(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】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バーナ装置Ｓ１であって、混合気Ｙに着火する着火領域Ｒ２と混合気Ｙの燃焼を維持する保炎領域Ｒ３とを混合気Ｙが通気可能に区分けすると共に着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に供給される混合気Ｙの流速を調節する仕切り部材８を備える。【選択図】図１
2011038504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
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前記混合気が通気可能に区分けすると共に前記着火領域から前記保炎領域に供給される前記混合気の流速を調節する仕切り部材を備えることを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】
前記仕切り部材は、外部から前記保炎領域に供給される酸化剤流れに衝突するように、前記着火領域から前記保炎領域に前記混合気を通気することを特徴とする請求項１記載のバーナ装置。
【請求項３】
前記仕切り部材は、前記着火領域から前記保炎領域に抜ける複数の貫通孔を介して前記着火領域から前記保炎領域に前記混合気を通気す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。
【請求項４】
前記保炎領域に配置される燃焼補助材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。
【請求項５】
少なくとも前記保炎領域を、外気と接触する外壁と隔てる隔壁部材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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５４７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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上記混合気が通気可能に区分けすると共に上記着火領域から上記保炎領域に供給される上記混合気の流速を調節する仕切り部材を備えるという構成を採用する。
【００１０】
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、外部から上記保炎領域に供給される酸化剤流れに衝突するように、上記着火領域から上記保炎領域に上記混合気を通気するという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記仕切り部材が、上記着火領域から上記保炎領域に抜ける複数の貫通孔を介して上記着火領域から上記保炎領域に上記混合気を通気するという構成を採用する。
【００１２】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記保炎領域に配置される燃焼補助材を備えるという構成を採用する。
【００１３】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、少なくとも上記保炎領域を、外気と接触する外壁と隔てる隔壁部材を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
従来のバーナ装置では、着火領域と保炎領域とが区分けされていなかったため、保炎領域に供給される混合気の流速を調節することができなかった。
これに対して、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。
よって、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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】本発明の第１実施形態におけるバーナ装置が備える管体部を上方から見た図である。
【図３】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。
【図４】本発明の第３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。
【図５】本発明の第３実施形態におけるバーナ装置が備える管体部を上方から見た図である。
【図６】本発明の第４実施形態におけるバーナ装置が備える管体部を上方から見た図である。
【図７】本発明の第４実施形態におけるバーナ装置の変形例を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態におけるバーナ装置が備える側板の変形例を示す図である。
【図９】図８に示す側板の変形例を示す平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態におけるバーナ装置が備える側板の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
仕切り部材８は、管体部４の内部を、供給流路１から取り込まれた排気ガスＸが流れる排気ガス流路領域Ｒ１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の底面と離間して配置される中央板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、中央板８ａと管体部４の底面との隙間によって排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２に排気ガスＸを通気可能とし、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。
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、管体部４寄りに開口された隙間を介して下方から上方に向けて混合気Ｙを通気することによって、保炎領域Ｒ３の上方（外部）から管体部４の壁面に沿って保炎領域Ｒ３に供給される排気ガスＸの流れ（酸化剤流れ）に衝突させる。
なお、排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２への通気面積は、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３への通気面積よりも広いことが好ましい。これによって、着火領域Ｒ２が常に気体で満たされた状態となり、着火領域Ｒ２における流体の流速を低減させ、着火性が向上される。
【００２４】
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。
【００２５】
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が、酸化剤として排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域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。
なお、排気ガス流路領域Ｒ１から着火領域Ｒ２への通気面積は、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３への通気面積よりも広く設定されている。これによって、着火領域Ｒ２が常に気体で満たされた状態となり、着火領域Ｒ２における流体の流速を低減される。したがって、着火領域Ｒ２において容易に混合気Ｙに着火することができる。
【００２６】
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Ｒに火炎Ｆが形成され、当該火炎Ｆに未燃の混合気Ｙと保炎領域Ｒ３の上方から供給される排気ガスＸと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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、本実施形態のバーナ装置Ｓ１においては、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に供給される混合気Ｙが、上方から保炎領域Ｒ３に供給される排気ガスＸと衝突される。このため、保炎領域Ｒ３において排気ガスＸ及び混合気Ｙの流速を低減させることができ、保炎領域Ｒ３における燃焼をより安定化させることが可能となる。
【００２９】
（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実施形態と同様の構成については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３０】
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は、保炎領域Ｒ３に配置される燃焼補助材１０を備えている。
燃焼補助材１０は、保炎領域Ｒ３における燃焼を補助するものであり、火炎Ｆの失火を抑制するものである。
この燃焼補助材１０としては、火炎Ｆによって加熱されることによって着火温度以上に加熱されることによって保炎領域の温度を高温に保つセラミックス多孔体や、加熱されることによって自らが燃焼することによって火炎Ｆの失火を抑制する触媒等を用いることができる。
【００３１】
このような構成を有する本実施形態のバーナ装置Ｓ２によれば、燃焼補助材１０によって保炎領域Ｒ３における燃焼が補助されるため、保炎領域Ｒ３における燃焼をより安定化させることが可能となる。
【００３２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３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も、上記第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３３】
図４は、本実施形態のバーナ装置Ｓ３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Ｓ３は、保炎領域Ｒ３を、外気と接触する外壁である管体部４の壁面と隔てる隔壁部材２０（隔壁部材）を備えている。
【００３４】
この隔壁部材２０は、管体部４を上方から見た図５に示すように、開いた多角形状を有しており、円形の管体部４に対して頂点部分が接触されて支持されることによって、頂点部分を除いた領域において、自らと管体部４の内壁面との間に空間Ｋを形成するものである。このような空間Ｋを形成することによって、保炎領域Ｒ３が管体部４の壁面と隔てられる。
【００３５】
このような構成を有する本実施形態のバーナ装置Ｓ３によれば、隔壁部材２０によって外気に晒されることによって低温となる管体部４と保炎領域Ｒ３とが空間Ｋを介して隔てられるため、保炎領域Ｒ３が冷却されることを抑制し、保炎領域Ｒ３における燃焼をより安定化させることが可能となる。
【００３６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４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も、上記第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３７】
図６は、本実施形態のバーナ装置Ｓ４の概略構成を示す断面図であり、側板８ｂを上方から見た図である。
この図に示すように、本実施形態の側板８ｂは、中央板８ａによって半分に仕切られた管体部４の内部領域のうち、保炎領域Ｒ３側の領域全体を閉塞するように側壁全体と接続して接触されており、混合気Ｙを通気するための複数の丸孔８Ａ（貫通孔）が形成されている。
そして、丸孔８Ａが中央板８ａ側（上流側）に多く、管体部４の内壁側（下流側）に少なく形成されることによって、側板８ｂにおける丸孔８Ａによる開口面積は、混合気Ｙの流れ方向の上流側で相対的に大きく、下流側で相対的に小さくされている。
【００３８】
このような構成を採用する本実施形態のバーナ装置Ｓ４によれば、混合気Ｙが狭い丸孔８Ａを介して保炎領域Ｒ３に供給されるためにその流れが乱れ、この結果、保炎領域Ｒ３における混合気Ｙの混合が促進され、混合気の良好な燃焼を実現することができる。
また、本実施形態のバーナ装置Ｓ４においては、側板８ｂにおける開口面積は、混合気Ｙの流れ方向の上流側で相対的に大きく、下流側で相対的に小さくされている。このため、側板８ｂの上流側からより多くの混合気Ｙが保炎領域Ｒ３に供給され、この結果、保炎領域Ｒ３におけるガス流れを阻害せずに保炎領域Ｒ３に混合気Ｙを供給することが可能となる。
【００３９】
なお、側板８ｂにおける上流側の開口面積は、下流側の開口面積の１．５倍程度であることが好ましい。
また、全ての丸孔８Ａの面積の総和は、管体部４ａの内部断面積の５〜２０％が望ましい。
【００４０】
また、本実施形態においては、貫通孔として丸孔８Ａを形成したが、例えば、図７に示すように、貫通孔として長孔８Ｂを形成しても良い。
この場合であっても、側板８ｂにおける開口面積が混合気Ｙの流れ方向の上流側で相対的に大きく、下流側で相対的に小さくなるように、上流側の長孔８Ｂを相対的に長く、下流側の長孔８Ｂを相対的に短くすることが好ましい。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば、上記実施形態においては、側板８ｂが管体部４の側面と離間されて形成された隙間を介して、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に混合気Ｙが通気す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、管体部４の水平断面形状を方形状とし、側板８ｂを管体部４の側面と接触させ、図８に示すように、側板８ｂに複数の貫通孔８ｃを形成し、当該貫通孔８ｃを介して着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に混合気Ｙを通気しても良い。
【００４３】
なお、図８に示す構成を採用する場合には、例えば、供給流路１の径をαとした場合に、図８に示すように、側板８ｂの横幅（中央板８ａの表面と直交する方向の幅）γを１．１α、側板８ｂの縦幅（中央板８ａの表面に沿う方向の幅）βが１．０α、排気ガス流路領域Ｒ１の横幅（中央板８ａの表面と直交する方向の幅）を０．１５γ以上、排気ガス流路領域Ｒ１の縦幅（（中央板８ａの表面に沿う方向の幅））をβとする。さらに貫通孔８ｃの径を０．１９α（実験においては約８ｍｍ）とし、これらの貫通孔８ｃを側板８ｂの４隅部と中央部との合計５つ配置する。また、側板８ｂの隅部に配置される貫通孔８ｃの中心を、側板８ｂの横幅方向の端から０．１γ、側板８ｂの縦幅方向の端から０．１５βの位置に配置する。また、側板８ｂの中央部に配置される貫通孔８ｃの中心を、中央板８ａの表面から０．３γ〜０．５γ、側板８ｂの横幅方向の中央の位置に配置する。
このような構成を採用することによって、保炎領域Ｒ３における燃焼が安定化した。
【００４４】
また、図９に示すように、側板８ｂに対して、０．１４α（実験においては約６ｍｍ）の貫通孔８ｃを１０個形成した場合にも、保炎領域Ｒ３における燃焼が安定化した。
また、例えば側板８ｂを目の細かいメッシュ状に形成することによって、着火領域Ｒ２から保炎領域Ｒ３に混合気Ｙが通気する構成を採用することもできる。
【００４５】
また、上記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、助燃空気供給装置９を省略することも可能である。
【００４６】
また、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、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。
【００４７】
また、図１０に示すように、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た構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合には、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等）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る。
なお、図１０においては、上記第１実施形態のバーナ装置Ｓ１に、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た構成を採用したものを示している。しかしながら、第２〜第４実施形態のバーナ装置Ｓ２〜Ｓ４及びその変形例に対して、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た構成を採用することも可能である。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
Ｓ１〜Ｓ４……バーナ装置、８……仕切り部材、８ａ……中央板、８ｂ……側板、８ｃ……貫通孔、８Ａ……丸孔（貫通孔）、８Ｂ……長孔（貫通孔）、１０……燃焼補助材、２０……隔壁部材、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
【図１】
2011038504.tif 000003
【図２】
2011038504.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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