JPH11230507A - 触媒燃焼式ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温時とか、気化しにくい液体燃料であって
も、燃料の気化を十分促進でき、クリーン燃焼を安定的
に実現できる触媒燃焼式ヒータを提供する。 【解決手段】 燃料供給管２７からの液体燃料を燃料気
化器２１で気化させ、この気化燃料を混合器２２で燃焼
空気と混合する。触媒を担持した担体から構成される燃
焼体２４、２５で気化燃料と燃焼空気との混合気を触媒
と反応させて燃焼させる。燃料気化器２１は燃焼体２
４、２５の中心穴部２４１に直接接触するように配置す
る。これにより、燃料気化器２１内の液体燃料が燃焼体
２４、２５からの熱を直接的に受け取って、良好に気化
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クリーン燃焼の安
定化を図った触媒燃焼式ヒータに関するもので、例え
ば、車両空調用に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車のように、エンジンからの温
水熱源が得られない車両とか、あるいはエンジンの高効
率化によりエンジンからの温水温度が上昇しにくい低熱
源車等においては、燃料を燃焼させて暖房熱源を得る燃
焼式ヒータが用いられている。そして、燃料と空気との
混合気を触媒反応により燃焼させる触媒燃焼式ヒータ
は、燃焼火炎が形成されないため、排気ガスのクリーン
度を大幅に改善できる特徴を有している。

【０００３】触媒燃焼式ヒータはエンジン燃料の一部を
燃焼部で触媒燃焼せしめて、車室内空気を直接加熱した
り、あるいは車室内の暖房用放熱器への温水（エンジン
冷却水）を加熱するもので、後者の場合は、エンジン冷
却水温が十分上昇するまでの間の補助ヒータ等として使
用される。ところで、触媒燃焼式ヒータの燃焼部では、
燃料ポンプにより供給された液体燃料を予熱ヒータ（電
気ヒータ）で気化させ、これをエアポンプから供給され
る燃焼空気と混合し、この混合気を触媒を担持した燃焼
体に供給して、触媒燃焼させている。なお、定常燃焼時
の燃料気化は燃焼体からの熱によって行われる。

【０００４】このような触媒燃焼式ヒータとしては、特
開平８−１００９０６号公報記載のものがあり、この従
来のヒータは、図３に示すように、燃焼筒２３内に燃焼
体２４と対向して燃料気化混合器２１を配設したもので
ある。このヒータでは、燃料タンク３１内の液体燃料
が、燃料ポンプ３２によって燃料供給管２７に設けられ
た燃料口２７１から燃料気化混合器２１内に供給され、
この燃料気化混合器２１内で気化される。

【０００５】上記の燃料気化は着火時には燃料供給管２
７内に設けられた予熱ヒータ（電気ヒータ）２６で行わ
れ、定常燃焼時には燃焼体２４、２５からの熱によって
行われる。ここで、燃料気化混合器２１が燃焼体２４と
対向して設けられているため、定常燃焼時には燃料気化
混合器２１が燃焼体２４からの熱をある程度効率的に受
けることができ、燃料気化が可能となる。

【０００６】一方、燃焼空気は、エアポンプ４１によっ
て、ハウジング１１に設けられた吸気口１１１から燃料
気化混合器２１に設けられた吸気孔２１１を通過して燃
料気化混合器２１内に供給される。気化した燃料と燃焼
空気は、燃料気化混合器２１内で混合され混合気となっ
て燃焼体２４、２５に供給され触媒燃焼し、その燃焼ガ
スはハウジング１２に設けられた燃焼ガス排出口１２５
から排出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のヒータで
は、燃料気化混合器２１の燃料供給管２７を燃焼体２４
に対して所定間隔開けて設置しているので、燃焼体２４
から燃料供給管２７への伝熱量が抑えられる。そのた
め、寒冷時のように外気温が極端に低い場合とか、ある
いは軽油のように気化しにくい液体燃料を使用した場合
に、液体燃料が気化のための熱を燃焼体２４から十分、
吸収できない事態が起こる。その結果、液体燃料の気化
が不十分となってしまい、クリーン燃焼が不可能とな
り、燃焼効率の悪化と排気ガスのクリーン性が阻害され
る。

【０００８】本発明は上記点に鑑みて、寒冷時のような
低温時とか、軽油のような気化しにくい液体燃料であっ
ても、燃料の気化を十分促進でき、クリーン燃焼を安定
的に実現できる触媒燃焼式ヒータを提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、液体燃料を気化させる燃
料気化器（２１）と、この燃料気化器（２１）で気化し
た燃料を燃焼空気と混合する混合器（２２）と、触媒を
担持した担体から構成され、前記気化燃料と前記燃焼空
気との混合気を前記触媒と反応させて燃焼させる燃焼体
（２４、２５）とを備え、燃料気化器（２１）を燃焼体
（２４、２５）に直接接触するように配置したことを特
徴としている。

【００１０】これによると、燃料気化器（２１）が燃焼
体（２４、２５）に接触して、燃焼体からの熱を燃料気
化器（２１）が直接的に受け取ることが可能となる。そ
の結果、燃料気化器（２１）内の液体燃料が燃焼体（２
４、２５）からの熱を効率的に吸収できるので、外気温
が低い場合とか、あるいは軽油のように気化しにくい液
体燃料を使用する場合でも、燃料を良好に気化でき、常
に安定したクリーン燃焼が可能となる。

【００１１】より具体的には、請求項２記載の発明のよ
うに、燃料気化器（２１）を、燃料供給管（２７）から
液体燃料が供給される有底筒状の形状に形成し、燃焼体
（２４、２５）には中心穴部（２４１）を形成し、この
中心穴部（２４１）に燃料気化器（２１）の底部側を挿
入することにより、好適に実施できる。また、請求項３
記載の発明では、燃焼体（２４、２５）のうち、上流側
の部分を自己発熱型の燃焼体（２４）とし、この自己発
熱型の燃焼体（２４）を前記燃料気化器（２１）に直接
接触させ、この自己発熱型の燃焼体（２４）に予熱ヒー
タの役割を兼務させることを特徴としている。

【００１２】これによると、自己発熱型の燃焼体（２
４）の使用により、燃焼体（２４）自らの発熱により燃
焼体（２４）の早期活性化を図ることができるととも
に、燃焼体（２４）の自己発熱量を燃料気化器（２１）
に伝導して、燃焼体（２４）自身に予熱ヒータの役割を
兼務させることができる。なお、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。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態を示し、
本発明の触媒燃焼式ヒータを車両暖房用に用いた例であ
る。図１において、ハウジング１１、１２はステンレス
のよう耐熱・耐食性金属からなるもので、ともに円筒状
の半容器体を形成している。この両ハウジング１１、１
２の開口縁部を互いに当接して接合することにより、両
ハウジング１１、１２が一体化されている。

【００１４】一方（上側）のハウジング１１に吸気口１
１１が設けてあり、この吸気口１１１にはエアポンプ４
１から燃焼空気が供給される。ここで、エアポンプ４１
は図示しない電動モータにより駆動される。また、上側
ハウジング１１の上面部の内壁面には燃焼筒２３の上端
部が固定され、燃焼筒２３の下端部は補助筒状体１２ａ
の底面部近くまで延びるように配置されている。

【００１５】補助筒状体１２ａもステンレスのよう耐熱
・耐食性金属からなるものであって、この補助筒状体１
２ａは下側ハウジング１２の内周面および燃焼筒２３の
外周面との間にそれぞれ所定の間隔を開けて配置され、
下側ハウジング１２の内周面と補助筒状体１２ａの外周
面との間に環状の循環水通路１２１を形成するととも
に、補助筒状体１２ａの内周面と燃焼筒２３の外周面と
の間に排気通路２３１を形成している。

【００１６】補助筒状体１２ａの上部には径外方側へ延
びる鍔状部１２ｂが形成され、この鍔状部１２ｂにて補
助筒状体１２ａが下側ハウジング１２の内周面に接合さ
れている。また、下側ハウジング１２の下部と上部には
それぞれ壁面を貫通して、熱伝達媒体としての水の流入
口１２２と流出口１２３が設けられ、この流入口１２２
から水が循環水通路１２１に流入した後に、流出口１２
３から外部へ水が流出する。

【００１７】また、前記した燃焼筒２３の内部には、燃
料気化器２１、混合器２２、および燃焼体２４、２５が
設けられている。ここで、これらの機器の構成をより具
体的に説明すると、燃料気化器２１はステンレスのよう
耐熱・耐食性金属により底面部を持つ円筒状の形状に形
成され、燃焼筒２３の中心部の上部側に配置されてい
る。この燃料気化器２１の外周部には電気ヒータからな
る予熱ヒータ２６がコイル状に巻回して設けられてい
る。

【００１８】混合器２２もステンレスのよう耐熱・耐食
性金属によりカップ状（椀状）に形成され、この混合器
２２の上面部の内壁面に燃料気化器２１の上端部が固定
されている。また、円筒状燃料気化器２１の内空間に
は、ハウジング１１に固定された燃料供給管２７の開口
端が混合器２２の上面部を貫通して突出している。この
燃料供給管２７には、車載の燃料タンク３１から燃料ポ
ンプ３２により液体燃料（車両エンジンと同じ液体燃
料、例えば、軽油）が供給される。

【００１９】そして、燃料気化器２１の上部の円周面に
は複数の気体燃料口２１１が開口している。また、混合
器２２のうち、上部側の円周面には上記気体燃料口２１
１に対向して複数の吸気導入口２２１が開口している。
燃焼体２４、２５のうち、混合器２２内側に位置する上
流側の小燃焼体２４はリング状に形成され、この上流側
の小燃焼体２４の中心穴部２４１に円筒状燃料気化器１
の底部側（下端部）が挿入され、燃料気化器１の底部側
が小燃焼体２４の中心部に直接接触するようになってい
る。

【００２０】上流側の小燃焼体２４の下側に円柱状に形
成された主燃焼体２５が配置されている。この両燃焼体
２４、２５は基本的には同一構成のものであって、ハニ
カム状のセラミック担体に触媒（例えば、Ｐｔ、Ｐｄ等
の貴金属触媒）を担持したものである。そして、セラミ
ック担体のハニカム形状により両燃焼体２４、２５内部
を図１の上下方向に燃料と空気の混合気が通過できるよ
うになっている。

【００２１】次に、上記構成において作動を説明する
と、燃焼開始時には、燃料ポンプ３２およびエアポンプ
４１を作動させ、予熱ヒータ２６に通電する。燃料ポン
プ３２の作動により、燃料タンク３１から液体燃料が燃
料供給管２７を経て燃料気化器２１内に供給される。ま
た、燃焼空気は、エアポンプ４１により、吸気口１１１
から混合器２２に設けられた吸気導入口２２１を経て、
混合器２２の内空間へ供給される。

【００２２】そして、予熱ヒータ２６への通電により予
熱ヒータ２６が発熱するので、燃料気化器２１が加熱さ
れ、この燃料気化器２１内で液体燃料が気化する。この
気化燃料は燃料気化器２１の気体燃料口２１１から混合
器２２内に供給される。一方、燃焼空気は、混合器２２
の内空間において上記の気化燃料と混合され、この混合
された混合気は、次に燃焼体２４、２５に供給される。
この燃焼体２４、２５においては、担持された触媒と混
合気が反応して、混合気は触媒燃焼を行う。

【００２３】そして、この燃焼体２４、２５で反応して
加熱された燃焼ガスは、主燃焼体２５を通過した後、主
燃焼体２５の下側空間でＵターンして、排気通路２３１
を上昇する。その後、燃焼ガスはハウジング１１の排気
口１１２から外部へ排出される。この際、排気通路２３
１を通過する高温の燃焼ガスと循環水通路１２１内の水
とが補助筒状体１２ａの壁面を介して熱交換し、水が加
熱される。ここで、循環水通路１２１は流入口１２２と
流出口１２３を介して車両暖房用放熱器（図示せず）の
温水回路に結合されているので、水ポンプ（図示せず）
により循環水通路１２１の水（温水）が車両暖房用放熱
器に循環し、ここで，温水を熱源として暖房空気を加熱
して車室内の暖房を行う。なお、燃焼ガスと水との間の
伝熱性能向上のために、補助筒状体１２ａの壁面に適宜
のフィン手段を設けてもよい。

【００２４】ところで、上記の触媒燃焼作動において、
燃料気化器２１を加熱する熱は、着火時には予熱ヒータ
２６から与えられ、定常燃焼移行後は燃焼体２４、２５
から与えられる。なお、定常燃焼移行後は予熱ヒータ２
６による燃料加熱作用が不要となるので、予熱ヒータ２
６への通電が遮断される。このような触媒燃焼式ヒータ
において、上流側の小燃焼体２４の中心穴部２４１に円
筒状燃料気化器２１の底部側を挿入して、燃料気化器２
１の底部側を上流側の小燃焼体２４の中心部および主燃
焼体２５の上面部に直接接触させているから、燃料気化
器２１内の液体燃料が燃焼体２４、２５の触媒からの熱
を幅射と伝導の両方の形で良好に吸収できる。

【００２５】そのため、触媒からの熱を効率的に利用し
て液体燃料の気化を促進できる。従って、低温時でも、
また、軽油のような気化しにくい燃料であっても、燃料
気化を良好に行うことが可能となり、触媒燃焼によるク
リーンな燃焼を常に良好に維持することができる。 （第２実施形態）図２は第２実施形態を示しており、第
１実施形態との相違点は、上流側の小燃焼体２４を自己
発熱型の燃焼体として、予熱ヒータ２６を廃止してい
る。ここで、自己発熱型の燃焼体２４とは、ステンレス
のような金属担体に触媒を担持させ、この金属担体に通
電することにより、金属担体自身が発熱体として自己発
熱する燃焼体である。

【００２６】このため、第２実施形態では、自己発熱型
の燃焼体２４の金属担体を渦巻き状に形成して、渦巻き
状の中心部を、円筒状の金属製燃料気化器２１に機械的
に、かつ電気的にも一体に接続している。さらに、金属
製燃料気化器２１に導電材料からなる端子部材２８を電
気的に接続し、この端子部材２８をハウジング１１の外
部まで取り出し、ヒータ制御回路（図示せず）に接続す
る。また、自己発熱型の燃焼体２４の渦巻き状の外周端
部は、混合器２２、燃焼筒２３、ハウジング１１、１２
等の金属部材を介して車体に電気的に接地してある。

【００２７】第２実施形態によると、燃焼開始時に端子
部材２８を通して自己発熱型の燃焼体２４の金属担体に
通電することにより、金属担体自身が発熱体として発熱
する。この発熱により、燃焼体２４の触媒温度が速やか
に上昇して触媒を早期に活性化できるとともに、燃焼体
２４の発熱量が直接燃料気化器２１にも伝導して、燃料
気化器２１の予熱ヒータとしての作用を果たすことがで
きる。そのため、第２実施形態では、第１実施形態の予
熱ヒータ２６を廃止できる。

【００２８】また、第２実施形態では、燃焼ガスと水と
の熱交換を行うための循環水通路１２１を廃止している
ので、第１実施形態の補助筒状体１２ａも不要となる。
第２実施形態では、ハウジング１２の底面部に設けた排
気口１１２から排出される燃焼ガスを図示しない熱交換
器に流入させ、この熱交換器にて燃焼ガスと暖房用空気
とを熱交換させて、暖房用空気を加熱する。

【００２９】なお、第１実施形態においても、第２実施
形態のごとく燃焼ガスと暖房用空気とを熱交換させる方
式として、循環水通路１２１を廃止してもよいことはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す触媒燃焼式ヒータ
の縦断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示す触媒燃焼式ヒータ
の縦断面図である。

【図３】従来の触媒燃焼式ヒータの縦断面図である。

【符号の説明】

２１…燃料気化器、２２…混合器、２３…燃焼筒、２
４、２５…燃焼体、２６…予熱ヒータ、２７…燃料供給
管。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体燃料を気化させる燃料気化器（２
   １）と、 この燃料気化器（２１）で気化した燃料を燃焼空気と混
   合する混合器（２２）と、 触媒を担持した担体から構成され、前記気化燃料と前記
   燃焼空気との混合気を前記触媒と反応させて燃焼させる
   燃焼体（２４、２５）とを備え、 前記燃料気化器（２１）を前記燃焼体（２４、２５）に
   直接接触するように配置したことを特徴とする触媒燃焼
   式ヒータ。
2. 【請求項２】 前記燃料気化器（２１）を、燃料供給管
   （２７）から液体燃料が供給される有底筒状の形状に形
   成し、 前記燃焼体（２４、２５）には中心穴部（２４１）を形
   成し、 この中心穴部（２４１）に前記燃料気化器（２１）の底
   部側を挿入するようにしたことを特徴とする請求項１に
   記載の触媒燃焼式ヒータ。
3. 【請求項３】 前記燃焼体（２４、２５）のうち、上流
   側の部分を自己発熱型の燃焼体（２４）とし、この自己
   発熱型の燃焼体（２４）を前記燃料気化器（２１）に直
   接接触させ、この自己発熱型の燃焼体（２４）に予熱ヒ
   ータの役割を兼務させることを特徴とする請求項１また
   は２に記載の触媒燃焼式ヒータ。