WO2013058499A2 - 금속폼을 이용한 매연저감장치 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a smoke reduction device, and more particularly to a smoke reduction device using a metal foam.
  • soot reduction devices are increasing.
  • Regeneration methods to remove the soot trapped in the filter to the initial state of the filter include a catalytic oxidation method, burner heating regeneration method, electric heater heating regeneration method.
  • the regeneration is smoothly performed when the section of the exhaust gas temperature is 280 ° C. or more at 10% or more, but in the case of a vehicle running in the city, the exhaust gas temperature is generally 230 due to the repeated driving-stopping. In many cases, it is less than or equal to C, and the soot collected in the filter is often not regenerated.
  • KR 2005-0070611 discloses a DOC / DPF system for a diesel engine in which a diesel particulate catalyst for purification and a diesel particulate filter exclusively for regenerating particulate matter are applied. It only discloses post fuel injection operation.
  • the material of the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter is applied to a stable metal foam even at a high temperature, and arranged to form a constant gap between the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter, and then heated by a heating apparatus. It is an object of the present invention to provide a smoke reduction device and a smoke reduction method capable of safely regenerating only the filter area by introducing a high temperature gas or a high temperature regeneration gas to increase the temperature of the exhaust gas.
  • a smoke reduction device is coupled to an exhaust gas conduit for inducing exhaust gas discharged from an internal combustion engine engine, and one end of the exhaust gas conduit so as to communicate with the exhaust gas conduit.
  • Hollow oxidation catalyst unit made of foam, hollow spaced diesel particulate filter unit made of metal foam and spaced apart in the radial direction, the exhaust gas flow radius of the oxidation catalyst unit and diesel particulate filter
  • a heating device formed at an outer circumference of the exhaust gas conduit to introduce a hot gas into a space spaced apart from a flange coupled to one end of the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter unit to guide in a direction; It includes.
  • the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter is characterized in that formed by rolling the open porous metal foam sheet to be a hollow cylindrical.
  • the oxidation catalyst unit is characterized in that it comprises at least one material selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, tungsten, chromium, manganese, iron, cobalt, copper, zinc.
  • the metal foam constituting the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter unit is characterized in that consisting of at least one selected from Ni-based metal foam, Fe-based metal foam, FeNiCrAl-based metal foam and metal mash (metal mash).
  • the coupling between the oxidation catalyst portion and the exhaust gas conduit is characterized by welding the other end of the oxidation catalyst portion and one end of the exhaust gas conduit through the first hollow plate to allow the exhaust gas to flow. .
  • the other end of the diesel particulate filter portion may be coupled by welding with a hollow second plate having a distance from the first plate and larger than a radius of the diesel particulate filter portion.
  • the smoke reduction device may further include a housing coupled to the heating device and the second plate by welding.
  • the exhaust gas conduit is characterized in that a bypass pipe is formed for bypassing part of the exhaust gas to the heating device.
  • the smoke reduction device may further include a differential pressure gauge for detecting the pressure difference between the front end and the rear end of the diesel particulate filter.
  • the apparatus may further include a heating device controller configured to control the operation of the heating device by receiving the pressure difference detected by the differential pressure gauge as an input signal.
  • a method for reducing smoke by providing an exhaust gas discharged from an internal combustion engine, and passing the exhaust gas through an oxidation catalyst part in which a hollow cylindrical end is blocked. Step, passing through the oxidation catalyst unit in a radially spaced surrounding and passing through the diesel particulate filter portion is closed, detecting the pressure difference between the front end and the rear end of the diesel particulate filter, and the detected pressure difference is a reference value.
  • the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter is rolled up a metal foam sheet to form a hollow cylindrical shape, characterized in that the end is closed.
  • the oxidation catalyst unit is characterized in that it comprises at least one material selected from the group containing platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, tungsten, chromium, manganese, iron, cobalt, copper, zinc.
  • the metal foam constituting the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter unit is characterized in that consisting of at least one selected from Ni-based metal foam, Fe-based metal foam, FeNiCrAl-based metal foam and metal mash (metal mash).
  • the method for reducing smoke is characterized in that a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is diverted to the heating apparatus and introduced into the space spaced apart from the oxidation catalyst unit and the diesel particulate filter unit.
  • a burner or the like is provided by allowing a high temperature gas heated by a heating device to flow into a diesel particulate filter portion via an oxidation catalyst portion and a diesel particulate filter portion by being spaced between the oxidation catalyst portion and the diesel particulate filter portion. In the used reproduction, only the filter area may be safely reproduced.
  • the regeneration stability is increased, and the heat generated by the burner heats only the filter, thereby regenerating stability. This can be high.
  • FIG. 1 is a perspective view of a soot reduction apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the AA ′ direction of the smoke reducing apparatus of FIG. 1.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a smoke reduction apparatus according to another embodiment of the smoke reduction apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view taken along the AA 'direction showing a soot reduction apparatus 100 having an oxidation catalyst unit and a diesel particulate filter unit 30 to which a metal foam according to the present invention is applied.
  • a smoke reduction device (100) includes an exhaust gas conduit (10) for inducing exhaust gas discharged from an internal combustion engine engine, and the exhaust gas conduit (10) so as to communicate with the exhaust gas conduit (10).
  • Hollow oxidation catalyst unit 20 is combined with one end of the metal foam formed of a metal foam, and surrounded by the space between the oxidation catalyst unit 20 in the radial direction and the hollow diesel particulate filter unit made of a metal foam (30)
  • a flange coupled to one end of the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter 30 to guide the exhaust gas flow in the radial direction of the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter unit 30.
  • the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter unit 30 includes a heating device 50 formed in the outer peripheral portion of the exhaust gas conduit 10 to introduce a hot gas into the space .
  • the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter unit 30 are formed by winding an open porous metal foam sheet to be a hollow cylinder.
  • the metal foam is a liquid atom from the metal powder by applying a binder and an alloying powder to a nickel-based basic foam sheet, and then removing the binder through heat treatment and sintering. May be diffused into the strut of the basic foam sheet to form a metal alloy of a uniform alloy.
  • the material of the metal foam constituting the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter unit 30 is nickel (Ni) -based metal foam, iron (Fe) -based metal foam, iron-nickel-chromium-aluminum It may be formed of a material selected from a (FeNiCrAl) -based metal foam and metal mash.
  • the particulate matter contained in the exhaust gas can be adsorbed onto the surface of the cell structure while the exhaust gas passes through the metal foam of the fibrous structure. Particulate matter can be filtered.
  • the oxidation catalyst unit 20 is a carbon dioxide by reacting a soluble organic material (Soluble Organic Fraction) among the carbon monoxide (C0), hydrocarbons (HC) and particulate matter which are harmful substances contained in the exhaust gas with a catalyst (CO2), to purify with water (H2O).
  • a soluble organic material Soluble Organic Fraction
  • CO2 catalyst
  • the oxidation catalyst unit 20 includes hydrocarbons (HC) as water (H20) and carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) as carbon dioxide (CO2), and nitrogen monoxide (NO) as nitrogen (N2). It converts to nitrogen dioxide (NO 2) to lower the combustion temperature of particulate matter (PM) accumulated in the diesel particulate filter (DPF) described below.
  • the oxidation catalyst unit 20 may be formed in a state in which the metal foam sheet is rolled into a hollow cylindrical shape after coating or depositing a catalyst material on the metal foam sheet.
  • the oxidation catalyst unit 20 may be formed by applying or depositing a catalyst material on the surface of the hollow cylindrical metal foam.
  • the catalyst material used in the oxidation catalyst unit 20 may be at least one selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, tungsten, chromium, manganese, iron, cobalt, copper, and zinc.
  • the coupling between the oxidation catalyst unit 20 and the exhaust gas conduit 10 is through the hollow first plate 60 to allow the exhaust gas to flow, and then the other end of the oxidation catalyst unit 20 and the It can be made by welding one end of the exhaust gas conduit 10.
  • the coupling between the oxidation catalyst unit 20, the first plate 60, and the exhaust gas conduit 10 is not limited to welding, and any method can be used as long as it can be coupled between components.
  • the oxidation catalyst unit 20 and the exhaust gas conduit 10 may be directly connected without using the first plate 60.
  • Diesel Particulate Filter serves to reduce the particulate matter in the final exhaust gas by accumulating particulate matter discharged from the diesel engine in the filter.
  • the diesel particulate filter unit reacts and removes particulate matter such as soot accumulated in order to maintain particulate trapping efficiency with oxygen, and burning the particulate matter accumulated in the diesel particulate filter is called regeneration.
  • the other end of the diesel particulate filter 30 is spaced apart from the first plate 60 and coupled to the hollow second plate 65 larger than the radius of the diesel particulate filter 30 by welding. Can be.
  • the radius of the second plate 65 is larger than the radius of the diesel particulate filter 30 so that the diesel particulate filter when the second plate 65 and the housing 70 are coupled as described below.
  • a space through which the exhaust gas may pass may be formed between the unit 30 and the housing 70.
  • It may further include a housing 70 coupled to the heating device 50 and the second plate 65 by welding.
  • a housing 70 By introducing the housing 70, a part of the exhaust gas conduit 10, the oxidation catalyst unit 20, the diesel particulate filter unit 30, and the heating device 50 may be integrally embedded in the housing 70. have.
  • FIG 3 is a view showing a bypass pipe 80 is formed to bypass a portion of the exhaust gas flowing through the exhaust gas conduit 10 of the smoke reduction apparatus 150 according to the present invention.
  • the exhaust gas conduit 10 may be formed with a bypass pipe 80 to bypass a portion of the exhaust gas to the heating device 50.
  • a part of the exhaust gas in the exhaust gas conduit 10 is heated to burn particulate matter contained in the exhaust gas or increase the temperature of the exhaust gas to oxidize the high temperature exhaust gas. Particulate matter can be easily removed by drawing in between the diesel particulate filter portion 20 and passing through the diesel particulate filter portion 30.
  • the smoke reduction device 100 may further include a differential pressure gauge (not shown) for detecting the pressure difference between the front end and the rear end of the diesel particulate filter (30).
  • particulate matter such as soot in the exhaust gas accumulates in the filter, and the exhaust gas flow is not smoothed due to the accumulation of particulate matter, and thus, the diesel particulate filter unit 30.
  • Pressure difference may occur at the front and rear of the back panel).
  • regeneration for removing particulate matter accumulated in the diesel particulate filter unit 30 by detecting a pressure difference between both ends by installing a differential pressure gauge (not shown) at the front / rear end of the diesel particulate filter unit 30. Know the time.
  • the smoke reduction device 100 may further include a heater control unit (not shown) for controlling the operation of the heating device 50 receives the pressure difference detected by the differential pressure gauge (not shown) as an input signal. have.
  • the heating device controller (not shown) receives the pressure difference between the front and rear ends of the diesel particulate filter unit 30 detected through the differential pressure gauge (not shown) as an input signal and exceeds the preset reference value. ) And stop the operation of the heating device 50 when the pressure difference is less than the predetermined reference value.
  • the preset reference value may be 220 mbar to 280 mbar.
  • the operation of the heating device 50 may be made even when the engine is driven for 4 hours or more from the time of regenerating the diesel particulate filter unit 30.
  • a method for reducing smoke providing exhaust gas discharged from an internal combustion engine engine, and passing the exhaust gas through an oxidation catalyst unit 20 in which one end of a hollow cylindrical shape is blocked. Passing the oxidation catalyst unit 20 in a radially spaced manner and enclosing the diesel particulate filter unit 30 having one end blocked, and detecting the pressure difference between the front end and the rear end of the diesel particulate filter unit 30. And introducing the hot gas into the space spaced apart from the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter unit 30 by the heating device 50 when the detected pressure difference is greater than or equal to the reference value.
  • the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter unit 30 is rolled up to form a hollow cylindrical shape of the metal foam sheet is characterized in that the end is blocked.
  • the smoke reduction method is characterized in that a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine bypasses the heating device 50 to be introduced into the space spaced apart from the oxidation catalyst unit 20 and the diesel particulate filter.
  • the filter can be regenerated by heating the diesel particulate filter part with a heating device such as a burner to oxidize the soot accumulated on the surface of the filter.
  • the oxidation catalyst portion and the diesel particulate filter portion are formed by rolling a metal foam sheet into a cylindrical shape with a center in between, and the hot gas heated by the heating apparatus is spaced between the oxidation catalyst portion and the diesel particulate filter portion to oxidize the oxidation catalyst portion.
  • the regeneration stability is increased, and the heat generated by the burner heats only the filter, thereby regenerating stability. This can be high.

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Abstract

금속폼을 적용한 매연저감장치가 개시된다. 본 발명에 의한 매연저감장치는 내연기관 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유도하는 배기가스 도관, 상기 배기가스 도관과 연통되도록 상기 배기가스 도관의 일단과 결합되며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 산화 촉매부, 상기 산화 촉매부를 반경방향으로 이격을 두고 둘러싸며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 디젤미립자 필터부, 상기 배기가스의 흐름을 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부의 반경방향으로 유도하기 위하여 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부의 일단과 결합되는 플랜지, 및 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 고온의 가스를 인입시키기 위하여 상기 배기가스 도관의 외주부에 형성된 가열장치를 포함한다.

Description

금속폼을 이용한 매연저감장치
본 발명은 매연저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속폼을이용한 매연저감장치에 관한 것이다.
경유차량이 배출하는 매연을 효율적으로 감소시키기 위한 방안으로 매연저감장치 부착이 늘어나고 있다.
필터에 포집된 매연을 제거하여 필터를 초기 상태로 만드는 재생방법으로는 촉매산화방식, 버너가열 재생방식, 전기히터가열 재생방식 등이 있다. 여기서, 촉매산화 방식의 경우, 배기가스 온도가 280℃ 이상되는 구간이 10% 이상이 되어야 재생이 원활하게 이루어지나 도심에서 운행되는 차량의 경우 주행-정차의 반복으로 인하여 배기가스 온도가 통상적으로 230℃ 이하인 경우가 많아 필터에 포집된 매연이 재생되지 않는 경우가 종종 발생한다.
종래 기술(KR 2005-0070611)의 경우, 정화용 디젤산화촉매와 입자상 물질의 재생기능만을 담당하는 디젤 입자상물질 필터를 병행 적용한 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템을 개시하고 있으나, 필터의 재생을 위해서 엔진의 연료후분사 작동에 관한 내용만을 개시하고 있다.
본 발명에서는 상기 문제를 해결하기 위하여 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부의 소재를 고온에서도 안정한 금속폼을 적용하고 산화 촉매부와 디젤미립자 필터부 사이에 일정한 간격을 형성하도록 배치한 후 가열장치에 의해 가열된 고온의 가스 혹은 고온의 재생가스를 인입시켜 배가스의 온도를 증가시킴으로써 필터 영역만을 안전하게 재생시킬 수 있는 매연저감장치 및 매연저감방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 매연저감장치는 내연기관 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유도하는 배기가스 도관, 상기 배기가스 도관과 연통되도록 상기 배기가스 도관의 일단과 결합되며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 산화 촉매부, 상기 산화 촉매부를 반경방향으로 이격을 두고 둘러싸며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 디젤미립자 필터부, 상기 배기가스의 흐름을 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부의 반경방향으로 유도하기 위하여 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부의 일단과 결합되는 플랜지, 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 고온의 가스를 인입시키기 위하여 상기 배기가스 도관의 외주부에 형성된 가열장치를 포함한다.
상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부는 중공의 원통형이 되도록개방 다공성 금속폼 시트를 말아서 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 산화 촉매부는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부를 구성하는 금속폼은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 산화 촉매부 및 배기가스 도관의 사이의 결합은 상기 배기가스가 흐를 수 있도록 중공형의 제1 플레이트를 개재시킨 후 상기 산화 촉매부의 타단과 상기 배기가스 도관의 일단을 용접시켜 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 디젤미립자 필터부의 타단은, 상기 제1 플레이트와 이격을 가지며 상기 디젤미립자 필터부의 반경보다 큰 중공형의 제2 플레이트와 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 매연저감장치는 상기 가열장치 및 상기 제2 플레이트와 용접에 의해 결합되는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 배기가스 도관은 상기 배기가스의 일부를 상기 가열장치로 우회시키는 바이패스관이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 매연저감장치는 상기 디젤미립자 필터부의 전단과 후단 사이의 압력차를 검출하기 위한 차압계를 더 포함할 수 있다.
상기 차압계에 의해 검출된 압력차를 입력신호로 받아 상기 가열장치의 작동을 제어하는 가열장치 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 매연저감방법은 내연기관 엔진에서 배출되는 배기가스를 제공하는 단계, 상기 배기가스를 중공의 원통형상의 일단이 막혀있는 산화 촉매부에 통과시키는 단계, 상기 산화 촉매부를 반경방향으로 이격을 두고 둘러싸며 일단이 막혀있는 디젤미립자 필터부에 통과시키는 단계, 상기 디젤미립자 필터부의 전단과 후단의 압력차를 검출하는 단계, 및 상기 검출된 압력차가 기준치 이상인 경우 가열장치에 의해 고온 가스를 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 인입시키는 단계를 포함한다.
상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부는 금속폼 시트를 말아 중공의 원통형상으로 형성한 후 일단을 막은 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산화 촉매부는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부를 구성하는 금속폼은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 매연저감방법은 상기 내연기관에서 배출되는 배기가스의 일부를 상기 가열장치에 우회시켜 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 인입시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 산화 촉매부와 디젤미립자 필터부 사이에 간격을 두어 가열장치에 의해 가열된 고온의 가스가 산화 촉매부와 디젤미립자 필터부의 사이를 경유하여 디젤미립자 필터부로 유입되도록 함으로써 버너등을 이용한 재생시 필터 영역만을 안전하게 재생이 가능할 수 있다.
또한, 버너 가동 초기에 발생하는 미연소 연료(slipped hydro carbon)이 필터에 축적되는 현상을 최소화하여 급격한 연소현상을 방지할 수 있어 재생 안정성이 높아지며, 버너에 의한 열기가 필터만을 가열하게 되어 재생 안정성이 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 매연저감장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 매연저감장치의 AA' 방향에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 매연저감장치의 다른 실시예에 따른 매연저감장치의 단면도이다.
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 매연저감장치에 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 1 및 도 2는 본 발명에 의한 금속폼을 적용한 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부(30)를 갖는 매연저감장치(100)를 나타낸 사시도 및 AA' 방향에 따른 단면도이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 매연저감장치(100)는 내연기관 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유도하는 배기가스 도관(10), 상기 배기가스 도관(10)과 연통되도록 상기 배기가스 도관(10)의 일단과 결합되며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 산화 촉매부(20), 상기 산화 촉매부(20)를 반경방향으로 이격을 두고 둘러싸며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 디젤미립자 필터부(30), 상기 배기가스의 흐름을 상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)의 반경방향으로 유도하기 위하여 상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)의 일단과 결합되는 플랜지(40), 상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)가 이격된 공간에 고온의 가스를 인입시키기 위하여 상기 배기가스 도관(10)의 외주부에 형성된 가열장치(50)를 포함한다.
상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)는 중공의 원통형이 되도록개방 다공성(open porous) 금속폼 시트를 말아서(wound) 형성된다.
상기 금속폼(metal foam)은 니켈 기반의 기본 폼 시트(sheet)에 바인더(binder) 및 합금분말(alloying powder)을 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.
또한, 상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)를 구성하는 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.
상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)를 금속폼을 적용함으로써 섬유상 구조의 금속폼을 배기가스가 경유하면서 배기가스내에 포함된 입자상 물질이 셀구조의 표면에 흡착될 수 있게 되어 입자상 물질을 여과시킬 수 있게 된다.
상기 산화 촉매부(20)(Diesel Oxidation Catalyst: DOC)는 배기가스에 포함된 유해한 물질인 일산화탄소(C0), 탄화수소(HC)와 입자상 물질 중에서 용해성 유기물질(Soluble Organic Fraction)을 촉매와 반응시켜 이산화탄소(CO2), 물(H2O)로 정화시키는 작용을 한다.
보다 상세하게, 상기 산화 촉매부(20)는 탄화수소(HC)를 물(H20)과 이산화탄소(CO2)로, 일산화탄소(CO)를 이산화탄소(CO2)로, 일산화질소(NO)를 질소(N2)와 이산화질소(NO2)로 변환시켜 하기에 기술할 디젤미립자 필터부(Diesel Particulate Filer: DPF)에 쌓인 입자상 물질(PM)의 연소 온도를 낮추어주는 역할을 한다.
상기 산화 촉매부(20)는 금속폼 시트에 촉매물질을 도포 또는 증착한 후 금속폼 시트를 중공의 원통형으로 말은 상태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 산화 촉매부(20)는 중공의 원통형으로 말린 금속폼의 표면에 촉매물질을 도포 또는 증착하여 형성할 수 있다.
상기 산화 촉매부(20)에 사용되는 촉매물질은 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상이 될 수 있다.
상기 산화 촉매부(20) 및 배기가스 도관(10)의 사이의 결합은 상기 배기가스가 흐를 수 있도록 중공형의 제1 플레이트(60)를 개재시킨 후 상기 산화 촉매부(20)의 타단과 상기 배기가스 도관(10)의 일단을 용접시켜 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 산화 촉매부(20), 제1 플레이트(60) 및 배기가스 도관(10)사이의 결합은 용접에 한정되지 않고 부품들간의 결합시킬 수 있는 방법이면 어느 것이나 가능하다.
또한, 상기 산화 촉매부(20)와 배기가스 도관(10)은 상기 제1 플레이트(60)를 사용하지 않고 직접적으로 연결될 수 있다.
디젤미립자 필터부(Diesel Particulate Filter: DPF)는 디젤엔진으로부터 배출되는 입자상 물질을 필터에 축적시킴으로써 최종 배출되는 배기가스의 입자상 물질을 저감시키는 역할을 한다.
상기 디젤미립자 필터부는 미립자 포획 효율을 유지하기 위해 축적된 수트(soot) 등의 미립자 물질을 산소와 반응시켜 제거하는데 디젤미립자 필터에 축적된 미립자를 연소시키는 것을 재생(regeneration)이라 한다.
상기 디젤미립자 필터부(30)의 타단은, 상기 제1 플레이트(60)와 이격을 가지며 상기 디젤미립자 필터부(30)의 반경보다 큰 중공형의 제2 플레이트(65)와 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 제2 플레이트(65)의 반경이 상기 디젤미립자 필터부(30)의 반경보다 크게 함으로써 다음에 기술한 바와 같이, 상기 제2 플레이트(65)와 하우징(70)이 결합될 경우 상기 디젤미립자 필터부(30)와 상기 하우징(70) 간에 배기가스가 통과할 수 있는 공간이 형성될 수 있다.
상기 가열장치(50) 및 상기 제2 플레이트(65)와 용접에 의해 결합되는 하우징(70)을 더 포함할 수 있다. 상기 하우징(70)을 도입함으로써 상기 배기가스 도관(10)의 일부, 산화 촉매부(20), 디젤미립자 필터부(30), 및 가열장치(50)가 하우징(70)내에 일체형으로 매립될 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 매연저감장치(150)의 배기가스 도관(10)을 흐르는 배가스의 일부를 우회시키는 바이패스관(80)이 형성된 것을 나타낸 도면이다.
상기 배기가스 도관(10)은 상기 배기가스의 일부를 상기 가열장치(50)로 우회시키는 바이패스관(80)이 형성될 수 있다. 상기 바이패스관(80)을 도입함으로써 배기가스 도관(10)내의 배기가스의 일부를 가열함으로써 배기가스 내에 포함된 입자상 물질을 연소시키거나 배기가스의 온도를 증가시켜 고온의 배기가스를 산화 촉매부(20)와 디젤미립자 필버부의 사이에 인입시켜 디젤미립자 필터부(30)를 통과시킴으로서 입자상 물질을 용이하게 제거할 수 있다.
한편, 상기 매연저감장치(100)는 상기 디젤미립자 필터부(30)의 전단과 후단 사이의 압력차를 검출하기 위한 차압계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
배기가스가 디젤미립자 필터부(30)를 통과하면서 배기가스내의 수트(soot)등의 입자상물질이 필터에 축적되며 입자상 물질의 축적에 의해 배기가스의 흐름이 원활하지 않게 되어 디젤미립자 필터부(30)의 전단과 후단에는 압력차가 발생할 수 있다. 이 경우, 디젤미립자 필터부(30)의 전/후단에 차압계(미도시)를 설치하여 양단의 압력차를 검출함으로써 디젤미립자 필터부(30)에 축적된 입자상 물질을 제거하기 위한 재생(regeneration) 시점을 알 수 있다.
또한, 상기 매연저감장치(100)는 상기 차압계(미도시)에 의해 검출된 압력차를 입력신호로 받아 상기 가열장치(50)의 작동을 제어하는 가열장치 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 가열장치 제어부(미도시)는 상기 차압계(미도시)를 통해 검출된 디젤미립자 필터부(30) 전/후단의 압력차를 입력신호로 받아 기설정된 기준값을 초과하는 경우에 상기 가열장치(50)를 가동시키며 압력차가 기설정된 기준값에 미달하는 경우에 상기 가열장치(50)의 가동을 중단시킬 수 있다.
또한, 상기 기설정된 기준값은 220mbar 내지 280mbar 일 수 있다.
한편, 상기 가열장치(50)의 가동은 상기 디젤미립자 필터부(30)를 재생한 시점부터 4시간 이상 엔진을 구동한 경우에도 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 매연저감방법은 내연기관 엔진에서 배출되는 배기가스를 제공하는 단계, 상기 배기가스를 중공의 원통형상의 일단이 막혀있는 산화 촉매부(20)에 통과시키는 단계, 상기 산화 촉매부(20)를 반경방향으로 이격을 두고 둘러싸며 일단이 막혀있는 디젤미립자 필터부(30)에 통과시키는 단계, 상기 디젤미립자 필터부(30)의 전단과 후단의 압력차를 검출하는 단계, 및 상기 검출된 압력차가 기준치 이상인 경우 가열장치(50)에 의해 고온 가스를 상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)가 이격된 공간에 인입시키는 단계를 포함한다.
상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부(30)는 금속폼 시트를 말아 중공의 원통형상으로 형성한 후 일단을 막은 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 매연저감방법은 상기 내연기관에서 배출되는 배기가스의 일부를 상기 가열장치(50)에 우회시켜 상기 산화 촉매부(20) 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 인입시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 적용함으로써, 버너등의 가열장치로 디젤미립자 필터부를 가열시켜 필터의 표면에 축적된 매연을 산화시킴으로써 필터를 재생할 수 있다.
이 경우, 산화 촉매부와 디젤미립자 필터부를 금속폼 시트를 가운데가 비어 있도록 원통형으로 말아서 형성하고 산화 촉매부와 디젤미립자 필터부 사이에 간격을 두어 가열장치에 의해 가열된 고온의 가스가 산화 촉매부와 디젤미립자 필터부의 사이를 경유하여 디젤미립자 필터부로 유입되도록 함으로써 버너등을 이용한 재생시 필터 영역만을 안전하게 재생이 가능할 수 있다.
또한, 버너 가동 초기에 발생하는 미연소 연료(slipped hydro carbon)이 필터에 축적되는 현상을 최소화하여 급격한 연소현상을 방지할 수 있어 재생 안정성이 높아지며, 버너에 의한 열기가 필터만을 가열하게 되어 재생 안정성이 높아질 수 있다.
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 (15)

  1. 내연기관 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유도하는 배기가스 도관;
    상기 배기가스 도관과 연통되도록 상기 배기가스 도관의 일단과 결합되며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 산화 촉매부;
    상기 산화 촉매부를 반경방향으로 이격을 두고 둘러싸며 금속폼으로 이루어진 중공형태의 디젤미립자 필터부;
    상기 배기가스의 흐름을 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부의 반경방향으로 유도하기 위하여 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부의 일단과 결합되는 플랜지; 및
    상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 고온의 가스를 인입시키기 위하여 상기 배기가스 도관의 외주부에 형성된 가열장치를 포함하는 매연저감장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부는 중공의 원통형이 되도록개방 다공성 금속폼 시트를 말아서 형성된 것을 특징으로 하는 매연저감장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 촉매부는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 포함된 것을 특징으로 매연저감장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부를 구성하는 금속폼은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 매연저감장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 촉매부 및 배기가스 도관의 사이의 결합은 상기 배기가스가 흐를 수 있도록 중공형의 제1 플레이트를 개재시킨 후 상기 산화 촉매부의 타단과 상기 배기가스 도관의 일단을 용접시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 매연저감장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디젤미립자 필터부의 타단은, 상기 제1 플레이트와 이격을 가지며 상기 디젤미립자 필터부의 반경보다 큰 중공형의 제2 플레이트와 용접에 의해 결합되는 매연저감장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가열장치 및 상기 제2 플레이트와 용접에 의해 결합되는 하우징을 더 포함하는 매연저감장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기가스 도관은 상기 배기가스의 일부를 상기 가열장치로 우회시키는 바이패스관이 형성된 것을 특징으로 하는 매연저감장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디젤미립자 필터부의 전단과 후단 사이의 압력차를 검출하기 위한 차압계를 더 포함하는 매연저감장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차압계에 의해 검출된 압력차를 입력신호로 받아 상기 가열장치의 작동을 제어하는 가열장치 제어부를 더 포함하는 매연저감장치.
  11. 내연기관 엔진에서 배출되는 배기가스를 제공하는 단계;
    상기 배기가스를 중공의 원통형상의 일단이 막혀있는 산화 촉매부에 통과시키는 단계;
    상기 산화 촉매부를 반경방향으로 이격을 두고 둘러싸며 일단이 막혀있는 디젤미립자 필터부에 통과시키는 단계;
    상기 디젤미립자 필터부의 전단과 후단의 압력차를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 압력차가 기준치 이상인 경우 가열장치에 의해 고온 가스를 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 인입시키는 단계를 포함하는 매연저감방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부는 금속폼 시트를 말아 중공의 원통형상으로 형성한 후 일단을 막은 형태인 것을 특징으로 하는 매연저감방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 산화 촉매부는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 포함된 것을 특징으로 매연저감방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부를 구성하는 금속폼은 Ni계 금속폼, Fe계 금속폼, FeNiCrAl계 금속폼 및 금속 매쉬(metal mash) 중 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 매연저감방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관에서 배출되는 배기가스의 일부를 상기 가열장치에 우회시켜 상기 산화 촉매부 및 디젤미립자 필터부가 이격된 공간에 인입시키는 것을 특징으로 하는 매연저감방법.
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