KR20000051052A - 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진 배기가스의 유해성분 및 수트(soot) 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 코로나반응기와 사이클론(cyclone)을 합성함으로써 산업용 또는 자동차용 디젤엔진의 배기가스에 포함된 유해성분과 수트(soot)를 동시에 처리할 수 있는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치에 의하면, 집진장치인 사이클론에 코로나방전 반응기를 적용시킴으로써 질소산화물과 같은 유해가스 뿐만 아니라 수트(soot)도 동시에 제거할 수 있으며, 코로나방전만으로 배기가스 전체를 처리할 때 발생하는 과도한 전력소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치 {device for controlling exhaust gas using corona reactor and cyclone}

본 발명은 디젤엔진 배기가스의 유해성분 및 수트(soot) 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 코로나반응기와 사이클론(cyclone)을 합성함으로써 산업용 또는 자동차용 디젤엔진의 배기가스에 포함된 유해성분과 수트(soot)를 동시에 처리할 수 있는 장치에 관한 것이다.

디젤엔진의 배기가스로부터 유출되는 유해물질로는 탄화수소, 질소산화물, 일산화탄소 등의 유해가스와 일반적으로 그을음이라고 불리우는 수트(soot)가 주류를 이루고 있다.

수트(soot)는 입자상의 물질로서 그 크기가 시각으로 감지할 수 있을 정도로 크며, 사이클론의 원심력을 이용하여 이것을 제거하는 방법이 개발되어 있으며, 이러한 방법에 의할 경우 수트의 90% 이상을 제거할 수 있다.

이러한 방법의 선행기술로서는 미국특허 3,802,570 과 4,593,748 이 있으며, 상기 미국특허 3,802,570 는 사이클론을 이용하여 기체와 고체입자가 섞여 있을 경우 분리하는 장치에 대한 특허이고, 미국특허 4,593,748 는 열교환기의 배기관을 청소하는데 사이클론을 이용한 특허이다.

또한, 상기의 수트(soot)를 제거하기 위한 다른 방법으로서 세라믹필터를 이용한 매연제거장치가 개발되어 있으며, 이는 매연을 거르는 세라믹필터와 걸러진 매연을 연소하는 버너장치로 구성되어 있다.

다음에, 상기 수트와 함께 배기가스로부터 배출되는 유해물질인 탄화수소나 질소산화물 등의 유해가스는 기체성분으로서 종래에는 촉매에 의해 환원반응을 거쳐 무해한 가스로 전환시키는 방법과 코로나방전을 이용한 방법이 있다. 그중에서 촉매를 이용한 방법은 가솔린엔진에만 사용되어 왔고 디젤엔진의 경우는 배기가스중에 산소가 다량 함유되어 있어 촉매를 이용할 경우 촉매가 쉽게 산화되어 제기능을 발휘할 수 없었다. 또한, 코로나방전을 이용한 배기가스처리방법에는 미국특허 5,753,087, 5,746,964 및 5,609,734가 있으며, 상기 선행특허들은 코로나 방전을 이용하여 배기가스의 유해물질을 플라즈마 상태에서 산화 또는 환원시킴으로써 무해가스로 배출하는 코로나방전에 의한 배기가스 처리장치가 제안되어 있다.

그러나, 상기에서 언급한 미국특허 3,802,570 과 4,593,748 은 배기가스중 수트(soot)만을 제거하기 위한 사이클론 장치이므로 또 다른 유해물질인 질소산화물과 같은 유해가스는 제거할 수 없는 문제점이 있으며, 세라믹필터를 이용한 매연제거장치 역시 수트만을 제거하는 장치일 뿐만 아니라 필터로 걸러진 매연을 버너로 제거하는 과정에서 열충격으로 인하여 필터가 깨어지는 문제점이 있다.

또한, 상기 코로나 방전만으로 유해물질을 제거하는 방법은 수트(soot)가 탄소덩어리이거나 탄소가 많이 결합된 화합물이기 때문에 이를 분해하기 위해서는 코로나반응기 전이나 후에 별도의 장치를 설치하거나 아니면 과도한 전력을 사용하더라도 코로나반응기안에서 해결해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 집진장치인 사이클론에 코로나방전 반응기를 적용시킴으로써 질소산화물과 같은 유해가스 뿐만 아니라 수트(soot)도 동시에 제거할 수 있는 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 사이클론과 코로나 반응기를 합성함으로써 코로나방전만으로 배기가스를 처리할 때 발생하는 과도한 전력소비를 줄일 수 있는 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 정면도,

도2는 코로나반응기의 내부형태를 보여주기 위하여 상부의 커버를 벗긴 상태를 도시한 평면도,

도3은 본 발명의 일 실시예인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치의 작동상태를 보여주기 위한 정단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1:코로나반응기 2:원통부

3:전원공급장치 5:유입구

7:유출구 9:원추부

11:집진통 13:커버

15:전극 17:결합수단

19:그라운드 21:브리지

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치는 코로나방전을 이용하여 배기가스중 유해한 기체성분을 무해한 기체로 산화 또는 환원시키는 코로나반응기와, 상기 코로나반응기에 전원을 공급하는 전원공급장치와, 상기 코로나반응기에 배기가스를 공급하도록 상기 코로나반응기의 원통부에 접선방향으로 설치된 배기가스유입구와, 상기 코로나반응기에서 정화된 배기가스가 상부의 대기로 유출되도록 상기 원통부의 중앙에 축방향으로 설치된 배기가스출구와, 상기 코로나반응기내의 외주부를 따라 순환되는 배기가스로부터 하부로 낙하되는 수트(soot)를 안내하도록 상기 코로나반응기 하부에 부착된 원추부와, 상기 원추부에 의해 안내되는 수트(soot)를 집진시키는 집진통를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 코로나반응기는 상기 유출구와 원통부사이에 수직으로 설치된 다수개의 전극과, 상기 유출구와 원통부를 연결하고 상기 전극을 지지하도록 상기 유출구 하단과 원통부 하단을 연결하는 다수개의 브리지와, 상기 원통부의 상부를 덮는 커버를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치의 일 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도2는 코로나반응기의 내부형태를 보여주기 위하여 상부의 커버를 벗긴 상태를 도시한 평면도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치의 작동상태를 보여주기 위한 정단면도이다.

도1과 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치는 코로나방전을 이용하여 배기가스중 유해한 기체성분을 무해한 기체로 산화 또는 환원시키는 코로나반응기(1)와, 상기 코로나반응기(1)에 전원을 공급하는 전원공급장치(3)와, 상기 코로나반응기(1)에 배기가스를 공급하도록 상기 코로나반응기(1)의 원통부(2)에 접선방향으로 설치된 배기가스 유입구(5)와, 상기 코로나반응기(1)에서 정화된 배기가스가 상부의 대기로 유출되도록 상기 원통부(2)의 중앙에 축방향으로 설치된 배기가스 유출구(7)와, 상기 원통부(2)내의 외주부를 따라 회전하는 배기가스로부터 원심력에 의해 하부로 낙하되는 수트(soot)를 안내하도록 상기 원통부(2)의 하부에 부착된 원추부(9)와, 상기 원추부(9)에 의해 안내되는 수트(soot)를 집진시키는 집진통(11)를 구비하고 있다.

특히, 상기 코로나반응기(1)는 상기 유출구(7)와 원통부(2)사이에 수직으로 설치된 다수개의 전극(15)과, 상기 유출구(7)와 원통부(2)를 연결하고 상기 전극(15)을 지지하도록 상기 유출구(7)하단과 원통부(2)하단을 연결하는 다수개의 브리지(21)와, 상기 원통부(2)의 상부를 덮는 커버(13)를 구비하고 있다.

상기 전극(15)과 원통부(2)사이에 코로나방전이 이루어지는 고전압이 걸리도록 상기 원통부(2)는 그라운드(ground)(19)에 접지되어 있고 상기 전극(15)은 전원공급장치(3)로부터 고전압이 인가된다.

상기 집진통(11)은 상기 원추부(9)로부터 분리될 수 있도록 볼트와 너트 등의 결합수단(17)으로 원추부(9)하단에 결합되어 있다.

다음에, 이와 같이 구성되어 있는 본 발명의 일 실시예에 의한 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치의 작용을 도3을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 전원공급장치(3)로부터 전극(15)에 고전압이 인가되면 원통부(2)는 그라운드(19)에 접지되어 있으므로 전극(15)과 원통부(2)사이의 전압차에 의해 코로나방전이 이루어진다.

이 때, 배기가스 유입구(5)로부터 원통부(2)의 접선방향으로 배기가스가 유입되면 상기 코로나방전으로 발생한 플라즈마에 의하여 배기가스에 포함되어 있는 유해성분들은 무해한 기체로 산화 또는 환원된다.

즉, 질소산화물은 환원시키고 일산화질소나 탄화수소 등은 산화시켜서, 대기중에 방출되어도 인체에 해가 없는 기체를 형성하게 된다.

상기 원통부(2)는 상부가 커버(13)로 밀폐되어 있으므로 배기가스는 상기와 같은 작용을 받음과 동시에 원통부(2)의 외주부를 따라 회전하면서 하부가 개방되어 있는 원통부(2)의 아래로 내려간 다음, 중앙에 설치된 하부가 개방되어 있는 배기가스 유출구(7)를 통하여 상부, 즉 대기로 방출된다.

이러한 과정중에 배기가스에 포함되어 있는 고체입자인 수트(soot)는 원심력에 의하여 원통부(2)와 원추부(9)의 벽에 부딪혀 아래로 낙하하게 되고 상기 수트를 안내하는 원추부(9)를 거쳐서 하단에 설치된 집진통(11)에 집진된다.

이로써, 코로나방전만으로 배기가스를 처리하는 방법이 수트(soot)를 분해하기 위해 과도한 전력을 소모하는 반면, 본 발명은 물리적인 힘에 의해 수트(soot)를 집진하므로 과도한 전력소비를 줄인다.

이와 같은 작동이 계속되면 상기 집진통(11)에는 수트(soot)가 쌓이게 되고, 이것이 어느정도 차게되면 집진통(11)을 원추부(9)로부터 분리하여 제거할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치에 의하면, 집진장치인 사이클론에 코로나방전 반응기를 적용시킴으로써 질소산화물과 같은 유해가스 뿐만 아니라 수트(soot)도 동시에 제거할 수 있으며, 코로나방전만으로 배기가스를 처리할 때 발생하는 과도한 전력소비를 줄일 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (5)

1. 입자성 유해물질을 포함하는 배기가스처리장치에 있어서, 코로나방전을 이용하여 배기가스중 유해한 기체성분을 무해한 기체로 산화 또는 환원시키는 코로나반응기와, 원심력을 이용하여 상기 입자성물질과 유해가스를 분리하는 사이클론으로 구성됨을 특징으로 하는 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 코로나반응기는 전원을 공급하는 전원공급장치와, 상기 코로나반응기에 배기가스를 공급하도록 상기 코로나반응기의 원통부에 접선방향으로 설치된 배기가스유입구와, 상기 코로나반응기에서 정화된 배기가스가 상부의 대기로 유출되도록 상기 원통부의 중앙에 축방향으로 설치된 배기가스출구와, 상기 코로나반응기내의 외주부를 따라 순환되는 배기가스로부터 하부로 낙하되는 수트(soot)를 안내하도록 상기 코로나반응기 하부에 부착된 원추부와, 상기 원추부에 의해 안내되는 수트(soot)를 집진시키는 집진통를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 코로나반응기는 상기 유출구와 원통부사이에 수직으로 설치된 다수개의 전극과, 상기 유출구와 원통부를 연결하고 상기 전극을 지지하도록 상기 유출구 하단과 원통부 하단을 연결하는 다수개의 브리지와, 상기 원통부의 상부를 덮는 커버를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극과 원통부사이에 코로나방전이 이루어지는 고전압이 걸리도록 상기 원통부는 그라운드에 접지되어 있고 상기 전극은 전원공급장치로부터 음의 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 집진통은 상기 원추부로부터 분리될 수 있도록 원추부하단과 분리가 용이한 결합수단으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 코로나반응기와 사이클론을 이용한 배기가스 처리장치.