JPS6161870B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は灯油・軽油等の液体燃料や、水、薬溶
液などの液体を微粒化するための霧化装置に関
し、さらに詳しくは圧電素子等に代表される超音
波振動を応用した液体の霧化装置に関するもので
ある。

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、低消費電力でかつ微粒
化特性に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、極めて簡単な構成でしか
も安定な起動を実現し、霧化動作が安定な霧化装
置を提供することである。

従来液体の霧化装置には種々のものが提案され
実用化ないしは実用化検討がなされている。

例えば、(1)高速回転体に液体を滴下し遠心力に
よる振り切り作用によつて霧化する回転霧化装
置、(2)高圧ポンプ等により液体を数Kg／cm²にまで
加圧し、ノズルから噴出して霧化させる圧力噴霧
装置、(3)ホーン形状の振動子をジユラルミン等で
構成し、圧電素子や磁歪振動子の振巾を前記ホー
ン状振動子にて増巾すると共に、増巾されたホー
ン先端部に液体を供給して霧化させる振巾増巾型
超音波霧化装置、(4)液槽の底部に圧電振動子を設
け、液槽の液面近傍に超音波を集中させ、液面付
近での一種のキヤビテーシヨン現象を利用して霧
化させる直接型超音波霧化装置などがある。

しかしながら、前述した(1)，(2)の様な霧化装置
は、回転体や高圧ポンプ等の大型部品が必要であ
り装置全体が大型化、高価格化すると共に微粒化
特性も十分なものではなく騒音も大きいものであ
つた。また、(3)は、ジユラルミン等で構成される
ホーン状の振動子が必要であり、この振動子の安
定で確実な振動を得るために要求されるホーン形
状寸法精度が極めて厳しく、従つて高価である上
に微粒化性能も良好なものではなかつた。また機
械的振巾増巾を効率良く安定に行うためには出力
が安定化された高価な駆動回路を必要とし、さら
には取付構造もこのため面倒なものとならざるを
得ないものであつた。

また、上記(1)〜(3)は液体の供給を例えばポンプ
等の液体供給手段にて行うことが必要であり、こ
の液体供給手段にて霧化量が決定されるから、霧
化量安定化のためには高価な液体供給手段を必要
とするものであつた。

上記(4)は、液槽より直接霧化されるため前述の
ような液体供給手段を必要とはしないものの、液
槽中に直接超音波エネルギーを照射し超音波エネ
ルギーそのものにより霧化する構造であるため、
霧化される液体の温度、液面と振動子との距離等
により著しく霧化特性が影響を受ける上に、霧化
させるためのエネルギーが極めて大きく、かつ、
１〜2MHz帯の周波数での動作が効率的霧化動作
のために必要であつた。従つて極めて大きな不要
輻射を発生するという重大な問題を有していた。
この様な条件から駆動回路も霧化量の安定化と不
要輻射抑制のために極めて高価なものにならざる
を得ないものであつた。

本発明はこの様な点に鑑みてなされたものであ
り、前述した各種従来の霧化装置の欠点を加圧室
内に略大気圧かそれ以下の負圧により液体を充填
することにより一掃し、構成が簡単でコンパクト
であり、従つて低価格であると共に、低消費電力
にもかかわらず微粒化特性に優れ、しかも極めて
簡単な構成で安定・確実な起動を行い得、かつ、
安定で低騒音な霧化動作を実現できる霧化装置を
提供せんとするものである。

以下本発明を石油温風暖房機に適用した実施例
について図面と共に説明するが、本発明はこの実
施例に限定されるべきものではない。

第１図において、１は温風機ケースであり、上
部には操作部２が設けられて制御部３に操作指令
を送り温風機の制御がなされるよう構成されてい
る。燃料灯油は、タンク４からパイプ５を通り、
レベラー６に送られ、前記レベラー６にて液面が
略一定に保たれている。前記レベラー６から、パ
イプ７を通り脱気部８を経て、パイプ９を通り霧
化部１０に供給されるよう構成されている。１１
は排気パイプであり脱気部８にて脱気された灯油
中の溶存空気を排気口１２より排気するものであ
る。

一方燃焼空気は、モータ１３の軸に固定された
送風フアン１４により図中の矢印の如く、吸気管
１５から吸気され、オリフイス１６、接合部１７
を通り、スワラー１８に供給される。スワラー１
８により図中矢印の如く燃焼空気は旋回運動を与
えられて霧化・混合室１９に供給され、仕切壁２
０に固定された霧化部１０からの霧化粒子２１と
混合される。霧化・混合室１９で混合された空気
と霧化粒子は、出口２３から旋回しながら燃焼室
（兼熱交換器）２４に送られ、点火手段２５にて
点火され旋回火炎２６を形成して燃焼する。２７
はフレームロツドであり、着火信号などの炎の状
態を制御部３に送り、霧化部１０や点火手段２
５、モータ１３等を制御することにより、燃焼状
態制御ならびに燃焼シーケンスの制御を行うよう
構成されている。なお排気は排気管２８より屋外
等の機外に排出され、一方燃焼熱は、熱交換器２
４に対して対流用フアン２９より送られる室内空
気に伝えられ暖房効果を発生させるものである。

モータ１３の軸には、吸引用フアン３０が取付
けられており図の矢印のように入口部３１から出
口部３２に向つて空気が流れるような方向に回転
するよう構成されている。送風フアン１４も同時
に回転しているからオリフイス１６により接合部
１７には負圧力が発生し、したがつて、入口部３
１は前記接合部１７よりもさらに負圧力となる。
前記入口部３１には吸引パイプ３３が接続され霧
化部１０に対して、前記入口部３１に発生した負
圧力による吸引作用を働かせるよう構成されてい
る。

第２図は、第１図における霧化装置のさらに詳
しい構成を示す断面図であり、第１図と同符号は
相当物である。

第２図において、霧化部１０は内部にホーン状
の加圧室３４を有する基体３５と、ビス３６、押
え板３７、パツキン３８により前記基体３５に取
付固定されたノズル部３９と、振動板４０および
圧電素子４１より成る電気的振動子４２とにより
構成されている。前記ノズル部３９には曲面部４
３が設けられ複数個の小孔ノズル４４が設けられ
ている。

第１図、第２図を参照して霧化動作を説明す
る。操作部２により運転指令が制御部３に送られ
ると、制御部３は脱気部８の第２の圧電素子４５
を加振する。この状態において灯油液面はレベラ
ー６により液面４６，４７の位置にあり、加圧室
３４内に灯油は存在していない。したがつて脱気
部８内の灯油の溶存空気は気泡４８となつて排気
パイプ１１から排出される。脱気部８は脱気室４
９と貯蔵室５０から成り、それら２室は細孔を有
する仕切板（図示せず）で仕切られていて、霧化
動作中における脱気処理された灯油と未脱気処理
灯油との混合を少なくして安定な霧化動作ができ
るよう構成されている。

十分な時間の間脱気用圧電素子４５が励振され
ると、脱気室４９、貯蔵室５０、パイプ９、パイ
プ７の一部内の灯油は一定の溶存空気率まで脱気
される。

次にモータ１３が起動されプリパージが行われ
ると同時に送風フアン１４と吸引フアン３０によ
つて発生される入口部３１の負圧力により、図中
矢印の方向に液面４６は液面５１まで吸引され
る。従つて、霧化部１０の加圧室３４、供給室５
２は灯油略大気圧かそれ以下の負圧で充填され、
排気部５３から空気が排出されて第２図のような
状能となる。送風フアン１４により発生される接
合部１７での負圧力が吸引に十分なレベルのもの
であれば、吸引用フアン３０を省略してもよい。

第３図は霧化部１０の霧化動作を説明する構造
図であり、第２図と同符号は相当物である。

プリパージが終了し第２図の状態になると制御
部３は霧化すべき霧化量に応じて第４図ａ，ｂあ
るいはｃのような交流電圧を電気的振動子４２に
印加する。正の半波電圧が印加されたとき、円板
状の圧電素子４１は径方向に収縮し第３図ａのよ
うな状態となる。従つて振動板４０の近傍の加圧
室３４内には圧力波が生じホーン形状のために増
巾されてノズル部３９の曲面部４３に達し、小孔
ノズル４４から微小液滴が吐出される。

次に負の半サイクルが電気的振動子４２に印加
されると第３図ｂのようになり、電気的振動子４
２の近傍の加圧室３４内には負圧力が発生する。
したがつて供給室５２からは加圧室３４内に灯油
が供給され、供給室にはパイプ９を経て脱気部８
から灯油が補給される。したがつて、一種の吸上
ポンプのような自給作用を生じ、ポンプ等の高価
な灯油供給手段を必要としない。

前述のように電気的振動子４２により加圧室３
４内に発生した負圧力は小孔ノズル４４の近傍に
も伝達されるが、加圧室３４のホーン形状により
軽減されることと、小孔ノズル４４が小さくかつ
テーパ状に形成されていることにより発生する小
孔ノズル４４での灯油の強力な表面張力の発生と
により、小孔ノズル４４からの空気の流入を防止
し、安定な霧化動作と自給ポンプ作用を発揮する
ことができる。

前述したような電気的振動子４２の振動により
発生する圧力波により安定な霧化動作を得るため
には加圧室３４内を灯油で充満させることが必要
であり、もし気泡が存在すると前記圧力波が吸収
され満足な霧化動作を実現し得なくなる。従つ
て、霧化動作開始時には完全に加圧室３４内の空
気を排出することが必要であり、前述したフアン
１４，３０による吸引作用は極めて重要である。
さらに、この負圧力による吸引作用により加圧室
３４内に灯油を充填する構成は、次のような効果
を有するものである。すなわち、第２図のように
灯油が加圧室３４内に充填された状態において、
各部の圧力関係を考えてみると、フアン１４，３
０の作動にかかわらず、灯油の液面４７は、ほぼ
一定に保たれており、従つて加圧室３４内は、大
気圧に対して10〜50mm程度の負圧状態となる。し
たがつて、ノズル４４の前後での圧力関係は加圧
室３４側が霧化混合室１９側に対して多少の負圧
状態に制御されることになる。

これにより、第２図ｂの状態における霧化粒子
２１の小孔ノズル４４からの飛散が良好となり、
霧化粒子の粒径を小さくする効果と、粒径の均一
化の効果を得ることができる。また、飛散しない
で小孔ノズル４４から溢出し、曲面部４３に沿つ
て流れおちるような不都合も完全に防止すること
ができ、灯油がノズル部３９の曲面４３に付着し
てダレることにより安定な霧化動作が妨げられる
のを防止することができる。

第５図は、前述した圧力関係を示す図であり、
大気圧をＰ_O、液面４７の圧力をP₄₇、加圧室３４
内の圧力をP₃₄、霧化混合室１９の圧力をP₁₉、液
面５１の圧力をP₅₁、入口部３１の圧力をP₃₁とす
るとき、第５図のような関係となる。したがつ
て、 ΔＰ＝P₁₉−P₃₄ なる圧力差ΔＰだけ、前述のように加圧室３４側
がノズル４４の前後間で低い圧力となるのであ
る。

第６図ａ，ｂはノズル部３９の詳細な構成図で
あり図のように曲面部４３を設けられているが、
これは前述の如く、電気的振動子４２の振動によ
り発生する圧力波により共振振動が発生するのを
防止し、ノズル部３９の共振振動によりノズル４
４からの空気の流入を防止するためである。

ノズル部３９は、厚さ50μｍのステンレス板
に、孔径80μｍ程度の小孔ノズル４４を片面エツ
チングにより加工し、さらに曲面部４３を設ける
ため張り出し加工を施したものであり、極めて簡
単にかつ低価格で製造することができる。また圧
電素子４１は、直径15mm、厚さ１mm程度のもので
よく、１分間に10c.c.程度の灯油を霧化するのに必
要な消費電力は約0.1Watts程度で十分である。

したがつて、霧化部１０は、極めて簡単な構成
でコンパクトに、しかも低価格で実現でき、低消
費電力であるから駆動回路も含めて大巾に従来に
比べて低価格化、コンパクト化でき、不要輻射レ
ベルも極めて小さいものである。

なお脱気部８により灯油の溶存空気を排出する
目的は、霧化部１０がキヤビテーシヨンを生じず
に、より高周波動作をすることができるようにす
るためであり、これにより一層の高周波動作を実
現し、微粒化を促進することができる。

以上に述べたように、本発明によれば、基体に
設けた加圧室に充填された液体を電気的振動子に
より加振することにより、前記加圧室に臨ませた
１つ又はそれ以上のノズルから液滴を吐出するよ
う構成し、前記加圧室に略大気圧かそれ以下の負
圧により液体を充填する構成としたから、極めて
簡単な構成でコンパクトであり、従つて低価格で
あると共に、低消費電力でありながら微粒化性能
の優れた霧化装置を提供することができる。さら
に、簡単な構成の吸引手段により液体の確実な加
圧室への充填を実現することができ、しかも霧化
動作中も極めて安定な霧化動作が得られる様なノ
ズル前後の圧力関係を維持することができる霧化
装置を実現することができる。

また上記実施例のごとく吸引手段を送風手段に
て兼用する構成とすることにより、送風手段が故
障した時には霧化動作をしないという安全性と、
霧化装置全体の構成の簡略化、低価格化を実現す
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適用
した断面図、第２図は霧化装置の構成図、第３図
ａ，ｂは霧化部の動作説明をする構造図、第４図
ａ〜ｃは電気的振動子への印加電圧の波形図、第
５図は霧化装置の圧力関係の説明図、第６図ａ，
ｂはノズル部の構造図である。 １０……霧化部、１４，３０……吸引手段（送
風フアン、吸引フアン）、３４……加圧室、３５
……基体、３９……ノズル部、４２……電気的振
動子、４４……小孔ノズル、５３……排気部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を略大気圧以下で充填するための加圧室
   に臨ませた１つ又はそれ以上の小孔ノズルと、前
   記加圧室内の液体を加振するための電気的振動子
   とを備えた霧化装置。 ２ 加圧室に排気部を介して吸引手段を連結した
   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 小孔ノズルから噴出された微粒子を搬送する
   空気を供給する送風手段により吸引手段を兼用す
   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。 ４ 送風手段は、１つ又はそれ以上の送風用フア
   ンと、１つ又はそれ以上の吸引用フアンと、前記
   送風用フアンおよび吸引用フアンを付勢するモー
   タとを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項に記載の霧化装置。