JPS58122073A - 霧化装置 - Google Patents

霧化装置

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JPS58122073A
JPS58122073A JP57006284A JP628482A JPS58122073A JP S58122073 A JPS58122073 A JP S58122073A JP 57006284 A JP57006284 A JP 57006284A JP 628482 A JP628482 A JP 628482A JP S58122073 A JPS58122073 A JP S58122073A
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atomization
frequency
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liquid
vibration
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JP57006284A
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JPS6244985B2 (ja
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Naoyoshi Maehara
前原 直芳
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Priority to US06/458,881 priority patent/US4605167A/en
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Priority to AU10541/83A priority patent/AU540267B2/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B05B17/0607Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0638Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers spray being produced by discharging the liquid or other fluent material through a plate comprising a plurality of orifices
    • B05B17/0646Vibrating plates, i.e. plates being directly subjected to the vibrations, e.g. having a piezoelectric transducer attached thereto

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  • Special Spraying Apparatus (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

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、薬液等の液体の
霧化装置に関し、さらに詳しくは、圧電振動子等の電気
的振動子の振動を利用して液体を霧化するところのいわ
ゆ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に示すようなものが
提案されている。
第1の超音波霧化装置は撮巾増中型超音波霧化装置Aで
あり、ステンレス等で構成した振巾増巾用ホーン型振動
子に圧電振動子等を装着して振動させホーン先端の最大
振巾面にポンプ等で液体を滴下し霧化するものである。
第2の超音波霧化装置は液柱型超音波霧化装置Bであジ
、液槽の底面に圧電振動子全段け、1〜2計の超音波エ
ネルギーを液面近傍に集中して液柱を形成し、液面近傍
での1種のキャビテーション現象全利用して霧化するも
のであって、加湿装置等に応用されているものである。
またインクジェット記録装置のインク微粒化装置として
用いられているものに第1図に示すような超音波霧化装
置がある。これは、インク室1の一端にオリフィス2を
設け、他端に圧電振動子3を設け、圧電素子3の振動に
よりオリフィス2よリインク液滴4を噴射するものであ
る。
しかしながら、これらの従来の霧化装置には種々の欠点
があった。
上記Aの霧化装置は、安定な振動状態を保証するために
は、ホーン型振動子の高い加工精度が要求され、かつ取
付方法も面倒″であり、さらにポンプ等の液体供給装置
を必要とするため、装置が大型化・高価格化せざるを得
ないものであった。また、10CCZ分 程度の霧化量
を得るのに要する電力は5〜10Wa t t s を
要するものであるにもかかわらず、霧化粒子径やその均
一性などの霧化性能は十分なものではなかった。・ 上記Bの霧化装置は、霧化性能に優れるものであったが
、10cc/m1n8度の霧化量を得るのに40〜50
Wa t t sの電力を要し、しかも1〜2升の高い
周波数を必要とするため、高価な駆動回路全必要とし、
さらに、不要輻射が極めて太きいため、その抑制装置が
極めて高価とならざるを得なかった。また、霧化する液
体の物性、液面と圧電う 蛋勤子との距離などによる霧化能力の変動は著しいもの
であり、安定な霧化動作の保dは極めて困難であった。
さらに第1図に示した霧化装置は、構成が簡単でコンパ
クトであり、霧化に要する電力は極めて小さいものであ
ったが、圧電振動子3の振動をインク室1全介してオリ
フィス2に伝えて噴射する構成であるため、灯油等の液
体燃料や水等の溶存空気を多量に含む液体を霧化しよう
とすると、インク室1内での超音波キャビテーションに
より溶存空気が気泡化し、正常な噴霧動作を維持できな
いという欠点があった。
本発明は上記従来の超音波霧化装置の欠点’t −掃し
た超音波霧化装置を提供することを目的とするものであ
って、以下の様な構成により液体の霧化を行うものであ
る。
すなわち、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設けたノズル全備え前記基体に装着
されたノズル板と、前記ノズル板に装着され前記ノズル
を加振する電気的振動子とを備え、前記電気的振動子を
たわみ振動の共振周波数近傍の周波数で附勢するよう構
成したものであり、前記電気的振動子のたわみ振動によ
り前記ノズルを加振せしめることにより前記加圧室の液
体を前記ノズルより噴射し霧化するものである。
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。図において、温風機ケース
10の上面には操作部11が設けられ制倒部12に操作
指令を与える。灯油は、タンク(図示せず)からパイプ
13を通って液面を略一定に制御するレベラ14に送ら
れ、レペラ14からパイプ15を経て霧化部16に送ら
れる。霧化部16は、排気パイプ17により、燃焼ファ
ン18とオリフィス19の間の負圧発生部2oに連通さ
れている。灯油の液面は、運転停止時において、パイプ
15内の位置Aにレベラ14にて制御されている。
運転時において、燃焼ファン18が起動されると、燃焼
空気は吸気筒21よりオリフィス19を通って第1空気
路22よシ空気室23に送られ、図中矢印のような流れ
となる。従って負圧発生部2゜には負圧力が発生し灯油
の液面Aは上昇して霧化部16内を充填し排気パイプ1
7内の位置Bまで上昇してつり合うように構成されてい
る。
この状態で制(財)部12は、点火器24を起動すると
共に霧化部16を起動し、霧化部16からは霧化室26
に霧化粒子26が噴霧される。この霧化粒子26は第2
空気路27、旋回器28を通って霧化室26に送られる
旋回気流により有効に搬送・混合されて、気化混合室2
9に蓮られ、点火器24にて点火される。気化混合室2
9には、旋回気流噴出口3oが設けられ図のような旋回
気流が空気室23より噴出する。旋回気流噴出口3゜か
らの噴出空気は予混合用空気であり保炎す・る程の空気
量を噴出せず、したがって火炎31は、図のように空気
室23上部に設けた多数の炎孔32より噴出する2次空
気のまわりに生じ、ここで保炎し燃焼するb燃焼排ガス
は排気筒33より排出サレル。34はフV−ムロッドで
あり、火災状態検知信号を制一部12に送るものである
。36は対流ファンであり室内空気を吸気口36よシ吸
い込み・温風を吹出口37よジ吐出するものである。
次に霧化室25の壁面38に取付られた霧化部16につ
いてさらに詳しく説明する。
第3図は霧化部16のさらに詳しい構成を示す断面図で
あり、第2図と同符号は相当物である。
図において、基体39は内部に加圧室4oが設けられ、
710圧室4oの一面にはノズル41を有するノズル板
42が設けられている。加圧室4oは直径10〜15 
wn%深さ2〜6順程度の円筒状であり、ノズル板は厚
さ60〜100μm程度の金属性薄板で構成されている
。そしてノズル41は直径50〜100μmで、複数個
設けられ、ノズル板420曲面部43に設けられいる。
ノズル板42には接着層44にて圧電振動子45が接着
されている。圧電素子45は、直径10〜15胴、厚さ
0.6〜1.6胴の円板状であり、中央に開口部46を
有している。47は電極であ久Aq又はNi等の層であ
る。ノズル板42はその外周で基体39に固定されてい
るが取扱いや組立のしやすさを考慮して、基体本体と固
定部48とにわけられた基体39の固定部48に接着層
49により接着された後、ビス(図示せず)にて一体化
されて図の構造となっている。そしてノぐ・ノキン6o
にて加圧室40からの液漏れ全防止するよう構成されて
いる。51.52はリード線であり、制御部12に含ま
れる振動子駆動回路より、第4図a、b又はCのような
交流電圧を圧電振動子45に供給するものである。圧電
振動子45は上記の交流電圧印加に応じて、その直径方
向に伸縮歪を生じるように分極処理された圧電セラミッ
クである。したがって、第4図a、b又はCのような交
流電圧が印加されると、第6a又はbなどのようなたわ
み振動を生じる。なぜならば、ノズル板42に対し、そ
の片面が接着されて非対称バイモルフ構造となっている
からである。
このようにしてノズル41が、圧電振動子45のたわみ
振動により加振されるため、第3図に示すように、ノズ
ル41からは、灯油の霧化粒子26が圧電振動子の振動
周波数に応じて噴射され、ノズル41の軸方向に飛散す
る。
第6図aおよびbは、それぞれ、第3図に示した霧化部
160周波数特性を示すものである。第6図aは、霧化
量qと印加電圧の周波数fの関係を示し、第6図すは圧
電振動子46に流れる電流工と印加電圧の周波数fの関
係を示す特性図である。
前述したように、圧電振動子45に第4図a 、 b。
Cの様な交流電圧を印加すると、第6図d又はbのよう
なたわみ振動を生じ第6図aに示すように種々の周波数
(f1〜f4)で良好な霧化を行うことができる。
こ扛らの周波数は、第6図すに示すように圧電振動子の
共振現象に基づくものであり、たわみ振動以外の共振も
含めた種々の共振周波数f1〜f4の近傍で効率よく霧
化することができる。しかしながら、例えば、fl(〈
20kl(Z)では、可聴周波数であるため、動作音が
聞こえるので霧化動作は安定であるが好ましくない。そ
こで、f2、又はf3、父はf4での錆化動作周波数の
中から動作周波数を撰ぶことが必要である。
ところで、f2 、f3 + f 4の超音波領域での
共振周波数は、たわみ振動の共振周波数と考えられ、f
  、f は、f2の高次モードの共振周波数である。
   4 それぞれの共振周波数f 2 、f 3 + f 4で
の霧化動作の実験により、次の事が明らかになった。
すなわち、超音波領域(f>2okFh )における最
も低い共振周波数f2での拵化動作が最も安定で効率良
い霧化を行うことができ、溶存空気の多い液:体でも気
泡発生はほとんどない。しかし、f3pf4のよう・に
高次モードのたわみ共振周波数では、気泡発生が著しく
、霧化効率が悪くなるのである。
これは、高次の振動モードになるほど、加圧室4゜内の
音波集中点の数が増加するためキャビテーション気泡が
多く発生すると考えられる。
f2での共振周波数における振動モードは、たわみ振動
の超音波領域における最も低次の振動モードであるため
、加圧室40内の音波集中点が(すなわち振動加速度の
最大点が)ノズル41の近傍溶存空気の多い液体でも安
定にほとんど気泡を生しることなく噴霧することができ
るのである。
このように、超音波領域における最も低いたわみ振動の
共振周波数の近傍の周波数で圧電振動子46を駆動する
ことによシ、溶存空気の多い液体であってもキャビテー
ション気泡の発生をほとんど防止し、極めて安定に、し
かも効率よく霧化することができるのである。
また、このような圧電振動子45の振動により第3図に
示すようにノズル41から霧化粒子26が噴射されると
加圧室40内には、パイプ16より灯油が自動的に吸い
上げられ、一種の自給ポンプとしての作用をはたす。な
ぜならば、ノズル41はその直径が小さいので、灯油の
表面張力によシノズル41からの加圧室4oへの空気流
入が防止され、この効果により噴射された灯油の体積に
相当する分だけ、自給されるのである。
塾 ノズル41から噴射される霧化粒子26は、その粒径が
ノズル41の直径によって決定されるたN、均一性に冨
み、しかも、粒径が小さいものとすることができ、極め
て良好な霧化性能を発揮することができる。
このようなたわみ振動の共振周波数近傍で圧電振動子を
動作させ霧化させたときの消費電力は極めて小さいもの
である。実験によれば、10cc/1nin程度の霧化
を行う場合、圧電振動子の消費電力は100m Wa 
t t s又はそれ以下とすることが可能であり、駆動
回路の損失を考慮しても約0.5Wa t t s程度
又はそれ以下とすることが可能である。
以上に述べたように本発明によれば、加圧室にノズルを
臨ませたノズル板に、電気的振動子を装着し、たわみ振
動の共振周波数近傍の周波数で前記ノズルを加振するよ
う構成することによシ、極めて構成が簡単でコンパクト
であり、従って低価格であると共に、霧化性能にすぐれ
、しかも著しく低消費電力である霧化装置全提供するこ
とができる。さらに、溶存空気の多い液体であっても安
定な霧化動作を行うことができる上に、ポンプ等の液体
供給手段を必要とせず、一層、装置全体全小型でコンパ
クトかつ低コスト化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側面断面図、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
の構成を示す正面両面図、第3図は同温風機の霧化部の
構成を示す側面断面図、第4図a 、 b、およびCは
圧電振動子の駆動電圧波形図、第6図a、bは圧電振動
子の動作説明図、第6図aは第3図の霧化装置の霧化量
qの周波数特性図、第6図すは同霧化装置の圧電振動子
の電流工の周波数特性図である。 39・・・・・・基体、40・・・・・・加圧室、41
・・・・・・ノズル、42・・・・・・ノズル板、45
・・・・・・電気的振動子(圧電振動子)。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第 
1 図 f 第2図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)液体を充填する加圧室を有する基体と、前記加圧
    室に臨むノズルを有し前記基体に装着されたノズル板と
    、前記ノズル板に装着され前記ノズル金加振する電気的
    振動子とを備え、前記電気的振動子をたわみ振動の共振
    周波数近傍の周波数で附勢する構成としfc霧化装置。
  2. (2)可聴周波数以上であって、かつ最も低いたわみ振
    動の共振周波数近傍の周波数で前記電気的振動子全附勢
    する構成とした特許請求の範囲第1項記載の霧化装置。
JP57006284A 1982-01-18 1982-01-18 霧化装置 Granted JPS58122073A (ja)

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JP57006284A JPS58122073A (ja) 1982-01-18 1982-01-18 霧化装置
US06/458,881 US4605167A (en) 1982-01-18 1983-01-17 Ultrasonic liquid ejecting apparatus
CA000419570A CA1206996A (en) 1982-01-18 1983-01-17 Ultrasonic liquid ejecting apparatus
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EP83300242A EP0084458B1 (en) 1982-01-18 1983-01-18 Ultrasonic liquid ejecting apparatus
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58137462A (ja) * 1982-02-10 1983-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 霧化装置
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CN110918357A (zh) * 2019-12-05 2020-03-27 湖南嘉业达电子有限公司 一种频率自适应的微孔雾化元件及其制备方法

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