KR100488690B1 - 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조 - Google Patents

Abstract

차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조가 개시된다. 개시된 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조는, 차량에 설치되어 고전압을 인가 받고, 코로나 방전을 통하여 플라즈마를 형성시켜 차량의 배기가스를 저감하는 플라즈마 반응기에 있어서, 상기 플라즈마 반응기의 적어도 양측면에는 상기 플라즈마 반응기의 캐닝시 응력분포를 균일하게 하기 위한 보강재를 설치한 것으로, 상기 보강재는 코디어라이트계 세라믹으로 이루어지고, 상기 보강재의 단면 형상은 타원형으로 이루어졌으며, 또한 상기 보강재는 촉매 담체로 사용되도록 구성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 단순화된 구조로 절연이 가능하여 플라즈마 반응기를 실차에 장착할 수 있게 됨으로써 배기가스를 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조{PLASMA REACTOR STRUCTURE FOR DECREASING EXHAUST GAS FROM VEHICLES}

본 발명은 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조가 간단해지고, 차량의 장착이 용이해져 차량의 배기가스의 저감이 이루어지도록 개선된 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조에 관한 것이다.

최근 디젤엔진의 사용이 계속 증가하면서 많은 선진국에서는 디젤엔진의 배기가스 배출 허용기준을 강화하고 있으며, 디젤엔진에서 배출되는 오염물질을 줄이도록 강요하고 있다.

이러한 규제가 유럽과 미국을 중심으로 점차 강화됨에 따라 기존 방식의 후처리장치에서 벗어난 새로운 개념의 배기 정화장치가 절실하게 요구되게 되었으며, 강화되는 배출가스 규제를 먼저 만족하는 회사만이 살아남는 형국이다.

이에 따라 현재 활발한 연구가 진행중이며, 그 중 플라즈마를 이용한 배기정화 시스템이 NOx와 입자상물질(Diesel Particulate matter)을 동시에 저감할 수 있기 때문에 플라즈마 이용한 배기정화 시스템은 중요한 기술로 인정되고 있다.

그러나 상기한 바와 같이 자동차용 엔진의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기는 기체상과 입자상의 두 배기물질의 저감에 탁월한 효과를 보이지만, 고전압 인가(5000~8000V)로 인하여 실차 장착에 어려움이 있다.

그리고 현재의 플라즈마 반응기의 내구 및 충격을 고려할 때 취약한 구조이고, 응력 집중이 발생하기도 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 플라즈마 반응기의 고전압에 대한 절연성 확보하여 실차 장착이 가능해지고, 구조의 단순화로 내구성 및 내충격을 향상시킨 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조는, 차량에 설치되어 고전압을 인가 받고, 코로나 방전을 통하여 플라즈마를 형성시켜 차량의 배기가스를 저감하는 플라즈마 반응기에 있어서, 상기 플라즈마 반응기의 적어도 양측면에는 상기 플라즈마 반응기의 캐닝시 응력분포를 균일하게 하기 위한 보강재를 설치한 것으로, 상기 보강재는 코디어라이트계 세라믹으로 이루어지고, 상기 보강재의 단면 형상은 타원형으로 이루어졌으며, 또한 상기 보강재는 촉매 담체로 사용되도록 구성된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 도 1의 상부 일측을 단면하여 나타낸 평단면도 및 측단면도가 각각 도시되어 있다.

여기에서는 일반적인 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조는, 도면에는 전부 도시하지는 않았지만, 코로나 방전을 통하여 플라즈마를 형성시켜 차량의 배기가스를 저감하기 위해 차량의 일측에 설치된 플라즈마 반응기(10)와, 이 플라즈마 반응기(10)에 연결 설치되어 플라즈마 반응을 발생시키기 위한 코로나 방전을 형성시키도록 고전압을 발생시키는 전원공급장치와, 상기 플라즈마 반응기(10)가 보호되도록 외부에 설치되어 플라즈마 반응기(10)를 보호해주는 캔(can)(11)과, 상기 전원공급장치에서 발생한 고전압을 안정적으로 플라즈마 반응기(10)에 공급되기 위해 설치된 전극 플러그(20)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 플라즈마 반응기(10)의 양측면 또는 상하좌우면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응기(10)의 캐닝(canning)시 응력분포를 균일하게 하기 위한 사면보강재(30)가 설치된다.

이 사면보강재(30)는 일반적인 캐닝 압력에 내구성이 있고, 중량면에서도 우수한 코디어라이트계 세라믹으로 이루어지고, 그 단면 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 타원형으로 이루어지고, 전체적인 형상은 타원내에 반응기의 꼭지점이 맞닿도록 이루어진다.

또한 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 플라즈마 반응기(10)의 전후 단부에는 매트재 보호와 종방향의 충격에 대한 보호 및 이동을 방지하기 위해 알루미나(Al2O3) 90% 이상의 비팽창 매트 재질로 이루어진 엔드실(end seal)이 설치된다.

그리고 상기 사면보강재(30)를 도 2에 도시된 바와 같이, 기존의 촉매 담채로 사용하기 위해 보강재 겸용 촉매 담체(31)로 구성한다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 반응기(10)를 고정시키고 촉매 유입을 위한 공간을 확보하고 매트재의 유실 방지를 위해 플라즈마 반응기(10)의 캔(11) 내부에 고정용 리브(12)를 설치하며, 그 내부에 알루미나 96% 이상의 재질로 구성된 에지 실(edge seal)(13)이 삽입 설치된다.

한편, 상기한 사면보강재(30)를 추가한 구조에는 지지용 매트로 절연성이 우수한 알루미나 함량 90%이상인 비팽창 매트와 버미큘라이트가 포함된 팽창 매트를 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조는 플라즈마 반응기(10)의 캐닝시 응력분포를 균일하게 하고, 캐닝 방법의 사용을 용이하게 하기 위해 플라즈마 반응기(10)의 양측면 또는 상하좌우 4면에 사면보강재(30)를 삽입 설치한다.

예컨대, 플라즈마 반응기(10)의 양측면에 보강재를 삽입 설치하는 경우에는 기존의 크램쉘 방식을 사용하여 캐닝이 가능하고, 도 1에 도시된 바와 같은 사면보강재(30)를 사용할 경우 크램쉘, 스터핑, 토니큇등의 방식이 가능하다. 이 경우 보강재가 절연이 우수하므로 기존의 팽창 매트를 사용할 수 있고, 기존의 촉매시스템과 대등한 내구성능을 확보할 수 있다.

그리고 상기 보강재 겸용 촉매 담채(31)로 사용할 경우, 바이패스 유로를 구성하여 이중 촉매로도 사용할 수도 있다.

한편, 전극 플러그(20) 삽입부의 안전율 향상 및 캔(11)으로의 절연성 확보를 위해 사면보강재(30) 내에 삽입구를 형성한 후, 전극 플러그(20)를 삽입하며, 삽입된 전극 플러그(20)의 고정은 캔(11)상에 고정 너트부를 형성하여 고정한다.

그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전극 플러그(20)의 삽입구(21) 내에 와이어 메시(wire mesh)(미도시)로 구성된 전원연결부(22)를 삽입하여 플라즈마 반응기(10)와 전극 플러그(20)간의 통전성을 향상시킨다.

한편 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 23은 접지극을 나타내 보인 것이다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 보강재 겸용 촉매 담체(31)로 구성할 경우 플라즈마 반응기(10)를 지나가는 통과 가스와 촉매 담체(31) 통과 가스간의 후류 내의 반응으로 배기가스 저감 효과를 향상시킬 수 있다. 이때 촉매는 귀금속이 함유되어 있는 산화 촉매 및 환원촉매이다.

그리고 차량의 엔진에서 배출된 배기가스는 플라즈마 반응기(10) 내로 유입되어 반응한 후, 캔(11) 내부에서 촉매로 유입되어 역방향으로 진행하여 촉매 내에서 반응을 하여 유해물질을 저감시키고, 배기관 내로 이동하여 배출하게 된다.

상기한 바와 같이, 종래의 플라즈마 반응기(10)는 고전압의 사용으로 실차 장착에 어려움을 극복하기 위해서 고전압에 대한 절연성을 확보하면서 내구 및 원가를 충족시키는 플라즈마 반응기(10) 캐닝이 매우 중요함에 따라 본 발명은, 캐닝시 응력분포를 균일하게 하고 기존의 캐닝 방법의 사용을 용이하게 하기 위한 사면보강재(30)를 플라즈마 반응기(10)에 삽입 설치한다.

상기 사면보강재(30)는 절연이 우수한 세라믹 계열 소재를 사용하여 반응기의 절연문제를 해결하는 동시에, 상대적 저가인 팽창 매트 사용을 가능하게 하고 기존 촉매시스템과 유사한 내구성능을 확보할 수 있도록 한다.

그리고 상기 보강재 겸용 촉매 담채(31)로 사용할 경우 바이패스 유로를 구성하여 이중 촉매로 사용할 수 있고, 이런 경우 플라즈마 반응기(10)를 통과한 배기가스 내에는 활성화된 라디칼들이 함유되어 있어 촉매와의 반응이 활성화되고, 촉매내의 황피독도 방지하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.

단순화된 구조로 절연이 가능하여 플라즈마 반응기를 실차에 장착할 수 있게 됨으로써 배기가스를 저감시킬 수 있다.

그리고 플라즈마 반응기를 실차에 장착시 다른 시스템에 비해 비용이 적게 소요되며, 플라즈마 반응기의 고전압에 대한 절연성을 확보할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 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.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2는 도 1의 상부 일측을 단면하여 나타낸 평단면도.

도 3은 도 2의 측단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 플라즈마 반응기

11. 캔

12. 고정용 리브

13. 에지 실

20. 전극 플러그

30. 사면보강재

31. 보강재 겸용 촉매 담체

Claims (6)

1. 차량에 설치되어 고전압을 인가 받고, 코로나 방전을 통하여 플라즈마를 형성시켜 차량의 배기가스를 저감하는 플라즈마 반응기에 있어서,

   상기 플라즈마 반응기의 적어도 양측면에는 상기 플라즈마 반응기의 캐닝시 응력분포를 균일하게 하기 위한 보강재를 설치한 것으로,

   상기 보강재는 코디어라이트계 세라믹으로 이루어지고, 상기 보강재의 단면 형상은 타원형으로 이루어졌으며,

   또한 상기 보강재는 촉매 담체로 사용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 플라즈마 반응기의 전후 단부에는 알루미나 90% 이상의 비팽창 매트 재질로 이루어진 엔드실이 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 플라즈마 반응기를 고정시키고 촉매 유입을 위한 공간을 확보하기 위해 상기 플라즈마 반응기의 캔 내부에 고정용 리브를 설치하며, 그 내부에 알루미나 96% 이상의 재질로 구성된 에지 실이 삽입 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 저감용 플라즈마 반응기의 구조.