プラズマバーナ及び煤煙濾過装置
【課題】本発明は燃料を予熱して排気ガスと混合することにより、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化させて除去するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置を提供する。
【解決手段】プラズマバーナ５００は、排気管の内部に設置される反応炉５１０と、反応炉５１０の内部に設置される電極５２０とを含み、電極５２０と反応炉５１０の内壁との間でプラズマ放電を発生させる。反応炉５１０は、反応炉５１０内部に流入する燃料を排気ガスと混合し、混合気体を反応炉５１０と電極５２０の間に誘導するように、排気ガスを供給する排気ガス流入口５３３を含み、火炎噴出口は、反応炉５１０の他の側に形成され混合気体のプラズマ放電による火炎ＦＬを噴出する。排気ガス流入口５３３側には、排気ガス流入口５３３の直径よりも大きい直径に拡張形成され、排気ガス流入口５３３に排気ガスを誘導するガイド部材５４０が備えられている。
【解決手段】プラズマバーナ５００は、排気管の内部に設置される反応炉５１０と、反応炉５１０の内部に設置される電極５２０とを含み、電極５２０と反応炉５１０の内壁との間でプラズマ放電を発生させる。反応炉５１０は、反応炉５１０内部に流入する燃料を排気ガスと混合し、混合気体を反応炉５１０と電極５２０の間に誘導するように、排気ガスを供給する排気ガス流入口５３３を含み、火炎噴出口は、反応炉５１０の他の側に形成され混合気体のプラズマ放電による火炎ＦＬを噴出する。排気ガス流入口５３３側には、排気ガス流入口５３３の直径よりも大きい直径に拡張形成され、排気ガス流入口５３３に排気ガスを誘導するガイド部材５４０が備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマバーナ及び煤煙濾過装置に関し、より詳しくは、燃料を予熱して排気ガスと混合することにより、排気ガス内の粒子状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｅｒｉａｌ；ＰＭ）を効果的に酸化して除去するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置に関する。
本発明は排気管内にプラズマバーナを設置し予熱することにより、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化させて除去し、排気管周囲の空間配置を極大化するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車排気ガス中の粒子状物質は主にディーゼルエンジンから排出される。ディーゼルエンジンは、空気と燃料の混合比によって出力を調整し、瞬間的に高出力を出す場合には、一定量の空気に燃料の供給量を増加させる。このとき、燃料の一部が空気量の不足のため不完全燃焼して多量の煤煙を発生する。
また、ディーゼルエンジンの燃焼時に、燃料の高圧噴射期間が短くて燃焼室内で局部的に濃厚領域が発生し、このため多量の煤煙が発生する。
【０００３】
煤煙濾過装置（ＤＰＦ）は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質をフィルタに捕集して粒子状物質を酸化させる装置であって、粒子状物質を８０％以上低減することができる。粒子状物質を捕集して酸化させることによって、粒子状物質を捕集するフィルタ及び煤煙濾過装置を再生し、寿命を延長させる技術が重要である。
【０００４】
煤煙濾過装置としては、再生過程で捕集された粒子状物質を強制的に酸化させる強制再生方式がある。強制再生方式は、電気ヒーターやバーナー及びスロットルリングを用いて強制加熱する方式である。主に都心で運行される車両は、排出ガスの温度を低く維持するため強制再生方式を部分的に適用している。
【０００５】
強制再生方式において、電気ヒーターは電力消費量が多いという短所がある。バーナーは、排気ガス中の酸素を利用しており、運転状態に応じて変化する排気ガス中の酸素条件によって運転制御が難しくなる。スロットルリングは、酸化触媒での粒子状物質の酸化温度を低下させるが、吸気管及び排気管にスロットルリングのための装置を取り付けなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、燃料を予熱して排気ガスと混合することによって、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置を提供する。
本発明は、排気管内にプラズマバーナを設置して予熱することによって、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去し、排気管周囲の空間配置を極大化するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施例による煤煙濾過装置は、エンジンの反対側で排気管に連結されるフィルタと、前記エンジンと前記フィルタの間で前記排気管内に設置され、燃料を供給する燃料流入口及びプラズマ放電による火炎を噴出する火炎噴出口を有し、排気ガスを加熱させるプラズマバーナと、前記燃料流入口と燃料タンクを互いに連結する燃料流入管路を含み、前記プラズマバーナは、前記排気管の内部に設置される反応炉と、前記反応炉の内壁と間隔を維持しながら前記反応炉の内部に設置される電極と、を含み、前記電極と前記反応炉の内壁との間でプラズマ放電が起こるように構成され、前記反応炉は、前記燃料流入口を介して前記反応炉内部に流入する燃料を排気ガスと混合し、形成された混合気体を前記反応炉と前記電極の間に誘導するように前記反応炉の一側に形成され前記排気ガスを供給する排気ガス流入口を含み、前記火炎噴出口は、前記反応炉の他の側に形成され前記混合気体のプラズマ放電による火炎を噴出するよう構成され、前記排気ガス流入口側に配置され、前記排気ガス流入口の直径よりもさらに大きい直径に拡張形成され、前記排気ガス流入口に前記排気ガスを誘導するガイド部材をさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
また、前記反応炉は、前記排気管内に露出する外側シリンダーと、及び前記外側シリンダーに内蔵されて前記外側シリンダーとの間に予熱通路を形成する内側シリンダーを含み、前記排気ガス流入口側で前記内側シリンダーは、前記排気ガス流入口側に行くほど拡大開放される円錐台の内面を形成し、前記予熱通路は前記燃料流入管に連結され供給される燃料を予熱することが好ましい。
【０００９】
前記燃料流入口は、前記円錐台の内面側に形成され、前記予熱通路を前記反応炉と前記電極の間に連結することが好ましい。
【００１０】
前記予熱通路は、前記火炎噴出口側から前記排気ガス流入口側に向かって進行する螺旋状に形成されることが好ましい。
【００１１】
前記ガイド部材は、前記反応炉と前記電極の間でスワール（渦流）流動を誘導するように内面に設けられる複数のベインを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、燃料を予熱して、排気ガスと混合し、プラズマ放電で火炎を発生させることで、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去する効果がある。
また、プラズマバーナは、排気管内に設置されて排気管周囲の空間配置を極大化することができる。
なお、燃料及び噴射空気を混合予熱し混合気体を排気ガスと混合し、プラズマ放電で火炎を発生させて、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去する効果がある。
また、燃料、空気及び放電空気を混合予熱し混合気体を排気ガスと混合し、プラズマ放電で火炎を発生させて、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去する効果がある。
【００１３】
一方、本発明の一実施例によれば、反応炉を経由しながら予熱された燃料と排気ガス流入口に流入する排気ガスを混合した混合気体を反応炉と電極の間に誘導して、反応炉と電極の間で発生するプラズマ放電と混合気体の流れによって形成される火炎を火炎噴出口に噴出することで、燃料の予熱構造が単純化され、排気ガス内の粒子状物質が効果的に酸化される。
【００１４】
また、本発明の一実施例によれば、反応炉の内部に電極を配置し、電極の外面と反応炉の内面の間に燃料及び排気ガスを供給して、電極の外面と反応炉の内面の間でプラズマ放電を生じさせるので、燃料と排気ガスの混合構造が単純化される。
【００１５】
また、本発明の一実施例によれば、排ガスを利用することにより、外部の新鮮な空気の供給を必要としないので空気圧縮器が不要で、装置の価格が安価になり、装置の運転条件が単純化される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図２】図１で適用した本発明の第１実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図４】図３のＩＶ-ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
【図５】本発明の第２実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図６】本発明の第３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図７】本発明の第４実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図８】本発明の第５実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図９】本発明の第６実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１０】本発明の第７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１１】本発明の第８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１２】本発明の第９実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１３】本発明の第１０実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図１４】図１３で適用した本発明の第１０実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図１５】図１４のＸＶ-ＸＶ線に沿って切断した断面図である。
【図１６】本発明の第１１実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１７】本発明の第１２実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図１８】図１７で適用した本発明の第１２実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図１９】図１８のＸＩＸ-ＸＩＸ線に沿って切断した断面図である。
【図２０】本発明の第１３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図２１】本発明の第１４実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図２２】図２１で適用した本発明の第１４実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ-ＸＸＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図２４】本発明の第１５実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図２５】図２４で適用した本発明の第１５実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図２６】図２５のＸＸＶＩ-ＸＸＶＩ線に沿って切断した断面図である。
【図２７】本発明の第１５実施例によるプラズマバーナから火炎が噴出する作動状態図である。
【図２８】本発明の第１６実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図２９】図２８の底面図である。
【図３０】本発明の第１７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図３１】本発明の第１８実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図３２】図３１で適用した本発明の第１８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付した図面を用いながら、本発明の実施形態を、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。なお、図面で本発明を明確に説明するために、不要な部分は省略し、明細書全体を通じて類似した部分については同一の参照符号を付けている。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。図１を参照すれば、煤煙濾過装置は、エンジン２０に連結される排気管４０を介して排出する排気ガスに含まれた粒子状物質を捕集して酸化する装置である。
【００１９】
煤煙濾過装置は、粒子状物質を一次的に酸化する酸化触媒６０、酸化触媒６０を通過した後、残りの粒子状物質を捕集するフィルタ８０、及びフィルタ８０に捕集された粒子状物質の酸化を促進するプラズマバーナ１００を有する。
【００２０】
酸化触媒６０は、排気管４０内でフィルタ８０の前方に配置され、排気管４０を経由する排気ガスに含まれている粒子状物質を一次的に酸化し、排気ガスが酸化条件より低い温度であるとき、プラズマバーナ１００によって低い温度の排気ガスが加熱されれば、さらにフィルタ８０に捕集された粒子状物質を酸化する。
【００２１】
フィルタ８０はエンジン２０の反対側で排気管４０に連結され、排気管４０を経由する排気ガスを通過させながら排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集する。フィルタ８０は酸化触媒６０の後方に配置されており、酸化触媒６０によって一次的に酸化された排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集する。
【００２２】
プラズマバーナ１００は自体内（バーナ自身の内部）で燃料を噴射して、水素と一酸化炭素が主成分である先酸化物質に改質し、燃料を燃焼させて火炎を噴出して排気ガスを加熱する。
例えば、煤煙濾過装置は、燃料及び排気ガスをプラズマバーナ１００に供給する燃料流入管路１１２を有する。
【００２３】
プラズマバーナ１００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ１００は、煤煙濾過装置に適用されるように、燃料流入口１２２、排気ガス流入口１９４及び火炎噴出口１２８を有する。
【００２４】
燃料流入管路１１２は、燃料流入口１２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ１００の内部に燃料を流入させる。排気ガス流入口１９４に流入する排気ガスは、燃料流入管路１１２及び燃料流入口１２２に流入する燃料をプラズマバーナ１００内に噴射する。
【００２５】
また、プラズマバーナ１００内に燃料を供給する燃料流入管路１１２及び噴射空気流入口１２４は、電極１５０の内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。
【００２６】
排気ガス流入口１９４は、排気管４０内の排気ガスをプラズマバーナ１００内部に流入させる。排気ガス流入口１９４に流入する排気ガスは燃料と混合されて混合気体を形成し、さらに、混合気体で発生するプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口１２８に噴出する。
【００２７】
図２は図１で適用した本発明の第１実施例によるプラズマバーナの分解斜視図であり、図３は図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
図２及び図３を参照すれば、プラズマバーナ１００は、ベース１４０、電極１５０及び反応炉１６０を有する。
【００２８】
ベース１４０は、燃料流入口１２２、少なくとも一つの排気ガス流入口１９４を形成され、内部に形成される混合チャンバー１４２を含む。プラズマバーナ１００は排気管４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガスの流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００２９】
例えば、ベース１４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状の曲面形状をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース１４０の凸状曲面によって最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内される。
【００３０】
電極１５０は、ベース１４０に絶縁体１５２を介在して装着される装着部１５４と、装着部１５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー１５６を含む。
【００３１】
ベース１４０の燃料流入口１２２と排気ガス流入口１９４からそれぞれ流入する燃料及び排気ガスは、吸熱チャンバー１５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体１５２は、電極１５０をベース１４０または反応炉１６０と電気的に絶縁させる。
【００３２】
電極１５０は、装着部１５４のベース１４０反対側に拡張して最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー１５６はほぼ円錐形状に構成される。
【００３３】
装着部１５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路１５４ａと、第１通路１５４ａの外側に形成される第２通路１５４ｂを有する。第１通路１５４ａには排気ガス流入口１９４が連結される。第２通路１５４ｂには吸熱チャンバー１５６と混合チャンバー１４２が連結される。
【００３４】
排気ガス流入口１９４は、第１通路１５４ａを介して電極１５０の中央に形成される吸熱チャンバー１５６に連結される。燃料流入管路１１２は、排気ガス流入口１９４の内部を介して吸熱チャンバー１５６に連結される。
【００３５】
燃料流入管路１１２に供給される燃料は、吸熱チャンバー１５６の一側まで供給され、燃料流入管路１１２の端では排気ガス流入口１９４に供給される排気ガスにより吸熱チャンバー１５６内に混合気体状態で噴射される。
【００３６】
吸熱チャンバー１５６で加熱された混合気体は、第２通路１５４ｂを介してベース１４０に形成された混合チャンバー１４２に供給される。
混合チャンバー１４２には排気ガス流入口１９４が連結される。排気ガス流入口１９４に供給される排気ガスは、混合チャンバー１４２内の混合気体を混合気噴射口１６６を介して反応炉１６０内部に噴射する。
【００３７】
反応炉１６０は電極１５０を内蔵しベース１４０に連結され、ベース１４０の反対側に火炎噴出口１２８を形成する。反応炉１６０の内壁は、電極１５０と離隔状態を維持する。
反応炉１６０は円筒形状で、電極１５０は次第に狭くなる形状をなしているので、反応炉１６０の内壁と電極１５０の間の距離は次第に遠くなる。即ち、吸熱チャンバー１５６側で電極１５０の外面と反応炉１６０の内壁の間の距離は、最大拡張部で最短距離を形成し、電極１５０が狭くなることによって次第に長距離となる。
例えば、反応炉１６０とベース１４０は、排気管１４０の長手方向に沿って一直線状に配置され、互いに対向する外側を溶接やボルティング（ｂｏｌｔｉｎｇ）方法で電極１５０を内蔵した状態で連結される。
【００３８】
反応炉１６０は、側方に具備される混合気噴射口１６６を介してベース１４０に形成された混合チャンバー１４２と連結されて混合チャンバー１４２から混合気体が供給される。
【００３９】
電極１５０には予め設定された電圧（Ｖ）が印加され、反応炉１６０は接地されるので、離隔した電極１５０と反応炉１６０の内壁の間でプラズマ放電が生じる。即ち、電極１５０の外面と反応炉１６０内壁の間に形成される距離の漸進的変化によって両者間で生じるプラズマ放電は、拡張距離に沿って拡張される。
【００４０】
電極１５０と反応炉１６０の間のプラズマ放電は、電極１５０と反応炉１６０の間の距離が短い部分で生じ、距離が長い部分で拡散した後消滅し、再び短い部分で生じて、長い部分で拡散した後消滅する過程を繰り返す。
【００４１】
燃料及び排気ガスの混合気体でのプラズマ放電は、燃焼または水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に一部改質して、酸化触媒６０による酸化を容易にする。
【００４２】
図４は図３のＩＶ-ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
図４を参照すれば、混合気噴射口１６６は複数に形成されて反応炉１６０に円周方向に沿って等間隔で配置され、円筒の中心方向に対して予め設定された角度で傾斜して形成される。
【００４３】
混合気噴射口１６６を介して混合チャンバー１４２から反応炉１６０に流入する混合気体は、混合気噴射口１６６の案内に従って反応炉１６０内で回転流（渦流）を形成する。
複数の等間隔で配置される混合気噴射口１６６は、反応炉１６０内で円周方向に沿って均一な回転流を形成し、反応炉１６０内部空間を効率的に活用できるようにする。
【００４４】
電極１５０と反応炉１６０の間で生じるプラズマ放電は、混合気噴射口１６６を介して案内される混合気体の回転流により火炎を形成し、火炎は火炎噴出口１２８を介して反応炉１６０から排気管４０に噴出する。火炎は排気ガスを加熱して、フィルタ８０上に捕集された粒子状物質の酸化に有利な条件を形成する。
【００４５】
以下に示す実施例は、第１実施例の構成に付加的な構成を追加したもので、第１実施例と比較して互に類似ないし同一の部分については説明を省略し、互に異なる部分を説明する。
【００４６】
図５は本発明の第２実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図５を参照すれば、プラズマバーナ１００は、カウル（頭部の覆い）１７１をさらに含む。カウル１７１は、反応炉１６０の前方に配置され、火炎噴出口１２８から噴出する火炎の噴出を案内し、噴出される火炎と反応炉１６０外部の排気ガスとの急な混合によって火炎が不安定になることを防止することができる。カウル１７１は、連結部材１７２を介して反応炉１６０の外壁に設置できる。
【００４７】
図６は本発明の第３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図６を参照すれば、プラズマバーナ１００は、カウル１７１の前方に燃料噴射ノズル１７３をさらに含む。燃料噴射ノズル１７３は、燃料タンク３０に連結されて燃料が供給され、カウル１７１の前方に配置されてカウル１７１を介して案内される火炎に燃料を噴射する。
火炎に噴射された燃料は、火炎の熱によって蒸発し、相当部分燃焼されて排気ガスの追加的な加熱を可能とする。
【００４８】
図７乃至図９は、本発明の第４実施例乃至第６実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図７乃至図９を参照すれば、プラズマバーナ１００は、反応炉１６０の火炎噴出口１２８の周囲に流動撹乱部材（１７４、１７７、１７９）をさらに含む。流動撹乱部材（１７４、１７７、１７９は）は、図７乃至図９において各々異なる。
【００４９】
図７を参照すれば、流動撹乱部材１７４は、火炎噴出口１２８で反応炉１６０の外周に突出形成される。流動撹乱部材１７４は、反応炉１６０の外周面と排気管４０の間に流れる排気ガスに流動を生じさせ、火炎噴出口１２８に噴出する火炎を集めて安定化する。
【００５０】
図８を参照すれば、流動撹乱部材１７７は、火炎噴出口１２８の前方に離隔配置される。流動撹乱部材１７７は、火炎噴出口１２８の内径より大きい内径を有する円形帯に形成される。流動撹乱部材１７７は、連結部材１７５を介して反応炉１６０の前方に設置される。流動撹乱部材１７７は、火炎噴出口１２８から噴出して一定の距離だけ進行して拡散する火炎を再び集めて安定化し、排気ガス中の酸素を利用して未燃焼燃料をさらに燃焼させる。
【００５１】
図９を参照すれば、流動撹乱部材１７９は、火炎噴出口１２８の前方で火炎噴出口１２８の中心に対応して配置される。流動撹乱部材１７９は円板で形成され、連結部材１７６を介して反応炉１６０の前方に設置される。
【００５２】
図９の流動撹乱部材１７９は、反応炉から突出する未燃焼液滴の接触面を提供して液滴を蒸発、燃焼させ、火炎と排気ガスの急激な混合によって火炎が不安定になることを防止する。
【００５３】
図１０は本発明の第７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１０を参照すれば、燃料流入管路１１２は熱交換機１３２を含む。
例えば、燃料流入管路１１２の熱交換機１３２はコイル形状に形成され、排気管４０内での吸熱面積を増大させて、燃料流入管路１１２に供給される燃料を加熱する。
なお、第７実施例は、第２実施例に熱交換機（１３２、１３４、１３６）を設けた例を示す。第１実施例、第３実施例乃至第６実施例、及び第８実施例にも同様に適用できる。
【００５４】
図１１は本発明の第８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１１を参照すれば、電極１５０は貫通形成される第３通路１５９をさらに含む。第３通路１５９は、吸熱チャンバー１５６を反応炉１６０の内部に直接連結する。即ち、第３通路１５９は、大部分の混合気体が第２通路１５４ｂ、混合チャンバー１４２及び混合気噴射口１６６を経由する際に、一部の混合気体を吸熱チャンバー１５６から反応炉１６０に直接噴射するようになる。結果的に第３通路１５９は、燃料供給管１１２を介して大量の燃料供給を可能とする。
【００５５】
また、第８実施例は、第１実施例に第３通路１５９を設けた例を示す。第２実施例乃至第７実施例にも同様に適用できる。
【００５６】
図１２は本発明の第９実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１２を参照すれば、排気ガス流入口１９４周囲には排気ガスガイド１８１が形成される。排気ガスガイド１８１は、ベース１４０に分散形成されている排気ガス流入口１９４の分布面積より広い面積の開口及び開口から次第に狭くなる形状によって、排気ガスを排気ガス流入口１９４に案内する。
【００５７】
排気ガスガイド１８１は、対応する排気ガス流入口１９４に沿って第１排気ガスガイド１８１ａと第２排気ガスガイド１８１ｂを含む。第１排気ガスガイド１８１ａは、混合チャンバー１４２に連結される排気ガス流入口１９４側に排気ガスを誘導するように排気ガス流入口１９４周囲に形成される。
【００５８】
第２排気ガスガイド１８１ｂは、吸熱チャンバー１５６に連結される排気ガス流入口１９４側に誘導するように第１排気ガスガイド１８１ａ内側で排気ガス流入口１９４周囲に形成される。
【００５９】
第１排気ガスガイド１８１ａにより案内される排気ガスは、排気ガス流入口１９４を介して混合チャンバー１４２内部に流入しながら強い流れを形成し、混合チャンバー１４２及び混合気噴射口１６６を経由する混合気の流れを加速することができる。
【００６０】
第２排気ガスガイド１８１ｂにより案内される排気ガスは、排気ガス流入口１９４を介して吸熱チャンバー１５６内部に流入しながら強い流れを形成し、燃料流入管路１１２に供給される燃料を吸熱チャンバー１５６内に噴射する。
また、第９実施例は、第１実施例に排気ガスガイド１８１及び第１、第２排気ガスガイド（１８１ａ、１８１ｂ）を設けた例を示す。第２実施例乃至第８実施例にも同様に適用できる。
【００６１】
図１３は本発明の第１０実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気をプラズマバーナ２００にそれぞれ供給する燃料流入管路２１２、噴射空気流入管路２１４を有する。
【００６２】
プラズマバーナ２００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設置される。プラズマバーナ２００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口２２２、噴射空気流入口２２４、排気ガス流入口２９４及び火炎噴出口２２８を有する。
【００６３】
燃料流入管路２１２は、燃料流入口２２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ２００内部に燃料を流入する。噴射空気流入管路２１４は、噴射空気流入口２２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ２００内部に外部の空気を流入する。噴射空気流入管路２１６及び噴射空気流入口２２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路２１２及び燃料流入口２２２に流入した燃料をプラズマバーナ２００内に噴射する。
【００６４】
また、プラズマバーナ２００内に燃料を供給する燃料流入管路２１２及び噴射空気流入口２２４は、電極２５０内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。
また、排気ガス流入口２９４は、排気管４０内の排気ガスを混合チャンバー２４２に流入する。排気ガス流入口２９４に流入する排気ガスは、燃料と空気の混合気体で生じるプラズマ放電によって形成される火炎を火炎噴出口２２８に噴出する。
排気ガス流入口２９４は、排気ガスを流入させて混合チャンバー２４２内の混合気体を高温に維持できるようにする。
【００６５】
図１４は図１３で適用した本発明の第１０実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。図１５は図１４のＸＶ-ＸＶ線に沿って切断した断面図である。
図１４及び図１５を参照すれば、プラズマバーナ２００は、ベース２４０、電極２５０及び反応炉２６０を有する。
【００６６】
ベース２４０は、燃料流入口２２２、噴射空気流入口２２４、及び排気ガス流入口２９４を形成し、内部に形成される混合チャンバー２４２を含む。プラズマバーナ２００は、排気管４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガス流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００６７】
例えば、ベース２４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状曲面をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース２４０の凸状曲面によって最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内され得る。
【００６８】
電極２５０は、ベース２４０に絶縁体２５２を介在して装着される装着部２５４と、装着部２５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー２５６を含む。
ベース２４０の燃料流入口２２２と噴射空気流入口２２４からそれぞれ流入する燃料及び空気は、吸熱チャンバー２５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体２５２は、電極２５０をベース２４０または反応炉２６０と電気的に絶縁させる。
【００６９】
電極２５０は、装着部２５４のベース２４０反対側で拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー２５６はほぼ円錐形状に構成される。
装着部２５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路２５４ａと、第１通路２５４ａの外側に形成される第２通路２５４ｂを含む。第１通路２５４ａには噴射空気流入管路２１４が結合される。第２通路２５４ｂには吸熱チャンバー２５６と混合チャンバー２４２が連結される。
【００７０】
噴射空気流入管路２１４は、第１通路２５４ａを介して電極２５０の中心に形成される吸熱チャンバー２５６に連結される。燃料流入管路２１２は、噴射空気流入管路２１４内部に設置されて吸熱チャンバー２５６に連結される。
燃料流入管路２１２に供給される燃料は、吸熱チャンバー２５６の一側まで供給され、燃料流入管路２１２の端では噴射空気流入管路２１４に供給される噴射空気により、吸熱チャンバー２５６内に混合気体状態で噴射される。
【００７１】
図１６は本発明の第１１実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１６を参照すれば、燃料流入管路２１２及び噴射空気流入管路２１４は、各々熱交換機（２３２、２３４）を有する。
【００７２】
例えば、燃料流入管路２１２の熱交換機２３２はコイル形状に形成され、排気管４０内での吸熱面積を増大させて燃料流入管路２１２に供給される燃料を加熱する。
噴射空気流入管路２１４の熱交換機２３４は、コイル形状に形成され、排気管４０内での吸熱面積を増大させて噴射空気流入管路２１４に供給される噴射空気を加熱する。
熱交換機（２３２、２３４）は、燃料流入管路２１２及び噴射空気流入管路２１４に全て設置することができるが（図１６参照）、そのうちの１ヶ所または２ヶ所に形成してもよい（図示せず）。
【００７３】
図１７は本発明の第１２実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気及び放電空気をプラズマバーナ３００に各々供給する燃料流入管路３１２、噴射空気流入管路３１４及び放電空気流入管路３１６を有する。
【００７４】
プラズマバーナ３００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ３００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口３２２、噴射空気流入口３２４、放電空気流入口３２６及び火炎噴出口３２８を有する。
【００７５】
燃料流入管路３１２は、燃料流入口３２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ３００内部に燃料を流入させる。噴射空気流入管路３１４は、噴射空気流入口３２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ３００内部に外部の空気を流入させる。噴射空気流入管路３１６及び噴射空気流入口３２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路３１２及び燃料流入口３２２に流入する燃料をプラズマバーナ３００内に噴射する。
【００７６】
放電空気流入管路３１６は、放電空気流入口３２６を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ３００内部に外部の空気を流入する。放電空気流入管路３１６及び放電空気流入口３２６に流入する放電空気は、燃料と空気の混合気体から生じるプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口３２８に噴出する。
【００７７】
図１８は図１７で適用した本発明の第１２実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。図１９は図１８のＸＩＸ-ＸＩＸ線に沿って切断した断面図である。
図１８及び図１９を参照すれば、プラズマバーナ３００は、ベース３４０、電極３５０及び反応炉３６０を有する。
【００７８】
ベース３４０は、燃料流入口３２２、噴射空気流入口３２４及び放電空気流入口３２６を形成し、内部に形成される混合チャンバー３４２を含む。プラズマバーナ３００は排気管３４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガス流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００７９】
例えば、ベース３４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状の曲面形状をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース３４０の凸状曲面によって、最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内される。
電極３５０は、ベース３４０に絶縁体３５２を介在して装着される装着部３５４と、装着部３５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー３５６を含む。
【００８０】
ベース３４０の燃料流入口３２２と噴射空気流入口３２４からそれぞれ流入する燃料及び空気は、吸熱チャンバー３５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体３５２は、電極３５０をベース３４０または反応炉３６０と電気的に絶縁させる。
電極３５０は、装着部３５４のベース３４０反対側で拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー３５６はほぼ円錐形状に構成される。
【００８１】
装着部３５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路３５４ａと、第１通路３５４ａの外側に形成される第２通路３５４ｂを含む。第１通路３５４ａには噴射空気流入管路３１４が結合される。第２通路３５４ｂには吸熱チャンバー３５６と混合チャンバー３４２が連結される。
【００８２】
噴射空気流入管路３１４は、第１通路３５４ａを介して電極３５０の中心に形成される吸熱チャンバー３５６に連結される。燃料流入管路３１２は、噴射空気流入管路３１４内部に設置されて吸熱チャンバー３５６に連結される。
燃料流入管路３１２に供給される燃料は吸熱チャンバー３５６の一側まで供給され、燃料流入管路３１２の端では、噴射空気流入管路３１４に供給される噴射空気により吸熱チャンバー３５６内に混合気体状態で噴射される。
【００８３】
吸熱チャンバー３５６で加熱された混合気体は、第２通路３５４ｂを介して、ベース３４０に形成された混合チャンバー３４２に供給される。
混合チャンバー３４２には放電空気流入管路３１６が連結される。放電空気流入管路３１６に供給される放電空気は、混合チャンバー３４２内の混合気体を混合気噴射口３６６を介して反応炉３６０内部に噴射する。
燃料及び空気の混合気体のプラズマ放電は、水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に改質して、酸化触媒６０による酸化を容易にする。
【００８４】
図２０は本発明の第１３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図２０を参照すれば、燃料流入管路３１２、噴射空気流入管路３１４及び放電空気流入管路３１６は、各々熱交換機（３３２、３３４、３３６）を含む。
【００８５】
例えば、燃料流入管路３１２の熱交換機３３２は、コイル形状に形成されて排気管４０内での吸熱面積を増大させ、燃料流入管路３１２に供給される燃料を加熱する。
噴射空気流入管路３１４の熱交換機３３４は、コイル形状に形成されて排気管４０内での吸熱面積を増大させ、噴射空気流入管路３１４に供給される噴射空気を加熱する。
放電空気流入管路３１６の熱交換機３３６は、コイル形状に形成されて排気管４０内での吸熱面積を増大させ、放電空気流入管路３１６に供給される燃料を加熱する。
熱交換機（３３２、３３４、３３６）は、燃料流入管路３１２、噴射空気流入管路３１４及び放電空気流入管路３１６に全て設置することができるが（図２０参照）、そのうちの１ヶ所または２ヶ所に形成してもよい（図示せず）。
【００８６】
図２１は本発明の第１４実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気、及び、放電空気をプラズマバーナ４００にそれぞれ供給する燃料流入管路４１２、噴射空気流入管路４１４及び放電空気流入管路４１６を有する。
【００８７】
プラズマバーナ４００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ４００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口４２２、噴射空気流入口４２４、放電空気流入口４２６、排気ガス流入口４９４及び火炎噴出口４２８を有する。
【００８８】
燃料流入管路４１２は、燃料流入口４２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ４００内部に燃料を流入する。噴射空気流入管路４１４は、噴射空気流入口４２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ４００内部に外部の空気を流入する。噴射空気流入管路４１６及び噴射空気流入口４２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路４１２及び燃料流入口４２２に流入する燃料をプラズマバーナ４００内に噴射する。
また、プラズマバーナ４００内に燃料を供給する燃料流入管路４１２及び噴射空気流入口４２４は、電極４５０の内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。
【００８９】
放電空気流入管路４１６は、放電空気流入口４２６を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ４００内部に外部の空気を流入する。放電空気流入管路４１６及び放電空気流入口４２６に流入する放電空気は、燃料と空気の混合気体から発生するプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口４２８に噴出する。
【００９０】
また、排気ガス流入口４９４は、排気管４０内の排気ガスを混合チャンバー４４２に流入させる。排気ガス流入口４９４に流入する排気ガスは、放電空気とともに流れて、混合気体から発生するプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口４２８に噴出する。
排気ガス流入口４９４は、放電空気流入管路４１６に供給される空気の量を減らすことができ、混合チャンバー４４２内の混合気体をより高温に維持できるようにする。
【００９１】
図２２は図２１で適用した本発明の第１４実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。図２３は図２２のＸＸＩＩＩ-ＸＸＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
図２２及び図２３を参照すれば、プラズマバーナ４００は、ベース４４０、電極４５０及び反応炉４６０を有する。
【００９２】
ベース４４０は、燃料流入口４２２、噴射空気流入口４２４、放電空気流入口４２６及び排気ガス流入口４９４を形成し、内部に形成される混合チャンバー４４２を含む。プラズマバーナ４００は、排気管４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガス流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００９３】
例えば、ベース４４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状の曲面形状をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース４４０の凸状曲面によって最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内される。
【００９４】
電極４５０は、ベース４４０に絶縁体４５２を介在して装着される装着部４５４と、装着部４５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー４５６を含む。
ベース４４０の燃料流入口４２２と噴射空気流入口４２４からそれぞれ流入する燃料及び空気は、吸熱チャンバー４５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体４５２は、電極４５０をベース４４０または反応炉４６０と電気的に絶縁させる。
【００９５】
電極４５０は、装着部４５４のベース４４０反対側に拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー４５６はほぼ円錐形状に構成される。
装着部４５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路４５４ａと、第１通路４５４ａの外側に形成される第２通路４５４ｂを含む。第１通路４５４ａには噴射空気流入管路４１４が結合されている。第２通路４５４ｂには吸熱チャンバー４５６と混合チャンバー４４２が連結される。
【００９６】
噴射空気流入管路４１４は、第１通路４５４ａを介して電極４５０の中央に形成される吸熱チャンバー４５６に連結される。燃料流入管路４１２は、噴射空気流入管路４１４内部に設置されて、吸熱チャンバー４５６に連結される。
【００９７】
燃料流入管路４１２に供給される燃料は吸熱チャンバー４５６の一側まで供給され、燃料流入管路４１２の端では噴射空気流入管路４１４に供給される噴射空気によって、吸熱チャンバー４５６内に混合気体状態で噴射される。
【００９８】
吸熱チャンバー４５６で加熱された混合気体は、第２通路４５４ｂを介してベース４４０に形成された混合チャンバー４４２に供給される。
混合チャンバー４４２には放電空気流入管路４１６及び排気ガス流入口４９４が連結される。放電空気流入管路４１６及び排気ガス流入口４９４にそれぞれ供給される放電空気及び排気ガスは、混合チャンバー４４２内の混合気体を混合気噴射口４６６を介して反応炉４６０内部に噴射する。
燃料及び空気と排気ガスの混合気体でのプラズマ放電は、燃焼または水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に一部改質して、酸化触媒６０で酸化を容易にする。
【００９９】
図２４は本発明の第１５実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料をプラズマバーナ５００に供給するための燃料タンク３０とプラズマバーナ５００を連結する燃料流入管５０３を有する。
【０１００】
図２５は図２４で適用した本発明の第１５実施例によるプラズマバーナの分解斜視図であり、図２６は図２５のＸＸＶＩ-ＸＸＶＩ線に沿って切断した断面図である。
図２５及び図２６を参照すれば、プラズマバーナ５００は、反応炉５１０、電極５２０及びガイド部材５４０を有する。
【０１０１】
反応炉５１０は、排気管４０の内部で排気ガスの流れ方向と同じ方向に設置され、排気管４０内の排気ガスの一部が通過できるように構成される。
電極５２０は、反応炉５１０の内部に設置され、プラズマ放電を発生するように電極５２０の外面と反応炉５１０の内面が間隔Ｃ１０を形成する。
反応炉５１０は、予熱通路５３１、燃料流入口５３２、排気ガス流入口５３３及び火炎噴出口５３４を形成する。このために、反応炉５１０は、外側シリンダー５１１と内側シリンダー５１２を有して形成される。
【０１０２】
外側シリンダー５１１は反応炉５１０の外形を形成し、排気管４０の内部を通過する排気ガス雰囲気に露出する。内側シリンダー５１２は、外側シリンダー５１１内部に結合され、外側シリンダー５１１との間に予熱通路５３１を形成する。
予熱通路５３１は、燃料流入管５０３と燃料流入口５３２を互いに連結し、燃料タンク３０から供給される燃料を予熱する。予熱通路５３１は、反応炉５１０で排気ガス流れの反対方向に形成され、燃料の経路を長く形成することによって燃料の予熱効率を増大させる。
即ち、燃料を火炎噴出口５３４側から排気ガス流入口５３３側に供給するように、予熱通路５３１は、火炎噴出口５３４側から排気ガス流入口５３３側に向かって進行する螺旋状構造に形成される。燃料流入管５０３は、酸化触媒６０側に連結され、燃料流入口５３２はエンジン２０側に連結される。
【０１０３】
燃料流入口５３２は、予熱通路５３１を経由しながら予熱された燃料を反応炉５１０と電極５２０の間に供給するように電極５２０に向かって形成される。燃料流入口５３２は内側シリンダー５１２に貫通形成される。
排気ガス流入口５３３は、排気管４０内の排気ガスの一部をプラズマバーナ５００内部に流入させて、燃料流入口５３２を介して反応炉５１０内部に流入する燃料と排気ガスを混合する。
排気ガス流入口５３３は、燃料と排気ガスの混合気体を反応炉５１０と電極５２０の間に誘導するように、反応炉５１０のエンジン２０側に形成される。即ち、排気ガス流入口５３３は、反応炉５１０の内側シリンダー５１２と電極５２０の間に形成されて排気ガスを流入させる。
【０１０４】
排気ガス流入口５３３の外形を形成する内側シリンダー５１２は、電極５２０側から排気ガス流入口５３３側に行くほど拡大開放される円錐台内面５１２ａを形成する。
燃料流入口５３２は円錐台内面５１２ａ側に形成され、予熱通路５３１を反応炉５１０と電極５２０の間に連結する。これによって燃料流入口５３２に流入する燃料が排気ガス流入口５３３を経由して排気ガスと混合される。
【０１０５】
排気ガス流入口５３３側に燃料流入口５３２を備えているので、排気ガスと燃料の混合のための別途のチャンバー（図示せず）のような構成が不要である。その結果、排気ガスと燃料の混合構造が簡単になる。
また、排気ガス流入口５３３側にはガイド部材５４０が具備される。ガイド部材５４０は、排気ガス流入口５３３の直径より大きい直径に拡張形成され、排気管４０内の排気ガスを排気ガス流入口５３３に誘導する。ガイド部材５４０は、燃料流入口５３３に流入する単位燃料に対して、より多くの排気ガスを混合できるようにする。
【０１０６】
ガイド部材５４０は、第１結合部５４１、第２結合部５４２及び連結具５４３を含む。第１結合部５４１は、反応炉５１０の排気ガス流入口５３３側の端部、外側シリンダー５１１の端部５１１ａと結合される。
【０１０７】
第２結合部５４２は、第１結合部５４１の内側に形成され、電極５２０の端部５２０ａと結合する。第１結合部５４１と第２結合部５４２は互いに離隔して両者の間に空間を形成する。
連結具５４３は第１結合部５４１と第２結合部５４２の間の空間に形成され、排気ガス流入口５３３を排気管４０内部に連結する。
【０１０８】
ガイド部材５４０に誘導される排気ガスは、第１結合部５４１と第２結合部５４２の間に形成される連結具５４３を経由して、排気ガス流入口５３３に流入し、燃料と混合された混合気体状態で電極５２０と反応炉５１０の間に供給される。
【０１０９】
反応炉５１０と電極５２０の間に形成される間隔Ｃ１０は、排気ガス流入口５３３側で拡大した状態で、火炎噴出口５３４側に行くほど次第に縮小されて最小の大きさを形成した後、再び次第に拡大されて最大の大きさを形成する。
【０１１０】
例えば、電極５２０と反応炉５１０の間に形成される間隔Ｃ１０は互いに異なる大きさの第１間隔Ｃ１１と第２間隔Ｃ１２及び第３間隔Ｃ１３を形成する。
第１間隔Ｃ１１は排気ガス流入口５３３側に形成される。間隔Ｃ１０は、第１間隔Ｃ１１から火炎噴出口５３４側に行くほど第１間隔Ｃ１１より狭くなるように次第に縮小される。
第２間隔Ｃ１２は円錐台内面５１２ａに形成され、最小の大きさを形成する。間隔Ｃ１０は、第２間隔Ｃ１２から火炎噴出口５３４側に行くほど第１間隔Ｃ１１より広くなるように次第に拡大する。
第３間隔Ｃ１３は火炎噴出口５３４側に形成され、最大の大きさを形成する。
【０１１１】
第１間隔Ｃ１１、第２間隔Ｃ１２及び第３間隔Ｃ１３を形成するように電極５２０は内側シリンダー５１２の円錐台内面５１２ａに対応して円筒に形成され、円錐台内面５１２ａの端から火炎噴出口５３４側に行くほど次第に細く形成される。
【０１１２】
図２７は本発明の第１５実施例によるプラズマバーナから火炎が噴出する作動状態図である。
図２７を参照すれば、排気ガス流入口５３３に流入する排気ガスは燃料流入口５３２に流入する燃料と混合され、この混合気体は反応炉５１０の内側シリンダー５１２と電極５２０の間に供給される。
【０１１３】
反応炉５１０を接地させ、電圧印加部５２０ａを介して電極５２０に電圧（Ｖ）を印加すると、反応炉５１０と電極５２０はこれらの間に形成される間隔Ｃ１０によってプラズマ放電を発生及び消滅させる。
【０１１４】
プラズマ放電の発生及び消滅により、混合気体はプラズマ放電後、排気ガスの流れによって火炎（ＦＬ）を発生させる。火炎（ＦＬ）は火炎噴出口５３４を介して噴出し、排気管４０内の排気ガスをさらに加熱する。
即ち、電極５２０と反応炉５１０の間でのプラズマ放電は、電極５２０と反応炉５１０の間の間隔Ｃ１０が最も狭い部分（第２間隔Ｃ１２）で発生して、距離が広い部分（第３間隔Ｃ１３）に行くほど次第に拡散した後消滅し、再び狭い部分（第２間隔Ｃ１２）で発生して広い部分（第３間隔Ｃ１３）に行くほど次第に拡散した後消滅する過程を反復的に行う。
【０１１５】
燃料及び排気ガスの混合気体でのプラズマ放電は、混合気体を燃焼したり、水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に一部改質して、酸化触媒６０による酸化を容易にする。
【０１１６】
全体的な構成及び作用効果において、第１６実施例及び第１７実施例は、第１５実施例に類似乃至同一であるので、第１６実施例及び第１７実施例では、第１５実施例と比較して異なる部分を説明する。
【０１１７】
図２８は本発明の第１６実施例によるプラズマバーナの断面図である。図２９は図２８の底面図面である。
図２８及び図２９を参照すれば、ガイド部材５５０は内面にベイン５４４をさらに有する。ベイン５４４は、ガイド部材５５０の内面に複数に形成され、排気管４０内からガイド部材５５０に流入する排気ガスにスワール流動を発生させる。
これにより、ガイド部材５５０のベイン５４４を経由した排気ガスは、スワール流動を発生させながら反応炉５１０と電極５２０の間に供給される。この際、スワール流動抵抗を最少化するために連結具５５３を最大に大きく形成する。図２９で連結具５５３はガイド部材５５０の曲率に沿って長く形成される。
スワール流動の排気ガスは、反応炉５１０と電極５２０の間で燃料と効果的に混合される。
【０１１８】
図３０は本発明の第１７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図３０を参照すれば、プラズマバーナ５００はノズル５６２をさらに含む。ノズル５６２は、反応炉５１０と電極５２０の間に直接燃料を噴射するように反応炉５１０に設置され、反応炉５１０と電極５２０の間に向かっている。
ノズル５６２は、予熱通路５３１及び燃料流入口５３２の構成に加えて構成されてもよく（図３０参照）、予熱通路５３１及び燃料流入口５３２を構成しない状態で独自に構成することも可能である（図示せず）。
ノズル５６２から噴射される燃料は、反応炉５１０と電極５２０の間に供給される。ノズル５６２はガイド部材５５０の近くに位置するので、ガイド部材５５０によるスワール流動によって排気ガスとより効果的に混合される。
【０１１９】
図３１は本発明の第１８実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気及び放電空気をプラズマバーナ６００にそれぞれ供給する燃料流入管路６１２、噴射空気流入管路６１４及び放電空気流入管路６１６を有する。
【０１２０】
プラズマバーナ６００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ６００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口６２２、噴射空気流入口６２４、放電空気流入口６２６及び火炎噴出口６２８を有する。
【０１２１】
燃料流入管路６１２は、燃料流入口６２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ６００内部に燃料を流入させる。噴射空気流入管路６１４は、噴射空気流入口６２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ６００内部に外部の空気を流入させる。噴射空気流入管路６１４及び噴射空気流入口６２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路６１２及び燃料流入口６２２に流入する燃料をプラズマバーナ６００内に噴射する。
【０１２２】
放電空気流入管路６１６は、放電空気流入口６２６を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ６００内部に外部の空気を流入する。放電空気流入管路６１６及び放電空気流入口６２６に流入する放電空気は、プラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口６２８に噴出する。
【０１２３】
図３２は図３１で適用した本発明の第１８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図３２を参照すれば、プラズマバーナ６００はベース６４０、電極６５０及び反応炉６６０を有する。
【０１２４】
ベース６４０は、放電空気流入口６２６を形成し、内部に形成される混合チャンバー６４２を含む。電極６５０は、ベース６４０に絶縁体６５２を介在して装着され、このような絶縁体６５２は電極６５０をベース６４０または反応炉６６０と電気的に絶縁させる。電極６５０は、ベース６４０反対側で拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。
【０１２５】
燃料流入管路６１２は、前記反応炉６６０の側面に燃料流入口６２２を介して連結され、前記反応炉６６０内部に直接燃料を噴射することができる。噴射空気流入管路６１４は、前記燃料流入管路６１２の周囲に設置され、噴射空気流入口６２４を介して前記反応炉６６０と連結され、前記燃料流入口６２２を介して燃料の噴射を手伝う。
【０１２６】
プラズマバーナ６００内に燃料を供給する燃料流入管路６１２及び噴射空気流入口６２４は、反応炉６６０内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。インジェクターを採用する場合には、前記噴射空気流入管路６１４と噴射空気流入口６２４は省略可能である。
【０１２７】
混合チャンバー６４２には放電空気流入管路６１６が連結される。放電空気流入管路６１６に供給される放電空気は、混合チャンバー６４２内の混合気体を混合気噴射口６６６を介して反応炉６６０内部に噴射する。
【０１２８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【０１２９】
２０：エンジン
３０：燃料タンク
４０：排気管
８０：フィルタ
５００：プラズマバーナ
５０３：燃料流入管路
５１１：外側シリンダー
５３２：燃料流入口
５３４：火炎噴出口
５２０：電極
５１０：反応炉
５１２：内側シリンダー
５３１：予熱通路
５３３：排気ガス流入口
５４０：ガイド部材
５４４：ベイン
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマバーナ及び煤煙濾過装置に関し、より詳しくは、燃料を予熱して排気ガスと混合することにより、排気ガス内の粒子状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｅｒｉａｌ；ＰＭ）を効果的に酸化して除去するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置に関する。
本発明は排気管内にプラズマバーナを設置し予熱することにより、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化させて除去し、排気管周囲の空間配置を極大化するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車排気ガス中の粒子状物質は主にディーゼルエンジンから排出される。ディーゼルエンジンは、空気と燃料の混合比によって出力を調整し、瞬間的に高出力を出す場合には、一定量の空気に燃料の供給量を増加させる。このとき、燃料の一部が空気量の不足のため不完全燃焼して多量の煤煙を発生する。
また、ディーゼルエンジンの燃焼時に、燃料の高圧噴射期間が短くて燃焼室内で局部的に濃厚領域が発生し、このため多量の煤煙が発生する。
【０００３】
煤煙濾過装置（ＤＰＦ）は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質をフィルタに捕集して粒子状物質を酸化させる装置であって、粒子状物質を８０％以上低減することができる。粒子状物質を捕集して酸化させることによって、粒子状物質を捕集するフィルタ及び煤煙濾過装置を再生し、寿命を延長させる技術が重要である。
【０００４】
煤煙濾過装置としては、再生過程で捕集された粒子状物質を強制的に酸化させる強制再生方式がある。強制再生方式は、電気ヒーターやバーナー及びスロットルリングを用いて強制加熱する方式である。主に都心で運行される車両は、排出ガスの温度を低く維持するため強制再生方式を部分的に適用している。
【０００５】
強制再生方式において、電気ヒーターは電力消費量が多いという短所がある。バーナーは、排気ガス中の酸素を利用しており、運転状態に応じて変化する排気ガス中の酸素条件によって運転制御が難しくなる。スロットルリングは、酸化触媒での粒子状物質の酸化温度を低下させるが、吸気管及び排気管にスロットルリングのための装置を取り付けなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、燃料を予熱して排気ガスと混合することによって、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置を提供する。
本発明は、排気管内にプラズマバーナを設置して予熱することによって、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去し、排気管周囲の空間配置を極大化するプラズマバーナ及び煤煙濾過装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施例による煤煙濾過装置は、エンジンの反対側で排気管に連結されるフィルタと、前記エンジンと前記フィルタの間で前記排気管内に設置され、燃料を供給する燃料流入口及びプラズマ放電による火炎を噴出する火炎噴出口を有し、排気ガスを加熱させるプラズマバーナと、前記燃料流入口と燃料タンクを互いに連結する燃料流入管路を含み、前記プラズマバーナは、前記排気管の内部に設置される反応炉と、前記反応炉の内壁と間隔を維持しながら前記反応炉の内部に設置される電極と、を含み、前記電極と前記反応炉の内壁との間でプラズマ放電が起こるように構成され、前記反応炉は、前記燃料流入口を介して前記反応炉内部に流入する燃料を排気ガスと混合し、形成された混合気体を前記反応炉と前記電極の間に誘導するように前記反応炉の一側に形成され前記排気ガスを供給する排気ガス流入口を含み、前記火炎噴出口は、前記反応炉の他の側に形成され前記混合気体のプラズマ放電による火炎を噴出するよう構成され、前記排気ガス流入口側に配置され、前記排気ガス流入口の直径よりもさらに大きい直径に拡張形成され、前記排気ガス流入口に前記排気ガスを誘導するガイド部材をさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
また、前記反応炉は、前記排気管内に露出する外側シリンダーと、及び前記外側シリンダーに内蔵されて前記外側シリンダーとの間に予熱通路を形成する内側シリンダーを含み、前記排気ガス流入口側で前記内側シリンダーは、前記排気ガス流入口側に行くほど拡大開放される円錐台の内面を形成し、前記予熱通路は前記燃料流入管に連結され供給される燃料を予熱することが好ましい。
【０００９】
前記燃料流入口は、前記円錐台の内面側に形成され、前記予熱通路を前記反応炉と前記電極の間に連結することが好ましい。
【００１０】
前記予熱通路は、前記火炎噴出口側から前記排気ガス流入口側に向かって進行する螺旋状に形成されることが好ましい。
【００１１】
前記ガイド部材は、前記反応炉と前記電極の間でスワール（渦流）流動を誘導するように内面に設けられる複数のベインを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、燃料を予熱して、排気ガスと混合し、プラズマ放電で火炎を発生させることで、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去する効果がある。
また、プラズマバーナは、排気管内に設置されて排気管周囲の空間配置を極大化することができる。
なお、燃料及び噴射空気を混合予熱し混合気体を排気ガスと混合し、プラズマ放電で火炎を発生させて、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去する効果がある。
また、燃料、空気及び放電空気を混合予熱し混合気体を排気ガスと混合し、プラズマ放電で火炎を発生させて、排気ガス内の粒子状物質を効果的に酸化して除去する効果がある。
【００１３】
一方、本発明の一実施例によれば、反応炉を経由しながら予熱された燃料と排気ガス流入口に流入する排気ガスを混合した混合気体を反応炉と電極の間に誘導して、反応炉と電極の間で発生するプラズマ放電と混合気体の流れによって形成される火炎を火炎噴出口に噴出することで、燃料の予熱構造が単純化され、排気ガス内の粒子状物質が効果的に酸化される。
【００１４】
また、本発明の一実施例によれば、反応炉の内部に電極を配置し、電極の外面と反応炉の内面の間に燃料及び排気ガスを供給して、電極の外面と反応炉の内面の間でプラズマ放電を生じさせるので、燃料と排気ガスの混合構造が単純化される。
【００１５】
また、本発明の一実施例によれば、排ガスを利用することにより、外部の新鮮な空気の供給を必要としないので空気圧縮器が不要で、装置の価格が安価になり、装置の運転条件が単純化される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図２】図１で適用した本発明の第１実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図４】図３のＩＶ-ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
【図５】本発明の第２実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図６】本発明の第３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図７】本発明の第４実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図８】本発明の第５実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図９】本発明の第６実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１０】本発明の第７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１１】本発明の第８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１２】本発明の第９実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１３】本発明の第１０実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図１４】図１３で適用した本発明の第１０実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図１５】図１４のＸＶ-ＸＶ線に沿って切断した断面図である。
【図１６】本発明の第１１実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図１７】本発明の第１２実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図１８】図１７で適用した本発明の第１２実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図１９】図１８のＸＩＸ-ＸＩＸ線に沿って切断した断面図である。
【図２０】本発明の第１３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図２１】本発明の第１４実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図２２】図２１で適用した本発明の第１４実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ-ＸＸＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図２４】本発明の第１５実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図２５】図２４で適用した本発明の第１５実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。
【図２６】図２５のＸＸＶＩ-ＸＸＶＩ線に沿って切断した断面図である。
【図２７】本発明の第１５実施例によるプラズマバーナから火炎が噴出する作動状態図である。
【図２８】本発明の第１６実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図２９】図２８の底面図である。
【図３０】本発明の第１７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【図３１】本発明の第１８実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
【図３２】図３１で適用した本発明の第１８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付した図面を用いながら、本発明の実施形態を、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。なお、図面で本発明を明確に説明するために、不要な部分は省略し、明細書全体を通じて類似した部分については同一の参照符号を付けている。
【００１８】
図１は本発明の第１実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。図１を参照すれば、煤煙濾過装置は、エンジン２０に連結される排気管４０を介して排出する排気ガスに含まれた粒子状物質を捕集して酸化する装置である。
【００１９】
煤煙濾過装置は、粒子状物質を一次的に酸化する酸化触媒６０、酸化触媒６０を通過した後、残りの粒子状物質を捕集するフィルタ８０、及びフィルタ８０に捕集された粒子状物質の酸化を促進するプラズマバーナ１００を有する。
【００２０】
酸化触媒６０は、排気管４０内でフィルタ８０の前方に配置され、排気管４０を経由する排気ガスに含まれている粒子状物質を一次的に酸化し、排気ガスが酸化条件より低い温度であるとき、プラズマバーナ１００によって低い温度の排気ガスが加熱されれば、さらにフィルタ８０に捕集された粒子状物質を酸化する。
【００２１】
フィルタ８０はエンジン２０の反対側で排気管４０に連結され、排気管４０を経由する排気ガスを通過させながら排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集する。フィルタ８０は酸化触媒６０の後方に配置されており、酸化触媒６０によって一次的に酸化された排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集する。
【００２２】
プラズマバーナ１００は自体内（バーナ自身の内部）で燃料を噴射して、水素と一酸化炭素が主成分である先酸化物質に改質し、燃料を燃焼させて火炎を噴出して排気ガスを加熱する。
例えば、煤煙濾過装置は、燃料及び排気ガスをプラズマバーナ１００に供給する燃料流入管路１１２を有する。
【００２３】
プラズマバーナ１００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ１００は、煤煙濾過装置に適用されるように、燃料流入口１２２、排気ガス流入口１９４及び火炎噴出口１２８を有する。
【００２４】
燃料流入管路１１２は、燃料流入口１２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ１００の内部に燃料を流入させる。排気ガス流入口１９４に流入する排気ガスは、燃料流入管路１１２及び燃料流入口１２２に流入する燃料をプラズマバーナ１００内に噴射する。
【００２５】
また、プラズマバーナ１００内に燃料を供給する燃料流入管路１１２及び噴射空気流入口１２４は、電極１５０の内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。
【００２６】
排気ガス流入口１９４は、排気管４０内の排気ガスをプラズマバーナ１００内部に流入させる。排気ガス流入口１９４に流入する排気ガスは燃料と混合されて混合気体を形成し、さらに、混合気体で発生するプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口１２８に噴出する。
【００２７】
図２は図１で適用した本発明の第１実施例によるプラズマバーナの分解斜視図であり、図３は図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
図２及び図３を参照すれば、プラズマバーナ１００は、ベース１４０、電極１５０及び反応炉１６０を有する。
【００２８】
ベース１４０は、燃料流入口１２２、少なくとも一つの排気ガス流入口１９４を形成され、内部に形成される混合チャンバー１４２を含む。プラズマバーナ１００は排気管４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガスの流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００２９】
例えば、ベース１４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状の曲面形状をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース１４０の凸状曲面によって最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内される。
【００３０】
電極１５０は、ベース１４０に絶縁体１５２を介在して装着される装着部１５４と、装着部１５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー１５６を含む。
【００３１】
ベース１４０の燃料流入口１２２と排気ガス流入口１９４からそれぞれ流入する燃料及び排気ガスは、吸熱チャンバー１５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体１５２は、電極１５０をベース１４０または反応炉１６０と電気的に絶縁させる。
【００３２】
電極１５０は、装着部１５４のベース１４０反対側に拡張して最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー１５６はほぼ円錐形状に構成される。
【００３３】
装着部１５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路１５４ａと、第１通路１５４ａの外側に形成される第２通路１５４ｂを有する。第１通路１５４ａには排気ガス流入口１９４が連結される。第２通路１５４ｂには吸熱チャンバー１５６と混合チャンバー１４２が連結される。
【００３４】
排気ガス流入口１９４は、第１通路１５４ａを介して電極１５０の中央に形成される吸熱チャンバー１５６に連結される。燃料流入管路１１２は、排気ガス流入口１９４の内部を介して吸熱チャンバー１５６に連結される。
【００３５】
燃料流入管路１１２に供給される燃料は、吸熱チャンバー１５６の一側まで供給され、燃料流入管路１１２の端では排気ガス流入口１９４に供給される排気ガスにより吸熱チャンバー１５６内に混合気体状態で噴射される。
【００３６】
吸熱チャンバー１５６で加熱された混合気体は、第２通路１５４ｂを介してベース１４０に形成された混合チャンバー１４２に供給される。
混合チャンバー１４２には排気ガス流入口１９４が連結される。排気ガス流入口１９４に供給される排気ガスは、混合チャンバー１４２内の混合気体を混合気噴射口１６６を介して反応炉１６０内部に噴射する。
【００３７】
反応炉１６０は電極１５０を内蔵しベース１４０に連結され、ベース１４０の反対側に火炎噴出口１２８を形成する。反応炉１６０の内壁は、電極１５０と離隔状態を維持する。
反応炉１６０は円筒形状で、電極１５０は次第に狭くなる形状をなしているので、反応炉１６０の内壁と電極１５０の間の距離は次第に遠くなる。即ち、吸熱チャンバー１５６側で電極１５０の外面と反応炉１６０の内壁の間の距離は、最大拡張部で最短距離を形成し、電極１５０が狭くなることによって次第に長距離となる。
例えば、反応炉１６０とベース１４０は、排気管１４０の長手方向に沿って一直線状に配置され、互いに対向する外側を溶接やボルティング（ｂｏｌｔｉｎｇ）方法で電極１５０を内蔵した状態で連結される。
【００３８】
反応炉１６０は、側方に具備される混合気噴射口１６６を介してベース１４０に形成された混合チャンバー１４２と連結されて混合チャンバー１４２から混合気体が供給される。
【００３９】
電極１５０には予め設定された電圧（Ｖ）が印加され、反応炉１６０は接地されるので、離隔した電極１５０と反応炉１６０の内壁の間でプラズマ放電が生じる。即ち、電極１５０の外面と反応炉１６０内壁の間に形成される距離の漸進的変化によって両者間で生じるプラズマ放電は、拡張距離に沿って拡張される。
【００４０】
電極１５０と反応炉１６０の間のプラズマ放電は、電極１５０と反応炉１６０の間の距離が短い部分で生じ、距離が長い部分で拡散した後消滅し、再び短い部分で生じて、長い部分で拡散した後消滅する過程を繰り返す。
【００４１】
燃料及び排気ガスの混合気体でのプラズマ放電は、燃焼または水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に一部改質して、酸化触媒６０による酸化を容易にする。
【００４２】
図４は図３のＩＶ-ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
図４を参照すれば、混合気噴射口１６６は複数に形成されて反応炉１６０に円周方向に沿って等間隔で配置され、円筒の中心方向に対して予め設定された角度で傾斜して形成される。
【００４３】
混合気噴射口１６６を介して混合チャンバー１４２から反応炉１６０に流入する混合気体は、混合気噴射口１６６の案内に従って反応炉１６０内で回転流（渦流）を形成する。
複数の等間隔で配置される混合気噴射口１６６は、反応炉１６０内で円周方向に沿って均一な回転流を形成し、反応炉１６０内部空間を効率的に活用できるようにする。
【００４４】
電極１５０と反応炉１６０の間で生じるプラズマ放電は、混合気噴射口１６６を介して案内される混合気体の回転流により火炎を形成し、火炎は火炎噴出口１２８を介して反応炉１６０から排気管４０に噴出する。火炎は排気ガスを加熱して、フィルタ８０上に捕集された粒子状物質の酸化に有利な条件を形成する。
【００４５】
以下に示す実施例は、第１実施例の構成に付加的な構成を追加したもので、第１実施例と比較して互に類似ないし同一の部分については説明を省略し、互に異なる部分を説明する。
【００４６】
図５は本発明の第２実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図５を参照すれば、プラズマバーナ１００は、カウル（頭部の覆い）１７１をさらに含む。カウル１７１は、反応炉１６０の前方に配置され、火炎噴出口１２８から噴出する火炎の噴出を案内し、噴出される火炎と反応炉１６０外部の排気ガスとの急な混合によって火炎が不安定になることを防止することができる。カウル１７１は、連結部材１７２を介して反応炉１６０の外壁に設置できる。
【００４７】
図６は本発明の第３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図６を参照すれば、プラズマバーナ１００は、カウル１７１の前方に燃料噴射ノズル１７３をさらに含む。燃料噴射ノズル１７３は、燃料タンク３０に連結されて燃料が供給され、カウル１７１の前方に配置されてカウル１７１を介して案内される火炎に燃料を噴射する。
火炎に噴射された燃料は、火炎の熱によって蒸発し、相当部分燃焼されて排気ガスの追加的な加熱を可能とする。
【００４８】
図７乃至図９は、本発明の第４実施例乃至第６実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図７乃至図９を参照すれば、プラズマバーナ１００は、反応炉１６０の火炎噴出口１２８の周囲に流動撹乱部材（１７４、１７７、１７９）をさらに含む。流動撹乱部材（１７４、１７７、１７９は）は、図７乃至図９において各々異なる。
【００４９】
図７を参照すれば、流動撹乱部材１７４は、火炎噴出口１２８で反応炉１６０の外周に突出形成される。流動撹乱部材１７４は、反応炉１６０の外周面と排気管４０の間に流れる排気ガスに流動を生じさせ、火炎噴出口１２８に噴出する火炎を集めて安定化する。
【００５０】
図８を参照すれば、流動撹乱部材１７７は、火炎噴出口１２８の前方に離隔配置される。流動撹乱部材１７７は、火炎噴出口１２８の内径より大きい内径を有する円形帯に形成される。流動撹乱部材１７７は、連結部材１７５を介して反応炉１６０の前方に設置される。流動撹乱部材１７７は、火炎噴出口１２８から噴出して一定の距離だけ進行して拡散する火炎を再び集めて安定化し、排気ガス中の酸素を利用して未燃焼燃料をさらに燃焼させる。
【００５１】
図９を参照すれば、流動撹乱部材１７９は、火炎噴出口１２８の前方で火炎噴出口１２８の中心に対応して配置される。流動撹乱部材１７９は円板で形成され、連結部材１７６を介して反応炉１６０の前方に設置される。
【００５２】
図９の流動撹乱部材１７９は、反応炉から突出する未燃焼液滴の接触面を提供して液滴を蒸発、燃焼させ、火炎と排気ガスの急激な混合によって火炎が不安定になることを防止する。
【００５３】
図１０は本発明の第７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１０を参照すれば、燃料流入管路１１２は熱交換機１３２を含む。
例えば、燃料流入管路１１２の熱交換機１３２はコイル形状に形成され、排気管４０内での吸熱面積を増大させて、燃料流入管路１１２に供給される燃料を加熱する。
なお、第７実施例は、第２実施例に熱交換機（１３２、１３４、１３６）を設けた例を示す。第１実施例、第３実施例乃至第６実施例、及び第８実施例にも同様に適用できる。
【００５４】
図１１は本発明の第８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１１を参照すれば、電極１５０は貫通形成される第３通路１５９をさらに含む。第３通路１５９は、吸熱チャンバー１５６を反応炉１６０の内部に直接連結する。即ち、第３通路１５９は、大部分の混合気体が第２通路１５４ｂ、混合チャンバー１４２及び混合気噴射口１６６を経由する際に、一部の混合気体を吸熱チャンバー１５６から反応炉１６０に直接噴射するようになる。結果的に第３通路１５９は、燃料供給管１１２を介して大量の燃料供給を可能とする。
【００５５】
また、第８実施例は、第１実施例に第３通路１５９を設けた例を示す。第２実施例乃至第７実施例にも同様に適用できる。
【００５６】
図１２は本発明の第９実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１２を参照すれば、排気ガス流入口１９４周囲には排気ガスガイド１８１が形成される。排気ガスガイド１８１は、ベース１４０に分散形成されている排気ガス流入口１９４の分布面積より広い面積の開口及び開口から次第に狭くなる形状によって、排気ガスを排気ガス流入口１９４に案内する。
【００５７】
排気ガスガイド１８１は、対応する排気ガス流入口１９４に沿って第１排気ガスガイド１８１ａと第２排気ガスガイド１８１ｂを含む。第１排気ガスガイド１８１ａは、混合チャンバー１４２に連結される排気ガス流入口１９４側に排気ガスを誘導するように排気ガス流入口１９４周囲に形成される。
【００５８】
第２排気ガスガイド１８１ｂは、吸熱チャンバー１５６に連結される排気ガス流入口１９４側に誘導するように第１排気ガスガイド１８１ａ内側で排気ガス流入口１９４周囲に形成される。
【００５９】
第１排気ガスガイド１８１ａにより案内される排気ガスは、排気ガス流入口１９４を介して混合チャンバー１４２内部に流入しながら強い流れを形成し、混合チャンバー１４２及び混合気噴射口１６６を経由する混合気の流れを加速することができる。
【００６０】
第２排気ガスガイド１８１ｂにより案内される排気ガスは、排気ガス流入口１９４を介して吸熱チャンバー１５６内部に流入しながら強い流れを形成し、燃料流入管路１１２に供給される燃料を吸熱チャンバー１５６内に噴射する。
また、第９実施例は、第１実施例に排気ガスガイド１８１及び第１、第２排気ガスガイド（１８１ａ、１８１ｂ）を設けた例を示す。第２実施例乃至第８実施例にも同様に適用できる。
【００６１】
図１３は本発明の第１０実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気をプラズマバーナ２００にそれぞれ供給する燃料流入管路２１２、噴射空気流入管路２１４を有する。
【００６２】
プラズマバーナ２００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設置される。プラズマバーナ２００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口２２２、噴射空気流入口２２４、排気ガス流入口２９４及び火炎噴出口２２８を有する。
【００６３】
燃料流入管路２１２は、燃料流入口２２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ２００内部に燃料を流入する。噴射空気流入管路２１４は、噴射空気流入口２２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ２００内部に外部の空気を流入する。噴射空気流入管路２１６及び噴射空気流入口２２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路２１２及び燃料流入口２２２に流入した燃料をプラズマバーナ２００内に噴射する。
【００６４】
また、プラズマバーナ２００内に燃料を供給する燃料流入管路２１２及び噴射空気流入口２２４は、電極２５０内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。
また、排気ガス流入口２９４は、排気管４０内の排気ガスを混合チャンバー２４２に流入する。排気ガス流入口２９４に流入する排気ガスは、燃料と空気の混合気体で生じるプラズマ放電によって形成される火炎を火炎噴出口２２８に噴出する。
排気ガス流入口２９４は、排気ガスを流入させて混合チャンバー２４２内の混合気体を高温に維持できるようにする。
【００６５】
図１４は図１３で適用した本発明の第１０実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。図１５は図１４のＸＶ-ＸＶ線に沿って切断した断面図である。
図１４及び図１５を参照すれば、プラズマバーナ２００は、ベース２４０、電極２５０及び反応炉２６０を有する。
【００６６】
ベース２４０は、燃料流入口２２２、噴射空気流入口２２４、及び排気ガス流入口２９４を形成し、内部に形成される混合チャンバー２４２を含む。プラズマバーナ２００は、排気管４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガス流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００６７】
例えば、ベース２４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状曲面をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース２４０の凸状曲面によって最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内され得る。
【００６８】
電極２５０は、ベース２４０に絶縁体２５２を介在して装着される装着部２５４と、装着部２５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー２５６を含む。
ベース２４０の燃料流入口２２２と噴射空気流入口２２４からそれぞれ流入する燃料及び空気は、吸熱チャンバー２５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体２５２は、電極２５０をベース２４０または反応炉２６０と電気的に絶縁させる。
【００６９】
電極２５０は、装着部２５４のベース２４０反対側で拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー２５６はほぼ円錐形状に構成される。
装着部２５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路２５４ａと、第１通路２５４ａの外側に形成される第２通路２５４ｂを含む。第１通路２５４ａには噴射空気流入管路２１４が結合される。第２通路２５４ｂには吸熱チャンバー２５６と混合チャンバー２４２が連結される。
【００７０】
噴射空気流入管路２１４は、第１通路２５４ａを介して電極２５０の中心に形成される吸熱チャンバー２５６に連結される。燃料流入管路２１２は、噴射空気流入管路２１４内部に設置されて吸熱チャンバー２５６に連結される。
燃料流入管路２１２に供給される燃料は、吸熱チャンバー２５６の一側まで供給され、燃料流入管路２１２の端では噴射空気流入管路２１４に供給される噴射空気により、吸熱チャンバー２５６内に混合気体状態で噴射される。
【００７１】
図１６は本発明の第１１実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図１６を参照すれば、燃料流入管路２１２及び噴射空気流入管路２１４は、各々熱交換機（２３２、２３４）を有する。
【００７２】
例えば、燃料流入管路２１２の熱交換機２３２はコイル形状に形成され、排気管４０内での吸熱面積を増大させて燃料流入管路２１２に供給される燃料を加熱する。
噴射空気流入管路２１４の熱交換機２３４は、コイル形状に形成され、排気管４０内での吸熱面積を増大させて噴射空気流入管路２１４に供給される噴射空気を加熱する。
熱交換機（２３２、２３４）は、燃料流入管路２１２及び噴射空気流入管路２１４に全て設置することができるが（図１６参照）、そのうちの１ヶ所または２ヶ所に形成してもよい（図示せず）。
【００７３】
図１７は本発明の第１２実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気及び放電空気をプラズマバーナ３００に各々供給する燃料流入管路３１２、噴射空気流入管路３１４及び放電空気流入管路３１６を有する。
【００７４】
プラズマバーナ３００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ３００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口３２２、噴射空気流入口３２４、放電空気流入口３２６及び火炎噴出口３２８を有する。
【００７５】
燃料流入管路３１２は、燃料流入口３２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ３００内部に燃料を流入させる。噴射空気流入管路３１４は、噴射空気流入口３２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ３００内部に外部の空気を流入させる。噴射空気流入管路３１６及び噴射空気流入口３２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路３１２及び燃料流入口３２２に流入する燃料をプラズマバーナ３００内に噴射する。
【００７６】
放電空気流入管路３１６は、放電空気流入口３２６を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ３００内部に外部の空気を流入する。放電空気流入管路３１６及び放電空気流入口３２６に流入する放電空気は、燃料と空気の混合気体から生じるプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口３２８に噴出する。
【００７７】
図１８は図１７で適用した本発明の第１２実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。図１９は図１８のＸＩＸ-ＸＩＸ線に沿って切断した断面図である。
図１８及び図１９を参照すれば、プラズマバーナ３００は、ベース３４０、電極３５０及び反応炉３６０を有する。
【００７８】
ベース３４０は、燃料流入口３２２、噴射空気流入口３２４及び放電空気流入口３２６を形成し、内部に形成される混合チャンバー３４２を含む。プラズマバーナ３００は排気管３４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガス流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００７９】
例えば、ベース３４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状の曲面形状をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース３４０の凸状曲面によって、最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内される。
電極３５０は、ベース３４０に絶縁体３５２を介在して装着される装着部３５４と、装着部３５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー３５６を含む。
【００８０】
ベース３４０の燃料流入口３２２と噴射空気流入口３２４からそれぞれ流入する燃料及び空気は、吸熱チャンバー３５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体３５２は、電極３５０をベース３４０または反応炉３６０と電気的に絶縁させる。
電極３５０は、装着部３５４のベース３４０反対側で拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー３５６はほぼ円錐形状に構成される。
【００８１】
装着部３５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路３５４ａと、第１通路３５４ａの外側に形成される第２通路３５４ｂを含む。第１通路３５４ａには噴射空気流入管路３１４が結合される。第２通路３５４ｂには吸熱チャンバー３５６と混合チャンバー３４２が連結される。
【００８２】
噴射空気流入管路３１４は、第１通路３５４ａを介して電極３５０の中心に形成される吸熱チャンバー３５６に連結される。燃料流入管路３１２は、噴射空気流入管路３１４内部に設置されて吸熱チャンバー３５６に連結される。
燃料流入管路３１２に供給される燃料は吸熱チャンバー３５６の一側まで供給され、燃料流入管路３１２の端では、噴射空気流入管路３１４に供給される噴射空気により吸熱チャンバー３５６内に混合気体状態で噴射される。
【００８３】
吸熱チャンバー３５６で加熱された混合気体は、第２通路３５４ｂを介して、ベース３４０に形成された混合チャンバー３４２に供給される。
混合チャンバー３４２には放電空気流入管路３１６が連結される。放電空気流入管路３１６に供給される放電空気は、混合チャンバー３４２内の混合気体を混合気噴射口３６６を介して反応炉３６０内部に噴射する。
燃料及び空気の混合気体のプラズマ放電は、水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に改質して、酸化触媒６０による酸化を容易にする。
【００８４】
図２０は本発明の第１３実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図２０を参照すれば、燃料流入管路３１２、噴射空気流入管路３１４及び放電空気流入管路３１６は、各々熱交換機（３３２、３３４、３３６）を含む。
【００８５】
例えば、燃料流入管路３１２の熱交換機３３２は、コイル形状に形成されて排気管４０内での吸熱面積を増大させ、燃料流入管路３１２に供給される燃料を加熱する。
噴射空気流入管路３１４の熱交換機３３４は、コイル形状に形成されて排気管４０内での吸熱面積を増大させ、噴射空気流入管路３１４に供給される噴射空気を加熱する。
放電空気流入管路３１６の熱交換機３３６は、コイル形状に形成されて排気管４０内での吸熱面積を増大させ、放電空気流入管路３１６に供給される燃料を加熱する。
熱交換機（３３２、３３４、３３６）は、燃料流入管路３１２、噴射空気流入管路３１４及び放電空気流入管路３１６に全て設置することができるが（図２０参照）、そのうちの１ヶ所または２ヶ所に形成してもよい（図示せず）。
【００８６】
図２１は本発明の第１４実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気、及び、放電空気をプラズマバーナ４００にそれぞれ供給する燃料流入管路４１２、噴射空気流入管路４１４及び放電空気流入管路４１６を有する。
【００８７】
プラズマバーナ４００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ４００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口４２２、噴射空気流入口４２４、放電空気流入口４２６、排気ガス流入口４９４及び火炎噴出口４２８を有する。
【００８８】
燃料流入管路４１２は、燃料流入口４２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ４００内部に燃料を流入する。噴射空気流入管路４１４は、噴射空気流入口４２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ４００内部に外部の空気を流入する。噴射空気流入管路４１６及び噴射空気流入口４２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路４１２及び燃料流入口４２２に流入する燃料をプラズマバーナ４００内に噴射する。
また、プラズマバーナ４００内に燃料を供給する燃料流入管路４１２及び噴射空気流入口４２４は、電極４５０の内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。
【００８９】
放電空気流入管路４１６は、放電空気流入口４２６を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ４００内部に外部の空気を流入する。放電空気流入管路４１６及び放電空気流入口４２６に流入する放電空気は、燃料と空気の混合気体から発生するプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口４２８に噴出する。
【００９０】
また、排気ガス流入口４９４は、排気管４０内の排気ガスを混合チャンバー４４２に流入させる。排気ガス流入口４９４に流入する排気ガスは、放電空気とともに流れて、混合気体から発生するプラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口４２８に噴出する。
排気ガス流入口４９４は、放電空気流入管路４１６に供給される空気の量を減らすことができ、混合チャンバー４４２内の混合気体をより高温に維持できるようにする。
【００９１】
図２２は図２１で適用した本発明の第１４実施例によるプラズマバーナの分解斜視図である。図２３は図２２のＸＸＩＩＩ-ＸＸＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
図２２及び図２３を参照すれば、プラズマバーナ４００は、ベース４４０、電極４５０及び反応炉４６０を有する。
【００９２】
ベース４４０は、燃料流入口４２２、噴射空気流入口４２４、放電空気流入口４２６及び排気ガス流入口４９４を形成し、内部に形成される混合チャンバー４４２を含む。プラズマバーナ４００は、排気管４０内に設置されるので、排気ガスの流れ妨害を最少化するために、排気ガス流れに対する抵抗を最少化する構造に形成される。
【００９３】
例えば、ベース４４０は、エンジン２０側（電極の反対側）に向かって凸状の曲面形状をなしている。エンジン２０側からフィルタ８０側に流動する排気ガスは、ベース４４０の凸状曲面によって最小の抵抗を受けながらフィルタ８０側に案内される。
【００９４】
電極４５０は、ベース４４０に絶縁体４５２を介在して装着される装着部４５４と、装着部４５４から延びる内部に形成される吸熱チャンバー４５６を含む。
ベース４４０の燃料流入口４２２と噴射空気流入口４２４からそれぞれ流入する燃料及び空気は、吸熱チャンバー４５６に流入して混合気体状態で混合され、加熱される。絶縁体４５２は、電極４５０をベース４４０または反応炉４６０と電気的に絶縁させる。
【００９５】
電極４５０は、装着部４５４のベース４４０反対側に拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。即ち、吸熱チャンバー４５６はほぼ円錐形状に構成される。
装着部４５４は、２重管による２重通路を形成し、内側に形成される第１通路４５４ａと、第１通路４５４ａの外側に形成される第２通路４５４ｂを含む。第１通路４５４ａには噴射空気流入管路４１４が結合されている。第２通路４５４ｂには吸熱チャンバー４５６と混合チャンバー４４２が連結される。
【００９６】
噴射空気流入管路４１４は、第１通路４５４ａを介して電極４５０の中央に形成される吸熱チャンバー４５６に連結される。燃料流入管路４１２は、噴射空気流入管路４１４内部に設置されて、吸熱チャンバー４５６に連結される。
【００９７】
燃料流入管路４１２に供給される燃料は吸熱チャンバー４５６の一側まで供給され、燃料流入管路４１２の端では噴射空気流入管路４１４に供給される噴射空気によって、吸熱チャンバー４５６内に混合気体状態で噴射される。
【００９８】
吸熱チャンバー４５６で加熱された混合気体は、第２通路４５４ｂを介してベース４４０に形成された混合チャンバー４４２に供給される。
混合チャンバー４４２には放電空気流入管路４１６及び排気ガス流入口４９４が連結される。放電空気流入管路４１６及び排気ガス流入口４９４にそれぞれ供給される放電空気及び排気ガスは、混合チャンバー４４２内の混合気体を混合気噴射口４６６を介して反応炉４６０内部に噴射する。
燃料及び空気と排気ガスの混合気体でのプラズマ放電は、燃焼または水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に一部改質して、酸化触媒６０で酸化を容易にする。
【００９９】
図２４は本発明の第１５実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料をプラズマバーナ５００に供給するための燃料タンク３０とプラズマバーナ５００を連結する燃料流入管５０３を有する。
【０１００】
図２５は図２４で適用した本発明の第１５実施例によるプラズマバーナの分解斜視図であり、図２６は図２５のＸＸＶＩ-ＸＸＶＩ線に沿って切断した断面図である。
図２５及び図２６を参照すれば、プラズマバーナ５００は、反応炉５１０、電極５２０及びガイド部材５４０を有する。
【０１０１】
反応炉５１０は、排気管４０の内部で排気ガスの流れ方向と同じ方向に設置され、排気管４０内の排気ガスの一部が通過できるように構成される。
電極５２０は、反応炉５１０の内部に設置され、プラズマ放電を発生するように電極５２０の外面と反応炉５１０の内面が間隔Ｃ１０を形成する。
反応炉５１０は、予熱通路５３１、燃料流入口５３２、排気ガス流入口５３３及び火炎噴出口５３４を形成する。このために、反応炉５１０は、外側シリンダー５１１と内側シリンダー５１２を有して形成される。
【０１０２】
外側シリンダー５１１は反応炉５１０の外形を形成し、排気管４０の内部を通過する排気ガス雰囲気に露出する。内側シリンダー５１２は、外側シリンダー５１１内部に結合され、外側シリンダー５１１との間に予熱通路５３１を形成する。
予熱通路５３１は、燃料流入管５０３と燃料流入口５３２を互いに連結し、燃料タンク３０から供給される燃料を予熱する。予熱通路５３１は、反応炉５１０で排気ガス流れの反対方向に形成され、燃料の経路を長く形成することによって燃料の予熱効率を増大させる。
即ち、燃料を火炎噴出口５３４側から排気ガス流入口５３３側に供給するように、予熱通路５３１は、火炎噴出口５３４側から排気ガス流入口５３３側に向かって進行する螺旋状構造に形成される。燃料流入管５０３は、酸化触媒６０側に連結され、燃料流入口５３２はエンジン２０側に連結される。
【０１０３】
燃料流入口５３２は、予熱通路５３１を経由しながら予熱された燃料を反応炉５１０と電極５２０の間に供給するように電極５２０に向かって形成される。燃料流入口５３２は内側シリンダー５１２に貫通形成される。
排気ガス流入口５３３は、排気管４０内の排気ガスの一部をプラズマバーナ５００内部に流入させて、燃料流入口５３２を介して反応炉５１０内部に流入する燃料と排気ガスを混合する。
排気ガス流入口５３３は、燃料と排気ガスの混合気体を反応炉５１０と電極５２０の間に誘導するように、反応炉５１０のエンジン２０側に形成される。即ち、排気ガス流入口５３３は、反応炉５１０の内側シリンダー５１２と電極５２０の間に形成されて排気ガスを流入させる。
【０１０４】
排気ガス流入口５３３の外形を形成する内側シリンダー５１２は、電極５２０側から排気ガス流入口５３３側に行くほど拡大開放される円錐台内面５１２ａを形成する。
燃料流入口５３２は円錐台内面５１２ａ側に形成され、予熱通路５３１を反応炉５１０と電極５２０の間に連結する。これによって燃料流入口５３２に流入する燃料が排気ガス流入口５３３を経由して排気ガスと混合される。
【０１０５】
排気ガス流入口５３３側に燃料流入口５３２を備えているので、排気ガスと燃料の混合のための別途のチャンバー（図示せず）のような構成が不要である。その結果、排気ガスと燃料の混合構造が簡単になる。
また、排気ガス流入口５３３側にはガイド部材５４０が具備される。ガイド部材５４０は、排気ガス流入口５３３の直径より大きい直径に拡張形成され、排気管４０内の排気ガスを排気ガス流入口５３３に誘導する。ガイド部材５４０は、燃料流入口５３３に流入する単位燃料に対して、より多くの排気ガスを混合できるようにする。
【０１０６】
ガイド部材５４０は、第１結合部５４１、第２結合部５４２及び連結具５４３を含む。第１結合部５４１は、反応炉５１０の排気ガス流入口５３３側の端部、外側シリンダー５１１の端部５１１ａと結合される。
【０１０７】
第２結合部５４２は、第１結合部５４１の内側に形成され、電極５２０の端部５２０ａと結合する。第１結合部５４１と第２結合部５４２は互いに離隔して両者の間に空間を形成する。
連結具５４３は第１結合部５４１と第２結合部５４２の間の空間に形成され、排気ガス流入口５３３を排気管４０内部に連結する。
【０１０８】
ガイド部材５４０に誘導される排気ガスは、第１結合部５４１と第２結合部５４２の間に形成される連結具５４３を経由して、排気ガス流入口５３３に流入し、燃料と混合された混合気体状態で電極５２０と反応炉５１０の間に供給される。
【０１０９】
反応炉５１０と電極５２０の間に形成される間隔Ｃ１０は、排気ガス流入口５３３側で拡大した状態で、火炎噴出口５３４側に行くほど次第に縮小されて最小の大きさを形成した後、再び次第に拡大されて最大の大きさを形成する。
【０１１０】
例えば、電極５２０と反応炉５１０の間に形成される間隔Ｃ１０は互いに異なる大きさの第１間隔Ｃ１１と第２間隔Ｃ１２及び第３間隔Ｃ１３を形成する。
第１間隔Ｃ１１は排気ガス流入口５３３側に形成される。間隔Ｃ１０は、第１間隔Ｃ１１から火炎噴出口５３４側に行くほど第１間隔Ｃ１１より狭くなるように次第に縮小される。
第２間隔Ｃ１２は円錐台内面５１２ａに形成され、最小の大きさを形成する。間隔Ｃ１０は、第２間隔Ｃ１２から火炎噴出口５３４側に行くほど第１間隔Ｃ１１より広くなるように次第に拡大する。
第３間隔Ｃ１３は火炎噴出口５３４側に形成され、最大の大きさを形成する。
【０１１１】
第１間隔Ｃ１１、第２間隔Ｃ１２及び第３間隔Ｃ１３を形成するように電極５２０は内側シリンダー５１２の円錐台内面５１２ａに対応して円筒に形成され、円錐台内面５１２ａの端から火炎噴出口５３４側に行くほど次第に細く形成される。
【０１１２】
図２７は本発明の第１５実施例によるプラズマバーナから火炎が噴出する作動状態図である。
図２７を参照すれば、排気ガス流入口５３３に流入する排気ガスは燃料流入口５３２に流入する燃料と混合され、この混合気体は反応炉５１０の内側シリンダー５１２と電極５２０の間に供給される。
【０１１３】
反応炉５１０を接地させ、電圧印加部５２０ａを介して電極５２０に電圧（Ｖ）を印加すると、反応炉５１０と電極５２０はこれらの間に形成される間隔Ｃ１０によってプラズマ放電を発生及び消滅させる。
【０１１４】
プラズマ放電の発生及び消滅により、混合気体はプラズマ放電後、排気ガスの流れによって火炎（ＦＬ）を発生させる。火炎（ＦＬ）は火炎噴出口５３４を介して噴出し、排気管４０内の排気ガスをさらに加熱する。
即ち、電極５２０と反応炉５１０の間でのプラズマ放電は、電極５２０と反応炉５１０の間の間隔Ｃ１０が最も狭い部分（第２間隔Ｃ１２）で発生して、距離が広い部分（第３間隔Ｃ１３）に行くほど次第に拡散した後消滅し、再び狭い部分（第２間隔Ｃ１２）で発生して広い部分（第３間隔Ｃ１３）に行くほど次第に拡散した後消滅する過程を反復的に行う。
【０１１５】
燃料及び排気ガスの混合気体でのプラズマ放電は、混合気体を燃焼したり、水素と一酸化炭素を含む先酸化物質に一部改質して、酸化触媒６０による酸化を容易にする。
【０１１６】
全体的な構成及び作用効果において、第１６実施例及び第１７実施例は、第１５実施例に類似乃至同一であるので、第１６実施例及び第１７実施例では、第１５実施例と比較して異なる部分を説明する。
【０１１７】
図２８は本発明の第１６実施例によるプラズマバーナの断面図である。図２９は図２８の底面図面である。
図２８及び図２９を参照すれば、ガイド部材５５０は内面にベイン５４４をさらに有する。ベイン５４４は、ガイド部材５５０の内面に複数に形成され、排気管４０内からガイド部材５５０に流入する排気ガスにスワール流動を発生させる。
これにより、ガイド部材５５０のベイン５４４を経由した排気ガスは、スワール流動を発生させながら反応炉５１０と電極５２０の間に供給される。この際、スワール流動抵抗を最少化するために連結具５５３を最大に大きく形成する。図２９で連結具５５３はガイド部材５５０の曲率に沿って長く形成される。
スワール流動の排気ガスは、反応炉５１０と電極５２０の間で燃料と効果的に混合される。
【０１１８】
図３０は本発明の第１７実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図３０を参照すれば、プラズマバーナ５００はノズル５６２をさらに含む。ノズル５６２は、反応炉５１０と電極５２０の間に直接燃料を噴射するように反応炉５１０に設置され、反応炉５１０と電極５２０の間に向かっている。
ノズル５６２は、予熱通路５３１及び燃料流入口５３２の構成に加えて構成されてもよく（図３０参照）、予熱通路５３１及び燃料流入口５３２を構成しない状態で独自に構成することも可能である（図示せず）。
ノズル５６２から噴射される燃料は、反応炉５１０と電極５２０の間に供給される。ノズル５６２はガイド部材５５０の近くに位置するので、ガイド部材５５０によるスワール流動によって排気ガスとより効果的に混合される。
【０１１９】
図３１は本発明の第１８実施例による煤煙濾過装置のブロック図である。
本実施例による煤煙濾過装置は、燃料と噴射空気及び放電空気をプラズマバーナ６００にそれぞれ供給する燃料流入管路６１２、噴射空気流入管路６１４及び放電空気流入管路６１６を有する。
【０１２０】
プラズマバーナ６００は、エンジン２０とフィルタ８０の間の排気管４０内に設けられる。プラズマバーナ６００は、煤煙濾過装置に適用できるように燃料流入口６２２、噴射空気流入口６２４、放電空気流入口６２６及び火炎噴出口６２８を有する。
【０１２１】
燃料流入管路６１２は、燃料流入口６２２と燃料タンク３０を連結して、プラズマバーナ６００内部に燃料を流入させる。噴射空気流入管路６１４は、噴射空気流入口６２４を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ６００内部に外部の空気を流入させる。噴射空気流入管路６１４及び噴射空気流入口６２４に流入する噴射空気は、燃料流入管路６１２及び燃料流入口６２２に流入する燃料をプラズマバーナ６００内に噴射する。
【０１２２】
放電空気流入管路６１６は、放電空気流入口６２６を排気管４０の外部に連結して、プラズマバーナ６００内部に外部の空気を流入する。放電空気流入管路６１６及び放電空気流入口６２６に流入する放電空気は、プラズマ放電により形成される火炎を火炎噴出口６２８に噴出する。
【０１２３】
図３２は図３１で適用した本発明の第１８実施例によるプラズマバーナの断面図である。
図３２を参照すれば、プラズマバーナ６００はベース６４０、電極６５０及び反応炉６６０を有する。
【０１２４】
ベース６４０は、放電空気流入口６２６を形成し、内部に形成される混合チャンバー６４２を含む。電極６５０は、ベース６４０に絶縁体６５２を介在して装着され、このような絶縁体６５２は電極６５０をベース６４０または反応炉６６０と電気的に絶縁させる。電極６５０は、ベース６４０反対側で拡張されて最大拡張部を形成し、かつ次第に狭くなる形状を有する。
【０１２５】
燃料流入管路６１２は、前記反応炉６６０の側面に燃料流入口６２２を介して連結され、前記反応炉６６０内部に直接燃料を噴射することができる。噴射空気流入管路６１４は、前記燃料流入管路６１２の周囲に設置され、噴射空気流入口６２４を介して前記反応炉６６０と連結され、前記燃料流入口６２２を介して燃料の噴射を手伝う。
【０１２６】
プラズマバーナ６００内に燃料を供給する燃料流入管路６１２及び噴射空気流入口６２４は、反応炉６６０内部に直接燃料を噴射するインジェクター（図示せず）で代替できる。インジェクターを採用する場合には、前記噴射空気流入管路６１４と噴射空気流入口６２４は省略可能である。
【０１２７】
混合チャンバー６４２には放電空気流入管路６１６が連結される。放電空気流入管路６１６に供給される放電空気は、混合チャンバー６４２内の混合気体を混合気噴射口６６６を介して反応炉６６０内部に噴射する。
【０１２８】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【０１２９】
２０：エンジン
３０：燃料タンク
４０：排気管
８０：フィルタ
５００：プラズマバーナ
５０３：燃料流入管路
５１１：外側シリンダー
５３２：燃料流入口
５３４：火炎噴出口
５２０：電極
５１０：反応炉
５１２：内側シリンダー
５３１：予熱通路
５３３：排気ガス流入口
５４０：ガイド部材
５４４：ベイン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの反対側で排気管に連結されるフィルタと、
前記エンジンと前記フィルタの間で前記排気管内に設置され、燃料を供給する燃料流入口及びプラズマ放電による火炎を噴出する火炎噴出口を有し、排気ガスを加熱させるプラズマバーナと、
前記燃料流入口と燃料タンクを互いに連結する燃料流入管路を含み、
前記プラズマバーナは、
前記排気管の内部に設置される反応炉と、
前記反応炉の内壁と間隔を維持しながら前記反応炉の内部に設置される電極と、を含み、
前記電極と前記反応炉の内壁との間でプラズマ放電が起こるように構成され、
前記反応炉は、
前記燃料流入口を介して前記反応炉内部に流入する燃料を排気ガスと混合し、形成された混合気体を前記反応炉と前記電極の間に誘導するように前記反応炉の一側に形成され前記排気ガスを供給する排気ガス流入口を含み、
前記火炎噴出口は、前記反応炉の他の側に形成され前記混合気体のプラズマ放電による火炎を噴出するよう構成され、
前記排気ガス流入口側に配置され、前記排気ガス流入口の直径よりもさらに大きい直径に拡張形成され、前記排気ガス流入口に前記排気ガスを誘導するガイド部材をさらに含むことを特徴とする煤煙濾過装置。
【請求項２】
前記反応炉は、
前記排気管内に露出する外側シリンダーと、及び
前記外側シリンダーに内蔵されて前記外側シリンダーとの間に予熱通路を形成する内側シリンダーを含み、
前記排気ガス流入口側で前記内側シリンダーは、前記排気ガス流入口側に行くほど拡大開放される円錐台の内面を形成し、
前記予熱通路は前記燃料流入管に連結され供給される燃料を予熱することを特徴とする請求項１に記載の煤煙濾過装置。
【請求項３】
前記燃料流入口は、前記円錐台の内面側に形成され、前記予熱通路を前記反応炉と前記電極の間に連結することを特徴とする請求項２に記載の煤煙濾過装置。
【請求項４】
前記予熱通路は、前記火炎噴出口側から前記排気ガス流入口側に向かって進行する螺旋形構造に形成されることを特徴とする請求項２に記載の煤煙濾過装置。
【請求項５】
前記ガイド部材は、
前記反応炉と前記電極の間でスワール流動を誘導するように内面に設けられる複数のベインを有することを特徴とする請求項１に記載の煤煙濾過装置。
【請求項１】
エンジンの反対側で排気管に連結されるフィルタと、
前記エンジンと前記フィルタの間で前記排気管内に設置され、燃料を供給する燃料流入口及びプラズマ放電による火炎を噴出する火炎噴出口を有し、排気ガスを加熱させるプラズマバーナと、
前記燃料流入口と燃料タンクを互いに連結する燃料流入管路を含み、
前記プラズマバーナは、
前記排気管の内部に設置される反応炉と、
前記反応炉の内壁と間隔を維持しながら前記反応炉の内部に設置される電極と、を含み、
前記電極と前記反応炉の内壁との間でプラズマ放電が起こるように構成され、
前記反応炉は、
前記燃料流入口を介して前記反応炉内部に流入する燃料を排気ガスと混合し、形成された混合気体を前記反応炉と前記電極の間に誘導するように前記反応炉の一側に形成され前記排気ガスを供給する排気ガス流入口を含み、
前記火炎噴出口は、前記反応炉の他の側に形成され前記混合気体のプラズマ放電による火炎を噴出するよう構成され、
前記排気ガス流入口側に配置され、前記排気ガス流入口の直径よりもさらに大きい直径に拡張形成され、前記排気ガス流入口に前記排気ガスを誘導するガイド部材をさらに含むことを特徴とする煤煙濾過装置。
【請求項２】
前記反応炉は、
前記排気管内に露出する外側シリンダーと、及び
前記外側シリンダーに内蔵されて前記外側シリンダーとの間に予熱通路を形成する内側シリンダーを含み、
前記排気ガス流入口側で前記内側シリンダーは、前記排気ガス流入口側に行くほど拡大開放される円錐台の内面を形成し、
前記予熱通路は前記燃料流入管に連結され供給される燃料を予熱することを特徴とする請求項１に記載の煤煙濾過装置。
【請求項３】
前記燃料流入口は、前記円錐台の内面側に形成され、前記予熱通路を前記反応炉と前記電極の間に連結することを特徴とする請求項２に記載の煤煙濾過装置。
【請求項４】
前記予熱通路は、前記火炎噴出口側から前記排気ガス流入口側に向かって進行する螺旋形構造に形成されることを特徴とする請求項２に記載の煤煙濾過装置。
【請求項５】
前記ガイド部材は、
前記反応炉と前記電極の間でスワール流動を誘導するように内面に設けられる複数のベインを有することを特徴とする請求項１に記載の煤煙濾過装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２０１２−１４５１１４（Ｐ２０１２−１４５１１４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３２６５７（Ｐ２０１２−３２６５７）
【出願日】平成２４年２月１７日（２０１２．２．１７）
【分割の表示】特願２００８−１９４２９３（Ｐ２００８−１９４２９３）の分割
【原出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（３０４０５９９３７）コリア・インスティテュート・オブ・マシナリー・アンド・マテリアルズ (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１７日（２０１２．２．１７）
【分割の表示】特願２００８−１９４２９３（Ｐ２００８−１９４２９３）の分割
【原出願日】平成２０年７月２９日（２００８．７．２９）
【出願人】（３０４０５９９３７）コリア・インスティテュート・オブ・マシナリー・アンド・マテリアルズ (27)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]