JPS6144202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は灯油等の液体燃料の液体燃料燃焼装置
に関するものであつて、さらに詳しくは、圧電素
子等の電気的振動子の超音波振動を利用し、液体
燃料を微粒化して燃焼させる液体燃料燃焼装置に
関するものである。

そして、その目的とするところは、燃焼装置全
体の構造が簡単でコンパクトであり、したがつて
低価格な液体燃料燃焼装置を提供することであ
る。

さらに他の目的は消費電力が少なく、しかも燃
焼特性に優れた液体燃料燃焼装置に提供すること
であり、排ガス特性が良好で燃焼音が極めて小さ
い液体燃料燃焼装置を実現せんとするものであ
る。

さらにまた、他の目的は気化ヒータ等の強制気
化手段を用いることなく、低燃焼量を実現できる
液体燃料燃焼装置を提供することであつて、特に
家庭用暖房機等に多く用いられる1000〜5000KCa
／ｈの低燃焼量さえも実現できる液体燃料燃焼
装置を提供することを目的とするものである。

従来、超音波式の液体燃料燃焼装置にはホーン
状超音波振動子に圧電素子を接着またはボルト締
めにて取り付け、振動振幅を増幅し、振幅増幅面
に灯油を供給して霧化させ、霧化粒子をそのまま
拡散燃焼させる型のものが提案されている。

第１図は従来の液体燃料燃焼装置の構成断面図
である。

図において、温風機ケース１の上面には操作部
２が設けられ、制御部３に運転指令を送る。灯油
は給油パイプ４により液面を一定に制御するレベ
ラ５にタンク（図示せず）から供給されている。
運転指令が制御部３に送られると、制御部３は送
風フアン６を駆動するモータ７を起動しプリパー
ジを行う。したがつて燃焼空気は給気管８より旋
回器９に送られ、霧化室１０を経て燃焼室１１に
吐出されて排気管１２より排気される。プリパー
ジが完了すると制御部３は点火手段１３と制御部
３内の超音波発振回路（図示せず）とを起動する
と同時に電磁弁１４を開き、ポンプ１５を起動す
る。灯油は前記ポンプ１５により前記レベラ５か
ら送油パイプ１６，１７，１８を経て超音波振動
子１９に送られ、その先端の振動振幅が最大に増
幅された面から霧化される。したがつて点火手段
１３により貼火・着火されて、ガンタイプバーナ
のような黄火拡散燃焼炎２０を燃焼室１１内に形
成する。

なお、３１は着火検知用Cds、２２は対流フア
ンであり室内空気を吸込口２３より吸い込んで図
のように対流させ温風を吐出口２４から吐出する
ものである。

前記超音波振動子１９は第２図のようにジユラ
ルミン等で形成したホーン部２５に圧電素子２６
を固定したもので、内部に給油路２７が設けられ
ている。したがつて、灯油はポンプ１５により給
油路２６を通つてホーン先端の振幅最大面２８に
供給される。ここから霧化されるものである。ま
た、２９は固定部であり、ホーン振動子の振動の
節になるように設けられている。

しかしながら、この従来のものは以下に述べる
欠点があつた。すなわち、霧化粒子を直接に黄火
拡散燃焼させる方式のため、燃焼室１１は簡単な
構造であるが、第２図に示した前記ホーン振動子
が必要であり、その安定な超音波振動を持続させ
るためには精度の高い加工を必要とし、極めて高
価である上に、固定部２９の固定方法が難しく、
安定動作保証が面倒であつた。さらに、灯油を供
給するために、ポンプ１５が必要であり、また、
燃焼停止時のポンプ１５の灯油遮断の時間遅れに
よる燃焼特性悪化を防止するために遮断弁１４を
要するなど、高価な部品を要し、全体として極め
て高価格化せざるを得なかつた。

超音波振動子１９の消費電力は安定振動持続の
ため、20c.c.／分程度の霧化量を得るのに５〜
10Watts程度を要し、したがつて超音波発振回路
も高価なものになつていた。

また、その霧化性能は粒径も比較的大きく、し
かも均一性に欠けるものであつた。したがつて、
このような霧化粒子を直接燃焼部に送つて黄火燃
焼させるものであるため、その燃焼性能は満足で
きるものではなく、排ガス中のCO濃度あるいは
NO_x濃度等の排ガス特性が良好でなく、また、燃
焼音も大きい等の欠点があつた。

さらに低燃焼量（例えば3000〜5000KCa／
ｈ）を実現しようとすると超音波振動子１９内の
給油路２７内にキヤビテーシヨンによる気泡が発
生・結合し、その結果、霧化が中断して失火する
という欠点があり低燃焼量の実現が困難であつ
た。

本発明は、このような従来の液体燃料燃焼装置
の欠点を一掃し、新らしい霧化機構により、特に
液体燃料の供給およびその微粒子の機構の簡略化
を実現し、コンパクトで低価格な液体燃料燃焼装
置を提供せんとするものである。すなわち、加圧
室に臨んで設けたノズルを有するノズル板を電気
的振動子で加振し、液体燃料を噴射して微粒化
し、燃焼室内に設けた気化混合部にて燃焼熱によ
りガス化し、燃焼部で青火拡散燃焼させるという
構成により、構造が極めて簡単でコンパクトであ
り、したがつて、低価格であるとともに、低消費
電力であるにもかかわらず排ガス特性や燃焼音等
の燃焼特性に優れ、しかも例えば、1000〜
5000KCa／ｈ程度の低燃焼量の燃焼機器を実現
することが可能な液体燃料燃焼装置を提供せんと
するものである。

以下本発明の一実施例について図面とともに説
明する。第３図は本発明の一実施例を示す液体燃
料燃焼装置を適用した温風暖房機の断面図であつ
て第１図と同符号は相当物であり説明を省略す
る。灯油はレベラ５から送油パイプ３０を通つ
て、霧化部３１に送られ、霧化室１０に霧化粒子
３２となつて噴出霧化される。前記霧化室１０は
後述するように霧化粒子３２の搬送路を兼用して
いる。

一方、燃焼空気は給気管８よりオリフイス３３
を通つて、負圧発生部３４に負圧を発生させなが
ら、送風フアン６によつて吸い込まれ、送風路３
５を通つて、中空状の円柱に形成された燃焼空気
噴出部３６の内側に送られる。燃焼空気の一部は
送風路３７より旋回器３８にて旋回されながら、
霧化室１０に供給され、霧化器３１から吐出され
た霧化粒子３２を、効果的に搬送するよう構成さ
れている。

前記燃焼空気噴出部３６は下方に旋回気流を噴
出する旋回気流孔３９を有する突起部４０が設け
られ、上方に２次空気を非旋回気流として噴出す
る非旋回気流孔４１と、３次空気孔４２が設けら
れている。また、前記旋回気流孔３９が設けられ
た燃焼空気噴出部３６の外周には気化壁４３が設
けられ、気化混合部４４を構成している。したが
つて、霧化粒子３２は霧化室１０から気化混合部
４４に送られて旋回気流により旋回されるので、
燃焼熱を有効に与えられ気化ガスになるのであ
る。気化壁４３は燃焼熱を有効に旋回されている
霧化粒子を含む気流に対しフイードバツクする作
用を果すものである。

次に気化ガスは非旋回気流孔４１の外周に設け
られた燃焼部４５に送られ、非旋回気流孔４１よ
り噴出される２次空気によつて燃焼し、ブルーの
火炎２０を形成する。

第４図は霧化室１０、気化混合部４４等の水平
断面図である。４６は燃焼室１１の外壁である。
図のように、霧化粒子３２はその噴出方向、すな
わち、霧化室１０から気化混合室４４への霧化粒
子の吐出方向が円筒状の燃焼空気噴出部３６の外
周円の接線方向に略平行になつている。この構成
により、気化混合部４４内の旋回気流との混合が
スムーズに行うことができ、かつ、着火時などに
発生しやすいススなどが旋回気流孔３９に付着し
て、燃焼性能を劣化させることが防止できる。さ
らに、燃焼熱による霧化器３１への輻射熱なども
軽減することができる。

次に霧化器３１について説明する。

第５図は霧化器３１の構造を示す断面図であつ
て第３図と同符号は相当物である。

第５図において、霧化器３１は霧化室１０の壁
面４７にビス４８，４９にて固定されている。５
０は圧電素子であり、直径が10〜20mm、厚さが
0.5〜１mm程度の円形であり、中央に開口５１を
有している。５２はノズル板であり、厚さが30μ
ｍ〜100μｍ程度の薄板で中央に孔径が30μｍ〜
100μｍ程度のノズル５３を有しており、電気的
振動子の一例として圧電素子５０が接着されると
ともにボデイー５４に接着されている。５５は加
圧室であり、灯油が充填されるものである。

灯油はレベラ５により運転停止時には、その液
面がＡ位置に制御されており、ノズル５３から漏
れ出ることがない。

運転時に、前記送風フアン６が駆動されると、
前記オリフイス３３により前記負圧発生部３４に
負圧が発生されるから、前記負圧発生部３４に接
続されたパイプ５６により、前記液面ＡはＢまた
はB′の位置まで吸い上げられ、図のように前記加
圧室５５が灯油で充填される。

前記液面Ｂ，B′は送風フアン６による送風量変
化によつて生じる前記負圧力の変動範囲を示して
いて、例えば、霧化量、すなわち燃焼量を変化す
る場合に必要な燃焼空気量調整などによつて生じ
る送風量変化により前記負圧力変動が起きても、
前記加圧室５５に灯油が充満された状態を維持で
きるように構成されている。

前記ボデイー５４はビス５７，５８により保護
カバー５９に固定されている。前記保護カバーは
圧電素子５０の輻射熱などに対する保護や、組立
時の損傷からの保護を実現するものである。

前記圧電素子５０はリード線６０，６１によ
り、その両面の電極から、第６図のような交流電
圧を制御部３内に設けられた振動子駆動部から供
給され、その電圧の極性に応じて、径方向に振動
する。

前記圧電素子５０はノズル板５２に接着されて
いるから、その径方向振動により前記加圧室５５
内の灯油を加振する。したがつて、図のように、
霧化粒子３２が、ノズル５３から噴出霧化され
る。

前記圧電素子５０は20KH_z〜50KH_z程度の周波
数の交流電圧を供給され、その周波数で振動す
る。したがつて、ノズル５３から吐出される霧化
粒子３２は粒径が小さく、かつ、均一性に富んだ
ものであり、前述したような燃焼熱によるガス化
を、極めて良好に実現することができる。

また、従来の超音波霧化装置と違つて、図のよ
うに飛散能力が高く、霧化室１０の壁面に付着す
るなどの不都合が少ない状態で、スムーズに気化
混合部４４に霧化粒子３２を吐出することがで
き、特に着火時などの過渡時における燃焼特性を
良好にすることができる。

また、第６図の説明から明らかなように霧化器
３１は交流電圧の印加、停止に対する応答が早い
ので、従来のポンプのように吐出停止の遅延を生
じることがなく、したがつて、遮断弁などを全く
必要とせず、良好な消火時の燃焼性能を実現でき
る。

また、圧電素子５０の動作により霧化された量
に相当する灯油は送油パイプ３０から自給される
ため、燃料供給ポンプを全く必要としないもので
あり、大幅な低価格化を実現できる。

このような動作時における圧電素子５０の消費
電力は10000KCa／ｈ（灯油20c.c.／min）の霧
化時において0.1Watts以下であり、従来に比べ
て極めて小さい消費電力である。

燃焼量の調節は第６図ｂ，ｃのように、圧電素
子５０への電圧供給を300H_z〜500H_z程度のデユ
ーテイー周波数でデユーテイー制御することによ
り、極めて簡単に、しかも確実に実現することが
可能であり、送風フアン６による燃焼空気供給量
を連動制御すれば、燃焼性能を劣化することな
く、1000KCa／ｈ〜10000KCa／ｈ程度の燃
焼量調節を、容易に行い得るものであり、制御性
にすぐれた省エネルギー性の高い燃焼機器を実現
することができる。

第７図ａ〜ｅは、以上に述べた温風機の燃焼時
における運転シーケンスを示すものであり、ａは
燃焼指令信号、ｂはフレームロツド２１による火
炎検知信号、ｃ〜ｅはそれぞれ、送風フアン６を
駆動するモータ７、点火手段１３、振動子駆動部
の動作を示すものである。

モータ７に対する振動子駆動部の遅延時間Ｔは
プリパージ時間と、前述した加圧室５５への灯油
の確実な充填を保証するための時間である。

なお、振動子駆動部は詳細に説明していない
が、例えば、マルチバイブレータ、CR発振器、
オペアンプ発振器等による発振波形を電力増幅器
により増幅したり、トランジスタを用いた発振回
路を利用して容易に実現でき、前述のデユーテイ
ー制御も、前記発振器マルチバイブレータ等でオ
ンオフすることによつて容易に実現できる。そし
て可変抵抗器等により、前記マルチバイブレータ
のデユーテイー（オンオフ比）を制御すれば、デ
ユーテイー比の調節も簡単にでき、前記可変抵抗
器と、例えば、燃焼空気供給量調節用ダンパを設
けて連動制御すれば、前述した燃焼量の連続調節
も簡単に実現できるものである。

以上に述べたように本発明によれば、加圧室に
臨んだノズルを有するノズル板を設け、このノズ
ル板を電気的振動子により振動させることによ
り、前記加圧室へ供給される液体燃料を有するレ
ベラと、前記レベラから前記加圧室へ液体燃料を
供給する送油パイプと、この送油パイプを介して
前記加圧室へ液体燃料を負圧力により導びくため
に給気管負圧発生部に前記加圧室を接続するパイ
プと、霧化された霧化粒子を燃焼熱によりガス化
する気化混合部および前記気化混合部から送られ
る気化ガスを燃焼させる燃焼部とを有する燃焼室
を設けたから、特に液体燃料の供給およびその微
粒化を極めて簡単でコンパクトな構成で実現する
ことができる。したがつてポンプ、燃料遮断弁、
ガス化のための気化ヒータ等を全く必要とせず、
しかもキヤビテーシヨン気泡を排出するための排
出用ポンプなども不要であり、霧化器も極めて簡
単な構成であるので、従来に比べ、その燃焼機構
が極めて簡単でコンパクトであり、しかも低価格
であるとともに、青火燃焼を実現できるため、排
ガス特性、燃焼音などの燃焼特性に優れ、かつ、
極めて消費電力の少ない液体燃料燃焼装置を実現
することが可能である。さらに、その燃焼量も
1000KCa／ｈ程度の低燃焼量を、気化用ヒータ
を用いたいわゆるガス化予混合燃焼方式でないに
もかかわらず、容易に実現することができ、しか
も、その燃焼量の調節も容易であり、省エネルギ
ー性、省資源性の優れた液体燃料燃焼装置を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体燃料燃焼装置を適用した温
風機の断面図、第２図は同装置の超音波振動子の
断面図、第３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断面図、第４図は同装
置の一部水平断面図、第５図は同装置の霧化器の
断面図、第６図ａ〜ｃは圧電素子の駆動電圧波形
図、第７図ａ〜ｅは同温風機の燃焼シーケンス説
明図である。 １１……燃焼室、３１……霧化器、３２……霧
化粒子、４４……気化混合部、４５……燃焼部、
５０……電気的振動子（圧電素子）、５３……ノ
ズル、５５……加圧室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体燃料を充填する加圧室と、前記加圧室に
   臨んで設けたノズルを有するノズル板と、前記ノ
   ズル板を振動させ前記加圧室の液体燃料を加振す
   る電気的振動子とを有する霧化器、前記加圧室へ
   供給される液体燃料を有するレベラと、前記レベ
   ラから前記加圧室へ液体燃料を供給する送油パイ
   プと、この送油パイプを介して前記加圧室へ液体
   燃料を負圧力により導びくために給気管負圧発生
   部に前記加圧室を接続するパイプと、前記霧化器
   により噴出された霧化粒子を燃焼熱によりガス化
   し１次空気と混合させる気化混合部および２次空
   気が供給され、前記気化混合部から送られる気化
   ガスを燃焼させる燃焼部を有する燃焼室とを備え
   た液体燃料燃焼装置。