JPS6321541B2

JPS6321541B2 -

Info

Publication number: JPS6321541B2
Application number: JP57099677A
Authority: JP
Inventors: Naoyoshi Maehara
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1988-05-07
Also published as: JPS58216753A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は灯油・軽油などの液体燃料、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振動子などの超音波振動
を利用したいわゆる超音波霧化装置に関するもの
である。

従来、超音波霧化装置には種々のものが提案さ
れている。

最も代表的な第１の超音波霧化装置としてホー
ン型超音波霧化装置がある。これはホーン振動子
に圧電振動子を装着し、その振動振幅を液体によ
り増幅すると共に、ホーン先端の振幅最大面にポ
ンプなどで液体を供給して霧化するものである。

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、液槽の底部に圧電振動子を設け、
液面近傍に超音波を照射・集中して液柱を形成し
液面近傍でのキヤピラリー波を利用して霧化する
ものである。

さらに第３の超音波霧化装置として、第１図に
示すような構成のものがある。この霧化装置は、
近年、フアクシミリ等の記録装置のインク微粒化
に用いられているものであり、液室１の一端にオ
リフイス２を設け、他端に圧電振動子３を設けて
構成され、圧電振動子３の振動による液室１内の
圧力上昇をオリフイス２に伝え、オリフイス２よ
り液滴４を噴射し、微粒化するものである。

しかしながら、これら従来の霧化装置には以下
の様な欠点があつた。

第１の超音波霧化装置は、振幅増幅用ホーンの
高い加工精度と面倒な取付条件を満たすことが必
要であり、かつ、ポンプを必要とするため装置全
体が大型化・高価格化せざるを得ず、霧化に要す
る電力は、20c.c.／分程度の霧化量に対して約10ワ
ツト程度と大きいものであるにもかかわらず、霧
化粒子の粒径や粒径の均一性などのいわゆる微粒
化性能は十分なものではなかつた。

また、第２の霧化装置は、粒径が著しく小さい
霧化粒子を得ることができ、ポンプが不要である
という特徴を有するが、直接液中に照射された超
音波エネルギーによる霧化方式であるので液体の
物性や液面高さによる霧化特性の変動が極めて顕
著であり、この補償は非常に面倒で困難を極める
ものであつた。さらに、１〜2MHzという高周波
で、しかも20c.c.／分の霧化量を得るには50ワツト
程度の大電力を必要とし、このため高価な駆動回
路を必要とする上に、電波障害が発生しやすいと
いう欠点を有していた。

さらに、第３の霧化装置は、構成が簡単でコン
パクトであり、消費電力が著しく小さいという特
徴を有するものであつたが、液室１内の液体を介
して圧電振動子３の振動による液体圧力上昇をオ
リフイス２に伝える構成であるため、溶存空気を
多量に含む一般的な液体では、キヤビテーシヨン
による気泡が発生し、このため安定な霧化動作を
維持できなかつた。したがつて、溶存空気を除去
した液体しか安定に霧化することができないもの
であり、特殊な用途にしか使用することができな
かつた。

本発明は、上記従来の欠点を一掃した霧化装置
を提供するものである。

第１の目的は構成が簡単でコンパクトであり低
価格な霧化装置を提供することである。

第２の目的は、溶存空気を多量に含む一般的な
液体であつても安定に霧化することができ、汎用
性に富んだ霧化装置を提供することである。

第３の目的は、極めて低消費電力であり、かつ
微粒化性能に優れ、均一で微小な粒径の霧化粒子
を大量に発生することができる霧化装置を提供す
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、液体を充填する加圧室と、前記加圧
室に臨む複数個のノズルを設けたノズル板と、前
記ノズル板のたわみ振動を励起させる電気的振動
子とを備え、前記ノズル板に突起部を設け、前記
突起部に前記ノズルを設けるよう構成したもので
あり、前記電気的振動子により励起されたノズル
板のたわみ振動により複数個のノズルを略均等振
幅で加振し、均一で小さい粒径の霧化粒子を前記
ノズルより噴射し、微粒化するものである。

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５の上面には操
作部６が設けられ、制御部７に運転指令を与える
よう構成されている。制御部７は運転開始指令が
与えられると送風フアンモータ８を起動し、送風
フアン９および圧力フアン１０が回動する。これ
により燃焼空気は、吸込口１１からオリフイス１
２を通りスワラ１３に送られ、スワラ１３より図
中矢印のように霧化室１４、燃焼室１５に供給さ
れる。そして、排気筒１６より排気される。オリ
フイス１２の下流の負圧発生部１７には、例え
ば、−20mmH₂Oの負圧力が発生する。

燃料である灯油はタンク１８からパイプ１９に
てレベラ２０に送られ、レベラ２０はその液面Ａ
を一定に制御する。

霧化器２１は霧化室１４の壁面２２に取付けら
れ、先端にフイルタ２３を有するパイプ２４にて
レベラ２０と、そして圧力フアンの入口側２５と
パイプ２６にてそれぞれ連通されている。

運転停止時はパイプ２４内の液面は図のＢの位
置にあるが、運転が開始されると圧力フアン１
０、送風フアン９の回転により、圧力フアン１０
の入口側２５と出口側２７との間の圧力差、例え
ば−40mmH₂Oと負圧発生部２７に発生する負圧
力−20mmH₂Oとの和の負圧力−60mmH₂Oにより、
液面Ｂは上昇していき、霧化器２１内を灯油で満
たし、さらに上昇してパイプ２６内の液面Ｃの位
置となつてつり合うのである。このようにして、
送風フアン９によるプリパージ中に霧化器２１内
は灯油が充填され、霧化動作の準備が完了する。

次に制御部７は、内蔵する霧化器駆動回路を付
勢すると共に点火器２８を起動し、霧化器２１か
らは霧化室１４に霧化粒子２９が噴霧される。こ
の霧化粒子２９は点火器２８にて着火されて燃焼
し、火炎３０を形成する。

火炎３０の燃焼状態はセンサ３１にて検知さ
れ、この信号により点火器２８および霧化器２１
の霧化量が制御部７にて制御される。なお３２は
対流フアンである。

次に霧化器２１についてさらに詳しく説明す
る。第３図は霧化器２１の断面図であり第２図と
同符号は相当物である。

霧化器２１は内部に深さ２〜５mm、直径８〜12
mmの加圧室３３を有するボデイー３４をケース３
５にビス３６にて固定し、ケース３５をビス３
７，３８にて壁面２２に固定して取付けられてい
る。加圧室３３には供給口３９、排気口４０が上
下に対向して設けられ、それぞれパイプ２４，２
６と連通している。加圧室３３の一面は中央に球
状の突起部４１が設けられ、この突起部４１に、
直径30μm〜100μmのノズル４２が複数設けられ
た厚さ30μm〜100μmのノズル板４３が装着され
ている。このノズル板４３には中央に開口４４が
設けられた直径８〜12mm、厚さ0.5〜２mmのリン
グ状圧電振動子４５が装着され、突起部４１の周
囲の平坦部４６と突起部４１が開口４４に臨むよ
うに構成されている。

圧電振動子４５にはリード線４７，４８を介し
てその両面の電極（図示せず）に第４図ａ又はｂ
のような交流電圧が制御部７より供給され、その
直径方向に交流電圧の極性に応じて伸縮歪を生じ
る。正の半サイクル電圧が印加されると圧電振動
子４５は直径方向に収縮し、この結果ノズル板４
３は加圧室３３の方向にたわみ、ノズル４２も同
方向に変位してノズル４２より微小液滴２９が噴
射される。一方負の半サイクルの時は、圧電振動
子４５は径方向に伸張しノズル板４３は前述と反
対方向にたわみを生じる。このときノズル４２か
らの空気流入は、そこに発生する灯油の表面張力
によつて阻止され、この結果加圧室３３内には容
積が大きくなつた分だけ圧力低下が生じる。従つ
てパイプ２４より灯油が吸い上げられ、自給ポン
プの作用を果すのである。

このようにして、圧電振動子４５に印加される
交流電圧の周波数（例えば30KHz〜100KHz）に
応じた液滴２９の噴射と、それに見合う量の灯油
の自給を行うものである。

霧化量ｑの調節は第４図ｂのような間欠制御を
行うことにより極めて簡単にきめ細かく行うこと
ができる。第５図はこの様子を示すものであり、
T₁（動作時間）とT₂（繰り返し時間）の比αを制
御することにより、非常に直線性に優れた霧化量
ｑの調節を行うことができる。

第６図ａ，ｂは第３図の霧化装置の動作をさら
に詳しく説明するものであり、第３図と同符号は
相当物である。第６図ａはノズル板４３、圧電振
動子４５の振動状態と霧化粒子２９の飛散状態を
示しており、同図ｂはこのときの振動振幅δの分
布を示している。図より明らかなように、突起部
４１の部分の振動振幅δはほぼ一定であり、か
つ、この部分のみの振幅が他の部分に比べて著し
く大きくなつている。これは、球状の突起部４１
を設けることによりこの突起部４１が剛体として
動作しているためであり、言いかえると平坦部４
６の中央に剛体を有する円板がたわみ振動をして
いるのである。このようなほぼ剛体として扱える
ような突起部４１にノズル４２を複数個設けるこ
とによつて、複数個のノズルの振動振幅δをほぼ
均一なものとすることができるのである。ノズル
４２の振動振幅δと霧化粒径ｄとの関係は第７図
に示すように略比例関係にありこのことは、複数
個のノズル４２の振動振幅が一定であれば、各ノ
ズルから噴射される霧化粒子径ｄが均一化され得
ることを示している。

第８図ａ，ｂは、本実施例の如くノズル板４３
に剛体と見なし得る突起部４１を設けない場合の
振動状態と霧化状態、および各部の振動振幅分布
δを示すものであり、第８図ａにおいて第６図ａ
と同符号は相当物である。第８図ａ，ｂを第６図
ａ，ｂと比較すると明らかなように、剛体と見な
せ得る突起部４１がないとき、複数個のノズル４
２の各々の振動振幅δは全くまちまちとなり、第
８図ｂのようになる。このため第８図ａの霧化粒
子２９のように極めて不均一な粒径の霧化粒子を
発生することとなる。

このように、ノズル板４３に略々剛体と見なし
得る突起部４１を設け、この突起部４１にノズル
４２を複数個設け、ノズル板４３をたわみ振動さ
せることにより、均一で微小な粒径の霧化粒子を
大量に発生せしめることが可能である。

第６図ａ，ｂに示すように、加圧室３３内の圧
力変化の最大点はノズル４２の近傍であり、ノズ
ル４２のごく近傍の圧力上昇によつてのみ霧化粒
子２９が噴射される構成であるため、灯油などの
ように溶存空気を極めて多量に含む液体であつて
も安定に霧化することができる。なぜならば前述
したようにノズル４２のごく近くが圧力変化の最
大点であるため、キヤビテーシヨン気泡が成長す
る前にノズル４２から噴射されてしまい、また、
かりに気泡化する場合があつても、噴霧に影響あ
る加圧室３３内の領域は、ノズル４２のごく近く
の狭い領域であるためこの領域からすぐに飛び出
し、排気口４０より排出されてしまうので、ほと
んど霧化動作に影響を与えないのである。

第９図、第１０図、第１１図は本発明の他の実
施例を示す霧化装置の断面図であり第６図ａと同
符号は相当物である。第９図は突起部４１を台地
状に形成したもので均一粒径の直進形液滴列を複
数列発生し大量の霧化量を得ることができる。

第１０図は突起部４１を円すい状にしたもので
あり、いわゆるホローコーン型霧化パターンを得
ることができ、しかも均一な霧化粒子を得られる
ものである。

第１１図は、第９図と第１０図の霧化パターン
を組み合せた霧化パターンを示すものであり、突
起部４１の頂部と傾斜部にノズル４２が設けられ
ている。

このように本発明の霧化装置は様々の実施態様
が可能であるが、その霧化動作原理から明らかな
ようにノズルを加振する構成となつているので霧
化動作のための振動エネルギーの利用効率が著し
く高く、非常に低消費電力な霧化装置とすること
ができる。実験によれば、第３図の様な実施例の
霧化装置を用いて、20c.c.／分程度の灯油を霧化す
るために必要な圧電振動子４５の消費電力は0.1
ワツト程度でよく、従来の超音波霧化装置に比べ
て数％以下の消費電力で十分である。

以上に述べたように本発明によれば、液体を充
填する加圧室と、前記加圧室に臨む複数個のノズ
ルを設けたノズル板と、前記ノズル板にたわみ振
動を励起させる電気的振動子とを備え、前記ノズ
ル板に突起部を設け、前記突起部に前記ノズルを
設けるよう構成したから、極めて構成が簡単でコ
ンパクトであり、したがつて低価格であると共
に、溶存空気を多量に含む液体であつても安定に
霧化することができ極めて汎用性に富んだ霧化装
置を提供することができる。特に突起部を設け
て、この突起部にノズルを設ける構成としたか
ら、均一で小さい粒径の霧化粒子を大量に発生せ
しめることが可能であり、優れた霧化性能が発揮
でき、しかも著しく低消費電力であり、省エネル
ギ性に富んだ霧化装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の霧化装置の構成を示す断面図、
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、第３図は同霧化装置
の詳細な構成を示す断面図、第４図ａ，ｂは圧電
振動子の振動電圧波形図、第５図は霧化量ｑの制
御方法を説明する特性図、第６図ａ，ｂはそれぞ
れ第３図の霧化装置の振動状態を説明する断面図
と振動振幅分布図、第７図は振動振幅δと霧化粒
径ｄの相関を説明する特性図、第８図ａ，ｂはそ
れぞれ本発明実施例の振動状態を示す断面図と振
動振幅分布図、第９図は本発明の霧化装置の他の
実施例を示す断面図、第１０図は同さらに他の実
施例を示す断面図、第１１図は同さらに他の実施
例を示す断面図である。３３…加圧室、４１…突起部、４２…ノズル、
４３…ノズル板、４４…開口、４５…電気的振動
子（圧電振動子）、４６…平坦部。

Claims

【特許請求の範囲】

１液体を充填する加圧室と、前記加圧室に臨む
複数個のノズルを設けたノズル板と、前記ノズル
板を付勢し、たわみ振動を励起する電気的振動子
とを備え、前記ノズル板に突起部を設け、前記突
起部に前記ノズルを設けた霧化装置。