KR20120017472A - 분진을 함유한 배기 가스의 처리 장치 및 그 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분진 응집 장치(3) 및 분진 분리기(4)를 적어도 포함하고, 상기 분진 응집 장치(3)는 전기장(6)을 생성하기 위한 적어도 하나의 기구(5), 및 배기 가스의 유동 방향(8)에서 상기 분진 분리기(4)의 상부에 위치하여 배기 가스가 관통 유동할 수 있는 분진 버퍼 저장 장치(7)를 포함하는 분진(2)을 포함한 배기 가스를 처리하는 장치(1) 및 방법에 관한 것이다. 분진(2)은 분진 버퍼 저장 장치(7)에서 서로 상부 방향으로 축적되어 분진 응집체(15)를 형성하고, 짧은 시간 후에 분진 버퍼 저장 장치(7)에서 제거되어 변환을 위한 상기 분진 분리기(4)로 공급된다.

Description

분진을 함유한 배기 가스의 처리 장치 및 그 처리 방법{DEVICE AND METHOD FOR TREATING EXHAUST GAS CONTAINING PARTICLES}

본 발명은 분진 응집 장치와 분진 분리기를 구비하여 분진을 함유한 배기 가스를 처리하기 위한 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 디젤 엔진 등과 같은 자동차 내연 엔진에서 배기가스 처리분야에 적용될 수 있다.

가솔린 또는 디젤의 연소 과정에서, 예를 들어 일산화탄소 , 탄화수소 및 산화질소 뿐만 아니라 소위 그을음 분진(soot particles)이 발생한다. 이러한 분진에 의해 야기되는 건강 위험요인 및 관련 법규에 의해, 자동차에서 배출되는 분진을 더욱 줄여야만 한다.

이러한 목적을 위해, 종래에는 일반적으로 다수의 채널들의 주입구와 배출구가 교대로 차단되도록 사출 성형된 세라믹 구조로 디자인된 소위, 웰 플로우 필터(wall-flow filter)를 사용하고 있다. 이러한 방법에서, 공지된 바와 같이 배기 가스는 일부 채널로 유입되고 전부 다공성 채널 벽을 거치도록 힘이 가해질 수 있다. 다공성 채널 벽의 해당 형태에 의해, 분진을 분리하는 효율이 상당한 정도로 향상시킬 수 있다. 여기서, 너무 많은 분진이 축적되고 기일 이내에 재생이 되지 않으면, 이러한 웰 플로우 필터는 막히게 될 수 있다. 또한, 이러한 웰 플로우 필터는 예를 들어 내연 엔진의 출력 손실과 관계있는 배기 시스템에 배압(back pressure)을 상당히 발생시킨다.

이러한 배압 문제를 해소하고 관련법규의 범위에서 분진 분리의 허용치를 이루기 위해, 소위 부분 유동 필터(partial-flow filter)가 개발되고 있다. 상기 부분 유동 필터에서, 부분 유동이 채널을 거쳐서 계속 흐를 수 있도록, 채널들은 완전하게 차단되지 않는다. 예를 들어, 다이버젼스(Diversions), 가이드 블레이드(guide blade), 개구(openings) 등이 인접 채널에서의 압력차에 의해 차례대로 채널들에 구비되어, (부분) 유동이 필터 부재를 거쳐서 통과하게 한다. 여기서, 다수의 다이버젼스는 채널의 길이를 따라 구비되어, 주위의 필터 부재가 적합한 상태에서 분진 또는 배기 가스의 편향을 이루고, 만약 필터 부재가 이미 분진으로 채워진 상태라면 부분 유동을 실현하게 한다.

웰 플로우 필터 또는 부분 유동 필터의 재생을 위해, 비연속 및/또는 연속 재생을 이용하는 것이 공지되어 있다. 비연속 재생의 경우, 매연 분진은 분진 분리기에 소정의 열을 가한 결과에 따라 연소된다. 이런 목적을 위해, 연소되지 않은 다량의 연료가 촉매 반응으로 배기 시스템의 활성 코팅층에 분산될 수 있고, 배기 시스템에서 그을음의 산화가 이루어지는 적정 온도로 배기 가스 또는 분진 분리기를 가열하는 발열 반응이 이루어진다. CRT(continuous regeneration trap) 공정으로 지칭되는, 연속 재생 공정은 그을음을 변환시키기 위해 이산화 질소(NO₂)를 사용한다. 이런 측면에서, 배기 가스의 일산화 질소는 산화 효과를 갖는 촉매제를 사용하여 산화되고, 공기 또는 산소를 이용하여 이산화 질소로 형성되어 그을음에 실제로 공급된다. 여기서, 그을음의 변환은 예컨대, 약 250℃ 이상의 매우 낮은 온도에서 이루어진다.

뿐만 아니라, 배기 가스 유동에서의 분진은 쌍극자에 의해 생성된 전기장을 이용하여 전기적으로 대전되어, 각각의 분리 전극으로 이동한다.

하지만, 종래의 시스템은 내연 엔진의 작동에서 이러한 분리 작용, 재생 및/또는 이에 대한 영향과 관련하여 부분적으로 만족스럽지 못하다. 또한, 상기의 개념들은 부분적으로 상당히 복잡하고 고비용이다.

상기 내용을 출발점으로 하여, 본 발명의 목적은 종래 기술에 관련하여 기술된 문제점을 적어도 부분적으로 해소하기 위한 것이다. 특히, 배기 시스템의 향상된 분리 작용이 낮은 압력 손실에서 이루어지도록 분진을 처리하는 장치 및 방법을 구체화한다.

상기 목적들은 본 발명의 청구항 1의 특징에 따른 장치 및 본 발명의 청구항 7의 특징에 따른 방법에 의해 이루어진다. 더욱 바람직한 실시예 및 적용 분야들은 종속항들에서 알 수 있다. 종속항들 각각에 구체화된 특징들은 당업자의 수준에서 서로 결합 및 실시될 수도 있다. 특히 도면들에 연결하여 본 발명을 설명하는 설명 부분은 예시적인 실시예로 구체화한다.

본 발명에 따라 분진을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치는 적어도 분진 응집 장치(particle agglomeration device) 및 분진 분리기(particle separator)를 포함한다. 여기서, 분진 응집 장치는 전기장을 생성하기 위한 적어도 하나의 기구를 구비하고, 배기 가스의 유동 방향에서 분진 분리기의 상부에 위치하여 배기 가스가 관통 유동할 수 있는 분진 버퍼 저장 장치를 포함한다.

본 발명에 따른 장치는 예를 들어, 디젤 엔진 등과 같은 자동차 내연 엔진의 배기 가스를 처리한다. 여기서 분진은 다른 것을 지칭할 수도 있지만, 주로 그을음 분진을 지칭한다.

분진 응집 장치 및 분진 분리기는 배기 가스의 유동 방향을 따라 (바람직하게 직접)연결되어 구비된다. 다수의 배기관이 구비된다면, 이에 대응하는 장치는 상기 배기관 각각에 구비될 수 있다. 또한, 배기 가스의 일부만이 대응하는 장치에 의해 처리될 수도 있다.

분진 응집 장치는 내연 엔진에서 발생하여 배기 가스에 함유된 분진 응집체의 크기를 증가시키는 기능을 수행한다. 이런 관점에서, 전기장을 이용하여, 분진은 선별 방법으로 분진 버퍼 저장 장치에 축적되어, 분진은 각각의 상부에 쌓여서 서로 결집하는 성향에 따라 크기가 증대된다. 분진 버퍼 저장 장치에서 분진 응집체가 원하는 크기에 도달하면, 이러한 분진 응집체는 배기 가스에 다시 실려서 하부의 분진 분리기로 공급된다. 이렇게 분진을 선별 응집하는 결과에 의해, 분진 분리기는 분진 응집체를 더 크게 형성하기 위해 대응하는 분리 효율을 갖도록 디자인될 수 있다. 이것은 특히 점점 더 막히는 필터를 사용한 경우에 증가하는 압력 손실과 관련된 문제들을 상당히 해소할 수 있다.

전기장을 발생시키는 기구에 관하여, 응집되는 분진들은 정전기장에서 대전되고, 이러한 대전에 의한 분진의 전하에 따라 응집되는 분진들은 분진 버퍼 저장 장치의 방향 및/또는 서로의 방향으로 더욱 격렬하게 이동한다는 점을 알게 된다.

여기서, 분진 버퍼 저장 장치는 전극 폴(electrical pole)에 연결되는 것이 바람직하다. 이런 방법에서, 전자기력은 이온화된 분진들에 영향을 미쳐, 이온화된 분진들이 분진 버퍼 저장 장치에서 응집하는 방법으로 더욱 격렬하게 축적될 수 있다. 상기 분진의 표면은 다른 분진과 관련해서 매우 강한 결합성이 있어서, 분진 응집체는 탈이온화가 이루어진 후에도 서로 견고하게 결합된다. 이런 관점에서, 분진 버퍼 저장 장치는 분진의 전하에 반대되는 전하를 갖는 전극 폴에 연결된다. 다른 효과로서, 분진 응집체가 배기 가스 유동에 의해 쉽게 다시 분리되게 하는 방법으로 분진 버퍼 저장 장치에서 분진 응집체의 유지력을 역시 감소시킨다. 분진 응집체들은 상대적으로 크고, 전기적으로 무극성인 분진 분리기에 공급되고, 이때 분진 분리기에는 정전기 효과가 실질적으로 더 이상 발생하지 않아 분진 분리기가 일관성있게 동작한다.

장치에 관한 일실시예에 있어서, 분진 버퍼 저장 장치는 다수의 통로를 포함한 적어도 하나의 오픈 구조부를 갖는다. 전술한 바와 같이, 배기 가스는 분진 버퍼 저장 장치를 거쳐서 유동할 수 있다. 이점은 간단한 파이프 부품이 아니라, 배기 가스의 유동을 저지하고 배기 가스 자체가 웰을 거쳐서 유동하는 장치를 의미한다. 특히 여기서 제안하는 구조는 다수의 통로를 구비한 오픈 구조부가다. 이것은 특히 배기 가스 유동이 분진 버퍼 저장 장치 또는 오픈 구조부에 의해 다수의 작은 배기 가스 유동 부분으로 분기되고, 이후 이렇게 분기된 작은 배기 가스 유동 부분들은 오픈 구조부의 다수 통로들을 거쳐서 전달된다는 것을 의미한다. 이런 점에서, 분진 버퍼 저장 장치는 특히 배기 가스의 유동 방향에 평행하거나 또는 수직으로 배치되고, 이에 따라 넓은 면적에 거쳐 유동에 지장을 준다. 이에 따른 영향으로, 다수 통로들은 일반적으로 유동 방향으로 매우 짧은 길이로 구비된다. 따라서 오픈 구조부는 디스크 형태의, 접시 형태의 디자인을 갖는다. 다수의 통로들은 20개 이상, 특히, 100개 이상이다. "오픈" 구조부는 특히 유동이 종료되는 단부가 없는 것이 아니라, 유동이 다수의 통로들을 거쳐서 (직선으로 및/또는 편향되어)통과할 수 있다는 것을 의미한다. 여기서, "오픈" 구조부는 상기 유동 방향에 수직으로 상기 구조에 대한 각각의 단면 또는 임의의 한 단면에서, 구조적인 부분들보다 유동이 자유롭게 통과할 수 있는 부분들이 더 많은 경우에 구비된다. 여기서, 서로의 면적을 비교하면, "오픈" 구조부는 상기 구조에 대한 각각의 단면 또는 임의의 한 단면에서, 유동이 자유롭게 통과할 수 있는 영역으로 포함되는 면적 비율이 50% 이상, 특히 80% 이상으로 구비된다.

따라서, 상기 적어도 하나의 오픈 구조부는 디스크 형태의 디자인으로, 격자 구조, 직물 구조, 부직포 구조, 포말 구조, 허니컴 구조 중 적어도 하나의 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 오픈 구조부의 "디스크 형태" 디자인은 배기 가스의 유동 방향의 규모가 유동 방향에 수직인 규모보다 작다는 것을 의미한다. 이러한 오픈 구조부는 예를 들어 격자 구조로 디자인될 수 있다. 이런 관점에서, 다수의 로드(rod)가 서로 연결될 수 있다. 여기서, 격자 구조는 예를 들어 체(sieve)의 형성 방법에서처럼 철사들을 서로 용접하여 형성할 수 있다. 철사들이 서로 얹혀져 형성한 철사 뿐만 아니라, 부분적으로 서로 고리를 형성한 철사들로 형성된 직물 구조도 가능하다. 부직포 구조로서, 철사들 또는 철사 필라멘트들이 다소 불규칙한 배열로 구비되는 것도 가능하다. 반면에, 예컨대 각각의 철사들을 서로 용접한 포말 구조를 갖는 경우에, 해당하는 오픈 구조부는 불규칙한 채널 시스템을 형성하는 포말을 이용하여 형성될 수도 있다. 보통의 채널 시스템은 예컨대 적어도 하나의 스무스 메탈 호일(smooth metal foil) 및 적어도 하나의 파형 강판 호일(corrugated metal foil)로 이루어진 허니컴 구조로 형성될 수도 있다. 디스크 형태의 오픈 구조부는 전기적으로 전도성 금속을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 다수의 동일한 구조들로 결합되거나 또는 다수의 서로 다른 구조들로 결합될 수 있다.

장치에 관한 일실시예에 있어서, 전기장을 생성하기 위한 기구는 방전 전극을 포함한다. 물론, 다수의 방전 전극이 구비되는 것은 자명하다. 비록 방전 전극이 예를 들어, 고리 모양, 디스크 형태, 또는 유사한 변형 형태로 구비될 수 있지만, 방전 전극은 대응하여 형성된 각각의 전극으로 형성될 수도 있다.

또한, 분진 분리기가 전기적으로 무극성이고, 웰 플로우 필터 또는 부분 유동 필터를 포함하는 것은 장점이 된다. 웰 플로우 필터 또는 부분 유동 필터의 가능한 구성에 대해, 전술한 내용과 도면과 관련하여 후술할 구체적인 설명 내용을 참고한다. 분진 분리기가 전기적으로 무극성이므로, 분진 분리기의 주입 영역에서 분진 응집체가 격렬하게 쌓이는 현상이 발생하지 않는 효과를 나타낸다. 이에 따른 결과로 분진 분리기에서 분진 분리기의 균일한 로딩 또는 분진 분리기의 필터 부재의 로딩이 이루어진다. 웰 플로우 필터 및/또는 부분 유동 필터를 제공하면 매우 큰 필터 표면적을 작은 구조물의 부피에 제공할 수 있어, 특히, 원심 분리기보다 우월한 장점이 본 발명에서 얻어진다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 분진을 함유한 배기 가스를 처리하는 방법이 제안되고, 이 방법은

a) 분진을 전기장에서 대전시키는 단계,

b) 전기적 인력을 이용하여, 상기 배기 가스가 분진 버퍼 저장 장치(7)를 거쳐서 유동하도록, 상기 전기적으로 대전된 분진(2)을 상기 분진 버퍼 저장 장치(7)로 공급하는 단계,

c) 분진 응집체가 형성되도록 상기 분진을 상기 분진 버퍼 저장 장치에서 축적하는 단계,

d) 상기 분진 버퍼 저장 장치에서 상기 분진 응집체를 제거하는 단계,

e) 상기 분진 응집체를 분진 분리기로 제공하는 단계,

f) 상기 분진 분리기에서 상기 분진 응집체를 변환시키는 단계

를 포함한다.

상기 방법은 본 발명의 장치에 의해 실현될 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 장치에 관한 설명 내용은 본 발명에 따른 방법에 참고될 수 있다.

분진 특히, 그을음의 이온화는 a) 단계에서 이루어진다. 분진은 양전하 또는 음전하로 구비될 수 있어서, 이에 대응하여 각각의 경우에 대응하는 전기장이 생성되어야 한다. 만약 가능하다면, 예컨대, 기설정된 시간 간격으로 전기장을 변환하는 교대 형태로 다른 전하가 분진에 대전될 수 있다.

b) 단계로서, 이와 같이 이온화된 분진은 분진 버퍼 저장 장치로 공급되고, 분진과 분진 버퍼 저장 장치의 서로 상이한 전하에 의해서, 상기 배기 가스로부터 상기 분진이 (전자기력에 의해) 대부분 상기 분진 버퍼 저장 장치에 축적된다.

이에 따른 결과로서, 분진은 분진 버퍼 저장 장치에서 상부 방향으로 쌓이고 서로 결합된다. 여기서, 반 데르 발스 힘이 분진들의 결합에 추가적으로 작용할 수도 있다.

분진 버퍼 저장 장치는 분진 또는 분진 응집체가 매우 짧게 부착되도록 디자인되거나 구조화될 수 있다. 즉, 분진의 (완전한)전환이 이루어지지 않게 한다. 실제, 분진 버퍼 저장 장치에서 유동의 전면 충돌 때문에, 배기 가스는 분진 응집체를 다시 동반하여 아래에 있는 분진 분리기로 운반하고, 분진 분리기가 재생될 때까지 분진 응집체는 축적되며, 최종적으로 분진 응집체는 변환된다. 여기서, 상기 변환은 연속 및/또는 비연속으로 이루어질 수 있다.

상기 방법에서, 분진 응집체는 전기적으로 무극성 상태인 분진 분리기에 공급되는 것이 바람직하다. 즉, 이것은 분진 버퍼 저장 장치가 전극 폴(electrical pole)에 연결되어, 상기 분진이 상기 분진 버퍼 저장 장치와 접촉하면 분진의 전하가 무극성화되는 것을 의미한다. 이후, 분진 응집체로 유동하는 분진 응집체는 분진 분리기에서 분진 응집체의 축적에 (상당한) 역할을 수행한 전자기력이 더 이상 작용하지 않는 배기 가스의 "일반적인" 유동 통로를 따라 흐르게 된다. 그러므로, 상기 분진 분리기의 구조 또는 디자인은 일반적인 관념이 적용될 수 있다.

또한, d) 단계가 배기 가스의 유동에 의해서만 수행되므로, 장점이 될 수 있다. 즉, 분진 응집체를 배기 가스의 유동으로 돌려보내기 위해, 분진 버퍼 저장 장치 또는 다른 외부 수단의 활발한 동작을 필요로 하지 않는다. 즉, 분진 응집체가 배기 가스의 유동에 의해서만 다시 제거된다. 상기 분진 응집체의 필요한 크기를 고려한다면, 분진 버퍼 저장 장치가 예컨대, 큰 유동 충돌 표면, 적합한 (매끄러운) 표면 등으로 구비되도록 디자인될 수 있다.

상기 방법의 일실시예는 분진 버퍼 저장 장치에서 배기 가스의 상부 흐름과 하부 흐름에서, 배기 가스의 평균 분진 중량은 동일하지만, 분진 버퍼 저장 장치의 하부 흐름에서 분진의 평균 개수는 더 적다. 이것은 분진 버퍼 저장 장치가 실질적으로 분진 응집체를 형성하는데만 역할을 하고 있다는 것을 의미한다. 즉, 분진 버퍼 저장 장치에 공급되는 분진의 (시간당 평균한) 중량은 분진 버퍼 저장 장치에 존재하는 분진의 중량과 거의 동일하다. 분진이 상부 방향으로 축적되어 분진 응집체를 형성한 결과로, 분진의 개수는 줄어들지만, 분진의 크기는 증가한다. 결과적으로, 분진 응집 장치가 분진을 응집하여 이온화하고 결합하는 것이 바람직하다.

본 발명은 본 발명에 따른 장치가 포함된 배기 시스템을 갖춘 내연 엔진을 장착한 자동차에 실제 적용되고, 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있다. 상기 자동차는 디젤 엔진을 장착한 승용 자동차 또는 대형 수송차이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 분진 응집 장치와 분진 분리기를 구비한 처리 장치 및 그 처리 방법에 따라, 분진을 함유한 배기 가스를 작은 구조물의 부피에서 매우 큰 필터 표면적으로 분진을 용이하게 제거할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 분진 응집 장치의 실시예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 분진 응집 장치의 입구에 대해 상류의 분진 분포를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 분진 응집 장치의 출구에 대해 하류의 분진 분포를 나타낸 도면,
도 4는 배기 시스템을 장착한 자동차를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 분진 응집 장치의 다른 실시예를 도시한 도면,
도 6은 분진 버퍼 저장 장치의 실시예를 상세하게 나타낸 도면,
도 7은 분진 버퍼 저장 장치의 다른 실시예를 상세하게 나타낸 도면,
도 8은 분진 버퍼 저장 장치의 다른 실시예를 상세하게 나타낸 도면, 및
도 9는 부분-유동 필터에서 분진 분리기를 상세하게 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 분진 응집 장치 및 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 도시한다. 여기서, 본 발명에 따라 배기 가스는 유동 방향(8)을 따라 장치(1)로 유동한다. 먼저, 배기 가스는 분진 응집 장치(3)로 유동한다. 여기서, 상기 분진 응집 장치(3)는 전기장(6)을 생성하기 위한 기구(5)를 포함하고, 여기서 상기 기구(5)는 (음)전극 폴(9)에 연결된 방전 전극(12)의 형태로 도시한다. 상기 전기장(6)에서, 분진(2)은 전기 전하에 의해 대전되어, 즉 이온화되고, 유동 방향(8)으로 전진하여 배기 가스가 통과하는 분진 버퍼 저장 장치(7)로 유동한다. 분진 버퍼 저장 장치(7)는 (양)전극 폴(9)에 연결되고, 이 (양)전극 폴(9)은 방전 전극(12)에 연결된 (음)전극 폴(9)과 별개로 구비된다. 다수의 분진(2)은 분진 버퍼 저장 장치(7)에서 서로 충돌하고 결합하여, 이온화된 분진(2)은 분진 버퍼 저장 장치(7)에 쌓인다. 분진 버퍼 저장 장치(7)는 다수의 통로(11)를 포함한 오픈 구조부(10)로 디자인되어, 배기 가스가 오픈 구조부(10)를 거쳐서 유동함에 따라, 배기 가스는 큰 크기로 성장한 분진 응집체(15)를 동반하게 된다. 따라서, 배기 가스의 유동 방향(8)에서 보았을 때, 배기 가스는 상당히 커진 분진 응집체(15)를 분진 버퍼 저장 장치(7)의 하부에 위치하는 분진 분리기로 운반한다. 분진 분리기(4)에서, 분진 응집체(15)는 예컨대, 이산화 질소(NO₂)에 의해 축적되고 변환된다.

도 2와 도 3은 분진 응집 장치의 배기 가스 유동에서 상류 및 하류에 존재하는 분진 분포를 개략적으로 도시한다. 여기서, 분진의 평균 크기(20)는 가로축에 표시하고, 분진의 개수(19)는 세로축에 표시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 평균 분진 분포가 가로축의 왼쪽에 몰려 위치하는, 즉 많은 수의 분진(2)이 배기 가스의 유동에 동반된다는 것을 알 수 있다. 분진 응집 장치에서 배출된 후에, 분진 분포가 가로축의 오른쪽에 위치하는, 즉 분진의 평균 크기(20)가 커지는 것을 알 수 있다. 분진 응집체(15)가 다수의 분진(2)이 결합하여 형성되기 때문에, 분진의 개수는 상당히 감소한다. 여기서, 분진 응집 장치의 상부와 하부에서 분진의 총 중량은 실질적으로 동일하다.

도 4는 예컨대 디젤 엔진과 같은 내연 엔진(17)을 장착한 자동차(16)를 개략적으로 도시하고, 이러한 엔진에는 배기 가스의 분진 및 오염물질을 제거하기 위한 배기 시스템(18)이 구비된다. 배기 시스템(18)에 도시된 바와 같이, 배기 가스의 유동 방향(8)으로 촉매 컨버터(21), 분진 응집 장치(3) 및 분진 분리기(4)가 존재한다. 물론, 다른 배기 가스 처리 유닛들이 장착되거나 또는 추가될 수 있다. 분진 응집 장치(3)는 또한 개략적으로 전기장(6)과 분진 버퍼 저장 장치(7)를 포함한다. 여기서, 촉매 컨버터(21)가 배기 가스에 함유된 질소 산화물을 이산화질소로 변환시키고, 이에 상응하는 그을음의 변환이 분진 분리기(4)에서 실현될 수 있다면, 분진 분리기(4)의 연속 재생은 제공될 수 있다.

도 5는 웰 플로우 필터(13)의 형태를 갖는 분진 분리기(4)와 결합하는 버퍼 저장 장치(7)의 실시예를 부분 사시도로 도시한다. 여기서, 이온화된 분진을 포함한 배기 가스는 유동 방향(8)을 따라 분진 버퍼 저장 장치(7)로 유동한다. 분진 버퍼 저장 장치(7)는 다수의 철사(25)가 서로 연결되어 다수의 통로(11)를 형성하도록 격자 구조(32)의 형태로 디자인된다. 여기서, 통로(11)는 그을음 분진이 걸러지지 않도록, 즉 통로(11)는 분진(2)과 그을음(15) 보다 몇 배 이상 큰 크기를 갖는다. 다수의 분진(2)은 분진 버퍼 저장 장치(7)에서 서로 결합하고, 배기 가스 유동에 최종적으로 동반하여 웰 플로우 필터(13)의 형태를 갖는 분진 분리기(4)로 운반된다. 웰 플로우 필터(13)는 다수의 채널(22)에 의한 특성이 있게 되고, 상기 채널들은 교대로 두 개의 단부 중 하나가 폐쇄 단부(23)를 갖는다. 이에 따라 일면에 주입되는 배기 가스는 다공성 웰(24)을 거쳐서 주변 채널로 통과하여, 전체 배기 가스 유동이 다공성 웰을 거치게 된다. 오직 상대적으로 큰 분진 응집체가 걸려질 필요가 있기 때문에, 웰 플로우 필터(13)의 웰(24)은 높은 여과 기능이 필요 없이 상대적으로 큰 구멍들 또는 높은 공극률(porosity)을 가질 수 있다. 하지만, 이것은 상기 분진 분리기(4)에 대한 압력 손실이 상당히 떨어지는 결과가 나타난다.

분진 버퍼 저장 장치(7)에 대한 다른 실시예들이 도 6 내지 도 8에 도시된다. 분진 버퍼 저장 장치(7)는 도 6에서처럼 직물(30)의 형태를 나타내거나, 도 7에서처럼 (금속) 포말(31)의 형태를 나타내거나, 도 8에서처럼 적어도 부분적으로 파형 강판 호일을 가지는 디스크 형태의 허니컴 구조(33)의 형태로 나타난다. 상기 실시예 모두는 오픈 구조부(10)를 형성한다.

도 9는 부분-유동 필터(14)의 동작 모드를 상세하게 도시한다. 여기서, 부분-유동 필터(14)는 스무스 메탈 부직포(27) 및 파형 강판 호일(26)로 이루어지고, 이러한 스무스 메탈 부직포(27)과 파형 강판 호일(26)은 교대로 배열되어 각각의 경우에 공통 채널의 범위를 정의한다. 다이버젼스(Diversions: 28)는 파형 강판 호일(26)에 구비되어, 적어도 배기 가스 유동의 일부가 메탈 부직포(27)로 유동하게 한다. 여기서, 다이버젼스(28)는 전체 채널의 단면적을 막을 만큼 크지 않지만, 채널 내에서 배기 가스의 일부가 다이버젼스(28)를 거쳐서 유동하는 것, 소위 부분 유동(29)은 가능하다. 이러한 다수의 다이버젼스(28)가 채널의 길이를 따라 전체에 구비되어, 배기 가스 유동이 여러 번 우회되어 스무스 메탈 부직포(27)를 통과하여 유동하는 확률을 높이는 것이 바람직하다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1: 장비 2: 분진
3: 분진 응집 장치 4: 분진 분리기
5: 기구 6: 전기장
7: 분진 버퍼 저장 장치 8: 유동 방향
9: 전극 폴 10: 오픈 구조부
11: 통로 12: 방전 전극
13: 웰 플로우 필터 14: 부분-유동 필터
15: 분진 응집체 16: 자동차
17: 내연 엔진 18: 배기 시스템
19: 분진 개수 20: 분진 크기
21: 촉매 컨버터 22: 채널
23: 폐쇄 단부 24: 웰
25: 철사 26: 파형 강판 호일
27: 메탈 부직포 28: 다이버젼스
29: 부분 유동 30: 직물
31: 포말 32: 격자 구조
33: 허니컴 구조

Claims (11)

1. 분진 응집 장치(3) 및 분진 분리기(4)를 적어도 포함하고, 분진(2)을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치로서,
   상기 분진 응집 장치(3)는 전기장(6)을 생성하기 위한 적어도 하나의 기구(5)를 구비하고, 상기 배기 가스가 유동할 수 있으며 배기 가스의 유동 방향(8)에서 상기 분진 분리기(4)의 상부에 위치하는 분진 버퍼 저장 장치(7)를 구비하는 분진(2)을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치(1).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 분진 버퍼 저장 장치(7)는 전극 폴(9)에 연결되는 분진(2)을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치(1).
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 분진 버퍼 저장 장치(7)는 다수의 통로(11)를 구비한 적어도 하나의 오픈 구조부(10)를 포함하는 분진(2)을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치(1).
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 적어도 하나의 오픈 구조부(10)는 디스크 형태의 디자인이고, 격자 구조(32), 직물 구조(30), 부직포 구조(27), 포말 구조(31), 허니컴 구조(33) 중 적어도 하나의 구조를 포함하는 분진(2)을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치(1).
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기장(6)을 생성하기 위한 기구(5)는 방전 전극(12)을 포함하는 분진(2)을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치(1).
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분진 분리기(4)는 전기적으로 무극성이고, 웰 플로우 필터(13) 또는 부분-유동 필터(14)를 포함하는 분진(2)을 갖는 배기 가스를 처리하는 장치(1).
7. 분진(2)을 함유한 배기 가스를 처리하는 방법으로,
   a) 상기 분진(2)을 전기장(6)에서 대전시키는 단계;
   b) 전기적 인력을 이용하여, 상기 배기 가스가 유동할 수 있는 분진 버퍼 저장 장치(7)로 전기적으로 대전된 상기 분진(2)을 공급하는 단계;
   c) 분진 응집체(15)가 형성되도록 상기 분진(2)을 상기 분진 버퍼 저장 장치(7)에서 차곡차곡 축적하는 단계;
   d) 상기 분진 버퍼 저장 장치(7)에서 상기 분진 응집체(15)를 제거하는 단계;
   e) 상기 분진 응집체(15)를 분진 분리기(4)로 제공하는 단계; 및
   f) 상기 분진 분리기(4)에서 상기 분진 응집체(15)를 변환시키는 단계;
   를 포함하는 분진(2)을 함유한 배기 가스를 처리하는 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 분진 응집체(15)는 전기적으로 무극성 상태인 상기 분진 분리기(4)에 공급되는 분진(2)을 함유한 배기 가스를 처리하는 방법.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 d) 단계는 배기 가스의 유동에 의해서만 수행되는 분진(2)을 함유한 배기 가스를 처리하는 방법.
10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분진 버퍼 저장 장치(7)의 상부 및 하부의 배기가스에 있어서, 상기 배기 가스의 평균 분진 중량은 동일하지만, 상기 분진 버퍼 저장 장치(7)의 하부 흐름에서 상기 분진의 평균 개수는 더 적은 분진(2)을 함유한 배기 가스를 처리하는 방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 장치(1)가 구비된 배기 시스템(18)을 장착한 내연 기관(17)을 포함하고,
    상기 장치는 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행할 수 있도록 설정되는 자동차(16).

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