KR101080388B1 - 매연여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매연여과장치에 관한 것으로, 구체적으로는 경유를 사용하는 디젤엔진에서 배출되어 버너에 의해 가열된 배기가스를 분산 유입하여 효과적으로 정화시키는 매연여과장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 엔진에서 배출된 배기가스를 정화하기 위하여 배기가스의 배기유로에 구비되며 내부에 정화 필터로 이루어진 여과공간을 가지는 통상의 매연여과장치에 있어서, 배기가스의 유입구측에는 다수의 분산홀이 형성된 판면이 유입구측으로 볼록하게 만곡되고 테두리에는 소정각도로 기울어짐과 동시에 방사상으로 구비된 복수개의 날개부를 가지는 분산판이 구비되고, 배기구측에는 배기구의 내경보다 작은 외경을 가지며 판면에 다수개의 통기홀이 구비된 판상의 통기판이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 매연여과장치를 제공한다.

Description

매연여과장치{DIESEL PARTICULATE FILTER}

본 발명은 매연여과장치에 관한 것으로, 구체적으로는 경유를 사용하는 디젤엔진에서 배출됨에 따라 버너에 의해 가열된 배기가스의 배기로 상에 구비되어 정화하도록 된 매연여과장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입구를 통해 유입되는 배기가스가 매연여과장치의 내부의 전면적에 걸쳐 고르게 통과할 수 있도록 효과적으로 분산 유입되게 함은 물론 유입되는 배기가스가 여과공간상에서 와류를 형성하도록 하여 매연여과장치의 여과공간을 직선상이 아닌 와류상으로 통과하여 증대된 여과면적을 경유하도록 되어 여과효율을 증진시킴은 물론 특히 필터에 의해 여과되어 배출되는 배기가스가 배기로상의 중앙으로 쏠리지 않고 단면상 전 면적에 걸쳐 고르게 분산되어 배출되도록 하여 배기가스의 배기압력을 줄일 수 있도록 된 매연여과장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤자동차는 종래의 가솔린자동차에 비하여 연비를 줄일 수 있으면서도 출력이 우수하여 대형차량에 많이 이용되고 있다.
이러한 디젤엔진은 엔진 내부에 연료를 분사하고 압축착화방식으로 연소하는 4-행정기관으로, 연료의 자기 착화 과정에서 연료와 공기의 불균일화로 인해 불완전연소가 일어남에 따라 유해 미립자가 더 많이 발생된다.
상기와 같은 유해 미립자는 주로 질소산화물, 입자상 물질(PM : Particulate Matter) 및 수트(Soot)로 사람에게 유해한 요소이고, 환경오염을 가중시키기 때문에 유해 미립자의 배출을 줄이기 위하여 매연여과장치(DPF : Diesel Particulate Filter)가 사용된다.

이러한 매연여과장치는 통상적으로 유해 미립자를 포집하기 위하여 메탈 필터 또는 세라믹 필터가 많이 이용되고 있다.

여기서 세라믹 필터는 고온에서 사용할 수 있고, 특히 배기가스에 함유된 입자상 물질의 포집율이 높아 디젤차량의 매연여과장치에 많이 사용되고 있으며 필터의 교환과 점검이 용이하다는 장점이 있다.

또한, 메탈 필터는 열전도성이 높아 국부적으로 열이 집중되는 현상이 발생하지 않기 때문에 열충격에 강하고 빠른 가열 특성을 가지고 있으며 소형이면서 배기저항이 작은 장점이 있다.

하지만, 상기 세라믹 필터 및 메탈 필터로 구성된 매연여과장치는 도 1에서 보는 바와 같이, 엔진에서 배출되어 가열된 고온의 배기가스가 매연여과장치에 유입되어 중심부로 흐르기 때문에 중심부에서만 포집이 이루어져 재생되므로 재생효율이 낮을 뿐만 아니라 배기가스의 압력이 증가하여 운전성 악화와, 엔진의 출력 저하 및 착화지연으로 인한 노킹 현상을 초래하는 문제점이 있다.

따라서 근자에는 배기가스가 여과장치의 필터를 통과할 때 전 면적에 걸쳐 고르게 통과되도록 함으로써, 여과효율를 증진 시킬 수 있는 다양한 구조를 가지는 매연여과장치들이 제안되고 있다.
이와 같이 근자에 제안되고 있는 매연여과장치로, 일본공개특허번호 특개2001-73742호, 일본공개특허번호 특개2007-315246호 등이 있다.

상기에서 일본공개특허 특개2001-73742호는 공보에 게재된 바와 같이 멈춤판의 위치에 따라 배기되는 배기가스가 저항되어 외측으로 분산되는 압력을 형성하도록 된 것으로, 상기 멈춤판의 위치가 흡입구측에 위치되면 배기가스가 멈춤판의 외측으로 분산되면서 여과공간상에서 외곽측에서 내측으로 그 흐름이 이어지도록 되어 있다.
그리고 멈춤판이 배기구측에 위치되면 여과공간상에서 배기구를 통해 배기될 때 멈춤판의 저항으로 배기가스가 잔류함과 동시에 외곽측을 통해 배기되는 흐름을 가지도록 되어있어, 배기가스의 여과공간상의 잔류시간 및 면적을 증대시키도록 되어 있다.
그러나 이와 같은 여과장치는 배기가스를 단순히 외측에서 내측으로 혹은 내측에서 외측으로 흐름을 바꾸어 통과면적 및 시간을 높이는 구성으로, 여과효율을 현저히 증대시키지 못하는 문제점이 있었다.

그리고 상기에서 일본공개특허 특개2007-315246호는 공보에 게재된 바와 같이 여과공간상 흡입구측에 다수의 홀이 형성된 정류배플플레이트을 구성하여 촉매장치를 통과한 배기가스가 여과공간으로 진입할 때 상기 홀을 통과하여 진입하도록 되어 있어, 각각 이격된 홀을 각각 통과하도록 함으로서, 여과공간상에서 배기가스가 분산되도록 된 것이다.
그러나 이와 같은 구성에서 상기 배기가스가 홀을 통과한 후 여과공간상 중심으로 쏠리어 흐르는 것을 방지하지 못하여 여과효율이 현저히 증대되지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 입구를 통해 유입되는 배기가스가 매연여과장치의 내부의 전면적에 걸쳐 고르게 통과할 수 있도록 효과적으로 분산 유입되게 함은 물론 유입되는 배기가스가 여과공간상에서 와류를 형성하도록 하여 매연여과장치의 여과공간을 직선상이 아닌 와류상으로 통과하여 증대된 여과면적을 경유하도록 되어 여과효율을 증진시킴은 물론 특히 필터에 의해 여과되어 배출되는 배기가스가 배기로상의 중앙으로 쏠리지 않고 단면상 전 면적에 걸쳐 고르게 분산되어 배출되도록 하여 배기가스의 배기압력을 줄일 수 있도록 된 매연여과장치를 제공하는 것에 있다.

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상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 매연여과장치는, 엔진에서 배출된 배기가스를 정화하기 위하여 배기가스의 배기유로에 구비되며 내부에 정화 필터로 이루어진 여과공간을 가지는 통상의 매연여과장치에 있어서,
배기가스의 유입구측에는 다수의 분산홀이 형성된 판면이 유입구측으로 볼록하게 만곡되고 테두리에는 소정각도로 기울어짐과 동시에 방사상으로 구비된 복수개의 날개부를 가지는 분산판이 구비되고, 배기구측에는 배기구의 내경보다 작은 외경을 가지며 판면에 다수개의 통기홀이 구비된 판상의 통기판이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

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상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 매연여과장치는 배기가스가 유입구를 토해 유입되면 볼록한 판면을 타고 외측으로 흐르면서 일부가 상기 분산홀을 통해 여과공간으로 이동을 하고 대다수의 배기가스는 분산판의 외곽으로 흘러 경사진 날개부를 통해 여과공간으로 유입되면서 와류를 형성하게 되어 여과공간의 전면적으로고르게 관통하여 흐름으로써 여과효율을 현저히 증대시키게 된다.
또한 여과공간을 통과하여 여과된 배기가스가 배기구측을 통해 배출될 때에는 일부는 상기 통기판의 통기호를 통과하여 배기되고 대다수는 통기판의 외측으로 흘러 통기판의 외곽을 통해 분산하여 배출시키므로 배출되는 배기가스의 압력을 낮춰 엔진의 출력 저하 및 착화지연으로 인한 노킹 현상을 방지하는 효과를 갖는다.

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도 1은 종래의 매연여과장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 분산판을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 분산판이 결합된 모습을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 통기판이 결합된 모습을 나타낸 배면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

매연여과장치(100)는 경유를 사용하는 디젤엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 유해 미립자를 정화시킬 수 있는 장치로서, 엔진(미도시)에서 발생하는 배기가스가 유동하는 배기유로 상에 형성된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치를 나타낸 단면도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 엔진(미도시)에서 배출되어 가열된 배기가스는 디젤산화촉매장치(DOC : Diesel Oxidation Catalyst)(200)와 매연여과장치(100)를 순차적으로 통과하여 정화하게 된다.

디젤산화촉매장치(200)는 엔진으로부터 배출되는 가스 중의 유해 미립자 중 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등을 정화시키는 기능과, 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO₂)로 전환 생성시킨다. 이러한 디젤산화촉매장치(200)는 종래와 동일한 구조로 구성되어 있으며, 배기가스가 유동되는 배기유로의 일측에 형성되는데 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)이 코팅 처리되어 있어 일산화질소(NO)와 산화 반응하여 이산화질소(NO₂)를 생성하게 된다.

그리고 상기와 같이 일차적으로 정화된 배기가스는 디젤산화촉매장치(200)의 후단에 설치된 매연여과장치(100)로 유입되고 매연여과장치(100)는 유입되는 배기가스에서 입자상 물질(PM : Particulate Matter) 및 수트(Soot)를 포집하여 재생하게 된다.

이때, 매연여과장치(100)의 내부는 정화필터(110)가 길이방향으로 주름져 형성되고, 정화필터(110)는 메탈 파이버 필터로 형성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 분산판을 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 분산판이 결합된 모습을 나타낸 평면도이다.

도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 매연여과장치(100)는 매연여과장치(100)의 일단에 형성되어 유입되는 배기가스를 분산하여 유입시키고 배기가스의 압력을 줄이기 위한 다수개의 분산홀(123)이 형성된 분산판(120)을 포함한다.

이때, 분산판(120)은 매연여과장치(100)의 입구에 매연여과장치(100)에 밀착되어 설치된다.

여기서, 분산판(120)에는 소정각도 기울어지도록 형성된 다수개의 날개부(121)가 분산판(120)의 테두리를 따라 방사형으로 설치된다. 이때, 분산판(120)은 디젤산화촉매장치(200)를 통과한 고온고압의 배기가스가 원활히 섞이고 날개부(121) 측으로 안내되어 매연여과장치(100)의 내부로 유입되도록 매연여과장치(100)의 전방으로 볼록하게 구부러져 형성된다.

또한, 분산판(120)은 매연여과장치(100)의 입구 면적대비 55% ~ 75%의 크기로 형성되고, 날개부(121)를 포함한 크기는 매연여과장치(100)의 입구 면적대비 75% ~ 95%로 형성될 수 있다.

따라서, 배기가스는 분산판(120)에 의해 매연여과장치(100)의 중심부를 통과하지 않고 외주부로 안내되고 날개부(121)에 의해 분산되고 와류 유동시켜 유입됨으로써, 매연여과장치(100) 내부에 형성된 정화필터(110)의 전 영역을 통과할 뿐만 아니라 통과시간을 증가시켜 배기가스의 유해 미립자를 효율적으로 재생시킬 수 있다.

또한, 분산판(120)에는 매연여과장치(100)로 유입되는 배기가스의 압력을 줄이기 위하여 다수개의 분산홀(123)이 형성된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연여과장치의 통기판이 결합된 모습을 나타낸 배면도이다.

도 5에서 보는 바와 같이, 매연여과장치(100)의 타단에 형성되어 정화 필터(110)로 정화된 배기가스를 분산하여 배출시키는 통기판(130)을 더 포함한다.

여기서, 통기판(130)은 매연여과장치(100)의 배출구의 중심부에 설치되는데 매연여과장치(100)에 밀착되어 설치된다. 이때, 통기판(130)의 크기는 매연여과장치(100) 배출구 면적 대비 50% ~ 60%의 크기로 설치되어 배기가스가 통기판(130)이 설치되지 않은 배출구의 외주부를 통해 배출되므로 배출되는 배기가스의 압력을 낮출 수 있고 정화필터(110)의 통과시간을 증가시켜 배기가스의 유해 미립자를 효율적으로 재생시킬 수 있다.

한편, 통기판(130)은 매연여과장치(100)를 통과하여 배출되는 배기가스의 압력을 줄이기 위하여 배기가스가 배출되도록 통기판(130)의 외주부 및 중심부에 다수개의 통기홀(131)이 형성될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 의한 매연여과장치의 배기가스 정화과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 엔진에서 배출된 배기가스가 버너(미도시)에 의해 가열되어 디젤산화촉매장치(200)를 통과한다. 이때, 디젤산화촉매장치(200)에서 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등이 정화되고 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO₂)로 전환 생성된다.

그리고 디젤산화촉매장치(200)를 통해 일차적으로 정화된 배기가스는 매연여과장치(100)의 입구에 설치된 분산판(120)에 의해 분산판(120)의 테두리에 형성된 날개부(121)로 안내된다. 안내된 배기가스는 날개부(121)에 의해 분산되고 와류 유동되어 매연여과장치(100)의 내부로 유입됨으로써, 매연여과장치(100) 내부에 형성된 정화필터(110)의 전 영역을 통과하게 된다.

이때, 분산판(120)에는 분산홀(123)이 형성되어 매연여과장치(100)로 유입되는 배기가스의 압력을 줄이게 된다.

한편, 정화필터(110)를 통과하는 배기가스는 정화필터(110)의 중심부로 모여 배출구의 중심부로 배출되려는 성질이 있기 때문에 이를 방지하기 위하여 배출구의 중심부에 배출구의 일부분을 커버하도록 통기판(130)을 설치함으로써, 배기가스를 배출구의 외주부로 분산하여 배출관(500)으로 배출하게 된다.

이때, 통기판(130)에는 통기홀(131)이 형성되어 정화필터(110)를 통과하여 배출되는 배기가스의 압력을 줄이게 된다.

따라서, 상기와 같은 동작을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 매연여과장치는 분산판(120) 및 날개부(121)에 의해 배기가스가 분산되고 와류유동하며 매연여과장치의 외주부로 유입되기 때문에 정화필터(110)의 전 영역을 통과함으로써, 정화필터(110)의 재생면적이 확대되고 재생시간이 증대되어 재생효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있고, 통기판(130)에 의해 배출되는 배기가스를 분산하여 배출시키므로 배출되는 배기가스의 압력을 낮춰 엔진의 출력저하 및 착화지연으로 인한 노킹 현상을 방지할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 요지 또는 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변경될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 매연여과장치 110 : 정화필터
120 : 분산판 121 : 날개부
123 : 분산홀 130 : 통기판
131 : 통기홀 200 : 디젤산화촉매장치

Claims (6)

1. 엔진에서 배출된 배기가스를 정화하기 위하여 배기가스의 배기유로에 구비되며 내부에 정화 필터로 이루어진 여과공간을 가지는 통상의 매연여과장치에 있어서,
   배기가스의 유입구측에는 다수의 분산홀이 형성된 판면이 유입구측으로 볼록하게 만곡되고 테두리에는 소정각도로 기울어짐과 동시에 방사상으로 구비된 복수개의 날개부를 가지는 분산판이 구비되고;
   배기구측에는 배기구의 내경보다 작은 외경을 가지며 판면에 다수개의 통기홀이 구비된 판상의 통기판이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 매연여과장치
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