JP2021112708A

JP2021112708A - 超音波霧化装置

Info

Publication number: JP2021112708A
Application number: JP2020006437A
Authority: JP
Inventors: 一雄松浦; Kazuo Matsuura
Original assignee: NANO MIST TECHNOLOGIES KK
Current assignee: NANO MIST TECHNOLOGIES KK
Priority date: 2020-01-18
Filing date: 2020-01-18
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2040-01-18
Also published as: JP7481731B2

Abstract

【課題】多数の超音波振動子を設けてトータル出力を大きくしながら、電力効率を高くして効率よく液体を霧化する。【解決手段】超音波霧化装置は、液体Ｗが供給される霧化室４と、霧化室４の底板１１に固定してなる複数の超音波振動子１と、超音波振動子１に超音波電力を供給する超音波電源２とを備えている。超音波電源２は、各々の超音波振動子１に電力を供給する複数の独立電源２Ａを備え、底板１１に隣接して配置してなる超音波振動子１は、別々の独立電源２Ａに接続されている。霧化室４の底板１１は絶縁性のプラスチックで、プラスチック製の底板１１に複数の超音波振動子１を隣接して固定している。【選択図】図３

Description

本発明は、液体を超音波振動させてミストを発生する超音波霧化装置に関し、とくに、複数の超音波振動子で多量のミストを発生させる超音波霧化装置に関する。

液体を超音波振動で霧化する装置は、種々の用途に使用される。たとえば、霧化されたミストを凝集し回収して溶液を濃縮する装置として使用でき、またミストの気化熱で冷却する装置などに使用される。液体を超音波振動する超音波振動子は、ひとつの出力が比較的小さいので、単位時間に多量のミストを発生させる装置においては、多数の超音波振動子を装備する。この構造の超音波霧化装置は、たとえば、１０Ｗの超音波振動子を、１００個〜数百組設けて、トータル出力を１ｋＷ〜数ｋＷとして霧化量を大きくできる。本発明者は、多数の超音波振動子を霧化室の底面に配置して、トータル出力を大きくする超音波霧化装置を開発した（特許文献１参照）。

特開２００５−４０７７２号公報

本発明者が先に開発した超音波霧化装置は、多数の超音波振動子を設けて単位時間の霧化量を大きくしている。さらに、この超音波霧化装置は、霧化室に設ける超音波振動子の数を変更してトータル出力を調整できるので、種々の用途に最適な霧化量に設定できる特長がある。超音波霧化装置は、種々の用途に使用されるが、用途において最適な霧化量が要求される。超音波振動子の個数を変更して用途に最適なトータル出力とする超音波霧化装置は、各々の超音波振動子に専用の独立電源を設けて、超音波振動子と独立電源を超音波ユニットとして、トータル出力の調整を簡単にできる。超音波ユニットは、超音波振動子と専用の独立電源を備えるので、複数の超音波ユニットからなる超音波霧化装置は、超音波ユニットの個数を変更して、用途に最適なトータル出力に設定できるからである。複数の超音波ユニットを備える超音波霧化装置は、各々の超音波振動子に独立して専用の独立電源から電力が供給される。この回路構成の超音波霧化装置は、超音波ユニットで霧化量をコントロールできるが、使用状態において電極間抵抗に起因する漏れ電流が、電力効率を低下させる弊害が発生する。漏れ電流は、隣接する超音波振動子の間に流れて電力ロスの原因となる。

本発明は、以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、多数の超音波振動子を設けてトータル出力を大きくしながら、電力効率を高くして効率よく液体を霧化できる超音波霧化装置を提供することにある。

本発明のある態様に係る超音波霧化装置は、液体が供給される霧化室と、霧化室の底板に固定してなる複数の超音波振動子と、超音波振動子に超音波電力を供給する超音波電源とを備えている。超音波電源は、各々の超音波振動子に電力を供給する複数の独立電源を備え、底板に隣接して配置してなる超音波振動子は、別々の独立電源に接続されている。霧化室の底板は絶縁性のプラスチックで、プラスチック製の底板に複数の超音波振動子を隣接して固定している。

以上の超音波霧化装置は、多数の超音波振動子を設けてトータル出力を大きくしながら、電力効率を高くして効率よく多量の液体を霧化できる特長がある。

本発明の一実施形態に係る超音波霧化装置の概略構成図である。図１に示す超音波霧化装置の超音波電源を示す回路図である。図１に示す超音波霧化装置の要部拡大断面図である。超音波振動子の他の一例を示す要部拡大断面図である。霧化室の他の一例を示す拡大断面図である。底板の他の一例を示す拡大断面図である。従来の超音波霧化装置で漏れ電流が発生する状態を示す拡大断面図である。独立電源に接続された超音波振動子が電極間抵抗に漏れ電流を流す状態を示す回路図である。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

本発明の第１の実施態様に係る超音波霧化装置は、液体が供給される霧化室と、霧化室の底板に固定してなる複数の超音波振動子と、超音波振動子に超音波電力を供給する超音波電源とを備え、超音波電源は、各々の超音波振動子に電力を供給する複数の独立電源を備え、底板に隣接して配置してなる超音波振動子は、別々の独立電源に接続されてなり、霧化室の底板は絶縁性のプラスチックで、プラスチック製の底板に複数の超音波振動子を隣接して固定している。

以上の超音波霧化装置は、多数の超音波振動子を設けてトータル出力を大きくしながら、電力ロスを抑制して高い電力効率で能率よく多量の液体を霧化できる特徴がある。それは、以上の超音波霧化装置が、各々の超音波振動子を別々の独立電源に接続して、隣接して配置される超音波振動を別々の独立電源で駆動すると共に、隣接する超音波振動子の上面電極間の電極間抵抗を大きくして、漏れ電流を減少できるからである。このため、以上の霧化装置は、種々の用途に最適な霧化量としながら、高い電力効率で能率よく液体を霧化できる特長がある。隣接して配置する超音波振動子間の漏れ電流を減少できるのは、超音波振動子を固定している霧化室の底板を、絶縁性のプラスチック製として、従来の金属板に比較して底板の電気抵抗を飛躍的に高くして、電極間抵抗を大きくできるからである。さらに、以上の超音波霧化装置は、隣接する超音波振動子間の電極間抵抗を高くして漏れ電流を減少するので、各々の独立電源には、高精度な部品を使用して出力電圧を極めて高い精度で一定電圧にコントロールする必要がなく、独立電源の部品コストを低減して安価に多量生産できる特長も実現する。

図７の断面図は、従来の超音波霧化装置９０において、漏れ電流が発生する状態を示している。この図の超音波霧化装置９０は、隣接して配置する複数の超音波振動子９１を複数の独立電源９２Ａに接続している。超音波振動子９１は、上面電極９１Ａを液体Ｗに接触しているので、液体Ｗを介して漏れ電流が流れる。超音波霧化装置９０は、超純水や純水を霧化する用途には使用されず、不純物や導電物質を含有する導電性の液体Ｗを霧化する。不純物を全く含有しない超純水は、導電率が０．０５５μＳ／ｃｍと小さくて絶縁物に近いが、純水においても導電率は１μＳ／ｃｍと超純水に比べて２０倍にも増加し、さらに水道水においては導電率が約１００μＳ／ｃｍ〜２００μＳ／ｃｍと超純水の２０００〜４０００倍と極めて大きくなる。超音波霧化装置９０は、導電性のない液体の霧化には使用されず、隣接する超音波振動子９１の上面電極９１Ａは、広い面積で導電性の液体Ｗに接触して電極間抵抗（Ｒ）で導通される状態となる。

多数の超音波振動子９１を備える超音波霧化装置９０は、互いに接近して霧化室９４の底板９４Ａに固定されるので、上面電極間の電気抵抗、すなわち電極間抵抗（Ｒ）は相当に小さくなる。とくに、従来の超音波霧化装置９０は、金属性の底板９４Ａに接近して超音波振動子９１を配置するので、底板９４Ａの金属板９５が電極間抵抗（Ｒ）を相当に小さくする。金属板９５である底板９４Ａの導電性が、液体Ｗよりも大きいからである。金属板９５に固定された超音波振動子９１は、導電性に優れた底板９４Ａと液体Ｗを介して導通される状態となる。さらにまた、液体Ｗに接触している超音波振動子９１の上面電極９１Ａは広い面積で液体Ｗに接触するので、液体Ｗとの接触抵抗は極めて小さい。超音波振動子９１と底板９４Ａは、絶縁性のシール材９６で絶縁されるが、互いに接近して配置されるので、超音波振動子９１の上面電極９１Ａと底板９４Ａの金属板９５との間の漏電抵抗（ｒ）は相当に小さい。隣接する超音波振動子９１は、底板９４Ａの金属板９５と漏電抵抗（ｒ）を介して接続される。底板９４Ａの金属板９５の電気抵抗は極めて小さいので、隣接する超音波振動子９１間の電極間抵抗（Ｒ）は、漏電抵抗（ｒ）の２倍の抵抗値となる。

隣接する超音波振動子が電極間抵抗を介して導通する状態は、必ずしも上面電極間の漏れ電流の原因とはならない。漏れ電流は、隣接する超音波振動子間の電位差に比例して流れるからである。全ての超音波振動子を単独の超音波電源に接続する超音波霧化装置は、全ての超音波振動子の供給電圧が正確に一致して、隣接する超音波振動子の上面電極間に電位差が発生しないので、電極間抵抗が漏れ電流の原因とならない。しかしながら、隣接する超音波振動子を別々の独立電源に接続する超音波霧化装置は、独立電源の出力電圧の差が電極間抵抗で漏れ電流を流す原因となる。

各々の超音波振動子を専用の独立電源に接続する超音波霧化装置は、多数の独立電源を必要とするが、各々の超音波振動子を最も好ましい状態で効率よく超音波振動できる特長がある。それは、独立電源から超音波振動子に供給する周波数を微調整して、超音波振動子の共振周波数に調整できるからである。さらに、この超音波霧化装置は、超音波振動子と独立電源を超音波ユニットとし、超音波ユニットの個数を調整して、超音波振動のトータル出力を変更できるので、トータル出力が異なる種々の用途に最適な超音波霧化装置を能率よく多量生産できる特長もある。しかしながら、隣接する超音波振動子が異なる独立電源に接続される超音波霧化装置は、独立電源の出力電圧を完全に同一電圧にはできず、電圧差が電極間抵抗によって漏れ電流を流す原因となる。

図８は、隣接する超音波振動子９１を独立電源９２Ａに接続する超音波霧化装置９０が、電極間抵抗（Ｒ）で漏れ電流を流す状態を示す回路図である。この回路図に示す独立電源９２Ａは、超音波振動子９１の上面電極９１Ａにプラスの出力側を接続している。超音波振動子９１は、上面電極９１Ａを独立電源９２Ａの＋側に接続して、反対面の下面電極９１Ｂを出力トランジスタ２１の入力側に接続している。超音波振動子９１は、図７に示すように、上面電極９１Ａを液体Ｗに接触する姿勢で霧化室９４に配置される。霧化室９４が、上面電極９１Ａを液体Ｗに接触する状態に配置するのは、上面電極９１Ａが交流的にはアース電位にあって、超音波振動の交流が供給される状態においても電圧は変動しないからである。下面電極９１Ｂは出力トランジスタ２１の入力側に接続されて超音波振動の周波数で電圧が変動する。電圧が変動する下面電極９１Ｂが液体Ｗに接触すると、出力トランジスタ２１の入力インピーダンスが液体Ｗの導電率で変化して発振回路に悪影響を与え、さらに隣接して配置している超音波振動子９１を接続している出力トランジスタ２１の入力側に電極間抵抗（Ｒ）を介して接続されて、隣りの超音波振動子９１との間で互いに干渉して悪影響が発生する。

以上の超音波霧化装置は、各々の超音波振動子の上面電極を、別々に独立している電源に接続しているので、電極間抵抗が、隣接する超音波振動子に接続している独立電源の出力を並列に接続する。このため、電極間抵抗を介して出力を並列に接続する独立電源の間で、出力電圧の電圧差による漏れ電流が流れる。漏れ電流は、電極間抵抗が小さくなるにしたがって増加し、また独立電源の電圧差が大きくなると増加する。

図７の拡大断面図は、従来の超音波霧化装置９０において、漏れ電流が流れる状態を示している。超音波霧化装置９０は、金属板９５の底板９４Ａに絶縁性のシール材９６を介して超音波振動子９１を固定している。この図に示すように、隣接する超音波振動子９１の上面電極９１Ａは、漏電抵抗（ｒ）を介して金属板９５の底板９４Ａに導通される状態となり、さらに、各々の超音波振動子９１は、上面電極９１Ａを別々の独立電源９２Ａに出力側を接続しているので、隣接する超音波振動子９１に接続している独立電源９２Ａは、電極間抵抗（Ｒ）を介して出力電圧差（Ｅ）に比例して漏れ電流（Ｉ）が流れる。金属板９５の底板９４Ａは、液体Ｗの電気抵抗に比較して相当に小さいので、隣接する超音波振動子９１の上面電極９１Ａ間の電気抵抗、すなわち電極間抵抗（Ｒ）は２ｒとなる。したがって、隣接する超音波振動子９１の上面電極９１Ａに流れる漏れ電流（Ｉ）は次の式で示す電流値となる。
Ｉ＝Ｅ／２ｒ
以上の式で示すように、漏れ電流（Ｉ）は、隣接する超音波振動子９１に接続している独立電源９２Ａの電圧差（Ｅ）に比例して大きくなる。漏れ電流は、電位差がある高電圧側の独立電源９２Ａから供給されるので、高電圧側の独立電源９２Ａの無効電流となる。漏れ電流は、直流であって超音波振動子９１を励起する電力とはならず、装置全体の電力ロスとなる。複数の超音波振動子９１を設けている超音波霧化装置９０は、隣接する各々の超音波振動子９１間で流れる漏れ電流が電力ロスを発生するので、多数の超音波振動子９１を備える超音波霧化装置９０は、各々の漏れ電流が加算されて電力ロスが大きくなる。

各々の独立電源は、出力電圧を安定化している定電圧電源が使用されるが、定電圧電源は、出力電圧を完全に定格電圧と同じには調整できず、定格電圧からの誤差電圧が発生する。誤差電圧は、使用する部品の精度、たとえば、基準電圧を発生する定電圧ダイオードや抵抗器に高精度な部品を使用して少なくできる。しかしながら、高精度な部品は部品コストが著しく高くなるので、多数の独立電源を使用する超音波霧化装置においては現実には使用できない。独立電源の製造コストが著しく高騰するからである。したがって、現実には誤差電圧が発生し、これによって漏れ電流（Ｉ）による電力ロスを皆無にはできない。

本発明の超音波霧化装置は、隣接する超音波振動子を独立電源に接続するが、底板を絶縁プラスチックとするので、隣接する超音波振動子の電極間抵抗が大きく、独立電源の電圧差によって流れる漏れ電流を著しく小さくできる。隣接する超音波振動子が、液体のみを介して導通する状態として、電極間抵抗を大きくできるからである。

本発明の第２の実施態様に係る超音波霧化装置は、霧化室に露出する超音波振動子の上面電極を、独立電源の出力に接続している。

本発明の第３の実施態様に係る超音波霧化装置は、独立電源が出力トランジスタを備えるコルピッツ発振回路を備えており、超音波振動子を、独立電源の出力と出力トランジスタの入力側に接続している。

本発明の第４の実施態様に係る超音波霧化装置は、超音波振動子が、上面電極の表面に絶縁被覆を設けている。

本発明の第５の実施態様に係る超音波霧化装置は、絶縁被覆を、ＳｉＯ_２又はガラス被膜としている。

本発明の第６の実施態様に係る超音波霧化装置は、底板が熱可塑性樹脂製で、超音波振動子を配置する上方開口の凹部を成形して設けており、この凹部に、絶縁性のシール材を介して超音波振動子を水密構造に固定している。

本発明の第７の実施態様に係る超音波霧化装置は、凹部の内形が超音波振動子の外形よりも大きく、超音波振動子を、シール材を介して成形凹部の底面に水密構造に接着している。

（実施の形態１）
本発明は超音波霧化装置で液体を霧化したミストの用途を特定するものでないが、超音波霧化装置は、たとえば液体を霧化したミストを回収して液体を濃縮する装置、あるいは液体をミストとして表面積を大きくして臭気ガスを脱臭する装置、あるいはまた、液体のミストを含むガスと他のガスとをスタティックミキサー等で混合して反応させる装置などに使用される。超音波霧化装置は、液体を超音波振動で微細なミストとするので、種々の用途において能率よく液体を濃縮し、あるいは臭気ガスを脱臭し、あるいは又接触面積を大きくして速やかに反応させる装置等に使用される。液体の濃縮に使用される超音波霧化装置は、ミストをサイクロンや凝縮機で回収して濃縮し、脱臭装置はミスト混合空気と臭気ガスとを混合して、臭気成分をミストに吸収して脱臭し、さらに反応装置は、ミスト混合空気と反応ガスとを混合して、ミストの溶解成分と反応ガスとを反応させる。ただし、本発明は超音波霧化装置の用途を特定するものでなく、液体を霧化する他の全ての用途に使用できる。とくに、本発明の超音波霧化装置は、単位時間に多量のミストを発生する用途に適しているので、大型の試験機や、産業用の霧化装置に最適である。

以下、本発明の超音波霧化装置の好ましい実施形態を詳述する。
図１の概略断面図に示す超音波霧化装置１００は、霧化する液体Ｗが供給される密閉構造の霧化室４と、霧化室４の液体Ｗを超音波振動させてミストを発生させる複数の超音波振動子１と、各々の超音波振動子１に超音波電力を供給する超音波電源２とを備える。超音波電源２は、複数の超音波振動子１を超音波振動させる複数の独立電源２Ａからなる。独立電源２Ａは、ひとつの超音波振動子１に超音波電力を供給する。超音波振動子１は接続される独立電源２Ａとで超音波ユニット９を構成する。超音波ユニット９は、１組の独立電源２Ａと１個の超音波振動子１からなる。

図２の回路図に示す独立電源２Ａは、超音波振動子１に超音波電力を供給するコルピッツ発振回路２０を備える。コルピッツ発振回路２０は、出力トランジスタ２１の入力側であるベースと、出力トランジスタ２１のコレクタとの間に超音波振動子１を接続している。コルピッツ発振回路２０は、直流をカットしてインピーダンス変化する出力トランスを必要とせず、部品コストの高い出力トランスを省略して、超音波振動子１に超音波電力を供給できるので安価に多量生産できる特長がある。

図３に示すように、独立電源２Ａの出力側に接続している超音波振動子１は板状で、片方の電極を上面電極１Ａとして、霧化室４に露出する姿勢で配置される。上面電極１Ａは霧化室４に充填される液体Ｗに接触して液体Ｗに導通する。霧化室４の液体Ｗは導電性があるので、液体Ｗに接触する上面電極１Ａは、液体Ｗを介して隣の超音波振動子１の上面電極１Ａに電極間抵抗（Ｒ）で接続される状態となる。電極間抵抗（Ｒ）で接続される隣接する超音波振動子１の上面電極１Ａは、電圧差で漏れ電流が流れる。

図２の回路図に示す独立電源２Ａは、プラス側の出力を出力トランジスタ２１のコレクタに接続して、マイナス側の出力をグランドライン２３に接続している。出力トランジスタ２１のコレクタは超音波振動子１の上面電極１Ａに接続している。図３に示すように、隣接する超音波振動子１の上面電極１Ａは、異なる独立電源２Ａに接続されて、液体Ｗを介して電極間抵抗（Ｒ）で接続される。図２の回路図に示す独立電源２Ａは、超音波振動子１の上面電極１Ａを独立電源２Ａのプラスの出力側に接続している。超音波振動子１は、上面電極１Ａを独立電源２Ａのプラス側に接続して、反対面の下面電極１Ｂを出力トランジスタ２１の入力側であるベースに接続している。

超音波振動子１は上面電極１Ａを液体Ｗに露出する姿勢で霧化室４に配置される。超音波振動子１が、上面電極１Ａを液体Ｗに接触する状態に配置するのは、上面電極１Ａが独立電源２Ａの出力側に接続されて、超音波振動の周波数で電圧変化しないからである。超音波振動で電圧変動する超音波振動子１の電極を液体Ｗに接触することはできない。それは、超音波振動で電圧変動する複数の電極が液体Ｗを介して導通されると、液体Ｗを通じて電圧変動する電極間で漏れ電流が流れて、各々の超音波振動子１を正常に動作できなくなるからである。とくに、別々の独立電源２Ａは、出力する超音波振動信号が互いに非同期で、周波数と位相が異なる。したがって、異なる独立電源２Ａに接続しているふたつの超音波振動子１の電極が液体Ｗを介して導通すると、超音波振動子１の電極間で相当に大きな漏れ電流が流れて電力ロスが極めて大きくなる。さらに、出力トランジスタ２１のベースに接続している超音波振動信号で電圧変動する電極が液体Ｗで導通されると、コルピッツ発振回路２０の正常な動作が保証されない。各々の独立電源２Ａの出力トランジスタ２１の入力インピーダンスが液体Ｗに接触して変動し、さらに、他の独立電源２Ａから液体Ｗを介して入力される非同期で周波数と位相が異なる交流信号が互いに干渉して悪影響を与えるからである。

隣接して配置している超音波振動子１は、上面電極１Ａを別々の独立電源２Ａのプラス側に接続している。隣接する超音波振動子１に接続する各々の独立電源２Ａは、出力電圧を一定の電圧にコントロールする定電圧回路２２を備える。ただ、定電圧回路２２は、つねに完全な設定電圧には制御できず、設定電圧からの誤差が、独立電源２Ａ間の電圧差となる。定電圧回路２２は、使用する部品の精度を高くして、設定電圧からの誤差を少なくできる。ただ、高精度な部品は部品コストが相当に高くなって、独立電源２Ａの製造コストを高くする。多数の独立電源２Ａを使用する超音波霧化装置において、製造コストの高騰は装置全体のコストを高くする欠点がある。したがって、独立電源２Ａの出力電圧の差は現実には解消できず、電圧差によって漏れ電流が発生する。上面電極１Ａ間の漏れ電流は、液体Ｗを超音波振動する電力には利用されず、電力ロスとなって電力効率を低下させる。漏れ電流は、独立電源２Ａ間の電圧差に比例して増加する。

図３は、隣接する超音波振動子１の上面電極１Ａに流れる漏れ電流を示す断面図である。この図に示すように、上面電極１Ａは霧化室４の液体Ｗを介して電極間抵抗（Ｒ）で接続された状態となる。電極間抵抗（Ｒ）は、上面電極１Ａの面積、上面電極１Ａ間の間隔、液体Ｗの導電率で特定される。漏れ電流は、電極間抵抗（Ｒ）が小さくなると増加するので、電極間抵抗（Ｒ）を大きくして漏れ電流を減少できる。超音波振動子１は、図４に示すように、上面電極１Ａの表面に絶縁被覆５を設けて電極間抵抗（Ｒ）を大きくできる。絶縁被覆５が上面電極１Ａと液体Ｗとの接触抵抗を大きくするからである。絶縁被覆５には、ＳｉＯ_２の薄膜やガラス被膜が適している。とくに、ＳｉＯ_２は極めて優れた絶縁特性を示すので、電極間抵抗（Ｒ）を飛躍的に大きくして漏れ電流を減少できる。

霧化室４は、図１に示すように、供給される液体Ｗを超音波振動で霧化し、霧化されたミストを空気などの搬送気体に混合してミスト混合空気として外部に供給する。霧化室４は、液体Ｗをミストの状態で外部に排出すると液面レベルが低下する。したがって、霧化室４は、一定の時間経過すると液体Ｗを新しいものに入れ換え、あるいはポンプ８を介して連続して液体Ｗを供給する構造とすることができる。

霧化室４の液体Ｗは、超音波振動されてミストの状態で液体Ｗから分離されて搬送気体中に分散される。図１に示す超音波霧化装置１００は、液体Ｗを充填している霧化室４の底板１１に、複数の超音波振動子１を上向きに固定している。超音波振動子１は、底から液面に向かって上向きに超音波を放射して、液面を超音波振動させる。超音波振動される液体Ｗは、液面から突出して液柱Ｐとなり、液柱Ｐの表面から分離して搬送気体中に飛散して、ミスト混合気体となる。搬送気体は液柱Ｐに強制送風されて、液柱Ｐから速やかにミストを分散する。ミストが搬送気体中に分散されてミスト混合気体となる。ミスト混合気体は霧化室４から外部に排出される。

霧化室４は、複数の超音波振動子１を水平姿勢で底板１１に上向きに固定している。底板１１は、複数の超音波振動子１を互いに接近して配置している。互いに接近する超音波振動子１は、導電性のある液体Ｗを介して導通する。液体Ｗを介して導通する隣接する超音波振動子１は、異なる独立電源２Ａに接続されて、漏れ電流が流れる。漏れ電流は、独立電源２Ａの電圧差に比例して大きくなる。原理的には、隣接する独立電源２Ａの出力電圧を完全に同一電圧として、隣接する超音波振動子１間の漏れ電流は０Ａにできる。独立電源２Ａには、出力電圧を一定の電圧に安定化する定電圧回路２２を設けて定格電圧に調整できる。しかしながら、現実には、全ての独立電源２Ａの出力電圧を完全に定格電圧に調整することはできず、出力電圧は定格電圧に対して電圧差が発生するので、隣接する超音波振動子１間の漏れ電流を０Ａにはできない。漏れ電流は、異なる独立電源２Ａに接続している隣接超音波振動子１間が液体Ｗを介して導通することで発生する。

超音波振動子１の電極を介しての漏れ電流を少なくするために、霧化室４は、多数の超音波振動子１を固定している底板１１を、絶縁性のプラスチックとする。霧化室４は、超音波振動子１を固定している領域を絶縁性のプラスチックとし、あるいは底板１１の全体を絶縁性のプラスチックとし、さらに、霧化室４の底板１１とその周囲に設けた周壁１２を絶縁性のプラスチックで成形する。底板１１の一部を絶縁性のプラスチックとする霧化室４は、図５で示すように、超音波振動子１を固定する領域を絶縁製のプラスチックで製作して脱着できる底板１１とすることができる。この霧化室４は、脱着できる底板１１と、霧化室４の底部に開口している本体ケース１０とで構成し、本体ケース１０の開口部１０ａを水密構造で脱着できる底板１１で閉塞する。この霧化室４は、本体ケース１０を金属製とすることもできるが、好ましくは、本体ケース１０と脱着できる底板１１を絶縁性のプラスチックで製作する。

プラスチックは基本的に優れた絶縁特性を示すので、種々のプラスチックで底板１１や本体ケース１０を製作できる。底板１１は好ましくは熱可塑性樹脂を成形して製造する。ただし、底板１１は、熱硬化性樹脂で製作することもできる。熱可塑性樹脂で製作される底板１１は、種々の形状、たとえば超音波振動子１を内側に配置する凹部のある形状等に成形して安価に多量生産できる特徴もある。底板１１のプラスチックには、たとえばポリエチレン、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ナイロン等の熱可塑性樹脂、あるいはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が使用できる。

複数の超音波振動子１は霧化室４の底板１１に固定される。超音波振動子１は、図３の断面図に示すように、絶縁性のシール材６を介して底板１１に設けた貫通部を水密構造に密閉する状態で固定される。図３の底板１１は、超音波振動子１の外形よりも大きい上方開口の凹部１３を設けている。凹部１３は底面に載せ板１４を設けて、載せ板１４にはリード線２９の引き出し開口１５を設けている。超音波振動子１は、底板１１の凹部１３の内側であって、載せ板１４の上に配置される。超音波振動子１が底板１１の凹部１３を水密構造に密着するために、超音波振動子１と凹部１３との間には絶縁性のシール材６を配置している。絶縁性のシール材６は、超音波振動子１の外周縁部と凹部１３の内周面との間、超音波振動子１の底面と載せ板１４の間に配置されて、底板１１の凹部１３を水密構造に密閉している。以上の取り付け構造は、超音波振動子１を簡単に底板１１の凹部１３に固定して、底板１１の凹部１３を確実な水密構造で密閉できる。リード線２９は、超音波振動子１に接続されて引き出し開口１５から下方に引き出されて、独立電源２Ａに接続される。

絶縁性のシール材６は、充填する未硬化な状態では液状ないしペースト状で、充填された状態では硬化するコーキング材、パッキン、ガスケットなどであって、絶縁性があって水密構造に密閉できる全てのものが使用できる。絶縁性のシール材６は、好ましくは弾性のあるシール材、たとえば、シリコン樹脂や軟質ウレタン樹脂が使用できる。

霧化室４は、図６に示すように、底板１１に開口部１６を設けて、この開口部１６を密閉するように、底板１１の下面に超音波振動子１を固定することもできる。この取り付け構造は、底板１１と超音波振動子１との間にシリコン樹脂などの弾性変形する絶縁性のシール材６を配置し、超音波振動子１を底板１１の下面に押圧して、底板１１の開口部１６を水密構造に密閉する。図に示す霧化室４は、底板１１の下面に固定される固定具１７を介して、超音波振動子１を底板１１の下面に押圧している。

脱着できる底板１１を霧化室４の本体ケース１０に連結する構造を、図５の要部拡大図に示している。この図の霧化室４は、本体ケース１０の底に開口部１０ａを設けて、この開口部１０ａを脱着できる底板１１で水密に閉塞している。脱着できる底板１１は、絶縁性のシール材６を挟んで、本体ケース１０の下面に水密構造に固定される。脱着できる底板１１を固定するために、本体ケース１０の底面には固定アーム１８を設けている。固定アーム１８はＬ字状で、これを貫通する止ネジ１９で脱着できる底板１１を押圧して霧化室４の本体ケース１０に固定する。この構造で霧化室４に固定される複数の超音波振動子１は、本体ケース１０の底面から上面に向かって液体Ｗを超音波振動させる。この脱着できる底板１１は、霧化室４の本体ケース１０の底面に、開口部１０ａを閉塞するように、しかも脱着できるように装着される。

本発明は、液体を超音波振動させてミストを発生する超音波霧化装置であって、とくに、複数の超音波振動子で多量のミストを発生させる超音波霧化装置として、霧化したミストを回収して液体を濃縮する装置や、液体をミストとして表面積を大きくして臭気ガスを脱臭する装置、あるいは、液体のミストを含むガスと他のガスと混合して反応させる装置などに好適に使用される。

１００…超音波霧化装置
１…超音波振動子
１Ａ…上面電極
１Ｂ…下面電極
２…超音波電源
２Ａ…独立電源
４…霧化室
５…絶縁被膜
６…シール材
８…ポンプ
９…超音波ユニット
１０…本体ケース
１０ａ…開口部
１１…底板
１２…周壁
１３…凹部
１４…載せ板
１５…引き出し開口
１６…開口部
１７…固定具
１８…固定アーム
１９…止ネジ
２０…コルピッツ発振回路
２１…出力トランジスタ
２２…定電圧回路
２３…グランドライン
２９…リード線
９０…超音波霧化装置
９１…超音波振動子
９１Ａ…上面電極
９１Ｂ…下面電極
９２Ａ…独立電源
９４…霧化室
９４Ａ…底板
９５…金属板
９６…シール材
Ｗ…液体
Ｐ…液柱

Claims

液体が供給される霧化室と、
前記霧化室の底板に固定してなる複数の超音波振動子と、
前記超音波振動子に超音波電力を供給する超音波電源とを備え、
前記超音波電源は、
各々の前記超音波振動子に電力を供給する複数の独立電源を備え、
前記底板に隣接して配置してなる前記超音波振動子は、別々の前記独立電源に接続されてなり、
前記霧化室の前記底板は絶縁性のプラスチックで、
プラスチック製の前記底板に複数の前記超音波振動子が隣接して固定されてなることを特徴とする超音波霧化装置。
請求項１に記載の超音波霧化装置であって、
前記霧化室に露出する前記超音波振動子の上面電極が、
前記独立電源の出力に接続されてなることを特徴とする超音波霧化装置。
請求項２に記載の超音波霧化装置であって、
前記独立電源が出力トランジスタを備えるコルピッツ発振回路を備え、
前記超音波振動子が、
前記独立電源の出力と前記出力トランジスタの入力側に接続されてなることを特徴とする超音波霧化装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載する超音波霧化装置であって、
前記超音波振動子が、前記上面電極の表面に絶縁被覆を設けてなることを特徴とする超音波霧化装置。
請求項４に記載する超音波霧化装置であって、
前記絶縁被覆が、ＳｉＯ_２又はガラス被膜であることを特徴とする超音波霧化装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載する超音波霧化装置であって、
前記底板が熱可塑性樹脂製で、
前記超音波振動子を配置する上方開口の凹部を成形して設けており、
前記凹部に、
前記超音波振動子が絶縁性のシール材を介して水密構造に固定されてなることを特徴とする超音波霧化装置。
請求項６に記載される超音波霧化装置であって、
前記凹部の内形が、
前記超音波振動子の外形よりも大きく、
前記超音波振動子が、
前記シール材を介して前記成形凹部の底面に水密構造に接着されてなることを特徴とする超音波霧化装置。