KR20090128636A - 매연저감용 2단 전기집진장치 - Google Patents

매연저감용 2단 전기집진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매연저감용 2단 전기집진장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외주연에 다수의 방전편을 돌출형성하는 하전부와, 상기 하전부를 내부에 설치하며 배기가스를 일측에서 내부로 유입하여 타단으로 배출하는 제 1집진부와, 상기 제 1집진부 내부에 설치되되 상기 하전부 후단에 설치되는 제 2집진부와, 상기 제 1집진부와 하전부에 연결되어 고전압을 인가하는 고전압발생장치로 구성되어, 상기 하전부에서 '+' 또는 '-'이온이 발생되어 일방향으로 유입되는 배기가스를 하전시킴으로써, 상기 배기가스의 입자상 물질이 1차적으로 제 1집진부 내주면에 포집되도록 하되, 하전부 일단에 형성된 방전플레이트와 제 2집진부 사이에 발생되는 강한 정전기력으로 인하여 제 1집진부에서 포집되지 못한 미세한 입자상 물질을 제 2집진부에 포집되도록 한 매연저감용 2단 전기집진장치에 관한 것이다.
자동차, 배기가스, 매연, 입자상 물질(PM), 필터, 여과, DPF

Description

매연저감용 2단 전기집진장치{TWO STAGE ELECTROSTATIC PRECIPITATOR FOR EXHAUST GAS REDUCTION}
본 발명은 배기가스의 입자상 물질을 코로나 방전 및 정전기력을 통해 1, 2차에 걸쳐 효율적으로 포집하고, 내부에 설치된 필터의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 매연저감용 2단 전기집진장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 배출가스 중에서 PM(입자상 물질, Particulate Matter)에 의한 오염영향이 큰 경유자동차의 경우 배출가스의 PM 여과장치로, 도 1과 같은 DPF(Diesel Particulate Filter)(100) 필터 재생방식이 일반적으로 사용되고 있다.
상기 DPF 장치는 경유차량 배출가스 중의 유해한 CO, HC와 입자상 물질(PM)DL 산화촉매와 촉매가 코팅된 세라믹필터를 통과시 코팅된 촉매와 반응시켜 무해한 CO2, H20로 정화시키는 장치로서, 촉매를 이용하여 필터에 포집된 PM을 차량의 운행 중에 발생하는 배기열에 의해 연속적으로 산화시켜 필터를 재생하는 구조이다.
PM의 저감율이 80% 이상이지만, 엔진오일과 경유연료 중의 중금속, 무기질 및 재(Ash) 성분은 정화되지 않고 필터 내에 계속 축적되어 배압이 증가됨으로 인해 세라믹 필터를 손상시키게 되므로, 이를 방지하기 위해서는 차량마다 주기적인 청소를 해주거나 교체를 해주어야 하는 단점이 있다.
또한, 열 충격 또는 외부 충격, 온도차에 의한 세라믹 필터의 균열, 파손 또는 이상연소에 따른 용융 등으로 필터의 수명이 단축되기 때문에 이를 줄이기 위한 제어기술을 필요로 한다.
더불어, 이를 위해, 매연이 다공성의 금속 소결판에 일정량 이상 쌓이면 더 이상 매연이 쌓이지 않고 배출되어 필터(70)가 막히지 않는 장점을 가지는 Open Channel 방식의 Partial 필터(200)가 있지만(이는 도 2에 도시되어 있다.), PM 저감율이 50%대로 낮다는 단점(이는 도 3의 개념도에 의해 알 수 있다.)이 있다.
본 발명은 상기와 같은 세라믹 DPF와 Metalic partial DPF의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 코로나 방전을 통해 '+' 또는 '-'이온을 발생시키는 하전부를 통해 일방향으로 유동되도록 일단에서 유입되는 배기가스 내 PM(입자상 물질, Particulate Matter)이 1차적으로 제 1집진부에 포집되도록 한 후, 상기 하전부 일단의 방전플레이트에서 발생되는 정전기력을 통해 제 1집진부에 포집되지 않은 채 유동된 PM을 제 2집진부에 포집되도록 하여 자연재생되도록 하고, 더불어, 금속재질인 제 2집진부에 백금 촉매를 코팅하여 일반적인 PM 재생온도보다 상대적으로 더 낮은 온도에서 포집된 PM이 자연재생될 수 있도록 한 매연저감용 2단 전기집진장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, '+' 또는 '-' 이온을 발생시키는 하전부와; 상기 하전부를 내설하여, 일단측에서 유입되는 매연입자를 '+' 또는 '-'로 하전시켜 내주면에 1차적으로 포집하는 제 1집진부와; 상기 제 1집진부 내부에서 하전부 후단에 설치되어, 상기 제 1집진부에서 포집하지 못하고 유동되는 매연입자를 포집하는 제 2집진부와; 상기 하전부와 제 1집진부에 전기 적으로 연결되어 고전압을 인가하는 고전압 발생장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 유입된 배기가스 내 입자상 물질을 하전부를 통해 '+' 또는 '-'로 하전시켜 1차적으로 제 1집진부에 포집하고, 상기 제 1집진부에서 제거하지 못한 일부 입자들은 방전플레이트와 제 2집진부 사이에서 발생되는 강한 전기장에 의해 용이하게 제 2집진부에 포집되도록 하여 효율적으로 배기가스 PM을 포집할 수 있으며, 금속 부분 필터(Metalic Partial Filter)인 제 2집진부에는 일부의 미세 입자만 포집되기 때문에 필터 내에 입자가 쌓이지 않아 향상한 필터 효율이 장시간 지속될 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 상기 제 2집진부에 백금 촉매를 코팅하여 기존 PM 재생온도보다 상대적으로 낮은 배기온도에서도 포집된 PM을 자연재생할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 더불어, "제 1(first)" 또는 "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 도 1 또는 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 매연저감용 2단 전기집진장치를 상세히 설명하도록 한다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 매연저감용 2단 전기집진장치는 배기가스 내 입자상 물질을 효율적으로 포집한 후 재생하여 포집효율 증가 및 필터의 수명 연장을 위한 전기집진장치로, 하전부(10), 제 1집진부(30), 제 2집진부(30), 고전압 발생장치(40), 고정로드(50)를 포함한다.
상기 제 1집진부(30)는 단면이 원, 사각 및 사용자의 선택에 의해 다양한 형태를 가지며 양단이 개구되고 내부가 비어있는 형상을 가진다. 더불어, 상기 제 1집진부(30)는 도 6에서와 같이 하기에서 설명될 하전부(10)가 위치되는 부분과 제 2집진부(30)가 위치되는 부분의 크기가 서로 상이하게 형성되도록 할 수도 있을 것이다.
상기 하전부(10)는 제 1집진부(30) 내부에 위치되는 것으로, 상기 하전부(10) 내주면과 접촉되지 않은 채 위치되도록 한다. 이를 위해 고정로드(50)가 사용되는데, 이는 하기에서 설명하도록 한다.
상기 하전부(10)는 제 1집진부(30) 길이방향으로 향해 배치되는 봉 형태의 방전로드(11)와, 상기 방전로드(11)의 외주연에서 길이방향으로 향해 다수개가 돌출형성되는 방전편(12)과, 상기 방전로드(11)의 일단에 중심이 결합되는 방전플레이트(13)로 이루어진다. 상기 방전플레이트(13)는 사용자의 선택에 의해 다양하게 적용될 수 있지만, 본원발명에서는 원형의 판에 다수개의 구멍을 천공한 다공판 형태를 가지도록 한다.
즉, 상기 하전부(10)에서 '+' 또는 '-' 이온이 발생하는데 상기 이온은 방전로드(11)의 외주연에 돌출형성되어 있는 방전편(12)을 통해 상기 제 1집진부(30) 내부에 발생하게 되고, 상기 제 1집진부(30) 일단에서 유입되는 배기가스의 PM(입자상 물질, Particulate Matter)은 방전편(12)이 코로나 방전에 의해 '+'또는 '-'로 하전(荷電) 되어 상기 제 1집진부(30) 내주면에 포집되게 된다.
상기 방전플레이트(13)는 평판일 때보다 다공판 형태를 가짐으로써 정전기력의 발산효율이 높아지도록 하며, 상기 방전플레이트(13)에서 제 2집진부(30)로 강한 정전기력을 발산시킴으로써, 상기 방전플레이트(13)와 제 2집진부(30) 사이에 전기장이 형성되도록 한다.
이로 인해, 상기 제 1집진부(30)에서 처리되지 못하고 유동된 배기가스의 PM이 상기 방전플레이트(13)와 제 2집진부(30) 사이의 강한 전기장에 의해 응집현상을 일으키며 제 2집진부(30)로 쉽게 포집되게 되는데, 물론, 상기 제 1집진부(30)에서 대부분의 PM을 포집하였기 때문에, 상기 제 2집진부(30)에 포집되는 PM은 상기 제 1집진부(30)보다 상대적으로 더 작고 미세한 입자만 포집되는 것이다.
상기 제 2집진부(30)는 상기에서 설명했듯이, 상기 제 1집진부(30)에서 처리되지 못한 미세한 입자를 포집하는 곳으로, 금속 재질이며 백금 촉매가 코팅한 부분 필터(Metalic Partial Filter)이다. 상기 제 1집진부(30)에서 1차적으로 배기가스의 큰 입자들을 포집하였기 때문에 제 2집진부(30) 내에는 입자가 쌓이지 않아 향상된 필터 효율이 장시간 지속될 수 있게 된다.
상기 제 2집진부(30)의 백금 촉매 코팅은, 500℃ 이상인 일반적인 PM 재생온도를 200℃ 이상의 배기 온도에서 자연재생될 수 있도록 하며, 상기 제 1집진 부(30)에 쌓여 있던 일부 큰 입들이 떨어져 나오더라도 제 2집진부(30)에 포집되어 재생될 수 있는 것이다.
상기 고정로드(50)는 하전부(10)를 상기 제 1집진부(30)에 내부에 위치되도록 하되, 상기 하전부(10)가 제 1집진부(30) 내주면에 닿지 않고 상기 제 1집진부(30) 중앙에서 길이방향을 향해 배치되도록 위한 것이다.
상기 고정로드(50)는 다수개로 이루어져 각 고정로드(50)의 일단은 하전부(10)의 외주연과 결합되어 있도록 하고, 타단은 제 1집진부(30)에 결합되되 제 1집진부(30)의 내주면을 관통하여 외부로 돌출되도록 한다. 하지만, 상기 고정로드(50)가 하전부(10)와 연결되어 있기에, 상기 고정로드(50) 또한 제 1집진부(30)와 전기적으로 연결되지 않도록 상기 고정로드(50)는 제 1집진부(30)의 접촉부위 외주연에 세라믹 절연체(51)를 두르도록 한다.
상기 고전압 발생장치(40)는 하전부(10)와 제 1집진부(30)에 연결되어 고전압을 인가하는 것이지만, 상기 고정로드(50)가 사용될 경우에는, 제 1집진부(30), 하전부(10)와 연결되어 있는 고정로드(50)에 연결되어도 무방할 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 세라믹 DPF를 나타낸 도면.
도 2는 종래 Metalic Partial DPF를 나타낸 도면.
도 3은 종래 Metalic Partial DPF를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 전기집진장치를 나타낸 일실시예의 정면 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 전기집진장치를 나타낸 또 다른 실시예의 좌측면도.
도 6은 도 5의 A-A'선도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>
10: 하전부 11: 방전로드
12: 방전편 13: 방전 플레이트
14: 구멍 20: 제 1집진부
30: 제 2집진부 40: 고전압 발생장치
50: 고정로드 51: 세라믹 절연체

Claims (8)

  1. '+' 또는 '-' 이온을 발생시키는 하전부(10)와;
    상기 하전부(10)를 내설하여, 일단측에서 유입되는 매연입자를 '+' 또는 '-'로 하전시켜 내주면에 1차적으로 포집하는 제 1집진부(30)와;
    상기 제 1집진부(30) 내부에서 하전부(10) 후단에 설치되어, 상기 제 1집진부(30)에서 포집하지 못하고 유동되는 매연입자를 포집하는 제 2집진부(30)와;
    상기 하전부(10)와 제 1집진부(30)에 전기적으로 연결되어 고전압을 인가하는 고전압 발생장치(40);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하전부(10)는 제 1집진부(30)의 길이방향으로 설치되는 방전로드(11)와, 상기 방전로드(11)의 외주연에서 방전로드(11)의 길이방향을 향해 이격돌출되어 상기 제 1집진부(30) 내부에서 '+' 또는 '-'이온을 발생시키는 다수개의 방전편(12)과, 상기 방전로드(11)의 일단에 결합되어 제 2집진부(30)와 마주보며 대향되는 방전플레이트(13)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 방전플레이트(13)는 다수의 구멍이 천공된 다공판 형태인 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 방전플레이트(13)는 제 2집진부(30) 전단 사이에서 전기장을 형성시켜 제 1집진부(30)에 포집되지 못하고 일방향으로 유동되는 매연입자를 상기 제 2집진부(30)로 손쉽게 유동시켜 포집되도록 하는 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2집진부(30)는 제 1집진부(30)에서 1차적으로 포집되고 남은 잔여 매연입자가 포집되는 곳으로, 상기 제 1집진부(30)에 포집되는 매연입자에 비해 상대적으로 미세한 입자들이 포집되며, 미세한 입자만 포집되기 때문에 내부에 매연입자가 쌓이지 않아 필터로서의 효율이 장시간 지속되는 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2집진부(30)는 금속재질이되, 백금 촉매가 코팅되어, 내부에 포집되는 입자상 물질(PM, Particulate Matter)이 200℃ 이상의 배기온도에서 자연재생될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    매연저감용 2단 전기집진장치는 제 1집진부(30)에 포집되었던 일부 큰 입자들이 떨어져 나오더라도, 상기 제 2집진부(30)에 다시 포집되어 재생되는 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 매연저감용 2단 전기집진장치는 하전부(10)를 제 1집진부(30) 내부에 길이방향으로 고정되기 위해, 상기 제 1집진부(30) 내주면과 하전부(10) 외주연을 연결하는 다수개의 고정로드(50)를 구비하되, 상기 제 1집진부(30)와 접촉되는 고정로드(50)의 외주연 부분에는 세라믹 절연체(51)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 매연저감용 2단 전기집진장치.
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