JPH0617725B2

JPH0617725B2 - 燃焼装置

Info

Publication number: JPH0617725B2
Application number: JP13329987A
Authority: JP
Inventors: 英男河村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1987-05-30
Filing date: 1987-05-30
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS63302206A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、内燃機関等を搭載した車両、トレーラ等の
車両、家庭用部屋、乾燥室、事務所等の室用の間接又は
直接的な暖房装置、乾燥装置、ボイラー、湯沸器、ビニ
ールハウス等に適用できる燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば、車両の室内暖房については、内燃機関の
冷却水を温水配管で取出し、これをヒータ装置に導き、
間接的に熱交換を行って温風を室内に送り込んで室内暖
房を行っているものがある。また、内燃機関とは別置き
にバーナ即ち燃焼器によって燃料を燃焼させて発生する
熱量によって室内暖房を行う自動車用暖房装置（例え
ば、特開昭６０−２５２０１８号公報参照）がある。更
に、燃焼器の燃焼ガスを熱交換器を経て機関の吸気ポー
トへ供給すると共に、この熱交換器により加熱される空
気を車室へ導くようにしたエンジンの暖機装置（例え
ば、特開昭６１−７９８６４号公報参照）がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、上記内燃機関の冷却水を利用して室内暖
房を行うものについては、冷却水の温度上昇の速度が緩
慢であるためヒータ本体が温風を送り出すまでに長時間
を要し、その間はヒータの暖房機能はほとんどない状態
である。また、上記内燃機関とは無関係に燃焼器を用い
る自動車用暖房装置又はエンジンの暖機装置について
は、燃焼の周期、排ガスの処理等に時間、手数を要し、
複雑な機構、制御装置を必要とする等の問題点を有して
いる。しかも、燃焼筒内でのスワール形成、燃焼促進、
カーボンの発生防止等に関する技術的思想を開示したも
のではない。

ところで、先行技術として、例えば、本出願人による出
願である先願である特願昭６１−１８３４０６号におい
て開示されたような燃焼器がある。この燃焼器につい
て、第３図及び第４図を参照して概説する。この燃焼器
３０は、気化室３７と燃焼室３６とを構成する燃焼筒３
１の下流角部から燃焼室３６を貫通する気化装置３２の
燃料噴出口３４を気化室３７に開口し、燃焼筒３１の外
周に環状空気導入路３３を形成するように外筒３５を配
置し、燃焼筒３１に形成された空気導入孔３９を空気流
線に沿って傾斜させたものである。燃焼筒３１は空気流
通開口４０を備えた仕切板３８によって気化室３７と燃
焼室３６とに仕切られている。また、燃焼筒３１に形成
された空気導入孔３９の傾斜角度は外筒３５に形成され
た空気取入口４１に対向する部位から段々大きくなり、
次いで空気取入口４１とは反対側になるに従って段々小
さくなるように形成されている。

しかしながら、この燃焼器３０については、燃焼筒３１
内に導入される空気の流入角度を改良したものであり、
燃焼筒３１内での旋回流を促進するものである。ところ
が、高カロリー型燃焼装置では、燃料と空気との混合状
態及びその燃焼状態が重要な要因である。燃料と空気の
燃焼は、通常空気スワールの補助によることが多いが、
このスワール流は余り高速になると、流れの分布が２つ
に分かれ、必ずしも混合、燃焼が完全に促進されるとは
限らない。即ち、例えば、エンジンの燃焼室でも生じる
現象であるが、高スワールを持つ混合気生成の燃焼体に
ついては、スワール即ち渦流の中心付近の強制流域ゾー
ンと外周付近の自然流ゾーンが形成される。これらのゾ
ーンは混合撹拌しなければ良好な燃焼即ち完全燃焼が行
われない状態になる。上記燃焼器３０では、燃焼用空気
を導入し、その燃焼用空気と気化燃料とを混合撹拌する
という点では問題点を有しており、燃焼用空気と気化燃
料との混合状態に関して、燃焼が盛んになると、好まし
い混合気を生成するのに必ずしも十分とは言えず、その
ため気化燃料が液化して燃焼筒３１内に付着し又は燃焼
筒３１内で吹き溜まりとなってカーボンが発生するとい
う好ましくない現象が生じたるするという問題点を有し
ている。

この発明の目的は、上記の問題点を解消することであ
り、燃料を急速度で気化して、気化燃料を燃焼用空気と
混合させて燃焼させる燃焼装置において、燃焼用空気を
空気取入パイプから導入し、燃焼筒の周囲から前記燃焼
筒内にスムースに且つ低抵抗状態に導入し易いように構
成し、燃焼室において高スワールを持つ混合気生成の燃
焼体が渦流の中心付近の強制流域ゾーンと外周付近の自
然流ゾーンとを良好に混合撹拌し、気化燃料と燃焼用空
気とを理想的に混合させて混合気を生成し、気化室にも
燃焼用空気の一部を導入して気化燃料を極めて良好に点
火させ、燃焼を良好に行い、燃焼を盛んにさせると共
に、特に前記燃焼筒内に或いはその壁面に付着して発生
し易いカーボンの発生を防止し、たとえカーボンが発生
したとしても撹拌を良好に行うことによって蓄積される
ことなく完全に燃焼させることができる燃焼装置を提供
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の問題点を解消し、上記の目的を達成
するために、次のように構成されている。即ち、この発
明は、気化室と燃焼室とを構成する燃焼筒を断面四角形
に且つ角部を曲面に形成し、前記燃焼筒の外周に外筒を
配置して環状空気導通路を形成し、前記外筒から前記燃
焼筒に旋回空気流を発生させる多数の空気導通孔を形成
したことを特徴とする燃焼装置に関し、更に具体的に説
明すると、前記燃焼ガス出口が前記燃焼筒の中心から偏
倚しており、また前記燃焼筒がセラミック材で構成され
ていることを特徴とする燃焼装置に関する。

〔作用〕

この発明による燃焼装置は、上記のように構成されてお
り、次のように作用する。即ち、この燃焼装置は、気化
室と燃焼室とを構成する燃焼筒を断面四角形に且つ角部
を曲面に形成し、前記燃焼筒の外周に外筒を配置して環
状空気導通路を形成し、前記外筒から前記燃焼筒に旋回
空気流を発生させる多数の空気導通孔を形成したので、
スワール流が高速になっても高スワールを持つ混合気生
成の燃焼体で形成されるスワール流の中心付近の強制流
域ゾーンが前記燃焼筒の断面四角形の辺によって破ら
れ、外周付近の自然流ゾーンと良好に混合撹拌される。
従って、気化燃料と燃焼用空気とは前記燃焼室において
良好に混合され、良好に混合気が生成され、しかも断面
円形即ち丸形の前記燃焼ガス出口から燃焼ガスは排出さ
れるので、混合気は完全に燃焼され、しかも燃焼ガスは
スワールを生じながら燃焼筒外部に導かれるので、燃焼
は益々盛んとなる。それ故に、前記燃焼筒内でのカーボ
ンの発生を防止し、或いは発生したカーボンをそこに蓄
積させることなく完全燃焼させることができる。

〔実施例〕

以下、第１図及び第２図を参照して、この発明による燃
焼装置の一実施例を説明する。

第１図はこの発明による燃焼装置１０の一実施例を示す
断面図である。第２図は第１図の燃焼筒１１についての
みを示す線II−IIにおける断面図である。この燃焼装置
１０については、例えば、ディーゼルエンジン又はガソ
リンエンジンのエアクリーナ、単独のエアクリーナ等を
通じて取り入れる空気、あるいは直接的に外気又は室内
から取り入れる空気を、空気取入パイプ１２から導入
し、燃焼装置１０の燃焼ガスを燃焼ガス送出パイプ１３
から直接的に室内等に送り出すか、又は下流に設置され
た熱交換器（図示省略）に送り出すものである。下流に
設置された前記熱交換器に送り出す場合には、前記熱交
換器は燃焼装置１０の下流に直列に設置されてもよく、
又は燃焼装置１０の外周に設置されてもよいことは勿論
である。燃焼装置１０は、セラミックス製の燃焼筒１
１、その外周を覆う金属製の外筒１４、並びに燃焼筒１
１及び外筒１４の一端部を密封する金属製の蓋板５から
構成されている。外筒１４の他端部には金属製の燃焼ガ
ス送出パイプ１３が設けられている。また、外筒１４は
空気取入口４を有し、空気取入口４が形成された筒状部
には金属製の空気取入パイプ１２が取付けられている。
空気取入パイプ１２は外筒１４の半径方向即ち外筒１４
に対して垂直に取付けられている。場合によっては、空
気取入パイプは外筒１４に対して接線方向に取付けられ
てもよいことは勿論である。燃焼筒１１の内部は、周縁
部に複数個の切欠通路等から成る空気流通開口１５を有
する仕切板８によって２つの室、即ち気化室７と燃焼室
６とに仕切られている。更に、燃焼室６を構成している
燃焼筒１１の周壁の下流部位には多数の空気導通孔１７
が形成されている。燃焼筒１１と外筒１４との間には燃
焼用空気が旋回して通る環状空気導通路即ち環状空気導
入路２７が形成されている。また、気化室７とは反対側
の燃焼室６の端部には燃焼ガス出口１８が半径方向に偏
倚して形成されている。この燃焼ガス出口１８を燃焼筒
１１の軸線から半径方向に偏倚状態に位置させることに
よって、混合気を完全燃焼させて、燃焼ガスを良好に熱
交換器（図示省略）に送り出すことができる。気化装置
２は燃焼筒１１の下流角部から仕切板８の中央部に形成
されている連通孔１９に向かって斜めに燃焼室６を貫通
して設置されており、気化装置２の燃料噴孔２３を気化
室７に開口している。また、気化室７には加熱プラグで
ある点火用グロープラグ３が設置されている。気化装置
２については、金属製の気化パイプ２０内に気化用グロ
ープラグ２９が内蔵されたものである。気化パイプ２０
の一端部には、加熱プラグである気化用グロープラグ２
９における窒化珪素部材に埋込まれたタングステン等か
ら成る抵抗線（図示省略）に電流を供給する端子２１が
位置している。気化パイプ２０の他端部には、気化パイ
プ２０より小径の噴出用パイプ２２が取付けられてお
り、噴出用パイプ２２の先端に燃料噴孔２３が形成され
ている。また、気化パイプ２０には燃料供給パイプ２４
が設けられている。更に、気化パイプ２０の外周面には
受熱フィン２８が形成されている。気化パイプ２０の先
端からは噴出用パイプ２２が伸長しており、噴出用パイ
プ２２は仕切板８に形成された連通孔１９を貫通してお
り、更に、噴出用パイプ２２の先端に形成された燃料噴
孔２３は気化室７に設置された点火用グロープラグ３の
近傍に位置し且つ開口している。この燃焼装置１０に関
して、気化室７及び燃焼室６を構成する燃焼筒１１の材
質については、密質又は多孔質の低熱膨張率のセラミッ
ク材で構成されている。例えば、セラミック製の材質を
コージライトを用いて、組織を多孔質に構成し、熱膨張
率の小さい材料から作ることもできる。更に、気化室７
の蓋板５には、場合によっては、密質又は多孔質の低熱
膨張率のセラミック製部材（図示省略）を設置してもよ
いことは勿論である。

この発明による燃焼装置１０は、上記のような構造にお
いて、特に、次の構成に特徴を有するものである。この
燃焼装置１０は、燃焼筒１１の外周に外筒１４を配置し
て環状空気導入路２７を形成し、燃焼筒１１に気化室７
と燃焼室６とを構成しているが、この燃焼筒１１の形状
は、特に第２図に示すように、断面四角形に且つ角部を
曲面に形成され、しかも、燃焼筒１１の燃焼ガス出口１
８の形状は断面丸形即ち円形に形成されている。更に、
この燃焼筒１１の角部の曲面については、半径の約1/2
〜2/3のアールに形成することが好ましい。しかも、燃
焼ガス出口１８は燃焼筒１１の中心から偏倚しているも
のである。また、燃焼筒１１の外周に配置した外筒１４
の形状については、特に図示していないが、燃焼筒１１
に対応した形状でもよく、又は円筒体の形状に形成して
もよいことは勿論である。この燃焼装置１０について
は、スワール流が高速になっても高スワールを待つ混合
気生成の燃焼体が形成するスワール流の中心付近の強制
流域ゾーンが燃焼筒１１の断面四角形の辺に当たり、強
制流域ゾーンが外周付近の自然流ゾーンと区切られて２
つの分布ゾーンに分かれて形成されることなく、２つの
分布ゾーンが破壊され、中心の強制流域ゾーンが外周付
近の自然流ゾーンと良好に混合撹拌される。従って、液
体燃料は気化装置２によって直ちに且つ急速度で気化し
て気化燃料にされ、気化室７に噴出され、また燃焼用空
気は燃焼筒１１の周囲の環状空気導入路２７から燃焼筒
１１内にスムースに且つ低抵抗状態で導入されるが、そ
の気化燃料と燃焼用空気とは燃焼室６において良好に混
合され、良好に混合気が生成され、しかも断面丸形の燃
焼ガス出口１８から燃焼ガスは排出されるので、混合気
は完全に燃焼され、しかも燃焼ガスはスワールを生じな
がら燃焼筒１１外部に導かれるので、燃焼は益々盛んと
なる。それ故に、燃焼筒１１内でのカーボンの発生を防
止し、或いは発生したカーボンを底に蓄積させることな
く完全燃焼させることができる。また、環状空気導入路
２７の上流に位置する燃焼筒１１に旋回流促進用の空気
導通孔１７を少数形成し、また環状空気導入路２７の下
流に位置する燃焼筒１１に多数の空気導通孔１７を形成
している。下流の多数と空気導通孔１７を通って流入す
る燃焼用空気、及び燃焼ガスによって、燃焼筒１１内に
は燃焼室６と気化室７にわたって流れるスワール即ち旋
回流が形成されるが、旋回流促進用の空気導通孔１７
は、この旋回流を促進するように、燃焼筒１１に対して
それらの数、位置及び流入角度が設定されている。例え
ば、旋回流促進用の空気導通孔１７は燃焼筒１１内に形
成された旋回流を促進するように、燃焼筒１１に対して
その内部に形成されている空気流線即ち旋回流線に沿っ
た傾斜状態に形成され、また、燃焼筒１１の全周ではな
く一部周囲に形成されている。しかるに、燃焼用空気の
旋回流については、燃焼筒１１の空気導通孔１７から導
入された燃焼室６内の燃焼用空気は、例えば、仕切板８
に形成された上方部位の空気流通開口１５から気化室７
に流入する。次いで、気化室７に流入した燃焼用空気
は、燃料噴孔２３から噴出された気化燃料と共に、仕切
板８に形成された下方部位の空気流通開口１５から燃焼
室６内に流入する。燃焼筒１１内の気化室７と燃焼室６
とにわたって、燃焼用空気の旋回流は上記のような方向
に流れるが、旋回流促進用の空気導通孔１７が形成され
ていない場合には、一旦気化した気化燃料が液化し、そ
の液化した燃料が炭化し、燃焼筒１１の下部の空気流通
開口１５部位に付着したり、或いは吹き溜まりとなって
カーボンの発生の原因となる。しかしながら、この燃焼
装置１０については、旋回流促進用の空気導通孔１７が
形成されているので、環状空気導入路２７から空気導通
孔１７を通ってその部位に新しい空気即ち新気が燃焼室
６内に流入される。従って、その部位の燃焼用空気と気
化燃料の混合気の旋回流が促進され、渦流燃焼により燃
料と空気の燃焼が促進され、たとえカーボンが発生した
としても促進された旋回流によって吹き飛ばされたり、
或いは新気によってカーボンは完全燃焼し、その部位に
カーボンの吹き溜まりができたり、或いはカーボンが付
着するような現象は全く発生しない。

この発明による燃焼装置１０は、以上のように構成され
ており、次のように作用する。即ち、気化パイプ２０内
の気化用グロープラグ２９の抵抗線に通電し、気化用グ
ロープラグ２９を加熱すると共に、燃料供給パイプ２４
から液体燃料を供給する。液体燃料は気化され、気化さ
れた気化燃料は、気化パイプ２０と気化用グロープラグ
２９との間の空間を通って噴出用パイプ２２の燃料噴孔
２３から気化室７に噴出される。一方、燃焼用空気は、
空気取入パイプ１２から送り込まれ、外筒１４と燃焼筒
１１との間の環状空間即ち環状空気導入路２７を通って
一部は旋回流促進用の空気導通孔１７から燃焼室６内に
吹き込まれ、大部分は燃焼筒１１に形成された多数の空
気導通孔１７から燃焼室６内に吹き込まれる。この空気
導通孔１７は、第２図に示すように、最適状態に適宜に
傾斜して燃焼筒１１に形成されている。即ち、空気取入
パイプ１２から空気取入口４を通って環状空気導入路２
７に吹き込まれた燃焼用空気は、環状空気導入路２７内
で旋回しながら一部は空気導通孔１７から燃焼室６に吹
き込まれると共に、燃焼用空気の大部分は下流の環状空
気導入路２７へと吹き込まれ、次いで、燃焼用空気は環
状空気導入路２７から燃焼筒１１の下流に形成されてい
る空気導通孔１７を通って燃焼室６内へ送り込まれる。
それ故に、第２図に示すように、燃焼筒１１の空気導通
孔１７から全周万遍なく均一或いは不均一な状態に燃焼
筒１１内即ち燃焼室６に送り込まれた燃焼用空気は極め
て理想的な状態で燃焼筒１１の燃焼室６内に吹き込まれ
る。導入された燃焼用空気は、燃焼筒１１内で気化燃料
と理想的に混合されて混合器を生成すると共に旋回流を
形成し、更にスワール促進用の空気導通孔１７から吹き
込まれた燃焼用空気は燃焼筒１１内に形成されている旋
回流を促進することができる。そこで、燃料は燃焼用空
気を得て点火用グロープラグ３によって点火され、更に
気化燃料と燃焼用空気とは混合気となって燃焼するよう
になる。次いで、気化燃料は燃焼室６に吹き出され、燃
焼室６において燃焼用空気と更に均質な混合気にされ、
更に完全に且つ盛んに燃焼するようになる。即ち、燃焼
が盛んになっても即ち高カロリーを出す状態になって
も、上記の燃焼筒１１の断面四角形で且つ角部曲面の形
状によって、気化燃料と理想的に混合されて混合気を生
成すると共に旋回流を形成し、即ち強制流域ゾーンと自
然流ゾーンとに分かれることなく、良好に混合した状態
で混合気が生成され、燃焼が益々盛んになる。気化燃料
は燃焼して燃焼ガスとなって、燃焼筒１１の下流端部に
形成されている断面丸形の燃焼ガス出口１８から燃焼ガ
ス送出パイプ１３を通って熱交換器（図示省略）等に送
出される。燃焼室６での燃焼状態が盛んになると、気化
装置２の気化パイプ２０及び気化パイプ２０に設けた受
熱フィン２８を介して気化熱を受けるようになる。この
状態になって気化用グロープラグ２９への通電を停止す
る。その後は、液体燃料は燃焼室６から燃焼熱、言い換
えれば、気化熱を受けて気化し、気化燃料となって燃焼
用空気と混合気を生成して燃焼を続ける。この燃焼作用
において、液体燃料は気化用グロープラグ２９によって
加熱気化され、気化燃料が燃料噴孔２３から噴出される
が、この時、液体燃料の気化が不完全であったり、燃料
噴孔２３から気化燃料に油滴が混入して噴出されると、
蓋板５、燃焼筒１１等に衝突し、燃料液となって蓋板
５、仕切板８を伝わって底部へ流下することがある。そ
の場合には、蓋板５にセラミック製部材等を取付けて断
熱等の対策を講じることによって外気によって冷却され
るのを阻止することができ、衝突した気化燃料及び油滴
燃料が熱を奪われる状態を防止でき、気化燃料が液化す
る状態も防止できる。また、空気導通孔１７は燃焼筒１
１に対して、全周囲の一部分即ち旋回流に逆らわない部
位にのみ形成され且つ傾斜角度をもって形成されている
ので、燃焼用空気は極めて理想的な状態で、言い換えれ
ば、スワール即ち旋回流の流れを促進する状態で燃焼筒
１１内に吹き込まれ、気化燃料と理想的に混合されて混
合気を生成し、燃焼を促進することができる。

〔発明の効果〕

この発明による燃焼装置は、上記のように構成されてお
り、次のような効果を有する。この燃焼装置は、気化室
と燃焼室とを構成する燃焼筒を断面四角形に且つ角部を
曲面に形成し、前記燃焼筒の外周に外筒を配置して環状
空気導通路を形成し、前記外筒から前記燃焼筒に旋回空
気流を発生させる多数の空気導通孔を形成したので、ス
ワール流が高速になっても高スワールを持つ混合気生成
の燃焼体で形成されるスワール流の中心付近の強制流域
ゾーンは前記燃焼筒の断面四角形の辺によって破られ、
外周付近の自然流ゾーンと良好に混合撹拌される。従っ
て、液体燃料は前記気化装置によって直ちに且つ急速度
で気化して気化燃料にされ、前記気化室に噴出され、ま
た燃焼用空気は前記燃焼筒の周囲の前記環状空気導通路
から前記燃焼筒内にスムースに且つ低抵抗状態で導入さ
れるが、その気化燃料と燃焼用空気とは前記燃焼室にお
いて良好に混合され、良好に混合気が生成され、しかも
断面丸形の前記燃焼ガス出口から燃焼ガスは排出される
ので、混合気は完全に燃焼され、しかも燃焼ガスはスワ
ールを生じながら前記燃焼筒外部に導かれて燃焼は益々
盛んとなる。それ故に、前記燃焼筒内でのカーボンの発
生を防止し、或いは発生したカーボンをそこに蓄積させ
ることなく、混合気を完全燃焼させることができる。そ
れ故に、この燃焼装置によれば、液体燃料を急速に気化
させ、その気化燃料を急速に着火して急速に且つ確実に
燃焼させ、従って急速に即ち迅速に暖房等に寄与するこ
とができるものである。しかも、前記燃焼筒そのものは
セラミック材で作ってあるので、上記のような断面四角
形で且つ角部を曲面にした形状及び燃焼ガス出口を断面
円形の形状であっても、極めて容易に且つ均一に製作す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による燃焼装置の一実施例を示す断面
図、第２図は第１図の線II−IIにおける燃焼筒のみにつ
いての断面図、第３図は先行技術である燃焼器の一例を
示す断面図、及び第４図は第３図の線IV−IVにおける断
面図である。２……気化装置、３……点火用グロープラグ、４……空
気取入口、５……蓋板、６……燃焼室、７……気化室、
８……仕切板、１０……燃焼装置、１１……燃焼筒、１
２……空気取入パイプ、１３……燃焼ガス送出パイプ、
１４……外筒、１５……空気流通開口、１７……空気導
通孔、１８……燃焼ガス出口、１９……連通孔、２０…
…気化パイプ、２１……端子、２２……噴出用パイプ、
２３……燃料噴孔、２４……燃料供給パイプ、２７……
環状空気導入路、２８……受熱フィン、２９……気化用
グロープラグ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気化室と燃焼室とを構成する燃焼筒を断面
四角形に且つ角部を曲面に形成し、前記燃焼筒の外周に
外筒を配置して環状空気導通路を形成し、前記外筒から
前記燃焼筒に旋回空気流を発生させる多数の空気導通孔
を形成したことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】前記燃焼ガス出口は前記燃焼筒の中心から
偏倚していることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の燃焼装置。
【請求項３】前記燃焼筒はセラミック材であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の燃焼装置。