JPS5814265B2 - 液体微粒化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電歪形超音波振動子を用いて灯油、その他
の液体を微粒化するための液体微粒化装置に関する。

近年、電歪形の超音波振動子により水を微粒化して加湿
器に利用する方法が普及している。

これに伴い超音波振動子を他の用途にも応用することが
当然考えられるわけであるが、この時、加湿器では問題
にならなかった微粒化能力の不安定さがクローズアップ
されて《る。

特に灯油を微粒化して燃焼させる燃焼器に応用する場合
には、より正確で安定した微粒化量を確保し、これを希
望する燃焼量の範囲内に納める必要がある。

また液体微粒化量の変動要因としては多《のファクタが
あるが、特に問題となるのは、電源電圧の変動に対して
微粒化量が変動する点にある。

１ 第１図は電歪形超音波振動子を灯油の微粒化装置と
して応用した場合のブロック図を示すもので、１は超音
波振動子を内蔵した灯油微粒化装置を示し、この装置１
で生成された微粒化体は、送風機その他の燃焼に必要な
部品を具備する燃焼装置２に供給されるようになってお
り、また、前記微粒化装置１および燃焼装置２は制御装
置３によって制御されるようになっている。

このように構成された燃焼システムにおいて問題になる
のは微粒化装置ユニットの電源電圧変動に対する微粒化
量の変動である。

この変動特性を示すと第２図のようになる。

第２図から明らかなように通常の電源電圧変動±１０％
に対し微粒化量の変動は±２５％と大きく変動してしま
う。

したがって燃焼器に適用する場合には、この問題点を解
決しなければならない。

第３図は、コルピツツ発振回路を起音波振動子の励振回
路の基本とする従来の回路例を示すもので、との励振回
路の電源部Ｂは商用電源４および両波整流ダイオードブ
リッジ５から構成され、さらに発振回路部Ａはコイル１
０と、これに並列接続したコンデンサ１１、超音波振動
子１２と、この振動子１２に直列に接続したコンデンサ
１３、コイル１４およびコンデンサ１６と、振動子１２
を含む直列回路にコレクターエミツタ間を並列に接続し
たトランジスタ１７と、コイル１４とコンデンサ１６と
の接続点に接続されるトランジスタ１１０ベース回路に
介挿したコイル１５とから構成されている。

また、トランジスタ１７のバイアス部はダイオードブリ
ッジ５の出力端に直列接続したダイオード６、分圧抵抗
７，８とこの分圧抵抗７，８に並列に接続した平滑用コ
ンデンサ９とから構成され、さらに分圧抵抗７，８の接
続点はベース抵抗２８を介してトランジスタ１７のベー
スに接続されている。

このように構成した回路において、商用電源４の電圧が
上昇すると、ダイオードブリッジ５の出力電圧も上昇し
、この電圧はダイオード６を介してコンデンサ９で平滑
された後、分圧抵抗７，８に印加され、この各電圧を上
昇させる。

これによりトランジスタ１γのベースに接続されたベー
ス電流調整用抵抗２８を介して流れるベース電流が増加
し、トランジスタ１７のバイアスを深くスる。

このため、超音波振動子の微粒化能力が増加してしまう
。

また、逆に商用電源４の電圧が降下すると、トランジス
タ１７のバイアスが浅くなり、微粒化能力が低下するこ
とになる。

この結果が第２図に示す微粒化能力の変動となって現わ
れる。

第３図の実施例では商用電源４から直接両波整流した場
合について述べたが、商用電源から絶縁トランスを介し
て直流出力を得るよう構成しても、第３図の実施例と全
く同様に、電源電圧±１０％の変動に対し微粒化量も±
２５％程度に変動してしまう。

この発明は、電源電圧が変動してもこれに関係なく液体
の微粒化量を安定化し、燃焼器用の微粒化装置、加湿器
のみに限らず他の液体を微粒化する装置としても適用で
きるようにした液体微粒化装置を提供するものである。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図は、この発明にがかる電歪形超音波振動子の励振
回路の一例を示すもので、第３図と同一符号で示される
部分は同様に構成されているので、その説明は省略し、
異なる部分のみについて説明する。

すなわち、第４図においてはトランジスタ１７０ベース
回路に定電流回路Ｃを付加し、この定電流回路Ｃにより
商用電源４に電圧変動があってもトランジスタ１７０ベ
ースに流れる電流を一定ニしてトランジスタのペースバ
イアスを一定に保つようにしたものである。

前記定電流回路Ｃは、分圧抵抗７，８の接続点とベース
抵抗２８間に電流検出抵抗１８を介してエミツターコレ
クタを接続したトランジスタ１９と、このトランジスタ
１９のベースと前記分圧抵抗７，８の接続点間に接続し
たツエナーダイオード２２およびトランジスタ１８のベ
ースに接続した抵抗２１とから構成されている。

上記構成の回路において、商用電源４の電圧が上昇する
と、分圧抵抗７，８の電圧も上昇し、そして抵抗８の両
端に生じる電圧はツエナーダイオード２２および抵抗２
１に印加されるが、この時既に定電流動作を行っている
ため、この電圧は抵抗２１の電圧となりトランジスタ１
９のバイアスを浅《してトランジスタ１９のコレクタ電
流を一定にする。

これによりトランジスタ１７のバイアスを一定にして電
流電圧の変動による微粒化量の増加を抑える。

また、逆に商用電源４の電圧が低下した場合は、抵抗２
１の電圧が下がり、トランジスタ１９のベース電圧を下
げて電源電圧の低下に伴う変動分を補正し、トランジス
タ１９のコレクタ電流を一定にしてトランジスタ１７の
バイアスを一定に保持する。

第６図が商用電源４の電圧が変化してもトランジスタ１
７０ベース電流が一定であることを示す特性図であり、
第５図は微粒化特性の安定度を示すもので、２点鎖線で
示すものは安定化を行わない場合の微粒化特性を、また
実線は定電流回路Ｃにより安定化させた場合の微粒化特
性をそれぞれ示す。

上記実施例において、定電流回路Ｃの代りに定電圧回路
でトランジスタ１７のバイアスを定電圧化してもほぼ同
様の効果が得られる。

第７図はトランジスタを用いないでほぼ完全な微粒化一
定の回路を実現させるようにしたこの発明の第２の実施
例を示すもので、第３図と同一符号で示す部分は同様に
構成されている。

この実施例の回路に付加された一定化回路Ｄは分圧抵抗
７，８の接続点とベース抵抗２８間に接続した抵抗２７
を備え、この抵抗２７０両端にはコイル１０，と結合さ
れたコイル２３、ダイオード２４およびツエナーダイオ
ード２６の直列回路を接続し、さらに前記コイル２３と
ダイオード２４の直列回路にはコンデンサ２５を並列に
接続したものである。

よって、商用電源４の電圧が上昇すると、抵抗．８の電
圧Ｖ１ も上昇し、そしてトランジスタ１７のバイア
スを深めるように動作すると、コイル１０と結合されて
いるコイル２３の電圧が上昇しダイオード２４を介して
コンデンサ２５の電圧も上昇する。

この結果、ツエナーダイオード２６を，介して抵抗２７
に生じる電圧Ｖ。

を高くする。この時、電圧Ｖ１とＶ。

とは逆極性となっているため、トランジスタ１７のバイ
アス電圧ｖＢは、ＶＢ＝Ｖ１−Ｖ０となり、電源電圧が
上昇して抵抗８の電圧Ｖ１ にその上昇分に相当する逆
電圧Ｖ。

がかか３つてトランジスタ１７のバイアスをほぼ一定に
する。

この関係を第８図に示す。第８図において実線はｖ１
の電圧を、破線はＶ。

の電圧を示し、１点鎖線がトランジスタ１７のバイアス
電圧ｖＢを示している。

前記一定化回路において、コイル２３の誘導電圧を高く
すれば第８図に示すｖ０の傾きよりもｖｏの傾きが大き
くなり、電源電圧の上昇とともにｖＢが低下してトラン
ジスタ１７のバイアスを浅くすることもでき、また逆に
ｖ１ の傾きよりｖｏの傾きを小さくした場合は、電源
電圧の上昇に対してトランジスタ１７のバイアスを徐々
に深くすることもできる。

すなわち、コイル２３の電圧を調整することにより微粒
化量の変動幅を自由に設定し得る。

当然のことながらコイル２３を絶縁十ランスとして商用
電源からＶ。

を得るようにしても同様の効果がある。

また第７図に示すようにコイル１０からＶ。

を得ることにより何等かの原因でトランジスタ１７のコ
レクタ電流が変化してもＶ。

が逆特性となっているのでトランジスタ１７のバイアス
を自動的に調整することができる。

第７図に示す回路では、トランジスタ１７が何等かの原
因で発振を停止した場合、トランジスタ１７に直流バイ
アスがかかりトランジスタ１７の直流電力損失が増大し
てトランジスタ１７を破壊してしまうおそれがあるが、
これを改良した回路の実施例を第９図に示す。

第９図において、第３図と同で符号で示される部分は同
様に構成され、さらにこれに加えて安定化回路Ｅが設け
られている。

この安定化回路Ｅは、コイル１０と結合された同一巻数
の２つのコイル２９，３０を備え、この各コイル２９，
３０に誘起される出力電圧は各別のダイオード３１，３
２により整流されてそれぞれの平滑コンデンサ３４，３
５により平滑化されるようになっていると共に、この平
滑コンデンサ３４，３５には抵抗３６，３７をそれぞれ
並列に接続し、さらにダイオード３２のアノード側に接
読される抵抗３６０回路にはツエナーダイオード３３を
直列に接続して、コイル３０の出力電圧がソエナー電圧
を越えた時その電圧が抵抗３６に印加されるようにして
おく。

また、ツエナーダイオード３３と抵抗３６の接続点はト
ランジスタ１７のベース抵抗２８に接続され、かつこの
ベース回路とダイオードブリッジ５の正側端間にはコン
デンサ３９と抵抗３８からなる微分回路を接続して、こ
の微分回路から発生する微分パルスで発振を開始させる
よう構成されている。

このように構成された回路において、商用電源４の電圧
が上昇すると、発振回路の出力が大きくなり、コイル１
０にかかる電圧も上昇する。

したがってコイル２９．３０の電圧も上昇し、抵抗３７
の電圧Ｖ１は第１０図の実線Ｖエの如く上昇する。

一方、コイル３０の電圧も上昇しツエナーダイオード３
３のノエナー電圧を越えた分だけ抵抗３６に印加される
。

この電圧は第１０図の実線ｖ２１に示ス。

ここでｖ１ とＶ２１は互いに逆極性になっているため
、トランジスタ１７のベースバイアス電圧ｖＢは、ＶＢ
＝Ｖ１−Ｖ２１となり、両電圧の差がトランジスタ１７
に印加される。

第１０図に示すｖ０ とＶ２、の傾きを同一とすれば
、ＶＢは電源電圧の変動にかかわらず常に一定となる。

また、コイル３００巻数を多くすればＶ１ の電源電圧
の上昇分よりもｖ２、の上昇分の方が第１０図のＶ２２
と大きくなり、ＶＢは電源電圧の上昇にしたがい低下し
、第１０図の１点鎖線で示すＶＢ２となる。

このことは電源電圧の上昇に伴いトランジスタ１７のバ
イアスを徐々に浅くすることを意味する。

そしてこれによる微粒化特性Ｑ２ は第１１図に示すよ
うにｖＢ１に対応する微粒化特性Ｑ１ のものよりもさ
らに平坦となり、微粒化量の安定化が可能となる。

なお、コイル２９，３００電圧はコイル１０から取らな
くとも商用電源４から絶縁トランスを介してＶ１，ｖ２
を得るようにしても良い。

ただし、この場合は何等かの原因により発振が停止して
もトランジスタ１７に直流バイアスがかかり、その電力
損失によりトランジスタ１７が破壊されることになるの
で好ましくはない。

以上のように、この発明装置によれば、直流の定電圧回
路あるいは定電流回路もしくは微粒化量安定化用バイア
ス回路を、超音波振動子を含む発振回路のバイアス回路
に設け、そしてこれら回路により発振回路のトランジス
タの直流バイアスを適当に制御してトランジスタのバイ
アスを浅くしたり深くしたりするようにしたので、液体
微粒化量の変動を自由に匍御することができ、超音波振
動子の応用範囲を極めて広《できると共に、電源電圧が
変動してもこれに関係な《微粒化量の安定化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電歪形超音波振動子を燃焼器として用いる場合
の燃焼器のブロック図、第２図は微粒化装置の商用電源
電圧の変動に対する微粒化量の変動特性図、第３図は従
来における微粒化装置の回路図、第４図はこの発明にか
かる微粒化装置の第一の実施例を示す回路図、第５図は
微粒化量の特性比較図、第６図は第４図における直流定
電流回路の特性図、第Ｔ図はこの発明の第２の実施例を
示す回路図、第８図はその微粒化量安定化原理の説明図
、第９図はこの発明の第３の実施例を示す回路図、第１
０図はその微粒化量安定化原理の説明図、第１１図は同
じく第９図による微粒化量安定化特性図である。 １……商用電源（励振電源）、５……ダイオードブリッ
ジ、１２……電歪形超音波振動子、１７……発振回路用
トランジスタ、Ａ……発振回路部、Ｂ……電源部、Ｃ−
Ｄ……バイアス部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電歪形超音波振動子およびその励振用発振回路と、
   この発振回路の励振電源と、この励振電源電圧に比例し
   た直流電圧を発生させてこの直流電圧を前記発振回路に
   おける能動素子のバイアスとするものにおいて、前記能
   動素子のバイアス回路に直流定電流回路もしくは直流電
   圧回路を設け、この回路により能動素子の直流バイアス
   電流または電圧を一定にする液体微粒化装置。 ２ 電歪形超音波振動子およびその励振用発振回路と、
   この発封回路の励振電源と、この励振電源、電圧に比例
   した直流電圧を取り出す回路手段と、前記励振電源電圧
   の変動分に相当する直流電圧を取出す回路手段とを有し
   、前記両回路手段で取出された直流電圧を差動的に加算
   して前記発振回路における能動素子の直流バイアスとし
   、超音波振動子による微粒化量を制御する液体微粒化装
   置。 ３ 励振電源電圧に比例した直流電圧を取出す回路手段
   として、励振電源に接続した分圧抵抗と平滑コンデンサ
   からなる特許請求の範囲第２項記載の液体微粒化装置。 ４ 励振電源電圧の変動分に相当する直流電圧を取出す
   回路手段として、発振回路中のコイルに誘導結合させた
   電圧供給用コイルとこのコイルの誘起電圧を直流平滑化
   するダイオードおよび平滑コンデンサとこの平滑コンデ
   ンサにツエナーダイオードを介して並列接続した抵抗と
   からなる特許請求の範囲第２項記載の液体微粒化装置。 ５ 電圧供給用コイルを、励振電源に接続した絶縁トラ
   ンスの２次巻線とした特許請求の範囲第４項記載の液体
   微粒化装置。 ６ 励振電源電圧に比例した直流電圧を取出す回路手段
   として、発振回路中のコイルに誘導結合させた比例電圧
   供給用コイルとこのコイルの誘起電圧を直流平滑化する
   ダイオードおよび平滑コンデンサとこの平滑コンデンサ
   に並列に接続した抵抗とからなる特許請求の範囲第２項
   記載の液体微粒化装置。 ７ 比例電圧供給用コイルを、励振電源に接続した絶縁
   トランスの２次巻線とした特許請求の範囲第６項記載の
   液体微粒化装置。