JPS6161869B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は灯油・軽油等の液体燃料や、水、薬溶
液などの液体を微粒化するための霧化装置に関
し、さらに詳しくは圧電素子等に代表される超音
波振動を応用した霧化装置に関するものである。

第１の目的は構成が簡単でコンパクトであり従
つて低価格な霧化装置を提供することである。第
２の目的は低消費電力でかつ微粒化特性に優れた
霧化装置を提供することである。さらに第３の目
的は、霧化動作が安定でしかも低騒音な霧化装置
を提供することである。

従来、液体の霧化装置には種々の形式のものが
実用化され、あるいは実用化の検討がなされてい
る。

例えば、(1)高速回転体に液体を滴下し遠心力に
よる振り切り作用によつて霧化する回転霧化装
置、(2)高圧ポンプ等により液体を数Kg／cm²にまで
加圧しノズルから噴出して霧化させる圧力噴霧装
置、(3)ホーン形状の振動子をジユラルミン等で構
成し、圧電素子や磁歪振動子の振巾を前記ホーン
状振動子にて増巾すると共に、増巾されたホーン
先端部に液体を供給して霧化させる振巾増巾型超
音波霧化装置、(4)液槽の底部に圧電振動子を設
け、液槽の液面近傍に超音波を集中させ、液面付
近での一種のキヤビテーシヨン現象を利用して霧
化させる直接型超音波霧化装置などがある。

しかしながら、前述した(1)，(2)の様な霧化装置
は、回転体や高圧ポンプ等の大型部品が必要であ
り装置全体が大型化、高価格化すると共に微粒化
特性も十分なものではなく騒音も大きいものであ
つた。また、(3)は、ジユラルミン等で構成される
ホーン状の振動子が必要であり、この振動子の安
定で確実な振動を得るために要求されるホーン形
状寸法精度が極めて厳しく、従つて高価である上
に微粒化性能も良好なものではなかつた。また機
械的振巾増巾を効率良く安定に行うためには出力
が安定化された高価な駆動回路を必要とし、さら
には取付構造もこのため面倒なものとならざるを
得ないものであつた。

また、上記(1)〜(3)は液体の供給を例えばポンプ
等の液体供給手段にて行うことが必要であり、こ
の液体供給手段にて霧化量が決定されるから、霧
化量安定化のためには高価な液体供給手段を必要
とするものであつた。

上記(4)は、液槽より直接霧化されるため前述の
ような液体供給手段を必要とはしないものの、液
槽中に直接超音波エネルギーを照射し超音波エネ
ルギーそのものにより霧化する構造であるため、
霧化される液体の温度、液面と振動子との距離等
により著しく霧化特性が影響を受ける上に、霧化
させるためのエネルギーが極めて大きく、かつ、
１〜2MHz帯の周波数での動作が効率的霧化動作
のために必要であつた。従つて極めて大きな不要
輻射を発生するという重大な問題を有していた。
この様な条件から駆動回路も霧化量の安定化と不
要輻射抑制のために極めて高価なものにならざる
を得ないものであつた。

本発明はこの様な点に鑑みてなされたものであ
つて前述した従来の欠点を小孔ノズルをテーパ状
にすることにより一掃し、構成が簡単でコンパク
トであり従つて低価格であると共に、微粒化特性
に優れかつ低消費電力であり、安定で低騒音であ
る霧化装置を提供せんとするものである。

以下本発明になる霧化装置を石油温風暖房機に
適用した実施例について図面と共に説明するが本
発明はこの実施例に限定されるものではない。

第１図は本発明の一実施例を示す温風暖房機の
構成断面図である。

図において、１は温風機ケースであり、上面に
は操作部２が設けられている。３は制御部であつ
て温風機を作動制御する機能を有している。燃料
である灯油は、油タンク４からパイプ５を通り液
面を略一定に制御するレベラー６に供給される。
さらにレベラー６からパイプ７を通り脱気部８に
送られる。脱気部８は灯油中の溶存空気量を減少
させ後述の如く微粒化性能を一層向上させるため
のものであり、脱気された空気は排気筒９より排
気口１０を経て排出され、脱気された灯油はパイ
プ１１を通つて霧化部１２に供給される。

一方燃焼用空気は、モータ１３の回転軸に取付
けられた送風フアン１４により図中矢印の如く吸
気管１５から吸込まれ、オリフイス１６を通りス
ワラー１７に送られる。スワラー１７により燃焼
空気は霧化混合室１８に図中矢印の如く回転運動
を与え乍ら供給され、霧化部１２から吐出された
霧化粒子１９と混合し霧化混合室１８の開口２０
より熱交換器兼燃焼室２１に送られる。この混合
気は点火手段２２により点火され図のような回転
火炎２３を形成する。２４はフレームロツドであ
り火炎状態を検知し制御部３にその信号を送るも
のである。また、２５は送風フアンであり、熱交
換器２１に室内空気を対流させるものである。

ここで霧化器１２の起動時において、脱気器８
にて脱気された灯油を霧化器１２に充填する方法
について説明する。送風フアン１４が駆動される
モータ１３の軸には図のように吸引用フアン２６
が設けられており、図中矢印のように空気を送る
ように動作する。すなわち、吸引フアン２６の出
口２７はオリフイス１６の下流２８に接続され、
吸引フアン２６の入口２９はオリフイス１６の下
流２８よりも負圧力になるように構成されてい
る。吸引フアン２６の入口２９には、吸引パイプ
３０が接続され霧化部１２に連通している。した
がつて、送風フアン１４と吸引フアン２６により
発生される負圧力の総和の圧力によつて脱気器８
により脱気された灯油が霧化器１２に吸引供給さ
れるよう構成されている。

次に本実施例の霧化装置について第２図を参照
してさらに詳しく説明する。第２図において第１
図と同符号は相当物である。

密化部１２は仕切壁３１にビス３２により固定
されている。３３は基体であり内部にホーン形状
をした加圧室３４を有している。前記加圧室３４
の先端には小孔ノズル３５を複数個有するノズル
部３６がスペーサ３７、押え金具３８と共にビス
３９にて固定されている。一方前記加圧室３４の
底部には振動板４０と円板状圧電素子４１より成
る電気的振動子４２が設けられている。４３は供
給室であり電気的振動子４２の全周に設けられ加
圧室３４とは連通部４４にて全周にわたつて連通
されている。

脱気部８は表壁外側に第２の圧電素子４５を設
けた脱気室４６と貯蔵室４７とより、それら２つ
の室は孔４８にて連通されている。灯油はパイプ
７から矢印のように供給され第２の圧電素子４５
の超音波振動によるキヤビテーシヨン作用によつ
て脱気される。すなわち灯油中の溶存空気は気泡
４９となつて排気筒９より排気され脱気された灯
油が孔４８を通つて貯蔵室４７に送られる。この
ように脱気室４６と貯蔵室４７を分離しておくこ
とにより、霧化動作中に未脱気灯油の一部が脱気
部１２に混入することを防止することができる。
５０，５１は液面でありレベラー６により制御さ
れ脱気部８による灯油中の溶存空気の脱気は、次
のような効果を有するものである。

第３図ａは一定の霧化量を得る場合の霧化部８
の動作周波数と霧化粒径ｄの関係を示し動作周
波数が高い程霧化粒子径ｄが小さくなつている
ことを示している。一方第３図ｂは灯油中の溶存
空気率αとキヤビテーシヨン発生周波数_Cの関
係を示すものであり、駆動電圧一定下において
は、溶存空気率αが小さい程キヤビテーシヨン発
生周波数_Cが高くなることを示しており、従つ
て、脱気部８によりαを小さくすれば高い周波数
で霧化部１２を駆動することができることを示し
ており、このことはとりもなおさず霧化粒子径ｄ
を小さくできることを示しているのである。

５０，５１は液面でありレベラー６により制御
されてほぼ一定に図のような位置になつている。
送風モータ１３が起動されると前述の如く送風フ
アン１４と吸引フアン２６により発生する負圧力
により吸引パイプ３０には図中矢印のような吸引
力が発生する。したがつて吸引パイプ３０が接続
された排気部５２からは加圧室３４、供給室４３
内の空気が吸引される。小孔ノズル３５は40〜
100μｍ程度の小孔であるため前述の吸引力によ
り液面５０は上昇し供給室４３、加圧室３４内に
完全に灯油が充満し、ついには液面５０は吸引パ
イプ内の設定された位置まで上昇してつりあうの
である。

第４図ａ，ｂは霧化部１２が前述のような灯油
の充填が終了した後の霧化動作を説明する図であ
り第１，第２図と同符号は相当物である。

電気的振動子４２の振動板４０と圧電素子４１
の上面５３との間には交流電圧が第５図ａ，ｂ，
ｃのように必要な霧化量に応じて印加される。圧
電素子４１は、前記印加電圧の極性に応じて径方
向の伸張・収縮振動を行うため印加電圧の極性に
応じて第４図ａと第４図ｂの状態を繰り返す。第
４図ａの状態の時、電気的振動子４２によつて生
じた圧力は加圧室３４により図中矢印のようにノ
ズル部３６近傍に集中され、ノズル部３６の曲面
部５４に設けられた小孔ノズル３５より第４図ａ
のように吐出される。

次に逆極性の電圧が電気的振動子４２に印加さ
れると第４図ｂの状態となり電気的振動子４２の
近傍には負圧力が発生する。この負圧力により供
給室４３からは灯油が供給され、従つて供給室４
３に接続されたパイプ１１からは供給室４３に灯
油が補給されるのである。したがつてこの霧化部
１２には灯油の自給作用があり、灯油を供給する
ためのポンプなどの液体供給手段を必要としない
のである。この時、ノズル部３６の近傍でも多少
の圧力低下を生じるが加圧室３４がホーン形状を
成していることにより圧力低下が少ないこと、お
よび小孔ノズル３５の孔径が小さく、かつ吐出方
向に径が減少するテーパ状に形成されていること
により小孔ノズル３５での強い表面張力の発生に
より小孔ノズル３５からの空気の流入が生じず、
したがつて安定な灯油の自給作用を実現すること
ができる。

また、ノズル部３６に曲面部５４を設け、前記
曲面部５４に小孔ノズル３５を設けたのは、電気
的振動子４２によつて前述の如く発生される圧力
波によりノズル部３６が共振して振動することを
防止するためであり、もしノズル部３６の共振振
動が発生すると小孔ノズル３５から加圧室３４に
空気が流入し安定な霧化が不可能となるからであ
る。さらに曲面部５４を灯油の吐出方向に突出し
た状態にすることにより前述のノズル部３６の共
振振動の発生を防止する作用と同時に、霧化粒子
の分散吐出を行わせ、霧化粒子が再結合して大き
い粒子になるのを防止し、かつ空気との混合を良
好に行い得るようにする作用とを発揮させること
が可能となる。

ノズル部３６の構成は第６図ａ，ｂにさらに詳
しく示すように複数個の小孔ノズル３５が曲面部
５４上に全て配置されており各々の小孔ノズル３
５は互いに均等なピツチを保たれている。小孔ノ
ズル３５のテーパは第５図ｂのように曲面部５４
の突出方向に一致してその直径が減少していく構
造となつており、小孔ノズル３５の入口と出口に
おける灯油の流速に差が出き、出口の流速は速く
なる。このため電気的振動子４２が第４図ａのよ
うに吐出方向に歪を生じた時には小孔ノズル３５
からのスムーズな吐出が行え、液滴（霧化粒子）
の小孔ノズル３５からの切れが良好で微粒化性能
を向上させることができる。逆に電気的振動子４
２が第４図ｂのように吐出方向と反対方向に歪を
生じた時は、小孔ノズル３５付近に生じる電気的
振動子４２の方向への吸引力に抗するノズル３５
における表面張力を前記テーパーが増大せしめる
ように働くため安定な霧化部１２の自給作用を確
実に保証せしめることができる。

このような構成の霧化部１２は例えば以下に述
べるような構成で実現することができた。ノズル
部３６は厚さ50μｍのステンレス板に、先端孔径
80μｍの小孔ノズル３５をエツチング工法にて加
工した。そして前述の如く小孔ノズル３５にテー
パを設るためエツチングをステンレス板の片面か
ら行ういわゆる片面エツチング法にて行つた。こ
のようにして出口孔径80μｍ、入口孔径90〜95μ
ｍ程度のテーパを有する小孔ノズル３５を容易に
しかも安価に実現することができた。また電気的
振動子４２を形成する圧電素子４１は直径15mm、
厚さ１mm程度でよく、したがつて霧化部１２の構
造は極めてコンパクトで簡単である。また、一分
間に10c.c.程度の灯油を霧化するのに必要な霧化部
１２の消費電力は0.1Watts程度でよく、したが
つて電気的振動子４２の駆動回路も極めて低コス
トで安定なものを実現することができ、不要輻射
等も全く実害の発生しないレベルのものとするこ
とができる。

以上に述べたように、本発明によれば、基体に
設けた加圧室に液体を充填して電気的振動子によ
り前記液体を加振し、小孔ノズルから吐出するよ
う構成した霧化装置において、ノズル部の小孔ノ
ズルの少なくとも一部にテーパを設けるようにし
たから、極めて構成が簡単でコンパクトであり、
従つて低価格な霧化装置を実現できると共に、極
めて低消費電力であるにもかかわらず微粒化特性
に優れ、しかも安定な霧化動作を可能とする霧化
装置とすることができる。さらに低消費電力であ
るから不要輻射も極めて小さく、かつ低騒音な霧
化装置とすることができるという特徴も有してい
る。したがつて本発明は、従来の欠点を一掃し、
省資源・省エネルギーの要求に適合した多くの特
徴と効果を有するものであり、その工業的価値は
極めて多大なものである。さらに、基体に設けら
れた排気部を介して負圧力を供給し、加圧室に液
体を充填する吸引手段を設けているから、キヤビ
テーシヨン気泡などを加圧室より排出し、安定な
噴霧を維持できる。

【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適用
した断面図、第２図は霧化装置の構成断面図、第
３図ａ，ｂは脱気部の効果説明図、第４図ａ，ｂ
は霧化部の詳細な構造断面図、第５図ａ〜ｃは電
気的振動子の駆動波形図、第６図ａ，ｂはノズル
部の拡大平面図と拡大断面図である。 ３３……基体、３４……加圧室、３５……小孔
ノズル、３６……ノズル部、４２……電気的振動
子、５４……曲面部、２６……吸引フアン（吸引
手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を充填するための加圧室を有する基体と
   前記加圧室に臨ませた小孔ノズルと、前記加圧室
   の液体を加振するための電気的振動子と、前記基
   体に設けられた排気部を介して負圧力を供給し前
   記加圧室に液体を充填する吸引手段とを備え、前
   記小孔ノズルの少なくとも一部を、実質的にテー
   パ状にしたことを特徴とする霧化装置。 ２ 小孔ノズルを液体吐出方向に突出する曲面上
   に複数個配置し、かつ前記小孔ノズルに設けたテ
   ーパの直径減少方向が前記曲面の突出方向と一致
   するようにした特許請求の範囲第１項記載の霧化
   装置。 ３ 小孔ノズルは片面エツチングにより形成した
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の霧化装
   置。