JP4740080B2 - 空気除菌装置 - Google Patents
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Description
近年、次亜塩素酸を含む電解水を気液接触部材に供給し、この気液接触部材に空気を送ることによって空気を除菌する装置が提案されている。
しかし、この種の電圧可変回路では、パルス幅変調だけで電圧を調整する回路を採用した場合、電極の制御電圧範囲を十分に確保しようとすると、この電圧可変回路を含む電源回路の熱を放熱する放熱装置(例えば、ヒートシンク)が、電源の電圧ドロップ分に比例して大型化してしまい、かつ、放熱装置での熱ロスが電力の浪費を招いてしまうといった問題が生じる。
この発明によれば、電極間に印加する電圧を可変する電圧可変手段が、電源電圧を切り替える電圧切替手段と、前記電圧切替手段で切り替えられた電源電圧を調整して電極間に印加する電圧調整手段と、前記電圧切替手段が、前記電圧調整手段による調整後の電源電圧に最も近い電源電圧に切り替えるように制御する制御手段とを備えるので、電圧調整手段の電圧ドロップを小さくでき、ヒートシンク等の放熱装置を小型化でき、かつ、熱ロスによる電力の浪費を低減できる。また、この構成によれば、イオン濃度に変動が生じた場合でも、電解水の濃度を安定させることができる。
この場合、前記電圧切替手段は、複数の抵抗素子と、前記制御手段により前記複数の抵抗素子を前記電源に選択的に接続するスイッチング手段とを備えることが好ましい。
また、上記構成において、前記電圧切替手段は、電源電圧を、一定の電位差で増減可能に構成され、前記電圧調整手段は、前記電圧切替手段で切り替えられた電源電圧を前記一定の電位差内で調整し、前記制御手段は、前記検知手段で検知される電流値が前記目標電流を基準とする所定範囲内に収まるまで、前記出力電圧に比例する制御値を予め定めた一定値ずつ加算或いは減算し、この制御値に対応する前記出力電圧を得るように、前記電圧切替手段と前記電圧調整手段とを制御するようにしてもよい。
図1は、本発明を適用した実施の形態に係る空気除菌装置1の外観斜視図であり、図2は、空気除菌装置1の内部構成を示す斜視図である。なお、図2には、参考として筐体11の外形を仮想線で示している。
図1に示すように、空気除菌装置1は縦長に形成された箱形の筐体11を有し、例えば床置き設置される。筐体11の前面下部には吸込グリル12が設けられる一方、筐体11の上面には、排出口としての吹出口13が設けられる。
空気除菌装置1は、吸込グリル12を介して設置室内の空気を吸い込んで除菌し、吹出口13から排出することで、室内空気を清浄化させる装置である。
図3は、空気除菌装置1の内部構成を示す一部破断正面図であり、図4は左側断面視図であり、図5は右側断面視図であり、図6は上面図である。
このため、送風ファン31の送風口31Aから吹き出された空気は、図5中に矢印で示すように空間1Aを通り、気液接触部材53の背面に吹き付けられる。
また、支持板37の上には、電装ボックス39及び電解水循環部2が配設される。電装ボックス39には、後述する制御部60を構成する各種電機部品が実装される制御基板等の各種電装部品が収容される。
水受皿42は、電装ボックス39の上方に位置して、気液接触部材53から滴下した水を受ける皿であり、所定量の水を貯留するための深さを有する。水受皿42の一端部は、より深底に形成されて貯留部42Aとなっており、貯留部42Aには水位を検出する水受皿フロートスイッチ43が配設される。水受皿フロートスイッチ43は、貯留部42Aの水位が所定水位を下回った場合にONに切り替わるスイッチである。
また、気液接触部材53には、散水ボックス51から滴下される電解水をエレメント部に効率よく分散させるため、分流シート(図示略)が配設されている。この分流シートは、液体の浸透性を有する繊維材料からなるシート(織物、不織布等)であり、気液接触部材53の厚み方向断面に沿って1または複数設けられる。
さらに、気液接触部材53と給水タンク41との間は、仕切板36によって仕切られている。仕切板36は、空間1A及び気液接触部材53の側方を閉鎖して、空気が気液接触部材53をスムーズに通り抜けるようにするためのものである。
また、気液接触部材53の各部には親水性処理が施され、電解水に対する親和性が高められており、これによって、気液接触部材53の電解水の保水性(湿潤性)が保たれ、後述する活性酸素種と室内空気との接触が長時間持続される。さらに、気液接触部材53には防かび作用を持つ電解水が滴下されるため、気液接触部材53に防かび対策(防かび剤の塗布等)を施さなくても、かびの繁殖等を避けることができる。
吹出口フィルタ35は、吹出口13から筐体11内部への異物の進入を防止するためのフィルタである。吹出口フィルタ35は、網や織物または不織布等(図示略)を備えており、これらの材料としては、合成樹脂、好ましくは気液接触部材53を構成する材料が好ましい。吹出口フィルタ35は、気液接触部材53を通過した空気の通風抵抗を著しく増加させないよう、適度に目の粗いものであることが好ましい。
この場合、ルーバー20が筐体11の上面に対してほぼ平行な状態では、吹出口13は上板21によってほぼ閉塞される。この状態を、ルーバー20の「閉状態」とする。一方、ルーバー20が筐体11の上面に対して傾いた状態を「開状態」とする。
4H++4e-+(4OH-)→2H2+(4OH-) ・・・(1)
2H2O→4H++O2+4e- ・・・(2)
と共に、アノード電極では、水に含まれる塩素イオン(塩化物イオン:Cl-)が下記式(3)に示すように反応し、塩素(Cl2)が発生する。
2Cl-→Cl2+2e- ・・・(3)
さらに、この塩素は下記式(4)に示すように水と反応し、次亜塩素酸(HClO)と塩化水素(HCl)が発生する。
Cl2+H2O→HClO+HCl ・・・(4)
空気除菌装置1は、上述したファンモータ32、循環ポンプ44と、排水バルブ56と、ルーバー20を開閉させるルーバー駆動モータ68と、上記各部に電源を供給する電源部67とが接続される制御部60を備え、これらは制御部60の制御に従って動作する。
また、制御部60には、操作パネル16に配設された各種スイッチやインジケータランプ等が接続されると共に、水受皿フロートスイッチ43、電極47、48及び電解槽46内の水位を検出する電解槽フロートスイッチ66が接続されている。
本実施形態では、電源部67が、電解運転用の電源(電極メイン電源)67Aと、この電源67Aからの電圧(電源電圧)を切り替え可能な電圧切替回路67Bと、電圧切替回路67Bで切り替えられた電源電圧を調整して電極47、48間に印加する電圧調整回路67Cとを備えている。これらはマイコン61の制御に従って動作し、これらにより電極47、48間に印加する電源電圧を可変する電圧可変回路80が構成されている。
各スイッチング素子SWkは、マイコン61によりON/OFFが制御され、具体的には、マイコン61によりいずれか一つのスイッチング素子SWkが選択的にON制御されることにより、一つの抵抗素子Rkが電源67Aに接続(並列接続)され、この抵抗素子Rkによる電圧が出力電圧V0として電圧調整回路67Cに供給される。
なお、本実施形態では、例えば、抵抗素子R1が出力電圧V0を3.5Vに設定する抵抗値に調整され、抵抗素子R2が出力電圧V0を7.0Vに設定する抵抗値に調整され、抵抗素子R3が出力電圧V0を10.5Vに設定する抵抗値に調整され、・・・といったように、抵抗素子Rkを切り替えることで、出力電圧V0を一定の電位差ΔV(3.5V)で切替可能に構成されている。
言い換えると、本実施形態では、電圧切替回路67Bが、電圧調整回路67Cが調整可能な範囲で、電圧調整回路67Cによる調整後の出力電圧V1に最も近い出力電圧V0を切替出力するようにマイコン61に制御され、これにより、20[V]以上の広い出力電圧特性を得ながら、電圧調整回路67Cにおける電圧ドロップ分が最大で電位差ΔV(3.5V)ですむように構成されている。
この場合、マイコン61は、電源ステップが最小値MIN(0[STEP])か否かを判定し(ステップS5)、最小値MINでなければ(ステップS5:NO)、電源ステップを1だけ減算し(ステップS6)、処理を再びステップS1の処理に戻す。従って、異常電流値と仮判定される間は、電源ステップが所定周期(例えば、10ms)で1づつ減算されるので、電圧可変回路80が正常であれば、図10に波線で示す出力電圧特性(出力電圧V1)に沿うように、電源電圧(出力電圧V1)が徐々に下降制御され、電極47、48間を流れる電流値が、目標電流Itの制御範囲内にフィードバック制御されることとなる。
この警報処理は、例えば、操作パネル16の警報ランプ(図示略)を点灯させる処理や、ブザー(図示略)を駆動して警告音を放音する処理が適用される。以上が電解運転時の制御である。
これにより、本実施形態では、パルス幅変調等により電圧を調整する電圧調整回路だけで本実施形態のような20[V]以上の広い出力電圧特性を得る電源可変回路を構成した場合に比して、電源部67や電圧可変回路80を含む電源回路の熱を放熱するヒートシンク等の放熱装置を小型化することができ、電源部67の大型化を回避できると共に、熱ロスによる電力の浪費を低減できる。
また、本実施形態では、水の導電率を取得して目標電流Itを設定し、電極47、48間の電流値が目標電流Itを基準とした制御範囲内となるように電極47、48間に印加する出力電圧V1をフィードバック制御するので、水(水道水)の種類が異なっていたり、電気分解や水の汚れ等によってイオン濃度に変動が生じた場合でも、電解水(次亜塩素酸)の濃度を安定させることができる。
また、上述の実施形態では、水の導電率を取得してこの導電率から目標電流Itを特定する場合について説明したが、水の導電率に代えて、この導電率の逆数である抵抗値を取得し、この抵抗値から目標電流Itを特定してもよい。
このとき、アノード電極では、下記式(5)〜(7)に示す反応が起こり、オゾンが生成される。
2H2O→4H++O2+4e- ・・・(5)
3H2O→O3+6H++6e- ・・・(6)
2H2O→O3+4H++4e- ・・・(7)
一方、カソード電極としての電極47では、下記式(8)及び(9)に示す反応が起こり、電極反応により生成したO2-と溶液中のH+とが結合して、過酸化水素(H2O2)が生成される。
4H++4e-+(4OH-)→2H2+(4OH-) ・・・(8)
O2 -+e-+2H+→H2O2 ・・・(9)
2 電解水循環部
32 ファンモータ
39 電装ボックス
43 水受皿フロートスイッチ
44 循環ポンプ
46 電解槽
47、48 電極
51 散水ボックス
53 気液接触部材
56 排水バルブ
60 制御部
61 マイコン(制御手段)
62 記憶部(記憶手段)
64 入力部
65 出力部
66 電解槽フロートスイッチ
67 電源部
67A 電源(電極メイン電源)
67B 電圧切替回路(電圧切替手段)
67C 電圧調整回路(電圧調整手段)
68 ルーバー駆動モータ
70 電圧・電流検知回路
R1〜R8 抵抗素子
SW1〜SW8 スイッチング素子(スイッチング手段)
Claims (7)
- 電源からの電力を電解槽内の電極に供給して電解槽内の水を電気分解して電解水を生成し、この電解水を気液接触部材に供給し、この気液接触部材に空気を送ることによって空気を除菌する空気除菌装置において、
前記電極間の電圧値及び電流値を検出する検知手段と、
前記電極間に印加する電圧を可変する電圧可変手段を設け、
この電圧可変手段が、
電源電圧を、不連続な複数の電圧値に切り替え可能な電圧切替手段と、
前記電圧切替手段で切り替えられた電源電圧を調整し、出力電圧として前記電極間に印加する電圧調整手段と、
前記検知手段の検出結果に基づいて前記電極間に流す目標電流を設定し、前記検知手段で検知される電流値が前記目標電流を基準とする所定範囲内に収まるように、前記電圧切替手段と前記電圧調整手段とを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記検知手段で検知される電流値が前記所定範囲内に収まる際に、前記電圧切替手段が、前記電流値が前記所定範囲内に収まるときの前記出力電圧に最も近い電源電圧に切り替わるように制御することを特徴とする空気除菌装置。 - 請求項1に記載の空気除菌装置において、
前記電圧切替手段は、前記電源に接続される抵抗を切り替え、この抵抗による電圧を出力することにより、電源電圧を切り替えることを特徴とする空気除菌装置。 - 請求項2に記載の空気除菌装置において、
前記電圧切替手段は、複数の抵抗素子と、前記制御手段により前記複数の抵抗素子を前記電源に選択的に接続するスイッチング手段とを備えることを特徴とする空気除菌装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の空気除菌装置において、
前記電圧調整手段は、前記電圧切替手段で切り替えられた電源電圧をパルス幅変調により調整することを特徴とする空気除菌装置。 - 請求項4に記載の空気除菌装置において、
前記制御手段は、前記電極間に流れる電流が前記目標電流を基準とする所定範囲外の場合、前記電極間に印加する電圧が徐々に変化するように、前記電圧切替手段と前記電圧調整手段とを制御し、前記電極間を流れる電流が前記所定範囲内に至ると、前記電極間に印加する電圧をその時点の電圧に保持することを特徴とする空気除菌装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の空気除菌装置において、
前記制御手段は、前記電極間に流れる電流が前記目標電流を上回り、かつ、前記電流と前記目標電流との差が予め定めた値以上の条件を満たすと、前記電極間に印加する電圧を最低電圧にするように前記電圧切替手段と前記電圧調整手段とを制御し、この制御後も上記条件が満たされる場合に警報処理を行うことを特徴とする空気除菌装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の空気除菌装置において、
前記電圧切替手段は、電源電圧を、一定の電位差で増減可能に構成され、
前記電圧調整手段は、前記電圧切替手段で切り替えられた電源電圧を前記一定の電位差内で調整し、
前記制御手段は、前記検知手段で検知される電流値が前記目標電流を基準とする所定範囲内に収まるまで、前記出力電圧に比例する制御値を予め定めた一定値ずつ加算或いは減算し、この制御値に対応する前記出力電圧を得るように、前記電圧切替手段と前記電圧調整手段とを制御することを特徴とする空気除菌装置。
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