(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の速度切り換えタップを有するファンモータと、その各々のタップに対応した複数のファンモータ駆動部と、空気の汚れ度合いなどを表示する表示部と、空気の汚れを検知する検知素子を有し、内蔵したヒータで加温するガスセンサ部と、前記ガスセンサ部の検知素子の抵抗値を検知するガスセンサ抵抗値検知部と、前記ガスセンサ部内蔵ヒータの制御を行うヒータ制御部と、前記ヒータ制御部に通電／非通電信号を与えるヒータ通電信号発生部と、前記ガスセンサ抵抗値検知部の出力により空気の汚れ度を演算する汚れ度演算部と、汚れ度のレベルを複数段予め設定する汚れ度レベル設定部と、前記汚れ度演算部と汚れ度レベル設定部の出力により、前記ファンモータの使用タップを決定したり汚れ度の表示レベルなどを決定する総合判定部と、前記総合判定部の出力により前記複数のファンモータ駆動部のいずれか一つを選択する風量選択部と、前記総合判定部の出力により前記表示部を駆動する表示駆動部と、前記各部に動作電源を供給する直流電源部とで構成し、この直流電源部の電源容量は、前記ガスセンサ部の内蔵ヒータ冷時において、この内蔵ヒータに駆動電流を供給する電源容量に設定してなる空気清浄器。
【請求項２】
ガスセンサ部内蔵ヒータへの通電周期を与えるヒータ通電周期発生部と、その周期の中でガスセンサ部内蔵ヒータへの通電比率を与えるヒータ通電比率発生部の出力をヒータ制御部に与えるように構成した請求項１記載の空気清浄器。
【請求項３】
周囲温度を検知する周囲温度検知部の信号をヒータ通電比率発生部に出力するよう構成した請求項２記載の空気清浄器。
【請求項４】
ファンモータの運転時間を設定する運転時間設定部と、その運転時間を計測する運転時間計測部と、前記運転時間設定部と運転時間計測部の差を演算する残り時間演算部とを設け、残り時間演算部の出力をヒータ通電信号発生部及び総合判定部に出力するように構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気清浄器。
【請求項５】
ガスセンサ部内蔵ヒータがＯＦＦした時のファンモータの累計の運転時間を記憶するメモリ部と、直流電圧が０Ｖになってもデータを記憶する不揮発性の外部メモリ部と、ヒータ通電信号発生部の出力によりガスセンサ部内蔵ヒータがＯＦＦしてからの時間計測を開始するＯＦＦ時間計測部と、その上限時間を予め設定するＯＦＦ時間設定部と、前記ＯＦＦ時間計測部とＯＦＦ時間設定部の出力により前記メモリ部のデータを外部メモリ部の出力指示を与えるデータ出力指示部とで構成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気清浄器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は空気中の汚れを清浄する空気清浄器に関するもので、特に直流電源部の小容量化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ファンモータによる吸排気過程で空気をフィルターで濾過させることにより空気中の汚れを清浄する空気清浄器が開発されており、最近では空気中のガス濃度を検知するガスセンサを内蔵し、その出力をマイクロコンピュータで演算し、空気の汚れに応じてファンモータの風量選択を行う自動運転タイプの空気清浄器が登場している。
【０００３】
図７に従来の空気清浄器のブロック図を示し以下簡単に動作を説明する。
図中１は空気中のガス濃度を検知するガスセンサ部で、ＲｕＯ２など金属酸化物半導体を材料としたガス濃度に応じてその抵抗値が変化する検知素子１ａ及びその検知素子１ａを一定温度で使用するために加温するヒータ１ｂとを内蔵している。
【０００４】
２はガスセンサ抵抗値検知部で前記ガスセンサ部１の検知素子１ａの抵抗値を検知し、空気の汚れ度を演算する汚れ度演算部３に出力する。
【０００５】
４は汚れ度のレベルを複数段予め設定する汚れ度レベル設定部であり、ここでは４段（汚れ多、中、少、なし）に設定されている。
【０００６】
５は前記汚れ度演算部３と汚れ度レベル設定部４の出力により、風量を決定したり汚れ度の表示レベルなどを決定する総合判定部、６は複数の速度切り換えタップを有するファンモータ、７、８及び９はいずれも前記ファンモータ６の各々のタップに対応したファンモータ駆動部である。
【０００７】
１０は前記総合判定部５の出力により前記複数のファンモータ駆動部７、８または９のいずれか一つを選択する風量選択部、１１は前記総合判定部５の出力により空気の汚れ度合いなどを表示する表示部１２を駆動する表示駆動部である。
【０００８】
一般に汚れ度演算部３での演算は複雑な処理を要するため、汚れ度レベル設定部４や総合判定部５、風量選択部１０、表示駆動部１１などと共にマイクロコンピュータ１３にてプログラム処理されている。１４は前記各部に動作電源を供給する直流電源部である。
【０００９】
ここでマイクロコンピュータ１３を正常に動作させるためには、負荷変動や電源電圧変動があってもその動作電圧を保証してやらなければならない。このため、直流電源部１４は最大負荷時の消費電流を供給できるように設計する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記構成の空気清浄器では、ガスセンサ部１のヒータ１ｂへの供給電流が多すぎて大容量の直流電源部１４特に大容量のトランスが必要となる。
【００１１】
というのは、ガスセンサ部１のヒータ１ｂは一般的にその定格が５Ｖ、数十ｍＡ〜２００ｍＡであり、それ以外の負荷電流が数十ｍＡ以内であることから、ガスセンサ部１のヒータ１ｂだけで、全体の消費電流の１／２〜４／５を占めているからである。
【００１２】
さらにヒータ１ｂは冷時には抵抗値が小さくなるという特性を有するため、安定時までの数秒以内はさらに電流を供給する必要がある。
【００１３】
本発明はこのような従来の課題を解決するもので、電源投入時にはガスセンサ部のヒータへの通電を優先して行い、ヒータ安定後にマイクロコンピュータを始め各部の動作を行わせることにより、小容量の直流電源部でも安定した動作を行うシステムを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の第一の手段は、複数の速度切り換えタップを有するファンモータと、その各々のタップに対応した複数のファンモータ駆動部と、空気の汚れ度合いなどを表示する表示部と、空気の汚れを検知する検知素子を有し、内蔵したヒータで加温するガスセンサ部と、前記ガスセンサ部の検知素子の抵抗値を検知するガスセンサ抵抗値検知部と、前記ガスセンサ部内蔵ヒータの制御を行うヒータ制御部と、前記ヒータ制御部に通電／非通電信号を与えるヒータ通電信号発生部と、前記ガスセンサ抵抗値検知部の出力により空気の汚れ度を演算する汚れ度演算部と、汚れ度のレベルを複数段予め設定する汚れ度レベル設定部と、前記汚れ度演算部と汚れ度レベル設定部の出力により、前記ファンモータの使用タップを決定したり汚れ度の表示レベルなどを決定する総合判定部と、前記総合判定部の出力により前記複数のファンモータ駆動部のいずれか一つを選択する風量選択部と、前記総合判定部の出力により前記表示部を駆動する表示駆動部と、前記各部に動作電源を供給する直流電源部とで構成し、この直流電源部の電源容量は、前記ガスセンサ部の内蔵ヒータ冷時において、この内蔵ヒータに駆動電流を供給する電源容量に設定したものである。
【００１５】
また第二の手段は、ガスセンサ部内蔵ヒータへの通電周期を与えるヒータ通電周期発生部と、その周期の中でガスセンサ部内蔵ヒータへの通電比率を与えるヒータ通電比率発生部の出力をヒータ制御部に与えるように構成したものである。
【００１６】
さらに第三の手段は、周囲温度を検知する周囲温度検知部の信号をヒータ通電比率発生部に出力するよう構成したものである。
【００１７】
次に第四の手段は、ファンモータの運転時間を設定する運転時間設定部と、その運転時間を計測する運転時間計測部と、前記運転時間設定部と運転時間計測部の差を演算する残り時間演算部とを設け、残り時間演算部の出力をヒータ通電信号発生部及び総合判定部に出力するように構成したものである。
【００１８】
そして第五の手段は、ガスセンサ部内蔵ヒータがＯＦＦした時のファンモータの累計の運転時間を記憶するメモリ部と、直流電圧が０Ｖになってもデータを記憶する不揮発性の外部メモリ部と、ヒータ通電信号発生部の出力によりガスセンサ部内蔵ヒータがＯＦＦしてからの時間計測を開始するＯＦＦ時間計測部と、その上限時間を予め設定するＯＦＦ時間設定部と、前記ＯＦＦ時間計測部とＯＦＦ時間設定部の出力により前記メモリ部のデータを外部メモリ部の出力指示を与えるデータ出力指示部とで構成したものである。
【００１９】
【作用】
前記第一の手段によれば、電源投入時にはガスセンサ部のヒータに重点的に電流が供給されるため、各部には正常動作電圧を供給することができず、ヒータの加温のみに費やされる。そして、ヒータ安定後に各部に正常動作電圧を供給することができる。
【００２０】
また第二の手段によれば、各部が正常に動作を行っているときにはヒータ通電周期発生部及びヒータ通電比率発生部にて設定された周期、比率にてヒータへの通電が行われる。
【００２１】
さらに第三の手段によれば、周囲温度の増減によりヒータへの通電比率を変化させる。
【００２２】
次に第四の手段によれば、残り時間演算部の出力をヒータ通電信号発生部に与えることにより、運転時間設定部にて設定した時間以上経過するとヒータへの通電を停止させる。
【００２３】
そして第五の手段によれば、ＯＦＦ時間設定部にて設定された上限時間を越えてヒータの通電が停止されると、データ出力指示部からの指示により、ガスセンサ部内蔵ヒータがＯＦＦした時のファンモータの累計運転時間を記憶するメモリ部から不揮発性の外部メモリ部に対してそのデータを出力する。
【００２４】
【実施例】
図１に本発明の第一の実施例のブロック図を示し、以下この図に基づいて説明を行う。
【００２５】
図１において、２１は複数の速度切り換えタップを有するファンモータ、２２はその起動用コンデンサ、２３、２４及び２５は前記ファンモータ２１の各々のタップに対応した複数のファンモータ駆動部で、それぞれ強風量、中風量及び弱風量に対応している。
【００２６】
２６は空気の汚れ度合いなどを表示する表示部、２７は空気の汚れを検知する検知素子２７ａを有し、内蔵したヒータ２７ｂで加温するガスセンサ部、２８は前記ガスセンサ部２７の検知素子２７ａの抵抗値を検知するガスセンサ抵抗値検知部、２９は前記ガスセンサ部２７に内蔵ヒータ２７ｂの制御を行うヒータ制御部であり、本実施例ではトランジスタ及びＮＣタイプのリレーを用いている。
【００２７】
３０は前記ヒータ制御部２９に通電／非通電信号を与えるヒータ通電信号発生部、３１は前記ガスセンサ抵抗値検知部２８の出力により空気の汚れ度を演算する汚れ度演算部、３２は汚れ度のレベルを複数段予め設定する汚れ度レベル設定部であり、ここでは４段（汚れ多、中、少、なし）に設定されている。
【００２８】
３３は前記汚れ度演算部３１と汚れ度レベル設定部３２の出力により、前記ファンモータ２１の使用タップを決定したり汚れ度の表示レベルなどを決定する総合判定部、３４は前記総合判定部３３の出力により前記複数のファンモータ駆動部のいずれか一つを選択する風量選択部、３５は前記総合判定部３３の出力により前記表示部２６を駆動する表示駆動部である。
【００２９】
本実施例ではこれらの内、ヒータ通電信号発生部３０、汚れ度演算部３１、汚れ度レベル設定部３２、総合判定部３３、風量選択無３４及び表示駆動部３５はマイクロコンピュータ３６のハード及びプログラム処理により行われる。
【００３０】
３７は前記各部に動作電源を供給する直流電源部であり、その電源容量は前記ガスセンサ部２７の内蔵ヒータ２７ｂ冷時の駆動電流を供給できる設定にしてあり、本実施例では−１０℃での抵抗値にて設定されている。
【００３１】
この場合の消費電流は以下の通りである。
ガスセンサヒータ２７ｂ定格消費電流：４０ｍＡ（１２５Ω）
ガスセンサヒータ２７ｂ冷時消費電流：６３ｍＡ（  ８０Ω）
ガスセンサヒータ以外の最大消費電流：３０ｍＡ
（ファンモータ駆動部２３、２４または２５のいずれか一つ、表示素子２６、ガスセンサ検知素子２７ａ、ヒータ制御部２９、マイクロコンピュータ３６、直流電源部３７自体の合計）
そこで、本実施例での直流電源部３７の容量は５Ｖ、６０ｍＡ（３００ｍＷ）に設定している。
【００３２】
図２を参照して動作を説明すると、初期状態ではガスセンサヒータ２７ｂはヒータ制御部２９のＮＣリレー接点により閉じられており、マイクロコンピュータ３６はそのリセット解除電圧（本実施例では４Ｖ）に至るまでは動作を行わないので、制御回路系のインピーダンスはガスセンサヒータ２７ｂのインピーダンス８０Ωに等しい。この状態で電源が投入されると、直流電源部３７の出力は５Ｖに向かって上昇していくが、その電圧は４Ｖ以下ゆえ、直流電源部３７からの電流は全てガスセンサヒータ２７ｂに流れ専らヒータの加温に費やされる。その過程において、ガスセンサヒータ２７ｂの抵抗値は１２５Ωに向かって徐々に増加するので、直流電源部３７の出力はその立ち上がりを速めていき、またマイクロコンピュータ３６の発振が開始される（Ｔ０〜Ｔ１）。
【００３３】
そしてリセット解除電圧の４Ｖになると、マイクロコンピュータ３６は初期設定の後に定常動作を開始するため、消費電流はやや増加するため、直流電源部３７の出力はやや鈍る。この時に、ファンモータ駆動部２３〜２５や表示部２６の駆動を行わなければ直流電源部３７からの供給電流で安定動作を継続できる（Ｔ１〜Ｔ２）。
【００３４】
そして直流電源部３７の出力が５Ｖになるころには、ガスセンサヒータ２７ｂは１２５Ωで安定している。このため、ガスセンサヒータ２７ｂには連続通電は必要でなくなり、ヒータ通電信号発生部３０により以下のようにしてガスセンサヒータ２７ｂへの通電制御を行えばよい。
【００３５】
直流電源部３７の供給能力            ：６０ｍＡ
ガスセンサヒータ２７ｂ以外の消費電流：３０ｍＡ
ゆえ、その差は３０ｍＡ。これをガスセンサヒータ２７ｂに供給できるので、３０ｍＡ／４０ｍＡ（ガスセンサヒータ２７ｂ安定時の消費電流）＝７５％
つまり、７５％以下のデューティで通電制御を行えば直流電源部３７に負担がかからないことがわかる（Ｔ２〜Ｔ３）。
【００３６】
すなわち、マイクロコンピュータ３６に優先してガスセンサヒータ２７ｂへの通電を行うことにより、小容量の直流電源部３７でも電源の立ち上げやマイクロコンピュータ３６の動作を支障なく行うことができる。
【００３７】
しかし実際にはこの時間管理を行うためには、マイクロコンピュータ３６内部のタイマーを使用する必要があるが、汚れ度演算部３１の処理などによりそのタイマーは使用されるため、外部に設けた方がよい。
【００３８】
図３に本発明の第二の実施例のブロック図を示し、以下この図に基づいて説明を行う。
【００３９】
図３において、４１はガスセンサヒータ２７ｂへの通電周期を与えるヒータ通電周期発生部であり本実施例では３秒に設定してある。４２はその周期の中でガスセンサヒータ２７ｂへの通電比率を与えるヒータ通電比率発生部であり、本実施例では２／３（２秒通電、１秒非通電）に設定してある。
【００４０】
なお、本実施例ではヒータ通電周期発生部４１及びヒータ通電比率発生部４２にはいずれもＩＣを用いており、その最低動作電圧は３．５Ｖとリセット電圧（４Ｖ）よりも低いため、第一の実施例と比べると直流電源部３７の立ち上がりが速くできる。また、この処理をマイクロコンピュータ３６で行う必要もないため、処理速度を向上させることができる。
【００４１】
図４に本発明の第三の実施例のブロック図を示し、以下この図に基づいて説明を行う。
【００４２】
図４において、４３はガスセンサ部２７の周囲温度を検知する周囲温度検知部であり、この信号をヒータ通電比率発生部４２に出力し、周囲温度低下時にはその通電比率を高め、周囲温度上昇時には比率を低下するように構成されている。
【００４３】
これにより、ガスセンサ部２７、特にガスセンサ検知素子２７ａの温度を一定に制御できるため、高温時の加熱や低温時にガスセンサ検知素子２７ａが性能不安定になることもない。
【００４４】
図５に本発明の第四の実施例のブロック図を示し、以下この図に基づいて説明を行う。
【００４５】
図５において、５１はファンモータ２１の運転時間を設定する運転時間設定部であり、本実施例ではスイッチ操作により運転時間選択が行われるよう構成している。５２はその運転時間を計測する運転時間計測部、５３は前記運転時間設定部５１と運転時間計測部５２との差を演算する残り時間演算部であり、この残り時間演算部５３の出力をヒータ通電信号発生部３０及び総合判定部３３に出力するように構成している。
【００４６】
前記構成において、運転時間設定部５１にて設定された時間以内、すなわち残り時間が０でなければ、残り時間演算部５３からは信号が出力されないため、ヒータ通電信号発生部３０は通電信号を発生し続ける。（実際には、ヒータ通電周期発生部４１及びヒータ通電比率発生部４２で決まる周期と比率でガスセンサヒータ２７ｂは通電／非通電を繰り返している。）しかし、時間が経過して、残り時間が０になると、残り時間演算部５３からは信号が出力され、ヒータ通電信号発生部３０は通電信号を停止する。これにより、ヒータ通電比率発生部４２から出力される信号も無効となる。このため、ガスセンサヒータ２７ｂへの通電は停止される。
【００４７】
すなわち、運転時間設定部５１にて設定した時間以上経過するとガスセンサヒータ２７ｂへの通電が停止され、ファンモータ２１非運転時の消費電力を低減させることができる。
【００４８】
ところで、空気の汚れを濾過するフィルターは定期的に交換する必要があり、これはファンモータの累計の運転時間を不揮発性の記憶素子に書き込むことで対応しており、本発明での実施例を以下に述べる。
【００４９】
図６に本発明の第五の実施例のブロック図を示し、以下この図に基づいて説明を行う。
【００５０】
図６において、５４はガスセンサヒータ２７ｂがＯＦＦした時刻でのファンモータ２１の累計の運転時間を記憶するメモリ部であり、マイクロコンピュータ３６に内蔵されている。５５は直流電圧が０Ｖになってもデータを記憶する不揮発性の外部メモリ部であり、前記メモリー部とデータの読み込み／書き込みができるよう構成されている。５６はヒータ通電信号発生部３０の出力によりガスセンサヒータ２７ｂがＯＦＦしてからの時間計測を開始するＯＦＦ時間計測部、５７はその上限時間を予め設定するＯＦＦ時間設定部であり、本実施例ではガスセンサヒータ２７ｂの抵抗値が冷時に戻るまでの時間である１時間に設定している。５８は前記ＯＦＦ時間計測部５６とＯＦＦ時間設定部５７の出力により前記メモリ部５４のデータを外部メモリ部５５に出力する指示を与えるデータ出力指示部である。
【００５１】
前記構成において、残り時間演算部５３の出力が０になりヒータ通電信号発生部３０からガスセンサヒータ２７ｂの非通電信号が出力されると、ＯＦＦ時間計測部５６が時間計測を開始する。その計測時間が１時間より短ければ、ガスセンサヒータ２７ｂの抵抗値は安定時のそれに近いので、ガスセンサヒータ２７ｂの再起動時にそれほどの電流を消費しない。
【００５２】
しかし、１時間を越えるとガスセンサヒータ２７ｂの抵抗値は冷時のそれと等しくなるため、ガスセンサヒータ２７ｂへの通電開始時にはマイクロコンピュータ３６のリセット電圧以下になってしまう。そこで、ＯＦＦ時間設定部５７での設定時間を越えた場合には、ガスセンサヒータ２７ｂがＯＦＦした時刻でのファンモータ２１の累計運転時間のデータはメモリ部５４からすでに外部メモリ部５５に書き込んであるので、マイクロコンピュータ３６はリセット解除後のファンモータ２１の累計運転時間の初期値として外部メモリ部５５からデータを読み込めばよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明の第一の手段によれば、電源投入時には制御回路系のインピーダンスはガスセンサヒータの冷時インピーダンスに等しく、直流電源部の出力は５Ｖに向かって上昇していくが、直流電源部からの電流は全てガスセンサヒータに流れ専らヒータの加温に費やされる。ガスセンサヒータに重点的に電流が供給されるため、各部には正常動作電圧を供給することができず、ヒータの加温のみに費やされる。そして直流電源部の出力が５Ｖになるころには、ガスセンサヒータは安定しているため、ガスセンサヒータには連続通電は必要でなくなり、ヒータ通電信号発生部により、７５％以下のデューティで通電制御を行えば直流電源部に負担がかからない。
【００５４】
つまり、直流電源部のトランスに小容量タイプ品を使用でき、小型で低コストな直流電源部を有するシステムを得ることができる。
【００５５】
また本発明の第二の手段によれば、定常動作時はヒータ通電周期発生部及びヒータ通電比率発生部により設定された周期、比率でガスセンサヒータを駆動するため省電力及びマイクロコンピュータの処理速度を向上させることができる。さらにその動作電圧は３．５Ｖとリセット電圧（４Ｖ）よりも低いため、第一の実施例と比べると直流電源部の立ち上がりが速くできる。
【００５６】
また本発明の第三の手段によれば、ガスセンサ部の周囲温度の増減によりヒータへの通電比率を変化させるので、ガスセンサ部、特にガスセンサ検知素子の温度を一定に制御できるため、高温時の加熱や低温時にガスセンサ検知素子が性能不安定になることもない。
【００５７】
次に本発明の第四の手段によれば、運転時間設定部にて設定した時間以上経過するとガスセンサヒータへの通電が停止され、ファンモータ非運転時の消費電力をさらに低減させることができる。
【００５８】
そして本発明の第五の手段によれば、ＯＦＦ時間設定部にて設定された上限時間を越えてガスセンサヒータの通電が停止されると、データ出力指示部からの指示により、ガスセンサヒータがＯＦＦした時のファンモータの累計運転時間を記憶するメモリ部から不揮発性の外部メモリ部に対してそのデータを出力するので、マイクロコンピュータはリセット解除後のファンモータの累計運転時間の初期値として外部メモリ部からデータを読み込めばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す空気清浄器のブロック図
【図２】同空気清浄器の動作説明図
【図３】本発明の第二の実施例を示す空気清浄器のブロック図
【図４】本発明の第三の実施例を示す空気清浄器のブロック図
【図５】本発明の第四の実施例を示す空気清浄器のブロック図
【図６】本発明の第五の実施例を示す空気清浄器のブロック図
【図７】従来の空気清浄器のブロック図
【符号の説明】
２１  ファンモータ
２３、２４、２５  ファンモータ駆動部
２６  表示部
２７  ガスセンサ部
２８  ガスセンサ抵抗値検知部
２９  ヒータ制御部
３０  ヒータ通電信号発生部
３１  汚れ度演算部
３２  汚れ度レベル設定部
３３  総合判定部
３４  風量選択部
３５  表示駆動部
３６  マイクロコンピュータ
３７  直流電源部
４１  ヒータ通電周期発生部
４２  ヒータ通電比率発生部
４３  周囲温度検知部
５１  運転時間設定部
５２  運転時間計測部
５３  残り時間演算部
５４  メモリ部
５５  外部メモリ部
５６  ＯＦＦ時間計測部
５７  ＯＦＦ時間設定部
５８  データ出力指示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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