JP6660403B2 - バーナシステム - Google Patents

Description

本発明の実施例は、バーナシステムに関し、より詳しくは、還元剤の熱分解に利用するためにエンジンから排出される排ガスを昇温させるバーナシステムに関する。

エンジンは、燃料を燃焼させて動力を発生させる。このようなエンジンから排出される排ガスには、窒素酸化物が含まれている。窒素酸化物は、外部への排出時に有害な影響を及ぼし、排ガス規制の対象となっている。

従って、エンジンが設けられた装置では、エンジンからの排ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するための別の排ガス浄化装置が設けられている。

一般に、排ガス浄化装置は、エンジンからの排ガスにウレア（ｕｒｅａ）を噴射させ、噴射されたウレアと排ガスとが反応器の内部に流入するようにする。即ち、噴射されたウレアは、排ガスの温度によって、イソシアン酸とアンモニアとに分解されて、反応器に流入する。また、反応器には、その内部に、窒素酸化物を窒素と水（又は、水蒸気）とに還元させ得る触媒が設けられている。

従って、反応器に流入した、噴射された還元剤と混合された排ガスは、触媒を通過することで窒素と水とに分解され、外部への排出時には、浄化された排ガスが排出される。

しかし、排ガスの温度が低い場合、排ガス自体の温度では、ウレアをイソシアン酸とアンモニアとに分解することが困難である。この場合、反応器を通過した排ガス中に、アンモニアが含まれることがあり、外部に排出されると、人体に有害な影響を及ぼすという問題点がある。

また、ウレアの加熱が十分高温で行われない場合、堆積物（ｄｅｐｏｓｉｔ）が発生し、反応器又は配管に堆積するという問題点がある。

本発明の実施例は、還元剤を効果的に熱分解させることができるバーナシステムを提供する。

本発明の実施例によれば、還元剤の熱分解に利用するためにエンジンから排出される排ガスを昇温させるバーナシステムは、排ガスを昇温させる一側領域と、前記一側領域で昇温された排ガスと熱分解された還元剤とが混合される他側領域と、前記他側領域に隣接した前記一側領域に形成され、排ガスが流入する排ガス流入口と、前記他側領域を通過した排ガスが排出される排ガス排出口とを含むバーナボディと、前記バーナボディの一側に設けられ、前記バーナボディの一側領域に燃料を噴射させる燃料噴射部材と、前記バーナボディの一側領域の内側に設けられ、前記バーナボディの排ガス流入口から流入した排ガスを前記燃料噴射部材に向かって移動させる隔壁と、前記隔壁の内部に還元剤を噴射する還元剤噴射部材と、を含む。

また、上述のバーナシステムは、前記他側領域の内側に設けられ、前記他側領域を通過する熱分解された還元剤と排ガスとを混合させるベーンをさらに含むことができる。

また、前記バーナボディは、前記バーナボディの一側に設けられ、前記燃料噴射部材により供給された燃料の噴射時に前記燃料が燃焼されるように新気を供給する新気流入口をさらに含むことができる。

また、前記還元剤噴射部材は、前記新気流入口と前記排ガス流入口との間に配置されることとしてもよい。

また、上述のバーナシステムは、前記一側領域に設けられ、前記燃料噴射部材から噴射された燃料により発生した火炎の長さを調節することができるスワラ（Ｓｗｉｒｌｅｒ）をさらに含むことができる。

さらに、上述のバーナシステムは、前記一側領域における火炎の温度を検出する火炎検出部材、及び、前記火炎検出部材で検出された火炎温度情報に基づいて前記還元剤噴射部材の動作を制御する制御部をさらに含むことができる。

本発明の実施例によれば、バーナシステムは、還元剤の熱分解を効果的に行うことが可能である。

本発明の一実施例に係るバーナシステムを示す断面図である。 図１のスワラを示す図である。 図１の動作過程を示す図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳述する。なお、本発明は、種々に変更して実施することができ、本明細書に記載の実施例に限定されない。

図面は、概略的に示されており、縮尺に合わせて示されるものではない。図面中、相対的な寸法及び比率は、図面の明確性及び便宜性のために誇張又は縮小して示されており、任意の寸法は、例示に過ぎず、限定的なものではない。また、２以上の図面に示される同様な構造物要素又は部品には、同様な特徴を有するものであることを示すため、同じ参照符号が付される。

本発明の実施例は、本発明の好適な実施例を具体的に示すものである。それで、図解の種々の変形が予想される。従って、実施例は、図示した特定の形態に局限されず、例えば、製造による変形形態が含まれる。

以下、図１及び図２を参照して、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１について説明する。

一般に、エンジンは、燃料の燃焼で生成された窒素酸化物が含まれた排ガスを排出する。本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１は、このような排ガスを還元剤熱分解に利用する。本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１は、図１に示されるように、一側領域１１０と、他側領域１２０と、排ガス流入口１３０と、排ガス排出口１４０とを含むバーナボディ１００、燃料噴射部材２００、隔壁３００、及び、還元剤噴射部材４００を含む。

バーナボディ１００の内部には、排ガスを昇温させる一側領域１１０と、昇温された排ガスと熱分解された還元剤とが混合される他側領域１２０とが設けられている。具体的には、バーナボディ１００は、一方向に長く形成され、中空状とすることができる。

また、バーナボディ１００は、バーナボディ１００内にエンジンからの排ガスが流入する排ガス流入口１３０を含む。排ガス流入口１３０は、他側領域１２０に隣接した一側領域１１０に形成されている。

即ち、排ガス流入口１３０は、昇温された排ガスと熱分解された還元剤との混合が行われる他側領域１２０と向かい合う排ガスを昇温させる一側領域１１０の端部に設けられ、一側領域１１０に排ガスが流入するように案内することができる。

排ガス排出口１４０は、他側領域１２０を通過した排ガスが排出されるようにバーナボディ１００に形成されている。具体的には、昇温された排ガスにより熱分解された還元剤と昇温された排ガスとの混合が行われ、排ガス排出口１４０を介して図示しない反応器に排出される。

燃料噴射部材２００は、バーナボディ１００の一側領域１１０に燃料を噴射させる。即ち、燃料噴射部材２００は、バーナボディ１００の内部に燃料を噴射させて火炎が形成させることができる。燃料噴射部材２００から噴射される火炎によってバーナボディ１００を通過する排ガスが昇温させる。具体的には、燃料噴射部材２００は、バーナボディ１００の一側に設けられている。

即ち、一方向に長く設けられたバーナボディ１００は、一側に燃料噴射部材２００が設けられ、他側に排ガス排出口１４０が形成され、燃料噴射部材２００と排ガス排出口１４０との間に排ガス流入口１３０が形成されている。

隔壁３００は、バーナボディ１００の一側領域１１０の内側に設けられる。また、隔壁３００は、バーナボディ１００の排ガス流入口１３０から流入した排ガスが燃料噴射部材２００に向かって移動するように案内する。具体的には、隔壁３００は、バーナボディ１００の一側領域１１０に設けられ、燃料噴射部材２００から噴射される燃料により形成される火炎の一部を囲むように設けられ、燃焼室を形成することができる。

即ち、隔壁３００は、排ガス流入口１３０から流入した排ガスが燃焼室に流入するように案内することができる。また、隔壁３００は、他側領域１２０に連結されており、隔壁３００の内部を通過した排ガスは、排ガス排出口１４０を介して排出されるようになる。

具体的には、隔壁３００により排ガス流入口１３０から燃料噴射部材２００に向かって移動する排ガスの移動方向は、燃料噴射部材２００に噴射される燃料により形成される火炎の方向と対向することができる。

従って、排ガス流入口１３０から流入して隔壁３００に沿って移動する排ガスは、燃料噴射部材２００から噴射された燃料により形成される火炎の一部を囲むように設けられた隔壁３００を冷却させることができる。これにより、排ガス流入口１３０から流入した排ガスは、隔壁３００に沿って移動しながら、隔壁３００の内部に形成された燃焼室の温度を冷却させることができる。

還元剤噴射部材４００は、隔壁３００内に還元剤を噴射する。具体的には、還元剤噴射部材４００で噴射する還元剤は、ウレア（ｕｒｅａ）とすることができる。即ち、還元剤噴射部材４００から噴射されるウレアは、隔壁３００内の火炎が形成された燃焼室においてアンモニアとイソシアン酸とに熱分解される。

従って、上述のように形成されたアンモニアは、触媒が設けられた反応器に流入し、排ガスの浄化効率を向上させることができる。

また、反応器へ流入する排ガスは、バーナボディ１００の排ガス流入口１３０から流入した排ガスの温度に比べて相対的に高い温度で反応器に流入するので、触媒の活性化温度より低い排ガス温度による触媒の被毒及び浄化効率の低下を効果的に防止することができる。

さらに、隔壁３００に沿って燃焼室内に流入する排ガスによって燃焼室の温度が低くなって冷却されるため、還元剤噴射部材４００から噴射される還元剤の昇温温度を相対的に低くすることができる。従って、隔壁３００に沿って移動する排ガスは、還元剤の噴射時に発生し得る異物を効果的に防止することができる。

また、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１は、ベーン５００をさらに含むことができる。

ベーン（ｖａｎｅ）５００は、バーナボディ１００の他側領域１２０の内側に設けられ、他側領域１２０を通過する熱分解された還元剤と排ガスとの混合を行う。具体的には、ベーン５００は、バーナボディ１００の他側領域１２０の内周面に突設され、熱分解された還元剤と排ガスとの混合を効果的に行うことができる。

また、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１において、バーナボディ１００は、新気流入口１５０をさらに含むことができる。

新気流入口１５０は、燃料噴射部材２００が設けられたバーナボディ１００の一側に形成されている。即ち、新気流入口１５０に流入する外部からの新気は、燃料噴射部材２００から噴射される燃料に酸素を供給し、これにより、燃料が燃焼され、火炎が形成される。

従って、新気流入口１５０は、燃料噴射部材２００から噴射される燃料を燃焼するため、外部からバーナボディ１００の一側領域に新気を供給することができる。

具体的には、新気流入口１５０と排ガス排出口１４０との間に排ガス流入口１３０を形成することができる。

また、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１における還元剤噴射部材４００は、新気流入口１５０と排ガス流入口１３０との間に配置されている。

還元剤噴射部材４００は隔壁３００により支持される。なお、還元剤噴射部材４００は、新気流入口１５０と排ガス流入口１３０との間に配置されている。

具体的には、還元剤噴射部材４００は、燃料噴射部材２００から噴射される燃料の燃焼時に、燃料噴射部材２００の端部に形成される主火炎部に比べて相対的に低い副火炎部に配置され、還元剤の噴射を行うことができる。

燃料噴射部材２００の一端の領域における主火炎部の温度は、１２００（Ｄｅｇ．Ｃ）である。このような高温領域にウレアが噴射されると、熱分解されたアンモニアが燃焼されるおそれがある。従って、還元剤噴射部材４００が、燃料噴射部材２００の端部の領域から離間した副火炎部にウレアを噴射させることで、異物の発生を抑制し、効果的にウレアの熱分解を行うことができる。

副火炎部の温度は、６００〜７００（Ｄｅｇ．Ｃ）の範囲内とすることができる。具体的には、バーナボディ１００の一側領域１１０の全長をＬとすると、還元剤噴射部材４００は、バーナボディ１００の一側から０．４Ｌ〜０．６Ｌの位置に設けられる。

即ち、本発明の一実施例に係る還元剤噴射部材４００は、隔壁３００の内部に形成される６００〜７００（Ｄｅｇ．Ｃ）の火炎に還元剤を噴射し、熱分解を行うことができる。

一例として、還元剤噴射部材４００は、互いに向かい合う位置に複数個設けられている。

また、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１は、スワラ（ｓｗｉｒｌｅｒ）をさらに含むことができる。

スワラ６００は、燃料噴射部材２００から噴射される燃料により発生する火炎の長さを調節することができる。具体的には、スワラ６００は、燃料噴射部材２００の一端に設けることができる。また、スワラ６００は、図２に示されるように、平板状に設けられ、平板に突設される複数の羽部６１０を含むことができる。

即ち、スワラ６００は、燃料噴射部材２００を中心に回転し、新気流入口１５０から流入する新気又は排ガス流入口１３０から流入する排ガスにより回転され、燃料噴射部材２００から噴射される燃料により形成される火炎の長さを調節することができる。

従って、スワラ６００は、還元剤噴射部材４００が還元剤を噴射する火炎の温度が６００〜７００（Ｄｅｇ．Ｃ）の範囲内になるように火炎の長さを調節することができる。なお、スワラ６００は、図示しない動力装置により回転することもできる。

また、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１は、火炎検出部材７００及び制御部８００をさらに含むことができる。

火炎検出部材７００は、燃料噴射部材２００から噴射される燃料によって、隔壁３００内側の燃焼室に形成される火炎の温度を検出することができる。具体的には、火炎検出部材７００は、還元剤噴射部材４００と隣接して設けられ、還元剤噴射部材４００が還元剤を噴射させる副火炎部の温度を検出することができる。

制御部８００は、火炎検出部材７００で検出された火炎の温度情報に基づいて、還元剤噴射部材４００の動作を制御することができる。具体的には、制御部８００には、還元剤噴射部材４００により噴射された還元剤の効果的な熱分解を行うことができる熱分解温度範囲が既に設定されている。従って、制御部８００は、このような既に設定された熱分解温度範囲と検出された火炎の温度とを比較することで、バーナが正常に動作するかどうかを判別することができる。制御部８００は、既に設定された熱分解温度範囲内に検出された火炎の温度がある場合は、バーナの動作が正常であると判断して還元剤噴射部材４００を継続して動作させ、検出された火炎の温度が既に設定された熱分解温度範囲から外れる場合は、バーナの動作が異常であると判断して還元剤噴射部材４００の動作を停止させることができる。

なお、制御部８００は、検出された火炎の温度が既に設定された熱分解温度範囲以下である場合、燃料噴射部材２００から供給される燃料量及びスワラ６００の不図示の駆動装置を制御して火炎の長さを調節することができる。

図３を参照して、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１の動作過程を説明する。

エンジンから排出される排ガスは、排ガス流入口１３０を介してバーナボディ１００の一側領域１１０に流入する。この時、流入する排ガスの温度は、低温であることができる。

排ガス流入口１３０に流入する排ガスは、隔壁３００に沿って隔壁３００の長手方向に移動する。

この時、制御部８００は、燃料噴射部材２００を動作させて燃料を隔壁３００内側の燃焼室に噴射させることで、図示しない点火部材による火炎の点火を行う。
燃料噴射部材２００の動作時、新気流入口１５０を介して隔壁３００内側の燃焼室に新気が流入する。新気流入口１５０を介して流入した新気は、バーナボディ１００の一側からバーナボディ１００の他側への排ガスの移動を助けることができる。

隔壁３００の長手方向（火炎形成方向とは逆方向）に沿って移動する排ガスは、隔壁３００の内側に流入して火炎を通過することで昇温される。制御部８００は、還元剤噴射部材４００を動作させ、副火炎部への還元剤の噴射を行う。

従って、隔壁３００の内側を通過する排ガスは、火炎により昇温され、昇温された排ガスに噴射されたウレアは、アンモニアとイソシアン酸とに効果的に熱分解される。

熱分解されたアンモニアとイソシアン酸、及び昇温された排ガスは、他側領域１２０を通過し、ベーン５００により旋回流を形成しながら混合される。即ち、熱分解されたアンモニアとイソシアン酸、及び昇温された排ガスは、他側領域１２０の長手方向に沿って移動しながらベーン５００により十分に混合される。

他側領域において混合された、熱分解されたアンモニアとイソシアン酸、及び昇温された排ガスは、排ガス排出口１４０を介してバーナボディ１００から排出される。排出された排ガスは、図示しない触媒が設けられている反応器へ流入し、窒素と水（水蒸気）とに分解され、外部に排出される。

隔壁３００内側の燃焼室において火炎が生成される場合、排ガス流入口１３０から流入して隔壁３００に沿って移動する排ガスは、隔壁３００内側の燃焼室を冷却させることができる。従って、隔壁３００内側の温度のオーバーシュートを防止し、隔壁３００内側の過熱により還元剤噴射部材４００から噴射される還元剤の熱分解時に発生し得るアンモニアの燃焼又は異物の発生を防止することができる。

このような構成によって、本発明の一実施例に係るバーナシステム１０１は、還元剤の効果的な熱分解を行うことが可能である。

具体的には、バーナシステム１０１は、排ガス流入口１３０を介してバーナボディ１００の一側領域に流入した排ガスが隔壁３００の長手方向に沿って流れることで、燃料噴射部材２００が燃料を噴射させて火炎を形成する隔壁３００内側の温度を効果的に冷却させることができる。従って、隔壁３００の内側に噴射されるウレアの熱分解時に発生し得るアンモニアの燃焼又は異物の発生を防止することができる。

また、バーナシステム１０１は、バーナボディ１００が排ガスを昇温させる一側領域１１０と、昇温された排ガスと熱分解された還元剤とが混合される他側領域１２０とを含む。これにより、排ガスを効果的に昇温し、昇温された排ガスが、熱分解された還元剤と十分に混合されるようになる。

以上、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明してきたが、本発明の属する技術分野の当業者であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴から逸脱することなく種々に変更して実施できることが理解できるであろう。

また、上述の実施例は、本発明の例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、後述の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲、及びその等価概念から導出される変更又は変形された形態は、全て本発明の範囲に属するものと解されるべきである。

本発明の実施例に係るバーナシステムは、還元剤の熱分解に利用するためにエンジンから排出される排ガスの昇温を行うために使用することができる。

Claims (5)

1. 還元剤の熱分解に利用するためにエンジンから排出される排ガスを昇温させるバーナシステムであって、
   燃料を噴射させる燃料噴射部材と、
   一側が前記燃料噴射部材を支持し、前記燃料噴射部材から噴射された燃料により排ガスを昇温させる一側領域と、前記一側領域で昇温された排ガスと熱分解された還元剤とが混合される他側領域と、他側に設けられ、前記他側領域を通過した排ガスが排出される排ガス排出口と、また前記一側と前記他側との間に配置され、前記一側領域に排ガスが流入されるように案内する排ガス排出口とを含むバーナボディと、
   前記バーナボディの一側領域の内側に、前記バーナボディの内周面と離間して設けられ、前記バーナボディの排ガス流入口から流入した排ガスを前記バーナボディの一側領域の長手方向に沿って前記燃料噴射部材に向かって移動させる隔壁と、
   前記隔壁の内部に還元剤を噴射する還元剤噴射部材と、
   前記他側領域の内周面に突設され、前記バーナボディの長手方向に沿って複数個設けられ、前記他側領域を通過する熱分解された還元剤と排ガスとが混合されるように旋回流を形成するベーンと、を含むバーナシステム。
2. 前記バーナボディは、前記バーナボディの一側に設けられ、前記燃料噴射部材により供給された燃料の噴射時に前記燃料が燃焼されるように新気を供給する新気流入口をさらに含む請求項１に記載のバーナシステム。
3. 前記還元剤噴射部材は、前記新気流入口と前記排ガス流入口との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載のバーナシステム。
4. 前記一側領域に設けられ、前記燃料噴射部材から噴射された燃料により発生した火炎の長さを調節することができるスワラをさらに含む請求項１に記載のバーナシステム。
5. 前記一側領域における火炎の温度を検出する火炎検出部材と、
   前記火炎検出部材で検出された火炎温度情報に基づいて前記還元剤噴射部材の動作を制御する制御部と、をさらに含む請求項２乃至４中のいずれか１項に記載のバーナシステム。

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