KR20000036816A - 자동차의 배출가스 재연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관으로부터 배출되는 고온의 배출가스를 보온하기 위하여 외통체(11) 내부에 석면단열재(12)를 장착시켜서 고온으로 유지시키고, 배출가스가 외통체 입구(1)로 인입할 때 이를 이온화시키기 위해서 방열판(14)이 부착된 영구자석(3)을 인입측은 4,000∼4,500가우스, 토출측은 4,500∼5,500가우스가 되게 이중배열된 이온화장치에서 배출가스를 이온화시키며, S자 형태로 된 입구측와류판(20)과 출구측와류판(21)을 5∼6개씩 이중으로 설치하여 배출가스를 와류시킴으로써 연소조건이 가일층 향상된다.

이와 같이 연소조건이 향상된 불완전 연소된 배출가스가 전열히터(10)가 설치된 절연단열격판(7)의 배출공(17)을 통과할 때 배출가스온도가 약 50℃에서 전원이 자동으로 인가되는 온도 스위치(9)에 의거 전열히터(10)가 작동되어 격실(13) 내부 온도를 약 800℃까지 상승하면서 배출가스가 재연소장치(23)에서 연소되어 매연과 기타 유해성분이 획기적으로 저감된다.

또한, 외통체(11)의 입구(1)내부와 안내통로(5) 내부에 설치된 와류장치(4)는 배출가스를 와류시켜 연소조건을 개선하는 역할 이외에도 와류판(20,21)이 S형태로 이중으로 설치되어 있으므로 엔진 배출가스의 배출속도를 가속시킴으로써 엔진의 역압력을 감소시켜서 엔진출력이 증가된다. 이와같이 엔진출력이 증가되므로 연료소비를 획기적으로 줄일 수 있다. 또한, 소음이 저감되는 것은 배출가스가 재연소장치(23)의 1차 격판(6), 절연단열격판(7) 및 스테인레스강격판(8)을 통과할 때 배출 에너지 감소로 소음이 현저하게 감소된다.

이와 같이 본 발명은 소음저감은 물론 배출가스의 배출속도를 증가시켜 엔진 출력을 증가시키는 와류장치(4), 배출가스를 보온하고 이온화시키며 와류시켜서 연소조건이 향상되어 재연소하는 재연소 장치(23)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배출가스 재연소 장치이다.

Description

자동차의 배출가스 재연소장치{Re-combustion apparatus of exhaust gas emissions in automobile}

본 발명은 내연기관 배기관에서 배출가스를 원활하게 배출되게 하여 내연기관의 출력을 증가시키고 소음감소와 재연소에 관한 것으로, 종래기술은 도 1과 같이 입구(1)와 연결되어진 배기관을 외통체(11) 내부 70%까지 들어가도록 설치하여 배기관에 무수히 많은 구멍을 만들어 도 1의 안내통로(5)에서 배출가스가 배기관의 구멍으로 배출 ·분산되도록하여 소음을 감소시키는 것이며, 입구(1)는 높게, 출구(2)는 낮게 구성되어 배출속도를 지연시키고 외통체(11)의 내부를 이중으로 구성하여 단순히 소음 감소장치로만 사용하여 출력증가나 매연감소 등의 효과가 없는 문제점이 있었다.

일반적으로 디젤엔진은 실린더 내부에 공기만을 흡입, 압축하여 압축공기온도가 500∼700℃로 상승하였을 때 연료를 무화분사시켜 압축열에 의하여 자기착화함으로써 동력을 얻으며, 완전연소되지 못한 매연을 포함한 배출가스가 배기관을 통하여 배출되고, 가솔린차량은 삼원촉매를 통하여 산화 및 환원되어 배출되나 매연을 포함한 배출가스를 재연소시킬 수 없다. 모든 내연기관은 엔진 시동후 약 30분이 경과된 후에 엔진이 정상적인 온도에 도달되며, 촉매컨버터도 작동온도(약 300℃)이상 도달해야 촉매가 정상적으로 작동하는데, 시동후 약 30분전 과 촉매컨버터의 작동온도가 약 300℃까지 도달될 때까지는 매연을 포함한 배출가스가 대량 배출된다. 또한 엔진의 노후와 정비불량으로 매연을 포함한 배출가스 과다배출로 인한 환경을 오염시키고 에너지 소비도 증대되며 배출가스통의 수명이 단축되는 문제점이 발생하게 되는 것이다. 이외에 미국 특허 제4.568.901호에 공표된 자석을 이용한 연료 이온화기구(manetic fuel ion modifier)가 있다. 그러나, 이는 연료관을 중심으로 동일 극성으로 마주보게하여 3개의 자석을 대항 배치시키고 있어 동일 극성끼리 반발력으로 자석의 세기가 시간이 경과됨에 따라 약화되어 미약하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 외통체(11)내부를 석면단열재(12)로 보온·구성하고, 격실(13)을 만들어 고온의 배출가스가 절연단열격판(7) 벽면에 설치한 전열히터(10)와 스테인레스강격판(8)과 사이의 내부의 온도에 의하여 재연소 되도록 하였으며, 재연소 시작은 온도 스위치(9)로 일정온도 50℃에서 자동으로 조정되도록 하였다. 온도스위치(9)는 외통체(11) 내부의 격실(13)의 온도에 따라서 운전시에만 전원이 자동으로 인가되어 50∼800℃ 까지 상승시켜 매연과 기타 유해가스를 재연소시키고 소음을 저감시키며 엔진의 출력을 증가시키는데 본 발명의 목적이 있는 것이다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 이온화장치(22)는 외통체(11) 입구(1)외부에 큐리(curie) 온도가 120℃이상인 영구자석(3)을 N극(18)과 S극(19)으로 대항시켜 설치하여 반발력을 없애고, 이중으로 설치하되 그 자속밀도가 인입측은 4,000∼4,500 , 토출측은 4,500∼ 5,500 가우스가 되게하여 배출가스가 이온화 되도록 하고, 외통체(11) 입구(1) 유입관(15)에 설치된 와류장치(4)는 S자형으로 된 입구측와류판(20)과 출구측와류판(21)으로 구분하여 이중으로 설치하고 배기관에서 배출되는 고온의 배출가스가 배출구(16)로 원활하게 배출되게 하기위해 외통체(11)내부의 안내통로(5)에 와류장치(4)를 설치하여 배출되게 하므로써 내연기관의 역압력을 감소시켜 엔진출력을 증가시키고자 하였다. 외통체(11) 내부의 온도를 효율적으로 증가시키기 위하여 각 격판(6,7,8)에 있는 배출공(17)의 면적을 조절하였으며, 절연단열격판(7)에 설치된 전열히터(10)로 온도를 상승시켜 배출가스가 배출공(17)을 통과할 때 재연소되고 분해되는데 절연단열격판(7)의 전열히터(10)에 연결된 온도스위치(9)는 50℃에서 자동으로 전원이 인가되어 격실(13)의 온도를 800℃까지 상승시키게 된다.

이때 절연단열격판(7)은 스테인레스강격판(8)과 가깝게 설치하여 전열히터(10)에서 발생하는 전기의 열이 스테인레스강격판(8)에 반사되어 내부온도를 약40∼50% 상승시켜 배출가스를 재연소시키고 배기관에서 배출가스가 원활하게 배출되어 내연기관의 출력을 증가시키며, 또한 배출가스 중의 CO, HC 등 기타 유해가스도 완전연소되어 획기적으로 환경공해방지를 할 수 있는 특징이 있다.

도 1은 종래기술의 배출가스통 구조도

도 2는 자동차의 배출가스 재연소장치의 내부구조도

도 3은 격판 및 배출공 구조도

도 4는 배출가스 재연소 흐름도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

1. 입구 2. 출구 3. 영구자석

4. 와류장치 5. 안내통로 6. 1차격판

7. 절연단열격판 8. 스테인레스강격판 9. 온도스위치

10. 전열히터 11. 외통체 12. 석면단열재

13. 격실 14. 방열판 15. 유입관

16. 배출구 17. 배출공 18. N극

19. S극 20. 입구측와류판 21. 출구측와류판

22. 이온화 장치 23. 재연소 장치 24. 소음 감소 장치

발명의 구성을 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 내연기관으로부터 배출되는 고온의 배출가스가 통과되는 외통체(11)의 내부에는 석면단열재(12)를 부착하여 배출가스를 보온시켜서 고온으로 유지시키고, 배출가스를 이온화하는 이온장치(22)는 외통체(11)의 유입관(15)입구(1)외부에 영구자석(3)의 자속밀도가 인입측에 4,000∼4,500℃ 가우스가 되게 하고, 토출측에는 4,500∼5,500℃가우스가 되게 이중으로 설치하여 외통체(11)유입관(15)크기에 따라서 영구자석(3)의 자속밀도를 조정하되 영구자석(3)외부에 방열판(14)을 설치하여 고온의 배출가스로 인한 영구자석(3)의 온도상승을 방지하고 배출가스의 이온화가 양호하게 유지되도록 하기 위해서 큐리(curie)온도를 120℃이상으로 하며, N극(18)과 S극(19)으로 대항 설치하여 반발력을 없애고 자석의 수명을 연장시키며 배출가스를 이온화시킴으로써 불완전 연소된 배출가스의 재연소 조건을 제고시킨다.

와류장치(4)는 외통체(11)의 유입관(15)의 내부에 S자 형태로 된 입구측와류판(20)과 출구측와류판(21)을 5∼6개씩 1조로 하여 이중으로 설치하고 외통체(11) 내부의 와류장치(4)를 설치하여 배출가스의 배출속도가 가일층 가속됨으로써 엔진의 역압력이 감소됨으로 엔진의 출력이 증가한다. 엔진의 출력이 증가함으로써 연료의 소비량을 현저하게 감소시켜 연료는 크게 절감된다. 또한, 와류장치(4)는 S자형으로된 와류판(20,21)을 이중으로 설치하여 배출가스가 외통체(11) 내부 안내통로(5)에 있는 와류장치(4)를 통과하여 각격판(6,7,8)과 격실(7,8)을 통과하고 배출공(17)을 통과하여 분해되고 연소되어 더욱더 연소조건이 크게 개선된다.

이와같이 배출가스의 연소효율을 더더욱 극대화하기 위하여 절연단열격판(7)과 스테인레스강격판(8) 사이에 격실(13) 온도가 50℃이상되면 자동으로 전원이 인가되는 온도스위치(9)에 의거 전열히타(10)을 작동시켜 배출가스가 재연소된다.

이때, 격실(13)의 온도는 약 800℃까지 상승되어서 불완전 연소된 배출가스가 완전 연소됨으로 현저하게 매연이 감소되며 CO, HC 등 기타 유해가스도 함께 연소되므로 환경을 크게 개선한다. 또한 배출가스의 소음감소장치(24)는 배출가스가 외통체(11) 내부의 1차 격판(6), 절연단열격판(7) 및 스테인레스강격판(8)의 배출공(17)을 통과할 때 직접 배기통의 출구로 배출되게 됨을 제어하는 구성적 수단이 제공되어 매연감소와 소음도 크게 감소된다.

전열히터(10)에서 발생하는 열의 온도를 효율적으로 상승시키기위해 도 3의 절연단열격판(7)의 전열히터(10)와 스테인레스강 격판(8)의 거리를 가깝게 설치하여 전열히터(10)에서 발생하는 열을 스테인레스강격판(8)에 반사되게 하여 효과적으로 내부온도를 40∼50% 증가시킴으로써 격실(13) 내부온도를 800℃까지 상승시켜 배출가스와 매연의 재연소 효율을 증가시키도록 하였으며, 운전시 도2의 외통체 (11)의 내부의 온도에 맞게 온도 스위치(9)가 자동으로 작동할 수 있도록 하여 불필요한 밧데리의 소모를 방지하도록 하였다. 온도 스위치(9)선에 연결시킨 전열히터(10)를 도2의 배출구(16)쪽으로 설치하여 유입관(15)에서 배출되는 배출가스가 1차격판(6)의 배출공(17)을 통과한 후 직접 전열히터(10)쪽으로 배출되지 못하게 함으로써 배출가스에 포함된 오염물질로 인한 전열히터(10)의 부식을 방지하여 전열히터(10) 수명을 반영구적으로 사용할 수 있게 고려하였다.

이상에서와 같이 구성된 본 발명을 실시 예에 따라 설명하면 다음과 같다. 디젤, 가솔린, LPG차량은 신차나 노후한 차량 공히 약 10㎞/h 이상의 속도 증가가 있었고, 10%정도의 출력향상과 소음과 매연은 50%정도 감소되었다. 한편, 연료 절감은 평소 고속 주행시보다 디젤차량은 7∼10%정도, LPG 차량은 10%정도였으며, 가솔린 차량은 10∼15%정도이었고, 부수적으로 엑셀레이터 페달을 밟는 감각이 가벼워졌으며 정차시에는 연료절감은 없었다. 기관 시동후 15분 정도 경과된 후에야 배출가스 냄새가 없어지던 가솔린 차량은 5분 정도 후에 냄새가 소멸되었고, 엔진과 기화기의 이상으로 배출가스에서 LPG냄새가 나던 차량도 5분 정도 경과되면 냄새가 없어졌다. 디젤차량은 10분 정도 지나서 매콤한 냄새가 없어졌으며, 엔진을 저속과 고속 구동시 배출가스의 색깔이 무색 또는 담청색으로 변화됨을 관찰할 수 있었다. 자동차 검사장에서 60만 ㎞ 이상 주행한 디젤차량 대형트럭에서 44∼53%정도가 배출되던 매연이 본 장치 장착 후 약 10분 정도 경과되면 20∼23%로 감소되었고, 14만km정도 주행한 가솔린 차량은 부착전 CO 가스가 0.64%, HC 가 87 PPM 이었던 것이 CO 가스가 0.09%, HC가 15PPM으로 나타났다. 이에 따라서 수입에만 의존하던 화석연료의 절감으로 외화절감은 물론 내연기관의 수명을 연장시키며, 배출가스통의 수명연장의 효과로, 자동차산업의 발전과 자동차의 해외수출 증가효과로 국가 경쟁력을 향상시킬 수 있으며, 배출가스와 매연의 감소로 인해 국민건강증진에 기여할 수 있게 되었고, 공장 굴뚝 및 보일러등에도 응용하여 사용함으로써 대기환경오염물질을 저감시켜 환경 선진국이 되는 효과를 얻게 될 것이다.

Claims (8)

1. 내연기관으로부터 배출되는 배출가스가 외통체(11)의 내부를 통과할 때 유입관(15)의 외부에 설치된 이온화장치(22)와 와류장치(4)에서 연소조건을 향상시키고 배출가스를 재연소장치(23)에서 재연소시킴과 동시에 소음저감장치(24)에서 소음을 저감시키는 것을 특징으로하는 자동차의 배출가스 재연소장치.
2. 제 1항에 있어서 이온화장치(22)는 유입관(15)의 외부에 방열판(14)이 부착되며 큐리 온도가 120℃이상인 영구자석(3)을 인입측은 약 4,000∼4,500 가우스, 토출측은 4,500∼5,500 가우스 되게 이중으로 설치하고 외통체(11)의 유입관(15)의 크기에 따라 자속밀도를 조정하여 연소조건을 제고시키는 것을 특징으로하는 자동차의 배출가스 재연소장치.
3. 제 1항의 있어서 와류장치(4)는 유입관(15)의 내부에 S자 형태로된 입구측와류판(20)과 출구측와류판(21)을 5∼6개씩 1조로 하여 이중으로 설치하고 배기통 내부에 와류장치(4)를 설치하여 배출가스를 와류시킴으로써 연소조건을 향상시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 배출가스 재연소장치.
4. 제 1항에 있어서 외통체(11)의 내부에는 석면단열재(12)를 장착함으로써 배출가스를 보온하여 고온을 유지시켜 재연소조건을 향상시키는 것을 특징으로하는 자동차의 배출가스 재연소장치.
5. 제 1항에 있어서 재연소장치(23)은 연소조건이 개선된 배출가스 온도가 약 50℃에서 전원이 인가되는 온도스위치(9)에 의거 자동으로 연소온도 약 800℃까지 상승하여 연소됨으로써 불완전된 배출가스와 기타 유해가스도 함께 재연소되는 것을 특징으로하는 자동차의 배출가스 재연소장치.
6. 제 1항에 있어서 배출가스가 외통체(11)의 내부에 설치된 1차격판(6), 절연단열격판(7) 및 스테인레스강격판(8)의 배출공(17)을 통과할 때 배출가스의 속도가 지연되어 소음이 감소되고 매연이 감소되는 것을 특징으로하는 자동차의 배출가스 재연소장치.
7. 제 1항에 있어서 재연소장치(23)는 외통체(11)의 내부에 설치된 절연단열판(7)의 전열히터(10)와 스테인레스강격판(8)의 거리를 가깝게 설치하여 전열히터(10)에서 발생한 열이 스테인레스강격판(8)에 반사시켜 내부온도를 40∼50% 상승시켜 약 800℃까지 상승시키는 것을 특징으로하는 자동차의 배출가스 재연소장치.
8. 제 1항의 있어서 와류장치(4)는 유입관(15)의 내부에 S자 형태로된 입구측와류판(20)과 출구측와류판(21)을 5∼6개씩 1조로 하여 이중으로 설치함으로써 배출가스의 배출속도가 가속되어 엔진 역압력이 감소되므로 엔진 출력을 증가시킴으로써 연료소비량을 저감시키는 것을 특징으로하는 자동차의 배출가스 재연소장치.