JPS6246223B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体の霧化器に関するものであり、
さらに詳しくは圧電振動子などの電気的振動子を
利用した霧化装置に関するものである。

本発明の目的は、霧化装置の構成が簡単であ
り、コンパクトな構成で、しかも霧化された粒子
が小さく、霧化量の調節が容易で広範囲に亘つて
可能な霧化器を提供することにある。

従来、石油などの液体の霧化器のものは種々提
案されているが実用化されているのは小口径のノ
ズルに高圧ポンプで圧力をかけ噴霧するガンタイ
プが主流であり、主に20000Kcal／ｈ以上の発熱
量を有するボイラーやフアーネスとして利用され
ているが、発熱量の少ないバーナーには燃焼炎が
安定しないとか空気との混合がうまくいかないと
いう問題があり、しかも霧化粒子の粒子径が大き
いもので500μぐらいの直径になるものがありこ
れが大きく影響して実用化されていなかつた。
又、電気的振動子を用いた霧化器としては第４
図、第６図に示すような霧化器もあつた。これに
ついて説明すると、第４図に於いて箱体２１の下
部に電気的振動子２２がパツキン２３を介して設
けられている。箱体２１の内部には液体２４が入
つており、電気的振動子２２に交番電力を供給す
ると電気的振動子２２は図の上下方向の振動を与
える。この振動によつて液体２４も振動し、液体
２４は第４図のように中央部が盛り上る。そして
液体２４は微粒子として飛散するのであるが、こ
れは、第５図に示すような液体の表面の状態をし
ている。超音波振動によつてキヤピラリーウエー
ブ２５と呼ばれる表面波が発生する。この波がさ
らに強く励起されるとその波頭から液適２６が生
成される。液滴２６の粒径は表面波の波長λに関
係し波長が短くなるほど、すなわち励振周波数が
高いほど小さくなることが知られている。このよ
うにこの第４図に示すような霧化器の特徴は箱体
２１下部に設けた電気的振動子２２の超音波振動
によつて液体２４表面に於いて短い波長のキヤピ
ラリーウエーブ２５を生じることによつて、その
キヤピラリーウエーブ２５の波頭の部分がちぎれ
て液滴２６を生じ、この液滴が霧化の状況となる
のである。又、霧化量は周波数が約1.2MHzで最
大であり、この周波数はラジオ等の雑音となるの
で大きな問題となつている。従つて、このような
装置に於いては液体２４の表面即ち液面が必らず
必要であり、更にこのような装置は加湿器などの
比較的制御性の不必要なものには適用されるが、
燃焼機器のようにこのようにして発生した液体燃
料の微粒子を外部へうまく搬送し、しかも空気に
よる混合気の搬送時の途中での結露又は付着をし
ないような工夫、又はバーナー部などでどのよう
に保炎するかそしてラジオ等への雑音などきわめ
てやつかいな問題をかかえており、現在、燃焼機
器では採用されていない。

第６図は、ホーン型と呼ばれているもので、ホ
ーン形状２７を持つた基体２８の広がつた方に電
気的振動子２９を設け、基体２８の内部には送油
管３０を設けている。交番電力を電気的振動子２
９に供給すると、電気的振動子２９は矢印のよう
に左右に振動する。この振動はホーン形状２７を
もつた基体２８によつて増幅され、先端部３１で
は大きな振動となる。ここで、送油管３０の先端
の油面では第４図と同じように第７図の如きキヤ
ピラリーウエーブ２５を生じ、液滴２６を生じ
る。原理的には第３図と同じであるが、ここで
は、周波数は20〜50kHzであり、ラジオ等への雑
音はなく通常送油管３０への液体の供給はポンプ
などで加圧して行なわれる。送油管３０内ではキ
ヤビテーシヨンによる気泡の発生があり、細い送
油管で気泡が生じると霧化がとぎれ、燃焼が一時
消えることがあつた。本発明はこのような従来の
欠点を一掃せんとするものであり以下のような構
成より成るものである。

すなわち、液体が充填される圧力室を有する基
体と、前記圧力室に臨むノズルを有するノズル部
と、前記圧力室の液体を加振する電気的振動子
と、前記圧力室へ液体を供給する液体供給口と、
前記液体供給口に接続された送液路中に設けられ
た液面高さ決定手段とを備え、 ｜ｄ×ｈ｜≦４００００／ρｇγ となるよう構成したものである。

但し、ｄはノズル孔径（μ）、ｈはノズル部か
ら液面までの高さ（cm）、ρおよびγはそれぞれ
液体の比重（ｇ／cm³）および表面張力（dyn／
cm）、ｇは重力加速度（cm／sec²）である。

この構成により、電気的振動子は圧力室の液体
を加振しノズルから霧化粒子を安定に噴霧するも
のである。

以下、本発明の一実施例について図面と共に説
明する。

第１図は霧化器の縦断面図である。ホーン形状
１を成す圧力室２を有する基体３に電気的振動子
４が設けられ、基体３のホーン形状１の狭くなつ
た所にノズル部５を設け、基体３に圧力室２内に
充満させる液体を供給するための液体供給口６を
設けている。電気的振動子４は、ピエゾ振動子４
ｂと電極４ａと振動板４ｃより成り、電極４ａと
振動板４ｃ間にパルス波又は交流等の交番電力を
供給すると、ピエゾ振動子４ｂは、径方向の中心
と外周の間で伸縮を繰返すために振動板４ｃは、
図の左右方向にたわみ振動を行なう。たわみ振動
によつて生じる液体の圧力は、圧力室２がホーン
形状１であるため、ホーンの狭くなつたノズル部
５では、極めて大きな圧力となり、ノズル部５の
ノズル５ａより液体が第１図の左側へ噴出する。
また、たわみ振動のため、圧力室２内は加圧され
たり、圧力が低下したりするが、加圧されたとき
は前記のように液体を噴出するが、圧力が低下し
たときは、ホーン形状１のためにノズル部５近く
では余り圧力の低下はおこらず、振動板４ｃ周辺
の圧力が低下する。従つて、液体は液体供給口６
より吸引補給され、一種の液体ダイオード的な働
きでポンプの役割を行なつている。

第３図に示すように、電気的振動子４の電極４
ａと振動板４ｃの間に正の電力を供給したとき、
電気的振動子４は、１９の破線部まで動く。この
ため圧力室２内の液体は圧迫され逃げようとする
が瞬時の圧迫であるため圧力上昇する。この圧力
上昇は瞬時であるため、振動板４ｃと平行な圧力
波となり波動となる。交番電力を電気的振動子４
に加えると電気的振動子４は破線部１９と一点鎖
線部２０の間を往復する運動となり、圧力波が生
じる。圧力波はホーン形状１のためにノズル部５
ではその強さが増幅され、電気的振動子４で生じ
る微かな圧力波もノズル部５では強い圧力波とな
り、加圧されたとき、ノズル５ａから液体が外へ
飛び出す。しかし、圧力波であるため、強弱とな
り、瞬時にして負圧になるため、飛び出した液体
は微粒子となる。これは、ノズル５ａが数十μと
いう径の小さな孔であるため微粒子となる。この
ような構成では電気的振動子４は20〜50kHzとい
うラジオへの雑音のない振動で使用される。負圧
となつたときは、ノズル５ａの径が小さいため、
液体は液体供給口６より供給され、ノズル５ａか
ら空気は入らず安定した断続霧化が実現される。
ホーン形状１による波動の強さの増幅作用は音響
学的によく知られており、圧力波も同様に増幅さ
れるのである。ノズル５ａから空気が入らないの
は、ノズル５ａで通常平衡に達している液体の油
面の高さとノズル５ａ内での表面張力のつり合い
によつてある一点に留まろうとしており、そこに
圧力波がきて加圧したときは粒子となつてとび出
すが負圧となつたときは微粒子として飛び出した
分だけ液面が中へ入り、そのため増加した外方向
へ向う表面張力の分だけ、よけいにノズル５ａに
圧力が加わるために、結果として液体は液体供給
口６より吸引補給されることとなる。

第２図は、本発明による実施例の燃焼機の縦断
面図である。

燃焼機はレベラ８、送油管９、霧化器送風装置
１０、空気室１１、燃焼室１２より成り、圧力室
２内にはレベラ８より灯油が供給されている。灯
油はレベラ８内のフロート１３の浮力によつて弁
１４を作動させ、灯油の液面を決定している。灯
油は、送油管９、液体供給口６より圧力室２内に
充填され、排気口７の途中まで充満している。電
気的振動子４に交番電力を供給することによつて
圧力室２より燃焼室１２内へ灯油を霧化噴出す
る。送風装置１０により空気室１１を経て、旋回
器１５により空気を旋回させ、灯油粒子との混合
を行ない、保炎器16にて、電極１７で着火された
燃焼炎を安定に保つものである。燃焼炎の中での
酸化還元反応を利用し、着火検知のためのフレー
ムロツド１８が取り付けられている。このとき、
レベラ８の液面とノズル部５の高さｈ（cm）とノ
ズル部５のノズル５ａの径ｄ（μ）には、表面張
力と重力とがつり合うとき、次のような式が成立
する。

ｌγ＝Ａρgh 但し、ノズルの周長ｌ＝πｄ×10^-4（cm）、灯油
の表面張力γ（dyn／cm）、ノズルの断面積Ａ＝
πd²×10^-8／４（cm²）、灯油の比重ρ（ｇ／cm³）、
重力加速度ｇ（cm／sec²）である。

20℃では灯油の比重は約0.79、表面張力は
48dyn／cmであるからdh＝2480となる。

本発明は、ノズルの径ｄ（μ）と油面の高さｈ
（cm）に関するものであり、dh＜2480となるよう
に設計したものである。例えば、ノズル径を80μ
とし油面高さを５cmとしている。これは、dh＞
2480となるとノズルから自然に灯油が流れ出る
し、又、dh＝2480とすればちよつとしたシヨツ
クでも出てくるからである。このような、耐衝撃
性をもたせるには、霧化器の耐衝撃緩和構造、例
えば防震ゴム利用などでかなり改良できるもので
あるが、又、ノズル部の板厚をもつと厚くしても
かなり改良できる。又、ここでは油面高さとした
が油圧であつても当然このことが言える。即ち、
ｌγ＝AP，Ｐは圧力（ｇ／cm²）の関係により求
まるが、このＰが灯油の油面高さρghに相当す
れば同じであるが、実際には、数十cmの油面高さ
であり、弱い圧力であるため、ポンプ等は実用的
ではない。又、霧化器を水を用いて行なつた場
合、20℃では、水の比重は約１、表面張力は
72.75dyn／cmである。従つて ｜dh｜≦４００００／ρｇγに代入して ｜dh｜≦2969となる。

メタノールは比重0.7928、表面張力22.5dyn／
cmであり、 ｜dh｜≦1158となる。

エタノールでは、比重0.7893、表面張力
22.55dyn／cmであり、 ｜dh｜≦1166となる。

このように設計すれば、安定した霧化が得られ
る。

このように本発明によれば、非常に簡単な構成
で、又交番電力を調節するだけで燃焼量も制御で
き、しかも、非常に小さな灯油の粒子が作れるた
めに小さな燃焼量のバーナーでも安定して燃焼す
ることができる。ノズル径を油面の高さとの関係
で設計しているため、燃焼していない時のノズル
からの灯油の漏れもなく安全である。又ラジオ等
への雑音もない。又、第１図では、ノズル部５は
曲面としたが、平面であつてもよく、ノズル５ａ
は複数としたが１ケであつてもよい。又、ホーン
形状１は図の右側が広く、左側が狭ければよい
が、第１図のようにした方が良い。又、第２図で
はレベラ８によつて液面の高さを決定したが、カ
ートリツジタンクや固定タンクその他のものであ
つてもよい。第２図に於いては、旋回器１５や保
炎器１６をつけたが、なくてもよいし、又、その
他の混合器や保炎作用器をつけてもよい。また、
フレームロツド１８はつけなくてもよい。

又、第８図も本発明による実施例を示す図であ
る。レベラ３２はフロート３３の動きで弁ゴム３
４を作動させ液面を確保するもので、h′の油面の
高さは前記と同様にｒ＝Ａρgh′が成立する。
前記と異なるのは、重力のエネルギーが第２図で
はノズルから出ようとする方向に加わるのに対
し、第８図では、ノズル５より圧力室２内へ引き
込もうとする力が働くのに対し、表面張力は、第
２図と第８図では逆方向に、即ち油面の高さによ
る圧力とつり合うような力となり、第２図では、
ノズル５より圧力室２内へ引き込もうとする力
で、第８図ではノズル５より外へ出そうとする力
として作用する。このため、同様にして灯油の場
合｜dh｜≦2480にしておくことで、圧力室２内
の液体、ここでは灯油等が、ノズル５より外部へ
出たり、圧力室２内へ空気が入つたりしないよう
にすることができる。初期の空気抜きについて
は、ノズル部から空気を抜くか、圧力室に栓を設
けるなどにして行なえば可能である。このように
することによつて、電気的振動子を用いた霧化器
は正常に作用し、燃焼機器等への応用も簡単な構
成で行なえ、燃焼量の変化も電気的に簡単に行な
えるという画期的な霧化器を提供するものであ
る。なお、圧力室２は第１図ではホーン形状１を
示す構成であるが、第９図のようなステツプ形状
３５であつてもよい。すなわち、電気的振動子３
６とノズル部３８とが互いに対向して圧力室に臨
むように基体３７に装着された構成の場合には、
ノズル部３８側の圧力室断面積を電気的振動子３
６側の断面積より小さくしさえすれば、霧化効率
を向上させることができるのである。もちろんこ
のような構成は、他の実施態様に於いては必ずし
も必要ではなく電気的振動子により圧力室の液体
を加振する構成については他に多くの実施形態を
とることが可能である。なお３９は排気口、４０
は液体供給口である。

以上のように、本発明によれば、液体が充填さ
れた圧力室にノズルを臨ませ、電気的振動子で圧
力室の液体を加振するよう構成すると共に、圧力
室へ液体を供給する液体供給口に接続される液体
供給路中に液面高さ決定手段を設け、｜ｄ×ｈ｜
≦４００００／ρｇγとなるよう構成したから、極めて
構成 が簡単でコンパクトであり、しかも霧化粒径が小
さく、かつ、広範囲な霧化量調節が容易な霧化器
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図は本発明による霧化器の縦断面図、第２
図は本発明による燃焼機の縦断面図、第３図は本
発明の霧化器の動作説明図、第４図は、従来の霧
化器の例を示す図、第５図は第４図の液体表面拡
大図、第６図は、従来の霧化器の例を示す図、第
７図は第６図の先端部拡大図、第８図は本発明に
よる実施例の説明図、第９図は本発明による実施
例の霧化器を示す図である。 ２……圧力室、３……基体、４……電気的振動
子、５……ノズル部、６……液体供給口、７……
排気口、８……レベラ、９……送油管、１０……
送風装置、１１……空気室、１２……燃焼室、１
３……フロート、１５……旋回器、１６……保炎
器、１８……フレームロツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される圧力室を有する基体と、前
   記圧力室に臨むノズルを有し前記基体に装着され
   たノズル部と、前記圧力室の液体を加振する電気
   的振動子と、前記圧力室へ液体を供給する液体供
   給口と、前記液体供給口に接続された送液路中に
   設けられ液面の高さを決定する手段とを備え、ノ
   ズル部から液面までの高さｈ（cm）、ノズル孔径
   をｄ（μ）、液体の比重および表面張力をそれぞ
   れρ（ｇ／cm³）およびγ（dyn／cm）、重力加速
   度をｇ（cm／sec²）とするとき、 ｜ｄ×ｈ｜≦４００００／ρｇγ となるよう構成したこと を特徴とする霧化器。 ２ 液面の高さを決定する手段が、液面に浮ぶフ
   ロートの上下運動を利用して制御されるレベラー
   としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の霧化器。 ３ 液面の高さを決定する手段が、カートリツジ
   タンクとしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の霧化器。 ４ 液体が灯油又は軽油の場合｜ｄ×ｈ｜≦2480
   となるようにノズルの孔径と液面の高さを設定し
   た特許請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記
   載の霧化器。