KR101565401B1 - 디젤 엔진 매연 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는, 배기가스가 통과하고 내부에 촉매를 구비하는 담체; 상기 담체를 수용하는 원통부와, 상기 배기가스가 배출되는 배기부를 구비하는 케이스; 및 상기 케이스의 외측을 감싸는 커버부;를 포함하며, 상기 케이스와 상기 커버부 사이에는 외부 공기가 유입되어 흐르도록 유로가 형성될 수 있다.

Description

디젤 엔진 매연 필터{Diesel particulate filter}
본 발명은 디젤 엔진 매연 필터에 관한 것이다.
최근에 디젤(Diesel)차량의 증가로 인하여 디젤엔진으로부터 배칠되는 배기가스 중에 포함된 매연(Dry soot), SOF(Soluble organic fraction)등의 입자상물질(PM: Particulate Matter)의 배출량이 증가되고 있다.
이러한 배출물들은 환경오염, 특히 대기오염의 주원인이 되므로 그 규제가 점차 강화되고 있는 실정이다.
디젤 매연입자는 엔진의 고속회전시에는 배기가스의 온도가 비교적 높으므로 이로 인해 자연 연소된다.
반면에 엔진의 저속회전시에는 연소가 되지 않고 그대로 대기중으로 방출되게 된다.
디젤 차량으로부터 배출되는 매연입자가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하도록 매연입자를 포집하여 처리하는 필터(DPF)에 대한 다양한 방안이 연구되고 있다.
그러나, 필터(DPF)에 매연입자가 과도하게 포집되는 경우, 배기가 원활하게 되지않아 배기압이 과다하게 상승되므로 엔진 효율이 저하되고, 매연입자의 연소시에 이상 고온이 발생하여 필터(DPF)가 녹아내리는 경우가 발생될 수 있다.
이러한 경우 필터(DPF)의 파손으로 인해 화재 등의 안전 사고가 발생될 위험이 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 디젤 엔진 매연 필터에 구비되는 담체의 내부에서 배기가스에 내포된 입자상물질(PM)의 연소시 발생하는 열로 인하여 담체를 수용하는 케이스 또는 커버부의 표면이 녹아내리는 현상을 방지할 수 있는 디젤 엔진 매연 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는, 배기가스가 통과하고 내부에 촉매를 구비하는 담체; 상기 담체를 수용하는 원통부와, 상기 배기가스가 배출되는 배기부를 구비하는 케이스; 및 상기 케이스의 외측을 감싸는 커버부;를 포함하며, 상기 케이스와 상기 커버부 사이에는 외부 공기가 유입되어 흐르도록 유로가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 배기부는 원뿔형상으로 구비되어 상기 배기가스가 흐르는 방향으로 갈수록 직경이 작아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 커버부는 상기 케이스의 형상과 대응되는 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 커버부는 상기 케이스와 소정 간격 이격되도록 상기 케이스와 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 외부 공기는 상기 배기가스가 흐르는 방향과 동일한 방향으로 흐를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 배기가스는 상기 배기부에서 배출되어 상기 외부 공기와 만날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 케이스의 내부 압력은 상기 원통부의 내부보다 상기 배기부의 내부에서 더 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는 상기 유로 내부의 압력보다 상기 배기부 내부의 압력이 더 낮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 커버부에는 상기 외부 공기가 유입되도록 유입홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 커버부에는 상기 케이스를 향하여 함입되는 가압홈이 형성되고, 상기 가압홈이 상기 케이스의 외부면을 가압하여 상기 커버부와 상기 케이스가 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는 상기 커버부와 상기 원통부 사이에 배치되어, 상기 원통부와 소정 간격 이격되도록 상기 원통부의 외측에 결합되는 외벽부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 상기 원통부와 상기 외벽부 사이의 공간에는 단열재가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터에 의하면, 담체의 내부에서 배기가스에 내포된 입자상물질(PM)의 연소시 발생하는 열로 인하여 담체를 수용하는 케이스 또는 커버부의 표면이 녹아내리는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 부분 절개 사시도.
도 2는 도 1의 A부분의 확대 사시도.
도 3은 도 2의 B-B'의 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 개략 단면도.
도 5는 도 4의 C부분의 확대 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터에서 외벽부 및 단열재가 구비되지 않은 모습을 도시한 개략 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 부분 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 A부분의 확대 사시도이며, 도 3은 도 2의 B-B'의 부분 단면도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 개략 단면도이고, 도 5는 도 4의 C부분의 확대 단면도이다.
또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터에서 외벽부 및 단열재가 구비되지 않은 모습을 도시한 개략 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는 내부에 촉매가 구비되는 담체(10), 상기 담체(10)를 수용하는 케이스(20) 및 상기 케이스(20)의 외측을 감싸는 케이스(30)를 포함할 수 있다.
상기 담체(10)는 배기가스(EG: Exhaust Gas)가 통과하는 유입구 및 배기구를 가지며, 상기 담체(10)에 유입된 상기 배기가스(EG)는 상기 유입구에서 상기 배기구를 향하는 방향으로 흐를 수 있다.
상기 담체(10)는 원통형의 허니컴 타입일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 평판과 파판이 차례로 적층되어 나선상으로 휘감긴 형태일 수도 있다.
상기 배기가스(EG)가 상기 담체(10)의 내부를 통과할 때, 상기 담체(10)는 상기 배기가스(EG)에 내포된 입자상물질(PM)을 포집할 수 있다.
이때, 포집된 상기 입자상물질(PM)은 상기 배기가스(EG) 온도가 발화온도 이상으로 상승될 경우 강제재생(Active regeneration)되거나, 상기 담체(10)에 구비되는 촉매에 의해 상기 입자상물질(PM)의 자연발화온도 보다 낮은 온도에서 자연재생(Passive regeneration)될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 담체(10)의 전방에는 디젤산화촉매(DOC: diesel oxidation catalyst)가 배치되어 상기 배기가스(EG) 중의 유해한 가스를 무해한 가스로 산화시킬 수 있다.
상기 케이스(20)는 상기 담체(10)의 외부를 감싸도록 결합될 수 있다.
예를 들어, 상기 케이스(20)는 상기 담체(10)를 수용하는 원통부(21)와, 상기 배기가스(EG)가 배출되는 배기부(23)를 구비할 수 있다.
상기 배기부(23)는 원뿔형상으로 구비되어 상기 배기가스(EG)가 흐르는 방향으로 갈수록 직경이 작아질 수 있다.
상기 커버부(30)는 상기 케이스(20)의 외측을 감쌀 수 있으며, 상기 케이스(20)의 형상과 대응되는 형상일 수 있다.
예를 들어, 상기 커버부(30)는 상기 원통부(21)의 외측을 감싸는 부분에서 원통형상일 수 있으며, 상기 배기부(23)의 외측을 감싸는 부분에서 원뿔형상일 수 있다.
한편, 상기 커버부(30)와 상기 케이스(20) 사이에는 외부 공기(CA)가 유입되어 흐르도록 유로(31)가 형성될 수 있다.
이를 위하여, 상기 커버부(30)는 상기 케이스(20)와 소정 간격 이격되도록 상기 케이스(20)와 결합할 수 있다.
상기 커버부(30)에는 상기 케이스(20)를 향하여 함입되는 가압홈(35)이 형성될 수 있고, 상기 가압홈(35)이 상기 케이스(20)의 외부면을 가압하여 상기 커버부(30)와 상기 케이스(20)가 결합할 수 있다.
또한, 상기 가압홈(35)에 의하여 상기 커버부(30)의 내부면과 상기 케이스(20)의 외부면 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있으며, 상기 공간이 상기 외부 공기(CA)가 유입되어 흐르는 상기 유로(31)로서 기능할 수 있다.
상기 커버부(30)에는 상기 외부 공기(CA)가 유입되도록 유입홀(33)이 형성될 수 있다.
따라서, 상기 유입홀(33)을 통해 상기 외부 공기(CA)가 유입될 수 있으며, 상기 유로(31)를 통해 흐를 수 있다.
상기 외부 공기(CA)는 상기 배기가스(EG)가 흐르는 방향과 동일한 방향으로 흐를 수 있다.
상기 유로(31)는 상기 배기부(23)의 끝단과 연통될 수 있으며, 따라서 상기 배기가스(EG)는 상기 배기부(23)에서 배출되어 상기 유로(31)를 따라 흐르는 상기 외부 공기(CA)와 만날 수 있다.
여기서, 상기 케이스(20)의 내부 압력은 상기 원통부(21)의 내부(P1)보다 상기 배기부(23)의 내부(P2)에서 더 낮게 형성될 수 있다. 즉, P1 > P2 일 수 있다.
이는 통로 내부에서 유체가 흐르는 경우 유체의 속력은 좁은 통로를 흐를 때 증가하고 넓은 통로를 흐를 때 감소하며, 유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지고 반대로 속력이 감소하면 유체 내부의 압력이 높아지기 때문이다.
즉, 상기 배기가스(EG)가 상기 원통부(21)에서 상기 배기부(23)를 향하여 흐를 때, 상기 원통부(21)의 직경보다 상기 배기부(23)의 직경이 작으므로, 상기 배기부(23)로 갈수록 압력이 낮아지게 된다.
또한, 상기 배기부(23)의 끝단과 연통되는 상기 유로(31) 내부의 압력(P3)보다 상기 배기부(23)의 압력(P2)이 상대적으로 낮을 수 있다. 즉, P3 > P2 일 수 있다.
따라서, 상기 유로(31)에서 상기 배기부(23)의 끝단을 향하여 흐르는 유동이 발생하게 되고, 이에 따라 상기 유로(31) 내에서는 상기 배기가스(EG)가 흐르는 방향과 동일한 방향으로 흐르는 유동이 발생하게 된다.
결국, 이러한 유동에 의해 상기 외부 공기(CA)는 상기 유입홀(33)을 통해 상기 유로(31)에 유입될 수 있고, 상기 외부 공기(CA)는 상기 유로(31)를 따라 흘러 상기 배기부(23)의 끝단에서 상기 배기가스(EG)와 만날 수 있다.
따라서, 상기 외부 공기(CA)를 상기 유입홀(33)에 유입시켜 상기 유로(31)를 따라 흐르도록 별도로 펌프 등을 설치할 필요가 없으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터의 구동 중에 자연스럽게 상기 외부 공기(CA)는 상기 유입홀(33)에 유입될 수 있다.
상기 배기가스(EG)가 상기 담체(10)의 내부를 통과할 때, 상기 담체(10)는 상기 배기가스(EG)에 내포된 입자상물질(PM)을 포집할 수 있다.
이때, 포집된 상기 입자상물질(PM)은 상기 배기가스(EG) 온도가 발화온도 이상으로 상승될 경우 강제재생(Active regeneration)되거나, 상기 담체(10)에 구비되는 상기 촉매에 의해 상기 입자상물질(PM)의 자연발화온도보다 낮은 온도에서 자연재생(Passive regeneration)될 수 있다.
다만, 상기 입자상물질(PM)의 포집량을 확인하는 센서의 이상작동 등에 의해 상기 입자상물질(PM)이 과포집된 상태에서 재생이 일어나게 되면, 상기 입자상물질(PM)의 연소 시 발생되는 고온의 열로 인하여 상기 담체(10)의 표면 또는 상기 담체(10)를 수용하는 상기 케이스(20)의 표면이 녹아내릴 우려가 있다.
이러한 현상은 디젤 엔진 매연 필터의 파손의 원인이 되며, 화재 등과 같은 안전 사고의 위험을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는 상기 유입홀(33)로 유입되는 상기 외부 공기(CA)가 냉각 공기(Cooling Air)로서 기능할 수 있다.
상기 입자상물질(PM)의 연소 시 고온의 열이 발생되어 상기 담체(10)의 표면이 녹아 내리더라도 상기 케이스(20)와 상기 커버부(30) 사이에 형성되는 상기 유로(31)를 따라 흐르는 상기 외부 공기(CA)에 의하여 고온의 열을 식혀줌으로써, 상기 케이스(20) 또는 상기 커버부(30)의 표면이 녹아내리는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 디젤 엔진 매연 필터가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 화재 등과 같은 안전 사고의 위험을 방지할 수 있으므로, 디젤 엔진 매연 필터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는 상기 커버부(30)와 상기 케이스(20) 사이에 외벽부(40)를 더 포함할 수 있다.
상기 외벽부(40)는 상기 커버부(30)와 상기 케이스(20) 사이에 배치되어, 상기 원통부(21)와 소정 간격 이격되도록 상기 원통부(21)의 외측에 결합될 수 있다.
상기 원통부(21)와 상기 외벽부(40) 사이의 공간에는 단열재(50)가 구비될 수 있다.
상기 외부 공기(CA)에 의하여 상기 케이스(20)의 표면의 열이 냉각되는 경우에는, 상기 담체(10)의 내부 온도가 상기 입자상물질(PM)의 재생에 필요한 온도에 도달하지 못할 우려가 있을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터에서는 상기 단열재(50)를 통해 상기 외부 공기(CA)가 상기 케이스(20)의 표면을 직접 냉각하는 것을 방지할 수 있다.
이상의 실시예를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진 매연 필터는, 담체의 내부에서 배기가스에 내포된 입자상물질(PM)의 연소시 발생하는 열로 인하여 담체를 수용하는 케이스 또는 커버부의 표면이 녹아내리는 현상을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 일 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
10: 담체 20: 케이스
21: 원통부 23: 배기부
30: 커버부 31: 유로
33: 유입홀 35: 가압홈
40: 외벽부 50: 단열재
EG: 배기가스 CA: 외부 공기

Claims (12)

  1. 배기가스가 통과하고 내부에 촉매를 구비하는 담체;
    상기 담체를 수용하는 원통부와, 상기 배기가스가 배출되는 배기부를 구비하는 케이스;
    상기 케이스의 외측을 감싸는 커버부; 및
    상기 케이스와 상기 커버부 사이에 배치되고 상기 원통부와 소정 간격 이격되도록 상기 원통부와 결합하는 외벽부;를 포함하며,
    상기 외벽부와 상기 커버부 사이에는 외부 공기가 유입되어 흐르도록 유로가 형성되고,
    상기 커버부에는 상기 외부 공기가 유입되는 유입홀 및 상기 외벽부를 가압하도록 돌출되는 가압홈이 형성되며,
    상기 유입홀 및 상기 가압홈은 상기 커버부의 원주 방향을 따라 순서대로 반복 형성되는 디젤 엔진 매연 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기부는 원뿔형상으로 구비되어 상기 배기가스가 흐르는 방향으로 갈수록 직경이 작아지는 디젤 엔진 매연 필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 커버부는 상기 케이스의 형상과 대응되는 형상인 디젤 엔진 매연 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버부는 상기 케이스 및 상기 외벽부와 소정 간격 이격되도록 상기 외벽부와 결합하는 디젤 엔진 매연 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부 공기는 상기 배기가스가 흐르는 방향과 동일한 방향으로 흐르는 디젤 엔진 매연 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스는 상기 배기부에서 배출되어 상기 외부 공기와 만나는 디젤 엔진 매연 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 내부 압력은 상기 원통부의 내부보다 상기 배기부의 내부에서 더 낮게 형성되는 디젤 엔진 매연 필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유로 내부의 압력보다 상기 배기부 내부의 압력이 더 낮은 디젤 엔진 매연 필터.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가압홈이 상기 외벽부의 외부면을 가압하여 상기 커버부와 상기 외벽부가 결합하는 디젤 엔진 매연 필터.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 원통부와 상기 외벽부 사이의 공간에는 단열재가 구비되는 디젤 엔진 매연 필터.
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