(57)【要約】【課題】  少ない容易な電気部品構成によって、軽量小型なコロナ放電装置を実現する。【解決手段】商用電源から定電圧電源を生成して、コンピュータ回路構成によってパルス変調を手段にする。パルス幅変調（ＰＰＭ）、パルス位置変調（ＰＰＭ）、をつかってコロナ放電量を加減できるようにする。ＣＰＵ回路構成によって小型化、軽量化が可能になり他の家電機器と併設ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から入力して定電圧に導いて、中央演算装置（ＣＰＵ）を手段とするプログラムによってパルス列を生成する構成であって、該パルスをインバータに入力して高周波トランスと整流回路部、平滑回路部を備えて高電圧を得る構成において、
出力側電極と受け側電極を備えてあって、一方の電極に該高電圧を印加して、他端に接地した電極を設けてコロナ放電を発生させる装置にであって、
高電圧電源の生成を目的としてパルス列変調によって高電圧を得る手段と、
該パルス列手段は、パルス幅変調（ＰＷＭ）及びパルス位置変調（ＰＰＭ）の手段を用いる事を特徴とするコンピュータ制御によるコロナ放電発生装置。
【請求項２】
前記請求項１において、パルス変調は外部スイッチからの入力手段を設けてあって、該スイッチの操作によってパルス変調の度合を可変できるのと、コロナ放電の量を加減できる事を特徴とするコンピュータ制御によるコロナ放電発生装置。
【請求項３】
前記記載のパルス変調は、コロナ放電量制御の程度に応じてパルス幅変調、パル幅変調及び両方式を併用して目的を達成す事を特徴とするコンピュータ制御によるコロナ放電発生装置。
【請求項４】
先端電極に印加する請求項１に記載の高電圧出力電源にノイズ除去を目的にしたコンデンサを接続して、かつ該コンデンサはコロナ放電を持続するための適度な容量をもつ手段とした事を特徴とするコンピュータ制御によるコロナ放電発生装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載のコンデンサは、パルス変調の程度と関係付けて該容量の決定をして、極めて小型軽量化する事を特徴とするコンピュータ制御によるコロナ放電発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、コンピュータ（ＣＰＵ）のプログラムによって効率的、小型化したコロナ放電装置とその方法に関するものでる。
【背景技術】
【０００２】  近年、環境の汚染による悪臭が周囲に目立って多くなってきた。一方で手洗い所の悪臭は、便器メーカの新技術開発によって使用後瞬時に悪臭は消臭するに至っている。しかし、一般家庭、公共施設における洗面所以外の場所の悪臭は、簡単に消滅させる方策はない。【０００３】  オゾン（Ｏ３）はコロナ放電によって空気中に発生する。オゾンは消臭効果がある。衛生機器メーカの便器の消臭は、オゾンの発生によって消臭効果のある機器を製品化している。大気中においた２枚の平行板間に直流電圧を加えると、ごくわずかの電流が流れる。これは宇宙線などにより電離されたイオン（偶然イオンという）が極板間の電界の作用を受けて移動するもと考えられている。【０００４】  電圧Ｖを増すと電流Ｉも次第に増していくが、Ｖがある値以上になるとＩはほとんど一定になる。Ｖの低い間は、陽極に吸収されるイオンの数もＶの増加と伴に増すが、Ｖがある一定値以上になるとイオンの速度を増して電離作用が盛んに行われるようになって、放電現象が起こる。この状態になれば、偶然イオンがなくても放電を継続する。自続放電ともいう。【０００５】  平等電界では、火花電圧は気圧ｐと火花ギャップｄとの積で決まる。気体の種類によってそれぞれ最小の火花電圧があって、火花ギャップｄを仮に一定と考えれば、ｐが過小の時は運動電子の衝突の機会が少なくなる。また、ｐが過大のときには十分な速度が得られないわけで、どちらの場合にも電離作用が十分に行われない。【０００６】  電極間の電界が著しく不均一の場合には、電界の大きい部分に局部的な放電が起きる。これをコロナ放電という。例えば、平板電極と針電極との間に加えた直流電圧を次第に上げ、ある電圧に達すると針端に淡い紫色の光点が現れる。これをグロー放電とよび、これより電圧を上げていくと長く伸びた形の形のコロナを発生する。【０００７】  一方、マイナスイオンの発生装置は、コロナ放電方式、電子放射方式、プラズマ、レオナード方式、天然鉱石の利用（例えば、トルマン鉱石等）、木炭、竹炭などがある。前記３つは、いずれも放電による大気の電離をねらう。多くの提案されているマイナスイオン発生装置は、放電現象を使ったものである。第２電極を設置すれば、マイナスイオンと伴にコロナ放電によってオゾンが発生する。オゾンは、脱臭効果がある。【０００８】  マイナスイオン発生装置に利用されている放電の持続装置は、コロナ放電と沿面放電が多い。コロナ放電は、尖った電極（針電極）の周りに不均一な電界が生じることにより起こる持続的な放電である。【０００９】  本発明は、コロナ放電によるオゾンが効率よく大気中に発散するように、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）によるプログラム制御を使って、小型化、軽量な安価な装置を提供するものである。
【特許文献１】  特開  ２００５−０９４８２７
【特許文献２】  特公平    １１−０６０７５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  解決しようとする問題点の一つは、設置場所、特別な装置を問わないでコロナ放電によるオゾン発生装置の提供にある。小型軽量化すれば家庭内の機器、ポータブルな器具に本発明による装置を取り付けられる。これらの機器から効率よくオゾンを拡散することができる。【００１１】  室内、公共の場所に本装置をおいて悪臭を防いだり、他の機器、例えば、換気扇、照明器具、エアコン、温風ストーブ、懐中電灯等にオゾン発生装置を併設すれば効果的である。洗面所、トイレ、台所、室内にオゾン発生装置を取り込んだ機器を置く事によって、消臭効果をもたらして、室内の浄化になる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明は、上記課題を解決するため例えば、安価なＣＰＵを使ってプログラム制御によるコロナ放電の発生量を加減できる。ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ），ＰＰＭ（ｐｕｌｓｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を効率よく組み合わせて制御する。後段の昇圧用高周波トランスによって高電圧電圧を自在に変化可能である。出力側にノイズ除去とリップル分を軽減するコンデンサを設けてコロナ放電を効率的に発生させる。【００１３】  小型軽量化が可能なので、家庭内の機器、公共施設の一部に設置できて場所を取らないから有効に活用できる。ＣＰＵ、高周波トランス、ノイズ除去カンデンサの容易な組み合わせで目的を達成できるから利便性に優れている。
【発明の効果】
【００１４】  本発明のコロナ放電によるオゾン発生装置は、小型軽量安価であるため他の機器、例えばオフィスであれば複写機、ＦＡＸ、プリンタ等の内部に設けたり、家電製品であるオーブンレンジ、冷蔵庫、洗濯機、エアコン等に備える事ができる。室内、大気中にオゾンを発生して効率よく放出する。又、公共施設の手洗い、便器にも容易に設置できる。【００１５】  一例として電球のような照明器具に本装置を併設すれば、家庭内の台所、手洗い、便所に簡単に設置できる。公共の施設においては、手洗い場に設置してある手の熱風乾燥機に本装置を装着してトイレの嫌な悪臭の除去に効果がある。さらに屋外の広告塔、ショーウインドウー等の照明灯に設置すれば、都会の中でジーゼルエンジンからの排気ガス、公害の除去に効果が得られる。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１６】
【００１７】  以下、本発明の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１８】  図１は、本発明による全体構成を示すブロック図である。図において１１は、商用電源であって一般には、ＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚである。１２は定電圧電源でスイッチングレギュレータともいう。１３はＣＰＵを含む制御回路である。ここでコロナ放電制御用のＰＷＭ，ＰＰＭ信号を発生する。この回路部の出力は高周波パルス列波である。
【００１９】  １４は１３によって変調された高周波電圧回路部である。１５は高周波トランスであって、出力は数ＫＶの高電圧を発生する。１６は整流回路で１５の高圧出力電圧を整流する。耐高電圧用の整流ダイオード、サイリスタ（交流制御素子）が使われる。１７はコンデンサ回路で高耐圧のコンデンサを用いる。この回路部はコロナ放電を起こすための平滑回路と周囲にノイズを発生させないようにする、ノイズリミッタの役割がある。主にセラミックコンデンサ、タンタルコンデンサが使われる。
【００２０】  １８はコロナ放電放出部の電極であって、１９はコロナである。このときに大気中にオゾンを発散する。２０は電極で２１はグランド、アースである。２０の電極が無い場合には、コロナ放電はしない。イオンが大気中に放散する。例えばマイナスイオンの放出とコロナ放電の切り替えを行いたい場合には。２０と２１の間にスイッチを設けて適宜必要に応じて、１３のＣＰＵ回路から切り替え信号をだせば良い。
【００２１】  ２２は電灯照明回路である。本発明では、必要が無ければ２２，２３はなくても良い。２３は電球である。２３の電球が蛍光灯、冷陰極管であるとき、１３のＣＰＵ回路から変調した信号波を入力すれば、好みの明るさに調光できる。２４はコロナ放電量、即ちオゾン発生量の制御のための外部スイッチである。２３の調光も２４のスイッチから行う事ができる。２４の外部スイッチは、ＣＰＵのプログラムを外部から変化させて、ＰＰＭ，ＰＷＭの変調幅を変えるものでである。１８のコロナ放電量を加減できる。
【００２２】  図２はコンピュータ制御回路部１３の詳細とその周辺部を示すブロック図である。図において、３１は内部バスであって、３２はＣＰＵ，中央演算部である。３３はプログラムメモリであるＲＯＭ、３４はＲＡＭである。３５はＣＰＵ３２の演算処理によるデータ、外部センサデータ等を一時的に蓄えるメモリである。なおこのメモリの一部に応用によっては、不揮発メモリをおいて本放電装置の最適値を格納して、常に良好な出力が出るようにしておく事も可能である。
【００２３】  ３６〜３９はコンピュータ回路と外部とのインタフェース部である。３６はＩ／Ｏ１であってコンピュータ回路部への入力ポートである。外部スイッチ４０，４１と接続している。４０，４１とも放電量１９を変えるスイッチである。４０は例えばＣＰＵ３２のプログラムによるＰＷＭの変調を、４１はＰＰＭの変調度をかえて１９のオゾン量を変化させる。
【００２４】  ３８はコンピュータ回路部からの出力ポートＩ／Ｏ３である。外部スイッチ４２と照度センサ４５が接続している。４２のスイッチＣＰＵ３２のプログラムを変えて２３の照明灯の明るさを変える。４５はその明るさを入力するセンサであって、主にフォトトランジスタをもちいる。ユーザは４２のスイッチによって調光できる。
【００２５】  ３９は出力ポートＩ／Ｏ４である。２２のランプ点灯回路に調光信号をおくる。先に説明したようにランプは、白熱電球、蛍光灯、冷陰極管、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の場合、ＣＰＵ３２からＰＰＭ，ＰＷＭ変調によって好みの明るさに調光できる。４２のスイッチにてユーザは操作できる。
【００２６】  ３７のＩ／Ｏ２は、出力ポートであって、４６の外部構成要素部にある４３に高周波パルスを送る。この高周波パルスは、ＰＰＭ，ＰＷＭによって変調されたパルスである。４４はインバータ回路部であって、４３の高周波パルスに同期して交流に変換する。図１の１４は図２の４３，４４に相当する。４４から出力される高周波交流波は、１５の高周波トランスによって数ＫＶに昇圧される
【００２７】  １６の整流回路と１７のコンデンサ回路部を経て、１８の電極にてコロナ放電が発生して１９のコロナは大気中にオゾンとなって放出する。図２のコンピュータ回路部では、コロナ放電量の制御をＰＰＭ，ＰＷＭ制御によって行って、外部スイッチ４０，４１にてユーザによって加減できるという特徴がある。
【００２８】  図３はコロナ放電の挙動について説明した図である。図３（ａ）は、平板電極５４と針電極５２との間に加えた直流電圧をしだいに上げ、ある電圧に達すると針端に５３のような淡い紫色の光点が現れる。これをグローコロナという。５１は高電圧ＨＶ１であって、５５はアース、グランドである。
【００２９】  図３（ｂ）は、さらに５６の電圧を上げていくと５７のように長く延びた形のコロナを発生する。これをブラシコロナという。さらに５８のように電圧を上げていくと図３（ｃ）に示すように、電極間にまたがる細い光の多数のすじが明滅するコロナ５９が現れる。これをほっこコロナという。直流の変わりに高周波高圧電圧を加えると、その半周期毎に極性に応じたコロナを発生する。
【００３０】  図４はＣＰＵ回路部より発生するＰＰＭパルス列を示したものである。図において６１ｍｌ〜６１ｍｎはパルス列を示す。ＰＰＭはパルス幅は、一定であって間隔を連続的に変化させる変調方式である。図４（ａ）はパルス列を示していて、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔｍｎはパルス間隔であって、この間隔は変調信号によって連続的に間隔は変化する。図において、ｔｆ１のパルスは例として３つ示してあって、ｔ１＝ｔ２＝ｔ３の間隔は一定とした例である。このパルス間隔を連続的に変えていくとＰＷＭ変調ができる。
【００３１】  ｔｆ２では、連続パルス列であって、変調度よってパルス間隔は連続的に変わる。パルスは、連続的に可変して出力の高周波信号が変化して高電圧出力電圧も適度に変化する。出力電圧の変化は、図３のコロナ放電の原理説明図にて示した通りである。Ｖ０１はパルスの波高値である。
【００３２】  図４（ｂ）は電極に印加される高電圧の模式図である。６２ｍ１，６２ｍ２，６２ｍ３，６２ｍ４はそれぞれ図４（ａ）の６１のパルス列に対称して描いている。ｔｆ１は等間隔のパルス列であって、ここでは説明し易いように連続的変調波について描いていない。Ｖｐ１はｔｆ１間の等間隔パルス列にて発生した出力段であって、高電圧のピーク値である。ｔ１’，ｔ’２，ｔ’３，ｔ’ｍｎはパルス間隔で図４（ａ）のｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔｍｎと対称している。
【００３３】  Ｖａ１は、出力段の平滑した高電圧値である。コロナ放電の発生にはこのＶａ１が寄与する。平滑高電圧は、コンデンサ回路の容量と特性に依存する。したがってコンデンサの容量が大きいほどＶａ１は大きくなる。しかしコンデンサそのものが大型になって、回路部の小型化にならない。このバランスを考慮してコンデンサの値を決める。高周波、即ちｔ’１，ｔ’２，ｔ’３，ｔ’ｍｎの間隔を短くしていけば、Ｖｐ１，Ｖａ１の値は変化する。即ち、連続可変ＰＰＭ制御によって出力電圧をかえる事が可能である。結果的に、コロナ放電量がかわって、オゾンの発生量を制御できる。
【００３４】  図４（ｃ）は、平滑高電圧Ｖａ１とコロナ発生量ｃｄの関係を示したものである。Ｖａ１を上げていくとコロナ放電が起きる。さらにＶａ１を上げていくとコロナ発生曲線ｃｄｘは増加していく。さらに上げていくとついに、火花放電、アーク放電が起こってコロナは発生しなくなる。Ｃｄａはこれを示す。即ち、ＰＰＭ変調とコンデンサ回路の値によってコロナ放電発生に寄与するＶａ１を制御できる。
【００３５】  図５はＰＷＭ、パルス幅変調方法によるコロナ放電量の制御方式である。図５（ａ）は、ＰＷＭの制御パルス列の模式図を示したものである。６５ｍ１〜６５ｍ４は、パルスのパルス幅変調の様子を示している。図においてパルス幅は、ｗ１＞ｔｗ２＞ｔｗ３＜ｔｗ４になっている。パルスの周期ｔ１＝ｔ２＝ｔ３であって、以降ｔｍｎとつづく。Ｖｏ２はパルスの波高値である。
【００３６】  図５（ｂ）は、高電圧出力段図１，図２の１８に印加する電圧Ｖｐ２，Ｖａ２である。６６ｍ１，６６ｍ２，６６ｍ３，６６ｍ４は、図５（ａ）６５ｍに相当する。周期ｔ０は、ここでは一定である。図５（ａ）のパルス周期ｔ１〜ｔｍｎ＝ｔ０である。本ＰＷＭ変調にＰＰＭのパルス周期変調を加算することも可能である。図２のＣＰＵプログラムによってよりきめ細かな制御ができる。
【００３７】  微細にオゾンの発生量を変えたいときには、本案によって開示したＰＰＭ，ＰＷＭを適度にパルス列に加えたり、交互に変えてコロナ放電値を制御して、オゾンの発生量が変えられる。
【００３８】  図５（ｃ）はコロナ放電量と、印加高電圧Ｖａ２の関係を示した特性曲線である。Ｃｄはコロナの放電量であって、Ｃｄｙはそのコロナ放電発生特性曲線である。Ｖａ２を上げていくと図４（ｃ）と同様にアーク火花放電が発生してＣｄａのようになって、コロナ放電は停止してしまう。従ってオゾンは発生しなくなる。従って、平滑した高電圧Ｖａ２を大きくしても限度があってコロナ放電は、適度な印加電圧の範囲で起きる。図５（ｂ）のＶｐ２は高電圧リップル分のピーク値であって、平滑分Ｖａ２に関係する。
【００３９】  図６は本案のＰＰＭ，ＰＷＭ制御方法によるコロナ電圧、オゾン放電量の制御例を示したフロー図である。図６において、Ｓ６０１はオゾンの発生かランプの点灯かを、外部スイッチ図２に示している４０，４１，４２から入力された信号によって判断する。Ｓ６０２はランプの点灯だけか、コロナ放電だけか、それとも双方をオンさせるのかを選択する。
【００４０】  Ｓ６０３は、コロナ放電のみオンさせるのかどうか判定する。Ｓ６０４では、コロナ放電と電灯照明ランプの双方をオンさせる。Ｓ６０２でランプをオフと選択すれば、Ｓ６０４では、コロナ放電だけオンさせる。Ｓ６０５では、コロナ放電量、即ちオゾンの発生量をユーザの好みに応じて調整する。これは４０，４１の外部スイッチによって加減する。
【００４１】  ユーザは好みに応じて４０、４１のスイッチを加減すればオゾンの発生量が制御できる。Ｓ６０６はコロナ放電量を決定するルーチンであって、実際には４０，４１のスイッチによってリニアに可変出来る。ここでは説明し易いように大、中、小にしてあるが、応用に応じてこのようなステップでもよい。Ｓ６０７は放電量を最大に設定した。電極図１の１８に印加する高電圧をコロナ放電量発生の最大値にする。
【００４２】  Ｓ６０８では、印加電圧を決定する。Ｓ６０９は変調方式、ＰＰＭ，ＰＷＭを選択する。４０、４１のスイッチ手段を操作して行われる。実験値からＰＷＭは、例として大まかにコロナ放電するとかＰＰＭは、きめ細かな制御に適すると判断できれば、ユーザによって選択させればよい。又、ＰＰＭ，ＰＷＭ双方を選択する図示していないスイッチ４０ｙを設けておいてもよい。こうするとＰＰＭ，ＰＷＭの組み合わせによって微細な制御が可能になる。
【００４３】  Ｓ６１０はパルス幅制御、ＰＷＭに決定した。Ｓ６１１ではＰＷＭの連続変調が行われて、ユーザの選択したオゾンが放出される。Ｓ６１２では、ユーザはパルスポジション変調、ＰＰＭを選択した。Ｓ６１３において連続的なＰＰＭ変調が行われてユーザの指向するオゾン発生量が得られる。
【００４４】  Ｓ６１９においてスイッチがオフされたかどうかチェックする。スイッチ４０、４１、４０ｙがオフされていればコロナ放電を停止する。Ｓ６１４はランプの点灯を行わない。従って、コロナ放電だけである。Ｓ６２０のステップでは、コロナ放電は行わないでランプの点灯だけをおこなう。Ｓ６２１はランプの明るさの加減をおこなう。ＣＰＵによる変調、ＰＰＭ，ＰＷＭによっておこなう。商用電源は、高周波電源に変換されているからスムーズに明るさの調整ができる。
【００４５】  ランプの明るさは、図２の４２のスイッチからユーザによって行うが、４５のフォトセンサから出力光を入力して好みの明るさに調整できるのと、電源電圧が変動しても一定の明るさに保てる。電源変動の影響を受けない。都会の商用電源は、消費量が大きく、変動が多いため電源電圧は、往々にして一定電圧以下である。本案によれば、入力電圧が変動してもＰＰＭ，ＰＷＭ変調によってコロナ放電、電灯ランプの照度を一定に保てるという効果がある。
【００４６】  Ｓ６１５は放電量を中程度に選択したかどうかチェックする。Ｓ６１６では放電量を中に設定する。Ｓ６１７は放電量を小程度に設定したかどうかチェックを行って、Ｓ６１８で放電量を小にするように変調を制御する。Ｓ６１７において、コロナ発生量を小にも選択されていなければ、ＣＰＵプログラムにあるデータから適正値にて制御する。
【００４７】  本案によるオゾン発生量の制御方法は、出力段に適度なコンデンサ容量を設けておいてＰＰＭ，ＰＷＭ変調を組み合わせれば、微細な調整と安定したコロナ放電が発生して、大気中に安定したオゾンを放出できる。コンデンサはノイズリミッタを兼ねて小さいもので十分に機能する。従って、小型軽量化ができてコストも安価にて達成できる。
【００４８】  家屋内の異臭を放つ個所の照明灯、家電機器、通信機器に併設可能である。公共施設においても同様に他の機器に併設できるから利便性はよい。高電圧パルス電源においてもコロナ放電は起こす。しかし、瞬間的に断続的な発生する。これでも効果はあるが、不用副射電波を発生して電気機器の安全規格が通らない。
【００４９】  本案のように、ノイズ副射制限用のコンデンサを出力端におくだけで、コロナ放電を安定して発生するのとノイズ発生を抑制できてオゾンの放出を安定して制御出来るという特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】  本実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】  ＣＰＵ制御回路を示すブロック図である。
【図３】  コロナ放電の模式図である。
【図４】  パルス位置変調、ＰＰＭ変調方式を示す図である。
【図５】  パルス幅変調、ＰＷＭ変調方式を示す図である。
【図６】  本案の構成と実行を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５１】１１                        商用電源
１２                        定電圧回路部、スイッチンレギュレータ
１３                        ＣＰＵ回路部、コンピュータ制御部部
１４                        高周波電圧回路部
１５                        高周波トランス、昇圧トランス
１６                        整流回路部
１７                        コンデンサ回路部、平滑回路部
１８                        先端電極
１９                        コロナ放電
２０                        電極、平板電極
２１、５５                  アース、グランド
２２                        放射マイナスイオン
２３                        ランプ、電球
２４、４０，４１            コロナ放電量調節スイッチ
３１                        システムバス
３２                        ＣＰＵ，中央演算装置
３３                        ＲＯＭ，プログラムメモリ
３４                        ＲＡＭ、ランダムアクセスメモリ
３５                        メモリ、不揮発メモリ
３６、３７、３８，３９      Ｉ／Ｏ部、入出力部
４２                        照度調節スイッチ
４３                        高周波パルス
４４                        インバータ回路部
４５                        フォトセンサ
４６                        外部構成ユニット
５１、５６、５８            高電圧電源
５２                        先端電極、針電極
５３，５７，５９            コロナ放電
５４                        平板電極、電極
６１、６５                  パルス列
６２、６６                  高電圧出力値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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