KR20070105166A - Exhaust gas purifier for diesel engine and its control method - Google Patents

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Abstract

An exhaust gas purifier for a diesel engine and a control method thereof are provided to regenerate a porous filter within a limited range of power supplied from an alternator and a battery. An exhaust gas purifier for a diesel engine includes an exhaust gas purifying unit(20), a thermal energy storing unit(30), a bypass pipeline(15), an exhaust gas direction adjustment unit(18), and an energy supply unit(40). The exhaust gas purifying unit is arranged on an exhaust pipeline(10), and equipped with a porous filter for reducing contaminant from exhaust gas. The thermal energy storing unit is arranged on the exhaust pipeline formed in front of the exhaust gas purifying unit, and stores thermal energy during regeneration of the filter, and heats exhaust gas. The bypass pipeline is connected to a front end and a rear end of the thermal energy storing unit. The exhaust gas direction adjustment unit adjusts flow direction of exhaust gas by opening/shutting a pipeline connected to the thermal energy storing unit and the bypass pipeline. The energy supply unit supplies energy for operating the thermal energy storing unit.

Description

디젤 배출가스 정화 장치 및 그 제어방법{Exhaust gas purifier for diesel engine and its control method}Exhaust gas purifier for diesel engine and its control method

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 개략적으로 도시된 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 개략적으로 도시된 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 도시된 구성도이다.3 is a block diagram showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 도시된 구성도이다.4 is a block diagram showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 개략적으로 도시된 블록도이다.5 is a block diagram schematically showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 개략적으로 도시된 블록도이다.6 is a block diagram schematically showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

도 7은 종래 기술에서의 전력 공급량 및 BPT와 배출가스 온도 관계를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the relationship between the power supply amount and the BPT and the exhaust gas temperature in the prior art.

도 8은 본 발명에서의 전력 공급량 및 BPT와 열에너지 저장체, 배출가스 온 도 관계를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the relationship between the power supply amount and the BPT and the thermal energy storage body, the exhaust gas temperature in the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 : 배기 관로 15 : 바이패스 관로 10: exhaust pipe 15: bypass pipe

18 : 배출가스 방향조절수단 20, 20A : 배출가스 정화수단 18: exhaust gas direction control means 20, 20A: exhaust gas purification means

30 : 열에너지 저장수단 35 : 제2 배출가스 정화수단 30: heat energy storage means 35: second exhaust gas purification means

40 : 에너지 공급수단 40A : 마이크로파 발생수단 40: energy supply means 40A: microwave generating means

40B : 에너지 공급수단 50 : 검출수단 40B: energy supply means 50: detection means

60 : 전자제어수단60: electronic control means

본 발명은 디젤 엔진에서 발생하는 배출가스의 오염물질을 저감하는 디젤 배출가스 정화 장치에 관한 것으로서, 특히 필터에 누적된 매연을 감시 및 연소함으로써 적절한 시기에 필터를 재생할 수 있도록 한 디젤 배출가스 정화 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diesel exhaust gas purification device for reducing pollutants in exhaust gas generated from a diesel engine, and in particular, a diesel exhaust gas purification device for regenerating a filter at an appropriate time by monitoring and burning smoke accumulated in the filter. And a control method thereof.

디젤 배출가스 정화 장치는 디젤엔진이 배출하는 가스 내에 함유된 유해 성분을 연소시켜 제거하는 장치이다.The diesel exhaust gas purification device is a device that burns and removes harmful components contained in a gas discharged from a diesel engine.

'매연'이라는 용어는 연료의 연소에 의해 발생되는 미세 입자를 지칭하는 것으로서, 이것은 당업계에서 입자상 물질(particulate material, PM), 수우트(soot) 또는 미세 먼지로도 불린다.The term 'soot' refers to fine particles generated by the combustion of a fuel, which is also referred to in the art as particulate material (PM), soot or fine dust.

디젤 매연 필터(diesel particulate filter, DPF) 장치는 디젤 차량 등의 배기 관로에 장착하여 디젤 엔진에서 발생하는 배출가스 중 매연을 포집 및 연소한 뒤 대기 중으로 방출하는 장치를 말한다.Diesel particulate filter (DPF) is a device that is installed in an exhaust pipe of a diesel vehicle to capture and burn soot in the exhaust gas generated from a diesel engine and release it to the atmosphere.

균형 재생 온도(balance point temperature, BPT)는 상기 디젤 매연 필터에 포집되는 매연의 양과 연소되어 제거되는 양이 같아지는 배출가스 온도를 말한다.Balance point temperature (BPT) refers to an exhaust gas temperature at which the amount of soot collected in the diesel particulate filter is equal to the amount of combustion and removal.

이러한 장치의 일례로 미국특허 제6,709,489호를 들 수 있다. 상기 특허의 장치는 필터로서 코디어라이트(2MgO-2Al2O3-5SiO2) 재질의 하니콤형 필터를 사용하고 있다. 상기 필터는 배출가스의 진행 방향에 평행한 복수의 채널로 구성되어 있는데, 배출가스의 유입측에 대해 개방된 채널 및 폐쇄된 채널이 평면적으로 교번 형성된 구조를 갖고 있다. 상기 필터의 개방 채널로 유입된 배출가스는 개방 채널의 끝단 부근 또는 채널 벽에 매연을 축적하며, 나머지 배출가스는 채널 벽을 통한 소위 벽유동(wall-flow)을 통해 필터 외부로 배출된다. An example of such a device is US Pat. No. 6,709,489. The device of the patent uses a honeycomb filter made of cordierite (2MgO-2Al 2 O 3 -5SiO 2 ) as a filter. The filter is composed of a plurality of channels parallel to the traveling direction of the exhaust gas, and has a structure in which open channels and closed channels are alternately planarly formed on the inlet side of the exhaust gas. Exhaust gas introduced into the open channel of the filter accumulates soot near the end of the open channel or in the channel wall, and the remaining exhaust gas is discharged out of the filter through a so-called wall-flow through the channel wall.

이와 관련한 특허로는, 한국특허 제1994-0000808호, 미국특허 제6,809489 B2호, 미국특허 제6,328,779 B1호, 미국특허 제5,195,317호, 미국특허 제5,087,272호, 미국특허 제4,934,141호 등이 공지되어 있다.As related patents, Korean Patent No. 194-0000808, US Patent No. 6,809489 B2, US Patent No. 6,328,779 B1, US Patent No. 5,195,317, US Patent No. 5,087,272, US Patent No. 4,934,141, and the like are known. It is.

이와 같은 디젤 매연 필터 장치에서는 필터에 축적된 매연에 의해 채널 벽이 막히게 되므로, 이를 제거하여 필터를 재생하는 과정이 필요하다. 이때 필터의 재생을 위한 에너지원으로 마이크로파를 이용하고 있다. 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파는 상기 필터로 전송되어 상기 필터와 매연을 유전 가열하며, 필터와 매연의 가열에 의해 필터에 축적된 매연은 연소되어 제거된다.In such a diesel particulate filter device, the channel wall is blocked by the particulate smoke accumulated in the filter, and thus a process of regenerating the filter by removing it is required. At this time, microwave is used as an energy source for regeneration of the filter. The microwaves generated by the microwave generating means are transmitted to the filter to dielectrically heat the filter and the soot, and the soot accumulated in the filter by the heating of the filter and the soot is burned and removed.

디젤 매연 필터의 재생 과정에서 가장 중요한 사항 중의 하나는 재생에 필요한 소비에너지(소비전력 ㅧ 재생시간)이다. 특히 차량의 제한된 전력 범위 안에서 적은 소비전력으로 짧은 시간에 필터의 재생이 완료되는 것이 무엇보다도 중요하다. 필터의 재생에 사용되는 전력이 차량의 발전기와 축전지에서 공급할 수 있는 전력보다 과도하게 크거나 필터의 재생시간이 과도하게 길 경우에는 차량의 발전기와 축전지 등의 수명이 단축될 뿐만 아니라 연비도 악화된다. 이 문제는 차량 주행 중 전조등, 오디오, 전기히터 등의 전기 장치를 함께 사용하는 조건에서는 더욱 더 중요해진다.One of the most important points in the regeneration process of diesel particulate filter is the energy consumption (power consumption versus regeneration time) required for regeneration. In particular, it is important to complete the regeneration of the filter in a short time with low power consumption within the limited power range of the vehicle. If the power used for the regeneration of the filter is excessively larger than the power supplied by the generator and the battery of the vehicle or the regeneration time of the filter is excessively long, the lifespan of the generator and the battery of the vehicle is not only shortened, but the fuel economy is also deteriorated. . This problem becomes even more important in the case of using electric devices such as headlights, audio and electric heaters while driving a vehicle.

차량의 전기에너지를 이용하여 필터를 재생할 경우에 소비에너지는 차량의 엔진 조건(배기량, 부하량, 엔진 회전수 등)에 따라 큰 영향을 받는다. 엔진 조건에 따라 필터에 유입되는 배출가스의 상태가 크게 영향을 받는데, 일반적으로 시내 주행에서는 배출가스의 온도가 필터의 재생온도보다 낮아서 전기에너지는 필터를 가열하는데 반해 배출가스는 필터를 냉각한다. When the filter is regenerated using the electric energy of the vehicle, the energy consumption is greatly influenced by the engine condition (exhaust amount, load amount, engine speed, etc.) of the vehicle. According to the engine conditions, the state of the exhaust gas flowing into the filter is greatly affected. In general, in the city driving, the temperature of the exhaust gas is lower than the regeneration temperature of the filter, so that the electric energy heats the filter while the exhaust gas cools the filter.

따라서 배출가스의 냉각 효과를 극복하면서 필터를 재생온도까지 높이기 위해서는 상당한 '전력'이 필요하다. 결과적으로 필터 재생에 필요한 '소비전력'이 상당히 커진다. 일례로, 배기량 2000cc인 디젤 엔진이 1500rpm으로 동작하고 배기온도가 100℃일 때, 필터의 온도를 약 300℃의 재생온도까지 높이는데 10분이 걸린다면(투입한 전기에너지가 모두 필터를 가열하는데 사용되었다고 가정할 때), 필터 의 재생에 필요한 소비전력은 약 5.5kW 이상이다. 이것은 배기량 2000cc의 디젤 차량의 발전기와 배터리에서 공급할 수 없는 '전력'인 것이다.Therefore, in order to overcome the cooling effect of the exhaust gas and to raise the filter to the regeneration temperature, considerable 'power' is required. As a result, the 'power consumption' required for filter regeneration is significantly increased. For example, if a diesel engine with a displacement of 2000cc is operated at 1500rpm and the exhaust temperature is 100 ° C, and it takes 10 minutes to raise the temperature of the filter to a regeneration temperature of about 300 ° C (all inputted electric energy is used to heat the filter). The power consumption required for the regeneration of the filter is about 5.5 kW or more. This is a 'power' that cannot be supplied by the generator and battery of a 2000cc diesel engine.

전술한 바와 같이, 종래의 전기에너지를 사용하는 디젤 매연 저감 장치들은 필터 재생에 필요한 전력이 과도하여 차량 발전기와 축전기의 수명 단축 또는 고장과 연비 악화의 문제점을 가지고 있어, 이러한 문제점을 해결하지 않는 한 매우 제한된 전력을 공급하는 디젤 차량에 적용하기는 곤란하다.As described above, the diesel particulate reduction device using the conventional electric energy has a problem of shortening the life of vehicle generators and capacitors or failure and deterioration of fuel consumption due to excessive power required for filter regeneration. It is difficult to apply to diesel vehicles that supply very limited power.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열에너지 저장수단과 배출가스 방향조절수단을 이용하여 짧은 시간 동안 적은 소비전력으로 디젤 매연이 포집된 다공성 필터를 재생할 수 있도록 하는 디젤 배출가스 정화 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the diesel exhaust gas purification device to regenerate the porous filter collected diesel soot with less power consumption for a short time using the heat energy storage means and the exhaust gas direction control means. And to provide a control method thereof.

또한 본 발명은 디젤 차량에 적용할 때 차량의 발전기(alternator)와 축전지(배터리)가 공급하는 제한된 전력 범위 안에서 필터를 재생할 수 있는 디젤 배출가스 정화 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a diesel exhaust gas purification device and a control method thereof, which can regenerate a filter within a limited power range provided by an alternator and a battery (battery) of a vehicle when applied to a diesel vehicle. .

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 디젤 배출가스 정화 장치는, 배기 관로 상에 설치되고 다공성 필터가 구비되어 배출가스의 오염물질을 저감하는 배출가스 정화수단과; 상기 배출가스 정화수단의 앞쪽 배기 관로 상에 구비되어 상 기 필터의 재생 과정 중에 열에너지를 저장하였다가 배출가스를 가열하는 열에너지 저장수단과; 상기 열에너지 저장수단의 전단과 후단에 연결되는 바이패스 관로와; 상기 열에너지 저장수단으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로를 개폐하여 배출가스의 흐름 방향을 조절하는 배출가스 방향조절수단과; 상기 열에너지 저장수단이 작동되도록 에너지를 공급하는 에너지 공급수단을 포함한 것을 특징으로 한다.Diesel exhaust gas purification apparatus according to the present invention for realizing the above object, the exhaust gas purification means is provided on the exhaust pipe line and provided with a porous filter to reduce the pollutants of the exhaust gas; Heat energy storage means provided on an exhaust pipe in front of the exhaust gas purifying means to store thermal energy during the regeneration of the filter and then heat the exhaust gas; A bypass pipe connected to the front end and the rear end of the thermal energy storage means; Exhaust gas direction control means for controlling the flow direction of the exhaust gas by opening and closing the pipe line and the bypass pipe to the thermal energy storage means; It characterized in that it comprises an energy supply means for supplying energy to operate the thermal energy storage means.

여기서 상기 배출가스 정화수단은 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the exhaust gas purification means is preferably composed of a porous filter and a conductive housing containing the same.

상기 열에너지 저장수단은 다공성 발열체와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되는 것이 바람직하다.The thermal energy storage means is preferably composed of a porous heating element and a conductive housing for receiving it.

상기 배출가스 정화수단은 다공성 필터를 포함하고, 상기 열에너지 저장수단은 다공성 발열체를 포함하며, 상기 다공성 발열체는 상대적으로 여과율이 낮은 것을 사용하고, 상기 다공성 필터는 상대적으로 여과율이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다.The exhaust gas purifying means comprises a porous filter, the thermal energy storage means comprises a porous heating element, the porous heating element is used that is relatively low filtration rate, the porous filter is preferably used a relatively high filtration rate. Do.

상기 열에너지 저장수단은 발열체 기능과 정화 필터 기능을 동시에 수행할 수 있도록 구성될 수 있다.The thermal energy storage means may be configured to simultaneously perform the heating element function and the purification filter function.

상기 배출가스 정화수단의 다공성 필터와 열에너지 저장수단의 다공성 발열체 중 적어도 하나는 촉매 물질을 포함하는 것이 바람직하다.At least one of the porous filter of the exhaust gas purifying means and the porous heating element of the heat energy storage means preferably includes a catalytic material.

상기 배출가스 방향조절수단은 상기 열에너지 저장수단으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로를 각각 개폐하는 전자제어식 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.The exhaust gas direction control means is preferably composed of an electronically controlled valve for opening and closing each of the pipeline and the bypass pipe to the heat energy storage means.

상기 에너지 공급수단은 디젤 엔진의 발전기(alternator)나 축전지(배터리)의 전기 에너지를 공급받아 상기 열에너지 저장수단에 공급할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.The energy supply means is preferably configured to receive electric energy from an alternator or a battery (battery) of a diesel engine and to supply the thermal energy storage means.

상기 에너지 공급수단은 상기 열에너지 저장수단에 마이크로파 에너지를 제공할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 에너지 저장수단은 유전체 재질의 다공성 발열체로 구성되는 것이 바람직하다.The energy supply means may be configured to provide microwave energy to the thermal energy storage means. Here, the energy storage means is preferably composed of a porous heating element of the dielectric material.

이와는 다르게 상기 에너지 공급수단은 상기 열에너지 저장수단에 전기 에너지를 제공할 수 있도록 구성되고, 상기 열에너지 저장수단은 전기 에너지에 의해 발열하는 전도성 발열체로 구성되는 것이 바람직하다.Alternatively, the energy supply means is configured to provide electrical energy to the thermal energy storage means, the thermal energy storage means is preferably composed of a conductive heating element that generates heat by the electrical energy.

상기 배기 관로 상에 구비되어 배출가스 상태를 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단의 검출 신호를 기초로 상기 에너지 공급수단과 상기 배출가스 방향조절수단의 동작을 제어하는 전자제어수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.And detecting means provided on the exhaust pipe for detecting an exhaust gas state and electronic control means for controlling the operation of the energy supply means and the exhaust gas direction adjusting means based on the detection signal of the detecting means. Can be.

상기 전자제어수단은 상기 검출 수단의 신호를 입력받는 동시에 디젤 엔진 운전 상태의 검출 신호에 근거하여 상기 에너지 공급수단 및 상기 배출가스 방향조절수단의 동작을 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.Preferably, the electronic control means is configured to control the operation of the energy supply means and the exhaust gas direction control means based on the detection signal of the diesel engine operating state while receiving the signal from the detection means.

상기 전자제어수단은 필터의 매연 포집량 대신 상기 장치가 탑재된 차량의 주행 거리 정보를 기초로 소정 주행 거리마다 상기 열에너지 공급수단과 전자제어식 밸브의 동작을 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.Preferably, the electronic control means is configured to control the operation of the heat energy supply means and the electronically controlled valve at predetermined driving distances based on the driving distance information of the vehicle on which the apparatus is mounted instead of the amount of dust collected by the filter.

또한 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 디젤 배출가스 정화 장치는, 배기 관로 상에 설치되고, 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구 성되어 배출가스의 오염물질을 저감하는 제1 배출가스 정화수단과; 상기 배출가스 정화수단의 앞쪽 배기 관로 상에 구비되고, 다공성 발열체와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되어 상기 필터의 재생 과정 중에 열에너지를 저장하였다가 배출가스로 전달할 수 있는 열에너지 저장수단과; 상기 열에너지 저장수단과 제1 배출가스 정화수단 사이의 배기 관로 상에 위치되고, 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되어 배출가스의 오염물질을 저감하는 제2 배출가스 정화수단과; 상기 열에너지 저장수단의 전단에서 상기 제2 배출가스 정화수단의 후단에 연결되는 바이패스 관로와; 상기 열에너지 저장수단 및 제2 배출가스 정화수단으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로를 개폐하여 배출가스의 흐름 방향을 조절하는 배출가스 방향조절수단과; 상기 열에너지 저장수단이 작동되도록 에너지를 공급하는 에너지 공급수단을 포함한 것을 특징으로 한다.In addition, the diesel exhaust gas purification apparatus according to the present invention for realizing the above problems, is installed on the exhaust pipe, the first exhaust gas is composed of a porous filter and a conductive housing for receiving it to reduce the pollutants of the exhaust gas Purifying means; A heat energy storage means provided on an exhaust pipe path in front of the exhaust gas purifying means, the porous heating element and a conductive housing accommodating the heat gas storage means for storing heat energy during the regeneration of the filter and transferring the heat energy to the exhaust gas; A second exhaust gas purifying means located on an exhaust pipe between the thermal energy storage means and the first exhaust gas purifying means, the second exhaust gas purifying means comprising a porous filter and a conductive housing accommodating the second exhaust gas purifying means; A bypass conduit connected to a rear end of the second exhaust gas purification means at a front end of the thermal energy storage means; Exhaust gas direction control means for controlling the flow direction of the exhaust gas by opening and closing the pipeline leading to the thermal energy storage means and the second exhaust gas purification means and the bypass pipeline; It characterized in that it comprises an energy supply means for supplying energy to operate the thermal energy storage means.

또한 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 디젤 배출가스 정화 장치 제어방법은, 상기한 디젤 배출가스 정화 장치를 이용한 제어방법으로, 상기 배출가스 정화수단 및/또는 상기 열에너지 저장수단의 다공성 필터에 포집된 매연의 양이 소정의 값 이상인 경우에, 열에너지 저장수단으로 통하는 관로를 차단함과 동시에 상기 바이패스 관로를 개방하도록 제어하고, 상기 열에너지 저장수단의 발열체가 가열되도록 제어하고; 상기 배출가스 정화수단 및/또는 상기 열에너지 저장수단의 다공성 필터에 포집된 매연의 양이 소정의 값 이하인 경우에, 상기 열에너지 저장수단으로 통하는 관로를 개방함과 동시에 상기 바이패스 관로는 차단하도록 제어하고, 상기 열에너지 저장수단의 작동은 정지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the diesel exhaust gas purification apparatus control method according to the present invention for realizing the above object is a control method using the diesel exhaust gas purification apparatus, to the porous filter of the exhaust gas purification means and / or the thermal energy storage means. When the amount of soot collected is equal to or greater than a predetermined value, controlling to open the bypass pipe at the same time as blocking the pipe to the heat energy storage means, and controlling the heating element of the heat energy storage means to be heated; When the amount of soot collected in the exhaust gas purifying means and / or the porous filter of the thermal energy storage means is less than or equal to a predetermined value, the pipeline is connected to the thermal energy storage means and controlled to block the bypass pipe. The operation of the thermal energy storage means is characterized in that the control to stop.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

참고로, 본 발명의 여러 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.For reference, in describing various embodiments of the present disclosure, like reference numerals refer to like elements, and repeated descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 개략적으로 도시된 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a first embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치는, 배기 관로(10) 상에 설치되고 다공성 필터가 구비되어 배출가스의 오염물질을 저감하는 배출가스 정화수단(20)과, 상기 배출가스 정화수단(20)의 앞쪽 배기 관로(10) 상에 구비되어 필터 재생 과정 중에 열에너지를 저장하였다가 배출가스를 가열하는 열에너지 저장수단(30)과, 상기 열에너지 저장수단(30)의 전단과 후단에 연결되는 바이패스 관로(15)와, 상기 열에너지 저장수단(30)으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로(15)를 개폐하여 배출가스의 흐름 방향을 조절하는 배출가스 방향조절수단(18)과, 디젤 엔진의 발전기나 축전지의 전기에너지를 상기 열에너지 저장수단(30)에 공급하는 에너지 공급수단(40)으로 구성된다.As shown therein, the diesel exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention includes exhaust gas purification means 20 installed on the exhaust pipe 10 and provided with a porous filter to reduce pollutants in the exhaust gas. On the exhaust pipe 10 in front of the exhaust gas purifying means 20, the thermal energy storage means 30 for storing the thermal energy during the filter regeneration process and heating the exhaust gas, and the thermal energy storage means 30 18. An exhaust gas direction control means 18 for controlling the flow direction of the exhaust gas by opening and closing the bypass pipe 15 connected to the front and rear ends, the pipe leading to the heat energy storage means 30 and the bypass pipe 15. ) And an energy supply means 40 for supplying electrical energy of a generator or storage battery of a diesel engine to the thermal energy storage means 30.

여기서 상기 배출가스 정화수단(20)은 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성될 수 있고, 상기 열에너지 저장수단(30)은 다공성 발열체와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되는 것이 바람직하다.The exhaust gas purifying means 20 may be composed of a porous filter and a conductive housing accommodating the exhaust gas purifying means 20, and the heat energy storage means 30 is preferably composed of a porous heating element and a conductive housing accommodating the exhaust gas.

상기 배출가스 정화수단(20)의 다공성 필터와 열에너지 저장수단(30)의 다공 성 발열체 중 적어도 어느 하나는 촉매를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.At least one of the porous filter of the exhaust gas purifying means 20 and the porous heating element of the thermal energy storage means 30 may further include a catalyst.

상기 배출가스 방향조절수단(18)은 상기 열에너지 저장수단(30)으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로(15)를 각각 개폐하는 전자제어식 밸브로 구성될 수 있다.The exhaust gas direction control means 18 may be composed of an electronically controlled valve that opens and closes the conduit leading to the heat energy storage means 30 and the bypass conduit 15, respectively.

상기 에너지 공급수단(40)은 디젤 엔진의 발전기(alternator)나 축전지(배터리)의 전기에너지를 공급받아 상기 열에너지 저장수단(30)에 공급할 수 있도록 구성된다.The energy supply means 40 is configured to receive electrical energy from an alternator or a battery (battery) of a diesel engine and to supply the thermal energy storage means 30.

이와 같은 각각의 구성요소에 대해서는 아래에 기술할 제 3 실시예에서 한 자세히 설명한다.Each of these components will be described in detail in the third embodiment to be described below.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 개략적으로 도시된 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a second embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치는, 전술한 일 실시예의 배출가스 정화수단(20)이 제1 배출가스 정화수단(20A)을 구성하고, 열에너지 저장수단(30A)과 바이패스 관로(15)의 종단부 사이에 배출가스의 오염물질을 저감하는 제2 배출가스 정화수단(35)이 구비된다.As shown in the diesel exhaust gas purification apparatus according to another embodiment of the present invention, the exhaust gas purification means 20 of the above-described embodiment constitutes the first exhaust gas purification means 20A, the thermal energy storage means ( A second exhaust gas purifying means 35 is provided between 30A) and an end of the bypass pipe 15 to reduce pollutants of the exhaust gas.

여기서 상기 제2 배출가스 정화수단(35)은 제1 배출가스 정화수단(20A)과 유사하게 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성될 수 있다.Here, the second exhaust gas purifying means 35 may be composed of a porous filter and a conductive housing accommodating the same, similar to the first exhaust gas purifying means 20A.

상기 제1 배출가스 정화수단(20A)의 다공성 필터, 제2 배출가스 정화수단(35)의 다공성 필터, 열에너지 저장수단(30A)의 다공성 발열체 중 적어도 어느 하나는 촉매를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.At least one of the porous filter of the first exhaust gas purifying means 20A, the porous filter of the second exhaust gas purifying means 35, and the porous heating element of the thermal energy storage means 30A further includes a catalyst. desirable.

이외의 구성은 전술한 일 실시예의 구성과 동일하므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.Since the other configuration is the same as the configuration of the above-described embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

다음은 도 3과 도 4를 참조하여 상기한 본 발명의 제1 및 제2 실시예를 구체화한 실시예의 구성을 설명한다.Next, the configuration of an embodiment incorporating the first and second embodiments of the present invention described above with reference to FIGS. 3 and 4 will be described.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 도시된 구성도이다.3 is a block diagram showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제3 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치는, 상기한 실시예의 에너지 공급수단(40)으로 마이크로파를 이용하고, 배출가스 상태를 검출하여 에너지 공급수단(40)과 상기 배출가스 방향조절수단(18) 등을 제어할 수 있도록 구성된다.Diesel exhaust gas purification apparatus according to a third embodiment of the present invention, by using the microwave as the energy supply means 40 of the above embodiment, by detecting the state of the exhaust gas to adjust the energy supply means 40 and the exhaust gas direction It is configured to be able to control the means 18 and the like.

이와 같은 디젤 배출가스 정화 장치의 각각의 구성에 대하여 자세히 설명한다.Each configuration of such a diesel exhaust gas purification device will be described in detail.

먼저, 상기 배출가스 정화수단(20)은 배기 관로(10) 상에 구비되는 전도성 하우징(21)과, 이 전도성 하우징(21)의 내부에 구비되어 배출 가스의 오염 물질을 저감하는 다공성 필터 구조를 가진 배출가스 정화필터(22)와, 상기 전도성 하우징(21)의 내부에 구비되어 배출가스의 유동을 막고 상기 필터(22)를 단열하고 충격으로부터 보호하는 매트(23)로 이루어진다.First, the exhaust gas purification means 20 includes a conductive housing 21 provided on the exhaust pipe line 10 and a porous filter structure provided inside the conductive housing 21 to reduce pollutants of the exhaust gas. Exhaust gas purifying filter 22 and the mat 23 provided inside the conductive housing 21 to block the flow of the exhaust gas, to insulate the filter 22 and to protect it from impact.

다음, 상기 열에너지 저장수단(30)은 상기 배출가스 정화수단(20)의 앞쪽의 배기 관로(10) 상에 구비되는 전도성 하우징(31)과, 상기 전도성 하우징(31)의 내부에 구비되어 필터 재생 작동시에 열에너지를 저장하였다가 배출가스로 전달하는 다공성 발열체 구조를 가진 열에너지 저장필터(32)와, 상기 전도성 하우징(21)의 내부에서 배출가스의 유동을 막고 상기 필터(32)를 단열하고 충격으로부터 보호하는 매트(33)로 이루어진다.Next, the thermal energy storage means 30 is provided in the conductive housing 31 provided on the exhaust conduit 10 in front of the exhaust gas purifying means 20, and inside the conductive housing 31 to regenerate the filter. A thermal energy storage filter 32 having a porous heating element structure that stores and transfers thermal energy to the exhaust gas during operation, and blocks the flow of the exhaust gas inside the conductive housing 21 to insulate the filter 32 and insulate the impact. Mat 33 to protect against.

여기서 상기 열에너지 저장필터(32)는 촉매를 코팅 또는 담지한 유전체 필터를 이용할 수 있으며, 재생 과정 전에는 배출가스 정화필터로서 역할을 하고, 재생 과정 중에는 필터에 포집된 매연도 연소되어 제거하는 열에너지 저장필터로 역할을 한다.Here, the thermal energy storage filter 32 may use a dielectric filter coated or supported with a catalyst. The thermal energy storage filter 32 serves as an exhaust gas purification filter before the regeneration process, and burns and removes soot collected in the filter during the regeneration process. Serves as.

배출가스의 여과율을 고려할 때, 상기 열에너지 저장필터(32)는 상대적으로 여과율이 낮은 것을 사용하고, 상기 배출가스 정화필터(22)는 상대적으로 여과율이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다.In consideration of the filtration rate of the exhaust gas, it is preferable that the thermal energy storage filter 32 uses a relatively low filtration rate, and that the exhaust gas purification filter 22 uses a relatively high filtration rate.

한편, 상기 다공성 필터 구조를 가진 배출가스 정화필터(22)와 다공성 발열체 구조를 가진 열에너지 저장필터(32)에 대하여 자세히 설명한다. Meanwhile, the exhaust gas purification filter 22 having the porous filter structure and the thermal energy storage filter 32 having the porous heating element structure will be described in detail.

상기 두 필터(22)(32) 중 적어도 하나는 촉매 물질을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Ir, Os, Ni, Co, Au, Ag 등의 귀금속 촉매 또는 전이 금속 촉매를 포함한다. 상기 두 필터(22)(32) 중 적어도 하나에 담지 또는 코팅된 촉매에 따라 매연의 연소(산화) 온도 즉, 필터의 재생온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 CO, HC, NOx 등의 오염물질을 저감할 수 있도록 구성된다.At least one of the two filters 22 and 32 may further include a catalytic material, preferably a precious metal catalyst or a transition metal catalyst such as Pt, Pd, Rh, Ir, Os, Ni, Co, Au, Ag, or the like. It includes. The combustion (oxidation) temperature of the soot, that is, the regeneration temperature of the filter, may be lowered according to the catalyst supported or coated on at least one of the two filters 22 and 32, and the pollutants such as CO, HC, and NOx may be reduced. Configured to do so.

여기서 상기 촉매는 약 250∼400℃의 온도에서 활성화되어 상기 매연의 연소 를 촉진한다. 또한, 본 발명에서 상기 촉매로는 나열된 금속 촉매와 다른 산화물 촉매가 조합된 형태, 예컨대 Pt/BaO와 같은 형태의 촉매가 사용될 수도 있다. 상기 촉매는 딥핑(dipping)과 같은 통상의 도포 수단에 의해 필터 표면에 도포되거나 필터 내부에 도핑될 수 있다. 상기 촉매 입자는 나노 스케일, 즉 수십∼수백 nm의 입자 크기로 상기 필터에 분산되는 것이 바람직하다.Wherein the catalyst is activated at a temperature of about 250-400 ° C. to promote combustion of the soot. Further, in the present invention, as the catalyst, a catalyst in the form of a combination of the listed metal catalysts and other oxide catalysts, such as Pt / BaO, may also be used. The catalyst may be applied to the filter surface or doped inside the filter by conventional application means such as dipping. The catalyst particles are preferably dispersed in the filter on a nano scale, that is, a particle size of several tens to hundreds of nm.

또한 상기 두 필터(22)(32)는 코디어라이트, 알루미나(Al2O3), 탄화규소(SiC), 지르코니아(ZrO2), 타이타니아(TiO2), 제올라이트, 활성탄, 실리카와 같은 세라믹 물질을 재질로 하여 형성될 수 있다. In addition, the two filters 22 and 32 are ceramic materials such as cordierite, alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), zeolite, activated carbon, and silica. It may be formed of a material.

본 발명에서 상기 두 필터(22)(32)의 구조로는 하니콤 모놀리쓰형(honeycomb monolith), 주름 섬유형(pleated fiber), 발포형(foam), 펠릿형(pallet) 필터를 불문한다. 또한 배출가스의 유동 형태, 즉 벽유동형(wall-flow type) 또는 채널 유동형(channel-flow type)을 불문하고 여하한 구조의 필터도 본 발명의 배출가스 정화필터(22)와 열에너지 저장필터(32)로 사용될 수 있다. In the present invention, the structure of the two filters 22 and 32 may be a honeycomb monolith, a pleated fiber, a foam, or a pellet filter. In addition, the exhaust gas purification filter 22 and the thermal energy storage filter 32 of the present invention also have a filter of any structure regardless of the flow type of the exhaust gas, that is, the wall flow type or the channel flow type. Can be used).

또한 두 필터(22)(32)는 금속 또는 금속 합금을 재질로 형성될 수 있다. 상기 두 필터(22)(32)는 금속 섬유형(fiber), 금속 기판형(substrate), 금속 발포형(foam) 필터를 불문한다. In addition, the two filters 22 and 32 may be formed of a metal or a metal alloy. The two filters 22 and 32 may be metal fibrous, metal substrate, or metal foam filters.

한편, 상기 매트(23)는 상기 두 필터(22)(32)와 각 전도성 하우징(21) 사이에서 상기 각 필터를 단열하고 충격으로부터 보호하는 지지물을 구성하게 된다.On the other hand, the mat 23 constitutes a support between the two filters 22, 32 and each conductive housing 21 to insulate each filter and protect it from impact.

또한 미설명 부호 35는 제2 실시예에서 기술한 바와 같이 상기 배출가스 정 화수단(20)이 제1 배출가스 정화수단으로 역할을 할 때, 상기 열에너지 저장수단(30)이 열에너지 저장체 역할과 함께 제2 배출가스 정화수단(35)으로서의 역할을 할 수 있음을 표시한 것이다.In addition, reference numeral 35 denotes that the thermal energy storage means 30 serves as a thermal energy storage body when the exhaust gas purification means 20 serves as the first exhaust gas purification means as described in the second embodiment. Together, it is shown that it can serve as the second exhaust gas purification means (35).

또한 미설명 부호 34는 마이크로파가 외부로 누출되는 것을 방지하는 전도성 망을 나타낸다.Also, reference numeral 34 denotes a conductive network that prevents microwaves from leaking to the outside.

다음, 상기 배출가스 방향조절수단(18)은 상기한 바와 같이 각각의 관로(10(15)에 구비된 전자제어식 밸브로 구성되는 것이 바람직하며, 이 전자제어식 밸브는 후술할 전자제어수단(60)에 의해 개폐가 제어된다.Next, the exhaust gas direction control means 18 is preferably composed of an electronically controlled valve provided in each conduit 10 (15), as described above, the electronically controlled valve is an electronic control means 60 to be described later The opening and closing is controlled by.

다음, 상기 에너지 공급수단(40)은 본 실시예에서, 마이크로파 발생수단(40A)과, 이 마이크로파를 상기 열에너지 저장수단(30)에 전달하는 마이크로파 전송수단(45)으로 이루어진다.Next, the energy supply means 40 is composed of a microwave generating means 40A and a microwave transmitting means 45 for transmitting the microwaves to the thermal energy storage means 30 in this embodiment.

여기서 상기 마이크로파 발생수단(40A)은 통상의 마이크로파 발생기를 이용한 것으로서, 디젤 엔진의 발전기나 축전지의 전기 에너지를 이용하여 마이크로파를 발생시키도록 구성되는 것이 바람직하고, 상기 마이크로파 전송수단(45)은 마이크로파를 전달하는 일반적인 도파관의 구성으로 이루어진다.Here, the microwave generating means 40A is a conventional microwave generator, and is preferably configured to generate microwaves by using electrical energy of a generator or a battery of a diesel engine, and the microwave transmitting means 45 is configured to generate microwaves. It consists of the configuration of a typical waveguide that transmits.

다음, 본 발명의 제3 실시예에서는 상기한 바와 같은 기본 구성요소에, 추가로 배출가스 상태를 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단의 검출 신호를 기초로 상기 에너지 공급수단(40)인 마이크로파 발생수단(40A)과 상기 배출가스 방향조절수단(18)인 전자제어식 밸브의 동작을 제어하는 전자제어수단(60)을 더 포함한다.Next, in the third embodiment of the present invention, in addition to the basic components described above, the detection means for detecting the state of the exhaust gas, and the microwave supply being the energy supply means 40 based on the detection signal of the detection means. It further comprises an electronic control means (60) for controlling the operation of the electronically controlled valve means 40A and the exhaust gas direction control means (18).

상기 검출 수단은 배출가스의 압력 및/또는 온도 상태를 검출하는 제1 검출 수단(50) 및/또는 다공성 필터에 포집된 매연의 양을 검출하는 제2 검출수단(미도시)으로 구성될 수 있다.The detection means may comprise first detection means 50 for detecting the pressure and / or temperature state of the exhaust gas and / or second detection means (not shown) for detecting the amount of soot collected in the porous filter. .

상기 제1 검출수단(50)은 상기 열에너지 저장수단(30)의 앞쪽 배기 관로(10) 상에 설치되는 것이 바람직하며, 배출가스의 압력 및/또는 온도를 검출할 수 있도록 압력센서(51) 및/또는 온도센서(51)로 구성될 수 있다.The first detection means 50 is preferably installed on the exhaust pipe 10 in front of the heat energy storage means 30, the pressure sensor 51 and so as to detect the pressure and / or temperature of the exhaust gas and And / or the temperature sensor 51.

상기 제2 검출수단은 별도의 센서 등을 추가하지 않고, 상기 제1 검출수단(50)의 배기가스 압력 정보와 ECU 등으로부터 입력되는 엔진 회전수 정보를 통해 상기 다공성 필터에 포집된 매연의 양을 검출할 수 있도록 구성할 수 있고, 이 검출 신호를 기초로 상기 열에너지 공급수단(40) 및 전자제어식 밸브의 동작을 제어하도록 구성할 수 있다.The second detection means does not add a separate sensor or the like, and the amount of soot collected in the porous filter through the exhaust gas pressure information of the first detection means 50 and the engine speed information input from the ECU or the like. It can be configured to detect, and can be configured to control the operation of the heat energy supply means 40 and the electronically controlled valve based on the detection signal.

이와는 달리 상기 제2 검출수단은 상기 배출가스 정화수단(20) 또는 상기 열에너지 저장수단(30) 중 어느 하나 이상에 별도로 설치되어 각 수단의 필터(22)(32)에 포집된 매연의 양을 검출할 수 있도록 구성할 수도 있다. 이와 같은 제2 검출수단도 배출 가스 상태를 검출하는 공지의 다양한 센서 등을 이용하여 사용할 수 있으므로, 이에 대한 구체적인 센서의 설치 구성은 생략한다.Alternatively, the second detection means is separately installed in at least one of the exhaust gas purifying means 20 or the thermal energy storage means 30 to detect the amount of soot collected in the filters 22 and 32 of each means. It can also be configured to do so. Since the second detection means can also be used using various known sensors for detecting the state of the exhaust gas, the installation configuration of the specific sensor for this is omitted.

상기 전자제어수단(60)은 상기한 제1 검출수단(50) 및/또는 제2 검출수단의 신호를 입력받는 동시에 디젤 엔진 상태(RPM 등)의 검출 신호에 근거하여 상기 에너지 공급수단(40) 및 전자제어식 밸브의 동작을 제어하도록 구성할 수 있다.The electronic control means 60 receives the signals of the first detection means 50 and / or the second detection means and at the same time the energy supply means 40 based on the detection signal of the diesel engine state (RPM, etc.). And control the operation of the electronically controlled valve.

이와 같은 상기 전자제어수단(60)은 상기 필터(22)(32)에 포집된 매연의 양―필터의 배압과 엔진 회전수 등에 의해 결정됨―이 소정의 값 이상인 경우에 필 터(32)의 재생을 위해 열에너지 공급수단(40)으로 통과하는 관로는 차단하고 바이패스 관로(15)를 개방시키도록 상기 열에너지 공급수단(40)과 배출가스 방향조절수단(18)을 동작시키며, 상기 매연의 양이 소정의 값 이하인 경우에 반대로 바이패스 관로(15)는 차단하고 열에너지 공급수단(40)으로 통과하는 관로를 개방하도록 상기 열에너지 공급수단(40)과 배출가스 방향조절수단(18)의 밸브 동작을 중지시키는 기능을 수행할 수 있다. The electronic control means 60 regenerates the filter 32 when the amount of soot collected in the filters 22 and 32, which is determined by the back pressure of the filter, the engine speed, and the like, is greater than or equal to a predetermined value. To operate the heat energy supply means 40 and the exhaust gas direction control means 18 to block the pipeline passing through the heat energy supply means 40 and open the bypass pipe 15, the amount of soot On the contrary, the bypass line 15 stops the valve operation of the heat energy supply means 40 and the exhaust gas direction control means 18 to block and open the pipe passing through the heat energy supply means 40. To perform the function.

한편, 상기 검출 수단(50)은 1개의 압력차 센서 또는 2개의 압력 센서를 포함할 수 있으며, 매연 포집량은 상기 필터(22)(32)로 유입되는 배출가스의 압력과 상기 필터에서 유출되는 배출가스의 압력의 차이와 엔진회전수에 의해 결정될 수 있다. On the other hand, the detection means 50 may include one pressure difference sensor or two pressure sensors, the amount of soot collected is the pressure of the exhaust gas flowing into the filter 22, 32 and is discharged from the filter It can be determined by the difference in pressure of the exhaust gas and the engine speed.

또한 상기 전자제어수단(60)은 필터(22)(32)의 매연 포집량 대신 상기 장치가 탑재된 차량의 주행 거리 정보를 기초로 소정 주행 거리마다 상기 열에너지 공급수단(40)과 배출가스 방향조절수단(18)의 동작을 제어하도록 구성할 수 있다.In addition, the electronic control means 60 adjusts the direction of the heat energy supply means 40 and the exhaust gas at predetermined driving distances based on the driving distance information of the vehicle on which the device is mounted, instead of the amount of smoke collected by the filters 22 and 32. It may be configured to control the operation of the means 18.

즉, 상기 전자제어수단(60)의 제어는 배출가스와 엔진의 상태 정보뿐만 아니라 주행 거리 정보에 따라 수행될 수도 있다. 예컨대, 상기 전자제어수단(60)은 차량의 주행 거리 센서(도시하지 않음)의 출력 또는 ECU의 주행 거리 정보를 기초로 일정 주행 거리(예컨대, 100 km)마다 주기적으로 열에너지 공급수단(40)과 배출가스 방향조절수단(18)을 동작시켜 필터(32)에 포집된 매연을 연소시킬 수도 있다.That is, the control of the electronic control means 60 may be performed according to the travel distance information as well as the state information of the exhaust gas and the engine. For example, the electronic control means 60 and the thermal energy supply means 40 periodically at every predetermined travel distance (for example, 100 km) based on the output of the travel distance sensor (not shown) of the vehicle or the travel distance information of the ECU. The exhaust gas directional control means 18 may be operated to burn the soot collected in the filter 32.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 도시된 구 성도이다.4 is a configuration diagram showing a diesel exhaust gas purification apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명의 제4 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치는, 전술한 제3 실시예의 기본적인 구성은 동일하나, 에너지 공급수단(40B)이 디젤 엔진의 발전기 및/또는 축전지로부터 전기에너지를 공급받도록 구성되고, 열에너지 저장수단(30)은 상기 전기에너지를 공급받아 열에너지를 발생시키는 전도성 재질의 다공성 발열체로 이루어진 구성만이 다르게 구성된다.The diesel exhaust gas purification apparatus according to the fourth embodiment of the present invention has the same basic configuration as in the third embodiment, but the energy supply means 40B is configured to receive electric energy from a generator and / or a storage battery of a diesel engine. And, the thermal energy storage means 30 is configured only differently consisting of a porous heating element of a conductive material to generate the thermal energy by receiving the electrical energy.

상기 에너지 공급수단(40B)은 발전기 및/또는 축전지에 바로 연결되어 구성되는 것도 가능하나, 전자제어수단(60)의 제어 신호에 따라 상기 열에너지 저장수단(30)에 공급되는 전기에너지의 양을 조절하는 기능이 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.The energy supply means 40B may be configured to be directly connected to a generator and / or a storage battery, but adjusts the amount of electrical energy supplied to the thermal energy storage means 30 according to a control signal of the electronic control means 60. It is preferable that the function is configured to include.

상기 열에너지 저장수단(30)은 하우징(31)과 다공성 발열필터(32)로 구성되며, 상기 다공성 발열필터(32)는 전기 히터 또는 전기 발열 필터 등으로 구성될 수 있으며, 상기한 제2 실시예에서 설명한 바와 같이 열에너지 저장수단(30)과 제2 배출가스 정화수단(35)의 기능을 동시에 갖도록 다공성 필터 구조를 가지면서 전기 발열체 기능도 함께 가질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때에는 상기 다공성 발열필터(32)가 재생 과정 전에는 배출가스 정화필터로 역할을 하고, 재생 과정 중에는 열에너지 저장필터로서 역할을 하게 된다.The thermal energy storage means 30 is composed of a housing 31 and a porous heating filter 32, the porous heating filter 32 may be composed of an electric heater or an electric heating filter, the second embodiment As described above, it is preferable to have a porous filter structure so as to have the function of the heat energy storage means 30 and the second exhaust gas purifying means 35 at the same time, and also have an electric heating element function. At this time, the porous heating filter 32 serves as an exhaust gas purification filter before the regeneration process, and serves as a thermal energy storage filter during the regeneration process.

이외의 구성 및 동작은 전술한 제3 실시예의 구성과 동일 유사하므로, 그에 대한 설명은 생략한다.Since other configurations and operations are similar to those of the above-described third embodiment, description thereof will be omitted.

도 5와 도 6은 본 발명의 제5 실시예 및 제6 실시예에 따른 디젤 배출가스 정화 장치가 개략적으로 도시된 블록도들로서, 전술한 제1 및 제2 실시예의 구성에 역류방지수단(70)(70A)이 추가된 구성으로 이루어진다.5 and 6 are block diagrams schematically showing the diesel exhaust gas purification apparatus according to the fifth and sixth embodiments of the present invention, the backflow prevention means 70 in the configuration of the first and second embodiments described above ) 70A is added.

즉, 열에너지 저장수단(30)(30A)의 필터 재생 과정에서 바이패스 관로(15)를 통해 배출가스가 유동할 때, 열에너지 저장수단(30)(30A)의 앞쪽 관로가 차단된 상태에서 뒤쪽 관로를 통해 열에너지 저장수단(30)(30A) 내로 배출가스가 유입될 수 있으므로, 필터 재생과정에서 열에너지 저장수단(30)(30A)의 내부로 배출가스가 역류하는 것을 방지하기 위한 것이다.That is, when the exhaust gas flows through the bypass pipe 15 in the filter regeneration process of the heat energy storage means 30 (30A), the rear pipe line in the state in which the front pipe of the heat energy storage means (30) (30A) is blocked. Since the exhaust gas may be introduced into the thermal energy storage means 30 (30A) through, the exhaust gas is prevented from flowing back into the thermal energy storage means 30 (30A) during the filter regeneration process.

상기 역류방지수단(70)(70A)은 일방향 밸브 구조를 가진 체크 밸브로서, 열에너지 저장수단(30)(30A)을 통과한 배출가스의 순 방향 유동은 가능하지만, 바이패스 관로(15)를 통과한 배출가스의 역방향 유동은 방지할 수 있도록 구성된 밸브로 이루어진다.The backflow prevention means (70, 70A) is a check valve having a one-way valve structure, the forward flow of the exhaust gas passing through the heat energy storage means (30, 30A) is possible, but passes through the bypass pipe (15) Reverse flow of one exhaust consists of a valve configured to prevent it.

이와 같은 역류방지수단(70)(70A)은 공지의 체크 밸브 중 배출가스 열 및 매연에 견딜 수 있는 충분한 내열성 및 내구성을 가진 것이면 어떤 종류의 체크밸브를 사용하여도 무방하다.Such backflow prevention means 70 and 70A may use any kind of check valve as long as it has sufficient heat resistance and durability to withstand exhaust heat and soot among known check valves.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 디젤 배출가스 정화 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the diesel exhaust gas purification apparatus according to the present invention configured as described above are as follows.

도 7은 종래 기술에서의 전력 공급량 및 BPT와 배출가스 온도 관계를 나타낸 그래프로서, 디젤 차량에서 일정 전력(예: 500W)을 일정 시간(예: 10분) 동안 필터 에 공급할 때, 필터로 지나가는 배출가스에 의한 냉각으로 인해 배출가스의 온도는 약간 상승하는데 그치고, 필터의 BPT에는 훨씬 미치지 못하기 때문에 필터 재생이 정상적으로 이루어지지 못하게 된다.FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between power supply amount and BPT and exhaust gas temperature in the related art. When diesel power supplies a filter (for example, 500 W) to a filter for a predetermined time (for example, 10 minutes) in a diesel vehicle, the exhaust gas passing through the filter Due to the cooling by the gas, the temperature of the exhaust gas is only slightly increased, and the filter regeneration cannot be performed normally because it is far below the BPT of the filter.

반면, 도 8은 본 발명에서의 전력 공급량 및 BPT와 열에너지 저장체, 배출가스 온도 관계를 나타낸 그래프로서, 도 7의 조건과 동일하게 디젤 차량에서 일정 전력(예: 500W)을 일정 시간(예: 10분) 공급할 때, 배출가스 방향조절수단(18)에 의해 배출가스가 바이패스 관로(15)를 통과하게 하여, 열에너지 저장수단(30)을 지나가지 않게 되므로, 열에너지 저장수단(30)이 배출가스에 의해 냉각이 되지 않기 때문에 도 8의 (b)에서와 같이 열에너지 저장수단(30)의 온도는 필터의 BPT 보다 훨씬 높은 온도까지 상승할 수 있게 된다.On the other hand, Figure 8 is a graph showing the relationship between the power supply amount and the BPT and the thermal energy storage body, the exhaust gas temperature in the present invention, a constant time (for example 500W) in a diesel vehicle under the same conditions as in FIG. 10 minutes), the exhaust gas is passed through the bypass pipe 15 by the exhaust gas direction adjusting means 18, so that the heat gas does not pass through the thermal energy storage means 30, so that the thermal energy storage means 30 is discharged. Since the cooling is not performed by the gas, the temperature of the thermal energy storage means 30 can be raised to a temperature much higher than the BPT of the filter as shown in FIG.

이후, 배출가스 방향조절수단(18)의 밸브를 변경하여, 바이패스 관로(15)는 차단하고 배출가스가 열에너지 저장수단(30)을 통과하게 하면, 도 8의 (c)에서와 같이 열에너지 저장수단(30)에 의해 배출가스가 가열되어 배출가스의 온도가 필터의 BPT 보다 높은 온도에 신속하게 도달하게 됨으로써 배출가스 정화수단(20)의 필터를 재생할 수 있게 된다.Then, by changing the valve of the exhaust gas direction control means 18, the bypass pipe 15 is blocked and the exhaust gas passes through the heat energy storage means 30, as shown in (c) of FIG. The exhaust gas is heated by the means 30 so that the temperature of the exhaust gas rapidly reaches a temperature higher than the BPT of the filter, thereby regenerating the filter of the exhaust gas purification means 20.

상기한 바와 같이 본원 발명은 필터 재생시에 디젤 엔진의 배출가스를 바이패스 관로(18)를 통해 열에너지 저장수단(30)의 전단에서 후단으로 흘러가도록 한 상태에서 에너지 공급수단(40)으로 열에너지 저장수단(30)을 일정 시간 가열한 후에, 배출가스를 가열된 열에너지 저장수단(30)으로 흘려주어 배출가스를 BPT보다 상당히 높은 온도로 상승시킴으로써 배출가스 정화수단(20)(20A)(35)의 다공성 필 터에 포집된 매연을 효과적으로 연소하여 제거할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, thermal energy storage means is supplied to the energy supply means 40 in a state where the exhaust gas of the diesel engine flows from the front end to the rear end of the heat energy storage means 30 through the bypass pipe 18 at the time of regeneration of the filter. After heating the 30 for a predetermined time, the exhaust gas is flowed into the heated thermal energy storage means 30 to raise the exhaust gas to a temperature considerably higher than the BPT, thereby increasing the porosity of the exhaust gas purifying means 20, 20A, 35. The soot trapped in the filter can be effectively burned and removed.

전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 구현 형태를 예시한 것에 불과하다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 앞서 설명한 실시예들에 다양한 변형 및 수정을 가할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 정도의 변형 및 수정은 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다. The above-described embodiments of the present invention are merely illustrative of embodiments of the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and modifications to the above-described embodiments, the modifications and modifications to the extent that does not depart from the scope of the technical spirit of the present invention the scope of the present invention Will belong to.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 디젤 배출가스 정화 장치는 열에너지 저장수단과 배출가스 방향조절수단을 이용하여 짧은 시간 동안 적은 소비전력으로 매연이 포집된 다공성 필터를 효과적으로 재생할 수 있는 이점이 있다.The diesel exhaust gas purification apparatus according to the present invention configured and operated as described above has an advantage of effectively regenerating a porous filter in which soot is collected with low power consumption for a short time by using a thermal energy storage means and an exhaust gas direction control means. .

또한, 본 발명은 디젤 차량에 적용할 때 차량의 발전기(alternator)와 축전지(배터리)가 공급하는 제한된 전력 범위 안에서 디젤 배출가스 정화수단의 다공성 필터를 재생할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that the porous filter of the diesel exhaust gas purification means within the limited power range supplied by the alternator and the battery (battery) of the vehicle when applied to a diesel vehicle.

또한 본 발명은 에너지 저장수단 및/또는 배출가스 정화수단에 구비된 다공성 필터에 촉매 물질을 담지 또는 코팅함으로써 필터의 재생온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 배출가스 중 CO, HC, NOx 등의 오염물질을 함께 저감할 수 있는 이점도 있다.In addition, the present invention can lower the regeneration temperature of the filter by supporting or coating the catalyst material on the porous filter provided in the energy storage means and / or the exhaust gas purification means as well as pollutants such as CO, HC, NOx in the exhaust gas There is also an advantage that can be reduced together.

Claims (16)

배기 관로 상에 설치되고 다공성 필터가 구비되어 배출가스의 오염물질을 저감하는 배출가스 정화수단과;Exhaust gas purification means installed on the exhaust pipe and provided with a porous filter to reduce pollutants of the exhaust gas; 상기 배출가스 정화수단의 앞쪽 배기 관로 상에 구비되어 상기 필터의 재생 과정 중에 열에너지를 저장하였다가 배출가스를 가열하는 열에너지 저장수단과;Heat energy storage means provided on an exhaust pipe in front of the exhaust gas purifying means to store thermal energy during the regeneration of the filter and then heat the exhaust gas; 상기 열에너지 저장수단의 전단과 후단에 연결되는 바이패스 관로와;A bypass pipe connected to the front end and the rear end of the thermal energy storage means; 상기 열에너지 저장수단으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로를 개폐하여 배출가스의 흐름 방향을 조절하는 배출가스 방향조절수단과;Exhaust gas direction control means for controlling the flow direction of the exhaust gas by opening and closing the pipe line and the bypass pipe to the thermal energy storage means; 상기 열에너지 저장수단이 작동되도록 에너지를 공급하는 에너지 공급수단을 포함한 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.Diesel exhaust gas purification apparatus comprising an energy supply means for supplying energy to operate the thermal energy storage means. 배기 관로 상에 설치되고, 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되어 배출가스의 오염물질을 저감하는 제1 배출가스 정화수단과;A first exhaust gas purifying means installed on the exhaust pipe and configured of a porous filter and a conductive housing accommodating the exhaust pipe to reduce contaminants of the exhaust gas; 상기 배출가스 정화수단의 앞쪽 배기 관로 상에 구비되고, 다공성 발열체와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되어 상기 필터의 재생 과정 중에 열에너지를 저장하였다가 배출가스로 전달할 수 있는 열에너지 저장수단과;A heat energy storage means provided on an exhaust pipe path in front of the exhaust gas purifying means, the porous heating element and a conductive housing accommodating the heat gas storage means for storing heat energy during the regeneration of the filter and transferring the heat energy to the exhaust gas; 상기 열에너지 저장수단과 제1 배출가스 정화수단 사이의 배기 관로 상에 위치되고, 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성되어 배출가스의 오 염물질을 저감하는 제2 배출가스 정화수단과,A second exhaust gas purifying means positioned on an exhaust pipe between the thermal energy storage means and the first exhaust gas purifying means, the porous filter and a conductive housing accommodating the second exhaust gas purifying means to reduce pollutants in the exhaust gas; 상기 열에너지 저장수단의 전단에서 상기 제2 배출가스 정화수단의 후단에 연결되는 바이패스 관로와;A bypass conduit connected to a rear end of the second exhaust gas purification means at a front end of the thermal energy storage means; 상기 열에너지 저장수단 및 제2 배출가스 정화수단으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로를 개폐하여 배출가스의 흐름 방향을 조절하는 배출가스 방향조절수단과;Exhaust gas direction control means for controlling the flow direction of the exhaust gas by opening and closing the pipeline leading to the thermal energy storage means and the second exhaust gas purification means and the bypass pipeline; 상기 열에너지 저장수단이 작동되도록 에너지를 공급하는 에너지 공급수단을 포함한 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.Diesel exhaust gas purification apparatus comprising an energy supply means for supplying energy to operate the thermal energy storage means. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 배출가스 정화수단은 다공성 필터와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The exhaust gas purification means is a diesel exhaust gas purification device, characterized in that consisting of a porous filter and a conductive housing for receiving it. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 열에너지 저장수단은 다공성 발열체와 이를 수용하는 전도성 하우징으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The thermal energy storage means is a diesel exhaust gas purification apparatus comprising a porous heating element and a conductive housing for receiving it. 청구항 1 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 배출가스 정화수단은 다공성 필터를 포함하고, 상기 열에너지 저장수단은 다공성 발열체를 포함하며, 상기 다공성 발열체는 상대적으로 여과율이 낮은 것을 사용하고, 상기 다공성 필터는 상대적으로 여과율이 높은 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The exhaust gas purifying means comprises a porous filter, the thermal energy storage means comprises a porous heating element, the porous heating element is used that has a relatively low filtration rate, the porous filter is characterized in that using a relatively high filtration rate. Diesel exhaust gas purification device. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 열에너지 저장수단은 발열체 기능과 정화 필터 기능을 동시에 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The thermal energy storage means is a diesel exhaust gas purification device, characterized in that configured to perform a heating element function and a purification filter function at the same time. 청구항 1 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 배출가스 정화수단의 다공성 필터와 열에너지 저장수단의 다공성 발열체 중 적어도 하나는 촉매 물질을 포함한 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.At least one of the porous filter of the exhaust gas purification means and the porous heating element of the thermal energy storage means comprises a diesel exhaust gas purification device. 청구항 1 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 배출가스 방향조절수단은 상기 열에너지 저장수단으로 통하는 관로와 상기 바이패스 관로를 각각 개폐하는 전자제어식 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The exhaust gas direction control means is a diesel exhaust gas purification device, characterized in that composed of an electronically controlled valve for opening and closing each of the pipeline and the bypass pipe to the thermal energy storage means. 청구항 1 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 에너지 공급수단은 디젤 엔진의 발전기(alternator)나 축전지(배터리)의 전기 에너지를 공급받아 상기 열에너지 저장수단에 공급할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The energy supply means is a diesel exhaust gas purification device, characterized in that configured to be supplied to the thermal energy storage means receives the electrical energy of the alternator or battery (battery) of the diesel engine. 청구항 1 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 에너지 공급수단은 상기 열에너지 저장수단에 마이크로파 에너지를 제공할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The energy supply means is a diesel exhaust gas purification device, characterized in that configured to provide microwave energy to the thermal energy storage means. 청구항 10에 있어서,The method according to claim 10, 상기 에너지 저장수단은 유전체 재질의 다공성 발열체인 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The energy storage means is a diesel exhaust gas purification device, characterized in that the porous heating element of the dielectric material. 청구항 1 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 에너지 공급수단은 상기 열에너지 저장수단에 전기 에너지를 제공할 수 있도록 구성되고,The energy supply means is configured to provide electrical energy to the thermal energy storage means, 상기 열에너지 저장수단은 전기 에너지에 의해 발열하는 전도성 발열체인 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The thermal energy storage means is a diesel exhaust gas purification device, characterized in that the conductive heating element to generate heat by electrical energy. 청구항 1 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 배기 관로 상에 구비되어 배출가스 상태를 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단의 검출 신호를 기초로 상기 에너지 공급수단과 상기 배출가스 방향조절수단의 동작을 제어하는 전자제어수단을 더 포함한 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.And detecting means provided on the exhaust pipe to detect the state of the exhaust gas, and electronic control means for controlling the operation of the energy supply means and the exhaust gas direction adjusting means based on the detection signal of the detecting means. Diesel exhaust gas purification device. 청구항 13에 있어서,The method according to claim 13, 상기 전자제어수단은 상기 검출 수단의 신호를 입력받는 동시에 디젤 엔진 운전 상태의 검출 신호에 근거하여 상기 에너지 공급수단 및 상기 배출가스 방향조절수단의 동작을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The electronic control means is configured to control the operation of the energy supply means and the exhaust gas direction control means based on the detection signal of the diesel engine operating state while receiving the signal of the detection means. . 청구항 13에 있어서,The method according to claim 13, 상기 전자제어수단은 필터의 매연 포집량 대신 상기 장치가 탑재된 차량의 주행 거리 정보를 기초로 소정 주행 거리마다 상기 열에너지 공급수단과 전자제어식 밸브의 동작을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치.The electronic control means is a diesel exhaust gas purification, characterized in that configured to control the operation of the thermal energy supply means and the electronically controlled valve for each predetermined travel distance based on the travel distance information of the vehicle on which the device is mounted instead of the amount of dust collected by the filter. Device. 청구항 1의 디젤 배출가스 정화 장치를 이용한 제어방법으로, 상기 배출가스 정화수단 및/또는 상기 열에너지 저장수단의 다공성 필터에 포집된 매연의 양이 소정의 값 이상인 경우에, 열에너지 저장수단으로 통하는 관로를 차단함과 동시에 상기 바이패스 관로를 개방하도록 제어하고, 상기 열에너지 저장수단의 발열체가 가열되도록 제어하고,A control method using the diesel exhaust gas purification device of claim 1, wherein the amount of soot collected in the porous filter of the exhaust gas purification means and / or the thermal energy storage means is greater than or equal to a predetermined value. Blocking and controlling to open the bypass pipe, and to control the heating element of the thermal energy storage means is heated, 상기 배출가스 정화수단 및/또는 상기 열에너지 저장수단의 다공성 필터에 포집된 매연의 양이 소정의 값 이하인 경우에, 상기 열에너지 저장수단으로 통하는 관로를 개방함과 동시에 상기 바이패스 관로는 차단하도록 제어하고, 상기 열에너지 저장수단의 작동은 정지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 배출가스 정화 장치의 제어방법.When the amount of soot collected in the exhaust gas purifying means and / or the porous filter of the thermal energy storage means is less than or equal to a predetermined value, the pipeline is connected to the thermal energy storage means and controlled to block the bypass pipe. The control method of the diesel exhaust gas purification device, characterized in that for controlling the operation of the thermal energy storage means to be stopped.
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