KR100405676B1 - Device of reducing noxious substances for a diesel engine - Google Patents

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Abstract

디젤 엔진용 유해물질 저감장치가 개시된다. 개시된 디젤 엔진용 유해물질 저감장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되고 다시 배출되는 유입구 및 배출구가 형성된 실린더와; 상기 실린더내의 상기 유입구 및 상기 배출구의 일측에 각각 설치된 세라믹 부재와; 상기 세라믹 부재에 지지되어 상기 실린더의 중앙 일측에 설치된 전극부재와; 상기 전극부재를 관통하도록 상기 실린더 내에 설치되고, 상기 실린더의 내주면으로 소정의 공간을 형성하는 접지판과; 상기 접지판 내에 설치되어 배기가스가 지나며 배기가스에 함유된 유해물질과의 화학작용에 의해 유해물질이 제거되도록 하는 유해물질 제거부재와; 상기 유해물질 제거부재와, 상기 전극부재에 전원을 공급하기 위해 이들과 연결 설치된 전원 공급장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 출력이 향상되고, 배기가스 배출 규제를 만족할 수 있고, 배출되는 오염물질을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.An apparatus for reducing harmful substances for a diesel engine is disclosed. The disclosed harmful substance reduction apparatus for a diesel engine includes a cylinder having an inlet and an outlet through which exhaust gas discharged from the engine is introduced and discharged again; Ceramic members respectively provided at one side of the inlet and the outlet of the cylinder; An electrode member supported by the ceramic member and installed at a central side of the cylinder; A ground plate installed in the cylinder to penetrate the electrode member, the ground plate forming a predetermined space on an inner circumferential surface of the cylinder; A toxic substance removal member installed in the ground plate to remove toxic substances by the chemical reaction with toxic substances contained in the exhaust gas through the exhaust gas; And a power supply device connected to the harmful substance removal member and the electrode member to supply power to the electrode member. According to the present invention, there is an advantage that the output is improved, the exhaust gas emission regulation can be satisfied, and the pollutants emitted can be reduced.

Description

디젤 엔진용 유해물질 저감장치{DEVICE OF REDUCING NOXIOUS SUBSTANCES FOR A DIESEL ENGINE}DEVICE OF REDUCING NOXIOUS SUBSTANCES FOR A DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 엔진용 유해물질 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 출력과 연비가 향상되고 플라즈마 반응을 통하여 배출가스 규제를 만족할 수 있도록 개선된 디젤 엔진용 유해물질 저감장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for reducing harmful substances for diesel engines, and more particularly, to an apparatus for reducing harmful substances for diesel engines, in which an output and fuel efficiency are improved and a discharge gas regulation is satisfied through a plasma reaction.

가솔린 엔진의 한계점인 열 효율성과 연비 저감이 이루어질 수 있는 대안으로 디젤 엔진이 강력히 추천되고 있으며, 사용자의 기호 또한 이에 발맞추어 그 수요가 급격히 증가하고 있다.Diesel engines are strongly recommended as alternatives to gasoline engines, which can reduce thermal efficiency and fuel economy, and the demands of users are rapidly increasing.

그러나 디젤 엔진의 사용이 계속 증가하면서 많은 선진국에서는 디젤 엔지의 배기가스 배출 허용 기준을 강화하고 있으며, 디젤 엔진에서 배출되는 오염물질을 줄이도록 강요하고 있다. 이는 자동차업계에로서 마켓쉐어(market share)를 잠식당하는 형상이며, 이는 이러한 규제를 만족함으로써 더 큰 시장을 개척할 수 있는 가능성을 내포하고 있다고도 할 수 있다.However, as the use of diesel engines continues to increase, many developed countries are tightening their diesel engines' emissions standards and forcing them to reduce their emissions. This is a form of encroaching market share for the automotive industry, which implies the possibility of opening up larger markets by satisfying these regulations.

즉, 이 규제가 유럽과 미국을 중심으로 점차 강화됨에 따라 기존 방식의 후처리 장치에서 벗어난 새로운 개념의 배기 정화 장치가 절실하게 요구되게 되었으며, 강화되는 배출가스 규제를 먼저 만족하는 회사만이 살아남는 형국이다.In other words, as this regulation is gradually strengthened around Europe and the United States, a new concept of exhaust purification equipment is urgently needed to overcome the existing aftertreatment system, and only companies that satisfy the tightened emission regulations first survive. to be.

이에 따라 그 대안으로서 현재 여러 종류의 대책이 연구중이며, 그 중 플라즈마를 이용한 배기 정화 시스템이 NOx와 PM을 동시에 저감할 수 있는 가능성을 가지고 새로이 관심을 받고 있다. 이러한 배경으로 플라즈마 장치의 기술이 지속적으로 연구중에 있으며 플라즈마 장치의 형상은 중요한 기술로 인정되고 있다.Accordingly, as an alternative, various kinds of countermeasures are currently being studied, and among them, an exhaust purification system using plasma has received new attention with the possibility of simultaneously reducing NOx and PM. Against this background, the technology of the plasma device is continuously being studied, and the shape of the plasma device is recognized as an important technology.

그런데, 종래의 후처리 기술중 디젤 입자상 물질 필터(DPF; Diesel Particulate Filter)는 배압문제와 재생문제를 극복하고 있지 못하며, 또한 NOx을 제거할 수 없으므로 NOx 제거를 위해 배기 시스템 후방으로 촉매장치를 추가로 장착해야 한다. 그리고 하나의 촉매만으로는 입자상의 물질을 제거할 수 없는 것으로 보고되고 있다. 이에 따라 하나의 시스템으로 두 오염물질을 동시에 제거할 수 있는 기술로 플라즈마 반응공법이 있다.However, the diesel particulate filter (DPF) does not overcome the back pressure problem and the regeneration problem in the conventional post-treatment technology, and since NOx cannot be removed, a catalytic device is added to the rear of the exhaust system to remove NOx. It should be installed as It is reported that only one catalyst cannot remove particulate matter. Accordingly, there is a plasma reaction method that can remove two contaminants at the same time with one system.

그러나 플라즈마 상태로 만들기 위한 공법으로 고전압을 인가해 스트리머 코로나 반응을 만들 경우 스파크로 천이될 수 있는 가능성이 농후해 스트리머 자체가 지속적으로 유지될 수 있도록 하는 기술이 필요하다. 또한 플라즈마 단독 기술로는 입자상의 물질과 NOx의 동시 저감 효율이 매우 낮다.However, if a high voltage is applied to make the plasma state, a streamer corona reaction is likely to be transitioned to a spark so that the streamer itself can be continuously maintained. In addition, the plasma alone technology has a very low efficiency of simultaneously reducing particulate matter and NOx.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전극과 접지판 사이에 유전체를 삽입하여 입자상의 물질과 NOx을 동시에 저감시킬 수 있도록 한 디젤 엔진용 유해물질 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a harmful substance reduction apparatus for a diesel engine, by inserting a dielectric between an electrode and a ground plate to simultaneously reduce particulate matter and NOx. have.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진용 유해물질 저감장치의 구성을 나타낸 개략적인 도면.1 is a schematic view showing the configuration of a harmful substance reduction apparatus for a diesel engine according to the present invention.

도 2는 도 1의 개략적인 측면도.2 is a schematic side view of FIG. 1;

도 3은 도 1에 채용된 유전체 구슬의 도면.3 is a view of the dielectric beads employed in FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10. 실린더 20. 세라믹 부재10. Cylinder 20. Ceramic member

30. 전극부재 40. 접지판30. Electrode member 40. Ground plate

50. 전원 공급장치 60. 유전체 구슬50. Power supply 60. Dielectric beads

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤 엔진용 유해물질 저감장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되고 다시 배출되는 유입구 및 배출구가 형성된 실린더와; 상기 실린더내의 상기 유입구 및 상기 배출구의 일측에 각각 설치된 세라믹 부재와; 상기 세라믹 부재에 지지되어 상기 실린더의 중앙 일측에 설치된 전극부재와; 상기 전극부재를 관통하도록 상기 실린더 내에 설치되고, 상기 실린더의 내주면으로 소정의 공간을 형성하는 접지판와; 상기 접지판 내에 설치되어 배기가스가 지나며 배기가스에 함유된 유해물질과의 화학작용에 의해 유해물질이 제거되도록 하는 유해물질 제거부재와; 상기 유해물질 제거부재와, 상기 전극부재에 전원을 공급하기 위해 이들과 연결 설치된 전원 공급장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a harmful substance reduction apparatus for a diesel engine according to the present invention includes: a cylinder having an inlet and an outlet formed by the exhaust gas discharged from the engine and discharged again; Ceramic members respectively provided at one side of the inlet and the outlet of the cylinder; An electrode member supported by the ceramic member and installed at a central side of the cylinder; A ground plate installed in the cylinder to penetrate the electrode member, the ground plate forming a predetermined space on an inner circumferential surface of the cylinder; A toxic substance removal member installed in the ground plate to remove toxic substances by the chemical reaction with toxic substances contained in the exhaust gas through the exhaust gas; And a power supply device connected to the harmful substance removal member and the electrode member to supply power to the electrode member.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에는 본 발명에 따른 디젤 엔진용 유해물질 저감장치를 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.Figure 1 is a schematic diagram showing a schematic diagram of a harmful substance reduction apparatus for a diesel engine according to the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 디젤 엔진용 유해물질 저감장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되고, 다시 배출되는 유입구(11) 및 배출구(12)가 형성된 캔(can) 또는 실린더(cylinder)(10)와, 상기 실린더(10)내의 유입구(11) 및 배출구(12)의 일측에 각각 설치되어 절연재로 이용되는 세라믹 부재(20)와, 상기 세라믹 부재(20)에 지지되어 실린더(10)의 중앙 일측에 설치된 전극부재(30)와, 상기 전극부재(30)를 관통하도록 실린더(10) 내에 설치되고, 상기 실린더(10)의 내주면으로 소정의 공간을 형성하는 접지판(40)과, 상기 접지판(40) 내에 설치되어 배기가스가 지나며 배기가스에 함유된 유해물질과의 화학작용에 의해 유해물질이 제거되도록 하는 유해물질 제거부재와, 상기 유해물질 제거부재와, 전극부재에 전원을 공급하기 위해 이들과 연결 설치된 전원 공급장치(50)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, the harmful substance reduction apparatus for diesel engines according to the present invention, the can or cylinder (cylinder) formed with the inlet 11 and the outlet 12 in which the exhaust gas discharged from the engine is introduced, discharged again 10, a ceramic member 20 which is provided at one side of the inlet 11 and the outlet 12 of the cylinder 10 and used as an insulating material, and is supported by the ceramic member 20 and the cylinder 10 And a ground plate 40 installed in the cylinder 10 so as to penetrate the electrode member 30, and forming a predetermined space on the inner circumferential surface of the cylinder 10. And a harmful substance removing member installed in the ground plate 40 to remove the harmful substances by chemical reaction with the harmful substances contained in the exhaust gas through the exhaust gas, the harmful substance removing member, and the power supply to the electrode member. Installed with these to feed the It is configured to include a power supply (50).

상기 실린더(10)의 유입구(11) 일측은 배기가스가 실린더(10)의 원주방향으로 유입되어 균일한 분포로 퍼질 수 있도록 원뿔형으로 이루어진다.One side of the inlet 11 of the cylinder 10 has a conical shape so that the exhaust gas flows in the circumferential direction of the cylinder 10 and spreads in a uniform distribution.

상기 세라믹 부재(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 십자형으로 이루어지고, 상기 전극부재(30)의 절연이 이루어지며 설치될 수 있도록 세라믹 부재(20)의 중앙에 설치된다.As shown in FIG. 2, the ceramic member 20 has a cross shape and is installed in the center of the ceramic member 20 so that the electrode member 30 can be insulated and installed.

그리고 상기 유해물질 제거부재는, 외주면에 질소산화물 제거(DeNOx) 촉매(61)가 도포되고, 구슬형태로 이루어진 다수개의 유전체 구슬(60)로 이루어진다. 특히 상기 유전체 구슬(60)의 표면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 질소산화물 제거 촉매(61)가 부분적으로 코팅되어 유전체와 촉매의 역할을 동시에 수행토록 되어 있다.In addition, the toxic substance removal member, the nitrogen oxide removal (DeNOx) catalyst 61 is applied to the outer circumferential surface, and consists of a plurality of dielectric beads 60 in the form of beads. In particular, as shown in FIG. 3, the surface of the dielectric beads 60 is partially coated with a nitrogen oxide removal catalyst 61 so as to simultaneously serve as a dielectric and a catalyst.

또한 상기 접지판(40)은 매시(mesh) 형태로 이루어져 배기가스의 유입이 용이하다.In addition, the ground plate 40 is made of a mesh (mesh) to facilitate the inflow of exhaust gas.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 디젤 엔진용 유해물질 저감장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the harmful substance reduction device for a diesel engine according to the present invention having the configuration as described above are as follows.

도면을 다시 참조하면, 우선, 비열 플라즈마 상태로 배기가스를 처리하는 기술은 스트리머 코로나 방전을 주로 이용한다. 그러나 스트리머 코로나 방전은 브러쉬 코로나 방전과 스파크 사이의 불안정한 상태이므로, 넓은 인가 전압 범위에서 안정된 스트리머를 생성시키기 위하여 유전체를 삽입하는 기술이 활용되고 있다.Referring back to the drawings, first, a technique of treating exhaust gas in a non-thermal plasma state mainly uses streamer corona discharge. However, since the streamer corona discharge is an unstable state between the brush corona discharge and the spark, a technique of inserting a dielectric is used to generate a stable streamer in a wide applied voltage range.

따라서 본 발명에서도 고전압이 인가되는 전극부재(30)와 접지판(40) 사이의 유전체 구슬(60)을 설치하여 안정된 스트리머 반응을 얻는 방법이 응용되었다. 이를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Therefore, in the present invention, a method of obtaining a stable streamer reaction by installing the dielectric beads 60 between the electrode member 30 and the ground plate 40 to which a high voltage is applied has been applied. This will be described in more detail.

엔진에서 배출되는 배기가스는 상기 실린더(10)의 유입구(11)로 유입되고, 이 배기가스는 균일한 분포로 퍼지게 하기 위해 원뿔형태의 공간에서 각 원주방향으로(화살표 참조) 분배된다.Exhaust gas discharged from the engine flows into the inlet 11 of the cylinder 10, and the exhaust gas is distributed in each circumferential direction (see arrow) in a conical space so as to spread in a uniform distribution.

이렇게 원주방향으로 유입된 배기가스는 접지판(40) 사이로 유입되어 유전체 구슬(60) 사이로 들어간다. 상기 유전체 구슬(60)은 전극부재(30)에 고전압이, 상기 접지판(40)에 접지가 연결되어 유전체 구슬(60) 표면에는 스트리머 반응이 강력하게 일어난다.The exhaust gas introduced in the circumferential direction is introduced between the ground plates 40 and enters between the dielectric beads 60. The dielectric beads 60 have a high voltage connected to the electrode member 30 and a ground connected to the ground plate 40 so that a streamer reaction occurs strongly on the surface of the dielectric beads 60.

배기가스중의 NOx는 이 스트리머 반응에 의하여 NO는 NO2로 변환되고, 입자상 물질은 스트리머에 의하여 산화된다. 또한 입자상 물질이 NO2와 화학반응을 통하여 산화온도가 500℃에서 200℃로 떨어지게 되어 배기가스 자체의 온도에 의하여 산화된다. 특히 전기장에 의해 하전된 입자상 물질은 전기를 띄고 있는 유전체 구슬(60)의 표면에 흡착되기도 한다.NOx in the exhaust gas is converted to NO2 by the streamer reaction, and the particulate matter is oxidized by the streamer. In addition, the particulate matter is oxidized by the temperature of the exhaust gas itself because the oxidation temperature drops from 500 ℃ to 200 ℃ through a chemical reaction with NO2. Particularly, the particulate matter charged by the electric field may be adsorbed on the surface of the dielectric beads 60 which are charged with electricity.

그러나, 교류 전기장이 인가되므로 반대 극성이 될 경우 재 비산되며, 흡착시 스트리머 반응에 의해 산화되기도 한다. 발생된 NO2는 유전체 구슬(60) 표면에 코팅된 질소산화물 제거 촉매(61)에 의하여 제거된다.However, since an alternating current electric field is applied, it is scattered again when the polarity is reversed, and may be oxidized by the streamer reaction upon adsorption. The generated NO 2 is removed by the nitrogen oxide removal catalyst 61 coated on the surface of the dielectric beads 60.

또한 스트리머 반응에 의하여 탄화수소, 일산화탄소 등이 제거된다. 청정화된 배기가스는 상기 실린더(10)의 배출구(12)를 통하여 배출된다.In addition, hydrocarbons, carbon monoxide and the like are removed by the streamer reaction. The cleaned exhaust gas is discharged through the outlet 12 of the cylinder 10.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 엔진용 유해물질 저감장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the apparatus for reducing harmful substances for a diesel engine according to the present invention has the following effects.

종래의 디젤 입자상 물질 필터에 비해 배압이 덜 걸리므로 출력이 향상되고, 연비가 향상되며, 배기가스 배출 규제를 만족할 수 있다.Since the back pressure is less than that of the conventional diesel particulate filter, the output is improved, the fuel economy is improved, and the exhaust gas emission regulation can be satisfied.

그리고, 출력이 향상되고, 배기가스 배출 규제를 만족할 수 있으므로 연료량을 줄여 기타 다른 오염물질을 감소시킬 수 있다.In addition, the power can be improved and the emission regulations can be satisfied, thereby reducing the amount of fuel and other pollutants.

또한, 강화되는 배출가스 규제를 만족시키기 위하여 촉매와 DPF의 2단 후처리 장치가 1단 후처리 장치로 축소될 수 있다.In addition, the two-stage aftertreatment unit of the catalyst and the DPF can be reduced to a one-stage aftertreatment unit in order to meet the tightening emission regulations.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims (6)

엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되고 다시 배출되는 유입구 및 배출구가 형성된 실린더와;A cylinder having an inlet port and an outlet port through which exhaust gas discharged from the engine is introduced and discharged again; 상기 실린더내의 상기 유입구 및 상기 배출구의 일측에 각각 설치된 세라믹 부재와;Ceramic members respectively provided at one side of the inlet and the outlet of the cylinder; 상기 세라믹 부재에 지지되어 상기 실린더의 중앙 일측에 설치된 전극부재와;An electrode member supported by the ceramic member and installed at a central side of the cylinder; 상기 전극부재를 관통하도록 상기 실린더 내에 설치되고, 상기 실린더의 내주면으로 소정의 공간을 형성하는 접지판와;A ground plate installed in the cylinder to penetrate the electrode member, the ground plate forming a predetermined space on an inner circumferential surface of the cylinder; 상기 접지판 내에 설치되어 배기가스가 지나며 배기가스에 함유된 유해물질과의 화학작용에 의해 유해물질이 제거되도록 하는 유해물질 제거부재와;A toxic substance removal member installed in the ground plate to remove toxic substances by the chemical reaction with toxic substances contained in the exhaust gas through the exhaust gas; 상기 유해물질 제거부재와, 상기 전극부재에 전원을 공급하기 위해 이들과 연결 설치된 전원 공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 유해물질 저감장치.And a hazardous substance removing member and a power supply unit connected to the hazardous substance removing member and supplied to supply the electric power to the electrode member. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실린더의 상기 유입구 일측은 배기가스가 상기 실린더의 원주방향으로 유입되어 균일한 분포로 퍼질 수 있도록 원뿔형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 유해물질 저감장치.One side of the inlet of the cylinder is a harmful substance reduction device for a diesel engine, characterized in that the exhaust gas is introduced in the circumferential direction of the cylinder and conical so as to spread in a uniform distribution. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세라믹 부재는 십자형으로 이루어지고, 상기 전극부재는 상기 세라믹 부재의 중앙에 설치된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 유해물질 저감장치.The ceramic member is cross-shaped, the electrode member is a harmful substance reduction apparatus for a diesel engine, characterized in that installed in the center of the ceramic member. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유해물질 제거부재는, 외주면에 질소산화물 제거 촉매가 도포된 다수개의 유전체 구슬을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 유해물질 저감장치.The harmful substance removing member, the harmful substance reduction apparatus for a diesel engine, characterized in that it comprises a plurality of dielectric beads coated with a nitrogen oxide removal catalyst on the outer peripheral surface. (정정)제4항에 있어서, (Correction) The method according to claim 4, 상기 질소산화물 제거 촉매는 상기 유전체 구슬의 표면에 부분적으로 코팅된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 유해물질 저감장치.The nitrogen oxide removal catalyst is a harmful substance reduction device for a diesel engine, characterized in that the partial coating on the surface of the dielectric beads. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접지판은 그 내부 및 외부로 배기가스의 출입이 이루어질 수 있도록 매시 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 유해물질 저감장치.The ground plate is a harmful substance reduction device for a diesel engine, characterized in that made in the form of a mash so that the exhaust gas into and out of it.
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