KR100882665B1 - Soot Filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 매연 여과장치에 관한 것으로, CPF 필터와 SCR 장치가 각각 별도로 장착되지 않고 하나의 여과필터를 통해 CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 함께 수행되도록 구성함으로써, 매연 여과장치를 설치하는 부피 및 중량이 감소하고 설치에 필요한 구성 부품의 개수가 감소하며, 구성이 단순화되어 차량의 배기 시스템에 대해 효율적인 공간 구성이 가능하고, CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 동일한 공간에서 함께 수행되기 때문에 SCR 장치의 기능에 있어서 냉시동 초기의 배기가스가 용이하게 처리될 수 있는 매연 여과장치를 제공한다.The present invention relates to a soot filtration device, wherein the CPF filter and the SCR device are not mounted separately, but the CPF filter and the SCR device function to be performed together through one filtration filter, thereby providing a volume for installing the soot filtration device. And reduced weight, reduced number of components required for installation, simplified configuration, enabling efficient space configuration for the vehicle exhaust system, and the function of the CPF filter and the SCR device are performed together in the same space In the function of the SCR apparatus, there is provided a soot filtration apparatus in which exhaust gas at the initial stage of cold start can be easily processed.
Description
본 발명은 매연 여과장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 CPF 필터와 SCR 장치가 각각 별도로 장착되지 않고 하나의 여과필터를 통해 CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 함께 수행되도록 구성함으로써, 매연 여과장치를 설치하는 부피 및 중량이 감소하고 설치에 필요한 구성 부품의 개수가 감소하며, 구성이 단순화되어 차량의 배기 시스템에 대해 효율적인 공간 구성이 가능하고, CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 동일한 공간에서 함께 수행되기 때문에 SCR 장치의 기능에 있어서 냉시동 초기의 배기가스가 용이하게 처리될 수 있는 매연 여과장치에 관한 것이다.The present invention relates to a soot filtration device. More specifically, the CPF filter and the SCR device are not separately installed, but the CPF filter function and the SCR device function are performed together through one filtration filter, thereby reducing the volume and weight of installing the soot filtration device. The number of required components is reduced, and the configuration is simplified to allow efficient space configuration for the exhaust system of the vehicle, and the function of the SCR device is performed because the functions of the CPF filter and the SCR device are performed together in the same space. It relates to a soot filtration device that can be easily treated exhaust gas of the initial cold start.
일반적으로 자동차는 사용되는 연료의 종류에 따라 가솔린 차량, 디젤 차량, LPG 차량으로 구분될 수 있는데, 이중 디젤 차량은 고연비를 가지며 고출력 및 고부하 운전이 가능하고 유류비가 저렴하여 그 수요가 계속 증가하고 있는 실정이다.In general, automobiles can be classified into gasoline, diesel, and LPG vehicles according to the type of fuel used. Among them, diesel vehicles have high fuel efficiency, high power and high load operation, and low fuel costs, and thus the demand is continuously increasing. It is true.
그러나 이러한 디젤 차량의 배기가스에는 일산화탄소, 질소산화물 및 입자상 물질과 같은 오염물질이 가솔린 차량에 비해 많이 포함되어 있으므로 이러한 오염 물질을 처리하여 배기가스를 정화하는 매연 여과장치들이 다양하게 개발되고 있다.However, since the exhaust gas of such a diesel vehicle contains more pollutants such as carbon monoxide, nitrogen oxides and particulate matters than gasoline vehicles, soot filtration devices for treating such pollutants and purifying exhaust gas have been developed in various ways.
이러한 매연 여과장치에는 배기가스 중 포함된 탄화수소와 일산화탄소의 성분을 각각 촉매에 의한 산화반응으로 물과 이산화탄소로 변환시켜 주는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst: 디젤산화촉매)와, 배기가스 중 포함된 입자상 물질을 포집하였다가 배기가스의 열에 의해 연소시켜 주는 CPF(Catalyzed Diesel Particulate Filter: 디젤 입자상물질 제거용 필터)와, 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 촉매를 이용하여 질소 및 산소로 환원시켜 주는 SCR 장치(Selective Catalytic Reduction: 선택적 촉매 환원장치) 등이 개발되었다.The particulate filter includes a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) which converts hydrocarbon and carbon monoxide components in exhaust gas into water and carbon dioxide by an oxidation reaction by a catalyst, and particulate matter contained in exhaust gas. CPF (Catalyzed Diesel Particulate Filter) that collects and burns by heat of exhaust gas, and SCR device that reduces nitrogen oxide contained in exhaust gas to nitrogen and oxygen by using catalyst (Selective Catalytic Reduction has been developed.
이들 매연 여과장치는 각각 차량에 장착될 수 있으나, 최근에는 배기가스의 입자상 물질 및 질소산화물을 모두 처리할 수 있도록 전술한 3가지의 매연 여과장치가 동시에 차량에 장착되고 있는 추세이다.These soot filtration devices may be mounted on a vehicle, respectively, but recently, the three soot filtration devices described above are simultaneously installed in a vehicle so as to process both particulate matter and nitrogen oxides of exhaust gas.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 매연 여과장치 계통을 간략하게 개념적으로 도시한 도면이고, 도 2는 종래 기술에 의한 일반적인 CPF 필터의 구조를 나타내는 종단면도이고, 도 3은 종래 기술에 의한 일반적인 CPF 필터의 구조를 나타내는 횡단면도이다.1 is a schematic conceptual view showing a conventional soot filtration system according to the prior art, Figure 2 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional CPF filter according to the prior art, Figure 3 is a conventional CPF filter according to the prior art Cross-sectional view showing the structure of.
도 1에 도시된 바와 같이 배기파이프에 배기 매니폴드(미도시) 측으로부터 순서대로 DOC 촉매(10), CPF 필터(20) 및 SCR 장치(30)가 장착되어 연속적으로 배기가스의 오염물질이 정화처리된다.As shown in FIG. 1, the exhaust pipe is equipped with a
즉, 배기가스가 DOC 촉매(10)와 CPF 필터(20)를 통과하며 탄화수소와 일산화탄소가 정화되고 입자상 물질이 여과된 후 SCR 장치(30)를 통과하며 질소산화물이 최종적으로 환원되는 방식으로 오염물질이 정화처리된다. 이때, SCR 장치(30)의 전단부에는 산화제를 분사하는 분무관(40)이 장착되며 분무관(40)을 통해 분사되는 산화제는 요소(Urea) 또는 암모니아가 이용되며 이러한 산화제에 의해 배기가스에 포함된 질소산화물이 환원반응을 거치며 물과 질소로 분해된다.That is, the exhaust gas passes through the
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 CPF 필터(20)는 세라믹과 같은 재질로 제작되는 필터담체(21)가 내부에 격자 모양을 이루도록 형성되고, 길이 방향의 끝단부에는 이웃하는 격자와 교대로 플러그(22)가 장착되며 각각의 격자에는 하나의 플러그(22)만 장착된다. 이러한 구조에 따라 전방 끝단부에 플러그(22)가 장착되지 않은 격자에는 내부로 배기가스가 유입되고 이러한 배기가스는 후방 끝단부에 장착된 플러그(22)에 의해 격자를 통과하지 못하고 이웃하는 격자 내부로 격벽(21a)을 관통하며 유입되어 격자 구간을 통과한다. 이때, 전방 끝단부에 플러그(22)가 장착되지 않은 개방된 격자 구간에는 CPF 촉매담지층(23)이 코팅된다. 이에 따라 배기가스가 격벽(21a)을 관통하며 이웃하는 격자 구간으로 유입될 때, 격벽(21a)에 코팅된 CPF 촉매담지층(23)에 의해 입자상 물질이 필터링된다.Meanwhile, as shown in FIGS. 2 and 3, the
종래 기술에 의한 일반적인 매연 여과장치는 이러한 구조 및 작동 원리에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 배기파이프의 전단부에 DOC 촉매(10)와 CPF 필터(20)로 구성된 촉매 컨버터가 장착되고 후단부에 SCR 장치(30)가 별도로 장착된다.According to this structure and the principle of operation, the conventional particulate filter according to the prior art is equipped with a catalytic converter composed of a
그러나, 이러한 매연 여과장치는 CPF 필터(20) 및 SCR 장치(30)의 부피 및 중량이 별도로 요구됨에 따라 차량의 배기시스템 전반에 걸쳐 매우 큰 부피 및 중량이 요구되기 때문에, 차량에 이러한 매연 여과장치를 장착하기가 매우 어려운 문 제점이 있었다. 또한, 각각의 장치가 별도로 형성되어 장착됨에 따라 구성 부품의 수량이 증가하고 이에 따라 제작 비용이 증가하고 엔진에 의한 진동에 의해 부품의 파손율이 증가하는 문제점이 있었다.However, such a soot filter requires such a large volume and weight throughout the exhaust system of the vehicle as the volume and weight of the
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, CPF 필터와 SCR 장치가 각각 별도로 장착되지 않고 하나의 여과필터를 통해 CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 함께 수행되도록 구성함으로써, 매연 여과장치를 설치하는 부피 및 중량이 감소하고 설치에 필요한 구성 부품의 개수가 감소하며, 구성이 단순화되어 차량의 배기 시스템에 대해 효율적인 공간 구성이 가능하고, CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 동일한 공간에서 함께 수행되기 때문에 SCR 장치의 기능에 있어서 냉시동 초기의 배기가스가 용이하게 처리될 수 있는 매연 여과장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented to solve this problem, by configuring the CPF filter and the function of the SCR device to perform the function of the CPF filter and the SCR device through a single filtration filter instead of separately mounted CPF filter and SCR device, Reduces the volume and weight of the installation, reduces the number of components required for installation, and simplifies the configuration for efficient space configuration for the exhaust system of the vehicle, the function of the CPF filter and the function of the SCR device in the same space It is an object of the present invention to provide a soot filtration device that can be easily processed in the exhaust gas of the initial cold start in the function of the SCR device because it is performed together.
본 발명은, 배기가스가 관통하며 통과하는 필터담체(210); 상기 필터담체(210)의 표면에 상층으로부터 순차적으로 코팅된 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)를 포함하고, 상기 배기가스가 상기 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)을 관통하며 상기 필터담체(210)를 통과하여 상기 배기가스의 입자상 물질 및 질소산화물이 순차적으로 정화처리되는 것을 특징으로 하는 매연 여과장치를 제공한다.The present invention, the
본 발명에 의하면, CPF 필터와 SCR 장치가 각각 별도로 장착되지 않고 하나의 여과필터를 통해 CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 함께 수행되도록 구성함으로써, 매연 여과장치를 설치하는 부피 및 중량이 감소하고 설치에 필요한 구성 부품의 개수가 감소하며, 구성이 단순화되어 차량의 배기 시스템에 대해 효율적인 공간 구성이 가능하고, CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 동일한 공간에서 함께 수행되기 때문에 SCR 장치의 기능에 있어서 냉시동 초기의 배기가스 처리가 용이한 효과가 있다.According to the present invention, the CPF filter and the SCR device are not separately installed, and the CPF filter and the SCR device are configured to be performed together through one filtration filter, thereby reducing the volume and weight of installing the soot filtration device. The number of components required for installation is reduced, the configuration is simplified to enable efficient space configuration for the exhaust system of the vehicle, and the function of the SCR device is performed because the functions of the CPF filter and the SCR device are performed together in the same space. Therefore, there is an effect that the exhaust gas treatment in the initial stage of cold start is easy.
본 발명은, 배기가스가 관통하며 통과하는 필터담체(210); 상기 필터담체(210)의 표면에 상층으로부터 순차적으로 코팅된 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)를 포함하고, 상기 배기가스가 상기 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)을 관통하며 상기 필터담체(210)를 통과하여 상기 배기가스의 입자상 물질 및 질소산화물이 순차적으로 정화처리되는 것을 특징으로 하는 매연 여과장치를 제공한다.The present invention, the
이때, 상기 필터담체(210)는 배기흐름방향의 수직 단면 형상이 격벽(211)에 의해 구획된 격자 모양을 이루도록 형성되고, 배기흐름방향을 따라 각 격자의 전방 및 후방 끝단부 중 선택적인 어느 하나에는 서로 이웃하지 않도록 플러그(220)가 교대로 장착되며, 전방 끝단부에 플러그(220)가 장착되지 않은 격자의 내부 표면에 상기 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)이 코팅되는 것이 바람직하다.At this time, the
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연 여과장치의 계통을 간략하게 개념적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터담체의 구조를 간략하게 도시한 횡단면도 및 종단면도이다.Figure 4 is a schematic conceptual view of the system of the soot filtration device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view and a longitudinal cross-sectional view showing a simplified structure of the filter carrier according to an embodiment of the present invention. to be.
본 발명의 일 실시예에 따른 매연 여과장치는 배기파이프에 여과필터(200)가 장착되어 배기가스의 오염물질이 정화처리되도록 구성되는데, 도 4에 도시된 바와 같이 여과필터(200)의 전방에 DOC 촉매(100)가 별도로 장착되어 최소한의 설치 공간 내에서 연속적으로 배기가스의 오염물질이 정화처리되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이때, DOC 촉매(100)의 전단부에는 산화제를 분사하는 분무관(400)이 장착되며 분무관(400)을 통해 분사되는 산화제는 요소(Urea) 또는 암모니아가 이용될 수 있을 것이다.A soot filtration device according to an embodiment of the present invention is equipped with a
본 발명의 일 실시예에 따른 여과필터(200)는 배기가스가 관통하며 통과하는 필터담체(210)와, 필터담체(210)의 표면에 상층으로부터 순차적으로 코팅된 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)을 포함하여 구성된다. 이러한 구성에 따라 배기가스가 필터담체(210)를 통과하며 필터담체(210)에 코팅된 CPF 촉매담지 층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)을 함께 관통하기 때문에, CPF 촉매담지층(230)에 의해 배기가스의 입자상 물질이 정화되고 SCR 촉매담지층(240)에 의해 배기가스의 질소산화물이 순차적으로 함께 정화된다.The
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 매연 여과장치는 종래기술과 달리 CPF 필터와 SCR 장치가 각각 별도로 장착되지 않고 하나의 여과필터(200)를 통해 CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 함께 수행되기 때문에 매연 여과장치를 설치하는 부피 및 중량이 감소하고 설치에 필요한 구성 부품의 개수가 감소하며 구성이 단순화된 구조이다.Therefore, the soot filtration device according to an embodiment of the present invention performs a function of the CPF filter and the function of the SCR device through one
이와 같은 매연 여과장치의 구조를 좀 더 자세히 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이 필터담체(210)는 종래의 필터담체(210)의 구성과 동일하게 형성된다. 즉, 필터담체(210)는 배기흐름방향의 수직단면형상이 격벽(211)에 의해 구획된 격자 모양을 이루도록 형성되고, 배기흐름방향을 따라 각 격자의 전방 및 후방 끝단부 중에 선택적인 어느 하나의 끝단부에만 플러그(220)가 장착되며, 이때 플러그(220)는 전방 끝단부 및 후방 끝단부에서 서로 이웃하지 않도록 교대로 장착된다. 또한, 배기가스가 유입될 수 있도록 전방 끝단부에 상기 플러그(220)가 장착되지 않은 격자에 대해서는 격자의 내부 표면에 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)이 격자의 내부 표면으로부터 상하층을 이루며 코팅된다. 따라서, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 격자 내부를 흐르는 배기가스는 후방 끝단부에 장착된 플러그(220)에 의해 해당 격자를 완전히 통과하지 못하고 이웃하는 격자로 격벽(211)을 관통하며 유입되어 이웃하는 격자를 통과한다. 이때, 배기가스가 격벽(211)을 관통하는 과정에서 격자의 내부표면에 코팅된 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)을 함께 관통하며 입자상 물질 및 질소산화물이 정화 처리된다.Looking at the structure of such a soot filtration device in more detail, as shown in Figure 5, the
이와 같은 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 매연 여과장치는 종래 기술에 비해 구성이 간단하여 차량의 배기 시스템에 대해 효율적인 공간 구성이 가능하고, CPF 필터의 기능과 SCR 장치의 기능이 동일한 공간에서 함께 수행되기 때문에 SCR 장치의 기능에 있어서 냉시동 초기의 배기가스 처리가 용이하다는 장점이 있다.According to such a structure, the soot filtration device according to an embodiment of the present invention has a simpler configuration than the prior art, thereby enabling an efficient space configuration for an exhaust system of a vehicle, and having the same function as a CPF filter and an SCR device. Since it is performed together with the SCR device has the advantage of easy exhaust gas treatment in the initial stage of cold start.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 필터담체의 구조를 간략하게 도시한 횡단면도 및 종단면도이다.6 is a cross-sectional view and a longitudinal cross-sectional view briefly showing the structure of the filter carrier according to another embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이 필터담체(210)의 구조는 도 5에서 설명한 구조와 동일하고, 다만 격자의 내부 표면에 코팅되는 CPF 촉매담지층(230) 및 SCR 촉매담지층(240)이 각 격자에 교대로 코팅되는 형태로 구성된다.As shown in FIG. 6, the structure of the
즉, 전방 끝단부에 플러그(220)가 장착되지 않은 격자의 내부 표면에는 CPF 촉매담지층(230)이 코팅되고 전방 끝단부에 플러그(220)가 장착된 격자의 내부 표면에는 SCR 촉매담지층(240)이 코팅된다. 따라서, 전방 끝단부에 플러그(220)가 장착되지 않은 격자 내부로 배기가스가 유입된 후 도 5에서 설명한 바와 마찬가지 방식으로 배기가스가 이웃하는 격자로 격벽(211)를 관통하며 유입되는데, 이때 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 CPF 촉매담지층(230), 격벽(211) 및 SCR 촉매담지층(240)을 순차적으로 관통하기 때문에 입자상 물질 및 질소산화물이 순차적으로 함께 정화 처리된다.That is, the CPF
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 매연 여과장치 계통을 간략하게 개념적으로 도시한 도면,1 is a schematic conceptual view of a conventional soot filtration system according to the prior art,
도 2는 종래 기술에 의한 일반적인 CPF 필터의 구조를 나타내는 종단면도,2 is a longitudinal cross-sectional view showing the structure of a conventional CPF filter according to the prior art;
도 3은 종래 기술에 의한 일반적인 CPF 필터의 구조를 나타내는 횡단면도,3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional CPF filter according to the prior art;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 매연 여과장치의 계통을 간략하게 개념적으로 도시한 도면,4 is a schematic conceptual view of the system of the particulate filter according to an embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터담체의 구조를 간략하게 도시한 횡단면도 및 종단면도,5 is a cross-sectional view and a longitudinal sectional view schematically showing the structure of a filter carrier according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 필터담체의 구조를 간략하게 도시한 횡단면도 및 종단면도이다.6 is a cross-sectional view and a longitudinal cross-sectional view briefly showing the structure of the filter carrier according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: DOC 필터 200: 여과필터100: DOC filter 200: filtration filter
210: 필터담체 220: 플러그210: filter carrier 220: plug
230: CPF 촉매담지층 240: SCR 촉매담지층230: CPF catalyst support layer 240: SCR catalyst support layer
400: 분무관400: spray tube
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