JPS6327065B2 - - 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，水，薬溶
液，記録用液体などの霧化装置に関し、さらに詳
しくは、圧電素子等の電気的振動子を用いた噴射
型の霧化装置に関するものである。

その第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、極めて安定な霧化動作
を実現できる霧化装置を提供することであり、特
に、キヤビテーシヨンによる動作不安定性を改善
し、溶存気体の多い液体であつても極めて安定に
霧化動作を行うことができる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、実用化の検討がなされてい
る。

例えば、(1)高速回転体に液体を滴下し遠心力に
より振り切り露化する回転露化装置、(2)高圧力ポ
ンプにより液体を加圧しノズルから噴出すること
により霧化する圧力噴霧装置、(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等の振動
振幅を増幅すると共に、振動増幅されたホーン先
端部に液体を供給して霧化させる振幅増幅型超音
波霧化装置、(4)液槽の底部に圧電素子を設け、液
槽の液面近傍に超音波を集中させ、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させ
る直接型超音波霧化装置などがある。また、特に
フアクシミリ等に応用される霧化装置であつて、
インクジエツトと称されるインク噴射装置があ
り、例えば第１図に示すように、インクが充填さ
れた室１の先端に小口オリフイス２を設け、前記
室１の後端に圧電素子３、振動板４を設けた構成
の霧化装置である。

しかしながら、前述した(1)〜(5)の霧化装置には
以下のような欠点があつた。

前述した(1)，(2)の霧化装置は、回転体や高圧ポ
ンプ等の大型部品を必要とし、装置全体が大型
化，高価格化すると共に微粒化性能も十分なもの
ではなく騒音も大きなものであつた。(3)の霧化装
置はジユラルミン等で構成されるホーン振動子を
必要とし、この振動子の安定振動を維持するため
に要する加工精度が著しく高く、従つて極めて高
価になると共に、取付方法も極めて面倒であつ
た。さらに、安定な振幅増幅動作維持のための駆
動装置も、消費電力が大きく、かつ周波数追尾を
要するため高価にならざるを得なかつた。またポ
ンプ等の液体供給手段を必要とするため装置全体
として極めて高価なものであつた。(4)の霧化装置
は、液面に直接超音波を照射して霧化するため、
ポンプ等の液体供給手段は不要であるが、超音波
エネルギーを直接利用するため極めて大きなエネ
ルギーを必要とし、しかも１〜2MHzの高周波駆
動が必要であつた。従つて、駆動回路は極めて高
価である上に、高性能・高価格な電波障害防止装
置を必要とするものであつた。さらに霧化される
液体の温度、物性による霧化動作変動が著しく、
これを補償することが極めて面倒であつた。

(5)の霧化装置は特に印字を目的としたインクの
液滴列発生装置であり、上述した(1)〜(4)の霧化装
置とは著しい差がある。大量の霧化粒子を得るこ
とは困難であるが、均一でしかも粒径の小さい液
滴列を発生することが可能であり、インクを自吸
する作用を有するため、液体供給手段が不要であ
るという利点を有していた。しかしながら、その
霧化動作は、インクの溶存空気率により制限を受
けるものであつた。すなわち第２図ａに示すよう
に、高速霧化あるいは微粒子化をはかるためには
高周波駆動を必要とし、圧電素子３の駆動周波数
₀が高い程、粒径ｄの小さい液滴の発生が可能で
あるが、第２図ｂに示すように溶存空気率αが大
きい程、キヤビテーシヨン気泡発生周波数_cが低
くなるものであつた。従つて、溶存空気率αの高
い液体（インク）を高周波で噴霧することは困難
であるという欠点を有するものであつた。

本発明は、上記従来の霧化装置の欠点に鑑みて
なされたものであり、電気的振動子により加圧室
内の液体を加振すると共にノズルを加振するとい
う構成により、構造が簡単でコンパクトであり、
従つて低価格であると共に、低消費電力であり、
かつ、キヤビテーシヨン等に帰因する不安定な霧
化動作を防止することができ、このため極めて優
れた霧化性能を発揮することが可能な霧化装置を
提供するものである。

以下本発明を石油温風機に適用した一実施例に
ついて図面と共に説明する。

第３図は本発明の一実施例を適用した温風機の
構成断面図である。図において、１０は温風機ケ
ースであり、上面には操作部１１が設けられてい
る。灯油はタンク１２からパイプ１３を通つてレ
ベラー１４に送られ、レベラー１４からパイプ１
５を経て、霧化部１６に送られるよう構成されて
いる。前記レベラー１４は油面をパイプ１５内の
位置Ａに制御する液面コントローラである。

一方燃焼空気はモータ１７により駆動される送
風フアン１８により吸込口１９からオリフイス２
０を通つてスワラー２１に送られ、スワラー２１
にて旋回気流となつて図中矢印の如く混合室２２
に流入する。混合室壁２３に取りつけられた霧化
部１６から噴霧される霧化粒子（液滴）２４は、
前記混合室２２内で空気と混合し、前記混合室２
２と一体化された気化混合室２５に送られ、炎口
２６，２７により噴出する。点火器２８により点
火が行われ、火炎２９，３０を形成する。火炎３
０が気化混合室２５の受熱を促進するため、着火
後極めて良好な霧化粒子の気化および空気との混
合が行われ、良好な燃焼特性を得られるものであ
る。３１は燃焼状態（着火・失火または空燃比）
を検知するためのフレームセンサである。３２は
２次空気吐出口であり、火炎温度を低く押え、排
ガスのクリーン化を図つたバーナを構成してお
り、いわゆる強制式ブンゼン燃焼を行わせてい
る。火炎２９より発生される熱量は熱交換器３３
により、交流フアン３４にて送られる室内空気に
与えられ室内暖房を可能にするものである。３５
は排気口である。

ここで暖房機の運転開始時の動作について説明
する。操作部１１より制御部３６に運転開始指令
が送られると、制御部３６はモータ１７を起動す
る。従つて、送風フアン１８およびそれと同軸に
固定された吸引フアン３７が駆動され図の矢印の
ように燃焼空気が送られ、オリフイス２０により
結合物３８は負圧力（−P₁）が発生する。吸引
フアン３７はパイプ３９内を図の矢印方向に空気
が流れるよう回転する。従つて、パイプ４０内は
前記結合部３８内の圧力に対してさらに（−P₂）
の負圧力が発生する。よつて、パイプ４０内は大
気圧に対して−ΔP＝（P₁＋P₂）だけ低い圧力に
なる。この負圧力−ΔPによりパイプ１５内の液
面Ａは上昇し、霧化部１６内に灯油を充填する。
そして、さらに上昇し、液面Ｂの位置でつりあう
よう構成されている。前記吸引フアン３７は送風
フアン１８によつて発生される圧力P₁が液面Ａ
をＢに上昇させるのに十分な大きさであれば省略
することが可能である。

霧化部１６が灯油で充填されると、制御部３６
に含まれる振動子駆動部が起動され、霧化部１６
の霧化動作が開始され、前述したような点火、燃
焼シーケンスが実行される。

次に霧化部１６の動作について説明する。第４
図ａは霧化部１６の正面図、第４図ｂは同断面図
であり、第３図と同符号は相当物である。

霧化部１６は加圧室４１を有する基板４２，ノ
ズル４３を複数個備えたノズル部４４、前記ノズ
ル部４４に電気的振動子の一例として接着された
圧電素子４５、前記ノズル部４４を前記基体４２
に固定すると共に霧化混合室壁に霧化部１６を取
りつけるための押え板４６より構成されている。
４７，４８は固定用ビス、４９はシール用Ｏリン
グである。

前記加圧室４１には第１フイルタ部５０、およ
び供給口５１を介してパイプ１５が連通され、第
２フイルタ部５２および排気口５３を介してパイ
プ４０が連通されており、前述したような灯油の
加圧室４１への充填を極めて容易なものにしてい
る。特に排気口５３を設けることにより、前述し
たようなフアン１８，３７により発生される負圧
力による灯油の充填が極めて簡単に行い得るもの
であり、本実施例の如く自動的に充填を行う場合
は、排気口５３を基体４２に設けることが重要で
ある。また、フイルタ部５０，５２は、圧電素子
４５の動作周波数の音波を遮断するための音響フ
イルタであり、霧化動作の効率を向上させるもの
である。

ノズル４３を複数個設けられているが、これは
均一でかつ微小粒径の液滴を大量に発生させるた
めであり、これにより本実施例の如き均一で大量
の微粒化液滴を必要とする霧化装置に滴した霧化
装置を実現することができる。さらに、ノズル４
３は図のように曲面状に配置されている。これ
は、ノズル４３から吐出される液滴の噴霧パター
ンを拡大し、霧化粒子間の再結合の防止、および
空気との混合を良好にするという効果を奏する。

圧電素子４５は図のように中心部に開口５４が
設けられ、円形リング状に構成されており、開口
５４にノズル４３が臨むようにノズル部４４に接
着されている。前記圧電素子４５に交流電圧が印
加されると、前記圧電素子は、図中矢印のように
直径方向に、ピエゾ効果によつて伸縮を行い、従
つて、ノズル部４４およびノズル部４４に設けら
れたノズル４３が振動する。前記ノズル４３、お
よびノズル部４４の振動により、加圧室４１内に
は前記交流電圧に応じた周波数₀の圧力増減が発
生する。正の半サイクル時は加圧室４１内圧力は
上昇し、ノズル４３からは微小かつ均一粒径の液
滴が吐出する。次に負の半サイクル電圧が印加さ
れた時は、加圧室４１内の圧力は減少するが、ノ
ズル４３には灯油の表面張力が作用するため、ノ
ズル４３からの空気の流入が阻止される。従つ
て、パイプ１５からは灯油が吸い上げられ、一種
の自吸ポンプとして働くのである。このような動
作を繰り返すことにより、ノズル４３からは均一
で、微小な粒径の霧化粒子が大量にしかも、自動
的に灯油を吸い上げながら吐出されるのである。

特に、ノズル４３を圧電素子４５で加振する構
成とすることにより、加圧室４１内における灯油
および振動部所（ノズル部４４）の振動加速度の
最も大きい部分を、ノズル４３の近傍にすること
ができるため、加圧室４１内での不要な渦流の発
生や、加圧室壁面からの灯油の剥離現象、過度の
音波（振動による）集中による過大負圧力の発生
などを防止し、溶存空気の極めて多い灯油などの
液体であつても、前記渦流・流体剥離・音波集中
などに基づくキヤビテーシヨン現象による気泡の
発生を防止することができる。また、キヤビテー
シヨンによる気泡の発生が生じたとしても、ノズ
ル４３の極近傍で発生することになるから、霧化
動作に悪影響を及ぼす程気泡が成長する前に、ノ
ズル４３から吐出されてしまうことになり、従つ
て、その霧化動作は極めて安定である。すなわ
ち、この様な構成により、溶存空気の多い液体で
ある灯油であつても、キヤビテーシヨン気泡によ
つて引き起される霧化動作に対する悪影響を生じ
ることなく、極めて高い周波数での霧化動作が可
能であり、動作が安定でしかも均一かつ微小粒径
の霧化粒子を大量に発生することができる霧化装
置を実現できるのである。

発明者らの実験によれば、ノズル４３の直径を
60μm，数を61個とし、圧電素子４５直径（外径）
10mm，厚さ１mmとして、約10c.c.／min程度の灯油
の微粒化を実現することが可能であつた。

第５図は制御部３６内に設けられた振動子駆動
部５５を示すブロツク図である。前記振動子駆動
部５５は直流電源５６，電圧安定回路５７より電
源を供給され、圧電素子４５に交流電圧を供給し
て駆動するものである。

前記振動子駆動部５５は第１の発振器５８，増
幅器５９，第２の発振器６０，デユーテイ制御部
６１より構成されている。前記第２の発振器６０
のオンオフデユーテイーは、デユーテイー制御器
６１にて決定され、前記第２の発振器６０のオン
オフデユーテイーに従つて第１の発振器５８の発
振・停止のデユーテイーが制御される。したがつ
て、増幅器５９により増幅されて圧電素子４５に
供給される交流電圧も前述のようにデユーテイー
制御されるものである。第６図a′，b′，c′はデユ
ーテイー制御器６１により第２の発振器６０のオ
ンオフデユーテイーがそれぞれ大，中，小レベル
に調節される様子を示すものであり、同ａ，ｂ，
ｃはそれぞれa′，b′，c′に対応して、圧電素子４
５に供給される交流電圧の時間平均値が調節され
る様子を示すものであり、この調節により霧化量
平均値はそれぞれａ，ｂ，ｃの波形に応じて、
大，中，小量に自由に調節される。第１の発振器
５８の発振周波数は、例えば30KHz〜100KHz、
第２の発振器６０のそれを50Hz〜1KHz程度の適
当な周波数に選べば、第３図のような燃焼機であ
つても火炎を乱すことなく、燃焼量を自由に選ぶ
ことが可能である。

第７図は第５図の振動子駆動部５５のさらに詳
しい一実施例であり、第６図と同符号は相当物で
ある。直流電源５６は交流電源６２より、トラン
ス６３，整流器６４，コンデンサ６５より構成さ
れ、電圧安定回路５７は、トランジスタ６６，ゼ
ナダイオード６７，抵抗器６８より構成されてお
り、電源ラインＰには安定化された直流電圧が供
給される。

第２の発振器６０はトランジスタ６９，７０、
コンデンサ７１，７２、抵抗器７３〜７６より成
るマルチバイブレータで構成され、可変抵抗器７
７がデユーテイー設定器６１となつて、前記マル
チバイブレータのオンオフデユーテイーを調節可
能としている。トランジスタ７８，抵抗器７９，
８０は前記マルチバイブレータの出力段である。
第１の発振器５８，増幅器５９はトランジスタ８
１，コンデンサ８２〜８４，インダクタ８５，抵
抗器８６〜８９および出力トランス９０より成る
自励発振回路で構成され、前記出力トランス９０
の出力が圧電素子４５に供給される。

この回路の消費電力は、20c.c.／min程度の霧化
動作時においても、約3Watts程度の低消費電力
であり、かつ、極めて簡単な構成である。

第８図は振動子駆動部５５の他の実施例を示す
ブロツク図であり、第５図と同符号は相当物であ
る。第２の発振器６０の出力は、第１の発振器５
８と増幅器５９の間に設けられたスイツチ手段９
１のオンオフを制御するよう構成されており、結
果として第６図に示した波形と同様に、霧化量調
節を行うことが可能である。９２はフレームセン
サあるいは室温などの負荷温度センサであり、何
らかの検知信号により、前記デユーテイー制御器
６１を調節し、霧化量の自動調節を行うようにし
た実施例である。

本発明は、以上に述べたように極めて簡単な構
成で実現できるが、前述した実施例に限定される
ものではない。第９図〜第１３図は本発明になる
霧化装置の霧化部１６の他の実施例を示す構成図
である。第９図〜第１３図において、第４図と同
符号のものは相当物であり説明を省略する。

第９図はノズル部４４が振動板９３に固定さ
れ、前記振動板９３に圧電素子４５を接着したも
のである。

第１０図はノズル部４４を基体４２に接着した
実施例であり、加圧室４１はノズル部４４側の断
面積が小さくなるようなテーパ状である。供給口
５１，排気口５３は加圧室４１のノズル４３の反
対側に位置し、吐出能力損失を軽減している。ま
た、９４は基体４２の１部を構成するフタであ
る。

第１１図は最も簡単な構造を示す実施例であ
り、ノズル４３が１個設けられ、排気口を有しな
い例である。

第１２図はノズル部４４を基体４２に接着固定
し、ノズル４３を曲面状に配置した例である。

第１３図は圧電素子４５とノズル部４４の位置
関係を反転させた実施例である。

第９図〜第１３図に示した実施例も、構造上の
差異はあるが第４図に示した実施例と基本的に同
一であり、それぞれ本発明の一実施例を示すにす
ぎないものであり、圧電素子４５によつて、ノズ
ル４３を加振するよう構成されたものである。

以上に述べたように、本発明によれば、加圧室
を有する基体と、前記加圧室に臨むよう装着され
た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、前記振動子駆動部とを備え、前記ノズル板の
振動によりノズルから液滴を噴射させる構成とし
たから、極めて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である上
に、均一で小さい粒径の液滴を発生することが可
能な霧化装置を提供することが可能である。特に
溶存気体の多い液体でも極めて安定に、しかも優
れた微粒化特性を維持しつつ霧化することが可能
であり、多種多様の液体の微粒化に滴用し得る霧
化装置を実現できるものである。さらにまた、ポ
ンプ等の液体供給手段を要せず、霧化装置全体構
成の一層の小型化・コンパクト化・低コスト化が
実現できるものである。したがつて、本発明は多
くの種類の液体を、様々の霧化形態で霧化するた
めの霧化装置に対して、そのコンパクト性，低コ
スト性および霧化安定性の特徴から、幅広く適用
できるものであり、その工業的価値は極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の断面図、第２図ａ，
ｂは同霧化装置の動作説明図、第３図は本発明の
一実施例を石油温風機に適用した構成図、第４図
ａ，ｂはそれぞれ本発明の一実施例を示す霧化部
の構成を示す正面図および断面図、第５図は振動
子駆動部の一実施例を示すブロツク図、第６図は
同振動子駆動部の動作波形図、第７図は第５図に
示した振動子駆動部のさらに詳しい一実施例を示
す回路図、第８図は振動子駆動部の他の実施例を
示すブロツク図、第９図は霧化部の他の実施例を
示す構成図、第１０図〜第１３図はさらに他の実
施例を示す構成図である。 ４１……加圧室、４２……基体、４３……ノズ
ル、４５……電気的振動子、５５……振動子駆動
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室を備えた基体と、前
   記加圧室に臨むよう装着され液滴を吐出する為の
   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、前記電気的振動子を付勢する振動子駆動部と
   を備え、前記ノズル板の振動により前記ノズルよ
   り液滴を噴射する構成とした霧化装置。 ２ 複数個のノズルを設けた特許請求の範囲第１
   項記載の霧化装置。 ３ 複数個のノズルを曲面状に配置した特許請求
   の範囲第１項記載の霧化装置。 ４ 基体に液体を供給する為の供給口と、前記加
   圧室内の気体を排出する為の排気口とを設けた特
   許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ５ 電気的振動子の中心部に開口を設け、前記開
   口にノズルを臨ませた特許請求の範囲第１項記載
   の霧化装置。