JP2017185034A - 空気清浄装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気分解対象の水の導電率が高い場合であっても、極性切替後の通電時に流れる電流ピーク値を抑制し、電極の劣化を抑制する空気清浄装置を提供する。【解決手段】電極ユニット9に通電と非通電を交互に切り替えて間欠通電する通電手段13と通電路反転手段14とを備え、通電路反転手段14は前記非通電時において非通電時間の終了に対して1秒以上前に通電路を反転させ、反転後に電極ユニット9の反転前における負極側から水5を介して正極側に電流を流す空気清浄装置を提供する。【選択図】図4

Description

本発明は、水を電気分解して次亜塩素酸を生成し細菌やウイルスなどの浮遊微生物を不活性化する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。この電極へのスケール付着を抑制するために、電極電流を一定時間ごとに間欠印加し、極性も一定時間ごとに反転する制御を行うことで、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2012−052698号公報
このような従来の空気清浄装置では、次亜塩素酸の発生量を増加させるために、電気分解対象の水に塩などを溶かし、塩化物イオン濃度を高めることも考えられる。
この場合、塩化物イオン濃度を高めたことにより、電気分解対象の水の導電率が大きくなり、電極の極性を反転した後に通電を開始すると、一時的に電極の極性反転前よりも大きな電流が電極に流れることが、実験などの結果判明した。
この極性反転時の一時的な大電流が発生する理由は、極性反転前の通電により各電極に偏っていたイオンが、極性反転により反対電極へと反発移動するためであると推測できる。
そして、この極性反転時の一時的な大電流が電極を劣化させる恐れがあるという課題を有していた。
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、電気分解対象の水の導電率が高い場合であっても、電極の極性反転後の通電時に流れる電流のピーク値を抑制することで、電極の劣化を抑制できる空気清浄装置を提供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、本発明の空気清浄装置は、水を電気分解する電極ユニットと、前記電極ユニットへの通電を停止する非通電時間を記憶する非通電時間記憶手段と、前記非通電時間に基づいて通電と非通電を交互に切り替えて間欠通電する通電手段と、前記電極ユニットの通電路を反転する通電路反転手段と、前記非通電時における通電停止からの経過時間をカウントするカウント手段とを備え、前記通電路反転手段は、前記非通電時において、前記カウント手段によりカウントされた経過時間に基づいて、前記記憶された非通電時間の終了に対して1秒以上前に通電路を反転させ、前記電極ユニットの反転前における負極側から前記水を介して正極側に電流を流すものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
本発明によれば、電極の極性反転後の通電時に流れる電流のピーク値を抑制することができ、電極の劣化を抑制することが出来る。
本発明の実施の形態1に係る空気清浄装置の概観図 実施の形態1に係る電極制御部の構成図 実施の形態1に係る通電路反転手段の構成図 実施の形態1に係る電極制御部のフローチャート 本実施の形態1でのS1において前記電極板A9aが正極となる場合の、S1からS3における電流の流れを示す図 本実施の形態1でのS1において前記電極板A9aが正極となる場合の、S4からS6における電流の流れを示す図 本実施の形態1でのS1において前記電極板A9aが正極となる場合の、S7からS9における電流の流れを示す図 本実施の形態1でのS1において前記電極板B9bが正極となる場合の、S1からS3における電流の流れを示す図 本実施の形態1でのS1において前記電極板B9bが正極となる場合の、S4からS6における電流の流れを示す図 本実施の形態1でのS1において前記電極板B9bが正極となる場合の、S7からS9における電流の流れを示す図 本実施の形態1での前記非通電時間と前記所定時間Aとの差を0.1秒、1秒、10秒とした時の前記電極ユニット9に流れる電流値例を示す図 本実施の形態1でのS4からS8における前記電極板A9aと前記電極板B9bとの間の電位の時間経過を示す図 本実施の形態1での抵抗15の配置構成図
本発明に係る空気清浄装置は、水を電気分解する電極ユニットと、前記電極ユニットへの通電を停止する非通電時間を記憶する非通電時間記憶手段と、前記非通電時間に基づいて通電と非通電を交互に切り替えて間欠通電する通電手段と、前記電極ユニットの通電路を反転する通電路反転手段と、前記非通電時における通電停止からの経過時間をカウントするカウント手段とを備え、前記通電路反転手段は、前記非通電時において、前記カウント手段によりカウントされた経過時間に基づいて、前記記憶された非通電時間の終了に対して1秒以上前に通電路を反転させ、前記電極ユニットの反転前における負極側から前記水を介して正極側に電流を流すものである。
これにより、前記電極ユニットの極性反転後の前記通電手段による通電時に始めて前記電極ユニット間に流れる電流の向きが反転するのではなく、前記通電手段による通電前に前記電極ユニット間に流れる電流の向きを反転することができる。このように前記電極ユニットの極性反転後の通電前に前記電極ユニット間に流れる電流の向きを反転することにより、通電時に前記電極ユニット間のイオンが反発移動する量を減らすことができる。つまり、前記電極ユニットの極性反転後の通電時に流れる電流のピーク値を抑制することができ、前記電極ユニットの劣化を抑制するという効果を奏する。
また、前記通電路反転手段は、前記非通電時において、前記カウント手段によりカウントされた経過時間が、前記記憶された非通電時間の90%以上経過し、かつ前記記憶された非通電時間の終了に対して1秒以上前に通電路を反転させるという構成にしてもよい。
これにより、非通電時間中に前記電極ユニット間の電位が自然放電等で低くなった後に、前記電極ユニットの通電路を反転することができるので、前記電極ユニットの極性反転後の前記通電手段による通電時に流れる電流のピーク値だけでなく、通電路反転時の電流ピーク値も抑制することがき、前記電極ユニットの劣化を抑制するという効果を奏する。
また、前記通電路反転手段は、前記非通電時において、前記カウント手段によりカウントされた経過時間が、前記記憶された非通電時間の90%以上経過し、かつ前記記憶された非通電時間の終了に対して1秒から10秒前の間に通電路を反転させるという構成にしてもよい。
これにより、前記電極ユニットに流れるピーク電流を抑制するために必要な時間のみ、通電前に前記電極ユニットに電流を流すことにより、不要な通電による電極劣化を抑制するという効果を奏する。
また、前記電極ユニットの異極間に、前記電気分解の対象となる水の前記電極ユニット間における抵抗値よりも大きい抵抗値の抵抗を配置する構成としてもよい。
これにより、非通電時間中における電極間の電位低下を自然放電以上にすすめることができ、自然放電時以上に通電路反転時の電流ピーク値を抑制することができ、前記電極ユニットの劣化を抑制するという効果を奏する。
また、前記抵抗における抵抗値は、前記通電時に流れる電流値が前記電極ユニットへ流れる電流の1%以下となる抵抗値とする構成にしてもよい。
これにより、前記電極ユニットの電流検知を行う場合、前記電極ユニットへ流れる電流と前記抵抗へ流れる電流とが合算された電流値として検知しても、前記電極ユニットへ流れる電流値との電流値の差が小さくなり、廉価な電流検知を行うことができる。
また、前記通電路反転手段による反転後に前記電極ユニットの反転前における負極側から前記水を介して正極側に電流を流す通電は、前記通電路反転手段が備える整流手段により行われる構成としてもよい。
これにより、反転後に前記電極ユニットの反転前における負極側から前記水を介して正極側に電流を流す通電を簡易に行うことができるので、簡易に前記電極ユニットの劣化を抑制するという効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して二度目以降の説明を省略している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る空気清浄装置を図1を参照しながら説明する。
空気清浄機を構成する筐体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と空気清浄制御部10とを備えている。
吸込口2は、筺体1の内部へ空気を流入させるための開口部である。
吹出口3は、筺体1の内部で除菌した空気を筐体1外に放出するための開口部である。
風路8は、吸込口2とフィルタ6と吹出口3を連通する。
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から吹出口3への気流となり、すなわちファン7は、室内の空気を、筐体1内部を介して吹出口3に誘導する。
フィルタ6は、吸水性繊維素材からなり、通過する空気を電解水に接触させて空気を除菌する気液接触機能を果たすものである。フィルタ6は、円盤状にして中心軸を回転中心として回転する。フィルタ6は、回転によりトレイ4内の電解水に浸透させて電解水を含ませ、さらに回転して電解水に浸らない状態で吸込口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を通過させることで、空気に含まれるウイルスや臭い物質を分解、不活性化し、すなわち空気清浄する。
トレイ4は、内部に水5を貯めこみ、フィルタ6の一部と電極ユニット9の一部とを浸水し配置される。
電極ユニット9は、内部に少なくとも一対の電極(電極板A9a及び電極板B9b)を有し、電極間に電圧を印加することにより、トレイ4内の塩化物イオンを含む水を電気分解することで、次亜塩素酸を含む電解水を生成する。次亜塩素酸は、活性酸素種に含まれ、強力な酸化作用や漂白作用を有する。次亜塩素酸が溶解した水溶液、すなわち生成される電解水は、ウイルス等の不活化、殺菌、有機化合物の分解等、種々の空気清浄効果を発揮する。なお、塩化物イオン濃度を高めることが次亜塩素酸の発生量を増加させることができるため、本実施の形態では、水5に塩を投入することによりトレイ4内の水の塩化物イオン濃度を高めているものである。
空気清浄制御部10は、電極制御部11と電極制御以外の動作、例えばファン7の駆動などを制御する一般制御部12とからなる。
図2に、電極制御部11の構成図を示す。
電極制御部11は、通電手段13と制御手段16と通電路反転手段14とを備えている。
通電手段13は、例えばステップダウン型のDCDCコンバータ等からなり、回路グランド19との間に電圧を生成するものである。通電手段13は、電極ユニット9への通電と停止、すなわち非通電とを交互に切り替えて間欠通電するものである。通電手段13は、通電と非通電の切り替えを、制御手段16からの指示により行う。
制御手段16は、非通電時間記憶手段17と通電時間記憶手段30とカウント手段18とを備えている。
非通電時間記憶手段17は、電極ユニット9への通電を停止する時間である非通電時間を記憶する。具体的には、例えば20分等である。
通電時間記憶手段30は、電極ユニット9の通電時間を記憶する。具体的には、例えば10分等である。
カウント手段18は、電極ユニット9への通電時における通電開始からの経過時間及び非通電時における通電停止からの経過時間をカウントする。具体的には、制御手段16が通電手段13に対して通電命令及び通電停止命令を送信した時点からの時間をカウントする。
制御手段16は、通電時間記憶手段30に記憶された通電時間と、非通電時間記憶手段17に記憶された非通電時間とに基づいて、通電手段13に対して通電命令と通電停止命令とを交互に送信する。これにより、通電手段13は、電極ユニット9を通電時間の間、通電状態とし、非通電時間の間、非通電(停止)状態とし、これらを交互に切り替え、すなわち間欠通電する。
通電路反転手段14は、図3に示すように、切替スイッチ20と整流手段21とを備え、電極ユニット9に印加する電圧の極性を切り替える。
切替スイッチ20は、リレー等からなり、制御手段16からの指示により通電路を切り替える。
整流手段21は、ダイオード等からなり、通電手段13による電極ユニット9への通電時には順方向には電流が流れず、かつ電極ユニット9への非通電時には順方向に電流が流れるように配置されている。具体的には、整流手段21の整流後側を通電手段13の出力側に接続し、整流手段21の整流前側を切替スイッチ20と回路グランド19との間に接続する。これにより、反転後に電極ユニット9の反転前における負極側から水5を介して正極側に電流を流す通電を簡易に行うことができる。
また、図4を用いて電極制御部11の制御シーケンスを説明する。なお図4におけるSはステップを意味する。
空気清浄機の運転が開始され、すなわち電極制御部11により電極制御が開始されると、電極ユニット9への通電が開始される(S1)。
次に電極制御部11は、カウント手段18をスタートさせ、通電時間を計測する(S2)。
電極制御部11は、カウント手段18の経過時間が通電時間記憶手段30に記憶された通電時間に到達したかどうかを判断する(S3NO)。なお除菌能力を高くしたい場合は、通電時間を長くすればよい。この電極ユニット9への通電により電気分解が行われ、次亜塩素酸が生成される。
カウント手段18によるカウントが通電時間記憶手段30に記憶された通電時間に達すると、電極制御部11は、制御手段16を介して通電手段13に通電停止命令を送信し、電極ユニット9への通電を停止する(S3YES→S4)。
また、電極制御部11は、カウント手段18をリセットし、すなわち非通電時における通電停止からの経過時間の計測を開始する(S5)。
電極制御部11は、カウント手段18の通電停止からのカウントが所定時間Aかどうかを判断する。所定時間Aは、非通電時間記憶手段17によって記憶した非通電時間の90%以上経過した時間であって、かつ1秒以上前の時間である。つまり、記憶した非通電時間を20分とすると、所定時間Aは18分〜19分59秒の間で決めればよいことになり、ここでは、19分50秒とする。
カウント手段18によるカウントが所定時間Aに到達すると、電極制御部11は、通電路反転手段14を介して電極ユニット9の通電路を切替える(S6YES→S7)。
電極制御部11は、非通電状態において電極ユニット9の通電路を切り替えた後、カウント手段18の通電停止からのカウントが非通電時間記憶手段17によって記憶した非通電時間に到達したかどうかを判断する(S8)。つまり、非通電時間が終了かどうかを判断するものである。
カウント手段18の通電停止からのカウントが非通電時間記憶手段17によって記憶した非通電時間に到達した場合、電極制御部11は、再度、電極ユニット9への通電を開始し、同時にカウント手段18のカウントをリセットする(S9→S1→S2)。
S1からS9を繰り返すことにより、電極ユニット9への通電を間欠で行い、かつ極性を非通電時間毎に切替えることになる。
続いて、図5から図7を用いて、S1において電極板A9aが正極となる場合の、電極制御部11と電極ユニット9に流れる電流の流れを説明する。
図5には、S1において電極板A9aが正極となる場合の、S1からS3における電流の流れの一例を示している。つまり、通電手段13の出力側と電極板A9aとを接続することにより電極板A9aが正極となり、電極ユニットに流れる電流は、水5中を電極板A9aから電極板B9bの向きに流れることとなる。
図6には、S1において電極板A9aが正極となる場合の、S4からS6における電流の流れの一例を示している。つまり、通電手段13は通電停止していることと、整流手段21の整流後側と正極の状態である電極板A9aが接続されるため、電極ユニットに電流は流れない。
図7には、S1において電極板A9aが正極となる場合の、S7からS9における電流の流れの一例を示している。つまり、切替スイッチ20による通電路反転が行われ、整流手段21の整流前側と正極の状態である電極板A9aが接続され、整流手段21に電流が流れる。これにより、電極ユニット9に流れる電流は、水5中を電極板B9bから電極板A9aの向きに電流を流すこととなる。
また、図8から図10を用いて、S1において電極板B9bが正極となる場合の、電極制御部11と電極ユニット9に流れる電流の流れを説明する。
図8には、S1において電極板B9bが正極となる場合の、S1からS3における電流の流れの一例を示している。つまり、通電手段13の出力側と電極板B9bとを接続することにより電極板B9bが正極となり、電極ユニット9に流れる電流は、水5中を電極板B9bから電極板A9aの向きに流れることとなる。
図9には、S1において電極板B9bが正極となる場合の、S4からS6における電流の流れの一例を示している。つまり、通電手段13は通電停止していることと、整流手段21の整流後側と正極の状態である電極板B9bが接続されるため、電極ユニットに電流は流れない。
図10には、S1において電極板B9bが正極となる場合の、S7からS9における電流の流れの一例を示している。つまり、切替スイッチ20による通電路反転が行われ、整流手段21の整流前側と正極の状態である電極板B9bが接続され、整流手段21に電流が流れる。これにより、電極ユニット9に流れる電流は、水5中を電極板A9aから電極板B9bの向きに流れることとなる。
また、図4におけるS7、S8、S9、S1と処理することにより、非通電時間(例えば20分)と所定時間A(例えば19分50秒)との差(ここでは10秒)だけ通電開始の前に通電路を反転している。これにより、図7または図10に示した状態、すなわち非通電時間と所定時間Aとの差の時間分(10秒)、整流手段21と電極ユニット9に電流を流すこととなる。
これにより、電極ユニット9の通電路反転後の通電手段13による通電時に始めて電極ユニット9に流れる電流の向きが反転するのではなく、通電手段13による通電前に前記電極ユニット9に流れる電流の向きを反転することができる。このように電極ユニット9の通電路反転後の通電前に前記電極ユニット間に流れる電流の向きを反転することにより、通電時に電極板A9aと電極板B9bとの間のイオンが反発移動する量を減らすことができる。つまり、電極ユニット9に極性反転後の通電時に流れるピーク電流を抑制することが可能となるのである。
上述の制御による効果を図11に示す。図11には、非通電時間と所定時間Aとの差を0.1秒(破線)、1秒(一点破線)、10秒(実線)とした時の電極ユニット9に流れる電流値を示す。これによると、非通電時間と所定時間Aとの差が大きいとピーク電流が小さくなることが分かる。
これにより、電極ユニット9の極性反転後の通電時に流れる電流のピーク値を抑制することがき、電極ユニットの劣化を抑制することとなる。
図12には、非通電状態であるS4からS8における、電極板A9aと電極板B9bとの間の電位の時間経過を示している。これによると、電極ユニット9に発生する電位は、自然放電によって非通電時間の経過とともに低くなっていることが分かる。このように電極ユニット9の電位が低くなってから電極ユニット9の通電路をS7で(反転)することができるので、電極ユニット9の極性反転後の通電時に流れる電流のピーク値だけでなく、通電路反転時の電流ピーク値も抑制することがき、電極ユニット9の劣化を抑制することとなる。本願では、非通電時間の90%以上経過後に切替を行うことで、非通電時間に例えば即時切替を行うのに比較して、劣化を抑制している。
(変形例)
また、本説明では、通電時間を10分、非通電時間を20分としたが、必要とする除菌能力に合わせて変更してもよい。
また、通電手段13は、電極ユニット9へ通電を行う電圧を通電開始時から徐々に上昇させるものであるとなおよい。
また、図13に示すように電極板A9aと電極板B9b、すなわち異極間に抵抗15を配置する構成としてもよい。
抵抗15の値は、水5の電極板A9aと電極板B9bとの間の抵抗値よりも大きいものである。例えば、水5の導電率が100μS/cm、電極板A9aと電極板B9bとの間の距離を1cm、電極板A9aと電極板B9bの対向面積を100cm^2とすると、水5の電極板A9aと電極板B9bとの間の抵抗値は、100Ωとなり、抵抗15は100Ωよりも大きい値であればよく、ここでは10kΩとする。
こうすることで、自然放電に加えて抵抗15による放電もできるため、非通電時間における電極ユニット9の電位はさらに低く抑えることができる。これにより、通電路反転時の電流ピーク値も抑制することがき、電極ユニット9の劣化を抑制することとなる。 抵抗15の値は、例えば通電手段13による通電時に、電極ユニット9に流れる電流値の1%以下が抵抗15に流れる値である。例えば、電極ユニット9の両端電位を7Vで、電極ユニットに流れる電流を800mAとした時、抵抗15は875Ω以上であればよく、ここでは10kΩとする。
こうすることで、自然放電に加えて抵抗15による放電もできるため、非通電時間における電極ユニット9の電位はさらに低く抑えることができる。これにより、通電路反転時の電流ピーク値も抑制することがき、電極ユニット9の劣化を抑制することとなる。さらに、通電手段13などで電極ユニット9の電流検知を行う場合、電極ユニット9へ流れる電流と抵抗15へ流れる電流とが合算された電流値として検知しても、電極ユニットへ流れる電流値との電流値の差が小さくなり、廉価な電流検知を行うことができることとなる。
本発明にかかる電極ユニットの制御手段を備えた空気清浄装置は、小型で廉価な水浄化機能付き加湿装置に適用できる。
1 筐体
2 吸込口
3 吹出口
4 トレイ
5 水
6 フィルタ
7 ファン
8 風路
9 電極ユニット
9a 電極板A
9b 電極板B
10 空気清浄制御部
11 電極制御部
12 一般制御部
13 通電手段
14 通電路反転手段
15 抵抗
16 制御手段
17 非通電時間記憶手段
18 カウント手段
19 回路グランド
20 切替スイッチ
21 整流手段
30 通電時間記憶手段

Claims (6)

  1. 水を電気分解する電極ユニットと、
    前記電極ユニットへの通電を停止する非通電時間を記憶する非通電時間記憶手段と、
    前記非通電時間に基づいて通電と非通電を交互に切り替えて間欠通電する通電手段と、
    前記電極ユニットの通電路を反転する通電路反転手段と、
    前記非通電時における通電停止からの経過時間をカウントするカウント手段と、
    を備え、
    前記通電路反転手段は、前記非通電時において、
    前記カウント手段によりカウントされた経過時間に基づいて、前記記憶された非通電時間の終了に対して1秒以上前に通電路を反転させ、
    前記電極ユニットの反転前における負極側から前記水を介して正極側に電流を流す空気清浄装置。
  2. 前記通電路反転手段は、前記非通電時において、
    前記カウント手段によりカウントされた経過時間が、前記記憶された非通電時間の90%以上経過し、かつ前記記憶された非通電時間の終了に対して1秒以上前に通電路を反転させる請求項1記載の空気清浄装置。
  3. 前記通電路反転手段は、前記非通電時において、
    前記カウント手段によりカウントされた経過時間が、前記記憶された非通電時間の90%以上経過し、かつ前記記憶された非通電時間の終了に対して1秒から10秒前の間に通電路を反転させる請求項2記載の空気清浄装置。
  4. 前記電極ユニットの異極間に、前記電気分解の対象となる水の前記電極ユニット間における抵抗値よりも大きい抵抗値の抵抗を配置した請求項1から3のいずれかに記載の空気清浄装置。
  5. 前記抵抗における抵抗値は、
    前記通電時に流れる電流値が前記電極ユニットへ流れる電流の1%以下となる抵抗値とした請求項4記載の空気清浄装置。
  6. 前記通電路反転手段による反転後に前記電極ユニットの反転前における負極側から前記水を介して正極側に電流を流す通電は、
    前記通電路反転手段が備える整流手段により行われる請求項1から5のいずれかに記載の空気清浄装置。
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