JPS6139861B2 - - Google Patents

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、従つ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
よつて、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、(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
り超音波振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ヤビテーシヨン現象により霧
化する直接超音波霧化装置などがある。また(5)特
にフアクシミリ等に利用される霧化装置であつ
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イス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、小孔オリフイ
ス２からインク滴４を噴射させて霧化させるもの
である。

しかしながら、従来の霧化装置には以下に示す
ような種々の欠点があつた。

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、粒径均一性
等の霧化特性が十分でなく、また騒音も大きなも
のであつた。(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つて極めて高価
格化するものであつた。(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、１〜2MHzの高い周波数で、しかも、20
〜50Watts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つた。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
特性が極めて影響を受けやすく、その補償装置は
複雑かつ高価なものとならざるを得なかつた。(5)
の霧化装置は、構成が簡単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
械的シヨツクによりオリフイス２から空気が流入
したり、液体の種類によつては、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つた。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く、また、このときオリフ
イス２から液体が溢出するので、その溢出液の処
理が面倒であつた。したがつて自動的に室１内に
液体を充填することが困難であつた。

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。温風機ケース１０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つ
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、パイプ１５を経て霧化部１
６に送られるよう構成されている。前記霧化部１
６は、霧化混合室１７の壁面１８に固定され、霧
化部１６に設けられた排気パイプ１９は、給気筒
２０内に設けられたオリフイス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
送風フアン２４により、給気筒２０から送風路２
５を通つて空気室２６に１次空気、２次空気、お
よび３次空気として送られる。送風フアン２４に
よつて送られる空気の一部は、１次空気として送
風路２７を通り、旋回器２８に送られ図の矢印の
ように旋回気流となつて霧化混合室１７内に送ら
れる。したがつて、霧化部１６により霧化された
灯油の霧化液滴２９は、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。従つて気化筒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３０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はフレームロツドであり、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４０より排出される。４１は対流フ
アンであり、吸気口４２から室内空気を吸気し、
熱交換気４３に送風機交換を行ない、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）５
０は複数のノズル５１を設けたノズル板５２に接
着され、前記ノズル板５２は、キヤビテイー（加
圧室）５３を有するボデイー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。前記キヤビテイー５３の下方の
壁面には、液体供給口５５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５
６は、それぞれパイプ１５、および排気パイプ１
９に連通するよう構成されている。

前記ボデイー５４は、ビス５７，５８により、
保護カバー５９に取付られ、保護カバー５９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５０は、中央に開口６２
を有し、直径10〜20mm、厚さ0.5〜２mmの円板形
であり、両面が電極になつていて、穴６３より引
きこまれたリード線６４が片面に半田付されてお
り、ビス５８にてボデイーに取りつけられたリー
ド線６５とにより交流電圧が供給されるようにな
つている。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
Ａの位置になるよう制御されており、従つてノズ
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
風フアン２４を起動する。従つて、オリフイス２
１により負圧発生部２２には負圧力が発生し、こ
の負圧発生部２２に排気パイプ１９が接続され、
かつ、ノズル５１が極めて小さく30〜100μｍ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、キヤビ
テイー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、
送風フアン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
実にキヤビテイー内に液体を充填し、かつ、キヤ
ビテイー内の気体（空気）を排出することができ
る。前述のようにしてキヤビテイー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ａ，ｂ又はｃのような交流電圧がリード線６
４，６５により圧電素子５０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
タ、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、プツシユプル増巾回路等により簡単
な構成で作られている。

従つて、圧電素子５０は、20KHz〜50KHz程
度の周波数で直径方向に振動し、ノズル板５２に
接着されているため結果としてキヤビテイー５３
内の灯油を加振すると共にノズル５１も軸方向に
振動する。よつて、キヤビテイー５３内の灯油は
霧化粒子２９となつて図のように噴出霧化され、
同時にパイプ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、20〜
50KHz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５０の動作周波数は、圧電素子
５０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。したがつて、その電流は駆動電圧に対し、90
゜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必要としないもの
である。実験によれば、10000KCal/h程度（20
c.c.／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、0.1Watts以下で
あり、駆動回路の損失を考慮しても、1Watt程度
で十分であつた。従つて、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ａ，ｂ，ｃのように交流電圧
波形のデユーテイー制御を行つて霧化量を調節し
たり、露化休止時に過大な機械的振動が霧化部１
６に加えられたりすると第５図のように気泡６６
がキヤビテイー５３内に生じる。そして、第５図
のように、キヤビテイー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
５０の振動による前述した灯油の墳出霧化動作に
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、キヤビテイー５３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キ
ヤビテイー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、キヤビテイー５３の
上方壁面に気体排出口５６を設けることによつ
て、極めて容易に、確実な液体のキヤビテイー５
３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つても、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ヤビテイー５３内の体積の
半分以上が気体となつ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
のキヤビテイー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図のようにキヤビテイー５３内の
最も上方位置の壁面に気体排出口口５６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
アンモータ２３、ｃは点火手段３７、およびｄは
圧電素子５０を駆動する振動子駆動部の動作状態
を示し、ｂに対し、ｃ，ｄが時間Ｔだけ遅延して
いるのはプリパージ時間と霧化部１６のキヤビテ
イー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、フレームロツド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
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
面図、第４図ａ〜ｃは圧電素子の駆動電圧波形
図、第５図は霧化部の断面図、第６図ａ〜ｅは第
２図の石油温風機の制御シーケンス図である。 ２９……霧化粒子、５０……圧電素子（電気的
振動子）、５１……ノズル、５３……キヤビテイ
ー（加圧室）、５５……液体供給口、５６……気
体排出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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 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。