KR19990001010A - 디젤자동차의 매연 소각 여과장치 - Google Patents

Abstract

[기술분야]

자동차의 배기가스에 포함된 입자상물질의 소각 및 여과장치임

[해결하려고 하는 기술적 과제]

종래의 세라믹으로된 미세다공여판은 불완전연소되는 일산화탄소입자가 미세통공주벽에 쉽게 부착되어 미세통공을 폐쇄시킴으로해서 여과기능을 저하시키고, 이러한 매연축적 현상으로 배압증가가 크고 재생과정에서 발생하는 열응력에 의해 파손이 용이한 단점이 있고, 촉매산화여과필터는 매연이 탄화수소의 재생과정에서 발생되는 열에 의하여 온도가 상승되므로 연소될때 매연이 필터내부에 많이 축적되지 않아 배압의 증가가 낮으나, 매연 발생률이 산화률보다 높은 경우에는 매연의 축적이 발생하고, 매연이 과축적하게 되면 열발생이 많아 결국에는 파손으로 연결되는 단점이 있다.

[해결방법의 요지]

본 발명의 장치는 배기가스와 함께 배출되는 입자상물질을 소각코일에 의한 1차적소각과 함께 상기한 소각코일에 의한 발열열에 의한 다차례의 소각을 행함과 동시에 세라믹여과필터에 이한 재여과를 행하게 되고, 특히 상기한 본 발명에 적용되는 세라믹여과필터는 다수의 여과셀로 이루어져 있고, 이를 통과하기 때문에 그만큼 여과면적과 여과체적의 크게되어 배기가스의 입자상물질을 소각 및 여과 효율을 높일 수 있다.

[발명의 중요한 용도]

디젤자동차 매연의 소각 및 여과

Description

디젤자동차의 매연 소각 여과장치

본 발명은 디젤자동차의 매연 후처리를 위한 매연 소각 여과장치에 관한 것으로, 특히 디젤 자동차에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상물질을 다단계에 의해 소각한 다음 다시 여과하여 유해한 매연배출 억제시키기 위한 디젤자동차의 매연 소각 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에서 배출되는 배기가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 입자상물질과 독성화합물이 포함되어 있다.

이러한 유해물질을 감소시키기 위하여 가솔린 자동차에서는 촉매장치를 부착하여 엔진으로부터 배출되는 오염물질인 CO, HC는 물과 탄산가스로, NOx는 질소와 산소로 여과처리하고 있다.

또한 디젤 자동차에서는 배출되는 유해성분을 감소시키기 위하여 흡기 다기관의 모양변경 및 흡기구멍의 개량, 밸브개폐시기의 변경등으로 흡기저항을 감소시켜 연소에 필요한 공기를 충분히 확보되도록 하고 실린더 내로 흡입되는 공기에 와류를 주어 연료와의 혼합을 촉진하여 양호한 연소조건을 제공하게 하고, 또한 연료분사장치의 분사시기, 분사량, 분사압력, 무화의 정도, 연료입자의 분포상태 등을 적절히 조절하여 유해물질을 감소시켰다.

그러나 각 기관마다 배기량, 압축비, 연소실의 모양, 밸브개폐시기, 연료분사시기, 연소분사량 등이 다르기 때문에 배출가스의 발생경향이 다를 뿐만 아니라 자기 착화로 점화되는 디젤기관의 특성상 연소상태를 제어하기 어렵기 때문에 NOx와 입자상 물질을 동시에 감소시키기가 대단히 어려운 문제이다.

이러한 문제점을 감안하여, 배기관과 소음기 사이에 세라믹으로된 미세다공여과판을 끼움설치하여 배기가스중에 함유된 아황산가스와 매연가스를 이 여과판의 미세다공을 통과시키는 과정에서 통과벽면이 여과하는 형식으로 이를 포집하게 하였으나 이에 형성된 미세다공은 구성이 조밀하여 제작상의 난점과 함께 국내에서는 생산이 불가능하여 수입에 의존하고 있을 뿐만 아니라 이는 특히 미입자인 SOx의 포집은 가능하나 불완전연소되는 일산화탄소의 입자는 미세통공주벽에 쉽게 부착되어 미세통공을 폐쇄시킴으로해서 여과기능을 저하시키고, 이러한 매연축적 현상으로 배압증가가 크고 재생과정에서 발생하는 열응력에 의해 파손이 용이한 단점이 있었다.

또한 세라믹필터나 스테인레스강선에 세라믹을 코팅한 후 귀금속 촉매를 처리한 촉매산화 여과필터(Catalytic Trap Oxidizer)가 사용되고 있다.

이는 배기가스중의 입자상물질을 여과시킴과 동시에 산화시킴으로써 재생시키는 필터로써, 매연이 탄화수소의 재생과정에서 발생되는 열에 의하여 온도가 상승되므로 연소가 된다.

따라서 매연이 필터내부에 많이 축적되지 않아 배압의 증가가 낮으나, 매연 발생률이 산화률보다 높은 경우에는 매연의 축적이 발생하고, 매연이 과축적하게 되면 열발생이 많아 결국에는 파손으로 연결되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여, 배기가스를 원뿔형상으로 이루어진 소각코일을 통과시켜 단위체적당 접촉면적을 크게하여 입자상물질의 소각효율을 높이고, 이렇게 소각된 배기가스는 다시 소각 코일의 발열열에 의해 다단계로 이루어진 쳄버를 거치면서 재 소각이 이루어지게 한 다음, 다시 여과필터에 의해 재여과시킴으로써 상기한 문제점을 극복할 수 있었다.

도 1은 본 발명 장치의 일부절개 참고사시도.

도 2는 본 발명 장치의 요부발췌 참고 사시도.

도 3은 본 발명 장치의 단면도.

도 4는 본 발명 장치의 사용상태도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:케이싱2:배기관

3:흡기관4:소각코일

5,6,7,8:배기가스유도쳄버9:미세공

10,11:격판12:차단판

13:배기가스유도관14:세라믹여과필터

15:필터케이싱17:필터링배기관

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

통상의 형상으로 이루어진 케이싱(1)의 전방에 배기관(2)에 결합되는 흡기관(3)을 고정설치하되 그 내부에 원뿔형상의 소각코일(4)을 내장 설치하고, 상기 케이싱(1) 내에는 배기가스유도쳄버(5),(6),(7),(8)를 미세공(9)이 형성된 격판(10),(11)과 그 사이에 차단판(12)을 설치하는 것에 의해 구획하고, 상기 흡기관(3)은 상기 케이싱(1)에서 상기 격판(10)을 관통하여 배기가스유도쳄버(6)과 연통하도록 설치하되 상기 배기가스유도쳄버(5)와 배기가스유도쳄버(8)를 연통하는 배기가스유동관(13)을 설치하고, 상기 배기가스유도쳄버(8)내에는 세라믹여과필터(14)를 내장한 필터케이싱(15)을 설치하되 일측면에는 상기 배기가스유도쳄버(7)와 연통하는 필터링흡입관(16)을 설치하고, 그 양측면에는 필터링배기관(17)을 설치한 구조로 이루어 진다.

미설명 부호 18은 필터링배기관(17)을 설치한 구조로 이루어진다.

미설명 부호 18은 필터링 배기관(17)을 합류한 배출관이고, 19와 20은 각각 촉매컨버터와 서브머플러로써 배기매니폴더에서 배출되는 배기가스를 배출하는 배기관(2)에 설치되어 있음을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 장치에 대한 작용에 대하여 좀더 구체적으로 설명되는 것에 의해 본 발명의 장치를 좀더 용이하게 이해 할 수 있게 된다.

즉, 기관측의 배기매니폴드에서 배기되는 배기가스는 배기관(2)에 흡입되어 각각 촉매컨버터(19)와 서브머플러(20)를 통과하여 흡기관(3)에 이르게 된다.

이렇게 흡기관(3)에 이른 배기가스는 흡기관(3)에 내장되어 통전의 상태를 유지하고 있는 원뿔형상의 소각코일(4)을 통과하게 된다.

이때 배기가스에 함유되어 배출되고 있는 입자상물질은 소각되게 된다.

특히나 상기한 소각코일(4)은 원뿔형상으로 이루어져 있기 때문에 흡기관(3)을 통과하는 배기가스의 단위 체적당 접촉면적을 최대화하여 소각효율을 극대화할 수 있게 된다.

이렇게 1차적으로 배기가스에 함유된 입자상물질을 소각한 상태에서 케이싱(1) 내에 구획되어 있는 배기가스유도쳄버(6)에 이르게 된다.

이렇게 배기가스유도쳄버(6)에 이른 배기가스는 다시 소각코일(4)에서 발열된 열과 함께 이동하게 되므로 이에이른 미연소된 배기가스는 상기한 소각코일(4)에서 발열되어 이동한 열에 의해 재소각이 이루어지면서 다시 격판(10)에 형성된 미세공(9)을 통과하여 배기가스유도쳄버(5)에 이르게 된다.

이렇게 배기가스유도쳄버(5)에 이른 배기가스는 상기한 바와 같이 소각코일(4)에서 발열된 열과 함께 배기가스유도쳄버(6)에서 이동한 것이므로 배기가스유도쳄버(5)에 이른 미연소 배기가스는 상기한 소각코일(4)에서 발열되어 이동한 열에 의해 또다시 소각이 이루어지면서 배기가스유도관(13)을 통하여 배기가스유도쳄버(8)에 이르게 된다.

이렇게 배기가스유도쳄버(8)에 이른 배기가스는 상기한 바와 같이 소각코일(4)에서 발열된 열과 함께 배기가스유도쳄버(5)에서 이동한 것이므로 배기가스유도쳄버(8)에 이른 미연소 배기가스는 상기한 소각코일(4)에서 발열되어 이동한 열에 의해 또다시 소각이 이루어지면서 다시 격판(11)에서 형성된 미세공(9)을 통과하여 배기가스유도쳄버(7)에 이르게 된다.

이렇게 배기가스유도쳄버(7)에 이른 배기가스는 상기한 바와 같이 소각코일(4)에서 발열된 열과 함게 배기가스유도쳄버(8)에서 이동한 것 이므로 배기가스유도쳄버(7)에 이른 미연소 배기가스는 상기한 소각코일(4)에서 발열되어 이동한 열에 의해 또다시 소각이 이루어지면서 필터링흡입관(16)을 통하여 필터케이싱(15)에 내장된 세라믹여과필터(14)에서 여과과정을 거치면서 그 양측면에 형성된 필터링배기관(17)을 통하여 배관(18)을 통해 대기로 배출되게 된다.

한편 상기한 세라믹여과필터(14)는 첨부한 도면 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 중공부(23)를 가진 육각봉 또는 이와 유사한 형상으로 이루어진 여과셀(20)을 좌,우 등간격으로 다수열로 적층하여 그 상,하단부를 세라믹고정판(21)으로 일체로 고정한 구조로 이루어진다.

이러한 세라믹 여과필터(14)는 상기한 바와 같이 필터케이싱(15) 내부에 내장시켜 사용하게 되는바 이를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

즉, 상기한 필터케이싱(15)에 내장 설치할때에는 중공부(23)를 필터링흡입관(16)이 설치된 방향을 향하도록 하되 이 중공부(23)의 타측은 상기 필터케이싱(15)에 의해 막혀지도록 설치한다.

이러한 상태로 필터케이싱(15)에 내장설치한 상태에서 필터링흡입관(16)을 통하여 배출이동하는 배기가스는 상기 여과셀(20)의 중공부(23)의 내부를 따라 이동하게 되나 중공부(23)의 타측은 막혀있어 이를 통해 배출과정이 이루어지지 않게되므로 결국 여과셀(20)의 측벽을 통과하여 여과가 이루어지면서 필터링배기판(17)을 통해 대기로 배출되게 된다.

이상 상기한 바와 같이 본 발명의 장치는 배기가스와 함께 배출되는 입자상물질을 소각코일에 의한 1차적소각과 함께 상기한 소각코일에 의한 발열열에 의한 다차례의 소각을 행함과 동시에 세라믹여과필터에 의한 재여과를 행하게 되고, 특히 상기한 본 발명에 적용되는 세라믹여과필터는 다수의 여과셀로 이루어져 있고, 이를 통과하기 때문에 그 만큼 여과면적과 여과체적이 크게되어 배기가스의 입자상물질을 소각 및 여과 효율을 높일 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 배기가수를 원뿔형상으로 이루어진 소각코일을 통과시켜 단위체적당 접촉면적을 크게하여 입자상물질의 소각효율을 높이고, 이렇게 소각된 배기가스를 다단계로 이루어진 쳄버를 통과시키면서 재 소각이 이루어지게한 다음, 다시 여과필터에 의해 재여과시킴으로써 배기가스에 함유된 입자상물질의 소각 효율을 극대화한 상태에서 다시 여과과정을 거치게 하되 여과필터는 다수의 여과셀로 이루어져 있기 때문에 그 만큼 여과면적과 여과체적이 크게 되어 배기가스의 여과 효율을 높일 수 있는 매우 유용한 발명임이 명백하다.

Claims (2)

1. 기관측의 배기매니폴드에서 배기되는 배기가스가 배기관(2)에 흡입되어 각각 촉매컨버터(19)와 서브머플러(20)를 통과하여 대기로 배출함에 있어서,

   통상의 형상으로 이루어진 케이싱(1)의 전방에 상기 배기관(2)에 결합되는 흡기관(3)을 고정설치하되 그 내부에 원뿔형상의 소각코일(4)을 내장 설치하고,

   상기 케이싱(1) 내에는 배기가스유도쳄버(5),(6),(7),(8)를 미세공(9)이 형성된 격판(10),(11)과 그 사이에 차단판(12)을 설치하는 것에 의해 구획하고,

   상기 흡기관(3)은 상기 케이싱(1)에서 상기 격판(10)을 관통하여 배기가스유도쳄버(6)과 연통하도록 설치하되 상기 배기가스유도쳄버(5)와 배기가스유도쳄버(8)를 연통하는 배기가스유도관(13)을 설치하고,

   상기 배기가스유도쳄버(8) 내에는 세라믹여과필터(14)를 내장한 필터케이싱(15)을 설치하되 일측면에는 상기 배기가스유도쳄버(7)와 연통하는 필터링흡입관(16)을 설치하고, 그 양측면에는 필터링배기관(17)을 설치한 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤자동차의 매연 소각 여과장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 세라믹여과필터(14)는 길이방향으로 중공부(23)를 봉체로 이루어진 여과셀(20)을 좌,우 등간격으로 다수열로 적층하여 그 상,하단부를 세라믹고정판(21)으로 일체로 고정한 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤자동차의 매연 소각 여과장치.