KR101976878B1 - 엔진 배출가스의 수분 제거 장치 - Google Patents

엔진 배출가스의 수분 제거 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 배출가스의 수분 제거 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진(10)의 배기가스에 의하여 회전하는 터빈(11)과, 상기 터빈(11)의 하류 측에 연결되어 배기열 회수펌프(12)를 통해 상기 배기가스로부터 배기열을 회수하여 외기로 배출시키는 촉매(13)와, 외부로부터 유입되는 공기를 상기 터빈(11)과 함께 회전하는 압축기(14)를 통해 압축 및 냉각시켜 상기 엔진(10)으로 전달하는 인터쿨러(15)가 구비되되; 상기 촉매(13)의 하류 측에는 EGR 쿨러(100)가 형성되며, 상기 EGR 쿨러(100)는 상기 배기가스의 수분을 제거하여 상기 배기가스의 일부는 외부로 배출하고, 배출되지 않은 나머지 배기가스인 EGR 가스는 상기 엔진(10)의 흡기 측으로 순환시키도록 하여, 엔진 회전수에 무관하게 전 운전 영역에서 다량의 EGR 적용이 가능하게 하여 연비개선 및 NOx 저감 폭을 개선하여 상품성을 향상시키는 동시에 배출가스의 수분을 제거하여 엔진 관련 부품을 보호하고, 또한 고부하 영역에서 다량 EGR 적용 시 배출가스 온도를 저감시킬 수 있게 하여 엔진 배기계 내구력을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

엔진 배출가스의 수분 제거 장치{Device of water removal of exhaust gas for engine}
본 발명은 엔진 배출가스의 수분 제거 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진 배출가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 엔진 배출가스의 수분 제거 장치에 관한 것이다.
일반적으로 EGR(배기가스 재순환) 장치는 엔진으로부터 배출된 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드로 재순환 시켜 배기가스가 연소과정에서 생성된 열을 흡수하게 하여 연소실의 최대 연소 온도를 감소시켜 NOx의 생성을 감소시키는 장치이다.
LP-EGR(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation)은 DPF 후단의 저온, 청정한 배기가스를 터보차저 전단으로 보내 흡기와 함께 실린더 내부로 유입시키는 기술이다.
종래의 엔진 및 LP-EGR이 포함된 엔진 배출가스 시스템은 엔진, 엔진 하류에 구비되는 DOC 및 DPF, 배기가스의 흐름을 제어하는 LP-EGR 밸브, LP-EGR 쿨러, LP-EGR 쿨러를 지난 배기가스와 혼합된 신기(fresh air)의 압력을 배가하는 터보차저 및 혼합가스를 냉각하여 엔진으로 전달하는 인터쿨러를 포함한다.
그러나, 종래의 엔진 배출가스 시스템의 EGR 가스에는 수분이 포함되어 있어 LP-EGR 쿨러 및 밸브를 부식시키고, 터보차저 압축기 휠을 마모시키고, 인터쿨러 및 연소실이 부식되어 내구성 저하로 인해 상품성이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
한편, EGR 가스의 수분을 제거하는 장치가 개발되어 있기는 하지만 수분 제거 효율이 낮아 내구성과 상품성을 높이는 데는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 10-2013-0061577
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 엔진 배출가스의 수분 제거 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진 배출가스에 포함된 수분을 제거하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 엔진의 배기가스에 의하여 회전하는 터빈과, 상기 터빈의 하류 측에 연결되어 배기열 회수펌프를 통해 상기 배기가스로부터 배기열을 회수하여 외기로 배출시키는 촉매와, 외부로부터 유입되는 공기를 상기 터빈과 함께 회전하는 압축기를 통해 압축 및 냉각시켜 상기 엔진으로 전달하는 인터쿨러가 구비되되; 상기 촉매의 하류 측에는 EGR 쿨러가 형성되며, 상기 EGR 쿨러는 상기 배기가스의 수분을 제거하여 상기 배기가스의 일부는 외부로 배출하고, 배출되지 않은 나머지 배기가스인 EGR 가스는 상기 엔진의 흡기 측으로 순환시킴으로써 달성된다.
상기 EGR 쿨러는 후방으로 갈수록 외경이 작아지는 콘(cone) 형상으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 EGR 쿨러와 연결되어 냉매를 공급하는 배기열 회수 냉동장치가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 EGR 쿨러 외주면에는 냉매가 이동하는 냉매파이프가 나선형으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 EGR 쿨러에는 관통홀이 형성되어 상기 EGR 가스가 상기 EGR 쿨러 외측으로 배출되며, 상기 EGR 쿨러 내측에는 가이드핀이 형성되어 상기 관통홀을 통해 상기 EGR 가스가 배출될 때 상기 EGR 가스를 가이드하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 EGR 가스가 상기 EGR 쿨러에 형성된 관통홀을 통해 상기 EGR 쿨러의 외측으로 빠져나가면서 상기 배기가스에 포함된 수분을 응결시킬 수 있도록 상기 가이드핀을 다단으로 굴절된 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 EGR 쿨러로부터 배출된 상기 EGR 가스는 상기 압축기로 전달되며, 상기 EGR 쿨러와 압축기 사이에는 상기 EGR 가스의 양을 조절하는 EGR 밸브가 추가로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 EGR 쿨러의 하류 측 하부에는 수분배출구가 형성되며, 상기 EGR 쿨러의 하류 측 상부에는 EGR 가스배출구가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 EGR 쿨러는 상기 배기가스를 냉각하도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 엔진 회전수에 무관하게 전 운전 영역에서 다량의 EGR 적용이 가능하게 하여 연비개선 및 NOx 저감 폭을 개선하여 상품성을 향상시키는 동시에 배출가스의 수분을 제거하여 엔진 관련 부품을 보호하고, 또한 고부하 영역에서 다량 EGR 적용 시 배출가스 온도를 저감시킬 수 있게 하여 엔진 배기계 내구력을 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 엔진 배출가스의 수분 제거 장치를 도시하는 구조도,
도 2는 본 발명의 엔진 배출가스의 수분 제거 장치에서 EGR 쿨러가 구비된 촉매를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 엔진 배출가스의 수분 제거 장치의 EGR 쿨러를 도시하는 도면.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 엔진 배출가스의 수분 제거 장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(10)과 연결된 터빈(11)과, 터빈(11)과 연결되어 외기를 배출하는 촉매(13)와, 외부 공기를 압축 및 냉각시키는 인터쿨러(15)로 이루어지며, 촉매(13)에 EGR 가스의 수분을 제거하여 외부로 배출시키는 EGR 쿨러(100)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터빈(11)은 엔진(10)과 연결되어 엔진(10)에서 발생되는 배기가스에 의해 회전한다.
촉매(13)는 터빈(11) 하류 측에 연결되어 터빈(11) 작동 시 발생되는 배기열을 배기열 회수펌프(12)를 통해 회수한 다음 외기로 배출시킨다.
한편, 외부로부터 유입되는 공기는 에어클리너를 거쳐 터빈(11)과 함게 회전하는 압축기(14)로 전달되어 압축된 다음 인터쿨러(15)로 전달되어 냉각된 후 엔진(10)으로 전달된다.
이때, 본 발명은 촉매(13) 하류 측에 EGR 쿨러(100)가 형성되며, EGR 쿨러(100)는 배기가스의 수분을 제거하여 배기가스의 일부는 외부로 배출하고, 배출되지 않은 나머지 배기가스인 EGR 가스는 엔진(10)의 흡기 측으로 순환시키도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, EGR 쿨러(100)는 전방에서 후방(도면의 좌측에서 우측)으로 갈수록 외경이 작아지는 콘(cone) 형상으로 구비되도록 하여 배기가스 이동이 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, EGR 쿨러(100)는 배기가스를 냉각시킬 수 있게 한다.
이때, EGR 쿨러(100)와 연결되어 냉매를 공급하는 배기열 회수 냉동장치(120)가 구비되도록 하여 EGR 쿨러(100)를 쿨링시켜 EGR 쿨러(100)에서 배출되는 EGR 가스의 수분을 제거할 수 있게 하는 것이 바람직하며, 이와 관련된 설명은 후술하기로 한다.
여기서, EGR 쿨러(100)를 쿨링시키는 냉매 공급은 배기열 회수 냉동장치(120)가 배기열 회수 펌프(12)와 연결되도록 하여 배기열 회수 펌프(12)로 구동을 통해 가능하도록 한다.
한편, EGR 쿨러(100) 외주면에는 냉매가 이동하는 냉매파이프(110)가 나선형으로 구비되도록 하여 전방 측으로 유입된 냉매가 EGR 쿨러(100) 외주면을 따라 나선형으로 이동하여 EGR 쿨러(100)를 쿨링시킨 다음 후방 측으로 배출될 수 있게 한다.
이때, EGR 쿨러(100)에는 관통홀(111)이 형성되어 촉매(13) 측으로부터 전달되는 EGR 가스가 EGR 쿨러(100) 외측으로 배출될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, EGR 쿨러(100) 내측에는 가이드핀(112)이 형성되어 관통홀(111)을 통해 EGR 가스가 배출될 때 EGR 가스를 관통홀(111) 측으로 가이드할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이때, 가이드핀(112)은 'ㄱ'자와 같은 형상으로 굴절 형성되어 EGR 가스가 EGR 쿨러(100) 외측으로 배출될 때 가이드핀(112)의 굴절부(a)에서 EGR 가스의 수분을 응결시켜 EGR 가스의 수분을 제거할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
냉매파이프(110) 외측에도 가이드핀(112)이 형성되어 수분이 제거된 EGR 가스가 EGR 쿨러(100) 외부로 배출될 때 EGR 가스를 가이드할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
여기서, EGR 쿨러(100)의 하류 측 하부에는 수분배출구(13a)가 형성되어 EGR 쿨러(100)의 EGR 가스에서 제거된 수분이 외부로 배출될 수 있게 한다.
또한, EGR 쿨러(100)의 하류 측 상부에는 EGR 가스배출구(13b)가 형성되어 수분이 제거된 EGR 가스가 외부로 배출될 수 있게 한다.
한편, EGR 쿨러(100)로부터 배출된 EGR 가스는 압축기(14)로 전달되며, EGR 쿨러(100)와 압축기(14) 사이에는 EGR 가스의 양을 조절하는 EGR 밸브(130)가 추가로 구비되도록 하여 EGR 밸브(130) 개폐량에 따라 EGR 가스량을 조절하여 흡기부압으로 다량의 배출가스 재순환이 가능하게 하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명은 터빈(11) 통과 이후 배기열 회수 펌프(12) 구동 후 EGR 가스가 촉매(13)를 통과할 때 EGR 쿨러(100)를 통과하는 배기가스는 외기로 배출되고, EGR 가스는 EGR 쿨러(100) 외주면에 형성된 냉매파이프(110)에 의해 수분이 제거되며, 제거된 수분은 수분배출구(13a)를 통해 외부로 배출되도록 함으로써, 수분이 제거된 EGR 가스 공급이 가능하도록 하여 엔진 관련 부품을 보호하는 동시에 고부하 영역에서 다량 EGR 적용 시 배출가스 온도를 저감시킬 수 있게 하여 엔진 배기계 내구력을 증대시켜 상품성을 향상시킬 수 있게 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 엔진 11 : 터빈
12 : 배기열 회수펌프 13 : 촉매
14 : 압축기 15 : 인터쿨러
100 : EGR 쿨러 110 : 냉매파이프
111 : 관통홀 112 : 가이드핀
120 : 배기열 회수 냉동장치 130 : EGR 밸브

Claims (9)

  1. 엔진의 배기가스에 의하여 회전하는 터빈과, 상기 터빈의 하류 측에 연결되어 배기열 회수펌프를 통해 상기 배기가스로부터 배기열을 회수하여 외기로 배출시키는 촉매와, 외부로부터 유입되는 공기를 상기 터빈과 함께 회전하는 압축기를 통해 압축 및 냉각시켜 상기 엔진으로 전달하는 인터쿨러가 구비되되;
    상기 촉매의 하류 측에는 EGR 쿨러가 형성되며, 상기 EGR 쿨러는 상기 배기가스의 수분을 제거하여 상기 배기가스의 일부는 외부로 배출하고, 배출되지 않은 나머지 배기가스인 EGR 가스는 상기 엔진의 흡기 측으로 순환시키도록 구성되며,
    상기 EGR 쿨러와 연결되어 냉매를 공급하는 배기열 회수 냉동장치가 더 구비되며,
    상기 EGR 쿨러 외주면에는 냉매가 이동하는 냉매파이프가 나선형으로 구비되며,
    상기 EGR 쿨러에는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀을 통해, 상기 EGR 가스가 상기 EGR 쿨러 외측으로 배출되고,
    상기 EGR 쿨러 내측에는 가이드핀이 형성되며, 상기 가이드핀은, 상기 관통홀을 통해 상기 EGR 가스가 배출될 때 상기 EGR 가스를 가이드하는 엔진 배출가스의 수분 제거 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 EGR 쿨러는 후방으로 갈수록 외경이 작아지는 콘(cone) 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진 배출가스의 수분 제거 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 EGR 가스가 상기 EGR 쿨러에 형성된 관통홀을 통해 상기 EGR 쿨러의 외측으로 빠져나가면서 상기 배기가스에 포함된 수분을 응결시킬 수 있도록 상기 가이드핀을 다단으로 굴절된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 엔진 배출가스의 수분 제거 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 EGR 쿨러로부터 배출된 상기 EGR 가스는 상기 압축기로 전달되며, 상기 EGR 쿨러와 압축기 사이에는 상기 EGR 가스의 양을 조절하는 EGR 밸브가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진 배출가스의 수분 제거 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 EGR 쿨러의 하류 측 하부에는 수분배출구가 형성되며, 상기 EGR 쿨러의 하류 측 상부에는 EGR 가스배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 배출가스의 수분 제거 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 EGR 쿨러는 상기 배기가스를 냉각하는 것을 특징으로 하는 엔진 배출가스의 수분 제거 장치.
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