KR100307784B1 - 자동차매연여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 매연 여과장치에 관한 것으로, 후방으로 직경이 확대되고 배기가스 배출용 배기관에 장착되는 유입구(7)가 형성된 전측 커버(4)와, 후방으로 향해 직경이 감소되고 배출구(8)가 형성된 후측 커버(5) 및 상기 전후측 커버(4,5)들 사이에 제공되어 일체로 장착되는 관형의 본체(6)를 구비하여 배기가스 배출용 배기관에 장착되는 하우징(2)과, 상기 하우징 본체(6)의 내부공간에 제공되며 복수개의 배기가스 유입구와 배출구가 형성된 포집셀어셈블리(3)를 포함하며, 상기 포집셀어셈블리(3)는 일측에 개구부(10)가 형성된 복수개의 단위 포집셀(9)을 포함하고, 상기 포집셀(9)은 그 개구부(10)가 교대로 전측 커버(4)와 후측 커버(5)로 향하게 적층되고 상기 개구부(10)와 연통된 공간으로 배기가스 흐름용 유로가 형성되며 상기 적층된 포집셀들 사이의 유로에는 배기가스에 포함된 탄화수소와 같은 오염물질을 포집하는 필터요소(15)가 제공된 구성으로, 여과장치의 보수가 필요한 경우 포집셀어셈블리를 분해하여 손상된 단위 포집셀만을 교체하거나 보수하여 재조립하면 되므로 여과장치의 보수 유지가 매우 간편하며, 배기가스의 흐름을 원활하여 배압이 발생되지 않고, 필터요소로서 실리카펠트를 실리카천으로 감싸 사용함에 따라 재생시의 가열에 따른 열변형에 의해 필터요소가 손상되는 문제가 없다.

Description

자동차 매연 여과장치

본 발명은 자동차 매연 여과장치에 관한 것으로, 특히 자동차에서 배출되는 배기가스에 포함된 탄화수소와 같은 입자상 물질을 여과하기 위한 매연 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에서 배출되는 배기가스에는 이산화탄소, 산소, 질소, 수소등과 같이 무해한 성분과, 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 아황산 및 기타 입자상물질과 미소량의 독성화합물인 유해성분이 있다. 상기 유해성분중에서 특히 일산화탄소와 질소산화물은 인체에 유해하며, 탄화수소와 질소산화물은 태양광선에 의해 광화학반응을 일으켜 스모그의 발생원이 된다. 이같은 이유로 최근 각국에서 자동차 배기가스에 대한 규제가 더욱더 엄격해지고 있다.

이에 대하여 자동차 배기가스에 의한 대기오염을 줄이기 위하여, 한편으로는 자동차 기화기, 에어크리너, 흡기분배관 및 연소실을 개량하고 운전조건을 개선함으로써 실린더에서 완전연소를 촉진하여 오염물질의 생성을 저감시키는 기관개량방식과, 다른 한편으로는 배기가스에 포함된 오염물질을 제거하도록 배기관에 촉매컨버터 또는 필터를 장착하여 사용하는 후처리방식이 있으며, 실제로는 상기 두가지 방식을 적절히 병행하여 사용하고 있다.

본 발명이 대상으로 하는 후처러방식에 있어서, 종래 세라믹필터와 촉매산화여과장치가 많이 사용되고 있다. 상기 세라믹필터는 미세 기공이 형성된 다공성 세라믹판을 포함하여 배기가스가 통과하는 동안 기공보다 큰 입자가 상기 기공벽에 포집되도록 한 것으로, 열팽창률이 낮고 미세기공의 크기를 작게 형성함으로써 여과효율이 증대되지만 그러한 정도의 미세기공 형성이 매우 어려을 뿐만 아니라 오염물질이 기공에 포집 및 축적되면서 기공을 막게 됨에 따라 여과기능이 저하되고 배압이 증가되어 엔진 출력의 저하를 초래한다. 또한, 상기 세라믹필터의 기공이 오염물질의 축적에 의해 막히는 경우, 그 여과물질을 연소시켜 재생할 때 열응력에 의해 파손되기 쉬운 단점이 있었다.

또한, 상기 촉매산화여과장치는 세라믹필터나 스테인레스 강선에 세라믹을 코팅한 후 금속촉매처리하여 배기가스중의 오염물질을 여과함과 동시에 산화반응을 촉진시켜 오염물질의 대기중 배출을 저감시키는 것으로, 오염물질이 내부에 축적되는 량이 적어 배압의 증가가 낮으나, 오염물질의 산화량보다 생성률이 높은 경우 결국 오염물질이 축적되고 재생을 위한 산화시의 열발생이 커져서 필터가 파손되는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 배기가스 필터 또는 여과장치들에 대한 문제점을 해소하도록 안출된 것으로, 복수개의 포집셀을 이격 배치시키되 배기가스용 유로를 다수 형성시켜 입구측과 배출측의 압력강하를 최소화하여 배압상승을 감소시키고, 각각의 포집셀이 실리카섬유의 매트를 포함하여 배기가스에 포함된 오염물질의 포집효율을 향상시킴과 함께 축적된 오염물질의 산화에 의한 재생시 필터 손상의 문제가 없으며, 포집셀을 각각 분해조립할 수 있어 조립작업 및 보수유지가 간편한 자동차 매연 여과장치의 제공을 목적으로 한다.

제1도는 본 발명의 자동차 매연 여과장치의 개략적인 사시도.

제2도는 제1도의 선 A - A에 의한 부분단면도.

제3도는 제1도에 도시된 여과장치의 포집셀 적층구조를 보여주는 부분적으로 절개된 사시도.

제4도는 포집셀의 분해사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 여과장치 2 : 하우징

3 : 포집셀어셈블리 4 : (전측)커버

5 : (후측)커버 6 : 본체

7 : 유입구 8 : 배출구

9 : 포집셀 10 : 개구부

11 : 지지턱 12 : 홀더

13 : 천공판 14 : 구멍

15 : 가스켓 16 : 실리카펠트

17 : 실리카천 18 : 브라켓

20 : 스터드볼트 21 : 플랜지

22 : 공간

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차 매연 여과장치는 후방으로 직경이 확대되고 배기가스 배출용 배기관에 장착되는 유입구가 형성된 전측 커버와, 후방으로 향해 직경이 감속되고 배출구가 형성된 후측 커버 및 상기 전후측 커버들 사이에 제공되어 일체화되는 관형의 본체를 구비하여 배기가스 배출용 배기관에 장착되는 하우징과, 상기 하우징 본체의 내부공간에 제공되며 복수개의 배기가스 유로가 형성된 포집셀어셈블리를 포함하며, 상기 포집셀어셈블리는 복수개의 적층된 단위 포집셀들을 포함하고, 각각의 포집셀은 일측에 배기가스 통로용의 개구부가 측방으로 형성되고 내측에 빈 공간부가 형성된 테형상의 홀더와, 상기 홀더의 내측으로 공간부를 향해 돌축된 지지턱의 상면과 저면에 각각 서로 이격되게 고착되고 다수의 구멍이 형성된 천공판을 구비하고, 상기 한 포집셀 홀더의 천공판과 그에 인접한 다른 포집셀 홀더의 천공판 사이에 제공되어 한 천공판의 구멍들을 통해 유입되어 다른 인접한 천공판의 구멍들을 통과하는 동안 배기가스에 함유된 오염물질을 포집하는 필터요소를 포함하여 구성된다.

상기 포집셀들 각각을 하우징에 분리가능하게 장착하는 브라켓을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 필터요소는 실리카펠트를 실리카천으로 감싸 보지하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 포집셀어셈블리에서 단위 포집셀들은 각각의 홀더에 형성된 개구부가 서로 반대로 위치하게 엇갈려 적층배치된다. 즉, 포집셀어셈블리는 홀더의 개구부가 배기가스 유입구측으로 배치된 한 포집셀에 바로 인접하여 홀더의 개구부가 배출구측으로 향하게 배치되게 다른 포집셀이 배치고정되는 식으로 적층됨으로써, 한 포집셀 홀더의 개구부를 통하여 유입된 배기가스가 필터요소를 통과하면서 오염물질이 포집되고 천공판의 구멍들을 통해 그에 인접된 포집셀 홀더의 천공판들 사이에 형성된 유로와 개구부를 통해 배출구측으로 배출된다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예를 예시한 첨부도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다

제1도는 본 발명에 따른 자동차 매연 여과장치(1)를 도시하고 있으며, 제2도는 제1도의 부분단면도로서 본 발명의 일실시예에 따른 여과장치(1)의 내부구조를 도시하고 있다. 본 발명에 따른 여과장치(1)는 하우징(2)과, 그 속에 장착되는 포집셀 어셈블리(3)를 포함한다. 하우징(2)은 전측 커버(4)와 후측 커버(5) 및 상기 전후측 커버(4,5)들 사이에 분리가능하게 장착되는 본체(6)로 이루어진다. 상기 전측 커버(4)는 배기가스 유입구(7)가 형성되어 자동차 엔진의 배기가스 매니폴더에 연결되고, 후측 커버(5)는 배출구(8)가 형성되어 배기관의 머플러측에 연결된다.

상기 본체(6)에는 제3도에 도시된 바와같이 배기가스에 포함된 탄화수소 입자와 같은 오염물질을 포집하는 복수개의 단위 포집셀(9)이 내부공간에 수직방향으로 적층되어 일체화된 포집셀 어셈블리(3)가 장착된다. 상기 단위 포집셀(9)은 제4도에 도시된 바와같이 일측에 배기가스 유입구용으로로 개구부(10)가 형성된 한편 타측은 폐쇄된 상태로서 양측 단부의 내측에는 서로 대향되게 내측방향으로 돌출된 지지턱(11)이 형성된 테형상의 홀더(12)와, 상기 홀더(12)의 상면과 저면에 각각 용접과 같은 공지의 접합방법에 의해 지지턱(11)의 두께만큼 이격되어 고착되는 천공판(13)들을 포함한다. 상기 천공판(13)에는 다수의 구멍(14)들이 형성되머 배기가스가 통과하도록 한다.

이와같이 천공판(13)들이 고착된 홀더(12)를 적층시키되, 제2도와 제3도에 도시된 바와같이 개구부(10)가 전측과 후측에 교대로 위치하게 배치하며 홀더들 사이의 접촉부분에는 가스켓(15)을 개재시킨다. 후술하는 바와같이 배기가스가 유입되어 통과하는 동안 배기가스가 새지 않도록 한다.

이로써 전측에 배치된 한 홀더(12)의 개구부(10)는 전측의 커버(4)를 통해 유입된 배기가스 매니폴더로 부터의 배기가스가 인입되는 유입구로서 역할을 하는 한편, 그에 인접하게 배치되는 다른 홀더(12)의 후측에 배치되는 개구부(10)는 상기 유입구용 개구부(10)를 통해 유입된 배기가스가 천공판(13)들을 통과하여 배기가스 배출구(8)가 형성된 후측 커버(5)의 내부공간으로 배출되게 하는 배출구로서 역할을 한다.

서로 인접한 홀더(12)들 사이의 대향된 천공판(13)들 사이에는 제3도에 부분적으로 도시된 필터요소(15)가 배치된다. 상기 필터요소(15)는 고온에 견딜수 있는 실리카 섬유의 펠트(felt)(16)를 실리카섬유로 직조된 망사구조의 천(17)으로 감싸는 구조로 이루어지며, 상기 천(17)은 도면에는 한 층의 실리카펠트(16)만을 감싸도록 되어 있으나 복수개의 압축된 펠트들을 적층하여 감싸는 구조로 될 수도 있다. 상기 실러카펠트(16)는 통기성이 양호하여 배기가스가 큰 저항없이 통과할 수 있는 한편, 배기가스가 실리카펠트(16)를 통과하면서 배기가스에 포함된 탄화수소를 비롯한 오염물질이 실리카섬유의 표면에 부착포집되어 오염물질이 제거된 상태로 인접한 천공판(13)의 구멍(14)들을 통해 배출된다.

상기 필터요소(15)의 재료로서 실리카펠트는 내열성 및 내구성이 우수하여 배기가스의 오염물질이 과하게 포집된 경우에 오염물질의 연소시에 손상되거나 열변형에 의해 천공판 또는 홀더가 손상되지 않게 한다.

상기와 같은 포집셀(9)들은 홀더(12)들의 전후측 단부들이 각각 제3도에 도시된 바와 같은 브라켓(18)에 시일용 가스켓의 개재하에 끼워져 적층되고, 상기 브라켓(18)과 홀더(12)들의 외측 주변부에 이격되어 형성된 수납공(19)을 통하여 스터드 볼트(20)를 삽입체결하여 포집셀어셈블리(3)로 조립된다. 이때 스터드볼트는 후술하는 상기 포집셀어셈블리(3)의 외측 주변부에 조립용 볼트의 체결위치들 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 브라켓(18)은 그 외측 주변 단부가 하우징 본체(6)의 양단부에 형성된 플랜지(21)들과 결합되는 전후측 커버(4,5)들의 플랜지(21)들 사이에 배치되어 상기 플랜지들이 볼트로 체결되어 일체화된다. 이때, 상기 플랜지들 사이에는 기밀을 위하여 가스켓이 제공되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 포집셀 어셈블리(3)가 하우징(2)속에 내장된 여과장치(1)의 자동차 배기가스에서 오염물질을 여과하는 작용을 설명하기로 한다.

제2도에서 한 포집셀의 홀더(12)에 고착된 2개의 천공판(13)들 사이의 공간(22)은 유입 배기가스용 유입유로 역할을 하며, 전측 커버(4)의 내부공간으로 향한 배기가스 유입구로서의 개구부(10)를 통해 유입된 배기가스가 제2도와 제3도에서 화살표로 표시된 것과 같이 천공판(13)들의 구멍(14)들을 통해 필터요소(15)인 실리카펠트를 통과하는 동안 배기가스에 포함된 탄화수소를 비롯한 오염물질이 포집되어 배기가스가 정화된 다음, 상기 홀더(12)에 인접하여 개구부(10)가 후측 커버(5)의 내부공간으로 향하도록 배치된 인접 홀더(12)들의 천공판(13)들 사이의 배기가스 배출유로로서 형성된 공간(22)을 통해 개구부(10)로 부터 배출된다.

이와같이, 포집셀(9)의 배기가스 유입유로로서의 공간(22)과 배출유로로서의 공간(22)이 천공판(13)의 전체 길이에 걸쳐 형성됨으로써 배기가스의 흐름이 종래와 비교하여 원활하게 되므로 결국 배압이 형성되지 않게 되어 엔진출력의 저하와 같은 문제가 발생되지 않을 뿐만 아니라, 필터요소(15)의 전체 표면적에서 배기가스의 오염물질의 포집이 이루어지므로 배기가스의 정화작용이 효율적으로 수행된다.

배기가스 여과장치를 일정기간이상 사용하면 포집셀의 필터요소(15)에 오염물질이 과도하게 축적되면 배기가스의 흐름을 저해하게 되어 배압이 상숭됨에 따라 엔진출력의 저하와 같은 문제가 발생되므로 이를 방지하기 위하여 일정기간 여과장치를 사용한 다음에는 필터요소(15)에 포집된 오염물질을 연소시켜 제거하고 재사용하는 것이 바람직하다.

특히, 전기적 재생장치에 적합하게 하기 위하여 홀더에 고착되는 천공판(13)을 전기적 저항이 큰 재료로 형성함으로써 천공판에 전기를 통전시킴에 따라 천공판의 전기저항열에 의해 인접한 필터요소(15)에 포집되어 축적된 오염물질이 연소되며, 이때 홀더의 개구부(10)들로 바람을 송풍시켜 연소된 오염물질의 제거가 보다 완전하게 이루어진다. 이와 같은 전기저항이 큰 천공판을 모든 홀더에 채용하여 사용하거나 도면에 도시된 바와같이 전기저항이 큰 천공판(13)을 채용한 홀더를 포집셀어셈블리에서 교대로 배치되게 함으로도 큰 효과가 있다.

본 발명에 따라 복수의 단위 포집셀들을 포집셀 어셈블리로 조립한 구성으로 여과장치의 보수가 필요한 경우 포집셀 어셈블리를 분해하여 손상된 단위 포집셀만을 교체하거나 보수하여 재조립하면 되므로 종래와 비교하여 여과장치의 보수 유지가 매우 간편할 뿐만 아니라 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있다. 또한, 여과장치에서 홀더에 이격되어 고착된 천공판들 사이의 전체 공간이 배기가스 유입 및 배출 유로로서 사용되어 배기가스의 흐름을 원활하게 하면서 필터요소(15)의 전체면적에서 오염물질의 포집작용이 이루어지므로 배압이 발생되지 않고 오염물질 제거효과가 향상된다. 아울러, 본 발명의 여과장치는 필터요소로서 실리카펠트를 실리카천으로 감싸 사용함에 따라 배기가스의 열 및 재생시의 가열에 따른 열변형에 의해 필터요소가 손상되는 문제가 없으므로, 종래 세라믹필터의 경우 열변형에 의해 손상되기 쉽고 부분적으로 파손되더라도 전체 여과장치를 교체해야 하는 것과 비교하여 여과장치의 내구성이 향상되고 비용절감 효과가 큰 장점이 있다.

Claims (2)

1. 후방으로 직경이 확대되고 배기가스 배출용 배기관에 장착되는 유입구(7)가 형성된 전측 커버(4)와, 후방으로 향해 직경이 감소되고 배출구(8)가 형성된 후측 커버(5) 및 전후측 커버(4,5)들 사이에 제공되어 일체로 장착되는 관형의 본체(6)를 구비하는 하우징(2)과; 상기 하우징 본체(6)의 내부공간에 설치되고, 그 개구부(10)와 연통된 배기가스 흐름용 유로내에 필터요소(15)가 설치된 단위 포집셀(9)이 각각 분해 조립가능한 구조로 복수개 적층형성된 포집셀어셈블리(3)를 구비하되; 상기 각각의 포집셀(9)은 교호로 배기가스 통로용의 개구부(10)가 측방으로 형성되고 내측에 공간부가 형성된 홀더(12)와, 상기 홀더(12)의 내측으로 공간부를 향해 돌출된 지지턱(11)과, 상기 지지턱(11)의 상면과 저면에 각각 서로 이격되게 고착되고, 다수의 구멍(14)이 천공되며, 전기저항 발열체로 구성된 천공판(13)을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 자동차 매연 여과장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 적층된 포집셀들 홀더들(12)의 전후측 단부들은 복수개의 스터드볼트(20)로 일체로 고정시키고, 외측 주연부의 하우징(2)과 전후측 커버(4,5)의 플랜지(21)들 사이에 배치되어 체결고정되는 브라켓(18)이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차 매연 여과장치.

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