JPS62289260A - 超音波霧化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 −の１１　　！ 本発明は、一般には液体を間欠的に又は連続的に微粒化
する超音波霧化方法及び装置に関するものであり、特に
（１）自動車用燃料噴射装置、例えば電子制御ガソリン
噴射弁又は電子制御ディーゼル噴射弁、（２）ガスター
ビン用燃料ノズル、（３）工業用、営業用及び家庭用の
ボイラ、加熱炉、暖房機用バーナ、（４）エズ用液体噴
霧器。

例えば食品、医薬品、農薬、肥料等の液状物の乾燥を［
１的とする乾燥用噴霧器、調温、調湿用スプレー、焼粉
用噴霧器（セラミック造粒）、噴１＠塗装装置、反応促
進器、及び（５）工業用以外の液体噴霧器、例えば農薬
散布器、消毒液散布器等に好適に適用し得るものである
。

【久立丑遣 従来、−ヒ述したような種々の分野で液体（本明細占で
は「液体」とは液体は勿論、懸濁溶液等の液状物をも含
むものとして用いる。）を噴霧、即ち微粒化するために
圧力噴霧へ−す又は液体噴霧器が使用されている。斯る
噴霧バーナ又は液体噴霧器に使用されている噴射ノズル
は、ノズルから噴射された液体と外気（大気）との間の
剪断作用により液体を微粒化している。従って、供給液
体を微粒化するためには液体供給圧力を大とする６凹が
あり、液体供給設備例えばポンプ、配管等が複雑［Ｌつ
大型化することとなった。

更に、噴射流１．１の調整は、供給液体の圧力を変える
か、ノズルの噴射口面積を変えることにより行なうが、
　ｉｉｊ者の方法では低流量時（低圧時）の微粒化の状
態が悪化し、その改善策として中、大型のボイラではエ
アー又はスチームを併用し供給される液体燃料のｇＩ＆
粒化を図っている。そのために装置は益々複雑化し１つ
大型となった。一方、後者の方法では、ノズルの構造が
極めて８１雑となり、その調整及び保守管理が大変であ
った。

このような従来の噴射ノズルの欠点を改良するぺく、噴
射ノズルの噴射口から加圧して液状物を噴射すると同時
に該液状物に８汀波振動を付ｊｐする試みがなされてい
る。

、１ｇが　７　しようとするＬへ１　へしか′しながら
、従来の超；（波による液体噴射ノズルは噴霧器が極め
て小さく、大官闇の微粒化を必要とする１−記の如き噴
射ノズルには使用することができなかった。

本出願人は、大官ｌ＾の液体の微粒化を達成するべく、
超ｒキ波による液体微粒化メカニズム及び超ン゛？波振
動子の形状の研究及び実験を数多く行なった結果、超音
波振動子の端部にエツジ部を設け、該エツジ部に液体を
薄膜状で供給することによって、該エツジ部より液体が
大！＋１に微粒化されることを見出し、超に液噴射方法
及び噴射ノズルを提案した（特願昭５９−７７５７２を
８照せよ）。

該噴射ノズル、即ち、霧化装置について第６図を参照し
簡ｒｉに説明すると、該霧化装置、即ち、例えばガスタ
ービン用燃料ノズル１０は、中心に中心孔６を有した細
長の概略円筒形状の弁箱８を具備する。５１箱８の中心
孔６を貫いて振動７−１が配置される。該振動子ｌは、
上部の本体部１ａ。

該本体部１ａより小径の細長円柱状の振動子軸部ｌｂ及
び本体部１ａと軸部１ｂとを連結する遷移部１ｃを有す
る。本体部１ａにはより大径とされた鍔１ｄが設けられ
ており、該鍔１ｄが弁箱８の上端に形成された肩部１２
と、該弁箱８の上端面にボルト（図示せず）によって取
付られた環状の振動子押え１４とによって弁箱８に取付
られる。

振動子ｌの先端、つまり軸部１ｂの先端にはエツジ部２
が形成される。又、軸部１ｂには前記エツジ部２に燃料
を供給するための供給通路４が１つ又は複数形成される
。該供給通路４の燃料供給孔１６には連結具１８が接続
され、燃料供給源（図示せず）から外部供給管路（図示
せず）を介して液体燃料が供給される。燃料の流；Ａ及
び供給・停止１−は外部供給管路に設けた供給弁（図示
せず）によって制御される。

ヒ記構成において、振動子１は１本体部１ａに作動的に
接続された超音波振動発生手段１００により連続的に振
動される。従って、液体燃料が管路、供給弁及び供給通
路４を介してエツジ部２に供給されると、液体燃料は微
粒化され外方へと噴射される。

前記振動子１のエツジ部２は、漸次径が大きくされた４
段の環状の階段にて形成されているが。

第７図のように、エツジ部２は同径の複数の山形形状に
ても構成される。

このような構成の霧化装置は極めて良好に作動するもの
であるが１例えばボイラー、ガスタービン又は１゛１動
−Ｆの燃料噴射ノズル等のように運転負荷に応じて燃料
流ｌ武、従って燃料供給速度が変動する霧化装置におい
ては、供給燃料の量が多い場合には一部の液体がエツジ
部に供給されることなく直接微粒化されないまま噴出す
る（ボタ落ち）状ｙムとなることがあり、斯る現象が起
こると不完全燃焼を起し、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ
）、−酸化）Ｒ麦（ＣＯ）及びススが増大し、一方、燃
料供給速度が遅い場合には、つまり供給液埴が小さい場
合には燃焼用空気との混合が十分に行なわれ難く、燃焼
効率が低下し、ｌ：述と同様に排気ガス中の変化水素（
ＨＣ）　、−酸化炭素（Ｇ　Ｏ）及びススが増大すると
いった欠点があることが分かった。

本発明は！Ｄｒる霧化Ａ置の改良に関するものである。

尤ｆｆｌ酌 本発明の［１的は、連続的に又は間欠的に液体を供給す
ることのできる超音波霧化方法及び装置を提供すること
である。

本９．１！１１の他の目的は、大官埴及び小官￥の液体
を効率良く霧化すると共に、特にボイラー、ガスタービ
ン又は自動車の燃料噴射ノズル等においては該噴霧を燃
焼用空気と十分に混合し、良好な燃焼を達成することの
できる超音波霧化及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は、供給液体の微粒化の状ｙム（流量
１粒径）が変動しない、安定した微粒化を達成し得る、
特に燃焼器用とし好適に利用される超音波霧化方法及び
装置を提供することである。

に１１１ｉ古を　９するための− 」−記諸目的は本発明に係る超音波霧化方法及び装置δ
によって達成される。要約すれば本発明は、超音波振動
を行なう振動子の先端に、少なくとも１段の多没状四所
から成るエツジ部を形成し、該振動子の内部を貫通して
１Ｈ１記工ツジ部に連通ずる液体供給通路を設け、液体
を該液体供給通路を介して旋回させながら前記エツジ部
に供給するようにしたことを特徴とする超り披露化方法
である。

１−記方法は、超音波振動発生Ｂ段と、該Ｉｔｆｌ音波
振動発生ｆ段に一端が連結されそして他端にはエツジ部
を有した細長の振動子とをＪｔ−備し、前記エツジ部に
液体を供給し該液体を微粒化する超音波霧化装置におい
て、前記振動子の軸部を貫通して螺旋溝を４１した液体
供給通路を穿設し、該液体供給通路を介して前記エツジ
部に液体を噴出することを特徴とする超音波霧化装置に
て好適に達成される。更には、液体供給通路のｈ方に供
給液体旋回器を配置没し、液体に旋回流を生じさせるか
、又は液体を接線方向から液体供給通路内へと供給し、
液体に旋回流を生じさせることもできる。

１五ｊ 次に１本発明に係る超音波霧化装置及び装置を図面に即
して更に詳しく説１！１する。

本発明は１−述のように種々の用途に好適に使用し得る
が、本実施例では、第６図に関連して説明したガスター
ビン用燃料ノズルに使用されるものとし、第１図には該
霧化装置の振動−ｆ（ホーン）先端部のみが図示される
。

本発明に従うと、振動子ｌの先端凹所には漸次径が増大
した１段又は複数段の１本実施例では５段Ａ、Ｂ、Ｃ，
Ｄ、Ｅとされる環状のエツジ部２が形成される。エツジ
部２の矢印Ｘ方向から見た形状は限定されるものではな
いが円形が好適である。又、第１図に図示されるように
エツジの幅（Ｗ）及び高さくｈ）は、液体燃料の薄膜化
が行ない得るようなＩｔつ又液体の渣れを堰ｆ［めるよ
うな手法形状とされる。

本発明に係る振動子のエツジ部２には、振動子ｌの内部
を貫通して形成された液体供給通路４を介して所望の液
体が供給される。このように液体を振動子の内部から直
接エツジ部２に供給し得るために液体の供給が容易で、
液体供給設備の小型化、軽５□１−化、低コスト化を達
成し得る。更に未発す１に従えば、液体供給通路４には
液体に旋回流を生じせしめる旋回流ｆ−没が設けられる
０本実施例において、該旋回魔手段は液体供給通路４に
形成された螺旋状溝である。該螺旋溝の形状は用途に応
じ任意とし得るが１例えば本実施例では、イｉ効径２ｍ
ｍ、ピッチ０．４ｍｍ、進み角３０度とされる。又、本
実施例では三角ネジとされるが他の形状でもよく、又多
条ネジとすることもｉｉ）能である。

１−記液体供給通路４には燃料供給孔１６が連通してお
り１図示されない燃料供給源から連結具１８及び燃料供
給孔１６を介して燃料が供給される。液体供給通路４に
供給された燃ネ４は、螺旋溝に沿ってエツジ部２へと供
給され、そのために液体は螺旋溝に沿った旋回流とされ
る。　Ｉｔｌｉる構成により、液体には遠心力が付！ト
され１例え供給液１よが大となってもボタ落ちすること
はなく、二パｌジ部２では各環状段部の方へと遠心力に
より押付けられて供給されエツジ部２での薄膜化及び微
粒化が効率良く１つ完全に行なわれる。

又、本発明の好ましい実施１ム様によると、特にボイラ
ー、ガスタービン又は自動車の燃料噴射ノズル等におい
ては燃料と共に補助空気が供給されるのが好ましく、従
って前記燃ネ１供給通路に連通する態様で空気孔２０が
穿設され、振動子ｌの所定位置に固着された空気管２２
を介して空気源（図示せず）から空気、つまり補助（ア
シスト）空気が供給される。該空気は、振動子エツジ部
、つまり液体微粒化部にて微粒化された液体噴霧中に強
制的に噴射され、該噴霧と混合されるので、該空気の流
れにより噴霧に運動エネルギーが付加され、該霧化装置
の周囲を流れる主たる一次空気と該噴霧との混合が促進
され、燃焼状態が改善され、燃焼器の燃焼効率を向上せ
しめる。このことは又、排気ガス中の）に化水素（ＨＣ
）、−酸化炭素（ｃ’ｏ　）及びススを大幅に減少せし
めることとなる。更に、該補助空気は燃料の燃焼空気と
なると同時に、燃料が螺旋溝に沿って噴射されるときの
推進力をも付加し、例え供給液体縫が少ない場合にも供
給液体に旋回流を生じさせ几っ効率よくエツジ部２に液
体を供給する作用もなす。

第２図及び第３図は１本発明を実施する他の実施例を示
す６本実施例によると、液体供給通路には螺旋溝は形成
されず、該液体供給通路４に連通してより大径の空所４
Ａが形成され、該空所に旋回器３０が配設される＊　＋
、ＩＡ旋回器３ｏは任意の構凸とし得るが１本実施例で
は複数の固定羽根３２を有し、流入する液体に旋回流を
生ぜしめる。尚本実に＠においても、１−述と同様に空
気１ｆ、　２２を介して補助空気を供給することもでき
る。更に本実施例においても、液体供給通路に螺旋溝を
形成してもよい。

第４図及び第５図は、本発明の更に他の実施例を示す。

７に実施例は前記第２図の実施例と同様の振動子の構造
とされるが、旋回器３０が配置されず、供給液体は空所
中心軸線に対してズレる方向へと供給され、つまり該空
所の接線方向へと１個或いは複数個の燃料孔１６から噴
射される。勿論、本実施例においても、液体供給通路に
螺旋溝を形成してもよい、このような構成により液体に
は旋回流が生ぜしめられる。又、本実施例においても空
気管２２を介して補助空気を供給することができる。

Ｌ記者実施例において、補助空気の噴射ｊＩＸは霧化装
置の噴霧１，１．エツジ部２の形状及び供給液体の性状
等により種々に変更し得るであろうが、一般には補助空
気の噴射＋７）は燃焼空気の１〜２０％とされ、代表的
には５Ｎｕ／ｍｉｎとされるであろう。

又、振動子の先端凹所の形状はＬ記形状に限定されず、
例えば第７図の如き形状とすることも１１丁能である。

ｉ艶二局」 以１−の如くに構Ｉｋ、される本発明に係る霧化方法及
び装置によると、液体は振動子中心部を管通する液体供
給通路を通過する過程にて十分に旋回運動を与えられる
ので、エツジ部、つまり液体微粒化部に確実［１つ均一
に供給され、液体の性状に関係なく液体の供給１．Ｉ−
が大なる場合は勿論、低流５４時でも噴霧の微粒化及び
安定した噴霧を行なうことができ１例えばボイラー、ガ
スタービン又は自動１１（の燃料噴射ノズル等において
は燃焼の安定化及び排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、−
醸化炭素（ＣＯ）及びススを大幅に減少せしめることが
できる。更に、補助空気をも供給すると、供給液体の旋
回２Ｉ！動はより効率良〈実施され、ヒ記利益を（１１
ると同時に１例えばボイラー、ガスタービンのようなｉ
Ｊｉ続燃焼器の場合には補助空気の旋回によってかえん
の安定保持を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る超音波霧化装置の一実施例の部
分断面図である。 第２図は、本発明に係るｉＥ′ｆｆｆ［！！霧化装置の
他の実施例の部分断面図である。 第３１）４は、第２図の線■−■にとった断面図である
。 第４図は１本発明に係る超音波霧化装置の他の実施例の
部分断面図である。 第５図は、：ｊＳ４図の線ｖ−■にとった断面図である
。 第６図は、従来の超音波霧化装置の断面図である。 第７図は、他の振動子エツジ部の構成を示す部分断面図
である。 １：振動子 ２：エツジ部 ４：液体供給通路 １６：液体供給孔 ２０：空気孔 ２２：空気管 ３０：旋回器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）超音波振動を行なう振動子の先端に、少なくとも１
   段の多段状凹所から成るエッジ部を形成し、該振動子の
   内部を貫通して前記エッジ部に連通する液体供給通路を
   設け、液体を該液体供給通路を介して旋回させながら前
   記エッジ部に供給するようにしたことを特徴とする超音
   波霧化方法。 ２）多段状のエッジ部は漸次径が増大するように形成さ
   れて成る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）多段状エッジ部は同じ径にて形成されて成る特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ４）液体供給通路には補助空気も又供給されて成る特許
   請求の範囲第１項から第３項のいずれかの項に記載の方
   法。 ５）超音波振動発生手段と、該超音波振動発生手段に一
   端が連結されそして他端には少なくとも１段の多段状凹
   所から成るエッジ部を有した細長の振動子とを具備し、
   前記エッジ部に液体を供給し該液体を微粒化する超音波
   霧化装置において、前記振動子の軸部を貫通して液体供
   給通路を穿設し、該液体供給通路には該液体供給通路を
   通り前記エッジ部に供給される液体に旋回流を生じせし
   めるための旋回流手段が設けられたことを特徴とする超
   音波霧化装置。 ６）旋回流手段は液体供給通路に形成された螺旋溝であ
   る特許請求の範囲第４項記載の装置。 ７）旋回流手段は液体供給通路の前に配設された旋回器
   である特許請求の範囲第４項記載の装置。 ８）旋回流手段は液体供給通路の中心軸線に対しズレて
   形成され、液体を液体供給通路の接線方向へと流動せし
   めるための少なくとも一つの液体供給孔である特許請求
   の範囲第４項記載の装置。