JP2018017440A

JP2018017440A - 空気清浄機

Info

Publication number: JP2018017440A
Application number: JP2016146979A
Authority: JP
Inventors: 貴文宮田; Takafumi Miyata; 陽一宮田; Yoichi Miyata; 弘士小原; Hiroshi Obara
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: JP6782395B2

Abstract

【課題】汚れ検出部における微粒子の検出精度を向上させ得る空気清浄機を提供する。
【解決手段】検出領域Ａｒに空気を上昇気流Ａｕで案内する上昇気流生成手段１０と下降気流Ａｄで案内する下降気流生成手段１０と、検出領域に下降気流と上昇気流が交互に案内されるように、上昇気流生成手段と下降気流生成手段を制御する気流制御装置とを備え、制御部は、汚れ検出部から出力される上昇気流時の出力信号と下降気流時の出力信号に基づいて、空気に含まれる微粒子の粒子径を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気清浄機に関する。

従来、本体ケース内に、フィルタなどの空気清浄部と、ファンモータなどの送風部とを有し、前記送風部を駆動させることで、吸込み口から吸い込んだ空気の塵埃などを前記空気清浄部で除去（捕集）する空気清浄機が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１及び２の空気清浄機では、空気中に含まれる塵埃などの微粒子を検出する汚れ検出部（特許文献２ではダスト検出器）を備え、汚れ検出部の検出結果に基づいて送風部の駆動を制御するようになっている。

このような空気清浄機の汚れ検出部では、光を発する発光素子と、光を受光する受光素子と、加熱部とを有する。汚れ検出部は、加熱部によって生じる上昇気流によって塵埃などの微粒子を発光素子及び受光素子の検出領域内に運び、検出領域内に発光素子の光を照射し、検出領域内に存在する微粒子からの反射光を受光素子にて受光することで微粒子の有無を検出可能となっている。そして、受光した信号をマイコン等の制御部によって扱い易いように信号を増幅するようになっている。

特開２０１５−６４１７３号公報特開２００２−８９９０７号公報

ところで、上記のような空気清浄機の汚れ検出部では、熱源を温めることで生じる上昇気流によって検出エリア内に塵埃などの微粒子を運び、検出エリア内に運ばれた微粒子を検出するようになっている。

しかしながら、熱源を温めるだけでは花粉等の比較的大きな微粒子を検出エリア内に運ぶことができない、あるいは検出エリア内に微粒子が留まる時間が長く検出精度を高く維持することが難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、汚れ検出部における微粒子の検出精度を向上させることができる空気清浄機を提供することにある。

上記課題を解決するために、空気清浄機は、吸込み口及び吹出し口を備えた本体ケースと、前記吸込み口から空気を吸い込んで前記吹出し口から吹き出させる送風部と、前記本体ケース内に設けられ、前記吸込み口から流入した空気を清浄する空気清浄部と、前記吸込み口から流入した空気に含まれる微粒子を検出領域で検出して該微粒子の粒子径に応じた出力信号を出力する汚れ検出部と、前記汚れ検出部の出力信号に基づいて汚れ判定を行う制御部とを有する空気清浄機であって、前記検出領域に、前記空気を上昇気流で案内する上昇気流生成手段と、前記検出領域に、前記空気を下降気流で案内する下降気流生成手段と、前記検出領域に下降気流と上昇気流が交互に案内されるように、前記上昇気流生成手段と前記下降気流生成手段を制御する気流制御装置とを備え、前記制御部は、前記汚れ検出部から出力される上昇気流時の出力信号と下降気流時の出力信号に基づいて、前記空気に含まれる微粒子の粒子径を検出する。

本発明の空気清浄機によれば、汚れ検出部における微粒子の検出精度を向上させることができる。

実施形態における空気清浄機の斜視図である。同上における空気清浄機の断面図である。同上における空気清浄機のほこりセンサの概略構成図である。同上における空気清浄機の電気的構成を示すブロック図である。同上における空気清浄機のほこりセンサの配置態様について説明するための概略構成図である。（ａ）〜（ｃ）は同上における空気清浄機の動作態様について説明するための空気清浄機の断面図である。下降気流生成時のほこりセンサの信号強度と粒子径について説明するためのグラフである。上昇気流生成時のほこりセンサの信号強度と粒子径について説明するためのグラフである。上昇気流生成手段と下降気流生成手段の別例を示す概略構成図である。

以下、空気清浄機の一実施形態を図面に従って説明する。

図１に示すように、本実施形態の空気清浄機は、略箱状の本体ケース１を有し、本体ケース１の前面側には吸込み口２が設けられる。また、本体ケース１の上面（天面）側には吹出し口３が設けられる。

図１及び図２に示すように、吸込み口２には空気清浄部としてのフィルタ４が着脱可能に設けられる。フィルタ４は、２種類のフィルタ４ａ，４ｂを有する。フィルタ４ａは、例えば塵埃や所謂ＰＭ２．５などを捕集する集塵フィルタとして作用し、フィルタ４ｂは臭いを除去する脱臭フィルタとして作用する。本体ケース１内には、吸込み口２から流入した空気を吹出し口３から吹き出させるための送風部としてのファンモータ５が収容される。

また、フィルタ４の前面側にはフィルタ４を覆うようにフロントパネル６が設けられる。

フロントパネル６は、パネル用アクチュエータ６ａ（図４参照）によって全体を前後方向に移動させたり、下端部のみを前後方向に移動させたりすることが可能となっている。

また、吹出し口３にはルーバー７が傾動可能に設けられ、ルーバー用アクチュエータ７ａ（図４参照）によって傾動動作が実施される。

図１及び図２に示すように、本体ケース１内には汚れ検出部としてのほこりセンサ８が設けられている。

より具体的には、図５に示すように、ほこりセンサ８はフィルタ４が設けられる流路Ｒ１とは別の流路（風路）Ｒ２に設けられる。なお、ほこりセンサ８が設けられる流路Ｒ２は、下流側においてフィルタ４が設けられる流路Ｒ１と合流するようになっている。そして、ほこりセンサ８が設けられる流路Ｒ２とフィルタ４が設けられる流路Ｒ１とが合流した合流流路Ｒ３に前記ファンモータ５が収容される。即ち、ほこりセンサ８が設けられる流路Ｒ２は合流流路Ｒ３と連通しているので、ファンモータ５が動作すると、吸込み口２から吸い込まれた空気が、流路Ｒ１，Ｒ２から合流流路Ｒ３に吸入されるようになっている。

図３及び図４に示すように、ほこりセンサ８は、センサハウジング９内に気流制御用ファン１０と、検出部１１を有する。

図３に示すようにセンサハウジング９は、中空であり、直線状の流路形成部１２と、流路形成部１２の長手方向中間部から両側に、検出部１１を収容する２つの検出部収容部１３，１４が延設されている。

流路形成部１２の基端部（図３において下方）には主に空気の流入が可能な開口部１２ａが形成され、流路形成部１２の先端部（図３において上方）には主に空気の流出が可能な開口部１２ｂが形成されている。

流路形成部１２の内部において、基端部寄りには、気流制御用ファン１０が図示しない支持部によって支持される。

気流制御用ファン１０は、正逆回転可能なファンであり、正転時には微粒子（例えば、ＰＭ２．５等の比較的小さな微粒子）が後述する検出領域Ａｒを通過可能な強さの上昇気流Ａｕを流路形成部１２内に生成し、逆転時には上昇気流Ａｕと同程度の下降気流Ａｄを流路形成部１２内に生成可能である。

また、２つの検出部収容部１３，１４は、流路形成部１２を中心に三股形状をなすように形成される。すなわち、一方の検出部収容部１３と他方の検出部収容部１４とは、流路形成部１２を中心として反対側に位置するように設けられる。

一方の検出部収容部１３には、検出部１１を構成する受光素子１５が収容され、他方の検出部収容部１４には、検出部１１を構成する発光素子１６が収容される。

図４に示すように、検出部１１は、光を照射する発光素子１６と、光を受光してその光量に応じた電流信号を出力する受光素子１５と、受光素子１５から出力される電流信号を微粒子の量に対応したパルス信号に変換して出力する信号変換部１７とを有する。

発光素子１６は、例えば電源の供給に基づいて一方向に光を出力する発光ＬＥＤや半導体レーザーを用いることが可能である。また、受光素子１５は、例えば受光した光量に応じて出力電流が変化するフォトダイオードを用いることが可能である。

発光素子１６の光の照射方向と受光素子１５の受光方向には集光レンズ１５ａ，１６ａを配置して集光することにより、検出領域Ａｒでの光量を高め、より微細な微粒子を検出できるようにしている。なお、集光レンズ１５ａ，１６ａは光量を高めるものであるため、配置しなくとも目的とする検出仕様を満足できれば省略することが可能である。

図４に示すように、信号変換部１７は、増幅回路１８と、比較回路１９と、出力回路２０とを有する。

増幅回路１８は、受光素子１５から出力される信号を増幅して比較回路１９に出力する。図７及び図８に示すように、比較回路１９は、増幅回路１８から出力された信号を判定基準値となる閾値ＶＡ及びＶＢ（図７及び図８参照）とを比較することでパルス状の信号を比較結果として出力回路２０に対して出力する。以下では、閾値ＶＡと比較した比較結果を出力Ａとし、閾値ＶＢと比較した比較結果を出力Ｂとして取り扱う。

出力回路２０は、比較回路１９から出力されるパルス状の信号を後述する制御部２１において取り扱いし易い電圧レベルに適宜変換し、変換した信号を制御部２１に対して出力する。気流制御用ファン１０（図３参照）は、ほこりセンサ８（図３参照）での微粒子の検出動作時に、制御部２１から出力される制御信号に基づいて正転動作と逆転動作を交互に行うようになっている。

そして、図３に示すように、正転動作時には、開口部１２ａから流路形成部１２に吸い込んだ空気を、微粒子（例えば、ＰＭ２．５等の比較的小さな微粒子）が通過可能な強さで検出領域Ａｒに向かって上昇気流Ａｕを生成するようになっている。また、逆転動作時には、開口部１２ｂから吸い込んだ空気を検出領域Ａｒに向かって下降させる下降気流Ａｄを生成するようになっている。

図４に示すように、制御部２１は、ファンモータ５と、ほこりセンサ８と、各アクチュエータ６ａ，７ａに電気的に接続され、各部を制御することで空気清浄機を統括的に制御するものである。制御部２１は、各部を制御することで、「ニオイ・煙」動作、「ハウスダスト」動作、「花粉」動作の３つのパターンで空気清浄機を制御する。

図６（ａ）に示すように「ニオイ・煙」動作は、例えばほこりセンサ８において２μｍ未満の微粒子を検出した場合に、フロントパネル６全体を前方に移動させるとともにルーバー７を本体ケース１に対して略９０度となるよう上方に向けた状態で浄化された空気が噴出される。このような動作により、吸込み口２から室内全体の空気が順次取り込まれて、ニオイ・煙が主にフィルタ４ａで除去される。

図６（ｂ）に示すように「ハウスダスト」動作は、例えばほこりセンサ８において２μｍ以上で５μｍ未満の微粒子を検出した場合に、フロントパネル６の下方のみを前方に移動させてフロントパネル６を傾動させるとともに、ルーバー７が本体ケース１に対して略４５度となる状態で浄化された空気が噴出される。このような動作により、吸込み口２から特に室内の高さ方向中間部から下部にかけて滞留する空気が順次取り込まれて、当該領域に滞留しやすいハウスダストが主にフィルタ４ａで除去される。

図６（ｃ）に示すように「花粉」動作は、例えばほこりセンサ８において５μｍ以上の微粒子を検出した場合に、フロントパネル６の下方のみを前方に移動させてフロントパネル６を傾動させるとともに、ルーバー７が本体ケース１に対して略３０度となるような状態でファンモータ５が駆動される。このような動作により、吸込み口２から特に室内の床近傍に滞留する空気が順次取り込まれて、当該領域に滞留しやすい花粉が主にフィルタ４ａで除去される。

次に、気流制御用ファン１０により流路形成部１２に上昇気流Ａｕと下降気流Ａｄを生成する場合の検出信号の変化について図７及び図８を用いて説明する。

図７、図８において、閾値ＶＡは、受光素子１５から増幅回路１８を経て出力される検出信号Ｓ１〜Ｓ４が１μｍを超える微粒子を検出した信号であるか否かを判定する閾値である。また、閾値ＶＢは、受光素子１５から増幅回路１８を経て出力される検出信号Ｓ１〜Ｓ４が２μｍを超える微粒子を検出した信号であるか否かを判定する閾値である。

検出信号Ｓ１は、１μｍ以上で２μｍ未満の微粒子を検出した場合の信号強度（受光器信号）を示し、この場合には比較回路１９から出力されるパルス出力として出力Ａが出力される。

検出信号Ｓ２は、２μｍを超える微粒子を検出した場合の信号強度を示し、この場合には、比較回路１９から出力されるパルス出力として出力Ａ及び出力Ｂが出力される。

検出信号Ｓ３，Ｓ４は、５μｍあるいは１０μｍを超える微粒子を検出した場合の信号強度を示し、パルス出力として出力Ａ及び出力Ｂが出力される。

図８は、気流制御用ファン１０により上昇気流Ａｕを生成した場合の受光素子１５の信号強度（受光器信号）と制御部２１に出力されるパルス出力の波形を示す。気流制御用ファン１０による弱い上昇気流Ａｕでは、５μｍ及び１０μｍを超える微粒子が検出領域Ａｒまで達しないため、２μｍまでの微粒子を検出した出力Ａ及び出力Ｂが制御部２１に出力され、５μｍを超える微粒子を検出した出力Ａ及び出力Ｂは制御部２１に出力されない。

図７は、気流制御用ファン１０により下降気流Ａｄを生成した場合の受光素子１５の信号強度と制御部２１に出力されるパルス出力の波形を示す。下降気流Ａｄでは、１μｍ及び２μｍを超える微粒子に加えて、５μｍあるいは１０μｍを超える微粒子も安定して検出領域Ａｒを通過する。従って、図７に示すパルス出力が得られる。

制御部２１は、微粒子の検出動作時に、ほこりセンサ８の流路形成部１２内で上昇気流Ａｕと下降気流Ａｄを交互に発生させ、検出された出力Ａ，Ｂを比較することにより、１μｍから１０μｍを超える範囲の粒子径の微粒子を検出可能である。

この実施形態では、上昇気流Ａｕの生成時において、図８に示すように、５μｍ及び１０μｍを超える微粒子を検出できなくても、下降気流Ａｄの生成時には、図７に示すように１μｍから１０μｍを超える微粒子まで検出可能である。従って、空気中に１μｍから１０μｍを超える微粒子の存在を検出可能である。より具体的には次の通りである。制御部２１は、下降気流Ａｄ生成中の検出動作時に出力Ａ及び出力Ｂがオンし、上昇気流Ａｕ生成中の検出動作時に出力Ａ及び出力Ｂがオフの場合、微粒子の粒子径が５μｍあるいは１０μｍ以上であると判定することができる。

次に、上記のように形成された空気清浄機の作用（一動作例）を説明する。

本実施形態の空気清浄機では、使用者によって操作部が操作されることでその操作に基づいて制御部２１は気流制御用ファン１０を制御し、室内の空気の汚れ判定を行う。

すなわち、気流制御用ファン１０を制御して正転動作と逆転動作を所定時間ずつ繰り返す。そして、正転動作時のパルス出力と逆転動作時のパルス出力を比較することにより、１μｍから１０μｍを超える範囲の微粒子が存在するか否かを検出する。

そして、検出された微粒子の粒子径の違いに基づいて、「ニオイ・煙」動作、「ハウスダスト」動作、「花粉」動作のいずれかの動作で空気清浄動作を行う。

また、「ニオイ・煙」動作、「ハウスダスト」動作、「花粉」動作の各動作中において気流制御ファン１０による正転動作と逆転動作を繰り返す所定時間の周期長さは、「ニオイ・煙」動作＜「ハウスダスト」動作＜「花粉」動作の順で長くなるように動作を行う。すなわち、検出した粒子径に基づいて、粒子径サイズが大きいほど所定時間の周期は長くなるように動作を行う。理由は、微粒子の粒子径が大きいほど図１及び図２に示す吸込み口２に吸込まれにくい。よって、微粒子の粒子径が大きいほど吸込み口２に吸込まれる時間がかかるからである。

上記のような空気清浄機では、次に示す効果を得ることができる。

（１）流路形成部１２内に上昇気流Ａｕと下降気流Ａｄを交互に生成して、検出領域Ａｒ上の微粒子を検出することにより、１μｍから１０μｍを超える範囲の微粒子を検出することができる。

（２）流路形成部１２内に上昇気流Ａｕと下降気流Ａｄを交互に生成して、検出領域Ａｒ上の微粒子を検出することにより、ほこりセンサ８の検知可能な粒子径を維持したまま、閾値ＶＡと閾値ＶＢに対応する粒子径とは別の粒子径を判別できる。

（３）上昇気流Ａｕだけでは検出領域Ａｒ内に到達させることのできない大きな粒子径の微粒子を下降気流Ａｄで安定して検出することができる。

（４）受光素子１５の検出感度を変更することなく、粒子径が広範囲に亘る微粒子を安定して検出することができる。

（５）発光素子１６の発光強度を変更することなく、粒子径が広範囲に亘る微粒子を安定して検出することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・閾値ＶＡは、上昇気流Ａｕ時の状態において１μｍを超える微粒子を検出した信号であるか否かを判定する閾値とし設定した。また閾値ＶＢは、上昇気流Ａｕ時の状態において２μｍを超える微粒子を検出した信号であるか否かを判定する閾値とした。しかし、閾値の設定はこの限りではなく、検出したい粒子径が判断できればよいものとする。

・図９に示すように、気流制御用ファンに代えて、ペルチェ素子２２を使用してもよい。制御部によりペルチェ素子２２で発熱動作と冷却動作を交互に行うように制御し、上昇気流Ａｕと下降気流Ａｄを発生させるようにしてもよい。理由は、ファンモータ５による風切り音の発生が無く静音性が向上することができるからである。

以上のように、本発明にかかる空気清浄機は、ほこりセンサにおける微粒子の検出精度を高めることができるため、ほこりセンサを例えば他の空調装置などに用いる場合に上記構成を適用可能である。

１本体ケース
２吸込み口
３吹出し口
４フィルタ（空気清浄部）
５ファンモータ（送風部、風量変更手段）
７ルーバー
８汚れ検出部（ほこりセンサ）
１０気流制御用ファン（上昇気流生成手段・下降気流生成手段）
２１制御部（気流制御装置）
２２発熱手段・冷却手段（ペルチェ素子）
Ａｒ検出領域
Ａｕ上昇気流
Ａｄ下降気流

Claims

吸込み口及び吹出し口を備えた本体ケースと、
前記吸込み口から空気を吸い込んで前記吹出し口から吹き出させる送風部と、
前記本体ケース内に設けられ、前記吸込み口から流入した空気を清浄する空気清浄部と、
前記吸込み口から流入した空気に含まれる微粒子を検出領域で検出して該微粒子の粒子径に応じた出力信号を出力する汚れ検出部と、
前記汚れ検出部の出力信号に基づいて汚れ判定を行う制御部と
を有する空気清浄機であって、
前記検出領域に、前記空気を上昇気流で案内する上昇気流生成手段と、
前記検出領域に、前記空気を下降気流で案内する下降気流生成手段と、
前記検出領域に下降気流と上昇気流が交互に案内されるように、前記上昇気流生成手段と前記下降気流生成手段を制御する気流制御装置と、
を備え、
前記制御部は、前記汚れ検出部から出力される上昇気流時の出力信号と下降気流時の出力信号に基づいて、前記空気に含まれる微粒子の粒子径を検出することを特徴とする空気清浄機。
前記上昇気流生成手段と、前記下降気流生成手段を、正逆転可能な気流制御用ファンで構成したことを特徴とする請求項１に記載の空気清浄機。
前記上昇気流生成手段を、発熱により上昇気流を発生させる発熱手段で構成し、前記下降気流生成手段を、冷却により下降気流を発生させる冷却手段で構成したことを特徴とする請求項１に記載の空気清浄機。
前記発熱手段と冷却手段を、ペルチェ素子で構成したことを特徴とする請求項３に記載の空気清浄機。