KR102106014B1 - 연소실 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원주방향 벽부(14) 및 바닥 영역(16)을 통해 범위 한정되는 연소실(18)을 구비한 연소실 하우징(12)을 포함하는, 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리로서, 연소실(18)에 상대적으로 하류에, 연소 배기가스가 관류할 수 있는 산화 촉매 컨버터 장치(54)가 제공되는 것인, 상기 연소실 어셈블리에 있어서, 탄화수소 저장 장치(74) 및/또는 산화질소 저장 장치(76)가 제공되는 것을 특징으로 하는 상기 연소실 어셈블리에 관한 것이다.
Description
본 발명은 연료 작동식 차량 난방 장치(fuel-operated vehicle heating device)용 연소실 어셈블리에 관한 것이며, 상기 연소실 어셈블리는, 원주방향 벽부 및 바닥 영역을 통해 범위 한정되는 연소실을 구비한 연소실 하우징을 포함하고, 연소실에 상대적으로 하류에는, 연소 배기가스(combustion exhaust gas)가 관류할 수 있는 산화 촉매 컨버터 장치(oxidizing catalytic converter arrangement)가 제공된다.
후 공개 독일 특허 출원 DE 10 2016 117 408호로부터는 연료 작동식 차량 난방 장치를 위한 연소실 어셈블리가 공지되어 있으며, 여기서는 연소실의 하류에서, 화염관(flame tube)과 이 화염관을 에워싸는 하우징 사이에 형성되는 배기가스 역류 챔버 내에, 연소실에서 배출되는 연소 배기가스 내에 함유된 CO 및 HC를 촉매 반응으로 CO2 및 H2O로 변환시키기 위해, 산화 촉매 컨버터 장치가 제공된다. 이러한 촉매 반응의 실행을 위해, 산화 촉매 컨버터 장치, 특히 예컨대 기판 상에서 지지되는 촉매 재료는 최소 250℃부터 300℃까지의 온도를 보유해야 한다. 산화 촉매 컨버터 장치의 촉매 재료의 온도가 상기 영역에서 활성화 온도(light-off temperature) 미만이라면, 촉매 반응은 일어나지 않으며, 그리고 연소 배기가스는 실질적으로 처리되지 않고 높은 유해물질 비율을 함유한 상태로 상기 유형의 연소실 어셈블리를 구비한 난방 장치에서 배출된다.
본 발명의 과제는, 연소 모드 중에 유해물질 배출량이 감소될 수 있게 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 원주방향 벽부 및 바닥 영역을 통해 범위 한정되는 연소실을 구비한 연소실 하우징을 포함하는, 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리에 있어서, 연소실에 상대적으로 하류에는 연소 배기가스가 관류하는 산화 촉매 컨버터 장치가 제공되는 것인, 상기 연소실 어셈블리를 통해 해결된다.
본원의 연소실 어셈블리는, 탄화수소 저장 장치 및/또는 산화질소 저장 장치가 제공되는 것을 특징으로 한다.
탄화수소 저장 장치를 제공하는 것을 통해, 특히 산화 촉매 컨버터 장치의 촉매 재료의 너무 낮은 온도로 인해 CO 및 HC의 촉매 지원 변환이 수행되지 않는 작동 단계에서 탄화수소가 저장되거나 임시 저장되며, 그럼으로써 전체 시스템의 가열 후에, 그리고 그로 인해 시작되는 현상으로 탄화수소 저장 장치 내에 저장된 탄화수소의 방출 후에, 상기 탄화수소는 산화 촉매 컨버터 장치 내에서 변환될 수 있게 된다.
산화질소 저장 장치를 제공함에 따라, 산화질소 배출량의 감소를 위한 또 다른 조치들과 무관하게, 연소 배기가스 내에서 바깥쪽으로 이송되는 산화질소의 비율을 원칙상 감소시킬 수 있다. 산화질소 저장 장치가 산화질소의 추가 흡수가 불가능한 포화 상태에 도달한다면, 산화질소 저장 장치는 재생 모드에서 예컨대 아화학량론적 연소 조건에서 재생될 수 있다.
탄화수소 저장 장치는 바람직하게는 탄화수소 트랩 촉매 컨버터를 포함한다. 이 경우, 실질적으로 단지 산화 촉매 컨버터 장치가 내부에서 실행될 촉매 반응을 이용하여 다시 방출된 탄화수소를 변환시킬 수 있을 때에만, 탄화수소 트랩 촉매 컨버터 내에 저장된 탄화수소가 다시 방출되도록 하는 점을 보장하기 위해, 탄화수소 트랩 촉매 컨버터의 탈착 온도(desorption temperature)는 산화 촉매 컨버터 장치의 활성화 온도를 초과하는 점이 추가로 제안된다. 이를 보장하기 위해, 탄화수소 트랩 촉매 컨버터는 예컨대 제올라이트 재료로 구성될 수 있다.
산화질소 저장 장치는 산화질소 트랩 촉매 컨버터를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 산화질소 트랩 촉매 컨버터가, 이 산화질소 트랩 촉매 컨버터의 온도가 연소실 어셈블리의 연소 모드에서 보편화 되는 온도 범위에서, 산화질소를 저장할 수 있도록 하는 점을 보장하기 위해, 산화질소 트랩 촉매 컨버터는 바륨으로 구성되는 점이 제안된다.
한편으로 탄화수소 저장 장치에서 다시 방출되는 탄화수소가 산화 촉매 컨버터 장치 내에서 변환될 수 있게 하거나, 또는 산화질소 저장 장치가 적합한 온도에서 작동할 수 있도록 하는 점을 보장하기 위해, 탄화수소 저장 장치 및/또는 산화질소 저장 장치는 산화 촉매 컨버터 장치에 상대적으로 상류에 배치되는 점이 제안된다.
다양한 저장 장치들의 작동을 위해 필요한 온도와 관련하여 저장 장치들의 최적의 배치구조를 위해, 하우징 종축의 방향으로 원주방향 벽부에 후행하면서 하우징 종축의 방향으로 개방된 배기가스 유동 챔버를 에워싸는 화염관이 제공되고, 화염관과 이 화염관을 에워싸는 하우징 사이에 배기가스 역류 챔버가 형성되며, 산화 촉매 컨버터 장치 및/또는 탄화수소 저장 장치 및/또는 산화질소 저장 장치는 배기가스 역류 챔버 내에 배치되는 점이 제안된다. 이 경우, 바람직하게는, 배기가스 역류 챔버의 제1 축 방향 단부 영역에서 배기가스 유동 챔버는 배기가스 역류 챔버 쪽으로 개방되고, 산화 촉매 컨버터 장치 및/또는 탄화수소 저장 장치 및/또는 산화질소 저장 장치는 배기가스 역류 챔버의 제2 축 방향 단부 영역에 제공되도록 하는 배치구조가 선택된다.
연소실 어셈블리의 본 발명에 따른 구성에서, 산화 촉매 컨버터 장치 또는 다양한 저장 장치들을 위한 최적의 열적 상호작용을 달성할 수 있도록 하기 위해, 원주방향 벽부를 에워싸는 연소 공기 공급 챔버는 원주방향 벽부 내에 제공된 복수의 연소 공기 공급 개구부를 통해 연소실 쪽으로 개방되고, 배기가스 역류 챔버로부터 연소 공기 공급 챔버를 분리하는 분리 벽부가 제공되며, 산화 촉매 컨버터 장치 및/또는 탄화수소 저장 장치 및/또는 산화질소 저장 장치는 분리 벽부를 에워싸는 방식으로, 그리고/또는 분리 벽부에 축 방향으로 연결되는 방식으로 배치되는 점이 제안된다. 이 경우, 특히 산화 촉매 컨버터 장치 및/또는 탄화수소 저장 장치 및/또는 산화질소 저장 장치는 분리 벽부와 하우징 사이에 배치될 수 있다.
산화질소 배출량의 추가 감소를 위해, 본 발명에 따라 구성되는 연소실 어셈블리의 경우, 관류 개구부를 구비한 화염 차폐부(flame shield)가 제공될 수 있고, 화염 차폐부의 축 방향 영역에는, 연소실 및/또는 배기가스 유동 챔버 내로, 배기가스 역류 챔버 내에서 유동하는 연소 배기가스를 재순환시키기 위한 배기가스 재순환 개구 어셈블리(exhaust-gas re-circulating opening assembly)가 제공된다.
본 발명에 따른 연소실 어셈블리의 경우, 바닥 영역은 증발 매체 캐리어를 포함하고, 연소실로 향해 있는 증발 매체 캐리어의 면 상에는 다공성 증발 매체를 포함할 수 있다. 하우징은, 화염관에 축 방향으로 대향하는 바닥 벽부, 및 화염관을 에워싸면서 배기가스 역류 챔버를 반경 방향에서 바깥쪽을 향해 범위 한정하는 열 교환 하우징 원주방향 벽부(circumferential wall of heat exchanging housing)를 포함하는 실질적으로 화분 모양인 열 교환 하우징일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따라 구성되는 연소실 어셈블리를 포함하는 차량 난방 장치에도 관한 것이다.
도 1은 차량 난방 장치를 위한 연료 작동식 연소실 어셈블리를 도시한 종단면도이다.
본 발명은 하기에서 차량 난방 장치를 위한 연료 작동식 연소실 어셈블리의 종단면도가 도시되어 있는 도 1을 참조하여 상세하게 기재된다.
도 1에 도시된 연소실 어셈블리(10)는 전반적으로 12로 표시되는 연소실 하우징을 포함한다. 연소실 하우징(12)은 원주방향 벽부(14) 및 바닥 영역(16)을 포함하여 연소실(18)을 범위 한정한다. 바닥 영역(16)은, 예컨대 화분 모양으로 형성된 증발 매체 캐리어(20), 및 연소실(18)로 향해 있는 증발 매체 캐리어의 면 상에서 지지되는 다공성 증발 매체(22)를 구비하여 형성될 수 있다. 연료 공급 라인(24)을 통해, 연료 공급 장치, 예컨대 계량 펌프에 의해 공급되는 액체 연료는 다공성 증발 매체(22)로 공급되어, 이 증발 매체에 의해 연소실(18)의 방향으로 증발된다. 특히 연소 모드의 시작 단계에서 연료 증발을 보조하기 위해, 바닥 영역(16)은, 연소실(18)의 반대 방향으로 향해 있는 증발 매체(22) 및/또는 증발 매체 캐리어(20)의 면에, 전기 여기 가능한 가열 장치를 포함할 수 있다.
연소실(18) 내로 연소 공기의 공급을 위해, 원주방향 벽부(14)는 복수의 연소 공기 공급 개구부(26)를 포함한다. 이런 연소 공기 공급 개구부들(26)을 통해, 원주방향 벽부(14) 또는 연소실(18)을 바람직하게는 환형으로 에워싸는 연소 공기 공급 챔버(28)는 연소실(18) 쪽으로 개방된다. 미도시한 연소 공기 공급 장치, 예컨대 측면 채널 팬(lateral channel fan)을 통해, 연소를 위해 필요한 공기는 연소 공기 공급 챔버(28)의 방향으로 이송될 수 있다.
도시한 구현예에서 원주방향 벽부(14)를 구비하여 통합 형성되는 화염관(30)은 하우징 종축(L)의 방향으로 원주방향 벽부(14)에 연결된다. 화염관(30)의 내부에는 배기가스 유동 챔버(32)가 형성되며, 이 배기가스 유동 챔버 내로는, 전반적으로 34로 표시된 화염 차폐부의 영역에서 연소실(18)에서 배출된 연소 배기가스가 유동 화살표(P1)를 통해 예시된 것처럼 유입된다. 여기서 주지할 사항은, 본 발명의 문맥에서, 실질적으로 하우징 종축(L)의 방향으로 연소실(18)에서 배기가스 유동 챔버(32) 내로 유입되는 연소 배기가스가 연소실 어셈블리(10)의 상기 영역에서 유동 방향을 정의하며, 그리고 상기 유동 방향과 관련하여 상류 또는 하류에 포지셔닝되는 시스템 영역들을 정의한다는 점이다.
배기가스 유동 챔버(32)는 원주방향 벽부(14)로부터 이격되어 위치하는 화염관(30)의 축 방향 단부 영역(36)에서 개방된다. 화염관(30) 또는 연소실 하우징(12)은 화분 모양의 하우징(38)에 의해 에워싸이며, 이 하우징은, 화염관(30)의 축 방향 단부 영역(36)에 대향하여 위치하는 바닥 벽부(40)와, 화염관(30) 또는 일부 영역에서는 원주방향 벽부(14) 역시도 반경 방향에서 바깥쪽에서 에워싸는 열 교환 하우징 원주방향 벽부(42)를 포함한다. 하우징(38)은, 서로 뒤섞여 삽입되어 자신들 사이에서 액체 열 교환 매체를 위한 유동 챔버를 범위 한정하는 화분 모양의 열 교환 하우징들의 내부일 수 있다. 연소실 어셈블리(10)가 공기 가열 장치와 함께 이용된다면, 하우징(38)은 화염관(30)의 반대 방향으로 향해 있는 자신의 외면 상에서 가열 대상 공기에 의해 접촉 유동될 수 있다. 연소 배기가스로부터 하우징(38) 상으로 열 전달을 향상시키기 위해, 상기 하우징은, 바닥 벽부(40)의 영역에서, 그리고/또는 열 교환 하우징 원주방향 벽부(42)의 영역에서 화염관(30)으로 향해 있는 자신의 내면 상에 열 전달 리브들(44)(heat transfer rib)을 포함할 수 있다.
화염관(30)의 축 방향 단부 영역(36)에서 배기가스 유동 챔버(32)로부터 배출되는 연소 배기가스는 유동 화살표(P2)를 통해 예시된 것처럼 바닥 벽부(40)에서 축 방향으로 편향되고 그에 따라 배기가스 역류 챔버의 제1 축 방향 단부 영역(48)에서 배기가스 역류 챔버(46) 내로 유입된다. 유동 화살표(P3)를 통해 예시된 것처럼, 연소 배기가스는 배기가스 역류 챔버(46)의 제2 축 방향 단부 영역(50)의 방향으로 유동한다. 배기가스 역류 챔버(46)의 상기 제2 축 방향 단부 영역(50)은 연소실(18) 또는 원주방향 벽부(14)와 적어도 일부 영역에서 축 방향으로 충첩된 방식으로 포지셔닝될 수 있다.
제2 축 방향 단부 영역(50)에서, 배기가스 역류 챔버(46)는 반경 방향에서 안쪽을 향해, 그리고 축 방향에서는 바깥쪽에서 원주방향 벽부(14) 또는 화염관(30) 상에 결합되는 분리 벽부(52)를 통해 범위 한정된다. 그에 따라, 분리 벽부(52)는 상기 제2 축 방향 단부 영역(50)에서 연소 공기 공급 챔버(28)로부터 배기가스 역류 챔버(46)를 분리한다.
배기가스 역류 챔버(46)의 상기 영역에서, 예컨대 환형으로 형성된 산화 촉매 컨버터 장치(54)는, 분리 벽부(52)와 열 교환 하우징 원주방향 벽부(42) 사이에서 약한 압입 끼워 맞춤(press fit) 하에 파지될 수 있다. 산화 촉매 컨버터 장치(54)는, 예컨대, 예를 들면 백금 또는 팔라듐과 같은 촉매 작용 재료로 코팅된 스테인리스강 메쉬(stainless steel mesh)를 포함할 수 있다. 배기가스 역류 챔버(46)를 관류하는 연소 배기가스 또는 이 연소 배기가스의 적어도 일부분은 촉매 컨버터 장치(54)를 관류하며, 그럼으로써 촉매 재료의 표면 상에서 반응이 진행될 때 연소 배기가스 내에 함유된 CO 및 HC는 반응하여 CO2 및 H2O로 형성되며, 그럼으로써 유해물질 배출량은 감소된다. 산화 촉매 컨버터 장치(54)를 관류한 후에, 연소 배기가스는 배기가스 역류 챔버(46)에서 배출되어 예컨대 축 방향으로 분리 벽부(52) 내에 제공된 개구부의 영역에서 배기가스 가이드 시스템 쪽 방향으로 유동한다.
촉매 반응 동안 발생하는 열의 일부분은, 한편으로 연소 공기 공급 챔버(28) 내에서 연소실(18) 쪽 방향으로 유동하는 연소 공기를 예열하기 위해, 상기 연소 공기로 전달될 수 있다. 반응열의 또 다른 부분은 열 교환 하우징 원주방향 벽부(42)로, 그리고 이 원주방향 벽부를 경유하여 가열 대상 열 교환 매체로 전달될 수 있다. 이러한 유형 및 방식으로, 한편으로 산화 촉매 컨버터 장치(54)는 냉각되어 과열되지 않도록 보호되고, 다른 한편으로는 촉매 반응에서 생성된 열이 효율적으로 이용된다.
실질적으로 연소실(18)에서 배기가스 유동 챔버(32) 쪽으로 이어지는 전이부의 영역을 범위 한정하는 화염 차폐부(34)는 하우징 종축(L)의 방향으로 서로 상대적으로 오프셋 되어 위치하는 2개의 연결 영역(56, 58)에 의해 원주방향 벽부(14) 또는 화염관(30)에 결합된다. 연소실(18)로 향해 위치하는 상류 연결 영역(56)에서 출발하여, 화염 차폐부(34) 내에 형성되는 관류 개구부(60)는 화염 차폐부(34)의 정점 영역(62)(vertex region)의 영역에 마련된 최소 유동 횡단면 면적에 이를 때까지 계속 가늘어진다. 상류 연결 영역(56)과 정점 영역(62) 사이의 영역에서, 화염 차폐부(34)는 유동 가이드 벽부(64)를 제공한다. 상기 유동 가이드 벽부(64)는 볼록하게 만곡되며, 그럼으로써 상류 연결 영역(56)과 정점 영역(62) 사이에 유동 횡단면 면적의 변화율은 감소된다. 상류 연결 영역(56)에 인접하는 유동 가이드 벽부(64)의 영역에서, 유동 횡단면 면적의 감소는, 하우징 종축(L)의 방향으로 길이 단위와 관련하여 최대이다. 정점 영역(62)의 영역에서 변화율은 최소이거나 영(0)이다.
화염 차폐부(34)는 정점 영역(62)에 인접하면서 화염관(30) 쪽으로 이어지는 전이부에서 유동 횡단면 면적의 단차형 확대부(steplike extension)를 제공한다.
벤츄리 노즐의 유형에 따르는 전술한 자신의 기하구조를 구비하여 형성된 화염 차폐부(34)는, 이 화염 차폐부를 에워싸는 원주방향 벽부(14) 또는 화염관(30)의 영역과 함께, 하우징 종축(L)을 바람직하게는 단속 없이 환형으로 에워싸는 배기가스 전달 챔버(68)를 범위 한정한다. 배기가스 재순환 개구 어셈블리(70)는 원주방향 벽부(14) 내에, 또는 화염관(30) 내에, 다시 말해 원칙상 배기가스 전달 챔버(68)를 반경 방향에서 바깥쪽으로 범위 한정하는 벽부 내에, 원주방향으로, 바람직하게는 환형 구조 내에 연속해서 배치되는 복수의 제1 배기가스 재순환 개구부(72)를 포함한다. 배기가스 역류 챔버(46)는 제1 배기가스 재순환 개구부들(72)을 통해 배기가스 전달 챔버(68) 쪽으로 개방된다. 또한, 배기가스 재순환 개구 어셈블리(70)는, 화염 차폐부(34) 내에, 특히 화염 차폐부의 정점 영역(62) 내에, 원주방향으로 바람직하게는 환형 구조 내에 연속해서 배치되는 복수의 제2 배기가스 재순환 개구부(73)를 추가로 포함한다. 따라서, 배기가스 전달 챔버(68)는, 제1 배기가스 재순환 개구부들(72)에 상대적으로 하우징 종축(L)의 방향으로 오프셋 되어 배치되는 제2 배기가스 재순환 개구부들(73)을 통해, 특히 연소실(18)에서 배기가스 유동 챔버(32) 쪽으로 이어지는 전이 영역 내에서, 연소실(18) 쪽으로, 또는 배기가스 유동 챔버(32) 쪽으로 개방된다. 그에 따라, 배기가스 전달 챔버(68)는 배기가스 재순환 개구 어셈블리(70)를 통해 배기가스 역류 챔버(46)와 연소실(18) 또는 배기가스 유동 챔버(32) 간의 연결을 제공한다.
실질적으로 연소실(18) 내에서 연소가 진행되는 동안, 연소 배기가스는 관류 개구부(60)를 관류한다. 감소되는 유동 횡단면 면적 및 이런 식으로 생성되는 벤츄리 효과를 기반으로, 배기가스 전달 챔버(68)와 관련하여 부압이 형성된다. 이는, 제1 배기가스 재순환 개구부들(72)을 통해 배기가스 전달 챔버(68) 내로 흡입되는 연소 배기가스가 유동 화살표들(P4 및 P5)을 통해 예시된 것처럼 연소실(18)의 영역 내에, 또는 배기가스 유동 챔버(32)의 영역 내에 도달하고 그에 따라 연소 과정으로 재공급된다는 점을 의미한다. 이런 연소 배기가스의 재공급을 통해, 유해물질 배출량, 특히 연소 배기가스 내의 NOx 비율은 분명히 감소될 수 있다. 이에 실질적으로 기여하는 사항으로, 연소 배기가스에서 운반되는 열의 대부분은 배기가스 역류 챔버(46)의 제1 축 방향 단부 영역(48) 근처에서 하우징(38)을 경유하여 열 전달 매체로 전달된다. 2개의 라인(L1, L2) 사이에 위치하면서 배기가스 역류 챔버(46)의 축 방향 연장부의 약 1/3을 포함하는 축 방향 영역(B)에서는, 전달 대상 열의 약 80%가 하우징(38)과 그에 따른 열 전달 매체로 전달된다. 그에 따라, 배기가스 재순환 개구 어셈블리(70)의 영역에서, 연소 배기가스는 이미 분명하게 냉각되며, 그럼으로써 연소 과정으로 연소 배기가스의 재공급은 결과적으로 야기되는 연소 온도의 감소를 기반으로 연소 배기가스 내의 NOx 비율 감소에 기여한다.
연소실 어셈블리(10)에서, 산화 촉매 컨버터 장치(24)의 촉매 재료의 온도가 CO 및 HC를 변환하기 위한 촉매 반응을 실행하기 위해 필요한 250℃ 내지 300℃의 활성화 온도 미만인 작동 상태에서도, HC의 배출, 전반적으로 다시 말해 탄화수소의 배출을 실질적으로 방지하기 위해, 산화 촉매 컨버터 장치(54)에 상대적으로 상류에 탄화수소 저장 장치(74)가 제공되며, 이 탄화수소 저장 장치는 예컨대 제올라이트 재료로 코팅된 캐리어를 구비하여 예컨대 특수강으로 구성되는 탄화수소 트랩 촉매 컨버터(78)를 포함할 수 있다. 탄화수소 저장 장치(74) 역시도 바람직하게는 배기가스 역류 챔버(46)의 제2 축 방향 단부 영역(50) 근처에서 분리 벽부(52)와 원주방향 벽부(42) 사이에 배치되거나, 또는 그 두 벽부 사이에 파지된다.
탄화수소 저장 장치(74)의 탄화수소 트랩 촉매 컨버터(78)는 300℃ 내지 350℃ 범위의 탈착 온도를 보유한다. 다시 말해, 상기 탈착 온도는 산화 촉매 컨버터 장치(54)의 활성화 온도를 초과한다. 이런 유형 및 방식으로, 탄화수소 저장 장치(74) 내에 저장된 탄화수소는, 상기 탄화수소 저장 장치가 촉매 반응의 실행을 위해 충분히 높은 온도를 보유할 때 비로소 다시 탈착되며, 다시 말해 탄화수소 저장 장치(74)로부터 방출되어 산화 촉매 컨버터 장치(54)에 도달할 수 있는 점이 보장된다. 그에 따라, 상기 메커니즘을 개시하기 위해, 다시 말해 탄화수소 저장 장치(74) 내에서 탄화수소의 저장 또는 방출을 개시하기 위해, 구동 기술적, 또는 제어 기술적 조치들은 요구되지 않는다. 산화 촉매 컨버터 장치(54)의 영역에서뿐 아니라 탄화수소 저장 장치(74)의 영역에서도 오직 연소실 어셈블리(12)로 구성되는 차량 난방 장치의 작동 개시 동안 설정되는 온도 상승만이 맨 먼저 산화 촉매 컨버터 장치(54)의 활성화 온도에 도달하게 하며, 그리고 산화 촉매 컨버터 장치(54)의 온도가 활성화 온도이거나 그를 초과한다면, 탄화수소 저장 장치(74)의 탈착 온도에 도달하게 하여 상기 탄화수소 저장 장치에서 방출된 탄화수소가 연소 배기가스 내에서 이송되지만 연소되지 않은 잔여 산소와 산화 촉매 컨버터 장치 내에서 반응하게 한다.
여기서 주지할 사항은, 산화 촉매 컨버터 장치(54) 및 탄화수소 저자 장치(74)가 구조상 서로 융합(fusion)될 수 있다는 점이다. 예컨대 탄화수소 저장 장치(74)는 적어도 일부 영역에서 산화 촉매 컨버터 장치(54)의 촉매 재료로 코팅될 수 있으며, 그럼으로써 동일한 공간 영역에서 탄화수소는 저장되고 다시 방출되어 산화 촉매 컨버터 장치의 촉매 재료 상에서 변환될 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따라 구성된 연소실 어셈블리(12)의 경우, 전반적으로 76으로 표시된 산화질소 저장 장치도 제공되며, 이 산화질소 저장 장치는 예컨대 산화질소 트랩 촉매 컨버터(80)를 포함할 수 있다. 상기 산화질소 트랩 촉매 컨버터는 바륨으로 구성될 수 있고 그에 따라 산소가 농후한 희박 환경에서 산화질소를 저장할 수 있다. 산화질소 저장 장치(76) 역시도 바람직하게는 제2 축 방향 단부 영역(50)에서 분리 벽부(52)와 원주방향 벽부(42) 사이에 배치된다. 이런 산화질소 저장 장치(76)의 포지셔닝을 통해, 상기 산화질소 저장 장치가 연소실 어셈블리(12)의 정상 모드(normal mode)에서 250℃ 내지 500℃ 범위의 온도를 보유하며, 다시 말하면 산화질소 트랩 촉매 컨버터(80)가 질산바륨을 형성하는 것을 통해 산화질소를 저장할 수 있게 하는 범위의 온도를 보유하는 점이 보장된다.
산화질소 트랩 촉매 컨버터가 예컨대 센서로 검출될 수 있거나, 작동 시간의 모니터링을 통해 결정될 수 있는 포화 상태에 도달한다면, 약간 아화학량론적인 연소 조건하에서, 다시 말하면 연료와 연소 공기로 이루어져 연료가 농후한 농후 혼합기로 차량 난방 장치를 작동시키는 것을 통해, 연소 배기가스 내에서 이송되는 탄화수소 및/또는 그 내에 포함된 CO의 환원 작용에 의해, 배기가스 흐름 내로 산화질소 입자들의 방출 및 질소로의 환원이 달성될 수 있다.
여기서 주지할 사항은, 산화질소 저장 장치(76)가, 전술한 조치들에 추가로 연소 과정으로 산화질소의 재공급을 위해, 또는 그 대안으로 제공될 수 있다는 점이다. 또한, 주지할 사항은, 산화질소 저장 장치(76)를 위해서도, 도 1에 도시된 것과 다른 포지셔닝이 선택될 수도 있다는 점이다. 예컨대 산화질소를 저장하기 위해 최적인 산화질소 저장 장치(76)의 작동 온도의 이유에서 바람직하다면, 상기 산화질소 저장 장치는 탄화수소 저장 장치(74)의 하류에도, 예컨대 상기 탄화수소 저장 장치와 산화 촉매 컨버터 장치(54) 사이에도 제공될 수 있거나, 또는 산화 촉매 컨버터 장치(54)의 하류에도 제공될 수 있다. 산화 촉매 컨버터 장치(54)에 상대적인 산화질소 저장 장치(76)의 상류 배치는, 바람직한 방식으로 산화질소 트랩 촉매 컨버터(80)의 재생 동안 존재하는 과량의 탄화수소를, 산화 촉매 컨버터 장치(54) 내에 통합된 산소 저장체, 예컨대 세륨을 통해 물과 이산화탄소로 변환하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명에 따라 구성되는 연소실 어셈블리(10)에 의해, 연소 과정으로 화염 차폐부(34)의 특수한 기하구조를 기반으로 강제되는 연소 배기가스의 재공급을 통해서뿐 아니라 연소실 어셈블리(10)에서 연소 배기가스의 유출 전에 촉매 컨버터 장치를 관류하는 것을 통해, 분명히 감소된 유해물질 배출량이 달성될 수 있다. 바람직하게는 상기 두 조치는 연소실 어셈블리(100 내에 서로 결합되어 제공된다. 그러나 조치들 각각으로도 그 자체로, 불가피하게 또 다른 조치 역시 제공하지 않으면서, 연소실 어셈블리(10)에서 배출되는 배기가스 내 유해물질 비율 감소를 실현할 수 있다.
마지막으로, 주지할 사항은, 본 발명의 원리에서 벗어나지 않으면서, 전술한 연소실 어셈블리는 다양한 양태들로 변형될 수 있다는 점이다. 따라서 예컨대 화염 차폐부는 연소실을 에워싸는 원주방향 벽부와 함께 통합 형성될 수도 있고, 그리고/또는 축 방향으로 상기 원주방향 벽부에 후행하는 화염관과 함께 통합 형성될 수도 있다. 또한, 불필요하게 원주방향 벽부 및 화염관은 단일의 부품을 통해 이 부품의 통합 구성요소들로서 제공되지 않아도 된다. 이렇게, 예컨대 화염관은 분리 벽부와 통합되어서도 구성될 수 있다. 화염 차폐부 역시도 분리 벽부의 통합 구성요소로서 제공될 수도 있는 반면, 원주방향 벽부 및 화염관은 별도의 부품들로서 제공된다. 다시 말해, 예컨대 화염관 또는 원주방향 벽부 상에 화염 차폐부의 결합은, 본 발명의 문맥에서, 예컨대 재료 결합을 통한 2개의 분리된 부품의 연결뿐 아니라, 부품의 구성요소들로서 예컨대 화염 차폐부 및 원주방향 벽부와 같은 2개의 시스템 영역의 통합 제공 역시도 포함한다.
10. 연소실 어셈블리 12. 연소실 하우징
14. 원주방향 벽부 16. 바닥 영역
18. 연소실 22. 증발 매체
14. 원주방향 벽부 16. 바닥 영역
18. 연소실 22. 증발 매체
Claims (13)
- 원주방향 벽부(14) 및 바닥 영역(16)을 통해 범위 한정되는 연소실(18)을 구비한 연소실 하우징(12)을 포함하는, 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리로서, 연소실(18)에 상대적으로 하류에, 연소 배기가스가 관류할 수 있는 산화 촉매 컨버터 장치(54)가 제공되고, 하우징 종축(L)의 방향으로 원주방향 벽부(14)에 후행하면서 하우징 종축(L)의 방향으로 개방된 배기가스 유동 챔버(32)를 에워싸는 화염관(30)이 제공되고, 화염관(30)과 이 화염관을 에워싸는 하우징(38) 사이에 배기가스 역류 챔버(46)가 형성되며, 배기가스 역류 챔버(46)의 제1 축 방향 단부 영역(48)에서 배기가스 유동 챔버(32)는 배기가스 역류 챔버(46) 쪽으로 개방되는, 상기 연소실 어셈블리에 있어서,
- 탄화수소 저장 장치(74) 및/또는 산화질소 저장 장치(76)가 제공되고,
- 상기 원주방향 벽부(14)를 에워싸는 연소 공기 공급 챔버(28)는 상기 원주방향 벽부(14) 내에 제공되는 복수의 연소 공기 공급 개구부(26)를 통해 상기 연소실(18) 쪽으로 개방되며,
- 상기 배기가스 역류 챔버(46)로부터 상기 연소 공기 공급 챔버(28)를 분리하는 분리 벽부(52)가 제공되며, 그리고
- 상기 산화 촉매 컨버터 장치(54) 및/또는 상기 탄화수소 저장 장치(74) 및/또는 상기 산화질소 저장 장치(76)는 상기 배기가스 역류 챔버(46)의 제 2 축 방향 단부 영역(50)에 상기 분리 벽부(52)를 에워싸는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리. - 제1항에 있어서, 상기 탄화수소 저장 장치(74)는 탄화수소 트랩 촉매 컨버터(78)를 포함하며, 상기 탄화수소 트랩 촉매 컨버터(78)의 탈착 온도가 상기 산화 촉매 컨버터 장치(54)의 활성화 온도를 초과하는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제2항에 있어서, 상기 탄화수소 트랩 촉매 컨버터(78)는 제올라이트 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화질소 저장 장치(76)는 산화질소 트랩 촉매 컨버터(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제4항에 있어서, 상기 산화질소 트랩 촉매 컨버터(80)는 바륨으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 저장 장치(74) 및/또는 상기 산화질소 저장 장치(76)는 상기 산화 촉매 컨버터 장치(54)에 상대적으로 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제1항 내지 제3항중 어느 한 항 있어서, 상기 산화 촉매 컨버터 장치(54) 및/또는 상기 탄화수소 저장 장치(74) 및/또는 상기 산화질소 저장 장치(76)는 상기 분리 벽부(52)와 상기 하우징(38) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 관류 개구부(60)를 구비한 화염 차폐부(34)가 제공되며, 그리고 상기 화염 차폐부(34)의 축 방향 영역에는, 상기 연소실(18) 및/또는 상기 배기가스 유동 챔버(32) 내로, 상기 배기가스 역류 챔버(46) 내에서 유동하는 연소 배기가스를 재순환시키기 위한 배기가스 재순환 개구 어셈블리(70)가 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바닥 영역(16)은 증발 매체 캐리어(20)를 포함하며, 상기 연소실(18)로 향해 있는 상기 증발 매체 캐리어(20)의 면 상에는 다공성 증발 매체(22)를 포함하고, 그리고/또는 상기 하우징(38)은, 화염관(30)에 축 방향으로 대향하여 위치하는 바닥 벽부(40) 및 상기 화염관(30)을 에워싸면서 상기 배기가스 역류 챔버(46)를 반경 방향에서 바깥쪽으로 범위 한정하는 열 교환 하우징 원주방향 벽부(42)를 포함하여 실질적으로 화분 모양인 열 교환 하우징인 것을 특징으로 하는 연료 작동식 차량 난방 장치용 연소실 어셈블리.
- 제1항에 따른 연소실 어셈블리(10)를 포함하는 차량 난방 장치.
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