JP3570895B2

JP3570895B2 - 原料・燃料用吐出装置

Info

Publication number: JP3570895B2
Application number: JP18781098A
Authority: JP
Inventors: 幸久武内; 伸夫高橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2018-07-02
Also published as: EP1093837A1; EP1093837A4; JP2000015003A; WO2000001460A1; US6485275B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体原料又は燃料を吐出することにより作動する各種機械や液体原料又は燃料を吐出することにより上記液体を処理する各種機械に使用する液体吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体吐出装置については、例えば、特開平６−４００３０号公報等に開示されている。しかしながら、その使用態様によっては、使用環境に応じて発生する機械的振動により形成される気泡が、液体吐出装置の加圧室（１）に侵入してきて、加圧室（１）に加圧しても、侵入した気泡が圧力に応じて変形して加圧された圧力の一部又は全部を吸収してしまい、目的とする液体の吐出が所定通りいかないという事態がしばしば発生し、所望の効果が発揮されないという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な侵入気泡に起因する吐出不良、吐出不能を発生させないために、液体吐出装置内へ侵入した気泡を確実に放出することのできる構造を備えた原料・燃料用吐出装置を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の様な現状に鑑みて種々検討した結果、機械的振動などにより発生する気泡をトラップするための気泡トラップ用セルを加圧室に連通した流路（３）を介して設けることにより、侵入気泡による加圧圧力の吸収を実質的にゼロとすることができだけでなく、液体吐出時に於ける気泡トラップ用セル（２）内の圧力ｐ_１を装置外の外気圧ｐ_０よりも大きくする為の要素を設けることによりトラップした気泡をセル外に放出できることを見いだして、本願発明を完成させたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る原料・燃料用吐出装置（以下液体吐出装置ということもある）は、少なくとも一つの液体を吐出させるための加圧手段と、吐出する液体の一時的貯蔵手段でもある加圧室（１）と、同加圧室（１）と連通した流路（３）と、同流路（３）を介して加圧室と連通した気泡トラップ用セル（２）とを有する液体吐出用構造体とからなる。
上記の少なくとも一つの液体を吐出させるための加圧手段と、吐出させる液体の一時的貯蔵手段でもある加圧室（１）と、同加圧室と連通した流路（３）と、同流路（３）を介して加圧室と連通した気泡トラップ用セル（２）とを有する液体吐出用構造体から成る原料・燃料用吐出装置を１単位として、使用の態様に応じて複数〜数百単位から構成させたものから成るものを原料・燃料用吐出装置としてもよい。
前記構造体は、装置の圧縮化の観点から、通常２個の構造体を２層に積み重ねた構造体から構成されており、加圧室（１）と、気泡トラップ用セル（２）とは、隔壁を介して第１の層内に位置し、同加圧室と連通した流路（３）は、第１の層の下部に位置する第２の層内に位置し、流路（３）の１端は加圧室の下部に位置し、他端は加圧室（１）と気泡トラップ用セル（２）の下部に位置する。各セルの間には、それぞれ液体を１方向に移動させるための連通用の逆流防止用微細穴（１１）、及び（１２）が設けられており、この逆流防止用微細穴を通して液体の移動が行われる。
液体を吐出させるための加圧手段としては、圧電／電歪膜型素子（４）が通常は採用される。圧電／電歪膜型素子は、当業者にとっては、周知の部材である。液体吐出用構造体への配設方法も周知の方法に従えばよい。
本願発明に係る液体吐出装置においては、気泡トラップ用セル（２）には、加圧室（１）に加圧された圧力による気泡排出を促進するために、加圧室（１）とは独立して圧力を加えることができるように圧電／電歪膜型素子（５）を同セル（２）上に配設することが好ましい。かかる構成を採用することにより、同セル（２）によりトラップされた気泡を確実に同セル外に押し出して、気泡による加圧圧力の吸収を回避することができる。
【０００６】
本発明に係る液体吐出装置に置いて、多層構造体として形成される液体吐出用構造体は、特願平９−３３５２１０号明細書段落番号００１０〜００１３に記載の方法に従い、セラミック材料を使用し、所定の形状に成形し、この成形体を一体焼成することにより製造できる。
即ち、液体吐出装置の上蓋となる閉塞プレートであるグリーンシートで形成されたプレートと、所定の箇所にそれぞれ加圧室、気泡トラップ用セルとなる窓部が設けられているグリーンシートで形成されたスペーサプレートと、２個の逆流防止用微細穴を有する仕切り用のグリーンシートで形成されたプレートと、且つ、所定の箇所にそれぞれ吐出用液体配分タンク、流路となる窓部が設けられたグリーンシートで形成されたスペーサプレートと、薄肉平板状のグリーンシートで形成したノズル部であるノズルプレートとを積層して得られる構造体を一体焼成して製造する。
加圧室（１）は、流路（３）と逆流防止用微細穴−１（１１）を介して連通しており、所望に応じて吐出すべき液体を補充するために、流路（３）に隣接して、また、隔壁を介して設けられている吐出用液体配分タンク（８）と逆流防止用微細穴−２（１２）を介して連通している。
加圧室（１）は、通常、円筒形、長円筒形、直方体等の形状を有しており、その容積は、使用の態様に応じて、定めればよい。
気泡トラップ用セル（２）の形状は、長円筒形等の液体吐出時に内部流速の高まりやすい形状が好ましい。気泡トラップ用セル（２）の容積は、加圧室（１）のそれに対して小さいことが好ましく、１：２又はそれ以上、好ましくは１：４又はそれ以上である。
気泡トラップ用セル（２）の容積を加圧室（１）の容積と比較して小さくする理由は、加圧室（１）に液体を吐出させるに充分な比較的弱い圧力で圧力を加えても、気泡トラップ用セル（２）内の流速をトラップした気泡の放出に充分な流速とすることができるからである。なお、気泡トラップ用セル（２）内の圧力ｐ_１は、加圧室の圧力ｐ_２よりも小さくすることによりトラップした気泡が流路（３）を通り加圧室（１）に侵入することを防止できる。
【０００７】
効率よくトラップした気泡を効率よく装置外に放出するには、気泡トラップ用セル（２）内の圧力ｐ_１を装置外の外気圧ｐ_０でよりも大きく保つ必要がある。その為には、加圧室（１）と気泡トラップ用セル（２）との体積比を少なくとも１：４以上と加圧室（１）を大型化することでより大きな加圧力を得やすくするか、又は、気泡トラップ用セルの上部に圧電／電歪膜型素子（５）を設ければよい。
なお、気泡をより確実に追出すには、加圧室（１）の上部に設けられた圧電／電歪膜型素子（４）を気泡トラップ用セル（２）の上部に設けた圧電／電歪膜型素子（５）よりも数マイクロ秒〜十数マイクロ秒の時間差を置いて作動させることにより加圧室から伝えられる圧力と気泡トラップ用セル（２）の上部に設けた圧電／電歪膜型素子（５）の作動による加圧を相加的に働かせればよい。
両圧電／電歪膜型素子（４）及び（５）の時間差作動は、ＣＰＵとリレー回路の組み合わせ（図示せず）、遅延回路（図示せず）等により行えばよい。
【０００８】
流路（３）は、そのほぼ中央部が気泡トラップ用セル（２）と加圧室（１）の間に設けられた隔壁の下に、その一端が加圧室（１）の下に、その他端が気泡トラップ用セル（２）の下に位置するように設ければよい。流路（３）についての形状については、特に制限はないが、液体吐出時の流速が出易いように断面積が小さく、且つ、細長い形状とすること、又同時に、気泡が仮にこの流路まで侵入してきた場合にも、気泡をより容易に排出できるようにするために成る可く小さな容積と成るような形状とすることが好ましい。容積としては、加圧室（１）の容積の４分の１以下で、且つ、気泡トラップ用セル（２）の容積と同じか又はそれ以下であればよい。なお、流路（３）をこの様に、他の２つのセルと同じように並列に並べずに、両者の下部に設けるのは、装置全体をコンパクト化するためである。従って、使用の態様により、２つのセルと流路とを横並びにしても差し支えないことはいうまでもない。
本発明に係る液体吐出装置の一態様に於ける圧電／電歪膜型素子（４）及び（５）と、加圧室（１）、流路（３）、及び気泡トラップ用セル（２）の位置的関係や、大きさを模式的に示す為の俯瞰図としたのが図２である。図２に置いて、１は加圧室を、２は気泡トラップ用セルを、３は１と２の下部に位置する層に設けられた流路を、４は加圧室の上部に配設された圧電／電歪膜型素子を、５は気泡トラップ用セルの上部に配設された圧電／電歪膜型素子を示す。
【０００９】
液体吐出用ノズル（９）と、（３）と（１）と、（１）と（８）との各セル間の逆流防止用微細穴−１（１１）、及び逆流防止用微細穴−２（１２）は、トラップした気泡をスムースに放出できるようにするために各セル内の圧力間でｐ_０＜ｐ_１＜ｐ_２の関係を容易に保つことができるように、形状大きさなどを定めることが好ましい。加圧室（１）と流路（３）との間の逆流防止用微細穴−１（１１）は、その縦断面が流路（３）に向かって、若干その径が細くなるように構成することが好ましい。
逆流防止用微細穴−１（１１）、及び逆流防止用微細穴−２（１２）の形状は円形が好ましい。また、所望により、１加圧室当たりそれぞれ複数個設けても良い。
本発明に係る液体吐出装置の別の態様としては、図３に示すように加圧室（１）と、気泡トラップ用セル（２）と、流路（３）を並列に設けたものが挙げられる。この図３は上記の本発明に係る液体吐出装置の別の態様における、加圧室（１）、流路（３）、及び気泡トラップ用セル（２）の形状と位置的関係を模式的に示す俯瞰図である。
【００１０】
以下本発明に係る液体吐出装置の一態様の側断面図である図１に触れながら、本発明に係る液体吐出装置の作動例について説明する。
図１に示した液体吐出装置において、強制的に、気泡トラップ用セル（２）の内圧を外気圧より下げて、気泡を同セル内に取り込ませて、その状態で、加圧室（１）の圧電／電歪膜型素子（４）を作動させて、加圧室（１）内の液体を所定量押しだし、流路（３）を介して気泡トラップ用セル（２）から水中に押し出したところ、液体の吐出と気泡の放出が認められた。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係る液体吐出装置によれば、トラップした気泡を確実に放出できる。
なお、本発明に係る装置は、安定した液体吐出が求められる燃料や各種液体の燃焼や乾燥処理の際の吐出装置として有用である。即ち、薬品合成や粉末製造など際に、反応用原料用液供給や目的とする産生物を含む溶液の乾燥の際の液体吐出装置や、石油ファンヒーター等を含む石油などの各種液体燃料用の吐出装置としても好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体吐出装置の一態様の側断面図である。
【図２】本発明に係る液体吐出装置の一態様における圧電／電歪膜型素子（４）及び（５）と、加圧室（１）、流路（３）、及び気泡トラップ用セル（２）の位置的関係と大きさとを模式的に示す俯瞰図である。
【図３】本発明に係る液体吐出装置の別の態様の側断面図である。
【図４】図３に示した本発明に係る液体吐出装置の別の態様における、加圧室（１）、流路（３）、及び気泡トラップ用セル（２）の位置的関係と大きさとを模式的に示す俯瞰図である。
【符号の説明】
１…加圧室、２…気泡トラップ用セル、３…流路、４…加圧室の上部に配設された圧電／電歪膜型素子、５…気泡トラップ用セルの上部に配設された圧電／電歪膜型素子、７…液体吐出装置、８…吐出用液体配分タンク、９…ノズル穴、１１…逆流防止用微細穴−１、１２…逆流防止用微細穴−２。

Claims

少なくとも一つの液体を吐出させるための加圧手段（４）と、加圧室（１）と、同加圧室（１）と連通した流路（３）と、同流路（３）を介して加圧室（１）と連通した気泡トラップ用セル（２）とを有し、気泡トラップ用セル（２）の上部には圧電／電歪膜型素子（５）を配設したものである液体吐出用構造体から成る原料・燃料用吐出装置。
少なくとも一つの液体を吐出させるための加圧手段（４）と、加圧室（１）と、同加圧室（１）と連通した流路（３）と、同流路（３）を介して加圧室（１）と連通した気泡トラップ用セル（２）とを有し、加圧室（１）と、気泡トラップ用セル（２）とは、隔壁を介して第１の層内に位置し、同加圧室（１）と連通した流路（３）は、第１の層の下部に位置する第２の層内に位置し、流路（３）の１端は加圧室（１）の下部に位置し、他端は気泡トラップ用セル（２）の下部に位置するように配設された２層構造を有する液体吐出用構造体から成る原料・燃料用吐出装置。
少なくとも一つの液体を吐出させるための加圧手段（４）と、加圧室（１）と、同加圧室（１）と連通した流路（３）と、同流路（３）を介して加圧室（１）と連通した気泡トラップ用セル（２）とを有し、加圧室（１）と、気泡トラップ用セル（２）とは、隔壁を介して独立して配置され、同加圧室（１）と同気泡トラップ用セル（２）とは、同加圧室（１）と流路（３）との間に設けられた逆流防止細穴１１と流路（３）とを介して連通されている液体吐出用構造体から成る原料・燃料用吐出装置。
前記構造体は、２層から構成されており、加圧室（１）と、気泡トラップ用セル（２）とは、隔壁を介して第１の層内に位置し、同加圧室（１）と連通した流路（３）は、第１の層の下部に位置する第２の層内に位置し、流路（３）の１端は加圧室（１）の下部に位置し、他端は気泡トラップ用セル（２）の下部に位置するように配設された請求項１または３に記載の原料・燃料用吐出装置。
気泡トラップ用セル（２）の容積と加圧室（１）の容積の比が１：２又はそれ以上である請求項１〜４の何れか１項に記載の原料・燃料用吐出装置。
気泡トラップ用セル（２）の容積と加圧室（１）の容積の比が１：４又はそれ以上である請求項５項に記載の原料・燃料用吐出装置。
更に気泡トラップ用セル（２）の上部に圧電／電歪膜型素子（５）を配設したものである請求項２〜６の何れか１項に記載の原料・燃料用吐出装置。