KR20060017527A - 배기 방출 제어 장치 - Google Patents

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KR20060017527A
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KR1020057023075A
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요시히데 다케나카
고이치 마치다
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히노 지도샤 가부시키가이샤
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Abstract

배기 G 유통방향으로 연장되는 통형상의 외측 전극(7)과, 파티큘레이트를 포집 가능한 도전성 필터로 이루어지고 또한 외측 전극(7)의 내부에 배기 G 유통 방향으로 나란히 배열한 복수의 내측 전극(5, 6)과, 내측 전극(5, 6)의 파티큘레이트 포집량을 추정하는 포집량 추정수단(2)과, 포집량 추정수단(2)의 산출치에 기초하여 외측 전극(7)과 임의의 내측 전극(5, 6)에 방전 발생용 전력을 공급하는 방전 제어유닛(3)으로, 전력 소비가 적은 배기 정화 장치를 구성하고 있다.
배기, 분할 전극, 포집, 전성 필터, 방전 제어 유닛.

Description

배기 정화 장치{EXHAUST GAS-PURIFYING DEVICE}
본 발명은 배기 정화 장치에 관한 것이다.
디젤엔진의 배기(경유의 연소가스)에는 탄소질로 이루어지는 매연, 및 고비점 탄화수소 성분으로 이루어지는 SOF분(Soluble Organic Fraction: 가용성 유기성분)을 주성분으로 하고, 미소량의 설페이트(Sulphate; 미스트상 황산성분)가 더해진 조성의 파티큘레이트(Particulate Matter: 입자상 물질)가 포함되어 있다.
이 파티큘레이트의 대기 중으로의 확산을 억제하기 위해서, 엔진 배기계통에 파티큘레이트 포집용의 필터를 부착하는 것이 실시되고 있다.
파티큘레이트 필터의 일 예로서는, 코어디어라이트(cordierite) 등의 세라믹스에 의해 하니콤(honeycomb) 코어를 형성하고, 상기 하니콤 코어의 다공질 박벽으로 구분되는 다수의 통로에 엔진 배기를 유통시키는 것이 있다.
상기 파티큘레이트 필터에서는 평행하게 나란히 배열되는 다수의 통로의 일단부분을 하나 걸러서 봉쇄하고, 여기에 인접하는 가스 통로의 비봉쇄의 일단부분으로 엔진 배기를 유도하도록 하고, 또한, 엔진 배기가 유입되는 가스 통로의 타단부분을 봉쇄하고, 여기에 인접하는 가스 통로의 비봉쇄의 타단부분을 머플러에 접속하고 있다.
즉, 엔진 배기에 포함되어 있는 파티큘레이트를 다공질 박벽에서 포집하고, 상기 다공질 박벽을 투과한 배기만을 대기 중으로 방출한다.
또한, 다공질 박벽에 부착된 파티큘레이트는 배기 온도가 높아지는 영역으로 엔진 운전상태가 이행하였을 때에 자연 착화하여 산화 처리된다.
그런데, 주로 시가지를 운행하는 노선 버스 등에서는, 일반적으로 주행 속도가 낮고, 파티큘레이트의 산화 처리에 적합한 배기 온도를 얻을 수 있는 엔진 운전 상태가 계속될 기회가 적기 때문에, 파티큘레이트의 포집량이 산화 처리량을 상회하여, 다공질 박벽이 폐색되어 버린다.
그래서 최근에는 배기 온도가 낮아도 파티큘레이트를 산화 처리 가능한 플라즈마 어시스트형의 배기 정화 장치(가스처리 반응기)가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조)
이 배기 정화 장치에서는 스테인리스제 원통체에 천공 가공을 실시한 외측 전극 및 내측 전극을 챔버 내에 동축으로 배치하고, 상기 양 전극 사이의 틈에 유전체로 이루어지는 펠릿을 처리대상의 엔진 배기가 통과할 수 있도록 충전하여, 챔버와 외측 전극 사이의 틈으로 엔진 배기를 유도하도록 하고 있다.
즉, 챔버와 외부전극 사이에서 펠릿 충전층에 송급되는 엔진 배기에 포함되어 있는 파티큘레이트를 펠릿에 부착시키고, 펠릿 충전층을 통과한 엔진 배기만을 대기 중으로 방출한다.
그리고 또한, 내측 전극과 외측 전극에 고전압을 인가하여, 방전 플라즈마를 발생시켜 엔진 배기를 여기하고, 미연의 탄화수소, 산소, 일산화질소를, 함산소탄 화수소, 오존, 이산화질소로 활성화한다.
이로써, 배기 온도가 낮은 경우라도, 펠릿에 부착된 파티큘레이트가 자연 착화하여 산화 처리된다.
특허문헌 1: 일본 국제공개특허공보 제2002-501813호
그러나, 상술한 바와 같은 플라즈마 어시스트형의 배기 정화 장치에서는, 포집되는 파티큘레이트의 양적 분포가 반드시 배기의 유통 방향으로 균일하다고는 한정하지 않는 데다가, 내측 전극과 외측 전극의 전반에 걸쳐 방전 플라즈마를 발생시키기 때문에, 전력 소비가 과대하게 된다.
본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 전력 소비가 적은 배기 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 국면에서는, 배기 유통 방향으로 연장되는 일체 전극과, 파티큘레이트를 포집 가능한 도전성 필터로 이루어지고 또한 배기 유통 방향으로 나란히 배열되는 복수의 분할 전극과, 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급하는 방전 제어 유닛을 구비하고 있다. 각각의 분할 전극이 포집한 파티큘레이트의 양을 추정하는 포집량 추정수단을 더 설치하고, 상기 포집량 추정수단의 산출치에 기초하여 상기 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급할 수 있다.
본 발명의 제 2 국면에서는 배기 유통 방향으로 연장되는 일체 전극과, 배기유통 방향으로 나란히 배열되는 복수의 분할 전극과, 양 전극의 사이에 개재하고 또한 파티큘레이트를 포집 가능한 필터와, 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급하는 방전 제어 유닛을 구비하고 있다. 필터의 파티큘레이트 포집량 분포를 추정하는 포집량 추정수단을 더 설치하고, 상기 포집량 추정수단의 산출치에 기초하여 상기 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급할 수 있다.
본 발명의 제 1 국면에서는 일체 전극 및 파티큘레이트의 포집량이 과다하게 된 특정한 분할 전극에 대하여, 방전 제어유닛으로부터 방전 발생용 전력을 공급하고, 파티큘레이트를 산화 처리한다. 분할 전극이 포집한 파티큘레이트의 양은 포집량 추정수단에 의해 산출할 수 있다.
본 발명의 제 2 국면에서는 일체 전극 및 필터의 파티큘레이트의 포집량이 과다하게 된 부분에 대응하는 특정한 분할 전극에 대하여, 방전 제어유닛으로부터 방전 발생용 전력을 공급하고, 파티큘레이트를 산화 처리한다. 필터의 파티큘레이트 포집량 분포는 포집량 추정수단에 의해 산출할 수 있다.
본 발명의 배기 정화 장치에 의하면, 하기와 같은 여러가지 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
(1)본 발명의 제 1 국면에서는 일체 전극 및 파티큘레이트의 포집량이 과다하게 된 특정한 분할 전극에 대하여, 방전 제어유닛으로부터 방전 발생용 전력을 공급하기 때문에, 소비전력의 저감을 도모할 수 있다.
(2)분할 전극이 포집한 파티큘레이트의 양은 포집량 추정수단에 의해 산출할 수 있다.
(3)본 발명의 제 2 국면에서는 일체 전극 및 필터의 파티큘레이트의 포집량이 과다하게 된 부분에 대응하는 특정한 분할 전극에 대하여, 방전 제어유닛으로부터 방전 발생용 전력을 공급하기 때문에, 소비전력의 저감을 도모할 수 있다.
(4)필터의 파티큘레이트 포집량 분포는 포집량 추정수단에 의해 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 배기 정화 장치의 제 1 실시예를 도시하는 개념도.
도 2는 본 발명의 배기 정화 장치의 제 2 실시예를 도시하는 개념도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2: 포집량 추정수단 3: 방전 제어유닛
5: 내측 전극(분할 전극) 6: 내측 전극(분할 전극)
7: 외측 전극(일체 전극) 22: 포집량 추정수단
23: 방전 제어유닛 25: 내측 전극(분할 전극)
26: 내측 전극(분할 전극) 27: 내측 전극(분할 전극)
28: 외측 전극(일체 전극) 30: 필터
G: 배기
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 관련시켜 설명한다.
도 1은 본 발명의 배기 정화 장치의 제 1 실시예를 도시하는 것으로, 이 배기 정화 장치는 포집 셀(1), 포집량 추정수단(2), 및 방전 제어유닛(3)을 구비하고 있다.
포집 셀(1)은 정화의 대상이 되는 배기 G의 유통경로에 부착한 하우징(4)과, 파티큘레이트를 포집 가능한 도전성 필터로 형성되고 또한 하우징(4) 내부에 배기 G의 유통방향에 동축으로 나란히 배열되는 복수의 중공형상의 내측 전극(분할 전극; 5, 6)과, 상기 내측 전극(5, 6)을 둘레 방향으로 둘러싸도록 하우징(4) 내부에 설치한 통형상의 외측 전극(일체 전극; 7)과, 상기 외측 전극(7)의 내면을 덮는 세라믹 등의 유전체(8)를 구비하고 있다.
또한, 배기 G의 유통경로에는 포집 셀(1)과는 별도로 코어디어라이트 등을 적용하는 파티큘레이트 필터가 부착되어 있다.
상기 도전성 필터로서는 섬유상 금속을 적층하여 소결에 의해 일체화한 것, 금속분말의 소결체, 미세한 금속 메쉬를 적층하여 소결에 의해 일체화한 것, 또는 미세한 금속 메쉬에 금속분말을 소결에 의해 담지시킨 것 등이 있고, 이들은 모두, 기체의 통과성을 확보하면서 파티큘레이트를 포집할 수 있다.
내측 전극(5)은 배기 G의 진행방향 상류 부근 단부가 닫혀지고 또한 하류부근 단부가 개구된 형상으로 되어 있고, 내측 전극(6)은 양단부분이 각각 개구된 형상으로 되어 있다.
내측 전극(5, 6)은 고리형상의 절연재(9)를 통하여 접속되고, 또한, 내측 전극(6) 및 외측 전극(7)의 배기 G의 진행방향 하류 부근 부분에는 이들 전극(6, 7)의 단부 전체 둘레에 접하도록 고리형상의 절연재(10)가 설치되어 있다.
절연재(9)는 내측 전극(5, 6) 상호의 전기적 절연성을 유지할 뿐만 아니라, 양 전극(5, 6)을 충분히 이격시키고, 양 전극(5, 6)간에서 방전이 발생하지 않도록 하고 있다.
즉, 엔진(도시하지 않음)으로부터 송출되는 배기 G는 포집 셀(1)의 내측 전극(5, 6) 외면과 유전체(8) 내면의 사이의 틈(11)에 유입되고, 내측 전극(5, 6)을 외방으로부터 내방으로 향하여 통과한 후, 이들 내측 전극(5, 6)의 내방의 공간을 거쳐 포집 셀(1)의 하류측의 머플러(도시하지 않음)로 유출되고, 파티큘레이트는 도전성 필터인 내측 전극(5, 6)에 포집되게 된다.
포집량 추정수단(2)은 서치용의 전력을 내측 전극(5, 6)에 통전하여 이들 검체(檢體)의 전기적 특성(저항치, 전류값, 전압치)을 계측하고, 미리 실측에 의해 얻은 양 전극(5, 6)의 파티큘레이트의 포집량과 파라미터인 전기적 특성의 상호 관계에 기초하여, 그 시점의 내측 전극(5, 6)의 파티큘레이트의 포집량을 산출하여, 신호를 출력하도록 구성되어 있다.
파티큘레이트의 주성분은 탄소(도전체)이기 때문에, 내측 전극(5)에 포집된 파티큘레이트의 양이 많아질수록, 포집량의 판정 요소가 되는 저항치는 낮아지고, 또한, 전류값은 높아져서, 전압치의 강하가 더욱 현저해진다.
즉, 비방전 시의 내측 전극(5, 6)의 전기적 특성치를 적절한 간격으로 계측함으로써, 내측 전극(5, 6)이 포집한 파티큘레이트의 양을 추정할 수 있다.
방전 제어유닛(3)에는 상기 포집량 추정수단(2)과 올터네이트 등의 차재 전원(12)이 접속되어 있다.
이 방전 제어유닛(3)은 포집량 추정수단(2)에 의해 얻은 현시점에서의 내측 전극(5, 6)의 파티큘레이트의 포집량이 미리 정해진 있던 값을 초과한 경우에, 외측 전극(7)과 파티큘레이트의 포집량이 과다하게 된 내측 전극(5, 6)과 전력을 공급하여 방전 플라즈마를 발생시키도록 구성되어 있다.
따라서, 내측 전극(5, 6) 중, 파티큘레이트의 포집량인 것과 외측 전극(7)의 사이에만 방전 플라즈마를 발생시키고, 오존이나 산소 라디칼 등에 의해 파티큘레이트를 산화 처리할 수 있다.
도 2는 본 발명의 배기 정화 장치의 제 2 실시예를 도시하는 것으로, 이 배기 정화 장치는 포집 셀(21), 포집량 추정수단(22), 및 방전 제어유닛(23)을 구비하고 있다.
포집 셀(21)은 정화의 대상으로 되는 배기 G의 유통경로에 부착된 하우징(24)과, 상기 하우징(24) 내부에 배기 G의 유통방향에 동축으로 나란히 배열되는 복수의 중공형상의 내측 전극(분할 전극; 25 내지 27)과, 이들 내측 전극(25 내지 27)을 둘레 방향으로 둘러싸도록 하우징(24) 내부에 설치한 통형상의 외측 전극(일체 전극; 28)과, 상기 외측 전극(28)의 내면을 덮는 세라믹 등의 유전체(29)와, 상기 내측 전극(25 내지 27) 외면과 유전체(29) 사이에 개재하는 파티큘레이트 포집용의 필터(30)를 구비하고 있다.
상기 내측 전극(25 내지 27)은 그 외면측으로부터 내면측으로 향하여 배기 G가 통과하고 또한 필터(30)를 보유할 수 있도록, 강성을 갖는 다공재로 형성되어 있다.
또한, 필터(30)에는 세라믹스 펠릿, 코어디어라이트 하니콤 등을 사용하고 있다.
내측 전극(25)은 배기 G의 진행방향 상류 부근 단부가 닫혀지고 또한 하류 부근 단부가 개구한 형상으로 되어 있고, 내측 전극(26, 27)은 양단 부분이 각각 개구한 형상으로 되어 있다.
내측 전극(25, 26)은 고리형상의 절연재(31)를 개재하여 접속되고, 또한, 내측 전극(26, 27)은 고리형상의 절연재(32)를 개재하여 접속되어 있다.
또한, 내측 전극(27) 및 외측 전극(28)의 배기 G의 진행 방향 하류 부근 부분에는, 이들 전극(27, 28)의 단부 전체 둘레에 접하도록 고리형상의 절연재(33)가 설치되어 있다.
각 절연재(31, 32)는 내측 전극(25 내지 27) 상호의 전기적 절연성을 보유할 뿐만 아니라, 이들 전극(25 내지 27)을 충분히 이격시켜, 전극(25, 26)간, 및 전극(26, 27)간에서 방전이 발생하지 않도록 하고 있다.
즉, 엔진으로부터 송출되는 배기 G는 포집 셀(21)의 내측 전극(25 내지 27)외면과 유전체(29) 내면의 사이의 필터(30)의 내부를 유통하고, 내측 전극(25 내지 27)을 외방으로부터 내방으로 향하여 통과한 후, 이들 내측 전극(25 내지 27)의 내측의 공간을 거쳐 포집 셀(21)의 하류측의 머플러(도시하지 않음)로 유출되고, 파티큘레이트는 필터(30)에 포집되게 된다.
포집량 추정수단(22)은 엔진회전수나 배기경로의 내압 등 부하정보를 검지하여, 미리 실측에 의해 얻은 필터(30)의 파티큘레이트의 포집량과 파라미터인 부하정보와의 상호 관계에 기초하여, 필터(30)의 파티큘레이트 포집량 분포를 산출하여 신호를 출력하도록 구성되어 있다.
방전 제어유닛(23)에는 상기 포집량 추정수단(22)과 올터네이트 등의 차재 전원(34)이 접속되어 있다.
이 방전 제어유닛(23)은 상기 파티큘레이트 포집량 분포의 데이터에 기초하여, 외측 전극(28)과 필터(30)의 파티큘레이트 포집량이 과다하게 된 부분에 대응하는 내측 전극(25 내지 27)에 전력을 공급하여 방전 플라즈마를 발생시키도록 구성되어 있다.
따라서, 내측 전극(25 내지 27) 중의 특정한 것과 외측 전극(28)의 사이에만방전 플라즈마를 발생시키고, 오존이나 산소 라디칼 등에 의해 파티큘레이트를 산화 처리할 수 있다.
또, 본 발명의 배기 정화 장치는 상술한 실시예에만 한정되지 않으며, 방전 플라스마 발생용의 전극으로서, 평판 대향형이나 격자형 등의 실시 형태로서 도시한 원통형과는 상이한 형상인 것을 사용하는 것, 분할 전극의 길이의 비율을 적절하게 변경하는 것, 그 외, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명의 배기 정화 장치는 여러 가지의 차종에 적용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 배기 유통 방향으로 연장되는 일체 전극과, 파티큘레이트를 포집 가능한 도전성 필터로 이루어지고 또한 배기 유통 방향으로 나란히 배열되는 복수의 분할 전극과, 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급하는 방전 제어 유닛을 구비하여 이루어지는 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 분할 전극이 포집한 파티큘레이트의 양을 추정하는 포집량 추정수단으로 더 이루어지고, 상기 포집량 추정수단의 산출치에 기초하여 상기 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급하여 이루어지는, 배기 정화 장치.
  3. 배기 유통 방향으로 연장되는 일체 전극과, 배기 유통 방향에 나란히 배열되는 복수의 분할 전극과, 양 전극의 사이에 개재하고 또한 파티큘레이트를 포집 가능한 필터와, 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급하는 방전 제어유닛을 구비하여 이루어지는 배기 정화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 필터의 파티큘레이트 포집량 분포를 추정하는 포집량 추정수단으로 더 이루어지고, 상기 포집량 추정수단의 산출치에 기초하여 상기 일체 전극과 임의의 분할 전극에 방전 발생용 전력을 공급하여 이루어지는, 배기 정화 장치.
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