KR20120014827A - 매연저감장치의 재생시스템 및 재생방법 - Google Patents

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Abstract

매연저감장치의 재생시스템 및 재생방법이 개시된다. 본 발명에 의한 매연저감장치의 재생시스템에 따르면 디젤 입자상 물질이 포집된 금속폼 필터를 고주파 유도가열을 이용하여 가열함으로써 입자상 물질의 제거가 용이할 수 있다. 본 발명에 의한 매연저감장치의 재생방법을 적용함으로써 자동차의 운전상태나 금속폼에 포집된 입자상 물질의 양에 관계없이 유도전류를 제어함으로써 온도 조절이 가능하여 매연저감장치의 안전한 재생이 가능하다.

Description

매연저감장치의 재생시스템 및 재생방법{REGENERATING SYSTEM AND REGENERATING METHOD OF DIESEL PARTICULATE FILTER}
본 발명은 매연저감장치의 재생시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매연저감장치에 잔류하는 입자상 물질을 고주파 유도 가열에 의해 제거하는 매연저감장치의 재생시스템에 관한 것이다.
내연기관의 연소로 배출되는 배기가스는 질소산화물(Nox), 이산화탄소, 애쉬(ash)등 여러 가지 유해 성분이 포함되어 있으며, 이들 유해 성분을 제거하기 위한 장치나 방법들이 고안되어 왔다.
특히, 디젤엔진용 차량에서는 디젤 입자상 물질 제거용 필터(Diesel Particluate Filter: DPF), 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC) 등의 배기가스 여과 장치 또는 후처리 장치를 사용하여 입자상 물질(particulate matter)등을 제거하고 있다.
배기가스는 배기가스 통로에 연결된 여과체를 거치면서 여과되고 다시 배기가스 통로를 지나 외부로 배출된다. 이러한 배기가스 여과 장치를 장시간 사용하게 되면, 입자상 물질 등의 과도한 포집으로 여과장치 내의 압력 상승을 유발하여 여과장치가 파손되거나 엔진의 성능을 저하시키는 원인이 되기도 한다.
상기와 같은 여과장치의 파손 및 엔진성능의 저하를 방지하기 위해매연저감 장치의 입자상 물질을 제거하기 위한 재생방법이 개시되어 있으며 이에는 수동식과 강제식이 있으나 어느 방식도 재생을 조절하기가 쉽지 않다.
수동식 재생방법의 경우 포집량, 배기가스의 열과 촉매의 성능등에 의해 결정되며 촉매가 열화되거나 배기가스 온도의 분포가 매우 낮을 경우 재생이 어려운 점이 있다.
또한, 강제 재생방식의 경우는 연료 후분사를 통해 재생하는 방식이 많으며 연료 후분사의 경우 재생을 위해 추가적인 연료 소모가 불가피한 점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 금속재질의 금속 담체에 유도가열 방식을 적용하여 금속폼에 열을 가하여 금속폼에 포집되어 있는 입자상 물질을 제거할 수 있는 매연저감장치의 재생시스템 및 재생방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 매연저감장치의 재생시스템은 미세 다공성 구조를 갖는 금속재질의 필터, 상기 금속재질의 필터와 이격을 갖고 상기 금속재질의 필터 주위에 배치된 고주파 유도용 코일, 및 상기 고주파 유도용 코일에 전원을 인가하는 전원 인가부를 포함한다.
상기 금속재질의 필터는 금속폼을 세로로 적층하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속재질의 필터는 금속폼을 반경 방향으로 말아서 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 금속재질의 필터는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 매연저감장치의 재생방법은 미세 다공성의 금속재질의 필터를 제공하는 단계, 상기 금속재질의 필터와 이격을 두고 상기 금속재질의 필터의 외부에 고주파 유도용 코일을 배치하는 단계, 및 전원 인가부를 통해 상기 고주파 유도용 코일에 고주파 전류를 인가하는 단계를 포함한다.
상기 미세 다공성의 금속재질의 필터를 제공하는 단계에서, 상기 금속재질의 필터는 상기 금속폼을 세로로 적층하거나 반경 방향으로 말아서 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 미세 다공성의 금속재질의 필터를 제공하는 단계에서, 상기 금속재질의 필터는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 메탈 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은, 본 발명에 의한 매연저감장치의 재생시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
금속재질의 금속폼에 유도가열 방식을 접목하여 금속폼에 열을 가하여 금속폼에 포집된 입자상 물질을 제거하므로 추가적인 연료소모가 발생하지 않는다.
또한, 유도가열을 이용할 경우 자동차의 운전상태나 금속폼의 포집량에 관계없이 유도전류를 제어함으로써 온도 승온을 조절할 수 있으므로 매연저감장치의 안전한 재생이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 매연저감장치의 금속폼을 고주파 유도 코일을 이용하여 가열함으로써 금속폼에 포집된 입자상 물질을 제거하는 원리를 도시한 도면이다.
도 2는 내측은 Ni계 금속폼, 외측은 Fe계 금속폼으로 이루어진 실린더 형태의 금속재질의 필터를 고주파 유도시험에 의해 최대 가열능력을 평가하는 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 매연저감장치의 재생시스템에 대하여 설명하기로 한다. 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.
도 1은 본 발명에 의한 매연저감장치의 금속재질의 필터를 고주파 유도 코일을 이용하여 가열함으로써 금속재질의 필터에 포집된 입자상 물질을 제거하는 원리를 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 매연저감장치의 재생시스템은 미세 다공성 구조를 갖는 금속재질의 필터, 상기 금속재질의 필터와 이격을 갖고 상기 금속재질의 필터 주위에 배치된 고주파 유도용 코일, 및 상기 고주파 유도용 코일에 전원을 인가하는 전원 인가부를 포함한다.
금속재질의 필터는 니켈 기반의 기본 폼 시트(sheet)에 바인더 및 합금분말을 도포한 후 열처리를 통해 바인더를 제거하고 소결을 행함으로써 금속분말로부터 액상의 원자들이 기본 폼 시트의 스트럿(strut)으로 확산하여 균일한 합금의 금속폼을 형성한 것일 수 있다.
상기 금속재질의 필터는 상기와 같이 제조되는 금속폼의 시트를 세로로 적층하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 금속재질의 필터는 금속폼의 시트를 반경 방향으로 말아서 원통형으로 형성될 수 도 있다.
상기 금속폼의 재질은 니켈(Ni) 기반의 금속폼, 철(Fe) 기반의 금속폼, 철-니켈-크롬-알루미늄(FeNiCrAl)계 기반의 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 재질로 형성될 수 있다.
고주파 유도용 코일은 상기 금속재질의 필터와 일정한 거리를 두고 상기 금속재질의 필터 주위에 배치될 수 있다.
상기 고주파 유도용 코일은 외부에서 인가되는 고주파 전류에 의해 코일 주위에 고주파 자장이 형성되어 코일 내부에 배치된 물질을 매우 짧은 시간에 가열하게 된다.
보다 상세하게, 고주파 유도가열은 전자유도작용(코일형상의 도체 중심에 영구 자석을 넣었다 빼면 자계가 변하게 되고 도체에는 전류가 흐르게 되는 현상)을 이용하여 코일에 고주파 전류를 흘려 고주파 자장이 발생하게 함으로써 이 고주파 자장내에 있는 물질(가열물)에 유도전류가 흐르도록 한다.
이러한 유도전류는 물체내에서 전류가 소용돌이 치며 흐르는 와전류에 의해 생기는 손실과, 히스테리시스 손실에 의한 주울(joule)열이 발생하며 매우 단시간에 발열이 이루어지게 된다. 이와 같이, 발생된 열로서 가열하는 것을 유도 가열이라 하며 고주파 전류를 이용한 것을 고주파 유도가열이라 한다.
전원 인가부는 상기 고주파 유도용 코일에 고주파 전류를 인가하기 위한 전원시스템이다. 상기 전원 인가부는 제어시스템을 구비하여 고주파 유도용 코일에 인가되는 전류의 주파수를 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 매연저감장치의 재생방법은 미세 다공성의 금속재질의 필터를 제공하는 단계, 상기 금속재질의 필터와 이격을 두고 상기 금속재질의 필터의 외부에 고주파 유도용 코일을 배치하는 단계, 및 상기 고주파 유도용 코일에 전원을 인가하기 위한 전원 인가부를 제공하는 단계를 포함한다.
상기 미세 다공성의 금속재질의 필터를 제공하는 단계에서, 상기 금속재질의 필터는 니켈 기반의 기본 폼 시트(sheet)에 바인더 및 합금분말을 도포한 후 열처리를 통해 바인더를 제거하고 소결을 행함으로써 금속분말로부터 액상의 원자들이 기본 폼 시트의 스트럿(strut)으로 확산하여 형성된 균일한 합금조성의 금속폼으로 이루어질 수 있다.
다만, 기본 금속폼 시트는 니켈 기반에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속폼은 니켈(Ni)계 금속폼, 철(Fe)계 금속폼, 철-니켈-크롬-알루미늄(FeNiCrAl)계 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 미세 다공성 금속재질의 필터를 제공하는 단계에서, 상기 금속재질의 필터는 금속폼을 세로로 적층하거나 반경 방향으로 말아서 형성될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 매연저감장치의 재생방법을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
입자상의 매연이 포집되어 있는 Ni계 금속폼 및 Fe계 금속폼을 준비하여 금속폼을 반경 방향으로 말아서 내측은 Ni계 금속폼, 외측은 Fe계 금속폼으로 이루어진 실린더 형태의 금속폼 필터를 제작하였다.
이후에 코일 형태로 감겨있는 고주파 유도 코일을 금속폼 필터를 감싸도록 배치하였다.
상기 고주파 유도 코일이 연결된 전원 인가부에서 고주파 전류를 흘려 상기 고주파 유도 코일에 유도전류를 발생시켰다.
발생 유도전류에 의해 상기 금속폼 필터의 표면부로부터 가열되어 점차 내부로 온도가 상승하였다.
금속폼 필터의 온도를 측정한 결과, 유도가열 코일이 감겨 있는 금속폼 필터 부분, 즉 내부의 Ni계 금속폼 및 외부의 Fe계 금속폼 모두 600℃ 이상 가열되었다.
상기의 금속폼은 폐회로로 닫혀 있어야 유도가열이 가능할 수 있다.
도 2는 내측은 Ni계 금속폼, 외측은 Fe계 금속폼으로 이루어진 실린더 형태의 금속폼을 고주파 유도가열에 의해 최대 가열능력을 평가하는 실험과정을 나타낸 사진이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시예들은 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 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 미세 다공성 구조를 갖는 금속재질의 필터;
    상기 금속재질의 필터와 이격을 갖고 상기 금속재질의 필터 주위에 배치된 고주파 유도용 코일; 및
    상기 고주파 유도용 코일에 전원을 인가하는 전원 인가부를 포함하는 매연저감장치의 재생시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속재질의 필터는 금속폼을 세로로 적층하여 형성된 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 재생시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속재질의 필터는 금속폼을 반경 방향으로 말아서 형성된 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 재생시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속재질의 필터는 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 재생시스템.
  5. 미세 다공성의 금속재질의 필터를 제공하는 단계;
    상기 금속재질의 필터와 이격을 두고 상기 금속재질의 필터의 외부에 고주파 유도용 코일을 배치하는 단계; 및
    전원 인가부를 통해 상기 고주파 유도용 코일에 고주파 전류를 인가하는 단계를 포함하는 매연저감장치의 재생방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미세 다공성의 금속재질의 필터를 제공하는 단계에서,
    상기 금속재질의 필터는 금속폼을 세로로 적층하거나 반경방향으로 말아서 형성되는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 재생방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속폼은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 메탈 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 재생방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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