KR20050051637A

KR20050051637A - 배기 가스 처리 장치

Info

Publication number: KR20050051637A
Application number: KR1020057002157A
Authority: KR
Inventors: 마사아끼 오쿠보; 토시아끼 야마모또; 시니치 미와
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤; 마사아끼 오쿠보; 토시아끼 야마모또
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-06-01
Also published as: KR100628826B1

Abstract

본 발명은, 배기계(8)에 접속된 케이스체(2)와, 이 케이스체(2)의 내부에 배치되고 칸막이 벽에 의해서 구획된 복수의 셀을 갖는 허니컴 필터(3)와, 허니컴 필터(3)를 서로 사이에 두도록 대향 배치된 플라즈마 발생 전극(6)을 구비하고, 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터(3)에 의해서 포집함과 동시에, 플라즈마 발생 전극(6)을 구성하는 펄스 전극(4)과 어스 전극(5) 사이에 발생시킨 비열 플라즈마에 의해 배기 가스에 포함되는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜, 얻어진 이산화질소에 의해 칸막이 벽의 표면에 포집되어 퇴적된 입자형 물질 중의 가연성 물질을 산화 제거함으로써, 허니컴 필터(3)를 재생하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

배기 가스 처리 장치{EXHAUST GAS TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터로 고정밀도로 포집하여, 포집된 입자형 물질 중의 가연성 물질을 간편하고 또한 저에너지로 산화 제거하여 허니컴 필터를 재생하는 것이 가능한 동시에, 종래의 비열 플라즈마(nonthermal plasma)를 이용한 배기 가스 처리 장치와 비교하여 소형화가 가능한 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.

내연 기관 등의 열기관 또는 보일러 등의 연소 장치에 의해 발생한 연소 가스를 배기계를 경유하여 배출할 때의 배기 가스의 규제 강화에 따라, 연료의 조성을 개선하는 등의 엔진측 개량이 이루어지는 한편, 상기 내연 기관 등으로부터 배출되는 배기 가스를 필터 등을 갖춘 배기 가스 처리 장치를 이용하여 정화하는 것이 행해지고 있다. 특히, 자동차의 디젤 엔진에 있어서는 배기 가스 중에 포함되는 매연 등의 입자형 물질을 포집ㆍ제거하기 위해서 다공질의 허니컴 필터를 갖춘 배기 가스 처리 장치가 사용되고 있다.

전술한 허니컴 필터는 도 19에 도시한 바와 같이 칸막이 벽(81)에 의해서 구획되어 배기 가스의 필터 유로를 이루는 복수의 셀(82)을 가지며, 이 셀(82)의 배기 가스 유입측 단부면(83) 및 배기 가스 유출측 단부면(84)으로 번갈아서 밀봉한 허니컴 구조를 갖추고, 배기 가스를 배기 가스 유입측 단부면(83)에 개구된 셀(82)로부터 허니컴 필터(80) 내에 유입하여 강제적으로 허니컴 필터(80) 내의 칸막이 벽(81)을 통과시킴으로써 배기 가스중 입자형 물질을 포집ㆍ제거하는 것이다.

이러한 허니컴 필터(80)의 칸막이 벽(81)의 표면에 입자형 물질이 대량으로 퇴적하면 허니컴 필터(80)의 압력 손실이 커지고 엔진측 배기계에 배압이 걸림으로써 엔진의 성능을 저하시키는 경우가 있다. 이 때문에, 정기적으로 칸막이 벽(81)의 표면에 퇴적된 입자형 물질을 제거하여 상기 허니컴 필터(80)를 재생해야 한다.

허니컴 필터(80)를 재생하는 방법으로서는, 예컨대, 전기 히터나 애프터버너(afterburner) 등을 이용하여 입자형 물질을 연소하여 제거하는 방법을 들 수 있는데, 이 경우 허니컴 필터를 600℃ 이상으로 가열해야 하기 때문에 급격한 온도 변화나 국소적인 발열에 노출되어 허니컴 필터(80)의 내부에 불균일한 온도 분포가 생기기 쉽고, 그것이 원인으로 허니컴 필터(80)가 파손되는 경우가 있었다.

이 때문에, 배기 가스 처리 장치로 유입되는 배기 가스에 포함되는 NO를 허니컴 필터(80)에 유입하기 전에 산화력이 높은 NO₂로 산화시켜, 얻어진 NO₂를 이용하여 허니컴 필터(80)의 칸막이 벽(81) 표면에 퇴적된 입자형 물질의 가연성 물질, 예컨대, 매연 등을 산화 제거하는 배기 가스 처리 장치가 제안되고 있다.

구체적으로는, 허니컴 필터(80)의 배기 가스 유입측 단부면(83)보다 전방에 산화 촉매를 배치하여 디젤 엔진 등의 배기 가스에 포함되는 NO를 상기 산화 촉매에 의해 NO₂로 산화시키고, 얻어진 NO₂를 이용하여 허니컴 필터(80)를 재생하는 것이 가능한 배기 가스 처리 장치나, 허니컴 필터(80)의 배기 가스 유입측 단부면(83)보다 전방에 전술한 산화 촉매 대신에 플라즈마 발생 장치를 설치한 구성의 배기 가스 처리 장치를 들 수 있다.

그러나, 허니컴 필터(80)의 배기 가스 유입측 단부면(83)보다 전방에 산화 촉매가 설치된 배기 가스 처리 장치는 산화 촉매의 활성화 온도가 400∼500℃의 고온이기 때문에, 예컨대 디젤 엔진이 저속ㆍ저부하 상태에서의 운전시에는 배기계의 온도가 낮아서 산화 촉매가 활성화되지 않아 허니컴 필터(80)를 재생할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 전술한 바와 같은 디젤 엔진의 저속ㆍ저부하 상태에서의 운전이 장시간 계속되어 허니컴 필터의 칸막이 벽의 표면에 대량으로 입자형 물질이 퇴적된 경우, 산화 촉매가 활성화하는 온도에 달했을 때에 퇴적된 입자형 물질이 한번에 산화 연소하여 배기 가스 처리 장치내가 급격히 고온으로 되기 때문에 내부의 허니컴 필터가 열응력에 의해 파손된다는 문제가 있었다.

또한, 허니컴 필터(80)의 배기 가스 유입측 단부면(83)보다 전방에 플라즈마 발생 장치를 설치한 배기 가스 처리 장치는 상기 플라즈마 발생 장치에 의해 비열 플라즈마를 발생시킴으로써 300℃ 이하의 저온으로 배기 가스중에 포함되는 NO를 NO₂로 산화할 수 있지만, 배기 가스 처리 장치 자체가 대형으로 되어 자동차 등에의 설치에 제약이 생긴다는 문제가 있었다.

또한, 허니컴 필터를 재생할 때는 비열 플라즈마에 의해 산화된 NO₂를 포함하는 배기 가스가 여기 상태(excited state)이면 효과적으로 입자형 물질을 산화 제거할 수 있지만, 전술한 배기 가스 처리 장치에 있어서는, 비열 플라즈마와 허니컴 필터의 거리가 떨어져 있기 때문에 여기 상태가 저하되어 허니컴 필터의 재생 효율이 나빠지는 문제가 있었다.

도 1은 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태를 모식적으로 도시하는 사시도.

도 2는 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태에 이용되는 허니컴 필터를 도시하는 사시도.

도 3은 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태가, 추가로 탈수 수단을 구비한 상태를 모식적으로 도시하는 설명도.

도 4는 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태가, 추가로 NO_x 처리 수단을 구비한 상태를 모식적으로 도시하는 설명도.

도 5는 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태가, 바이패스를 구비한 상태를 모식적으로 도시하는 설명도.

도 6은 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 다른 실시형태를 모식적으로 도시하는 사시도.

도 7은 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 다른 실시형태에 있어서의 허니컴 필터를 복수 이용한 경우를 도시하는 평면도.

도 8은 본 발명(제2 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태를 모식적으로 도시하는 사시도.

도 9는 본 발명(제2 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태에 있어서의 허니컴 필터를 복수 이용한 경우를 도시하는 평면도.

도 10은 본 발명(제2 발명)의 배기 가스 처리 장치의 다른 실시형태를 모식적으로 도시하는 사시도.

도 11은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 배기 가스 처리 장치의 각종 측정을 행하기 위한 전체 개요 구성도.

도 12는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 배기 가스 처리 장치내의 플라즈마 발생 전극에 걸리는 인가 전압과, 그 때에 흐르는 전류를 도시한 그래프.

도 13은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 허니컴 필터에 매연이 부착하지 않은 상태로 비열 플라즈마를 발생시켰을 때의 NO, NO₂, NO_x 및 N₂O의 농도와 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프.

도 14는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 허니컴 필터에 매연이 부착된 상태로 비열 플라즈마를 발생시켰을 때의 허니컴 필터의 압력 손실과 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프.

도 15는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 허니컴 필터에 매연이 부착된 상태로 비열 플라즈마를 발생시켰을 때의 NO, NO₂, NO_x, N₂O, CO, CO ₂및 O₂의 농도와 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프.

도 16은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 배기 가스 처리 장치 내의 플라즈마 발생 전극에 걸리는 인가 전압과 그 때에 흐르는 전류를 도시한 그래프.

도 17은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 허니컴 필터에 매연이 부착된 상태로 비열 플라즈마를 발생시켰을 때의 허니컴 필터의 압력 손실과 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프.

도 18은 본 발명의 실시예 2에 있어서의 허니컴 필터에 매연이 부착된 상태로 비열 플라즈마를 발생시켰을 때의 NO, NO₂, NO_x, N₂O, CO, CO ₂및 O₂의 농도와 경과 시간의 관계를 도시하는 그래프.

도 19는 종래의 배기 가스 처리 장치에 이용되는 허니컴 필터를 도시하는 사시도.

본 발명은 전술한 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 허니컴 필터의 칸막이 벽의 표면에 퇴적된 매연을 간편하고 또한 저에너지로 제거하는 것이 가능한 배기 가스 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 배기 가스 처리 장치를 제공하는 것이다.

[1] 연소 가스의 배기계 중에 설치되어, 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집ㆍ제거하기 위해서 이용되는 배기 가스 처리 장치로서, 상기 배기계에 접속되어 상기 배기 가스의 메인 유로를 이루는 케이스체와, 상기 케이스체의 내부에 상기 메인 유로를 차단하도록 배치되고, 상기 배기 가스의 필터 유로를 이루도록 칸막이 벽에 의해 구획된 복수의 셀을 가지며, 상기 배기 가스에 포함되는 상기 입자형 물질을 포집하는 허니컴 필터와, 상기 허니컴 필터를 서로 사이에 두도록 대향 배치된 펄스 전극 및 어스 전극으로 구성되어 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 비열 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 플라즈마 발생 전극을 구비하여, 상기 케이스체에 유입된 상기 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 상기 허니컴 필터에 의해 포집함과 동시에, 상기 플라즈마 발생 전극을 구성하는 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 발생시킨 비열 플라즈마에 의해 상기 배기 가스에 포함되는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜, 얻어진 상기 이산화질소에 의해 상기 칸막이 벽의 표면에 포집되어 퇴적된 상기 입자형 물질 중의 가연성 물질을 산화 제거함으로써, 상기 허니컴 필터를 재생하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치(이하, 「제1 발명」이라고 한다).

[2] 연소 가스의 배기계 중에 설치되어 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집ㆍ제거하기 위해서 이용되는 배기 가스 처리 장치로서, 상기 배기계에 접속되어 상기 배기 가스의 메인 유로를 이루는 케이스체와, 상기 케이스체의 내부에 상기 메인 유로를 차단하도록 배치되고, 상기 배기 가스의 필터 유로를 이루도록 칸막이 벽에 의해 구획된 복수의 셀을 가지며, 상기 배기 가스에 포함되는 상기 입자형 물질을 포집하는 허니컴 필터와, 적어도 한 쪽이 상기 허니컴 필터와 접하도록 배치된 펄스 전극 및 어스 전극으로 구성되어 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 비열 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 플라즈마 발생 전극을 구비하여, 상기 케이스체에 유입된 상기 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 상기 허니컴 필터에 의해서 포집함과 동시에, 상기 플라즈마 발생 전극을 구성하는 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 발생시킨 비열 플라즈마에 의해 상기 배기 가스에 포함되는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜, 얻어진 상기 이산화질소에 의해 상기 칸막이 벽의 표면에 포집되어 퇴적된 상기 입자형 물질 중의 가연성 물질을 산화 제거함으로써, 상기 허니컴 필터를 재생하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치(이하, 「제2 발명」이라고 한다).

[3] 상기 펄스 전극에 전압을 인가하기 위한 전원을 추가로 구비한 상기 [1] 또는 [2]에 기재의 배기 가스 처리 장치.

[4] 상기 플라즈마 발생 전극은 금속 페이스트에 의한 프린트법에 의해 상기 허니컴 필터의 외주면에 배치되는 것인 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

[5] 상기 허니컴 필터의 재질은 코디어라이트, 탄화규소, 사이알론(SIALON) 및 질화규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 이루어지는 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

[6] 상기 허니컴 필터의 셀 밀도는 15∼60셀/㎠이며, 상기 칸막이 벽의 두께는 0.2∼0.5㎜이며, 상기 허니컴 필터의 단부면의 밀봉 깊이는 1∼20㎜인 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

[7] 상기 케이스체의 상기 배기계 상류측에 상기 케이스체로 유입되는 상기 배기 가스의 적어도 일부에 포함되는 수분을 제거하기 위한 탈수 수단을 추가로 구비한 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

[8] 상기 허니컴 필터의 상기 칸막이 벽의 표면 및/또는 내부에 촉매가 담지된 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

[9] 상기 케이스체의 상기 배기계 하류측에 NO_x 처리 수단을 추가로 구비한 상기 [1]∼[8] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

[10] 상기 전원으로부터 공급되는 전류가 전압이 1㎸ 이상인 직류 전류, 피크 전압이 1㎸ 이상이고 1초당의 펄스 수가 1이상인 펄스 전류, 피크 전압이 1㎸ 이상이고 주파수가 1이상인 교류 전류, 또는 이들 중 어느 두개를 중첩하여 이루어진 전류인 것인 상기 [3] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

[11] 디젤 엔진의 연소 가스의 배기계 중에 설치되는 것인 상기 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 배기 가스 처리 장치.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 배기 가스 처리 장치의 실시형태에 관해서 상세히 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정하여 해석되는 것이 아니라 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한에서 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 가할 수 있다.

우선, 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태에 관해서 도 1을 이용하여 설명한다. 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(1)는 자동차의 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 청정화하는 데에 이용되는 배기 가스 처리 장치(1)이다. 이 배기 가스 처리 장치(1)는 연소 가스의 배기계(8) 중에 설치되어 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집ㆍ제거하는 데에 이용되는 배기 가스 처리 장치(1)로서, 배기계(8)에 접속되어 배기 가스의 메인 유로를 이루는 케이스체(2)와, 케이스체(2)의 내부에 메인 유로를 차단하도록 배치되고, 배기 가스의 필터 유로를 이루도록 칸막이 벽에 의해서 구획된 복수의 셀을 가지며, 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집하는 허니컴 필터(3)와, 허니컴 필터(3)를 서로 사이에 두도록 대향 배치된 펄스 전극(4) 및 어스 전극(5)으로 구성되어, 펄스 전극(4)과 어스 전극(5) 사이에 비열 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 플라즈마 발생 전극(6)을 구비하고, 케이스체(2)로 유입된 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터(3)에 의해서 포집함과 동시에, 플라즈마 발생 전극(6)을 구성하는 펄스 전극(4)과 어스 전극(5) 사이에 발생시킨 비열 플라즈마에 의해 배기 가스에 포함되는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜, 얻어진 이산화질소에 의해서 칸막이 벽의 표면에 포집되어 퇴적된 입자형 물질 중의 가연성 물질, 예컨대 매연을 산화 제거함으로써, 허니컴 필터(3)를 재생하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다. 본 실시형태에 있어서는 허니컴 필터(3)의 배기 가스가 유입되는 쪽의 단부면에 펄스 전극(4)이 배치되고, 배기 가스가 유출되는 쪽의 단부면에 어스 전극(5)이 배치된 구성으로 되어 있다.

이와 같이 구성함으로써 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터(3)에 의해 고정밀도로 포집하고, 포집한 입자형 물질 중의 매연을 간편하고 또한 저에너지로 산화 제거하여 허니컴 필터를 재생할 수 있음과 동시에, 종래의 비열 플라즈마를 이용한 배기 가스 처리 장치와 비교하여 소형화가 가능해진다. 또한, 본 실시형태에서는 비열 플라즈마가 허니컴 필터(3) 전체를 덮도록 발생하기 때문에, 산화된 NO₂를 포함하는 배기 가스를 여기 상태대로 매연 등과 반응시킬 수 있고, 또한 허니컴 필터의 칸막이 벽에 퇴적된 매연 등도 비열 플라즈마에 의해 반응하기 쉬운 상태로 되기 때문에 반응 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 비열 플라즈마에 의해 발생한 오존(O₃) 등의 라디칼도 에너지를 손실하기 전에 매연 등과 반응시킬 수 있기 때문에 반응 효율을 향상시켜 허니컴 필터(3)의 재생 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 펄스 전극(4)에 전압을 인가하기 위한 전원(7)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 이 배기 가스 처리 장치(1)가 자동차 등에 설치되는 경우는 자동차의 배터리 등의 전원을 공유할 수도 있지만, 이와 같이 구성함으로써 안정된 비열 플라즈마를 발생할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 전원(7)으로부터 공급되는 전류가, 전압이 1㎸ 이상인 직류 전류, 피크 전압이 1㎸ 이상이고 l초당의 펄스 수가 1이상인 펄스 전류, 피크 전압이 1㎸ 이상이고 주파수가 1이상인 교류 전류, 또는 이들 중 어느 두개를 중첩하여 이루어진 전류인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 NO를 NO₂로 보다 효율적으로 산화시킬 수 있는 비열 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

본 실시형태에 이용되는 케이스체(2)의 재료로서는 그 내부에 비열 플라즈마를 유효하게 발생시킬 수 있는 것이면 특별히 제한은 없지만 알루미나를 적합한 예로서 들 수 있다. 또한, 케이스체(2)의 외주면 및/또는 내부에 히터 등을 배치하여 배기 가스 처리 장치(1) 내의 온도를 제어할 수 있는 구성으로 해도 좋다.

허니컴 필터(3)는 도 2에 도시한 바와 같이 칸막이 벽(21)에 의해서 구획되어 배기 가스의 필터 유로를 이루는 복수의 셀(22)을 구비하며, 이 셀(22)의 배기 가스 유입측 단부면(23a) 및 배기 가스 유출측 단부면(23b)에서 번갈아서 밀봉한 허니컴 구조를 갖는 것이다. 허니컴 필터(3)는 배기 가스를 배기 가스 유입측 단부면(23a)에서 개구된 셀(22)로부터 허니컴 필터(3) 내에 도입하여, 강제적으로 허니컴 필터(3) 내의 칸막이 벽(21)을 통과시킴으로써 배기가스 중의 입자형 물질을 포집ㆍ제거하는 것이다.

전술한 허니컴 필터(3)의 재질로서는 코디어라이트, 탄화규소, 사이알론 및 질화규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는 허니컴 필터(3)의 셀 밀도가 15∼60 셀/㎠이며 칸막이 벽(21)의 두께가 0.2∼0.5㎜이고 허니컴 필터(3)의 단부면(23)의 밀봉 깊이가 1∼20㎜인 것이 바람직하다. 셀 밀도가 15 셀/㎠ 미만이면 배기 가스 중의 입자형 물질의 포집 효율이 저하하는 경우가 있고, 셀 밀도가 60 셀/㎠를 넘으면 허니컴 필터(3)의 배압이 커져 디젤 엔진에 부하가 걸리는 경우가 있다. 또한, 칸막이 벽(21)의 두께가 0.2㎜ 미만이면 허니컴 필터(3)의 기계적 강도가 낮아져서 파손 등의 우려가 있고, 칸막이 벽(21)의 두께가 0.5㎜를 넘으면 허니컴 필터(3)의 배압이 커져 디젤 엔진에 부하가 걸리는 경우가 있다. 또한, 단부면(23)의 밀봉 깊이가 1㎜ 미만이면 배기 가스를 처리할 때에 단부면(23)의 밀봉부가 파손될 우려가 있고, 단부면(23)의 밀봉 깊이가 20㎜를 넘으면 허니컴 필터(3)의 배기 가스 중의 입자형 물질을 실질적으로 포집하는 영역의 유효 면적이 작아지는 경우가 있다.

도 1 및 도 2에서는 허니컴 필터(3)의 형상이 원통형인 것을 나타내고 있지만 이것에 한정되는 것은 아니고, 사각기둥 등의 다른 형상이어도 좋다. 또한, 셀(22)의 유동 방향에 수직인 단면의 형상도 사각 형태로 한정되는 것은 아니고, 원, 타원, 삼각, 대략 삼각 또는 기타 다각형이어도 좋다.

펄스 전극(4) 및 어스 전극(5)의 재료로서는 도전성이 높은 금속을 이용하는 것이 바람직하며, 예컨대, 철, 금, 은, 동, 티탄, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 성분을 포함하는 금속을 적합한 예로 들 수 있다. 또한, 그 형상은 배기계(8)에 배압이 걸리지 않는 형상, 예컨대, 메쉬형이나 스트라이프형으로 형성한 것을 적합하게 이용할 수 있다.

또한, 펄스 전극(4)과 전술한 전원(7)은 전기적으로 접속한 상태로 배치하고, 어스 전극(5)은 접지한 상태로 배치한다. 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(1)를 자동차 등에 설치하는 경우는 어스 전극(5)을 자동차 등의 어스에 전기적으로 접속시킨 구성으로 해도 좋다.

도 1에 있어서는, 펄스 전극(4)과 어스 전극(5)이 허니컴 필터(3)의 단부면으로부터 떨어져 배치된 구성으로 되어 있는데, 본 실시형태에서는 허니컴 필터(3)를 서로 사이에 두도록 대향 배치되어 있으면 되고, 한 쪽이 허니컴 필터(3)와 접하여 있어도 좋고, 또한 허니컴 필터(3)의 재료로서 코디어라이트, 사이알론 및 질화 규소 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 전기적 절연 재료를 이용한 경우는 펄스 전극(4)과 어스 전극(5)이 함께 허니컴 필터(3)의 단부면과 접하고 있는 구성으로 해도 좋다.

펄스 전극(4)과 어스 전극(5)의 적어도 한 쪽이 허니컴 필터(3)의 단부면에 접하도록 배치된 경우는 금속 페이스트에 의한 프린트법에 의해 배치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 금속 페이스트를 허니컴 필터(3)의 단부면상의 칸막이 벽 단면, 또는 밀봉한 후에 도포하고 건조, 소결함으로써 허니컴 필터(3)의 단부면에 배치할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 이용되는 허니컴 필터(3)의 칸막이 벽의 표면 및/또는 내부에 촉매가 담지되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 예컨대 디젤 엔진이 저속이나 저부하 상태로 운전되어 배기계의 온도가 낮은 경우는 플라즈마 발생 전극(6)에 의해 비열 플라즈마를 발생시켜 NO를 NO₂로 산화시키며, 또한, 디젤 엔진이 통상 운전으로 되어 배기계의 온도가 촉매가 활성화하는 온도, 예컨대 400∼500℃가 된 경우는 비열 플라즈마와 촉매를 병용하거나 비열 플라즈마의 발생을 정지하고 촉매만으로 산화 반응을 행할 수 있다. 이 때문에 배기 가스 중의 NO를 NO₂로 산화시키는 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 비열 플라즈마를 발생하기 위한 전력 소비를 저감시킬 수 있다. 또한, 촉매로서는 특별히 한정되는 것은 없지만, Pt, Pd, Rh, K, Ba, Li 및 Na로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 촉매를 적합한 예로서 들 수 있다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(1)는 도 3에 도시한 바와 같이 케이스체(2)의 배기계(8) 상류측에 케이스체(2)로 유입되는 배기 가스의 적어도 일부에 포함되는 수분을 제거하기 위한 탈수 수단(30)을 추가로 구비한 것이 바람직하다. 본 실시형태에 이용되는 탈수 수단(30)은 열교환기에 의해 배기 가스를 냉각하여 액화된 수분을 드레인(31)에 의해 배출하는 것이다. 원래, 비열 플라즈마는 배기 가스에 포함되는 NO 이외의 분자도 산화나 여기시키기 때문에, 대량의 수분을 포함한 배기 가스는 NO가 NO₂로 산화하는 효율을 저하시키게 된다. 특히, 연소에 의한 배기 가스에는 대량의 수분을 포함하고 있는 것이 많고, 배기 가스 처리 장치(1)가 탈수 수단(30)을 추가로 구비한 구성으로 함으로써 NO를 NO₂로 산화시키는 효율을 향상시킴과 동시에 비열 플라즈마를 발생시키기 위한 전력 소비를 저감시킬 수 있다.

도 3에 있어서, 배기 가스를 냉각하여 탈수하는 탈수 수단(30)에 관해서 설명했는데, 배기 가스중의 수분을 제거할 수 있는 것이라면, 예컨대 배기 가스를 압축하여 수분의 분압을 상승시켜 탈수하는 탈수 수단이나, 흡착제에 수분을 흡착시키는 탈수 수단이어도 좋다. 또한, 케이스체(2)와 탈수 수단(30)은 탈수 수단(30)이 배기계(8)의 상류측에 위치하고 있으면 어떠한 위치관계라도 좋고 케이스체(2)와 탈수 수단(30)은 접해 있어도 좋고 떨어져 있어도 좋다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(1)는 도 4에 도시한 바와 같이 케이스체(2)의 배기계(8) 하류측에 NO_x 처리 수단(32)을 추가로 구비한 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 배기 가스 처리 장치(1)에 의해 처리한 가스를 유해 물질인 NO_x를 포함하지 않는 상태로 외부에 배출할 수 있다. NO_x 처리 수단(32)으로서는, 예컨대 NO_x 흡장 환원 촉매(absorbtion-reduction catalyst)를 담지한 허니컴 구조체나 요소 SCR(Selective Catalytic Reduction) 등을 적합한 예로서 들 수 있다. 또한, 케이스체(2)와 NO_x 처리 수단(32)은 NO_x 처리 수단(32)이 배기계(8)의 하류측에 위치하고 있으면 어떠한 위치 관계라도 좋고, 케이스체(2)와 NO_x 처리 수단(32)은 접해 있어도 좋고 떨어져 있어도 좋다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(1)는 도 5에 도시한 바와 같이 허니컴 필터(3)를 통과한 후의 배기 가스를 배기계(8)의 상류측으로 되돌리는 바이패스(33)를 설치하여 배기 가스가 처리 장치(1) 내를 순환하는 구성으로 해도 좋다. 비열 플라즈마에 의해서 생성한 NO₂는 허니컴 필터(3)의 칸막이 벽에 퇴적된 매연과 반응함으로써 NO로 환원되기 때문에, 허니컴 필터를 통과한 후의 배기 가스를 재차 배기계(8)의 상류측으로 되돌리고 재순환시킴으로써 매연을 제거하는 효율을 상승시킬 수 있다.

다음에, 본 발명(제1 발명)의 배기 가스 처리 장치의 다른 실시형태를 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(41)는 펄스 전극(44)과 어스 전극(45)이 사각기둥의 허니컴 필터(43)의 대향하는 외주면에 배치되는 것 이외는 도 1에 도시한 배기 가스 처리 장치(1)와 마찬가지로 구성되어 있다. 도 1에 도시한 각 요소와 공통되는 요소에 관해서는 도 1과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이와 같이 구성함으로써 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터(43)에 의해 고정밀도로 포집하고, 포집된 입자형 물질 중의 매연 등을 간편하고 또한 저에너지로 산화 제거하여 허니컴 필터(43)를 재생하는 것이 가능함과 동시에 종래의 비열 플라즈마를 이용한 배기 가스 처리 장치와 비교하여 소형화가 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 이용되는 허니컴 필터(43)는 도 1에 도시한 허니컴 필터(3)와 같은 재료로 이루어지는 것을 적합하게 이용할 수 있고, 특히 코디어라이트, 사이알론 및 질화규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 전기적 절연 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 허니컴 필터(43)의 외주면을 전기적 절연 재료를 이용하여 코팅한 허니컴 필터(43)도 적합하게 이용할 수 있다.

플라즈마 발생 전극(46)을 구성하는 펄스 전극(44) 및 어스 전극(45)의 재료로서는 도 1에 도시한 펄스 전극(4) 및 어스 전극(5)의 재료와 같은 것을 적합하게 이용할 수 있다. 펄스 전극(44) 및 어스 전극(45)은 허니컴 필터(43)의 외주면에 대향 배치하여 허니컴 필터(43)의 전체에 비열 플라즈마가 발생될 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이라도 좋다. 또한, 펄스 전극(44)과 전원(7)은 전기적으로 접속한 상태로 배치하고 어스 전극(45)은 접지한 상태로 배치한다. 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(41)를 자동차 등에 설치하는 경우는 어스 전극(45)을 자동차 등의 어스에 전기적으로 접속시키더라도 좋다.

펄스 전극(44)과 어스 전극(45)을 허니컴 필터(43)의 대향하는 외주면에 접하여 배치하는 경우는 전술한 금속 페이스트에 의한 프린트법에 의해서 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(41)는, 케이스체(2)의 배기계(8) 상류측에 케이스체(2)로 유입되는 배기 가스의 적어도 일부에 포함된 수분을 제거하기 위한 전술한 탈수 수단과 같이 구성된 탈수 수단을 추가로 구비한 것이어도 좋고, 또한, 케이스체(2)의 배기계(8) 하류측에 전술한 NO_x 처리 수단과 같이 구성된 NO_x 처리 수단을 추가로 구비한 것이라도 좋다. 또한, 배기 가스 처리 장치(41)에 전술한 바이패스와 같이 구성된 바이패스를 배치하여 배기 가스가 순환하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 본 실시형태에서는 도 7에 도시한 바와 같이 허니컴 필터(43)를 복수(도 7에서는 6개) 조합하여 펄스 전극(44)과 어스 전극(45)을 각 허니컴 필터(43)의 대향하는 외주면에, 복수의 허니컴 필터(43)의 전체에 비열 플라즈마가 발생하는 상태로 배치한 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 대형 내연 기관 등으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하기 위한 대용량 타입의 배기 가스 처리 장치에 있어서도 허니컴 필터(43)의 전체에 비열 플라즈마가 발생하여 효율적이고도 균일하게 허니컴 필터(43)를 재생할 수 있다.

다음에, 본 발명(제2 발명)의 배기 가스 처리 장치의 일실시형태를 도 8을 이용하여 설명한다. 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(51)는 연소 가스의 배기계(58) 중에 설치되어 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집ㆍ제거하는 데에 이용되는 배기 가스 처리 장치(51)로서, 배기계(58)에 접속되어 배기 가스의 메인 유로를 이루는 케이스체(52)와, 케이스체(52)의 내부에 메인 유로를 차단하도록 배치되고, 배기 가스의 필터 유로를 이루도록 칸막이 벽에 의해 구획된 복수의 셀을 가지며 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집하는 허니컴 필터(53)와, 적어도 한 쪽이 허니컴 필터(53)와 접하도록 배치된 펄스 전극(54) 및 어스 전극(55)으로 구성되어 펄스 전극(54)과 어스 전극(55) 사이에 비열 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 플라즈마 발생 전극(56)을 구비하고, 케이스체(52)로 유입된 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터에 의해 포집함과 동시에, 플라즈마 발생 전극(56)을 구성하는 펄스 전극(54)과 어스 전극(55) 사이에 발생시킨 비열 플라즈마에 의해서 배기 가스에 포함되는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜, 얻어진 이산화질소에 의해 칸막이 벽의 표면에 포집되어 퇴적된 입자형 물질 중 가연성 물질, 예컨대 매연 등을 산화 제거함으로써, 허니컴 필터(53)를 재생하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다. 본 실시형태에 있어서는 허니컴 필터(53)의 셀 내에 배기 가스가 유입되는 쪽의 단부면에서 배기 가스가 유출되는 쪽의 단부면 근방까지 막대 형상의 펄스 전극(54)이 삽입된 상태로 배치되고, 허니컴 필터(53)의 외주면에 어스 전극(55)이 배치된 구성으로 되어있다.

이와 같이 구성함으로써, 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터(53)에 의해 고정밀도로 포집하고, 포집된 입자형 물질 중의 매연을 간편하고 또한 저에너지로 산화 제거하여 허니컴 필터(53)를 재생할 수 있는 동시에, 종래의 비열 플라즈마를 이용한 배기 가스 처리 장치와 비교하여 소형화가 가능해진다. 또한, 본 실시형태에서는 비열 플라즈마가 허니컴 필터(53)의 내부에서 발생되기 때문에 산화된 NO₂를 포함하는 배기 가스를 여기 상태대로 매연 등과 반응시킬 수 있고, 또한 허니컴 필터의 칸막이 벽에 퇴적된 매연 등도 비열 플라즈마에 의해 반응하기 쉬운 상태로 되기 때문에 반응 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 비열 플라즈마에 의해 발생한 오존(O₃) 등의 라디칼도 에너지를 손실하기 전에 매연 등과 반응시켜서 산화 반응을 촉진시켜 허니컴 필터(53)의 재생 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 펄스 전극(54)에 전압을 인가하기 위한 전원(57)을 추가로 구비한 것이 바람직하다. 이 배기 가스 처리 장치(51)가 자동차 등에 설치되는 경우는 자동차의 배터리 등의 전원을 공유할 수도 있지만, 이와 같이 구성함으로써 안정된 비열 플라즈마를 발생할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 전원(57)으로부터 공급되는 전류가 도 1에 도시한 전원(7)과 같이 구성된 것을 적합하게 이용할 수 있다.

본 실시형태에 이용되는 케이스체(52)의 재료로서는 그 내부에 비열 플라즈마를 유효하게 발생시킬 수 있는 것이면 특별히 제한은 없지만 알루미나를 적합한 예로서 들 수 있다.

본 실시형태에 이용되는 허니컴 필터(53)는 도 1에 도시한 배기 가스 처리 장치(1)에 이용되는 허니컴 필터(3)와 같이 구성된 것을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 허니컴 필터(53)의 형상도 전술한 바와 같이 원통형으로 한정되는 것은 아니다.

펄스 전극(54) 및 어스 전극(55)의 재료로서는 도전성이 높은 금속을 이용하는 것이 바람직하며, 예컨대, 철, 금, 은, 동, 티탄, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 성분을 포함하는 금속을 적합한 예로 들 수 있다. 본 실시형태에서는 펄스 전극(54)의 형상은 허니컴 필터(53)와 대략 동일한 길이의 막대 형상이면서 허니컴 필터(53)의 셀 내에 삽입할 수 있는 형상의 것이며, 또 어스 전극(55)의 형상은 허니컴 필터(53)의 외주면 전역을 덮는 형상으로서 허니컴 필터(53)와 접하도록 구성되어 있다. 이 때, 어스 전극(55)은 금속 페이스트에 의한 프린트법에 의해 배치하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는 펄스 전극(54)과 어스 전극(55) 중 적어도 한 쪽이 허니컴 필터(53)와 접하도록 구성되어 있으면 되고, 펄스 전극(54) 및 어스 전극(55)의 형상은 도 8에 도시한 형상으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 펄스 전극(54)과 전술한 전원(57)은 전기적으로 접속한 상태로 배치하고, 어스 전극(55)은 접지한 상태로 배치한다. 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(51)를 자동차 등에 설치하는 경우는 어스 전극(55)을 자동차 등의 어스에 전기적으로 접속시킨 구성으로 해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 이용되는 허니컴 필터(53)는 전술한 바와 같이 그 칸막이 벽의 표면 및/또는 내부에 촉매가 담지되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 도 1에 도시한 배기 가스 처리 장치(1)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(51)는 케이스체(52)의 배기계(58) 상류측에 케이스체(52)로 유입되는 배기 가스의 적어도 일부에 포함되는 수분을 제거하기 위한 전술한 탈수 수단과 같이 구성된 탈수 수단을 추가로 구비한 것이라도 좋고, 또한 케이스체(52)의 배기계(58) 하류측에 상술한 NO_x 처리 수단과 같이 구성된 NO_x 처리 수단을 추가로 구비한 것이라도 좋다. 또한, 배기 가스 처리 장치(51)에 전술한 바이패스와 같이 구성된 바이패스를 배치하여 배기 가스가 순환하는 구성으로 해도 좋다.

또한, 본 실시형태에서는 도 9에 도시한 바와 같이 허니컴 필터(53)를 복수(도 9에서는 6개) 조합하여 펄스 전극(54)과 어스 전극(55)을 각 허니컴 필터(53)의 대향하는 외주면에, 복수의 허니컴 필터(53)의 전체에 비열 플라즈마가 발생하는 상태로 배치한 구성으로 해도 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 대형 내연 기관 등의 배기계에 설치하는 경우라도 허니컴 필터(53)의 전체에 비열 플라즈마가 발생하여 효율적이면서도 균일하게 허니컴 필터(53)를 재생할 수 있다.

다음에, 본 발명(제2 발명)의 배기 가스 처리 장치의 다른 실시형태를 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10에 도시한 바와 같이 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(61)는 펄스 전극(64)이 메쉬형의 절연판(69)에 금속제의 바늘(70)을 복수 배치하여 형성된 것 이외는, 도 8에 도시한 배기 가스 처리 장치(51)와 같이 구성되어 있다. 도 8에 도시한 각 요소와 공통되는 요소에 대해서는 도 8과 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이와 같이 구성함으로써, 비열 플라즈마가 허니컴 필터(53)의 배기 가스 입구측 단부면의 근방에서 발생하여 비열 플라즈마에 의해 산화된 NO₂를 포함하는 배기 가스를 여기 상태대로 매연 등과 반응시킬 수 있어, 지금까지 설명한 배기 가스 처리 장치와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

본 실시예에서는 도 6에 도시한 바와 같이 배기 가스의 메인 유로를 이루는 아크릴 수지제의 케이스체(2) 내부에 이 메인 유로를 차단하도록 전기 절연성이 높은 코디어라이트를 이용하여 형성한 허니컴 필터(43)를 배치하고, 이 허니컴 필터(43)의 대향하는 외주면상에, 메쉬 사이즈가 2.6㎜×2.6㎜인 스테인레스제의 펄스 전극(44)과, 메쉬 사이즈가 2.6㎜×2.6㎜인 스테인레스에 불소 수지를 코팅한 어스 전극(45)을 배치한 배기 가스 처리 장치(41)를 제작했다.

허니컴 필터(43)는 그 형상이 배기 가스의 유동 방향의 길이가 152㎜이고 단부면이 폭 48㎜×높이 24㎜의 사각기둥으로 셀 밀도가 16 셀/㎠, 칸막이 벽의 두께가 0.43㎜이며, 금속제의 입구 부재를 이용하여 압출 성형하여 형성했다.

또한, 전원으로서는 스위칭 소자로서 SI 사이리스터를 이용한 고전압 펄스 전원[니폰가이시(주) 제조]을 이용했다. 이 고전압 펄스 전원은 정격 부하에 최대 약 45 ㎸ 전압을 인가할 수 있고, 주파수는 80∼500㎐의 범위에서 변화시킬 수 있다.

전술한 바와 같이 제작한 배기 가스 처리 장치(41)에 도 11에 도시한 바와 같이 외부 공기를 압축기(71)로써 압축하고 필터(72)로써 미립자를 제거하여 건조제로써 수분을 제거한 건조 공기와, 2%의 NO 혼합 가스가 충전된 가스봄베(73)로부터 공급된 NO 가스를 각각 매스 플로우 컨트롤러(74)를 이용하여 소정 농도 및 유량이 되도록 조정한 NO 혼합 가스를 도입하여, 인가 전압과 전류를 오실로스코프[요코가와 전기(주) 제조: DL1740-lGS/s](75)와 고전압 프로브[소니테크트로닉스(주) 제조: P6015A]와 전류 프로브[소니테크트로닉스(주) 제조: P6021]를 이용하여 측정했다. 측정 결과를 도 12에 도시한다. 방전 전력은 오실로스코프(75)로 전압과 전류 파형의 곱의 파형의 플러스 면적에 펄스 주파수를 거는 것으로 구했다.

다음에, 고전압 펄스 전원으로 전압을 인가하여 플라즈마 처리를 하고, 오존 제거용 히터(76)에 통과시킨 뒤의 처리 가스 중 NO, NO₂, NO_x 및 N₂O의 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정했다. 측정 결과를 도 13에 도시한다. NO의 최대 감소량은 197 ppm으로, 약 70%의 NO를 NO₂로 산화시킬 수 있었다.

다음에, 배기 가스 처리 장치(41)의 허니컴 필터(43)에 2.l g/L의 매연을 부착하여 허니컴 필터(43)의 단부면에서의 온도를 250℃로 유지한 상태로 NO 농도를 310 ppm으로 조정한 NO 혼합 가스를 도입하여 펄스 전극과 어스 전극 사이에 비열 플라즈마를 발생시켰을 때의 허니컴 필터(43)의 압력 손실을 측정했다. 시간 경과에 의한 허니컴 필터(43)의 압력 손실의 측정 결과를 도 14에 도시한다. 또한, 동시에 배기 가스 처리 장치(41)(도 11 참조)로 처리된 배기 가스인 NO, NO₂, NO_x, N₂O, CO, CO₂및 O₂의 농도를 가스 분석기(77)(도 11 참조)를 이용하여 측정했다. 측정 결과를 도 15에 도시한다.

도 14에 도시한 그래프로부터 비열 플라즈마 발생시에 허니컴 필터(43)(도 11 참조)의 압력 손실이 저하하여 허니컴 필터(43)(도 11 참조)의 재생이 행하여지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 15에 도시한 그래프로부터 도 13에 도시한 바와 같은 비열 플라즈마 발생시의 NO₂의 농도 증가가 확인되지 않고, CO₂및 CO의 농도가 증가하고 있는 것으로부터 비열 플라즈마에 의해 산화된 NO₂의 대부분이 매연과 반응하고 있는 것을 알 수 있다.

전술한 측정을 끝낸 뒤 허니컴 필터(43)(도 11 참조)를 배기 가스 처리 장치(41)(도 11 참조)로부터 추출하여 허니컴 필터(43)(도 11 참조)의 내면 및 외면을 눈으로 확인한 바, 매연이 제거되어 있는 것이 확인되었다.

(실시예 2)

본 실시예에서는 배기 가스의 메인 유로가 되는 석영 유리제의 케이스체 내부에 이 메인 유로를 차단하도록 전기 절연성이 높은 코디어라이트를 이용하여 형성한 허니컴 필터를 배치하고, 이 허니컴 필터의 각 단부면으로부터 8㎜의 위치에 메쉬형의 스테인레스판에 길이 7㎜의 스테인레스제 바늘을 복수 설치하여 구성된 펄스 전극과 어스 전극을 배치한 배기 가스 처리 장치를 제작했다. 본 실시예에서는 허니컴 필터에 4.1 g/L의 매연을 부착하여 허니컴 필터의 질량은 55.2525 g이였다.

전술한 바와 같이 제작한 배기 가스 처리 장치를 도 11에 도시한 것과 마찬가지로 구성된 측정 플로우 및 측정 장치를 이용하여, 허니컴 필터의 단부면에서의 온도를 200℃로 유지한 상태에서 NO 농도를 320 ppm으로 조정한 NO 혼합 가스를 유량 3 L/min으로 도입하고, 소비 전력 1.36 W에서 비열 플라즈마를 발생시켜 인가 전압과 전류, 비열 플라즈마를 발생시켰을 때의 허니컴 필터의 압력 손실 및 배기 가스 처리 장치에 의해 처리된 배기 가스인 NO, NO_x, N₂O, CO 및 CO₂의 농도를 측정했다. 각 측정 결과를 도 16∼도 18에 도시한다.

본 실시예에서도 실시예 1과 마찬가지로 비열 플라즈마 발생시에 허니컴 필터의 압력 손실이 저하하고, 동시에 CO₂및 CO의 농도가 증가하고 있는 것으로부터 허니컴 필터의 재생이 행하여지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 비열 플라즈마 발생 후의 허니컴 필터의 질량을 측정한 바, 질량이 0.2481 g 감소하여 55.0044 g으로 되었고, 허니컴 필터에 부착한 매연은 산화 제거된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 18에 도시한 측정 결과에 따르면 NO₂의 환원량 이상으로 CO₂및 CO의 농도가 증가하고 있는 것으로부터, 비열 플라즈마에 의해 다른 래디컬, 예컨대 O, OH, O₃등이 매연을 산화시켜 허니컴 필터의 재생을 촉진하고 있다고 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의해서 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 허니컴 필터에 의해 고정밀도로 포집하고, 포집한 입자형 물질 중의 가연성 물질을 간편하고 또한 저에너지로 산화 제거하여 허니컴 필터를 재생하는 것이 가능함과 동시에, 종래의 비열 플라즈마를 이용한 배기 가스 처리 장치와 비교하여 소형화가 가능한 배기 가스 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims

연소 가스의 배기계 중에 설치되어 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집ㆍ제거하는 데에 이용되는 배기 가스 처리 장치로서,

상기 배기계에 접속되어 상기 배기 가스의 메인 유로를 이루는 케이스체와, 상기 케이스체의 내부에 상기 메인 유로를 차단하도록 배치되고, 상기 배기 가스의 필터 유로를 이루도록 칸막이 벽에 의해서 구획된 복수의 셀을 가지며, 상기 배기 가스에 포함되는 상기 입자형 물질을 포집하는 허니컴 필터와, 상기 허니컴 필터를 서로 사이에 두도록 대향 배치된 펄스 전극 및 어스 전극으로 구성되고, 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 비열 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 플라즈마 발생 전극을 구비하며,

상기 케이스체로 유입된 상기 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 상기 허니컴 필터에 의해 포집함과 동시에, 상기 플라즈마 발생 전극을 구성하는 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 발생시킨 비열 플라즈마에 의해 상기 배기 가스에 포함되는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜, 얻어진 상기 이산화질소에 의해 상기 칸막이 벽의 표면에 포집되어 퇴적된 상기 입자형 물질 중의 가연성 물질을 산화 제거함으로써, 상기 허니컴 필터를 재생하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.
연소 가스의 배기계 중에 설치되어 배기 가스에 포함되는 입자형 물질을 포집ㆍ제거하는 데에 이용되는 배기 가스 처리 장치로서,

상기 배기계에 접속되어 상기 배기 가스의 메인 유로를 이루는 케이스체와, 상기 케이스체의 내부에 상기 메인 유로를 차단하도록 배치되고, 상기 배기 가스의 필터 유로를 이루도록 칸막이 벽에 의해 구획된 복수의 셀을 가지며, 상기 배기 가스에 포함되는 상기 입자형 물질을 포집하는 허니컴 필터와, 적어도 한 쪽이 상기 허니컴 필터와 접하도록 배치된 펄스 전극 및 어스 전극으로 구성되어, 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 비열 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 플라즈마 발생 전극을 구비하고,

상기 케이스체에 유입된 상기 배기 가스 중에 포함되는 입자형 물질을 상기 허니컴 필터에 의해서 포집함과 동시에, 상기 플라즈마 발생 전극을 구성하는 상기 펄스 전극과 상기 어스 전극 사이에 발생시킨 비열 플라즈마에 의해 상기 배기 가스에 포함되는 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜, 얻어진 상기 이산화질소에 의해 상기 칸막이 벽의 표면에 포집되어 퇴적된 상기 입자형 물질 중의 가연성 물질을 산화 제거함으로써, 상기 허니컴 필터를 재생하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펄스 전극에 전압을 인가하기 위한 전원을 더 구비한 것인 배기 가스 처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 전극은 금속 페이스트에 의한 프린트법에 의해 상기 허니컴 필터의 외주면에 배치되는 것인 배기 가스 처리 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허니컴 필터의 재질은 코디어라이트, 탄화규소, 사이알론 및 질화규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료로 이루어지는 것인 배기 가스 처리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허니컴 필터의 셀 밀도는 15∼60 셀/㎠이며, 상기 칸막이 벽의 두께는 0.2∼0.5 ㎜이고, 상기 허니컴 필터의 단부면의 밀봉 깊이는 1∼20 ㎜인 것인 배기 가스 처리 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스체의 상기 배기계 상류측에는 상기 케이스체로 유입되는 상기 배기 가스의 적어도 일부에 포함되는 수분을 제거하기 위한 탈수 수단을 더 구비한 것인 배기 가스 처리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 허니컴 필터의 상기 칸막이 벽의 표면 및/또는 내부에 촉매가 담지되는 것인 배기 가스 처리 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스체의 상기 배기계 하류측에는 NO_x 처리 수단을 더 구비한 것인 배기 가스 처리 장치.
제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전원으로부터 공급되는 전류는, 전압이 1㎸ 이상인 직류 전류, 피크 전압이 1㎸ 이상이고 1초당의 펄스 수가 1이상인 펄스 전류, 피크 전압이 1㎸ 이상이고 주파수가 1이상인 교류 전류, 또는 이들 중 어느 두개를 중첩하여 이루어진 전류인 것인 배기 가스 처리 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 디젤 엔진의 연소 가스의 배기계 중에 설치된 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.