JPS6341627B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、灯油や軽油等の液体燃料、水、薬液
等の液体の霧化装置に関し、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。

従来例の構成とその問題点 従来、この種の霧化装置には、以下のような霧
化装置が提案されている。

(1) 代表的な超音波霧化装置として振巾増巾型超
音波霧化装置がある。これは、ホーン型に形成
された振動子により圧電素子等の振動振巾を増
巾し、増巾された振動面に、例えばポンプ等に
より液体を供給して霧化するものである。

(2) 第２の超音波霧化装置として加湿器等に実用
化されているもので液柱型超音波霧化装置があ
り、これは、液槽の底面に設けた圧電素子によ
り、液槽の液面近傍に超音波エネルギーを集中
させて一種の液面近傍で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) また、近年、インクジエツト記録装置等に用
いられているものに第１図に示すものがある。
これは液室１にインクを充填し、液室の一端に
設けた圧電素子２の振動による液室内圧力を、
液室他端にて増巾し、そこに設けたオリフイス
３より、インク液滴４を噴射して液滴列を形成
するものである。

しかしながら、従来の霧化装置には種々の欠点
があつた。すなわち(1)の霧化装置は、ジユラルミ
ン等で構成されたホーン型振動子の機械的共振を
利用するものであるため、高い加工精度を必要と
するものであり、このため極めて高価になると共
に、ホーン型振動子の固定方法等も安定な霧化動
作を保証するためには、極めて面倒であつた。さ
らに液体をホーン先端に、霧化動作に対して効果
的に供給する構成が面倒であり、かつ、ポンプ等
の液体供給手段を必要とするため、装置全体が大
型化、高価格化せざるを得なかつた。さらに、約
20c.c.／min程度の霧化量を得るのに10〜20ワツト
の電力が必要であり、それにもかかわらず十分な
微粒化性能が得られなかつた。

(2)の霧化装置は、微粒化性能に優れたものであ
つたが、液中に照射する超音波エネルギーによる
直接霧化という形態であるため、霧化に要する電
力は極めて大きく、20c.c.／min程度の霧化量を得
るために30〜50ワツト程度を必要とするものであ
つた。しかも、１〜2MHzという高い周波数の超
音波エネルギーを必要とし、駆動回路が高価なも
のになる上に、不要輻射レベルが極めて大きく、
ラジオノイズの発生等の不都合を生じるという重
大な欠点を有していた。また、その霧化動作は極
めて不案定であり、液体の温度変化、密度変化、
液面高さ等によつて極めて著しい霧化性能変化を
示すものであつて、その補償は極めて困難なもの
であつた。

(3)の霧化装置は、消費電力が小さく、極めてコ
ンパクトであるが、液室１内の空気を完全に排出
しておかないと霧化動作が極めて不安定となるも
のであつた。オリフイス３からの空気の流入はオ
リフイス３に発生する液体の表面張力によつて阻
止されるものであり、このため、霧化動作中にオ
リフイス３の面する外気圧力上昇が過度に生じる
とオリフイス３から空気が流入し正常な霧化動作
が維持できないという欠点を有し、この点で汎用
性に欠けるものであつた。

発明の目的 本発明は、上記従来の霧化装置の欠点を一掃し
た霧化装置を提供せんとするものである。

第１の目的は、構成が簡単でコンパクトであり
従つ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、微粒化性能に優れ、かつ、低消
費電力であり、従つて、制御性、省エネルギー性
に富む霧化装置を提供することにある。

第３の目的は、外気圧力の高低や変動に対して
安定な霧化動作を維持することができ、適用範囲
が極めて広い霧化装置を提供することである。

発明の構成 本発明はこのような目的を達成するために以下
に述べる構成により成るものである。

すなわち、液体が充填される加圧室と、前記加
圧室に臨んで設けたノズルと、前記加圧室の液体
を加振する電気的振動子とを備え、前記ノズルが
面する外気圧力と略同等もしくはそれ以下の圧力
で前部加圧室に液体を充填するよう構成すると共
に、前記外気圧力を前記加圧室の液体に伝達する
圧力伝達手段を設ける構成としたものであり、こ
の構成により、外気圧力の高低、あるいは変動に
対して、加圧室の液体の圧力を自動的に追従さ
せ、いかなる外気圧力条件下であつても、安定な
霧化動作を実現するものである。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について図面と共に説明
する。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断面図である。

第２図において、１０は温風機のケースであ
り、上面には操作部１１が設けられ、制御部１２
に運転指令等の信号を与えるよう構成されてい
る。

燃料である灯油は、カートリツジタンク１３か
ら液面が略一定になるよう構成された固定タンク
１４に供給され、供給パイプ１５にて霧化部１６
に送られるよう構成されている。前記霧化部１６
は、第１霧化室１７の壁面１８に取りつけられて
おり、第１霧化室１７、および第２霧化室１９に
灯油の霧化粒子（液滴）２０を噴射するように構
成されている。

２１は排気パイプであり、送風フアン２２の上
流側に設けられたオリフイス２３近くの負圧力発
生部２４と霧化部１６を連結している。

一方燃焼空気は、吸込口２５から吸い込まれ、
オリフイス２３を通つて、第１空気路２６を通
り、第１空気室２７、第２空気室２８に送られ
る。前記第１および第２空気室２７，２８は円筒
状を成しており、第１空気室２７は、円筒の接線
方向に空気を噴出し、気化混合室２９内に旋回気
流を形成する噴出口３０を有し、また第２空気室
２８は、円筒の半径方向に層流空気を噴出し、燃
焼室３１内に多くの小さい火炎３２を形成する炎
口３３を有している。燃焼排ガスは、燃焼室３１
から排気筒３４より排出される。

燃焼空気の一部は、第２空気路３５を通り、そ
こに設けられた空気加熱用ヒータ３６にて熱風と
なり旋回器３７にて図のように旋回気流となつて
第２空気室２８に送られる。このヒータ３６は、
燃焼開始時のみ一定の時間通電されるものであ
り、燃焼熱により気化混合室２９が霧化粒子２０
のガス化に十分な温度になるまでの間、霧化粒子
２０のガス化、および気化混合室の加熱等のため
に使用される。

前記ヒータ３６にて加熱され熱風となつた空気
は、霧化粒子２０をガス化し、燃料・空気の混合
ガスとなつて、気化混合室２９より燃焼室３１に
送られ、点火器３８にて点火されて、図のような
火炎３２を形成し燃焼する。３９はフレームロツ
ドであり、火炎の状態を検知し、その信号を制御
部１２に送るものである。

第１霧化室１７と、固定タンク１４とは、送圧
パイプ４０にて連通されており、固定タンク１４
内の液面Ａに第１霧化室１７の圧力、すなわち、
送風フアン２２により発生される正圧力を印加す
るよう構成されている。したがつて、送風フアン
２２の起動前には、前記液面Ａと同位置にあつた
供給パイプ１５内の液面Ｂが、送風フアン２２に
より発生される第１霧化室１７内の正圧力＋△
P₁と、負圧力発生部２４に発生する負圧力−△
P₂とにより押し上げられ、排気パイプ２１内の
液面Ｃに達し、霧化部１６への灯油の充填が達成
されるのである。

ところで、前記送圧パイプ４０は、後述するよ
うに、第１霧化室１７の圧力を、霧化部１６への
灯油の供給系の一部を構成する固定タンク１４に
印加することにより、関接的に霧化部１６内の灯
油に対して第１霧化室１７の圧力を伝達する役割
を果たしている。このよに霧化部１６が面する第
１霧化室１７の圧力を、霧化部１６内の灯油に伝
達する構成とすることにより、第１霧化室１７内
の圧力と霧化部１６内の圧力との好ましいつり合
い関係を、第１霧化室１６内の圧力の高低、ある
いは変動に対して常に維持・保証することがで
き、例えば着火時等に発生する燃焼室３１内の瞬
間的な圧力上昇に基づく第１霧化室１７内の圧力
上昇に対しても、前述した好ましい圧力関係を自
動的に維持し、後述のように、霧化部１６への空
気流入を防止することができる。なお、４１はパ
ツキンである。４２は対流フアンであり、室内空
気を吸込口４３から吸い込み、温風を吐出口４４
より吐出する。

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。

霧化部１６は、内部に加圧室４５を有する基体
４６と、基体４６に半田付されたノズル板４７、
ノズル板４７に接着（半田付）された圧電素子４
８を中心に構成され、基体４６は、ビス４９，５
０にてカバー５１に、そしてカバー５１はビス５
２，５３にて壁面１８に固定されている。ノズル
板４７は、厚さ50μｍのステンレス板で構成さ
れ、中央部に直径50〜80μｍのノズル５４が複数
個設けられている円形の薄板である。

圧電素子４８は、中央に開口部５５を有する円
板状であり、直径（外径）が10mm、厚さ１mmであ
る。

送風フアン２２が起動される前は、灯油の液面
は前述の如く、固定タンクの液面Ａと等しい位置
にある液面Ｂの位置にある。燃焼させる（霧化さ
せる）ために送風フアン２２が起動されると、前
述したように第１霧化室１７に発生する正圧力＋
△P₁と、負圧発生部２４に発生する負圧力−△
P₂とにより、液面Ｂは上昇し、供給口５６を通
つて加圧室４５に灯油を充填し、排気口５７よ
り、空気を排気して上昇し液面Ｃの位置になる。
このように正圧力＋△P₁と負圧力−△P₂を供給
口５６と排気口５７に対して印加して灯油を加圧
室４５に充填する構成とすることにより、送風フ
アン２２は、ことさら過大な負圧力を発生する能
力を有するフアンとする必要がなく、しかも、ノ
ズル５４が臨んでいる第１空気室１７の圧力（△
P₁）により充填するように構成しているから、
加圧室４５の圧力はたかだか、第１霧化室１７の
圧力に略等しい圧力であるため、ノズル５４の前
後の圧力関係は、加圧室４５側が反対側と比べて
略等しいか、もしくは低い圧力となり、後述のノ
ズル５４からの霧化動作の安定化を保証でき、か
つ、ノズル５４から灯油が溢れ出ることもない。

特に、第１霧化室１７の圧力が、固定タンク１
４パイプ１５を介して関接的に加圧室４５内の灯
油に伝達される構成により、着火時等の一時的な
第１霧化室の圧力上昇などに対しても、ノズル５
４前後の圧力関係は、霧化動作に対して良好な状
態を維持することができ、ノズル５４の灯油の表
面張力が破れて、ノズル５４から空気が加圧室４
５内に流入し、霧化動作が不安定になることを防
止できる。

第４図は、前述した液面の位置関係を示す図で
あり、ノズル位置との相対関係を図示したもので
あつて、図におけるh₁が正圧力△P₁により、そし
て、h₂が、負圧力−△P₂にて発生され、液面Ｂが
液面Ｃに押し上げられるのである。

第１霧化室１７内の圧力△P₁が、前述したよ
うに着火時の圧力などにより高くなつた場合は、
第４図から明らかなように、ノズル５４前後の圧
力関係はほとんど変化せず、ただ、液面Ｃのみが
上昇することとなる。したがつてパイプ２１内の
液面Ｃが上昇する点に対してのみ構成上の配慮を
しておけばよい。

再び第３図において、圧電素子４８は、リード
線５８，５９を介して、制御部１２に設けられた
発振回路から第５図、ａ，ｂ、又はｃのような交
流電圧を、霧化すべき量に応じて印加される。正
の半サイクル電圧の印加により圧電素子４８はそ
の直径方向に伸張歪を生じ、逆に負の半サイクル
電圧に対しては、収縮歪を生じる。圧電素子４８
は、ノズル板４７に半田付されているので、前述
した圧電素子４８の収縮・伸張振動は、第３図に
おいて、ノズル５４を左右に振動させるたわみ振
動となる。

すなわち、ノズル板４７と圧電素子４８とによ
り成る円板が共振することにより、ノズル５４が
左右に加振されるのである。

従つて、第３図のように、ノズル５４からは、
霧化粒子２０が、圧電素子４８の振動に応じて吐
出されるのである。

この霧化粒子２０は、ノズル５４によつて定ま
る極めて均一性の良好な微小粒径の粒子であり、
しかも約20c.c.／min程度の霧化量を得るのに要す
る圧電素子４８の消費電力は、0.1ワツト以下で
あつて、極めて省エネルギー性の優れた霧化動作
を行うことができる。

また、図示していないが、第４図ａ，ｂ、又は
ｃのような交流電圧を発生する発振回路は、CR
発振器やマルチバイブレータ等を用いて、極めて
容易に構成することができ、また発生するべき電
力は極めて小さいものでよいから、その価格も従
来に比べて著しく低くすることが可能である。

また、圧電素子４８の振動により霧化された霧
化粒子２０に相当する灯油は供給パイプ１５から
自動的に吸い上げられて自給されるので、ポンプ
などの液体供給手段を全く必要とせず、圧電素子
４８を駆動する簡単で低価格な発振回路のみで、
灯油を自給しながら霧化することができる霧化装
置を実現できる。

第６図ａ〜ｆは、上述した温風機の動作シーケ
ンスを示すもので、ａは運転指令信号、ｂは送風
フアン２２、ｃはヒータ３６、ｄは圧電素子４８
を駆動する発振器、ｅは点火器３８、ｆはフレー
ムロツド３９の信号である。

発明の効果 本発明は、加圧室に臨むようにノズルを設け、
ノズルが面する外気圧力と略同等もしくはそれ以
下の圧力で加圧室に液体を充填し、電気的振動子
により加圧室の液体を加振してノズルから噴射し
霧化するよう構成すると共に、ノズルが面する外
気圧力を加圧室内の液体に伝達する圧力伝達手段
を設ける構成としたから、極めて構成が簡単でコ
ンパクトであり、かつ、ポンプ等を必要としない
から、極めて低価格な霧化装置を提供することが
できる。また微粒化性能に優れ、しかも低消費電
力であるため制御性、省エネルギー性に富み、か
つ、電波障害発生の恐れのない霧化装置を実現す
ることができる。

特に、圧力伝達手段を設ける構成は、ノズルが
面する外気圧力の高低、あるいは変動に対して、
安定で良好な霧化動作の維持・保証を可能とする
ものであり、極めて簡単でコンパクトな構成であ
りながら非常に広範な応用を可能とし、汎用性に
富んだ霧化装置を提供するものであり、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を示す霧化装置を適用
した温風機の構成を示す断面図、第３図は同霧化
部の構成を示す断面図、第４図は第３図の霧化部
の液面位置を説明する圧力関係図、第５図ａ〜ｃ
は電気的振動子の駆動電圧波形図、第６図ａ〜ｆ
は第２図に示した温風機の制御シーケンス図であ
る。 ４０……送圧パイプ（圧力伝達手段）、４５…
…加圧室、４８……圧電素子（電気的振動子）、
５４……ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体が充填される加圧室と、前記加圧室に臨
   むように設けられたノズルと、前記加圧室の液体
   を加振する電気的振動子とを備え、前記ノズルが
   面する外気圧力と略同等、もしくはそれ以下の圧
   力となるよう前記加圧室に液体を充填する構成と
   すると共に、前記外気圧力を前記加圧室の液体に
   伝達する圧力伝達手段を設けた霧化装置。 ２ 圧力伝達手段は、前記外気圧力を導く送圧パ
   イプを有する特許請求の範囲第１項記載の霧化装
   置。 ３ 加圧室に液体を供給する液体供給系に外気圧
   力を印加する構成を設けて圧力伝達手段を構成し
   た特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。