KR100964552B1 - 디젤차량용 매연저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤차량용 매연저감장치에 관한 것으로, 특히 배기다기관의 각 분기관이 합쳐지는 합지관의 단부에 설치하여 필터의 재생온도를 충분하게 확보하고, 또한 열전도율 순으로 필터를 배치함으로써, 시내 도로 주행과 같이 배기가스의 배기온도가 낮은 경우에도 필터의 재생효과를 극대화하여 재생효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 수명을 연장시킬 수 있는 디젤차량용 매연저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 디젤차량용 매연저감장치는,복수개의 분기관이 합지되는 디젤엔진의 배기다기관의 합지관에 장착되는 디젤차량용 매연저감장치에 있어서, 상대적으로 열전도성이 높은 전처리필터부; 및 전처리필터부와 비교하여 상대적으로 열전도율이 낮은 후처리필터부;를 포함하여 이루어지고, 전처리필터부가 분기관을 향하도록 분기관과 합지관이 연결되는 부위에 설치되는 것을 특징으로 한다.

디젤차량, 매연저감, 전처리필터부, 후처리필터부, 메탈필터, 세라믹필터

Description

디젤차량용 매연저감장치{Apparatus for Diesel Particulate Filter}

본 발명은 디젤차량용 매연저감장치에 관한 것으로, 특히 열전도성이 높아 열충격에 강한 순으로 필터를 배치하고, 이들 필터에 포집된 PM을 배기가스열로 연소시킴으로써 매연을 저감시킬 수 있는 디젤차량용 매연저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤차량에서 발생되는 배기가스에는 가솔린 엔진과 비교하여 이중탄화수소와 이산화탄소가 20~30% 적게 포함되어 있으나, 질소화합물과 미세먼지(PM)는 더 많이 함유되어 있다.

이 중에서 PM은 인체에 유해한 요소이기 때문에 디젤차량의 배기다기관을 통해 배기가스가 배출되기 전에 이를 걸러주게 된다. 이를 위해, 디젤차량의 배기다기관에는 이러한 유해물질을 걸러주기 위한 매연저감장치가 구비되어 있다.

이러한 매연저감장치는 통상적으로 PM을 포집하기 위하여 메탈필터라든가 세라믹 필터를 많이 이용하고 있다.

메탈필터는 열전도성이 높아 국부적으로 열이 집중되는 현상이 발생하지 않기 때문에 열충격에 강하고 빠른 가열 특성성을 가지고 있으며, 다양한 필터의 재생이 가능하기 때문에 많이 이용되고 있다.

그리고, 세라믹 필터는 고온에서 사용할 수 있고, 특히 배기가스에 함유된 PM의 포집율이 높아 디젤차량의 매연저감장치에 많이 사용되고 있다. 또한, 세라믹 필터는 필터의 교환과 점검이 용이한 장점이 있다.

그러나, 종래의 디젤차량의 매연저감장치에 많이 이용되는 필터는 다음과 같은 문제가 발생하게 된다.

1) 메탈필터와 세라믹 필터의 경우, 배기가스의 배출온도가 소정의 온도(예를 들어, 500~800℃)가 되어야만 정상적으로 필터링 기능과 함께 재생기능을 갖게 된다.

2) 하지만, 디젤차량이 시내 주행과 같이, 배기가스의 배기온도가, 예를 들어, 300℃ 이하가 되는 경우, 필터링 기능과 재생 기능이 떨어지게 되는 문제가 발생한다.

3) 이처럼, 필터링 기능, 특히 재생기능이 저하되게 되면, PM포집 후에 재생효율이 떨어지게 된다. 특히 세라믹 필터의 경우, 재생이 이루어지지 않기 때문에 자주 교체해 주어야 하는 불편함이 있다. 이는, 매연저감장치의 유지관리에 어려움을 초래하고, 이에 따른 관리비용을 증가시키는 원인으로 작용한다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 배기다기관의 각 분기관이 합쳐지는 합지관의 단부에 설치하여 필터의 재생온도를 충분하게 확보하고, 또한 열전도율 순으로 필터를 배치함으로써, 시내 도로 주행과 같이 배기가스의 배기온도가 낮은 경우에도 필터의 재생효과를 극대화하여 재생효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 수명을 연장시킬 수 있는 디젤차량용 매연저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 디젤차량용 매연저감장치는,

복수개의 분기관이 합지되는 디젤엔진의 배기다기관의 합지관에 장착되는 디젤차량용 매연저감장치에 있어서,

상대적으로 열전도성이 높은 전처리필터부; 및 전처리필터부와 비교하여 상대적으로 열전도율이 낮은 후처리필터부;를 포함하여 이루어지고,

전처리필터부가 분기관을 향하도록 분기관과 합지관이 연결되는 부위에 설치되는 것을 특징으로 한다.

특히, 제1필터로는 메탈필터를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 메탈필터로는 금속 파이버 필터를 이용할 수 있다.

그리고, 후처리필터부로는 세라믹필터를 이용할 수 있다. 이러한 세라믹필터는 코디얼 라이터 또는 실리콘계열의 다공질 세라믹 필터를 이용하는 것이 바람직 하다. 뿐만 아니라 세라믹 필터로는 복수의 세라믹 다공질 벽으로 이루어진 복수의 채널이 번갈아 가며 한쪽씩 막혀 있는 형태로 이루어진 웰 플로우 중공필터(Wall-Flow Monoliths Filter)를 이용할 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 합지관의 선단부에 디젤차량용 매연저감장치를 설치하기 때문에 어떠한 상황에서도 PM 재생에 필요한 재생온도를 얻을 수 있게 된다.

2) 이처럼 재생온도의 확보로, 매연저감장치의 필터링 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 되고, 이는 매연저감장치의 수명을 연장시킬 수 있게 된다..

3) 필터링 효과의 향상 및 매연저감장치의 수명연장으로 인하여 매연저감장치의 유지관리가 용이해질 뿐만 아니라 관리비용을 줄일 수 있게 되어 전체적으로 비용을 절감할 수 있게 된다.

4) 2회에 걸쳐 PM을 걸러주고 필터를 재생시켜 주기 때문에 배기가스에 함유된 PM의 저감 효과를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

5) 후처리필터부로 이용되는 세라믹 필터가 배기가스의 고온에 의해 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 장착위치에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

(장착위치)

도 1은 본 발명에 따르는 디젤차량용 매연저감장치의 장착위치를 나타내는 사시도이다. 여기서, 도면부호 "100"은 본 발명에 따르는 매연저감장치를, "1000"은 통상의 디젤엔진에 구비되는 배기다기관을, "1100"은 분기관을, "1200"은 합지관을 각각 나타낸다.

본 발명에 따르는 매연저감장치(100)는 통상적으로 디젤엔진에서 배기가스를 배출하는 배기다기관(1000)에 설치하여 사용하게 된다. 특히, 매연저감장치(100)는 디젤엔진의 주행여건에 상관없이 필터링 기능을 향상시킬 수 있도록 각 필터의 재생에 필요한 온도를 얻을 수 있도록 배기다기관(1000)의 합지관(1200)의 단부, 즉 분기관(1100)과 합쳐지는 합지관(1200)의 선단부에 설치하는 것이 바람직하다.

이러한 설치위치를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1에서와 같이, 배기다기관(1000)은 통상 다기통엔진을 구성하는 각 실린더로부터 배기가스를 배출하기 위하여 실린더블럭(미도시됨)에 연결되는 복수의 분기관(1100)과, 이들 분기관(1100)으로 유입된 배기가스를 하나로 합쳐 유해물질을 걸러 주는 정화장치와 같은 구성요소가 설치되는 합지관(1200)을 포함하여 이루어지게 된다. 도 1에서는 4기통 엔진의 배기다기관(1000)의 예를 보여주고 있으며, 그 중앙에 합지관(1200)이 연결된 예를 보여주고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 매연저감장치(100)는 이처럼, 폭발행정으로 고온 상태의 배기가스를 바로 이용하기 위하여, 상술한 바와 같이 분기관(1100)과 합지관(1200)이 연결되는 부분인 합지관(1200) 선단부에 장착하게 되는 것이다.

이에, 본 발명의 매연저감장치(100)는 배기다기관(1000)을 통과하면서 배기가스의 열이 외부에 빼앗기게 되는 것을 최소화할 수 있게 되고, 특히 배기가스가 가장 높은 온도에 있을 때에 필터링 작용이 이루어질 수 있기 때문에 디젤차량이 시내 주행과 같이 저속으로 주행하더라도 필터 재생에 필요한 충분한 배기가스의 배출온도를 얻을 수 있게 되는 것이다.

(구성)

도 2는 본 발명에 따르는 디젤차량용 매연저감장치의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명에 따르는 매연저감장치(100)는 디젤엔진의 배기다기관(1000), 특히 각 분기관(1100)으로부터 배기되는 배기가스중에 함입된 미세입자(PM)를 포집하기 위하여 각각 열전도율이 다른 전처리필터부(110)와 후처리필터부(120)를 포함하여 구성된다.

특히, 전처리필터부(110)는 배기다기관(1000)의 합지관(1200)으로 유입되는 배기가스로부터 1차적으로 미세입자를 포집하기 때문에, 후처리필터부(120)에 비하여 상대적으로 열전도성이 높은 재질로 제조된 필터를 이용하는 것이 바람직하다.

이는 전처리필터부(110)를 통과한 배기가스의 배기온도가 상대적으로 낮아지기 때문에, 그만큼 후처리필터부(120)는 전처리필터부(110)에 비해 열전도성이 낮은 재질로 제조된 필터를 이용할 수 있기 때문이다. 따라서, 후처리필터부(120)가 배기가스의 높은 배기온도에 의해 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

이에, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전처리필터부(110)로는 열전도율이 높아 그만큼 배압이 낮아지는 메탈필터를 이용하는 것이 바람직하다. 메탈필터는 세라믹 필터에 비해 슈트과적에 대한 내성이 크고 높은 열전도성으로 국부적으로 열이 집중되는 현상이 발생되지 않기 때문에 열충격에도 강하다고 알려져 있다. 그리고, 메탈필터는 재생이 용이하고 고온에서의 내식성이 강하다. 이러한 메탈필터로는 통상의 기술로 제작되는 금속 파이버 필터, 개방형 금속담체 또는 금속분말 필터를 이용할 수 있다. 도 3에서는, 본 발명에 따르는 메탈필터의 일예로서 개방형 금속담체의 일예를 예시적으로 도시하고 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 후처리필터부(120)는 전처리필터부(110)에 비해 상대적으로 열전도율이 낮은 세라믹필터를 이용하는 것이 바람직하다. 세라믹필터는 메탈필터의 포집율(60%)에 비해 높은 포집율(90%)을 가지고 있으나, 열전도율이 낮고 세라믹필터의 재생의 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 세라믹필터로는 통상의 기술로 제작되는 코디얼라이터 또는 실리콘 계열의 다공질 세라믹 필터 또는 복수의 세라믹 다공질 벽으로 이루어진 복수의 채널이 번갈아 가며 한쪽씩 막혀 있는 형태로 이루어진 웰 플로우 중공필터(Wall-Flow Monoliths Filter)를 이용할 수 있다. 도 4에서는 통상적으로 이용되는 세라믹필터중 웰 플로우 중공필터를 보여주는 일부 사시도를 보여주고 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따르는 매연저감장치(100)는, 전처리필터부(110)에서 1차적으로 PM을 포집하여 배기가스의 배기온도에 의해 재생이 이루어지게 되고, 이 전처리필터부(110)의 뒷쪽으로 설치된 후처리필터부(120)에 의해 배기온도가 낮아진 배기가스에 함유된 PM을 2차적으로 걸러 배기가스를 이용하여 연소시킴으로써 매연저감 효과를 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따르는 매연저감장치(100)는 디젤차량의 시내 주행과 같이 배기가스의 온도가 고속 주행에 비해 배기온도가 낮더라도, 매연저감장치(100)가 분기관(1100)의 가장 가까운 위치에 설치되기 때문에 충분한 연소온도를 얻을 수 있게 된다. 이에 따라, 디젤차량의 주행 속도,즉 배기온도와 상관없이 포집된 PM을 연소시킬 수 있기 때문에 포집된 PM의 연소를 통해 각 필터의 재생효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 디젤차량용 매연저감장치의 장착위치를 나타내는 사시도.

도 2는 본 발명에 따르는 디젤차량용 매연저감장치의 구성을 설명하기 위한 개략도.

도 3은 본 발명에 따르는 메탈필터로서, 개방형 금속담체의 일예를 예시적으로 보여주는 일부 사시도.

도 4에서는 통상적으로 이용되는 세라믹필터중 웰 플로우 중공필터를 보여주는 일부 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 도면부호의 간단한 설명>

100 : 매연저감장치

110 : 전처리필터부

120 : 후처리필터부

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 복수개의 분기관(1100)이 합지되는 디젤엔진의 배기다기관(1000)의 합지관(1200)에 장착되는 디젤차량용 매연저감장치를 구성함에 있어,

   상대적으로 열전도성이 높은 전처리필터부(110); 및 상기 전처리필터부(110)와 비교하여 상대적으로 열전도율이 낮은 후처리필터부(120);를 포함하여 이루어지고,

   상기 전처리필터부(110)가 상기 분기관(1100)을 향하도록 상기 분기관(1100)과 합지관(1200)이 연결되는 부위에 설치되되,

   상기 전처리필터부(110)는 메탈필터로 구성되고,

   상기 후처리필터부(120)는 세라믹필터로 이루어진 것에 있어서,

   상기 세라믹 필터는 복수의 세라믹 다공질 벽으로 이루어진 복수의 채널이 번갈아 가며 한쪽씩 막혀 있는 형태로 이루어진 웰 플로우 중공필터(Wall-Flow Monoliths Filter)인 것을 특징으로 하는 디젤차량용 매연저감장치.

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