KR100293626B1 - 디젤엔진배출가스정화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤엔진의 배출가스 후처리를 위해 1차여과재생부에서 전기히터에 의해 여과재 연소망를 교대로 사용하여 매연을 포집하고 연소망으로 구성된 여과재를 가열하여 매연과 미연소 탄화수소를 연소시켜 재생시키며 2차로 산화촉매를 도포한 허니콤을 통과시켜 미연소 탄화수소와 입자상물질, 일산화탄소를 산화시켜 입자의 침전 및 주기적인 청소없이 연속적으로 사용가능한 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배출가스 정화장치에 관한 것이다.

Description

디젤엔진 배출가스 정화장치
본 발명은 디젤엔진 배출가스 정화장치에 관한 것으로, 특히 미연소 탄화수소와 입자상물질들을 포집하는 여과재 연소망의 표면적을 증대시켜 포집된 입자상물질들을 연소시킬 수 있고, 여과재 연소망 후방에 금속산화물이 피복된 허니콤내에 산화촉매를 도포하여 2차 산화시키고 여기에서 일산화탄소를 이산화탄소로 산화 시키거나, 입자상물질중 일부와 탄화수소를 산화시기는 디젤엔진 배출가스 정화장치에 관한 것이다.
종래의 디젤엔진 배출가스 정화장치는 여과재만을 사용하여 여과된 입자상물질을 가열선이나 버너 등으로 재연소하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 여과재 전후에 압력센서를 적용하여 일정 압력이상이 되면 버너 등으로 가열하고 송풍기로 공기를 공급하여 여과재에 퇴적된 입자상물질을 태워버리는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 일시에 미연소 탄화수소나 입자상물질들을 태워야 하기 때문에 온도가 급격히 상승하게 되고 이에따라 여과재의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
그리고 버너 등으로 입자상물질을 태워 여과재를 재생하는 동안 디젤엔진에서 나오는 배출가스를 제2의 여과재로 여과하거나 바이패스(by-pass)해야 하는 등 비효율적인 문제점도 있었다.
또한, 종래에는 세라믹 여과재에 촉매를 코팅시켜 탄화수소와 일산화탄소의 산화 및 NOx의 환원을 꾀하였으나 촉매표면에 입자상물질이나 탄화수소가 여과되면서 침전되어 촉매의 성능을 충분히 나타내기 힘들었으며 전기히터의 열선 또는 버너로 미세한 입자상물질을 충분히 거르면서 산화시키지는 못하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적과제는, 산화되기 힘든 디젤엔진 배출가스중 입자상물질과 탄화수소를 연소시킬 수 있음은 물론, 입자상 물질이 포집되는 여과재 연소망의 표면적을 확장시킬 수 있고, 1차 여과재생부로부터 정화된 배출가스의 유해가스를 2차 촉매환원 산화처리부 내에서 정화할 수 있으며, 이로 인하여 낮은 온도에서 일산화탄소와 질소산화물의 높은 전화율을 갖도록 한 디젤엔진 배출가스정화장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미연소 탄화수소와 입자상물질들을 포집하여 연소하는 여과재 연소망을 축봉에 방사형으로 설치하고, 2차 촉매환원 산화처리부에 금속산화물이 피복된 허니콤을 설치하여, 배출되는 미연소 탄화수소와 입자상 물질들의 포집을 최대화시켜 연소시키고, 1차 정화된 배출가스를 상기 허니콤내에서 2차 산화시키되, 여기에서 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시키거나, 입자상물질중 일부와 탄화수소를 산화시키는 디젤엔진 배출가스 정화장치에 의하여 달성되어진다.
제1도는 본 발명에 의한 디젤엔진 배출가스 정화장치를 보인 개략도.
제2a, 2b도는 본 발명에 의한 디젤엔진 배출가스 정화장치의 여과재 연소망의 설치상대를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10a, 10b : 1차여과재생부 11a, 11b : 전기히터
12a, 12b : 여과재연소망 13a, 13b : 축봉
20a, 20b : 밸브 21a, 21b : 배출가스유입로
30 : 콘트롤부 40 : 2차 산화처리부
41 : 허니콤 P : 압력센서
본 발명은 도 1 내지 도 2a, b에 도시된 바와 같이 전기히터(11a)(11b)를 구비하여 엔진측에 연결 설치된 두 개의 1차 여과재생부(10a)(10b)와, 상기 1차 여과 재생부(10a)(10b) 중에서 하나만이 상기 엔진측과 연통되도록 배출가스 유입로(20a)(20b)에 설치되는 밸브(21a)(21b)와, 상기 1차 여과재생부(10a)(10b)의 내부 전, 후방에 각각 설치되어 배출가스의 유입압력과 유출압력을 감지하도록 된 압력센서(P)와, 상기 압력센서(P)에 의해 감지되는 각 1차 여과재생부(10a)(10b)의 내측 전, 후방의 압력차에 의해 해당 밸브(21a)(21b)를 작동시킴과 동시에, 상기 밸브(21a)(21b)에 의해 상기 엔진측과 차단된 1차 여과재생부(10a)(10b) 측의 전기히터(11a)(11b)에 전원을 인가하는 콘트롤부(30)로 이루어진 디젤엔진 배출가스 정화장치에 있어서, 상기 각 1차 여과재생부(10a)(10b)의 내부에는 상기 전기히터(11a)(11b)가 권회되는 축봉(13a)(13b)이 길이방향으로 설치되고, 상기 각 축봉(13a)(13b)에는 여과재 연소망(12a)(12b)이 방사형으로 설치되며, 상기 각 1차 여과재생부(10a)(10b)의 후방으로는 미세하게 분할된 알루미늄산화물, 제올라이트, 이트리아 및 그들이 혼합물상에 부착된 백금그룹금속과 첨가제 사마륨과 세륨을 사용한 산화촉매조성물이 도포되어 이루어진 허니콤(41)이 내설된 2차 촉매환원 산화처리부(40)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 전기히터(11a)(11b)의 전원은 디젤엔진 시동시 사용하는 축전지가 사용되며 열선으로는 니크롬선, 칸탈선, 금속복합열선을 그대로 사용하거나 세리믹코팅하여 사용한다
또한, 상기 전기히터(11a)(11b)가 권회되는 축봉(13a)(13b)는 상기 각 1차 여과재생부(10a)(10b)의 내부에 길이방향으로 설치되고, 상기 여과재 연소망(12a)(12b)은 30∼800메쉬의 스텐레스스틸망 또는 복합금속재망으로 이루어지고, 도 2a, b에 도시된 바와 같이 2개이상 축봉(13a)(13b)에 일정한 거리만큼 이격되게 방사상으로 설치된다. 이때, 상기 전기히터(11a)(11b)가 권회되지 않은 축봉(13a)(13b)의 양측에 상기 각 여과재 연소망(12a)(12b)을 방사상으로 고정 설치하는 것이 바람직할 것이다.
상기 2차 산화처리부(40)에 내설된 허니콤(41)에 도포되는 금속산화물 피복에 사용되는 활성성분으로는 미세하게 분할된 알루미늄산화물, 제올라이트, 이트리아 및 그들이 혼합물상에 부착된 백금그룹금속과 첨가제 사마륨과 세륨을 함께 사용한 산화 촉매 조성물을 허니콤(41)에 도포하여 사용한다.
이와같이 된 본 발명은 밸브(21a)(21b)에 의해 엔진측에 연통된 일측의 1차 여과재생부(10a)로 배출가스가 유입되며, 미연소 탄화수소와 입자상물질이 다수의 여과재 연소망(12a)에 포집된다 이때, 상기 축봉(13a)에 방사상으로 설치된 여과재 연소망(12a)에는 미연소 탄화수소와 입자상물질의 포집이 최대화되는데, 이는 다수개의 여과재 연소망(12a)이 방사상으로 상기 축봉(13a)에 설치되어 여과재 연소망(12a)의 표면적이 최대화되기 때문이다.
한편, 미연소 탄화수소와 입자상물질이 일측의 1차 여과재생부(10a) 내부의 여과재 연소망(12a)에 포집되는 과정이 진행되어 상기 여과재 연소망(12a)에 미연소 탄화수소 및 입자상물질이 점착되어 압력센서(P)에서 감지되는 배출가스 입출입 압력차가 설정치보다 커지게 되면 콘트를부(30)는 상기 밸브(21a)(21b)를 각각 작동시켜 타측의 1차 여과재생부(10b)가 엔진측에 연통되도록 하는 동시에 엔진측과 차단된 측의 전기히터(11a)에 전원을 인가하여 엔진측과 차단된 측의 여과재 연소망(12a)에 포집된 미연소 탄화수소와 입자상물질을 연소시켜 재생시킨다.
이때, 엔진측에 연통된 측의 1차여과재생부(10b)에 설치된 다수개의 여과재 연소망(12b)에는 배출가스의 미연소 탄화수소와 입자상물질이 포집된다.
즉, 콘트롤부(30)에 의해 제어되는 밸브(21a)(21b)가 배출가스유입로(20a)(20b)를 개폐하는데 따라 한쪽의 여과재 연소망에는 미연소 탄화수소와 입자상물질이 포집되고, 다른쪽의 여과재 연소망에서는 포집된 미연소 탄화수소와 입자상물질이 전기히터(11a)(11b)에 의해 연소되는 것이다.
한편, 본 발명의 여과재 연소망(12a)(12b)은 도 2에 도시된 바와 같이 2개이상이 일정한 거리만큼 이격되게 배열되어 축봉(13a)(13b)에 방사상으로 설치되기 때문에, 전술한 바와 같이 표면적이 확대되어 유입되는 물질의 포집이 최대화될 수 있는 것이고, 이로 인하여 양호한 여과효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.
상기 밸브(21a)(21b)는 배출가스 입출입 압력차가 15torr 정도일 때 절환되도록 하는 것이 바람직하며, 전기히터(11a)(11b)에 전원이 인가되는 시간은 대략 15분정도로 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 1차여과재생부(10a)(10b)를 통과한 배출가스는 2차 촉매환원 산화처리부(40)의 허니콤(41)을 통과하면서 2차로 정화되어 머플러를 통해 대기로 배출된다.
이때, 상기 2차 촉매환원 산화처리부(40)로 유입된 배출가스 중의 일산화탄소와 질소산화물과 같은 유해물질은 허니콤(41)에 도포된 산화 촉매에 의해 정화된다.
즉,1차 여과재생부(10a)(10b)를 통과한 후 2차 촉매환원 산화처리부(40)로 유입되는 배출가스 중의 질소산화물, 일산화탄소, 탄화수소와 같은 유해물질은 미세하게 분할된 알루미늄산화물, 제올라이트, 이트리아 및 그들이 혼합물상에 부착된 백금그룹금속과 첨가제 사마륨과 세륨을 사용한 산화촉매조성물이 도포되어 이루어진 허니콤(41)을 통과하면서 환원촉매에 의해 질소산화물이 제거되고, 일산화탄소가 이산화탄소로 산화되거나 입자상물질중 일부와 탄화수소가 2차 산화되면서 정화되는 것이다.
이러한 본 발명의 디젤엔진용 배출가스 정화장치는 디젤자동차 및 선박, 기관차, 산업용 내연기관, 항공기 등에 사용할 수 있다.
다음에 실시예에 의하여 본 발명을 더 상세히 설명하는데 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것이 아님을 더 말할 나위 없다.
실시예 1에서 비교예 1까지 디젤엔진 배출가스 정화촉매 및 장치는 엔진 내구주행후에 있어서의 정화능을 조사하였다.
내구엔진은 시판되는 4기통 디젤엔진, 2476cc, 압축비 21:1, 최대토오크/엔진속도 = 20.0kgm/2000rpm, 최대출력/엔진속도 = 85ps/4200rpm을 사용하였고, 디젤엔진 배출가스 정화촉매 및 장치의 온도가 정상운전에서 450℃로 되는 조건에서 100시간 촉매정화재를 에이징 하였다.
SV = 약 15만 hr-1에서 총입자상물질(TPM), 탄화수소(HC), 휘발성(VOF : Volatile Organic Fraction), CO, NOx를 조사하였으며 신품시와 에이징후 50% 전환율을 조사하여 낮은 온도에서의 정화능과 전환율 지속성능을 측정하였다.
표 1에는 상기와 같은 방법에 의해 디젤엔진 배출가스 정화장치의 성능을 나타내었다.
[실시예 1]
LaY-제올라이트 20g과 비표면적 210㎡/g인 γ-Al2O3160g을 팔라듐 1.8g을 함유하는 염화팔라듐수용액과 백금1.2g을 함유하는 염화백금수용액 및 니켈 0.2g을 함유하는 염화니켈과 Na 0.1g을 함유하는 수산화나트륨수용액에 함침하고, 50℃에서 1시간 동안 소성시켜 분체를 얻었다. 이와같이 얻어진 분체에 산화세륨분체 12g과 산화사마륨분체 8g을 보올밀에 의하여 20시간동안 습식분쇄 함으로써 각각의 수성슬러리를 조제하였다. 단면적 1평방인치당 약 400개의 가스유통셀을 갖는 외경144mm 길이 150mm의 코오데라이트제 모노리스 담체를 상기 슬러리에 침지하고 취출하여 셀내의 과잉슬러리를 압축공기에 의하여 블로잉하고, 그후 120℃에서 12시간 건조하고 다시 600℃에서 2시간 소성하여 촉매처리된 허니콤(41)을 얻었으며 도1 및 도2a에 도시된 바와 같이 구성되고 15torr이상의 압력차가 발샌하면 포집된 매연을 재생하고 다른 여과재 연소망에서는 매연이 포집되도록한 디젤엔진용 배출가스 정화장치이다.
[비교예 1]
여과재 연소망(12a)(12b) 대신에 1평방인치당 100개의 셀을 갖는 코오데라이트제 세라믹필터를 입구부에 NOx 환원 촉매와 출구부에 산화촉매를 담지시켜 사용하고 세라믹 필터 후단에는 허니콤을 설치하지 않은 것을 제외하고는 [실시예 1]과 동일한 디젤엔진 배출가스 정화장치이다.
[표 1] 디젤엔진 배출가스 정화촉매 및 장치의 성능
Figure kpo00001
본 발명에 의한 디젤엔진 배출가스 정화장치는 배출가스를 1차 여과재생부와 2차 환원촉매 산화처리부에서 순차적으로 정화하도록 된 것으로, 본 발명에 의하면, 산화되기 힘든 디젤엔진 배출가스중 입자상물질과 탄화수소를 연소시킬 수 있음은 물론, 입자상 물질이 포집되는 여과재 연소망의 표면적을 확장시켜 입자상물질의 포집을 최대화시킬 수 있고, 1차 여과재생부로부터 정화된 배출가스의 유해가스를 2차 촉매환원 산화처리부 내에서 최종 정화할 수 있으며, 이로 인하여 낮은 온도에서 일산화탄소와 질소산화물의 높은 전화율을 갖을 수 있는 효과가 제공되는 것이다.

Claims (1)

  1. 전기히터(11a)(11b)를 구비하여 엔진측에 연결 설치된 두 개의 1차 여과재생부(10a)(10b)와, 상기 1차 여과 재생부(10a)(10b) 중에서 하나만이 상기 엔진측과 연통되도록 배출가스 유입로(20a)(20b)에 설치되는 밸브(21a)(21b)와, 상기 1차 여과재생부(10a)(10b)의 내부 전, 후방에 각각 설치되어 배출가스의 유입압력과 유출압력을 감지하도록 된 압력센서(P)와, 상기 압력센서(P)에 의해 감지되는 각 1차 여과재생부(10a)(10b)의 내측 전, 후방의 압력차에 의해 해당 밸브(21a)(21b)를 작동시킴과 동시에, 상기 밸브(21a)(21b)에 의해 상기 엔진측과 차단된 1차 여과재생부(10a)(10b) 측의 전기히터(11a)(11b)에 전원을 인가하는 콘트롤부(30)로 이루어진 디젤엔진 배출가스 정화장치에 있어서,
    상기 각 1차 여과재생부(10a)(10b)의 내부에는 상기 전기히터(11a)(11b)가 권회되는 축봉(13a)(13b)이 길이방향으로 설치되고,
    상기 각 축봉(13a)(13b)에는 여과재 연소망(12a)(12b)이 방사형으로 설치되며,
    상기 각 1차 여과재생부(10a)(10b)의 후방으로는 미세하게 분할된 알루미늄산화물, 제올라이트, 이트리아 및 그들이 혼합물상에 부착된 백금그룹금속과 첨가제 사마륨과 세륨을 사용한 산화촉매조성물이 도포되어 이루어진 허니콤(41)이 내설된 2차 촉매환원 산화처리부(40)가 설치되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배출가스 정화장치.
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JPH06330735A (ja) * 1993-05-25 1994-11-29 Toyota Motor Corp ディーゼル機関の排気微粒子除去装置

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