KR20030028025A - 펠릿을 이용한 매연여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배출가스에 포함된 입자상 물질을 제거하는 촉매 컨버터의 하우징 내부에 펠릿이 수용되어지되, 상기 펠릿이 유동될 수 있도록 구동장치를 형성하여 펠릿의 표면에 부착된 입자상 물질을 보다 효과적으로 재생시키기 위한 펠릿을 이용한 매연여과장치에 관한 것으로,

하우징의 내부에 배기가스 중에 포함된 입자상 물질이 부착되도록 하는 펠릿이 다수 수용되고, 펠릿에 부착되었던 입자상 물질은 펠릿의 유동에 의해 하우징 하측으로 낙하되어 재생되도록 구성되는 촉매 컨버터에 있어서,

전후측으로 배기가스 유입구와 유출구가 형성되고, 하측면에는 입자상 물질을 수납하여 재생되도록 하기 위한 수납공간이 형성되는 하우징과;

배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위해 상기한 하우징 내부에 가득 채워지는 다수의 펠릿과;

상기 하우징의 중심축에 형성되어 구동장치에 의해 회전되는 회전축과;

상기 하우징 내의 수용된 펠릿을 유동시키기 위해 상기 회전축의 외주에 방사상으로 다수 형성되는 블레이드; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

펠릿을 이용한 매연여과장치{Catalytic converter using pellet}

본 발명은 펠릿을 이용한 매연여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배출가스에 포함된 입자상 물질을 제거하는 촉매 컨버터의 하우징 내부에 펠릿이 수용되어지되, 상기 펠릿이 유동될 수 있도록 구동장치를 형성하여 펠릿의 표면에 부착된 입자상 물질을 보다 효과적으로 재생시키기 위한 펠릿을 이용한 매연여과장치에 관한 것이다.

엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프를 거쳐 촉매 컨버터(Catalytic converter)로 도입되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 배기파이프를 통해 대기 중으로 방출된다. 상기한 촉매 컨버터는 매연여과장치(DTF, Diesel Particulate Filter)의 일종으로 배출가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기한 촉매 컨버터 내부에 형성되는 촉매담체에서는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하게 된다. 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질은 카본을 주체로 하는 불용해성 물질 및 연료와 연료실 안으로 들어온 엔진 오일의 미연탄화수소에서 나온 SOF분으로 구성되어 있다. 그런데 상기와 같이 촉매담체에서 포집된 입자상 물질로 인하여 엔진에 과도한 배압이 걸리고 이로 인한 엔진성능의 저하 및 연비의 손실을 방지하기 위하여 촉매 담체에 포집된 입자상 물질을 제거(재생)해야 한다.

일반적으로 필터 담체에 포집된 입자상 물질은 제거(재생)하는 방법으로는 열적 재생(Thermal regeneration)방법이 사용되고 있다. 촉매 담체에 포집된 입자상 물질을 열적재생하기 위해서는 일반적으로 550~650℃의 온도가 요구되지만, 실제 디젤 엔진의 배기가스의 온도는 이에 미치지 않는다. 따라서 상기한 열적재생방법을 사용하기 위해서 연료버너, 전기히터, 마이크로 웨이브 등을 이용하여 배기가스를 가열하거나 혹은 후분사와 같은 여러가지 엔진제어방법이 이용되고 있는 실정이다.

도 3은 종래의 일반적인 촉매 컨버터의 단면도로서, 촉매 컨버터(10)의 하우징(11) 내측에 촉매 담체(13)가 형성되는데, 상기 촉매 담체(13)와 하우징(10) 사이에는 매트(12)가 개재되어 있다.

상기한 촉매 담체(13)의 단면을 살펴보면 주기적으로 막혀 있는 구조로 되어 있으며, 각 채널 입구로 들어온 배기가스는 채널의 벽을 통과하여 이웃하는 채널로 이동하여 최종적으로 필터 담체를 빠져 나간다. 이렇게 배기가스가 옆 채널로 이동하는 과정 중에 배기가스에 포함된 입자상 물질이 채널 벽에 포집되는 것이다.

상기와 같이 필터 담체에 포집된 입자상 물질은 상술한 바와 같이 열적재생방법 등으로 연속적 혹은 주기적으로 재생되어진다.

그러나 상기와 같이 입자상 물질을 재생하는 과정에서 연료버너나 전기히터 등을 이용하는데, 입자상 물질을 재생과정에서 내열성, 내구성 등의 문제로 인하여 필터 담체에 균열이 발생되는 문제가 있었다. 또한, 입자상 물질이 미세다공 벽면에 의해 포집되나 미세다공에 쉽게 부착되어 미세다공을 폐쇄시키므로 통기성을 저하시키고, 입자상 물질의 축적, 막힘 현상으로 배압 증가가 필터 사용주기를 짧게 하며 재생과정에서 발생하는 발열로 인해 쉽게 파손되는 문제가 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 특허공개번호 1999-0073040호에 공개된 바와 같이 촉매 컨버터의 하우징 내부에 볼이 가득채워지는 기술이 제안된 바 있다. 도 4는 상기한 특허공개공보에 공개된 도면으로, 촉매 컨버터(20)의 하우징(21) 내부에 다수의 볼(22)이 수용된다. 상기 볼(22)은 입자상 물질이 그 표면에부착되도록 하기 위한 것이다. 상기와 같이 볼(22)에 부착된 입자상 물질은 자동차의 흔들림과 엔진에서 발생되는 맥동 흐름이 볼(22)에 전달되어 서로 결합한 입자상 물질을 낙하시켜 별도의 수납공간(23)에 모여지게 하고 전기히터에 의해 연소되어지도록 구성된다.

그러나 도면에서와 같이 상기한 기술에서는 유입부(24)에서 유도된 배기가스는 다시 전방챔버(26)로 되돌아 온 후 유출부(25)를 통하여 빠져나가는 "S"자형 궤적을 가지고 있기 때문에 배기가스의 원활한 흐름을 유지하지 못하여 엔진 배압의 문제를 야기할 수 있다. 또한 볼이 장치 내부에 가득차 있을 경우에는 볼의 표면에 부착된 입자상 물질은 스스로 제거되어 낙하되지 못하고, 지속적으로 볼의 표면에 붙어 있게 되어 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 배출가스에 포함된 입자상 물질을 제거하는 촉매 컨버터의 하우징 내부에 펠릿이 수용되어지되, 상기 펠릿이 유동될 수 있도록 구동장치를 형성하여 펠릿의 표면에 부착된 입자상 물질을 보다 효과적으로 재생시키기 위한 펠릿을 이용한 매연여과장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

하우징의 내부에 배기가스 중에 포함된 입자상 물질이 부착되도록 하는 펠릿이 다수 수용되고, 펠릿에 부착되었던 입자상 물질은 펠릿의 유동에 의해 하우징 하측으로 낙하되어 재생되도록 구성되는 촉매 컨버터에 있어서,

전후측으로 배기가스 유입구와 유출구가 형성되고, 하측면에는 입자상 물질을 수납하여 재생되도록 하기 위한 수납공간이 형성되는 하우징과;

배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위해 상기한 하우징 내부에 가득 채워지는 다수의 펠릿과;

상기한 하우징의 길이방향 중심에 형성되어 구동장치에 의해 회전되는 회전축과;

상기 하우징 내의 수용된 펠릿을 유동시키기 위해 상기 회전축의 외주에 방사상으로 다수 형성되는 블레이드; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 촉매 컨버터의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 측단면도.

도 3은 종래의 일반적인 촉매 컨버터의 구성도.

도 4는 종래의 볼을 이용한 촉매 컨버터의 구성도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 촉매 컨버터 31 : 하우징

32 : 유입구 33 : 유출구

34 : 수납공간 40 : 구동장치

41 : 회전축 42 : 블레이드

43 : 베벨기어

이하, 본 발명의 구성과 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 촉매 컨버터의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 측단면도로서, 도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 촉매 컨버터를 지시하는 것이다.

상기한 촉매 컨버터(30)의 하우징(31)은 그 내부에 종래와 같이 볼형상의 펠릿()이 가득 수용될 수 있도록 원통형상으로 제작된다. 상기 하우징(31)의 전후방으로는 배기가스가 유입되는 유입구(32)와 여과된 배기가스가 배출되는 유출구(33)가 각각 형성되고, 상기 하우징(31)의 하측면에는 입자상 물질을 수납하기 위한 수납공간(34)이 형성된다.

그리고 하우징(31)의 축방향으로는 회전축(41)이 형성되는데, 상기회전축(41)은 배기가스의 유출입에 지장을 주지 않고 회전될 수 있도록 양끝이 지지되는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 회전축(41)의 외주연에는 상기한 하우징(31)에 수용된 펠릿(35)을 젓기 위한 브레이드(42)가 방사상으로 다수 형성된다.

상기 회전축(41)은 연속적 혹은 주기적으로 회전될 수 있도록 형성되는데, 이는 펠릿(35)에 포집된 입자상 물질을 적정한 시기에 제거하여 배기가스가 원활하게 소통되도록 하기 위한 것이다. 회전축(41)의 회전주기 및 회전속도는 엔진의 용량이나 배출가스의 배출용량 등을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 회전축(41)을 구동시키기 위한 구동장치가 상기 하우징(31)의 외측에 형성되는데, 상기 구동장치(40)와 회전축(41)은 축방향이 다르게 위치되므로서 베벨기어(43)로서 동력은 전달하는 것이 바람직하다. 특히, 상기한 구동장치(40)는 별도의 구동모터에 의해 구동되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하며 다음과 같다.

엔진의 시동에 의해 방출되는 배기가스는 배기 매니폴드과 배기관을 통해 촉매 컨버터(30)로 유입된다.

그런데 상기와 같이 촉매 컨버터(30)로 유입된 배기가스에는 상당한 양의 입자상 물질이 포함되어 있다. 이렇게 배출가스에 포함된 입자상 물질은 하우징(31) 내에 수용된 펠릿(35)의 표면에 포집되어진다.

이 때 상기한 구동장치(40)의 작동에 의해서 회전축(41)이 연속적 혹은 주기적으로 회전하게 되므로서 블레이드(42)가 펠릿(35)을 젓게 된다. 따라서 상기와같이 펠릿(35)의 표면에 포집된 입자상 물질은 펠릿(35)끼리 부딪치는 과정에서 떨어지게 된다.

즉, 종래에는 차량의 흔들림이나 배기가스의 유동에 의해서만 볼이 부딪쳤던과는 달리 본 발명에 의한 촉매 컨버터(30)에서는 강제적으로 펠릿(35)에 유동을 부여하므로서 보다 효과적으로 입자상 물질이 펠릿(35)으로부터 분리되도록 하는 것이다.

상기와 같이 펠릿(35)의 표면에 포집되었다가 떨어지는 입자상 물질은 하우징(31)의 하측에 마련되는 수납공간(34)에 쌓이게 되고, 이미 설정된 주기에 따라 연료버너, 전기히터, 마이크로 웨이브 등과 같은 재생장치에 의해 재생되어진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 펠릿에 부착되는 입자상 물질을 재생하기 위해 펠릿이 분리되도록 펠릿에 유동성을 부여하는 힘이 종래에는 차량의 흔들림이나 배기가스의 유동에만 의존되었지만, 본 발명에서는 회전축과 블레이드에 의해 강제적으로 펠릿을 젓어 주므로서 보다 효과적으로 펠릿으로부터 입자상 물질을 분리하게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 하우징의 내부에 배기가스 중에 포함된 입자상 물질이 부착되도록 하는 펠릿이 다수 수용되고, 펠릿에 부착되었던 입자상 물질은 펠릿의 유동에 의해 하우징 하측으로 낙하되어 재생되도록 구성되는 촉매 컨버터에 있어서,

   전후측으로 배기가스 유입구(32)와 유출구(33)가 형성되고, 하측면에는 입자상 물질을 수납하여 재생되도록 하기 위한 수납공간(34)이 형성되는 하우징(31)과;

   배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위해 상기한 하우징(31) 내부에 가득 채워지는 다수의 펠릿(35)과;

   상기한 하우징(31)의 길이방향 중심에 형성되어 구동장치(40)에 의해 회전되는 회전축(41)과;

   상기 하우징 내의 수용된 펠릿(35)을 유동시키기 위해 상기 회전축(41)의 외주에 방사상으로 다수 형성되는 블레이드(42); 로 구성되는 것을 특징으로 하는 펠릿을 이용한 매연여과장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 구동장치(40)와 회전축(41)은 베벨기어(43)에 의해 동력이 전달되는 것을 특징으로 하는 펠릿을 이용한 매연여과장치.