KR101488510B1 - 배기가스의 매연 저감 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스의 매연 저감 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 버너의 미작동시 연료가 분사되는 노즐에 공기가 분사됨으로써 배기가스에 의한 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있는 배기가스의 매연 저감 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 디젤 엔진(100)으로부터 발생되는 배기가스를 저감시키는 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)에 있어서, 상기 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 상기 디젤 엔진(100)으로부터 발생되는 배기가스가 유동되는 배기관(200)에 형성되는 본체(310), 연료공급부(340)로부터 공급되는 연료를 분사하는 노즐(320) 및 상기 노즐(320)을 통해 분사되는 연료를 점화하여 화염이 형성되도록 점화하는 점화수단(330)을 포함하는 버너(300); 상기 노즐(320)에 인접하여 공기를 분사하는 공기공급부(400); 및 상기 버너(300)의 후측에 형성되어 배기가스 내의 유기물 또는 입자상 물질(PM, Particulate Matters)을 연소시키는 배기가스 저감수단(500);을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템은 버너의 미작동시 노즐로 공기가 분사됨으로써 배기가스로 노출되는 노즐 단부의 막힘 현상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

더욱 상세하게, 노즐 단부의 막힘을 방지함으로써 버너의 작동을 원활히 하여 배기가스를 안정적으로 저감할 수 있으며, 막힘을 해소하기 위해 행해지는 번거로운 작업을 줄일 수 있고, 내구성을 높일 수 있는 장점이 있다.

DPF, 디젤, 배기가스, 버너, 노즐

Description

배기가스의 매연 저감 시스템{Exhaust aftertreatment device with burner}

본 발명은 배기가스의 매연 저감 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 버너의 미작동시 연료가 분사되는 노즐에 공기가 분사됨으로써 배기가스에 의한 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있는 배기가스의 매연 저감 시스템에 관한 것이다.

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 공기의 불균일화로 인해 불완전연소가 일어남에 따라 유해 미립자(매연)가 발생된다.

특히, 상기 유해 미립자는 주로 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM, Particulate Matter), 및 수트(Soot, 재)로, 상기 디젤 자동차에 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 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.

또 다른 방식의 매연저감장치의 재생장치가 있으며 이를 도 2에 도시하였다. 상기 매연저감장치의 재생장치는 엔진(3)에서 발생하는 매연 입자를 포집하는 매연저감장치가 설치된 배기유로(1) 상의 소정 위치에 설치되어 상기 배기유로(1)에 연료를 분사하는 노즐(8)과; 상기 노즐(8)의 근방에 설치되어, 상기 노즐(8)에서 분사된 연료와 상기 엔진(3)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 화염을 형성시키는 점화수단과(12); 형성된 화염을 유지하고 유동의 분포를 원활히 유지시키는 보염기와; 그리고 상기 배기유로(1)상에 설치되어 압력을 측정하는 압력센서(15)를 포함하여 구성되어, 상기 압력센서(15)에 의하여 측정된 상기 배기유로(1) 내의 압력에 기초하여 상기 공기보조 인젝터(8) 및 상기 점화수단(12)을 동작시키는 것을 특징으로 한다. 상기 도 2에 도시한 매연저감장치의 재생장치는 반복적으로 사용할 경우 상기 노즐 및 점화수단이 탄소성분에 의해 자주 막히는 현상이 발생된다.

더욱 상세하게, 상기 노즐은 연료를 분사하고 버너가 작동되지 않는 경우에 상기 노즐의 단부는 배기가스에 노출된 상태로 존재하게 되는데, 이 때, 상기 노즐은 상기 배기가스 내부에 포함된 입자상 물질 등에 의해 막힘 현상이 발생될 수 있 다.

상기 노즐의 막힘 현상이 심한 경우에는 이후 버너 작동과정에서 연료 분사가 원활히 이루어지지 않아 버너 및 전체 매연저감시스템이 작동되지 않을 수 있으며, 이를 해소하기 위해서는 장치를 분해하고 청소를 해야만 하는 번거로움이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 버너의 미작동시 노즐에 공기가 분사됨으로써 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 버너 작동을 원활히 하며 내구성을 높일 수 있는 배기가스의 매연 저감 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 디젤 엔진(100)으로부터 발생되는 배기가스를 저감시키는 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)에 있어서, 상기 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 상기 디젤 엔진(100)으로부터 발생되는 배기가스가 유동되는 배기관(200)에 형성되는 본체(310), 연료공급부(340)로부터 공급되는 연료를 분사하는 노즐(320) 및 상기 노즐(320)을 통해 분사되는 연료를 점화하여 화염이 형성되도록 점화하는 점화수단(330)을 포함하는 버너(300); 상기 노즐(320)에 인접하여 공기를 분사하는 공기공급부(400); 및 상기 버너(300)의 후측에 형성되어 배기가스 내의 유기물 또는 입자상 물질(PM, Particulate Matters)을 연소시키는 배기가스 저감수단(500);을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기공급부(400)는 상기 버너(300)의 작동이 정지되었을 때, 상기 노즐(320)로 공기를 공급하여 노즐(320)의 막힘을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 연료공급부(340)는 연료저장부(341), 연료이송라인(342), 및 연료공급펌프(343)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 공기공급부(400)는 공기압축부(401), 공기이송라인(402), 및 공기공급펌프(403)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 공기공급부(400)는 상기 공기이송라인(402)이 상기 연료이송라인(342)에 연결되어 연료가 공급되는 노즐(320) 내측으로 공기를 공급하는 것을 특징으로 하거나, 상기 공기공급부(400)는 상기 공기이송라인(402)이 상기 노즐(320)의 연료가 분사되는 단부 외측에서 공기를 공급하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템은 버너의 미작동시 노즐로 공기가 분사됨으로써 배기가스로 노출되는 노즐 단부의 막힘 현상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

더욱 상세하게, 노즐 단부의 막힘을 방지함으로써 버너의 작동을 원활히 하여 배기가스를 안정적으로 저감할 수 있으며, 막힘을 해소하기 위해 행해지는 번거로운 작업을 줄일 수 있고, 내구성을 높일 수 있는 장점이 있다.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)의 버너(300)를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 디젤 엔진(100)으로부터 발생되는 배기가스를 저감시키기 위한 구성으로서, 버너(300), 공기공급부(400) 및 배기가스 저감수단(500)이 상기 디젤 엔진(100)으로부터 발생된 배기가스가 유동되는 배기관(200)에 순차적으로 형성된다.

상기 배기가스 저감수단(500)은 배기가스 유동방향으로 상기 버너(300)의 후측에 형성되어 배기가스 내의 유기물 또는 입자상 물질을 연소시키는 구성으로, DPF용 재생 필터(510)가 포함되어 형성될 수 있다.

상기 버너(300)는 배기가스 저감수단(500)의 재생 효율을 높이기 위하여 적정 온도로 가열하는 수단으로서, 약 100 내지 400 ℃의 배기가스를 250 내지 900 ℃까지 승온한다.

상세하게, 상기 버너(300)는 상기 배기가스 저감수단(500)의 필터(510)에서 배기가스 내부의 수트가 산소와 결합하여 연소되도록 하기 위한 수단으로서, 본체(310), 노즐(320), 및 점화수단(330)을 포함하여 형성된다.

상기 도 3 및 도 4에서 상기 버너(300)의 화염이 상기 배기가스의 흐름과 동일한 방향으로 형성된 예를 도시하였으나, 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 상기 버너(300)가 배기관(200)과 수직으로 형성되는 형태 역시 이용가능하다.

상기 본체(310)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(200)에 형성되어 버너(300)의 기본 몸체가 되는 구성으로서, 내부에 화염이 형성되는 공간이 형성되고, 배기가스와 화염이 원활히 혼합되어 위치에 따른 온도차이가 발생되지 않으며 효과적으로 배기가스를 승온하기 위한 분배수단 등이 더 구비될 수 있다.

이 때, 상기 버너(300)는 화염을 형성하기 위해 연료가 공급되는데, 화염 형성을 원활히 하기 위해 노즐(320)에 의해 본체(310) 내부로 연료가 분사되도록 한다.

상기 노즐(320)은 연료공급부(340)에 의해 공급된 연료를 분사하며, 상기 연료공급부(340)는 연료저장부(341), 상기 연료저장부(341)와 노즐(320)을 연결하여 연료를 이송하는 연료이송라인(342) 및 상기 연료이송라인(342)에 형성되어 연료의 공급을 조절하는 연료공급펌프(343)를 포함하여 형성된다.

상기 버너(300)에 이용되는 연료로서 가솔린 또는 디젤 등의 탄화수소화합물이 이용될 수 있으며, 버너(300)에 필요한 연료저장부(341)를 별도로 마련하고 충전하는 번거로움이 발생되지 않도록 차량 구동 연료를 이용하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연료저장부(341)는 차량 구동을 위해 필요한 저장부를 이용하여 상기 디젤 엔진(100)으로 연료를 공급하는 이송라인과, 상기 버너(300)로 연료를 공급하는 연료이송라인(342)이 각각 형성되고, 공급되는 연료의 제어 역시 개별적으로 이루어질 수 있다.

상기 버너(300)의 작동은 상기 디젤 엔진(100)의 작동, 시스템(1000) 내부 배기가스의 온도 등의 정보에 따라 작동 유무가 결정되는데, 상기 버너(300)의 작동이 정지되더라도 상기 배기관(200)을 따라 배기가스가 버너(300)를 통과하여 배기가스 저감수단(500)을 통과하게 되므로, 상기 버너(300)의 노즐(320)은 배기가스에 항시 노출된다.

그런데 상기 배기가스 내부의 입자상 물질, 탄화수소 성분 등은 상기 노즐(320)의 단부에 부착되어 막힘 현상을 유발할 수 있으므로, 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 상기 노즐(320)에 인접하여 공기를 분사하는 공기공급부(400)가 형성된다.

상기 공기공급부(400)는 버너(300)의 작동을 방해하지 않도록 연료가 공급되지 않을 때, 상기 노즐(320)로 공기를 공급하여 노즐(320)의 막힘을 방지한다.

상기 공기공급부(400)는 공기를 압축하는 공기압축부(401), 상기 공기압출부를 연결하여 공기를 이송하는 공기이송라인(402), 상기 공기이송라인(402)에 형성되어 공급되는 공기의 양을 조절하는 공기공급펌프(403)를 포함하여 형성된다.

상기 공기압축부(401)는 공기를 압축하여 일정 압력의 공기가 분사될 수 있도록 하는 다양한 수단이 이용될 수 있으며, 상기 공기압축부(401)에 압축공기가 저장되는 공기저장부(미도시)가 연결되고, 상기 공기이송라인(402)이 상기 공기저장부에 연결되도록 할 수도 있다.

상기 공기공급부(400)의 작동은 전체 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)을 제어하는 제어수단에 의해 제어되며, 연료공급펌프(343)의 작동과 반대로 제어되어 상기 노즐(320)로 연료가 공급되지 않는 버너(300)의 작동 정지 시, 공기를 공급한 다.

상기 도 3의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 연료공급부(340)의 연료공급펌프(343)를 개방하여 상기 노즐(320)을 통해 연료가 분사됨으로써 화염을 형성하여 버너(300)가 작동되는 것을 도시한 것으로서, 화살표는 연료의 흐름을 도시하였다.

상기 도 4는 버너(300)의 작동이 정지되어 상기 연료공급부(340)의 연료공급펌프(343)가 폐쇄되고, 상기 공기공급부(400)의 공기공급펌프(403)가 개방되어 공기가 공급되는 예를 도시한 것으로서, 화살표는 공기의 흐름을 도시하였다.

상기 도 3 및 도 4는 상기 공기이송라인(402)이 상기 연료이송라인(342)에 연결되는 예를 도시한 것으로서, 상기 도 3 및 도 4에 도시한 형태는 상기 공기가 노즐(320) 내측으로부터 외부로 방출되어 노즐(320)의 막힘을 방지하게 된다.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)의 다른 도면으로, 상기 도 6에 도시한 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 상기 공기급부의 공기이송라인(402)이 상기 노즐(320)의 연료가 분사되는 단부 외측에서 공기를 공급할 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 도 6에 도시한 형태는 상기 노즐(320) 외부에서 공기를 분사함으로써 노즐(320) 단부와 배기가스의 접촉을 방지하는 예를 도시한 것으로, 상기 공기이송라인(402)은 상기 노즐(320)의 연료 분사를 방해하지 않는 범위에서 다양하게 변형 실시 될 수 있다.

상기 도 7에 도시한 형태는 상기 도 3 과 도 4에 도시한 형태 및 상기 도 6에 도시한 형태가 혼합된 형태로서, 상기 공기공급부(400)의 공기이송라인(402)이 상기 연료이송라인(342)에 연결되고, 동시에 상기 노즐(320)의 단부 외측에 공기를 공급하도록 형성된 예로서, 배기가스에 의한 노즐(320) 막힘 현상이 자주 발생될 수 있는 환경에 적용될 수 있는 예를 도시하였다.

이에 따라, 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 버너(300)의 미작동시 노즐(320)로 공기가 분사됨으로써 배기가스로 노출되는 노즐(320) 단부의 막힘 현상을 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.

즉, 상기 버너(300)의 노즐(320)이 막힘에 따라 연료가 적절히 분사되지 못하여 버너(300)의 재기능이 수행되지 못하는 문제점을 미연에 방지함으로써 버너(300)의 작동을 원활히 하고, 배기가스를 안정적으로 승온함으로써 배기가스 저감 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은 노즐(320) 막힘을 해소하기 위해 장치를 해체하고 청소해야하는 번거로운 작업을 행하지 않아도 되므로 사용자의 편의성을 높인 장점이 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 배기가스 저감장치를 나타낸 단면도.

도 2는 종래의 다른 배기가스 저감장치를 나타낸 단면도.

도 3 및 도 4는 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템의 버너를 나타낸 단면도.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 배기가스의 매연 저감 시스템의 다른 도면.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1000 : 배기가스의 매연 저감 시스템

100 : 디젤 엔진

200 : 배기관

300 : 버너 310 : 본체

320 : 노즐 330 : 점화수단

340 : 연료공급부 341 : 연료저장부

342 : 연료이송라인 343 : 연료공급펌프

400 : 공기공급부 401 : 공기압축부

402 : 공기이송라인 403 : 공기공급펌프

500 : 배기가스 저감수단 510 : DPF용 재생 필터

Claims (6)

1. 디젤 엔진(100)으로부터 발생되는 배기가스를 저감시키는 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)에 있어서,

   상기 배기가스의 매연 저감 시스템(1000)은

   상기 디젤 엔진(100)으로부터 발생되는 배기가스가 유동되는 배기관(200)에 형성되는 본체(310), 연료공급부(340)로부터 공급되는 연료를 분사하는 노즐(320) 및 상기 노즐(320)을 통해 분사되는 연료를 점화하여 화염이 형성되도록 점화하는 점화수단(330)을 포함하는 버너(300);

   상기 노즐(320)에 인접하여 공기를 분사하는 공기공급부(400); 및

   상기 버너(300)의 후측에 형성되어 배기가스 내의 유기물 또는 입자상 물질(PM, Particulate Matters)을 연소시키는 배기가스 저감수단(500);을 포함하여 형성되며,

   상기 공기공급부(400)는 상기 버너(300)의 작동이 정지되었을 때, 상기 노즐(320)로 공기를 공급하여 노즐(320)의 막힘을 방지하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 매연 저감 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 연료공급부(340)는 연료저장부(341), 연료이송라인(342), 및 연료공급펌프(343)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스의 매연 저감 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 공기공급부(400)는 공기압축부(401), 공기이송라인(402), 및 공기공급펌프(403)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스의 매연 저감 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 공기공급부(400)는 상기 공기이송라인(402)이 상기 연료이송라인(342)에 연결되어 연료가 공급되는 노즐(320) 내측으로 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 매연 저감 시스템.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 공기공급부(400)는 상기 공기이송라인(402)이 상기 노즐(320)의 연료가 분사되는 단부 외측에서 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 매연 저 감 시스템.

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