JP6681540B2 - 空気清浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、塩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シリーズが付着してしまい、次亜塩素酸の発生効率が低下するだけでなく電極の寿命の低下に繋がる。このため、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切り替える必要があるが、こういった制御を行うことで、次亜塩素酸の濃度を一定レベル以下に下げずに、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、本体が塩分濃度を確認することが出来ないため、仮に使用者が塩を過剰に投入、もしくは十分に排水を実施されなかった場合はそのまま運転されてしまう。これにより、電極に過剰なシリーズが付着するため電極の寿命を低下させてしまう恐れがある。

そこで本発明は、塩分濃度を簡易的に演算し、過剰な塩分濃度であった場合は塩分濃度が過剰であると判断し使用者に排水を促すことで適切な塩分濃度で運転できるように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、
前記電極ユニットに通電を行う通電時間と前記電極ユニットに通電を行わない非通電時間と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極性を反転する極性切替手段と、
前記反転後の最初の前記通電時間開始時において前記電極ユニットに流れるピーク電流を検知する電流検知手段と、
前記検知したピーク電流の値に基づいて前記水の塩分濃度を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて報知を行う報知手段と、
前記電極ユニットに通電する電圧を調整する電圧調整手段と、
前記電圧調整手段により指示された電圧を前記電極ユニットに印加する電極電源を備え、前記電圧調整手段は、
前記通電時間の開始時の電圧を前記電極電源が制御できる範囲における最小電圧として所定の時間前記電極ユニットに印加し、
前記判定手段は、
前記電極ユニットに前記最小電圧を印加している間に前記電流検知手段が検知したピーク電流の値と所定の閾値とを比較し、
前記検知したピーク電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記水に含まれる塩分濃度が所定の濃度を超えたと判断するものであり、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、過剰な塩分濃度での運転を防止することで、電極の劣化を抑制し、長寿命化を図った空気清浄装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気清浄装置の概観図 空気清浄装置の電極構成図 電極への通電タイムチャート 塩分濃度とピーク電流の関係図 制御フローチャート 電極通電時の電極制御のタイムチャート 本実施の形態２に係る電極の通電タイムチャート

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、前記電極ユニットに通電を行う通電時間と前記電極ユニットに通電を行わない非通電時間と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極性を反転する極性切替手段と、前記反転後の最初の前記通電時間開始時において前記電極ユニットに流れるピーク電流を検知する電流検知手段と、前記検知したピーク電流の値に基づいて前記水の塩分濃度を判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて報知を行う報知手段と、前記電極ユニットに通電する電圧を調整する電圧調整手段と、前記電圧調整手段により指示された電圧を前記電極ユニットに印加する電極電源を備え、前記電圧調整手段は、前記通電時間の開始時の電圧を前記電極電源が制御できる範囲における最小電圧として所定の時間前記電極ユニットに印加し、前記判定手段は、前記電極ユニットに前記最小電圧を印加している間に前記電流検知手段が検知したピーク電流の値と所定の閾値とを比較し、前記検知したピーク電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記水に含まれる塩分濃度が所定の濃度を超えたと判断する構成を有する。

これにより、電極ユニットに通電を行う通電時間と電極ユニットに通電を行わない非通電時間とを交互に切り替えて間欠通電することで電極ユニットに金属物質が過剰に蓄積さ
れることを防ぎつつ、電極ユニットの極性を反転させることで片方の電極のみの劣化促進を防ぐことができる。また、極性切替時に発生する突入電流は、電極間の塩分濃度に比例するため、このときのピーク電流を測定することで塩分濃度を把握することができ、使用者に排水を報知し電極寿命を延命する効果を得られる。

また、極性切替手段での極性切替後の電極ユニットに流れる突入電流を閾値の比較のみで判定できるため、空気清浄装置のソフトウェアの構成を簡略化しつつ電極寿命を延命できる効果を得られる。

また、極性切替手段での極性切替後の電極ユニットに流れる突入電流を最小にすることができ、塩分濃度を計測する際に前記電極ユニットへの負荷を最小限におさえる効果を得られる。

また、前記通電手段は、１回の前記通電時間に対応する通電において、電圧印加開始時から徐々電圧を上昇させる構成にすることもできる。

これにより、電極ユニットへの通電中に急な電流が印加されるのを防ぐことができ電極寿命を延命できる効果を得られる。

また、前記間欠通電の開始前において、前記極性切替手段は、前記通電時間及び前記非通電時間よりも短い時間間隔で前記極性の反転を行い、前記電流検知手段は、前記反転後の最初の前記通電時間開始時において前記電極ユニットに流れるピーク電流を検知し、前記判定手段は、前記検知したピーク電流の値に基づいて前記水の塩分濃度を判定し、前記報知手段は、前記判定手段による判定結果に基づいて報知を行う構成にすることもできる。

これにより、前記電極ユニットへの通電開始前に塩分濃度を検知するため、たとえば空気清浄装置の運転開始前に使用者に排水を報知することができる。このため、過剰な金属イオンの蓄積される運転を事前に食い止め、電極の寿命を延命できる効果が得られる。

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）
本実施の形態での空気清浄装置での基本構成について図１に示す。空気清浄装置の筐体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と除菌風路８と表示・操作部１０と報知手段３１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、筐体１の内部の空気を排出するための開口部である。

除菌風路８は、吸込口２とフィルタ６と吹出口３を連通する。つまり、室内の空気を除菌するための風路である。

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、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、不活性化する。

トレイ４は、内部に塩水５を貯め、フィルタ６が部分的に浸透可能に設けられる。

電極ユニット９は、トレイ４内に設置され、塩分を含む水、すなわち塩水５に浸されている。電極ユニット９は、浸された状態で電圧を印加することで電気分解により次亜塩素酸を含む電解水を生成する。

表示・操作部１０は、筺体１側面もしくは天面に設けられ、筺体１の操作や状態の表示を行うものである。なお空気清浄装置の動作を制御する制御部３０は、例えば表示・操作部１０に備えられる。

報知手段３１は、例えば表示・操作部１０にて点灯するＬＥＤとして備えられ、制御部３０からの信号を受けて点灯あるいは消灯する。ただし、報知手段３１は、空気清浄機から使用者に対して報知、すなわち動作状態を表し、警告を行い、あるいはユーザに作業を促すことができればよく、マイクなどとして音を出力するものであってもよい。

次に図２を用いて、制御部３０について説明する。

制御部３０は、マイクロコンピュータすなわちマイコン１１と電極電源制御回路１２と電極電源１３と極性切替手段１４と電流検知手段１５を備えている。

マイコン１１は、制御のコアであり、プログラムとして提供される電圧調整手段３２、通電手段３３、判定手段３４をＣＰＵが実行することとにより、空気清浄機の動作を制御する。

電圧調整手段３２は、電極電源制御回路１２へのＰＷＭ（パルス）信号の送信を制御することで、電極ユニット９に印加する電圧の大きさを制御する。ここで電圧は０（ゼロ）Ｖを含むものである。

通電手段３３は、電極ユニット９への電圧印加のオンオフを制御する。具体的には、通電手段３３は、電極電源１３にオンオフ信号を送信することで、電極ユニット９に通電を行う通電時間と、通電を行わない（印加を停止する）非通電時間とを交互に切り替えるすなわち間欠通電を行う。

判定手段３４は、電流検知手段１５が検知した電流値に基づいて、塩水５の塩分濃度を判定する。具体的には、まず極性切替手段１４によって極性が反転された後の最初の通電時間の開始時において電極ユニット９に流れるピーク電流を、電流検知手段１５を介して取得する。次に電流検知手段１５から取得した電流値と所定の閾値とを比較し、電流値が所定の閾値を超えた場合には、塩分濃度が一定の値以上であると判定する。そして塩分濃度が一定の値以上と判定されると、報知手段３１を介して使用者に報知を行う。

電極電源制御回路１２は、電圧調整手段３２から送られたＰＷＭ信号をリニアな電気信号に変換することで、電極電源１３の出力電圧を制御する。

電極電源１３は、電極への電圧を印加するための通電手段であり、電極電源制御回路１２から送られた電気信号に基づいて、目的の電圧を電極ユニット９へ印加する。また、通電手段３３からのオンオフ信号を受信することによって電極ユニット９への間欠通電を行う。なお、電極電源１３は、電極ユニット９への通電を停止し、すなわち電圧をゼロとすることができるが、電極ユニット９に通電する際はその構造上、最小電圧は一定の値になる。言い換えると、電極電源１３が電圧を印加する際に制御できる最小電圧は、限りなくゼロに近い値ではなく、ゼロを一定の大きさ分だけ超えた所定の値となる。電極電源１３が電極ユニット９に電圧を印加する場合の制御可能電圧は、最小電圧＜＝印加電圧＜＝最大電圧の範囲となる。

極性切替手段１４は、電極ユニット９を構成する電極Ａ９ａと電極Ｂ９ｂの極性を切り替えるものである。具体的には、極性変換リレー等が挙げられる。

電流検知手段１５は、電極ユニット９を通ったあとの極性切替手段１４の下流側とＧＮＤを挟むように配置され、ＧＮＤとの電位差から電極ユニット９に流れた電流値を電流信号として判定手段３４へ送り込む。また、電流検知手段１５の構成の実施例として、シャント抵抗に電極電流を流し、抵抗間の電位差を電流値として計測する方法が挙げられる。

以上が空気清浄装置の構成である。

続いて、空気清浄装置の動作について図３を参照しながら説明する。なお図３は、電極ユニット９への通電タイムチャートである。

最初に電極ユニット９への通電について説明する。電極ユニット９への通電は、まず、所定時間Ａの間行われ、すなわち通電時間となる。例えば所定時間Ａは具体的には５分である。この通電により、電極ユニット９による塩水５の電気分解が行われ、次亜塩素酸が生成される。

続いて、所定時間Ｂの間、通電は停止され、すなわち非通電時間となる。非通電時間では、上述したファン７により発生した気流が次亜塩素酸を含んだフィルタ６を通過することで、ウイルスなどの不活性化が行われる。例えば所定時間Ｂは具体的には３０分である。

この通電時間と非通電時間を交互に切り替えて行う通電の繰り返しが、すなわち間欠通電である。

なお次亜塩素酸を生成する前であっても、空気を清浄する機能があるため、ファン７により気流を発生してもかまわない。また通電時間に気流を発生してもかまわない。

間欠通電を一定回数繰り返した後、極性切替手段１４によって電極Ａ９ａと電極Ｂ９ｂとの極性を反転（切り替え）して、この状態で間欠通電を繰り返す。この動作を繰り返し、通電時間の積算が所定の累積通電時間Ｃに達し、つまり間欠通電を一定回数繰り返すと、再度極性を反転させる。これにより、電極ユニット９に金属物質が過剰に蓄積されることを防ぐ効果があり、片側のみの電極の劣化を防ぐことができる。

なお、従来ではこういった制御を行うことで電極の寿命を延命させるが、使用する塩水５の塩分濃度次第では過剰に金属物質が付着してしまい、想定以上に電極に負荷をかけてしまうケースがある。特に、電極切替後すぐに電極ユニットへ通電した場合は、図４に示すように、塩分濃度に比例してピーク電流が高くなってしまう。これが繰り返されると電極劣化が急速に進んでしまう。

そこで、このような電極の劣化を抑制するために、本実施の形態に係る空気清浄装置は、図５に示す処理を行う。なお図５は、本実施の形態の制御フローチャートである。なお、図５中のＳはステップを意味する。

空気清浄装置は、運転状態としすなわち電源をオンにすると電極ユニット９への通電を開始すると同時にタイマーカウントを開始し、すなわち電極に通電した時間である電極通電時間を計測する（Ｓ０１、Ｓ０２）。

電極通電時間が所定時間Ａに達した後、電極通電を所定時間Ｂの間、停止する（Ｓ０３）。これを累積通電時間Ｃになるまで所定回数継続する（Ｓ０４Ｎｏ）。

電極ユニット９への累積通電時間が累積通電時間Ｃに達すると、極性切替手段１４を介して電極極性を切替え、電流検知手段１５によって電極に流れるピーク電流を検知する（Ｓ０４Ｙｅｓ→Ｓ０５）。

判定手段３４は、電流検知手段１５が検知したピーク電流が所定の閾値Ｄ以上であれば、塩水５の塩分濃度が過剰であると判断し、電極通電を停止したあと表示・操作部１０を介して使用者に排水を促し、すなわち報知する（Ｓ０６Ｙｅｓ→Ｓ０７）。

報知後は、例えば使用者が塩水５に真水を加えるなどして塩分濃度を下げて、トレイ４をセッティングすることで、空気清浄装置は、処理Ｓ０１、あるいは処理Ｓ０２から処理を実行する。

以上のように、電極切替時直後の通電時におけるピーク電流を計測することで塩分濃度を簡易的に演算し、使用者に排水を促すことで適切な塩分濃度で運転でき、すなわち過剰な塩分濃度での運転を防ぐことができ、電極寿命を延命できる。また、塩分濃度測定のための特別な仕組みは不要であるため、低コストで実現可能である。

なお、判定手段３４は、電流検知手段１５が検知したピーク電流が所定の閾値Ｄ以上でなければ塩水５の塩分濃度が過剰ではないと判断し、電極通電を継続する（Ｓ０６Ｎｏ→Ｓ０２）
なお、電極通電時の電極制御について図６を用いて説明する。図６は縦軸が電極に印加する電圧や流れる電流を記載しているタイムチャートである。電極通電開始時の初期印加電圧（上図）に比例して、最初に発生する電流も増加する（下図）。このため、本実施の形態においては、電極切替時の最初の電圧を印加する際に、電極電源１３で制御（出力）できる電圧の最小値を入力するようにする。つまり電圧調整手段は、通電時間の開始時の電圧を電極電源が制御できる範囲における最小電圧３８として電極ユニットに電圧を印加する。

このようにすることで、塩分濃度を確認する処理において、極切替時に発生するピーク電流（図６の電流３９）を最小に抑えられるため、電極寿命を延命させることができる。尚、このとき先に説明したピーク電圧の所定の閾値Ｄは最低電圧印加時での値で設定しておく必要がある。この後、電気分解のための電流が目的の値に足りていなければ電圧値を徐々に上昇させて所定の値になるように制御する。こういった制御を行うことで、電極の負荷を最小限に抑えたまま塩水５内の塩分濃度を計測することができる。

（実施の形態２）
続いて実施の形態２に係る電極制御のタイムチャートを図７に示す。本実施の形態は実施の形態１で示した構成を元に、制御を実施する。まず、実施の形態１で示した間欠通電
の開始前３５において、所定時間Ｅの間、電極ユニット９に電圧を印加する。なお所定時間Ｅは、所定時間Ａ及び所定時間Ｂよりも短い時間であり、具体的には２秒である。

その後、所定時間Ｆの間、通電を停止したのち、電極を切替えて再度所定時間Ｅの間、電極ユニット９に電圧を印加する。なお所定時間Ｆは、所定時間Ａ及び所定時間Ｂよりも短い時間であり、具体的には２秒である。所定時間Ｆの停止後の最初の電圧印加時に、電流検知手段１５は、ピーク電流を測定する。このとき、ピーク電流が所定レベルＤ以上であれば塩分濃度が過剰と見なし排水を報知する。尚、上記電圧を印加する時間やＯＦＦする時間は、１秒以上であればよく、さらに極性入れ替え後の印加電圧は、電極電源１３で制御できる最小値が好ましい。こういった制御を行うことで、運転の初期に使用者に排水を報知することができる。

本発明にかかる空気清浄装置は、過剰な塩分濃度での運転を防止することで、電極の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができるので、長期間にわたって利用する空気清浄装置として有用である。

１ 筐体
２ 吸込口
３ 吹出口
４ トレイ
５ 塩水
６ フィルタ
７ ファン
８ 除菌風路
９ 電極ユニット
９ａ 電極Ａ
９ｂ 電極Ｂ
１０ 表示・操作部
１１ マイコン
１２ 電極電源制御回路
１３ 電極電源
１４ 極性切替手段
１５ 電流検知手段
３０ 制御部
３１ 報知手段
３２ 電圧調整手段
３３ 通電手段
３４ 判定手段

Claims (3)

1. 水を電気分解する電極ユニットと、
   前記電極ユニットに通電を行う通電時間と前記電極ユニットに通電を行わない非通電時間と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極性を反転する極性切替手段と、
   前記反転後の最初の前記通電時間開始時において前記電極ユニットに流れるピーク電流を検知する電流検知手段と、
   前記検知したピーク電流の値に基づいて前記水の塩分濃度を判定する判定手段と、
   前記判定手段による判定結果に基づいて報知を行う報知手段と、
   前記電極ユニットに通電する電圧を調整する電圧調整手段と、
   前記電圧調整手段により指示された電圧を前記電極ユニットに印加する電極電源を備え、前記電圧調整手段は、
   前記通電時間の開始時の電圧を前記電極電源が制御できる範囲における最小電圧として所定の時間前記電極ユニットに印加し、
   前記判定手段は、
   前記電極ユニットに前記最小電圧を印加している間に前記電流検知手段が検知したピーク電流の値と所定の閾値とを比較し、
   前記検知したピーク電流の値が所定の閾値を超えた場合に前記水に含まれる塩分濃度が所定の濃度を超えたと判断する空気清浄装置。
2. 前記通電手段は、
   １回の前記通電時間に対応する通電において、電圧印加開始時から徐々電圧を上昇させる請求項１記載の空気清浄装置。
3. 前記間欠通電の開始前において、
   前記極性切替手段は、
   前記通電時間及び前記非通電時間よりも短い時間間隔で前記極性の反転を行い、
   前記電流検知手段は、
   前記反転後の最初の前記通電時間開始時において前記電極ユニットに流れるピーク電流を検知し、
   前記判定手段は、
   前記検知したピーク電流の値に基づいて前記水の塩分濃度を判定し、
   前記報知手段は、
   前記判定手段による判定結果に基づいて報知を行う、請求項１または２に記載の空気清浄装置。