KR20120063478A - 디젤 후처리 시스템용 버너 - Google Patents

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KR20120063478A
KR20120063478A KR1020127006014A KR20127006014A KR20120063478A KR 20120063478 A KR20120063478 A KR 20120063478A KR 1020127006014 A KR1020127006014 A KR 1020127006014A KR 20127006014 A KR20127006014 A KR 20127006014A KR 20120063478 A KR20120063478 A KR 20120063478A
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flow
inner housing
housing
bypass flow
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KR1020127006014A
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데르비스 아르군 예트킨
지네트 앨리스 앤더슨
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

디젤 연소 과정(14)에서 나온 배출물 유동(12)을 처리하는 디젤 배출 가스 처리 시스템(10)에 사용되는 버너(18)가 제공된다. 이 버너(18)는 배출물 유동(12)의 제 1 부분을 연료가 점화되는 점화 영역(42)을 통해 보내는 연소 유동 경로(40)를 형성하는 내측 하우징(34), 이 내측 하우징(34)을 둘러싸는 외측 하우징(32)으로서, 배출물 유동(12)의 제 2 부분을 점화 영역(42)의 주위로 우회시키는 횐형 우회 유동 경로(44)를 내측 하우징(34)과 외측 하우징(32) 사이에 형성하는 외측 하우징(34), 및 다수의 유동 제한 핑거(50)와 다수의 혼합 핑거(52)를 포함하는 혼합기(48)를 포함하고, 유동 제한 핑거는 우회 유동 경로(44)를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로(44)의 이용가능한 유동 영역을 제한하고, 혼합 핑거는 내측 하우징(34)으로부터 하류측에 있는 일 지점에서부터 안쪽으로 연장되어 있는 부분을 갖는다.

Description

디젤 후처리 시스템용 버너{BURNER FOR A DIESEL AFTERTREATMENT SYSTEM}
본 출원은 2009년 9월 15일에 출원된 미국 가출원 제 61/276,646의 출원일에 대해 우선권 주장을 하는 바이다.
본 발명은 디젤 압축 엔진과 같은 디젤 연소 과정에서 나오는 배출물을 처리하기 위한 시스템과 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 디젤 압축 엔진에서 나오는 질소 산화물(NOX) 및 미립자 물질(PM)의 배출을 줄이기 위한 시스템에 관한 것이다.
환경 규제에 의해, 디젤 연소 과정, 특히 디젤 압축 엔진에서 나오는 NOX 및 PM을 줄일 것을 요구하는 배출 한도가 증가하고 있다. 디젤 미립자 필터(DPF)는 요구되는 PM(이는 일반적으로 검댕(soot)의 형태인 탄화수소질 미립자이다)의 감소를 이룰 수 있지만, 종종 DPF에 의해 제공되는 미립자 물질 감소와 관련하여, 요구되는 NOX 의 감소를 이룰 수 있는 개선된 시스템에 대한 요구가 계속 나타나고 있다.
이와 관련하여, 배출물에서 NO2의 양을 증가시키기 위해 DPF의 상류에 디젤 산화 촉매(DOC)를 제공하는 시스템이 제안되어 있는데, 상기 NO2는 DPF에 모인 검댕과 반응하여 DPF의 원하는 재생이 일어나게 된다 (종종 수동 재생이라고 함). 그러나, 그러한 시스템은 300℃ 이하의 온도에 제한되며 또한 일반적으로 산화 촉매에 걸쳐 압력 강하를 일으키는데, 이는 시스템의 나머지 부분의 설계시 고려되어야 한다. 추가적으로, 수소나 탄화수소 연료와 같은 연료는 DOC 의 상류에 전달되어 DPF 에서 600℉ 이상의 온도를 낼 수 있다 (종종 능동 재생이라고 함).
또한, 그러한 시스템내에 버너를 포함시켜, 디젤 연소 과정의 하류에서 배출내의 연료를 점화 및 연소시켜 버너의 하류에서 배출물 처리 과정을 위한 온도를 선택적으로 증가시키는 것도 제안되었다. 이러한 제안의 예는, 공동으로 양도되어 함께 계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 12/430,194(2009년 4월 27일에 Adam J. Kotrba 등이 출원한 것으로, 발명의 명칭은 "디젤 후처리 시스템" )에 나와 있으며, 이의 전체 개시 내용은 본원에 참조로 관련되어 있다.
이러한 시스템을 위한 현재의 버너는 그들의 의도된 목적에 적합할 수 있겠지만, 항상 개선의 여지가 있다. 예컨대, 다른 배출물 처리 장치가 시스템에 포함될 때 이러한 버너와 관련된 압력 강하 및/또는 배압은 항상 중요하며, 이러한 버너에서 나가는 배출물의 열적 혼합이 일어나면, 버너에서 나가는 배출물 유동내로부터 손상을 줄 수 있는 고온 지점이 제거될 수 있으며 또한 시스템의 하류부에서 적절히 균일한 배출물 온도 분포가 주어질 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 디젤 연소 과정에서 나온 배출물 유동을 처리하는 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너가 제공된다. 이 버너는 하우징을 포함하고, 이 하우징은, 배출물 유동의 제 1 부분을 연료가 점화되는 점화 영역을 통해 보내는 연소 유동 경로; 배출물 유동의 제 2 부분을 점화 영역의 주위로 우회시키는 우회 유동 경로; 및 연소 유동 경로와 우회 유동 경로의 하류에 위치되어 이들 경로로부터 배출물 유동의 제 1 및 2 부분을 받는 혼합 영역을 형성한다.상기 버너는 또한 점화 영역의 하류에 위치되는 혼합기를 포함하며, 이 혼합기는, 우회 유동 경로를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로의 이용가능한 유동 영역을 제한하게 되는 다수의 유동 제한 핑거; 및 혼합 영역 안으로 뻗어 있어 우회 유동 경로와 연소 유동 경로에서 나오는 배출물 유동의 상기 제 1 및 2 부분 모두와 충돌하게 되는 다수의 혼합 핑거를 포함한다.
일 특징으로서, 상기 하우징은 외측 하우징으로 둘러싸이는 내측 하우징을 포함하며, 연소 유동 경로는 그 내측 하우징의 내부에 형성되며, 우회 유동 경로는 내측 하우징과 외측 하우징의 사이에 형성된다.
다른 특징으로서, 상기 내측 및 외측 하우징은 원통 형상을 가지며, 우회 유동 경로는 내외측 하우징 사이에 형성되어 있는 환형 단면을 갖는다. 또 다른 특징으로서, 상기 혼합기는 외측 하우징의 내부 표면에 장착되는 환형 플랜지를 더 포함하고, 유동 제한 핑거와 혼합 핑거는 그 플랜지의 일측으로부터 하류 방향으로 연장되어 있다.
또 다른 특징으로서, 상기 유동 제한 핑거 각각은 외측 하우징에서부터, 내측 하우징으로부터 선택된 거리 만큼 떨어져 있는 말단부까지 안쪽으로 연장되어 있어, 그 말단부와 내측 하우징 사이에 제한된 유동 틈이 형성되어 있다.
또 다른 특징에 따르면, 각각의 혼합 핑거는 외측 하우징을 따라 내측 하우징으로부터 하류측의 일 지점까지 이르며 그 지점에서부터 안쪽으로 혼합 영역내의 일 지점까지 이른다.
일 특징으로서, 혼합기는 스탬핑 가공된 단일의 금속판 편으로 만들어진다.
일 특징에 따르면, 유동 제한 핑거와 혼합 핑거는 혼합기의 길이를 따라 번갈아 있다. 다른 특징으로서, 혼합기의 길이는 우회 유동 경로로 정해지는 유동 방향을 가로질러 연장되어 있는 둘레 방향 길이이다.
일 특징으로서, 내측 하우징, 외측 하우징 및 혼합기는 버너의 조립 중에 함께 결합되는 제작된 부품이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 디젤 연소 과정에서 나온 배출물 유동을 처리하는 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너가 제공된다. 이 버너는, 배출물 유동의 제 1 부분을 연료가 점화되는 점화 영역을 통해 보내는 연소 유동 경로를 형성하는 내측 하우징; 내측 하우징을 둘러싸는 외측 하우징으로서, 배출물 유동의 제 2 부분을 점화 영역의 주위로 우회시키는 우회 유동 경로가 상기 내측 및 외측 하우징 사이에 형성되는 외측 하우징; 연소 유동 경로와 우회 유동 경로의 하류에 위치되어 이들 경로로부터 배출물 유동의 제 1 및 2 부분을 받는 혼합 영역; 및 다수의 유동 제한 핑거와 다수의 혼합 핑거를 포함하는 혼합기를 포함하며, 상기 유동 제한 핑거는 우회 유동 경로를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로의 이용가능한 유동 영역을 제한하게 되며, 상기 혼합 핑거는 혼합 영역 안으로 뻗어 있어 우회 유동 경로와 연소 유동 경로에서 나오는 배출물 유동의 상기 제 1 및 2 부분 모두와 충돌하게 된다.
일 특징으로서, 상기 내측 및 외측 하우징은 원통 형상을 가지며, 우회 유동 경로는 내외측 하우징 사이에 형성되어 있는 환형 단면을 갖는다. 또 다른 특징으로서, 상기 혼합기는 외측 하우징의 내부 표면에 장착되는 환형 플랜지를 더 포함하고, 유동 제한 핑거와 혼합 핑거는 그 플랜지의 일측으로부터 하류 방향으로 연장되어 있다.
일 특징에서, 상기 유동 제한 핑거 각각은 외측 하우징에서부터, 내측 하우징으로부터 선택된 거리 만큼 떨어져 있는 말단부까지 안쪽으로 연장되어 있어, 그 말단부와 내측 하우징 사이에 제한된 유동 틈이 형성되어 있다.
일 특징에 따르면, 각각의 혼합 핑거는 외측 하우징을 따라 내측 하우징으로부터 하류측의 일 지점까지 이르며 그 지점에서부터 안쪽으로 혼합 영역내의 일 지점까지 이른다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 디젤 연소 과정에서 나온 배출물 유동을 처리하는 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너가 제공된다. 이 버너는, 배출물 유동의 제 1 부분을 연료가 점화되는 점화 영역을 통해 보내는 연소 유동 경로를 형성하는 원통형 내측 하우징; 내측 하우징을 둘러싸는 원통형 외측 하우징으로서, 배출물 유동의 제 2 부분을 점화 영역의 주위로 우회시키는 환형 우회 유동 경로가 상기 내측 및 외측 하우징 사이에 형성되는 원통형 외측 하우징; 외측 하우징의 내부 표면에 고정되는 플랜지와, 다수의 유동 제한 핑거 및 다수의 혼합 핑거를 포함하는 혼합기를 포함하며, 상기 유동 제한 핑거는 상기 플랜지로부터 우회 유동 경로를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로의 이용가능한 유동 영역을 제한하게 되며, 상기 혼합 핑거는 내측 하우징으로부터 하류측에 있는 일 지점에서부터 안쪽으로 연장되어 있는 부분을 갖는다.
일 특징으로서, 각각의 유동 제한 핑거는 상기 플랜지에서부터, 내측 하우징으로부터 선택된 거리 만큼 떨어져 있는 말단부까지 안쪽으로 연장되어 있어, 그 말단부와 내측 하우징 사이에 제한된 유동 틈이 형성되고, 각각의 혼합 핑거는 내측 하우징의 반경 방향 안쪽에 있는 일 지점까지 안쪽으로 연장되어 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상이한 작동 조건을 갖는 적어도 두개의 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너를 제공하는 방법이 제공되며, 각각의 버너는 디젤 연소 과정에서 나오는 배출물 유동의 온도를 선택적으로 상승시키기 위해 연료를 점화시키도록 작동하게 된다. 본 방법은,
적어도 두개의 버너를 제공하는 단계; 각각의 버너는 모든 버너에 공통적인 요소들로 만들어지며, 이들 요소는 연소 유동 경로를 형성하는 내측 하우징, 이 내측 하우징을 둘러싸 우회 유동 경로를 형성하는 외측 하우징, 및 이 우회 유동 경로 안으로 연장되어 있는 다수의 유동 제한 핑거를 갖는 혼합기를 포함하고;
상기 버너들 중의 제 1 버너에 있는 내측 하우징에 대한 다수의 유동 제한 핑거의 위치를 조절하여, 우회 유동 경로를 가로지르는 제 1 의 원하는 제한 유동 영역을 형성해서, 상이한 작동 조건을 갖는 적어도 두개의 디젤 배출 가스 처리 시스템중의 하나에 대한 연소 유동에 대한 우회 유동의 제 1 의 원하는 비를 얻는 단계; 및
상기 버너들 중의 제 2 버너에 있는 내측 하우징에 대한 다수의 유동 제한 핑거의 위치를 조절하여, 우회 유동 경로를 가로지르는 제 2 의 원하는 제한 유동 영역을 형성해서, 상이한 작동 조건을 갖는 적어도 두개의 디젤 배출 가스 처리 시스템중의 다른 시스템에 대한 연소 유동에 대한 우회 유동의 제 2 의 원하는 비를 얻는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부된 청구범위와 도면을 포함하여 명세서 전체를 통해 명확히 알 수 있을 것이다.
도 1 은 디젤 연소 과정과 관련하여 본 발명의 버너를 사용하는 디젤 배출 가스 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2 는 도 1 의 시스템에 사용되는 본 발명의 버너의 확대 횡단면도로, 구성 요소들의 상대적인 크기는 도시를 위해 다소 도식적이다.
도 3a 및 3b 는 도 2 에서 선 3-3 으로 둘러싸인 버너의 일 부분의 확대도이다.
도 4 는 버너에 사용되는 혼합기 요소의 상류측에서 본 확대 사시도이다.
도 5a, 5b 및 5c 는 도 3b 에서 선 5-5을 따라 취한 확대 단면도로, 버너의 핑거 요소의 다른 실시 형태를 나타낸다.
도 6 은 도 1 의 버너의 다른 실시 형태를 나타내는 확대 부분 횡단면도이다.
도 7 은 도 1 의 버너의 또 다른 실시 형태를 나타내는 확대 횡단면도이다.
도 1 은 디젤 압축 엔진(16)과 같은 디젤 연소 과정(14)에서 생긴 배출물(12)을 처리하기 위한 디젤 배출 가스 후처리 시스템(10)을 나타낸다. 배출물(12)은 전형적으로 무엇 보다도 산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)와 같은 질소 산화물(NOX), 입상 물질(PM), 탄화수소, 일산화탄소(CO) 및 다른 연소 부산물을 함유한다.
상기 시스템(10)은 버너(18)을 포함하는데, 이 버너는 배출물(12)내의 연료를 선택적으로 점화 및 연소시켜 높아진 온도에서 그 배출물(12)을 시스템(10)의 나머지 부분에 공급하게 되며, 상기 연료는 연소 생성물에서 나온 미연소 연료로서 배출물(12)에 도입되고/되거나 배출물(12)에 동반된다. 높아진 온도에서 배출물(12)을 시스템(10)의 나머지 부분에 제공할 수 있어 많은 이점들을 얻는데, 이에 대해서는 아래에서 보다 자세히 논의할 것이다.
상기 시스템(10)은 또한 바람직하게는 디젤 미립자 필터(DPF)(20)(상기 버너(18)의 하류에 연결되어 그 버너에서 나오는 배출물(12)을 받게 됨) 및 NOX 환원 장치(22)(예컨대, 상기 DPF(20)의 하류에 연결되어 그로부터 나오는 배출물(12)을 받게 되는 선택적 촉매 환원 촉매(SCR) 또는 린(lean) NOX 트랩(26))와 같은 하나 이상의 다른 배출물 처리 장치를 포함한다. 버너(18)의 일 이점은, DPF(20)에 대해 능동 재생 과정을 이용하여 디젤 압축 엔진(16)과 같은 희박 연소 엔진의 배출물(12)에서 낮은 작동 온도를 극복할 수 있다는 것이며, 상기 능동 재생 과정에서는 연료가 버너(18)에서 점화되어 화염(23)을 생성시키고 이 화염은 배출물(12)을 높은 온도로 가열하게 되고, 이러한 온도에 의해 DPF(20)에서 PM이 산화될 것이다. 추가적으로, 이러한 능동 재생과 관련하여 또는 그와 독립적으로, 상기 버너(18)는 유사한 방식으로 배출물(12)을 높은 온도로 가열하는데 사용될 수 있으며, 이러한 온도에 의해 NOX 환원 장치(22), 특히 SCR의 전환 효율이 향상될 것이다. 유리하게도, 상기 버너(18)는, 배출물(12)이 엔진(16)에서 나갈 때 그 배출물의 온도가 300℃ 미만으로 되는 작동 조건과 온도가 300℃ 이상으로 되는 작동 조건을 포함하여 어떤 특별한 엔진 작동 조건에 상관 없이, 그러한 높아진 온도를 선택적으로 또는 연속적으로 제공할 수 있다. 따라서, 시스템(10)은 엔진 제어에 대한 조절의 필요 없이 작동될 수 있다.
상기 버너(18)는 적절한 연료(예컨대, 수소와 탄화수소) 및 산소 공급원(예컨대, 공기)를 분사하기 위한 하나 이상의 분사기(24)를 포함하며, 이들 연료와 산소 공급원은 배출물에 이미 동반되어 있는 미연소 연료와 함께 스파크 플러그(26)와 같은 하나 이상의 점화기로 점화된다. 이와 관련하여, 각각의 분사기(24)는 도 2 에 나타나 있는 바와 같이 연료와 산소 공급원 모두를 분사하는 복합식 분사기이거나, 연료 또는 산소 공급원에 특정적인 분사기일 수 있다. 바람직하게는, 도 1 에서 "28" 로 개략적으로 나타나 있는 제어 시스템이 제공되어, 적절한 프로세서(들), 센서, 유동 제어 밸브, 전기 코일 등을 사용하여, 분사기(들)(24)를 통과하는 유동 및 점화기(26)에 의한 점화를 모니터링하고 제어하게 된다.
도 2 에서 가장 볼 수 있듯이, 버너(8)는 하우징(30)을 포함하며, 도시된 실시 형태에서 이 하우징은 제작된 여러개의 금속판 요소들이 결합된 형태로 제공된다. 이와 관련하여, 하우징(30)은 원통형 외측 하우징(32), 원통형 내측 하우징(34) 및 원통형의 단부 캡/분사기 하우징(36)을 포함하며, 이들 모든 하우징은 중심 축선(38)에 중심 맞춤되어 있다. 내측 하우징(34)은 배출물(12)의 제 1 부분(화살표 A 로 나타나 있고 이하 "연소 유동" 이라고 함)을 점화 영역(42)에 통과시키기 위한 연소 유동 경로(40)를 형성하며, 상기 점화 영역에서는 배출물(12)에 동반되어 있는 미연소 연료가 점화된다. 외측 하우징(32)과 내측 하우징(34) 사이에는 환형 우회 유동 경로(44)가 형성되어, 배출물(12)의 제 2 부분(화살표 B 로 나타나 있고 이하 "우회 유동" 이라고 함)을 점화 영역(42) 주위로 우회시키게 되며, 그 제 2 부분은 연소 유동 경로(40)에서 나오는 연소 유동과 혼합 영역(46)에서 재혼합되게 된다.
도 2 및 4 를 참조하면, 버너(18)는 또한 혼합기(48)를 포함하고, 이 혼합기는 다수의(도 2 의 실시 형태에서는 8개, 도 4 의 실시 형태에서는 12개)의 유동 제한 핑거(50) 및 다수의(도 2 의 실시 형태에서는 8개, 도 4 의 실시 형태에서는 12개)의 혼합 핑거(52)를 가지며, 상기 유동 제한 핑거는 우회 유동 경로(44)를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로(44)의 이용가능한 유동 영역을 제한하며, 상기 혼합 핑거는 혼합 영역(46) 안으로 뻗어 있어 우회 유동 경로(44)와 연소 유동 경로(40)에서 나오는 우회 유동 및 연소 유동과 충돌하게 되고 또한 우회 유동 경로(44)에서 나오는 우회 유동을 혼합 영역(46) 안으로 안내하게 된다. 상기 혼합기(48)는 환형 장착 플랜지(54)를 포함하며, 이 플랜지로부터 상기 핑거(50, 52)가 하류 방향으로 연장되어 있다. 상기 플랜지(54)는 혼합기(48)를 하우징(10) 안에 고정시키기 위해 외측 하우징(32)의 내부 표면(56)에 고정된다. 혼합기(48)는 스탬핑 가공된 단일 금속판 편으로 만들어진다.
도시된 실시 형태에서, 외측 하우징(32)은 여러개의 금속판 편으로 제작되어 있고, 원통형의 주 하우징(58), 배출물(12)을 받아 들이기 위한 유입 덕트(60) 및 배출물(12)을 시스템(10)의 나머지 부분에 보내기 위한 유출 덕트(62)를 포함한다. 도시된 실시 형태에서, 유출 덕트(62)는 또한 혼합 영역(46)을 형성하게 된다. 유입 턱드(60)와 유출 턱트(62)의 특정 형태가 나타나 있지만, 유입 및 유출 덕트(60, 62)는 그가 결합되는 특정 시스템의 요구에 따라 어떤 적절한 형태로도 될 수 있다. 예컨대, 유출 덕트(62)는 더 큰 직경에서 더 작은 직경으로 점감하는 것으로 나타나 있지만, 이 유출 턱트(62)는 일정한 직경을 유지할 수 있으며, 통합형 DPF(20)와 같은 통합형 배출물 처리 장치를 포함한다. 다른 예를 들면, 유출 덕트(62)는 배출물(12)을 축향향이 아닌 반경 방향 바깥으로 시스템(10)의 나머지 부분에 보내도록 구성될 수도 있다. 단부 캡/분사기 하우징(36) 또한 여러개의 금속판 편으로 제작되며, 분사 플레넘/노즐(63), 단부 캡(64) 및 분사기 장착 플랜지(66)를 포함한다. 도시된 실시 형태의 내측 하우징(34) 또한 여러개의 금속판 편으로 제작되며, 디퓨저/배출물 유입 플레넘(68)과 원통형 연소 슬리브(70)를 포함한다. 디퓨저/배출물 유입 플레넘(68)은 분사 플레넘/노즐(63)의 단부를 둘러싸 환형 영역(72)를 형성하는데, 이 영역은 바람직하게는 요소들의 상이한 열팽창을 허용할 수 있는 와이어 메쉬 가스켓(73)과 같은 적절한 가스켓으로 채워진다. 디퓨저/배출물 유입 플레넘(68)은 다수의 원형 개구 또는 윈도우(74)를 더 포함하는데, 이는 분사기(24)에서 나오는 공기와 연료의 유동(화살표 C 로 나타나 있음)에 의해 연소 유동이 연소 유동 경로(40) 안으로 흡인될 수 있게 해준다. 도시된 실시 형태에서, 다른 점화 영역(78)이 분사 플레넘/노즐(63)에 제공되어, 예컨대 시동시 분사기(24)에서 나오는연료와 공기를 선택적으로 점화시키게 된다.
상기 각각의 유동 제한 핑거(50)는 외측 하우징(10)에서부터 말단부(80)(내측 하우징(34)으로부터 선택된 거리 만큼 떨어져 있음) 까지 반경 방향 안쪽으로 연장되어 있어, 도 3a 에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 제한된 유동 틈(G)을 형성하게 되며, 이 틈은 우회 유동 경로(44)에서 나가는 이용가능한 유동 영역을 결정한다. 시스템(10)과 버너(18)의 특별한 작동 조건에 따라, 우회 유동과 연소 유동 사이의 원하는 비를 얻게 해주는 최적의 배압이 우회 유동 경로(44)에서 얻어지도록 상기 틈(G)을 최적화하기 위해, 내측 하우징(34)에 대한 유동 제한 핑거(50)의 위치를 조정 또는 조절할 수 있다(예컨대, 핑거(50)를 굽히거나, 그 핑거(50)의 곡률 반경을 증가 또는 감소시켜서). 상기 비는 연소 유동 경로(40)내에서 원하는 연소를 얻고, 연소 유동 경로에서 양호한 화염(23)을 유지하며 또한 버너(18)에서 나가는 배출물(12)에 대한 원하는 유출 온도를 얻는데 중요할 수 있다. 이와 관련하여, 우회 유동은 연소 유동 경로(40)에서 나가는 연소 유동과 혼합 영역(46)에서 혼합되면서 그 연소 유동을 냉각시키는 경향이 있으므로, 원하는 유출 온도는 연소 유동 경로(40)내의 연소 과정 및 우회 유동 경로(44)를 통과하는 우회 유동의 양 모두에 의존하게 된다. 도 6 에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 상기 틈(G)이 완전히 폐쇄되도록 핑거(50)를 조절할 수 있는데, 이때 이 핑거(50)는 내측 하우징(34)과 접촉하게 되고, 일부 실시 형태에서는 용접이나 경납땜으로 내측 하우징(34)에 결합된다.
도 3b 에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 각각의 혼합 핑거(52)는 외측 하우징(32)을 따라 내측 하우징(34)으로부터 하류측의 일 지점까지 이르며, 그리고 그 지점에서부터 안쪽으로 혼합 영역(46)내의 말단부(82)까지 이르며, 그래서 우회 유동 및 연소 유동 모두와 충돌하게 되며, 동시에 상기 혼합 핑거는 우회 유동을 반경 방향 안쪽으로 혼합 영역(46)으로 향하게 하여, 우회 유동과 연소 유동 서로간의 열적 혼합을 개선시켜 배출물(12)이 버너(18)에서 나갈 때 그 배출물의 고온 영역을 피하게 된다. 도 3b 에서 보는 바와 같이, 핑거(52)는 처음에 플랜지(54)로부터 축방향으로 연장되어, 우회 유동 경로(44)에서 나가는 우회 유동을 위해 각각의 핑거(52)에서 자유 유동 영역을 제공하는 것이 바람직하다.
유리하게도, 유동 제한 핑거(50)의 말단부(80)의 상대 위치를 주문에 맞게 조정하여 전체적으로 새로운 버너 설계의 필요 없이 주어진 용도의 특정 요건에 부합할 수 있으므로, 혼합기(48)는 단일 설계의 버너(18)가 상이한 많은 시스템(10)(각각의 시스템(10)은 상이한 작동 조건을 가짐)에 이용될 수 있게 해준다. 따라서, 예컨대, 버너(18)들 중의 둘 이상은, 모든 버너 유닛(18), 특히 외측 하우징(32)과 내측 하우징(34) 및 혼합기(48)에 공통적인 요소로 만들어질 수 있다. 그리고, 내측 하우징(34)에 대한 유동 제한 핑거(50)의 위치를 조절/조정하여 우회 유동 경로(44)를 가로지르는 원하는 제한 유동 영역을 만들어, 상이한 배출 가스 처리 시스템(10) 각각에 대해 연소 유동에 대한 우회 유동의 원하는 비를 얻을 수 있게 된다.
내측 하우징과 유동 제한 핑거(50) 사이의 상대 위치로 우회 유동 경로(44)에서 배압을 제어할 수 있으므로, 버너(18)와 혼합기(48)는 우회 유동 경로에서의 배압에 영향을 거의 또는 전혀 주지 않으면서 유출 덕트(62)에 대해 다양한 상이한 형상을 이용할 수 있다.
도 5a ∼ 5c 에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 핑거(52)의 반경 방향 내향 부분들 각각은 스쿠프(scoop) 형의 횡단면을 가질 수 있는데, 이러한 횡단면은 혼합 영역(46) 안으로 들어가는 우회 유동의 운동을 개선시켜 준다. 도 5a 는 만곡된 횡단면을 나타내며, 도 5b 는 V 형 횡단면을 나타내고, 도 5c 는 U 형 횡단면을 나타내며, 핑거(52)의 길이방향 가장자리는 굽혀져 있다.
도 7 에 나타나 있는 바와 같은 또 다른 실시예로서, 핑거(52)에는 그들의 단부(82)에서 돔(90)이 제공될 수 있는데, 돔(100)은 핑거(52)의 단부에서 연장되어 있는 일체적인 부분이다. 이와 관련하여, 유출 덕트(62)가 일정한 직경을 가질 때(그래서 시스템(10)의 다른 장치(예컨대, DPF)와 밀착 결합될 수 있음) 상기 돔(90)은 버너내에서 유리한 혼합을 제공할 수 있다. 돔(90)은 핑거(52)에 의해 돔(90)으로 향하는 우회 유동의 일부를 잡고/잡거나 주재시켜 DPF와 같은 하류 장치의 면에 걸쳐 적절한 온도 분포를 제공하는데 도움을 주는 것으로 생각되며, 따라서 상대적으로 저온인 우회 유동은 상대적으로 고온인 연소 유동과 더 잘 혼합될 수 있다.
버너(18)의 바람직한 실시 형태가 도 2, 3a, 3b, 4, 5a, 5b, 5c, 6 및 7 에 나타나 있지만, 많은 수정이 본 발명의 범위내에서 가능하다. 예컨대, 내측 및 외측 하우징 중의 어느 하나 또는 둘다는 여러 부분으로 만들어지는 것이 아니라 단일 부분으로 만들어질 수 있으며, 또는 다른 한편으로, 도시된 것 보다 더 많은 부분으로 만들어질 수도 있다. 다른 예를 들면, 핑거(50, 52) 중의 어느 하나 또는 모두는 각 특정 용도의 요건에 따라 도 2 ∼ 4 에 나타나 있는 것과는 다른 폭 및/또는 형상을 가질 수 있으며, 예컨대 각각의 핑거(52)는 도 2 ∼ 4 에 나타나 있는 것 보다 단부(82)에서 더 넓은 횡방향 폭을 가질 수 있고, 또는 도 2 ∼ 4 에 나타나 있는 것 보다 더 좁은 횡방향 폭을 가질 수도 있다. 유사하게, 핑거가 플랜지(54)에 결합하면, 각각의 핑거(50)의 횡방향 폭은 더 좁을 수 있고, 각각의 핑거(52)의 횡방향 폭은 더 넓을 수 있거나, 그 반대일 수도 있다

Claims (20)

  1. 디젤 연소 과정에서 나온 배출물 유동을 처리하는 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너로서,
    하우징과 혼합기를 포함하고,
    상기 하우징은,
    배출물 유동의 제 1 부분을 연료가 점화되는 점화 영역을 통해 보내는 연소 유동 경로;
    배출물 유동의 제 2 부분을 점화 영역의 주위로 우회시키는 우회 유동 경로; 및
    연소 유동 경로와 우회 유동 경로의 하류에 위치되어 이들 경로로부터 배출물 유동의 제 1 및 2 부분을 받는 혼합 영역을 형성하며,
    상기 혼합기는 상기 점화 영역의 하류에 위치되고, 이 혼합기는,
    우회 유동 경로를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로의 이용가능한 유동 영역을 제한하게 되는 다수의 유동 제한 핑거; 및
    혼합 영역 안으로 뻗어 있어 상기 우회 유동 경로와 연소 유동 경로에서 나오는 배출물 유동의 상기 제 1 및 2 부분 모두와 충돌하게 되는 다수의 혼합 핑거를 포함하는, 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 외측 하우징으로 둘러싸이는 내측 하우징을 포함하며, 연소 유동 경로는 그 내측 하우징의 내부에 형성되며, 우회 유동 경로는 내측 하우징과 외측 하우징의 사이에 형성되어 있는 버너.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 및 외측 하우징은 원통 형상을 가지며, 우회 유동 경로는 내외측 하우징 사이에 형성되어 있는 환형 단면을 갖는 버너.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합기는 외측 하우징의 내부 표면에 장착되는 환형 플랜지를 더 포함하고, 유동 제한 핑거와 혼합 핑거는 그 플랜지의 일측으로부터 하류 방향으로 연장되어 있는 버너.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 유동 제한 핑거 각각은 외측 하우징에서부터, 내측 하우징으로부터 선택된 거리 만큼 떨어져 있는 말단부까지 안쪽으로 연장되어 있어, 그 말단부와 내측 하우징 사이에 제한된 유동 틈이 형성되어 있는 버너.
  6. 제 2 항에 있어서,
    각각의 혼합 핑거는 외측 하우징을 따라 내측 하우징으로부터 하류측의 일 지점까지 이르며 그 지점에서부터 안쪽으로 혼합 영역내의 일 지점까지 이르는 버너.
  7. 제 1 항에 있어서,
    혼합기는 스탬핑 가공된 단일의 금속판 편으로 만들어지는 버너.
  8. 제 1 항에 있어서,
    유동 제한 핑거와 혼합 핑거는 혼합기의 길이를 따라 번갈아 있는 버너.
  9. 제 8 항에 있어서,
    혼합기의 길이는 우회 유동 경로로 정해지는 유동 방향을 가로질러 연장되어 있는 둘레 방향 길이인 버너.
  10. 제 2 항에 있어서,
    내측 하우징, 외측 하우징 및 혼합기는 버너의 조립 중에 함께 결합되는 제작된 부품인 버너.
  11. 디젤 연소 과정에서 나온 배출물 유동을 처리하는 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너로서,
    배출물 유동의 제 1 부분을 연료가 점화되는 점화 영역을 통해 보내는 연소 유동 경로를 형성하는 내측 하우징;
    내측 하우징을 둘러싸는 외측 하우징으로서, 배출물 유동의 제 2 부분을 점화 영역의 주위로 우회시키는 우회 유동 경로가 상기 내측 및 외측 하우징 사이에 형성되는 외측 하우징;
    연소 유동 경로와 우회 유동 경로의 하류에 위치되어 이들 경로로부터 배출물 유동의 제 1 및 2 부분을 받는 혼합 영역; 및
    다수의 유동 제한 핑거와 다수의 혼합 핑거를 포함하는 혼합기를 포함하며,
    상기 유동 제한 핑거는 우회 유동 경로를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로의 이용가능한 유동 영역을 제한하게 되며,
    상기 혼합 핑거는 혼합 영역 안으로 뻗어 있어 우회 유동 경로와 연소 유동 경로에서 나오는 배출물 유동의 상기 제 1 및 2 부분 모두와 충돌하게 되는, 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 내측 및 외측 하우징은 원통 형상을 가지며, 우회 유동 경로는 내외측 하우징 사이에 형성되어 있는 환형 단면을 갖는 버너.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 혼합기는 외측 하우징의 내부 표면에 장착되는 환형 플랜지를 더 포함하고, 유동 제한 핑거와 혼합 핑거는 그 플랜지의 일측으로부터 하류 방향으로 연장되어 있는 버너.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 유동 제한 핑거 각각은 외측 하우징에서부터, 내측 하우징으로부터 선택된 거리 만큼 떨어져 있는 말단부까지 안쪽으로 연장되어 있어, 그 말단부와 내측 하우징 사이에 제한된 유동 틈이 형성되어 있는 버너,
  15. 제 11 항에 있어서,
    각각의 혼합 핑거는 외측 하우징을 따라 내측 하우징으로부터 하류측의 일 지점까지 이르며 그 지점에서부터 안쪽으로 혼합 영역내의 일 지점까지 이르는 버너.
  16. 제 11 항에 있어서,
    혼합기는 스탬핑 가공된 단일의 금속판 편으로 만들어지는 버너.
  17. 제 11 항에 있어서,
    내측 하우징, 외측 하우징 및 혼합기는 버너의 조립 중에 함께 결합되는 제작된 부품인 버너.
  18. 디젤 연소 과정에서 나온 배출물 유동을 처리하는 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너로서,
    배출물 유동의 제 1 부분을 연료가 점화되는 점화 영역을 통해 보내는 연소 유동 경로를 형성하는 원통형 내측 하우징;
    내측 하우징을 둘러싸는 원통형 외측 하우징으로서, 배출물 유동의 제 2 부분을 점화 영역의 주위로 우회시키는 환형 우회 유동 경로가 상기 내측 및 외측 하우징 사이에 형성되는 원통형 외측 하우징;
    외측 하우징의 내부 표면에 고정되는 플랜지와, 다수의 유동 제한 핑거 및 다수의 혼합 핑거를 포함하는 혼합기를 포함하며,
    상기 유동 제한 핑거는 상기 플랜지로부터 우회 유동 경로를 가로질러 뻗어 있어 그 우회 유동 경로의 이용가능한 유동 영역을 제한하게 되며,
    상기 혼합 핑거는 내측 하우징으로부터 하류측에 있는 일 지점에서부터 안쪽으로 연장되어 있는 부분을 갖는, 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너.
  19. 제 18 항에 있어서,
    각각의 유동 제한 핑거는 상기 플랜지에서부터, 내측 하우징으로부터 선택된 거리 만큼 떨어져 있는 말단부까지 안쪽으로 연장되어 있어, 그 말단부와 내측 하우징 사이에 제한된 유동 틈을 형성하고,
    각각의 혼합 핑거는 내측 하우징의 반경 방향 안쪽에 있는 일 지점까지 안쪽으로 연장되어 있는 버너.
  20. 상이한 작동 조건을 갖는 적어도 두개의 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너를 제공하는 방법으로서, 각각의 버너는 디젤 연소 과정에서 나오는 배출물 유동의 온도를 선택적으로 상승시키기 위해 연료를 점화시키도록 작동하며,
    상기 방법은,
    적어도 두개의 버너를 제공하는 단계; 각각의 버너는 모든 버너에 공통적인 요소들로 만들어지며, 이들 요소는 연소 유동 경로를 형성하는 내측 하우징, 이 내측 하우징을 둘러싸 우회 유동 경로를 형성하는 외측 하우징, 및 이 우회 유동 경로 안으로 연장되어 있는 다수의 유동 제한 핑거를 갖는 혼합기를 포함하고;
    상기 버너들 중의 제 1 버너에 있는 내측 하우징에 대한 다수의 유동 제한 핑거의 위치를 조절하여, 우회 유동 경로를 가로지르는 제 1 의 원하는 제한 유동 영역을 형성해서, 상이한 작동 조건을 갖는 적어도 두개의 디젤 배출 가스 처리 시스템중의 하나에 대한 연소 유동에 대한 우회 유동의 제 1 의 원하는 비를 얻는 단계; 및
    상기 버너들 중의 제 2 버너에 있는 내측 하우징에 대한 다수의 유동 제한 핑거의 위치를 조절하여, 우회 유동 경로를 가로지르는 제 2 의 원하는 제한 유동 영역을 형성해서, 상이한 작동 조건을 갖는 적어도 두개의 디젤 배출 가스 처리 시스템중의 다른 시스템에 대한 연소 유동에 대한 우회 유동의 제 2 의 원하는 비를 얻는 단계를 포함하는, 디젤 배출 가스 처리 시스템에 사용되는 버너를 제공하는 방법.
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