JPH0222291B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、灯油等の液体燃料燃焼装置に関し、
さらに詳しく言えば、圧電素子等の電気的振動子
を応用して液体燃料を微粒化し燃焼させる液体燃
料燃焼装置に関するものである。

従来、この種の液体燃料燃焼装置は、超音波バ
ーナと呼ばれ、例えば第１図に示すような構成が
とられている。

第１図は超温波バーナを用いた温風機の断面図
であり、室内空気を吸込口１から対流フアン２に
よつて吸い込み、温風を吸出口３から吐出するも
のである。灯油は、タンク４から、ポンプ５によ
り吸い上げられて、ジユラルミン等で構成された
ホーン型の振動子６に送られる。前記振動子６
は、圧電素子７が後端に固着されており、振動子
６は、前記圧電素子７の振動振巾を増巾し、その
先端部８が最大振巾となつている。ホーン振動子
６は、内部に給油路９が設けられていて、灯油は
ポンプ５により、この給油路９を通つて先端部８
に送られるようになつている。

従つて、ホーン先端部８より霧化粒子１０が吐
出され、送風フアン１１より送られる１次空気に
より搬送されてアルミ等で構成された気化筒１２
に送られる。

気化筒１２には、ヒータ１３が埋め込まれてい
て、250℃程度に加熱されているので、前記霧化
粒子１０は気化し、１次空気との混合ガスとなつ
て、バーナヘツド１４に設けられたスリツト状の
炎孔１５より噴出し、空気路１６を通つて送られ
る２次空気と共に燃焼し、火炎１７を形成するも
のである。

しかしながら、上記従来の液体燃料燃焼装置に
は以下に述べるような欠点があつた。

すなわち、超音波振動により灯油を微粒化して
から気化筒１２に送り気化するものであるので、
気化面にタールの生成が比較的発生しにくいとい
う利点があつたが、ホーン型振動子６の機械的共
振を利用するものであるため、安定な振動を維持
するには、その加工精度が極めて厳しく、したが
つて高価になる上に、その固定方法も、安定な霧
化動作を保証するためには極めて面倒であつた。
また、家庭用の暖房機として2000〜5000kcal／ｈ
（４c.c.／min〜10c.c.／min）の低量の燃焼量を安
定に得ようとすると、極めて高価なポンプ５を必
要とした。なぜならば、安定な霧化動作を得るた
めには、脈動の少ない灯油供給を行う事が必要で
あり、したがつて、ポンプ５は、低量の灯油を安
定に、かつ、低い脈動レベルで供給することが必
要であるためである。

また、霧化された霧化粒子１０の粒径は比較的
大きく、かつ、そのバラツキ巾が大きいため、気
化筒のような熱容量の大きい気化手段を必要と
し、また、霧化粒子１０の中に過大粒径の液滴が
存在することは気化筒１２内の気化面にタールが
生成される可能性を有し、燃焼特性を劣化させる
という欠点を有し、特に変質油や重質油に対して
は、この傾向が著しいものであつた。

また前記ホーン型の振動子６を機械的に共振さ
せるための圧電素子７の消費電力は、例えば20
c.c.／min程度の灯油を霧化させるのに10ワツト程
度を必要とし、駆動回路の損失を含めると15〜20
ワツトもの電力を要するものであつた。従つて、
駆動回路も大型し、高価格化する上に、不要輻射
による電波障害という不都合があり、この抑制の
ためにフイルタ回路等を必要とするものであり、
一層高価格化していた。

さらに、灯油の霧化量は、ポンプ５の供給量で
決定されることになり、特に燃焼停止時の特性、
すなわち消火特性を好ましくないものにしてい
た。つまり、燃焼停止のためにポンプ５の動作を
停止しても、いわゆるポンプの後だれ現象によ
り、灯油供給を瞬間的に停止することが困難であ
つたため、消火時に、未燃気化ガスが発生し、
COや、著しい臭気を発生した。これを防止する
ためには第１図の構成に加え、例えば、ポンプ５
と振動子６の間の給油パイプ１８の途中に、遮断
用の電磁弁などを必要とし、一層高価格化せざる
を得なかつた。

本発明は、上記従来の欠点を一掃した液体燃料
燃焼装置を提供せんとするものである。

第１の目的は、構成が簡単でコンパクトであ
り、従つて、低価格な液体燃料燃焼装置を提供す
ることである。

第２の目的は、タールの発生を抑止することが
でき、燃焼性能の低下を生じることがない液体燃
料燃焼装置を提供することであり、特に、変質油
や重質油等を燃焼させても上述の如き問題を生じ
ない液体燃料燃焼装置を実現することを目的とす
るものである。

第３の目的は、微粒化特性に優れ、良好な燃焼
特性を示すにもかかわらず、極めて低消費電力で
あり、従つて、省エネルギーとなるとともに、燃
焼量制御等の制御性に優れた液体燃料燃焼装置を
提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために以下のよ
うな構成より成るものである。

すなわち、液体燃料を充填するための加圧室を
有する基体と、前記加圧室に臨んで設けられ突起
部上に複数のノズルを設けたノズル板と前記ノズ
ル板を励振してたわみ振動させ前記加圧室に充填
された液体燃料を加振し前記ノズル板により噴霧
するための電気的振動子とにより構成される霧化
部と、前記霧化部より噴霧された液体燃料を、少
なくとも燃焼開始時に気化させるための加熱手段
とにより構成され、前記電気的振動子により加圧
室の液体燃料を加振することにより液体燃料を自
給しながら噴霧し、噴霧された液体燃料を加熱手
段により気化して燃焼させるものである。

以下、本発明の一実施例について図面と共に説
明する。

第２図は、本発明の一実施例の液体燃料燃焼装
置を適用した温風機の構造を示す断面図である。
第２図において第１図と同符号は同機能を有する
ものである。温風機ケース２０の上面には操作部
２１が設けられ、制御部２２に対して運転指令等
の信号を与える。前記制御部２２は、温風機の各
機能部品を制御するものである。

燃料である灯油は、カートリツジタンク２３よ
り液面が略一定に維持される固定タンク２４に送
られ供給パイプ２５を経て霧化部２６に送られる
よう構成されている。

今運転開始指令が操作部２１から制御部２２に
送られると、制御部２２は、送風フアン２７を起
動する。従つて、燃焼空気は、吸気口２８から吸
い込まれ、オリフイス２９を通つて第１空気路３
０へと流れ、負圧発生部３１に負圧力を発生させ
る。前記第１空気路３０より第１空気室３２へと
燃焼空気が送られ、さらに均圧用のオリフイス３
３を通つて、第２空気室３４へと送られる。前記
第１空気室３２、および第２空気室３４は円筒状
に形成されており、第１空気室３２は、円筒接線
方向に１次空気を噴出し、気化混合室３５に旋回
気流を発生させる噴出口３６を有し、第２空気室
３４は円筒の半径方向に２次空気を噴出し、半径
方向の層流を燃焼室３７に形成する炎口３８を数
多く設けられている。

また燃焼室３７と気化混合室３５とは、均圧用
オリフイス３９にて連通されている。

燃焼空気の一部は、第２空気路４０を通り、加
熱用ヒータ４１にて熱風化され、旋回器４２によ
り旋回熱風となり、第２霧化室４３から気化混合
室３５へと送られる。前記ヒータ４１は、送風フ
アン２７と同時に通電されており、前記第２霧化
室４３、気化混合室４４を加熱する。

一方送風フアン２７の起動により、負圧発生部
３１には負圧力（−△P₁）が、そして、第１霧
化室４４には、正圧力（△P₂）が発生する。負
圧発生部３１は霧化部２６と排気パイプ４５によ
り、また、固定タンク２４は、パツキン４６にて
シールされた上で、第１霧化室４４と送圧パイプ
４７により連通されており、このため、前記正圧
力（△P₂）、負圧力（−△P₁）により、灯油の液
面Ａは上昇して液面Ｂとなり、霧化部２６内の空
気を排気パイプ４５から排出して、霧化部２６内
に灯油が自動的に充填されるのである。

一定の時間が経過し、第２霧化室４３、および
気化混合室３５、燃焼室３７の温度が上昇して所
定値になると、制御部２２は、内蔵の発振器を起
動し、霧化部２６を付勢する。霧化部２６は開口
を有する第１霧化室４４の壁面４８に取りつけら
れているから、第１霧化室４４、第２霧化室４３
に対して霧化粒子４９を噴霧する。霧化粒子４９
は旋回器４２から吐出される熱風により直接気化
されて、気化混合室３５に送られ、１次空気との
混合気体となつて、オリフイス３９より燃焼室３
７に送られる。霧化粒子４９は、図のように放射
状に噴霧されるので熱風との混合が良くなり、気
化および空気との混合が促進され良好な燃焼特性
が得られる。

制御部２２は、点火器５０を付勢して点火する
ので気化された灯油と、１次空気との混合気体
は、数多くの小炎口３８より噴出する２次空気の
まわりで小さい火炎５１を形成して燃焼する。こ
の燃焼状態はフレームロツド５２にて検知され、
制御部２２にその検知信号として送られる。

制御部２２は、フレームロツド５２の信号によ
り点火器５０を停止させ、一定時間経過して気化
混合室３５内の温度が燃焼熱により霧化粒子４９
を気化するに十分な温度まで上昇した事を、単な
るタイマ手段のタイムアツプ又は火炎状態信号か
ら判定し、熱風発生用ヒータ４１への通電を停止
する。

したがつて、これ以後は、第２霧化室４３での
熱風による霧化粒子４９のガス化は行われず、燃
焼室３７から送られる燃焼熱による気化混合室３
５でのガス化のみが行われるようになり、ヒータ
４１の電力消費は全くなくなるのである。

このようにして灯油は霧化部２６により噴霧さ
れ、霧化粒子４９となつて気化混合室３５の空気
中で気化し、燃焼室３７で、小火炎５１を形成し
て燃焼するので、その燃焼特性は極めて良好であ
つて、排気筒５３から排出される排気ガスのCO
やNOx等の含有率は極めて低いものである。ま
た、タールの発生等もほとんど生じることがない
燃焼装置とすることができる。

以上に述べたように極めて簡単な構成で、良好
な燃焼状態を実現できる霧化部２６についてさら
に詳しく説明する。

第３図は、霧化部２６の断面図であり、第２図
と同符号は、相当物である。

第３図において、基体６０が内部には加圧室６
１が設けられ、ノズル板６２が半田付されてい
る。ノズル板６２は、厚さ50μｍのステンレス板
で、直径12mm程度の円形薄板であり、中央部に設
けた突起部上に、直径50μｍ〜80μｍ程度のノズ
ル６３を複数個設けられている。

前記ノズル板６２には、中央に中空部６４が設
けられた直径10mm、厚さ１mm程度の圧電素子６５
が半田付により接着されている。

前記基体６０は、ビス６６，６７により保護カ
バー６８に固定され、保護カバー６８は、ビス６
９，７０により第１霧化室４４の壁面４８に固定
されている。

前述のように、送風フアン２７により発生され
た正圧力（△P₂）、負圧力（−△P₁）により、灯
油液面Ａが、液面Ｂまで上昇されると、加圧室６
１の空気は排気されて灯油が充填され、この第３
図の状態となる。

制御部２２は、内蔵発振器を起動して、リード
線７１，７２を介して、第４図ａ，ｂ、又はｃの
ような交流電圧を、霧化すべき霧化量に応じて圧
電素子６５に印加する。

この交流電圧は、30〜40kHzの正弦波電圧であ
り霧化量調節は、第４図ｂ，ｃのようにデユーテ
イー制御、すなわち、オンオフ制御にて容易に行
うことができ、このデユーテイー制御の間隔は、
１ｍｓ〜10ｍｓ程度に選ばれる。したがつて、見
かけ上は、霧化粒子４９の吐出は連続的である。

今、圧電素子６５に対し正の半サイクル電圧が
印加されると、圧電素子６５は半径方向に収縮
し、ノズル板６２に接着されているので、結果的
にノズル板６２は、第３図の右方向にたわみを生
じる。従つてノズル６３からは、灯油の液滴（霧
化粒子）４９が吐出する。このときノズル板６２
に突起部が設けられ、この突起部の上に複数のノ
ズル６３が設けられているので、図のように放射
状に液滴を吐出することができる。

逆に負の半サイクル電圧が印加されると圧電素
子６５は半径方向に伸張し、ノズル板６２は、前
述の逆方向に、すなわち、第３図の左方向にたわ
みを生じる。このとき、ノズル６３の直径が小さ
いのでノズル６３からの空気の流入は灯油の表面
張力により防止される。したがつて、灯油が、供
給パイプ２５より加圧室６１に吸い上げられるの
である。

以上の動作をくりかえすことにより、霧化部２
６は、灯油を自給しながら、ノズル６３の直径に
よつて定まる粒径の霧化粒子４９を噴霧すること
ができ、小さく、しかも均一な粒径の霧化粒子４
９の噴霧を、ポンプ等を必要としないで実現する
ことができる。そして、特に、ノズル板そのもの
がたわみ振動する構成であるので、灯油などのキ
ヤビテーシヨンが発生しやすい液体燃料であつて
も、キヤビテーシヨンの発生を抑制し、安定な噴
霧動作を維持することができる。

また、圧電素子６５の消費電力は、20c.c.／min
の灯油霧化量を得るのに0.1ワツト程度でよく、
極めて省エネルギーとなり、かつ、第４図ｂ，ｃ
のようなデユーテイー制御も極めて容易に行え、
優れた制御性を有している。従つて、消火時の霧
化停止も瞬時に行うことができ、良好な消火特性
を実現できる。

以上の説明でその動作が明らかになつた霧化部
２６を用いて構成した第２図に示した温風機の動
作は、前述したように、第５図ａ〜ｆのような簡
単なシーケンス制御で実現することができる。第
５図ａは運転指令、ｂは送風フアン２７、ｃはヒ
ータ４１、ｄは圧電素子６５を駆動する発振器、
ｅは点火器５０、ｆはフレームロツド５２の炎検
知信号である。

以上に述べたように本発明によれば、加圧室に
液体燃料を充填し、電気的振動子により加振して
加圧室に臨むノズル板をたわみ振動させ、このた
わみ振動によりノズルから噴霧する構成とすると
共に、ノズル板に突起部を設け、この突起部に放
射状に噴霧するように複数のノズルを設け、か
つ、少なくとも燃焼開始時に、噴霧された霧化粒
子を加熱手段により気化するよう構成したから、
極めて構成が簡単でコンパクトであり、従つて低
価格な液体燃料燃焼装置を実現することができ、
かつ、極めて低消費電力でありながらキヤビテー
シヨンが生じにくく安定で、かつ微粒化特性にす
ぐれた噴霧を行い、しかも空気との混合を極めて
スムーズで良好なものとして気化燃焼させること
ができるため、変質油や重質油に対してもタール
の生成を防止し、かつ、排気ガス特性の良好な液
体燃料燃焼装置を実現することができる。また、
その制御性が極めて良好であり、燃焼量制御、点
火、消火が簡単で、かつ、点火、消火の排気ガス
特性も良好な液体燃料燃焼装置を実現することが
できるものであり、その工業的価値は極めて多大
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体燃料燃焼装置の構成を示す
断面図、第２図は本発明の一実施例を示す液体燃
料燃焼装置の構成を示す断面図、第３図は同液体
燃料燃焼装置の燃料霧化部の構成を示す断面図、
第４図ａ〜ｃは同霧化部の電気的振動子の駆動電
圧波形図、第５図ａ〜ｆは第２図の液体燃料燃焼
装置のシーケンス図である。 ４１……加熱手段（ヒータ）、６０……基体、
６１……加圧室、６３……ノズル、６５……電気
的振動子（圧電素子）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体燃料を充填する加圧室を有する基体と、
   前記加圧室に臨んで設けられ突起部上に複数のノ
   ズルを設けたノズル板と、前記ノズル板を励振し
   てたわみ振動させ前記加圧室の液体燃料を噴霧す
   る電気的振動子とを備えた霧化部と、少なくとも
   噴霧開始時に前記霧化部より噴霧された液体燃料
   を気化させる加熱手段とを備えた液体燃料燃焼装
   置。 ２ 加熱手段により燃焼空気を加熱する構成とす
   ると共に、前記加熱手段により加熱された燃焼空
   気を、前記霧化部より噴霧された液体燃料と混合
   する構成とした特許請求の範囲第１項記載の液体
   燃料燃焼装置。 ３ 加熱手段を燃焼開始時のみ作動する構成とす
   ると共に、通常燃焼時は燃焼熱により前記霧化部
   より霧化された液体燃料を気化する構成とした特
   許請求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼装置。 ４ １次空気が供給され、燃焼熱にて加熱される
   よう構成された気化混合室と、２次空気が供給さ
   れる燃焼室とを設け、前記気化混合室に前記霧化
   部より噴霧された液体燃料を供給して気化し、前
   記燃焼室にて燃焼させる構成とした特許請求の範
   囲第３項記載の液体燃料燃焼装置。 ５ 燃焼室に多数の小炎口を設けると共に、前記
   小炎口より２次空気が噴出するよう構成し、前記
   小炎口近傍に火炎を形成して、前記気化された液
   体燃料を燃焼する構成とした特許請求の範囲第４
   項記載の液体燃料燃焼装置。