JP5956317B2

JP5956317B2 - 荷電粒子発生装置

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Publication number: JP5956317B2
Application number: JP2012259275A
Authority: JP
Inventors: 聡彦山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: JP2014107126A

Description

本発明は、空気清浄機、空気調和機などの電気機器に装着されて、放電により空気中にイオン等の荷電粒子を発生する荷電粒子発生装置に関する。

コロナ放電によりイオンを発生するイオン発生装置は、放電電極と誘導電極とを有するイオン発生部と、発生したイオンを放出するためのファンとを備えている。特許文献１に記載のイオン発生装置では、放出するイオンを均一にするために、ファンの回転数に応じてイオン発生部の間欠駆動の間隔が調整される。すなわち、イオン発生部の駆動と停止を制御することにより、発生するイオン量を調整することができる。

このようなイオン発生装置は、単独でイオン発生機として使用されたり、空気清浄機、空気調和機、冷蔵庫などの電気機器に装着して使用される。

特開２０１０−２９５５４号公報

イオン発生装置は、様々な商品分野の電気機器に共通で使用される。空気清浄機、冷蔵庫、空気調和機などの商品分野の異なる電気機器に使用されるイオン発生装置では、イオン発生装置を装着した電気機器がイオン発生装置を制御する。それぞれの電気機器の使用状況に応じて、放電回数、放電電圧、Ｄｕｔｙ駆動、寿命時間などの制御パラメータが設定され、制御プログラムが組まれる。このように、異なる商品分野の電気機器にイオン発生装置を装着して使用する場合、電気機器の使用状況が異なるので、電気機器毎に制御パラメータが異なる。したがって、電気機器にイオン発生装置を装着する場合、電気機器に適応したイオン発生装置にするために、電気機器において制御パラメータを設定しておかなければならず、電気機器の商品開発に時間と手間がかかる。

本発明は、上記に鑑み、電気機器に装着するだけで、電気機器に適応できる荷電粒子発生装置の提供を目的とする。

本発明の荷電粒子発生装置は、放電によって荷電粒子を発生する発生部と、発生部を制御する制御部とを備え、電気機器に装着されて使用される。制御部は、それぞれ異なる駆動条件で発生部を駆動制御するための複数の制御パラメータを有し、電気機器に装着されたときに、制御部は、電気機器に関する識別情報を取得して、識別情報に基づいて制御パラメータを選択する。制御パラメータは、発生部に印加する電圧、放電回数を含み、電気機器毎に異なる制御パラメータが設定される。

荷電粒子発生装置は、各種の電気機器に対応した制御パラメータを有している。荷電粒子発生装置が電気機器に装着されるだけで、電気機器に適した制御パラメータが自動的に選択され、設定される。電気機器においては、荷電粒子発生装置を駆動するための制御パラメータを何ら設定しておく必要はない。

制御部は、発生部の累積動作時間が所定累積時間に達すると、メンテナンスを促す警告を行う。電気機器に応じて異なる所定累積時間が設定される。荷電粒子発生装置が装着される電気機器によって、荷電粒子発生装置の駆動条件が異なり、寿命も異なる。そこで、制御パラメータとして、所定累積時間を設定しておくことにより、荷電粒子発生装置がどのような電気機器に使用されても、寿命が来れば、必ず警告が発せられるので、メンテナンスが楽になる。

本発明によると、電気機器に荷電粒子発生装置を装着することにより、電気機器に適応した制御パラメータを設定できるので、多様な電気機器に対して荷電粒子発生装置を共用できる。

本発明のイオン発生装置を装着した空気清浄機の内部構造を示す断面図イオン発生装置の正面図イオン発生装置の電気回路の概略図空気清浄機およびイオン発生装置の制御ブロック図電気機器の識別情報の内容を示す図商品タイプ毎の制御パラメータを示す図空気清浄機にイオン発生装置を装着したときの空気清浄機における制御フローチャート空気清浄機にイオン発生装置を装着したときのイオン発生装置における制御フローチャート

本実施形態のイオン発生装置を装着した電気機器である空気清浄機を図１に示す。空気清浄機１は、イオンを発生するイオン発生装置２と、発生したイオンを吹き出すための送風機３と、発生したイオンを検出するイオン検出器４とを備えている。これらは本体ケース５に内装されている。

本体ケース５の上面に吹出口１０が形成され、本体ケース５の背面にカバー１１が着脱自在に設けられている。カバー１１に、フィルタ付きの吸込口１２が形成され、本体ケース５の背面の下部にも吸込口１３が形成される。本体ケース５の下部に、送風機２が設けられ、送風機２と吹出口１０との間に、ダクト１４が設けられる。送風機２から吹出口１０に向かう送風路１５が形成され、ダクト１４の内部が送風路１５とされる。

ダクト１４は、角筒状に形成され、上側および下側が広く、中間部分が狭くなっている。ダクト１４の上端の出口が吹出口１０に連通する。吹出口１０には、ルーバ１６が着脱可能に設けられる。イオン発生装置１およびイオン検出器３は、ダクト１４に設けられ、送風路１５に面している。イオン発生装置１およびイオン検出器３は、送風路１５が最も狭くなった中間部分に位置し、対向して配置される。すなわち、ダクト１４の幅を狭くすることによって生じたスペースに、イオン発生装置２およびイオン検出器４が設けられる。これによって、本体ケース５内のスペースを有効に活用でき、装置全体の小型化を図れる。

ダクト１４の下端の入口に、送風機３が連通する。送風機３は、シロッコファンとされ、ファンケーシング２０にファン２１が回転自在に内装され、ファンモータ２２によりファン２１が回転される。ファンケーシング２０は、本体ケース５に取り付けられる。ファンケーシング２０の上部にファン吹出口２３が形成され、ファン吹出口２３がダクト１４の入口に接続され、ファン吹出口２３が送風路１５に連通する。送風機３により吸込口１２，１３から吸い込まれた空気が、送風路１５を下側から上側に向かって通り、イオン発生装置１から発生したイオンを伴った空気が吹出口１０から吹き出される。風は送風路１５を下側から上側に向かって流れ、この方向が送風方向とされる。

イオン発生装置２は、図２に示すように、放電電極３０および誘導電極３１と、これらを内装する樹脂製の収容ケース３２とを有する。放電電極３０は、針電極とされ、誘導電極３１は、環状に形成され、放電電極３０を中心にして放電電極３０の周りを囲んでいる。放電電極３０および誘導電極３１は、左右一対に設けられ、２組の各電極３０，３１が、支持基板３３に実装され、所定の間隔をおいて左右方向に並べられている。収容ケース３２の前面に２つの貫通孔３４が形成され、貫通孔３４に放電電極３０が臨んでいる。図中、３５は放電電極３０を保護するためのガードリブである。

図３に示すように、放電電極３０および誘導電極３１は駆動回路に接続されている。駆動回路は図示しない電源回路に接続される。放電電極３０、誘導電極３１および駆動回路がユニット化されて、イオン放出デバイス３６とされる。イオン放出デバイス３６は収容ケース３２内に着脱自在に装着される。収容ケース３２の前面に、ピンコネクタ３７が設けられ、本体ケース５側のソケット３８と接続される。

図４に示すように、イオン放出デバイス３６は、制御部４０によって駆動制御される。マイコンからなる制御部４０は、イオン放出デバイス３６を駆動制御するための制御パラメータにしたがってイオン発生デバイス３６の電源回路を制御する。４１は、空気清浄機１と電気的に接続するためのインターフェースであり、ピンコネクタ３７を有する。

空気清浄機１は、イオン発生装置２および送風機３を駆動制御する本体制御部４２と、イオン発生装置２を電気的に接続するためのインターフェース４３とを備えている。インターフェース４３は、イオン発生装置２のピンコネクタ３７を接続するソケット３８を有する。コネクタ３７がソケット３８に接続されることにより、両インターフェース４１，４３を通じて信号がやり取りされるとともに、空気清浄機１からイオン発生装置２に電源が供給される。

空気清浄機１の操作パネル４４に設けられたイオン発生用の操作スイッチがオンされたとき、マイコンからなる本体制御部４２は、イオン発生装置２に運転信号を出力する。イオン発生装置２の制御部４０は、運転信号が入力されると、制御パラメータに応じた駆動信号を電源回路に出力する。

電源回路は、制御部４０からの駆動信号に応じて動作し、発振信号を駆動回路に出力する。駆動回路は、電源回路からの発振信号に応じて高電圧を発生して、高電圧を放電電極３０および誘導電極３１に印加する。すなわち、電源回路から一対の端子５０ａ，５０ｂ間に所定方向の電流が流れると、ダイオード５１および抵抗５２を介してコンデンサ５３に充電される。コンデンサ５３の端子間電圧が上昇して、２端子サイリスタ５４のブレークオーバー電圧に達すると、サイリスタ５４はツェナーダイオードのように動作して、さらに電流を流す。

サイリスタ５４に流れる電流がブレークオーバー電流に達すると、サイリスタ５４は略短絡状態となる。これにより、コンデンサ５３に充電された電荷がサイリスタ５４およびパルストランス５５の一次巻線５５ａを介して放電され、一次巻線５５ａにインパルス電圧が発生する。

一次巻線５５ａにインパルス電圧が発生すると、パルストランス５５の二次巻線５５ｂに正および負の高電圧パルスが交互に減衰しながら発生する。各誘導電極３１は導通して、二次巻線５５ｂの一端に接続され、二次巻線５５ｂの他端はダイオード５６，５７を介して各放電電極３０に接続される。

二次巻線５５ｂで発生した正の高電圧パルスはダイオード５６を介して一方の放電電極３０に印加される。一方の放電電極３０の先端でコロナ放電が発生する。二次巻線５５ｂで発生した負の高電圧パルスはダイオード５７を介して他方の放電電極３０に印加される。他方の放電電極３０の先端でコロナ放電が発生する。なお、各放電電極３０には、所定の周期で交互に高電圧が印加されるが、独立した２つの駆動回路を設けることにより、各放電電極３０に同時に高電圧を印加してもよい。

一方の放電電極３０のコロナ放電により、空気中の水分子が電離して、水素イオンが生成される。この水素イオンが溶媒和エネルギにより、空気中の水分子とクラスタリングする。Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｍ（ｍは任意の自然数）からなる正イオンが収容ケースの一方の貫通孔から放出される。また、他方の放電電極３０のコロナ放電により、空気中の酸素分子または水分子が電離して、酸素イオンが生成される。この酸素イオンが溶媒和エネルギにより、空気中の水分子とクラスタリングする。Ｏ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）_ｎ（ｎは任意の自然数）からなる負イオンが収容ケースの他方の貫通孔から放出される。

正イオンおよび負イオンは、空気中の浮遊菌や臭い成分の表面に凝集して、これらを取り囲む。その際に生成される活性種の水酸化ラジカル（・ＯＨ）やＨ_２Ｏ_２（過酸化水素）が微生物等の表面上に凝集して、浮遊菌や臭い成分を破壊する。これにより、正負イオンを室内に放出することにより、室内の殺菌、脱臭を行うことができる。

このように、イオン発生装置２は空気清浄機１などの電気機器に装着されて使用される。電気機器の使用状況に応じてイオン発生の運転を行うためには、イオン発生装置２を駆動するための制御パラメータを電気機器毎に設定する必要がある。例えば、空気清浄機１は、人に近い場所で使用されることが想定される。イオン発生装置２には、放電に伴い発生する動作音を極力抑えることが要求される。同じ空気清浄機１であっても、使用状況が異なる場合があり、教室や図書室などに設置する場合には静音性が求められるが、オフィスや体育館などに設置される場合には、静音性よりも清浄力が求められる。冷蔵庫は、リビングから離れたキッチンで使用されることが想定される。冷蔵庫のコンプレッサの動作音は放電音と比べて大きいので、イオン発生装置２には、動作音を抑えるよりも、むしろイオンによる清浄力を高めることが要求される。また、一般家庭のリビングで使用する電気機器の場合は、静音性および高寿命が求められる。このように、商品分野の違いや同じ商品分野でも使用状況によって、種々の制御パラメータを設定しなければならない。

そこで、イオン発生装置２は、装着される空気清浄機１からの情報に基づいて、空気清浄機１に応じた制御パラメータを設定する。空気清浄機１のメモリ４５には、空気清浄機１に対する識別情報が記憶されている。図５に示すように、電気機器の種類を示す商品群にそれぞれ識別値が割り当てられ、運転タイプにそれぞれタイプ値が割り当てられている。例えば、識別値として、空気清浄機はＡ、冷蔵庫はＢとされる。タイプ値として、静音は１、パワーは２、高寿命は３とされる。電気機器の識別情報は、識別値とタイプ値との組み合わせた商品タイプを含む。例えば、静音性が要求される空気清浄機の商品タイプは、Ａ１とされ、清浄力が要求される空気清浄機の商品タイプは、Ａ２とされる。

イオン発生装置２のメモリ４６には、商品タイプ毎に異なる駆動条件が設定された複数の制御パラメータが記憶されている。図６に示すように、制御パラメータは、放電回数、放電電圧、Ｄｕｔｙ駆動、寿命の各パラメータからなる。例えば商品タイプＡ３の制御パラメータは、放電回数１００回／秒、放電電圧４．５ｋＶ、Ｄｕｔｙ駆動５０％、寿命２．５年とされる。

放電回数が多いほど、イオンの発生量は増加する。放電電圧は高いほど、イオンの発生量は増加する。Ｄｕｔｙ駆動は高いほど、イオンの発生量は増加する。放電している時間が長ければ、それに応じて放電電極の汚れや摩耗が進んでいく。したがって、電気機器の使用状況に応じて商品タイプが決められ、商品タイプ毎に各パラメータが設定されることにより、各種の商品タイプに対する制御パラメータがそれぞれ設定される。複数の制御パラメータが予めメモリ４６に記憶される。

次に、イオン発生装置２の制御パラメータの設定手順を図７、８にしたがって説明する。イオン発生装置２が空気清浄機１に装着されると、空気清浄機１の本体制御部４２は、この装着を検知する（Ｓ１）。なお、イオン発生装置２の装着の検知は、本体ケース４に設けられたマイクロスイッチ、光センサなどの検知器によって行われる。イオン発生装置２が装着されると、検知器はオン信号を本体制御部４２に出力する。本体制御部４２は、オン信号の有無によってイオン発生装置２の装着の有無を判断する。

イオン発生装置２が装着されると、本体制御部４２は、イオン発生装置２に電源の供給を開始する。イオン発生装置２の制御部４０が起動する。これにより、制御部４０は、イオン発生装置２が空気清浄機１に装着されたことを認識する（Ｔ１）。

空気清浄機１の本体制御部４２は、メモリ４５から識別情報を読み出し、インターフェース４３を介してイオン発生装置２に送信する（Ｓ２）。送信が完了する（Ｓ３）と、本体制御部４２は、待機状態となり、ユーザの操作入力を待つ。

イオン発生装置２の制御部４０は、インターフェース４１を通じて空気清浄機１からの識別情報を受信する（Ｔ２）。受信が完了する（Ｔ３）と、制御部４０は、空気清浄機１から取得した識別情報をメモリ４６に記憶する。そして、制御部４０は、識別情報から装着された電気機器の商品タイプを認識し、メモリ４６に記憶されている制御パラメータの中から商品タイプに対応する制御パラメータを選択して決定する（Ｔ４）。制御部４０は、決定した制御パラメータを内蔵のメモリに書き込むことにより、制御パラメータを設定する（Ｔ５）。この後、制御部４０は、本体制御部４２からの運転信号を待ち受ける。

ユーザが空気清浄機１の操作スイッチをオンすると、本体制御部４２は、運転信号をイオン発生装置２の制御部４０に出力する。制御部４０は、運転信号を受信すると、設定された制御パラメータにしたがって、イオン放出デバイス３６を駆動する。

また、イオン発生装置２が駆動されると、制御部４０は、駆動時間をカウントして、動作時間を累積していく。累積動作時間が設定された寿命である所定累積時間に達すると、制御部４０は、寿命がきたことを空気清浄機１の本体制御部４２に警告する。警告を受けた本体制御部４２は、イオン発生装置２のメンテナンスを促すメッセージを表示等によって報知する。

このように異なるあるいは同一の商品群の種々の運転タイプの電気機器において、共通のイオン発生装置２を使用しながら、装着される電気機器に適応した制御パラメータを自動的に設定することができる。電気機器では、予めイオン発生装置２用の制御パラメータを設定して、制御プログラムを組み必要がなくなる。これにより、イオン発生装置２を装着するだけで電気機器の使用状況に適応した運転を行うことができ、電気機器がイオン発生装置２の運転を制御しなくてすみ、電気機器側の制御が簡単になる。したがって、トータル的に電気機器の開発におけるコストダウン図ることができる。

また、イオン発生装置２は設定した寿命がきたとき、交換される。このとき、当初装着されていたものとは異なるが、互換性のある設計変更されたイオン発生装置に交換する場合、電気機器側に予め記憶されているイオン発生装置２の制御プログラムおよび制御パラメータでイオン発生装置２を駆動するとしたとき、イオン発生装置２自体が設計変更されたものであるにも関わらず、当初装着されていたものと同じ制御パラメータでしか制御できない。そのため、設計変更されたイオン発生装置２の機能を十分に発揮させることができない。

そこで、イオン発生装置２が電気機器の識別情報に基づいて、イオン発生装置２が自ら制御パラメータを決めることにより、設計変更されたイオン発生装置２が装着された場合でも、そのイオン発生装置２にとって最適な制御パラメータで駆動することができる。したがって、性能が向上したイオン発生装置２の機能を有効に発揮させることができる。例えば、イオン発生装置２が電気機器への装着に関しては互換性を保ったまま放電電極３０等が改良され、印加する電圧の最適値などが変わった場合において、特に効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。イオン発生装置２が装着される電気機器としては、空気清浄機以外に、冷蔵庫、空気調和機、洗濯機、ドライヤー、掃除機、複合機などや、車、電車、航空機等の乗物に搭載されるイオン発生機があげられる。

イオン発生装置２以外の荷電粒子発生装置として、帯電微粒子水を発生するものであってもよい。具体的には、ラジカル成分を含む帯電微粒子水を生成する静電霧化装置がある。静電霧化装置の放電電極をペルチェ素子により冷却するなどの方法により、放電電極の表面に結露水を生じさせ、放電電極にマイナスの高電圧を印加すると、結露水から帯電微粒子水が発生する。

電気機器に設けられたＩＣタグに識別情報を書き込み、イオン発生装置２にＩＣタグリーダを設ける。イオン発生装置２が電気機器に装着されたとき、ＩＣタグリーダがＩＣタグから識別情報を読み取り、イオン発生装置２は、非接触で識別情報を取得できる。

以上の通り、本発明の荷電粒子発生装置は、放電によってイオン、帯電微粒子水などの荷電粒子を発生する発生部と、発生部を制御する制御部とを備え、電気機器に装着されて使用されるものである。制御部は、それぞれ異なる駆動条件で発生部を駆動制御するための複数の制御パラメータを有し、電気機器に装着されたときに、制御部は、電気機器に関する識別情報を取得して、識別情報に基づいて制御パラメータを選択する。制御パラメータは、発生部に印加する電圧、放電回数を含み、電気機器毎に異なる制御パラメータが設定される。

荷電粒子発生装置が電気機器に装着されるだけで、電気機器に適した制御パラメータが自動的に選択され、設定される。電気機器においては、荷電粒子発生装置を駆動するための制御パラメータを何ら設定しておく必要はなく、商品開発時の労力を低減できる。

制御部は、発生部の累積動作時間が所定累積時間に達すると、メンテナンスを促す警告を行う。電気機器に応じて異なる所定累積時間が設定される。荷電粒子発生装置がどのような電気機器に使用されても、寿命が来れば、自発的に警告が発せられるので、電気機器において寿命を管理しなくてよい。

制御部は、装着された電気機器との通信により識別情報を取得する。荷電粒子発生装置が電気機器に装着されると、自動的に制御部は識別情報を取得でき、すぐに制御パラメータを設定できる。

１空気清浄機
２イオン発生装置
３０放電電極
３１誘導電極
３６イオン放出デバイス
４０制御部
４１インターフェース
４２本体制御部
４３インターフェース
４５メモリ
４６メモリ

Claims

放電によって荷電粒子を発生する発生部と、発生部を制御する制御部とを備え、電気機器に装着されて使用される荷電粒子発生装置であって、制御部は、それぞれ異なる駆動条件で発生部を駆動制御するための複数の制御パラメータを有し、電気機器に装着されたときに、制御部は、電気機器に関する識別情報を取得して、識別情報に基づいて制御パラメータを選択することを特徴とする荷電粒子発生装置。
制御パラメータは、発生部に印加する電圧、放電回数を含み、電気機器毎に異なる制御パラメータが設定されることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子発生装置。
制御部は、発生部の累積動作時間が所定累積時間に達すると、メンテナンスを促す警告を行い、電気機器に応じて異なる所定累積時間が設定されることを特徴とする請求項１または２記載の荷電粒子発生装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の荷電粒子発生装置が装着されたことを特徴とする電気機器。