JP5482065B2 - バーナ装置 - Google Patents

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。
しかしながら、バーナ装置では、通常、着火装置としてグロープラグやスパークプラグが用いられており、非常に小さな発熱領域において混合気を着火させている。このため、従来のバーナ装置は、形成される火炎核が小さく、発熱領域の周囲の流速が速い場合には火炎核が吹き消されて成長できず、着火性が悪いという問題を有している。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、着火装置の着火性を向上させ、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。

上記課題を解決するための手段として、本発明は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、上記混合気を着火温度以上の温度に加熱する加熱部を有する着火装置と、上記加熱部から離間して該加熱部周りに設置されると共に上記加熱部へ供給される流体の流速を低減させる風除け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、上記風除け手段が、上記加熱部を中心とし、該加熱部を全周に亘って囲う壁部であ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、上記壁部に複数の貫通孔が形成されているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第２または第３の発明において、上記混合気の燃焼が維持される燃焼領域側の上記加熱部の一部が、上記壁部から上記燃焼領域側に突出されているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記加熱部が、発熱される発熱源と、該発熱源によって上記着火温度以上の温度に加熱されると共に上記発熱源周りに設置される補助加熱部とを備えるという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、上記加熱部が配置され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仕切り部材を備え、上記風除け手段が、上記仕切り部材に支持される板部材であるという構成を採用する。

本発明によれば、風除け手段によって、加熱部へ供給される流体の流速が低減される。このため、加熱部によって形成された火炎核が吹き消されることを防止して火炎核を成長させることが可能となる。
したがって、本発明によれば、着火装置の着火性を向上させ、さらには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実施形態の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実施形態のバーナ装置が備える補助加熱部を含む拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態のバーナ装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態のバーナ装置が備える補助加熱部を含む拡大斜視図である。 本発明の第３実施形態の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実施形態のバーナ装置の変形例の概略構成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、防風カバー１０（風除け手段）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。

燃料供給部５は、着火装置７が備える後述のグロープラグ７ｂの先端部７ａに設置された補助加熱部７ｃに対して燃料を供給するものである。

着火装置７は、混合気を着火温度以上に加熱するものであり、先端部７ａが発熱源とされたグロープラグ７ｂと、該先端部７ａ周りに設置される補助加熱部７ｃとを有している。
グロープラグ７ｂは、不図示の制御装置下において先端部７ａが混合気の着火温度以上に発熱するものである。
また補助加熱部７ｃは、グロープラグ７ｂの先端部７ａによって上記着火温度以上に加熱されるものであり、燃料供給部５から供給される燃料を保持するための内部空間（例えば、複数の微細孔）を有している。この補助加熱部７ｃ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。
このような着火装置７においては、グロープラグ７ｂの先端部７ａと補助加熱部７ｃとによって混合気を着火温度以上に加熱する。つまり、本実施形態においては、グロープラグ７ｂの先端部７ａと補助加熱部７ｃとによって、本発明の加熱部が構成されている。

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とに区分けするものである。
この仕切り部材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ている。そして仕切り部材８は、図１に示すように、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を通気可能としている。

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。

防風カバー１０は、図２の拡大図に示すように、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃから離間して、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃの周りに設置されるものであり、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃに供給される排気ガスＸ（流体）の流速を低減させる。なお、防風カバー１０は、不図示の支持部によって管体部４の内壁に固定されている。
この防風カバー１０は、グロープラグ７ｂの先端部７ａ補助加熱部７ｃを中心とし、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃを全周に亘って囲う壁部によって構成されており、各壁部には複数の貫通孔１０ａ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、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グロープラグ７ｂの先端部７ａが発熱され、これによって、補助加熱部７ｃが混合気の着火温度以上に加熱される。そして、燃料供給部５から補助加熱部７ｃに供給された燃料が揮発して排気ガスＸと混合されることによって混合気が生成され、当該混合気がグロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃ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が着火する。

このように着火領域Ｒ２において混合気が着火されると、燃焼領域Ｎにおいて、未燃の混合気が上方から供給される排気ガスＸと共に燃焼されて保炎が図られ、高温ガスＺが安定して生成される。

ここで、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、防風カバー１０によって、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃへ供給される排気ガスＸの流速が低減される。このため、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃによって形成された火炎核が吹き消されることを防止して火炎核を成長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Ｓ１によれば、着火装置７による着火性を向上させ、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、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃを全周に亘って囲う壁部によって防風カバー１０が形成されている。
このため、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃの全周方向におけるいずれの位置から排気ガスＸが流入する場合であっても、排気ガスＸの流速を低減させ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、防風カバー１０を形成する壁部に複数の貫通孔１０ａが形成されている。
このため、防風カバー１０に衝突した排気ガスＸの一部は、防風カバー１０内に流入する。したがって、防風カバー１０内における酸素量が低減することを抑制し、火炎核の成長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、グロープラグ７ｂの先端部７ａと補助加熱部７ｃとによって本発明の加熱部が構成されている。
このため、グロープラグ７ｂの先端部７ａのみを加熱部とする場合と比較して加熱領域が広がり、着火性を向上させ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、本第２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る。また、図４は、本実施形態のバーナ装置Ｓ２が備える補助加熱部７ｃを含む拡大斜視図である。これらの図に示すように、本実施形態のバーナ装置Ｓ２は、補助加熱部７ｃの半分程度の高さの防風カバー２０を有している。
つまり、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、燃焼領域Ｎ側の一部が、防風カバー２０（壁部）から燃焼領域Ｎ側に突出されている。

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、防風カバー２０によって囲われた補助加熱部７ｃの下部領域における排気ガスＸの流速が低減され、防風カバー２０によって囲われない補助加熱部７ｃの上部領域における排気ガスＸの流速が低減されずに速いままとなる。
このような本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、補助加熱部７ｃの下部領域の近傍において火炎核が形成及び成長され、この火炎核が補助加熱部７ｃの上部領域の近傍において速い排気ガスＸの流れに晒されて十分な酸素量の下で燃焼領域Ｎに伝播される。

したがって、本発明のバーナ装置Ｓ２によれば、火炎核の成長を図ると共に、確実に火炎核を燃焼領域Ｎに伝播させることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３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５は、本実施形態のバーナ装置Ｓ３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Ｓ３では、仕切り部材８が管体部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、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。そして、管体部４の内部は、仕切り部材８によって、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。

このような、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。

そして、本実施形態のバーナ装置Ｓ３は、本発明の風除け手段として、上記仕切り部材８に支持される板部材３０を備えている。
この板部材３０は、上端部が仕切り部材８の中央板８ａに固定され、当該上端部から斜め下方に向けて延在して設けられている。そして、板部材３０の下端部は、中央板８ａと管体部４の底面との隙間と、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃとの間に配置されている。なお、板部材３０の下端部は、中央板８ａと管体部４の底面との隙間から５ｍｍ程度、離して配置することが好ましい。

このような本実施形態のバーナ装置Ｓ３によれば、板部材３０の下端部によって排気ガスＸの流れを変えて、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃに排気ガスＸが直接当たらない。このため、グロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃによって形成された火炎核が吹き消されること及び冷却されることを防止して火炎核を成長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Ｓ１によれば、着火装置７による着火性を向上させ、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。

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、供給流路１に対して管体部４が直交して接続される、Ｔ字型のバーナ装置を挙げて説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構造のバーナ装置に適用することも可能である。

また、上記実施形態においては、防風カバー１０，２０がグロープラグ７ｂの先端部７ａ及び補助加熱部７ｃを全周に亘って囲う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、排気ガス流路領域Ｒ１側の一部のみに防風カバー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、防風カバー１０，２０が平面視において矩形状を有し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、防風カバーの平面視形状が円形等の他の形状であっても良い。

また、上記実施形態においては、燃料供給部５が直接補助加熱部７ｃに燃料を供給す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、インジェクタによって補助加熱部７ｃに燃料を噴射して供給する構成を採用することもできる。

また、上記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、助燃空気供給装置９を省略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、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、図６に示すように、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た構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合には、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等）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る。
なお、図６においては、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１に、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た構成を採用したものを示している。しかしながら、第２，３実施形態のバーナ装置Ｓ２，Ｓ３及びその変形例に対して、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た構成を採用することも可能である。

Ｓ１，Ｓ２……バーナ装置、Ｒ１……排気ガス流路領域、Ｒ２……着火領域、Ｎ……燃焼領域、７……着火装置、７ａ……先端部、７ｂ……グロープラグ、７ｃ……補助加熱部、８……仕切り部材、１０，２０……防風カバー（風除け手段）、１０ａ……貫通孔、３０……板部材（風除け手段）、Ｘ……排気ガス（酸化剤、流体）

Claims (6)

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、
   前記混合気を着火温度以上の温度に加熱する加熱部を有する着火装置と、
   前記加熱部から離間して該加熱部周りに設置されると共に前記加熱部へ供給される流体の流速を低減させる風除け手段と、
   前記加熱部が配置され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仕切り部材とを備え、
   前記風除け手段は、前記仕切り部材に支持される板部材である
   ことを特徴とするバーナ装置。
2. 前記風除け手段は、前記加熱部を中心とし、該加熱部を全周に亘って囲う壁部であることを特徴とする請求項１記載のバーナ装置。
3. 前記壁部に複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２記載のバーナ装置。
4. 前記混合気の燃焼が維持される燃焼領域側の前記加熱部の一部が、前記壁部から前記燃焼領域側に突出されていることを特徴とする請求項２または３記載のバーナ装置。
5. 前記加熱部は、発熱される発熱源と、該発熱源によって前記着火温度以上の温度に加熱されると共に前記発熱源周りに設置される補助加熱部とを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のバーナ装置。
6. 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、
   前記混合気を着火温度以上の温度に加熱する加熱部を有する着火装置と、
   前記加熱部から離間して該加熱部周りに設置されると共に前記加熱部へ供給される流体の流速を低減させる風除け手段とを備え、
   前記加熱部は、発熱される発熱源と、該発熱源によって前記着火温度以上の温度に加熱されると共に前記発熱源周りに設置されかつ前記燃料を保持する補助加熱部と
   を備えることを特徴とするバーナ装置。

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