KR20090098106A - 자동차 소음기에 장착되는 부분방전 플라즈마를 이용한자동차 배출가스 분해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 소음기에 장착되는 부분방전 플라즈마를 이용한 자동차 배출가스 분해 장치에 관한 것으로서 소음기의 배기관에 연결되는 연결조립부가 양측면에 형성되는 장치케이스가 마련되고, 내부에 배기이송관의 설치에 있어서 배기관의 후측에 탄소필터가 장착되고 관로의 중앙이 ㄷ 자형의 우물형태 굴곡으로 이루어져 배기체가 4회의 벽체를 만나서 굴곡을 따라 흐르면서 배기속도가 조정되도록 형성되고 굴곡면 마다의 4개 부분 벽체에는 전극과 전압공급기와 대향전극이 일체가된 부분방전 생성기가 관로를 따라 평행으로 고정되어 배치되며, 상기 부분방전 생성기는 직류전원으로 하며, 전원에 연결되는 전극은 다수의 침상전극으로 내열성이 강한 도체금속 소재로 하여 사각형의 배열을 이루도록 구성되고, 상기전극과 대응하는 전극층은 직사각형의 판형으로 침상전극의 수만큼 천공이 있고 갭거리가 2mm이하로 구성되고 평균전압은20∼25kV로 인가되도록 구성하여 전압을 인가하면 아크방전을 크게 성장시키지 않고 전로파괴 될 수 있도록 구성하는 특징으로 이루어지는 것으로서,

배기관로내에서 관로를 타고 이송되는 배출가스를 지배하고 있는 배경가스의 외곽분자가 전리전압에 의하여 여기되는 과정에 생성되는 플라즈마와 플라즈마에 의하여 생성된 화학적, 물리적 활성기들이 유해물질 분자의 분해를 촉진하도록 하는 원리를 이용하는 것이며, 종국적으로는 자동차 소음기에 장착되어 자동차 배기 매연물질 분해 소거효과를 제공하게 된다.

본 발명의 목적은 저온플라즈마의 성장을 위하여 동기원인 고압방전 장치를 자동차 소음기의 배기가스 배기통로내에 발생원과 전극이 일체되어 설치될 만큼 소형화하고 저비용으로 장치를 실현함으로서 종래의 고비용, 대면적을 차지하는 플라즈마장치의 비상용성을 개선함에 있으며, 적은 비용으로 자동차에 상용화 할 수 있어 자연대기오염의 원인을 줄이는 파급적 효과를 가져 올 수 있기도 한 것이다.

부분방전. 저온플라즈마. 대향전극. 침상전극. 배출가스. 직류전원. 자동차소음기.

Description

자동차 소음기에 장착되는 부분방전 플라즈마를 이용한 자동차 배출가스 분해 장치{decomposition device car exhaust gas}

부분방전에 의한 플라즈마성장을 이용한 자동차 배출가스 저감기술

선진국에서의 저온 플라즈마를 이용한 유해물질 처리기술은 발전소 등의 고정 배출원과 자동차 등의 이동 배출원을 대상으로 활발히 연구되고 있으며 우리나라에서도 발전소 배출가스 정화용의 실증규모의 플라즈마 장치를 건설하고 있으며 자동차 배출가스 저감을 위한 연구와 개발도 저온플라즈마를 이용하고자 하는 부문에서 긍정적으로 진행되고 있는 실정에 있다.

저온플라즈마는 플라즈마를 구성하는 파라메타에서 전자가 갖는 에너지가 이온이 소유한 에너지보다 큰 상태의 플라즈마를 말한다.

반대로 용사나 스퍼터공정과 같이 고온의 열에너지를 수반하는 고온플라즈마는 이온이 보유하는 에너지가 전자가 보유하는 에너지 보다 큰 것을 의미하기도 한다.

플라즈마의 정의는 백과사전에서 찾아보면 아래와 같이 인용된다.

[인용- 두산백과사전]

기체 상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 올려주면, 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체가 만들어진다. 물질의 세 가지 형태인 고체, 액체, 기체와 더불어 '제4의 물질상태'로 불리며, 이러한 상태의 물질을 플라즈마라고 한다.

본문

플라즈마의 생성

물질 중에서 가장 낮은 에너지 상태를 가지고 있는 고체에 열을 가하여 온도가 올라가면 액체가 되고 다시 열에너지가 가해지면 기체로 전이를 일으킨다. 계속해서 기체가 더 큰 에너지를 받으면 상태전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어 지게 되며 이때 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아진다. 이러한 상태가 전기적으로 중성을 띄는 플라즈마 상태이다.

주변의 플라즈마 상태

이 상태는 지구상에서는 흔하지 않은 현상이지만 우주에서는 거의 모든 물질의 정상상태가 플라즈마상태이며 태양의 대기 또한 플라즈마로 채워져 있다. 우리 주변에서 관찰할 수 있는 플라즈마 상태로는 조명등으로 사용하고 있는 형광등과 길거리에서 흔하게 볼 수 있는 네온사인, 그리고 자연현상으로는 소나기가 쏟아지면서 자주 발생하는 번갯불과 같은 것들이 있으며 북극지방 밤하늘에 발생하는 오로라(AURORA)도 플라즈마가 나타내는 빛이라고 볼 수 있다.

플라즈마의 응용

플라즈마를 이용하면 인공 다이아몬드를 합성할 수 있고, 고대 유적지에서 발굴된 금속유물에 플라즈마로 표면 코팅처리를 하면 마모나 부식을 방지할 수 있고 유물의 상태를 개선하는 효과를 낼 수도 있다. 플라즈마가 내는 빛을 이용한 플라즈마표시장치(PDP:Plasma Display Panel)는 산업전반에 폭넓게 사용되고 있는데 대표적인 것이 PDP TV이다. 또한 플라즈마는 핵융합을 통해 석유나 석탄과 같은 화석연료를 대체하여 사용할 수 있으며, 세계의 주요 선진국들은 플라즈마를 이용한 대체에너지원 개발을 위해 활발한 연구를 진행하고 있다.

상기와 같이 백과사전에서 인용된 플라즈마의 응용외에도 가스상태의 독성물질을 분해하여 소거하는 기술과 물질의 표면개질,물질입자의 초미세화,초고온과 플라즈마제트를 이용한 용사공정, 등, 수많은 분야에 플라즈마가 응용되고 있으며 최근에는 상기에서 기술한 저온플라즈마 를 저압이나 진공상태를 무시하고 대기압 상태에서 생성하는 기술적 장치의 개발도 실현 되고 있는 실정에 와 있다. 이러한 기술적인 도약으로 저온플라즈마를 이용한 자동차 배출가스의 저감에도 이용하고자 하는 이론과 실험이 활발히 진행되고 있다.

상기와 같은 이론은 공통적으로 다음과 같은 중심이론과 실제에 근거하고 있기도하다.

배출가스 중에서 고압의 전기방전을 행하면 방전에 의해 발생된 전자가 배출가스의 분자와 충돌하여 가스분자의 외곽 전자상태가 변한다. 이에 따라 반응성이 풍부한 화학적 활성종인 라디칼(둘 이상의 원자단으로서 전기를 띤 것 ⇒ 예 ; OH, COOH, CHO 등), 여기분자, 이온(전기를 띤 원자 ⇒ N, O, H, Ca 등) 등은 양 또는 음으로 하전되어 전기적으로 중성상태의 가스가 되는데 이를 저온 플라즈마라 하고 있고,

많은 저온 플라즈마 장치가 환경분야에의 응용을 위해 개발되어 왔다. 이들 장치들의 기본원리는 전기에너지의 상당 부분을 강력한 전자들을 생산하는데 기여하는 플라즈마를 만들어 운전한다. 비록 전자들의 수명이 대기압 조건에서 짧고, 오염물질의 분자와 거의 충돌이 없다 할지라도 배출가스를 지배하고 있는 배경가스와 많은 충돌이 일어난다. 이로 인해 생성된 활성기들은 유해물질 분자의 분해를 촉진한다고 하고 있다.

이 기술은 산성가스와 먼지를 동시에 처리할 수 있는 잇점이 있으나 포름알데히드 등과 같은 이차 오염물질을 생성할 수 있기 때문에 적용에 있어서는 세심한 주의가 요구되고 있으며 자동차에의 적용에 대한 연구는 향후 고연비의 희박연소 기관의 등장에 따라 현재의 삼원촉매장치로 NOx를 허용기준 이내로 저감할 수 없기 때문에 그 대응기술로 진행되고 있다. 그러나 상기와 같은 저온 플라즈마를 대기압상에서의 발생 과정에서 보면 진공실과 같은 저압의 조건, 또는 플라즈마의 성장과 포집을 효율적으로 관여하는 챔버와 챔버의 부속장치들을 무시할 수밖에 없으며, 플라즈마의 성장을 위하여서는 무시된 만큼의 더 많은 에너지를 필요로 하게 된다. 그 필요에너지를 안정적이고 지속적으로 공급하기 위하여 일반적인 방법으로 고주파전압을 이용하게 되는데 RF(고주파전압)전압공급기는 13.56Mhz정도가 되어도 최소 크기가 30Cm를 넘게 되고 비용 또한 고비용이 소요되며 장치의 간소화에 한계가 있으므로 자동차 배출가스 저감을 위한 장치적인 이용에는 무리가 있게 되는 실정에 있다.

다른 방법으로 직류전원을 이용한 저온플라즈마의 성장 방법이 최선의 방법이나 기체 절연파괴 에너지를 생성 할 수 있는 고전압이 요구되며 안정적이고 지속적인 플라즈마의 성장을 위하여 전극의 구조나 소재 그리고 장치적인 구조가 자동차의 구조와 알맞게 효율적으로 배치되어야 하며 특히 저비용 생산적이어야 실제로 활용될 수 있을 것이라는데 주안점을 두어야 한다.

본 발명의 배경기술은 상기에 주관점을 두고 장치의 부속들을 일체화 하여 소형으로서 실현하고 배치와 구조를 효율적으로 하여 자동차 소음기에 장착되어 자동차 배출가스를 저감하게 하는 기술중심을 가지게 된다.

장치적인 구조가 자동차의 구조와 알맞게 효율적으로 배치되어야 하며 특히 저비용 생산적으로 실제로 활용될 수 있도록 플라즈마생성 장치의 부속들을 일체화 하여 소형으로서 실현하고 배치와 구조를 효율적으로 하여 자동차 소음기에 장착되어 자동차 배출가스를 저감하게 하는 기술과제

소음기의 배기관에 연결되는 연결조립부가 양측면에 형성되는 장치케이스가 마련되고, 내부에 배기이송관의 설치에 있어서 배기관의 후측에 탄소필터가 장착되고 관로의 중앙이 ㄷ 자형의 우물형태 굴곡으로 이루어져 배기체가 4회의 벽체를 만나서 굴곡을 따라 흐르면서 배기속도가 조정되도록 형성되고 굴곡면 마다의 4개 부분 벽체에는 전극과 전압공급기와 대향전극이 일체가된 부분방전 생성기가 관로 를 따라 평행으로 고정되어 배치되며, 상기 부분방전 생성기는 직류전원으로 하며, 전원에 연결되는 전극은 다수의 침상전극으로 내열성이 강한 도체금속 소재로 하여 사각형의 배열을 이루도록 구성되고, 상기전극과 대응하는 전극층은 직사각형의 판형으로 침상전극의 수만큼 천공이 있고 갭거리가2mm이하로 구성되고 평균전압은20∼25kV로 인가되도록 구성하여 전압을 인가하면 아크방전을 크게 성장시키지 않고 전로파괴 될 수 있도록 구성하는 특징으로 이루어지는 자동차 소음기에 장착되는 부분방전 플라즈마를 이용한 자동차 배출가스 분해 장치의 제공.

자동차 소음기에 장착되어 자동차 배기 매연물질 분해 소거효과

첨부 도면 도1,에서와 같이 소음기의 배기관에 연결되는 연결조립부(17)가 양측면에 형성되어 일반적인 자동차의 소음기에 장착 되도록 하여 배출가스통로가 본 발명의 장치와 연결되도록 구성하며 통로는 계속되며, 통로에서 발생되는 열의 분산과 장치의 보호를 위해 장치케이스(11)가 마련되고, 장치케이스의 외부에 열분산을 위한 외부공기흡입구(12)와 외부공기를 흡입하여 열을 외부로 발산해주는 배기구(13)이 형성되고, 내부에 배기이송관의 설치에 있어서 배기관의 전, 후측에 탄소필터(16)가 장착되고, 관로의 중앙이 ㄷ 자형의 우물형태 굴곡으로 이루어져 배기체(a)가 (a')에서 (b)기체로, (b)기체에서(b')기체로, (b')에서 (c')를 거쳐 (c)기체로 배기 되면서 4회의 벽체를 만나서 굴곡을 따라 흐르면서 배기속도가 조정되도록 형성되고 굴곡면 마다의 4개 부분 벽체에는 전극과 전압공급기와 대향전극이 일체가된 부분방전 생성기(p)가 관로를 따라 평행으로 고정되어 배치되어 조정된 기체속도에 의하여 기체분자의 절연파괴를 실행하도록 구성되며, 상기 부분방전 생성기(p)는 직류전원으로 하며, 전원에 연결되는 전극은 도2의 (71)과 같이 다수의 침상전극으로 내열성이 강한 도체금속 소재로 하여 사각형의 배열을 이루도록 구성하여 기체절연파괴 유효 면적이 적정하도록 구성하며, 상기전극(71)과 대응하는 전극층(72)은 직사각형의 판형으로 침상전극의 수만큼 천공(72')이 있고 갭거리가 2mm이하로 구성되어 발생기(73)내에 접지되도록 구성되며, 발생기(73)의 내부구조는 본 발명에서 무시되고 내부구조의 보안을 위하여 열경화성수지로 매립되어 강제 해체시는 내부 구조가 수지와 함께 파손되어 비산되게 구성되며, 평균전압은 20∼25kV로 인가되도록 구성하여 전압을 인가하면 아크방전을 크게 성장시키지 않고 전로파괴 될 수 있도록 구성하는 특징으로 이루어지는 자동차 소음기에 장착되는 부분방전 플라즈마를 이용한 자동차 배출가스 분해 장치를 제공하게 되는 것이다.

도1은 본 발명의 구조도

도2는 부분방전생성기의 구조도

Claims (1)

1. 소음기의 배기관에 연결되는 연결조립부가 양측면에 형성되는 장치케이스가 마련되고, 내부에 배기이송관의 설치에 있어서 배기관의 후측에 탄소필터가 장착되고 관로의 중앙이 ㄷ 자형의 우물형태 굴곡으로 이루어져 배기체가 4회의 벽체를 만나서 굴곡을 따라 흐르면서 배기속도가 조정되도록 형성되고 굴곡면 마다의 4개 부분 벽체에는 전극과 전압공급기와 대향전극이 일체가된 부분방전 생성기가 관로를 따라 평행으로 고정되어 배치되며, 상기 부분방전 생성기는 직류전원으로 하며, 전원에 연결되는 전극은 다수의 침상전극으로 내열성이 강한 도체금속 소재로 하여 사각형의 배열을 이루도록 구성되고, 상기전극과 대응하는 전극층은 직사각형의 판형으로 침상전극의 수만큼 천공이 있고 갭 거리가 2mm이하로 구성되고 평균전압은20∼25kV로 인가되도록 구성하여 전압을 인가하면 아크방전을 크게 성장시키지 않고 전로파괴 될 수 있도록 구성하는 특징으로 이루어지는 자동차 소음기에 장착되는 부분 방전 플라즈마를 이용한 자동차 배출가스 분해 장치

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