KR101279100B1 - 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내주연에 연소공간이 구비되며 일측과 타측이 개방되는 점화몸체와, 상기 점화몸체에서 상기 연소공간 방향으로 설치되는 점화수단과, 외부 공기가 상기 점화몸체를 따라 이동되면서 예열된 후 상기 연소공간으로 토출되도록 상기 점화몸체에 형성되는 에어 포켓을 포함하는 점화부; 및 상기 연소공간 방향으로 연료를 분사하도록 상기 점화몸체에 관통 배치되는 노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너는 연소공간 내에 외부공기를 주입하여 예열한 후 노즐로부터 분사되는 연료와 공기를 혼합 연소시킬 수 있는 에어 포켓을 구비함으로써, 상기 버너의 노즐에서 연료를 분사하여 연소하는 과정에서 분사되는 연료에 외부의 공기를 안정적으로 공급함과 아울러, 공급되는 공기를 예열하여 공급함에 따라 종래에 비해 보다 안정적으로 연료의 연소가 이루어지도록 하고, 매연저감장치의 연소실 쪽으로 버너의 연소공간 내에서 발생한 화염을 안정적으로 전달할 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너{Burner of Exhaust Gas Reduction Apparatus for Diesel Engine with Air Pocket}

본 발명은 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료를 연소하는 과정에서 외부의 공기를 안정적으로 공급하도록 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 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 유해 미립자(매연)가 발생된다.

즉, 상기 디젤엔진은 순간적으로 고출력을 얻고자 할 경우 일정한 공기에 연료의 공급을 증가시켜 연료를 연소시키게 되는 데, 이때 연료는 공기량의 부족으로 불완전 연소를 하면서 다량의 매연이 발생하게 된다. 또한, 디젤엔진의 연소시에는 연료가 연소실에 고압으로 분사되는 기간이 매우 짧기 때문에 국부적인 농후 영역이 발행하면서 다량의 매연이 발생하게 된다.

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.

특히, 상기 입자상 물질(PM)의 크기는 대부분 미세한 직경을 가지며 탄소입자 외에 용해성 유기물도 다량 포함되어 있기 때문에, 최근 폐암의 원인이 된다는 보고에 의해 인체 유해성에 대한 연구가 진행 중이다.

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.

이러한 매연저감장치는 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질(PM)을 포집하여 태우는 기술로서 입자상 물질(PM)을 80% 이상 저감할 수 있는 좋은 기술이지만, 높은 가격과 내구성에 대한 검증이 불확실한 단점 있는 것으로 알려져 있다.

특히, 종래의 매연저감장치는 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 있는 것으로 알려져 있다.

또한, 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 되는 것으로 알려져 있다.

그리고, 엔진오일의 소모 및 첨가제 사용에 따라 상기 입자제거 필터부 내부에 수트(Soot,재)가 축적되어 주기적으로 필터를 청소해주어야 하는 번거로움을 가져오는 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.

이처럼, 상기 매연저감장치의 기술은 크게 입자상 물질(PM)의 포집, 재생 및 제어 기술로 구분이 되는바, 매연저감장치의 재생 과정에서 포집된 입자상 물질(PM)을 태우는 방식에 따라 강제재생방식과 자연재생방식이 있다.

상기 강제재상방식은 재생을 위해 전기히터, 버너, 스로틀링 등을 사용해서 강제 가열을 하는 방식이고, 상기 자연재생방식은 배기가스의 열을 이용해 첨가제나 산화촉매에 의해 재생시키는 방법이다.

여기서, 상기 자연재생방식의 매연저감장치(DPF) 기술은 입자상 물질(PM)의 자연재생온도가 570℃인데 촉매나 첨가제를 사용하여 자연재생온도를 300℃ 정도로 낮추어 사용하는 기술이다.

그러나, 우리나라의 시내버스의 경우, 주행 속도가 낮고 정차가 잦아 배출가스 온도가 200℃ 수준으로 낮기 때문에 직접 적용하기 어려운 단점이 있으며, 또한, 배출가스온도가 150℃~200℃로 낮은 중소형 디젤차량에도 적용하기가 어려운 단점이 있는 것이다.

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

도 1에는 종래의 버너를 이용한 매연저감장치의 일 실시예가 도시되어 있다.

상기 매연저감장치(100)는 엔진에서 발생하는 배기가스가 유동하는 배기유로상의 소정 위치에 설치되어 몸체(110) 내부에 촉매필터(120)가 구비되고 외주면에 배기가스유입구(112)가 형성되며 일측단부에는 배기가스유출구(114)가 타측단부에는 버너(130)가 형성된다.

상기 매연저감장치(100)는 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 촉매필터(120)를 통과하며 입자상 물질(PM)이 자연재생되는 구조이다.

즉, 도시되지 않은 엔진으로부터 배출되는 배기가스 속에 포함된 매연 입자는 촉매필터(120)에 의하여 포집이 되고, 이때 촉매필터(120)에 포집되는 양이 많으면, 촉매필터(120)의 압력 손실이 크게 증가하여 디젤엔진의 배압에 크게 영향을 미치게 된다.

따라서 촉매필터(120)에 포집된 매연은 일정한 압력 손실이 발생하면 주기적으로 촉매필터(120)로부터 제거를 하여 주어야 하는데, 이때 촉매필터(120)로부터 매연 입자를 제거하기 위한 방안으로 매연의 산화온도(일반적으로 600℃) 이상으로 배기가스의 온도를 상승시켜 촉매필터(120)에 포집된 매연 입자들을 산화(연소)시켜 촉매필터(120)로부터 제거하는 방법을 사용한다.

이때, 상기 촉매필터(120)에 포집된 매연입자의 산화온도 이상으로 배기가스의 온도를 상승시켜기 위한 열 공급장치의 수단으로 버너(130)의 화염을 사용하게 된다. 즉, 상기 촉매필터(120)에 카본과 같은 매연입자가 어느 정도 포집되면 도시되지 않은 압력센서에 감지되는 내부 압력이 상승하게 되며, 이 신호를 받은 도시되지 않은 제어수단(미도시)는 촉매필터(120)에 포집된 매연입자를 연소시키기 위해 버너(130)를 가동하게 된다.

그러면, 노즐(132)을 통해 연소실(140)쪽으로 분사되는 연료에 점화수단(134)이 착화시켜 화염을 형성하게 되고, 이 화염의 연소실(140) 쪽으로 전달되면서 연소실(140)의 내부온도를 급상승시킨다. 이에 따라 촉매필터(120)에 포집된 매연입자가 연소되어 사라지게 되며, 그 촉매필터(120)는 다시 새롭게 배출되는 매연입자를 포집하는데 사용될 수 있게 된다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래 액체연료 분사식 버너에 있어서, 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, 유지되지 못하고 쉽게 꺼지는(소화되는) 단점이 있었다.

특히, 상기 노즐(132)에서 분사되는 연료를 연소시키기 위해 배기 가스 중의 산소만을 이용할 경우에는 전술한 바와 같이 운전 상태에 따라 달라지는 배기 가스중의 산소 조건에 따라 운전의 제어가 어려워지는 단점이 있다.

또한, 상기 노즐에서 분사되는 연료가 완전히 연소되지 못하는 경우에는 그 연료의 연소로 인한 2차적 대기 오염 물질의 발생을 초래하게 된다는 문제점이 있었다.

이를 해결하고자, 종래 매연저감장치에서 액체연료 분사식 버너를 사용할 때, 상기 노즐에 연결되어 연료를 공급하는 연료공급라인에 공기를 주입할 수 있는 공기주입라인을 연결시켜 연료와 공기를 하나의 라인으로 혼합 분사를 통해 보다 안정적인 연소가 이루어지도록 하는 방안이 제시된 바 있다.

그러나 이 경우에도 연료와 공기의 혼합이 고르게 이루어지지 못해서 연료와 공기의 불균일화로 인해 불완전연소가 일어나는 경우가 많을 뿐만 아니라 공급되는 공기가 상온 상태로 공급됨에 따라 연소효율이 떨어지면서 버너의 연소공간 내에서 화염이 안정적으로 유지되지 못하고 꺼지는 경우가 종종 발생하는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 노즐에서 분사되는 연료가 안정적으로 연소하여 화염을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내주연에 연소공간이 구비되며 일측과 타측이 개방되는 점화몸체와, 상기 점화몸체에서 상기 연소공간 방향으로 설치되는 점화수단과, 외부 공기가 상기 점화몸체를 따라 이동되면서 예열된 후 상기 연소공간으로 토출되도록 상기 점화몸체에 형성되는 에어 포켓을 포함하는 점화부; 및 상기 연소공간 방향으로 연료를 분사하도록 상기 점화몸체에 관통 배치되는 노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 제공한다.

또한, 상기 에어 포켓은: 상기 점화몸체 내측에 형성되는 예열공간부; 상기 예열공간부로 외부공기를 주입할 수 있도록 상기 점화몸체 외측에서 상기 예열공간부 방향으로 관통 형성되는 공기주입공; 및 상기 예열공간부 내에서 예열된 외부공기를 상기 연소공간으로 토출하도록 상기 예열공간부에서 상기 연소공간 방향으로 천공되는 다수의 공기분사공을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 제공한다.

또한, 상기 점화몸체 내주연을 따라 커버부가 결합되고, 상기 예열공간부는 상기 점화몸체 내주연과 상기 커버부 사이에 구비되며, 상기 공기분사공은 상기 커버부에서 상기 연소공간 방향으로 천공되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 제공한다.

또한, 상기 예열공간부는 상기 점화몸체 내부에 일체로 형성되고, 상기 공기분사공은 상기 점화몸체 내주연에서 상기 예열공간부 방향으로 천공되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 제공한다.

본 발명에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너는 연소공간 내에 외부공기를 주입하여 예열한 후 노즐로부터 분사되는 연료와 공기를 혼합 연소시킬 수 있는 에어 포켓을 구비함으로써, 상기 버너의 노즐에서 연료를 분사하여 연소하는 과정에서 분사되는 연료에 외부의 공기를 안정적으로 공급함과 아울러, 공급되는 공기를 예열하여 공급함에 따라 종래에 비해 보다 안정적으로 연료의 연소가 이루어지도록 하고, 매연저감장치의 연소실 쪽으로 버너의 연소공간 내에서 발생한 화염을 안정적으로 전달할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너는 연소공간 내에서의 연소가 안정적으로 이루어지게 되므로, 버너 연료의 연소로 인한 2차적 대기 오염물질을 발생시키기 않도록 하는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 기술에 따른 버너를 이용한 매연저감장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너가 차량용 매연저감장치에 설치된 일반적인 배치 구조를 보여주는 예시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너가 차량용 매연저감장치에 설치된 일반적인 배치 구조를 보여주는 예시도.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 정면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 측면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너의 구제적인 실시예에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이때, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디젤 엔진이 장착된 차량의 매연저감장치와 관련된 것이나, 이러한 매연저감장치에 한정되는 것은 아니며, 소각로를 비롯한 기타 산업용 기기의 배기가스 후처리 장치 등에 사용되는 연소장치의 연료 분사노즐 또는 항공기의 애프터 연소기(After burner) 등의 연소장치에도 적용 가능함은 당연하다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되거나 생략될 수 있으며, 도면에 병기된 도면부호에 따라 부여되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너가 차량용 매연저감장치에 설치된 일반적인 배치 구조를 보여주는 예시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너가 적용되는 차량용 매연저감장치(1)는 디젤엔진(2)으로부터 발생되는 배기가스를 저감하는 장치로서, 배기가스가 유입되는 배기가스유입부(11)와 배기가스가 배출되는 배기가스배출부(12)가 형성되고 그 내부에 연소실(13)이 형성된 본체(10)와, 후술하는 노즐(38: 도 4 도시)을 통해 연료를 분사하여 점화수단(22)에 의한 점화를 통해 연소시켜 연소실(13) 내로 화염을 전달하고 이 전달된 화염을 통해 연소실(13)의 온도를 상승시켜 필터부(14)에 쌓인 매연을 태워 강제 재생하는 버너(20)와, 배기가스 내의 유기물 또는 입자상 물질(PM)을 연소시키는 연소실(13) 내에 장착된 필터부(14) 및 도시되지 않은 제어수단을 포함하는 구성을 갖는다.

상기 본체(10)는 본 발명의 매연저감장치(1)를 형성하는 기본 몸체로서, 일측에 디젤엔진(2)으로부터 발생되는 배기가스가 유동되는 배기관(3)과 연결되는 배기가스유입부(11)와, 타측에 정화된 배기가스가 배출되는 배기가스배출부(12)가 형성되고, 그 내부에 연소실(13)이 형성된다.

상기 연소실(13)의 일측에는 연료 연소를 통해 연소실(13)의 온도를 상승시키는 버너(20)가 마련되고, 상기 배기가스배출부(12) 전방에는 배기가스를 필터링하여 자연 재생시킬 수 있는 필터부(14)가 배기가스의 유동방향에 따라 순차적으로 배치된다.

그리고 연료이송라인(36)은 본체(10) 외부에 위치되어 후술하는 노즐(38)과 연결되는데, 이때 상기 연료이송라인(36)은 외부에 위치된 연료공급부(37)와 연결되어 연료공급부(37)에서 공급되는 연료가 연료이송라인(36)을 통해 후술하는 노즐(38)로 연료를 공급하여, 노즐(38)에서 연소공간(23c) 내로 연료를 분사 공급할 수 있도록 구성된다.

공기공급부(45) 및 공기이송라인(46)은 후술하는 에어 포켓(40)으로 공기를 공급하기 위한 것으로, 하기에서 다시 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너(20)는 후술하는 노즐(38)에서 분사되는 연료를 연소시키는 점화부(21)와, 점화부(21) 방향으로 연료를 분사하는 노즐(38)을 포함하여 구성된다.

점화부(21)는 내부에 연소공간(23c)이 구비되며 전면과 후면이 개방되는 점화몸체(23)와, 상기 점화몸체(23)에서 상기 연소공간 방향으로 설치되어 불꽃을 일으키는 점화수단(22)과, 점화몸체(23) 내부에 공기를 수용할 수 있도록 하는 에어 포켓(40)을 포함한다.

그리고 점화부(21)에서 발생하는 화염에 의한 온도의 상승 및 입자상 매연의 강제 재생이 이루어지며, 온도가 증가한 배기가스가 필터부(14)를 통과하면서 입자상 물질(PM)이 자연 재생될 수 있도록 구성된다. 즉, 점화부(21)는 노즐(38)에서 분사되는 연료를 점화수단(22)으로 점화시켜 연소과정을 통해서 연소실(13) 내로 화염을 전달하고, 이 전달된 화염을 통해 연소실(13)의 온도를 상승시켜 배기가스의 온도 상승 및 필터부(14)에 쌓인 입자상 매연을 태워서 강제 재생이 이루어지도록 하는 역할을 하는 것이다.

점화몸체(23)는 내부에 연소공간(23c)을 형성하면서 전면과 후면이 개구된 개구부(23a, 23b)를 가지며, 점화몸체(23)의 전면에는 상기 연소실(13)과 체결 조립이 가능하게 플랜지체결부(24)가 구비되어, 상기 점화몸체(23)가 상기 매연저감장치(1)의 본체(10) 상에 플랜지체결부(24)의 체결공(26)과 착탈 가능하게 체결조립되고, 전면의 개구부(23a)를 통해 상기 연소실(13: 도 2 도시)과 연통되게 된다.

그리고 점화몸체(23)의 연소공간(23c)에서는 후술하는 노즐(38)에서 분사되는 연료를 연소시켜 화염을 발생시키게 되고, 상기 연소공간(23c)은 점화몸체(23) 전면에 구비되는 개구부(23a)에 의하여 연소실(13)과 연통됨으로써, 상기 연소공간(23c)에서 발생한 화염이 연소실(13)로 전달된다.

노즐(38)은 점화몸체(23) 외측에서 점화몸체(23) 후면의 개구부(23b) 방향으로 설치되며, 상기 노즐(38)에서 분사되는 연료는 연료분사개구부(16)를 지나 점화몸체(23)의 개구부(23b)를 통하여 연소공간(23c)으로 분사되고, 점화수단(22)에 의해서 연소공간(23c)으로 분사된 연료가 점화되어 연소된다.

그리고 상기 연소공간(23c)에서 노즐(38)에 의한 연료 분사가 이루어져 연소과정을 통해 화염이 형성될 경우에는 연소공간(23c) 내의 노즐(38)에 의한 연료 분사압이 연소실(13) 내로 유입되는 배기가스가 연소공간(23c) 쪽으로 유입될 수 있는 압력에 비해 상대적으로 높기 때문에 연소실(13)의 배기가스가 연소공간(23c)으로 유입되지 못하고, 연소공간(23c) 내에서 발생한 화염이 연소실(13)로 전달되도록 구성된다.

그리고 상기 버너(20)의 점화부(21)에서 발생하는 화염에 의한 온도의 상승 및 입자상 매연의 강제 재생이 이루어지며, 온도가 증가한 배기가스가 필터부(14: 도 2 도시)를 통화하면서 입자상 물질(PM)이 자연 재생될 수 있도록 되어 있다.

에어 포켓(40)은 외부 공기를 점화본체(23) 내부로 주입한 다음, 주입된 외부공기를 연소공간(23c) 내에 발생하는 화염을 통해 예열한 후, 연소공간(23c) 으로 토출함으로써, 상기 노즐(38)에서 연소공간(23c) 내로 분사되는 연료와 상온 이상으로 예열된 공기가 상호 혼합을 통해 보다 원활하게 착화되어 연소될 수 있도록 하는 역할을 한다.

이러한 에어 포켓(40)은 상기 점화몸체(23)의 연소공간(23c) 내주연을 따라 분리 구획되는 예열공간부(42)를 형성할 수 있게 점화몸체(23) 내주연을 따라 끼움 조립되는 커버부(41)와, 상기 예열공간부(42) 내로 외부공기를 주입할 수 있게 상기 점화몸체(23) 외부에서 예열공간부(42) 방향으로 관통 형성된 공기주입공(44)과, 상기 예열공간부(42) 내에서 예열된 외부공기를 연소공간(23c) 내로 토출하도록 상기 커버부(41)에서 연소공간(23c) 방향으로 천공되는 다수의 공기분사공(43)을 포함한다.

여기서, 상기 커버부(41)는 상기 점화몸체(23)의 형상 구조에 따라 다양하게 변형될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 점화몸체(23)가 원통형 구조를 가지고 있는 관계로, 원통형의 점화몸체(23)의 내벽면으로부터 일정한 공간이 구획 분리될 수 있는 크기로 커버부(41)가 형성된다.

이때, 상기 커버부(41)는 점화몸체(23)의 내벽면 전체를 커버하는 구조로 배치되는 바, 커버부(41)의 일측 끝단은 점화몸체(23)의 플랜지체결부(24)가 형성된 개구부(18) 부근에 위치하게 되고, 커버부(41)의 타단면은 상기 노즐(38)이 설치된 점화몸체(23) 내벽면에서 일정 간격의 공간을 두고 폐쇄 공간을 형성하는 구조로 배치되어 있다.

특히, 상기 커버부(41)는 상기 노즐(38)의 전방에 위치한 연료분사개구부(16)를 회피하여 이 연료분사개구부(16)를 통해서 노즐(38)에서 분사되는 연료가 연소공간(23c)의 내부로 원활하게 분사될 수 있도록 연소공간(23c) 내에 끼움 조립되는 구조로 배치되게 된다.

물론, 상기 연소공간 내에서 연료의 점화를 위해 배치되는 점화수단(22)이 상기 점화몸체(23) 및 커버부(41)의 일부면을 관통한 상태로 연소공간(23c)에 위치되도록 배치되는바, 이러한 점화수단(22)의 배치구조를 고려하여 상기 커버부(41) 상에는 점화수단(22)이 관통 조립될 수 있는 조립공(도면상에서 도면부호를 병기하지 않음)이 구비되고, 이 조립공에 점화수단(22)이 관통 조립될 경우에는 완벽한 밀폐가 이루어지게 됨은 당연하다.

그리고 상기 점화몸체(23) 상에 관통형성되는 공기주입공(44)에는 외부공기를 공급할 수 있도록 공기공급부(45)와 연계된 공기이송라인(46)이 연결되게 된다.

이때, 상기 공기공급부(45)는 공급되는 공기의 양을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하고, 특히, 공기공급부(45)의 작동은 전체 배기가스의 매연 저감장치를 제어하는 제어수단(도시되지 않음)에 의해 제어되도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 커버부(41) 상에 형성된 다수의 공기분사공(43)은 상기 예열공간부(42) 내에서 예열된 외부공기를 연소공간(23c)으로 토출하는 역할을 수행하게 되는바, 상기 공기분산공(43)을 통해 분사되는 예열된 공기가 연소공간(23c) 내에서 와류 형태로 연료와 혼합될 수 있게 상기 커버부(41) 상에 미세한 구멍 형태로 일정 간격을 두고 둥글게 배치되는 것이 바람직하다.

물론, 상기 공기분산공(43)은 커버부(41) 상에 길이방향 또는 둘레방향으로 다수 개 형성될 수 있으며, 각 공기분산공(43)의 크기가 서로 다르게 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명의 제 1 실시예에서 예열공간부(42)는 커버부(41)에 의하여 점화몸체 내부에 형성되도록 구성되나, 설계변경에 따라, 예열공간부가 커버부(41) 없이 점화몸체(23) 내부에 일체로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 점화몸체(23) 내부를 따라 예열공간부가 형성되고, 점화몸체(23) 외측에서 상기 예열공간부 방향으로 공기주입공이 관통 형성되며, 점화몸체(23) 내측에서 상기 연소공간(23c) 방향으로 다수의 공기분사공이 천공되어, 외부의 공기가 상기 공기주입공을 통하여 상기 예열공간부로 주입된 후, 상기 공기분사공을 통하여 연소공간(23c)으로 토출된다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너의 작용 효과를 살펴보면 다음과 같다.

도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너는 노즐(38)이 설치된 노즐설치부(32)에 마련된 연료공급로(35) 상에 연료이송라인(36)이 연결되고, 이때 상기 연료이송라인(36)은 연료공급부(37)와 연결되어 있다. 이와 같이 버너(20)의 노즐(38)에서 연료를 분사할 수 있도록 상기 연료공급부(37)가 노즐(38)까지 연료이송라인(36)을 통해 순차적으로 연결됨으로써, 상기 노즐(38)에서는 연소공간(23c) 내로 연료를 분사 공급할 수 있게 되는 것이다.

그리고 본 발명에 따라 상기 점화몸체(23) 내에 다수의 공기분사공(43)이 형성된 커버부(41)가 끼움 조립되어 상기 점화몸체(23) 내벽면을 따라 일정한 예열공간부(42)가 형성되고, 이 예열공간부(42)에는 상기 연료공급부(37)와는 별도로 구비된 공기공급부(45)가 공기이송라인(46)을 통해 상기 점화몸체(23) 상에 형성된 공기주입공(44)과 연결되며, 이에 따라 상기 예열공간부(42)로 외부공기를 주입하여 예열할 수 있는 에어 포켓(40)의 구성이 완료되게 된다.

이와 같이 에어 포켓(40)을 갖춘 버너(20)가 매연저감장치(1)에 장착된 상태에서 상기 버너(20)의 가동을 필요로 하는 경우에 버너(20)에서 연료 연소에 의한 화염이 발생하게 된다.

즉, 매연저감장치(1)의 연소실(13) 내에 구비된 필터부(14)에 카본과 같은 매연입자가 어느 정도 포집되면, 도시되지 않은 압력센서에 감지되는 내부 압력이 상승하게 되며, 이 신호를 받은 도시되지 않은 제어수단(미도시)은 필터부(14)에 포집된 매연입자를 연소시키기 위해 버너(20)를 가동하게 된다.

그러면, 상기 연료공급부(37)를 통해서 노즐(38)로 연료가 공급되고, 상기 노즐(38)에서는 연소공간(23c) 내로 연료를 분사(이때, 노즐(38)에서 분사되는 연료는 기화 혹은 무화된 상태로 연소공간(23c) 내로 분사되는 것이 점화수단(22)에 의한 착화가 원활하게 이루어질 뿐만 아니라 연소 자체도 원활하게 이루어질 수 있으나, 본 발명에서는 이러한 노즐(38)에서 분사되는 연료가 무화 및 기화되는 구조 및 과정에 대해서는 구체적인 설명을 생략하고 있다)하게 된다.

이때, 상기 연소공간(23c) 내에 분사되는 연료는 산소와 충분히 혼합될 때 완전한 연소가 가능하게 되고, 연소과정에서 잘 꺼지지 않고(소화되지 않고) 안정적인 화염을 유지할 수 있게 된다. 이를 위해 본 발명에서는 상기 연소공간(23c) 내에 외부공기를 주입받아 예열한 다음, 예열된 공기와 연료를 혼합하여 연소할 수 있는 에어 포켓(40)을 갖추고 있는 것이다.

즉, 상기 에어 포켓(40)의 예열공간부(42) 내로 외부의 공기공급부(45)로 부터 적정량의 외부공기가 유입되고, 이렇게 유입된 외부공기는 연소공간(23c) 내에 형성된 화염에 의해서 상기 예열공간부(42)에서 예열되게 된다.

그리고 이렇게 예열을 통해 상온 이상으로 가열된 공기가 커버부(41) 상의 공기분사공(43)을 통해 와류를 형성하면서 연소공간(23c) 내로 분사 공급된다.

따라서 상기 노즐(38)에서 분사되는 연료와 상기 공기분사공(43)으로 분사되는 예열된 공기가 연소공간(23c) 내에서 적절하게 혼합되고, 이 상태에서 점화수단(22)에 의한 점화가 이루어지면, 원활한 착화가 이루어질 뿐만 아니라 연소 자체가 원활하여 연소과정에서 산소 부족으로 소화되는 것이 방지되게 된다.

그리고 상기 연소공간(23c) 내에서 상기 연료와 공기가 혼합된 상태로 연소되어 화염이 형성되면, 이 화염이 연소실(13) 쪽으로 전달되면서 연소실(13)의 내부온도를 급상승시킨다. 이에 따라 필터부(14)에 포집된 매연입자가 연소되어 사라지게 되며, 그 필터부(14)는 다시 새롭게 배출되는 매연입자를 포집하는데 사용될 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너가 차량용 매연저감장치에 설치된 일반적인 배치 구조를 보여주는 예시도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너를 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 정면도이며, 도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 측면도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너에 구비되는 에어 포켓을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너(20)는 상기 제 2 실시예에서 이동형 노즐장치(30)가 갖추어지지 않은 것을 제외하고는 상기 제 2 실시예와 동일하도록 구성된다.

즉, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너(20)는 노즐(38)에서 분사되는 연료를 연소시키는 점화부(21)와, 점화부(21) 방향으로 연료를 분사하는 노즐(38)을 이동시키는 이동형 노즐장치(30)를 포함하여 구성된다.

점화부(21)는 내부에 연소공간(23c)이 구비되며 전면과 후면이 개방되는 점화몸체(23)와, 상기 점화몸체(23)에서 상기 연소공간 방향으로 설치되어 불꽃을 일으키는 점화수단(22)과, 외부의 공기를 점화몸체(23)의 연소공간(23c)으로 토출하는 에어 포켓(40)으로 구성된다. 상기 에어 포켓(40)의 구성 및 작용효과는 상기 제 1 실시예의 에어 포켓(40)과 동일하거나 유사한 관계로, 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

이동형 노즐장치(30)는 상기 노즐(38)의 연료 분사 전후의 위치를 선택적으로 이동 변경함에 따라 노즐(38)의 분사공이 배기가스에 노출되어 배기가스가 노즐(38)의 분사공에 점착되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위한 장치로써, 상기 노즐(38)에서 연료를 분사할 때는 제외하고는 항상 노즐(38)의 분사공이 배기가스에 노출되지 않게 노즐(38)의 위치를 이동시킬 수 있는 구성요소를 갖추고 있다.

즉, 상기 이동형 노즐장치(30)는 상기 버너(20)의 후단에 별도의 브라켓트를 통해 고정 장착되는 노즐이동케이스(31)와, 상기 노즐이동케이스(31) 내에서 위치이동 가능하게 설치되는 노즐설치부(32)와, 노즐설치부(32)에 설치되어 연료를 공급 분사할 수 있는 노즐(38)과, 상기 노즐설치부(32)의 위치이동을 위해 구동력을 제공하는 구동부(34)를 포함하는 구성을 갖는다.

여기서, 상기 노즐설치부(32)는 상기 노즐이동케이스(31) 내에 운동 가능하게 설치되고, 일측에 연료공급로(35)를 갖추며 이 연료공급로(35) 상에 상기 노즐(38)이 상기 연소공간(23c) 내로 연료 분사가 가능하게 장착됨으로써, 상기 노즐이동케이스(31) 내에서의 운동에 따라 노즐(38)의 분사공 위치가 연소공간(23c)에 대해 상대적으로 가변 회피될 수 있게 구성되어 있다.

상기 구동부(34)는 기본적으로 공압 혹은 유압과 같은 작동 유체를 통해 동력을 제공할 수 있는 실린더부재로 구성되어 있는 바, 본 발명의 제 2 실시예 따른 상기 실린더부재는 피스톤 운동을 구현하는 피스톤축(33)을 갖추고 있고, 이 피스톤축(33)이 상기 노즐설치부(32)에 일체로 연결되어 상기 노즐설치부(32)가 왕복 직선운동을 하면서 위치이동이 가능하도록 구성되어 있다.

즉, 상기 실린더부재로 이루어진 구동부(34)는 피스톤축(33)을 통해 상기 노즐설치부(32)에 연결됨으로써, 상기 구동부(34)는 기설정된 제어 구동에 의해서 선택적으로 상기 노즐설치부(31)를 피스톤 운동을 통해 직선 이동시켜 위치를 변경하게 되는 것이다.

그리고 상기 노즐설치부(31) 상에 단품 형태로 조립 설치되는 노즐(38)은 상기 노즐이동케이스(31)가 점화몸체(23) 후단에 장착될 때, 점화몸체(23)의 후방에 마련된 연료분사개구부(16)를 통해서 연소공간(23c)과 연통되어 일직선상에 놓이도록 배치되는 구조를 가지고 있다. 물론, 상기 노즐(38)의 선단이 상기 노즐설치부(32) 내에서 점화몸체(23)의 연소공간(23c)으로 돌출되지 않은 상태로 연료 분사가 가능하게 배치되게 된다.

따라서, 상기 노즐(38)을 통한 연료 분사가 이루어질 때, 상기 노즐(38)에서 분사되는 연료는 연료분사개구부(16)를 지나 점화몸체(23)의 개구부(23b)를 통하여 연소공간(23c)으로 분사되고, 점화수단(22)에 의해서 연소공간(23c)으로 분사된 연료가 점화되어 연소된다.

그리고 상기 구동부(34)를 통해 노즐(38)이 설치된 노즐설치부(32) 자체가 위치이동 가능하게 구성됨으로써, 상기 노즐(38)의 연료분사 전후로 하여 선택적으로 노즐설치부(32)를 위치 이동시킬 수 있고, 이에 따라 노즐(38)에서 연료 분사가 이루어지지 않은 때에는 노즐(38)이 연소공간(23c)으로부터 벗어나 회피 이동할 수 있게 됨에 따라 원천적으로 배기가스에 노즐(38)이 접촉하지 않게 된다. 이는 결과적으로 배기가스에 의한 노즐(38)이 오염되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과를 구현할 수 있는 것이다.

이상 본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1 : 매연저감장치 2 : 디젤엔진
3 : 배기관 10 : 본체
11: 배기가스유입구 12 : 배기가스배출구
13 : 연소실 14 : 필터부
16 : 연료분사개구부 20 : 버너
21: 점화부 22 : 점화수단
23: 점화몸체 23a :개구부
23b : 개구부 23c : 연소공간
24 : 플랜지체결부 26 : 체결공
30 : 이동형 노즐장치 31 : 노즐이동케이스
32 : 노즐설치부 32a: 노즐
33 : 피스톤축 34 : 구동부
35 : 연료공급로 36 : 연료이송라인
37 : 연료공급부 40 : 에어 포켓
41 : 커버부 42 : 예열공간부
43 : 공기분사공 44 : 공기주입공
45 : 공기이송라인 46 : 공기공급부

Claims (4)

1. 내주연에 연소공간이 구비되며 일측과 타측이 개방되는 점화몸체와, 상기 점화몸체에서 상기 연소공간 방향으로 설치되는 점화수단과, 외부 공기가 상기 점화몸체를 따라 이동되면서 예열된 후 상기 연소공간으로 토출되도록 상기 점화몸체에 형성되는 에어 포켓을 포함하는 점화부; 및
   상기 점화몸체의 일측에 고정되되, 상기 점화몸체의 개방된 일측과 대응되는 위치에 연료분사개구부가 형성되는 노즐이동케이스와, 상기 노즐이동케이스의 내부에 이동 가능하게 설치되는 노즐설치부와, 상기 노즐설치부를 이동시키는 구동부와, 상기 노즐설치부 내부에 설치되며 상기 연료분사개구부를 통하여 상기 점화몸체에 관통 배치되어, 상기 연소공간 방향으로 연료를 분사하는 노즐을 포함하는 이동형 노즐장치를 포함하고,
   상기 노즐설치부가 상기 노즐을 상기 연료분사개구부 방향 또는 상기 연료분사개구부의 외측 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 에어 포켓은:
   상기 점화몸체 내측에 형성되는 예열공간부;
   상기 예열공간부로 외부공기를 주입할 수 있도록 상기 점화몸체 외측에서 상기 예열공간부 방향으로 관통 형성되는 공기주입공; 및
   상기 예열공간부 내에서 예열된 외부공기를 상기 연소공간으로 토출하도록 상기 예열공간부에서 상기 연소공간 방향으로 천공되는 다수의 공기분사공을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 점화몸체 내주연을 따라 커버부가 결합되고,
   상기 예열공간부는 상기 점화몸체 내주연과 상기 커버부 사이에 구비되며,
   상기 공기분사공은 상기 커버부에서 상기 연소공간 방향으로 천공되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 예열공간부는 상기 점화몸체 내부에 일체로 형성되고,
   상기 공기분사공은 상기 점화몸체 내주연에서 상기 예열공간부 방향으로 천공되는 것을 특징으로 하는 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너.

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