JP4706232B2 - Ultrasonic atomizer - Google Patents

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本発明は、超音波霧化装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic atomizer.

液体に超音波を照射すると、液面や液中にキャピラリー波が形成されて液体が激しく分裂し、液体の一部は霧化する。この超音波霧化現象は、超音波加湿器や超音波分留装置などに利用されている。
例えば、出願人らによる特許文献1に記載の超音波によるアルコール分溜装置についても、超音波霧化を利用している。
このアルコール分溜装置では、アルコールを含む液体を注入した液体容器と、この液体容器の底部に設置されたセラミック振動子とを含む霧化装置を備える。 この霧化装置では、セラミック振動子が発生する超音波放射圧を受けた液体が、超音波の放射軸に沿って噴出されて液柱が形成される。この液柱のうち空中との界面の部分は、超音波振動により細かく分裂されたうえ、液柱の本体部分から分離されて霧化される。
特許第3479120号公報 図1
When the liquid is irradiated with ultrasonic waves, capillary waves are formed in the liquid surface and in the liquid, and the liquid is vigorously divided, and a part of the liquid is atomized. This ultrasonic atomization phenomenon is used in ultrasonic humidifiers, ultrasonic fractionators, and the like.
For example, ultrasonic atomization is also used for the alcohol fractionator using ultrasonic waves described in Patent Document 1 by the applicants.
This alcohol fractionating device includes an atomization device that includes a liquid container into which a liquid containing alcohol is injected and a ceramic vibrator installed at the bottom of the liquid container. In this atomization apparatus, the liquid that has received the ultrasonic radiation pressure generated by the ceramic vibrator is ejected along the radiation axis of the ultrasonic waves to form a liquid column. A portion of the liquid column at the interface with the air is finely divided by ultrasonic vibration, and is separated from the main body portion of the liquid column and atomized.
Japanese Patent No. 3479120 FIG.

なお、このようなタイプの超音波霧化装置について、液体を霧化することができる量は、液柱のうち空中との界面の部分の面積、即ち、液柱の表面積に比例する。ここで、超音波振動で噴射する液体の単位時間当りの体積が液柱の形状によらず一定とする。このとき、断面積が小さく、放射軸線上に長く延ばした形状を有する液柱を形成すれば、より大きな液柱の表面積が得られ、ひいては、より多くの単位時間当たりの霧化を行うことができる。   Note that the amount of liquid atomized in this type of ultrasonic atomizer is proportional to the area of the interface between the liquid column and the air, that is, the surface area of the liquid column. Here, it is assumed that the volume per unit time of the liquid ejected by ultrasonic vibration is constant regardless of the shape of the liquid column. At this time, if a liquid column having a small cross-sectional area and a shape extending long on the radial axis is formed, a larger surface area of the liquid column can be obtained, and thus more atomization per unit time can be performed. it can.

しかしながら、このようなタイプの霧化装置では、底部に設置された超音波振動子から放射する超音波振動が拡散して液柱の断面積が大きくなるため、液柱を超音波の放射軸線上に長く延ばすことが困難である。このため、超音波振動エネルギーに対する液体の単位時間当りの霧化の量を大きくすることができなかった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、効率よく液体を霧化することができる超音波霧化装置を提供することを目的とする。
However, in this type of atomizer, since the ultrasonic vibration radiated from the ultrasonic vibrator installed at the bottom diffuses and the cross-sectional area of the liquid column increases, the liquid column is placed on the ultrasonic radiation axis. It is difficult to extend for a long time. For this reason, the amount of atomization per unit time of the liquid with respect to ultrasonic vibration energy could not be increased.
This invention is made | formed in view of this problem, Comprising: It aims at providing the ultrasonic atomizer which can atomize a liquid efficiently.

その方法は、液体に超音波を照射して上記液体を霧化する超音波霧化装置であって、上記液体を収容するための液体容器と、上記液体容器の底部に配設され、上記液体の液面に向け仮想放射軸に沿って超音波を放射する超音波振動子と、基端における断面積に比して先端における断面積が小さく、先端側ほど断面積が小さいか等しい形態を有する筒内空間を備える筒状のノズル部材であって、上記液体容器内において、基端側を上記超音波振動子側に向ける一方、先端側を上記底部から離れる側に向け、上記仮想放射軸が上記筒内空間の基端側の基端開口面内を通る位置に配設されてなり、上記筒内空間内の液体と上記ノズル部材周囲の液体とを連通させる連通路を自身に備え、あるいは、上記液体容器との間に構成するノズル部材と、を備え、前記ノズル部材は、前記液体容器の底部に着脱可能に置かれてなる超音波霧化装置である。 The method is an ultrasonic atomizing device that atomizes the liquid by irradiating the liquid with an ultrasonic wave, the liquid container for containing the liquid, and the liquid container disposed at the bottom of the liquid container. The ultrasonic transducer that emits ultrasonic waves along the virtual radiation axis toward the liquid surface of the liquid crystal and the cross-sectional area at the tip is smaller than the cross-sectional area at the base end, and the cross-sectional area is smaller or equal at the tip A cylindrical nozzle member having an in-cylinder space, wherein in the liquid container, the proximal end side is directed to the ultrasonic transducer side, and the distal end side is directed to a side away from the bottom portion, and the virtual radiation axis is It is provided at a position passing through the base end opening surface on the base end side of the in-cylinder space, and has a communication path for communicating the liquid in the in-cylinder space with the liquid around the nozzle member, or And a nozzle member configured between the liquid container and The nozzle member consists placed detachably at the bottom of the liquid container is an ultrasonic atomizer.

本発明の超音波霧化装置では、ノズル部材について、超音波を放射する超音波振動子の仮想放射軸がその筒内空間の基端側の基端開口面内を通るように配設されている。このため、液体容器内に液体を入れ、ノズル部材の筒内空間内に液体を満たした状態で、超音波振動子で超音波振動を発生させると、この超音波振動は、筒内空間を基端側から先端側に向けて進行することとなる。すると、筒内空間内の液体は、超音波振動させられると共に仮想放射軸方向に押し出されて、ノズル部材の先端から噴出する。なお、液体の噴出に伴って、筒内空間内には連通路から液体が連続的に補給される。   In the ultrasonic atomizing apparatus of the present invention, the nozzle member is arranged so that the virtual radial axis of the ultrasonic transducer that emits ultrasonic waves passes through the proximal end opening surface on the proximal end side of the in-cylinder space. Yes. For this reason, when ultrasonic vibration is generated by the ultrasonic vibrator in a state where the liquid is put in the liquid container and the liquid in the cylinder space of the nozzle member is filled, the ultrasonic vibration is generated based on the cylinder space. It progresses from the end side toward the front end side. Then, the liquid in the in-cylinder space is ultrasonically vibrated and pushed out in the direction of the virtual radial axis, and ejected from the tip of the nozzle member. As the liquid is ejected, the liquid is continuously supplied into the in-cylinder space from the communication path.

本発明の霧化装置では、この筒内空間は基端における断面積に比して先端における断面積が小さく、先端側ほど断面積が小さいか等しい形態となっているので、先端側に向かうほど超音波エネルギーが集中し、ノズル部材の先端から、液体が勢いよく噴射される。
この噴射により形成される液柱は、ノズル部材を使用しない場合に比して、断面積が小さく、長く伸ばした形状とすることができる。しかも、液柱中を伝わる超音波振動も、より大きくなっている。従って、このような液柱からは、より多くの霧を発生させることができる。
このように、本発明の超音波霧化装置では、ノズル部材で超音波振動子から放射された超音波振動を集束させて、液柱を形成し、また液柱に強い超音波振動を伝えるので、ノズル部材がない場合に比して、より多くの液体を霧化させることができる。
しかも、本発明の超音波霧化装置では、ノズル部材が着脱可能に置かれているので、液体容器やノズル部材の洗浄やメンテナンスが容易にできる。
特に、酒類などの飲料、薬品など清浄であることが要求される液体を霧化する場合や、工業廃水などノズル部材の目詰まりを起こしやすい液体を霧化する場合などに好適に用いることができる。
In the atomization apparatus of the present invention, the in-cylinder space has a smaller cross-sectional area at the tip than the cross-sectional area at the base end, and the cross-sectional area is smaller or equal at the tip side. The ultrasonic energy is concentrated, and the liquid is ejected vigorously from the tip of the nozzle member.
The liquid column formed by this injection has a small cross-sectional area and can be formed in a long shape as compared with the case where no nozzle member is used. Moreover, the ultrasonic vibration transmitted through the liquid column is also increased. Therefore, more mist can be generated from such a liquid column.
As described above, in the ultrasonic atomizing apparatus of the present invention, the ultrasonic vibration emitted from the ultrasonic vibrator is focused by the nozzle member to form a liquid column and transmit strong ultrasonic vibration to the liquid column. More liquid can be atomized as compared with the case where there is no nozzle member.
Moreover, in the ultrasonic atomizer of the present invention, since the nozzle member is detachably placed, the liquid container and the nozzle member can be easily cleaned and maintained.
In particular, it can be suitably used in the case of atomizing a liquid that is required to be clean, such as beverages such as alcoholic beverages and medicines, or in the case of atomizing a liquid that easily clogs nozzle members such as industrial wastewater. .

ここで、ノズル部材のうち、筒内空間の形態は、基端における断面積に比して先端における断面積が小さく、先端側ほど断面積が小さいか等しい形態になっていればいずれの形態でもよい。従って、この筒内空間の形態は、全体が先細のテーパ状の形態でも良いし、円筒状の部分と先細のテーパ状の部分を組み合わせた形態のものでも良い。具体的には、例えば、筒内空間を円錐台形状としたものが挙げられる。また、この筒内空間の断面の径が、基端側ほど指数関数的に大きくなるエクスポーネンシャル形状であると、効率よく超音波エネルギーを集中できるので好ましい。また、この筒内空間の断面の形状は、円形であっても良いし、四角形であっても良い。   Here, among the nozzle members, the form of the in-cylinder space is any form as long as the cross-sectional area at the tip is smaller than the cross-sectional area at the base end, and the cross-sectional area is smaller or equal to the tip side. Good. Therefore, the shape of the in-cylinder space may be a tapered shape as a whole, or may be a combination of a cylindrical portion and a tapered portion. Specifically, for example, the in-cylinder space has a truncated cone shape. Further, an exponential shape in which the diameter of the cross section of the in-cylinder space is exponentially increased toward the base end side is preferable because the ultrasonic energy can be concentrated efficiently. In addition, the cross-sectional shape of the in-cylinder space may be circular or quadrangular.

超音波振動子としては、液体の霧化に用いる圧電素子や磁歪素子を用いた公知の超音波振動子を用いることができる。
また、超音波振動子は、超音波振動子から放射される超音波の仮想放射軸が液面に対し交差するように配置されていれば良い。仮想放射軸が液面と斜交するように超音波振動子を配置すると良い。液量の変動が生じたときでも振動子から液面までの距離の変動が液面高さの変動に比して少なくなるからである。
さらに、ノズル部材は、超音波振動の仮想放射軸が筒内空間の基端側の基端開口面内を通るように配設されていれば良い。超音波振動を筒内空間に導くことができるからである。なお、仮想放射軸がノズル部材の空間軸心と一致していると、超音波が効率よく筒内空間の液体に伝わるので特に好ましい。
As the ultrasonic transducer, a known ultrasonic transducer using a piezoelectric element or a magnetostrictive element used for atomizing a liquid can be used.
Further, the ultrasonic transducer may be arranged so that the virtual radiation axis of the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer intersects the liquid surface. It is preferable to arrange the ultrasonic transducer so that the virtual radiation axis is oblique to the liquid surface. This is because even when the fluctuation of the liquid amount occurs, the fluctuation of the distance from the vibrator to the liquid level becomes smaller than the fluctuation of the liquid level.
Further, the nozzle member only needs to be disposed so that the virtual radial axis of ultrasonic vibration passes through the proximal end opening surface on the proximal end side of the in-cylinder space. This is because ultrasonic vibration can be guided to the in-cylinder space. Note that it is particularly preferable that the virtual radiation axis coincides with the space axis of the nozzle member because the ultrasonic wave is efficiently transmitted to the liquid in the cylinder space.

また、連通路については、筒内空間に液体容器内の液体を流入可能な通路であればいずれの形態でも良い。連通路の形態としては、例えば、ノズル部材自身に設けた貫通孔やノズル部材と液体容器との間に設けた間隙などが挙げられる。さらに、後者の場合について、ノズル部材自身を液体容器底面から離して形成した間隙、ノズル部材の底面に切り欠きを設け容器底面との間に設けた間隙、さらに、液体容器底面にノズル部材との間に連通路となる凹溝などを凹設して設けた間隙などが挙げられる。   In addition, the communication passage may be in any form as long as it is a passage through which the liquid in the liquid container can flow into the in-cylinder space. Examples of the form of the communication path include a through hole provided in the nozzle member itself and a gap provided between the nozzle member and the liquid container. Further, in the latter case, the gap formed by separating the nozzle member itself from the bottom surface of the liquid container, the gap provided between the bottom surface of the nozzle member and the bottom surface of the container, and the bottom surface of the liquid container with the nozzle member. For example, there may be a gap provided with a recessed groove or the like serving as a communication path between them.

さらに、上記の超音波霧化装置であって、前記ノズル部材は、前記筒内空間の空間軸心が、前記超音波振動子の前記仮想放射軸に一致する位置に配置されてなる超音波霧化装置とすると良い。   Furthermore, in the above-described ultrasonic atomizing device, the nozzle member is an ultrasonic fog in which a space axis of the in-cylinder space is arranged at a position that coincides with the virtual radiation axis of the ultrasonic transducer. It is better to use a device.

本発明の超音波霧化装置では、筒内空間の空間軸心が、超音波振動子の仮想放射軸に一致しているので、超音波振動子から放射された超音波が、効率よく筒内空間内の液体に伝わる。すると、ノズル部材の先端開口部から、勢い良く液体を噴出することができるので、より効率よく多量の液体を霧化させることができる。   In the ultrasonic atomizer of the present invention, the space axis of the in-cylinder space coincides with the virtual radiation axis of the ultrasonic transducer, so that the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer is efficiently in-cylinder. It is transmitted to the liquid in the space. Then, since a liquid can be ejected vigorously from the front-end opening part of a nozzle member, a large amount of liquid can be atomized more efficiently.

さらに、上記の超音波霧化装置であって、前記ノズル部材と、前記液体容器の底部とは、互いに嵌合または係合して、上記底部に上記ノズル部材を位置決め保持する形態を備える超音波霧化装置とすると良い。   Furthermore, in the ultrasonic atomizing device, the ultrasonic wave is provided with a form in which the nozzle member and the bottom of the liquid container are fitted or engaged with each other to position and hold the nozzle member on the bottom. An atomizer is recommended.

本発明の超音波霧化装置では、ノズル部材と液体容器の底部とは、互いに嵌合または係合して底部にノズル部材を位置決め保持する形態となっている。従って、ノズル部材を液体容器の底部に配置する際に、容易に位置決めして配置することができるので、取り扱いが容易な超音波霧化装置となし得る。   In the ultrasonic atomizer of the present invention, the nozzle member and the bottom of the liquid container are fitted or engaged with each other to position and hold the nozzle member on the bottom. Accordingly, since the nozzle member can be easily positioned and disposed when the nozzle member is disposed at the bottom of the liquid container, an ultrasonic atomizing device that can be easily handled can be obtained.

さらに、上記いずれかの超音波霧化装置であって、前記ノズル部材は、前記液体容器に所定量の液体を収容したとき液面、または、液面下で液面近傍となる位置に、前記筒内空間と上記ノズル部材周囲の空間とを連通させる上部連通孔を備える超音波霧化装置とすると良い。   Furthermore, in any one of the above-described ultrasonic atomizers, the nozzle member is located at a position that is near the liquid level or below the liquid level when a predetermined amount of liquid is stored in the liquid container. The ultrasonic atomizer may include an upper communication hole that allows the in-cylinder space and the space around the nozzle member to communicate with each other.

水とアルコール、水と有機溶媒など、互いに比重の異なる物質(液体)の混液を霧化する場合、たとえ互いに混和している場合でも、液面付近では、比重の軽い物質の割合が多くなることが判ってきた。従って、液面付近の液体を霧化し、この霧(微少液滴)を回収すると、処理前よりも比重の軽い物質を比較的多く含む液体を得ることができる。つまり、霧化により、比重の異なる2つの液体を分溜することができる。例えば、水とアルコールの混液では、アルコール濃度の高い液体を回収することができる。   When atomizing a mixture of substances (liquids) with different specific gravity, such as water and alcohol or water and organic solvent, even if they are mixed with each other, the ratio of substances with low specific gravity increases near the liquid surface. Has come to understand. Therefore, when the liquid near the liquid surface is atomized and this mist (microdroplets) is collected, a liquid containing a relatively large amount of a substance having a lighter specific gravity than before the treatment can be obtained. That is, two liquids having different specific gravities can be fractionated by atomization. For example, in a mixed solution of water and alcohol, a liquid with a high alcohol concentration can be recovered.

本発明の超音波霧化装置では、ノズル部材に上部連通孔を備える。このため、液体容器に、所定量の液体を注液すると、ノズル部材の先端から吐出され、霧化される液体には、この上部連通孔から筒内空間内に引き込まれた液体を多く含むこととなる。従って、液体として、互いに比重の異なる物質(液体)の混液を用いた場合、この超音波霧化装置によって、比重の軽い液体など、液面付近に多く含まれている成分を多く含む霧を発生させることができ、混液からの液体の分溜などに用いることができる。   In the ultrasonic atomizer of the present invention, the nozzle member is provided with an upper communication hole. For this reason, when a predetermined amount of liquid is injected into the liquid container, the liquid that is ejected from the tip of the nozzle member and atomized contains a large amount of liquid drawn into the in-cylinder space from the upper communication hole. It becomes. Therefore, when a mixture of substances (liquids) with different specific gravities is used as the liquid, this ultrasonic atomizer generates a mist that contains a lot of components near the liquid surface, such as a liquid with a low specific gravity. And can be used for fractionating a liquid from a mixed liquid.

本発明にかかる超音波霧化装置の実施例を図1〜図6を参照して説明する。   An embodiment of an ultrasonic atomizer according to the present invention will be described with reference to FIGS.

第1の実施例にかかる超音波霧化装置10について、図1〜図4を参照して説明する。図1は、本実施例1にかかる超音波霧化装置10全体の構成を示す説明図である。図2は、本実施例1にかかる超音波霧化装置10のうち、液体容器11の底部11t及び超音波振動子12の状態を示した説明図であり、(a)は、縦断面図、(b)はその上面図である。図3は、ノズル部材14の説明図であり、(a)はノズル部材の縦断面図、(b)はその上面図である。図4は、液体容器11と、超音波振動子12と、ノズル部材14との関係を示す説明図であり、(a)は、その縦断面図、(b)は上面図を示す。   The ultrasonic atomizer 10 concerning a 1st Example is demonstrated with reference to FIGS. 1-4. FIG. 1 is an explanatory diagram of an overall configuration of the ultrasonic atomizer 10 according to the first embodiment. FIG. 2 is an explanatory view showing the state of the bottom 11t of the liquid container 11 and the ultrasonic transducer 12 in the ultrasonic atomization apparatus 10 according to the first embodiment, where (a) is a longitudinal sectional view, (B) is the top view. 3A and 3B are explanatory views of the nozzle member 14, wherein FIG. 3A is a longitudinal sectional view of the nozzle member, and FIG. 3B is a top view thereof. 4A and 4B are explanatory views showing the relationship among the liquid container 11, the ultrasonic transducer 12, and the nozzle member 14. FIG. 4A is a longitudinal sectional view, and FIG. 4B is a top view.

まず、本実施例1の超音波霧化装置10について説明する。本実施例1の超音波霧化装置10は、図1に示すように、液体LQを収容するための液体容器11と、液体容器11の底部11tに配設された複数の超音波振動子12と、これらの超音波振動子12を駆動する霧化駆動回路13と、液体容器11の底部11tにおいて超音波振動子12にそれぞれ対応して配置され、着脱可能なノズル部材14とを備える。   First, the ultrasonic atomizer 10 of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the ultrasonic atomization apparatus 10 of the first embodiment includes a liquid container 11 for storing the liquid LQ and a plurality of ultrasonic transducers 12 disposed on the bottom 11 t of the liquid container 11. And an atomization drive circuit 13 for driving these ultrasonic transducers 12, and a nozzle member 14 that is arranged corresponding to the ultrasonic transducers 12 at the bottom 11 t of the liquid container 11 and can be attached and detached.

このうち、液体容器11には、図1に示すように、圧送孔11aが設けられている。さらに、この圧送孔11aの先端側(図1中、左方向)には、図示しないが、既存の電動ファ
ンによる圧送手段が設けられており、圧送方向AINに空気を圧送している。また、この液体容器11には、圧送孔11aに対向する位置に、送出孔11bが設けられている。従って、後述するようにして発生したミストMIは、圧送孔11aから圧送方向AINに圧送される空気に押されて、送出方向AOUTに送出される。
Among these, the liquid container 11 is provided with a pressure feed hole 11a as shown in FIG. Further, although not shown, a pressure feeding means using an existing electric fan is provided on the distal end side (left direction in FIG. 1) of the pressure feeding hole 11a, and air is fed in the pressure feeding direction AIN. The liquid container 11 is provided with a delivery hole 11b at a position facing the pressure feed hole 11a. Therefore, the mist MI generated as described later is pushed by the air fed in the pressure feeding direction AIN from the pressure feeding hole 11a and sent out in the sending direction AOUT.

また、超音波霧化装置10のうち超音波振動子12は、公知の円板状の霧化用圧電素子を用いて超音波振動を発生させるタイプのものである。この超音波振動子12に、接続された霧化駆動回路13により駆動電力を加えると、超音波振動子12は、一方の面から液体容器11内に向け、超音波振動子12の軸心に一致する仮想放射軸AXに沿って超音波を放射する(図3参照)。   Moreover, the ultrasonic transducer | vibrator 12 of the ultrasonic atomizer 10 is a type which produces an ultrasonic vibration using the well-known disk-shaped atomizing piezoelectric element. When driving power is applied to the ultrasonic vibrator 12 by the connected atomization drive circuit 13, the ultrasonic vibrator 12 is directed from one surface into the liquid container 11 and is located at the axial center of the ultrasonic vibrator 12. Ultrasound is radiated along the coincident virtual radiation axis AX (see FIG. 3).

次いで、実施例1にかかる超音波霧化装置10のうち、ノズル部材14について、図2を参照して説明する。
このノズル部材14は、テーパ形状を有するテーパ部14tと、テーパ部14tの基端側に位置し、径方向外側に突出する形状を有するフランジ部14fと、フランジ部14fの基端側に位置し、底面14bを含む底部14gとからなる。
また、このノズル部材14の内部は、その空間軸心BXを中心として、基端14kにおける断面積Skに比して先端14sにおける断面積Ssが小さくなるようにくり抜かれている。具体的には、ノズル部材14内部の筒内空間14nは、先端14s側ほど断面積が小さくなる円錐台形状を有している。
さらに、ノズル部材14の底部14gには、このノズル部材14を液体容器11に配置したときに、液体容器11の底部11tとの間に、筒内空間14nに液体を導入するための連通路を形成する半円筒状の切り欠き部14rが3ヶ所設けられている。
Next, the nozzle member 14 in the ultrasonic atomizer 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The nozzle member 14 is positioned on the proximal end side of the tapered portion 14t having a tapered shape, the flange portion 14f having a shape protruding radially outward, and on the proximal end side of the tapered portion 14t. And a bottom portion 14g including a bottom surface 14b.
Further, the interior of the nozzle member 14 is cut out so that the cross-sectional area Ss at the distal end 14s is smaller than the cross-sectional area Sk at the base end 14k with the space axis BX as the center. Specifically, the in-cylinder space 14n inside the nozzle member 14 has a truncated cone shape whose sectional area becomes smaller toward the tip end 14s.
Further, a communication path for introducing liquid into the in-cylinder space 14n is provided between the bottom 14g of the nozzle member 14 and the bottom 11t of the liquid container 11 when the nozzle member 14 is disposed in the liquid container 11. Three semi-cylindrical notches 14r to be formed are provided.

次いで、実施例1にかかる超音波霧化装置10のうち、液体容器11の底部11t、超音波振動子12及びノズル部材14の関係について図3〜図4を参照して説明する。
まず、図3に示すように、この液体容器11の底部11tは、平坦な平坦底面部11hと、この平坦底面部11hより傾斜し略円形に凹む傾斜凹部11eとを含む。この傾斜凹部11eは、略円形リング状の平坦部分である傾斜底面部11dと、これと平坦底面部11hとの間に介在し、傾斜底面部11dから立ち上がる傾斜側面部11cとを含む。なお、傾斜底面部11dの径は、ノズル部材14のフランジ部14fの径より若干大きくされている。
Next, the relationship among the bottom 11t of the liquid container 11, the ultrasonic vibrator 12, and the nozzle member 14 in the ultrasonic atomizer 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 3, the bottom portion 11t of the liquid container 11 includes a flat flat bottom surface portion 11h and an inclined concave portion 11e which is inclined from the flat bottom surface portion 11h and is recessed in a substantially circular shape. The inclined concave portion 11e includes an inclined bottom surface portion 11d that is a substantially circular ring-shaped flat portion, and an inclined side surface portion 11c that is interposed between the inclined bottom surface portion 11h and rises from the inclined bottom surface portion 11d. The diameter of the inclined bottom surface portion 11d is slightly larger than the diameter of the flange portion 14f of the nozzle member 14.

また、この傾斜凹部11eのうち傾斜底面部11dの中心近傍には、超音波振動子12の径に比して小さい径を有する貫通孔11fが設けられている。さらに、この貫通孔11fを塞ぐように、液体容器11の外側方向(図3(a)中、下方向)から、液体容器11の底部11tに超音波振動子12が固着されてなる。   In addition, a through hole 11f having a diameter smaller than the diameter of the ultrasonic transducer 12 is provided in the vicinity of the center of the inclined bottom surface portion 11d in the inclined concave portion 11e. Further, the ultrasonic vibrator 12 is fixed to the bottom portion 11t of the liquid container 11 from the outer side of the liquid container 11 (downward in FIG. 3A) so as to close the through hole 11f.

なお、この状態(図3参照)、即ち、ノズル部材14を配設しない状態で、霧化駆動回路13を作動させて、超音波振動子12に超音波振動AUを発生させた場合には、液体容器11に収容された液体LQの液面LMが、盛り上がって噴水状に液柱LP0が形成される。さらに、液柱LP0を伝わる超音波振動AUによって、液柱LP0の表面で液体LQ
から液滴が分裂し、ミストMI0が発生する。このようにノズル部材14を設けない場合でも、超音波振動子12により、ミストMI0を発生させることができる。
In this state (see FIG. 3), that is, in a state where the nozzle member 14 is not provided, when the atomization drive circuit 13 is operated to generate the ultrasonic vibration AU in the ultrasonic vibrator 12, The liquid level LM of the liquid LQ accommodated in the liquid container 11 rises to form a liquid column LP0 in the form of a fountain. Furthermore, the ultrasonic vibration AU transmitted through the liquid column LP0 causes the liquid LQ on the surface of the liquid column LP0.
The droplet breaks up and mist MI0 is generated. Thus, even when the nozzle member 14 is not provided, the mist MI0 can be generated by the ultrasonic transducer 12.

次いで、実施例1にかかる超音波霧化装置10において、図4に示すように、液体容器11の底部11tにノズル部材14を配設する。ノズル部材14は、傾斜凹部11eの傾斜側面部11cにノズル部材14のフランジ部14fが当接した状態で配設される。このとき、傾斜凹部11eの傾斜側面部11cの径はノズル部材14のフランジ部14fより若干大きい径を有している。このため、ノズル部材14を、その底部14gを下にして、傾斜凹部11e内に、フランジ部14fを挿入するようにして配置すると、傾斜凹部11eの傾斜側面部11cにフランジ部14fが、平坦底面部11hに底面14bが当接するようにして位置決めすることができる。
従って、超音波霧化装置10では、ノズル部材14を液体容器11の底部11tの傾斜凹部11e内に置くだけで、超音波振動子12の仮想放射軸AXとノズル部材14の筒内空間14nの空間軸心BXとが略一致するように、ノズル部材14を底部11tに適切に配設することができる。
Next, in the ultrasonic atomizer 10 according to the first embodiment, as illustrated in FIG. 4, the nozzle member 14 is disposed on the bottom 11 t of the liquid container 11. The nozzle member 14 is disposed in a state where the flange portion 14f of the nozzle member 14 is in contact with the inclined side surface portion 11c of the inclined recess 11e. At this time, the diameter of the inclined side surface portion 11c of the inclined concave portion 11e is slightly larger than the flange portion 14f of the nozzle member 14. For this reason, when the nozzle member 14 is disposed with the bottom portion 14g down and the flange portion 14f being inserted into the inclined recess portion 11e, the flange portion 14f is formed on the inclined side surface portion 11c of the inclined recess portion 11e. Positioning can be performed such that the bottom surface 14b comes into contact with the portion 11h.
Therefore, in the ultrasonic atomizing device 10, the virtual radiation axis AX of the ultrasonic transducer 12 and the in-cylinder space 14 n of the nozzle member 14 are simply placed in the inclined recess 11 e of the bottom 11 t of the liquid container 11. The nozzle member 14 can be appropriately disposed on the bottom portion 11t so that the space axis BX substantially coincides with the space axis BX.

次いで、実施例1にかかる超音波霧化装置10について、ノズル部材14を所定の位置に配設した状態での動作について説明する。
図4に示すように液体容器11の底部11tに配設された超音波振動子12は、液体LQの液面LMにむけ仮想放射軸AXに沿って超音波を放射する。
また、ノズル部材14は、基端14k側を超音波振動子12に向ける一方、先端14sを液面の上部方向(図4中、上方向)に向けて液面LMから突出した状態とし、仮想放射軸AXが筒内空間14nの基端14kの開口面内を通る位置に配設されてなる。
このとき、超音波振動子12から発生した超音波振動AUは、仮想放射軸AXに沿って筒内空間14nを基端14kから先端14sに向けて進行することになる。すると、筒内空間14n内の液体LQは、超音波振動させられると共に仮想放射軸AX方向に押し出されて、ノズル部材14の先端から噴出し、液柱LPを形成する。また、この液体LQの噴出に伴って、筒内空間14n内には切り欠き部14rと傾斜凹部11eの傾斜底面部11dの間隙から矢印IN1で示すように液体LQが連続的に補給される。
Next, an operation of the ultrasonic atomizer 10 according to the first embodiment in a state where the nozzle member 14 is disposed at a predetermined position will be described.
As shown in FIG. 4, the ultrasonic transducer 12 disposed on the bottom 11t of the liquid container 11 radiates ultrasonic waves along the virtual radiation axis AX toward the liquid level LM of the liquid LQ.
Further, the nozzle member 14 has the base end 14k side directed toward the ultrasonic transducer 12, while the tip end 14s is protruded from the liquid level LM in the upper direction of the liquid level (upward in FIG. 4). The radial axis AX is disposed at a position passing through the opening surface of the base end 14k of the in-cylinder space 14n.
At this time, the ultrasonic vibration AU generated from the ultrasonic transducer 12 travels in the in-cylinder space 14n from the proximal end 14k toward the distal end 14s along the virtual radiation axis AX. Then, the liquid LQ in the in-cylinder space 14n is ultrasonically vibrated and pushed in the direction of the virtual radial axis AX, and ejected from the tip of the nozzle member 14 to form the liquid column LP. As the liquid LQ is ejected, the liquid LQ is continuously replenished into the in-cylinder space 14n from the gap between the cutout portion 14r and the inclined bottom surface portion 11d of the inclined concave portion 11e as indicated by the arrow IN1.

本実施例1にかかる超音波霧化装置10では、図2に示すように、この筒内空間14nは基端14k側開口における断面積Skに比して先端14s側開口における断面積Ssが小さい形態となっている。そのため、筒内空間14nでは、先端14s側に向かうほど超音波エネルギーが集中し、ノズル部材14の先端14sから、液体LQが勢いよく噴射して液柱LPが形成されると共に、液柱LPに強力な超音波振動が伝えられる。   In the ultrasonic atomizer 10 according to the first embodiment, as shown in FIG. 2, the in-cylinder space 14n has a smaller cross-sectional area Ss at the distal end 14s side opening than a sectional area Sk at the proximal end 14k side opening. It has a form. Therefore, in the in-cylinder space 14n, the ultrasonic energy is concentrated toward the tip 14s side, and the liquid LQ is ejected vigorously from the tip 14s of the nozzle member 14 to form the liquid column LP, and at the liquid column LP. Powerful ultrasonic vibration is transmitted.

この噴射により形成される液柱LP(図4参照)は、ノズル部材14を使用しないで形成した液柱LP0(図3参照)よりも、断面積が小さく、長く伸ばした形状とすることができる。しかも、液柱LP中を伝わる超音波振動も、振幅が大きく強力になっている。従って、このような液柱LPからは、上述のノズル部材14を使用しない場合に形成される液柱LP0に比して、多くのミストMIを発生させることができる。   The liquid column LP (see FIG. 4) formed by this injection has a smaller cross-sectional area and a longer elongated shape than the liquid column LP0 (see FIG. 3) formed without using the nozzle member 14. . In addition, the ultrasonic vibration transmitted through the liquid column LP has a large amplitude and becomes strong. Therefore, more mist MI can be generated from the liquid column LP as compared with the liquid column LP0 formed when the nozzle member 14 is not used.

特に、この超音波霧化装置10では、仮想放射軸AXとその筒内空間14nの空間軸心BXが略一致するように配設されている。このため、超音波霧化装置10では、超音波振動子12から放射され、ノズル部材14の筒内空間14nを通る超音波を、空間軸心BXに沿って、効率よく筒内空間14nの液体LQに伝えることができる。従って、この超音波霧化装置10では、効率よく液体LQを霧化することができる。   In particular, in the ultrasonic atomizer 10, the virtual radiation axis AX and the space axis BX of the in-cylinder space 14n are disposed so as to substantially coincide with each other. For this reason, in the ultrasonic atomizer 10, the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic transducer 12 and passing through the in-cylinder space 14n of the nozzle member 14 is efficiently transferred along the space axis BX to the liquid in the in-cylinder space 14n. You can tell LQ. Therefore, in this ultrasonic atomizer 10, the liquid LQ can be efficiently atomized.

また、超音波霧化装置10では、ノズル部材14は、前述のとおり、液体容器11の底部11tに容易に着脱可能である。従って、液体容器11やノズル部材14の洗浄やメン
テナンスが容易にできる。このため、液体LQとして酒類などの飲料、薬品などの液体や、工業廃水を用いこれを霧化する場合には好適である。
In the ultrasonic atomizer 10, the nozzle member 14 can be easily attached to and detached from the bottom 11t of the liquid container 11 as described above. Therefore, cleaning and maintenance of the liquid container 11 and the nozzle member 14 can be facilitated. For this reason, it is suitable when the liquid LQ is atomized using a beverage such as alcoholic beverages, a liquid such as medicine, or industrial wastewater.

次に、実施例2にかかる超音波霧化装置20の説明を図1、図5及び図6を参照して説
明する。本実施例2にかかる超音波霧化装置20は、実施例1の超音波霧化装置10におけるノズル部材14に代えてノズル部材24を用いている点でのみ相異する。そこで、以下では、実施例1の超音波霧化装置10と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については説明を省略あるいは簡略化する。
Next, the ultrasonic atomizer 20 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 1, FIG. 5, and FIG. The ultrasonic atomizer 20 according to the second embodiment is different only in that a nozzle member 24 is used instead of the nozzle member 14 in the ultrasonic atomizer 10 of the first embodiment. Therefore, the following description will focus on the parts that are different from the ultrasonic atomization apparatus 10 of the first embodiment, and description of similar parts will be omitted or simplified.

本実施例2の超音波霧化装置20において、液体容器11、超音波振動子12、霧化駆動回路13は、実施例1と同様である(図1参照)。
また、ノズル部材24も、実施例1におけるノズル部材14と同じく、図5に示すように、テーパ部24t、フランジ部24f及び底部24gからなる。また、ノズル部材24の内部も、ノズル部材14と同様にくり抜かれて筒内空間24nは、先端24s側ほど断面積が小さくなる円錐台形状を有しており、底部24gに半円筒状の切り欠き部24rが3ヶ所設けられている点でも実施例1と同様である。
In the ultrasonic atomization apparatus 20 of the second embodiment, the liquid container 11, the ultrasonic vibrator 12, and the atomization drive circuit 13 are the same as those in the first embodiment (see FIG. 1).
Similarly to the nozzle member 14 in the first embodiment, the nozzle member 24 includes a tapered portion 24t, a flange portion 24f, and a bottom portion 24g as shown in FIG. The inside of the nozzle member 24 is also hollowed out in the same manner as the nozzle member 14 so that the in-cylinder space 24n has a truncated cone shape whose sectional area decreases toward the tip 24s side. The third embodiment is the same as the first embodiment in that three notches 24r are provided.

但し、本実施例2におけるノズル部材24は、図6に示すように、液体容器11に所定量の液体LQを収容したとき液面LM、または、液面LM以下で液面LM近傍となる位置に、筒内空間24nとノズル部材24周辺の空間とを連通させる上部連通孔24jを3ヶ所備える点で実施例1におけるノズル部材14と相違している。   However, as shown in FIG. 6, the nozzle member 24 in the second embodiment is located at the liquid level LM or near the liquid level LM below the liquid level LM when a predetermined amount of the liquid LQ is accommodated in the liquid container 11. Further, the nozzle member 14 is different from the nozzle member 14 in the first embodiment in that three upper communication holes 24j are provided to communicate the in-cylinder space 24n and the space around the nozzle member 24.

上述のように、本実施例2の超音波霧化装置20では、ノズル部材24に3箇所の上部連通孔24jを備える。このため、液体容器11に、所定量の液体LQを注液すると、実施例1と同様、ノズル部材24の先端24sからも、液体LQが液柱LP2となって吐出され、ミストMI2が発生する。但し、この吐出される液柱LP2及びミストMI2には、上部連通孔24jから、矢印IN2で示すようにして、筒内空間24nに引き込まれた液面LM付近の液体LQXが、多く含まれることになる。   As described above, in the ultrasonic atomizer 20 of the second embodiment, the nozzle member 24 includes the three upper communication holes 24j. Therefore, when a predetermined amount of the liquid LQ is injected into the liquid container 11, the liquid LQ is discharged from the tip 24s of the nozzle member 24 as the liquid column LP2 as in the first embodiment, and mist MI2 is generated. . However, the discharged liquid column LP2 and mist MI2 contain a large amount of liquid LQX in the vicinity of the liquid level LM drawn into the in-cylinder space 24n from the upper communication hole 24j as indicated by the arrow IN2. become.

ところで、前述したように、液体LQに、互いに比重の異なる液体の混液、例えば、水とアルコールの混液を用いると、たとえ互いに混和している場合でも、液面LM付近(図6中、液面LM近傍の網掛け部分)の液体LQXでは、比重の軽い液体(例えば、アルコール)の割合が多くなる。
従って、このような液体LQを用いると、この超音波霧化装置20では、比重の軽い液体の濃度(例えば、アルコール濃度)の高いミストMI2を発生させることができる。そこで、このミストMI2を回収すれば、液体LQから比重の軽い液体(例えば、アルコール)を回収することができ、水とアルコールの混液からのアルコールの分溜などに好適に用いることができる。
By the way, as described above, when a liquid mixture of liquids having different specific gravities, for example, a mixture of water and alcohol, is used as the liquid LQ, even when they are mixed with each other, near the liquid level LM (in FIG. In the liquid LQX in the shaded area in the vicinity of the LM, the ratio of the liquid having a low specific gravity (for example, alcohol) increases.
Therefore, when such a liquid LQ is used, the ultrasonic atomizer 20 can generate a mist MI2 having a high density (for example, alcohol concentration) of a liquid having a low specific gravity. Therefore, by recovering the mist MI2, a liquid having a low specific gravity (for example, alcohol) can be recovered from the liquid LQ, and can be suitably used for fractionating alcohol from a mixture of water and alcohol.

以上において、本発明を実施例1、2に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例1、2においては、ノズル部材14、24について、略円錐形状のものを例示したが、略三角錐形状や略四角錐形状を有したノズル部材であっても良い。
実施例1、2においては、ノズル部材14、24を、液体容器11の底部11tに形成した傾斜凹部11eに当接して配置した例を示したが、ノズル部材は、液体容器から離間して配置しても良い。
また、ノズル部材14、24は着脱可能としたが、液体容器に固定しても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it can be applied as appropriate without departing from the scope of the present invention. Nor.
For example, in the first and second embodiments, the nozzle members 14 and 24 are illustrated as having a substantially conical shape, but may be a nozzle member having a substantially triangular pyramid shape or a substantially quadrangular pyramid shape.
In the first and second embodiments, the example in which the nozzle members 14 and 24 are disposed in contact with the inclined concave portion 11e formed in the bottom portion 11t of the liquid container 11 is shown. However, the nozzle member is disposed away from the liquid container. You may do it.
The nozzle members 14 and 24 are detachable, but may be fixed to the liquid container.

実施例1にかかる超音波霧化装置10全体の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the ultrasonic atomization apparatus 10 whole concerning Example 1. FIG. 実施例1にかかる超音波霧化装置10のうちノズル部材14の説明図であり、(a)はノズル部材の縦断面図、(b)はその上面図である。It is explanatory drawing of the nozzle member 14 among the ultrasonic atomization apparatuses 10 concerning Example 1, (a) is a longitudinal cross-sectional view of a nozzle member, (b) is the top view. 実施例1にかかる超音波霧化装置10のうち液体容器11の底部11t及び超音波振動子12の状態を示した説明図であり、(a)は、縦断面図、(b)はその上面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which showed the state of the bottom part 11t of the liquid container 11, and the ultrasonic transducer | vibrator 12 among the ultrasonic atomization apparatuses 10 concerning Example 1, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is the upper surface. FIG. 実施例1にかかる超音波霧化装置10のうち液体容器11と、超音波振動子12と、ノズル部材14との関係を示す説明図であり、(a)は、その縦断面図、(b)は上面図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the liquid container 11, the ultrasonic transducer | vibrator 12, and the nozzle member 14 among the ultrasonic atomization apparatuses 10 concerning Example 1, (a) is the longitudinal cross-sectional view, (b ) Is a top view. 実施例2にかかる超音波霧化装置20のうちノズル部材24の説明図であり、(a)はノズル部材の縦断面図、(b)はその上面図である。It is explanatory drawing of the nozzle member 24 among the ultrasonic atomization apparatuses 20 concerning Example 2, (a) is a longitudinal cross-sectional view of a nozzle member, (b) is the top view. 実施例2にかかる超音波霧化装置20のうち液体容器11と、超音波振動子12と、ノズル部材24との関係を示す説明図であり、(a)は、その縦断面図、(b)は上面図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the liquid container 11, the ultrasonic transducer | vibrator 12, and the nozzle member 24 among the ultrasonic atomization apparatuses 20 concerning Example 2, (a) is the longitudinal cross-sectional view, (b) ) Is a top view.

10、20 超音波霧化装置
11 液体容器
11t 底部
12 超音波振動子
14、24 ノズル部材
14k、24k 基端
14n、24n 筒内空間
14r、24r 切り欠き部
14s、24s 先端
AX 仮想放射軸
BX 空間軸心
10, 20 Ultrasonic atomizer 11 Liquid container 11t Bottom 12 Ultrasonic vibrators 14, 24 Nozzle members 14k, 24k Base end 14n, 24n In-cylinder space 14r, 24r Notch 14s, 24s Tip AX Virtual radial axis BX space Axis

Claims (4)

液体に超音波を照射して上記液体を霧化する超音波霧化装置であって、
上記液体を収容するための液体容器と、
上記液体容器の底部に配設され、上記液体の液面に向け仮想放射軸に沿って超音波を放射する超音波振動子と、
基端における断面積に比して先端における断面積が小さく、先端側ほど断面積が小さいか等しい形態を有する筒内空間を備える筒状のノズル部材であって、
上記液体容器内において、基端側を上記超音波振動子側に向ける一方、先端側を上記底部から離れる側に向け、
上記仮想放射軸が上記筒内空間の基端側の基端開口面内を通る位置に配設されてなり、
上記筒内空間内の液体と上記ノズル部材周囲の液体とを連通させる連通路を自身に備え、あるいは、上記液体容器との間に構成する
ノズル部材と、を備え
前記ノズル部材は、前記液体容器の底部に着脱可能に置かれてなる
超音波霧化装置。
An ultrasonic atomizer that atomizes the liquid by irradiating the liquid with ultrasonic waves,
A liquid container for containing the liquid;
An ultrasonic transducer disposed at the bottom of the liquid container and radiating ultrasonic waves along a virtual radial axis toward the liquid surface;
A cylindrical nozzle member having an in-cylinder space having a configuration in which the cross-sectional area at the tip is smaller than the cross-sectional area at the base end, and the cross-sectional area is smaller or equal to the tip side
In the liquid container, the base end side is directed to the ultrasonic transducer side, while the distal end side is directed to the side away from the bottom,
The virtual radial axis is disposed at a position passing through the base end opening surface on the base end side of the in-cylinder space,
A communication path for communicating the liquid in the in-cylinder space with the liquid around the nozzle member, or a nozzle member configured between the liquid container ,
The ultrasonic atomizer , wherein the nozzle member is detachably placed on the bottom of the liquid container .
請求項1に記載の超音波霧化装置であって、
前記ノズル部材は、前記筒内空間の空間軸心が、前記超音波振動子の前記仮想放射軸に一致する位置に配置されてなる
超音波霧化装置。
The ultrasonic atomizer according to claim 1,
The nozzle member is an ultrasonic atomizing device in which a space axis of the in-cylinder space is arranged at a position that coincides with the virtual radiation axis of the ultrasonic transducer.
請求項1または請求項2に記載の超音波霧化装置であって、
前記ノズル部材と、前記液体容器の底部とは、互いに嵌合または係合して、上記底部に上記ノズル部材を位置決め保持する形態を備える
超音波霧化装置。
The ultrasonic atomizer according to claim 1 or 2 , wherein
An ultrasonic atomizing device comprising: a form in which the nozzle member and the bottom of the liquid container are fitted or engaged with each other to position and hold the nozzle member on the bottom.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の超音波霧化装置であって、
前記ノズル部材は、
前記液体容器に所定量の液体を収容したとき液面、または、液面下で液面近傍となる位置に、前記筒内空間と上記ノズル部材周囲の空間とを連通させる上部連通孔を備える
超音波霧化装置。
It is an ultrasonic atomizer of any one of Claims 1-3 ,
The nozzle member is
An upper communication hole that communicates the in-cylinder space and the space around the nozzle member at a position near the liquid level or below the liquid level when a predetermined amount of liquid is stored in the liquid container. Sonic atomizer.
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