JP5516009B2 - 着火装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸化剤と燃料とを含む混合気に着火する着火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、酸化剤と燃料とを含む混合気に着火する着火装置であって、設置部から突出した先端に上記混合気の着火温度以上の温度に発熱する発熱領域を有する発熱体と、少なくとも上記発熱領域を囲うと共に気体及び火炎を通過可能でかつ上記燃料を保持可能な囲壁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、上記囲壁が、上記発熱領域の下方に形成されると共に囲壁の内部と外部とを接続する外気導入口と、該外気導入口よりも上方に形成されると共に囲壁の内部と外部とを接続する火炎噴出口とを有するという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記囲壁に上記燃料が噴きつけられる場合に、上記囲壁が、上記燃料が噴きつけられる方向に開口する第１開口を備えるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記第１開口の開口面積が上記外気導入口よりも広いという構成を採用する。

第５の発明は、上記第２〜第４いずれかの発明において、上記囲壁に燃料が噴きつけられる場合に、上記発熱体が、上記囲壁の内部において、上記囲壁の上記燃料が付着する領域に偏って配置されてい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、上記囲壁の内部に配置される第２発熱領域を備えるという構成を採用する。

第７の発明は、上記第１〜第６いずれかの発明において、上記囲壁の内部に空気を供給する空気供給部を備えるという構成を採用する。

本発明によれば、発熱体の発熱領域が、囲壁によって囲まれている。そして、囲壁によって囲まれた空間、すなわち囲壁の内部空間は、囲壁によって外部の気流が遮蔽されることによって、流れが極めて遅い澱み領域となる。つまり、本発明においては、発熱体の発熱領域が澱み領域に配置されることとなる。このため、発熱領域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、火炎核の成長を図ることができる。
さらに、本発明において囲壁は、気体及び火炎を通過可能でかつ燃料を保持可能なものとされている。このため、囲壁の内部には酸化剤と揮発した燃料とが供給され、囲壁の内部に安定して混合気を供給することができる。さらに、囲壁の内部で火炎核が成長することによって形成された火炎が囲壁を通過して外部に噴出する。そして、囲壁の外部に噴出した火炎によって、囲壁の外部に存在する混合気を燃焼することができ、安定した燃焼を実現することができる。
したがって、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実施形態における着火装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における着火装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における着火装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における着火装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態における着火装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態における着火装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第５実施形態における着火装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の第６実施形態における着火装置の概略構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る着火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１０の概略構成を示す断面図である。また、図２は、本実施形態の着火装置１０の概略構成を示す斜視図である。

着火装置１０は、酸化剤と燃料とを含む混合気に着火するものであり、例えば、酸化剤として使用可能な排気ガスが流れる配管中や、バーナ装置に設置される。
この着火装置１０は、図１に示すように、グロープラグ１（発熱体）と、囲壁２とを備えている。

グロープラグ１は、着火装置１０自体の設置部１００（例えば配管の壁部やバーナ装置の壁部）から下方に向けて突出し、その先に混合気Ｙの着火温度以上の温度に発熱する発熱領域として機能する先端部１ａを有する。なお、グロープラグ１に換えてスパークプラグを用いることもできる。

囲壁２は、グロープラグ１の先端部１ａを囲うものであり、設置部１００に対して固定されている。
図１及び図２に示すように、囲壁２は、自らが囲う空間（すなわち内部空間Ｒ）を流体の流が遅い澱み領域とするものであり、平面視における上部が大きく下部が小さい段差状に形状設定されている。そして、囲壁２の内部空間Ｒは、平面視における広さが大きい上部空間Ｒ１と平面視における広さが狭い下部空間Ｒ２とから構成されている。なお、グロープラグ１の先端部１ａは、図１に示すように、下部空間Ｒ２の内部に配置されている。

また、囲壁２は、外気導入口２ａ〜２ｃと、火炎噴出口２ｄとを備えている。
外気導入口２ａ〜２ｃは、囲壁２の外部空間と囲壁２の下部空間Ｒ２とを接続するものであり、外気導入口２ａがグロープラグ１の先端部１ａの下方に形成され、外気導入口２ｂ（第１開口）が燃料噴射装置２００から噴射される燃料Ｎの噴射方向に向く側方に形成され、外気導入口２ｃが燃料Ｎの噴射方向と直交する水平方向に向く側方に形成されている。
なお、燃料噴射装置２００は、本実施形態の着火装置１０の側方に配置されており、本実施形態の着火装置１０が設置される設置部１００の一部等によって支持されている。

火炎噴出口２ｄは、囲壁２の外部空間と囲壁２の上部空間Ｒ１とを接続するものであり、外気導入口２ａ〜２ｃよりも上方に形成されている。
より詳細には、火炎噴出口２ｄは、囲壁２に対して複数設けられており、上部空間Ｒ１から下方に向けて開口されている。

また、上述のように、本実施形態の着火装置１０の側方には燃料噴射装置２００が配置されており、囲壁２は、燃料噴射装置２００から燃料Ｎが噴射される。そして、囲壁２は、噴射された燃料Ｎが付着し、これによって燃料Ｎを保持する。
なお、本実施形態の着火装置１０において囲壁２は、金属繊維からなる不燃布によって形成されており、燃料Ｎが内部に浸透可能であると共に表面に凹凸によって燃料Ｎの付着面積が増大されている。これによって、本実施形態の着火装置１０における囲壁２は、燃料Ｎの保持性が高いものとなっている。

このように本実施形態の着火装置１０において囲壁２は、気体を通過可能とする外気導入口２ａ〜２ｃと火炎を通過可能とする火炎噴出口２ｄとを有し、さらには燃料Ｎを保持可能とされている。

このような構成を有する本実施形態の着火装置１０によれば、グロープラグ１の先端部１ａが発熱することによって先端部１ａの周囲が加熱され、先端部１ａの周囲に上昇気流が発生する。この結果、囲壁２の外気導入口２ａに下方から外気Ｘ（例えば、排気ガスや空気等の酸化剤）が流れ込み、外気導入口２ａから上方に抜ける上昇気流が発生する。また、当該上昇気流につられて外気導入口２ｂ，２ｃからも外気Ｘが内部空間Ｒに流れ込む。
一方、グロープラグ１の先端部１ａが発熱すると、囲壁２に保持されている燃料Ｎが揮発し、揮発した燃料Ｎが囲壁２の内部空間Ｒ内に流入する。そして、内部空間Ｒに形成された上昇気流と燃料Ｎとによって、内部空間Ｒには、濃度の高い混合気Ｙによる上昇気流が形成される。

なお、本実施形態の着火装置１０は、排気ガスが流れる排気管等に設置されるため、内部空間Ｒ内に形成される上昇気流は、囲壁２の外部における外気の流れと比較すると、極めて弱い流れである。このため、囲壁２の内部空間Ｒが、外部空間と比較して流体の速度が極めて遅い澱み領域であることには変わりがない。

そして、混合気Ｙの一部がグロープラグ１の先端部１ａによって加熱されることによって発火し、これによって生成された火炎核が内部空間Ｒ内で成長して火炎が形成される。また、形成された火炎は、火炎噴出口２ｄを介して未燃の混合気Ｙと共に囲壁２の外部に噴出する。
このように、本実施形態の着火装置１０によれば、火炎核が速い流れによって吹き消されることがなく、確実に火炎を形成することができる。また、火炎噴出口２ｄから噴出される火炎は、従来のグロープラグやスパークプラグによって形成される火炎核と比較して遥かに大きく安定したものである。このため、着火装置１０の周囲に存在する混合気を確実に着火することが可能となる。
したがって、本実施形態の着火装置１０によれば、着火性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の着火装置１０においては、囲壁２に燃料Ｎが噴きつけられ、燃料Ｎが噴きつけられる方向に開口する外気導入口２ｂを備える。
このため、外気導入口２ｂを介してグロープラグ１の先端部１ａの近傍に直接燃料Ｎが供給され、グロープラグ１の先端部１ａの近傍における混合気Ｙの燃料濃度をより高めることができる。したがって、着火性をより向上させることができる。
また、外気導入口２ｂを介してグロープラグ１の先端部１ａの近傍に直接燃料Ｎが供給されることによって、グロープラグ１に着火温度まで加熱されていない液状の燃料Ｎが付着する。このため、グロープラグ１が過熱されることを抑制し、グロープラグ１の寿命を延ばすことが可能となる。

また、本実施形態の着火装置１０においては、囲壁２に多方向から外気導入口２ａ〜２ｃが形成されているため、様々な外気導入口２ａ〜２ｃからグロープラグ１の先端部１ａを介して内部空間Ｒに外気Ｘを供給することができる。
したがって、着火装置１０が傾いた場合であっても、内部空間Ｒへの外気Ｘの流入を確保することができ、安定した着火性能を発揮することができる。

なお、本実施形態の着火装置１０のように、囲壁２の側方から燃料Ｎを噴きつける場合には、囲壁２における燃料噴射装置２００側の側壁に多くの燃料Ｎが付着する。また、外気導入口２ｂを介して燃料Ｎが直接噴きつけられるため、囲壁２の燃料装置２００から離れた側の側壁も同様に多くの燃料Ｎが付着する。
したがって、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、多くの燃料Ｎが付着する領域にグロープラグ１を偏らせて配置することにより、先端部１ａをより燃料Ｎの濃度が高い領域に配置することができるため、より着火性を向上させることができる。

（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４（ａ）は、本実施形態の着火装置２０の概略構成を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態の着火装置２０においては、囲壁２の燃料Ｎが噴きつけられる側のみに火炎噴出口２ｄが形成されている。
すなわち、本実施形態の着火装置２０においては、囲壁２に燃料Ｎが噴きつけられ、火炎噴出口２ｄが囲壁２の燃料Ｎが噴きつけられる側に偏って形成されている。

このような本実施形態の着火装置２０によれば、火炎噴出口２ｄが囲壁２の燃料Ｎが噴きつけられる側に偏って形成されているため、囲壁２の燃料Ｎが噴きつけられる側に大きな火炎が噴出することとなる。
このため、多くの燃料Ｎが付着する囲壁２の燃料Ｎが吹き付けられる側の温度が高くなり、燃料Ｎの揮発を促進させることができ、着火後における着火装置２０の周辺の燃焼を安定させることが可能となる。

なお、図４（ｂ）に示すように、円形の火炎噴出口２ｄを複数設ける換わりに、単一の矩形の火炎噴出口２ｄを設けても良い。

（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、本実施形態の説明においても、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、本実施形態の着火装置３０の概略構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態の着火装置３０は、燃料Ｎが噴きつけられる側に開口する外気導入口２ｂの開口面積が外気導入口２ａよりも広く設定されている。また、外気導入口２ｂは、燃料Ｎが噴射される方向のみに形成されており、燃料Ｎが噴射される方向と反対側は閉塞されている。

このような構成を採用する本実施形態の着火装置３０によれば、内部空間Ｒで成長した火炎の一部を外気導入口２ｂから噴出させることが可能となり、囲壁２に噴射される燃料Ｎの一部を当該火炎で加熱して揮発させることができる。よって、燃料Ｎの揮発を促進させることができ、着火後における着火装置３０の周辺の燃焼を安定させることが可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４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も、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６は、本実施形態の着火装置４０の概略構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態の着火装置４０は、囲壁２の燃料Ｎが噴きつけられる側とその反対側とに外気導入口２ｂを備え、この外気導入口２ｂの燃料Ｎが噴きつけられる側と反対側の外気導入口２ｂに対向配置される対向板３を備えている。

対向板３は、囲壁２の火炎噴出口２ｄを挟んで外気導入口２ｂと対向している。
この対向板３は、外気導入口２ｂを介して到達する燃料Ｎを受けるものである。そして、例えば、耐火性のメッシュ板等の付着した燃料が揮発しやすい多孔体から形成されることが好ましい。

このような構成を採用する本実施形態の着火装置４０によれば、燃料噴射装置２００から噴射された燃料Ｎの一部が外気導入口２ｂを介して対向板３に到達して付着する。
一方で、対向板３に付着した燃料Ｎは、火炎噴出口２ｄから噴出する火炎によって炙られて揮発する。
したがって、本実施形態の着火装置４０によれば、燃料Ｎの揮発を促進させることができ、着火後における着火装置４０の周辺の燃焼を安定させることが可能となる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５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も、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７は、本実施形態の着火装置５０の概略構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態の着火装置５０は、囲壁２の内部空間Ｒに第２グロープラグ４が設置されている。

この第２グロープラグ４は、グロープラグ１と同様に着火装置５０自体の設置部１００から下方に向けて突出し、その先に混合気Ｙの着火温度以上の温度に発熱する発熱領域として機能する先端部４ａ（第２発熱領域）を有する。
つまり、本実施形態の着火装置５０は、内部空間Ｒに配置される発熱領域として機能する第２グロープラグ４の先端部４ａを備えている。なお、グロープラグ１に換えてスパークプラグを用いることもできる。

このような構成を採用する本実施形態の着火装置５０によれば、内部空間Ｒに流入した混合気Ｙが改めて内部空間Ｒ内において着火温度以上に加熱されるため、単一のグロープラグ１を備える場合よりも、より着火性を向上させることが可能となる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。なお、本実施形態においても、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８（ａ）は、本実施形態の着火装置６０の概略構成を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態の着火装置６０は、内部空間Ｒに空気Ｘ１を供給する空気供給部６を備えている。

このような構成を採用する本実施形態の着火装置６０によれば、グロープラグ１の先端部１ａに供給される混合気Ｙの酸素濃度を高めることが可能となり、より着火性を向上させることが可能となる。

なお、図８（ｂ）に示すように、空気供給部６を外気導入口２ｂに接続するようにしても良い。また、空気供給部６を外気導入口２ｃに接続するようにしても良い。
このような構成を採用する場合であっても、グロープラグ１の先端部１ａに供給される混合気Ｙの酸素濃度を高めることが可能となり、より着火性を向上させることが可能となる。

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、空気導入口２ａ〜２ｃを介することで外気を囲壁２に対して通過可能とする構成について説明した。また、火炎噴出口２ｄを介することで火炎を囲壁２に対して通過可能とする構成につい説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば囲壁２を形成する不燃布における金属繊維の網目を大きくし、当該網目を介して気体及び火炎を通過可能に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、上方に位置する設置部１００に対してグロープラグ１及び囲壁２が下方に設置され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、例えば、下方に位置する設置部に対してグロープラグ及び囲壁が上方に設置される構成や、設置部に対してグロープラグ及び囲壁が側方に設置され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、囲壁２に対して噴射することによって燃料Ｎ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、例えば、紐等によって形成される燃料供給路を直接囲壁２に対して接続することによって燃料Ｎを囲壁２に対して供給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、囲壁２が金属繊維からなる不燃布によって形成され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、囲壁２を焼結金属に形成したり、金属板を折り曲げることによって形成することも可能である。

なお、上記実施形態における着火装置を上下反転させた姿勢で配置した場合には、火炎噴射口２ｄから囲壁２内に外気が吸入され、外気導入口２ａから火炎が噴射されることとなる。
ただし、囲壁２の外部から内部に流入する空気よりも囲壁２の内部から外部に流出する空気の方が膨張している。このため、囲壁２の内部から外部に空気を流出する開口の面積の方が、囲壁２の外部から内部に空気を流入する開口の面積よりも広いことが好ましい。
火炎噴射口２ｄの形成可能面積は限られているが、火炎噴射口２ｄの外側に形成される外気導入口２ａの形成可能面積は広く確保することができる。このため、上記実施形態の姿勢の方が、囲壁２の内部から外部に空気を流出する開口の面積を広く確保することができるため、好ましい姿勢である。

１０，２０，３０，４０，５０，６０……着火装置、１……グロープラグ（発熱体）、１ａ……先端部（発熱領域）、２……囲壁、２ａ……外気導入口、２ｂ……外気導入口（第１開口）、２ｃ……外気導入口、２ｄ……火炎噴出口、３……対向板、４……第２グロープラグ、４ａ……先端部（第２発熱領域）、５……空気供給部、Ｎ……燃料、Ｘ……外気、Ｘ１……空気、Ｙ……混合気、Ｒ……内部空間、１００……設置部、２００……燃料噴射装置

Claims (7)

1. 酸化剤と燃料とを含む混合気に着火する着火装置であって、
   設置部から突出した先端に前記混合気の着火温度以上の温度に発熱する発熱領域を有する発熱体と、
   少なくとも前記発熱領域を囲うと共に気体及び火炎を通過可能でかつ前記燃料を保持可能な囲壁と
   を備え、
   前記囲壁が、前記発熱領域を収容する下部と当該下部の上方に配置されると共に前記下部よりも大きな上部とを有する形状とされ、
   前記囲壁の上部の前記下部が設けられていない下面に対して、下方を向いて開口される火炎吹出口が設けられている
   ことを特徴とする着火装置。
2. 前記囲壁は、前記発熱領域の下方に形成されると共に囲壁の内部と外部とを接続する外気導入口と、該外気導入口よりも上方に形成されると共に囲壁の内部と外部とを接続する火炎噴出口とを有することを特徴とする請求項１記載の着火装置。
3. 前記囲壁に前記燃料が噴きつけられる場合に、前記囲壁は、前記燃料が噴きつけられる方向に開口する第１開口を備えることを特徴とする請求項２記載の着火装置。
4. 前記第１開口の開口面積が前記外気導入口よりも広いことを特徴とする請求項３記載の着火装置。
5. 前記囲壁に燃料が噴きつけられる場合に、前記発熱体は、前記囲壁の内部において、前記囲壁の前記燃料が付着する領域に偏って配置されていることを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載の着火装置。
6. 前記囲壁の内部に配置される第２発熱領域を備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の着火装置。
7. 前記囲壁の内部に空気を供給する空気供給部を備えることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の着火装置。

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