(57)【要約】【課題】より小さい径の気中イオンを生成する装置を提供する。【解決手段】ミスト生成部１０は、ペルチェ素子１１と、保持体１３の底部に配置される透湿膜１５とを備えている。ペルチェ素子１１からの冷却面１２から離脱して、透湿膜１５の受水面１６に凝縮水ＣＷが滴下される。受水面１６に滴下された凝縮水ＣＷは、水（液体）としては透湿膜１５を透過することができないものの、分子レベルでは透過される。このようにして、放湿面１７から放出されるミストは、径がサブナノサイズである。【選択図】図２
2012145301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給された水分が透湿膜を透過することでミストを生成するミスト生成部と、
前記透湿膜から生成される前記ミストに付着される電子を供給する電子生成部と、
を備えることを特徴とする気中イオン発生装置。
【請求項２】
前記ミスト生成部は、前記透湿膜に前記水分を供給する水分供給部を備え、
前記水分供給部からの前記水分が前記透湿膜の受水面に直接に供給され、供給された前記水分は前記受水面の裏側の放湿面からミストとして放出される、
請求項１に記載の気中イオン発生装置。
【請求項３】
前記ミスト生成部は、
前記透湿膜に水分を供給する水分供給部と、
前記水分供給部から供給される前記水分を貯める第１容器と、を備え、
前記第１容器に収容される前記水分に前記透湿膜の少なくとも一部が接触される、
請求項１に記載の気中イオン発生装置。
【請求項４】
前記ミスト生成部は、
前記透湿膜に水分を供給する水分供給部と、
前記水分供給部から供給される前記水分を貯めるとともに、一部が前記透湿膜で構成される閉じた系を形成する第２容器と、を備え、
前記水分が前記第２容器の一部を構成する前記透湿膜を透過してミストとして放出される、
請求項１に記載の気中イオン発生装置。
【請求項５】
前記第２容器の一部を構成する前記透湿膜は、
前記第２容器に貯められた前記水分と直接は接触しない位置に設けられる、
請求項４に記載の気中イオン発生装置。
【請求項６】
前記透湿膜と前記第２容器に貯められた前記水分との間に吸水素材を掛け渡す、
請求項４又は請求項５に記載の気中イオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機器、加湿器、空気清浄機、換気装置、送風機等、ファンやブロアを備えた機器類に適用される気中イオンを効率よく発生させる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中の汚染質を低減させる目的で、マイナスに帯電されたミスト（以下、気中イオンと称する）を空調機器や空気清浄機から放出する技術において、低エネルギーにより高い濃度で気中イオンを発生させるニーズがある。気中イオンを得る際に放電により電子を発生させるため、投入するエネルギー（電力）に比例してオゾンの発生量が増加することが知られており、できるだけ低いエネルギーで実用されることが要求される。
エネルギーが加えられた電極は、空気に向けて電子を放出し、それらが空中に存在する粒子に付着し粒子をマイナスに帯電させる。粒子に付着しない電子は、接地により消滅する。粒子を積極的に付与しない空気環境では、投入エネルギーに対して気中イオンの生成効率が低い。ここでの粒子とは無機又は有機であるかを問わない固体浮遊物または液体浮遊物（ミスト）である。
この問題を解決するために、空気中から回収した水分を霧化電極に供給し、そこで空気中に再び飛散させた直後にマイナスに帯電させることで、霧化電極近傍のミスト濃度を高める静電霧化技術が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１２０６８５号公報
【特許文献２】特許第４２７８９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の静電霧化技術による気中イオンの径は平均で１８ｎｍ程度とされている。限られた凝縮水を有効に利用し、気中イオンを高効率で発生させるためには、さらに小さい径のミストを生成することが要求される。
そこで本発明は、より小さい径の気中イオンを生成する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明はより径の小さい気中イオンを得るために、透湿膜を利用することを提案する。よく知られているように、透湿膜は、水蒸気（気体）を通すが水（液体）を通さないという性質を有している。そして、透湿膜を通って放出される水分は、径がサブナノサイズの小さなミストとして供給される。この微細なミストを帯電させることで、従来に比べて微細な気中イオンを生成することができる。
すなわち本発明の気中イオン発生装置は、供給された水分が透湿膜を透過することでミストを生成するミスト生成部と、透湿膜から生成されるミストに付着される電子を生成する電子生成部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明のミスト生成部が透湿膜に水分を供給する水分供給部を備える場合に、透湿膜に対して水分を供給する形態は少なくとも３つある。
１つ目は、水分供給部からの水分を透湿膜の受水面に直接に供給し、供給された水分は受水面の裏側の放湿面からミストとして放出される形態である。この形態は、供給される水分の全量を透湿膜に供給できるので、供給される水分に対して高効率にミストを生成させることができる。
２つ目は、水分供給部から供給される水分を蓄える第１容器を備え、この第１容器に収容される水分に透湿膜の少なくとも一部が接触される形態である。この形態は、第１容器に水分を蓄えておくことができるので、水分を安定して供給することができる。
３つ目は、水分供給部から供給される水分を貯めるとともに、一部が透湿膜で構成される閉じた系を形成する第２容器を備える。この第２容器に貯められる水分が第２容器の一部を構成する透湿膜を透過してミストとして放出される。この形態は、供給される水分から漏れなくミストＭを生成させることができる。３つ目の形態において、第２容器の一部を構成する透湿膜は、第２容器に貯められた水分と直接は接触しない位置に設けられることが好ましい。また、透湿膜と第２容器に貯められた水分の間に吸水素材を掛け渡すことが好ましい。
【０００７】
水分供給部は、ペルチェ素子（Peltier Device）を備え、ペルチェ素子により凝縮された大気中の水分が透湿膜に供給することが好ましい。ペルチェ素子とは、よく知られているように、２種類の金属の接合部に電流を流すと、一方の金属から他方の金属へ熱が移動するという「ペルチェ効果」を利用した素子であり、低温側（吸熱側）に大気中の水分を凝縮させることができる。ペルチェ素子は、小型でも本発明が必要とする程度の水分を十分に得ることができるので、本発明の気中イオン発生装置を用いた空調機器、加湿器等の機器の小型化に寄与する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、透湿膜を通過することで生成されるミストがサブナノサイズ（１ｎｍ（ナノメートル）未満）であるため、限られた凝縮水で高効率に気中イオンを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る気中イオン発生装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係るミスト生成部の構成を示す図である。
【図３】第２実施形態に係るミスト生成部の構成を示す図である。
【図４】第２実施形態に係るミスト生成部の変形例の構成を示す図である。
【図５】第３実施形態に係るミスト生成部の構成を示す図である。
【図６】第３実施形態に係るミスト生成部の変形例の構成を示す図である。
【図７】本発明に関して行った実験の条件を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態に係る気中イオン発生装置１は、図１に示すように、ミスト生成部１０と、電子生成部３０と、ファン４０と、を備える。
ミスト生成部１０は、供給された水分が透湿膜を透過することでミストＭを生成する。ミスト生成部１０の構成は後述する。
【００１１】
電子生成部３０は、ミスト生成部１０で生成されるミストＭに付着される電子を生成する。電子生成部３０は、針状の放電電極３１と、放電電極３１の先端から適当な間隔を空けて対向して設けられる対向電極３３と、放電電極３１及び対向電極３３に接続される高電圧発生器３５と、を備えている。電子生成部３０は、高電圧発生器３５から放電電極３１と対向電極３３との間に高電圧を印加させることにより、放電電極３１と対向電極３３との間の気体中で放電が起きて、電子ｅ−が生成される。電子生成部３０は、後述するファン４０による送風の向きを基準にして、ミスト生成部１０よりも下流側に配置されている。電子生成部３０の構成は一例であり、他の構成を採用することができる、
【００１２】
ファン４０は、ミスト生成部１０と電子生成部３０の間に送風する。ファン４０を動作させると、ミスト生成部１０で生成された微細なミストＭは、送風により生ずる気流Ｆにより下流に運ばれる。そして、電子生成部３０から供給される電子ｅ−が個々のミストＭに付着することにより、気中イオンＩが発生する。気中イオンＩは、ファン４０による気流に乗って運ばれ、空気中に浮遊するプラスに帯電された微細な粒子に付着することで除塵することができる。
【００１３】
次に、ミスト生成部１０の構成例を図２（第１実施形態）、図３（第２実施形態）、図４（第２実施形態）、及び図５（第４実施形態）を参照して説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係るミスト生成部１０１を示している。
ミスト生成部１０１は、ペルチェ素子１１（水分供給部）と、凝縮水ＣＷを受けるとともに透湿膜１５を保持する保持体１３と、保持体１３の底部に配置される透湿膜１５と、を備えている。
【００１５】
２種類の物質を接合し電流を流すと、一方の接合部では熱を吸収し、他方の接合部では熱を発生する現象をペルチェ効果と言い、ペルチェ素子１１は、このペルチェ効果を利用し冷却や温度制御を行う電子デバイスである。本実施形態では、ペルチェ素子１１の近傍の大気中に含まれる水分を冷却・凝縮して、凝縮水ＣＷとしてペルチェ素子１１の冷却面１２に生成させるようになっている。そして、この凝縮水ＣＷをミストＭの原料として用いる。なお、ペルチェ素子１１としては、種々の形態のものを適用することができるが、それ自体は公知であるので、ここでの具体的な説明は省略する。
【００１６】
上部が開口した箱状の保持体１３は、ペルチェ素子１１の下方に配置されている。保持体１３の底板１４はその一部が切り欠かれており、透湿膜１５はこの切り欠き部分を封止するように配置されている。このように底板１４の一部をなしている透湿膜１５は、ペルチェ素子１１に対応する位置に配置されている。透湿膜１５は、保持体１３の内部に向いている受水面１６と、受水面１６の裏側である放湿面１７と、を備えており、受水面１６はペルチェ素子１１の冷却面１２に対向している。なお、保持体１３を箱状としたのは、滴下された凝縮水ＣＷが透湿膜１５上からあふれた際に外部に漏洩させないためである。しかし、漏洩防止は他の手立てでも実現できるので、透湿膜１５を保持する部材の形態は箱状に限るものでない。
【００１７】
透湿膜１５は、水蒸気を透過させるが、水（液体）を透過させない、という性質を有する膜である。したがって、水（液体）が受水面１６に供給されたとしても、透湿膜１５を透過して放湿面１７から放出されるのは水蒸気（ミスト）である。このミストは、透湿膜１５の性質上、サブナノサイズと極めて微細である。
本実施形態の透湿膜１５はこの目的を達成する限り具体的な素材に特定されない。例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリウレタン樹脂を基地とするものを使用することができる。また、基地自体は透湿防水製を備えていない場合であっても、コーティング加工によって透湿防水性が付与されたものを使用することができる。その代表的な例としては、株式会社ディアプレックス社製のディアプレックス（登録商標）と称するウレタン系形状記憶樹脂膜や、米国のＷ．Ｌゴア・アンド・アソシエイツ社製のゴアテックス（登録商標）と称するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とポリウレタンポリマーを複合化した多孔質フッ素樹脂膜等が挙げられる。
【００１８】
＜第１実施形態の作用＞
さて、以上の構成を備える気中イオン発生装置１は以下のようにして気中イオンを発生させる。
ペルチェ素子１１に電流を流すことで、ペルチェ素子１１の冷却面１２に凝縮水ＣＷが連続的に付着する。付着した凝縮水ＣＷの一部又は全部が、重力により冷却面１２から離脱して、透湿膜１５の受水面１６に滴下する。受水面１６に滴下された凝縮水ＣＷは、水（液体）としては透湿膜１５を透過することができないものの、分子レベルでは透過される。この分子レベルでの透過は、透湿膜１５の受水面１６側と放湿面１７側との湿度の不均衡が駆動力となって生じる。受水面１６側に凝縮水ＣＷが堆積している限り、放湿面１７側の湿度が受水面１６側の湿度より低くなり、凝縮水ＣＷ（水分）が透湿膜１５を分子レベルで透過し続ける。このようにして、放湿面１７からミストＭが放出される。このミストは、径がサブナノサイズである。
【００１９】
放湿面１７から放出されたミストＭは、ファン４０による気流Ｆに乗って下流に運ばれる。そして、電子生成部３０から供給された電子ｅ−が、気流Ｆによって運ばれるミストＭに付着することで、気中イオンＩが生成される。
放湿面１７から放出されるミストＭの径はサブナノサイズ、具体的には０．３５ｎｍ程度である。これは、従来の静電霧化によるミストの径（１８ｎｍ）の１／５０程度である。つまり、本実施形態によると、従来の静電霧化による１つのミストを生成するのに必要な量の凝縮水ＣＷで、約１０５個のミストＭを生成することができることになる。ミストＭは気中イオンＩ発生の核となるものであるから、この核となるミストＭが多いほど高密度で気中イオンＩを発生させることができる。このように、本実施形態による気中イオン発生装置１によると、高効率で気中イオンを発生することができる。特に、第１実施形態は、ペルチェ素子１１で生成した凝縮水ＣＷの全てが透湿膜１５に供給されるので、高効率で気中イオンＩを発生できる利点がある。
【００２０】
＜第２実施形態＞
次に、ミスト生成部１０の第２実施形態について図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と同じ構成要素については、第１実施形態（図２）と同じ符号を付しており、以下では第１実施形態との相違点を中心に説明する。
第２実施形態に係るミスト生成部１０２は、ペルチェ素子１１から滴下される凝縮水ＣＷを貯める貯水容器１８（本発明の第１容器に相当）を備える。貯水容器１８内には、貯められた凝縮水ＣＷに受水面１６の全面が接触するように透湿膜１５が配置されている。受水面１６に接触した凝縮水ＣＷは、透湿膜１５を分子レベルで透過して、放湿面１７からミストＭとして放出される。放湿面１７から放出されたミストＭは、ファン４０による気流Ｆに乗って下流に運ばれる。そして、電子生成部３０から供給された電子ｅ−が、気流Ｆによって運ばれるミストＭに付着することで、気中イオンＩが生成される。
【００２１】
第２実施形態によるミスト生成部１０２を用いた気中イオン発生装置１も、第１実施形態と同様に、高効率で気中イオンを発生することができる。
第２実施形態によるミスト生成部１０２は、第１実施形態のミスト生成部１０１に対して、以下の利点を有している。つまり、第１実施形態のミスト生成部１０１は、透湿膜１５が保持体１３の底板１４の一部を形成しているので、保持体１３から凝縮水ＣＷが漏洩しないようにするために、透湿膜１５が劣化する前に交換することが望まれる。これに対して、第２実施形態によるミスト生成部１０２は、透湿膜１５が貯水容器１８の底板１４の一部を構成していないので、凝縮水ＣＷの漏洩を心配する必要がない。
【００２２】
なお、図３に示すミスト生成部１０２は、透湿膜１５を水平方向に沿って配置しているが、図４に示すように、透湿膜１５を鉛直方向に沿って配置することにより、ミスト生成部１０２を水平方向にコンパクトにすることもできる。この場合、透湿膜１５への凝縮水ＣＷの供給を加速するために、後述する吸水素材２５と同様の部材を凝縮水ＣＷと透湿膜１５の間に掛け渡すことが有効である。また、透湿膜１５自体の吸水能力は低いので、気流Ｆのあたらない受水面１６に親水加工を施すことにより、凝縮水ＣＷを受水面１６水から透湿膜１５に供給させ、放湿面１７のみから放出させることができる。
【００２３】
＜第３実施形態＞
次に、ミスト生成部１０の第３実施形態について図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同じ構成要素については、第１実施形態（図２）と同じ符号を付しており、以下では第１実施形態との相違点を中心に説明する。
第３実施形態に係るミスト生成部１０３は、ペルチェ素子１１から滴下される凝縮水ＣＷを一時的に貯める一時受け容器２０を備える。一時受け容器２０に貯まった凝縮水ＣＷは、配管２１を通ってミスト生成本体容器２２（本発明の第２容器に相当）に送られる。送られた凝縮水ＣＷは、ミスト生成本体容器２２内に貯められる。
ミスト生成本体容器２２は、閉鎖されたキャビティＣを内部に備えている。ミスト生成本体容器２２は、その一つの側面の一部が切り欠かれており、透湿膜１５はこの切り欠き部分を封止するように配置されている。透湿膜１５は、ミスト生成本体容器２２に貯められる凝縮水ＣＷに直接は接触しない高さ（位置）に配置される。ミスト生成本体容器２２内に貯められた凝縮水ＣＷは、透湿膜１５の部分を除いてミスト生成本体容器２２の外部に放出することができない。
なお、透湿膜１５を設ける位置は図５に示す例に限らず、例えば、ミスト生成本体容器２２の天井に透湿膜１５を設けてもよく、また、複数の側面に透湿膜１５を設けてもよい。
【００２４】
第３実施形態に係るミスト生成部１０３は、以下のようにしてミストＭを生成する。
ペルチェ素子１１で生成された凝縮水ＣＷは、一時受け容器２０を介してミスト生成本体容器２２に貯められる。貯められた凝縮水ＣＷの一部は、自然蒸発することで水蒸気（ミスト）ＮＭとして、ミスト生成本体容器２２のキャビティＣ内に放出される。キャビティＣは閉じた空間であるため、自然蒸発によりミストＮＭが発生すると、キャビティＣ内の圧力がミスト生成本体容器２２の外部よりも高くなる。したがって、ミストＮＭは、唯一透過できる部分である透湿膜１５を通って外部に放出される。この透過過程で、径の大きなミストＮＭが含まれていたとしても、受水面１６から浸入して透湿膜１５を分子レベルで透過し、放湿面１７から微細なミストＭとして放出される。放湿面１７から放出されたミストＭは、ファン４０による気流Ｆに乗って下流に運ばれる。そして、電子生成部３０から供給された電子ｅ−が、気流Ｆによって運ばれるミストＭに付着することで、気中イオンＩが生成される。
【００２５】
以上の通りであるから、第３実施形態によるミスト生成部１０３を用いた気中イオン発生装置１も、第１実施形態と同様に、高効率で気中イオンを発生することができる。
第３実施形態によるミスト生成部１０３は、閉じた系内で凝縮水ＣＷの自然蒸発が行われるため、自然蒸発で生成されたミストＮＭ、換言すると凝縮水ＣＷが漏れなくミストＭの生成に供されることになるので、凝縮水ＣＷから高効率でミストＭを生成することができる。
また、第３実施形態によるミスト生成部１０３は、ミスト生成本体容器２２の一部に透湿膜１５を備えているが、透湿膜１５上に凝縮水ＣＷが直接滴下される第１実施形態、または凝縮水ＣＷに透湿膜１５が直接接触される第２実施形態とは異なり、貯められている凝縮水ＣＷとは直接接触することなく離れて設けられている。したがって、透湿膜１５の周囲から凝縮水ＣＷが外部へ漏洩する心配がないのに加えて、格別な処理を施さなくても透湿膜１５にカビが発生するおそれがない。
【００２６】
第３実施形態によるミスト生成部１０３において、透湿膜１５への凝縮水ＣＷの供給を加速するために、図６に示すように、吸水性のあるフェルト、その他の吸水素材２５を、透湿膜１５と凝縮水ＣＷの間に掛け渡すことが好ましい。そうすると、凝縮水ＣＷは吸水素材２５を通って透湿膜１５の受水面１６に供給されるので、自然蒸発のみによる供給よりも多くの水分を透湿膜１５へ供給することができる。
図６は、吸水素材２５を透湿膜１５の受水面１６の一部を覆うように設けているが、受水面１６の全面を覆うように吸水素材２５を設けることもできる。この場合は、透湿膜１５を透過する水分のほとんどが吸水素材２５を通って供給される凝縮水ＣＷになる。
【００２７】
＜実験例＞
本発明による透湿膜１５を介したミストＭの供給が効果的に行われることを確認するために行った基礎的な実験の結果を説明する。
この実験は、容器内に貯めた水Ｗの時間の経過に伴う減少の推移を観察したものである。実験は以下の５つの条件で行っている。なお、以下の（ａ）〜（ｅ）は図７の（ａ）〜（ｅ）に対応している。
（ａ）蓋あり（閉じた系）
下部容器ＬＣの開口部を上部容器ＵＣで蓋をして形成された閉じた系内に水Ｗを収容した。
（ｂ）蓋なし（開いた系）
（ａ）の条件から上部容器ＵＣを取り除いて、上部開口部が開放された下部容器ＬＣに水Ｗを収容した。
（ｃ）透湿膜Ｌで水面を直接被覆
（ｂ）の条件において、水Ｗの上面（水面）の全面を透湿膜Ｌで直接覆った。
（ｄ）透湿膜Ｌで下部容器ＬＣの開口上部を被覆
（ｂ）の条件において、下部容器ＬＣの開口上部に透湿膜Ｌを隙間なく載せることで、水面の全面を透湿膜Ｌで間接的に覆った。
（ｅ）下部容器ＬＣの開口上部を透湿膜Ｌで被覆し、それを上下逆さまにする
（ｄ）の条件通りに透湿膜Ｌで下部容器ＬＣの開口上部を覆った後に、その上下を逆さまにする。内部の水Ｗは透湿膜Ｌに接することになる。
【００２８】
結果を表１に示すが、透湿膜Ｌで被覆した条件（ｃ）〜（ｅ）においても、蓋を設けない場合と同等に水Ｗが減少している。したがって、透湿膜Ｌを透過させたとしても十分な量のミストＭが生成されることが確認された。
【００２９】
【表１】
2012145301.tif 000003
【００３０】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、図１にはミスト生成部１０の下流に電子生成部３０を配置した例を示したが、ミストＭと電子ｅ−が相互に付着できるのであればその位置関係は問われず、図１のミスト生成部１０と電子生成部３０の位置関係を逆にすることができるし、またミスト生成部１０と電子生成部３０を対向する位置に配置することもできる。このことは、ファン４０との位置関係についても同様であり、ミストＭと電子ｅ−が相互に付着できるのであれば、ファン４０とミスト生成部１０及び電子生成部３０との位置関係は問われない。
これ以外にも、本発明の範囲内で、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１…気中イオン発生装置
１０，１０１，１０２，１０３…ミスト生成部
１１…ペルチェ素子（水分供給部）、１２…冷却面、１５…透湿膜、１６…受水面、１７…放湿面
１８…貯水容器（第１容器）
２２…ミスト生成本体容器（第２容器）、２５…吸水素材
３０…電子生成部、３１…放電電極、３３…対向電極、３５…高電圧発生器
４０…ファン
Ｃ…キャビティ、Ｆ…気流、Ｉ…気中イオン、Ｍ…ミスト、ＣＷ…凝縮水
【図１】
2012145301.tif 000004
【図２】
2012145301.tif 000005
【図３】
2012145301.tif 000006
【図４】
2012145301.tif 000007
【図５】
2012145301.tif 000008
【図６】
2012145301.tif 000009
【図７】
2012145301.tif 000010