JPS63256158A - 超音波霧化装置 - 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】 本発明は一般に超音波霧化装置に関し、特に例えば、石
油ストーブや小型ボイラ等の暖房装置の連続燃焼用霧化
器として好適に適用されるのみならず、ガソリン用内燃
機関の燃料噴射装置やその他各種液体霧化器として好適
に適用される超音波霧化装置に関する。

え工立且３ 石油ストーブや小型ボイラ等の暖房装置の連続燃焼用霧
化器、或いはガソリン用内燃機関の燃料噴射装置として
従来より用いられている超音波霧化装置としては、第６
図にて図示するごとき構成のものが知られている。前述
した第６図にて図示するごとき形式のものは、所謂ホー
ンタイプ霧化器と称されるもので、その概要は、発振手
段０８０２２９にて超音波振動状態におかれているホー
ン型振動子２２５に、液体を供給してやることにより、
該ホーン型振動子２２５にて前記液体を霧化せしめるよ
うになっているものである。このような、第６図にて図
示したホーンタイプ霧化器にあっては、該霧化器にて生
成される噴霧の粒子の径が、前記ホーン型振動子２２５
を駆動する前記発振手段０３Ｃ２２９の発振周波数に依
存し、その周波数が高くなるほど噴霧の粒径が微小化す
るのであるが、前記ホーン型振動子２２５の機械的な強
度や該振動子２２５の発熱から前記周波数には上限があ
る。そのため前記発振周波数を高くして噴霧のより一層
の微細化を行なうには限界があった。そこで、このよう
な事実に鑑みて、第７図にて図示するごとき、超音波噴
水式と称せられる形式の霧化器が提案されるに至った。

第７図は、加湿器に転用されている霧化器の構成を示し
たもので、第７図にて図示する形式の霧化器の概要は、
霧化器本体の一方の開口部より、送風手段１１５を駆動
して該霧化器本体内部に外気を送り込むとともに、該霧
化器本体を形成している液体収容器１１９の底部裏面に
配設された振動子１２５を１発振手段０３Ｃ１２９によ
って超音波振動させて前記液体収容器１１９内の液体を
噴水状態にせしめ、この噴水に、前記液体収容器１１９
゛の蓋体１２０に略平行に垂下された隔壁板の一方によ
って導かれる前記空気流を衝突させることによって、前
記噴水から生じた噴霧を、他方の開口部から霧化器外部
へと送出するようになっているものである。

なお、第７図にて図示した超音波噴水式の霧化器におい
ては、振動子１２５が液体収容器１１９め底部裏面に取
り付けられた構成となっているが、振動子１２５を液中
に浸す方式（液浸式という）の霧化器も存在する。

−−μ ところで、上述したごとき超音波噴水式の霧化器にあっ
ては、前述した振動子１２５の超音波振動によって生ず
る液体中のキャビテーションを利用することによって噴
霧を発生せしめているものであるが、この噴霧の発生量
は、液体の飽和蒸気圧、粘性係数及び表面張力等の液体
の性状によって可変するので、例えば家庭用暖房器等に
霧化器として前記の霧化器を用いると、温度変化等によ
って該霧化器から供給される液体燃料の噴′Ｒ量（即ち
燃焼量）が変動するという不具合がある。

そのうえ、前述した振動子１２５には、一般に、メガヘ
ルツ級のものが使用され、該振動子１２５の超音波振動
によって生成される噴霧の粒子径は、数ＩＬｍ程度であ
るとされるが、前記振動子１２５の超音波振動によって
得られる噴″ｉｔが少なく且つその噴霧量が、可変する
ので、その適用範囲も、例えば前述した第７図にて図示
する加湿器のごとき特殊なものに限定されてしまうとい
う問題点もあった。そこで、このような本実に鑑みて、
例えば前記液体収容器１１９内に収容されている液体燃
料の温度を検知し、該検知した液体燃料の温度値に応じ
て前記振動子１２５における超音波振動の振幅を制御す
ることにより、前記振動子１２５によって生成される液
体燃料の噴霧量を制御するシステムを、前記霧化器に取
り付けることが検討されたのであるが、前記システム自
体が複雑であるために、実用的でないという結論に達し
た。

且−一部 従って本発明は、上述したごとき事実に鑑みて創案され
たものであって、その目的は、ｗＮ単な構成で微細な噴
霧の粒子を一定量以上で安定的に供給することを可能な
らしめることによって、その用途範囲を大幅に拡大する
ことが可能な超音波霧化装置を提供することである。

「ＩＩ　古　　　　るため　− 上記目的は、本発明に係る超音波霧化装置によって達成
される。要約すれば、本発明は、超音波振動発生手段に
より超音波振動せしめられるとともに、該超音波振動に
よって供給された液体物質を霧化する振動子と、前記振
動子に液体物質な供給する液体物質供給手段と、前記振
動子を冷却する冷却媒体とを具備し、前記液体物質供給
手段から前記振動子が液体物質の供給を受けて霧化せし
める霧化領域は常時大気中に露出させ、又、前記振動子
の霧化栄域外の少なくとも一部の領域は前記冷却媒体に
対して接触可能に設定されていることを特徴とする超音
波霧化装置である。

紅Ｕ 以下、図面により本発明に従う一実施例について説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に従う超音波霧化装置が具
備されている石油暖房器を示す０本発明の一実施例に従
う超音波霧化装置を具備した石油暖房器の概要は、第１
図を参照して明らかなように、石油暖房器本体ハウジン
グ（以下、単に「本体ハウジング」という）ｌと、前記
本体ハウジング１内の略中央部の上半部に形成されてい
る燃焼ｍ（図示しない）と、前記本体ハウジング１内の
前記燃焼部と隣接して配設されている超音波霧化装置３
とから成るものである。前述した石油暖房器の内部構成
について更に説明すれば、前記本体ハウジングｌ内の前
記燃焼部側面に近接して（前記燃焼部の第１図右側）液
相冷媒貯溜槽即ち本実施例では液体燃料タンク５が設け
られており。

又、前記本体ハウジング１内の前記液体燃料タンク５の
略直下には、一端側が後述する超音波霧化装置３の霧化
室７の外気受は部ｌｌと連通し、他端側か前記本体ハウ
ジング１に形成されている開口部と連通している空気導
入路１３が設けられている。前記空気導入路１３内の、
前記本体ハウジング１寄りには、前記霧化室７を介して
前述した燃焼部（図示しない）に燃焼に際して必要な空
気を送り込むとともに、前記霧化室７の霧化部９内にて
形成される燃料噴霧を前記燃焼部へと送り込むための送
風手段即ちファン１５が設けられており、又、前記本体
ハウジング１に形成された開口部には、エアフィルタ１
７が取り付けられている。一方、本体ハウジング１内の
前記超音波霧化装２１３の前記液体燃料タンク５や、フ
ァン１５及びエアフィルタ１７が設けられている側と反
対の側には、燃料ポンプ（図示しない）が設けられてい
る。

前述した超音波霧化装置３は、大略、前記ハウジングの
一部である液相冷却媒体たる液体燃料を収容する収容室
１９と、前記収容室１９の上方に、前記収容室１９とと
もに前記／＼ウジングを構成している前記収容室１９と
隣接して設けられた霧化室７とから成っている。前記霧
化室７は、その上部から垂下させて設けられている隔壁
板２１によって、その内部が霧化部９と外気受は部１１
とに区切られている。前記霧化部９は、その上部には前
述した燃焼部（図示しない）と連通している連通口２３
が、又その底部には、前記収容室１９と連通している開
口部が形成されており、この開口部には、平板形状の振
動子２５がこの開口部全域を覆うようにして取り付けら
れている。前記霧化部９における前記振動子２５の上側
には、開口部が前記振動子２５に向けて設定された液体
物質供給手段即ち燃料供給管２７が前記振動子２５に臨
ませて配設されている。前記燃料供給管２７は、前述し
た燃料ポンプ（図示しない）と連通しており、前記燃料
ポンプから送出された液体燃料を受けて前記振動子２５
に与えるようになっている。一方、前記外気受は部１１
は、前述した空気導入路１３と連通しており、前記ファ
ン１５により本体ハウジングｌ外より吸引され前記空気
導入路１３を介して送り込まれた空気を受けて、これを
前記隔壁板２１に沿って霧化部９側へと案内するように
なっている。前述した平板形状の振動子２５は、前記本
体ハウジングｌ内の前記霧化室７、収容室１９外に設け
られている超音波振動発生手段即ち発振器２９によって
駆動されてメガヘルツ級の高い周波数で超音波振動せし
められるようになっており、前記振動子２５は、該振動
子２５の上面を霧化領域として、前記燃料供給管２７を
介して与えられる液体燃料を受けてこれを燃料噴霧に生
成し、該燃料噴霧を、前記外気受は部１１から隔壁板２
１によって案内される空気流により、前記連通口２３を
介して前記燃焼部（図示しない）へと送り込むものであ
る。

前記収容室１９は、前述した内容から明らかなように、
該収容室１９の前記霧化部９と連通している開口部には
、前記平板形状の振動子２５がその下面側（即ち非霧化
領域側）を前記収容室１９側に向けて前記開口部の全域
を覆うようにして取り付けられているとともに、前記収
容室１９を形成している壁面中の互いに対向している壁
面の上部には、液体燃料を該収容室１９内に採り込むた
めの導入口３１と該収容室１９内の液体を外部に流出さ
せるための排出口３３とが互いに対向するように形成さ
れている。前記収容室１９に形成されている導入口３１
は、前記液体燃料タンク５から供給された液体燃料を受
ける液体燃料費は室３５と燃料配管３７を介して連通し
ているとともに、前記排出口３３の方は、前記燃料ポン
プ（図示しない）と燃料配管３９を介して連通している
０本実施例においては、前述した内容から明らかなよう
に、第１図にて図示する石油暖房器に具備される液体燃
料タンク５、液体燃料費は室３５、燃料配管３７、収容
室１９、燃料配管３９及び燃料ポンプ（図示しない）は
、各々が有機的に結合して液体燃料を液相冷却媒体とす
る振動子冷却系を形成している。前記振動子冷却系は、
前記燃料ポンプが駆動することによって燃料配管３９内
の液体燃料を採り込むことで、前記液体燃料タンク５内
の液体燃料が燃料ポンプ側に向かって流動を開始する所
謂ワンスルータイブに構成されている。前記振動子冷却
系には、前記振動子２５の非霧化領域たる該振動子２５
の下面側と収容室１９内に収容されている液体燃料の液
面との間にガス層又は空気層が介在してこれによって前
記振動子２５の冷却効率が低下し超音波振動による発熱
で振動子２５が損傷することのないように、第１図にて
図示するごとく液体量は室３５における液面■と、収容
室１９の排出口３３における液面■とが常時図示するご
とき位置を保持すべく前記振動子２５の取付部に、液体
燃料が霧化部７側に漏れ出したりすることがなく且つ振
動子２５の超音波振動を阻害しないようなゴムバッキン
グ等の特殊なシール構造が施されており、前記振動子冷
却系は、振動子２５の取付部に該特殊なシール構造が施
されることによって前記両液面を前記振動子２５の下面
よりも常時上方に位置せしめ、これによって前記振動子
２５の下面の全域を液体燃料に浸漬せしめるようになっ
ている０本実施例においては、前記振動子冷却系は、上
述したごとく所謂ワンスルータイブに形成されているが
、ワンスルータイブ以外に、液相冷却媒体を循環せしめ
るタイプの振動子冷却系を採用することとしても差支え
ない、但し、前記振動子冷却系を、例えば前記収容室１
９内等に液相冷却媒体を封じ込めるようなタイプのもの
にすると、液相冷却媒体が変質したり、振動子２゛５が
超音波振動することによって液相冷却媒体にキャビテー
ションが生じたり、或いは振動子２５自身の発熱によっ
て液相冷却媒体が気化しやすい等の様々な不具合が生ず
るので前記封じ込めタイプは、好ましくない。

上述したごとき態様にて超音波霧化装置を構成すれば、
振動子の霧化領域たる該振動子２５の上面が常に霧化部
９内の大気中にさらされているので、燃料供給管２７を
介して燃料ポンプから供給された液体燃料は、いったん
は前記振動子２５の霧化領域に付着するものの、該振動
子２５がメガヘルツ級の高い周波数で超音波振動してい
ることにより、略瞬時のうちに霧化されることとなり、
そのため、該振動子２５によって生成される燃料噴霧の
量は、温度等の影響を受けて可変することなく、燃料供
給量に見合った一定量の微細化された噴霧が安定的に得
られることとなる。よって上述した構成の超音波霧化装
置３は、例えば前記第１図にて図示したごとく石油暖房
器等に好適に用いられることとなる。上述した本発明の
一実施例に従う超音波霧化装置が、前記第７図にて図示
した振動子の霧化面を液中に常時浸漬せしめる液浸法を
採用した霧化器よりも、優れているという事実は、前記
第７図にて図示した霧化器に、以下に説明するごとき問
題点があることからもより一層明らかとなる。即ち、前
記第７図にて図示した所謂液浸タイプの振動子をＡ＠し
た霧化器には、一般に該霧化器の振動子１２５によって
生成される噴霧量と該振動子１２５が浸漬している液体
収容器１１９内の液体の液面高さとの間に、第５図にて
図示するごとき特性があることが知られている。上記タ
イプの霧化器を前述したように、加湿器に転用すべく、
前記液体収容器１１９内部に収容される液体の液面高さ
が常に水の物性に適した値となるように該液体収容器１
１９を設計して試用すると、前述したように今度は液体
の温度変化等によって該霧化器から供給される噴霧の量
が大きく変動するために、側底石油暖房器等の燃焼器に
適用できない、又、本実施例では、上記の液浸法を用い
た霧化器と異なって振動子２５の霧化領域が常時大気中
にさらされていたので、超音波振動による自己発熱によ
って極めて短時間に振動子２５が損傷してしまう、そこ
で本発明者等は、第４図にて図示するごとき装置を試作
して、液体燃料又は水等を液相冷却媒体として常時振動
子２５の非霧化領域に接触せしめることにより、振動子
２５に生じた熱を除去することができたので、前記第１
図にて図示したごとき構成の振動子冷却系を創案するに
至ったものである。

第２図は、本発明の他の実施例に従う超音波霧化装置を
示す。

本実施例においては、前記実施例にて示した振動子２５
を霧化室７の霧化部９底面に貼り合わせ、振動子２５上
面を霧化領域とし、又霧化部９底面裏側を液体燃料のご
とき液相冷却媒体にて冷却せしめる構成としたもので、
前述した第１図にて示した実施例に係る装置と略同様な
効果を奏するものである。

ところで、上述した再実施例に係る装置を用いてこれら
両装置によって生成される噴霧量を測定した結果、該噴
霧量の大きさは、前述した燃料供給管２７を介して与え
られる燃料流量に見合ったものとなっているので、上記
噴霧量を更に増加させる必要がある場合には、例えば、
第３図にて図示するように、燃料供給管２７に複数個の
開口部を形成するか或いは複数本の燃料供給管を前記振
動子２５の霧化領域上方に配設して液体燃料を多点供給
することによって対処することができる。

＆」ＬＤ」Ｌ里 以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で微
細な噴霧の粒子を一定量以上で安定的に供給することが
可能となり、もってその用途範囲を大幅に拡大すること
が可能な超音波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、本発明の一実施例に従う超音波霧化装置が具
備されている石油暖房器の構造を示した縦断面図である
。 第２図は、本発明の他の実施例に従う超音波霧化装置の
構成を示す部分縦断面図である。 第３図は、本発明に従う液体燃料多点供給タイプの超音
波霧化装置を示した部分縦断面図である。 第４図は、本発明に従う超音波霧化装置の作用説明図で
ある。 第５図は、所謂液浸タイプの振動子を具備した超音波霧
化装置の噴霧量−液面高さ特性を示した特性図である。 第６図は、従来技術に従う所謂ホーンタイプの振動子を
備えた超音波霧化装置の部分図である。 第７図は、従来技術に従う所謂超音波噴水形式の霧化装
置の構成を示す縦断面図である。 ２５：振動子 ２７：燃料供給管 ２９：発振器 第１図 第２図 液面高

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）超音波振動発生手段により超音波振動せしめられる
   とともに、該超音波振動によって供給された液体物質を
   霧化する振動子と、前記振動子に液体物質を供給する液
   体物質供給手段と、前記振動子を冷却する冷却媒体とを
   具備し、前記液体物質供給手段から前記振動子が液体物
   質の供給を受けて霧化せしめる霧化領域は常時大気中に
   露出させ、又、前記振動子の霧化領域外の少なくとも一
   部の領域は前記冷却媒体に対して接触可能に設定されて
   いることを特徴とする超音波霧化装置。 ２）前記振動子は、平板形状に形成され、前記液体物質
   供給手段から供給された液体物質を受けて該液体物質を
   超音波振動によって噴霧とするようになっていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波霧化装置
   。 ３）前記振動子の霧化領域には、前記液体物質供給手段
   から１箇所又は複数箇所に液体物質が供給されるように
   なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項に記載の超音波霧化装置。 ４）前記冷却媒体は、液体燃料又は冷却水であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかの
   項に記載の超音波霧化装置。 ５）前記液体物質は、液体燃料であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかの項に記載の
   超音波霧化装置。 ６）前記超音波霧化装置を形成するハウジングは、液相
   冷却媒体を収容する収容室と、前記収容室上側に隣接し
   て形成される霧化室とから成り、前記振動子は、前記霧
   化室と収容室とを区画する境界に設置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかの
   項に記載の超音波霧化装置。 ７）前記収容室の冷却媒体は、常時流動状態におかれる
   ようになっているとともに、前記冷却媒体の液面は、常
   時前記振動子下面を浸漬するようになっていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれかの項
   に記載の超音波霧化装置。