(57)【要約】      （修正有）【課題】自動車に装着して車室内暖房をはじめとする各種加熱手段に使用することのできる、システムの暖気時間が短く素早く発熱能力を発揮でき、かつ燃料配管に燃料の炭化による不具合を発生することがない、小型燃焼式ヒーターシステムを提供する。【解決手段】空気と、燃料蒸発管１９により液体燃料を気化させて生成した気化燃料を混合させ混合気を生成し、混合気吹出し用の複数の噴口２４を有するバーナートップ２３を介して同混合気を燃焼室に導入して燃焼させ、同燃焼室下流に設けた熱交換器にこの燃焼ガスを導いて冷却水を加熱する燃焼式ヒーターにおいて、燃料蒸発管１９を燃焼室壁３２に近接し、かつバーナートップ２３に近接するように配設した。【選択図】図４
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
空気と、燃料蒸発管により液体燃料を気化させて生成した気化燃料を混合させ混合気を生成し、混合気吹出し用の複数の噴口を有するバーナートップを介して同混合気を燃焼室に導入して燃焼させ、同燃焼室下流に設けた熱交換器にこの燃焼ガスを導いて冷却水を加熱する燃焼式ヒーターにおいて、
前記燃料蒸発管を前記燃焼室外周壁面に近接し、かつ前記バーナートップに近接するように配設したこと、
を特徴とする、燃焼式ヒーター。
【請求項２】
前記燃焼室外周壁面内には冷却水通路が形成されていること、
を特徴とする、請求項１に記載の燃焼式ヒーター。
【請求項３】
前記燃料蒸発管が前記噴口から噴出する燃焼火炎により加熱され、同燃料蒸発管の内部を流れる前記液体燃料が気化温度に達するよう前記燃料蒸発管の長さが調整されたこと、
を特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃焼式ヒーター。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は液体燃料を気化し空気と予混合して燃焼させるバーナーで熱交換器を介して水を加熱するヒーターで、車載可能な小型ヒーターに関する考案である。
【背景技術】
【０００２】
従来自動車用の内燃機関が発生する排熱は、車内ヒーターの熱源などに利用されてきた。しかし近年内燃機関の効率の向上に伴いこの排熱の割合が小さくなり、ヒーターの熱量が不足する、エンジンの暖気時間が長くなる、あるいはヒーターがなかなか立ち上がらないなどの問題が発生している。また寒冷地においては自動車の暖房は重要な機能の１つであり、暖房機能が不十分な場合、生死の問題につながる場合がある。
【０００３】
このような背景から液体燃料を用いた車載可能な小型燃焼式ヒーターが実用化されている。例えば欧州のメーカーであるＷｅｂａｓｔｏ社、Ｅｂｅｒｓｐａｅｃｈｅｒ社などは小型燃焼式ヒーターでエンジンの冷却水を加熱し、暖房能力を補助するシステムを寒冷地向けにメーカー完成車用及びアフターマーケット用として提供している。
【０００４】
これらのメーカーなどが市場に普及させている小型燃焼式ヒーターシステムは金属メッシュから成る燃料気化装置を用いて燃料を気化させるため、システム始動時燃料気化装置を暖機するのに時間を要し、システムが十分な発熱能力を発揮する定常運転に達するまで２〜３分を要し、加熱要求に素早く対応できないという問題がある。
【０００５】
小型燃焼式ヒーターシステムを自動車に装着して、暖房の補助の目的だけでなく始動時の冷却水の加熱を加速して燃費向上目的に使用したり、触媒の暖機を加速してエミッション改善を目的に使用したりするためには、自動車の運転状況に応じ変化する加熱要求に素早く対応する必要がある。
【０００６】
そこで図５に示すように燃料配管の一部を燃料蒸発管１９として燃焼室に配管し、燃料を燃焼火炎で加熱し気化させる構成が考案されている。この構成によれば始動し燃焼火炎の形成が行われれば燃料が良好に気化され、比較的短時間に定格の発熱能力を発揮することができる。
【０００７】
しかしこの構成によれば、燃料蒸発管１９が１０００℃以上にもなる燃焼火炎に晒されるため内部を流れる燃料が過熱し炭化され、図６に示すように塊となった炭化物４１が燃料ノズル１７を塞いで不具合を発生するという問題がある。
【０００８】
また公開実用Ｓ５４−１３８１３７には、図７に示すように電磁ポンプ１０３で給送した燃料を気化器１１０にて昇温気化してバーナー１０７に噴出して燃焼させる燃焼装置で、電磁ポンプ１０３と気化器１１０の間の吐出側管１０６の途中に余熱管１０８を設け、熱交換器１１７を通った後の排気ガスで燃料を予熱する構成が開示されている。
【０００９】
この構成によれば図５の構成と同様排気ガスで燃料を予熱するので、システムの素早い立ち上がりが期待できる。また熱交換器１１７通過後の排気ガス温度は２００℃前後であることから、燃料が過熱して炭化するという前述の不具合を防止できる。しかし２００℃前後の温度では余熱管１０８が十分に加熱されず良好な気化燃料が生成できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】公開実用Ｓ５４−１３８１３７
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１１】
本考案は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は自動車に装着して車室内暖房をはじめとする各種加熱手段に使用することのできる、システムの暖機時間が短く素早く発熱能力を発揮でき、かつ燃料配管に燃料の炭化による不具合を発生することがない小型燃焼式ヒーターシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る考案は、空気と、燃料蒸発管により液体燃料を気化させて生成した気化燃料を混合させ混合気を生成し、混合気吹出し用の複数の噴口を有するバーナートップを介して同混合気を燃焼室に導入して燃焼させ、同燃焼室下流に設けた熱交換器にこの燃焼ガスを導いて冷却水を加熱する燃焼式ヒーターにおいて、前記燃料蒸発管を前記燃焼室外周壁面に近接し、かつ前記バーナートップに近接するように配設したことを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の構成である、燃焼室外周壁面に近接し、かつバーナートップに近接する部位は燃料の炭化温度である４００℃〜５００℃に達することがなく、かつ燃焼火炎に近接して３００℃前後の温度に達するので、燃料蒸発管１９を流れる燃料を炭化させることなく良好な気化燃料を生成することができる。
【００１４】
請求項２に係る考案は、請求項１に係る考案の構成に加え、前記燃焼室外周壁面内には冷却水通路が形成されていること、を特徴とする。
【００１５】
請求項２の構成によれば、燃料蒸発管１９近傍の焼室外周壁面内には冷却水通路が形成されているので、焼室外周壁面は適度な温度に保たれており、燃料蒸発管１９内部を流れる燃料の過熱を避け炭化を防止することができる。
【００１６】
請求項３に係る考案は、請求項１または請求項２に係る考案の構成に加え、前記燃料蒸発管が前記噴口から噴出する燃焼火炎により加熱され、同燃料蒸発管の内部を流れる前記液体燃料が気化温度に達するよう前記燃料蒸発管の長さが調整されたこと、を特徴とする。
【００１７】
請求項３の構成によれば、燃料蒸発管の内部を流れる液体燃料が気化温度に達するように燃料蒸発管の長さが調整されているので、良好な気化燃料を生成することができる。
【考案の効果】
【００１８】
本考案によれば、暖機時間が短く素早く発熱能力を発揮でき、かつ燃料配管に燃料の炭化による不具合を発生することがない小型燃焼式ヒーターシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本考案の一実施形態における小型燃焼式ヒーターの外観図である。
【図２】本考案の一実施形態における小型燃焼式ヒーターの垂直断面図である。
【図３】本考案の一実施形態における小型燃焼式ヒーター上部の主に燃料配管及び燃料蒸発管を表した垂直断面図である。
【図４】本考案の一実施形態における小型燃焼式ヒーターの燃焼室上部の水平断面図である。
【図５】従来例の小型燃焼式ヒーター燃焼室上部の水平断面図である。
【図６】従来例の小型燃焼式ヒーターの燃料ノズル近傍の垂直断面図である。
【図７】公開実用Ｓ５４−１３８１３７に記載の燃焼装置を表した図である。
【図８】開発品（本発明の小型燃焼式ヒーター）と市場品（他社製の小型燃焼式ヒーター）の水加熱量の立ち上がり性能の比較を示す。
【符号の説明】
【００２０】
１  小型燃焼式ヒーター
２  ブロワー
３  燃焼室ヘッド
４  燃焼室ブロック
５  熱交換器ホルダー
１１  給気通路
１２  撹拌室
１３  燃焼室
１４  熱交換器
１５  冷却水通路
１６  ベンチュリー
１７  燃料ノズル
１９  燃料蒸発管
２０  点火ヒーター
２３  バーナートップ
２４  噴口
３０  排気通路
３１  容積部
３２  燃焼室壁
３６  冷却水入口
３７  冷却水出口
【考案を実施するための形態】
【００２１】
以下、本考案の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本考案は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本考案の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００２２】
図１は、本考案の一実施形態における小型燃焼式ヒーターの外観を示した図である。また図２は小型燃焼式ヒーターの垂直方向の断面図である。なお本小型燃焼式ヒーター１は、車載時において現状の図示した姿勢が求められるものではないが、便宜上図示した姿勢を基に垂直方向、水平方向を指示することとする。
【００２３】
（本考案の小型燃焼式ヒーターの構成）
まず図１から図４を参照しながら本考案の小型燃焼式ヒーターの構成の説明を行う。
図１に示すようにブロワー２の作用により空気が給気通路１１を通して供給される。給気通路１１はブロワー２を出ると図３に示すように燃焼室ヘッド３内に形成された給気通路につながり、終端部でベンチュリー１６を構成している。
【００２４】
ベンチュリー１６部には燃料ノズル１７が開口している。ベンチュリー１６終端部は図７に示すように燃焼室ヘッド３内に設けた撹拌室１２に開口している。図３に示すようにその下部には多数の噴口２４が形成されたバーナートップが２３配置され、燃焼室１３へとつながっている。燃焼室１３は周囲を燃焼室ブロック４で囲われ、燃焼室ブロック４の壁面内には冷却水通路１５が構成されている。
【００２５】
燃焼室１３の下部には熱交換器１４が配置され、周囲と下部は熱交換器ホルダー５で囲われている。熱交換器ホルダー５の内部は燃焼室ブロック４の冷却水通路１５とつながっており、内部は冷却水で満たされている。この構成により燃焼室１３内で燃焼が行われると、熱交換器１４に構成された一次側通路に既燃ガスが導入され、既燃ガスの熱が二次側通路の冷却水へと伝えられる。熱交換器ホルダー５の下部には熱交換器１４を通った既燃ガスが集められるための容積部３１と、既燃ガスを排気系に導くための排気通路３０が設けられている。冷却水通路１５には熱交換器ホルダー５に冷却水入口３６と燃焼室ブロック４に冷却水出口３７とが設けられている。
【００２６】
（本考案の小型燃焼式ヒーターの作動）
ブロワー２の作動により定量の空気が給気通路１１に供給される。給気通路１１を通って空気がベンチュリー１６に導かれるが、ベンチュリー１６部には燃料ノズル１７が開口している。この構成により燃焼が行われていない始動時においてもベンチュリー効果で液体の状態の燃料が微粒化しながら混合気の形成が行われる。
【００２７】
一旦点火ヒーター２０により燃焼室１３内の混合気に点火し燃焼が開始されると、図５に示すように燃焼室内に配置した燃料蒸発管１９が燃焼火炎の熱で加熱され、燃料蒸発管１９内の液体燃料が気化される。よって定常状態ではベンチュリー１６内で空気と気化燃料が混合するようになり良好な混合気が供給される。
【００２８】
図４は燃焼室１３上部（入口部）を下から見た図面だが、燃焼室壁３２とバーナートップ２３に近接して燃料蒸発管１９が配置されている。これは燃料配管の一部を燃料蒸発管１９として燃焼室１３内に配置するよう構成したものである。この構成によれば燃料蒸発管１９が適度に火炎によって加熱され、燃料蒸発管１９の中を流れる液体燃料が気化される。
【００２９】
バーナートップ２３近くは比較的低温の燃焼火炎の根元部分に当たるため、燃料蒸発管１９が１０００℃以上にもなる燃焼火炎の熱を直接受けるのを避けることができる。よって、燃料蒸発管１９の中を流れる液体燃料過熱して燃料炭化温度４００℃〜５００℃に達するのを回避することができる。
【００３０】
更に燃焼室壁３２内部には燃焼室壁温を適温に保つために冷却水通路１５が設けられており、この構成により更に燃料蒸発管１９が過熱するのを防止することができる。
【００３１】
一方燃料蒸発管１９は内部を流れる液体燃料を気化させるのに十分な熱を燃焼火炎より受けるよう構成されている。具体的には、定格加熱能力を発揮するために必要な流量の液体燃料を気化させるのに必要な熱量Ｑｅは、液体燃料の質量流量Ｍ、比熱Ｃｐ、気化潜熱Ｖ、沸点Θｂ、燃料初期温度Θｉとすると、Ｑｅ＝Ｍ×（Ｃｐ×（Θｂ−Θｉ）＋Ｖ）と定義される。一方燃料蒸発管１９内部を流れる燃料に供給される熱量Ｑｓは燃料蒸発管１９の表面温度Θｐ、熱伝導率λ、燃料蒸発管１９とその内部を流れる燃料の間の熱伝達率ｈ、燃料の温度Θｆ、燃料蒸発管の長さＬ、外径Ｄ、板厚Ｔとすると、Ｑｓ＝（Θｐ−Θｆ）×π×Ｄ×Ｌ×（１／ｈ＋Ｔ／λ）と定義される。したがって、Ｑｓ≧Ｑｅとなる様に燃料蒸発管１９の長さＬを決めることにより、気化するのに十分な熱量を燃焼火炎から受けることができる燃料蒸発管の長さが調整できる。
【００３２】
燃料が燃焼室の燃焼熱により気化されるので、一旦点火が行われると長い暖気時間を要することなく素早く定格の発熱能力を発揮することができる。図８に本考案の小型燃焼式ヒーター（開発品）と他社製の小型燃焼式ヒーター（市場品）のシステム始動時の立ち上がり性能の実験による比較を示す。図８は発熱性能（水加熱量）の立ち上がり性能を示す。
【００３３】
図８に示すように本考案の小型燃焼式ヒーターでは始動して１分以内に定常状態に達し十分な発熱性能（水加熱量）を発揮しているのに対し、市場品においては定常状態に達するまで２〜３分を要している。よって本考案の小型燃焼式ヒーターは環境変化に対応してより素早く発熱性能を発揮させる点で優れていることがわかる。
【００３４】
なお液体燃料としてはガソリン、軽油をはじめとして、各種アルコール燃料、灯油なども適用可能である。
【００３５】
次に混合気が撹拌室１２に流入し混合気が撹拌され、次いでバーナートップ２３を経由して混合気が燃焼室１３内に導入される。バーナートップ２３は規則正しく整列した多数の噴口２４を備えている。この配列した噴口２４は燃焼室内で火炎が渦流を発生するように構成されている。また燃焼室内に突出するように点火ヒーター２０が配設されており、システムの始動時に点火ヒーター２０に通電が行われ、燃焼室１３内に流入した混合気に点火し、以後はバーナートップ２３を境に噴口２４の数の火炎が燃焼室１３内に発生する。
【００３６】
燃焼室１３の下部に配置された熱交換器１４の一次側ガス通路と燃焼室１３が連通しており高温の既燃ガスは前記一次側ガス用通路に導入される。一方熱交換器１４の二次側冷却水用通路は熱交換器外周部の冷却水通路１５と連通し、またこの熱交換器外周の冷却水通路１５は燃焼室１３の壁面の冷却水通路とも連通しており、図２に示すように熱交換器ホルダー５に設けた冷却水入口３６と燃焼室ブロック４に設けた冷却水出口３７の間で冷却水が循環するように構成されている。燃焼室１３の壁面の冷却水通路の冷却水は適度に燃焼室を冷却しながら循環している。これらの構成により熱交換器１４を介して既燃ガスから冷却水に熱が伝達される。
【００３７】
なお熱交換器１４の一次側ガス用通路は下部の容積部３１で集合し、排気通路３０につながっており既燃ガスは排気通路３０に排出される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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