JP3549884B2 - 噴霧装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、液体を噴霧し且つ形成された煙霧体を搬送するための装置に関するものである。
発明の背景
超音波噴霧器は、薬物の吸入や液体燃料の噴霧および空気の加湿など様々な目的に広く用いられている。
超音波噴霧器に使用される煙霧体の噴霧や搬送のための装置としては、1979年にモスクワのソビエト百科辞典出版社から発刊された「小百科辞典」シリーズの「超音波（ロシア語）」の第298頁に記述されているものが知られている。
この装置の問題点は、噴流シールドから反射した非噴霧液の大部分が超音波濃度が最も高い噴流の作用部領域（すなわち、噴流基礎部）の噴霧液に還元されてしまう点である。このため、超音波振動子への負荷が高くなり噴霧液の波動が大きくなる。ひいては、透過エネルギーの集束不良を引き起こす。これらの要因によって噴霧の効率と安定性が低下する。
容器に還元される液体の水滴（煙霧体粒子）は、噴霧される液体よりも温度が高い。これは、水滴の生成過程で付加エネルギーが吸収されるからである。水滴が噴霧液に還元されると、液体の温度が不規則に変化する。しかも、媒体の音響特性を不安定にする。このため、集束不良が加速され噴霧の効率と安定性が低下する。
この装置の別の問題点は、煙霧体をユーザへ搬送するために別個にファンを設けることが必要な点である。
上記の装置の問題点のなかには、1983年11月18日に発行された米国特許第4,410,139号において回避されたものもある。この特許で示されるように、非噴霧液の還元による噴霧の効率や安定性への悪影響を低減するために、噴霧室の軸に対して90゜以外の角度に超音波振動子を設置する。この装置の容器の底部に、噴流を取り囲むように細長い穴を設ける。そして、非噴霧液の大部分が細長い穴の外辺部の外側に落ちるようにする。
この装置にも効率の低下と構成の複雑化につながるような問題点がある。主な問題点について述べる。
1.超音波振動子を噴霧液の表面に対して一定の角度を成して設置する必要があるため、噴霧液を保持する容器への据え付け台の構成が極めて複雑になり、容器の寸法が増加する。
2.噴流の軸が容器の軸に対して一定の角度を成しているので噴霧過程が不均斉になり、
ａ）液体の波動が増えて透過エネルギーの集束不良が大きくなり、
ｂ）液体の表面が超音波の前線の伝搬方向に対して非垂直になるため液体の低水位地点で噴霧効率が低下する。
3.噴霧液を通過する超音波のエネルギーの一部の消散によって損失量が増加する。
4.煙霧体の搬送を効果的にするためのファンが必要になる。
要するに、概略を述べたように、上記の装置では噴霧効率は改良したものの、上記の問題点により噴霧効果が制限されている。
本発明の目的は、高い効率と安定性および煙霧体の粒子の高均一化を保証した上で液体噴霧と煙霧体搬送とを行い、ファンの敷設を必要とすることなくユーザへ煙霧体を伝送することのできる改良型の装置を提供することである。すなわち、容器の噴流基礎部から離れた領域へ非噴霧液体の大部分を伝送して再使用する。また、噴流方向に伸びる導管の一部の断面積を小さくすることによって（ベルヌーイの法則）空気圧力に（煙霧体の搬送のために）差をつける。
この目的を達成するために、底部に出口が設けられた膨張室と膨張室の底部に挿入され噴霧液の噴流基礎部の上方に設置された取入れ管とから成る噴霧室を設ける。煙霧体のユーザへの搬送系を、取入れ管と、噴霧器の任意の部分に設けられた補助管を伴うあるいは伴わない入り口とで構成する。補助管は入口に連結され噴霧器の任意の部分を通過し、噴霧液を保持する容器の側面から取入れ管へと外気が自由な（抑制されない）流れにのって侵入するように構成される。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施例に係る噴霧装置の縦断面図である。
図２は煙霧体配送率調整機構の第１の具体例を示す縦断面図である。
図３は煙霧体配送率調整機構の第２の具体例を示す縦断面図である。
図４は煙霧体配送率調整機構の第３の具体例を示す縦断面図である。
図５は噴霧室の単一部品構造を具体化する噴霧装置の変更例を示す縦断面図である。
図６は噴霧口地点に発生する水滴を減少させるための（噴霧装置内に設定された）噴霧管を示す縦断面図である。
図７は閉鎖型噴霧装置を示す縦断面図である。
図８は閉鎖型噴霧装置の変更例を示す縦断面図である。
図９は密封型補助容器を示す縦断面図である。
詳細な説明
本発明の噴霧装置を図１に示す。
超音波振動子１は、接触媒体３が詰め込まれ且つ容器保持器４に搭載された容器２内に設置されている。容器２内には、噴霧液６で充満された補助容器５が設置されている。噴霧液の上方には、取入れ管８と膨張室９とから構成された噴霧室７が設けられている。膨張室の底部には流出口10が設けられる。膨張室内には噴霧管11が設置される。装置が機能すると、液体が超音波噴流12を形成し、取入れ管から膨張室へ侵入する。噴霧液の噴流の作用部分は、流速が最大であり、取入れ管を介して侵入する。このとき、煙霧体の雲が混合された噴流により生じる空洞部分の液体の流路の断面積が小さくなる。このため、ベルヌーイの法則に従って取入れ口から膨張室へ向かう空気の差圧が生じる。この差圧は、膨張室からユーザへ煙霧体を搬送するための駆動力となる。煙霧体を搬送する空気を充填するために、吸気口13が設けられている。この吸気口を介して外気が噴霧液に面した取入れ管の穴に自由な（抑制されない）流れにのって送り込まれる。吸気口は装置の任意の部分に設けられ、補助管を用いてあるいは用いずに外気の流入地点に接続される。噴流は一定の高さになると拡散し始め降り注ぐ。大部分は取入れ管領域を通り越して膨張室の壁の近辺に落下する。落下したものは水滴と成って膨張室の流出口から噴霧液が充満した容器に還元される。このとき、液体は容器の噴流の作用部から離れた方へ流れ落ちる。
このような構造によって、
1.噴霧室から噴霧液の容器へと非噴霧液の水滴が滴下することによって生じる超音波振動子への負荷が減少する。すなわち、噴霧室の底部に設けた流出口によって、水滴の大部分が容器の噴流基礎部（超音波エネルギーの大部分が集中する所）から離れた領域に滴下する。この領域では超音波の強度が低く、水滴の容器への滴下によって生じる音響損失は微々たるものである。
2.（項目１で述べた）滴下水滴の速度が低下する。膨張室の壁をつたって移動する時には付着力と摩擦力とが、流出口からの排水時には付着力と表面張力とが発生するからである。
速度の低下によって水滴の温度が周囲の温度に近付くまでの時間が増加し、噴霧液の中に落ちる時に水滴の運動エネルギーが減少する。これらの要因によって、水滴の滴下によって生じる噴霧液の表面上の波動が弱くなる。このため、噴流基礎部領域における超音波エネルギーの集中不良が改善される。集中不良は、水滴の大部分が噴流基礎部から離れた地点に滴下することによっても改善される。
3.煙霧体の粒子が凝固しにくくなる。狭い取入れ管からユーザへの経路は、煙霧体へアクセスできる空間が広くなった膨張室を通過するため、凝固などの発生を抑制し粒子の均一性を向上させる。
4.噴霧された煙霧体を駆動するためのファンを必要としないので機能部品の個数が減少する。
上記の項目１〜４で概要を述べたように、提案された構造によれば、噴霧の効率と安定性（項目１〜３）と煙霧体の均一性（項目２と３）と機能的信頼性（項目４）とが向上し、作動ノイズ（項目４）が解消し、煙霧体の搬送系が簡素化され（項目４）、電力消費と装置の寸法とコストとが低下する（項目１〜４）。
膨張室内での液体の非噴霧部分の凝集を抑制するために、噴霧室の底部を取入れ管に対して90゜以外の角度に設置する（図１）。
この装置から放出される煙霧体の量の調節は、噴霧液に面した取入れ管の穴に流れ込む空気の容積を変化させることによって達成される。このため、吸気口と空気の流入地点とをつなぐ空気導管の任意の部分の断面積を変化させる。
調節機構の具体例の一つを図２に示す。膨張室に調節部14が堅固に接続されている。調節部の側面は容器保持器４の側面に平行である。調節部の側面には穴15が、容器保持器の側面には穴16が形成される。これらの穴から取入れ管へ流入する空気量の調節は、膨張室９を容器保持器４に対して回転させることによって行われる。この調節構造および後述の調節構造においては、穴15と16を重ね合わせることによって空気量が最大になる（噴霧管における煙霧体の効力が最高になる）。一方、穴を完全に塞げば空気量が最小になる（噴霧管における煙霧体の効力が最低になる）。
二つの部分9aと9bとから成る噴霧室構造（図３）にあっては、図２に類似するように、それらの両方もしくはどちらか一方が、噴霧室に連結され穴が設けられた調節部の上に設置される。調節部の側面は噴霧装置の該当部分の側面に平行であり、調節時に穴が閉塞される。膨張室の上部9aにある穴17を膨張室の下部9bにある穴18に対して回転させることにより調節する調節機構が図３に示される。
管21を介して相互に連結された噴霧室内の穴19と20とを通して取入れ管へ空気を送り込むことも可能である（図４）。このような調節機構では、穴23が形成された蓋22が用いられ、この蓋は穴23が位置する管21の中心から外れた位置に中心を有している。穴付きのこの蓋を管の回りに回転させることによって、蓋と管との間にできる穴の断面積を変化させる。
装置の簡素化に力点を置く場合、噴霧室の二部品構造を単一部品構造に変えればよい。この場合、噴霧室は取入れ管24の延長部のような外観になる（図５）。取入れ管の下部25は、その両側に流れ落ちる非噴霧液を容器の噴流基礎部から離れた領域へ誘導するために広がった形状に形成されている。取入れ管の広がり部分が、図１に示す装置の膨張室の底部に設けられた流出口と同様の機能を果たしている。
噴霧管26を介してユーザに到達する水滴を少なくするために、噴霧管を噴霧室の最上部のすぐ下に装着させる。噴霧室の最上部は、水滴の反射器の役目を果たす。
水滴がユーザに到達する可能性のある噴霧装置の場合、最適な噴霧管構造は、二つの管を角度を成して連結させるというものである（図６）。膨張室から伸びる管27の最上部を反射部28とし噴流の軸に対して一定の角度をなして配置する。ユーザの方へ伸びる管29は反射部の下の地点で管27に合流する。このような噴霧管によれば、出口地点における水滴の発生を抑制できる。
噴霧装置を滅菌し易くするためには、図１あるいは図５の装置の構成部品を取り外し可能な使い捨てのユニットとして構成すればよい。この取り外し可能なユニットを接触媒体を介して超音波振動子に連結させ、液体の保存機能と噴霧機能および煙霧体の搬送機能を組み合わせる。このユニットは、噴霧室７の下部を補助容器５の上部に連結することによって構築される（図７）。噴霧室及び補助容器は、双方とも図１に示すものと同じ構造に形成される。噴霧室の下部の表面が、補助容器の表面と協同して小室30を形成する。この小室の表面には吸気口31が形成される。吸気口を介して、外気が噴霧液の側から自然の（抑制されない）流れにのって取入れ管に到達する。吸気口は装置の任意の部分に形成され、図１〜４から分かるように、補助管を用いてあるいは用いずに外気の入口地点に連通される。
上記のように、本装置は、超音波エネルギーの作用の下で煙霧体の形成とユーザへの搬送、すなわち、閉鎖型噴霧装置を実現する。作用は図１の装置と同じである。
図５の噴霧装置の構造に類似した、閉鎖型噴霧装置の変形例を図８に示す。この変形例は、噴霧室24を図１ではなく図５に示すように構築している点のみ異なるが、上記の構造原理を再構成したものである。同時に、図７に示す小室30の吸気口31と同様に、補助容器５の上部に噴霧室24の下部25を連結させることによって作成された小室33の表面に吸気口32が形成される。この変形例に係る閉鎖型噴霧装置の作用は図５に示す噴霧装置の作用と同様である。
補助容器の内部のみを滅菌する必要がある場合には、この容器を超音波エネルギーなどのエネルギーの作用によって開放される密封型容器34（図９）として構築すればよい。一つの変形例として、補助容器の蓋35を弾力性のある物質で作成してもよい。この場合、蓋の中心部はエネルギーを付加されると破裂して周囲へ収縮する。このようにして、噴霧液の噴霧室へのアクセスが可能になる。

Claims (11)

1. 噴霧液を保持するための保持室と、前記保持室の下に配置され且つ液体の噴流を保持室内の上方へ噴出させるように作動する超音波振動子と、液体を煙霧体として噴霧させるために前記噴流の近辺に空気を流入させるための吸気口と、煙霧体を排出するための噴霧管とを有する噴霧装置において、
   使用時に煙霧体が生成される下端部に噴流が流れ込むように前記保持室の上部に設けられた取入れ管を備え、噴流が前記取入れ管内を通過することにより形成された前記取入れ管と前記噴霧管との間の圧力低下と自由な流れにのって前記吸気口を介して前記保持室内に流入する外気とにより前記取入れ管を介して噴流から上方の前記噴霧管へと噴霧された煙霧体が推進されるように、前記取入れ管は前記保持室に対して制限された断面積を有することを特徴とする噴霧装置。
2. 前記取入れ管は上端を膨張室に開口させ、前記膨張室は前記噴霧管に連通していることを特徴とする請求項１に記載の噴霧装置。
3. 前記膨張室は、前記取入れ管からの液体の非噴霧水滴を保持し噴流から離れた地点で前記保持室へ液体を排出することを特徴とする請求項２に記載の噴霧装置。
4. 前記膨張室は底部が前記取入れ管の外方及び下方に広がり、底部に形成された一つ以上の開口が前記膨張室の外側に向いていて液体を前記保持室へ排出させることを特徴とする請求項３に記載の噴霧装置。
5. 前記膨張室の上部はドーム形状を有し、非噴霧液は前記膨張室の内壁上に集まり内壁づたいに前記膨張室の下部へと排出されることを特徴とする請求項３または４に記載の噴霧装置。
6. 前記噴霧管は前記取入れ管の閉塞上端に隣接する側部に開口し、液体の非噴霧水滴は前記取入れ管の壁上に集められ、あるいは前記取入れ管の閉塞上端に衝突して前記管の壁づたいに保持室へ排出されることを特徴とする請求項１に記載の噴霧装置。
7. 前記取入れ管の下端は前記保持室の上部内で外方に開き、前記取入れ管の壁づたいに排出される液体は、外方に開いた壁をつたわって噴流から離れた地点で前記保持室に滴下することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の噴霧装置。
8. 前記吸気口は、液体が噴霧される率を変化させるためにユーザによって調節自在であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の噴霧装置。
9. 前記吸気口は開口が設けられた二つの構成部の相対的な移動によって調節自在であり、この移動によって開口を調節することを特徴とする請求項８に記載の噴霧装置。
10. 前記噴霧液は前記保持室に挿入される密封容器内に収容され、この容器の上部は使用前に破裂され開放される膜によって閉鎖されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の噴霧装置。
11. 少なくとも前記保持室と前記管とは噴霧液を収容する密封体として構成され、前記密封体は使用前に噴霧装置の残りの部分に嵌入されて使用後に廃棄されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の噴霧装置。

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