JP2003021322A

JP2003021322A - 燃焼式加熱装置

Info

Publication number: JP2003021322A
Application number: JP2001208266A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Matsui; 啓仁松井; Sadahisa Onimaru; 貞久鬼丸; Masanori Yasuda; 真範安田; Akio Matsuoka; 彰夫松岡; Teruhiko Kameoka; 輝彦亀岡; Takatomo Narahara; 崇伴楢原
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】暖房等に使用される燃焼式加熱装置におい
て、燃料気化手段から蒸発した燃料が燃焼室の中心部に
多くなってリッチな混合気となるのを防止する。【解決手段】第１燃焼室１１と第２燃焼室１４との間
の隔壁７の絞り開口７ａの前後に、若干の隙間を置いて
燃焼促進板２６を設ける。第１燃焼室１１内へ燃焼用の
空気を接線方向に流入させて旋回流を形成させると、中
心部では流れが弱くなる。また、中心部は旋回流によっ
て負圧となるから、ウイック９のような燃料気化手段か
ら蒸発した燃料は中心部に多くなる。従って、中心部で
は燃料過多のリッチな混合気が形成されて、空気と十分
に混合しないで不完全燃焼をするので排気エミッション
特性が悪化する。燃焼促進板２６はリッチな混合気を転
向させて旋回流に乗せるほか、自体が灼熱しているから
混合気の燃焼を促進する。他に、通気性を有する多孔質
板等も使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料を燃焼させるこ
とによって被加熱流体を加熱する燃焼式加熱装置に係
り、特に車両空調用として好適な、小型で燃焼効率及び
排気エミッション特性の優れた燃焼式加熱装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特開２０００−７４３３３号公報には、
例えば内部を高温の燃焼ガスが流れる燃焼筒の外周面に
沿って空気のような冷却ガスを流すような冷却構造にお
いて、燃焼筒の外周面に多数の突起を千鳥状に点在させ
て設けると共に、各突起に燃焼筒の軸線方向に沿って、
且つ冷却ガス流の下流側に向かうにつれて燃焼筒の軸線
に近づくように傾斜して延びる冷却ガス通路を設けるこ
とが開示されている。この燃焼筒においては、多数の突
起の冷却ガス通路から冷却用の空気を燃焼筒内へ導入し
て、燃焼筒の内周面に沿って軸線方向に流すことによ
り、燃焼筒の内周面に接して流れる燃焼ガスの温度を低
下させて、高温の燃焼ガスによる燃焼筒の焼損を防止し
ようとするものである。

【０００３】前述の従来技術における燃焼筒の突起に形
成された冷却ガス通路の中心線は、下流側において燃焼
筒の中心軸線と交わるように傾斜しており、実質的に燃
焼筒の中心軸線を含む平面内にあるものと考えられるの
で、この冷却ガス通路を通って燃焼筒内へ流入する冷却
用空気の流れには旋回運動が加えられることはなく、燃
焼筒内へ流入した後の冷却用空気は燃焼筒の中心軸線に
沿って下流側へ流れることになる。従って、例えば、車
両空調用として燃焼筒を小型化した場合には、燃焼筒内
において燃料と空気の混合が十分に行われないので、燃
料と空気の混合比である空燃比が燃焼筒内で部分的に不
均一となるために燃焼効率が低下し、排気エミッション
特性も悪化する恐れがある。

【０００４】また、この従来技術によれば、燃焼筒内に
冷却用の空気或いは燃焼用の空気と燃料との混合気や、
燃焼の途中にある燃焼ガス等の旋回流が発生することは
ないので、燃焼筒の内周面に沿ってそれを覆うように流
れる冷却用空気の強い旋回流が発生することもない。従
って、燃焼筒の壁に形成された空気通路のような冷却ガ
ス通路の開口の付近に混合気や燃焼ガス等が小さな渦を
形成して停滞する傾向がある。この場合は冷却ガス通路
が下流側に向かって傾斜しているので多少緩和される
が、もし、冷却ガス通路が燃焼筒の壁面に垂直に形成さ
れている場合は、燃焼の途中の燃焼ガスが開口の付近で
冷却され、その中に含まれていた炭素成分が微粒子とな
って遊離して析出し、煤となって開口の周囲に堆積す
る。そして、煤の堆積量が増加すると冷却ガス通路が徐
々に閉塞されて、空気の流入量が減少することにより不
完全燃焼の状態になるから、これもまた排気エミッショ
ン特性の悪化を招く一因となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この問題は、例えば、
燃焼筒内へ空気を流入させるための空気通路を燃焼筒に
対して接線方向に指向させて設けることによって、燃焼
筒内にその軸線の周りの空気の旋回流を形成すると解消
する。即ち、流入した空気流が強く旋回しながら燃焼筒
の内周面に沿って流れて、フィルム状に燃焼筒の内表面
を薄く覆うため、高温の燃焼ガスが直接に燃焼筒の内周
面に接触することが避けられて、燃焼筒が高温の燃焼ガ
スの熱を受けて損傷することが防止されるだけでなく、
燃焼の途中の燃焼ガスが空気通路の出口付近で局部的に
冷却されることが防止されるので、煤が燃焼筒の内周面
に析出して堆積することも避けられるのである。

【０００６】しかしながら、発明者等の研究によって、
このように燃焼筒内へ空気を旋回させながら流入させた
場合にも、別の理由によって若干の問題が生じることが
判明した。それは、燃焼筒内へ空気が接線方向に供給さ
れて、燃焼筒内に空気や燃焼ガス等の旋回流が形成され
ている状態では、燃焼筒の中心部は負圧となっているた
めに、燃焼筒内の燃焼室の上流側に設けられているウイ
ックのような燃料気化手段の中でも特に中心部から燃料
が盛んに気化するが、燃料気化手段の中心部から気化し
た燃料が直ちに外周部寄りに形成されている空気の旋回
流に巻き込まれて均一に混合する訳ではないので、燃焼
室の中心部に外周部よりも燃料の割合が高い所謂「リッ
チな」混合気が形成される傾向がある。

【０００７】従って、空気の旋回流が過度に高い場合に
は、中心部のリッチな混合気が十分に空気の補給を受け
ないために完全燃焼をしないで下流側へ流れて、そのま
ま他の燃焼ガスと混じって燃焼室から排出されることが
あるので、排出される燃焼ガスの中にＨＣやＣＯが多く
含まれていることによって、排気エミッション特性が悪
化する恐れがあるということが問題になる。

【０００８】本発明は、従来技術における前述のような
問題と、その問題を解消するために考えられる対策にお
いて懸念される別の問題の双方に対処して、燃焼室にお
いて気化した燃料と空気が十分に混合することができ、
燃焼室内の空燃比が均一になることによって燃焼が良好
に行われ、小型の燃焼室であっても気化燃料が完全に燃
焼することができ、結果として燃焼効率と排気エミッシ
ョン特性を向上させ得るような、車両空調用に適した小
型の燃焼式加熱装置を提供することを目的としている。
本発明はまた、燃焼筒の壁面がその内部の燃焼室内へ供
給される燃焼用空気によって十分に冷却されて、燃焼筒
をはじめとするシステム全体の耐久性が向上するよう
な、燃焼式加熱装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の請求項１
に記載された燃焼式加熱装置を提供する。

【００１０】本発明の燃焼式加熱装置においては、内部
に第１燃焼室を形成する円筒形の第１燃焼筒の底部に燃
料気化手段が設けられており、燃料供給手段によって燃
料が燃料気化手段へ供給されて気化される。燃料気化手
段は、例えば液体燃料を表面まで浸透させ得る多孔質の
ウイックから構成することができる。第１燃焼筒の円筒
面には一個以上の空気供給口が形成されていて、第１燃
焼筒の外側に形成された空気室から第１燃焼室内へ燃焼
用の空気が空気供給口を通って供給されるが、その際に
燃焼用の空気が第１燃焼筒の中心軸線の回りの一定の回
転方向に旋回する旋回流を形成する。

【００１１】それによって第１燃焼室内に空気の旋回流
が発生し、旋回する空気の一部によって第１燃焼筒の内
壁面が隈なく覆われて、燃焼ガスが直接に第１燃焼筒の
内壁面に接触することが防止され、最も高温となる第１
燃焼筒の内壁面及び絞り開口を有する隔壁の熱負荷が低
減する。また、空気の旋回流によって第１燃焼室内の中
心部に負圧が生じるので、第１燃焼室の周辺部よりも中
心部において燃料気化手段から燃料が蒸発し易くなる。

【００１２】第１燃焼室内に空気等の旋回流が発生する
と一般的には燃料蒸気と空気の混合が促進される筈であ
るが、第１燃焼室の中心部では周辺部よりも旋回流によ
る流れが弱いことと、燃料蒸気が旋回流の強い周辺部よ
りも負圧となっている中心部に多くなることから、中心
部には空気に対して燃料の過多な「リッチな混合気」が
形成され、それが旋回流に巻き込まれることもなく、従
って燃焼に必要な空気が混合されないために完全燃焼を
しないまま、直ちに第２燃焼室へ流入する可能性があ
る。そこで、この問題に対処するために、本発明におい
ては、第１燃焼室の中心部に形成されるリッチな混合気
が直ちに第２燃焼室へ流入することを阻止する直行阻止
手段を設けた点に特徴がある。

【００１３】直行阻止手段は、第１燃焼室と第２燃焼室
との間に設けられた隔壁の絞り開口の下流側或いは上流
側に若干の隙間をおいて設けられた燃焼促進板によって
構成することができる。燃焼促進板は、隔壁との隙間に
よって旋回流を殆ど抵抗なく通過させるが、中心部の直
行する流れは阻止し、その流れを半径方向に転向させる
ので、リッチな混合気は旋回流に巻き込まれて空気とよ
く混合する。また、燃焼促進板は燃焼ガスに接触して高
温となっているから、これに混合気が接触すると燃焼が
促進される。

【００１４】このようにして、第１燃焼室では蒸発燃料
の殆ど全量が空気の旋回流に乗って旋回するようにな
り、それによって混合気の空燃比が燃焼室内の位置に関
係なく均一なものとなる。そして、混合気とそれが燃焼
する過程にある燃焼ガスは比較的長く燃焼室内で旋回し
ながら滞留しており、その間に混合気が完全に燃焼する
ので、燃焼効率及び排気エミッション特性がいずれも高
くなる。

【００１５】本発明の燃焼式加熱装置においては、前述
の直行阻止手段として、通気性を有する多孔質板を用い
ると共に、それを第１燃焼室と第２燃焼室の間に設けら
れた隔壁の絞り開口に設けることができる。それによっ
て、第１燃焼室の中心部にあるリッチな混合気が第２燃
焼室へ直行することが防止される。混合気は多孔質板に
よって半径方向に逸らされて燃焼室内の旋回流に巻き込
まれるか、或いは多孔質板を透過する間に空気と良く混
合して燃焼する。この場合も多孔質板が高温となるか
ら、混合気の燃焼が促進される。多孔質板は第２燃焼室
内の下流側に設けることもでき、その場合も同様な作用
効果が得られる。

【００１６】本発明はまた、第１燃焼室の中心部にある
リッチな混合気の直行阻止手段として、第１燃焼室と第
２燃焼室の間に設ける隔壁の中心部には何らの開口をも
設けないで、隔壁の周辺部にのみ一個或いは複数個の絞
り開口を設けることにより、その隔壁を直行阻止手段と
することができる。この場合は、隔壁が前述の燃焼促進
板と同様な作用をする。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施例としての燃焼
式加熱装置１の要部構造を図１に示す。加熱装置１の大
部分は例えば断熱性構造の横方向に長い円筒形のハウジ
ング２の内部に構成される。ハウジング２の内部の図１
において左端部に近い位置には仕切り板３が設けられ
て、ハウジング２の端壁２ａとの間に第１旋回空気室４
が区画形成されている。第１旋回空気室４には図示しな
い送風機から延びる空気供給管５が接線方向に接続して
入口５ａにおいて開口している。仕切り板３の右側面に
はハウジング２と同軸に円筒形の空気筒６が取り付けら
れている。空気筒６の右端部には耐熱性のある金属等の
材料からなる隔壁７が設けられているが、隔壁７の中央
部分には絞り開口７ａが形成されている。

【００１８】空気筒６の内部には、耐熱性金属のような
材料からなる有底円筒状の第１燃焼筒８が空気筒６と同
軸に設けられている。第１燃焼筒８の底部には、多孔質
のセラミックや圧縮された不燃性繊維のブロック等から
なるウイック９が取り付けられている。ウイック９には
底壁８ａを貫通して設けられた燃料供給管１０によって
軽油等の燃料が供給されて浸透する。図示していない
が、燃料供給管１０に関連して、弁やポンプ、燃料タン
ク等が設けられることは言うまでもない。もっとも、燃
焼式加熱装置１が内燃機関を搭載している車両の空調用
として設けられる場合には、これらの機器の一部として
内燃機関に設けられた燃料供給手段の一部を利用するこ
とも可能である。

【００１９】このようにして、第１燃焼筒８の内部には
空間としての第１燃焼室１１が形成されると共に、外部
には空気筒６との間に有底円筒状の空間としての第２旋
回空気室１２が形成される。そして、第１燃焼室１１の
右端部を区画する隔壁７の下流側には、あたかも第１燃
焼筒８の延長のように円筒状の第２燃焼筒１３が取り付
けられており、その内部に空間としての第２燃焼室１４
が形成されて、隔壁７の絞り開口７ａを介して第１燃焼
室１１と連通している。ハウジング２の内部で第２燃焼
筒１３及び空気筒６の外部の空間は流体通路１５となっ
ている。この場合、第２燃焼筒１３には空気供給口が設
けられていない。

【００２０】図示していないが、第２燃焼筒１３の右端
部は開放して第２燃焼筒１３の内部の第２燃焼室１４を
流体通路１５の右端部に接続させることができる。その
場合は流体通路１５が燃焼ガス通路となり、第２燃焼室
１４の右端部から出た燃焼ガスが流れの方向を変えて流
体通路１５内を左方向に流れ、空気筒６の左端部に近い
位置に接続するように設けられる図示しない排気ガス通
路から外部へ排出される。そして、第２燃焼室１４から
流体通路１５へ流れる燃焼ガスの熱は、流体通路１５の
途中に設けられる図示しない熱交換器において被加熱流
体に（即ち熱媒体としてのエンジン冷却水か、或いは車
室内の空気に直接に）に与えられて空調の目的に利用さ
れる。

【００２１】なお、それとは異なる実施形態として、第
２燃焼筒１３の長さを十分に長くとることができる場合
には、第２燃焼筒１３の右端部に図示しない排気ガス通
路を直接に接続して、そこから排気ガスを外部へ排出す
ると共に、流体通路１５を被加熱流体通路として、その
流体通路１５へ前述のような被加熱流体を流す構成と
し、第２燃焼筒１３の壁面を熱交換面として、第２燃焼
室１４内を旋回しながら流れる燃焼ガスの熱を、第２燃
焼筒１３の壁面を介して流体通路１５内を流れる被加熱
流体へ与えるようにしてもよい。

【００２２】また、図１に示す１６は燃焼式加熱装置１
の始動時に通電可能なグロープラグであって、その発熱
部分は、第１燃焼室１１内の図において左端部に設けら
れているウイック９の表面（一般的には燃料気化手段）
に近接した位置に突出して支持される。グロープラグ１
６は通電されたときに赤熱してウイック９の一部を加熱
して燃料を蒸発させると共に、燃料蒸気に点火すること
ができる。

【００２３】図１から明らかなように、ハウジング２内
に形成された仕切り板３には、第１旋回空気室４内から
第２旋回空気室１２内へ空気を流入させるための第１空
気供給口１７が、この場合は空気筒６の中心軸線と実質
的に一致している燃料供給管１０の回りに均等に複数個
開口している。また、第１空気供給口１７のそれぞれを
形成するために仕切り板３を打ち抜くときには舌片が形
成されるが、その舌片を仕切り板３から完全には切り離
さないで、中心軸線の回りの所定の回転方向における舌
片の一辺のみを仕切り板３に接続している状態で残すと
共に、舌片の自由端を引き起こして同じ回転方向におい
て同じ角度だけ傾斜させることにより、多数のルーバー
状のガイド１８を形成している。ガイド１８の傾斜の方
向は、接線方向の空気供給管５によって第１旋回空気室
４内に生じる空気の旋回流を弱めることがなく、それを
更に強めて（速度を高めて）第２旋回空気室１２内へ送
り込むことができるように、ガイド１８によっても同じ
回転方向の空気の旋回流が生じるように選択する。

【００２４】それによって第２旋回空気室１２内には高
速の空気の旋回流が生じるが、図示実施例においては、
その空気の旋回流が減衰するのを防止すると共に、その
旋回流の速度を一層高めるために、第１燃焼筒８の外周
面に流れの案内としての、図４に明示するような螺旋状
の整流板１９が取り付けられる。螺旋状の整流板１９は
その外周縁が空気筒６の内周面に届くほど高くする必要
はなく、そこに適度の隙間が生じる程度でよい。

【００２５】第１燃焼筒８の円筒面には、第２旋回空気
室１２内から第１燃焼室１１内へ空気を流入させるため
の開口としての複数個の第２空気供給口２０が、螺旋状
の整流板１９との干渉を避けて、第１燃焼筒８の中心軸
線（この場合は実質的に燃料供給管１０）の回りに概ね
均等に、且つ中心軸線の方向にも概ね均等に形成されて
いる。これらの第２空気供給口２０に対しても、図２に
示した第１空気供給口１７のためのガイド１８と同様な
方法で、舌片からなる旋回流ガイド２１が設けられる。
旋回流ガイド２１は、図２のように第２旋回空気室１２
内へ突出していてもよいし、第１燃焼室１１内へ突出し
ていてもよい。全てのガイド２１が同じ回転方向に傾斜
していること、及びその傾斜の方向が第２旋回空気室１
２内における空気の旋回流を弱めることがなく、更にそ
の速度を高めるように設定されていることは言うまでも
ない。

【００２６】第１実施例の燃焼式加熱装置１は基本的に
はこのように構成されているので、図示しない送風機に
よって加圧された燃焼用の空気は空気供給管５を通って
入口５ａから第１旋回空気室４内へ接線方向に流入し、
第１旋回空気室４内の燃料供給管１０の回りに回転する
空気の旋回流（スワール）を発生する。旋回する空気は
第１空気供給口１７を通って第２旋回空気室１２内へ流
入するが、その際にガイド１８によって方向づけられて
案内されることにより、第１旋回空気室４内の旋回流と
同じ方向でより高速の旋回流が第２旋回空気室１２内に
発生する。

【００２７】そして、この旋回流が第２旋回空気室１２
内に設けられた螺旋状の整流板１９によって案内される
ことにより、旋回流が乱れたり減衰することが防止され
る。従って、旋回する空気流が、ガイド２１を備えてい
る第２空気供給口２０を通って、図２に示す矢印のよう
に第１燃焼室１１内へ流入すると、第１燃焼室１１内の
中心軸線の回りには高速の空気の旋回流が発生する。こ
のようにして旋回する空気流は遠心力を受けて、第１燃
焼筒８の内壁面に沿って渦を巻くように螺旋状に流れ
（図５参照）、その一部は第１燃焼筒８の内壁面に接触
してその表面を薄く覆う境界層を含む比較的流速の低い
空気層を形成する。

【００２８】第１燃焼筒８内における高速の空気の旋回
流は、燃焼の途中にある燃焼ガスを巻き込んで大きな渦
になって流れるから、第１燃焼筒８の中心部付近に比較
的大きな負圧を生じる。従って、燃料供給管１０を通っ
て供給されてウイック９に浸透している燃料はウイック
９の表面から容易に蒸発する。そして、蒸発した燃料蒸
気のかなりの部分は、空気や燃焼ガスの旋回流に乗って
その中へ拡散、混入して旋回する。しかし、第１燃焼筒
８の内壁面を覆う境界層を含む比較的流速の低い薄い空
気層内には気化した燃料は殆ど拡散しない。このように
して、燃料と空気の混合気が旋回しながら第１燃焼室１
１内に比較的長い時間留まっている間に燃料と空気が概
ね均一に混合する。

【００２９】始動にあたってグロープラグ１６に通電し
て赤熱させると、燃料と空気の混合気は着火して燃焼す
る。着火した後は混合気の代わりに、或いは混合気に混
じって燃焼ガスが第１燃焼室１１内を旋回するため、グ
ロープラグ１６への通電を絶っても燃焼は安定に維持さ
れる。また、燃焼ガスが第１燃焼室１１内で旋回するこ
とによって、高温の燃焼ガスが比較的長時間第１燃焼室
１１内に留まるので、燃焼は第１燃焼室１１内、及び後
続の第２燃焼室１４において十分な時間をかけて行われ
る。

【００３０】高速の空気流が第１燃焼室１１内へ吹き込
まれて第１燃焼室１１内で旋回することにより、第１燃
焼筒８の内壁面には、その表面を隙間なしに覆う境界層
を含むフィルム状の空気層が一様に生じているから、厚
さは薄くても旋回する空気層が内壁面に残り、高温とな
った燃焼ガスが直接に第１燃焼筒８の内壁面に接触する
ことがないので、第１燃焼筒８の内壁面の温度は低く保
たれる。従って、燃焼式加熱装置１の中でも最も高い温
度に曝される第１燃焼筒８の内壁面や絞り開口７ａを有
する隔壁７の熱負荷が軽減される。これは、第１燃焼筒
８及び隔壁７を構成する耐熱性の金属等に比較的安価な
ものを使用し得るというコスト面の効果をもたらす。ま
た、第１燃焼室１１内に生じる空気の旋回流によって第
１燃焼筒８の熱負荷が低くなるので、第１燃焼筒８を小
型化して燃焼式加熱装置１全体も小型化することができ
る。

【００３１】なお、図示実施例においては、ガイド１８
及び２１を形成するために、それらが付属している第１
空気供給口１７及び第２空気供給口２０を打ち抜くとき
に、同時に所謂「切り起こし」の方法を用いてガイド１
８及び２１を一体的に形成しているが、本発明において
は空気の旋回流を発生させるためのガイドを常にこのよ
うな切り起こしの方法によって形成するという必要はな
く、例えば、第１空気供給口１７又は第２空気供給口２
０を打ち抜いた舌片をそのまま用いないで、それよりも
大きめの別のガイドを、対応する空気供給口の一側にリ
ベット又は溶接等の手段によって取り付けてもよい。

【００３２】更に、図示実施例の場合は、空気の旋回流
の速度を高めて旋回流の減衰に対抗するために、同じ回
転方向の旋回流を発生することができる複数の手段を直
列に何段も重畳して用いているが、本発明はこれら複数
の手段の全てを備えていることを要件としている訳では
なく、適用対象や環境条件等に応じてそれらの手段のう
ちの一部を省略することができると共に、一部のガイド
を逆方向に取り付けてもよい。

【００３３】また、図示実施例においては第１燃焼筒８
の底部にウイック９を設けて、燃料供給管１０から供給
される液体燃料をウイック９へ浸透させることによりそ
の表面から蒸発させると共に、第１燃焼筒８に形成され
た第２空気供給口２０から吹き込まれる空気の旋回流に
よる負圧によって、ウイック９の表面から燃料が蒸発す
るのを促進するようにしているが、第１実施例のウイッ
ク９は燃料気化手段の一例を示すものであって、本発明
にいう燃料気化手段は必ずしも液体燃料が浸透し得る多
孔質のものであるとは限らず、ノズルからの噴射霧化作
用を利用するものや、回転する皿によって遠心噴霧する
もの等、従来から知られているような各種の燃料気化手
段を利用することができる。

【００３４】第１実施例における前述のような基本的構
成によって、図４に図示したような従来技術の問題を解
消することができる。即ち、先に「従来の技術」の項に
おいて説明したように、図４に示す従来技術において
は、第２旋回空気室１２に相当する空間２９に螺旋状の
整流板１９を設けていないし、第２空気供給口２０にも
旋回流ガイド２１を設けていないので、空間２９を流れ
る空気流は旋回しないで第２空気供給口２０から中心部
に向かって矢印のように、略垂直方向に第１燃焼室１１
内へ流入する。そのために、ウイック９の表面から蒸発
した燃料の蒸気は同じ表面に沿って半径方向の外方に向
って流れ、更に第１燃焼筒８の内壁面に沿って下流側へ
流れる。そして、空気を噴出している第２空気供給口２
０の付近には空気と気化した燃料の混合気や、燃焼の途
中の燃焼ガス等の小さい渦が形成されて停滞するので、
それが噴出する空気の流れによって冷却されることによ
り、燃焼ガスから析出した炭素の微粒子（煤）２８が第
２空気供給口２０の周囲に付着して堆積する。煤２８が
多量に堆積すると、第２空気供給口２０の開口面積が減
少して流入する空気量が過少となり、排気エミッション
特性が悪化する。

【００３５】これに対して、第１実施例のように旋回流
ガイド２１や螺旋状の整流板１９を使用して、第１燃焼
室１１内へ空気を旋回流として流入させると、流入した
空気が強く旋回しながら第１燃焼筒８の内周面に沿って
流れてその表面を薄く覆うために、高温の燃焼ガスが直
接に第１燃焼室１１の内壁面に接触することが避けられ
るので、第１燃焼筒８が高温の燃焼ガスの熱を受けて損
傷することが防止されるだけでなく、燃焼の途中の燃焼
ガスが第２空気供給口２０の出口付近で局部的に冷却さ
れることが防止されるので、煤２８が第１燃焼筒８の内
周面に析出して堆積することも避けられる。

【００３６】しかしながら、発明者等の研究によって、
前述のように第１燃焼室１１における旋回流があまりに
も強すぎるときは別の問題が生じることが判った。即
ち、第２旋回空気室１２内に螺旋状の整流板１９を設け
るとか、第２空気供給口２０に旋回流ガイド２１を設け
ること等によって、第１燃焼室１１内へ空気が接線方向
に供給されて、第１燃焼筒８内に空気や燃焼ガス等の旋
回流が形成されている状態では、第１燃焼室１１の中心
部は負圧となっているため、図５に示すように、第１燃
焼室１１の上流側に設けられているウイック９のような
燃料気化手段の中でも、破線の矢印によって示すよう
に、特に中心部において燃料が盛んに気化する。しか
し、気化した燃料の全てが直ちに外周部寄りに形成され
ている空気の旋回流に巻き込まれて均一に混合すること
はなく、第１燃焼室１１の中心部に外周部よりも燃料の
割合が高いリッチな混合気が形成される。

【００３７】従って、空気の旋回流が過度に強い場合に
は、中心部のリッチな混合気が十分に空気の補給を受け
ないために完全燃焼をしないで下流側の第２燃焼筒１３
内に形成された第２燃焼室１４へ流れ、他の燃焼ガスと
混合するが、そこでも完全燃焼をしないときは、ＨＣや
ＣＯを含んだままで第２燃焼室１４から排出されるの
で、排出されるガスのエミッション特性が悪化する。

【００３８】この問題を前述の従来技術の問題と同時に
解消するために、第１実施例の燃焼式加熱装置１におい
ては、図３に拡大して示すように、第１燃焼室１１と第
２燃焼室１４との間を区切る隔壁７に形成された絞り開
口７ａを、隔壁７から若干の間隙を置いて絞り開口７ａ
を下流側から覆って、リッチな混合気が第２燃焼室１４
へ直行することを阻止する「直行阻止手段」としての燃
焼促進板を設けた点に特徴がある。燃焼促進板２６は耐
熱性の金属やセラミックス等から製作され、複数個のス
テイ３０等によって隔壁７に支持されている。

【００３９】燃焼式加熱装置１が燃焼促進板２６を備え
ているために、図５によって説明したような理由から第
１燃焼室１１の中心部にリッチな混合気が偏在している
状態であっても、第２燃焼室１４へ直行しようとする流
れを燃焼促進板２６が堰き止めて、半径方向へ転向させ
るので、リッチな混合気が不完全燃焼のまま短時間内に
第２燃焼室１４へ流出することが阻止される。その反
面、旋回流は燃焼促進板２６が設けられていても殆ど抵
抗なく絞り開口７ａを通過することができるので、第１
燃焼室１１の中心部にあるリッチな混合気は第１燃焼室
１１内等の旋回流に乗るように強制されて、空気等と共
に比較的に長時間旋回しながら第１燃焼室１１内等に滞
留する間に、空気と十分に混合して、より完全に燃焼す
る。

【００４０】また、燃焼促進板２６は隔壁７の絞り開口
７ａに設けられているので、高温の燃焼ガスに触れてそ
の温度が１０００℃程度に達して、燃焼促進板２６が灼
熱する。従って、燃焼促進板２６から放射される輻射熱
によって第１燃焼室１１内、或いは第２燃焼室１４内の
温度が上昇するので、それらの燃焼室内における燃焼反
応が一層促進される。このようにして最終的に第２燃焼
室１４から排出される排気に含まれるＨＣやＣＯの量が
減少してエミッション特性が改善される。

【００４１】同様な考え方に基づいて、燃焼促進板２６
を隔壁７に形成された絞り開口７ａの上流側に、即ち、
第１燃焼室１１内に設けた第２実施例の燃焼式加熱装置
３１を図６に示す。この場合の燃焼促進板２６も、図１
に示した第１実施例のそれと実質的に同様な作用をす
る。第２実施例の燃焼式加熱装置３１は、燃焼促進板２
６を設ける位置以外の構成においては、第１実施例の燃
焼式加熱装置１と同じであるから、同じ構成部分につい
ては同じ参照符号を付すことによって重複する詳細な説
明を省略する。第３実施例以下の各実施例についても同
様である。

【００４２】図７に、本発明の第３実施例としての燃焼
式加熱装置３２を示す。第３実施例の特徴は、第１燃焼
室１１と第２燃焼室１４の間に設けられた隔壁７の絞り
開口７ａを実質的に塞ぐように、リッチな混合気の直行
阻止手段として通気性を有する多孔質の板２７を取り付
けた点にある。多孔質板２７としては、例えば、連通気
泡を有する空隙率及び透過率の高い多孔質セラミックス
とか、耐熱性の高い金属細線或いは無機質の繊維をラン
ダムに纏めて軽く圧縮したもの、或いは網状に編んで積
層したもの等を使用することができる。多孔質板２７の
厚さは、それが熱を蓄えて第１燃焼室１１内等へ輻射熱
として放射するように、例えば５から１０ｍｍ程度とす
る。

【００４３】通気性を有する多孔質板２７もまた燃焼促
進板２６と同様に、第１燃焼室１１の中心部に形成され
るリッチな混合気の流れが第２燃焼室１４内へ直行しよ
うとするのを阻止して、第１燃焼室１１内等に形成され
る旋回流の中へ送り込む作用をするが、この場合は多孔
質板２７が旋回流をも含めて燃焼ガス等の流れに抵抗を
与えるので、流れに対する抵抗作用に加えて、リッチな
混合気が多孔質板２７の中を透過する際に、同時に透過
する空気等と混合するのを促進して、高温の下で完全燃
焼をさせるという作用の方が特徴的である。

【００４４】図８に示す本発明の第４実施例としての燃
焼式加熱装置３３においては、前述のような通気性を有
する多孔質板２７が、第２燃焼室１４の下流側部分にお
いて第２燃焼筒１３の内部を仕切るように設けられてい
る。この場合は、燃料と空気の混合が不十分であるため
に、第１燃焼室１１及び第２燃焼室１４内では完全燃焼
をすることができなかった未燃焼ガスが、高温の多孔質
板２７の中で僅かな時間だけ滞留する間に、十分に混合
すると共に、多孔質板２７に蓄えられている熱によって
完全に燃焼する。

【００４５】図９及び図１０に本発明の第５実施例とし
ての燃焼式加熱装置３４を示す。第５実施例の特徴は、
第１燃焼室１１と第２燃焼室１４との間に設けられた隔
壁７の絞り開口７ａが複数個となっていることと、それ
らの絞り開口７ａが第１燃焼室１１の中心部の下流側部
分を避けて、第１燃焼室１１の周辺部の下流側に形成さ
れていることである。従って、第１燃焼室１１の中心部
に形成されるリッチな混合気が第２燃焼室１４へ直行し
ようとしても、隔壁７の絞り開口７ａが設けられていな
い中心の部分に衝突するので、半径方向に拡散して第１
燃焼室１１内の旋回流に巻き込まれ、空気とよく混合し
て完全燃焼をするようになる。

【００４６】この場合は、隔壁７のうちで絞り開口７ａ
が形成されていない無口の中心部分が、図１に示した前
述の第１実施例における燃焼促進板２６のような作用を
することになる。従って、第５実施例の作用効果は、前
述の第１実施例のそれと実質的に同じである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の燃焼式加熱装置を示す縦断正面図
である。

【図２】旋回流の作用を説明するための横断側面図であ
る。

【図３】第１実施例の要部を拡大して示す斜視図であ
る。

【図４】従来の燃焼式加熱装置における問題を示す縦断
正面図である。

【図５】旋回流のみによる燃焼式加熱装置の問題を示す
縦断正面図である。

【図６】第２実施例の燃焼式加熱装置を示す縦断正面図
である。

【図７】第３実施例の燃焼式加熱装置を示す縦断正面図
である。

【図８】第４実施例の燃焼式加熱装置を示す縦断正面図
である。

【図９】第５実施例の燃焼式加熱装置を示す縦断正面図
である。

【図１０】図９に示す第５実施例の要部をＸ方向に見た
側面図である。

【符号の説明】

１…第１実施例の燃焼式加熱装置２…ハウジング３…仕切り板４…第１旋回空気室５…空気供給管６…空気筒７…絞り開口を有する隔壁７ａ…絞り開口８…第１燃焼筒９…ウイック１０…燃料供給管１１…第１燃焼室１２…第２旋回空気室１３…第２燃焼筒１４…第２燃焼室１５…流体通路１９…螺旋状の整流板２０…第２空気供給口２１…ガイド２６…燃焼促進板２７…通気性を有する多孔質板２８…煤３１…第２実施例の燃焼式加熱装置３２…第３実施例の燃焼式加熱装置３３…第４実施例の燃焼式加熱装置３４…第５実施例の燃焼式加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼丸貞久愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者安田真範愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者松岡彰夫愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者亀岡輝彦愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者楢原崇伴愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3K023 EA02 EA03 3K047 BA01 BA02 BB03 BB04 BB10 BB11 BB14 BB18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に第１燃焼室を形成する円筒形の第
１燃焼筒における上流側の底部に、燃料供給手段によっ
て供給される燃料を気化する燃料気化手段が設けられて
いると共に、前記第１燃焼筒の円筒面には、その外側に
形成される空気室から前記第１燃焼室内へ燃焼用の空気
を前記第１燃焼筒の中心軸線の回りの一定の回転方向に
旋回する旋回流を形成するように流入させる空気供給口
が設けられており、更に、前記第１燃焼筒の中心部に燃
料過多の混合気が形成されたときに、燃料過多の混合気
が直ちに下流側の第２燃焼筒内に形成された第２燃焼室
内へ流入することを阻止する直行阻止手段が設けられて
いることを特徴とする燃焼式加熱装置。
【請求項２】請求項１において、前記直行阻止手段
が、前記第１燃焼室と前記第２燃焼室との間に設けられ
た隔壁の中心部に形成されている絞り開口の下流側に、
前記隔壁との間に若干の隙間を置いて設けられた燃焼促
進板によって構成されていることを特徴とする燃焼式加
熱装置。
【請求項３】請求項１において、前記直行阻止手段
が、前記第１燃焼室と前記第２燃焼室との間に設けられ
た隔壁の中心部に形成されている絞り開口の上流側に、
前記隔壁との間に若干の隙間を置いて設けられた燃焼促
進板によって構成されていることを特徴とする燃焼式加
熱装置。
【請求項４】請求項１において、前記直行阻止手段
が、前記第１燃焼室と前記第２燃焼室との間に設けられ
た隔壁の中心部に形成されている絞り開口に設けられた
通気性を有する多孔質板によって構成されていることを
特徴とする燃焼式加熱装置。
【請求項５】請求項１において、前記直行阻止手段
が、前記第２燃焼室の一部に設けられた通気性を有する
多孔質板によって構成されていることを特徴とする燃焼
式加熱装置。
【請求項６】請求項１において、前記直行阻止手段
が、中心部以外の周辺部に少なくとも一個の絞り開口が
形成されていると共に、前記第１燃焼室と前記第２燃焼
室との間に設けられた隔壁によって構成されていること
を特徴とする燃焼式加熱装置。