KR19990028718A - 배기 가스로 부터 연소물질을 제거하기 위한 필터 카트리지 - Google Patents

배기 가스로 부터 연소물질을 제거하기 위한 필터 카트리지 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연소 물질로 채워진 전기 전도성 필터 물질, 예를들면 그을음으로 채워진 디젤 엔진 배기 필터를 재생하기 위해 전기 점화를 포함한 연소 과정에 관련된다. 이 연소과정은 연소 온도 이상으로 전기 전도성 필터 물질을 직접 전기 저항 가열하는 것을 포함한다. 본원에서는 적합한 필터 플러그에 대해서 기술한다. 배기 가스는 외부에서 중공이 있는 실린더형 필터 물질을 통하여 내부로 이동하는데, 상기 실린더형 필터 물질은 종방향 용접 이음부와 철망으로 만들어진 내부 지지 그리드를 포함한다; 중공 실린더의 내부에서 연소하는데 사용되는 전류는 한쪽 단부로부터 필터 물질, 종방향 용접 이음부와 지지 그리드로 동시에 흐르고, 접속될 때 전류는 정화가스 영역에서 공급된다.

Description

배기 가스로 부터 연소물질을 제거하기 위한 필터 카트리지
본 발명의 목적은, 전기 점화에 의한 연소로 채워져 있는 필터 카트리지를 재생하여 배기 가스로 부터 연소물질을 제거하기 위한 새로운 필터 카트리지를 제공하는 것인데, 상기 전기 점화는 디젤 엔진의 배기장치에서 그을음 필터를 재생하기 위한 최적 연소에 효과적이다. 이 카트리지는 전술한 단점을 가져서는 안되고 신뢰성 있어야 하며 전기 점화에 적은 에너지가 소모되어야 한다.
본 발명은 디젤 엔진의 배기가스 장치에서 그을음 필터의 자체 재생에 관련된다. EP-OS 0 244 061 은 정화방법, 즉 전기 점화의 보조로 연소에 의해 발생한 물질로 채워진 전기 전도성 필터 카트리지를 재싱하는 방법을 기술한다. 여기에서 전기 전도 필터물질은 제거될 물질의 연소온도 이상으로 직접 저항가열된다. 상기 방법에 따르면, 필터 카트리지는 바깥쪽에서 채워지는데, 이것은 방사열의 방사에 의해 연소하는 동안 열손실을 일으켜서 유리하지 못한 연소 과정을 이끈다. 전류가 공급되는데, 연소 배기 가스실에서 필터 카트리지의 바깥쪽에 배치된다. 이것은 접촉부를 비정상적으로 많이 부식시켜서 필터의 수명을 단축시킨다.
도 1 은 필터 카트리지의 측면도.
도 2 는 도 1 에 나타낸 A, B 영역의 확대된 종단면도.
도 3 은 하우징에 설치된 필터 카트리지의 횡단면도, 및,
도 4 는 도 3 에 따른 필터 카트리지의 다른 실시예를 나타낸 도면.
* 부호설명
1 ... 필터 몸체 2 ... 카트리지 헤드
3 ... 카트리지 푸트 4 ... 환상 틈
7 ... 하우징 8 ... 배기 가스 관
9 ... 가스 유입구 10 ... 섬유재
13 ... 엔벨로프 관 16 ... 전원
17 ... 절연체 18 ... 돌출부
22 ... 연결 플랜지 23 ... 전류 연결 부재
금속 구조물 때문에 전류는 필터 물질에 직접 전해질 수 있다. 결합 이음부의 특별한 형태 및 필터 물질의 직접 가열로 인해 필터 물질의 가열을 빠르게 실행할 수 있고 열 손실을 최소화할 수 있다. 전기 접촉부는 정화될 가스에 노출되지 않도록 배치되는데, 이것은 부식성이 아주 강하다. 작동하는 동안 정화될 수 있다. 모듈식 형태이므로, 가스 정화장치는 다양한 크기의 엔진에 맞도록 설치할 수 있다. 세라믹 엔벨로프 관은 열손실을 줄일 수 있고 다른 가스 정화 과정동안 촉매로 사용될 수 있다.
필터 카르티리지의 다른 특징들은 도 1 에서 4를 참고로 아래에서 기술될 것이다.
필터 카트리지에서 사용되는 방법을 탄소 입자는 금속 섬유 매트에 놓이고 완전 연소하는 동안 금속 매트의 직접 전기 가열에 의해 가열된다. 이 방버은, 전기 점화로 과다 산소 존재하에서 연소 및 산화 과정을 거침으로써 연소물질로 채워진 전기 전도 섬유재를 재생하는 목적을 가진다. 상기 필터 물질은 디젤 엔진의 배기장치에 배치된 그을음 필터인데, 전기 전도 필터 물질은, 직접 전기 저항 가열에 의해 제거될 물질의 산화 또는 연소 온도 이상으로 가열되어서, 그을음과 같은 물질의 산화에 의한 재생 과정이 개시된다.
상기 재생 과정에서, 균일하고 완전한 연소를 이루도록 필터 카트리지에 전류를 공급하는 것은 특히 중요하다. 본 발명에 따르면, 배기 가스는 필터 카트리지를 통하여 내부에서 외부로 이동한다. 필터 물질은 종방향의 결합 이음부 및 철망으로 이루어진 내부 전기전도 지지 격자 구조물을 포함한다. 중공이 있는 실린더의 내부에서 연소에 필요한 전류는, 앞쪽 단부, 예를들면 도 1 과 2 에 나타낸 카트리지 헤드(2)로 부터 필터물질, 종방향 이음부 및 지지격자 구조물로 전달된다. 정화하는 동안 열은 내부 지지 격자 구조물에서 발생되고 복사에 의한 열 손실은, 외부에서 내부로 향할 때 보다 안쪽을 햐아여 더 작기 때문에, 내부에서 외부로 이동이 특히 중요하다. 전류는 바깥쪽에서 카트리지 헤드(2)와 접촉함으로써 외부로 부터 공급된다. 이것은 접촉부를 부식으로 부터 보호하기 위해서 중요하지만, 필터 카트리지의 내부에 공급되고 정화되어야 할 가스가 필터 카트리지 헤드(2)에 대향한 단부, 즉 필터 카트리지 푸트로 부터 유입될 때만 가능하다.
4∼50㎛의 지름을 가지는 섬유 및 0.03%의 탄소, 15.8%의 크롬, 4.8%의 알루미늄, 0.3%의 실리콘과 0.3%의 이트륨으로 이루어진 철합금의 금속섬유 매트가 필터 물질로 선호된다. 지지 격자 구조물로서, 0.1㎜의 너비와, 0.3㎜의 지름을 가지는 와이어로 이루어진 스테인레스 강철망이 사용된다. 이 매트는 1200℃까지 온도에서 견딜 수 있다.
도 1 은 카트리지 헤드(2)와 카트리지 푸트(3)를 구비한 필터 카트리지의 필터 몸체(1)를 나타낸다. 필터 몸체(1) 둘레에 열절연기 및 촉매 컨버터로서 기능을 가지는 세라믹 가스 침투성 엔벨로프 관(13)이 배치된다. 필터 몸체(1)와 관(13) 사이에 환상 틈(4)이 유지된다. 상기 관(13)은 내부에서 가스 유입만 허용한다. 배기 가스는 필터 몸체(1)를 향하여 카트리지의 푸트(3)를 통하여 방향(5)로 이동하는데, 상기 푸트는 연결 플랜지(22)에 배치된다. 정화된 가스는, 환상 틈(4)을 경유해 세라믹 커버 관(13)을 통하여 방향(6)으로 배출된다. 이 흐름 방향을 달성하기 위해서 세라믹 커버 관의 제 1 단부는 카트리지 푸트(3)에 인접해 있고 다른쪽 단부는 카트리지 헤드(2), 즉 절연체(17)에 인접해 있으므로 환상 틈(4)은 그것의 단부에서 밀폐되도록 세라믹 커버 관이 배치된다.
본원에서 기술한 재생 과정을 수행하기 위한 필터 카트리지는 배기 가스 관(8)을 가지는 하우징(7)으로 삽입하는데 적합하다. 이것은 전도성 섬유재(10)로 이루어진 중공이 있는 실린더형 필터 몸체(1)를 포함하는데 상기 몸체의 한쪽 측부는 단판으로 형성된 카트리지 헤드(2)에 의해 밀페되고 몸체의 반대쪽 측부는 가스가 통과할 수 있는 유입구(9)를 포함한, 카트리지 푸트(3)를 형성하는 환상 판상에 배치된다. 전류는 두 전기 전도성 부분(2, 3)을 통하여 공급된다. 금속 섬유 매트(10)로 이루어진 필터 몸체(1)는 중공이 있는 실린더를 형성하기 위해서 종방향 이음부를 따라 함께 결합되는데, 이것은 철망으로 이루어진 전기 전도성 지지격자 구조물(12)에 단단히 고정된다(도 2 참조). 필터 몸체(1)의 한쪽 단부(15)는 카트리지 헤드(2)를 형성하는 단판으로 결합된다; 다른쪽 단부는, 카트리지 푸트(3)를 형성하는 가스 유입구(9) 둘레의 환상 판에 결합된다. 상기 영역으로 공급하는 전원(16)은 정화된 가스실에서 필터 몸체에서 이격되어 카트리지 헤드(2)의 측부에 구비된다. 이것은 절연체(17)에 의해 하우징(7)에 대해 전기, 열 절연된다. 카트리지 푸트(3)의 연결 플랜지(22)에 인접하여 배치된 전류 연결 부재(23)를 통하여 접지 접속된다.
필터 몸체(1)와 카트리지 푸트(3) 및 카트리지 헤드(2) 사이의 용접 연결부는 중요한데, 이것은 도 2 에 좀더 자시헤 나타내었다. 좌측부는 카트리지 헤드와 연결부를 나타내고(A); 우측부는 카트리지 푸트와 연결부를 나타낸다(B).
용접 이음부는 섬유재(10)에 배치된 전류 입력부 출력부를 형성한다. 또, 카트리지는 카트리지 헤드(2)를 향하고 있는 앞쪽 단부(19)를 포함한 돌출부(18)를 바깥쪽 가장자리에 구비하고 있는데 상기 카트리지 헤드 전체에 대해 중공이 있는 실린더는 앞쪽 단부(19)까지 뻗어있다. 또, 금속 슬리브(20)는 지지 격자 구조물(12), 섬유 매트(10)와 돌출부(18)로 부터 형성된 중공 실린더 둘레에 뻗어있다. 돌출부(18, 19)의 전면, 섬유 매트(10)로 형성된 중공실린더, 지지 격자 구조물(12) 및 바깥족 금속 슬리브(20)는 모두 한 평면에서 앞쪽 단부에 배치되고 전면 이음부(21)에 의해 함께 결합된다.
필터 카트리지의 다른쪽 단부에서, 섬유 매트(10)로 이루어진 공동이 있는 실린더는 필터 카트리지의 가스 유입구(9)로 삽입되고 전표면적(25)을 가지는 환상 결합 립(24)은 유입구(9) 둘레에서 카트리지 푸트의 바깥쪽에 형성된다. 단단히 끼워맞추어진 부가 금속 고리(26)는 이 위치에서 지지 격가 구조물(12)과 용접 림(24)의 앞쪽 단부로 삽입되고, 섬유 매트(10)로 이루어진 공동이 있는 실린더, 지지 격자 구조물(12)과 내부 금속 고리(26)는 전단부 용접 이음부(27)에 의해 함께 결합된다. 카트리지 헤드 및 푸트가 충분히 가열되기 전에 세폭 섬유재(10)와 카트리지 헤드(2)와 푸트(3)가 용접하는 동안 열 전달에 의해 섬유를 용융 결합시키는 것을 용접 이음부(21, 27)는 막는다. 종방향 용접 이음부(11) 및 단단히 끼워 맞추어진 지지 격자 구조물(12) 이외에, 용접 이음부(21, 27)는 전류를 섬유재로 전달하는데 중요한 역할을 한다.
특히 금속 가열에 대하여, 필터 몸체(1)의 종방향으로 종방향 용접 이음부(11)의 전기 저항은 금속섬유 매트의 전체 횡단면에 대한 저항보다 작다. 종방향 이음부(11)의 전기 저항은 금속 섬유 매트 저항의 약 1/4 에서 1/3이다. 또, 종방향으로 지지 격자 구조물의 전기 저항은 전체 횡단면에 대해 종방향으로 금속 섬유 매트의 저항보다 낮아야 한다. 또 지지격자 구조물의 전기 저항은 저항 섬유 매트의 약 1/4-1/3 정도인 것이 선호된다. 필터 몸체(1)의 종방향으로 종방향 이음부(11)와 지지격자 구조물(12)의 전기 저항이 거의 같다면 이음부와 지지격자 구조물이 점화점에 도달할때까지 동일한 비율로 가열되어서, 필터 물질(10)은 빠르게 균일하게 가열된다.
도 3 에 나타난 것처럼, 필터 물질(10)은 단층 또는 다층으로 지지격자 구조물에 직접 배치될 수도 있다. 도 4 에 나타난 것처럼, 두 지지격자 구조물(28) 사이에 주름지게 필터 물질을 배치할 수도 있다. 도 3 의 실시예와 동일하게 용접이 이루어진다.

Claims (11)

  1. 연소물질로 채워진 전기 전도성 필터 물질, 예를들면 그을음으로 채워진 디젤 엔진 배기 필터를 재생하기 위해 전기 점화를 포함하고, 연소 온도 이상으로 전기 전도성 필터 물질을 직접 저기 저항 가열시키는 연소과정에 있어서,
    배기 가스는 외부에서 중공이 있는 실린더형 필터 물질을 통하여 내부로 이동하고, 상기 실린더형 필터물질은 종방향 용접 이음부와 철망으로 만들어진 내부 그리드를 포함하고, 중공 실린더의 내부에서 연소하는데 사용되는 전류는 한쪽 다리로부터 필터물질, 종방향 용접 이음부와 지지 그리드로 동시에 흐르고, 접속될 때 전류는 정화 가스 영역에서 공급되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서, 섬유재는 0.03% 탄소, 15.8% 크롬, 4.8% 알루미늄, 0.3% 실리콘과 0.3% 이트륨을 가지는 철합금으로 이루어진 금속 섬유 매트로 구성되고 섬유는 4-50㎛의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    a) 철망으로 이루어진 전기 전도성 지지격자 구조물에 단단히 고정된 중공이 있는 실린더를 형성하기 위해서 종방향 이음부에 의해 용접된 전기 전도성 금속 섬유 매트로 필터 몸체가 구성되고,
    b) 필터 몸체의 한쪽 단부는 카트리지 헤드를 형성하는 단판에 결합되는 반면에, 반대쪽 단부는 가스 유입구 둘레에 배치되도록 카트리지 푸트를 형성하는 환상 판에 결합되고,
    c) 필터몸체(1)에서 방향을 바꾼 카트리지 헤드(2)의 면에서 정화된 가스면(6) 영역내 필터 몸체에 전원(16)이 들어오게 되고, 이때 전원은 케이스 건너편에서 전기 및 열에 의해 차단되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    d) 카트리지 헤드는, 그것의 외주에서, 헤드를 향하고 있는 전단부를 가지는 돌출부를 포함하고 금속 섬유 매트로 이루어진 공동이 있는 실린더는 지지 격자 구조물과 함께 그것의 전면까지 뻗어있고,
    e) 외부 금속 슬리브는 돌출부, 지지 격자 구조물 및 공도잉 있는 실린더
    f) 돌출부의 전단부, 섬유 매트로 구성된 중공이 있는 실린더, 지지 격자 구조물 및, 외부 금속 슬리브는 전면 용접 이음부에 의해 함께 용접되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  5. 제 3 항 또는 4 항에 있어서,
    g) 지지 그리드(12)에 의해 카트리지 푸트(3)의 가스 유입구(9) 내로 삽입되는 섬유재로 이루어진 진공 실린더로서 그 외부면에서 입구(9)를 둘러싸는 외부면 쪽으로 정면(25)을 지닌 용접입(4)을 가지는 진공 실린더를 포함하고,
    h) 지지 그리드(12)의 내부에서 안쪽의 좁게 놓여있는 계속되는 블리키 링(26)이 장착되고,
    i) 나란히 놓여있는 용접입(24)의 정면, 섬유재(1)로서 만들어진 중공 실린더, 지지 그리드(12) 및 내부의 블리키 링(6)은 봉합(27)에 의해 용접, 결합되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  6. 제 3, 4 또는 5 항에 있어서, 필터 몸체의 종방향으로 종방향 용접 이음부의 전기 저항은, 종방향으로 전체 횡단면에 대한 금속 섬유 매트의 전기 저항보다 낮은 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 종방향 이음부는 매틔 전기저항의 약 1/4∼1/3의 전기 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  8. 제 3 항에서 8 항에 있어서, 지지 격자 구조물은, 종방향으로 전체 횡단면에 대한 금속 섬유 매트의 전기 저항보다 낮은 전기 저항을 필터 몸체의 종방향으로 가지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  9. 제 8 항에 있어서, 지지 격자 구조물의 전기 저항은 매트 저항의 약 1/4∼1/3인 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  10. 제 3 항에서 9 항에 있어서, 상기 지지 격자 구조물은, 종방향으로 종방향 이음부의 전기 저항과 동일한 전기 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
  11. 제 3 항에서 10 항에 있어서,
    j) 세라믹 가스-침투성 엔벨로그 관은, 촉매 컨버터로서 기능을 가지고 열절연할 수 있는 틈을 형성하도록 이격되어 필터 몸체 둘레에 뻗어있고, 필터 몸체와 관 사이의 틈은 배기가스를 배출하기 위해 배기가스 배출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 필터 카트리지.
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