KR102228156B1

KR102228156B1 - 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 그 클리닝 방법

Info

Publication number: KR102228156B1
Application number: KR1020190151256A
Authority: KR
Inventors: 송봉연
Original assignee: 주식회사 카즈
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-03-17

Abstract

본 발명은, DPF 장치를 포함하는 매연저감장치를 클리닝하는 클리닝 시스템에 관한 것으로, 물을 포함하는 액체를 수용하는 저장탱크와; 상기 저장탱크와 연통되고 상기 매연저감장치가 착탈 가능하게 마련된 배관라인과; 상기 저장탱크에 수용된 액체를 순환 가능하게 마련된 순환펌프;를 포함하되, 상기 배관라인에 결합된 상기 매연저감장치에 세정액을 설정된 시간 동안 채운 후 배출하고, 상기 매연저감장치를 상기 저장탱크의 물로 세척하고 상기 매연저감장치에 압축공기로 단속적으로 충격을 가하는 과정을 반복하여 상기 세정액에 의하여 상기 매연저감장치로부터 탈락이 가능한 애쉬 또는/및 카본을 분리시키는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명에 따르면, 매연저감장치들에 고착된 카본 및 애쉬를 포함하는 입자상 물질을 보다 간단하고 편리하게 효과적으로 제거할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있으면서도 자동차 부품에 손상이나 훼손 등을 예방할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 그 클리닝 방법 {Cleaning System of Soot and Smoke Reduction Device and Cleaning Method thereof}

본 발명은 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법에 관한 것으로, 특히, DPF를 포함하는 자동차 부품에 고착된 카본 그을음(Carbon Soot)을 간단하고 효율적으로 제거할 수 있으면서 자동차 부품에 손상을 예방할 수 있으며 연비를 개선할 수 있는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법에 관한 것이다.

사람이나 화물 등이 이동하는 수단으로 승용차, 버스, 트럭, 오토바이, 배, 항공기, 농업용 기계 등이 활용된다. 이러한 이동수단들은 다양한 종류의 원료를 사용하여 이동수단들을 움직일 수 있도록 내연기관이 구비되어 있다. 이러한 내연기관은 주로 휘발유를 사용하는 가솔린엔진과 경유를 사용하는 디젤엔진으로 구분된다.

여기서, 매연은 각종 연료를 연소시키거나 원자재를 열처리하는 과정에서 발생하는 고체, 기체, 휘발성 증기 등과 같이 주로 눈에 보이는 연기의 성분을 말하고, 환경보전법에서는 연료 또는 기타 물질의 연소 시에 발생하는 검댕, 입자상 물질 또는 황산화물이 매연이라고 한다.

내연기관 중 특히 경유를 연료로 장기간 사용하는 경우 연료가 연소 되면서 발생하는 카본 그을음(carbon soot)과 같은 산화 노폐물이 내연기관 내부에 침착되어 축적되거나 산화 노폐물이 내연기관 내부에 존재하는 윤활유와 혼합되어 고점도를 갖는 점액질을 형성하여 내연기관 내부를 오염시키게 된다.

내연기관의 내부 오염은 내연기관 내부의 마찰 저항을 증진시킴과 동시에 연소실 내의 기밀성 및 압축성의 저하를 초래하고, 연료의 불완전 연소를 야기하게 된다. 또한, 특히 연료의 불완전 연소는 연료소비를 증가시킴과 동시에 일산화탄소나 산화질소를 포함한 배기 오염물질 및 연기의 발생을 증가시켜 심각한 환경오염 문제를 발생시키고, 특히 차체의 소음도 증가시켜 결과적으로 내연기관의 효율저하 및 수명 단축의 원인으로 작용한다.

이에 내연기관 내에 축적된 슬러지 및 산화 노폐물과 같은 오염물의 제거를 위한 많은 방법이 제시되어 있으며, 가장 일반적으로 적용되고 있는 제거방법은 내연기관 각 부품을 분해하고, 각 부품에 부착 또는 고착된 오염물을 세정하여 제거하고, 부품을 재조립하는 전문적 기술과 시간을 필요로 한다. 즉, 내연기관 내에 축적된 슬러지 및 산화 노폐물과 같은 오염물의 제거를 위해 장시간이 소요될 뿐만 아니라 쉽게 분해되지 않거나 정교한 부품의 경우 완전한 세정이 용이하지 않고 또한 세정에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 내연기관을 분해하지 않고 내연기관 내부에 세정액을 넣어 내연기관을 세정하는 방법이 제시되었으며, 그 대표적인 것은 플러싱 오일을 사용하는 세정방법이다. 플러싱 오일을 이용한 세정방법은 내연기관을 분해하지 않고 세정이 가능하다는 장점이 있으나 세정 시 오물의 표면만 세정되어 결과적으로 뛰어난 세정효과를 얻을 수는 없다는 단점이 있다. 이러한 세정에 사용되는 세정액 조성물의 일예가 대한민국 특허 제 2012-0134675호(2012. 12. 12)에 개시되어 있다.

그리고, 플러싱 오일을 이용한 세정방법의 단점을 보완하기 위해 엔진을 세정하는 방법의 일예가 대한민국 특허 제10-0800355호(2008. 01. 28)에 개시되어 있다.

다른 한편, 내연기관에서 배출되는 배기가스 중의 일부를 다시 흡기측으로 보내 연료 및 공기 혼합기에 혼합시켜 연소실로 유입되게 하는 배기가스 재순환장치(EGR : Exhaust Gas Recirculation)가 사용되고 있다.

이렇게 배기가스를 재순환시키면 새 혼합기의 충진율은 낮아지고 재순환된 배기가스에는 질소(N)에 비해 열용량이 큰 일산화탄소(CO)가 많이 함유되어 있어, 동일한 양의 연료를 연소시킬 때 온도상승률이 낮다. 또 공기에 비해 산소함량이 적은 배기가스가 연소에 관여하게 되어 연소속도가 감소하여 연소 최고온도가 낮아지게 된다. 그렇게 되면 NOx의 양은 현저하게 감소한다(약 60%까지). 그러나 배기가스 중의 HC와 CO의 양은 감소되지 않는다.

EGR은 NOx를 저감시키는 방법으로 효과가 있으며, 배기가스를 냉각시켜 재순환시키면 효과가 더욱 크지만, 혼합기의 착화성이 저하되고 기관의 출력은 감소한다. 또 재순환되는 양이 증가함에 따라 배기가스 중의 CO, HC 그리고 연료소비율은 증가한다. 이 외에도 재순환되는 양이 너무 많을 경우에는 기관의 운전 정숙도가 불량해지게 된다. 따라서 NOx의 배출량이 많은 운전영역에서만 선택적으로 적정량의 배기가스를 재순환시키도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 배기물질 중 NOx를 제거시키기 위한 또 다른 방법은 촉매작용을 통한 NOx의 분해(crack), 또는 환원물질을 이용한 NOx의 환원만이 이용되고 있다.

NOx저감을 위한 이상적인 해결책으로는 분해촉매기(추가적인 환원물질을 사용하지 않는, 예를 들면, SCR 촉매기(Selective Catalystic Reduction Catalysator))를 사용하여, 열적으로 불안정한 NO-분자를 N2와 O2로 환원시킬 수 있다.

그리고, EGR 등에 사용되는 부품에 배기가스 중의 카본 등 불순물이 고착되며, 고착된 카본 등이 흐름을 방해하거나 밸브 등의 제어를 원활하게 하지 못하여 카본을 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 디젤기관은 연소실에 공급된 연료와 공기를 동시에 압축하여 착화시키는 장치로서, 엔진수명이 길고 내구성이 뛰어난 반면에 대기오염에 심각한 영향을 미치는 입자상 물질(Particulate Matters)을 배출하는 문제가 있다.

입자상 물질은 통상적으로 일상에서 매연으로 정의되는데, 연료의 연소시 완전 연소되지 않고 대략 0.1 - 0.3μm 정도의 아주 작고 가벼운 입자로 대기 중에 배출되는 물질로 인간의 호흡기로 흡입되어 여러 가지 질병을 일으키는 요인이 되고 있다.

자동차 등의 배기가스 배출 규제가 점차 강화됨에 따라 입자상 물질의 배출을 저감하는 것이 매우 중요하게 되었고, 이에 대응하여 후처리 장치의 하나인 매연정화장치 내지 매연저감장치(DPF : Diesel Particulate Filter, 배기가스 후처리장치, 디젤 미립자 필터)가 엔진 배기계에 장착되고 있다.

매연정화장치는 필터를 이용하여 배기가스에 함유된 입자상물질을 걸러내어 입자상물질이 대기로 방출되는 것을 방지하는 것이며, 또한 일정량 이상의 입자상물질이 필터 내에 걸러졌을 경우 입자상물질을 제거하여 재생하게 된다. 그리고, 매연정화장치에서 유로를 형성하는 파이프 등에 카본 그을음(carbon soot) 등이 고착되어 이러한 것을 제거하는 것이 바람직하다.

배기 가스 후처리 장치 중 효율을 자랑하는 DPF의 가장 큰 문제점은 바로 애쉬(ash)의 형성이다. DPF 내에서 포집된 입자상물질을 연소하면 재인 애쉬를 남긴다. 이러한 애쉬가 생성되는 요인은 연료(경유), 연료 첨가제, 엔진오일 등이 연소, 엔진 마모 및 부식 등을 들 수 있다. 애쉬는 처음에는 입자상물질로 존재하다 반복되는 재생 과정(열처리, 연소 등)을 통해 점점 더 큰 입자를 형성하고, 결국에는 다공성의 필터 내부 벽면을 따라 막을 형성하여 다공성 필터를 막아 필터의 기능을 저하시키고 이러한 기능 저하는 배압의 증가와 강제 재생 주기를 단축시켜 연비 저하(약 4.5~7.0% 정도)의 원인이 되기도 한다.

이러한 카본 및 애쉬를 제거하는 방법은, 연소를 시키는 방법, 세정을 하는 방법 등이 있다.

여기서, 이러한 애쉬 성분 중 황산칼슘(CaSO4)이 녹는 온도는 1,460℃, 산화마그네슘(MgO)이 녹는 온도는 2,832℃, 황산마그네슘(MgSO4)이 녹는 온도는 1,124℃, 산화아연(ZnO)이 녹는 온도는 1,975℃, 인산아연(Zn2(P2P7))이 녹는 온도는 900℃로 각각 알려져 있다. 그리고, DPF를 구성하는 성분은 주로 세라믹으로 이러한 세라믹의 내열 온도(Heat Resistance)는 대체로 1,200 ~ 1,750℃의 범위이다.

DPF에 부착된 애쉬를 가열하여 제거하기 위하여 애쉬가 녹는 온도 이상으로 가열하여야 하나 애쉬가 녹는 점 이하에서 DPF를 구성하는 주성분인 세라믹이 녹기 때문에 가열하는 방법에도 한계를 갖는다.

세정하는 방법도 DPF의 부품에 고착된 카본과 애쉬(ASH)를 포함하는 불순물을 제거하기 위하여 DPF의 차압센서를 열고 세척제를 투입한 후 엔진을 고속으로 가동하여 앞에서 뒤로 밀어내는 방법으로 부품에 고착된 카본 등의 불순물을 제거하거나, DPF를 차량으로부터 탈거하여 가스 연소를 이용하여 불순물을 태워 제거하는 것이 일반적이다. 또한, 탈거된 DPF를 물과 같은 액체에 담근 상태에서 초음파를 발생시켜 불순물을 제거하는 방법도 있다.

그러나, 일반적인 종래기술인 센서를 열고 세척제를 투입한 후 앞에서 뒤로 밀어내는 방식과 가스를 연소시켜 불순물을 태우는 방식으로는 애쉬가 전혀 빠지지 않는다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하여 DPF 등의 자동차부품에 부착된 불순물을 제거하는 방법으로 DPF 등을 자동차로부터 분리하여 세정액에 일정 시간 담근 후 세척하여 불순물을 제거하는 것이 가장 바람직하고 이러한 카본 및 애쉬 등의 불순물을 세정하기 위한 세정제 중 하나가 본 출원인 내지 발명자가 발명하여 등록받은 특허 제1497879호, 제1567512호에 개시되어 있다.

그러나, 종래기술은 세정력은 뛰어나나 세정제의 성분의 화학적 작용으로 인해 특히 장기간 사용 시 세정의 대상이 되는 DPF 장치 내 Filter의 담체나 Washcoat의 손상이나 훼손을 발생시킬 우려가 있고 고착된 카본은 물론 쉽게 세척되지 않는 애쉬 등이 효과적으로 외부로 배출되지 않는다는 문제점을 가지고 있다. 종래기술의 문제점을 보여주는 일예로 DPF에 포집된 카본을 연소한 후 X-ray로 촬영한 상태를 나타낸 사진이 도 9에 도시되어 있으며 도 9에서와 같이 연소 후에도 일부 카본과 대부분의 애쉬는 DPF 장치에 고착된 상태임을 알 수 있다.

[참고문헌]

등록특허공보 제10-1497879호 (2015.03.04. 공고)

등록특허공보 제10-1567512호 (2015.11.10. 공고)

등록특허공보 제10-1936125호 (2019.01.29. 공고)

본 발명의 목적은, 매연저감장치들에 고착된 카본 및 애쉬를 포함하는 입자상 물질을 보다 간단하고 편리하게 효과적으로 제거할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있으면서도 자동차 부품에 손상이나 훼손 등을 예방할 수 있는 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 고착화된 불순물을 제거하기 위하여 하나의 장치에서 세정 및 중화를 한 후 고압의 공기 등으로 충격을 가하여 불순물을 제거할 수 있는 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 세정 효과를 증대시켜 차량의 배기 성능을 향상시킬 수 있는 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은, 세정제를 재활용하고, 회수된 폐수를 처리하여 재활용하여 클리닝하는 과정에서 발생하는 오염원을 최소화하고 무방류를 달성하여 친환경적인 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, DPF 장치를 포함하는 매연저감장치를 클리닝하는 클리닝 시스템에 있어서, 물을 포함하는 액체를 수용하는 저장탱크와; 상기 저장탱크와 연통되고 상기 매연저감장치가 착탈 가능하게 마련된 배관라인과; 상기 저장탱크에 수용된 액체를 순환 가능하게 마련된 순환펌프;를 포함하되, 상기 배관라인에 결합된 상기 매연저감장치에 세정액을 설정된 시간 동안 채운 후 배출하고, 상기 매연저감장치를 상기 저장탱크의 물로 세척하고 상기 매연저감장치에 압축공기로 단속적으로 충격을 가하는 과정을 반복하여 상기 세정액에 의하여 상기 매연저감장치로부터 탈락이 가능한 애쉬 또는/및 카본을 분리시키는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템에 의하여 달성된다.

또한, 세정액을 배출 후 압축공기에 의하여 분리된 애쉬 및 카본과 상기 매연저감장치를 세척한 물은 회수탱크로 회수되어 중화되고, 회수되어 중화된 물은 필터를 순환하면서 필터를 통과하여 필터링된 물은 저장탱크에 저장되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세정액은 물과 세정제를 포함하되, 상기 세정제는, 수산화칼륨(KOH), 소디움자일렌설포네이트(Sodium Xylene Sulfonate, MSDS CAS No. : 1300-58-3), 니트릴로트리아세트산 (NTA, Nitrilotriacetic Acid, MSDS CAS No. : 18662-53-8), 부틸카르비톨 (butyl carbitol, MSDS CAS No. : 143-29-3), 헥실 디-글루코시드(Hexyl D-Glucoside, MSDS CAS No. : 54549-24-5)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 세정액은, 물이 55 ~ 65wt% 범위이고, 상기 세정제는 35 ~ 45wt% 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상기 회수탱크로 회수된 폐수를 중화하는 중화액은, 구연산 2 ~ 4wt%, 황산 7 ~ 9wt%, 인산 2 ~ 4wt%를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 목적은, DPF 장치를 포함하는 매연저감장치를 클리닝하는 클리닝 시스템의 클리닝 방법에 있어서, 물을 포함하는 액체를 수용하는 저장탱크와 연통되는 배관 라인에 상기 매연저감장치를 결합하는 과정과; 상기 매연저감장치에 고착된 카본 및/또는 애쉬를 분리하기 위하여 상기 매연저감장치를 세정액으로 침지시킨 후 상기 세정액을 배출시키는 과정과; 상기 매연저감장치를 상기 저장탱크의 물로 세척하고 상기 매연저감장치에 압축공기로 단속적으로 충격을 가하는 과정을 반복하는 과정;를 포함하여, 상기 세정액에 의하여 상기 매연저감장치로부터 탈락이 가능한 애쉬 또는/및 카본을 분리시키는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템의 클리닝 방법에 의해서도 달성된다.

이에, 본 발명에 따르면, 매연저감장치들에 고착된 카본 및 애쉬를 포함하는 입자상 물질을 보다 간단하고 편리하게 효과적으로 제거할 수 있는 능력을 향상시킬 수 있으면서도 자동차 부품에 손상이나 훼손 등을 예방할 수 있는 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공할 수 있다.

또한, 고착화된 불순물을 제거하기 위하여 하나의 장치에서 세정 및 중화를 한 후 고압의 공기 등으로 충격을 가하여 불순물을 제거할 수 있는 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공할 수 있다.

또한, 세정 효과를 증대시켜 차량의 배기 성능을 향상시킬 수 있는 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공할 수 있다.

또한 세정제를 재활용하고, 회수된 폐수를 처리하여 재활용하여 클리닝하는 과정에서 발생하는 오염원을 최소화하고 무방류를 달성하여 친환경적인 DPF 장치를 포함하는 매연 저감 장치 클리닝 시스템 및 클리닝 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 클리닝 시스템의 클리닝 방법의 개략적인 공정흐름도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클리닝 시스템을 모식적으로 도시한 배관흐름도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 카본 및 애쉬(ASH)를 제거하는 각 과정을 설명하기 위한 배관흐름도,
도 4는 매연저감장치 중 DPF 장치를 설명하기 위한 개략 단면도,
도 5는 처리전의 차량에 장착되어 사용된 DPF 장치의 클리닝 처리 전 후를 비교예와 비교한 사진,
도 6은 클리닝한 DPF 장치의 담체의 손상여부를 본 발명과 비교예를 비교한 전자현미경 사진,
도 7은 본 발명에 따라 클리닝 전후의 DPF 장치의 NOx 전환율 변화를 보여주는 그래프,
도 8은 세척 후 회수한 용액의 처리 전과 처리 후를 비교한 사진,
도 9는 DPF 장치에 포집된 카본을 연소한 후 X-ray로 촬영한 상태를 보여주는 사진이다.

본 발명의 일실시예에 따른 DPF를 포함하는 매연저감장치로부터 카본 및 애쉬(ASH) 제거할 수 있는 클리닝 시스템 및 그 방법(이하에서 ‘클리닝 시스템’(100)이라 함)에 대하여 도 1 내지 도 9를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 클리닝 시스템의 클리닝 방법의 개략적인 공정흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클리닝 시스템을 모식적으로 도시한 배관흐름도이며. 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 카본 및 애쉬(ASH)를 제거하는 각 과정을 설명하기 위한 배관흐름도이고, 도 4는 매연저감장치 중 DPF 장치를 설명하기 위한 개략 단면도이며, 도 5는 처리전의 차량에 장착되어 사용된 DPF 장치의 클리닝 처리 전 후를 비교예와 비교한 사진이고, 도 6은 클리닝한 DPF 장치의 담체의 손상여부를 본 발명과 비교예를 비교한 전자현미경 사진이며, 도 7은 본 발명에 따라 클리닝 전후의 DPF 장치의 NOx 전환율 변화를 보여주는 그래프이고, 도 8은 세척 후 회수한 용액의 처리 전과 처리 후를 비교한 사진이며, 도 9는 DPF 장치에 포집된 카본을 연소한 후 X-ray로 촬영한 상태를 보여주는 사진이다.

이하에서 본 발명에 따른 클리닝 시스템(100)은, 자동차에 부착되어 연료와 공기가 혼합되어 연소되어 동력을 제공하고 배출되는 배기가스 중의 오염원을 제거, 감소시키는 매연저감장치(170)를 클리닝한다. 매연저감장치(170)에는 전술한 바와 같이 다양한 종류가 있으나 이하에서 설명의 편의상 DPF 장치를 일예로 든다.

클리닝 시스템(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 물을 포함하는 액체를 수용하는 저장탱크(120)와; 상기 저장탱크(120)와 연통되고 상기 매연저감장치(170)가 착탈 가능하게 마련된 배관라인(PN, 배관라인 전체를 설명할 때는, 참조번호 ‘PN’이라고 하고, 각 배관을 구분하는 경우 첨자가 부가된 참조번호를 사용함)과; 상기 저장탱크(120)에 수용된 액체를 순환 가능하게 마련된 순환펌프(113);를 포함하되, 상기 배관라인(PN)에 결합된 상기 매연저감장치(170)에 세정액을 설정된 시간 동안 채운 후 배출하고, 상기 매연저감장치(170)를 상기 저장탱크(120)의 물로 세척하고 상기 매연저감장치(170)에 압축공기로 단속적으로 충격을 가하는 과정을 반복하여 상기 세정액에 의하여 상기 매연저감장치(170)로부터 탈락이 가능한 애쉬 또는/및 카본을 분리시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 클리닝 시스템(100)에서 세정액을 배출 후 압축공기에 의하여 분리된 애쉬 및 카본과 상기 매연저감장치(170)를 세척한 물은 회수탱크(110)로 회수되어 중화되고, 회수되어 중화된 물은 필터를 순환하면서 필터를 통과하여 필터링된 물은 저장탱크(120)에 저장되는 것이 바람직하다.

여기서, 세정액은 물과 세정제를 포함하되, 세정제는, 수산화칼륨(KOH), 소디움자일렌설포네이트(Sodium Xylene Sulfonate, MSDS CAS No. : 1300-58-3), 니트릴로트리아세트산 (NTA, Nitrilotriacetic Acid, MSDS CAS No. : 18662-53-8), 부틸카르비톨 (butyl carnotol, MSDS CAS No. : 143-29-3), 헥실 디-글루코시드(Hexyl D-Glucoside, MSDS CAS No. : 54549-24-5)를 포함하는 것이 바람직하다.

수산화칼륨은 카본을 녹이는 기능을 하고, 소디움자일렌설포네이트(제품명 : SXS 40)는 DPF 장치의 담체 표면에 부착된 카본, 애쉬 등의 불순물을 담체로부터 분리 가능하게 각 구성의 면과 면 사이로 침투하여 계면활성을 촉진시키며, 니트릴로트리아세트산은 금속이온을 봉쇄하는 기능을 한다. 그리고, 부틸카르비톨(일명 DBG)은 침투 기능을 하며, 헥실 디-글루코시드(일명 LFG-61)는 계면활성제 및 금속이온봉쇄제로의 기능을 수행한다. 즉, DPF 장치에는 백금 촉매가 포함되어 있는데 이러한 백금 촉매가 표면에 노출되어야 배기가스와 접촉하여 촉매 기능을 할 수 있으나 백금 촉매에 애쉬 및/또는 카본이 고착되어 있으면 그 기능을 상실하게 된다.

여기서, 각 매연저감장치(170)를 침지시킬 세정액은 물과 전술한 세정제가 혼합되어 있고 필요에 따라 소포제가 추가될 수 있다.

세정액에는 물이 85 ~ 65wt% 범위이고 나머지가 전술한 세정제이다.

여기서, 세정제는 수산화칼륨(KOH), 소디움자일렌설포네이트, 부틸카르비톨 및 헥실 디-글루코시드는 각각 40~60mg 비율로, 니트릴로트리아세트산은 20~40mg 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

여기서, DPF 장치에 애쉬가 쌓이면 미세먼지(PM)도 쌓여 배압이 증가가 크기 때문에 차량 연비의 손실이 발생하게 되고 또한 잦은 강제 재생으로 SCR 환원 촉매의 열화에 의해 성능이 저하되어 NOx 제거율이 떨어지는 경향이 있다. 이렇게 감소한 NOx 저감율을 보상하기 위해 요수(Urea)를 증가시키면 요소 내의 트라이유렛(Triuret)이 증발하지 못하고 후단에 축적된다.

DPF 장치는 귀금속과 촉매 성능을 도와주는 조촉매를 워시 코트와 같이 담체에 소성 시킨 것이고, 촉매는 담체 위에 산화물 파우다(알루미나, TIO2, 지올라이트 등)로 이러한 촉매가 기능을 유지할 수 있는 구조로 SCR 장치가 만들어져 있다. 또한, 표면에 다양한 활성금속을 위치시킨 것이기 때문에 DPF 장치를 고온에서 강제 재생 시 온도(650~700도)에 의하여 열화 되어 성능이 저하될 우려가 높다.

주성분이 세라믹(SIC, Cordierite)인 DPF 담체에 SiO₂(이산화규소)가 함유되어 있는데, SIO₂는 물에 녹는 것이 아니라 가성소다 혹은 소금물에 담그면 일부 녹아서 담체 자체의 강도가 약해진다.

즉, 본 발명에 따른 경우 매연저감장치(170)의 일종인 DPF 장치를 클리닝하는 과정에서 고온이 불필요할 뿐만 아니라 담체를 이루는 주성분인 SIO₂를 손상시키는 세정체, 세척제를 사용하지 않아 DPF 장치를 세정, 세척을 하는 클리닝 과정에서 담체 및/또는 촉매를 파손(손상)시키거나 그 기능을 열화시키지 않는다는 장점을 갖는다.

또한, 동일한 DPF 장치를 절단한 도 5를 참조하여 고온으로 애쉬 등을 태우는 방법으로 카본 등을 제거하는 경우(도 5의 두 번째 사진 ‘비교예(건식처리)’ 참조)에 비하여 본 발명에 따른 클리닝 방법에 따른 경우(도 5의 세 번째 사진 ‘본원발명(습식처리)’ 참조)가 훨씬 더 카본, 애쉬 등의 제거효율이 좋음을 알 수 있다. 즉, 사진의 ‘처리전’의 붉은 선과 비교예(건식처리)의 붉은 선의 높이 차이(하단에서부터 붉은 색 부분까지의 높이가 애쉬, 카본 등이 쌓여 있는 영역으로 높이 차이만큼 카본 등이 제거된 것을 의미함)가 크지 않은 반면, 본 발명에 따른 클리닝 방법에 따르면 ‘처리전’의 붉은 색과 청색의 높이 차이가 크게 나타나 제거된 카본 등이 훨씬 많음을 알 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면 본 발명에 따른 세정액을 사용하는 경우(도 6의 ‘Sample 6’ 및 ‘Sample 7’ 참조)에는 담체의 손상이 거의 없으나, 비교 대상이 되는 타업체의 약품을 사용한 경우(‘Sample 8’ 내지 ‘Sample 10’ 참조 담체에 손상이 있음을 육안으로 확인할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따라 클리닝한 경우 클리닝 전과 비교하여 NOx의 전환율을 비교하면 도 7에 도시된 바와 같이 250℃에서 1.5%, 300℃에서 4%, 350℃에서 4% 상승함을 확인할 수 있었다.

이러한 세정액은 강알카리를 띠고 있으므로 세정액을 포함하는 세척된 물이 카본 등과 같이 회수탱크(110)에 회수된 상태에서 일종의 폐수처리 방법으로 중화처리를 하고 카본/애쉬를 포함하는 고형분은 필터(130)에서 필터링되어 제거되어 맑고 중화된 물이 저장탱크(120)에 저장될 수 있다. 이러한 과정을 통해 세척되고 세정액이 포함된 폐수를 수용하는 회수탱크(110)의 물이 다시 저장탱크(120)에서 재활용될 수 있어 사용되는 물의 량을 줄일 수 있고 폐수 발생을 절감시킬 수 있다.

여기서, 회수탱크(110)로 회수된 폐수를 중화하는 중화액은, 구연산 2 ~ 4wt%, 황산 7 ~ 9wt%, 인산 2 ~ 4wt%를 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 중화액을 회수탱크(110)에 투입하여 약간 교반한 후 일정한 시간 방치하면 회수된 액은 중화됨과 함께 애쉬와 같은 고형분이 침전되고 가벼운 카본은 떠오르고 이 때 순환펌프(113)를 이용하여 후술하는 도 3d에서와 같이 필터(130)로 고형분을 포함하는 불순물을 제거할 수 있다.

필터(130)를 통하기 전의 폐수의 ‘처리전’ 상태와 필터(130)를 통과한 후의 ‘처리후’ 상태의 사진이 도 8에 도시되어 있다.

이러한 과정을 통해 물을 계속 재활용하고 부족한 량만큼의 물만 보충시켜 주어 사용되는 폐수의 량을 매우 절감시킬 수 있고 발생되는 폐수의 량도 거의 없음을 알 수 있다.

필터(130)는 하나로만 이루어질 수도 있지만 도 2이 일실시 예와 같이 통과하는 입자의 크기가 점점 작아지는 3종류의 필터(130, FT1, FT2, FT3)를 사용하는 것이 바람직하고 필터(130) 전후에 미도시된 압력계를 부착하여 필터(130)에 어느 정도의 고형분이 걸려있는지를 파악하여 필터(130)의 세척 또는 교체 시점을 알 수 있다.

또한, 물이나 폐수를 저장하는 회수탱크(110), 저장탱크(120)에는 도시하지 않았지만 수위를 알 수 있는 수위계, 넘치는 액체을 안내할 수 있는 오버플로우배관, 하부 내지 배관의 액체, 고형분을 배출할 수 있는 드레인밸브(DV1, DV2 참조), 공기가 배출되는 벤트, 맨홀 등이 구비되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 배관라인(PN)에 압축공기를 제공하는 압축기(150)와, 압축된 공기의 압력을 제어하는 레귤레이터(183)와, 예상치 못한 설정된 압력 이상의 고압이 발생되는 경우 이를 배출시키는 안전밸브(185) 등이 구비되어 있다. 그리고, 미도시하였지만 배관라인(PN)에 역류를 방지하는 체크밸브, 펌프에 유입되기 전에 큰 이물질을 제거할 수 있는 스트레이너 등도 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 갖는 클리닝 시스템(100)의 클리닝 방법에 대하여 도 1 과 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 차량으로부터 분리되어 배관라인(PN)에 결합된 매연저감장치(170)에 세정액탱크(140)에 저장된 세정액을 세정액펌프(143)를 이용하여 채우면서(도 1의 ‘S110’ 참조) 새정액이 매연저감장치(170)의 담체 등에 세정액이 충분하게 침투하도록 설정된 시간 동안 순환될 수 있다. 이 때 세정액배관(PNCL)과 관련된 밸브(PV1, PV2)가 개방된다.

물론 이 때 매연저감장치(170)로 유입되는 세정액은 차량에 배출가스가 배출되는 측이고 유출되는 세정액은 엔진측으로(도 3a의 ‘세척방향 B 화살표’ 참조) 배기가스가 흐르는 방향(도 3a의 ‘배기가스 배출방향 A 화살표’ 참조)과 반대이다.

이렇게 매연저감장치(170)를 특히 담체 부분을 세정액으로 침지시킨 채로 설정된 시간 동안(운행시간, 엔진 용량 등을 고려하여 상이하게 설정, 3000cc 급 디젤차량인 경우 예를 들면 30분 설정) 유지한다.

세정액에 매연저감장치(170)의 담체가 침지되어 설정된 시간이 경과하는 동안 세정제의 침투 기능, 계면활성 기능, 카본을 녹이는 기능, 금속이온을 봉쇄하는 기능 등에 의하여 담체로부터 카본, 애쉬 등의 불순물이 녹거나 분리될 수 있다.

여기서, 세정액탱크(140) 및 세정액펌프(143)를 도시하였지만 필요에 따라 수작업으로 제정액을 배관라인(PN)을 통해 매연저감장치(170)로 투입하고 배출할 수도 있음을 물론이다.

세정액을 침지한 시간이 경과하면 세정액을 세정액펌프(143)를 통해 배출시켜 세정액탱크(140)로 세정액을 세정액탱크(140)로 회수한다. 세정액의 배출, 회수를 완료하면 세정액라인(PNCL 참조) 중의 세정액을 단속적으로 공급(AV1은 자동밸브로 일정한 시간 열렸다 닫혔다를 설정된 횟수만큼 작동시킬 수 있음)되는 압축공기(도 3b의 점선 공기라인(PNAiR) 참조)에 의하여 세정액탱크(140)(필요에 따라 회수탱크로 배출)로 배출시킬 수 있다(도 1의 ‘S120’ 참조).

여기서, 회수된 세정액은 수동 또는 미도시된 필터를 이용하여 자동으로 세정액에 포함된 카본, 애쉬 등의 불순물을 제거하고 재활용할 수 있고 부족한 세정액만큼만 계속 보충하여 사용할 수 있다.

이러한 과정에 완료되면 매연저감장치(170)의 본체, 담체 등으로부터 분리되거나 계면이 활성화되어 충격에 의하여 분리될 수 있는 애쉬, 카본을 분리하기 위하여 도 3b와 같은 압축공기 충격 과정과 세척하는 과정을 반복한다(도 1의 ‘S140’ 참조).

먼저, 도 3b에 도시된 바와 같이, 공기라인(PNAiR)이 개방(밸브 AV1, SV1)되고 매연저감장치(170)로부터 회수탱크(110)까지의 회수라인의 밸브(PV3)이 개방된다.

이 과정에서는 미도시된 제어부의 제어반에 설정된 시간만큼 공기공급밸브 ‘AV1’이 열렸다가 닫히고 이러한 과정을 설정된 회수(또는 수동으로 설정을 할 수도 있음)만큼 반복하는 것이 바람직하다. 이러한 압축공기의 충격에 의하여 매연저감장치(170)로부터 분리 내지 계면이 활성화되어 분리 가능한 애쉬, 카본이 제거될 수 있다.

다음 도 3c에 도시된 바와 같이 매연저감장치(170)로부터 분리된 카본 등을 저장탱크(120)의 물을 공급하고 회수탱크(110)로 회수하면서 세척시킨다. 이 과정에는 물라인(PNWT)과 관련된 밸브(WV2, WV1 SV1, PV3 등이 개방된다.

이러한 과정이 완료되면 도 3b 및 도 3c의 과정을 설정된 회수만큼 반복하는 것이 바람직하다.

설정된 회수만큼 압축공기로 충격 및 세정이 완료되면 배관라인(PN)에 있는 세정액을 제거하기 위하여 압축공기를 배관라인으로 단속적으로 공급하고 배출되는 액은 회수탱크(110)로 회수시킨다.

다음, 회수탱크(110)로 회수된 카본, 애쉬를 포함하는 폐수는 중화되고 고형물이 제거된 후 다소 맑은 물로 저장탱크(120)에 저장된다(도 1의 ‘S150’ 참조).

이 과정에서 관련 밸브가 개방(WV0, WV1, FV1, FV2)되고 순환펌프(113)가 작동된다.

여기서, 본 발명의 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

100 : 클리닝 시스템 110 : 회수탱크
113 : 순환펌프 120 : 저장탱크
130 : 필터
140 : 세정액탱크 143 : 세정액펌프
150 : 압축기 170 : 매연저감장치
183 : 레귤레이터 185 : 안전밸브
P.G : 압력계

Claims

DPF 장치를 포함하는 매연저감장치를 클리닝하는 클리닝 시스템에 있어서,
물을 포함하는 액체를 수용하는 저장탱크와;
상기 저장탱크와 연통되고 상기 매연저감장치가 착탈 가능하게 마련된 배관라인과;
상기 저장탱크에 수용된 액체를 순환 가능하게 마련된 순환펌프;를 포함하되,
상기 배관라인에 결합된 상기 매연저감장치에 세정액을 설정된 시간 동안 채운 후 배출하고, 상기 매연저감장치를 상기 저장탱크의 물로 세척하고 상기 매연저감장치에 압축공기로 단속적으로 충격을 가하는 과정을 반복하여 상기 세정액에 의하여 상기 매연저감장치로부터 탈락이 가능한 애쉬 및 카본을 분리시키는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템.
제1항에 있어서,
상기 세정액을 배출 후 압축공기에 의하여 분리된 애쉬 및 카본과 상기 매연저감장치를 세척한 물은 회수탱크로 회수되어 중화되고, 회수되어 중화된 물은 필터를 순환하면서 필터를 통과하여 필터링된 물은 저장탱크에 저장되는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 세정액은 물과 세정제를 포함하되,
상기 세정제는, 수산화칼륨(KOH), 소디움자일렌설포네이트(Sodium Xylene Sulfonate, MSDS CAS No. : 1300-58-3), 니트릴로트리아세트산 (NTA, Nitrilotriacetic Acid, MSDS CAS No. : 18662-53-8), 부틸카르비톨 (butyl carbitol, MSDS CAS No. : 143-29-3), 헥실 디-글루코시드(Hexyl D-Glucoside, MSDS CAS No. : 54549-24-5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템.
제3항에 있어서,
상기 세정액은, 물이 55 ~ 65wt% 범위이고, 상기 세정제는 35 ~ 45wt% 범위인 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템
제2항에 있어서,
상기 회수탱크로 회수된 폐수를 중화하는 중화액은, 구연산 2 ~ 4wt%, 황산 7 ~ 9wt%, 인산 2 ~ 4wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템.
DPF 장치를 포함하는 매연저감장치를 클리닝하는 클리닝 시스템의 클리닝 방법에 있어서,
물을 포함하는 액체를 수용하는 저장탱크와 연통되는 배관 라인에 상기 매연저감장치를 결합하는 과정과;
상기 매연저감장치에 고착된 카본 및 애쉬를 분리하기 위하여 상기 매연저감장치를 세정액으로 침지시킨 후 상기 세정액을 배출시키는 과정과;
상기 매연저감장치를 상기 저장탱크의 물로 세척하고 상기 매연저감장치에 압축공기로 단속적으로 충격을 가하는 과정을 반복하는 과정;를 포함하여,
상기 세정액에 의하여 상기 매연저감장치로부터 탈락이 가능한 애쉬 및 카본을 분리시키는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템의 클리닝 방법.
제6항에 있어서,
상기 세정액을 배출 후 압축공기로 분리된 애쉬 및 카본과 상기 매연저감장치를 세척한 물은 회수탱크로 회수되어 중화처리 되는 과정과;
중화처리된 물은 필터를 거쳐 상기 저장탱크로 이송되는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템의 클리닝 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 세정액은 물과 세정제를 포함하되,
상기 세정제는, 수산화칼륨(KOH), 소디움자일렌설포네이트(Sodium Xylene Sulfonate, MSDS CAS No. : 1300-58-3), 니트릴로트리아세트산 (NTA, Nitrilotriacetic Acid, MSDS CAS No. : 18662-53-8), 부틸카르비톨 (butyl carbitol, MSDS CAS No. : 143-29-3), 헥실 디 글루코시드(Hexyl D-Glucoside, MSDS CAS No. : 54549-24-5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 클리닝 시스템의 클리닝 방법.