JPS622858B2 - - 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た超音波霧化装置に関するも
のである。

従来、この種の霧化装置には以下に示すような
３種類のものが提案されている。

(1) 最も古くから検討されているものに、振巾増
巾型超音波霧化装置がある。これはジユラルミ
ン等で構成した振巾増巾用ホーン振動子に圧電
素子又は磁歪振動子等を装着し、最大振巾面に
液体を供給して霧化するものである。

(2) 第２に液柱型超音波霧化装置があり、これは
加湿器等に用いられているものであつて、液槽
の底面に圧電素子を設け液面近傍に超音波エネ
ルギーを集中させて、液面近傍での一種のキヤ
ビテーシヨン現象を利用して霧化するものであ
る。

(3) 第３に近年インクジエツト記録装置に用いら
れているインク微粒化噴射装置がある。これは
第１図に示すようにインク室１の一端にオリフ
イス２を設け、他端に圧電素子３を設けて、圧
電素子３の振動によるインク室１内の圧力増加
を増巾し、オリフイス２よりインク液滴４を噴
射するものである。

しかしながらこれら従来の霧化装置は、次に述
べるような種々の欠点を有するものであつた。

(1)の霧化装置は、ホーン型振動子の機械的共振
を利用して振巾増巾するものであるため、高い加
工精度を要し、さらにホーン振動子の固定方法
も、安定な共振条件を保証するために極めて面倒
であり、このため高価にならざるを得ないもので
あつた。また、安定な霧化状態を得るためにはホ
ーン振巾最大面に、効果的に液体を供給する構成
を要し高価なポンプ等が必要であつた。

また、霧化に要する消費電力は、10〜20c.c.／
minの霧化量を得るのに10〜20ワツトを要し、高
価な駆動回路を必要とするにもかかわらず微粒化
性能などの霧化特性は満足すべきものでなかつ
た。

(2)の霧化装置は、ポンプ等の液体供給手段を必
要とせず、また霧化特性も良好なものであるが霧
化に要する電力は20〜40ワツトであり、しかも１
〜2MHzと極めて高い周波数での駆動が必要であ
つた。このため駆動回路は極めて高価となる上に
防害波強度が著しく高く、ラジオ等に対する電波
障害を生じるという重大な欠点を有していた。さ
らに、霧化特性が、霧化される液体の温度等によ
つて著しい影響を受け、この補償は極めて困難な
ものであつた。

(3)の霧化装置は、構成が簡単でコンパクトであ
るが、本来インク液滴列発生装置であるため、10
〜20c.c.／min程度の多量の霧化量を得ることは困
難であつた。さらに、圧電素子による圧力増巾に
よつてオリフイスから噴射するものであるため超
音波振動によるキヤビテーシヨンにより、液体中
の溶存空気が気泡化し安定な噴霧動作が維持でき
ないという問題があり、霧化される液体の溶存空
気を脱気しておくことが必要であるという不都合
があつた。

本発明は、上記従来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、第１の目的は構成
が極めて簡単でコンパクトであり、しかもポンプ
等の液体供給手段を必要とせず、従つて低価格な
霧化装置を実現することである。

第２の目的は、消費電力が小さいにもかかわら
ず、霧化特性に優れ、しかも多量の霧化粒子を発
生させることが可能な霧化装置を実現することで
ある。

さらに第３の目的は、溶存空気を多量に含む液
体であつてもキヤビテーシヨン気泡の影響を受け
ることなく、安定な霧化動作が可能な霧化装置を
実現することである。

以上の目的を達成するために、本発明は以下の
ように構成されている。

すなわち、液体を充填するための加圧室を有す
る基体と、前記加圧室に臨んで設けられた複数個
のノズルと電気的振動子とを備え、前記電気的振
動子により前記複数個のノズルを加振して前記ノ
ズルより液滴を噴射せしめるよう構成し、かつ、
この液滴を放射状に噴射する構成とした霧化装置
であり、液体を自給しながら霧化特性の優れた霧
化粒子（液滴）を多量に噴射することが可能なも
のである。

以下本発明の一実施例の霧化装置を図面と共に
説明する。

第２図は、本発明の一実施例を示す霧化装置を
適用した温風機の構造を示す断面図である。

第２図において１０は温風機ケースであり、上
面には操作部１１が設けられ、制御部１２に操作
指令等を与える。

燃料である灯油はカートリツジタンク１３より
液面を略一定に維持する固定タンク１４に供給さ
れパイプ１５を通つて霧化部１６に送られるよう
構成されている。１７は排気パイプであり送風フ
アン１８とオリフイス１９の間の負圧発生部２０
と霧化部１６を連結している。Ａは霧化動作（温
風機の運転）停止時の液面、Ｂは霧化動作中の液
面である。

霧化粒子２１は、霧化部１６より第１霧化室２
２を経て第２霧化室２３を通り気化混合室２４に
噴霧されるよう構成されている。

一方、燃焼空気は送風フアン１８により、吸気
口２５から吸い込まれオリフイス１９を通つて第
１空気路２６を通り、第１空気室２７および第２
空気室２８に送られる。両空気室は円筒状に構成
され、円筒の接線方向に気化混合物２４で旋回気
流となるよう空気を噴出する旋回気流噴出口２９
と、円筒の半径方向に空気を噴出し多数の小さい
火炎３０を燃焼室３１内に形成する炎口３２を設
けている。排気ガスは、排気口３３より排出され
る。３４は対流フアンであり、吸込口３５から室
内空気を吸い込み熱交換器（兼燃焼筒）３６にて
熱交換し、吹出口３７より温風を吐出するもので
ある。

燃焼空気の一部は送風フアン１８により、第２
空気路３８を通り、第２空気路３８中に設けられ
たヒータ３９にて熱風となり、旋回器４０にて図
のように旋回気流となつて第２霧化室２３に送ら
れる。

前記ヒータ３９は、燃焼開始時において気化混
合室２４の温度を高めると共に、霧化粒子２１を
完全にガス化するためのものである。この気化ガ
スは、気化混合室２４から燃焼室３１に送られ点
火器４１にて点火されて火炎３０を形成する。着
火検知はフレームロツド４２にて行われ、この検
知信号にて制御部１２は着火器４１、ヒータ３９
をオフにする。ヒータ３９は着火検知後一定の時
間を経過し燃焼熱により気化混合室２４の温度
が、霧化粒子２１のガス化に十分な温度に上昇し
てから通電を停止されるよう構成されている。な
お、第１霧化室２２は、第１空気路２６を通る燃
焼空気により冷却されるよう構成され、霧化部１
６を燃焼室やヒータ３９の発生する熱から保護す
るように構成されている。４３は送圧パイプであ
り第１霧化室２２の圧力を固定タンク１４に供給
するよう構成されている。この構成により、送風
フアン１８の発生する正圧と負圧を同時に利用し
て、後述するような霧化部１６に対する灯油の充
填、すなわち液面Ａを液面Ｂの位置にすることが
できる。なお４４はピツキンである。

次に、前記霧化部１６についてさらに詳しく説
明する。

第３図は霧化部１６の断面図であり、第２図と
同符号は相当物である。４５は第１霧化室２２の
壁面であり保護カバー４６がビス４７，４８にて
固定され保護カバー４６に基体４９が、ビス５
０，５１にて固定されている。前記保護カバー４
６は開口５２を有し霧化粒子２１はこの開口５２
より吐出される。

前記基体４９は、加圧室５３を有し、前記加圧
室５３には供給口５４、排気口５５が設けられる
と共に、ノズル５６が基体４９に半田付されてお
り、前記ノズル板５６の中央には曲面部５７が設
けられノズル５８が加圧室５３に臨むようになつ
ている。前記ノズル板５６には中央に円形の開口
部５９を設けた円板状の電気的振動子（圧電素
子）６０が半田付され前記ノズル５８が前記開口
部５９に臨んでいる。

前記ノズル板５６は厚さ50μｍのステンレス板
であり、ノズル５８は直径40〜100μｍ程度であ
る。また圧電素子６０は、直径が10mm、厚さ１mm
程度である。

６１，６２は圧電素子６０を附勢するためのリ
ード線であり、要求される霧化量に応じて第４図
ａ，ｂ、又はｃのような交流電圧を供給される。
圧電素子６０は、径方向の振動を発生するよう構
成されており第４図のように交流電圧が供給され
ると直径方向に伸縮振動を発生する。

今正の電圧が供給されると、ノズル板５６は圧
電素子が径方向に伸張するので第３図の左方向に
たわみを生じる。このときノズル５８の直径が前
述のように小さいので、灯油の表面張力のために
ノズル５８からの空気流入が発生しない。従つて
加圧室５３にはその体積増加分だけパイプ１５か
ら灯油が吸い上げられる。

逆に負電圧が供給されると、前述と反対の動作
を生じノズル板５６は第３図の右方向、すなわち
加圧室５３側にたわみを生じる。したがつて、ノ
ズル５８からは図のように放射状に霧化粒子２１
が噴射される。

上述した動作のくり返しにより放射状にノズル
５８から噴出する霧化粒子２１が発生すると共に
灯油はパイプ１５から自給されていくのである。

前述した霧化動作は、ノズル５８自身が振動す
ることにより行われる構成であるので、霧化動作
に要するエネルギーは極めて小さくてよく、さら
に大きな特徴は加圧室５３内の灯油に加えられる
最大振動加速度がノズル５８の近傍であるため、
灯油中の溶存空気がキヤビテーシヨン現象により
気泡化することがほとんど防止されることであ
る。すなわち、この構成により灯油中の溶存空気
が超音波振動によるキヤビテーシヨン現象により
気泡化し安定な霧化動作の維持が妨げられること
を防止することができるのである。なぜならば気
泡が大きく成長する以前にノズル５８から吐出さ
れるからである。

第５図は、第３図に示した霧化部１６のノズル
板５６の曲面部５７を設けなかつた場合の霧化動
作、すなわち圧電素子６０とノズル板５６の振動
状態を示す断面図であり、第３図と同符号は相当
物である。第５図より明らかなように、ノズル板
５６に曲面部を設けず放射状に霧化粒子２１を噴
射しない構成にすると、霧化粒子２１は飛散途中
で結合してしまい過大粒子になつてしまうものが
多くなるという不都合を生じてしまう。また、特
に本実施例のような燃焼機や加湿器等のようにす
みやかにガス化し、空気中に溶け込んでしまうこ
とが必要な場合には、前述したような結合による
過大粒子の発生は霧化特性（ガス化特性）の著し
い低下を生じ、機器として重大な不都合を生じて
しまう。

したがつて、第３図に示すように霧化粒子を外
方に向けて放射状に噴射するよう構成することに
より、複数のノズル５８から噴射された液滴が互
いに飛散途中において結合するという不都合を全
く生じないようにすることができ、特に10〜20
c.c.／minという大量の霧化粒子を均一で小さい粒
径の霧化粒子として発生させることが可能であ
る。

霧化部１６は上述したように構成され、霧化動
作を行うので、制御部１２から圧電素子６０に供
給される第４図ａ，ｂ、又はｃのような交流電圧
により、極めて簡単にかつ、良好な霧化性能で大
量の霧化粒子を得ることができる。

圧電素子６０の消費電力は、20c.c.／min程度の
霧化量を得るのに対して0.1ワツト又はそれ以下
であり、その駆動回路も簡単かつ低コストなもの
で十分である。

第６図ａ〜ｆは、制御部１２により実行される
温風機の運転シーケンスを示すものであつて、ａ
は運転指令信号、ｂはフアン１８、ｃはヒータ３
９、ｄは圧電素子６０の駆動用発振器、ｅは点火
器、ｆはフレームロツド４２の着火検知信号であ
る。

以上に述べたように本発明によれば、加圧室に
液体を充填して加圧室に臨む複数のノズルを有す
るノズル板を電気的振動子により加振し、前記複
数のノズルより液滴を放射状に噴射するよう構成
したから、その構成が極めて簡単でコンパクトで
あり、かつ、ポンプ等の液体供給手段を必要とせ
ず、従つて、極めて低価格な霧化装置を実現でき
ると共に、極めて低消費電力にもかかわらず霧化
特性にすぐれた霧化粒子を大量に発生することが
でき、しかも溶存空気を多量に含む液体であつて
も、安定な霧化動作を実現することが可能な霧化
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の構成を示す断面図、
第２図は本発明の一実施例の霧化装置を適用した
温風機の構成を示す断面図、第３図は同霧化装置
の構成を示す断面図、第４図ａ，ｂ，ｃは霧化量
に応じた電気的振動子の駆動電圧波形図、第５図
は本実施例の効果を説明するために用いた霧化装
置の構成断面図、第６図ａ〜ｆは第２図に示す温
風機の制御シーケンスを説明する図である。 ４９……基体、５３……加圧室、５８……ノズ
ル、６０……電気的振動子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室を有する基体と、前
   記加圧室に臨むように設けた複数個のノズルを有
   するノズル板と、前記ノズル板を励振して前記加
   圧室の液体を加振する電気的振動子とを備え、前
   記複数個のノズルから液滴を放射状に噴射する構
   成とした霧化装置。 ２ 複数のノズルを曲面上に配置して液滴を放射
   状に噴射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 複数個のノズルを、ノズル板に設けた曲面部
   に配置することにより液滴を放射状に噴射する構
   成とした特許請求の範囲第２項記載の霧化装置。 ４ 電気的振動子に開口部を設け、前記開口部に
   ノズル板の曲面部を臨ませて前記電気的振動子お
   よび前記ノズル板を基体に装着した特許請求の範
   囲第３項記載の霧化装置。