JPS6031558B2 - 霧化装置 - Google Patents

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、薬液などの霧化
装置に関し、構成が簡単でコンパクトでしかも霧化量制
御が極めて容易な霧化装置を提供するものである。

従来液体の霧化装置は種々提案され実用されている。

例えば、圧力頃霧装置、回転霧化装置、２流体霧化装置
、ホーン状振動子による振中増中型超音波霧化装置、液
槽中に超音波を照射し液面近傍でのキャビテーションに
より霧化するキャビテーション型超音波霧化装置などが
ある。しかしながら、圧力贋霧装置、２流体霧化装置は
いずれも高圧力で液体を供給することが必要であり、従
って高圧ポンプ等の必要とし装置が大型化、高価になる
と共に騒音発生などの問題がありさらには霧化性能（粒
径、分布など）も十分なものではなかった。

また回転霧化装置も高速回転体を要し、前記２種の装置
と同様の欠点があった。振中増中型超音波霧化装置は効
率の良い機械的振中増中のためにホーン加工、固定法な
どが難しく、そのため高価格化すると共に霧化性能も好
ましくなかった。そして前記４つの霧化装置は、いずれ
も霧化量を決定するためのポンプ等を必要とし、自由な
霧化量制御を難しすると共に一層高価なものとならざる
を得なかった。キャビテーション型超音波霧化装置は、
霧化性能の面で優れているが液槽中に直接超音波エネル
ギーとして照射し液面近傍に集中させることが必要であ
り、このため露化動作の安定が悪く、その補償のための
構成が高価なものになっていた。

また霧化に適する動作周波数が１〜２ＭＨＺであるため
電波障害が発生する恐れあり、霧化に要するエネルギー
が大きい（効率が悪い）こともあいまって、駆動回路が
高価なものとなっていた。本発明はこのような点に鑑み
てなされたものであって、従来の種々の霧化装置の欠点
を除き、構成が簡単でコンパクト、低価格であると共に
、霧化性能に優れかつ霧化量制御が極めて容易な霧化装
置を提供せんとするものである。

本発明は一つの用途に限定されるべきものではないが一
実施例として液体燃料の霧化装置に応用し、温風暖房機
を構成した一実施例について図面と共に説明する。

第１図は温風暖房機の構成を示す断面図である。

図において、１は温風機のケースであり、灯油などの液
体燃料２は、カートリッジタンク３から供給され、液面
４が略一定に維持しべラ５から供給パイプ６を通り、リ
ターン部７、液体の充填手段である汲み上げポンプ８、
供給部９を経て基体１０内に設けられた供給室１１，加
圧室１２に充満するように構成されている。温風機の動
作停止時は、レベラ５の液面４と同じしべラに液面１３
、液面１４が位置し、図のような状態になっている。リ
ターン部７は、液体加熱室を兼用しており、ヒーター５
を備え、断熱材１６によって覆れていると共に断熱材１
７によって供給パイプ６、リターンパイプ１８などから
熱的に隔離されている。

供給パイプ６の１部と汲上パイプ８とＩＪターン部７と
の間を接続するパイプとは熱交換部１９を形成しており
、レベラ５から加熱室７へ供給される液体燃料とりター
ン部７から汲上ポンプ８に供給される液体燃料との間で
熱交換するよう構成され、ヒーター５の消費電力を少く
するようになっている。リターン部７は、液体燃料中に
溶存している溶存空気を排出するために一時的に液体燃
料を高温に上昇させる機能を果すものであって、閉口部
２０を有し、この閉口部２０からは液体燃料中から排出
された溶存空気が排出される。

前気開□部２０からの排気は燃焼筒２１、排気部２２又
は直接屋外へ排出されるよう構成することができる。前
記加熱室７は、前述の如く、液体燃料の脱気を目的とす
る脱気手段として設けられたものであり、灯油等のよう
に加熱による脱気がいこくいものの場合は当然他の方法
を用いることができる。例えば、ヒータ１５のかわりに
超音波振動子を用い、超音波振動による脱気手段を構成
することができる。第２図は、この一実施例を示すもの
であり、リターン部７を兼用した脱気手段の構成を示し
ている。１５′はピェゾセラミックで、円筒状をしてお
り円筒の径方向に振動する。

このため、ピラゾセラミック１５′が設けられた中央部
では、液体燃料中キャビテーションが発生し、脱気され
るものである。図中７′はフィル夕であり気泡Ａがポン
プ８の方向に移動するのを防止するものである。一方、
燃焼空気は、吸込口２３から燃焼ファン２４によって吸
込まれ、図中の矢印の如く空気通路２５，２６を通って
燃焼筒２に送られる。

液体燃料の供給部９は、前記空気通路２５，２６を横切
るよう構成され液体燃料の冷却が効果的になされるよう
になっている。次に霧化装置を中心に温風機の動作を説
明する。

操作部２７の指令により燃焼制御部２８はヒータ１５に
通電し、それと同時又は多少の時間を経て後汲上ポンプ
８を起動する。汲上ポンプ８はその汲上能力が最大霧化
量と等しいかもしくは大さめに設定されており、正常な
霧化動作に支障を生じないように構成されている。汲上
ポンプ８の作動により液体燃料２は液面１４が押し上げ
られ、基体１０‘こ供給室１１に供給される。加圧室１
２は基体１０内に形成されたホーン状部と、前記ホーン
状部の先端に設けられた複数個の小孔ノズル（３０仏の
〜１００山肌）２９を有するノズル部３０と、前記ホー
ン状部の底部に設けられ振動板３１とピェゾ振動子３２
より成る電気的振動子３３とにより構成されており、前
記供給室１１とは前記電気的振動子３３の外周全域にわ
たって形成された蓮通部３４により運速されている。し
たがって、供給室１１に供給された液体燃料は、供給室
１１と共に加圧室１２にも充満し、そして基体１川こ設
けられた排出ロー８′に接続されたりターンパイプ１８
より溢出してリターン部７にリターンする。この状態に
おいてノズル部３０‘こ設けられた４・孔ノズル２９か
らは、液体燃料の表面張力のために液体燃料は溢れ出さ
ず、したがって液体燃料は、汲上ポンプ８により、リタ
ーン部７→ポンプ８→供給室１１→加圧室１２→リター
ンパイプ１８℃リターン部７という経路にて順環するこ
とになる。すなわち、リターン部７により加熱され高温
状態で溶存空気を排出された後、熱交換部１９と送風路
２５，２６‘このぞませた冷却部とによって冷却され、
溶存空気が少くなった状態で供給室１１、加圧室１２に
液体燃料が充満されるのである。汲上ポンプ８の起動と
同時、もしくはそれより遅れて燃焼ファン２４が起動さ
れ、それより遅れて点火手段（電極）３５が附勢される
。

次に燃焼制御部２８内の振動子駆動部３６が起動され、
電気的振動子３３に交流電圧が供給される。

ピェゾ素子３２は径万向に伸縮するよう構成されており
、従って電気的振動子３３は印加される交流電圧の極性
に応じてノズル部３０の方向に向って鼓状振動を生じる
。ノズル部３０の方向に電気的振動子がたわむとその近
傍で圧力上昇が生じ、この圧力上昇は加圧室１２によっ
て増中ごれ、ノズル部３０に達する。従って、小孔ノズ
ル２９からは、微粒化された液体燃料が噴出される。電
気的振動子が印加電圧の極性変化に伴って前述と反対方
向にたわむとその近傍で圧力低下が生じる。この圧力低
下は、電気的振動子３３の全周にわたって設けられた蓮
通部３４からの液体燃料の流入と、加圧室１２の形状の
効果により、小孔ノズル２９における液体燃料の表面張
力が破壊するに到らず、したがって、小孔ノズル２９か
らの空気の浸入を防ぎつつ液体燃料を吸上げることがで
き、一種の吸上ポンプ作用を果す。前述の動作を１０〜
１００ＫＨｚの周波数でくり返すことにより液体燃料は
微粒贋霧されるが、高い周波数で動作させる程、又は高
い電圧で駆動する程、電気的振動子３３の近傍でキャビ
テーションが発生し、加圧室内に一時的にせよ気泡が混
入する。

この様な状態下では、贋霧特性が著しく低下してしまい
、霧化量が激減し、不安定な動作となるのである。しか
しながら、前述の如くリターン部７により脱気された液
体燃料が汲上ポンプ８により供給されているので、極め
て高い周波数でも安定に動作することが可能となり、電
気的振動子３３がコンパクトな形状（１０〜２仇吻）で
も、大きな霧化量（１０〜２０ｃｃ／ｍｉｎ）を得るこ
とができ、かつ微粒化特性の良い霧化装置とすることが
できる。

・小孔ノズル２９からは微粒化された液体燃料が噴霧さ
れ、点火手段３５により点火されて炎３７が形成される
。フレームロッド３８により着火が検知されると点火手
段３５による点火動作が停止される。霧化量すなわち燃
焼量は、電気的振動子３３の動作によって決定するため
、汲上ポンプ８は極めて簡単な、かつ精度の悪いもので
十分であり、例えば、送風ファン２４の送風圧力を利用
した供給装置であってもよいし、送風ファン２４の回転
力を機械的に伝達するような形式のポンプであってもよ
い。

要は霧化動作中に加圧室１２や供給室１１に空気がりに
くし、ように最大の霧化量と同等もしくはそれ以上の汲
上能力を有するものであればよいのである。前述の如き
霧化動作の開始時（すなわち点火動作時）において、電
気的振動子３３は第４図ａに示す通常の動作周波数より
低い第４図ｂに示す周波数で動作するよう燃焼制御部２
８により制御される。

これは、汲上ポンプ８により加圧室１２が、液体燃料で
充満されても、極めて微４・な気泡などの異質物が加圧
室１２内に残存している可能性がありそのため正常に起
動ができないという不都合を防止するためである。すな
わち、起動時一定の時間、あるいは着火検知するまでの
時間は、多少の不都合（例えば粒径が多少大きくなる、
あるいは可聴周波数のため耳ざわりな音が発生し易い）
があっても、低周波（１０〜２０ＫＨ２）で起動し、前
述の如き異質物が吐出された後、正規の周波数（２０〜
１００ＫＨ２）に切りかえるのである。

このようにすることにより安定で確実な霧化動作の起動
が可能となるのである。

また前記電気的振動子３３は直径が１０〜２仇松程度の
円板状であり、基体１０も２０〜４仇肋程度の４・型・
コンパクトな構造であるため本発明を適用したこの温風
機は、その構造が極めて４・型でゴンパクトなものにす
ることが可能であると共に、吐出される霧化粒子の粒径
が小さく、図のように直接燃焼させることが可能であり
、燃焼機に用いた場合は、気化装置などを必要とせず、
燃焼性能を低下することなく燃焼機の構成の簡略化が可
能である。

第３図は本発明の一実施例を示す温風機の制御回路図で
あり、商用電源端子４０，４１から電力が供給される。

４２は操作部２７に設けられた運転スイッチであり、こ
れが投入されると、燃焼制御部２８が附勢される。燃焼
制御部２８は、前述したように、電気的振動子３３、ヒ
ータ１５、リレー接点４３，４４を介して燃焼ファン２
４とそれに連動する汲上ポンプ８、および点火手段３５
を制御する。４５はサーモスィッチであり、燃焼筒（熱
交換器）２１と室内空気との熱交換をするための送風フ
ァン３９を制御するものである。

燃焼量すなわち霧化量の制御は、例えば電気的振動子３
３に供給される交流電圧のオンオフヂューティーを制御
することにより極めて容易に調節することができる。ま
た、振動子駆動部も例えば簡単なマルチパイプレータと
フィル夕と増中器とで実現できるものである。以上のよ
うに、本発明によれば、加圧室を有する基体と、加圧室
に臨むように設けられたノズルと、電気的振動子とを設
け、脱気手段により脱気された液体をポンプ等の充填手
段により前記加圧室に充填するよう横成し、前記電気的
振動子を振勤子駆動部により附勢するよう構成したから
、極めて構成が簡単でコンパクトであり、従って低コス
トであると共に、霧化性能にすぐれ霧化量調節が極めて
容易であり、さらには、ほとんど電気的振動子を駆動す
るだけのエネルギーでよいから高効率な霧化装置を実現
することができ、液体燃料、水、薬液等の種々の液体の
霧化装置としても極めて有用なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を適用した温風暖房機の構成
断面図、第２図は同温風機の脱気手段の他の実施例を示
す構造図、第３図は同温風機の制御回路図、第４図は電
気的振動子の動作波形図である。 ７・・・・・・脱気手段（リターン部）、８・・・・・
・充填手段、１０・・…・基体、１２・・・・・・加圧
室、２９・・・・・・ノズル、３０……ノズル部、３３
……電気的振動子、３６…・・・振動子駆動部。 第２図 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を充填するための加圧室を有する基体と、前記
   加圧室内の液体を加振するための電気的振動子と、前記
   加圧室に臨んで設けられた１個又は複数の小孔ノズルと
   、前記加圧室に液体を充填させるための充填手段と、液
   体中の溶存気体を減少させるための脱気手段とを備えた
   ことを特徴とする霧化装置。 ２ 充填手段の作動により前記加圧室から溢出する液体
   をリターンするリターン部を設け、前記リターン部を脱
   気手段と兼用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 脱気手段に開口部を設け気体を脱気手段から排出す
   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
   載の霧化装置。 ４ 基体に排出口を設け、前記充填手段の作動により前
   記加圧室より溢出する液体を排出する構成としたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ５ 脱気手段を充填手段の上流側に位置するよう構成し
   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。