KR100611606B1

KR100611606B1 - 마이크로파 반사기를 이용한 디젤 매연 필터 시스템

Info

Publication number: KR100611606B1
Application number: KR1020040092933A
Authority: KR
Inventors: 정순신; 이홍식
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: KR20060047096A

Abstract

본 발명은 배기 관로에 장착되어 차량 등의 운행 중에 필터에 누적된 매연을 연소함으로써 적절한 시기에 필터를 재생하는 디젤 엔진 매연 필터 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 다공성 필터, 배출 가스의 유입구 및 유출구를 구비하고, 상기 다공성 필터를 수용하는 전도성 하우징, 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생 수단, 상기 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파를 상기 전도성 하우징 내부의 상기 다공성 필터로 전송하는 마이크로파 전송 수단 및 상기 전도성 하우징 내부에서 상기 다공성 필터와 대향 장착되어 상기 배출 가스를 상기 다공성 필터로 분배하며 상기 마이크로파를 반사하는 회전식 반사기를 포함하는 디젤 매연 필터 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 배출 가스를 다공성 필터 전체에 고르게 분배할 뿐만 아니라, 마이크로파를 다공성 필터 전체에 걸쳐 고르게 분산시킬 수 있다. 따라서, 입자상 물질의 분포 및 마이크로파의 분포를 필터 전체에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있으므로 필터의 국부적인 과열로 인한 손상을 방지할 수 있다.

디젤 매연 필터, 마이크로파, 촉매, 다공성 필터, 회전식 반사기, 로터

Description

마이크로파 반사기를 이용한 디젤 매연 필터 시스템{REGENERATIVE DIESEL PARTICULATE FILTER SYSTEM USING MICROWAVE REFLECTOR}

도 1는 종래의 디젤 매연 필터 시스템에서 필터의 국부적인 과열 현상에 의해 필터가 용융 및 파손된 모습을 도시하는 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 매연 필터 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3a는 각각 도 2에 도시된 필터의 일부를 배기 가스의 유입구 측에서 바라본 정면도이고, 도 3b는 도 3a의 필터를 A-A'을 따라 절단한 상태의 단면을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전식 반사기의 일례를 도시하는 사시도이다.

도 5a는 본 발명의 디젤 매연 필터 시스템의 시뮬레이션에 사용된 필터 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 필터 어셈블리의 치수를 도시한 도면이다.

도 6a 내지 도 6f는 도 5a의 필터 어셈블리의 회전 날개 위치에 따른 마이크로파 강도 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

110 : 마이크로파 제어기 120 : 마이크로파 발생 수단

122 : 마이크로파 전송 수단 200 : 필터 어셈블리

210 : 필터 212 : 개방 채널

214 : 폐쇄 채널 216 : 다공성 벽체

218 : 유출단 224 : 하우징

240 : 단열 수단 242 : 온도 센서

244, 246 : 압력 센서 250 : 회전식 반사기

251 : 지지플레이트 252 : 개구부

253 : 회전축 254 : 회전 날개

255 : 로터

본 발명은 디젤 엔진에서 발생하는 매연을 여과하는 디젤 엔진 매연 필터 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배기 관로에 장착되어 차량 등의 운행 중에 필터에 누적된 매연을 연소함으로써 적절한 시기에 필터를 재생하는 디젤 엔진 매연 필터 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 '매연'이라는 용어는 연료의 연소에 의해 발생되는 미세 입자를 지칭하는 것으로서, 이것은 당업계에서 입자상 물질(particulate material, PM), 수우트(soot) 또는 미세 먼지로도 불린다.

디젤 엔진 매연 필터(diesel particulate filter, DPF) 시스템은 디젤 차량 등의 엔진과 머플러 사이에 장착하여 디젤 엔진에서 발생하는 배출 가스 중 매연을 포집 및 연소한 뒤 대기 중으로 방출하는 장치를 말한다.

이러한 장치의 일례로 미국특허 제6,709,489호를 들 수 있다. 상기 특허의 장치는 필터로서 코디어라이트(2MgO-2Al₂O₃-5SiO₂) 재질의 하니콤형 필터를 사용하고 있다. 상기 필터는 배기 가스의 진행 방향에 평행한 복수의 채널로 구성되어 있는데, 배기 가스의 유입측에 대해 개방된 채널 및 폐쇄된 채널이 평면적으로 교번 형성된 구조를 갖고 있다. 상기 필터의 개방 채널로 유입된 배기 가스는 개방 채널의 끝단 부근 또는 채널 벽에 매연을 축적하며, 채널 벽을 통한 소위 벽유동(wall-flow)을 통해 필터 외부로 배출된다.

이와 같은 매연 필터 시스템에서는 필터에 축적된 입자상 물질에 의해 채널 벽이 막히게 되므로, 이를 제거하여 필터를 재생하는 과정이 필요하다. 상기 특허는 필터의 재생을 위한 에너지원으로 마이크로파를 이용하고 있다. 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파는 상기 필터로 전송되어 상기 필터를 유전 가열하며, 필터의 가열에 의해 필터에 축적된 매연은 연소되어 제거된다.

이와 같은 종래의 디젤 매연 필터 시스템에서 필터에 축적된 매연의 연소를 위해서는 650 ℃ 이상의 고온이 요구된다. 따라서 고온 가열을 위해 과도한 배터리 전력의 소모가 발생하게 되며 차량 등에 이 시스템을 적용하는 것은 사실상 곤란하다. 더욱이, 매연의 연소 과정에서 발생하는 열량으로 필터의 온도가 1000 ℃를 초 과하는 경우도 발생하는데, 이러한 온도는 필터의 용융을 초래하고 국부적인 온도 구배를 형성하여 필터의 파손을 초래할 수 있다.

한편, 필터에 촉매를 담지 또는 코팅함으로써 필터의 재생 온도를 낮추고자 하는 시도가 있어 왔다. 이 기술은 필터를 구성하는 세라믹 담체에 촉매 물질을 담지 또는 도포시켜 필터에 포집된 매연을 약 250 ℃ 이상, 바람직하게는 약 350 ℃ 이상의 온도에서 연소 또는 산화시킴으로써 필터를 재생한다.

그러나 엔진 배기 가스의 온도가 낮을 때, 예를 들어 시동 직후나 공회전시 또는 시내 주행과 같은 저속 주행시에는 배출가스의 온도가 촉매 활성 온도보다 낮기 때문에 원활한 재생이 이루어질 수 없다. 이러한 상태가 장시간 지속되면, 상기 시스템의 필터에는 상당량의 매연이 축적된다. 축적된 매연은 필터의 기공을 막아 엔진의 배압(back pressure)을 상승시키며, 결국 엔진 성능에 악영향을 미치게 되고 심지어 엔진이 정지하는 상황이 발생하기도 한다. 더욱이 고속 주행시 고온의 배기 가스가 유입될 때에는 축적된 매연이 급격히 연소되므로, 필터가 1000 ℃ 이상의 고온 상태가 되어 필터를 국부적으로 용융시키거나 필터 내부에 온도 구배를 형성하여 필터를 파손시킨다.

또한, 필터로 공급되는 마이크로파의 불균일도 필터 파손의 한 원인이 된다. 통상 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파는 마이크로파 전송 수단을 통해 필터로 전송된다. 이 때 필터에 공급되는 마이크로파가 균일하지 않으면 국부적으로 마이크로파가 집중한 영역에서는 필터의 손상이 발생하게 되고 일부 영역에는 충분한 마이크로파가 공급되지 않아 매연의 축적이 발생할 수 있다.

이와 같이, 종래의 마이크로파 재생 방식 및 촉매 재생 방식의 매연 필터 시스템은 필터의 국부적인 용융, 파손 및 매연의 축적이라는 문제점을 나타낸다. 도 1는 종래의 매연 필터 시스템에서 발생하는 필터(240)의 국부적인 용융(A) 및 파손(B) 상태를 도시한 도면이다.

이 밖에도, 종래의 마이크로파 재생 방식과 촉매 재생 방식의 매연 필터 시스템은 재생시 매연의 소결에 의해 디젤 엔진의 성능에 치명적인 악영향을 미칠 수 있다.

이와 같이, 종래의 디젤 매연 필터 시스템들은 필터의 과열 등에 의한 필터의 용융 및 파손 문제와 매연의 소결로 인한 엔진 배압 증가의 문제점을 가지고 있어, 디젤 차량과 고도의 신뢰성이 요구되는 산업 분야에는 적용이 곤란하다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 국부적인 매연의 축적으로 인한 엔진 배압의 증가 문제 및 국부적인 마이크로파 집중으로 인한 필터의 손상이 발생하지 않는 디젤 매연 필터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 다공성 필터, 배출 가스의 유입구 및 유출구를 구비하고, 상기 다공성 필터를 수용하는 전도성 하우징, 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생 수단, 상기 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파를 상기 전도성 하우징 내부의 상기 다공성 필터로 전송하는 마이크로파 전송 수단 및 상기 전도성 하우징 내부에서 상기 다공성 필터와 대향 장착되 어 상기 배출 가스를 상기 다공성 필터로 분배하며 상기 마이크로파를 반사하는 회전식 반사기를 포함하는 디젤 매연 필터 시스템을 제공한다.

본 발명의 시스템에서 상기 회전식 반사기는 최소한 2개의 회전 날개를 갖는 로터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 회전식 반사기는 최소한 둘 이상의 개구부를 구비한 지지 플레이트를 더 포함하고, 상기 로터는 상기 지지 플레이트에 의해 지지될 수 있다.

또한, 상기 시스템에서 상기 로터는 상기 지지 플레이트에 회전 가능하게 결합하여 상기 배출 가스의 유동에 의해 회전하는 것이 바람직하며, 상기 로터는 금속 재질인 것이 좋다.

본 발명에서 상기 다공성 필터는 촉매 물질을 포함할 수 있으며, 상기 다공성 필터는 질소산화물 흡장 물질을 더 포함할 수도 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 매연 필터 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 필터 시스템은 디젤 엔진의 배기 관로에 부착된 필터 어셈블리(200)를 포함하고 있다. 상기 필터 어셈블리(200)는 다공성 필터(210)와 상기 다공성 필터(210)를 수용 및 지지하는 하우징(224)을 포함하여 구성되며, 디젤 엔진의 배기 관로에 삽입된다. 또한 상기 필터 어셈블리는 상기 하우징(224) 내부의 배출 가스 유입측에 장착된 회전식 반사기(rotating reflector, 250) 를 포함하고 있다.

상기 하우징(224) 내부 영역은 마이크로파 발생 수단(120)의 공급 에너지에 의해 마이크로파 가열실을 형성한다. 상기 하우징은 상기 마이크로파 가열실 내부에 마이크로파를 가둘 수 있도록 비유전성 물질, 바람직하게는 도전성 금속으로 제작되는 것이 좋다.

상기 다공성 필터(210)는 코디어라이트, 알루미나, 탄화규소, 지르코니아(ZrO₂), 타이타니아(TiO₂), 제올라이트, 활성탄 또는 실리카와 같은 세라믹 물질을 재질로 하여 형성된다. 본 발명에서 상기 필터(210)의 구조로는 하니콤 모놀리쓰형(honeycomb monolith), 주름 섬유형(pleated fiber), 발포형(foam) 필터를 불문한다. 또한 배기 가스의 유동 형태, 즉 벽유동형(wall-flow type) 또는 채널 유동형(channel-flow type)을 불문하고 여하한 구조의 필터도 본 발명의 필터로 사용될 수 있다.

도 3a는 도 2의 필터(210)의 일부를 배기 가스의 유입구 측에서 바라본 정면도이다.

도 3a를 참조하면, 상기 필터(210)는 지지체를 형성하는 복수의 격자형 벽체(216)에 의해 구분되어 배기 가스의 유입 방향에 대해 평행한 복수의 채널(212, 214)을 구비하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 채널들은 유입 가스에 대해 개방된 채널(212) 및 폐쇄된 채널(214)로 구분할 수 있으며, 개방 채널(212) 및 폐쇄 채널(214)은 평면적으로 볼 때 서로 교번하면서 형성되어 있다.

도 3b는 도 3a의 필터를 A-A'을 따라 절단한 상태의 단면을 도시한 도면이다. 도 3b를 참조하면, 상기 필터(210)의 개방 채널(212)의 유출단(218)은 폐쇄되어 있다. 이에 따라 상기 필터(210)의 개방 채널(212)로 유입된 배기 가스는 폐쇄된 유출단(218)에 가로막히게 되며, 다공성 벽체(216)를 관통하여 배출된다(화살표 참조). 이에 따라 배기 가스에 포함된 입자상 물질은 상기 개방 채널(212)의 유출단과 다공성 벽체(216)에 포집되며, 배기 가스에 포함된 입자상 물질의 농도는 감소하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에서 사용 가능한 필터 구조의 일례에 불과하며, 전술한 다른 구조의 필터도 사용 가능하다. 예컨대, 세라믹 섬유를 주름 성형한 시트와 평판 시트를 접착하여 제조된 주름 섬유형 필터도 사용 가능하다. 주름 섬유형 필터에서는 주름 시트와 평판 시트에 의해 규정되는 내부 공간은 전술한 도 3a 내지 도 3b의 개방 채널(212)과 유사하게 배기 가스의 통과 채널로 기능하게 된다.

본 발명에서 상기 필터(210)는 매연의 연소를 활성화하는 촉매를 담지할 수 있다. 상기 촉매는 매연의 산화를 촉진하여 연소 온도를 낮춘다. 상기 촉매는 바람직하게는 Pt, Pd, Rh, Ir, Os, Ni, Co, Au, Ag 등의 귀금속 촉매 또는 전이 금속 촉매를 포함한다. 상기 촉매는 약 250 ~ 400 ℃의 온도에서 활성화되어 상기 매연의 연소를 촉진한다. 또한, 본 발명에서 상기 촉매로는 나열된 금속 촉매와 다른 산화물 촉매가 조합된 형태, 예컨대 Pt/BaO와 같은 형태의 촉매가 사용될 수도 있다. 상기 촉매는 딥핑(dipping)과 같은 통상의 도포 수단에 의해 필터 표면에 도포되거나 필터 내부에 도핑될 수 있다. 상기 촉매 입자는 나노 스케일, 즉 수 ~ 수백 nm의 입자 크기로 상기 필터에 분산되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 필터(210)는 마이크로파 흡수 물질을 더 포함할 수 있다. 마이크로파 흡수 물질은 상기 필터(210)의 지지체로 코디어라이트와 같이 마이크로파 흡수 성능이 낮은 재질을 사용할 경우 특히 유용하다. 상기 마이크로파 흡수 물질은 마이크로파 발생 수단에서 발생되어 전송되는 마이크로파를 흡수하여 가열된다. 상기 마이크로파 흡수 물질은 SiC, 금속 산화물과 같이 높은 유전율과 내열성을 갖는 유전 물질이 사용된다. 상기 마이크로파 흡수 물질은 필터의 표면에 도포되거나 필터 지지체 제조시 내부에 도핑된다. 마이크로파 흡수 물질이 필터 표면에 도포되는 경우, 상기 촉매가 마이크로파 흡수 물질 외부에 노출될 수 있도록 상기 촉매의 도포 공정은 마이크로파 흡수 물질의 도포 후에 실시되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 필터(210)는 BaCO3와 같은 질소 산화물(NOx) 흡장 물질을 더 포함할 수 있다. 질소 산화물 흡장 물질과 촉매가 필터 표면에 도포되는 경우, 상기 촉매가 질소 산화물 흡장 물질 외부에 노출될 수 있도록 상기 촉매의 도포 공정은 질소 산화물 흡장 물질의 도포 후에 실시되는 것이 바람직하다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 필터(210)와 하우징(224) 사이에는 단열 수단(240)이 삽입되어 있다. 상기 단열 수단(240)은 배기 가스가 필터와 하우징(224) 사이로 유동하는 것을 방지하고, 상기 필터(210)를 단열한다.

본 발명에서 상기 하우징(224) 내부의 상기 배출 가스 유입측에는 회전식 반사기(250)가 장착된다. 상기 회전식 반사기(250)는 유입되는 상기 배출 가스를 상 기 다공성 필터(210)에 분배할 뿐만 아니라 상기 다공성 필터를 통과하는 마이크로파를 다시 상기 다공성 필터로 반사한다. 본 발명에서 상기 회전식 반사기(250)는 다양한 형태로 설계될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 회전식 반사기는 2개의 회전 날개(254)를 갖는 로터(255)를 포함하고 있으며, 상기 로터(255)의 회전축(253)은 지지 플레이트(251)에 결합하고 있다. 상기 지지 플레이트(251)는 상기 하우징(224) 내벽에 부착 고정된다. 상기 지지 플레이트(251)는 배출 가스 유입측에 장착되었을 때 배출 가스의 유동 경로를 제공하기 위한 최소한 하나 이상의 개구부(252)를 구비하고 있다. 상기 개구부(252)를 통해 마이크로파가 통과하여 손실이 발생하지 않도록 상기 개구부는 사용된 마이크로파의 반파장 미만으로 그 직경이 조절되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 개구부는 2.45 GHz의 마이크로파를 사용할 경우 그 직경이 60 mm 미만인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 로터(255)는 상기 지지 플레이트(251)에 회전 가능하게 결합한다. 이를 위해 도시된 바와 같이, 상기 회전축(253)은 상기 지지 플레이트(251)에 고정되는 반면, 상기 로터(255)와는 회전 가능하도록 결합한다. 또한 상기 로터(255)에는 상기 로터(255)가 상기 회전축(253)으로부터 이탈하는 것을 방지하는 통상의 체결 수단(256)이 제공될 수 있다.

물론 전술한 상기 지지플레이트, 회전축 및 상기 로터의 결합 관계는 예시적 인 것에 불과하며, 이와 달리 상기 회전축은 상기 지지 플레이트에 회전 가능하게 결합할 수도 있으며, 이 경우에도 상기 로터의 회전 동작에는 아무런 문제가 발생하지 않는다.

도 4를 참조하여 설명한 회전식 반사기는 배출 가스 자체의 유동에 의해 자동적으로 회전 동작이 발생하는 반사기의 일례를 도시한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자라면 도 4의 반사기를 변형 또는 변경시켜 다양한 반사기를 설계할 수 있을 것이다. 또한, 도시된 반사기와는 달리 외력에 의해 인위적으로 회전하는 반사기가 사용될 수도 있을 것이다.

도 4에 도시된 반사기(250)의 로터(255)는 유입되는 배출 가스의 운동 에너지에 의해 회전한다. 상기 로터(255)와 상기 회전 날개(254)의 회전에 따라 유입되는 배출 가스는 로터(255)의 후단에서 배출 가스를 교반하여 배출 가스가 필터의 전단면적에 걸쳐 고르게 분배되도록 한다.

또한, 본 발명의 상기 로터(255)의 회전 날개(254)는 마이크로파 전송 수단(122)으로부터 전송되어 다공성 필터(240)를 통과하는 마이크로파의 일부를 다시 다공성 필터(240)로 반사한다. 상기 다공성 필터(240)의 입장에서 보면 상기 로터(255)의 회전 날개(254)에 의해 반사되는 마이크로파의 강도 분포는 주기적인 특성을 갖게 된다. 즉 상기 회전 날개(254)가 회전함에 따라 상기 다공성 필터(240)는 강도가 주기적으로 변화하는 마이크로파를 경험하게 된다.

이하에서는 본 발명의 회전식 반사기의 기능을 상기 다공성 필터가 경험하는 마이크로파의 강도 변화 시뮬레이션을 통해 보다 상세히 설명한다.

도 5a는 시뮬레이션에 사용된 필터 어셈블리를 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 필터 어셈블리의 구체적인 치수를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 회전 날개로는 2개의 부채꼴형 날개를 사용하였고, 각 날개의 스팬 각도는 45°로 하였다. 또한 회전 날개가 장착되는 회전축의 높이는 20 mm, 회전 날개의 두께는 2.5 mm로 하였고, 회전 날개의 직경은 120 mm로 하였다. 한편, 도 5b에 도시된 바와 같이 지지 플레이트(252)는 직경 25 mm인 2개의 개구부를 갖는 것으로 가정하였다.

도 6a 내지 도 6f는 각각 마이크로파 전계 분포 시뮬레이션에 통상 사용되는 상용 프로그램인 HFSS(High frequency structure simulator)를 사용하여 회전 날개의 위치(도 5a의 θ = 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°)에 따라 다공성 필터가 경험하는 마이크로파의 진폭을 시뮬레이션한 도면이다. 도 6에서 음영의 농도는 마이크로파의 진폭을 나타내는 것으로 음영이 짙어질수록 마이크로파의 진폭이 크다는 것을 의미한다.

도 6을 참조하면, 회전 날개가 0°에서 150° 변화함에 따라 최고 진폭을 나타내는 다공성 필터의 위치가 변화하고 있다. 또한, 최고 진폭 위치는 상기 회전 날개의 위치가 회전함에 따라 이에 대응하여 회전하고 있으며, 회전 날개가 1회전함에 따라 최고 진폭 위치도 1회전하게 됨을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 회전식 반사기는 상기 다공성 필터의 각 부분에 마이크로파 강도의 주기적인 변화를 부여하며, 상기 다공성 필터의 각 부분을 순차적으로 가열한다. 따라서 반사기의 회전이 충분히 빠른 경우 마이크로파가 다공성 필터 전체에 걸쳐 균일하게 분산하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 어셈블리(200)에는 1 종 이상의 센서가 장착될 수 있다. 상기 센서는 배기 가스의 상태 정보, 예컨대 온도 및/또는 압력을 검출한다. 상기 센서에서 검출된 온도 및/또는 압력 정보는 마이크로파 발생 수단(120)의 구동 정보로 사용된다. 본 발명에서 온도 센서(242)로는 써미스터와 같은 통상의 온도 센서가 사용될 수 있으며, 압력 센서(244, 246)로는 다이아프램식 압력 센서 또는 반도체 압력 센서가 사용될 수 있다.

마이크로파 제어기(110)는 센서의 검출 정보를 기초로 마이크로파 발생 수단(120)의 동작을 제어한다. 본 발명에서 상기 마이크로파 제어기(110)는 별도의 마이크로 콘트롤러에 의해 구현될 수도 있으나, 차량 등에 탑재된 전자 제어 유닛(Electronic control unit, 이하 'ECU'라 한다)에 통합되어 구현될 수도 있다.

상기 마이크로파 제어기(110)는 상기 어셈블리(200)에 장착된 센서, 예컨대 온도 센서(242)로부터 배기 가스의 온도를 입력받아 배기 가스의 온도가 촉매 활성 온도 이하인 경우에는 마이크로파 발생 수단(120)을 동작시킨다. 마이크로파 발생 수단(120)에서 발생된 마이크로파는 도파관 또는 동축 케이블과 같은 전송 수단(122)에 의해 마이크로파 가열실로 유도되어 필터의 지지체를 이루고 있는 유전 물질, 마이크로파 흡수 물질 및/또는 필터에 포집된 매연을 직접 가열한다. 공급되는 마이크로파 에너지는 필터의 온도를 촉매의 활성에 적합한 온도인 약 250 ℃ 이상, 바람직하게는 약 350 ℃ 이상의 온도로 유지하여 상기 필터(210)에 포집된 매연을 연소한다.

상기 배기 가스의 온도가 촉매 활성 온도 이상인 경우, 상기 마이크로파 제 어기(110)는 마이크로파 발생 수단(120)의 동작을 중지시킨다. 이 때에는 배기 가스 자체의 온도에 의해 촉매가 충분히 활성화되므로 마이크로파 발생 수단(120)의 개재 없이 필터의 재생이 가능하다.

이와 같이 본 발명의 필터 시스템에서는 엔진의 운전 상태, 즉 배기 가스의 온도에 무관하게 적절한 시점에 필터를 재생한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 포집된 매연이 필터에 누적되지 않으며, 포집된 매연의 급격한 연소로 인해 필터가 과열되어 용융 또는 파손될 우려가 없다.

한편, 본 발명의 마이크로파 제어기(110)의 제어는 배기 가스의 압력을 기초로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 제어기(110)는 배기 가스의 유입측에 장착된 압력 센서(244)가 측정한 배압이 소정 압력 이상일 때에는 상기 마이크로파 발생 수단을 작동시키며, 소정 압력 이하일 때에는 마이크로파 발생 수단의 동작을 중지시킬 수 있다. 여기서, 마이크로파 발생 수단 작동 여부의 기준이 되는 배압은 통상의 엔진 배압을 기준으로 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 선택 또는 특정할 수 있으므로, 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

또한, 마이크로파 발생 수단(120)의 동작 제어는 필터의 배기 가스 유입측과 유출측의 압력차에 근거하여 수행될 수도 있다. 이것은 필터의 유입측 및 유출측에 각각 압력 센서(244, 246)를 설치하거나 또는 압력차 센서(도시하지 않음)를 설치하여 필터의 유입측 및 유출측의 압력차를 구하고, 구해진 압력차가 소정 수치를 넘게 될 때 상기 마이크로파 제어기(110)를 동작시킴으로써 수행될 수 있다.

별도로 설명하지는 않지만, 본 발명의 마이크로파 제어기(110)가 전술한 온 도 및 압력을 모두 변수로 고려하여 마이크로파 발생 수단(120)을 제어할 수도 있음은 물론이다. 또한, 본 발명에서 마이크로파 제어기(110)의 제어는 배기 가스의 상태 정보 뿐만 아니라 주행 거리 정보에 따라 수행될 수도 있다. 예컨대, 상기 마이크로파 제어기(110)는 차량의 주행 거리 센서(도시하지 않음)의 출력 또는 ECU의 주행 거리 정보를 기초로 일정 주행 거리(예컨대 100 km)마다 주기적으로 마이크로파 발생 수단(120)을 동작시켜 매연을 연소시킬 수도 있다.

전술한 본 발명의 실시예는 본 발명의 구현 형태를 예시한 것에 불과하다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 앞서 설명한 실시예들에 다양한 변형 및 수정을 가할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 정도의 변형 및 수정은 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

본 발명의 디젤 매연 필터 시스템은 배출 가스를 다공성 필터 전체에 고르게 분배할 뿐만 아니라, 마이크로파를 다공성 필터 전체에 걸쳐 고르게 분산시킬 수 있다. 따라서, 입자상 물질의 분포 및 마이크로파의 분포를 필터 전체에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있으므로 필터의 국부적인 과열로 인한 손상을 방지할 수 있다. 결국 본 발명의 필터 시스템은 필터의 파손, 용융 및 엔진 배압 증가의 우려가 종래에 비해 현저히 낮아지고 제품의 신뢰성을 향상시킨다. 또한 본 발명에 따르면, 엔진 상태에 따라 마이크로파 재생 및 촉매 재생을 선택적으로 수행함으로써 디젤 엔진 필터 시스템이 소비하는 전력을 최소화할 수 있다.

Claims

다공성 필터;

배출 가스의 유입구 및 유출구를 구비하고, 상기 다공성 필터를 수용하는 전도성 하우징;

마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발생 수단;

상기 마이크로파 발생 수단에서 발생된 마이크로파를 상기 전도성 하우징 내부의 상기 다공성 필터로 전송하는 마이크로파 전송 수단; 및

상기 전도성 하우징 내부에서 상기 다공성 필터와 대향 장착되어 상기 배출 가스를 상기 다공성 필터로 분배하며 상기 마이크로파를 반사하는 회전식 반사기를 포함하는 디젤 매연 필터 시스템.
제1항에 있어서,

상기 회전식 반사기는 최소한 2개의 회전 날개를 갖는 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터 시스템.
제2항에 있어서,

상기 회전식 반사기는 최소한 둘 이상의 개구부를 구비한 지지 플레이트를 더 포함하고, 상기 로터는 상기 지지 플레이트에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터 시스템.
제3항에 있어서,

상기 로터는 상기 지지 플레이트에 회전 가능하게 결합하여 상기 배출 가스의 유동에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터 시스템.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 로터는 금속 재질인 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 다공성 필터는 촉매 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터 시스템.
제6항에 있어서,

상기 다공성 필터는 질소산화물 흡장 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터 시스템.
제1항에 있어서,

상기 다공성 필터는 마이크로파 흡수 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터 시스템.