KR20170135257A - 버너장치 및 이를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 버너장치 및 이를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 버너장치는 배기가스를 승온 시키는 버너장치는 일측에 연료 분사부재가 설치된 외부 하우징과, 상기 연료 분사부재의 일부를 감싸며 상기 외부 하우징의 내주면과 이격되며 배치된 내부 하우징, 그리고 상기 외부 하우징에 지지되며 상기 외부 하우징 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 포함한다.

Description

버너장치 및 이를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템{BURNER APPARATUS AND SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명의 실시예는 버너장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스를 승온시키는 버너장치 및 이를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 버너장치는 내부에 설치된 연료 공급부와 점화부에 의해 연료를 연소시켜 화염을 생성한다. 생성된 화염은 유입된 배기가스를 승온시킨다.
종래의 버너장치는 연소실로 유입된 배기가스가 화염의 생성시 방해되는 유동을 가져, 유입된 배기가스로 인해 화염이 편향되어 생성되는 문제점이 있다. 이러한 경우, 버너장치의 연소실이 가열되거나 배기가스를 효과적으로 승온시키기 어려운 문제점이 있다.
또한, 종래의 버너장치는 연소실로 유입된 배기가스를 승온시키기 위해 버너장치의 길이 및 내부 공간이 커지는 문제점이 있다. 이러한 경우, 버너장치의 열손실과 커진 공간을 승온시키기 위해 요구되는 연료의 상대적으로 많은 연료량 그리고 이러한 버너장치의 설치공간에 문제점이 있다.
그리고, 승온된 배기가스를 환원제 분해에 이용하는 경우, 환원제 분해장치 및 버너장치를 설치하는데 설치공간에 제약이 많다.
본 발명의 실시예는 배기가스의 승온 및 승온된 배기가스를 활용하여 환원제를 분해시킬 수 있는 버너장치 및 이를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스를 승온 시키는 버너장치는 일측에 연료 분사부재가 설치된 외부 하우징과, 상기 연료 분사부재의 일부를 감싸며 상기 외부 하우징의 내주면과 이격되며 배치된 내부 하우징, 그리고 상기 외부 하우징에 지지되며 상기 외부 하우징 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 포함한다.
또한, 상기 외부 하우징은 타측에 형성된 토출구와, 상기 내부 하우징의 외주면을 따라 배기가스가 유입되도록 상기 외부 하우징의 일측과 상기 토출구 사이에 형성된 유입구를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 버너장치는 상기 외부 하우징의 타측에 설치되어 승온된 배기가스와 분사된 환원제를 혼합시키는 혼합부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부 하우징은 상기 환원제 분사부를 향한 일단부가 좁아지는 방향으로 경사져 형성될 수 있다.
또한, 상기 내부 하우징은 상기 내부 하우징의 일단부에 형성된 다공 영역을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 버너장치는 상기 내부 하우징과 상기 환원제 분사부 사이의 상기 외부 하우징 내측에 설치되어, 상기 내부 하우징의 외주면을 따라 이동한 배기가스가 상기 내부 하우징의 중심방향을 향해 이동하도록 안내하는 가이드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가이드는 중공형으로 형성되어, 상기 환원제 분사부와 인접해 질수록 내경이 좁아지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 환원제 분사부는 상기 외부 하우징에 서로 이격되어 지지지며, 상기 외부 하우징의 내측으로 분사하는 환원제 분사각이 다른 하나 이상의 환원제 분사부재를 갖는 복수의 환원제 분사부재를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 엔진의 배기부와 연결되어 배기가스가 통과하는 배기배관과, 상기 배기배관 상에 배치되며 내부에 촉매가 설치된 반응기와, 상기 배기배관과 연결되어 상기 반응기를 우회하여 배기가스가 이동되도록 안내하는 우회배관, 그리고 상기 우회배관 상에 설치되어 상기 반응기를 통과한 배기가스를 승온시켜 상기 반응기 전방으로 공급하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 버너장치를 포함한다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 엔진의 배기부와 연결되어 배기가스가 통과하는 배기배관과, 상기 배기배관 상에 배치되며 내부에 촉매가 설치된 반응기와, 상기 반응기 전방의 배기가스의 일부를 분기시켜 상기 반응기 전방으로 공급되도록 안내하는 분기배관, 그리고 상기 분기배관 상에 설치되어 배기가스를 승온시켜 상기 반응기 전방으로 공급하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 버너장치를 포함한다.
또는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 엔진의 배기부를 통해 배출된 배기가스가 통과하는 배기배관과, 상기 엔진으로 압축된 공기를 공급하고 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 의해 회전되는 과급기와, 상기 배기배관 상에 배치되며 내부에 촉매가 설치된 반응기와, 일측이 상기 과급기 전방에 연결되고 타측이 상기 반응기 전방의 배기배관에 연결되어 상기 과급기를 우회하여 상기 엔진의 배기부를 통과한 배기가스가 상기 반응기 전방으로 공급되도록 안내하는 과급기 분기배관, 그리고 상기 과급기 분기배관 상에 설치되어 배기가스를 승온시켜 상기 반응기 전방으로 공급하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 버너장치를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 버너장치 및 이를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템은 승온된 배기가스를 활용하여 환원제를 효과적으로 분해시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연소장치의 내부를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 내부 하우징을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 가이드를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 환원제 분사부가 설치된 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1이 설치된 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1이 설치된 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1이 실치된 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1이 설치된 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 연료 분사부재(150)가 설치된 외부 하우징(100)과 내부 하우징(200) 그리고 환원제 분사부(300)를 포함한다. 구체적으로, 버너장치(101)는 배기가스를 승온 시킨다.
외부 하우징(100)은 내부가 중공형으로 형성된 약 실린더 형으로 형성된다. 또한, 외부 하우징(100) 내측에는 연료 분사부재(150)가 설치된다. 구체적으로, 연료 분사부재(150)는 외부에서 공급된 연료를 분사시키고 도시되지 않은 점화장치 등에 의해 점화되어 화염을 생성할 수 있다. 즉, 연료 분사부재(150)는 버너장치(101)의 열원으로 연료 분사부재(150)에 의해 생성된 화염에 의해 배기가스가 승온된다.
내부 하우징(200)은 외부 하우징(100) 내측에 설치된다. 구체적으로, 내부 하우징(200)의 일방향의 길이는 외부 하우징(100)의 일방향의 길이보다 상대적으로 짧게 형성될 수 있다. 또한, 내부 하우징(200)은 연료 분사부재(150)의 일부를 감싸며 외부 하우징(100)에 지지될 수 있다. 즉, 내부 하우징(200)은 연료 분사부재(150)의 일부를 감싸며 외부 하우징(100)의 일측에 지지될 수 있다.
그리고, 내부 하우징(200)은 외부 하우징(100)의 내부에서 내부 하우징(200)의 외주면이 외부 하우징(100)의 내주면과 이격되어 배치된다. 구체적으로, 외부 하우징(100)의 내주면과 내부 하우징(200)의 외주면 사이의 이격된 공간에 유로(140)가 형성되도록 내부 하우징(200)이 외부 하우징(100) 내부에 배치될 수 있다.
따라서, 내부 하우징(200)의 내주면은 연료 분사부재(150)에 의해 생성된 화염이 위치하는 연소실(201)이 형성될 수 있다. 즉, 내부 하우징(200)은 연소실(201)을 형성할 수 있다.
환원제 분사부(300)는 외부 하우징(100)에 지지되며 외부 하우징(100) 내부로 환원제를 분사한다. 일예로, 환원제 분사부(300)가 분사하는 환원제는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제이며, 요소(Urea)를 포함할 수 있다.
따라서, 버너장치(101)는 승온된 배기가스를 활용하여 환원제 분해에 효과적으로 이용할 수 있다. 즉, 버너장치(101)는 배기가스의 승온뿐만 아니라 환원제 분해를 외부 하우징(100) 내부의 컴팩트한 공간에서 효과적으로 수행할 수 있다.
또한, 환원제 분사부(300)에 의해 분사된 환원제의 열분해에 승온된 배기가스의 열에너지를 이용할 수 있어, 연소실(201)로 인한 버너장치(101)의 과열을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 환원제 분사부(300)에 의해 버너장치(101)의 과열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)는, 앞서 서술한 도 1에 도시한 바와 같이, 토출구(120)와 유입구(130)를 포함할 수 있다.
토출구(120)는 외부 하우징(100)의 타측에 형성될 수 있다. 구체적으로, 외부 하우징(100)의 일측에 지지되는 연료 분사부재(150)와 대향되는 외부 하우징(100)의 타측에 토출구(120)가 형성될 수 있다.
유입구(130)는 배기가스가 외부 하우징(100) 내부로 유입되도록 안내하며, 외부 하우징(100)의 외주면에 형성될 수 있다. 구체적으로, 유입구(130)는 외부 하우징(100)의 일측과 외부 하우징(100) 타측 사이의 외부 하우징(100)의 외주면에 형성될 수 있다. 또한, 유입구(130)는 외부 하우징(100)의 타측 보다 외부 하우징(100)의 일측과 상대적으로 인접한 외부 하우징(100)의 외주면에 형성되어, 내부 하우징(200)의 외주면을 따라 배기가스가 유입되어 이동되도록 안내 할 수 있다.
그리고, 유입구(130)는 토출구(120)와 교차하는 방향으로 외부 하우징(100)의 외주면에 형성될 수 있다.
즉, 유입구(130)를 통해 유입된 배기가스는 유로(140)를 따라 이동하며 연료 분사부재(150)에 의해 연소실(201)에 생성된 화염과 열교환을 통해 승온될 수 있다. 구체적으로, 유입구(130)를 통해 유입된 배기가스가 유로(140)를 따라 이동하며 승온될 수 있어, 유입된 배기가스의 유동으로 인한 화염생성의 방해를 저감시킬 수 있다.
즉, 외부 하우징(100)의 일측에는 유체 유입부(110)가 생성되어 외부의 신기가 연소실(201)로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)는 혼합부재(500)를 더 포함할 수 있다.
혼합부재(500)는 외부 하우징(100)의 타측에 설치될 수 있다. 또한, 혼합부재(500)는 유입구(130)를 통해 유입되어 유로(140)를 따라 이동하며 승온된 배기가스가 환원제 분사부(300)에서 분사된 환원제가 혼합되어 토출구(120)를 통해 토출될 수 있도록 할 수 있다.
즉, 혼합부재(500)는 승온된 배기가스와 분사된 환원제가 혼합되어 외부 하우징(100) 외부로 토출될 수 있도록 승온된 배기가스와 분사된 환원제가 혼합되도록 할 수 있다. 구체적으로, 환원제 분사부(300)로부터 외부 하우징(100) 내측으로 분사된 요소는 승온된 배기가스에 의해 암모니아로 열분해되고, 혼합부재(500)는 분해된 암모니아와 승온된 배기가스가 효과적으로 혼합되어 토출구(120)로 토출될 수 있도록 할 수 있다.
따라서, 혼합부재(500)가 버너장치(101)의 외부 하우징(100) 내측에 설치되어 있어, 환원제와 효과적으로 혼합된 배기가스가 버너장치(101)로부터 토출될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 하우징(200)의 일단부(210)는, 도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 좁아지는 방향으로 경사져 형성될 수 있다.
내부 하우징(200)의 일단부(210)는 환원제 분사부(300)를 향해 배치되고, 내부 하우징(200)의 타단부는 외부 하우징(100)의 일측에 지지될 수 있다.
환원제 분사부(300)를 향하는 내부 하우징(200)의 일단부(210)는 내경이 좁아지는 방향으로 경사져 형성될 수 있다. 따라서, 내부 하우징(200)의 경사진 일단부(210)를 따라 이동한 배기가스에 의해 내부 하우징(200) 내측에 생성된 연소실(201)의 화염의 길이가 길어지는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 내부 하우징(200)의 외주면과 내부 하우징(200)의 경사진 일단부(210) 사이의 내부 하우징 경사각(a)은 30도 내지 90도 사이일 수 있다.
내부 하우징 경사각(a)이 30도 미만인 경우, 내부 하우징(200)의 경사진 일단부(210)를 따라 이동한 배기가스가 화염의 길이에 영향을 주기 어렵다.
또한, 내부 하우징 경사각(a)이 90도를 초과하는 경우, 내부 하우징(200)의 경사진 일단부(210)를 따라 이동한 배기가스가 연소실(201)의 정상적인 화염의 형성을 방해하거나, 내부 하우징(200)의 경사진 일단부가 배기가스의 이동을 균일하게 안내하지 못하는 문제점이 있다.
일반적으로 연소실 내부에서 화염의 길이가 길어지면 버너장치의 길이 또한 상대적으로 길어져야 하는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)는 내부 하우징(200)의 경사진 일단부(210)에 의해 연소실(201)에 생성되는 화염의 길이를 종래보다 줄이여 컴팩트한 버너장치(101)를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)의 내부 하우징(200)은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 다공 영역(220)을 포함할 수 있다.
다공 영역(220)은 내부 하우징(200)의 경사진 일단부에 형성될 수 있다. 구체적으로, 다공 영역(220)은 연소실(201)로 유입되는 배기가스의 유동을 균일하게 하기 위한 홀(221)이 복수개 형성될 수 있다. 즉, 균일한 유동을 갖지 않은 배기가스가 연소실(201)로 유입될 경우, 연소실(201)에 생성된 화염이 배기가스에 의해 한쪽으로 치우치거나 기설정된 최적화된 길이로 형성되는 것을 방지하기 위해 다공 영역(220)이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)는, 앞서 서술한 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 가이드(400)를 더 포함할 수 있다.
가이드(400)는 내부 하우징(200)과 환원제 분사부(300) 사이의 외부 하우징(100) 내측에 설치될 수 있다. 또한, 가이드(400)는 내부가 중공형으로 형성될 수 있다. 즉, 가이드(400)는 내부 하우징(200)의 외주면을 따라 이동한 배기가스가 가이드(400) 내주면을 따라 내부 하우징(200)의 중심방향을 향해 이동하도록 안내할 수 있다.
구체적으로, 가이드(400)는 환원제 분사부(300)와 인접해질수록 내경이 좁아지도록 형성되어 승온된 배기가스가 외부 하우징(100)의 중심부로 이동될 수 있게 안내할 수 있다. 즉, 환원제 분사부(300)에 의해 분사된 환원제가 외부 하우징(100)의 내측 중심방향을 향해 분사되므로, 가이드(400)는 이러한 분사된 환원제와 효과적으로 접촉될 수 있도록 승온된 배기가스의 이동을 안내할 수 있다.
구체적으로, 외부 하우징(100)의 내주면으로부터 가이드의 경사각(b)은 30도 내지 90도 사이일 수 있다. 즉, 가이드의 경사각(b)은 내부 하우징 경사각(a)과 동일하게 형성될 수 있다.
가이드의 경사각(b)이 30도 미만인 경우, 외부 하우징(100)의 외주면을 따라 이동하는 일부의 배기가스를 효과적으로 외부 하우징(100)의 중심방향으로 안내하기 어렵다.
또한, 가이드의 경사각(b)이 90도를 초과하는 경우, 가이드(400)와 배기가스가 서로 충돌하여 와류가 형성되는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)의 환원제 분사부(300)는, 앞서 서술한 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340)를 통해 배출되는 유체는 환원제와 이를 효과적으로 미립화 시키기 위한 에어일 수 있다. 즉, 환원제 분사부재(310,320,330,340)는 복수의 유체를 분사하는 이유체 노즐일 수 있다.
복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340)는 서로 이격되어 외부 하우징(100)에 지지될 수 있다. 복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340) 중 적어도 하나 이상의 환원제 분사부재는 나머지 분사부재와 서로 다른 환원제 분사각(c,d)이 형성되도록 배치될 수 있다.
또는, 복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340)는 외부 하우징(100)의 외주면과 서로 다른 각도로 배치되어 외부 하우징(100)의 내측으로 환원제 분사가 서로 다른 영역으로 이루어져 외부 하우징(100)의 내측의 어느 한 일영역에 환원제가 집중되어 분사되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
즉, 복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340)가 서로 다른 환원제 분사각을 갖도록 배치되어 분사된 환원제가 승온된 배기가스에 의해 효과적으로 열분해 되도록 할 수 있다.
구체적으로, 복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340)는 외부 하우징(100)의 내주면으로부터 각 환원제 분사부재(310,320,330,340)의 길이방향 사이의 환원제 분사각(c,d)이 15도 내지 40도의 범위를 갖도록 설치될 수 있다.
일예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 환원제 분사부재(310)와 제2 환원제 분사부재(320)와 제3 환원제 분사부재(330) 그리고 제4 환원제 분사부재(340)가 외부 하우징(100)에 서로 이격되어 지지될 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 환원제 분사부재(310)의 환원제 분사각(c)과 제2 환원제 분사부재(320)의 환원제 분사각(d)은 상술한 15도 내지 40도의 범위 내에서 서로 다른 값을 갖도록 배치될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상술한 버너장치(101)를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템(102)을 설명한다.
엔진(10)은 연료를 연소시켜 동력을 생산하며, 배기가스를 배출한다. 배출된 배기가스는 질소산화물을 포함한다. 구체적으로, 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 배기가스에 포함된 질소산물을 저감시킨다.
배기배관(20)은 엔진(10)과 연결되어, 엔진(10)이 배출하는 배기가스가 외부로 배출될 수 있도록 안내한다.
반응기(30)에는 내부에 도시되지 않은 질소산화물을 저감시킬 수 있는 촉매가 설치되어 있다. 또한, 반응기(30)는 배기배관(20) 상에 설치되어, 질소산화물을 포함한 배기가스가 반응기(30)를 통과 후 정화되어 외부로 배출되도록 할 수 있다.
우회배관(40)은 배기배관(20)과 연결되며, 반응기(30)를 통과한 정화된 배기가스가 반응기(30)를 우회하여 반응기(30) 전방으로 공급되도록 안내한다. 즉, 우회배관(40)은 반응기(30)를 우회하여 배기배관(20)과 연결된다.
구체적으로, 우회배관(40)의 일측은 반응기(30) 후방의 배기배관(20)과 연결되고, 우회배관(40)의 타측은 반응기(30) 전방의 배기배관(20)과 연결될 수 있다.
블로워(50)는 우회배관(40) 상에 설치되어 반응기(30)를 통과한 배기가스가 우회배관(40)으로 유입되도록 유체의 흐름을 제어한다. 즉, 블로워(50)의 구동에 의해 반응기(30)를 통과한 배기가스가 우회배관(40)으로 유입되어 반응기(30) 전방으로 재유입될 수 있다.
버너장치(101)는 우회배관(40) 상에 설치된다. 또한, 버너장치(101)는 블로워(50)에 의해 우회배관(40)으로 유입된 배기가스를 승온시키고, 승온된 배기가스를 환원제 열분해에 이용하여 암모니아와 혼합된 승온된 배기가스가 반응기(30) 전방으로 재공급되도록 할 수 있다.
유입구(130)를 통해 유입된 정화된 배기가스는 외부 하우징(100)의 내주면과 내부 하우징(200)의 외주면 사이에 형성된 유로(140)를 따라 이동한다. 이때, 연소실(201)의 연료 분사부재(150)를 통해 분사된 연료는 화염을 형성한다. 따라서, 유로(140)를 따라 이동하는 배기가스는 연소실(201)의 외주면을 따라 이동하며 승온될 수 있다.
승온된 배기가스는 내부 하우징(200)의 일단부(210)를 따라 이동하며 외부 하우징(100)의 중심부를 향해 이동되도록 안내될 수 있다. 또한, 승온된 배기가스 중 외부 하우징(100)의 내측벽면을 따라 이동하는 배기가스는 가이드(400)의 경사진 내주면을 따라 외부 하우징(100)의 중심부를 향해 이동되도록 안내될 수 있다.
가이드(400)를 통과한 승온된 배기가스는 서로 다른 환원제 분사각을 갖도록 형성된 복수의 환원제 분사부재(310,320,330,340)가 분사하는 요소와 접촉된다. 이때, 배기가스가 가진 열에너지는 요소를 암모니아로 분해시키는데 활용될 수 있다.
암모니아와 승온된 배기가스는 혼합부재(500)에 의해 서로 혼합된다. 따라서, 토출구(120)를 통해 버너장치(101)로부터 토출되는 배기가스는 암모니아와 효과적으로 혼합될 수 있다.
우회배관(40)의 타측은 암모니아 분사부(60)와 연결된다. 구체적으로, 암모니아 분사부(60)는 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 삽입 설치될 수 있다.
버너장치(101)로부터 토출되어 암모니아와 효과적으로 혼합된 배기가스는 암모니아 분사부(60)를 통해 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 분사된다. 따라서, 반응기(30) 전방의 배기배관(20)을 통과하는 질소산화물을 포함하는 배기가스와 암모니아와 혼합된 정화된 배기가스는 서로 혼합되어 반응기(30)로 유입될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 버너장치(101)를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 반응기(30)를 통과한 배기가스를 활용하여 배기가스의 승온뿐만 아니라 승온된 배기가스를 환원제 열분해에 활용할 수 있다. 따라서, 버너장치(101)는 선택적 촉매 환원 시스템(102)에 배치시 컴팩트한 설치공간을 차지할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 상술한 버너장치(101)를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템(103)을 설명한다.
제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 엔진의 배기부(11)와 배기배관(20)과 촉매가 설치된 반응기(30)와 우회배관(40) 그리고 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)를 포함한다.
선택적 촉매 환원 시스템(103)은 배기가스에 포함된 질소산물을 저감시킨다.
엔진의 배기부(11)는 엔진의 일측에 배치되어 엔진의 연소실에서 연료를 연소후 발생되는 배기가스가 엔진의 외부로 토출되도록 안내한다.
배기배관(20)은 엔진의 배기부(11)와 연결되어 엔진의 배기부(11)를 통해 엔진으로부터 토출된 배기가스가 이를 따라 이동하여 외부로 배출되도록 안내한다.
반응기(30) 내부에는 촉매가 설치된다. 구체적으로, 반응기(30) 내부에 설치된 촉매는 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시킬 수 있는 촉매일 수 있다.
우회배관(40)은 배기배관(20)과 연결되며, 반응기(30)를 통과한 정화된 배기가스가 반응기(30)를 우회하여 반응기(30) 전방으로 공급되도록 안내한다. 즉, 우회배관(40)은 반응기(30)를 우회하여 배기배관(20)과 연결된다.
구체적으로, 우회배관(40)의 일측은 반응기(30) 후방의 배기배관(20)과 연결되고, 우회배관(40)의 타측은 반응기(30) 전방의 배기배관(20)과 연결될 수 있다.
암모니아 분사부(60)는 우회배관(40)의 타측과 연결된다. 구체적으로, 암모니아 분사부(60)는 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 삽입 설치될 수 있다.
버너장치(101)는 우회배관(40) 상에 설치된다. 따라서, 버너장치(101)는 반응기(30)를 통과한 배기가스를 승온시켜 반응기(30) 전방으로 공급시킬 수 있다. 즉, 버너장치(101)로부터 토출되어 암모니아와 효과적으로 혼합된 배기가스는 암모니아 분사부(60)를 통해 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 분사된다. 따라서, 반응기(30) 전방의 배기배관(20)을 통과하는 질소산화물을 포함하는 배기가스와 암모니아와 혼합된 정화된 배기가스는 서로 혼합되어 반응기(30)로 유입될 수 있다.
반응기(30) 후방의 배기배관(20) 상에는 엔진의 배기가스에 의해 회전되는 과급기(70)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 반응기(30) 후방의 배기배관(20) 상에 배기가스의 이동에 따라 회전되는 터빈이 설치될 수 있어, 반응기(30)를 향해 배기가스가 효과적으로 배출되도록 배기배관(20)을 통과하는 배기가스의 이동을 안내할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 반응기(30)를 통과한 배기가스를 환원제 분해에 효과적으로 활용할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 상술한 버너장치(101)를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템(104)을 설명한다.
제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(104)은 엔진의 배기부(11)와 배기배관(20)과 촉매가 설치된 반응기(30)와 분기배관(80) 그리고 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)를 포함한다.
선택적 촉매 환원 시스템(104)은 배기가스에 포함된 질소산물을 저감시킨다.
엔진의 배기부(11)는 엔진의 일측에 배치되어 엔진의 연소실에서 연료를 연소후 발생되는 배기가스가 엔진의 외부로 토출되도록 안내한다.
배기배관(20)은 엔진의 배기부(11)와 연결되어 엔진의 배기부(11)를 통해 엔진으로부터 토출된 배기가스가 이를 따라 이동하여 외부로 배출되도록 안내한다.
반응기(30) 내부에는 촉매가 설치된다. 구체적으로, 반응기(30) 내부에 설치된 촉매는 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시킬 수 있는 촉매일 수 있다.
분기배관(80)은 반응기(30) 전방의 배기가스의 일부를 분기시켜 반응기(30) 전방으로 공급되도록 안내한다. 구체적으로, 분기배관(80)은 반응기(30) 전방의 배기가스의 일부가 반응기(30) 전방의 배기배관(20) 일영역을 우회하여 반응기(30) 전방으로 공급되도록 안내할 수 있다.
즉, 분기배관(80)의 일측은 엔진의 배기부(11)와 반응기(30) 전방 사이의 배기배관(20)과 연결되고, 분기배관(80)의 타측은 분기배관(80)의 일측과 반응기(30) 전방 사이의 배기배관(20)과 연결된다. 구체적으로, 분기배관(80)의 타측은 분기배관(80)의 일측보다 반응기(30)와 인접하게 배치될 수 있다.
암모니아 분사부(60)는 분기배관(80)의 타측과 연결된다. 구체적으로, 암모니아 분사부(60)는 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 삽입 설치될 수 있다.
버너장치(101)는 분기배관(80) 상에 설치된다. 따라서, 버너장치(101)는 반응기(30) 전방을 통과하는 고온의 배기가스를 일부 분기시켜 버너장치(101) 안내한 후 버너장치(101)에 의해 승온된 배기가스를 반응기(30) 전방으로 공급시킬 수 있다. 즉, 버너장치(101)로부터 토출되어 암모니아와 효과적으로 혼합된 배기가스는 암모니아 분사부(60)를 통해 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 분사된다. 따라서, 반응기(30) 전방의 배기배관(20)을 통과하는 질소산화물을 포함하는 고온의 배기가스와 버너장치(101) 내부에서 열분해된 암모니아와 서로 혼합되어 반응기(30)로 유입될 수 있다.
반응기(30) 후방의 배기배관(20) 상에는 엔진의 배기가스에 의해 회전되는 과급기(70)가 설치될 수 있다. 구체적으로, 반응기(30) 후방의 배기배관(20) 상에 배기가스의 이동에 따라 회전되는 터빈이 설치될 수 있어, 반응기(30)를 향해 배기가스가 효과적으로 배출되도록 배기배관(20)을 통과하는 배기가스의 이동을 안내할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(104)은 반응기(30) 전방의 고온의 배기가스를 환원제 분해에 효과적으로 활용할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 상술한 버너장치(101)를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템(105)을 설명한다.
제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(105)은 엔진의 배기부(11)와 배기배관(20)과 과급기(70)와 촉매가 설치된 반응기(30)와 과급기 분기배관(90) 그리고 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 버너장치(101)를 포함한다.
선택적 촉매 환원 시스템(105)은 배기가스에 포함된 질소산물을 저감시킨다.
엔진의 배기부(11)는 엔진의 일측에 배치되어 엔진의 연소실에서 연료를 연소후 발생되는 배기가스가 엔진의 외부로 토출되도록 안내한다.
배기배관(20)은 엔진의 배기부(11)와 연결되어 엔진의 배기부(11)를 통해 엔진으로부터 토출된 배기가스가 이를 따라 이동하여 외부로 배출되도록 안내한다.
과급기(70)는 엔진으로 압축된 공기를 공급하고, 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 회전된다. 구체적으로, 과급기(70)는 엔진으로 압축된 공기를 공급하는 압축기와 배기가스에 의해 회전되는 터빈을 포함할 수 있다.
반응기(30) 내부에는 촉매가 설치된다. 구체적으로, 반응기(30) 내부에 설치된 촉매는 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시킬 수 있는 촉매일 수 있다.
과급기 분기배관(90)은 일측이 과급기(70) 전방에 연결되고 타측이 과급기(70) 후방과 반응기(30) 전방 사이의 배기배관(20)에 연결된다. 또한, 과급기 분기배관(90)은 과급기(70)의 터빈을 우회하며, 터빈을 회전시키기 전의 고온의 배기가스를 분기시켜 반응기(30) 전방으로 공급되도록 안내한다. 구체적으로, 과급기 분기배관(90)은 과급기(70)를 우회한 배기가스의 일부가 반응기(30) 전방의 배기배관(20)으로 공급되도록 안내할 수 있다.
암모니아 분사부(60)는 과급기 분기배관(90)의 타측과 연결된다. 구체적으로, 암모니아 분사부(60)는 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 삽입 설치될 수 있다.
버너장치(101)는 분기배관(80) 상에 설치된다. 따라서, 버너장치(101)는 과급기(70)를 통과하기 전의 고온의 배기가스를 일부 분기시켜 버너장치(101) 안내한 후 버너장치(101)에 의해 승온된 배기가스를 반응기(30) 전방으로 공급시킬 수 있다. 즉, 버너장치(101)로부터 토출되어 암모니아와 효과적으로 혼합된 배기가스는 암모니아 분사부(60)를 통해 반응기(30) 전방의 배기배관(20)에 분사된다. 따라서, 반응기(30) 전방의 배기배관(20)을 통과하는 질소산화물을 포함하는 고온의 배기가스와 버너장치(101) 내부에서 열분해된 암모니아와 서로 혼합되어 반응기(30)로 유입될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(105)은 과급기(70)를 통과하기 전의 반응기(30) 전방의 고온의 배기가스를 환원제 분해에 효과적으로 활용할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
11: 엔진의 배기부 20: 배기배관
30: 반응기 40: 우회배관
70: 과급기 80: 분기배관
90: 과급기 분기배관 100: 외부 하우징
101: 버너장치 102,103,104,105: 선택적 촉매 환원 시스템
150: 연료 분사부재 120: 토출구
130: 유입구 200: 내부 하우징
220: 다공 영역 300: 환원제 분사부
400: 가이드 500: 혼합부재

Claims (11)

  1. 배기가스를 승온 시키는 버너장치에 있어서,
    일측에 연료 분사부재가 설치된 외부 하우징;
    상기 연료 분사부재의 일부를 감싸며 상기 외부 하우징의 내주면과 이격되며 배치된 내부 하우징; 및
    상기 외부 하우징에 지지되며 상기 외부 하우징 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사부
    를 포함하는 버너장치.
  2. 제1항에서,
    상기 외부 하우징은,
    타측에 형성된 토출구; 및
    상기 내부 하우징의 외주면을 따라 배기가스가 유입되도록 상기 외부 하우징의 일측과 상기 토출구 사이에 형성된 유입구
    를 포함하는 버너장치.
  3. 제2항에서,
    상기 외부 하우징의 타측에 설치되어 승온된 배기가스와 분사된 환원제를 혼합시키는 혼합부재를 더 포함하는 버너장치.
  4. 제1항에서,
    상기 내부 하우징은 상기 환원제 분사부를 향한 일단부가 좁아지는 방향으로 경사져 형성된 것을 특징으로 하는 버너장치.
  5. 제4항에서,
    상기 내부 하우징은 상기 내부 하우징의 일단부에 형성된 다공 영역을 포함하는 버너장치.
  6. 제1항에서,
    상기 내부 하우징과 상기 환원제 분사부 사이의 상기 외부 하우징 내측에 설치되어, 상기 내부 하우징의 외주면을 따라 이동한 배기가스가 상기 내부 하우징의 중심방향을 향해 이동하도록 안내하는 가이드를 더 포함하는 버너장치.
  7. 제6항에서,
    상기 가이드는 중공형으로 형성되어, 상기 환원제 분사부와 인접해 질수록 내경이 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 버너장치.
  8. 제1항에서,
    상기 환원제 분사부는 상기 외부 하우징에 서로 이격되어 지지지며, 상기 외부 하우징의 내측으로 분사하는 환원제 분사각이 다른 하나 이상의 환원제 분사부재를 갖는 복수의 환원제 분사부재를 포함하는 버너장치.
  9. 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    상기 엔진의 배기부와 연결되어 배기가스가 통과하는 배기배관;
    상기 배기배관 상에 배치되며, 내부에 촉매가 설치된 반응기;
    상기 배기배관과 연결되어, 상기 반응기를 우회하여 배기가스가 이동되도록 안내하는 우회배관; 및
    상기 우회배관 상에 설치되어, 상기 반응기를 통과한 배기가스를 승온시켜 상기 반응기 전방으로 공급하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 버너장치
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  10. 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    상기 엔진의 배기부와 연결되어 배기가스가 통과하는 배기배관;
    상기 배기배관 상에 배치되며, 내부에 촉매가 설치된 반응기;
    상기 반응기 전방의 배기가스의 일부를 분기시켜 상기 반응기 전방으로 공급되도록 안내하는 분기배관; 및
    상기 분기배관 상에 설치되어, 배기가스를 승온시켜 상기 반응기 전방으로 공급하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 버너장치
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  11. 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    상기 엔진의 배기부를 통해 배출된 배기가스가 통과하는 배기배관;
    상기 엔진으로 압축된 공기를 공급하고, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 의해 회전되는 과급기;
    상기 배기배관 상에 배치되며, 내부에 촉매가 설치된 반응기;
    일측이 상기 과급기 전방에 연결되고 타측이 상기 반응기 전방의 배기배관에 연결되어, 상기 과급기를 우회하여 상기 엔진의 배기부를 통과한 배기가스가 상기 반응기 전방으로 공급되도록 안내하는 과급기 분기배관; 및
    상기 과급기 분기배관 상에 설치되어, 배기가스를 승온시켜 상기 반응기 전방으로 공급하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 버너장치
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.

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