KR20150145869A - 엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치 - Google Patents

엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치 Download PDF

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KR20150145869A
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Abstract

본 발명은 엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치는, 엔진에 연결되어 배기 가스가 유입 및 배출되어 입자상 물질을 채집하는 채집부, 상기 채집부의 온도를 측정하는 열 센서부, 상기 채집부에 열을 가하는 발열부 및 상기 열 센서부에 의해 감지된 상기 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상이 되도록 상기 발열부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치 {Collecting Device of Particulate matter for Exhaust Gas of Engine}
본 발명은 엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 고온의 배기 가스로 인한 결로 현상을 방지할 수 있는 입자상 물질 채집 장치에 관한 것이다.
최근 환경보전 문제가 더욱 세계적으로 중요시되고 있다. 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서는 선박에서 발생되는 오염물질을 규제하기 위해 오염물질 배출허용기준(TIER-II)을 두고 있다. 앞으로 이러한 규정은 보다 강화될 것이다.
특히, 국제해사기구에서는 선박에서 발생하는 오염물질 중 선박용 엔진에서 발생하는 중유의 연소로 발생되는 황산화물(SOx), 질산화물(NOx), 입자상물질(PM: Particulate Matter), 블랙 카본(BC: Black Carbon) 등과 같은 물질의 배출을 규제하고 있다. 그리고, 2013년 1월 1월부터 CO₂를 배출규제 항목으로 추가하여 보다 강화된 규제를 하고 있다.
그에 따라, 대기 중의 오염물질을 포집하고 분석하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 특히, 선박과 같은 동력 장치의 배기가스에서 발생하는 입자상 물질을 정화하거나(특허문헌 1), 배기가스 내의 입자상 물질을 채집하고 분석하기 위한 채집 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
그러나 종래의 채집장치의 경우 상온에서는 작동하므로, 높은 온도의 배기가스가 채집장치의 내부로 들어오면 결로 현상이 발생하여, 채집장치 내부 공기의 흐름에 따라 필터에 수분이 생기고 측정 오차가 발생되는 문제가 있었다.
구체적으로, 종래의 채집장치의 경우 선박 엔진에서 발생된 배기가스를 흡입하여 3개의 채널로 각각 일정한 유량으로 시료를 공급하였다. 채집된 시료가 각 채널에 들어가는 과정에서 선박 엔진에서 가열된 배기가스는 상온의 채집장치 내부로 들어가게 되므로 냉각되어 결로 현상이 발생하였다.
특히, 배기가스에 포함된 입자상 물질들은 매니폴드 내부에서 응결핵 역할을 하여 수증기가 응결되기 좋은 조건을 제공하며, 이로 인해 필터에 포집되어야 하는 입자상 물질의 양을 감소시키고 이는 측정값의 오차의 원인이 되었다.
더 나아가, 필터 분석 과정에서 입자상 물질과 함께 채집된 수분을 제거하기 위한 후처리 과정을 추가해야 하기 때문에 공정을 더욱 복잡하게 하는 원인이 되었다.
KR10-2013-0061280 A
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 채집장치 내부에서 발생하는 결로 현상을 방지하여, 배기가스의 입자상 물질 채집의 정확성을 증대시키기 위한 것이다.
본 발명은 또한 결로 현상으로 인한 수분 제거를 위한 후처리 공정이 없이, 배기 가스의 입자상 물질을 채집할 수 있는 채집 장치를 제공하고자 하는 것이다.
그에 따라, 배기 가스 내의 오염 물질을 정확하게 파악함으로써 대기 중의 오염물질을 줄이는 데에 도움이 될 수 있는 채집 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치는, 엔진에 연결되어 배기 가스가 유입 및 배출되어 입자상 물질을 채집하는 채집부, 상기 채집부의 온도를 측정하는 열 센서부, 상기 채집부에 열을 가하는 발열부 및 상기 열 센서부에 의해 감지된 상기 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상이 되도록 상기 발열부를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 기 설정된 온도는 80˚이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 기 설정된 온도는 80˚ 내지 90˚ 사이의 온도일 수 있다.
상기 채집부는 외벽과 단열재 내벽을 구비한 하우징을 포함할 수 있다.
상기 하우징은 강철 재질의 외벽과, 실리콘 재질의 단열재 내벽을 구비할 수 있다.
상기 발열부는 상기 채집부의 하우징 내부에 배치된 발열 코일일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상인 경우 엔진을 가동하여 입자상 물질의 채집을 시작하고, 상기 채집부의 온도가 기 설정된 온도 미만인 경우 기 설정된 온도에 도달할 때까지 상기 발열부를 가동하고 입자상 물질의 채집을 시작하도록 형성될 수 있다.
상기 제어부에, 기 설정된 온도를 설정할 수 있는 사용자 입력부가 연결될 수 있다.
상기 제어부에, 설정된 온도 및 상기 채집부의 내부 온도 중 하나 이상을 표시하는 디스플레이 부가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 채집장치 내부에서 발생하는 결로 현상을 방지하여, 배기가스의 입자상 물질 채집의 정확성을 증대시킬 수 있는 입자상 물질 채집 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 결로 현상으로 인한 수분 제거를 위한 후처리 공정이 없이, 신속하게 배기 가스의 입자상 물질을 채집할 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다.
그리고 배기 가스 내의 오염 물질을 정확하게 파악함으로써 대기 중의 오염물질을 줄이는 데에 도움이 될 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다.
또한, 채집 장치 내의 온도를 일정하게 유지하도록 발열 장치와 보온 장치를 함께 구비함으로써, 채집 장치의 열 효율성을 높이면서 발열 장치의 전력 소모를 줄일 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다.
그리고, 내구성이 우수하며, 배기 가스 내의 수분에 대한 결로 현상을 방지하여 다습한 환경에서도 적용될 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 채집 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 입자상 물질 채집 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제어부의 작동을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시 예를 보인 것으로서, 이는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 채집 장치에 대하여 보다 구체적으로 알아보자.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치는, 엔진에 연결되어 배기 가스가 유입되어 배출되는 채집부(10), 상기 채집부(10)의 온도를 측정하는 열 센서부(20), 상기 채집부(10)에 열을 가하는 발열부(30) 및 상기 열 센서부(20)에 의해 감지된 온도에 따라 상기 채집부(10)의 온도를 기 설정된 온도 범위로 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 채집 장치는 선박용 엔진에 적용될 수 있다. 선박용 엔진의 경우 다른 엔진들에 비하여 습한 환경에서 작동되기 때문에 결로 현상이 자주 발생하며, 선박용 엔진에서 사용되는 중유를 포함하는 연료는 응결핵 역할을 하여 결로 현상을 심화시킬 수 있다. 본 발명의 경우, 발열부(30)를 통하여 결로 현상이 방지되는 온도 범위 내에서 채집부(10)의 온도를 유지하기 때문에 선박용 엔진의 경우 특히 정밀한 채집이 가능해 진다.
그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 엔진의 배기 가스를 채집 또는 포집하는 데에 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 채집부(10)는 일 단은 엔진 측에 연결되고, 타 단은 배기구 측으로 연결되어 배기 가스를 배출시키는 역할을 한다(도 2 참조). 따라서, 상기 채집부(10)는 엔진 측에 연결된 흡입구와 배기구를 포함하는 하우징(11)을 포함한다.
그리고 하우징(11) 내에는 입자상 물질을 채집 또는 포집하기 위한 채집 장치(13)가 설치되어 있으며, 후술하는 하우징(11) 내의 일정한 온도 유지를 위한 열 센서부(20) 및 발열부(30)가 하우징(11)에 설치된다.
상기 열 센서부(20)는 채집부(10), 즉 하우징(11)의 내부 온도를 측정하기 위한 것이다. 채집부(10)의 내부 온도가 결로 현상을 방지할 수 있는, 기 설정된 온도 범위 내인지 감지하기 위한 것이다.
선박 엔진의 경우 80°이상의 온도 범위에서 결로 현상이 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 채집부(10) 내부의 결로 현상을 방지하기 위한, 기 설정된 온도는 80°내지 90° 사이의 온도일 수 있다.
구체적으로, 하우징(11)의 내부 온도가 80° 미만인 경우 엔진에서 나오는 배기 가스와의 온도 차이로 인하여 결로 현상이 발생할 수 있고, 90°를 초과하는 경우 채집부(10)에 탑재된 장치들에 열적 스트레스가 가해질 수 있기 때문이다.
그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 선박 엔진이 아닌 다른 엔진이 사용되는 경우 해당 엔진과의 온도 차이를 고려하여 다른 온도 범위가 선택될 수 있음은 물론이다.
상기 발열부(30)는 채집부(10)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있으며, 채집부(10) 내부의 온도를 기 설정된 온도 범위로 증가시키는 역할을 한다. 일 실시예에 따르면, 상기 발열 코일은 하우징(11)의 내부에 설치될 수 있다. 이 경우 하우징(11) 내부에 발열부가 배치되기 때문에 외부로 손실되는 열이 없이 우수한 효율로 온도 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 발열 도체로 제작된 발열 코일이 발열부(30)로서 사용될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 다양한 발열 장치가 이에 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 제어부(40)는 열 센서부(20)로부터의 온도가 기 설정된 온도 범위 미만으로 감지되는 경우 발열부(30)를 가동하도록 제어한다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(40)는, 채집부(10) 내부 온도가 기 설정된 온도 미만인 경우 발열부(30)를 가동하고, 기 설정된 온도 이상인 경우 발열부(30)의 가동을 멈추도록 제어할 수 있다.
그에 따라, 제어부(40)는 채집부(10)의 내부 온도를 결로 현상이 발생하지 않는 기 설정된 온도 범위 내로 유지하게 할 수 있다. 배기 가스의 결로 현상을 방지하며 탄소 입자 물질의 채집의 측정 오차를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(40)에는 채집부(10)의 내부 온도를 사용자가 설정할 수 있도록 사용자 입력부(50)가 연결될 수 있다. 사용자 입력부(50)로 사용자는 원하는 온도 범위 내로 채집부(10)의 내부 온도를 설정하여 입력할 수 있다.
그리고, 제어부(40)에는 채집부(10)의 내부 온도 또는 사용자의 설정 온도를 표시하고, 채집 장치의 작동 여부 등을 함께 표시하는 디스플레이 부(60)를 더 포함할 수 있다. 사용자는 원하는 설정 온도와 내부 온도를 쉽게 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 채집 장치를 보다 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 채집부(10)는 하우징(11)을 포함하고, 하우징(11)은 흡기구와 배기구를 포함한다. 그에 따라 엔진의 배기 가스가 흡기구를 통하여 유입되고 배기구를 통하여 빠져나가도록 형성된다.
일 실시예에 따르면 하우징(11)은 강철 재질의 외벽을 포함할 수 있다. 고온의 배기 가스가 방출되어 통과하는 채집부(10)의 내구성을 보장하기 위해서이다.
한편, 하우징(11)은 단열재 내벽을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 단열재 내벽으로, 실리콘 재질의 내벽이 사용될 수 있다. 일 예로 6 면체 형상의 하우징(11)의 6 면의 내벽에, 실리콘 재질의 내벽이 부착되도록 형성될 수 있다.
하우징(11)에 단열재 내벽을 구비하지 않는 경우 발열부(30)에 발생된 열이 외부로 방출되어 하우징(11) 내부의 온도 변화가 커질 수 있고, 발열부(30)의 열효율이 떨어질 수 있다. 그러나 본 발명의 경우 하우징(11)에 단열재를 내벽으로 구비하기 때문에 하우징(11) 내부의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있고, 우수한 열 효율로 발열부(30)를 가동하고 전력 소모를 방지할 수 있다.
열 센서부(20)로 하우징(11)의 내벽에 설치된 열 감지 센서(21)가 사용될 수 있다. 열 감지 센서(21)가 하우징(11)의 내벽 중 일부에 설치되는 것으로 도시하였으나, 하우징(11)의 내벽의 다양한 구역에 나누어 설치되어 각 구역의 온도를 측정하도록 형성될 수도 있다.
발열부(30)로 다양한 발열 장치가 사용될 수 있으나, 일 예로 발열 코일(31)이 사용될 수 있다. 발열 코일(31)이 하우징(11)의 내벽의 일 면에 설치될 수 있다. 발열 코일(31)이 내벽에 설치됨으로써 열이 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
제어부(40)가 하우징(11)에 컨트롤 박스 형태로 부착되는 것을 도시하였다. 제어부(40)는 열 감지 센서(21) 및 발열 코일(31)과 전기적으로 연결되어, 열 감지 센서(21)로부터 측정된 온도에 따라 발열 코일(31)의 작동 여부를 제어할 수 있다. 그에 따라, 채집부(10), 즉 하우징(11) 내부는 일정한 온도로 유지될 수 있다.
제어부(40)에 디스플레이 부(61)와 사용자 입력부(51)가 탑재될 수 있다. 그에 따라, 사용자는 하우징(11) 내부의 온도를 관찰하고 원하는 설정 온도를 입력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 열 감지 센서(21)를 통하여 채집부의 온도를 감지한다(S10). 그리고, 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상인지 여부를 확인하다(S20). 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상인 경우 탄소 입자 물질의 채집(S30)이 시작될 수 있다. 즉 엔진이 가동되어 배기 가스 방출을 시작하여 입자 채집이 이루어질 수 있다. 본 발명의 경우 미리 채집부의 온도가 결로 현상이 방지되는 온도 범위에 유지되기 때문에 엔진이 가동되어 배기 가스가 방출되어도 정확한 입자 채집이 가능해 진다.
한편, 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상이 아닌 경우, 즉 기 설정된 온도 미만인 경우 발열부(40)가 작동하여 채집부의 온도를 증가시킨다(S40).
그리고 다시 채집부의 온도를 감지한다(S45). 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상인 경우 발열부를 정지시킨다(S60). 그리고, 채집부의 온도가 기 설정된 온도 미만인 경우 발열부는 계속 작동(S40)되어 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상이 될 때까지 계속 작동하고, 발열부를 정지시키게 된다.
채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상이 된 경우 입자 채집(S30)이 시작되게 된다.
본 발명의 경우 제어부의 위와 같은 작동으로 인하여, 채집 장치 내의 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로 배기 가스의 온도가 급격하게 떨어지는 것을 방지하여 결로 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다. 그에 따라, 채집 장치 내의 수분으로 인해 발생하였던 채집 및 측정의 오차 발생을 방지할 수 있다. 즉, 정확도와 신뢰도가 우수한 채집 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 결로 현상으로 인한 수분을 제거하기 위한 후처리 공정 또는 후처리 장치를 부가할 필요가 없어진다. 그에 따라 제조 비용 및 제조 과정이 간단한 채집 장치를 제공할 수 있다.
그리고 강철 재질의 외벽과 단열재 내벽을 함께 구비함으로써, 열 손실을 방지하여 채집 장치의 열 효율성을 높이면서 발열 장치의 전력 소모를 줄일 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 내구성이 우수하며, 배기 가스 내의 수분에 대한 결로 현상을 방지하여 다습한 환경에서도 적용될 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다. 즉, 선박 엔진과 같이 다습한 환경에도 적용될 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다.
결국, 채집 장치로 인하여 배기 가스 내의 오염 물질을 정확하게 파악함으로써 오염 물질의 방출을 방지함으로써 대기 중의 오염물질을 줄이는 데에 도움이 될 수 있는 채집 장치를 제공할 수 있다.
10: 채집부
11: 하우징
13: 채집 장치
20: 열 센서부
21: 열 감지 센서
30: 발열부
31: 발열 코일
40: 제어부
50, 51: 사용자 입력부
60, 61: 디스플레이 부

Claims (9)

  1. 엔진 배기 가스용 입자상 물질 채집 장치로서,
    엔진에 연결되어 배기 가스가 유입 및 배출되어 입자상 물질을 채집하는 채집부;
    상기 채집부의 온도를 측정하는 열 센서부;
    상기 채집부에 열을 가하는 발열부 및
    상기 열 센서부에 의해 감지된 상기 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상이 되도록 상기 발열부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 온도는 80˚이상인 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기 설정된 온도는 80˚ 내지 90˚ 사이의 온도인 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 채집부는 외벽과 단열재 내벽을 구비한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징은 강철 재질의 외벽과, 실리콘 재질의 단열재 내벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열부는 상기 채집부의 하우징 내부에 배치된 발열 코일인 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 채집부의 온도가 기 설정된 온도 이상인 경우 엔진을 가동하여 입자상 물질의 채집을 시작하고,
    상기 채집부의 온도가 기 설정된 온도 미만인 경우 기 설정된 온도에 도달할 때까지 상기 발열부를 가동하고 입자상 물질의 채집을 시작하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에 기 설정된 온도를 설정할 수 있는 사용자 입력부가 연결된 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에 설정된 온도 및 상기 채집부의 내부 온도 중 하나 이상을 표시하는 디스플레이 부가 연결된 것을 특징으로 하는 입자상 물질 채집 장치.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130061280A (ko) 2011-12-01 2013-06-11 신현경 선박용 디젤엔진 배기가스의 세라믹촉매필터 집진 정화장치

Patent Citations (1)

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KR20130061280A (ko) 2011-12-01 2013-06-11 신현경 선박용 디젤엔진 배기가스의 세라믹촉매필터 집진 정화장치

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