JP2007021376A - 静電霧化機能付き空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】組み込まれている静電霧化装置及び周辺回路の機能を容易に確認できるものとする。
【解決手段】室内空気を循環させるためのファン２を備えるとともに、放電電極４１とこれに対向する対向電極４２と上記放電電極４１を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段４３と両電極間に高電圧を印加して放電電極部分の水を静電霧化させる高圧電源部４６からなる静電霧化装置４を備え、上記放電電極を上記ファンによる空気の吐出口付近に配している。上記ファン及び静電霧化装置の動作制御を司る制御手段５は、これらファン及び静電霧化装置の通常運転のための運転動作モードに加えて、静電霧化装置及びその周辺回路を含めた検査動作を所定の指示入力により実施してその検査結果を報知する検査動作モードを備える。所定の指示入力を与えれば、検査動作モードに入って検査がなされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電霧化機能を備えている空気調和機に関するものである。

空気調和機に静電霧化装置を内蔵させることで、静電霧化にて発生させたミストを空気調和機が吐出する風に乗せて室内に供給することができるようにしたものが提供されている。殊に静電霧化で発生させるミストがナノメータサイズの帯電微粒子水である場合、ラジカルを含んでいるとともに長寿命であることから、室内に拡散させると、室内の壁面やカーテン、衣服等に付着した臭い成分を無臭化させることができる。

ここにおいて、上記静電霧化装置は、放電電極に水を供給するとともに該放電電極と対向電極との間に高電圧を印加して放電させることで、放電電極上の水にレイリー分裂を生じさせてミストを発生させることから、放電電極に水を供給するための手段が必要であるとともに、この水供給手段として従来は水タンクを使用していたことから、水の補給が必要であるとともにそのメンテナンスの関係で、空気調和機に対して水タンクを含む静電霧化装置を取り外し自在にしていた。このために静電霧化装置は単独で動作チェックを行うことができるものとなっていた。

一方、放電電極を冷却することで放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段を静電霧化装置に設けたものがある。この場合、静電霧化装置に対する水補給の手間が不要となるものであり、また上記冷却手段として電子冷却手段（ペルチェ素子）を用いたものでは、実際上、メンテナンスフリーとすることができるために、空気調和機に対して静電霧化装置を取り外しができないように組み込んでしまうことが考えられると同時に、取り外しができないようにした方が性能の維持といった点において有利となる。

しかし、この場合には静電霧化装置単体の動作チェックを行うことができない。また、空気調和機を動作させて静電霧化装置が機能しているかどうかをチェックすることは困難である。もちろん、静電霧化装置の放電電流値や冷却手段の動作電圧などの動作パラメータを取り出すことができる出力端子を設けておき、この出力端子に計測機器を接続して検査を行うことが考えられるが、通常運転時の静電霧化装置の上記パラメータを測定するだけでは十分な検査を行うことができない。

また、いろいろな環境条件での運転が想定されるために、静電霧化装置は安全性及び安定性を重視した制御下で動作させるのが通常であり、これと同じ状態で検査を行うと、どうしても検査に要する時間が長くなったり、環境条件によっては検査できない事項が生じる。
特開２００４−３５８３５８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、組み込まれている静電霧化装置及び周辺回路の機能を容易に確認することができる静電霧化機能付き空気調和機を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る静電霧化機能付き空気調和機は、室内空気を循環させるためのファンを備えるとともに、放電電極とこれに対向する対向電極と上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と両電極間に高電圧を印加して放電電極部分の水を静電霧化させる高圧電源部からなる静電霧化装置を備え、上記放電電極を上記ファンによる空気の吐出口付近に配している空気調和機であって、上記ファン及び静電霧化装置の動作制御を司る制御手段は、これらファン及び静電霧化装置の通常運転のための運転動作モードに加えて、静電霧化装置及びその周辺回路を含めた検査動作を所定の指示入力により実施してその検査結果を報知する検査動作モードを備えていることに特徴を有している。所定の指示入力を与えれば、検査動作モードに入って検査を行うようにしたものである。

この時、制御手段は、その検査動作モードにおいて静電霧化装置及びその周辺回路を特定条件下で動作させた際の電気変量に基づいて正常か否かを判断してその結果を報知するものであることが好ましく、特に放電電極部分に水を生成させた状態での放電電流を計測してこの計測結果を基に正常か否かを判断するものであることが好ましい。

制御手段は、その検査動作モードにおいて運転動作モード時よりも冷却手段による放電電極の冷却速度を早めるものであってもよい。検査に要する時間を短縮することができる。

また、制御手段は、その検査動作モードにおいて最終検査動作として冷却手段を最大出力として定格電力の測定を行うものであることが好ましい。環境によって変化する冷却手段出力を環境にかかわらず最大出力とするために、定格電力の測定を行うことができる。

更に制御手段は、その検査動作モードの検査課結果報知用に運転動作モード時の動作表示用のランプ及び／又は音声報知手段を用いるものであることが好ましい。

本発明の静電霧化機能付き空気調和機は、所定の指示入力を与えるだけで検査動作モードに入るために、本体を分解したり特殊な治工具を使用したりしなくても静電霧化装置及び周辺回路の検査を行うことができ、分解や治工具等による二次災害を防止することができると共に、完成品状態での検査が可能となるため、工数の削減と製品としての保証が可能となる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２及び図３に示す空気調和機は、ファン２と除塵フィルター３１と脱臭フィルター３２とを備えた空気清浄器であって、そのハウジング１は水平断面が円弧状となっている背面の片側に吸気口１１を、他方の片側に吐出口１２を備えるとともに、前面で且つ上記吐出口１２に隣接する側にも吐出口１３を備えており、クロスフロー型のファン２は上記ハウジング１内の吐出口１２寄りの部分に回転軸を鉛直にした状態で配設され、プレフィルター（図示せず）が設けられている上記吸気口１１とファン２との間に除塵フィルター３１及び脱臭フィルター３２が配設されている。なお、ここではファン２がクロスフロー型のものであるために、上記除塵フィルター３１及び脱臭フィルター３２には例えば多数の空気流路が貫通しているハニカム状の低圧損タイプのものを用いている。

静電霧化装置４は、図５に示すように、放電電極４１とこの放電電極４１の先端に所要の距離をおいて対向するとともに内周縁が実質的な電極として機能する対向電極４２，放電電極４１を露点以下の温度に冷却する冷却手段としてのペルチェモジュール４３、ペルチェモジュール４３の放熱側に取り付けられた放熱フィン４４とをブロック化したものとして形成されており、上記ハウジング１内における２つの吐出口１２，１３を区画する壁の部分に設置されて、その放電電極４１及び対向電極４２を吐出口１３側に、放熱フィン４４を吐出口１２側に位置させている。

また、上記吐出口１３には針状電極が配設されて該針状電極と前記集塵フィルター３１との間に高電圧を印加することで、集塵フィルター３１での集塵が電気集塵でなされるようになっているのであるが、この点に関する説明は省略する。

そして上記ペルチェモジュール４２には出力電圧を可変としている冷却用電源回路４５が接続され、放電電極４１と対向電極４２には高電圧発生回路を備える高圧電源部４６が接続されている。また、高圧電源部４６には放電電流検出部４７と放電電圧検出部４８とが設けられており、これら検出部４７，４８の出力はコントローラ５に接続されている。

このコントローラ５は、マイクロコンピュータにて形成されたもので、温度センサ５５や湿度センサ５６なども接続されているとともに、上記冷却用電源回路４５及び高圧電源部４６を制御することで、静電霧化装置４での静電霧化を制御するものであり、更には上記ファン２の動作や上記電気集塵動作なども制御するのであるが、ここでは静電霧化に関する制御についてのみ説明する。

静電霧化装置４における静電霧化は、放電電極４１を冷却することによって空気中の水分を放電電極４１上に結露させ、負の高電圧を放電電極４１に印加すれば、結露水は接地されている対向電極４２側に引っ張られて放電電極４１の先端にテーラーコーンと称される形状で凝集するとともに電極として作用することになるテーラーコーンの先端において放電によりレイリー分裂を起こして、負の電荷に帯電されたナノメータサイズの微少な水粒子（ミスト）が空気中に放出されることでなされる。

次に静電霧化装置４の通常運転時の動作制御について説明すると、放電電極４１上に形成された水の量が多くなって上記テーラーコーンが大きくなれば放電電流が増大し、水の量が少なくなればテーラーコーンが小さくなって放電電流が減少する。また、放電電極４１上の結露水の量が更に少なくなれば、放電電極４１上の水と対向電極４２間での放電ではなく、放電電極４１と対向電極４２との間で放電が生じてオゾンの発生などを招くことになる。逆に放電電極４１上の水が更に多くなれば、対向電極４２と水との距離が短くなり、短絡電流が流れて狙いの粒子径のミストが得られなくなる。

このためにここではある放電電圧の時の放電電流値から放電電極４１上の水の量を推定し、この推定に基づき放電電極４１を冷却する冷却手段であるペルチェモジュール４３の冷却度調整による結露水生成量の調整を行っており、放電電流が少ない時はペルチェモジュール４３の印加電圧を上昇させて放電電極４１をさらに冷却して結露水を増加させ、放電電流が多い時は冷却度合を緩和させて結露水を減少させる方向へフィードバック制御することで、放電電極４１上の結露水の量を常にナノメータサイズのミストの発生に適した量となるようにすることで、上記静電霧化が途切れたりすることなく連続的になされるようにしている。

ただし、放電電圧が変われば、適切な結露水量を表すことになる放電電流値も変化することから、放電電圧に応じた最適な放電電流の範囲を規定し、検出される放電電流値が上記範囲の中央値付近を維持するようにペルチェモジュール４３の印加電圧のデューティ制御をコントローラ５が行うようにしている。

また、放電電極４１が冷えていない運転開始初期には放電電極４１上に結露水が生成されていないことから、上記制御は放電電極４１上に結露水が確保されてからのものとし、それまでは次のような制御を行っている。

すなわち、コントローラ５は運転開始に伴い、温度センサ５５で測定される環境温度を取り込んでこの環境温度に応じた電極冷却温度Ｔを設定する。つまり環境温度（室温）が１８℃であれば水が氷結する温度−１℃を勘案して温度を１９℃下げることとし、この電極冷却温度Ｔに応じたペルチェ印加電圧を設定し、この印加電圧をペルチェモジュール４３に印加する。電極冷却温度Ｔが大となるほど印加電圧を高くすることになる。また、印加電圧の制御はＰＷＭ制御で行っていることから、コントローラ５は上記印加電圧を得ることができるデューティ（Ｄｕｔｙ）値を冷却用電源回路４５に対して出力してペルチェモジュール４３による冷却を開始させる。この時、コントローラ５は高圧電源部４６も同時に作動させて放電を開始するとともに放電電流検出回路４７による放電電流の検出を行う。

放電電極４１上に水があれば放電電流が流れることになるが、結露水が生成されるに至っていない時点では正常であれば放電電流は殆ど流れないことになる。このために、検出された電流値Ｉが定数Ｉini未満であれば、正常時の動作として放電電圧の印加状態を保ったまま、電流値Ｉの監視を定期的に続け、電流値Ｉが定数Ｉini（μＡ）以上となった時点で前述の放電電流制御の状態に移行する。つまり、放電電極４１が冷却されて結露水が付着すれば、放電電極４１には高圧が印加されている状態であるために電界の力によって結露水は放電電極４１の先端に集まりはじめ、結露水がある程度結集すると放電による静電霧化が開始されるとともに、この時点で通常の放電電流に基づくフィードバック制御に移行するのである。また、上記フィードバック制御に移行する条件である電流値Ｉが定数Ｉini（μＡ）以上となるまでの間、コントローラ５は定期的にデューティ値を小刻みに高くしてペルチェモジュール４３に印加する電圧を漸次高くしていくことで、結露水の生成を早める処理も行っている。

一方、運転開始初期に測定した電流値ＩがＩini（μＡ）以上であれば、放電電極４１の先端にゴミが付着していてこのゴミのために金属放電が生じている、あるいは環境の湿度が異常に高い、あるいは前回の運転時の結露水が放電電極４１に残っているといったことが考えられることから、この時は高圧電源部４６を停止させるとともにペルチェモジュール４３への電圧印加も停止させた状態を一定時間だけ保ち、その後、再度高圧電源部４６及びペルチェモジュール４３を作動させ、この状態で放電電流値Ｉを計測する。ペルチェモジュール４３を一定時間停止させるのは、環境の湿度が異常に高い場合の可能性を無くすためであり、また、前回の運転時の結露水がなくなるのを待つためである。

そして放電及び冷却を再開した時点での放電電流値Ｉが所定値Ｉｐ（Ｉｐの値は上記Ｉiniとほぼ同じ）より低ければ、放電電極４１に水ができて金属放電から水での放電状態に移行したと判断して、前述のフィードバック制御に移行する。放電電流値Ｉが上記所定値Ｉｐより高ければ、高圧電源部４６を停止させて、この状態でデューティ値を一段もしくは複数段高めた状態で放電電極４１の冷却を行い、所定時間が経過すれば高圧電源部４６を作動させて放電電流値Ｉを測定し、再度所定値Ｉｐと比較するということを、デューティ値が１００％となるまで繰り返す。

放電電極４１に水がついていないにもかかわらず放電電流が大の時は、上述のように金属放電を起こしていると考えられるとともに、この状態での放電継続は放電電極４１の劣化やオゾンの発生につながるために、高圧放電は定期的に繰り返されることになる電流値Ｉの測定の際にだけなされるようにしているものである。なお、ペルチェモジュール４３のデューティ値は上述のように漸増させていくのであるが、最大になってしまった場合は、環境が低温低湿といった結露水の生成に厳しい環境であって、現状のペルチェモジュール４３の冷却能力では結露水を確保することができないとの判断で高圧電源部４６のオフに加えてペルチェモジュール４３もオフとする。

なお、静電霧化装置４に対する上記制御は一例であり、以下に述べる検査動作モードによる動作チェックは上記制御がなされる静電霧化制御装置４のみを対象とするものではなく、他の制御を行うものについても適用することができる。

さて、図示の空気調和機（空気清浄器）においては、上記静電霧化装置４が一体的に組み込まれているとともに、組み込んだ状態で周辺回路である冷却用電源回路４５や高圧電源部４６に接続されることから、静電霧化装置４の動作チェックを行った後に組み込むということはできない。

このために、この空気調和機の動作制御を司るコントローラ５は、ファン２及び静電霧化装置４の通常運転のための運転動作モードに加えて、検査動作モードでも動作させることができるようにしている。ただし、検査動作モードに安易に入ってしまうことがないように、ハウジング１の上面に設けた操作パネルＰに配した複数のスイッチＳ１〜Ｓ４のうち、ここでは「運転切／入」のスイッチＳ１と、「切タイマー」のスイッチＳ３とを押した状態で電源コードを電源コンセントに接続した時にだけ検査動作モードに入るようにしている。つまりコントローラ５が起動した時に上記スイッチＳ１，Ｓ３がオンとなっておれば、コントローラ５は運転動作モードではなく、検査動作モードで起動する。

図１はこの検査動作モードの動作の一例を示しており、上記条件を満たす状態で起動されることで検査動作モードに入ったコントローラ５は、ペルチェモジュール４３への電圧印加の開始と、高圧電源部４６に通電することによる放電の開始とを行うとともに、検査動作モードに入ったことを報知する。

コントローラ５は次いで高圧電源部４６が出力する高電圧が正常レベルかどうかを判定し、正常であれば、正常である旨の報知を行い、次の放電電流の検査に進む。放電電流は前述のように放電電極４１上の水の状態によって変化するとともに、上昇途中で値が振れる場合があるために、ここではＢ回連続で判定を行って、いずれも正常に機能しているときだけ正常であると判断してその旨を報知する。なお、高電圧が正常範囲外の場合は、この後の検査を行う必要性がないため、高電圧検査を初めに行っている。また、高電圧が異常である時の異常報知に加えて、図２に示すように、放電電流が正常範囲をＢ回継続せずに所定時間ｔが経過した時、放電電流異常報知を行うようにしてもよいのはもちろんである。

温度センサ５５や湿度センサ５６といった環境センサを備えたものでは、これら環境センサの検査も行うことが望ましい。図７はこの場合の検査動作モードの一例を示しており、環境センサが正常であるか否かの判定を最初に行い、その後、高電圧の検査、放電電流の検査を行う。環境センサが正常であるか否かの判断は、これらからの出力がコントローラ５に入力されるとともに、その出力値が所定の範囲内にあるかどうかで行う。

検査動作モードとしては、図８に「検査モード２」として示した検査動作を行うものであってもよい。前記の検査動作モードでは、ペルチェモジュール４３への印加電圧を図９にイで示すように徐々に上げていたが、この検査動作モードでは上記印加電圧を図９にロで示すように所定の電圧（ａ［Ｖ］）からスタートさせることで放電電極４１上に結露するまでの時間を短縮させている。通常使用時では電源を切ってすぐに再度電源を入にしたり、停電後に運転を再開させた時のように、放電電極４１に水が残っている状態が考えられることからペルチェモジュール４３への電圧印加は低い電圧からスタートさせる仕様にしているが、検査を行う時点では放電電極４１上に水が残っていることはないことから、初期電圧を高めに設定して放電電極４１の冷却を早めることで、検査に要する時間を短縮することができる。

ペルチェモジュール４３への印加電圧の初期値が異なる上記２つの検査動作モードは、選択的に行えるようにしておいてもよい。たとえばスイッチＳ１〜Ｓ４の他の組み合わせによるオンと電源コードのコンセントへの接続で「検査モード２」の検査動作モードに入るようにしておくのである。

静電霧化装置１及び周辺回路４５，４６の機能的な上記検査が正常で終了すれば、環境条件に関係なくペルチェモジュール４３に最大電力を加えるとともに、その他の制御はそのままとすることで、商品としての定格時の電力測定を行うとよい。

上記操作パネルＰには通常の運転動作モード時の動作表示のための多くの表示ランプＬを配設しているが、検査関連についての表示ランプを設けていないことから、検査動作モード中での前記の各報知動作は上記の表示ランプＬを報知用に流用して表示している。この時、運転動作モードではたとえば点灯で表示する表示ランプＬを、異なる点灯状態、たとえば点滅させることによって検査動作モードでの表示であることを明示するようにしている。この表示は、たとえば複数の表示を点灯あるいは点滅させることで行ってもよい。各種の報知毎に異なる表示となるようにしているのはもちろんである。

報知内容を説明する音声報知を併用してもよく、この場合、操作パネルＰ上に付された説明と異なることを意味する報知内容を作業者は容易に判断することができる。表示ランプＬは用いずに音声報知のみで報知を行ってもよい。

本発明の実施の形態の一例の動作を示すフローチャートである。 同上の正面図である。 同上の水平断面図である。 同上の平面図である。 同上の静電霧化関係のブロック図である。 同上の他例の動作を示すフローチャートである。 同上の更に他例の動作を示すフローチャートである。 同上の別の例の動作を示すフローチャートである。 同上の別の例におけるペルチェモジュールへの印加電圧についてのタイムチャートである。

符号の説明

１ ハウジング
４ 静電霧化装置
５ コントローラ

Claims (6)

1. 室内空気を循環させるためのファンを備えるとともに、放電電極とこれに対向する対向電極と上記放電電極を冷却して放電電極部分に空気中の水分を基に水を生成させる冷却手段と両電極間に高電圧を印加して放電電極部分の水を静電霧化させる高圧電源部からなる静電霧化装置を備え、上記放電電極を上記ファンによる空気の吐出口付近に配している空気調和機であって、上記ファン及び静電霧化装置の動作制御を司る制御手段は、これらファン及び静電霧化装置の通常運転のための運転動作モードに加えて、静電霧化装置及びその周辺回路を含めた検査動作を所定の指示入力により実施してその検査結果を報知する検査動作モードを備えていることを特徴とする静電霧化機能付き空気調和機。
2. 制御手段は、その検査動作モードにおいて静電霧化装置及びその周辺回路を特定条件下で動作させた際の電気変量に基づいて正常か否かを判断してその結果を報知するものであることを特徴とする請求項１記載の静電霧化機能付き空気調和機。
3. 制御手段は、その検査動作モードにおいて放電電極部分に水を生成させた状態での放電電流を計測してこの計測結果を基に正常か否かを判断するものであることを特徴とする請求項２記載の静電霧化機能付き空気調和機。
4. 制御手段は、その検査動作モードにおいて運転動作モード時よりも冷却手段による放電電極の冷却速度を早めるものであることを特徴とする請求項２または３記載の静電霧化機能付き空気調和機。
5. 制御手段は、その検査動作モードにおいて最終検査動作として冷却手段を最大出力として定格電力の測定を行うものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電霧化機能付き空気調和機。
6. 制御手段は、その検査動作モードの検査課結果報知用に運転動作モード時の動作表示用のランプ及び／又は音声報知手段を用いるものであることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の静電霧化機能付き空気調和機。

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