CN102803850A - 燃烧器装置 - Google Patents

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Abstract

一种进行氧化剂与燃料的混合气的燃烧的燃烧器装置（S1），具有将对混合气（Y）进行点火的点火区域（R2）和维持混合气（Y）的燃烧的火焰稳定区域（R3）以混合气（Y）以能够通气的方式区划开并且调节从点火区域（R2）供给至火焰稳定区域（R3）的混合气（Y）的流速的分隔部件（8），分隔部件（8）具有向氧化剂通过流路（1）突出且将在氧化剂通过流路（1）中流动的氧化剂的一部分阻挡并引导至取入流路区域（R1）的突出部（8a1）。根据该燃烧器装置（S1），通过将充分量的氧化剂供给至燃烧区域而令混合气的燃烧状态稳定化，进而能够稳定地进行高温气体的生成。

Description

燃烧器装置
技术领域
本发明涉及一种进行氧化剂与燃料的混合气的燃烧的燃烧器装置。
本申请基于2010年3月24日在日本提出申请的特愿2010－68092号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
在柴油发动机等的排放气体中含有微粒子（颗粒物质）。由于担心将该微粒子排放到大气中导致的对环境的影响，近年来在搭载柴油发动机等的车辆中设置用于将排放气体中的微粒子除去的过滤器（DPF）。
该过滤器由为具有多个比上述微粒子小的孔的多孔质体的陶瓷等形成，通过阻止上述微粒子的通过而进行微粒子的捕获。
但是，如果长时间使用这样的过滤器，则捕获的微粒子会蓄积而过滤器变为网眼堵塞状态。
为了防止这样的过滤器的网眼堵塞，例如如专利文献1所示那样，使用通过对过滤器供给高温气体而令被过滤器捕获的微粒子燃烧而将其除去的方法。
具体而言，在专利文献1中在柴油发动机和过滤器之间设置燃烧器装置，令排放气体与燃料混合而成的混合气燃烧而产生高温气体，通过向过滤器供给该高温气体而令微粒子燃烧。
专利文献1 : 日本特开2007－154772号公报。
发明所要解决的课题 
在上述燃烧器装置中，从燃料喷射装置喷射的燃料与作为氧化剂被供给的排放气体及外部气体混合而生成混合气，借助点火装置将该混合气加热至点火温度以上从而令其燃烧。而且，通过保持由于该燃烧而产生的火焰而令燃烧持续。
但是，当供给至燃烧区域的氧化剂的供给量不充分时，存在点火性降低或燃烧状态不稳定的可能性。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而提出的，其目的在于提供一种燃烧器装置，通过将充分量的氧化剂供给至燃烧区域而令混合气的燃烧状态稳定化，进而能够稳定地进行高温气体的生成。
用于解决课题的手段
在本发明中，作为解决上述课题的手段采用以下的构成。
本发明的第1发明为一种进行氧化剂与燃料的混合气的燃烧的燃烧器装置，具有：氧化剂通过流路，上述氧化剂通过其中；管体部，内部为中空且该内部与上述氧化剂通过流路连接；分隔部件，能够通气地将管体部的内部区划为上述氧化剂的取入流路区域、在上述混合气中点火的点火区域、和维持上述混合气的燃烧的火焰稳定区域，分隔部件具有突出部，所述突出部向上述氧化剂通过流路突出而将在上述氧化剂通过流路中流动的上述氧化剂的一部分阻挡并向上述取入流路区域引导。
在本发明的第2发明中，在上述第1发明中，上述火焰稳定区域配置在上述突出部的下游侧。
在本发明的第3发明中，在上述第1或者第2发明中，在令上述氧化剂通过流路的截面积为S时，曝露于上述氧化剂通过流路中的上述突出部的面积为0.14～0.29S。
发明的效果 
根据本发明，利用分隔部件以混合气能够通气的方式区划点火区域和火焰稳定区域。因此，能够调节从点火区域向火焰稳定区域供给的混合气的流速。因而，能够将供给至火焰稳定区域的混合气的流速调节为在火焰稳定区域中燃烧能够稳定化的流速。
此外，为了实现点火区域中的点火性的提高以及火焰稳定区域中的燃烧稳定性的提高，对于氧化剂取入流路需要取入充分量的氧化剂。针对此，根据本发明，利用分隔部件的突出部将在氧化剂通过流路中流动的氧化剂的一部分阻挡并引导至氧化剂取入流路。因此，根据本发明，能够实现点火区域中的点火性的提高以及火焰稳定区域中的燃烧稳定性的提高。
这样一来，根据本发明，能够提高混合气的点火性，进而令混合气的燃烧状态稳定化。因此，能够稳定地进行高温气体的生成。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的燃烧器装置的概略构成的剖视图。
图2是本发明的第1实施方式的燃烧器装置的A－A线剖视图。
图3是表示本发明的第1实施方式的燃烧器装置的变形例的剖视图。
图4A是表示本发明的第2实施方式的燃烧器装置的概略构成的剖视图。
图4B是表示本发明的第2实施方式的燃烧器装置的变形例的剖视图。
图5A是表示本发明的燃烧器装置的中央板的变形例的剖视图。
图5B是表示图5A所示的燃烧器装置的贯通孔的变形例的放大剖视图。
图6是表示本发明的燃烧器装置的燃料供给部的变形例的剖视图。
附图标记说明
S1、S2…燃烧器装置，1…供给流路（氧化剂通过流路），4…管体部，4a…壁部，4a1…端部（壁端部、氧化剂取入机构），8…分隔部件，8a1……端部（突出部），R1…排放气体流路区域（取入流路区域），R2…点火区域，R3…火焰稳定区域，X…排放气体（氧化剂），Y…混合气，Z…高温气体。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的燃烧器装置的一实施方式。另外，在以下的附图中，为了令各部件为能够识别的大小而适宜地改变各部件的比例尺。
（第1实施方式）
图1是表示本实施方式的燃烧器装置S1的概略构成的剖视图。
该燃烧器装置S1是下述装置：与配置于上游侧的柴油发动机等的排出排放气体的装置的排气口连接，通过令供给来的排放气体X（氧化剂）和燃料混合并燃烧而产生高温气体Z，并且用于将高温气体Z供给至下游侧的过滤器。该燃烧器装置S1配置在例如柴油发动机与颗粒过滤器之间。
而且，该燃烧器装置S1具有供给流路1（氧化剂通过流路）和燃烧部（燃烧区域）2。
供给流路1是用于将从柴油发动机等的装置供给来的排放气体X直接供给至过滤器的流路。供给流路1由一方的端部与柴油发动机等的装置的排气口连接且另一方的端部与过滤器连接的圆筒形状的配管构成。在供给流路1中，流通有在燃烧器装置S1中作为氧化剂起作用的排放气体X。
燃烧部2与供给流路1连接，并且在内部令在供给流路1中流动的排放气体X的一部分与燃料混合并燃烧从而生成高温气体。而且，该燃烧部2具有管体部4、燃料供给部5、点火装置7、分隔部件8、和助燃空气供给装置9。
管体部4是形成燃烧部2的外形的管状的部件，内部为中空。另外，管体部4的内部在之后详细说明，利用分隔部件8被区划为排放气体流路区域R1、点火区域R2、和火焰稳定区域R3。而且，管体部4从垂直于供给流路1的延伸方向的方向与供给流路1连接。
此外，管体部4的水平截面形状为方形。而且，如图1所示，构成管体部4的矩形的壁部中，位于供给流路1中排放气体X的流动方向的下游侧的壁部4a的端部4a1（壁端部）配置于供给流路1中。
即，在本实施方式的燃烧器装置S1中，在圆形的供给流路1中配置矩形的壁部4a的端部4a1。
该壁部4a的端部4a1将在供给流路1中流动的排放气体X（氧化剂）的一部分取入并将其直接供给至火焰稳定区域R3。
燃料供给部5具有设置于点火装置7的顶端的燃料保持部5a、和用于向燃料保持部5a供给燃料的供给部5b。
另外，燃料保持部5a能够由例如金属网、烧结金属、金属纤维、玻璃布、陶瓷多孔体、陶瓷纤维、浮石等形成。
点火装置7为，顶端部被燃料保持部5a包围，由被加热至燃料与排放气体X的混合气的点火温度以上的作为加热器的热线点火塞构成。
分隔部件8将管体部4的内部区划为从供给流路1取入的排放气体X所流动的排放气体流路区域R1、设置有点火装置7的点火区域R2、和维持混合气Y的燃烧的火焰稳定区域R3。而且，分隔部件8具有：在管体部4的中央部上下地延伸并且与管体部4的底面分离地配置的中央板8a、和如图1所示从中央板8a水平地延伸并且与管体部4的侧面分离地配置的侧板8b。该侧板8b的面积设定为比从上方看的燃料保持部5a的面积大。此外，中央板8a和侧板8b也可以一体地形成，也可以由分别的部件形成。
在该分隔部件8中，如图1所示，排放气体X能够借助形成于中央板8a的底面侧的贯通孔81从排放气体流路区域R1向点火区域R2通气。此外，能够借助侧板8b与管体部4的侧面的间隙令混合气Y从点火区域R2向火焰稳定区域R3通气。进而，在中央板8a的中央部形成有贯通孔82，经由贯通孔82，被取入至排放气体流路区域R1的排放气体的一部分被直接供给至火焰稳定区域R3。
而且，经由形成在分隔部件8与管体部4之间的间隙令混合气Y从点火区域R2到火焰稳定区域R3通气，从而能够将混合气Y的流速调节为火焰稳定区域R3中燃烧能够稳定化的流速。
此外，经由在分隔部件8的管体部4附近开口的上述间隙而令混合气Y从下方朝向上方通气，从而令混合气Y与被从火焰稳定区域R3的上方（外部）沿着管体部4的壁面供给至火焰稳定区域R3的排放气体X的流动（氧化剂流）撞击。
另外，点火区域R2的点火性还受到从排放气体流路区域R1到点火区域R2的通气面积、从点火区域R2向火焰稳定区域R3的通气面积的比的影响，该比根据燃烧器装置S1的形状及性能等而适宜地设定。例如，在本实施方式时，从排放气体流路区域R1向点火区域R2的通气面积优选比从点火区域R2向火焰稳定区域R3的通气面积大。从而，点火区域R2总是为被气体充满的状态，点火区域R2的流体的流速降低而点火性提高。另一方面，令从排放气体流路区域R1向点火区域R2的通气面积比从点火区域R2向火焰稳定区域R3的通气面积窄时，有时也能提高点火区域R2中的点火性。
在本实施方式的燃烧器装置S1中，如作为中央板8a的主视图的图2所示，中央板8a的端部8a1向供给流路1凸出。即，在本实施方式的燃烧器装置S1中分隔部件8作为从管体部4的内部向供给流路1凸出的突出部而具有端部8a1。
而且，中央板8a的端部8a1将在供给流路1中流动的排放气体X的一部分阻挡并引导至排放气体流路区域R1。
另外，如图1所示，在本实施方式的燃烧器装置S1中，在中央板8a的端部8a1的下游侧形成有火焰稳定区域R3。其结果，借助端部8a1阻挡供给流路1内的排放气体X的流动从而将排放气体X的一部分从供给流路1侧供给至火焰稳定区域R3。
助燃空气供给装置9根据需要而辅助地向管体部4的内部（排放气体流路区域R1）供给空气。助燃空气供给装置9具有供给空气的空气供给装置及连接空气供给装置与管体部4的内部的配管等。
在本实施方式中的燃烧器装置S1中，从供给流路1取入到排放气体流路区域R1的排放气体X作为氧化剂而从排放气体流路区域R1经由贯通孔81被供给至点火区域R2。
另一方面，在未图示的控制装置的控制下，点火装置7被加热，从供给部5b被供给至燃料保持部5a的燃料在点火区域R2中挥发。
然后，供给至点火区域R2的排放气体X与挥发的燃料混合而生成混合气Y，进而，借助点火装置7被加热至点火温度以上从而混合气Y被点火。
另外，从排放气体流路区域R1向点火区域R2的通气面积设定为比从点火区域R2向火焰稳定区域R3的通气面积大。由此，点火区域R2总是为被气体充满的状态，点火区域R2中的流体的流速降低。因而，能够在点火区域R2容中容易地在混合气Y中点火。
如果这样地在点火区域R2中将混合气Y点火，则借助点火而生成的火焰与未燃烧的混合气Y一起向火焰稳定区域R3传播。其结果，在火焰稳定区域R3中形成火焰F，通过向火焰F供给未燃烧的混合气Y、从火焰稳定区域R3的上方供给的排放气体X、经由贯通孔82供给的排放气体X，维持火焰F。而且，通过维持这样的火焰F而稳定地生成高温气体Z。
另外，在混合气Y点火后，在点火区域R2中也在混合气Y的点火后形成火焰。因此，混合气Y在点火区域R2中进行1次燃烧，其后在火焰稳定区域R3中进行2次燃烧。
在此，在本实施方式的燃烧器装置S1中，利用分隔部件8以混合气Y能够通气的方式区划为点火区域R2和火焰稳定区域R3，进而能够将从点火区域R2供给至火焰稳定区域R3的混合气Y的流速调节为在火焰稳定区域R3中燃烧能够稳定化的流速。
因而，根据本实施方式的燃烧器装置S1，能够令混合气Y的燃烧状态稳定化且进而能够定地进行高温气体Z的生成。
此外，为了实现点火区域R2中的点火性的提高以及火焰稳定区域R3中的燃烧稳定性的提高，对于排放气体流路区域R1需要取入充分量的排放气体X。针对此，根据本实施方式的燃烧器装置S1，利用分隔部件8的中央板8a的端部8a1将在供给流路1中流动的排放气体X的一部分阻挡并引导至排放气体流路区域R1。因此，根据本实施方式的燃烧器装置S1，能够实现点火区域R2中的点火性的提高以及火焰稳定区域R3中的燃烧稳定性的提高。
这样一来，根据本实施方式的燃烧器装置S1，能够提高混合气Y的点火性，进而令混合气Y的燃烧状态稳定化。因此，能够稳定地进行高温气体Z的生成。
此外，在本实施方式的燃烧器装置S1中，在中央板8a的端部8a1的下游侧形成火焰稳定区域R3，如上所述，通过利用端部8a1将供给流路1内的排放气体X流动阻挡而能够将排放气体X的一部分从供给流路1侧供给至火焰稳定区域R3。即，借助端部8a1的存在，能够将供给流路1中的排放气体X卷入并直接地供给至火焰稳定区域R3。其结果，能够向火焰稳定区域R3供给充分量的氧化剂，能够令火焰稳定区域R3中的燃烧状态更加稳定化。
另外，在燃烧器装置S1的下游侧通常配置有令包含于高温气体Z的未燃部分的燃料燃烧的催化剂燃烧器。因此，供给至催化剂燃烧器的高温气体Z的温度优选为催化剂为活性化的温度。此外，高温气体Z的温度依赖于取入到燃烧器装置S1的排放气体X的流量而变化。
即，曝露于供给流路1中的中央板8a的端部8a1的面积Sa（参照图2）优选设定为使得高温气体Z的温度为催化剂为活性化的温度。
而且，在将曝露于供给流路1中的中央板8a的端部8a1的面积Sa相对于供给流路1的截面积S设定为0.04S的实验中，催化剂燃烧器出口的温度大多低于表示催化剂的活性化的温度的230℃。具体而言，令燃料的供给量和火焰稳定区域R3的高度变化而进行多次实验，催化剂燃烧器出口的温度为226℃、211℃、228℃、216℃、247℃、200℃、224℃、250℃、270.8℃、258℃。
另一方面，在令曝露于供给流路1中的中央板8a的端部8a1的面积Sa为0.14S的实验中，催化剂燃烧器出口的温度为259℃、290℃、305℃、324℃、246℃、341℃、238℃。
此外，在令曝露于供给流路1中的中央板8a的端部8a1的面积Sa为0.29S的实验中，催化剂燃烧器出口的温度为239℃、292℃、311℃、325℃、336℃、352℃、364℃、377℃、390℃、404℃、416℃、432℃、445℃、464℃、477℃、490℃。
另外，在上述实验中，令向燃烧器装置S1供给排放气体X的发动机的转速为1800rpm，令扭矩为0Nm。
此外，根据本发明者的其后的发现，在令供给流路1的截面积为S时，如果端部8a1的面积Sa为0.45S以下，则催化剂燃烧器出口的温度为230℃以上。
因此，本发明中的端部8a1的面积Sa，在令供给流路1的截面积为S时，优选为0.14S～0.45S，更优选为0.14S～0.29S。
另外，在端部8a1的面积Sa相对于供给流路1的截面积过大时，取入到管体部4内的排放气体X的量过度增加，管体部4内的混合气的流速变快，有产生点火不良以及燃烧不良的可能性。此外，在端部8a1的面积Sa相对于供给流路1的截面积过大时，供给流路1的流路面积减少，燃烧器装置S1中的压力损失变大，有可能无法将排放气体X良好地排气。
相对于此，与燃烧器装置S1的大小无关，通过将中央板8a的端部8a1的面积Sa与供给流路1的截面积的比例维持为上述那样，能够取入最适于在火焰稳定区域R3维持火焰F的量的排放气体X。
在将中央板8a的端部8a1的面积Sa与供给流路1的截面积的比例维持为上述那样时，即便是管体部4的内部空间扩大时，也能够在火焰稳定区域R3中维持火焰F。因此，能够比本实施方式的燃烧器装置S1还将管体部4的内部空间扩大而扩大点火区域R2。此时，点火区域R2中的混合气Y的流速降低，能够提高混合气Y的点火性。
另外，在本实施方式中，采用具有助燃空气供给装置9的构成。但是，在包含于排放气体X的氧浓度足够高时，也可以如图3所示地省略助燃空气供给装置9。
此外，在火焰稳定区域R3中，也可以设置如例如图1中符号C所示的燃烧辅助部件。作为燃烧辅助部件C能够使用通过被火焰F加热而被加热至点火温度以上从而将火焰稳定区域的温度保持为高温的陶瓷多孔体、及通过被加热而自己燃烧从而抑制火焰F的不发火的催化剂等。
根据具有上述构成的燃烧器装置S1，火焰稳定区域R3中的燃烧得到燃烧辅助部件C的辅助而能够抑制火焰F的不发火。因此，能够令火焰稳定区域R3中的燃烧更加稳定化。
（第2实施方式）
接着，说明本发明的第2实施方式。另外，在本实施方式中，对于与上述第1实施方式同样的部分省略或者简化其说明。
图4A是表示本实施方式的燃烧器装置S2的概略构成的剖视图。如该图所示，本实施方式的燃烧器装置S2相对于上述第1实施方式的燃烧器装置S1，管体部4、其内部构造以及连接构造在上下方向中对称地配置。
即，在本实施方式的燃烧器装置S2中，管体部4、其内部构造（分隔部件8、燃料供给部5以及点火装置7）以及连接构造（助燃空气供给装置9）安装在供给流路1的上部。
根据采用这样的构成的本实施方式的燃烧器装置S2，也与上述第1实施方式的燃烧器装置S1同样，能够令混合气Y的燃烧状态稳定化，进而能够稳定地进行高温气体Z的生成。
另外，如图4B所示，在本实施方式的燃烧器装置S2中，也与上述第1实施方式同样地，在包含于排放气体X的氧浓度充分地高时，能够省略助燃空气供给装置9。
以上，参照附图说明了本发明的适宜的实施方式，但本发明并不限定于上述的各实施方式。上述的实施方式中示出的各构成部件的各形状及组合等仅为一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围中基于设计要求等而进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，说明了管体部4的壁部4a的端部4a1向供给流路1突出的构成。
但是，本发明不限定于此，也能够采用管体部4的壁部4a的端部4a1不向供给流路1突出的构成。
此外，如图5A所示，也可以令分隔部件8的中央板8a的下端部为随着朝向管体部4的底面侧（图中下方）而暂时从点火装置7分离的倾斜面8c。此时，经由贯通孔81从排放气体流路区域R1流入至点火区域R2的排放气体X首先与管体部4的底面接触然后向点火区域R2内扩开，所以能够降低点火区域R2内的流体的流速。因而，能够在点火区域R2中容易地将混合气Y点火。
进而，如例如图5B所示，也可以令贯通孔81由形成于倾斜面8c的多个孔形成。此时，排放气体X向多个贯通孔81分散而从排放气体流路区域R1流入点火区域R2，所以能够降低从各个贯通孔81喷出的排放气体X的流速。其结果，能够进一步降低点火区域R2内的流体的流速。
此外，在上述实施方式中，说明了使用与燃料保持部5a连接的燃料供给部5b的构成。
但是，本发明不限定于此，也可以使用向燃料保持部5a以及管体部4内吹付燃料的燃料供给部。
例如，如图6所示，也可以将燃料供给部5b不是设置在管体部4的底面而是在管体部4的壁部4a朝向点火区域R2地设置。此时，借助从燃料供给部5b喷射到点火区域R2内的燃料，向点火装置7供给燃料。
进而，也可以除了燃料供给部5b，如图6所示地在管体部4的壁部4a上朝向火焰稳定区域R3地设置向火焰稳定区域R3供给燃料的第2燃料供给部5b′。
通过设置第2燃料供给部5b′，能够精细地调节供给至点火区域R2的燃料和供给至火焰稳定区域R3的燃料的分配，能够期待更加稳定的燃烧。
产业上的利用可能性
根据本发明，能够提供一种燃烧器装置，令混合气的燃烧状态稳定化，进而能够稳定地进行高温气体的生成。

Claims (3)

1.一种燃烧器装置，是进行氧化剂与燃料的混合气的燃烧的燃烧器装置，
具有：氧化剂通过流路，上述氧化剂通过其中；管体部，内部为中空且该内部与上述氧化剂通过流路连接；分隔部件，能够通气地将管体部的内部区划为上述氧化剂的取入流路区域、在上述混合气中点火的点火区域、和维持上述混合气的燃烧的火焰稳定区域，
分隔部件具有突出部，所述突出部提高述氧化剂通过流路突出而将在上述氧化剂通过流路中流动的上述氧化剂的一部分阻挡并引导至上述取入流路区域。
2.根据权利要求1所述的燃烧器装置，其特征在于，
上述火焰稳定区域配置在上述突出部的下游侧。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器装置，其特征在于，
在令上述氧化剂通过流路的截面积为S时，曝露于上述氧化剂通过流路中的上述突出部的面积为0.14S～0.29S。
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