KR100998445B1 - 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 배기가스를 여과하기 위한 장치로서, 방전봉과 니크롬선 사이에서 코로나 방전을 발생시킴으로써, 덕트 내부를 일방향으로 유동하는 배기가스의 매연입자가 하전되도록 하고, 하전된 매연입자가 방전봉과 니크롬섬 사이의 전기장에 의해 니크롬선 내면에 포집되도록 하되, 일정량 이상의 매연입자가 니크롬선에 포집이 되면 상기 니크롬선을 가열하여 매연입자를 재생시킬 수 있도록 한 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치에 관한 것이다.

후처리장치, 전기열선, 재생, 배출가스, 매연, 포집, 하전

Description

전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치{AUTOMATIC REGENERATION ELECTROSTATIC AUTOMOBILE AFTER-TREATMENT SYSTEM WITH ELECTRICAL HEATER}

본 발명은 자동차 배출가스를 여과하기 위한 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 배출가스 중에서 PM(입자상 물질, Particulate Matter)에 의한 오염영향이 큰 경유자동차의 경우 배출가스의 PM 여과장치로, 도 1과 같은 DPF(Diesel Particulate Filter)(100) 필터 재생방식이 일반적으로 사용되고 있다.

상기 DPF 장치는 경유차량 배출가스 중의 유해한 CO, HC와 입자상 물질(PM)DL 산화촉매와 촉매가 코팅된 세라믹필터를 통과시 코팅된 촉매와 반응시켜 무해한 CO₂, H₂0로 정화시키는 장치로서, 촉매를 이용하여 필터에 포집된 PM을 차량의 운행 중에 발생하는 배기열에 의해 연속적으로 산화시켜 필터를 재생하는 구조이다.

PM의 저감율이 80% 이상이지만, 엔진오일과 경유연료 중의 중금속, 무기질 및 재(Ash) 성분은 정화되지 않고 필터 내에 계속 축적되어 배압이 증가됨으로 인해 세라믹 필터를 손상시키게 되므로, 이를 방지하기 위해서는 차량마다 주기적인 청소를 해주거나 교체를 해주어야 하는 단점이 있다.

또한, 열 충격 또는 외부 충격, 온도차에 의한 세라믹 필터의 균열, 파손 또는 이상연소에 따른 용융 등으로 필터의 수명이 단축되기 때문에 이를 줄이기 위한 제어기술을 필요로 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 덕트 내부에 길이방향으로 권취되는 니크롬선을 설치하고, 상기 니크롬선 내부에 방전봉을 위치시켜 상기 니크롬선과 방전봉 사이에 코로나 방전을 발생시킴으로써, 상기 덕트 내부를 유동하는 배기가스의 매연입자가 니크롬선에 포집되도록 하며, 상기 니크롬선에 일정량의 매연입자가 포집되면, 상기 니크롬선을 가열하여 매연입자를 재생시킬 수 있도록 한 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 배기가스가 일방향으로 유동되는 덕트와; 상기 덕트의 내주면에 접합되는 전기절연체와; 상기 덕트 내부에 길이방향으로 권취되는 니크롬선과; 상기 니크롬선 내부에 길이방향으로 내설되어 니크롬선과의 사이에서 코로나 방전을 발생시키는 방전봉과; 상기 니크롬선과 방전봉에 전기적으로 연결되어 고전압을 인가하는 고전압 발생장치와; 상기 니크롬선에 연결되는 전압공급장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 방전봉과 니크롬선 사이에서 코로나 방전이 발생되도록 하여, 덕트 내부를 유동하는 매연입자가 니크롬선 내면에 용이하게 포집될 수 있도록 함과 동시에, 상기 니크롬선에 일정량 이상 포집되는 상기 니크롬선을 가열하여 매연입자를 재생시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치는 배기가스의 PM을 하전(荷電)시켜 니크롬선(30)에 포집하고, 이를 용이하게 재생할 수 있도록 함으로써, 자동차로부터 발생되는 배기가스를 정화하는 후처리장치에 관한 것으로, 덕트(10), 전기절연체(20), 니크롬선(30), 방전봉(40), 고전압 발생장치(50), 전압공급장치(60)를 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 방전봉(40)과 니크롬선(30)을 이용하여 매연입자를 포집함을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 방전봉의 실시예를 나타낸 도면으로서, 동 도면에서 보는 바와 같이, 권취되어 있는 니크롬선(30) 내부에 방전봉(40)을 길이방향으로 위치시키고, 상기 방전봉(40)과 니크롬선(30)에 고전압 발생장치(50)를 전기적으로 연결하여 고전압을 인가시키는 구성이다.

상기의 방전봉(40)과 니크롬선(30)은 모두 하기 도 4 또는 도 5에서 설명될 덕트(10) 내부에 설치되는 것으로, 상기 덕트(10) 내부를 일방향으로 유동하는 배기가스의 매연입자를 포집하기 위한 것으로, 상기 고전압 발생장치(50)로 인해 상기 방전봉(40)과 니크롬선(30) 내면 사이에서 코로나가 발생하면서 일방향으로 유동하던 매연입자가 하전(荷電)되고, 하전된 매연입자는 방전봉(40)과 니크롬선(30) 사이의 강한 전기장에 의해 상기 니크롬선(30) 내면에 포집된다.

더불어, 상기 방전봉(40)은 삼각단면, 사각단면, 육각단면 등, 다각(多角)을 가지는 단면의 형상을 가지거나, 또는 외주연에 톱니형상의 돌출부(41)를 형성하는 형상 등 다양한 형태로 적용 가능하며, 상기 니크롬선(30)은 스프링 형태의 권취된 상태로 풀리지않고 그대로 유지하도록 하기 위해선 일정수준의 두께를 가져야 하는데, 그로 인해, 본 발명에서는 이러한 니크롬선(30)의 두께(T)를 1 내지 5mm로 하며, 권취되는 간격(H)은 0 내지 4mm로 한다.

도 4는 본 발명에 따라 포집된 매연을 산화시킴을 나타낸 도면으로서, 동 도면에서 보는 바와 같이, 상기 도 2와 같은 구성을 이용하여 상기 니크롬선(30)에 일정량 이상의 매연 입자를 포집하게 되면, 상기 도 3과 같이 니크롬선(30)에 전기적으로 연결되어 있는 전압공급장치(60)를 통해 전기가 가해지도록 한다.

이로 인해, 상기 니크롬선(30)은 전기적으로 가열되어 온도가 상승하게 되고, 이렇게 가열된 상기 니크롬선(30)은 포집된 매연 입자를 산화시켜 제거할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치의 일실시예를 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 5의 A-A선도로서, 동 도면에서 보는 바와 같이 덕트(10), 전기절연체(20), 니크롬선(30), 방전봉(40) 등으로 이루어져 고전압 발생장치(50)로부터 고전압을 인가하고, 상기 니크롬선(30)은 전압공급장치(60)의 전기로 인해 가열되는 상기와 같은 구성을 가지는 단일의 유니트(Unit)를 다수개 제작하여, 단일개의 원형덕트(80) 내부에 다수개를 모두 설치함을 나타내고 있다.

상기 원형덕트(80) 내부에 상기 도 2, 3의 작용을 하는 구성이 다수개 설치되는 것으로, 더욱 자세히 설명하면, 상기 니크롬선(30)을 나선형으로 일정하게 감아 사용하고, 그 내부에 코로나 방전을 위한 방전봉(40)(사각봉, 외주연에 돌출부(41)가 결합된 원형 방전봉 등 다양한 형태의 봉이 적용될 수 있다.)을 삽입하여, 상기 고전압 발생장치(50)로부터 고전압을 인가받아 방전봉(40)과 니크롬선(30) 사이에 코로나 방전이 일어나도록 한다.

코로나 방전에 의해 덕트(10) 내부를 일방향으로 유동하는 매연입자는 감겨있는 니크롬선(30)의 내면에 포집되고 되고, 상기 니크롬선(30)에 전압공급장치(60)를 통해 12V 직류전압을 가해 상기 니크롬선(30)을 가열시킴으로써 포집된 매연입자가 산화되도록 한다.

즉, 상기 도 4 또는 5에서 보는 것과 같이 이와 같은 구성의 유니트를 다수개 제작하여 단일의 원형덕트(80) 내에 삽입설치하되, 소비동력을 200W 이하로 낮추기 위해 상기 니크롬선(30) 가열이 유니트별로 순차적으로 진행되도록 한다.

즉, 상기 도 4에서 보는 바와 같이 도 2를 구성하는 개별 유니트들이 다수개가 제작되어 원형덕트(80)에 삽입설치되어 작동되는 것이며, 다수개의 유니트들은 배기가스의 매연입자를 포집할 시, 다수개가 동시에 6시간동안 이를 행하도록 하고, 그 이후 니크롬선(30)에 일정량의 매연입자가 포집이 되면, 다수개의 유니트들은 개별적으로 작동하되, 순차적으로 차례차례 20 내지 30초동안 각 유니트들의 니크롬선(30)을 가열하여 포집된 매연입자를 산화시켜 제거하는 작동을 하도록 한다.

더불어, 상기 도 4, 5에서 보는 것과 같이 각 유니트별 덕트(10) 내주면에는 전기절연을 위한 전기절연체(20)가 접합되어 있으며, 상기 전기절연체(20)는 석영관 혹은 세라믹 튜브가 사용된다.

또한, 도면에 도시된 도번 중 설명하지 않은 도번 '60'은 고전압 절연을 위한 세라믹 절연 지지대를 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래 세라믹 DPF를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 방전봉과 니크롬선을 이용하여 매연입자를 포집함을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 방전봉의 실시예를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따라 포집된 매연을 산화시킴을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치의 일실시예를 나타낸 평면도.

도 6은 도 5의 A-A선도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

10: 덕트 20: 전기절연체

30: 니크롬선 40: 방전봉

50: 고전압 발생장치 60: 전압공급장치

70: 세라믹 절연 지지대 80: 원형덕트

Claims (11)

1. 배기가스가 일방향으로 유동되는 덕트(10)와;

   상기 덕트(10)의 내주면에 접합되는 전기절연체(20)와;

   상기 덕트(10) 내부에 길이방향으로 권취되는 니크롬선(30)과;

   상기 니크롬선(30) 내부에 길이방향으로 내설되어 니크롬선(30)과의 사이에서 코로나 방전을 발생시키며, 다각의 단면을 가지는 형상이거나, 또는 톱니모양의 돌출부(41)가 결합된 원형 단면의 형상을 가지는 방전봉(40)과;

   상기 니크롬선(30)과 방전봉(40)에 전기적으로 연결되어 고전압을 인가하는 고전압 발생장치(50)와;

   상기 니크롬선(30)에 연결되는 전압공급장치(60);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 방전봉(40)은 니크롬선(30)과의 사이에서 발생되는 코로나 방전으로 상기 덕트(10) 내부를 유동하는 매연입자를 하전시키는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 하전된 매연입자는 상기 방전봉(40)과 니크롬선(30) 사이에서 발생된 강한 전기장에 의해 니크롬선(30) 내면에 포집되는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
4. 제 1항 내지 제 3항에 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 니크롬선(30)은 일정량 이상의 매연이 니크롬선(30)에 포집되게 되면, 상기 전압공급장치(60)로부터 가해진 전기에 의하여 가열됨으로써 온도를 상승시켜, 상기 니크롬선(30)에 포집된 매연이 산화되어 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 전압공급장치(60)는 니크롬선(30)에 12볼트(V)의 직류 전압을 가하여 니크롬선(30)을 가열하는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치는 다수개가 제작되어 단일의 원형덕트(80) 내에 모두 삽입설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치는 소비동력을 200와트(W) 이하로 낮추기 위해, 상기 니크롬선(30)의 가열을 각 유니트별로 순차적으로 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 전기절연체(20)는 전기 절연을 위해 석영관 또는 세라믹 튜브 중 하나 인 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 니크롬선(30)은 권취된 상태가 풀어지지 않고 유지될 수 있도록 1 내지 5mm의 두께(T)를 가지는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치는 다수개의 유니트가 동시에 배기가스의 매연 입자를 포집한 후, 각 유니트가 순차적으로 상기 니크롬선(30)에 포집된 매연을 산화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 전기열선을 이용한 자동재생형 자동차 배출가스처리용 정전 후처리장치.
11. 삭제

Images