KR20000018255A - 금속 또는 세라믹 구슬을 적용한 매연 포집 방법 및 그방법을 이용한 매연저감 장치 - Google Patents

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Abstract

디젤엔진을 비롯한 기타의 연소기기에서 발생되는 매연입자의 포집을 위하여 금속 또는 세라믹 구슬들을 매연 포집재로 사용하고, 보호관 안에 장착된 발열선을 구슬들 사이에 위치하여 포집된 매연을 연소시켜 재생시키는 방법과 그 방법을 이용한 매연저감장치를 제공한다.

Description

금속 또는 세라믹 구슬을 적용한 매연 포집 방법 및 그 방법을 이용한 매연저감장치{Soot-Particle Filtering Method Using Metallic or Ceramic Balls and Soot-Particle Reduction Device Using The Same}
본 발명은 디젤엔진을 비롯한 기타의 연소기기에서 발생되는 매연입자의 포집을 위하여 금속 또는 세라믹 구슬들을 매연 포집재로 사용하고, 보호관 안에 장착된 발열선을 구슬들 사이에 위치하여 포집된 매연을 연소시켜 재생시키는 방법과 그 방법을 이용한 매연저감장치에 대한 것이다. 본 발명은 본 출원인에 의하여 특허 출원된 '매연저감 방법 및 그 방법을 이용한 매연저감장치' (특허출원일 : 1999. 10. 12, 출원번호 : 10-1999-0044185)에서 발전하여 더욱 실용화하기 쉽게 개선된 기술에 대한다.
가솔린 엔진에 비하여 열효율이 높다고 알려진 디젤엔진의 사용이 점점 늘어가고 있는 현 단계에서, 디젤엔진에서 배출되는 매연입자는 여러 가지 환경 문제를 야기하고 있다. 디젤엔진에서 매연입자의 생성은 엔진에 공급되는 공기의 양이 디젤엔진에 장착된 노즐에서 분사된 연료 성분을 완전히 연소시킬 수 없을 정도로 공기의 양이 적거나, 연료 성분과 공기 성분이 충분히 혼합되어 연소되지 못하기 때문에 발생한다. 엔진 연소실 내부에서의 근원적인 매연입자의 발생을 감소시키기 위해서 연료의 고압분사, 엔진 개조 및 연소방식의 개선 등이 꾸준히 연구되고 있다.
근원적인 매연입자의 발생을 저감하려는 연구와는 별도로, 이미 발생된 매연입자가 외부로 배출되는 것을 방지하기 위하여, 매연저감장치를 배기 유로에 설치하여 외부로 유출되려는 매연입자를 포집하고 처리하는 방법 및 이에 따른 장치도 이미 개발되어, 실제 디젤 자동차를 비롯한 기타 연소기기의 배기 유로에 설치 운용되고 있는 많은 사례가 있다. 지금까지 개발된 매연저감장치의 기본적인 작동 및 운용 방식은 다음과 같이 정리 요약할 수 있다. 주로 세라믹 필터로 구성된 매연저감장치를 배기 유로에 삽입하여 매연입자를 포집하고, 매연저감장치의 전 후 압력 차이가 미리 설정된 값 이상으로 될 경우, 전기히터나 연소기기를 가동하여 세라믹 필터에 포집된 매연입자를 연소시켜 세라믹 필터를 재생시키는 방식이 매연저감장치의 주류를 이루고 있다. 또 고전압의 플라즈마를 이용하여 매연을 연소시키는 방식과 촉매를 이용한 매연저감장치 등도 개발되어 있다.
지금까지 개발된 세라믹 필터를 이용하여 매연입자를 포집하여 재연소시키는 방식의 매연저감장치의 문제점을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 세라믹 필터의 재생시 전기 히터의 고온 부분 또는 연소기기의 화염에 직접 노출된 부분과 노출되지 않은 부분과의 심한 온도차이에 의하여 균열이 발생한다. 완전 재생을 위해서는 세라믹 필터 전체를 상당한 고온까지 승온시켜야 하지만, 이 경우 균일한 가열이 어려우며 큰 전기 용량이 소요된다는 단점이 있다. 고온으로 연소시킬 경우, 원하지 않는 질소산화물의 발생을 초래할 수 있다.
둘째,세라믹 필터의 재생시 완전 재생이 되지 않을 경우, 재생 중에 발생된 더욱 작은 미세 매연입자에 의하여 세라믹 필터의 유로가 막히고, 이에 따라서 배기 유로에 과다한 압력이 걸린다. 따라서 균열이 발생하고 파손될 가능성이 매우 크며, 실제 설계된 포집 용량보다 적은 량의 매연입자 밖에 포집하지 못하며, 이에 따라 빈번한 재생이 이루어지고, 효율적인 매연저감장치의 운용이 어려워진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 매연저감장치의 빈번한 외부 재생으로 인한 저감장치의 균열 및 파손을 예방하고, 매연저감장치의 내부에서 균일한 가열을 이루기 위하여 금속 또는 세라믹 구슬들을 매연포집재로 사용하고, 보호관 안에 장착된 발열선을 구슬들 사이에 위치하여 포집된 매연을 연소 재생시키는 방법과 그 방법을 이용한 매연저감장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존 매연저감장치에 적용되는 외부 보조 버너 등을 제거함으로서 경제적이고, 견고한 매연저감장치를 얻을 수 있는 방법과 그 방법을 이용한 매연저감장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 매연저감장치의 제 1 실시 예를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 매연저감장치의 제 2 실시 예를 도시한 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 매연저감장치의 제 3 실시 예를 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
1: 연소기기 몸체 2: 배기 유로
3: 구슬들 4: 지지망
5: 발열선 6: 금속 또는 세라믹 보호관
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 매연입자가 발생되는 연소기기 몸체와; 상기 몸체에 연결된 배기 유로와; 상기 배기 유로의 소정 위치에 설치되어 있는 매연 포집을 위한 금속 또는 세라믹 구슬들과; 상기 구슬들을 수용하여 일정한 형태를 유지시키기 위하고 유동을 통과시키는 지지망과; 세라믹 또는 금속재질의 보호관들로 둘러싸여, 상기 구슬들 사이에 위치한 발열선으로 구성되는 매연저감장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 구슬들을 이용하여 매연을 포집하는 단계와; 매연입자가 많이 포집되어 배기 가스의 압력이 증가하여 설정 압력이상이 될 때, 상기 보호관에 보호되어 상기 구슬들 사이에 위치한 상기 발열선에 전기가 공급되어 상기 세라믹 보호관들 또는 금속 보호관들의 온도가 증가되고, 상기 구슬들의 온도가 증가되어 매연이 연소되는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 구슬들의 크기를 조절하여 포집 가능한 매연의 크기 및 양을 조절하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 실시 예를 도시한 단면도로서, 매연입자의 배출을 저감하기 위하여 구슬들을 매연 포집재로 사용하고, 구슬들 사이에 발열선을 위치하여 포집된 매연을 연소 재생시키는 방법과 그 방법을 이용한 매연저감장치를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 매연저감장치는 매연입자가 발생되는 연소기기 몸체(1)와; 상기 연소기기 몸체에 연결된 배기 유로(2)와; 상기 배기 유로의 소정 위치에 설치되어 있는 매연 포집을 위한 발열구슬들(3)과; 상기 구슬들(3)을 수용하여 일정한 형태를 유지시키기 위한 지지망(4)과; 상기 구슬들(3) 사이에 위치하여 전기 공급에 따라서 발열되는 발열선(5)과; 상기 발열선(5)이 구슬에 직접 접촉하는 것을 방지하고 보호를 위한 세라믹 또는 금속 보호관들(6)으로 된 매연저감장치를 구성하는 것을 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 구슬을 적용한 매연저감장치의 다른 실시 예를 나타낸 것으로서 상기 통의 형태가 원형 및 실린더에 국한되지 않고 다양한 형태가 가능하다는 것을 나타낸 것이 특징인 매연저감장치이다.
도 3은 본 발명에 따른 구슬을 적용한 매연저감장치의 다른 실시 예를 나타낸 것으로서 상기 매연저감장치의 배열이 다중으로 배치 될 수 있다는 것을 보여주는 것이 특징인 매연저감장치이다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 매연저감장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
상기 연소기기 몸체(1)에서 발생된 배기 가스는 상기 연소기기 몸체(1)에 연결된 상기 배기 유로(2)를 통과하여, 상기 구슬들(3)을 수용하여 일정한 형태를 유지시키기 위한 상기 지지망(4)의 아래쪽으로 유입되어, 상기 구슬들(3)이 쌓여있는 층을 통과한다. 배기 가스가 상기 구슬들(3)을 아래쪽에서 윗쪽으로 통과하면서, 배기가스 중의 매연 입자는 상기 구슬들(3)에 의하여 포집된다. 매연 입자가 상기 구슬들(3)에 의하여 계속 포집되면 배기 가스의 압력이 증가된다.
배기가스의 압력 증가가 설정 압력이상이 되면, 상기 구슬들(3) 사이에 위치한 상기 보호관들(6) 안에 존재하는 상기 발열선(5)에 전기가 공급된다. 따라서 상기 발열선(5), 상기 보호관들(6) 및 상기 구슬들(3)이 차례로 열을 받으면서 온도가 증가하고, 온도 증가에 따라서 포집된 매연입자의 연소가 진행된다.
상기에서 설명한 본 발명의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 일반적인 매연저감장치에서 발생하는 불균일 가열로 인한 세라믹의 균열 등의 문제가 발생하지 않고, 보조 연소기 등의 보조 장치가 필요하지 않다.
둘째, 금속이나 세라믹 구슬들을 사용하므로 인하여, 매연저감장치의 특별한 형상에 구애되지 않고, 매연을 포집할 수 있으며, 사용하는 구슬의 크기 및 배열에 따라서 포집량 및 포집위치를 설정할 수 있다.

Claims (2)

  1. 매연입자가 발생되는 연소기기 몸체와; 상기 몸체에 연결된 배기 유로와; 상기 배기 유로의 소정 위치에 설치되어 있는 매연 포집을 위한 금속 또는 세라믹 구슬들과; 상기 발열구슬들을 수용하여 일정한 형태를 유지시키기 위한 지지망과; 상기 구슬들 사이에 위치한 금속 또는 세라믹 보호관들과; 상기 보호관들 안에 존재하는 발열선으로 구성되어 하나의 매연저감장치를 구성되는 매연저감장치.
  2. 금속 또는 세라믹 구슬들을 이용하여 매연을 포집하는 단계와; 매연입자가 많이 포집되어 배기 가스 압력이 설정 압력이상이 될 경우, 상기 구슬들 사이에 위치한 금속 또는 세라믹 보호관들 안에 존재하는 발열선에 전기가 공급되는 단계와; 전기의 공급에 따라서 상기 발열선, 상기 보호관들 및 상기 구슬들이 차례로 가열되어 온도가 증가하는 단계와; 온도의 증가에 따라서 포집된 매연 입자들이 연소되는 단계를 포함하는 방법.
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