KR100548451B1 - Inner flame burner for regeneration of diesel particulate filter - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 디젤엔진의 배기가스 유로와 연결된 적어도 하나의 연결관을 통해 엔진의 배기가스가 유입되는 연소실; 유입된 액체연료를 기화시키는 기화기; 이 기화기에서 기화된 연료와 연소용 외부공기를 혼합하여 연료 및 공기의 혼합기체를 만드는 혼합기체공급유닛; 연소실내에 설치되어 혼합기체공급유닛으로부터 혼합기체를 공급받아 순간적으로 저장하는 혼합기체저장실; 이 혼합기체저장실로부터 공급된 혼합기체가 그 외측으로부터 내측으로 분사되도록 매트형 다공성 매질로 이루어지며, 연결관을 통해 연소실로 유입된 배기가스가 그 내부를 유동하도록 연소실 내부에 배치되는 내염연소기; 이 내염연소기의 내측으로 분사되는 혼합기체에 불꽃을 점화하는 점화기; 및 내염연소기의 표면에서의 화염 존재 여부를 감지하는 화염감지기;를 포함하는 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너가 제공된다. 이와 같은 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너에 의하면, 화염이 내염연소기의 표면으로부터 내면을 향하여 짧게 형성되기 때문에 디젤엔진의 급변동하는 운전조건에서도 안정적인 화염을 유지할 수 있으며, 특히 배기가스의 가장자리로부터 내부로 화염에 의한 열이 전달되기 때문에 배기가스의 온도분포를 균일하게 할 수 있다.According to the present invention, a combustion chamber into which the exhaust gas of the engine flows through at least one connection pipe connected to the exhaust gas flow path of the diesel engine; A vaporizer for vaporizing the introduced liquid fuel; A mixed gas supply unit for mixing the fuel vaporized in the vaporizer and the external air for combustion to produce a mixed gas of fuel and air; A mixed gas storage chamber installed in the combustion chamber to receive the mixed gas from the mixed gas supply unit and to store the mixed gas in an instant; A flame retardant composed of a mat-type porous medium such that the mixed gas supplied from the mixed gas storage chamber is sprayed from the outside to the inside thereof and disposed inside the combustion chamber so that the exhaust gas introduced into the combustion chamber through the connecting pipe flows therein; An igniter for igniting a flame in the mixed gas injected into the flame retardant combustion machine; And a flame detector for detecting the presence of flames on the surface of the flame retarder. A burner for regenerating a diesel engine particulate filter is provided. According to the burner for regenerating the diesel diesel particulate filter, since the flame is formed shortly from the surface of the flame retardant to the inner surface, it is possible to maintain a stable flame even in a rapidly changing operating condition of the diesel engine, especially from the edge of the exhaust gas. Since heat from the flame is transferred, the temperature distribution of the exhaust gas can be made uniform.
디젤엔진, 매연여과장치, DPF, 필터, 금속섬유, 버너, 연소기, 내염연소기 Diesel Engine, Soot Filter, DPF, Filter, Metal Fiber, Burner, Combustor, Flame Retardant Combustor
Description
도 1은 종래 디젤엔진매연여과장치의 일례를 나타낸 도면,1 is a view showing an example of a conventional diesel engine particulate filter;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너를 적용한 디젤엔진매연여과장치를 나타낸 조합도,2 is a combination diagram showing a diesel engine particulate filter applying a burner for regenerating the diesel engine particulate filter according to the first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너를 나타낸 도면,3 is a view showing a burner for regenerating a diesel engine particulate filter according to a second embodiment of the present invention;
도 4 내지 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너를 나타낸 도면이다. 4 to 7 is a view showing a burner for regenerating a diesel engine particulate filter according to a third embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
100...내염연소기 101...점화기100 Flame Retardant ...
102...점화기전원장치 103...화염감지기102 ...
110...혼합기체공급유닛 120...기화기110.Mixed
130...연소실 131,137...연결관130 Combustion chamber 131,137 Connector
133...유동균일화장치 134...혼합기체저장실133
135...균일유속화장치 136...선회기135 Uniform Homogenizer 136 Turning Machine
140...필터 150...배출관140
160...전자제어유닛 160 ... electronic control unit
본 발명은 디젤엔진매연여과장치(Diesel Particulate Filter;DPF)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤엔진의 배기가스 중에 포함된 매연입자를 여과시키는 매연여과장치를 재생하기 위한 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너에 관한 것이다.The present invention relates to a diesel engine particulate filter (DPF), and more particularly, to regenerate a diesel engine particulate filter for regenerating a particulate filter for filtering particulate matter contained in exhaust gas of a diesel engine. It's about a burner.
열차, 선박, 산업용 차량 등에서는 디젤엔진을 사용하는 것이 보편적이며, 최근에 디젤 승용차의 출시가 본격화 되면서 디젤엔진의 사용은 점차 증가하고 있는 추세이다. The use of diesel engines is common in trains, ships, and industrial vehicles, and the use of diesel engines is gradually increasing with the recent launch of diesel passenger cars.
이와 같은 디젤엔진의 사용량 증가 경향은 디젤엔진으로부터 배출되는 배출 가스에 포함된 매연(Soot), SOF(Soluble Organic Fraction) 등의 입자상 물질(Particulate Matter ; PM)의 배출량을 증가시키고 있으며, 이러한 배출물들은 환경오염, 특히 대기오염의 주원인이 되어 점차 그 규제가 강화되고 있다. This trend of increasing usage of diesel engines is increasing the emissions of particulate matter (PM), such as soot and SOF (Soluble Organic Fraction), contained in the exhaust gas emitted from diesel engines. Regulations are gradually being tightened due to environmental pollution, especially air pollution.
상기와 같은 환경오염의 문제를 해결하기 위하여 디젤 차량 등에서 발생되는 매연입자가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하도록 매연을 포집하고 처리하는 디젤엔진매연여과장치(DPF)에 대한 다양한 방안이 연구되고 있다.In order to solve the problem of environmental pollution as described above, various methods for a diesel engine particulate filter (DPF) for collecting and treating soot to prevent emissions of soot particles generated from diesel vehicles and the like into the atmosphere have been studied.
도 1에는 디젤엔진의 매연을 저감시키기 위한 종래 디젤엔진매연여과장치의 일례로서, 대한민국 특허공개 제2003-0003599호에 개시된 디젤엔진매연여과장치가 도시되어 있다. 1 shows a diesel engine particulate filter disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0003599 as an example of a conventional diesel engine particulate filter for reducing the soot of a diesel engine.
도면을 참조하면, 종래 디젤엔진매연여과장치는, 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스 속에 포함된 매연 입자를 여과하기 위한 모노리스형의 세라믹 필터(11)가 설치된 본체(10)와, 상기 필터(11)의 재생을 위한 버너(1)를 구비한다. 상기 버너(1)는 연료펌프(2)와 공기펌프(3)에 의해 공급된 혼합연료를 분사하는 연소기(4) 및 점화봉(5) 등을 포함하고 있다. Referring to the drawings, the conventional diesel engine particulate filter, the
위와 같은 종래 디젤엔진매연여과장치에 있어서, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 속에 포함된 매연 입자는 세라믹 필터(11)에 의하여 포집이 되고, 이때 필터(11)에 포집되는 양이 많으면, 필터부의 압력 손실이 크게 증가하여 디젤엔진의 배압에 크게 영향을 미치게 된다. 따라서 필터에 포집된 매연은 일정한 압력 손실이 발생하면 주기적으로 필터(11)로부터 제거를 하여 주어야 하는데, 이때 필터(11)로부터 매연 입자를 제거하기 위한 방안으로 매연의 산화온도(일반적으로 600℃) 이상으로 배기가스의 온도를 상승 시켜 필터(11)에 포집된 매연 입자들을 산화(연소)시켜 필터(11)로부터 제거하는 방법을 사용한다. 이때 필터(11)에 포집된 매연입자의 산화 온도 이상으로 배기가스의 온도를 상승시키기 위한 열 공급 장치의 수단으로 버너(1)의 화염을 사용하게 된다. 즉, 필터(11)에 카본과 같은 매연입자가 어느 정도 포집되면 압력센서(6)에 감지되는 내부 압력이 상승하게 되며, 이 신호를 받은 제어기(7)는 필터(11)에 포집된 매연입자를 연소시키기 위해 버너(1)를 가동하게 된다. 그러면, 연소기(4)로 분사되는 연료에 점화봉(5)이 불을 붙이고, 보염기(8)가 화염을 유지해주면서 배기유로(20)의 내부온도를 급상승시킨다. 이에 따라 필터(11)에 포집된 매연입자가 연소되어 사라지게 되며, 그 필터(11)는 다시 새롭게 배출되는 매연입자를 포집하는데 사용될 수 있게 된다. In the conventional diesel engine particulate filter as described above, the soot particles contained in the exhaust gas discharged from the engine is collected by the ceramic filter 11, if the amount collected in the filter 11, the pressure loss of the filter portion This increase greatly affects the back pressure of the diesel engine. Therefore, the soot collected in the filter should be periodically removed from the filter 11 when a certain pressure loss occurs. In this case, the soot oxidation temperature (generally 600 ° C.) is used to remove the soot particles from the filter 11. The method of raising the temperature of the exhaust gas and oxidizing (burning) the soot particles collected in the filter 11 to remove it from the filter 11 is used. At this time, the flame of the burner 1 is used as a means of a heat supply device for raising the temperature of the exhaust gas above the oxidation temperature of the soot particles collected in the filter 11. That is, when particulate matter such as carbon is collected to some extent in the filter 11, the internal pressure sensed by the pressure sensor 6 is increased, and the controller 7 receiving the signal generates particulate matter collected in the filter 11. The burner 1 is operated to burn the fuel. Then, the
그러나 상기한 바와 같은 종래 액체연료 분사식 버너에 있어서는, 연소 과정에서 생성되는 화염이 도면에 예시된 것처럼 매우 길게 형성된다. 이렇게 화염이 길게 형성되면, 아무리 보염기(8)가 있다고 해도 화염 상태의 안정화가 유지 되지 못하고, 엔진의 운전 조건에 따라 화염의 안정성은 매우 크게 영향을 받게 된다. 즉, 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량과 압력 조건의 심한 변화에 따라 화염이 안정 상태를 이루지 못하고 배기가스 속에서 화염이 흔들리면서 불안정하게 되어, 유지 되지 못하고 쉽게 꺼지는(소화되는) 단점이 있어 디젤엔진매연여과장치용 버너로서의 실용화가 매우 어렵다.However, in the conventional liquid fuel injection burner as described above, the flame generated in the combustion process is formed very long as illustrated in the figure. If the flame is formed in this way, even if there is the base 8, the stabilization of the flame state is not maintained, and the stability of the flame is greatly affected by the operating conditions of the engine. That is, the diesel engine has a disadvantage in that the flame does not reach a stable state due to a severe change in the exhaust gas discharge rate and the pressure condition discharged from the engine, and the flame is unstable as the flame shakes in the exhaust gas, and thus it is not maintained and is easily extinguished. Practical use as a burner for a soot filtration device is very difficult.
특히, 디젤엔진의 가속 또는 감속구간에서는 배기가스 유량이나 압력 증감의 폭이 더욱 심해지게 되는데, 이렇게 되면 화염이 아주 불안정하거나 소화되어 배기유로(20) 내의 온도를 안정적으로 상승시키고 유지하기가 어려워지며, 이 때문에 필터(11)에 포집된 매연의 원활한 산화를 통한 재생 작업도 힘들어진다. 즉, 공회전이나 정속 구간 또는 엔진이 정지된 경우와 같이 운전조건이 일정한 상태에서는 안정적인 화염을 유지할 수 있지만, 엔진의 가속 또는 감속 구간과 같은 엔진 운전 조건의 변화 구간에서는 화염이 유지되지 못하고 쉽게 꺼져버리기 때문에 필터(11)에 포집된 매연입자 연소 작업, 즉 필터 재생 작업의 수행이 불가능하여 진다. 이렇게 되면 매연 포집용 필터(11)의 상태는 점점 악화되기 때문에 필터(11)가 매연 입자 포집 장치로서의 역할을 못하게 된다는 문제점을 내포하고 있다. In particular, in the acceleration or deceleration section of the diesel engine, the width of the exhaust gas flow rate or the pressure increase or decrease becomes more severe. This makes the flame very unstable or extinguished, making it difficult to stably raise and maintain the temperature in the exhaust flow path 20. For this reason, the regeneration operation through smooth oxidation of the soot collected in the filter 11 also becomes difficult. In other words, stable flames can be maintained under constant operating conditions, such as idling, constant speed sections or when the engine is stopped.However, flames cannot be maintained and easily turned off during periods of changing engine operating conditions such as engine acceleration or deceleration sections. This makes it impossible to perform the soot particle combustion operation, that is, the filter regeneration operation, collected by the filter 11. In this case, since the state of the soot collecting filter 11 is gradually worsened, there is a problem that the filter 11 does not play a role as a soot particle collecting device.
본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 디젤엔진의 운전 조건 급변화에 영향을 받지 않고 배기가스 흐름 속에서 항상 일정하고 안정적인 화염상태를 유지할 수 있도록 개선된 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above necessity, and is an improved burner for regenerating a diesel engine smoke filter for maintaining a constant and stable flame state in an exhaust gas stream without being affected by sudden changes in operating conditions of a diesel engine. The purpose is to provide.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. In addition, the objects and advantages of the invention may be realized by the means and combinations indicated in the claims.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는, 디젤엔진의 배기가스 유로와 연결된 적어도 하나의 연결관을 통해 엔진의 배기가스가 유입되는 연소실; 유입된 액체연료를 기화시키는 기화기; 상기 기화기에서 기화된 연료와 연소용 외부공기를 혼합하여 연료 및 공기의 혼합기체를 만드는 혼합기체공급유닛; 상기 연소실내에 설치되어 상기 혼합기체공급유닛으로부터 혼합기체를 공급받아 순간적으로 저장하는 혼합기체저장실; 상기 혼합기체저장실로부터 공급된 혼합기체가 그 외측으로부터 내측으로 분사되도록 매트형 다공성 매질로 이루어지며, 상기 연결관을 통해 상기 연소실로 유입된 배기가스가 그 내부를 유동하도록 상기 연소실 내부에 배치되는 내염연소기; 상기 내염연소기의 내측으로 분사되는 혼합기체에 불꽃을 점화하는 점화기; 및 상기 내염연소기의 표면에서의 화염 존재 여부를 감지하는 화염감지기;를 포함한다. The burner for regenerating the diesel engine particulate filter of the present invention for achieving the above object includes a combustion chamber into which the exhaust gas of the engine is introduced through at least one connection pipe connected to the exhaust gas flow path of the diesel engine; A vaporizer for vaporizing the introduced liquid fuel; A mixed gas supply unit for mixing a fuel vaporized in the vaporizer and external air for combustion to produce a mixed gas of fuel and air; A mixed gas storage chamber installed in the combustion chamber to receive the mixed gas from the mixed gas supply unit and to store the mixed gas in an instant; A flame resistant mat is formed of a porous porous medium so that the mixed gas supplied from the mixed gas storage chamber is injected from the outside to the inside, and the exhaust gas introduced into the combustion chamber through the connecting pipe flows therein. burner; An igniter for igniting a flame in the mixed gas injected into the flame retardant combustion unit; It includes; and a flame detector for detecting the presence of a flame on the surface of the flame retardant flame retarder.
여기서 상기 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는 배기가스 유동이 선회 (swirl) 유동 상태로 상기 연소실 내부에 설치된 상기 내염연소기의 내부로 유입될 수 있도록 상기 연소실의 입구에 적어도 하나의 선회기를 더 포함할 수 있다.The burner for regenerating the diesel engine particulate filter may further include at least one swirler at the inlet of the combustion chamber so that exhaust gas flow may be introduced into the flame retardant combustion apparatus installed inside the combustion chamber in a swirl flow state. Can be.
또한, 상기 연결관은 배기가스 유동이 선회유동 상태로 상기 연소실 내부에 설치된 상기 내염연소기의 내부로 유입될 수 있도록 상기 연소실 단면에 대해 접선 방향으로 설치될 수 있다. In addition, the connecting pipe may be installed in a direction tangential to the combustion chamber cross section so that the exhaust gas flow can be introduced into the flame retardant combustion apparatus installed inside the combustion chamber in a swirl flow state.
또한, 상기 내염연소기는 사이클론 형상을 갖는 것이 바람직하다.In addition, the flame retardant group preferably has a cyclone shape.
또한, 상기 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는 상기 혼합기체공급유닛과 상기 혼합기체저장실 사이에 상기 연소실과 동심원을 이루는 원환 형태로 설치되어 상기 혼합기체저장실로 유입되는 혼합기체의 유동이 상기 연소실의 반경방향으로 균일하도록 하는 유동균일화장치를 더 포함할 수 있다.In addition, the diesel engine particulate filter regeneration burner is installed between the mixed gas supply unit and the mixed gas storage chamber in an annular shape concentric with the combustion chamber so that the flow of the mixed gas flowing into the mixed gas storage chamber is controlled by the combustion chamber. It may further comprise a flow homogenizing device to be uniform in the radial direction.
또한, 상기 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는 상기 혼합기체저장실 내부에 설치되어 혼합기체의 압력분포가 상기 연소기의 길이방향으로 균일하도록 함으로써 혼합기체의 길이방향 유속을 균일화시키는 균일유속화장치가 더 포함할 수 있다.In addition, the burner for regenerating the diesel engine particulate filter is installed inside the mixed gas storage chamber so that the pressure distribution of the mixed gas is uniform in the longitudinal direction of the combustor so that a uniform flow rate device for equalizing the longitudinal flow velocity of the mixed gas is further provided. It may include.
또한, 상기 기화기는, 액체연료가 기화되는 기화실, 액체연료를 미세한 액적으로 무화시켜 상기 기화실로 공급하는 무화기, 및 기화된 연료를 상기 혼합기체공급유닛으로 이송하기 위하여 상기 기화실 내로 이송용 외부공기가 유입되는 통로를 형성하는 이송공기유입라인을 포함하는 것이 바람직하다.The vaporizer may include a vaporization chamber in which liquid fuel is vaporized, an atomizer for atomizing the liquid fuel into fine droplets, and supplying the vaporization chamber to the vaporization chamber, and for transporting the vaporized fuel to the mixed gas supply unit. It is preferable to include a transfer air inlet line to form a passage through which the outside air flows.
여기서, 상기 이송공기유입라인은, 그 일부분이 디젤엔진의 배기가스 유로 속을 지나도록 배치하여 상기 이송공기유입라인을 통해 유입되는 이송용 외부공기 가 디젤엔진의 배기가스와 열교환 후 예열되어 상기 기화실 내로 유입되는 것이 바람직하다.Here, the transfer air inflow line is arranged so that a portion thereof passes through the exhaust gas flow path of the diesel engine, and the external air for transport introduced through the transfer air inflow line is preheated after exchanging heat with the exhaust gas of the diesel engine. It is preferable to flow into the firebox.
또한, 상기 혼합기체공급유닛은, 연소용 외부공기와 기화된 연료가 혼합되어 혼합기체를 형성하는 혼합실, 상기 혼합실과 연통하여 연소용 외부공기가 상기 혼합실로 유입되는 통로를 형성하는 연소공기유입라인, 상기 혼합실과 상기 기화실을 연통하여 기화된 연료가 상기 혼합실로 유입되는 통로를 형성하는 연료유입라인, 및 상기 혼합실과 상기 혼합기체저장실을 연통하여 상기 혼합실에서 혼합된 혼합기체가 상기 혼합기체저장실로 유입되는 통로를 형성하는 혼합기체유입라인을 포함할 수 있다. The mixed gas supply unit further includes a mixing chamber in which combustion external air and vaporized fuel are mixed to form a mixed gas, and a combustion air inlet communicating with the mixing chamber to form a passage through which the external air for combustion flows into the mixing chamber. A line, a fuel inlet line communicating with the mixing chamber and the vaporization chamber to form a passage through which the vaporized fuel flows into the mixing chamber, and a mixed gas mixed in the mixing chamber by communicating with the mixing chamber and the mixed gas storage chamber. It may include a mixed gas inlet line to form a passage to the gas storage chamber.
여기서, 상기 연소공기유입라인에 형성된 연소용 외부공기의 유입통로와 상기 혼합실은, 연소용 외부공기의 흐름에 따라 단면적이 축소되는 벤튜리(ventury) 형상인 것이 바람직하다.Here, the inflow passage of the external air for combustion and the mixing chamber formed in the combustion air inlet line is preferably a venturi shape in which the cross-sectional area is reduced according to the flow of the external air for combustion.
또한, 상기 연소공기유입라인은, 그 일부분이 디젤엔진의 배기가스 유로 속을 지나도록 배치하여 상기 연소공기유입라인을 통해 유입되는 연소용 외부공기가 디젤엔진의 배기가스와 열교환 후 예열되어 상기 혼합실 내로 유입되는 것이 바람직하다.In addition, the combustion air inlet line is arranged so that a portion thereof passes through the exhaust gas flow path of the diesel engine, and the external air for combustion introduced through the combustion air inflow line is preheated after heat exchange with the exhaust gas of the diesel engine to mix the mixture. It is preferable to flow into the chamber.
한편, 상기 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는 상기 연소실 내부의 적어도 일 지점의 온도 및 압력과, 상기 기화실로 유입되는 이송용 외부공기의 유량, 기화실 내부의 온도 및 압력과, 상기 혼합기체공급유닛으로 유입되는 연소용 외부공기의 유량, 온도 및 압력과, 상기 연료펌프에서 공급되는 액체연료의 유량과, 매연여 과장치 통과 후 배기가스의 온도 및 압력과, 상기 내염연소기, 점화기, 화염감지기 및 연료펌프의 작동을 각각 전자적으로 피드백 제어하는 전자제어유닛을 더 포함할 수 있다.On the other hand, the burner for regeneration of the diesel engine particulate filter, the temperature and pressure of at least one point in the combustion chamber, the flow rate of the external air for transport flowing into the vaporization chamber, the temperature and pressure inside the vaporization chamber, and the mixed gas supply The flow rate, temperature and pressure of the external air for combustion flowing into the unit, the flow rate of the liquid fuel supplied from the fuel pump, the temperature and pressure of the exhaust gas after passing the soot filtration device, the flame retardant, igniter, flame detector And an electronic control unit which electronically controls the operation of the fuel pump, respectively.
여기서. 상기 기화기는, 상기 전자제어유닛에 의해 제어되어 상기 이송공기유입라인을 통해 유입되는 이송용 외부공기의 유량을 조절하는 전자밸브와, 상기 기화실 내의 온도 및 압력을 감지하여 그 신호를 상기 전자제어유닛에 제공하는 온도 및 압력센서를 포함하는 것이 바람직하다.here. The carburetor is controlled by the electronic control unit, the solenoid valve for controlling the flow rate of the transfer external air flowing through the transfer air inlet line, and the temperature and pressure in the vaporization chamber to detect the signal and the electronic control It is preferred to include a temperature and pressure sensor provided to the unit.
또한, 상기 혼합기체공급유닛은, 상기 전자제어유닛에 의해 제어되어 유입되는 연소용 외부공기의 유량을 조절하는 전자밸브와, 상기 연소용 외부공기의 온도 및 압력을 감지하여 그 신호를 상기 전자제어유닛에 제공하는 온도 및 압력센서를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the mixed gas supply unit, the solenoid valve for controlling the flow rate of the external air for combustion, which is controlled by the electronic control unit, and senses the temperature and pressure of the external air for combustion and the signal is the electronic control It is preferred to include a temperature and pressure sensor provided to the unit.
또한, 상기 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는, 상기 점화기의 점화부에 신선한 외부공기를 공급할 수 있도록 외부와 연통된 청정공기공급라인과, 상기 전자제어유닛에 의해 제어되어 상기 청정공기공급라인을 통해 유입되는 신선한 외부공기의 유량을 조절하는 전자밸브를 더 포함할 수 있다.Further, the burner for regenerating the diesel engine particulate filter may include a clean air supply line communicating with the outside so as to supply fresh external air to the ignition part of the igniter, and controlled by the electronic control unit to control the clean air supply line. It may further include an electronic valve for adjusting the flow rate of fresh external air introduced through.
또한, 상기 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는, 상기 화염감지기의 화염감지부에 신선한 외부공기를 공급할 수 있도록 외부와 연통된 청정공기공급라인과, 상기 전자제어유닛에 의해 제어되어 상기 청정공기공급라인을 통해 유입되는 신선한 외부공기의 유량을 조절하는 전자밸브를 더 포함할 수 있다.In addition, the burner for regenerating the diesel engine particulate filter may include a clean air supply line communicating with the outside so as to supply fresh outside air to the flame detection unit of the flame detector, and controlled by the electronic control unit to supply the clean air. It may further include an solenoid valve for controlling the flow rate of fresh external air flowing through the line.
또한, 상기 전자제어유닛은, 매연여과장치 전후에서 감지된 압력 값의 차이 가 소정치 이상이면 버너가 작동되도록 제어하고, 압력 값의 차이가 소정치 미만이면 버너의 작동이 중지되도록 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the electronic control unit, it is preferable to control the burner to operate when the difference between the pressure value detected before and after the soot filtration device is more than a predetermined value, and to stop the operation of the burner when the difference in pressure value is less than the predetermined value. Do.
또한, 상기 연소실의 내벽에는 세라믹울, 세라크울 및 내화벽돌로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 내화단열재가 라이닝된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that at least one refractory insulating material selected from the group consisting of ceramic wool, cerac wool and refractory brick is lined on the inner wall of the combustion chamber.
또한, 상기 내염연소기를 형성하는 다공성 매질은, 매트형 금속섬유(Metal Fiber), 세라믹 및 발포금속으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다. In addition, the porous medium forming the flame resistant flame retardant is preferably any one selected from the group consisting of metal fibers, ceramics and foamed metal.
또한, 상기 내염연소기는 상기 배기가스 유로를 정의(define)하는 중공부가 형성된 실린더형, 원추형, 각관형 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 형상을 갖는 것이 바람직하다. In addition, the flame retardant flame retarder preferably has any one shape selected from the group consisting of a cylindrical, conical, tubular and combinations thereof in which a hollow portion defining the exhaust gas flow path is defined.
또한, 상기 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는 상기 내염연소기의 내부에 이격 설치되어 상기 내염연소기의 내부 표면과 복사 열교환을 하는 내열성의 금속 매쉬를 더 구비할 수 있다.In addition, the burner for regenerating the diesel engine particulate filter may be further provided with a heat-resistant metal mesh spaced apart from the inside of the flame retardant to radiate heat exchange with the inner surface of the flame retardant.
또한, 상기 내염연소기는 상기 다공성 매질의 외측에 결합되어 상기 다공성 매질의 형태를 지지하는 다공성의 지지체를 더 구비할 수 있다.In addition, the flame resistant flame retarder may be further provided with a porous support coupled to the outside of the porous medium to support the form of the porous medium.
또한, 상기 점화기는 전기적 스파크를 발생하여 혼합기체를 점화시키는 스파크 플러그 또는 단부가 적열되어 혼합기체를 착화시키는 그로우 플러그 중 선택된 하나인 것이 바람직하다.In addition, the igniter is preferably one selected from a spark plug for generating an electrical spark and igniting the mixed gas, or a glow plug for igniting the mixed gas with an end portion glowing.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통 상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly introduce the concept of terms in order to best explain their invention. Based on the principle that the definition can be made in a simple manner, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너를 적용한 디젤엔진매연여과장치를 나타낸 조합도이다. 2 is a combination diagram showing a diesel engine particulate filter applying a burner for regenerating the diesel engine particulate filter according to the first embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는, 일단부가 적어도 하나의 연결관(131)을 통해 배기가스 유로와 연결되고 타단이 매연을 포집하는 필터(140)와 같은 매연여과장치와 연결된다. 이러한 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는, 기화된 연료를 연소하는 다공성의 매트형 금속섬유(Metal fiber)로 이루어진 내염 연소(inner flame)타입의 내염연소기(100)와, 이 내염연소기(100)에 공급되는 연료를 기화시키는 기화기(120)와, 이 기화기(120)에서 기화된 연료와 연소용 외부공기의 혼합 기체를 내염연소기(100)에 주입하는 혼합기체공급유닛(110)과, 디젤엔진의 배기가스가 유입되는 공간이며 내부에 상기 내염연소기(100)가 배치되는 연소실(130)과, 버너의 운전을 전자적으로 제어하는 전자제어유닛(160)을 구비하고 있다.As illustrated, the burner for regenerating the diesel engine particulate filter according to the first embodiment of the present invention includes a filter having one end connected to the exhaust gas flow path through at least one connecting
상기 내염연소기(100)는 연소실(130) 내로 공급된 혼합기체가 그 외면으로부터 내면 쪽으로 분사되도록 다공성 매질로 이루어지며, 연결관(131)을 통해 유입된 배기가스가 그 내부를 유동하도록 연소실(130) 내부에 배치된다. 내염연소기(100)를 이루는 다공성 매질로는 고내열성을 갖는 매트형 금속섬유, 발포금속, 세라믹 등을 사용할 수 있다. 여기서 내염연소기(100)는 다공성 매질의 외측에 결합되어 상기 다공성 매질의 형태를 지지할 수 있도록 다공성의 지지체(106)를 더 구비할 수 있다. The flame
한편, 상기 내염연소기(100)의 내부에는 내염연소기(100)의 내면으로부터 이격되게 내열성 금속 매쉬(107)를 설치할 수 있다. 이러한, 내열성 금속 매쉬(107)는 내염연소기(100)의 내부 표면과 복사 열교환을 함으로써, 주위를 유동하는 배기가스의 온도를 매우 높게 올릴 수 있다.Meanwhile, the heat
상기 기화기(120)는 액체연료가 기화되는 기화실(121)과, 연료펌프(128)에 의해 연료탱크(미도시)로부터 펌핑(pumping)된 액체 상태의 연료(예 : 경유 등)를 미세한 액적으로 무화시켜 기화실로 공급하는 무화기(122)(예: 초음파 분무기 등)와, 기체 상태로 기화시키기 위하여 열을 공급하는 기화열원(123)과; 상기 기화실(121)의 온도 및 압력을 감지하여 전자제어유닛(160)으로 신호를 공급하기 위한 온도 및 압력 센서(124)와; 상기 기화실(121) 내부에서 기화된 기체 상태의 연료를 상기 연소용 공기와 부분적으로 혼합하고 기화된 연료를 이송하기 위하여 기화실(121)로 유입되는 이송용 외부공기의 유입통로를 형성하는 이송공기유입라인(125)과, 이 이송공기유입라인(125)을 통하여 공급되는 이송용 외부공기의 유량을 전자적으로 제어하기 위한 전자밸브(126)와, 무화기(122)에서 무화된 연료의 액적을 기화실(121)로 유입시키는 액적이송라인(127) 등으로 구성이 된다.The
상기 혼합기체공급유닛(110)은 기화기(120)에서 기체화된 연료와 연소용 외부공기의 혼합이 일어난 후 연료와 공기의 혼합기체를 상기 내염연소기(100)로 공 급하기 위하여 구성되는 것으로서, 연소용 외부공기와 기화된 연료가 혼합되어 혼합기체를 형성하는 혼합실(111)과, 이 혼합실(111)과 연통하여 연소용 외부공기가 혼합실(111)로 유입되는 통로를 형성하는 연소공기유입라인(112)과, 혼합실(111)과 기화실(121)을 연통하여 기화된 연료가 혼합실(111)로 유입되는 통로를 형성하는 연료유입라인(113)과, 혼합실(111)과 연소실(130)을 연통하여 혼합실(111)에서 혼합된 혼합기체가 연소실(130)로 유입되는 통로를 형성하는 혼합기체유입라인(114)을 포함한다. 여기서, 연소공기유입라인(112)을 통해 혼합실(111)로 유입되는 연소용 외부공기의 유로는 점점 축소되는 단면적을 가지는 벤튜리(ventury) 형태로 구성된다. 이때 벤튜리에서의 낮은 압력과, 이러한 벤튜리와 상기 연료유입라인(113)의 연결에 의하여 상기 기화기(120)의 기화실(121)에서 형성된 이송용 외부공기와 연료의 혼합기체가 혼합기체공급유닛(110)의 혼합실(111)로 흡입되는 효과가 더해져 연료와 공기의 혼합기체를 내염연소기(100)로 공급하는 것이 더욱 원활하여 진다.The mixed
상기 혼합기체공급유닛(110)을 통하여 공급되는 연료와 공기의 혼합기체는, 연소실(130)의 내면과 동심원을 이루는 원환 형태로서 하니콤 등의 다공성 매질로 형성되는 유동균일화장치(133)에 의하여 연소실의 반경방향으로 매우 균일한 유동상태로 혼합기체저장실(134)로 유입된 후, 연소실 내부에 설치된 다공성 매질로 이루어진 상기 내염연소기(100)의 표면을 통하여 분출이 되며, 이때 전원공급장치(102)로부터 상기 점화기(101)에 고전압이 공급되면 상기 점화기(101)에서는 전기방전이 일어나고, 상기 내염연소기(100) 표면에서 내면으로 분출되는 혼합기체에 점화가 되어 상기 내염연소기(100)의 표면으로부터 그 내부방향을 향하여 화염이 형성된다. The mixed gas of fuel and air supplied through the mixed
상기 점화기(101)는 매연 등의 이물질의 부착에 의한 오염으로 인하여 점화 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 점화기(101)로는 단부가 적열되어 혼합기체를 착화시키는 그로우 플러그를 사용할 수 있다. 만약 상기 점화기(101)로서 전기적 스파크를 발생하여 혼합기체를 점화시키는 스파크 플러그를 사용한다면, 점화기(101)가 항상 청정한 상태로 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해 점화기(101)의 점화부에 신선한 외부공기가 유입되는 통로를 형성하는 청정공기유입라인(104)을 구비할 수 있다. 또한 상기 점화기(101)는 상기 내염연소기(100)에 화염이 형성되면 작동이 정지되어야 하므로 상기 내염연소기(100) 표면에서 화염이 형성됨을 감지하는 상기 화염감지기(103)가 설치되어 있으며, 이러한 화염감지기(103) 또한 화염감지기(103)의 화염감지부에 신선한 외부공기가 유입되는 통로를 형성하는 청정공기유입라인(104)에 의하여 청정하게 유지된다.The
디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되는 공간인 상기 연소실(130)은 외부와 접촉되는 모든 벽면을 단열시키기 위한 내화단열재(132)를 포함한다. 이러한, 연소실(130) 내부에는 온도 및 압력을 감지하기 위한 온도 및 압력 센서(138)가 설치되며, 배기가스 유로인 연결관(131)이 연결된다. 그리고 화염이 형성되는 부분인 상기 내염연소기(100), 점화기(101), 화염감지기(103), 청정공기유입라인(104) 등 각각의 버너 구성품이 이러한 연소실(130) 내부에 설치가 된다. The
한편, 이송용 외부공기 유량, 연소용 외부공기 유량, 청정공기 유량, 연료펌 프의 유량 등을 제어를 위하여 각각의 전자밸브들(126,115,105,129)이 구비되어, 이러한 전자밸브들(126,115,105,129)은 전자제어유닛(160)과의 신호 교환에 의하여 개폐량이 조절되며, 상기 점화기(101), 상기 전원공급장치(102), 상기 화염감지기(103) 등의 작동 제어, 상기 기화기(120) 및 연소실 내부 온도 및 압력 센서(138)의 센싱 및 제어 등은 상기 전자제어유닛(160)에 의하여 모든 구성요소들의 정상적인 작동을 위한 피드백(Feedback) 제어가 이루어진다. Meanwhile, the
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의한 버너는 다음과 같이 작동될 수 있다. The burner according to the present invention having the configuration as described above can be operated as follows.
일단, 디젤엔진의 가동에 따라 배기가스가 연결관(131)을 타고 연소실(130) 내에 배치된 내염연소기(100)의 내부를 거쳐 배출관(150)을 통하여 배출이 될 때, 배기가스 속에 포함된 매연 입자(soot)를 포함한 입자상 물질 및 SOF 등은 연소실(130)과 배출관(150) 사이에 설치된 필터(140)에서 포집이 된다. 이때 필터(140)에 포집된 매연 등의 입자상 물질의 양이 증가하면, 이로 인하여 필터(140)의 압력 손실은 점점 증가하고, 필터(140) 전단의 온도 및 압력 센서(138)와 필터(140) 후단의 온도 및 압력 센서(141)는 연속적으로 전자제어유닛(160)에 필터(140) 전후단의 측정된 압력 및 온도 신호를 전달한다. 이때 필터(140) 전후단의 압력차가 일정 크기 이상이 되면, 전자제어유닛(160)으로부터 전달되는 버너의 작동 명령 신호에 의하여, 버너는 다음과 같이 작동을 한다.First, when the exhaust gas is discharged through the
연료 펌프(128)의 작동에 의하여 액체 연료가 무화기(122)에서 무화된 액적이 기화실(121)로 유입이 되고, 기화열원(123)에 의하여 기화된 기체 연료는 이송 공기유입라인(125)을 통하여 유입된 이송용 외부공기와 혼합이 된 후, 연료유입라인(113)을 통하여 혼합기체공급유닛(110)의 혼합실(111)로 유입이 된다. 이때 연소용 외부공기가 혼합실(111)로 유입이 되고, 이 결과 연료와 연소용 공기의 혼합기체는 유동균일화장치(133)를 통하여 혼합기체저장실(134)에 저장되어 정량으로 내염연소기(100)로 공급이 되어 내염연소기(100)의 내부를 흐르는 배기가스 속으로 분출이 되며, 이때 고전압의 전원공급장치(102)로부터 점화기(101)로 전원이 공급되면, 점화기(101)의 작동에 의하여 내염연소기(100)의 표면으로부터 연소실 내부를 향하는 방향으로 화염이 형성된다.Liquid fuel is atomized liquid droplets from the
내염연소기(100) 표면에서 화염이 형성된 후 화염감지기(103)에 의하여 화염의 신호가 전자제어유닛(160)으로 전달되고, 전자제어유닛(160)으로부터 점화기(101)로의 신호 전달에 의하여 점화기(101)의 작동은 정지하며, 이 후 내염연소기(100) 표면에는 안정된 화염 상태가 유지된다.After the flame is formed on the flame
이때 내염연소기(100) 표면에 형성된 화염은 연소실(130)로 유입되는 배기가스의 온도를 매연의 산화온도 이상으로 상승시켜 필터(140)에 포집된 매연을 산화시켜 필터(140)를 재생시킨다.At this time, the flame formed on the flame
매연의 산화에 의하여 필터(140) 전후단의 압력차가 원상태로 복귀되면, 전자제어유닛(160)으로부터의 신호에 의하여 연료펌프(128)는 작동이 중지되며, 이러한 연료펌프(128)의 작동중지에 의하여 기화기(120)에서의 연료 기화는 중지되고, 또한 전자밸브(126,115,105,129)의 작동에 의하여 이송용 외부공기 및 연소용 외부공기의 공급도 중지되어 내염연소기(100) 내면에서의 화염은 소멸된다. 매연이 포 집되는 필터(140) 전후단의 압력차를 기준으로 전자제어유닛(160)의 신호에 의하여 상기한 일련의 점화, 화염상태 유지, 소화 등의 과정들이 반복되어, 디젤엔진매연여과장치의 재생공정은 엔진의 운전 중이라도 연속적이면서도 매우 안정적으로 수행된다. When the pressure difference between the front and rear ends of the
또한 전자제어유닛(160)은 엔진의 운전 조건 변화에 따라 연료량, 이송용 및 연소용 외부공기의 유량을 최적의 상태로 자동 조절하여, 엔진 운전 조건의 급변화 시에도 내염연소기(100) 표면에서의 화염은 소멸되지 않고 안정된 상태를 유지할 수 있다.In addition, the
한편, 종래의 대부분의 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는 액체연료 분사형의 버너로서 디젤엔진의 부하변동이 급변하는 경우에는 화염이 꺼지는 등 안정적인 화염 상태를 유지하지 못하기 때문에, 대부분의 종래 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너는 디젤엔진의 공회전 상태, 정지상태 및 정속 운전 상태에서만 버너의 작동이 가능하여 실제적으로의 디젤엔진매연여과장치 재생에는 사용할 수 없었다.On the other hand, most conventional diesel engine smoke filter regeneration burners are liquid fuel injection type burners, and when the load fluctuations of the diesel engine change suddenly, the flame is turned off and the flames are not maintained. The burner for regenerating the smoke filter was only able to operate the burner only in the idling state, the stopped state and the constant speed operation state of the diesel engine, and thus could not be used for the actual regeneration of the diesel engine smoke filter.
그러나 본 발명에서는 종래와 달리 화염을 형성시키는 부분인 내염연소기(100)가 금속 섬유 등의 미세한 다수개의 분사공 역할을 하는 다공성 물질로 이루어져 있기 때문에, 길이가 매우 짧은 화염 다수개가 동시다발적으로 형성되며, 내염연소기(100) 표면에서의 보유열은 화염의 소화를 방지하고, 매우 짧은 시간에 표면 전체에 착화가 가능하게 될 수 있으며, 또한 내염연소기(100)에 발생된 화염은 배기가스 유동의 가장자리에 형성되기 때문에 엔진의 가감속 구간과 같이 엔진의 운전 조건이 급변하여 배기가스 유량이 급격하게 변화하더라도 화염대인 내염연소 기(100)가 충분히 가열되어 있고 또 화염의 크기 자체가 작기 때문에, 그 화염의 변화도 극히 미세한 수준이어서 내염연소기(100)의 화염대는 매우 안정적으로 유지될 수 있게 된다.However, in the present invention, since the
결국, 상기 본 발명의 제1실시예에서는, 내염연소기(100) 표면에 화염이 형성된 후 배기가스가 연소실(130) 내에 배치된 내염연소기(100) 내부로 유입되는 경우, 디젤엔진의 운전 상태가 공회전 상태, 그리고 디젤엔진의 부하 변동이 거의 없는 정속 운전 상태인 경우에서의 배기가스 기류 속에서의 화염 안정화는 물론 달성되고, 더 나아가 디젤엔진의 부하 변동이 매우 급변하여 배기가스의 유량 및 압력이 매우 급격하게 변하는 경우에도, 점화 및 소화 그리고 내염연소기(100) 표면에서 화염의 안정화가 유지되는 새로운 개념의 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너이다. As a result, in the first embodiment of the present invention, when the flame is formed on the flame
한편 본 발명의 구성의 형상 및 구성은 상기의 설명에서 나타낸 바는 물론이고, 장치의 작동 원활성 향상을 위하여 그 구성요소가 가감되었을 지라도, 원리적으로 액체 연료를 기화시켜 기체 연료화하여, 다공성 금속 매트, 금속섬유 매트, 다공성 세라믹, 발포 금속 및 발포 세라믹 등 다공성의 물질을 이용하여 본 발명에서와 같이 배기가스가 유입되는 연소실의 가장자리에 내염연소기(100)가 설치되어 화염에 의한 열이 배기가스의 가장자리로부터 중심영역으로 열이 전달되는 구성의 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너 또는 이와 유사한 다른 용도의 버너는 본 발명의 범주에 포함이 된다. On the other hand, the shape and configuration of the configuration of the present invention, as well as shown in the above description, even if the components are added or subtracted to improve the operation smoothness of the device, in principle, liquid fuel is vaporized to gaseous fuel, porous metal Using a porous material such as a mat, a metal fiber mat, a porous ceramic, a foamed metal and a foamed ceramic, the
또한, 상기 본 발명의 구성 중 연료펌프(128)와 기화실(121) 사이에는 기화 기(120)의 기화 성능을 더욱 증가시키기 위하여 초음파 등을 이용한 액체연료 무화기(122)가 설치될 수 있음은 물론이고, 비록 무화기가 설치되지 않고 액체연료 기화기만 사용하여도 본 발명이 달성하고자 하는 목적을 달성할 수 있으며, 또한 본 발명의 구성에서 액체연료의 기화 수단은 비록 열에 의한 기화가 아닐지라도, 액체연료를 기체화하는 장치는 모두 기화기의 범주에 포함되는 것으로 볼 수 있다.In addition, the
아울러, 본 발명의 제1실시예에서는 상기 본 발명의 구성 중 기화기(120)의 기화실(121)로 유입되는 이송용 외부공기 및 혼합기체공급유닛(110)의 혼합실(121)로 유입되는 연소용 외부공기는 상온의 공기가 유입되는 것으로 설명하였으나, 기화실(121) 및 혼합실(121)로 유입되기 전에 엔진에서 배출되는 배기가스 내부를 거쳐 고온의 배기가스에 의한 열교환 과정을 거쳐 예열되도록 한 후, 기화기(120) 및 혼합기체 공급유닛(110)으로 유입되도록 하는 형상의 구성도 가능하다.In addition, in the first embodiment of the present invention is introduced into the mixing chamber 121 of the external air and the mixed
또한, 상기의 본 발명의 구성 중 상기 내염연소기(100)의 구성에 대하여 본 실시예에서는 원통형인 실린더 형상으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 상기 내염연소기(100)의 중공부를 통하여 배기가스가 디젤엔진매연여과장치로 유입될 수 있으면 족함은 자명하다고 할 것이다. 아울러, 상기 내염연소기(100)에 있어서 본 실시예에서는 다공성 금속 섬유를 이용한 매트형으로 예시하고 있지만, 다공성 재질의 금속, 발포 금속, 다공성 세라믹, 기타 고내열성의 다공성 재질로도 구성이 가능함은 물론이다.In addition, the configuration of the flame
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너에 대하여 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 다만, 여기서는 앞서 설명된 본 발 명의 제1실시예에서 설명된 내용과 중복된 부분에 대하여는 구체적인 설명을 생략하도록 한다. Hereinafter, a burner for regenerating a diesel engine particulate filter according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3. However, detailed description of parts overlapping with those described in the first embodiment of the present invention described above will be omitted.
앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에서는 기화기(120;도 2참조)에서 기체화된 연료가 유동균질화장치(133)를 경유하여 혼합기체저장실(134)에 순간적으로 저장되는 구성을 채택하였으나, 본 제2실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 혼합기체저장실(134) 내부에 균일유속화장치(135)를 추가로 설치하였다. In the first embodiment of the present invention described above, the gas vaporized in the vaporizer 120 (see FIG. 2) adopts a configuration in which the gas vaporized instantaneously is stored in the mixed
일반적으로 혼합기체저장실(134)로부터 상기 내염연소기(100)의 내면으로 혼합기체가 분출될 경우, 상기 내염연소기(100)의 길이 방향으로의 분출 속도는 상기 내염연소기(100)의 길이방향의 각각의 위치에서 서로 다른 분포를 가질 수 있다. In general, when the mixed gas is ejected from the mixed
이러한 현상은 상기 내염연소기(100)와 상기 연소실(130) 벽면 사이의 간격이 일정하기 때문에 상기 혼합기체저장실(134) 내에서 길이방향으로의 압력 분포의 영향에 의한 것이며, 본 발명의 제2실시예에서와 같이 혼합기체저장실(134) 내부에 설치된 균일유속화장치(135) 구성에 의하여 상술한 길이방향의 압력 분포의 영향을 제거할 수 있게 된다. This phenomenon is caused by the influence of the pressure distribution in the longitudinal direction in the mixed
이하, 본 발명에 의한 제3실시예에 따른 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너에 대하여 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 여기서도 앞서 설명된 내용과 중복된 부분에 대하여는 구체적인 설명을 생략하도록 한다. Hereinafter, a burner for regenerating a diesel engine particulate filter according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 7. Here too, detailed descriptions of parts overlapping with the above description will be omitted.
본 발명의 제3실시예에서는, 디젤엔진으로부터 배기가스가 연소실 내부로 유입될 때 선회(swirl)가 작용하는 선회유동 상태가 되도록 하는 기술적 사상을 이용하여, 본 발명이 달성하고자 하는 재생효율을 극대화시킬 수 있도록 하고 있다. In the third embodiment of the present invention, by utilizing the technical idea to make the swirl flow state in which the swirl acts when the exhaust gas flows into the combustion chamber from the diesel engine, the regeneration efficiency of the present invention is maximized. To make it possible.
즉, 상기 내염연소기(100)에 생성된 화염은 연소실(130)의 가장자리 즉 배기가스 유동의 외부에 형성되기 때문에, 근본적으로 화염은 배기가스 유동의 변동에 큰 영향을 받지 않는 구조이며, 화염으로부터 배기가스로의 열전달은 주로 대류와 복사 열전달에 의하여 이루어진다. 이때 배기가스의 온도 상승의 크기 및 온도 상승 시간 등은 화염과 배기가스 유동 사이의 열전달 메카니즘에 크게 영향을 받으며, 이런 경우 만일 배기가스 유동이 선회 유동이라면 열 및 물질전달 측면에서 매우 유리한 특성을 가질 수 있으며, 또한 선회유동의 원심력에 의하여 배기가스 속에 포함된 매연 등의 입자상 물질은 연소실(130)의 가장자리로 이동하며, 이때 연소실(130)의 가장자리에 형성되어 있는 화염대에서 매연과 같은 입자상 물질이 산화되어 결국 최종적으로 필터(140)로 유입되는 배기가스에는 매연 등의 입자상 물질의 농도가 매우 낮아져, 필터(140)의 일정 차압이 나타날 동안 포집되는 매연의 양은 작게 되고 이에 따라 필터(140)의 성능과 수명은 매우 크게 향상될 수 있다.That is, since the flame generated in the flame
즉 동일한 필터(140) 차압에 대하여 버너의 점화 간격이 길어져 필터(140)의 수명은 크게 증가할 수 있고, 또한 점화 간격이 길어진 만큼 화염 생성에 소모되는 연료량도 크게 감소시킬 수 있다. That is, since the burner ignition interval is increased with respect to the same pressure of the
이와 같은 선회유동의 형성은 다음과 같은 본 발명의 표면연소형 버너의 구성 및 기타 구성의 변화로 이루어 질 수 있다.The formation of such a swirl flow can be made by changing the configuration and other configuration of the surface-burning burner of the present invention as follows.
첫째, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 배기가스가 유입되는 연소실(130) 입구에 선회기(136)를 구비하면 연소실(130)로 유입되는 배기가스는 선회유동상태로 연소실(130) 내로 유입이 되며, 이 경우 앞에서 언급된 다양한 장점들이 포함된 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너가 구성될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기화기(120)에서 기체화된 연료가 유동균질화장치(133)를 경유하여 혼합기체저장실(134)에 순간적으로 저장되는 구성 중 제2실시예의 구성(도 3 참조)에 해당되는 균일유속화장치(135)를 상기 혼합기체저장실(134) 내부에 추가로 설치하여, 길이방향의 압력 분포의 영향을 제거할 수 있도록 할 수 있다. First, as shown in Figure 4, in the present invention, if the
둘째, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 배기가스가 연소실(130)의 접선 방향으로 유입되도록 연결관(137)을 연소실(130) 단면에 대해 접선 방향으로 설치하여, 연소실(130)로 유입된 배기가스는 선회유동 상태로 연소실(130) 내로 유입이 되며, 이 경우 앞에서 언급된 다양한 장점들이 포함된 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너가 구성될 수 있다. 또한, 바람직하게는 기화기(120;도 2 참조)에서 기체화된 연료가 유동균질화장치(133)를 경유하여 혼합기체저장실(134)에 순간적으로 저장되는 구성 중 균일유속화장치(135)를 상기 혼합기체저장실(134) 내부에 추가로 설치하여, 길이방향의 압력 분포의 영향을 제거할 수 있게 된다. Second, as shown in FIG. 6, in the present invention, the connecting
셋째, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 배기가스가 연소실(130)의 접선 방향으로 유입이 되도록 연결관(137)을 연소실(130) 단면에 대해 접선 방향으로 설치하고, 또한 내염연소기(100)의 형상을 원심력을 최대한 이용하는 사이클론 형상으로 구성을 하면, 이 경우 앞에서 언급된 다양한 장점들의 포함은 물론이고, 연소실 내부의 부압의 형성에 의하여 디젤엔진의 운전 조건의 급격한 변동에 의한 부하변동시 압력 상승을 상쇄시키는 효과가 더 작용하여 엔진 부하의 급변동 상태에서도 더욱 더 안정적인 화염대를 형성시킬 수 있는 효과가 있다. 아울러, 바람직하 게는 기화기(120)에서 기체화된 연료가 유동균질화장치(133)를 경유하여 혼합기체저장실(134)에 순간적으로 저장되는 구성 중 상기 사이클론 형상의 내염연소기(100)와 동일한 형상으로 균일유속화장치(135)를 상기 혼합기체저장실(134) 내부에 추가로 설치하여, 길이방향의 압력 분포의 영향을 제거할 수 있게 된다. Third, as shown in FIG. 7, in the present invention, the connecting
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this, The person of ordinary skill in the art to which this invention belongs, Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
상술한 바와 같이 본 발명의 디젤엔진매연여과장치 재생버너는 다음과 같은 효과를 제공한다. As described above, the diesel engine particulate filter regeneration burner of the present invention provides the following effects.
먼저, 본 발명에서는 종래와 달리 화염을 형성시키는 부분인 내염연소기가 미세한 다수개의 분사공 역할을 하는 다공성 메탈화이버로 이루어져 순간적인 점화와 소화가 가능하며, 내염연소기 표면에 화염이 형성 된 후 배기가스가 연소실로 유입되는 경우, 디젤엔진의 운전 상태가 공회전 상태, 그리고 디젤엔진의 부하 변동이 거의 없는 정속 운전 상태인 경우에서의 배기가스 기류 속에서의 화염 안정화는 물론 달성되고, 내염연소기의 표면에 화염이 형성되는 버너의 작동이 디젤엔진에서 배출되는 배기가스가 연소실로 유입이 되고 있는 중이나, 디젤엔진의 부하 변동이 매우 급변하여 배기가스의 유량 및 압력이 매우 급변하는 경우에도, 점화 및 소화 그리고 화염의 안정화가 가능한 새로운 개념의 디젤엔진매연여과장치 재생용 버너이다. First, in the present invention, unlike the prior art, the flame retardant, which forms the flame, is made of porous metal fibers serving as a plurality of fine injection holes, which enables instant ignition and extinguishing, and after the flame is formed on the flame retardant surface, the exhaust gas is formed. When the gas flows into the combustion chamber, flame stabilization in the exhaust gas stream is, of course, achieved when the operating state of the diesel engine is at idle and constant speed operation with little load variation of the diesel engine. Ignition and extinguishment are performed even when the operation of the burner with the flame is occurring while the exhaust gas discharged from the diesel engine is flowing into the combustion chamber, but the load fluctuation of the diesel engine changes rapidly and the flow rate and pressure of the exhaust gas change rapidly. It is a new burner for regenerating diesel engine particulate filter that can stabilize flame.
또한, 실린더형 또는 각관형의 금속 섬유 재질의 다공성 매트형 내염연소기의 표면이 상대적으로 넓기 때문에 화염대로부터 배기가스로의 열전달이 매우 빠르고 또한 연소실 전체에 대하여 균일한 온도 분포를 유지할 수 있다.In addition, since the surface of the porous mat-type flame retardant of cylindrical or tubular metal fiber material is relatively wide, heat transfer from the flame zone to the exhaust gas is very fast and a uniform temperature distribution can be maintained for the entire combustion chamber.
그리고, 배기가스의 선회유동화로 배기가스 속에 포함된 매연 등의 입자상 물질이 유동의 가장자리로 이동하고, 이때 유동의 가장 자리에서 형성되는 화염대에 의하여 입자상 물질은 산화되어, 필터로 유입되는 배기가스 속에 포함된 입자상 물질의 농도를 감소시키고, 낮은 입자상 물질 농도의 배기가스가 필터로 유입됨에 따라 필터의 수명이 증가하고 또한 버너의 점화 간격이 길어져 화염생성에 필요한 연료 소모량을 감소시킬 수 있다. In addition, particulate matter such as soot contained in the exhaust gas moves to the edge of the flow due to swirl fluidization of the exhaust gas, and the particulate matter is oxidized by the flame zone formed at the edge of the flow, and the exhaust gas is introduced into the filter. As the concentration of particulate matter contained therein is reduced, and the exhaust gas of low particulate matter concentration is introduced into the filter, the life of the filter is increased and the ignition interval of the burner is extended to reduce the fuel consumption required for flame generation.
또한, 연소실 내벽에 설치된 세라믹울, 내화벽돌 등의 단열재는 단열 및 축열의 동시 효과를 가질 수 있으며, 축열의 효과에 의하여 단열재에 부착된 매연의 산화가 단열재 표면에서 일어나 단열재는 항상 청정한 상태로 유지될 수 있다.In addition, thermal insulation materials such as ceramic wool and refractory bricks installed on the inner wall of the combustion chamber may have a simultaneous effect of thermal insulation and heat storage.As a result of the heat storage, oxidation of the smoke attached to the thermal insulation material occurs on the surface of the thermal insulation material so that the insulation is always kept clean. Can be.
아울러, 화염 안정화의 달성으로 버너 방식의 디젤엔진매연여과장치 재생이 가능해지기 때문에 필터의 재생이 확실하게 수행이 되어, 매연 배출로 인한 환경오염 방지장치로서의 역할이 매우 크다.In addition, since the flame stabilization is achieved, the burner type diesel engine particulate filter can be regenerated, so that the regeneration of the filter is performed reliably, and thus serves as an environmental pollution prevention device due to the discharge of soot.
결국, 본 발명에서의 버너는 열차, 선박, 디젤차량 등 디젤 엔진을 사용하는 모든 엔진의 배기가스 매연 저감장치의 필터 재생용으로 사용이 가능하며, 디젤엔진이외의 기타 용도의 버너로 적용성이 매우 광범위 하고, 환경오염 방지 측면에서 매우 큰 효과를 가질 수 있다.After all, the burner of the present invention can be used for filter regeneration of the exhaust gas soot reduction device of all engines using diesel engines such as trains, ships, diesel vehicles, etc., and is applicable as a burner for other uses other than diesel engines. It is very broad and can have a great effect in terms of environmental pollution prevention.
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