KR101035215B1 - 배기가스에 함유된 입자의 제거 방법, 섬유층 및 미립자필터 - Google Patents

배기가스에 함유된 입자의 제거 방법, 섬유층 및 미립자필터 Download PDF

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도요타 지도샤（주）
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Abstract

본 발명은 층 두께 (12) 방향으로 파라미터의 크기가 상이한 서브영역 (10) 을 갖는 가스 투과성 필터층 (23) 을 이용하여 가스 스트림 (22) 에 함유된 미립자 (21) 를 제거하는 방법에 관한 것이다. 상기 파라미터는 적어도 필터층의 섬유 부분 또는 섬유 (4) 의 섬유 직경 (8) 또는 다공성 (7) 에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 가스 스트림 (22) 이 필터층 (23) 의 상이한 서브영역 (10) 을 각각 통과하는 부분 가스 스트림 (24) 으로 분할되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 상기 방법에 기초한 자동차, 섬유층, 미립자 필터, 및 배기가스 시스템에 관한 것이다.
미립자, 배기가스, DPF

Description

배기가스에 함유된 입자의 제거 방법, 섬유층 및 미립자 필터{METHOD FOR ELIMINATING PARTICLES CONTAINED IN EXHAUST GASES, FIBROUS LAYER AND PARTICULATE FILTER}
본 발명은 차량용 내연기관의 배기 시스템에 이용되는 섬유층에 관한 것이다. 본 발명은 이와 동일한 용도의 미립자 필터에도 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 가스 투과성 필터층을 갖는 내연기관으로부터 배출된 배기가스로부터 미립자를 제거하는 방법에 관한 것이다.
연소 행정으로부터 배출된 배기가스 중의 미립자를 줄이기 위하여, 세라믹 기재로부터 제작되는 미립자 포집기 (particulate trap) 를 이용하는 것이 알려져 있다. 이 포집기에는 통로 (passage) 가 구비되어, 정화될 배기가스가 미립자 포집기 안으로 유동할 수 있다. 인접 통로는 교대측에서 (on alternate side) 폐쇄되어 있어서, 입구측에서 통로에 유입된 배기가스는 강제로 세라믹 벽을 통과하여 출구측의 인접 통로를 따라 재차 유출된다. 이러한 종류의 필터는 발생하는 전체 미립자의 크기에 대하여 약 95 % 의 효율을 달성한다.
미립자 및 첨가제 및 특수 코팅 사이의 소망하지 않는 화학적 상호작용 이외에도, 자동차용 배기 시스템의 이러한 종류의 필터를 신뢰성있게 재생하는 것이 문 제를 야기한다. 배기가스가 통과하는 통로의 벽에 미립자가 축적되면, 필터에 압력이 저하하거나 배압 (back pressure) 이 연속적으로 증가하게 되어, 엔진 출력에 악영향을 끼치게 되므로, 미립자 포집기를 재생할 필요가 있다. 일반적으로, 재생에는 미립자 포집기 또는 거기에 수집된 미립자의 단순한 가열단계가 포함되어, 그 미립자를 가스 성분으로 전환시킨다. 이것은, 예컨대 상류측 발열반응 (예컨대, 배기 파이프 안으로 분사된 추가 연료의 산화: "애프터버닝") 의 조력을 통해 배기가스의 온도를 미립자 포집기에 축적된 미립자를 전환시키기에 충분한 온도까지 단순하게 승온함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 미립자 포집기에 대한 이러한 열적 부담은 수명에 악영향을 끼치게 된다. 또한, 특정 상황 하에서는, 이러한 특성 (nature) 의 열적 재생이 필요한 시점에서만 개시되도록 미립자 포집기의 차단 (blockage) 정도를 모니터링할 필요가 있다.
열적 마모 (thermal wear) 를 촉진하는, 이러한 단속적인 재생을 방지하기 위하여, 필터 또는 미립자 포집기의 연속 재생 시스템 (CRT: continuous regeneration trap) 이 개발되어 왔다. 이러한 시스템의 경우, 미립자는 NO2 를 이용한 산화에 의해 200 ℃ 초과의 온도에서 양호하게 연소된다. 여기에 필요한 NO2 는 종종 미립자 포집기의 상류측에 배치된 산화 촉매 컨버터에 의해 생성된다. 이 경우, 디젤 연료를 사용하는 차량의 관점에서는, 배기가스 중에 소망하는 이산화질소 (NO2) 로 전환될 수 있는 일산화질소 (NO) 의 양이 부족하다는 구체적인 문제가 발생한다. 이러한 맥락에서, 특정 상황에서는 NO 또는 NO2를 발생 시킬 수 있는 첨가제 또는 첨가물 (예컨대, 암모니아) 을 첨가하여 궁극적으로 배기 시스템의 미립자 포집기의 연속 재생을 가능하게 할 수 있다.
이러한 이론을 기초로 "개방형 필터 시스템 (open filter system)" 또는 "PM 캣 (PM cat)" 이라는 명칭으로 알려진 새로운 필터 개념이 도입되었다. 개방형 필터 시스템은 필터 통로를 교대측에서 폐쇄형이 되도록 디자인할 필요가 없다는 점에서 구별된다. 이러한 맥락에서, 통로의 벽이 적어도 부분적으로는 다공성 소재로 이루어져 개방형 필터의 유로가 분할 (diverting) 및/또는 안내 구조를 가지게 된다. 통로의 이러한 내부 피팅 (internal fitting) 또는 미세구조는 유동 또는 거기에 포함된 미립자가 다공성 소재로 제작된 영역을 향해 분할되도록 한다. 이러한 맥락에서, 도중차단 (interception) 및/또는 충격 (impacting) 의 결과로서 미립자가 다공성 통로의 벽으로 및/또는 그 벽에 부착된다. 이러한 효과를 내기 위해서는, 배기 가스 유동의 유동 프로파일 (profile) 의 압력차가 중요하다. 또한, 분할 (divergence) 또는 미세구조는, 상기 압력차를 보상할 필요가 있기 때문에, 다공성 통로 벽을 통해 여과 효과를 발생시키는 국부적 감압 (subatmospheric) 또는 초대기압 (superatmospheric) 조건을 유발할 수 있다.
이 경우, 막다른 유로 (flow blind alley) 가 없거나 및/또는 (거의 모든) 통로에서 궁국적으로 자유롭게 유동할 수 있는 단면 (다양할 수 있음) 을 가지기 때문에, 미립자 포집기는, 공지된 폐쇄형 스크린 또는 필터 시스템과 달리, "개방형" 이다. 이것이 이러한 미립자 필터의 특징이 될 수 있으며, 예컨대 "유동 자유도" 가 이것을 설명하는 적절한 파라미터가 된다. 이러한 "개방형" 필터 요소에 대한 더욱 상세한 설명은, 예컨대 문헌 DE 201 17 873, WO 02/00326, WO 01/92692, WO 01/80978 에서 찾아볼 수 있으며, 상기 문헌의 내용은 본원에 전체적으로 참고인용되어, 본 발명의 이하 내용을 이루는 이러한 필터 요소의 더욱 상세한 특징을 설명하는데 이용된다.
다공성 통로부를 제공하기에 적절한 소재는, 특히 내식성, 열적 안정성, 제조 적합성, 필터 효율 등의 다수의 인자에 부합하여야 한다. 예시적으로, 자동차 산업분야에서 요구되는 몇몇 인자를 충족시키기 위하여 보호 덮개로 구성되어온 금속성 섬유층이 제안되어 왔다. 이에 관해서는, 예컨대 DE 101 53 283 또는 WO 03/038248 에 기재되어 있다.
공지된 "개방형 필터 시스템" 또는 거기에 이용되는 필터층은 이미 매우 성공적인 것으로 밝혀졌다. 여기에서, 중요한 인자로는 적은 압력 손실 및 이러한 필터 시스템을 내연기관에 비교적 가깝게 배치하는 것을 들 수 있는데, 통상 미립자 포집기는 승온 상태에서 노출된다. 그럼에도, 이하에서는 정화 작용의 관점에서 공지된 미립자 필터를 더욱 효과적으로 이용하는 방법을 설명한다. 또한, 장기간에 걸쳐 자동차의 배기 시스템 안에서 높은 열적 / 동적 부하를 견뎌낼 수 있도록, 저렴한 비용으로 심지어 일련의 제작 공정의 일부로서 생산되어 금속성 미립자 포집기에 이용되는 필터층 또는 섬유층을 제공하고자 한다.
이러한 목적은, 대응 독립항에 따른 미립자 필터 및 섬유층, 및 대응 독립항에 따른 미립자 제거 방법에 의해 달성된다. 상기 장치 및 방법의 더욱 이로운 구성은 각 종속항에 기재되어 있다. 이러한 맥락에서, 청구항에 개별적으로 제공된 특징은 기술적으로 적절한 임의의 방식으로 결합되어 본 발명의 더욱 유리한 구성으로 표현될 수 있음을 주의하여야 한다.
본 발명에 따른 섬유층은 차량용 내연기관의 배기 시스템에 이용되며, 섬유로 이루어진 조립체를 포함한다. 섬유층은 섬유층의 한 표면에서 반대 표면까지의 층 두께를 갖는다. 섬유층은 다공성, 섬유 직경, 섬유 종류 함량 (fiber type content) 중 하나 이상의 파라미터를 특징으로 할 수 있다. 이 섬유층의 경우, 상기 파라미터 중 하나 이상이 층 두께 방향으로 가변적인 크기 (magnitude) 를 가지며, 상기 크기의 극값 (extreme) 은 섬유층의 표면으로부터 소정 거리에 있다.
본원에서, "섬유" 는 기다란 요소를 의미하며, 섬유의 길이는 섬유 직경의 배수 (multiple) 가 된다. 섬유는 서로 결합하여 시트형층을 형성한다. 조립체는 규칙적이거나 불규칙한 특성을 지닐 수 있다. 규칙적인 조립체의 예로는 편포 (knitted fabrics), 직포 (woven fabrics), 메시 (mesh) 를 들 수 있다. 불규칙한 조립체의 예로는 엉킴층 (tangled layer) 을 들 수 있다. 섬유는 직접 응집되어 결합할 수도 있지만, 부가적 수단에 의해 서로 결합하는 것도 가능하다. 섬유 또는 섬유층은 고온에 견딜 수 있는 내식성 소재로 제조되기 때문에, 배기 시스템의 주변 조건에서 장기간 견딜 수 있다. 섬유를 설명하는 중요한 변수는, 섬유의 길이, 섬유의 직경, 및 섬유 종류의 함량 (type content) 이다. 이러한 섬유의 길이는 0.05 ~ 0.4 mm 가 바람직하다. 섬유의 직경은 통상 0.09 mm 미만, 바람직하게는 0.015 ~ 0.05 mm 이다. 섬유 상호간의 배열은, 특히 다공성에 의해 설명할 수 있다. 여기에서, 다공성이라 함은 섬유층의 단면 내에서 매체가 자유롭게 통과하여 유동할 수 있는 영역의 비율을 의미한다. 통상 다공성은 50 % ~ 90 % 이다. 일반적으로, 섬유 조립체는 공동 (cavity), 개구 또는 세공 (pore) 을 형성하며, 그 최대치는 0.001 ~ 0.1 mm 이며 제거할 미립자에 기초하여 선택될 수 있다. 또 다른 파라미터는 섬유 종류 함량이며, 이것은 상이한 섬유 종류 또는 구성이 섬유층을 형성하는데 이용되었을 때 존재하는 섬유의 비율을 설명하는데 이용되는 개념이다. 예를 들어, 섬유층에 직경이 작은 다수의 섬유 (Fsmall) 와 직경이 큰 다수의 섬유 (Flarge) 가 포함되어 있다면, 섬유의 종류 함량은 (Fsmall + Flarge) 에 대한 Fsmall 또는 Flarge 의 비율로 정해진다. 어떤 섬유의 섬유 종류 함량은 층 두께에 걸쳐 10 % 이상, 특히 20 % 이상으로 다양한 것이 바람직하다.
본원의 섬유층의 경우, 특성 파라미터 중 하나 이상이 층 두께 방향으로 가변하여, 섬유층의 내부에서 극값이 된다. 여기에서, "섬유층" 이라 함은 실제로 섬유의 조합만을 의미하는 것으로, 즉 필터층을 제작하기 위하여 부가적인 다른 형태의 소재 (예컨대, 금속 시트 호일 등) 로 이루어진 성분을 포함하지 않는 것으로 이해하여야 한다. 이것은, 이러한 형태의 성분이 존재하지 않음을 의미하는 것이 아니라, 이러한 성분들을 다양한 파라미터의 관점에서 고려하지 않는다는 것을 의미한다. 이것은, 소망하는 섬유층 파라미터를 설정하기 위하여, 상이한 형태의 섬유 또는 섬유층이 서로 인접하게 배치되는 섬유층의 구성에 영향을 주지 않는다. 이것은, 특히 섬유층이 중심층보다는 가장자리층 (edge layer) 에서 상이한 구조를 갖는다는 것을 의미한다.
"극값 (extreme)" 이라 함은 고려되는 파라미터에 대한 최대값 또는 최소값을 의미한다. 이 경우, 그 크기는 실질적으로 층 두께의 중간 또는 중앙에 대하여 대칭으로 변화하는 것이 바람직하다. 이것은, 섬유층이 여과 작용의 관점에서 양 측에서 동일한 효과를 발휘하여, 제조 기술적 측면에서 더욱 쉽게 생산, 이송 및 처리할 수 있는 장점이 있다. 특히, 각각의 극값은 실질적으로 섬유층의 공통 단면 평면에 배치되어, 즉 예컨대 섬유층의 표면으로부터 대략적으로 동일한 거리에서 모두가 그 값이 되도록 하는 것이 바람직하다.
본원의 섬유층의 구성은, 섬유층의 상이한 깊이에서, 유동하는 가스 스트림 및/또는 거기에 포획된 미립자에 대한 상이한 유동 저항성을 유발한다. 그 결과, 가스 스트림은 외부적 유동의 힘 및/또는 압력차에 따라 섬유층의 상이한 층 또는 깊이로 나아간다. 소망하지 않는 압력 손실을 방지함과 동시에 가스 스트림의 더욱 효율적인 정화를 달성하기 위하여, 이러한 사실을 활용할 수 있다.
섬유층의 유리한 양태에 따르면, 섬유층은 금속성 섬유를 포함한다. 이 경우, 알루미늄, 크롬, 니켈 중 1종 이상의 합금 원소를 일부 포함하는 철 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 이 소재는 그 자체로 소결되는 것이 바람직한데, 이것은 섬유 자체가 소결가능한 소재로 이루어지거나 또는 소결 공정을 통해 생산되어 그 소결 공정을 이용하여 섬유가 서로 결합된 것을 의미한다.
나아가, 층 두께 방향으로 하나 이상의 파라미터가 일정한 복수의 서브영역을 갖는 섬유층을 제안한다. 환언하면, 이것은 섬유층이 층상 구조가 되어, 고려되는 파라미터가 실질적으로 하나의 특정 층 내에서 일정하게 된다. 이러한 형태의 층상 구조의 섬유층은 원리적으로 상이한 섬유 소재를 포함하며, 그 층들은 궁극적으로 서로 결합하게 된다. 그러나, 단일 소재로부터 섬유를 형성하는 것이 바람직한데, 그 경우 섬유 자체 및/또는 서로에 대한 섬유의 배치는 개별적인 층이 형성되도록 구성된다. 이것은 층들 사이에 더욱 안정하고 내구성 있는 응집을 보장해주며, 이 경우 상이한 소재를 포함하는 층 및/또는 추가적인 결합재에 의해 상호 결합된 층을 필요로 하지 않는다.
이러한 특성을 갖는 섬유층의 층상 구조로 인하여, 특히 홀수개의 서브영역이 제공되는 것이 장점인데, 중심방향으로 배치된 서브영역의 파라미터가 극값을 가지게 된다. 이러한 형태의 섬유층은 3개 (가능하다면 5개) 의 서브영역을 가지는 것이 바람직한데, 가장자리층의 파라미터는 실질적으로 동일하게 선택되며, 중심방향으로 배치된 서브영역에서는 파라미터의 크기가 상이하게 된다. 이 경우, 파라미터의 크기는 개별 서브영역 사이의 경계 영역에서 급작스럽게 또는 연속적으로 변화한다.
원리적으로, 이러한 형태의 필터층 또는 섬유층의 층 두께는 3.0 mm 미만, 바람직하게는 0.1 ~ 2.0 mm 이다. 층 두께가 0.3 mm ~ 0.5 mm 인 섬유층은 차량용으로 양호한 결과를 제공하며, 두께 약 0.1 mm 의 서브영역이 형성된다. 층 두께는 전체 두께에 대하여 동일한 비율로 형성되는 서브영역으로 분할될 수도 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.
섬유층의 다공성이 변화한다면, 특히 극값이 최소값을 나타낸다. 환언하면, 섬유층의 다공성이 내부, 특히 섬유층의 중심부에서 가장 적어지게 되어, 섬유층을 통해 유동하는 가스 스트림에 대한 유동저항성이 최대가 됨을 의미한다. 이것은, 섬유층을 통해 완전하게 유동하기 위해서는 상당한 압력차가 존재하여야 하는 반면에, 가장자리 영역을 통한 가스의 유동은 비교적 낮은 압력차에서도 가능하다는 것을 의미한다. 나아가, 다공성이 감소한 이들 서브영역은 일단 고체 또는 입자로 차단되는 것이 실험을 통해 밝혀졌는데, 이것은 그 미립자가 가스 상태로 전환되어 섬유 영역이 재생될 때까지 그 서브영역이 부분적으로 차단됨을 의미하는 것이다. 그럼에도, 섬유층은 통상 이러한 위치에서도 어떤 여과 작용을 수행하는데, 이는 배기가스 또는 가스 스트림이 섬유층의 가장자리층을 통해 유동하여 계속하여 정화될 수 있기 때문이다.
섬유층의 층 두께에 걸쳐 섬유의 직경을 가변적으로 구성한다면, 극값이 최소값을 나타내는 것으로 제안한다. 환언하면, 섬유층의 내부 서브영역의 섬유는 가장자리층의 섬유보다 더 작은 직경을 갖게 된다는 의미이다. 실험을 통해, 정화 작용 및/또는 미립자가 축적되는 잠재력의 관점에서는, 섬유의 직경이 감소함에 따라 섬유의 효율이 증가하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이 경우, 중심부는 특히 효율적인 반면에 가장자리 영역은 덜 효율적인 섬유층이 존재함을 의미한다. 예시적으로, 중심부에는, 예컨대 직경 50 ㎛ 미만, 심지어 25 ㎛ 미만의 섬유가 이용되는 반면, 가장자리 영역에는 직경 50 ㎛ ~ 100 ㎛ 의 섬유가 존재할 수 있다.
나아가, 예시적으로 섬유층의 층 두께를 따라 가변적으로 섬유 종류 함량을 설정하는 것도 가능한데, 이 경우 직경이 작은 섬유 (Fsmall) 와 직경이 큰 섬유 (Flarge) 가 서로 결합 또는 혼합된다. Fsmall의 직경은 20 ~ 25 ㎛ 인 반면, Flarge의 직경은 35 ~ 45 ㎛ 가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 섬유 종류 함량의 파라미터는 Fsmall = 약 0.3 ~ 0.4 로부터 Flarge = 약 0.7 ~ 0.6 까지가 바람직하다. 이러한 특성을 갖는 섬유 종류 함량은, 층 두께를 따라 실질적으로 일정하게 유지되는 경우에 미립자 분리의 관점에서 특히 유리한 결과를 나타낸다. 그러나, 하나 이상의 가장자리 영역에 가까운 섬유 종류 함량이 Fsmall = 0.0 ~ 0.2 로부터 Flarge = 1.0 ~ 0.8 까지인 경우에 더욱 유리한 효과를 달성할 수 있다.
섬유층의 양태에 따르면, 적어도 일부 섬유는 섬유 길이에 걸쳐 가변적인 직경을 갖는다. 환언하면, 이것은 섬유층이 상이한 구성의 섬유로 이루어질 필요가 없이, 적어도 일부 섬유가 자체로 다양한 섬유 직경을 가지는 것을 의미한다. 이것은, 다양한 파라미터를 갖는 이러한 형태의 섬유층의 생산을, 특히 일련의 생산을 상당히 단순화시킨다.
이러한 맥락에서, 섬유의 중심부에서 섬유 직경의 크기는 극값, 특히 최소값을 나타내기 때문에 특히 유리하다. 환언하면, 이것은 양 단부가 두껍고 중간부가 가느다란 섬유가 제공됨을 의미한다. 이러한 섬유는, 예컨대 동일한 직경을 갖는 일부 섬유가 서로 인접하게 배치되는 방식으로 서로 결합할 수 있는데 (특히, 표면과 실질적으로 평행한 단면 평면에), 이러한 방식으로 섬유층에 상이한 층이 형성된다.
본 발명의 다른 양태의 경우, 자동차용 내연기관의 배기 시스템에 이용되며, 하나 이상의 섬유층 및 하나 이상의 부분적으로 구조화된 시트를 포함하는 미립자 필터를 제안한다. 하나 이상의 섬유층 및 하나 이상의 부분적으로 구조화된 시트는 함께 허니콤체의 통로를 형성하며, 여러 통로가 하나 이상의 허니콤 구조를 갖는다. 본 발명에 따른 미립자 필터의 경우, 하나 이상의 섬유층은 층 두께 방향으로 가변적인, 다공성 및 섬유 직경으로 구성된 파라미터 중 하나 이상의 파라미터를 갖는다. 이러한 맥락에서, 본 발명에 따른 상기 섬유층으로 구성된 미립자 필터가 특히 바람직하다.
도입부에서 언급한 바와 같이, 미립자 필터는 소위 "개방형 필터 시스템" 으로 알려진 것이 바람직하며, 이에 관한 부가 설명을 위하여 상기 공보 DE 201 17 873, WO 02/00326, WO 01/92692, WO 01/80978 및 이하의 설명을 참조할 수 있다. 현재 공지된 모든 방법, 특히 연속적 및 불연속적 방법은, 본 발명에 따른 미립자 필터를 재생하는데 이용될 수 있지만, "CRT" 방법을 이용하는 연속 재생법이 바람직하다.
허니콤체를 구비한 미립자 필터의 구성은 기본적으로 공지되어 있다. 이 경우, 실질적으로 서로 평행하게 배치된 다수의 통로가 형성되어, 허니콤체의 입구측을 허니콤체의 출구측으로 연결한다. 정화될 배기가스는 입구측 단부를 통해 유동하여 부분 배기가스 스트림으로서 통로를 통과한다. 미세구조는 허니콤체 내부의 압력차를 유발하여, 부분 배기가스 스트림이 적어도 부분적으로 섬유층을 통과하여 그 과정에서 정화되도록 한다. 이 형태의 허니콤체는 100 cpsi 이상의 셀 밀도로 디자인되는 것이 바람직하며, 바람직하게는 150 ~ 400 cpsi 이다 (cpsi: 평방인치당 셀; 1 cpsi는 1 통로 / 6.4516 ㎠ 에 해당함). 통로는 통상 구조화 시트의 서브 영역 및 섬유층의 서브영역에 의해 각각 경계가 정해진다. 시트는 고온에서 견딜 수 있는 내식성 소재, 특히 금속성 소재로 제작된다. 시트의 두께는 100 ㎛ 미만으로 구성되며, 예컨대 주름형으로 순환하는 (매크로-) 구조를 갖는 것이 바람직하다. 시트와 섬유층 양자에는 하나 또는 다양한 코팅이 적어도 부분적으로 제공되며, 가능한 경우 촉매적 활성 물질을 포함한다. 시트와 섬유층의 영구적 결합을 확보하기 위하여, 이들은 특히 솔더링 (soldering) 또는 접합에 의해 상호 결합된다.
미립자 필터의 양태에 따르면, 가스 스트림이 통로를 통해 유동하여 하나 이상의 섬유층을 향해 분할되도록 (diverted) 하나 이상의 미세구조가 배치된다. 이러한 목적으로, 압력차 및/또는 유동면 가장자리를 제공하여 통상 통로 내에서 층형상으로 유동하는 가스 스트림을 섬유층을 향해 분할하기 위하여, 미세구조는 안내면, 상승부, 돌출부 등으로 디자인될 수 있다. 가스 스트림과 함께, 동반된 미립자도 섬유층을 향해 분할되는데, 미립자는 섬유층을 통과하거나 섬유층과 접촉함에 따라 궁극적으로 섬유층에 축적된다. 섬유층, 미립자 필터 또는 통로 내부에서의 미립자의 잔류시간은 미립자의 대부분이 가스상태의 성분으로 전환될 때까지 유지된다. 이를 위하여, 열적 변환 (thermal conversion) 및 질소 산화물을 이용한 재생 또는 변환을 실행할 수도 있다.
특히, 미립자 필터는 미세구조 및 섬유층이 1.5 mm 미만의 폭을 갖는 갭을 형성하도록 구성된다. 갭의 폭은 대략 1.0 mm 또는 0.5 ~ 0.8 mm 인 것이 유리하다. 원리적으로, 통로 내부에 복수의 미세구조가 제공될 수 있으며, 그 경우 갭은 통로 또는 인접 통로 내에서 동일한 디자인이 될 필요가 없음을 주의하여야 한다. 그러나, 갭의 제공은 "개방형 필터 시스템" 이 형성되는 것을 보장해 준다. 결국, 통로를 통해 유동하는 가스 스트림의 적어도 일부는, 섬유층을 완전히 통과하지 않고 미세구조를 우회하게 된다. 미세구조의 크기 및/또는 형상은 섬유층을 향하거나 섬유층을 통한 유동의 분할에 상당한 영향을 미친다.
본원에서 제안된, 섬유층의 두께 방향으로 변하는 파라미터가 제공된 섬유층의 구성의 경우, 결과적으로 배기가스 또는 가스 스트림의 일부는 섬유층을 통과하여 인접 통로로 유입하는 반면에, 나머지 배기가스 또는 가스 스트림은 미세구조를 우회하여 통로를 따라 계속 유동하게 된다. 가장자리층의 가스 스트림에 대한 유동 저항성이 중심방향으로 배치된 층보다 더 낮게 섬유층을 구성하는 것은, 이 "우회하는" 부분 가스 스트림이 적어도 부분적으로 가장자리층을 통과하여 거기에 동반된 미립자의 일부가 섬유에 침적되도록 한다. 이것은, 가스 스트림, 특히 내연기관으로부터 배출된 배기가스로부터 미립자, 특히 탄소 미립자를 제거하는 측면에서 미립자 필터의 효율을 증가시킨다.
나아가, 본 발명은 본 발명에 따른 미립자 필터를 포함하는 내연기관용 배기 시스템을 제안한다. 내연기관은 특히 고형 입자를 함유한 배기가스를 만들어내는 엔진을 의미한다. 이러한 맥락에서, 디젤 연료를 연소하는 차량용 엔진이 특히 중요시된다.
나아가, 본 발명은 상기 형태의 미립자 필터를 포함하는 자동차를 제안한다. 특히, 자동차로부터 배출되는 배기가스의 효율적 정화를 요구하는 법규로 인하여, 자동차는 다른 응용 분야 (잔디 깎는 기계, 체인톱 등) 와 더불어 바람직한 용도이다. 이것은, 특히 승객용 차량 및 트럭에 적용된다.
본 발명의 다른 양태의 경우, 가스 투과성 필터층을 이용하여 가스 스트림으로부터 미립자를 제거하는 방법을 제안하는데, 필터층은 층 두께 방향으로 파라미터의 크기가 상이한 서브영역을 갖는다. 이 파라미터는 적어도 필터층의 섬유의 직경 또는 다공성에 관련된다. 이 방법의 경우, 가스 스트림은 각각 필터층의 상이한 서브영역을 통과하는 부분 가스 스트림으로 나뉜다. 환언하면, 부분 가스 스트림이 필터층의 하나의 서브영역 또는 여러 서브영역을 통해 잘 유동한다 하더라도 결국은 나뉘어져서, 부분 가스 스트림 중 하나는 하나의 및/또는 다른 서브영역을 통과하게 된다. 이것은, 개별적 부분 가스 스트림으로의 분리가 필터층의 표면 방향으로 일어나는 것이 아니라, 층 두께 방향으로 일어난다는 사실을 특히 표현하기 위함이다. 이것은, 특히 하나의 가스 스트림은 가스 투과성 필터층을 완전히 통과하는 반면에, 또 다른 가스 스트림은 가스 투과성 필터층 안으로 침투만 할 뿐 그 필터층을 완전히 통과하지 않고 재차 동일한 측 또는 표면으로 나오게 된다는 것을 의미한다. 이러한 맥락에서, 부분 가스 스트림은, 예컨대 유동 방향, 유속, 온도, 동반된 미립자의 양에 대한 관점에서 상이해진다.
전술한 바와 같이, 하나의 부분 가스 스트림은 필터층의 하나 이상의 가장자리층만을 통과하는 반면에, 다른 부분 가스 스트림은 필터층의 모든 서브영역을 통해 유동하는 것이 특히 유리하다. 이러한 맥락에서, 필터층은 본 발명에 따른 필터층은 물론, 상기 파라미터의 크기가 층 두께 방향으로 변하는 다른 소재 또는 물질로 이루어진 필터층 모두를 의미하는 것으로 이해하여야 하는데, 상기 파라미터의 크기의 극값은 필터층의 표면으로부터 소정의 거리를 두고 존재한다.
상기 방법의 또 다른 구성에 따르면, 가장자리층만을 통해 유동하는 부분 가스 스트림은 가장자리층을 통해 필터 길이 (distance) 를 따라 안내되는데, 이 필터 길이는 적어도 필터층의 층 두께에 대응한다. 이것은, 필터층을 통해 완전히 유동하지 않는 부분 가스 스트림 (바이패스) 이 유로의 적어도 동일한 길이에 걸쳐 필터 소재와 접촉한다는 것을 의미한다. 전술한 바와 같이, 필터층의 서브영역 또는 층의 효율은 상이할 수 있지만, 여기에서 설명하는 여과 길이를 확보함으로써, 가장자리층의 필터 소재만을 통과하는 이 배기가스에 대한 적어도 균형잡힌 (proportionate) 필터 작용이 달성된다. 필터 길이는 인접층이 효율 또는 다른 파라미터의 관점에서 상이해지도록 하는 인자에 의해 연장되는 것이 바람직하다. 필터 길이는, 예컨대 이러한 형태의 가스 투과성 필터층에 의해 경계가 설정되는 유로의 미세구조의 구체적 구성과 같은, 목적하는 압력차의 제공 또는 강제 유동 프로파일 (forced flow profile) 에 의해 영향을 받을 수 있다.
마지막으로, 필터층 자체에 의해 영향을 받는 각각의 부분 가스 스트림의 정량적 결정을 제안한다. 환언하면, 이것은 전체 가스 스트림을 부분 가스 스트림으로 분할하는 수단이 필터층 자체의 구성에 포함되는 것을 의미한다. 이러한 수단은 섬유층의 파라미터를 상이하게 구성함으로써 실현될 수 있는데, 즉 고유한 것일 수도 있다. 예를 들어, 층 두께 방향으로 다공성 또는 유동 저항성이 상이한 필터층의 구성의 경우, 이러한 형태의 분할 또는 정량적 결정에 영향을 미치는 하나의 방법이 있다.
여기서 설명하는 방법은 본 발명에 따라 제안된 섬유층 중 하나 및/또는 본 발명에 따라 제안된 미립자 필터의 구성으로 특히 성공적으로 실현될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 및 본 발명의 기술적 분야를 더욱 상세하게 설명한다. 도면은 본 발명에 따른 미립자 필터 및/또는 본 발명에 따른 섬유층의 특히 바람직한 양태를 나타내는 것이지만, 본 발명은 이들로 제한되지 않는다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법에 적합한 필터층을 나타내며,
도 2 는 본 발명에 따른 섬유층의 양태를 나타내며,
도 3 은 본 발명에 따른 섬유층의 추가적 구성을 나타내며,
도 4 는 미립자 필터의 양태의 통로를 나타내는 상세도이며,
도 5 는 배기 시스템을 갖춘 자동차의 사시도이며,
도 6 은 미립자 필터의 구조를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 섬유층 2 배기 시스템
3 내연기관 4 섬유
5 층 두께 6 표면
7 다공성 8 섬유 직경
9 극값 10 서브영역
11 섬유 길이 12 부분 (portion)
13 미립자 필터 14 시트
15 통로 16 허니콤체
17 미세구조 18 갭
19 갭 폭 20 자동차
21 미립자 22 가스 스트림
23 필터층 24 부분 가스 스트림
25 가장자리층 26 필터 길이 (filter distance)
27 촉매 컨버터 28 배기 파이프
29 층 길이 30 층 폭
31 코팅 32 개구
33 유동 방향 34 하우징
35 적층체 (stack)
도 1 은 통상 규정된 층 길이 (29) 및 층 폭 (30) 을 갖는 필터층 (23) 을 나타내는 사시도이다. 필터층 (23) {및 섬유층 (1)} 은 궁극적으로 필터층 (23) 의 층 두께 (5) 를 형성하는 2개의 표면 (6) 에 의해 경계가 설정된다. 이 층 두께 (5) 방향으로, 가스 투과성 필터층 (23) 은 필터층 (23) 을 설명하는 파라미터에 기초하여 상이한 복수의 서브영역 {10, (10.1, 10.2, 10.3)} 을 갖는다. 필터층 (23) 의 특징인 파라미터는, 예컨대 필터층 (23) 이 섬유층 (1) 으로 디자인된 경우 섬유 (4) 의 섬유 직경 (8) 또는 다공성 (7) 을 포함한다.
상세도에서 보듯이, 필터층 (23) 에 침투한 가스 스트림 (22) 은 부분적으로 필터층 (23) 의 내측 영역 안으로 침투할 것이다. 가스 스트림 (22) 전체가 제 1 서브영역 (10.1) 을 통해 침투한 후에는, 제 2 서브영역 (10.2) 에 도달하게 된다. 중앙부에 배치된 이 서브영역 (10.2) 은 가스 스트림 (22) 의 일부에 대하여 불투과성인 섬유 직경 및/또는 다공성을 갖는다. 따라서, 이러한 부분 가스 스트림 (24.1) 은 제 2 서브영역 (10.2) 으로 천이부 (transition) 에서 편향되어, 필터층 (23) 을 빠져나가기 전에 제 1 서브영역 (10.1) 을 통해 유동하여 되돌아 간다. 그러나, 예컨대, 큰 유속, 낮은 미립자 농도 (level) 등을 갖는 또 다른 부분 가스 스트림 (24.2) 은 제 2 서브영역 (10.2) 을 통해 침투한다. 그리고, 부분 가스 스트림 (24.2) 은 인접 서브영역 (10.3) 을 통해 유동하여, 결국 반대측 표면 (6) 으로 빠져나오게 된다. 제 1 부분 가스 스트림 (24.1) 및 제 2 부분 가스 스트림 (24.2) 은 모두 적어도 필터층 (23) 의 제 1 서브영역 (10.1) 과 접촉하였다. 그러나, 제 1 부분 가스 스트림 (24.1) 은 서브영역 (10.1) 만을 통과 하여 유동한 반면에, 부분 가스 스트림 (24.2) 은 모든 서브영역 (10.1, 10.2, 10.3) 을 통과하였다. 이 경우, 부분 가스 스트림 (24) 의 정량적 결정은 필터층 (23) 자체에 의해 영향을 받았는데, 이는 서브영역 (10) 의 상이한 유동 저항성으로 인해 가스 스트림 (22) 의 이러한 분할이 초래된 것이다.
도 2 는 섬유층 (1) 을 상세하게 나타낸 것이다. 제 1 섬유 직경 (8) 을 갖는 섬유 (4) 는 섬유층 (1) 의 경계를 설정하는 표면 (6) 근처에 제공된다. 섬유 (4) 는 중심부에도 제공되지만, 상이한 섬유 직경 (8) 을 갖는다. 상이한 형상의 섬유 (4) 는 서로 영구적으로 결합하여 랜덤 조립체 (random assembly) 를 형성하는데, 이와 동시에 다공성 (7) 이 형성된다. 섬유층 (1) 의 이러한 상세도와 더불어, 도면의 좌측과 우측에는 각각 층 두께 (5) 에 걸쳐 다공성 (7) 및 섬유 직경 (8) 을 나타내는 파라미터의 크기의 프로파일이 도시되어 있다.
도 2 의 좌측에는 다공성 (7) 의 프로파일이 도시되어 있다. 중심부, 즉 표면 (6) 으로부터 소정 거리의 중심부에는 다공성 (7) 이 가장 적은 극값 (9) 이 위치한다. 다공성 (7) 의 프로파일은 섬유층 (1) 의 중간층에 대하여 실질적으로 대칭이며, 연속적으로 천이된다.
이와 유사하게, 도 2 의 우측에는 층 두께 (5) 에 걸친 섬유 직경의 프로파일 (8) 이 도시되어 있다. 섬유 직경 (8) 이 작은 섬유 (4) 가 중심부에 제공되고 섬유 직경 (8) 이 큰 섬유가 가장자리층에 제공되기 때문에, 우측에 도시된 바와 같이 섬유 직경 (8) 의 급격한 변화가 나타난다. 중심부에는 재차 극값 (9) 이 형성된다.
도 3 은 섬유층 (1) 을 특히 두드러지게 도시한 상세도이다. 이 상세도는 섬유층 (1) 의 양 표면에 코팅 (31) 이 제공된 섬유층 (1) 을 보여주고 있는데, 물론 그 코팅은 내부 영역 안으로 또는 심지어 섬유 (4) 가 없는 모든 표면으로 확장된다. 이 경우, 섬유층 (1) 은 섬유 (4) 의 정렬된 조합으로서 구성되는데, 섬유 (4) 는 섬유 길이 (11) 에 걸쳐 다양한 섬유 직경 (8) 으로 디자인된다. 이를 위하여, 프로파일이 도시된 우측에서 볼 수 있는 바와 같이, 섬유 (4) 는 그 중심부에서 섬유 직경 (8) 이 극값 (9) 에 도달한다. 여기에 도시된 예의 경우, 섬유 직경 (8) 은 각 표면 (6) 근처에서 상이해지도록 디자인되어, 이 경우 섬유 직경 (8) 의 프로파일은 섬유 길이 (9) 또는 층 두께 (5) 에 걸쳐 대칭형이 아니다. 섬유 (4) 의 정렬 또는 동일하고 규칙적인 배향은, 파라미터가 층 두께 (5) 방향으로 변하는 섬유층 (1) 의 구성을 제공하는 가장자리층 (25) 의 형성을 초래한다. 여기에 도시된 섬유 (4) 의 구성과 더불어, 섬유층 (1) 의 서브영역에 다른 섬유 (4)(예컨대, 다른 소재 또는 섬유의 직경이 일정한) 를 제공하는 것이 가능하며, 다른 섬유는 섬유와 조합되어 일체화된다.
도 4 는 자동차용 내연기관의 배기 시스템에 이용되는 본 발명에 따른 미립자 필터 (13) 의 구조를 부분 단면 형태로 나타내는 개략도이다. 미립자 필터 (13) 는 다공성 및 섬유 직경 중에서 선택된 하나 이상의 파라미터가 층 두께 (5) 방향으로 변하는 섬유층 (1), 및 복수의 통로 (15) 를 함께 형성하는 하나 이상의 부분적으로 구조화된 시트 (14) 를 포함한다. 도시된 양태에서, 시트 (14) 에는 미세구조 (17) 가 있다. 이러한 형태의 통로 (15) 는 도 4 의 "A" 로 표시 된 상부 도면에 길이방향 단면 형태로 상세하게 도시되어 있다. "B" 로 표시된 그 아래 도면에는, 통로 (15) 의 단면이 도시되어 있으며, 또한 그 단면도는 보이는 방향을 표시하는 "A" 도면에 도시되어 있다.
이하, 작용 모드를 더욱 상세하게 설명한다. 미립자 (21) 를 이송하는 가스 스트림 (22), 특히 배기가스 스트림은 통로 (15) 를 통해 유동하는데, 여기에서 가스 스트림은 통로 (15) 안으로 돌출된 미세구조 (17) 로 침입한다. 그 결과, 가스 스트림 (22) 은 섬유층 (1) 을 향해 분할된다. 섬유층 (1) 에는 가장자리층 (25) 및 내부에 중심층이 있다. 전체 가스 스트림 (22) 은 제 1 가장자리층 (25) 을 통과하지만, 파라미터 (예컨대, 다공성 및/또는 섬유 직경 등) 에 따라 중간층이 부분 가스 스트림 (24) 에 대한 유동 저항을 형성하여, 상기 부분 가스 스트림은 이 중간층을 통과하지 못한다. 오히려, 이 편향된 부분 가스 스트림 (24) 은 궁극적으로 통로 (15) 로 되돌아 나오기 전까지 필터 길이 (26) 를 따라 가장자리 영역 (25) 을 통해 유동한다. 가스 스트림 (22) 의 또 다른 부분은 이 중간층 및 그 중간층에 접한 가장자리층 (25) 을 또한 통과하여 반대측 표면으로 재차 나오게된다. 가스 스트림 (22) 이 섬유층 (1) 을 통과하여 유동함에 따라, 동반된 미립자 (21) 는 섬유층 (1) 의 섬유 (4) 에서 수집되어, 궁극적으로 가스 스트림 (22) 이 정화된다.
미세구조 (17) 는 인접 통로 (15) 에서의 압력차의 생성 및/또는 유동 분할을 위하여 제공된다. 이 미세구조 (17) 는 시트 (14) 의 구조 또는 소재 안으로 작용하는 돌출부를 포함한다. 순수 변형 단계를 이용하는 것이 가능하지만, 이 형태의 미세구조 (17) 는 스탬핑 (stamping) 또는 다른 절삭 공정에 의해 형성되는 것도 가능한데, 그 경우 일반적으로 시트 (14) 안으로 개구 (32) 가 도입된다. 이것은 또한 인접 통로 (15) 사이의 유동 소통을 제공하여, 정화될 배기가스가 계속 되풀이되어 혼합될 수 있다. 이 경우 안내면으로 형성된 미세구조 (17) 는 섬유층 (1) 과 함께 갭 (18) 을 형성하는데, 갭은 소정의 갭 폭 (19) 을 갖는다. 미세구조 (17) 의 구성 및 섬유층 (1) 의 구성, 및 가스 스트림 (22) 의 유동 특성은, 이제 다양한 부분 가스 스트림 (24) 으로의 정량적 분할에 영향을 미친다.
도 5 는 관련 배기 시스템 (2) 을 구비한 내연기관 (3) 을 포함하는 자동차 (20) 의 개략적인 사시도이다. 내연기관 (3) 에서 생성된 배기가스는 바람직한 유동 방향 (33) 으로 배기 시스템을 통해 유동하여, 정화된 후에 주변환경으로 배출된다. 배기 시스템 (2) 은 복수의 상이한 일련의 배기가스 처리 장치가 제공된 배기 파이프 (28) 를 포함한다. 본원의 경우, 배기가스는 직렬로 배치된 산화 촉매 컨버터 (27), 미립자 필터 (13), 촉매 컨버터 (27) 를 통해 유동한다. 그러나, 원리적으로, 미립자 필터 (13) 는 공지된 배기가스 처리 장치의 임의의 조합으로 일체화될 수 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 산화 촉매 컨버터 (27) 및 미립자 필터 (13) 를 직렬로 연결하는 것은, 특히 도입부에서 설명한 "CRT" 원리에 따라 미립자 필터의 연속 재생을 허용한다.
도 6 은 하우징 (34) 및 그 안에 위치한 허니콤체 (16) 를 포함하는 미립자 필터 (13) 의 단부측을 나타내는 개략도이다. 허니콤체 (16) 는 섬유층 (1) 의 복수의 적층체 (35) 및 함께 감겨있는 시트 (14) 로 형성된다. 교대로 적층된 섬유층 (1) 및 구조화된 시트 (14) 는 통로 (15) 를 형성하여, 배기가스가 그 통로를 통해 유동할 수 있다. 가스 스트림 (22) 이 섬유층 (1) 을 통해 유동하도록 하는 미세구조 (17, 미도시) 는 통로의 내부에 제공된다.
본원에서 설명한 발명은 자동차용 내연기관으로부터 배출된 배기가스로부터 특히 효율적으로 미립자를 분리하게 해준다.

Claims (17)

  1. 자동차용 내연기관의 배기 시스템 (2) 에 이용되는 섬유층 (1) 으로서, 상기 섬유층은 섬유 (4) 조립체를 포함하며, 상기 섬유층 (1) 의 일 표면 (6) 으로부터 반대측 표면 (6) 을 향해 연장된 층 두께 (5) 를 가지며, 다공성 (7), 섬유 직경 (8), 섬유 종류 함량 중 하나 이상의 파라미터를 특징으로 하는 섬유층에 있어서,
    상기 하나 이상의 파라미터의 크기는 상기 층 두께 (5) 방향으로 변하며, 이 크기의 극값 (9) 은 상기 섬유층 (1) 의 상기 표면 (6) 으로부터 거리를 두고 존재하는 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유층 (1) 은 금속성 섬유 (4) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유층 (1) 에는 복수의 서브영역 (10) 이 있으며, 이 서브영역의 각각의 경우 하나 이상의 파라미터가 상기 층 두께 (5) 방향으로 일정한 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    홀수개의 서브영역 (10) 이 존재하여, 중앙에 배치된 서브영역 (10) 에서 파라미터가 극값 크기가 되는 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파라미터는 다공성 (7) 이며 상기 극값 (9) 은 최소값으로 표현되는 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파라미터는 섬유 직경 (8) 이며 상기 극값 (9) 은 최소값으로 표현되는 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유 (4) 의 적어도 일부는 그 섬유 길이 (11) 에 걸쳐 변하는 섬유 직경 (8) 을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 섬유 직경 (8) 의 크기는 중심부 (12) 에서 극값을 나타내는 것을 특징으로 하는 섬유층 (1).
  9. 자동차용 내연기관의 배기 시스템 (2) 의 용도에 적합한 미립자 필터 (13) 로서, 상기 미립자 필터는 함께 허니콤체 (16) 의 통로 (15) 를 형성하는 하나 이상의 섬유층 (1) 및 하나 이상의 부분적으로 구조화된 시트 (14) 를 포함하며, 상기 통로 (15) 의 적어도 일부에는 하나 이상의 미세구조 (17) 가 있는 미립자 필터 (13) 에 있어서,
    상기 하나 이상의 섬유층 (1) 은, 다공성 (7) 및 섬유 직경 (8) 중에서 선택되어 층 두께 (5) 방향으로 변하는 하나 이상의 파라미터를 갖는 것을 특징으로 하는 미립자 필터 (13).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미세구조 (17) 는 상기 통로 (15) 를 통해 유동하는 가스 스트림 (22) 이 상기 하나 이상의 섬유층 (1) 을 향해 분할되도록 상기 통로 (15) 에 배치되는 것을 특징으로 하는 미립자 필터 (13).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 미세구조 (17) 및 상기 섬유층 (1) 은 1.5 mm 미만의 갭 폭 (19) 을 갖는 갭 (18) 을 형성하는 것을 특징으로 하는 미립자 필터 (13).
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 미립자 필터 (13) 를 포함하는 내연기관 (3) 의 배기 시스템 (2).
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 미립자 필터 (13) 을 포함하는 자동차 (20).
  14. 층 두께 (5) 방향으로 파라미터의 크기가 상이한 서브영역 (10) 을 갖는 가스 투과성 필터층 (23) 을 이용하여 가스 스트림 (22) 으로부터 미립자 (21) 를 제거하는 방법으로서, 이 파라미터는 적어도 필터층 (23) 의 섬유 (4) 의 섬유 직경 (8) 또는 다공성 (7) 에 관한 것이며, 상기 가스 스트림 (22) 이 필터층 (23) 의 상이한 서브영역 (10) 을 각각 통과하는 부분 가스 스트림 (24) 으로 분할되는, 가스 스트림 (22) 으로부터 미립자 (21) 를 제거하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    하나의 부분 가스 스트림 (24) 은 상기 필터층 (23) 의 하나 이상의 가장자리층 (25) 만을 통과하는 반면, 다른 부분 가스 스트림 (24) 은 모든 서브영역 (10) 을 통해 유동하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림 (22) 으로부터 미립자 (21) 를 제거하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가장자리층 (25) 하고만 접촉하는 상기 부분 가스 스트림 (24) 은 적어도 상기 필터층 (23) 의 층 두께 (5) 에 대응하는 필터 길이 (26) 를 통해 유동하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림 (22) 으로부터 미립자 (21) 를 제거하는 방법.
  17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 각 부분 가스 스트림 (24) 의 정량적 결정은 상기 필터층 (23) 자체에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 가스 스트림 (22) 으로부터 미립자 (21) 를 제거하는 방법.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1928573A4 (en) * 2005-08-30 2010-04-14 Ind Ceramic Solutions Llc INTEGRATED MULTIPLE LAYER CERAMIC FILTER PAPER AND ASSOCIATED METHOD
DE102006026324A1 (de) * 2006-06-02 2007-12-06 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Nebenstromfilter mit verbessertem Filterwirkungsgrad
KR100790938B1 (ko) 2006-12-28 2008-01-04 문재관 스택용 오염물질 제거장치
JP2008303785A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Honda Motor Co Ltd ディーゼルパティキュレートフィルタ
DE102008003658A1 (de) * 2008-01-09 2009-07-16 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Wabenkörper mit strukturiertem Blechmaterial
DE102008036127A1 (de) * 2008-08-01 2010-02-04 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage mit Lambda-Regelung
DE102009041092A1 (de) * 2009-09-14 2011-03-24 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Abgasbehandlungsvorrichtung mit zwei Wabenkörpern zur Erzeugung eines elektrischen Potentials
RU2438753C1 (ru) * 2010-07-09 2012-01-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Орион Интегрити" Фильтр для удаления загрязняющих газов из газового потока
US9239019B2 (en) 2012-01-26 2016-01-19 Ford Global Technologies, Llc Particulate matter retaining system
CN103240194A (zh) * 2012-02-03 2013-08-14 邱宁 一种多级旋风除尘器
EP2821119B1 (en) * 2013-07-02 2016-06-29 Ahlstrom Corporation Filter medium
EP2865434A1 (en) 2013-10-22 2015-04-29 Ahlstrom Corporation Method of filtering a fluid and a filter medium therefor
GB201622179D0 (en) * 2016-12-23 2017-02-08 Johnson Matthey Plc Gasoline particulate filter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1317950A1 (en) * 2001-12-07 2003-06-11 N.V. Bekaert S.A. Filter medium for diesel soot filtration
US20040194440A1 (en) * 2001-10-29 2004-10-07 Emitec Gesellschaft Fur Emissionstechnologie Mbh Heat-resistant filter layer, filter body, and process for producing the filter layer and the filter body

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10020170C1 (de) 2000-04-25 2001-09-06 Emitec Emissionstechnologie Verfahren zum Entfernen von Rußpartikeln aus einem Abgas und zugehöriges Auffangelement
DE4141580A1 (de) * 1991-12-17 1993-06-24 Didier Werke Ag Partikelfilter
JP3434117B2 (ja) * 1996-03-29 2003-08-04 住友電気工業株式会社 ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ
JP2000129311A (ja) * 1998-10-28 2000-05-09 Bridgestone Corp 金属繊維不織布焼結シート
DE10026696A1 (de) 2000-05-30 2001-12-20 Emitec Emissionstechnologie Partikelfalle
DE10031200A1 (de) * 2000-06-27 2002-01-17 Emitec Emissionstechnologie Partikelfalle zum Abscheiden von Partikeln aus dem Strom eines Fluids, Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus dem Strom eines Fluids und Verwendung einer Partikelfalle
JP2002097925A (ja) * 2000-09-27 2002-04-05 Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd 多層フェルト構造のディーゼルパティキュレートフィルタ
JP2002146659A (ja) * 2000-11-07 2002-05-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 金属不織布及びその製造方法
JP4656618B2 (ja) * 2001-02-09 2011-03-23 旭化成せんい株式会社 抽出用フィルター
JP2002326009A (ja) * 2001-05-08 2002-11-12 Isuzu Motors Ltd フィルタ用フエルトおよびその製造方法
JP2002332630A (ja) * 2001-05-08 2002-11-22 Chisso Corp ドレーン材
JP2002357112A (ja) * 2001-05-30 2002-12-13 Isuzu Motors Ltd ディーゼル排気浄化装置
DE20117659U1 (de) * 2001-10-29 2002-01-10 Emitec Emissionstechnologie Offener Partikelfilter mit Heizelement
DE10153284A1 (de) * 2001-10-29 2003-05-15 Emitec Emissionstechnologie Filterverbund und Verfahren zu seiner Herstellung
DE20117873U1 (de) 2001-11-06 2002-02-14 Emitec Emissionstechnologie Offener Filterkörper mit verbesserten Strömungseigenschaften
JP2004041941A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd フィルタ部材

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040194440A1 (en) * 2001-10-29 2004-10-07 Emitec Gesellschaft Fur Emissionstechnologie Mbh Heat-resistant filter layer, filter body, and process for producing the filter layer and the filter body
EP1317950A1 (en) * 2001-12-07 2003-06-11 N.V. Bekaert S.A. Filter medium for diesel soot filtration

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