KR20220155626A - 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 엔진 또는 보일러에 적용하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치에 있어서, 촉매담체를 가지는 촉매케이스와, 상기 촉매케이스를 둘러싸는 열교환부재와, 상기 촉매케이스와 상기 열교환부재를 내부에 구비한 하우징을 포함하며, 상기 하우징의 일측단부에 배기가스 유입구를 가지고 상기 배기가스 유입구와 인접한 위치에서 상기 하우징의 일측단부의 측면에 배기가스 배출구를 구비하고, 상기 하우징의 타측단부의 측면에서 냉각수 유입구를 가지고 상기 배기가스 배출구와 인접한 위치에서 상기 하우징의 일측단부의 측면에 냉각수 유출구를 구비하여, 상기 배기가스 유입구로부터 유입하여 상기 촉매케이스의 촉매담체를 통과한 배기가스와 상기 냉각수 유입구로부터 유입한 냉각수가 각각 상기 열교환부재를 분리 통과하여 상기 배기가스 배출구와 상기 냉각수 유출구로 각각 유동하는 것을 특징으로 하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치를 제공한다.

Description

배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치{Exhaust gas waste heat recovery typed catalyst device for reducing emission gas}

본 발명은 엔진 또는 보일러의 열교환기내 배기가스 저감 촉매 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 배기가스의 온도를 고온 상태로 유지하여 배기가스의 정화 효율을 높인 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진 또는 보일러에 있어서, 열교환형 배기매니폴더에서 배기가스의 열을 회수하면 배기가스의 온도가 떨어진다. 그러나, 촉매의 정화효율을 높이기 위해서는 배기가스의 온도도 높아야 한다.

즉, 배기가스가 촉매에 도달하기 전에 열교환형 배기매니폴더에서 열교환을 하면, 저온 상태로 변환된 배기가스가 촉매를 통과함으로써 촉매의 배기가스정화효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

예를 들면, 배기가스 저감 촉매를 통과한 배기가스가 촉매 측면에 형성된 가스통로를 통하여 하부에서 상부로 이동하는 중에 상기 가스통로의 측면에 설치된 셀 튜브형 열교환기를 거치면서 배기가스를 열회수하는 종래의 기술 구조가 개시되어 있다.

그러나, 이에 따르면, 배기가스가 하부에서 상부로 형성된 가스통로를 통과하면서 압력손실이 발생함으로써, 엔진 또는 보일러의 출력을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

또한, 배기가스가 상부로부터 유입되어 하부 또는 하부의 측면으로 배출되는 구성으로 인해 배기가스를 다시 상부로 배출시키려면 별도의 가스통로를 마련하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 상황을 고려하여 안출된 것으로서, 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 배기가스를 고온 상태로 유지하면서 배기가스 정화효율을 높일 수 있도록 한 배기가스 저감 촉매 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서는, 엔진 또는 보일러에 적용하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치에 있어서, 촉매담체를 가지는 촉매케이스와, 상기 촉매케이스를 둘러싸는 열교환부재와, 상기 촉매케이스와 상기 열교환부재를 내부에 구비한 하우징을 포함하며, 상기 하우징의 일측단부에 배기가스 유입구를 가지고 상기 배기가스 유입구와 인접한 위치에서 상기 하우징의 일측단부의 측면에 배기가스 배출구를 구비하고, 상기 하우징의 타측단부의 측면에서 냉각수 유입구를 가지고 상기 배기가스 배출구와 인접한 위치에서 상기 하우징의 일측단부의 측면에 냉각수 유출구를 구비하여, 상기 배기가스 유입구로부터 유입하여 상기 촉매케이스의 촉매담체를 통과한 배기가스와 상기 냉각수 유입구로부터 유입한 냉각수가 각각 상기 열교환부재를 분리 통과하여 상기 배기가스 배출구와 상기 냉각수 유출구로 각각 유동하는 것을 특징으로 하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 열교환부재는 별 형상의 요철 단면 구조를 가지는 원통형 부재이고, 상기 촉매케이스와 상기 하우징의 사이에서 요철 단면 구조에 의해 배기가스 유로와 냉각수 유로를 각각 분리 형성하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게는, 상기 열교환부재의 냉각수 유로를 형성하는 요철 단면 구조의 내측 첨단부는 상기 촉매케이스의 외측면에 밀착하고, 상기 열교환부재의 배기가스 유로를 형성하는 요철 단면 구조의 외측 첨단부는 상기 하우징의 내측면에 밀착하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치에 의하면, 엔진 또는 보일러에서 배출되는 배기가스의 온도를 고온으로 유지한 상태에서 배기가스를 촉매담체 내부로 통과시키면, 배기가스가 일측부로 유입되어 타측부로 통과하면서 고효율의 배기가스 정화작용이 발생하는 효과를 기대할 수 있다.

다음에, 촉매케이스의 측부에 형성된 열교환부재를 통하여 배기가스가 타측부에서 일측부로 이동하면서 열교환이 이루어진다. 이때, 배기가스는 종래의 기술 구성과 달리 배기가스 열교환기로 이동하는 별도의 통로가 없이 바로 타측부에서 일측부로 이동함으로써 열교환이 즉시 이루어져서 관로 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 배기가스 열교환부재의 단면 구조를 별 형상의 요철 단면 구조로 형성함으로써, 기존의 쉘 및 튜브 방식의 구조와 비교하여 보다 광역의 열교환 표면적을 형성할 수 있어서 높은 열회수 효율을 가지는 이점을 제공한다.

아울러, 배기가스 저감 촉매를 둘러싸고 있는 촉매케이스 외측부에 냉각수가 흐르는 부위의 접촉면적을 최소화시킴으로써 배기가스 정화를 위하여 필요한 열손실을 최소화할 수 있는 이점을 제공한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 촉매 장치의 외부 사시도.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 촉매 장치의 내부 단면 사시도.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환부재의 단면도.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 저감 촉매 장치의 배기가스 유로 및 냉각수 유로를 나타낸 내부 단면도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치를 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 촉매 장치의 외부 사시도이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 촉매 장치의 내부 단면 사시도이다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명에 따른 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치는 통상적으로 엔진 또는 보일러에 적용되며, 촉매케이스(10), 열교환부재(20) 및 하우징(30)을 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

여기에서, 촉매케이스(10)는 그 내부에 촉매담체(11)를 구비한다. 바람직하게는, 촉매케이스(10)는 외부와의 열전달을 제한하도록 단열 처리될 수 있다.

열교환부재(20)는 촉매케이스(10)를 둘러싸면서 촉매케이스(10)의 외측부와 하우징(30)의 내측부의 사이에서 밀착하는 구조로 이루어져 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도3을 참조하여 후술하기로 한다.

하우징(30)은 도2에 도시된 바와 같이 촉매케이스(10)와 열교환부재(20)를 내부에 구비한 구성을 가진다.

상세하게는, 하우징(30)은 그 일측단부에 배기가스 유입구(31)를 가지는 한편, 배기가스 유입구(31)와 인접한 위치에서 하우징(30)의 일측단부의 측면에 배기가스 배출구(32)를 구비한다.

여기에서, 배기가스 유입구(31)는 엔진 또는 보일러의 배기매니폴드와 연통하는 구성으로 이루어져 있으며, 배기매니폴드를 통과하는 고온의 배기가스가 직접 배기가스 유입구(31)로 유입된다.

또한, 하우징(30)은 그 타측단부의 측면에 냉각수 유입구(33)를 가지는 한편, 배기가스 배출구(32)와 인접한 위치에서 하우징(30)의 일측단부의 측면에 냉각수 유출구(34)를 구비한다.

본 발명에 따른 배열 회수형 배기가스 저감 장치는, 배기가스 유입구(31)로부터 유입하여 촉매케이스(10)의 촉매담체(11)를 통과한 배기가스와 냉각수 유입구(33)로부터 유입한 냉각수가, 각각 열교환부재(20)를 분리 통과한 후, 배기가스 배출구(32)와 냉각수 유출구(34)로 각각 유동하도록 구성되어 있다.

여기에서, 도3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환부재(20)를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환부재(20)의 단면도이다. 본 발명에 따른 열교환부재(20)는 도3에 도시된 바와 같이 별 형상의 요철 단면 구조를 가지는 원통형 부재이다.

상세하게는, 열교환부재(20)는 촉매케이스(10)와 하우징(30)의 사이에서 요철 단면 구조에 의해 배기가스 유로(21)와 냉각수 유로(22)를 각각 분리 형성하는 구성으로 이루어져 있다.

여기에서, 바람직하게는, 열교환부재(20)의 냉각수 유로(22)를 형성하는 요철 단면 구조의 내측 첨단부(20a)는 촉매케이스(10)의 외측면에 밀착하는 한편, 열교환부재(20)의 배기가스 유로(21)를 형성하는 요철 단면 구조의 외측 첨단부(20b)는 하우징(30)의 내측면에 밀착하는 구성을 가진다.

상술한 열교환부재(20)의 요철 단면 구조의 내측 첨단부(20a) 밀착 기술 구성은, 냉각수 유로(22)가 촉매케이스(10)에 외측면에 접촉하는 부분의 면적을 최소화시킴으로써, 촉매케이스(10) 내에 유입하는 고온의 배기가스가 냉각수에 의한 열 손실을 최소화시킬 수 있다. 따라서, 고온 상태로 유지되는 배기가스가 촉매담체(11)를 지속적으로 통과함으로써, 촉매의 배기 정화 효율이 최대화로 상승하는 효과를 기대할 수 있다.

한편, 촉매담체(11)를 통과한 배기가스는 다시 열교환부재(20)의 배기가스 유로(21)를 따라 촉매담체(11)를 감싸면서 하우징(30)의 배기가스 배출구(32)를 따라 배출하도록 되어 있다.

이때, 상술한 열교환부재(20)의 요철 단면 구조의 외측 첨단부(20b) 밀착 기술 구성은, 배기가스 유로(22)가 촉매케이스(10)에 외측면에 접촉하는 부분의 면적을 최대화시킴으로써, 배기가스 유로(22) 내의 배기가스가 냉각수와 열교환이 이루어지는 한편, 촉매케이스(10)의 외부를 보온하게 하는 부가적 효과를 제공한다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 저감 촉매 장치의 배기가스 유로 및 냉각수 유로를 나타낸 내부 단면도이다.

도4에 따르면, 엔진 또는 보일러의 배기매니폴드로부터 유입된 고온의 배기가스는 배기가스 유입구(31)를 통해 촉매케이스(10)의 촉매담체(11)를 통과한 후 열교환부재(20)의 배기가스 유로(22)를 따라 유동하다가 배기가스 배출구(32)를 통해 배기가스 열교환기로 유입하도록 구성되어 있다.

한편, 하우징(30)의 냉각수 유입구(33)로 유입된 냉각수는 열교환부재(20)의 냉각수 유로(21)를 따라 유동하다가 냉각수 유출구(34)를 통해 배기가스 열교환기로 유입하도록 구성되어 있다.

이때, 배기가스와 냉각수가 열교환부재(20)의 요철 단면 구조에 의해 배기가스 유로(22)와 냉각수 유로(21)를 따라 분리 통과하는 중에 열교환이 이루어지는 기술 구성은 상술한 바와 같다.

이상 설명한 본 발명에 따른 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치의 기술 구성은 다음과 같은 효과를 제공한다.

즉, 엔진 또는 보일러에서 배출되는 배기가스의 온도를 고온으로 유지한 상태에서 배기가스를 촉매담체(11) 내부로 통과시키면, 배기가스가 일측부로 유입되어 타측부로 통과하면서 고효율의 배기가스 정화작용이 발생한다.

다음에, 촉매케이스(10)의 측부에 형성된 열교환부재(20)를 통하여 배기가스가 타측부에서 일측부로 이동하면서 열교환이 이루어진다. 이때, 배기가스는 종래의 기술 구성과 달리 별도의 통로가 없이 바로 타측부에서 일측부로 이동함으로써 열교환이 즉시 이루어져서 관로 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 배기가스 열교환부재(20)의 단면 구조를 별 형상의 요철 단면 구조로 형성함으로써, 기존의 쉘 및 튜브 방식의 구조와 비교하여 보다 광역의 열교환 표면적을 형성할 수 있어서 높은 열회수 효율을 가지는 이점을 제공한다.

아울러, 배기가스 저감 촉매를 둘러싸고 있는 촉매케이스(10) 외측부에 냉각수가 흐르는 부위의 접촉면적을 최소화시킴으로써 배기가스 정화를 위하여 필요한 열손실을 최소화할 수 있는 이점을 제공한다.

이러한 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

10 : 촉매케이스, 11: 촉매담체

20 : 열교환부재, 21 : 냉각수 유로, 22 : 배기가스 유로

30 : 하우징, 31 : 배기가스 유입구, 32 : 배기가스 배출구

33 : 냉각수 유입구, 34 : 냉각수 유출구

Claims (3)

1. 엔진 또는 보일러에 적용하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치에 있어서,
   촉매담체를 가지는 촉매케이스와,
   상기 촉매케이스를 둘러싸는 열교환부재와,
   상기 촉매케이스와 상기 열교환부재를 내부에 구비한 하우징을 포함하며,
   상기 하우징의 일측단부에 배기가스 유입구를 가지고 상기 배기가스 유입구와 인접한 위치에서 상기 하우징의 일측단부의 측면에 배기가스 배출구를 구비하고,
   상기 하우징의 타측단부의 측면에서 냉각수 유입구를 가지고 상기 배기가스 배출구와 인접한 위치에서 상기 하우징의 일측단부의 측면에 냉각수 유출구를 구비하여,
   상기 배기가스 유입구로부터 유입하여 상기 촉매케이스의 촉매담체를 통과한 배기가스와 상기 냉각수 유입구로부터 유입한 냉각수가 각각 상기 열교환부재를 분리 통과하여 상기 배기가스 배출구와 상기 냉각수 유출구로 각각 유동하는 것을 특징으로 하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치.
   
2. 제1 항에 있어서, 상기 열교환부재는 별 형상의 요철 단면 구조를 가지는 원통형 부재이고, 상기 촉매케이스와 상기 하우징의 사이에서 요철 단면 구조에 의해 배기가스 유로와 냉각수 유로를 각각 분리 형성하는 것을 특징으로 하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치.
   
3. 제2 항에 있어서, 상기 열교환부재의 냉각수 유로를 형성하는 요철 단면 구조의 내측 첨단부는 상기 촉매케이스의 외측면에 밀착하고, 상기 열교환부재의 배기가스 유로를 형성하는 요철 단면 구조의 외측 첨단부는 상기 하우징의 내측면에 밀착하는 것을 특징으로 하는 배열 회수형 배기가스 저감 촉매 장치.

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