JP2008523342A - 液体燃料用バーナー - Google Patents

Abstract

【課題】 特に自動車のヒータで使用される液体燃料用バーナーであって、その燃焼の前に燃料を予熱するための電気加熱用予熱素子（１４）を備えたものを提供する。
【解決手段】 前記予熱素子（１４）が計量回路の一部となっていて、それにより該予熱素子（１４）に計量用電流（Ｉ_Ｍ）が提供され、その電気抵抗を判定するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は液体燃料用バーナーに係わり、特に、自動車のヒータに使用されるものであって、燃料を燃焼の前に加温するため電気的に加熱される加温素子を備えた液体燃料用バーナーに関する。

例えば、ドイツ国特許Ｎｏ.４，００３，０９０（特許文献１）に記載されている所謂、気化式バーナーのように、この種のバーナーは周知であり、エンジン非依存付属加熱システムとして自動車に多用されている。このような気化式バーナーは、例えば不織布、多孔質固形物など多孔質気化用素子を有し、燃料供給ラインを介して液体燃料でこれを濡らすようにしている。この含浸された液体燃料は、この気化用素子の気孔および表面で気化し、燃焼のため導入された空気と共に、可燃性混合物を形成する。この混合物は電気的点火装置、例えばグロープラグにより点火されるようになっている。燃料供給を制御することにより、燃焼を所望レベルに維持させることができる。

この気化素子はしばしば、気化を維持するため予熱される。これは一方において、一般に気化をサポートするものであり、他方において、この予熱は同一の点火状態を周囲温度に関係なく確保させるものとなる。

所謂、噴霧式バーナーと呼ばれる他のタイプのバーナーにおいては、液体燃料が混合室内に噴射され、そこで燃焼用空気と共に攪拌され、可燃性混合物が形成される。可燃性を支持するため、並びに点火条件を統一化するため、このタイプのバーナーの燃料も同じく予熱することができる。これは例えば混合室そのものを加熱するか、あるいは噴霧化されている燃料を予熱することによりなされる。

点火プロセスを特定の温度にどのように依存させるかについては一般に知られている。これは点火時間と、燃料及び／又は燃焼用空気の供給を制御することを含む特定の点火プロセスとの双方が関係する。周囲温度及び／又は自動車の冷媒温度が関連温度値としてしばしば使用される。後者のケースは特に、車の内燃エンジンの冷却剤回路の一部である熱交換器とバーナーが熱的に接触している場合である。しかし、これら２つの温度値は、点火を制御するための限定された使用に過ぎない。すなわち、周囲温度はヒータの構造部材の温度を絶対的に示唆するものではなく、車両の冷媒温度は例えば冷媒回路内の組込み弁のため温度のゆれを表すことがありえる。従って、冷媒回路の１つの箇所で測定された温度の値でも、ヒータの構造部材の温度を必ずしも反映するものとはならない。

更に、周囲温度及び／又は冷媒温度のためのセンサーと、ヒータのコントローラとの間の伝達が必要とされている。この場合、異なったデータプロトコルを互いに適合させる必要性があり、これは実質的な問題を生じさせ、特に、これは改装されたヒータについて問題を生じさせる。

例えば、燃焼用空気供給部および熱交換器の冷媒回路に温度センサーを別々に設けるようにしたドイツ国特許出願（ＤＥ １９９ ２４ ３２９ Ａ１）（特許文献２）から周知のように、温度センサーを追加してヒータ内に組み込むようにして使用することは、付加的構造部材のため、より大きい構造空間を必要とし、空間の増大およびコストの増大を招くことになる。

ドイツ国特許第４，００３，０９０号 Ｃ１ ＤＥ １９９ ２４ ３２９ Ａ１）

本発明の課題は、この種のバーナーを改善して、従来技術の上記欠点を解消し、特に費用の大きな増大を招くことなく、バーナー自体の温度検出を可能にするバーナーを提供することである。

本発明の課題は、請求項１の序文の特徴との組合せで解決されるものであり、ここで、予熱素子が計量回路の一部となっていて、それにより該予熱素子を計量用電流に曝し電気抵抗を判定できるようにしている。

本発明はバーナー内に既に存在する予熱素子に対し二重の機能、すなわち予熱素子のみならず熱センサーとしての機能、を課することに注目したことに基づくものである。このアイデアは、従来の予熱素子の電気抵抗器（レジスター）が非常に温度依存性を示すという知見に基づくものである。従って、予熱素子の電気抵抗を測定することにより、その温度を推断することができ、従って、バーナーのコア温度を推断することができる。

好ましくは、コントローラが設けられていて、これは予熱素子に対する計量用電流の設定を制御し、確認された抵抗値又はそれから得られる値を提供し、それによりバーナーの制御に影響を与えるようにする。プログラミングに応じて、測定された抵抗値そのもの、この測定値から計算された温度値、ルックアップ・テーブルから得られる温度値、若しくは他の導関数を使用して点火プロセスを通常の様式で制御することができる。

この予熱素子を電気供給ラインに接続させ、それにより加熱用電流および計量用電流の双方を提供するようにすることが特に好ましい。このようにして、計量回路を設計するための特別の供給ラインを必要としなくて済む。例えば、これらの供給ラインを用いてヒータをそのコントローラに接続させるが、この場合、このコントローラは予熱素子の電気的加熱のための電源と、電源並びにおそらく上記計量回路のための評価回路との双方を有するものである。

好ましくは、予熱素子に対する計量用電流および加熱用電流の設定が時間制御されたものとする。すなわち、例えば、点火プロセスを開始させるための適当な時間を確かめるため、弱い計量電流を予熱素子に周期的に送るようにしてもよい。もし、例えば、温度が閾値以下に下がった場合、これが、実測抵抗値により判定され、実質的により大きい加熱用電流が、個々の抵抗測定間の間隔において予熱素子に通電される。この予熱は、付加的周期的抵抗測定によりモニターすることができ、この抵抗測定の間において、加熱用電力が短時間、スイッチオフされる。これは適当な時間で燃料供給又は実際の点火プロセスを開始させるため、及び／又は後に燃焼状態の温度依存変化を制御するためである。このタイミング、つまり、計量用電流と、加熱用電流との間の切り替えは好ましくはこのヒータのコントローラにより制御される。

本発明の特に好ましい実施例において、予熱素子は気化式バーナーの気化部材の支持プレートとして構成され、電気により直接加熱されるようになっている。

他の実施例において、この予熱素子は、液体燃料と燃焼用空気との混合のための混合室の壁部として構成される。

本発明の他の実施例において、予熱素子は輻射熱を生じさせる電気的グロー素子として構成される。これは、例えば、気化装置が熱輻射装置により間接的に予熱されるようにした気化式バーナーの場合に適用される。これは例えば、グロープラグであり、これは得られた可燃性混合物のための点火装置としても有利に使用される。

本発明の更に他の実施例として、予熱素子は、燃料供給ラインを囲むようにして設けられた電気加熱装置として構成することができる。この場合、静止した液体燃料が予熱される。

本発明の他の実施例において、予熱素子は燃料供給ライン内、特に燃料が通過するスリーブに配設される。この場合、予熱素子は燃料の流れ内に直接配設させることができる。スリーブを横切る燃料の流れの前端が、スリーブ表面のじゃま板により積極的に影響されるようにしてもよい（長手方向の溝、長手方向のリブ、螺旋状リブなど）。環状の隙間を形成し、その内側に配置させた加熱部材により燃料を加熱させてもよい。

勿論、バーナーの特定の実施例に応じて、上述した具体例を組み合わせることも考えられ、そのいずれも、本発明の基本的概念を利用し、予熱素子に二重の機能を持たせることができる。

本発明の温度センサーの幾つか、又は従来のセンサーを追加して設けた場合、それらにより確かめられた温度を、予熱素子により測定された温度についての妥当性チェックに利用することができる。更に、ヒータの制御のため追加の温度値を使用することも可能である。

燃料と熱的に接触させた予熱素子の配置（バーナーの構造部材から熱的に分離させて、又はバーナーの構造部材に熱的に結合させて）に応じて、及び／又は燃料吐出状態（例えば、遮断、部分的開放、又は全開）に応じて、及び／又はブロアーの操作状態（例えば、遮断、部分的操作、又は全速での使用）に応じて、使用者は予熱素子の消極的操作を行うこと、すなわち、計量のみを目的として操作し、燃料および燃焼用空気の温度について特殊化した判断を生じさせたり、又は値が所定範囲外になったときエラーメッセージを発するようにすることができる。したがって、本発明は安全機能という付加的利益を有するものである。１つの例は所謂“バックバーナー”であり、これは燃焼用空気がブロックされたときに発生し、燃料又は燃焼用空気供給部の領域で許容範囲を超えた高温につながるものとなる。

本発明の予熱素子の活性加熱モードにおいて、加熱抵抗の或る整定値について要求される加熱用電力を評価することにより周囲温度又は燃焼用空気及び／又は燃料の温度を推断することができる。この情報は、逆に、例えば周囲温度との関連で燃焼プロセスのＣＯ_２の調整のために利用することができる。これは、ブロアーの力を燃料流量設定に適応させることを意味する。この活性加熱モードで要求される加熱用電力のこの評価は、更に、予熱素子の領域での燃料充填レベルの状態を検出するのに利用することができる。この情報のもとで、開始プロセスを燃料システムの充填レベルに適応させることができ、これは例えば、スス又はＮＯ_Ｘの形成を減少させるのに利用することができる。

本発明の更なる利益は以下の具体的説明および図面から明らかになるであろう。

図１は本発明の１実施例に係わる気化式装置の模式図である。

すなわち、図１はヒータの気化部材を用いた本発明の好ましい具体例を示すもので、これは特に、自動車のエンジンとは独立して使用するのに適している。

ここには、多層気化部材がバーナーの床面を形成しているものが示されている。この気化部材は、カバー層１０と、絶縁層１２と、電気的に加熱可能な予熱素子１４と、液体燃料のための分配プレート１６と、気化用本体１８とからなっている。この気化部材は、円筒状燃焼空間の床面を形成している。なお、この燃焼空間の外側壁面２０のみが図１の１側に示されている。

燃料供給ライン２２により、液体燃料が分配プレート１６へと取り上げられ、多孔質気化用本体１８を濡らすのに使用される。供給された燃料は、多孔質気化用本体１８の表面から気化し、同じく供給された燃焼用空気（図示しない）と共に、可燃性混合物を形成し、点火装置２４により正しい時点で点火されるようになっている。気化を維持させるため、予熱素子１４が設けられており、これは電気的に加熱可能なプレートから形成されており、例えば加熱コイルを備えたものとすることができる。

本発明によれば、予熱素子１４は二重の機能、すなわち、燃料の気化を維持するための上述の予熱機能および温度センサーとしての付加的機能を奏することができる。このため、予熱素子１４は、模式的に描かれているコントローラ２６に接続されている。このコントローラ２６において、電源２８が加熱用電流Ｉ_Ｈを発生させるように配置されている。加熱モードにおいて、加熱源２８がスイッチ３０を介して予熱素子１４に接続されるようになっており、それにより加熱用電流が供給され、その大きさは予熱装置並びに隣接する気化用本体１６を迅速に加温させるのに十分なものとなっている。

しかし、図１に示すスイッチ３０の位置においては、予熱素子１４は第２の電源、すなわち計量用電源３２と接続されている。このスイッチ３０の位置においては、加熱用電流よりも可なり小さい計量用電流Ｉ_Ｍが予熱素子１４に通電される。特に、計量用電流は予熱素子１４の有意な加温をもたらすことのない程度とすべきである。図１に個々に示されていないが、計量装置が備えられ、これは計量用電流による予熱素子１４の電気抵抗についての結論を通常の様式で引き出すことができる。従来の導電性物質、特に金属の電気抵抗はその温度に非常に依存するから、測定された電気抵抗から予熱素子の温度を推断することができる。

このような電気抵抗測定は極めて短時間に測定することができるから、予熱素子の温度は加熱作動の間でもモニターすることができる。この図示の実施例において、これは単にスイッチ３０を軽く動かすだけで生じさせることができ、それにより加熱モードの間において予熱素子１４を加熱用電源２８に接続させることができ、その結果、計量用電源３２から計量用電流が予熱素子１４に対し短時間、導通されることになる。その後、スイッチ３０は元の加熱位置に戻される。

図示の実施例は特に望ましいものである。なぜならば、予熱素子１４と計量用電源３２との間の接続のための追加の供給ラインを必要としないからである。

その他、計量用／加熱用一体化電源を設け、そのパラメータをモニターし、電気抵抗測定のために使用するようにしてもよい。電流強度は計量用および加熱用期間の間で変化させることができる。しかし、加熱用電流自体を計量用電流として使用することも可能である。但し、これは、予熱素子の加温化を伴うため、偽りの測定値を生じさせる虞もある。

勿論、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、多くの変形の可能性を想定し得るであろう。特に、ヒータ又は予熱素子の具体的形状については上記説明および図示の実施例に限定されるべきものではない。本発明により熱センサーとしての二重の機能が与えられた予熱素子は、輻射熱源、混合チャンバーの壁面、その他のものとしても設計することが可能である。更に、図１に示した電気供給ラインの二重の使用は本発明の範囲において絶対的必須のものではない。

本発明の１実施例に係わる気化式装置の模式図。

符号の説明

１０ カバープレート
１２ 絶縁層
１４ 予熱素子
１６ 分配プレート
１８ 気化用本体
２０ バーナー壁面
２２ 燃料供給ライン
２４ 点火装置
２６ コントローラ
２８ 加熱用電源
３０ スイッチ
３２ 計量用電源
Ｉ_Ｈ 加熱用電流
Ｉ_Ｍ 計量用電流

Claims (10)

1. 特に自動車のヒータで使用される液体燃料用バーナーであって、その燃焼の前に燃料及び／又は燃料担持構造物を加温するための電気加熱用予熱素子（１４）を備えてなり、
   該予熱素子（１４）が計量回路の一部となっていて、それにより該予熱素子（１４）を計量用電流（Ｉ_Ｍ）に曝し電気抵抗を判定するようにしたことを特徴とするバーナー。
2. コントローラ（２６）を更に具備してなり、それにより予熱素子（１４）に対する計量用電流（Ｉ_Ｍ）の導通を制御すると共に、確認された電気抵抗値、又は予熱素子（１４）から得られバーナーの制御に影響を与える値を提供するようにした請求項１に記載のバーナー。
3. 前記予熱素子（１４）が電気供給ラインに接続されていて、それにより加熱用電流（Ｉ_Ｈ）および計量用電流（Ｉ_Ｍ）の双方が与えられるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバーナー。
4. 前記予熱素子（１４）に対する計量用電流（Ｉ_Ｍ）又は加熱用電流（Ｉ_Ｈ）の導通を時間的に交互におこなうようにしたことを特徴とする請求項３に記載のバーナー。
5. 前記予熱素子（１４）が、気化用バーナーの気化用素子の直接的電気的加熱可能な支持プレートとして構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載のバーナー。
6. 前記予熱素子が、液体燃料および燃焼用空気の混合のための混合室の壁面として構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載のバーナー。
7. 前記予熱素子が、輻射的加温を生じさせる電気的グロー素子として構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの請求項に記載のバーナー。
8. 前記グロー素子が、気化された燃料を点火する点火装置として使用されるものである請求項７に記載のバーナー。
9. 前記予熱素子が、燃料供給ラインを囲む加熱素子として設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載のバーナー。
10. 前記予熱素子が、燃料の流れの中に加熱素子として設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載のバーナー。

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