JPS6031555B2

JPS6031555B2 - 霧化装置

Info

Publication number: JPS6031555B2
Application number: JP11918380A
Authority: JP
Inventors: 直芳前原; 浩一植木; 伸一中根; 尚宇野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-08-28
Filing date: 1980-08-28
Publication date: 1985-07-23
Also published as: JPS5742368A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、液体の霧化装置に関し、さらに詳しくは加湿
器用や、液体燃料燃焼装置用の霧化装置の改良に関する
。

その第１の目的とするところは、構成が簡単でコンパク
トな霧化装置を提供することにある。

第２の目的は、粒径の小さい霧化粒子が得られる霧化装
置を提供することにある。第３の目的は、霧化量の調節
が極めて容易で、しかも広範囲にできる霧化装置を提供
することにある。従来、液体の霧化装置は、種々のもの
が提案され実用化されている。例えば、回転体に液体を
滴下し、遠心力により霧化するものや、超音波振動体に
液体を供給し超音波振動により霧化するもの、あるいは
、４・口径のノズルに高圧ポンプで圧力をかけ、噂霧す
るものなどである。しかしながら、このような霧化装置
は霧化粒子の粒径が大きすぎ、例えば燃焼装置に用いた
場合は、燃焼特性が良くなかった。

また、装置全体が大型化し、電動機や、ポンプなどの部
品が必要となり、高価格化しやすいものであった。さら
に、霧化量の調節が困難であるから、調節範囲がせまし
、ものであった。本発明は上記従来の問題点を解消する
ものである。

以下、本発明を液体燃料燃焼装置に適した実施例につい
て図面とともに説明する。第１図において、１は本体ケ
ースであり、室内空気吸込口２から室内空気を吸込み、
吸出口３から温風を吐出する構成としている。

４は、前記溢風を吐出するための対流ファンである。

５は燃焼部であって、燃焼ファン６が設けられ、燃焼空
気吸込口７から、ダンパ装置８の関度によって決定され
る量の燃焼空気を燃焼部５に供給するものである。

ダンパ８は、ツマミ９により調節されるようになってい
る。液体燃料の一例として用いた灯油は、カートリッジ
タンク１０から第２タンク１１に供給され、フィルター
２を通り、連結管１３を介して霧化装置Ａに送られる。
霧化装置Ａは、内部にホーン形状をした加圧室１４を有
する基体１５と、前記基体１５の加圧室１４の先端関口
部に取付られ、ノズル孔１６を有するノズル１７と、円
筒状の支え部１８を有する振動板１９に固定されている
ピェゾ振動子２０、および、電極２１と、前記振動板１
９に設けた端子２２，２３間に交流電力を供給する制御
装置２４とにより構成されている。

前記基体１５は、支柱２５により、燃焼部５の側壁に固
定されている。２６はバーナ部であり、バーナヘッド２
７を支えており、燃焼空気は、ェアガィド２８によって
、霧化された灯油と有効に混合され、バーナヘッド２７
に送られるように構成されている。

第２タンク１１内の液面２９は、前記ノズル孔１６に対
してほぼ一定の高さか、もしくは、やや低い位置になる
よう横成され、ノズル孔１６から、灯油が、あふれるの
を防止している。そして、ファン６の動作によって生じ
る風圧を、送圧管３０１こよって、第２タンク１１に送
り、前記液面２９に風圧をかけるよう構成し、前記ピェ
ゾ振動子２０を作動するときは、必ず加圧室１４内の灯
油液面がノズル孔１６まで達していて、加圧室１４内に
、空気が入らないようにしている。３１はフレームロッ
ドであって、炎電流を検出し、着火・失火の判定を行な
うものであり、また、必要に応じて、燃焼状態（空燃比
）の検出にも使用することができる。このフレームロッ
ド３１の信号は、制御装置２４に送られ、前記ピェゾ振
動子２０の制御信号となるものである。以上の如き構成
において、ピェゾ振動子２０１こは、第２図ａ〜ｄに示
すような交流電圧が、制御装置２４からその端子２３，
２４に供給される。

今、第２図ａのような交流電圧が、供給されると、振動
子２川ま電圧の極性に応じて、ノズル孔１０方向での往
復振動をする。すなわち、２０〜３０ＫＨＺの交流電圧
を印加することによってピェゾ振動子２０は、蓬方向の
伸縮をくりかえすため、振動板１９とピェゾ振動子２０
は、支え部１８を支点として、ノズル孔１６の方向に沿
ったたわみ振動を行なうのである。正電圧が印加される
ことによって発生するたわみによって生じる圧力変化は
、加圧室１４のホーン形状のため、ホーン先端の平たん
部３２では、極めて大きな圧力となりノズル孔１６から
、灯油は吐出される。ノズル孔１６は図示していないが
、吐出方向断面が円周に沿って均一でない構成になって
いる。したがって吐出される灯油は、回転運動を与えら
れ、ノズル孔径に比べ（０．１〜０．２柳）極めて小さ
い粒径のものとなるのである。次に、負電圧が、印加さ
れると、ピェゾ振動子２０１ま、ノズル孔１６と反対方
向にたわみを生じるが、ホーン形状と、平端部３２の効
果によって、流体ダイオード的な作用を生じ、ノズル孔
１６近傍の圧力は、あまり低下せず、ピェゾ振動板１９
の近傍の圧力が低くなる。

したがって、この近傍、すなわち、ホーンの底部に設け
られた液体供聯合口３３より、灯油が吸いこまれ、一種
のポンプ作用を生じるのである。このような動作を、２
０〜３０ＫＨＺという高周波で実施するため、ノズル孔
１６近傍での圧力変化が、高周波で生じ、前述したノズ
ル形状による灯油の回転しながらの吐出による効果と相
まって、極めて、小さい霧化粒子径の灯油粒子を得るこ
とができ、灯油を気化するための特別な気化装置を必要
とせずして、ガス化燃焼のようなクリーン燃焼をさせる
ことができる。

霧化量の調整は、第２図ｂ又はｃのように、ピェゾ振動
子２０１こ供給する交流電圧のデューティーを、変化さ
せると、ピェゾ振動子２０の振動状態および、加圧室１
４内での圧力伝搬状態に悪影響を与えることなく、デュ
ーティーに比例して、広範囲に、しかも自由に制御する
ことができる。

すなわち、平均的な霧化量に関係なく、ピェゾ振動子２
０１こは、常に一定周波数の電圧波形に印加されるため
、ピヱゾ振動子２川ま、常に好ましい振動状態で振動す
ることができ、かつ、キャビテーションの発生なども防
止することができる。したがって、広範囲に任意に霧化
量を調整することができる。また、第２図ｄのように、
印加電圧の振中を変化しても、ピェゾ振動子２０は、好
ましい振動状態を維持しつつ、霧化量の調整をすること
ができるが、第１図の実施例のように、電化ヒータのな
いガス化燃焼器に応用するときは、霧化粒径が問題にな
るため、霧化量調整は、第２図ｂ，ｃのような、デュー
ティー制御方式の方が好ましい場合もある。これは、振
中によって、霧化粒子径が、影響を受ける場合があるた
めである。第３図は、前述した第１図実施例の燃焼装置
のフロック図である。図において、第１図と同符号は、
相当物である。第３図において、ダンパ８の調節つまみ
９は、制御装置２４の出力制御部３５に設けられた可変
抵抗３６と連動するよう構成されている。

前記出力制御部３５はピェゾ振動子２０を駆動する振動
子駆動部３７を制御し、第２図ｂ，ｃ又はｄに示したよ
うに、ピェゾ振動子２０への交流電力の平均値を制御し
、霧化量を、前記可変抵抗器３６によって設定された量
になるように制御するものである。したがって、ファン
６により、ダンパ８で決められた量の空気が供給される
と共に、制御装置２４によって駆動されるピェゾ振動子
２０の振動により、連結管１３から吸い込まれ、基体１
５から吐出霧化される灯油とが、常に好ましい割合で混
合室３８で混合され、バーナ２７に送られ燃焼するので
ある。第４図は、第３図の制御装置２４の構成を示すフ
ロック図であり、特に霧化の制御部分を示すものである
。

図において、３９は商用電源であり、４０は直流電源で
あって、商用電源３９によって付勢されるものであり、
必要に応じて、電源トランスによって絶縁される。振動
子騒動部３７は、正弦波発波発振器４１と増中器４２を
含んでおり、出力制御部３５により、増中器４２の出力
の平均値を制御されるものである。

増中器４２の出力は、交流結合手段４３により、ピェゾ
振動子２川こ供給されるものである。第５図および第６
図は、第４図の実施例のさらに詳しい一実施例を示すブ
ロック図であり、第４図と同符号は相当物である。

第５図において４４は、スイッチ手段であつて、設定器
４５により設定されたオンオフデューティーによりデユ
ーティー制御部４６によって開閉され、発振器４１の出
力が増中器４２に供給されるのを制御するものである。

４７は同期部であって、第２図のｂ又はｃに示したよう
に、電圧がほぼ零のとき、前記スイッチ手段４４の開閉
を行なうようにするために設けられている。したがって
、第５図の実施例に示した制御装置によって、第２図ａ
，ｂ又はａ，ｃのように、デューティー制御による平均
値電圧の制御を実現することができる。

第６図の実施例は、第２図ａ，ｄのようにピェゾ振動子
２川こ供給される電圧の平均値を、振中の変化により行
なうようにしたものであり、出力制御部３５は、減衰器
４８によって構成され、発振器４１と増中器４２の間に
挿入されている。

第７図は、第５図の実施例のさらに詳しい一実施例であ
り、第５図と同符号は、相当物である。図において、４
９は整流器、５０はコンデンサ、５１は抵抗器、５２は
ゼナダイオードであって、２つの直流電源を形成し、増
中器４２へのパワー電源と、発振器４１などへの低圧電
源を形成している。トランジスタ５３、抵抗器５４〜５
９、コンデンサ６０〜６３により、移送型ＣＲ発振器を
形成しており、ライン６４には、発振出力が発生する。
ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）６５、トランジスタ６
６、抵抗器６７〜６９は、スイッチ手段４４を構成して
おり、ＦＥＴ６５の導通、非導通により、前記発振器４
１の出力が、増中器４２に供給されるデユーテイーを制
御するものである。

トランジスタ７０，７１，７２，コンデ、ンサ７
３，７４，抵抗器７５〜７８は、ＳＥＰＰ増中器を構成
しており、前記ＦＥＴ６５が導通のとき、ライン６４に
発生した発振出力を供給され、ライン７９に、その出力
を発生するものである。コンデンサ８０、出力トランス
８１は、交流結合手段４３を形成し、前記ライン７９に
発生した増中器出力をピェゾ振動子２０に供給するよう
構成されている。

次にデューティー制御回路について説明する。

オベアンプ８２はコンパレータ８３、コンデンサ８４抵
抗器８５〜８７と共に三角波発生器を形成しており、ラ
イン８８には、三角波電圧が発生する。設定器４５は、
可変抵抗器８９によって構成されており、コンパレータ
９０１こ、設定電圧を与える。

コンパレ−夕８８には、前記三角波出力が、ライン８８
より供給され、コンパレータ９０の出力は、前記三角波
のくりかえし周期内で、その出力がＨｉ又はＬｏとなり
そのデューティ−は、可変抵抗器８９で与えられる電圧
に対して、直線的に変化する。なお、９１〜９５は、抵
抗器である。コンパレータ９０の出力は、ＮＡＮＤゲー
ト９６〜９９インバーター００より成るＲＳフリップフ
ロップに供給され、ＮＡＮＤゲート９６の出力により、
トランジスタ６６をオンにし、ＦＥＴ６５をオフするよ
うになっている。このＲＳフリツプフロツプのＮＡＮＤ
ゲート９８，９９の入力は、トランジスタ１０１、抵抗
器１０２によって駆動されるようになっており、トラン
ジスタ１０１が導適しているときのみ、ＲＳフリツプフ
ロツプの出力が反転し、ＦＥＴ６５の開閉状態ば変化す
るようになっている。すなわち、コンデンサ１０３、１
０４、トランジスター０５、ダイオード１０６，１０７
、抵抗器１０８〜１１２により零クロス検知回路を構成
しており、発振器４１の出力が交流的に検出され、その
交流電圧が負から正になり、トランジスタ１０５がオフ
から、オンになる瞬間のみ、ＮＡＮＤゲート９８，９９
にトランジスタ１０１から、零クロス信号パルスが
供給される。

したがって、前言部Ｓフリップフロップの出力は前記発
振器４１の出力と同期し、第２図ｂ又はｃのようなデュ
ーティー制御が可能となるのである。

このような構成により、可変抵抗器８９を調節すること
により、第２図ａからｂ又はｃのような波形で増中器４
２の出力のデューティーを自由に設定することができ、
その結果この霧化装置の霧化量の調節をピェゾ振動子２
０の振動状態および霧化状態を極めて良好な状態に保ち
つつ、自由に、かつ、広範囲に実現することができる。

第８図は、第６図の実施例のさらに詳しい一実施例であ
り、第６図および第７図と同符号は相当物である。図に
おいて、発振器４１は、抵抗器１１３，１１４、コンデ
ンサ１１５，１１６より成るウィーンブリツジ、オベア
ンプ１１７、ダイオード１１８，１１９、抵抗器１２０
、可変抵抗器１２１、により、ウィーンブリッジ発振器
、および抵抗器１２２，１２３より構成され、ライン１
２４に発振出力を発生する。

出力制御部３５は、可変抵抗器４８による減衰器により
構成され、ライン１２４に発生する発振出力を必要な霧
化量に合わせて減衰させて、増中器４２に供給するもの
である。したがってピェゾ振動子２０‘こは、第２図ａ
，ｄのような波形の振中を調整された電圧が供給される
ため、ピェゾ振動子２０を常に良好な状態で動作させつ
つ自由に、しかも広範囲に、霧化量を調節することがで
きるのである。以上の実施例からもわかるように本発明
は加圧室に液体を充填し、前記加圧室に臨んで設けられ
たノズル孔と、前記加圧室の液体を加振する電気的振動
子とを備え、振動子駆動部により前記電気的振動子を付
勢し前記加圧室の液体を加振して前記ノズル孔より吐出
し霧化するよう椴成すると共に、出力制御部を設け、前
記出力制御部により振動子駆動部から電気的振動子に供
給される交流電力の時間的平均値を制御することによっ
て霧化量を調節するよう横成したから、極めて構造が簡
単でコンパクトであり、霧化粒子の粒径が小さく、かつ
、その霧化量調節を、広範囲に、しかも容易に行うこと
が可能である上に、極めて低価格な霧化装置を供給する
ことができるものである。

なお、一定周波数で発振する発振器と増中器とによって
振動子を駆動し、電気的振動子に供給される電圧のデュ
ーテイー、又は振中を制御することにより霧化量を制御
すれば、電気的振動子の動作状態を最適な状態に保ち、
安定な霧化動作をさせつつ、広範囲な霧化量制御ができ
る。なお、上記実施例説明では本発明を、液体燃料燃焼
装置に適用した例について示したが、これに限られるこ
となく、加湿器、医療用霧化装置等、種々の適用が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図か本発明の−実施例を示す構成断面図、第２図ａ
〜ｄは電気的振動子に印加される電圧波形図、第３図は
本発明の一実施例を示すブロック図、第４図は本発明の
一実施例を示す制御装置のフロック図、第５図は同制御
装置のさらに詳しいフロツク図、第６図は同ごらに詳し
い他の実施例を示すブロック図、第７図は同制御装置の
一実施例を示す制御回路図、第８図は同制御装置の他の
実施例を示す制御回路図である。１４…・・・加圧室、１５・・・・・・基体、１６・・
・・・・ノズル孔、１７・・・・・・ノズル、２０……
ピェゾ振動子（電気的振動子）、３５・・・・・・出力
制御部、３７・…・・振動子駆動部、４１・・・・・・
発振器、４２・・・…増中器、４４・・・・・・スイッ
チ手段、４６・・・・・・デユーテイー制御部、４８・
・・・・・減衰器（振中制御手段）。第１図第４図第２図第３図第５図第６図第Ｔ図第８図

Claims

【特許請求の範囲】１液体を充填する加圧室を有する基体と、前記加圧室
に臨んで設けられたノズル孔と、前記加圧室の液体を加
振する電気的振動子と、前記電気的振動子に交番電力を
供給する振動子駆動部と、前記振動子駆動部の出力の時
間的平均値を制御する出力制御部とを設けたことを特徴
とする霧化装置。２振動子駆動部は、一定周波数で発振する発振器と、
前記発振器の出力を増巾する増巾器とにより構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の霧化装置
。３出力制御部は、前記発振器と前記増巾器間に設けた
スイツチ手段と、スイツチ手段を制御するデユーテイー
制御部により構成したことを特徴とする特許請求の範囲
第２項に記載の霧化装置。４デユーテイー制御部は、発振器の出力信号と同期し
て、スイツチ手段を制御する構成としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第３項に記載に霧化装置。５出力制御部は、前記増巾器の出力振巾を制御する振
巾制御手段により構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第２項に記載の霧化装置。