JPS632664B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は灯油，水等の液体を気化させる霧化
装置に関するものである。ここで「霧化」とは、
液体が発熱体等により熱の供給を受け、一次的に
気化し、再び液体に結霧し、液体が微粒化した状
態を含む。

このような霧化装置は各種液体燃料燃焼装置や
加湿装置等に摘合させることにより、簡便にして
安定した霧化ガスが得られるものである。近年、
石油燃焼器や加湿器などに、気化あるいは霧化を
利用した機器が数多く開発され、また市場でも好
評である。従来、このような気化あるいは霧化方
法について、特に液体燃料分野で数多くの方式が
開発され、商品化されている。種類としてはポ
ツト式，しん（芯）式，噴霧とがあり、噴霧
方式における液体燃料の霧化（微粒化）方法とし
て、○イ回転板による霧化（たとえば末広がりのカ
ツプを高速で回転し、油を微粒化するもの），○ロ
油圧による霧化（たとえば燃料ポンプによつて加
圧した油をオリフイスから高速で噴射して油を微
粒化するもの），○ハ空気（または蒸気）による霧
化（一般的に気流衝撃形ともよばれており、高速
空気〔または蒸気〕のもつているエネルギーを利
用して油を微粒化するもの），○ニ超音波による霧
化（音波エネルギーによつて油を微粒化するも
の）等がある。

ところが、これらの霧化はいずれも物理的方法
であるため粒子径はおおよそ５〜30μmと大きく、
粒子径を５ミクロンメートル（μm）以下にする
ことは非常に困難とされている。液体燃料の場
合、粒子径が大きくなると黄火や赤火燃焼の原因
となり好ましくない。さらに粒子径が大きくなる
と、着火ミスを生じたり、着化しにくい原因とも
なる。一方水を用いた加湿器や、吸入器の場合、
粒子径により人体への影響は、発生する水蒸気の
粒子径が大きいと人体の肺にいたる間の気管で吸
着され肺にまで至らない。一方人体への健康を考
えると医学的には1μm以下の粒子径すなわち水蒸
気状の粒子径が最も理想的であると言われてい
る。

そこで、液体を毛細管現象による吸上げ体と、
この吸上げ体を加熱する発熱体とで霧化する装置
が提案されている。この装置は液体を一旦気化す
る化学的方法によるため、前記手段よりも粒子径
の細かい粒子を発生させることが可能でしかも構
造が簡単であるとともに、極めて短時間に気体を
必要量，必要時に効率的に発生させることがで
き、省資源、省エネルギーにもなるという特長が
ある。

しかしながら、この装置は発熱体を供給熱量で
制御して発熱量を調整すると室温等の環境条件の
変化により発熱量が変化するという新たな問題が
発生した。

したがつて、この発明の目的は、この装置にお
いて環境条件の変化にかかわらず安定した発熱量
を制御できる霧化装置を提供することである。

この発明の第１の実施例を適用した灯油用液体
燃料燃焼装置を第１図および第２図に示す。すな
わち、符号をおつて説明すると、Ａは霧化装置、
Ｂは気化素子を示す。液体燃料，例えば灯油を溜
めることができる容器１に灯油供給口２，強制気
流の導入口３および混合ガス（霧化ガス）の流出
口４を設け、ポンプ７から送風された強制気流が
導入口３から進入し、気化素子Ｂで気化した灯油
は、空気と混合し混合ガスとなり、流出口４を通
り、バーナー８で燃焼される。容器１の内部には
気化素子Ｂが装填されており、これは第２図に示
すように、毛細管現象を有するガラス繊維布から
なる灯油の吸上げ体５と、表面に絶縁層を被覆し
たニクロム線等を巻回した発熱体６と、発熱体６
の表面に付設した温度検知体である熱電対３１
（CA線の表面に絶縁層を被覆したもの）からな
り、発熱体６は全体形状が中空の螺旋状であつ
て、この周面に吸上げ体５が巻きつけられ、かつ
発熱体６の両端は開放して、発熱体６の中空部に
発生した気体も放出しうるようにいている。

このような構成において、発熱体６は灯油吸上
げ体５に密接しているので発熱体６からの熱供給
は大部分、効率よく吸上げ体に伝導され、吸上げ
た灯油を効果的に気化させるものである。一方、
吸上げ体５はその毛細管現象により前記気化した
量に相当する量の灯油が自動的に吸上げられて定
常状態を維持する。すなわち、前記吸上げ体５の
灯油吸上げ能力，発熱体６の熱供給量および灯油
気化部の表面積等の関係を適当に選定することに
より、発熱体６の供給熱量に対して極めて効率的
な、また応答性に優れた灯油の霧化（発熱量）を
行わせることができる。

さらに、発熱体６の温度を検知し、液体の霧化
量を制御することにより、安定に灯油の霧化量
（発熱量）を使用機器の室温の影響、さらには冷
時使用、再使用においても安定した霧化量を発生
することができるものである。

第３図および第４図は第１図に示す液体燃料燃
焼装置を用い、気化素子Ｂの吸上げ体５は耐アル
カリガラス繊維、発熱体６としてニクロム線の表
面にアルミナをプラズマ溶射したものを用い、ア
ルミナの表面に絶縁層を計けたCA線を接触させ、
ポンプ７からの送風量は、青火燃焼になるように
変化させた場合の発熱量の実験例であつて、第３
図は発熱体６の供給熱量（Ｗ…ワツト）と室内温
度（空気の供給温度）を変化させた場合の灯油の
発熱量を測定し、プロツトしたものである。また
第４図はこの実施例によるもので発熱体６の表面
温度と発熱量をプロツトしたものである。両図を
比較すると明らかなように、第３図は発熱体６の
供給熱量を一定にしても、空気の供給温度（使用
機器の室内温度等による）により霧化量すなわち
発熱量が異なり供給温度の影響を受けることにな
る。そのため、空気の供給温度補正回路さらに必
要に応じ、ポンプ７からの送風量等を制御しなけ
ればならず、複雑な制御回路が必要となるのに対
して、第４図は、発熱体６の表面温度と発熱量の
変化は室温に影響なく、かつ発熱体６の供給熱量
とも相関性は小さい。すなわち、第３図のように
発熱体の供給熱量で発熱量をコントロールするこ
とは同一条件すなわち室温が同一温度の場合はよ
いが、石油燃焼器のような室内暖房として用いる
と、室温が変化するごとに、発熱量が変化する。
しかしながら第４図のように発熱体の表面温度で
発熱量をコントロール（制御）することにより、
室温の変化による発熱量変化は小さく、安定した
燃焼、さらに制御回路、構成もきわめて簡単であ
るので、霧化装置として安価に提供できるのであ
る。

以下に吸上げ体および発熱体の好ましい材料例
を挙げる。すなわち、吸上げ体は、耐熱性多孔質
物質、あるいは耐熱性繊維で形成し、さらに詳述
するならば多孔質セラミツクス，ガラス繊維，脱
アルカリガラス繊維，シリカ繊維，アルミナ繊
維，炭素繊維，石綿などが好ましく、特に、ガラ
ス繊維，脱アルカリガラス繊維が最も好ましい。

また発熱体はつぎの通りである。すなわち、 ＜必要条件＞ (1)吸上げ体とできるだけ密着し、密着面をでき
るだけ多くすること、(2)発熱体６で発生するエネ
ルギーをできるだけ効率よく灯油または吸上げ体
５に熱交換できること、(3)発熱体６の表面が局部
的に高温に加熱されないこと、(4)発熱体６の表面
にタール状の未燃焼生成物が生じないこと、(5)発
熱体６の表面にタール状未燃焼物が発生しても触
媒的に自己浄化できる機能を有していること、(6)
発熱体６の表面温度が均一であること、(7)発熱体
６の金属部が浸炭腐食に対して防食機能を有する
ことなどが挙げられる。

この場合において、もし発熱体６として、Fe
―Cr―Al線，Fe―Ni―Cr線，Fe―Ni―Cr―Al
―Yt線の様な一般電熱線および各種シーズヒー
ター等を用いると発熱体６の表面は短期間にター
ル状の未燃焼生成物が発生し、気化熱を供給する
為の熱交換が悪くなつたり、タール発生部で電熱
線やシーズヒーターが局部的に浸炭現象が進行
し、局部過熱や断線あるいは混合ガスに着火した
りして、この発明の目的を果すことが困難とな
る。ゆえに、この発明の目的に適つた耐熱材と触
媒を担持した複合発熱体を調製するのが最適とい
える。

＜実施例＞ (1) 第５図ａは電熱線あるいは抵抗体２１の表面
を絶縁層として用いた金属酸化物（または金属
の複合酸化物）２２で被覆したものである。な
お、この実施例で用いる発熱体６の表面温度は
200〜250℃であることが好ましいので抵抗体２
１の熱膨張はそれ程大きくなく、したがつて抵
抗体２１に直接、プラズマ溶射法でAl₂O₃，
TiO₂，MqAl₂O₄の様な金属酸化物または金属
の複合酸化物を被覆形成したものである。

(2) 第５図ｂは抵抗体２１の表面を第一被覆層と
して用いた耐熱性合金２３で被覆形成し、その
後第２被覆層すなわち絶縁層として上記第５図
ａの様に金属酸化物（または金属の複合酸化
物）２２で被覆形成したものである。この様な
構成は抵抗体２１と金属酸化物２２の熱膨張の
差が大きく異なる場合に長期使用と熱サイクル
に対して充分機能を発揮できる様に行うもの
で、中間体としてNi―Cr，Ni―Cr―Al，等の
耐熱性合金２３を用いたものである。

(3) 第５図ｃ，ｄは第５図ｂに対し封孔処理剤２
５と触媒体２４を設けたものである。

次に発熱体６の調整法について第６図の製造
工程図を用いて説明する。

＜発熱体＞ 発熱体はニクロム線、鉄、クロム線、カンタル
線、エスイツト線等の巻回したものが最も好まし
く、さらにシーズヒーター、PTCセラミツスタ
ー等の他の熱源にも応用可能であるが本実施例で
は主にニクロム線等の上記一般電熱線（第５図の
２１に対応）を発熱体に用いた。

＜表面拡大化処理＞ 先ず電熱線の表面を充分脱脂洗浄を行ない、次
にAl₂O₃，SiC等の一般研削材の20〜100メツシユ
の粒度を用い、プラスト圧３〜５Kg／cm²で表面拡
大化処理を行なう。この際電熱線の表面がタリサ
ーフ表面粗度計で５〜50μ平均粗度（Ra）が得ら
れることが好ましく、Raが5μ以下ではセラミツ
クス等の被覆効率が悪くなり、又Raが50μ以上に
なると逆にセラミツクス材の均一被覆が困難とな
る。

＜洗滌・乾燥＞ 表面拡大化処理工程では電熱線の表面に研削材
や研削屑が表面に付着しているので水で洗滌し、
100〜150℃で充分電熱線を乾燥する。

＜絶縁層の形成＞ 電熱線を直接液体燃料吸上げ体５や液体燃料に
密接させると電熱線の表面でタール化が促進し、
このタールにより電熱線が浸炭腐食を行なうので
耐熱材で、それ自体で一部灯油等の液体燃料やタ
ール物質に対し分解触媒能を有する金属酸化物
（第５図２２に対応）を被覆形成する。この目的
に適う物質としてAl₂O₃，SiO₂，Fe₂O₃，Y₂O₃，
TiO₂，CaO，B₂O₃，Li₂O，Cr₂O₃，ZrO₂，
MqO，BeO，NiO，ThO₂，HfO₂，La₂O₃，
CeO₂の金属酸化物、またはMqAl₂O₄，
MnAl₂O₄，FeAl₂O₄，CoAl₂O₄，ZnAl₂O₄，
MqCr₂O₄等のスピネル型の複酸化物が適当であ
り、これら物質の中で少なくとも一種以上の組み
合せが好ましい。また、これらの中で、最も効果
的で、経済的にも好ましいものとして、Al₂O₃，
TiO₂，ZrO₂，SiO₂，MqAl₂O₄が優れた性能を示
した。

さらに、これら物質の被覆方法としてはアーク
溶射法、炎溶射法、プラズマ溶射法、爆発溶射法
等があるが、本実施例では溶射法はプラズマ溶射
法を用いた。なお、この場合プラズマダイン社の
80KW型、SG―100型を用い、アークガスとして
アルゴンガス、補助ガスとしてヘリウム、電流
1000A、電圧41Vでセラミツクスの溶射を行な
い、第一被覆層の形成を行なつた。

溶射被覆層の厚みは（10〜100）μ程度が効果
的であつた。

＜中間被覆層の形成＞ 第５図の耐熱性合金（中間被覆層）２３の被覆
形成方法について説明する。この中間被覆層は前
述の如く抵抗体２１と金属酸化物２２の中間に設
けると発熱体としての熱サイクルに対し、長期間
安定に使用可能となる。この耐熱性合金２３とし
て最適の耐熱合金材料はNi―Cr，Ni―Cr―Al，
Fe―Cr，Fe―Cr―Al，Fe―Cr―Ni―Alである。

これら耐熱合金材料の中から少なくとも一種以
上を溶射被覆することが好ましい。溶射被覆層の
厚みは中間層であるので５〜30μ程度が効果的で
あつた。

＜封孔処理層の形成＞ 前記の如く電熱線の表面に中間被覆層である
Ni―Cr―Alの様な合金被覆層を溶射形成後、第
一被覆層であるTiO₂，Al₂O₃，SiO₂，ZvO₂の様
なセラミツクス材料を溶射形成しても、溶射被覆
層には本質的に５〜30％の空孔を有するので、液
体燃料は燃焼機を使用しない時に電熱線の表面層
に浸潤することになる。電熱線と溶射被覆層の界
面には空気の拡散が困難であり、したがつて酸素
が余り存在しないので、浸潤した液体燃料はター
ル化し易く、またタール化した炭素質を酸化燃焼
することも困難であるのでこの電熱線と被覆形成
層の界面に封孔処理を行なうことが好ましい。

この封孔処理剤として種々検討した結果、水ガ
ラス，シリカゾル，アルミナゾル，ガラス質粉
末、シリコーン樹脂、耐熱塗料が好ましい。これ
らの中で特に水ガラス，シリカゾル，アルミナゾ
ルが効果的であつた。

＜触媒担持＞ 第一被覆層である上記金属酸化物２２はそれ自
体でも多少の灯油分解能力タール物質の自己浄化
能を有するが、この第一被覆層の表面に貴金属触
媒の担持を行なうと、灯油分解能力タール物質の
自己浄化能が著しく改善される。

この目的に適う貴金属触媒は白金，パラジユウ
ム，ロジユウム，イリジユウムが好ましい。これ
ら貴金属の塩化物を１〜10ｇ／になるように水
とアルコールからなる溶媒を用いて溶解し、この
溶液中に上記第一被覆層を形成した電熱線を含浸
させ、100〜150℃で乾爆後、600℃の電気炉中で
焼成する。このようにして第一被覆層の表面に第
５図ｃ，ｄの如く貴金属触媒の担持を行なう。第
６図に示した発熱体の製造工程図の中で、中間被
覆形成層、封孔処理形成層，触媒担持の各工程は
破線で示されているが、これは絶縁覆層の金属酸
化物２２の溶射形成のみでも発熱体としての機能
が著しく改善されるので、前記破線で記された四
工程は省略することも可能である。

この発明の第２の実施例を第７図に示す。すな
わち、この霧化装置は、巻回発熱体６の内部に保
護管３２で保護された熱電対３３を挿入したもの
で、保護管はステンレス，セラミツクを用い、ス
テンレスの場合は表面に絶縁層を被覆したものが
好まし。その他は第１の実施例と同様である。

なお、実施例として液体燃料燃焼装置に用いた
場合について詳述したが、加湿装置の水蒸気発生
量についても同様の結果を得た。それゆえ、液体
燃料燃焼装置、水蒸気発生装置（加湿器、吸入
器）などにも広く応用可能である。

以上のように、この発明の霧化装置は、液体を
溜めるとともに強制気流の導入口および流出口を
有する容器と、この容器内に設けられて前記液体
を毛細管現象により吸上げる吸上げ体と、前記容
器内に設けられて前記吸上げ体を加熱して前記液
体を霧化する発熱体と、この発熱体の温度を感知
して前記発熱体の発熱量を制御させる温度検知体
とを備えたため、つぎの作用効果がある。

すなわち、毛細管現象により吸上げる吸上げ体
を発熱体で加熱することにより液体を霧化するた
め、構造が簡単でしかも極めて短時間に霧化を発
生し流出させることができるとともに、発熱体の
温度を感知する温度検知体を設けたため環境条件
の影響を受けずに安定して発熱量を制御すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例にかかる液体
燃料燃焼装置の概略断面図。第２図は気化素子を
示す２面図、第３図は発熱体供給熱量に対する発
熱量特性図、第４図は発熱体表面温度に対する発
熱量特性図、第５図は発熱体の断面図、第６図は
発熱体の製造工程図、第７図は第２の実施例の気
化素子の２面図である。 １……容器、３……導入口、４……流出口、５
……吸上げ体、６……発熱体、３１，３３……温
度検知体である熱電対。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を溜めるとともに強制気流の導入口およ
   び流出口を有する容器と、この容器内に設けられ
   て前記液体を毛細管現象により吸上げる吸上げ体
   と、前記容器内に設けられて前記吸上げ体を加熱
   して前記液体を霧化する発熱体と、この発熱体の
   温度を感知して前記発熱体の発熱量を制御させる
   温度検知体とを備えた霧化装置。 ２ 前記発熱体は中空の螺旋状であつて、その周
   面に前記吸上げ体が巻きつけられ、かつ発熱体の
   両端は開放している特許請求の範囲第１項記載の
   霧化装置。