JP5671794B2 - 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、バーナ装置においては、酸化剤と燃料との混合気が燃焼される燃焼領域における流体の流速が速い場合には、混合気の燃焼が安定せず、失火の虞もある。
また、着火前においては、燃焼領域となる領域における流体の流速が速い場合には、火炎核が吹き飛ばされて成長できない場合があり、着火性が悪化する。

このような課題に対して、排気ガスの流れる排気ガス通過流路に対して、内部が中空の管体部を直角に接続し、この管体部の内部を接続方向に着火領域と保炎領域とに区分けすることによって着火性及び燃焼安定性を向上させる提案がなされている。
しかしながら、このようなバーナ装置では、排気ガス通過流路の流れ方向と直交する方向に着火領域と保炎領域とが配列されるため、管体部の背丈が高くなり、排気ガス通過流路から管体部が大きく突出することとなる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バーナ装置において、排気ガス通過流路からの突出量を抑制しつつ、着火性及び燃焼安定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上記排気ガス通過流路に対して接続される管体部と、取り込んだ上記排気ガスを上記酸化剤として上記管体部内部の燃焼領域に供給する取込流路に、上記排気ガス通過流路から上記排気ガスを取り込む取込板と、上記取込流路を介することなく直接上記排気ガス通過流路から上記燃焼領域に供給される上記排気ガスの流速を調節する流速調節板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、上記取込流路に設置されると共に上記燃焼領域に供給される上記排気ガスの流量分布を均一化する絞り板を備え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、上記燃料を上記燃焼領域と上記排気ガス通過領域とに分流する分流板を備えるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記燃焼領域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。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記取込流路から上記燃焼領域に向かう流れの上流側から上記燃料を上記燃焼領域に噴射する燃料噴射装置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、上記燃焼領域が、排気ガス通過流路の延在方向に隣接して配列される１次燃焼領域と２次燃焼領域とを有するという構成を採用する。

このような構成を採用する本発明によれば、内部が燃焼領域とされる管体部が排気ガス通過流路に接続され、排気ガス通過流路から管体部の内部に直接供給される排気ガスの流速が、流速調節板によって調節される。
燃焼領域における流体の流速は、管体部が接続される排気ガス通過流路から管体部に流れ込む排気ガスの流速に大きく依存する。これに対して、本発明によれば、流速調節板によって、燃焼領域に排気ガス通過流路から供給される排気ガスの流速を調節することが可能となり、燃焼領域における着火性及び燃焼安定性を向上させることが可能となる。

このように本発明によれば、管体部の内部を着火領域と保炎領域とに区分けする必要がないため、管体部の高さを低くすることができ、排気ガス通過流路からの管体部の突出量を抑制することができる。

したがって、本発明によれば、排気ガス通過流路からの突出量を抑制しつつ、着火性及び燃焼安定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１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。 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（排気ガス通過流路）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、燃料噴射装置５と、着火装置７と、仕切り部材８と、空気供給部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、内部が供給流路１に対して上方から接続されている。また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１において管体部４は、垂直方向から内部が供給流路１に対して接続されている。

着火装置７は、供給される燃料Ｎと排気ガスＸ（酸化剤）とからなる混合気Ｙに対して着火するものであり、管体部４の天井に固定されている。この着火装置７は、グロープラグとその先端に設置される燃料保持部とによって構成されている。
なお、燃料保持部は、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される多孔質体から構成される。

仕切り部材８は、管体部４の内部を仕切るものであり、板部材から構成されている。より詳細には、仕切り部材８は、取込板８ａ、絞り板８ｂ、分流板８ｃ及び流速調節板８ｄを備えている。

取込板８ａは、管体部４の内部を取込流路Ｒ１と燃焼領域Ｒ２とに区分けすると共に、供給流路１を流れる排気ガスＸの一部を取込流路Ｒ１に取り込むためのものである。この取込板８ａは、管体部４の側壁に支持されており、上下に延在して配置されている。そして、取込板８ａの一端部が供給流路１側に配置され、他端部が管体部４の天井から離間して配置されている。
そして、取込流路Ｒ１は、取込板８ａによって取り込まれた排気ガスＸを、取込板８ａと管体部４の天井との隙間を介して燃焼領域Ｒ２に供給する。

絞り板８ｂは、取込流路Ｒ１の途中部位に設置されており、複数の貫通孔８ｂ１を備えている。そして、絞り板８ｂは、取込流路Ｒ１を流れる排気ガスＸを、貫通孔８ｂ１を通過させることによって、排気ガスＸの流量部分を均一化する。

分流板８ｃは、燃料噴射装置５から噴射された燃料Ｎを燃焼領域Ｒ２と供給流路１とに分流するものである。この分流板８ｃは、管体部４の側壁に支持されており、上下延在して配置されている。そして、分流板８ｃの上端は、流速調節板８ｄの端部と接続されている。

流速調節板８ｄは、取込流路Ｒ１を介することなく供給流路１から燃焼領域Ｒ２に直接供給される排気ガスＸの流速を調節するものであり、管体部４と供給流路１との境界領域に水平に配置されている。
この流速調節板８ｄは、複数の貫通孔８ｄ１を備えており、この貫通孔８ｄ１を介して供給流路１を流れる排気ガスＸを燃焼領域Ｒ２に供給することによって、排気ガスＸの流速を燃焼領域Ｒ２で着火性が向上し燃焼安定性が向上する流速に低減する。すなわち、流速調節板８ｄが備える貫通孔８ｄ１の流速調節板８ｄの表面に対する開口割合は、通過する排気ガスＸの流速が燃焼領域Ｒ２で着火性が向上し燃焼安定性が向上する流速となるように定められている。

燃料噴射装置５は、管体部４の側壁に対して固定されており、着火装置７に向けて（すなわち燃焼領域Ｒ２に）燃料Ｎを噴射するものである。
そして、本実施形態において燃料噴射装置５は、取込流路Ｒ１から燃焼領域Ｒ２に向かう流れの上流側から燃焼を燃焼領域Ｒ２に噴射する。

空気供給部９は、必要に応じて補助的に管体部４の内部（燃焼領域Ｒ２）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、この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から取込流路Ｒ１に取り込まれた排気ガスＸが燃焼領域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、燃料噴射装置５から着火装置７に向けて燃料Ｎが噴射される。

そして、燃料噴射装置５から噴射された燃料Ｎの一部が分流板８ｃによって遮られて供給流路１に供給されると共に、分流板８ｃによって遮られなかった残りの燃料Ｎが着火装置７に供給される。
着火装置７に供給された燃料Ｎは、揮発されて混合気Ｙとなり、その後さらに加熱されて着火する。このように混合気Ｙが着火されることによって火炎Ｆが形成される。

ここで、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、流速調節板８ｄによって、供給流路１から燃焼領域Ｒ２に供給される排気ガスＸの流速が、燃焼領域Ｒ２において容易に着火が可能な流速まで低減されて供給される。
このため、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、容易に混合気Ｙに対して着火することが可能となる。

そして、燃焼領域Ｒ２において火炎Ｆが形成されて保炎されることによって、高温ガスＺが生成される。この高温ガスＺは、流速調節板８ｄの貫通孔８ｄ１を介して供給流路１に供給される。
ここでも、流速調節板８ｄによって、供給流路１から燃焼領域Ｒ２に供給される排気ガスＸの流速が低減されているため、燃焼領域Ｒ２における燃焼を安定させることが可能である。

なお、分流板８ｃによって分流されて供給流路１に供給された燃料Ｎは、高温ガスＺに含まれた状態でバーナ装置Ｓ１から排出され、後の触媒等によって燃焼されることとなる。

以上のような本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、内部が燃焼領域Ｒ２とされる管体部４が供給流路１に接続され、供給流路１から管体部４の内部に直接供給される排気ガスＸの流速が、流速調節板８ｄによって調節される。
燃焼領域Ｒ２における流体の流速は、管体部４が接続される供給流路１から管体部４に流れ込む排気ガスＸの流速に大きく依存する。これに対して、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、流速調節板８ｄによって、燃焼領域Ｒ２に供給流路１から供給される排気ガスＸの流速を調節することが可能となり、燃焼領域Ｒ２における着火性及び燃焼安定性を向上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によれば、管体部４の内部を着火領域と保炎領域とに区分けする必要がないため、管体部４の高さを低くすることができ、供給流路１からの管体部４の突出量を抑制することができる。

したがって、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、供給流路１からの突出量を抑制しつつ、着火性及び燃焼安定性を向上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、取込流路Ｒ１に設置されると共に燃焼領域Ｒ２に供給される排気ガスＸの流量分布を均一化する絞り板８ｂを備える。
このため、取込流路Ｒ１から燃焼領域Ｒ２に供給する排気ガスＸの流れの偏りを解消し、燃焼領域Ｒ２における燃焼の安定性を向上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、燃料Ｎを燃焼領域Ｒ２と供給流路１とに分流する分流板８ｃを備える。
このため、燃焼させる必要がある燃料の全てを燃焼領域Ｒ２に供給する必要がなくなり、燃焼領域Ｒ２における着火性及び燃焼安定性を向上させることができる。

また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、燃焼領域Ｒ２に空気を供給する空気供給部９を備える。
このため、燃焼領域Ｒ２に安定して酸素を供給することができ、燃焼を安定させることが可能となる。
なお、空気供給部９は必須構成ではなく、図２に示すように、バーナ装置Ｓ１から省略することも可能である。

また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、取込流路Ｒ１から燃焼領域Ｒ２に向かう流れの上流側から燃料Ｎを燃焼領域Ｒ２に噴射する燃料噴射装置５を備える。
このため、燃焼領域Ｒ２に向かう排気ガスＸの流れに乗せて燃料を燃焼領域Ｒ２に供給することができるため、効率的に燃焼領域Ｒ２に燃料Ｎを供給することが可能となり、燃焼を安定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。この図に示すように、本実施形態のバーナ装置Ｓ２の燃焼部２は、管体部４が供給流路１の延在方向に長く形成されている。そして、管体部４の内部に上述の燃焼領域Ｒ２に隣接される２次燃焼領域Ｒ３が形成されている。つまり、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、供給流路１の延在方向に隣接して配列される、１次燃焼領域として機能する燃焼領域Ｒ２と２次燃焼領域Ｒ３とによって本発明における燃焼領域が構成されている。

そして、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、燃焼領域Ｒ２は、供給流路１に対して閉塞されているが、開口部１０を介して２次燃焼領域Ｒ３に対して開放されている。なお、図３に示すように、開口部１０は、供給流路１側に寄って配置されている。
また、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、上述の流速調節板８ｄが２次燃焼領域Ｒ３と供給流路１との境界領域に設けられ、当該流速調節板８ｄによって、供給流路１から２次燃焼領域Ｒ３に直接供給される排気ガスＸの流速が低減される。

このような構成を有する本実施形態のバーナ装置Ｓ２においては、燃焼領域Ｒ２から未燃の混合気Ｙが高温ガスＺと共に２次燃焼領域Ｒ３に供給される。ここで、開口部１０が供給流路１側に寄って設けられているため、２次燃焼領域Ｒ３において混合気Ｙと高温ガスＺとの循環流が形成される。このような循環流が形成されることによって、２次燃焼領域Ｒ３において火炎が２次燃焼領域Ｒ３の中央部に形成され、全方位から火炎に混合気が供給されるため、２次燃焼領域Ｒ３における燃焼を安定させることができる。

以上のような本実施形態のバーナ装置Ｓ２によれば、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１と比較して、管体部４の突出量を増加させることなく、管体部４の内部に２次燃焼領域を確保す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Ｓ２によれば、より安定した燃焼及び着火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。

Ｓ１，Ｓ２……バーナ装置、１……供給流路（排気ガス通過流路）、４……管体部、５……燃料噴射装置、７……着火装置、８ａ……取込板、８ｂ……絞り板、８ｃ……分流板、８ｄ……流速調節板、Ｒ１……取込流路、Ｒ２……燃焼領域、Ｒ３……２次燃焼領域、Ｘ……排気ガス（酸化剤）、Ｙ……混合気、Ｚ……高温ガス、Ｎ……燃料

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、
   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対して接続される管体部と、
   前記管体部に支持されると共に一端が前記排気ガス通過流路側に配置される板部材であり、取り込んだ前記排気ガスを前記酸化剤として前記管体部内部の燃焼領域に供給する取込流路に、前記排気ガス通過流路から前記排気ガスを取り込む取込板と、
   前記管体部と前記排気ガス通過流路との境界領域に配置されると共に複数の貫通孔を備える板部材であり、前記取込流路を介することなく直接前記排気ガス通過流路から前記燃焼領域に供給される前記排気ガスの流速を調節する流速調節板と
   を備えることを特徴とするバーナ装置。
2. 前記取込流路に設置されると共に複数の貫通孔を備える板部材であり、前記燃焼領域に供給される前記排気ガスの流量分布を均一化する絞り板を備えることを特徴とする請求項１記載のバーナ装置。
3. 前記流速調整板と別体として前記管体部に支持される板部材であり、前記燃料を前記燃焼領域と前記排気ガス通過流路とに分流する分流板を備えることを特徴とする請求項１または２記載のバーナ装置。
4. 前記管体部の内部と接続されると共に前記燃焼領域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１〜３いずれかに記載のバーナ装置。
5. 前記取込流路から前記燃焼領域に向かう流れの上流側から前記燃料を前記燃焼領域に噴射する燃料噴射装置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. 前記燃焼領域は、排気ガス通過流路の延在方向に隣接して配列される１次燃焼領域と２次燃焼領域とを有することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のバーナ装置。

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