JPS6139862B2 - - 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、薬溶
液、記録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てその振動作用
により液体を霧化する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かつコ
ンパクトで低価格な霧化装置を供給することであ
る。

第２の目的は低消費電力で、しかも霧化特性に
優れた霧化装置を提供することである。

第３の目的は、霧化動作開始が容易で、かつ、
安定な霧化動作が保証できる霧化装置の実現であ
り、特に加圧室内気体の排出を良好に行うことが
できるよう構成することにより、安定で確実な起
動と霧化動作の維持を実現することを目的とする
ものである。

従来液体の霧化装置は、種々のものが提案され
ており、圧電素子等の電気的振動子を用いたもの
も多く見受けられる。

例えば(1)ホーン型の振動子に圧電素子をボルト
締め、又は接着し、圧電素子の機械的振動振巾を
ホーン型振動子で増巾し、ホーン先端の振巾拡大
面に液体を供給、滴下して霧化する振巾増巾型超
音波霧化装置、(2)液槽の底面に圧電素子を配置
し、圧電素子の超音波振動エネルギをその液面に
集中させて液柱を立たせ、液表面での一種のキヤ
ビテーシヨン現象を利用して霧化する直接型超音
波霧化装置などがある。また、(3)特にフアクシミ
リ等の記録装置に応用される霧化装置であつて、
例えば、第１図に見られるような圧電素子を用い
た噴射型霧化装置がある。これは、第１図に示す
ように、インクが充填された液室１の先端にオリ
フイス２を設け、他端に設けた圧電素子３の振動
により、前記オリフイス２からインク滴４を噴射
し、文字等の記録を行うものである。

しかしながら、これらの霧化装置は、以下のよ
うな欠点を有していた。

(1)の霧化装置は、ホーン型振動子の加圧精度が
高いことが要求されるため高価とならざるを得
ず、ホーン型振動子の機械的共振を良好に保つ必
要があるため、その保持方法等も非常に面倒であ
つた。さらに、液体を供給するポンプ等を必要と
するため一層高価になる上、霧化面への液体供給
方法が面倒であつた。また20c.c.／分程度の霧化量
を得るためには、５〜10Wattsの電力が必要であ
りかなり高い消費電力であり、しかも、その霧化
性能も十分なものではなかつた。

また、(2)の霧化装置は、その霧化特性は良好で
あるが、超音波エネルギーにより直接霧化させる
形をとるため、極めて大きく、しかも高い周波数
の超音波振動を必要とし、例えば、１〜2MHg
で、20〜50Wattsという消費電力を要するもので
あり、その駆動回路は極めて高価である上に、電
波障害が極めて大きく、その抑制が困難であり、
かつ高価な防止装置とならざるを得ず装置全体が
一層高価となるものであつた、さらに液体の温度
や体積圧縮率などの変動により霧化動作が著しい
影響を受けるため、その補償は極めて困難であつ
た。

(3)の霧化装置は、ポンプ等を必要とせず、しか
も構成が簡単でコンパクトで低価格であるが、機
械的シヨツクによるオリフイス２からの流入気泡
がたまり、動作が不安定となつたり、液体によつ
てはその溶存空気の気泡化により同様の不安定さ
が生じたりする欠点があつた。さらには、起動時
の液室１内空気の排出が面倒であり、空気排出時
にオリフイス２から液体が漏れ出る等の不都合が
あつた。このため自動的に液体を液室１に充填す
ることは極めて困難であつた。

本発明は、このような従来の霧化装置の欠点を
一掃した霧化装置を提供せんとするものであり、
加圧室にノズルを臨ませて電気的振動子により加
圧室内の液体を加振しノズルから噴出霧化する構
成とすると共に加圧室に連通する気体排出路を設
け、その内圧低下方向に断面が拡大する断面拡大
部を設けることにより、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、特に簡単で確
実な起動と安定な霧化動作維持を保証することが
できる霧化装置を提供せんとするものである。

以下本発明の一実施例の霧化装置を石油温風機
に適用したものについて図面と共に説明する。

第２図は温風機の断面図であつて、ケース１０
の上面に操作部１１を設け、制御部１２に温風機
の運転指令を送るよう構成されている。

灯油は、送油パイプ１３によりタンク（図示せ
ず）からレベラ１４に送られている。レベラ１４
からは、液体供給路を構成するパイプ１５を経
て、霧化部１６に送られ、霧化部１６は、霧化室
１７の壁面１８に取り付けられている。排気部材
（排気パイプ）１９は、霧化部１６と、給気筒２
０内に設けられたオリフイス２１の下流側の負圧
発生部２２とを連結している。

一方燃焼用空気は、モータ２３にて駆動される
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に送られる。送風フアン２
４により送られる空気の一部は、霧化粒子搬送空
気として送風路２７を通り、旋回器２８に送ら
れ、図中矢印の如く、旋回気流となつて霧化室１
７に吐出されるよう構成されている。従つて、霧
化部１６により霧化された灯油の微粒子２９は、
旋回気流により混合されつつ搬送されて、気化混
合室３０に送られる。空気室２６を形成する空気
筒３１は、下部には、外周の接線方向に沿つて１
次空気を噴出する孔３２を有する突起部３３を有
し、上部には、その直径方向に２次空気を噴出し
保炎する炎孔３４と、３次空気を噴出する孔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
にて点火され、着火すると気化混合室３０内で一
瞬の間火炎を形成後、図のように主燃焼空気が噴
出される炎孔３４に火炎３８を形成して燃焼す
る。フレームロツド３９は着火検知を行い制御部
１２にその検知信号を送る。排気ガスは、排気筒
４０より排出される。対流フアン４１は、吸気口
４２から室内空気を吸い込み、熱交換器４３に送
風し、熱交換させ、吐出口４４より温風を室内に
吐出するものである。

次に霧化部１６について詳細に説明する。第３
図は霧化部１６の拡大断面図であり、第２図と同
符号は相当物である。圧電素子４５は、中央に開
口４６を有する円形をしており、直径が10〜20
mm、厚さ0.5〜２mm程度である。４７はノズル板
であつて厚さが30μｍ〜100μｍであり、中央に
直径が30μｍ〜100μｍ程度のノズル４８を複数
個有しており、前記圧電素子４５が接着されてい
る。前記ノズル板４７は、キヤビテイー（加圧
室）４９を有するボデイー５０に接着され、前記
ボデイー５０は、ビス５１，５２により保護カバ
ー５３に、そして前記保護カバー５３は、ビス５
４，５５により壁面１８にそれぞれ固定されてい
る。前記キヤビテイー４９は、液体供給口５６が
設けられ、パイプ１５により形成される液体供給
路５７に連通している。また前記キヤビテイー４
９は、気体排出口５８が設けられ、排気パイプ１
９により形成される気体排出口路５９に連通して
いる。前記気体排出路５９は前記加圧室４９の近
傍にその断面積が拡大している断面積拡大部６０
を有している。

また、前記圧電素子４５は両面に電極を有し、
前記ボデイー５０に設けた穴６１を通つて配線さ
れたリード線６２が片面に接続されている。リー
ド線６３はビス５２にてボデイー５０に接続され
ている。

次に霧化動作について説明する。

霧化動作開始前は、灯油の液面は前記レベラ１
４により、Ａの位置に制御されており、ノズル４
８から灯油が漏れ出ることがないようになつてい
る。送風フアン２４が駆動されて負圧発生部２２
に負圧力が発生すると、排気パイプ１９は負圧発
生部２２に連結されており、しかも、ノズル４８
は小孔径であるので灯油は吸い上げられて上昇
し、前記キヤビテイー４９を充填し、液面Ａは、
液面Ｂの位置になる。このキヤビテイー４９の充
填過程において、ノズル４８からの流入気泡や、
もともとキヤビテイー４９内にあつた空気の気泡
化によつて、気体排出路５９内の断面積の小さい
部分６４は、気泡６５でふさがれる場合が生じる
が気体排出路５９内の内圧が低くなる方向にその
断面積が拡大している断面拡大部６０が設けられ
ているため気泡が気体排出路５９をふさいでしま
うことが完全に防止され、液面Ｂは図の所定の高
さに位置する。

次に制御部１２内の振動子駆動部（図示せず）
から、第４図ａ，ｂ、又はｃのような交流電圧が
リード線６１，６２により圧電素子４５に供給さ
れると、圧電素子４５はその径方向振動を生じ、
接着されたノズル板４７と共に加圧室４９内の液
体の体積変化を生じるようなベンデイング振動を
行う。したがつて灯油は、その振動に応じて霧化
粒子２９となつて吐出すると同時に液体供給路５
７から自給されるのである。ノズル４８が小さ
く、かつ、圧電素子４５が20KHz〜50KHzの周
波数で振動するため、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る。とこ
ろで、第４図ｂ，ｃに示すようにデユーテイー制
御を行つて霧化量制御を行つたり、霧化部１６が
機械的シヨツクを受けた場合は、起動時と同様に
ノズル４８からの気泡流入や、液体内の溶存空気
の気泡化が生じやすく、気泡６５による気体排出
路５９の断面積の小さい部分６４のふさがりが生
じ得る。しかし、起動時と同様に、断面積拡大部
６０により、この不都合は防止されるのである。
もし、断面積拡大部６０を設けず、このような状
態が発生したとすると、第５図に示すような現象
が発生して正常な霧化動作が維持できなくなるの
である。第５図において第３図と同符号は相当物
である。図において、もし気体排出路５９の内径
が断面積が小さい部分６４と同一径、又は、それ
より小さいとすると、気体排出路５９内の気泡は
上昇途中で結合し、ついには過大気泡６６となつ
て気体排出路５９をふさいでしまう。したがつ
て、液面ＢがB′のように上昇して、ついには、負
圧発生部２２に溢れ出たり、もしくは気泡６６が
下方に拡大していき、ついには、キヤビテイー４
９内にも気体がたまつてしまい、正常な霧化動作
を維持できなくなるのである。気体排気口５８
は、圧電素子４５の発生する歪による効率的な霧
化動作を実現するためには、あまり大きな直径に
することは不可能である。なぜならば効率的なノ
ズル４８からの吐出動作を行わせるためには、キ
ヤビテイー４９からの液体の『漏れ』が少ない方
が良いからである。すなわち、効率的な霧化動作
を実現し、しかも前述のような気体排出路５９の
気泡によるふさがりを防止するためには、断面積
拡大部６０は極めて重要な役割を果すものであ
る。

第６図は、本発明の他の実施例を示す霧化部断
面図であり、第３図と同符号は相当物である。図
において、気体排出路５９の断面積拡大部６０
は、フクロナツト６７などで排気パイプ１９と霧
化部１６とを分離可能とした上で、その接続部近
傍に設けられていて、霧化部１６等の運搬が容易
となり、かつ、断面拡大部６０の断面積比を大変
大きくすることが可能である。従つて、一層の気
泡によるふさがり防止効果を得ることができる。
もちろん霧化部１６の大きさが大きくなるが、霧
化部側に断面拡大部６０を設けてもよい。また、
気体排出路５９は、液面Ｂよりも低圧力側でその
断面積が減少する断面減少部を備えているがこれ
は、機器実装上において、排気パイプ１９の実装
の容易さを改善するものである。

次に圧電素子４５の消費電力について説明する
と、約10000Kcal/hの燃焼量に相当する灯油を霧
化している状態において、すなわち、約20c.c.／分
程度の灯油の霧化に要する圧電素子４５の消費電
力は、約0.1Watts又はそれ以下の微小電力であ
る。なぜならば、圧電素子４５は、その共振周波
数で駆動されず、それよりも十分低い周波数で駆
動されているからであり、その電圧と電流の位相
差は、ほとんど90゜であるからである。すなわ
ち、従来の霧化装置に比べて、極めて小さい消費
電力であるにもかかわらず良好な霧化特性が得ら
れるのである。

このような本実施例の霧化装置を適用した温風
機は、前述の如く、極めて簡単な制御シーケンス
のみで運転することが可能である。

次に、簡単に、そのシーケンスを図示すると第
７図のようになり、第７図ａの運転指令、第７図
ｂの着火信号（フレームロツド３９の）に対し、
送風フアンモータ２３、点火手段３７、振動子駆
動回路（図示せず）は、それぞれ、第７図ｃ，
ｄ，ｅのようになり、送風フアンモータ２３の起
動に対し、プリパージ時間と灯油のキヤビテイー
４９への充填時間とを保証するため、時間Ｔだけ
遅れて、点火手段３７、振動子駆動回路が起動さ
れるよう構成されている。

以上に述べたように、本発明によれば、加圧室
にノズルを臨ませて電気的振動子により前記加圧
室の液体を加振してノズルより霧化するよう構成
し、前記加圧室に連通する液体供給路と、気体排
出路とを設けると共に、気体排出路の内圧低下方
向に断面積が拡大する断面積拡大部を設けたか
ら、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、起動が容易で霧化特性が安定であり、特
に、液体の加圧室への充填時や、ノズルからの気
泡流入発生時においても、霧化動作に悪影響を及
ぼすことなく、確実に、かつ、すみやかに気泡を
排出して、安定した起動、および霧化動作維持を
可能にした霧化装置を実現することができるもの
であり、その工業的価値は極めて大きいものであ
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
発明の一実施例を示す霧化装置を適用した石油温
風機の断面図、第３図は同霧化装置の断面図、第
４図ａ〜ｃは同電気的振動子の駆動電圧波形図、
第５図は同断面図、第６図は本発明の他の実施例
を示す霧化装置の断面図、第７図ａ〜ｅは第２図
に示す石油温風機のシーケンス説明図である。 ４５……圧電素子電気的振動子、４８……ノズ
ル、４９……キヤビテイー加圧室、５７……液体
供給路、５９……気体排出路、６０……断面積拡
大部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室と、前記加圧室に臨
   むノズルと、前記加圧室の液体を加振する電気的
   振動子と、前記加圧室に連通する液体供給路と、
   前記加圧室に連通する気体排出路とを備え、前記
   気体排出路に、前記気体排出路の内圧が低下する
   方向に沿つてその断面積が拡大する断面積拡大部
   を設けた霧化装置。 ２ 少なくとも霧化動作時は、前記断面積拡大部
   よりも低内圧側に液面が位置する圧力で前記加圧
   室に液体を充填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 断面積拡大部を前記加圧室近傍に設けた特許
   請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ４ 気体排出路を構成する排気部材と霧化部とを
   分離可能に構成し、前記排気部材と前記霧化部と
   の接続部近傍に前記断面積拡大部を設けた特許請
   求の範囲第１項記載の霧化装置。 ５ 断面積拡大部より低内圧側に、前記気体排出
   路が減少する断面積減少部を設けた特許請求の範
   囲第１項記載の霧化装置。