KR19980072893A - 배기가스 정화장치 연소기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필터(4)에 배기가스의 미립자가 균일하게 포집이 되고 연소 시는 고온의 연소가스와 배기가스가 고르게 혼합이 되도록 라이너(3)의 통공(4,5)을 배기가스 유동 특성에 최적 되게 위치시켜 열응력으로 발생되는 필터(8)의 내구성 저하를 막는 배기가스 정화장치 연소기에 관한 것이다.

본 발명에서는, 배기가스 유입부(1)와, 배기가스 유입부(1)를 통해 들어온 배기가스의 유해 미립자를 균일하게 필터(8)에 도달시키고 재생 시 연소가스와 배기가스가 혼합되도록 하는 라이너(3)와, 유해 미립자를 포집하는 세라믹 담체인 필터(8)와, 상기 필터(8)에 포집된 미립자를 연소시키는 연소기(2)와, 필터(8)를 통과한 정화된 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출부(9)로 이루어진 배기가스 정화장치에 있어서, 원추형 라이너(3) 상단부 외곽 원주 방향으로는 소통공(4)을 형성시키고 그 하단부는 소통공(4) 보다 크기가 큰 대통공(5)을 형성한 배기가스 정화장치 연소기가 제공된다.

Description

배기가스 정화장치 연소기

본 발명은 배기가스 정화장치의 연소기에 관한 것으로서, 상세하게는 필터에 배기가스의 미립자가 균일하게 포집이 되고 연소 시는 고온의 연소가스와 배기가스가 고르게 혼합이 되도록 라이너의 통공을 배기가스 유동 특성에 최적 되게 위치시켜 열응력으로 발생되는 필터의 내구성 저하를 막는 배기가스 정화장치의 연소기에 관한 것이다.

일반적으로 디젤기관(Diesel engine)에서는 분사된 연료가 공기의 압축열로 자기 착화를 일으켜 연소되는 과정에서 열 에너지가 기계적 에너지로 바꾸어지는데, 연소과정에서 완전 연소되지 못한 연료는 미립자로 배기가스 중에 섞여 배출되며 이러한 미립자는 대기오염의 주요 원인이 되고 있다.

최근, 인간의 쾌적한 환경에 대한 요구와 각국의 환경규제가 맞물려 배기가스 에 포함된 대기 오염물질에 대한 규제가 점점 심해지고 있는데, 이에 대한 대책으로 다양한 배기가스 정화 방법이 연구되고 있으며, 배기가스 중에 포함된 유해 미립자를 제거하기 위한 방법을 크게 나눈다면 전기 히터에 의한 방법과 경유 버너를 이용하는 방법이 있다.

여기서, 경우 버너를 이용하는 방법을 설명하면, 종래의 매연 연소를 위한 경유 버너 방식의 디젤기관 배기가스 정화장치의 한 예를 도 1에 도시하였는 바, 이를 살펴보면 다음과 같다.

정화장치는 일측에 배기가스 유입부(102)가 있고 배기가스 진행로 상의 배기가스 정화장치 내부에는 통공(110)이 뚫린 라이너(103)와 원추형 라이너(103)의 상단부 쪽 측면에서 라이너(103)를 향하여 화염을 방사하는 연소기(101)가 설치되어 있다.

배기가스의 진행 방향에는 배기가스를 정화하기 위한 세라믹 담체인 필터(106)가 완충재(108)에 싸여 셀(109)에 캐닝 되어 있고, 필터(106)를 통과한 정화된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출부(105)가 필터(106) 후부에 설치되어 있으며, 필터(106) 후부를 통과한 배기가스는 배기파이프와 머플러를 거쳐 외부로 배출된다.

이와 같이 구성되는 배기가스 정화장치에서 배기가스의 정화 과정, 그리고 각 부품 구성에 따른 작용을 살펴보면 다음과 같다.

엔진 내부에서 압축 폭발 과정을 통해 생성된 배기가스는 배기매니폴드, 배기 파이프, 머플러의 순서를 거쳐 외부로 배출된다.

이때, 배출되는 배기가스에는 가솔린 기관에 비해 국부적 산소 부족 때문에 발생하는, 일반적으로 매연이라고 알려진 고형 탄소 입자가 훨씬 더 많이 발생한다.

이런 매연 등 유해 미립자를 포함한 배기가스는 배기매니폴드 후부에 설치되는 배기가스 정화장치의 배기가스 유입구(102)로 유입되고 유입된 배기가스는 배기가스 진행방향에 있는 라이너(103)를 통과하는데, 라이너(103)의 주위 표면에 있는 통공(110)을 통과한 후 세라믹 담체인 필터(106)를 거치는 동안 유해 물질이 여과되어 포집된다.

세라믹 담체인 필터(106)에는 무수히 많은 기공이 뚫려 있고 유해 미립자를 포함한 배기가스는 세라믹 필터(106)의 기공을 거치는 동안 유해 물질이 여과된다.

이 과정에 의하여 배기가스 유해 미립자는 세라믹 담체에 퇴적이 되는데, 유해 미립자가 계속 쌓여 필터(106)가 막혀 배압이 걸리면 필터(106)를 강제로 재생해야 한다.

필터(106)를 재생하기 위해서는 연소기(101)에서 노즐(107)을 통해 경유를 분사하고 압축공기를 공급해서 발생시킨 강한 불꽃으로 필터(106)에 퇴적된 미립자를 태워 필터(106)를 재생한다.

이때 라이너(103)는 연소기(101)에서 나온 고온의 연소 공기가 필터(106)로 향하도록 가이드 역할을 하고, 외곽의 원주방향으로 나있는 많은 통공(110)들은 배기가스가 필터로 진행하는 통로 역할을 한다.

라이너(103)에 나있는 통공(110)의 전체 면적은 유입된 배기가스가 원활히 통과할 수 있는 크기로 형성되는데, 배기가스의 유입부(102)의 크기 즉, 배기가스 유입량과 비례한다.

그러나 종래의 일정한 크기의 통공(110)들에서는, 배기가스 미립자가 배기가스 유입부(102)와 가까운 쪽 통공(110)으로 더 많이 빠져나감으로 인해 필터(106)에 불균일하게 퇴적되고, 더불어 필터(106)를 재생하기 위해 연소기(101)에서 강한 화염을 방사할 때, 화염에 의해 발생한 고온의 연소공기가 연소기(101)에 가까운 쪽인 원추형 라이너(103) 상단부의 통공(110)으로 빠져나가 확산되어 고온의 연소가스와 배기가스가 균일하게 혼합되지 않았다.

필터(106)는 재생 과정에서 배기가스 미립자가 세라믹 담체인 필터(106)에 고르게 포집되지 않을 경우 미립자의 연소가 고르게 일어나지 않음으로서 필터(106)에 불균일한 온도 구배가 형성되므로 열응력이 발생하고, 고온의 연소가스와 배기가스가 균일하게 혼합되지 않을 경우에도 필터(106)에 불균일한 온도 분포를 가진 가스가 도달하게 됨으로써 열응력이 발생한다.

이 과정에서 필터는(106) 열 스트레스를 받아 세라믹 담체가 부서지는 현상이 발생하는데, 종래의 일정한 크기의 통공(110)을 가지는 라이너(103)에서는 미립자가 필터(106)에 균일하게 흡착되지 못하고 연소시 배기가스와 고온의 연소가스가 고르게 혼합이 되지 못했다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선시키기 위해 안출된 것으로, 필터에 배기가스의 미립자가 균일하게 포집이 되고 연소시 배기가스와 고온의 연소가스가 고르게 혼합이 되도록 라이너의 통공을 배기가스 유동 특성에 최적 되게 위치시켜, 필터 재생시 야기되는 필터의 불균일한 온도구배와 이로 인한 열응력으로 발생되는 필터의 내구성 저하를 막을 수 있는 배기가스 정화장치 연소기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배기가스 유입부와, 배기가스 유입부를 통해 들어온 배기가스의 유해 미립자를 균일하게 필터에 도달시키고 재생 시 연소가스와 배기가스가 혼합되도록 하는 라이너와, 유해 미립자를 포집하는 세라믹 담체인 필터와, 상기 필터에 포집된 미립자를 연소시키는 연소기와, 필터를 통과한 정화된 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출부로 이루어진 배기가스 정화장치에 있어서, 원추형 라이너 상단부 외곽 원주 방향으로 난 통공은 작게 형성하고 하단부는 상단부 통공 보다 더 크게 통공을 형성한 배기가스 정화장치의 연소기를 제공한다.

도 1은 종래 배기가스 정화장치의 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 단면도.

도 3은 도 2에 도시된 라이너를 펼친 전개도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 배기가스 유입부 2 : 연소기

3 : 라이너 4 : 소통공

5 : 대통공 6 : 노즐

7 : 점화기 8 : 필터

9 : 배기가스 배출구 10 : 완충재

11 : 셀

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 디젤기관 배기가스 정화장치의 연소기 발명 실시 예는 도 2에 도시되어 있는 바, 본 발명에 따른 배기가스 정화장치 연소기 구조와 작용을 종래 배기가스 정화장치의 연소기 구조와 작용을 적용하여 설명하면 다음과 같다.

도시되어 있는 바와 같이 배기가스 정화장치는 일측에 배기가스 유입부(1)가 있고 배기가스 진행로 상의 배기가스 정화장치 내부에는, 상단부 외곽 원주 방향으로 난 소통공(4)과 그 하단부 외곽 원주 방향으로 난 대통공(5)을 형성한 원추형 라이너(3)와, 라이너(3)의 상단부 쪽 측면에서 라이너(3)를 향하여 화염을 방사하는 연소기(2)가 설치되어 있다.

원추형 라이너(3) 하단부 배기가스의 진행 방향에는 배기가스를 정화하기 위한 세라믹 담체인 필터(8)가 완충재(10)에 싸여 셀(11)에 캐닝 되어 있고, 필터(8)를 통과한 정화된 배기가스가 배출되는 배기가스 배출부(9)가 필터(8) 후부에 설치되어 있으며, 필터(8) 후부를 통과한 배기가스는 배기파이프와 머플러를 거쳐 외부로 배출된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배기가스 정화장치에서 배기가스의 정화 과정, 그리고 각 부품 구성에 따른 작용을 살펴보면 다음과 같다.

엔진 내부에서 압축 폭발 과정을 통해 생성된 배기가스는 배기매니폴드, 배기 파이프, 머플러의 순서를 거쳐 외부로 배출된다.

이때, 배출되는 배기가스에는 가솔린 기관에 비해 국부적 산소 부족 때문에 발생하는, 일반적으로 매연이라고 알려진 고형 탄소 입자가 훨씬 더 많이 발생한다.

이런 매연 등 유해 미립자를 포함한 배기가스는 배기매니폴드 후부에 설치되는 배기가스 정화장치의 배기가스 유입구(1)로 유입되고, 유입된 배기가스는 배기가스 진행방향에 있는 라이너(3)를 통과하는데, 라이너(3)의 주위 표면에 있는 통공을 통과한 후 세라믹 담체인 필터(8)를 거치는 동안 유해 물질이 여과되어 포집된다.

세라믹 담체인 필터(8)에는 무수히 많은 기공이 뚫려 있고 유해 미립자를 포함한 배기가스는 세라믹 필터(8)의 기공을 거치는 동안 유해 물질이 여과된다.

이 과정에 의하여 배기가스 유해 미립자는 세라믹 담체에 퇴적이 되는데, 유해 미립자가 계속 쌓여 필터(8)가 막혀 배압이 걸리면 필터(8)를 강제로 재생해야 한다.

필터를 재생하기 위해서는 연소기(2)에서 노즐(6)을 통해 경유를 분사하고 압축공기를 공급해서 발생시킨 강한 불꽃으로 필터(8)에 퇴적된 미립자를 태워 필터(8)를 재생한다.

이때 라이너(3)는 연소기(2)에서 나온 고온의 연소 공기가 필터(8)로 향하도록 가이드 역할을 하고, 외곽의 원주방향으로 나있는 많은 통공(4,5)들은 배기가스가 필터(8)로 진행하는 통로 역할을 한다.

본 발명에 따른 라이너(3)의 구조는 도 3에서 상세히 보여 주고 있는데 원추형 라이너(3)의 상단부에는 소통공(4)이 세줄로 그 밑부분에는 대통공(5) 두줄로 뚫려 있고 각각 이웃 줄의 통공과는 엇갈리게 위치한다.

배기가스 유입부(1)와 가까워 배기가스의 통과량이 많은 상단부는 소통공(4)을 뚫고 적은 하단부는 대통공(5)은 뚫어 배기가스가 일부분으로 편중되게 통과되는 것을 막아 미립자가 균일하게 필터(8)에 퇴적되도록 하고, 연소 시는 상단부의 소통공(4)이 크기가 작으므로 통공을 통한 불꽃의 확산을 막아 고온의 연소가스와 배기가스가 균일한 혼합이 되도록 했다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 배기가스 정화장치 연소기에서는 라이너의 통공을 배기가스 유동 특성에 최적 되게 위치시켜 필터에 배기가스 미립자가 균일하게 포집이 되고, 연소 시는 고온의 연소가스와 배기가스가 고르게 혼합이 되도록 해 열응력으로 인한 필터의 내구성 저하를 막는데 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 배기가스 유입부와(1), 배기가스 유입부(1)를 통해 들어온 배기가스의 유해 미립자를 균일하게 필터(8)에 도달시키고 재생 시 연소가스와 배기가스가 혼합되도록 하는 라이너(3)와, 유해 미립자를 포집하는 세라믹 담체인 필터(8)와, 상기 필터(8)에 포집된 미립자를 연소시키는 연소기(2)와, 필터(8)를 통과한 정화된 배기가스를 외부로 배출하는 배기가스 배출부(9)로 이루어진 디젤기관 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 라이너는 원추형 라이너(3) 상단부 외곽 원주 방향으로 난 통공(4)은 작게 형성하고 그 하단부는 통공(5)은 상단부의 통공(4)보다 더 크게 형성한 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치의 연소기.
2. 제 1항에 있어서, 소통공(4)은 세줄로 대통공(5)은 두줄로 각각 서로 평행하게 형성된 것을 특징으로 배기가스 정화장치의 연소기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 통공(4,5)은 평행한 옆줄의 통공들과는 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치의 연소기.