JPS60230575A - 給油ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は灯油燃焼機器に使用される定流量給油ポンプに
関するものである。

従来例の構成とその問題点 灯油燃焼で使用されるポンプは灯油タンクの油面より上
位に位置され灯油タンクより灯油を汲み上げ灯油気化器
に送られて気化し、燃焼空気と混合されて燃焼する。こ
の間灯油は適尚な径のパイプでもって送油される。この
形式の給油系では過去次ぎのような欠点を有していた。

初期の状態ないしは、油扱きをして保管した後、再度使
用する最初には、各配管系には灯油がつまっていない吠
朗から出発する。この状態からポンプを始動するため、
灯油が灯油気化器に達するまでの時間は、ポンプの吐出
量と配管中の空気量との関係で決まる。

ポンプの吐出量は燃焼器の発熱量で決定され、配管中の
空気量は配管抵抗の関係からあまり小さく出来ない。仮
りに３０００　Ｋｃａ　ｌ／　ｈ程度の燃焼量とすると
、灯油の量は約５　ｃ　ｃ　／　ｍｉ　ｎ程度となり、
配管中にｅｃｃの空気があれば、灯油を送り始めて１分
間しないと灯油気化器に灯油がこないととＫなる。灯油
の燃焼器は、燃焼が確実に行なわれているのを検出する
ため燃焼安全′装置を使用している。これは燃焼器の炎
が一定時間なくなると失火と判断し、機器全体を止めて
安全を確保するようになっている。この一定時間は短い
方がより安全な燃焼安全装置になるため、通常１０〜３
０秒程度に設定される。

上記のように配管中の空気を抜きながら灯油が送られて
くるまで１分かかると機器は失火とみなし、機器を停止
してしまうため、再度点火動作を行なわせないといけな
いことになる。これは、機具の使い勝手としてひじよう
にまずいものでちった。

さらに、給油ポンプは、燃焼を安定化するために吐出量
を外乱に対して安定させなければならない。そのため通
常、１回ずつ定量して送る往復動ポンプが使用される。

しかし往復動ポンプには流れが脈流になる欠点を有して
おり、燃焼器れを起こさせないように往復動のスピード
を上げて見かけ上述続流に近いものにしている。その結
果、周期が早いため１回当たりの吐出量は極端に小さく
設定されている。これは以下のような障害を起こすポン
プに空気が混入すると、１回当たりの吐出量が小さいた
め、ポンプの体積変化を空気の圧縮性で吸収され、ポン
プ作用を防害される結果、灯油が送られなくなる。

発明の目的 本発明はかかる従来の間層を解消するもので、（１）送
油配管中に空気があっても敏速に灯油を送り、機器の使
い勝手の向上をはかる。

？　混入空気によりポンプ作用を防害されなくする。

の２点を目的とした給油ポンプを提供するものである。

発明の構成 この目的を達成するために本発明は、ポンプの吸入側に
液体検出手段を設け、配管中に液体がない場合、この液
体検出手段よりの信号を受けて、ポンプの往復動を可能
な限り大きくすることで、ポンプ吐出量の増大と、１回
当たりの体積変化を拡大し、配管中の空気を敏速に抜き
、しかも、混入空気によるポンプ作用の停止を防止する
ものである。

実施例の説明 第１図は圧電セラミックを使用した液体ポンプ（以下ポ
ンプと呼ぶ）の基本購成因であって、ａは正面図、ｂは
ａの１−１線で切断した場合の側断面図である。

１はポンプ本体であり、構成上一体にされた吸入口２と
吐出口３を有する。吸入口２は一端を開放し他端は弁座
４が形成され、さらに弁座４側には吸入用逆１１．弁″
Ｅ！５がが存在し、内部に逆止弁６がスプリング７によ
り弁座４を閉じる方向に押圧され、かつ吸入用逆止弁室
５内で移動し、弁座４を開閉させるように構成する。吸
入用逆止弁室５はさらに弁座８と連通しており、ブ′ｒ
座８側には吐出用逆止弁室９が形成され、吸入用逆止弁
室５と同様の機能、構成を有する。逆止弁１０、スプリ
ング１１を配設する。吐出用逆止弁室９は吐出口３に連
通ずる。以上２つの逆止弁は通常、往復動ポンプに使用
される逆止弁と同様、流体の整流作用を行うものである
。ポンプ本体１には、さらにポンプ室１２が形成されて
おり、−面は、圧’に−ｔｚラミック１３（以下圧電素
子と呼ぶ）がシーｆｉｌ拐１４で外部と流体的にシール
しつつ、蓋１５により押圧され、ネジ１６によりポンプ
本体１に固定されている。蓋１５は中心部が開放されて
おり、外周部のみで圧電素子１３を固定している。圧力
室１２は連通路１７により吸入用逆止弁室５と連通にさ
れていて、内部に連通部材１８を有する。

連通部材１８は連通路１７内を適当な隙間を有して軸方
向に摺動自在に設けられ、中心部に連通口１９を有する
。連通部材１８は吸入用逆止弁室５あるいはポンプ室１
２内に抜は落ちないよう適当なストッパが設けられる。

さらにポンプ室１２には、注入口２０が開口しており、
外部側は、栓２１のシール材２２によりシールされつつ
封止されている。

第２図は圧電素子１３であり、ａは正面図、ｂは■−■
線で切断した側断面図である。

圧電素子１３は、弾性金属板２３、セラミック２４より
成り、両者は接着利により強固に結合されている。セラ
ミック２４の円形面は電極２５が形成されており、この
電極２５と弾性金属板２３とに電圧を加えると軸方向に
変位する。この変位原理については、現在市販されてい
る圧電ブザーと同様のものであり省略する。この圧電素
子１３が図１で使用されている。

第１図で示すとおり、セラミック２４がポンプ室１２と
反対側に存在し、蓋１５で押圧される部分は弾性金属板
２３であるようにするのが望ましい。この理由は、電圧
供給手段の構成簡単化と、圧電素子１３の変位拡大にあ
るが詳細は省略する。

さらに、第１図において、歪センサ３０は一端を絶縁体
３１でサンドイッチし、押え金具３２でビス３３を使用
して蓋１５に固定されている。他端は接触部利３４によ
り圧電素子１３のほぼ中心に臨ませ、圧電素子１３の軸
方向に移動自由なごとく接触し、圧電素子１３の軸方向
移動を歪センサ３０の移動に伝達するごとく組立てられ
ている。

第３図は歪センサ３０の一例であり、金属片３５に圧電
セラミック３６を接着したものであり　′構造上は、圧
電素子１３と同様δものである。金　・″属片３５は先
端に穴３７を有し、この穴に接触部材３４が嵌合される
。

この歪センサ３０を、金属片３５の弾性範囲内でたわま
せ、圧電素子１３と歪センサ３０の結合を達成するもの
である。

吸入口２には、液体の通過部の中心に位置するごとく、
液体検出素子３８が、絶縁材３．９により液体的にシー
ルされ、しかも電気的にポンプ本体１と絶縁されて存在
する。液体検出素子３８の電気端子４０はポンプ本体１
の外部に露出されている。以上で液体検出手段を構成す
る。

栓２１をはずし注入口２０よりポンプ室１２に液体（非
圧縮性）を充満させ、栓２１を閉じる。

この時、連通部材１８は注入の圧力に押され吸入用逆止
弁室５側に押されて安定する。余分な液体は連通口１９
を通じて吸入用逆止弁室５に流入す−るこの状態で圧電
素子１３に交流の電圧を印加す、ｒ 、・る。

電源は図示せず。印加する交流の波形は正弦波なりしは
矩形波が良い。交流の周波数は２０　Ｈｚ〜６０　Ｈｚ
の範囲が使用される。

交流の電圧が印加されると圧電素子１３が軸方向に変位
しポンプ室１２の体積を増減させる。その結果、ポンプ
室１２内の液体は連通路１７を往復運動することになる
。この液体の往復運動によって連通部材１８も往復運動
を行う。すなわち、ポンプ室１２から吸入用逆止弁室５
あるいはその反対の方向の時、液体の流れは連通口１９
を流れようとするが、その時、流体抵抗や液体の表面張
力によって連通部材１８に流れようとする方向に力が加
わる。この力によって連通部材１８は連通路１７内を液
体の往復運動に従って移動する。この連通部利１８の効
果は後述する。

連通路１７内の液体が往復運動すると吸入用逆止弁室５
の体積が見かけ上増減するため、減少した場合は、逆止
弁６が順方向になるため開き、逆止弁１０が逆方向で閉
じ、吸入口２より流体を吸入する。その反対に増加した
場合は、逆止弁６が閉じ、逆止弁１０が開くため、吐出
口３へ流体を吐出する。

この動作が連続で起って、吸入口２より吐出口３へのポ
ンプ作用が発生する。以上、圧電素子１３の移動により
ポンプ作用を生じるものである。

今、第４図のごとく、タンク４１内１の灯油４２をポン
プで吸入し、混合気化器４３で灯油を気化し、ファン４
４よりの空気と混合してバーナ４５で燃焼させる場合を
考える。バーナ４５に送られる空気と灯油の割合は燃焼
を安定化するために精度よく一定に保つ必要がある。言
い換えればポンプで送る灯油の量は常に一定に保つ必要
がある。

これは以下のごとく達成する。圧電素子１３の軸方向移
動部、を検出するための歪センサ３０は、圧電素子１３
が振動すると、それに対応して歪むため、白からの圧電
効果により歪に応じた電気信号を発する。この電気信号
を第５図のブロック図で示される信号比Ｊ咬器４６のＡ
の信号として入力し基準信号Ｂと比較して、その差分の
信号を電力増１］器４７へ負のフィードバックするよう
にされている。今何らかの外乱によりポンプ流量が減少
したとする。すると灯油は非圧縮性であるだめおのずと
圧電素子１３の軸方向変位中は減少する。すると歪セン
サ３０の信号電圧もおのずと減少するため、基準信号Ｂ
との差が出来、電力増巾器４７の増巾率を拡大させ、圧
電素子１３への印加電圧を高める。すると圧電素子１３
の特性により入力電力が大きくなって振巾を増大させ、
結果灯油の量を増大させる。反対にポンプ流量が増大す
るとｍｌ記の反り］の動作が起こりポンプ流量を減少す
る方向に慟〈。

以上のフィードバックによりポンプ流量は一定に保たれ
る。しかし反面流量を一定に保つことにより、以下の課
題を生ずる。

第４図において、吸入パイプ４６、吐出パイプ４７に灯
油がない場合、灯油４２を出来る丈早く混合気化器４３
に送りたいのであるが、ポンプ１が一定量の吐出量しか
出さないため、時間がかかる。又、吸入用逆止弁室５内
および吸入パイプ４６内は圧縮性の空気であるため、ポ
ンプ室１２と灯油４２の油面４８との落差による負圧に
よりポンプ室１２の体積変化を空気の圧縮性で吸収して
しまい、灯油が吸入用逆止弁室５に上昇してとない場合
が生ずる。

この２つの問題を解決するのが、液体検出素子３８の役
割である。液体検出素子３８は、タングステンなどの抵
抗体で作られ、電流を流すと発熱すると同時に電気抵抗
が増大する性質のもので作られる。その他、半導体で作
っても良い。電気端子に一定′眠圧を加え抵抗を検出し
ておくと今、吸入口２が空気であると空気の比熱が小さ
いため、液体検出素子３８よりの熱発散が抑制され、液
体検出素子３８の抵抗値が増大する。すると第４図の液
体検出器４９がこの抵抗値がある値以上であることを検
出して信号を電力増巾器４７に送る。

この時−は、回路上、信号比較器４６の信号を無視し、
圧電素子１３への供給電圧を無条件に最大にする。子る
とポンプ室１２の体積変化は最大となって吸入口２より
の空気を敏速に排出する。灯油が液体検出素子３８に達
すると、液体は空気より比熱が大きいので熱発散が急激
になって液体検出素子３８の温度は徐々に減少する。温
度が下がると抵抗値が下がるため液体検出器４９からの
信号がなくな・るようにされ、ポンプ室１２の体積変化
は歪センサ３０よりの信号に従うようになり、あらかじ
め決められた一定の吐出量にもどる。この時大切なのは
、液体検出素子３８の熱容量をうまくある値に設定して
おくと灯油が液体検出素子３８に達してから一定時間は
まだポンプ室１２が最大振巾で体積変化を起こし、うま
く吐出口２と混合気化器４３の間に灯油が達した時点で
一定吐出量にもどすことが可能である。以上の動作で敏
速に空気が抜け、しかも燃焼に影響が出るまえに一定の
吐出量の灯油を送る機能にもどすことが出来る。

連通部拐１８の効果を述べる。ポンプ設置初期はポンプ
室１２、吸入用逆止弁室５までは液体を充満できるが吸
入口２までは液体を入れられないのでポンプを駆動する
と吸入用逆止弁室５に空気・が入ってくる。連通部材１
８がないとポンプ室１２の体積が収縮するとき、圧電素
子１３の動作応答性が早いため、急激な変化が生じ、ポ
ンプ室１２内の液体が吸入用逆止弁室５の空気中に飛散
し、それと入れ換わりに空気がポンプ室１２内に入って
しまう。

ポンプ室１２に空気が入ると、空気は圧縮性であるため
ポンプ作用を減衰させるのでポンプ流量が減少し、歪セ
ンサ３０の出力電圧と流量の相関がくずれてしまう。こ
れを防止するため、液体の急激な移動があっても液体が
飛散しないように連通部材１８を挿入するのである。連
通部材１８があると、液体の急激な変位が連通部材１８
の質量と抵抗で緩和され、液体の飛散をなくし、ポンプ
室１２ないし連通路１７に空気が入るのを防止する。

発明の効果 本ポンプは圧電セラミックの振巾を歪センサで検出し常
に一定の変位を確保する機能をもちながら、液体検出手
段の働きで、ポンプ配管内に空気が存在する時、圧電セ
ラミックの振巾を歪センサの信号に無関係に最大とする
ことによって、配　第　１　図管内の空気を敏速に抜き
、しかも、空気の圧縮性の影響でポンプ作用が阻害され
るのを防止し、安定した特性の燃焼と、使い勝手のよい
燃焼器を提供出来る効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

第１１”２１　ａは本発明の一実施例の給油ポンプ装散
の平面図、第１図すは第１図ａの［−［線断面図、第２
図ａは圧電子ラミック平ＷＪ図、第２図すは第２図ａの
ｌ−ｎ線断面図、第３図ａは歪センサの平面図、第３図
すは第３図ａの断面図、第４図は給油ポンプを使用した
灯油燃焼器のブロック図、第５図は本発明の一実施例の
給油ポンプ装置の電気系制御ブロック図である。 １・・・・ポンプ本体、２・・・・・吸入口、３・・・
・・・吐出口、７・・・・・・吸入用逆止弁、８・・・
・・叶呂用逆止弁、１２　・・ポンプ安、１３・・・・
・・川′・π素子、３０・・・・・歪士ンサ、３８・・
・・・・液体検出累子、４６・・・・・信号比較器、４
７・・・・・電力増巾器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
２　図 ど０ 第３図 第　５１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電圧を加えて振動する単数の圧電セラミックで内容
   積が周期的に変化するポンプ室と、このポンプ室に結合
   された吸入用逆止弁と吐出用逆止弁とでポンプを構成し
   、前記圧電セラミックの振幅を検出・し、自から電気出
   力を出す歪センサを設け、前記歪センサの電気出力が一
   定になるごとく前記圧電セラミックに加える交流電圧値
   を制御するフィードバック制御系を有し、かつ、前記ポ
   ンプの吸入側流路に液体検出手段を設け、前記手段で液
   体の検出がない時、前記フィードパうり制御系とは無関
   係にｍＪ記交流電圧値を最大とするよう設定した給油ポ
   ンプ装置。