KR100593249B1 - Regenerative diesel particulate filter system comprising microwave heater - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배기 관로에 장착되어 차량 등의 운행 중에 필터에 누적된 매연을 모니터링 및 연소함으로써 적절한 시기에 필터를 재생하는 디젤 엔진 매연 필터 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 촉매 담지 다공성 필터, 배출 가스의 유입구 및 유출구를 구비하고 상기 촉매 담지 다공성 필터를 수용하는 전도성 하우징, 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생 수단, 상기 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파를 상기 전도성 하우징 내부로 전송하기 위한 마이크로파 전송 수단, 상기 하우징에 장착되어 배기 가스의 상태를 검출하는 검출 수단 및 상기 검출 수단의 검출 신호에 근거하여 상기 마이크로파 발생수단의 동작을 제어하는 전자 제어 수단을 포함하는 디젤 매연 필터 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 소비 전력이 최소화되고 파손 또는 용융의 우려가 없는 디젤 매연 필터 시스템을 제공할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diesel engine soot filter system mounted on an exhaust pipe and regenerating the filter at an appropriate time by monitoring and combusting soot accumulated in the filter during operation of a vehicle or the like. The present invention includes a catalyst carrying porous filter, an inlet and an outlet of an exhaust gas, and a conductive housing accommodating the catalyst carrying porous filter, a microwave generating means for generating microwaves, and microwaves generated by the microwave generating means. A diesel particulate filter comprising microwave transmission means for transmitting to the apparatus, detection means mounted to the housing for detecting a state of exhaust gas, and electronic control means for controlling the operation of the microwave generating means based on a detection signal of the detection means. Provide a system. According to the present invention, it is possible to provide a diesel particulate filter system which minimizes power consumption and is free of breakage or melting.
디젤 매연 필터, 마이크로파, 촉매, 다공성 필터, 배압, 센서 Diesel particulate filter, microwave, catalyst, porous filter, back pressure, sensor
Description
도 1a 및 도 1b는 종래의 디젤 매연 필터 시스템에서 필터의 과열 또는 온도 불균일 현상에 의해 필터가 용융 및 파손된 모습을 각각 촬영한 사진이다.1A and 1B are photographs of the filter melted and broken due to overheating or temperature non-uniformity of the filter in the conventional diesel particulate filter system, respectively.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 매연 필터 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing the configuration of a diesel particulate filter system according to an embodiment of the present invention.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 디젤 매연 필터 시스템에 사용되는 벽유동 하니콤 모놀리쓰형 필터의 정면 및 단면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.3A and 3B schematically illustrate the front and cross-sectional structures of the wall flow honeycomb monolithic filter used in the diesel particulate filter system of FIG. 2, respectively.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명><Short description of the symbols in the drawings>
110 : 마이크로파 제어기 120 : 마이크로파 발생 수단 110: microwave controller 120: microwave generating means
122 : 마이크로파 전송 수단 200 : 필터 어셈블리122: microwave transmission means 200: filter assembly
210 : 필터 212 : 개방 채널210: filter 212: open channel
214 : 폐쇄 채널 216 : 다공성 벽체214: closed channel 216: porous wall
218 : 유출단 224 : 하우징218: outlet 224: housing
240 : 단열 수단 242 : 온도 센서240: heat insulation means 242: temperature sensor
244, 246 : 압력 센서244, 246: pressure sensor
본 발명은 디젤 엔진에서 발생하는 매연을 여과하는 디젤 엔진 매연 필터 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배기 관로에 장착되어 차량 등의 운행 중에 필터에 누적된 매연을 모니터링 및 연소함으로써 적절한 시기에 필터를 재생하는 디젤 엔진 매연 필터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a diesel engine soot filter system for filtering soot generated from a diesel engine. More specifically, the present invention relates to a diesel engine soot filter system. A regenerative diesel engine particulate filter system.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 '매연'이라는 용어는 연료의 연소에 의해 발생되는 미세 입자를 지칭하는 것으로서, 이것은 당업계에서 입자상 물질(particulate material, PM), 수우트(soot) 또는 미세 먼지로도 불린다.As used in the description of the present invention, the term 'soot' refers to the fine particles generated by the combustion of fuel, which in the art is referred to as particulate material (PM), soot or fine dust. It is also called.
디젤 엔진 매연 필터(diesel particulate filter, DPF) 시스템은 디젤 차량 등의 엔진과 머플러 사이에 장착하여 디젤 엔진에서 발생하는 배출 가스 중 매연을 포집 및 연소한 뒤 대기 중으로 방출하는 장치를 말한다. A diesel particulate filter (DPF) system is a device installed between an engine such as a diesel vehicle and a muffler to capture and burn soot in the exhaust gas generated from a diesel engine and release it to the atmosphere.
이러한 장치의 일례로 미국특허 제6,709,489호를 들 수 있다. 상기 특허의 장치는 필터로서 코디어라이트(2MgO-2Al2O3-5SiO2) 재질의 하니콤형 필터를 사용하고 있다. 상기 필터는 배기 가스의 진행 방향에 평행한 복수의 채널로 구성되어 있는데, 배기 가스의 유입측에 대해 개방된 채널 및 폐쇄된 채널이 평면적으로 교번 형성된 구조를 갖고 있다. 상기 필터의 개방 채널로 유입된 배기 가스는 개방 채널의 끝단 부근 또는 채널 벽에 매연을 축적하며, 나머지 배기 가스는 채널 벽을 통한 소위 벽유동(wall-flow)을 통해 필터 외부로 배출된다. An example of such a device is US Pat. No. 6,709,489. The device of the patent uses a honeycomb filter made of cordierite (2MgO-2Al 2 O 3 -5SiO 2 ) as a filter. The filter is composed of a plurality of channels parallel to the traveling direction of the exhaust gas, and has a structure in which open and closed channels are alternately planarly formed on the inlet side of the exhaust gas. Exhaust gas entering the open channel of the filter accumulates soot near the end of the open channel or on the channel wall, and the remaining exhaust gas is discharged out of the filter through a so-called wall-flow through the channel wall.
이와 같은 매연 필터 시스템에서는 필터에 축적된 입자상 물질에 의해 채널 벽이 막히게 되므로, 이를 제거하여 필터를 재생하는 과정이 필요하다. 상기 특허는 필터의 재생을 위한 에너지원으로 마이크로파를 이용하고 있다. 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파는 상기 필터로 전송되어 상기 필터를 유전 가열하며, 필터의 가열에 의해 필터에 축적된 매연은 연소되어 제거된다.In such a soot filter system, since the channel wall is blocked by particulate matter accumulated in the filter, a process of regenerating the filter by removing it is necessary. The patent uses microwaves as an energy source for the regeneration of filters. The microwaves generated by the microwave generating means are transmitted to the filter to dielectrically heat the filter, and the smoke accumulated in the filter by the heating of the filter is burned and removed.
이와 같은 종래의 디젤 매연 필터 시스템에서 필터에 축적된 매연의 연소를 위해서는 650 ℃ 이상의 고온이 요구된다. 따라서 고온 가열을 위해 과도한 배터리 전력의 소모가 발생하게 되며 차량 등에 이 시스템을 적용하는 것은 사실상 곤란하다. 더욱이, 매연의 연소 과정에서 발생하는 열량으로 필터의 온도가 1000 ℃를 초과하는 경우도 발생하는데, 이러한 온도는 필터의 용융을 초래하고 국부적인 온도 구배를 형성하여 필터의 파손을 초래할 수 있다.In the conventional diesel particulate filter system, a high temperature of 650 ° C. or higher is required for combustion of the soot accumulated in the filter. Therefore, excessive battery power is consumed for high temperature heating, and it is practically difficult to apply this system to a vehicle. Moreover, the amount of heat generated in the combustion process of soot may occur when the temperature of the filter exceeds 1000 ° C., which may cause the filter to melt and form a local temperature gradient, resulting in breakage of the filter.
한편, 필터에 촉매를 담지 또는 코팅함으로써 필터의 재생 온도를 낮추고자 하는 시도가 있어 왔다. 이 기술은 필터를 구성하는 세라믹 담체에 촉매 물질을 담지 또는 도포시켜 필터에 포집된 매연을 약 250 ℃ 이상, 바람직하게는 약 350 ℃ 이상의 온도에서 연소 또는 산화시킴으로써 필터를 재생한다. 그러나 엔진 배기 가스의 온도가 낮을 때, 예를 들어 시동 직후나 공회전시 또는 시내 주행과 같은 저속 주행시에는 배출가스의 온도가 촉매 활성 온도보다 낮기 때문에 원활한 재생이 이루어질 수 없다. 이러한 상태가 장시간 지속되면, 상기 시스템의 필터에는 상당량의 매연이 축적된다. 축적된 매연은 필터의 기공을 막아 엔진의 배압(back pressure)을 상승시키며, 결국 엔진 성능에 악영향을 미치게 되고 심지어 엔진이 정지하는 상황이 발생하기도 한다. 더욱이 고속 주행시 고온의 배기 가스가 유입될 때에는 축적된 매연이 급격히 연소되므로, 필터가 1000 ℃ 이상의 고온 상태가 되어 필터를 국부적으로 용융시키거나 필터 내부에 온도 구배를 형성하여 필터를 파손시킨다.On the other hand, there have been attempts to lower the regeneration temperature of the filter by supporting or coating the catalyst on the filter. This technique regenerates the filter by burning or oxidizing the catalyst material on the ceramic carrier constituting the filter to burn or oxidize the soot collected in the filter at a temperature of at least about 250 ° C, preferably at least about 350 ° C. However, when the temperature of the engine exhaust gas is low, for example, immediately after start-up or at low speeds such as idling or running at low speeds, smooth regeneration cannot be performed because the temperature of the exhaust gas is lower than the catalyst active temperature. If this condition persists for a long time, a significant amount of soot accumulates in the filter of the system. Accumulated soot blocks the pores of the filter and increases the back pressure of the engine, which in turn can adversely affect engine performance and even cause the engine to shut down. Furthermore, when the exhaust gas of high temperature flows in at high speed, the accumulated soot is rapidly burned, and the filter is brought to a high temperature of 1000 ° C. or higher to locally melt the filter or to form a temperature gradient inside the filter to damage the filter.
이와 같이, 종래의 마이크로파 재생 방식 및 촉매 재생 방식의 매연 필터 시스템은 필터의 용융 및 파손이라는 문제점을 나타낸다. 도 1a 내지 도 1b는 각각 종래의 매연 필터 시스템에서 발생하는 필터의 용융 및 파손 상태를 촬영한 사진이다.As described above, the conventional soot filter system of the microwave regeneration method and the catalyst regeneration method exhibits a problem of melting and breakage of the filter. 1A to 1B are photographs photographing melted and broken states of a filter generated in a conventional soot filter system, respectively.
이 밖에도, 종래의 마이크로파 재생 방식과 촉매 재생 방식의 매연 필터 시스템은 재생시 매연의 소결에 의해 디젤 엔진의 성능에 치명적인 악영향을 미칠 수 있다.In addition, the soot filter system of the conventional microwave regeneration method and the catalyst regeneration method may have a fatal adverse effect on the performance of the diesel engine by the sintering of the soot during regeneration.
엔진 배기 가스는 엔진 오일 첨가제의 Ca, Zn 및 Mg 산화물 또는 엔진 마모로 인한 Fe, Cu, Cr 산화물과 엔진 배기관의 부식에 의한 다종의 산화물을 포함하고 있으며, 이들 금속 산화물은 매연 필터 시스템의 필터를 통과하면서 포집된다. 포집된 금속 산화물 입자는 전술한 촉매 재생 방식 및 마이크로파 재생 방식에서 종종 발생하는 1000 ℃ 이상의 고온 과열 현상에 의해 소결되어 필터에 들러붙거나 조대한 입자를 형성한다. 이와 같이 소결된 매연의 재는 필터의 개기공을 막게 되고, 결국 엔진 배압을 상승시켜 엔진의 효율을 저하시킨다.Engine exhaust gases contain Ca, Zn and Mg oxides in the engine oil additives or Fe, Cu, Cr oxides due to engine wear and a variety of oxides due to corrosion of the engine exhaust pipes. These metal oxides are used to filter the soot filter system. Captured as it passes. The trapped metal oxide particles are sintered by a high temperature superheat phenomenon of 1000 ° C. or more often occurring in the above-described catalyst regeneration method and microwave regeneration method, thereby adhering to the filter or forming coarse particles. The ash of the sintered soot blocks the open pores of the filter, which in turn raises the engine back pressure and lowers the efficiency of the engine.
전술한 바와 같이, 종래의 디젤 매연 필터 시스템들은 필터의 과열 등에 의한 필터의 용융 및 파손 문제와 매연의 소결로 인한 엔진 배압 증가의 문제점을 가 지고 있어, 디젤 차량과 고도의 신뢰성이 요구되는 산업 분야에는 적용이 곤란하다. As described above, the conventional diesel particulate filter systems have problems of melting and breaking of the filter due to overheating of the filter and increasing the engine back pressure due to the sintering of the fumes. It is difficult to apply.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배기 가스의 상태에 무관하게 적절한 시기에 필터에 포집된 매연을 연소함으로써, 매연의 연소로 인해 필터의 파손 또는 용융이 유발되지 않으며 매연의 소결에 의한 엔진 배압의 증가의 문제가 발생하지 않는 디젤 매연 필터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, by burning the soot trapped in the filter at an appropriate time irrespective of the state of the exhaust gas, the combustion of the soot does not cause breakage or melting of the filter and the sintering of the soot An object of the present invention is to provide a diesel particulate filter system in which the problem of increase in engine back pressure does not occur.
또한, 본 발명은 필터의 재생에 필요한 시스템의 소비 전력을 최소화할 수 있는 디젤 매연 필터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a diesel particulate filter system that can minimize the power consumption of the system required for the regeneration of the filter.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 촉매 담지 다공성 필터; 배출 가스의 유입구 및 유출구를 구비하고, 상기 촉매 담지 다공성 필터를 수용하는 함과 아울러 마이크로파 가열실을 형성하는 전도성 하우징; 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 수단; 상기 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파를 상기 전도성 하우징 내부의 상기 다공성 필터에 전송하여 상기 다공성 필터를 직접 가열토록 하는 마이크로파 전송 수단; 상기 하우징에 장착되어 배기 가스의 상태를 검출하는 검출 수단 및
상기 검출 수단의 검출 신호에 근거하여 상기 마이크로파 발생수단의 동작을 제어하는 전자 제어 수단을 포함한다.The present invention is a catalyst-supported porous filter to achieve the above technical problem; A conductive housing having an inlet and an outlet of the exhaust gas and accommodating the catalyst carrying porous filter and forming a microwave heating chamber; Microwave generating means for generating microwaves; Microwave transmitting means for transmitting the microwaves generated by the microwave generating means to the porous filter inside the conductive housing to directly heat the porous filter; Detection means mounted to the housing to detect a state of the exhaust gas;
And electronic control means for controlling the operation of the microwave generating means based on the detection signal of the detection means.
본 발명에서 상기 다공성 필터는 마이크로파 흡수 물질을 더 포함할 수 있으며, 이 때 상기 촉매 입자들은 상기 마이크로 흡수 물질상에 도포되는 것이 바람직 하다. In the present invention, the porous filter may further include a microwave absorbing material, wherein the catalyst particles are preferably applied on the micro absorbing material.
본 발명에서 상기 필터에 담지되는 상기 촉매는 귀금속 또는 전이 금속 촉매일 수 있다. In the present invention, the catalyst supported on the filter may be a noble metal or a transition metal catalyst.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 검출 수단은 온도 센서를 포함하고, 상기 전자 제어 수단은 상기 다공성 필터로 유입되는 배기 가스의 온도가 상기 촉매의 활성 온도 이하인 경우 상기 마이크로파 발생 수단을 동작시키며, 상기 배기 가스의 온도가 상기 촉매 활성 온도 이상인 경우 상기 마이크로파 발생 수단의 동작을 정지시키는 기능을 수행한다. 이와 달리, 상기 검출 수단은 압력 센서를 포함하고, 상기 전자 제어 수단은 상기 다공성 필터로 유입되는 배기 가스의 압력이 소정 압력 이상인 경우 상기 마이크로파 발생 수단을 동작시키며, 상기 배기 가스의 압력이 소정 압력 이하인 경우 상기 마이크로파 발생 수단의 동작을 중지시키는 기능을 수행할 수도 있다. 또, 본 발명에서 상기 검출 수단은 2개의 압력 센서를 포함하고, 상기 전자 제어 수단은 상기 필터로 유입되는 배기 가스의 압력과 상기 필터에서 유출되는 배기 가스의 압력의 차이에 의해 상기 마이크로파 발생 수단의 동작을 제어할 수도 있으며, 이것은 상기 필터의 유입측과 유출측의 압력차를 측정하기 위한 압력차 센서에 의해 구현될 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the detecting means includes a temperature sensor, and the electronic control means operates the microwave generating means when the temperature of the exhaust gas flowing into the porous filter is equal to or less than the active temperature of the catalyst, When the temperature of the exhaust gas is higher than the catalyst active temperature, the function of stopping the operation of the microwave generating means. Alternatively, the detecting means includes a pressure sensor, and the electronic control means operates the microwave generating means when the pressure of the exhaust gas flowing into the porous filter is greater than or equal to a predetermined pressure, and the pressure of the exhaust gas is less than or equal to a predetermined pressure. In this case, the function of stopping the operation of the microwave generating means may be performed. In addition, in the present invention, the detecting means includes two pressure sensors, and the electronic control means may be configured by the difference between the pressure of the exhaust gas flowing into the filter and the pressure of the exhaust gas flowing out of the filter. The operation may be controlled, which may be implemented by a pressure difference sensor for measuring the pressure difference between the inlet and outlet sides of the filter.
본 발명에서 상기 다공성 필터와 상기 하우징 사이에 배기 가스의 유동을 막고 상기 필터를 단열하는 단열 수단을 더 포함할 수도 있다.In the present invention may further comprise a heat insulating means for blocking the flow of exhaust gas between the porous filter and the housing and insulates the filter.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 매연 필터 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing the configuration of a diesel particulate filter system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 필터 시스템은 디젤 엔진의 배기 관로에 부착된 필터 어셈블리(200)를 포함하고 있다. 상기 필터 어셈블리(200)는 다공성 필터(210)와 상기 다공성 필터(210)를 수용 및 지지하는 하우징(224)을 포함하여 구성되며, 디젤 엔진의 배기 관로에 삽입된다. 상기 하우징(224) 내부 영역은 마이크로파 발생 수단(120)의 공급 에너지에 의해 마이크로파 가열실을 형성한다. 상기 하우징은 상기 마이크로파 가열실 내부에 마이크로파를 가둘 수 있도록 비유전성 물질, 바람직하게는 도전성 금속으로 제작되는 것이 좋다.2, the filter system of the present invention includes a
상기 다공성 필터(210)는 코디어라이트, 알루미나, 탄화규소, 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2), 제올라이트, 활성탄 또는 실리카와 같은 세라믹 물질을 재질로 하여 형성된다. 본 발명에서 상기 필터(210)의 구조로는 하니콤 모놀리쓰형(honeycomb monolith), 주름 섬유형(pleated fiber), 발포형(foam) 필터를 불문한다. 또한 배기 가스의 유동 형태, 즉 벽유동형(wall-flow type) 또는 채널 유동형(channel-flow type)을 불문하고 여하한 구조의 필터도 본 발명의 필터로 사용될 수 있다.The
도 3a 및 도 3b는 도 1의 필터(210)의 일부를 배기 가스의 유입구 측에서 바라본 정면도이다. 3A and 3B are front views of a part of the
도 3a를 참조하면, 상기 필터(210)는 지지체를 형성하는 복수의 격자형 벽체 (216)에 의해 구분되어 배기 가스의 유입 방향에 대해 평행한 복수의 채널(212, 214)을 구비하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 채널들은 유입 가스에 대해 개방된 채널(212) 및 폐쇄된 채널(214)로 구분할 수 있으며, 개방 채널(212) 및 폐쇄 채널(214)은 평면적으로 볼 때 서로 교번하면서 형성되어 있다. Referring to FIG. 3A, the
도 3b는 도 3a의 필터를 A-A'을 따라 절단한 상태의 단면을 도시한 도면이다. 도 3b를 참조하면, 상기 필터(210)의 개방 채널(212)의 유출단(218)은 폐쇄되어 있다. 이에 따라 상기 필터(210)의 개방 채널(212)로 유입된 배기 가스는 폐쇄된 유출단(218)에 가로막히게 되며, 다공성 벽체(216)를 관통하여 배출된다(화살표 참조). 이에 따라 배기 가스에 포함된 입자상 물질은 상기 개방 채널(212)의 유출단과 다공성 벽체(216)에 포집되며, 배기 가스에 포함된 입자상 물질의 농도는 감소하게 된다.3B is a cross-sectional view of the filter of FIG. 3A taken along line AA ′. Referring to FIG. 3B, the
도 3a 및 도 3b는 본 발명에서 사용 가능한 필터 구조의 일례에 불과하며, 전술한 다른 구조의 필터도 사용 가능하다. 예컨대, 세라믹 섬유를 주름 성형한 시트와 평판 시트를 접착하여 제조된 주름 섬유형 필터도 사용 가능하다. 주름 섬유형 필터에서는 주름 시트와 평판 시트에 의해 규정되는 내부 공간은 전술한 도 3a 내지 도 3b의 개방 채널(212)과 유사하게 배기 가스의 통과 채널로 기능하게 된다.3A and 3B are only examples of filter structures usable in the present invention, and filters of other structures described above may also be used. For example, a pleated fibrous filter manufactured by adhering a sheet pleated with ceramic fibers and a flat sheet may be used. In the pleated fibrous filter, the inner space defined by the pleated sheet and the flat sheet serves as a passage channel for the exhaust gas, similar to the
본 발명에서 상기 필터(210)는 매연의 연소를 활성화하는 촉매를 담지하고 있다. 상기 촉매는 매연의 산화를 촉진하여 연소 온도를 낮춘다. 상기 촉매는 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Ir, Os, Ni, Co, Au, Ag 등의 귀금속 촉매 또는 전이 금속 촉매를 포함한다. 상기 촉매는 약 250 ~ 400 ℃의 온도에서 활성화되어 상기 매연 의 연소를 촉진한다. 또한, 본 발명에서 상기 촉매로는 나열된 금속 촉매와 다른 산화물 촉매가 조합된 형태, 예컨대 Pt/BaO와 같은 형태의 촉매가 사용될 수도 있다. 상기 촉매는 딥핑(dipping)과 같은 통상의 도포 수단에 의해 필터 표면에 도포되거나 필터 내부에 도핑될 수 있다. 상기 촉매 입자는 나노 스케일, 즉 수 ~ 수백 nm의 입자 크기로 상기 필터에 분산되는 것이 바람직하다.In the present invention, the
또한 본 발명에서 상기 필터(210)는 마이크로파 흡수 물질을 더 포함할 수 있다. 마이크로파 흡수 물질은 상기 필터(210)의 지지체로 코디어라이트와 같이 마이크로파 흡수 성능이 낮은 재질을 사용할 경우 특히 유용하다. 상기 마이크로파 흡수 물질은 마이크로파 발생 수단에서 발생되어 전송되는 마이크로파를 흡수하여 가열된다. 상기 마이크로파 흡수 물질은 SiC, 금속 산화물과 같이 높은 유전율과 내열성을 갖는 유전 물질이 사용된다. 상기 마이크로파 흡수 물질은 필터의 표면에 도포되거나 필터 지지체 제조시 내부에 도핑된다. 마이크로파 흡수 물질이 필터 표면에 도포되는 경우, 상기 촉매가 마이크로파 흡수 물질 외부에 노출될 수 있도록 상기 촉매의 도포 공정은 마이크로파 흡수 물질의 도포 후에 실시되는 것이 바람직하다. In addition, in the present invention, the
다시 도 1을 참조하면, 상기 필터(210)와 하우징(222) 사이에는 단열 수단(240)이 삽입되어 있다. 상기 단열 수단(240)은 배기 가스가 필터와 하우징(222) 사이로 유동하는 것을 방지하고, 상기 필터(210)를 단열한다. Referring back to FIG. 1, a heat insulation means 240 is inserted between the
도시된 바와 같이, 본 발명의 어셈블리(200)에는 1 종 이상의 센서가 장착될 수 있다. 상기 센서는 배기 가스의 상태 정보, 예컨대 온도 및/또는 압력을 검출한 다. 상기 센서에서 검출된 온도 및/또는 압력 정보는 마이크로파 발생 수단(120)의 구동 정보로 사용된다. 본 발명에서 온도 센서(242)로는 써미스터와 같은 통상의 온도 센서가 사용될 수 있으며, 압력 센서(244, 246)로는 다이아프램식 압력 센서 또는 반도체 압력 센서가 사용될 수 있다.As shown, the
마이크로파 제어기(110)는 센서의 검출 정보를 기초로 마이크로파 발생 수단(120)의 동작을 제어한다. 본 발명에서 상기 마이크로파 제어기(110)는 별도의 마이크로 콘트롤러에 의해 구현될 수도 있으나, 차량 등에 탑재된 전자 제어 유닛(Electronic control unit, 이하 'ECU'라 한다)에 통합되어 구현될 수도 있다.The
상기 마이크로파 제어기(110)는 상기 어셈블리(200)에 장착된 센서, 예컨대 온도 센서(242)로부터 배기 가스의 온도를 입력받아 배기 가스의 온도가 촉매 활성 온도 이하인 경우에는 마이크로파 발생 수단(120)을 동작시킨다. 마이크로파 발생 수단(120)에서 발생된 마이크로파는 도파관 또는 동축 케이블과 같은 전송 수단(122)에 의해 마이크로파 가열실로 유도되어 필터의 지지체를 이루고 있는 유전 물질, 마이크로파 흡수 물질 및/또는 필터에 포집된 매연을 직접 가열한다. 공급되는 마이크로파 에너지는 필터의 온도를 촉매의 활성에 적합한 온도인 약 250 ℃ 이상, 바람직하게는 약 350 ℃ 이상의 온도로 유지하여 상기 필터(210)에 포집된 매연을 연소한다. The
상기 배기 가스의 온도가 촉매 활성 온도 이상인 경우, 상기 마이크로파 제어기(110)는 마이크로파 발생 수단(120)의 동작을 중지시킨다. 이 때에는 배기 가스 자체의 온도에 의해 촉매가 충분히 활성화되므로 마이크로파 발생 수단(120)의 개재 없이 필터의 재생이 가능하다.When the temperature of the exhaust gas is higher than the catalyst active temperature, the
이와 같이 본 발명의 필터 시스템에서는 엔진의 운전 상태, 즉 배기 가스의 온도에 무관하게 적절한 시점에 필터를 재생한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 포집된 매연이 필터에 누적되지 않으며, 포집된 매연의 급격한 연소로 인해 필터가 과열되어 용융 또는 파손될 우려가 없다. Thus, in the filter system of the present invention, the filter is regenerated at an appropriate time regardless of the operating state of the engine, that is, the temperature of the exhaust gas. Therefore, according to the present invention, the collected soot does not accumulate in the filter, and there is no fear that the filter is overheated and melted or broken due to the rapid combustion of the collected soot.
한편, 본 발명의 마이크로파 제어기(110)의 제어는 배기 가스의 압력을 기초로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 제어기(110)는 배기 가스의 유입측에 장착된 압력 센서(244)가 측정한 배압이 소정 압력 이상일 때에는 상기 마이크로파 발생 수단을 작동시키며, 소정 압력 이하일 때에는 마이크로파 발생 수단의 동작을 중지시킬 수 있다. 여기서, 마이크로파 발생 수단 작동 여부의 기준이 되는 배압은 통상의 엔진 배압을 기준으로 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 선택 또는 특정할 수 있으므로, 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.On the other hand, the control of the
또한, 마이크로파 발생 수단(120)의 동작 제어는 필터의 배기 가스 유입측과 유출측의 압력차에 근거하여 수행될 수도 있다. 이것은 필터의 유입측 및 유출측에 각각 압력 센서(244, 246)를 설치하거나 또는 압력차 센서(도시하지 않음)를 설치하여 필터의 유입측 및 유출측의 압력차를 구하고, 구해진 압력차가 소정 수치를 넘게 될 때 상기 마이크로파 제어기(110)를 동작시킴으로써 수행될 수 있다. In addition, operation control of the microwave generating means 120 may be performed based on the pressure difference between the exhaust gas inlet side and the outlet side of the filter. The pressure difference between the inlet and outlet of the filter is determined by providing
별도로 설명하지는 않지만, 본 발명의 마이크로파 제어기(110)가 전술한 온도 및 압력을 모두 변수로 고려하여 마이크로파 발생 수단(120)을 제어할 수도 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에서 마이크로파 제어기(110)의 제어는 배기 가스의 상태 정보 뿐만 아니라 주행 거리 정보에 따라 수행될 수도 있다. 예컨대, 상기 마이크로파 제어기(110)는 차량의 주행 거리 센서(도시하지 않음)의 출력 또는 ECU의 주행 거리 정보를 기초로 일정 주행 거리(예컨대 100 km)마다 주기적으로 마이크로파 발생 수단(120)을 동작시켜 매연을 연소시킬 수도 있다.Although not described separately, of course, the
전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 구현 형태를 예시한 것에 불과하다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 앞서 설명한 실시예들에 다양한 변형 및 수정을 가할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 정도의 변형 및 수정은 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다. The above-described embodiments of the present invention are merely illustrative of embodiments of the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and modifications to the above-described embodiments, the modifications and modifications to the extent that does not depart from the scope of the technical spirit of the present invention the scope of the present invention Will belong to.
본 발명의 디젤 매연 필터 시스템은 배기 가스의 온도에 무관하게 적절한 재생 시점에 필터의 재생 동작을 수행할 수 있다. 또한 본 발명의 디젤 매연 필터 시스템은 금속 촉매를 사용하여 저온 상태에서 필터의 재생을 수행한다. 이에 따라 저온에서 지속적으로 포집된 매연을 연소시킴으로써 종래의 시스템에서 발견되는 이상 고온 현상 및 이로 인한 매연의 소결 현상이 발생하지 않는다. 결국 본 발명의 필터 시스템은 필터의 파손, 용융 및 엔진 배압 증가의 우려가 종래에 비해 현저히 낮아지고 제품의 신뢰성이 향상된다. 또한 본 발명에 따르면, 엔진 상태에 따라 마이크로파 재생 및 촉매 재생을 선택적으로 수행함으로써 디젤 엔진 필터 시스템이 소비하는 전력을 최소화할 수 있다. The diesel particulate filter system of the present invention can perform the regeneration operation of the filter at an appropriate regeneration time regardless of the temperature of the exhaust gas. In addition, the diesel particulate filter system of the present invention uses a metal catalyst to perform regeneration of the filter in a low temperature state. Accordingly, by burning the soot continuously collected at a low temperature, the abnormal high temperature phenomenon and the sintering phenomenon of the soot, which are found in the conventional system, do not occur. As a result, the filter system of the present invention has a significantly lower risk of breakage, melting, and increased engine back pressure than in the prior art, and improves the reliability of the product. In addition, according to the present invention, by selectively performing the microwave regeneration and catalyst regeneration according to the engine condition it is possible to minimize the power consumed by the diesel engine filter system.
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