JPS58109156A

JPS58109156A - 霧化装置

Info

Publication number: JPS58109156A
Application number: JP56205425A
Authority: JP
Inventors: Naoyoshi Maehara; 前原　直芳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-12-18
Filing date: 1981-12-18
Publication date: 1983-06-29
Also published as: JPS6151949B2

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、灯油や軽油等の液体燃料、水、桑故等の液体
の霧化装置に関し、さらに詳しく言えば、圧電振動子等
の電気的振動子の超音波振動を利用して液体を霧化する
超音波霧化装置に関するものである。

従来、この種の霧化装置として以下の様な超音波霧化装
置がある。

最も代表的な超音波霧化装置として、（１）振巾増巾型
霧化装置がある。これはジュラルミン等で構成したホー
ン型振動子に圧電振動子を装着し、その振動振巾が、増
巾されたホーン先端の振動面に液体を供給して霧化する
ものである。また、加湿器等に実用化されているものと
して、（２）液柱型超音波霧化装置がある。これは、液
槽の底面に圧電振動子を設け、液面近傍に超音波エネル
ギーを照射・集中させて液柱を形成し、液面近傍での一
種　のキャビテーション現象を利用して霧化するもので
ある。さらに、また、近年インクジェットプリンタは実
用化されている超音波霧化装置として、第１図に示すよ
うなものがある。これは、インク室１の一端に圧電素子
２を設け、他端にオリフィス３を設けたものであり、圧
電素子２の振動により、オリフィス３よりインク液滴４
を噴射して霧化するものである。

しかしながら、これら従来の霧化装置は以下の如き多く
の欠点を有するものであった。

０）の霧化装置は、安定な超音波振動を保証するために
、ホーン振動子の加工精度を極めて高くすることが必要
であり、かつ、固定方法も安定動作保証のため面倒であ
った。また、ポンプ等の液体供給装置が必要であり、霧
化装置全体が大型化せざるを得す、その価格も極めて高
いものになっていた。そして、霧化粒子径やその均−性
等のいわゆる霧化性能は、必ずしも十分なものではない
にもかかわらず、２０ＣＧ／分程度の霧化量を得るのに
約１０Ｗａｔｔｓ　　程度の電力を要するものであった
。

（２）の霧化装置は、ポンプ等を必要とせず、さらにそ
の霧化性能は極めて良好なものであるが、霧化に要する
エネルギーが太き（，２０ＣＣ／分程度の霧化量を得る
のに、５０Ｗａｔｔｓ　　程度の電力を必要とし、しか
も、１〜２ＭＨｚという極めて高い超音波エネルギーを
必要とするものであった。したがって、その駆動回路が
著しく高価格化せざるを得す、さらに障害波強度が大き
いことによるラジオノイズの発生のおそれもあった。ま
た、その霧化量が液面と圧電素子どの距離や液温等によ
り著しく影響を受けるので、その安定化が極めて面倒で
かつ困難なものであった。

（３）の霧化装置は、粒径の均一性の優れたインク液滴
列を発生させることができ、かつ、構造が簡単でコンパ
クトであり、またポンプ等を必要としないものであった
が、溶存空気が多量に含まれている液体（例えば通常の
水や液体燃料等）を噴霧しようとすると、圧電素子２の
振動をイレク室１を介してオリフィス３に伝える構成で
あるため、その超音波振動によるキャビテーション現象
により、溶存空気が気泡化し、安定な霧化動作が維持で
きないことがあった。

本発明は、上記従来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って低
コストの霧化装置を実現することである。

第２の目的は、霧化性能に優れ、しかも著しく低消費電
力な霧化装置を実現、することである。

さらに第３の目的は、溶存空気の多い液体であっても極
めて安定な霧化動作を実現することができる霧化装置を
実現することである。

本発明は以上に述べた目的を達成するために以下のよう
な構成より成るものである。

すなわち、液体を充填するための加圧室と、前記加圧室
に臨むように設けたノズルと、前記ノズルを加振するた
めの電気的振動子と、前記電気的振動子に交流電圧を供
給する振動子駆動部とを備え、振巾変調された交流電圧
を前記電気的振動子に供給するよう構成したものであシ
、振巾変調された交流電圧により前記電気的振動子が附
勢されて前記ノズルが加振され、その結果、前記ノズル
より前記加圧室に充填された液体を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
機の構成を示す断面図である。

第２図において、１ｏは温風機ケースであり、上面には
、操作部１１が設けられ、制御部１２に運転指令を送る
よう構成されている。

今運転指令が操作部１１よシ、制御部１２に送られると
、制御部１２は送風７アン１３を起動する。

送風ファン１３は、吸気パイプ１４より燃焼空気を吸い
込み、オリフィス１６．第１空気路１６を図中矢印のよ
うに通って空気室１７に送ら孔−る。

空気室１７は、円筒状の燃焼筒１８にて構成され、その
下部は補助筒１９との間にｅ化混合室２ｏを形成し、旋
回気流を噴出口２１より気化混合室２゜に噴出する。

２２は炎口であり、燃焼筒１８の半径方向に、燃焼室２
３内に向って２次空気を噴出するものであり、２４は３
次空気噴出口である。また、２６は排気パイプである。

従って、空気の流れは、図の矢印のようになる。

オリフィス１５の下流の負圧発生部２６には、数十間水
柱程度の負圧力が発生する。

２７は霧化部であり、パイプ２８にて負圧発生部２６と
連結され、パイプ２９にてレベラ３０と連結されている
。またレベラ３ｏはパイプ３１にてタンク（図示せず）
に連結されている。

レベラ３ｏは、灯油の液面をパイプ２９内に制御してい
るが、前記負圧発生部２６に発生した負圧力により、液
面は吸い上げられて上昇し、霧化部２７を通過して、パ
イプ２８内に位置する。すなわち、負圧発生部２６に発
生した負圧力により、霧化部２７内は灯油で充満される
のである。

次に制御部１２は霧化部２７を附勢し、霧化部２７Ｉ／
ｉ霧化室３２の壁面３３の霧化口３４から霧化粒子３６
を噴霧する。霧化粒子３６は、空気路３６よりスワラ−
３７を通って霧化室３２に吐出される旋回気流により混
合・搬送され、気化混合室２ｏに送られ、点火器３８に
て点火され、炎口２２より噴出する２次空気のまわりで
燃焼し、火炎３９を形成する。４ｏは火炎検知器である
。また、４１は対流ファンであって、吸込口４２より室
内空気を吸い込み、吹出口４３より温風を吐出するもの
である。

ここで、霧化部２７についてさらに詳しく説明する。第
３図は、霧化部２７の断面図であり、第２図と同符号は
相当物である。

霧化部２７は、直径が１０〜１６簡、深さ２〜６■程度
の円筒状の加圧室４４を有する基体４６に、厚さが０．
０５ｍ程度のノズル板４６と、中央に開口部４７を有し
、外径が１０〜１６ＩＩＩＩＩ＋程度、厚さ０．６〜２
ＩＩＩＩ＋程度の円板状の圧電振動子４８とを、半田付
等によって図のように接着し、ビス４９゜４９′にてカ
バー６０に固定した構成となっている。そして、カバー
６０は、中央に開口６１を有すると共に、ビス５２．５
２’にて、壁面３３に固定されている。

また、圧電振動子４８′の開口部４７に臨むノズル板４
６には、曲面部６１が設けられ、この曲面部６１には、
直径４０〜１００μｍ程度の複数個のノズル６２が設け
られている。５３．５４はリード線であり、圧電振動子
４８の両面に設けた電極（図示せず）に、それぞれ直接
、および基体４６とノズル板４６を介して接続されてい
る。

Ａは前述したレペラ３ｏにて制御される灯油の液面であ
り、送風ファン１３の発生する負圧力により液面Ｂの位
置に上昇し、加圧室４４は図のように灯油が充填される
のである。

このような状態において、制御部１２は、内蔵した振動
子駆動部１２′を起動し、振動子駆動部１２′は、リー
ド線６３．５４を介して交流電圧を圧電振動子４８に印
加する。第４図は、振動子駆動部１２′の構成を示すブ
ロック図であり、第１の発振器６６、第２の発振器６６
より構成されている。

これらの発振器は、周知のＣＲ発振器やコルピッツ型発
振器、ウィーンブリッジ発振器などの正弦波発振器や、
マルチバイブレータ等の方形波発振器を利用して構成す
ることができる。

第１の発振器６６は、２０　ＫＨｚ　〜５０　ＫＨｚ程
度、第２の発振器５６は数十Ｈｚ〜数ＫＨｚ程度の発振
周波数で動作するよう構成され、第２の発振器６６の出
力により、第１の発振器６６の出力電圧が振巾変調を受
けるように構成されている。従って、圧電振動子４８に
は、数十Ｈｚ〜数ＫＨｚで振巾変調された交流電圧が供
給される。

第６図ａ−ｄは、　の出力波形の発振器を用いて第１お
よび第２の発振器５６および６６を構成したときの振巾
変調された第１の発振器６６の出力電圧波形のいくつか
の例を示す。ａは第１および第２の発振器５５．　６６
を共に正弦波発振器で構成し、第２の発振器６６の出力
電圧に応じた振巾変調を行った場合の波形であり、ｂは
第１の発振器６６を方形波発振器、第２の発振器５６を
正弦波発振器としたものである。ｃｏｄ第１および第２
の発振器５５．５６を共に方形波発振器とし、Ｈｉ−Ｌ
ｏの２値制御による振巾変調を行うよう構成したもので
あって、第１の発振器６６の出力電圧振巾が第２の発振
器の出力に応じて図のようにＨｉ−Ｌｏの２値に変調さ
れている。

また、ｄは最も簡単な２値制御による振巾変調を行うよ
うにした場合の出力波形を示し、第１の発振器６６の正
弦波出力電圧が、第２の発振器６６の方形波出力にてオ
ンオフ制御されている。

第６図は第４図の振動子駆動部１２′のさらに詳しい一
実施例を示す回路図であって、第４図と同符号は相当物
であり、第６図ｄに示した振巾変調された電圧を圧電振
動子４８に供給するものである。

第６図において、第１の発振器５６は、オペアンプ５７
．５８．接合型電界効果トランジスタ６９゜抵抗器６０
〜６８．コンデンサ６９〜７１．ダイオード７２よ構成
るウィーンブリッジ発振器と、。

トランジスタ７３〜７６、抵抗器７６〜８０．コンデン
サ８１〜８３よ構成る増巾器とによ多構成され、第２の
発振器６６は、オペアンプ８４．トランジスタ８６〜８
７．接合型電界効果トランジスタ８８．ダイオード８９
．抵抗器９０〜１００゜：、：′ コンデンサ１０１より成るマルチバイブレータとそのス
イッチ出力回路により構成されており、第６図ｄの出力
電圧を圧電振動子４８に供給する。

圧電振動子４８は、第６図ｄの如き振巾変調を受けた交
流電圧によりその直径方向に伸縮振動を生じる。第７図
はこの圧電振動子４８の振動による霧化動作を説明する
だめの霧化部２７の断面図であり、第３図と同符号は相
当物である。

今、正の半サイクル電圧が印加されると圧電振動子４８
は図中矢印の方向に沿って収縮し第７図の実線で示すよ
うに加圧室４４側にたわみを生じる。したがってノズル
６２からは霧化粒子３５が噴射される。

次に負の半サイクル電圧が印加されると図の破線で示す
ように前述と反対方向にたわみを生じる。

この時ノズル６２には灯油の表面張力が発生するため、
空気がノズル６２から流入することはなく、加圧室４４
内の圧力低下が生じる。この圧力低下によシバイブ２９
より灯油が吸い上げられ、霧化されてノズル６２から噴
出した分だけ灯油が自給されるのである□。“ 上記正負電圧を繰り返し圧電振動子４８に印加すること
により霧化部２７は灯油を自給しながら、ノズル５２よ
り連続的に噴霧することができる。

第７図に示したノズル６２の振動状態から明らかなよう
に、加圧室４４内に発生する振動加速度最大点は、ノズ
ル６２近傍となる。従って、ノズル６２から灯油を噴霧
するための振動エネルギーは非常に小さいものでよく、
かつ、この振動加速度最大点近くの灯油が噴霧されてい
く構成であるので、従来のように振動加速度最大点に発
生するキャビテーション現象による溶存空気の気泡化が
大巾に抑制され、極めて安定な霧化動作が可能となる。

さらに、ノズル６２の近傍以外の加圧室４４内に気泡が
存在しても、第７図に示す霧化動作から明らかなように
ノズル６２からの霧化動作に対して与える影響は極めて
小さく、安定霧化動作が可能である。

ノズル６２より噴射霧化される霧化粒子３６の粒径はノ
ズル６２の直径により定まり、従って、極めて均一性に
優れ、かつ粒径の小さい霧化粒子を大量に発生すること
ができる。

圧電振動子４８の駆動電圧を第６図ａ−ｄのように振巾
変調した場合、この霧化粒子の粒径をさらに小さいもの
とすることができる。第８図ａ、　　ｂはこれを説明す
るだめのノズル５２からの霧化粒子３６の噴射状態を示
す図であシ、第８図ａは振巾変調を行わない時の噴射状
態を示し、第８図すは第６図ｄの様な振巾変調を行った
時の噴射状態を示すものである。すなわち、振巾変調に
より、圧電振動子４８の振動周波数成分は基本周波数と
変調周波数の２成分を有するものとなり、従って、ノズ
ル６２の振動も同様に２つの周波数成分を有する複合振
動となるため、ノズル６２より噴射された霧化粒子３６
は、ノズル６２より噴出された後分裂して微粒化するの
である。

したがって、振巾変調した電圧により圧電振動子４８を
駆動することにより、極めて優れた霧化性能を得ること
ができる。

また、第６図Ｃ又はｄに示したような振巾の２値制御に
よる振巾変調を行うよう構成すれば、単にその変調波形
の時間比（Ｈｉ待時間Ｌｏ待時間）調節のみで極めて簡
単に霧化量を調整することが可能であるという利点をも
有することができる。

このような霧化動作を行う場合の圧電振動子４８の消費
電力について説明すると次のようになる。

霧化量として２ｏｃｃ／分程度を得る場合、約０．０６
Ｗａ　ｔ　ｔ　ｓ程度の圧電振動子４８の消費電力とな
り、従来の超音波霧化装置の１０〜５０Ｗａｔｔｓの消
費電力と比べると極端に小さい電力消費で霧化動作を実
現することが可能であることが明らかである。

従ってその駆動回路は従来に比べ格段に低コスト化する
ことができ、さらに省エネルギー性の優れた霧化装置と
することができる。

また、圧電振動子の機械的エネルギー出力は３０〜４０
　ｍＷａｔｔｓ　程度と著しく小さいため、振動による
各部の疲労等の劣化を極めて小さくすることができる。

以上のように本発明によれば、加圧室に臨んで設けたノ
ズーを電気的振動子により加振する構成とし、振動子駆
動部により振巾変調された電圧を前記電気的振動子に供
給す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、従って低コストである霧化装置を実現するこ
とができる。

また、著しく低消費電力であるにもかかわらず霧化性能
の優れた霧化装置を実現することができ、特に振巾変調
した電圧にて電気的振動子を附勢するという構成により
、ノズル径に比して一層微粒化特性の良好な霧化装置を
実現することができる。

さらに、溶存空気の多い液体であっても極めて安定に霧
化動作を維持することができるものであり、その工業的
価値は極めて多大なものである。

【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
本発明の霧化装置の一実施例を適用した温風機の構成を
示す断面図、第３図は同温風機の霧化部の構成を示す断
面図、第４図は同霧化部の電気的振動子に交流電圧を供
給する振動子駆動部のブロック図、第６図ａ　−ｄは同
振動子駆動部の出力電圧の振巾変調例を示す電圧波形図
、第６図は第４図の振動子駆動部のさらに詳しい一実施
例を示す回路図、第７図は第４図の霧化部の動作を説明
するための同霧化部断面図、第８図ａ、　ｂは電気的振
動子に供給される交流電圧の振巾変調の効果を説明する
だめのノズルからの霧化粒子噴出状態を示す図である。１２′・・・・・・振動子駆動部、４４・・・・・・加
圧室、４８・・・・・・電気的振動子（圧電振動子）、
６２・・・・・・ノズル、５５・・・・・・第１の発振
器、６６・・・・・・第２の発振器。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液体を充填するための加圧室と、前記加圧室に臨
むノズルと、前記ノズルを加振するための電気的振動子
と、前記電気的振動子に交流電圧を供給する振動子駆動
部とを備え、前記電気的振動子に振巾変調された交流電
圧を供給する構成とした霧化装置。
（２）振動子駆動部に第１の発振回路と第２の発振回路
とを設け、前記第１の発振回路の出力を前記電気的振動
子に供給すると共に、前記第２の発振回路の出力により
前記第１の発振回路の出力を制御する構成とした特許請
求の範囲第１項記載の霧化装置。
（３）交流電圧の振巾を２値制御することにより振巾変
調する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の霧化装置
。