JP2011144725A - バーナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混合気の燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスの生成を行う。
【解決手段】酸化剤と燃料との混合気の燃焼を行うバーナ装置であって、上記混合気Ｙに着火する着火領域Ｒ２と上記混合気Ｙの燃焼を維持する保炎領域Ｒ３とを上記混合気Ｙが通気可能に区分けすると共に上記着火領域Ｒ２から上記保炎領域Ｒ３に供給される上記混合気Ｙの流速を調節する仕切り部材８と、上記保炎領域Ｒ３に直接上記酸化剤Ｘを取り込む酸化剤取込手段４ａ１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化剤と燃料との混合気の燃焼を行う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、上記バーナ装置では、燃料噴射装置から噴射された燃料が酸化剤として供給される排気ガスや外気と混合されて混合気が生成され、当該混合気を着火装置によって着火温度以上に加熱することによって燃焼させる。そして、当該燃焼によって生成された火炎を保持することによって燃焼を継続させる。
しかしながら、着火装置に供給される酸化剤等の流速が速い場合には、燃焼領域に供給される混合気の流速が速くなり、燃焼領域における燃焼状態が不安定となる虞がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、混合気の燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスの生成を行えるバーナ装置を提供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、酸化剤と燃料との混合気の燃焼を行うバーナ装置であって、上記混合気に着火する着火領域と上記混合気の燃焼を維持する保炎領域とを上記混合気が通気可能に区分けすると共に上記着火領域から上記保炎領域に供給される上記混合気の流速を調節する仕切り部材と、上記保炎領域に直接上記酸化剤を取り込む酸化剤取込手段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、内部空間が上記仕切り部材によって上記着火領域と上記保炎領域とに区分けされる管体部を備え、上記酸化剤取込手段が、上記酸化剤が流れる流路中に配置される上記管体部の壁端部であるという構成を採用する。

本発明によれば、仕切り部材によって、着火領域と保炎領域とが混合気が通気可能に区分けされる。このため、着火領域から保炎領域に供給される混合気の流速を調節することが可能となる。したがって、保炎領域に供給される混合気の流速を、保炎領域において燃焼が安定化される流速に調節することが可能となる。

また、保炎領域における燃焼をさらに安定化させるには、保炎領域に対して混合気とは別に直接酸化剤を供給することが好ましい。これに対して、本発明によれば、酸化剤取込手段によって保炎領域に対して直接酸化剤の供給が行われる。このため、保炎領域における燃焼をより安定化させることができる。

このように、本発明によれば、混合気の燃焼状態を安定化させる。このため、安定して高温ガスの生成を行うことが可能となる。

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る。 本発明の第１実施形態におけるバーナ装置が備える仕切り部材の端部を示す正面図である。 本発明の第１実施形態におけるバーナ装置の変形例を示す断面図である。 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る。 本発明のバーナ装置の変形例を示す断面図である。

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は、本実施形態のバーナ装置Ｓ１の概略構成を示す断面図である。
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Ｘ（酸化剤）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、燃料供給部５と、着火装置７と、仕切り部材８と、助燃空気供給装置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。なお、管体部４の内部は、後に詳説するが、仕切り部材８によって、排気ガス流路領域Ｒ１と着火領域Ｒ２と保炎領域Ｒ３とに区分けされている。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。

また、管体部４の水平断面形状は方形状とされている。そして、図１に示すように、管体部４を構成する矩形状の壁部のうち、供給流路１における排気ガスＸの流れ方向の下流側に位置する壁部４ａの端部４ａ１（壁端部）が供給流路１中に配置されている。
つまり、管体部４の壁部４ａの正面図である図２に示すように、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、円形の供給流路１中に、矩形状の壁部４ａの先端部（端部４ａ１）が配置されている。
この壁部４ａの端部４ａ１は、供給流路１を流れる排気ガスＸ（酸化剤）の一部を取り込んで、直接保炎領域Ｒ３に供給する酸化剤取込手段として機能する。

燃料供給部５は、着火装置７の先端に設置された燃料保持部５ａと、該燃料保持部５ａに燃料を供給するための供給部５ｂとを備えている。
なお、燃料保持部５ａとしては、例えば、金網、焼結金属、金属繊維、ガラス布、セラミック多孔体、セラミックファイバ、軽石等によって形成することができる。

着火装置７は、先端部が燃料保持部５ａに囲まれており、燃料と排気ガスＸとの混合気の着火温度以上に加熱されるヒータであるグロープラグから構成されている。

仕切り部材８は、管体部４の内部を、供給流路１から取り込まれた排気ガスＸが流れる排気ガス流路領域Ｒ１と、着火装置７が設置される着火領域Ｒ２と、混合気Ｙの燃焼が維持される保炎領域Ｒ３とに区分けするものである。そして、仕切り部材８は、管体部４の中央部に上下に延在すると共に管体部４の底面と離間して配置される中央板８ａと、図２に示すように中央板８ａから水平に延在すると共に管体部４の側面と離間して配置される側板８ｂとを有している。この側板８ｂの面積は、燃料保持部５ａの上方から見た面積よりも広く設定されている。
この仕切り部材８は、図１に示すように、中央板８ａと管体部４の底面との隙間によって排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２に排気ガスＸを通気可能とし、側板８ｂと管体部４の側面との隙間によって着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に混合気Ｙを通気可能とする。
そして、仕切り部材８は、管体部４との間に隙間を形成して配置されており、当該隙間を介して着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に混合気Ｙを通気することによって、当該混合気Ｙの流速を、保炎領域Ｒ３において燃焼が安定化される流速に調節する。
また、仕切り部材８は、管体部４寄りに開口された隙間を介して下方から上方に向けて混合気Ｙを通気することによって、保炎領域Ｒ３の上方（外部）から管体部４の壁面に沿って保炎領域Ｒ３に供給される排気ガスＸの流れ（酸化剤流れ）に衝突させる。
なお、排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２への通気面積は、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３への通気面積よりも広いことが好ましい。これによって、着火領域Ｒ２が常に気体で満たされた状態となり、着火領域Ｒ２における流体の流速を低減させ、着火性が向上される。

助燃空気供給装置９は、必要に応じて補助的に管体部４の内部（排気ガス流路領域Ｒ１）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。

このように構成された本実施形態におけるバーナ装置Ｓ１においては、供給流路１から排気ガス流路領域Ｒ１に取り込まれた排気ガスＸが、酸化剤として排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２に供給される。
一方で、不図示の制御装置下において着火装置７が加熱され、供給部５ｂから燃料保持部５ａに供給された燃料が着火領域Ｒ２において揮発する。
そして、着火領域Ｒ２に供給された排気ガスＸと揮発する燃料とが混合されて混合気Ｙが生成され、さらに着火装置７によって着火温度以上に加熱されることによって混合気Ｙが着火される。
なお、排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２への通気面積は、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３への通気面積よりも広く設定されている。これによって、着火領域Ｒ２が常に気体で満たされた状態となり、着火領域Ｒ２における流体の流速を低減される。したがって、着火領域Ｒ２において容易に混合気Ｙに着火することができる。

このように着火領域Ｒ２において混合気Ｙが着火されると、着火によって生成された火炎が未燃の混合気Ｙと共に保炎領域Ｒ３に伝播する。この結果、保炎領域Ｒ３に火炎Ｆが形成され、当該火炎Ｆに未燃の混合気Ｙと保炎領域Ｒ３の上方から供給される排気ガスＸとが供給されることによって火炎Ｆが維持されて保炎が図られる。そして、このような火炎Ｆが維持されることによって、高温ガスＺが安定して生成される。

なお、混合気Ｙが着火された後は、着火領域Ｒ２においても、混合気Ｙの着火後には火炎が形成される。このため、混合気Ｙは、着火領域Ｒ２において１次燃焼し、その後保炎領域Ｒ３で２次燃焼する。

ここで、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、仕切り部材８によって、着火領域Ｒ２と保炎領域Ｒ３とが混合気Ｙが通気可能に区分けされ、さらに着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に供給される混合気Ｙの流速が保炎領域Ｒ３において燃焼が安定化される流速に調節されている。
したがって、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、混合気Ｙの燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスＺの生成を行うことが可能となる。

また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、管体部４の壁部４ａの端部４ａ１によって保炎領域Ｒ３に対して直接排気ガスＸの供給が行われる。このため、保炎領域Ｒ３に充分な量の酸素が供給され、保炎領域Ｒ３における燃焼をより安定化させることができる。

以上のように、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、保炎領域Ｒ３において燃焼を安定化させ、安定して高温ガスの生成を行うことが可能となる。

なお、供給流路１から保炎領域Ｒ３に直接供給された排気ガスＸは、仕切り板８の側板８ｂに堰き止められることによって、着火領域Ｒ２への侵入が抑制される。このため、管体部４の壁部４ａの端部４ａ１によって保炎領域Ｒ３に対して直接排気ガスＸの供給が行われる場合であっても、着火領域Ｒ２における混合気Ｙの流速が増加することを抑制し、着火性の悪化を抑制することができる。

また、バーナ装置Ｓ１の大きさに関わらず、端部４ａ１の面積と供給流路１の断面積との割合を維持することによって、保炎領域Ｒ３に火炎Ｆを維持するのに最適な量の排気ガスＸを取り込むことが可能となる。
なお、端部４ａ１の面積と供給流路１の断面積との割合を維持した場合には、管体部４の内部空間を広げた場合であっても、保炎領域Ｒ３において火炎Ｆを維持することができる。このため、本実施形態のバーナ装置Ｓ１よりも管体部４の内部空間を広げて着火領域Ｒ２を広げることができる。この場合には、着火領域Ｒ２における混合気Ｙの流速が低下し、混合気Ｙの着火性を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、助燃空気供給装置９を備える構成を採用している。しかしながら、排気ガスＸに含まれる酸素濃度が充分に高い場合には、図３に示すように、助燃空気供給装置９を省略することも可能である。

（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４（ａ）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る。この図に示すように、本実施形態のバーナ装置Ｓ２は、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１に対して、管体部４、その内部構造及び接続構造が、天地対称に配置されている。
つまり、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、管体部４、その内部構造（仕切り部材８、燃料供給部５及び着火装置７）及び接続構造（助燃空気供給装置９）が、供給流路１の上部に取り付けられている。

このような構成を採用する本実施形態のバーナ装置Ｓ２によっても、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１と同様に、混合気Ｙの燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスＺの生成を行うことが可能となる。

なお、図４（ｂ）に示すように、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においても、上記第１実施形態と同様に、排気ガスＸに含まれる酸素濃度が充分に高い場合には、助燃空気供給装置９を省略することも可能である。

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、管体部４の壁部４ａの端部４ａ１を本発明の酸化剤取込手段として用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、酸化剤取込手段として、管体部４とは別体の土手部等を設置す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、酸化剤として排気ガスＸを用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、酸化剤として空気を用いることも可能である。
このような場合には、例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、供給流路１に接続する排気ガス流路領域Ｒ１の端部を閉じ、助燃空気供給装置９から、補助的ではなく主として空気を酸化剤として送り込む構成を採用する。

また、上記実施形態においては、燃料保持部５ａに接続された供給部５ｂを用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、燃料保持部５ａに燃料を吹付ける供給部を用いても良い。

Ｓ１，Ｓ２……バーナ装置、４……管体部、４ａ……壁部、４ａ１……端部（壁端部、酸化剤取込手段）、８……仕切り部材、Ｒ１……排気ガス流路領域、Ｒ２……着火領域、Ｒ３……保炎領域、Ｘ……排気ガス（酸化剤）、Ｙ……混合気、Ｚ……高温ガス

Claims (2)

1. 酸化剤と燃料との混合気の燃焼を行うバーナ装置であって、
   前記混合気に着火する着火領域と前記混合気の燃焼を維持する保炎領域とを前記混合気が通気可能に区分けすると共に前記着火領域から前記保炎領域に供給される前記混合気の流速を調節する仕切り部材と、
   前記保炎領域に直接前記酸化剤を取り込む酸化剤取込手段と
   を備えることを特徴とするバーナ装置。
2. 内部空間が前記仕切り部材によって前記着火領域と前記保炎領域とに区分けされる管体部を備え、前記酸化剤取込手段は、前記酸化剤が流れる流路中に配置される前記管体部の壁端部であることを特徴とする請求項１記載のバーナ装置。

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