JP3895890B2 - 空気清浄機付温風暖房装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気清浄機付温風暖房装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
空気清浄機付温風暖房装置において温風暖房装置の温風吹き出し口の近辺前方に物が置かれた場合、この物が温風吹き出し口の遮蔽物となって温風吹き出し口から吹き出た温風が空気清浄機付温風暖房装置側に逆流して空気清浄機の空気取り入れ口に到達し、空気清浄機のエアフィルタが温風の高温の熱により変形してしまう等の問題があった。
【0003】
そこで従来はサーミスタなどの温度検知センサを空気清浄機近傍に設けて温度異常を検知することにより、温風暖房装置、例えばガスや石油や電気を用いた温風暖房装置では燃焼を停止させたり、運転状態を弱に制御していた。電気式の温風暖房装置でも同様に加熱ヒータの通電を停止させたり、運転状態を弱に制御していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように遮蔽物による温風逆流を検知するために、従来の空気清浄機付温風暖房装置では、空気清浄機を運転させるために設けた、空気の汚染度などを検知する雰囲気状態検知用センサとは別に、上記のように空気清浄機付暖房装置の温風吹き出し口の前方に遮蔽物が置かれたことを検知するための、サーミスタなどの温度検知センサを備える必要があった。この場合雰囲気状態検知用センサの信号処理の回路と、温度検知センサの信号処理の回路とが2系統となる上に、センサ接続の配線や、夫々の設置場所なども考慮しなければならず、コスト的に高くなるという問題があった。
【0005】
本発明は、上記の問題点に鑑みて為された物で、その目的とするところは、温風吹き出し口の遮蔽物の検知と、雰囲気状態検知とを一つのセンサで行え、コスト低減が図れた空気清浄機付温風暖房装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明では、空気清浄機と温風暖房手段とを備え、空気清浄機の空気取り入れ口と、温風暖房手段の温風吹き出し口とが装置本体の同一面に開口した空気清浄機付き温風暖房装置において、空気清浄機の空気取り入れ口近傍に設けられた、感ガス体表面に接触する雰囲気中の汚染ガスにより抵抗値が変化するとともに温度により抵抗値が変化する半導体式ガスセンサと、予め設定している基準抵抗値に対する該半導体式ガスセンサの抵抗値の比率の大きさから空気の汚染及び温風流入を検知して、空気汚染に応じて空気清浄機の運転制御を、温風流入検知時に温風暖房手段の運転制御を夫々行う制御手段とを備え、半導体式ガスセンサの抵抗値の上下微動の存在と、上記の抵抗値の比率の大きさとで温風流入を検知することを特徴とする。
【0008】
而して請求項1の発明は、温風吹き出し口の前方に温風吹き出しを遮蔽するように物が置かれ、温風が空気清浄機の空気取り入れ口に逆流して空気取り入れ口内の温度が上昇しても、空気の汚染を検知するために設けた半導体式ガスセンサの抵抗値の変化の大きさから温度上昇を検知することができ、その結果温風暖房手段の運転を制御して温風の発生の停止或いは抑制が可能となり、そのため空気汚染検知以外に温度検知用のセンサを設けることなく、空気清浄機内への温風の逆流によるエアフィルタの熱変形を防止することができる。
【0009】
また、半導体式ガスセンサの抵抗値の上下微動の存在と、上記の抵抗値の比率の大きさとで温風流入を検知するので、確実に温風流入を検知することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明を一実施形態により説明する。
【0011】
図1は本発明の一実施形態の空気清浄機付温風暖房装置の概略構成を示しており、この実施形態の空気清浄機付温風暖房装置は、装置本体1の上部に空気清浄機2を内蔵し、下部には温風暖房装置を構成するための、温風暖房手段である温風暖房機3を内蔵してある。
【0012】
ここで本実施形態の温風暖房機3は、都市ガスやプロパンガスなどの可燃性ガスの燃焼によって空気を加熱するもので、ガスバーナー(図示せず)を設けたガス燃焼室5と、モータ(図示せず)により駆動される軸流ファンからなる温風ファン4とで構成される。
【0013】
ガス燃焼室5に対応する装置本体1の背面下部には空気吸い込み口6が開口しており、温風ファン4の回転により空気吸い込み口6からエアーフィルタ7を介してガス燃焼室5内に外部より空気を吸い込んで該空気をガス燃焼室5のガスバーナー(図示せず)によるガス燃焼により加熱し、該加熱した空気を装置本体1の正面下部に開口した温風吹き出し口8より前方へ吹き出すようになっている。図中9はガス管とのジョイント部である。
【0014】
尚温風暖房機3は、図2に示す制御部10の下で、サーミスタのような温度センサ(図示せず)の検知する室温が設定手段(図示せず)により設定される目標温度となるようにガスバーナーの燃焼量が比例弁(図示せず)にて制御されたり、温風ファン4の回転が熱量により制御されるようになっている。
【0015】
一方空気清浄機2は装置本体1内部に配置したファン駆動用モータ11により回転駆動される空気清浄機用のファン12と、該ファン12の回転により正面上部に開口した空気取り入れ口13から取り込んだ空気から埃、臭い等の空気汚染物質を除去する空気清浄用フィルタ14と、空気取り入れ口13内に配置され、雰囲気の汚染を検知するセンサと逆流による温風流入を検知するセンサとを兼用させた半導体式ガスセンサ15と、該半導体式ガスセンサ15の検知出力の変化及び挙動から雰囲気の汚染や温風流入を検知して制御部10に汚染検知信号Xや遮蔽物検知信号Yを出力するセンサ信号処理部16(図2参照)とで構成され、ファン駆動用モータ11の回転はセンサ信号処理部16からの汚染検知信号Xを入力する制御部10により制御されるようになっている。
【0016】
空気清浄用フィルタ14で清浄化された空気は装置本体1の天井面に開口した空気吹き出し口17より室内に吹き出すようになっている。
【0017】
そして空気清浄機2自体は季節に無関係に使用できるように温風暖房機3とは独立して運転が行えるようになっている。
【0018】
本実施形態に用いる半導体式ガスセンサ15は図3に示すように円筒状の樹脂製ハウジング18の底部に図4に示す感ガス体15aを内装した金属ケース19を収納するとともに、筒状の金属ケース19とハウジング18の上部開口に被着したステンレス製網20との間に活性炭からなるフィルタ21を充填し、金属ケース19の底部より突出する電極ピン22a〜22cをハウジング18の底部より外部へ突出させた3端子構造のものである。
【0019】
金属ケース19内に収納される感ガス体15aは例えば長手方向の径が略0.5mmで、短手方向の径が略0.3mmの楕円球状に形成された金属酸化物からなり、図4で示すように内部に貴金属線からなるヒータコイル15bと、貴金属線からなるワイヤ電極15cとを埋設し、金属ケース19内において、ヒータコイル15bの両端を金属ケース19内に突出した端子22a、22cの上端に電気的機械的に接続し、ワイヤ電極15cの一端を金属ケース19内に突出した端子22bの上端に電気的機械的に接続することで、金属ケース19内に保持される。
【0020】
感ガス体15aは、Pd或いはそれに代わる金属を含有させたSnO2に、若しくはSnO2 に骨材として例えば1000メッシュのα−アルミナを等量混合し、更にテルピオネールを加えてペースト状とし、このペースト状の材料を上記ヒータコイル15b及びワイヤ電極15cに塗布した後、空気中で所定温度で所定時間焼成し、この焼成後アルミナゾルを添加して更に所定温度で所定時間焼成して得られたものである。
【0021】
図5は半導体式ガスセンサ15の等価回路を示し、RHはヒータコイル15bの抵抗値を,Rsはワイヤ電極15cと、ヒータコイル15bの一端(端子22a側)との間の感ガス体15aの抵抗値を示す。
【0022】
而してこのような構造の半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aは、ヒータコイル15baによって略400℃に加熱され、表面にタバコの煙のような空気汚染物質に含まれる水素ガス成分が接触するとその抵抗値Rsが低下する方向に変化し、また接触する空気の温度に応じて抵抗値Rsが低下する特性を持つ。
【0023】
図2に示すセンサ信号処理部16は、交流電源ACより所定の直流電圧Vc(例えば5V)を得る定電圧回路23と、半導体式ガスセンサ15のヒータコイル15bの印加電圧をパルス幅制御するために、半導体式ガスセンサ15の端子20a、20c間のヒータコイル15bと定電圧回路23の出力端間に直列挿入されたトランジスタQと、半導体式ガスセンサ15の端子20bと定電圧回路23の+側出力端との間に挿入され、定電圧回路23の出力電圧を感ガス体15aとで分圧する負荷抵抗Rと、トランジスタQのベースに抵抗R1を介して内蔵する駆動回路24からパルス幅制御の駆動パルスを出力してトランジスタQのスイッチングをパルス幅制御するとともに、感ガス体15aの両端電圧をA/D変換回路26を介して取り込んで感ガス体15aの抵抗値Rsの変化や挙動から、雰囲気の汚染や遮蔽物による温風流入を検知し、その検知結果に基づいて出力回路25を介して制御部10に汚染検知信号Xや遮蔽物検知信号Yを出力する信号処理回路27や、メモリ28を備えた演算処理部29とから構成される。この演算処理部29は実際においてはマイクロコンピュータから構成される。
【0024】
尚上記トランジスタQのスイッチングによるパルス幅制御によってヒータコイル15bに印加する電圧が平均的に略0.9Vとなるようにコントロールし、ヒータコイル15bによる加熱温度を略400℃するようなっている。
【0025】
次に本実施形態における雰囲気の汚染の検知及び温風流入検知について具体的に説明する。
【0026】
まず所定温度で且つ清浄空気下での半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗値を基準抵抗値Rstdとし、この基準抵抗値Rstdを演算処理部29内のメモリ28に予め登録しておき、信号処理回路27はA/D変換回路26を通じて取り込む感ガス体15aの両端電圧から感ガス体15aの抵抗値Rsを検知し、この抵抗値Rsと基準抵抗値Rstdとの比率(以下抵抗変化率(Rs/Rstd)と言う)を演算するとともに、この演算して求めた抵抗変化率(Rs/Rstd)が予め演算処理部29内のメモリ26に設定してある汚染検知用の閾値を越えたときに汚染有りと判断し、また更に温風逆流時の温度上昇に対応して設定してある閾値を越え且つ抵抗値Rsが上下微動を示しているときに遮蔽物有りと判断するようになっている。この抵抗値Rsの上下動の微動は空気取り入れ口13に逆流する温風の乱れによって生じる現象であり、この微動と抵抗変化率(Rs/Rstd)との両者により遮蔽物の有無を検知することで、検知精度を高めてある。
【0027】
尚使用する半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗値Rsは温風暖房機3による通常の暖房下の室温で、且つ清浄空気内においては図6に示すように略基準抵抗値Rstd付近で推移し、その抵抗変化率(Rs/Rstd)は略1となる特性を示すが、水素ガス成分が接触すると、その抵抗値Rsが変化して、その抵抗変化率(Rs/Rstd)は1より小さくなる。
【0028】
図7は被実験空間としての所定の容積の部屋(例えば床面積が8畳の部屋)において本実施形態の空気清浄機付温風暖房装置を壁際に設置し、部屋中央で喫煙してタバコの煙を発生させた場合のタバコの本数と半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化率(Rs/Rstd)の測定結果を示し、図7の測定結果はタバコ1本の場合には抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.85、2本の場合には抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.80、3本の場合には抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.75で推移していることを示す。更に10本の場合には抵抗変化率(Rs/Rstd)は図8に示すように0.55と小さくなっている。尚タバコの喫煙開始から実際に空気取り入れ口13内に半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化が生じるまでの時間遅れは、喫煙場所から空気取り入れ口13までの距離などによって決まるが、煙が漂う状態では瞬間的には半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗値Rsの変化は生じない。
【0029】
一方清浄空気下において温風暖房機3によって暖房を行っている状態で、温風吹き出し口8の直前に遮蔽物を置いた場合と、置かない場合における半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗値Rsを、風量が少ない弱運転時と、風量が多い強運転時とで測定し、その抵抗変化率(Rs/Rstd)を求めてみると、図9のような結果がえられた。つまり遮蔽物が無い場合から遮蔽物を置いた場合、弱運転時では略瞬時に抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.5と小さくなり、また強運転時では略瞬時に抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.3と小さくなり、しかもその抵抗変化率(Rs/Rstd)が上下に挙動していることが観察された。尚遮蔽物が存在する場合には無い場合に比べて空気取り入れ口13内の温度上昇は約150deg以上あった。
【0030】
このように、空気汚染時と、遮蔽物による温風流入時との間では、半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化率(Rs/Rstd)により識別判断ができる差異が存在しており、従って夫々の判断基準となる閾値及び挙動データを予め演算処理部29のメモリ28に設定登録しておき、この設定登録した閾値及び挙動データと、A/D変換回路26を通じて取り込む半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの両端電圧に基づいて求めた抵抗変化率(Rs/Rstd)とを信号処理回路27で比較することで、空気汚染検知及び遮蔽物検知が行えるのである。
【0031】
ここで本実施形態では、上記の測定結果に基づいて半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.85を下回った時に空気清浄機2を運転させることとし、0.85を空気汚染検知の閾値として設定登録し、また運転開始後、運転停止させる際の抵抗変化率(Rs/Rstd)を0.95としてこれを運転停止の閾値として登録し、更に遮蔽物検知を上記の測定結果に基づいて抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.5を下回った時とし、該0.5を遮蔽物検知の閾値として設定登録してある。
【0032】
而して、本実施形態の空気清浄機付温風暖房装置では空気清浄機2の空気取り入れ口13内の半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.85を下回ると、演算処理部29の信号処理回路27が空気汚染有りと判断して制御部10に出力回路25を通じて汚染検知信号Xを出力する。
【0033】
この汚染検知信号Xを入力した制御部10はファン駆動用モータ11の運転を開始して清浄機用ファン12を回転させ、空気清浄機2を運転させる。この運転は空気清浄が進み、半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗値Rsが上昇し、抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.95を越え、出力回路25からの汚染検知信号Xの入力が無くなるまで継続される。
【0034】
空気清浄機2は通年稼働状態にあるが、温風暖房機3側は冬季など運転期間が限定されるため、制御部10は温風暖房機3の非運転時においては、空気清浄機2に対する制御のみを担う。
【0035】
一方温風暖房機3の運転中において、温風吹き出し口8の直前に遮蔽物が置かれ、温風が空気清浄機2の空気取り入れ口13内に逆流すると、空気取り入れ口13内の温度が急激に上昇して、半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化率(Rs/Rstd)は略瞬時に0.5より低下し、又上述したような挙動を示すことになる。この挙動と、抵抗変化率(Rs/Rstd)が0.5より低下したことにより、演算処理部29の信号処理回路27は遮蔽物有りと判断し、出力回路25を通じて遮蔽物検知信号Yを制御部10へ出力する。
【0036】
制御部10は遮蔽物検知信号Yの入力があると、温風暖房機3の運転を停止させ、温風の逆流による空気清浄機2の空気清浄用フィルタ14の熱的な破損を未然に防止する。
【0037】
以上のように本実施形態では、空気汚染と、遮蔽物の存在を一つの半導体式ガスセンサ15により検知することができ、センサの削減とセンサ信号処理の簡素化が図れる。
【0038】
尚上記実施形態の温風暖房機3の暖房制御は周知の構成を用いるため、ここでは説明は省略してある。また熱源はガス燃焼によるものであるが、石油を燃焼させる熱源を使用したものや、電気による熱源を使用したものでも、本発明を適用できる。
【0039】
また上記実施形態では、遮蔽物検知を半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化率(Rs/Rstd)と抵抗値Rsの上下微動とを用いて行っているが、抵抗変化率(Rs/Rstd)だけでも良い。
【0040】
さらに検知精度を高めるために、半導体式ガスセンサ15の感ガス体15aの抵抗変化率(Rs/Rstd)が遮蔽物検知の閾値(例えば0.5)より小さくなったときに、温風暖房機3の運転が弱であれば、強に又強であれば弱に自動的に切り換え、切り換え後も抵抗変化率(Rs/Rstd)が遮蔽物検知の閾値より小さいときに遮蔽物有りと判断するようにしても良い。
【0041】
また汚れ検知、及び遮蔽物検知の閾値を固定とせず、更新するようにしても良い。
【0042】
更に、半導体式ガスセンサ15を空気取り入れ口13内に設けてあるが、空気取り入れ口13の近傍であれば内、外の何れでも良い。
【0043】
【発明の効果】
請求項1の発明は、空気清浄機と温風暖房手段とを備え、空気清浄機の空気取り入れ口と、温風暖房手段の温風吹き出し口とが装置本体の同一面に開口した空気清浄機付き温風暖房装置において、空気清浄機の空気取り入れ口近傍に設けられた、感ガス体表面に接触する雰囲気中の汚染ガスにより抵抗値が変化するとともに温度により抵抗値が変化する半導体式ガスセンサと、予め設定している基準抵抗値に対する該半導体式ガスセンサの抵抗値の比率の大きさから空気の汚染及び温風流入を検知して、空気汚染に応じて空気清浄機の運転制御を、温風流入検知時に温風暖房手段の運転制御を夫々行う制御手段とを備えたので、温風吹き出し口の前方に温風吹き出しを遮蔽するように物が置かれ、温風が空気清浄機の空気取り入れ口に逆流して空気取り入れ口内の温度が上昇しても、空気の汚染を検知するために設けた半導体式ガスセンサの抵抗値の変化の大きさから温度上昇を検知することができ、その結果温風暖房手段の運転を制御して温風の発生の停止或いは抑制が可能となり、そのため空気汚染検知以外に温度検知用のセンサを設けることなく、空気清浄機内への温風の逆流によるエアフィルタの熱変形を防止することができ、しかもセンサが一つで良いのでセンサ信号の処理も簡素化でき、結果装置のコスト低減も図れるという効果がある。
【0044】
また、半導体式ガスセンサの抵抗値の上下微動の存在と、上記の抵抗値の比率の大きさとで温風流入を検知するので、請求項1の発明の効果に加えて、確実に温風流入を検知することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の概略構成図である。
【図2】同上に用いる回路構成図である。
【図3】同上に用いる半導体式ガスセンサの一部破断せる斜視図である。
【図4】同上に用いる半導体式ガスセンサの感ガス体の構成説明図である。
【図5】同上に用いる半導体式ガスセンサの等価回路図である。
【図6】同上を清浄空気下で且つ遮蔽物無しの正常状態での使用時の半導体ガスセンサの感ガス体の抵抗変化率の推移を示すグラフである。
【図7】同上を汚染空気下で且つ遮蔽物無しの正常状態での使用時の半導体ガスセンサの感ガス体の抵抗変化率の推移を示すグラフである。
【図8】同上を汚染空気下で且つ遮蔽物無しの正常状態での使用時の半導体ガスセンサの感ガス体の抵抗変化率の他の例の推移を示すグラフである。
【図9】同上を清浄空気下で且つ遮蔽物無しと有りとでの半導体ガスセンサの感ガス体の抵抗変化率の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
1 装置本体
2 空気清浄機
3 温風暖房機
4 温風ファン
5 ガス燃焼室
6 空気吸い込み口
7 エアフィルタ
8 温風吹き出し口
9 ジョイント部
11 ファン駆動用モータ
12 ファン
13 空気取り入れ口
14 フィルタ
15 半導体式ガスセンサ
17 空気吹き出し口
Claims (1)
- 空気清浄機と温風暖房手段とを備え、空気清浄機の空気取り入れ口と、温風暖房手段の温風吹き出し口とが装置本体の同一面に開口した空気清浄機付き温風暖房装置において、空気清浄機の空気取り入れ口近傍に設けられた、感ガス体表面に接触する雰囲気中の汚染ガスにより抵抗値が変化するとともに温度により抵抗値が変化する半導体式ガスセンサと、予め設定している基準抵抗値に対する該半導体式ガスセンサの抵抗値の比率の大きさから空気の汚染及び温風流入を検知して、空気汚染に応じて空気清浄機の運転制御を、温風流入検知時に温風暖房手段の運転制御を夫々行う制御手段とを備え、半導体式ガスセンサの抵抗値の上下微動の存在と、上記の抵抗値の比率の大きさとで温風流入を検知することを特徴とする空気清浄機付温風暖房装置。
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