KR100899223B1 - Ｄｐｆ 재생용 버너 및 이를 이용한 ｄｐｆ 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 액체 상태의 연료를 기화시키는 기화실과 기화된 연료를 연소시키는 연소실이 구비된 몸체와; 상기 몸체 기화실의 일단과 결합되며 액체연료를 미립화하여 상기 몸체의 기화실로 분사하는 연료공급기와; 상기 몸체의 기화실과 연통되어 상기 기화실에서 기화된 연료 및 공기의 혼합기체를 높은 내압으로 상기 연소실로 분사하는 버너헤드; 및 상기 버너헤드에서 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기;를 포함하는 DPF 재생용 버너를 개시한다.

개시된 본 발명에 의하면, 연소기의 내압 및 연료분출 속도를 증대시켜 화염의 역류를 방지하며, 예혼합 화염과 확산 화염의 복합적인 화염 구조를 통해 차량의 운전 조건 변화에 대응하여 최적의 화염 안정화 달성은 물론이고, 차량의 배기상태의 변화에 따라 확산화염과 예혼합 화염의 복합적 또는 각각 독립적인 화염 구조의 상태를 달성할 수 있다.

또한, 버너의 점화 후 연료의 기화에 화염을 직접 이용하는 것이 가능하기 때문에, 연료 기화용 에너지인 히터 전력을 최소화할 수 있어 차량에서의 전력 한계를 극복할 수 있는 장점이 있다.

DPF 재생용 버너, 디젤엔진매연여과장치, DPF 시스템

Description

ＤＰＦ 재생용 버너 및 이를 이용한 ＤＰＦ 시스템{Burner for regeneration of Diesel Particulate Filter}

본 발명은 디젤엔진 매연여과 장치(Diesel Particulate Filter ; DPF)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤엔진의 배기가스 중에 포함된 매연입자를 필터로 여과한 후, 열산화에 의하여 필터 속에 포집된 매연을 제거하여 필터를 재생하기 위한 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템에 관한 것이다.

열차, 선박, 산업용 차량 등에서는 디젤엔진을 사용하는 것이 보편적이며, 최근에 디젤 승용차의 출시가 본격화되면서 디젤엔진의 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

이와 같은 디젤엔진의 사용량 증가 경향은 디젤엔진으로부터 배출되는 배출 가스에 포함된 매연(Soot), SOF(Soluble Organic Fraction) 등의 입자상 물질(Particulate Matter ; PM)의 배출량을 증가시키고 있으며, 이러한 배출물들은 환경오염, 특히 대기오염의 주원인이 되어 점차 규제가 강화되고 있다.

상기와 같은 디젤차량 배출가스로 인한 환경오염의 문제를 해결하기 위하여, 디젤차량 등에서 발생되는 매연입자가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하도록 매연 을 포집하고 처리하는 디젤엔진 매연여과장치(Diesel Particulate Filter ; DPF)에 대한 다양한 방안이 연구되고 있다.

이와 같은 상기 DPF는 포집된 매연의 양이 일정치 이상 되면 내부 압력 손실이 증가하여 디젤엔진의 배압에 크게 영향을 미치게 되므로, 포집된 매연 입자를 주기적으로 제거를 해주어야 한다.

일반적으로 매연은 약 600 ~ 650℃ 이상의 온도에서 산화되기 때문에, 디젤 차량에 설치된 DPF로 유입되는 배기가스의 온도를 매연의 산화온도 이상으로 승온시키면 DPF에 포집된 매연은 열에 의하여 산화되고 DPF로부터 제거될 수 있다.

이와 같이 DPF로 유입되는 배기가스의 온도를 승온시키는 방법은 버너를 이용하는 방법, 전기히터를 이용하는 방법, 촉매를 이용하는 방법 등 다양한 방법이 있을 수 있다.

한 방법으로, 버너를 이용하는 방법에 있어서의 종래 기술은 디젤 엔진 운전 조건의 급변화 시 부분적으로 화염이 연소기 내측으로 역화되는 현상이 나타날 수 있으며, 이 원인으로는 종래의 DPF 재생용 버너의 경우 연소기 내부에 충분한 내압이 형성되지 못하고, 연소기로 공급되는 연료의 충분한 분출에 제약을 받게 되어, 화염의 불안정성이 나타나는 문제가 있다.

아울러, 차량에서는 사용할 수 있는 전력량이 한정되어 있기 때문에, 종래의 DPF 재생용 버너는 버너의 착화 후에도 연료를 기화하기 위해 구비되는 열 공급용 히터가 계속 작동하여 전력증가의 원인이 되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 엔진 운전 조건의 급변화 시 화염의 역화가 방지되고, 연료의 기화 시간을 매우 짧게 하여 연료의 공급과 동시에 즉시 착화 가능하고, 점화 후 기화기에 공급되는 전력을 최소화하여 부족한 차량 전력의 한계를 극복하여 최적의 안정적인 운전이 가능한 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 액체 상태의 연료를 기화시키는 기화실과 기화된 연료를 연소시키는 연소실이 구비된 몸체와; 상기 몸체 기화실의 일단과 결합되며 액체연료를 미립화하여 상기 몸체의 기화실로 분사하는 연료공급기와; 상기 몸체의 기화실과 연통되어 상기 기화실에서 기화된 연료 및 공기의 혼합기체를 높은 내압으로 상기 연소실로 분사하는 버너헤드; 및 상기 버너헤드에서 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기;를 포함한다.

여기서, 상기 연소실에 형성된 화염의 열을 상기 버너헤드로 전달하는 열전달봉을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연소실에서 화염 존재 여부를 감지하는 화염감지기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기화실에는, 상기 기화실 내부의 액체 연료를 기체 상태로 기화시키기 위한 가열 수단이 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 가열수단으로 히터를 사용할 수 있다.

또한, 상기 가열수단으로 화염의 열을 사용할 수 있다.

또한, 상기 기화실의 가열수단의 일측에는 단열재가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 몸체에는, 상기 기화실의 온도를 측정하기 위한 온도측정 센서가 장착되는 온도측정공이 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 연소실에는, 일단은 연소실의 내부와 연통되고 타단은 연소실의 외부와 연통되어, 연소용 2차 공기를 공급하는 적어도 하나 이상의 2차 공기주입구가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 2차공기 주입구는, 상기 연소실 내부로 공급된 상기 연소용 2차공기에 의해 상기 연소실 내부에서 선회유동이 발생하도록, 상기 연소실의 중심축선을 기준으로 접선방향으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 연소실로 공급되는 상기 연소용 2차 공기는 가열된 상태로 유입될 수 있다.

또한, 상기 기화실에서 기화된 연료의 일부를 상기 연소실의 전방으로 직접 분사하기 위한 연료확산유로를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연료확산 유로는, 상기 연소실의 벽 내부에 구비될 수 있다.

또한, 상기 연료확산유로는, 확산연료이송유로와 확산연료분배공간 및 확산연료분출구로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 확산연료분출구는, 상기 기화된 연료가 선회유동하며 분출되도록, 상기 연소실의 중심축을 기준으로 하여 선회각도를 갖는 형태로 형성될 수 있 다.

또한, 상기 확산연료이송유로와 확산연료분배공간 및 확산연료분출구는, 상기 연소실 벽의 상기 확산연료이송유로에 해당하는 부분에, 확산연료이송유로 홈과 상기 확산연료이송유로 홈을 밀봉하는 덮개가 삽입될 삽입홈을 형성한 후, 상기 덮개를 삽입홈에 삽입하며, 내부면에 막음벽과 확산연료분출구가 형성된 원통형의 덮개부를 상기 확산연료이송유로와 상기 확산연료분출구가 서로 연통되도록 결합하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 기화실에서 기화된 혼합기체가 상기 연료확산 유로를 통하여 더욱 원활하게 분출되도록, 상기 버너헤드와 상기 기화실의 출구 사이의 공간은 벤튜리 형상일 수 있다.

또한, 상기 연료확산유로의 입구는 상기 기화실의 출구와 상기 벤튜리의 목 사이에 구비될 수 있다.

또한, 상기 버너헤드는 일단이 벽에 의해 밀폐된 통형상의 부재로서, 상기 연소실의 내부에 위치하며, 타단은 상기 기화실과 결합되어 연통되며, 버너헤드의 내부가 상기 연소실과 연통되도록, 원주면에 적어도 하나 이상의 관통된 연료분출공이 구비될 수 있다.

또한, 상기 버너헤드 벽의 외면은 상기 연소실의 화염에 노출되어 화염의 열을 상기 버너헤드의 내부로 전달하는 2차 가열면이고, 상기 벽의 내면은 상기 기화실에서 완전히 기화되지 않은 액체미립화 연료가 충돌되어 2차 증발되는 2차 증발면인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 2차 증발면은 평면, 타원형면, 반원형면, 굴곡면, 주름면 및 원뿔 형상의 면 중 선택적 형상으로 구비되되, 가열부의 면적을 증가시키며, 상기 버너헤드로 유입되는 혼합기체의 혼합과 분산을 촉진시키도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 2차가열면은, 외면이 평면, 타원형면, 반원형면, 굴곡면, 주름면 및 원뿔 형상의 면 중 선택된 형상으로 구비되어 축열 효율이 증대된 것일 수 있다.

또한, 상기 버너헤드는, 상기 연료분출공과 상기 2차가열면 사이의 버너헤드 외주면에 선회 유로를 형성하도록 경사지게 설치되는 복수의 날개편을 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 버너헤드의 연료분출공은, 상기 혼합기체가 상기 내부공간에서 상기 연료분출공을 통하여 선회 유동하며 상기 연소실 내로 분출되도록, 상기 버너헤드의 원주면에 수직한 방향에 대해서 일정각도로 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 버너헤드의 연료분출공은, 상기 버너헤드의 원주면에서 정배열 및 지그재그형 배열 등의 규칙적 배열 또는 불규칙적 배열 중 선택적 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 버너헤드는, 상기 버너헤드 벽을 관통하여 일측은 상기 버너헤드의 내부공간과 연통되고, 타측은 상기 연소실과 연통되어 기화된 연료의 일부를 상기 연소실의 전방으로 직접 분출하는 적어도 하나 이상의 2차 연료분출공을 구비될 수 있다.

또한, 상기 버너헤드는, 상기 혼합기체의 분출 속도가 증가되도록, 상기 버 너헤드의 내부공간의 입구는 벤튜리 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 열전달봉의 일단은 상기 버너헤드의 일측과 결합되며, 타단은 상기 연소실의 화염공간에 노출되도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 연소실의 전방에 위치하며, 상기 연소실에 형성된 화염의 열과 차량 배기가스의 혼합을 촉진하는 화염분산판이 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 화염분산판은, 단면이 반원형 또는 반타원형으로 형성되며, 상기 열전달봉에 결합되어 상기 연소실의 화염공간에 노출될 수 있다.

또한, 상기 화염분산판은, 상기 연소기 측에서 분출되는 화염의 일부가 상기 화염분산판 내측으로 유동되도록 그 두께 방향으로 복수의 타공이 형성될 수 있다.

또한, 상기 연료공급기는, 액체연료유입관과 분무노즐로 이루어 질 수 있다.

또한, 상기 액체연료유입관을 통해 유입되는 액체연료는 외부가열 수단에 의해 가열된 상태로 유입될 수 있다.

또한, 상기 연료공급기는, 액체연료유입관과 1차공기유입관 및 분무노즐로 이루어 질 수 있다.

또한, 상기 분무노즐은, 액체연료와 공기가 동시에 분사되어 액체연료가 미립화되는 2류체 분무노즐일 수 있다.

또한, 상기 액체연료 공급관을 통해 유입되는 액체연료 및, 상기 1차공기유입관을 통해 유입되는 공기는 외부가열 수단에 의해 가열되되, 상기 액체연료 또는 상기 공기 중의 선택된 하나만이 가열된 상태로 유입되거나, 상기 액체연료 및 공기가 동시에 가열된 상태로 유입될 수 있다.

또한, 상기 몸체의 연소실은, 상기 연소실의 벽의 일 위치로부터 끝단까지의 직경이 점점 증가하는 형태로 형성된 연소실확산부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 몸체의 연소실 벽에는 적어도 하나 이상의 점화기 장착구가 구비될 수 있다.

또한, 상기 점화기 장착구는, 연소실 수평면과 점화기 장착구의 중심축이 이루는 각도(α, β)는 0°보다는 크며 90°보다는 작은 각도 조건을 만족시킨 상태로 설치될 수 있다.

또한, 상기 몸체의 연소실 벽에는 적어도 하나 이상의 화염감지기 장착구가 구비될 수 있다.

또한, 상기 화염감지기 장착구는 그 중심축이 상기 점화기 장착구의 중심축에 비하여 버너의 화염대 방향으로 일정 간격(L1, L2)이 이격되어 설치될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 DPF 재생용 버너가 장착된 DPF 시스템에 있어서, 상기 DPF 재생용 버너는 배기가스가 유입되는 배기유로의 결합부와 연결되며, 상기 배기유로는 매연포집필터(DPF)의 배기가스 유입구와 결합된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 DPF 재생용 버너와 상기 DPF 사이에는 산화촉매(DOC: Oxidation Ctalyst) 가 구비될 수 있다.

또한, 상기 DPF 재생용 버너는 상기 배기유로의 결합부와 연결되되, 상기 DPF 재생용 버너가 상기 배기유로의 내부에 장착될 수 있다.

또한, 상기 DPF 재생용 버너는 상기 배기가스 유로의 내부에 배치되되, 상기 배기가스 유로의 일측은 차량의 배기가스 배출구와 연통되고, 타측은 상기 DPF 재 생용 버너의 연소실의 전방과 연통되도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 DPF 재생용 버너는 상기 배기유로의 결합부와 연결되되, 상기 DPF 재생용 버너가 상기 배기유로의 외주면 일측에 장착될 수 있다.

또한, 상기 배기유로의 일단부는 DPF의 일측과 연결되어, 엔진으로부터 배출된 배기가스가 상기 DPF의 내부로 유입되도록 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연료를 기화실에서 미립화된 기체상태로 기화시킴으로써 분자간 거리를 10배 이상 증가시키며 결과적으로 1000배 이상의 부피증대효과를 가져오게 하여, 연소기의 내압 및 연료분출 속도를 증대시켜 화염의 역류를 방지하며, 예혼합 화염과 확산 화염의 복합적인 화염 구조를 가져 차량의 운전 조건의 변화에 대응하여 최적의 조건으로 화염의 안정화를 달성할 수 있다.

또한, 버너의 점화 후 연료의 기화에 화염을 직접 이용하기 때문에 연료 기화용 에너지인 히터 전력을 최소화할 수 있어 차량에서의 전력 한계를 극복할 수 있는 장점이 있다.

게다가, 버너의 화염 유지에 필요한 연료와 디젤엔진배기가스 온도 승온에 필요한 연료의 직접 분사가 동시에 일어나기 때문에 디젤엔진의 부하변동에 영향없이 DPF 재생이 원활하게 이루어진다는 효과를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 DPF 재생용 버너 및 이를 이용한 DPF 시스템에 대해 상세하게 살펴본다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)는 액체 상태의 연료가 기화되는 공간인 기화실(111)과 상기 기화된 연료를 연소시키는 연소실(114)이 구비된 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 일단과 결합되며 액체연료를 미립화하여 상기 몸체(110)의 기화실(111) 내부로 분사하는 연료공급기(120)와, 상기 몸체(110)의 기화실(111)과 연통되어 상기 기화실(111)에서 기화된 혼합기체를 높은 내압으로 분사하는 버너헤드(130)와, 상기 버너헤드(130)에서 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기(140)와, 상기 연소실(114)에서의 화염 존재 여부를 감지하는 화염감지기(150)와, 상기 연소실(114)에 형성된 화염의 열을 상기 버너헤드(130)로 전달하는 열전달봉(134)을 포함하여 이루어진다.

상기 몸체(110)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 일단(111a)과 타단(111b)이 연통되고, 상기 일단(111a)을 통하여 공급된 미립화된 액체상태의 연료를 기화시켜 타단(111b)을 통하여 기화된 연료를 배출하는 액체연료의 기화공간인 기화실(111)과, 상기 기화실(111) 내부의 연료를 기체 상태로 기화시키기 위하여 상기 기화실(111) 주변으로 열을 공급하는 히터(112)와, 상기 기화실(111) 내부의 온도를 측정하기 위한 온도측정 센서가 장착되는 온도측정공(113) 및, 상기 기화실(111)에서 기화된 기체상태의 연료와 공기의 혼합기체가 연소되어 화염이 형성되는 공간인 연소실(114)로 구성된다.

여기서, 상기 연소실(114)에는 연소용 2차 공기를 공급하기 위한 2차 공기주입구(115), 점화기장착구(116) 및 화염감지기장착구(117)가 더 구비되며, 상기 2차 공기 주입구(115)는 일단은 연소실(114)의 내부와 연통되고 타단은 연소실(114)의 외부와 연통되어, 연소용 2차 공기를 공급한다.

또한, 상기 2차 공기주입구(115)는 상기 연소실(114)의 내부로 공급된 연소용 2차 공기에 의해 연소실(114)에서 선회유동이 발생하도록, 연소실(114)의 중심축선(C)을 기준으로 접선방향으로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 연소용 2차 공기를 선회유동 상태로 상기 연소실(114)로 유입시키기 위하여 상기 2차 공기주입구(115)는 도 8b의 연료분출공(132')의 형태와 같이 상기 연소실(114)의 중심축선(C)에 대하여 접선방향으로 구비될 수 있는 것을 의미한다.

또한, 상기 연소실(114) 내부의 화염 냉각을 방지하기 위하여, 상기 연소실(114)로 유입되는 연소용 2차공기는 가열된 상태로 유입될 수 있다.

게다가, 상기 기화실(111)의 상기 히터(112) 주변에는 차량의 배기에 의한 열손실을 방지하기 위하여 단열재(118)가 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

여기서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 히터(112)는 상기 기화실(111)과 인접한 몸체(110)의 일측에 삽입되어 설치되거나, 상기 기화실(111)의 내벽 자체를 히터(112)로 하여 장착될 수 있다. 또한, 상기 단열재는 히터(112)와 인접한 몸체(110)의 일측에 삽입되어 설치되거나, 상기 몸체(110)의 외벽 자체를 단열재(118)로 하여 장착될 수 있다.

그리고, 상기 기화실(111) 주변으로 열을 공급하는 수단으로는 상기 히터(112) 이외에도 상기 기화실(111)의 화염열 등 액체연료를 가열하여 기화시킬 수 있는 모든 범주의 열 공급 수단이 선택적으로 사용될 수 있다.

또한, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 상기 연소실(114)의 화염과 배기가스의 혼합을 촉진시키기 위하여 상기 연소실(114) 벽의 일 위치로부터 끝단까지는 그 직경이 점점 증가하는 연소실확산부(114b)가 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연료공급기(120)는, 상기 몸체(110)에 구비된 기화실(111)의 일단(111a)과 연통되어 구비되며, 액체연료를 유입시키는 액체연료유입관(121)과, 무화용 1차 공기를 유입시키는 1차 공기유입관(122) 및 분무노즐(123)을 포함하여 구비된다.

여기서, 상기 분무노즐(123)은 고압액체 노즐 또는 연료-공기 2류체 노즐 등이 사용될 수 있으며, 액체연료를 미립화하고 미립화된 연료를 공기와 혼합하여 상기 기화실(111)의 내부로 미립화된 혼합연료를 분사하는 기능을 한다.

또한, 상기 분무노즐(123)은 상기 고압액체 노즐 또는 연료-공기 2류체 노즐 이외에도, 액체연료를 무화시킬 수 있는 모든 범주의 액체연료 무화 수단이 선택적으로 사용될 수 있다.

그리고, 상기 연료공급기(120)는 상기 1차 공기유입관(122)의 구성됨이 없이 액체연료유입관(121)과 분무노즐(123)만으로 구비되어 상기 액체연료를 고압으로 분무하여 미립화할 수 있음은 물론이다.

더불어, 상기 액체연료유입관(121)을 통해 유입되는 액체연료 및, 상기 1차 공기유입관(122)을 통해 유입되는 공기는 외부가열 수단(미도시)에 의해 가열되어, 상기 액체연료 또는 공기 중의 선택된 하나만이 가열된 상태로 유입되거나, 상기 액체연료 및 공기가 동시에 가열된 상태로 유입되도록 구비되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 상기 액체연료 및 공기가 미리 가열된 상태로 분무노즐(123)을 통해 분사될 경우에는, 상기 액체연료 및 공기가 가열되지 않은 상태로 분사되었을 경우와 비교하여, 분사되는 혼합연료 또는 액체연료의 무화상태가 더욱 활성화되어 연소 효율이 증가하며 더불어 시스템의 전력 소모량도 크게 감소시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 외부가열 수단은, 액체연료유입관(121) 및 1차 공기유입관(122)을 통해 외부로부터 유입되는 액체연료 및 공기의 온도를 상온시키는 가열수단으로서, 전기히터 또는 화염열을 이용한 가열수단을 포함하여 상기 액체연료 및 공기를 승온시킬 수 있는 모든 범주의 열 공급 수단이 선택적으로 사용될 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 버너헤드(130)는, 일단이 벽(133)에 의해 밀폐된 원통형의 부재로서, 상기 연소실(114)의 내부에 위치하되, 타단은 상기 기화실(111)과 결합되어 연통되며, 상기 연소실(114)과 연통되도록, 원주면에 적어도 하나 이상의 관통된 연료분출공(132)이 구비된다.

상기 연료분출공(132)을 통하여 연료의 분출 속도를 더욱 증가시키기 위하여, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 버너헤드(130)의 내부공간(131)의 입구는 벤튜리형상(131a)으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 상기 버너헤드(130) 벽(133)의 외면은 상기 연소실(114)의 화염에 노출되어 화염의 열을 상기 버너헤드(130)의 내부로 전달하는 2차 가열면(133b)이고, 상기 벽(133)의 내면은 상기 기화실(111)에서 완전히 기화되지 않은 액체미립화 연료가 충돌되어 2차 증발되는 2차 증발면(133a) 역할을 함으로써, 상기 연료공급기(120)로부터 유입된 액체 연료를 완전히 기화시켜 상기 연료분출공(132)을 통하여 상기 연소실(114)로 분출한다.

아울러, 상기 2차 증발면(133a)은 이외에도 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 액체 미립화 연료를 가열하기 위한 평면, 타원형면, 반원형면, 굴곡면, 주름면 및 원뿔 형상의 면 등의 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 이와 같은 형상의 다양화는 상기 버너헤드(130)로 유입되는 혼합기체의 혼합과 분산을 더욱 용이하게 하는 효과도 동시에 가진다.

또한, 상기 2차 가열면(133b)은 열교환 면적을 증가시켜 화염의 열이 상기 버너헤드(130) 및 상기 몸체(110)의 기화실(111) 내면에 원활하게 전달되기 위하여 평면, 타원형면, 반원형면, 굴곡면, 주름면 및 원뿔 형상의 면 등의 다양한 방법으로 구성 될 수 있다.

한편, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 열전달봉(134,134')은 화염의 열을 상기 버너헤드(130) 및 상기 기화실(111)에 더욱 효율적으로 전달하기 위하여, 일단은 상기 2차 가열면(133b,133b')에 결합되고 타단은 상기 연소실(114)의 화염 속에 노출된 상태로 구비된다.

이와 같이, 상기 열전달봉(134,134')에 의한 화염열의 직접적인 전달과 상기 2차 증발면(133a,133a')과 상기 2차 가열면(133b,133b')의 형상으로 인하여 두꺼워진 상기 벽(133) 두께로 인하여 축열이 용이하게 되고, 상기 기화실(111)에서 완전 기화되지 않은 액체 연료를 완전 기화시킬 수 있다.

또한, 상기 몸체(110)의 기화실(111)의 온도 증가에 기여하여, 상기 연소실(114)에 화염이 존재할 때는 상기 기화실(111)의 가열을 위한 상기 히터(112) 등의 가열수단을 구동하는 전력이 필요없이 버너 자체적인 화염열의 전달에 의하여 상기 기화실(111)의 가열이 이루어져 소비전력 절감 차원에서 매우 효과적이며, 이 점은 특히 DPF 재생용 버너에서 차량의 전력 제한 문제를 해결하기 위한 매우 효과적인 수단이 된다.

한편, 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 버너헤드(130)의 원주면에 구비된 연료분출공(132)은 상기 원주면에 수직한 방향으로도 형성될 수 있으나, 더욱 바람직하게는 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 원주면에 수직한 방향에 대해서 일정각도 경사지게 형성(132')되어, 상기 혼합기체가 상기 내부공간(131)에서 상기 연료분출 공(132)을 통하여 선회 유동하며 상기 연소실(114) 내로 분출되도록 구비될 수 있다.

또한, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 버너헤드(130)의 연료분출공(132)에서 분출되는 혼합기체에 선회 유동을 형성시키기 위하여, 상기 연료분출공(132)과 상기 2차 가열면(133b) 사이의 버너헤드(130) 외주면에 경사지게 설치되는 복수의 날개편(135)을 더 구비하는 것도 바람직하다.

이에 따라, 상기 연료분출공(132)에서 상기 연소실(114)로 분출되는 혼합기체의 선회 유동은 연료와 연소용 공기의 혼합을 촉진시켜 완전연소를 이루는 효과는 물론이고, 상기 연소실(114)에 형성되는 화염의 선회에 의하여 차량의 배기가스로 인한 상기 연소실(114)의 부압 증가에도 매우 효과적으로 대처할 수 있어 배기가스 중에서 화염 안정화에 매우 효과가 크다.

또한, 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 상기 연료분출공(132)의 배열은, 정배열 또는 지그재그형 배열(132a) 등의 규칙적 배열은 물론이고 불규칙적 배열(132b)로 형성되어 구비될 수 있다.

한편, 본 발명인 DPF 재생용 버너(100)가 차량의 배기관에 설치되었을 경우, 엔진의 배기가스는 상기 연소실(114)에서 발생된 화염열과 혼합되어 배기가스의 온도가 상승하게 되고, 이때 상승된 배기가스 온도에 의하여 DPF에 포집된 매연을 산화시켜 DPF를 재생하게 된다.

그러나, 엔진의 배기압력이 매우 높은 경우에는 연소실(114)에 역압이 작용 하게 되고, 이로 인하여 상기 연소실(114)에서의 화염의 길이는 매우 짧게 되어 배기가스와 화염열의 혼합 불량 상태가 나타나며, 이 점은 결국 화염열로 인한 배기가스의 승온을 불리하게 만드는 요인이 된다.

특히, 차량 엔진이 매우 부하가 높은 상태로 운전이 되는 경우에는 배출되는 배기가스에 포함된 산소농도는 매우 희박하며, 이와 같은 조건의 운전 상태에서 배기가스 속에서 연소에 의한 화염 유지를 위하여 최적의 공연비를 만족시켜야 하며, 이를 위하여는 외부로부터의 충분한 공기 공급이 이루어져야 한다.

그러나, 차량에 공급되는 공기는 공기 압축기를 통하여 공급이 되며, 이때 공기 압축기의 공기 발생량을 증가시키기 위하여는 공기압축기의 구동 전력이 커지고, 이 점은 차량의 제한된 전력 문제로 인하여 해결이 쉽지 않다.

이와 같은 경우를 대비하기 위하여, 상기 기화실(111)에서 기화된 기체연료의 일부를 상기 버너헤드(130)의 연료분출공(132)을 통과시키지 않고, 상기 연소실(114)의 전방으로 직접 분사하여 연소실(114) 전방에서 확산화염의 유지가 가능하게 할 수도 있다.

도 10을 참고하면, 상기 몸체(110)에는 일단이 상기 기화실(111)의 내부와 연통되며, 타단은 연소실(114)의 화염공간과 연통된 연료확산유로(111c)가 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

또한, 상기 연료확산유로(111c)는 혼합연료의 분사되는 압력을 증가시키기 위하여 그 형태가 변형되어 구비될 수 있는데, 도 11a는 상기 연료확산유로(111c)의 형태가 변형된 실시 예를 나타낸 단면도이며, 도 12a 내지 도 12d는 도 11a의 연소실 벽(114a)의 부분별 단면을 나타낸 단면도이다.

도 11a를 참조하면, 상기 기화실(111)로 부터 유입된 기체연료가 이동하는 통로인 확산연료이송유로(111c')와, 일측은 상기 확산연료이송유로(111c')와 연통되어 상기 확산연료이송유로(111c')에서 이송된 혼합기체가 합쳐지도록 구비되며 타측은 막음벽(111e)과 결합되어 일측면이 폐쇄된 고리(Ring) 형태의 공간인 연료확산분배공간(111d)이 구비된다.

또한, 상기 막음벽(111e)에는 적어도 하나 이상의 확산연료분출구(111f)가 구비되되, 상기 확산연료분출구(111f)의 일단은 상기 확산연료분배공간(111d)과 연통되며, 타단은 후술될 연소실확산유로(111g)과 연통됨으로써, 상기 혼합기체는 연소실(114)의 전방으로 더욱 증가된 압력과 속도로 분사된다.

더욱 바람직하게는, 상기 확산연료분출구(111f)는 상기 연소실(114)의 중심축에 대하여 선회각도를 갖는 형태로 형성되어, 상기 기체연료가 선회유동하며 분출되도록 구비될 수 있다.

여기서, 상기 확산연료분출구(111f)는 일단이 상기 막음벽(111e)과 결합되며, 타단은 연소실(114)의 전방과 연통되는 환형의 공간으로, 상기 기체연료를 연소실(114)의 전방으로 배출하는 배출구이다.

즉, 상기 연료확산유로(111c)는 상기 확산연료이송유로(111c')와 확산연료분배공간(111d) 및 확산연료분출구(111f)로 구성될 수 있다.

또한, 도 11b에 도시된 바와 같이, 기화실(111)에서 기화된 혼합기체가 상기 연료확산유로(111c)를 통하여 더욱 원활하게 분출되도록, 상기 버너헤드(130)와 상 기 기화실의 출구 사이의 공간은 벤튜리 형상(A)으로 형성될 수 있는데, 이러한 벤튜리 형상(A)을 갖는 특징으로 인하여, 상기 기화실(111)에서 분사되는 기체연료의 일부는 상기 연료확산유로(111c)로 유입되도록 안내된다. 여기서, 기화실(111)의 기체연료가 상기 연료확산유로(111c)로 유입되는 입구는, 상기 기화실(111)의 출구와 상기 벤튜리의 목 사이에 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 벤튜리의 목은 도 11b의 도면부호 (A)의 지시선이 가리키는 곳으로, 상기 벤튜리 형상(A)으로 형성된 부분에서 가장 돌출된 위치를 의미한다.

또한, 상기 연소실(114)의 벽(114a)의 일측에는 연소실(114)에서 미연소된 기체연료의 일부가 확산연료분출구(111f)로 이송되는 통로인 연소실확산유로(111g)가 형성될 수 있는데, 이러한 연소실 확산유로(111g)로 인하여 상기 연소실(114)에서 미연소된 기체연료는 상기 화산연료분출구(111f)로 분출되어 연소실(114) 전방에서 확산화염의 유지가 가능하도록 할 수 있다.

도 13a 내지 도 13e는 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)에 상기 확산연료이송유로(111c')와 확산연료분배공간(111d) 및 확산연료분출구(111f)를 형성하기 위한 제작과정 및 덮개부의 형상을 나타낸 사시도이다.

상기 DPF 재생용 버너(100)에 상기 확산연료이송유로(111c')와 확산연료분배공간(111d) 및 연료배출공간(111g)을 형성하기 위해서는, 먼저 도 13b와 같이, 상기 몸체(110)의 상기 확산연료이송유로(111c')에 해당하는 부분을 엔드밀 등과 같은 밀링 수단을 이용하여 확산연료이송유로 홈(111c'')을 형성한다. 이때, 상기 확산연료이송유로 홈(111c'')을 밀봉하기 위한 덮개(111h)가 삽입될 삽입홈을 함께 형성한다.

이어서, 도 13c와 같이 상기 삽입홈에 상기 덮개(111h)를 삽입하여 상기 확산연료이송유로 홈(111c'')을 밀봉하게 되면, 상기 확산연료이송유로(111c')가 형성된다.

그 다음, 내부면에 막음벽(111e)과 확산연료분출구(111f)가 형성된 원통형의 덮개부(111i)를 상기 확산연료이송유로(111c')와 상기 확산연료분출구(111f)가 서로 연통되도록 결합함으로써, 도 13a와 같이 상기 버너(100)에 상기 확산연료이송유로(111c')와 확산연료분배공간(111d) 및 확산연료분출구(111f)를 형성할 수 있다.

한편, 도 14a 내지 도 14c는 상기 버너헤드(130)의 형태를 변형하여 상기 확산화염의 유지 수단에 대한 다른 실시 예를 나타내며, 상기 도 14a 내지 도 14c에 도시된 바와 같이 상기 버너헤드(130)는 연료분출공(132', 132'', 132''')과 2차 연료분출공(132a, 132b,132a')이 동시에 구비될 수 있다.

도 14a를 참고하면, 상기 2차 연료분출공(132a)은 상기 버너헤드(130)의 벽(133)에 위치하여, 혼합기체를 상기 연소실(114)의 전방으로 분출함으로써, 확산화염의 유지를 용이하게 하여줄 수 있다.

또한, 도 14b에 도시된 바와 같이, 상기 연료분출공(132'')과 2차 연료분출공(132b)에서 분출되는 연료량의 비율을 최적화하기 위하여 분출 전 혼합기체가 상기 버너헤드(130)의 더욱 깊은 곳에 위치하기 위하여 예비연료분출공(131b)을 통하여 연료가 버너헤드(130) 내부로 유입되는 것도 매우 바람직하다.

더불어, 도 14c에서 2차 연료분출공(132a)은 도 14b의 2차 연료분출공(132b)의 위치가 변형되어 구비된 형태이며, 이와 같이 상기 버너헤드(130)의 길이에 따라 상기 2차 연료분출공의 위치가 변형되어 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 점화기(140)는 상기 버너헤드(130)의 연료분출공(132)에서 분사되는 혼합기체에 불꽃을 점화시키는 것으로서, 상기 연소실(114) 내부에서 혼합기체가 존재하는 위치에 국소적인 고열을 발생시킬 수 있는 가열 수단이 사용된다.

이러한 가열수단의 일례로 전원으로부터 점화기(140)에 고전압이 인가되면, 전기 방전이 발생하여 상기 연소실(114)로 분출되는 혼합기체가 점화됨으로써 상기 연소실(114)에서 화염이 형성된다.

여기서, 상기 점화기(140)는 고전압 방전에 의한 스파크식의 점화기 이외에도 막대형 전기히터, 플라즈마 등의 다른 가열 수단으로 이용될 수 있음은 물론이다.

상기 화염감지기(150)는 상기 연소실(114)에서 화염의 존재 여부를 감지하여 DPF 재생용 버너의 전자 제어에서 점화기의 작동을 제어하기 위한 신호를 발생시키는 것이다.

여기서, 도 15a와 도 15b는 본 발명의 점화기 장착구와 화염감지 장착구의 위치를 변경하여 설치된 상태를 나타낸 개략도이다.

본 명세서에 첨부된 도 1에서는, 상기 점화기(140)가 상기 몸체(110)의 하부 에 구비되는 것으로 도시되었으나, 더욱 바람직하게는 도 15a와 같이 상기 연소실(114)의 중심축을 수평으로 나누는 연소실 수평면을 기준으로 상기 수평면의 상부 위치에 설치될 수 있다.

즉, 도 15a에 도시된 바와 같이, 상기 점화기 장착구(116)는 연소실 수평면 상부에 존재하며, 상기 연소실 수평면과 점화기 장착구(116)의 중심축이 이루는 각도(α, β)는 모두 0°보다는 크고 90°보다 작은 각도 조건을 만족시키도록 구비되는 것이 바람직하다.

이는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 점화기 장착구(116)가 상기 버너헤드(130)의 하부에 위치하게 되면, 상기 버너헤드(130)로부터 분사되는 혼합기체의 응결된 연료가 상기 점화기 장착구(116) 내에 구비되는 점화기(140)로 침투되어, 상기 점화기(140)의 점화 성능을 악화시킬 우려가 있기 때문이다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 화염감지기 장착구(117)는 상기 점화기 장착구(116)와 수직의 동일 선상에 위치하게 되면, 상기 버너헤드(130)로부터 분사되는 혼합기체가 상기 점화기(140)에 의해 점화될 시에 상기 화염감지기 장착구(117)의 위치에는 상기 점화에 의한 화염이 도달되지 않는 경우가 발생하여, 상기 화염감지기(150)의 오작동이 발생하게 된다.

따라서, 도 15b에 도시된 바와 같이, 상기 화염감지기 장착구(117)는 그 중심축이 상기 점화기 장착구(116)의 중심축에 비하여 버너(100)의 화염대 방향으로 일정 간격(L1, L2)이 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.

게다가, 상기 화염감지기(150) 및 점화기(140)는, 각각의 일단이 화염감지 및 점화를 위해 상기 연소실(114)의 내부에서 노출됨에 있어서, 상기 연소실(114)의 내부면보다 일정 길이만큼 돌출되어 장착되어 구비되는 것이 더욱 바람직하다.

이는, 상기 화염감지기(150) 및 점화기(140)의 일단에는 연료의 불완전 연소에 따른 매연이 흡착될 수 있는데, 이러한 전기 전도성의 매연에 의한 오염으로 인하여 상기 화염감지기(150) 및 점화기(140)는 쇼트(Short)에 의한 오작동이 발생할 수 있다. 그러나, 상기와 같이 연소실(114)의 내부에 상기 각각의 일단이 노출되게 되면 화염에 의해 노출된 부분에 흡착된 매연이 산화되어 제거되므로 상기와 같은 오작동의 문제점을 사전에 예방할 수 있다.

상기 화염분산판(160)은 상기 열전달봉(134)과 결합되어 화염 내에 위치하며, 상기 연소실(114)에서 분출되는 화염이 차량 배기가스 내에 넓게 분산되어 화염과 배기가스 사이의 혼합을 촉진 시키도록 반원형 또는 타원형으로 형성되는 부재이며, 두께 방향으로 다수의 타공(160a)이 형성되어 있다.

이러한, 상기 화염분산판(160)은 도 1에 도시된 바와 같이, 화염과 배기가스 사이의 혼합을 촉진시키는 효과 이외에도, 상기 연소실(114)에서 분출되는 화염으로부터 열을 전달받아 축열하고 상기 열전달봉(134)을 통해 상기 버너헤드(130)로 열을 전달하는 효과도 동시에 작용한다.

아울러, 상기 화염분산판(160)의 타공(160a)은 상기 연소실(114)에서 분출되는 화염의 일부를 상기 화염분산판(160) 내측으로 유동시켜 화염의 와류를 유도함으로써 화염분산판(160) 자체의 축열을 더욱 촉진하게 된다.

한편, 도 16은 상기 DPF 재생용 버너(100)가 엔진의 배기가스 유로에 장착된 일실시 예를 도시한다.

도 16을 참조하면, 상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 배치되며, 상기 배기가스 유로(200)의 일측은 차량의 배기가스 배출구와 연통되고, 타측은 상기 버너(100) 연소실(114)의 전방과 연통되며, 일측과 타측에는 각각 차량 배기가스 배출구와 동일직경으로 결합하기 위한 확대관(201) 및 축소관(202) 그리고 입구플랜지(203) 및 출구플랜지(204)가 각각 구비된다.

이러한, 상기 엔진의 배기가스 유로(200)에 상기 DPF 재생용 버너(100)가 장착된 구성에 의해, 상기 엔진의 배기가스는 상기 DPF 재생용 버너(100) 주위의 배기가스 유로(200)를 통하여 유입되어, 상기 연소실(114)의 전방에서 상기 연소실(114)의 화염과 혼합되어 배기가스의 온도가 승온된다.

다음으로, 도 17는 상기 DPF 재생용 버너(100)가 엔진의 배기가스 유로(205)에 장착된 다른 실시 예를 도시한다.

도 17를 참조하면, 상기 DPF 재생용 버너(100)는 엔진의 배기가스 유로(205)의 일측부에 장착되어, 엔진의 배기가스는 상기 연소(114)실의 전방으로 흐르고, 상기 연소실(114)의 전방에서 상기 연소실(114)의 화염과 혼합되어 배기가스의 온도가 승온된다.

여기서, 상기 몸체(110)에는 상기 배기가스 유로(205)와 결합되기 위한 플랜지(205c)가 더 구비될 수 있다.

다음으로는, 도 18 및 도 19를 참조하여 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)를 이용한 DPF 시스템에 대하여 설명한다.

이에 앞서, 상기 DPF 시스템의 일부분으로 장착되는 상기 DPF 재생용 버너(100)는, 상술한 DPF 재생용 버너(100)와 동일한 장치이며, 상기 DPF 재생용 버너(100)를 구성하는 각 부재의 같은 명칭 또는 같은 도면부호를 갖는 부재는 동일한 구성요소임을 이해하여야 한다.

먼저, 도 18은 본 발명의 DPF 재생용 버너가 배기유로의 내부에 장착된 구성을 나타낸 단면도이며, 도 18를 참조하여 DPF 재생용 버너(100)가 배기유로(200)의 내부에 장착되며, 상기 배기유로(200)는 DPF(400)와 연결됨으로써 구성된 DPF 시스템을 설명한다.

상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 배치되며, 상기 배기가스 유로(200)의 일측은 차량의 배기가스 배출구와 연통되고, 타측은 상기 버너(100)의 연소실(114)의 전방과 연통되며, 상기 유로(200)의 양 측단에는 차량 배기가스 배출구와 동일직경으로 결합하기 위한 확대관 및 축소관 그리고 입구플랜지 또는 출구플랜지가 각각 구비되어 있다.

디젤엔진의 운전에 따라 DPF 재생용 버너(100)가 내부에 구비된 배기가스유로(200)를 통해 디젤배기가스가 유입이 되고, 배기가스 속에 포함된 매연 입자 및 SOF 등은 대기 중으로 배출되기 전에 상기 버너(100)의 전방에 배치된 매연여과재(DPF)(400)에서 포집이 이루어지며, 이때 상기 DPF(400)에 포집된 매연 등의 입자상 물질의 양이 증가하면, DPF(400)의 압력 손실은 점차 증가하여 차량의 배압증가로 차량 출력이 감소하게 된다.

여기서, 상기 DPF(400)의 전, 후단 및 상기 버너(100)의 전후단에는 온도센서(505' 505'', 505''', 505a')와 압력센서(506', 506a')가 구비되어 상기 DPF(400)의 전· 후단의 온도 및 압력이 제어기(600)에 의하여 측정되고, 측정된 전후단의 압력차가 기준치 이상이면 상기 제어기(600)의 제어명령에 의해 DPF 재생용버너(100)가 작동을 하여 상기 DPF(400)에 포집된 매연을 산화시켜 상기 DPF(400)의 압력손실을 초기 상태와 유사하게 감소시켜 DPF를 재생시킨다.

먼저, DPF 재생용 버너(100)는 상기 제어기(600)의 작동 명령에 의하여 연료펌프(610)와 공기펌프(620)가 구동되며, 이때 액체연료가 상기 액체연료유입관(121)을 따라 분무노즐(123)을 통해 분사되고, 또한 1차 공기공급관(122)을 통하여 공기가 공급되면 액체연료는 공기와 혼합되어 미립화된 상태의 상기 기화실(111)로 분사된다.

뒤이어, 상기 기화실(111) 내에서 미립화 상태의 혼합연료는 히터(112)에 의해 공기-연료의 혼합기체 상으로 기화되어 순간적인 부피의 팽창 및 높은 내압이 형성되어 상기 버너헤드(130)의 연료분출공(132)을 통해 선회하면서 상기 연소실(114)로 고속으로 분출된다.

이와 동시에 상기 제어기(600)의 명령에 의하여 상기 점화기(140)가 작동하여 연소실(114)에서 화염이 형성되고, 상기 화염감지기(150)에 의하여 화염이 감지되면 상기 점화기(140)의 작동은 상기 제어기(600)의 명령에 따라 정지 또는 작동유지하게 된다.

그리고, 연소실(114)에서 선회하면서 고속으로 분출되는 화염은 화염분산 판(160)의 외표면 측으로 분출된다. 따라서, 화염은 상기 연소실(114) 전방에서 상기배기유로(200) 전체로 넓게 퍼지듯 분산된다.

아울러, 화염분산판(160)은 화염으로부터 열을 전달받아 열축적하고 상기 열전달봉(134)을 통해 상기 2차 가열면(133b)으로 축적된 열을 전달하여 최종적으로 상기 기화실(111) 내부의 혼합연료의 기화를 촉진하게 된다.

착화 후, 화염분산판(160)은 축열 및 상기 열전달봉(134)을 통한 열전달이 지속적으로 일어나, 기화실온도감지센서를 통하여 상기 제어기(600)에 감지된 기화실(111) 온도가 더 이상 히터(112)를 사용하지 않아도 혼합연료를 충분히 기화시킬 수 있을 만큼 승온하게 되면, 상기 제어기(600)의 명령에 의하여 상기 히터(112)로 공급되는 전력을 차단하여 연료 기화에 소모되는 에너지를 크게 절감할 수 있다.

이후, 연소실(114)에서 형성된 화염열과 배기가스와의 혼합은 기체혼합수단(504)에 의하여 완전 혼합된 후 상기 배기가스 온도는 매연의 산화온도 이상으로 승온된 균일한 온도분포를 가지고 상기 DPF(400)로 유입되어 포집된 매연을 열산화에 의하여 제거한다.

이후 DPF에 포집된 매연의 제거로 인하여 DPF 전, 후단의 압력차가 소정치 미만으로 측정이 되면, 상기 제어기(600)의 명령에 의해 상기 DPF 재생용버너(100)의 작동은 중지하게 된다.

한편 도 18에서, 상기 DPF(400)의 후방에 구비된 디젤산화촉매(DOC)(300)는 상기 혼합기체연료의 연소 온도를 감소시키는 역할을 하는 부재이다.

만일 상기 DOC(300) 내부에 액체연료 또는 기화된 액체연료가 존재하는 경우 상기 DOC(300)로 유입되는 배기가스의 온도가 특정온도 이상 (일반적으로 250℃)이 되면 상기 DOC 내부에 존재하는 연료는 순간적으로 연소되어 상기 DOC(300) 전방으로 배출되는 배기가스의 온도는 매우 높은 온도로 승온되어 상기 DPF(400)로 유입된다.

따라서, 도 18에 도시된 배치가 되면, 차량의 부하가 낮은 경우에는 배기가스 압력이 낮기 때문에 상기 DPF 재생용 버너(100)의 작동에 의한 화염은 매우 안정화 되고, 화염길이가 충분하여 화염의 열에 의하여 배기가스 온도를 상기 DPF(600)의 산화온도 까지 승온이 가능한 반면에, 만일 차량의 부하가 높아지는 경우에는 배기가스 압력의 증가로 인하여 상기 DPF 재생용버너(100)에서 형성된 화염은 그 길이가 짧아지고 화염이 불안정해 질수 있으며, 이로 인한 배기가스 승온 능력 감소가 일어날 수 있다.

이와 같은 점은 다음과 같은 방법에 의하여 해결이 가능하다.

만일, 차량의 부하가 증가하여 배기가스 압력이 높은 경우에는 상술한 바와 같이, 연소실(114) 압력의 증가로 인하여 상기 연료분출공(132)를 통하여 분출되는 연료의 량이 감소하고 그 결과 화염길이 감소 현상이 나타날 수 있지만, 상기 연료분출공(132)을 통하여 분출되지 못한 연료는 상기 확산연료유로(111c)를 통하여 상기 화염의 전방으로 분사되어 연소실에는 확산화염의 구조로 화염이 형성된다.

또한 차량의 부하가 매우 크게 증가할 경우, 연소실 압력의 매우 큰 증가로 인하여 상기 연료분출공(132)를 통하여 분출되는 연료에 의한 화염길이는 매우 짧 아지고, 상기 확산연료유로(111c)를 통하여 분출되는 혼합기체 연료는 확산화염을 형성시키지 않고 상기 DOC(300)로 유입되어, 상기 화염에 의한 배기가스 온도가 상기 DOC(300) 작동 온도까지만 승온되어, 상기 DOC(300)로 유입되어 DOC(300)로 유입된 연료를 연소시켜 상기 배기가스의 온도를 매연의 산화온도 이상으로 승온 시킨 후 상기 DPF(400)로 유입시킨다.

이와 같은 엔진의 다양한 부하변동 상태에 대한 DPF 재생용버너(100)의 복합적 운전은 상기 제어기(600)의 명령에 의하여 이루어지며, 따라서 본 발명에서의 DPF 재생용버너(100)는 차량의 운전 부하의 변동에 무관하게 배기가스의 온도를 매연의 산화온도 이상으로 승온 시킬 수가 있다.

다음으로는, 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)가 자동차 배기가스유로의 외부에 장착되어 DPF 시스템을 구성한 실시예를 설명한다.

도 19는 본 발명의 DPF 재생용 버너가 자동차 배기가스유로의 외부에 장착되어 DPF 시스템을 구성한 실시예를 나타낸다.

도 19를 참조하면, 본 발명의 DPF 재생용 버너(100)는 엔진으로부터 배출된 배기가스가 이송되는 통로인, 배기가스 유로(205)의 측부면에 장착되며, 상기 배기 가스의 유로(205)의 일단부는 DPF(400)의 일측과 연결되어, 상기 배출된 배기가스가 상기 DPF(400)의 내부로 유입되도록 구성된다.

이러한 구성을 통하여, 상기 엔진으로부터 배출된 배기가스는 상기 배기가스 유로(205)를 통과하면서, 배기가스 유로(205)의 측부면에 장착된 상기 DPF 재생용 버너(100)의 연소실의 전방을 지나게 되며, 상기 연소실에서 점화된 화염과 상기 배기가스는 혼합된다.

이후, 연소실(114)에서 형성된 화염과 배기가스와의 혼합은 기체혼합수단(504)에 의하여 완전 혼합된 후 상기 배기가스 온도는 매연의 산화온도 이상으로 승온이 된 균일한 온도분포를 가지고 상기 DPF(400)로 유입되어 포집된 매연을 열산화에 의하여 제거된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 DPF 재생용 버너의 구성을 나타낸 개략도,

도 2a는 도 1의 몸체의 구성을 나타낸 단면도,

도 2b는 도 1의 몸체의 다른 실시 예의 구성을 나타낸 단면도,

도 3는 도 1의 연료공급기를 나타낸 확대도,

도 4는 도 1의 몸체의 또 다른 실시 예의 구성을 나타낸 단면도,

도 5a 및 도 5b는 도 1의 버너헤드의 구성을 나타낸 단면도 및 내부공간의 입구를 벤튜리 형상으로 변형하여 나타낸 단면도,

도 6a 내지 도 6c는 도 5a의 버너헤드의 벽에 대한 다양한 변형 예를 나타낸 단면도,

도 7a 및 도 7b는 도 1의 열전달봉의 구성을 나타낸 확대 단면도,

도 8a 는 도 1의 버너헤드의 연료분출공을 확대하여 나타낸 단면도 및 A-A의 단면도,

도 8b는 도 8a의 다른 변형예를 나타낸 A-A 단면도,

도 8c는 도 1의 버너헤드의 외주면 형성되는 복수의 날개편의 구성을 나타낸 사시도,

도 9a 내지 도 9c는 도 1의 연료분출공의 다양한 배열 상태를 보인 단면도,

도 10은 도 2의 몸체 내부에 연료확산 유로가 형성된 상태를 나타낸 단면도,

도 11a는 도 10의 연료확산 유로의 구성을 나타낸 단면도,

도 11b는 도 10의 몸체의 일측이 벤튜리 형상으로 형성된 상태를 나타낸 단면도,

도 12a 내지 도 12d는, 차례대로 도 11a의 a-a선 단면도, b-b선 단면도, c-c단면도, d-d 단면도,

도 13a는 도 10a의 연료확산유로의 형태를 나타낸 절개사시도,

도 13b 내지 도 13e는 본 발명의 몸체에 도 11a의 연료확산유로를 형성하기 위한 제작과정 및 덮개부의 형상을 나타낸 사시도,

도 14a 내지 14c는 확산화염의 유지 방법에 대한 다른 실시 예를 나타낸 단면도,

도 15a 내지 도 15b는 본 발명의 화염감지기 장착구 및 점화기 장착구의 설치 위치를 나타낸 개략도,

도 16은 본 발명의 DPF 재생용 버너가 엔진의 배기가스 유로에 장착된 일실시 예를 도시한 개략도,

도 17는 본 발명의 DPF 재생용 버너가 엔진의 배기가스 유로에 장착된 다른 실시 예를 도시한 개략도,

도 18는 본 발명의 DPF 재생용 버너가 배기유로의 내부에 장착되어 DPF 시스템을 구성한 실시예를 나타낸 단면도 및

도 19은, 본 발명의 DPF 재생용 버너가 자동차 배기유로의 외부에 장착되어 DPF 시스템을 구성한 실시 예를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...DPF 재생용 버너 110...몸체

111...기화실 111c...연료확산유로

114...연소실 120...연료공급기

130...버너헤드 134...열전달봉

140...점화기 150...화염감지기

160...화염분산판 200, 205...배기가스 유로

400...DPF

Claims (51)

1. 액체 상태의 연료를 기화시키는 기화실(111)과 기화된 연료를 연소시키는 연소실(114)이 구비된 몸체(110)와;

   상기 몸체(110)에 형성된 기화실(111)의 일단(111a)과 결합되며, 액체연료를 미립화하여 공기와 함께 상기 몸체(110)의 기화실(111)로 분사하는 연료공급기(120)와;

   상기 몸체(110)의 기화실(111)과 연통되어 상기 기화실(111)에서 기화된 연료 및 공기의 혼합기체를 높은 내압으로 상기 연소실(114)로 분사하는 버너헤드(130); 및

   상기 버너헤드(130)에서 분사되는 혼합기체를 점화하는 점화기(140);를 포함하는 DPF 재생용 버너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연소실(114)에 형성된 화염의 열을 상기 버너헤드(130)로 전달하는 열전달봉(134)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
3. 제1항에 있어서,

   상기 연소실(114)에서 화염이 존재하는지 여부를 감지하는 화염감지기(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
4. 제1항에 있어서,

   상기 기화실(111)에는 상기 기화실(111) 내부의 액체연료를 기체 상태로 기화시키기 위한 가열수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
5. 제4항에 있어서,

   상기 가열수단으로 히터(112)를 사용하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
6. 제4항에 있어서,

   상기 가열수단으로 화염의 열을 사용하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
7. 제4항에 있어서,

   상기 기화실(111)의 가열수단의 일측에는 단열재(118)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
8. 제1항에 있어서,

   상기 몸체(110)에는 상기 기화실(111)의 온도를 측정하기 위한 온도측정 센서가 장착되는 온도측정공(113)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
9. 제1항에 있어서,

   상기 연소실(114)에는 일단이 연소실(114)의 내부와 연통되고 타단은 연소실(114)의 외부와 연통되어, 연소용 2차 공기를 공급하는 하나 이상의 2차공기주입구(115)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
10. 제9항에 있어서,

    상기 2차공기주입구(115)는 상기 연소실(114) 내부로 공급된 상기 연소용 2차 공기에 의해 상기 연소실(114) 내부에서 선회유동이 발생하도록, 상기 연소실(114)의 중심축선을 기준으로 접선방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
11. 제9항에 있어서,

    상기 연소실(114)로 공급되는 상기 연소용 2차 공기는 가열된 상태로 유입되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
12. 제1항에 있어서,

    상기 기화실(111)에서 기화된 연료를 상기 연소실(114)의 전방으로 직접 분사하기 위한 연료확산유로(111c)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
13. 제12항에 있어서,

    상기 연료확산유로(111c)는 상기 연소실(114)의 벽(114a) 내부에 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
14. 제12항에 있어서,

    상기 연료확산유로(111c)는 확산연료이송유로(111c')와 확산연료분배공간(111d) 및 확산연료분출구(111f)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
15. 제14항에 있어서,

    상기 확산연료분출구(111f)는 상기 기화된 연료가 선회유동하며 분출되도록, 상기 연소실(114)의 중심축을 기준으로 하여 선회각도를 갖는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
16. 제14항에 있어서,

    상기 확산연료이송유로(111c')와 확산연료분배공간(111d) 및 확산연료분출구(111f)는,

    상기 연소실(114) 벽(114a)의 상기 확산연료이송유로(111c')에 해당하는 부분에, 확산연료이송유로 홈(111c'')과 상기 확산연료이송유로 홈(111c'')을 밀봉하는 덮개(111h)가 삽입될 삽입홈을 형성한 후, 상기 덮개(111h)를 삽입홈에 삽입하며,

    내부면에 막음벽(111e)과 확산연료분출구(111f)가 형성된 원통형의 덮개부(111i)를 상기 확산연료이송유로(111c')와 상기 확산연료분출구(111f)가 서로 연통되도록 결합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
17. 제12항에 있어서,

    상기 기화실(111)에서 기화된 혼합기체가 상기 연료확산유로(111c)를 통하여 원활하게 분출되도록, 상기 버너헤드(130)와 상기 기화실(111)의 출구 사이의 공간은 벤튜리 형상(131a)인 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
18. 제17항에 있어서,

    상기 연료확산유로(111c)의 입구는 상기 기화실(111)의 출구와 상기 벤튜리의 목(A) 사이에 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
19. 제1항에 있어서,

    상기 버너헤드(130)는 일단이 벽(133)에 의해 밀폐된 통형상의 부재로서, 상기 연소실(114)의 내부에 위치하며, 타단은 상기 기화실(111)과 결합되어 연통되며, 버너헤드(130)의 내부가 상기 연소실(114)과 연통되도록 원주면에 하나 이상의 관통된 연료분출공(132)이 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
20. 제19항에 있어서,

    상기 버너헤드(130) 벽(133)의 외면은 상기 연소실(114)의 화염에 노출되어 화염의 열을 상기 버너헤드(130)의 내부로 전달하는 2차 가열면(133b)이고, 상기 벽(133)의 내면은 상기 기화실(111)에서 완전히 기화되지 않은 액체미립화 연료가 충돌되어 2차 증발되는 2차 증발면(133a)인 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
21. 제20항에 있어서,

    상기 2차 증발면(133a)은 평면, 타원형면, 반원형면, 굴곡면, 주름면 및 원뿔 형상의 면 중 선택적 형상으로 구비되되, 가열부의 면적을 증가시키며, 상기 버너헤드(130)로 유입되는 혼합기체의 혼합과 분산을 촉진시키도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
22. 제20항에 있어서,

    상기 2차 가열면(133b)은 외면이 평면, 타원형면, 반원형면, 굴곡면, 주름면 및 원뿔 형상의 면 중 선택된 형상으로 구비되어 축열 효율이 증대된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
23. 제20항에 있어서,

    상기 버너헤드(130)는 상기 연료분출공(132)과 상기 2차 가열면(133b) 사이의 버너헤드(130) 외주면에 선회유로를 형성하도록 경사지게 설치되는 복수의 날개편(135)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
24. 제19항에 있어서,

    상기 버너헤드(130)의 연료분출공(132)은 상기 혼합기체가 상기 버너헤드(130)의 내부공간(131)에서 상기 연료분출공(132)을 통하여 선회유동하며 상기 연소실(114) 내로 분출되도록, 상기 버너헤드(130)의 원주면에 수직한 방향에 대해서 일정각도로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
25. 제19항에 있어서,

    상기 버너헤드(130)의 연료분출공(132)은 상기 버너헤드(130)의 원주면에서 규칙적 배열 또는 불규칙적 배열 중 선택적 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
26. 제19항에 있어서,

    상기 버너헤드(130)는 벽(133)을 관통하여 일측은 상기 버너헤드(130)의 내부공간(131)과 연통되고, 타측은 상기 연소실(114)과 연통되어 기화된 연료를 상기 연소실(114)의 전방으로 직접 분출하는 하나 이상의 2차 연료분출공(132)을 구비하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
27. 제19항에 있어서,

    상기 버너헤드(130)는 상기 혼합기체의 분출 속도가 증가되도록, 상기 버너헤드(130)의 내부공간(131)의 입구는 벤튜리 형상(131a)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
28. 제2항에 있어서,

    상기 열전달봉(134)의 일단은 상기 버너헤드(130)의 일측과 결합되며, 타단은 상기 연소실(114)의 화염공간에 노출되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
29. 제1항에 있어서,

    상기 연소실(114)의 전방에 위치하며, 상기 연소실(114)에 형성된 화염의 열과 차량 배기가스의 혼합을 촉진하는 화염분산판(160)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
30. 제29항에 있어서,

    상기 화염분산판(160)은 단면이 반원형 또는 반타원형으로 형성되며, 상기 열전달봉(134)에 결합되어 상기 연소실(114)의 화염공간에 노출된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
31. 제29항에 있어서,

    상기 화염분산판(160)은 상기 연소실(114) 측에서 분출되는 화염의 일부가 상기 화염분산판(160) 내측으로 유동되도록 그 두께 방향으로 복수의 타공(160a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
32. 제1항에 있어서,

    상기 연료공급기(120)는 액체연료유입관(121)과 분무노즐(123)을 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
33. 제32항에 있어서,

    상기 액체연료유입관(121)을 통해 유입되는 액체연료는 외부가열 수단에 의해 가열된 상태로 유입되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
34. 제1항에 있어서,

    상기 연료공급기(120)는 액체연료유입관(121)과 1차공기유입관(122) 및 분무노즐(123)을 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
35. 제34항에 있어서,

    상기 분무노즐(123)은 액체연료와 공기가 동시에 분사되어 액체연료가 미립화되는 2류체 분무노즐인 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
36. 제34항에 있어서,

    상기 액체연료유입관(121)을 통해 유입되는 액체연료 및, 상기 1차공기유입관(122)을 통해 유입되는 공기는 외부가열 수단에 의해 가열되되,

    상기 액체연료 또는 상기 공기 중의 선택된 하나만이 가열된 상태로 유입되거나, 상기 액체연료 및 공기가 동시에 가열된 상태로 유입되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
37. 제1항에 있어서,

    상기 몸체(110)의 연소실(114)은 벽(114a)의 일 위치로부터 끝단까지의 직경이 점점 증가하는 형태로 형성된 연소실확산부(114b)가 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용버너.
38. 제1항에 있어서,

    상기 몸체(110)의 연소실(114) 벽(114a)에는 하나 이상의 점화기장착구(116)가 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
39. 제38항에 있어서,

    상기 점화기장착구(116)는 연소실(114) 수평면과 점화기장착구(116)의 중심축이 이루는 각도(α, β)가 0°보다는 크고 90°보다는 작은 각도 조건을 만족시킨 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
40. 제1항에 있어서,

    상기 몸체(110)의 연소실(114) 벽(114a)에는 하나 이상의 화염감지기장착구(117)가 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
41. 제40항에 있어서,

    상기 화염감지기장착구(117)는 그 중심축이 상기 점화기장착구(116)의 중심축에 비하여 버너의 화염대 방향으로 일정 간격(L1, L2)이 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 DPF 재생용 버너.
42. 제1항 내지 제 41항 중의 어느 한 항의 DPF 재생용 버너(100)가 장착된 DPF 시스템에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)는 배기가스가 유입되는 배기가스 유로(200, 205)의 결합부와 연결되며,

    상기 배기가스 유로(200, 205)는 매연포집필터(DPF, 400)의 배기가스 유입구와 결합된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
43. 제42항에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)와 상기 DPF(400) 사이에는 산화촉매(DOC: Oxidation Ctalyst, 300) 가 구비된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
44. 제42항에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 결합부와 연결되되,

    상기 DPF 재생용 버너(100)가 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 장착된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
45. 제44항에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 배치되되,

    상기 배기가스 유로(200)의 일측은 차량의 배기가스 배출구와 연통되고, 타측은 상기 DPF 재생용 버너(100)의 연소실(114)의 전방과 연통되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
46. 제42항에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(205)의 결합부와 연결되되,

    상기 DPF 재생용 버너(100)가 상기 배기가스 유로(205)의 외주면 일측에 장착된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
47. 제46항에 있어서,

    상기 배기가스 유로(205)의 일단부는 DPF(400)의 일측과 연결되어, 엔진으로부터 배출된 배기가스가 상기 DPF(400)의 내부로 유입되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
48. 제43항에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 결합부와 연결되되,

    상기 DPF 재생용 버너(100)가 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 장착된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
49. 제48항에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(200)의 내부에 배치되되,

    상기 배기가스 유로(200)의 일측은 차량의 배기가스 배출구와 연통되고, 타측은 상기 DPF 재생용 버너(100)의 연소실(114)의 전방과 연통되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
50. 제43항에 있어서,

    상기 DPF 재생용 버너(100)는 상기 배기가스 유로(205)의 결합부와 연결되되,

    상기 DPF 재생용 버너(100)가 상기 배기가스 유로(205)의 외주면 일측에 장착된 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.
51. 제50항에 있어서,

    상기 배기가스 유로(205)의 일단부는 DPF(400)의 일측과 연결되어, 엔진으로부터 배출된 배기가스가 상기 DPF(400)의 내부로 유입되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 DPF 시스템.

Images