KR20030037710A - 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터 - Google Patents

플라즈마 반응기 일체형 디젤필터 Download PDF

Info

Publication number
KR20030037710A
KR20030037710A KR1020010068551A KR20010068551A KR20030037710A KR 20030037710 A KR20030037710 A KR 20030037710A KR 1020010068551 A KR1020010068551 A KR 1020010068551A KR 20010068551 A KR20010068551 A KR 20010068551A KR 20030037710 A KR20030037710 A KR 20030037710A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
diesel
exhaust gas
plasma
soot
Prior art date
Application number
KR1020010068551A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100473419B1 (ko
Inventor
정동훈
이교승
이형상
손성도
김재선
류재홍
전광민
전배혁
윤웅섭
황정호
이관영
Original Assignee
주식회사 블루플래닛
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 블루플래닛 filed Critical 주식회사 블루플래닛
Priority to KR10-2001-0068551A priority Critical patent/KR100473419B1/ko
Publication of KR20030037710A publication Critical patent/KR20030037710A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100473419B1 publication Critical patent/KR100473419B1/ko

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0892Electric or magnetic treatment, e.g. dissociation of noxious components
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/22Selection of materials for exhaust purification used in non-catalytic purification apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

본 발명은 디젤엔진 배출가스에서 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 디젤필터와 탄화수소 공급장치를 구비하고 플라즈마 반응으로 디젤엔진 배출가스의 입자상물질을 제거하는 장치에 있어서: 적어도 일면이 개방되고 후면이 폐쇄되는 단위셀을 종횡으로 복수의 층으로 적층하여 배출가스의 벽유동을 유발하는 필터(20); 상기 필터(20)의 상면 및 하면에 각각 일정한 간격을 유지하도록 설치되어 배출가스를 후방으로 유도하는 세라믹판(30); 및 상기 필터(20)의 상측 및 하측으로 금속성분을 삽입/도포하여 형성되고, 소정의 교류전원이 인가되는 전극(40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 디젤엔진 배출가스에서 유해 물질인 입자상물질과 질소산화물이 제거된다.

Description

플라즈마 반응기 일체형 디젤필터 {A Diesel Particulate Filter United with a Plasma Reactor}
본 발명은 배출가스 처리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스 후처리기술의 한 형태로서 승용 디젤차량은 물론 중·대형 및 화물수송차량으로부터 방출되는 디젤 배출가스의 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)을 효과적으로 저감할 수 있는 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터에 관한 것이다.
디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 열효율과 내구성이 높고 가솔린엔진보다 CO, CO2및 탄화수소의 배출량이 적어 지구 온난화를 덜 유발하는 등의 장점이 있다. 그러나 배출가스중의 NOx는 광화학 스모그, 산성비 및 오존(O3)발생의 원인이 되고, 매연(soot)으로 대변되는 입자상물질은 도시에서 발생하는 다른 어떤 입자보다 많은 빛을 흡수하기 때문에 대기 및 시야를 탁하게 만들뿐만 아니라 흡입하면 호흡기에 흡착되어 호흡기 질환을 유발한다.
디젤엔진 배기기술에서 가장 어려운 문제는 NOx와 PM의 "트레이드오프 (trade-off)"이다. 즉 일반적으로 NOx 저감 기술은 PM의 증가를 초래하며 반대로 PM 저감 기술은 NOx 증가를 유발하기 때문에 두 성분을 동시에 줄이는 것이 디젤엔진 설계에서 가장 핵심이 되는 기술이다.
디젤엔진에서 배출되는 유해성분을 줄이기 위한 방법은 크게 전처리기술과 후처리기술로 나눌 수 있다. 전처리기술의 예로는 연소실형상 최적화, 연료공급시스템, 과급시스템 그리고 EGR(exhaust gas recirculation) 등이 있다. 후처리기술로는 디젤필터로 매연을 물리적으로 여과하는 방법, 플라즈마를 발생시켜 배출가스중의 NO를 NO2로 산화시킨 후 매연과 반응시킴으로써 매연과 NOx를 동시에 제거하는 방법, 촉매를 사용하여 탄화수소를 산화시키거나 NOx를 환원시키는 방법 및 이들을 조합 또는 변형한 다양한 방법이 있다.
종래의 후처리기술 관련하여 해결해야 되는 문제점들은 다음과 같다.
(1) 촉매를 사용하여 NOx를 제거하는 경우, 저온영역에서 활성이 높은 촉매의 개발이 시급할 뿐만 아니라 촉매의 경우 연료성분에 포함된 황성분에 의해 치명적인 영향을 받으므로 연료의 탈황작업이 선행되거나 내황성이 있는 촉매의 개발이 시급한 과제이다.
(2) 플라즈마를 이용하여 PM을 제거하는 경우, 250℃이상의 온도에서는 NO에서 NO2로의 변환효율이 PM의 제거효율을 지배하므로 NO2로의 변환효율이 좋은 플라즈마 반응기의 제작이 중요하며, 플라즈마 반응기를 soot으로부터 보호하는 기술 역시 해결되어야 한다. 뿐만 아니라 저온영역(250℃이하영역)에서의 soot 제거 기술 역시 실용화에 최대 과제이다. 또한 NO2변환에 사용되는 탄화수소의 양이 연비에 미치는 영향도 고려되어야 하며, 플라즈마 발생시에 소모되는 전기 에너지의 최적화 역시 당면과제이다.
본 출원인 (주)블루플래닛은 국내특허 제2000-0029869호, 제2001-0012180호, 제2001-0045798호 그리고 PCT 특허 PCT/KR01/00912에서 플라즈마와 촉매를 이용한 PM 및 NOx 저감기술을 제시한 바 있다. 2000-0029869은 디젤필터와 플라즈마/은촉매를 이용하여 디젤배출가스 중 NOx와 PM을 저감하는 시스템이 제안되고, 2001-0012180 및 PCT/KR01/00912에서는 디젤필터 내부에 전극을 삽입하여 발생된 플라즈마에 의해서 PM을 제거하고 은촉매에 의해서 NOx를 제거하는 시스템이 제안된다. 그리고 2001-0045798에서는 디젤 배출가스의 질소산화물 제거를 위한 플라즈마/금촉매 시스템이 제안된다.
종래의 후처리기술은 상기한 본 출원인의 특허출원에서 상세하게 개시되지만, 이외의 특징적인 공지기술을 살펴보면 다음과 같다.
존슨 매티(Johnson Matthey)사의 미국 특허 제4,902,487호와 제5,943,857호 그리고, PCT 특허 WO 00/21646에는 촉매와 디젤필터로 이루어지는 배출가스 처리장치가 개시된다. 입자상물질은 필터에 포집되어 NO2에 의해 산화되어 제거되는데 NO2는 필터의 앞단에 설치된 촉매층에서 생성되는 것이 특징이다. 촉매 대신 플라즈마 반응기를 사용할 수 있으며 이 경우에는 오존(O3)이 부가적으로 생성되어 역시 매연을 산화시킨다.
엥겔하드(Engelhard)사의 PCT 특허 WO 00/29727에는 플라즈마 반응기와 촉매를 사용한 NOx 제거 시스템이 개시된다. 이 시스템은 탄화수소의 농도가 높은 상태에서 플라즈마에 의해 생성된 NO2를 촉매에 의해서 환원시키는 것이다. 배출가스의 탄소원자 대 NOx의 몰비가 5:1일 때, 약 50%의 NOx가 N2로 전환되었다고 기재되어 있다.
본 발명은 배기가스 후처리기술의 한 형태로서 승용 디젤차량은 물론 중·대형 및 화물수송차량으로부터 방출되는 디젤 배출가스의 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)을 효과적으로 저감할 수 있는 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 디젤필터를 엔진에 장착한 배기 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 디젤필터의 요부 구성에 대한 단면도,
도 3은 도 2의 디젤필터를 절개하여 내부 구성을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 디젤필터의 내부 구성을 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 디젤필터에 대한 변형 가능한 다른 예를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 디젤필터의 soot 재생특성 결과를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명을 금촉매 시스템에 적용하여 NOx제거 결과를 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명을 은촉매 시스템에 적용하여 NOx제거 결과를 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명을 금/은 복합 촉매 시스템에 적용한 결과를 예측한 그래프,
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10, 20: 필터30: 세라믹판
40: 전극
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 디젤필터와 탄화수소 공급장치를 구비하고 플라즈마 반응으로 디젤엔진 배출가스의 입자상물질을 제거하는 장치에 있어서: 적어도 일면이 개방되고 후면이 폐쇄되는 단위셀을 종횡으로 복수의 층으로 적층하여 배출가스의 벽유동을 유발하는 필터(20); 상기 필터(20)의 상면 및 하면에 각각 일정한 간격을 유지하도록 설치되어 배출가스를 후방으로 유도하는 세라믹판(30); 및 상기 필터(20)의 상측 및 하측으로 금속성분을 삽입/도포하여 형성되고, 소정의 교류전원이 인가되는 전극(40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 필터(20)는 단위셀의 전면이 모두 개방된 형태 또는 부분적으로 개방된 형태를 사용할 수 있다. 상기 세라믹판(30)은 내부에 전극(40)을 수용하기 위한 적층 구조를 채용한다.
본 고안의 다른 특징으로서, 상기 전극(40)은 필터(20) 상에서 이웃하는 상하의 층간에도 더 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 디젤필터를 엔진에 장착한 배기 시스템의 개념도이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위한 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터는 디젤엔진의 배기 시스템에서 배기다기관 및 금촉매(또는 은촉매) 사이, 즉 촉매장치의 상류측에 설치된다.
도 2는 본 발명에 따른 디젤필터의 요부 구성에 대한 단면도이고, 도 3은 도 2의 디젤필터를 절개하여 내부 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2에서 제시된 디젤필터는 본 발명이 적용되는 시스템에서 특징적인 구성요소로서 기본 개념은 판형 플라즈마 반응기(plate type plasma reactor) 내부에 디젤필터(20)가 위치하는 구조이다. 필터(20)는 적어도 일면이 개방되고 후면이 폐쇄되는 단위셀을 종횡으로 복수의 층으로 적층하여 배출가스의 벽유동을 유발한다. 종래의 필터와 구조면에 다소 차이를 보이나 필터 내부의 배출가스 유동은 종래의 필터와 유사한 벽유동(wall flow) 형태를 취한다. 상용 디젤필터의 경우 전면의 구조는 일측 단위셀에서 트여 있고 인접한 단위셀은 막혀 격자형으로 개방되는 구조를 가지고 있는데, 본 발명의 필터(20)는 모든 단위셀들의 전면이 개방되고 후면이 막혀있어 배출가스가 단위셀 내부에서 윗면(또는 아랫면)과 옆면을 통해 벽유동을 유발하는 경로로 흐른다.
또, 본 발명에 따르면 상기 필터(20)의 상면 및 하면에 각각 일정한 간격을 유지하도록 세라믹판(30)이 설치되어 배출가스를 후방으로 유도한다. 도시에서 단위셀이 2층으로 적층되고 그 상층 및 하층으로 세라믹판(30)이 설치되는 상태를 알 수 있다. 필터(20)와 세라믹판(30) 사이의 공간은 필터(20)에서 토출되는 배출가스를 집결하여 후방의 머플러측으로 유동되도록 한다.
또, 소정의 교류전원이 인가되는 전극(40)이 상기 필터(20)의 상측 및 하측으로 금속성분을 삽입/도포하여 형성된다. 도시에서 필터(20)의 상하측으로 하나씩의 전극(40)이 형성되는 동시에 필터(20)의 층간에도 하나의 전극(40)이 형성됨을 알 수 있다. 이러한 전극(40)의 수는 필터(20)의 층수에 따라 달라지며, 이에 따라 교류전원의 인가하는 배선도 약간씩 달라질 수도 있다.
도 4는 본 발명의 변형예에 따른 디젤필터의 내부 구성을 나타낸 사시도가 도시된다.
이는 전술한 상용의 필터(10´)를 사용하여 본 발명의 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터를 구성하는 예를 나타낸다. 필터(10´)의 두 층 사이에 금속성분을 도포 혹은 삽입하여 플라즈마 반응을 유발시키기 위한 하나의 전극(40)을 형성한다. 또한 상기 필터(10´)의 상하에 일정한 간격을 두고 금속성분의 평판형 전극(40)이 삽입된 플라즈마 반응기를 위치시켜 상하의 전극(40) 및 필터(10´)의 층간에 위치한 전극(40)에 의해 플라즈마 반응이 유발되도록 한다.
도 2 내지 도 4에서 전술한 필터(10´)(20)의 상하면에 직접 전극물질을 부착하여 플라즈마를 유발시킬 수도 있다.
이와 같은 구조를 사용하면 본 발명의 디젤필터에 발생되는 플라즈마는 탄화수소가 존재하는 배출가스 조건하에서 배출가스의 NO성분을 NO2로 변환시켜 soot과의 반응을 유발시키거나, 직접적으로 soot의 산화를 도모하게 되며 디젤필터를 지나며 추가로 변환된 NO2는 도 1의 촉매장치를 거치며 촉매 층에서 인체에 무해한 가스로 변환된다.
도 5는 본 발명의 디젤필터에 대한 변형 가능한 다른 예를 나타낸 사시도가 도시된다. 도 4의 필터(10´)의 상하로 적층수를 증가하고 그 최상단과 최하단에 전극(40)을 설치한 구조이다. 물론 도 2 및 도 3처럼 세라믹판(30)을 개재하거나 필터(10´)의 층간에 전극(40)을 추가할 수 있다.
도 2 내지 도 4의 필터 전면을 통해서 유입된 배출가스에 포함된 soot가 제거되는 원리는 다음과 같다.
(1) 두 전극 사이에 전압을 걸어준 상태에서 디젤엔진 배출가스가 계속 디젤분진필터를 통과하면 soot이 축적되는데 매연이 특히 많이 축적된 부위를 중심으로 절연파괴 전압이 낮아져 유전체 배리어 방전(dielectric barrier discharge, DBD)이 일어난다.
(2) 방전에 의해서 매연이 축적된 곳에 한 번 발화가 되면 온도가 급격히 상승하여 매연은 자발적으로 연소되는데 축적된 매연이 모두 연소되면 그 부위의 절연파괴전압은 다시 상승하게 되고 방전은 더 이상 일어나지 않게 된다.
(3) 그러나, 두 전극 사이에는 항상 일정한 전압이 걸려 있으므로 매연이 많이 축적되어 있어 절연파괴전압이 낮아진 다른 부위로 옮겨가 다시 방전이 일어나축적된 매연이 발화하여 연소되며 그 후에 일어나는 현상은 위와 동일하다.
그런데, 축적된 매연에 발화되는 메커니즘은 아직 명확하게 규명되지 않으나 다음의 메커니즘에 의하여도 설명될 수 있다.
(1) 매연이 축적된 곳의 절연파괴전압이 낮아져 방전이 일어난다.
(2) 방전이 일어나게 되면 배출가스중의 산소분자가 2개의 산소 라디칼로 전환되고 이 중 일부분은 오존(O3)으로 전환되는 반응이 일어난다. 뿐만 아니라, soot의 산화에 영향을 미치는 다른 라디칼 등도 생성된다.
(3) 오존에 의하여 매연이 발화되면 자발적으로 연소되어 제거되고, 절연파괴전압이 높아지므로 방전이 중단된다.
(4) 매연이 축적되어 절연파괴전압이 낮아지는 부위로 계속 옮겨가며 상기 (1), (2), (3)의 반응이 계속적으로 일어난다.
또한 배출가스의 온도가 250℃ 이상인 영역에서는 상기의 반응 이외에, NO2에 의한 soot의 산화반응이 추가된다. 플라즈마는 배출가스 중에 포함된 NOx의 주성분인 NO 가스를 NO2가스로 변환시키는 역할을 하는데, NO2가스는 soot과의 반응을 통해서 CO나 CO2가스를 생성하고 자신은 NO나 N2가스로 환원된다.
필터의 재생이 일어나고 있는 층을 통과한 배출가스는 인접된 필터층을 통과하면서 플라즈마에 의한 NO2변환을 다시 한번 경험하게 된다. 필터로 유입된 배출가스는 soot의 산화 및 필터에 의한 soot의 포집에 의해 soot을 포함하지 않은 상태가 되어 플라즈마 반응기로 유입되며 플라즈마 반응기는 soot에 의한 반응기의오염으로부터 완전히 자유로울 수 있다. 이 과정에서 생성된 NO2는 반응기의 후단에 설치된 NO2에 선택적으로 반응하는 촉매와 반응하여 인체에 무해한 가스성분으로 바뀌게 되며 따라서 총 NOx양을 저감할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터는 촉매장치와 구성되며, 배출가스에 포함된 soot은 반응기 내부에서 제거되고 질소산화물은 촉매층을 지나면서 인체에 무해한 가스로 변환된다. 따라서 본 발명이 적용된 시스템에 의하여 배출가스에 포함된 입자상물질과 질소산화물이 효과적으로 제거 될 수 있다.
한편, Penetrante 등의 미국 특허 제5,711,147호, 제6,038,853호 및 제6,038,854호에는 2단계 공정에 의한 입자상물질과 NOx의 제거 시스템이 개시되어 있다. 첫 번째 단계에서는 O2와 탄화수소의 존재하에 플라즈마를 발생시키면 NO가 NO2로 산화되는 반응과 생성된 NO2가 매연(soot)과 반응하여 N2나 CO2로 변환되는 반응이 일어나고, 두 번째 단계에서는 탄화수소의 존재하에 잔여 NO2가 촉매층을 통과하며 N2로 환원되는 반응이 일어난다. 특히, 미국 특허 제6,038,854호에는 현재 구현가능한 플라즈마/디젤필터/촉매 시스템의 예가 기재되어 있는데 어느 것이나 플라즈마 반응기가 디젤필터 앞에 배치되며 플라즈마 반응기에서 생성되는 NO2로 매연을 산화시켜 제거하는 것이 본 발명과의 차이점이다.
본 발명의 작용 효과는 다음의 실시 예에 의하여 더욱 명확해질 것이다.
<실시예 1>
본 발명의 실시예 중의 하나로써, 디젤엔진(2.9L, 카니발)의 배출가스의 일부를 by-pass시켜, 플라즈마를 이용한 디젤필터의 soot 제거 성능을 측정하였다. 실험은 1500 rpm, 75 % 부하조건에서 수행하였으며 결과를 도 6에 도시하였다. 초기 10분 동안은 플라즈마를 발생시키지 않고 soot를 포집하였고, 10분부터 35분까지 soot이 포집되고 있는 상태에서 필터를 재생시켰다. 그리고 35분부터 45분까지는 필터의 오작동 유무를 살피기 위해 플라즈마를 크고 다시 soot을 포집하였으며 45분부터 60분까지 반복 재생을 수행하였다.
도 6에서 보는바와 같이, 초기에 급격히 증가하던 배압이 플라즈마의 인가(8 kV, 6 mA)와 동시에 급격히 감소하여 8 kPa 근처에서 필터에 포집되는 soot의 양과 재생되는 soot의 양이 평형상태, 즉 재생속도와 loading 속도가 평형을 이루고 있음을 알 수 있다. 이후 플라즈마에 인가된 전원을 끄게 되면, 필터에 걸리는 배압은 다시 상승하게 된다. 배압이 운전 초기 최고값과 비슷한 수준에 도달한 후 다시 플라즈마를 인가(6 kV, 5 mA)하게 되면 배압은 다시 감소하다가 10 kPa 부근에서 다시 평형을 이룬다. 이때 배압이 감소하는 기울기는 공급되는 전력에 따라 변하게 된다. 두 번째 인가된 전력은 첫 번째 인가된 전력에 비해 작은 값을 갖는데, 이에 따라 배압감소의 정도가 다르게 나타난다. 또한 재생이 일어나는 동안에는 배출가스의 온도가 소폭 상승하게 되는데 이는 플라즈마 인가에 따른 열의 발생과 soot이 산화되면서 발생한 열로부터 기인한다.
<실시예 2>
본 발명의 또 다른 실시예로써, 실험실에서 엔진 배출가스를 모사할 수 있는가스를 플라즈마 반응기 통해 흘려줌으로써, 플라즈마를 이용한 촉매의 질소산화물 제거 능력을 측정하였다.
도 7 및 도 8에는 100~400℃ 온도구간에서 플라즈마/금촉매 그리고 플라즈마/은촉매 시스템의 DeNOx 효율을 도시한다.
도 7은 플라즈마/금촉매 시스템의 결과인데 실선은 DeNOx 효율을, 점선은 제거된 질소산화물중에서 인체에 무해한 질소로의 변환효율을 나타낸다. 전 영역에 걸쳐서 고른 DeNOx 효율을 보이며 특히 저온영역(200℃ 이하)에서도 높은 활성(35~50%)을 보인다. 또한 NOx에서 N2로의 전환효율도 전 구간에 걸쳐서 높게 나타남을 확인할 수 있다.
도 8은 플라즈마/은촉매 시스템의 결과인데 실선은 DeNOx 효율을, 점선은 제거된 질소산화물중에서 인체에 무해한 질소로의 변환효율을 나타낸다. 은촉매의 경우, 특히 고온 영역(300℃ 이상)에서 탁월한 활성(80~100%) 및 N2로의 높은 전환율을 보여준다. 반면 저온 영역에서는 금촉매에 비해 낮은 활성과 N2전환율을 보인다.
따라서 플라즈마와 금/은촉매를 적절히 결합한다면 도 9와 같이 전 온도영역에서 높은 DeNOx 활성을 보이는 촉매 시스템의 적용이 가능하다.
본 발명은 플라즈마 반응을 이용하여 디젤 입자상물질과 질소산화물을 제거하는 장치로서, 플라즈마 반응기가 디젤필터와 일체형으로 이루어져 있기 때문에 배출가스에 포함된 soot으로부터 반응기를 보호할 수 있으며 지속적으로 안정적인플라즈마 반응을 도모할 수 있다.
입자상물질 제거 측면에서 살펴보면, 전술한 바와 같이 고온영역(250℃이상)에서는 NO2에 의한 soot의 산화가 주된 메카니즘이기 때문에, 반응기의 성능저하 없이 NO를 NO2로 지속적으로 변환시킴으로써 soot과의 반응을 통해 디젤필터를 재생할 수 있다. 또한 저온영역(250℃이하)에서는 플라즈마에 의해 직접 soot을 산화시킴으로써 고온과 저온영역에서 모두 디젤필터의 재생이 가능하게 된다.
질소산화물 제거 측면에서 살펴보면, 본 발명에서는 질소산화물의 제거를 위하여 플라즈마에 의해서 변환된 NO2가 촉매와 반응하여 총 NOx의 양을 줄이는 과정에 금 및 은촉매를 사용한다. 플라즈마 반응면적의 극대화를 통하여 배출가스가 플라즈마에 노출되는 시간을 증가시킴으로써 NO의 NO2로의 변환 역시 극대화되며 결과적으로 질소산화물의 효과적인 제거가 가능하다.
따라서 본 발명에서 제시한 바와 같이 보다 안정적이고 우수한 효율의 플라즈마 시스템을 이용함으로써, 디젤엔진 배출가스에 포함된 입자상물질과 질소산화물을 효과적으로 저감할 수 있다.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 디젤 배출가스의 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)을 효과적으로 저감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 디젤필터와 탄화수소 공급장치를 구비하고 플라즈마 반응으로 디젤엔진 배출가스의 입자상물질을 제거하는 장치에 있어서:
    적어도 일면이 개방되고 후면이 폐쇄되는 단위셀을 종횡으로 복수의 층으로 적층하여 배출가스의 벽유동을 유발하는 필터(20);
    상기 필터(20)의 상면 및 하면에 각각 일정한 간격을 유지하도록 설치되어 배출가스를 후방으로 유도하는 세라믹판(30); 및
    상기 필터(20)의 상측 및 하측으로 금속성분을 삽입/도포하여 형성되고, 소정의 교류전원이 인가되는 전극(40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터(20)는 단위셀의 전면이 모두 개방된 형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터(20)는 단위셀의 전면이 부분적으로 개방된 형태인 것을 특징으로하는 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹판(30)은 내부에 전극(40)을 수용하기 위한 적층 구조인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극(40)은 필터(20) 상에서 이웃하는 상하의 층간에도 더 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터.
KR10-2001-0068551A 2001-11-05 2001-11-05 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터 KR100473419B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0068551A KR100473419B1 (ko) 2001-11-05 2001-11-05 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0068551A KR100473419B1 (ko) 2001-11-05 2001-11-05 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030037710A true KR20030037710A (ko) 2003-05-16
KR100473419B1 KR100473419B1 (ko) 2005-03-07

Family

ID=29567982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0068551A KR100473419B1 (ko) 2001-11-05 2001-11-05 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100473419B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63268911A (ja) * 1987-04-24 1988-11-07 Mazda Motor Corp エンジンの排気浄化装置
KR20000044706A (ko) * 1998-12-30 2000-07-15 김덕중 배출가스 분산주입형 다단식 코로나반응기
KR200284340Y1 (ko) * 1999-06-09 2002-08-03 사단법인 고등기술연구원 연구조합 내연기관의 배출가스 정화장치
JP4292629B2 (ja) * 1999-06-28 2009-07-08 株式会社デンソー 内燃機関の排気浄化装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR100473419B1 (ko) 2005-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7596943B2 (en) Method for removing soot of combustion exhaust gas
EP1117474B1 (en) System and method for purifying exhaust gases
US7316106B2 (en) Method for processing combustion exhaust gas containing soot particles and NOx
US6775972B2 (en) Purification of exhaust gases
EP1719883A1 (en) System and method for purifying exhaust gas of diesel engine
CN1281528A (zh) 利用自由基减少燃料燃烧所产生的废气中污染物的方法和装置
WO2001014698A1 (en) Emission abatement system
JP2004533312A (ja) ガス状媒体のプラズマ利用処理のための反応器
JP2004525296A (ja) 排気ガス装置
JP5474468B2 (ja) プラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置
US20090165439A1 (en) Exhaust gas treatment system for an internal combustion engine
JP2005535438A (ja) リーンバーンエンジン用の排気機構
WO2003082426A2 (en) Integrated non-thermal plasma reactor-diesel particulate filter
KR20110012498A (ko) 배기 시스템
KR100473419B1 (ko) 플라즈마 반응기 일체형 디젤필터
US20060048506A1 (en) System for processing combustion exhaust gas containing soot particles and NOx
Herling et al. Application of non-thermal plasma assisted catalyst technology for diesel engine emission reduction
KR20040068792A (ko) 디젤엔진 매연저감장치
CN103912343B (zh) 内燃机发动机催化转化器及具有该转化器的废气净化装置
KR100769571B1 (ko) 디젤엔진의 유해물질 저감시스템
KR100404417B1 (ko) 디젤엔진 배출가스에서 매연과 질소산화물을 제거하기위한 디젤분진필터/플라즈마/촉매 시스템
CN108368760A (zh) 内燃机废气净化系统及内燃机废气净化方法
KR20000006954U (ko) 유해 배기가스 저감형 자동차의 배기장치
JPH04301115A (ja) 内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ
KR100307783B1 (ko) 자동차의매연여과장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100217

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee