KR100866331B1 - Plasma burner and diesel particulate filter trap - Google Patents

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김관태
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차민석
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Abstract

A plasma burner and a diesel particulate filter trap are provided to remove and oxidize effectively particulate matters within exhaust gas by preheating with a plasma burner inside a muffler and maximize space utilization around the muffler. A filter is connected to a muffler(4) on the opposite side of an engine. A plasma burner(100) heats exhaust gas using plasma discharge, installed inside the muffler between the engine and the filter. A plasma burner comprise the following elements. A fuel inlet(22) supplies fuel. An air-jet inlet(24) takes in air spraying fuel flowing into the fuel inlet. A discharge air inlet(6) supplies discharge air to air-fuel mixture. At least one exhaust gas inlet supplies exhaust gas to the air-fuel mixture in addition to the discharge air. A flame jet(28) produces flame generated by plasma discharge of the air-fuel mixture according to the discharge air and the exhaust gas. A fuel inlet channel(12) connects the fuel inlet with a fuel tank each other. An air-jet inlet channel(14) is connected to the fuel inlet. A discharge air inlet channel(16) is connected to the air-jet inlet.

Description

플라즈마 버너 및 매연여과장치 {PLASMA BURNER AND DIESEL PARTICULATE FILTER TRAP}Plasma Burner & Soot Filter {PLASMA BURNER AND DIESEL PARTICULATE FILTER TRAP}

본 발명은 플라즈마 버너 및 매연여과장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응기체 및 연료를 예열하여 배기가스와 혼합함으로써, 배기가스 내의 입자상 물질(Particulate Material, PM)을 효과적으로 산화시켜 제거하는 플라즈마 버너 및 매연여과장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma burner and a soot filtration device, and more particularly, to a plasma burner for effectively oxidizing and removing particulate matter (PM) in the exhaust gas by preheating and mixing the reactor gas and fuel with the exhaust gas. It relates to a soot filtration device.

본 발명은 배기관 내에 플라즈마 버너를 설치하여 예열함으로써, 배기가스 내의 입자상 물질을 효과적으로 산화시켜 제거하고, 배기관 주위의 공간 배치를 극대화하는 플라즈마 버너 및 매연여과장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma burner and a soot filtration apparatus for installing and preheating a plasma burner in an exhaust pipe, thereby effectively oxidizing and removing particulate matter in the exhaust gas and maximizing a space arrangement around the exhaust pipe.

자동차 배기가스 중의 입자상 물질은 디젤엔진에서 주로 배출된다. 디젤엔진은 공기와 연료의 혼합비로써 출력을 조정하며, 순간적으로 고출력을 내고자 할 경우, 일정량의 공기에 연료의 공급량을 증가시킨다. 이때, 연료 중 일부는 공기량의 부족으로 인하여 불완전 연소되어 다량의 매연을 발생시킨다.Particulate matter in automobile exhaust is mainly emitted from diesel engines. The diesel engine adjusts the power by the ratio of air and fuel, and increases the amount of fuel supplied to a certain amount of air in order to produce a high power momentarily. At this time, some of the fuel is incompletely burned due to the lack of air volume to generate a large amount of soot.

또한, 디젤엔진의 연소시, 연료의 고압 분사 기간이 짧기 때문에, 연소실 내에서 국부적으로 농후 영역이 발생되고, 따라서 다량의 매연이 발생된다.In addition, when the diesel engine is combusted, the high pressure injection period of the fuel is short, so that a rich region is generated locally in the combustion chamber, thus generating a large amount of soot.

매연여과장치(DPF)는 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질을 필터에 포집하여 입자상 물질을 산화시키는 장치로서, 입자상 물질을 80% 이상 저감시킬 수 있다. 입자상 물질을 포집하여 산화시킴으로써, 입자상 물질을 포집하는 필터 및 매연여과장치를 재생하고 수명을 연장시키는 기술이 중요하다.A soot filtration device (DPF) collects particulate matter discharged from a diesel engine in a filter and oxidizes particulate matter, and can reduce particulate matter by 80% or more. By collecting and oxidizing particulate matter, a technique for regenerating and extending the life of filters and soot filtration devices for collecting particulate matter is important.

매연여과장치는 재생과정에서 포집된 입자상 물질을 강제로 산화시키는 강제재생방식이 있다. 강제재생방식은 전기히터나, 버너 및 스로틀링을 사용하여 강제 가열하는 방식이다. 도심을 주로 운행하는 차량은 배출가스의 온도를 낮게 유지하기 때문에 강제재생방식을 부분적으로 적용한다.The soot filtration device has a forced regeneration method forcibly oxidizing the particulate matter collected during the regeneration process. The forced regeneration method is a forced heating method using an electric heater, a burner, and throttling. Cars that operate mainly in urban areas partially apply forced regeneration because they maintain low emissions.

강제재생방식에서, 전기히터는 전력 소비량이 큰 단점을 가진다. 버너는 배기가스 중의 산소를 이용하므로 운전 상태에 따라 달라지는 배기가스 중의 산소 조건에 따라 운전 제어를 어렵게 한다. 스로틀링은 산화촉매에서의 입자상 물질의 산화 온도를 저하시키지만 흡기관 및 배기관에 스로틀링을 위한 장치를 부착해야 하는 단점을 가진다.In the forced regeneration method, the electric heater has a disadvantage of large power consumption. Since the burner uses oxygen in the exhaust gas, it is difficult to control the operation according to the oxygen conditions in the exhaust gas that vary depending on the operating state. Throttling lowers the oxidation temperature of particulate matter in the oxidation catalyst but has the disadvantage of attaching a device for throttling to the intake and exhaust pipes.

본 발명은 반응기체 및 연료를 예열하여 배기가스와 혼합함으로써, 배기가스 내의 입자상 물질을 효과적으로 산화시켜 제거하는 플라즈마 버너 및 매연여과장치를 제공한다.The present invention provides a plasma burner and a soot filtration device that preheats the reactant and fuel with the exhaust gas to effectively oxidize and remove particulate matter in the exhaust gas.

본 발명은 배기관 내에 플라즈마 버너를 설치하여 예열함으로써, 배기가스 내의 입자상 물질을 효과적으로 산화시켜 제거하고, 배기관 주위의 공간 배치를 극 대화하는 플라즈마 버너 및 매연여과장치를 제공한다.The present invention provides a plasma burner and a soot filtration device that effectively installs and preheats a plasma burner in an exhaust pipe, thereby effectively oxidizing and removing particulate matter in the exhaust gas and maximizing the space arrangement around the exhaust pipe.

본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치는, 엔진의 반대측에서 배기관에 연결되는 필터, 상기 엔진과 상기 필터 사이에서 상기 배기관 내에 설치되어, 플라즈마 방전을 이용하여 배기가스를 가열시키는 플라즈마 버너, 상기 플라즈마 버너는, 연료를 공급하는 연료 유입구, 상기 연료 유입구로 유입되는 연료를 분사하는 공기를 유입하는 분사공기 유입구, 상기 연료와 공기의 혼합기체에 방전공기를 공급하는 방전공기 유입구, 상기 방전공기에 더하여 상기 혼합기체에 배기가스를 공급하는 적어도 하나의 배기가스 유입구, 및 상기 방전공기 및 상기 배기가스의 흐름에 따라 상기 혼합기체의 플라즈마 방전에 의한 화염을 분출하는 화염분출구를 포함하며, 상기 연료 유입구와 연료탱크를 서로 연결하는 연료 유입관로, 상기 분사공기 유입구에 연결되는 분사공기 유입관로, 및 상기 방전공기 유입구에 연결되는 방전공기 유입관로를 포함할 수 있다.A soot filtration device according to an embodiment of the present invention includes a filter connected to an exhaust pipe on an opposite side of an engine, a plasma burner installed in the exhaust pipe between the engine and the filter to heat exhaust gas using plasma discharge, The plasma burner includes a fuel inlet for supplying fuel, an injection air inlet for introducing air for injecting fuel into the fuel inlet, a discharge air inlet for supplying discharge air to a mixture of the fuel and air, and a discharge air to the discharge air. In addition, at least one exhaust gas inlet for supplying the exhaust gas to the mixed gas, and a flame outlet for ejecting the flame by the plasma discharge of the mixed gas in accordance with the flow of the discharge air and the exhaust gas, the fuel inlet A fuel inlet pipe connecting the fuel tank with each other to the injection air inlet; It may include a discharge air inflow conduit that is connected to the spray air inlet pipe, and the discharge air inlet.

상기 플라즈마 버너는, 상기 연료 유입구, 상기 분사공기 유입구, 상기 방전공기 유입구 및 상기 배기가스 유입구를 형성하는 혼합챔버를 포함하는 베이스, 상기 베이스에 절연체를 개재하여 장착되고, 내부에 흡열챔버를 구비하며, 상기 연료 유입구와 상기 분사공기 유입구로부터 유입되는 연료 및 공기를 상기 흡열챔버에서 혼합기체 상태로 혼합하여 가열하는 전극, 및 상기 전극을 내벽으로부터 이격되게 내장하고, 상기 베이스 반대측에 화염분출구를 형성하여 상기 베이스에 연결되며, 상기 혼합챔버에 연결되는 혼합기 분사구를 통하여 혼합기체를 공급받으며, 상기 전극과 상기 내벽 사이에서 플라즈마 방전으로 상기 혼합기체에 의하여 형성된 화염을 상기 화염분출구로 분출하는 반응로를 포함할 수 있다.The plasma burner includes a base including a mixing chamber forming the fuel inlet, the injection air inlet, the discharge air inlet, and the exhaust gas inlet, the base being interposed with an insulator, and having an endothermic chamber therein. And an electrode configured to mix and heat fuel and air introduced from the fuel inlet and the injection air inlet in a mixed gas state in the endothermic chamber, and to embed the electrode spaced apart from an inner wall, and to form a flame outlet on the opposite side of the base. And a reaction gas connected to the base and supplied with a mixed gas through a mixer injection hole connected to the mixing chamber, and emitting a flame formed by the gas mixture to the flame outlet through plasma discharge between the electrode and the inner wall. can do.

상기 혼합기 분사구는, 복수로 형성되어 상기 반응로에서 원주방향을 따라 가며 등간격으로 배치되며, 원통의 중심 방향에 대하여 기설정된 각으로 경사지게 형성될 수 있다.The mixer injection holes may be formed in plural and are disposed at equal intervals along the circumferential direction in the reactor, and may be inclined at a predetermined angle with respect to the center direction of the cylinder.

상기 베이스는 상기 전극 반대쪽으로 볼록한 곡면을 가질 수 있다.The base may have a curved surface that is convex opposite to the electrode.

상기 분사공기 유입관로는, 상기 전극의 중심에 형성되는 흡열챔버에 연결되고, 상기 연료 유입관로는, 상기 분사공기 유입관로 내부에 설치되어 상기 흡열챔버에 연결되며, 상기 방전공기 유입관로 및 상기 배기가스 유입구는, 상기 혼합챔버에 연결될 수 있다.The injection air inlet pipe is connected to an endothermic chamber formed at the center of the electrode, and the fuel inlet pipe is installed inside the injection air inlet pipe and connected to the endothermic chamber, and the discharge air inlet pipe and the exhaust gas are exhausted. The gas inlet may be connected to the mixing chamber.

상기 전극은 상기 절연체에 장착되는 장착부를 포함하며, 상기 흡열챔버는 상기 장착부에서 확장되어 최대 확장부를 형성하고 이어서 점진적으로 좁아지는 형상을 가질 수 있다.The electrode may include a mounting portion mounted to the insulator, and the endothermic chamber may have a shape that extends from the mounting portion to form a maximum expansion portion and then gradually narrows.

상기 장착부는, 상기 분사공기 유입관로에 결합되는 제1 통로와, 상기 제1 통로의 외주에 형성되어 상기 흡열챔버를 상기 혼합챔버에 연결하는 제2 통로를 포함할 수 있다.The mounting part may include a first passage coupled to the injection air inlet pipe, and a second passage formed on an outer circumference of the first passage to connect the endothermic chamber to the mixing chamber.

상기 전극은, 상기 흡열챔버를 상기 반응로의 내부에 직접 연결하는 제3 통로를 더 포함할 수 있다.The electrode may further include a third passage that directly connects the endothermic chamber to the inside of the reactor.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치는 상기 화염의 안정화를 위해 상기 반응로의 전방에 배치되는 카울을 더 포함할 수 있다.In addition, the soot filtration device according to an embodiment of the present invention may further include a cowl disposed in front of the reactor to stabilize the flame.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치는 상기 화염에 연료를 분사하도록 상기 카울의 전방에 배치되는 연료분사노즐을 더 포함할 수 있다.In addition, the soot filtration device according to an embodiment of the present invention may further include a fuel injection nozzle disposed in front of the cowl to inject fuel into the flame.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치는 상기 화염분출구 주위에 구비되는 유동교란부재를 더 포함할 수 있다.In addition, the soot filtration device according to an embodiment of the present invention may further include a flow disturbance member provided around the flame outlet.

상기 유동교란부재는 상기 화염분출구에서 상기 반응로의 외주에 돌출 형성될 수 있다.The flow disturbing member may be formed to protrude on the outer periphery of the reactor from the flame outlet.

상기 유동교란부재는 상기 화염분출구의 전방에 이격 배치될 수 있다.The flow disturbing member may be spaced apart in front of the flame outlet.

상기 유동교란부재는 상기 화염분출구의 내경보다 큰 내경을 가지는 원형띠 상태로 형성될 수 있다.The flow disturbing member may be formed in a circular band state having an inner diameter larger than that of the flame jet.

상기 유동교란부재는 상기 화염분출구의 전방에서 상기 화염분출구의 중심에 대응하여 배치될 수 있다.The flow disturbing member may be disposed to correspond to the center of the flame jet in front of the flame jet.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치는 상기 연료 유입관로, 상기 분사공기 유입관로 및 상기 방전공기 유입관로 중 적어도 하나는 관로 상에 설치되는 열교환기를 더 포함할 수 있다.In addition, the particulate filter according to an embodiment of the present invention may further include a heat exchanger installed on the fuel inlet pipe, the injection air inlet pipe and the discharge air inlet pipe at least one of the pipeline.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치는 상기 필터의 전방에 장착되는 산화촉매를 더 포함할 수 있다.In addition, the particulate filter according to an embodiment of the present invention may further include an oxidation catalyst mounted on the front of the filter.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너는, 일측에 각각 형성되는 연료 유입구, 분사공기 유입구, 방전공기 유입구, 적어도 하나의 배기가스 유입구 및 화염분출구와, 내부에 형성되는 혼합챔버를 포함하며, 일측을 볼록한 곡면으로 형성하는 베이스, 상기 베이스에 절연체를 개재하여 장착되고, 내부에 흡열챔버를 구비하며, 상기 연료 유입구와 상기 분사공기 유입구로부터 유입되는 연료 및 공기를 상기 흡열챔버에서 혼합기체 상태로 혼합하여 가열하는 전극, 및 상기 전극을 내벽과 이격하여 내장하고, 상기 베이스 반대측에 화염분출구를 형성하여 상기 베이스에 연결되며, 상기 방전공기 유입구와 상기 배기가스 유입구로 유입되는 방전공기와 배기가스의 흐름에 의하여, 상기 혼합챔버에 연결되는 혼합기 분사구를 통하여 혼합기체를 공급받으며, 상기 전극과 상기 내벽 사이에서 플라즈마 방전으로 상기 혼합기체에 의하여 형성된 화염을 상기 화염분출구로 분출하는 반응로를 포함할 수 있다.In addition, the plasma burner according to an embodiment of the present invention includes a fuel inlet, an injection air inlet, a discharge air inlet, at least one exhaust gas inlet and a flame outlet, respectively formed on one side, and a mixing chamber formed therein. A base formed on one side with a convex curved surface, mounted to the base via an insulator, having an endothermic chamber therein, and mixing fuel and air introduced from the fuel inlet and the injection air inlet in the endothermic chamber; An electrode to be heated and mixed with the internal wall, and the electrode is spaced apart from the inner wall, and a flame outlet is formed on the opposite side of the base to be connected to the base, and discharge air and exhaust gas flowing into the discharge air inlet and the exhaust gas inlet. By the flow of the mixed gas through the mixer injection port connected to the mixing chamber Class receives, may comprise a reaction for ejecting a flame formed by the above-mentioned mixed gas to the flame jet port between the electrode and the inner wall of the plasma discharge.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너는 상기 화염의 안정화를 위해 상기 반응로의 전방에 배치되는 카울을 더 포함할 수 있다.In addition, the plasma burner according to an embodiment of the present invention may further include a cowl disposed in front of the reactor to stabilize the flame.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너는 상기 화염에 연료를 분사하도록 상기 카울의 전방에 배치되는 연료분사노즐을 더 포함할 수 있다.In addition, the plasma burner according to an embodiment of the present invention may further include a fuel injection nozzle disposed in front of the cowl to inject fuel into the flame.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너는 상기 화염분출구 주위에 구비되는 유동교란부재를 더 포함할 수 있다.In addition, the plasma burner according to an embodiment of the present invention may further include a flow disturbing member provided around the flame outlet.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너는 배기가스를 상기 배기가스 유입구 쪽으로 유도하도록 상기 배기가스 유입구 주위에 형성되는 배기가스 가이드를 포함할 수 있다.In addition, the plasma burner according to an embodiment of the present invention may include an exhaust gas guide formed around the exhaust gas inlet to guide the exhaust gas toward the exhaust gas inlet.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연료, 공기 및 방전공기를 혼합 예열하고 혼합기체를 배기가스와 혼합하여 플라즈마 방전으로 화염을 발생시켜, 배 기가스 내의 입자상 물질을 효과적으로 산화시켜 제거하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the fuel, air and discharge air are mixed and preheated, and the mixed gas is mixed with the exhaust gas to generate a flame by plasma discharge, thereby effectively oxidizing and removing particulate matter in the exhaust gas.

또한 플라즈마 버너는 배기관 내에 설치되어 배기관 주위의 공간 배치를 극대화할 수 있게 한다.Plasma burners are also installed in the exhaust pipe to maximize space layout around the exhaust pipe.

유동교란부재는 반응로의 화염분출구의 주변에서 배기가스 유동을 교란시켜, 화염을 안정화할 수 있다.The flow disturbing member can stabilize the flame by disturbing the exhaust gas flow around the flame outlet of the reactor.

연료분사노즐은 화염의 전방에 분사되어 화염을 더욱 확대시켜, 입자상 물질을 더욱 효과적으로 산화 제거할 수 있다.The fuel injection nozzle is sprayed in front of the flame to further expand the flame, thereby more effectively oxidizing and removing particulate matter.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 블록도이다. 도1을 참조하면, 매연여과장치는 엔진(2)에 연결되는 배기관(4)을 통하여 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 산화시키는 장치이다.1 is a block diagram of a soot filtration device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a soot filtration apparatus is a device for collecting and oxidizing particulate matter contained in exhaust gas discharged through an exhaust pipe 4 connected to an engine 2.

매연여과장치는 입자상 물질을 일차적으로 산화시키는 산화촉매(6), 산화촉매(6)를 통과한 나머지 입자상 물질을 포집하는 필터(8), 및 필터(8)에 포집된 입자상 물질의 산화를 촉진하는 플라즈마 버너(100)를 포함한다.The particulate filter promotes oxidation of an oxidation catalyst (6) which primarily oxidizes particulate matter, a filter (8) which collects the remaining particulate matter passing through the oxidation catalyst (6), and particulate matter trapped in the filter (8). It includes a plasma burner (100).

산화촉매(6)는 배기관(4) 내에서 필터(8)의 전방에 배치되어 배기관(4)을 경유하는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 일차적으로 산화시키고, 배기가스가 산화조건 보다 낮은 온도일 때 플라즈마 버너(100)를 통해 낮은 온도의 배기가스가 가열되면, 추가적으로 필터(8)에 포집된 입자상 물질을 산화시킨다.The oxidation catalyst 6 is disposed in front of the filter 8 in the exhaust pipe 4 to primarily oxidize particulate matter contained in the exhaust gas via the exhaust pipe 4, and the exhaust gas is at a temperature lower than the oxidation condition. When the low temperature exhaust gas is heated through the plasma burner 100, the particulate matter collected in the filter 8 is additionally oxidized.

필터(8)는 엔진(2)의 반대측에서 배기관(4)에 연결되어, 배기관(4)을 경유하는 배기가스를 통과시키면서 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집한다. 필터(8)는 산화촉매(6)의 후방에 배치되어 산화촉매(6)에 의하여 일차적으로 산화된 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집한다.The filter 8 is connected to the exhaust pipe 4 on the opposite side of the engine 2 and collects particulate matter contained in the exhaust gas while passing the exhaust gas via the exhaust pipe 4. The filter 8 is disposed behind the oxidation catalyst 6 to collect particulate matter contained in the exhaust gas primarily oxidized by the oxidation catalyst 6.

플라즈마 버너(100)는 자체 내에서 연료를 분사하여 수소와 일산화탄소가 주성분인 선산화물질로 개질하고, 연료를 연소시켜 화염을 분출하여 배기가스를 가열시킨다.The plasma burner 100 injects fuel into itself and reforms the hydrogen into carbon monoxide having a main component, and burns fuel to eject flames to heat exhaust gas.

예를 들면, 매연여과장치는 연료와 분사공기, 방전공기 및 배기가스를 플라즈마 버너(100)에 각각 공급하는 연료 유입관로(12), 분사공기 유입관로(14) 및 방전공기 유입관로(16)를 포함한다.For example, the soot filtration device includes a fuel inlet pipe 12, a jet air inlet pipe 14, and a discharge air inlet pipe 16 that supply fuel and injection air, discharge air, and exhaust gas to the plasma burner 100, respectively. It includes.

플라즈마 버너(100)는 엔진(2)과 필터(8) 사이의 배기관(4) 내에 설치된다. 플라즈마 버너(100)는 매연여과장치에 적용될 수 있도록 연료 유입구(22), 분사공기 유입구(24), 방전공기 유입구(26), 배기가스 유입구(114) 및 화염분출구(28)를 포함한다.The plasma burner 100 is installed in the exhaust pipe 4 between the engine 2 and the filter 8. The plasma burner 100 includes a fuel inlet 22, an injection air inlet 24, a discharge air inlet 26, an exhaust gas inlet 114, and a flame outlet 28 so as to be applied to a soot filtration device.

연료 유입관로(12)는 연료 유입구(22)와 연료탱크(30)를 연결하여 플라즈마 버너(100) 내부로 연료를 유입한다. 분사공기 유입관로(14)는 분사공기 유입구(24) 를 배기관(4)의 외부에 연결하여 플라즈마 버너(100) 내부로 외부의 공기를 유입한다. 분사공기 유입관로(16) 및 분사공기 유입구(24)로 유입되는 분사공기는 연료 유입관로(12) 및 연료 유입구(22)로 유입되는 연료를 플라즈마 버너(100) 내에 분사한다.The fuel inlet pipe 12 connects the fuel inlet 22 and the fuel tank 30 to introduce fuel into the plasma burner 100. The injection air inlet pipe 14 connects the injection air inlet 24 to the outside of the exhaust pipe 4 to introduce external air into the plasma burner 100. The injection air flowing into the injection air inlet pipe 16 and the injection air inlet port 24 injects the fuel introduced into the fuel inlet pipe 12 and the fuel inlet port 22 into the plasma burner 100.

또한, 플라즈마 버너(100) 내에 연료를 공급하는 연료 유입관로(12) 및 분사공기 유입구(24)는 전극(50)의 내부에 직접 연료를 분사하는 인젝터(미도시)로 대치될 수 있다.In addition, the fuel inlet 12 and the injection air inlet 24 for supplying fuel in the plasma burner 100 may be replaced by an injector (not shown) for directly injecting fuel into the electrode 50.

방전공기 유입관로(16)는 방전공기 유입구(26)를 배기관(4)의 외부에 연결하여 플라즈마 버너(100) 내부로 외부의 공기를 유입한다. 방전공기 유입관로(16) 및 방전공기 유입구(26)로 유입되는 방전공기는 연료와 공기의 혼합기체에서 발생되는 플라즈마 방전으로 형성되는 화염을 화염분출구(28)로 분출시킨다.The discharge air inlet pipe 16 connects the discharge air inlet 26 to the outside of the exhaust pipe 4 to introduce external air into the plasma burner 100. The discharge air flowing into the discharge air inlet 16 and the discharge air inlet 26 ejects a flame formed by plasma discharge generated from a mixture of fuel and air to the flame outlet 28.

또한, 배기가스 유입구(114)는 배기관(4) 내의 배기가스를 혼합챔버(42)로 유입한다. 배기가스 유입구(114)로 유입되는 배기가스는 방전공기와 함께 흐르면서, 혼합기체에서 발생되는 플라즈마 방전으로 형성되는 화염을 화염분출구(28)로 분출시킨다.In addition, the exhaust gas inlet 114 introduces the exhaust gas in the exhaust pipe 4 into the mixing chamber 42. The exhaust gas flowing into the exhaust gas inlet 114 flows with the discharge air, and ejects the flame formed by the plasma discharge generated in the mixed gas to the flame ejection outlet 28.

배기가스 유입구(114)는 방전공기 유입관로(16)로 공급되는 공기의 양을 줄일 수 있고, 혼합챔버(42) 내의 혼합기체를 더욱 고온으로 유지할 수 있게 한다.The exhaust gas inlet 114 can reduce the amount of air supplied to the discharge air inlet conduit 16 and keep the mixed gas in the mixing chamber 42 at a higher temperature.

도2는 도1에 적용되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 버너의 분해 사시도이고, 도3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view of a plasma burner according to a first embodiment of the present invention applied to FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG.

도2 및 도3을 참조하면, 플라즈마 버너(100)는 베이스(40), 전극(50) 및 반 응로(60)를 포함한다.2 and 3, the plasma burner 100 includes a base 40, an electrode 50, and a reaction furnace 60.

베이스(40)는 연료 유입구(22), 분사공기 유입구(24), 방전공기 유입구(26) 및 배기가스 유입구(114)를 형성하며, 내부에 형성되는 혼합챔버(42)를 포함한다. 플라즈마 버너(100)는 배기관(4) 내에 설치되므로 배기가스의 흐름 방해를 최소화 하기 위하여, 배기가스 흐름에 대한 저항을 최소화하는 구조로 형성된다.The base 40 forms a fuel inlet 22, an injection air inlet 24, a discharge air inlet 26, and an exhaust gas inlet 114, and includes a mixing chamber 42 formed therein. Since the plasma burner 100 is installed in the exhaust pipe 4, in order to minimize the disturbance of the exhaust gas, the plasma burner 100 is formed in a structure that minimizes the resistance to the exhaust gas flow.

예를 들면, 베이스(40)는 엔진(2) 측(전극의 반대 측)을 향하여 볼록한 곡면 형상을 가진다. 엔진(2) 측에서 필터(8) 측으로 유동되는 배기가스는 베이스(40)의 볼록 곡면에 의하여 최소의 저항을 받으면서 필터(8) 측으로 안내될 수 있다.For example, the base 40 has a curved surface that is convex toward the engine 2 side (the opposite side of the electrode). The exhaust gas flowing from the engine 2 side to the filter 8 side may be guided to the filter 8 side with minimal resistance by the convex curved surface of the base 40.

전극(50)은 베이스(40)에 절연체(52)를 개재하여 장착되는 장착부(54)와, 장착부(54)에 연장되는 내부에 형성되는 흡열챔버(56)를 포함한다.The electrode 50 includes a mounting portion 54 mounted to the base 40 via an insulator 52, and an endothermic chamber 56 formed therein extending to the mounting portion 54.

베이스(40)의 연료 유입구(22)와 분사공기 유입구(24)로부터 각각 유입되는 연료 및 공기는 흡열챔버(56)로 유입되어 혼합기체 상태로 혼합되고 또한 가열된다. 절연체(52)는 전극(50)을 베이스(40) 또는 반응로(60)와 전기적으로 절연시킨다.The fuel and air introduced from the fuel inlet 22 and the injection air inlet 24 of the base 40, respectively, flow into the endothermic chamber 56, are mixed in a mixed gas state, and heated. The insulator 52 electrically insulates the electrode 50 from the base 40 or the reactor 60.

전극(50)은 장착부(54)의 베이스(40) 반대 측에서 확장되어 최대 확장부를 형성하고 이어서 점진적으로 좁아지는 형상을 가진다. 즉 흡열챔버(56)는 대략 원추 형상으로 이루어진다.The electrode 50 has a shape that expands on the opposite side of the base 40 of the mounting portion 54 to form a maximum extension and then gradually narrows. That is, the endothermic chamber 56 has a substantially conical shape.

장착부(54)는 2중 관에 의한 2중 통로를 형성하며, 내측에 형성되는 제1 통로(154)와, 제1 통로(154)의 외측에 형성되는 제2 통로(254)를 포함한다. 제1 통로(154)에는 분사공기 유입관로(14)가 결합된다. 제2 통로(254)에는 흡열챔버(56) 와 혼합챔버(42)가 연결된다.The mounting portion 54 forms a double passage by a double tube, and includes a first passage 154 formed inside and a second passage 254 formed outside the first passage 154. The injection air inlet pipe 14 is coupled to the first passage 154. The endothermic chamber 56 and the mixing chamber 42 are connected to the second passage 254.

분사공기 유입관로(14)는 제1 통로(154)를 통하여 전극(50)의 중심에 형성되는 흡열챔버(56)에 연결된다. 연료 유입관로(12)는 분사공기 유입관로(14) 내부에 설치되어 흡열챔버(56)에 연결된다.The injection air inlet pipe 14 is connected to the endothermic chamber 56 formed at the center of the electrode 50 through the first passage 154. The fuel inlet pipe 12 is installed inside the injection air inlet pipe 14 and is connected to the endothermic chamber 56.

연료 유입관로(12)로 공급되는 연료는 흡열챔버(56)의 일측까지 공급되고, 연료 유입관로(12) 끝에서는 분사공기 유입관로(14)로 공급되는 분사공기에 의하여 흡열챔버(56) 내에 혼합기체 상태로 분사된다.The fuel supplied to the fuel inlet pipe 12 is supplied to one side of the endothermic chamber 56, and at the end of the fuel inlet pipe 12, the fuel is supplied into the endothermic chamber 56 by the injection air supplied to the injection air inlet pipe 14. Sprayed in mixed gas state.

흡열챔버(56)에서 가열된 혼합기체는 제2 통로(254)를 통하여 베이스(40)에 형성된 혼합챔버(42)로 공급된다.The mixed gas heated in the endothermic chamber 56 is supplied to the mixing chamber 42 formed in the base 40 through the second passage 254.

혼합챔버(42)에는 방전공기 유입관로(16) 및 배기가스 유입구(114)가 연결된다. 방전공기 유입관로(16) 및 배기가스 유입구(114)로 각각 공급되는 방전공기 및 배기가스는 혼합챔버(42) 내의 혼합기체를 혼합기 분사구(66)를 통하여 반응로(60) 내부로 분사한다.The discharge air inlet pipe 16 and the exhaust gas inlet 114 are connected to the mixing chamber 42. The discharge air and the exhaust gas supplied to the discharge air inlet pipe 16 and the exhaust gas inlet 114, respectively, spray the mixed gas in the mixing chamber 42 into the reactor 60 through the mixer injection port 66.

반응로(60)는 전극(50)을 내장하여 베이스(40)에 연결되며, 베이스(40)의 반대 측에 화염분출구(28)를 형성한다. 반응로(60)의 내벽은 전극(50)과 이격 상태를 유지한다.The reactor 60 is connected to the base 40 by embedding the electrode 50, and forms a flame outlet 28 on the opposite side of the base 40. The inner wall of the reactor 60 keeps spaced apart from the electrode 50.

반응로(60)가 원통 형상이고, 전극(50)이 점진적으로 좁아지는 형상에 의하여, 반응로(60)의 내벽과 전극(50) 사이의 거리는 점진적으로 멀어진다. 즉 흡열챔버(56) 측에서 전극(50)의 외면과 반응로(60)의 내벽 사이의 거리는 최대 확장부에서 최단거리를 형성하고 전극(50)이 좁아짐에 따라 점진적으로 장거리를 형성한다.The distance between the inner wall of the reactor 60 and the electrode 50 gradually increases by the shape in which the reactor 60 is cylindrical and the electrode 50 gradually narrows. That is, the distance between the outer surface of the electrode 50 and the inner wall of the reactor 60 at the endothermic chamber 56 forms the shortest distance at the largest extension and gradually forms a long distance as the electrode 50 narrows.

예를 들면, 반응로(60)와 베이스(40)는 배기관(4)의 길이 방향을 따라 일직선 상태로 배치되고, 서로 마주하는 외측을 용접이나 볼팅(bolting) 방법으로써 전극(50)을 내장한 상태로 연결된다.For example, the reactor 60 and the base 40 are arranged in a straight line along the longitudinal direction of the exhaust pipe 4, and the electrode 50 is built in by welding or bolting the outer sides facing each other. Connected to a state.

반응로(60)는 측방에 구비되는 혼합기 분사구(66)를 통하여, 베이스(40)에 형성된 혼합챔버(42)와 연결되어 혼합챔버(42)로부터 혼합기체를 공급받는다.The reactor 60 is connected to the mixing chamber 42 formed in the base 40 through the mixer injection port 66 provided on the side, and receives the mixed gas from the mixing chamber 42.

전극(50)에는 기설정된 전압(V)이 인가되고, 반응로(60)는 접지되므로 이격된 전극(50)과 반응로(60)의 내벽 사이에서 플라즈마 방전이 일어난다. 즉 전극(50)의 외면과 반응로(60) 내벽 사이에 형성되는 거리의 점진적 변화에 따라, 양자 사이에서 발생되는 플라즈마 방전은 확장된 거리를 따라 확장된다.Since a predetermined voltage V is applied to the electrode 50 and the reactor 60 is grounded, plasma discharge occurs between the spaced electrode 50 and the inner wall of the reactor 60. That is, according to the gradual change in the distance formed between the outer surface of the electrode 50 and the inner wall of the reactor 60, the plasma discharge generated between both is extended along the extended distance.

전극(50)과 반응로(60) 사이의 플라즈마 방전은 전극(50)과 반응로(60) 사이의 거리가 좁은 부분에서 발생되어 거리가 넓은 부분으로 확산된 후 소멸하고, 다시 좁은 부분에서 발생되어 넓은 부분으로 확산된 후 소멸하는 과정을 반복한다.Plasma discharge between the electrode 50 and the reactor 60 is generated in the narrow distance between the electrode 50 and the reactor 60 is diffused to a wider portion and then extinguished, and again in the narrow portion The process of spreading to a wider part and then disappearing is repeated.

연료 및 공기와 배기가스의 혼합기체에서의 플라즈마 방전은 연소 또는 수소와 일산화탄소를 포함하는 선산화물질로 일부 개질하여, 산화촉매(6)에서 산화를 용이하게 한다.The plasma discharge in the fuel and the gas mixture of air and exhaust gas is combusted or partially reformed into a pre-oxide containing hydrogen and carbon monoxide, thereby facilitating oxidation in the oxidation catalyst 6.

도4는 도3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3.

도4를 참조하면, 혼합기 분사구(66)는 복수로 형성되어 반응로(60)에서 원주방향을 따라 가며 등간격으로 배치되고, 원통의 중심 방향에 대하여 기설정된 각으로 경사지게 형성된다.Referring to FIG. 4, a plurality of mixer injection holes 66 are formed and disposed at equal intervals along the circumferential direction in the reactor 60, and are inclined at a predetermined angle with respect to the center direction of the cylinder.

혼합기 분사구(66)를 통하여 혼합챔버(42)에서 반응로(60)로 유입되는 혼합 기체는 혼합기 분사구(66)의 안내에 따라 반응로(60) 내에서 회전류(swirl)를 형성한다.The mixed gas flowing into the reactor 60 from the mixing chamber 42 through the mixer injection port 66 forms a swirl in the reactor 60 according to the guide of the mixer injection port 66.

복수의 등간격으로 배치되는 혼합기 분사구(66)는 반응로(60) 내에서 원주 방향을 따라 균일한 회전류를 형성하여, 반응로(60) 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 한다.The mixer injection holes 66 arranged at a plurality of equal intervals form a uniform rotational flow along the circumferential direction in the reactor 60, so that the space inside the reactor 60 can be efficiently utilized.

전극(50)과 반응로(60) 사이에서 발생되는 플라즈마 방전은 혼합기 분사구(66)를 통하여 안내되는 혼합기체의 회전류에 의하여 화염을 형성하고, 화염은 화염분출구(28)를 통하여 반응로(60)에서 배기관(4)으로 분출된다. 화염은 배기가스를 가열시켜 필터(8) 상에 포집된 입자상 물질의 산화에 유리한 조건을 형성한다.Plasma discharge generated between the electrode 50 and the reactor 60 forms a flame by the rotational flow of the mixed gas which is guided through the mixer injection port 66, the flame through the flame ejection opening 28 60 is blown out to the exhaust pipe (4). The flame heats the exhaust gas to create conditions favorable for the oxidation of particulate matter trapped on the filter 8.

이하 도5 내지 도11에 예시된 제2 실시예 내지 제8 실시예는 제1 실시예의 구성에 부가적인 구성을 추가한 것으로서, 제1 실시예와 비교하여 서로 유사 내지 동일한 부분에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대하여 설명한다.Hereinafter, the second to eighth embodiments illustrated in FIGS. 5 to 11 add additional components to the first embodiment, and descriptions of similar or identical parts to each other are omitted in comparison with the first embodiment. And explain the different parts.

도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the plasma burner according to the second embodiment of the present invention.

도5를 참조하면, 플라즈마 버너(100)는 카울(cowl)(71)을 더 포함한다. 카울(71)은 반응로(60)의 전방에 배치되어 화염분출구(28)에서 분출되는 화염의 분출을 안내하여, 분출되는 화염과 반응로(60) 외부의 배기가스와의 급작스런 혼합으로 인해 화염이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다. 카울(71)은 연결부재(72)를 통하여 반응로(60)의 외벽에 설치될 수 있다.Referring to FIG. 5, the plasma burner 100 further includes a cowl 71. The cowl 71 is disposed in front of the reactor 60 to guide the ejection of the flame ejected from the flame outlet 28, resulting in a sudden mixing of the ejected flame with the exhaust gas outside the reactor 60. This can be prevented from becoming unstable. The cowl 71 may be installed on the outer wall of the reactor 60 through the connection member 72.

도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a plasma burner according to a third embodiment of the present invention.

도6을 참조하면, 플라즈마 버너(100)는 카울(71)의 전방에 연료분사노즐(73)을 더 포함한다. 연료분사노즐(73)은 연료탱크(30)에 연결되어 연료를 공급받고, 카울(71)의 전방에 배치되어 카울(71)을 통하여 안내되는 화염에 연료를 분사한다.Referring to FIG. 6, the plasma burner 100 further includes a fuel injection nozzle 73 in front of the cowl 71. The fuel injection nozzle 73 is connected to the fuel tank 30 to receive fuel, and is disposed in front of the cowl 71 to inject fuel into the flame guided through the cowl 71.

화염에 분사된 연료는 화염의 열로 인해 증발되고 상당 부분 연소되면서 배기가스의 추가적인 가열을 가능하게 한다.Fuel injected into the flame evaporates and burns to a large extent due to the heat of the flame, allowing further heating of the exhaust gases.

도7 내지 도9는 본 발명의 제4 실시예 내지 제6 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.7 to 9 are cross-sectional views of the plasma burners according to the fourth to sixth embodiments of the present invention.

도7 내지 도9를 참조하면, 플라즈마 버너(100)는 반응로(60)의 화염분출구(28) 주위에 유동교란부재(174, 274, 374)를 더 포함한다. 유동교란부재(174, 274, 374)는 도7 내지 도9에서 각각 서로 다르게 형성될 수 있다.7 to 9, the plasma burner 100 further includes flow disturbance members 174, 274, and 374 around the flame outlet 28 of the reactor 60. The flow disturbing members 174, 274, and 374 may be formed differently from FIGS. 7 to 9.

도7을 참조하면, 유동교란부재(174)는 화염분출구(28)에서 반응로(60)의 외주에 돌출 형성된다. 유동교란부재(174)는 반응로(60)의 외주면과 배기관(4) 사이에 흐르는 배기가스에 유동을 발생시켜, 화염분출구(28)로 분출되는 화염을 모아 안정화시킨다.Referring to FIG. 7, the flow disturbance member 174 protrudes from the flame outlet 28 at the outer circumference of the reactor 60. The flow disturbing member 174 generates a flow in the exhaust gas flowing between the outer circumferential surface of the reactor 60 and the exhaust pipe 4 to collect and stabilize the flame ejected to the flame outlet 28.

도8을 참조하면, 유동교란부재(274)는 화염분출구(28)의 전방에 이격 배치된다. 유동교란부재(274)는 화염분출구(28)의 내경보다 큰 내경을 가지는 원형띠로 형성될 수 있다. 유동교란부재(274)는 연결부재(75)를 통하여 반응로(60)의 전방에 설치될 수 있다. 유동교란부재(274)는 화염분출구(28)에서 분출되어 일정거리만큼 진행되어 퍼지려는 화염을 다시 모아 안정화시키고, 배기가스 중의 산소를 이용하여 미연소된 연료를 추가 연소시킬 수 있게 한다.Referring to Figure 8, the flow disturbing member 274 is spaced apart in front of the flame outlet (28). The flow disturbing member 274 may be formed as a circular band having an inner diameter larger than the inner diameter of the flame ejection opening 28. The flow disturbing member 274 may be installed in front of the reactor 60 through the connecting member 75. The flow disturbing member 274 is discharged from the flame ejection opening 28 and proceeds by a predetermined distance to collect and stabilize the flame to be spread again, and further combusts the unburned fuel using oxygen in the exhaust gas.

도9를 참조하면, 유동교란부재(374)는 화염분출구(28)의 전방에서 화염분출구(28)의 중심에 대응하여 배치된다. 유동교란부재(374)는 원판으로 형성되어 연결부재(76)를 통하여 반응로(60)의 전방에 설치될 수 있다. Referring to FIG. 9, the flow disturbing member 374 is disposed corresponding to the center of the flame jet 28 in front of the flame jet 28. The flow disturbing member 374 may be formed in a disc and installed at the front of the reactor 60 through the connecting member 76.

도9의 유동교란부재(374)는 반응로(60)에서 돌출되는 미연소 액적의 접촉면을 제공하여 액적을 증발, 연소시키며, 화염과 배기가스의 급격한 혼합으로 화염이 불안정해지는 것을 방지한다.The flow disturbing member 374 of FIG. 9 provides a contact surface of the unburned droplets protruding from the reactor 60 to evaporate and combust the droplets, and prevent the flame from becoming unstable due to the rapid mixing of the flame and the exhaust gas.

도10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.10 is a sectional view of a plasma burner according to a seventh embodiment of the present invention.

도10을 참조하면, 연료 유입관로(12), 분사공기 유입관로(14) 및 방전공기 유입관로(16)는 각각 열교환기(32, 34, 36)를 포함한다.Referring to FIG. 10, the fuel inlet pipe 12, the injection air inlet pipe 14, and the discharge air inlet pipe 16 include heat exchangers 32, 34, and 36, respectively.

예를 들면, 연료 유입관로(12)의 열교환기(32)는 코일 형상으로 형성되어 배기관(4) 내에서의 흡열 면적을 증대시켜 연료 유입관로(12)로 공급되는 연료를 가열시킨다.For example, the heat exchanger 32 of the fuel inlet pipe 12 is formed in a coil shape to increase the endothermic area in the exhaust pipe 4 to heat the fuel supplied to the fuel inlet pipe 12.

분사공기 유입관로(14)의 열교환기(34)는 코일 형상으로 형성되어 배기관(4) 내에서의 흡열 면적을 증대시켜 분사공기 유입관로(14)로 공급되는 분사공기를 가열시킨다.The heat exchanger 34 of the injection air inlet pipe 14 is formed in a coil shape to increase the endothermic area in the exhaust pipe 4 to heat the injection air supplied to the injection air inlet pipe 14.

방전공기 유입관로(16)의 열교환기(36)는 코일 형상으로 형성되어 배기관(4) 내에서의 흡열 면적을 증대시켜 방전공기 유입관로(16)로 공급되는 연료를 가열시킨다.The heat exchanger 36 of the discharge air inlet pipe 16 is formed in a coil shape to increase the endothermic area in the exhaust pipe 4 to heat the fuel supplied to the discharge air inlet pipe 16.

열교환기(32, 34, 36)는 연료 유입관로(12), 분사공기 유입관로(14) 및 방전공기 유입관로(16) 모두에 설치될 수 있고(도10 참조), 어느 하나 또는 두 곳에 형 성될 수도 있다(미도시).The heat exchangers 32, 34, 36 may be installed in both the fuel inlet 12, the injection air inlet 14 and the discharge air inlet 16 (see FIG. 10), and in either or both places. It may be established (not shown).

또한, 제7 실시예는 제2 실시예에 열교환기들(32, 34, 36)을 설치한 것을 예시하고 있으며, 제1 실시예 및 제3 실시예 내지 제6 실시예 및 제8 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the seventh embodiment exemplifies the installation of the heat exchangers 32, 34, 36 in the second embodiment, and also in the first, third, sixth and eighth embodiments. The same may apply.

도11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.11 is a sectional view of a plasma burner according to an eighth embodiment of the present invention.

도11을 참조하면, 전극(50)은 관통 형성되는 제3 통로(354)를 더 포함한다. 제3 통로(354)는 흡열챔버(56)를 반응로(60)의 내부에 직접 연결한다. 즉 제3 통로(354)는 대부분의 혼합기체가 제2 통로(254), 혼합챔버(42) 및 혼합기 분사구(66)를 경유할 때, 일부 혼합기체를 흡열챔버(56)에서 반응로(60)로 직접 분사되게 한다. 따라서 제3 통로(354)는 연료 공급관(12)을 통한 대량의 연료 공급을 가능하게 한다.Referring to FIG. 11, the electrode 50 further includes a third passage 354 formed therethrough. The third passage 354 directly connects the endothermic chamber 56 to the inside of the reactor 60. That is, the third passage 354 is a reactor 60 when the majority of the mixed gas passes through the second passage 254, the mixing chamber 42 and the mixer injection port 66, the mixed gas in the endothermic chamber 56, 60 Direct injection). Accordingly, the third passage 354 enables the supply of a large amount of fuel through the fuel supply pipe 12.

또한, 제8 실시예는 제1 실시예에 제3 통로(354)를 형성한 것을 예시하고 있으며, 제2 실시예 내지 제7 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the eighth embodiment illustrates that the third passage 354 is formed in the first embodiment, and the same can be applied to the second to seventh embodiments.

도12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.12 is a sectional view of a plasma burner according to a ninth embodiment of the present invention.

도12를 참조하면, 배기가스 유입구(114) 주위에는 배기가스 가이드(81)가 형성된다. 배기가스 가이드(81)는 베이스(40)에 분산 형성되어 있는 배기가스 유입구들(114)의 분포 면적보다 넓은 면적의 개구 및 개구로부터 점점 좁아지는 형상을 통하여, 배기가스를 배기가스 유입구(114)로 안내한다.Referring to FIG. 12, an exhaust gas guide 81 is formed around the exhaust gas inlet 114. The exhaust gas guide 81 has an exhaust gas inlet 114 through an opening having a larger area than the distribution area of the exhaust gas inlets 114 distributed in the base 40 and a shape narrowing from the opening. Guide to.

배기가스 가이드(81)를 통하여 안내되는 배기가스는 방전공기 유입관로(16)로 공급되는 공기와 혼합되어 방전공기와 함께, 배기가스 유입구(114)를 통하여 혼 합챔버(42) 내부로 유입되면서 강한 흐름을 형성하여 혼합챔버(42) 및 혼합기 분사구(66)를 경유하는 혼합기의 흐름을 가속시킬 수 있다.The exhaust gas guided through the exhaust gas guide 81 is mixed with the air supplied to the discharge air inlet pipe 16 and flows into the mixing chamber 42 through the exhaust gas inlet 114 with the discharge air. A strong flow can be formed to accelerate the flow of the mixer via the mixing chamber 42 and the mixer injection port 66.

또한, 제9 실시예는 제1 실시예에 배기가스 가이드(81)를 형성한 것을 예시하고 있으며, 제2 실시예 내지 제8 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.In addition, the ninth embodiment illustrates the formation of the exhaust gas guide 81 in the first embodiment, and can be equally applied to the second to eighth embodiments. Although the examples have been described, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings, and it is obvious that this also belongs to the scope of the present invention. .

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a soot filtration device according to an embodiment of the present invention.

도2는 도1에 적용되는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 버너의 분해 사시도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view of a plasma burner according to a first embodiment of the present invention applied to FIG. 1.

도3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2.

도4는 도3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV of FIG. 3.

도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the plasma burner according to the second embodiment of the present invention.

도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a plasma burner according to a third embodiment of the present invention.

도7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.7 is a sectional view of a plasma burner according to a fourth embodiment of the present invention.

도8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.8 is a sectional view of a plasma burner according to a fifth embodiment of the present invention.

도9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.9 is a sectional view of a plasma burner according to a sixth embodiment of the present invention.

도10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.10 is a sectional view of a plasma burner according to a seventh embodiment of the present invention.

도11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.11 is a sectional view of a plasma burner according to an eighth embodiment of the present invention.

도12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 버너의 단면도이다.<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>Fig. 12 is a cross sectional view of a plasma burner according to a ninth embodiment of the present invention.

2 : 엔진 4 : 배기관2: engine 4: exhaust pipe

6 : 산화촉매 8 : 필터6: oxidation catalyst 8: filter

100 : 플라즈마 버너 12 : 연료 유입관로100: plasma burner 12: fuel inlet pipe

14 : 분사공기 유입관로 16 : 방전공기 유입관로14: injection air inlet pipe 16: discharge air inlet pipe

22 : 연료 유입구 24 : 분사공기 유입구22: fuel inlet 24: injection air inlet

26 : 방전공기 유입구 28 : 화염분출구26: discharge air inlet 28: flame outlet

30 : 연료탱크 40 : 베이스30: fuel tank 40: base

50 : 전극 60 : 반응로50 electrode 60 reactor

52 : 절연체 54 : 장착부52: insulator 54: mounting portion

56 : 흡열챔버 154, 254, 354 : 제1, 제2, 제3 통로56: endothermic chamber 154, 254, 354: first, second, third passage

42 : 혼합챔버 354 : 제3 통로42: mixing chamber 354: third passage

66 : 혼합기 분사구 71 : 카울(cowl)66: mixer nozzle 71: cowl (cowl)

72, 75, 76 : 연결부재 73 : 연료분사노즐72, 75, 76: connecting member 73: fuel injection nozzle

174, 274, 374 : 유동교란부재 32, 34, 36 : 열교환기174, 274, 374: flow disturbance members 32, 34, 36: heat exchanger

81 : 배기가스 가이드81: exhaust gas guide

Claims (34)

엔진의 반대측에서 배기관에 연결되는 필터;A filter connected to the exhaust pipe on the opposite side of the engine; 상기 엔진과 상기 필터 사이에서 상기 배기관 내에 설치되어, 플라즈마 방전을 이용하여 배기가스를 가열시키는 플라즈마 버너;A plasma burner installed between the engine and the filter in the exhaust pipe to heat exhaust gas by using plasma discharge; 상기 플라즈마 버너는,The plasma burner, 연료를 공급하는 연료 유입구,Fuel inlet to fuel, 상기 연료 유입구로 유입되는 연료를 분사하는 공기를 유입하는 분사공기 유입구,Injection air inlet for injecting air to inject the fuel flowing into the fuel inlet, 상기 연료와 공기의 혼합기체에 방전공기를 공급하는 방전공기 유입구,Discharge air inlet for discharging air to the mixed gas of the fuel and air, 상기 방전공기에 더하여 상기 혼합기체에 배기가스를 공급하는 적어도 하나의 배기가스 유입구, 및At least one exhaust gas inlet for supplying exhaust gas to the mixed gas in addition to the discharge air, and 상기 방전공기 및 상기 배기가스의 흐름에 따라 상기 혼합기체의 플라즈마 방전에 의한 화염을 분출하는 화염분출구를 포함하며,And a flame ejection outlet for ejecting a flame by plasma discharge of the mixed gas according to the flow of the discharge air and the exhaust gas, 상기 연료 유입구와 연료탱크를 서로 연결하는 연료 유입관로;A fuel inlet pipe connecting the fuel inlet and the fuel tank to each other; 상기 분사공기 유입구에 연결되는 분사공기 유입관로; 및An injection air inlet pipe connected to the injection air inlet; And 상기 방전공기 유입구에 연결되는 방전공기 유입관로를 포함하는 매연여과장치.A soot filtration device comprising a discharge air inlet pipe connected to the discharge air inlet. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 플라즈마 버너는,The plasma burner, 상기 연료 유입구, 상기 분사공기 유입구, 상기 방전공기 유입구 및 상기 배기가스 유입구를 형성하는 혼합챔버를 포함하는 베이스;A base including a mixing chamber forming the fuel inlet, the injection air inlet, the discharge air inlet, and the exhaust gas inlet; 상기 베이스에 절연체를 개재하여 장착되고, 내부에 흡열챔버를 구비하며, 상기 연료 유입구와 상기 분사공기 유입구로부터 유입되는 연료 및 공기를 상기 흡열챔버에서 혼합기체 상태로 혼합하여 가열하는 전극; 및An electrode mounted to the base via an insulator and having an endothermic chamber therein, the electrode for mixing and heating fuel and air introduced from the fuel inlet and the injection air inlet in a mixed gas state in the endothermic chamber; And 상기 전극을 내벽으로부터 이격되게 내장하고, 상기 베이스 반대측에 화염분출구를 형성하여 상기 베이스에 연결되며, 상기 혼합챔버에 연결되는 혼합기 분사구를 통하여 혼합기체를 공급받으며, 상기 전극과 상기 내벽 사이에서 플라즈마 방전으로 상기 혼합기체에 의하여 형성된 화염을 상기 화염분출구로 분출하는 반응로를 포함하는 매연여과장치.The electrode is spaced apart from the inner wall, and a flame outlet is formed on the opposite side of the base to be connected to the base and supplied with a mixed gas through a mixer injection hole connected to the mixing chamber, and a plasma discharge is formed between the electrode and the inner wall. A soot filtration device comprising a reactor for ejecting the flame formed by the mixed gas into the flame outlet. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 혼합기 분사구는,The mixer injection port, 복수로 형성되어 상기 반응로에서 원주방향을 따라 가며 등간격으로 배치되며,Is formed in plural and arranged at equal intervals along the circumferential direction in the reactor, 원통의 중심 방향에 대하여 기설정된 각으로 경사지게 형성되는 매연여과장치.A soot filtration device which is formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the center direction of the cylinder. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 베이스는,The base is, 상기 전극 반대쪽으로 볼록한 곡면을 가지는 매연여과장치.A soot filtration device having a convex curved surface opposite the electrode. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 분사공기 유입관로는, 상기 전극의 중심에 형성되는 흡열챔버에 연결되고,The injection air inlet pipe is connected to an endothermic chamber formed at the center of the electrode, 상기 연료 유입관로는, 상기 분사공기 유입관로 내부에 설치되어 상기 흡열챔버에 연결되며,The fuel inlet pipe is installed in the injection air inlet pipe and connected to the endothermic chamber, 상기 방전공기 유입관로 및 상기 배기가스 유입구는, 상기 혼합챔버에 연결되는 매연여과장치.And the discharge air inlet pipe and the exhaust gas inlet are connected to the mixing chamber. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전극은,The electrode, 상기 절연체에 장착되는 장착부를 포함하며,It includes a mounting portion mounted to the insulator, 상기 흡열챔버는,The endothermic chamber, 상기 장착부에서 확장되어 최대 확장부를 형성하고 이어서 점진적으로 좁아지는 형상을 가지는 매연여과장치.A soot filtration device having a shape extending from the mounting portion to form a maximum expansion portion and then gradually narrowing. 제6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 장착부는,The mounting portion, 상기 분사공기 유입관로에 결합되는 제1 통로와,A first passage coupled to the injection air inlet pipe; 상기 제1 통로의 외주에 형성되어 상기 흡열챔버를 상기 혼합챔버에 연결하는 제2 통로를 포함하는 매연여과장치.And a second passage formed at an outer circumference of the first passage to connect the endothermic chamber to the mixing chamber. 제6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전극은,The electrode, 상기 흡열챔버를 상기 반응로의 내부에 직접 연결하는 제3 통로를 더 포함하는 매연여과장치.And a third passage connecting the endothermic chamber directly to the inside of the reactor. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 화염의 안정화를 위해 상기 반응로의 전방에 배치되는 카울을 더 포함하는 매연여과장치.A soot filtration device further comprising a cowl disposed in front of the reactor to stabilize the flame. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 화염에 연료를 분사하도록 상기 카울의 전방에 배치되는 연료분사노즐을 더 포함하는 매연여과장치.And a fuel injection nozzle disposed in front of the cowl to inject fuel into the flame. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 화염분출구 주위에 구비되는 유동교란부재를 더 포함하는 매연여과장치.A soot filtration device further comprising a flow disturbing member provided around the flame outlet. 제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구에서 상기 반응로의 외주에 돌출 형성되는 매연여과장치.A soot filtration device protruding from the flame outlet on the outer circumference of the reactor. 제12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구의 전방에 이격 배치되는 매연여과장치.A soot filtration device spaced apart in front of the flame outlet. 제13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구의 내경보다 큰 내경을 가지는 원형띠 상태로 형성되는 매연여과장치.A soot filtration device is formed in a circular band state having an inner diameter larger than the inner diameter of the flame outlet. 제13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구의 전방에서 상기 화염분출구의 중심에 대응하여 배치되는 매연여과장치.A soot filtration device which is disposed in correspondence to the center of the flame outlet in front of the flame outlet. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 연료 유입관로, 상기 분사공기 유입관로 및 상기 방전공기 유입관로 중 적어도 하나는 관로 상에 설치되는 열교환기를 더 포함하는 매연여과장치.At least one of the fuel inlet pipe, the injection air inlet pipe and the discharge air inlet pipe further comprises a heat exchanger is installed on the conduit. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 필터의 전방에 장착되는 산화촉매를 더 포함하는 매연여과장치.A soot filtration device further comprising an oxidation catalyst mounted in front of the filter. 일측에 각각 형성되는 연료 유입구, 분사공기 유입구, 방전공기 유입구, 적어도 하나의 배기가스 유입구 및 화염분출구와, 내부에 형성되는 혼합챔버를 포함하며, 일측을 볼록한 곡면으로 형성하는 베이스;A base including a fuel inlet, an injection air inlet, a discharge air inlet, at least one exhaust gas inlet and a flame outlet, respectively formed on one side, and a mixing chamber formed therein, the one side having a convex curved surface; 상기 베이스에 절연체를 개재하여 장착되고, 내부에 흡열챔버를 구비하며, 상기 연료 유입구와 상기 분사공기 유입구로부터 유입되는 연료 및 공기를 상기 흡열챔버에서 혼합기체 상태로 혼합하여 가열하는 전극; 및An electrode mounted to the base via an insulator and having an endothermic chamber therein, the electrode for mixing and heating fuel and air introduced from the fuel inlet and the injection air inlet in a mixed gas state in the endothermic chamber; And 상기 전극을 내벽과 이격하여 내장하고, 상기 베이스 반대측에 화염분출구를 형성하여 상기 베이스에 연결되며, 상기 방전공기 유입구와 상기 배기가스 유입구로 유입되는 방전공기와 배기가스의 흐름에 의하여, 상기 혼합챔버에 연결되는 혼합기 분사구를 통하여 혼합기체를 공급받으며, 상기 전극과 상기 내벽 사이에서 플라즈마 방전으로 상기 혼합기체에 의하여 형성된 화염을 상기 화염분출구로 분출하는 반응로를 포함하는 플라즈마 버너.The electrode is spaced apart from the inner wall, and a flame outlet is formed on the opposite side of the base to be connected to the base. And a reactor configured to receive a mixed gas through a mixer injection hole connected to the nozzle, and to discharge the flame formed by the mixed gas into the flame outlet through a plasma discharge between the electrode and the inner wall. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 혼합기 분사구는,The mixer injection port, 복수로 형성되어 상기 반응로에서 원주방향을 따라 가며 등간격으로 배치되는 플라즈마 버너.Plasma burners are formed in plural and are arranged at equal intervals along the circumferential direction in the reactor. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 혼합기 분사구는,The mixer injection port, 원통의 중심 방향에 대하여 기설정된 각으로 경사지게 형성되는 플라즈마 버너.Plasma burner is inclined at a predetermined angle with respect to the center direction of the cylinder. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 볼록한 곡면은,The convex surface is, 상기 베이스에서 상기 전극 반대쪽에 형성되는 플라즈마 버너.And a plasma burner formed at the base opposite the electrode. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 분사공기 유입구는, 상기 전극의 중심에 형성되는 흡열챔버에 연결되고,The injection air inlet is connected to an endothermic chamber formed at the center of the electrode, 상기 연료 유입구는, 상기 분사공기 유입구에 연결되는 분사공기 유입관로 내부에 설치되는 연료 유입관로를 통하여 상기 흡열챔버에 연결되며,The fuel inlet is connected to the endothermic chamber through a fuel inlet pipe installed inside the injection air inlet pipe connected to the injection air inlet, 상기 방전공기 유입구 및 상기 배기가스 유입구는, 상기 혼합챔버에 연결되는 플라즈마 버너.The discharge air inlet and the exhaust gas inlet, the plasma burner is connected to the mixing chamber. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 전극은,The electrode, 상기 절연체에 장착되는 장착부를 포함하며,It includes a mounting portion mounted to the insulator, 상기 흡열챔버는,The endothermic chamber, 상기 장착부에서 확장되어 최대 확장부를 형성하고 이어서 점진적으로 좁아지는 형상을 가지는 플라즈마 버너.And a plasma burner extending from the mounting portion to form a maximum expansion portion and then gradually narrowing. 제23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 장착부는,The mounting portion, 상기 분사공기 유입관로에 결합되는 제1 통로와,A first passage coupled to the injection air inlet pipe; 상기 제1 통로의 외주에 형성되어 상기 흡열챔버를 상기 혼합챔버에 연결하는 제2 통로를 포함하는 플라즈마 버너.And a second passage formed at an outer circumference of the first passage to connect the endothermic chamber to the mixing chamber. 제23 항에 있어서,The method of claim 23, wherein 상기 전극은,The electrode, 상기 흡열챔버를 상기 반응로의 내부에 직접 연결하는 제3 통로를 더 포함하는 플라즈마 버너.And a third passage connecting the endothermic chamber directly to the inside of the reactor. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 반응로는, 접지되고,The reactor is grounded, 기설정된 전압이 상기 전극에 인가되는 플라즈마 버너.A plasma burner in which a predetermined voltage is applied to the electrode. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 화염을 모으도록 상기 반응로의 전방에 배치되는 카울을 더 포함하는 플라즈마 버너.And a cowl disposed in front of the reactor to collect the flames. 제27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 화염에 연료를 분사하도록 상기 카울의 전방에 배치되는 연료분사노즐을 더 포함하는 플라즈마 버너.And a fuel injection nozzle disposed in front of the cowl to inject fuel into the flame. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 화염분출구 주위에 구비되는 유동교란부재를 더 포함하는 플라즈마 버너.Plasma burner further comprising a flow disturbance member provided around the flame outlet. 제29 항에 있어서,The method of claim 29, 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구에서 상기 반응로의 외주에 돌출 형성되는 플라즈마 버너.Plasma burner protruding from the flame discharge port in the outer circumference of the reactor. 제29 항에 있어서,The method of claim 29, 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구의 전방에 이격 배치되는 플라즈마 버너.Plasma burners spaced apart in front of the flame outlet. 제31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구의 내경보다 큰 내경을 가지는 원형띠로 형성되는 플라즈마 버너.Plasma burner is formed of a circular band having an inner diameter larger than the inner diameter of the flame ejection opening. 제31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 유동교란부재는,The flow disturbing member, 상기 화염분출구의 전방에서 상기 화염분출구의 중심에 대응하여 배치되는 플라즈마 버너.And a plasma burner disposed corresponding to the center of the flame outlet in front of the flame outlet. 제18 항에 있어서,The method of claim 18, 배기가스를 상기 배기가스 유입구 쪽으로 유도하도록 상기 배기가스 유입구 주위에 형성되는 배기가스 가이드를 포함하는 플라즈마 버너.And an exhaust gas guide formed around the exhaust gas inlet to direct exhaust gas toward the exhaust gas inlet.
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