KR20150110576A

KR20150110576A - 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150110576A
Application number: KR1020157021352A
Authority: KR
Inventors: 크리스티앙 보스만; 얀 호드슨
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-10-02
Also published as: US20160040567A1; EP2948253A1; WO2014114408A1; DE102013100798A1; US9657617B2; CN105142793A

Abstract

본 발명은, 배기 가스 라인(6), 방출 전극(2) 및 상기 방출 전극(2)을 위한 전기 공급 라인(3)을 포함하는, 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치(1)에 관한 것이다. 상기 전기 공급 라인(3)은 전기 절연체(4)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 상기 전기 절연체(4)는 외부 직경(12)을 구비하고, 상기 전기 절연체(4)는 실질적으로 상기 배기 가스 라인(6)의 길이방향 축(13)의 방향으로 상기 배기 가스 라인(6)으로부터 연장된다. 상기 외부 직경(12)은 상기 길이방향 축(13) 쪽 상기 터미널 구역(14)에서 최대 20mm이다. 본 발명은 상기 입자를 상기 배기 가스에서 이온화시키는데 장기간 보다 안전한 동작을 제공한다. 본 발명은 간단한 방식으로 이용가능한 수단을 사용하여 전기 절연의 절연 기능을 재수립하는 것을 보장한다.

Description

입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR TREATING AN EXHAUST GAS CONTAINING PARTICLES}

본 발명은 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 배기 가스 라인, 방출 전극, 및 상기 방출 전극과 전기 접촉을 위한 전기 공급 라인을 포함한다. 상기 전기 공급 라인은 상기 배기 가스 라인에 대하여 상기 전기 공급 라인을 전기적으로 절연하는 전기 절연체에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 상기 전기 절연체는 상기 배기 가스가 흐를 수 있는 표면을 포함한다.

자동차 내연 엔진을 구비하는 엔진 차량 및 특히 디젤 구동을 갖는 엔진 차량에서, 환경으로 방출될 수 없는 그을음 입자(soot particle)의 양이 내연 엔진의 배기 가스에 규칙적으로 포함되어 있다. 이것은 배기 가스 중량당 또는 배기 가스 볼륨당 그을음 입자의 수와 질량에 대해 및 종종 또한 전체 차량에 대해 한계 값을 지정하는 대응하는 배기 가스 규제에 의해 지정되어 있다. 그을음 입자는 특히 배기 가스에서 연소되지 않은 탄소와 탄화 수소이다.

자동차 내연 엔진의 배기 가스로부터 그을음 입자를 제거하는 다양한 상이한 개념이 이미 논의되었다. 상호 폐쇄된 벽-흐름 필터, 개방된 제2차 흐름 필터, 중력 분리기 등에 더하여, 배기 가스에 있는 입자들이 전기적으로 대전되고 나서 정전 인력에 의해 침착되는(deposited) 시스템이 이미 제안되었다. 이 시스템은 특히 "정전 필터" 또는 "전기필터"라는 이름으로 알려져 있다.

"전기필터"에서, 작은 그을음 입자들은 응집되어 더 큰 그을음 입자를 형성하고 및/또는 그을음 입자에서 전기 대전이 형성되는 것은 전기장 및/또는 플라즈마를 제공함으로써 야기된다. 전기적으로 대전된 그을음 입자 및/또는 더 큰 그을음 입자들은 필터 시스템에서 분리하는 것이 일반적으로 실질적으로 더 간단하다. 그을음 입자 응집물은 더 큰 질량 관성으로 인해 배기 가스 흐름에서 더 느리게 운반되어 그로 인해 배기 가스 흐름의 편향점(deflection point)에서 보다 용이하게 누적된다. 전기적으로 대전된 그을음 입자들은 그 대전으로 인해 표면 쪽으로 견인되고 이 표면에서 입자들이 누적되어 그 대전이 발산된다. 이것은 또한 엔진 차량의 동작 시 배기 가스 스트림으로부터 그을음 입자를 제거하는 것을 보다 용이하게 한다.

배기 가스 라인에 위치된 일반적으로 다수의 방전 전극 및 콜렉터 전극이 이러한 전기필터에 제안되었다. 이 경우에, 예를 들어, 배기 가스 라인을 통해, 및 콜렉터 전극으로 배기 가스 라인의 주변 측방향 표면에서 거의 중심에서 연장되는 중심 방전 전극이 커패시터를 형성하는데 사용된다. 방전 전극 및 콜렉터 전극의 이러한 배열을 사용하여, 전기장이 배기 가스의 흐름 방향에 횡방향으로 형성되고, 여기서 방전 전극은, 예를 들어, 약 15㎸ 범위에 있는 고전압을 사용하여 동작될 수 있다. 이런 방식으로, 코로나 방전이 특히 형성될 수 있고, 이에 의해 전기장을 통해 배기 가스와 함께 흐르는 입자들이 단극으로 대전된다. 이 대전으로 인해, 입자들이 정전 쿨롱의 힘(electrostatic coulomb force)으로 인해 콜렉터 전극 쪽으로 이동한다.

배기 가스 라인이 콜렉터 전극으로 구현된 시스템에 더하여, 콜렉터 전극이 와이어 격자로 형성된 시스템이 또한 알려져 있는데, 예를 들어, 이 경우에 입자는 와이어 격자에 누적되어 이 입자와 다른 입자들이 결합되어 응집을 구현할 수 있다. 격자를 통해 흐르는 배기 가스는 이후 다시 더 큰 입자를 동반하여 이를 일반적인 필터 시스템에 공급한다.

필터 시스템을 재생하는 경우에, 단기간 가열에 의하여 간헐적으로 재생하는 것에 더하여, 즉, 그을음을 연소(촉매 자극, 산화 반응)시키는 것, 질소 이산화물(NO₂)에 의하여 그을음을 변환시키는 것이 또한 알려져 있다. 질소 이산화물(CRT 방법)을 사용하여 연속적으로 재생하는 장점은 그을음을 변환시키는 것이 상당히 더 낮은 온도(특히 250℃ 미만)에서 이미 일어날 수 있다는 것이다. 이 때문에, 연속적인 재생이 많은 응용에서 선호된다. 그러나, 이것은 배기 가스에 있는 질소 이산화물이 침착된 그을음 입자와 충분히 접촉하는 것을 보장하여야 하는 문제를 초래한다.

또한 이 상황에서 기술적인 곤란성으로 인해 엔진 차량에 있는 이 배기 가스 시스템의 연속적인 동작의 구현 시, 내연 엔진의 상이한 부하는 상이한 배기 가스 스트림, 배기 가스 조성, 및/또는 온도를 초래한다.

나아가, 가장 간단한 가능한 성분들이 그을음 분리 시스템에 이 성분을 제공할 때 사용되고, 특히 또한 대량 생산 범위에서 비용 효율적으로 생산될 수 있는 이들 성분을 제공할 때 사용되는 것으로 고려되어야 한다. 나아가, 특히 전극의 설계시, 특히 배기 가스의 원치 않는 높은 정체 압력 또는 원치 않는 소용돌이가 전극 구역에서 일어나지 않도록 필요한 경우 이들 전극은 배기 가스 라인에 정렬되어 위치되어야 하는 것으로 고려되어야 한다.

전술한 시스템은 지금까지 적어도 실험실에서 그을음 입자를 처리하기에 적절한 것으로 밝혀졌으나, 그럼에도 불구하고 엔진 차량에서 대량 생산을 하는데 이 개념을 구현하는 것은 상당한 문제를 제기한다. 그을음 입자들은 특히 배기 가스 라인에 대하여 전극과 대향 전극의 전기 절연부에 누적된다.

연속적인 그을음 침착물이 전극으로부터 전기 절연부를 통해 배기 가스 라인으로 형성된 경우, 전기 전류("누설 전류")가 이를 통해 흐른다. 연속적인 그을음 누적을 방지하는 것이 그리하여 이전에 시도되었다. 따라서, 예를 들어, 전기 절연부를 통해 배기 가스 라인으로 가스를 도입하여 그을음 입자를 가스에 의하여 전기 절연부로부터 멀리 편향시키는 것이 제안되었다. 전기 절연부로부터 배기 가스를 편향시키는 배기 가스를 위한 타깃 편향 장치를 사용하는 것이 또한 이미 제안되었다.

추가적으로 또는 대안적으로, 최대 가능한 표면을 가지는 전기 절연을 설계하여, 연속적인 그을음 침착물을 덜 형성시키게 하는 것이 이전에 시도되었다. 표면을 확장하기 위해, 전기 절연체는 예를 들어 길이방향으로 또는 횡방향으로 연장되는 리브(rib)를 구비한다.

그을음 침착물을 제거하기 위하여, 전기 절연체의 온도를 의도적으로 증가시켜, 그을음 침착물을 연소시키는 것이, 추가적으로 이미 제안되었다. 이를 위해, 예를 들어, 전기 절연체에 전기 전도체를 형성하고, 전기 절연체의 온도를 상승시킬 수 있는 것이 제안되었다. 촉매 활성 물질을 사용하여 전기 절연체를 코팅하는 것이 또한 알려져 있다.

그러나, 이들 모든 노력에도 불구하고, 전극과 배기 가스 라인 사이 전기 절연부에 연속적인 그을음 침착이 엔진 차량의 동작 시 방지되지 않는 것으로 드러났다.

그리하여 본 발명의 목적은 종래 기술에 대하여 전술한 문제를 적어도 부분적으로 해결하고, 특히 배기 가스 내 입자를 긴 시간 기간 동안에도 효과적으로 및 전기적으로 대전시킬 수 있는, 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치 및 방법을 개시하는 것이다.

이들 목적은 독립 청구항의 특징에 따른 장치 및 방법으로 달성된다. 본 발명의 추가적인 유리한 실시예는 종속 청구항에 제시된다. 개별적으로 종속 청구항에 제시된 특징은 임의의 원하는 기술적으로 유리한 방식으로 서로 결합될 수 있고 본 발명의 추가적인 실시예를 제시할 수 있는 것으로 이해된다. 나아가, 특허 청구항에 제시된 특징은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예를 설명하는 상세한 설명에서 보다 정확히 이루어지고 보다 상세히 설명된다.

본 목적은, 특히 배기 가스 라인, 방출 전극, 및 상기 방출 전극을 위한 전기 공급 라인을 구비하는, 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치에 의해 달성된다. 상기 전기 공급 라인은 전기 절연체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 상기 전기 절연체는 외부 직경을 구비한다. 상기 전기 절연체는 실질적으로 상기 배기 가스 라인의 길이방향 축 방향으로 상기 배기 가스 라인으로부터 연장된다. 상기 길이방향 축 쪽 단부 구역의 외부 직경은 최대 20㎜[밀리미터], 바람직하게는 최대 10㎜, 특히 바람직하게는 최대 5㎜이다.

또한 본 목적은 특히 또한 상기 단부 구역의 상기 전기 절연체의 외부 직경의 절대 값과 독립적이고, 상기 전기 절연체의 길이에 대한 상기 전기 절연체의 외부 직경의 비율은 2.5 미만, 바람직하게는 1 미만, 특히 바람직하게는 0.5 미만, 또는 심지어 0.2 미만인 개시된 장치에 의해 달성된다. 이 경우에, 상기 전기 절연체의 길이는 상기 배기 가스 라인으로부터 연장 방향으로 상기 전기 절연체로부터 상기 전기 공급 라인의 출구에 이르는 상기 전기 절연체의 길이이다. 상기 전기 절연체가 균일한 외부 직경을 가지고 있지 않다면, 상기 외부 직경의 최대 값을 사용하여 상기 비율을 계산한다.

상기 배기 가스 라인은 모든 추가적인 성분이 간접 또는 직접 고정되어 있는 장치의 일부이고 이를 통해 내연 엔진의 배기 가스가 흐른다. 상기 배기 가스 라인은 상기 내연 엔진의 동작 시 상기 내연 엔진의 상기 배기 가스 시스템에 통합된다.

상기 방출 전극은 상기 방출 전극과 대향 전극 사이에 적어도 10㎸ [킬로볼트], 바람직하게는 적어도 15㎸의 전기 고전압을 인가할 때 전자(electron)를 방출한다. 상기 전자는 이어서 상기 배기 가스에 포함된 입자들이 전기 대전을 띠게 한다. 상기 방출 전극이 최대 수 ㎛[마이크로미터]의 작은 외부 반경을 가질 때 고전압 인가 시 전자들이 방출된다. 이것은 특히 대응하는 직경을 가지는 와이어에 의해 또는 포인트 전극에 의해 달성된다. 첨단(tip)은 이 경우에 수 마이크로미터만의 반경을 구비한다. 그리하여 장치는 적어도 10㎸, 특히 바람직하게는 적어도 15㎸의 전압을 생성하는 고전압 소스를 구비하거나, 또는 이러한 고전압 소스에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 전기 공급 라인은 상기 배기 가스 라인 외부 상기 고전압 소스를 위한 터미널에 또는 상기 고전압 소스 그 자체에 전기 전도성 방식으로 상기 방출 전극을 연결한다. 상기 전기 공급 라인의 일부는 그리하여 적어도 상기 배기 가스 라인을 통해 연장된다. 그러나, 상기 전기 전기적으로 전도성 방식으로 상기 배기 가스 라인에서 상기 방출 전극과 상기 배기 가스 라인을 통한 전기 피드스루(feedthrough)를 연결하는 모든 부분은 또한 상기 전기 공급 라인의 일부인 것으로 고려된다.

안정적인 전기 전위가 상기 방출 전극에 인가될 수 있기 위하여, 상기 전기 공급 라인은 상기 배기 가스 라인에 대하여 전기적으로 절연된다. 이 목적을 위하여, 상기 전기 절연체는 상기 전기 공급 라인을 적어도 부분적으로 둘러싼다. 이것은 특히 상기 전기 공급 라인이 상기 전기 공급 라인의 길이방향 축과 직교하는 평면에서 상기 전기 절연체에 의해 완전히 둘러싸인다는 것을 의미한다. 상기 전기 공급 라인은 바람직하게는 또한 상기 배기 가스 라인을 통해 피드스루에서 전기 절연체에 의해 둘러싸인다.

상기 외부 직경은 상기 전기 절연체의 단면 사이즈의 척도이다. 상기 외부 직경은 상기 전기 절연체의 모든 단면 형상에 대해 한정될 수 있다. 상기 전기 절연체의 외부 직경은 특히 상기 전기 절연체의 연장 방향과 직교하는 평면에 놓여 있는 상기 전기 절연체의 외부 표면에 있는 2개의 점을 연결하는 최대 길이이고, 여기서 이 연결은 이 평면에서 상기 전기 절연체의 중심점을 통해 간다. 전기 절연체가 원형 단면을 구비하는 경우에, 이것은 외부 원형 직경이다. 상기 배기 가스 라인의 길이방향 축은 특히 상기 배기 가스 라인의 회전 대칭축이고 그리하여 실질적으로 상기 배기 가스 라인의 중심 구역을 나타낸다. 상기 전기 절연체는 그리하여 상기 배기 가스 라인으로부터 방사방향 안쪽으로 방사방향으로 연장되고, 여기서 상기 전기 절연체는 상기 배기 가스 라인과 접촉할 필요가 없다. 상기 단부 구역은 이에 따라 상기 배기 가스 라인의 중간 쪽으로 배향된 상기 전기 절연체의 구역이다. 상기 전기 절연체의 단부 구역은 바람직하게는 연장 방향으로 최대 30㎜, 매우 특히 바람직하게는 최대 15㎜의 길이를 구비한다.

여기서 제안된 장치는 특히 상기 전기 절연체가 상기 전기 공급 라인으로부터 상기 배기 가스 라인으로 플래쉬오버(flashover)를 방지할 만큼 충분히 크지만, 추가적으로 가능한 한 작게 유지된다는 점에서 구별된다. 연속적인 그을음 층은 사실 특히 그 직경 및/또는 그 표면에 대해 이러한 상대적으로 작은 전기 절연체에서 상기 전기 절연체를 통해 전기 공급 라인과 배기 가스 라인 사이에 상대적으로 신속히 형성될 수 있으나, 상기 그을음 층은 바람직하게는 상기 전압을 잠시 증가시킴으로써 상기 방출 전극에 인가된 전압에 의해 완전히 연소될 수 있다.

구체적으로, 종래 기술에 알려진 최대로 가능한 표면을 가지는 전기 절연체에서는 연속적인 그을음 층이 형성되는 것으로 인해 누설 전류가 발생하여 상기 방출 전극에 인가되는 전압이 강하한다는 것이 드러났다. 엔진 차량에 사용가능한 일반적인 고전압 소스의 전력은 상대적으로 큰 전기 절연의 경우에 침착된 그을음 입자를 완전히 연소시키기에는 충분치 않다. 그에 반해, 단부 구역에 상대적으로 작은 직경을 구비하는 전기 절연체를 사용하는 경우, 고전압 소스의 전력이 적어도 상기 단부 구역에 침착된 그을음을 완전히 연소시킬 수 있을 만큼 충분하여, 거의 연속적인 동작, 즉, 코로나 방전을 거의 연속적으로 유지하는 것이 가능한 것으로 드러났다.

상기 전기 절연체의 직경은 이에 따라 상기 전기 절연체가 그을음으로 완전히 커버될 때, 상기 단부 구역에서 그을음은 이용가능한 고전압 소스를 사용하여 연소될 수 있을 만큼 최대로 충분히 크도록 선택된다. 즉, 전기 전류는 상기 전기 공급 라인으로부터 상기 침착된 그을음을 통해 상기 대향 전극 또는 배기 가스 라인으로 흐른다. 상기 전류에 의해 야기된 상기 침착된 그을음의 온도 증가는 상기 그을음을 연소시키게 된다. 이 경우에 상기 모든 그을음은 상기 단부 구역으로부터 시작하여 연소되는 것을 볼 수 있다. 그에 반해, 상기 그을음 입자들이 상기 단부 구역에서 연소된 후에도 상기 배기 가스 라인 쪽 상기 전기 절연체에 침착된 그을음 입자들은 남아 있다는 점에서 상기 장치의 동작은 이에 따라 영향을 받지 않는다.

상기 방출 전극에 인가된 전압을 생성하는데 사용되는 고전압 소스는 바람직하게는 적어도 30㎸의 전압을 생성할 수 있는데, 여기서 상기 전력은 최대 150 W [와트], 바람직하게는 최대 90 W로 제한된다.

본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 흐름이 일어날 수 있는 상기 전기 절연체의 표면에 침착을 방지하는 수단을 배기 가스 라인에 구비하는 장치를 포함하지 않는 것이다. 이들 수단은 특히 흐름이 일어날 수 있는 상기 전기 절연체의 표면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 배기 가스 흐름을 가이드하는 흐름 가이드 유닛을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 흐름이 발생할 수 있는 표면 구역에서 가스를 상기 배기 가스 라인으로 도입함으로써 상기 전기 절연체의 표면에 그을음 입자가 누적되는 것을 방지하는 장치를 포함하지 않는 것이다. 나아가, 장치는 바람직하게는 또한 전기 절연체를 침착된 그을음 입자로부터 타깃 방식으로 국부적으로 재생할 수 있는 장치를 포함하지 않는 것이다. 특히, 상기 장치는 이에 따라 전기 절연체 내에 및/또는 상에 가열 소자를 형성하는 것을 배제된다. 바람직하게는, 상기 예외에 대안적으로 또는 추가적으로, 또한 상기 전기 절연체가 촉매 코팅, 특히 탄화 수소와 일산화탄소의 산화를 촉진하는 촉매 코팅을 구비하는 상기 장치가 포함되지 않는다.

상기 장치의 하나의 유리한 개선에 따라, 상기 전기 절연체의 외부 직경은 그 전체 길이에서 최대 20㎜, 바람직하게는 최대 10㎜, 특히 바람직하게는 최대 5㎜이다.

추가적인 선호되는 실시예에 따라, 상기 장치는 배기 가스가 흐를 수 있는 표면을 구비한다. 흐름이 일어날 수 있는 전기 절연체의 표면은 최대 500㎟ [제곱 밀리미터] 사이즈이다. 흐름이 일어날 수 있는 표면은 바람직하게는 최대 400㎟, 매우 특히 바람직하게는 최대 300 mm² 사이즈이다.

흐름이 일어날 수 있는 전기 절연체의 표면은 장치의 동작 시 배기 가스 라인 내 배기 가스와 접촉될 수 있는 표면이고, 즉, 흐름이 일어날 수 있는 배기 가스 라인의 단면에 위치된 전기 절연체의 표면의 일부이다. 흐름이 발생할 수 있는 표면의 사이즈는 특히 전기 절연체를 염색(dye)하고 이렇게 염색된 전기 절연체의 영역을 측정하는 유체를 사용하여 제거된 상태에서 장치가 충전(filled)된다는 점에서 확인될 수 있다. 전기 절연체의 이러한 실시예로 인해, 절연체의 전체 표면이 고전압 소스의 이용가능한 전력을 사용하여 침착된 그을음이 없을 수 있는 것으로 설계된다.

전기 공급 라인을 배기 가스 라인 또는 대향 전극에 대하여 전기적으로 절연하기 위하여, 흐름이 일어날 수 있는 표면은 바람직하게는 적어도 50㎟, 특히 바람직하게는 적어도 100㎟사이즈이다.

전기 공급 라인은 배기 가스 라인 내측에서 전기 절연체와 교차 라인을 형성한다. 교차 라인과 배기 가스 라인 사이의 간격은 바람직하게는 25㎸의 인가된 전압에서 동작 시 플래쉬오버가 일어나지 않을 만큼 충분히 크다. 대안적으로, 이 간격은 대향 전극과 방출 전극 사이의 거리 이상이다. 장치의 크기와는 독립적으로, 간격은 적어도 10㎜[밀리미터]이다. 간격은 바람직하게는 흐름이 방출 전극의 구역에서 발생할 수 있는 배기 가스 라인의 직경의 최대 절반이다.

교차 라인은 흐름이 발생할 수 있는 배기 가스 라인의 단면 내 전기 절연체로부터 전기 공급 라인이 출사하는 라인이다. 전기 공급 라인이 원형 단면을 구비하고 상기 전기 절연체의 표면에 대하여 전기 공급 라인의 직교 배열을 구비하는 경우, 교차 라인은 원이다. 배기 가스 라인까지 교차 라인의 간격은 특히 전기 절연체의 표면을 통해 교차 라인으로부터 배기 가스 라인까지의 최단 거리이다. 전기 공급 라인(및 또한 방출 전극)과 배기 가스 라인 사이의 거리는 그리하여 플래쉬오버가 발생하지 않을 만큼 충분히 크다.

플래쉬오버가 전기 공급 라인으로부터 배기 가스 라인까지 발생하지 않기 위하여, 교차 라인과 배기 가스 라인 사이의 간격은 바람직하게는 적어도 15㎜, 매우 바람직하게는 적어도 20㎜ 또는 심지어 적어도 30㎜이다. 특히 흐름이 일어날 수 있는 표면의 사이즈에 대해 제한되는 전기 절연체와 함께, 전기 절연체의 사이즈와 형상이 그리하여 제한된다.

장치의 하나의 유리한 실시예에 따라, 상기 전기 공급 라인이 배기 가스 라인을 통해 안내되는 로드(rod) 또는 와이어(wire)에 의해 형성된다. 상기 적어도 하나의 방출 전극이 로드 또는 와이어에서 전기 전도성 방식으로 부착된다. 상기 방출 전극은 바람직하게는 전자를 방출하기 위한 첨단을 구비한다. 이 첨단은 바람직하게는 배기 가스의 흐름 방향을 향하거나 그 반대 방향을 향하고 배기 가스 라인에서 중심에 배열된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 첨단은 배기 가스 라인에 배열되고 방사방향 외부쪽을 향한다.

장치의 추가적인 실시예에 따라, 상기 전기 공급 라인은 배기 가스가 흐를 수 있는 벌집형상 본체(honeycomb body)를 포함하고, 여기서 상기 전기 절연체는 벌집형상 본체와 배기 가스 라인 사이에 형성된다. 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체는 바람직하게는 금속 판 층으로 형성되고, 이 층은 평탄한 층 및 또한 주름진 층을 포함하고, 흐름이 일어날 수 있는 스택된 및/또는 코일된 채널을 형성한다. 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체는 배기 가스 라인을 통해 고전압 소스에 연결가능하여, 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체에 연결된 방출 전극은 고전압 소스에 전기 전도성 방식으로 연결가능하다. 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체는 바람직하게는 각 경우에 배기 가스 라인에 전기 절연체를 통해 적어도 3개의 점에서 지지된다. 이 경우에, 상기 전기 절연체는 본 발명에 따른 크기를 구비한다. 상기 전기 전도성 연결은 이 경우에 전기 절연체들 중 적어도 하나를 통해 생성된다. 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체의 사용에 의하여, 다수의 방출 전극이 흐름 단면에 분배된 배기 가스 라인에 유지될 수 있다. 나아가, 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체는 배기 가스 흐름이 보다 균일한 것을 보장한다.

이 경우에, 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체는 바람직하게는 배기 가스 라인에서 복수의 전기 절연체에 의해 유지된다.

배기 가스 라인에서 축방향 방향으로 중심에서 신장되는 와이어가 방출 전극으로 사용된 경우, 일반적으로 배기 가스 라인이 대향 전극으로 사용된다. 배기 가스 방향으로 연장되는 로드 전극이 사용되는 경우, 격자 또는 매우 특히 바람직하게는 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체가 일반적으로 대향 전극으로 사용된다.

상기 전기 공급 라인은 특히 바람직하게는 튜브형 절연체로 둘러싸인 로드이다.

본 발명의 추가적인 측면에 따라, 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 방법으로서, 상기 배기 가스는 배기 가스 라인에서 방출 전극을 지나 흐르고, 상기 방출 전극과 접촉하는 전기 공급 라인은 전기 절연체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는, 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 방법이 제안된다. 상기 방법은 적어도 다음 단계들, 즉,

a) 고전압을 상기 방출 전극에 인가하여 코로나 방전을 생성하는 단계,

b) 상기 배기 가스를 상기 전기 절연체의 표면으로 흐르게 하는 단계,

c) 흐름이 일어나는 상기 전기 절연체의 표면에 입자를 침착시키는 단계,

d) 최대 500㎟ 사이즈 표면에서 상기 침착된 입자를 연소시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 특히 본 발명에 따른 장치를 동작시키기 위해 제공된다.

방법 단계 a)에서, 바람직하게는 적어도 15㎸, 매우 특히 바람직하게는 적어도 18㎸의 고전압이 방출 전극에 인가된다. 방법 단계 b) 동안, 입자를 포함하는 배기 가스는 배기 가스 라인을 통해 흐르고, 배기 가스 라인에 위치된 방출 전극 및 배기 가스 라인에 위치된 전기 절연체와 접촉하게 된다. 특히 방법 단계 c) 동안, 배기 가스로부터 입자는 흐름이 일어나는 전기 절연체의 표면에 침착된다.

방법 단계 d)에서, 전류 흐름이 이 침착된 입자를 통과하는 것으로 인해 침착된 입자의 온도가 증가된다. 이 경우에 단부 구역에서 침착된 그을음 입자의 적어도 95%는 인가된 고전압이 25㎸ 내지 30㎸이고 전류의 세기가 최대 3㎃[밀리암페어]인 전기 전류를 사용하여 연소되는 것이 바람직하다. 침착된 입자는 최대 90 W, 매우 특히 바람직하게는 최대 60 W의 전류의 전력을 사용하여 그을음 입자를 통해 흐름이 일어날 수 있는 최대 500㎟의 표면의 적어도 95%만큼 연소되는 것이 매우 특히 바람직하다.

또한 침착된 그을음 입자를 통과하는 전류 흐름이 적어도 10㎜, 특히 바람직하게는 적어도 20㎜, 또는 심지어 적어도 30㎜의 거리에 걸쳐 일어나는 것이 바람직하다. 이 경우에, 이 거리는 전류 흐름 동안 전기 공급 라인으로부터 배기 가스 라인에 이르는 전자의 경로이다.

인가된 고전압은 바람직하게는 방법 단계 d)에서 증가된다. 방법 단계 d)에서 인가된 전압을, 바람직하게는 방법 단계 a)에서 인가된 전압의 적어도 5%만큼, 특히 바람직하게는 방법 단계 a)에서 인가된 전압의 적어도 10% 또는 심지어 15% 또는 대안적으로 적어도 1000V[볼트]만큼 또는 심지어 적어도 2000V만큼 증가시킴으로써, 침착된 입자를 통한 전류 흐름이 또한 증가되어서, 이에 의해 그 온도가 상승하여, 종국적으로 침착된 입자를 연소시키게 된다.

방법 단계 d)는 바람직하게는 연대적으로 미리 한정가능한 구간에서 수행된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 방법 단계 d)에서 인가된 고전압의 증가는 엔진 차량에 의해 커버된 미리 한정가능한 거리 후에 수행될 수 있다. 그리하여, 흐름이 일어날 수 있는 전기 절연체의 표면에서 침착된 입자를 규칙적으로 연소시키는 것이 보장된다.

또한 인가된 고전압에 의해 생성된 전류는 제1 전류 세기에서 확인되고, 제1 전류 세기가 미리 한정가능한 전류 세기를 초과하는 경우 인가된 고전압이 방법 단계 d)에서 증가되는 것이 바람직하다. 제1 전류 세기의 상승은 흐름이 일어날 수 있는 표면에 그을음 입자들이 침착되어서 더 높은 누설 전류가 흘러 필요에 따라 방법 단계 d)에서 인가되는 고전압이 증가될 수 있다는 지시로 볼 수 있다.

이런 상황에서, 미리 한정가능한 전류 세기가 배기 가스를 생성하는 내연 엔진의 동작 파라미터에 종속하는 것이 바람직하다. 이것은 방출 전극 및 대향 전극과 배기 가스 라인 사이에 흐르는 전류가 흐름이 일어날 수 있는 표면에 침착된 입자를 통해 누설 전류에 종속될 뿐만 아니라, 생성된 코로나 방전에도 종속되기 때문이다. 코로나 방전은 이어서 온도, 습도, 및 입자 밀도와 같은 배기 가스의 파라미터에 종속한다. 이 코로나 방전은 이에 따라 흐름이 일어날 수 있는 표면에 다수의 입자들이 침착될 때 더 잘 추정될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있도록 구성되고 장착된 제어 장치를 구비한다.

나아가, 본 발명에 따른 장치를 포함하는 엔진 차량이 제안된다.

본 발명에 따른 방법을 위해 개시된 상세 및 장점은 본 발명에 따른 장치에도 적용될 수 있고 그 역으로도 적용될 수 있다.

본 발명 및 그 기술적 환경은 도면에 기초하여 일례로서 이후 설명된다. 이 도면은 본 발명의 특히 바람직한 실시예의 변형을 도시하지만, 본 발명은 이로 제한되지 않는 것으로 이해된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 장치의 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 실시예의 다른 종단면도,
도 3은 장치의 다른 실시예의 종단면도, 및
도 4는 도 3에 따른 실시예의 단면도.

도 1 및 도 2는 배기 가스 라인(6), 방출 전극(2) 및 전기 공급 라인(3)을 구비하고, 서로 직교하는 2개의 종단면을 도시하는 본 발명에 따른 장치(1)를 개략적으로 도시한다. 배기 가스 라인(6)은 길이방향 축(13)을 구비한다. 전기 공급 라인(3)은 고전압 소스(8)에 전기 전도성으로 연결되고, 배기 가스 라인(6)을 통해 절연체(4) 내에 가이드된다. 전기 공급 라인(3)은 배기 가스 라인(6)을 통해 피드스루에서 전기 절연체(4)에 의해 둘러싸인다. 전기 절연체(4)는 외부 직경(12), 길이(15) 및 단부 구역(14)을 구비한다. 외부 직경(12)은 단부 구역(14)에서 최대 20㎜이다. 배기 가스 라인(6)에 의해 형성된 내부와 접촉하는 절연체(4)의 표면은 흐름이 일어날 수 있는 표면(5)으로 식별된다. 흐름이 일어날 수 있는 표면(5)은 그리하여 동작 시 배기 가스와, 특히 또한 클리닝된 절연체(4)와 접촉할 수 있는 표면이다. 장치(1)는 대향 전극(7)으로 사용되는 벌집형상 본체를 더 포함한다. 전기 공급 라인(3)은 절연체(4)와 교차 라인(10)을 형성한다. 교차 라인(10)으로부터 배기 가스 라인(6)으로 간격(11)은 동작 시 방출 전극(2)에 인가된 25㎸의 전압을 사용하여 플래쉬오버가 일어나지 않을 만큼 적어도 충분히 크다. 간격(11)은 바람직하게는 적어도 50㎜이다.

동작 시, 입자를 포함하는 내연 엔진의 배기 가스는, 배기 가스 라인(6)을 통해 흐르고, 여기서 입자는 방출 전극(2)에서 고전압을 사용하여 생성된 코로나 방전에 의해 이온화된다. 전기장은 대향 전극(7) 또는 배기 가스 라인(6)에 대해 전기 공급 라인(3)을 통해 전기 전위를 방출 전극(2)에 인가함으로써 생성된다. 동작시, 그을음 입자는 흐름이 일어날 수 있는 절연체(4)의 표면(5)에 침착된다. 연속적인 그을음 침착이 전기 공급 라인(3)과 배기 가스 라인(6) 사이에 형성되자마자, 누설 전류가 흐른다. 추가적인 그을음 입자들이 흐름이 일어날 수 있는 표면(5)에 침착되면, 이 큰 전류 흐름이 침착된 입자를 통해 일어나서 이들 입자들이 연소하여 그을음의 온도는 전류 흐름에 의해 증가된다.

도 2에서 흐름이 일어날 수 있는 표면(5)은 실질적으로 튜브의 외부 측방향 표면에 대응하는 것을 볼 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 장치(1)의 다른 예시적인 실시예의 종단면과 횡단면을 각각 도시한다. 도 1에 도시된 실시예와 유일한 차이만이 이후 설명된다. 이 실시예에서, 전기 공급 라인(3)은 흐름이 일어날 수 있는 벌집형상 본체(9)에 의해 형성된다. 복수의 방출 전극(2)과의 전기 접촉은 이에 따라 벌집형상 본체(9)를 통해 수행된다. 벌집형상 본체(9)는 다수의 전기 절연체(4)를 통해 배기 가스 라인(6)에 대해 전기적으로 절연되고 이에 의해 유지된다. 방출 전극(2)은 벌집형상 본체(9)에 전기 전도성으로 연결된다. 전기장은 그리하여 방출 전극(2)과 대향 전극(7) 사이에 형성된다.

이 실시예에서, 흐름이 일어날 수 있는 표면(5)은 외부 직경(12)을 각각 구비하는 전기 절연체(4)의 표면에 의해 형성된다. 이 실시예에서, 전기 절연체의 외부 직경(12)은 또한 상부에 침착된 그을음 입자가 고전압을 증가시킴으로써 연소될 수 있도록 선택된다. 이 경우에, 침착된 그을음 입자를 통한 전류 흐름은 그을음 입자의 온도 증가를 초래한다.

본 발명을 사용하면, 배기 가스 내 입자들을 이온화시키는, 입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치(1)의 장기간 동작이 보장된다. 전기 절연의 절연 기능을 재수립하는 것은 본 발명에 의해 간단히 이용가능한 수단을 사용하여 보장될 수 있다.

1: 장치 2: 방출 전극
3: 전기 공급 라인 4: 절연체
5: 흐름이 일어날 수 있는 표면 6: 배기 가스 라인
7: 대향 전극 8: 전압 소스
9: 벌집형상 본체 10: 교차 라인
11: 간격 12: 외부 직경
13: 길이방향 축 14: 단부 구역
15: 길이

Claims

입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 장치(1)로서, 상기 장치는 배기 가스 라인(6), 방출 전극(2) 및 상기 방출 전극(2)을 위한 전기 공급 라인(3)을 구비하되, 상기 전기 공급 라인(3)은 상기 배기 가스 라인(6) 내측에서 전기 절연체(4)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고, 상기 전기 절연체(4)는 외부 직경(12)을 구비하며, 상기 전기 절연체(4)는 실질적으로 상기 배기 가스 라인(6)의 길이방향 축(13)의 방향으로 상기 배기 가스 라인(6)으로부터 연장되고, 상기 외부 직경(12)은 상기 길이방향 축(13) 쪽 단부 구역(14)에서 최대 20㎜인 것을 특징으로 하는 배기 가스의 처리 장치(1).
제1항에 있어서, 상기 전기 절연체(4)의 상기 외부 직경(12)은 전체 길이(15)에 대해서 최대 20㎜인, 배기 가스의 처리 장치(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 절연체(4)는 상기 배기 가스가 흐를 수 있는 표면(5)을 구비하고, 흐름이 일어날 수 있는 상기 표면(5)은 최대 500㎟ 사이즈인 것을 특징으로 하는 배기 가스의 처리 장치(1).
제3항에 있어서, 흐름이 일어날 수 있는 상기 표면(5)은 적어도 50㎟ 사이즈인, 배기 가스의 처리 장치(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 공급 라인(3)은 상기 배기 가스 라인(6) 내측에서 상기 전기 절연체(4)와 교차 라인(10)을 형성하고, 상기 교차 라인(10)과 상기 배기 가스 라인(6) 사이의 간격(11)은 25㎸의 인가 전압에서 동작 시 플래쉬오버(flashover)가 일어나지 않을 만큼 충분히 큰, 배기 가스의 처리 장치.
제3항에 있어서, 교차 라인(10)과 배기 가스 라인(6) 사이의 간격(11)은 적어도 15㎜인, 배기 가스의 처리 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 공급 라인(3)은 상기 배기 가스가 흐를 수 있는 벌집형상 본체(9)를 포함하고, 상기 전기 절연체는 흐름이 일어날 수 있는 상기 벌집형상 본체(9)와 상기 배기 가스 라인(6) 사이에 형성되는, 배기 가스의 처리 장치(1).
제7항에 있어서, 흐름이 일어날 수 있는 상기 벌집형상 본체(9)는 상기 배기 가스 라인에서 복수의 전기 절연체에 의해 유지되는, 배기 가스의 처리 장치.
입자를 포함하는 배기 가스를 처리하는 방법으로서, 상기 배기 가스가 배기 가스 라인(6)에서 방출 전극(2)을 지나 흐르고, 상기 방출 전극(2)과 접촉하는 전기 공급 라인(3)이 전기 절연체(4)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이고,
상기 방법은, 적어도,
a) 고전압을 상기 방출 전극(2)에 인가하여 코로나 방전을 생성하는 단계,
b) 상기 배기 가스를 상기 전기 절연체(4)의 표면(5)으로 흐르게 하는 단계,
c) 흐름이 일어나는 상기 표면(5)에 입자를 침착(depositing)시키는 단계, 및
d) 최대 500㎟ 사이즈의 상기 표면(5) 영역에서 상기 침착된 입자를 연소시키는 단계를 포함하는, 배기 가스의 처리 방법.
제9항에 있어서, 상기 인가된 고전압은 방법 단계 d)에서 증가되는, 배기 가스의 처리 방법.