JPS5867371A - 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・軽油などの液体燃料、水、薬溶液、記録
用液体等の霧化装置に関し、さらに詳しくは、圧電素子
等の電気的振動子を利用した液体の霧化装置に関するも
のである。

そして、その第１の目的は構成が簡単でコンパクトであ
り、従って極めて低価格な霧化装置を提供することであ
る。

第２の目的は極めて低消費電力であり、かつ、霧化特性
が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、霧化動作開始が極めて容易であり
、かつ、霧化動作が非常に安定な霧化装置を提供するこ
とであり、特に加圧室内の空気等の気体を良好に除去で
きるように構成することによって、上記の様な容易な起
動と安定な霧化動作を実現せんとするものである。

従来、液体の霧化装置は様々な形式のものが提案されて
いる。

例えば、（１）高速回転体に液体を滴下し遠心力により
霧化する回転霧化装置、（２）高圧ポンプにより液体を
加圧しノズルから噴射霧化する圧力噴霧装置；′ｔ、（
３）ホーン形振動子により圧電素子の振巾を増巾し、増
巾されたホーン先端の振動面に液体を送り超音波撮動に
よ、り霧化するホーン型超音波霧化装置、（４）液槽底
部に超音波振動子を設け、液槽の液面に超音波を集中し
て液柱を発生させて、液面に発生する一種のキャビテー
ション現象により霧化する直接超音波霧化装置などがあ
る。また（５）特にファクシミリ等に利用される霧化装
置であって、例えば第１図に示すように、インクが充填
された室１の先端に小孔オリフィス２を設け、前記室１
の後端に圧電素子３を設けた構成の霧化装置もあり、圧
電素子３の振動により、小孔オリフィス２からインク篩
４を噴射させて霧化させるものである０ しかしながら、従来の霧化装置には以下に示すような秤
々の欠点があった。

前記（１）および（２）の霧化装置は、回転体や高圧ポ
ンプ等の大型部品を必要とするため装置全体が大型化、
高価格化する上に、霧化粒径１粒径均−性等の霧化特性
が十分でなり、捷だ騒音も大きなもの′であった。（３
）の霧化装置は、ホーン振動子が加工精度を要するため
高価格化する上に、霧化性能も十分なものが得られず、
さらに安定霧化動作のための固定方法等が面倒であり、
また、ポンプを必要とするため霧化装置全体として極め
て高価格化するものであった。（４）の霧化装置は、極
めて優れた霧化特性を有し、さらにポンプが不要である
が超音波エネルギーにより直接霧化するものであるため
、１〜２Ｍ１ｌＺの高い周波数で、しかも、２０〜５０
Ｗａｔｔｓ　　の大消費電力であるため、駆動回路が高
価なものを必要とし、電波障害という重大な欠点を有す
るものであった。さらに、霧化される液体の温度や体積
圧縮率等の物性により、その霧化特性が険めて影響を受
けやすく、その補償装置は複Ｘ１かつ高価なものとなら
ざるを得ながった。

（５）の霧化装面ば、構成が簡学でコンパクトであり、
ポンプ等も不要であるため、低価格であるが、機械的ン
ヨソクによりオリフィス２がら空気が流入したり、液体
の種類によっては、圧電素子３の超音波振動により液体
中の溶存空気が気泡化したりすることが生じ、このため
、室１内に気泡が留まるようになるので正常な霧化動作
を維持することができないという欠点があった。さらに
、霧化動作開始時には、室１に液体を充填することが必
要であり、この液体充填時に室１内の気泡を完全に排出
することが難かしり、甘た、このときオリフィス２から
液体が浴出するので、その浴出液の処理が面倒であった
。したがって自動的に室１内に液体を充填することが困
難であった。

本発明は、このような従来の欠点を一掃し、液体を充填
する加圧室にノズルを設け、電気的振動子により加振す
る構成にすると共に、加圧室に液体供給口と液体排出口
とを設けるという構成により、構成が簡単でコンパクト
、低価格であると共に、霧化性能に優れ、しかも、霧化
動作開始が容易で、かつ、安定な霧化動作維持が可能な
霧化装置を実現せんとするものである。

以下本発明になる霧化装置の一実施例を石油温風機に適
用したものについて図面と共に説明する。

第２図は本発明の一実施例を適用した温風機の構成断面
図である。温風機クー７１０の上面には操作部１１が設
けられ、制御部１２に制御信号を送るよう構成され温風
機が制御されるようになっている。灯油は、送油管１３
により外部タンク（図示せず）から灯油の液面を一定に
制御するレベラ１４に供給され、バイブ１５を経て霧化
部１６に送られるよう構成されている。前記霧化部１６
は、霧化混合室１７の壁面１８に固定され、霧化部１６
に設けられた排気バイブ１９は、給気筒２０内に設けら
れたオリフィス２１の下流側の負圧発生部２２に接続さ
れている。

一方燃焼空気は、モータ２３により駆動される送風ファ
ン２４により、給気筒２０がら送風路２５を通って空気
室２６に１次空気、２次空気、および３次空気として送
られる。送風ファン２４によって送られる空気の一部は
、１次空気として送風路２７全通り、旋回器２８に送ら
れ図の矢印のように旋回気流となって霧化混合室１７内
に送られる。したがって、霧化部１６により霧化された
灯油の霧化液滴２９目、旋回空気により混合され搬送さ
れて、気化混合室３０に送られるのである。空気室２６
を形成する空気筒３１は、下部には外周の接線方向に空
気を噴出する孔３２を有する突起部３３を有し、上部に
は直径方向に空気を噴出する炎孔３４と、３次空気を噴
出する３次空気孔３５を有している。従って気化筒３６
に囲まれた気化混合室３０内には、図のように旋回気流
が第２の１次空気として噴出され、その旋回気流内に前
述した霧化粒子２９が吐出される。

前記霧化粒子２９は、点火手段３７により点火され、着
火すると気化混合室３ｏ内で一瞬の間火炎を形成後、図
のように炎孔３４から噴出される２次空気を主燃焼空気
として燃焼し、火炎３８が保炎する。３９はフレームロ
ンドであり、着火検知を行い、制御部１２にその信号を
送る。排気ガスは、排気筒４ｏより排出される。４１は
対流ファンであり、吸気口４２から室内空気を吸気し、
熱交換気４３に送風熱交換を行ない、吐出口４４より温
風を吐出するものである。

ここで霧化部１６について詳細に説明する。第、３図は
霧化部１６の拡大断面図である。図において第２図と同
符号は相当物である。

第３図において、圧電素子（電気的振動子）ｅｓ。

は複数のノズル６１を設けたノズル板５２に接着され、
前記ノズル板５２は、キャビティー（加圧室）５３を有
するボディー５４に接着されている。

これらの接着は、半田付、あるいは溶着などで行われて
いる。前記キャビティ−５３の下方の壁面には、液体供
給口６５が設けられ、一方、上方の壁面には、気体排出
口５６が設けられており、これら液体供給口５５、およ
び気体排出口５６は、それぞれバイブ１５、および排気
バイブ１９に連通ずるよう構成されている。

前記ボテイー５４は、ビス５７．５８にヨリ、保護カバ
ー５９に取付られ、保護カバー６９は、ビス６０，６１
により霧化混合室の壁面１８に固定されている。圧電素
子５ｏは、中央に開口６２を有し、直径１０〜２０ｍｍ
　、厚さ０．５〜２ｎ＋ｎ＋の円板形であり、両面が電
罹になっていて、穴６３より引きこ寸れたリード線６４
が片面に半田付されており、ビス５８にてボディーに取
りつけられたリード線６６とにより交流電圧が供給され
るようになっている。前記リード線６４は、穴６３の部
分で図示していないが接着剤等で固定されており、リー
ド線自身の共振による断線や、共振音の発生を防止して
いる。

以上のような構成において、灯油６６の液面は、霧化動
作停止時には、レベラ１４により図中人の位置になるよ
う制御されており、従ってノズル５１から灯油が漏れる
ことがないよう構成されている。

今、前述したように制御部１２に操作部１１より運転開
始指令が送られると、制御部１２は、送風ファン２４を
起動する。従って、オリフィス２１により負圧発生部２
２には負圧力が発生し、この負圧発生部２２に排気バイ
ブ１９が接続され、かつ、ノズル６１が極めて小さく３
０〜１００μｍ程度であるため、前記液面Ａは上昇して
図のＢの位置に達してつりあうのである。すなわち、キ
ャビティー５３の上方の壁面に気体排出口５６を設け、
下方の壁面に液体供給口５５を設けたので、送風ファン
２４により発生される微小の負圧力による吸引程度の充
填手段により、極めて簡単に、しかもノズル５１から灯
油を漏洩することなく確実にヤヤビティー内に液体を充
填し、かつ、千ヤビティー内の気体（空気）を排出する
ことができる。前述のようにして斤ヤビティー５３内の
空気が排出され灯油が充填されると、制御部１２内に設
けられた振動子駆動部（図示せず）により第４図（２Ｌ
）　、　（ｂ）又は（ｃｌのような、交流電圧がリード
線６４゜６５により圧電素子５Ｑに供給される。前記振
動子駆動部は、ＣＲ発振器、マルチバイブレーク。

オペアンプ発振回路などの正弦波又は正形波発振回路と
、ツーノン−プル増巾回路等により簡単な構成で作られ
ている。

従って、圧電素子５０は、２０ＫＩＩＺ〜５ｏＫ］（Ｚ
程度の周波数で直径方向に振動し、ノズル板６２に接着
されているため結果としてキャビティー５３内の灯油を
加振すると共にノズル６１も軸方向に振動する。よって
、キャビティー５３内の灯油は霧化粒子２９となって図
のように噴出霧化され、同時にバイブ１５を経て吸い上
げ自給される。

ノズル板５２は３０μｍ〜１００μｍ程度のステンレス
板に３０〜１００μｍ程度の直径のノズル５１を設けた
ものであり、しかも圧電素子は、２Ｑ〜ｓ□ＫＨｚ程度
の周波数で励振されるため、霧化粒子２９は、その粒径
が小さく、かつ、均一性に富んだものとなり種々の応用
上有効で、特に燃焼機の場合には、その燃焼性能を良好
にする上で重要である。

また、圧電素子６０の動作周波数は、圧電素子５ｏの共
振周波数より十分低い周波数で駆動されており、その電
気的性質は、完全に容量性である。

したがって、その電流は駆動電圧に対し、９ｏ０進んだ
電流である。すなわち、圧電素子５０は、その振動エネ
ルギーで直接液体を霧化するものではなく、かつ共振点
で使用せねばならない程大きな機械的振動エネルギーを
心安としないのである。

実験によれば、１ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ＫＣａｌ／ｈ　　程
度（２０ＣＣ／分）の燃焼に必要な灯油を霧化するのに
必要な圧電素子５０の消費電力は、０．１　Ｗａｊｔ、
ｓ以下であり、駆動回路の損失を考慮しても、１Ｗａｔ
ｔ程度で十分であった。従って、従来に比し、極端に消
費電力が小さい霧化装置を実現できる。

ところで、第４図（ａｌ　、　ｒｂ）、　（ｃ）のよう
に交流電圧波形のデユーティ−制御を行って霧化量を調
節したり、霧化休止時に過大な機械的振動が霧化部１６
に加えられたりすると第５図のように気泡６６がヤヤビ
ティー６３内に生じる。そして、第５図のように、干ヤ
ビティ−５３に気泡を排出するための排出口がない場合
には前記気泡６６は、結合して過大気泡６７に成長し、
ついには、圧電素子５ｏの振動による前述した灯油の噴
出霧化動作に影響を及ぼすようになり、安定な霧化動作
の維持ができないばかりか、最悪の場合には完全に霧化
動作が停止してしまうのである。

第３図のように、キャビティー６３の中心の水平方向断
面Ｓよりも上方の壁面に気体排出口５６を設けることに
より、前述のような気泡６６が霧化動作に影響を与える
程大きく成長する以前に千ヤビティ−５３から排出する
ことができるのである。すなわち、このように、キャビ
ティー６３の１３、　− 上方壁面に気体排出口５６を設けることによって、極め
て容易に、確実な液体の千ヤビティ−６３への充填と空
気排出を実現することができると共に。

溶存空気の多い液体であっても、あるいは、ノズル５１
から気泡が流入するような事態が生じても、極めて安定
な霧化動作を維持することが可能な霧化装置とすること
ができる。

前記気体排出口５６は、少なくとも水平断面Ｓよりも上
方でないとキャビティー５３内の体積の半分以上が気体
となってしまい確実にノズル５１からの液体の吐出状態
が著しく異常となり、また、完全に停止したりするので
、気体排出口５６の千ヤビティー５３内の位置は、上記
条件を満たすことが重要である。

そして、第３図のように千ヤピティー５３内の最も上方
位置の壁面に気体排出口６６を設けることが、霧化装置
の起動、ならびに安定動作の保証の上で最も望ましい条
件である。

以上に述べた霧化装置を適用した温風機は、前述したよ
うに極めて簡単な制御システムを構成するのみで運転す
ることができる。

第６図は、前述した温風機の運転シーケンスを示すもの
である。第６図（ａ）は操作部１１から制御部１２に送
られる運転指令Ｒであり、（ｂ）は送風ファンモータ２
３、（Ｃ）は点火手段３７、および（ｄ）は圧電素子６
０を駆動する振動子駆動部の動作状態を示し、（ｂ）に
対し、　（ｃ）　、　（（１）が時間Ｔだけ遅延してい
るのはブリパージ時間と霧化部１６のキャビティー５３
への灯油の充填のための時間とを保証するためである。

なお、（ｅ）は、フレームロッド３９の着火検知信号で
あり、この信号により点火手段３７は停止される。

以上に述べたように本発明によれば、液体を充填する加
圧室にノズルを臨ませ電気的振動子で前記加圧室の液体
を加振するよう構成すると共に、前記加圧室に液体を供
給する液体供給口と、気体を排出する気体排出口とを設
けたから、極めて構成が簡単でコンパクト、低価格であ
り、低消費電力であるにもかかわらず、霧化特性に優れ
ると共１５、− に、極めて容易で、しかも確実な霧化動作開始と、気泡
混入などに対する安定霧化動作維持とを保証することが
できる霧化装置を実現できるものであり、非常に応用範
囲の広い優れた霧化装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の断面図、第２図は本発明の一
実施例にかかる霧化装置を石油温風機に適用した構成断
面図、第３図は同霧化部の構成断温風機の制御シークン
ス図である。 ２９・・・・・・霧化粒子、５ｏ・・・・・・圧電素子
（電気的振動子）　５１・・・・−・ノズル、５３・・
・・・キャビティー（加圧室）、５５・・・・・・液体
供給口、６６・・・・・・気体排出口。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ！ 第２図 第３図 第５図 ＪＩｆＳ　　図 （１１）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体を充填する加圧室と、前記加圧室に臨んで設
   けたノズルと、前記加圧室の液体を加振する電気的振動
   子と、前記加圧室に設けた液体供給口と、前記加圧室に
   設けた気体排出口とを備え、前記電気的振動子により前
   記加圧室に充填された液体を加振して前記ノズルから液
   滴を噴出させる構成とした霧化装置。
2. （２）液体供給口と前記気体排出口とを前記加圧室壁面
   に対向して設けた特許請求の範囲第１項記載の霧化装置
   。
3. （３）気体排出口が少なくとも前記加圧室の中心の水平
   方向断面よりも上方に位置するよう構成した特許請求の
   範囲第１項記載の霧化装置。