JP5494795B2 - バーナ装置 - Google Patents
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Description
本願は、2010年3月24日に日本に出願された特願2010−68092号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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、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。
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。
しかしながら、燃焼領域に供給される酸化剤の供給量が十分でない場合には、着火性が低下したり、燃焼状態が不安定となったりする可能性がある。
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高温ガスZを後流側のフィルタに供給するための装置である。このバーナ装置S1は、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(酸化剤通過流路)と、燃焼部(燃焼領域)2とを備えている。
つまり、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。
なお、燃料保持部5a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。
この仕切り部材8では、図1に示すように、中央板8aの底面側に形成された貫通孔81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が通気可能となっている。また、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を通気可能となっている。さらに、中央板8aの中央部には貫通孔82が形成されており、貫通孔82を介して排気ガス流路領域R1に取り込まれた排気ガスの一部が直接保炎領域R3に供給される。
そして、仕切り部材8と管体部4との間に形成された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、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る。
また、仕切り部材8の管体部4寄りに開口された上記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、混合気Yを、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、着火領域R2における着火性は、排気ガス流路領域R1から着火領域R2への通気面積と、着火領域R2から保炎領域R3への通気面積との比によっても影響されるが、この比は、バーナ装置S1の形状や性能等に応じ適宜設定される。例えば、本実施形態の場合、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が低減し、着火性が向上する。一方、排気ガス流路領域R1から着火領域R2への通気面積を、着火領域R2から保炎領域R3への通気面積より狭くした方が、着火領域R2における着火性が向上する場合もある。
そして、中央板8aの端部8a1は、供給流路1を流れる排気ガスXの一部を堰き止めて排気ガス流路領域R1に案内する。
なお、図1に示すように、本実施形態のバーナ装置S1においては、中央板8aの端部8a1の後流側に保炎領域R3が形成されている。その結果、端部8a1によって供給流路1内の排気ガスXの流れが堰き止められることによって排気ガスXの一部が供給流路1側から保炎領域R3に供給される。
一方で、不図示の制御装置による制御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。
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。
つまり、供給流路1中に晒される中央板8aの端部8a1の面積Sa(図2参照)は、高温ガスZの温度が、触媒が活性化する温度となるように設定されることが好ましい。
一方、供給流路1中に晒される中央板8aの端部8a1の面積Saを0.14Sとした実験では、触媒燃焼器出口の温度が、259℃、290℃、305℃、324℃、246℃、341℃、238℃であった。
また、供給流路1中に晒される中央板8aの端部8a1の面積Saを0.29Sとした実験では、触媒燃焼器出口の温度が、239℃、292℃、311℃、325℃、336℃、352℃、364℃、377℃、390℃、404℃、416℃、432℃、445℃、464℃、477℃、490℃であった。
なお、上記実験においては、バーナ装置S1に排気ガスXを供給するエンジンにおける回転数を1800rpm、トルクを0Nmとした。
また、本発明者らのその後の知見によれば、端部8a1の面積Saが、供給流路1の断面積をSとした場合に、0.45S以下であれば、触媒燃焼器出口の温度が230℃以上となることが判明した。
このため、本発明における端部8a1の面積Saは、供給流路1の断面積をSとした場合に、0.14S〜0.45Sであることが好ましく、0.14S〜0.29Sであることがさらに好ましい。
なお、供給流路1の断面積に対して端部8a1の面積Saが広すぎる場合には、管体部4内に取り込まれる排気ガスXの量が増加しすぎ、管体部4内における混合気の流速が速くなり、着火不良及び燃焼不良が生じる可能性がある。また、供給流路1の断面積に対して端部8a1の面積Saが広すぎる場合には、供給流路1の流路面積が減少し、バーナ装置S1における圧力損失が大きくなり、排気ガスXを良好に排気することができなくなる可能性もある。
中央板8aの端部8a1の面積Saと供給流路1の断面積との割合を上述のように維持した場合には、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。
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。
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。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、管体部4の壁部4aの端部4a1が供給流路1に突出しない構成を採用することも可能である。
さらに、例えば図5Bに示すように、貫通孔81を、傾斜面8cに形成される複数の孔から形成してもよい。この場合、排気ガスXが複数の貫通孔81に分散して排気ガス流路領域R1から着火領域R2に流入するため、個々の貫通孔81から噴出される排気ガスXの流速が低減される。その結果、着火領域R2内における流体の流速がさらに低減される。
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ないしは管体部4内に燃料を吹付ける燃料供給部を用いても良い。
さらに、燃料供給部5bに加え、図6に示すように、保炎領域R3に燃料を供給する第2の燃料供給部5b´を、管体部4の壁部4aに、保炎領域R3に向け設けてもよい。
第2の燃料供給部5b´を設けることにより、着火領域R2に供給する燃料と保炎領域R3に供給する燃料との分配を細かく調整することが可能となり、より安定した燃焼が期待できる。
Claims (3)
- 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、
前記酸化剤が通過する酸化剤通過流路と、内部が中空とされると共にこの内部が前記酸化剤通過流路に対して接続される管体部と、管体部の内部を前記酸化剤の取込流路領域と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に通気可能に区分けする仕切り部材とを備え、
仕切り部材が、前記管体部の軸方向に延びるように配置されると共に前記管体部の内部を前記取込流路領域と前記着火領域及び前記保炎領域とに区分けする中央板を有し、
前記中央板の端部が前記酸化剤通過流路に飛び出し、前記酸化剤通過流路を流れる前記酸化剤の一部を堰き止めて前記取込流路領域に案内する突出部とされている
バーナ装置。 - 前記突出部の後流側に前記保炎領域が配置されている請求項1に記載のバーナ装置。
- 前記酸化剤通過流路中に晒される前記突出部の面積が、前記酸化剤通過流路の断面積をSとした場合に、0.14〜0.29Sである請求項1または2に記載のバーナ装置。
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