KR100712308B1 - 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속담체내에 일부 포집구조를 두어 일부의 PM을 저감하고 담체 내에 포집된 PM을 전기히터에 의해 주기적으로 재생시켜 줌으로써 부분포집장치의 성능이 떨어지지 않게 하여 지속적으로 PM제거 효율을 높일 수 있는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치에 관한 것으로, 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치에 있어서, 금속 담체의 전단에 전기히터가 일체로 결합되고, 상기 금속담체는 PM을 부분적으로 포집할 수 있는 포집구조를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치이다.

디젤, 전기히터, 금속담체

Description

금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치{Diesel Exhaust aftertreatment using the metallic substrate}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치의 개념도

도 2는 도 1에 사용된 전기히터의 정면도

도 3a 및 도 3b는 도 1에 사용된 금속담체의 정면도 및 적층상태의 개념도

도 4a 및 도 4b는 부분포집이 가능한 금속담체의 예의 사시도 및 정면도

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10: 파판 11: 평판

12: 땜납제 13: 포집된 매연

100: 금속담체 101: 파판

102: 평판 200: 전기히터

201: 스트립

본 발명은 금속 담체를 이용한 디젤엔진 배기가스 저감 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속담체내에 일부 포집구조를 두어 일부의 PM을 저감하고 담체 내에 포집된 PM을 전기히터에 의해 주기적으로 재생시켜 줌으로써 부분포집장치의 성능이 떨어지지 않게 하여 지속적으로 PM제거 효율을 높일 수 있는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 배기가스 저감 장치에 관한 것이다.

자동차에서 배출되는 매연은 주로 카본(Carbon), 용해성유기물질(Soluble Organic Fraction, 이후 SOF), 황(Sulfate)으로 구성되어 있다.

상기와 같은 매연을 감소하기 위한 디젤엔진 매연저감장치는 디젤엔진에서 배출되는 유해가스인 입자상물질(PM), 일산화탄소(CO), 미연탄화수소(HC) 등을 저감시키기 위한 장치이며, 이 중 PM저감을 위한 기존의 장치는 주로 세라믹 필터를 사용하여 PM을 포집하는 방식이 주로 사용되고 있다.

이를 사용할 경우 PM의 제거효율은 높으나 재생을 위한 또 다른 기술이 필요하다.

재생을 위해서는 기본적으로 배기가스의 온도가 높아야 하거나 외부에서 또 다른 열원 장치가 필요하다. 외부 열원은 제어가 복잡하고 필터 등에 열충격을 주어 장치의 내구성을 떨어뜨리기도 한다.

또한, 재생장치가 없거나 제대로 작동하지 않는 경우에는 필터 내에 매연 과다 포집에 의해 배압이 상승하고 차량의 시동이 꺼지는 경우가 발생한다.

또한, PM저감을 위해, 디젤산화촉매를 사용하는 경우가 있는데 이 경우 내구적인 안정성에 비하여 배기가스의 저감 효율이 낮으며 적용 가능한 영역이 촉매가 활성화 가능한 온도 이상이어야 한다는 단점이 있다.

또한 최근에 부분적으로 포집되는 구조를 이용하여 매연저감을 꾀하는데 이 구조는 초기의 PM저감효율은 우수하나 점차적으로 포집되면서 특정시간 이상에서부터는 포집된 매연이 자연재생이 되지 않기 때문에 정화효율이 거의 없어지는 단점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 세라믹 필터(DPF), 디젤 산화 촉매(DOC) 및 부분포집장치의 장단점을 고려하여, 금속담체내에 일부 포집구조를 두어 일부의 PM을 저감하고 담체 내에 포집된 PM을 전기히터에 의해 주기적으로 재생시켜 줌으로써 부분포집장치의 성능이 떨어지지 않게 하여 PM제거 효율을 높일 수 있는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치에 있어서, 금속 담체의 전단에 전기히터가 일체로 결합되고, 상기 금속담체는 PM을 부분적으로 포집할 수 있는 포집구조를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치이다.

상기 전기히터는 파형스트립과 평형스트립, 또는 파형스트립과 파형스트립이 서로 접합제에 의해 서로 접착되고 이를 적층한 집합체를 다시 굴곡하여 형성된 된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 전기히터는 하나 이상의 세그먼트로 분할되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 금속담체는 얇은 파판과 평판이 하나씩 번갈아 가는 적층되고, 상기 평판과 파판의 폭방향 길이는 상호 다른 것을 특징으로 한다.

또, 상기 파판의 길이보다 상기 평판의 길이가 짧고, 상기 평판의 후단과 파판의 후단이 동일평면상에 위치하도록 일치시키며, 상기 평판과 파판을 결합하는 땜납제를 포집구조의 뒤쪽에 위치시키는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 파판의 길이보다 상기 평판의 길이가 짧고, 상기 평판은 파판의 가운데 위치하도록 하며, 상기 평판과 파판을 결합하는 땜납제를 상기 평판의 양단에 위치시키는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 금속담체에 있어 매연 포집 성능을 높이기 위해 셀수를 적어도 400cpsi이상으로 형성한 한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디젤엔진 매연저감장치를 도시한 것으로써, 부분포집구조의 금속담체(23)와 전기히터(21)의 결합구조를 나타낸 것이다.

상기 전기히터(21)는 얇은 스트립이 적층된 것이다.

상기 전기히터(21)는 도 2에 도시된 바와 같이 수개의 평형스트립과 수개의 파형스트립, 또는 수개의 파형스트립이 서로 접합제에 의해 서로 접착되고 적층되고, 상기 적층된 수개의 파판이 이루는 집합체를 다시 굴곡한 구조로 되어 있다.

또한, 상기 전기히터(200)는 하나 이상의 세그먼트로 분할되며, 도 2에 도시된 실시예에서는 중심부의 세그먼트와 그 주위를 감싸는 2개의 외측의 세그먼트로 구성되어 있다.

따라서, 상기 전기히터(200)는 복수개의 세그먼트로 다중 분할하여 상기 각 세그먼트에 포집되는 매연량에 따라 전원이 효율적으로 공급되도록 함으로써 PM의 재생을 위한 히터 작동시 불필요하게 낭비되는 에너지를 절감하고, 고장시에는 히터 전체를 교체할 필요 없이 해당 부품만을 별도로 교체할 수 있다.

또한, 상기 전기히터(200)의 전체 지름은 금속담체(23)의 열손실을 보완하기 위해 금속담체(23)보다 큰 것이 바람직하다.

상기 부분포집구조의 금속담체(23)는 PM을 부분적으로 포집하기 위해 도 4a 내지 도 4b와 같이 형성된다.

도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 금속담체(23)에 사용되는 것으로 파판(101)과 평판(102)을 교대로 적층한 금속담체(100)를 사용한다.

또한, 상기 금속담체(23)에 포집되는 PM의 양을 늘리기 위해 평판과 파판의 폭방향 길이를 다르게 하여 구성한다.

도 4a에서 도시된 금속담체의 포집구조는 평판(11)의 위치를 파판(10)보다 뒤쪽에 위치하게 하여 좀 더 PM을 많이 포집할 수 있는 구조를 나타낸 것이다.

따라서, 파판(10)의 폭방향 길이보다 평판(11)의 폭방향 길이가 짧고, 상기 평판(11)의 후단과 파판(10)의 후단이 동일평면상에 위치하도록 일치시키며, 상기 평판(11)과 파판(10)을 결합하는 땜납제(12)를 포집구조의 뒤쪽에 위치시키는 것을 특징으로 한다.

매연(13)은 파판(10)과 평판(11) 사이의 틈에 포집된다. 평판과 파판의 길이가 동일한 것에 비해 매연(13)은 파판(10)과 평판(11) 사이의 틈이 커지므로 포집되는 매연(13)의 양이 커진다.

도 4b의 경우에는 평판(11)의 위치를 파판(10)보다 뒤에 위치하게 함은 물론 뒷부분에도 평판(11)이 파판(10)보다 짧게 하는 구조로 하여 전단에 PM의 포집효율을 높임은 물론 평판(11)의 후단부에 와류를 생성하여 배기가스가 포집구조 내에서 체류시간을 길게 하여 좀 더 촉매부와 접촉율을 높이는 구조로 하였다.

상기 평판(11)과 파판(10)을 결합하는 땜납제(12)는 상기 평판(11)의 양단에 위치시킨다.

매연(13)은 파판(10)과 평판(11) 사이의 앞쪽 틈에 포집된다. 도 4a에 비하여 틈이 작아지므로 포집되는 매연(13)의 양은 작아지나, 평판(11)의 후단부에 와류로 인하여 촉매부와 배기가스의 접촉율을 높일 수 있다.

그리고, 상기 금속담체는 매연 포집 성능을 높이기 위해 셀수를 적어도 400cpsi(cell per square inch: 평방인치당 셀수)이상으로 형성한 한 것이 바람직하다.

상기 전기히터(21)와 금속담체(23)는 접합수단(22)으로 상호 결합된다.

상기 접합수단(22)은 도 1에 도시된 바와 같이, 중심부에 세라믹 등과 같은 절연체를 하고 상호 전기적으로 단락된 금속다리를 양측에 형성하고, 상기 금속다리 각각이 상기 전기히터(21)와 금속담체(23)에 용접 등의 방법으로 결합된다.

상기와 같은 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치는 도 1과 같이 배가스의 진행방향에 대하여 전기히터(21)가 먼저 접촉하게 하고, 금속담체(23)가 나중에 접촉할 수 있도록 설치된다.

따라서, 다젤엔진에서 배출되는 PM은 금속담체에 일차적으로 부분적으로 포집되고 포집된 PM은 주기적으로 전단부에 위치한 전기히터(21)의 가동에 의해 PM이 산화되어 다시 매연을 포집할 수 있게 만들어 준다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명의 디젤엔진 매연저감장치를 통하여, 금속담체와 전기히터가 조합되어, 부분적 포집구조로 구성된 금속담체에 의해 PM을 일부 포집할 수 있고, 부분포집된 매연이 포화한도에 이르기 전에 전기히터에 의해 재생을 할 수 있어서 PM제거 효율을 높일 수 있다.

Claims (7)

1. 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치에 있어서,

   금속 담체의 전단에 전기히터가 일체로 결합되고,

   상기 금속담체는 PM을 부분적으로 포집할 수 있는 포집구조를 가지며,

   상기 금속담체는 얇은 파판과 평판이 하나씩 번갈아 가는 적층되고, 상기 평판과 파판의 폭방향 길이는 상호 다른 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전기히터는 파형스트립과 평형스트립, 또는 파형스트립과 파형스트립이 서로 접합제에 의해 서로 접착되고 이를 적층한 집합체를 다시 굴곡하여 형성된 된 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전기히터는 하나 이상의 세그먼트로 분할되는 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치.
4. 삭제
5. 제4항에 있어서, 상기 파판의 길이보다 상기 평판의 길이가 짧고, 상기 평판의 후단과 파판의 후단이 동일평면상에 위치하도록 일치시키며, 상기 평판과 파판을 결합하는 땜납제를 포집구조의 뒤쪽에 위치시키는 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 파판의 길이보다 상기 평판의 길이가 짧고, 상기 평판은 파판의 가운데 위치하도록 하며, 상기 평판과 파판을 결합하는 땜납제를 상기 평판의 양단에 위치시키는 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 금속담체는 매연 포집 성능을 높이기 위해 셀수를 적어도 400cpsi이상으로 형성한 한 것을 특징으로 하는 금속 담체를 이용한 디젤엔진 매연저감장치.

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