KR19990024505A

KR19990024505A - 디젤엔진용 배출가스 정화장치

Info

Publication number: KR19990024505A
Application number: KR1019970045636A
Authority: KR
Inventors: 김문찬
Original assignee: 김문찬
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-04-06

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 배출가스 정화장치에 관한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적과제는, 금속산화물이 피복된 허니콤의 전방인 1차연소실에 전기히터의 열선과 이 열선에 의해 가열된 연소망을 설치하고, 전기터에 의해 의해 조밀한 연소망을 발열시켜 산화되기 힘든 디젤엔진 배출가스중 입자상물질과 탄화수소를 연소망을 통하는 과정에서 연소시킴으로서 2차 촉매산화처리부의 허니콤에 입자상물질이나 탄화수소가 점착되지 않도록 하여 디젤엔진용 배출가스 정화장치를 주기적으로 청소할 필요 없이 연속적으로 사용할 수 있으며, 2차 촉매산화처리부가 낮은온도(200~450℃)를 유지하여도 촉매 표면에 입자상 물질이나 매연, 탄화수소등의 피복되지 않음으로 일산화탄소와 질소산화물이 높은 전화율을 나타내도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 기술적과제는, 열선이 동심원을 이루도록 배열되어 디젤엔진의 시동시 사용되는 축전지를 전원으로 하는 다수의 전기히터와 조밀한 연소망을 허니콤 및 세라믹 여과제가 내설된 본체의 입구인 1차연소실에 교대로 설치하여 상기 전기히터에 의해 가열된 연소망을 배출가스가 통과하는 과정에서 미세한 입자상물질과 탄화수소가 연소되도록 한 디젤엔진용 배출가스 정화장치에 의하여 달성되어진다.

Description

디젤엔진용 배출가스 정화장치

본 발명은 디젤엔진용 배출가스 정화장치에 관한 것으로 특히 금속산화물이 피복된 허니콤의 전방인 1차연소실에 전기히터의 열선과 이 열선에 의해 가열된 연소망을 설치하고, 디젤엔진 배출가스중 입자상물질과 탄화수소의 열선에 의해 가열된 연소망을 통과하는 과정에서 연소되게 하여, 허니콤에 입자상물질 점착 및 주기적인 청소없이 연속적으로 사용이 가능하도록 한 것이다.

종래에는 여과재만을 사용하여 여과된 입자상물질을 가열선이나 버너 등으로 재연소 하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 여과재 전후에 압력 센서를 적용하여 일정 압력 이상이 되면 버너 등으로 가열하고 송풍기로 공기를 공급하여 여과재에 퇴적된 입자상물질을 태워버리는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 일시에 미연탄화수소나 입자상물질들을 태움으로 인하여 온도가 급격히 상승하여 여과재의 수명을 단축시킨다. 그리고 여과재를 재생하는 동안 디젤엔진에서 나오는 배출가스를 제2의 여과재로 여과하거나 바이-패스(ba-pass)해야 하기 때문에 비효율적이며, 센서 등 장치비가 많이드는 단점이 있었다.

또한 종래에는 세라믹여과제 및 허니콤에 촉매를 코팅시켜 탄화수소와 일산화탄소의 산화 및 NOx의 환원을 꾀하였으나 1차연소실에서 히터만으로 입자상물질이나 탄화수소를 연소시키기 때문에 미세한 입자상물질을 충분히 걸러주지 못하여 2차촉매산화처리부인 허니콤의 촉매표면에 입자상물질이나 탄화수소가 점착됨으로서 촉매의 성능을 충분히 나타내지 못할 뿐만 아니라 세라믹여과제를 주기적으로 청소해주어야 하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적과제는, 금속산화물이 피복된 허니콤 및 세라믹 여과재의 전방인 1차연소실에 전기히터의 열선과 이 열선에 의해 가열된 연소망을 설치하고, 전기터에 의해 조밀한 연소망을 발열시켜 산화되기 힘든 디젤엔진 배출가스중 입자상물질과 탄화수소를 연소망을 통과하는 과정에서 연소시킴으로서 2차 촉매산화처리부의 허니콤에 입자상물질이나 탄화수소가 점착되지 않도록 하여 디젤엔진용 배출가스 정화장치를 주기적으로 청소할 필요 없이 연속적으로 사용할 수 있으며, 2차 촉매산화처리부가 낮은온도(200~450℃)를 유지하여도 일산화탄소와 질소산화물이 높은 전화율을 나타내도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 기술적과제는, 열선이 동심원을 이루도록 배열되어 디젤엔진의 시동시 사용되는 축전지를 전원으로 하는 다수의 전기히터와 조밀한 연소망을 허니콤이 내설된 본체의 입구인 1차연소실에 교대로 설치하여 상기 전기히터에 의해 가열된 연소망을 배출가스가 통과하는 과정에서 미세한 입자상물질과 탄화수소가 연소되도록 한 디젤엔진용 배출가스 정화장치에 의하여 달성되어진다.

도 1은 본 발명의 디젤엔진용 배출가스 정화장치를 보인 개략도

도 2는 본 발명의 전기히터와 연소망을 보인 사시도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 본체11 : 1차연소실

12 : 2차 촉매산화처리부20 : 전기히터

21 : 열선22 : 지지대

30 : 연소망40 : 허니콤

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 디젤엔진의 배출가스 후처리를 위해 본체(10)의 1차연소실(11)에 히팅수단을 구비하고, 2차촉매산화처리부(12)에는 허니콤(40)을 설치한 디젤엔진용 배출가스 정화장치에 있어서, 열선(21)이 동심원을 이루도록 배열되어 디젤엔진의 시동시 사용되는 축전지(도시되지 않음)를 전원으로 하는 다수의 전기히터(20)와 조밀한 연소망(30)을 1차연소실(11)에 교대로 설치하여서 된 것이다.

디젤엔진 시동시 사용되는 축전지를 전원으로 하는 상기 전기히터(20)의 열선(21)으로는 니크롬선, 칸탈선, 금속복합열선을 그대로 사용하거나 세라믹코팅 한 것을 사용하며, 연소망(30)은 스텐레스스틸재 또는 복합금속재로서 30~800 메쉬 더 적합하게는 100~400 메쉬 크기의 것을 상기 전기히터(20)의 열선(21)에 의해 발열하도록 교대로 설치하여 사용한다.

상기 전기히터(20)의 열선(21)이 동심원을 이루도록 지지하는 지지대(22)는 세라믹 또는 운모판 등을 사용한다.

또한 본 발명의 2차 촉매산화처리부(12)에 설치된 허니콤(40)은 모노리스 구조를 갖는 것으로, 백금족금속과 첨가제인 Ni와 란탄계금속 및 기타 활성 금속을 알루미나와 제올라이트, 이트리아에 담지시켜 형성된 금속담지 내화성 무기산화물 및 희토류산화물 CeO₂와 La₂O₃에 Ni를 포함하고 Fe, Cu, V, Cr, Co중 선택된 1개 이상의 원소를 함침시킨 조성물을 피복하고 이 피복 담체를 소성하여서 된 것이다.

이와같이 된 본 발명은 디젤엔진의 시동을 걸게 되면 축전지에 의해 전기히터(20)의 열선(21)에 전원이 인가되어 가열되고, 가열된 전기히터(20)에 의해 조밀한 연소망(30)에 열이 전달된다.

디젤엔진으로부터 본체(10)를 거쳐 머플러로 배출되는 디젤엔진의 배출가스는 먼저 1차연소실(11)에 설치된 다수의 연소망(20)을 통과하게 되는데 연소망(20)은 전기히터(20)에 의해 가열되어 있기 때문에 배출가스에 포함된 입자성물질과 탄화수소는 연소망(20)을 통과하는 과정에서 연소된다.

1차연소실(11)의 연소망(20)을 통과한 배출가스는 2차 촉매산화처리부(12)의 허니콤(40)을 통과하게 되는데, 금속산화물이 피복된 본 발명의 허니콤(40)에서는 1차연소실(11)에서 미연소된 입자상물질과 탄화수소만을 산화시켜주면 되기 때문에 허니콤(40)에 입자상물질이 점착될 염려가 없어 디젤엔진용 배출가스 정화장치를 주기적으로 청소하지 않고 연속 사용할 수 있으며 2차 촉매산화처리부(12)가 낮은 온도(200~450℃)를 유지하여도 일산화탄소와 질소산화물이 높화율을 갖게된다.

이렇게 얻어진 제품은 디젤자동차 및 선박, 기관차, 산업용 내연기관 등에 사용될 수 있으며, 특히 배압이 걸리지 않아 항공기에도 사용이 가능하다.

이하 본 발명은 구체적인 실시예에 의하여 설명하는데 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것이 아님은 물론이다.

실시예 1에서 디젤엔진 배출가스 정화촉매 및 장치의 엔진 내구주행후에 있어서의 정화능을 조사하였다.

내구엔진은 시판되는 4기통 디젤엔진, 2476cc, 압축비 21:1, 최대토오크/엔진속도=20.0Kgm/2000rpm, 최대출력/엔진속도=85ps/4200rpm을 사용하였고, 디젤엔진 배출가스 정화촉매 및 장치의 온도가 정상운전에서 450℃로 되는 조건에서 100시간 촉매정화재를 에이징하였다. SV=약 15만 hr^-1에서 TPM(총입자상물질), HC(탄화수소), VOF(휘발성 organic fraction), CO, NOx를 조사하였으며 신품시와 에이징후 50% 전환율을 조사하여 낮은 온도에서의 정화능과 전환율 지속성능을 측정하였다.

표 1에 본 발명의 디젤엔진 배출가스 정화장치의 성능을 나타내었다.

실시예 [1]

비표면적 70㎡/g, 평균입경 0.5μm을 갖는 티타니아 10g과 비표면적 550㎡/g인 NaY-제올라이트 10g과 비표면적 210㎡/g인 γ-Al₂O₃160g을 팔라듐 1.5g을 함유하는 염화팔라듐수용액과 백금 1.5g을 함유하는 염화백금수용액 및 니켈 0.2g을 함유하는 염화니켈과 Na 0.1g을 함유하는 수산화나트륨수용액에 함침하고, 120℃에서 12시간 동안 건조후 600℃에서 2시간동안 소성시켜 산화촉매용 분체를 얻었다. 산화세륨 분체 3g과 산화란타늄 분체 3g에 Ni 0.4g과 Fe 0.4g을 담지시켜 120℃에서 12시간동안 건조후 600℃에서 2시간동안 소성시켜 NOx 제거용 분체를 얻었으며, 보올밀에 의하여 20시간동안 습식분쇄 함으로써 각각의 수성슬러지를 조제하였다. 단면적 1평방인치당 약 400개의 가스유통셀을 갖는 외경 144㎜ 길이 150㎜의 코오데라이트제 모노리스 담체를 입구부는 NOx제거용 슬러리에, 출구부는 산화촉매용 상기 슬러리에 침지하고 취출하여 셀내의 과잉슬러리를 압축공기에 의하여 블로잉하고, 그후 120℃에서 12시간 건조하고 다시 600℃에서 2시간 소성하여 촉매처리된 허니콤을 얻었으며 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 1차연소실(11)에 전기히터(20)와 연소망(30)을 교대로 설치한 디젤엔진용 배출가스 정화장치이다.

비교예 [1]

1차연소실(11)에 전기히터(20)와 연소망(30)을 설치하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 디젤엔진용 배출가스 정화장치이다.

표 1. 본 발명의 디젤엔진용 배출가스 정화장치의 성능

이와같이 본 발명은 금속산화물이 피복된 허니콤(40)의 전방인 1차연소실(11)에 전기히터(20)의 열선(21)과 이 열선(21)에 의해 가열되는 연소망(30)을 교대로 설치하고, 전기히터(20)에 의해 조밀한 연소망(30)을 발열시켜 산화되기 힘든 배출가스의 입자상물질과 탄화수소를 연소망(30)을 통과하는 과정에서 연소시킴으로서 2차 촉매산화처리부(12)의 허니콤(40)에 입자상물질이나 탄화수소가 점착되지 않도록하여 디젤엔진용 배출가스 정화장치를 주기적으로 청소할 필요없이 연속적으로 사용할 수 있으며, 2차 촉매산화처리부가 낮은온도(200~450℃)를 유지하여도 일산화탄소와 질소산화물이 높은 전화율을 나타내도록 한 효과가 있는 것이다.

Claims

디젤엔진의 배출가스 후처리를 위해 본체(10)의 1차연소실(11)에 히팅수단을 구비하고, 2차촉매산화처리부(12)에는 허니콤(40)을 설치한 디젤엔진용 배출가스 정화장치에 있어서, 열선(21)이 동심원을 이루도록 배열된 다수의 전기히터(20)와 조밀한 연소망(30)을 1차연소실(11)에 교대로 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배출가스 정화장치.
제1항에 있어서, 상기 열선(21)이 디젤엔진의 시동시 사용되는 축전지를 전원으로 하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배출가스 정화장치.
제1항에 있어서, 상기 열선(21)이 세라믹 코팅된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배출가스 정화장치.
제1항에 있어서, 상기 연소망(30)의 입도가 30~800메쉬인 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배출가스 정화장치.
제1항에 있어서, 상기 연소망(30)의 입도가 100~400메쉬인 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배출가스 정화장치.