KR0173191B1 - 배기가스 정화처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 중에 포함된 매연입자들을 전극판 유니트에 의해 발생된 전기장을 이용해 보다 확실하게 제거할 수 있도록 한 배기가스 정화처리장치에 관한 것으로, 외체를 형성하며 후단과 선단 중앙에 입구관(3)과 출구관(5)이 각각 삽입 장착되어 있는 외부 케이스(7), 상기 외부 케이스(7)의 입구관(3)과 출구관(5)이 각각 결합되는 입구(9)와 출구(11)가 후단과 선단 중앙에 각각 개구되어 있으며 상기 외부 케이스(7)의 내주면을 따라 내체를 형성하고 있는 셀 케이스(13), 상기 셀 케이스(13) 내부에 적어도 하나 이상 횡방향으로 병렬 배열되어 장착되어 있는 전극판 유니트(15) 및, 상기 전극판 유니트(15) 및 상기 셀 케이스(13)와 절연소재(17 및 19)에 의해 각각 연결되어 있는 플라즈마 유니트(21)로 구성되어 있다.

Description

배기가스 정화처리장치

본 발명은 배기가스 정화 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 또는 산업시설 등에 사용되는 내연 및 외연기관 특히, 차량용 디젤 엔진에서 발생 배출되는 배기가스를 플라즈마 유니트에서 출력되는 고전압에 의해 형성된 전기장을 걸어준 2개의 다공판과 2개의 전극판으로 이루어진 전극판 유니트로 통과시켜 연소시킴으로써 정화 처리하도록 되어 있는 배기가스 정화 처리장치에 관한 것이다.

오늘날 산업화가 가속화됨에 따라 전세계적으로 환경오염에 대한 관심이 고조되고 있으며 그 관심분야는 해양, 하천, 지하수등 수질오염과 대기오염 및 토양오염 등 광범위한 영역에 미치고 있다. 이러한 각종 환경오염은 다양한 오염원을 가지고있으며 이중 대기오염의 경우 그 대표적인 예로 각종 산업시설에서 발생되는 배기 가스와 자동차 매연 등을 들 수 있으며, 대부분의 대기 오염이 이로 인해 야기되고 있다.

특히, 연료로 디젤을 사용하는 차량의 경우 연료의 우수한 경제성 및 고출력으로 인해 사용자에게 선호되고 있으나, 탄화수소, 고 NOx를 포함한 유해가스 등의 매연 이 발생되는 문제를 안고 있어, 환경 오염의 관점에서 이들 배기가스의 정화처리는 차량의 성능을 좌우하는 중요한 요인으로 대두되고 있다.

따라서, 배기 가스의 정화 처리를 위해 여러 다양한 시도가 이루어져 왔으며, 종래에 제안된 기술로서 촉매가 첨가된 필터를 사용하는 방식, 매연을 다시 모아 재연소시키는 방식 및 매연 입자 연소에 전기장을 이용하는 방식 등을 들 수 있다.

이러한 종래의 정화 처리방식에 따른 장치들 중 매연입자 연소에 전기장을 이용하는 방식의 구체적인 예로는 다음과 같은 것이 있다.

먼저, 독일 특허출원 제 3834920호(DE 3834920)에 개시된 바와 같이, 20KHz, 20MV의 전계중에서 배기가스 중의 산소로부터 오존을 발생시켜 세라믹 필터에 퇴적된 입자를 오존으로 산화시킴으로써 분해 및 제거하는 시스템이 개발된 바 있다.

또한, 국제출원 제 9200442호(WO 9200442)에는 매연가스가 세라믹체 통로를 통과하면서 가스성분 중 매연입자가 제거되고, 제거된 매연입자는 세라믹 공극에 축적되며, 세라믹 공극에 축적된 매연입자가 방전전극에 의해 산화, 연소됨으로써 제거되는 전기장을 이용한 매연입자 산화방법이 개시되어 있다.

독일 특허출원 제 3711312호(DE 3711312)에는 매연입자를 자외선으로 이온화한 후 집진 플레이트에 모아 제거하는 방법이 개시되어 있다.

독일 특허출원 제 3314168호(DE 3314168)에는 고전압의 전장에 매연을 통과시켜 입자만을 포집한 다음, 가스는 그대로 통과시켜 매연입자를 제거하는 방법이 개시되어 있는데, 이때 전장의 강도는 비교적 낮게 유지되어 입자만이 대전되고, 가스는 이온화되지 않도록 되어 있다.

끝으로, 미국 특허출원 제 5074112호(US 5074112)에는 홈을 가지고 있는 필터에서 마이크로파인 전자파를 일으켜 홈안에서 매연입자를 가열, 연소시켜 제거하는 매연입자 제거방법이 개시되어 있다.

이와 같이 배기가스에 포함된 유해성분을 제거하기 위한 상기한 바와 같은 종래의 여러가지 방법 또는 장치들은 공통적으로 배기가스 중에 포함된 매연입자들을 전기장을 이용해 제거하도록 되어 있으나, 그 매연입자 제거효율이 비교적 낮을 뿐만 아니라, 제거효율을 증대시키고자 하는 경우에는 전기장 발생을 위한 구조가 복잡해져 버리는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 배기가스 정화장치 및 방법이 갖는 문제점을 해결하고, 나아가 배기가스의 정화효율을 향상시키기 위해 안출된 것으로, 내외연기관 등의 각종 엔진과 산업시설에 사용되는 각종 소각장치 등에 응용되어 배기가스에 포함된 매연입자를 제거함으로써 배기가스를 보다 확실하게 정화하고자 하는데 그 목적이 있다할 것이다.

다시 말해, 본 발명의 목적은 배기가스를 복수의 다공판과 전극판으로 이루어진 전극판 유니트에 걸어준 고전압의 플라즈마 유니트 출력전압에 의한 전기장을 이용해 연소시킴으로써 배기가스에 포함된 매연입자 성분을 제거하여 배기가스를 보다 확실하게 정화하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 외체를 형성하며 후단과 선단 중앙에 입구관과 출구관이 각각 삽입 장착되어 있는 외부 케이스, 이 외부 케이스의 입구관과 출구관이 각각 결합되는 입구와 출구가 후단과 선단 중앙에 각각 개구되어 있으며 외부 케이스의 내주면을 따라 내체를 형성하고 있는 셀 케이스, 이 셀 케이스 내부에 적어도 하나 이상 횡방향으로 병렬 배열되어 장착되어 있는 전극판 유니트 및, 이 전극판 유니트 및 셀 케이스와 절연소재에 의해 각각 연결되어 있는 플라즈마 유니트로 구성되어 있는 배기가스 정화처리장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 이러한 배기가스 정화처리장치에 있어서, 전방측에서 셀 케이스에 접합되어 있는 선단 다공판, 중간 부분에서 셀 케이스에 접합되어 있는 후단 다공판, 선단 다공판과 후단 다공판 사이에 선단 다공판과 일정 간격 유지된 상태로 설치된 선단 전극판 및, 후단 다공판의 후방에 일정 간격 유지된 상태로 횡봉에 의해 선단 전극판과 연결 설치되어 있는 후단 전극판으로 구성된 전극판 유니트를 구비한 배기가스 정화처리장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 정화처리장치의 일 실시예를 도시하는 개략 단 면도.

도 2는 본 발명의 배기가스 정화처리장치의 일 실시예에 따른 선단 다공판의 평 면도.

도 3은 본 발명의 배기가스 정화처리장치의 일 실시예에 따른 후단 다공판의 평 면도.

도 4는 본 발명의 배기가스 정화처리장치의 일 실시예에 따른 선단 전극판의 평 면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 배기가스 정화처리장치 7 : 외부 케이스

13 : 셀 케이스 15 : 전극판 유니트

17, 19 : 절연소재 21 : 플라즈마 유니트

23 : 선단 다공판 25 : 후단 다공판

27 : 선단 전극판 29 : 횡봉

31 : 후단 전극판 33 : 통기구

35 : 장착공 37 : 이온핀

이하, 첨부 도면을 참조로 본 발명에 따른 배기가스 정화처리장치의 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 배기가스 정화처리장치(1)는 전체 시스템을 둘러싸고 있는 외부 케이스(7)를 가지고 있다. 외부 케이스(7)의 전방면과 후방면의 중앙에는 외부에서 발생된 배기가스가 유입되는 입구관(3)과, 정화처리장치(1)의 내부로 유입되어 정화된 배기가스가 배출되는 출구관(5)이 삽입 장착되어 있다.

이 외부 케이스(7)의 내부에는 케이스(7)와 형태가 일치하도록 케이스(7)의 내주면과 평행하게 형성되어 있는 셀 케이스(13)가 설치되어 있다. 이 셀 케이스(13)는 내부에 전극판 유니트(15)를 장착하는 프레임 역할을 하도록 되어 있으며, 입구관(3)으로 유입된 매연이 전극판 유니트(15)의 정중앙을 통과해 출구관(5)을 통해 정확하게 배출될 수 있도록, 선단쪽에는 출구관(5)이 끼워지는 출구(11)가, 후단쪽에는 입구관(3)이 끼워지는 입구(3)가 각각 형성되어 있다.

셀 케이스(13)에 장착되는 전극판 유니트(15)는 2개의 다공판(23,25)과 2개의 전극판(27,31)이 모여 하나의 유니트로 구성되므로, 실시 양상에 따른 경제적인 측면과 배기정화성능 측면을 고려하여 병렬 배열된 유니트를 복수개 설치할 수도 있다. 본 실시예에서는 도시된 바와 같이 3개의 단위 전극판 유니트(15)를 병렬 설치한 정화처리장치(1)를 예로 들어 설명한다.

이러한 전극판 유니트(15)는 각각의 단위 유니트 마다 절연소재(17)를 통해 하나의 플라즈마 유니트(21)와 연결되어 있으며, 플라즈마 유니트(21)는 절연소재(19)를 통해 셀 케이스(13)에 연결되어 있다.

여기에서, 전극판 유니트(15)는 전방측에서 셀 케이스(13)에 접합되어 있는 선단 다공판(23)과 중간 부분에서 셀 케이스(13)에 접합되어 있는 후단 다공판(25) 2개의 다공판과, 후단 다공판(25)을 사이에 두고 횡봉(29)에 의해 연결되어 있는 선단 전극판(27)과 후단 전극판(31) 2개의 전극판으로 이루어져 있다.

이 중 선단 다공판(23)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 통기구(33)가 관통 개구되어 있으며, 후단 다공판(25)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 통기구(33)가 관통 개구되어 있으며, 선단 전극판(27)과 후단 전극판(31)을 연결 고정하는 횡봉(29)의 통과를 위해 복수의 장착공(35)이 구비되므로 이 장착공(35)이 차지하는 면적에 해당하는 만큼 통기구(33)의 갯수가 줄어든다.

이때, 통기구(33)의 지름이 장착공(35)의 지름보다 상대적으로 대직경이므로, 장착공(35)의 중심부분을 통과하는 횡봉(29)과 후단 다공판(25) 간에 충분한 공극이 유지되어 작동 중에 쇼트가 일어나는 것을 방지하도록 되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 선단 전극판(27)에는 복수의 통기구(33)와 이온핀(37)이 형성되어 있으며, 여기에서 복수의 통기구(33)는 다른 통기구(33) 들과 동일한 지름을 가지고 있는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 이온핀(37)은 통기구(33)를 면심으로 하여 통기구(33) 둘레의 4곳의 모서리에 위치하는 배열방식으로 선단 전극판(27)에 부착되어 있다.

이와 같이 선단 전극판(27)은 복수의 통기구(33)와 이온핀(37)을 구비하고 있는데, 이 실시예의 경우에 통기구(33)는 이온핀(37)과 함께 배열되어 있는 관계로 전극판(27)의 가로 및 세로 방향 중심선과 4변이 만나는 위치에 전극판(27)의 장착 내구성을 높이기 위해서 통기구(33)가 형성되어 있지 않다. 또한, 선단 전극판(27)에 부착된 복수의 이온핀(37)은 장착공(35)과 대응하는 위치에 횡봉(29)을 삽입 장착하기 위한 여유 면적을 구비하도록 되어 있다.

또한, 후단 전극판(31)은 별도로 도시되어 있지는 않으나, 도 4에 도시된 선단 전극판(27)과 동일하다.

이와 같이 형성된 선단 및 후단 전극판(27,31)은 각각 전면에 위치하는 선단 및 후단 다공판(23,25)과 일정 간격 유지된 상태로 설치되는 것이 바람직하다.

이제, 위에서 설명한 구성에 따라 본 발명에 따른 배기가스 정화처리장치의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.

공기와 혼합된 상태로 입구관(3)을 통해 외부 케이스(7) 안으로 유입된 배기가스는 전극판 유니트(15)로 유입되는데, 이때 후단 다공판(25)에는 그물망(도시되지 않음)이 덮여져 있어 방전극으로서의 역할 뿐만 아니라 통기구(33)를 통과하는 배기가스의 흐름을 균일하게 하도록 되어 있다.

이때, 선단 다공판(23)과 선단 전극판(27)의 사이에 그리고 후단 다공판(25)과 후단 전극판(31)의 사이에는 플라즈마 유니트로부터 인가되는 고전압이 가해져 전극판(27,31)의 이온핀(37)에서 전자풍이 발생되며, 방출되는 전자풍에 의해 대전된 매연입자를 선후단 다공판(23,25)쪽으로 밀게 되며, 이렇게 해서 다공판(23,25)의 그물망을 통과하게 된 배기가스의 매연입자가 연소된다. 여기에서, 선단 및 후단 전극판(27,31)과 선단 및 후단 다공판(23,25) 사이에는 고전압의 플라즈마 출력전압이 걸리는 것이 바람직하다.

이와 같이, 고전압이 걸린 전극판(27,31)과 다공판(23,25)을 통과한 배기가스는 자체에 포함하고 있는 매연입자들이 제거된 상태로 셀 케이스(13)의 출구(11)와 외부 케이스(7)의 출구관(5)을 통해 외부로 배출된다.

이렇게 해서 본 발명의 처리장치(1)에 의한 배기가스 정화가 달성되는데, 이 장치(1)가 적용되는 차량등과 같은 원동 시스템의 매연처리 요구 수준에 따라 전극판 유니트(15)를 병렬로 중복해서 설치함으로써 배기가스 정화성능을 변경할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 정화 처리장치에서는 적용 시스템에서 요구하는 매연 정화성능이 얼마나 고도한 가에 따라 전극판 유니트의 중복 갯수를 조정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 대형 버스와 같이 단위시간당의 매연 발생량이 많은 경우에 적용하고자 할 때는 전극판(27,31)과 다공판(23,25)을 브릿지화시켜 배기가스의 유동면적을 넓힐 수 있으므로 적용시스템의 배기가스 배출용량 변경에 따른 대응을 보다 용이하게 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 배기가스 정화처리장치에 의하면, 배기가스 중에 포함된 매연입자들을 전기장을 이용해 보다 확실하게 제거할 수 있으므로 매연입자 제거효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기장 발생을 위한 구조가 단순하여 장착이 용이하고, 필요한 경우에는 전극판 유니트를 병렬로 중복 장착하거나 전극판과 다공판 등 전극판 유니트를 구성하는 단위 판들의 면적을 넓히는 등 적용되는 시스템의 변경에 따른 대응을 보다 신속히 할 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 외체를 형성하며 후단과 선단 중앙에 입구관(3)과 출구관(5)이 각각 삽입 장착되어 있는 외부 케이스(7), 상기 외부 케이스(7)의 입구관(3)과 출구관(5)이 각각 결합되는 입구(9)와 출구(11)가 후단과 선단 중앙에 각각 개구되어 있으며 상기 외부 케이스(7)의 내주면을 따라 내체를 형성하고 있는 셀 케이스(13), 상기 셀 케이스(13) 내부에 적어도 하나 이상 횡방향으로 병렬 배열되어 장착되어 있는 전극판 유니트(15) 및, 상기 전극판 유니트(15) 및 상기 셀 케이스(13)와 절연소재(17 및 19)에 의해 각각 연결되어 있는 플라즈마 유니트(21)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 전극판 유니트(21)는 전방측에서 상기 셀 케이스(13)에 접합되어 있는 선단 다공판(23), 중간 부분에서 상기 셀 케이스(13)에 접합되어 있는 후단 다공판(25), 상기 선단 다공판(23)과 상기 후단 다공판(25) 사이에 상기 선단 다공판(25)과 일정 간격 유지된 상태로 설치된 선단 전극판(27) 및, 상기 후단 다공판(25)의 후방에 일정 간격 유지된 상태로 횡봉(29)에 의해 상기 선단 전극판(27)과 연결 설치되어 있는 후단 전극판(31)으로 구성되어 있는 배기가스 정화처리장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 선단 다공판(23)은 관통 개구된 복수의 통기구(33)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.
4. 제2 항에 있어서, 상기 후단 다공판(25)은 관통 개구된 복수의 통기구(33)와 상기 횡봉(29)이 통과하는 위치에 관통 개구된 복수의 장착공(35)을 구비하고 있는 것을 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.
5. 제2 항에 있어서, 상기 선단 및 후단 전극판(27,31)은 각각 관통 개구된 복수의 통기구(33)와 상기 통기구(33)를 면심으로 4곳의 모서리에 배열되어 부착된 복수의 이온핀(37)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.
6. 제2 항에 있어서, 상기 선단 및 후단 전극판(27,31)에 부착되어 있는 이온핀(37)은 각각 상기 선단 및 후단 다공판(23,25)과 좁은 간격을 유지하고 있으며 양단에 고압의 전류가 걸리도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.
7. 제6 항에 있어서, 상기 선단 및 후단 전극판(27,31)과 상기 선단 및 후단 다공판(23,25) 사이에는 각각 고전압의 플라즈마 출력전압이 걸리는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.
8. 제7 항에 있어서, 상기 선단 및 후단 전극판(27,31)과 상기 선단 및 후단 다공판(23,25) 사이에는 고전압의 플라즈마 출력전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.
9. 제4 항에 있어서, 상기 후단 다공판(25)의 장착공(35)은 중심을 통과하는 상기 횡봉(29)과의 쇼트 방지를 위한 공극을 유지하기에 충분한 직경으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화처리장치.