KR20120056602A - 배기가스 여과장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 여과장치에 관한 것으로, 케이스, 상기 케이스 내에 구비되어 배기가스를 여과하는 여과 유닛(filtering unit) 및 상기 여과 유닛 내에 구비되어 상기 배기가스를 회전시켜 상기 배기가스가 상기 여과유닛으로 균일하게 흐르도록 구비된 유동 균일화 유닛을 포함하며, 배기가스 여과장치 내의 배기가스의 유속을 일정하게 유지할 수 있어 배기가스의 정화 효율을 증대할 수 있다.

Description

배기가스 여과장치{EXHAUST GAS FILTERING DEVICE}
본 발명은 배기가스 여과장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스 여과장치 배기가스 여과장치 내의 배기가스의 유속을 일정하게 유지할 수 있어 배기가스의 정화 효율을 증대할 수 있는 배기가스 여과장치에 관한 것이다.
내연 기관의 연소로 배출되는 배기가스에는 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 입자상물질(PM) 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 Particular Filter: DPF), 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC)등의 배기가스 여과장치 또는 후처리 장치를 사용하여 입자상 물질(particulate matter) 등을 제거하고 있다.
그러나, 배기가스 여과장치 내의 배기가스의 흐름이 일정하지 않은 경우, 필터장치의 일부분에서만 배기가스 정화가 되어 전체 효율이 떨어지는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은, 배기가스 여과장치 내에서 배기가스의 흐름을 일정하게 유지하여 여과장치의 전체 효율을 증대시키고, 배기가스 여과장치의 내구 수명을 증대 시킬 수 있는 배기가스 여과장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치는 케이스, 상기 케이스 내에 구비되어 배기가스를 여과하는 여과 유닛(filtering unit) 및 상기 여과 유닛 내에 구비되어 상기 배기가스를 회전시켜 상기 배기가스가 상기 여과유닛으로 균일하게 흐르도록 구비된 유동 균일화 유닛을 포함할 수 있다.
상기 유동 균일화 유닛은 상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 휘어져 형성된 판 형상으로 할 수 있다.
상기 유동 균일화 유닛은 상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 일정한 각도로 균일한 회전각으로 휘어져 형성될 수 있다.
상기 유동 균일화 유닛은 상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 회전각이 증가하도록 휘어져 형성될 수 있다.
상기 유동 균일화 유닛은 상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 회전각이 감소하도록 휘어져 형성될 수 있다.
상기 여과유닛은 상기 케이스의 길이 방향을 따라 구비된 다공성 튜브, 상기 다공성 튜브의 외주에 구비된 여과체, 상기 여과체를 지지하도록 상기 다공성 튜브의 가로방향으로 구비된 제1 플랜지 및 상기 여과체를 지지하도록 상기 다공성 튜브의 가로방향으로 구비되며, 배기가스 통로가 형성된 제2 플랜지를 포함할 수 있다.
상기 여과유닛은 상기 여과체를 감싸도록 구비되는 자켓을 더 포함할 수 있다.
상기 여과체는 상기 다공성 튜브의 길이 방향을 따라 복수개로 구비된 원통형 형상으로 할 수 있다.
상기 여과체는 상기 다공성 튜브 주위에 복수개의 층으로 구비될 수 있다.
상기 여과체는 디젤 입자상 물질 제거용 필터(Diesel Particular Filter: DPF), 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC), 질소 산화물 제거 장치 (Selective Catalytic Reduction: SCR, Lean NOx Trap: LNT), 삼원촉매(Three Way Catalyst)를 포함하는 그룹으로부터 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 여과체는 다공성 메탈 폼 필터(porous metal foam filter)로 할 수 있다.
상기 제1 플랜지와 상기 여과체 사이에는 상기 여과 유닛 내부와 상기 케이스와 상기 여과체 사이를 연통하는 미세 통로가 형성된 바이패스 플랜지가 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 여과장치에 의하면, 배기가스 여과장치 내에서 배기가스의 흐름을 일정하게 유지할 수 있어 여과장치의 여과 효율이 증대되고, 배기가스 여과장치의 파손을 방지할 수 있으며, 배기가스 여과장치의 내구 수명을 증대 시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치를 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 단면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 유동 균일화 유닛을 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 여과체를 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 여과체를 도시한 도면이다.
도6은 유동 균일화 유닛이 생략된 일반적인 배기가스 여과장치의 배기가스 속도 분포를 나타낸 도면이다.
도7 내지 도9는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 배기가스 속도 분포를 나타낸 도면이다.
도10은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 여과체 내에서의 배기가스 속도 분포를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치를 도시한 도면이고, 도2는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 단면도이고, 도3은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 유동 균일화 유닛을 도시한 도면이다.
도1 내지 도3을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치(10)는 케이스(20), 상기 케이스(20) 내에 구비되어 배기가스를 여과하는 여과 유닛(filtering unit; 30) 및 상기 여과 유닛(30) 내에 구비되어 상기 배기가스를 회전시켜 상기 배기가스가 상기 여과유닛(30)으로 균일하게 흐르도록 구비된 유동 균일화 유닛(40)을 포함한다.
상기 유동 균일화 유닛(40)은 상기 여과 유닛(30)의 길이방향을 따라 휘어져 형성된 판 형상으로 할 수 있다.
상기 유동 균일화 유닛(40)은 상기 여과 유닛(30)의 길이방향을 따라 일정한 각도로 균일한 회전각으로 휘어져 형성될 수 있다.
상기 여과유닛(30)은 상기 케이스(20)의 길이 방향을 따라 구비된 다공성 튜브(50), 상기 다공성 튜브(50)의 외주에 구비된 여과체(60), 상기 여과체(60)를 지지하도록 상기 다공성 튜브(50)의 가로방향으로 구비된 제1 플랜지(70) 및 상기 여과체(60)를 지지하도록 상기 다공성 튜브(50)의 가로방향으로 구비되며, 배기가스 통로(82)가 형성된 제2 플랜지(82)를 포함한다.
상기 여과유닛(30)은 외부 충격으로부터 상기 여과체(60)를 보호하도록 상기 여과체(60)를 감싸는 자켓(90)을 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 여과체(60)는 상기 다공성 튜브(50), 제1 플랜지(70), 제2 플랜지(80) 및 상기 자켓(90)에 지지되는 중공의 원통형 형상으로 구비될 수 있다.
상기 다공성 튜브(50)와 상기 자켓(90)은 상기 여과체(60)를 지지하며, 배기가스가 상기 여과체(60)로 원활히 유입되고 유출될 수 있도록 복수개의 구멍이 형성되어 있고, 열충격에 강한 소재로 형성된다.
상기 여과체는 세라믹 계열인 SiC, Cordierite, AT, SiN 등으로 구성할 수도 있고, 금속 계열로 Foil type, foam type, wire mesh type, metal fiber 등으로 구성할 수도 있다.
상기 여과체(60)는 디젤 입자상 물질 제거용 필터(Diesel Particular Filter: DPF), 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC), 질소 산화물 제거 장치 (Selective Catalytic Reduction: SCR, Lean NOx Trap: LNT), 삼원촉매(Three Way Catalyst)를 포함하는 그룹으로부터 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
즉, 상기 여과체(60)를 다른 종류의 필터를 차례로 적층하여 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 입자상물질(PM) 등 여러 유해 성분을 동시에 여과할 수도 있으며, 이는 DPF, DOC 또는 삼원촉매 등을 따로 설치하는 경우보다 공간을 절약할 수 있으며, 여과 효율을 증대 할 수 있고, 생산 비용도 절감할 수 있다.
특히, 상기 여과체(60)를 다공성 금속 메탈 폼 필터(porous metal foam filter)로 할 수 있으며, 상기 여과체(60)를 다공성 금속 메탈 폼 필터로 하여 열충격에 보다 강하고, 레이아웃에 유리하며 다양한 촉매를 선택적으로 코팅할 수 있어 여과 효율을 증대 할 수 있고, 생산 비용도 절감할 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 여과체를 도시한 도면이다.
도4를 참조하면, 상기 여과체(60)는 상기 다공성 튜브(50)의 길이 방향을 따라 복수개로 구비된 원통형 형상의 여과체(62)로 할 수 있다,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 여과체를 도시한 도면이다.
도5를 참조하면, 상기 여과체(60)는 상기 다공성 튜브(50) 주위에 복수개의 층으로 구비된 여과체(64)로 할 수도 있다.
도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 상기 여과체(60)를 다공성 금속 메탈 폼 필터로 하여 다양한 형상의 필터를 제작할 수 있어 엔진의 종류나 배기 가스 여과장치의 형상 등에 상관 없이 적용 가능하며, 메탈 폼 필터에 다양한 종류의 촉매를 코팅하여 배기가스 여과장치의 부피를 줄일 수 있다.
도6은 유동 균일화 유닛이 생략된 일반적인 배기가스 여과장치의 배기가스 속도 분포를 나타낸 도면이고, 도7 내지 도9는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 배기가스 속도 분포를 나타낸 도면이다.
도7은 그 길이 방향을 따라 2회전, 즉, 720° 회전한 판 형상의 유동 균일화 유닛이 장착된 경우의 배기가스 여과장치의 배기가스 속도 분포를 나타낸 도면이고, 도8은 그 길이 방향을 따라 4회전, 즉, 1440° 회전한 판 형상의 유동 균일화 유닛이 장착된 경우의 배기가스 여과장치의 배기가스 속도 분포를 나타낸 도면이고, 도9는 그 길이 방향을 따라 10회전, 즉, 3600° 회전한 판 형상의 유동 균일화 유닛이 장착된 경우의 배기가스 여과장치의 배기가스 속도 분포를 나타낸 도면이다.
도6 내지 도9를 참조하면, 배기가스 여과장치 내에 유동 균일화 유닛이 장착되면 배기가스 여과장치 내에서 배기가스의 속도 분포가 균일해지고, 유동 균일화 유닛의 회전각이 큰 경우에 보다 배기가스 여과장치 내에서 배기가스의 속도 분포가 균일해지는 것을 확인할 수 있다.
도10은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 여과체 내에서의 배기가스 속도 분포를 나타낸 그래프이다.
여기서, 각각의 속도 그래프는 상기 여과체(60)로 유입되는 배기가스의 속도를 나타낸다.
실험에 사용된 배기가스 여과장치는 내측 반지름이 약 38mm이고, 외측 반지름이 약 71mm인 중공의 원통형 형상이고, 여기서, 유속은 중심으로부터 약 45mm인 위치에서 측정되었다. 실험에 사용된 여과체는 다공성 메탈 폼이 사용되었다.
그러나, 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치의 구성은 상기 실험예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형태의 배기가스 여과장치에도 유사한 결과를 얻을 수 있음은 당연하다.
도10을 참조하면, 배기가스 여과장치 내에 유동 균일화 유닛이 장착되면 상기 여과체(60) 내에서의 배기가스의 속도 분포가 길이 방향을 따라 보다 균일해지고, 유동 균일화 유닛의 회전각이 큰 경우에 보다 상기 여과체(60)로 유입되는 배기가스의 속도 분포가 균일해지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 배기가스 여과장치 내에 유동 균일화 유닛이 장착되지 않은 경우에는, 입구측의 상기 여과체(60) 내부의 배기가스의 속도가 상대적으로 느리고, 출구측의 상기 여과체(60) 내부의 배기가스의 속도가 상대적으로 빨라 상기 여과체(60)의 길이 방향을 따라 배기가스가 지나는 양에 차이가 발생할 수 있다.
그러나, 즉, 상기 배기가스 여과장치(10) 내에 유동 균일화 유닛(40)이 장착되면, 배기가스 여과장치 내에 유동 균일화 유닛이 장착되지 않은 경우에 비해 입구측에서 상기 여과체(60) 내부의 배기가스의 속도가 상대적으로 빨라지고, 출구측에서 상기 여과체(60) 내부의 배기가스의 속도가 상대적으로 느려져 상기 여과체(60)의 길이 방향을 따라 배기가스가 지나는 속도 차이가 줄어들게 된다.
그래프에서 속도 편차가 작을수록 배기가스의 흐름이 균일한 것을 나타내며, 유동 균일화 유닛의 회전각이 큰 경우에 상대적으로 상기 여과체(60) 내에서의 배기가스의 속도 분포가 균일해지는 것을 확인할 수 있다.
즉, 상기 유동 균일화 유닛(40)은 상기 배기가스 여과장치(10) 내에서 배기 가스의 흐름이 보다 균일하도록 유도하고, 특히, 이는 상기 여과체(60) 내부에서도 배기가스의 속도 분포가 균일해지는 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 유동 균일화 유닛(40)은 상기 배기가스의 흐름 방향을 상기 여과체(60) 방향으로 흐르도록 유도하며, 원심력을 발생시켜 보다 균일한 배기가스의 흐름을 유도할 수 있다.
도면에는 상기 유동 균일화 유닛(40)이 상기 여과 유닛(30)의 길이방향을 따라 일정한 각도로 균일한 회전각으로 휘어져 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 상기 배기가스 여과장치의 크기, 배기가스의 속도, 여과체의 종류, 여과효율 등에 따라 상기 배기가스 여과장치 내의 속도 분포가 달라질 수 있으며, 이에 따라 상기 유동 균일화 유닛(40)의 길이 방향에 따른 회전 수, 회전각의 변화가 가능하다.
즉, 상기 유동 균일화 유닛(40)은 상기 여과 유닛(30)의 길이방향을 따라 회전각이 증가하도록 휘어져 형성될 수 있다.
또한, 상기 유동 균일화 유닛(40)은 상기 여과 유닛(30)의 길이방향을 따라 회전각이 감소하도록 휘어져 형성될 수도 있다.
이러한 상기 유동 균일화 유닛(40)의 형상은 상기 배기가스 여과장치의 크기, 배기가스의 속도, 여과체의 종류, 여과효율 등을 고려하여 선택될 수 있다.
다시 도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 여과장치(10)는 외부 케이스(110), 엔진(미도시)의 배기매니폴드(미도시)와 연결된 제1 배기 파이프(120)를 포함하고, 상기 제1 배기 파이프(120)에는 제1 배기 파이프 홀(122)이 형성된다.
또한, 제2 배기 파이프 홀(126)가 형성된 제2 배기 파이프(124)가 구비되어 정화된 배기가스를 외부 또는 머플러(미도시)로 유출한다.
상기 외부 케이스(110) 내에는 제1 지지 플랜지 홀(132)가 형성된 제1 지지 플랜지(130) 및 제2 지지 플랜지 홀(136)가 형성된 제2 지지 플랜지(134)가 구비될 수 있다.
상기 제1 배기 파이프 홀(122), 제2 배기 파이프 홀(126), 제1 지지 플랜지 홀(132) 및 제2 지지 플랜지 홀(136)은 배기가스의 소음감소를 유도할 수 있다.
상기 제1 플랜지(70)와 상기 여과체(60) 사이에는 상기 여과 유닛(30) 내부와 상기 케이스(20)와 상기 여과체(60) 사이를 연통하는 미세 통로(102)가 형성된 바이패스 플랜지(100)가 구비될 수 있다.
만약 상기 여과체(60)의 적절한 재생(regeneration)이 실행되지 않아 상기 여과체(60)에 입자상물질(PM) 등이 퇴적된 상태로 엔진의 작동이 계속되면 상기 여과체(60)의 파손 가능성이 있다.
이러한 상기 여과체(60)의 파손을 방지하기 위해 상기 바이패스 플랜지(100)가 구비된다.
상기 여과체(60)의 적절한 재생(regeneration) 등이 실행된 경우에는, 상기 여과 유닛(30)의 입구로 유입되는 배기가스의 속도가 상대적으로 높고, 압력은 낮아 상기 미세 통로(102)를 통해 외부로 유출되는 배기가스의 양이 적절양 이내로 유지된다.
그러나, 상기 여과체(60)에 입자상물질(PM) 등이 퇴적되어 상기 여과 유닛(30) 내부 압력이 증가하게 되면 상기 바이패스 플랜지(100)의 미세 통로(102)를 통해 배기가스가 유출되어 상기 배기가스 여과장치(10)의 파손을 방지할 수 있다.
이러한 경우, 미도시한 배기가스 센서, 압력 센서 등을 통해 감지하여 경고 등(warning light)이나 경고 알람(warning alarm) 등으로 운전자에게 배기가스 여과장치의 이상을 경고할 수 있다. 이후 운전자는 교체나 수리, 재생 등을 실시하여 배기가스 여과장치의 파손을 방지할 수 있다. 즉, 일종의 림프홈(limp home) 기능이 가능하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 배기가스 여과장치 20: 케이스
30: 여과 유닛 40: 유동 균일화 유닛
50: 다공성 튜브 60: 여과체
70: 제1 플랜지 80: 제2 플랜지
82: 배기가스 통로 90: 자켓
100: 바이패스 플랜지 102: 미세 통로
110: 외부 케이스 120: 제1 배기 파이프
122: 제1 배기 파이프 홀 124: 제2 배기 파이프
126: 제2 배기 파이프 홀 130: 제1 지지 플랜지
132: 제1 지지 플랜지 홀 134: 제2 지지 플랜지
136: 제2 지지 플랜지 홀

Claims (12)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내에 구비되어 배기가스를 여과하는 여과 유닛(filtering unit); 및
    상기 여과 유닛 내에 구비되어 상기 배기가스를 회전시켜 상기 배기가스가 상기 여과유닛으로 균일하게 흐르도록 구비된 유동 균일화 유닛;
    을 포함하는 배기가스 여과장치.
  2. 제1항에서,
    상기 유동 균일화 유닛은
    상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 휘어져 형성된 판 형상인 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  3. 제2항에서,
    상기 유동 균일화 유닛은
    상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 일정한 각도로 균일한 회전각으로 휘어져 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  4. 제2항에서,
    상기 유동 균일화 유닛은
    상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 회전각이 증가하도록 휘어져 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  5. 제2항에서,
    상기 유동 균일화 유닛은
    상기 여과 유닛의 길이방향을 따라 회전각이 감소하도록 휘어져 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  6. 제2항에서,
    상기 여과유닛은,
    상기 케이스의 길이 방향을 따라 구비된 다공성 튜브;
    상기 다공성 튜브의 외주에 구비된 여과체;
    상기 여과체를 지지하도록 상기 다공성 튜브의 가로방향으로 구비된 제1 플랜지; 및
    상기 여과체를 지지하도록 상기 다공성 튜브의 가로방향으로 구비되며, 배기가스 통로가 형성된 제2 플랜지;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  7. 제6항에서,
    상기 여과유닛은
    상기 여과체를 감싸도록 구비되는 자켓;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  8. 제6항에서,
    상기 여과체는 상기 다공성 튜브의 길이 방향을 따라 복수개로 구비된 원통형 형상인 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  9. 제6항에서,
    상기 여과체는 상기 다공성 튜브 주위에 복수개의 층으로 구비된 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  10. 제6항에서,
    상기 여과체는 디젤 입자상 물질 제거용 필터(Diesel Particular Filter: DPF), 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC), 질소 산화물 제거 장치 (Selective Catalytic Reduction: SCR, Lean NOx Trap: LNT), 삼원촉매(Three Way Catalyst)를 포함하는 그룹으로부터 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  11. 제6항에서,
    상기 여과체는 다공성 메탈 폼 필터(porous metal foam filter)인 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
  12. 제6항에서,
    상기 제1 플랜지와 상기 여과체 사이에는 상기 여과 유닛 내부와 상기 케이스와 상기 여과체 사이를 연통하는 미세 통로가 형성된 바이패스 플랜지가 구비된 것을 특징으로 하는 배기가스 여과장치.
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