JP2008520950A - 改良型燃料供給部、改良型遮熱板および改良型バッフルプレートを備えたヒータ用バーナ - Google Patents

Abstract

本発明は、ほぼ軸線対称の燃焼室（２２）と、燃料を燃焼室（２２）に供給するための燃料ニードル（１４）および燃焼空気を燃焼室に供給するための燃焼空気供給部（１６）を有する、燃料を供給および噴霧するためのバーナノズル（１２）と、バーナ（１０）を始動するために燃料の点火を行う始動領域（１８）と、バーナノズル（１２）と燃焼室（２２）の間に配置され、二次空気を燃焼室に供給するための穴（２８，３０）を有する遮熱板（２４）と、燃焼室内に配置されたバッフルプレート（３６）とを具備している、特に自動車で使用するためのヒータ用バーナに関する。本発明に従い、燃料ニードル（１４）の内径を選定することにより、バーナ（１０）の始動相の間燃料が実質的に噴霧されていない形態で始動領域（１８）に達するように、燃料の流出速度が予め定められていることと、穴が空気案内要素（２８，３０）を備えていることと、バッフルプレート（３６）が軸方向において予め設定された曲がりを有することを特徴とする。

Description

本発明は、ほぼ軸線対称の燃焼室と、燃料を燃焼室に供給するための燃料ニードルおよび燃焼空気を燃焼室に供給するための燃焼空気供給部を有する、燃料を供給および噴霧するためのバーナノズルと、バーナを始動するために燃料の点火を行う始動領域と、バーナノズルと燃焼室の間に配置され、二次空気を燃焼室に供給するための穴を有する遮熱板と、燃焼室内に配置されたバッフルプレートとを具備している、特に自動車で使用するためのヒータ用バーナに関する。

噴霧バーナまたはスプレーバーナとも呼ばれるこのようなバーナは、特に自動車用補助ヒータおよび独立ヒータで使用される。

このようなヒータには多数の要求が存在し、特に信頼性があって有害物質排出の少ない始動と安定した燃焼に関する要求が存在する。更に、異なる組込み姿勢で使用可能なヒータを作る努力がなされている。

始動に関しては、種々の運転パラメータを互いに調和させなければならない。一方では、バーナ始動中、始動領域において比較的に濃い燃料−空気−混合気を供給する必要があり、他方では、燃料ニードルから始動領域への燃料搬送を保証するために、充分な量の一次燃焼空気を供給する必要がある。

ヒータの異なる組込み姿勢を可能にするという要求は、始動性に関する問題と関連している。すなわち、一次空気供給部を小さくして、燃料を始動領域に搬送できるようにするために、従来は、燃料ニードルの出口を下方に向け、それによってバーナ全体を垂直な組込み姿勢で取付けなければならなかった。

バーナの安定した燃焼を保証するために、時として矛盾する要求を満足しなければならない。一方では、常に燃料と空気の良好な混合が要求され、他方では火炎の中心範囲においておよび特に始動相の間、高すぎる空気の割合および強すぎる渦作用を生じることは望ましくない。

本発明の根底をなす課題は、従来技術の上記の問題を少なくとも部分的に克服し、特に信頼性があって有害物質排出が少ないかまたは黒煙が少ない始動を、異なる組込み姿勢で可能にすることである。

この課題は独立請求項の特徴によって解決される。

本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。

本発明では、冒頭に述べたバーナにおいて、燃料ニードルの内径を選定することにより、バーナの始動相の間燃料が実質的に霧化されていない形態で始動領域に達するように、燃料の流出速度が予め定められ、穴が空気案内要素を備え、バッフルプレートが軸方向において予め設定された曲がりを有する。従来技術のヒータの燃料ニードルと比べて、燃料ニードルの内径を小さくすることにより、同じ燃料搬送量の場合に燃料の流出速度が高められる。これによって、あらゆる組込み姿勢で、燃料ニードルの出口からの燃料噴流が始動領域に到達することができる。特に、一次空気量が少なく、更に供給された一次空気の角運動量が小さい場合に、実質的に霧化されない燃料噴流が始動領域に達し得る。従って、バーナが確実に始動し、始動中の黒煙発生が著しく少なくなる。遮熱板は基本的には、ノズルと燃料供給部を、燃料室内の熱エネルギーに対して遮蔽するために有効である。更に、二次空気が遮熱板を経て燃焼室に供給される。二次空気供給のための穴が空気案内要素を備えていることにより、この二次空気の供給を適切に行うことができるので、始動運転と連続運転の両方の燃焼運転に適切に影響を及ぼすことができる。平らに形成された従来技術のバッフルプレートの場合、これは時として達成されなかった。というのは、温度に依存して自発的形状変化が起こり、これがバーナの燃焼状態に不利な影響を与えるからである。

燃料ニードルの内径が０．５〜０．７ｍｍであると有利である。内径が０．８ｍｍの範囲である従来技術の燃料ニードルの流出速度と比べると、内径が０．５〜０．７ｍｍの場合の流出速度はほぼ２倍または２倍以上になる。

燃料ニードルの内径が約０．６ｍｍであるときわめて有利である。このような内径の場合、全負荷運転時、すなわち燃料流量が０．５ｋｇ／ｈである場合、０．６ｍ／ｓ以上の流出速度が可能であり一方、内径が０．８ｍｍの場合流出速度は０．３５ｍ／ｓの範囲である。部分負荷運転の場合、すなわち燃料流量が０．２ｋｇ／ｈである場合、流出速度は約０．１４ｍ／ｓから約０．２５ｍ／ｓに高められる。構造的な特性または運転パラメータを適切に選択すると、ヒータの始動時に始動領域に達する実質的に霧化されない噴流の目的が、約０．８ｍｍの内径を有する慣用の燃料ニードルでも達成可能である。

始動領域が始動室として形成され、点火要素がこの始動室内に挿入されていると有利である。これにより、燃焼室の壁は点火要素を取り囲むことができる。始動運転中、「弾道状の」燃料噴流が点火要素と燃焼室壁を燃料で湿らせるので、燃焼室壁とそれに隣接する部品は暖められた後で壁気化器としての働きをする。

空気案内要素が燃焼室の方に突出し遮熱板と一体に形成された耳金によって形成されていると有利である。このような遮熱板は、例えばｖ字状の穿孔工具によって耳金を成形することにより、簡単に製作可能である。この耳金は、穿孔工程の後でまたは穿孔工程によって、遮熱板の面から外へ曲げられる。

本発明の実施形に従い、耳金が遮熱板の表面に対しておよび／または遮熱板の半径方向に対して異なる角度で形成されていると有利である。耳板が遮熱板の半径方向に対してほぼ垂直に延在していると、この耳板によって大きな角運動量が加えられ一方、耳板が遮熱板の半径方向に対して小さな角度をなしていると、小さ角運動量が加えられる。遮熱板の表面に対して小さな角度をなす耳金は、大きな半径方向成分と小さな軸方向成分を有する空気流を発生し一方、遮熱板の表面に対して大きな角度をなす耳金の場合には軸方向成分が大きい。これにより、小さな角運動量を有する二次空気を、火炎の中心範囲に案内することができる。従って、一方では、燃焼に必要な空気が供給される。しかしながら、火炎の安定化に不利な影響を与える過剰の角運動量は生じない。特に、個々の空気案内要素の方向に依存して、二次空気の分配を行うことができる。

他の実施形では、耳金がグループをなして、遮熱板の表面に対しておよび／または遮熱板の半径方向に対してほぼ同じ角度で形成されている。耳金を集団で配向することにより、燃焼室内に定められた流れ状態が生じる。

本発明の実施形に従って更に、バーナが燃え尽き領域を備え、この燃え尽き領域に供給される二次空気が、始動領域に供給される二次空気よりも大きな角運動量を有すると有利である。燃え尽き領域では大きな角運動量が所望される。特に、半径方向内側に位置する渦流化された逆流領域は、燃え尽きを改善し、燃焼室容積を有効利用する。

バッフルプレートが燃え尽き領域の方に曲がっていると有利である。これにより、始動室の範囲に充分な空間が供される。更に、燃え尽き領域の方への曲がりがこの領域内の流れ状態に不利な影響を与えないことがわかった。特に、渦流化された明確な逆流領域が燃え尽き領域の半径方向内側において維持される。

本発明の有利な実施形では、バッフルプレートの外周が１つの平面を規定し、この平面からのバッフルプレートの最大軸方向間隔と、バッフルプレートの直径との比が０．０７〜０．２１である。最も外側へ曲がっているバッフルプレートの個所は、半径方向座標に関して好ましくは配置のほぼ中心にある。この個所は、バッフルプレートの外周によって規定される平面から、直径に対する上記の比によって定められる軸方向間隔を有する。

これに関連して、平面からのバッフルプレートの最大軸方向間隔と、バッフルプレートの直径との比が約０．１４であると特に有利である。例えば、バッフルプレートの端数のない直径は約４０ｍｍであり一方、曲がりは約５．７ｍｍの値を有する。

本発明は、流出横断面を小さくした燃料ニードルを備えた新規な燃料供給部と、空気案内要素を備えた新規な遮熱板と、曲げられた新規なバッフルプレートとにより、バーナの運転状態を大幅に完全することができるという認識に基づいている。これは特に、始動状態と、バーナ運転の安定性と、自動車におけるバーナの組込み姿勢についての可能性に関する。

添付図面を参照して有利な実施の形態に基づき本発明を例示的に説明する。

本発明の有利な実施の形態の次の説明において、同一の参照符号は同じ構成要素または類似の構成要素を示している。

図１は本発明によるバーナの断面図である。本発明によるバーナ１０は、遮熱板２４に固定連結されたノズル１２を備えている。遮熱板２４は、それに連結されたバーナ管４０と共に燃焼室２２を形成している。燃焼室管４０は、バーナフランジを形成する外管４２によって取り囲まれている。この外管４２には火炎管３８が固定されている。遮熱板２４と燃焼室管４０との連結あるいは燃焼室管４０、外管４２および火炎管３８間の連結は一般的に溶接連結である。燃料ノズル１２には燃料供給部５０が配置されている。この燃料供給部５０は、燃料を供給するための金属管５２と、燃料を燃焼室２２に噴射するための燃料ニードル１４を備えている。更に、燃料ノズル１６の範囲には、一次燃焼空気を燃料ノズル２０に供給するための通路が設けられている。この一次燃焼空気は、燃料ニードル１４の近傍を流れる。それによって、半径方向に広がる燃料ノズル１２の空気ガイドに沿って燃焼室の方へ、そして最後には燃焼室２２内へ流れる。空気ガイドの半径方向広がりにより、ベンチュリ効果に基づいて噴霧が改善される。燃焼室２２内には更に、有利な曲がりを有するバッフルプレート３６が配置されている。燃え尽き領域３２の方へのこの曲がりが有利である。というのは、この曲がりによって、熱に起因するバッフルプレート３６の自発的な形状変化が防止されるからである。燃え尽き領域３２の方へのバッフルプレート３６の曲がりによって更に、始動室１８の設置にとって充分なスペースが供される。始動室１８を画成する壁はバッフルプレート３６に溶接されている。

図２は遮熱板を挿入したバーナフランジの斜視図、そして図３は遮熱板の斜視図である。以下においても図１のバーナの構成要素を参照する。遮熱板２４は中央の穴４８を有し、ノズル１２から供給された燃料と空気の混合気がこの穴を通って燃焼室に流入する。更に、点火要素２０を通すための穴３４が側方に配置されている。遮熱板２４には更に、固定ピン４４、４６が設けられている。この固定ピン４４、４６にはノズル１２が固定される。遮熱板２４は更に、多数の穴２６を有する。二次空気がこの穴２６を通って燃焼室２２に流入可能である。燃焼室２２寄りの遮熱板２４の側には、三角形の空気案内要素２８、３０が設けられている。この空気案内要素２８、３０は、遮熱板２４の半径方向に対して異なる角度をなしているので、二次空気の分配を生じる。第１グループの空気案内要素（その一部に参照符号２８を付けている）は、遮熱板２４の半径方向に対して大きな角度をなしている。すなわち、空気案内要素２８の向きは、ほぼまたはほとんど接線方向である。流出方向を矢印で示した、穴２６を通る二次空気は、空気案内要素２８の向きに基づいて、大きな角運動量でバッフルプレート３６の近傍を通過して燃え尽き領域３２に流入する。大きな角運動量を有するこの空気は燃え尽き領域３２の半径方向外側範囲において燃焼室２２の後側範囲に、すなわち遮熱板２４とは反対の燃焼室２２の範囲に流れ、そして大きな渦を形成しながら中央範囲においてバッフルプレート３６の方へ戻る。従って、燃え尽き領域３２においてガス成分が良好に混合されることになる。空気案内要素３０の他のグループの向きは、遮熱板２４の半径方向に対して小さな角度をなしている。この空気案内要素３０は一部が参照符号３０で示してある。この空気案内要素３０は更に、遮熱板２４の面に対して、空気案内要素２８よりも小さな角度をなしている。従って、流出方向を他の矢印で示す二次空気は、この空気案内要素３０を通って、小さな角運動量で火炎の中心範囲に案内される。これは特に安定した燃焼を促進する。

これによって、新しいスプレーバーナが提供される。このバーナは組込み位置、始動状態および連続運転状態に関して改善される。更に、温度に起因するバッフルプレートの形状変化の問題が回避される。

上記、図面および特許請求の範囲に開示した本発明の特徴は、単独でも任意の組み合わせでも本発明を実現するために重要である。

本発明によるバーナの断面図である。 遮熱板を挿入したバーナフランジの斜視図である。 遮熱板の斜視図である。

符号の説明

１０…バーナ、１２…バーナノズル、１４…燃料ニードル、１６…燃焼空気供給部、１８…始動領域、２０…点火要素、２２…燃焼室、２４…遮熱板、２６…穴、２８…空気案内要素、３０…空気案内要素、３２…燃え尽き領域、３４…穴、３６…バッフルプレート、３８…火炎管、４０…バーナ管、４２…外管、４４…固定ピン、４６…固定ピン、４８…穴、５０…燃料供給部、５２…金属管

Claims (12)

1. ほぼ軸線対称の燃焼室（２２）と、
   燃料を燃焼室（２２）に供給するための燃料ニードル（１４）および燃焼空気を燃焼室に供給するための燃焼空気供給部（１６）を有する、燃料を供給および噴霧するためのバーナノズル（１２）と、
   バーナを始動するために燃料の点火を行う始動領域（１８）と、
   バーナノズルと燃焼室の間に配置され、二次空気を燃焼室に供給するための穴を有する遮熱板と、
   燃焼室内に配置されたバッフルプレートと
   を具備している、特に自動車で使用するためのヒータ用バーナにおいて、
   燃料ニードル（１４）の内径を選定することにより、バーナ（１０）の始動相の間燃料が実質的に霧化されていない形態で始動領域（１８）に達するように、燃料の流出速度が予め定められていることと、
   穴が空気案内要素を備えていることと、
   バッフルプレートが軸方向において予め設定された曲がりを有すること
   を特徴とするバーナ。
2. 燃料ニードル（１４）の内径が０．５〜０．７ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のバーナ。
3. 燃料ニードル（１４）の内径が約０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のバーナ。
4. 始動領域が始動室（１８）として形成され、点火要素（２０）がこの始動室内に挿入されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバーナ。
5. 空気案内要素が燃焼室の方に突出し遮熱板と一体に形成された耳金（２８，３０）によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバーナ。
6. 耳金（２８，３０）が遮熱板の表面に対しておよび／または遮熱板（２４）の半径方向に対して異なる角度で形成されていることを特徴とする請求項５に記載のバーナ。
7. 耳金（２８，３０）がグループをなして、遮熱板の表面に対しておよび／または遮熱板（２４）の半径方向に対してほぼ同じ角度で形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載のバーナ。
8. バーナ（１０）が燃え尽き領域（３２）を備えていることと、
   この燃え尽き領域に供給される二次空気が、始動領域に供給される二次空気よりも大きな角運動量を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバーナ。
9. 遮熱板（２４）が点火要素を貫通案内するための穴（３４）を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバーナ。
10. バッフルプレート（３６）が燃え尽き領域（３０）の方に曲がっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のバーナ。
11. バッフルプレートの外周が１つの平面を規定していることと、
    この平面からのバッフルプレートの最大軸方向間隔と、バッフルプレートの直径との比が０．０７〜０．２１であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバーナ。
12. 平面からのバッフルプレート（３６）の最大軸方向間隔と、バッフルプレート（３６）の直径との比が約０．１４であることを特徴とする請求項１１に記載のバーナ。

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