電流は極性が逆であり、したがって、コンデンサ１０の電圧降下は生成装置の正および負の出力電流の差によって決定される。
このコンデンサ１０の電圧降下によってスクリーン２および２ａの電位はアースに対して再配分され、その結果、上記のように出力イオン電流が平衡化される。
以下、提案するイオン生成装置内に交流電圧源８、コンパレータ９およびインジケータ７を含む一実施形態を示す図３を参照しながら説明する。

コンパレータ９は、端子９５および９６によって給電される２つの演算増幅器９１および９７からなる。演算増幅器９７は増幅係数が１に等しい非反転増幅器として使用され、コンパレータ入力で大きい抵抗値を得るために使用される。
演算増幅器９１は、２つの電圧（抵抗器９４および９３を介して増幅器９１の反転入力に印加される帰還電圧と基準電圧）を比較するために使用されるコンパレータである。積分素子、コンデンサ９２は増幅器９１の帰還回路内に接続されている。
交流高電圧源８は、高電圧を発生する昇圧パルス変成器８４のために使用する標準の弛緩生成装置である。
生成装置８は端子８１とアースとを介して電源から給電される。

生成装置８はダイオード８２と、双方向サイリスタ（ＳＡＤＡＣ）８３と、コンデンサ８５と、コレクタ−ベース接合部が加減抵抗器であるトランジスタ８７と、コンパレータ９の出力から印加する制御電圧によって決定されるトランジスタ８７のエミッタベースの接合部への電流が決定される抵抗器８６とからなる。
生成装置８の弛緩時間はコンパレータ９によって生成される制御電圧に依存するコンデンサ８５の充電電流によって決定される。
生成装置８、帰還回路網１１、１１ａ、１２、１２ａおよびコンパレータ９は、弛緩周波数が交流電圧源８の可調整パラメータとして使用される標準の電流安定装置を構成する。
上記安定装置が事前設定レベルのイオン放出を提供できない瞬間、すなわちコンパレータ９が生成装置８に最大制御電圧を供給し、生成装置が可能な最大弛緩周波数で動作する瞬間には、この電圧がインジケータ７内のツェナー・ダイオード７１を開き、ダイオード７２（ＬＥＤ）を介して電流が流れ始め、これによって電極の予防的な清掃またはその修理の必要性が示される。

本発明のイオン生成装置の一実施形態の性能パラメータの例を以下に示すが、本発明の範囲をこれらのパラメータの値に限定するものではない。
正および負のパルスの振幅：６ｋＶ
パルス継続時間：１５・１０^−６秒
初期パルス周波数：２０Ｈｚ
正および負イオン放出レベル：１０^１０イオン／秒
平衡：±２％
生成装置の連続運転期間（イオン放出の低下なし）：７カ月

電極放出電流およびスクリーン放出電流を平衡化して正および負の出力イオン電流を平衡化するための別々の要素を含む双極イオン生成装置の電気回路図および構造を示す。 正および負の出力イオン電流を平衡化するために１つの平衡化要素が使用される双極イオン生成装置の電気回路網および構造を示す。 交流高電圧源、コンパレータ、およびインジケータの一実施形態である。

符号の説明

１、１ａ 空気イオン化電極 ２、２ａ スクリーン
４、４ａ 整流用高電圧ダイオード ５、５ａ ツェナー・ダイオード
６、６ａ コンデンサ ７ インジケータ
８ 交流電圧 ９ コンパレータ
１０ コンデンサ １１、１１ａ ダイオード
１２、１２ａ 抵抗器 １３ 端子
１４ コンデンサ

Claims (6)

1. 正および負イオンを生成するための方法であって、
   交流高電圧を発生し、
   互いに隣接して配置された別々の導電性ケージ内に装着された少なくとも一対のイオン化電極にそれぞれ異なる極性の前記高電圧を提供するステップであって、各前記各ケージが前記各電極と対向している開口部を有し、
   平衡化ユニットを提供することで前記各電極によって放出されるイオン電流を平衡化するステップであって、前記交流高電圧の出力が前記平衡化ユニットを介して前記各電極に向かい、該各電極が異なる極性を備え、
   前記各電極から該各電極が装着された前記各ケージにわたって流れる前記イオン電流を用い、電圧降下を生成するための要素を通過することにより外部電界を生成するステップとを含み、
   これにより前記各電極から生成された前記イオンの一部が前記ケージ間の電界の存在によって前記各ケージの外に逃げる方法。
2. 前記ケージを通して放出される前記イオン電流の少なくとも１つが、イオン放出を安定化するため、帰還信号と前記交流高電圧源を制御する基準信号とを比較することに使用される前記帰還信号を提供する請求項１に記載の方法。
3. 正および負イオンを生成するための生成装置であって、
   交流高電圧源と、
   互いに隣接して配置された別々の導電性ケージ内に装着された、前記交流高電圧源から電源供給された互いに異なる極性を備える少なくとも一対のイオン化電極であって、前記各ケージが前記各電極と対向している開口部を有するイオン化電極と、
   前記各電極によって放出されるイオン電流を平衡化するための平衡化ユニットであって、前記交流高電圧の出力が前記平衡化ユニットを介して前記電極に伝えられ、各電極が異なる極性を備える平衡化ユニットと、
   前記各電極から該電極が装着されたケージにわたって流れる前記イオン電流を用い、該イオン電流が電圧降下を生成する要素を通過することにより外部電界を生成する目的で前記各ケージに接続された電圧降下を生成する要素、
   とから成り、
   これにより前記電極から生成された前記イオンの一部が前記ケージ間の電界の存在によって前記ケージの外に逃げる生成装置。
4. 前記イオン化電極が前記交流高電圧源の異なる極性に接続されており、２つの逆向きに接続された整流ダイオードで構成される請求項３に記載の生成装置。
5. 電圧降下を生成するための要素がコンデンサを備えるツェナー・ダイオードである請求項３に記載の生成装置。
6. 少なくとも１つの前記ケージを通して放出された前記イオン電流に対応する帰還信号と前記交流高電圧源を制御する基準信号との比較によりイオン放出を安定化させるためのコンパレータをさらに備える請求項３に記載の生成装置。

Images