KR102206603B1 - 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치 - Google Patents

디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내연기관에서 연소된 배기가스가 유입되도록 일 측에 유입구가 형성되고, 내부에서 배기가스를 정화하여 타측 배출구로 배출하는 본체; 상기 본체 내부에서 상기 유입구를 통해 공급된 배기가스를 1차적으로 여과하는 디젤 산화촉매(DOC); 상기 본체 내부에 배치되고, 상기 디젤 산화촉매를 거쳐 배출된 배기가스에 요소수를 분사하여 질소 산화물을 변환하는 디젤 미립자 필터(DPF); 상기 디젤 미립자 필터 주변에서 상기 본체 내부의 온도를 설정된 온도범위로 유지시키는 냉각유닛; 상기 냉각유닛의 운전을 제어하는 제어부; 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체로부터 분리시켜 교체할 수 있도록 상기 본체에 개방 가능하게 설치되는 커버부재; 상기 커버부재를 상기 본체에 결합 또는 분리시키는 착탈부; 상기 착탈부의 결합상태를 해제시키도록 상기 커버부재에 설치되는 해제부; 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체로부터 분리 배출시키는 인출부; 및 상기 커버부재를 구동시켜 상기 본체를 개방시키면 상기 커버부재의 구동운동을 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터의 인출작동으로 변환시켜 상기 인출부에 전달하는 연동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치 {Post-processing device for reducing PM NOx for diesel generators and fossil fuel engines that adjusts active temperature of exhaust gases and makes it easy to remove smoke filter fields}
본 발명은 배기가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 디젤 발전기 또는 자동차 등에 설치된 내연기관이 연료와 공기의 혼합물을 연소시킴으로써 발생되는 배기가스에 포함된 유해성분, HC, CO, NOX, PM 4가지 성분을 동시에 여과시킬 수 있고, 배기가스 처리장치에 사용되는 촉매의 수명이 종료하여 교체작업이 이루어질 때에 교체작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 배기가스 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 고효율 및 고출력의 운전이 가능하기 때문에 수요가 계속 증가하고 있는 추세이다. 이와 더불어 국내 정유시장에서 가솔린 보다는 디젤의 비용이 저렴하고, 연비나 효율측면에서도 디젤엔진이 더 우세한 장점이 있어 소형의 자동차 엔진부터 대형의 발전기나 선박 엔진까지 다양한 분야에서 디젤엔진이 각광을 받고 있다.
이러한 디젤엔진은 대기오염을 일으키는 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM)이 배기가스에 포함되어 배출되기 때문에 이를 줄이기 위해서 배기가스(매연) 저감장치를 의무적으로 장착해야 한다. 배기가스 저감장치로써 대표적인 것이 디젤 미립자 필터(DPF; Diesel Particulate Filter])와 디젤 산화촉매(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)가 있다.
이 중에서 디젤 미립자 필터(DPF)는 현재 가장 효율적이며 실용화에 접근되어 있는 입자상 물질을 저감하는 기술이다.
디젤 미립자 필터는 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질을 필터로 포집한 후 이것을 태우고(재생) 다시 입자상 물질을 포집하는 사이클을 반복하는 기술로서 매연을 80% 이상 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한 디젤산화촉매 (DOC)는 가솔린엔진에서 삼원촉매가 개발되기 이전에 사용되던 산화촉매(이원촉매) 기술과 기본적으로 동일한 기술이기 때문에 기술 효과나 성능은 이미 입증되어 있는 기술이다. 산화촉매는 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 촉매효과로 배기가스 중의 산소를 이용하여 탄화수소, 일산화탄소를 제거하는 기능을 한다.
그러나 디젤 미립자 필터와 디젤산화촉매를 이용한 매연 저감장치는 내구성과 경제성이 실용화의 장애요인으로 작용하고 있다. 또한 필터에 입자상 물질이 포집됨에 따라 엔진에 배압이 걸리며 이것에 의하여 출력과 연료 소비율이 다소 증가하며 이를 최소화하는 기술의 보완이 필요하다.
또한 디젤엔진의 운전 시간이 길어짐에 따라서 배기가스가 500℃ 이상의 고온이 되면 이에 포함된 질소산화물의 정화효율이 급격하게 낮아지는데, 고온의 배기가스를 효율적으로 정화시키는 기술이 요구되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 배기가스 처리장치가 개발되었으며, 종래기술에 따른 배기가스 처리장치는, 내연기관에서 연소된 배기가스가 유입되도록 일 측에 유입구가 형성되고, 내부에서 배기가스를 정화하여 타측 배출구로 배출하는 본체와, 본체 내부에서 상기 유입구를 통해 공급된 배기가스를 1차적으로 여과하는 디젤 산화촉매(DOC)와, 본체 내부에 배치되고, 디젤 산화촉매를 거쳐 배출된 배기가스에 요소수를 분사하여 질소 산화물을 변환하는 디젤 미립자 필터와, 디젤 미립자 필터 주변에서 본체 내부의 온도를 설정된 온도범위로 유지시키는 냉각유닛과, 냉각유닛의 운전을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1846852호(2018년 04월 10일 공고, 발명의 명칭 : 배기가스 처리장치)에 개시되어 있다.
종래기술에 따른 배기가스 처리장치는, 소모품으로 사용되는 촉매들을 교체할 수 있는 별도의 기술구성이 구비되지 않기 때문에 촉매들의 수명이 종료되어 교체해야 하는 경우에는 배기가스 처리장치의 운전을 장시간 정지한 상태에서 배기가스 처리장치에 촉매들이 설치되는 구역을 분해하여 교체한 후에 다시 조립작업을 진행해야 하므로 촉매 교체작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 없고, 촉매 교체작업이 진행되는 동안에 배기가스를 처리할 수 없어 환경오염을 가중시킬 수 있는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 디젤 발전기 또는 자동차 등에 설치된 내연기관이 연료와 공기의 혼합물을 연소시킴으로써 발생되는 배기가스에 포함된 유해성분, HC, CO, NOX, PM 4가지 성분을 동시에 여과시킬 수 있고, 배기가스 처리장치에 사용되는 촉매의 수명이 종료하여 교체작업이 이루어질 때에 교체작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 내연기관에서 연소된 배기가스가 유입되도록 일 측에 유입구가 형성되고, 내부에서 배기가스를 정화하여 타측 배출구로 배출하는 본체; 상기 본체 내부에서 상기 유입구를 통해 공급된 배기가스를 1차적으로 여과하는 디젤 산화촉매(DOC); 상기 본체 내부에 배치되고, 상기 디젤 산화촉매를 거쳐 배출된 배기가스에 요소수를 분사하여 질소 산화물을 변환하는 디젤 미립자 필터(DPF); 상기 디젤 미립자 필터 주변에서 상기 본체 내부의 온도를 설정된 온도범위로 유지시키는 냉각유닛; 상기 냉각유닛의 운전을 제어하는 제어부; 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체로부터 분리시켜 교체할 수 있도록 상기 본체에 개방 가능하게 설치되는 커버부재; 상기 커버부재를 상기 본체에 결합 또는 분리시키는 착탈부; 상기 착탈부의 결합상태를 해제시키도록 상기 커버부재에 설치되는 해제부; 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체로부터 분리 배출시키는 인출부; 및 상기 커버부재를 구동시켜 상기 본체를 개방시키면 상기 커버부재의 구동운동을 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터의 인출작동으로 변환시켜 상기 인출부에 전달하는 연동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 착탈부는, 상기 커버부재에 구비되는 결합홈부; 상기 커버부재가 상기 본체에 결합되면 상기 결합홈부에 삽입되도록 상기 본체에 구비되는 후크부재; 상기 후크부재가 상기 결합홈부 내부로 삽입되면 상기 후크부재와 걸림결합되어 상기 커버부재와 상기 본체의 결합상태를 유지시키는 걸림후크; 상기 걸림후크를 상기 결합홈부 내측 방향으로 가압하는 탄성력을 제공하도록 상기 걸림후크와 상기 커버부재 사이에 개재되는 탄성부재; 및 상기 걸림후크를 후퇴시켜 상기 후크부재와 상기 걸림후크의 걸림결합을 해제시키는 해제부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 해제부는, 상기 걸림후크로부터 상기 커버부재 외측으로 연장되는 와이어; 및 상기 와이어에 연결되고, 작업자 또는 공구에 의해 상기 커버부재 외측으로 와이어를 당기도록 상기 커버부재 외측에 배치되는 해제레버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 인출부는, 상기 본체 외측으로부터 상기 본체 내측 방향으로 삽입 가능하게 설치되고, 상기 본체가 개방되면 상기 본체 내부로 삽입되면서 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체 외측으로 가압하는 랙부재; 상기 랙부재를 상기 본체 내측 방향으로 전진 또는 후진시키도록 상기 랙부재와 기어연결되는 피니언부재; 및 상기 랙부재가 상기 본체 내측 방향으로 전진 또는 후진할 수 있도록 상기 랙부재를 슬라이딩 가능하게 지지하여 상기 본체에 연결되는 가이드케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 연동부는, 상기 커버부재를 상기 본체에 회전 가능하게 연결하는 힌지축; 상기 힌지축에 설치되는 제1기어; 상기 제1기어에 기어연결되는 제2기어; 상기 제2기어의 회전축에 설치되는 제1풀리; 상기 제1풀리와 간격을 유지하며 설치되는 제2풀리; 상기 제1풀리와 상기 제2풀리에 권취되는 제1벨트부재; 상기 제2풀리의 회전축에 연결되는 제3기어; 상기 제3기어와 기어연결되는 제4기어; 상기 제4기어의 회전축에 설치되는 제3풀리; 상기 제3풀리와 간격을 유지하며 설치되고, 상기 피니언부재의 회전축에 설치되는 제4풀리; 및 상기 제3풀리와 상기 제4풀리에 권취되는 제2벨트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치는, 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소 산화물(NOx), 입자상 물질(PM)을 효과적으로 여과할 수 있고, 디젤 미립자 필터 주변의 온도가 최적의 조건을 갖도록 냉각시킬 수 있으며, 디젤 미립자 필터의 정화 조건을 최적화하여 가용수명을 연장할 수 있고, 디젤 미립자 필터의 수명이 종료되면 짧은 시간 내에 디젤 미립자 필터의 교체작업을 진행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치의 본체 및 SCR이 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치의 착탈부, 해제부, 개폐부 및 동력전달부가 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치의 착탈부, 해제부, 개폐부 및 동력전달부가 도시된 작동 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치가 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치의 본체 및 SCR이 도시된 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치의 착탈부, 해제부, 개폐부 및 동력전달부가 도시된 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치의 착탈부, 해제부, 개폐부 및 동력전달부가 도시된 작동 상태도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치는, 내연기관을 이용하는 발전기, 차량 또는 선박의 엔진 등에 적용이 가능하며, 본 발명의 일 실시예에서는 가솔린(Gasoline) 또는 가스(LPG, LNG, Land Fill Gas)를 연소시켜 가동되는 발전기의 엔진과 연결되어 배기가스를 처리하는 배기가스 처리장치를 일 예로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리장치(100)는 일 측에 배기가스 유입구(111)가 형성되고, 타 측에 배기가스 배출구(112)가 형성되는 본체(110)와, 본체(110) 내부에서 1차적으로 배기가스를 여과하는 디젤 산화촉매(120)와, 요소수를 분사하여 질소 산화물을 분해 또는 변환하는 디젤 미립자 필터(130)와, 디젤 미립자 필터(130) 주변의 온도를 설정된 온도범위로 유지시키는 냉각유닛(140) 및 냉각유닛(140)을 비롯한 운전을 제어하는 제어부(150)를 포함한다.
먼저, 본체는 발전기 엔진에서 배기가스가 배출되는 배기 매니폴드(미도시)와 유입구(111)가 연결되고, 유입구(111)는 본체(110)의 전방에 배치되어 일 방향으로 배기가스를 공급하게 된다.
또한 배출구(112)는 유입구(111)를 통하여 공급된 배기가스와 반대 방향인 타 방향으로 배출하도록 유도되고, 유입구(111)와 배출구(112)는 동일 직선상에 배치되어 배기가스의 공급방향에 간섭을 줄일 수 있다.
본체(110)의 규모 즉, 발전기의 용량에 대응한 본체(110)의 크기는 따로 한정되지 않으며, 다만 이러한 규모에 대응하여 유입구(111)와 배출구(112)의 크기 또는 직경, 내지는 유입구(111)와 배출구(112)의 개수는 증감될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 하나의 유입구(111)가 형성되고, 하나의 배출구(112)가 형성된 것을 일 예로 설명한다.
본체(110) 내부에는 배기가스의 질소산화물(NOx), 입자상 물질(PM), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등을 여과 또는 저감시키도록 복수의 필터나 촉매 등이 구비된다.
그리고 본체(110) 내부에서 유입구(111)를 통해 공급된 배기가스는 디젤 산화촉매(DOC, 120)를 거치면서1차적인 여과기능이 제공되고, 디젤 산화촉매(120)에서는 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 촉매를 통하여 배기가스 중의 산소와 결합시켜 탄화수소, 일산화탄소를 제거하게 된다.
디젤 산화촉매(120)를 거친 배출가스는 배출구(112)로 나가기 전에 디젤 미립자 필터(130)를 거치면서 질소 산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 변환되어 배출된다.
디젤 미립자 필터(130)에서 배기가스의 질소 산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 변환하기 위해서는 디젤 미립자 필터(130) 주변에 요소수가 공급되어야 하는데, 이를 위해서 본 발명의 배기가스 처리장치(100)는 요소수 공급유닛(160)을 포함한다.
요소수 공급유닛(160)은 본체(110) 내부에 디젤 미립자 필터(130) 주변에 요소수를 공급하는 분사노즐(161)과, 요소수 탱크(162)로부터 분사노즐(161)로 요소수를 공급하는 요소수 공급라인(163)과, 요소수 공급라인(163) 상에 구비된 정션박스(164) 또는 분사노즐(161)을 향하여 에어 펌프(165)를 통해 공기를 공급하는 에어라인(166)을 포함한다.
요소수 공급유닛(160)은 요소수와 공기를 각각 또는 혼합하여 디젤 미립자 필터(130)에 요소수를 공급할 수 있다.
분사노즐(161)은 디젤 미립자 필터(130)의 배치구조에 대응하여 인접하게 배치된다. 보다 바람직하게는 본체(110) 내부에서 배기가스가 유동하는 동선 상에 디젤 미립자 필터(130)가 배치되고, 이 부분과 인접한 본체(110) 내주면에 분사노즐(161)이 균일한 간격으로 배치된다.
요소수 펌프(1621)는 요소수 탱크(162)로부터 요소수 공급라인(163)으로 요소수를 설정된 압력으로 가압하여 공급하게 되고, 요소수의 공급량은 제어부(150)에서 설정 및 변경이 가능하고, 배기가스의 압력이나 온도에 대응하여 차등적으로 공급하도록 설정된다.
요소수 공급라인(163)은 에어라인(166)과 정션박스(164)에서 교차되며, 정션박스(164)는 요소수가 분사노즐(161)로부터 무화(霧化, Atomization)된 상태로 공급되도록 에어라인(166)으로부터 설정된 공기의 압력이 제공된다.
또한 요소수는 정션박스(164)에서 에어라인(166)과 교차하여 무화된 상태로 분사노즐(161)로 공급될 뿐만 아니라, 요소수 공급라인(163)을 통하여 분사노즐(161)로 요소수가 공급되고, 에어라인(166)은 별도로 공기압을 분사노즐(161)로 직접 전달하여 분사노즐(161)에서 미세입자로 무화된 상태로 요소수를 분무할 수 있다.
또한 요소수 공급유닛(160)은 에어 펌프(165)로부터 요소수 공급라인(163) 상에 공기를 직접적으로 공급하는 세척라인(167)을 포함한다. 세척라인(167)은 요소수 공급라인(163)에 요소수가 장시간 공급되지 않는 경우에 요소수 공급라인(163) 상에 요소수를 공기압으로 배출하면서 세척하여 요소수 공급라인(163)을 깨끗한 상태로 유지함으로써 요소수 공급라인(163)이 변질 또는 막히는 것을 방지하는 목적으로 운용된다. 세척라인(167)은 요소수탱크(162)와 요소수 펌프(1621) 사이의 요소수 공급라인(163) 상에 연결된다. 물론 요소수 탱크(162) 전단에는 세척라인(167)으로부터 공기압이 요소수 탱크(162) 내부로 유입되지 않도록 별도의 밸브가 구비된다.
이러한 요소수 공급유닛(160)을 통하여 요소수가 공급되면 디젤 미립자 필터(130)에서 질소 산화물의 변환이 이루어지는데, 이때 디젤 미립자 필터(130)를 지나가는 배기가스의 온도가 지나치게 높아지는 경우 질소 산화물의 변환 효율이 도 4의 (1)에서와 같이, 급격하게 감소하게 된다. 이를 방지하기 위해서 배기가스의 온도가 설정된 범위를 벗어나도록 올라가는 경우, 요소수 분사노즐(161)과 디젤 미립자 필터(130) 사이에는 냉각유닛(140)으로부터 외기가 공급된다. 그러면 도 4의 (2)와 같이, 질소 산화물의 변환효율이 소폭 상승할 뿐만 아니라, 고효율 구간이 약 300℃에서 450℃ 부근까지 현저히 증가하게 된다.
냉각유닛(140)은 본체(110) 상의 요소수 분사노즐(161)과 디젤 미립자 필터(130) 사이 영역에 배치되는 냉기노즐(141)과, 냉기노즐(141)에 배기가스보다 차가운 공기를 냉기펌프(142)를통하여 공급하는 냉기 공급라인(143)과, 배기가스의 유입 온도를 측정하는 제1온도센서(144)와, 배출구(112)로 배출되는 배기가스의 온도를 측정하는 제2온도센서(145)를 포함한다.
먼저 냉기노즐(141)은 요소수 분사노즐(161) 보다는 배기가스의 유동방향을 따라서 후방에 배치되는 것이 바람직하고, 본체(110)의 구조나 규모에 따라서는 요소수 분사노즐(161) 보다 전방에 배치될 수도 있다.
냉기노즐(141)에는 냉기펌프(142)로부터 연결된 냉기 공급라인(143)을 통하여 대기중의 외기 또는 별도의 냉각수단(미도시)을 통하여 저온으로 냉각된 냉기를 공급한다. 본 발명의 실시예에서는 실외온도에 대응하는 대기 중의 외기를 직접적으로 공급하며, 외기의 공급량은 배기가스의 온도와 양에 따라서 제어부(150)로부터 단계적으로 제어된다.
제어부(150)는 먼저 제1온도센서(144)의 데이터를 전달받아 냉기펌프(142)의 가동여부를 판단한다. 디젤 미립자 필터(130)로 공급되는 배기가스의 온도가 약 250~400℃ 범위를 유지할 때 질소 산화물의 변환효율이 약 90% 정도를 유지할 수 있기 때문에 제1온도센서(144)로부터 배기가스의 온도가 약 350℃를 넘어서면 냉기펌프(142)의 가동이 이루어진다.
보다 바람직하게는 배기가스의 온도 범위가 270~350℃에서 가장 좋은 변환효율을 제공하며, 발전기 엔진의 가동시간, 외기의 온도 등을 고려하여 약 350℃ 이전에 냉기펌프(142)가 가동되도록 제어된다.
그리고 제2온도센서(145)는 배출구(112)로 배출된 배기가스의 온도가 설정된 온도범위를 만족하는 경우 이 온도데이터를 제어부(150)로 전달하여 냉기펌프(142)의 가동을 중단하거나 단계적으로 외기의 공급량을 감소시킬 수 있다.
디젤 미립자 필터(130)는 소모품으로써 사용수명이 도래하면 교체가 이루어져야 하기 때문에 본체(110)로부터 탈착 가능하도록 배치되고, 이를 위해서 본체(110)의 일부가 개폐되는 커버부재가 설치되며, 착탈부(180), 해제부(190), 인출부 및 연동부가 설치된다.
디젤 미립자 필터(220)는 입자상 물질(PM)을 여과한 후 포집하여 설정 시간 후에 포집된 입자상 물질을 태워서 재생하는 사이클을 반복하게 된다.
본 실시예는, 디젤 산화촉매 또는 디젤 미립자 필터를 본체(110)로부터 분리시켜 교체할 수 있도록 본체(110)에 개방 가능하게 설치되는 커버부재(110a)와, 커버부재(110a)를 본체(110)에 결합 또는 분리시키는 착탈부(180)와, 착탈부(180)의 결합상태를 해제시키도록 커버부재(110a)에 설치되는 해제부(190)와, 디젤 산화촉매(120) 또는 디젤 미립자 필터(130)를 본체(110)로부터 분리 배출시키는 인출부와, 커버부재(110a)를 구동시켜 본체(110)를 개방시키면 커버부재(110a)의 구동운동을 디젤 산화촉매(120) 또는 디젤 미립자 필터(130)의 인출작동으로 변환시켜 인출부에 전달하는 연동부를 포함한다.
따라서 작업자의 작업이나 개폐구동부의 작동에 의해 커버부재(110a)가 본체(110)로부터 개방되면 착탈부(180)의 결합상태가 해제되고, 커버부재(110a)가 회전되면서 개방될 때에 커버부재(110a)의 회전운동이 연동부의 작동에 의해 인출부에 전달되므로 커버부재(110a)가 개방됨과 동시에 촉매가 본체(110) 외측으로 배출되어 촉매 교체작업을 손쉽게 진행할 수 있게 된다.
본 실시예의 착탈부(180)는, 커버부재(110a)에 구비되는 결합홈부와, 커버부재(110a)가 본체(110)에 결합되면 결합홈부에 삽입되도록 본체(110)에 구비되는 후크부재(182)와, 후크부재(182)가 결합홈부 내부로 삽입되면 후크부재(182)와 걸림결합되어 커버부재(110a)와 본체(110)의 결합상태를 유지시키는 걸림후크(184)와, 걸림후크(184)를 결합홈부 내측 방향으로 가압하는 탄성력을 제공하도록 걸림후크(184)와 커버부재(110a) 사이에 개재되는 탄성부재(186)와, 걸림후크(184)를 후퇴시켜 후크부재(182)와 걸림후크(184)의 걸림결합을 해제시키는 해제부(190)를 포함한다.
따라서 커버부재(110a)가 힌지축(201)을 중심으로 회전되면서 본체(110)와 결합되면 후크부재(182)가 결합홈부 내부로 삽입되어 걸림후크(184)를 가압하면서 후퇴시키고, 후크부재(182)의 삽입이 완료되면 압축되었던 걸림후크(184)가 결합홈부 내측으로 돌출되면서 후크부재(182)와 걸림결합되어 커버부재(110a)와 본체(110)의 결합상태를 유지시키게 된다.
이후에, 촉매의 수명이 종료되어 촉매 교체작업이 진행되는 경우에는 작업자의 조작 또는 개방장치의 구동에 의해 해제부(190)가 조작되어지고, 해제부(190)의 작동에 의해 걸림후크(184)가 후퇴되어 커버부재(110a)와 본체(110)의 결합상태가 해제된다.
본 실시예의 해제부(190)는, 걸림후크(184)로부터 커버부재(110a) 외측으로 연장되는 와이어(192)와, 와이어(192)에 연결되고, 작업자 또는 공구에 의해 커버부재(110a) 외측으로 와이어(192)를 당기도록 커버부재(110a) 외측에 배치되는 해제레버(194)를 포함한다.
따라서 와이어(192)가 커버부재(110a) 외측으로 당겨지면 탄성부재(186)가 압축되면서 걸림후크(184)가 후퇴되어 후크부재(182)와 걸림결합이 해제된다.
본 실시예의 커버부재(110a)는 회전되면서 본체(110)의 개구부 단부와 결합되므로 본 실시예의 후크부재(182) 및 결합홈부는 경사지게 배치되고, 결합홈부 내측으로 돌출되게 배치되는 걸림후크(184)도 경사지게 배치되므로 후크부재(182)로부터 커버부재(110a) 외측으로 연장되는 와이어(192) 또한 굴곡부가 형성된다.
따라서 와이어(192)가 굴곡되는 부위에는 가이드롤러(196)가 설치되어 와이어(192)의 연장방향을 굴곡되게 안내하게 된다.
본 실시예의 인출부는, 본체(110) 외측으로부터 본체(110) 내측 방향으로 삽입 가능하게 설치되고, 본체(110)가 개방되면 본체(110) 내부로 삽입되면서 디젤 산화촉매 또는 디젤 미립자 필터를 본체(110) 외측으로 가압하는 랙부재(213)와, 랙부재(213)를 본체(110) 내측 방향으로 전진 또는 후진시키도록 랙부재(213)와 기어연결되는 피니언부재(211)와, 랙부재(213)가 본체(110) 내측 방향으로 전진 또는 후진할 수 있도록 랙부재(213)를 슬라이딩 가능하게 지지하여 본체(110)에 연결되는 가이드케이스(214)를 포함한다.
따라서 커버부재(110a)가 회전되면서 개방되면 힌지축(201)의 회전운동이 연동부의 작동에 의해 피니언부재(211)의 정방향 운동으로 전달되므로 피니언부재(211)에 기어연결되는 랙부재(213)가 본체(110) 내측 방향으로 전진되면서 촉매를 본체(110) 외측으로 가압하면서 인출작업을 진행하게 된다.
반대로 커버부재(110a)가 역방향으로 회전되면서 폐쇄되는 경우에는 연동부의 작동에 의해 피니언부재(211)의 회전운동이 역방향으로 진행되므로 랙부재(213)가 후퇴되면서 본체(110) 외측으로 인출되어 촉매가 본체(110) 내부로 삽입되는 공간을 제공하게 된다.
본 실시예의 연동부는, 커버부재(110a)를 상기 본체(110)에 회전 가능하게 연결하는 힌지축(201)과, 힌지축(201)에 설치되는 제1기어(202)와, 제1기어(202)에 기어연결되는 제2기어(203)와, 제2기어(203)의 회전축에 설치되는 제1풀리(204)와, 제1풀리(204)와 간격을 유지하며 설치되는 제2풀리(206)와, 제1풀리(204)와 제2풀리(206)에 권취되는 제1벨트(205)부재와, 제2풀리(206)의 회전축에 연결되는 제3기어(207)와, 제3기어(207)와 기어연결되는 제4기어(208)와, 제4기어(208)의 회전축에 설치되는 제3풀리(209)와, 제3풀리(209)와 간격을 유지하며 설치되고, 피니언부재(211)의 회전축에 설치되는 제4풀리(210)와, 제3풀리(209)와 제4풀리(210)에 권취되는 제2벨트(209a)를 포함한다.
상기한 바와 같은 복수 개의 기어에 의해 힌지축(201)의 회전운동이 정방향 또는 역방향으로 변환되어 전달되고, 복수 개의 풀리 및 벨트에 의해 힌지축(201)의 회전운동이 방향 전환 없이 전달되면서 피니언부재(211)의 정방향 또는 역방향 회전운동을 제공하게 된다.
이로써, 디젤 발전기 또는 자동차 등에 설치된 내연기관이 연료와 공기의 혼합물을 연소시킴으로써 발생되는 배기가스에 포함된 유해성분, HC, CO, NOX, PM 4가지 성분을 동시에 여과시킬 수 있고, 배기가스 처리장치에 사용되는 촉매의 수명이 종료하여 교체작업이 이루어질 때에 교체작업에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치를 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치가 아닌 다른 제품에도 본 발명의 후처리장치가 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 본쳅 120 : 디젤 산화촉매
130 : 디젤 미립자 필터 140 : 냉각유닛
150 : 제어부 160 : 요소수 공급유닛
170 : SCR 172 : SCR촉매제
180 : 착탈부 182 : 후크부재
184 : 걸림후크 186 : 탄성부재
190 : 해제부 192 : 와이어
194 : 해제레버 196 : 가이드롤러
201 : 힌지축 202 : 제1기어
203 : 제2기어 204 : 제1풀리
205 : 제1벨트 206 : 제2풀리
207 : 제3기어 208 : 제4기어
209 : 제3풀리 209a : 제2벨트
210 : 제4풀리 211 : 피니언부재
213 : 랙부재 214 : 가이드케이스
230 : 케이스부재 232 : 주름패널

Claims (5)

  1. 내연기관에서 연소된 배기가스가 유입되도록 일 측에 유입구가 형성되고, 내부에서 배기가스를 정화하여 타측 배출구로 배출하는 본체;
    상기 본체 내부에서 상기 유입구를 통해 공급된 배기가스를 1차적으로 여과하는 디젤 산화촉매(DOC);
    상기 본체 내부에 배치되고, 상기 디젤 산화촉매를 거쳐 배출된 배기가스에 요소수를 분사하여 질소 산화물을 변환하는 디젤 미립자 필터(DPF);
    상기 디젤 미립자 필터 주변에서 상기 본체 내부의 온도를 설정된 온도범위로 유지시키는 냉각유닛;
    상기 냉각유닛의 운전을 제어하는 제어부;
    상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체로부터 분리시켜 교체할 수 있도록 상기 본체에 개방 가능하게 설치되는 커버부재;
    상기 커버부재를 상기 본체에 결합 또는 분리시키는 착탈부;
    상기 착탈부의 결합상태를 해제시키도록 상기 커버부재에 설치되는 해제부;
    상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체로부터 분리 배출시키는 인출부; 및
    상기 커버부재를 구동시켜 상기 본체를 개방시키면 상기 커버부재의 구동운동을 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터의 인출작동으로 변환시켜 상기 인출부에 전달하는 연동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 착탈부는,
    상기 커버부재에 구비되는 결합홈부;
    상기 커버부재가 상기 본체에 결합되면 상기 결합홈부에 삽입되도록 상기 본체에 구비되는 후크부재;
    상기 후크부재가 상기 결합홈부 내부로 삽입되면 상기 후크부재와 걸림결합되어 상기 커버부재와 상기 본체의 결합상태를 유지시키는 걸림후크;
    상기 걸림후크를 상기 결합홈부 내측 방향으로 가압하는 탄성력을 제공하도록 상기 걸림후크와 상기 커버부재 사이에 개재되는 탄성부재; 및
    상기 걸림후크를 후퇴시켜 상기 후크부재와 상기 걸림후크의 걸림결합을 해제시키는 해제부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 해제부는,
    상기 걸림후크로부터 상기 커버부재 외측으로 연장되는 와이어; 및
    상기 와이어에 연결되고, 작업자 또는 공구에 의해 상기 커버부재 외측으로 와이어를 당기도록 상기 커버부재 외측에 배치되는 해제레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인출부는,
    상기 본체 외측으로부터 상기 본체 내측 방향으로 삽입 가능하게 설치되고, 상기 본체가 개방되면 상기 본체 내부로 삽입되면서 상기 디젤 산화촉매 또는 상기 디젤 미립자 필터를 상기 본체 외측으로 가압하는 랙부재;
    상기 랙부재를 상기 본체 내측 방향으로 전진 또는 후진시키도록 상기 랙부재와 기어연결되는 피니언부재; 및
    상기 랙부재가 상기 본체 내측 방향으로 전진 또는 후진할 수 있도록 상기 랙부재를 슬라이딩 가능하게 지지하여 상기 본체에 연결되는 가이드케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연동부는,
    상기 커버부재를 상기 본체에 회전 가능하게 연결하는 힌지축;
    상기 힌지축에 설치되는 제1기어;
    상기 제1기어에 기어연결되는 제2기어;
    상기 제2기어의 회전축에 설치되는 제1풀리;
    상기 제1풀리와 간격을 유지하며 설치되는 제2풀리;
    상기 제1풀리와 상기 제2풀리에 권취되는 제1벨트부재;
    상기 제2풀리의 회전축에 연결되는 제3기어;
    상기 제3기어와 기어연결되는 제4기어;
    상기 제4기어의 회전축에 설치되는 제3풀리;
    상기 제3풀리와 간격을 유지하며 설치되고, 상기 피니언부재의 회전축에 설치되는 제4풀리; 및
    상기 제3풀리와 상기 제4풀리에 권취되는 제2벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤발전기 및 화석연료 엔진용 PM NOx 저감을 위한 배기가스 능동온도 조정 및 매연 필터 장탈착이 용이한 후처리장치.
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