KR20030007795A - 입자 트랩 - Google Patents

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에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
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Abstract

본 발명은 입자 트랩, 특히, 재생될 수 있으며 파이프, 예를 들면 자동차량의 배기 조립체에 설치될 수 있는 입자 트랩에 관한 것이다. 입자 트랩은 입자가 유동에서 유지되거나 난류에 의해 유체로부터 침전되어 산화될 때까지 유지될 수 있도록 하는 개방 시스템이다.

Description

입자 트랩{PARTICULATE TRAP}
예를 들면 자동차량으로부터 나오는 배기 가스와 같은, 유체는 입자 뿐만 아니라 가스 성분을 포함한다. 이러한 입자는 배기 가스와 함께 추출되며 또는 소정의 환경하에서, 자동 차량의 촉매 변환기 및/또는 배기 섹션에 축적된다. 그때, 로드 변화의 경우, 입자는 예를 들면 그을음의 클라우드와 같은(such as for example a cloud of a soot), 입자의 클라우드 형태로 배출된다.
입자를 트랩하기 위해 스크린(또한 임의의 경우 공지된 필터)을 이용하는 것이 통상적이다. 그러나, 스크린의 이용은 두 개의 상당한 단점을 동반한다. 첫번째, 스크린은 막힐 수 있으며, 두번째, 스크린은 바람직하지 않은 많은 압력 강하를 초래한다. 더욱이, 법적 자동차량 배출 한계(statutary motor vehicle emission)가 지켜져야 하며 입자의 갯수를 감소하지 않고서는 이러한 한계가 초과된다. 따라서, 스크린, 필터 또는 다른 시스템의 단점을 극복하는 배기 가스 입자를 걸르기 위한 요소가 요구되었다.
본 발명은 입자가 포함된 유체, 특히 디젤 엔진으로부터의 배기 가스용 입자 트랩에 관한 것으로, 입자 트랩이 입자의 산화에 의해 재생되고, 예를 들면 자동차량의 배기 섹션에 있는 것과 같은 파이프에 장착하는 것이 가능하다.
도 1은 층 구조물인 벌집체의 형태인 본 발명에 따른 입자 트랩의 사시도이며,
도 2는 소용돌이 유동, 고요한 유동 및/또는 정지 영역을 발생하기 위한 구조물을 구비한 개별층을 도시한 도면이며,
도 3은 플라즈마 반응기를 구비한 본 발명에 따른 입자 트랩의 다른 일 실시예이며,
도 4는 소용돌이 유동, 고요한 유동 및/또는 정지 영역을 발생하기 위해 사용되는 구조물의 또 다른 형상을 도시한 도면이며,
도 5는 매체가 통과하여 반지름 방향으로 유동할 수 있는 본 발명에 따른 입자 트랩을 도시한 도면이며,
도 6은 도 4에 따라 소용돌이 유동, 고요한 유동 및/또는 정지 영역을 발생하기 위한 구조물을 구비한 층을 보여주는 도면이며,
도 7은 다른 배기 가스 세척 수단을 구비한 디스크 배열체에 있는 입자 트랩을 보여주는 도면이다.
본 발명의 목적은 재생될 수 있으며 개방되는 유체의 유동을 위한 입자 트랩을 제공하는 것이다.
본 발명은 입자 트랩을 통과하여 유동하는 유체 유동에서 소용돌이 유동, 고요 유동 및/또는 정지 영역을 발생하기 위한 구조물 및 유동 통로를 구비한 입자 트랩에 관한 것이며, 이러한 입자 트랩은 적어도 부분적으로 개방된다. 또한 본 발명은 입자 트랩을 통과하여 유동하는 유체 유동에서 소용돌이 유동, 고요 유동 및/또는 정지 영역을 발생하기 위한 구조물 및 유동 통로를 구비한 입자 트랩에 관한 것이며, 이러한 입자 트랩은 적어도 부분적으로 개방되며, 유동 통로의 적어도 일부가 예를 들면 더 두꺼운 벽 두께, 더 많은 셀의 갯수 등의 결과로서 열용량이 상승되는 적어도 부분 영역을 가져, 급격히 상승하는 유체 온도로 동적 로드가 변화되는 경우, 유체에 포함된 입자에 대한 열영동 현상의 효과(the effect of thermophoresis)는 이러한 영역에서 증가된 상태로 나타난다. 더욱이, 본 발명은 다른 모듈을 구비한 다양한 조합체에 있는 입자 트랩의 다양한 사용에 관한 것이다.
금속 포일을 포함하는 혼합 요소를 이용하는 테스트에서, 설명된 바와 같이, 예를 들면, 배기 시스템으로 주입되는 첨가물의 개선된 분배를 위해 테스트되는 WO91/01807 또는 WO91/01178에서, 입자가 그때 산화될 수 있는 노출, 즉 코팅되지 않은 금속에 디젤 엔진으로부터의 그을음(soot)과 같은 입자가 축적되는 것이 가능하다는 것이 증명되었다.
입자가 소용돌이 유동의 결과로서 통로의 내벽에 부딪치는 경우 이러한 내벽에 부착된다. 소용돌이 유동(swirling)은 통로의 내측부의 구조물에 의해 발생되며, 이러한 구조물은 유동 새도우(flow shadow)에서 소용돌이 유동 뿐만 아니라 고요한 유동 또는 정지 영역을 발생시킨다. 명백하게, 입자는 말하자면, 고요한 유동 및/또는 정지 영역으로 흘러들어가고[중력 분리(gravity separation)와 유사한 방식으로] 이러한 영역에 고정 부착된다. 가능한 금속/그을음 상호작용 및/또는 유체/채널 벽 온도 구배는 입자를 부착시키는 역할을 한다. 가스 유동 또는 벽에 는 입자의 상당한 응집체가 또한 관측된다.
고요한 유동 영역(calming zone)은 낮은 유동율을 가지는 통로에서의 영역을 표시하고 정지 영역(dead zone)은 어떠한 유체 이동도 없는 영역을 표시한다.
유동 막바지가 없기 때문에(because there are no flow blind alleys) 입자 트랩은 폐쇄된 시스템에 대비하여 "개방(open)"으로 지칭된다. 이러한 경우, 이러한 특성은 또한 입자 트랩을 특징화하도록 이용될 수 있으며, 예를 들면, 20%의 개방은 예를 들면 단면 방향에서 볼 때 매체가 면적의 약 20%를 통하여 자유롭게 유동할 수 있다는 것을 의미한다. 600 cpsi(제곱 인치당 셀) 및 약 0.8 mm의 통로의 유압 직경을 구비한 지지부의 경우, 이는 약 0.01 mm2의 표면적에 대응한다.
유동에는 높은 공기 저항에 의해 찢겨질 수 있는 응집된 입자가 포함되기 때문에, 입자 트랩은 구멍이 막힐 수 있는 종래의 필터 시스템과 같은 막힘이 발생하지 않는다.
입자 트랩을 제조하기 위해, 적어도 부분적으로 구조화된 층이 공지된 방식을 사용하여 코팅되거나 감겨지며, 특히 납땜에 의해 연결된다. 입자 트랩내의 셀 밀도는 층의 주름부에 종속된다. 층의 주름부는 전체 층에 걸쳐 반드시 균일하지는 않으며 차라리 매체가 층 구조물의 적절한 형성에 의해 유동하여 통과될 수 있는 입자 트랩내에서 상이한 유동 및/또는 압력 상태가 형성되는 것이 가능하다.
입자 트랩은 단일체이거나 다수의 디스크로 구성될 수 있는데, 즉 하나의 요소 또는 잇달아 연결되는 다수의 개별 요소를 포함할 수 있다.
자동차량의 구동 시스템의 다양한 (동적) 로드 상황을 커버하기 위해, 원뿔형 통로(conical passages) 또는 콘형 요소(cone-shaped element)를 구비한 시스템을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 타입의 시스템이, 예를 들면 WO93/20339에 설명된 바와 같이, 넓어지거나 좁아지는 통로를 가지므로, 소정의 매스 처리량에 대해, 통로에 적절한 전환 또는 소용돌이 구조물이 제공되는 경우, 특히 입자를 트랩하기 위한 바람직한 상태는 통로내의 약간의 지점에서 형성될 수 있다.
이러한 의미에서, 원뿔형은 유동 방향으로 볼 때 유동 방향으로 직경이 넓어지는 설계 및 직경이 감소하는 설계를 표시한다. 임의로 좁아지고 임의로 넓어지는 통로를 구비한 원통형 벌집체는 또한 바람직한 특성을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 벌집체를 형성하도록 감겨져 있는 다수의 층에서, 두 개의 주름층 사이에 놓이는 평평한 층(smooth layer)이 홀을 가지므로, 권선에 의해 형성된 통로들 사이의 유체 교환이 가능하다. 결과적으로, 90°전환으로 제한되지 않는 입자 트랩을 통한 반지름방향 유동이 가능하다. 홀을 구비한 평평한 층의 실시예에서, 홀은 바람직하게 유동 가이드 베인의 유출구에 놓여, 유동이 홀로 직접 통과한다. 홀을 구비한 평평한 층에 대한 일 실시예로서, 또한 예를 들면 섬유질 재료와 같은 상이한 종래의 재료를 사용하는 것이 가능하다.
이러한 층을 위해 사용된 재료는 금속(시트 금속)이 바람직하지만, 코팅없이 입자가 부착될 수 있는 표면을 가진다면, 또한 비유기적(세라믹, 섬유 재료), 유기 또는 금속 유기 기질 및/또는 소결 재료일 수 있다.
사용중, 입자 트랩은 부분적으로 산화하는 대기에서 상당한 온도 변동으로 처리되며 가능하게는 위스커(whisker)로서 알려진 침상 크리스탈의 형태인 다양한 산화물은 층의 표면을 형성하며, 층의 표면이 금속으로 형성되는 경우, 소정의 표면 경도(certain surface roughness)를 초래한다. 원리적으로 분자와 유사한 행동하는 유동내에서의 입자는 상이한 메카니즘, 특히 난류에서의 충돌 또는 차단 또는 층류에서의 열영동 현상에 의해 거친 표면으로 쏟아져 나가서 여기서 유지되며, 이런 유지력(접착력)은 반 데르 바알스 힘에 의해 실질적으로 이루어진다.
비록 입자의 침전(deposition)이 코팅되지 않은 금속 포일상에서 일어나더라도 입자 트랩이 또한 예를 들면 촉매 지지체와 같이 일 부분으로 형성될 수도 있기 때문에, 입자 트랩의 코팅된 영역에서도 입자의 침전의 가능성이 배제되지 않는다.
층의 포일 두께는 바람직하게는 0.02와 0.2 mm 사이의 범위에 있으며, 특히 바람직하게는 0.05와 0.08 mm 사이의 범위에 있으며, 증가되는 열용량을 구비한 영역에서는 바람직하게는 0.65와 0.11 mm 사이의 범위이다.
다수의 권선층을 구비한 입자 트랩의 경우, 이러한 층은 바람직하게는 동일하거나 상이한 재료를 포함하여 동일하거나 상이한 포일 두께를 가진다.
실질적으로 그을음으로 구성되는, 디젤 엔진으로부터의 배기 가스에 있는 입자는 전기장을 통과함으로써 하전 및/또는 극성화될 수 있어, 입자가 바람직한 유동 방향(예를 들면, 유동 방향에 평행한 입자 트랩의 축선 방향)으로 전환된다. 이러한 방식으로, 입자가 입자 트랩을 통하여 유동할 때 입자가 또한 상이한 방향으로, 특히 바람직한 유동 방향에 수직한, 속도 성분을 가지기 때문에, 입자가 입자 트랩의 유동 통로의 벽과 접촉할 가능성이 증가된다. 이는 또한 예를 들면 입자의 극성화를 보장하고 입자 트랩의 상류부에 연결되는 플라즈마 반응기로 달성될 수 있다. 이는 특히 입자 트랩이 극성화 섹션(polarization section)의 하나 이상의 극을 형성하는 것이 유용하며, 특히 적어도 부분적으로 입자 트랩이 양전하를 가지는 경우, 음의 전기로 극성화된 입자가 활발히 이끌려진다. 이러한 방식으로, 입자가 유동의 내부로부터 벽으로 흘러나오는 메카니즘[예를 들면, 차단(interception) 및 충돌(mpacting)]이 가속화되고 강화된다.
입자 트랩이 하전되는 경우, 하전 효과가 강화되는 지점이 층 및/또는 층이 형성되는 포일의 구조물에 배치되는 것이 유용하다. 유체에 있는 입자는 예를 들면 하전되기 위해 극성화 섹션을 통과할 수 있으며 그때 입자가 극성화된다. 그러나, 입자 트랩은, 특히 지점 및/또는 극성화 섹션에 대해 적절하게 절연되어 있는 경우, 또한 접지되어 중성 전하로 남게 된다.
일 실시예에 따라, 극성화 및/또는 하전은 또한 광이온화에 의해 발생된다.
일 실시예에 따라, 입자는 코로나 방전에 의해 극성화된다.
입자 트랩의 일 실시예는 통로 벽과 유동 사이의 온도차가 입자의 통로벽으로의 이동(열영동 현상)을 증가시키도록 하는 발견을 이용할 수 있다. 따라서, (예를 들면 상기 위치에서 층의 대응하는 포일 두께에 의해 발생되는)높은 열 용량을 가지는 두꺼운 통로 벽이, 이 벽(예를 들면 유동에서 소용돌이를 발생시킴으로써)으로 입자를 전환시키는 대응 구조물(가이드 구조물)과 조합된다. 두꺼운 통로 벽은 높은 열 용량을 가지며 따라서 동적 로드 변화 동안 및 배기 가스 온도가 상승될 때, 얇은 통로 벽 보다 더 긴 시간동안 유동과 통로 벽 사이의 온도 차를 유지하며, 따라서 얇은 통로 벽 보다 더 긴 시간동안 침전이 증진되는 효과가 발생된다. 안내 구조물은 소용돌이 유동, 고요한 유동 및 정지 영역을 발생시키는 구조물이며 유동을 강제적으로 혼합시키는 효과가 있어, 유동의 내부에 있는 입자가 많은 영역이 외측으로 이동하고 역으로도 같다. 결론적으로, 더 많은 입자가 차단과 충돌을 통하여 벽과 접촉하는 것이 가능하여 입자가 벽에 부착된다.
일 실시예는 연속하여 다수의 입자 트랩을 연결함으로써 열연동 현상의 효과를 이용할 수 있으며, 이러한 트랩은 각각 상이한 두께의 통로 벽을 가진다.
입자 트랩의 셀 밀도는 25와 1000 cpsi 사이의 범위에 있는 것이 바람직하며 바람직하게는 200과 400 cpsi 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다.
200 cpsi를 구비한 통상적인 입자 트랩은 디이젤 엔진을 기초로 한, 100kW 당 약 0.2 내지 11의 용적을 가지며, 바람직하게는 100kW 당 약 0.4 내지 0.851의 용적을 가진다. 지오메트릭 표면적에 대해, 예를 들면, 1.78m2/100 kW 이다. 종래의 필터와 스크린 시스템의 용적과 비교하면, 이는 매우 작은 용적이며 100kW 당 표면적의 약 4 m2을 요구하는 종래의 설계와 비교하여 매우 작은 지오메트릭 표면적이다.
트랩 입자는 재생될 수 있다. 디젤 엔진 배기 섹션에서의 그을음 침전의 경우, 약 200℃위의 온도에서 이산화 질소(NO2)든지 또는 예를 들면 500℃ 이상의 온도에서 열을 이용하는 공기 또는 산소(O2)에 의해, 또는 부가물(예를 들면, 세륨)의 주입에 의한 그을음의 산화에 의해 재생된다.
식 C + 2NO2→CO2+2NO에 따라 예를 들면 연속적인 재생 트랩(CRT)의 메카니즘을 이용하여 NO2에 의한 그을음의 산화는 충분한 양의 NO를 NO2로 산화하는 산화 촉매 변화기를 요구하며, 산화 촉매 변환기는 입자 트랩의 배기 섹션 상류부에 설치되어 있다. 그러나, 반응 파트너(reaction partners)의 양적인 비율은 또한 유체의 혼합에 크게 좌우되어, 상이한 양적인 비율이 또한 입자 트랩에 있는 통로의 형상에 따라 사용되어지는 것이 요구된다.
입자 트랩의 열 재생을 위해 보조 수단이 제공되어, 예를 들면 요소가 적어도 부분적으로 전기 가열될 수 있거나, 또는 가열 촉매와 같은 전기 가열 보조 수단이 요소의 상류부에 연결되는 실시예에는 매우 유용하다.
일 실시예에서, 보조 수단이 입자 트랩의 점유/충전 레벨(occupancy/filling level)에 따라 재생을 위해 스위칭 온 또는 오프(on or off)되는데, 가장 간단한경우에 있는 점유/충전 레벨은 배기 섹션에 있는 입자 트랩에 의해 발생된 압력 손실에 의해 측정된다.
바람직한 일 실시예에 따라, 입자 트랩의 상류부에 연결되는 산화 촉매 변환기는 입자 트랩 자체 보다 단위 용적 및 셀의 갯수당 낮은 비열 용량을 갖는다. 예를 들면, 산화 촉매 변환기는 바람직하게는 0.5 리터의 용적, 400cpsi의 셀 갯수와 0.05 mm의 포일 두께를 가지며, 동일한 용적 및 동일한 셀의 갯수에 대해 입자 트랩은 0.08mm의 포일 두께를 가지며 하류부의 SCR 촉매 변환기는 다시 한번 0.05mm의 포일 두께를 갖는다.
하나 이상의 촉매 변환기 및 터보과급기를 구비한 입자 트랩의 조합체 또는 터보과급기를 구비한 입자 트랩의 조합체가 또한 유용하다. 이러한 경우에서, 터보과급기의 하류부에 연결된 입자 트랩은 엔진에 근접하여 또는 하부 바디에 있는 위치에 배치될 수 있다.
입자 트랩은 또한 상류부 또는 하류부의 그을음 필터와 조합하여 사용될 수 있으며, 입자의 배출을 방지하기 위한 프로텍션의 부가적인 정도(additional degree of protection)를 제공하는 것이 의도되기 때문에, 하류부 그을음 필터가 종래의 그을음 필터보다 상당히 작아지는 것이 가능하다. 최대 크기 1m2까지 디젤 엔진의 100kW 당 0.5m2의 크기를 구비한 필터를 이용하는 것이 바람직하며(하류부의 필터 표면의 경우, 필터의 단면적은 좁아지는 단면의 경우 및 넓어지는 단면의 경우도, 입자 트랩의 단면적에 정합된다.), 반면 입자 트랙이 없는 경우에 100 kW 당약 4m2의 필터 크기가 요구된다.
그을음 필터는 또한 저장/산화 요소의 상류부 또는 하류부에 직접 설치되는 필터 재료의 형태일 수 있으며, 이 경우 필터 재료가 예를 들면 납땜 조인트를 이용하여 저장/산화 요소에 직접 연결될 수 있다.
다음의 실시예는 입자 트랩과 촉매 변환기, 터보과급기, 그을음 필터 및 자동차량의 배기 섹션에 따른 부가물의 부가의 가능한 넓은 범위의 조합을 보여주는 장치를 보여준다.
A) 산화 촉매 변환기-터보과급기-입자 트랩, 여기서 입자 트랩은 엔진에 밀접하게 또는 하부바디 위치에 배치될 수 있다.
B) 주 촉매 변환기-입자 트랩-터보과급기
C) 산화 촉매 변환기-터보과급기-산화 촉매 변환기-입자 트랩
D) 가열 촉매 변환기-입자 트랩 1-입자 트랩 2(입자 트랩 1 및 2는 동일하거나 상이할 수 있다.)
E) 입자 트랩 1-배기 섹션의 원뿔형 개구-입자 트랩 2
F) 부가물의 부가-입자 트랩-가수분해 촉매 변환기-환원 촉매 변환기
G) 주 촉매 변환기-산화 촉매 변환기-부가물의 부가-(선택적으로 그을음 필터)-예를 들면 원뿔형태로, 적절한 경우 가수분해 코팅을 구비한 입자 트랩-(선택적으로 그을음 필터)-(선택적으로 파이프 단면을 증가시키기 위한 콘)-환원 촉매 변환기.
일 실시예에 따라, 입자 트랩은 하나 이상의 촉매 변환기와 조합하여 사용된다. 이러한 목적을 위해, 특히 산화 촉매 변환기, 상류부 또는 하류부의 가열 디스크를 구비한 가열 촉매 변환기, 가수분해 촉매 변환기 및/또는 환원 촉매 변환기가 촉매 변환기, 전기촉매 변환기 및/또는 주 촉매 변환기로서 적절하다. 산화 촉매는 또한 NOX(질소 가스)를 산화하여 이산화질소(NO2)를 형성하고 부가적으로 탄화 수소 및 일산화탄소를 산화하여 이산화탄소를 형성하도록 사용될 수 있다. 촉매 변환기는 예를 들면 관형 또는 원뿔형이다.
이산화질소(NO2) 스토어가 입자 트랩의 상류부에 삽입되어지는 것이 바람직하며 이산화질소 스토어는 요구될 때 입자 트랩내의 그을음의 산화를 위해 상당한 양의 NO2를 제공한다. 이 스토어는 예를 들면 활성화된 탄소 스토어일 수 있으며 예를 들면 충분한 양의 산소를 구비한다.
특별한 실시예에 따라, 입자 트랩은 부분 영역에서 상이한 코팅을 가지며, 이러한 코팅은 각각 소정의 기능성을 형성한다. 예에 의해, 입자용 트랩으로서의 기능에 부가하여, 입자 트랩은 또한 저장, 혼합, 산화, 유동 분배 기능을 가질 수 있으며, 예를 들면 가수분해 촉매 변환기로서 작용하는 기능을 가질 수 있다.
입자 트랩의 이용은 90% 까지의 분리율(separation rates)을 달성하는 것이 가능하다.
입자의 침전이 특히 촉매 변환기의 유입 및 유출 표면에 발생하즌 것이 확정되어져 왔다. 따라서, 일 실시예에 따라, 입자 트랩은 하나의 요소의 형태로서 사용되기 보다는 다중 디스크 요소처럼 잇달아 연결되는 다수의 좁은 요소의 형태도 사용된다. 또한 소용돌이 유동 및 고요한 유동을 발생시키는 구조물을 구비하지 않고 코팅(즉, 예를 들면 촉매 변환기)를 구비한 주름층을 포함하는 입자 트랩을 사용하는 것이 가능하다. 10개의 요소까지 사용하는 것이 바람직하다. "디스크 장치" 또는 "디스크 촉매 변환기"로서 설명되는 이 설계는 예를 들면 10 내지 20% 범위(종래의 촉매 변환기를 사용할 때)에 있는 입자 침전을 원하는 경우 사용될 수 있다.
본 발명은 종래의 필터 및 스크린 시스템을 대체할 수 있으며 이러한 시스템에 다음과 같은 잇점을 가지는 입자 트랩이 제안된다.
첫째, 입자가 유체 유동 외부에 부착되어 있기 때문에 입자 트랩은 막히게 되지 않으며, 시스템에 의해 발생된 압력 강하는 스크린에서 있었던 것처럼 작동 기간의 도중에 걸쳐 신속히 증가되지 않으며, 두번째로, 개방 시스템이기 때문에 상대적으로 낮은 압력 손실을 초래한다.
본 발명의 추가적인 특정 구성 및 장점은 후술되는 도면을 참조하여 설명된다. 도면에 도시된 실시예는 본 발명의 특별하고 전형적이고 특히 바람직한 구성으로서 이해되어야 하며 본 발명의 의미 및 사상을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 금속층(4, 6)으로 이루어지며 유체가 유동하여 통과할 수 있는 유동 통로(2)를 가지는 본 발명에 따른 입자 트랩(11)을 보여준다. 층(4, 6)은 주름층(4) 또는 평평한 층(6)으로 설계된다. 층(4, 6)의 두께는 바람직하게는 0.02 mm와 0.2 mm 사이의 범위에 있으며, 특히 0.05 mm 보다 작다.
도 2는 소용돌이, 고요 및/또는 정지 영역(swirling, calming and/or dead zone; 5)을 발생하도록 하는 구조물(3)을 가지는 주름층(4)을 상세히 보여준다. 유체는 화살표(16)에 의해 표시된 바람직한 유동 방향을 따라 유동한다.
도 3은 입자 트랩의 상류부에 연결된 플라즈마 반응기(17)를 구비한 본 발명에 따른 입자 트랩(11)의 다른 실시예를 보여준다. 유체가 바람직한 유동 방향(화살표 16)으로 플라즈마 반응기(17)를 통하여 유동할 때, 유체 또는 유체에 포함되는 입자는 플라즈마 반응기(17)에 의해 적어도 극성화되며, 바람직하게는 이온화된다. 플라즈마 반응기(17)는 전압원(20)의 음극으로 연결된다. 전압원(20)의 양극은 가능한 축선(19)에 근접하여 배치되는 입자 트랩(11)의 지점(18)에 연결되어, 입자가 반 데르 바알스 힘에 의해 입자 트랩(11)의 중앙 영역을 향하여 전환된다. 형성된 정전기장은 3 내지 9kV의 전압으로 작동될 수 있다. 지점(18)은 입자 트랩(11)의 금속층으로 전도적으로 연결될 수 있다.
도 4는 주름층(4)의 선택적인 일 실시예를 보여준다.
도 5는 매체가 반지름 방향[반경(21)]으로 통과하여 유동(화살표 16)할 수 있는 입자 트랩을 보여준다. 유동 통로(2)는 벌집체(1)의 영역에서 다공성으로 설계된 중앙 통로(22)로부터 벌집체(1)를 둘러싸는 다공성 케이싱(23)으로 반지름방향 외측으로 연장된다.
도 6은 소용돌이 유동, 고요 유동 및/또는 정지 영역을 발생하기 위한 구조물(3)을 구비한 주름층(4)의 가능한 부분 실시예이다.
도 7은 원뿔형 통로를 가지며 입자 트랩 및/또는 촉매 변환기인 (선택적으로 좁은) 다수의 요소를 포함한다. 이러한 의미에서, 각각 원뿔 형태로 넓혀지거나 좁아지는, 다수의 벌집체(1)가 잇달아 배치된다. 부가물(7)에 부가하여, 질소 가스(NOX)를 산화하여 이산화 질소(NO2)를 형성하기 위해 이용되는 질소 스토어(14) 및 산화 촉매 변환기(8)가 배기 섹션(12)에 있는 벌집체(1)의 상류부에 연결된다. 터보과급기(9)와 그을음 필터(10)는 하류부에 연결된다. 입자 트랩(11)은 유용하게 그을음 산화를 위한 보조 수단(15)과 조합되어 이용된다.
도면 부호 리스트
1벌집체
2유동 통로
3구조물
4주름층
5정지 영역
6평평한 층
7부가물
8산화 촉매 변환기
9터보과급기
10그을음 필터
11입자 트랩
12배기 섹션
13통로 벽
14질소 스토어
15그을음 산화를 위한 보조 수단
16화살표
17플라즈마 반응기
18지점
19축선
20전압원
21반경
22중앙 통로
23케이싱

Claims (24)

  1. 특히 층 구조물로 되어 있는 벌집체(1)의 형태인, 입자 트랩으로서,
    상기 입자 트랩은 상기 입자 트랩을 통하여 유동하는 유체 유동에서 소용돌이, 고요 및/또는 정지 영역(5)을 발생하기 위한 구조물(3)을 가지고 유동 통로(2)를 형성하며, 상기 입자 트랩(11)은 적어도 부분적으로 개방되어 있는 입자 트랩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 트랩(11)은 적어도 부분적으로 금속 층(4, 6)으로 이루어지는 입자 트랩.
  3. 입자 트랩으로서,
    유동 통로(2)를 구비하며,
    상기 입자 트랩(11)을 통하여 유동하는 유체 유동에서 소용돌이 유동, 고요 유동 및/또는 정지 영역(5)을 발생하기 위해 구조물(3)과 유동 통로(2)를 가지며,
    상기 입자 트랩(11)은 적어도 부분적으로 개방되며, 상기 유동 통로(2)의 적어도 일부는 상기 유동 통로 벽(13)의 적어도 부분 영역에서 높은 열용량을 가져, 상기 유체 온도가 상승되어질 유체 유동에 포함되어 있는 입자에 대한 열영동 현상의 효과는 상기 영역에서 증가되는 상태로 나타나는 입자 트랩.
  4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 제 1 층(6)과 하나 이상의 주름층(4)일 수 있는 추가적인 포일로 제작되거나 하나의 평평한 층(6)으로 제작되는 입자 트랩.
  5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 트랩을 통하여 매체가 반지름 방향으로 유동할 수 있는 입자 트랩.
  6. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 원뿔형 통로(2)를 가지는 입자 트랩.
  7. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 트랩(11) 및/또는 촉매 변환기(8)인 다수의 (선택적으로 좁은) 요소를 포함하는 입자 트랩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상이한 열용량을 구비한 두 개 이상의 요소를 가지는 입자 트랩.
  9. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 단일 층으로만 제작되는 입자 트랩.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에서 청구된 하나 이상의 입자 트랩(11)의 자동차량의 배기 섹션(12)내에서의 사용.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자트랩(11)을 부가적인 상류부 또는 하류부 중 하나 이상의 부가물(7)과 조합해서 사용.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11)을 하나 이상의 촉매 변환기(8)과 조합해서 사용.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11)을 상류부 및/또는 하류부에 연결되고 이산화 질소(N02)를 형성하기 위해 질소 가스(NOX)를 산화시키는 하나 이상의 산화 촉매 변환기(8)와 조합해서 사용.
  14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11)을 하나 이상의 상류부 및/또는 하류부 터보과급기(9)와 조합한 것으로, 상기 입자 트랩(11)이 엔진에 근접하게 및/또는 바디 아래 위치에 배치되어 있는 조합체의 사용.
  15. 디젤 엔진 배기 섹션에 있는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11) 또는 입자 트랩(11)의 일부분을 상류부 또는 하류부 터보과급기(9)와 조합한 것으로, 상기 입자 트랩의 상류부에, 차례로, 하나 이상의 산화 촉매 변환기(8)가 있는 조합체의 사용.
  16. 그을음 산화를 위해 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11)의 사용.
  17. 제 16 항에 있어서, 산화제로서 이산화질소의 사용.
  18. 제 16 항 및/또는 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 트랩(11)이 그을음 산화(15)를 위한 보조 수단과 조합되어 이용되는 사용.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상류부 이산화 질소 스토어(14)와 조합해서 사용.
  20. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11)을 상류부 또는 하류부 그을음 필터(10)와 조합해서 사용.
  21. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 입자 트랩(11)의 적어도 부분을 촉매 활성 코팅을 위한 지지체로서 사용.
  22. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11) 및/또는 촉매 변환기를 디스크 장치에 사용.
  23. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 하나 이상의 입자 트랩(11)을 걸러져 산화되어질 입자 및/또는 입자 트랩(11)을 하전/극성화하기 위한 하나 이상의 장치와 조합해서 사용.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 하나 이상의 입자 트랩(11)의 상류부에 상기 입자를 극성화하기 위한 플라즈마 반응기(17)가 연결되며, 상기 입자 트랩(11)은 바람직하게는 전기적 극을 형성하는 사용.
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