JPS631910B2 - - 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、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
であつて、ホーン型振動子をジユラルミン等で
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。

(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つ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ヤビテーシヨン現象
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、近年インクジエツ
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の他端にオリフイ
ス３を設けたものであり、前記圧電素子２の振
動による液室１内の体積変化によつてオリフイ
ス３から液滴４を噴霧し、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
種々の欠点があつた。

(1)の霧化装置は、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、したがつ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、極めて面倒であつた。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つた。さらに、10c.c.／
min程度の霧化量を得るのに要する電力は、10〜
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つた。

(2)の霧化装置は、微粒化性能は良好なものであ
つたが、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、30〜50ワツトを必要とし、しかも１〜2MHz
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
ズ等の電波降害が発生するという重大な欠点を有
していた。したがつて、駆動回路も著しく高価と
なるものであつた。さらに、霧化される液体の温
度等によつて、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
であつた。

(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りオリフイス３から液滴を噴
射する構成であるため、いわゆる超音波キヤビテ
ーシヨンによつ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。したがつて、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つた。

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、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、従つて制御性
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
体であつても、キヤビテーシヨン気泡の発生等に
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
加圧室の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つている。

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１５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、燃焼フアン１９により吸気筒
２０より、オリフイス２１を通つて、送風路２２
に送られ、空気室２３に供給される。空気室２３
は円筒状をしており、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射口２５が設けられ、上方
には、空気室２３の半径方向に空気を噴出する炎
口２６が設けられている。２７は３次空気の噴出
口である。

燃焼フアン１９により送られる空気の一部は、
送風路２８より、旋回器２９にて図のような旋回
気流となつて霧化室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３０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
からの噴射空気の周囲に形成する。

したがつて、灯油は、霧化部１６により霧化粒
子１８となつて気化混合室２４に噴霧吐出され、
図中矢印のような旋回気流にて撹はんされ、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
レームロツドであり、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より排出される。

対流フアン３４は、吸収口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にビス３
９，４０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１５内の液
面Ａの位置に制御されている。燃焼フアン１９が
起動されると、オリフイス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４２内も同等の負圧
力となる。

従つて、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４５、排気
口４６の他に、開口部４７を有しており、ノズル
板４８が、半田付により接着されている。ノズル
板４８は、厚さが50μｍのステンレス板で構成さ
れ、中央には、その直径が30〜100μｍ程度のノ
ズル４９が、複数個設けられている。５０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５１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９mm程度であり、一方圧電素
子５０の外径は約10mmである。従つて、開口部４
７の外周と、圧電素子５０の外周とは、略一致し
て構成され、かつ、圧電素子５０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５０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５６に取りつけられている。保護カバー５６
は、中央に霧化粒子１８を通す開口５７が設けら
れ、かつ、圧電素子５０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５０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５０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５０は、ノズル板４
８に半田付接着されているから、ノズル板４８
は、圧電素子５０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、したがつて、ノ
ズル４９は、圧電素子５０によつて第３図の左右
方向に加振される。よつてノズル４９からは、図
のように霧化粒子１８を圧電素子５０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の近傍となり、このため、霧化粒子１８を吐
出するた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、キヤビテーシヨンにより、
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、
キヤビテーシヨ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、かりに気泡が
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
ほとんど無視することができる。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５０の外周は、加圧室４４の開口部４
７の外周と略一致する構造となつているが、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５図およ
び第６図のような構造であつてもよい。第５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10mmの圧電素子５０に対し、加圧
室４４の開口部４７の直径を13mm程度以上にした
ものであり、第６図は外径10mmの圧電素子５０に
対し、開口部４７の直径を７mm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り、このため圧電
素子５０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、いわゆる電化
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り霧化状態が極めて不安定に
なるうえに、ノズル板４８の基材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。

一方第６図の場合には、第５図の場合とは逆に
圧電素子５０が実質的に基体４３に固定されてし
まつている部分５９の面積が、圧電素子５０の面
積に比べて同等程度となるため、圧電素子５０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、やはり、霧化効率の低下と、基体４３の各部
分と圧電素子５０との共振による不安定動作とを
生じることになる。

従つて、第３図に示すように圧電素子５０の外
周と、加圧室４４の開口部４７の外周とを略々一
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５０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１
８の吐出により生じる加圧室４４内の灯油不足分
は、パイプ１５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
〜100μｍ程度に構成されているため、ノズル４
９に発生する灯油の表面張力が大きく、ノズル４
９からの空気流入がないからである。

したがつて、圧電素子５０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20c.c.／
min適度の灯油を霧化することが可能であり、こ
の時の圧電素子５０の消費電力は、0.1Watts以
下である。

従つて、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
30〜100μｍ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
的振動子の外周を前記開口部にほぼ一致させるこ
とにより前記基体で前記電気的振動子を支える構
成とし、この電気的振動子で前記ノズル板をたわ
み振動させ前記ノズルから前記加圧室の液体を噴
霧する構成としたので極めて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、霧化特
性に優れ、しかも消費電力が著しく少なく、従つ
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つてもキヤビテーシヨ
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。また、電気的振動子よ
りノズル板に振動を効率よく伝えられるとともに
ノズル板の劣化を軽減できる。

【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、５１……中空部。

Claims (1)

1. 【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、ノズルが設けられたノ
   ズル板と、このノズル板に装着され、中空部が設
   けられた電気的振動子とを備え、前記開口部およ
   び中空部に前記ノズルが臨むように前記電気的振
   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を前記開口部にほぼ
   一致させることにより前記基体で前記電気的振動
   子を支える構成とし、前記電気的振動子により前
   記ノズル板をたわみ振動させる構成とした霧化装
   置。 ２ 電気的振動子を円板状の圧電素子により構成
   すると共に、前記加圧室の開口部を円形に構成
   し、両直径をほぼ一致させた特許請求の範囲第１
   項記載の霧化装置。