(57)【要約】【課題】メンテナンス性に優れ、且つ燃焼状態の検知応答性に優れる燃焼式ヒータを提供する。【解決手段】燃焼器１００および熱交換器２００を有し、燃焼器１００の燃料の着火、消火状態を検出する検出手段１５０によって得られる検出結果に応じて燃焼状態を制御し、熱交換器２００によって燃焼時の燃焼ガスと外部流体との間で熱交換する燃焼式ヒータにおいて、検出手段１５０を燃焼器１００内に形成される燃焼室１６１に配設し、且つ、燃焼時の火炎温度を検知可能として着火、消火状態を検出する高温センサ１５０とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器（１００）および熱交換器（２００）を有し、
前記燃焼器（１００）の燃料の着火、消火状態を検出する検出手段（１５０）によって得られる検出結果に応じて燃焼状態を制御し、前記熱交換器（２００）によって燃焼時の燃焼ガスと外部流体との間で熱交換する燃焼式ヒータにおいて、
前記検出手段（１５０）は、前記燃焼器（１００）内に形成される燃焼室（１６１）に配設されると共に、燃焼時の火炎温度を検知可能として前記着火、消火状態を検出する高温センサ（１５０）としたことを特徴とする燃焼式ヒータ。
【請求項２】
前記高温センサ（１５０）は、高温用サーミスタ式センサ（１５０）であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼式ヒータ。
【請求項３】
前記高温センサ（１５０）は、前記燃焼室（１６１）内の火炎の発生する近傍に配設されたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の燃焼式ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用暖房装置に用いて好適な燃焼式ヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃焼式ヒータには、燃料の着火、消火状態を検出する手段として、燃焼室内の火炎温度を検知する炉内サーモや、燃焼ガスの排気温度を検知するサーミスタを用いるものが知られている。燃焼式ヒータには、その他に燃料を燃焼室に供給する燃料ポンプ、燃焼用空気を送風する送風機、燃料を加熱して着火させるプラグ等の作動部が備えられており、上記の炉内サーモやサーミスタの検出信号に基づいて、ＥＣＵによって上記各作動部が作動され燃料の燃焼状態が制御されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炉内サーモにおいては熱による経時変化（熱変形）を伴い定期的な調整（メンテナンス）を要していた。また、サーミスタにおいては検知可能温度が低く（４００℃レベル）、相手側熱交換流体としてのエンジン冷却水温度や外気温度、装着部位に応じて受ける車両走行風等の影響を受けやすく、検知応答遅れがあった。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、メンテナンス性に優れ、且つ燃焼状態の検知応答性に優れる燃焼式ヒータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、燃焼器（１００）および熱交換器（２００）を有し、燃焼器（１００）の燃料の着火、消火状態を検出する検出手段（１５０）によって得られる検出結果に応じて燃焼状態を制御し、熱交換器（２００）によって燃焼時の燃焼ガスと外部流体との間で熱交換する燃焼式ヒータにおいて、検出手段（１５０）は、燃焼器（１００）内に形成される燃焼室（１６１）に配設されると共に、燃焼時の火炎温度を検知可能として着火、消火状態を検出する高温センサ（１５０）としたことを特徴としている。
【０００７】
これにより、高温センサ（１５０）によって燃料の火炎温度から直接的に着火、消火状態が検出できるので、燃焼状態検出の応答性を向上することができる。尚、高温センサ（１５０）は、火炎に対する充分な耐熱性を有しており、従来技術の項で説明した炉内サーモのように熱変形することがなく調整を不要とすることができるので、メンテナンス性を向上できる。
【０００８】
そして、請求項２に記載の発明のように、高温センサ（１５０）は、高温用サーミスタ式センサ（１５０）を用いて好適である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明のように、高温センサ（１５０）は、燃焼室（１６１）内の火炎の発生する近傍に配設するようにしてやれば、火炎温度を確実に検出でき、更に燃焼状態検出の応答性を向上することができる。
【００１０】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１に示す。燃焼式ヒータ１０は、エンジン冷却水（温水）の熱を利用した車両用暖房装置を構成する加熱装置であり、例えば、寒冷地等でエンジン冷却水の温度が充分に昇温していない時に、燃料を燃焼させてエンジン冷却水を加熱するものである。
【００１２】
まず、その基本構成について説明する。燃焼式ヒータ１０は、燃焼器１００、熱交換器２００およびＥＣＵ３００から成る。燃焼器１００および熱交換器２００は、一体的に形成されている。
【００１３】
燃焼器１００は、燃焼用空気を混合させながら燃料を燃焼させるものであり、燃焼器ハウジング１１０および燃焼筒１６０の内部に燃焼空気供給手段１２０、燃料供給手段１３０、グロープラグ１４０、高温用サーミスタ式センサ１５０が配設されている。
【００１４】
燃焼器ハウジング１１０は、ハウジング１１１、ハウジングカバー１１２、ファンカバー１１３から成る。ハウジング１１１は、アルミニウム材の鋳造により筒状に形成されており、一方の端部側（図中の左側）には後述するモータ１２１を支持する支持部１１１ａが形成されている。支持部１１１ａの中央側にはモータ１２１が挿通されると共に、燃焼空気が後述する燃焼ファン１２２側に吸入される吸入口１１１ｂが設けられている。また、他方の端部側（図中の右側）にも燃焼空気が燃焼ファン１２２側に吸入される吸入口１１１ｃが設けられている。
【００１５】
ハウジングカバー１１２は、ステンレス材から有底筒状に形成されており、底部側（図１中の左側）には、燃焼用空気が流入する開口部１１２ａが設けられている。そして、ハウジングカバー１１２は、その開口側が上記のハウジング１１１に固定されている。
【００１６】
ファンカバー１１３は、ステンレス材から有底筒状に形成されており、底部側（図１中の右側）には、燃焼用空気が後述する燃焼筒１６０側に流出する流出口１１３ａが設けられている。そして、ファンカバー１１３は、その開口側が上記のハウジング１１１に固定されている。
【００１７】
そして、ファンカバー１１３の流出口１１３ａ側には、この流出口１１３ａを内包し、先端部に開口部１６０ａを有する筒状の燃焼筒１６０が接続されている。燃焼筒１６０はステンレス材より成る。
【００１８】
燃焼空気供給手段１２０は、モータ１２１と燃焼ファン１２２とから成る。モータ１２１は、支持部１１１ａに固定されハウジング１１１およびハウジングカバー１１２内に配設されている。燃焼ファン１２２は、モータ１２１のシャフト１２１ａに固定されファンカバー１１３内に配設されており、モータ１２１の駆動力により回転作動する。尚、シャフト１２１ａは、燃焼ファン１２２の固定部から更に流出口１１３ａを貫通して燃焼筒１６０内に延びている。
【００１９】
燃料供給手段１３０は、図示しない燃料タンク内の燃料を後述する第１燃焼室１６１内に供給するものであり、電磁ポンプ１３１、滴下ノズル１３２、燃料パイプ１３３、アトマイザカップ１３４、リング部１３５、ファイバ１３６から成る。
【００２０】
アトマイザカップ１３４は、ステンレス材より成り、文字通りお椀状を成す部材であり、流出口１１３ａを貫通してモータ１２１のシャフト１２１ａに固定され、燃焼ファン１２２と共に回転作動するようにしている。アトマイザカップ１３４の内側には滴下ノズル１３２が配設され、燃料パイプ１３３によってハウジングカバー１１２内に配設される電磁ポンプ１３１と接続されている。そして、アトマイザカップ１３４および流出口１１３ａの外周には、ステンレス材より成り、側壁に複数の穴１３５ａを有するリング状のリング部１３５が設けられている。更に、リング部１３５の外周側には、燃焼筒１６０の内周壁に固定され、ウイック構造によって燃料を保持するファイバ１３６が設けられている。
【００２１】
点火手段を成すグロープラグ１４０は、供給される燃料を加熱して着火させるものであり、グロープラグ１４０の先端部は、リング部１３５およびファイバ１３６の近傍に配設されている。
【００２２】
燃焼筒１６０内においては、ファイバ１３６よりも開口部１６０ａ側にステンレス材より成るオリフィス１６３が固定されている。オリフィス１６３の中心部には絞り穴１６３ａが設けられている。そして、ファンカバー１１３とオリフィス１６３とによって燃焼筒１６０内には第１燃焼室（本発明の燃焼室に対応する）１６１が形成されている。また、燃焼筒１６０内のオリフィス１６３と開口部１６０ａとの間の空間は、第２燃焼室１６２として形成されている。
【００２３】
そして、燃焼筒１６０を外側から取り囲むようにして熱交換器２００が設けられている。熱交換器２００は、共にステンレス材より成る熱交換器ハウジング２１０と、その内側に配設される流路壁２２０とから成る。熱交換器ハウジング２１０は、円筒状の円筒ハウジング２１１の一方の端部側がエンドハウジング２１２によって閉塞されて有底筒状の容器を成すものであり、他方の開口側が燃焼筒１６０のファンカバー１１３側に設けられた張出し部１６５に接続されている。
【００２４】
流路壁２２０は、上記の熱交換器ハウジング２１０と同様に有底筒状の容器を成しており、開口側が張出し部１６５に接続されている。尚、流路壁２２０の側壁２２１には螺旋状の水側伝熱フィン２２２が設けられている。
【００２５】
熱交換器ハウジング２１０のファンカバー１１３側には図示しない温水流入口が開口され、またエンドハウジング２１２側には図示しない温水流出口が開口され、流路壁２２０との間には上記の水側伝熱フィン２２２により螺旋状の温水流路２２３が形成されている。温水流入口は図示しない車両エンジンと接続され、また、温水流出口は暖房装置内の加熱器（ヒータコア）に接続される。
【００２６】
そして、温水流入口の近傍には、エンジンからの温水（本発明の外部流体に対応）の温度Ｔｅを検出する入口水温サーモ２３０が設けられ、また、温水流出口の近傍には後述する燃焼ガスとの熱交換により加熱された温水の温度Ｔｈを検出する出口水温サーモ２４０が設けられている。両サーモ２３０、２４０によって検出される温度信号は、後述するＥＣＵ３００に出力されるようにしている。
【００２７】
また、燃焼筒１６０と流路壁２２０との間には、燃焼筒１６０の開口部１６０ａから繋がり燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路１６６が形成され、オリフィス１６３の近傍下側には、燃焼ガス流路１６６から外部に連通する排気管１６７が設けられている。
【００２８】
尚、熱交換器２００の外壁には温度ヒューズ２５０が設けられており、空焚き時など熱交換器２００が所定の安全温度以上の時に燃焼器１００の作動を停止させる信号を後述するＥＣＵ３００に出力するようにしている。
【００２９】
次に、本発明の特徴部について説明する。本発明においては、燃料の着火あるいは消火状態を検出するための検出手段として高温センサを用いている。更に具体的には、本出願人が既に特開平７−２９７０６号公報等にて出願したもののように、燃料の火炎温度を検知可能とする高温用サーミスタ式センサ（以下、高温サーミスタと呼ぶ）１５０としている。
【００３０】
更に、高温サーミスタ１５０の感温部は、第１燃焼室１６１の特に火炎の発生する近傍に配設されるようにしている。そして、高温サーミスタ１５０で検出される温度信号（サーミスタの抵抗値信号）は、後述するＥＣＵ３００に出力されるようにしている。
【００３１】
制御手段としての制御装置３００は、上記の高温サーミスタ１５０および両水温サーモ２３０、２４０、温度ヒューズ２５０からの出力信号に基づいて、燃焼空気供給手段１２０、燃料供給手段１３０、グロープラグ１４０の作動を制御するものである。即ち、燃料の燃焼状態を制御する訳である。尚、ＥＣＵ３００は、予め定めた閾値を基に高温サーミスタ１５０からの温度信号に対して、燃料が着火状態にあるか消火状態にあるかを判定するようにしている。
【００３２】
以上の構成に基づく本実施形態の作動について、次に説明する。
【００３３】
ＥＣＵ３００は、入口水温サーモ２３０によって検出される温水（温水流路２２３に流入される温水）の温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１（例えば７８℃）よりも低い場合に、燃焼器１００を作動させる。また、燃焼器１００を作動させている時に、熱交換器２００によって加熱され、入口水温サーモ２３０によって検出される温水温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１よりも高くなると、この第１所定温度Ｔｅ１よりも低い側に設定される第２所定温度Ｔｅ２（例えば７３℃）に低下するまで燃焼器１００の作動を停止させる。
【００３４】
即ち、温水温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１よりも低い場合に、この信号を受けてＥＣＵ３００は、燃焼空気供給手段１２０（モータ１２１および燃焼ファン１２２）、燃料供給手段１３０、グロープラグ１４０を作動させる。
【００３５】
燃焼空気供給手段１２０によって、燃焼空気は開口部１１２ａから吸入され、吸入口１１１ｂ、１１１ｃ、流出口１１３ａを経て第１燃焼室１６１に流入される。更に燃焼空気の一部は、リング部１３５の穴１３５ａを通過してファイバ１３６側にも流入する。
【００３６】
また、燃料供給手段１３０によって、燃料は滴下ノズル１３２からアトマイザカップ１３４に滴下される。アトマイザカップ１３４は、燃焼ファン１２２と共に回転作動しており、滴下された燃料は、遠心力によって半径方向に飛散され、リング部１３５の穴１３５ａを通過してファイバ１３６に保持される。
【００３７】
そして、グロープラグ１２２によって、燃焼空気と混合された燃料は着火される。
【００３８】
着火された燃料の燃焼が安定すると、即ち、ＥＣＵ３００が高温サーミスタ１５０の温度信号から着火状態になったと判定すると、グロープラグ１４０を停止させる。その後、燃料は燃焼火炎からの輻射熱で気化し、燃焼を継続する（保炎される）。
【００３９】
燃焼によって生ずる燃焼ガスは、第１燃焼室１６１からオリフィス１６３を通過して、絞り穴１６３によって安定化され、第２燃焼室１６２に流れる。更には燃焼筒１６０の開口部１６０ａから燃焼ガス流路１６６を通り、排気管１６７から排出される。この間に温水流路２２３を流通する温水は、上記の燃焼ガスと熱交換され加熱されることになる。
【００４０】
因みに、流路壁２２０の水側伝熱フィン２２２によって伝熱面積が拡大され、上記の燃焼ガスと温水との熱交換効率が高められる。更には、温度ヒューズ２５０によって、例えばエンジンからの温水量が極めて少なく、空焚き状態となって、燃焼ガスの温度が安全温度を越えるような場合には、燃焼器１００の作動が停止され、燃焼式ヒータ１０は保護される。
【００４１】
一方、入口水温サーモ２３０によって検出される温水温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｅ１を越えると、高温サーミスタ１５０の温度信号から得られる着火状態に対して、ＥＣＵ３００は燃焼器１００の作動を停止させる。この時は、燃料供給手段１３０を停止させた後に、燃焼空気供給手段１２０の作動を所定時間（例えば２分間）継続して、燃焼空気による冷却効果を持たせ、その後に燃焼空気供給手段１２０を停止させるようにしている。そして、入口水温サーモ２３０によって検出される温水温度Ｔｅが第２所定温度ｔｅ２を下回ると、消火状態に対して再び着火が行われ、以下、上記の制御が繰り返されることになる。
【００４２】
以上のように、本発明においては高温サーミスタ１５０によって燃料の火炎温度から直接的に着火、消火状態が検出できるので、燃焼状態検出の応答性を向上することができる。尚、高温サーミスタ１５０は、火炎に対する充分な耐熱性を有しており、従来技術の項で説明した炉内サーモのように熱変形することがなく調整を不要とすることができるので、メンテナンス性を向上できる。
【００４３】
また、高温サーミスタ１５０の感温部を第１燃焼室１６１内の火炎が発生する近傍に配設するようにしているので、火炎温度を確実に検出でき、更に燃焼状態検出の応答性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における燃焼式ヒータの全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  燃焼式ヒータ
１００  燃焼器
１５０  高温用サーミスタ式センサ（高温センサ、検出手段）
１６１  第１燃焼室（燃焼室）
２００  熱交換器
【図１】
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