KR20120074411A

KR20120074411A - 배기가스 온도저감 시스템

Info

Publication number: KR20120074411A
Application number: KR1020100136234A
Authority: KR
Inventors: 최성호
Original assignee: 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-06

Abstract

본 발명은 배기가스 온도저감 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 디젤엔진의 구동시 발생하게 되는 배기가스의 온도를 대기로 배출되기 전에 감소시키기 위한 배기가스 온도저감 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배기가스 온도저감 시스템은, 엔진과, 엔진과 제1관으로 연결되어 엔진으로 신선한 공기를 공급하는 에어 클리너와, 엔진 구동시 발생하는 배기가스가 유입되도록 엔진과 제2관으로 연결되고 내부에 디젤 파티큘러 필터(DPF)가 구비되며 디젤 파티큘러 필터에 의해 처리된 배기가스의 외부 배출을 위한 배출관을 갖는 배기가스 정화장치와, 일단이 에어 클리너 또는 제1관에 연결되고 타단이 배기가스 정화장치의 배출관에 연결되는 공기공급관을 포함하며, 디젤 파티큘러 필터를 통과한 후 배출관으로 유입되는 고온의 배기가스가 에어 클리너로부터 공기공급관을 통해 공급되는 공기와 혼합되도록 함으로써, 배출관으로 배출되는 배기가스의 온도가 감소되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 온도저감 시스템{System for reducing temperature of exhaust gas}

본 발명은 배기가스 온도저감 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 디젤엔진의 구동시 발생하게 되는 배기가스의 온도를 대기로 배출되기 전에 감소시키기 위한 배기가스 온도저감 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 추진력이 좋기 때문에 일반 차량이나 건설 중장비 등에 많이 적용되고 있지만, 배기가스에 유해물질이 많이 함유된다는 문제점을 안고 있다.

건설 중장비는 배기가스 규제와 관련한 국제 배기가스 환경기준(Tier4)을 만족하여야 하는데, 이를 위해 디젤 파티큘레이트 필터(Diesel Particulate Filter ; DPF)가 장착된다. DPF는 디젤엔진 배기가스에서 발생하는 미립자와 매연을 제거하는 기능을 하는 것으로서, 미립자를 제거하는 방법은 일회용 필터를 사용하는 방법이나 집진된 미립자를 태워 없애버리는 영구필터를 사용하는 방법 등이 있다. 후자가 주로 적용되는데, 연료연소를 통해 매연이 연소되는 온도까지 필터를 가열함으로써 미립자를 제거하는 방법이며, 이를 재생(regeneration)이라 한다.

더 구체적으로 살펴보면, 종래 디젤엔진의 매연저감 시스템이 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 디젤엔진의 매연저감 시스템은 크게 엔진(1), 에어클리너(2) 및 DPF(3)로 구성되며, 에어클리너(2)에 의해 신선한 공기가 엔진(1)으로 공급되고 엔진 구동에 의해 발생하는 배기가스는 DPF(3)를 통해 정화된 후 외부로 배출된다.

그러나 DPF(3)의 재생시 배기가스는 약 600℃이상의 고온으로 높아진 상태로 대기로 배출되는데, 이처럼 고온의 배기가스가 배출되면 화재 등의 안전사고가 발생할 수 있기 때문에 배기가스의 온도를 감소시킬 필요성이 있지만, 이에 대한 적절한 방법이 제시되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 디젤엔진의 구동시 발생하게 되는 배기가스가 대기로 배출되기 전에 그 온도를 감소시킬 수 있는 배기가스 온도저감 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 본 발명의 목적은, 엔진과, 상기 엔진과 제1관으로 연결되어 상기 엔진으로 신선한 공기를 공급하는 에어 클리너와, 상기 엔진 구동시 발생하는 배기가스가 유입되도록 상기 엔진과 제2관으로 연결되고 내부에 디젤 파티큘러 필터(DPF)가 구비되며 상기 디젤 파티큘러 필터에 의해 처리된 배기가스의 외부 배출을 위한 배출관을 갖는 배기가스 정화장치와, 일단이 상기 에어 클리너 또는 제1관에 연결되고 타단이 상기 배기가스 정화장치의 배출관에 연결되는 공기공급관을 포함하며, 상기 디젤 파티큘러 필터를 통과한 후 상기 배출관으로 유입되는 고온의 배기가스가 상기 에어 클리너로부터 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기와 혼합되도록 함으로써, 상기 배출관으로 배출되는 배기가스의 온도가 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 시스템을 제공함에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 공기공급관을 통해 상기 배기가스 정화장치의 배출관으로 공기의 공급이 가능하도록 상기 공기공급관에 장착되는 공기공급수단을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 공기공급수단은 팬모터 또는 에어 컴프레셔 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 배기가스 정화장치의 배출관 및 공기공급수단의 사이에 위치하도록 상기 공기공급관에 장착되어, 상기 디젤 파티큘러 필터의 재생이 시작되면 상기 공기공급관을 개방시켜 공기가 공급되도록 하고, 상기 디젤 파티큘러 필터의 재생이 완료되면 상기 공기공급관을 폐쇄시켜 배기가스의 역류가 방지되도록 하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 특징에 의하면, 상기 배기가스 정화장치의 디젤 파티큘러 필터의 전방 및 후방의 압력과 재생이 필요한지 여부의 조건을 감지하는 센서와, 상기 센서 및 공기공급수단과 연결되고 상기 센서로부터 신호를 받아 상기 공기공급수단 및/또는 체크밸브의 구동을 제어하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 배기가스 온도저감 시스템에 의하면, 디젤엔진의 구동시 발생하게 되는 배기가스가 재생으로 인해 고온화된 경우, 고온의 배기가스가 대기로 배출되기 전에 공기공급수단을 이용하여 대기온도의 차가운 공기를 배출관에 공급하여 서로 혼합되도록 함으로써, 대기로 배출되는 배기가스의 온도를 감소시킬 수 있다.

또한, 배기가스 정화장치의 배출관과 공기공급수단의 사이에 위치하도록 공기공급관에 체크밸브가 설치됨으로써 배기가스가 공기공급관으로 역류하는 것이 방지될 수 있다.

도 1은 종래 디젤엔진의 매연저감 시스템을 보인 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 온도저감 시스템을 보인 개념도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 온도저감 시스템에 관하여 설명한다. 도시된 바와 같이, 배기가스 온도저감 시스템은 엔진(10), 에어 클리너(20), 배기가스 정화장치(30) 및 공기공급관(40)을 포함하며, 배기가스를 정화하는 과정에서 고온화된 배기가스를 공기와 혼합시켜 온도를 감소시키고자 함에 특징이 있다. 바람직하게는, 공기공급수단(50), 체크밸브(60), 센서(도시되지 않음, 이하 같음) 및 컨트롤러(70)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서의 엔진(10)은 디젤엔진을 의미한다. 참고로, 도면부호 16은 팬을 가리키는 것이다.

에어 클리너(20)는 엔진(10)과 제1관(12)으로 연결되며, 외부에서 유입구(22)를 통해 유입된 대기를 정화한 후 엔진으로 신선한 공기를 공급한다.

배기가스 정화장치(30)는 엔진(10)의 구동시 발생하게 되는 배기가스를 정화하는 역할을 하는 것이다. 배기가스 정화장치(30)는 배기가스가 유입되도록 엔진(10)과 제2관(14)으로 연결된다. 그리고 배기가스 정화장치(30)는 배기가스의 정화를 위해 내부에 디젤 파티큘러 필터(32)(이하 "DPF"라 함)와, DPF(32)에 의해 처리된 배기가스가 외부로 배출되도록 배출관(34)을 갖는다.

이러한 배기가스 정화장치(30)는 DPF(32)의 재생으로 배기가스를 정화시키게 되는데, 재생시 배기가스는 약 600℃이상의 고온으로 높아진 상태로 대기로 배출되게 된다.

공기공급관(40)은 배기가스 정화장치(30)의 DPF(32)의 재생으로 고온화된 배기가스의 온도를 감소시키기 위해 마련되는 것이다. 공기공급관(40)은 일단이 에어 클리너(20) 또는 제1관(12)에 연결되고 타단이 배기가스 정화장치(30)의 배출관(34)에 연결된다. 도 2에는 공기공급관(40)이 제1관(12)에 연결된 것만이 도시되어 있지만, 에어 클리너(20)에 직접 연결되어도 무방하다.

따라서 공기공급관(40)은 에어 클리너(20) 또는 제1관(12)으로부터 배기가스 정화장치(30)의 배출관(34)으로 대기온도의 차가운 공기가 공급될 수 있는 통로의 역할을 하게 되며, 이에 따라 DPF(32)를 통과한 후 배기가스 정화장치(30)의 배출관(34)으로 유입되는 고온의 배기가스와 에어 클리너(20)로부터 공기공급관(40)을 통해 공급되는 공기가 혼합됨으로써 배기가스의 온도가 감소된다.

공기공급수단(50)은 에어 클리너(20) 또는 제1관(12)으로부터 배기가스 정화장치(30)의 배출관(34)으로 원활하게 공기가 공급되도록 하는 역할을 하는 것으로서, 공기공급관(40)에 장착된다.

여기에서, 공기공급수단(50)으로는 도 2에 도시된 바와 같이 팬(52)과 모터(54)로 구성된 팬모터가 적용될 수 있으며, 도시되지는 않았지만 에어 컴프레셔도 적용가능하다.

체크밸브(60)는 공기공급관(40)을 개폐하는 역할을 하는 것이다. 이러한 체크밸브(60)는 배기가스 정화장치의 배출관(34)과 공기공급수단(50)의 사이에 위치하도록 공기공급관(40)에 장착된다. 공기공급관(40)을 개방시키는 것은 에어 클리너(20)로부터 배기가스 정화장치의 배출관(34)으로 공기가 공급되도록 하기 위함이고, 공기공급관(40)을 폐쇄시키는 것은 배기가스 정화장치(30)로부터 배기가스가 역류하는 현상을 방지하기 위함이다.

센서는 배기가스 정화장치(30)에 구비된 DPF(32)의 전방 및 후방의 압력과 재생이 필요한지 여부의 조건을 감지하는 역할을 하는 것이다.

컨트롤러(70)는 센서와 연결되어 센서로부터 DPF(32)의 전방 및 후방의 압력과 재생이 필요한지 여부에 대한 정보를 받게 된다. 이러한 컨트롤러(70)는 공기공급수단(50)과 연결되며, DPF(32)에 의한 재생이 있게 되는 경우 배기가스의 온도저감을 위해 공기공급수단(50)이 구동하도록 제어하게 된다. 또한, 컨트롤러(70)는 체크밸브(60)와 연결되며, 공기공급관(40)을 통한 공기의 공급 또는 배기가스의 역류방지를 위해 체크밸브(60)의 구동을 제어하게 된다.

이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 온도저감 시스템에 의해 디젤엔진의 배기가스의 온도가 감소되는 과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

에어 클리너(20)에서 제1관을 통해 엔진(10)으로 신선한 공기가 공급되며, 공기공급수단(50)이 구동을 하지 않기 때문에 공기공급관(40)을 통해 배기가스 정화장치(30)로 공기가 공급되지는 않는다.

엔진(10)이 구동됨으로 인해 발생하는 배기가스는 제2관(14)을 통해 배기가스 정화장치(30)로 유입되어 DPF(32)에 의해 정화된 후 배출관(34)을 통해 대기로 배출된다. DPF(32)에 의해 배기가스가 정화되는 과정에서 필터에는 그을음(soot)이 쌓이게 되어 필터가 막히게 되는데, 이에 따라 센서는 DPF(32)의 전방 및 후방의 압력 등이 재생에 필요한 조건이 되면, 재생이 필요하다는 신호를 컨트롤러(70)로 보내게 된다.

이때, 운전자가 재생버튼을 누르게 되면 DPF(32)에 의한 재생이 시작되어 필터에 쌓인 그을음이 연소되어 제거되고, 이에 따라 배기가스는 고온화된다.

그리고 컨트롤러(70)는 공기공급수단(50)을 구동시키고 체크밸브(60)가 공기공급관(40)을 개방시키도록 제어하며, 이에 따라 대기온도의 차가운 공기가 에어 클리너(20)을 통해 공기공급관(40)을 거쳐 배기가스 정화장치(30)의 배출관(34)으로 공급된다.

그리고 배출관(34)으로 공급된 공기는 DPF(32)를 통과한 고온의 배기가스와 혼합됨으로써, 배기가스가 대기로 배출되기 전에 온도를 감소시키게 된다.

이후, 재생이 완료되면 컨트롤러(70)에 의해 공기공급수단(50)이 정지되고, 아울러 배기가스의 역류가 방지되도록 체크밸브(60)가 공기공급관(40)을 폐쇄하게 된다.

10 : 엔진
12 : 제1관
14 : 제2관
20 : 에어 클리너
30 : 배기가스 정화장치
32 : 디젤 파티큘러 필터(DPF)
34 : 배출관
40 : 공기공급관
50 : 공기공급수단
60 : 체크밸브
70 : 컨트롤러

Claims

엔진;
상기 엔진과 제1관으로 연결되어 상기 엔진으로 신선한 공기를 공급하는 에어 클리너;
상기 엔진 구동시 발생하는 배기가스가 유입되도록 상기 엔진과 제2관으로 연결되고, 내부에 디젤 파티큘러 필터(DPF)가 구비되며, 상기 디젤 파티큘러 필터에 의해 처리된 배기가스의 외부 배출을 위한 배출관을 갖는 배기가스 정화장치; 및
일단이 상기 에어 클리너 또는 제1관에 연결되고 타단이 상기 배기가스 정화장치의 배출관에 연결되는 공기공급관;을 포함하며, 상기 디젤 파티큘러 필터를 통과한 후 상기 배출관으로 유입되는 고온의 배기가스가 상기 에어 클리너로부터 상기 공기공급관을 통해 공급되는 공기와 혼합되도록 함으로써, 상기 배출관으로 배출되는 배기가스의 온도가 감소되도록 하는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 공기공급관을 통해 상기 배기가스 정화장치의 배출관으로 공기의 공급이 가능하도록 상기 공기공급관에 장착되는 공기공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 공기공급수단은 팬모터 또는 에어 컴프레셔 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배기가스 정화장치의 배출관 및 공기공급수단의 사이에 위치하도록 상기 공기공급관에 장착되어, 상기 디젤 파티큘러 필터의 재생이 시작되면 상기 공기공급관을 개방시켜 공기가 공급되도록 하고, 상기 디젤 파티큘러 필터의 재생이 완료되면 상기 공기공급관을 폐쇄시켜 배기가스의 역류가 방지되도록 하는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 시스템.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기가스 정화장치의 디젤 파티큘러 필터의 전방 및 후방의 압력과 재생이 필요한지 여부의 조건을 감지하는 센서와, 상기 센서 및 공기공급수단과 연결되고 상기 센서로부터 신호를 받아 상기 공기공급수단 및/또는 체크밸브의 구동을 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 시스템.