KR20000006954U - Hazardous Exhaust Gas Exhaust System - Google Patents

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KR20000006954U
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손건석
조남효
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김덕중
사단법인 고등기술연구원 연구조합
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Abstract

본 고안은 자동차의 배기장치에 관한 것으로, 광촉매를 사용하여 산화 분위기에서 배출되는 정화가 어려운 질소산화물 성분을 효율적으로 제거함과 동시에, 광촉매내에 삼원촉매 재료인 귀금속 또는 질소산화물 흡착기를 수납하여 미연 탄화수소 성분을 효율적으로 정화함으로써 대기 오염방지는 물론 대기 오염방지를 위한 설비비용을 대폭 절감할 수 있는 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치를 제공함에 그 목적이 있다. 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 배기 파이프 중간에 설치되는 플라즈마 반응기; 상기 플라즈마 반응기에 전원을 공급하는 전원 공급기; 상기 전원 공급기의 전원공급을 제어하는 엔진 제어부; 상기 플라즈마 반응기의 내부 전방에 위치되며, 산화 분위기에서 상기 배기가스내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 정화하는 광촉매 반응기 및 상기 플라즈마 반응기의 내부 후방에 위치되어 상기 배기가스내의 미연 탄화수소, 일산화탄소 성분을 정화하는 삼원촉매 반응기를 포함하여 구성된다.The present invention relates to an exhaust system of an automobile, and efficiently removes nitrogen oxide components that are difficult to purify from an oxidizing atmosphere by using a photocatalyst, and stores a noble metal or nitrogen oxide adsorber, which is a three-way catalyst material, in a photocatalyst and contains unburned hydrocarbon components. It is an object of the present invention to provide an exhaust system of a vehicle for reducing harmful emissions, which can significantly reduce equipment costs for air pollution prevention as well as preventing air pollution. The present invention to achieve the above object is a plasma reactor installed in the middle of the exhaust pipe; A power supply for supplying power to the plasma reactor; An engine control unit controlling a power supply of the power supply; Located in the front of the plasma reactor, the photocatalyst reactor for purifying the nitrogen oxide component discharged with a large amount of oxygen in the exhaust gas in the oxidizing atmosphere and the unburned hydrocarbons, carbon monoxide in the exhaust gas located inside the plasma reactor And a three-way catalytic reactor to purify the components.

Description

유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치Hazardous Exhaust Gas Exhaust System

본 고안은 자동차의 배기장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 산화분위기에서 배출되는 정화가 어려운 질소산화물 성분을 효율적으로 제거할 수 있도록 광촉매를 사용하고, 미연 탄화수소 성분을 효율적으로 정화할 수 있도록 광촉매내에 삼원촉매 재료인 귀금속 또는 질소산화물 흡착기를 수납한 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust system of a vehicle. More specifically, a photocatalyst is used to efficiently remove nitrogen oxide components that are difficult to purify from the oxidizing atmosphere, and the photocatalyst can be efficiently purified to remove unburned hydrocarbon components. The present invention relates to an exhaust system for a harmful exhaust gas-reducing type vehicle containing a noble metal or nitrogen oxide adsorber, which is a three-way catalyst material.

일반적으로 자동차의 엔진이 작동하는 데에는 실린더내에 혼합기를 흡입하여 연소하고, 연소후의 가스를 배출하여야 하는 바, 이러한 일련의 장치를 흡배기장치라 한다.In general, in order to operate an engine of a vehicle, a mixer is sucked into a cylinder to combust and a gas after combustion is discharged. Such a series of devices is called an intake and exhaust device.

우선, 흡기장치는 실린더에 흡입하는 공기중의 먼지 등을 제거하는 에어 클리너 및 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기 매니폴드로 구성되어 있다.First, the intake apparatus is composed of an air cleaner for removing dust and the like in the air sucked into the cylinder, and an intake manifold for distributing the mixer to each cylinder.

그리고, 배기장치(10)는 도 1에 도시된 바와같이, 각 실린더의 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드(12), 배기 가스를 대기중으로 배출하는 배기 파이프(14) 및 배기 소음을 저하시키는 소음기(16), 배기 가스중의 유해한 성분을 무해하게 산화, 환원시키는 촉매 컨버터(18)로 구성되어 있다.And, as shown in Fig. 1, the exhaust device 10 includes an exhaust manifold 12 for synthesizing exhaust gas of each cylinder, an exhaust pipe 14 for exhausting exhaust gas into the atmosphere, and a silencer for reducing exhaust noise. (16) and a catalytic converter 18 which oxidizes and reduces harmful components in the exhaust gas without harm.

촉매 컨버터(18)는 배기 파이프(14) 도중에 설치되는 것으로, 이 속을 통과하면 배기 가스중의 유해한 CO(일산화탄소), HC(탄화수소), NOX(질소 산화물)을 무해한 CO2(이산화탄소), H2O(물), N2(질소)로 산화·환원시키는 장치이다.The catalytic converter 18 is installed in the middle of the exhaust pipe 14, and when passed through the exhaust pipe 14, harmful CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), NO X (nitrogen oxide) in the exhaust gas is harmless to CO 2 (carbon dioxide), It is a device to oxidize and reduce with H 2 O (water) and N 2 (nitrogen).

촉매 컨버터(18)는 구조상으로 펠리트형(Pellet Type)과 모노리드형(Monolith Type)이 있고, 기능상으로는 산화촉매 컨버터와 삼원촉매 컨버터(3-way catalytic converter)의 2종류가 있다.The catalytic converter 18 has a pellet type and a monolith type in structure, and functionally, there are two types of an oxidation catalyst converter and a three-way catalytic converter.

산화촉매 컨버터는 촉매 펠리트라고 하는 입상의 알루미나 표면에 촉매작용을 하는 파라듐(Pd) 또는 파라듐+백금(Pt)의 귀금속을 극히 얇게 부착시킨 것으로, 배기가스중의 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소와 물로 만드는 기능을 갖고 있다.Oxidation catalytic converter is a thin layer of noble metal of palladium (Pd) or palladium + platinum (Pt) that catalyzes the surface of granular alumina called catalytic pellets. Carbon monoxide and hydrocarbons in the exhaust gas are converted into carbon dioxide and water. Has the ability to make

그리고 삼원촉매 컨버터는 촉매작용을 하는 귀금속 즉, 백금+로듐(Rh) 또는 백금+로듐+파라듐을 사용한 것으로, 배기가스중의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 저감시키는 기능을 갖고 있으며, 고온에서는 98% 이상을 상회하는 높은 효율성을 갖고 있기 때문에 현재 삼원촉매 컨버터가 가장 많이 사용되고 있다.The three-way catalytic converter uses noble metals, such as platinum + rhodium (Rh) or platinum + rhodium + palladium, which have a function of reducing carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides in the exhaust gas. Three-way catalytic converters are currently the most used because of their high efficiency of more than%.

그러나, 삼원촉매 컨버터는 자동차 엔진의 시동초기의 촉매가 활성화되기 이전의 일정온도 이하에서는 유해성분의 제거가 원활히 이루어지지 않으며, 특히 촉매가 특정의 활성화 온도에 이르지 못할 경우 탄화수소를 정화하지 않은채 대기중으로 배출하는 단점을 갖고 있다.However, the three-way catalytic converter does not smoothly remove harmful components below a certain temperature before the catalyst is activated at the initial stage of the start of the automobile engine, and in particular, if the catalyst does not reach the specific activation temperature, the hydrocarbon is not purified. It has the disadvantage of discharging to heavy.

또한, 삼원촉매 컨버터는 공연비가 이론 공연비에 근접할 때에만 유해성분(미연 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물 등)을 저감할 수 있는 한계성을 갖고 있다. 즉, 연료가 농후한 상태에서는 탄화수소, 일산화탄소 성분의 정화가 급격히 저하되고, 공기가 다량 포함한 경우에는 질소산화물 성분의 정화가 급격히 저하되는 단점이 있다.In addition, the three-way catalytic converter has a limit that can reduce harmful components (unburned hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, etc.) only when the air-fuel ratio is close to the theoretical air-fuel ratio. That is, there are disadvantages in that the purification of hydrocarbons and carbon monoxide components is drastically lowered in a rich fuel state, and the purification of nitrogen oxide components is drastically lowered when a large amount of air is contained.

이를 위하여 최근에는 연비 향상, 그린 하우스 효과(Green house effect)를 줄이기 위해서 이산화탄소 배출량을 저감시키는 다양한 연구가 다방면에서 이루어지고 있다.To this end, in recent years, various studies have been conducted to reduce carbon dioxide emissions in order to improve fuel efficiency and reduce the green house effect.

이러한 연구중의 하나로 린번 엔진(Lean Burn Engine)이나 가솔린 직접분사엔진(Gasoline Direct Injection Engine: GDI)에 관련된 기술이 제안된 바 있으나, 이 경우에는 배기가스내에 다량의 산소가 존재하므로 삼원촉매를 사용할 수 없는 단점이 있다.As one of these studies, a technology related to a lean burn engine or a gasoline direct injection engine (GDI) has been proposed, but in this case, since a large amount of oxygen exists in the exhaust gas, a three-way catalyst is used. There is a disadvantage that can not be.

즉, 린번 엔진이나 가솔린 직접 분사엔진의 경우 상당히 공기가 풍부한 상태에서 운전되므로 린번 연소 조건에 의해서 배기가스에는 10 % 이상의 산소와 다량의 질소산화물이 존재하고 있다, 그에 따라 종래의 삼원 촉매장치만으로는 배기가스내에 존재하는 다량의 질소산화물을 충분히 정화할 수 없는 한계성이 있다.In other words, in the case of a lean burn engine or a gasoline direct injection engine, the air is operated in a state of considerable air richness, and thus, the exhaust gas contains more than 10% of oxygen and a large amount of nitrogen oxides under the lean burn combustion conditions. There is a limit in that the large amount of nitrogen oxide present in the gas cannot be sufficiently purified.

특히 디이젤 엔진의 경우에 있어서는 저급연료의 사용으로 인하여 파티큘레이트 물질(Particulate material)과 린번으로 발생하는 다량의 질소산화물, 산소로 인하여 배기가스의 정화성능이 현격히 저하되는 문제점이 있다.In particular, in the case of diesel engines, there is a problem that the purification performance of the exhaust gas is significantly reduced due to the large amount of nitrogen oxides and oxygen generated by the particulate material and the lean burn due to the use of lower fuel.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 저온 플라즈마(Plasma)를 이용한 질소산화물 저감 시스템과 질소산화물 흡착 시스템이 사용되고 있는 바, 도 2는 종래 저온 플라즈마만을 이용한 질소산화물 저감을 위한 배기장치(20)를 보이는 것이다.In order to solve this problem, recently, a nitrogen oxide reduction system and a nitrogen oxide adsorption system using a low temperature plasma have been used, and FIG. 2 shows an exhaust device 20 for reducing nitrogen oxide using only a low temperature plasma. .

도 2에 도시된 바와같이, 플라즈마 반응기(22)의 양측에 전원을 공급하여 플라즈마 내부를 전리시킨 상태에서 이 속에 배기가스를 통과시킴으로써 배기가스에 포함되어 유해물을 제거하고, 유해물이 제거된 배기가스는 배기 파이프(24)를 통해 대기중으로 배출함으로써 대기오염을 줄이는 것이다.As shown in FIG. 2, by supplying power to both sides of the plasma reactor 22 and passing the exhaust gas therein in a state where the inside of the plasma is ionized, the exhaust gas included in the exhaust gas is removed, and the harmful gas is removed. Is to reduce air pollution by exhausting to the atmosphere through the exhaust pipe (24).

즉, 플라즈마 반응기(22)에는 전원공급장치(26)가 연결되어 있으며, 전원공급장치(26)는 제어기(28)에 의해서 선택적으로 플라즈마 반응기(22)에 전원을 공급하게 된다. 플라즈마 반응기(22)에 전원이 인가되면 전리영역이 형성된다.That is, the power supply device 26 is connected to the plasma reactor 22, and the power supply device 26 selectively supplies power to the plasma reactor 22 by the controller 28. When power is applied to the plasma reactor 22, an ionization region is formed.

동시에 플라즈마 반응기(22)에는 첨가제 공급장치(30)에 의해서 첨가제(예를 들면; 요소, 미연 탄화수소)가 공급되어 산화 분위기에서 질소산화물을 고효율로 정화시킬 수 있게 된다. 그리고 제어기(32)는 첨가제 공급장치(30)로부터의 첨가제 공급을 제어하는 역할을 하며, 첨가제 저장용기(34)에는 첨가제가 저장되어 있다.At the same time, an additive (for example, urea and unburned hydrocarbon) is supplied to the plasma reactor 22 by the additive supply device 30 to purify nitrogen oxide in an oxidizing atmosphere with high efficiency. In addition, the controller 32 serves to control the additive supply from the additive supply device 30, and the additive storage container 34 stores the additive.

그러나, 종래 플라즈마 반응만을 이용한 배기장치에는 정치식 내연기관에서 탄화수소, 질소산화물 저감에는 큰 효과가 있으나, 전력 소비가 매우 크고, 설치 공간의 대형화를 요구하기 때문에 이동성이 강조되고 가용 에너지 제약을 갖는 자동차등에 사용되기에는 부적합하다.However, the conventional exhaust gas exhaust system using only plasma reaction has a great effect on reducing hydrocarbons and nitrogen oxides in stationary internal combustion engines. However, since the electric power consumption is very large and the installation space needs to be increased, mobility is emphasized and vehicles with limited energy are available. It is not suitable for use.

또한, 산화 분위기에서 질소산화물을 고효율로 전환시키기 위해서는 요소나 미연 탄화수소 같은 첨가제가 필요하며, 이러한 첨가제는 정치식에서는 공급이 간편하나 차량의 경우에 있어서는 첨가제를 공급하는 장치를 추가로 장착하여야 하는 장착상의 문제점과 아울러 저장시설의 장착을 위한 차량내의 공간확보가 어렵고, 연료주입 처럼 운전자가 일일이 첨가제를 지속적으로 보충해야 하는 불편함이 있다.In addition, in order to convert nitrogen oxide into high efficiency in an oxidizing atmosphere, additives such as urea and unburned hydrocarbons are required.These additives are easy to supply in stationary formula, but in the case of vehicles, an additional device for supplying additives must be installed. In addition to the above problems, it is difficult to secure space in the vehicle for installing the storage facility, and there is inconvenience in that the driver must continuously replenish the additives like fuel injection.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 미연 탄화수소 성분을 효율적으로 정화함으로써 대기 오염방지는 물론 대기 오염방지를 위한 설비비용을 대폭 절감할 수 있는 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by effectively purifying the unburned hydrocarbon components to reduce the pollution of the air pollution as well as to reduce the equipment cost for reducing air pollution emissions of a vehicle for reducing harmful emissions The purpose is to provide.

도 1 은 일반적인 배기장치를 도시한 사시도,1 is a perspective view showing a general exhaust device,

도 2 는 종래 플라즈 반응만을 이용한 배기장치를 도시한 구성도,2 is a configuration diagram showing an exhaust device using only a conventional plasma reaction;

도 3 은 본 고안의 일실시예에 따른 배기장치를 도시한 구성도,3 is a block diagram showing an exhaust device according to an embodiment of the present invention,

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

110: 배기 매니폴드 120: 배기 파이프110: exhaust manifold 120: exhaust pipe

130: 플라즈마 반응기 140: 전원공급기130: plasma reactor 140: power supply

150: 엔진 제어부 160: 광촉매 반응기150: engine control unit 160: photocatalytic reactor

170: 삼원촉매 반응기170: three-way catalytic reactor

전술한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 배기 파이프 중간에 설치되는 플라즈마 반응기; 상기 플라즈마 반응기에 전원을 공급하는 전원 공급기; 상기 전원 공급기의 전원공급을 제어하는 엔진 제어부; 상기 플라즈마 반응기의 내부 전방에 위치되며, 산화 분위기에서 상기 배기가스내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 정화하는 광촉매 반응기 및 상기 플라즈마 반응기의 내부 후방에 위치되어 상기 배기가스내의 미연 탄화수소, 일산화탄소 성분을 정화하는 삼원촉매 반응기를 포함하여 구성된 특징이 있다.The present invention to achieve the above object is a plasma reactor installed in the middle of the exhaust pipe; A power supply for supplying power to the plasma reactor; An engine control unit controlling a power supply of the power supply; Located in the front of the plasma reactor, the photocatalyst reactor for purifying the nitrogen oxide component discharged with a large amount of oxygen in the exhaust gas in the oxidizing atmosphere and the unburned hydrocarbons, carbon monoxide in the exhaust gas located inside the plasma reactor It is characterized by including a three-way catalytic reactor to purify the components.

본 고안의 에서 상기 광촉매 반응기는 그 내부에 정화효율을 증대시킬 수 있도록 광촉매와 함께 귀금속(백금,파라듐)을 수납하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the photocatalytic reactor accommodates a noble metal (platinum, palladium) together with the photocatalyst to increase the purification efficiency therein.

또한, 본 고안에서 상기 광촉매 반응기 내부에 정화효율을 증대시킬 수 있도록 질소산화물 흡착기를 수납하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to accommodate the nitrogen oxide adsorber in the present invention to increase the purification efficiency in the photocatalytic reactor.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention;

도 3 은 본 고안의 일실시예에 따른 유해가스 저감형 배기장치를 도시한 구성도이다. 도 3 에 도시된 바와같이, 본 고안의 유해가스 저감형 배기장치(100)는 상기 배기 파이프(120) 중간에 설치되는 플라즈마 반응기(130); 상기 플라즈마 반응기(130)에 전원을 공급하는 전원 공급기(140); 상기 전원 공급기(140)의 전원공급을 제어하는 엔진 제어부(150); 상기 플라즈마 반응기(130)의 내부 전방에 위치되며, 산화 분위기에서 상기 배기가스내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 정화하는 광촉매 반응기(160) 및 상기 플라즈마 반응기(130)의 내부 후방에 위치되어 상기 배기가스내의 미연 탄화수소, 일산화탄소 성분을 정화하는 삼원촉매 반응기(170)로 크게 나뉘어진다.3 is a block diagram showing a harmful gas reduction type exhaust apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 3, the harmful gas reduction type exhaust apparatus 100 of the present invention is a plasma reactor 130 is installed in the middle of the exhaust pipe 120; A power supply 140 for supplying power to the plasma reactor 130; An engine controller 150 for controlling a power supply of the power supply 140; Located in front of the inside of the plasma reactor 130, located in the rear of the photocatalytic reactor 160 and the inside of the plasma reactor 130 for purifying the nitrogen oxide component discharged with a large amount of oxygen in the exhaust gas in an oxidizing atmosphere And divided into three-way catalytic reactor 170 for purifying unburned hydrocarbons and carbon monoxide components in the exhaust gas.

즉, 엔진 내부에서 발생되는 배기가스는 배기 매니폴드에 모아지고, 모아진 배기가스는 배기 파이프(120)를 통해서 대기중으로 배출되는 바, 배기 파이프(120) 중간에는 배기가스내에 포함되어 있는 유해물을 제거할 수 있도록 플라즈마 반응기(130)가 설치되어 있다.That is, the exhaust gas generated inside the engine is collected in the exhaust manifold, and the collected exhaust gas is discharged into the atmosphere through the exhaust pipe 120, and in the middle of the exhaust pipe 120, harmful substances contained in the exhaust gas are removed. The plasma reactor 130 is installed to be able to.

전술한 플라즈마 반응기(130)는 플라즈마를 발생시키는 것으로, 플라즈마는 이온과 전자가 동일한 밀도로 존재하는 영역으로 전기적으로는 중성을 띠는 상태를 의미한다.The above-described plasma reactor 130 generates a plasma, which means that the plasma is electrically neutral to a region where ions and electrons exist at the same density.

플라즈마를 배기가스내에 발생시키면 프리 래디칼(Free Radical)이 생성되 는 바, 프리 래디칼은 분자의 화학적 결합이 절단되어 유리된 원자로서 화학적 반응이 풍부한 성질을 갖고 있다. 따라서 배기가스내에서 프리 래디칼, 예를 들면, OH, O3, HO2등이 생성되면 강력한 산화작용이 수행되어 배기가스내의 탄화수소 성분이 저감되는 것이다.When plasma is generated in the exhaust gas, free radicals are generated. Free radicals have a property that a chemical reaction of molecules is abundant due to cleavage of chemical bonds of molecules. Therefore, when free radicals, for example, OH, O 3 , HO 2, etc., are generated in the exhaust gas, powerful oxidation is performed to reduce the hydrocarbon component in the exhaust gas.

플라즈마 반응기는 이미 한국 공개특허 97-33051, 97-33050, 97-44278 등에 알려져 이들 방법에 의해서 제작할 수 있다.Plasma reactors are already known in Korea Patent Publications 97-33051, 97-33050, 97-44278 and the like can be produced by these methods.

상기 플라즈마 반응기(130)에는 이에 전원을 공급하는 전원 공급기(140)가 연결되어 있으며, 전원 공급기(140)에는 전원공급을 제어하는 엔진 제어부(Engine Control Unit: ECU)(150)가 연결되어 있다.The plasma reactor 130 is connected to a power supply 140 for supplying power thereto, and the power supply 140 is connected to an engine control unit (ECU) 150 for controlling the power supply.

본 고안의 특징적인 것으로, 플라즈마 반응기(130)의 내부 전방에는 광촉매 반응기(160)가 설치되어 있으며, 이 광촉매(Photocatalysts) 반응기(160)는 산화 분위기에서 상기 배기가스내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 효율적으로 정화하는 역할을 하도록 되어 있다. 광촉매로는 여러 가지를 사용할 수 있으나, TiO2가 가장 바람직하다. 광촉매(TiO2)는 특성 파장의 빛에 의해 여기가 되는 데, 이러한 과정은 TiO2 TiO2(h+) + e-이다. TiO2(h+) + e- 는 반응성이 매우 강한 이온체로서 H2O나 O2를 여기시켜 프리 래디칼 생성을 가속,증배시킨다.(당업자에게 이미 공지된 기술임. 광촉매 반응기에 관한 문헌: J.of Adv Oxid. Technol Vol.1,No.1,1996.p67∼78p).As a feature of the present invention, a photocatalytic reactor 160 is installed in front of the plasma reactor 130, and the photocatalysts reactor 160 is discharged together with a large amount of oxygen in the exhaust gas in an oxidizing atmosphere. It is intended to effectively purify the nitrogen oxide component. Various kinds of photocatalysts can be used, but TiO 2 is most preferred. Photocatalyst (TiO 2) is used which is excited by light of a characteristic wavelength, this process is TiO 2 TiO 2 (h +) + e−. TiO 2 (h +) + e- is a highly reactive ionic body that excites H 2 O or O 2 to accelerate and multiply the production of free radicals (a technique already known to those skilled in the art. Oxid.Technol Vol. 1, No. 1, 1996. p67-78p).

또한, 광촉매 반응기(160)와 근접하는 플라즈마 반응기(130)의 내부 후방에는 삼원촉매 반응기(170)가 설치되어 있으며, 이 삼원촉매 반응기(170)는 배기 가스내의 미연 탄화수소, 일산화탄소 성분을 정화하는 역할을 하도록 되어 있다.In addition, a three-way catalyst reactor 170 is installed inside the plasma reactor 130 adjacent to the photocatalytic reactor 160, and the three-way catalyst reactor 170 serves to purify unburned hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gas. It is supposed to be.

이와 같이 구성된 본 고안의 일실시예에 따른 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the exhaust device of the harmful exhaust gas reducing vehicle according to an embodiment of the present invention configured as described above are as follows.

도 3 에 도시된 바와같이, 시동을 켬(On)에 따라 차량에 전원공급이 이루어져 엔진 제어부(150)가 작동되고, 동시에 전원 공급기(140)가 플라즈마 반응기(130)에 전원을 공급한다. 그에 따라 플라즈마 반응기(130)에는 전리(電離) 영역인 플라즈마가 발생된다.As shown in FIG. 3, power is supplied to the vehicle according to the start-up, and the engine controller 150 is operated. At the same time, the power supply 140 supplies power to the plasma reactor 130. As a result, plasma, which is an ionization region, is generated in the plasma reactor 130.

플라즈마가 발생되면 광촉매에 의해서 플라즈마 반응영역이 확대되고, 프리래디칼 생성이 촉진된다. 풍부하게 생성된 프리 래디칼에 의해서 배기 파이프(120)를 통과하는 질소산화물은 불안정한 상태로 산화되고, 배기가스에 존재하는 소량의 환원제에 의해 쉽게 환원된다.When plasma is generated, the plasma reaction region is enlarged by the photocatalyst, and free radical production is promoted. Nitrogen oxides passing through the exhaust pipe 120 by the abundantly produced free radicals are oxidized in an unstable state and are easily reduced by a small amount of reducing agent present in the exhaust gas.

한편, 저온 플라즈마만을 사용하여 배기가스를 정화하는 경우에는, O 래디칼과 O3래디칼이 주로 발생되지만, OH 래디칼의 발생이 적기 때문에 NO 또는 NO2를 산화시키는 반응만 촉진시킬 뿐 이를 환원시키거나 환원에 유리한 HNO2, HNO3으로의 반응은 매우 미약하다.On the other hand, in the case of purifying exhaust gas using only low-temperature plasma, O radicals and O 3 radicals are mainly generated, but since they generate little OH radicals, they only promote the reaction of oxidizing NO or NO 2 , reducing or reducing them. The reaction to HNO 2 , HNO 3 , which is advantageous, is very weak.

그러나 광촉매를 사용하여 배기가스를 정화하는 경우에는, 광촉매에 의해 OH 래디칼이 풍부하게 자체 발생되고, 수분과 반응하는 O2래디칼에 의해 2차 OH 래디칼이 풍부하게 생성된다. 따라서 OH 래디칼과 2차 OH 래디칼이 풍부하게 됨에 따라 HNO2, HNO3의 생성 반응에 유리하게 작용하여 정화율을 증가시키게 되는 것이다.However, when the exhaust gas is purified using a photocatalyst, OH radicals are abundantly generated by the photocatalyst, and secondary OH radicals are abundantly generated by O 2 radicals reacting with moisture. Therefore, as the OH radicals and the secondary OH radicals become rich, HNO 2 and HNO 3 are advantageously acting to increase the purification rate.

따라서, 광촉매의 여기에 따른 프리 래디칼 상태에 의해서 산환(환원)작용이 가속화되어 플라즈마 반응기의 전력소모가 낮아진다. 이와같이 광촉매가 프리 래디칼을 많이 발생시킴에 따라 플라즈만을 사용할 경우 필요로 하는 요소와 같은 첨가제도 본 발명에서는 필요하지 않고 전력소비도 줄어든다.Therefore, the free radical state due to the excitation of the photocatalyst accelerates the reduction (reduction) action, thereby lowering the power consumption of the plasma reactor. As the photocatalyst generates a lot of free radicals, additives such as urea, which are required when only the plasma is used, are not required in the present invention, and power consumption is reduced.

여기에서 광촉매에 삼원촉매 성분중 환원반응에 주로 관여하는 파라듐(Pd)을 첨가하거나 소량의 백금(Pt)을 첨가하면 산화 및 환원반응을 보다 증대시킬 수 있다.Here, the addition of palladium (Pd), which is mainly involved in the reduction reaction of the three-way catalyst component, or the addition of a small amount of platinum (Pt) to the photocatalyst can further increase the oxidation and reduction reaction.

이때 광촉매에 삼원촉매(파라듐, 백금등)를 첨가함으로써 플라즈마 반응에 의해 생성될 수 있는 질산 에어졸을 처리할 수 있기 때문에 2차 오염물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 HC 산화반응에서 생성될 수 있는 CO를 저감시키고, HCO 반응에도 관여하여 정화반응을 보다 향상시키는 것이다.In this case, by adding a three-way catalyst (paradium, platinum, etc.) to the photocatalyst, the nitrate aerosol, which can be produced by the plasma reaction, can be treated to remove secondary pollutants as well as to be generated in the HC oxidation reaction. CO is reduced and HCO reaction is also involved to further improve the purification reaction.

또한, 광촉매에 질소산화물 흡착기(NOXAdsorber)를 첨가하여 질소산화물 성분을 보다 오랜 시간동안 촉매상에서 머물도록 하여 정화반응이 충분히 일어나도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 광촉매 반응에 의해서 정화되지 않은 미연 탄화수소나 고체상 성분등은 삼원촉매에 의해서 충분히 정화된다.In addition, by adding nitrogen oxide adsorber (NO X Adsorber) a photocatalyst to remain on the catalyst for a longer time, the nitrogen oxide component is preferably sufficient to raise up the purification reaction. Unburned hydrocarbons and solid phase components which are not purified by the photocatalytic reaction are sufficiently purified by the three-way catalyst.

참고적으로 전술한 플라즈마 생성시 플라즈마 발생기 끝단에는 600 ℃ 내지 700 ℃의 열이 발생하며, 이때 발생하는 열로써 귀금속 촉매를 소정의 온도로 가열하여 귀금속 촉매가 배기가스를 정화작용을 하도록 구성되어 있다.For reference, in the above-described plasma generation, heat of 600 ° C. to 700 ° C. is generated at the end of the plasma generator, and the noble metal catalyst is configured to purify the exhaust gas by heating the noble metal catalyst to a predetermined temperature as the generated heat. .

결과적으로, 산화 분위기에서의 정화가 힘든 배기가스중의 질소산화물은 광촉매로 하여금 정화되도록 하고, 미연 탄화수소 및 일산화탄소 성분은 삼원촉매로 하여금 정화되도록 하여 린번엔진, 가솔린 직접 분사엔진, 디이젤 엔진의 유해 배기가스를 획기적으로 저감시킬 수 있게 된다.As a result, the nitrogen oxides in the exhaust gas, which are difficult to purify in the oxidizing atmosphere, are used to purify the photocatalyst, and the unburned hydrocarbons and carbon monoxide are purged by the three-way catalyst. It is possible to significantly reduce the gas.

본 고안은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 고안의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and can be carried out in various modifications within the range allowed by the technical idea of the present invention.

이상에서와 같이 본 고안에 따르면 배기가스내에 다량 존재하는 산소성분에 의해서 정화가 어려운 질소산화물을 광촉매와 삼원촉매로 효율적으로 정화하므로써 지구 온난화의 주범인 이산화탄소의 발생량을 최대한 줄일 수 있기 때문에 환경 오염을 방지하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by efficiently purifying nitrogen oxide, which is difficult to purify by the oxygen component present in the exhaust gas, with photocatalyst and three-way catalyst, the amount of carbon dioxide which is the main cause of global warming can be reduced as much as possible. It is effective to prevent.

그리고, 종래 플라즈마만을 이용하는 시스템에 비해 정화율이 뛰어나 저에너지로 고효율성을 지향할 수 있고, 시스템이 간소화되어 전원 공급장치나 전선등의 용량을 줄일 수 있고 그에 따라 설비 비용도 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the purification rate is excellent compared to the conventional system using only plasma, it can be aimed at high efficiency with low energy, the system is simplified to reduce the capacity of the power supply or the wire, etc., thereby reducing the installation cost.

또한, 첨가제 보충과 같은 번거로움이 제거되고, 첨가제 저장 장치와 공급장치를 제거하므로써 그 만큼의 차량공간을 활용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the cumbersome, such as additive replenishment is eliminated, and by removing the additive storage device and the supply device there is an effect that can utilize the vehicle space as much.

Claims (3)

배기 파이프 중간에 설치되는 플라즈마 반응기;A plasma reactor installed in the middle of the exhaust pipe; 상기 플라즈마 반응기에 전원을 공급하는 전원 공급기;A power supply for supplying power to the plasma reactor; 상기 전원 공급기의 전원공급을 제어하는 엔진 제어부;An engine control unit controlling a power supply of the power supply; 상기 플라즈마 반응기의 내부 전방에 위치되며, 산화 분위기에서 상기 배기가스내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 정화하는 광촉매 반응기 및A photocatalytic reactor positioned in front of the plasma reactor and purifying nitrogen oxide components discharged with a large amount of oxygen in the exhaust gas in an oxidizing atmosphere; 상기 플라즈마 반응기의 내부 후방에 위치되어 상기 배기가스내의 미연탄화수소, 일산화탄소 성분을 정화하는 삼원촉매 반응기를 포함하여 이루어진 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치.Located in the rear of the inside of the plasma reactor, the exhaust gas of the exhaust gas reducing vehicle comprising a three-way catalytic reactor for purifying the unburned hydrocarbons, carbon monoxide components in the exhaust gas. 제 1항에 있어서, 상기 광촉매 반응기 내부에 귀금속을 광촉매와 함께 수납하여 이루어진 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치.The exhaust system of claim 1, wherein the noble metal is stored together with the photocatalyst in the photocatalyst reactor. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광촉매 반응기 내부에 질소산화물 흡착기를 수납하여 이루어진 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치.The exhaust system of claim 1 or 2, wherein a nitrogen oxide adsorber is accommodated in the photocatalytic reactor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100368034B1 (en) * 2000-10-20 2003-01-14 채재우 Device for Reducing Diesel Exhaust Emission by Using Continuously Regenerative Plasma·Catalyst Hybrid System and method thereof
KR20030092386A (en) * 2002-05-29 2003-12-06 현대자동차주식회사 System for decreasing in exhaust gas for vehicles having plasma reactor and method for controlling the same
KR100679868B1 (en) * 2006-08-01 2007-02-07 한국기계연구원 Plasma reactor and lnt catalyst type nox reduction apparatus using thereof
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