KR100293565B1 - 자동차배기가스재연소처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인간 및 자연생태계를 파괴하는 대기오염의 주원인중의 하나인 자동차 배기가스(매연)의 유해한 성분을 별도의 연소열의 부가없이 히트파이프(Heat Pipe)를 써서 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 열손실없이 이용하여 배기가스의 유해성분을 2차 연소시켜 완전연소에 가깝게 제거하고 잔존하는 마이크로 단위의 미세한 입도의 유해성분은 내부가 공간부로 된 관(管)형 필터를 통과하게 하므로서 여과되게 하여 최종적으로 배출되는 배기가스는 인체 및 자연생태계에 악영향을 미치지 않는 청정공기만을 배출되게 하는 자동차 배기가스 재연소처리장치에 대한 발명이다.

Description

자동차 배기가스 재 연소처리장치

최근의 대기오염은 그 심각도가 점차 증대되므로서 국민의 건강 및 자연생태계를 심각하게 위협하고 있는 바 대기오염의 주원인이 되는 것으로 자동차 배기가스를 들 수 있는데 자동차 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 완전연소가 되지 않을 뿐 아니라 엔진의 성능에 따라서 매연의 배출정도가 많은 차이가 있으나 아무리 연료의 연소상태가 양호하다 할지라도 100% 완전연소가 될 수 없고 따라서 자동차의 배기가스는 인체에 극히 유해한 각종 공해물질이 혼재된 상태에서 배기되게 되어 대기를 오염시키게 되므로 본 발명은 이와 같은 배기가스를 별다른 부가장치없이 2차 연소시키므로서 완전연소에 가깝게 각종 공해물질을 연소시키는 한편 2차 연소처리를 한 이후에도 잔존하는 유해물질은 미세한 필터장치를 거쳐서 여과한 다음 청정공기만을 대기 중으로 배기시키므로서 대기오염을 현저하게 줄일 수 있도록 함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명은 가솔린, 경유 등을 연료로 하여 동력을 발생시키는 각종 내연기관 등에서 필연적으로 발생하는, 사람을 포함한 자연생태계를 파괴하는 대기오염의 주원인인 불완전연소 배기가스를 정화하는 정화장치에 속하는 분야에 대한 것으로 현재경유를 연료로 하는 자동차에서 발생되는 배기가스를 정화하는 장치로서 첨부한 도면 도1에 그 개념을 도시한 고안이 제안되어 있는 바 이 고안의 개요는 엔진 (1)으로부터 나오는 불완전연소 배기가스를 2대의 배기가스 연소장치로서 교대로 재연소시키므로서 배기가스의 유해물질을 최소화하고자 한 것으로서 불완전연소 배기가스를 2대중의 1대의 연소장치(A)가 엔진으로부터 나오는 불완전연소가스를 여과, 포집하는 동안 다른 1대의 연소장치(B)는 별도의 열원(2)으로부터 고온의 열을 연소장치(B) 내부로 공급하여 2차 연소시켜서 머플러(3)를 통하여 배기되도록 하되 연소장치(A)와 (B)를 교대로 여과포집, 재연소를 시키도록 하고 있다.

상기와 같은 종래의 배기가스 정화장치는 엔진으로부터 1차로 연소되는 머플러(3)를 통하여 대기중으로 방출되는 배기가스를 2대의 2차연소장치에 교대로 유입시켜 별도의 연소열원을 구비하여 2차 연소시키는 구조로 되어 있는데 자동차에 내장되어 있는 바테리의 전력을 이용하여 2차 연소열원으로 사용하거나 연소버너를 별도로 설치하여 이 버너에서 발생되는 열로 2차 연소시키게 됨에 따라 장치의 부가에 따르는 제작비용의 증가와 부피와 무게가 그만큼 증대되는 문제점이 있으며 장치가 복잡하여 고장의 우려가 크고 이와같은 연소장치와 별도로 고온의 플라즈마를 발생시켜 불완전연소가스를 연소정화처리하는 방법이 있으나 이 또한 플라즈마 발생장치가 고가이며 복잡하여 제작자체가 용이하지 못하였다.

제1도는 종래 경유 사용 자동차에 적용하여 매연을 재 연소시키는 장치의 개념도

제2도는 일반적인 히트파이프(Heat Pipe)의 구조 개요 종단면도

제3도는 본 발명상으로 실시되는 자동차 매연 재 연소장치를 도시한 일부절결사시도

제4도는 제3도의 종단면 개요도

* 도면의 주요부분에 대한 부호에 설명

A, B : 연소장치 1 : 엔진

2 : 열원 3 : 머플러(Muffler)

H : 히트파이프(Heat Pipe) H₁H₂: 히트파이프지관(枝管)

11 : 모세관층 12, 12a : 밀봉판

13 : 열전도물질 20 : 배기가스 2차 연소장치

21 : 배기가스 인입관 22 : 연소관

23 : 단열재 24 : 관(管)형 필터

25 : 측벽 26 : 배출관

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 문제점을 해결할 수 있도록 구조가 간단하여 제작이 용이하고 제작비용이 저렴하면서 수명이 장기적인 자동차 배기가스의 2차 연소장치(20)에 대한 발명으로서 본 발명은 히트파이프(Heat Pipe)를 채용하여 이 히트파이프에 의하여 엔진에서 발생된 1차 연소시의 배기가스가 내재하고 있는 열을 그대로 2차 연소열로 이용하도록 하므로서 별다른 열원의 부가없이 자체열만으로 2차 연소시킴과 아울러 2차 연소된 연소가스를 필터장치를 통과하게 한 다음배출시키도록 하므로서 지극히 간단한 구조로서 배기가스를 연소정화시킬 수 있도록 안출한 발명으로서 첨부한 도면 도 2 는 공지한 히트파이프(Heat Pipe)의 구조 및 동작상태를 나타낸 것으로서 참고로 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 히트파이프(H)에 대한 설명을 하면 공인된 실험결과에 의하여 내식성과 내열성이 우수하고 열전도율이 뛰어남이 입증된 SUS316L (스테인레스스틸의 표준규격) 또는 고내열강을 사용하여 필요에 따르는 직경과 길이로 크기를 정한 파이프(10) 내주벽에 일정한 두께의 역시 SUS316L 재로 된 매쉬가 치밀한 망을 다수겹 적충한 모세관층(11)을 형성하고 파이프(10) 양단부는 밀봉판(12)(12a)으로 밀봉하되 파이프(10) 내부는 열전도물질(Hg, K, Na, 나프탈렌 등)(13)을 적당량 봉입하고 나머지 내부공간은 진공상태로 된 구조로서 이러한 히트파이프는 1측 외주면에 일정한 온도의 열을 가하면 그 열은 내부가 진공이고 열전도물질만 봉입되어 있어 열전도물질은 순간적으로 증발되면서 외부로부터 받은 열을 그대로 흡열한 상태로 히트파이프(H)의 타단으로 전도되고 전도된 열전도물질은 역시 순간적으로 자신이 받아서 가지고 있던 열을 외부로 방열하면서 자체는 응축, 액화되어 SUS316L 재의 망층으로 된 모세관층(11)을 따라 처음 증발되었던 측으로 이동하여 다시 외부로부터 가해지는 열을 흡열하여 기화하여 열을 순간적으로 전도하도록 하는 동작을 연속반복하는 것이 히트파이프(H)의 구성 및 동작원리로서 본원 발명은 상기와 같은 물리적인 특성을 지닌 히트파이프(H)를 첨부한 도면 도 3 과 같이 배기가스 2차 연소장치(20) 내부에 내장착설하되 이 본 발명상으로 실시되는 배기가스 2차 연소장치(20)를 상세히 설명하면 엔진으로부터 배출되는 배기관과 연결설치된 배기가스인입관(21)과 연설되는 인입관(21) 직경보다 현저히 크고 일정한 길이(통상 자동차 머플러 크기와 길이와 유사한 크기)를 가진 단면이 원형으로 된 스테인레스재(SUS316L) 연소관(22)의 내주면에 단열재(23)를 균일한 두께로 포설하고 연소관(22) 내부에는 배기가스 인입관(21) 내부로부터 연소관(22)의 타단까지 그 구조를 먼저 설명하였던 일정한 길이의 히트파이프(H)를 연소관 (22)과 같은 길이방향으로 내설하되 히트파이프(H)의 중도부를 도 3 과 같이 연소관(22) 배출부측에서 "Y"형으로 분기하여 2개의 지관(H₁)(H₂)으로 구성하고 그 2개의 지관(H₁)(H₂)을 절곡하여 연소관(22)의 인입관(21)측으로 위치되도록 절곡내설하되 이 히트파이프(H)는 또 다른 실시예로서 연소관(21)의 인입부에서 2개의 지관으로 분기하여도 작동효과에는 별다른 영향이 없다.

또한 히트파이프(H)를 중도부에서 절곡하지 않고 직선관으로 할 수도 있다.

히트파이프(H)가 지나가는 사이의 공간에 도 3 및 도 4 의 단면도에서와 같이 마이크로 단위의 미세입자까지도 여과시키는 성능을 가진 내부가 중공부(24a)로 된 다수개의 관(管)형 필터(24)를 내설하여 2차 연소된 배기가스는 이 관형필터(24)를 통과하여서만 외부로 배출될 수 있도록 연소관(22)의 측벽(25)을 밀패하고 관형 필터(24)의 중공부를 측벽(25)과 내통할 수 있도록 하며 관형 필터(24)타단은 봉입시키며 필터(24)로부터 여과된 청정가스는 연소관(22)과 연설된배출관(26)을 통하여 외부로 배출되게 한 구조로 본 발명상의 2차 연소장치(20)가 구성된다.

상기와 같은 구조로 구성된 본 발명상의 2차 연소장치(20)의 작용을 설명하면 공지한 내연기관에서 연소된 유해공해물질이 혼재된 배기가스는 엔진으로부터 배출될 시의 온도가 통상 약 400℃∼600℃의 고열을 내재하고 있는 바 이 버려지는400℃∼600℃의 배기가스열을 이용하기 위하여 첨부한 도면 도 4 의 단면도로 도시한 바와 같이 엔진으로부터 생성된 배기가스를 인입관(21)을 통하여 연소관(22) 내부로 인입시킨다. 이때 인입관(21) 측에 구비되어 있던 히트파이프(H) 선단이 배기가스의 고온의 열을 받아 히트파이프(H) 내부에 봉입되어 있는 액상의 열전도물질(Hg, K, Na, 나프탈렌 등) 이 순간적으로 흡열하면서 기화하고 내부가 진공으로 되어 있어 외부로부터 열손실없이 400℃∼600℃의 흡열온도상태 그대로 히트파이프(H) 타단으로 순간이동되어 발열하여 400℃∼600℃의 고열을 그대로 발열하면서 액화되어 히트파이프(H) 내주면에 포설된 모세관층(11)을 따라 모세관 현상에 의하여 유도되게 되고 히트파이프(H)의 증발부측으로 이동되어 다시 외부로부터의 고열을 흡열하면서 증발되는 급속한 열전도현상을 연속반복적으로 행하게 되는데 이때 1차 배기가스가 인입관(21)을 통하여 연소관(22)에 인입됨과 동시 히트파이프(H)로 부터 발열되는 400℃∼600℃의 고온에 의하여 1차배기가스의 유해연소성 물질이 2차 연소되게 되므로서 이 2차 연소에서 발생된 잔존가스는 2차 연소장치 외부로 배출되게 되는데 연소관(22)의 측벽(25)은 밀폐되어 있고 측벽(25)과 관형 필터(24)의 일측이 내통되어 있어 2차 연소가스는 관형 필터(24)를 통과하면서 2차 연소후에도 잔존할 수도 있는 유해물질은 마이크로 단위 이하로 여과되어서 청정공기만을 배출관(26)를 통하여 외부로 배출시키게 된다.

본 발명은 발명의 구성 및 작용을 설명하면서 상술한 바와 같이 종래 2차 연소시킬시 별도의 열원이 필요없이 자체 1차 연소열을 그대로 사용하므로서 장치의 단순화를 이룰 수 있고 1차연소, 2차 연소, 필터링의 다단계를 거쳐서 유독 배기가스를 연소, 정화하도록 하므로서 자동차 매연을 근본적으로 제거할 수 있으므로서 기존의 자동차 머플러만 본 발명장치로 교환하는 작업만으로 기존의 다양한 차종에 간단히 장착할 수 있으며 구조가 간단하여 고장이 없어 내구수명이 연장되는 등의 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

1. 자동차 등의 엔진에서 발생되는 유해한 대기오염물질이 함유된 배기가스를 제 2 차 연소하고 이 2차 연소가스를 여과하는 필터를 통과하게 하여 청정공기만을외부로 배출될 수 있도록 하는 자동차배기가스 재연소장치(20)를 구성함에 있어서, 엔진으로 부터 배출되는 배기관과 연결되는 배기가스 인입관(21)과 연설되는 단면이 원형으로 된 연소관(22) 내주면에 단열재(23)를 균일한 두께로 포설하고 연소관(22) 내부에는 배기가스 인입관(21) 내부로부터 연소관(22)의 타단까지 연장되는 히트파이프(H)를 연소관(22)과 같은 길이 방향으로 내설하되 히트파이프(H)의 중도부를 연소관(22)의 배출부측에서 "Y"형으로 2개의 히트파이프(H) 지관(H₁)(H₂)으로 분기하고 히트파이프(H)와 2개의 히트파이프(H)의 지관(H₁)(H₂)사이에 내부가 중공으로 되고 1측 단부가 히트파이프(H)와 동일한 방향으로 밀폐된 다수개의 관형필터(24)를 히트파이프(H)와 동일방향으로 설치하고 관형필터(24) 타단은 연소관(22)의 일측에 차단된 측벽(25)과 내통할 수 있도록 연설하고 이 관형필터(24)로부터 배기되는 공기는 배출관(26)를 통하여 외부로 배출될 수 있도록 하여서 되는 자동차 배기가스 재 연소장치

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