JP2010249012A - バーナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子を除去するフィルタに高温ガスを供給するバーナ装置において、簡易な構成で燃料の使用量を低減して不必要な熱エネルギの発生を抑制する。
【解決手段】排気ガスＸをフィルタに供給する供給流路１と、該供給流路１に接続されると共に内部において排気ガスＸと燃料Ｙとを混合して燃焼することによって高温ガスＺを生成する燃焼部２と、供給流路１に晒される晒し領域３ａ及び燃焼部２の内部に挿入される挿入領域３ｂを有して供給流路１を流れる排気ガスＸの一部を燃焼部２に取り込む板部材３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスに含まれる微粒子を上記排気ガス中から除去するフィルタに対して高温ガスを供給するバーナ装置に関するものである。

ディーゼルエンジン等の排気ガス中には、微粒子（パティキュレートマター）が含まれている。当該微粒子を大気中に放出することによる環境への影響が懸念されることから、近年は、ディーゼルエンジン等を搭載する車両には、排気ガス中の微粒子を除去するためのフィルタ（ＤＰＦ）が設置されている。
このフィルタは、上記微粒子よりも小さな孔を複数備える多孔質体であるセラミックス等によって形成されており、上記微粒子の通過を阻止することによって微粒子の捕集を行っている。

ところが、このようなフィルタを長時間使用していると、捕集した微粒子が蓄積されてフィルタが目詰まり状態となる。
このようなフィルタの目詰まりを防止するために、例えば特許文献１に示されるように、フィルタに対して高温ガスを供給することによって、フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて除去する方法が用いられている。

具体的には、特許文献１ではディーゼルエンジンとフィルタとの間にバーナ装置を設置し、排気ガスと燃料とが混合された混合気を燃焼させて高温ガスを発生させ、当該高温ガスをフィルタに供給することによって微粒子を燃焼させている。

特開２００７−１５４７７２号公報

ところで、効率的に高温ガスを発生させるためには、混合気の燃焼状態を良好に保つ必要があり、排気ガスと燃料との混合比をある限られた範囲に調節する必要がある。
しかしながら、排気ガスの流量は、必要とされる高温ガスを発生させるのに必要な供給量よりも非常に多い。このため、多量に供給される排気ガスを用いて上記混合比の混合気を生成した場合には、多量の燃料が必要となると共に必要以上の熱エネルギを発生させることとなる。

このため、バーナ装置において燃料の使用量を低減して不必要な熱エネルギの発生を抑制するための構成が求められている。
さらに、上記バーナ装置が一般の車両等に搭載されることを考慮するとメンテナンス作業の煩雑化及び製造コストの増加を避ける必要があり、できるだけ簡易な構成による上記効果の実現が求められる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、微粒子を除去するフィルタに高温ガスを供給するバーナ装置において、簡易な構成で燃料の使用量を低減して不必要な熱エネルギの発生を抑制することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、排気ガスに含まれる微粒子を上記排気ガス中から除去するフィルタに対して高温ガスを供給するバーナ装置であって、上記排気ガスを上記フィルタに供給する供給流路と、該供給流路に接続されると共に内部において上記排気ガスと燃料とを混合して燃焼することによって上記高温ガスを生成する燃焼部と、上記供給流路に晒される晒し領域及び上記燃焼部の内部に挿入される挿入領域を有して上記供給流路を流れる上記排気ガスの一部を上記燃焼部に取り込む板部材とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記板部材が、上記供給流路における上記排気ガスの流れに対して上記燃焼部の内部を上流側領域と下流側領域とに分離し、上記挿入領域の先端部が上記燃焼部の壁面と離間しているという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記供給流路の延在方向から見た上記板部材の晒し領域の面積が可変とされているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、乱流の発生を促進させる乱流発生手段が上記挿入領域に形成されているという構成を採用する。

本発明によれば、一部（晒し領域）が供給流路に配置されると共に他の一部（挿入領域）が供給流路に接続された燃焼部に挿入された板部材を備え、当該板部材によって、供給流路の外部である燃焼部に排気ガスの一部が供給される。
したがって、板部材によって分流された一部の排気ガスの流量に応じた燃料を用いて効率的に高温ガスを生成することができる。このため、排気ガスの全量に対して燃料を混合して燃焼させる場合と比較して燃料の使用量を低減して不必要な熱エネルギの発生を抑制することができる。
また、本発明によれば、例えば単一の板部材によって排気ガスの一部が分流されて燃焼部に供給される。このため、複雑な構造を採用することなく排気ガスの分流を行うことができる。
よって、本発明によれば、簡易な構成で燃料の使用量を低減して不必要な熱エネルギの発生を抑制することが可能となる。

本発明の第１実施形態におけるバーナ装置の概略構成を示す断面図であり、排気ガスの流れ方向に沿う面による断面図である。 図１の断面に直交する面による断面図である。 本発明の第２実施形態におけるバーナ装置の概略構成を示す断面図であり、排気ガスの流れ方向に沿う面による断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るバーナ装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１及び図２は本実施形態におけるバーナ装置Ｓ１の概略構成を示す断面図であり、図１が排気ガスＸの流れ方向に沿う面による断面図であり、図２が図１の断面に直交する面による断面図である。

このバーナ装置Ｓ１は、上流側に配置されるディーゼルエンジン等の排気ガスを排出する装置の排気口と接続され、供給される排気ガスと燃料を混合して燃焼させることによって高温ガスＺを発生させると共に当該高温ガスＺを後流側のフィルタに供給するためのものであり、例えばディーゼルエンジンとパティキュレートフィルタとの間に配置される。
そして、このバーナ装置Ｓ１は、供給流路１と、燃焼部２と、分流板３（板部材）を備えている。

供給流路１は、ディーゼルエンジン等の装置から供給される排気ガスＸを直接フィルタに対して供給するための流路であり、一方の端部がディーゼエンジン等の装置の排気口と接続され、他方の端部がフィルタに接続された円筒形状の配管によって構成されている。

燃焼部２は、供給流路１と接続されると共に、内部において供給流路１を流れる排気ガスＸの一部と燃料とを混合させて燃焼させることによって高温ガスを生成するものである。そして、この燃焼部２は、管体部４と、インジェクタ５と、冷却装置６と、グロープラグ７と、衝突板８と、助燃空気供給部９とを備えている。

管体部４は、燃焼部２の外形を形成する管状の部材であり、内部が中空とされている。そして、管体部４は、供給流路１の延在方向と直交する方向から供給流路１と接続されている。

ここで分流板３の説明を行うと、分流板３は、長方形状の板部材であり、一方側の先端部が供給流路１に晒されると共に他方側の先端部が管体部４の内部に挿入されている。
つまり、本実施形態のバーナ装置Ｓ１において分流板３は、供給流路１に晒される晒し領域３ａと、燃焼部２（管体部４）の内部に挿入される挿入領域３ｂとを備えている。
そして、当該分流板３は、溶接等によって管体部４に固定され、供給流路１に供給される排気ガスＸを分流し、その一部を管体部４の内部に供給する。

晒し領域３ａの大きさは、分流板３に求められる分流比によって規定されている。つまり、供給流路１に供給される排気ガスＸの全流量に対して５０％の流量を管体部４の内部に供給する場合には、晒し領域３ａの大きさは、供給流路１の延在方向から見た面積が供給流路１の断面積の５０％となるように設定される。

また、分流板３は、供給流路１を流れる排気ガスＸの流れ方向において、管体部４の内部を上流側領域Ｒ１と下流側領域Ｒ２とに分離するように、管体部４の中央部に配置されている。また、分流板３の管体部４側の先端は、管体部４の底面（壁面）と離間されている。
このように分流板３が配置されることによって、管体部４の内部に、上流側領域Ｒ１から分流板３の先端と管体部４との底部との間を介して下流側領域Ｒ２に抜ける流路が形成される。

さらに、本実施形態のバーナ装置Ｓ１において分流板３は、挿入領域３ｂに複数の貫通孔３ｃ（乱流発生手段）を備えている。
このような貫通孔３ｃを介して上流側領域Ｒ１から下流側領域Ｒ２に排気ガスＸが噴出することによって下流側領域Ｒ２において乱流の発生が促進される。

燃焼部２の説明に戻り、インジェクタ５は、管体部４の内部に向けて燃料Ｙを噴射するものであり、噴射ノズルが管体部４の底面から露出されて配置される。
なお、インジェクタ５は、図１に示すように上流側領域Ｒ１に臨んで配置されており、上流側領域Ｒ１から下流側領域Ｒ２に向けて燃料Ｙを噴射するように構成されている。

冷却装置６は、インジェクタ５の周囲を冷却することによって、インジェクタ５の過熱を防止するものであり、インジェクタ５の温度を間接的に測定する温度センサや、該温度センサの出力に応じてインジェクタ５の周囲に冷却材を供給する冷却材供給装置等を備えている。

グロープラグ７は、先端部が燃料Ｙと排気ガスＸとの混合気の着火温度以上に加熱されるヒータであり、先端部が燃料Ｙの噴射領域に晒されるように管体部４の底部に設置されている。

衝突板８は、インジェクタ５から噴射された燃料Ｙが管体部４の内壁面に付着することを抑制するものであり、グロープラグ７と管体部４の内壁面との間に配置されている。
また、衝突板８の先端部は、燃料Ｙと排気ガスＸとの混合気が燃焼される燃焼領域Ｎに晒されている。また、衝突板８は、少なくとも先端部が、燃焼領域Ｎに晒されることによって混合気の燃焼温度と同程度まで加熱される材料によって形成されている。

助燃空気供給部９は、必要に応じて補助的に管体部４の内部に空気を供給するものであり、空気を供給する空気供給装置や、該空気供給装置と管体部４の内部とを接続する配管等を備えている。そして、当該助燃空気供給部９は、必要に応じて空気を管体部４の上流側領域Ｒ１に導入する。

次に、このような構成された本実施形態のバーナ装置Ｓ１において高温ガスＺを生成すると共に当該高温ガスＺを後流側のフィルタに供給する場合の動作について説明する。
なお、本実施形態のバーナ装置Ｓ１は、車両等に搭載される不図示の制御装置によって制御され、以下に説明する動作は、当該制御装置の制御の下に行われる。

まずディーゼルエンジン等の装置から排気ガスＸが供給流路１に供給されると、供給された排気ガスＸが分流板３の晒し領域３ａと衝突し、その一部が分流されて管体部４の内部である上流側領域Ｒ１に供給される。
上流側領域Ｒ１に供給された排気ガスＸは、管体部４の底部に向かって流れ、必要に応じて助燃空気供給部９から供給される空気と混合された後、分流板３の先端と管体部４の底部との間を介して下流側領域Ｒ２に流入する。

そして、排気ガスＸは、インジェクタ５から噴射された燃料Ｙと混合されて混合気となった後にグロープラグ７の先端部に触れることによって着火し、燃焼領域Ｎにおいて燃焼する。
ここで、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、衝突板８によって燃料Ｙが管体部４の内壁面に付着することが抑制され、また衝突板８の先端部が燃焼領域Ｎに晒される程燃焼領域Ｎの近傍に設置されていることから衝突板８に付着した燃料Ｙも燃焼させることが可能となる。したがって、より少ない燃料で効率的な燃焼を実現することができる。
さらに、衝突板８の先端部が燃焼領域Ｎに晒されているため、一旦燃焼が始まると、衝突板８の先端部が混合気の着火温度以上に加熱される。このため、グロープラグ７の加熱を停止しても燃焼領域Ｎにおける燃焼を継続することが可能となり、エネルギ消費量の低減を図ることが可能となる。
また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、分流板３の挿入領域３ｂに複数の貫通孔３ｃが形成されており、当該貫通孔３ｃを介して上流側領域Ｒ１から下流側領域Ｒ２に直接排気ガスＸが供給され、これによって下流側領域Ｒ２において乱流の発生が促進される。このため、燃焼領域Ｎにおいて排気ガスＸと燃料Ｙとの混合が促進され、より効率的な燃焼を実現することができる。

そして、燃焼領域Ｎにおける燃焼によって高温ガスＺが生成され、当該高温ガスＺが供給流路１を介してフィルタに供給される。

このような本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、一部（晒し領域）が供給流路１に配置されると共に他の一部（挿入領域）が供給流路に接続された燃焼部２の内部に挿入された分流板３を備え、当該分流板３によって、供給流路１の外部である燃焼部２に排気ガスＸの一部が供給される。
したがって、分流板３によって分流された一部の排気ガスＸの流量に応じた燃料Ｙを用いて効率的に高温ガスＺを生成することができる。このため、排気ガスＸの全量に対して燃料を混合して燃焼させる場合と比較して燃料の使用量を低減して不必要な熱エネルギの発生を抑制することができる。
また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、単一の分流板３によって排気ガスＸの一部が分流されて燃焼部２の内部に供給される。このため、複雑な構造を採用することなく排気ガスＸの分流を行うことができる。
よって、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、簡易な構成で燃料の使用量を低減して不必要な熱エネルギの発生を抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本実施形態のバーナ装置Ｓ２の概略構成を示す断面図であり、図１が排気ガスＸの流れ方向に沿う面による断面図である。
この図に示すように、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、分流板３の晒し領域３ａと挿入領域３ｂとがヒンジ部３ｄを介して回動可能に接続されており、挿入領域３ｂが管体部４に固定されることによって晒し領域３ａが挿入領域３ｂに対して排気ガスＸの流れ方向に傾動可能とされている。

そして、本実施形態のバーナ装置Ｓ２は、分流板３の晒し領域３ａの傾動状態を規定するための駆動装置１０を備えている。
当該駆動装置１０は、分流板３の晒し領域３ａと接続されており、当該晒し領域３ａを押し引きすることによって分流板３の晒し領域３ａの傾動状態を変化させる。
なお、このような駆動装置１０としては、例えばエアシリンダ装置等を用いることができる。

このような構成を有する本実施形態のバーナ装置Ｓ２によれば、駆動装置１０によって、晒し領域３ａの傾動状態を変化させることによって、供給流路１の延在方向から見た晒し領域３ａの面積を可変とすることができる。
上述のように、供給流路１の延在方向から見た晒し領域３ａの面積は、分流板３による排気ガスＸの分流比に影響する。このため、駆動装置１０によって晒し領域３ａの傾動状態を変化させることによって、分流板３による分流比を変化させることが可能となる。

したがって、本実施形態のバーナ装置Ｓ２によれば、例えばディーゼルエンジン等の装置から供給される排気ガスＸの流量が変動する場合であっても、常に最適な流量の排気ガスＸを燃焼部２に取り込み、これによって高温ガスＺの生成に適した混合気を生成することが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、分流板３が長方形状である構成について説明した。
しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、晒し領域３ａが供給流路１の断面形状に応じて略円形とされていても良い。

また、上記実施形態においては、分流板３が供給流路１を流れる排気ガスＸの流れ方向において、管体部４の内部を上流側領域Ｒ１と下流側領域Ｒ２とに分離するように、管体部４の中央部に配置され、また分流板３の管体部４側の先端が管体部４の底面（壁面）と離間されている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、分流板３が供給流路１を流れる排気ガスＸの流れ方向において、管体部４の下流側の壁面に当接して配置される構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、分流板３の挿入領域３ｂに複数の貫通孔３ｃが形成されている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、必ずしも貫通孔３ｃを形成する必要はない。
また、貫通孔３ｃにかえて他の乱流発生手段（例えば、下流側領域Ｒ２に突出する突出部）を形成しても良い。

また、上記第２実施形態においては、供給流路１の延在方向から見た晒し領域３ａの面積を可変とするために、晒し領域３ａを挿入領域３ｂに対して傾動可能な構成を採用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１実施形態に示した長方形状の分流板３を上下に可動とすることによって、供給流路１の延在方向から見た晒し領域３ａの面積を可変とする構成を採用することもできる。

Ｓ１，Ｓ２……バーナ装置、１……供給流路、２……燃焼部、３……分流板（板部材）、３ａ……晒し領域、３ｂ……挿入領域、３ｃ……貫通孔（乱流発生手段）、４……管体部、Ｘ……排気ガス、Ｙ……燃料、Ｚ……高温ガス

Claims (4)

1. 排気ガスに含まれる微粒子を前記排気ガス中から除去するフィルタに対して高温ガスを供給するバーナ装置であって、
   前記排気ガスを前記フィルタに供給する供給流路と、
   該供給流路に接続されると共に内部において前記排気ガスと燃料とを混合して燃焼することによって前記高温ガスを生成する燃焼部と、
   前記供給流路に晒される晒し領域及び前記燃焼部の内部に挿入される挿入領域を有して前記供給流路を流れる前記排気ガスの一部を前記燃焼部に取り込む板部材と
   を備えることを特徴とするバーナ装置。
2. 前記板部材は、前記供給流路における前記排気ガスの流れに対して前記燃焼部の内部を上流側領域と下流側領域とに分離し、前記挿入領域の先端部が前記燃焼部の壁面と離間していることを特徴とする請求項１記載のバーナ装置。
3. 前記供給流路の延在方向から見た前記板部材の晒し領域の面積が可変とされていることを特徴とする請求項１または２記載のバーナ装置。
4. 乱流の発生を促進させる乱流発生手段が前記挿入領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のバーナ装置。

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