KR100828157B1

KR100828157B1 - 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치

Info

Publication number: KR100828157B1
Application number: KR1020080018226A
Authority: KR
Inventors: 홍순철; 윤성식; 허성준; 최민호
Original assignee: (주)템스
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2008-05-08

Abstract

본 발명은 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기 플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 벤추리 구조를 이용하여 미립화된 연료가 플라즈마 반응기 외부로 공급됨으로써 화염의 길이를 길고 안정적으로 형성할 수 있어 배기가스를 효과적으로 승온할 수 있으며, 여과성능을 향상시킬 수 있는 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기 플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치에 관한 것이다.

본 발명의 플라즈마 반응기는 엔진으로부터 발생되는 입자상 물질을 여과하는 매연여과장치와 상기 엔진을 연통하는 배기관의 일정 부분을 형성하도록 내부가 중공된 관형태로 형성되고, 양측의 배기관과 체결 가능하도록 고정부가 형성된 외관; 상기 외관 내부에 상기 외관과 평행하게 구비되며 내부가 중공되어 반응부가 형성되는 몸체; 상기 몸체의 상기 배기가스의 진행방향에 수직으로 형성되어 전극을 지지하는 전극지지부; 및 연료저장부와 상기 몸체 외측과 연결되어 연료가 공급되는 연료공급부와, 상기 몸체 외측에 상기 연료공급부에 이웃하게 형성되어 공기가 공급되는 공기공급부와, 상기 몸체의 벽면 내부에 상기 공기공급부와 연통되어 공기가 이송되는 주이송공, 상기 연료공급부와 주이송공이 연통되어 상기 연료공급부를 통해 이송된 연료가 이송되되 목부분을 형성하는 보조이송공, 및 상기 주이송공과 반응부가 연통되어 미립화된 연료 및 공기가 분사되는 분사부가 형성된 연료 및 공기공급수단; 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기 플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치는 벤추리 구조를 이용하여 연료를 미립화하고, 전극의 길이방향으로 연료 및 공기공급수단이 복수개 구비되어 화염의 길이가 길며 안정적으로 형성함으로써 배기가스를 빠르고 균일하게 승온할 수 있어 배기가스 저감 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기 플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치는 상기 플라즈마 반응기가 배기관 내부에 배기가스의 진행방향과 화염이 같은 방향으로 형성되어 효과적으로 가온할 수 있고, 연료 또는 공기를 공급하기 위한 구성을 제외하고는 배기관 외측으로 돌출되지 않으므로 내구성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 공간의 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.

플라즈마 반응기, 입자상 물질, 산화 촉매

Description

연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기 플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치{Plasma Reactor And Decreasing Device of Exhaust Gas having it}

디젤자동차는 종래의 가솔린자동차에 비하여 연비를 줄일 수 있으면서도 출력이 우수하여 대형차량에 많이 이용되고 있으며 점차 소형차량에도 적용되고 있는 실정이다. 그러나 상기 디젤엔진은 엔진 내부로 분사된 연료가 피스톤의 압축으로 온도가 상승되도록 하여 자기 착화를 일으켜 연소되므로 상기 과정에서 연료와 공 기의 불균일화로 인해 불완전연소가 일어남에 따라 유해 미립자(매연, 또는 유해 배기가스)가 발생된다.

특히, 상기 유해 미립자는 주로 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM, Particulate Matter), 및 수트(Soot, 재)로, 상기 디젤자동차에 의한 유해 미립자가 총 대기오염의 40%를 차지한다는 보고가 있으며, 이에 따라, 여러 나라들은 배기가스의 배출을 규제하고 있으며 이를 만족하기 위해 배기통로에 삽입되어 배기가스를 저감시키는 배기가스 저감장치가 개시된 바 있다.

그러나 종래의 배기가스 저감장치는 상기 매연을 촉매필터에 의해 포집하고, 포집된 매연을 촉매에 의해 산화시키는 방식이 적용되고 있으나 액체 연료가 미립화 및 기화가 이루어지지 않은 경우 엔진출력이 저하되고, 연료가 연소실에 고압으로 분사되는 기간이 매우 짧기 때문에 다량의 유해 미립자가 대량 발생되며, 교통체증이 심한 구간과 같이 저속운행구간이 많은 경우에는 배기가스의 온도가 낮아져 촉매에 의해 자연재생이 어려운 문제점이 있다. 상기 촉매가 제 기능을 하지 못하게 되면 배기배압의 증가로 인해 출력이 저하되며 연료의 소비량이 증가되고, 이와 같은 현상이 지속되는 경우에는 상기 필터가 파손될 뿐만 아니라 엔진까지 손상되게 된다. 또한, 엔진오일의 소모 및 첨가제 사용에 따라 상기 입자제거 필터부 내부에 수트(Soot, 재)가 축적되어 주기적으로 필터를 청소해주어야 하는 번거로움을 가져오는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 촉매에 의한 자연재생방식에 전기히터, 버너, 스로틀링 등을 사용한 강제재생방식이 복합된 방식이 제안되고 있다.

그 예로 우리나라 특허공개공보 2004-68792호에 디젤엔진 매연 저감장치가 개시된 바 있으며, 이를 도 1에 도시하였다. 상기 도 1에 도시한 디젤엔진 매연 저감장치는 매연을 저감하기 위해 촉매를 활용하여 매연을 재생하는 디젤엔진 매연저감장치에 있어서, 열용량을 공간적으로 차등하게 분배할 수 있는 전기히터(4)가 저온영역에서 촉매의 활성화 또는 NO/NO₂의 전환효율 증대를 위해 촉매장치(8)와 적어도 하나 이상이 결합하는 것을 특징으로 한다.

상기 도 1에 도시된 디젤엔진 매연 저감장치는 전기히터가 구비되어 촉매의 반응을 활성화시키도록 하여 자연재생이 원활히 일어나도록 하는 장점이 있으나, 배기가스를 승온시키기 위해서는 상당히 큰 용량의 배터리가 필요하게 되어 현실적으로 적용이 어렵고 별도의 장치가 구비되어야하므로 대형화되고 복잡하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 우리나라 등록특허공보10-0699495호(발명의 명칭 : DPF시스템용 플라즈마 반응기와 이를 이용한 입자상 물질의 저감장치)가 개시된 바 있으며, 이를 도 2에 도시하였다.

상기 도 2에 도시한 DPF시스템용 플라즈마 반응기와 이를 이용한 입자상 물질의 저감장치는 엔진(20)과, 상기 엔진(20)으로부터 발생되는 입자상 물질(PM)을 산화촉매(10')를 통해 산화시켜 제거하는 매연여과장치(10)를 연통하는 배기관(40)과, 상기 배기관(40)의 외측에 액체연료를 분사하는 액체연료분사장치(60)가 구비되어 전극의 플라즈마 반응에 의해 촉매의 반응을 활성화시키는 플라즈마 반응 기(50)와, 상기 플라즈마 반응기(50) 및 엔진(20)에 연료를 공급하는 연료저장탱크(30)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 도 2에 도시한 플라즈마 반응기는 미연을 연소 및 승온시켜 매연여과장치의 성능을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 상기 플라즈마 반응기가 상기 배기관에 수직으로 장착됨에 따라 상기 플라즈마 반응기가 구비된 측에는 화염이 안정적으로 형성되어 상기 플라즈마 반응기에 가까운 부분은 온도가 매우 높지만 상기 플라즈마 반응기로부터 멀어질수록 매연의 온도가 저하되어 상기 배기관 내부의 온도 분포가 불균일해지는 문제점이 있다.

상기 문제점은 이 후 과정인 매연여과장치의 산화촉매 특정 부분에 재생부하가 걸리게 되어 필터의 수명이 저하되고, 상기 배기가스의 속도가 빠른 경우에 상기 배기가스에 의해 화염이 불안정해지는 문제점이 있다.

또한, 상기 도 2에 도시한 플라즈마 반응기는 액체연료의 미립화를 위한 노즐, 또는 인젝터와 같은 별도의 분사수단이 형성되고, 연료 미립화 및 상기 배기가스 온도 분포의 불균일성을 해결하기 위해서 추가적인 공기 또는 연료 공급부가 형성됨에 따라, 배기관의 외측으로 상기 플라즈마 반응기를 구비하기 위해 필요한 공간이 커지게 되므로 생산성이 저하되고 외부의 충격에 의해 고장이 발생될 위험이 매우 큰 문제점이 있다.

한편, 상기 액체연료가 미립화되지 않고 공급되는 경우에 액적 상태의 연료가 공급되어 화염이 형성되기 불안정하여 점화가 어려우며, 상기 매연여과장치의 산화촉매의 배기가스 저감 효율을 저하시키게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 벤추리 구조를 이용하여 공기에 의해 연료가 미립화되고, 연료공기공급수단이 화염의 길이방향으로 복수개 형성하여 화염의 길이를 길고 안정적으로 형성함으로써 배기가스를 전체적으로 빠르게 승온할 수 있는 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기 플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 배기가스의 진행방향과 화염이 평행하게 형성되어 온도가 균일하게 상승되도록 하고 내구성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료 또는 공기를 공급하기 위한 구성을 제외하고는 배기관 외측으로 돌출되는 구성이 필요치 않으므로 공간의 효율성을 높일 수 있는 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기 및 상기 플라즈마 반응기가 구비된 배기가스 저감장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 플라즈마 반응기는 엔진으로부터 발생되는 입자상 물질을 여과하는 매연여과장치와 상기 엔진을 연통하는 배기관의 일정 부분을 형성하도록 내부가 중공된 관형태로 형성되고, 양측의 배기관과 체결 가능하도록 고정부가 형성된 외관; 상기 외관 내부에 상기 외관과 평행하게 구비되며 내부가 중공되어 반응부가 형성되는 몸체; 상기 몸체의 상기 배기가스의 진행방향에 수직으로 형성되어 전극 을 지지하는 전극지지부; 상기 몸체와 외관 사이에 형성되어 배기가스가 유동되는 배기가스 유동부; 및 연료저장부와 상기 몸체 외측과 연결되어 연료가 공급되는 연료공급부와, 상기 몸체외측에 공기가 공급되는 공기공급부와, 상기 몸체의 벽면 내부에 상기 공기공급부와 연통되어 공기가 이송되는 주이송공, 상기 연료공급부와 주이송공이 연통되어 상기 연료공급부를 통해 이송된 연료가 이송되는 보조이송공, 및 상기 주이송공과 반응부가 연통되어 미립화된 연료 및 공기가 분사되는 분사부가 형성된 연료 및 공기공급수단; 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 보조이송공은 목(throat)부분을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극지지부는 배기가스 흐름의 상류측에 형성되어 상기 전극이 형성하는 화염 방향이 배기가스 흐름 방향과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 분사부는 분사되는 연료 및 공기가 상기 전극 주변을 회전하여 유동되도록 상기 몸체의 수직방향으로 일정각도 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 주이송공 및 보조이송공은 상기 몸체의 벽면을 따라 연속적으로 형성되고, 상기 분사부는 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 연료 및 공기공급수단은 상기 몸체의 길이방향으로 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연료공급부 및 공기공급부는 상기 몸체가 상기 외관 내부의 중심부에 고정되도록 지지하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 전극은 원추 형상으로 형성되고, 상기 전극지지부에 인접하여 목이 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 연료 및 공기공급수단은 상기 전극의 목부분에 인접한 위치 및 상기 반응부의 단부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 전극지지부는 중심축이 배기가스 상류측으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배기가스는 상기 전극지지부를 따라 안내되어 전량 상기 몸체와 외관 사이로 이동되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 배기가스 저감장치는 상술한 바와 같은 특징을 갖는 플라즈마 반응기; 및 상기 플라즈마 반응기의 후측에 형성되고, 전단부에 산화촉매가 형성되어 배기가스의 입자상 물질을 여과하는 매연여과장치; 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 연료 미립화 성능을 향상시킨 플라즈마 반응기(100) 및 상기 플라즈마 반응기(100)가 구비된 배기가스 저감장치(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 배기가스 저감장치(1000)의 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(100)의 사시도이며, 도 5는 상기 도 4에 도시한 AA' 단면도이고, 도 6은 상기 도 4에 도시한 BB' 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(100)의 다른 단면도이고, 도 8은 상기 도 7의 CC' 단면도이며, 도 9는 상기 도 7의 연료 및 공기 흐름 개략도이다.

본 발명의 플라즈마 반응기(100)가 구비된 배기가스 저감장치(1000)는 엔진(200)으로부터 발생된 배기가스를 승온시키는 플라즈마 반응기(100), 및 상기 플라즈마 반응기(100)의 후측에 형성되고, 전단부에 산화촉매(410)가 형성되어 배기가스의 입자상 물질을 여과하는 매연여과장치(400)를 포함하여 형성된다.

상기 도 3에 도시한 플라즈마 반응기(100)가 구비된 배기가스 저감장치(1000)는 상기 플라즈마 반응기(100)의 한 형태를 도시하였으나, 상기 플라즈마 반응기(100)는 다양하게 형성될 수 있으며, 아래에서 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 배기관(300)의 일정부분을 형성하는 외관(110), 내부에 전극(130)이 구비되어 화염이 형성되는 반응부(121)를 형성하는 몸체(120), 및 상기 몸체(120) 내부로 연료 및 공기를 분사하는 연료 및 공기분사수단(140)을 포함하여 형성된다.

본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 연료 또는 공기를 공급하기 위한 연료 및 공기분사수단(140)과 상기 전극(130)에 전압을 인가하는 전압공급부(123)를 제외하고는 배기관(300) 외측으로 돌출되는 부분이 형성되지 않도록 대부분의 구성이 외관(110) 내부에 구비되며, 이 때, 상기 외관(110)은 상기 배기관(300)의 일정 부분을 형성하도록 내부가 중공된 관형태로 형성되고, 양 단부에는 양측 배기관(300)과의 연결을 위한 고정부(111)가 형성된다.

즉, 상기 외관(110)은 몸체(120) 등의 구성이 내장되고 배기관(300)의 일정 부분을 형성하도록 함으로써 상기 외관(110)의 고정부(111)를 통해 배기관(300)과 고정되어 배기가스가 유동되며, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 배기관(300)을 절단하여 내부에 구비되는 몸체(120) 등의 구성을 삽입하고 고정하는 번거로운 과정 없이 상기 고정부(111)를 이용하여 용이하게 배기관(300)에 장착가능한 장점이 있다.

상기 전극지지부(122)는 상기 전극(130)을 지지하고, 전극(130)에 전압을 인가하는 전압공급부(123)의 구성이 고정되는 부분으로, 상기 전극지지부(122)는 상 기 몸체(120)의 배기가스 흐름 상류측에 형성되어 상기 전극(130)에 의한 화염이 배기가스의 흐름 방향과 동일하게 형성되도록 한다.

상기 전극지지부(122)가 반대측(배기가스 흐름 하류측)에 형성되어 상기 배기가스의 흐름과 전극(130)의 화염이 반대로 형성되는 경우에는 배기가스의 흐름이 원활하게 이루어지지 못하며, 배기가스의 진행에 의해 화염형성이 어려워지게 되어 배기가스가 적절히 승온되기 어려워지게 되므로, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 전극(130)의 화염 방향이 배기가스의 흐름 방향과 동일하게 형성되도록 한다.

상기 몸체(120)는 상기 외관(110) 내부에 구비되고, 내부가 중공되어 화염이 형성하는 공간을 형성하는 부분으로, 상기 몸체(120)의 일측 단부는 상기 배기가스의 진행방향에 수직방향으로 전극(130)을 지지하는 전극지지부(122)가 형성된다.

상기 몸체(120)는 상기 외관(110)의 중심부에 구비되어 상기 몸체(120)와 외관(110) 사이에 배기가스가 유동되는 배기가스 유동부(146)가 형성되도록 구비되며, 상기 몸체(120)는 별도의 지지수단을 통해 지지될 수도 있고, 상기 연료공급부(141), 공기공급부(142), 또는 전압공급부(123)에 의해 지지될 수도 있다.

본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 엔진(200)으로부터 발생된 배기가스가 외관(110)으로 유입되고 상기 배기가스 유동부(146)(몸체(120)와 외관(110) 사이)를 통과하여 상기 매연여과장치(400)와 연결된 배기가스로 이동되므로, 상기 전극지지부(122)는 중심축이 배기가스 상류측으로 돌출되도록 형성됨으로써 상기 배 기가스가 상기 전극지지부(122)를 따라 양측으로 안내되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 배기가스가 반응부(121)로 이동되지 않고 전량 상기 배기가스 유동부(146) 이동됨으로써 종래의 분사부(145) 또는 배기가스 이송로 등의 형성이 불필요 하게 되어 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 내구성을 높일 수 있으며, 반응부(121) 내부에 배기가스에 포함되어 있는 입자상 물질(PM)이 축적되지 않으므로 절연의 효과가 우수하고, 플라즈마 반응기(100)의 오작동을 줄일 수 있는 효과가 있다.

상기 전극지지부(122)는 세라믹과 같은 절연물질로 형성되고, 상기 도 2에 도시된 바와 같은 원뿔형상으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 원추 형상 등 배기가스의 흐름을 큰 유동저항 없이 상기 몸체(120)와 외관(110) 사이로 유도할 수 있는 형태라면 제한됨이 없이 형성될 수 있다.

상기 연료 및 공기공급수단(140)은 상기 몸체(120)의 일측에 형성되어 반응부(121) 내부로 연료 및 공기를 공급하는 수단으로써, 연료를 공급하는 연료공급부(141), 공기를 공급하는 공기공급부(142), 몸체(120) 벽면 내부에 형성되는 주이송공(143)과 보조이송공(144), 상기 주이송공(143)과 반응부(121)를 연결하여 연료 및 공기를 분사하는 분사부(145)를 포함하여 형성된다.

상기 연료공급부(141)는 연료저장부(미도시)와 상기 몸체(120) 외측을 연결하여 연료를 공급하며, 상기 공기공급부(142)는 상기 몸체(120) 외측에 상기 연료공급부(141)에 이웃하여 형성되어 공기를 공급하는 구성으로, 상기 연료공급 부(141) 및 공기공급부(142)는 제어부(미도시)에 의해 각각 연료 및 공기의 공급량이 조절된다.

상기 공기공급부(142)를 통해 공급되는 공기는 상기 연료를 산화시키는 산소 또는 상기 산소를 포함하는 공기일 수 있으며, 상기 주이송공(143)과 보조이송공(144)은 상기 몸체(120)를 형성하는 벽면 내부에 연료 또는 공기가 이송되는 공간으로써, 더욱 상세하게 상기 주이송공(143)은 상기 공기공급부(142)와 연통되며, 상기 보조이송공(144)은 연료공급부(141)와 주이송공(143)의 일측을 연결한다.

이 때, 상기 보조이송공(144)은 상기 연료공급부(141)-보조이송공(144)-주이송공(143)의 공간을 비교하였을 때, 목부분을 형성하도록 상기 연료공급부(141) 및 주이송공(143)의 폭보다 작게 형성함으로써 상기 보조이송공(144)을 통해 상기 주이송공(143)으로 이동된 연료가 공기와 효과적으로 혼합되어 상기 분사부(145)를 통해 반응부(121)로 공급된다.

즉, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 연료가 공급되는 과정에 벤추리 구조를 적용하여 연료의 무화를 효율적으로 이루어지도록 함으로써 연료가 액적상태로 공급되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

상기 도 3 내지 도 6에 도시한 플라즈마 반응기(100)는 길이방향으로 상기 연료 및 공기공급수단(140)이 한 곳에 형성되고, 상기 분사부(145)가 두 곳에 형성된 예를 도시한 것으로서, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 이에 제한됨이 없이 다양하게 형성될 수 있다.

상기 주이송공(143)은 공기의 흐름을 원활히 하고, 상기 분사부(145)를 통해 공기 및 연료가 혼합되어 상기 반응부(121)로 공급될 수 있도록 상기 공기공급부(142)의 단부에서 연장되어 상기 배기가스 진행방향에 수직인 방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

(상기 도 4에서 화살표로 도시한 흐름이 배기가스의 진행방향으로, 본 발명에서, 배기관(300), 외관(110), 또는 몸체(120)의 길이방향과 유사한 의미로 해석될 수 있다.)

아울러, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 상기 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 연료 및 공기공급수단(140)이 상기 몸체(120)의 길이방향으로 복수개 형성될 수 있다.

상기 전극(130)이 원추 형상으로 형성되고, 상기 전극지지부(122)에 인접하여 목이 형성되는 경우에, 상기 연료 및 공기공급수단(140)은 상기 전극(130)의 목부분에 인접한 위치 및 상기 반응부(121)의 단부에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전극(130)의 목부분에 인접한 위치에 형성된 연료 및 공기공급수단(140)은 상기 전극(130)에 의한 화염이 효과적으로 생성되도록 하는 역할을 담당하고, 상기 반응부(121)의 단부에 형성된 연료 및 공기공급수단(140)은 형성된 화염을 확산시켜 그 길이가 증가되도록 함으로써 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 배기가스를 더욱 빠르고 효과적으로 승온할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 주이송공(143) 및 보조이송공(144)은 각각 하나의 연료공급부(141) 및 공기공급부(142)와 연결되어 상기 몸체(120)의 길이방향으로 동일한 위 치에서 다양한 위치로부터 미립화된 연료를 포함하는 공기가 분사될 수 있도록 상기 몸체(120)의 벽면을 따라 연속적으로 형성되고, 상기 분사부(145)는 복수개 형성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 도 7 및 도 8에 도시한 플라즈마 반응기(100)는 상기 주이송공(143) 및 보조이송공(144)이 상기 몸체(120)의 벽면을 따라 연속적으로 형성되고, 방사상으로 4방향으로 분사부(145)가 형성된 예를 도시한 것으로서, 상기 분사부(145)는 다양한 개수로 형성될 수 있다.

또한, 상기 분사부(145)는 상기 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 미립화된 연료 및 공기가 특정한 방향의 흐름(Swirl 형태)을 가지며 이동될 수 있도록 상기 몸체(120)의 수직방향으로 일정각도 경사지게 형성될 수 있다.

즉, 상기 주이송공(143)은 상기 배기가스의 진행방향에 직각으로 형성되어 상기 공기공급부(142)를 통해 공급된 공기가 원활히 이동되도록 하고, 상기 반응부(121) 내부의 혼합기(연료 및 공기)는 상기 분사부(145)의 형성각도를 조절하여 회전하도록 함으로써 화염이 안정적으로 형성되도록 한다.

상기에서 몸체(120)의 수직방향으로란 의미는 상기 배기가스의 흐름방향에 수직인 면을 바라보았을 때를 의미하는 것으로, 상기 분사부(145)가 상기 몸체(120)의 중심축 방향이 아니라 일정각도 경사지게 형성되도록 함으로써 상기 분사부(145)를 통해 분사되는 연료 및 공기가 상기 전극(130) 주변을 회전하면서 유동되도록 한다.

상기 도 9는 연료 및 공기의 흐름을 도시한 것으로써, 상기 전극(130)의 목 부분에 인접하여 형성된 연료 및 공기공급수단(140)의 상기 연료공급부(141)를 통해 공급된 연료는 상기 보조이송공(144)을 통과하여 주이송공(143)에서 공기와 혼합되어 미립화되고, 상기 분사부(145)를 따라 상기 전극(130) 주변을 회전하여 유동됨으로써 화염의 형성을 원활히 하게 된다.

또한, 상기 반응부(121)의 단부에 형성된 연료공급부(141)를 통해 공급된 연료 역시 보조이송공(144)을 통과하여 주이송공(143)에서 공기와 혼합되어 미립화되고, 상기 분사부(145)를 따라 화염을 확산시켜 상기 화염의 길이를 길게 유지되도록 한다.

특히, 상기 반응부(121) 끝단에 구비된 연료 및 공기공급수단(140)을 통해 화염은 배기가스 내부에 포함되어 있는 산소와 결합하여 더욱 활발하게 형성되고, 이에 따라 본 발명의 플라즈마 반응기(100)는 배기가스 저감 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 연료 및 공기공급수단(140)이 복수개 형성되는 경우에 상기 몸체(120)가 상기 외관(110) 내부의 중심부에 고정되도록 부가적인 역할을 담당하게 되므로, 플라즈마 반응기(100)의 내구성을 더욱 증가하도록 할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1은 종래의 디젤엔진 매연 저감장치의 단면도.

도 2는 종래의 배기가스 저감장치의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 배기가스 저감장치의 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 반응기의 사시도.

도 5는 상기 도 4에 도시한 AA' 단면도.

도 6은 상기 도 4에 도시한 BB' 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 플라즈마 반응기의 다른 단면도.

도 8은 상기 도 7의 CC' 단면도.

도 9는 상기 도 7의 연료 및 공기 흐름 개략도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1000 : 본 발명에 따른 배기가스 저감장치

100 : 플라즈마 반응기

110 : 외관 111 : 고정부

120 : 몸체 121 : 반응부

122 : 전극지지부 123 : 전압공급부

130 : 전극

140 : 연료 및 공기공급수단

141 : 연료공급부 142 : 공기공급부

143 : 주이송공 144 : 보조이송공

145 : 분사부 146 : 배기가스 유동부

200 : 엔진

300 : 배기관

400 : 매연여과장치 410 : 산화촉매

Claims

엔진(200)으로부터 발생되는 입자상 물질을 여과하는 매연여과장치(400)와 상기 엔진(200)을 연통하는 배기관(300)의 일정 부분을 형성하도록 내부가 중공된 관형태로 형성되고, 양측의 배기관(300)과 체결 가능하도록 고정부(111)가 형성된 외관(110);

상기 외관(110) 내부에 상기 외관(110)과 평행하게 구비되며 내부가 중공되어 반응부(121)가 형성되는 몸체(120);

상기 몸체(120)의 상기 배기가스의 진행방향에 수직으로 형성되어 전극(130)을 지지하는 전극지지부(122);

상기 몸체(120)와 외관(110) 사이에 형성되어 배기가스가 유동되는 배기가스 유동부(146); 및

연료저장부와 상기 몸체(120) 외측과 연결되어 연료가 공급되는 연료공급부(141)와, 상기 몸체(120) 외측에 공기가 공급되는 공기공급부(142)와, 상기 몸체(120)의 벽면 내부에 상기 공기공급부(142)와 연통되어 공기가 이송되는 주이송공(143), 상기 연료공급부(141)와 주이송공(143)이 연통되어 상기 연료공급부(141)를 통해 이송된 연료가 이송되는 보조이송공(144), 및 상기 주이송공(143)과 반응부(121)가 연통되어 미립화된 연료 및 공기가 분사되는 분사부(145)가 형성된 연료 및 공기공급수단(140); 을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제1항에 있어서,

상기 보조이송공(144)은 목(throat)부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제2항에 있어서,

상기 전극지지부(122)는 배기가스 흐름의 상류측에 형성되어 상기 전극(130)이 형성하는 화염 방향이 배기가스 흐름 방향과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제3항에 있어서,

상기 분사부(145)는 분사되는 연료 및 공기가 상기 전극(130) 주변을 회전하여 유동되도록 상기 몸체(120)의 수직방향으로 일정각도 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제4항에 있어서,

상기 주이송공(143) 및 보조이송공(144)은 상기 몸체(120)의 벽면을 따라 연속적으로 형성되고, 상기 분사부(145)는 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제2항에 있어서,

상기 연료 및 공기공급수단(140)은 상기 몸체(120)의 길이방향으로 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제2항에 있어서,

상기 연료공급부(141) 및 공기공급부(142)는 상기 몸체(120)가 상기 외관(110) 내부의 중심부에 고정되도록 지지하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제7항에 있어서,

상기 전극(130)은 원추 형상으로 형성되고, 상기 전극지지부(122)에 인접하여 목이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
제3항에 있어서,

상기 전극지지부(122)는 중심축이 배기가스 상류측으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
상기 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 의한 플라즈마 반응기(100); 및 상기 플라즈마 반응기(100)의 후측에 형성되고, 전단부에 산화촉매(410)가 형성되어 배기가스의 입자상 물질을 여과하는 매연여과장치(400); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감장치.