JPS5888523A - 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】 本発明は灯油や軽油等の液体燃料、水、薬液等の霧化装
置に関し、さらに詳しくは圧電素子等の電気的振動子を
用いた超音波霧化装置に関するものである。

従来、この種の霧化装置には以下に示すような３種類の
ものが提案されている。

（１）最も古くから検討されているものに、振巾増巾型
超音波霧化装置がある。これはジュラルミン等で構成し
た振巾増巾用ホーン振動子に圧電素子又は磁歪振動子等
を装着し、最大振巾面に液体を供給して霧化するもので
ある。

（２）第２に液柱型超音波霧化装置があり、これは加湿
器等に用いられているものであって、液槽の底面に圧電
素子を設は液面近傍に超音波二禾ルギーを集中させて、
液面近傍での一種のキャビテーション現象を利用して霧
化するものである。

（３）第３に近年インクジェット記録装置に用いられて
いるインク微粒化゛噴射装置がある。これは第１図に示
すようにインク室１の一端にオリフィス２を設け、他端
に圧電素子３を設けて、圧電素子３の振動によるインク
室１内の圧力増加を増巾し、オリフ′イス２よりインク
液滴４を噴射するものである。

しかしながらこれら従来の霧化装置は、次に述べるよう
な種々の欠点を有するものであった。

（１）の霧化装置は、ホーン型振動子の機械的共振を利
用して振巾増巾するものであるため、高い加工精度を要
し、さらにホーン振動子の固定方法も、安定な異振条件
を保証する友めに極めて面倒であり、このため高価にな
らざるを得ないものであった。また、安定な霧化状態を
得るためにはホーン振巾最大面に、効果的に液体を供給
する構成を要し高価なポンプ等が必要であった。

また、霧化に要する消費電力は、１０〜２０　叫血ｉ　
ｎの霧化量を得るのに１０〜２０ワツトを要し、高価な
駆動回路を必要とするにもかかわらず微粒化性能などの
霧化特性は満足すべきもので欠かった。

（２）の霧化装置は、ポンプ等の液体供給手段を必要と
せず、また霧化特性も良好なものであるが霧化に要する
電力は２０〜４０ワツトであり、しかも１〜２　ＭＨｚ
と極めて高い周波数での駆動が必要であった。このため
駆動回路は極めて高価となる上に防害波強度が著しく高
（、ラジオ等に対する電波障害を生じるという重大な欠
点を有していた。

さらに、霧化特性が、霧化される液体の温度等によって
著しい影響を受け、この補償は極めて困難なものであっ
た。

（３）の霧化装置は、構成が簡単でコンパクトであるが
、本来インク液滴列発生装置で纏るため、１０〜２０　
ｃｃ／ｍｉｎ程度の多量の霧化量を得ることは困難であ
った。さらに、圧電素子による圧力増巾によってオリフ
ィスから噴射するものであるため超音波振動によるキャ
ビテーションにより、液体中の溶存空気が気泡化し安定
な噴霧動作が維持できないという問題があり、霧化され
る液体の溶存空気を脱気しておくことが必要であるとい
う不都合があった。

本発明は、上記従来の欠点を一掃した霧化装置を提供せ
んとするもの−であり、第１の目的は構成が極めて簡単
でコンパクトであシ、シかもポンプ等の液体供給手段を
必要とせず、従って低価格な霧化装置を実現することで
ある。

第２の目的は、消費電力が小さいにもかかわらず、霧化
特性に優れ、しかも多量の霧化粒子を発生させることが
可能な霧化装置を実現することである。

さらに第３の目的は、溶存空気を多量に含む液体であっ
てもキャビテーション気泡の影響を受けることなく、安
定な霧化動作が可能な霧化装置を実現することである。

以上の目的を達成するために、本発明は以下のように構
成されている。

すなわち、液体を充填するための加圧室を有する基体と
、前記加圧室に臨んで設けられた複数個のノズルと電気
的振動子とを備え、前記電気的振動子により前記複数個
のノズルを加振して前記ノズルより液滴を噴射せしめる
よう構成し、かつ、この液滴を放射状に噴射する構成と
した霧化装置であり、ｉ体を自給しながら霧化特性の優
れた霧化粒子（液滴）を多量に噴射することが可能なも
のである。

以下本発明の一実施例の霧化装置を図面と共に説明する
。

第２図は、本発明の一実施例を示す霧化装置を適用した
温風機の構造を示す断面図である。

第２図において１０は温風機ケースであり、上面には操
作部１１が設けられ、制御部１２に婦作指令等を与える
。

燃料である灯油はカートリッジタンク１３より液面を略
一定に維持する固定タンク１４に供給されパイプ１６を
通って霧化部１６に送られるよう構成されている。１７
は排気パイプであシ送風ファン１８とオリフィス１９の
間の負圧発生部２０と霧化部１６を連結している。Ａは
霧化動作（温風機の運転）停止時の液面、Ｂは霧化動作
中の液面である。

霧化粒子２１は、霧化部１６より第１霧化室２２を経て
第２霧化室２３を通り気化混合室２４に噴霧されるよう
構成されている。

一方、燃焼空気は送風ファン１８により、吸気口２５か
ら吸い込まれオリフィス１９を通って第１空気路２６を
通り、第１空気室２７および第２空気室２８に送られる
。雨空気室は円筒状に構成され、円筒の接線方向に気化
混合室２４で旋回気流となるよう空気を噴出する旋回気
流噴出口２９と、円筒の半径方向ズ空気を噴出し多数の
小さい火炎３０を燃焼室３１内に形成する炎口３２を設
けている。排気ガスは、排気口３３より排出される。３
４は対流ファンであり、吸込口３６から室内空気を吸い
込み熱交換器（兼燃焼筒）３６にて熱交換し、吹出口３
７より温風を吐出するものである。

燃焼空気の一部は送風ファン１８により、第２空気路３
８を通り、第２空気路３８中に設けられたヒータ３９に
て熱風となり、旋回器４ｏにて図のように旋回気施とな
って第２霧化室２３に送られる。

前記ヒータ３９は、燃焼開始時において気化混合室２４
の温度を高めると共に、霧化粒子２１を完全にガス化す
るためのものである。この気化ガスは、気化混合室２４
から燃焼室３１に送られ点火器４１にて点火されて火炎
３ｏを形成する。着火検知はフレームロッド４２にて行
われ、この検知信号にて制御部１２は点火器４１、ヒー
タ３９をオフにする。ヒータ３９は着火検知後一定の時
間を経過し燃焼熱により気化混合室２４の温度が、霧化
粒子２１のガス化に十分な温度に上昇してから通電を停
止されるよう構成されている。なお、第１霧化室２２は
、第１空気路２６を通る燃焼空気により冷却されるよう
構成され、−霧化部１６を燃焼熱やヒータ３９の発生す
る熱から保護するように構成されている。４３は送圧パ
イプであり第１霧化室２２の圧力を固定タンク１４に供
給するよう構成されている。この構成により、送風ファ
ン１８の発生する正圧と負圧を同時に利用して、後述す
るような霧化部１６に対する灯油の充填、すなわち液面
Ａを液面Ｂの位置にすることができる。なお４４はピッ
キンである。

次に゛、前記霧化部１６についてさらに詳しく説明する
。

第３図は霧化部１６の断面図であり、第２図と同符号は
相当物である。４５は第１霧化室２２の壁面であり保護
カバー４６がビス４７．４８にて固定され保護カバー４
６に基体４９が、ビス５０゜５１にて固定されている。

前記保護カバー４６は開口６２を有し霧化粒子２１はこ
の開口６２より吐出される。

前記基体４９は、加圧室５３を有し、前記加圧室５３に
は供給口６４、排気口６５が設けられると共に、ノズル
６６が基体４９に半田付されており、前記ノズル板５６
の中央には曲面部６７が設けられノズル５８が加圧室６
３に臨むようになっている。前記ノズル板６６には中央
に円形の開口部５９を設けた円板状の電気的振動子（圧
電素子）６０が半田付され前記ノズル６８が前記開口部
５９に臨んでいる。

前記ノズル板６６は厚さ６０μｍのステンレス板であり
、ノズル６８は直径４０〜１００／Ｊｍ程度である。ま
た圧電素子６０は、直径が１０　ＨＩＭ　ｓ厚さ１簡程
度である。

６１．６２は圧電素子６ｏを附勢するためのリード線で
あり、要求される霧化量に応じて第４図ａ、ｂ、又はＣ
のような交流電圧を供給される。

圧電素子６ｏは、径方向の振動を発生するよう構成され
ており第４図のように交流電圧が供給されると直径方向
に伸縮振動を発生する。

今正の電圧が供給されると、ノズル板５６は圧電素子が
径方向に伸張するので第３図の左方向にたわみを生じる
。このときノズル６８の直径が前述のように小さいので
、灯油の表面張力のためにノズル６８からの空気流入が
発生しない。従って加圧室５３にはその体積増加分だけ
パイプ１６から灯油が吸い上げられる。

逆に負電圧が供給されると、前述と反対の動作を生じノ
ズル板６６は第３図の右方向、すなわち加圧室６３側に
たわみを生じる。したがって、ノズル６８からは図のよ
うに放射状に霧化粒子２１が噴射される。

上述した動作のくり返しにより放射状にノズル６８から
噴出する霧化粒子２１が発生すると共に灯油はパイプ１
５から自給されていくのである。

前述し゛た霧化動作は、ノズル５８自身が振動すること
によシ行われる構成であるので、霧化動作に要するエネ
ルギーは極めて小さくてよく、さらに大きな特徴は加圧
室６３内の灯油に加えられる最大振動加速度がノズル５
８の近傍であるため、灯油中の溶存空気がキャビテーシ
ョン現象により気泡化することがほとんど防止されるこ
とである。

すなわち、この構成によシ灯油中の溶存空気が超音波振
動によるキャビテーション現象により気泡化し安定な霧
化動作の維持が妨げられることを防止することができる
のである。なぜならば気泡が太き、〈成長する以前にノ
ズル５Ｅ？から吐出されるからである。

第６図は、第３図に示した霧化部１６のノズル板６６の
曲面部６７を設けなかった場合の霧化動作、すなわち圧
電素子６ｏとノズル板６６の振動状態を示す断面図であ
払第３図と同齢号は相当物である。第６図より明らかな
ように、ノズル板６６に曲面部を設けず放射状に霧化粒
子２１を噴射しない構成にすると、霧化粒子２１は飛散
途中で結合してしまい過大粒子になってし甘うものが多
くなるという不都合を生じてし１つ。また、特に本実施
例のような燃焼機や加湿器等のようにすみやかにガス化
し、空気中に溶は込んでし１つことが必要な場合には、
前述したような結合による過大粒子の発生は霧化特性（
ガス化特性）の著しい低下を生じ、機器として重大な不
都合を生じてしまう。

したがって、第３図に示すように霧化粒子を外方に向け
て放射状に噴射するよう構成することにより、複数のノ
ズル５８から噴射された液滴が互いに飛散途中において
結合するという不都合を全く生じないようにすることが
でき、特に１０〜２０ｅｃ／ｍｉｎという大量の霧化粒
子を均一で小さい粒径の霧化粒子として発生させること
が可能である。

霧化部１６は上述したように構成され、霧化動作を行う
ので、制御部１２から圧電素子６０に供給される第４図
ａ　、　ｂ、又はＣのような交流電圧により、極めて簡
単にかつ、良好な霧化性能で大量の霧化粒子を得ること
ができる。

圧電素子６０の消費電力は、２０　（ｆｆｉ　／　ｍｉ
　ｎ程度の霧化量を得るのに対して０．１ワツト又はそ
れ以下であり、その駆動回路も簡単かつ低コストなもの
で十分である。

第６図ａ　−ｆは、制御部１２により実行される温風機
の運転シーケンスを示すものであって、ｄは運転指令信
号、ｂはファン１８、Ｃはヒータ３９、ｄは圧電素子６
０の駆動用発振器、ｅは点火器、ｆはフレームロッド４
２の着火検知信号である。

以上に述べたように本発明によれば、加圧室に液体を充
填して加圧室に臨む複数のノズルを電気的振動子により
加振し、前記複数のノズルよシ液滴を放射状に噴射する
よう構成したから、その構成が極めて簡単でコンパクト
であり、かつ、ポツプ等の液体供給手段を必要とせず、
従うて、極めて低価格な霧化装置を実現できると共に、
極めて低消費電力にもかかわらず霧化特性に゛すぐれた
霧化粒子を大量に発生することができ、しかも溶存空気
を多量に含む液体であっても、安定な霧化動作を実現す
ることが可能な霧化装置を提供することができる。

４、図面の簡単な説明　　　　　　　　　　　−第１図
は従来の霧化装置の構成を示す断面図、第２図は本発明
の一実施例の霧化装置を適用した温風機の構成を示す断
面図、第３図は同霧化装置の構成を示す断面図、１第４
図ａ　、　ｂ　、　ａ−は霧化量に応じた電気的振動子
の駆動電圧波形図、第６図は本実施例の効果を説明する
ために用いた霧化装置の構成断面図−第６図ａ　＝　ｆ
は第２図に示す温風機の制御シーケンスを説明する図で
ある。

４９・・■・・基体、５３・・・・・・加圧室、５８・
・拳・・・・・・ノズル、６０・・・・・・電気的振動
子。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名鴎３
図 一１０３＝ １４図 第６図 （（＋　ＦＲ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体が充填される加圧室を有する基体と、前記加
   圧室に臨むように設は定接数個のノズルと、前記ノズル
   を加振する電気的振動子とを備え、前記複数個のノズル
   から液滴を放射状に噴射する構成としたことを特徴とす
   る霧化装置。
2. （２）複数のノズルを曲面上に配置して液滴を放射状に
   噴射する構成とした特許請求の範囲第１項記載の霧化装
   置。
3. （３）複数個のノズルを、ノズル板に設けた曲面部に配
   置することにより液滴を放射状に噴射する構成とした特
   許請求の範囲第２項記載の霧化装置。
4. （４）電気的振動子に開口部を設け、前記開口部にの範
   囲第３項記載の霧化装置。