JPS6029312B2 - 霧化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、灯油・軽油などの液体燃料、薬溶液、水、液
状調味料などの霧化装置に関するもので、その目的とす
るところは、極めてコンパクトで軽量で、構造が簡単で
、容易に霧化量調節が行え、しかも霧化特性が良好な霧
化装置を提供することにある。

従釆、液体の霧化には次のような種々の形式のものが提
案されている。

例えば、【１’圧力ポンプにより液体に高圧力を印加し
ノズルから贋霧するもの、■ 高速回転体に液体を滴下
し霧化するもの、【３１高圧力気体のジェット噴射を利
用した２流体燈霧式のもの、■ 超音波振動子の振中を
ホーン振動子により増中し、この振中振中部に液体を導
き霧化するいわゆる超音波霧化方式のもの、【５１液槽
中に超音波を照射し、液槽液面でのキャビテーションの
発生を利用して霧化させるものなどがある。しかしなが
らこれら従来の溶化方法は種々の欠点を有していた。

すなわち、前述の‘１１〜【３｝のものはいずれも高圧
力ポンプや回転体などを必要とし、装置が大型化、高価
格化すると共に騒音も大きくまた霧化特性も、粒径、お
よび粒蚤分布などの点で特に満足すべきものでなかった
。また‘４’については振中増中用ホーンの加工精度・
組立精度などにより霧化性能が著しく影響を受け、この
点で高価格化すると共に、霧化特性も十分ではなかった
。さらに‘５１は霧化粒径は小さく良好であるが粒蓬分
布が良好でなく、また、水の霧化では１．７ＭＨ２灯油
では１．２ＭＨＺという高周波帯での超音波動作が必要
とされ、特に灯油の霧化においては、ラジオノイズを発
生し、ラジオをはじめ、種々の機器への防書波の影響が
著しいものであった。以上のごとく従来の霧化装置は、
装置が大型化高価格化するとともに、騒音・霧化特性に
対する対策が不充分であった。

本発明は、上述の従来の欠点を一掃したものであり、以
下本発明を温風暖房機に応用した一実施例について図面
と共に説明する。

第１図は温風暖房機の断面図であり、この第１図に示す
ごとく温風機ケース１には、燃焼空気吸込口２、排気吐
出口３が設けられ、燃焼ファン４によって燃焼空気が燃
焼室（熱交換器も兼ねている）５に供給され、その後排
気されるようになっている。

一方燃料である灯油６は、カートリッジタンク７から、
液面が略一定に保たれるしべラ８、連結管９を通り霧化
部に送られる。また加熱されるべき室内空気は対流フア
ン１川こより吸込口１ １から本体ケースー内に吸込ま
れ、燃焼室５の外表面で熱交換された後に吹出口１２よ
り温風となって吐出される。さて、霧化部は、内部にホ
ーン形状を成す加圧室１３と環状の液供給室１４とを有
する基体１５を中心に構成されている。

前記加圧室１３は、液吐出方向の断面積が少なくとも減
少しない断面積非減少部１６（本実施例では略一定）を
先端部に有し、ホーン形状と組み合わさって流体ガィオ
ード作用を果している。この断面積非減少部１６は、前
記加圧室１３のホーン形状部の途中に設けられてもよい
し、１つでなく、複数個設けられてもよい。前記加圧室
１３の底部には、円形の電気的振動子１７が支え部１８
により固定されている。前記電気的振動子１７は、ピェ
ゾセラミック１９と前記支え部１８と一体化された振動
板２０と電極板２１により構成され、いわゆる非対象／
ゞィモルフ構造のピェゾ振動子を形成している。前記加
圧室１３の先端には、複数の小孔ノズル（例えば５０〜
１００一肌程度の小孔ノズル）２２を有する薄板状のノ
ズル部２３が設けられており、前記ノズル部２３は図の
ように断面が曲面となった円板形となっている。燃焼空
気は、ェァガィド２４，２５により図のように１次空気
、２次空気として燃焼室５に送られる。

１次空気は、混合気化部２６に送られ、霧化粒子と混合
し保炎燃焼部２７近傍を中心に燃焼する。

これら燃焼空気は回転運動を与えられ、回転しながら噴
出するように構成する方が望ましい。また特に１次空気
は、前記ノズル部２３の近傍に送られるように構成し、
ノズル部２３近くでの液溜りを吹き飛ばすような構成が
良く、動に良好な霧化起動特性を実現することができる
。なお２８，２９は、ェアガイド２４、基体１５のサポ
ートである。操作部３０１こより運転開始指令が出され
ると、制御装置３１は、室温などのルームサーモ３２の
信号など種々の条件を判定し、燃焼すべき条件下にある
時は、ダンパ３３をダンパコントローラ３４により最大
風量になるよう設定すると共に燃焼ファン４を起動する
。同時に制御装置３１内の振動子駆動部３５を起動し、
電気的振動子１７に１０〜５皿ＨＺ程度の交番電力（例
えば正弦波電圧）を供Ｖ給すると共に図示していないが
点火装置を起動する。これらの起動タイミングは必ずし
も同時でなくてもよい。燃焼ファン４が起動されるとそ
の風圧は、送圧管３６により、レベラ８に供給され、液
面３７に風圧を印加する。

燃焼ファン４の起動前の液面３７は、少なくとも前記ノ
ズル部２３より低い位置に設定されているが、燃焼ファ
ン４の作動による風圧が液面３７に印加されることによ
り、図のようにノズル部まで完全に液（灯油）が充満す
るようになる。このような状態で前記電気的振動子１７
に電圧が印加されると同振動子１７は、ノズル部２３の
方向に支え部１８を支点として鼓状たわみを生じる。こ
のため電気的振動子１７近傍の圧力が上昇する。この圧
力は加圧室１３のホーン形状のために増中されノズル部
２３の近傍では極めて大きな圧力となる。したがって小
径ノズル２２からは灯油が吐出される。次に前述とは逆
極一性の電圧が電気的振動子１７に供給されると、電気
的振動子１７は前述とは逆方向にやはり鼓状たわみを生
じる。このため同振動子１７の近傍は負圧力が発生する
。この負圧力により液供給室１４からは灯油が吸い上げ
られ、一種のポンプ作用が生じる。例えば、ルームサー
モ３２の信号を受けて、制御装置３１がダンパ３３を閉
じ、その結果液面３７を押す風圧が低下しても、前述の
ポンプ作用により灯油を正常に吸い上げつづけることが
できる。これは、加圧室１３がホーン形状をしているこ
と、および、断面糟非減少部１６を有することによる流
体ダイオード作用、および、小径ノズル２２の直径が小
さいことによる灯油の表面強力によって可能となるので
ある。前述のような電気的振動子１７の往復鼓状たわみ
運動が１０〜５皿ＨＺ程度の高周波で発生するため、小
孔ノズル２２から吐出される灯油の粒径は極めて小さく
数仏肌〜十数山肌程度の微粒怪粒子とすることができる
。

また、燃焼ファン４の風圧によって起動時のみ液面３７
に圧力を印加するだけで灯油を正常に汲み上げることが
でき、ポンプなどの液体供給装置を必要とせず、極めて
簡単で低コストかつコンパクトな霧化装置とすることが
できる。第２図は、振動子駆動部３５のブロック図であ
る。

図において３８は発振器であり、例えば正弦波発生器で
ある。発振器３８の出力は、スイッチ手段３９、デュー
ティ制御部４０より成る平均電力制御部４１を介して増
中器４２に送られ、出力トランスなどの交流結合手段４
３を通して電気的振動子１７に供給されるよう購成され
ている。前記平均電力制御部４１のデューティ制御部４
０には、可変抵抗器４４が設けられ、ダンパ３３と連動
するように構成されている。すなわちダンパ３３の開度
、つまり燃焼空気量に応じて電気的振動子１７に供給さ
れる平均電力が制御されるよう構成されているため、燃
焼状態が燃焼量にかかわらず好ましい状態に保たれるの
である。さて、第１図におけるノズル部２３は、良好な
霧化特性を得るべく、第３図ｃのように構成するのが良
い。

すなわちノズル部２３は、図のよう曲面（球面）を有す
る構造となっており、かつ、小孔ノズル２２は、ノズル
部の中心が粗となるように配置されている。なお、この
実施例の場合は、ノズル部２３の中心部に小孔ノズル２
２が全くなく、環状に小孔ノズル２２が配置されている
。このように曲面を有するノズル部２３を用い、しかも
小孔ノズル２２を中心部が周囲に比べて粗に分布するよ
う配置すれば、霧化粒子が吐出後再結合して粗大粒子に
なる確率を小さくすることができ、かつ、霧化粒子分布
を均一化することができる。したがって、燃焼空気との
混合が良好となり、燃焼特性を良くすることができるの
である。すなわち、第３図ａのようにノズル部２３が平
板のもの、あるいは第３図ｂのように曲面の全面に小孔
ノズル２２が設けられたものに比べその霧化粒子分布形
状は、図のようにａ→ｂ→ｃとなる程分散的形状となり
、しかも、図の濃淡で示すように、霧化粒子の均一分布
性が良くなるのである。また、ノズル部２３近傍での灯
油６の圧力は極めて高く、かつ、高周波で（１０〜５皿
ＨＺ程度）変化している。例えば５０〜１００りの程度
の小孔ノズル２２を加工できるノズル部２３の板厚は大
変小さい（例えば３０〜１００山肌）から、第３図ａの
ような平板では、強度が弱く、信頼性が問題となる。そ
こで、前述の如くノズル部２３に曲面（球面）を持たせ
、そこに小孔ノズル２２を設ければ、強度がすぐれ、信
頼性の高いノズルとなる。また第４図のようにノズル部
２３全体に曲面を持たせず、１つの小孔ノズル２２に１
つづつの曲面を持たせても良い。これによれば、ノズル
部２３の厚さを厚くして強度を高くすることができると
共に小孔ノズル部２２の入口での損失を小さくすること
ができ、霧化効率の向上が可能となり、さらには霧化特
性（微粒化など）を一層良好にすることができるのであ
る。第５図ａは小孔ノズル２２のノズル部２３での配置
例を示す平面図である。小孔ノズル２２は例えば、第５
図ａのように各々の小孔ノズル２２の直径がｄ、小孔ノ
ズル２２間ピッチがそである配置をとることが可能であ
り、このような配置が好ましい霧化性能を保ちつつ、最
も高密度な４・孔／ズル２２の配置である。次に第５図
ａにおける中心線Ｓに沿って断面図を第５図ｂに示す。
小孔／スル２２の点ｘ，における流速（灯油の）分布は
『Ｐｏｉｓｅｖｉｌｌｅの法則』に従うと仮定すると第
５図ｃのようになる。このときの各ノズルにおける灯油
の流量をＶとするとＶ＝Ｋ‐（芸）４である。

今第５図ｂにおいて、各小孔ノズル２２と同心の点ね（
均は加圧室内部）において直径その管路を仮定すると、
第５図ｄのような流速分布となり、このときの流量をＶ
′とすると、Ｖ′＝Ｋ（多〉４ と考えることができる。

すなわち上述の仮定が成り立てば、各々の小孔ノズル２
２は、お互いに独立であり、相互干渉がほとんどないと
考えられるのである。

つまり、Ｖ′≧Ｖであれば小孔ノズル２２間の相互干渉
が４・孔ノズル２２内の流速、すなわち、霧化特性に著
しい影響を与えないと考えられる。

よって小孔ノズル２２のまわりの他の小孔ノズル２２の
数をＮとするときＶ′；Ｋ・そ４ ／１６≧Ｎ・Ｖ＝Ｎ
・ｄ２／１６すなわちそＺ４ノＮ・ｄ であれば小孔ノズル２２間の相互影響による霧化性能の
劣下を防止できる。

第５図ａのような小孔ノズル２２の配置が最も高密度に
配置できるから、第５図ａの配置における夕とｄの関係
を求めてみると Ｎ＝６であるかりそ之４ノ有．ｄ すなわちそＺＩ．５７・ｄであればよい。

しかしながら、実際は、小孔ノズル２２での流速がきわ
めて速いため、そ；２・ｄ程度が好ましい結果を与える
。以上のように、本発明は圧力室に液体を充填して電気
的振動子により加振し、前記圧力室に臨ませた複数個の
４・孔ノズルから吐出するよう機成したから、構成が簡
単でコンパクトかつ軽量であり、容易こ霧化量調節が行
え、しかも極めて優れた霧イ日特性を有する霧化装道を
提供することができる。

また、前記小孔ノズルを曲面上に配置することにより、
さらに霧化特性の良好な霧化装置とすることが可能であ
り、搬送空気との混合などを行う場合には、その混合特
性をも良好にすることができる。

そして、実施例のごとく小孔ノズルを中心が粗となるよ
う配置することにより一層、霧化特性を向上させること
ができるものである。図面の簡単な説明第１図は本発明
の一実施例を温風暖房機に用いた断面図、第２図は同温
風暖房機における振動子駆動部の一実施例を示すブロッ
ク図、第３図ａ，ｂ，ｃはノズル部における霧化粒子分
布を示す図、第４図は同ノズル部の他の実施例を示す断
面図、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄはノズル部の小孔ノズル配
置による特性を示す図である。

８・・・レベラ、９・・・連結管、１３・・・圧力室、
１５…基体、１７…電気的振動子、２２…小孔ノズル、
２３・・・ノズル部、３５・・・振動子駆動部。

第２図第１図第３図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を充填するための圧力室を有する基体と、前記
   圧力室の液体を加振するための電気的振動子と、前記加
   圧室に臨ませた複数個の小孔ノズルと、前記電気的振動
   子に交番電力を供給する振動子駆動部とを備えたことを
   特徴とする霧化装置。 ２ 複数個の小孔ノズルを、曲面上に配置したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の霧化装置。 ３ 複数個の小孔ノズルを中心が粗となるように配置し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の霧化装
   置。 ４ 複数個の小孔ノズルの直径をｄ、小孔ノズル間のピ
   ツチをｌ、任意の１つの小孔ノズルの周りに隣接する小
   孔ノズルの数をＮ個とするとき、ｌ≧４√（Ｎ）・ｄと
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の霧化
   装置。