KR101117954B1

KR101117954B1 - Ｄｐｆ 재생용 버너 및 이를 이용한 ｄｐｆ 시스템

Info

Publication number: KR101117954B1
Application number: KR1020090080340A
Authority: KR
Inventors: 정상현; 심성훈
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2012-02-16
Also published as: KR20110022862A

Abstract

본 발명은 디젤엔진 매연여과장치(Diesel Particulate Filter; DPF)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤엔진의 배기가스 중에 포함된 매연입자를 필터로 여과한 후, 열산화에 의하여 필터 속에 포집된 매연을 제거하여 필터를 재생하기 위한 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 DPF 재생용 버너는, 액체 상태의 연료를 기화시키는 기화실과, 기화된 연료를 연소시키는 연소실이 일체로 이루어진 기화연소실이 구비된 몸체와; 상기 몸체에 형성된 기화연소실의 일측에 설치되어 액체연료를 미립화하여 1차 공기와 혼합된 혼합기체를 상기 기화연소실로 분사하는 연료공급기와; 상기 기화연소실의 중심축선상에 길이방향으로 설치되어 예열된 연소용 2차 공기를 상기 기화연소실에 공급하는 공기예열공급관와; 상기 연료공급기로부터 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기를 포함하도록 이루어진다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 DPF 재생용 버너는, 기화연소실에 설치되어 화염에 의해 신속하게 가열됨으로써 예열된 2차 공기를 공급하는 공기예열공급관가 설치되어 연료공급기로부터 공급되는 혼합기체가 예열된 2차 공기와 혼합하여 빠른 속도로 기화하고, 연소에 의하여 가열된 공기예열공급관에 의하여 화염이 안정적으로 연속 착화되고 유지될 수 있다.

DPF 재생용 버너, DPF 시스템, 기화, 연소, 액체연료, DOC, DPF

Description

ＤＰＦ 재생용 버너 및 이를 이용한 ＤＰＦ 시스템{Burner for regeneration of Diesel Particulate Filter}

본 발명은 디젤엔진 매연여과장치(Diesel Particulate Filter ; DPF)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤엔진의 배기가스 중에 포함된 매연입자를 필터로 여과한 후, 열산화에 의하여 필터 속에 포집된 매연을 제거하여 필터를 재생하기 위한 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템에 관한 것이다.

열차, 선박, 산업용 차량 등에서는 디젤엔진을 사용하는 것이 보편적이며, 최근에 디젤 승용차의 출시가 본격화되면서 디젤엔진의 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

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 규제가 강화되고 있다.

상기와 같은 디젤차량 배출가스로 인한 환경오염의 문제를 해결하기 위하여, 디젤차량 등에서 발생되는 매연입자가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하도록 매연을 포집하고 처리하는 디젤엔진 매연여과장치(Diesel Particulate Filter; DPF)에 대한 다양한 방안이 연구되고 있다.

이와 같은 상기 DPF는 포집된 매연의 양이 일정치 이상 되면 내부 압력 손실이 증가하여 디젤엔진의 배압에 크게 영향을 미치게 되므로, 포집된 매연 입자를 주기적으로 제거를 해주어야 한다.

일반적으로 매연은 약 600 ~ 650℃ 이상의 온도에서 산화되기 때문에, 디젤 차량에 설치된 DPF로 유입되는 배기가스의 온도를 매연의 산화온도 이상으로 승온시키면 DPF에 포집된 매연은 열에 의하여 산화되고 DPF로부터 제거될 수 있다.

이와 같이 DPF로 유입되는 배기가스의 온도를 승온시키는 방법은 버너를 이용하는 방법, 전기히터를 이용하는 방법, 촉매를 이용하는 방법 등 다양한 방법이 있을 수 있다.

한 방법으로, 버너를 이용하는 방법에 있어서의 종래 기술은 디젤 엔진 운전 조건의 급변화시 부분적으로 화염이 연소기 내측으로 역화되는 현상이 나타날 수 있으며, 이 원인으로는 종래의 DPF 재생용 버너의 경우 연소기 내부에 충분한 내압이 형성되지 못하고, 연소기로 공급되는 연료의 충분한 분출에 제약을 받게 되어, 화염의 불안정성이 나타나거나 꺼져버리게 되는 문제가 있다.

아울러, 차량에서는 사용할 수 있는 전력량이 한정되어 있기 때문에, 종래의 DPF 재생용 버너는 버너의 착화 후에도 연료를 기화하기 위해 구비되는 열 공급용 히터가 계속 작동하여 전력증가의 원인이 되었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 국내 특허등록 제899223호의 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템을 제공하였으며, 상기 국내 특허등록 제899223호의 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템은 엔진 운전 조건의 급변화 시 화염의 역화가 방지되고, 연료의 기화 시간을 매우 짧게 하여 연료의 공급과 동시에 즉시 착화 가능하고, 점화 후 기화기에 공급되는 전력을 최소화하여 부족한 차량 전력의 한계를 극복하여 최적의 안정적인 운전이 가능한 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템을 제공하고자 한 것으로, 액체 상태의 연료를 기화시키는 기화실과 기화된 연료를 연소시키는 연소실이 구비된 몸체와; 상기 몸체 기화실의 일단과 결합되며 액체연료를 미립화하여 상기 몸체의 기화실로 분사하는 연료공급기와; 상기 몸체의 기화실과 연통되어 상기 기화실에서 기화된 연료 및 공기의 혼합기체를 높은 내압으로 상기 연소실로 분사하는 버너헤드; 및 상기 버너헤드에서 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기로 구성된다.

본 발명은 본 출원인이 제공한 국내 특허등록 제899223호의 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템과 같이 엔진 운전 조건의 급변화시 화염이 역화에 의하여 꺼지는 것이 방지되고, 연료의 기화 시간을 매우 짧게 하여 연료의 공급과 동시에 즉시 착화가능하고, 점화 후 기화기에 공급되는 전력을 최소화 또는 전력공급을 차단하여 부족한 차량 전력의 한계를 극복하여 최적의 안정적인 운전이 가능한 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

즉, 분사 공급되는 액체연료를 연소시키는 기화연소실 내에 연소열을 이용하여 예열된 연소용 2차 공기를 공급하고, 기화된 혼합기체를 가열 또는 착화가 이루어지도록 하는 공기예열공급관를 설치하여 연소시 발생된 열로 공기예열공급관를 가열하여 열을 축적시킴으로써 상기 공기예열공급관를 통하여 공급되는 연소용 2차 공기를 예열하여 기화연소실 내에 공급되도록 하고, 상기 예열된 연소용 2차 공기와 연료공급기로 공급되는 혼합기체가 혼합되어 신속하게 기화하여 팽창을 하도록 하고, 기화된 혼합기체가 고온으로 가열된(축열된) 공기예열공급관를 선회함으로써 가열/착화가 이루어짐으로써 화염이 안정적으로 유지될 수 있는 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자 이루어진 본 발명의 DPF 재생용 버너는,

액체연료를 연소시켜 연소시 발생하는 열로 배기가스의 온도를 승온시키는 DPF 재생용 버너에 있어서, 액체 상태의 연료를 기화시키는 기화실과, 기화된 연료를 연소시키는 연소실이 일체로 이루어진 기화연소실이 구비된 몸체와; 상기 몸체에 형성된 기화연소실의 일측에 설치되어 액체연료를 미립화하여 1차 공기와 함께 상기 기화연소실로 분사하는 연료공급기와; 상기 기화연소실의 중심축선상에 길이방향으로 설치되어 예열된 연소용 2차 공기를 상기 기화연소실에 공급하는 공기예열공급관와; 상기 연료공급기로부터 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기를 포함한다.

상기 기화연소실에서 화염이 존재하는지 여부를 감지하는 화염감지기와 기화연소실의 온도를 측정하기 위한 온도측정센서를 더 포함할 수 있다.

상기 몸체의 일측에는 초기 연소기 기화연소실 내부의 액체연료를 기체상태로 기화시키는 가열수단이 더 설치되고, 상기 가열수단은 보통 히터를 사용한다.

상기 연료공급기는 원통형태로 형성된 몸체에 접선방향으로 설치되어 분사되는 혼합기체가 선회유동하도록 한다.

상기 공기예열공급관는, 일단이 벽에 의해 밀폐되고, 타측으로 내부가 기화연소실과 연통되도록 원주면에 하나 이상의 관통된 공기분출공이 형성되고, 외측으로 가열면을 가지는 통형상의 제1부재와; 상기 제1부재의 내측에 설치되는 파이프형상의 제2부재로 구성되어 제1유로와, 제2유로를 가진다.

이러한 상기 공기예열공급관는 일단이 몸체의 외측으로 돌출되게 설치되는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 몸체의 길이보다 길게 형성된다.

상기 공기예열공급관에 형성된 공기분출공은 1개 이상이 형성되며, 바람직하게는 적어도 2개 이상이 원주방향으로 한 줄의 등간격으로 형성된다. 또한, 공기분출공은 길이 방향으로 2줄 이상으로 형성할 수도 있다. 이때에는 서로 인접하는 줄간에는 공기분출공을 지그재그로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 공기분출공은 공기예열공급관 내에서 예열된 연소용 2차 공기가 공기분출공을 통하여 선회유동하며 상기 기화연소실 내로 분출되도록 상기 제2부재의 원주면에 수직한 방향에 대하여 일정각도로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 연료공급기에서 선회유동하도록 공급되는 혼합기체와 동일한 방향으로 공기예열공급관에서 공급되는 예열된 2차 공기가 선회유동하도록 기화연소실에 공급되거나, 또는 상기 연료공급기에서 선회유동하도록 공급되는 혼합기체와 반대 방향으로 공기예열공급관에서 공급되는 예열된 2차 공기가 선회유동하도록 기화연소실에 공급될 수 있도록 제2부재의 원주면에 수직한 방향에 대하여 일정각도로 경사지게 공기분출공이 형성된다.

한편, 본 발명은 상기 DPF 재생용 버너가 장착된 DPF 시스템에 있어서, 상기 DPF 재생용 버너는 배기가스가 유입되는 배기가스 유로의 결합부와 연결되며, 상기 배기가스 유로는 매연포집필터(DPF)의 배기가스 유입구와 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 DPF 재생용 버너와 매연포집필터(DPF) 사이에는 산화촉매(DOC)가 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 액체연료를 1차 공기와 함께 혼합기체 상태로 기화연소실에 선회유동하도록 분사공급되고, 기화연소실로 공급되는 혼합기체는 연소(화염)에 의하여 열을 축적한(가열된) 공기예열공급관를 통하여 예열된 연소용 2차 공기와 혼합하여 신속히 기화가 이루어지고, 기화연소실에서 신속하게 기화가 이루어짐으로써 혼합기체가 팽창하여 기화연소실 내의 내압을 증대시켜 화염의 역류를 방지하며, 기화된 혼합기체가 열을 축적한 공기예열공급관를 선회유동하여 가열 및 착화가 이루어지는 구조를 가져 차량의 운전 조건의 변화에 대응하여 최적의 조건으로 화염의 안정화를 달성할 수 있다.

또한, 버너의 점화 후 연료의 기화에 사용되는 열은 화염으로 가열된(축열된) 공기예열공급관에서 예열된 연소용 2차 공기를 이용하기 때문에 연료 기화용 에너지인 히터 전력을 최소화할 수 있어 차량에서의 전력 한계를 극복할 수 있는 장점이 있다.

또한, 기화된 혼합기체가 열을 축적한 공기예열공급관에 의하여 가열 및 착화가 이루어짐으로써 점화기의 사용없이 화염을 유지하는데 필요한 전력을 최소화할 수 있어 차량에서의 전력 한계를 극복할 수 있는 장점이 있다.

첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전 적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1과 도 2는 본 발명인 DPF 재생용 버너의 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 3는 본 발명인 DPF 재생용 버너의 실시예를 나타낸 단면개략도이다.

도 1 내지 도 3과 같이 본 발명인 DPF 재생용 버너(100)는, 분사공급되는 액체연료를 기화시키고 연소시키는 기화연소실(113)이 구비된 몸체(110)와, 상기 몸체(110)에 구비된 기화연소실(113) 내에 예열된 2차 공기를 공급하고 연소시 발생하는 열을 축열하는 공기예열공급관(120)와, 상기 몸체(110)의 일단에 결합설치되어 액체연료를 미립화하여 몸체(110)에 구비된 기화연소실(113) 내에 분사하는 연료공급기(130)와, 상기 연료공급기(130)에서 분사된 혼합기체를 점화하는 점화기(140)와, 상기 기화연소실(113)에 공급된 혼합기체를 기화시키기 위하여 상기 기화연소실(113) 주변으로 열을 공급하는 가열수단인 히터(150)와, 상기 기화연소실(113) 내에 화염 존재를 감지하는 화염감지기(160)와, 상기 기화연소실(113) 내의 온도를 측정하는 온도측정센서(170)와, 상기 히터(150)를 덮는 커버(180)와, 상 기 공기예열공급관(120)에 연결설치되어 2차 공기를 공급하는 2차공기공급관(190)을 포함하여 구성된다.

상기 몸체(110)는, 도 6과 같이 일측은 벽(111)이 형성되고, 타측은 개구부(112)가 형성된 원통 형태로 형성되어, 내측으로 기화연소실(113)이 형성되고, 상기 벽(111)의 중심부분에는 2차 공기 유입용 관통홀(111a)이 형성되고, 상기 몸체(110)의 외주면에는 기화연소실(113) 내로 액체연료를 분사공급하는 연료공급기(130)가 장착되는 연료공급기장착구(114)와, 혼합기체를 점화시키기 위한 점화기(140)가 장착되는 점화기장착구(115)와, 기화연소실(113) 내의 화염존재를 감지하는 화염감지기(160)가 장착되는 화염감지기장착구(116)가 형성된다. 상기 연료공급기장착구(114)와 점화기장착구(115)와 화염감지기장착구(116)는 벽(111)이 형성된 전방부분에 형성된다.

상기 액체연료를 분사공급하는 연료공급기(130)가 장착되는 연료공급기장착구(114) 부분에서 기화가 이루어짐으로써 몸체(110)의 전방부분의 외측에 가열수단인 전열 히터(150)가 설치되고, 온도를 감지하는 온도측정센서(170)가 설치된다.

도 4와 같이 상기 연료공급기장착구(114)는 기화연소실(113)의 중심선축을 기준으로 접선방향으로 형성되어, 장착되는 연료공급기(130)가 기화연소실(113)의 중심선축을 기준으로 접선방향으로 설치되어 분사되는 혼합기체가 선회유동을 하도록 한다.

도 6과 같이 개구부(112)는 기화연소실(113)의 화염이 확산되어 몸체(110) 외측으로 퍼져나갈 수 있도록 점점 넓어지는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명인 공기예열공급관(120)의 일부분이 절단된 상태의 사시도이고, 도 8은 본 발명인 공기예열공급관(120)의 단면도이고, 도 10와 도 11은 도 8의 a-a선 단면도이다.

상기 공기예열공급관(120)는, 도 7과 도 8과 같이 일측은 개구되고, 타측은 벽(121a)으로 막힌 원통형태의 제1부재(121)와, 상기 제1부재(121) 내측으로 설치되는 파이프 형태의 제2부재(122)로 구성되어, 연소용 제2차 공기가 이동하는 제1유로(124)와 제2유로(125)를 형성하며, 상기 제1부재(121)의 개구부 쪽의 원주면에는 1개 이상의 관통된 공기분출공(123)이 형성되고, 상기 제1부재(121)의 외주면은 가열면(126)이 된다.

상기 공기분출공(123)은 연료공급기(130)에서 분사공급되는 혼합기체와 신속하게 혼합이 이루어지도록 연료공급기(130)가 설치되는 연료공급기장착구(114) 부분에 형성되며, 적어도 2개 이상이 도 10와 도 11과 같이 등간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도 9와 같이 상기 공기분출공(123)은 길이 방향으로 2줄 이상으로 형성할 수도 있다. 이때에는 서로 인접하는 줄간에는 공기분출공(123)을 지그재그로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 공기분출공(123)은 도 10과 같이 기화연소실(113)로 공급되는 2차 공기가 방사선 형태로 배출되도록 형성될 수 있으며, 또는 도 11와 같이 기화연소실(113)로 공급되는 2차 공기가 방사선 형태로 배출되되, 선회유동을 하도록 상기 제2부재(122)의 원주면에 수직한 방향에 대하여 일정각도로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 공기분출공(123)은 원주면에 수직한 방향에 대하여 일정각도로 경사지게 형성되되, 도 12와 같이 연료공급기(130)로부터 공급되는 혼합기체와 동일한 방향으로 선회유동하도록 형성될 수 있으며, 도 13과 같이 연료공급기(130)로부터 공급되는 혼합기체와 반대한 방향으로 선회유동하도록 형성될 수 있다.

도 12와 같이 연료공급기(130)로부터 공급되는 혼합기체와 동일한 방향으로 2차 공기가 선회유동하게 되면, 기화된 혼합기체가 공기예열공급관(120)의 외주면인 가열면(126)을 선회유동하는 것을 좋게 한다.

도 13과 같이 연료공급기(130)로부터 공급되는 혼합기체와 반대 방향으로 2차 공기가 선회유동하게 되면, 연료공급기(130)로부터 공급되는 혼합기체와 예열된 연소용 2차 공기가 혼합을 좋게 하여 보다 신속하게 기화가 이루어지도록 한다.

이와 같이 이루어진 공기예열공급관(120)는, 상기 2차공기공급관(190)으로 공급되는 연소용 2차 공기가 도 8과 같이 제1유로(124)와 제2유로(125)을 따라 이동하여 예열되어 공기분출공(123)을 통하여 기화연소실(113)로 공급된다.

이러한 상기 공기예열공급관(120)는, 도 3과 같이 기화연소실(113) 내에 설치됨으로써 액체연료의 연소(화염)시 발생하는 열을 축적하게 되고, 축적된 열은 공급되는 2차 공기를 예열하게 되고, 예열된 2차 공기는 기화연소실(113)에 유입되어 분사공급되는 혼합기체와 혼합하여 혼합기체가 신속하게 기화가 이루어지도록 한다. 또한 도 3과 같이 상기 공기예열공급관(120)의 끝단부는 몸체(110)의 외측으 로 돌출되게 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 기화된 혼합기체는 제1부재(121)의 외주면인 가열면(126)을 선회유동함으로써 가열/착화가 이루어져 안정적인 화염을 유지한다.

상기 연료공급기(130)는 몸체(110)에 형성된 연료공급기장착구(114)에 장착되어 기화연소실(113)에 액체연료와 1차 공기로 이루어진 혼합기체를 공급하는 것으로, 도 6과 같이 액체연료가 공급되는 액체연료유입관(131)과, 1차 공기를 공급하는 1차 공기 공급관(132)과, 액체연료와 1차 공기를 혼합분사하는 분무노즐(133)로 이루어진다.

이러한 연료공급기(130)는 도 4와 같이 몸체(110)에 접선형태로 장착되어 기화연소실(113)에 접선방향으로 공급되고, 상기 연료공급기(130)를 통하여 분사공급되는 혼합기체는 공기예열공급관(120)에서 공급되는 예열된 연소용 2차공기와 혼합하여 기화되고, 공기예열공급관(120)을 선회유동 하여 가열/착화가 이루어진다.

상기 점화기(140)는 보통 DPF 재생용 버너(100)의 초기 연소시 혼합기체의 초기 점화용으로 사용된다. 종종 화염감지기(160)에서 화염이 감지되지 않을 경우인 화염이 꺼졌을 때 사용될 수도 있다.

상기 가열수단인 히터(150)는 전열 히터를 사용하며, DPF 재생용 버너(100)의 초기 연소시 연료공급기(130)를 통해 공급되는 혼합기체가 기화할 수 있도록 기화연소실(113)을 가열한다. 상기 히터(150)는 기화연소실(113)이 일정온도에 도달 하며 제어기 또는 자동으로 전원이 차단된다.

상기 온도측정센서(170)는 기화연소실(113)의 온도를 측정하여 제어기에 전달하고, 제어기를 이를 통하여 히터(150)를 제어한다.

상기 커버(180)는 히터(150)를 보호하며, 외부로 열이 유출되는 것을 방지한다.

상기 2차공기공급관(190)은 몸체(110)의 벽(111)에 형성된 2차 공기 유입용 관통홀(111a)과 연결설치되어 공기예열공급관(120)에 2차 공기를 공급한다.

다음으로는, 도 15 내지 도 19을 참조하여 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)를 이용한 DPF 시스템에 대하여 설명한다.

이에 앞서, 상기 DPF 시스템의 일부분으로 장착되는 상기 DPF 재생용 버너(100)는, 상술한 DPF 재생용 버너(100)와 동일한 장치이며, 상기 DPF 재생용 버너(100)를 구성하는 각 부재의 같은 명칭 또는 같은 도면부호를 갖는 부재는 동일한 구성요소임을 이해하여야 한다.

먼저, 도 15는 본 발명의 DPF 재생용 버너가 배기가스 유로의 내부에 설치된 상태를 도시한 사시도이고, 도 16과 도 17은 본 발명의 DPF 재생용 버너가 배기가스 유로의 내부에 장착된 구성을 나타낸 단면도이다.

도 15 내지 도 17을 참조하면, DPF 재생용 버너(100)가 배기가스 유로(200)의 내부에 장착되며, 상기 배기가스 유로(200)는 디젤산화촉매(DOC, 300)와 매연포집필터(DPF, 400)가 설치된 배기가스 유로(500)와 연결됨으로써 구성된 DPF 시스템 을 설명한다.

상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 배치되며, 상기 배기가스 유로(200)의 일측은 차량의 배기가스 배출구와 연통되고, 타측은 상기 DPF 재생용 버너(100)의 기화연소실(113)의 전방과 연통되며, 상기 배기가스 유로(200)의 양 측단에는 차량 배기가스 배출구와 동일직경으로 결합하기 위한 입구플랜지와 출구플랜지가 각각 구비되어 있다.

디젤엔진의 운전에 따라 DPF 재생용 버너(100)가 내부에 구비된 배기가스 유로(200)를 통해 디젤배기가스가 유입이 되고, 배기가스 속에 포함된 매연 입자 및 SOF 등은 대기 중으로 배출되기 전에 상기 DPF 재생용 버너(100)의 후방에 배치된 매연포집필터(DPF, 400)에서 포집이 이루어지며, 이때 상기 DPF(400)에 포집된 매연 등의 입자상 물질의 양이 증가하면, DPF(400)의 압력 손실은 점차 증가하여 차량의 배압증가로 차량 출력이 감소하게 된다.

여기서, 상기 DPF(400)의 전, 후단 및 상기 DPF 재생용 버너(100)의 전, 후단에는 다수의 온도측정센서(미도시)와 압력센서(미도시)가 구비되어 상기 DPF(400)의 전, 후단의 온도 및 압력이 제어기(미도시)에 의하여 측정되고, 측정된 전후단의 압력차가 기준치 이상이면 상기 제어기의 제어명령에 의해 DPF 재생용 버너(100)가 작동을 하여 상기 DPF(400)에 포집된 매연을 산화시켜 상기 DPF(400)의 압력손실을 초기 상태와 유사하게 감소시켜 DPF를 재생시킨다.

먼저, DPF 재생용 버너(100)는 상기 제어기의 작동 명령에 의하여 연료펌프(미되시)와 공기펌프(미도시)가 구동되며, 이때 액체연료가 무화상태로 액체연료유 입관(131)을 따라 공급되고, 공급되는 액체연료는 1차 공기 공급관(132)으로 공급되는 1차 공기와 분무노즐(133)을 통해 혼합기체 상태로 기화연소실(113)에 선회하도록 분사된다.

상기 기화연소실(113)에 공급된 혼합기체는 공기예열공급관(120)를 통하여 공급되는 2차 공기와 혼합하고, 뒤이어, 상기 기화연소실(113) 내에서 미립화 상태의 혼합연료는 히터(150)에 의해 공기-연료의 혼합기체 상으로 기화되어 순간적인 부피의 팽창 및 높은 내압이 형성된다. 이와 동시에 상기 제어기의 명령에 의하여 상기 점화기(140)가 작동하여 기화연소실(113)에서 화염이 형성되고, 상기 화염감지기(160)에 의하여 화염이 감지되면 상기 점화기(140)의 작동은 상기 제어기의 명령에 따라 정지 또는 작동유지하게 된다.

그리고, 기화연소실(113)에서 형성된 화염은 공기예열공급관(120)의 외주면인 가열면(126)을 가열하며 분출된다.

상기 공기예열공급관(120)의 외주면인 가열면(126)은 화염으로부터 열을 전달받아 열축적하게 되고, 상기 축적된 열은 공기예열공급관(120)의 제1유로(124)와 제2유로(125)를 통하여 공급되는 2차 공기를 예열함으로써 연료공급기(130)로 공급되는 혼합기체는 예열된 2차 공기와 기화연소실(113)에서 혼합되어 기화를 촉진시키게 된다.

또한, 상기 기화된 혼합기체는 가열된(열축적된) 공기예열공급관(120)의 가열면(126)을 선회유동함으로써 열전달이 지속적으로 유지되어 가열 및 착화가 이루어져 화염이 안정적으로 유지된다.

착화 후, 온도측정센서(170)를 통하여 상기 제어기에 감지된 기화연소실(113) 온도가 더 이상 히터(150)를 사용하지 않아도 혼합연료를 충분히 기화시킬 수 있을 만큼 승온하게 되면, 상기 제어기의 명령에 의하여 상기 히터(150)로 공급되는 전력을 차단하여 연료 기화에 소모되는 에너지를 크게 절감할 수 있다.

이후, 기화연소실(113)에서 형성된 화염열은 유입되는 배기가스와의 혼합된 후 상기 배기가스 온도는 매연의 산화온도 이상으로 승온된 균일한 온도분포를 가지고 상기 DPF(400)로 유입되어 포집된 매연을 열산화에 의하여 제거한다.

이후 DPF에 포집된 매연의 제거로 인하여 DPF 전, 후단의 압력차가 소정치 미만으로 측정이 되면, 제어기의 명령에 의해 상기 DPF 재생용 버너(100)의 작동은 중지하게 된다.

한편, 도 17에서, 상기 DPF(400)의 전방에 구비된 디젤산화촉매(DOC)(300)는 미연소된 혼합기체연료를 연소시켜 배기가스의 온도를 승온시키는 역할을 하는 부재이다.

만일 상기 DOC(300) 내부에 액체연료 또는 기화된 액체연료가 존재하는 경우 상기 DOC(300)로 유입되는 배기가스의 온도가 특정온도 이상 (일반적으로 250℃)이 되면 상기 DOC 내부에 존재하는 연료는 순간적으로 연소되어 상기 DOC(300) 후방으로 배출되는 배기가스의 온도는 매우 높은 온도로 승온되어 상기 DPF(400)로 유입된다.

도 14와 같이 차량의 부하에 따라 화염의 길이는 변화하게 된다.

차량의 부하가 낮은 경우에는 배기가스 압력이 낮기 때문에 상기 DPF 재생용 버너(100)의 작동에 의한 화염은 매우 안정화되고, 화염길이가 충분하여 화염의 열에 의하여 배기가스 온도를 상기 DPF(400)의 산화온도까지 승온 가능한 반면에,

만일 차량의 부하가 높아지는 경우에는 배기가스 압력의 증가로 인하여 공기예열공급관(120)에서 공급되는 2차 공기가 감소하여 상기 DPF 재생용 버너(100)에서 형성된 화염은 그 길이가 짧아지고 화염이 불안정해질 수 있다.

이때에는 화염은 공연비가 유지되는 부분 즉, 주로 기화가 이루어지는 부분에서만 유지되고, 공급되는 연료 중에서 공급된 공기량에 의하여 일부 연소되고 나머지 연료는 기화된 상태로 배기가스로 유입된 후 DPF 재생용 버너(100)의 후단에 설치되어 있는 DOC(300)에 의하여 배기가스의 온도를 매연의 산화온도 이상으로 승온시키는 촉매 지배적인 운전 모드가 된다.

다음으로는, 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)가 자동차 배기가스유로의 외부에 장착되어 DPF 시스템을 구성한 실시예를 설명한다.

도 18은 본 발명의 DPF 재생용 버너가 자동차 배기가스유로의 외부에 장착되어 DPF 시스템을 구성한 실시예를 나타낸 것이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)는 엔진으로부터 배출된 배기가스가 이송되는 통로인, 배기가스 유로(250)의 측부면에 장착되며, 상기 배기가스 유로(250)의 일단부는 디젤산화촉매(DOC, 300)와 매연포집필터(DPF, 400)가 설치된 배기가스 유로(500)와 연결되어, 상기 배출된 배기가스가 상기 DPF(400)의 내부로 유입되도록 구성된다.

이러한 구성을 통하여, 상기 엔진으로부터 배출된 배기가스는 상기 배기가스 유로(250)를 통과하면서, 배기가스 유로(250)의 측부면에 장착된 상기 DPF 재생용 버너(100)의 연소실의 전방을 지나게 되며, 상기 연소실에서 점화된 화염과 상기 배기가스는 혼합된다.

이후, 기화연소실(113)에서 형성된 화염과 배기가스와의 혼합은 혼합된 후 상기 배기가스 온도는 매연의 산화온도 이상으로 승온이 된 균일한 온도분포를 가지고 상기 DPF(400)로 유입되어 포집된 매연을 열산화에 의하여 제거된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너의 사시도.

도 2은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너에서 커버가 제거된 상태의 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너의 단면도.

도 4는 도 3의 a-a 선 단면도.

도 5는 도 3의 b-b 선 단면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너의 몸체에 대한 단면도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너 공기예열공급관의 부분단면 사시도.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너 공기예열공급관의 단면도.

도 9는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너 공기예열공급관의 정면도.

도 10는 도 8의 a-a 선 단면도.

도 11은 도 8의 a-a 선 단면도.

도 12는 연료공급기에서 공급되는 혼합기체와 공기예열공급관에서 공급되는 2차 공기의 선회유동상태도.

도 13은 연료공급기에서 공급되는 혼합기체와 공기예열공급관에서 공급되는 2차 공기의 선회유동상태도.

도 14는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너의 단면도로써 차량의 부하에 다른 화염의 길이변화를 나타낸 것이다.

도 15는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너가 배기가스 유로에 내측에 설치된 사시도.

도 16은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너가 배기가스 유로에 내측에 설치된 단면도.

도 17은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너가 DPF 시스템에 설치된 개략도.

도 18은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 DPF 재생용 버너가 DPF 시스템에 설치된 개략도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

100 : DPF 재생용 버너 110 : 몸체

113 : 기화연소실 120 : 공기예열공급관

121 : 제1부재 122 : 제2부재

123 : 공기분출공 124 : 제1유로

125 : 제2유로 126 : 가열면

130 : 연료공급기 140 : 점화기

150 : 히터 160 : 화염감지기

170 : 온도측정센서 190 : 2차 공기 공급관

200, 250, 500 : 배기가스 유로

300 : 산화촉매(DOC)

400 : 매연포집필터(DPF)

Claims

액체연료를 연소시켜 연소시 발생하는 열로 배기가스의 온도를 승온시키는 DPF 재생용 버너에 있어서,

액체 상태의 연료를 기화시키는 기화실과, 기화된 연료를 연소시키는 연소실이 일체로 이루어진 기화연소실(113)이 구비된 몸체(110)와;

상기 몸체(110)에 형성된 기화연소실(113)의 일측에 설치되어 액체연료를 미립화하여 1차 공기와 함께 상기 기화연소실(113)로 분사하는 연료공급기(130)와;

상기 기화연소실(113)의 중심축선상에 길이방향으로 설치되어 예열된 연소용 2차 공기를 상기 기화연소실(113)에 공급하는 공기예열공급관(120)와;

상기 연료공급기(130)로부터 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기(140)를 포함하고,

상기 몸체(110)에는 기화연소실(113)의 온도를 측정하기 위한 온도측정센서(170)가 더 설치됨을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
제1항에 있어서,

상기 기화연소실(113)에서 화염이 존재하는지 여부를 감지하는 화염감지기(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
제1항에 있어서,

상기 몸체(110)의 일측에는 초기 연소기 기화연소실(113) 내부의 액체연료를 기체상태로 기화시키는 가열수단이 더 설치됨을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
삭제
제1항에 있어서,

상기 몸체(110)는 원통형태로 형성되고,

상기 연료공급기(130)는 몸체(110)에 접선방향으로 설치되어 분사되는 혼합기체가 선회유동하도록 함을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
제1항에 있어서,

상기 공기예열공급관(120)는,

일단이 벽(121a)에 의해 밀폐되고, 타측으로 내부가 기화연소실(113)과 연통되도록 원주면에 하나 이상의 관통된 공기분출공(123)이 형성되고, 외측으로 가열면(126)을 가지는 통형상의 제1부재(121)와,

상기 제1부재(121)의 내측에 설치되는 파이프형상의 제2부재(122)로 구성되어 제1유로(124)와, 제2유로(125)를 가지는 DPF 재생용 버너.
제6항에 있어서,

상기 공기분출공(123)은 공기예열공급관(120) 내에서 예열된 2차 공기가 공 기분출공(123)을 통하여 선회유동하며 상기 기화연소실(113) 내로 분출되도록 상기 제2부재(122)의 원주면에 수직한 방향에 대하여 일정각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 DPF 재생용 버너가 장착되는 DPF 시스템에 있어서,

상기 DPF 재생용 버너(100)는 배기가스가 유입되는 배기가스 유로(200, 250)의 결합부와 연결되며,

상기 배기가스 유로(200, 250)는 매연포집필터(DPF, 400)의 배기가스 유입구와 결합되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
제8항에 있어서,

상기 DPF 재생용 버너(100)와 매연포집필터(DPF, 400) 사이에는 산화촉매(DOC, 300)가 구비됨을 특징으로 하는 DPF 시스템.
제8항에 있어서,

상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 결합부에 연결되되, 상기 DPF 재생용 버너(100)가 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.