JPH08188040A

JPH08188040A - 燃焼式ヒータ

Info

Publication number: JPH08188040A
Application number: JP350795A
Authority: JP
Inventors: Sadahisa Onimaru; 貞久鬼丸; Takashi Inoue; 孝井上; Masanori Yasuda; 真範安田; Hiroshi Okada; 弘岡田
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】暖房能力をしぼった場合にも燃焼の不安定や
排気エミッションの悪化を生じることの無い燃焼式ヒー
タを提供する。【構成】燃焼筒内に燃料と空気とを導入して燃焼さ
せ、燃料導入量を増減して暖房能力の切り換えを行う燃
焼式ヒータにおいて、燃焼の強弱にあわせて燃料量を増
減する一方、導入空気量は暖房能力最大の時の量に一定
に保持することを特徴とする燃焼式ヒータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気自動車等に用いられ
る燃焼式ヒータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃焼式ヒータは、燃料をバーナで燃焼せ
しめて、車室内の空気を直接に、あるいは車室内の放熱
器への供給水を加熱することにより暖房するもので、従
来より車両用補助ヒータとして用いられており、最近は
エンジン排熱による暖房が出来ない電気自動車用暖房機
としての使用が検討されている。

【０００３】従来の燃焼式ヒータのバーナでは、供給さ
れた燃料を気化してこれを燃焼空気（エア）と混合し、
この混合気をヒータやグロープラグで着火して燃焼せし
めている。ところで、電気自動車等の車両に燃焼式ヒ
ータを搭載して暖房を行う際に、気温の上昇等により暖
房能力を減少させたい場合がある。暖房能力を下げる方
法として燃焼式ヒータを適当な時間間隔で作動、停止を
繰り返し、その時間間隔を調節することにより必要な暖
房量を得る方法があるが、定常燃焼時に比べ、作動、停
止時は排気エミッションが大幅に悪化するため環境に悪
影響を与えるという問題がある。そこで、もう一つの
方法として燃料の供給量を減らし、同時に最適な空燃比
が得られる量に空気流量を減らす方法があるが、空気流
量を減らすと燃料と空気の混合が悪くなるため、燃焼が
不安定となり、排気エミッションの悪化、スモークの発
生等の問題が生じる。

【０００４】例えば、図６は従来の燃焼式ヒータの一例
を示し、放熱器への供給水路１３を形成したハウジング
１内にはバーナ２が配設してある。バーナ２の燃焼筒端
部にはセラミックファイバーを板状に成形した気化部材
８１が設けられ、この気化部材８１に燃料供給管３３の
開口部が当接している。燃料供給管３３にはにはタンク
３１内のポンプ３２から燃料が供給されており、気化部
材８１に至った燃料は毛細管現象により広くプレート全
体に拡散する。気化部材８１は近接して設けた棒状ヒー
タ８２により加熱されており、気化部材８１から蒸発気
化した燃料は、エア導入孔２１１より筒内へ導入された
エアと混合して棒状ヒータ８２により着火した種火は通
気孔８３を通り燃料筒内の蒸発燃料に移り燃焼する。

【０００５】更に、制御装置７が設けられて、ポンプ３
２の運転、および棒状ヒータ８２への通電を行い、また
給気管４１に設けたエアポンプ４２を駆動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の燃焼式ヒー
タにおいて暖房能力をしぼる場合、従来は図７の（Ａ）
に示すように燃料ポンプの燃料供給量を低下せしめると
共に、図７の（Ｂ）に示す様に最適な空燃比を維持すべ
くエアポンプのエア供給量も同時に低下せしめられてい
る。

【０００７】ここで、通常燃焼筒２１の寸法は、暖房能
力が最大（以下暖房能力１００％と表記する。）の時の
空気流量で燃焼筒内部の流速やスワールの発生程度が最
適となる寸法に設計されているので、暖房能力を低下す
るためにエア供給量を減らすとエアの流速やスワール強
度が最適値よりも低下するため、バーナの燃焼圧やエア
ポンプ上流のラム圧の影響を受けてバーナへのエア供給
量が変動し、燃焼が不安定となる。

【０００８】そこで、これを避けるためにバーナの着火
と消火とを繰り返すＯＮ−ＯＦＦ制御によりバーナの暖
房能力を調節することを行うと、着火および消火の際に
不完全燃焼によるＨＣの排出量が増加するという問題が
ある。本発明はこのような問題点を解決するもので、暖
房能力をしぼった場合にも燃焼の不安定や排気エミッシ
ョンの悪化を生じることの無い燃焼式ヒータを提供する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために請求項１として、燃焼筒内に燃料と空気とを
導入して燃焼させ、燃料導入量を増減して暖房能力の切
り換えを行う燃焼式ヒータにおいて、燃焼の強弱にあわ
せて燃料量を増減する一方、導入空気量は暖房能力最大
の時の量に一定に保持することを特徴とする燃焼式ヒー
タ；請求項２として、燃焼筒内に燃料と空気とを導入し
て燃焼させ、燃料導入量を増減して暖房能力の切り換え
を行う燃焼式ヒータにおいて、前記燃焼筒内に燃料を供
給する燃料供給手段と、一定量の空気を前記燃焼筒内に
供給する空気供給手段と、前記燃焼筒として前記燃料供
給手段から供給された全量の燃料と前記空気供給手段か
ら供給された一定量の空気の一部分とを混合する第１の
燃焼筒と、該第１の燃焼筒で生じた燃焼ガスと前記空気
供給手段から供給された空気の残りの部分を混合する少
なくとも１つの他の燃焼筒とを備える燃焼式ヒータ；請
求項３として、前記第１の燃焼筒と前記他の燃焼筒とを
概略同心の円筒で構成したことを特徴とする請求項２に
記載の燃焼式ヒータ；請求項４として、一つの筒内にそ
の筒の中心軸と平行方向に仕切りを設け、この仕切られ
た空間をそれぞれ前記第１の燃焼筒と前記他の燃焼筒と
した請求項２に記載の燃焼式ヒータ；請求項５として、
前記第１の燃焼筒および前記他の燃焼筒のそれぞれの周
辺に流体流路を設けたハウジングを配設したことを特徴
とする請求項２に記載の燃焼式ヒータ；という技術的手
段を採用するものである。

【００１０】

【作用および発明の効果】請求項１の発明によれば、燃
焼の強弱にあわせて燃料量を増減する一方、導入空気量
は暖房能力最大の時の量として導入空気量を一定に保持
するので、燃焼筒内部の流速やスワールの発生程度が常
に最適となり、燃焼が安定し、排気エミッションが少な
くなり、スモークも発生しない。

【００１１】請求項２の発明によれば、燃焼の強弱にあ
わせて燃料量を増減するにもかかわらず、導入空気量は
暖房能力最大の時の量として導入空気量を一定に保持す
ることになるので、請求項１の発明と同様に燃焼筒内部
の流速やスワールの発生程度が常に最適となり、燃焼が
安定し、排気エミッションが少なくなり、スモークも発
生しない。

【００１２】請求項３の発明によれば、第１の燃焼筒と
他の燃焼筒とを概略同心の円筒で構成しているので火炎
の分布が良く、非常に安定した燃焼となり、排気エミッ
ションもほとんど無くなる。請求項４の発明によれば、
一つの筒内にその筒の中心軸と平行方向に仕切りを設
け、この仕切られた空間をそれぞれ第１の燃焼筒と他の
燃焼筒としているので構成が簡単になり、コンパクトな
燃焼式ヒータが得られる。

【００１３】請求項５の発明によれば、第１の燃焼筒お
よび他の燃焼筒のそれぞれの周辺に流体流路を設けたハ
ウジングを配設しているので流体流路中の流体との熱交
換部の面積が増加し、効率の良い熱交換が可能になる。

【００１４】

【実施例】本発明の第１実施例を図１に示す。図１にお
いて燃焼式ヒータのハウジング１は、左右一対の半容器
体１１、１２を互いの開口縁で仕切り板１８を挟んで組
付けたもので、ハウジング１の半容器体１１部分には上
壁と下壁にそれぞれ給気口１４と排気口１５が形成され
ている。半容器体１２部分には壁内に流体流路１３が形
成されて上壁と下壁に設けた熱伝達媒体としての水の流
入口１６と流出口１７が通じている。

【００１５】ハウジング１内には中心にバーナ２が配設
され、該バーナ２は仕切り板１８の概略中央部に開けら
れた開口部に突設された第２燃焼筒２２と、ハウジング
２に取りつけられ仕切り板１８の開口部にその先端開口
部が挿入された第１燃焼筒２１とから構成されている。
第１燃焼筒２１は第２燃焼筒２２より直径が小さく、そ
の開口部は第２燃焼筒２２の中程に設けられている。第
１燃焼筒２１の内部の開口部と反対側の端部には、気化
部材８１と、それに近接してグロープラグ８２と通気孔
８３が設けられている。

【００１６】半容器体１１の端壁にはこれを貫通して、
燃料供給手段３を構成する燃料供給管３３が設けられて
おり、その先端は第１燃焼筒２１の端壁を貫通して筒内
に設けられた気化部材８１の板面に接触している。燃料
供給管３３はタンク３１内の燃料ポンプ３２に至ってお
り、また、第１の燃焼筒２１の筒壁にはエア導入孔２１
１が設けられている。また、仕切り板１８に設けられた
開口部と、そこに挿入された第１の燃焼筒２１との間に
は隙間があり、この隙間が第２の燃焼筒２２へのエア導
入孔２２１となっている。

【００１７】第２の燃焼筒２２の直径、長さ等の寸法
は、本燃焼式ヒータを１００％の燃焼能力で燃やしたと
きに空気の流入速度やスワール強さが最適となるように
設定されている。また、第１の燃焼筒２１の寸法は、本
実施例においては、本燃焼式ヒータの燃焼能力５０％で
燃やしたときに空気の流入速度やスワール強さが燃焼に
最適となる様に設定されている。

【００１８】第１の燃焼筒２１と第２の燃焼筒２２の寸
法の関係は、燃焼器の設計要件によって異なるため一概
には言えないが、一般的にはそれらの直径が１：２の関
係になる値に設定すれば良い。給気口１４に接続される
エア供給管４１には空気供給手段４を構成するエアポン
プ４２が設けられ、該エアポンプ４２は燃料ポンプ３２
と共に制御装置７からの出力により回転制御される。

【００１９】給気口１４からハウジング１内に流入した
エアはエア導入口２１１と２２１とを通り、それぞれ第
１の燃焼筒２１と第２の燃焼筒２２に導入されるが、そ
の導入される割合はそれぞれ全導入エアの１／２ずつと
なるように設定されている。次に、前記構成の作動を説
明する。燃焼式ヒータの作動時の暖房能力と燃料供給量
および空気供給量との関係を表１に示す。

【００２０】

【表１】＃：燃焼に用いる空気まず、暖房能力１００％の場合、燃料は１００％燃焼に
合わせた量が気化部材８１に供給され、気化部材８１に
より気化する。気化した燃料は第１の燃焼筒２１の中で
エアと混合して燃焼する。ここで、空気供給手段４によ
って供給されるエアの流量は１００％燃焼に合わせた量
となっている。ここで、第１の燃焼筒２１には供給エア
の１／２しか導入されないため、第１の燃焼筒２１内は
空燃比がリッチになり供給された燃料の約半分が燃え残
り、ＨＣガスなどの気化燃料を多量に含む高温のガスが
生成される。

【００２１】第１の燃焼筒２１で生成されたガスは一端
に設けられた開口部から噴出し、第２の燃焼筒２２には
いる。ここで、第２の燃焼筒２２には、エア導入孔２２
１より、供給エアの１／２が供給されるため、第２の燃
焼筒２２に入った高温のガスと供給エアが混合し、第１
の燃焼筒２１で未燃分の気化燃料が燃焼する。以上の様
に、第１の燃焼筒２１と第２の燃焼筒２２とで２段燃焼
が行われるが、供給された燃料の量と空気の量は最適な
Ａ／Ｆとなるように設定されているので、燃焼は完全に
行われ、未燃燃料が排出されることはない。燃焼によっ
て生じた高温のガスと流体流路１３を流れる水の間で熱
交換が行われて暖房に用いられる。

【００２２】次に暖房能力を５０％とした場合、燃料は
５０％燃焼に合わせた量が気化部材８１に供給され気化
する。ここで、空気供給手段４によって供給される空気
の流量は１００％のままとする。すると、燃焼筒２１の
内部には供給された空気の１／２が入るため、第１の燃
焼筒２１の内部には、５０％相当の燃料と空気とが混合
されることとなり、Ａ／Ｆが最適となるので、未燃分が
生じる事はなく燃焼は完全に行われる。第１の燃焼筒２
１を出た燃焼ガスは第２の燃焼筒２２に入り、残りの１
／２の空気と混合されるが、燃料はすでに全て燃焼して
いるため、それ以上燃焼が進行することは無い。

【００２３】以上の様に本第１実施例によれば、１００
％燃焼の時も５０％燃焼の時も燃焼は完全に行われるの
で、排気エミッションの悪化を招くことなく、燃焼能力
を下げることが可能な燃焼式ヒータとする事が出来る。
また、本第１実施例では暖房能力を１００％と５０％の
切り換え可能としているが、これは例えば１００％と３
０％のように異なる割合に切り換える構成としても良
い。

【００２４】次に、本発明の第２実施例を図２に示す。
この実施例においては第１の燃焼筒２１と第２の燃焼筒
２２とが平行に配置されていないもので、設計の自由度
が増すという効果がある。その他の構成、作用、効果は
第１実施例と同様である。本発明の第３実施例を図３に
示す。第１の実施例においては第１の燃焼筒２１と第２
の燃焼筒２２とをそれぞれ別の筒で構成しているが、一
つの筒を２つに仕切り、その片側に気化部材８１を設け
る構成としても良い。本実施例によれば構成が簡単で、
コンパクトな燃焼式ヒータを得ることができる。

【００２５】本発明の第４実施例を図４に示す。これま
での実施例においては第１の燃焼筒と第２の燃焼筒の両
方とも通った後に、熱交換部材を通って熱交換がおこな
われる構成となっているが、それぞれの燃焼筒を別個に
分け、それぞれに熱交換部材として流体流路を設けたハ
ウジング１を設けてもよい。この場合は第１の燃焼筒２
１で発生した熱は第１の熱交換部１３Ａで、第２の燃焼
筒２２で発生した熱は第２の熱交換部１３Ｂで、それぞ
れ熱交換が行われ、第１の燃焼筒２１と第２の燃焼筒２
２とは導管２４で結ばれている。本実施例によれば熱交
換部の面積が増加し、効率の良い熱交換が可能になる。

【００２６】前記実施例は全て燃焼筒を２つとしている
が、燃焼筒を３つ以上の構成としても良い。第１実施例
の燃焼筒を３つとした場合の変形例を第５の実施例とし
て図５に示す。図５において第１、第２、第３の燃焼筒
のエア導入口はそれぞれ２１１、２１２、２３１であ
る。この場合たとえば第１の燃焼筒２１には空気供給量
の２０％、第２の燃焼筒２２には３０％、第３の燃焼筒
２３には５０％が供給されるとすると、暖房能力１００
％（第１、第２、第３の燃焼筒で燃焼）、５０％（第
１、第２の燃焼筒で燃焼）、２０％（第１の燃焼筒で燃
焼）の３つの場合について最適な燃焼が可能となる。

【００２７】また、前記実施例では燃料を燃料供給管に
よって供給する構成となっているが、燃料供給手段はこ
れに限られるものではない。たとえば、インジェクタを
用いて燃料を供給する構成としても良い。また、前記実
施例は、燃焼筒内に燃料気化部を設け、液体燃料を気化
する構成となっているが、気化部を別に設けるか、ある
いはプロパン、水素等の気体燃料を使用する構成として
も良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すシステム図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す要部断面図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す要部断面図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す要部断面図である。

【図５】本発明の第５実施例を示す要部断面図である。

【図６】従来の構成を示すシステム図である。

【図７】（Ａ）は図６に示す従来のシステムの燃料供給
量の時間による変化、（Ｂ）は図６に示す従来のシステ
ムのエア供給量の時間による変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ハウジング３燃料供給手段４空気供給手段１３流体流路２１第１の燃焼筒２２第２の燃焼筒２３第３の燃焼筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田弘愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼筒内に燃料と空気とを導入して燃焼
させ、燃料導入量を増減して暖房能力の切り換えを行う
燃焼式ヒータにおいて、燃焼の強弱にあわせて燃料量を
増減する一方、導入空気量は暖房能力最大の時の量に一
定に保持することを特徴とする燃焼式ヒータ。
【請求項２】燃焼筒内に燃料と空気とを導入して燃焼
させ、燃料導入量を増減して暖房能力の切り換えを行う
燃焼式ヒータにおいて、前記燃焼筒内に燃料を供給する
燃料供給手段と、一定量の空気を前記燃焼筒内に供給す
る空気供給手段と、前記燃焼筒として前記燃料供給手段
から供給された全量の燃料と前記空気供給手段から供給
された一定量の空気の一部分とを混合する第１の燃焼筒
と、該第１の燃焼筒で生じた燃焼ガスと前記空気供給手
段から供給された空気の残りの部分を混合する少なくと
も１つの他の燃焼筒とを備える燃焼式ヒータ。
【請求項３】前記第１の燃焼筒と前記他の燃焼筒とを
概略同心の円筒で構成したことを特徴とする請求項２に
記載の燃焼式ヒータ。
【請求項４】一つの筒内にその筒の中心軸と平行方向
に仕切りを設け、この仕切られた空間をそれぞれ前記第
１の燃焼筒と前記他の燃焼筒とした請求項２に記載の燃
焼式ヒータ。
【請求項５】前記第１の燃焼筒および前記他の燃焼筒
のそれぞれの周辺に流体流路を設けたハウジングを配設
したことを特徴とする請求項２に記載の燃焼式ヒータ。