KR20090089078A - 배기가스 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 일 단부에 배출부가 구비되며, 적어도 둘 이상의 독립된 필터 수용부가 구비되는 필터 케이싱과; 필터 케이싱 내부에 장착되어 배출되는 배기가스로부터 입자상 물질을 포집하도록 구성되는 필터와; 상기 필터에 포집된 입자상 물질을 제거하도록 구비되는 히터와; 상기 히터가 필터와 인접하게 배치되어 고정되도록 구비되는 히터 장착부와; 상기 필터 케이싱의 각 필터 수용부와 연결되도록 장착되어 각 독립된 수용부로 배기가스의 유입량을 제어하는 조절부와; 상기 조절부와 연결되어 제어된 유입량의 배기가스가 필터 케이싱으로 유입되도록 구비되는 분배부와; 상기 분배부에 연결되어 배기가스를 유입시키는 유입부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 배기가스로부터 필터에 포집되는 입자상 물질의 제거가 효율적으로 이루어질 수 있고, 배기가스를 배출하는 장치(예를 들어 차량 등)의 구동을 정지시키지 않고서도 배기가스로부터 필터에 포집되는 입자상 물질의 제거가 가능하게 된다.
Figure P1020080014428
배기가스, 필터, 히터, 정화장치, 매연, 연소

Description

배기가스 정화 장치{DEVICE PURIFYING EXHAUST}
본 발명은 히터에 의해 포집된 입자상 물질이 제거되어 초기상태를 유지할 수 있도록 구성되는 필터를 구비한 배기가스 정화장치에 관한 것이다.
디젤엔진은 열효율이 높고, 내구성이 우수한 장점이 있으나, 입자상 물질(Particulate Matter; PM) 및 질소산화물(NOx)이 다량 배출된다. 이러한, 입자상 물질 및 질소산화물은 대기오염을 일으키며, 특히 입자상 물질은 호흡기 계통에 대한 흡착율이 높아 인체에 매우 유해한 물질이다. 그러나, 근래 디젤 자동차의 증가로 인하여 배출되는 입자상 물질 및 질소산화물의 비율이 급증하고 있기 때문에 사회적 문제로 대두 되기에 이르렀다.
디젤엔진 배가스 중 입자상 물질은 탄소함유 미립자, 설페이트와 같은 황함유 미립자 및 고분자량 탄화수소 미립자와 같은 미립자 물질로 이루어지며, 미립의 가벼운 입자로 대기 중으로 배출되고 부유되어 환경오염을 유발할 뿐만 아니라, 시야를 좁게 하고, 폐질환등을 일으키는 원인이 되고 있다.
이에 따라, 최근 환경부의 경유차 환경위원회는 디젤승용차의 판매를 허용하면서 배출가스의 배출 허용기준을 강화하는 한편 매연 후처리장치(DPF, DOC)등의 부착을 의무화는 방안을 발표하였다.
이로 인하여, 최근에는 입자상 물질을 제거하기 위하여 디젤 입자상 물질을 거를 수 있는 필터(Diesel Particulate Filter, 이하 ‘DPF'라 한다)를 개발하게 되었고, 이를 이용하여 디젤엔진 배가스 중 입자상 물질을 제거하고 있다.
종래의 DPF는 디젤엔진 배가스 중 입자상 물질을 포집하여 그 배출양을 감소시킬 수 있으나, 사용 시간이 경과함에 따라 필터에 포집된 입자상 물질의 증가로 인하여 필터가 막히게 되는 문제가 발생하고 있다.
또한, 포집된 입자상 물질로 인해 필터가 막히거나, 포집된 입자상 물질이 증가함에 따라 배기 가스의 압력이 증가하게 되고, 이로 인하여 엔진의 부압이 커지게 되며, 결국 엔진의 성능이 저하되는 문제가 발생하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 필터에 포집된 매연을 제거하여 필터를 초기 상태로 만드는 재생방법이 제안되고 있다. 필터에 포집된 매열을 제거하기 위하여 제안되고 있는 방식으로는 촉매 산화방식, 버너 또는 전기히터를 이용한 가열 재생방식 등이 있다.
이중 촉매 산화 방식의 경우 배기가스 온도가 250℃ 이상 되는 구간이 10% 이상이어야 재생이 원활하게 이뤄지나, 도심 운행 차량의 경우 주행 및 정차의 반복으로 인해 배기가스 온도가 통상 200℃ 이하인 경우가 많아 필터에 포집 된 매연이 재생되지 않는 경우가 많다.
그리고, 가열 방식의 경우, 히터를 가열시켜 발생하는 열풍으로 (라디에이터 방식) 필터 표면에 축적된 매연을 산화시키는 방식으로 전력의 소모에 비하여 효율 이 낮은 문제가 있다. 또한, 열풍을 이용하는 라디에이터 방식의 구조는 히터가 구비되는 영역과 히터에 의해 공기가 가열될 수 있는 영역 및 송풍 구조를 필수적으로 갖추어야만 하기 때문에 공간상 제약을 받을 수밖에 없고, 이로 인하여 구조적으로 협소한 공간에는 설치가 불가능하거나, 또는 소형으로 장착될 수밖에 없어 그 효율이 더욱 저하되는 문제를 안고 있다.
또한, 히터를 이용한 산화방식의 경우, 배기가스를 배출하면서 필터에 포집된 매연을 산화시키는 경우, 지속적으로 유입되는 배기가스에 의해 히터의 열효율이 저하되어 적절한 산화작용이 이루어질 수 없게 되기 때문에 엔진을 정지시킨 후에 히터를 구동하여 필터에 포집된 매연을 제거하여야만 하는 불편함이 있다. 즉, 엔진을 정지시키지 아니하면서, 필터에 포집된 매열을 제거하여 배기가스의 정화효율이 지속적으로 유지될 수 있도록 하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 배기가스 정화 장치에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 일 목적은 배기가스로부터 필터에 포집되는 입자상 물질의 제거가 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 데에 있다.
본 발명의 다른 일 목적은 배기가스를 배출하는 장치(예를 들어 차량 등)의 구동을 정지시키지 않고서도 배기가스로부터 필터에 포집되는 입자상 물질의 제거가 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 차량 엔진의 가동여부와 상관없이 필터에 포집되는 입자상 물질의 제거가 가능하도록 하여 배기가스의 정화효율이 최적의 상태로 유지될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 필터에 포집된 매연을 선택적으로 연소시켜 차량의 운행 환경(조건)에 발생하는 제약이 감소하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 필터가 히터에 의해 필터에 포집된 입자상 물질(Soot)을 연소시키기 위한 온도까지의 신속하게 상승하여 매연을 직접 태울 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 공간상 제약을 덜 받게 되며, 효율이 개선된 배기가스 정화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 필터에 포집되는 매연이 효율적으로 제거되도 록 하므로, 필터의 양단부에 대한 압력차(차압, 배압)가 상승하는 것을 억제하고, 이로 인한 차량의 출력이 감소하는 것을 억제하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일 실시 형태와 관련된 배기가스 정화 장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 히터에 의해 포집된 매연이 제거되는 필터가 구비되어 차량 엔진의 구동과 무관하게 포집된 매연의 제거를 가능하게 하여 배기가스의 정화효율이 최적의 상태를 유지할 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기가스 정화장치는 일 단부에 배출부가 구비되며, 적어도 둘 이상의 독립된 필터 수용부가 구비되는 필터 케이싱과; 필터 케이싱 내부에 장착되어 배출되는 배기가스로부터 입자상 물질을 포집하도록 구성되는 필터와; 필터에 포집된 입자상 물질을 제거하도록 구비되는 히터와; 히터가 필터와 인접하게 배치되어 고정되도록 구비되는 히터 장착부와; 필터 케이싱의 각 필터 수용부와 연결되도록 장착되어 각 독립된 수용부로 배기가스의 유입량을 제어하는 조절부와; 조절부와 연결되어 제어된 유입량의 배기가스가 필터 케이싱으로 유입되도록 구비되는 분배부와; 분배부에 연결되어 배기가스를 유입시키는 유입부를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 유입부에는 압력과 온도 중 어느 하나 또는 압력과 온도를 모두 감지하기 위한 감지부가 더 구비될 수도 있다. 한편, 조절부를 제어하여 배기가스가 각 독립된 수용부로 유입되는 양을 조절하도록 구비되는 제어부가 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 제어부는 각 조절부 중 적어도 하나의 조절부를 통해 배기가스가 필터 수용부로 공급하여 배기가스의 정화가 지속적으로 이루어지도록 제어하도록 구성될 수도 있다.
그리고, 필터 수용부와 조절부 사이에는 매연에 대한 촉매작용을 하는 물질이 코팅된 연결부가 더 구비될 수도 있다. 또한, 분배부와 유입부 사이에는 매연에 대한 촉매작용을 하는 물질이 코팅된 연결부가 더 구비될 수도 있다.
또한, 히터 장착부는 히터 케이싱에 구비되거나, 또는 히터 케이싱과 결합되는 별도의 케이싱으로 구성될 수도 있다.
한편, 필터 케이싱은 각 필터 수용부의 내부에 필터 수용부의 내 측벽과 이격되어 단열공간이 형성되는 보조 케이싱이 더 구비되고, 필터가 보조 케이싱의 내부에 장착되도록 구성될 수도 있다
그리고, 필터는 금속섬유매트로 이루어지는 필터부재를 포함하여 구성될 수도 있다. 이 경우, 필터는 복수의 층으로 이루어져 유로가 형성되며, 유로의 일 측이 개구되고, 다른 일 측이 밀폐되는 구조로 이루어지는 금속 섬유매트로 구성되며, 히터는 필터의 어느 일 부의 층 사이에 삽입되어 금속 섬유매트로 열을 전달하도록 구성될 수도 있다.
다른 한편, 필터는 금속섬유매트로 이루어지는 복수의 관 형상으로 이루어져 유로를 형성하는 필터부재와; 복수의 필터부재의 양단부에 배치되며, 유로의 일 측이 개구되고, 다른 일 측이 밀폐되도록 각 두 필터부재의 단부에 교대로 결합되는 복수의 밀봉부와; 복수의 필터부재들 중 중앙에 배치되는 필터부재의 일 단부에 배 치되어 중앙부 유로의 일 측을 밀폐하도록 결합되는 중앙 밀봉부를 포함하여 구성될 수도 있다.
또 다른 한편, 필터는 관 형상을 갖는 단일의 필터부재가 겹쳐져 복수의 층을 이루어 일 측이 개구되고, 다른 일 측이 밀폐되는 유로가 형성되도록 구성될 수도 있다.
그리고, 히터는 전원공급부로부터 전원을 인가시키는 전원공급선과; 전원 공급부로부터 공급되는 전원에 의해 가열되는 발열부와; 전원공급선과 발열부를 연결하는 커넥터를 포함하여 구성될 수도 있다. 이 경우, 발열부는 전기에 의해 발열되는 발열체와; 발열체의 외부에 피복되는 절연부재를 포함하여 구성될 수도 있다.
한편, 히터는 복수의 필터부재들 층간에 삽입되어 필터부재와 접하도록 배치될 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 배기가스로부터 필터에 포집되는 입자상 물질의 제거가 효율적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 배기가스로부터 필터에 포집되는 입자상 물질을 충분히 제거될 수 있도록 하여 매연 포집량 증가로 인한 차량 출력 감소 것을 방지할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 필터가 히터에 의해 필터에 포집된 입자상 물질(Soot)을 연소시키기 위한 온도까지의 신속하게 상승하여 매연을 직접 태울 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 차량의 운행과 무관하게 필터에 포집된 매연을 제거할 수 있게 된다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 공간상 설치에 대한 제약이 감소하게 되며, 이로 인하여 배기량에 적합한 효율을 갖는 배기가스 정화 장치의 적용이 가능하게 된다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 필터에 포집된 매연을 선택적으로 연소시켜 차량의 운행 환경(조건)에 발생하는 제약을 감소시킬 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따르면, 필터에 포집되는 매연이 효율적으로 제거될 수 있기 때문에 필터의 양단부에 대한 압력차(차압, 배압)가 상승하는 것을 억제할 수 있게 되고, 이로 인해 차량의 출력이 감소하는 것을 억제할 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 배기가스 정화 장치에 대하여 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예 에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 히터에 의해 포집된 매연이 제거되는 필터가 구비되어 차량 엔진의 구동과 무관하게 포집된 매연의 제거를 가능하게 하여 배기가스의 정화효율이 최적의 상태를 유지할 수 있도록 구성되는 것을 기초로 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치(1)의 외관 구조를 나타내고 있다.
상기 배기가스 정화장치(1)의 일 예에 따른 구성을 설명하면, 상기 배기가스 정화장치(1)는 이하 설명되는 배기가스로부터 입자상 물질을 포집하며, 히터(130)에 의해 포집된 입자상 물질의 제거가 가능하도록 구성되는 필터(100)가 구비되는 필터 케이싱(10)과 상기 필터 케이싱(10)으로 배기가스가 유입되도록 하는 유입부(60)를 포함하여 구성될 수도 있다.
그리고, 상기 유입부(60)는 배기가스가 유입되도록 예를 들어 연소장치(자동차의 경우, 엔진)에 결합된 배기부(예를 들어 머플러 등)와 연결되어 배기가스가 상기 필터 케이싱(10)의 내부로 유입되도록 구성될 수도 있다. 상기 필터 케이싱(10)의 어느 일 위치에는 히터 장착부(20)가 구비되어 상기 필터(100)에 포집된 입자상 물질을 제거하기 위한 히터(130)가 고정가능하게 장착되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 히터 장착부(20)는 도시된 것과 같이 상기 유입부(60)와 필터 케이싱(10) 사이에 구비되어 히터(130)가 장착되고, 상기 히터(130)는 이하 필 터(100)의 구성에 대한 실시예에서 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이 필터(100)와 인접하게 배치되거나, 또는 필터와 접하도록 구성될 수 있다.
다른 한편, 상기 히터 장착부(20)는 상기 유입부(60)와 필터 케이싱(10) 사이의 위치에 한정되지 않고, 히터(130)가 고정 가능하도록 상기 필터 케이싱(10)의 어느 일 위치에 구비될 수 있고, 이 경우, 히터 장착부(20)는 도시된 것과 같이 각 필터 수용부(11)에 대한 독립된 각각의 히터 케이싱(20a,20b)으로 구성될 수 있고, 다른 한편, 필터 케이싱(10)의 어느 일 영역 자체로 구성될 수도 있다.
한편, 상기 필터 케이싱(10)으로 배기가스가 공급되는 유로의 어느 일 위치에는 각 필터 수용부(11)로 유입되는 배기가스의 유입 상태를 제어하기 위하여 조절부(30)와 분배부(40)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
구체적으로 설명을 하면, 필터(100)에 포집된 매연을 제거하기 위하여 히터(130)를 작동하는 경우, 배기가스가 지속적으로 상기 필터 수용부(11)로 유입되는 경우, 열효율이 저하될 수 있다. 이 경우, 포집된 매연을 제거하기 위해서는 히터(130)의 발열량을 높여야만 하는데, 히터(130)의 발열량에는 한계가 있고, 또한 충분한 발열을 위해서는 별도의 장치를 필요로 하거나, 또는 차량 등의 구조적인 한계로 인하여 충분한 발열이 이루어지지 않을 수도 있다.
따라서, 상기 히터 장착부(20)와 유입부(60) 사이에 조절부(30)와 분배부(40)를 구비하여 각 필터 수용부(11)로 유입되는 배기가스의 유입 상태를 제어하는 경우, 어느 일(또는 일부) 필터 수용부(11)로 유비되는 배기가스를 차단하고, 배기가스의 유입이 차단되지 않은 다른 필터 수용부(11)로만 배기과정을 수행하도 록 할 수 있다. 이 경우, 배기가스의 유입이 차단된 필터 수용부(11)에서는 히터(130)의 작동에 의해 충분한 발열이 이루어지게 되어 포집된 매연의 제거를 수행할 수 있게 된다. 이러한 구성을 위한 일 예로, 상기 조절부(30)는 상기 각 히터 케이싱(20a,20b)에 대한 각각의 독립된 조절부(30a,30b)로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 조절부(30)는 일반적으로 알려진 밸브의 구성을 통해 이루어질 수도 있다.
이러한 구성에 의해 유입부(60)로 유입되는 배기 가스는 분배부(40)를 통해 분리되어 각 조절부(30a,30b)를 지나 필터 케이싱(20)의 각 필터 수용부(11)로 유입된다. 이와 같이, 각 필터 수용부(11)로 유입된 배기가스는 필터(100)에 의해 매연이 포집되어 입자상 물질이 제거된 상태로 배출될 수 있다. 이 경우, 상기 필터(100)에 포집된 매연은 일정량 이상으로 포집되며, 배기상태가 원활하게 이루어지지 않게 되기 때문에, 필터(100)에 포집된 매연을 제거하여야 한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 필터(100)에 포집된 매연(입자상 물질)은 히터(130)를 가열하여 필터(100)에 포집된 매연의 제거를 가능하도록 구성할 수 있는데, 이 경우, 매연의 제거는 차량의 운행 상태를 유지하면서 제거될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 설명된 조절부(30)를 통해, 연소의 효율을 증가시키기 위해 필터(100)에 포집된 매연을 제거하기 위하여, 상기 필터 케이싱(10)의 어느 일 필터 수용부(11)로 유입되는 배기가스의 양을 제어(예를 들어 유입량의 감소)하거나, 차단할 수도 있다. 이와 같이, 필터 수용부(11)로 유입되는 배기가스의 유입량을 제어하게 되면, 차량의 운행(예를 들어 엔진의 구동상태)이 유지되면서 포집된 매 연의 제거를 위한 히터(130)의 효율이 최적의 상태로 유지될 수 있도록 할 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 배기가스가 필터 수용부(11)로 유입되면, 히터(130)에 의해 가열되는 주위 및/또는 필터(100)의 온도가 낮아질 수 있다. 만일, 운행중 배기상태가 원활하게 이루어지지 않는 경우(다시 말해서, 필터에 일정량 이상의 매연이 포집되는 경우), 포집된 매연의 효율적인 제거를 위해서는 배기가스의 유입을 차단하고 히터(130)를 작동시키는 것이 이상적이라 할 수 있다. 따라서, 차량의 운행(엔진의 구동)을 멈추지 않고, 어느 일 조절부(30a 또는 30b)를 작동하여 일 측 필터 수용부(11)로 유입되는 배기가스를 차단하거나, 유입량을 줄인 상태에서 신속한 연소작용이 이루어지도록 할 수 있다. 그 후, 일 측 필터(100)에 포집된 매연이 제거된 후에는 상기 조절부(30)를 반대로 작동하여 다른 일 측 필터 수용부(11)로 유입되는 배기가스를 차단하거나, 유입량을 줄여 신속한 연소작용이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 상기 유입부(60)에는 압력을 감지하기 위한 감지부(61a) 또는 온도를 감지하기 위한 감지부(61b)를 구비하거나, 또는 압력을 감지하기 위한 감지부(61a)와 온도를 감지하기 위한 감지부(61b)를 모두 구비할 수도 있다. 상기 구성에 의해, 감지부(60)가 배기가스의 압력 및/또는 온도를 감지하여 조절부(30) 및/또는 히터(130)의 작동을 제어할 수 있도록 구성할 수도 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 만일, 필터(100)에 일정량 이상의 매연이 포집되면, 배기 상태가 불안정하게 된다. 다시 말해서, 배기가 원활하게 이루어지지 않기 때문에 배기가스 정화장 치(1)의 내부에는 압력 및/또는 온도가 상승하게 된다. 이 경우, 상기 감지부(61)에 의해, 배기가스 정화장치(1)의 내부에 변화되는 압력 및/또는 온도를 감지하여 불안정한 배기 상태를 감지할 수 있게 되고, 감지된 배기가스 정화장치(1)의 내부 압력 및/또는 온도를 기초로 하여 조절부(30) 및/또는 히터(130)의 작동을 제어할 수도 있다.
이 경우, 상기 배기가스 정화장치(1)는 제어부(미도시)가 더 구비되어, 상기 히터(130) 및/또는 조절부(30)의 작동을 제어하도록 구성할 수도 있다. 한편, 상기 배기가스 정화장치(1)가 차량에 장착되는 경우, 상기 제어부는 차량의 제어부에 함께 구성되도록 할 수도 있다.
한편, 상기 배기가스 정화장치(1)는 히터 케이싱(10)과 조절부(30) 사이에 연결부(22a,22b)가 더 구비될 수도 있다. 상기 연결부(22a,22b)는 각 밸브(30a,30b)와 히터 케이싱(20a,20b) 사이에 독립된 구성이 가능하다. 그리고, 상기 각 연결부(22a,22b)는 그 내부에 매연을 정화시키기 위한 촉매작용을 하는 물질이 더 코팅되도록 구성될 수도 있다.
다른 한편, 상기 배기가스 정화장치(1)는 분배부(40)과 유입부(60) 사이에 연결부(50)가 더 구비될 수도 있다. 또한, 상기 연결부(50)는 그 내부에 매연을 정화시키기 위한 촉매작용을 하는 물질이 더 코팅되도록 구성될 수도 있다.
상기 필터(100)는 복수의 층으로 이루어져 유로(110a,110b)가 형성되도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 상기 필터(100)는 각각의 층 사이의 공간이 배기가스가 흐를 수 있는 유로(110a,110b)로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 각 층 사이의 공간 에 의해 형성되는 유로(110a,110b)에는 히터(130)가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 히터(130)는 상기 각각의 층에 의해 형성되는 모든 유로(110a,110b) 또는 일부 유로에 배치될 수도 있다.
상기 배기가스 정화 장치(1)에 구비되는 일 실시예에 따른 필터(100)의 구성을 설명하면, 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 필터(100)는 배기가스로부터 발생하는 매연(예를 들어, 입자상 물질)을 포집(걸름)하기 위하여 필터부재(110)로 구성될 수 있는데, 상기 필터부재(110)가 복수의 층으로 이루어져 유로(110a,110b)가 형성되도록 구성될 수 있다. 상기 필터부재(110)에 의해 형성되는 유로(110a,110b)는 각 층을 기준으로 하여 설명할 경우, 일 측이 개구되고, 다른 일 측이 밀폐되는 구조로 유로(110a,110b)가 형성될 수 있고, 각 층 마다 유로(110a,110b)의 배치상태를 반대로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 어느 층에 배치되는 유로(110a)가 좌측이 개구되고, 우측이 밀폐되는 경우, 상기 층의 상부 및 하부에 배치되는 층의 유로(110b)는 우측이 개구되고, 좌측이 밀폐되는 구조로 배열될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 유로(110a,110b)의 방향을 따라 절개된 필터부재(110)의 단면 구조가 예를 들어, 지그재그 형상으로 접혀진 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 구조에 의해 배기가스가 접하는(통과하는) 필터부재(110)의 영역이 증가하게 되며, 따라서, 포집되는 매연의 양을 증가시킬 수 있게 된다.
필터부재(110)가 상기와 같은 구조를 가질 수 있도록 하기 위한 일 예로, 상기 필터부재(110)는 서로 다른 크기(직경 또는 폭)를 가지는 복수의 관 형상의 구조로 구비되어 작은 크기의 필터부재(110)가 큰 크기의 필터부재(110)에 삽입되도 록 배치된 상태에서, 각 필터부재(110)의 양단부가 교대로 밀폐(결합)되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 각 필터부재(110)는 원통형 또는 다각형의 관 형상 구조로 이루어질 수도 있다.
이 경우, 상기 필터부재(110)의 양단부를 밀폐하는 구조의 일 예는, 도 3a에 도시된 것과 같이, 각 필터부재(110)의 좌측 단부들가 각 밀봉부(121a,121b,121c)에 의해 교대로 밀폐되고, 상기 각 필터부재(110)의 우측 단부들은 각 밀봉부(123a,123b,123c)에 의해 밀폐되도록 구성될 수도 있다. 여기서, 필터부재(110)의 좌측 단부에 배치되는 밀봉부(121a,121b,121c)와 우측 단부에 배치되는 밀봉부(123a,123b,123c)는 서로 교대로 배치되어 복수의 필터부재(110)의 양단부가 교대로 밀폐되도록 구성하여 필터부재(110)의 단면 구조가 주름지게 졉혀진 구조로 이루어질 수 있도록 할 수도 있다. 이러한 구조에 있어서, 중앙부에 배치되는 필터부재(110)는 그 중앙부 유로의 일 단부가 밀폐되도록 밀봉부(122)가 구비될 수 있다.
여기서, 외부에 배치되는 필터부재(110)의 어느 일 단부는 다른 필터부재의 단부와 밀폐구조를 이루지 않고, 필터부재(110)가 형태를 유지할 수 있는 지지부의 역할을 하는 결합부재(124)가 구비될 수도 있다.
상기 필터(100)의 다른 구성의 예로, 관 형상을 갖는 단일의 필터부재(110)가 겹쳐지도록 접혀져 복수의 층을 이루어 일 단부가 개구되고, 다른 일 단부가 밀폐되어 유로가 형성되도록 구성될 수도 있다. 이와 같은 필터부재(110)가 겹쳐지도록 구성하여 복수의 유로가 형성되도록 구성할 수도 있다.
이러한 구성 이외에도 필터는 유로가 형성될 수 있도록 다양한 방식(또는 구조)으로 이루어질 수도 있다.
상기와 같이 구성될 수 있는 필터(100)는 상기 각 필터부재(110)의 층 사이에 형성되는 유로(110a,110b)에 상기 언급된 것과 같이 히터(130)가 배치될 수 있다. 이 경우, 히터(130)는 발열부가 상기 유로(110a,110b)에 삽입된 상태로 배치되어 상기 각 필터부재(110)와 접하거나, 또는 이격된 상태로 배치될 수도 있다.
한편, 상기 히터(130)는 도시된 것과 같이 일 방향의 유로(110a)에만 배치될 수도 있고, 이 경우, 상기 어느 일 방향의 유로(110a)의 일부 영역(선택된 일부 유로)에만 배치될 수도 있다. 또한, 상기 히터(130)는 양 방향의 유로(110a,110b) 모두에 배치될 수도 있다.
이와 같이 필터부재(110) 사이에 히터(130)가 배치된 경우, 예를 들어 도 3b에 도시된 것과 같이 좌측 방향에서 배기가스가 유입되어 상기 필터(100)를 통과하여 우측 방향으로 흐르는 경우, 필터(100)에 의해 배기가스로부터 매연이 포집되고, 포집된 매연이 상기 히터(130)의 가열에 의해서 연소되어 제거될 수 있다.
간단히 설명하면, 배기가스는 도시된 필터(100)의 우측 방향에서 유입되어 필터(100)의 일 측 유로(110a)로 흘러들어가게 된다. 상기 배기가스는 유입된 유로(110a)에서 필터부재(110)를 통과하여 다른 유로(110b)로 흘러가게 되는데, 이때, 상기 필터부재(110)에 의해 배기가스에 포함된 매연이 상기 필터부재(110)에 의해 포집되고 정화된 배기가스가 유로(110b)를 통해 배출된다.
필터부재(110)에 포집된 매연은 그 양이 증가하게 되면, 상기 필터부재(110) 의 영역을 덮게 되어 배출가스가 상기 필터부재(110)를 통과할 수 없게 된다. 이 경우, 상기 히터(130)의 발열부(131)를 통해 열을 제공하여 상기 필터부재(110)에 포집된 매연을 연소시켜 제거하게 된다. 이때, 상기 배출가스가 유입되는 유로(110a)의 압력이 높기 때문에 연소된 매연은 상기 필터부재(110)를 통과하여 밖으로 배출될 수 있게 된다.
한편, 상기 필터부재(110)는 히터(130)에 의해 제공되는 열에 의해 직접 포집된 매연을 연소할 수 있도록 금속 재질로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 필터부재(110)는 내구성을 보강하기 위하여 섬유매트의 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 설명된 필터부재(110)는 본 출원인이 출원하여 등록된 특허 제10-0705707호에 개시된 섬유매트 구조의 필터부재(110)를 이용하여 구성할 수도 있다.
상기 필터(100)에 의해 포집되어 필터부재(110)의 면에 부착되어 있는 매연은 상기 언급된 바와 같이 히터(130)에 의해 발생하는 열에 의해 히터(130) 및/또는 히터(130)로부터 열이 전달된 필터부재(110)에 의해 연소하여 제거될 수 있다.
상기 열을 발생시키기 위하여 복수의 층을 이루는 필터부재(110) 사이(유로)에 배치되는 히터(130)는 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이, 전력에 의해 열을 발생시키는 발열부(131)와 상기 발열부에 전력을 공급하게 되는 전원 공급선(133)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 전원의 공급을 위하여 전원 공급선(133)은 전원(미도시)에 연결된다.
한편, 상기 발열부(131)와 전원 공급선(133)의 연결을 위하여 커넥터(132)가 더 구비될 수도 있다. 한편, 상기 커넥터(132)는 이하 배기가스 정화장치의 일 실 시예에서 설명되는 바와 같이, 발열부(131)가 필터부재(110)에 배치된 상태를 유지할 수 있도록 고정을 위한 장착구조를 가질 수도 있다. 상기 커넥터(132)의 구조는 일반적으로 알려진 커넥터를 이용하여 구성이 가능하다. 예를 들어 발열부(131)와 전원 공급선(133)의 연결은 단순 삽입 구조 또는 나사 결합 구조를 이루는 암, 수 한 쌍으로 구성되는 커넥터의 구조로 이루어질 수도 있다. 그리고, 장착구조에 관한 예로는 상기 커넥터(132)의 외부에 나사구조를 형성하여 나사 체결 방식으로 장착할 수 있는 구조로 이루어질 수도 있다. 이러한 구조는 이에 한정되지 않고, 일반적으로 알려져 있는 구성 자체로 또는 단순 적용으로 이루어질 수도 있다.
상기 발열부(131)는 전력에 의해 발열하는 재질로 구성되는 발열체(131a)로 이루어질 수 있으며, 상기 발열체(131a)의 외부에는 절연부재(131b)가 피복되는 구조로 이루어질 수도 있다. 따라서, 필터부재(110)가 금속재질로 구성되는 경우에도 상기 언급된 것과 같이 상기 히터는 발열부(131)의 외부에 절연부재(131b)가 피복되어 구성될 수 있기 때문에 복수의 필터부재(110) 층 사이(유로)에 삽입되어 필터부재(110)와 접하도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 절연부재(131b)는 쇼트의 방지를 위한 것으로, 만일 상기 발열부(131)가 필터부재(110) 또는 다른 구성요소들과 접촉하지 않는 구조로 이루어지는 경우에는 절연부재(131b)가 피복되지 않을 수도 있다.
상기 히터(130)는 도시된 것과 같이 라인으로 이루어질 수도 있고, 플레이트 구조로 이루어질 수도 있다. 다른 한편으로 원통형 또는 다각의 관형 구조체로 이루어져 상기 복수의 층을 이루는 필터부재(110) 사이에 삽입되어 배치되도록 구성 될 수도 있다.
이와 같이 구성될 수 있는 히터(130)는 상기 언급된 것과 같이 복수의 층을 이루는 필터부재(110)의 사이(유로)에 삽입되어 배치될수 있는데, 이 경우, 일부의 필터부재(110) 층 사이(유로)에 배치될 수도 있고, 또는 전체의 필터부재(110) 층 사이(유로)에 배치될 수도 있다. 한편, 상기 필터부재(110)의 층은 내부가 직경(또는 폭)이 작고, 외부로 갈수록 직경(또는 폭)이 커지게 되기 때문에 각 필터부재(110)의 층마다 장착되는 히터(130)의 면적(영역)이 다르게 된다.
따라서, 상기 히터(130)의 동일 규격으로 구성되어 각층 마다 장착되는 히터(130)의 수를 조절하여 구성할 수 있다. 이 경우, 히터(130)의 발열을 위하여 인가되는 전압은 동일한 전압으로 인가할 수 있게 된다. 한편, 필터부재(110)의 각층의 영역(길이 또는 면적 등)에 상응하는 영역(길이 또는 면적 등)으로 상기 히터(130)(정확하게는 발열부)를 구성하여 각각의 필터부재(110)의 층에 배치할 수도 있다. 이 경우, 상기 히터(130)의 발열을 위하여 인가되는 전압은 각 필터부재(110)의 층마다 다르게 인가하여 발열 온도를 설정할 수도 있다.
상기 히터(130)가 필터부재(110)의 층 사이(유로)에 배치된 상태를 유지할 수 있도록 장착되는 구성의 일 예는 도 5에 도시된 것과 같이 구성될 수도 있다.
상기 필터(100)는 내부에 필터(100)의 장착을 위한 필터 수용부(11)가 구비되고, 필터(100)에 의해 매연이 걸러진 배기가스가 배출되는 배출부(12)가 구비되는 필터 케이싱(10)에 장착될 수 있다. 상기 필터(100)가 필터 수용부(11)에 장착된 상태에서 필터(100)에 구비되는 히터(130)의 고정을 위하여 상기 필터 케이 싱(10)에는 히터 장착부(20)이 장착될 수 있다. 상기 히터 장착부(20)는 상기 필터 케이싱(10)의 유입구(배기가스가 유입되는 영역) 측에 결합될 수 있으며, 상기 히터 장착부(20)는 복수의 구멍(21a)이 형성될 수 있다. 상기 구멍(21a)에는 히터(130)의 커넥터(132)가 결합되어 발열부(131)가 상기 필터부재(110)의 측 사이(유로)에 배치된 상태를 유지할 수 있도록 고정하게 된다. 한편, 필터(100)가 장착된 상태에서 유동이 발생하지 않도록 상기 필터 수용부(11)에는 지지부(13)가 더 구비될 수도 있다. 상기 지지부(13)는 도시된 것과 같은 구조로 한정되는 것이 아니라, 수용부에 장착되는 구성요소가 장착된 상태를 유지할 수 있도록 일반적으로 알려진 구성이 적용될 수도 있다.
상기 히터 케이싱(10)은 도시된 것과 같이 복수의 필터 수용부(11)가 구비되어 복수의 필터(100)가 필터 케이싱(10)에 장착될 수 있다. 이 경우, 상기 배출부(12)는 복수의 배출부(12a,12b)로 구성되어 각 필터 수용부(11)가 독립된 유로를 형성할 수 있고, 또한 히터 장착부(20) 역시, 복수의 히터 케이싱(20a,20b)으로 구성되어 각 필터 수용부(11)가 독립된 유로를 형성할 수 있도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 히터(130)의 커넥터(132)는 필터 케이싱(10)에 장착되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 상기 필터 케이싱(10)의 유입구 측에 상기 커넥터(132)가 장착될 수 있는 구조(예를 들어 구멍 등)를 형성하여, 상기 히터(130)가 필터(100)에 장착된 상태에서 고정되도록 구성할 수도 있다. 다시 말해서, 별도의 히터 장착부(20)을 구비하지 않고, 상기 필터 케이싱(10)의 유입구 측 영역에 히터(130)가 장착될 수 있는 별도의 영역이 일체로 형성되도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 필터 케이싱(10)의 필터 수용부(11)에는 도 6에 도시된 것과 같이, 별도의 보조 케이싱(14)이 더 구비될 수도 있다. 이 경우, 상기 필터(100)는 보조 케이싱(14)의 내부에 장착되어 매연을 포집할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 보조 케이싱(14)에 의해 유로가 형성되도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 보조 케이싱(14)은 필터 케이싱(10)의 내부에 형성되는 필터 수용부(11)의 내부 면과 이격된 상태를 유지하도록 장착될 수 있다. 상기 필터 수용부(11)의 내부 면과 상기 보조 케이싱(14)의 외부면이 이격되어 형성되는 공간은 단열영역(15)으로 구성될 수도 있다. 상기 단열영역(15)은 히터(130)의 발열시 외부 환경에 의해 발생하는 열손실을 최대한 방지하도록 작용할 수도 있다.
상기와 같이 설명된 배기가스 정화 장치는 상기 설명된 실시예의 구성 및 방법에 의해 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 전체 구성의 일 예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화 장치에 장착되는 필터의 외관 구조의 일 예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 필터의 내부 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3b는 도 2에 도시된 필터에 의해 형성되는 유로에 히터가 배치되어 작동하는 상태를 설명하기 위한 구성을 개념적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 배기가스 정화장치에 구비되는 필터에 장착되는 히터의 일 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 배기가스 정화장치에 배기가스 정화 장치용 필터가 장착되는 일 예의 상태를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 배기가스 정화장치에 배기가스 정화 장치용 필터가 장착되는 다른 일 예의 상태를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
1 ... 배기가스 정화장치 10 ... 필터 케이싱
11 ... 필터 수용부 12 ... 배출부
13 ... 지지부 14 ... 보조 케이싱
15 ... 단열영역 20 ... 히터 장착부
21 ... 구멍 22,50 ... 연결부
30 ... 조절부 40 ... 분배부
60 ... 유입부 61 .. 감지부
100 ... 필터 110 ... 필터부재
121a,121b,121c,122,123a,123b,123c ... 밀봉부
124 ... 결합부재 130 ... 히터
131 ... 발열부 132 ... 커넥터
133 ... 전원공급선

Claims (11)

  1. 일 단부에 배출부가 구비되며, 적어도 둘 이상의 독립된 필터 수용부가 구비되는 필터 케이싱과;
    상기 필터 케이싱 내부에 장착되어 배출되는 배기가스로부터 입자상 물질을 포집하도록 구성되는 필터와;
    상기 필터에 포집된 입자상 물질을 제거하도록 구비되는 히터와;
    상기 히터가 필터와 인접하게 배치되어 고정되도록 구비되는 히터 장착부와;
    상기 필터 케이싱의 각 필터 수용부와 연결되도록 장착되어 각 독립된 수용부로 배기가스의 유입량을 제어하는 조절부와;
    상기 조절부와 연결되어 제어된 유입량의 배기가스가 필터 케이싱으로 유입되도록 구비되는 분배부와;
    상기 분배부에 연결되어 배기가스를 유입시키는 유입부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조절부를 제어하여 배기가스가 각 독립된 수용부로 유입되는 양을 조절하도록 구비되는 제어부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는 각 조절부 중 적어도 하나의 조절부를 통 해 배기가스가 필터 수용부로 공급하여 배기가스의 정화가 지속적으로 이루어지도록 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터 수용부와 조절부 사이에는 매연에 대한 촉매작용을 하는 물질이 코팅된 연결부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 분배부와 상기 유입부 사이에는 매연에 대한 촉매작용을 하는 물질이 코팅된 연결부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 히터 장착부는 히터 케이싱에 구비되거나, 또는 히터 케이싱과 결합되는 별도의 케이싱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는 금속섬유로 이루어지는 필터부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는 복수의 층으로 이루어져 유로가 형성되며, 상기 유로의 일 측이 개구되고, 다른 일 측이 밀폐되는 구조로 이루어지는 금속 섬 유로 구성되며, 상기 히터는 상기 필터의 어느 일 부의 층 사이에 삽입되어 금속 섬유매트로 열을 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 필터는 금속섬유매트로 이루어지는 복수의 관 형상으로 이루어져 유로를 형성하는 필터부재와;
    상기 복수의 필터부재의 양단부에 배치되며, 상기 유로의 일 측이 개구되고, 다른 일 측이 밀폐되도록 각 두 필터부재의 단부에 교대로 결합되는 복수의 밀봉부와;
    상기 복수의 필터부재들 중 중앙에 배치되는 필터부재의 일 단부에 배치되어 중앙부 유로의 일 측을 밀폐하도록 결합되는 중앙 밀봉부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 필터는 관 형상을 갖는 단일의 필터부재가 겹쳐져 복수의 층을 이루어 일 측이 개구되고, 다른 일 측이 밀폐되는 유로가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 히터는 복수의 필터부재들 층간에 삽입되어 필터부재와 접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
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