KR100210575B1 - 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치 - Google Patents
전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치 Download PDFInfo
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Abstract
차량탑재 등의 가혹한 조건하에서도 발군의 배기미립자 포집능력과 내구성을 갖게 하도록 한다. 고압직류전원(13)으로부터 니들전극(8)과 편향전극(12)에 고전압이 인가되면, 특히 니들전극(8)의 바늘끝(8a)에 전계가 집중하기 때문에 바늘끝(8a)의 주위에 코로나방전(9)이 지속적이고 안정적으로 발생한다. 그러므로, 디젤엔진의 배기는 그곳을 통과할 때에 배기 중의 잔류산소 등이 전리하여 플러스이온이 되고, 이것이 탄소미립자(10)에 부착하여 입자 자신에게 플러스 이온의 전하를 갖게 한다. 대전된 탄소미립자(10a)는, 포집전극(11)에 가까운 것은 음전위의 포집전극(11)의 극판에 흡착된다. 한편, 포집전극(11)의 극판으로부터 떨어져 있는 대전탄소미립자(10a,10a,…)도 편향전극(12)에 의해 포집전극(11)의 방향으로 편향(반발)되기 때문에, 음전위의 포집전극(11)에 흡착된다.
Description
제1도는 본 발명의 제1실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 기본적 구성 및 동작원리를 설명하기 위한 모식도.
제2도는 동 배기미립자 포집장치의 구성을 분해하여 나타내는 분해사시도.
제3도는 동 배기미립자 포집장치의 전기계통도.
제4도는 동 배기미립자 포집장치의 주요부를 구성하는 포집유닛의 종단면도.
제5도는 동 포집유닛의 서브유닛으로 분해하여 나타내는 종단면도.
제6도는 동 포집유닛을 앞쪽(배기류의 상류측)에서 본 사시도.
제7도는 제6도의 일부를 확대하여 나타내는 부분확대사시도.
제8도는 동 포짓유닛을 뒤쪽(배기류의 하류측)에서 본 사시도.
제9도는 본 발명의 제2실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 구성을 분해하여 나타내는 분해사시도.
제10도는 동 배기미립자 포집장치의 구성을 나타내는 개략 종단면도.
제11도는 동 배기미립자 포집장치에 조립되는 감속 플레이트의 구성을 나타내는 도면으로서, 동도 (a)는 배면도, 동도 (b)는 측면도.
제12도는 본 발명의 제3실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 구성을 나타내는 개략 종단면도.
제13도는 동 배기미립자 포집장치에 조립되는 감속 플레이트의 구성을 나타내는 도면으로서, 동도 (a)는 배면도, 동도 (b)는 측면도.
제14도는 본 발명의 제14실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 구성을 나타내는 개략 종단면도.
제15도는 종래의 정전기적인 디젤엔진필터의 구성을 나타내는 종단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
8 : 들전극(전극결합체의 일부) 8a : 바늘끝
9 : 코로나방전 10 : 탄소미립자(흑연, 배기 중의 미립자)
10a : 대전탄소미립자(대전된 미립자)
11 : 포집전극 12 : 편향전극(전극결합체의 일부)
13 : 고압직류전원 16 : 포집유닛
17 : 장치상자체 18 : 차량본체
22 : 배기유입구(배기의 유입구) 23 : 배기통로
25,27 : 배기 26 : 배기유출구(배기의 유출구)
31 : 볼록형상 전극서브유닛 32 : 오목형상 전극서브유닛
38,38a : 감속플레이트(감속수단) 40 : 감속용 보조메쉬(감속수단)
본 발명은 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이 디젤엔진의 배기 중에는 다량의 탄소미립자(소위 시커먼 연기(黑煙))가 존재하며, 이 탄소미립자는 배기통로를 지나서 공기 중에 토출된 뒤에는 오랜 시간 공기 중을 떠돌며, 최종적으로 그을음 등이 되어 마루면이나 노면이나 의복 등에 떠돌며 내려온다. 그런데, 탄소는 물질을 잘 흡착하기 때문에 발암관련물질 등의 여러 가지 화학물질이 공기 중을 부유하는 탄소미립자에 흡착되어, 이 탄소미립자를 인간이 빨아들임으로써 사람 몸안으로 들어가서 암이나 호흡기 계통의 질환을 일으키는 것이 점차 확실해지게 되었다. 이와 같은 사실로부터 바야흐로 트럭이나 버스 등의 차량에 탑재되는 디젤엔진이 환경공기의 오염원으로서 큰 사회문제로 되고 있다.
그래서, 환경공기를 디젤 흑연(黑煙) 오염으로부터 지키기 위해서 실용신안공개소61-55114호 공보나 실용신안공개 소61-84851호 공보 등에 기재되어 있는 것 같이, 차량에 탑재된 디젤엔진의 배기통로에 금속섬유나 벌집형상의 소자 등으로 이루어지는 흑연제거필터를 설치한 흑연포집장치가 제공되고 있다. 그렇지만, 이러한 종류의 흑연제거필터로서는, 장기간 사용하면 포집한 흑연에 의해서 구멍막힘이 일어나서 압력손실이 증가한다고 하는 결점이 있었다.
이 문제점을 해소하는 수단으로서, 특개평2-75716호 공보에 기재되어 있는 것같이, 구멍막힘이 일어나지 않는 정전기적인 디젤엔진필터가 제안되어 있다. 제15도는 동 공보에 기재된 정전기적인 디젤엔진필터의 구성을 나타내는 종단면도이다. 이 정전기적인 디젤엔진필터는, 동도에 도시한 바와 가이, 대략 원통형의 유실(流室)(1)과, 이 유실(1)내에 유실축선을 따라 연장되어 설치된 텅스텐 와이어 등의 극세선(極細線) 모양체인 코로나전극(2)과, 이 코로나전극(2)에 마주하여 설치된 원통형의 분리전극(3)과, 코로나전극(2)과 분리전극(3)과의 사이에 고전압을 인가하는 전압원(4)으로 개략 구성되어 있다. 이와 같은 구성에 있어서, 배기류(5)가 유실(1)안으로 진입하면, 배기류(5) 중에 포함되는 탄소미립자(6)가 코로나 방전에 의하여 하전(荷電)되어 정전기력에 의해서 분리전극(3)을 향해서 편향되어 포착된다. 그 겨과, 흑연이 감소된 청청한 배기류(7)가 디젤엔진필터로부터 배출되게 된다.
그렇지만, 상기 종래의 정전기적인 디젤엔진필터로서는 전계집중이 코로나전극의 줄을 따라 분산하기 때문에 고전압을 인가하더라도 코로나방전이 지속적으로 행하여지지 않던가 또는 조금밖에 행하여지지 않고, 이 때문에 흑연 등의 배기미립자 포집능력이 불안정하고 또한 지극히 작다고 하는 실용상 심각한 난점이 있었다. 게다가, 코로나전극이 텅스텐 와이어 등의 극히 가는 선모양체로 이루어지기 때문에, 주행중에 진동이나 충격을 끊임없이 받는 차량에 탑재된 경우에는 종종 단선된다고 하는 문제점도 있었다.
본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 차량탑재 등의 가혹한 조건 아래에서도 발군의 배기미립자 포집능력과 내구성을 가지는, 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 청구항1 기재의 발명은 디젤엔진의 배기통로에 설치되어 배기 중의 미립자를 전기적 제어에 의해 포집하는 배기미립자 포집장치로서, 바늘끝의 주위에 코로나 방전을 일으켜 상기 미립자를 대전시키기 위한 니들전극과, 대전된 상기 미립자를 정전기력으로 포집하기 위한 포집전극과, 상기 니들전극과 상기 포집전극과의 사이에에 소정의 고전압을 인가하기 위한 고압전원을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항2 기재의 발명은 디젤엔진의 배기통로에 설치되어 배기 중의 미립자를 전기적 제어에 의해 포집하는 배기미립자 포집장치에 있어서, 바늘끝의 주위에 코로나 방전을 일으켜서 상기 미립자를 대전시키기 위한 니들전극과, 대전된 상기 미립자를 정전기력으로 포집하기 위한 포집전극과, 대전된 미립자에 상기 포집전극을 향하는 편향력을 부여하기 위한 편향전극과, 상기 니들전극과 상기 포집전극과의 사이 및 상기 편향전극과 상기 포집전극과의 사이에 소정의 고전압을 인가하기 위한 고압전원을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항3 기재의 발명은, 청구항2 기재의 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 니들전극이 바늘끝을 상기 배기통로의 상류측을 향한 상태로 막대 모양의 상기 편향전극의 선단부에 돌출 설치됨으로써 상기 니들전극과 상기 편향전극과의 전극결합체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항4 기재의 발명은, 청구항3 기재의 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 포집전극의 극판에 의해서 배기가 빠져 나가는 단수 또는 복수의 터널이 구획되어 형성되고, 상기 각 터널 내에 니들전극과 막대 모양의 편향전극과의 상기 전극결합체가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항5 기재의 발명은, 청구항4 기재의 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 포집전극의 극판에 의해서 구획된 다수의 터널이 격자모양으로 배열되어 상기 각 터널 내에 니들전극과 편향전극과의 상기 전극 결합체가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항6 기재의 발명은, 청구항5 기재의 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 포집전극의 극판에 의해서 구획된 다수의 상기 터널이 격자모양으로 배열되어 상기 각 터널 내에 니들전극과 편향전극과의 상기 전극결합체가 설치되어 이루어지는 단수 또는 복수의 포집유닛과, 상기 배기의 유입구 및 유출구를 가지고 상기 각 포집유닛을 수납상태로 유지하는 장치상자체를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항7 기재의 발명은, 청구항6 기재의 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 포집유닛이 상기 장치상자체에 착탈이 자유롭게 수납상태로 유지되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항8 기재의 발명은, 청구항7 기재의 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 포집유닛은 상기 포집전극의 극판에 의해서 구획된 다수의 상기 터널의 격자모양으로 배열되어 이루어지는 오목형상 전극 서브유닛과, 니들전극과 편향전극과의 상기 전극결합체가 상기 터널의 각각에 대응하여 복수설치되어 이루어지는 볼록형상 전극 서브유닛으로 이루어지며, 상기 오목형상 전극 서브유닛 및 상기 볼록형상 전극 서브유닛은 서로 착탈이 자유롭게 끼워연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항9 기재의 발명은, 청구항6,7 또는 8 기재의 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 포집유닛의 횡단면적 중, 실질적으로 배기의 통로가 되는 영역의 면적이 디젤엔진의 상기 배기통로의 횡단면적보다도 적어도 2배 이상 넓게 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항10 기재의 발명은, 청구항1 내지 9의 어느 한 항에 기재된 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 니들전극에는 양극의 고전압이 인가되어 바늘끝의 주위에 코로나 방전을 일으켜 플러스이온을 발생시키는 한편, 상기 포집전극은 접지되는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항11 기재의 발명은, 청구항1 내지 10의 어느 한 항에 기재된 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 니들전극 부근에서의 배기의 흐름을 완만하게 하기 위한 감속수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 청구항12 기재의 발명은, 청구항 1 내지 11의 어느 한 항에 기재된 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치에 있어서, 상기 디젤엔진은 차량에 탑재되는 디젤엔진인 것을 특징으로 하고 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태에 관해서 설명한다. 설명은 실시예를 사용하여 구체적으로 행한다.
[제1실시예]
제1도는 본 발명의 제1실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 기본적 구성 및 동작원리를 설명하기 위한 모식도, 제2도는 동 배기미립자 포집장치의 구성을 분해하여 나타내는 분해사시도, 제3도는 동 배기미립자 포집장치의 전기계통도, 제4도는 동 배기미립자 포집장치의 주요부를 구성하는 포집유닛의 종단면도, 제5도는 동 포집유닛의 서브유닛으로 분해하여 나타내는 종단면도, 제6도는 동 포집유닛을 앞쪽(배기류의 상류측)에서 본 사시도, 제7도는 제6도의 일부를 확대하여 나타내는 부분확대사시도, 제8도는 동 포짓유닛을 뒤쪽(배기류의 하류측)에서 본 사시도이다.
본 예의 배기미립자 포집장치는 트럭이나 버스 등의 차량에 탑재된 디젤엔진의 배기통로에 설치되어 배기 중의 탄소미립자(흑연)를 니들방전방식의 채용에 의하여 정전기적으로 포집하는 배기정화장치에 관한 것으로서, 우선, 제1도를 참조하여 본예의 기본적 구성 및 동작원리에 관해서 설명한다.
본 예의 배기미립자 포집장치는, 제1도에 도시한 바와 같이, 바늘끝(8a)의 주위에 코로나방전(9)을 일으켜 탄소미립자(흑연)(10,10,…)를 대전시키기 위한 니들전극(8)과, 대전된 탄소미립자(대전탄소미립자)(10a,10a,…)를 정전기력으로 포집하기 위한 포집전극(11)과, 대전탄소미립자(10a,10a,…)에 포집전극(11)을 향하는 편향력을 부여하기 위한 편향전극(12)과, 니들전극(8)과 포집전극(11)과의 사이 및 편향전극(12)과 포집전극(11)과의 사이에 소정의 직류 고전압(본 예에서는, 5~6kV)을 인가하기 위한 고압직류전원(13)을 기본적으로 갖추어 구성되어 있다. 상기 니들전극(8)은 니켈도금된 바늘끝(8a)을 디젤엔진의 배기통로의 상류측을 향하게하고 또한, 서로의 축심을 대략 일치시켜서, 본 예에서는, 약 10mm 각, 길이 5~6cm의 각봉 모양의 편향전극(12)의 선단부에 용접이나 코킹(caulking) 등으로 고착되어 있다. 이것에 의해 서로 대략 공통의 축심을 가지는 니들전극(8)과 편향전극(12)과의 전극결합체가 형성되어 있다.
상기 포집전극(11)은 4장의 평판모양의 금속판을 단면사각형으로 짜맞추는 것에 의해, 배기의 통로가 되는 터널모양의 전극(약 20mm 각, 길이 5~6cm)이 되고, 포집전극(11)의 터널 내에 니들전극(8)과 편향전극(12)과의 전극결합체가 터널과 축심을 대략 공통으로하여 설치되어 있다. 또한, 상기 고압직류전원(13)은 차량 탑재된 밧데리(14)로부터 공급되는 DC 24V의 전압을 DC 5~6kV로 승압시켜 출력하는 직류-직류변환회로로 이루어지며, 양극의 출력단자는 전극결합체(편향전극)(12)에 접속되고 음극의 출력단자는 접지되는 구성으로 되어 있다. 또, 포집전극(11)도 접지되어 있다.
상기 구성에 있어서, 엔진키 스위치(점화스위치)(15)를 온으로 하면 엔진이 시동됨과 동시에 밧데리(14)로부터 고압직류전원(13)에 DC 24V의 전압이 공급된다. 고압직류전원(13)은 DC 24V의 전압의 공급을 받으면 DC 5~6kV의 고압을 발생하여 전극결합체(서로 등전위인 니들전극(8) 및 편향전극(12)에 출력한다. 이것에 의해 니들전극(8)과 편향전극(12)은 고전위가 되지만, 특히, 니들전극(8)의 바늘끝(8a)에 전계가 집중하기 때문에 바늘끝(8a)의 주위에 코로나방전(9)이 지속적이고 안정적으로 발생한다. 그러므로, 디젤엔진의 배기는 그곳을 통과할 때에 배기 중의 잔류산소 등 비교적 이온화 에너지가 낮은 기체분자가 전리하여 플러스이온이 되고, 이것이 탄소미립자(10)에 부착하여 입자 자신에게 플러스이온의 전하를 갖게 하도록 된다. 이렇게하여 대전된 탄소미립자(10a)는 포집전극(11)에 가까운 것은 음전위의 포집전극(11)의 극판에 흡착된다. 한편, 포집전극(11)의 극판으로부터 떨어져 있는 대전탄소미립자(10a,10a,…)는 우선, 편향전극(12)의 정전위에 의하여 포집전극(11)의 방향으로 편향(반발)되어, 포집전극(11)에 가까이 가면 음전위의 포집전극(11)의 극판에 흡착된다. 그러므로, 0.01㎛ 정도의 미소한 것으로부터 10㎛ 정도의 비교적 큰 탄소미립자(10,10,…)까지 효율 좋게 포집할 수가 있다.
다음에, 제2도 내지 제8도를 참조하여 본 예의 배기미립자 포집장치의 구체적 구성에 관해서 설명한다.
본 예의 배기미립자 포집장치는 다수의 니들전극(8,8,…)과 편향전극(12,12,…)과 포집전극(11,11,…)으로 각각 이루어지는 전후 2단의 상자형의 포집전극(16,16)과 고압직류전원(13)과, 이들을 수납유지하는 장치상자체(17)로 개략 구성되어 있다.
장치상자체(17)의 윗면에는, 제2도에 도시한 바와 같이, 본 예의 배기미립자 포집장치를 차량본체(18)에 부착 고정하기 위한 한쌍의 고정부재(19,19)가 연결되어 있고, 모퉁이부에는 고압직류전원(13)의 입력단자에 접속되는 리드선(20,20)을 통과시키는 삽입통과구멍이 마련되어 있다. 장치상자체(17)의 전면에는, 제3도에 도시한 바와 같이, 플랜지(21)가 붙어있는 원형 관모양의 배기유입구(22)가 마련되어 있어 도시하지 않은 소음기 하류의 비기통로(23)에 플랜지(21,24)를 통하여 연결되고, 디젤엔진으로부터 뿜어나오는 배기(25)를 장치상자체(17)의 내부로 유입시킨다. 장치상자체(17)의 후면에는 원형 관모양의 배기유출구(26)가 마련되어 흑연이 제거된 배기(27)를 외부로 배출한다. 또한, 장치상자체(17)의 한쪽 측면에는 회동식(回動式)의 뚜껑부(28)가 마련되어 있어서 포집유닛(16,16)을 출입시킬 수 있도록 하고 있다. 장치상자체(17)의 내부에는 서로 소정의 간격을 두고 전면(前面)에 평행하게 나란히 설치된 2개의 마루레일(29,29)과, 각각의 마루레일(29,29)에 대향하는 위치에 배치된 2개의 천장레일(30,30)이 쌍을 이루어 마련되어 있어서, 마루레일(29,29) 및 대응하는 천장레일(30,30)에 포집유닛(16,16)을 끼워넣기한 상태로 안쪽으로 바깥쪽으로 미끌어져 움직이게 함으로써 포집유닛(16,16)이 착탈이 자유롭게 전후로 나란히 세워져 수납 유지되는 구성으로 되어 있다. 또, 제3도에는 나타나 있지 않지만, 포집유닛(16,16)을 장치상자체(17)에 수납 유지한 상태에서는 배기유입구(22)로부터 장치상자체(17) 안으로 유입한 배기(25)는 반드시 포집유닛(16,16)을 순차 통과하여 외부환경으로 배출되게 되어 있다.
각 포집유닛(16)은, 제5도에 도시한 바와 같이, 모두 상자형이고 또한 전기적으로 격리된 볼록형상 전극 서비유닛(31)과 오목형상 전극 서브유닛(32)과의 삽입 연결 구조로 이루어지며, 제4도, 제6도 및 제7도에 도시한 바와 같이, 격자모양으로 다수 배열된 포집전극(11,11,…)의 각 터널 내에 니들전극(8,8,…)과 편향전극(12,12,…)과의 전극결합체가 하나씩 삽입된 것으로 되어 있다. 여기에서, 오목형상 전극서브유닛(32)은 전후면에 개방부를 가지는 사각형의 금속틀(33)에 복수의 금속판(11a,11b,…)을 종횡으로 약20mm의 간격으로 서로 직교 상태로 맞물리게 한 것을 짜넣는 것에 의해, 약 20mm 각, 길이 5~6cm의 터널모양의 포집전극(11,11,…)이 격자모양으로 다수 배열된 구성으로 되어 있다.
또한, 볼록형상 전극서브유닛(31)은 니들전극(8,8,…)이 바늘끝(8a,8a,…)을 배기유입구(22)측을 향한 상태로 편향전극(12,12,…)의 선단부에 돌출 설치되어 이루어지는(포집전극(11,11,…)과 같은 개수의) 전극결합체가 포집전극(11,11,…)과 일대일로 대응하는 위치에 격자모양으로 배열되어 이루어져 있다. 이들 전극결합체는 종횡으로 일체적으로 조립된 금속제의 연결부재(34,34)는 고압직류전원(13)의 고압측의 출력단자에 리드선(20,20)을 통해 접속되며, 이것에 의해 모든 니들전극(8,8,…)과 편향전극(12,12,…)과에 서로 등전위의 고전압이 인가되게 되어 있다. 상기 연결부재(34,34,…)는 전후면에 개방부를 갖는 사각형의 지지용 금속틀(35)에 경질수지 등의 전기절연부재(36,36,…)를 거쳐지지 고정되어 있다.
상기 지지용 금속틀(35)의 전면(前面)에는 마찬가지로 전후면에 개방부를 갖는 사각형의 끼워넣기용 금속틀(37)이 부착 고정되어 있고, 이 끼워넣기용 금속틀(37)에 오목형상 전극서브유닛(32)의 금속틀(33)이 끼워서 연결되는 것에 의해 오목형상 전극서브유닛(32)이 지지용 금속틀에 착탈이자유롭게 설치되어 있다. 이렇게하여, 격자모양으로 배열된 모든 포집전극(11,11,…)은 금속틀(33), 끼워넣기용 금속틀(37) 및 지지용 금속틀(35)을 거쳐서 장치상자체(17)와 전기적으로 접촉상태로 된다. 그리고, 이 장치상자체(17)는 차량본체(18)에 부착 고정될 때에 접지되기 때문에 포집전극(11,11,…)도 접지되게 된다. 한편, 전극결합체(니들전극(8,8,…) 및 편향전극(12,12,…))와 포집전극(11,11,…)과의 사이에는 전기절연부재(36,36,…)가 사이에 끼워져 있기 때문에 양자는 전기적으로 격리된 상태로 된다. 또, 본 에에 있어서는 포집유닛(16,16) 중 배기(25)의 통로가 되는 포집전극(11)과 편향전극(12)과의 틈의 단면적의 총합이 디젤엔진의 배기통로(25)의 직단면적보다도 적어도 2배 이상 넓게 설정되어 있다.
상기 구성에 있어서, 제3도에 도시한 바와 같이, 엔진키 스위치(점화스위치)(15)를 온으로 하면 엔진이 시동함과 동시에 밧데리(14)로부터 고압직류전원(13)에 DC 24V의 전압이 공급된다. 고압직류전원(13)은, DC 24V의 전압 공급을 받으면, D 5~6Kv의 고압을 발생시켜 전후 2단의 포집유닛(16,16)에출력한다. 이것에 의해 격자모양으로 다수 배열된 니들전극(8,8,…)과 편향전극(12,12,…)은 고전위로 되지만, 특히 니들전극(8,8,…)의 바늘끝(8a,8a,…)에 전계가 집중하기 때문에 바늘끝(8a,8a,…)의 주위에 코로나방전(9,9,…)이 지속적이고 안정적으로 발생한다.
그러므로, 디젤엔진의 배기(25)는 각각의 바늘끝(8a,8a,…)을 통과할 때에 배기중의 잔류산소 등 비교적 이온화 에너지가 낮은 기체분자가 전리하여 플러스이온이 되고, 이것이 탄소미립자(10,10,…)에 부착하여 입자 자신에게 플러스이온의 전하를 갖게 하는 것이 된다. 이렇게 하여 대전된 탄소미립자(10a,10a,…)는, 대응하는 포집전극(11,11,…)에 가까운 것은 음전위의 포집전극(11,11,…)의 극판에 흡착된다. 한편, 포집전극(11,11,…)의 극판으로부터 떨어져 있는 대전탄소미립자(10a,10a,…)는, 우선, 편향전극(12)의 양전위에 의해 포집전극(11,11,…)의 방향으로 편향(반발)되고, 포집전극(11,11,…)에 가까이 가면 음전위의 포집전극(11,11,…)의 극판에 흡착된다. 또, 디젤엔진으로부터 뿜어져 나온 배기(25)는 배기유입구(22)로부터 장치상자체(17) 내로 흘러 들어오면 장치상자체(17)의 횡단면적이 디젤엔진의 배기통로(23)의 직단면적보다도 충분히 넓게 설정되어 있기 때문에 배기속도가 약하게 된다. 따라서, 배기가 외부환경으로 내뿜어지기 전에 흑연은 포집전극(11,11,…)에 효율좋게 흡착되게 된다.
그러므로, 상기 구성에 의하면, 포집전극(11,11,…)과 니들전극(8,8,…)과 편향전극(12,12,…)과의 세트가 격자모양으로 배열되고 또한 전후 2단으로 배열되어 있기 때문에, 넓은 범위에 걸쳐서 지속적이고 안정적인 코로나 방전의 막이 전후 2개 위치에 형성된다. 따라서, 확실하게 탄소미립자(10,10,…)를 포집할 수 있다. 또한, 니들전극(8,8,…)은 뾰족한 바늘끝(8a,8a,,…)을 갖기 때문에 거기에 전계를 집중시킬 수 있고, 따라서, 지속적이고 안정적인 코로나방전(9,9,…)을 얻을 수 있는 한편, 동체부의 지름은 굵기 때문에 차량탑재 등의 가혹한 조건하에서도 발군의 흑연포집능력과 내구성을 갖는다.
[제2실시예]
제9도는 본 발명의 제2실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 구성을 분해하여 나타내는 분해사시도, 제10도는 동 배기미립자 포집장치의 구성을 나타내는 개략 종단면도, 제11도는 동 배기미립자 포집장치에 조립되는 감속 플레이트의 구성을 나타내는 도면으로서, 동도 (a)는 배면도, 동도 (b)는 측면도이다.
본 예의 배기미립자 포집장치가 전술의 제1실시예의 그것과 크게 다른 곳은, 배기유입구(22)와 전단의 포집유닛(16)과의 사이에 배기(25)의 속도를 감속시키기위한 감속플레이트(38)를 삽입한 점이다. 이와 같은 감속플레이트(38)를 마련하면 배기(25)의 속도를 한층 더 약하게 할 수 있기 때문에 흑연포집능력이 더욱 확실하게 향상된다.
[제3실시예]
제12도는 본 발명의 제3실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 구성을 나타내는 개략 종단면도, 제13도는 동 배기미립자 포집장치에 조립되는 감속 플레이트의 구성을 나타내는 도면으로서, 동도 (a)는 배면도, 동도 (b)는 측면도이다.
본 예에서는 제2실시예의 감속플레이트(38) 대신 다수의 작은 구멍(39,39,…)이 중앙부 부그네 방사모양으로 뚫어져 마련된 감속플레이트(38a)가 사용되고 있다.
본 예의 구성에 의해서도 전술의 제2실시예와 대략 같은 효과를 얻을 수 있다. 게다가, 플레이트 이면에 발생하기 쉬운 소용돌이를 방지할 수 있어, 유체 역학상 바람직한 결과도 기대할 수 있다. 또, 작은 구멍(39,39,…)은 방사모양으로 분포하는 것에 한하지 않고 불규칙하게 산재하는 것이라도 좋다.
[제4실시예]
제14도는 본 발명의 제14실시예인 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치의 구성을 나타내는 개략 종단면도이다.
본 예는 배기미립자 포집장치에서는 전술한 제3실시예의 구성에 덧붙여, 예컨대, 스텐레스 등의 내화재로 이루어지는 감속용 보조 메쉬(40)가 감속플레이트(38a)의 바로 하류에 마련되어 있다. 본 예의 구성에 의하면, 감속용 보조 메쉬(40)에 의해서 흑연이 일부 흡착되는 결과 배기(25)가 충분히 감속되기 때문에, 제2실시예의 구성의 경우보다도 흑연포집능력이 한층 더 확실하게 증대한다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 상술하였지만, 구체적인 구성은 본 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위의 설계의 변경 등이 있더라도 본 발명에 포함된다.
예컨대, 니들전극(8), 포집전극(11), 편향전극(12)의 형상이나 개수는 적절하게 변경할 수 있고, 또한, 포집유닛(16)의 개수도 적절하게 증감할 수 있다. 또한, 전술의 실시예에서는, 배기미립자 포지장치를 소음기의 하류측에 설치하는 경우에 관해서 언급하였지만, 이것에 한하지 않고 소음기의 상유측에 설치하도록 하더라도 좋다. 또한, 포집전극(11)에는 금속소재 대신에 도전성 세라믹스를 소재로 하여도 좋다.
이상 설명한 것과 같이, 본 발명의 배기미립자 포집장치는 뾰족한 바늘끝을 갖는 니들전극을 갖기 때문에 거기에 전계를 집중시킬 수 있고, 따라서, 지속적이고 안정적인 코로나 방전을 얻을 수 있는 한편, 동체부의 지름은 굵기 때문에 차량탑재 등의 가혹한 조건하에서도 발군의 흑연포집능력과 내구성을 갖는다.
Claims (11)
- 디젤엔진의 배기통로에 설치되어 배기 중의 미립자를 전기적 제어에 의해 포집하는 배기미립자 포집장치에 있어서, 바늘끝의 주위에 코로나 방전을 일으켜 상기 미립자를 대전시키기 위한 니들전극과, 대전된 상기 미립자를 정전기력으로 포집하기 위한 포집전극과, 상기 니들전극과 상기 포집전극과의 사이에 소정의 고전압을 인가하기 위한 고압전원을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 디젤엔진의 배기통로에 설치되어 배기중의 미립자를 전기적 제어에 의해 포집하는 배기미립자 포집장치에 있어서, 바늘끝의 주위에 코로나 방전을 일으켜 상기 미립자를 대전시키기 위한 니들전극과, 대전된 상기 미립자를 정전기력으로 포집하기 위한 포집전극과, 대전된 상기 미립자에 상기 포집전극을 향하는 편향력을 부여하기 위한 편향전극과, 상기 니들전극과 상기 포집전극과의 사이 및 상기 편향전극과 상기 포집전극과의 사이에 소정의 고전압을 인가하기 위한 고압전원을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제2항에 있어서, 상기 니들전극이 바늘끝을 상기 배기통로의 상류측을 향한 상태로 막대 모양의 상기 편향전극의 선단부에 돌출 설치됨으로써, 상기 니들전극과 상기 편향전극과의 전극결합체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제3항에 있어서, 상기 포집전극의 극판에 의해서 배기가 빠져 나가는 단수 또는 복수의 터널이 구획되어 형성되고, 상기 각 터널 내에 니들전극과 막대 모양의 편향전극과의 상기 전극결합체가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제4항에 있어서, 상기 포집전극의 극판에 의해서 구획된 다수의 터널이 격자모양으로 배열되어 상기 각 터널 내에 니들전극과 편향전극과의 상기 전극 결합체가 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제5항에 있어서, 상기 포집전극의 극판에 의해서 구획된 다수의 상기 터널이 격자모양으로 배열되어 상기 각 터널 내에 니들전극과 편향전극과의 상기 전극결합체가 설치되어 이루어지는 단수 또는 복수의 포집유닛과, 상기 배기의 유입구 및 유출구를 가지고 상기 각 포집유닛을 수납상태로 유지하는 장치상자체를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제6항에 있어서, 상기 포집유닛이 상기 장치상자체에 착탈이 자유롭게 수납상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제7항에 있어서, 상기 포집유닛은 상기 포집전극의 극판에 의해서 구획된 다수의 상기 터널의 격자모양으로 배열되어 이루어지는 오목형상 전극 서브유닛과, 니들전극과 편향전극과의 상기 전극결합체가 상기 터널의 각각에 대응하여 복수 설치되어 이루어지는 볼록형상 전극 서브유닛으로 이루어지며, 상기 오목형상 전극 서브유닛 및 상기 볼록형상 전극 서브유닛은 서로 착탈이 자유롭게 끼워연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포집유닛의 횡단면적 중, 실질적으로 배기의 통로가 되는 영역의 면적이 디젤엔진의 상기 배기통로의 횡단면적보다도 적어도 2배 이상 넓게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 니들전극 부근에서의 배기의 흐름을 완만하게 하기위한 감속수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
- 제6항 내지 제8항 중 어는 한 항에 있어서, 상기 디젤엔지는 차량에 탑재되는 디젤엔진인 것을 특징으로 하는 전기적 제어에 의한 디젤엔진의 배기미립자 포집장치.
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