(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料とを燃焼室に導入し、該燃焼室に設けられたグロープラグによる発生熱で着火し燃焼を行うグロープラグ付き燃焼器において、
前記燃焼室に噴射される燃料に対して燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部と、
外部から前記燃焼室に連通して開口され前記グロープラグを挿入可能な取付孔と、
前記取付孔に前記グロープラグを装着した状態で該グロープラグの周囲に形成され前記燃焼室に開口する環状の冷却流路と、
前記冷却流路に冷却流体を導入する冷却流体導入流路と、
前記冷却流路に供給される冷却流体の流量を調節する流量制御手段と、
を備え、前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の最大流量を予め設定しておき、この最大流量を超えないように前記流量制御弁によって前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の流量を制御することを特徴とするグロープラグ付き燃焼器。
【請求項２】
前記冷却流体は前記燃焼用空気の一部であり、前記冷却流体導入流路から前記燃焼室に導入される燃焼用の空気の量だけ、前記燃焼用空気供給部から前記燃焼室に導入される空気量を減らすことを特徴とする請求項１に記載のグロープラグ付き燃焼器。
【請求項３】
空気と燃料とを燃焼室に導入し、該燃焼室に設けられたグロープラグによる発生熱で着火し燃焼を行うグロープラグ付き燃焼器において、
前記燃焼室に噴射される燃料に対して燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部と、
外部から前記燃焼室に連通して開口され前記グロープラグを挿入可能な取付孔と、
前記取付孔に前記グロープラグを装着した状態で該グロープラグの周囲に形成され前記燃焼室に開口する環状の冷却流路と、
前記冷却流路に冷却流体を導入する冷却流体導入流路と、
を備え、前記冷却流体は前記燃焼用空気の一部であり、前記冷却流体導入流路から前記燃焼室に導入される燃焼用の空気の量だけ、前記燃焼用空気供給部から前記燃焼室に導入される空気量を減らすことを特徴とするグロープラグ付き燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、グロープラグ付き燃焼器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼器には、空気と燃料とを燃焼室に導入し、該燃焼室に設けられたグロープラグによる発生熱で燃焼を行うタイプの燃焼器（以下、グロープラグ付き燃焼器と称す）がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このグロープラグ付き燃焼器では、グロープラグの発熱部が燃焼器の燃焼室に臨んで露出して設けられているため、燃料の種類や使用条件によっては、発熱部が連続使用可能温度を越える高温に晒される場合があり、その結果、グロープラグの寿命が短縮されるという問題があった。
そこで、この発明は、グロープラグの過熱を防止して耐久性の向上を図ったグロープラグ付き燃焼器を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この出願の第１の発明は、空気と燃料とを燃焼室（例えば、後述する実施の形態における燃焼室２）に導入し、該燃焼室に設けられたグロープラグ（例えば、後述する実施の形態におけるグロープラグ８）による発生熱で着火し燃焼を行うグロープラグ付き燃焼器（例えば、後述する実施の形態における燃焼器１）において、前記燃焼室に噴射される燃料に対して燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部（例えば、後述する実施の形態における燃焼用空気供給部６）と、外部から前記燃焼室に連通して開口され前記グロープラグを挿入可能な取付孔（例えば、後述する実施の形態における取付孔７）と、前記取付孔に前記グロープラグを装着した状態で該グロープラグの周囲に形成され前記燃焼室に開口する環状の冷却流路（例えば、後述する実施の形態における冷却流路１４）と、前記冷却流路に連通して設けられ前記冷却流路に冷却流体を導入する冷却流体導入流路（例えば、後述する実施の形態における冷却流体導入流路１５）と、前記冷却流路に供給される冷却流体の流量を調節する流量制御手段（例えば、後述する実施の形態における流量制御弁１６）と、を備え、前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の最大流量を予め設定しておき、この最大流量を超えないように前記流量制御弁によって前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の流量を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、冷却流体導入流路を介して冷却流路に冷却流体を導入すると、この冷却流体はグロープラグの周囲を通って燃焼室に排出され、グロープラグ先端の発熱部周囲に冷却流体の流れが形成される。これにより発熱部が冷却流体によって冷却される。また、発熱部の周囲に形成される冷却流体の層が断熱層として機能し、燃焼器本体からグロープラグへの伝熱が抑制される。
【０００７】
また、前記冷却流路を流れる前記冷却流体の流量を調節する流量制御手段を備えているので、燃焼室における燃焼状態や発熱部の目標管理温度に応じて冷却流体の流量を調整することが可能になる。
【０００８】
さらに、前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の最大流量を予め設定しておき、この最大流量を超えないように前記流量制御弁によって前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の流量を制御するので、燃焼状態に応じて発熱部を所定温度に冷却するのに最適な流量の冷却流体を冷却流路に導入することが可能になる。
また、前記第１の発明において、前記冷却流体が前記燃焼用空気の一部であり、前記冷却流体導入流路から前記燃焼室に導入される燃焼用の空気の量だけ、前記燃焼用空気供給部から前記燃焼室に導入される空気量を減らすようにした場合には、燃焼室に冷却流体が導入されることによる燃焼への悪影響をほぼ完全になくすことが可能になる。
【０００９】
また、この出願の第２の発明は、空気と燃料とを燃焼室（例えば、後述する実施の形態における燃焼室２）に導入し、該燃焼室に設けられたグロープラグ（例えば、後述する実施の形態におけるグロープラグ８）による発生熱で着火し燃焼を行うグロープラグ付き燃焼器（例えば、後述する実施の形態における燃焼器１）において、前記燃焼室に噴射される燃料に対して燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給部（例えば、後述する実施の形態における燃焼用空気供給部６）と、外部から前記燃焼室に連通して開口され前記グロープラグを挿入可能な取付孔（例えば、後述する実施の形態における取付孔７）と、前記取付孔に前記グロープラグを装着した状態で該グロープラグの周囲に形成され前記燃焼室に開口する環状の冷却流路（例えば、後述する実施の形態における冷却流路１４）と、前記冷却流路に連通して設けられ前記冷却流路に冷却流体を導入する冷却流体導入流路（例えば、後述する実施の形態における冷却流体導入流路１５）と、を備え、前記冷却流体は前記燃焼用空気の一部であり、前記冷却流体導入流路から前記燃焼室に導入される燃焼用の空気の量だけ、前記燃焼用空気供給部から前記燃焼室に導入される空気量を減らすことを特徴とする。
このように構成することにより、冷却流体導入流路を介して冷却流路に冷却流体を導入すると、この冷却流体はグロープラグの周囲を通って燃焼室に排出され、グロープラグ先端の発熱部周囲に冷却流体の流れが形成される。これにより発熱部が冷却流体によって冷却される。また、発熱部の周囲に形成される冷却流体の層が断熱層として機能し、燃焼器本体からグロープラグへの伝熱が抑制される。さらに、燃焼室に冷却流体が導入されることによる燃焼への悪影響をほぼ完全になくすことが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るグロープラグ付き燃焼器とグロープラグの過熱防止方法の実施の形態を図１から図５の図面を参照して説明する。
初めに、グロープラグ付き燃焼器（以下、燃焼器と略す）１の構成を図１および図２に基づいて説明する。図１は燃焼器１の断面図であり、図２はその要部拡大断面図である。燃焼器１は、内部に燃焼室２が形成されたボディ３と、ボディ３の一端側に設置され燃料を燃焼室２内に噴射する燃料噴射弁４と、燃料噴射弁４に燃料を供給する燃料供給部５と、燃料噴射弁４から燃焼室２に噴射される燃料に対して燃焼用空気を供給し混合する燃焼用空気供給部６と、ボディ３の取付孔７に取り付けられたグロープラグ８と、ボディ３の他端側に設けられ燃焼室２に連通し燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出口９と、燃焼ガス排出口９の近傍の燃焼室２内に希釈用空気を供給する希釈用空気供給部１０、とを備えている。
【００１１】
取付孔７は、ボディ３の外部から燃焼室２に連通して開口されており、燃焼室２内において取付孔７の軸中心延長線は燃料噴射弁４の軸中心延長線と斜めに交差するように配置されている。
図２に示すように、グロープラグ８は、プラグボディ１１から保護管１２が突出し、さらに保護管１２から発熱体（発熱部）１３が突出して構成されている。発熱体１３は、電熱線を内蔵したセラミックなどから構成されており、電熱線に電気を流すと発熱する。グロープラグ８は、ボディ３の外部から取付孔７に挿入されて取り付けられており、その取り付け状態において発熱体１３が燃焼室２内に突出している。すなわち、発熱体１３は燃焼室２に臨んで設けられている。
【００１２】
また、取付孔７の内壁面と保護管１２の外周面との間には環状の冷却流路１４が形成されており、冷却流路１４の一端側は燃焼室２に開口して連通し、冷却流路１４の他端側はプラグボディ１１の端面によって閉塞されている。さらに、燃焼器１のボディ３には、冷却流路１４に冷却空気を導入するための冷却流体導入流路１５が設けられており、冷却流体導入流路１５には流量制御弁１６を備えた冷却流体供給流路１７が接続されている。流量制御弁１６は、冷却流路１４に供給される冷却空気（すなわち、冷却流路１４を流れる冷却流体）の流量を調節する流量制御手段を構成する。
【００１３】
次に、この燃焼器１の作用を説明する。この燃焼器１では、燃焼器１において燃料を燃焼させている間、常にグロープラグ８に通電を行い、発熱体１３を発熱させる。
グロープラグ８の発熱体１３を発熱させた状態において、燃料供給部５に供給された燃料（例えば、イソオクタン等）を燃料噴射弁４によって燃焼室２に噴射するとともに、燃焼用空気供給部６に供給された燃焼用空気を燃焼室２に噴射すると、燃焼室２内で燃料と燃焼用空気が混合され、これが発熱体１３の発生熱によって着火せしめられて燃焼が行われる。ここで、グロープラグ８への通電継続による電力消費増大を避けたい場合には、保炎を確認してグロープラグ８への通電を停止することも可能である。
この燃焼によって発生した燃焼ガスは、希釈用空気供給部１０から燃焼室２に導入される希釈用空気によって希釈され温度を低下せしめられて、燃焼ガス排出口９から排出される。
【００１４】
さらに、この燃焼器１においては、冷却流体供給流路１７、流量制御弁１６、冷却流体導入流路１５を介して冷却流路１４に常温の冷却空気が供給される。冷却流路１４に供給された冷却空気は、グロープラグ８の保護管１２の周囲に冷却空気層を形成するとともに、冷却流路１４の燃焼室２側の開口端から発熱体１３の周囲に沿って流れ燃焼室２内に噴射される。この発熱体１３の周囲を流れる冷却空気によって、燃焼室２に露出し高温に晒されている発熱体１３は冷却され、発熱体１３の温度が連続使用可能温度以下に制御される。また、保護管１２の周囲に形成される冷却空気層が断熱層として機能し、燃焼器１のボディ３からグロープラグ８への伝熱が抑制されるので、これも発熱体１３の温度上昇を抑制する。その結果、グロープラグ８の過熱を防止することができ、グロープラグ８の耐久性を向上させることができる。
【００１５】
また、この実施の形態では、グロープラグ８の発熱体１３を冷却する冷却流体に空気を用いているので、冷却空気を燃焼室２に導入することに起因する燃焼への悪影響を最小限に抑えることができ、流量制御弁１６による冷却空気の流量制御次第ではその影響を殆どなくすことも可能である。したがって、冷却空気導入に起因する燃焼器１の性能低下をなくしたり、あるいは最小限に抑えることができる。
【００１６】
また、冷却流体導入流路１７に燃焼用空気が供給されるシステムに構成し、冷却流路１４から燃焼用空気を冷却空気として燃焼室２に噴射するようにし、冷却流路１４から燃焼室２に導入される燃焼用空気の量だけ、燃焼用空気供給部６から燃焼室２に導入される空気量を減らすようにすると、冷却空気を燃焼室２に導入することに起因する燃焼への悪影響をほぼ完全になくすことができ、その結果、冷却空気導入に起因する燃焼器１の性能低下を殆どなくすことができる。
【００１７】
次に、流量制御弁１６による冷却空気の流量制御について説明する。
図３は、燃料流量をパラメータとして冷却空気の流量とグロープラグ８の発熱体１３の先端表面温度との関係を実験的に求め、その結果をグラフ化したものである。このときの実験条件は、燃料としてイソオクタンを用い、燃焼用空気流量は各燃料流量に対して理論空燃比（ストイキ）となるようにし、燃焼用空気は冷却空気とは別に確保した。この実験結果から、冷却空気流量の増加に伴って発熱体１３の先端表面温度が低下していくことが確認できる。ただし、冷却空気流量が多すぎると発熱体１３の温度が低くなり過ぎて、燃料を着火するのに必要な温度（以下、着火温度という）を維持できなくなるので、燃料量に応じて冷却空気の最大流量を予め設定しておき、この最大流量を超えないように流量制御弁１６によって燃料流量に応じた冷却空気流量に制御するのが好ましい。ちなみに、イソオクタンの着火温度は約４００゜Ｃである。
【００１８】
また、図４は、冷却空気流量をパラメータとして、グロープラグ８へ通電開始してからの時間経過に伴う発熱体１３の先端表面温度の変化を実験的に求め、その結果をグラフ化したものである。この実験結果から、燃焼器１の運転開始と同時に冷却空気を導入するようにすると、冷却空気流量が多いほど、発熱体１３の温度が着火温度に達するまでの所要時間が長くなり、あるいは、着火温度に達しなくなることが確認できる。
【００１９】
また、燃料流量一定で燃焼しているときに冷却空気流量を徐々に増加させていくと、発熱体１３の温度が徐々に低下していくことにより保炎に影響を来たし、ついには失火に至ることは、図３のグラフから容易に推察される。図５は、燃料流量を変化させて、燃料流量と保炎可能な冷却空気の最大流量（以下、限界空気流量）との関係を実験的に求め、その結果をグラフ化したものである。このときの実験条件は、燃料としてイソオクタンを用い、燃焼用空気流量は各燃料流量に対して理論空燃比（ストイキ）となるようにし、燃焼用空気は冷却空気とは別に確保した。この実験結果から、燃料流量が増加するに伴って、限界空気流量も増大することが確認できる。
【００２０】
以上の実験結果から、冷却空気は流量制御弁１６により以下のように流量制御するのが好ましいことがわかる。
すなわち、燃焼器１の運転開始直後（すなわち、着火時）には流量制御弁１６を全閉にして冷却空気を冷却流路１４に供給しないようにして、迅速に着火できるようにする。そして、燃焼開始後に流量制御弁１６を開いて冷却空気を冷却流路１４に供給するようにし、且つ、燃料流量に応じて最適な冷却空気流量に調整するべく流量制御弁１６を制御するのがよい。このようにすると、発熱体１３を所望する目標管理温度に確実に温度制御することができ、着火および保炎のための通電継続時には発熱体１３の過冷却に起因する失火の発生を確実に防止することができる。
【００２１】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。例えば、燃焼器の燃料としてはイソオクタン以外のものを用いることも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明するように、この出願の第１の発明に係るグロープラグ付き燃焼器によれば、外部から燃焼室に連通して開口されグロープラグを挿入可能な取付孔と、前記取付孔に前記グロープラグを装着した状態で該グロープラグの周囲に形成され前記燃焼室に開口する環状の冷却流路と、前記冷却流路に冷却流体を導入する冷却流体導入流路と、を備えたことにより、グロープラグ先端の発熱部が冷却流体によって冷却され、且つ、発熱部の周囲に形成される冷却流体の断熱層が燃焼器本体からグロープラグへの伝熱を抑制するので、発熱部の過熱を防止することができ、グロープラグの耐久性が向上するという優れた効果が奏される。
【００２５】
また、前記冷却流路を流れる前記冷却流体の流量を調節する流量制御手段を備えているので、燃焼室における燃焼状態や発熱部の目標管理温度に応じて冷却流体の流量を調整することが可能になり、発熱部の過冷却による失火を防止することができるという効果がある。
【００２６】
さらに、前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の最大流量を予め設定しておき、この最大流量を超えないように前記流量制御弁によって前記燃料の流量に応じて前記冷却流体の流量を制御するので、燃焼状態に応じて発熱部を所定温度に冷却するのに最適な流量の冷却流体を冷却流路に導入することが可能になり、発熱部を目標管理温度に確実に温度制御することができ、発熱部の過冷却に起因する失火の発生を確実に防止することができる。
また、前記第１の発明において、前記冷却流体が前記燃焼用空気の一部であり、前記冷却流体導入流路から前記燃焼室に導入される燃焼用の空気の量だけ、前記燃焼用空気供給部から前記燃焼室に導入される空気量を減らすようにした場合には、燃焼室に冷却流体が導入されることによる燃焼への悪影響をほぼ完全になくすことができるので、冷却流体導入に起因する燃焼器の性能低下を殆どなくすことができるという効果がある。 
【００２７】
この出願の第２の発明に係るグロープラグ付き燃焼器によれば、グロープラグ先端の発熱部が冷却流体によって冷却され、且つ、発熱部の周囲に形成される冷却流体の断熱層が燃焼器本体からグロープラグへの伝熱を抑制するので、発熱部の過熱を防止することができ、グロープラグの耐久性が向上するという優れた効果が奏される。さらに、燃焼室に冷却流体が導入されることによる燃焼への悪影響をほぼ完全になくすことができるので、冷却流体導入に起因する燃焼器の性能低下を殆どなくすことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係るグロープラグ付き燃焼器の一実施の形態の断面図である。
【図２】  前記実施の形態のグロープラグ付き燃焼器の要部拡大断面図である。
【図３】  冷却空気の流量とグロープラグの先端表面温度との関係を示すグラフである。
【図４】  グロープラグへ通電開始してからの時間経過に伴うグロープラグの先端表面温度の変化を示すグラフである。
【図５】  燃料流量と保炎可能な冷却空気の最大流量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  燃焼器
２  燃焼室
７  取付孔
８  グロープラグ
１３  発熱体（発熱部）
１４  冷却流路
１５  冷却流体導入流路
１６  流量制御弁（流量制御手段）
【図１】
0003839327.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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