KR101138251B1 - 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치 - Google Patents

배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버너에서 화염이 안정적인 상태를 유지할 수 있도록 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치에 관한 것으로, 디젤엔진에서 DPF 필터부로 유입되는 배기가스의 일부를 버너로 유도하여, 배기가스 내에 존재하는 미연소된 산소를 이용하여 노즐에서 분사되는 연료를 안정적으로 연소시키도록 구성되며, 외부에서 공급되는 배기가스를 별도의 분기관 없이, 연소실과 하우징으로 용이하게 이동시킬 수 있으므로, 컴팩트한 외관을 갖추게 되는 효과가 있다.

Description

배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치{Exhaust Gas Reduction Apparatus Using Exhaust Gas as Air Source of Burner}
본 발명은 차량용 매연저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 컴프레서를 사용하여 외부의 공기를 버너의 에어공급원으로 사용하는 종래 기술과는 달리, 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 엔진 내부로 분사된 연료가 피스톤의 압축으로 온도가 상승되도록 하여 자기 착화를 통해 연소시켜 출력을 발생시킨다. 상기 디젤엔진은 공기와 연료의 혼합비로써 출력을 조정하도록 되어 있는데, 이러한 과정에서 연료와 공기의 불균일화로 인해 불완전연소가 일어남에 따라 다량의 유해 미립자(매연)가 발생된다.
이처럼, 디젤엔진의 연소과정에서 불완전연소로 인해 발생되는 유해 미립자는 주로 질소산화물(NOx), 입자상 물질(PM, Particulate Matter) 및 수트(Soot,재)로서, 디젤차량에 의한 유해 미립자가 총 대기오염의 40%를 차지한다는 보고가 있다.
이를 해결하기 위하여, 연료와 공기의 혼합비를 최적화하는 기술, 즉 공기를 압축하여 투입된 연료와 적정비율 혼합 및 연소시킴으로써 연료절감과 더불어 매연발생을 억제하고자 하는 기술이 다수 개시된 바 있으나, 이 또한 소요되는 연료를 완전 연소시키기에는 그 기술적 제약조건이 많이 따랐으며, 기술적 한계에 도달된 실정이다.
이에 따라, 여러 나라들은 대기오염의 주요원인 중 하나인 차량에 의한 배기가스의 배출을 규제하고 있으며, 이러한 규제에 적극적으로 대처하기 위해서 최근 디젤차량의 배기통로에 삽입시켜 배기가스를 저감시킬 수 있는 매연저감장치(혹은, 디젤엔진매연여과장치(DPF; Diesel Particulate Filter))가 다양한 방안으로 연구 개발되어 개시되고 있다.
도 1은 종래의 매연저감장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
종래 매연저감장치(100)는 엔진(미도시)에서 발생하는 배기가스가 유동하는 배기유로상의 소정 위치에 설치되어 몸체(110) 내부에 DPF 필터(120) 등이 구비되고, 외주면에 배기가스유입구(112)가 형성된다. 그리고 몸체(110)의 일측단부에는 배기가스유출구(114)가 형성되고, 몸체(110)의 타측단부에는 버너(130)가 형성된다.
그리고 엔진에서 발생한 배기가스가 배기가스유입구(112)를 통해 몸체(110)의 내부로 유입되고, 상기 버너(130)에서 발생하는 화염에 의한 온도의 상승 및 입자상 매연의 강제재생이 이루어지며, 온도가 증가한 배기가스가 DPF 필터(120)를 통과하며 입자상 물질(PM)이 자연재생되는 구조이다.
즉, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 속에 포함된 매연 입자는 DPF 필터(120)에 의하여 포집이 되고, 이때 DPF 필터(120)에 포집되는 양이 많으면, DPF 필터(120)의 압력 손실이 크게 증가하여 디젤엔진의 배압에 크게 영향을 미치게 된다.
따라서 DPF 필터(120)에 포집된 매연은 일정한 압력 손실이 발생하면 주기적으로 DPF 필터(120)로부터 제거를 하여 주어야 하는데, 이때 DPF 필터(120)로부터 매연 입자를 제거하기 위한 방안으로 매연의 산화온도(일반적으로 600℃) 이상으로 배기가스의 온도를 상승시켜 DPF 필터(120)에 포집된 매연 입자들을 산화(연소)시켜 DPF 필터(120)로부터 제거하는 방법을 사용한다.
이때, 상기 DPF 필터(120)에 포집된 매연입자의 산화온도 이상으로 배기가스의 온도를 상승시켜기 위한 열 공급장치의 수단으로, 버너(130)에 의한 화염을 사용하게 된다. 즉, 상기 DPF 필터(120)에 카본과 같은 매연입자가 어느 정도 포집되면 압력센서(미도시)에 감지되는 내부 압력이 상승하게 되며, 이 신호를 받은 제어수단(미도시)은 DPF 필터(120)에 포집된 매연입자를 연소시키기 위해 버너(130)를 가동시키게 된다.
그러면, 버너(130)의 노즐(132)을 통해 연소실(140)쪽으로 분사되는 연료에 점화수단(134)이 착화되어, 화염을 형성하게 되고, 이 화염이 몸체(110)의 연소실(140) 쪽으로 전달되면서 연소실(140)의 내부온도를 급상승시킨다. 이에 따라 DPF 필터(120)에 포집된 매연입자가 연소되어 사라지게 되며, 그 DPF 필터(120)는 다시 새롭게 배출되는 매연입자를 포집하는데 사용될 수 있게 된다.
한편, 종래 액체연료 분사식 버너에 있어서, 노즐을 통하여 화염이 형성될 때, 화염이 안정적인 상태를 유지하기 위하여 적당량의 산소가 지속적으로 공급되어야 한다. 이를 위하여, 상기 버너(130)에 컴프레서(136)를 연결하고, 컴프레서(136)를 통하여 외부 공기를 버너(130)에 공급하여, 노즐(132)에서 분사되는 연료가 안정적으로 연소되도록 하였다.
그러나, 상기 컴프레서(136)는 고가의 장비이고, 정기적으로 A/S를 받아야 하는바, 설치 비용 및 유지비용이 많이 드는 문제점이 있다.
이를 해결하고자, 본 출원인은 별도의 컴프레서를 사용하지 않아도 되는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치(출원번호 제10-2110-0096383호)를 발명하여 국내에 특허출원한 바 있다. 그러나 상기 매연저감장치는 외부에서 공급되는 배기가스를 별도의 분기관을 사용하여 내부로 공급해야 하므로, 그 구조가 복잡하며, 외형이 컴팩트하지 않은 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 별도의 컴프레서를 사용하여 외부의 공기를 버너의 에어공급원으로 사용하는 종래 기술과는 달리, 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하도록 하며, 컴팩트한 외형을 가지도록 하는 차량용 매연저감장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 빈 공간이 구비되되, 길이방향 전방 외주연을 따라 하나 이상의 제 1 통공이 형성되고, 길이방향 후방 외주연을 따라 하나 이상의 제 2 통공이 형성되는 연소실을 포함하는 연소부재; 길이방향으로 길게 형성되며, 내부 전방에 상기 연소부재가 위치되는 하우징; 상기 연소실 내부에 설치되어 불꽃을 발생시키는 점화부와, 상기 연소실 내부에서 상기 점화부 측방에 위치되어, 외부에서 공급되는 연료를 상기 연소실 내부로 분사하는 노즐을 포함하는 버너; 및 상기 하우징의 내부 후방에 위치되는 DPF 필터부를 포함하고, 상기 연소부재는: 상기 연소실의 전방 외주연을 감싸도록 형성되어, 그 내주연과 상기 연소실 사이에 제 1 유로가 형성되고, 그 외주연과 상기 하우징 사이에 제 2 유로가 형성되는 분기부; 및 상기 연소실의 전방과 상기 하우징의 전방 사이를 차단시키는 차단부와, 상기 차단부에 형성되는 하나 이상의 관통부를 구비하되, 상기 관통부의 일측은 상기 제 1 유로와 연통되고, 상기 관통부의 타측은 상기 제 2 유로와 연통되는 분기유도부를 더 포함하며, 디젤엔진으로부터 발생되는 배기가스가 상기 관통부를 통하여 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로로 각각 유입되고, 상기 제 1 유로로 유입되는 배기가스는 상기 제 1 통공을 통하여 상기 연소실 내부로 이동된 후, 상기 제 2 통공을 통하여 상기 하우징의 후방으로 방출되고, 상기 제 2 유로로 유입되는 배기가스는 상기 연소실과 상기 하우징 사이의 이격된 공간을 통하여 상기 하우징의 후방으로 방출되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 연소부재는: 상기 연소실의 후방 외주연을 감싸도록 형성되어, 그 내주연과 상기 연소실 사이에 제 3 유로가 형성되는 유출안내부를 더 포함하고, 상기 연소실의 전방과 후방 사이 중앙에 구비되는 외주연과, 상기 하우징의 내주연 사이에는 중앙 유로가 구비되며, 상기 유출안내부의 일측에는 상기 중앙 유로와 연통되도록 하나 이상의 제 1 유출공이 형성되고, 상기 유출안내부의 타측에는 하나 이상의 제 2 유출공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 제 1 유출공에서 상기 제 3 유로 방향으로, 또는 상기 제 2 유출공에서 상기 하우징의 후방 방향으로 비스듬하게 형성되는 선회유도부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 분기부의 일측은 상기 관통부에 의하여 개방되고, 상기 분기부의 타측은 하나 이상의 방출홀에 의하여 개방되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 연소실의 길이방향 전방과 후방 사이 중앙에 위치되는 외주연을 따라 하나 이상의 유입홀이 형성되어, 상기 연소실과 상기 하우징 사이의 이격된 공간으로 이동되는 배기가스가 상기 유입홀을 통하여 상기 연소실 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 연소실은 전방과 후방에 각각 별도로 구비되어 상호 결합되는 제 1 연소실과, 제 2 연소실을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 제 1 연소실의 일측은 상기 제 2 연소실의 일측에 삽입되되, 상기 제 1 연소실의 일측 외주연은 상기 제 2 연소실의 일측 내주연과 이격되도록 형성되고, 상기 제 2 연소실의 일측 외주연을 따라 하나 이상의 유입홀이 형성되어, 상기 연소실과 상기 하우징 사이의 이격된 공간으로 이동되는 배기가스가 상기 유입홀을 통하여 상기 연소실 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 하우징은 상호 결합되는 제 1 하우징과 제 2 하우징을 포함하고, 상기 제 1 하우징의 내부에 연소부재가 구비되고, 상기 제 2 하우징의 내부에 DPF 필터부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 제 1 하우징의 내부 전방에 상기 연소부재가 구비되고, 상기 제 1 하우징의 내부 후방에 혼합유도부가 구비되며, 상기 혼합유도부는 : 상기 제 1 하우징의 내부 후방에서 그 길이방향과 수직으로 위치되는 판형의 지지판과, 상기 지지판의 외측에서 상기 제 1 하우징의 내주연 방향으로 돌출 형성되되, 일정 각도로 비스듬하게 배열되는 다수 개의 날개부를 포함하고, 상기 유출안내부의 상기 제 2 유출공을 통하여 상기 제 1 하우징의 후방으로 이동되는 배기가스가 상기 날개부들 사이의 공간을 통하여 각도가 조정되면서 선회되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 제 1 하우징의 내부 전방에 상기 연소부재가 구비되고, 상기 제 1 하우징의 내부 후방에 배기가스에 잔류하는 미세한 유해물질(PM)을 후처리하는 산화촉매장치(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)가 구비되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
또한, 상기 하우징의 전방에서 그 외측으로 형성되며, 디젤엔진으로부터 발생되는 배기가스가 배기되는 배기관과 연결되는 배기가스유입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 제공한다.
본 발명에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치는 외부에서 공급되는 배기가스를 별도의 분기관 없이, 연소실과 제 1 하우징으로 각각 분리하여 용이하게 이동시킬 수 있으므로, 컴팩트한 외관을 갖추게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치는 디젤엔진에서 DPF 필터부로 유입되는 배기가스의 일부를 버너로 유도하여, 배기가스 내에 존재하는 미연소된 산소를 이용하여 노즐에서 분사되는 연료를 안정적으로 연소시키도록 구성되므로, 별도의 컴프레셔를 사용하지 않고서도 화염을 안정적으로 생성할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 매연저감장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 내부를 일부 절개하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 연소부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 혼합유도부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치에서 배기가스가 이동되는 경로를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치는 디젤엔진으로부터 발생되는 배기가스를 저감하는 장치로서, 제 1 하우징(10), 배기가스유입부(60), 제 2 하우징(75), 배기가스유출부(77) 및 클램프(65, 76, 78)를 포함한다.
제 1 하우징(10)은 후술하는 연소부재(20: 도 3 도시)의 외주연을 감싸도록 원통형 형상 등으로 형성되며, 내부는 빈 공간이 구비된다. 그리고 제 1 하우징(10)은 강도 보강 등을 위하여 이중으로 형성될 수도 있다.
배기가스유입부(60)는 제 1 하우징(10)의 전방에 장착되는 것으로, 상기 제 1 하우징(10)의 전방에서 그 외측 방향에 장착된다. 그리고 배기가스유입부(60)의 외측에는 디젤엔진으로부터 발생되는 배기가스가 배기되는 배기관(미도시)과 연결되도록 연결공(62)이 구비되고, 연결공(62) 주변을 따라 플랜지(64)가 형성되어, 상기 배기관이 플랜지(64)를 통하여 용이하게 결합되도록 구성된다.
제 2 하우징(75)은 길이방향으로 길게 형성되며, 그 전방이 제 1 하우징(10)의 후방에 결합된다. 그리고 제 2 하우징(75)의 내부에 DPF(Diesel Particulate Filter) 필터부(72: 도 3 도시)가 구비된다. 상기 DPF 필터부(72)는 배기가스유입부(60)에서 제 1 하우징(10)으로 유입되는 배기가스에 포함되어 배출되는 입자성물질을 포집하는 통상적인 구성이다. 그리고 DPF 필터부(72)에 포집된 입자성 물질은 연소실(21)에 구비되는 후술하는 버너(50)에 의하여 제거되어, DPF 필터부(72)는 다시 입자성 물질을 포집하여 계속 사용할 수 있게 된다. 이는 하기에서 다시 설명하기로 한다. 그리고 제 1 하우징(10) 또는 제 2 하우징(75)에는 하우징 내부의 상태를 센싱하기 위한 압력센서, 온도 센서 등의 센서부(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 이를 위하여 제 1 하우징(10) 또는 제 2 하우징(75)의 외측에는 상기 센서부가 위치되도록 하는 1개 이상의 안내공(11)이 형성될 수도 있다.
배기가스유출부(77)는 제 2 하우징(75)의 후방에 결합되는 것으로, 제 2 하우징(75)에서 그 외측 방향으로 구비된다. 그리고 배기가스유출부(77)의 외측에는 DPF 필터부(72)에서 필터링된 가스가 유출되도록 유출공(77a: 도 3 도시)이 구비되고, 유출공(77a) 주변을 따라 플랜지(77b)가 형성되어, 배기가스를 외부로 유출시키는 유출관(미도시)이 플랜지(77b)를 통하여 용이하게 결합된다.
클램프(65, 76, 78)는 배기가스유입부(60)와 제 1 하우징(10), 제 1 하우징(10)과 제 2 하우징(75) 및 제 2 하우징(75)과 배기가스유출부(77) 사이를 연결시키는 통상적인 구성으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 클램프(65, 76, 78)에 의하여 이들 제 1 하우징(10)과 제 2 하우징(75) 등이 분리형으로 구성될 수 있으므로, 각 하우징(10, 75)을 분리하여 청소를 용이하게 할 수 있게 되는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 하우징(10, 75)을 2개로 구성하였으나, 이는 일 실시예에 불과한 것으로, 경우에 따라, 하우징을 1개로 구성하고, 상기 하우징의 내부 전방에 연소부재(20)가 구비되고, 상기 하우징의 내부 후방에 DPF 필터부(72)가 구비될 수도 있다. 이 경우, 후술하는 산화촉매장치(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)는 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 내부를 일부 절개하여 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 연소부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 연소부재(20)는 제 1 하우징(10) 내부에 구비되어 외부에서 공급되는 배기가스를 연소시키는 것으로, 연소실(21), 분기부(30), 분기유도부(34) 및 유출안내부(40)를 포함한다.
연소실(21)은 제 1 하우징(10)의 내부에 위치되며, 내부에 빈 공간이 구비된다. 그리고 연소실(21)은 그 길이방향을 따라 전방과 후방이 차단되도록 형성된다. 그리고 연소실(21)의 내부는 그 길이방향을 따라 전방에 구비되는 전방공간부(22)와, 후방에 구비되는 후방공간부(26)와, 상기 전방공간부(22)와 후방공간부(26) 사이 중앙에 구비되는 중앙공간부(24)로 구분된다. 전방공간부(22)와, 중앙공간부(24)와, 후방공간부(26)는 각각 독립된 공간이 아니고, 상호 일체로 연결되는 공간이다.
그리고 전방공간부(22)의 외주연을 따라 복수 개의 제 1 통공(23a, 23b)이 형성되고, 후방공간부(26)의 외주연을 따라 복수 개의 제 2 통공(27)이 형성된다. 여기서 제 2 통공(27)은 후방공간부(26)의 외주연에 다수 개가 형성될 수 있으며, 그 직경 또한 제 1 통공(23a, 23b)보다 크도록 형성되어, 제 1 통공(23a, 23b)을 통하여 연소실(21) 내부로 유입되는 배기가스가 제 2 통공(27)을 통하여 그 외부로 용이하게 배출되도록 구성된다. 그리고 제 1 통공(23a, 23b)은 연소실(21)에서 전방공간부(22)의 일측 외주연 및 타측 외주연을 따라 형성될 수 있다.
한편, 연소실(21)은 청소의 용이함 등을 위하여, 2개 또는 그 이상으로 분리될 수 있으며, 예를 들면, 연소실(21)은 그 전방에 배치되는 제 1 연소실(21a)과 그 후방에 배치되는 제 2 연소실(21b)로 구분될 수 있다. 그리고 제 1 연소실(21a)에 전방공간부(22)가 구비되고, 제 2 연소실(21b)에 후방공간부(26)가 구비될 수 있다. 그리고 제 1 연소실(21a)의 일측은 제 2 연소실(21b)의 일측에 삽입되며, 이렇게 삽입결합되는 제 1 연소실(21a)의 일측과 제 2 연소실(21b)의 일측에 중앙공간부(24)가 구비될 수 있다.
그리고 제 1 연소실(21a)과 제 2 연소실(21b)에는 각각 제 1 유입홀(25a)과 제 2 유입홀(25b)이 형성되는데, 먼저, 제 1 유입홀(25a)은 제 1 연소실(21a)의 일측과 후술하는 분기부(30) 사이에 형성된다. 제 2 유입홀(25b)은 제 2 연소실(21b)의 일측 외주연을 따라 형성되며, 이때, 제 1 연소실(21a)의 일측 외주연은 제 2 연소실(21b)의 일측 내주연과 이격되도록 형성된다. 그리고 연소실(21)과 제 1 하우징(10) 사이의 이격된 공간으로 이동되는 배기가스의 압력은 연소실 내부 압력보다 높아, 연소실(21)과 제 1 하우징(10) 사이의 이격된 공간으로 이동되는 배기가스 상기 제 1 유입홀(25a)과 제 2 유입홀(25b)을 통하여 연소실(21) 내부로 유입되도록 구성된다.
분기부(30)는 연소실(21)과 제 1 하우징(10) 사이에서 연소실(21)의 전방공간부(22) 외주연을 감싸도록 형성된다. 상기 분기부(30)가 연소실(21)과 제 1 하우징(10) 사이에 위치되므로, 분기부(30)의 내주연과 연소실(21) 사이에 제 1 유로(31)가 형성되고, 분기부(30)의 외주연과 제 1 하우징(10) 사이에 제 2 유로(32)가 형성된다. 그리고 분기부(30)의 일측은 후술하는 분기유도부(34)에 의하여 차단되며, 분기부(30)의 타측은 중앙실(24) 방향으로 방출홀(31a)이 형성되어, 제 1 유로(31)로 유입되는 배기가스의 일부는 연소실(21)의 제 1 통공(23a, 23b)을 통하여 연소실(21) 내부로 유입되고, 다른 일부는 방출홀(31a)을 통하여 후술하는 중앙 유로(38)로 이동된다. 이처럼 본 발명은 분기부(30)에 의하여 외부에서 공급되는 배기가스의 일부가 제 1 유로(31)를 통하여 연소실(21) 내부로 유입되고 다른 일부는 제 2 유로(32)를 통하여 제 1 하우징(10)의 후방으로 이동되므로, 외부에서 공급되는 배기가스를 별도의 분기관 없이, 연소실(21)과 제 1 하우징(10)으로 각각 분리하여 용이하게 이동시킬 수 있으므로, 종래 차량용 매연저감장치에 비하여 컴팩트한 외관을 갖추게 되는 장점이 있다.
분기유도부(34)는 외부로부터 유입되는 배기가스를 제 1 유로(31)와 제 2 유로(32)로 유도하는 것으로, 연소실(21)의 전방과 제 1 하우징(10)의 전방 사이를 차단시키는 차단부(35)와, 차단부(35)의 테두리를 따라 형성되는 하나 이상의 관통부(36)를 구비한다. 여기서 상기 관통부(36)의 일측은 제 1 유로(31)와 연통되고, 상기 관통부(36)의 타측은 제 2 유로(32)와 연통된다. 이에 따라 관통부(36)로 유입되는 배기가스의 일부는 제 1 유로(31)로 유입되고, 다른 일부는 제 2 유로(32)로 유입된다. 그리고 제 1 유로(31)로 유입된 배기가스는 일부는 연소실(21)의 전방공간부(22)에 구비되는 제 1 통공(23a, 23b)을 통하여 연소실(21) 내부로 이동되고, 다른 일부는 분기부(30)에 형성되는 방출홀(31a)을 통하여 중앙 유로(38)로 이동된다. 상기 중앙 유로(38)는 연소실(21)의 중앙실(24) 외주연과 제 1 하우징(10)의 내주연 사이에 구비된다.
유출안내부(40)는 연소실(21)의 제 2 통공(27)을 통하여 연소실(21)의 후방으로 배출되는 배기가스를 제 1 하우징(10)의 후방 방향으로 유출시키는 것으로, 연소실(21)의 후방공간부(26) 외주연을 감싸도록 형성되며, 그 내주연과 연소실(21)의 외주연 사이에 제 3 유로(42)가 구비된다. 그리고 유출안내부(40)에서 중앙 유로(38)와 마주보는 일측, 즉 제 3 유로(42)의 일측에는 중앙 유로(38)와 연통되도록 하나 이상의 제 1 유출공(44)이 형성되고, 유출안내부(40)의 타측 즉, 제 3 유로(42)의 타측에는 제 1 하우징(10)의 후방과 연통되도록 하나 이상의 제 2 유출공(46)이 형성된다. 그리고 유출안내부(40)의 일측에서 제 1 유출공(44)의 테두리를 따라 제 3 유로(42)방향으로 제 1 선회유도부(45)가 비스듬하게 나선 형상으로 형성되고, 유출안내부(40)의 타측에서 제 2 유출공(46)의 테두리를 따라 제 1 하우징(10)의 후방 방향으로 제 2 선회유도부(47)가 비스듬하게 나선 형상으로 형성되어, 중앙 유로(38)에서 제 1 유출공(44)을 통하여 제 3 유로(42)로 이동되는 배가가스 및 제 3 유로(42)에서 제 2 유출공(46)을 통하여 제 1 하우징(10)의 후방으로 이동되는 배기가스가 제 1, 2 선회유도부(45, 47)에 의하여 각도가 꺾이면서 선회되도록 구성된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 내부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치의 혼합유도부를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치는 제 1 하우징(10) 내부에 버너(50), 혼합유도부(15) 및 산화촉매장치(70)를 더 포함한다.
버너(50)는 외부에서 공급되는 연료를 연소시켜 전방공간부(22)에 화염을 생성하고, DPF 필터부(72)로 화염을 전달시켜서 DPF 필터부(72)에 쌓인 매연을 태워 강제 재생하는 것으로, 노즐(54), 연결관(56) 및 점화부(52)를 포함하여 구성된다.
노즐(54)은 연소실(21)의 전방공간부(22) 전방에서 그 후방 방향으로 설치되어, 노즐(54)에서 분사되는 연료는 전방공간부(22)로 분사되고, 전방공간부(22)로 분사된 연료는 후술하는 점화부(52)에 의해서 점화되어 연소된다.
연결관(56)은 노즐(54)로 연료를 공급하는 관으로, 제 1 하우징(10)의 전방 상측에 위치된 연결부(58)에서 공급되는 연료가 연결관(56)을 통하여 노즐(54)로 공급되도록 구성된다.
점화부(52)는 전방공간부(22)의 상부에 위치되어, 전방공간부(22) 내부에 불꽃을 생성시킨다. 그리고 점화부(52)에서 생성되는 불꽃은 노즐(54)에서 분사되는 연료를 점화시켜서, 전방공간부(22)에 화염이 생성되도록 한다. 그리고 상기 점화부(52)로 인하여 연소실(21)의 전방공간부(22)에 화염이 형성될 때, 화염이 안정적인 상태를 유지하기 위하여, 산소가 연소실(21)의 전방공간부(22)로 공급되야 한다. 그런데 자동차에서 배출하는 배기가스 내에는 미연소된 산소가 존재하므로, 배기가스유입부(60)를 통하여 배가가스를 공급받고, 이렇게 공급된 배기가스를 제 1 통공(23a, 23b)과 제 1 유입홀(25a)과, 제 2 유입홀(25b)을 통하여 연소실(21)의 버너(50)로 공급받아, 배기가스 내에 존재하는 미연소된 산소를 이용하여 노즐(54)에서 분사되는 연료를 안정적으로 연소시키도록 구성된다. 이는 하기에서 다시 설명하기로 한다. 이처럼 본 발명은 배기가스 내에 존재하는 미연소된 산소를 이용하여 노즐(54)에서 분사되는 연료를 안정적으로 연소시키도록 구성되므로, 별도의 컴프레셔를 사용하지 않고서도 화염을 안정적으로 생성할 수 있게 되는 효과가 있다.
혼합유도부(15)는 유출안내부(40)의 제 3 유로(42)에서 제 2 유출공(46)을 통하여 제 1 하우징(10)의 후방으로 이동되는 배기가스를 선회시켜서, 상기 배기가스 입자들이 용이하게 혼합되도록 유도하는 것으로, 이를 위하여, 제 1 하우징(10)의 후방은 연소실(21)의 후방보다 길게 형성된다. 그리고 제 1 하우징(10)의 내부 후방에 혼합유도부(15)가 위치되는데, 상기 혼합유도부(15)는 제 1 하우징(10)의 내부 후방에 위치되는 지지판(16)과, 지지판(16)의 테두리를 따라 상호 이격되도록 형성되는 2개 이상의 결합부(19)와, 지지판(16)의 테두리에서 결합부(19)들 사이에 형성되는 다수 개의 날개부(18)를 포함한다.
지지판(16)은 판형으로 형성되며, 제 1 하우징(10)의 내부 후방에서 그 길이방향과 수직 방향으로 위치된다. 그리고 지지판(16)의 중앙 또는 중앙에서 이격된 위치에는 하나 이상의 유도공(17)이 형성되어, 상기 제 3 유로(42)에서 제 1 하우징(10)의 후방으로 이동되는 배기가스가 상기 유도공(17)을 통하여 제 1 하우징(10)의 후방으로 수월하게 이동되도록 구성된다.
결합부(19)는 지지판(16)의 테두리에서 제 1 하우징(10)의 내주연과 맞닿도록 돌출되어, 결합부(19)가 제 1 하우징(10)의 내주연에 삽입결합되거나 걸림결합되도록 구성된다.
날개부(18)는 지지판(16)의 테두리에서 다수 개가 제 1 하우징(10)의 내주연 방향으로 돌출 형성되되, 일정 각도로 비스듬하게 배열된다. 그 이유는, 제 3 유로(42)에는 제 1 유로(31)와 연소실(21)을 통과하면서 버너(50)에 의하여 온도가 상승된 배기가스 및 제 2 유로(32)와 중앙 유로(38)를 통하여 제 3 유로(42)로 이동된 배기가스가 동시에 위치되는데, 이렇게 위치된 배기가스는 온도가 균일하지 않아, DPF 필터부(72)에 포집된 입자상 물질을 용이하게 연소시킬 수 없다. 이에 따라, 상기 제 3 유로(42)에서 제 1 하우징(10)의 후방으로 이동될 때, 혼합유도부(15)의 날개부(18)들 사이의 공간을 통하여 각도가 조정되면서 선회되도록 하여, 온도가 서로 다른 배기가스들이 날개부(18)들 사이를 통과하여 높은 온도로 균일하게 혼합되도록 한다. 그리고 상기 제 3 유로(42)에서 혼합유도부(15)로 이동되는 배기가스의 일부는 지지판(16)에 형성된 유도공(17)을 통하여 제 1 하우징(10)의 후방으로 직접 이동되도록 하여, 상기 날개부(18)들 사이를 통과하여 방향성을 잃고 선회되는 배가가스가 제 1 하우징(10)의 후방으로 용이하게 이동되도록 구성된다.
산화촉매장치(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)(70)는 제 1 하우징(10)의 내부 후방에서 혼합유도부(15)의 외측에 구비되는 수용부(14)에 위치된다. 산화촉매장치(70)는 배기가스에 존재하는 탄화수소와 일산화탄소 등을 제거하는 일반적인 구성으로, 경우에 따라 구비되지 않을 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 제 1 하우징(10)에 연소부재(20)와 산화촉매장치(70)가 구비되고, 제 2 하우징(75)에 DPF 필터부(72)가 구비되도록 구성되나, 이는 일 실시예에 불과한 것으로, 경우에 따라, 제 1 하우징(10)의 내부 후방에 산화촉매장치(70) 대신, DPF 필터부(72)가 구비될 수도 있다. 이 경우, 산화촉매장치(70)와 제 2 하우징(75)은 생략된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치에서 배기가스가 이동되는 경로를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 배기가스유입부(60)의 연결공(62)에 디젤엔진으로부터 발생되는 배기가스가 배기되는 배기관(미도시) 등이 연결된다. 그리고 배기관에서 배기되는 배기가스는 분기유도부(34)의 관통부(36)를 통하여 제 1 유로(31)와 제 2 유로(32)로 각각 유입된다. 그리고 제 1 유로(31)로 유입되는 배기가스의 일부는 연소실(21)의 제 1 통공(23a, 23b)을 통하여 전방공간부(22)로 이동되고, 다른 일부는 방출홀(31a)을 통하여 중앙 유로(38)로 이동된다. 그리고 제 2 유로(32)로 유입되는 배기가스는 바로 중앙 유로(38)로 이동되며, 중앙 유로(38)에서는 일부는 연소실(21)의 제 1 유입홀(25a)을 통하여 연소실(21) 내부로 이동되고, 다른 일부는 유출안내부(40)의 제 1 유출공(44)을 통하여 제 3 유로(42)로 이동된다.
연소실(21)의 내부로 이동된 배기가스는 연소실(21)의 제 2 통공(27)을 통하여 제 3 유로(42)로 이동되는데, 이때, 연소실(21)에 구비된 버너(50)가 작동되는 경우, 버너(50)에 의한 화염에 의하여 배가가스의 온도가 상승된 상태로 제 3 유로(42)로 이동된다. 버너(50)가 작동되면, 노즐(54)에서 연소실(21)의 전방공간부(22)로 연료가 분사되고, 점화부(52)에서 불꽃이 발생되도록 하여, 상기 연료와 상기 배기가스가 혼합된 상태로 연소되어 용이하게 화염이 생성된다. 한편, 상기 버너(50)는 제어부(미도시) 등에 의하여 자동으로 작동되거나, 또는 수동으로 작동될 수 있다. 그리고 상기 제어부는 DPF 필터부(72)에 매연입자가 많이 포집되면, 매연입자를 제대로 필터링하지 못하게 되고, 그 결과, 연소실(21) 내부 압력 또는 제 2 하우징(75) 내부 압력이 높아지게 되므로, 상기 제어부에서 각종 센서부(미도시)를 사용하여 연소실(21)의 내부 압력 등을 주기적으로 감지하고, 감지된 결과에 따라 버너(50)를 자동으로 제어하도록 구성된다.
그리고 버너(50)가 작동된 경우, 제 3 유로(42)로 이동되는 배기가스는 버너(50)에 의하여 온도가 상승된 배기가스 및 제 2 유로(32)와 중앙 유로(38)를 통하여 제 3 유로(42)로 이동된 온도가 상승되지 않은 배기가스가 동시에 위치된다. 이들 배기가스는 제 1 하우징(10)의 후방으로 이동된 후, 혼합유도부(15)에 의하여 일부 배기가스는 지지판(16)에 형성된 유도공(17)을 통하여 제 1 하우징(10)의 후방으로 직접 이동되고, 다른 일부 배기가스는 날개부(18)들 사이를 통과하여 선회되면서, 온도가 상승된 배기가스와 온도가 상승되지 않은 배기가스가 혼합된 후, 배기가스의 일정한 온도로 상승된 상태로 제 1 하우징(10)의 후방으로 이동된다. 그리고 이렇게 이동된 배기가스는 산화촉매장치(70)와 DPF 필터부(72)를 통과하면서 필터링되거나, DPF 필터부(72)에 쌓인 입자상 매연을 태워서 입자상 물질이 자연 재생되도록 한다.
한편, 본 발명의 매연저감장치는 차량에서 발생되는 배기가스를 필터링하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명을 이로 한정하는 것은 아니고, 디젤엔진을 동력으로 사용하여 배기가스를 방출하는 다른 것들 예를 들면, 기차, 공장 기계 등에도 적용 가능하다.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 제 1 하우징 11: 안내공
14: 수용부 15: 혼합유도부
16: 지지판 17: 유도공
18: 날개부 19: 결합부
20: 연소부재 21: 연소실
21a: 제 1 연소실 21b: 제 2 연소실
22: 전방공간부 23a, 23b: 제 1 통공
24: 중앙공간부 25a: 제 1 유입홀
25b: 제 2 유입홀 26: 후방공간부
27: 제 2 통공 30: 분기부
31: 제 1 유로 31a: 방출홀
32: 제 2 유로 34: 분기유도부
35: 차단부 36: 관통부
38: 중앙 유로 40: 유출안내부
42: 제 3 유로 44: 제 1 유출공
45: 제 1 선회유도부 46: 제 2 유출공
47: 제 2 선회유도부 50: 버너
52: 점화부 54: 노즐
56: 연결관 58: 연결부
60: 배기가스유입부 62: 연결공
64: 플랜지 65: 클램프
70: 산화촉매장치 72: DPF 필터부
75: 제 2 하우징 76: 클램프
77: 배기가스유출부 77a: 유출공
77b: 플랜지 78: 클램프

Claims (11)

  1. 내부에 빈 공간이 구비되되, 길이방향 전방 외주연을 따라 하나 이상의 제 1 통공이 형성되고, 길이방향 후방 외주연을 따라 하나 이상의 제 2 통공이 형성되는 연소실을 포함하는 연소부재;
    길이방향으로 길게 형성되며, 내부 전방에 상기 연소부재가 위치되는 하우징;
    상기 연소실 내부에 설치되어 불꽃을 발생시키는 점화부와, 상기 연소실 내부에서 상기 점화부 측방에 위치되어, 외부에서 공급되는 연료를 상기 연소실 내부로 분사하는 노즐을 포함하는 버너; 및
    상기 하우징의 내부 후방에 위치되는 DPF 필터부를 포함하고,
    상기 연소부재는:
    상기 연소실의 전방 외주연을 감싸도록 형성되어, 그 내주연과 상기 연소실 사이에 제 1 유로가 형성되고, 그 외주연과 상기 하우징 사이에 제 2 유로가 형성되는 분기부; 및
    상기 연소실의 전방과 상기 하우징의 전방 사이를 차단시키는 차단부와, 상기 차단부에 형성되는 하나 이상의 관통부를 구비하되, 상기 관통부의 일측은 상기 제 1 유로와 연통되고, 상기 관통부의 타측은 상기 제 2 유로와 연통되는 분기유도부를 더 포함하며,
    디젤엔진으로부터 발생되는 배기가스가 상기 관통부를 통하여 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로로 각각 유입되고, 상기 제 1 유로로 유입되는 배기가스는 상기 제 1 통공을 통하여 상기 연소실 내부로 이동된 후, 상기 제 2 통공을 통하여 상기 하우징의 후방으로 방출되고, 상기 제 2 유로로 유입되는 배기가스는 상기 연소실과 상기 하우징 사이의 이격된 공간을 통하여 상기 하우징의 후방으로 방출되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소부재는:
    상기 연소실의 후방 외주연을 감싸도록 형성되어, 그 내주연과 상기 연소실 사이에 제 3 유로가 형성되는 유출안내부를 더 포함하고,
    상기 연소실의 전방과 후방 사이 중앙에 구비되는 외주연과, 상기 하우징의 내주연 사이에는 중앙 유로가 구비되며,
    상기 유출안내부의 일측에는 상기 중앙 유로와 연통되도록 하나 이상의 제 1 유출공이 형성되고, 상기 유출안내부의 타측에는 하나 이상의 제 2 유출공이 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유출공에서 상기 제 3 유로 방향으로, 또는 상기 제 2 유출공에서 상기 하우징의 후방 방향으로 비스듬하게 형성되는 선회유도부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분기부의 일측은 상기 관통부에 의하여 개방되고, 상기 분기부의 타측은 하나 이상의 방출홀에 의하여 개방되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소실의 길이방향 전방과 후방 사이 중앙에 위치되는 외주연을 따라 하나 이상의 유입홀이 형성되어,
    상기 연소실과 상기 하우징 사이의 이격된 공간으로 이동되는 배기가스가 상기 유입홀을 통하여 상기 연소실 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소실은 전방과 후방에 각각 별도로 구비되어 상호 결합되는 제 1 연소실과, 제 2 연소실을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 연소실의 일측은 상기 제 2 연소실의 일측에 삽입되되,
    상기 제 1 연소실의 일측 외주연은 상기 제 2 연소실의 일측 내주연과 이격되도록 형성되고,
    상기 제 2 연소실의 일측 외주연을 따라 하나 이상의 유입홀이 형성되어,
    상기 연소실과 상기 하우징 사이의 이격된 공간으로 이동되는 배기가스가 상기 유입홀을 통하여 상기 연소실 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은 상호 결합되는 제 1 하우징과 제 2 하우징을 포함하고,
    상기 제 1 하우징의 내부에 연소부재가 구비되고, 상기 제 2 하우징의 내부에 DPF 필터부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징의 내부 전방에 상기 연소부재가 구비되고,
    상기 제 1 하우징의 내부 후방에 혼합유도부가 구비되며,
    상기 혼합유도부는 :
    상기 하우징의 내부 후방에서 그 길이방향과 수직으로 위치되는 판형의 지지판과, 상기 지지판의 외측에서 상기 하우징의 내주연 방향으로 돌출 형성되되, 일정 각도로 비스듬하게 배열되는 다수 개의 날개부를 포함하고,
    상기 유출안내부의 상기 제 2 유출공을 통하여 상기 하우징의 후방으로 이동되는 배기가스가 상기 날개부들 사이의 공간을 통하여 각도가 조정되면서 선회되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 하우징의 내부 전방에 상기 연소부재가 구비되고,
    상기 제 1 하우징의 내부 후방에 배기가스에 잔류하는 미세한 유해물질(PM)을 후처리하는 산화촉매장치(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)가 구비되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 전방에서 그 외측으로 형성되며, 디젤엔진으로부터 발생되는 배기가스가 배기되는 배기관과 연결되는 배기가스유입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스를 버너의 에어 공급원으로 사용하는 차량용 매연저감장치.
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