JP7113371B2

JP7113371B2 - 空気清浄装置

Info

Publication number: JP7113371B2
Application number: JP2018177668A
Authority: JP
Inventors: 悠坂元; 弘士小原; 理北浦
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: CN110940004A; CN110940004B; JP2020044291A

Description

本発明は、空気清浄装置に関する。

従来、この種に関する空気清浄装置は、水道水を電気分解し次亜塩素酸を発生させ、そこに室内の空気を循環させることで細菌やウイルスを駆除するものが知られている。

塩水を電気分解する装置は、ＰＷＭ制御によって電極に流す電流を強弱制御する電極電圧制御部と、電極の極性を切り替える電極切替部を設けている。そして電極間に大電流と小電流を、電流停止期間を挟んで一定時間ずつ流すことを繰り返す制御を行いつつ、小電流を流した後の停止期間毎に電極間の電流方向を逆転させる制御をするものである。

ここで電極制御において、一定方向に長時間、直流をかけてしまうと片側の電極にスケールが付着してしまい、次亜塩素酸の発生効率が低下するだけでなく電極の寿命の低下に繋がる。このため、電極電流を一定時間ごとに間欠を設けて印加し、さらに、電極の極性も一定時間ごとに切り替える必要がある。

しかし、使用者が塩を過剰に投入する場合や、十分に排水を実施しなかった場合、電極に一時的に大電流が流れるため電極の劣化が進み、寿命が低下してしまうおそれがあった。

そこで、塩分濃度を簡易的に演算し、過剰な塩分濃度であった場合は塩分濃度が過剰であると判断し使用者に排水を促すことで、電極の劣化を防止できるものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７―１６６７８９号公報

このような従来の空気清浄装置では、測定した電圧―電流値から塩分濃度を測定する。しかし、測定された電流値が異常値であった場合、塩分濃度が上昇したことに起因するのか、又は電極間に混入した異物に起因するのかの区別が困難であった。

そこで、本発明は、給水タンクの水溶液が排水された時点と電極電流の異常値を検知した時点とを基に、塩分濃度が上昇したことに起因するのか又は電極間に混入した異物に起因するのか判断し、使用者に適切な対処を促すよう報知することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明に係る空気清浄装置は、水溶液を貯水するトレイと、前記トレイ内の水を吸水するフィルタ部材と、前記トレイ内の水を電気分解する一対の電極ユニットと、前記フィルタ部材に吸水された水に接触させる空気を送風する送風機と、前記トレイ内の水が排水されたことを検知する排水検知部と、前記トレイ内の水の交換の必要性を報知する交換報知部と、前記送風機および前記排水検知部および前記交換報知部の動作を制御する制御部と、を備えた空気清浄装置において、前記制御部は、前記電極ユニット間に通電する電流を検知し、前記電極ユニット間に通電する電流及び電圧を制御し、前記制御部は、前記排水検知部によって排水されたことが検知された後、前記電極ユニットへの所定の通電が行われる際に前記電極ユニット間に通電する電流値が閾値以上を検出した場合、前記交換報知部に異物除去を促す旨を報知させ、前記制御部は、前記排水検知部によって排水されたことが検知された後、前記電極ユニットへの前記所定の通電が行われる際に前記電極ユニット間に通電する電流値が前記閾値以上を検出せずに、前記電極ユニットへの通電時間が所定の累積通電時間に達して前記電極ユニットの電極極性を切替えた後に、前記電極ユニットへの前記所定の通電が行われる際に前記電極ユニット間に通電する電流値が前記閾値以上を検出した場合、前記交換報知部に排水を促す旨を報知させることにより所期の目的を達成するものである。

本発明の空気清浄装置は、水溶液の電気分解を行う電極において、電流の異常値を検知した場合、水溶液の濃度が上昇したことに起因するのか又は電極間に混入した異物に起因するのか判断し、使用者に適切な対処を促すことができる。

本発明の実施の形態に係る空気清浄装置の概略断面図である。同実施の形態の電極の出力制御の構成を示した図である。同実施の形態の電極における通電電流と分単位の時間との関係を示したグラフである。同実施の形態の電極通電時における通電電流と秒単位の時間との関係を示したグラフである。同実施の形態の制御部において実行される処理を示したフローチャートである。（ａ）同実施の形態において、電極間に異物が混入された状態における印加電圧と時間との関係を示したグラフである。（ｂ）同実施の形態において、電極間に異物が混入された状態における通電電流と時間との関係を示したグラフである。

本発明に係る空気清浄装置は、水溶液を貯水するトレイと、トレイ内の水を吸水するフィルタ部材と、トレイ内の水を電気分解する一対の電極ユニットと、フィルタ部材に吸水された水に接触させる空気を送風する送風機と、トレイ内の水が排水されたことを検知する排水検知部とトレイ内の水の交換の必要性を報知する交換報知部と、送風機及び排水検知部及び交換報知部の動作を制御する制御部と、を備えた空気清浄装置において、制御部は、電極ユニット間に通電する電流及び電圧を検知し、電極ユニット間に通電する電流及び電圧を制御し、制御部は、排水検知部によって排水されたことが検知され、電極ユニットへの所定の通電が行われた後、電極ユニット間に通電する電流値が閾値を超えたことを検出した場合、交換報知部が報知する。

これによって、塩水の電気分解を行う電極において、電流の異常値を検知した場合、塩分濃度が上昇したことに起因するのか又は電極間に混入した異物に起因するのか判断し、塩分濃度が上昇したことを正確に使用者に報知することできる。したがって、本発明の空気清浄装置は、使用者に適切な対処を促すことができる。

また、本発明の制御部は、前記電極ユニットへの所定の通電の開始時における電圧を所定の値に制御する構成としてもよい。

これにより、制御部が電極間に混入した異物に起因する異常電流を検知する場合、電圧の値を所定値以下とすることで、検出する異常電流の値を抑えることができる。したがって、過電流による電極の劣化を抑制し、大電流により発熱を防ぐ効果が得られる。

また、本発明の制御部は、排水検知部によって排水されたことが検知され、電極ユニットへの所定の通電が行われた際に電極ユニット間に通電する電流値が閾値を超えたことを検出した場合、異常を報知する。

これにより、制御部が電極間に混入した異物に起因する異常電流を検知した場合、使用者に異物が電極間に混入していることを報知することでできる。

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。よって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。従って、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態１）
本実施の形態での空気清浄装置での基本構成について、図１の概略断面図で示す。空気清浄装置の筐体１は吸込口２と吹出口３とファン７とフィルタ６とトレイ４と電極ユニット９と除菌風路８と表示・操作部１０と報知手段３１とを備えている。

吸込口２は、筐体１の内部へ空気を流入させるための開口である。吸込口２は、筐体１の側面に設けられている。

吹出口３は、筐体１の内部の空気を排出するための開口部である。吹出口３は、筐体１の上面に設けられている。

除菌風路８は、吸込口２とフィルタ６と吹出口３を連通する。つまり、室内の空気を除菌するための風路である。

ファン７は、モータに接続されており、モータの回転により気流を発生する。この気流は、吸込口２と吹出口３とを連通する風路を通過する気流となる。すなわち、ファン７は、室内の空気を、筐体１内部に吸気し、吹出口３から筐体１外部に送風する。

フィルタ６は、円柱の芯材の表面に配置されており、円柱の中心軸によって回転する機構である。フィルタ６は、円柱の芯材の回転によりトレイ４内の電解水に浸透し、電解水を含んで吸水することができる。さらに、フィルタ６の一部は、円柱の芯材が回転して、電解水に浸らない状態の位置にあると、吸込口２から吹出口３に至る風路に曝される。フィルタ６は、次亜塩素酸を含んだ電解水を含んだ状態で、吸込口２から吸込んだ室内の空気に接触することになる。したがって、フィルタ６に含浸される次亜塩素酸を含んだ電解水と空気が接触することで、空気中に含まれるウイルスや臭い物質を分解、不活性化することができる。

トレイ４は、矩形状の容器であり、容器内に塩水５を貯めている。また、フィルタ６の下部の一部がトレイ４の塩水５に浸透可能な大きさで構成されている。

電極ユニット９は、トレイ４内に設置され、塩分を含む水、すなわち塩水５に浸されている。電極ユニット９は、浸された状態で電圧を印加することで電気分解により次亜塩素酸を含む電解水を生成する。

表示・操作部１０は、筐体１側面もしくは天面に設けられ、筐体１の操作や状態の表示を行うものである。なお空気清浄装置の動作を制御する制御部３０は、例えば表示・操作部１０に備えられている。

報知手段３１は、例としてＬＥＤが用いることができ、表示・操作部１０に備えられている。報知手段３１は、制御部３０からの信号を受けて点灯あるいは消灯する。報知手段３１は、使用者に対して動作状態の報知や警告等の報知を行う。その他の報知手段３１として、音声やブザー等の音を用いてユーザに報知することも可能である。

次に図２を用いて、制御部３０が行う電極の出力制御について説明する。

制御部３０は、マイクロコンピュータ１１と電極電源制御回路１２と電極電源１３と極性切替手段１４と電流検知手段１５とを備えている。

マイクロコンピュータ１１は、プログラムとして提供される電圧調整手段３２、通電手段３３、判定手段３４とを備えている。マイクロコンピュータ１１が電圧調整手段３２、通電手段３３、判定手段３４のそれぞれのプログラムを実行することにより、空気清浄機の動作を制御する。

電圧調整手段３２は、電極電源制御回路１２へのＰＷＭ（パルス）信号の送信を制御することで、電極ユニット９に印加する電圧の大きさを制御する。ここで電圧は０（ゼロ）Ｖを含むものである。

通電手段３３は、電極ユニット９への電圧印加のオンオフを制御する。具体的には、通電手段３３は、電極電源１３にオンオフ信号を送信することで、電極ユニット９に通電を行う通電時間と、通電を行わない（印加を停止する）非通電時間とを交互に切り替える。すなわち、通電手段３３は、電極ユニット９に対して、間欠通電を行う。

判定手段３４は、電流検知手段１５が検知した電流値に基づいて、トレイ４内の塩水５の塩分濃度が上昇しているか、もしくは電極間に異物が混入されたかを判定する。具体的には、極性切替手段１４によって、電極ユニット９に印加される電圧の極性が反転された後、最初の通電の開始時において電極ユニット９に流れるピーク電流を、電流検知手段１５を介して取得する。次に電流検知手段１５から取得した電流値と所定の閾値とを比較し、電流値が所定の閾値を超えた場合には、検知したときの排水の作業状態に応じて、塩分濃度が上昇したことに起因するのか又は電極間に混入した異物に起因するのか判定する。すなわち、トレイ４の排水を行い、トレイ４を再び空気清浄装置に設置し、電極ユニット９へ最初に通電を行ったときに、所定値以上の電流値を検出した場合は、電極間に異物が混入されていると判断する。そして、制御部３０は、報知手段３１より異常を報知する。一方、トレイ４を再び空気清浄装置に設置し、電極ユニット９へ最初に通電を行った状態では、所定値以上の電流値を検出せず、トレイ４を再び空気清浄装置に設置し所定時間経過した後に、所定値以上の電流値を検出すると、塩分濃度が上昇していると判断する。

そして、制御部の判定結果を基に、報知手段３１によって、塩分濃度が上昇したことを正確に使用者に報知すること及び異物が電極間に混入されていることを使用者に報知する。

電極電源制御回路１２は、電圧調整手段３２から送られたＰＷＭ信号を電気信号に変換することで、電極電源１３の出力電圧を制御する。

電極電源１３は、電極への電圧を印加するための通電手段であり、電極電源制御回路１２から送られた電気信号に基づいて、目的の電圧を電極ユニット９へ印加する。また、通電手段３３からのオンオフ信号を受信することによって電極ユニット９への間欠通電を行う。

極性切替手段１４は、電極ユニット９を構成する電極Ａ９ａと電極Ｂ９ｂの極性を切り替えるものである。具体的には、極性変換リレー等が挙げられる。

図２に示すように、電流検知手段１５は、電極ユニット９を通ったあとの極性切替手段１４の下流側とＧＮＤを挟むように配置され、ＧＮＤとの電位差から電極ユニット９に流れた電流値を電流信号として判定手段３４へ送信する。また、電流検知手段１５の構成の実施例として、シャント抵抗に電極電流を流し、抵抗間の電位差を電流値として計測する方法が挙げられる。

以上が空気清浄装置の構成である。

続いて、空気清浄装置の動作について図３を参照しながら説明する。なお図３は、電極ユニット９における印加電圧と時間との関係を示したグラフである。

最初に電極ユニット９への通電について説明する。電極ユニット９への通電は、まず、所定時間Ａの間行われ、すなわち通電時間となる。例えば所定時間Ａは具体的には５分である。この通電により、電極ユニット９による塩水５の電気分解が行われ、次亜塩素酸が生成される。

続いて、所定時間Ｂの間、通電は停止され、すなわち非通電時間となる。非通電時間では、上述したファン７により発生した気流が次亜塩素酸を含んだフィルタ６を通過することで、ウイルスなどの不活性化が行われる。例えば所定時間Ｂは具体的には３０分である。

この通電時間と非通電時間を交互に切り替えて行う通電の繰り返しが、すなわち間欠通電である。

なお次亜塩素酸を生成する前であっても、空気を清浄する機能があるため、ファン７により気流を発生してもかまわない。また通電時間に気流を発生してもかまわない。

間欠通電を一定回数繰り返した後、極性切替手段１４によって電極Ａ９ａと電極Ｂ９ｂとの極性を反転（切り替え）して、この状態で間欠通電を繰り返す。この動作を繰り返し、通電時間の積算が所定の累積通電時間Ｃに達し、つまり間欠通電を一定回数繰り返すと、再度極性を反転させる。これにより、電極ユニット９に金属物質が過剰に蓄積されることを防ぐ効果があり、片側のみの電極の劣化を防ぐことができる。

図４は、電極通電時における通電電流と時間との関係を示したグラフである。上記の極性切替手段１４による制御を行うことで電極の劣化を抑制することが可能である。一方、使用する塩水５の塩分濃度次第では過剰に金属物質が付着してしまい、想定以上に電極に負荷をかけてしまうケースがある。特に、電極切替直後、電極ユニットへ通電した場合は、図４に示すように、塩分濃度に比例してピーク電流が高くなる。通電時のピーク電流が高くなることで、電極劣化が急速に進むおそれがある。

図４に示すように、高塩分濃度時における通電直後のピーク電流の波形と電極間に異物が挿入され過電流が流れた際の波形とが近似している。そのため、電流値のみを検知することでは、塩分濃度が上昇したことに起因するのか又は電極間に混入した異物に起因するのか識別できない。

本実施の形態に係る空気清浄装置は、図５に示す処理を行うことで、塩分濃度が上昇したことに起因するのか又は電極間に混入した異物に起因するの識別を行う。なお図５は、本実施の形態の制御フローチャートである。なお、図５中のＳはステップを意味する。

空気清浄装置は、運転状態としすなわち電源をオンにすると電極ユニット９への通電を開始すると同時にタイマーカウントを開始し、すなわち電極に通電した時間である電極通電時間を計測する（Ｓ０１、Ｓ０２）。このとき、電流検知手段１５によって電極に流れるピーク電流を検知する。判定手段３４は、電流検知手段１５が検知したピーク電流が所定の閾値Ｄ以上であれば、電極間に異物が混入されていると判断し、電極通電を停止したあと表示・操作部１０を介して使用者に異物除去を報知する（Ｓ０３Ｙｅｓ→Ｓ０９）。

ピーク電流が閾値Ｄ以下であった場合、電極通電時間が所定時間Ａに達した後、電極通電を所定時間Ｂの間、停止する（Ｓ０３Ｙｅｓ→Ｓ０４）。これを累積通電時間Ｃになるまで所定回数継続する（Ｓ０５Ｎｏ）。

電極ユニット９への累積通電時間が累積通電時間Ｃに達すると、極性切替手段１４を介して電極極性を切替え、その後、電流検知手段１５によって電極に流れるピーク電流を検知する（Ｓ０５Ｙｅｓ→Ｓ０６）。

判定手段３４は、電流検知手段１５が検知したピーク電流が所定の閾値Ｄ以上であれば、塩水５の塩分濃度が過剰であると判断し、電極通電を停止したあと表示・操作部１０を介して使用者に排水を促し、すなわち報知する（Ｓ０７Ｙｅｓ→Ｓ０８）。ピーク電流が所定の閾値Ｄ以上でなければ塩水５の塩分濃度が過剰ではないと判断し、電極通電を継続する（Ｓ０６Ｎｏ→Ｓ０２）。

なお報知後は、排水報知（Ｓ０８）の場合は、例えば使用者が塩水５に真水を加えるなどして塩分濃度を下げて、トレイ４をセッティングすることで、空気清浄装置は、処理Ｓ０１、あるいは処理Ｓ０２から処理を実行する。異物除去（Ｓ０９）の場合は、例えば電極ユニット９間に挟まっている異物を使用者が取り除いたあとに、空気清浄装置を再起動するなどの処理をおこなってもらう。

なお、電極通電時の電極制御について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、縦軸が電極に印加する電圧であり、横軸が時間を示している。図６（ｂ）は、縦軸が電極に印加する電流であり、横軸が時間を示している。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、電極通電開始時の初期印加電圧に比例して、最初に発生する電流も増加する。このため、本実施の形態においては、電極切替時の最初の電圧を印加する際に、電極電源１３で制御（出力）できる電圧の最小値を入力するようにする。つまり電圧調整手段は、通電時間の開始時の電圧を電極電源が制御できる範囲における最小電圧３８として電極ユニットに電圧を印加する。
上記制御によって、極性切替時に発生するピーク電流（電流３９）を最小に抑えられるため、電極寿命を延命させることができる。

また、電圧調整手段が通電時間の開始時の電圧を最小電圧３８として電極ユニットに印加することで、異物混入時においても、過電流を抑制することができるため、異常発熱を抑えることができる。尚、このとき説明したピーク電圧に対応した所定の閾値Ｄ（電流値）は最低電圧に対応した値に設定しておく必要がある。この後、電気分解に必要な電流値に以下であれば、電圧値を徐々に上昇させて所定の値になるように制御する。上記制御を行うことで、電極の負荷を最小限に抑えたまま塩水５内の塩分濃度を計測することができる。

以上のように、電流値が所定の閾値を超えた検知した場合には、検知したときの排水の作業状態に応じて、塩分濃度が上昇したことに起因するのか又は電極間に混入した異物に起因するのかを判定することができる。そして、塩分濃度が上昇したこと又は電極間に混異物が混入されていることを正確に使用者に報知することできる。

本発明にかかる空気清浄装置は、異常電流の原因を使用者に報知することができる。

１筐体
２吸込口
３吹出口
４トレイ
５塩水
６フィルタ
７ファン
８除菌風路
９電極ユニット
９ａ電極Ａ
９ｂ電極Ｂ
１０表示・操作部
１１マイクロコンピュータ
１２電極電源制御回路
１３電極電源
１４極性切替手段
１５電流検知手段
３０制御部
３１報知手段
３２電圧調整手段
３３通電手段
３４判定手段

Claims

水溶液を貯水するトレイと、
前記トレイ内の水を吸水するフィルタ部材と、
前記トレイ内の水を電気分解する一対の電極ユニットと、
前記フィルタ部材に吸水された水に接触させる空気を送風する送風機と、
前記トレイ内の水が排水されたことを検知する排水検知部と、
前記トレイ内の水の交換の必要性を報知する交換報知部と、
前記送風機および前記排水検知部および前記交換報知部の動作を制御する制御部と、を備えた空気清浄装置において、
前記制御部は、前記電極ユニット間に通電する電流を検知し、前記電極ユニット間に通電する電流及び電圧を制御し、
前記制御部は、前記排水検知部によって排水されたことが検知された後、前記電極ユニットへの所定の通電が行われる際に前記電極ユニット間に通電する電流値が閾値以上を検出した場合、前記交換報知部に異物除去を促す旨を報知させ、
前記制御部は、前記排水検知部によって排水されたことが検知された後、前記電極ユニットへの前記所定の通電が行われる際に前記電極ユニット間に通電する電流値が前記閾値以上を検出せずに、前記電極ユニットへの通電時間が所定の累積通電時間に達して前記電極ユニットの電極極性を切替えた後に、前記電極ユニットへの前記所定の通電が行われる際に前記電極ユニット間に通電する電流値が前記閾値以上を検出した場合、前記交換報知部に排水を促す旨を報知させることを特徴とする空気清浄装置。
前記制御部は、前記電極ユニットへの所定の通電の開始時における電圧を所定の値に制御することを特徴とする請求項１に記載の空気清浄装置。