KR20110051318A - Plasma reactor and apparatus for reducing exhaust gas including the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A plasma reactor and an exhaust gas reduction apparatus including the same are provided to accelerate the mixing of ionized exhaust gas and enable uniform discharge and chemical reaction by creating vortex through screw threads. CONSTITUTION: A plasma reactor comprises a dielectric(32), a first electrode unit(34), and a second electrode unit(36). The first electrode unit is installed inside the dielectric and generates discharge. The second electrode unit surrounds the dielectric at an interval. Screw threads are formed along the inner periphery of the second electrode unit to create helix flow of exhaust gas in the longitudinal direction of the second electrode unit.

Description

플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 배기가스 저감장치{PLASMA REACTOR AND APPARATUS FOR REDUCING EXHAUST GAS INCLUDING THE SAME}Plasma reactor and exhaust gas reduction apparatus including the same {PLASMA REACTOR AND APPARATUS FOR REDUCING EXHAUST GAS INCLUDING THE SAME}

본 발명은, 플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 배기 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 플라즈마 반응 시 배기가스의 체류시간을 증대시켜 배기가스에 함유된 유해물질을 효율적으로 저감시킬 수 있는 플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 배기가스 저감장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma reactor and an exhaust reduction apparatus including the same, and more particularly, to a plasma reactor capable of efficiently reducing harmful substances contained in exhaust gas by increasing a residence time of exhaust gas during a plasma reaction; It relates to an exhaust gas reducing device comprising the same.

일반적으로 동력원으로 사용되는 엔진은 연료 및 작동 방식에 따라 가솔린 엔진과 디젤 엔진으로 나뉜다. 여기서, 디젤 엔진은 가솔린 엔진의 한계점인 열효율과 연비 효율 증가를 위한 대안으로 사용되는 동시에 사용자의 기호에 따라 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.In general, engines used as power sources are divided into gasoline engines and diesel engines according to fuel and operating mode. Here, diesel engines are used as an alternative for increasing thermal efficiency and fuel efficiency, which are the limitations of gasoline engines, and their demands are increasing according to user preferences.

여기서, 디젤 엔진은 경유를 연료로 사용하고 있으며, 이러한 경유를 사용하는 디젤 엔진은 유해물질이 함유된 배기가스를 배출하기 때문에 많은 국가에서는 디젤 엔진의 배기가스 배출 허용 기준을 강화하고 있는 실정이다.Here, diesel engines use light oil as fuel, and diesel engines using such light oil emit exhaust gas containing harmful substances, so many countries are tightening emission standards of diesel engines.

그리고, 디젤 엔진의 배기가스 배출 허용 기준은 유럽과 미국 등을 중심으로 더욱 강화됨에 따라 다양한 배기가스의 후처리 장치가 등장하고 있다. 이러한 디젤 엔진의 배기가스 후처리 장치 중 플라즈마 반응기를 이용한 후처리 장치는 배기가스에 함유된 디젤 입자상 물질(Diesel Particulate matter)과 질소산화물인 NOX를 동시에 처리하여 저감시킬 수 있기 때문에 각광받고 있다.As the exhaust gas emission allowance standard of diesel engines is further strengthened, mainly in Europe and the United States, various exhaust gas aftertreatment devices have emerged. The post-treatment apparatus using a plasma reactor among the exhaust gas post-treatment apparatus of such a diesel engine has been in the spotlight because it can simultaneously reduce diesel particulate matter contained in exhaust gas and NO x , which is nitrogen oxide.

그런데, 플라즈마 반응기를 이용한 배기가스 후처리 장치는 디젤 입자상 물질 및 질소산화물을 한꺼번에 처리할 수 있는 장점이 있으나, 반응기 내의 배기가스 체류시간이 짧고 균일한 방전의 유지가 어려워 그 처리 효율이 낮다는 문제점이 있다. 그래서 플라즈마 반응기를 이용한 배기가스 후처리 장치의 유해물질 처리 효율을 증가시킬 수 있는 기술의 필요성이 요구되고 있다.By the way, the exhaust gas post-treatment apparatus using the plasma reactor has the advantage of treating the diesel particulate matter and nitrogen oxides at once, but the exhaust gas residence time in the reactor is short and the difficulty of maintaining a uniform discharge is low, the processing efficiency is low. There is this. Therefore, there is a need for a technology capable of increasing the efficiency of processing harmful substances in the exhaust gas aftertreatment apparatus using a plasma reactor.

따라서, 본 발명의 목적은, 플라즈마 반응기 내부에서 배기가스의 균일 혼합이 이루어 질 수 있도록 구조가 개선된 플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 배기가스 저감장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma reactor having an improved structure and an exhaust gas reducing device including the same so that uniform mixing of exhaust gases can be made in the plasma reactor.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 배기가스의 체류 시간을 증가시켜 배기가스에 대한 플라즈마 방전의 반응 시간을 증가시킬 수 있는 플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 배기가스 저감장치를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a plasma reactor and an exhaust gas reducing apparatus including the same that can increase the residence time of the exhaust gas to increase the reaction time of the plasma discharge to the exhaust gas.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects which are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 플라즈마 반응기에 있어서, 유전체와, 플라즈마 방전을 발생시키기 위해 마련되며, 상기 유전체 내부에 수용되는 제1전극부 및 상기 유전체에 대해 일정 간격을 두고 상기 유전체를 둘러싸는 통 형상의 제2전극부를 포함하고, 상기 제2전극부에는 내벽면의 둘레를 따라 나사산이 형성되어, 배기가스를 상기 제2전극부의 길이 방향을 따라 헬릭스(helix) 유동으로 안내하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기에 의해 이루어진다.In accordance with the present invention, a means for solving the above problems is provided in the plasma reactor to generate a dielectric and a plasma discharge, and the dielectric is spaced at a predetermined interval with respect to the dielectric and the first electrode portion accommodated inside the dielectric. And a tubular second electrode portion surrounding the thread, wherein a thread is formed along the circumference of the inner wall to guide the exhaust gas to a helix flow along the longitudinal direction of the second electrode portion. It is made by a plasma reactor characterized in that.

여기서, 상기 나사산은 상기 제2전극부의 내벽면 둘레를 따라 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다.Here, the screw thread is preferably formed continuously along the inner wall surface of the second electrode portion.

바람직하게 상기 나사산은 상기 제2전극부의 내벽면 둘레를 따라 상기 제2전극부의 길이에 대해 10% 내지 100%로 길이로 형성될 수 있다.Preferably, the screw thread may be formed in a length of 10% to 100% with respect to the length of the second electrode part along the inner wall surface of the second electrode part.

또한, 더욱 바람직하게 상기 나사산의 나사각은 38도 내지 90도 일 수 있다.Further, more preferably, the screw angle of the thread may be 38 to 90 degrees.

그리고, 상기 나사산의 높이는 상기 제2전극부의 내벽면과 상기 유전체 외표면의 간극에 대해 5% 내지 50% 인 것이 바람직하다.In addition, the height of the thread is preferably 5% to 50% of the gap between the inner wall surface of the second electrode portion and the outer surface of the dielectric.

더불어, 상기 나사산의 피치(pitch)는 상기 나사산의 높이를 기준으로 10% 내지 500%인 것이 바람직하다.In addition, the pitch of the threads is preferably 10% to 500% based on the height of the threads.

더욱 바람직하게 상기 유전체는 알루미나(Al2O3)와 티탸늄 다이옥사이드(TiO2) 중 어느 하나를 포함하는 세라믹으로 이루어질 수 있다.More preferably, the dielectric may be made of a ceramic including any one of alumina (Al 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ).

또한, 상기 유전체에는 산화촉매 또는 환원촉매가 코팅된 것이 바람직하다.In addition, the dielectric is preferably coated with an oxidation catalyst or a reduction catalyst.

한편, 상기 과제의 해결수단은, 본 발명에 따라, 배기가스 저감장치에 있어서, 전술한 구성의 플라즈마 반응기와, 상기 플라즈마 반응기를 수용하며, 배기가스가 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구가 형성된 통 형상의 하우징과, 상기 플라즈마 반응기에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감장치에 의해서도 이루어진다.On the other hand, according to the present invention, in the exhaust gas reduction device, the solution of the above problem is a cylindrical shape in which a plasma reactor having the above-described configuration, the plasma reactor is accommodated, and an inlet and an outlet through which the exhaust gas flows in and out are formed. It is also made by an exhaust gas reducing device comprising a housing and a power supply for supplying power to the plasma reactor.

여기서, 상기 전원공급부로부터 공급된 전원을 고전압으로 증폭하여 상기 플라즈마 반응기에 공급하는 전원증폭부를 더 포함할 수 있다.Here, the power supply for amplifying the power supplied from the power supply to a high voltage may further include a power amplifier for supplying the plasma reactor.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

따라서, 상기 과제의 해결 수단에 따르면, 플라즈마 반응기 내부에 나사산이 형성되어 배기가스가 헬릭스 유동됨으로써 배기가스의 체류 시간 증대에 따른 플라즈마 반응 시간이 길어지고, 이에 따라 배기가스의 화학적 활성이 증대되어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 배기가스 저감장치가 제공된다.Therefore, according to the above solution, the thread is formed in the plasma reactor, the exhaust gas is helix flow, the plasma reaction time is increased according to the increase in the residence time of the exhaust gas, thereby increasing the chemical activity of the exhaust gas product Provided are a plasma reactor and an exhaust gas reducing apparatus including the same, capable of improving the reliability of the same.

또한, 나사산의 형성은 유로단면의 변동을 초래하고 이것이 난류(turbulence)를 발생시켜 이온화된 배기가스의 혼합을 쉽게 하고 균일한 방전과 화학 반응을 일으키는 플라즈마 반응기 및 이를 포함하는 배기가스 저감장치가 제공된다.In addition, the formation of the screw thread causes fluctuations in the flow path cross section, which causes turbulence to facilitate the mixing of ionized exhaust gases, and provides a uniform discharge and chemical reaction, and the exhaust gas reducing apparatus including the same. do.

더불어, 나사산의 형성은 산부분의 전계집중에 의해 기체방전에 필요한 절연 파괴 전압을 낮출 수 있게 하여 공급되는 전압을 낮출 수 있도록 하며 이것은 보다 안전한 배기가스 저감장치의 구성에 기여한다.In addition, the formation of the thread makes it possible to lower the dielectric breakdown voltage required for gas discharge by electric field concentration of the mountain part, thereby lowering the supplied voltage, which contributes to the construction of a safer exhaust gas reducing device.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위이 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the claims.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 구성 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Advantages and features of the present invention, and a configuration and method for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. For reference, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

설명하기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시 예는 제1 및 제2실시 예로 나뉜다. 이러한 본 발명의 제1 및 제2실시 예는 상호 구분은 유전체에 대한 형상에 차이만 있으므로, 본 발명의 제1 및 제2실시 예를 설명함에 있어 동일 명칭은 동일한 도면부호로 기재되었음을 미리 밝혀둔다.Prior to the description, preferred embodiments of the present invention are divided into first and second embodiments. Since the first and second embodiments of the present invention differ only in the shape of the dielectric, the same names are used to describe the first and second embodiments of the present invention. .

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 저감장치의 개략 사시 도이다.1 is a schematic perspective view of an exhaust gas reducing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기가스 저감장치(1)는 하우징(10), 플라즈마 반응기(30), 전원공급부(50) 및 전원증폭부(70)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the exhaust gas reducing apparatus 1 according to the present invention includes a housing 10, a plasma reactor 30, a power supply unit 50, and a power amplifier unit 70.

하우징(10)은 하우징본체(12), 유입구(14) 및 유출구(16)를 포함한다. 하우징본체(12)는 플라즈마 반응기(30)를 수용하며, 하우징본체(12)의 양측부에는 배기가스가 유입되는 유입구(14) 및 배기가스가 유출되는 유출구(16)가 형성되어 있다. 그리고, 하우징본체(12)는 내부에 유동되는 배기가스의 유동 저항을 고려하여 원통 형상으로 마련된다.The housing 10 includes a housing body 12, an inlet 14, and an outlet 16. The housing body 12 accommodates the plasma reactor 30, and both sides of the housing body 12 are formed with an inlet 14 through which exhaust gas flows in and an outlet 16 through which exhaust gas flows out. In addition, the housing body 12 is provided in a cylindrical shape in consideration of the flow resistance of the exhaust gas flowing therein.

여기서, 배기가스가 유입 및 유출되는 유입구(14) 및 유출구(16)는 하우징본체(12)의 길이 방향에 대해 가로 방향으로 상호 대향되도록 형성된다. 물론, 본 발명의 일 실시 예로서, 유입구(14) 및 유출구(16)는 하우징본체(12)의 길이 방향에 대해 가로 방향으로 형성되어 있으나, 하우징본체(12)의 길이 방향을 따라 하우징본체(12)의 양측부에 형성될 수도 있다.Here, the inlet 14 and the outlet 16 through which the exhaust gas flows in and out are formed to face each other in the horizontal direction with respect to the longitudinal direction of the housing body 12. Of course, in one embodiment of the present invention, the inlet 14 and the outlet 16 is formed in the transverse direction with respect to the longitudinal direction of the housing body 12, the housing body (along the longitudinal direction of the housing body 12) It may be formed on both sides of 12).

이러한, 하우징(10)은 디젤 엔진(미도시)(이하, 엔진이라 함)으로부터 배출되는 배기가스를 플라즈마 반응기(30) 내부로 안내하는 역할을 한다. 또한, 하우징(10)은 플라즈마 반응기(30) 내부에서 플라즈마 반응된 배기가스를 차량의 필터(filter)(미도시)를 통하여 혹은 직접 머플러(muffler)(미도시)로 안내한다. 즉, 하우징(10)은 유입구(14)를 통해 엔진으로부터의 배출된 배출가스를 유입 받고, 플라즈마 반응기(30)에 의해 플라즈마 반응된 배출가스를 유출구(16)를 통해 필터를 거쳐 혹은 직접 머플러로 배출시키는 것이다.The housing 10 serves to guide the exhaust gas discharged from the diesel engine (not shown) (hereinafter, referred to as an engine) into the plasma reactor 30. In addition, the housing 10 guides the plasma-reacted exhaust gas inside the plasma reactor 30 through a vehicle filter (not shown) or directly to a muffler (not shown). That is, the housing 10 receives the discharge gas discharged from the engine through the inlet 14, and discharges the plasma reacted plasma by the plasma reactor 30 through the outlet 16 through a filter or directly into the muffler. To discharge.

다음으로 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시 예에 따른 Ⅱ - Ⅱ선의 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 'Ⅲ' 의 요부 확대 단면도이다.Next, FIG. 2 is a cross-sectional view of the II-II line according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main portion 'III' shown in FIG.

플라즈마 반응기(30)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유전체(32), 제1전극부(34) 및 제2전극부(36)를 포함한다.The plasma reactor 30 includes a dielectric 32, a first electrode portion 34, and a second electrode portion 36, as shown in FIGS. 2 and 3.

유전체(32)는 하우징본체(12)를 기준으로 하우징본체(12)의 길이 방향을 따라 하우징본체(12) 내부의 중심 영역에 배치된다. 즉, 유전체(32)는 후술할 통 형상의 제2전극부(36)의 중심부에 배치되는 것이다.The dielectric 32 is disposed in the central region inside the housing body 12 along the longitudinal direction of the housing body 12 with respect to the housing body 12. That is, the dielectric 32 is disposed at the center of the cylindrical second electrode portion 36 to be described later.

본 발명의 유전체(32)는 제1전극부(34)의 외표면 둘레를 감싸며, 알루미나(Al2O3)와 티타늄 다이옥사이드(TiO2) 중 어느 하나를 포함하는 세라믹 재질로 마련된다. 유전체(32)의 외표면에는 도면에는 도시되어 있지 않지만, 배기가스(또는 유해물질)와 접촉되는 면에 산화 촉매 또는 질소산화물 환원 촉매가 함께 코팅된다. 또한, 유전체(32)의 외표면에는 배기가스의 체류 시간을 증가시키는 동시에 플라즈마 반응 활성을 위해 미세한 요철이 형성될 수 있다.The dielectric 32 of the present invention wraps around the outer surface of the first electrode portion 34 and is made of a ceramic material including any one of alumina (Al 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ). Although not shown in the figure on the outer surface of the dielectric 32, an oxidation catalyst or a nitrogen oxide reduction catalyst is coated together with the surface in contact with the exhaust gas (or harmful substance). In addition, fine concavities and convexities may be formed on the outer surface of the dielectric 32 to increase the residence time of the exhaust gas and to activate the plasma reaction.

제1전극부(34)는 유전체(32)의 내부에 수용되어, 하우징본체(12)의 길이 방향을 따라 배치된다. 제1전극부(34)는 전원공급부(50)로부터의 전원을 공급받기 위해 전원공급부(50)와 전기적으로 연결된다. 제1전극부(34)는 스테인리스(stainless) 금속 또는 구리(Cu) 등과 같은 도전성 물질이 사용된다.The first electrode portion 34 is accommodated in the dielectric 32 and disposed along the longitudinal direction of the housing body 12. The first electrode unit 34 is electrically connected to the power supply unit 50 to receive power from the power supply unit 50. The first electrode 34 is made of a conductive metal such as stainless metal or copper (Cu).

한편, 제2전극부(36)는 외관을 형성하는 제2전극부본체(36a)와, 제2전극부본체(36a)로부터 제1전극부(34)를 수용한 유전체(32)를 향한 나사산(36b)을 포함한 다. 제2전극부(36)는 제1전극부(34)와 함께 플라즈마 방전을 발생시키기 위해 마련된다.On the other hand, the second electrode portion 36 has a second electrode portion body 36a forming an appearance and a thread toward the dielectric 32 containing the first electrode portion 34 from the second electrode portion body 36a. (36b). The second electrode part 36 is provided together with the first electrode part 34 to generate plasma discharge.

제2전극부본체(36a)는 하우징본체(12)의 형상에 대응하여 통 형상으로 마련된다. 즉, 제2전극부본체(36a)는 원통 형상으로 마련된 하우징본체(12)의 형상에 대응하여 원통 형상을 가지고 마련된다.The second electrode part body 36a is provided in a cylindrical shape corresponding to the shape of the housing body 12. That is, the second electrode body 36a is provided to have a cylindrical shape corresponding to the shape of the housing body 12 provided in the cylindrical shape.

물론, 제2전극부본체(36a)는 원통 형상으로 마련된 하우징본체(12)와는 상이하게 삼각통 또는 사각통 형상으로 마련될 수도 있으나, 배기가스의 유동 저항을 고려하여 원통 형상을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 제2전극부본체(36a)는 제1전극부(34)와 같이, 스테인리스 금속 및 구리 등과 같은 도전성 물질이 사용된다.Of course, the second electrode body 36a may be provided in a triangular cylinder or a square cylinder shape differently from the housing body 12 provided in a cylindrical shape, but preferably has a cylindrical shape in consideration of the flow resistance of the exhaust gas. Here, the second electrode unit body 36a, like the first electrode unit 34, is made of a conductive material such as stainless metal and copper.

다음으로 나사산(36b)은 제2전극부본체(36a)의 외표면으로부터 제1전극부(34)가 수용된 유전체(32)를 향해 연장 형성된다. 나사산(36b)은 제2전극부본체(36a)의 내벽면의 둘레를 따라 형성되어 제2전극부본체(36a) 내부로 유동된 배기가스를 제2전극부본체(36a)의 길이 방향을 따라 헬릭스(helix) 유동으로 안내한다.Next, the thread 36b extends from the outer surface of the second electrode portion body 36a toward the dielectric 32 in which the first electrode portion 34 is accommodated. The thread 36b is formed along the circumference of the inner wall surface of the second electrode part body 36a and flows the exhaust gas flowing into the second electrode part body 36a along the length direction of the second electrode part body 36a. Guide to helix flow.

예를 들어, 나사산(36b)은 유입구(14)를 통해 제2전극부본체(36a) 내부로 유동된 배기가스를 유출구(16)를 향해 헬릭스 유동으로 안내하는 것이다. 이렇게 나사산(36b)의 형상에 의해 헬릭스 유동되는 배기가스는 와류로 형성되어 제2전극부본체(36a) 내부에서 균일 혼합된다. 또한, 나사산(36b)의 형상에 의해 헬릭스 유동되는 배기가스는 그 체류 시간이 증대되어 플라즈마 반응 시간이 증가됨으로써, 배기가스의 화학적 활성 증대효율이 향상될 수 있다.For example, the thread 36b guides the exhaust gas flowing into the second electrode body 36a through the inlet port 14 to the helix flow toward the outlet port 16. Thus, the exhaust gas which helix flows by the shape of the screw thread 36b is formed in vortex, and is uniformly mixed in the 2nd electrode part main body 36a. In addition, since the residence time of the exhaust gas helix flows by the shape of the thread 36b is increased and the plasma reaction time is increased, the efficiency of increasing the chemical activity of the exhaust gas can be improved.

이러한 플라즈마 반응기(30)에 의한 반응식은 다음과 같다.The reaction scheme by the plasma reactor 30 is as follows.

Figure 112009068833887-PAT00001
Figure 112009068833887-PAT00001

Figure 112009068833887-PAT00002
Figure 112009068833887-PAT00002

상기 <반응식 1>과 같이, 일산화질소(NO)의 배기가스는 유전체(32), 제1전극부(34) 및 제2전극부(36)에 의한 플라즈마 반응에 의해 이산화질소(NO2)로 반응된다. 즉, 질소산화물 NOX은 본 발명에 따른 플라즈마 반응기(30)에 의해 상기 <반응식2>와 같이 반응된다.As in <Scheme 1>, the exhaust gas of nitrogen monoxide (NO) is reacted with nitrogen dioxide (NO 2 ) by a plasma reaction by the dielectric material 32, the first electrode portion 34 and the second electrode portion 36. do. That is, the nitrogen oxide NO x is reacted by the plasma reactor 30 according to the present invention as in <Scheme 2>.

한편, 본 발명의 나사산(36b)은 제2전극부본체(36a)의 내벽면 둘레를 따라 연속적으로 형성된다. 제2전극부본체(36a)의 내벽면의 둘레를 따라 연속적으로 나사산(36b)이 형성됨으로써, 유입구(14)로부터 유출구(16)로의 배기가스 유동 시간이 증대되게 된다.On the other hand, the screw thread 36b of the present invention is continuously formed along the inner wall surface of the second electrode portion body 36a. The threads 36b are continuously formed along the circumference of the inner wall surface of the second electrode body 36a, so that the exhaust gas flow time from the inlet port 14 to the outlet port 16 is increased.

여기서, 나사산(36b)은 제2전극부본체(36a)의 길이에 대해 10% 내지 100%의 길이를 가지고 형성된다. 즉, 나사산(36b)은 제2전극부본체(36a)의 내벽면 전 영역에 형성될 수도 있고, 나사산(36b)은 제2전극부본체(36a)의 내벽면 일부 영역에 형성될 수도 있다. 이렇게 제2전극부본체(36a)에 대해 나사산(36b)의 형성 영역이 조절됨에 따라 배기가스의 유동 시간은 변경될 수 있다.Here, the thread 36b is formed to have a length of 10% to 100% of the length of the second electrode body 36a. That is, the thread 36b may be formed on the entire inner wall surface of the second electrode body 36a, and the thread 36b may be formed on a portion of the inner wall surface of the second electrode body 36a. As the formation region of the thread 36b is adjusted with respect to the second electrode body 36a, the flow time of the exhaust gas may be changed.

그리고, 본 발명의 일 실시 예로서, 나사산(36b)의 나사각도(

Figure 112009068833887-PAT00003
)는 38도 내지 90도로 형성될 수 있다. 나사산(36b)의 나사각도(
Figure 112009068833887-PAT00004
)의 가감에 따라 제2전극부 본체(36a) 내벽면에 형성되는 나사산(36b)의 간극은 증감되고, 이에 따라 유동시간이 증감될 수 있다. 예를 들어, 나사산(36b)의 나사각도(
Figure 112009068833887-PAT00005
)가 38도 일 때와 90도 일 때를 비교하면, 나사각도(
Figure 112009068833887-PAT00006
)가 38도일 때는 90도일 때보다 나사산(36b)들의 간극이 밀집됨으로써, 배기가스의 체류 시간 및 와류의 형성이 증대된다. 즉, 나사산(36b)의 나사각도(
Figure 112009068833887-PAT00007
)에 조절에 따라 플라즈마 반응되는 배기가스의 체류 시간 등을 조절할 수 있다.And, as an embodiment of the present invention, the screw angle of the screw thread 36b (
Figure 112009068833887-PAT00003
) May be formed at 38 degrees to 90 degrees. Thread angle of thread (36b)
Figure 112009068833887-PAT00004
), The gap between the threads 36b formed on the inner wall surface of the second electrode body 36a increases or decreases, and thus the flow time may increase or decrease. For example, the thread angle of the thread 36b (
Figure 112009068833887-PAT00005
) Is 38 degrees and 90 degrees, the screw angle (
Figure 112009068833887-PAT00006
When 38) is 38 degrees, the gap between the threads 36b is denser than when it is 90 degrees, so that the residence time of the exhaust gas and the formation of the vortex are increased. That is, the screw angle of the screw thread 36b (
Figure 112009068833887-PAT00007
), The residence time of the exhaust gas subjected to plasma reaction can be adjusted.

나사산(36b)의 높이는 유전체(32)의 외표면과 제2전극부(36) 내벽면의 간극(D)에 의해 정해진다. 본 발명의 일 실시 예로서, 나사산(36b)은 간극(D)에 대해 5% 내지 50%로 형성된다. 예를 들어, 간극(D)이 100mm 일 때 나사산(36b)의 높이는 5mm 내지 50mm를 갖는다. 나사산(36b)의 높이의 조절에 따라 유동되는 배기가스의 유량은 나사산(36b)의 높이 조절에 관계없이 무관하다.The height of the thread 36b is determined by the gap D between the outer surface of the dielectric 32 and the inner wall surface of the second electrode portion 36. In one embodiment of the present invention, the thread 36b is formed at 5% to 50% with respect to the gap D. For example, when the gap D is 100 mm, the height of the threads 36b is 5 mm to 50 mm. The flow rate of the exhaust gas flowing in accordance with the adjustment of the height of the thread 36b is irrelevant regardless of the height adjustment of the thread 36b.

즉, 유량의 관계식은

Figure 112009068833887-PAT00008
으로 표현된다. 여기서, 나사산(36b)의 높이가 높으면 단면적(A)이 증가하므로 유동속도는 빨라져서 배기가스의 체류시간은 감소될 수 있다. 반면, 나사산(36b)의 높이가 낮아지면 단면적(A)이 감소하므로 유동속도는 느려져서 배기가스의 체류시간은 증대될 수 있다. 그래서, 본 발명의 나사산(36b)과 같이 체류시간을 고려한 나사산(36b)의 높이가 결정되어야 한다.That is, the relationship between the flow rate
Figure 112009068833887-PAT00008
. In this case, when the height of the thread 36b is high, the cross-sectional area A increases, so that the flow speed is increased, so that the residence time of the exhaust gas can be reduced. On the other hand, when the height of the thread 36b is lowered, the cross-sectional area A is reduced, so that the flow rate is slowed, so that the residence time of the exhaust gas can be increased. Therefore, the height of the thread 36b in consideration of the residence time, such as the thread 36b of the present invention, should be determined.

본 발명의 나사산(36b)의 피치(pitch: P)는 나사산(36b)의 높이를 기준으로 10% 내지 500%로 형성된다. 예를 들면, 나사산(36b)의 높이가 50mm일 경우, 피치(P)는 5mm 내지 250mm가 될 수 있다. 이러한 나사산(36b)의 피치(P)는 배기가스 의 체류시간에 연관된다.The pitch P of the threads 36b of the present invention is formed from 10% to 500% based on the height of the threads 36b. For example, when the height of the thread 36b is 50 mm, the pitch P may be 5 mm to 250 mm. The pitch P of this thread 36b is related to the residence time of the exhaust gas.

전원공급부(50)는 12V 또는 24V의 전압을 발생하는 차량의 배터리 등으로 구성된다. 전원공급부(50)는 플라즈마 반응기(30)에 전원을 공급한다. 전원공급부(50)는 제1전극부(34) 및 제2전극부(36)에 전기적으로 연결된다.The power supply unit 50 is composed of a battery of a vehicle generating a voltage of 12V or 24V. The power supply unit 50 supplies power to the plasma reactor 30. The power supply unit 50 is electrically connected to the first electrode unit 34 and the second electrode unit 36.

전원증폭부(70)는 제1전극부(34) 및 제2전극부(36)에 의해 플라즈마 반응이 발생되도록 제1전극부(34) 및 제2전극부(36)에 공급되는 전원을 고전압으로 증폭시킨다. 즉, 전원증폭부(70)는 제1전극부(34) 및 제2전극부(36)에 의해 플라즈마 반응이 발생될 수 있도록 전원공급부(50)로부터 전원을 증폭시키는 역할을 한다.The power amplifier 70 supplies a high voltage to the power supplied to the first electrode 34 and the second electrode 36 so that a plasma reaction is generated by the first electrode 34 and the second electrode 36. Amplify That is, the power amplifier 70 amplifies the power from the power supply 50 so that a plasma reaction can be generated by the first electrode 34 and the second electrode 36.

물론, 본 발명에는 도시하지 않았지만 전원공급부(50) 및 전원증폭부(70)의 작동을 제어할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다.Of course, although not shown in the present invention may further include a control unit for controlling the operation of the power supply unit 50 and the power amplifier 70.

마지막으로 도 4는 도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 배기가스 저감장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the exhaust gas reducing device according to a second embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시 예에 따른 배기가스 저감장치(1)는 유전체(32)의 외표면에 유전체용 나사산이 형성된다. 본 발명의 제2실시 예에 따른 배기가스 저감장치(1)는 본 발명의 제1실시 예와 같이, 하우징(10), 유전체(32), 제1전극부(34), 나사산(36b)이 형성된 제2전극부(36), 전원공급부(50) 및 전원증폭부(70)를 포함한다.As shown in FIG. 4, in the exhaust gas reducing apparatus 1 according to the second exemplary embodiment of the present invention, a thread for dielectric is formed on an outer surface of the dielectric 32. Exhaust gas reduction apparatus 1 according to a second embodiment of the present invention, as in the first embodiment of the present invention, the housing 10, the dielectric 32, the first electrode portion 34, the thread 36b The formed second electrode part 36, the power supply part 50, and the power amplifier 70 are included.

그러나, 본 발명의 제2실시 예에 따른 배기가스 저감장치(1)는 유전체(32)의 외표면에 제2전극부본체(36a) 내벽면에 형성된 나사산(36b)과 대응되는 유전체용 나사산이 형성된다. 유전체(32)의 외표면에 형성된 유전체용 나사산은 제2전극부본 체(36a)의 내벽면에 형성된 나사산(36b)과 상호 대응되어 이중의 와류를 형성한다.However, in the exhaust gas reducing apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention, a dielectric thread corresponding to the thread 36b formed on the inner wall surface of the second electrode body 36a is formed on the outer surface of the dielectric 32. Is formed. The threads for the dielectric formed on the outer surface of the dielectric 32 correspond to the threads 36b formed on the inner wall surface of the second electrode body 36a to form a double vortex.

이러한 구성에 의해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 저감장치(1)의 작동 과정에 대해 이하에서 상세히 설명한다.This configuration will be described in detail below the operation of the exhaust gas reducing device 1 according to a preferred embodiment of the present invention.

설명하기에 앞서, 본 발명의 바람직한 실시 예인 제1 및 제2실시 예 중 대표적으로 제1실시 예에 대한 작동 과정만 기재함을 미리 밝혀둔다.Prior to the description, it will be apparent that only the operation process for the first embodiment of the first and second embodiments of the present invention is described.

우선, 엔진으로부터 배기가스가 배출되면 하우징(10)의 유입구(14)를 통해 배기가스가 유입된다. 배기가스는 하우징본체(12) 내부에 수용된 플라즈마 반응기(30)로 유동된다.First, when the exhaust gas is discharged from the engine, the exhaust gas is introduced through the inlet 14 of the housing 10. The exhaust gas flows into the plasma reactor 30 accommodated in the housing body 12.

플라즈마 반응기(30) 내부에 유동된 배기가스는 제2전극부(36)의 나사산(36b)에 의해 헬릭스 유동된다. 또한, 배가가스에는 나사산(36b)에 의해 난류(turbulence)가 발생한다. 이때, 전원공급부(50) 및 전원증폭부(70)의 작동에 의해 제1전극부(34) 및 제2전극부(36)에 전원이 인가된다.The exhaust gas flowing in the plasma reactor 30 is helix flow by the screw thread 36b of the second electrode portion 36. Further, turbulence occurs in the exhaust gas by the thread 36b. In this case, power is applied to the first electrode part 34 and the second electrode part 36 by the operation of the power supply unit 50 and the power amplifier unit 70.

그러면, 헬릭스 유동되는 배기가스는 그 체류시간이 증대되어 플라즈마 반응의 화학적 활성이 증대된다. 난류의 발생은 플라즈마에 의해 이온화된 배기가스의 혼합을 촉진해서 균일방전과 균일한 반응을 증대시킨다.Then, the residence time of the helix flowing exhaust gas is increased to increase the chemical activity of the plasma reaction. The generation of turbulence promotes the mixing of the exhaust gases ionized by the plasma, thereby increasing the uniform discharge and the uniform reaction.

이에, 플라즈마 반응기 내부에 나사산이 형성되어 배기가스가 헬릭스 유동됨으로써 배기가스의 체류 시간 증대에 따른 플라즈마 반응 시간이 길어지고, 이에 따라 배기가스의 화학적 활성이 증대되어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Thus, a screw thread is formed inside the plasma reactor and the exhaust gas is helix flowed, thereby increasing the plasma reaction time according to the increase in the residence time of the exhaust gas, thereby increasing the chemical activity of the exhaust gas, thereby improving product reliability.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 저감장치의 개략 사시도,1 is a schematic perspective view of an apparatus for reducing exhaust gas according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시 예에 따른 Ⅱ - Ⅱ선의 단면도,2 is a cross-sectional view taken along the line II-II according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.

도 3은 도 2에 도시된 'Ⅲ' 의 요부 확대 단면도,3 is an enlarged cross-sectional view illustrating main parts of 'III' shown in FIG. 2;

도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 배기가스 저감장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an exhaust gas reducing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1: 배기가스 저감장치 10: 하우징 1: Exhaust gas reduction device 10: Housing

14: 유입구 16: 유출구14: inlet 16: outlet

30: 플라즈마 반응기 32: 유전체30: plasma reactor 32: dielectric

34: 제1전극부 36: 제2전극부34: first electrode portion 36: second electrode portion

36b: 나사산 50: 전원공급부36b: thread 50: power supply

70: 전원증폭부70: power amplifier

Claims (10)

플라즈마 반응기에 있어서,In a plasma reactor, 유전체와;A dielectric; 플라즈마 방전을 발생시키기 위해 마련되며, 상기 유전체 내부에 수용되는 제1전극부 및 상기 유전체에 대해 일정 간격을 두고 상기 유전체를 둘러싸는 통 형상의 제2전극부를 포함하고,It is provided to generate a plasma discharge, and includes a first electrode portion accommodated in the dielectric and a cylindrical second electrode portion surrounding the dielectric at a predetermined distance from the dielectric, 상기 제2전극부에는 내벽면의 둘레를 따라 나사산이 형성되어, 배기가스를 상기 제2전극부의 길이 방향을 따라 헬릭스(helix) 유동으로 안내하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The second electrode portion is formed with a screw thread along the periphery of the inner wall surface, the plasma reactor, characterized in that for guiding the exhaust gas in the helix (helix) flow along the longitudinal direction of the second electrode portion. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나사산은 상기 제2전극부의 내벽면 둘레를 따라 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The screw thread is continuously formed along the inner wall surface of the second electrode portion. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 나사산은 상기 제2전극부의 내벽면 둘레를 따라 상기 제2전극부의 길이에 대해 10% 내지 100%로 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The screw thread is formed with a length of 10% to 100% of the length of the second electrode portion along the inner wall surface of the second electrode portion. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나사산의 나사각은 38도 내지 90도 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The screw thread angle of the screw thread is characterized in that 38 to 90 degrees. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나사산의 높이는 상기 제2전극부의 내벽면과 상기 유전체 외표면의 간극에 대해 5% 내지 50% 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The height of the screw thread is a plasma reactor, characterized in that 5% to 50% of the gap between the inner wall surface of the second electrode portion and the outer surface of the dielectric. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 나사산의 피치(pitch)는 상기 나사산의 높이를 기준으로 10% 내지 500%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The pitch of the thread (pitch) is a plasma reactor, characterized in that from 10% to 500% based on the height of the thread. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체는 알루미나(Al2O3)와 티탸늄 다이옥사이드(TiO2) 중 어느 하나를 포함하는 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.The dielectric is a plasma reactor, characterized in that made of a ceramic containing any one of alumina (Al 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ). 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 유전체에는 산화촉매 또는 환원촉매가 코팅된 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.Plasma reactor, characterized in that the dielectric is coated with an oxidation catalyst or a reduction catalyst. 배기가스 저감장치에 있어서,In the exhaust gas reducing device, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 플라즈마 반응기와;A plasma reactor according to any one of claims 1 to 8; 상기 플라즈마 반응기를 수용하며, 배기가스가 유입 및 유출되는 유입구 및 유출구가 형성된 통 형상의 하우징과;A cylindrical housing accommodating the plasma reactor and having inlets and outlets through which exhaust gas flows in and out; 상기 플라즈마 반응기에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감장치.Exhaust gas reduction apparatus comprising a power supply for supplying power to the plasma reactor. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 전원공급부로부터 공급된 전원을 고전압으로 증폭하여 상기 플라즈마 반응기에 공급하는 전원증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감장치.And a power amplifier for amplifying the power supplied from the power supply unit to a high voltage to supply the plasma reactor.
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