KR102383947B1 - 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너 - Google Patents

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엄재용
박경일
이재철
최승현
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Abstract

본 발명은 디젤 배기가스 버너 장치에 관한 기술로서, 디젤 엔진 사양에 따라 버너 전체가 아닌 연소실만의 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너에 관한 기술이다.

Description

연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너{Exhaust gas burner apparatus}
본 발명은 디젤 배기가스 연소용 버너 장치에 관한 기술로서, 본 발명의 디젤 배기가스 연소용 버너 장치는 디젤 배기가스의 온도를 승온하여 후단의 배기가스 후처리장치(예를 들어, DPF 등)에서 필요로 하는 온도까지 배기가스의 온도를 올려주는 장치를 말한다.
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, 디젤엔진은 순간적으로 고출력을 얻고자 할 경우 일정한 공기에 연료의 공급을 증가시켜 연료를 연소시키게 되는데, 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 오염물질이 발생된다.
디젤 자동차 배기가스에서 나오는 매연에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)과 질소산화물(Nitrogen Oxide, NOx)에 대한 규제가 갈수록 엄격해지고 있으며, 디젤 배기가스에서 배출되는 PM과 NOx를 저감하기 위하여 PM은 DPF(Diesel Particulate Filter)를 NOx는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst) 및 SCR(Selective Catalytic Reduction)을 이용한다.
PM은 DPF 내부에서 포집과 재생을 통해서 저감이 이루어진다. DPF는 벌집 모양의 채널 사이에 기공으로 구성된 다공성 벽이 있는 벽 유동 방식의 필터로 되어 있으며, PM이 포집되면서 유동의 유효면적이 줄어들어 엔진 배압을 높이는 작용을 하므로 적절한 시기에 재생을 해주지 않으면 배기 유동에 문제를 일으킬 수 있다. 또한 PM이 산화하면서 발생하는 DPF 내 비정상적인 온도 증가는 DPF 내구성에 치명적인 영향을 미친다.
NOx 저감장치는 NH3를 이용한 SCR(Selective Catalytic Reduction)이 주로 사용된다. 이 방법에서는 NH3를 물로 희석시킨 요소를 디젤 배기가스와 직접적으로 반응하여 NOx를 제거하는데, 통상 NOx 저감효율이 90% 이상된다. 하지만 주기적으로 요소를 보충시켜야 하며 요소 탱크를 구비해야 하는 단점이 있다.
DOC는 일산화탄소, SOF, 기타 유기물들을 감소함과 동시에 NO를 NO2로 변환 시켜주는 산화장치로써 단독으로 쓰이기보다는 DOC+ SCR 또는 DOC+DPF와 같이 다른 저감장치와 함께 쓰여 PM과 NOx 저감의 효율을 더욱 높여준다.
상기 DPF, SCR, DOC, 특히 DPF의 가동을 위해서는 배기가스의 온도가 수백도 이상의 고온이 되어야 하는데, 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스의 온도는 이에 미달하기 때문에 별도로 버너를 구비하여 배기가스의 온도를 상승해주어야 한다. 그런데 배기가스 후처리 장치가 적용되는 차량의 종류에 따라서 연소실의 화염속도나 열량제어가 필요하였으나, 종래에는 차종과 무관하게 동일한 연소실을 사용하거나, 연소실의 교체를 위해 연소실을 포함하는 버너 전체를 교체해야 하는 문제점이 있었다.
특허등록 제10-1279100호
본 발명은 디젤 배기가스 연소용 버너에 있어서, 버너 전체가 아닌 연소실만을 차종에 맞게 교환할 수 있는 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래 버너에 비해 버너가 차지하는 공간을 작게 할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 에어포켓에서 연소실로 배출되는 공기의 혼합이 균일하게 이루어지는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 버너는 디젤 엔진의 배기가스 배기관과는 Y자 형상으로 배치된 버너로서, 외부 공기가 충진된 후, 후단의 연소실로 배출되는 원통 형상의 에어포켓; 상기 에어포켓으로 외부 공기를 공급하는 에어공급관; 상기 에어포켓과 플랜지부를 통해 체결되며, 배기가스 배기관과 Y자 형상으로 연통되는 버너배관; 상기 버너배관 내에 위치하며, 화염이 발생하는 연소실; 상기 연소실 내의 화염 발생을 위한 연료를 연소실로 공급하는 연료분사노즐; 및 상기 연소실 내에서 화염 발생을 위한 불꽃을 발생하는 점화장치를 포함하여 구성되되, 상기 에어포켓, 연소실 및 버너배관은 각각 플랜지부를 가지며, 상기 에어포켓, 연소실 및 버너배관의 순서로 플랜지부들을 체결하여 결합되되, 차량의 엔진에 따라 연소실만을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너 장치를 제공한다.
특히, 상기 에어포켓의 연소실 방향의 후측면으로는 에어포켓 내의 공기가 연소실로 배출되기 위한 다수 개의 에어포켓출구를 통해 연소실로 공기가 배출되도록 구성된다.
특히, 상기 에어포켓의 후측면의 중앙에는 연료분사노즐의 노즐팁이 위치하여 연소실로 연료를 공급하며, 상기 노즐팁과 이격된 원호를 따라 다수 개의 에어포켓출구가 위치하며, 상기 에어포켓출구 외측으로 에어포켓보다 더 직경이 큰 플랜지부가 돌출 형성되어 있다.
특히, 상기 다수 개의 에어포켓출구의 일부 또는 전부는 후측면에서 연소실 방향으로 돌출되게 형성된 관 형상으로 형성될 수 있다.
특히, 상기 관 형상의 에어포켓출구는 후측면에 대해서 일정한 각도로 경사지게 배치됨으로써 에어포켓출구에서 배출되는 공기가 회오리 바람을 일으키면서 배출되도록 할 수 있다.
특히, 차종에 맞는 화염속도 또는 열량제어를 고려하여 연소실을 변경하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 디젤엔진의 종류, 배기량 등에 따라 연소실의 변경이 가능하다. 종래 기술에서는 디젤엔진의 종류와 무관하게 동일한 연소실을 사용하거나 버너 전체를 교환하여 사용하였으나, 본 발명에서는 연소실만을 교체하고 나머지 부분은 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 에어포켓으로부터 배출되는 공기가 회오리 바람을 일으키면서 연소실로 배출되도록 함으로써 연소실 내에서 균일한 화염이 발생할 수 있다.
도 1은 본 발명의 버너와 디젤 배기관과의 연결 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 버너의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명에서 디젤 엔진의 사양에 따라 연소실을 교체하는 것을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 에어포켓 후측면의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 에어포켓 후측면에 관 형상의 에어포켓출구를 갖는 실시예의 단면도이다.
본 발명은 디젤엔진의 사양에 따라 버너 전체가 아닌 연소실만을 교체할 수 있는 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너를 제공한다.
본 발명의 버너는 디젤 엔진의 배기가스 배기관과는 Y자 형상으로 배치된 버너로서, 외부 공기가 충진된 후, 후단의 연소실로 배출되는 원통 형상의 에어포켓; 상기 에어포켓으로 외부 공기를 공급하는 에어공급관; 상기 에어포켓과 플랜지부를 통해 체결되며, 배기가스 배기관과 Y자 형상으로 연통되는 버너배관; 상기 버너배관 내에 위치하며, 화염이 발생하는 연소실; 상기 연소실 내의 화염 발생을 위한 연료를 연소실로 공급하는 연료분사노즐; 및 상기 연소실 내에서 화염 발생을 위한 불꽃을 발생하는 점화장치를 포함하여 구성되되, 상기 에어포켓, 연소실 및 버너배관은 각각 플랜지부를 가지며, 상기 에어포켓, 연소실 및 버너배관의 순서로 플랜지부들을 체결하여 결합되되, 차량의 엔진에 따라 연소실를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너 장치를 제공한다.
이하에서 도면을 참고하면서 본 발명에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 버너(1)와 디젤 배기가스 배기관(100, 이하 "배기관"이라 약칭함)과의 연결 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명의 버너(1)는 배기관(100)과는 서로 연통되어 버너(1)의 화염이 배기관(100)으로 진입하되, 버너(1)와 배기관(100)은 Y자로 결합된다. Y자로 버너(1)가 배기관(100)과 연결되는 경우, 버너(1)와 배기관(100)이 직선형 연결 또는 직각으로 연결되는 종래 버너(1)에 비해 차지하는 부피 또는 길이가 작게 되는 유리한 점이 있다. 또한, 버너(1)와 배기관(100)과의 거리, 즉, 후술하는 버너배관(60)의 길이가 너무 긴 경우 버너(1)의 화염이 배기관(100) 내에 흐르는 배기가스에 닿을 수 없으므로, 버너배관(60)의 길이는 짧게 형성되어 버너(1)의 화염에 의해 배기관(100) 내의 배기가스가 승온되어야 한다.
도 2는 본 발명의 버너(1)의 구조를 설명하기 위한 단면도로서, 설명의 편의상 도면을 간략화하였다.
본 발명의 버너(1)는 외부 공기가 충진된 후, 후단의 연소실로 배출되는 원통 형상의 에어포켓(10); 상기 에어포켓으로 외부 공기를 공급하는 에어공급관(40); 상기 에어포켓(10)과 플랜지부를 통해 체결되며, 배기가스 배기관과 Y자 형상으로 연통되는 버너배관(60); 상기 버너배관 내에 위치하며, 화염이 발생하는 연소실(20); 상기 연소실(20) 내의 화염 발생을 위한 연료를 연소실로 공급하는 연료분사노즐(30); 및 상기 연소실(20) 내에서 화염 발생을 위한 불꽃을 발생하는 점화장치(50)를 포함하여 구성된다.
이하에서는 각 구성에 대해서 설명하기로 한다.
에어포켓(10)은 에어포켓(20)은 디젤 배기가스가 유입되는 측면을 전측면(15), 원통형 측면을 원통형측면(16), 연소실과 접하는 면을 후측면(14)으로 이루어지는 원통형 구조를 이룬다.
에어포켓(10)의 역할은, 에어공급관(40)으로부터 공급되는 공기가 연소실(20)에서 연료와 함께 발화하기 전에 1차적으로 공기가 모이는 공간(13)을 제공한다. 에어공급관(40)에서 직접 연소실(20)로 공기가 공급되게 구성할 수도 있으나, 이 경우 공기의 공급이 연소실(20)의 어느 일부 지역에 편중되게 공급될 수 있어 에어포켓(10)의 사용이 바람직하다. 또한 에어포켓(10) 내에서 에어공급관(40)으로부터 유입되는 외부 공기가 일차적으로 승온된 후 연소실(20)로 공급되는 장점이 있다. 즉, 에어포켓(10)은 외부 공기가 바로 연소실(20)로 들어오기 전에 일종의 버퍼 역할을 하는 구성이다.
한편, 연료분사노즐(30)은 에어포켓(10)의 전측면(15)에 고정되는 것이 바람직하나, 연소실(20)과 접하는 후측면(14)에 고정될 수도 있으며, 양 측면(14, 15)에 모두 고정될 수도 있다. 또한, 연료분사노즐(30)에서 연료가 분사되는 출구인 노즐팁(31)은 연소실(20)로 연료를 분사할 수 있도록 후측면(14)에서 연소실(20) 방향으로 노출되어 있어야 한다.
에어포켓(10)의 전측면(15)에 에어공급관(40)이 하나 이상 연결되는 것이 바람직하나, 에어공급관(40)은 에어포켓(10)의 원통형측면(16)에 위치할 수도 있다. 도면에는 에어공급관(60)의 일부만을 도시하였으나, 에어공급관(60)은 대기의 공기를 공급하기 위하여 대기와 연결되어 있으며, 펌프 등을 통해 공기를 에어포켓(10)으로 분사한다. 또한, 에어공급관(40)은 외부에서 하나의 관을 통해 외부 공기가 유입되다가 T자형 배관(41)을 통해 2개의 에어공급관(40)으로 분지될 수도 있다. 물론 3개 이상의 에어공급관(40)으로 구성될 수도 있다. 에어공급관(40)이 1개인 것보다 다수 개로 구성되는 경우 외부 공기가 에어포켓(10) 내의 공간(13)에 균일하게 공급되는 장점이 있다.
점화장치(50)는 버너배관(60)의 외측면에 고정되되, 점화장치(50)에서 불꽃을 일으키는 부분인 점화장치팁(51)은 연소실(20) 외측면의 천공(도면 미도시)을 지나 연소실 내에 위치한다. 연소실(20)이 변경되더라도 동일한 점화장치(50)를 이용하기 위하여, 연소실(20) 외측면의 천공은 연소실(20)이 달라지더라도 동일한 위치에 구성되어야 한다.
도 4를 참고하면, 에어포켓(10)의 후측면(14)의 테두리에는 플랜지부(11)가 에어포켓(10)의 원통형측면(16)의 직경보다 더 직경이 크게 직각으로 돌출 형성되되, 상기 플랜지부(11)는 후술하는 연소실(20)의 플랜지부(21) 및 버너배관(60)의 플랜지부(61)와 볼트 등의 통상적인 체결수단을 통해 함께 체결된다. 이때 플랜지부(11)에는 볼트홈(11a)이 다수, 예를 들어, 4, 6, 8 개 등으로 형성될 수 있다. 물론 연소실(20)의 플랜지부(21) 및 버너배관(60)의 플랜지부(61)에서도 상기 플랜지부(11)의 볼트홈(11a)에 대응되는 위치에 볼트홈이 구비되어 있다.
한편, 에어포켓(10)의 후측면(14)의 중심에는 연료분사노즐(30)의 노즐팁(31)이 위치하는 것이 바람직하며, 노즐팁(31)을 통해 연료가 연소실(20)로 분사된다.
도 2를 참고하면, 버너배관(60)은 외경이 에어포켓(10)과 같은 크기인 것이 바람직하나, 반드시 같은 크기일 필요는 없다. 전술한 바와 같이, 버너배관(60)은 에어포켓(10)과 접하는 방향으로 플랜지부(61)를 갖는다. 한편 버너배관(60)과 배기관(100)의 연통부위에는 용접을 통해 배기관(100)과 연통되는 것이 바람직하나, 기타 다른 방식의 연결 방식(나사 결합, 힌지 결합 등)도 가능하다.
도 2를 참고하면, 연소실(20)은 버너배관(60) 내에 위치하며, 바람직하게는 버너배관(60)과 연소실(20)의 축심이 동일한 것이 바람직하다. 본 발명의 연소실(20)은 플랜지부(21)를 갖는데 연소실(20)과 버너배관(60)의 각 플랜지부(11, 61) 사이에 연소실의 플랜지부(21)를 위치하여, 볼트(70)와 너트(71)를 통해 상기 3개의 플랜지부(11,21,61)을 동시에 체결하는 것이 바람직하다. 이러한 플랜지부(11, 21, 61)의 체결 방식으로 인해 플랜지부만 동일하다면 다양한 연소실(20)로 교체할 수 있다.
도 3은 본 발명에서 디젤 엔진의 사양에 따라 연소실을 교체하는 것을 설명하는 도면이다. 본 발명에서는 위와 같은 플랜지부 3개(11, 21, 61)를 동시에 체결하여, 에어포켓(10), 연소실(20), 버너배관(60)을 체결하여 버너(1)를 조립 완성하되, 디젤 엔진의 사양에 따라 연소실(20)만을 교체함으로써 나머지 에어포켓(10), 버너배관(60) 등은 그대로 사용할 수 있다. 종래 기술에서는 엔진 사양이 달라져도 버너(1)를 그대로 사용하거나, 엔진 사양에 맞게 버너(1) 전체를 교체하였으나, 본 발명에서는 연소실(20)만을 교체할 수 있으므로 교체 비용이 저렴하다. 특히, 디젤 차종에 맞는 화염속도 또는 열량제어를 고려하여 연소실을 변경하는 것이 바람직하다.
이러한 연소실(20)만의 교체를 위해서 연소실(20)의 크기가 달라지더라도 플랜지부(21)와 플랜지부(21)의 볼트 체결을 위한 천공(22) 위치는 연소실(20)이 달라지더라도 동일해야 연소실(20)이 교체되더라도 에어포켓(10) 및 버너배관(60)과 체결이 가능하다.
도 5는 본 발명의 에어포켓(10) 후측면(14)에 관 형상의 에어포켓출구(12)를 갖는 실시예의 단면도이다. 에어포켓출구(12)는 에어포켓 후측면(14)의 두께 방향으로 천공이 된 단순한 구멍 형상일 수도 있으나, 도 5와 같이 에어포켓출구(12)가 에어포켓 후측면(14)에 대하여 돌출된 관 형상으로 구성되되, 후측면(14)에 대하여 직각으로 위치하는 것이 아닌 일정한 각도로 편향되게 설치됨으로써 에어포켓출구(12)로부터 연소실(20)로 나오는 공기가 회오리 바람을 일으키면서 서로 균일하게 혼합되는 효과를 갖는다. 이러한 회오리 바람의 형성으로 인해 연소실(20) 내에 공기의 분포가 균일하게 되며 화염 역시 균일하게 형성될 수 있는 효과가 있다.
1 : 버너 10 : 에어포켓
11 : 플랜지부 12 : 에어포켓출구
13 : 에어포켓공간 14 : 후측면
15 : 전측면 16 : 원통형측면
20 : 연소실 21 : 플랜지부
22 : 천공 30 : 연료분사노즐
31 : 노즐팁 40 : 에어공급관
41 : T자형 배관 50 : 점화장치
51: 점화장치팁 60 : 버너배관
61 : 플랜지부 100 : 배기관

Claims (8)

  1. 디젤 엔진의 배기가스 배기관과는 Y자 형상으로 배치된 버너로서,
    외부 공기가 충진된 후, 후단의 연소실로 배출되는 원통 형상의 에어포켓;
    상기 에어포켓으로 외부 공기를 공급하는 에어공급관;
    상기 에어포켓과 플랜지부를 통해 체결되며, 배기가스 배기관과 Y자 형상으로 연통되는 버너배관;
    상기 버너배관 내에 위치하며, 화염이 발생하는 연소실;
    상기 연소실 내의 화염 발생을 위한 연료를 연소실로 공급하는 연료분사노즐; 및
    상기 연소실 내에서 화염 발생을 위한 불꽃을 발생하는 점화장치를 포함하여 구성되되,
    상기 에어포켓, 연소실 및 버너배관은 각각 플랜지부를 가지며, 상기 에어포켓, 연소실 및 버너배관의 순서로 플랜지부을 체결하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
  2. 제1항에서, 상기 에어포켓, 연소실 및 버너배관의 플랜지부는 하나의 볼트와 너트를 통해 체결되는 것을 특징으로 하는 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
  3. 제1항에서, 디젤 엔진 사양에 따라 상기 연소실만을 교체하는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
  4. 제1항에서, 차종에 맞는 화염속도 또는 열량제어를 고려하여 연소실을 변경하는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
  5. 제1항에서, 상기 에어포켓의 연소실 방향의 후측면으로는 에어포켓 내의 공기가 연소실로 배출되기 위한 다수 개의 에어포켓출구를 통해 연소실로 공기가 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
  6. 제5항에서, 상기 에어포켓의 후측면의 중앙에는 연료분사노즐의 노즐팁이 위치하여 연소실로 연료를 공급하며, 상기 노즐팁과 이격된 원호를 따라 다수 개의 에어포켓출구가 위치하며, 상기 에어포켓출구 외측으로 에어포켓보다 더 직경이 큰 플랜지부가 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
  7. 제6항에서, 상기 다수 개의 에어포켓출구의 일부 또는 전부는 후측면에서 연소실 방향으로 돌출되게 형성된 관 형상으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
  8. 제7항에서, 상기 관 형상의 에어포켓출구는 후측면에 대해서 일정한 각도로 경사지게 배치됨으로써 에어포켓출구에서 배출되는 공기가 회오리 바람을 일으키면서 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는, 연소실 교체형 디젤 배기가스 연소용 버너.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101279100B1 (ko) 2010-08-03 2013-06-26 주식회사 정안 에어 포켓을 갖는 차량용 매연저감장치의 버너
JP5555382B2 (ja) * 2012-05-25 2014-07-23 日野自動車株式会社 排気浄化装置用バーナー
KR101850045B1 (ko) * 2016-12-19 2018-04-23 주식회사 정안 유지 비용 절감 기능을 갖는 선박용 매연 저감 장치

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