KR20100043352A - Ｄｐｆ 시스템용 버너장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 고전압이 인가되면 플라즈마 방전현상을 형성시키는 전원공급부, 절연재질로 형성되며 전원공급부의 외주면 일측을 둘러싸는 형태로 구비되어 전원공급부를 절연시키는 절연부재 및, 절연부재의 외주면 일측에 고정되도록 설치되며 절연부재를 지지하여 고정시키는 지지틀을 포함하는 반응기; 고리(Ring) 형상을 갖으며, 배기가스가 이송되는 배기유로의 내부 일측에 고정 설치되되, 중앙에는 지지틀이 관통하여 삽입 고정되는 지지홀이 형성되며, 배기가스가 유입되는 배기가스 유입공을 구비하는 스월모션부; 스월모션부의 일측부에 고정 설치되는 원통형의 관부재로서, 배기유로를 통해 이송되는 배기가스가 스월모션부의 배기가스 유입공으로 유입되도록 배기가스의 이동 방향을 조절하는 안내판; 및 스월모션부의 타측부에 고정설치되는 원통형의 관부재로서, 배기가스 유입공과 연통되어 상기 안내판에 의해 이동 방향이 조절된 배기가스가 내부로 유입되며, 배기유로의 일측부에 위치한 혼합연료 공급부와 연통되도록 설치되어 혼합연료 공급부로부터 혼합연료를 공급받는 혼합연료 이송관이 구비된 반응챔버;를 포함하는 DPF 시스템용 버너장치이 제공된다.

DPF 시스템, 플라즈마 방전, 배기가스, 혼합연료, 스월모션

Description

ＤＰＦ 시스템용 버너장치{Burner for DPF System}

본 발명은 DPF 시스템용 버너장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스가 유입되는 배기유로의 내부에 장착되어, 상기 유입되는 배기가스를 이용하여 상기 버너장치에서 발화되는 화염의 확산범위가 증가하도록 구비된 DPF 시스템용 버너장치에 관한 것이다.

일반적으로, DPF(Diesel Particulate Filter trap) 시스템은 매연입자를 여과시키는 필터와 이 필터에 일정량 이상의 매연이 포집되었을 때, 포집된 매연을 산화시키는 디젤차량 후처리 시스템으로서, 상기 매연을 산화시키는 과정에서 별도의 재생 기구를 필요로 하는데, 이러한 DPF 시스템의 안정적 사용을 위한 재생방식으로는 자연재생(Passive DPF) 방식과 강제재생(Active DPF) 방식으로 구분할 수 있다.

여기서, 상기 자연재생 방식은 매연여과 필터 내에 첨가된 산화촉매에 의하여 배기가스의 온도를 높이고, 상기 배기가스 내의 산소(O₂) 및 이산화질소(NO₂)를 이용하여 매연을 연속적으로 산화시키는 방식이다.

그러나, 이러한 자연재생 방식은 도심에서 저속으로 운행하는 차량의 경우, 배기가스의 온도가 자연재생에 필요한 촉매 활성화 가능 온도에 크게 미치지 못하기 때문에, 원활한 매연여과 필터의 재생 효과를 기대하기 어려운 실정이며, 이로 인해 장치가 장착된 차량에서는 연비의 효율 악화, 엔진 부조 및 필터 파손 등의 문제점이 있었다.

이에 반하여, 상기 강제재생 방식은 일정량의 매연이 상기 필터에 포집되었을 때, 강제적인 가열수단을 이용하여 배기가스의 온도를 매연의 산화 가능한 온도까지 상승시켜, 적절한 시기마다 매연여과 필터를 재생시킴으로써 지속적으로 DPF 시스템의 성능 및 차량의 성능을 유지시킬 수 있는 수단이다.

이러한, 상기 강제재생 방식에 사용되는 가열수단으로는 플라즈마 버너장치, 촉매연소기 및 전기히터 등이 사용되며, 특히, 플라즈마 버너장치치는 플라즈마의 방전현상을 이용하여 연료를 가열, 개질 및 점화 단계를 거쳐 화염을 생성시키는 것으로, 차량에서 동력원으로 사용하는 디젤 연료를 직접 배기관 내부에서 연소시킴으로써 가능한 열손실을 최소화할 수 있다.

이에 본 발명은 종래의 DPF 시스템용 버너장치를 개선한 것으로, 먼저 종래의 DPF 시스템용 버너장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 DPF 시스템용 버너장치의 구성을 나타낸 단면도로서, 종래의 버너장치(10)는 배기가스 유로(30)의 일측면에 수직방향으로 장착되어 배기가스의 온도를 승온시키는데 사용되는 것이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 종래의 버너장치(10)는 일측에 화염이 생성되는 공간인 화구부(18)와 기체유입구(15)가 형성된 중공의 반응로(12)와, 상기 반응 로(12)의 밑면을 형성하며 그 내부에는 상기 기체유입구(15)와 연통됨과 동시에 상기 반응로(12)에 형성된 유입홀(16b)을 통해 상기 반응로(12)의 내부와 연통되는 혼합챔버(16a)가 형성된 세라믹 절연체(13)를 포함한 몸체(20)와; 상기 반응로(12) 내부에 플라즈마 반응을 위한 방전전압을 형성시키기 위해 상기 반응로(12) 내벽과 일정 이격된 형태로 상기 세라믹 절연체(13)에 고정되어 상기 반응로(12) 상에 돌출되고 그 내부에는 추가되는 액상연료가 유입되며, 상기 혼합챔버(16a)와 연통되는 흡열챔버(17)가 형성된 전극(11)과; 상기 전극(11)의 흡열챔버(17) 상으로 추가되는 액상연료를 공급하도록 상기 몸체(20)에 고정되는 액상연료 분사수단(14a,14b)을 포함하여 구성된다.

그러나, 이러한 버너장치(10)는 다음과 같은 문제점이 있었다.

먼저, 전극(11)과 상기 전극(11)을 지지하는 세라믹 절연체(13)의 직접적인 체결에 의해 상호 연결부에 세라믹 절연체(13)의 파손이 발생하며, 세라믹 절연체(13) 내부에 다수의 액상연료 및 공기의 이동 경로가 존재하므로 파손의 잠재적 영향이 큰 문제점이 있었다.

더불어, 버너장치(10)의 외부에서 전극(11)으로 고전압이 인가되어, 외부의 한 접점에서 세라믹 절연체(13)의 연통홀을 지나 내부 전극(11)의 한 접점으로 연결 시, 연결 불량이 발생하여 안정된 전원 공급이 제한되며 양측 연결부 및 연결 연통부를 통해 액상 연료 및 공기가 반응기 외부 및 고전압 인가부까지 누유되어 심각한 안전상의 문제가 발생할 수 있었다.

게다가, 액상 연료 및 공기의 통로인 혼합챔버(16a) 및 유입홀(16b)의 가공 또는 전극과 세라믹 절연체(13)의 체결을 위한 나사공의 가공을 위해 상기 반응로(12) 및 세라믹 절연체(13)에 다수의 가공공정을 거쳐야 하므로 제작비용이 상승되며, 상기의 나사공이 형성된 각각의 구성품은 화염에 의해 가열되었을 경우 외부 충격에 특히 취약한 문제점이 있었다.

아울러, 통상적으로 상기 배기가스에 포함된 입자상의 물질(PM)을 열산화시키기 위해서는 배기가스의 온도를 600℃ 이상으로 상승시켜야하나, 상기와 같이 배기가스의 흐름과 수직된 방향에서의 가열방식은, 상기 열산화 가능 온도까지 균일하게 상승시키기에는 화염의 화력이 부족한 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로,

DPF 시스템용 버너장치가 사용되어지는 고온 및 고압 또는 외부 충격이 심하게 발생하는 가혹한 환경하에서, 정상적인 작동이 가능하도록 각 구성품의 내구성이 보장됨과 동시에, 상기 배기가스가 발화된 화염을 중심으로 선회하며 유입되도록 구비되어 상기 배기가스와 화염이 혼합됨으로써, 배기가스의 온도를 순간적으로 급상승시킬 수 있는 DPF 시스템용 버너장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 DPF 시스템용 버너장치는, 고전압이 인가되면 플라즈마 방전현상을 형성시키는 전원공급부, 절연재질로 형성되며 상기 전원공급부의 외주면 일측을 둘러싸는 형태로 구비되어 상기 전원공급부를 절연시키는 절연부재 및, 상기 절연부재의 외주면 일측에 고정되도록 설치되며 상기 절연부재를 지지하여 고정시키는 지지틀을 포함하는 반응기; 고리(Ring) 형상을 갖으며, 배기가스가 이송되는 배기유로의 내부 일측에 고정 설치되되, 중앙에는 상기 지지틀이 관통하여 삽입 고정되는 지지홀이 형성되며, 상기 배기가스가 유입되는 배기가스 유입공을 구비하는 스월모션부; 상기 스월모션부의 일측부에 고정 설치되는 원통형의 관부재로서, 상기 배기유로를 통해 이송되는 배기가스가 상기 스월모션부의 배기가스 유입공으로 유입되도록 상기 배기가스의 이동 방향을 조절하는 안내판; 및 상기 스월모션부의 타측부에 고정설치되는 원통형의 관부재로서, 상 기 배기가스 유입공과 연통되어 상기 안내판에 의해 이동 방향이 조절된 배기가스가 내부로 유입되며, 상기 배기유로의 일측부에 위치한 혼합연료 공급부와 연통되도록 설치되어 상기 혼합연료 공급부로부터 혼합연료를 공급받는 혼합연료 이송관이 구비된 반응챔버;를 포함한다.

여기서, 상기 배기가스 유입공은, 상기 배기가스 유입공을 통해 유입된 배기가스가 선회하며 상기 반응챔버의 내부로 유입되도록, 상기 스월모션부의 중심축선(C)를 기준으로 하여 일정 각도(θ)로 기울어진 형태로 형성될 수 있다.

게다가, 상기 혼합연료 공급부의 일측에는 외부의 공기가 유입되는 공기주입관이 구비되어, 상기 혼합연료 공급부의 연료주입구를 통해 유입되는 연료와 상기 공기주입관으로 유입되는 공기가 혼합된 상태로 상기 반응챔버의 내부로 유입되도록 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지지틀의 외주면 일측에는 나사선A가 형성되며, 상기 스월모션부의 지지홀의 내면에는 나사선B가 형성되어, 상기 나사선A와 나사선B의 회전 결합에 의해 상기 지지틀과 스월모션부가 체결될 수 있다.

더불어, 상기 안내판은 상기 스월모션부와 결합된 일단부에서 상기 배기가스가 유입되는 방향의 반대방향으로 연장되어 형성된 타단부로 갈수록, 그 직경이 확대되는 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템용 버너장치.

한편, 상기 스월모션부의 일측에는, 삽입홈이 형성된 지지부가 구비되며, 상기 배기유로의 일측에 위치한 고정핀이 상기 삽입홈에 삽입되어, 상기 스월모션부가 상기 배기유로의 일측에 고정 설치되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 지지부의 삽입홈의 내부에는 나사선C가 형성되며, 상기 고정핀의 외주면 일측에는 나사선D가 형성되어, 상기 나사선C와 나사선D의 회전결합에 의해 상기 스월모션부와 상기 배기유로가 체결될 수 있다.

본 발명에 따른 DPF 시스템용 버너장치에 의하면,

첫째, 전원공급봉과 절연부재, 절연부재와 지지틀, 지지틀과 스월모션부가 각각 체결됨에 있어서, 종래의 나사체결 방식이 아닌 각각의 부재의 일측면에 형성된 나사선의 회전 결합으로 체결되는 방식을 채택함으로써, 상기 절연부재를 포함한 각각의 부재에 나사공이 형성되지 않으므로, 상기 각각의 부재의 내구성이 보장되는 효과가 있다.

둘째, 배기유로의 내부에서 배기가스가 유입되는 방향과 같은 방향으로 화염이 발생되므로, 화염의 확산범위를 증가시킬 수 있으며 상기 배기가스를 균일하게 승온시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 상기 배기가스가 버너장치에서 생성된 화염을 선회하며 유입되도록 구비됨으로써 자동적으로 상기 배기가스와 화염이 혼합되어, 상기 유입된 배기가스의 온도를 순간적으로 급상승시킬 수 있는 효과가 있다.

넷째, 상기 배기가스의 선회기류(스월모션)에 의해 상기 화염의 길이가 신장되어 DPF 시스템의 필터부에 구비된 필터의 부근까지 열이 전달되는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 DPF 시스템용 버너장치를 설명하도록 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 DPF 시스템용 버너장치의 구성을 나타낸 사시단면도 및 단면도, 도 4는 도 2의 스월모션부의 구성을 나타낸 사시도 및 도 5는 도 4의 스월모션부에 구비된 배기가스 유입공의 형태를 나타낸 개략도이다. 여기서, 도 5에 도시된 화살표는 배기가스의 흐름을 나타낸다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 DPF 시스템용 버너장치(100 ; 이하, '버너장치'라 함)는 크게 반응기(110), 스월모션부(120), 안내판(130) 및 반응챔버(140)를 포함하며, 엔진 기관으로부터 토출되는 배기가스가 이동하는 통로인 배기유로(200)의 내부에 장착된다.

먼저, 상기 반응기(110)는 외부에서 고전압을 공급받아 상기 반응챔버(140) 내에서 스파크를 발생시키는 부재로서, 전원공급부(111)와 절연부재(112) 및 지지틀(113)을 포함하여 구비된다.

여기서, 상기 전원공급부(111)는 고전압이 인가되면 상기 반응챔버(140)와의 전위차이로 인하여 플라즈마 방전현상을 형성시키는 부재로서, 상기 스파크가 발생하는 타원형 또는 원형의 말단 부재인 전극(116)과, 외부로부터 고전압이 직접 인가되는 부분이며 상기 전극(116)으로 인가된 고전압을 전달시키는 막대 형상의 전원공급봉(117)으로 이루어진다.

이때, 상기 전극(116) 및 전원공급봉(117)은 외부의 고전압이 인가되더라도 부재의 형상에 변함이 없을 정도의 강도가 구비되어야 함은 물론이며, 후술되는 반응챔버(140)의 화구부(145)에서 발화하는 화염의 발열로 인해 전달되는 고열에도 견딜 수 있는 내열성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전원공급부(111)는 배기유로(200)의 일측에 형성된 고전압연결홈(201)을 통해 유입되는 전원인가선(미도시)과 연결되어 상기 고전압이 전달되며, 상기 전원인가선과 연결된 후에는 상기 고전압연결홈(201)은 밀봉되어 배기가스의 누출이 방지되도록 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 절연부재(112)는 절연재질로 형성되며 상기 전원공급부(111)의 외주면 일측을 둘러싸는 형태로 구비되어 상기 전원공급부(111)를 절연시키는 기능을 한다.

여기서, 상기 절연부재(112)는 상기 전원공급부(111)에 고전압이 인가되었을 시에 상기 전원공급부(111)가 상기 버너장치(100)의 다른 구성품과 전기적으로 이 격되도록, 상기 전극(116)과 전원공급봉(117)의 외부전압이 직접 인가되는 끝단부(Tip)를 제외한 절연부재(112)의 전체 부분에 대하여 절연되도록 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절연부재(112)는 부도체임과 동시에 내구성 및 내열성이 구비된 세라믹 재질로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

더불어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전원공급부(111)의 외주면 일측과 상기 절연부재(112)의 내측면 일측에는 각각 나사선이 형성되어, 상기 각각의 나사선의 회전 결합에 의해 상기 전원공급부(111)와 절연부재(112)가 체결되도록 구비되는 것이 바람직하다.

이와 같은 나사선에 의한 회전 결합은, 종래의 나사공과 나사(Bolt)의 체결 방식과 비교하여, 체결되는 각각의 부재에 상기 나사 결합을 위한 나사공이 가공되지 않으므로 화염에 의한 가열 및 외부 충격에 대응하는 내구성이 보장되며, 각각의 체결부재가 밀봉되어 결합되므로써 버너장치(100)로 공급되는 연료가 상기 체결부재의 결합되는 부분으로 침투되지 않는 기밀성의 효과를 제공한다.

더 나아가, 상술한 기밀성의 효과를 증대시키기 위해서, 상기 절연부재(112)와 전원공급부(111)의 각각의 나사선이 회전 결합되어 접촉되는 부분에는 누수 방지용 본딩제가 도장되어, 상기 절연부재(112)와 전원공급부(111)가 더욱 견고하게 고정 결합될 수 있다.

여기서, 상기 누수 방지용 본딩제는 상기 버너장치(100) 내부로 유입된 연료가 절연부재(112)와 전원공급부(111)의 접촉된 간격으로 침투되는 것을 방지하는 기능을 하며, 더욱 바람직하게는 상기 누수 방지용 본딩제는 화구부(145)에서 점화 된 화염의 고열에 견딜 수 있도록 내열성을 갖는 재질로 형성된 본딩제가 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전원공급봉(117)의 외주면과 상기 절연부재(112)의 내부면 사이에는 소정의 공간(118)이 형성되도록 구비되어, 상기 절연부재(112)의 내부에 삽입된 전원공급봉(117)이 상기 전극(116)을 통해 전달받은 고열에 의해 부피가 팽창하여 상기 절연부재(112) 및 전원공급봉(117)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 상기 소정의 공간(118)은 절연부재(112)의 내부면 직경과 전원공급봉(117)의 외주면 직경의 차이로 인하여 발생하는 빈 공간을 의미한다.

상기 지지틀(113)은 상기 절연부재(112)의 외주면 일측에 고정되도록 설치되되 상기 절연부재(112)를 지지하여 고정시키는 기능을 하며, 후술되는 스월모션부(120)와의 체결을 위해 상기 지지틀(113)의 외주면 일측에는 나사선A(114)가 형성된다.

여기서, 지지틀(113)과 절연부재(112)가 체결되어 접촉하는 부분에는 상기 반응챔버(140) 내의 연료가 침투되는 것을 방지하기 위해 고리 형태를 갖는 탄성재질의 가스켓(미도시)이 구비될 수 있다.

이때, 상기 가스켓이 구비되는 수량은 상기 버너장치(100)가 사용되는 환경 및 사용 목적에 따라 정해지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 스월모션부(120)는, 고리(Ring) 형상을 갖으며, 차량의 배기가스 가 이송되는 배기유로(200)의 내부 일측에 고정 설치되되, 중앙에는 상기 지지틀(113)이 관통하여 삽입 고정되는 지지홀(122)이 형성되며, 상기 배기가스가 유입되는 복수 개의 배기가스 유입공(121)을 구비한다.

여기서, 상기 스월모션부(120)의 지지홀(122) 내면에는 나사선B(115)가 형성되어, 상술한 지지틀(113)의 외주면 일측에 형성된 나사선A(114)와 상기 나사선B(115)의 회전결합에 의해 상기 지지틀(113)과 스월모션부(120)가 체결되도록 구비될 수 있다.

더 나아가, 상기 지지틀(113)과 스월모션부(120)의 각각의 나사선(114,115)이 회전 결합되어 접촉되는 부분에는, 상술한 절연부재(112)와 전원공급부(111)의 체결 시와 마찬가지로 누수 방지용 본딩제가 도장되어 더욱 견고하고 기밀성이 보장된 상태로 고정 결합되는 것이 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 도 3 및 도4에 도시된 바와 같이, 상기 스월모션부(120)가 상기 배기유로(200)의 내부 일측에 고정 설치됨에 있어서, 상기 스월모션부(120)의 일측에는 삽입홈(124)이 형성된 복수 개의 지지부(123)가 구비되어, 상기 배기유로(200)의 일측에 위치한 고정핀(125)이 상기 삽입홈(124)에 삽입되어 상기 스월모션부(120)가 배기유로(200)의 일측에 고정되도록 구비된다.

이때, 상기 지지부(123)의 삽입홈(124)의 내부에는 나사선C(126)가 형성되며, 상기 고정핀(125)의 외주면 일측에는 나사선D(127)가 형성되어 상기 나사선C(126)와 나사선D(127)의 회전 결합에 의해 상기 스월모션부(120)와 배기유로(200)가 체결되도록 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스월모션부(120)의 지지부(123)와 상기 고정핀(125)은 상기 배기유로(200)의 벽을 사이에 두고, 상기 삽입홈(124)에 고정핀(125)의 나사선D(127)가 형성된 부분이 삽입됨으로써, 상기 고정핀(125)의 머리부(128)가 상기 배기유로(200)의 외부면에 지지되며, 상기 지지부(123)의 끝단이 상기 배기유로(200)의 내부면에 지지됨으로써 견고히 고정 결합되는 것이다.

여기서, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 스월모션부(120)에는, 배기유로(200)의 내부로 유입되는 배기가스의 이동 방향과 대응하는 방향으로 복수 개의 배기가스 유입공(121)이 구비되는데, 이때, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 배기가스 유입공(121)은 배기가스 유입공(121)을 통해 유입된 배기가스가 선회하며 상기 반응챔버(140)의 내부로 유입되도록 상기 스월모션부(120)의 중심축선(C)를 기준으로 하여 일정 각도(θ)로 기울어진 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 일정 각도(θ)는 상기 스월모션부(120)의 배기가스 유입공(121)으로 유입되는 상기 배기가스의 이동 방향이 조절되는 각도를 의미하며, 상기 일정 각도(θ)가 증가하게 되면 상기 배기가스의 선회 기류는 더불어 증가하게 되는 반면에 상기 일정 각도(θ)가 감소하게 되면 상기 선회 기류는 감소하게 된다.

즉, 상기 일정 각도(θ)에 의해 상기 선회 기류의 세기가 증감하게 되며, 상기 선회 기류의 증감에 따라 상기 반응챔버(140)의 화구부(145)에서 발화된 화염의 길이를 포함한 화염의 확산 범위가 증가하는 것이 달라지게 되므로, 상기 배기가스 유입공(121)의 수량 및 구경은 본 발명의 버너장치(100)에서 요구되는 화염의 발화 정도(확산 범위)를 고려하여 정해지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 안내판(130)은 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 스월모션부(120)의 일측부에 고정 설치되는 원통형의 관부재로서, 상기 배기유로(200)를 통해 이송되는 배기가스가 상기 스월모션부(120)의 배기가스 유입공(121)으로 유입되도록 상기 배기가스의 이동 방향을 조절하는 부재이다.

여기서, 상기 안내판(130)은 상기 스월모션부(120)와 결합된 일단부에서 상기 배기가스가 유입되는 방향의 반대방향으로 연장되어 형성된 타단부로 갈수록, 그 직경이 확대되는 형태 즉, 깔대기 형태로 형성되어 보다 많은 양의 배기가스가 배기가스 유입공(121)으로 유입되도록 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안내판(130)의 상기 타단부의 끝단과 상기 배기유로(200)의 내부면과의 이격된 거리는, 상기 배기유로(200)로 유입되는 배기가스의 토출 양 및 토출 압력을 고려하여 정해지는 것이 바람직하다.

이는, 상기 이격된 거리가 짧아질 수 록 상기 안내판(130)에 의해 배기가스 유입공(121)으로 향하도록 이동 방향이 조절되는 배기가스의 양이 증가되어, 상기 반응챔버(140) 내부의 화염의 확산범위를 보다 증대시킬 수 있는 장점이 있으나, 상기 배기가스 유입공(121)을 통해 통과되는 배기가스의 양은 한정되어 있으므로, 상기 배기유로(200) 내의 배기가스 압력이 증가하게 되며, 심화될 경우 상기 배기가스를 토출하는 배기가스 배출부(미도시)에 과부하가 발생하여 엔진기관 또는 상기 버너장치(100)에 손상이 가해질 수 있는 단점이 있다.

또한, 상기 이격된 거리가 길어질 수 록 상기 안내판(130)에 의해 배기가스 유입공(121)으로 유입되는 배기가스의 양이 감소되므로, 상기 배기유로(200) 내의 배기가스 압력이 일정하도록 유지할 수 있는 장점이 있으나, 상기 배기가스 유입공(121)을 통해 통과되는 배기가스의 양이 감소되어 상기 반응챔버(140) 내부에서 발화하는 화염의 확산 범위가 증대되는 효과가 미비해지는 단점이 있다.

따라서, 상기 버너장치(100)에서 요구되는 화염의 확산 범위 및 배기유로(200) 내의 배기가스의 적정 압력을 고려하여 상기 이격된 거리가 정해지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 반응챔버(140)는, 상기 스월모션부(120)의 타측부에 고정 설치되는 원통형의 관부재로서, 상기 배기가스 유입공(121)과 연통되어 상기 안내판(130)에 의해 이동 방향이 안내되어 조절된 배기가스가 내부로 유입된다.

또한, 상기 반응챔버(140)는, 상기 배기유로(200)의 일측부에 위치한 혼합연료 공급부(142)와 연통되도록 설치되어, 상기 혼합연료 공급부(142)로부터 혼합연료를 공급받는 혼합연료 이송관(141)을 포함하여 구비된다.

여기서, 상기 반응챔버(140)의 일단부에는 상기 전원공급부(111)에 의한 스파크로 인하여 화염이 발화되는 공간인 화구부(145)가 형성되는데, 상기 화구부(145)의 끝단부의 직경은, 상기 스월모션부(120)의 타측부와 결합된 반응챔버(140)의 타단부의 직경보다 작은 크기로 구비되어, 상기 반응챔버(140)를 통과하는 배기가스의 토출 압력이 증대되도록 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합연료 공급부(142)의 일측에는 외부의 공기가 유입되는 공기 주입관(143)이 구비되어, 상기 혼합연료 공급부(142)의 연료주입구(144)를 통해 유입되는 연료와 상기 공기주입관(143)으로 유입되는 공기가 혼합된 상태로 상기 반응챔버(140)의 내부로 유입되도록 구비될 수 있다.

이때, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 공기주입관(143)은 상기 혼합연료 공급부(142)의 측부면에 사선방향으로 장착되어, 상기 공기주입관(143)을 통해 유입되는 공기는 상기 혼합연료 공급부(142)의 관내로 유입되면서 선회기류가 발생하여 상기 연료와 공기가 원활하게 혼합되도록 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 혼합연료는 상기 연료와 상기 공기주입관(143)을 통해 유입된 공기가 미립화되어 혼합된 상태를 의미한다.

더불어, 상기 혼합연료 공급부(142)으로부터 공급되는 혼합연료가 이송되는 통로인 혼합연료 이송관(141)은 상기 반응챔버(140)의 일측부에 장착됨에 있어서, 상기 혼합연료 이송관(141)의 토출부가 상기 반응챔버(140)의 내부에 고정 설치되는 반응기(110)의 전극(116)의 끝단부와 대응하는 위치에 장착됨으로써, 상기 전극(116)에 의해 발생하는 스파크에 의해 상기 혼합연료가 점화되기 용이하도록 구비되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 토출부는 상기 혼합연료 이송관(141)의 일단부와 상기 반응챔버(140)가 체결된 위치를 의미한다.

다음으로는, 본 발명의 DPF 시스템용 버너장치의 바람직한 실시예에 따른 작동원리를 설명한다.

도 6은 배기유로(200)의 내부를 이동하는 배기가스의 이동 경로를 나태낸 개 략도이다. 여기서, 도 6에 도시된 화살표는 상기 배기가스의 흐름을 나타내며, 도 6의 도면부호는 상기 흐름을 명확하게 나타내기 위해 생략한다.

먼저, 상기 전원공급봉(117)의 끝단과 상기 전원인가선이 연결된 상태에서, 상기 혼합연료 공급부(142)를 통해 혼합연료가 상기 반응챔버(140)의 내부공간인 화구부(145)에 고압으로 분사됨과 동시에, 상기 전원인가선을 통해 상기 전원공급부(111)에 고전압이 인가된다.

이어서, 상기 반응챔버(140)와 상기 반응챔버(140)의 내부에 노출된 전극(116)과의 전위 차이로 인하여 플라즈마 방전 현상에 따른 스파크가 순간적으로 발생하게 되어, 상기 혼합연료는 화구부(145) 내에서 점화되어 화염이 발생하게 된다.

한편, 엔진 기관으로부터 토출되어 배기유로(200)의 내부로 이송되는 배기가스는 상기 상기 버너장치(100)의 전원공급봉(117)의 위치에서 반응챔버(140)가 위치한 방향으로 이동하는데, 상기 배기가스 중의 일부는 상기 안내판(130)에 의해 그 이동 방향이 조절되어 상기 배기가스 유입공(121)으로 유입되며, 나머지 배기가스는 상기 안내판(130)과 배기유로(200)의 내부면의 이격된 간격을 통하여 상기 버너장치(100)를 거치지 않고 그대로 통과하게 된다.

여기서, 상기 배기가스 유입공(121)으로 유입되는 배기가스는 도 5에 도시된 바와 같이, 일정 각도(θ)로 기울어진 형태로 형성된 배기가스 유입공(121)에 의해, 이동방향이 조절된 상태로 상기 배기가스 유입공(121)을 통과하여 상기 반응챔버(140)의 내부로 이동하게 된다.

이때, 상기 이동방향이 조절된 상태의 배기가스는 상기 반응챔버(140)의 원통형으로 형성된 내부면에 의해 상기 반응챔버(140)의 내부면을 따라 슬라이딩됨으로써, 상기 반응챔버(140)의 내부에서 회전하는 선회기류를 발생시킨다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 배기가스 유입공(121)을 통과한 배기가스는 상기 전극(116)을 중심으로 선회하며, 상기 반응챔버(140)를 통과하게 된다.

이러한 배기가스의 선회기류에 의해 상기 반응챔버(140)의 화구부(145)에서 발화된 화염은 상기 배기가스와 혼합됨으로써, 그 길이가 신장되어 화염의 확산 범위가 증가하게 되며, 상기 화염과 혼합된 배기가스의 온도를 순간적으로 급상승시킬 수 있게 된다.

더불어, 상기 배기가스에는 입자상의 물질(PM)과 더불어 산소가 포함되어 있는데, 이러한 산소는 상기 화염이 연소하는데 사용되어 상기 버너장치(100)의 연소효율을 상승시키는 작용을 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 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 DPF 시스템용 버너장치의 구성을 나타낸 단면도,

도 2 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 DPF 시스템용 버너장치의 구성을 나타낸 사시 단면도 및 단면도,

도 4는 도 2의 스월모션부의 구성을 나타낸 사시도

도 5는 도 4의 스월모션부에 구비된 배기가스 유입공의 형태를 나타낸 개략도,

도 6은 배기유로의 내부를 이동하는 배기가스의 이동 경로를 나태낸 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...DPF 시스템용 버너장치 110...반응기

111...전원공급부 112...절연부재

113...지지틀 120...스월모션부

121...배기가스 유입공 130...안내판

140...반응챔버 141...혼합연료 이송관

142...혼합연료 공급부

Claims (7)

1. 고전압이 인가되면 플라즈마 방전현상을 형성시키는 전원공급부, 절연재질로 형성되며 상기 전원공급부의 외주면 일측을 둘러싸는 형태로 구비되어 상기 전원공급부를 절연시키는 절연부재 및, 상기 절연부재의 외주면 일측에 고정되도록 설치되며 상기 절연부재를 지지하여 고정시키는 지지틀을 포함하는 반응기;

   고리(Ring) 형상을 갖으며, 배기가스가 이송되는 배기유로의 내부 일측에 고정 설치되되, 중앙에는 상기 지지틀이 관통하여 삽입 고정되는 지지홀이 형성되며, 상기 배기가스가 유입되는 배기가스 유입공을 구비하는 스월모션부;

   상기 스월모션부의 일측부에 고정 설치되는 원통형의 관부재로서, 상기 배기유로를 통해 이송되는 배기가스가 상기 스월모션부의 배기가스 유입공으로 유입되도록 상기 배기가스의 이동 방향을 조절하는 안내판; 및

   상기 스월모션부의 타측부에 고정설치되는 원통형의 관부재로서, 상기 배기가스 유입공과 연통되어 상기 안내판에 의해 이동 방향이 조절된 배기가스가 내부로 유입되며, 상기 배기유로의 일측부에 위치한 혼합연료 공급부와 연통되도록 설치되어 상기 혼합연료 공급부로부터 혼합연료를 공급받는 혼합연료 이송관이 구비된 반응챔버;를 포함하는 DPF 시스템용 버너장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 배기가스 유입공은,

   상기 배기가스 유입공을 통해 유입된 배기가스가 선회하며 상기 반응챔버의 내부로 유입되도록, 상기 스월모션부의 중심축선(C)를 기준으로 하여 일정 각도(θ)로 기울어진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템용 버너장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 혼합연료 공급부의 일측에는 외부의 공기가 유입되는 공기주입관이 구비되어, 상기 혼합연료 공급부의 연료주입구를 통해 유입되는 연료와 상기 공기주입관으로 유입되는 공기가 혼합된 상태로 상기 반응챔버의 내부로 유입되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템용 버너장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 지지틀의 외주면 일측에는 나사선A가 형성되며, 상기 스월모션부의 지지홀의 내면에는 나사선B가 형성되어,

   상기 나사선A와 나사선B의 회전 결합에 의해 상기 지지틀과 스월모션부가 체결되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템용 버너장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 안내판은 상기 스월모션부와 결합된 일단부에서 상기 배기가스가 유입되는 방향의 반대방향으로 연장되어 형성된 타단부로 갈수록, 그 직경이 확대되는 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템용 버너장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 스월모션부의 일측에는, 삽입홈이 형성된 지지부가 구비되며, 상기 배기유로의 일측에 위치한 고정핀이 상기 삽입홈에 삽입되어,

   상기 스월모션부가 상기 배기유로의 일측에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템용 버너장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 지지부의 삽입홈의 내부에는 나사선C가 형성되며, 상기 고정핀의 외주면 일측에는 나사선D가 형성되어,

   상기 나사선C와 나사선D의 회전결합에 의해 상기 스월모션부와 상기 배기유로가 체결되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템용 버너장치.

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