JPS5987067A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、灯油、軽油などの液体燃料、水、薬液、イン
クなどの液体全微粒化するための霧化装置に関し、さら
に詳しくは、圧電セラミックなどの電気的振動子の超音
波振動を利用し、液体をノズルから噴射して微粒化する
超音波噴射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種々構成のものが提案され
ており、例えば第１図に示すようなインク微粒化装置が
代表的なものである。

第１図において１．インクカートリッジ室１の中に設け
られたインクカートリッジ２は、パイプ３にて、インク
噴射ヘッドの本体４に設けられた第１インク室６と接続
されている。第１インク室５は第２インク室６とオリフ
ィス７にて連通され、第２インク室６の一面は、振動板
８および圧電振動子９より成る振動体が設けられている
。

第１インク室６は、オリフィス７と同軸に設けられたオ
リフィス１０にて、空気室１１と連通され空気室１１は
オリフィス７および１０と同！１ｌｌＩに設けられたオ
リフィス１２にて外気に連通されている。

空気室１１はバイブ１３にて、およびインクカートリッ
ジ室１は、パイプ１４にて、ニアコンプレッサ１５の吐
出側と連結され図中の矢印のように空気が流れる構成と
なっている。

圧電振動子９はパルス電圧で附勢され、第２インク室６
側に歪を生じる。この結果、第２インク室のオリフィス
７に向って圧力波が伝達され、この圧力波はオリフィス
１０に伝えられ、インク液滴１６が噴射される。オリフ
ィス１２からはニアコンプレッサ１６により図の矢印の
ように気流が噴出されており、この噴出気流は、インク
液滴１６の飛翔特性を改良するものである。

しかしながら、このような霧化装置には以下に述べるよ
うな欠点があった。

すなわち、第１図において、オリフィス１０はその前後
でインク層と空気層という異り、流体に面しちインクの
表面張力によってこの状態が保たれている。インクカー
トリッジ室１に対し、ニアコンプレッサ１５の発生する
千カが印加されている。

これは空気室１１［空気全圧送してオリフィス１２かも
気流全噴出させる構成とした場合、空気室１１の圧力上
昇によりオリフィス１２に発生する表面張力か破れて、
第１インク室６に空気室１１から空気が１・入する可能
性があるのでこれを防止するような圧力関係を維持する
ためである。

このような構成の場合には、オリフィス１２、したがっ
てオリフィス１０の臨む外気圧力が大気圧に１采たれて
いることが必要条件であり、インクジェットプリンター
などのような特殊な応用の場合には、はぼ満足され得る
ものである。しかしながら、オリフィス１２の前方から
オリフィス１２に向って強風が加えられたり、高圧力下
におかれたり、逆にオリフィス１２が強い負圧状態下に
置かれたりすると、オリフィス１０前後の適正な圧力関
係がくずれ、第１インク室５に空気が流入したり、空気
室１１にインクが浴出したりするという欠点があった。

また、このような群化装置を燃焼機に応用しようとした
場合には、前述したようなオリフィス１０前後の適正圧
力関係の維持が困難な場合が多かった。なぜならば、オ
リフィス１０が密閉燃焼室に臨む構成となる場合が多く
、密閉燃焼室の圧力変動を防止することが困ｉ＋Ｗであ
るからである。

従って、従来の教化装置は、特殊な応用に限定されるを
得ず、極めて汎用性に欠けるものであった。

発明の目的 本発明は、上記従来の欠点全−掃した霧化装置を提供せ
んとするものである。

その目的とするところは極めて節ｉｐな１１．”Ｆ成に
より群化粒子を噴射するノズルがどのような圧力下に置
かれても安定に液体噴射し、かつ機能を発揮することが
でき、従って極めて汎用性に富んだ霧化装置を提供する
ことである。

発明の目的 本発明は、上記目的を達成するために以下に述べるよう
な構成により成るものである。

すなわち、液体が充填される加圧室と、加圧室に臨んで
設けられたノズルと、加圧室の液体を加振する電気的振
動子とを備え、前記電気的振動子の振動により前記ノズ
ルより液体全噴射し微粒化する構成とすると共に、前記
ノズルが臨む外気の圧力にかかわらず前記加圧室の内！
Ｅ’ｌ前記外気の圧力に略等しいか、それ以下の圧力に
維持する内圧随行手段を設ける構成とし、外気の圧力の
いかんにかかわらず、前記ノズル前後の圧力関係を安定
な霧化動作全保証し得る関係に維持するようにしたもの
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
機の構成を示す断面図である。

第２図において、温風機ケース１７の上面に設けられた
操作部１８は制御部１９に運転開始指令を与える構成と
なっている。

制御部１９は運転開始指令を受けると、送風モータ２０
ｉ起動し、送風ファン２１と差圧発生ファン２２が回転
される。したがって燃焼空気が吸込口２３より図の矢印
のように吸い込まれト化室２４、混合室２６．燃焼室２
６にそれぞれ設けられたスワラ−２７、２８、および２
９に送られ排気筒３０より排出される。

一方、燃料である灯油は、タンク３１よりパイプ３２に
て液面を一定に制御するレベレ３３に送られレベレ３３
からパイプ３４にて霧化７η１≦３６（ｃ送られるよう
に構成された焼判供給系により霧化部３５に供給される
。

運転停止時においては、パイプ３４内の液面は図のＡの
位置にレベレ３３にて制御されている。

前述したように送風モータ２ｏの起動により差圧発生フ
ァン２２が附勢され、その吐出側３６と吸込側３７との
間には差圧力ΔＰ１　　が発生する。吐出側３６はパイ
プ３８にてレベレ３３と接続されると共に、パイプ３９
にて霧化室２４と、そしてパイプ４０にてタンク３１と
接続されている。

また、吸込側３７は、パイプ４１にて霧化部３６と接続
されている。

このような構成により霧化室２４の圧力Ｐ１はレベレ３
３タンク３１に印加されるのでタンク３１とレベレ３３
は常に霧化室２４の圧力Ｐ１と等しい圧力となる。

吸込側３アの圧力Ｐ２はこの結果 ｐ　　＝ｐ　　−ΔＰ１ １ という圧力となり、レベレ３３の内圧（すなわち終化室
２４の圧力Ｐ１）よりもΔＰ１だけ低い圧力となるので
ある。

この用力ロ：パイプ４１および霧化部３５を介してパイ
プ３４内の位置への液面に印加されるので液面は上昇し
霧化部３６内を灯油で充填してパイプ４１内の位置Ｂに
達するのである。

したがって１、霧化部３５内は灯油て調比され、その圧
力Ｐ３ｉＩ′ｉ位置Ａからの高さをｈ１灯油の密度をρ
とするとＰ３＝Ｐ、−ρ・ｈとなる。この圧力関係を図
示すると第３図のようになる。Ｐ２ヲ圧力源（負圧力）
としてＰ３が発生し、このＰ３はパイプ３４内を灯油が
流れる場合に発生する流路抵抗による変動は生じるけれ
ども基本的には、灯油の密度ρと位＠Ａからの霧化部３
５の高さｈおよび霧化室２４の圧力Ｐ１とにより決定さ
れるものであり、外気圧とは無関係となる。ずなゎち霧
化部３５の内圧Ｐ３と霧化室２４の圧力Ｐ１との圧力差
ΔＰ２は、Δｐ２＝Ｐ３−Ｐ１ニー、−ｈとなり、Ｐ１
大小に無関係に一定となるのである。また、吸込側３７
の圧力Ｐ２と霧化室２４の圧力Ｐ１との圧力差もＰ２−
Ｐｌ−−ΔＰ１となり、Ｐｌの変動に無関係に一定とな
る。

この圧力関係は、後述する霧化部３５の安定な霧化動作
を保証する上で極めて重要である。

このようにして霧化部３６内には灯油が所定の圧力でい
充填される。

次に霧化部３６は、制御部１９にて伺勢され霧化室２４
に霧化粒子４２を噴霧する。霧化粒子４２は混合室２５
に送られ点火器４３にで点火され、−瞬の間混合室２６
で燃焼するが、こむで保炎する程の空気が供給されてい
ないので燃焼室２６へ火炎が移行し、保炎筒４４にて保
炎され、火炎４５を形成する。

点火器４３により着火時において、霧化室２４の圧力Ｐ
１は場合によっては、異常に高い圧力となるがこの場合
も、霧化部３５の内圧Ｐ３および吸込側３７と霧化室２
４との圧力関係は影響を受けずΔＰ１．ΔＰ２　は一定
に保たれるのである。

なお、４６け対流ファンである。

次に霧化部３５についてさらに詳しく説明する。

第４図は、霧化部２６のさらに詳しい一実施例を示す断
面図であり、第２図と同符号は相当物である。第４図に
おいて、霧化部３５は、内部に直径が５〜１５＋ｎｍ、
深さ１〜６ｍｍ程度の円筒形の加圧室４７を設けたボデ
ィー４８と、ボディー４８がビス４９にて固定されたケ
ース５０などにより構成されている。ケース６ｏは、ビ
ス６１．６２［て牙−化室２４の壁面に取付られている
。

加圧室４７の一面は、厚さ３０　ｐ　ｍ　〜１００１ｔ
　ｍの金属性ノズル板６３でｉｎ成さ）Ｌ１ノズル板６
３の外周はボディー４８に半田付されている。

ノズル板５３の中央には突起部５４が設けられ、この突
起部５４に、直径３０μｍ〜１００　／７　ｍのノズル
５５が複数個設けられており、ノズル５５は加圧室４７
の中央に臨んでいる。

さらにノズル板６３には直径６〜１６ｒｎ＋ｎ１厚さ０
．５〜２ｍｍの円板状の圧電振動子５６が半ぽ１付され
ている。圧電振動子６６の中央部には図のように円形の
開口５７が設けられ、この開１」５７に突起部５４が臨
んでいる。圧電振動子５６のノズル板６３との接着面と
、その対向面とには図示していないが全面に電極が設け
られており、リード線６日が半田付されている。リード
線５９はヒス４９にでボディー４８に接続されており、
ノズル板５３を介して圧電振動子６６の電極と電気的（
・て接続されている。

このような構成の霧化部３６は次のような動作原理によ
り略化粒子４２をノズル５５より噴射する。制御部１９
からは圧電振動子５６に対し、リード線５８．５９にｊ
す、第５図ａ、ｂ、又はＣ如き交流電圧が供給される。

交流電圧の正の半サイクルが印加されると圧電振動子５
６はその径方向に伸張歪を生じ逆に負の半サイクル電圧
の印加により圧縮歪を生じる。すなわち交流電圧の極性
に応じて径方向の伸縮振動を行う。しかしながら圧電振
動子６６はノズル飯田と接着されて、非対称バイモルフ
振動体を形成しているので、前記の径方向振動は、加圧
室４７の軸方向（第４図の左右方向）のたわみ振動とな
り結果として圧電振動子５６とノズル板５３とは周辺か
固定されｆｃ　１７合円板のたわみ振動を行う。ノズル
板５３の中央部は、圧電振動子６６の開口５７に位置す
るので、そのたわみ振動の振巾は、圧電振動子のたわみ
振動振「１〕に比べて非常に大きくなり、見かけ上、ノ
ズル板６３の中央部（開口６７に臨む部分）のみがたわ
み振動を行うと見なすことができる。したがって、ノズ
ル５５近傍のみが大きく第４図の左右力向に印加電圧の
極性に応じて振動する。加圧室４７側にたわみを生じた
ときノズル５５の近傍は圧力上昇が生じ、ノズル６５か
らは図のように灯油が霧化粒子４２となって噴射される
。次に反対側にたわみを生じたとき、ノズル６５からの
空気の流入はノズル５５に発生する灯油の表面張力によ
り阻止されているので、結果として噴射された灯油に相
当する加圧室４７内の体積減少は、加圧室４７内の圧力
減少音引き起こし、この圧力減少により、バイブ３４よ
り灯油が吸い上げられ、自給ポンプ作用を果すことがで
きる。このようにして、圧電振動子５６に供給される交
流電圧により噴射される霧化ＰＩ、子４２の発生タイミ
ングを自由に制御でき、第５図ａ、ｂ又はＣのよう々交
流電圧供給により平均萩化年の制御を行うことができる
。

また、ノズル６６近傍のみが大振１１〕で振動する構成
であるので、灯油などの溶存空気全長く含む液体であっ
てもキャビチーシコン気泡の影響全はとんど受けること
なく、極めて安定に唄務することができる。このように
極めて簡単な構成で、しかも自給ポンプ作用を発揮しな
がら霧化動作を実現できるためにはノズル５６からの空
気流入を防止し、かつ安定なノズル５５からの霧化粒子
噴射を保証するためにはノズル５５前後の圧力バラｙス
が極めて重要であり、このことは前述の説明より明らか
であろう。すなわちノズル６５の臨む外気の圧力Ｐ１霧
化室２４の圧力）に対し、加圧室４７の圧力Ｐ３は略同
等かもしくはそれ以下であって、ノズル５５に発生する
灯油の表面張力を破らない圧力であることが必要であり
、この圧力関係を維持することが安定な霧化動作を保証
するための重要な条件である。第２図および第３図にお
いて説明した圧力Ｐ１．Ｐ２．Ｐ３の圧力関係はまさに
上記圧力関係を示すものであり、これを第４図中に示す
と図のＰ１〜Ｐ３となるものであり、第３図を参照すれ
ばノズル６５前後の圧力関係が霧化室２４の圧力Ｐ１大
小に依存しないことは明らかである。

このような圧力関係により、第６図に示すように、萩化
室２４の圧力Ｐ１が変化しても加圧室４７の圧力Ｐ３お
よびバイブ４１の圧力Ｐ２はＰｌに定径して変化し、そ
れらの差圧ΔＰ１．ΔＰ２はＰｌの変化に関係なくほぼ
一定に保たれる。たがって圧力Ｐ１がどのような圧力レ
ベルに変化しても極めて良好な霧化動作を維持すること
ができるのである。

第７図は、本発明の他の実施例を示すものであり、本発
明の一実施例を内燃ＩＢ、閣にコク１ｊ用したものであ
る。

第７図において、６ｏは第４図の構成と基本的に同等な
霧化部であり、６１はタンク、６２はレベラであり、液
面高さＡ、Ｂは第４図におけるＡ。

Ｂに相当する。

シリンダ６３はピストン６４を内部に備え、ピストン６
４はクランク６５にて軸６６に回１１ｖ、運転金与える
。６７．６８は吸気弁および排気弁である。

６９は、圧力バランス用の開閉弁であり、図Ｑ」、開状
態であって、霧化粒子７ｏが秤化部６ｏよりシリンダ６
３内に１頬射されている。

この内燃機関はディーゼル機関を示し、開閉弁６９は、
燃料噴射工程時のみ開くように電気的に、又は輔６らの
回転により機械的に１ｔ７１Ｊ御される。したがってパ
イグア１によりレベラ６２および６１に導入される圧力
は、燃料噴射工程時のシリンダ６３内子となる。７２は
差圧発生ポンプであり、液面を位置Ａから位置Ｂに上昇
させるものである。

このように霧化部６０のノズルが臨む外気圧力。

すなわち吐出管７２の圧力をタンク６１．レベラ６２な
どの燃料供給系に印加し、差圧発生用ポンプ７２にて移
住部６０の内圧全吐出管７３の圧力と同等もしくはそれ
以下の圧力としているので先の実施例で詳細に説明した
のと同様に内燃機関であっても、締めて安定に燃料噴霧
を行うことができる。

発明の効果 」ン上のように本発明によれは加圧室にノズルを臨せ艮
加１Ｆ室の液体全電気的振動子にて加振する構成とし、
前記ノズルが臨む外気の圧力にかかわらず前記加圧室の
圧力を前記外気圧力に略等しいか、もしくはそれ以下の
圧力に維持する内圧維持手段を設ける構成としたので、
極めて簡単な構成により、ノズルが面する外気の圧力の
いかんにかかわらず極めて安定に霧化粒子を噴射するこ
とができ、しかも良好なポンプ機能全発揮する仁とがで
きる霧化装置を実現することがてき、非常に汎用性に優
れ、使い勝手の良好な霧化装置を提供することができる
ので、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断面図、第２図は本発明の霧
化装置の一実施例全適用した温風機の断面図、第３図は
同温風機の圧力関係説明図、第４図は同霧化装置のさら
に詳しい一実施例を示す断面図、第５図ａ、ｂ、ｃは圧
電振動子の騒動電圧波形図、第６図は第４図の霧化装置
の圧力関係の時間的変化例の説明図、第７図は、本発明
の霧化装置の他の実施例を適用した内燃機関の断面図で
ある。 ２２・・・・・・差発発生ファン（差圧発生手段）、２
４・・・・・・外気（霧化室）、３Ｂｙ３９，４ｏ・・
・・・・パイプ（外気圧印加手段）、２２，３３，３９
゜４０．４１・・・・・・内圧維持手段、４７・・・・
・加圧室、５５・・・・・・ノズル、５６・・・・・・
圧電振動子（電気的振動子）。 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体が充填される加圧室と、前記加圧室に臨んで
   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、前記ノズルが臨む外気の圧力にかかわらず
   前記加圧室の内圧を前記外気の圧力に略等しいか、それ
   以下の圧力に維持する内圧維持手段とを備えた霧化装置
   。
2. （２）前記内圧維持手段は、前記加圧室に液体を供給す
   る液体供給系に前記外気の圧力を印加する外気圧印加手
   段と、前記加圧室と前記外気との間に設は比差圧発生手
   段とにより構成された特許請求の範囲第１項記載の霧化
   装置。
3. （３）前記液体供給系は、液体を蓄えるタンクと、前記
   タンクより供給される液体の液面高さを調節するレベラ
   ーとを含み、前記外気の圧力を前記タンクとレベラーと
   の両方に印加する構成とした特許請求の範囲第２項記載
   の霧化装置。