KR20020081803A - 내연기관의 배기가스 정화장치 - Google Patents

내연기관의 배기가스 정화장치 Download PDF

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KR20020081803A
KR20020081803A KR1020010021195A KR20010021195A KR20020081803A KR 20020081803 A KR20020081803 A KR 20020081803A KR 1020010021195 A KR1020010021195 A KR 1020010021195A KR 20010021195 A KR20010021195 A KR 20010021195A KR 20020081803 A KR20020081803 A KR 20020081803A
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이문용
손성만
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김종섭
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주식회사 성우하이텍
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Abstract

본 발명은 촉매 또는 다른 반응물질을 사용하지 않고 입자상 분진 또는 중량의 매연물질을 역순환 및 중력을 이용하여 완전하게 정화할 수 있는 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공한다. 그 배기가스 정화장치는 내연기관의 배기시스템 또는 배기장치에 연결되는 연결관; 상기 연결관의 단부가 인입구에 연통하고, 상기 연결관을 통해 유입되는 배기가스가 역류순환 되며, 배기가스로부터 분리된 분진 및 매연물질을 배출시키기 위한 배출구가 형성되는 제1정화관; 상기 배출구로부터 배출되는 분진 및 매연물질을 송출하기 위한 배출관; 상기 배출관의 종단부가 인입구에 연결되며, 그 배출관으로부터 유입되는 배기가스에 포함된 분진 및 매연물질을 포집하기 위한 여과장치; 상기 제1정화관에서 정화된 배기가스를 배출시키기 위한 송출관; 상기 송출관의 종단부가 연통하고, 상기 송출관을 통해 유입되는 배기가스를 역류 순환시켜 미세 분진 및 매연물질을 분리시키기 위한 제2정화관; 및 상기 제2정화관에서 정제된 배기가스를 배출시키기 위한 배기관으로 구성된다.

Description

내연기관의 배기가스 정화장치{EXHAUST GAS CLEANING APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 작동시 발생되는 배기가스에 포함된 오염물질중 입자형 물질을 순환 및 중력을 이용하여 효과적으로 분리 및 정제할 수 있는 내연기관의 배기가스 정화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 제한적이진 않지만 차량, 동력장치, 구동장치 등과 같은 다양한 장치에는 화석연료 또는 가스를 연료로 사용하는 내연기관을 탑재하고 있다. 이 같은 내연기관은 연료를 연소시켜 필요한 동력을 제공받으며, 이 같은 연소중 필연적으로 연소가스가 형성되며 이 같은 연소가스는 배기시스템을 통해 외부로 배출된다. 그러나, 이 같은 배기가스 중에는 불완전 연소된 탄화수소, 질산화물, 탄소 등이 포함되어 있어 환경을 오염시키거나 인체에 해를 끼치는 문제가 있다. 특히, 디젤엔진과 같은 경우에는 환경이나 인체에 치명적인 해를 끼칠 수 있는 입자상 또는 고체형의 배기물질이 다량 포함될 수 있어 이들의 정제 또는 제거가 필수적으로 요구되고 있다.
이와 같은, 배기가스중의 유해물질을 정제하거나 제거하기 위해 대부분의 내연기관의 배기 시스템에는 배기가스 정화장치가 포함되어 있다. 이 배기가스 정화장치는 자신은 변하지 않고 적당한 조건 하에서 반응 물질이 산화 및 환원을 일으키는 작용을 갖는 촉매로서, 백금, 로듐, 파라듐 등을 이용하여 배기가스 중에 포함된 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOX) 등을 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 산소(O2), 질소(N2) 등으로 환원시켜 배출하는 촉매 컨버터형이 주류를 이루고 있다.
그러나, 이와 같은 촉매컨버터형은 상기와 같은 유해물질들이 기체상태 또는 미세 입자 상태로 배기가스에 포함되는 경우에는 그 정화효율이 비교적 우수하지만, 예컨대 경유를 연료로 하는 내연기관의 경우 입자가 큰 분진 또는 일정 이상의 중량을 갖는 물질이 포함된 배기가스에 대한 정화효율은 현저히 저하되는 것으로 나타났다. 이 것은, 그 같은 유해물질들이 다양한 구조를 갖는 촉매에 고착되거나 그 촉매를 막히게 하여 그 정화효율을 저하시키기 때문인 것으로 나타났다.
결국, 종래의 촉매컨버터형 정화장치는 시간이 경과함에 따라 정화효율이 저하되며, 빈번하게 청소 또는 교체를 요하므로 신뢰성 및 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 입자상 분진 또는 중량의 매연물질을 효과적으로 정화할 수 있는 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 고가의 촉매 또는 필터를 사용하지 않고 분진 또는 유해물질을 정화할 수 있는 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 입자상 분진 또는 중량의 매연물질은 순환 및 중력을 이용하여 정화할 수 있으며, 제조비가 저렴하고 구조가 간단한 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치의 전체적인 구조를 보여주는 부분 절취 사시도.
도 2는 도 1의 선Ⅱ-Ⅱ에 따른 부분 확대 단면도.
도 3은 도 1의 선Ⅲ-Ⅲ에 따른 부분 확대 단면도.
도 4는 도 1의 선Ⅳ-Ⅳ에 따른 부분 확대 단면도.
도 5는 도 1의 선Ⅴ-Ⅴ에 따른 부분 확대 단면도.
도 6은 제 2정화관과 배출관의 다른 실시예에 따른 연결관계를 보여주는 단면도.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 연결관12: 제1정화관
14: 배출구16: 배출관
18: 여과장치20: 드레인
22: 배기관24: 송출관
26: 제2정화관28: 배기관
30: 배출구
이 같은 목적들은, 내연기관의 배기 시스템 또는 배기 장치에 연결되는 연결관; 상기 연결관의 단부가 연통하고, 상기 연결관을 통해 유입되는 배기가스가 내측벽을 따라 역류순환 되며, 배기가스로부터 분리된 분진 및 매연물질을 배출시키기 위한 배출구가 형성되는 제1정화관; 상기 배출구로부터 배출되는 분진 및 매연물질을 송출하기 위한 배출관; 상기 배출관의 종단부가 인입구에 연결되며, 그 배출관으로부터 유입되는 배기가스에 포함된 분진 및 매연물질을 포집하기 위한 여과장치; 상기 제1정화관에서 정화된 배기가스를 배출시키기 위한 송출관; 상기 송출관의 종단부가 연통하고, 상기 송출관을 통해 유입되는 배기가스를 역류순환시켜 미세 분진 및 매연물질을 분리시키기 위한 제2정화관; 및 상기 제2정화관에서 정화된 배기가스를 배출시키기 위한 배기관을 포함하는 내연기관의 배기가스 정화장치에 의해 달성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도면 중 도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치의 전체적인 구조를 보여주는 부분 절취사시도가 도시되어 있으며, 도 2 내지 5에는 도 2의 배기가스 정화장치의 주요부분의 부분확대도가 도시되어 있다.
각각의 도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치는, 예컨대 차량은 물론 다른 동력기관, 장치 또는 시스템에 탑재된 내연기관의 배기 시스템 또는 배기 장치에 연결되어 배기가스를 송출하기 위한 연결관(10)을 구비한다. 연결관(10)은 일반적인 관으로 형성될 수 있으며 탑재되는 장치 또는 시스템에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다.
연결관(10)의 단부에는 그 연결관을 통해 송출되는 배기가스를 1차적으로 정화 또는 정제하기 위한 제1정화관(12)이 연통된다. 특히, 연결관(10)은 그로부터 공급되는 배기가스가 제1정화관(12)의 내부에서 역류하도록 연결되는 것이 바람직하다. 보다 상세히 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 연결관(10)의 단부(10a)는 제1정화관(12)의 인입구(12a)에 법선방향으로 연통되는 것이 바람직하다. 이 같은 구성에 따라, 제1정화관(12)의 인입구(12a)로부터 유입되는 배기가스는 제1정화관(12)의 내측벽을 따라 순환 및 역류하게 되는 것이다.
제1정화관(12)에는 그 내부에서 역류순환작용 및 중력작용에 의해 정화된 입자상 또는 중량의 분진 또는 매연물질을 배출시키기 위한 배출구(14)가 형성된다. 배출구(14)는 인입구(12a)로부터 그 제1정화관(12)의 길이를 따라 충분히 이격되는 거리에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 그 배출구(14)는 분진 또는 매연물질의 충분한 배출을 위해 제1정화관(12)의 길이방향을 따라 일정크기 또는 범위를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 배출구(14)는 배기가스가 제1정화관(12)의 내측면을 따라 역회전 순환하는 동안 수집되거나 포집된 분진 또는 매연물질을 자연스럽게 배출시킬 수 있도록 반경방향으로 단차(d1)를 이루는 것이 바람직하다. 그 단차(d1)의 크기는 정화장치 또는 제1정화관(12)의 사이즈에 따라 적정하게 설정되는 것이 바람직하다.
제1정화관(12)의 배출구(14)에는 구로부터 배출되는 입자상 분진 또는 중량을 송출하기 위한 배출관(16)이 연통된다. 배출관(16)은 분진 또는 매연물질의 용이한 송출을 위해 일정 직경을 갖는 직선형 관으로 형성되는 것이 바람직하다.
배출관(16)의 단부에는 그 배출관(16)을 통해 공급되는 분진 또는 매연물질을 포집하기 위한 여과장치(18)가 연결된다. 특히, 배출관(16)은 그로부터 공급되는 분진 또는 매연물질을 포함하는 배기가스가 여과장치(18)의 내부벽을 따라 하방으로 순환하도록 연결되는 것이 바람직하다. 보다 상세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 배출관(16)의 단부(16a)는 여과장치(18)의 인입구(18a)에 법선방향으로 연통되는 것이 바람직하다. 이 같은 구성에 따라, 배출관(16)의 인입구(16a)로부터 유입되는 배기가스는 여과장치(18)의 내측벽을 따라 하방으로 순환하게 되며 이에 따라 배기가스 중 분진 또는 매연물질은 순환력 및 중력에 의해 여과장치(18)의 하부에 포집되는 것이다. 또한, 여과장치(18)의 하부에는 포집된 분진 또는 매연물질을 배출시키기 위한 드레인(20)이 구비된다.
여과장치(18)의 상부 중앙에는 그 여과장치에서 분진 또는 매연물질이 포집된 후의 순수 배기가스, 즉, 인체에 무해하고 환경을 오염시키지 않는 가스만을 외부로 배출하기 위한 배기관(22)이 연통된다. 물론, 이 배기관(22)은 대기로 배기가스를 직접 배출하기 위해 외부로 노출되는 것이 일반적이지만, 배기가스의 또 다른 정화를 위해 다른 정화장치에 연결될 수 있다.
한편, 제1정화관(12)에는, 그 제1정화관에서 대부분의 분진 및 매연물질이분리되어 배출된 후의 배기가스를 배출하기 위한 송출관(24)이 연결된다. 송출관(24)의 선단부는 제1정화관(12)내로 삽입되어 위치한다. 그 삽입깊이(D1)는 적어도 제1정화관(12)의 전체 길이의 1/2이상으로 설정되는 것이 바람직한 바, 이것은 배기가스가 연결관(10)으로부터 제1정화관(12)으로 유입되어 그 내측벽을 따라 충분히 역순환하여 분진 또는 매연물질이 충분히, 바람직하게는 완전히 정제된 후의 배기가스만이 송출관(24)을 통해 배출되게 하기 위함이다.
송출관(24)의 종단부에는 그 송출관을 통해 송출되는 배기가스를 2차적으로 정화 또는 정제하기 위한 제2정화관(26)이 연통된다. 특히, 송출관(24)은 그로부터 공급되는 배기가스가 제2정화관(26)의 내부에서 역류하도록 연결되는 것이 바람직하다. 송출관(24)과 제2정화관(26)의 연결은 전술된 연결관(10)과 제1정화관(12)의 연결방식과 유사하다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 송출관(24)의 종단부(24a)는 제2정화관(26)의 인입구(26a)에 법선방향으로 연통된다. 이에 따라, 제2정화관(26)의 인입구(26a)로부터 유입되는 배기가스는 그 제2정화관(26)의 내측벽을 따라 순환 및 역류하게 되는 것이다.
최종적으로, 제2정화관(26)에는 그 제2정화관(26)에서 거의 완전히 정화된 배기가스를 외부 또는 대기로 배출하기 위한 배기관(28)이 연통된다. 배기관(28)의 선단부는 제2정화관(26)내로 삽입되어 위치한다. 그 삽입깊이(D2)는 적어도 제2정화관(26)의 전체 길이의 1/2이상으로 설정되는 것이 바람직한 바, 이는 배기가스가 송출관(24)으로부터 제2정화관(26)으로 유입되어 그 내측벽을 따라 순환 및 역행하여 잔여 분진 또는 매연물질이 완전히 정제된 후의 배기가스만이 배기관(28)을 통해 배출되게 하기 위함이다.
선택적으로, 제2정화관(26)은 그곳에서 정제될 수 있는 미세 분진 또는 매연물질을 배출시키기 위해 전술된 제1정화관(12)과 같은 구조를 지닐 수 있다. 즉, 제2정화관(26)에는 그 내부에서 역류순환작용 및 중력작용에 의해 정화된 미세 입자상 또는 중량의 분진 또는 매연물질을 배출시키기 위한 배출구(30)가 형성될 수 있다. 이 배출구(30)는 인입구(26a)로부터 그 제2정화관(26)의 길이를 따라 충분히 이격되는 거리에 형성되며, 또한 그 배출구(30)는 분진 또는 매연물질의 충분한 배출을 위해 제2정화관(26)의 길이방향을 따라 일정크기 또는 범위를 갖는 것이 바람직하다. 물론, 도 6에 도시된 바와 같이, 배출구(30)는 배기가스가 제2정화관(26)의 내측면을 따라 역류 순환하는 동안 수집되거나 포집된 분진 및 매연물질을 자연스럽게 배출시킬 수 있도록 반경방향으로 단차(d1)를 이루며, 이 배출구(30)는 전술된 배출관(16)에 연통한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치의 작용모드 및 작용효과에 대해 상세히 설명한다.
예컨대, 제한적이진 않지만 디젤기관의 배기 시스템으로부터 배출되는 연소가스 또는 배기가스는 그곳에 연결된 연결관(10)을 통해 제1정화관(12)내로 유입된다. 이때, 연결관(10)의 단부(10a)가 제1정화관(12)의 인입구(12a)에 법선방향으로 연통되어 있으므로, 그 제1정화관(12)의 인입구(12a)로부터 유입되는 배기가스는 도 1의 곡선형 화살표와 같이 제1정화관(12)의 내측벽을 따라 순환 및 역류하게 된다.
이와 같이, 배기가스가 제1정화관(12)의 내측벽을 따라 순환함에 따라 그 배기가스에 포함된 입자상 또는 중량의 분진 또는 매연물질은 순환력 및 중력에 의해 제1정화관(12)의 내측벽에 접촉하는 방식으로 순환되며, 계속적으로 순환하는 중에 배출구(14)를 통해 배출된다. 여기서, 배출구(14)는 배기가스의 순환방향에 대해 수직하게 돌출되도록 반경방향으로 단차(d1)를 이루고 있으므로, 배기가스의 순환중 자동적으로 또는 자연스럽게 배출구(14)를 통해 배출된다.
이와 같이 제1정화관(12)의 배출구(14)로부터 배출된 분진 또는 매연물질은 그 배출구(14)에 연통하는 배출관(16)을 통해 여과장치(18)로 송출된다. 여과장치(18)내로 유입된 배기가스는 그 여과장치(18)의 내부벽을 따라 순환하며 하방으로 이동함에 따라 분진 및 매연물질은 여과장치(18)의 하부에 포집된다. 이와 같이 포집된 분진 및 매연물질은 드레인(20)을 통해 자동으로 또는 수동으로 배출되어 처리된다. 또한, 여과장치(18)에서 분진 및 매연물질이 포집된 후의 순수 배기가스는 배기관(22)을 대기로 또는 다른 정화장치로 배출된다.
동시에, 제1정화관(12)에서 대부분의 분진 및 매연물질이 정화된 배기가스는 선단부가 제1정화관(12) 내부로 깊숙이 위치한 송출관(24)을 통해 제2정화관(26)으로 송출된다. 송출관(24)을 통해 제2정화관(26)으로 유입되는 배기가스는, 송출관(24)의 종단부(24a)가 제2정화관(26)의 인입구(26a)에 법선방향으로 연통하므로, 제2정화관(26)의 내측벽을 따라 순환하며 역류한다.
이와 같은 제2정화관(26)에서의 역류순환에 의해 배기가스에 존재할 수 있는 미세량의 분진 및 매연물질이 완전히 정제될 수 있으며, 이후 완전히 정제된 배기가스만이 배기관(28)을 통해 대기 또는 다른 정화장치로 최종적으로 배출되는 것이다.
선택적으로, 제2정화관(26)에 제1정화관(12)과 같이 배출구(30)가 형성된 경우에는 그 제2정화관(26)에서의 배기가스의 역류순환 및 중력에 의해 정제 또는 정화된 미세 분진 및 매연물질이 배출구(30)를 통해 배출되며, 이후 배출관(16)을 통해 여과장치(18)로 공급되어 그 미세 분진 및 매연물질을 포집할 수 있다.
이에 따라, 내연기관으로부터 배출되는 배기가스에 함유된 분진 및 매연물질은 역류순환 및 중력에 의해 자연적이고 지속적으로 정제 또는 정화되는 것이다.
결과적으로, 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치에 의하면, 고가의 촉매 또는 다른 반응물질을 사용하지 않고 입자상 분진 또는 중량의 매연물질을 역순환 및 중력을 이용하여 완전하게 정제 또는 정화할 수 있으므로 제품성, 신뢰성 및 경제성이 향상되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (9)

  1. 내연기관의 배기시스템 또는 배기장치에 연결되는 연결관;
    상기 연결관의 단부가 인입구에 연통되고, 상기 연결관을 통해 유입되는 배기가스가 역류순환 되며, 배기가스로부터 분리된 분진 및 매연물질을 배출시키기 위한 배출구가 형성되는 제1정화관;
    상기 배출구로부터 배출되는 분진 및 매연물질을 송출하기 위한 배출관;
    상기 배출관의 종단부가 연통되며, 그 배출관으로부터 유입되는 배기가스에 포함된 분진 및 매연물질을 포집하기 위한 여과장치;
    상기 제1정화관에서 정화된 배기가스를 배출시키기 위한 송출관;
    상기 송출관의 종단부가 인입구에 연통되고, 상기 송출관을 통해 유입되는 배기가스를 역류순환시켜 미세 분진 및 매연물질을 분리시키기 위한 제2정화관; 및
    상기 제2정화관에서 정화된 배기가스를 배출시키기 위한 배기관을 포함하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 연결관의 종단부는 상기 제1정화관의 인입구에 법선방향으로 연통되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1정화관의 배출구는 상기 인입구로부터 제1정화관의 길이를 따라 그 길이의 적어도 1/2 이상의 위치에 길이방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  4. 제1항 또는 3항에 있어서, 상기 배출구는 배기가스가 제1정화관의 내측면을 따라 역류 순환하는 동안 분리된 분진 및 매연물질을 배출시킬 수 있도록 배기가스의 역류회전방향에 대해 반경방향 내측으로 단차를 이루는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배출관의 종단부는, 상기 여과장치로 유입되는 배기가스가 벽면을 따라 하방으로 회전 이동하도록 상기 여과장치의 상부에 법선방향으로 연통되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  6. 제1항 또는 5항에 있어서, 상기 여과장치의 하부에는 포집된 분진 및 매연물질을 배출시키기 위한 드레인이 구비되고, 상부면 중앙에는 순수 배기가스를 배출시키기 위한 배기관이 연통되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 송출관의 종단부는 상기 제2정화관에 법선방향으로 연통되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 송출관의 선단부는 상기 제1정화관의 길이방향으로 그길이의 적어도 1/2이상의 깊이로 삽입되며, 상기 배기관의 선단부는 상기 제2정화관의 길이방향으로 그 길이의 적어도 1/2이상의 깊이로 삽이되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2정화관은 배기가스가 상기 제2정화관의 내측면을 따라 역회전 순환하는 동안 분리된 분진 및 매연물질이 배기가스의 순환중에 배출될 수 있도록 배기가스의 순환방향에 대해 반경방향 내측으로 단차를 이루는 배출구에 의해 상기 배출관에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117869041A (zh) * 2024-01-19 2024-04-12 浙江博通汽车科技有限公司 一种用于车辆的空气处理机构及空气处理方法

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