JPS586262A - 霧化装置 - 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】 本発明は灯油・軽油等の液体燃料や、水、薬浴液などの
液体を微粒化するだめの霧化装置に関し、さらに詳しく
は圧電素子等に代表される超音波振動を応用した霧化装
置に関するものである。

第１の目的は構成が簡単でコンパクトであり従って低価
格な霧化装置を提供することである。第２の目的は低消
費電力でかつ微粒化特性に優れた霧化装置を提供するこ
とである。さらに第３の目的は、霧化動作が安定でしか
も低騒音な霧化装置を提供することである。

従来、液体の霧化装置には種々の形式のものが実用化さ
れ、あるいは実用化の検討がなされている。

例えば、（１）高速回転体に液体を滴下し遠心力による
振り切り作用によって霧化する回転霧化装置、（２）高
圧ポンプ等により液体を数ｋｇ／ｃａ　　にまで加圧し
ノズルから噴出して霧化させる圧力噴緋装置、（３）ホ
ーン形状の振動子をジュラルミン等で構成し、圧電素子
や磁歪振動子の振巾を前記ホーン状振動子にて増巾する
と共に、増巾されたホーン先端部に液体を供給して霧化
させる振巾増中型超音波霧化装置、（補液槽の底部−に
圧電振動子を設け、液槽の液面近傍に超音波全集中させ
、液面付近での一種のキャビテーション現象を利用して
霧化させる直接型超音波霧化装置などがある。

しかしながら、前述した（１）　、　（２）の様な霧化
装置は、回転体や高圧ポンプ等の大型部品が必要であシ
装置全体が大型化、高価格化すると共に微粒化特性も十
分なものではなく騒音も大きいものであった。また、（
３）は、ジュラルミン等で構成されるホーン状の振動子
が必要であり、この振動子の安定で確実な振動を得るた
めに要求されるホーン形状寸法精度が極めて厳しく、従
って高価である上に微粒化性能も良好なものではなかっ
た。筐た機械的振巾増巾を効率良く安定に行うためには
出力が安定化された高価な駆動回路全必要とし、さらに
は取付構造もこのため面倒なものとならざるを得ないも
のであった。

また、上記（１）〜（３ンは液体の供給を例えばポンプ
等の液体供給手段にて行うことが必要であシ、この液体
供給手段にて霧化量が決定されるから、霧化量安定化の
ためには高価な液体供給手段を必要とするものであった
。

上記（４）は、液槽よシ直接霧化されるため前述のよう
な液体供給手段を必要とはしないものの、液槽中に直接
超音波エネルギーを照射し超音波エネルギーそのものに
より霧化する構造であるため、霧化される液体の温度、
液面と振動子との距離等により著しく霧化特性が影響を
受ける上に、霧化させるためのエネルギーが極めて大き
く、かつ、１〜２ＭＨｚ帯の周波数での動作が効率的霧
化動作のために必要であった。従って極めて大きな不要
輻射を発生するという重大な問題を有していた。

この様な条件から駆動回路も霧化量の安定化と不要輻射
抑制のために極めて高価なものにならざるを得ないもの
であった。

本発明はこの様な点に鑑みてなされたものであって前述
した従来の欠点を小孔ノズルをテーパ状にすることによ
シー掃し、構成が簡単でコンパクトであシ従って低価格
であると共に、微粒化特性に優れかつ低消費電力であシ
、安定で低騒音である霧化装置を提供せんとするもので
ある。

以下本発明になる霧化装置を石油温風暖房機に適用した
実施例について図面と共に説明するが本発明はこの実施
例に限定されるものではない。

第１図は本発明の一実施例を示す温風暖房機の構成断面
図である。

図において、１は温風機ケースであり、上面には操作部
２が設けられている。３は制御部であって温風機を作動
制御する機能を有している。燃料である灯油は、油タン
ク４からパイプ５を通り液面を略一定に制御するレベラ
ー６に供給される。

さらにレベラー６からバイグアを通シ脱気部８に送られ
る。脱気部８は灯油中の溶存空気量を減少させ後述の如
く微粒化性能を、一層内上させるだめのものであシ、脱
気された空気は排気筒９より排気口１ｏを経て排出され
、脱気された灯油はパイプ１１゛を通って霧化部１２に
供給される。

一方燃焼用空気は、モータ１３の回転軸に取付けられた
送風ンアン１４によシ図中矢印の如く吸気管１６から吸
込まれ、オリフィス１６を通りスワラ−１７に送られる
。スワラ−１７により燃焼空気は霧化混合室１８に図中
矢印の如く回転運動を与え乍ら供給され、霧化部１２か
ら吐出された霧化粒子１９と混合し霧化混合室１８の開
口２゜より熱交換器兼燃焼室２１に送られる。この混合
気は点火手段２２により点火され図のような回転火炎２
３を形、成する。２４はフレームロンドであシ火炎状態
を検知し制御部３にその信号を送るものである。また、
２５は送風ファンであり、熱交換器２１に室内空気を対
流させるものである。

ここで霧化器１２の起動時において、脱気器８にて脱気
された灯油を霧化器１２に充填する方法について説明す
る。送風ファン１４が駆動されるモータ１３の軸には図
のように吸引用ンアン２６が設けられており、図中矢印
のように空気を送るように動作する。すなわち、吸引フ
ァン２６の出口２７はオリフィス１６の下流２８に接続
され、吸引ファン２６の入口２９はオリフィス１６の下
流２８よシも負圧力になるように構成されている。

吸引ファン２６の入口２９には、吸引パイプ３゜が接続
され霧化部１２に連通している。しだがって、送風ファ
ン１４と吸引ファン２６により発生される負圧力の総和
の圧力によって脱気器８により脱気された灯油が霧化器
１２に吸引供給されるよう構成されている。

次に本実施例の霧化装置についで第２図を参照してさら
に詳しく説明する。第２図において第１図と同符号は相
描物である。

霧化部１２は仕切壁３１にビス３２にょシ固定されてい
る。３３は基体であり内部にホーン形状をした加圧室３
４を有している。前記加圧室３４の先端には小孔ノズル
３５を複数個有するノズル部３６がスペーサ３７．押え
金具３８と共にビス３９にて固定されている。一方前記
加圧室３４の底部には振動板４０と円板状圧電素子４１
より成る電気的振動子４２が設けられている。４３は供
＃室であシミ気的振動子４２の全周に設けられ加た 圧Ｎ３４とは連通部４４にて全周にわルつて連通されて
いる。

脱気部８は表壁外側に第２の圧電素子４５を設けた脱気
室４６と貯蔵室４７とより、それら２つの室は孔４８に
て連通されている。灯−油はパイプ７から矢印のように
供給され第２の圧電素子４６の超音波振動によるキャビ
テーション作用によって脱気される。すなわち灯油中の
溶存空気は気泡４９となって排気筒９より排気され脱気
された灯油が孔４８を通って貯蔵室４７に送られる。こ
のように脱気室４６と貯蔵室４７を分離しておくことに
より、霧化動作中に未脱気灯油の一部が脱気部１２に混
入することを防止することができる。

５０．６１は液面でありレベラー６によ多制御され脱気
部８による灯油中の溶存空気の脱気は、次のような効果
を有するものである。

第３図ａは一定の霧化量を得る場合の霧化部８の動作周
波数ｆと霧化粒径ｄの関係を示し動作周波数ｆが高い程
霧化粒子径ｄが小さくなっていることを示している。一
方第３図すは灯油中の溶存空気率αとキャビテーション
発生周波数ｆｃの関係を示すものであシ、駆動電圧−足
下においては、溶存空気率ａが小さい鞠キャビテーショ
ン発生周波数ｆｃ　が高くなることを示しておシ、従っ
て、脱気部８によシαを小さくすれば高い周波数で霧化
部１２を駆動することができることを示しておシ、この
ことはと９もなおさず霧化粒子径ｄを／」・さくできる
ことを示しているのである。

５０．５１は液面で８シレベラ−６にょ多制御されてほ
ぼ一定に図のような位置になっている。

送風モータ１３が起動されると前述の如く送風ファン１
４と吸引７アン２６にょシ発生する負圧力によシ吸引パ
イプ３０には図中矢印のような吸引力が発生する。した
がって吸引パイプ３ｏが接続された排気部５２からは加
圧室３４．供給室４３内の空気が吸引される。小孔ノズ
ル３５は４０〜１ｏＯμｍ程度の小孔であるため前述の
吸引力により液面６０は上昇し供給室４３．加圧室３４
内は完全に灯油が充満し、ついには液面６ｏは吸引パイ
プ内の設定された位置まで上昇してつりあうのである。

第４図ａ、ｂは霧化部１２が前述のような灯油の充填が
終了した後の霧化動作を説明する図であシ第１．第２図
と同符号は相当物である。

電気的振動子４２の振動板４ｏと圧・電素子４１の上面
６３との間には交流電圧が第６図ａ、ｂ。

Ｃのように必要な霧化量に応じて印加される。圧電素子
４１は、前記印加電圧の極性に応じて径方向の伸張・収
縮振動を行うため印加電圧の極性に応じて第４図ａと第
４図すの状態を繰シ返す。第４図ａの状態の時、電気的
振動子４２によって生じた圧力は加圧室３４によシス中
矢印のようにノズル部３６近傍に集中され、ノズル部３
６０曲面部６４に設けられた小孔ノズル３京よシ第４図
ａのように吐出される。

次に逆極性の電圧が電気的振動子４２に印加されると第
４図すの状態となり電気的振動子４２の近傍には負圧力
が発生する。この負圧力により供給室４３からは灯油が
供給され、従って供給室４３に接続されたパイプ１１か
らは供給室４３に灯油が補給されるのである。したがっ
て仁の霧化部１２には灯油の自給作用があり、灯油を供
給するだめのポンプなどの液体供給手段を必要としない
のである。この時、ノズル部３６の近傍でも多少の圧力
低下を生じるが加圧室３４がホーン形状を成しているこ
とにより圧力低下が少ないこと、および小孔ノズル３６
の孔径が小さく、かつ吐出方向に径が減少するテーパ状
に形成されていることによる小孔ノズル３５での強い表
面張力の発生にょシ小孔ノズル３６からの空気の流入が
生じず、したがって安定な灯油の自給作用を実現するこ
とができる。

また、ノズル部３６に曲面部６４を設け、前記曲面部６
４に小孔ノズル３５を設けたのは、電気的振動子４２に
よって前述の如く発生される圧力波によりノズル部３６
が共振して振動することを防止するためであり、もしノ
ズル部３６の共振振動が発生すると小孔ノズル３５から
加圧室３４に空気が流入し安定な霧化が不可能となるか
らである。さらに曲面部５４を灯油の吐出方向に突出し
た状態にすることにより前述のノ・ズル部３６の共振振
動の発生を防止する作用と同時に、霧化粒子の分散吐出
を行わせ、霧化粒子が再結合して太き好に行い得るよう
にする作用とを発揮させることが可能となる。

ノズル部３６の構成は第６図ａ、ｂにさらに詳しく示す
ように複数個の小孔ノズル３６が曲面部５４上に全て配
置されておシ各々の／ＪＳ孔ノズル３５は互いに均等な
、゛ピッチを保たれている。小孔ノズル３６のテーパは
第６図すのように曲面部５４の突出方向に一致してその
直径が減少していく構造となっており、小孔ノズル３６
の入口と出口における灯油の流速に差が出き、出口の流
速は速くなる。このため電気的振動子４２が第４図ａの
ように吐出方向に歪を生じた時には小孔ノズル３６から
のスムーズな吐出が行え、液滴（霧化粒子）の小孔ノズ
ル３６からの切れが良好で微粒化性能を向上させること
ができる。逆に電気的振動子４２が第４図すのように吐
出方向と反対方向に歪を生じた時は、小孔ノズル３６付
近に生じる電気的振動子４２の方向への吸引力に抗する
ノズル３６における表面張力を前記テーパ′−が増大せ
しめるように働くため安定な霧化部１２の自給作用を一
確実に保証せしめることができる。

このような構成の霧化部１２は例えば以下に述べるよう
な構成で実現することができた。ノズル部３６は厚さ５
０μｍのステンレス板に、先端孔径８０μｍの小孔ノズ
ル３５をエツチング工法にて加工した。そして前述の如
く小孔ノズル３５にチーハラ設るためエツチング全ステ
ンレス板の片面から行ういわゆる片面エツチング法にて
行った。

このようにして出口孔径８ｏμｍ、入口孔径９゜〜９５
μｍ程度のチー六を有する小孔ノズル３５を容易にしか
も安価に実現することができた。また電気的振動子４２
を形成する圧電素子４１は直径１５′ＩＩＩＬ、厚さ１
鵡程度でよく、したがって霧化部１２の構造は極めてコ
ンパクトで簡単である。

また、−分間に１０ＣＣ程度の灯油を霧化するのに必要
な霧化部１２の消費電力はＯ−Ｉ　Ｗａｔ　ｔｓ　　程
度でよく、したがって電気的振動子４２の駆動回路も極
めて低コストで安定なものを実現する仁とができ、不要
輻射等も全く実害の発生し、ないレベル１４′ のものとすることができる。

以上に述べたように、本発明によれば、ホーン状加圧室
を有する基体と、ノズル部と、電気的振動子とを備えた
霧化装置において、ノズル部の小孔ノズルの少なくとも
一部にテーパを設けるようにしたから、極めて構７成が
簡単でコンパクトであシ、従って低価格な霧化装置を実
現できると共に、極めて低消費電力であるにもかかわら
ず微粒化特性に優れ、しかも安定な霧化動作を可能とす
る霧化装置とすることができる。さらに低消費電力であ
るから不要輻射も極めて小さく、かつ低騒音な霧化装置
とすることができるという特徴も有している。したがっ
て本発明、は、従来の欠点を一掃し、省資源・省エネル
ギーの要求に適合した多くの特徴と効果を有するもので
あシ、その工業的価値は極めて多大なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を温風暖房機に適用した断面
図、第２図は霧化装置の構成断面図、第３図ａ、ｂは鋭
気部の効果説明図、第４図ａ、ｂは霧化部の詳細な構造
断面図、第６図Ｂ　−、−Ｑは電気的振動子の駆動波形
図、第６図ａ、ｂはノズル部の拡大平面図と拡大断面図
である。 ３３・・・・・・基体、３４１１・・・６加圧室、３６
−・・・・・小孔ノズル、３６・ｅｏｌｌ・ノズル部　
４２　＠１１１１＠・・電気的振動子、５４・・・・・
・曲面部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 第３図 第５図 第６図 特許庁長官殿 １事件の表示 昭和まＣ年特許願第１Ｑシフ７０号 ２発明の名称 霧化装置 ３補正をする者 事ｆ′１との［川ふ　　　　　　特　　　許　　　出　
　　願　　大佐　所　　大阪府門真市太字門真１００６
番地名　称　（５８２）松下電器産業株式会社代表者　
　　　山　　下　　俊　　彦 ４代理人　〒５７１ 住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内 ２ベー、゛ ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙の通り補正いたし
ます。 （２）明細書第１４頁２行目〜第４行目の「ホーン状加
圧室・・・・・・において」を以下のように補正いたし
ます。 「基体に設けた加圧室に液体を充填して電気的振動子に
より前記液体を加振し、小孔ノズルから吐出するよう構
成した霧化装置において」２、特許請求の範囲 的にテーパ状にしたことを特徴とする霧化装置。 設けたテーバの直径減少方向が前記曲面の突出方向と一
致するよう構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の霧化装置。 （３）　　前記小孔ノズルは片面エツチングにより形成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の霧化装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ホーン状の加圧室（ｉｌ−有する基体と、加圧室
   の開口部に装着され、小孔ノズルを有するノズル部と、
   加圧室に臨ませた電気的振動子とを備え、前記ノズル部
   の小孔ノズルの少なくとも一部は、実質的にテーバ状に
   したことを特徴とする←霧化装置。
2. （２）前記ノズル部を、液体吐出方向に突出する曲面構
   成とし、かつ、前記小孔ノズルに設けたテーバの直径減
   少方向が前記曲面部の突出方向と一致する構成としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の塀化装置。
3. （３）前記小孔ノズルは片面エツチングにょシ形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の霧化装置。