JPS6031556B2 - 霧化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水、灯油、軽油、薬溶液などの液体の霧化装置
に関するもので、その目的とするところは、構造が簡単
でコンパクトで、霧化量調節が極めて容易に行えると共
に、霧化動作が安定して行える霧化装置を提供すること
にある。

従来灯油や水などの液体の霧化装置として、圧力ポンプ
を用いて圧力頃霧するもの、回転体に液体を滴下しく遠
心力により霧化するもの、加圧空気の噴出ジェットを利
用した２流体贋霧によるものがあった。

また近年においては、ピェゾ振動子の振動をホーン型振
動子で娠中増中しこの増中された振中を有する振動部に
液体を導き霧化するもの、あるいは、ピェゾ振動子によ
り発生された超音波を液槽中に照射し液面付近でのキャ
ビテーションを利用して液体を霧化するものなどが提案
されている。しかしながら、前述の圧力曙霧、遠心力霧
化、２流体頃霧などを用いた霧化装置は、構成が複雑で
、大型化・高価格化すると共に高圧力ポンプ、あるいは
回転装置などを要するため騒音が大きくなりがちで、し
かも霧化量調節も困難であった。またホーン振動子によ
る振中増中型の超音波霧化装置は、ホーン構成が霧化性
能に著しい影響を与えるため製造管理が厳しく、また霧
化量調節を行うための液体供給装置が必要となるので高
価格化、大型化するものであった。また、液槽中に超音
波を照射し液面でのキャビテーションを利用するタイプ
の霧化装置は、霧化粒子が４・さし、点では優れている
が、霧化装置としての効率が悪く、電源装置が大型化・
高価格化すると共に、灯油などの霧化に適する周波数が
１．２ＭＨＺというラジオ周波数帯域内であることから
電波妨害波の発生という欠点も有していた。さらに、液
面と振動子との位置関係が霧化性館に大きく影響するの
で、民生用機器への応用がむずかしかった。本発明は、
上述の欠点を一掃した極めてコンパクトで霧化性能の優
れた霧化装置を提供するものである。以下本発明の霧化
装置を液体燃料燃焼装置に適用した一実施例について図
面と共に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す温風暖房機の構成を示
す断面図であり、この第１図において１は温風機ケース
であって脚２，２′によって支えられ、図示してないが
対流用ファンにより熱交換器３の外表面に室内空気を送
風して熱交換し、温風を吐出するタイプの温風暖房機で
ある。さて、この装置においては操作レバー４が燃焼開
始位置に設定されると軸５によりダンパ６は最大風量位
置に設定されると共に、制御装置７にもその信号が機械
的に伝達される。制御装置７は前記信号に基づいて内部
の振動子駆動部７ａを起動すると共に、燃焼ファン８を
起動する。一方灯油はカートリッジタンク９から、その
液面１０が略一定に保たれるしべラ１１に供給され、連
結管１２，１２′を通って霧化装置本へ供給されるよう
構成され、連結管１２，１２′の途中には、灯油液質変
換器１３が設けられている。前記灯油液質変換器１３は
、第２図の構成となっており、灯油の液質を霧化に適し
たものに変換する変換器であって、本発明の霧化装置が
安定な霧化性能を発揮するのに極めて重要な役割を果す
ものである。そしてこの第２図に示すように灯油液質変
換器連結管１２，１２′と排気部１４が接続されている
。１５はフィル夕であり、灯油中の数十仏ｍ以上の混入
物１６を猿過するものである。

大型の混入物１６を除かれた灯油は、絶縁物１７で保持
された円筒状のピェゾ振動子（脱気用電気的振動子）１
８により構成される脱気室１９に送られる。前記ピェゾ
振動子１８は電極１８ａ，１８ｂを有し、リード線２０
を介し前記振動子駆動部７ａより交番電力を供給される
よう構成されている。したがって、前記ピェゾ振動子１
８は、供給された交番電力に応じて円筒の収縮・膨張振
動を行い、灯油中の綾存空気は、キャビテーションの発
生により気泡２１となって灯油から離脱し、図のように
気泡集収部２２から排気部１４に送られるようになって
いる。脱気された灯油は、気泡遮断網２３を通って粘度
調整室２４に送られる。粘度調整室２４は、絶縁物２５
で保持されたＰＴＣヒータ２６有し、例えば４０００〜
５０ｑｏ程度に灯油温度を制御することによって灯油粘
度の調節を行うものである。以上のように、液質変換器
１３が構成されているため、連結管１２から供給された
灯油は、霧化に最適な性質の液体に変換された灯油とな
って連結管１２′に送られるのである。なお、灯油液質
変換器１３内でのフィルター５、振動子１８、ＰＴＣヒ
−夕２６の配置は、第２図実施例に限定されるものでは
なく、それぞれ独立に灯油の供給経路中に配置してもよ
いし、例えばＰＴＣヒータ２６、振動子１８、次にフィ
ルター５というように、第２図とは全く逆の順序で配置
し、一体化した方が好ましい場合もあるのでこのような
構成を用いてもよい。第３図は、前記灯油液質変換器１
３の必要性を示す霧化特性図である。

すなわち、第３図ａは、第１図に示す本発明の霧化装置
によって灯油を霧化したときキャビテーションが発生す
る限界振動子駆動周波数をｆｍａｘとするときとｆｍａ
ｘと灯油中の溶存空気率＾との関係を示すものであって
、溶存空気率入が大きい程低い周波数でキャビテーショ
ンを発生することを示している。したがって、前記溶存
空気率が大きいと考えられる市販灯油では、例えば、数
ＫＨ２程度の低い周波数でキャピテーションが発生して
しまう。一方振動子駆動周波数ｆと霧化量ｑの関係、お
よびｆと霧化粒蚤Ｄの関係は、それぞれ第３図ｂ，ｃの
ようになっており、数ＫＨＺという低い周波数での振動
子の駆動は、ｑが小さ、Ｄが大きいとう霧化装置として
は好ましくない緒となることを示しており、また、低い
周波数で多量の霧化量を得ようとすると大きな振動子が
必要となってしまい、さらには可聴周波数での振動であ
るため振動音が聞こえるなどの欠点も生じるのである。
そこで本実施例に示す灯油液質変換器１３により溶存空
気率入を小さくし、しかも微小ノズルの径（５０〜１０
０仏の程度）より大きい混合物を除去しておけば、本発
明の霧化装置は２０〜３０ＫＨＺ程度の高周波で、極め
て微粒化された灯油を霧化することができ、無騒音でコ
ンパクト、しかも微粒化特性のすぐれた霧化装置とする
ことができる。さらに、第３図ｄは、灯油温度Ｔと霧化
量との関係を示すもので、灯油温度の安定化により霧化
量の安定化を実現することができ、しかも室温より比較
的高い４０〜５０ｏｏ程度に制御しておけば、振動子へ
の供給電力は一定でも多くの霧化量を得ることができる
ことを示している。さて、第１図において前記液面１０
は略一定に制御され、液質変換器１３内での液面が、少
なくとも脱気室１９よりもしべラ１１に近い所（例えば
、脱気室１９とフィルター５の間）に位置するよう構成
されている。

燃焼ファン８が起動すると送風圧力は、送風管２７によ
りしべラ１１に供給され前記液面１川こ送風圧力を印加
する。したがって、液質変換器１３内で止まっていた液
面は送風圧力により押し上げられ第１図に示すように排
気部１４、第２排気部２８にまで達する液面２９，２９
′となる。すなわち、燃焼ファン８の起動により灯油は
液質変換器１３により液質を調整された後、基体３０‘
こ設けられた供給室３１、加圧室３２に供給され、充満
されるのである。加圧室３２は図のようにホーン形状を
成し、その底部には、振動板３３、ピヱゾ振動子３３′
より成る電気的振動子３４が設けられると共に、前記供
給室３１と蓮適している。一方加圧室３２先端部は、そ
の断面積が液吐出方向につて一定である部分３５を有す
ると共に、その先端に複数個の小孔ノズル４５を有する
ノズラ部３６を有している。振動子駆動部７ａは第４図
に示すようなブロック図で示される構成となっている。
第４図において、３７は商用電源であり、電源部３８に
電力を供給する。前記電源部３８は、整流器、絶縁トラ
ンスなどを含み、増中器３９、発振器４０などに直流電
力を供給するものである。前記発振器４０の発振出力は
第５図ａのよな正弦波出力であり、前記発振出力は、ス
イッチ手段４１、前記スイッチ手段４１を制御するデュ
ーティー制御部４２などより成る振動子平均電力制御部
４３を介して前記増中器３９に供給される。前記増中器
３９の出力は、トランスなどの交流結合手段４４を介し
て前記電気的振動子３４および脱気用電気的振動子１８
に供給される。したがって、前記電気的振動子３４は、
前記正弦波形の交流電圧に応動してホーン状加圧室３２
の方向に往復動作をする。今、前記電気的振動子３４が
ノズル部３６の方向にたわみを生じたとき、前記ホーン
状の加圧室３２の底部で圧力増加がを生じ、その発生し
た圧力は加圧室３２のホーン形状のために増圧されてノ
ズル部３６１こ伝達され、ノズル部３６に設けられた小
孔ノズル４５より吐出項霧される。ノズル部３６は第６
図ｂに示すように小孔ノズル４５を配置してあり、中心
部には小孔ノズル４５が設けられていない。これは次の
ような理由による。すなわち第６図ａのよに中心部まで
小孔ノズル４５を配置すると、形成される霧化粒子形態
が第７図ａのように中心部に多く霧化粒子が分布してし
まう為燃焼空気との混合が悪く良好な燃焼が得にくい。
しかし、第６図ｂのように中心部に小孔ノズル４５を少
なく配置（第図ｂの場合は中心部に４・孔ノズルが配置
されず、周囲に環状に配置されている）することによっ
て、第７ｂのように霧化粒子の分布を分散せしめること
ができ、その結果良好な空気との混合が可能となり、燃
焼特性のすぐれたものにすることができる。次に、電気
的振動子３４がノズル３６と反対方向にたわみを生じた
ときは、加圧室３２のホーン形状と断面積一定部３５お
よび小孔ノズルによる表面張力によって加圧室３２は流
体ダイオード的作用を成し、加圧室３２内の電気的振動
子３４近傍は負圧力が発生する。

したがって、ホーン状の加圧室３２の底部に設けられた
供給室３１との蓮通部より灯油が吸込まれる。すなわち
この吸込能力が、本実施例における霧化装置のポンプ作
用を果し、燃焼ファン８による風圧の低下が発生して液
面１０を押す圧力が低下しても、灯油をしべラ１１から
汲み上げ続けることが可能である。以上に述べたような
電気的振動子３４の振動による吐出項霧：汲上げ作用の
繰り返しが、第５図ａ〜ｃの電圧波形に対応して実施さ
れ、第７図ｂのような霧化が実現されるのである。燃焼
ファン８によって送られる燃焼空気は、ェァガィダ４７
により１次空気と２次空気に分けろれ図の矢印のように
流れる。

１次空気の一部は、ノズル部３６の近傍にその吐出口が
設けられた噴流空気路４８に導かれ、霧化粒子と空気と
の混合を良好にする役割を果すと共に、ノズル部３６近
傍での灯油溜りを防止するものである。

他の１次空気は、１次空気通路４９を通って混合室５０
に導かれており、さらに霧化された灯油と混合し保炎部
５１にて燃焼する。２次空気は２次空気路５２を通って
燃焼室５３に送られ、燃焼に供されるものである。

これら１次および２次空気はそれぞれ回転運動を与えら
れる構成とした方が燃焼特性上好ましい。燃焼量の調節
は、調節レバー４によりダンパ６を回動して行なう。

ダンパ６が回動すると、第４図に示すように可変抵抗器
４６が連動するよう購成されているため、ダンパで定め
られる風量に応じた平均霧化量になるようにデューティ
ー制御部４２はスイッチ手段４３のオンオフデューティ
ーを制御する。すなわち、風量の大、中、小に応じて振
動子３４への供給電圧は、それぞれ第５図ａ，ｂ，ｃの
ように制御されるのである。したがって燃焼量の調節は
、操作レバー４ね調節のみで自由に制御でき、しかも燃
焼状態を良好に保つことができるのである。さらに、混
合物５０、保炎部５１を設けているため一種の平滑作用
を果し、前述の如きデューティー制御による平均霧化量
制御をしても炎の吹き飛びを生じず、安定な燃焼を維持
することができる。以上のように本発明は、圧力室に液
体を充填して電気的振動子により加振し、前記圧力室に
臨ませたノズルから液滴を噴出させるよう横成すると共
に、前記圧力室への液体供給路中に液質変換器を設け、
噴出微粒化に好ましい性質に液体を変換してから圧力室
に供給するよう構成したから、構成が簡単でコンパクト
、低価格、低消費電力である上に、極めて微粒化特性に
優れ霧化量調節が簡単で、かつ、安定・確実な霧化動作
を保証できる霧化装置を提供することができるものであ
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用いた断面図
、第２図は同温風暖房機に用いた灯油液質変換器の断面
図、第３図ａ〜ｄは霧化特性の説明図、第４図は本発明
にかかる振動子駆動部の一実施例を示すブロック図、第
５図ａ〜ｃか電気的振動子の駆動電圧の波形図、第６図
ａ，ｂはノズル部の構成図、第７図ａ，ｂは霧化粒子分
布を示す断面図である。 ７ａ・…・・振動子駆動部、１１・・・・・・レベラ、
１２，１２′・・・・・・連結管、１３・・・…灯油液
質変換器（液質変換器）、３０・・・・・・基体、３２
・・・・・・圧力室、３４…・・・電気的振動子、３６
・・・・・・ノズル。 第６図第７図 第１図 第４図 第５図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を充填する圧力室を有する基体と、前記圧力室
   に臨むように設けられたノズルと、前記圧力室に充填さ
   れた液体を加振する電気的振動子と、前記圧力室への液
   体供給路中に設けられた液質変換器と、前記電気的振動
   子に交番電力を供給する振動子駆動部とを備えたことを
   特徴とする霧化装置。 ２ 液質変換器は、霧化する液体中溶存空気を脱気する
   脱気手段を備えた構成としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の霧化装置。 ３ 液質変換器は、脱気手段により脱気された溶存空気
   を排気する排気部を有し、前記排気部の排気口がレベラ
   ーの液面より高くなるように構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の霧化装置。 ４ 脱気手段は、脱気用電気的振動子を有する構成とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の霧化
   装置。 ５ 脱気用電気的振動子は、電気的振動子に交番電力を
   供給する振動子駆動部により駆動される構成としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の霧化装置。 ６ 液質変換器は、霧化する液体中に混入した異質物を
   濾過するフイルタを備えた構成としたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載の霧化装置。
   ７ 液質変換器は、霧化する液体の温度を制御する液温
   制御手段を備えた構成としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項、第２項または第４項に記載の霧化装置。