WO2016195195A1 - 버너 시스템 - Google Patents

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WO2016195195A1
WO2016195195A1 PCT/KR2015/014333 KR2015014333W WO2016195195A1 WO 2016195195 A1 WO2016195195 A1 WO 2016195195A1 KR 2015014333 W KR2015014333 W KR 2015014333W WO 2016195195 A1 WO2016195195 A1 WO 2016195195A1
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WO
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exhaust gas
region
reducing agent
burner body
injection member
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PCT/KR2015/014333
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English (en)
French (fr)
Inventor
오일석
박종훈
박규진
이재문
이주희
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두산엔진주식회사
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Publication date
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    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a burner system, and more particularly, to a burner system for raising the exhaust gas discharged from an engine for use in reducing agent pyrolysis.
  • the engine burns fuel to generate power.
  • the exhaust gas emitted from the engine includes nitrogen oxides. Nitrogen oxides have a harmful effect on the human body when discharged to the outside and are managed as regulated targets of the emission gases.
  • the apparatus in which the engine is installed includes a separate exhaust gas purification device for purifying nitrogen oxide contained in exhaust gas discharged from the engine.
  • the exhaust gas purification device injects urea (Urea) to the exhaust gas discharged from the engine, and the injected urea water and exhaust gas to be introduced into the reactor. That is, the injected urea water is decomposed into isocyanic acid and ammonia by the temperature of the exhaust gas and flows into the reactor.
  • the reactor is also equipped with a catalyst capable of reducing nitrogen oxides to nitrogen and water (or water vapor).
  • the exhaust gas mixed with the injected reducing agent introduced into the reactor passes through the catalyst and is decomposed into nitrogen and water to discharge the purified exhaust gas when discharged to the outside.
  • ammonia may be included in the exhaust gas that has passed through the reactor, and there is a problem in that harmful effects on the human body when discharged outside.
  • Embodiments of the present invention provide a burner system that can effectively pyrolyze the reducing agent.
  • a burner system for raising the exhaust gas discharged from an engine for use in pyrolysis of a reducing agent may include a region in which the exhaust gas is heated and a mixture of the exhaust gas and the pyrolyzed reducing agent heated in the region.
  • a burner body which is formed in one region adjacent to the other region and the other region and includes an exhaust gas inlet through which exhaust gas is introduced and an exhaust gas outlet through which the exhaust gas passed through the other region is discharged, and installed at one side of the burner body
  • a reducing agent injecting member for injecting a reducing agent into the partition wall.
  • the burner system described above may further include a vane installed inside the other region to mix the pyrolyzed reducing agent and the exhaust gas passing through the other region.
  • the burner body may further include a novel air inlet formed on one side of the burner body to supply fresh air so that the fuel is combusted when the fuel supplied by the fuel injecting member is injected.
  • the reducing agent injection member may be disposed between the fresh air inlet and the exhaust gas inlet.
  • the burner system described above may further include a swirler installed in the one region to adjust the length of the flame generated by the fuel injected from the fuel injection member.
  • the burner system may further include a flame detection member for detecting the flame temperature of the one region, and a control unit for controlling the operation of the reducing agent injection member based on the flame temperature information detected by the flame detection member.
  • the burner system can effectively pyrolyze the reducing agent.
  • FIG. 1 shows a cross section of a burner system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows the swirler of FIG. 1.
  • FIG. 3 illustrates an operation of FIG. 1.
  • Embodiments of the invention specifically illustrate ideal embodiments of the invention. As a result, various modifications of the drawings are expected. Thus, the embodiment is not limited to the specific form of the illustrated region, but includes, for example, modification of the form by manufacture.
  • an engine emits exhaust gas containing nitrogen oxides produced by combustion of fuel.
  • Burner system 101 uses this exhaust gas for pyrolysis of the reducing agent.
  • the burner system 101 according to an embodiment of the present invention includes one region 110, another region 120, an exhaust gas inlet 130, and an exhaust gas outlet 140. And a burner body 100, a fuel injection member 200, a partition wall 300, and a reducing agent injection member 400.
  • the burner body 100 is provided with one region 110 for heating the exhaust gas and another region 120 for mixing the heated exhaust gas and the pyrolyzed reducing agent.
  • the burner body 100 may be formed long in one direction, and the inside may be hollow.
  • the burner body 100 includes an exhaust gas inlet 130 through which the exhaust gas discharged from the engine flows into the burner body 100.
  • the exhaust gas inlet 130 may be formed in one region 110 adjacent to the other region 120.
  • the exhaust gas inlet 130 is formed at an end of one region 110 for heating the exhaust gas facing the other region 120 where the heated exhaust gas and the pyrolyzed reducing agent are mixed to exhaust the exhaust region to the region 110.
  • the gas can be guided to enter.
  • the exhaust gas outlet 140 may be formed in the burner body 100 to discharge the exhaust gas passing through the other region 120. Specifically, the reducing agent pyrolyzed by the heated exhaust gas and the heated exhaust gas may be mixed and discharged to the reactor (not shown) through the exhaust gas outlet 140.
  • the fuel injection member 200 injects fuel into one region 110 of the burner body 100. That is, the fuel injection member 200 may inject fuel into the burner body 100 to form a flame. The exhaust gas passing through the burner body 100 may be heated by the flame injected from the fuel injection member 200. Specifically, the fuel injection member 200 is installed on one side of the burner body 100.
  • the burner body 100 formed to extend in one direction has a fuel injection member 200 installed on one side, and an exhaust gas outlet 140 formed on the other side, between the fuel injection member 200 and the exhaust gas outlet 140.
  • Exhaust gas inlet 130 may be formed in.
  • the partition 300 is installed inside one region 110 of the burner body 100.
  • the partition 300 guides the exhaust gas flowing from the exhaust gas inlet 130 of the burner body 100 to be moved toward the fuel injection member 200.
  • the partition wall 300 may be installed in one region 110 of the burner body 100 to surround a part of the flame formed by the fuel injected from the fuel injection member 200 to form a combustion chamber. .
  • the partition 300 may guide the exhaust gas introduced from the exhaust gas inlet 130 to flow into the combustion chamber.
  • the partition wall 300 is connected to the other region 120, and the exhaust gas passing through the partition wall 300 may be discharged through the exhaust gas outlet 140.
  • the moving direction of the exhaust gas moved from the exhaust gas inlet 130 toward the fuel injection member 200 by the partition 300 is the direction of the flame formed by the fuel injected into the fuel injection member 200. Can face.
  • the exhaust gas flowing from the exhaust gas inlet 130 and moving along the partition wall 300 may cool the partition wall 300 formed to cover a part of the flame formed by the fuel injected from the fuel injection member 200. Can be. Therefore, the exhaust gas introduced from the exhaust gas inlet 130 may move along the partition wall 300 and cool the temperature of the combustion chamber formed in the partition wall 300.
  • the reducing agent injection member 400 injects a reducing agent into the partition 300.
  • the reducing agent sprayed from the reducing agent injection member 400 may be urea water (Urea). That is, the urea water injected from the reducing agent injection member 400 may be thermally decomposed into ammonia and isocyanic acid in a combustion chamber in which a flame is formed in the partition 300.
  • the ammonia thus formed is introduced into the reactor in which the catalyst is installed, thereby improving the purification efficiency of the exhaust gas.
  • the exhaust gas flowing into the reactor may be introduced into the reactor at a temperature relatively higher than the temperature of the exhaust gas introduced from the exhaust gas inlet 130 of the burner body 100, so that the exhaust gas temperature is lower than the activation temperature of the catalyst. It is possible to effectively prevent poisoning and deterioration of purification efficiency generated by the catalyst.
  • the temperature of the combustion chamber may be cooled by the exhaust gas flowing into the combustion chamber along the partition 300, and thus the temperature at which the reducing agent injected from the reducing agent injection member 400 is elevated may be relatively lowered. Therefore, the exhaust gas moving along the partition 300 may effectively prevent foreign substances that may occur when the reducing agent is injected.
  • the burner system 101 may further include a vane 500.
  • the vane 500 may be installed inside the other region 120 of the burner body 100 to allow the pyrolyzed reducing agent and exhaust gas to pass through the other region 120 to be mixed. Specifically, the vane 500 may be formed to protrude on the inner circumferential surface of the other region 120 of the burner body 100 to effectively mix the pyrolyzed reducing agent and the exhaust gas.
  • the burner body 100 of the burner system 101 may further include a novel air inlet 150.
  • the novel air inlet 150 may be formed at one side of the burner body 100 in which the fuel injection member 200 is installed. That is, the external fresh air flowing into the fresh air inlet 150 may supply oxygen to the fuel injected from the fuel injection member 200 so that the fuel is combusted to form a flame.
  • the fresh air inlet 150 may supply fresh air from the outside to one region of the burner body 100 for combustion of the fuel injected from the fuel injection member 200.
  • the exhaust gas inlet 130 may be formed between the novel air inlet 150 and the exhaust gas outlet 140.
  • the reducing agent injection member 400 of the burner system 101 may be disposed between the fresh air inlet 150 and the exhaust gas inlet 130.
  • the reducing agent injection member 400 may be supported by the partition wall 300. In addition, the reducing agent injection member 400 may be disposed between the fresh air inlet 150 and the exhaust gas inlet 130.
  • the reducing agent injection member 400 may be disposed at a lower flame portion that is relatively lower than the main flame portion formed at the end of the fuel injection member 200 during combustion of the fuel injected from the fuel injection member 200 to inject the reducing agent. .
  • the temperature of the main flame portion at one end of the fuel injection member 200 is 1200 (Deg. C).
  • the reducing agent injection member 400 may spray urea water to the hatched salt portions spaced apart from the end region of the fuel injection member 200 to suppress the generation of foreign substances, thereby effectively pyrolyzing urea water.
  • the temperature of the hatched salt portion may be in the range of 600 to 700 (Deg. C).
  • the reducing agent injection member 400 may be located at 0.4L to 0.6L from one side of the burner body 100.
  • the reducing agent injection member 400 may be thermally decomposed by injecting a reducing agent into a flame of 600 to 700 (Deg. C) formed in the partition 300.
  • the reducing agent injection member 400 may be installed in a plurality facing each other.
  • the burner system 101 may further include a swirler.
  • the swirler 600 may adjust the length of the flame generated by the fuel injected from the fuel injection member 200. Specifically, the swirler 600 may be installed at one end of the fuel injection member 200. In addition, the swirler 600 may include a plurality of wings 610 formed in a flat shape and protruding from the flat plate, as shown in FIG. 2.
  • the swirler 600 rotates around the fuel injection member 200 and rotates by the exhaust gas introduced from the fresh air inlet 150 or the exhaust gas introduced from the exhaust gas inlet 130, and the fuel injection member 200. It is possible to adjust the length of the flame formed by the fuel injected from.
  • the swirler 600 may adjust the length of the flame such that the temperature of the flame at which the reducing agent injection member 400 injects the reducing agent is in the range of 600 to 700 (Deg.C).
  • the swirler 600 may be rotated by a power unit not shown.
  • the burner system 101 may further include a flame detection member 700 and a controller 800.
  • the flame detection member 700 may detect the temperature of the flame formed in the combustion chamber inside the partition 300 by the fuel injected from the fuel injection member 200. Specifically, the flame detection member 700 may be installed adjacent to the reducing agent injecting member 400 to detect the temperature of the sub-flaming portion through which the reducing agent injecting member 400 injects the reducing agent.
  • the controller 800 may control the operation of the reducing agent injecting member 400 based on the temperature information of the flame detected by the flame detecting member 700.
  • the controller 800 has a preset pyrolysis temperature range in which the reducing agent injected by the reducing agent injecting member 400 can pyrolyze effectively. Accordingly, the controller 800 may determine whether the operation of the burner is normal by comparing the preset pyrolysis temperature range with the detected flame temperature. If there is a flame temperature detected within a preset pyrolysis temperature range, the controller 800 determines the operation of the burner to be normal and continues to operate the reducing agent injecting member 400, and the preset detected flame temperature is a preset pyrolysis temperature. If out of range, the operation of the burner can be determined as abnormal and the operation of the reducing agent injection member 400 can be stopped.
  • the controller 800 controls the length of the flame by controlling the amount of fuel supplied from the fuel injection member 200 and a driving device not shown in the swirler 600 when the temperature of the detected flame is less than or equal to a predetermined pyrolysis temperature. can do.
  • the exhaust gas discharged from the engine is introduced into one region 110 of the burner body 100 through the exhaust gas inlet 130. At this time, the temperature of the exhaust gas may be low temperature.
  • the exhaust gas introduced into the exhaust gas inlet 130 is moved along the partition 300 along the longitudinal direction of the partition 300.
  • control unit 800 operates the fuel injection member 200 to inject fuel into the combustion chamber inside the partition wall 300, so that the flame is ignited by an ignition member not shown.
  • the fresh air flows into the combustion chamber inside the partition wall 300 through the fresh air inlet 150.
  • the novelty introduced through the novelty inlet 150 may help exhaust gas to be moved from one side of the burner body 100 to the other side of the burner body 100.
  • Exhaust gas that has moved along the longitudinal direction (the direction opposite to the flame formation direction) of the barrier rib 300 is introduced into the barrier rib 300 to be heated up through the flame.
  • the controller 800 operates the reducing agent injecting member 400 to inject the reducing agent into the hatch salt portion.
  • the exhaust gas passing through the partition 300 is heated by the flame, and the urea water injected into the heated exhaust gas is effectively thermally decomposed into ammonia and isocyanic acid.
  • Pyrolyzed ammonia, isocyanic acid, and the heated exhaust gas pass through the other region 120 and are mixed with vanes 500 to form a swirl flow. That is, the pyrolyzed ammonia, isocyanic acid and the heated exhaust gas may move along the longitudinal direction of the other region 120 and may be sufficiently mixed by the vanes 500.
  • the pyrolyzed ammonia, isocyanic acid and the heated exhaust gas mixed in the other region 120 are discharged from the burner body 100 through the exhaust gas outlet 140.
  • the discharged exhaust gas is introduced into a reactor in which a catalyst (not shown) is installed, and may be decomposed into nitrogen and water (steam) and discharged outside.
  • the exhaust gas flowing from the exhaust gas inlet 130 and moving along the partition 300 may cool the combustion chamber inside the partition 300. Therefore, the temperature inside the partition 300 is prevented from being overshooted, and combustion of ammonia or generation of foreign matters that may occur when pyrolysis of the reducing agent injected from the reducing agent injection member 400 by overheating inside the partition 300 is caused. Can be prevented.
  • the burner system 101 can effectively pyrolyze the reducing agent.
  • the exhaust gas introduced into one region of the burner body 100 through the exhaust gas inlet 130 flows along the longitudinal direction of the partition wall 300, and the fuel injection member 200 supplies fuel. It is possible to effectively cool the temperature of the inner side of the partition wall 300 by spraying to form a flame. Therefore, it is possible to prevent the combustion of ammonia or the generation of foreign matter that may be generated during the thermal decomposition of the urea water injected into the partition 300.
  • the burner system 101 includes one region 110 in which the burner body 100 heats up the exhaust gas, and another region 120 in which the heated exhaust gas and the pyrolyzed reducing agent are mixed.
  • the temperature can be raised and the exhaust gas heated up sufficiently mixed with the pyrolyzed reducing agent.
  • the burner system according to an embodiment of the present invention can be used to heat up the exhaust gases emitted from the engine for use in reducing pyrolysis.

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Abstract

본 발명의 실시예는 버너 시스템에 관한 것으로, 환원제 열분해에 이용하기 위해 엔진에서 배출되는 배기가스를 승온시키는 버너 시스템은 배기가스를 승온시키는 일영역과 상기 일영역에서 승온된 배기가스와 열분해된 환원제가 혼합되는 타영역과 상기 타영역과 인접한 상기 일영역에 형성되어 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구 그리고 상기 타영역을 통과한 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구를 포함하는 버너 바디와, 상기 버너 바디의 일측에 설치되어 상기 버너 바디의 일영역으로 연료를 분사시키는 연료 분사부재와, 상기 버너 바디의 일영역의 내측에 설치되며 상기 버너 바디의 배기가스 유입구로부터 유입된 배기가스를 상기 연료 분사부재를 향해 이동시키는 격벽 및 상기 격벽 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사부재를 포함한다.

Description

버너 시스템
본 발명의 실시예는 버너 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환원제 열분해에 이용하기 위해 엔진에서 배출되는 배기가스를 승온시키는 버너 시스템에 관한 것이다.
엔진은 연료를 연소시켜 동력을 발생시킨다. 이러한, 엔진에서 배출되는 배기가스에는 질소산화물이 포함된다. 질소산화물은 외부로 배출시 인체에 유해한 영향을 끼쳐 배출가스의 규제대상으로 관리된다.
따라서, 엔진이 설치된 장치들은 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시키기 위한 별도의 배기가스 정화장치를 구비한다.
일반적으로 배기가스 정화장치는 엔진에서 배출되는 배기가스에 요소수(Urea)를 분사시키고, 분사된 요소수와 배기가스가 반응기 내부로 유입되도록 한다. 즉, 분사된 요소수는 배기가스의 온도에 의해 이소시안산과 암모니아로 분해되어 반응기로 유입된다. 또한, 반응기에는 내부에 질소산화물을 질소와 물(또는 수증기)로 환원시킬 수 있는 촉매가 설치된다.
따라서, 반응기로 유입된 분사된 환원제와 혼합된 배기가스는 촉매를 통과하며 질소와 물로 분해되어 외부로 배출시 정화된 배기가스를 배출시킨다.
하지만, 배기가스의 온도가 낮을 경우, 배기가스의 온도만으로는 요소수를 이소시안산과 암모니아로 분해하기 어려움이 있다. 이러한 경우, 반응기를 통과한 배기가스 중 암모니아를 포함할 수 있어 외부로 배출시 인체에 유해한 영향을 끼치는 문제점이 있다.
또한, 요소수를 충분한 고온에서 가열하지 않는 경우에 퇴적물(Deposit)이 발생하여 반응기 혹은 배관에 퇴적되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 환원제를 효과적으로 열분해 시킬 수 있는 버너 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 환원제 열분해에 이용하기 위해 엔진에서 배출되는 배기가스를 승온시키는 버너 시스템은 배기가스를 승온시키는 일영역과 상기 일영역에서 승온된 배기가스와 열분해된 환원제가 혼합되는 타영역과 상기 타영역과 인접한 상기 일영역에 형성되어 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구 그리고 상기 타영역을 통과한 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구를 포함하는 버너 바디와, 상기 버너 바디의 일측에 설치되어 상기 버너 바디의 일영역으로 연료를 분사시키는 연료 분사부재와, 상기 버너 바디의 일영역의 내측에 설치되며 상기 버너 바디의 배기가스 유입구로부터 유입된 배기가스를 상기 연료 분사부재를 향해 이동시키는 격벽 및 상기 격벽 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사부재를 포함한다.
또한, 상술한 버너 시스템은 상기 타영역 내측에 설치되어 상기 타영역을 통과하는 열분해된 환원제와 배기가스를 혼합시키는 베인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버너 바디는 상기 버너 바디의 일측에 형성되어 상기 연료 분사부재에 의해 공급된 연료의 분사시 상기 연료가 연소되도록 신기를 공급하는 신기 유입구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 환원제 분사부재는 상기 신기 유입구와 상기 배기가스 유입구 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상술한 버너 시스템은 상기 일영역에 설치되어 상기 연료 분사부재에서 분사된 연료에 의해 발생된 화염의 길이를 조절 가능한 스월러(Swirler)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 버너 시스템은 상기 일영역의 화염 온도를 검출하는 화염 검출부재와, 상기 화염 검출부재에서 검출된 화염 온도 정보를 기초로 상기 환원제 분사부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 버너 시스템은 환원제를 효과적으로 열분해 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 버너 시스템의 단면을 나타낸다.
도 2는 도 1의 스월러를 나타낸다.
도 3은 도 1의 동작과정을 나타낸다.
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 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)을 설명한다.
일반적으로 엔진은 연료의 연소에 의해 생성되는 질소산화물이 포함된 배기가스를 배출한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)은 이러한 배기가스를 환원제 열분해에 이용한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 일영역(110)과 타영역(120)과 배기가스 유입구(130) 그리고 배기가스 배출구(140)를 포함하는 버너 바디(100)와, 연료 분사부재(200)와, 격벽(300), 그리고 환원제 분사부재(400)를 포함한다.
버너 바디(100) 내부에는 배기가스를 승온시키는 일영역(110)과 승온된 배기가스와 열분해된 환원제가 혼합되는 타영역(120)이 형성된다. 구체적으로, 버너 바디(100)는 일방향으로 길게 형성되고, 내부가 중공형으로 형성될 수 있다.
또한, 버너 바디(100)는 버너 바디(100) 내부로 엔진에서 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(130)를 포함한다. 배기가스 유입구(130)는 타영역(120)과 인접한 일영역(110)에 형성될 수 있다.
즉, 배기가스 유입구(130)은 승온된 배기가스와 열분해된 환원제가 혼합되는 타영역(120)과 마주하는 배기가스를 승온시키는 일영역(110)의 단부에 형성되어 일영역(110)으로 배기가스가 유입되도록 안내할 수 있다.
배기가스 배출구(140)는 타영역(120)을 통과한 배기가스가 배출되도록 버너 바디(100)에 형성될 수 있다. 구체적으로, 승온된 배기가스에 의해 열분해된 환원제와 승온된 배기가스가 혼합되어 배기가스 배출구(140)를 통해 도시되지 않은 반응기로 배출될 수 있다.
연료 분사부재(200)는 버너 바디(100)의 일영역(110)으로 연료를 분사시킨다. 즉, 연료 분사부재(200)는 버너 바디(100) 내부에 연료를 분사시켜 화염이 형성되도록 할 수 있다. 연료 분사부재(200)에서 분사되는 화염에 의해 버너 바디(100)를 통과하는 배기가스는 승온될 수 있다. 구체적으로, 연료 분사부재(200)는 버너 바디(100)의 일측에 설치된다.
즉, 일방향으로 길게 형성된 버너 바디(100)는 일측에 연료 분사부재(200)가 설치되고, 타측에 배기가스 배출구(140)가 형성되며, 연료 분사부재(200)와 배기가스 배출구(140) 사이에 배기가스 유입구(130)가 형성될 수 있다.
격벽(300)은 버너 바디(100)의 일영역(110)의 내측에 설치된다. 또한, 격벽(300)은 버너 바디(100)의 배기가스 유입구(130)로부터 유입된 배기가가 연료 분사부재(200)를 향해 이동되도록 안내한다. 구체적으로, 격벽(300)은 버너 바디(100)의 일영역(110)에 설치되어 연료 분사부재(200)로부터 분사되는 연료에 의해 형성되는 화염의 일부를 감싸도록 형성되어 연소실을 형성할 수 있다.
즉, 격벽(300)은 배기가스 유입구(130)로부터 유입된 배기가스가 연소실로 유입되도록 안내할 수 있다. 또한, 격벽(300)은 타영역(120)과 연결되어, 격벽(300) 내부를 통과한 배기가스는 배기가스 배출구(140)를 통해 배출될 수 있다.
구체적으로, 격벽(300)에 의해 배기가스 유입구(130)로부터 연료 분사부재(200)를 향해 이동되는 배기가스의 이동방향은 연료 분사부재(200)에 분사되는 연료에 의해 형성되는 화염의 방향과 대향할 수 있다.
따라서, 배기가스 유입구(130)에서 유입되어 격벽(300)을 따라 이동하는 배기가스는 연료 분사부재(200)에서 분사되는 연료에 의해 형성되는 화염의 일부를 감싸도록 형성된 격벽(300)을 냉각시킬 수 있다. 따라서, 배기가스 유입구(130)에서 유입된 배기가스는 격벽(300)을 따라 이동하며 격벽(300) 내부에 형성된 연소실의 온도를 냉각시킬 수 있다.
환원제 분사부재(400)는 격벽(300) 내부로 환원제를 분사한다. 구체적으로, 환원제 분사부재(400)에서 분사하는 환원제는 요소수(Urea)일 수 있다. 즉, 환원제 분사부재(400)에서 분사되는 요소수는 격벽(300) 내부의 화염이 형성된 연소실에서 암모니아와 이소시안산으로 열분해될 수 있다.
따라서, 이렇게 형성된 암모니아는 촉매가 설치된 반응기로 유입되어 배기가스의 정화효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 반응기로 유입되는 배기가스는 버너 바디(100)의 배기가스 유입구(130)로부터 유입된 배기가스의 온도보다 상대적으로 높은 온도로 반응기에 유입될 수 있어, 촉매의 활성화 온도 보다 낮은 배기가스 온도에 의해 발생하는 촉매의 피독 및 정화효율 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 격벽(300)을 따라 연소실 내부로 유입되는 배기가스에 의해 연소실의 온도가 냉각될 수 있어, 환원제 분사부재(400)에서 분사되는 환원제가 승온되는 온도를 상대적으로 낮출 수 있다. 따라서, 격벽(300)을 따라 이동하는 배기가스는 환원제를 분사시 발생할 수 있는 이물질 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)은 베인(500)을 더 포함할 수 있다.
베인(Vane)(500)은 버너 바디(100)의 타영역(120) 내측에 설치되어 타영역(120)을 통과하는 열분해된 환원제와 배기가스가 혼합되도록 할 수 있다. 구체적으로, 베인(500)은 버너 바디(100)의 타영역(120)의 내주면에 돌출 형성되어 열분해된 환원제와 배기가스가 효과적으로 혼합되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)의 버너 바디(100)는 신기 유입구(150)를 더 포함할 수 있다.
신기 유입구(150)는 연료 분사부재(200)가 설치된 버너 바디(100)의 일측에 형성될 수 있다. 즉, 신기 유입구(150)로 유입되는 외부의 신기(新氣)는 연료 분사부재(200)에서 분사되는 연료에 산소를 공급시켜 연료가 연소되어 화염이 형성되도록 할 수 있다.
따라서, 신기 유입구(150)는 연료 분사부재(200)에서 분사되는 연료의 연소를 위해 외부에서 버너 바디(100)의 일영역으로 신기를 공급할 수 있다.
구체적으로, 신기 유입구(150)와 배기가스 배출구(140) 사이에 배기가스 유입구(130)가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)의 환원제 분사부재(400)는 신기 유입구(150)와 배기가스 유입구(130) 사이에 배치될 수 있다.
환원제 분사부재(400)는 격벽(300)에 지지될 수 있다. 또한, 환원제 분사부재(400)는 신기 유입구(150)와 배기가스 유입구(130) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 환원제 분사부재(400)는 연료 분사부재(200)에서 분사되는 연료의 연소시 연료 분사부재(200) 끝단에 형성되는 주화염부 보다 상대적으로 낮은 부화염부에 배치되어 환원제를 분사시킬 수 있다.
연료 분사부재(200)의 일단 영역에서의 주화염부의 온도는 1200(Deg.C)이다. 이러한 고온영역에 요소수를 분사하면 열분해된 암모니아가 연소될 위험이 있다. 따라서, 환원제 분사부재(400)가 연료 분사부재(200)의 끝단 영역에서 이격된 부화염부에 요소수를 분사시켜 이물질 생성을 억제하여 효과적으로 요소수를 열분해시킬 수 있다.
부화염부의 온도는 600 내지 700(Deg.C) 범위 내에 있을 수 있다. 구체적으로, 버너 바디(100)의 일영역(110)의 전체 길이를(L)이라고 하면, 환원제 분사부재(400)는 버너 바디(100)의 일측으로부터 0.4L 내지 0.6L 위치에 있을 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 분사부재(400)는 격벽(300) 내부에 형성된 600 내지 700(Deg.C)의 화염에 환원제를 분사시켜 열분해시킬 수 있다.
일예로, 환원제 분사부재(400)는 서로 마주하게 복수로 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)은 스월러(Swirler)를 더 포함할 수 있다.
스월러(600)는 연료 분사부재(200)에서 분사된 연료에 의해 발생된 화염의 길이를 조절 할 수 있다. 구체적으로, 스월러(600)는 연료 분사부재(200)의 일단에 설치될 수 있다. 또한, 스월러(600)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 평판상으로 형성되며 평판에 돌출 설치된 복수의 날개(610)를 포함할 수 있다.
즉, 스월러(600)는 연료 분사부재(200)를 중심으로 회전하며 신기 유입구(150)에서 유입된 신기 또는 배기가스 유입구(130)에서 유입된 배기가스에 의해 회전되며 연료 분사부재(200)에서 분사되는 연료에 의해 형성된 화염의 길이를 조절할 수 있다.
따라서, 스월러(600)는 환원제 분사부재(400)가 환원제를 분사하는 화염의 온도가 600 내지 700(Deg.C) 범위에 있도록 화염의 길이를 조절 할 수 있다. 또는, 스월러(600)는 도시되지 않은 동력장치에 의해 회전될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)은 화염 검출부재(700)와 제어부(800)를 더 포함할 수 있다.
화염 검출부재(700)는 연료 분사부재(200)에서 분사된 연료에 의해 격벽(300) 내측의 연소실에 형성된 화염의 온도를 검출할 수 있다. 구체적으로, 화염 검출부재(700)는 환원제 분사부재(400)와 인접하게 설치되어 환원제 분사부재(400)가 환원제를 분사시키는 부화염부의 온도를 검출할 수 있다.
제어부(800)는 화염 검출부재(700)에서 검출된 화염의 온도 정보를 기초로 환원제 분사부재(400)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(800)에는 환원제 분사부재(400)에 의해 분사된 환원제가 효과적으로 열분해를 할 수 있는 열분해 온도 범위가 기설정되어 있다. 따라서, 제어부(800)는 이러한 기설정된 열분해 온도 범위와 검출된 화염의 온도를 비교하여 버너의 동작이 정상인지를 판별할 수 있다. 제어부(800)는 기설정된 열분해 온도 범위 내에 검출된 화염의 온도가 있는 경우 버너의 동작을 정상으로 판별하여 환원제 분사부재(400)를 계속 동작시키고, 기설정된 검출된 화염의 온도가 기설정된 열분해 온도 범위를 벗어 나는 경우 버너의 동작을 이상으로 판별하여 환원제 분사부재(400)의 동작을 정지시킬 수 있다.
또는, 제어부(800)는 기검출된 화염의 온도가 기설정된 열분해 온도 이하인 경우 연료 분사부재(200)에서 공급되는 연료량 및 스월러(600)의 도시되지 않은 구동장치를 제어하여 화염의 길이를 제어할 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)의 동작과정을 설명한다.
엔진에서 배출되는 배기가스는 배기가스 유입구(130)를 통해 버너 바디(100)의 일영역(110)으로 유입된다. 이때 유입되는 배기가스의 온도는 저온일 수 있다.
배기가스 유입구(130)로 유입된 배기가스는 격벽(300)을 따라 격벽(300)의 길이방향을 따라 이동된다.
이때 제어부(800)은 연료 분사부재(200)를 동작시켜 연료를 격벽(300) 내측의 연소실로 분사시키며, 도시되지 않은 점화부재에 의해 화염이 점화되도록 한다.
연료 분사부재(200)의 동작시 신기 유입구(150)를 통해 격벽(300) 내측의 연소실로 신기가 유입된다. 신기 유입구(150)를 통해 유입된 신기는 버너 바디(100)의 일측으로부터 버너 바디(100)의 타측으로 배기가스가 이동될 수 있도록 도울 수 있다.
격벽(300)의 길이방향(화염 형성방향과 반대방향)을 따라 이동되던 배기가스는 격벽(300) 내측으로 유입되어 화염을 통과하며 승온된다. 제어부(800)는 환원제 분사부재(400)를 동작시켜 부화염부에 환원제를 분사시킨다.
따라서, 격벽(300) 내측을 통과하는 배기가스는 화염에 의해 승온되고 승온된 배기가스에 분사된 요소수는 암모니아와 이소시안산으로 효과적으로 열분해된다.
열분해된 암모니아와 이소시안산 그리고 승온된 배기가스는 타영역(120)을 통과하며 베인(500)에 의해 선회류를 형성하며 혼합된다. 즉, 열분해된 암모니아와 이소시안산 그리고 승온된 배기가스는 타영역(120)의 길이방향을 따라 이동하며 베인(500)에 의해 충분히 혼합될 수 있다.
타영역(120)에서 혼합된 열분해된 암모니아와 이소시안산 그리고 승온된 배기가스는 배기가스 배출구(140)를 통해 버너 바디(100)로부터 배출된다. 배출된 배기가스는 도시되지 않은 촉매가 설치된 반응기로 유입되어 질소와 물(수증기)로 분해되어 외부로 배출될 수 있다.
격벽(300) 내측의 연소실에서 화염이 형성되는 경우, 배기가스 유입구(130)로부터 유입되어 격벽(300)을 따라 이동하는 배기가스는 격벽(300) 내측의 연소실을 냉각시킬 수 있다. 따라서, 격벽(300) 내측의 온도가 오버슈팅 되는 것을 방지하고, 격벽(300) 내측의 과열에 의해 환원제 분사부재(400)에서 분사되는 환원제의 열분해시 발생될 수 있는 암모니아의 연소 또는 이물질의 생성을 방지할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 시스템(101)은 환원제를 효과적으로 열분해 시킬 수 있다.
구체적으로, 버너 시스템(101)은 배기가스 유입구(130)를 통해 버너 바디(100)의 일영역으로 유입된 배기가스가 격벽(300)의 길이방향을 따라 흐르며 연료 분사부재(200)가 연료를 분사시켜 화염을 형성하는 격벽(300)의 내측의 온도를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서, 격벽(300)의 내측으로 분사되는 요소수의 열분해시 발생될 수 있는 암모니아의 연소 또는 이물질의 생성을 방지할 수 있다.
또한, 버너 시스템(101)은 버너 바디(100)가 배기가스를 승온시키는 일영역(110)과 승온된 배기가스와 열분해된 환원제가 혼합되는 타영역(120)을 포함하고 있어, 배기가스를 효과적으로 승온시키고 승온된 배기가스가 열분해된 환원제와 충분히 혼합되도록 할 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.
본 발명의 실시예에 따른 버너 시스템은 환원제 열분해에 이용하기 위해 엔진에서 배출되는 배기가스를 승온시키는 데 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 환원제 열분해에 이용하기 위해 엔진에서 배출되는 배기가스를 승온시키는 버너 시스템에 있어서,
    배기가스를 승온시키는 일영역과, 상기 일영역에서 승온된 배기가스와 열분해된 환원제가 혼합되는 타영역, 상기 타영역 인접한 상기 일영역에 형성되어 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구와, 그리고 상기 타영역을 통과한 배기가스가 배출되는 배기가스 배출구를 포함하는 버너 바디;
    상기 버너 바디의 일측에 설치되어 상기 버너 바디의 일영역으로 연료를 분사시키는 연료 분사부재;
    상기 버너 바디의 일영역의 내측에 설치되며 상기 버너 바디의 배기가스 유입구로부터 유입된 배기가스를 상기 연료 분사부재를 향해 이동시키는 격벽; 및
    상기 격벽 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사부재
    를 포함하는 버너 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 타영역 내측에 설치되어 상기 타영역을 통과하는 열분해된 환원제와 배기가스를 혼합시키는 베인을 더 포함하는 버너 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 버너 바디는,
    상기 버너 바디의 일측에 형성되어 상기 연료 분사부재에 의해 공급된 연료의 분사시 상기 연료가 연소되도록 신기를 공급하는 신기 유입구를 더 포함하는 버너 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 환원제 분사부재는 상기 신기 유입구와 상기 배기가스 유입구 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 버너 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 일영역에 설치되어 상기 연료 분사부재에서 분사된 연료에 의해 발생된 화염의 길이를 조절 가능한 스월러(Swirler)를 더 포함하는 버너 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 일영역의 화염 온도를 검출하는 화염 검출부재; 및
    상기 화염 검출부재에서 검출된 화염 온도 정보를 기초로 상기 환원제 분사부재의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 버너 시스템.
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