JP2013214412A - イオン放出機能付き電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン放出機能を備えた電気機器において、放出されるイオンの量を測定するにあたり、イオン測定装置の存在に起因するイオン量の減少を極力小さくする。
【解決手段】イオン放出機能付き電気機器は、空気中で放電することによりイオンを発生するイオン発生装置２と、イオン発生装置２が発生したイオンを含む気流を放出する送風路１及び送風機を備え、送風路１にはバイパス路３が形成され、バイパス路３には、内部にイオン測定装置１０が配置されるとともに、送風路１を流れる空気量に応じてバイパス路３に流入する空気量を変える流入量調節機構２０が設けられる。流入量調節機構２０は、バイパス路３の入口４に配置され、入口４を閉鎖する方向に付勢された弁体２２と、送風路１の内部に突出し、受ける風圧に応じて弁体２２を付勢力に抗し変位させる風受け板２３を含む。
【選択図】図６

Description

本発明はイオン放出機能付き電気機器に関する。

最近の電気機器には、空気の除菌や消臭を行うべく、空気中にイオンを放出する機能を備えたものが増えている。そのような電気機器の例として、特許文献１に記載されたイオン発生装置付きレンジフードを挙げることができる。

イオン発生装置を備えた電気機器にあっては、イオンが発生しているかどうか、発生量はいかほどかを把握できることが好ましい。このような目的で用いられるイオン測定装置の例を特許文献２に見ることができる。

特許文献２に記載されたイオン測定装置は、イオン検知電極に大気中のイオンを吸着させて該大気中のイオン濃度に応じた電位を生じさせ、前記イオン検知電極に生じた電位を信号増幅回路で増幅してイオン測定信号として出力する。

特開２００５−２８２９１２号公報 特開２００４−４１２２号公報

特許文献２に見られるように、イオン測定装置には、正イオンまたは負イオンを集電電極（検知電極）に引き寄せ、引き寄せられたイオンがもたらす電位の変動によりイオン量を測定する仕組みのものが多い。このようなイオン測定装置を送風路に置いてイオン量を測定することとすると、送風路を流れるイオンが相当な割合でイオン測定装置に吸い取られてしまう。そのため空気中に放出すべきイオンの量が激減してしまう。また、このようなイオン測定装置は、停止中であっても、物理的に回路が遮断されていない限り、リレー等で電気的に遮断した程度の遮断の仕方では、イオンの吸い取りをやめないことが報告されている。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、イオン放出機能を備えた電気機器において、放出されるイオンの量を測定するにあたり、イオン測定装置の存在に起因するイオン量の減少を極力小さくすることを目的とする。

本発明に係るイオン放出機能付き電気機器は、空気中で放電することによりイオンを発生するイオン発生装置と、前記イオン発生装置が発生したイオンを含む気流を放出する送風路及び送風機を備え、前記送風路にはバイパス路が形成され、前記バイパス路には、内部にイオン測定装置が配置されるとともに、前記送風路を流れる空気量に応じて当該バイパス路に流入する空気量を変える流入量調節機構が設けられることを特徴としている。

上記構成のイオン放出機能付き電気機器において、前記流入量調節機構は、前記バイパス路の入口または出口に配置され、前記入口または出口を閉鎖する方向に付勢された弁体と、前記送風路の内部に突出し、受ける風圧に応じて前記弁体を付勢力に抗し変位させる風受け板を含むことが好ましい。

上記構成のイオン放出機能付き電気機器において、前記弁体と前記風受け板は互いに固定的関係にあり、両者一体となって変位することが好ましい。

上記構成のイオン放出機能付き電気機器において、前記バイパス路の入口と出口の両方に前記流入量調節機構が配置されることが好ましい。

上記構成のイオン放出機能付き電気機器において、前記流入量調節機構は前記バイパス路の入口に配置されるものであり、当該流入量調節機構の前記風受け板には、前記弁体が変位して開放状態となった前記入口への空気通路となる通風開口が形成されていることが好ましい。

上記構成のイオン放出機能付き電気機器において、前記イオン測定装置は対向配置された集電電極と反発電極により構成され、前記集電電極に引き寄せられたイオンがもたらす電位の変動をイオン量の測定原理とすることが好ましい。

上記構成のイオン放出機能付き電気機器において、前記流入量調節機構が前記バイパス路への空気流入を可としているとき、前記集電電極と反発電極の一方または双方の極性設定により、前記送風路から放出されるイオンのうち特定の極性のイオンを減少させること
が好ましい。

本発明では、送風路を流れる空気中のイオン量を測定するにあたり、イオン測定装置を直接送風路に配置するのでなく、送風路に形成したバイパス路にイオン測定装置を配置したから、バイパス路を流れる一部の空気に含まれるイオンはイオン測定装置に吸い取られるものの、送風路を流れる大部分の空気に含まれるイオンはそのまま機外に放出される。このため、イオンを放出して得ようとする除菌や消臭などの効果がイオン量の測定で減殺される割合が少ない。またバイパス路には送風路を流れる空気量に応じて当該バイパス路に流入する空気量を変える流入量調節機構が設けられているから、イオンを少しだけ放出したいときには送風路を流れる空気量を少なくする、すなわち「弱風」とすることに伴って、バイパス路に流入する空気量も減少し、送風路を流れる、ただでさえ少ないイオンがイオン測定装置での吸い取りによりさらに減少してしまう割合を軽減することができる。またイオンを大量に放出したいときには送風路を流れる空気量を多くする、すなわち「強風」とすることに伴って、バイパス路に流入する空気量も増大するから、イオンが出ているかどうかを確実にチェックできる。

本発明に係るイオン放出機能付き電気機器の概念図である。 第１実施形態に係る電気機器のバイパス路部分の模式図である。 第１実施形態に係る電気機器のバイパス路部分の模式図で、図２と直角の方向に断面したものである。 第１実施形態に係る電気機器のバイパス路部分の模式図で、弱風時におけるイオン濃度測定状況を示すものである。 第１実施形態に係る電気機器のバイパス路部分の模式図で、中風時におけるイオン濃度測定状況を示すものである。 第１実施形態に係る電気機器のバイパス路部分の模式図で、強風時におけるイオン濃度測定状況を示すものである。 第２実施形態に係る電気機器のバイパス路部分の模式図である。 第２実施形態に係る電気機器のバイパス路部分の模式図で、強風時におけるイオン濃度測定状況を示すものである。 イオン測定装置の測定原理を説明する図である。 イオン測定回路の模式図である。

本発明に係る電気機器としては、空気調和機（家屋用ばかりでなく、車載用も含む）や空気清浄機などを想定する。その電気機器の一部には図１に示すダクト状の送風路１が設けられる。送風路１には図示しない送風機が組み合わせられ、送風路１の内部を図１において下から上に吹き上げる気流が形成される。送風路１を流れる気流は、最終的には当該電気機器の機外に排出される。

送風路１にはイオン発生装置２が取り付けられる。実施形態のイオン発生装置２は正イオンＨ⁺（Ｈ₂Ｏ）_m（ｍは任意の自然数）と負イオンＯ₂ ^-（Ｈ₂Ｏ）_n（ｎは任意の自然数）を同時に生成することができるタイプのものを想定するが、このタイプに限定されるものではない。イオン発生装置２は空気中で放電することにより正イオンと負イオンを発生し、発生したイオンは送風路１を流れる気流に乗って機外に放出される。

送風路１の外側にバイパス路３が形成される。バイパス路３は送風路１の内部に連通する入口４と出口５を有する。入口４は出口５よりも気流の風上側にある。

バイパス路３の内部にはイオン測定装置１０が配置される。イオン測定装置１０は、互いに間隔を置いて対向配置された集電電極１１と反発電極１２（図９参照）により構成される。但し、反発電極１２は設置されない場合もある。

図１０に示す制御装置１３が集電電極１１と反発電極１２への電圧印加を制御する。制御装置１３は中央処理装置（ＣＰＵ）を中心的構成要素として含む。集電電極１１はアンプ１４を介して制御装置１３のＡ／Ｄ入力部１５に接続され、反発電極１２は制御装置１３のＤ／Ａ出力部１６に接続される。

正イオンは正の電位を持ち、負イオンは負の電位を持つ。正イオンを捕捉（測定）したい場合は、反発電極１２に正電位を与える。すると、クーロンの法則により正イオンは反発電極１２から反発力を受けて集電電極１１の方に向かう。集電電極１１の初期電位を負電位にすると、正イオンは集電電極１１に引き寄せられる。負イオンを捕捉（測定）するときの電位の関係は正イオンの場合と逆になる。図５には、反発電極１２に負電位を与えて負イオンを集電電極１１に向かわせている状況が描かれている。集電電極１１は、反発電極１２と反対の電位をかける場合もあり、グラウンド電位（ＧＮＤ電位：±ゼロ）にする場合もある。

一定時間の間に集電電極１１に集められた正イオンまたは負イオンは、集まった数に応じ、異なる電位を集電電極１１に生じさせる。この電位の異なり具合を測定することにより、イオン量を測定することができる。

正イオンは正の電位を持った物質であり、負イオンは負の電位を持った物質である。ある物質に余計な電子が１個結びつくと負イオンになる。負イオンが集電電極１１と反発電極１２の間に形成されるイオン測定風路に入ってくると、反発電極１２が負電位とされていれば反発電極１２より反発力を受け、集電電極１１が正電位とされていれば集電電極１１より吸引力を受けて、集電電極１１に衝突する。集電電極１１に衝突した負イオンは電気的に中和しようとし、その物質が持っていた余計な電子１個は集電電極１１に移動する。このような現象のことを、本明細書では「吸い取る」と称している。

上記測定原理からして、イオン測定装置１０は、その測定行動を通じ、本質的にイオン量を減少させるものである。イオン測定装置１０は停止中でもイオンの吸い取りをやめないので、それが送風路１の中に配置されていると、機外に放出することで役立てようとしているイオン量が激減してしまう。イオン測定装置１０を送風路１の中でなくバイパス路３の内部に配置することにより、そのような不都合が避けられる。

イオン測定装置１０を送風路１の中でなくバイパス路３の内部に配置したといっても、空気がバイパス路３の中を無制限に流れ得ることとされていたのでは、イオン測定装置１０によるイオンの吸い取りは無視できない量となる。そこでバイパス路３には、図２に示す通り、流入する空気量を変える流入量調節機構２０が設けられる。

流入量調節機構２０は、バイパス路３の入口４の風上側の端に配置された回転軸２１と、回転軸２１に一端を固定された弁体２２と、同じく回転軸２１に一端を固定された風受け板２３を含む。弁体２２と風受け板２３は直角をなす。弁体２２と風受け板２３は回転軸２１を介して互いに固定関係にあり、両者一体となって回転軸２１を中心に回動する。

弁体２２は、図示しない附勢力付与手段により、入口４を閉鎖する方向に付勢される。付勢力付与手段としてはばねの弾発力や磁石の吸引力あるいは反発力などを用いることができる。図２のように送風路１が水平に配置され、風受け板２３が上方から垂下している場合には、重力が作用している風受け板２３を付勢力付与手段とすることもできる。いずれの場合でも、図２に示すように入口４を閉鎖する位置までは弁体２２は変位可能であるが、それ以上に弁体２２が回動して送風路１にはみ出すことはないようにされる。具体的には、回転軸２１、弁体２２、風受け板２３のいずれかあるいはいくつかに対し、それらが図２の角度以上に反時計回りに回動することを阻止するストッパが設けられる。

図２のように弁体２２が入口４を閉鎖した状態では、風受け板２３は送風路１内の気流に対し直角をなすように突き出す。風受け板２３には、図３に示すように通風開口２４が形成されている。

図２は無風状態を表すものであり、風の流れる方向のみが点線のブロック矢印で示されている。弁体２２は入口４を閉鎖し、風受け板２３は送風路１の内壁面に対し直角をなす角度にある。この状態では、入口４からバイパス路３に進入する空気流はない。

図４はイオンを少しだけ放出すべく「弱風」とした状態を示す。送風路１を流れる空気流は低速であり、流れる量も小さい。風受け板２３は弱い風圧を受けて少しだけ回動する。それと共に弁体２２も少しだけ回動し、入口４を僅かに開く。これにより、送風路１を流れる空気流の中から少量の空気がバイパス路３に進入する。イオン測定装置１０は、バイパス路３に進入した空気を用いて、送風路１を流れる気流のイオン濃度を測定することができる。イオン濃度測定後の空気は出口５からバイパス路３の外に出て、送風路１を流れる空気流に合流する。

イオン測定装置１０はバイパス路３に入ってきた少量の空気からイオンを吸い取るだけである。このように、イオンのセンシングよりも外部へのイオン放出を優先したことにより、送風路１を流れるイオンの減少率は低く、所期の目的を満足する量のイオンを外部に放出することができる。

空気の流れから見ると入口４は風受け板２３の陰となり、開放状態となった入口４の方へ向かおうとする空気流は本来であれば風受け板２３に阻害される。しかしながら風受け板２３には通風開口２４が存在するので、通風開口２４が入口４へ向かう空気の通路となり、入口４からバイパス路３に進入する空気流が確保される。

図５は「弱風」よりも少し強い「中風」とした状態を示す。送風路１を流れる空気流の速度が増し、流れる量も増える。風受け板２３は少し強い風圧を受け、より大きな角度回動する。弁体２２もより大きな角度回動する。このため入口４の開度が大きくなり、より多くの空気がバイパス路３に進入する。測定対象とする空気量が増大することにより、イオン測定装置１０はイオンが出ているかどうかを確実にチェックできる。

図６は「強風」とした状態を示す。送風路１を流れる空気流は高速となり、流れる量はさらに増える。風受け板２３は強い風圧を受け、一層大きく回動する。弁体２２の角度も大きくなり、入口４の開度も大きくなり、一層多くの空気がバイパス路３に進入する。これにより、イオン測定装置１０はイオンが出ているかどうかを一層確実にチェックすることができる。

流入量調節機構２０は、送風路１を流れる空気量に応じて、機械的な仕組みで入口４の開度を調節するものであり、モータやソレノイドといった電力を消費する要素を含んでいないから、電力コストがかからない。また、電力を消費する要素を使用せず、弁体２２を開閉制御する仕組みも不要であることから、装置コストを低減することができる。

イオン測定装置１０のイオン感知部、すなわち集電電極１１と反発電極１２の面積が一定の場合、風量に比例してイオンが吸い取られることが分かっている。そこで、イオン濃度の測定と同時にイオンを吸い取り、送風路１から排出されるイオン量を調整することができる。イオン測定装置１０がイオンを吸い取るのはバイパス路３を流れる気流からだけであるから、イオンが必要以上に吸い取られることはない。なお送風路１とバイパス路３は両方が合わさって一つの空間を形成するものであり、流入量調節機構２０が開かれても送風路１から排出される風量に変化はない。

図９の集電電極１１と反発電極１２は負イオンを測定する態勢とされており、反発電極１２には負電位が与えられている。イオン測定風路には正イオンと負イオンの両方が供給され、正イオンは反発電極１２に捕捉され、負イオンは集電電極１１に捕捉される。これにより、正イオンと負イオンの両方の量を調整できる。負イオンのみを減らしたければ集電電極１１と反発電極１２の両方に正電位を与えれば良いし、正イオンのみを減らしたければ集電電極１１と反発電極１２の両方に負電位を与えれば良い。

本発明に係る装置を用いれば、設定されている風量と、イオン測定装置１０の測定レベルにより、イオン発生量を知ることができる。例えば、１ＧΩ（ギガオーム）の抵抗を用いた測定回路では、電極面積が１ｃｍ²、回路増幅が１０倍、出力が１ｍＶである場合、一般的に下記の式をもってイオン量を計算できる。
イオンの数Ｎ＝（１／１．６０２２）＊１０＾１９／（１０＾９＊１０＊１０＾３）
＝６２．４万個（１秒当たり）

実際にはバイパス路３を流れる空気量でイオン測定装置１０の電極に当たるイオンの１秒当たりの数が変化する。ここで得られたイオン発生量はイオン測定装置１０が吸い取った量なので、実際には、流入量調節装置２０を閉じた状態（イオン量を測定しない状態）で、当該電気機器の外の決まった場所で測定したイオン量との相関をとり、その相関関係により、イオン測定装置１０が測定したレベルから、電気機器が排出しているイオン量が分かることになる。

送風機の構造が特定されると、定められた回転数でモータが回転した場合、風量は一定となる。送風機が吹き出す風は電気機器の内部を通り、吹出口から機外に放出される。この電気機器の内部にイオン測定装置１０が存在し、イオンを含む風をイオン測定装置１０に通すことによりイオン量の測定が可能になる訳であるが、流入量調節機構２０の開き具合がどのようになっていようとも、機外に放出される風量は変わらない。

イオン量の測定については、空気調和機などの電気機器に搭載されたイオン発生装置２を起動して所定時間が経過した時点でイオン量の測定を行う制御や、イオン発生装置２の運転中所定時間毎に定期的にイオン量の測定を行う制御、運転モード切換時にイオン量の測定を行う制御などが考えられる。正イオンまたは負イオンの量を調節する場合には、その動作と並行してイオン量の測定がなされる。

流入量調節機構２０が開いたとき、反発電極１２の極性を制御することにより、また反発電極１２に加えて集電電極１１の極性を制御することにより、機外に放出する正イオンと負イオンの一方または両方の量を調整することができる。イオン測定装置１０が、反発電極を持たず集電電極のみを持つタイプである場合は、減らしたい極性のイオンと反対の極性の電位を集電電極に印加することにより、機外に放出する正イオンと負イオンの一方または両方の量を調整することができる。

負イオンを多く減らしたい場合は、流入量調節機構２０が大きく開くように強風にし、反発電極１２に正電位（例えば５Ｖ）を印加する。

正イオンを少し減らしたい場合は、流入量調節機構２０が小さく開くように弱風にし、反発電極１２に負電位（例えば−５Ｖ）を印加する。

正イオンと負イオンの両方を普通程度に減らしたい場合は、流入量調節機構２０が中程度に開くように中風にし、反発電極にグラウンド電位（ＧＮＤ電位：±ゼロ）を印加する。

上記のような正イオンと負イオンの量的調整を、時系列で順次切り換えて実施することも可能である。

図７及び図８に本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態の説明に使用したのと同じ符号を付し、説明は省略する。

第２実施形態は、バイパス路３の出口５にも流入量調節機構が設けられている点を特徴としている。出口５に設けられる流入量調節機構３０は、バイパス路３の壁に配置された回転軸３１と、回転軸３１に一端を固定された弁体３２を含む。弁体３２は、出口５へと向かうバイパス路３を遮断するという形で出口５を閉鎖する。弁体３２は出口５を通り抜けて送風路１の中に突き出す延長部を有しており、この延長部が風受け板３３となる。弁体２２と同様、弁体３２も、図示しない附勢力付与手段により出口５を閉鎖する方向に付勢される。

図７は無風状態を表すものであり、風の流れる方向のみが点線のブロック矢印で示されている。弁体２２は入口４を閉鎖し、弁体２３は出口５を閉鎖している。この状態では、入口４からも出口５からも、送風路１からバイパス路３へと空気流が進入することはない。バイパス路３に空気流が進入しないということは、バイパス路３にホコリが入らないということであり、稼働停止中のイオン測定装置１０をホコリから保護することができる。

図８は「強風」とした状態を示す。風受け板２３、３３は強い風圧を受け、大きく回動する。弁体２２、３２も大きく回動し、入口４と出口５を大きく開く。これにより、多くの空気がバイパス路３に進入してイオン測定装置１０によりイオン濃度を測定されるから、イオンが出ているかどうかを確実にチェックすることができる。

第１実施形態も第２実施形態も、「停止」「弱風」「中風」「強風」と４段階の切替制御が行われるものとしたが、これは発明を限定する条件ではない。「停止」と「送風」の２段階しかない電気機器に対しても本発明は適用可能である。４段階を超える段階で切替制御を行う電気機器に対しても本発明は適用可能である。あるいは、風の強度ばかりでなくイオン発生装置２によるイオン発生量の調整も行う電気機器に対しても本発明は適用可能である。

バイパス路３の出口５のみに流入量調節機構を設ける構成も可能である。また弁体と風受け板の変位については、第１実施形態でも第２実施形態でも「回動」による変位のみを取り上げたが、「スライド」で変位するような仕組みにすることもできる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明はイオン放出機能付き電気機器に広く利用可能である。

１ 送風路
２ イオン発生装置
３ バイパス路
４ 入口
５ 出口
１０ イオン測定装置
２０ 流入量調節機構
２１ 回転軸
２２ 弁体
２３ 風受け板
２４ 通風開口
３０ 流入量調節機構
３１ 回転軸
３２ 弁体
３３ 風受け板

Claims (7)

1. 空気中で放電することによりイオンを発生するイオン発生装置と、
   前記イオン発生装置が発生したイオンを含む気流を放出する送風路及び送風機を備え、
   前記送風路にはバイパス路が形成され、
   前記バイパス路には、内部にイオン測定装置が配置されるとともに、前記送風路を流れる空気量に応じて当該バイパス路に流入する空気量を変える流入量調節機構が設けられることを特徴とするイオン放出機能付き電気機器。
2. 前記流入量調節機構は、前記バイパス路の入口または出口に配置され、前記入口または出口を閉鎖する方向に付勢された弁体と、前記送風路の内部に突出し、受ける風圧に応じて前記弁体を付勢力に抗し変位させる風受け板を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン放出機能付き電気機器。
3. 前記弁体と前記風受け板は互いに固定的関係にあり、両者一体となって変位することを特徴とする請求項２に記載のイオン放出機能付き電気機器。
4. 前記バイパス路の入口と出口の両方に前記流入量調節機構が配置されることを特徴とする請求項２または３に記載のイオン放出機能付き電気機器。
5. 前記流入量調節機構は前記バイパス路の入口に配置されるものであり、当該流入量調節機構の前記風受け板には、前記弁体が変位して開放状態となった前記入口への空気通路となる通風開口が形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のイオン放出機能付き電気機器。
6. 前記イオン測定装置は対向配置された集電電極と反発電極により構成され、前記集電電極に引き寄せられたイオンがもたらす電位の変動をイオン量の測定原理とすることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のイオン放出機能付き電気機器。
7. 前記流入量調節機構が前記バイパス路への空気流入を可としているとき、前記集電電極と反発電極の一方または双方の極性設定により、前記送風路から放出されるイオンのうち特定の極性のイオンを減少させることを特徴とする請求項６に記載のイオン放出機能付き電気機器。

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