JPS6134869B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は灯油や軽油等の液体燃料、水、薬液等
の霧化装置に関する。

その目的とするところは構成が簡単でコンパク
ト、低価格であり、霧化性能に優れ、しかも霧化
量制御が極めて容易な霧化装置を提供することで
ある。さらに他の目的は、安定な起動を保証し、
不要な液漏れ等の発生しない霧化装置を提供する
ことである。

従来液体の霧化装置は、種々のものが提案され
実用化されており、(1)液体を高圧ポンプで圧送し
小孔ノズルから高圧噴霧する圧力噴霧装置、(2)回
転体に液体を滴下し遠心力により霧化する回転霧
化装置、(3)高圧気体と高圧液体を噴出させ共振構
造により振動を発生させて霧化する２流体霧化装
置、(4)電歪素子等の振動をホーン状振動子によつ
て増巾し、増巾された振動部分に液体を供給して
霧化させる振巾増巾型超音波霧化装置、(5)液槽中
に超音波を照射して液面近傍に集中させ、液面か
らの一種のキヤビテーシヨン的現象を利用して霧
化させる霧化装置などが実用化されている。

しかしながら上記(1)(3)は共に高圧力を発生する
高圧ポンプ等が必要であり、また上記(2)は、高速
回転を得るモータ等が必要であつて、いずれも霧
化装置が大型化する、騒音が大きい等の問題点を
有しており、また、霧化性能（霧化粒径、分布、
安定性等）も十分なものではなかつた。上記(4)は
効率良い振巾増巾を得るためホーン状振動子の加
工法、組立法等が難しく、そのため高価なものに
ならざるを得ず、霧化性能も好ましいものではな
かつた。また、上記(5)は霧化粒径が小さいという
優れた特徴を有するものの、液槽中に直接超音波
を照射する構成のため大きな電力を必要とすると
共に最適周波数が１〜2MHzであるため、電波障
害を発生するという重大な欠点を有するものであ
つた。また液面に有効に超音波を集中することが
必要であり、液面の高さ、液温等によつて著しく
性能が変化するという問題を有しており、その補
償は極めて困難度が高く、高価格化せざるを得な
いものであつた。

本発明は上記従来の霧化装置の欠点に鑑みてな
されたものであつて、構成が簡単でコンパクトで
あり、従つて極めて低価格であると共に、霧化粒
径、霧化動作の安定性等の霧化性能に優れ、かつ
霧化量制御が極めて容易な霧化装置を提供せんと
するものである。

以下、本発明を液体燃料燃焼装置に適用した実
施例について図面と共に説明する。

第１図は、本発明になる霧化装置を温風暖房機
に応用した実施例を示す構成断面図である。

第１図において、１は温風機外装であり、室内
空気を吸込口２から対流フアン３によつて吸込
み、熱交換器兼燃焼筒４によつて温風にして室内
に吐出する温風暖房機である。

燃焼用空気は燃焼フアン５により吸気筒６から
吸込まれ、バイパス路７とダンパ装置８より成る
空気量制御部によつて調整された空気量だけがバ
ーナ部９に供給され、旋回路１０にて図中矢印の
ように旋回され、霧化部１１より噴霧される霧化
灯油と混合して燃焼筒４に送られ火炎１２を形成
して燃焼する。燃焼排ガスは、排気筒１３より排
気される。

一方燃料である灯油は、カートリツジタンク１
４より液面が略一定に維接されるレベラ１５を通
り、脱気部１６に送られる。この脱気部で脱気さ
れた空気は、排気部１７を通つて、脱気された灯
油は、供給路１８中に設けられた簡単な構成の循
環用ポンプ１９によつて霧化部１１に送られ、霧
化部１１を充満させた後、リターン路２０を通つ
て脱気部１６にリターンされるよう構成されてい
る。供給路１８とリターン路２０に設けられた音
波減衰器２１ａ，２１ｂは、霧化部１１と脱気部
１６との間の相互干渉を軽減せしめるものであ
り、必要により両方又は平方を設ける構成でよ
い。２２はドレイン部であつて、霧化部１１から
ポンプ１９の動作等によつて溢出した灯油を脱気
部１６にリターンするためのものであり、排気部
１７にリターンするよう構成されている。前記ド
レイン部２２は霧化部１１に一体化して取付けら
れており相互の位置関係が保証されている。

また燃焼空気の一部は、燃焼フアン５により送
風パイプ２３を通つて、霧化部１１の後方から送
風される構成となつており、霧化部１１の冷却と
霧化粒子の搬送を兼ねている。２４は点火器の電
極、２５は炎検知のためのフレームロツドであ
り、２６はこの温度機の動作を制御する燃焼制御
装置であつて、２７は操作部である。

ここで、霧化装置について説明する。第２図は
第１図の温風暖房機の灯油霧化装置のさらに詳し
い実施例を示す構成断面図である。図において第
１図と同符号は相当物である。

霧化部１１は、ホーン状の加圧室２８を有する
基体２９の先端に小孔ノズル３０を有するノズル
部３１が取付けられ、一方加圧室２８のノズル部
３１と対向する位置に円板状の圧電素子３２と円
板状の振動板３３より成る電気的振動子３４が基
体２９の底板と一体に設けられている。すなわち
電気的振動子は、基体２９の底板から円筒状の支
え部３５によつて図のように支えられ、基体２９
の内部を加圧室２８と供給室３６に分割してい
る。これは加圧室２８への灯油の供給が、振動板
３３の全周から円滑に連通部３７を通つて行われ
るようにするための構成である。

またドレイン部２２は、接合部３８により基体
１１に取付られ相互位置関係を保証されている。

脱気部１６は、脱気室３９を有し、底部に圧電
素子４０、振動板４１より成る第２の電気的振動
子４２を有しておりこの振動子の超音波振動によ
り灯油中の溶存空気を脱気するものである。脱気
室３９の上部にはテーパ状をした接合部４３が設
けられており、排気部１７の断面積を脱気室の断
面積より十分小さくすることを可能にしている。
すなわち、振動子４２の発生する超音波振動エネ
ルギーにより灯油の液面４４からの空気の再溶解
を極力小さくすることができ脱気効率を向上でき
るのである。また、このテーパ状の構成により、
脱気された空気の気泡をすみやかに排気部１７に
集めることができるものである。

このように超音波振動を利用した脱気部を構成
する場合は、脱気室を排気部より十分小さい断面
積とすること、脱気室と排気部とをテーパ状の接
合部により連結することが効率的かつ速かな脱気
を可能にする上で極めて重要である。

２１はフイルタであつて、脱気部１６と霧化部
１１の間の灯油供給流路、およびリターン流路中
に設けられており、混入ゴミの除去をすると同時
に、第１図に示した音波減衰器２１ａ，２１ｂの
作用を兼ねるものである。すなわち、霧化部１１
の第１の電気的振動子３４と脱気部１６の第２の
電気的振動子４２との間の音波的な相互作用によ
る不都合を防止するものであり、安定な霧化動
作、脱気動作を実現する上で極めて重要な役割を
果すものである。

ここで、脱気部の効果について説明する。本発
明になる霧化部１１は、その構造が極めてコンパ
クトで簡単であり、その霧化粒径は、第１の電気
的振動子の駆動周波数が高い程小さくすることが
できるものである。ところが、液体中の空気溶存
率が高い程霧化動作中の気泡発生率が高く、加圧
室２８内等で気泡が発生してしまい、霧化動作が
極めて不安定になつてしまうのである。すなわ
ち、溶存空気率が低い程高い周波数で動作させる
ことができ、従つて微粒化性能の良い霧化装置と
することができるのであり、この脱気部１６は、
液体中の溶存空気を排出し、霧化性能の優れた霧
化装置を実現せしめるものである。

次に霧化動作について説明する。

霧化動作開始時において、まず最初に一定時間
第２の電気的振動子４２が駆動され脱気室３９内
の灯油が脱気される。次に、循環ポンプ１９が起
動され、供給路１８内の液面４５は上昇してい
き、供給室３６、加圧室２８内は灯油が充満され
る。さらに溢出した灯油はリターン路２０を通つ
て脱気室３９にリターンされ循環される。従つて
液面４６は低下し、ついにはリターン路２０内の
空気も排出される。この時ノズル３０より灯油が
溢れる場合があるが、この溢出灯油はドレイン部
２２によつて受けとめられて脱気部の排気部１７
にリターンされる構成となつている。このよう
に、加圧室２８に灯油を充填し第１の電気的振動
子３４により加振してノズル３０から吐出させて
霧化するという極めて簡単な構成の霧化部に、充
填手段（ポンプ１９）により灯油を充填して起動
するよう構成すると、ノズル３０からの灯油の溢
出する可能性が高く、従つて、ドレイン部２２を
設けて溢出液をリターンする構成は、このような
霧化部を有する霧化装置の安定な起動を保証する
上で極めて重要である。ポンプ１９による循環が
十分に行われ加圧室２８、供給室３６が脱気され
た灯油で満たされた後第１の電気的振動子３４が
励振される。前記第１の電気的振動子は、励振周
波数（20〜50KHz）に応じた鼓状振動をノズル
部３１の方向に向つて発生する。振動子３４がノ
ズル部３１側にたわみを生じた時、加圧室２８内
に発生した圧力上昇は、ノズル部３１に伝達さ
れ、ノズル３０より微小液滴が吐出される。前述
と逆方向にたわみを生じた時、加圧室２８内に発
生した負圧力により供給室３６より灯油が加圧室
２８に連通部３７より流入する。この時、ノズル
３０は小口径であるため灯油の表面張力が強く、
空気がノズル３０から流入することはない。前述
の動作により供給室３６内も負圧となり、供給ポ
ンプ１９の供給量の大小にあまり影響を受けずに
灯油の加圧室２８への供給量が決定される。

前記ポンプ１９の吐出量は、霧化部１１の最小
霧化量（平均値）とほぼ同等かそれより小さく選
ばれている。これは、霧化動作中は、加圧室２８
内がノズル３０前方の空気圧に対して過度の正圧
力にならないようにするためである。もし過度の
正圧力が発生するとノズル３０からは灯油が溢出
するため安定な霧化動作を維持することができな
いからであつて、ポンプ吐出量≦平均最小霧化量
という関係を満たすよう構成することは、安定な
霧化動作を保証する上で極めて重要である。

なおポンプは上記関係を満たすものであるから
必然的に灯油のバイパスが可能な構成のものであ
ることが必要であり、必要な場合はバイパス路を
別に設けてもよい。

このように構成することにより極めてコンパク
トな霧化装置にすることができる。例えば霧化部
の第１の電気的振動子は直径10mm程度のものでよ
く、5000kcal/hに相当する霧化量を得るのに必要
な第１の振動子３４の消費電力は、0.1〜
0.2Watts程度である。そして霧化特性も良好で
あつて、霧化粒径はノズル３０の径によつて違う
が５〜30μｍ程度であり、かつ脱気部１６を設け
て脱気された灯油を霧化するよう構成されている
から極めて安定な霧化動作をすることができるの
である。

第３図は第１図の温風機の燃焼制御装置２６の
一実施回路図である。第１図と同符号は相当物で
ある。燃焼制御装置２６は主制御部４７を中心に
構成されており、前記主制御部４７は点火器２
４、脱気部１６、霧化部１１、ダンパ装置８、リ
レー接点４８を介して燃焼フアン５、燃焼フアン
の回転力又は送風圧力を利用して駆動されるポン
プ（燃料供給手段）１９等を駆動すると共に、炎
検知器（フレームロツド）２５、室温検知器４９
（第１図には図示せず）等の信号を入力信号とし
て動作するものである。５０は運転スイツチ、５
１はサーモスイツチである。運転スイツチ５０が
投入され、室温検知器４９の信号により暖房すべ
き温度であると判定すると、主制御部４７は例え
ば第４図に示すような暖房開始シーケンスにて運
転を開始する。第４図において、１〜７はそれぞ
れ、運転スイツチ５０、脱気部１６、燃焼フアン
５、ポンプ１９、点火器２４、霧化部１１、炎検
知器２５の動作シーケンスを示すものである。

すなわち運転スイツチ５０が投入され、室温検
知器４９の信号により、主制御部４７が暖房すべ
き温度であると判定すると、脱気部１６を起動し
一定時間T₁の経過後、燃焼フアン５を起動し同
時にポンプ１９も起動する。点火器２４を起動す
るまでの時間T₂はプリパージ時間であると同時
に前述した如くポンプ１９により霧化部１１の加
圧室２８等に灯油を充満させるための時間であ
る。点火器動作開始後T₃のプリイグニシヨン時
間を経て霧化部１１が起動され、炎検知器２５の
信号が検知されるとT₄のポストイグニシヨン時
間を径て点火器２４は停止され着火動作が完了す
る。

第５図は、第３図の主制御部４７のさらに詳し
い一実施例を示す回路図である。

第５図において第１〜３図と同符号は相当物で
ある。

第５図に示した主制御部４７はマイクロコンピ
ユータ５２を中心に構成されている。５３，５４
は商用電源端子であり第３図における運転スイツ
チ５０の投入により商用電源が供給される。５５
は電源トランスであり電源回路５６により各出力
電圧E₁〜E₃を形成すると共に、第２巻線W₂によ
りフレームロツド２５とバーナ５７の間に抵抗器
５８，５９、コンデンサ６０を介して交流電圧を
印加する。この抵抗器５９とコンデンサ６０の端
子電圧は、電界効果トランジスタ（FET）６１
のゲート・ソース間に供給される構成となつて炎
検知回路を成しており、FET６１のドレイン電
圧はマイクロコンピユータ５２の入力A₁端子に
炎検知信号として供給されるものである。

室温は室温検知器であるサーミスタ４９により
検知される。サーミスタ４９は温度設定用可変抵
抗器６２、抵抗器６３〜６５、コンパレータ６６
と共にヒステリシス付温度検知回路を形成してお
り、その出力はマイクロコンピユータ５２の入力
Ａ〓に入力されている。また、前記温度検知回路
の動作温度は、マイクロコンピユータの出力Ｏ〓
により抵抗器６７を介してＺレベルに制御される
ようになつており、いわゆるHi／Lo／OFFの燃
焼量制御を可能にしている。

４８′はリレー接点４８の励磁コイル、８はダ
ンパ装置のソレノイドコイル、２４は放電式点火
であり、それぞれマイクロコンピユータ出力
O₂，O₃，O₄により、インバータバツフア６８〜
７０を介して駆動される。

１１は霧化装置に相当するものであり電気的振
動子３４の駆動回路である。この回路は、トラン
ジスタ７１、ゼナダイオード７２、抵抗器７３、
コンデンサ７４より成る安定化電源回路と、
CMOS NANDゲート７５，７６、コンデンサ７
７、抵抗器７８，７９より成る発振停止入力付無
安定マルチバイブレータ回路と、インバータバツ
フア８０、トランジスタ８１〜８３、抵抗器８
４，８５、コンデンサ８６より成る増巾出力回路
とより構成されており、マイクロコンピユータ５
２の出力O₁は前記無安定マルチバイブレータの
発振・停止入力に接続されている。したがつて、
マイクロコンピユータ５２は、電気的振動子３４
への定電圧方形波（20〜50KHz）を一定の周期
（例えば10ｍＳ）内でデユーテイー制御すること
ができる。例えば、第６図ａ，ｂのように制御す
ることができ、また停止することもできるのであ
る。

１６は脱気部に相当するものであり第２の電気
的振動子４２の駆動回路である。前記駆動回路
は、トランジスタ８７〜８９、コンデンサ９０、
抵抗器９１〜９６、インダクタ９７、コンデンサ
９８より成る自励発振回路であり、発振・停止は
マイクロコンピユータ５２の出力O₅によりイン
バータバツフア９９を介して制御されるよう構成
されている。

主制御部４７は以上のような構成であるから前
述のような暖房機の燃焼制御を極めて容易に行う
ことができる。

以上のように本発明によれば、充填手段により
加圧室に液体を充填し、電気的振動子により前記
加圧室の流体を加振して小孔ノズルから吐出霧化
するよう構成すると共に、加圧室への流体充填時
に前記小孔ノズルより溢出する液体を受け止める
ドレイン部を設け、溢出液をリターンするよう構
成したから、極めて構成が簡単でコンパクトであ
り、従つて低価格であると共に、霧化性能および
起動特性の優れた霧化装置を実現できる。特に極
めて簡単な構成の露光部であるがゆえに生じる起
動時、すなわち加圧室への液体充填時の小孔ノズ
ルからの液溢出による霧化装置の汚損や、霧化液
の無駄などを防ぐことが可能であり、霧化効率の
良い優れた霧化装置を提供できるものである。

なお、ドレイン部を霧化部の基体と一体化して
取付るよう構成することにより霧化部とドレイン
の位置関係を保証し、有効な溢出液の受止めがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す温風機の構成
断面図、第２図は同霧化装置の構成断面図、第３
図は同温風機の制御回路図、第４図は同温風機の
制御シーケンス説明図、第５図は同温風機制御回
路のさらに詳しい一実施回路図、第６図は電気的
振動子の駆動波形図である。 １１……霧化部、１９……充填手段（ポン
プ）、２２……ドレイン部、２８……加圧室、２
９……基体、３０……小孔ノズル、３１……ノズ
ル部、３４……電気的振動子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室を備えた基体と、前
   記加圧室の液体を加振する電気的振動子と、前記
   加圧室に臨んで設けた小孔ノズル等より成る霧化
   部と、前記加圧室に液体を充填させるための充填
   手段とを備え、前記小孔ノズルより溢出する溢出
   液体を受け止めるドレイン部を設け、前記溢出液
   体を前記ドレイン部よりリターンさせる構成とし
   たことを特徴とする電子霧化装置。 ２ ドレイン部を霧化部の基体と一体化構成とし
   て取付るようにしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電子霧化装置。