JP5428712B2 - 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、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。そして、当該燃焼によって生成された火炎を保持することによって燃焼を継続させる。
しかしながら、着火装置に供給される酸化剤等の流速が速い場合には、燃焼領域に供給される混合気の流速が速くなり、燃焼領域における燃焼状態が不安定となる虞がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、混合気の燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスの生成を行えるバーナ装置を提供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、上記酸化剤の取込流路領域と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を通気可能に区分けする仕切り部材を備え、該仕切り部材が、上記取込流路領域から上記着火領域に上記酸化剤を直接供給する第１供給孔と、上記取込流路領域から上記保炎領域に上記酸化剤を直接供給する第２供給孔とを有す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、上記仕切り部材が、複数の上記第１供給孔と複数の上記第２供給孔と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、上記着火領域内の中央部に向いて開口する上記第１供給孔が他の上記第１供給孔よりも開口面積が大きく、上記保炎領域の中央部に向いて開口する上記第２供給孔が他の上記第２供給孔よりも開口面積が大きい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、上記第１供給孔が上記着火領域における流れの最上流位置に開口され、上記第２供給孔が上記保炎領域における流れの最上流位置に開口されているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第４の発明において、上記仕切り部材が、上記取込流路領域と上記着火領域及び上記保炎領域とを区分けする中央板と、上記着火領域と上記保炎領域とを区分けする側板とを備え、上記第１供給孔が上記中央板の上記取込流路領域と上記着火領域とを区分けする領域のうち最も上記側板から離間する位置に形成され、上記第２供給孔が上記中央板の上記取込流路領域と上記保炎領域とを区分けする領域のうち最も上記側板寄りの位置に形成されてい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。

一方で、バーナ装置において必要な熱量を得るためには、予め定められた量の酸化剤を燃料と共に燃焼させる必要がある。そして、この予め定められた量の酸化剤が取込流路領域に取り込まれることとなるが、取込流路領域に取り込まれた酸化剤の全てを着火領域に供給した場合には、着火領域における酸化剤の流速、すなわち混合気の流速を充分に低減させることが困難となり、着火領域における着火性が悪化する。
これに対して、本発明のバーナ装置においては、仕切り部材が、取込流路領域から着火領域に酸化剤を直接供給する第１供給孔と、取込流路領域から保炎領域に酸化剤を直接供給する第２供給孔とを有するという構成を採用する。
このような本発明によれば、取込流路領域を流れる酸化剤のうち、少なくとも一部が着火領域に供給されることなく、第２供給孔を介して保炎領域に供給される。このため、着火領域に供給する酸化剤の流量を低減させて着火領域における混合気の流速を低減させることができ、着火領域における着火性を向上させることができる。

このように、本発明によれば、保炎領域において燃焼を安定化させ、さらには着火領域における着火性を向上することができる。
したがって、本発明によれば、混合気の燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスの生成を行うことが可能となる。

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が備える仕切り部材の正面図である。 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。 本発明のバーナ装置の変形例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、助燃空気供給装置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、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、必要な熱量を得るために必要な量の排気ガスＸ（酸化剤）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の底面と接続する中央板８ａと、図２に示すように中央板８ａから水平に延在すると共に管体部４の側面と離間して配置される側板８ｂとを有している。この側板８ｂの面積は、燃料保持部５ａの上方から見た面積よりも広く設定されている。この仕切り部材８は、図１に示すように、側板８ｂと管体部４の側面との隙間によって着火領域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、排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２に排気ガスＸを直接供給する第１供給孔８１と、排気ガス流路領域Ｒ１から保炎領域Ｒ３に排気ガスＸを直接供給する第２供給孔８２とを有している。
図２（仕切り部材８の正面図）に示すように、第１供給孔８１と第２供給孔８２とは、水平方向に３つ（複数）配列されている。
そして、第１供給孔８１のうち、中央に配置される第１供給孔８１ａは、着火領域Ｒ２の中央部に向けて開口されており、他の第１供給孔８１よりも開口面積が大きく設定されている。また、第２供給孔８２のうち、中央に配置される第２供給孔８２ａは、保炎領域Ｒ３の中央部に向けて開口されており、他の第２供給孔８２よりも開口面積が大きく設定されている。

また、第１供給孔８１は、着火領域Ｒ２における流れの最上流位置に開口されている。なお、着火領域Ｒ２における流れとは、着火領域Ｒ２における流体（排気ガスＸ、混合気及び燃焼ガスを含む）の全体的な流れである。具体的には、着火領域Ｒ２における流れは、第１供給孔８１ａが開口する排気ガス流路領域Ｒ１との接続端部から、側板８ｂと管体部４の側面との隙間が形成される保炎領域Ｒ３との接続端部へ向けて形成される。
より具体的には、第１供給孔８１は、中央板８ａの排気ガス流路領域Ｒ１と着火領域Ｒ２とを区分けする領域のうち最も側板８ｂから離間する位置に形成されている。

また、第２供給孔８２は、保炎領域Ｒ３における流れの最上流位置に開口されている。なお、保炎領域Ｒ３における流れとは、保炎領域Ｒ３における流体（排気ガスＸ、混合気及び燃焼ガスを含む）の全体的な流れである。具体的には、保炎領域Ｒ３における流れは、側板８ｂと管体部４の側面との隙間が形成される保炎領域Ｒ３との接続端部から供給流路１との接続端部へ向けて形成される。
より具体的には、第２供給孔８２は、中央板８ａの排気ガス流路領域Ｒ１と保炎領域Ｒ３とを区分けする領域のうち最も側板８ｂ寄りの位置に形成されている。

なお、例えば、供給流路１の径をαとした場合に、第１供給孔８１ａ及び第２供給孔８２ａの径を０．１５α、その他の第１供給孔８１及び第２供給孔の径を０．１１αとする。また、例えば、第１供給孔８１は、その中心が着火領域Ｒ２の底面から０．２５αの位置となるように配置する。また、例えば、第２供給孔８２は、その中心が保炎領域Ｒ３の底面から０．２５αの位置となるように配置する。

そして、仕切り部材８は、管体部４との間に隙間を形成して配置されており、当該隙間を介して着火領域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のうち、少なくとも一部を第２供給孔８２を介して着火領域Ｒ２に供給することなく保炎領域Ｒ３に直接供給する。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のうち、第２供給孔８２を介して保炎領域Ｒ３に供給されなかった残りの排気ガスＸを第１供給孔８１を介して着火領域Ｒ２に直接供給する。

助燃空気供給装置９は、必要に応じて補助的に管体部４の内部（排気ガス流路領域Ｒ１）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、該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から排気ガス流路領域Ｒ１に取り込まれた排気ガスＸのうち、第２供給孔８２を介して保炎領域Ｒ３に供給されなかった残りが、仕切り部材８の第１供給孔８１を介して着火領域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に供給された排気ガスＸ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に未燃の混合気Ｙに加えて仕切り部材８の第２供給孔８２を介して保炎領域Ｒ３に直接供給された排気ガスＸが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。
なお、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１次燃焼し、その後保炎領域Ｒ３で２次燃焼する。

ここで、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、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、さらに着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に供給される混合気Ｙの流速が保炎領域Ｒ３において燃焼が安定化される流速に調節されている。
したがって、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、混合気Ｙの燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスＺの生成を行うことが可能となる。

また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、仕切り部材８が、排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２に排気ガスＸを直接供給する第１供給孔８１と、排気ガス流路領域Ｒ１から保炎領域Ｒ３に排気ガスＸを直接供給する第２供給孔８２とを有するという構成を採用する。
このような本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、排気ガス流路領域Ｒ１を流れる排気ガスＸのうち、少なくとも一部が着火領域Ｒ２に供給されることなく、第２供給孔８２を介して保炎領域Ｒ３に供給される。このため、着火領域Ｒ２に供給する排気ガスＸの流量を低減させて着火領域Ｒ２における混合気Ｙの流速を低減させることができ、着火領域Ｒ２における着火性を向上させることができる。

以上のように、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、保炎領域Ｒ３において燃焼を安定化させ、さらには着火領域Ｒ２における着火性を向上することができる。
したがって、本実施形態のバーナ装置Ｓ１によれば、混合気Ｙの燃焼状態を安定化させ、さらには安定して高温ガスの生成を行うことが可能となる。

また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、仕切り部材８が複数の第１供給孔８１と複数の第２供給孔８２とを備えている。
このため、第１供給孔８１を介して着火領域Ｒ２に供給される排気ガスＸと、第２供給孔８２を介して保炎領域Ｒ３に供給される排気ガスＸとは、複数の孔から分散して各領域に供給される。よって、各領域（着火領域Ｒ２及び保炎領域Ｒ３）において望まざる偏流が生じることを抑制することができる。

また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、着火領域Ｒ２内の中央部に向いて開口する第１供給孔８１ａが他の第１供給孔８１よりも開口面積が大きく、保炎領域Ｒ３の中央部に向いて開口する第２供給孔８２ａが他の第２供給孔８２よりも開口面積が大きい。
着火領域Ｒ２及び保炎領域Ｒ３においては、その中央部が最も温度が高く、燃焼反応が活発である。このため、上記構成を採用することによって、効率的に燃焼反応が活発な部分に酸化剤である排気ガスＸを供給することができる。

また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、第１供給孔８１が着火領域Ｒ２における流れの最上流位置に開口され、第２供給孔８２が保炎領域Ｒ３における流れの最上流位置に開口されている。
このため、各領域に供給された排気ガスＸを確実に最も燃焼反応が活発な中央部に供給することが可能となる。

なお、本実施形態においては、助燃空気供給装置９を備える構成を採用している。しかしながら、排気ガスＸに含まれる酸素濃度が充分に高い場合には、図３に示すように、助燃空気供給装置９を省略することも可能である。

（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４（ａ）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及び着火装置７）及び接続構造（助燃空気供給装置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、保炎領域Ｒ３において燃焼を安定化させ、さらには着火領域Ｒ２における着火性を向上することができる。

なお、図４（ｂ）に示すように、本実施形態のバーナ装置Ｓ２においても、上記第１実施形態と同様に、排気ガスＸに含まれる酸素濃度が充分に高い場合には、助燃空気供給装置９を省略することも可能である。

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、酸化剤として排気ガスＸ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、酸化剤として空気を用いることも可能である。
このような場合には、例えば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、供給流路１に接続する排気ガス流路領域Ｒ１の端部を閉じ、助燃空気供給装置９から、補助的ではなく主として空気を酸化剤として送り込む構成を採用する。

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、８……仕切り部材、８１，８１ａ……第１供給孔、８２，８２ａ……第２供給孔、Ｒ１……排気ガス流路領域（取込流路領域）、Ｒ２……着火領域、Ｒ３……保炎領域、Ｘ……排気ガス（酸化剤）、Ｙ……混合気、Ｚ……高温ガス

Claims (5)

1. 排気ガスと燃料との混合気の燃焼を行うバーナ装置であって、
   前記排気ガスが流れる配管と、
   前記配管の延在方向と直交する方向から前記配管と接続される中空の管体部と、
   前記管体部の内部にて、前記排気ガスの取込流路領域と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を通気可能に区分けする仕切り部材を備え、
   該仕切り部材は、前記取込流路領域から前記着火領域に前記排気ガスを直接供給する第１供給孔と、前記取込流路領域から前記保炎領域に前記排気ガスを直接供給する第２供給孔と、前記取込流路領域と前記着火領域及び前記保炎領域とを区分けする平らな中央板と、前記着火領域と前記保炎領域とを区分けする側板とを有し、
   前記中央板に前記第１供給孔及び前記第２供給孔が形成されている
   ことを特徴とするバーナ装置。
2. 前記仕切り部材は、複数の前記第１供給孔と複数の前記第２供給孔と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. 前記着火領域内の中央部に向いて開口する前記第１供給孔が他の前記第１供給孔よりも開口面積が大きく、前記保炎領域の中央部に向いて開口する前記第２供給孔が他の前記第２供給孔よりも開口面積が大きいことを特徴とする請求項２記載のバーナ装置。
4. 前記第１供給孔が前記着火領域における流れの最上流位置に開口され、前記第２供給孔が前記保炎領域における流れの最上流位置に開口されてい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. 前記第１供給孔が前記中央板の前記取込流路領域と前記着火領域とを区分けする領域のうち最も前記側板から離間する位置に形成され、
   前記第２供給孔が前記中央板の前記取込流路領域と前記保炎領域とを区分けする領域のうち最も前記側板寄りの位置に形成されている
   ことを特徴とする請求項４記載のバーナ装置。

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