JPS5888521A - 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、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、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シ、これは、
液槽の底面に設けた圧電素子によ′シ、液槽の液面近傍
に超音波エネルギーを集中すせて一種の液面近傍でのキ
ャビテーション現象を利用して霧化するものである。

（３）　　また、近年、インクシェフ）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。どれは液
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
に設けたオリフィス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った
。すなわち（１）の霧化装置は、ジュラルミン等で構成
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、ホーノ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
った。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った。さらに、約２　ｏｃｃ７　
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
得られなかった。

（２）の霧化装置は、微粒化性能に優れたものであった
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
、２０ＣＣ／ｍｉｎ程度の霧化量を得るために３０〜５
０ワット程度を必要とするものであった。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１？− 高価なものになる上ｌ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安定で
あり、液体の温度変化、密度変化、液面高さ等によって
極めて著しい霧化性能変化を示すものであって、その補
償は極めて困難なものであった。

（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ため、初期の液室１
への液体充填が面倒であり、また、霧化動作中に気泡が
混入すると動作が不安定になってしまうという欠点があ
った。さらに、液室１に対して液体を自動的に充填する
ことが、オフィス３が小さいので極めて困難であった。

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って低
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、従って、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。

さらに、第３の目的は、簡単な構成で、霧化動作を安定
に維持しつつ、ポンプ等の液体供給手段を用いずに自由
に液体を充填して起動することができる霧化装置を提供
することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次のような構成に
より成るものである。

すなわち、液体が充填されるためＣ加圧室を有する基体
と、前記加圧室に臨んで設けたノズルと、前記加圧室の
液体を加振するだめの電気的振動子と、前記ノズルより
噴射される液滴と混合又は液滴を搬送するための気体を
送風する送風手段とを備え、前記電気的振動子の振動に
よシ前記ノズルよシ液滴を噴射するよう構成すると共に
、前記送風手段により発生される正圧力と負圧力とによ
り霧化される液体を前記加圧室に充填するよう構成した
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、カートリーツジタンク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１了、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。ユ ２１は排気パイプであり、送風ファン２２の上流側に設
けられたオリフィス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、オリフィ
ス２３を通って、第１空気路２６を通り、第１空気室２
７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、まだ第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って第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彦るまでの間、霧化
粒子２゜のガス化、”および気化混合室の加熱等のため
に使前記ヒータ３６にて加熱され熱風となった空気は、
霧化粒子２ｏをガス化し、燃料・空気の混合ガスとなっ
て、気化混合室２９より燃焼室３１に送られ、点火器３
８にて点火されて、図のような火炎３２を形成し燃焼す
る。３９はフレームロンドであり、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４
ｏ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、送風ファン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
がって、送風ファン２２の起動前には、前記液面Ａと同
位置にあった供給パイプ１６内の液面Ｂが、送風ファン
２２によシ発生される第１霧化室１７内の正圧力中ΔＰ
１と、負圧力発°生部２４に発生する負圧力−ΔＰ２と
によシ押し上げられ、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。な
お第１霧化室１７と固定タンク１４とを連通する送圧パ
イプ４０は、例えば、着火時に発生する燃焼室３１の瞬
間的な圧力上昇に基づく、第１霧化室１７の圧力上昇に
対して後述するように、霧化部１６への空気の流入を防
止する効果を有している。４１はパツキンである。

次に、４２は対流ファンであり、室内空気を吸込口４３
から吸い込み、温風を吐出口４４よシ吐出する。

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４８を中心に構成され、
基体４６は、ビス４９．５０にてカバー６１に、そして
カバー６１はビス５２゜６３にて壁面１８に固定されて
いる。ノズル板４７は、厚さ６ｏμｍのステンレス板で
構成され、中央部に直径５０〜８０μｍのノズルｓｏｔ
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６５を有する円板状であ
り、直径（外径）が１０聞、厚さ１咽である。

送風ファン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）ために送風ファ
ン２２が起動されると、前述したように第１霧化室１７
に発生する再圧力十Ｊ　Ｐ　１と、負圧発生部２４に発
生する負圧力−ΔＰ２とにより、液面Ｂは上昇し、供給
口５６を通って加圧室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　ΔＰ１と負圧力−ΔＰ２を供給口６６と
排気口６７に対して印加して灯油を加圧室４６に充填す
る構成とすることにより、送風ファン２２は、ことさら
過大々負圧力を発生する能力を有するファンとする必要
がなく、シかも、ノズル６４が臨んでいる第１空気室１
７の圧力（ΔＰ１）により充填するよう構成しているか
ら、加圧室４６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６４の前後の圧力
関係は、加圧室４６側が反対側と比べて略等しいか、も
しくは低い圧力となシ、後述のノズル６４がらの霧化動
作の安定化を保証でき、がっ、ノズル５４から灯油が溢
れ出ることもない。そして、着火時の風圧により、ノズ
ル６４の灯油の表面張力が破れて空気が加圧室４６に流
入するということも防止でき、動作安定性を一層高くす
ることができる。

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って、図にお
けるｈｌ　が正圧力　ΔＰ１にょシ、そして、ｈ２が、
負圧力−ΔＰ２にて発生され、液面Ｂが液面Ｃに挿し上
げられるのである。

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６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
よシ圧電素子４８はその直径方向に伸張型を生じ、逆に
負め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Ｉ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ことになる。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６４が左右に加振されるのであ
る。

従って、第３図のように、ノズル６４からは、霧化粒子
２ｏ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２ｏは、ノズル６４によって定まる極めて
均一性の良好な微小粒径の粒子であり、しかも約２０　
ＣＣ／　ｍ　ｉ　ｎ　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ワツト以下であって、
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−
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２
ｏに相当する灯油は供給パイプ１６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は送風ファン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はフレームロッド３９の信号である。

以上に述べたように１本発明によれば、加圧室に臨んで
設けたノズルから、電気的振動子による加圧室内の液体
の加振によって液滴を噴射するよう構成し、送風手段に
よ多発生される正圧力と負圧力とによシ前記加圧室に液
体を充填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、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
全一ない霧化装置を実現することができる。さらにまた
、極めて簡単な構成で加圧室への液体の充填を自動的に
行うことが可能であり。

霧化動作の自動的起動を、安定な霧化動作を保証しつつ
極めて自由に、しかも確実に低価格な構成で行うことが
できる霧化装置を提供で、きるものである０

【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６図ａ−。 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。 ２２・・・・・・送風ファン（送風手段）、４６・・・
・・・加圧室、４６・・・・・・基体、４８・・・・・
・圧電素子１６ペーノ （電気的振動子）、６４・・・・・・ノズル。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名特開
昭５８−８８５２１（５） 第２図 第３図 第４図 に 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液体が充填される加圧室を有する基体と、前記加
   圧室に臨んで設けられたノズルと、前記加圧室に充填さ
   れた液体を加振して前記ノズルから液滴を噴射するため
   の電気的振動子と、前記噴射された液滴と混合又はこの
   液滴を搬送するだめの気体を送風する送風手段とを備え
   、前記送風手段の発生する正圧力と負圧力とにより前記
   液体を前記加圧室に充填する構成とした霧化装置。 ゛（２）加圧室に、液体を供給するための供給口と、前
   記加圧室の気体を排気するだめの排気口とを設け、前記
   負圧力を前記排気口に印加し、かつ、前記正圧力を前記
   供給口に印加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）正圧力が、前記ノズルが臨む送風路の圧力と略同
   等又はそれ以下の圧力となるか今構成とした特許請求の
   範囲第１項記載の霧化装置。