JP5521465B2 - バーナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、燃焼に用いる酸化剤として排気ガスを用いることが一般的であるが、排気ガスに含まれる酸素濃度が変動するため、排気ガスの酸素濃度が燃焼可能な濃度以下である場合には失火する虞があり、安定した燃焼が得られない。
一方で、燃焼に用いる酸化剤として空気を用いるバーナ装置も提案されているが、この場合には、大型のエアポンプを設置する必要があり、バーナ装置の大型化を招く。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バーナ装置の大型化を抑制しながら、安定した燃焼を実現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、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、排気ガスが通過する排気ガス通過流路と、内部が中空とされると共に当該内部が前記排気ガス通過流路に接続する管体部と、該管体部の内部を上記混合気に着火する着火領域と上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、上記着火領域における上記酸化剤として空気を用い、上記保炎領域における上記酸化剤として上記排気ガス通過流路を流れる上記排気ガスを用い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、上記着火領域における燃焼温度を低下させる燃焼温度低下手段を備え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、 上記燃焼温度低下手段が、上記排気ガス通過流路を流れる上記排気ガスの一部を上記着火領域に導入する排気ガス導入部であ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、上記排気ガス導入部によって取り込まれた上記排気ガスが流れる流路領域を介して上記空気を上記着火領域に供給するという構成を採用する。

本発明によれば、仕切り部材によって、着火領域と保炎領域とが混合気が通気可能に区分けされる。このため、着火領域から保炎領域に供給される混合気の流速を調節することが可能となる。したがって、保炎領域に供給される混合気の流速を、保炎領域において燃焼が安定化される流速に調節することが可能となる。

また、着火後においては、着火領域においても酸化剤が燃焼される。ここで、本発明によれば、着火領域で用いられる酸化剤が空気とされ、保炎領域で用いられる酸化剤が排気ガスとされている。このため、着火領域における安定した燃焼を確保することができると共に、保炎領域で排気ガスに含まれる酸素を燃焼に用いることができる。つまり、燃焼に用いられる酸化剤の全てが空気ではなく、排気ガスに含まれる酸素を効率的に酸化剤として用いることができるため、供給する空気の量が少なくて済み、エアポンプを小型化することが可能となる。
また、排気ガスに燃焼に必要な酸素量が含まれていない場合であっても、着火領域における燃焼は継続することができ、安定して高温ガスの生成を行うことができる。

したがって、本発明によれば、バーナ装置の大型化を抑制しながら、安定した燃焼を実現す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。

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（排気ガス通気流路）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を通過させて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、エアポンプ９と、絞り板１０（燃焼温度低下手段）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と接続されており、これによって内部が供給流路１に接続されている。なお、管体部４は、その水平断面形状が矩形とされている。

燃料供給部５は、着火装置７の先端に設置された燃料保持部５ａと、該燃料保持部５ａに燃料を供給するための供給部５ｂとを備えている。
なお、燃料保持部５ａとしては、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。

着火装置７は、先端部が燃料保持部５ａに囲まれており、燃料と排気ガス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から構成されている。

仕切り部材８は、管体部４の内部を、排気ガスＸを取り込むための排気ガス流路領域Ｒ１（酸化剤の取込流路領域）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とに区分けするものである。そして、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の側面と接続する側板８ｂとを有している。この側板８ｂには複数の貫通孔を有している。
そして、中央板８ａによって排気ガス流路領域Ｒ１と着火領域Ｒ２及び保炎領域Ｒ３とが区分けされ、側板８ｂによって着火領域Ｒ２と保炎領域Ｒ３とが区分けされている。

この仕切り部材８は、側板８ｂに形成された貫通孔８ｃ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。
また、仕切り部材８は、図１に示すように、中央板８ａと管体部４の底部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を通気可能とする。
つまり、仕切り部材８は、排気ガス流路領域Ｒ１と、着火領域Ｒ２と、保炎領域Ｒ３とを順に通気可能に区分けしている。

このような仕切り部材８は、側板８ｂに設けられた貫通孔８ｃ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、排気ガス流路領域Ｒ１を流れる排気ガスＸを中央板８ａと管体部４の底部との隙間を介して着火領域Ｒ２に供給する。
また、保炎領域Ｒ３は、供給流路１に接続されているため、供給流路１を流れる排気ガスＸの一部が酸化剤として保炎領域Ｒ３の内部に供給される。

エアポンプ９は、着火領域Ｒ２に酸化剤として空気Ｘ１を供給するものであり、排気ガス流路領域Ｒ１に接続されている。そして、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においてエアポンプ９は、排気ガス流路領域Ｒ１を介して着火領域Ｒ２に対して空気Ｘ１を供給する。

絞り板１０は、排気ガス流路領域Ｒ１に設置され、着火領域Ｒ２に排気ガスＸを導入するための貫通孔１０ａを有している。
なお、本実施形態のバーナ装置Ｓ１において、排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２に供給される排気ガスＸは、着火領域Ｒ２における燃焼温度を低下させ、これによってコーキングの発生を抑制するためのものである。このため、絞り板１０は、着火領域Ｒ２の燃焼温度がコーキングの発生が抑制できる温度となるだけの排気ガスＸを取り込むように構成されている。
このように、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、絞り板１０が、供給流路１を流れる排気ガスＸの一部を着火領域Ｒ２に導入する排気ガス導入部として機能する。

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、エアポンプ９から酸化剤として空気Ｘ１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に供給された空気Ｘ１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。

このように着火領域Ｒ２において混合気Ｙが着火されると、着火によって生成された火炎が未燃の混合気Ｙと共に保炎領域Ｒ３に伝播する。この結果、保炎領域Ｒ３に火炎Ｆが形成され、当該火炎Ｆに供給流路１を流れる排ガスＸの一部が酸化剤として供給されることによって火炎Ｆが維持されて保炎が図られる。そして、このような火炎Ｆが維持されることによって、高温ガスＺが安定して生成される。
また、混合気Ｙが着火された後は、着火領域Ｒ２においても、混合気Ｙの着火後には火炎が形成される。このため、混合気Ｙは、着火領域Ｒ２において空気Ｘ１を酸化剤として１次燃焼し、その後保炎領域Ｒ３において排気ガスＸを酸化剤として２次燃焼する。
なお、着火領域Ｒ２には、絞り板１０を介して排気ガスＸが供給される。これによって着火領域Ｒ２の酸素濃度が僅かに低下し、着火領域Ｒ２における燃焼温度の低下が図られる。

以上のような本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、仕切り部材８によって、着火領域Ｒ２と保炎領域Ｒ３とが混合気Ｙが通気可能に区分けされる。このため、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に供給される混合気Ｙの流速を調節することが可能となる。したがって、保炎領域Ｒ３に供給される混合気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ことが可能となる。

また、着火後においては、着火領域Ｒ２においても酸化剤が燃焼される。ここで、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、着火領域Ｒ２で用いられる酸化剤が空気Ｘ１とされ、保炎領域Ｒ３で用いられる酸化剤が排気ガスＸとされている。このため、着火領域Ｒ２における安定した燃焼を確保することができると共に、保炎領域Ｒ３で排気ガスＸに含まれる酸素を燃焼に用いることができる。つまり、燃焼に用いられる酸化剤の全てが空気Ｘ１ではなく、排気ガスＸに含まれる酸素を効率的に酸化剤として用いることができるため、供給する空気Ｘ１の量が少なくて済み、エアポンプ９を小型化することが可能となる。
また、排気ガスＸに燃焼に必要な酸素量が含まれていない場合であっても、着火領域Ｒ２における燃焼は継続することができ、安定して高温ガスＺの生成を行うことができる。

したがって、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、バーナ装置の大型化を抑制しながら、安定した燃焼を実現す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、絞り板１０によって、供給流路１を流れる排気ガスＸの一部が着火領域Ｒ２に供給される。
このため、空気Ｘ１のみを酸化剤とする燃焼と比較して、着火領域Ｒ２の酸素濃度が僅かに低下し、着火領域Ｒ２における燃焼温度を低下させることができ、着火領域Ｒ２におけるコーキングの発生を抑制す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、エアポンプ９が、排気ガス流路領域Ｒ１に接続され、排気ガス流路領域Ｒ１を介して着火領域Ｒ２に対して空気Ｘ１が供給される。
このため、エアポンプ９から排出された空気Ｘ１が燃料保持部５ａに直接吹付けられることを防止し、さらに着火領域Ｒ２における空気Ｘ１の流速を低減させることができ、これによって着火性を向上することができる。また、空気Ｘ１が着火領域Ｒ２から供給される以前に排気ガスＸと混合されるため着火領域Ｒ２における酸素濃度を均一化することができ、燃料過濃でかつ酸素濃度が高い領域で生成されやすいすすの生成を抑制することができる。

（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は、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１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ている。
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、着火装置７及び絞り板１０）及び接続構造（エアポンプ９）が、供給流路１の上部に取り付けられている。

このような構成を採用する本実施形態のバーナ装置Ｓ２によっても、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１と同様に、バーナ装置の大型化を抑制しながら、安定した燃焼を実現す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、絞り板１０によって、着火領域Ｒ２に排気ガスＸを導入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、側板８ｂに十分な大きさの貫通孔を形成し、当該貫通孔を介して着火領域Ｒ２に排気ガスＸを供給するようにしても良い。このような場合には、上記貫通孔を備える側板８ｂが本発明の排気ガス導入部（すなわち燃焼温度低下手段）として機能することとなる。
また、このような構成を採用する場合には、排気ガス流路領域Ｒ１を設ける必要はない。

また、上記実施形態においては、排気ガスＸを着火領域Ｒ２に供給することによって着火領域Ｒ２の燃焼温度を低下させ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、着火領域Ｒ２に不活性ガス等を供給することによって着火領域Ｒ２の燃焼温度を低下させるようにしても良い。
このような場合には、上記不活性ガスを着火領域Ｒ２に供給すための装置が本発明における燃焼温度低下手段として機能することとなる。

また、上記実施形態においては、燃料保持部５ａに接続された供給部５ｂ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、燃料保持部５ａに燃料を吹付ける供給部を用いても良い。

Ｓ１，Ｓ２……バーナ装置、１……供給流路（排気ガス通過流路）、４……管体部、８……仕切り部材、８ａ……中央板、８ｂ……側板、８ｃ……貫通孔、９……エアポンプ、１０……絞り板（排気ガス導入部、燃焼温度低下手段）、１０ａ……貫通孔、Ｒ２……着火領域、Ｒ３……保炎領域、Ｘ……排気ガス（酸化剤）、Ｘ１……空気（酸化剤）、Ｙ……混合気、Ｚ……高温ガス

Claims (1)

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、
   排気ガスが通過する排気ガス通過流路と、内部が中空とされると共に当該内部が前記排気ガス通過流路に接続する管体部と、該管体部の内部を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、
   前記着火領域における前記酸化剤として空気を用い、前記保炎領域における前記酸化剤として前記排気ガス通過流路を流れる前記排気ガスを用い、
   前記排気ガス通過流路を流れる前記排気ガスの一部を前記着火領域に導入する排気ガス導入部からなり、前記着火領域における燃焼温度を低下させる燃焼温度低下手段を備え、
   前記管体部の内部が、前記仕切り部材により、前記排気ガス導入部によって取り込まれた前記排気ガスが流れる流路領域が形成されるように区分けされ、前記排気ガスが流れる流路領域を介して前記空気を前記着火領域に供給する
   ことを特徴とするバーナ装置。

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