JP5515385B2 - 着火装置及びバーナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料と酸化剤との混合気に着火する着火装置及び該着火装置を備え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、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、非常に小さな加熱領域において混合気を着火させている。このため、着火性が悪いという問題を有している。
つまり、従来の着火装置は、加熱領域が小さいことに起因して、着火性が悪いという問題を有している。

また、燃料の使用量を削減するために極めて少量の燃料を用いて高温ガスの生成が行われるため、燃料噴射装置から燃料を連続的に噴射することが難しく、燃料噴射装置から間欠的に燃料を噴射する方法が採用されている。
このことから、着火装置に供給される混合気と混合気との間に燃料を含まない領域が存在し、これによって火炎の伝播が良好に行われず失火する場合もある。

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。

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、燃料と酸化剤との混合気に着火する着火装置であって、上記混合気の着火温度以上の温度に発熱する発熱源と、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２の発明は、上記第１の発明において、上記補助加熱部が、上記燃料の保持が可能な内部領域を有するという構成を有する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、混合気が内部を通過可能に形成されると共に上記混合気の燃料領域を含んで配置されているという構成を採用する。

第４の発明は、燃料を供給する燃料供給装置と、該燃料供給装置から供給された燃料と酸化剤との混合気に着火する着火装置とを備えるバーナ装置であって、上記着火装置として上記第１〜第３いずれかの着火装置を用いるという構成を採用する。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記燃料供給装置が、上記補助加熱部全体を含む領域に上記燃料を噴射するという構成を採用する。

本発明によれば、発熱源周りに、発熱源によって混合気の着火温度以上に加熱される補助加熱部を備える。このため、発熱源が存在する領域に加えて補助加熱部が存在する領域においても混合気を着火することができる。
すなわち、本発明によれば、着火装置における混合気を加熱する加熱面積が増加し、これによって混合気の着火性が向上する。
このように、本発明によれば、着火性を向上させ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。 本発明の第２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。

以下、図面を参照して、本発明に係る着火装置及び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、本実施形態の着火装置を備えるバーナ装置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Ｙ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、インジェクタ５（燃料供給装置）と、冷却装置６と、本実施形態の着火装置７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。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。

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。
そして、本実施形態においてインジェクタ５は、後述する着火装置７の補助加熱部７ｂの全体に燃料Ｙが噴きかかるように燃料Ｙを、例えば１５°程度の噴射角度にて噴射する。

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。

着火装置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るグロープラグ７ａ（発熱源）と、該グロープラグ７ａによって上記着火温度以上に加熱されると共にグロープラグ７ａ周りに設置される円柱形状の補助加熱部７ｂとを備えている。なお、補助加熱部７ｂの形状は円柱形状に限られるものではない。
また、補助加熱部７ｂは、混合気に含まれる燃料が付着した場合に、当該付着した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。このような補助加熱部７ｂ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。
なお、補助加熱部７ｂを軽石等で形成した場合には、グロープラグ７ａが補助加熱部７ｂに覆われることによって、着火装置７において最も温度の高いグロープラグ７ａの先端への混合気の流入が妨げられることとなる。したがって、補助加熱部７ｂに対して、グロープラグ７ａが露出される貫通孔を形成し、グロープラグ７ａの先端において混合気が加熱されるように構成することが好ましい。
また、補助加熱部７ｂ内部への混合気の流入をより促進させるために、グロープラグ７ａの先端を露出するための貫通孔を複数形成し、さらに各貫通孔が連通させることが好ましい。これによって、ある貫通孔から流入した混合気が他の貫通孔から抜けることが可能となり、補助加熱部７ｂ内部への混合気の流入をより促進させることが可能となる。

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を介して供給される排気ガスＸの一部が燃焼部２に入り込む。そして、車両等に搭載される不図示の制御装置下においてインジェクタ５から例えば間欠的に燃料Ｙが着火装置７に向けて噴射される。
このようにインジェクタ５から噴射された燃料Ｙは、燃焼部２に導入された排気ガスＸ及び必要に応じて供給された空気と混合されて混合気とされ、さらに着火装置７において加熱されることによって燃焼領域Ｎにおいて燃焼される。
このような混合気の燃焼によって高温ガスＺが生成され、バーナ装置Ｓ１の下流側に設置されるフィルタに高温ガスＺが供給される。

ここで、本実施形態における着火装置７は、グロープラグ７ａ周りに、混合気の着火温度以上に加熱される補助加熱部７ｂを備える。このため、グロープラグ７ａが存在する領域に加えて補助加熱部７ｂが存在する領域においても混合気を着火することができる。
すなわち、本実施形態における着火装置７によれば、グロープラグ７ａのみにて着火を行う場合と比較して、混合気を加熱する加熱面積が増加し、これによって混合気の着火性が向上する。
このように本実施形態における着火装置７によれば、混合気の着火性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態における着火装置７は、補助加熱部７ｂが燃料を保持するための内部空間を有している。
このため、混合気に含まれる燃料のうち、燃焼されなかった分が補助加熱部７ｂによって保持される。そして、この保持された燃料は、揮発して再度混合気を生成する。このため、インジェクタ５から燃料が間欠噴射させる場合であっても、補助加熱部７ｂから揮発した燃料が燃焼領域Ｎに供給されることによって、燃焼領域Ｎに連続的に燃料が供給されることとなり、燃焼領域Ｎにおける燃焼を安定させることができる。

また、本実施形態におけるバーナ装置Ｓ１においては、インジェクタ５が、着火装置７の補助加熱部７ｂの全体に燃料が噴き付けられるように燃料を噴射する。
このため、補助加熱部７ｂの全体に混合気を供給することができ、補助加熱部７ｂ全体において混合気の着火を行うことができる。
また、補助加熱部７ｂの全体において燃料を保持することが可能となり、より多くの燃料を補助加熱部７ｂにおいて保持可能となると共に、より多くの燃料を補助加熱部７ｂから燃焼領域Ｎに供給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２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においては、着火装置７の補助加熱部７ｂが、金網等によって形成されることによって混合気が内部を通過可能に形成されており、さらに燃焼領域Ｎの全体を含んで配置されている。
また、補助加熱部７ｂは、上下端が開口端とされた円筒形状の収容部１０に収容されている。さらに、管体部４の内部（燃焼部２の内部）を、供給流路１の排気ガスＸの流れ方向における上流側領域Ｒ１と下流側領域Ｒ２とに分離する仕切板１１が設置され、これによって、供給流路１から上流側領域Ｒ１及び下流側領域Ｒ２を介して再度供給流路１に接続される連続された流路が形成されている。
なお、収容部１０及び補助加熱部７ｂは、図２に示すように、下流側領域Ｒ２に設置されている。

さらに、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１におけるインジェクタ５にかえて、補助加熱部７ｂに直接液体の燃料を供給する燃料供給装置１２を備えている。

このような構成を有する本実施形態におけるバーナ装置Ｓ２によれば、排気ガスＸ及び必要に応じて供給された空気が上流側領域Ｒ１に供給され、さらに下流側領域Ｒ２に流れ込む。
ここで、燃料供給装置１２から補助加熱部７ｂに燃料が供給され、この燃料が補助加熱部７ｂ全体から揮発する。そして、補助加熱部７ｂから揮発した燃料と排気ガスＸとが混合されて混合気が生成されると共に燃焼される。

そして、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、補助加熱部７ｂが燃焼領域Ｎ全体を含んで配置されているため、燃焼領域Ｎの全領域において混合気の着火を行うことができる。
このような構成を有する本実施形態におけるバーナ装置Ｓ２及び着火装置７によれば、燃焼領域Ｎにおける発熱密度が向上し、燃焼領域Ｎの全体において混合気の着火を行うことができ、混合気の着火性を向上させることができる。
さらに、燃焼領域Ｎの温度を補助加熱部７ｂによって常に混合気の着火温度以上の温度に保つことができるため、混合気をより確実に燃焼させることができる。なお実際に、混合気の完全燃焼を達成するためには、燃焼領域Ｎにおける発熱量が３Ｗ／ｃｍ^３以上となるように補助加熱部７ｂを構成及び加熱することが好ましい。
また、補助加熱部７ｂから燃料が揮発することによって、燃焼領域Ｎの全体に混合気を連続的に安定して供給することができる。

なお、燃焼領域Ｎにおける混合気の完全燃焼をより確実なものとするためには、燃焼領域Ｎにおいて補助加熱部７ｂのさらなる高温化させる方法や、燃焼領域Ｎにおける混合気の滞留時間を長期化させる方法を用いることが好ましい。
このため、図３に示すように、補助加熱部７ｂを電源に接続されたヒータ線によって形成して補助加熱部７ｂ自らが発熱する構成や、さらに収容部１０の上端側に混合気の漏出を抑制する金網１３等を設置する構成を採用することもできる。
なお、補助加熱部７ｂを発熱させる場合には、燃焼領域Ｎに燃料を供給するために、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１と同様にインジェクタ５を用いることが好ましい。

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、バーナ装置Ｓ１，Ｓ２が、供給流路１と燃焼部２とを備え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、排気ガスの配管途中に設置される燃料供給装置と着火装置とからなるバーナ装置、あるいは当該着火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、着火装置がバーナ装置に組み込まれた構成について説明した。
しかしながら、本発明の着火装置はこれに限定されるものではなく、他の装置の着火装置として用いることも可能である。

Ｓ１，Ｓ２……バーナ装置、５……インジェクタ（燃料供給装置）、７……着火装置、７ａ……グロープラグ（発熱源）、７ｂ……補助加熱部、１２……燃料供給装置、Ｘ……排気ガス（酸化剤）、Ｙ……燃料、Ｚ……高温ガス

Claims (5)

1. 燃料と酸化剤との混合気に着火する着火装置であって、
   前記混合気の着火温度以上の温度に発熱するグロープラグからなる発熱源と、
   該発熱源による加熱及び自らの発熱により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ヒータ線からなる補助加熱部と、
   上下端が開口端とされると共に前記補助加熱部を収容する収容部と、
   前記補助加熱部よりも前記収容部の上端側に設置される金網と
   を備えることを特徴とする着火装置。
2. 前記補助加熱部は、前記燃料の保持が可能な内部領域を有することを特徴とする請求項１記載の着火装置。
3. 前記補助加熱部は、混合気が内部を通過可能に形成されると共に前記混合気の燃料領域を含んで配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の着火装置。
4. 燃料を供給する燃料供給装置と、該燃料供給装置から噴射された燃料と酸化剤との混合気に着火する着火装置とを備えるバーナ装置であって、
   前記着火装置として請求項１〜３いずれかに記載の着火装置を用いることを特徴とするバーナ装置。
5. 前記燃料供給装置は、前記補助加熱部全体を含む領域に前記燃料を噴射することを特徴とする請求項４記載のバーナ装置。

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