KR101222785B1

KR101222785B1 - 터보 후처리 매연 저감장치

Info

Publication number: KR101222785B1
Application number: KR1020110036626A
Authority: KR
Inventors: 이소연
Original assignee: 이소연
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-01-15
Also published as: KR20120118962A

Abstract

본 발명은 배기가스가 인입되는 제1몸체와, 임펠러구동체가 구성되는 제2몸체 및 다중원통체가 구성되는 제3몸체로 각각 구성되어 이들이 조립에 의해 조립되어 있고 제1몸체의 배기관을 통해 인입된 배기가스가 제2몸체의 임펠러구동체에 의해 배기압력이 감소하고, 임펠러 구동체 의해 배기가스의 유출속도가 증가되어 배기가스의 퇴적을 방지할 수 있으며, 배기가스가 와류현상에 의해 배기가스의 매연입자가 최소화되며 기관의 출력을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 다중 원통체에 의해 몸체 내부의 보온효과를 높여서 불완전 연소된 배기가스가 몸체 내에서 2차 반응을 일으키도록 도모하여 소음 감소 효과는 물론 매연 감소효과를 얻을 수 있으며, 다중원통체에 통공된 배출공과 통기공 및 배기공에 의해 배기가스의 유로를 좋게 하여 팽창음의 감소는 물론 팽창음의 흡수효과에 의해 소음발생이 최소화될 수 있도록 한 터보 후처리 매연 저감장치를 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명은, 디젤기관의 배기관과 연결되는 인입관(11)이 형성된 제1몸체(10)와; 상기 제1몸체(10)의 일측에 결합되고 내부에 임펠러구동체(21)가 구성되는 제2몸체(20)와; 상기 제2몸체(20)의 일측에 결합되고 상기 인입관(11)으로부터 인입된 배기가스가 배출되는 배출관(31)이 형성되고 내부에 다중 원통체(32)가 구성된 제3몸체(30)가 포함되어 이루어지고, 상기 다중 원통체(32)는, 다수의 배출공(321)이 통공된 제1원통체(322)와; 상기 제1원통체(322)의 내부로 유입된 배기가스를 반사시키는 반사판(323)과; 상기 반사판(323)에 의해 반사된 배기가스가 유입되어 유로되도록 다수의 통기공(324)이 통공되고 제1원통체(322)의 외측에 구성되는 제2원통체(325)와; 상기 제2원통체(325)의 외측에 구성되어 상기 제2원통체(325)를 유로하던 배기가스가 유입되어 상기 제3몸체(30)의 배출관(31)을 통해 배출되도록 다수의 배기공(326)이 통공된 제3원통체(327)로 구비되어 이루어진다.

Description

터보 후처리 매연 저감장치{exhaust reduction device of turbo engine}

본 발명은 터보 후처리 매연 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기관과 연결된 인입관을 통해 유입된 연소가스가 임펠러에 의해 회전되어 선회되고 원통관을 유동하여 배출관을 통해 배출되도록 함으로써 매연 저감은 물론 배기소음을 크게 줄일 수 있도록 한 터보 후처리 매연 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비하여 동일 출력대비 약 30 - 40％ 정도의 에너지 절감효과를 갖는 고효율의 동력원으로서, 세계적으로 확산되고 있는 에너지 규제 및 이산화탄소 규제에 대응하기 위하여 디젤엔진을 사용하는 자동차의 보급이 바람직하다.

그러나, 디젤엔진의 보급을 위해서는 배기가스로부터 배출되는 매연 특히 입자상 물질에 의한 대기 오염 문제를 선결되어야 하고, 저공해 디젤엔진 개발속도에 비하여 환경을 고려한 배기가스 규제가 빠르게 강화되는 추세이다.

이에 따라, 현재는 저공해 디젤엔진 자체의 개발보다는 엔진에서 발생된 매연이 외부 배출을 감소시키는 매연저감장치를 배기유로에 설치하여 배기가스에서 배출되는 매연을 감소시키려는 시도가 주로 행해지고 있다.

매연을 저감하는 가장 일반적인 방법은 입자상 물질을 포함하는 매연을 포집하여 이를 연소시키는 것이다.

종래의 대표적인 매연 포집방법은 벌집(허니컴) 형태의 세라믹 담체 필터를 이용하는 방법과 금속, 고온용 섬유 또는 세라믹 파이버를 직조하거나 소결시켜 제조한 필터를 이용하는 방법이 있다.

이 중 매연포집용 필터는 여과성능은 우수하나 기계적 내구성과 열적 내구성이 취약하기 때문에, 이러한 방식의 매연포집용 필터를 이용하여 자동차의 배기가스에 포함된 매연을 포집하는 것은 기본적인 어려움이 있다.

또한, 자동차의 보편화와 함께 가솔린기관은 물론 디젤기관의 기술이 눈부시게 발전되고 있으나, 배기관에 부착되어 기관의 배기소음을 줄이는 소음기는 크게 발전되지 못하고 있는 실정이다.

특히, 대형버스나 트럭에 장착되는 디젤기관의 배기 및 소음에 대한 대책이 시습한 실정이며, 이러한 대형차량은 노후화가 진행되면서 출력이 저하될 뿐만 아니라, 매연 및 소음의 발생량이 증가하여 환경공해의 주범으로 자리잡고 있다.

현재 사용되고 있는 대형 디젤기관용 소음기는, 내부에 칸막이 또는 타공이 형성된 파이프를 지그재그로 설치하여 소음과 매연을 줄이도록 하고 있으나, 배기소음에 대한 효과를 크게 얻지는 못하고 있으며, 특히 배기매연에 대한 효과가 거의 나타나지 못함으로써 노후화된 대형 디젤기관에 의해 환경오염이 심하게 나타나고 있는 실정이다.

한편, 이러한 문제점을 해결하고자 다양한 매연 저감장치들이 안출되고 있으며, 일예로 등록특허 제10-0596178호인 차량의 매연저감장치가 안출된 바 있다.

상기 종래 기술은, 차량의 엔진에서 발생하는 배출가스가 유동하는 배기관에 일측이 결합되어 상기 배출가스의 유동통로를 형성하는 적어도 1개 이상의 배출가스 주입관과, 상기 배출가스를 강제로 충돌시켜 상기 배출가스에 포함된 입자상 물질을 조대화하여 원심분리시키는 원심 분리기와, 상기 원심 분리기의 하단에 체결되어 상기 원심 분리기에서 분리된 입자상 물질을 포집하는 포집통 및, 상기 원심 분리기의 상단에 연통되어 여과된 가스를 대기로 배출하는 배출관으로 구성된 매연 저감장치에 있어서, 상기 배출가스 주입관은 끝단이 폐쇄되고 둘레면을 따라 다수 개의 구멍이 형성된 상기 배기관의 끝단 부위의 둘레를 감싸 그 외면에 결합되고, 상기 배기관의 둘레를 감싸는 상기 배출가스 주입관에는 상기 배기관과의 사이에 일정 공간을 갖도록 배출가스가 충돌하여 입자상 물질을 조대화하는 메시(mesh)가 설치되며, 상기 메시와 상기 배출가스 주입관의 사이에는 촉매들이 충진되도록 구성되어 있다.

이러한 종래 기술은, 차량의 엔진에서 배출되는 매연입자 중에서 나노입자는 산화시켜 제거하고 나머지 입자상 물질은 강제로 충돌시켜 조대화한 후 분리 제거하여 여과된 가스를 대기로 배출함으로 깨끗한 대기환경을 조성하는 효과를 기대하고 있다.

그러나, 원심분리기의 구성이 크기 때문에 실질적으로 차량의 배기관 끝단에 장착하여 사용하기에 부족하고, 매연 저감효과는 어느 정도 얻을 수 있다고 하더라도 원심분리기에 의해 소음이 더욱 심하게 발생되는 또 다른 문제점이 있다.

본 발명은 종래 매연 저감장치들이 지닌 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배기관과 연결되는 몸체 내부 일측에 임펠러를 구성하여 몸체 내부의 압력을 낮추어 배기압력을 줄이고 출력을 증가시킬 뿐만 아니라, 임펠러의 회전에 의해 배기의 유출속도를 증가시켜 몸체 내부에 매연의 퇴적을 방지하며 임펠러의 와류현상에 의해 배기가스의 질을 균일하게 하고 매연입자를 적게 하여 음압 및 음파를 흡수하도록 하며, 임펠러의 일측에 다중 원통관을 구성함으로써 배기의 확산을 좋게 하고 매연의 감소를 도모하며 소음이 감소되도록 한 터보 후처리 매연 저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 터보 후처리 매연 저감장치는, 디젤기관의 배기관과 연결되는 인입관이 형성된 제1몸체와; 상기 제1몸체의 일측에 결합되고 내부에 임펠러구동체가 구성되는 제2몸체와; 상기 제2몸체의 일측에 결합되고 상기 인입관으로부터 인입된 배기가스가 배출되는 배출관이 형성되고 내부에 다중 원통체가 구성된 제3몸체가 포함되어 이루어지고, 상기 다중 원통체는, 다수의 배출공이 통공된 제1원통체와; 상기 제1원통체의 내부로 유입된 배기가스를 반사시키는 반사판과; 상기 반사판에 의해 반사된 배기가스가 유입되어 유로되도록 다수의 통기공이 통공되고 제1원통체의 외측에 구성되는 제2원통체와; 상기 제2원통체의 외측에 구성되어 상기 제2원통체를 유로하던 배기가스가 유입되어 유로되어 상기 제3몸체의 배출관을 통해 배출되도록 다수의 배기공이 통공된 제3원통체가 포함되어 이루어진다.

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본 발명은 배기가스가 인입되는 제1몸체와, 임펠러구동체가 구성되는 제2몸체 및 다중원통체가 구성되는 제3몸체로 각각 구성되어 이들이 조립에 의해 조립되어 있고 제1몸체의 배기관을 통해 인입된 배기가스가 제2몸체의 임펠러구동체에 의해 배기압력이 감소할 뿐만 아니라, 임펠러 구동체 의해 배기가스의 유출속도가 증가되어 배기가스의 퇴적을 방지할 수 있고, 배기가스가 와류현상에 의해 배기가스의 매연입자가 최소화되며 기관의 출력을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 다중 원통체에 의해 몸체 내부의 보온효과를 높여서 불완전 연소된 배기가스가 몸체 내에서 2차 반응을 일으키도록 도모하여 소음 감소 효과는 물론 매연 감소효과를 얻을 수 있으며, 다중원통체에 통공된 배출공과 통기공 및 배기공에 의해 배기가스의 유로를 좋게 하여 팽창음의 감소는 물론 팽창음의 흡수효과에 의해 소음발생이 최소화될 수 있다.

도 1은 본 발명인 터보 후처리 매연 저감장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명인 터보 후처리 매연 저감장치의 임펠러구동체를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명인 터보 후처리 매연 저감장치의 다중 원통체를 나타낸 구성도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

도시된 바와 같이 본 발명인 터보 후처리 매연 저감장치는, 디젤기관의 배기관과 연결되는 인입관(11)이 형성된 제1몸체(10)와, 상기 제1몸체(10)의 일측에 결합되고 내부에 임펠러구동체(21)가 구성되는 제2몸체(20)와. 상기 제2몸체(20)의 일측에 결합되고 상기 인입관(11)으로부터 인입된 배기가스가 배출되는 배출관(31)이 형성되고 내부에 다중 원통체(32)가 구성된 제3몸체(30)가 포함되어 이루어진다.

상기 제1몸체(10)와 제2몸체(20) 및 제3몸체(30)는, 이들의 외면에 연장형성되는 각각의 플랜지(40)들이 볼트(41) 및 너트(42)에 의해 고정되는 것에 의해 견고하게 결합 고정된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 상기 인입관(11)을 통해 제1몸체(10)의 내부로 인입된 배기가스가 상기 제1몸체(10)와 연결된 제2몸체(20)의 내부로 유입되고 유입된 배기가스는 상기 제2몸체(20)의 내부에 구성된 임펠러구동체(21)에 의해 와류되어 상기 제3몸체(30)의 내부로 유입되어 제3몸체(30)의 내부에 구성된 다중 원통체(32)를 유로하여 배기관(31)을 통해 배기된다.

이와 같이 배기가스가 제1몸체(10) 내부로 인입되어 제3몸체(30)를 통해 배기되는 과정에서 임펠러구동체(21)와 다중 원통체(32)에 의해 배기압력이 낮아지고, 배기가스의 유출속도를 증가시켜 배기가스의 퇴적을 방지한다.

또한, 배기압력의 감소에 의해 출력이 상승되고, 배기가스의 매연입자를 최소화하여 줌으로써 매연이 크게 저감된다.

또한, 임펠러구동체(21)에 의해 배기가스가 완만한 압력 강화를 유발할 수 있어 음압 및 음파의 일부를 흡수하고 줄여준다.

상기 임펠러구동체(21)는, 상기 제2몸체(20)의 내부를 관통하여 결합되는 회전축(211)과, 상기 회전축(211)과 상기 제2몸체(20)를 고정하는 2개의 고정너트(212)(212)와, 상기 회전축(211)의 중앙에 결합되어 제2몸체(20)의 내부로 인입되는 배기압력에 의해 회전되는 임펠러(213)와, 상기 회전축(211)의 양측에 구성되는 2개의 베어링(214)(214)과, 상기 베어링(214)의 일측에 구성되어 상기 회전축(211)과 베어링(214)의 원활한 회전을 유도하는 오일을 공급하는 오일공급구(215)가 포함되어 이루어질 수 있다.

상기 임펠러(213)는 제2몸체(20)의 내부로 유입되는 배기압력에 의해 회전되는 것으로, 임펠러(213)가 회전됨에 따라 제2몸체(20)의 내부로 유입되는 배기가스의 유출속도가 증가된다.

또한 임펠러(213)의 회전에 의해 배기가스가 제2몸체(20)의 내부에서 와류현상을 일으키면서 배기되기 때문에, 배기압력이 크게 절감된다.

상기 다중 원통체(32)는, 다수의 배출공(321)이 통공된 제1원통체(322)와, 상기 제1원통체(322)의 내부로 유입된 배기가스를 반사시키는 반사판(323)과, 상기 반사판(323)에 의해 반사된 배기가스가 유입되어 유로되도록 다수의 통기공(324)이 통공되고 제1원통체(322)의 외측에 구성되는 제2원통체(325)와, 상기 제2원통체(325)의 외측에 구성되어 상기 제2원통체(325)를 유로하던 배기가스가 유입되어 상기 제3몸체(30)의 배출관(31)을 통해 배출되도록 다수의 배기공(326)이 통공된 제3원통체(327)가 포함되어 이루어질 수 있다.

상기 제1원통체(322)와 제2원통체(325) 및 제3원통체(327)이 상기 제3몸체(30) 내부에서 차지하는 면적은 제3몸체(30)의 단면적으로 약 1:6:7:8:9:1로 점차적으로 확대된다.

이와 같이 구성된 다중 원통체(32)의 제1원통체(322)의 내부로 배기가스가 유입되면 유입된 배기가스는 상기 제1원통체(322)의 반사판(323)에 의해 반사되어 제2원통체(325)의 내측으로 유입되고 다시 제3원통체(327)의 내부로 유입되어 최종적으로 배기관(31)을 통해 외부로 배기된다.

이 때, 제1원통체(322)의 배출공(321)과 제2원통체(325)의 통기공(324) 및 제3원통체(327)의 배기공(326)을 통해 배기가스가 유로된다.

이들 배출공(321), 통기공(324), 배기공(326)을 통해 배기가스의 유로가 이루어짐으로써 배기가스의 확산을 좋게 하여 팽창음의 감소 및 흡수에 의한 소음저감 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제1원통체(322)와 제2원통체(325) 및 제3원통체(327)에 의해 온도강하를 막아줌으로써 불완전 연소가스의 2차반응을 촉진하고 방음 효과를 높여 소음이 크게 감소된다.

[표 1]

(배기소음 및 배기압력 비교)

위 [표 1]에서 보는 바와 같이 소음감소는 평균 0.93 db의 감소효과를 얻을 수 있으며, 배기압력은 평균 7.5 mmHg 의 감소효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

[표 2]

(매연 농도비교)

위 [표 2]에서 보는 바와 같이 1/4 부분에서는 종래 것이나 본 발명 모두 매연이 검출되지 않았으나, 2/4부분의 부하에서부터는 매연이 검출되기 시작하여 부하가 커질 수록 매연도 심하게 발생되는 것을 알 수 있으며, 본 발명은 매연이 검출된 부분에서 종래 것에 비해 매연이 증감됨을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 다양하게 변형실시가 가능한 것으로 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

10 : 제1몸체 11 : 인입관
20 : 제2몸체 21 : 임펠러구동체
211 : 회전축 212 : 고정너트
213 : 임펠러 214 : 베어링
215 : 오일공급구 30 : 제3몸체
31 : 배출관 32 : 다중 원통체
321 : 배출공 322 : 제1원통체
323 : 반사판 324 : 통기공
325 : 제2원통체 326 : 배기공
327 : 제3원통체

Claims

디젤기관의 배기관과 연결되는 인입관(11)이 형성된 제1몸체(10)와;
상기 제1몸체(10)의 일측에 결합되고 내부에 임펠러구동체(21)가 구성되는 제2몸체(20)와;
상기 제2몸체(20)의 일측에 결합되고 상기 인입관(11)으로부터 인입된 배기가스가 배출되는 배출관(31)이 형성되고 내부에 다중 원통체(32)가 구성된 제3몸체(30)가 포함되어 이루어지고,
상기 다중 원통체(32)는,
다수의 배출공(321)이 통공된 제1원통체(322)와;
상기 제1원통체(322)의 내부로 유입된 배기가스를 반사시키는 반사판(323)과;
상기 반사판(323)에 의해 반사된 배기가스가 유입되어 유로되도록 다수의 통기공(324)이 통공되고 제1원통체(322)의 외측에 구성되는 제2원통체(325)와;
상기 제2원통체(325)의 외측에 구성되어 상기 제2원통체(325)를 유로하던 배기가스가 유입되어 상기 제3몸체(30)의 배출관(31)을 통해 배출되도록 다수의 배기공(326)이 통공된 제3원통체(327)로 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 후처리 매연 저감장치.
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