JPS5913263B2 - 超音波液体霧化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、数百ＫＨｚ〜数ＭＨ２の電歪形超音波振動子
を用いた超音波液体霧化装置において、その液体霧化量
を、電圧変動・温度変化・電歪振動子のばらつき等の要
因に関係なく、常に一定に保持できる装置を提供するこ
とを目的とする。

近年、数百ＫＨｚ〜数ＭＨ２の電歪形超音波振動子を用
いて液体燃料を微粒化することにより燃焼させる超音波
液体燃料燃焼装置が提供されているが、この電歪形超音
波振動子によつて液体を霧化させる場合、たとえば灯油
を用いる場合電源電圧±１０％の変動に対して霧化量は
±２５％程度と大きく変動し、また、温度変化に対して
も液体の粘性等により非常に大きく霧化量が変動する欠
点があつた。その他、霧化量の変動要因としては電歪振
動子・超音波発振器によるものが考えられるが、これら
霧化量変動の要因をすべて解決して安定させることはほ
とんど不可能に近い状態であつた。従来の超音波液体霧
化装置のコルピツツ形発振回路例を第５図に示す。

１は商用交流電源で、両波整流ダイオードブリ・ ツジ
２に接続され、このダイオードブリッジ２の出力の＋側
は、ダイオード４のアノード、コイル７及びコンデンサ
８の各一端と、一側はコンデンサ３、１３の各一端及び
抵抗６の一端及びＮＰＮトランジスタ１５のエミッタと
接続されている。

０ ダイオード４のカソードは、コンデンサ３の他端及
び抵抗５の一端と、この抵抗５の他端は、抵抗６の他端
及び抵抗９の一端と、この抵抗９の他端は、コンテンサ
１３の他端、コイル１２の一端及びコイル１４の一端と
それぞれ接続されている。

’５ コイル１２の他端は、コンデンサ１１の一端と接
続され、このコンデンサ１１の他端には超音波振動子１
０の一端が接続されている。超音波振動子１０の他端に
はコイル７、コンデンサ８の各他端及びＮＰＮトランジ
スタ１５のコレクタが接続さフ０ れ、ＮＰＮトランジ
スタ１５のベースはコイル１４と接続されている。以上
のように構成された従来の回路において、ダイオード４
、抵抗５、６、９およびコンデンサ３によつてトランジ
スタ１５のバイアス回路３５２５が構成され、コイルＴ
、１２、１４とコンデンサ８、１１、１３とトランジス
タ１５と、超音波振動子１０によつて発振回路３６が構
成される。

商用電源１より交流電圧が加わると両波整流ダイオード
ブリッジ２により両波整流された直流出力が３０バイア
ス回路３５及び発振回路３６に加えられ、超音波振動子
１０か駆動される。霧化量は超音波振動子１０の入力電
力にほぼ比例し、また液体中の超音波振動子１０の内部
インピーダンスは、駆動電圧と駆動電流の位相差が一定
であればほとん３５ど変化しないため、霧化量は電源電
圧の変動率のおよそ二乗で変動する欠点があつた。また
、温度変化により粘性が変化し、それに追、、に随して
ある一定量を霧化させるに必要な駆動電力が変化しても
常にほぼ同じ駆動電力しか加わらないため、たとえば低
温になるにしたがつて霧化量が低下するという現象が生
じた。

また、発振器により超音波振動子１０に加えられる電流
と電圧の位相差によつても霧化量がかなり変動し、量産
時等を考えると常に同じ位相差に調整することはかなり
の苦労が必要であつた。

また、霧化させる液体がなくなつた場合には無負荷駆動
となるので、発振回路のトランジスタ、または超音波振
動子を破壊させる等の欠点もあつた。本発明の超音波液
体霧化装置は、超音波振動子、発振回路関係の原因によ
る霧化量の変動要因をなくして上記従来の欠点を除去し
たものであり、以下その一実施例を霧化させる液体を外
部給油装置により供給して超音波振動子の駆動出力を制
御し、供給された量のみを完全に霧化させるよう構成し
たものについて詳述する。

第１図において、Ａは液位計による超音波振動子駆動出
力制御回路部、Ｂは超音波振動子駆動回路を示す〇超音
波振動子駆動出力制御回路Ａにおいて、１６は抵抗で一
端がダイオードブリツジ２の＋側及びダイオード１８の
アノードに接続され、他端が抵抗１７，１９の各一端に
接続されている。

この抵抗１９の他端はＮＰＮトランジスタ２３のベース
に接続され、このＮＰＮトランジスタ２３のエミツタは
ダイオード２４のアノードと、コレクタは抵抗２２の一
端とそれぞれ接続され、ダイオード２４のカソードは抵
抗２５，２６の各一端及び、ＮＰＮトランジスタ３０の
コレクタと接続されている。このＮＰＮトランジスタ３
０のエミツタはダイオード２９のアノードと、ベースは
液位センサー３２の一端及び抵抗３１の一端と、ダイオ
ード２９のカソードは、抵抗２７及び定電圧ダイオード
２８のアノードと各々接続されている。また、抵抗２２
の他端は抵抗２１の一端及びＰＮＰトランジスタ３３の
ベースに接続され、ＰＮＰトランジスタ３３のコレクタ
はコンデンサ３４の一端及び超音波振動子駆動回路Ｂの
抵抗５、コイル７及びコンデンサ８の各一端に接続され
、ＰＮＰトランジスタ３３のエミツタはダイオード１８
のカソード及びコンデンサ２０の一端及び抵抗２１７２
５，２７，３１の各他端とそれぞれ接続されている。ま
た、抵抗１７，２６及びコンデンサ２０，３４、液位セ
ンサー３２の各他端及び定電圧ダイオード２８のアノー
ドは、ダイオードブリツジ２の一側及び超音波振動子駆
動回路Ｂの抵抗６、コンデンサ１３の各一端及びＮＰＮ
トランジスタ１５のエミツタにそれぞれ接続されている
。第２図は液位センサー３２の液位と抵抗値との関係を
サーミスタを利用した場合について示したもので、サー
ミスタは液中に浸漬されている間は液体への放熱作用の
ため自己発熱しにくくて抵抗値が高く、液体が少なくな
つて空気中にサーミスタが出ると急激に発熱し、温度上
昇して抵抗値が減少する特性をもつている。第３図は本
実施例における超音波液体霧化装置の構成を示したもの
で、３７は液体の定流量供給装置、３８は霧化槽、３９
は霧化させるべき液体である。

次にその動作を説明する。

まず、第１図の回路において、トランジスタ３０、抵抗
２７，３１、ダイオード２９、定電圧ダイオード２８及
び液位センサー３２で第１の電圧比較回路Ｃが構成され
、液位センサー３２の両端電圧と定電圧ダイオード２８
の基準電圧とが比較され、抵抗２６の両端電圧を制御す
る。また、トランジスタ２３と抵抗１６，１７，１９，
２５，２６及びダイオード１８，２４で第２の電圧比較
回路Ｄが構成され、第１の電圧比較回路Ｃで制御された
抵抗２６の両端電圧と商用電源１を全波整流した抵抗１
７の両端の脈動電圧とを比較し、トランジスタ３３を制
御する。抵抗１７の両端電圧は脈動しているため、トラ
ンジスタ２３は商用電源周波数の２倍の周波数でオン、
オフされ、抵抗２６の両端電圧の変化によりオン時間と
、オフ時間との比が変えられる。よつて、トランジスタ
３３もオン、オフ駆動されるため、コンデンサ３４の両
端にはこのオン時間とオフ時間との比にほぼ比例した電
圧が発生する。第３図の装置で、霧化槽３８内に、定流
量供給装置３７により液体が供給されると、液位が低い
場合には液位センサー３２の抵抗値が低いため両端電圧
が低く、第１図のトランジスタ３０にベース電流が流れ
ず抵抗２６の両端電圧を上昇させる。すると、トランジ
スタ２３は、抵抗１７の両端電圧が高い時にオンするよ
うになりオン状態の時間が短くなる。したがつてトラン
ジスタ３３が導通状態にある時間も短くなるためコンデ
ンサ３４の両端電圧が低下し、超音波振動子１０の駆動
電圧を低下させ霧化量を少くさせる。ここで、全く液体
がない時にはトランジスタ３０がしや断状態になるため
、トランジスタ２３で構成される第２の電圧比較回路の
設定を調節することによりトランジスタ３３をしや断状
態にさせ超音波振動子１０の駆動を完全に停止させるこ
とも可能である。液位が上昇し液位センサー３２の基準
設定レベルよりも上がろうとすると、液位センサー３２
の抵抗が急激に上昇し両端電圧を急激に上昇させる。す
ると、トランジスタ３０にベース電流が流れ抵抗２６の
両端電圧を低くし、トランジスタ２３は、抵抗１７の両
端電圧が低い時にオンするようにしてコンデンサ３４の
両端電圧を上昇させる。よつて、超音波振動子１０の霧
化量を増加させ、液位センサー３２の両端電圧が定電圧
ダイオード２８の基準電圧とダイオード２９の順方向電
圧とトランジスタ３０のベース・エミツタ間順方向電圧
とをプラスした電圧値と平衝する液位にて安定する。以
上のように、第１図の回路により液位センサー２８を使
用して常に液位が一定になるように霧化が行われるわけ
であるが、ここで、液位の初期値を液位センサー２８の
基準レベルにしておけば、霧化槽３８内の液量は常に一
定に保たれるため、外部の定流量供給装置３７にて供給
される流量と全く同じ量が霧化されることになる。した
がつて、超音波振動子１０や発振回路、電源電圧の変動
等の変動要因に全く影響されることなく常に一定量の安
定した霧化が得られる。第４図は、超音波液体霧化装置
の回路の他の変形例を示すものである。

第２の電圧比較回路の抵抗１９の他端に、ＰＮＰトラン
ジスタ４０のベースが接続され、ＰＮＰトランジスタ４
０のエミツタにダイオード４１のカソードが、コレクタ
に抵抗４２が接続されると共に、ダイオード４１のアノ
ードが抵抗２５，２６の各一端に、抵抗４２の他端が抵
抗４３の一端及びＮＰＮトランジスタ４４のベースと接
続されている。ＮＰＮトランジスタ４４のコレクタは抵
抗５，６，９の各一端と、エミツタが抵抗４３の他端及
びダイオードブリツジ２の一側にそれぞれ接続されてい
る。他の回路構成については第１図の場合と全く同じで
あるので説明は省略する。第４図の回路の動作について
説明する。

第１図におけるトランジスタ２３がＮＰＮ型であるのに
対し、第４図ではＰＮＰトランジスタであるため、液位
センサー３２の変化に対するトランジスタ４０の動作は
、第１図におけるトランジスタ２３の場合と逆の動作と
なり、液位が下がろうとするとオン状態の時間が長く、
液位が上がろうとするとオフ状態の時間が短くなる。ト
ランジスタ４４は超音波振動子駆動回路Ｂのトランジス
タ１５のバイアス回路を制御し、超音波振動子を断続駆
動するように接続されると共にトランジスタ４０の出力
により制御されるよう構成されている。よつて液位が上
がろうとするとコレクタ・エミツタ間が導通状態になる
時間が短くなり超音波振動子の駆動を停止する時間が短
くなり、平均駆動出力が多くなつて液位を一定に保ち、
液位が下がろうとすると、前述と逆の動作を行つて液位
を一定に保つように動作する。第１図における回路例と
、第４図における回路例との差は、第１図の回路例では
液位センサーにより超音波振動子の駆動回路に加えられ
る電圧を制御しているのに対し、第４図の回路では超音
波振動子を断続駆動させて平均駆動出力を制御している
ことである。

以上の実施例においては、液位センサーとしてサーミス
タを利用したもので示したか、同等の動作を行えるもの
であれば他のどんな液位センサーでもよい。

また、電圧比較回路、超音波振動子１駆動回路について
も同様の動作を行うものであれば他のどの回路でも良く
、整流回路も全波整流について示したが半波整流その他
、脈動電圧であれば影響はないＯしたがつて本実施例で
は液体霧化槽３８内に、抵抗３１と直列接続した液位セ
ンサー３２を装着し、この液位センサー３２の両端電圧
と基準電圧とを比較する第１の電圧比較回路Ｃを有する
出力制御回路Ａを超音波振動子１駆動回路Ｂに接続して
駆動回路Ｂの駆動出力を制御するか、商用電源を整流し
た脈動電圧と上記第１の電圧比較回路Ｃの出力電圧とを
比較する第２の電圧比較回路Ｄをも有する出力制御回路
Ａを超音波振動子駆動回路Ｂに接続して駆動回路Ｂへの
供給電圧もしくは平均駆動出力を制御するかしている。

そこで液体霧化槽３８内の液位は一定に保持されるので
電源電圧の変動、温度変化、超音波振動子のばらつき、
発振回路のばらつき等に影響されることなく常に一定量
の霧化を行なうことができる。

また液体燃料燃焼装置に使用した場合、液体燃料の供給
を超音波振動子駆動制御回路の電源投入と同時に行なわ
せ、ついで燃焼フアンを動作させて立ち上り時に大量の
霧化を行ない、着火性を良くすることもでき、さらに液
体燃料を送らなければ霧化が行なわれないので、超音波
振動子を無負荷駆動させた場合に起る駆動回路超音波振
動子の破壊も防止できる。

以上のように、本発明は液体霧化槽に装着した液位セン
サーに抵抗を直列接続し、上記液位センサーの両端電圧
と基準電圧とを比較する電圧比較回路を超音波振動子駆
動回路に接続することにより常に一定量の霧化が行なえ
るようにした工業的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波液体霧化装置
の回路図、第２図は同装置における液位センサーについ
ての液位と抵抗値との関係線図、第３図は同装置におけ
る超音波発生部の構成説明図、第４図は同装置の回路図
の変形例、第５図は従来における装置の回路図である。 Ｂ・・・・・・超音波振動子駆動回路、Ｃ・・・・・・
電圧比較回路、１０・・・・・・超音波振動子、３２・
・・・・・液位センサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体霧化槽に装着した液位センサーに抵抗を直列接
   続し、上記液位センサーの両端電圧と基準電圧とを比較
   する電圧比較回路を超音波振動子駆動回路に接続したこ
   とを特徴とする超音波液体霧化装置。