JP2022109638A - Small-sized combustion type heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体燃料を気化し空気と予混合して燃焼させるバーナーで熱交換器を介して水を加熱するヒーターで、車載可能な小型ヒーターに関する発明である。 The present invention relates to a heater that heats water through a heat exchanger with a burner that evaporates liquid fuel, premixes it with air, and burns it, and relates to a compact heater that can be mounted on a vehicle.
従来自動車用の内燃機関が発生する排熱は、車内ヒーターの熱源などに利用されてきた。しかし近年内燃機関の効率の向上に伴いこの排熱の割合が小さくなり、ヒーターの熱量が不足する、エンジンの暖気時間が長くなる、あるいはヒーターがなかなか立ち上がらないなどの問題が発生している。また寒冷地においては自動車の暖房は重要な機能の1つであり、暖房機能が不十分な場合、生死の問題につながる場合がある。 Exhaust heat generated by internal combustion engines for automobiles has been used as a heat source for in-vehicle heaters. However, in recent years, as the efficiency of internal combustion engines has improved, the proportion of this exhaust heat has decreased, causing problems such as insufficient heat in the heater, longer engine warm-up time, and difficulty in starting up the heater. Also, in cold regions, the heating of automobiles is one of the important functions, and if the heating function is insufficient, it may lead to a matter of life and death.
このような背景から液体燃料を用いた車載可能な小型燃焼式ヒーターが実用化されている。例えば欧州のメーカーであるWebasto社、Eberspaecher社などは小型燃焼式ヒーターでエンジンの冷却水を加熱し、暖房能力を補助するシステムを寒冷地向けにメーカー完成車用及びアフターマーケット用として提供している。 Against this background, compact combustion heaters that use liquid fuel and can be mounted on vehicles have been put to practical use. For example, European manufacturers such as Webasto and Eberspaecher heat the cooling water of the engine with a small combustion heater and provide a system that assists the heating capacity for cold regions for the manufacturer's finished vehicle and for the aftermarket. .
これら既存のシステムは燃焼式ヒーターを用いているためシステムの作動時は排気ガスを排出する。燃焼器単体としては自動車のエミッション規制は適用されないため、既存のシステムは排気ガスの浄化に対する優先順位が高くなく、排気ガスが十分に浄化されていない製品もある。 Since these existing systems use combustion heaters, exhaust gases are emitted when the systems are in operation. Since automobile emissions regulations do not apply to combustors alone, existing systems do not give high priority to purification of exhaust gases, and some products do not sufficiently purify exhaust gases.
小型燃焼式ヒーターシステムを自動車に装着して、暖房の補助の目的だけでなく始動時の冷却水の加熱を加速して燃費向上目的に使用したり、触媒の暖機を加速してエミッション改善を目的に使用したりするためには、小型燃焼式ヒーターの排気を含めた自動車排気システムの排気を各国の排気エミッション規制に適合させ得るよう十分に浄化しなければならない。そのためには小型燃焼式ヒーターシステム自体の排気ガスを十分に浄化する必要がある。 By installing a small combustion heater system in a car, it can be used not only to assist heating, but also to improve fuel efficiency by accelerating the heating of cooling water at startup, and to improve emissions by accelerating warm-up of the catalyst. For its intended use, the exhaust of automobile exhaust systems, including that of small combustion heaters, must be sufficiently purified to meet national exhaust emission regulations. For that purpose, it is necessary to sufficiently purify the exhaust gas of the compact combustion heater system itself.
また前述のメーカーなどが市場に普及させている小型燃焼式ヒーターシステムは金属メッシュから成る燃料気化装置を用いて燃料を気化させるため、システム始動時燃料気化装置を暖機するのに時間を要し、システムが十分な発熱能力を発揮する定常運転に達するまで2~3分を要し、運転状況に応じ変化する暖房要求に素早く対応できないという問題がある。 In addition, since the compact combustion heater system popularized in the market by the aforementioned manufacturers uses a fuel vaporizer made of metal mesh to vaporize the fuel, it takes time to warm up the fuel vaporizer when the system is started. However, it takes 2 to 3 minutes for the system to reach steady state operation at which the system exhibits sufficient heat generation capacity, and there is the problem that it is not possible to quickly respond to heating demands that change according to operating conditions.
また公開実用S54-138137には、図12に示すように電磁ポンプ103で給送した燃料を気化器110にて昇温気化してバーナー107に噴出して燃焼させる燃焼装置で、電磁ポンプ103と気化器110の間の吐出側管106の途中に余熱管108を設け、熱交換器117を通った後の排気ガスで燃料を予熱する構成が開示されている。
In addition, as shown in FIG. 12, the disclosed practical use S54-138137 describes a combustion apparatus in which fuel fed by an
この構成によれば排気ガスで燃料を予熱するので、システムの素早い立ち上がりが期待できる。また熱交換器117通過後の排気ガス温度は200℃前後であることから、燃料が過熱して炭化することを防止できるということである。しかしこの出願は排気エンミッション規制が強化される以前に出願されたものであり、排気エンミッションについての記載がなく排気を浄化するという観点での工夫が盛り込まれていない。
According to this configuration, the exhaust gas preheats the fuel, so the system can be expected to start up quickly. Also, since the temperature of the exhaust gas after passing through the
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は自動車に装着して車室内暖房をはじめとする各種加熱手段に使用することのできる、排気エミッション性能に優れかつシステムの暖気時間が短く素早く発熱能力を発揮できる小型燃焼式ヒーターシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its main purpose is to be able to be installed in automobiles and used for various heating means such as vehicle interior heating, which has excellent exhaust emission performance and warms up the system. To provide a small-sized combustion heater system capable of quickly exhibiting heat generation capacity in a short time.
請求項1に係る発明は、ブロワーにより給気通路を通して供給される空気と、液体燃料を気化させて生成した気化燃料を混合させ、生成された混合気を燃焼室に導入して予混合燃焼させ、同燃焼室下流に設けた熱交換器にこの燃焼ガスを導いて冷却水を加熱する燃焼式ヒーターにおいて、前記液体燃料は燃料通路に設けた燃料蒸発管において前記燃焼室の燃焼熱により気化され、前記混合気は当量比が0.65~0.8の間の値となるよう前記空気と前記気化燃料の量がコントロールされ、かつ同混合気は前記燃焼室の前に設けた撹拌室において撹拌され、前記燃焼室入口部に設けたバーナートップに構成された前記混合気吹出し用の複数の噴口の方向は同燃焼室で旋回流が発生するように構成され、かつ同燃焼室の上下流方向の長さが60mm以上150mm以下に設定されている、ことを特徴とする。
In the invention according to
この請求項1の構成によれば、始動時を除いた温間時の定常状態においては、燃料が燃料通路に設けた燃料蒸発管が燃焼室の燃焼熱により気化され良好な混合気が生成されるので、良好な排気エミッション性能が得られる。 According to the first aspect of the present invention, in a warm steady state except at the time of starting, the fuel is vaporized by the combustion heat of the combustion chamber in the fuel evaporation pipe provided in the fuel passage, and a good air-fuel mixture is generated. Therefore, good exhaust emission performance can be obtained.
また前述のように燃料が燃焼室の燃焼熱により気化されるので、一旦点火すると長い暖気時間を要することなく素早く定格の発熱能力を発揮することができる。 In addition, since the fuel is vaporized by the heat of combustion in the combustion chamber as described above, once ignited, the rated heat generating capacity can be exhibited quickly without requiring a long warm-up time.
また混合気が当量比(空気に対して,理論量の何倍の燃料が供給されたかを表す量で周知の物理量)0.65~0.8の間の任意の値となるよう空気と気化燃料の量がコントロールされ、混合気は燃焼前に撹拌室において十分撹拌されるので、良好な混合気を形成することができ、特にCОとHCの発生を抑制することができる。 In addition, the mixture is vaporized with air so that the equivalence ratio (a well-known physical quantity representing how many times the theoretical amount of fuel is supplied to air) is an arbitrary value between 0.65 and 0.8 Since the amount of fuel is controlled and the air-fuel mixture is sufficiently agitated in the agitation chamber before combustion, a good air-fuel mixture can be formed, and in particular the generation of CO and HC can be suppressed.
またバーナートップに構成された混合気吹出し用の複数の噴口の方向が燃焼室内で旋回流が発生するように構成され、かつ燃焼室の上下流方向の長さが十分に確保されており、燃焼室内に燃焼ガスを十分な時間滞留させることができるため、特にCOの発生を抑制することができる。 In addition, the direction of the plurality of injection holes for blowing out the air-fuel mixture formed in the burner top is configured so as to generate a swirl flow in the combustion chamber, and the length of the combustion chamber in the upstream and downstream directions is sufficiently secured, and the combustion Since the combustion gas can be retained in the room for a sufficient time, the generation of CO can be particularly suppressed.
請求項2に係る発明は請求項1に係る発明の構成に加え、前記給気通路終端にベンチュリーを構成しかつ同ベンチュリー部に燃料ノズルを開口し、前記燃焼熱が無い始動時において、同ベンチュリー部で前記空気と前記液体燃料の混合が行われるよう構成したことを特徴とする。
The invention according to
この請求項2の構成によれば、燃焼熱が利用できないシステム始動時において、ベンチュリー部で空気と液体燃料の混合を行わせることができ、始動性の確保と始動時の排気エミッションの改善を行うことができる。
According to the configuration of
請求項3に係る発明は請求項2に係る発明の構成に加え、前記ベンチュリー出口部に前記撹拌室を構成し、同撹拌室の下流を多数の孔を有するミキシングプレートで仕切ったことを特徴とする。
The invention according to
この請求項3の構成によれば、ベンチュリーで空気と気化燃料の混合により混合気を形成し、その直後に撹拌室で混合気を撹拌し、下流に配設した多数の孔を有するミキシングプレート通過させ更に撹拌させるので、良好な混合気を生成することができる。
According to the configuration of
請求項4に係る発明は請求項3に係る発明に加え、前記撹拌室壁には前記混合気が渦を構成するようガイド状突起部が設けられていることを特徴とする。
The invention according to
請求項4の構成によれば、撹拌室壁に混合気が渦を構成するようガイド状突起部が設けられているので混合気の撹拌が促進され、更に良好な混合気が生成されて燃焼室に導入される。
According to the configuration of
請求項5に係る発明は請求項1ないし請求項4に係る発明の構成に加え、前記噴口が規則正しく整列した同一形状の噴口であり、かつ前記バーナートップの中央の軸線を境に互いに逆方向を指向した噴口を配置、または前記バーナートップを軸対称に4つの部分に等分して隣り合った部分に互いに90°指向方向の異なる噴口を配置、または前記バーナートップの中央の軸線を境に互いに逆方向の旋回流が発生するような方向に指向した噴口を配置したことを特徴とする。
The invention according to
請求項5に記載されたような噴口の配列とすることにより、燃焼室内での燃焼流の渦の生成が促進され、燃焼室内での燃焼ガスの滞留時間を更に長くすることができるので、特にCOの発生を更に抑制することができる。
By arranging the injection holes as described in
請求項6に係る発明は請求項2ないし請求項5に記載の発明の構成に加え、前記燃焼室下流部から既燃ガスを取込み、同既燃ガスを既燃ガス通路により前記ベンチュリー部に導いて、ベンチュリー負圧を利用して同既燃ガスを前記混合気に混合させることを特徴とする。
The invention according to
請求項6に記載のように燃焼室下流部から既燃ガスを取込み、ベンチュリー効果を利用して同既燃ガスを前記混合気に混合させることにより、多量の既燃ガスを再循環させることができ、火炎の最高温度を低減して主にNOxの低減を行うことができる。
A large amount of the burned gas can be recirculated by taking in the burned gas from the downstream portion of the combustion chamber as described in
請求項7に係る発明は請求項6に記載の発明の構成に加え、前記既燃ガス通路は冷却水通路に隣接させて配設し、前記既燃ガスを適度に冷却し、前記ベンチュリー内で前記混合気が自着火することを防止する、ことを特徴とする。
In addition to the configuration of the invention according to
請求項7に記載のように既燃ガス通路を冷却水通路に隣接させて配設し、既燃ガスを適度に冷却することにより、燃焼室に至る前に意図せずベンチュリー近傍で前記混合気が自着火し異常燃焼によりシステムが破損することなどを防止できる。
By arranging the burned gas passage adjacent to the cooling water passage as described in
本発明によれば、排気エミッション性能に優れ、かつ暖気時間が短く素早く発熱能力を発揮できる小型燃焼式ヒーターシステムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a compact combustion heater system which is excellent in exhaust emission performance, and which can quickly generate heat with a short warm-up time.
1 小型燃焼式ヒーター
2 ブロワー
3 燃焼室ヘッド
4 燃焼室ブロック
5 熱交換器ホルダー
11 給気通路
12 撹拌室
13 燃焼室
14 熱交換器
15 冷却水通路
16 ベンチュリー
17 燃料ノズル
18 燃料通路
19 燃料蒸発管
20 点火ヒーター
21 ミキシングプレート
22 ガイド状突起部
23 バーナートップ
24 噴口
30 排気通路
31 容積部
32 燃焼室壁
35 EGR通路
36 冷却水入口
37 冷却水出口
1
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. In addition, appropriate modifications are possible without departing from the scope of the effects of the present invention.
図1は、本発明の一実施形態における小型燃焼式ヒーターの外観を示した図である。また図2は小型燃焼式ヒーターの垂直方向の断面図である。なお本小型燃焼式ヒーター1は、車載時において現状の図示した姿勢が求められるものではないが、便宜上図示した姿勢を基に垂直方向、水平方向を指示することとする。
FIG. 1 is a diagram showing the appearance of a compact combustion heater in one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a vertical sectional view of the compact combustion heater. Although the
(本発明の小型燃焼式ヒーターの構成)
まず図1から図7を参照しながら本発明の小型燃焼式ヒーターの構成の説明を行う。
図1に示すようにブロワー2の作用により空気が給気通路11を通して供給される。給気通路11はブロワー2を出ると図4に示すように燃焼室ヘッド3内に形成された給気通路につながり、終端部でベンチュリー16を構成している。
(Structure of the compact combustion heater of the present invention)
First, the configuration of the compact combustion heater of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. FIG.
As shown in FIG. 1, air is supplied through the
ベンチュリー16部には燃料ノズル17が開口している。ベンチュリー16終端部は図7に示すように燃焼室ヘッド3内に設けた撹拌室12に開口している。図6に示すように撹拌室12の下部はパンチング状に多数の孔の開いたミキシングプレート21で仕切られており、図4に示すようにその下部には多数の噴口24が形成されたバーナートップ23配置され、燃焼室13へとつながっている。燃焼室13は周囲を燃焼室ブロック4で囲われ、燃焼室ブロック4の壁面内には冷却水通路15が構成されている。
A
燃焼室13の下部には熱交換器14が配置され、周囲と下部は熱交換器ホルダー5で囲われている。熱交換器ホルダー5の内部は燃焼室ブロック4の冷却水通路15とつながっており、内部は冷却水で満たされている。この構成により燃焼室13内で燃焼が行われると、熱交換器14に構成された一次側通路に既燃ガスが導入され、既燃ガスの熱が二次側通路の冷却水へと伝えられる。熱交換器ホルダー5の下部には熱交換器14を通った既燃ガスが集められるための容積部31と、既燃ガスを排気系に導くための排気通路30が設けられている。冷却水通路15には熱交換器ホルダー5に冷却水入口36と燃焼室ブロック4に冷却水出口37とが設けられている。
A
(本発明の小型燃焼式ヒーターの作動)
ブロワー2の作動により定量の空気が給気通路11に供給される。給気通路11を通って空気がベンチュリー16に導かれるが、ベンチュリー16部には燃料ノズル17が開口している。この構成により燃焼が行われていない始動時においてもベンチュリー効果で液体の状態の燃料が微粒化しながら混合気の形成が行われる。
(Operation of the compact combustion heater of the present invention)
A certain amount of air is supplied to the
一旦点火ヒーター20により燃焼室13内の混合気に点火し燃焼が開始されると、図5に示すように燃焼室内に配置した燃料蒸発管19が燃焼火炎の熱で加熱され、燃料蒸発管19内の液体燃料が気化される。よって定常状態ではベンチュリー16内で空気と気化燃料が混合するようになり良好な混合気が供給され、排気エミッション性能が改善される。
Once the
図3は燃焼室13上部(入口部)を下から見た図面だが、燃焼室壁32とバーナートップ23に近接して燃料蒸発管17が配置されている。これは燃料通路18の一部を燃料蒸発管19として燃焼室13内に配置するよう構成したものである。この構成によれば燃料蒸発管19が適度に火炎によって加熱され、燃料蒸発管19の中を流れる液体燃料が気化される。燃料蒸発管19の長さは内部の燃料が気化するのに十分な熱を火炎から受けるよう調整されている。一方燃料蒸発管19は燃焼室内では比較的温度の低い燃焼室壁32近くに配置され、燃料蒸発管19の加熱により内部の燃料が炭化するのを防止している。
FIG. 3 is a view of the upper portion (entrance) of the
また燃料が燃焼室の燃焼熱により気化されるので、一旦点火が行われると長い暖気時間を要することなく素早く定格の発熱能力を発揮することができる。図11に本発明の小型燃焼式ヒーター(開発品)と他社製の小型燃焼式ヒーター(市場品)のシステム始動時の立ち上がり性能の実験による比較を示す。図11の(A)がCO・NOxの排気エミッションの立ち上がり性能、(B)が発熱性能(水加熱量)の立ち上がり性能である。 In addition, since the fuel is vaporized by the heat of combustion in the combustion chamber, once ignition is performed, the rated heat generating capacity can be exhibited quickly without requiring a long warm-up time. FIG. 11 shows an experimental comparison of the start-up performance at the time of starting the system between the compact combustion heater of the present invention (development product) and the compact combustion heater of another company (market product). In FIG. 11, (A) is the start-up performance of CO/NOx exhaust emissions, and (B) is the start-up performance of heat generation performance (water heating amount).
図11(A)に示すように本発明の小型燃焼式ヒーターでは始動して1分以内に定常状態に達し十分な発熱性能(水加熱量)を発揮しているのに対し、市場品においては定常状態に達するまで2~3分を要している。よって本発明の小型燃焼式ヒーターは環境変化に対応してより素早く発熱性能を発揮させる点で優れていることがわかる。 As shown in FIG. 11(A), the compact combustion heater of the present invention reaches a steady state within 1 minute after starting and demonstrates sufficient heat generation performance (water heating amount), whereas the market product It takes 2-3 minutes to reach a steady state. Therefore, it can be seen that the small-sized combustion heater of the present invention is superior in that it exhibits heat generation performance more quickly in response to environmental changes.
また図11(B)では定常状態に達した状態での排気エミッション性能において、本発明の小型燃焼式ヒーターは市場品に比較して、COレベルにおいてやや低く、またNOxレベルについては大幅に低くなっており、排気エミッション性能についても優れた性能を示していることがわかる。 In addition, in FIG. 11(B), in terms of exhaust emission performance in a steady state, the small combustion heater of the present invention has a slightly lower CO level and a significantly lower NOx level than the marketed product. It can be seen that the exhaust emission performance is also excellent.
なお液体燃料としてはガソリン、軽油をはじめとして、各種アルコール燃料、灯油なども適用可能である。 In addition to gasoline and light oil, various alcohol fuels and kerosene can also be used as liquid fuels.
混合気は当量比0.65~0.8の間の任意の値となるよう空気と気化燃料の量がコントロールしている。その方法としては当量比と火炎温度の関係性を利用して、火炎温度センサー(測温抵抗体)の機能も兼ね備える点火ヒーター20でセンシングした値が目標値(目標電圧)になる様にフィードバックして燃料流量を制御する。
The amount of air and vaporized fuel is controlled so that the mixture has an arbitrary equivalence ratio between 0.65 and 0.8. As a method, the relationship between the equivalence ratio and the flame temperature is used, and the value sensed by the
この際火炎温度はシステムの吸気温、水温によって変化し当量比の振れが大きくなるので、測温抵抗体を用いた火炎温度センサーの目標出力電圧に、吸気温及び水温に比例した補正値を加えて当量比の振れ幅を抑制するようにしている。当量比0.65~0.8の間の任意の値となるよう高精度にコントロールすることにより、特に排気中のCОとNOxのトレードオフ関係を狙いの領域に収めることができ、要件を満足する良好な排気エミッション性能を安定的に得ることができる。 At this time, the flame temperature changes depending on the intake air temperature and water temperature of the system, and the fluctuation of the equivalence ratio becomes large. is used to suppress the fluctuation of the equivalence ratio. By controlling the equivalence ratio to an arbitrary value between 0.65 and 0.8 with high precision, the trade-off relationship between CO and NOx in the exhaust gas can be kept within the target range, satisfying the requirements. good exhaust emission performance can be stably obtained.
次に混合気が撹拌室12に流入する。給気通路終端のベンチュリー16出口部には図7に示すようにガイド状突起部22が形成され、撹拌室12はベンチュリー16の軸線を中心に対称な2つの略円形の容積部として構成されているため、壁に沿って2つの渦流が生成され、これらの構成により混合気が良好に撹拌される。
The mixture then flows into the stirring
更に図6に示すように撹拌室12の下部はパンチング状に多数の孔の開いたミキシングプレート21で仕切られているため、この多数の孔を通過する際に更に混合が促進し良好な混合気が形成され、これにより主に排気中のCОとHCを低減することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the lower portion of the stirring
次にバーナートップ23を経由して混合気が燃焼室13内に導入される。バーナートップ23は規則正しく整列した多数の噴口24を備えている。この配列した噴口24は燃焼室内で火炎が渦流を発生するように構成されている。また燃焼室内に突出するように点火ヒーター20が配設されており、システムの始動時に点火ヒーター20に通電が行われ、燃焼室13内に流入した混合気に点火し、以後はバーナートップ23を境に噴口24の数の火炎が燃焼室13内に発生する。
The mixture is then introduced into the
バーナートップの噴口の配列例を図8に示す。図8(A)はバーナートップの中央の軸線を境に互いに逆方向を指向した噴口を配置したパターンである。この配列により噴口を経由して燃焼室内に流入した混合気は全体として単一の渦状の火炎を構成する。 FIG. 8 shows an example of the arrangement of nozzle holes on the burner top. FIG. 8(A) shows a pattern in which nozzle holes directed in opposite directions with respect to the central axis of the burner top are arranged. Due to this arrangement, the air-fuel mixture flowing into the combustion chamber through the nozzle forms a single spiral flame as a whole.
次に図8(B)はバーナートップを軸対称に4つの部分に等分して隣り合った部分に互いに90°指向方向の異なる噴口を配置したパターンである。この配列の場合も噴口を経由して燃焼室内に流入した混合気は全体として単一の渦状の火炎を形成する。 Next, FIG. 8(B) shows a pattern in which the burner top is equally divided into four portions axially symmetrically, and nozzle holes oriented in directions different from each other by 90° are arranged in adjacent portions. In this arrangement as well, the air-fuel mixture flowing into the combustion chamber through the nozzle forms a single swirl flame as a whole.
また図8(C)はバーナートップの中央の軸線を境に互いに逆方向の旋回流が発生するような方向に指向した噴口を配置したパターンである。この配列の場合は噴口を経由して燃焼室内に流入した混合気は、全体として2つの逆方向の渦状の火炎を構成する。 FIG. 8(C) shows a pattern in which nozzle holes are arranged so as to generate swirling flows in opposite directions with respect to the central axis of the burner top. In this arrangement, the air-fuel mixture entering the combustion chamber through the nozzles generally forms two oppositely directed swirl flames.
これらは渦状の火炎を構成するバーナートップ上の噴口の配列の例示であるが、噴口の配列を工夫することにより他の配列によっても渦状の火炎を構成することできる。 These are examples of the arrangement of the orifices on the burner top forming a spiral flame, but by devising the arrangement of the orifices, it is possible to form a spiral flame by other arrangements.
次に燃焼室の高さと排気エミッション性能の関係を表したグラフを図10に示す。NOxの排出性能を図10(A)に、CОの排出性能を図10(B)に、NOxとCОのトレードオフ性能を図10(C)に示す。この実験では図9に示す燃焼室高さHを60mm、90mm、120mmと変化させて排気エミッション性能を測定している。 Next, FIG. 10 shows a graph showing the relationship between the height of the combustion chamber and the exhaust emission performance. FIG. 10(A) shows the NOx emission performance, FIG. 10(B) shows the CO emission performance, and FIG. 10(C) shows the trade-off performance between NOx and CO. In this experiment, the exhaust emission performance was measured by changing the combustion chamber height H shown in FIG. 9 to 60 mm, 90 mm, and 120 mm.
これらのグラフから燃焼室高さH(図9)を高くするとCОの排出が抑えられ、NOxとCОのトレードオフ性能も改善していることがわかる。この理由は燃焼室高さHを高くすると既燃ガスが燃焼室内に滞留する時間が増加するため、十分な燃焼の時間を確保でき不完全燃焼により発生するCOが低減できるからである。 From these graphs, it can be seen that increasing the combustion chamber height H (Fig. 9) suppresses CO emissions and improves the trade-off performance between NOx and CO. The reason for this is that if the height H of the combustion chamber is increased, the time for which the burned gas stays in the combustion chamber increases, so that a sufficient combustion time can be secured and the amount of CO generated by incomplete combustion can be reduced.
よってCOを十分に低下させるため燃焼室高さHの下限として60mmは必要であり、また搭載性の面からめ燃焼室高さHの上限としては150mm程度である。 Therefore, the lower limit of the combustion chamber height H is required to be 60 mm in order to sufficiently reduce CO, and the upper limit of the combustion chamber height H is about 150 mm in terms of mountability.
また先に述べたバーナートップの噴口24の配列を工夫して渦状の火炎を形成することも、既燃ガスの燃焼室内の滞留時間を増加させCOの低減に寄与することができる。 Forming a spiral flame by devising the arrangement of the nozzle holes 24 of the burner top described above can also increase the residence time of the burned gas in the combustion chamber and contribute to the reduction of CO.
燃焼室13の下部に配置された熱交換器14の一次側ガス通路と燃焼室13が連通しており高温の既燃ガスは前記一次側ガス用通路に導入される。一方熱交換器14の二次側冷却水用通路は熱交換器外周部の冷却水通路15と連通し、またこの熱交換器外周の冷却水通路15は燃焼室13の壁面の冷却水通路とも連通しており、図2に示すように熱交換器ホルダー5に設けた冷却水入口36と燃焼室ブロック4に設けた冷却水出口37の間で冷却水が循環するように構成されている。燃焼室13の壁面の冷却水通路の冷却水は適度に燃焼室を冷却しながら循環している。これらの構成により熱交換器14を介して既燃ガスから冷却水に熱が伝達される。
The
なお熱交換器14の一次側ガス用通路は下部の容積部31で集合し、排気通路30につながっており既燃ガスは排気通路30に排出される。
The primary gas passages of the
また図9に示すように燃焼室13下部からEGR通路35をベンチュリー部に導き開口させて、既燃ガスを再循環させている。ベンチュリー部に開口させることによりベンチュリー効果を利用して多量の再循環を行うことが可能となっている。またEGR通路を冷却水通路15に隣接させて配設し、前記既燃ガスを適度に冷却することにより、ベンチュリー内で混合気が自着火し、装置の破損等に至ることを防止している。
Further, as shown in FIG. 9, an
図10にEGR(排ガス再循環)を行った場合の排気エミッション性能に及ぼす効果を示す。図10(A)、図10(C)よりEGRを行った場合NOxが顕著に低下していることがわかる。この構成を用いてEGRを行わせることによりシステムの排気エミッション性能を大幅に向上させることができる。
FIG. 10 shows the effect of EGR (exhaust gas recirculation) on exhaust emission performance. It can be seen from FIGS. 10A and 10C that NOx is remarkably reduced when EGR is performed. By performing EGR using this configuration, the exhaust emission performance of the system can be greatly improved.
Claims (7)
前記液体燃料は燃料通路に設けた燃料蒸発管において前記燃焼室の燃焼熱により気化され、
前記混合気は当量比が0.65~0.8の間の値となるよう前記空気と前記気化燃料の量がコントロールされ、かつ同混合気は前記燃焼室の前に設けた撹拌室において撹拌され、
前記燃焼室入口部に設けたバーナートップに構成された前記混合気吹出し用の複数の噴口の方向は同燃焼室で旋回流が発生するように構成され、かつ同燃焼室の上下流方向の長さが60mm以上150mm以下に設定されている、
ことを特徴とする燃焼式ヒーター。 The air supplied through the air supply passage by the blower is mixed with the vaporized fuel generated by vaporizing the liquid fuel, the generated mixture is introduced into the combustion chamber for premixed combustion, and is installed downstream of the combustion chamber. In a combustion heater that guides this combustion gas to a heat exchanger to heat cooling water,
The liquid fuel is vaporized by combustion heat of the combustion chamber in a fuel evaporation pipe provided in the fuel passage,
The amount of the air and the vaporized fuel is controlled so that the equivalence ratio of the air-fuel mixture is between 0.65 and 0.8, and the air-fuel mixture is stirred in a stirring chamber provided in front of the combustion chamber. is,
The direction of the plurality of injection holes for blowing out the air-fuel mixture formed in the burner top provided at the inlet of the combustion chamber is configured so as to generate a swirling flow in the combustion chamber, and the length in the upstream and downstream directions of the combustion chamber is is set to 60 mm or more and 150 mm or less,
A combustion heater characterized by:
ことを特徴とする、請求項1に記載の燃焼式ヒーター。 A venturi is formed at the end of the air supply passage, a fuel nozzle is opened in the venturi, and the air and the liquid fuel are mixed in the venturi at the time of starting without the combustion heat.
The combustion heater according to claim 1, characterized by:
ことを特徴とする、請求項2に記載の燃焼式ヒーター。 The stirring chamber is configured at the outlet of the venturi, and the downstream of the stirring chamber is partitioned by a mixing plate having a large number of holes.
3. The combustion heater according to claim 2, characterized by:
ことを特徴とする、請求項3に記載の燃焼式ヒーター。 The wall of the stirring chamber is provided with a guide projection so that the air-fuel mixture forms a vortex,
The combustion heater according to claim 3, characterized by:
したことを特徴とする請求項1ないし請求項4に記載の燃焼式ヒーター。 The nozzle holes are regularly aligned and have the same shape, and the nozzle holes are arranged in directions opposite to each other with respect to the central axis of the burner top, or the burner top is divided into four equal parts axially symmetrically. arranging nozzle holes oriented in directions different from each other by 90° in adjacent portions, or arranging nozzle holes oriented in directions that generate swirling flows in mutually opposite directions with respect to the central axis of the burner top;
A combustion heater according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
ことを特徴とする請求項2ないし請求項5に記載の燃焼式ヒーター。 Burned gas is taken in from the downstream part of the combustion chamber, the burned gas is led to the venturi part through the EGR passage, and the burned gas is mixed with the air-fuel mixture using the venturi negative pressure.
The combustion heater according to any one of claims 2 to 5, characterized in that:
ことを特徴とする請求項6に記載の燃焼式ヒーター。
The EGR passage is arranged adjacent to the cooling water passage to appropriately cool the burnt gas and prevent the air-fuel mixture from self-igniting in the venturi.
7. The combustion heater according to claim 6, characterized in that:
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