JP2004361070A - 自動車ヒータ用の気化器バーナーのための燃焼室構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車ヒータ用の気化器バーナーに対する燃焼室構成体において、これが簡単かつ安価な構造を有し、短い始動フェーズ実現できるように構成することである。
【解決手段】自動車ヒータ用の気化器バーナーのための燃焼室構成体であって、
該燃焼室構成体は、燃焼室（２２）を形成する燃焼室ケーシング（１６）と、燃焼室ケーシング（１６）の壁（２０）領域に設けられた、電気的に励起される加熱素子（６６）を備える加熱／点火装置（５６）と、該加熱素子（６６）と熱伝達接触した熱伝達素子（５８）とを有し、
熱伝達素子（５８）は燃焼室（２２）の方向に突出する少なくとも１つの点火突出部（８０）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明はとりわけ自動車ヒータ用の気化器バーナーのための燃焼室構成体に関する。

ＤＥ１００２００２７Ａ１から自動車ヒータ用の燃焼室構成体が公知である。この燃焼室構成体では、鉢状に構成された燃焼室ケーシングの底部壁領域に多孔性の気化媒体が設けられており、この気化媒体に燃焼空気と共に燃焼すべき液体燃料が供給され、この気化媒体からこの液体燃料が燃焼室の方向に向かって気化される。気化速度を高めるために、ひいては燃焼室の始動フェーズを短縮するために、この多孔性気化媒体には電気的に励起される加熱素子が配属されており、これにより急速に加熱することができ、従って気化速度を高めることができる。この多孔性気化媒体に間隔をおいて、グロープラグとして構成された点火機構が設けられている。この点火機構は、十分に高い温度を形成するのに作用する部分を以て実質的に半径方向に燃焼室へ突出している。これにより始動フェーズでは僅かな間隔で多孔性気化媒体を介して温度が形成され、この温度は点火能力のある混合気を点火し、これにより燃焼室での燃焼をスタートすることができる。

本発明の課題は、とりわけ自動車ヒータ用の気化器バーナーに対する燃焼室構成体において、これが簡単かつ安価な構造を有し、短い始動フェーズ実現できるように構成することである。

本発明によればこの課題は、自動車ヒータ用の気化器バーナーのための燃焼室構成体であって、
該燃焼室構成体は、燃焼室を形成する燃焼室ケーシングと、燃焼室ケーシングの壁領域に設けられた、電気的に励起される加熱素子を備える加熱／点火装置と、該加熱素子と熱伝達接触した熱伝達素子とを有し、熱伝達素子は燃焼室の方向に突出する少なくとも１つの点火突出部を有するように構成して解決される。

本発明では、電気的に励起される加熱素子が２つの機能を引き受ける。一方ではこの加熱素子をその励起により燃料の気化速度を高めるために用いる。他方ではこの加熱素子は少なくとも１つの点火突出部と共に高温の局所領域を燃焼室内に形成する。これにより電気的に励起される加熱素子により形成され、熱伝達素子を介してこの少なくとも１つの点火突出部へ搬送された熱によって、点火に必要な温度を準備することができる。２つの別個の、従って別個に制御しなければならない加熱機構は不要である。

燃焼室の気化速度をさらに改善するために、熱伝達素子の燃焼室に向いた側に多孔性の気化媒体を設け、少なくとも１つの点火突出部が気化媒体の切欠部に係合することが提案される。ここではさらに、切欠部が燃焼室に向かって開放していると有利である。これにより少なくとも１つの点火突出部が燃焼室、またはとりわけ多孔性気化媒体の周囲に形成される点火能力のある混合気に直接接触できるようになる。ここでは効果作用をさらに次のようにして改善することができる。すなわち少なくとも１つの点火突出部が気化媒体を越えて燃焼室へ伸長するのである。

本発明の燃焼室構成体の構造を非常に簡単にするために、そしてとりわけヒータ／点火装置の領域にある要素を、燃焼時に発生する非常に高い温度から保護するために、熱伝達素子を燃焼室とは反対側の燃焼室ケーシングの壁にこれと熱伝達接触するよう配置し、少なくとも１つの点火突出部が壁に形成された開口部を貫通することが提案される。

高い点火温度を形成するのに必要な、電気的に励起される加熱素子での加熱電力により、熱伝達素子も非常に急速に加熱される。熱伝達素子が非常に強く加熱されることにより、気化媒体も相応に強く、しかし不所望に加熱される。従って別の側面では、熱伝達素子と気化素子との間に、熱伝達素子よりも小さな伝熱性を有する中間素子を配置する。この中間素子により、加熱素子が非常に強く励起され、相応に高温が形成された場合に、少なくとも１つの点火突出部の領域でこの高温が作用することができ、一方他の領域では、すなわち熱が熱伝達素子から気化媒体へ搬送されるべき領域では中間素子により緩和された熱伝達ないしは高い熱抵抗が提供される。このようにして気化媒体は相変わらず加熱されるが、過度に加熱されることはなく、損傷または不所望の反応が発生することがない。ここでの中間素子に開口部を設けることができ、この開口部を少なくとも１つの点火突出部が貫通することができる。

中間素子は、０．１〜０．５Ｗ／ｍＫの領域、有利には約０．３Ｗ／ｍＫの伝熱性を有することができ、一般的に絶縁セラミックと称されるセラミック材料から構成することができる。

製造的に特に有利な構成形態では、壁が気化器ケーシングの底部壁である。

さらに熱伝達素子が３０〜２００Ｗ／ｍＫ領域、有利には１００〜１８０Ｗ／ｍＫ領域の伝熱性ないし比伝熱性を有することが提案される。さらに電気的に励起される加熱素子を例えば一般的に金属から形成される燃焼室ケーシングに対して電気絶縁するために熱伝達素子が少なくとも１０^１１Ωｃｍ、有利には少なくとも１０^１４Ωｃｍの比電気抵抗を有することが提案される。

熱伝達素子に対する特に有利な材料はセラミック材料であり、例えば窒化アルミニウム、窒化シリコンまたは炭化シリコンである。

電気的に励起される加熱素子から熱伝達素子への熱伝導を改善するために、熱伝達素子に窪み体を設け、これに加熱素子を少なくとも部分的に収容することが提案される。これにより加熱素子は熱伝達素子へ少なくとも領域的に埋め込まれ、熱伝達表面が相応に拡大される。

熱損失をできるだけ排除するために、加熱素子を熱伝達素子と封鎖素子との間に封入することが提案される。このためにさらに有利には、封鎖素子が熱伝達素子よりも小さな伝熱性を有する。封鎖素子の伝熱性は０．０２〜０．０６Ｗ／ｍＫの領域、有利には約０．０４Ｗ／ｍＫである。この封鎖素子も例えばセラミック材料から構成することができる。

さらに本発明は、本発明の燃焼室構成体が設けられている自動車ヒータに関する。

本発明を以下、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１には、自動車ヒータが一般的に１０により示されている。この種のヒータは例えばパーキングヒータまたは補助ヒータとして車両で使用することができる。ヒータ１０は燃焼室構成体１２、熱交換装置１４を有する。この燃焼室構成体では以下でさらに説明するように燃料／空気混合気の燃焼により熱エネルギーを生成することができる。また熱交換装置１４では、燃焼により生成され、燃焼排ガスへ搬送された熱を加熱すべき媒体、例えば空気または内燃機関の冷却システムを循環する冷却液体に伝達することができる。

燃焼室構成体１２は一般的に１６により示された燃焼室ケーシングを有する。この燃焼室ケーシング１６は実質的に鉢状に構成されており、例えばシリンダ状の周囲壁１８およびこれと一体的に構成された底部壁２０と共に熱交換装置１４の方向に開放する燃焼室２２を画定する。図示の実施形態では、周囲壁１８に複数の燃焼空気流入開口部２４が形成されている。これにより空気供給空間２６に搬送され、象徴的に矢印Ｐ1により示されている燃焼空気を燃焼室２２に導くことができる。空気供給空間２６は燃焼室ケーシング１６とこれを包囲する空気案内ケーシング２８により画定することができることを述べておく。燃焼空気は空気供給空間２６でそれ自体公知の空気搬送ブロワによって燃焼室構成体１２の長手軸Ａを基準にして半径方向または軸方向に搬送される。

燃焼室２２から流失する燃焼排ガスは火炎絞り３０を通流した後、火炎管３２に流入する。この火炎管は燃焼室２２に向いた側で軸方向に開放している。火炎管３２は、同様に実質的に鉢状に構成された熱交換装置１２ないしはその内部熱交換器ケーシング３４により包囲されている。この内部熱交換器ケーシング３４と火炎管３２との間には、燃焼排ガス通流空間３６が形成されている。この燃焼排ガス通流空間に沿って燃焼排ガスは燃焼室構成体１２の方向に逆流し、次に例えば空気案内ケーシング２８に形成された出口３８を通って環境または排ガス清浄システムに放出される。これは矢印Ｐ2により示されている。

内部熱交換器ケーシング３４と外部熱交換器ケーシング４０との間には通流空間４２が形成されており、この通流空間を加熱すべき媒体が通流することができる。媒体は入口４４の領域で熱交換装置１４に流入し、出口４６の領域でこれから流出する。

熱交換装置１４も燃焼室構成体１２も図１に示したのは例であり、多数の変形実施例が可能であることを述べておく。

燃焼室ケーシング１６の底部壁２０の燃焼室２２に向いた側４８には多孔性の気化媒体５０が設けられている。この多孔性の気化媒体は例えば発泡セラミック、フリース材料、網状材料等から形成することができ、有利には底部壁２０の側４８の表面全体を覆う。底部壁２０には燃料管５２に対する貫通開口部が設けられており、燃料管５２は気化媒体５０に直接導かれている。これにより燃料を矢印Ｐ3により示すように多孔性気化媒体５０に案内することができる。もちろん底部壁２０の複数の領域でこの種の燃料管５２を多孔性気化媒体５０に導くこともできる。さらに周囲壁１８の内側にも少なくとも領域的に多孔性気化媒体を設けることもでき、この多孔性気化媒体には耐光性気化媒体５０を介して、または別個の燃料管を介して液体燃料を供給することができる。

底部壁２０の燃焼室２２とは反対側には、一般的に５６により示された加熱／点火装置が設けられている。この加熱／点火装置は図２から図４に詳細に示すように、プレート状に構成された熱伝達素子５８を有する。この熱伝達素子５８は、底部壁２０の側５４に向いた側６０で中間素子８２を介して底部壁２０と熱伝達接触しており、底部壁２０の反対側６２にリング状ないしスパイラル状の窪み部６４を有する。この窪み部６４には加熱スパイラルまたは加熱巻線等として構成された電気的に励起される加熱素子６６が実質的に収容されており、この加熱素子６６は側６２では熱伝達素子５８を越えて突出していない。電気的に励起される加熱素子６６は側６２ではさらに加熱素子５８と接触しているか、ないしはこれと結合されたカバー素子６８によって覆われている。これにより加熱素子５８は実質的に電気供給領域を除いて、カバー素子６８と熱伝達素子５８との間で封鎖されている。熱伝達素子５８は実質的にリング状の構造を有し、カバー素子６８には管５２に対してパイプ７２の形状に構成された開口部７０が設けられている。これにより一方で熱伝達素子５８はこの開口部７０の領域でカバー素子６８のパイプ状部分７２により覆われ、他方でこの熱伝達素子５８と管５２とが分離される。外周領域にカバー素子６８はシリンダ状ないしはパイプ状の突起７４を有する。この突起は熱伝達素子５８を外に向かって密閉する。プレート状の中間素子８２も各管５２との関連で開口部８４を有し、この開口部も実質的にパイプ状に構成されたショルダー８６に同様に形成されている。従ってこのパイプ８６は、カバー素子６８のパイプ状部分７２と共に熱伝達素子５８を半径方向で内側に向かって燃料管５２に関して気密に閉鎖する。

図１からわかるようにこのようにして、熱伝達素子５８は中間素子８２とだけ熱伝達接触し、および中間素子を介して多孔性気化媒体５０を備える底部壁２０に熱伝達接触する。一方、燃料管５２についても、底部壁２０を超えて延在する燃焼室ケーシングの周囲壁１８についても、熱伝達素子５８と他の素子との間で直接的接触は存在しない。ここでカバー素子６８は有利には熱的に良好に絶縁された材料、例えばセラミック材料等からなる。これにより、加熱素子６０の領域で、これの電気的励起により形成された熱が実質的に完全に、大きな熱損失なしで気化媒体５０ないし燃焼室２２に導かれる。

所望の熱伝達条件を満たすことができるようにするため、熱伝達素子５８は良好な伝熱材料から作製されると有利である。ここでは特別なセラミック材料、例えば窒化アルミニウム、窒化シリコンまたは炭化シリコンが特に有利である。これらは３０〜１８０Ｗ／ｍＫの領域の比伝熱特性を有し、例えば鋼などの金属材料よりも伝熱特性が格段に高い。さらにこの材料は十分に高い例えば１０^１２〜１０^１４Ωｃｍの領域の比電気抵抗を有する。従って同時に非常に良好な電気絶縁性が、加熱素子６０と一般的には金属、例えばアルミニウムまたは鋼材料から作成される燃焼室ケーシング１６との間で得られる。

とりわけ図１では、中間素子８２、燃焼室ケーシング１６の底部壁２０および多孔性気化媒体５０には相互に配向された開口部８８，７６，７８が形成されていることが分る。熱伝達素子５８に形成され、燃焼室２２に向いて位置決めされた側６０を越えて突出する点火突出部８０は、燃焼室ケーシング１６に支持される加熱／点火装置５６においてこの開口部８８，７６，７８を貫通する。有利にはこの開口部８８，７６，７８の寸法と形状は点火突出部８０の形状に整合されており、点火突出部８０は中間素子８２とも底部壁２０とも、さらには多孔性気化媒体５０とも直接的に熱伝達接触していない。開口部８８，７６，７８を通って点火突出部８０は燃焼室７２に僅かに入り込む。これにより加熱素子６６の励起の際に熱伝達素子５８の良好な伝熱性によって、燃焼室２２の点火突出部７８の領域には燃料蒸気と燃焼空気供給によって形成された点火能力のある混合気を点火するのに必要な高温が準備される。このことの大きな利点は、この点火突出部８０が多孔性気化媒体５０のごく近傍を伸長し、従ってこの点火突出部８０の周囲では気化された燃料の非常に濃い雰囲気を形成することができる。とりわけ点火突出部８０と多孔性気化媒体５０との間の実質的にリング状の中間空間にはこの種の良好な点火特性を備える雰囲気が形成される。これにより点火突出部８０を、これが図１に示されるように燃焼室２２に達するまで長く構成する必要はない。燃焼室２２に向かって開口する開口部７８である多孔性気化媒体５０の開口部７８の領域に入り込むことだけで、局所的に形成された高温と点火に有利な雰囲気の形成によって、ヒータ１０ないし燃焼構成体１２を短時間の予加熱フェーズ後に点火することができる。

この温度を形成するためには、加熱素子６６が比較的強力に励起され、熱伝達素子５８では点火突出部８０の領域だけでなく、多孔性気化媒体５０への熱伝達に用いる他の領域も非常に高温になる必要がある。多孔性気化媒体５０がこの種の高温により損傷を受けるのを回避するため、すでに前に述べた中間素子８２が設けられる。この中間素子は、それぞれの点火突出部８０の領域でこの高温が熱伝達素子５８で直接的に使用されるようにし、一方、多孔性気化媒体５０の加熱に用いられる他の領域では熱伝達抵抗を付加的に挿入することによって熱伝達が緩和されるようにする。このために中間素子８２は例えばいわゆる絶縁セラミックから形成される。この絶縁セラミックは０．３Ｗ／ｍＫの領域の伝熱特性ないし比伝熱特性を有する。この種の耐高温性の断熱材料は登録商標PROMAFELD 9で入手可能である。この中間素子８２を挿入することによって、一方では点火に必要な温度、他方では多孔性気化媒体５０の加熱に必要な温度への切り分けが達成される。とりわけ材料の選択および中間素子８２の厚さの選択によってここでは、所定の伝熱抵抗を多孔性気化媒体５０への熱伝達に設定し、これにより熱を所望の割合でこの多孔性気化媒体と突出部８０とに分散して伝達することができる。

もちろん本発明の加熱／点火装置５６には複数の点火突出部８０を設けることもできる。これにより、底部壁２０の領域上の複数の領域で点火を発生されることができる。これにより燃焼の開始から燃焼室２２での燃焼が非常に均質に行われるようになる。さらに加熱素子６６は次のように駆動することができる。すなわち、まず始動フェーズの開始時には強力に加熱して、点火突出部８０の領域で所要の高温を提供できるようにし、次に燃焼がスタートしたならば、必要な場合に比較的に低い加熱電力により駆動し、実質的に燃料気化だけを強力にサポートするのである。ここで約２５０Ｗの加熱出力を提供することのできる従来の加熱ワイヤ、例えばカンタルを使用する。

前記の中間素子８２ないし付加的な熱伝達バリアとしての機能を燃焼室ケーシング１６の底部壁２０自体により引き受けることができる。この場合、燃焼室ケーシング１６または少なくともその底部壁２０は金属から構成され、これが相応の熱伝達バリアを形成する。熱伝達素子５８と燃焼室ケーシング１６の底部壁２０との間の熱伝達を困難にすることは、これら２つの構成部材の少なくとも表面領域での表面構造によって達成される。従って表面を相応に粗化、波状化、またはその他に構造化することにより、これら２つの構成部材の接触面積全体が減少し、熱伝達素子５８から燃焼室ケーシング１６の底部壁２０への熱伝達も相応に緩和される。熱伝達素子と多孔性気化媒体との間に設けられる中間素子を、これが底部壁２０自体により形成されない場合には底部壁２０と多孔性気化媒体５０との間に配置することも考えられる。

さらに本発明により設けられる加熱／点火装置５６は、燃焼室ケーシング１６の底部壁２０の領域に燃焼空気流入パイプを形成し、これにより燃焼空気が実質的に半径方向で内側へ燃焼室２２に流入できるか、または付加的に半径方向で内側へ燃焼室２２に流入できるように構成しても得られることを述べておく。さらに本発明の構成体は燃焼室ケーシング１６の燃焼室２０に配置しないか、またはそこだけに配置するのではなく、周囲壁１８の領域に配置することもできる。さらに基本的に加熱／点火装置を、底部壁２９０の燃焼室２２に向いた側４８に設けることも考えられる。すなわち底部壁２０と多孔性気化媒体５０との間に設けるのである。この構成は、多孔性気化媒体５０への熱伝達が改善された場合に有利である。

本発明の燃焼室構成体を備える自動車ヒータの縦断面図である。 図３のラインＩＩ−ＩＩに沿った加熱／点火装置の平面図ないし断面図である。 加熱／点火装置の縦断面図である。 加熱／点火装置の分解図である。

Claims (19)

1. 自動車ヒータ用の気化器バーナーのための燃焼室構成体であって、
   該燃焼室構成体は、燃焼室（２２）を形成する燃焼室ケーシング（１６）と、燃焼室ケーシング（１６）の壁（２０）領域に設けられた、電気的に励起される加熱素子（６６）を備える加熱／点火装置（５６）と、該加熱素子（６６）と熱伝達接触した熱伝達素子（５８）とを有し、
   熱伝達素子（５８）は燃焼室（２２）の方向に突出する少なくとも１つの点火突出部（８０）を有する、ことを特徴とする燃焼室構成体。
2. 熱伝達素子（２２）の燃焼室（２２）に向いた側（６０）には多孔性気化媒体（５０）が設けられており、
   少なくとも１つの点火突出部（８０）は気化媒質（５０）内の切欠部（７８）へ入り込んでいる、請求項１記載の燃焼室構成体。
3. 切欠部（７８）は燃焼室（２２）に向かって開放している、請求項２記載の燃焼室構成体。
4. 少なくとも１つの点火突出部（８０）は気化媒体（５０）を越えて燃焼室（２２）に伸長している、請求項３記載の燃焼室構成体。
5. 熱伝達素子（５８）は、燃焼室ケーシング（１６）の燃焼室（２２）とは反対側の壁（２０）に配置されており、
   少なくとも１つの点火突出部（８０）は壁（２０）内に形成された開口部（７６）を貫通している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
6. 熱伝達素子（５８）と気化媒体（５０）との間には、熱伝達素子（５８）よりも伝熱特性の小さい中間素子が配置されている、請求項２または請求項２に係る請求項３から５までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
7. 少なくとも１つの点火突出部（８０）は中間素子（８２）内の開口部（８８）を貫通する、請求項６記載の燃焼室構成体。
8. 中間素子（８２）は、０．１〜０．５Ｗ／ｍＫの領域の伝熱特性、有利には約０．３Ｗ／ｍＫの伝熱特性を有する、請求項６または７記載の燃焼室構成体。
9. 中間素子（８２）はセラミック材料から形成されている、請求項６から８までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
10. 壁（２０）は燃焼室ケーシング（１６）の底部壁（２０）である、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
11. 熱伝達素子（５８）は、３０〜２００Ｗ／ｍＫの領域の伝熱特性、有利には１００〜１８０Ｋ／ｍＫの伝熱特性を有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
12. 熱伝達素子（５８）は少なくとも１０^１１Ωｃｍ、有利には少なくとも１０^１４Ωｃｍの比電気抵抗を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
13. 熱伝達素子（５８）はセラミック材料、有利には窒化アルミニウム、窒化シリコン、または炭化シリコンから形成される、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
14. 熱伝達素子（５８）には窪み体（６４）が設けられており、該窪み体に加熱素子（６６）は少なくとも部分的に収容される、請求項１から１３までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
15. 加熱素子（６６）は、熱伝達素子（５８）とカバー素子（６８）との間に封鎖されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
16. カバー素子（６８）は熱伝達素子（５８）よりも小さい伝熱特性を有する、請求項１５記載の燃焼室構成体。
17. カバー素子（６８）は、０，０２〜０，０６Ｗ／ｍＫの領域の伝熱特性、有利には約０．０４Ｗ／ｍＫの伝熱特性を有する、請求項１５または１６記載の燃焼室構成体。
18. カバー素子（６８）はセラミック材料から形成される、請求項１５から１７までのいずれか１項記載の燃焼室構成体。
19. 請求項１から１８までのいずれか１項記載の燃焼室構成体（１２）を有する車両ヒータ。

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