JPS5888522A

JPS5888522A - 霧化装置

Info

Publication number: JPS5888522A
Application number: JP56187577A
Authority: JP
Inventors: Naoyoshi Maehara; 前原　直芳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-05-26
Also published as: JPS631910B2

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、軽油等の液体燃料、水、薬液、インク
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、次のような３種類の超
音波霧化装置が提案されている。

（１）第１の超音波霧化装置は振巾増巾型霧化装置であ
って、ホーン型振動子をジーラルミ／等で構成し、圧電
素子等の振動振巾を増巾して、ホーン先端の最大振巾面
に液体をポンプ等で供給し霧化するものである。

イ（２）第２の超音波霧化装置は、加湿器等に実用化さ
れているものであって液柱型超音波霧化装置である。こ
れは、液槽の底面に設けた圧電素子の超音波振動エネル
ギーを液面近傍に集中させ、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。

（３）第３の超音波霧化装置は、近年イ／クジエット記
録装置に用いられているものであり、例えば、第１図に
示すように、液室１の一端に圧電素子２を装着し、前記
液室１の他端にオリフィス３を設けたものであり、前記
圧電素子２の６振動による液室１内の体積変化によって
オリフィス３から液滴４を噴射し、霧化するものである
。

しかしながら、これら従来の超音波霧化装置は種々の欠
点があった。

（１）Ｑ霧化装置は、ホーン振動子の機械的共振を利用
するものであるため、高い加工精度が要求されるもので
あり、したがって極めて高価になると共に、ホーン振動
子の固定方法も、安定な霧化動作維持のためには、極め
て面倒であった。また、液体を効果的にホーン振動子先
端に供給するためにポンプ等の装置が必要であり、装置
全体が大型化高価格化せざるを得なかった。さらに、１
０ｃψｍｌｎ程度の霧化量を得るのに要する電力は、１
０〜２０ワツトと大きいものであるにもかかわらず、十
分な微粒化性能が得、られなかった。

（２）の霧化装置は、微粒化性能は良好なものであった
が、液中に直接超音波エネルギーを照射するものである
ため、霧化に要する電力が極めて大きく、３０〜６０ワ
ツトを必要とし、しかも１〜２ＭＨＢ・という高い周波
数での動作が必要であるため、その発生する不要輻射レ
ベルが著しく、ラジオノイズ等の電波障害が発生すると
いう重大な欠点を有していた。したがって、駆動回路も
著しく高価となるものであった。さらに、霧化される液
体の温度等によって、霧化特性が極めて著しい影響を受
けるため、その補償は極めて困難で、面倒なものであっ
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の一端に設けた圧電素子２の発生
する圧力波を、液室他端で上昇させ、上昇された圧力に
よジオリフイス３から液滴を噴射する構成であるため、
いわゆる超音波キャビテーションによって霧化される液
体中の溶存空気が気泡、化し、霧化動作に著しい影響を
与え、著しい場合には、全く霧化できなくなるという欠
点を有していた。したがって、霧化される液体中の溶存
空気を脱気しておかねばならないという面倒な問題を有
するものであった。

本発明は、この−ような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、構成が極めて簡単でコンパクトであゃ、
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、微粒化性能などの霧化特性に優れ、かつ
消費電力が極めて小さく、従って制御性に優れ、省エネ
ルギー性の高い霧化装置を提供することである。

さらに第３の目的は、溶存空気を多量に含む液体であっ
ても、キャビテーション気泡の発生等による不安定な霧
化動作を生じない極めて安定な霧化動作を実現すること
が可能な霧化装置を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために以下のような構成
により成るものである。

すなわち、本発明は、開口部を有する加圧室を設けた基
体に、中空部を有する電気的振動子と、ノズルを有する
ノズル板とを、前記ノズルが前記加圧室Ω開口部と前記
電気的振動子の中空部とに臨むように装着し、前記電気
的振動子により前記ノズルを加振するよう構成すると共
に、前記電気的振動子の外周は前記加圧室の開口部とほ
ぼ一致させる構成とすることにより、前記電気的振動子
による前記ノズルの加振動作だけで、前記加圧室内に充
填された液体を極めて効率良く、しかも安定に、前記ノ
ズルから噴射し霧化することができると共に、液体を吸
い上げ、加圧室に自給するこ　。

とができる霧化装置を実現するものである。

以下本発明の一実施例の霧化装置について図面と共に説
明する。

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である。

図において、１０は温風機のケースであり、上部には、
操作部１１が設けられ、制御部１２に操作指令を与える
ようになっている。　　・灯油は、タンク（図示せず）
からパイプ１３を通り、レベラ１４に供給され、液面が
一定に制御されている。そしてレベラ１４からパイプ１
６を経て霧化部１６に供給され、前記霧化部１６は霧化
室１７に霧化粒子１８を噴霧する。

一方燃焼空気は、燃焼７テン１９にょシ吸気筒２０より
、オリフィス２１を通って、送風路２２に送られ、空気
室２３に供給される。空気室２３は円筒状をしておｐ１
空気室２３の下方には、円筒接線方向に空気を噴出し、
気化混合室２４に旋回気流を発生させる噴出口２６が設
けられ、上方には、空気室２３の半径方向（空気を噴出
する炎口２６が設けられている。２７は３次空気の噴出
口である。

燃焼ファン１９により送られる空気の一部は、送風路２
８より、旋回器２９にて図のような旋回気流となって霧
化室１７に送られる。これは、霧化部１６から噴霧され
る霧化粒子が霧化室１７の壁面に付着するのを防止する
ものである。

気化混合室２４に吐出された霧化粒子１８は、点火器３
ｏにて点火され、気化混合室２４で１〜２秒の燃焼の後
、図のように火炎３１を炎口２６からの噴出空気の周囲
に形成する。

したがって、灯油は、霧化部１６によシ霧化粒子１８と
なって気化混合室２４に噴霧吐出され、図中矢印のよう
な旋回気流にて攪はんされ、燃焼熱により気化されて、
炎口２６の方向に上昇し、火炎３１を形成して燃焼する
のである。３２はフレームロッドであり、燃焼状態を検
知し、制御部１２にその検知信号を送るものである。燃
焼排気ガスは、排気筒３３よシ排出される。

対流ファン３４は、吸込口３５より室内空気を吸い込み
、燃焼筒兼熱交換器３６に送風する。そして、温風を吐
出口３７より吹き出すものである。

次に、霧化部１６について、さらに詳しく説明する。第
３図は、第２図における霧化部１６の拡大断面図であり
、第２図と同符号は相当物である。

霧化部１６は、霧化室１７の壁面３８−［ビス’３９．
４０にて固定されている。

霧化動作停止時（燃焼停止時）において、灯油の、液面
は、レベラ１４により、パイプ１６内の液面Ａの位置に
制御されている。燃焼ファン１９が起動されると、オリ
フィス２１の下流に設けられた負圧発生部４１には、一
定の負圧力が発生し、そこに・連結された排気パイプ４
２内も同等の負圧力となる＝従って、灯油の液面Ａは上昇し、第２図Ｂの位置となる
。すなわち、霧化部１６の基体４３に設けられた加圧室
４４は灯油が満たされるのである。

前記加圧室４４は、灯油の供給口４６、排気口４６の他
に、開口部４７を有しておシ、ノズル板４８が、半田付
によシ接着されている。ノズル板４８は、厚さが５０μ
ｍのステンレス板で構成され、中央には、その直径が３
０〜１ｏＯμｍ程度のノズル４９が、複数個設けられて
いる。６ｏは円形の圧電素子（電気的振動子）であり、
中央に中空部５１が設けられている。そして、中空部６
１にノズル４９が臨むようにノズル板４８に半田付接着
されている。加圧室４４の開口部４７は円形であり、そ
の直径は約９叫程度であり、一方圧電素子□５ｏの外径
は約１０調である。従って、開口部４７の外周と、圧電
素子６０の外周とは、略一致して構成され、かつ、圧電
素子５ｏの外周が、開口部４７の外周より大きくなるよ
うに構成されているのである。

５２．５３はリード線であり、圧電素子５ｏに対して制
御部１２より駆動電圧を供給するものである。基体４３
は、）ビス５４．５５にて、保護カバー６６に取９つけ
られている。保護カバー５６は、中央に霧化粒子１８を
通す開口６７が設けられ、かつ、圧電素子６ｏを、気化
混合室２４からの輻射熱や、機械的損傷から保護するも
のである。

圧電素子６ｏは、第４図（ａ）、　、　（ｂ）　、又は
（Ｃ）のような交流電圧を霧化すべき霧化量に応じて供
給される。今、正の半サイクル電圧が供給されると圧電
素子６ｏは直径方向に伸張変位を発生し、一方、負の半
サイクル電圧が印加されると、直径方向に収縮変位を生
じる。圧電素子５ｏは、ノズル板４８に半田付接着され
ているから、ノズル板４８は、圧電素子６ｏの伸縮変位
の発生に応じて、いわゆ、る円板の屈曲振動を発生し、
したがって、ノズル４９は、圧電素子５ｏによって第３
図の左右方向に加振される。よってノズル４９からは、
図のように霧化粒子１８を圧電素子６０の印加電圧に応
じて噴霧するのである。このように、ノズル４９を加振
して霧化するように構成することにより、加圧室４４内
の振動加速度の最大点がノズル４９の近傍となシ、この
ため、霧化粒子１８を吐出するだめのエネルギーは必要
最小限度のもので十分である。そして、振動加速度最大
点が、ノズル近傍にあることは、キャビテーションによ
シ、灯油中の溶存空気が気泡化する前に霧化粒子１８と
して吐出してしまうという結果を生じるので、キャビテ
ーション気泡による不安定動作の発生を生じるという不
都合がない。また、かシに気泡が加圧室４４内に存在し
ても、ノズル４９近傍にさえ過大気泡がなければ、霧化
動作に対する影響はほとんど無視するどとができる。な
ぜならば、ノズル４９を加振して霧化するという構成で
あるから、ノズル４９近傍での液体（灯油）の条件さえ
安定であれば、霧化動作が安定に保ち得るのである。

圧電素子６０の外周は、加圧室４４の開口部４７の外周
と略一致する構造となっているが、単にノズル４９から
霧化粒子１８を吐出さえすればよいという目的だけであ
れば、例えば、第６図および第６図のような構造であっ
てもよい。第６図・第６図において第３図と同符号は相
当物であり、第５図は、外径１０Ｍｎの圧電素子５ｏに
対し、加圧室４４の開口部４７の直径を１３調程度以上
にしたものであり、第６図は外径１０ｍの圧電素子６゜
に対し、開口部４７の直径を７咽程度以下にした場合の
構成を示している。

第５図の場合には、加圧室４４の開口部４７が、ノズル
板４８で覆われている部分５８が圧電素子、５０の面積
と同等程度とな９、このため圧電素子６ｏの半径方向の
伸縮振動が円板の屈曲振動に変換される効率が極端に低
下し、いわゆる霧化効率が低下してしまう。さらにノズ
ル板４８が薄いため、圧電素子５０の半径方向以外の振
動も顕著に現れるようになシ霧化状態が極めて不安定に
なるうえに、ノズル板４８の基体４３に対する接着部近
傍の疲労が著しいという欠点を有している。

−力筒６図の場合には、第６図の場合とは逆に圧電素子
５ｏが実質的に基体４３に固定されてしまっている部分
５９の面積が、圧電素子６ｏの面積に比べて同等程度と
なるため、圧電素子６０はノズル板４８のノズル４９を
加振するというより、むしろ、基体４３を加振する様な
傾向が強まり、やはシ、霧化効率の低下と、基体４３の
各部分と圧電素子５ｏとの共振による不安定動作とを生
じることになる。

従って、第３図に示すように圧電素子５ｏの外周と、加
圧室４４の開口部４７の外周とを転々一致させる構成と
することが、高い霧化効率を発揮し、しかも、極めて安
定な霧化動作を保証する上で、極めて重要である。さら
に、ノズル板４８の屈曲振動による疲労を軽減するため
には、上記の様に、圧電素子５０と開口部４７の外周を
略々一致させ、かつ、圧電素子６ｏの外周が開口部４７
の外周より多少大きくなるようにした第３図の様な構成
とすることが重要である。

このように、第３図の如き構成により、ノズル板４８に
設けられたノズル４９は、極めて安定に、かつ効率良く
加振され、図示の如く安定な霧化動作を実現することが
できる。また霧化粒子１８の゛吐出によシ生じる加圧室
４４内の灯油不足分は、パイプ１６から供給口４５を経
て吸い上げられる。

なぜならば、ノズル４９は、その直径が３０〜１ｏｏμ
ｍ程度に構成されてい、るため、ノズル４９に発生する
灯油の表面張力が大きく、ノズル４９からの空気流入か
ないからである。

したがって、圧電素子６ｏの振動により、灯油は自動的
に吸い上げられ、噴霧されるので、ポンプ等の液体供給
手段を全く必要としない霧化装置を実現できるのである
。

第３図に示した霧化部１６により、約２０ｃｑ／ｎｘｉ
ｎ程度の灯油を霧化することが可能であシ、この時の圧
電素子５０の消費電力は、０．１　Ｗａｔ　ｔｇ以下で
ある。

従って、従来の霧化装置に比べて、極めて構成が簡単で
コ、ンパクトであり、著しく消費電力の小さい霧化装置
を実現できる。

霧化される粒子の直径は、ノズル４９の直径により決定
され、ノズル４９の直径の選択に応じて３０〜１ｏｏμ
ｍ程度の微小で、かつ、均一な粒径の霧化粒子を得るこ
とが可能である。

以上に述べたように、本発明によれば、ノズルを有する
ノズル板、と、中空部を２有する電気的振動子とを、前
記ノズルが前記中空部と加圧室の開口部とに臨むように
基体に装着し、かつ、前記電気的振動子の外周と前記開
口部とをほぼ一致させるよう構成して、前記ノズルを加
振し、前記加圧室の液体をノズルより噴霧するよう構成
したので、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、霧化特性に優れ、しかも消費電
力が著しく少なく、従って、省エネルギーで制御性に富
んだ霧化装置を提供することができる。

そして、灯油などの溶存空気を多量に含んだ液体であっ
てもキャビテーションによる気泡発生と、気泡による不
安定な霧化動作の発生とを防止でき、極めて安定で確実
な霧化動作を維持することが可能な霧化装置を実現する
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の構成断面図、第２図は本発明
の一実施例にかかる霧化装置を適用した温風機の構成断
面図、第３図は同霧化部の構成を示す断面図、第４図（
ａ）　、　（ｂ）および（Ｃ）は電気的振動子の霧化量
に応じた駆動電圧波形図、第５図および第６図は本発明
の構成と比較して説明するために用いた霧化部の構成断
面図である。４３・・・・・・基体、４４・・・・・・加圧室、４７
・・・・・・開口部、４８・・・・・・ノズル板、４９
・・・・・ノズル、５０・・・・・・電気的振動子、６
１・・・・・・中空部。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図第２図１１！５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）開口部を有する加圧室を設けた基体と、この基体
の開口部に装着されるとともに、ノズルを設けたノズル
板と、このノズル板に装着されるとともに、中空部を設
けた電気的振動子とを備え、前記開口部および前記中空
部に前記ノズルが臨むよう前記電気的振動子およびノズ
ル板を前記基体に装着すると共に、前記電気的振動子の
外周の大きさは前記加圧室の開口部にほぼ一致させた霧
化装置。
（２）電気的振動子の外周を前記加圧室の開口部より大
きくした特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。
（３）電気的振動子を円板状の圧電素子によ多構成する
と共に、前記加圧室の開口部を円形に構成し、両型径を
ほぼ一致させた特許請求の範囲第１項ま