(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【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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【図８】
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【図９】
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