(57)【要約】  燃料貯蔵タンクから供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジンの排気管に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する排気ガス内の粒子状物質の低減システムは、気体流入口と排出口とを具備したプラズマ反応器と、フィルターを具備したＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置とを含む。前記エンジンの排気管は前記プラズマ反応器の気体流入口と連結され、前記プラズマ反応器の排出口は前記ＤＰＦ装置と連結される。前記エンジンから排出される排気ガスは、前記プラズマ反応器を経て加熱された後、前記ＤＰＦ装置に伝達されることを特徴とする。
2009512810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料貯蔵タンクから供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジンの排気管に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する排気ガス内の粒子状物質の低減システムであって、
当該低減システムは、
気体流入口と排出口とを具備したプラズマ反応器、および
フィルターを具備したＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置を含み、
前記エンジンの排気管は前記プラズマ反応器の気体流入口と連結され、前記プラズマ反応器の排出口は前記ＤＰＦ装置と連結され、
前記エンジンから排出される排気ガスは、前記プラズマ反応器を経て加熱された後、前記ＤＰＦ装置に伝達されることを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に記載の低減システムにおいて、
前記プラズマ反応器は、
前記気体流入口と排出口とが形成される反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、流入ホールを介して前記反応炉と連通される混合チャンバーを具備したベースとを含む本体、および
前記ベースに支持され、前記反応炉の内面と離隔されながら当該反応炉の内部に突出される電極を含むことを特徴とする。
【請求項３】
請求項２に記載の低減システムにおいて、
前記本体のベースには燃料注入口が形成され、前記電極には前記混合チャンバーと連通される加熱チャンバーが形成され、前記燃料注入口は前記加熱チャンバーと連結されていることを特徴とする。
【請求項４】
請求項３に記載の低減システムにおいて、
前記燃料注入口には前記本体のベースに固定される燃料噴射器が装着されていることを特徴とする。
【請求項５】
請求項３に記載の低減システムにおいて、
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されていることを特徴とする。
【請求項６】
請求項３に記載の低減システムにおいて、
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して前記反応炉の内部に流入し、前記電極の外周面を流動することを特徴とする。
【請求項７】
燃料貯蔵タンクから供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジンの排気管に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する排気ガス内の粒子状物質の低減システムであって、
当該低減システムは、
気体流入口と排出口とを具備したプラズマ反応器、および
フィルターを具備したＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置を含み、
前記エンジンの排気管は分岐されて前記ＤＰＦ装置と前記プラズマ反応器の気体流入口に各々連結され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンとＤＰＦ装置を連結する排気管に連通され、
前記エンジンから排出される排気ガスの一部は、前記プラズマ反応器を経て加熱された後、前記ＤＰＦ装置に伝達されることを特徴とする。
【請求項８】
請求項７に記載の低減システムにおいて、
前記プラズマ反応器は燃料注入口を具備し、前記燃料注入口は前記燃料貯蔵タンクと連結され、
前記燃料注入口を介して注入される燃料は、前記気体流入口を介して流入される排気ガスとともに前記反応炉内でプラズマ反応を起こし、前記排気ガスと比較して相対的に低温で酸化され得る予備酸化物質に改質され、あるいは前記排気ガスの温度を上げるために燃焼され、前記ＤＰＦ装置に伝達されることを特徴とする。
【請求項９】
請求項８に記載の低減システムにおいて、
前記予備酸化物質は、水素または一酸化炭素を含むことを特徴とする。
【請求項１０】
請求項８に記載の低減システムにおいて、
前記プラズマ反応器は、
前記気体流入口と排出口とが形成される反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、流入ホールを介して前記反応炉と連通される混合チャンバーを具備したベースとを含む本体、および
前記ベースに支持され、前記反応炉の内面と離隔されながら当該反応炉の内部に突出される電極を含み、
前記燃料注入口は前記本体のベースに形成され、前記電極には前記混合チャンバーと連通される加熱チャンバーが形成され、前記燃料注入口は前記加熱チャンバーと連結されていることを特徴とする。
【請求項１１】
請求項１０に記載の低減システムにおいて、
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されていることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１０に記載の低減システムにおいて、
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して前記反応炉の内部に流入し、前記電極の外周面を流動することを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１０に記載の低減システムにおいて、
前記燃料注入口には前記本体のベースに固定される燃料供給管が装着され、前記燃料供給管の側面には気体供給管が互いに連通するように装着され、それによって前記燃料供給管を介して供給される燃料を、前記気体供給管を介して供給される気体とともに前記加熱チャンバー内に噴射することを特徴とする。
【請求項１４】
燃料貯蔵タンクから供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジンの排気管に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する排気ガス内の粒子状物質の低減システムであって、
当該低減システムは、
気体流入口と排出口とを具備したプラズマ反応器、および
フィルターを具備したＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置を含み、
前記エンジンの排気管は前記ＤＰＦ装置と連通され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンとＤＰＦ装置を連結する排気管と連通され、
前記プラズマ反応器は燃料注入口を具備し、前記燃料注入口は前記燃料貯蔵タンクと連結され、
前記燃料注入口を介して注入される燃料は、前記反応炉内でプラズマ反応を起こし、前記排気ガスと比較して相対的に低温で酸化され得る予備酸化物質に改質され、あるいは前記排気ガスの温度を上げるために燃焼され、前記ＤＰＦ装置に伝達されることを特徴とする。
【請求項１５】
請求項１４に記載の低減システムにおいて、
前記プラズマ反応器は、
前記気体流入口と排出口とが形成される反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、流入ホールを介して前記反応炉と連通される混合チャンバーを具備したベースとを含む本体、および
前記ベースに支持され、前記反応炉の内面と離隔されながら当該反応炉の内部に突出される電極を含むことを特徴とする。
【請求項１６】
請求項１５に記載の低減システムにおいて、
前記燃料注入口は前記本体のベースに形成され、前記電極には前記混合チャンバーと連通される加熱チャンバーが形成され、前記燃料注入口は前記加熱チャンバーと連結されていることを特徴とする。
【請求項１７】
請求項１５に記載の低減システムにおいて、
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して前記反応炉の内部に流入し、前記電極の外周面を流動することを特徴とする。
【請求項１８】
請求項１５に記載の低減システムにおいて、
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されていることを特徴とする。
【請求項１９】
燃料貯蔵タンクから供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジンの排気管に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する排気ガス内の粒子状物質の低減システムであって、
当該低減システムは、
気体流入口と排出口とを具備したプラズマ反応器、および
フィルターを具備したＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置を含み、
前記エンジンの排気管は前記ＤＰＦ装置と連結され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンとＤＰＦ装置を連結する排気管に連通され、
前記プラズマ反応器は、
前記気体流入口と排出口とが形成される反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、流入ホールを介して前記反応炉と連通される混合チャンバーを具備したベースを含む本体、
前記ベースに支持され、前記反応炉の内面と離隔されながら当該反応炉の内部に突出される電極、
前記本体のベースに形成される第１の燃料注入口に装着され、前記混合チャンバー内に液状燃料を噴射する第１の燃料噴射器、および
前記反応炉と連結される第２の燃料注入口に装着され、前記反応炉内に液状燃料を噴射する第２の燃料噴射器とを含むことを特徴とする。
【請求項２０】
請求項１９に記載の低減システムにおいて、
前記電極には前記混合チャンバーと連通される加熱チャンバーが形成され、前記第１の燃料注入口は前記加熱チャンバーと連結され、前記第１の燃料噴射器は前記加熱チャンバー内に液状燃料を噴射することを特徴とする。
【請求項２１】
請求項１９に記載の低減システムにおいて、
前記第２の燃料噴射器は、前記反応炉の側方で当該反応炉の内面に対して角度をなして傾斜がつくように装着され、前記反応炉内の前記電極の上部に向かって液状燃料を噴射して供給することを特徴とする。
【請求項２２】
請求項１９に記載の低減システムにおいて、
前記第１の燃料噴射器および第２の燃料噴射器は前記燃料貯蔵タンクと連結されていることを特徴とする。
【請求項２３】
請求項１９に記載の低減システムにおいて、
前記排気管内には、前記プラズマ反応器の排出口と隣接して排気ガスの横風を防ぐための保護板が形成されていることを特徴とする。
【請求項２４】
請求項２３に記載の低減システムにおいて、
前記保護板は、前記プラズマ反応器の排出口の前方の、前記排気ガスの上流側に設置されていることを特徴とする。
【請求項２５】
請求項１９に記載の低減システムにおいて、
前記排気管の前記プラズマ反応器に対応する位置に形成される第３の燃料注入口に装着される第３の燃料噴射器を更に含むことを特徴とする。
【請求項２６】
請求項１９に記載の低減システムにおいて、
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して前記反応炉の内部に流入し、前記電極の外周面を流動することを特徴とする。
【請求項２７】
請求項１９に記載の低減システムにおいて、
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されていることを特徴とする。
【請求項２８】
燃料貯蔵タンクから供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジンの排気管に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する排気ガス内の粒子状物質の低減システムであって、
当該低減システムは、
気体流入口と排出口とを有する反応炉と、その内部に形成される加熱チャンバーを有し、前記反応炉の内部に突出する電極とを具備したプラズマ反応器、および
フィルターを具備したＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置を含み、
前記エンジンの排気管は前記ＤＰＦ装置と連結され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンとＤＰＦ装置を連結する排気管に連通され、
前記プラズマ反応器は、前記電極の加熱チャンバーと連結される燃料注入口に装着され、前記加熱チャンバー内に液状燃料を噴射して供給する燃料噴射器を含み、
前記電極は、前記反応炉の内部を前記加熱チャンバーと連通させる噴射ノズルを含むことを特徴とする。
【請求項２９】
請求項２８に記載の低減システムにおいて、
前記電極の噴射ノズルは、前記電極の外表面に対して角度をなして傾斜がつくように形成されていることを特徴とする。
【請求項３０】
請求項２８に記載の低減システムにおいて、
前記プラズマ反応器は、
反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、流入ホールを介して前記反応炉と連通される混合チャンバーを具備したベースとを含む本体を含み、
前記電極は、前記ベースに支持されていることを特徴とする。
【請求項３１】
請求項３０に記載の低減システムにおいて、
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して前記反応炉の内部に流入し、前記電極の外周面を流動することを特徴とする。
【請求項３２】
請求項３０に記載の低減システムにおいて、
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されていることを特徴とする。
【請求項３３】
気体流入口と排出口とが形成される反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、流入ホールを介して前記反応炉と連通される混合チャンバーを具備したベースとを含む本体、
前記ベースに支持され、前記反応炉の内面と離隔されながら当該反応炉の内部に突出され、その内部に前記混合チャンバーと連通される加熱チャンバーを具備する電極、
前記本体のベースに形成される第１の燃料注入口に装着され、前記加熱チャンバー内に液状燃料を噴射して供給する第１の燃料噴射器、および
前記反応炉と連結される第２の燃料注入口に装着され、前記反応炉内に液状燃料を噴射して供給する第２の燃料噴射器を含む、
ことを特徴とするプラズマ反応器。
【請求項３４】
請求項３３に記載のプラズマ反応器において、
前記第２の燃料噴射器は、前記反応炉の側方で当該反応炉の内面に対して角度をなして傾斜がつくように装着され、前記反応炉内の前記電極の上部に向かって液状燃料を噴射して供給することを特徴とする。
【請求項３５】
請求項３３に記載のプラズマ反応器において、
前記第１の燃料噴射器および第２の燃料噴射器は燃料貯蔵タンクと連結されていることを特徴とする。
【請求項３６】
請求項３３に記載のプラズマ反応器において、
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して前記反応炉の内部に流入し、前記電極の外周面を流動することを特徴とする。
【請求項３７】
請求項３３に記載のプラズマ反応器において、
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されていることを特徴とする。
【請求項３８】
気体流入口と排出口とが形成される反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、流入ホールを介して前記反応炉と連通される混合チャンバーを具備したベースとを含む本体、
前記ベースに支持され、前記反応炉の内面と離隔されながら当該反応炉の内部に突出され、その内部に前記混合チャンバーと連通される加熱チャンバーを具備する電極、および
前記本体のベースに形成される燃料注入口に装着され、前記加熱チャンバー内に液状燃料を噴射して供給する燃料噴射器を含み、
前記電極は、前記反応炉の内部を前記加熱チャンバーと連通する噴射ノズルを含む
ことを特徴とするプラズマ反応器。
【請求項３９】
請求項３８に記載の低減システムにおいて、
前記電極の噴射ノズルは、前記電極の外表面に対して角度をなして傾斜がつくように形成されていることを特徴とする。
【請求項４０】
請求項３８に記載の低減システムにおいて、
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して前記反応炉の内部に流入し、前記電極の外周面を流動することを特徴とする。
【請求項４１】
請求項３８に記載の低減システムにおいて、
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の排気ガス後処理システムに関するもので、より詳細には、エンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を除去するための煤煙濾過（diesel particulate filter：ＤＰＦ）装置において、フィルターに進行する排気ガスを加熱することによって、排気ガス内の粒子状物質を酸化し、効果的に除去するのに寄与することのできる、プラズマ反応器と排気ガス内の粒子状物質の低減システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気ガス内の粒子状物質（Particulate materials：ＰＭ）は、通常、空気と燃料の混合比で出力を調整するディーゼルエンジンから主に排出される。ディーゼルエンジンは、瞬間的に高出力を出そうとする場合、一定の空気に対する燃料の供給を増加させて当該燃料を燃焼させることになるのだが、この時、空気量の不足による燃料の不完全燃焼によって多量の自動車排出汚染物質が発生する。また、ディーゼルエンジンの燃焼中、結果として起こる吸入空気量の増加と比較して燃焼室への燃料噴射の時間が極めて短いため、局部的に濃厚な量のＰＭが発生することがあり、これにより多量の自動車排出汚染物質が発生する。一般に、ＰＭは微小な直径を有し、炭素粒子に加えて多量の溶解性有機物を含んでおり、肺ガンの原因になるという最近の報告によって、人体への有害性に関する研究が進行中である。
【０００３】
ＤＰＦ装置は、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭを捕集して燃やす技術を使用し、ＰＭを８０％以上低減させることができる。しかし、その技術は高価格という欠点および耐久性の不確実さを有する。ＤＰＦ装置の技術は、大きく、ＰＭの捕集、再生および制御技術に区分される。
【０００４】
ＤＰＦ装置での方式として、再生過程でのＰＭの燃焼方法によって、強制再生方式（active regeneration method）と自然再生方式（passive regeneration method）とがある。強制再生方式は、電気ヒータまたはバーナーあるいはスロットリングを使用して再生のための熱を積極的に用いるもので、自然再生方式は、排気ガスの熱を使用して添加剤や酸化触媒によってフィルターを再生させるものである。主として都市部を走行する自動車は低い温度の排気ガスを放出し、従って自然再生方式だけでは望みの性能が得られないため、最近は強制再生方式と自然再生方式の両方を結合した方式が主として採用されている。
【０００５】
自然再生方式のＤＰＦ技術は、触媒や添加剤を使用してＰＭの自然再生温度を６５０℃から３００℃に下げる。しかし、市内バスは走行速度が遅く、停車回数も多く、これにより排気ガスの温度が低い、大抵２５０℃より低いため、自然再生方式を市内バスに直接適用するのは難しい。また、自然再生方式は、排気ガスの温度が１５０℃乃至２００℃と低い、中型または小型のディーゼル車両に適用することも難しい。
【０００６】
電気ヒータを使用する強制再生方式の場合、必要とされる電力のコストが過度に高くなる。簡単な構造を有するバーナーを使用する強制再生方式の場合、バーナーが排気ガス中の酸素を使用するので、運転状況によって異なる排気ガス中の酸素の状態に準じた運転の制御が難しい。スロットリングをしたり、燃料添加剤を注入したりする強制再生方式は、触媒におけるＰＭの酸化温度を低下させるが、吸気／排気管にスロットリングのための装置を必要とし、添加剤による２次汚染の可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、迅速に動作するプラズマ反応器が、エンジンからの排気ガス中の粒子状物質を除去するためのＤＰＦ装置のフィルターに進行する排気ガスを加熱し、それによって、前記フィルターが捕集された粒子状物質を迅速かつ効果的に酸化および除去する、粒子状物質低減システムを提供する。
【０００８】
また、本発明は、燃料貯蔵タンクから供給される液状燃料が、プラズマ反応器によってフィルターで優先酸化され得る予備酸化物質に改質された後に前記フィルター側に供給され、それによって前記捕集された粒子状物質の酸化に良い条件を造成し、前記粒子状物質の酸化を効果的に促進させることができる、粒子状物質低減システムを提供する。
【０００９】
また、本発明は、供給される気体および液体間の混合性を向上させることができるようにプラズマ反応器の構造を改善し、それによってシステム全体の動作信頼度を確保した、粒子状物質低減システムを提供する。
【００１０】
また、本発明は、プラズマ反応器が、当該プラズマ反応器内に噴射されて供給された液状燃料によって発生する火炎を安定して誘導し、排気ガスを加熱し、それによって加熱された排気ガスがフィルターに供給され、フィルターの酸化触媒が蓄積された粒子状物質を酸化および燃焼でき、フィルターの再生のための有利な条件を造成できる、粒子状物質低減システムを提供する。
【００１１】
また、本発明は、液状燃料がプラズマ反応器から発生した火炎に噴射されて供給され、それによって気化された燃料がフィルターに瞬間的かつ継続的に供給され、フィルターの酸化触媒が気化された燃料を酸化および加熱でき、粒子状物質の再生のための有利な条件を造成できる、粒子状物質低減システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の模範的な一実施例によれば、燃料貯蔵タンクから供給される炭素水素系燃料を燃焼させるエンジンの排気管に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集および除去する、排気ガス内の粒子状物質の低減システムは、気体流入口および排出口を具備したプラズマ反応器と、フィルターを具備したＤＰＦ（diesel particulate filter）装置とを含む。
【００１３】
前記エンジンの排気管は前記プラズマ反応器の気体流入口と連通し、前記プラズマ反応器の排出口は前記ＤＰＦ装置に連通している。前記エンジンから排出される排気ガスは、前記プラズマ反応器を経て加熱された後、前記ＤＰＦ装置に伝達される。
【００１４】
前記プラズマ反応器は、前記気体流入口と排出口とが形成される反応炉と、前記反応炉の下端に形成され、前記気体流入口と連通され、前記反応炉の流入ホールを介して連通される混合チャンバーを具備したベースとを含む本体、および、前記ベースに支持され、前記反応炉の内面から離隔されながら当該反応炉の内部に突出される電極を含むことができる。
【００１５】
前記本体のベースには燃料注入口が形成され、また、前記電極の内部には前記混合チャンバーと連通する加熱チャンバーが形成されても良く、前記燃料注入口は前記加熱チャンバーと連結される。前記燃料注入口には前記本体のベースに固定される燃料噴射器が装着されても良い。
【００１６】
前記反応炉の壁体内には、前記反応炉の周囲に沿って螺旋形に形成された、前記気体流入口と前記混合チャンバーとを連通する熱交換導管が形成されても良い。
【００１７】
前記流入ホールは、前記反応炉の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉の内面に形成され、前記混合チャンバー内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料が、回転流を形成しながら前記流入ホールを介して反応炉内に流れ、前記電極の外周面を流動するようにすることができる。
【００１８】
本発明の模範的な他の実施例によれば、前記エンジンの排気管は分岐され、前記ＤＰＦ装置と前記プラズマ反応器の気体流入口に各々連通され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンと前記ＤＰＦ装置を連結する排気管に連通される。前記エンジンから排出される排気ガスの一部は、前記プラズマ反応器を経て加熱された後、前記ＤＰＦ装置に伝達される。
【００１９】
前記プラズマ反応器は燃料注入口を具備しても良く、当該燃料注入口は燃料貯蔵タンクと連結され得る。前記燃料注入口を介して注入された燃料は、気体流入口を介して流入される排気ガスとともに前記反応炉内でプラズマ反応を起こし、前記排気ガスと比較して相対的に低温で酸化され得る予備酸化物質に改質され、あるいは前記排気ガスの温度を上げるために燃焼され、前記ＤＰＦ装置に伝達されても良い。前記予備酸化物質は水素または一酸化炭素を含むことができる。
【００２０】
前記燃料注入口には前記本体のベースに固定される燃料供給管が装着され、前記燃料供給管の側面には気体供給管がそれと連通するように装着され、それによって前記燃料供給管を介して供給される燃料を、前記気体供給管を介して供給される気体とともに前記加熱チャンバー内に噴射する。
【００２１】
本発明の模範的なさらに他の実施例によれば、前記エンジンの排気管はＤＰＦ装置と連通され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンとＤＰＦ装置を連結する排気管に連通されていても良い。
【００２２】
前記プラズマ反応器は燃料注入口を具備し、当該燃料注入口は前記燃料貯蔵タンクと連結されている。前記燃料注入口を介して注入される燃料は反応炉内でプラズマ反応を起こし、前記排気ガスと比較して相対的に低温で酸化され得る予備酸化物質に改質され、あるいは前記排気ガスの温度を上げるために燃焼され、前記ＤＰＦ装置に伝達されても良い。
【００２３】
本発明の模範的なさらに他の実施例によれば、前記エンジンの排気管はＤＰＦ装置と連通され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンとＤＰＦ装置を連結する排気管に連通されていても良い。前記プラズマ反応器は、本体のベースに形成される第１の燃料注入口に装着され、前記混合チャンバー内に液状燃料を噴射する第１の燃料噴射装置と、前記反応炉に連結された第２の燃料注入口に装着され、前記混合チャンバー内に液状燃料を噴射する第２の燃料噴射装置とを含むことができる。
【００２４】
前記電極内には前記混合チャンバーと連通する加熱チャンバーが形成され、前記第１の注入口は前記加熱チャンバーと連結され、前記第１の燃料噴射装置は前記加熱チャンバー内に液状燃料を噴射することができる。前記第２の燃料噴射装置は反応炉の内面に対して角度をなして傾斜がつくようにその側方に取り付けられ、前記反応炉内の前記電極の上部に向かって液状燃料を噴射して供給することができる。前記第１の燃料噴射装置および第２の燃料噴射装置は前記燃料貯蔵タンクに連結されていても良い。
【００２５】
前記排気管内には、前記排気ガスの横風を防ぐための保護板を前記プラズマ反応器の排出口に隣接して設けても良い。前記保護板は前記プラズマ反応器の排出口の前方の、前記排気ガスの流れの上流に設置することができる。
【００２６】
前記低減システムは、さらに、前記排気管の前記プラズマ反応器に対応する位置に形成される第３の燃料注入口に装着される第３の燃料噴射装置を含むことができる。
【００２７】
本発明の模範的なさらに他の実施例によれば、前記エンジンの排気管はＤＰＦ装置と連通され、前記プラズマ反応器の排出口は前記エンジンとＤＰＦ装置を連結する排気管に連通されていても良い。前記プラズマ反応器は、前記電極の加熱チャンバーに連結された燃料注入口に装着され、前記加熱チャンバー内に液状燃料を噴射して供給する燃料噴射装置を含み、前記電極は前記反応炉の内部と前記加熱チャンバーを連通させる噴射ノズルを含むことができる。
【００２８】
前記電極の噴射ノズルは、前記電極の外表面に対して角度をなして傾斜がつくように形成されることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の第１乃至第３の模範的な実施例によれば、迅速に動作するプラズマ反応器が、エンジンからの排気ガス中の粒子状物質を除去するためのＤＰＦ装置のフィルターに進行する排気ガスを加熱し、それによって、前記フィルターが捕集された粒子状物質を迅速かつ効果的に酸化および除去することができる。
【００３０】
また、本発明の第１乃至第３の模範的な実施例によれば、燃料貯蔵タンクから供給される液状燃料が、前記ＤＰＦ装置で優先的に酸化されることのできる水素と一酸化炭素が主成分である予備酸化物質に改質され、あるいはプラズマ反応器によって燃焼された後に前記ＤＰＦ装置に伝達され、それによって前記捕集された粒子状物質の酸化に有利な条件を造成し、前記粒子状物質の酸化を効果的に促進させることができる。
【００３１】
さらにまた、本発明の第１乃至第３の模範的な実施例によれば、供給される気体および液体間の混合性を向上させることができるようにプラズマ反応器の構造を改善し、それによってシステム全体の動作信頼度を確保させることができる。
【００３２】
本発明の第４の模範的な実施例によれば、運転条件によって排気ガスの組成および温度にばらつきがあっても、プラズマ反応器内に噴射された液状燃料によって発生する火炎を安定して維持することができ、これによって負荷による性能変化がなくなり、負荷条件に準じたプラズマバーナーの性能の追従性が急激に減少し、さらに装置の設備および運転条件を簡単化できる。
【００３３】
また、プラズマ反応器は気体と燃料の合成条件に拘わらず気化性能を安定的に維持することができ、従って、バーナーを使用した既存の方法の限界を克服することができる。
【００３４】
本発明のプラズマ反応器は、液状燃料の微粒子化特性、気化特性および酸化剤との混合特性に特に優れており、粒子状物質の低減技術を向上させることができる。
【００３５】
本発明の第５乃至第７の模範的な実施例によれば、電極に燃料を噴射する噴射ノズルを形成することでプラズマ反応器を簡素化することができ、また、プラズマ反応器は燃料を電極で直接気化し、混合チャンバーへ移すことができ、それによって大きな流量の燃料を気化し、十分に燃焼させることができる。
【００３６】
前記低減システムを用いれば、常温始動時、低温のため通常、無処理で排出される未燃炭化水素のような有害物質を除去することができ、市内走行のような低温条件でも、予め装備された後処理装置を正常に動作させることができる。
【００３７】
結果として、前述した効果によって、公害の原因となる排気ガス中の粒子状物質を効果的に除去することができ、従って環境汚染緩和という最終目的を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、発明の模範的な実施例を示した添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。しかしながら、本発明は様々な形態で具現することができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。本発明の実施例を明確に説明するために、説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通して同様な構成要素には同様な参照符号を付した。
【００３９】
図１は本発明の第１の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図である。
【００４０】
図１に示されるように、本実施例にかかる粒子状物質の低減システム１００は、燃料貯蔵タンク１０から供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジン２０の排気管１４０に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する煤煙濾過（diesel particulate filter：ＤＰＦ）装置を含む、排気ガス後処理システムを構成する。さらに、前記粒子状物質の低減システム１００は、気体流入口１６３および排出口１６２を具備したプラズマ反応器１５０を含み、ＤＰＦ装置３０は酸化触媒３２およびフィルター３５を含む。本実施例では酸化触媒３２を具備したＤＰＦ装置３０を例として説明したが、本発明の粒子状物質の低減システムは、酸化触媒無しでも実現することもでき、なお本発明で意図する効果を期待することができる。以下、他の実施例でも同様である。
【００４１】
前記エンジン２０の排気管１４０はプラズマ反応器１５０の気体流入口１６３に連結され、プラズマ反応器１５０の排出口１６２はＤＰＦ装置３０に連結されている。エンジン２０から排出される排気ガスは、プラズマ反応器１５０を経て加熱された後、ＤＰＦ装置３０に伝達される。
【００４２】
前記プラズマ反応器１５０の排出口１６２の口径は排気管１４０の口径と同一かそれに近く形成されることができるが、図１では説明の便宜上、排出口１６２の口径が排気管１４０の口径より大きく示されている。以下の他の図面でも同様である。
【００４３】
本実施例では、プラズマ反応器１５０は、エンジン２０からＤＰＦ装置３０に伝達される排気ガスの進行路上に設置される。前記プラズマ反応器１５０は供給される排気ガスとプラズマ反応し、ＤＰＦ装置３０側に排出し、前記ＤＰＦ装置３０に伝達される排気ガスは前記プラズマ反応によって加熱される。その結果、前記排気ガスがＤＰＦ装置３０の酸化触媒３２で酸化される時、酸化に有利な高温の状態が維持可能となる。
【００４４】
本実施例では、前記エンジン２０から排気管１４０を通してＤＰＦ装置３０へ伝達された排気ガスの全量がプラズマ反応器１５０を経ることになる。また、前記プラズマ反応器１５０は、当該プラズマ反応器１５０内に液状燃料を供給することができる、燃料貯蔵タンク１０に連結された燃料注入口１７６をさらに含む。前記燃料注入口１７６を介して注入された燃料は反応炉１６１内で前記気体流入口１６３を介して流入される排気ガスとプラズマ反応し、排気ガスと比較して相対的に低温で酸化され得る予備酸化物質に部分的に改質され、あるいは燃焼され、それから前記ＤＰＦ装置３０へ伝達される。
【００４５】
図２は本発明の第２の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図である。
【００４６】
図２に示されるように、本実施例にかかる粒子状物質の低減システム２００は、燃料貯蔵タンク１０から供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジン２０の排気管２４０に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するＤＰＦ装置を含む、排気ガス後処理システムを構成する。さらに、前記粒子状物質の低減システム２００は、気体流入口１６３および排出口１６２を具備したプラズマ反応器１５０と、酸化触媒３２およびフィルター３５を具備したＤＰＦ装置３０とを含む。
【００４７】
前記エンジン２０の排気管２４０はＤＰＦ装置３０に連結され、前記排気管２４０から分岐した第１の分岐管２４１はプラズマ反応器１５０の気体流入口１６３に連結され、プラズマ反応器１５０の排出口１６２は、エンジン２０とＤＰＦ装置３０を連結する排気管２４０に第２の分岐管２４３を介して連結されている。前記エンジン２０から排出される排気ガスの一部は、プラズマ反応器１５０の反応炉１６１を経て加熱された後、ＤＰＦ装置３０に伝達される。
【００４８】
前記プラズマ反応器１５０は燃料注入口１７６を具備し、当該燃料注入口１７６は燃料貯蔵タンク１０に連結されている。前記燃料注入口１７６を介して注入される燃料は反応炉１６１内で前記気体流入口１６３を介して流入される排気ガスとプラズマ反応し、排気ガスと比較して相対的に低温で酸化され得る予備酸化物質に部分的に改質され、あるいは燃焼され、それから前記ＤＰＦ装置３０へ伝達される。
【００４９】
本実施例では、プラズマ反応器１５０は、エンジン２０からＤＰＦ装置３０に移送される排気ガスの進行路上に設置される。前記プラズマ反応器１５０は前記排気ガスの一部が供給されると同時に、前記燃料貯蔵タンク１０から炭化水素系燃料が供給されることができる。その結果、前記プラズマ反応器１５０に供給された排気ガスは、プラズマ反応によって加熱され、前記排気ガスとともに供給された燃料は、前記排気ガスに含まれた酸素（Ｏ2）とともにプラズマ反応されながら、部分的に予備酸化物質に改質される。このような予備酸化物質は、前記プラズマ反応器１５０に供給される炭化水素系燃料と前記排気ガス内の酸素の改質によって得られ、酸化触媒上での相対的に低温の状態における酸化および熱放射によって昇温作用を促すことができる。予備酸化物質の例としては水素（Ｈ2）または一酸化炭素（ＣＯ）があり、それらの物質の構成比は空気と燃料の混合比を変更することによって調節することができる。
【００５０】
前述した如く生成された予備酸化物質は前記ＤＰＦ装置３０に移送され、その後、酸化作用によって前記ＤＰＦ装置３０の酸化触媒３２の領域を加熱する。
【００５１】
つまり、本実施例では、排気ガスの一部は、プラズマ反応器１５０を通る間にプラズマ放電によって燃料の燃焼に使用され、あるいは前記酸化触媒３２領域を加熱する状態を維持しながら、前記ＤＰＦ装置３０に移送される。これと同時に、前記排気ガスに含まれる酸素とともに前記プラズマ反応器１５０内に供給される炭化水素系燃料の改質反応によって生成される予備酸化物質は前記ＤＰＦ装置３０に移送され、前記酸化触媒３２で優先酸化が進行される。これによって、前記粒子状物質の酸化に有利な温度で前記酸化触媒３２領域を加熱している間、フィルター３５に捕集された粒子状物質が燃焼されて除去されるので、フィルター３５の再生が可能になる。
【００５２】
図３は本発明の第３の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図である。
【００５３】
図３に示されるように、本実施例にかかる粒子状物質の低減システム３００は、燃料貯蔵タンク１０から供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジン２０の排気管３４０に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するＤＰＦ装置を含む、排気ガス後処理システムを構成する。さらに、前記粒子状物質の低減システム３００は、気体流入口１６３と排出口１６２とを具備したプラズマ反応器１５０と、酸化触媒３２およびフィルター３５を具備したＤＰＦ装置３０とを含む。
【００５４】
前記エンジン２０の排気管３４０は前記ＤＰＦ装置３０と連結され、前記プラズマ反応器１５０の排出口１６２は前記エンジン２０とＤＰＦ装置３０を連結する排気管３４０に連結される。そして、前記プラズマ反応器１５０は燃料注入口１７６を具備し、当該燃料注入口１７６は前記燃料貯蔵タンク１０と連結される。
【００５５】
従って、前記燃料注入口１７６を介して注入される燃料は前記反応炉１６１内でプラズマ反応し、前記排気ガスと比較して相対的に低温で酸化され得る予備酸化物質に改質され、あるいは燃焼され、それから前記ＤＰＦ装置３０に伝達される。
【００５６】
本実施例では、前記プラズマ反応器１５０の排出口１６２は前記エンジン２０から前記ＤＰＦ装置３０に移送される排気ガスの進行路上に設置される。前記プラズマ反応器１５０は、前記燃料貯蔵タンク１０から供給される炭化水素系燃料をプラズマ反応によって、低温で酸化され得る予備酸化物質に改質させる。
【００５７】
炭化水素系燃料の改質に要求される酸素または空気は、同時に前記プラズマ反応器１５０に供給する必要があり、このような機能は前記気体流入口１６３によって達成されることができる。外部から供給される気体は前記気体流入口１６３を介して流入され、一例として前記液状燃料の酸化のための酸化剤として酸素（Ｏ2）または酸素を含む空気が流入されることができる。
【００５８】
前記プラズマ反応器１５０を介して生成された予備酸化物質は、排出口１６２を介してＤＰＦ装置３０に移送され、酸化触媒３２で先に酸化され、これによって前記酸化触媒３２の領域は前記排気ガスの前記集められた粒子状物質の酸化に有利な温度に加熱される。
【００５９】
前述した模範的な実施例に適用されるプラズマ反応器は、流入される気体および液体間の迅速で効果的な混合を保障する必要があるが、以下で詳細に説明する構成を有することによって、このような機能が達成されることができる。
【００６０】
図４は本発明の第１乃至第３の模範的な実施例に適用されるプラズマ反応器の断面図であり、図５は熱交換導管の形状を示す斜視図である。
【００６１】
図４を参照すると、前記プラズマ反応器１５０は、混合および反応空間を提供する本体１６０と、プラズマ放電のために電圧が印加される電極１７０とを含む。前記本体１６０は反応炉１６１およびベース１６５から構成され、前記電極１７０は前記ベース１６５に支持されて前記反応炉１６１内に突出される。
【００６２】
前記反応炉１６１は、内部空間を有する円筒形状をなしており、その上に気体流入口１６３および排出口１６２が形成されている。前記気体流入口１６３は空気や排気ガスなどの気体を流入するためのものであり、前記排出口１６２はプラズマ反応後、反応した物質を排出するためのものである。前記気体流入口１６３は前記反応炉１６１の側方に開口されて形成されることができ、前記排出口１６２は前記ベース１６５の反対側の一側に開口されて形成されることができる。
【００６３】
前記ベース１６５は前記反応炉１６１の下端に形成され、前記気体流入口１６３と連通され、流入ホール１６８を介して前記反応炉１６１と連通される混合チャンバー１６７を具備する。
【００６４】
図５に示されるように、前記反応炉１６１の壁体内には、前記反応炉１６１の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口１６３と前記混合チャンバー１６７とを連通する熱交換導管１６４が形成される。前記気体流入口１６３から流入された気体は、前記熱交換導管１６４に沿って移送されながら反応炉１６１から伝達される熱を吸収することができる。
【００６５】
図６は図４のＡ−Ａ線に沿った、流入ホールの形状を示す断面図である。
【００６６】
前記流入ホール１６８は、前記反応炉１６１の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように、当該反応炉１６１の内面に形成される。前記混合チャンバー１６７内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料は、回転流を形成しながら前記反応炉１６１内部に流入され、前記電極１７０の周囲に行き渡り、それによっていわゆる渦流を形成する。前記流入ホール１６８は等間隔をなして複数個形成されることができ、これによって前記反応炉１６１の内部空間は効率的に活用されることができる。
【００６７】
前記反応炉１６１とベース１６５は一体に形成されるか、別個に形成されて相互結合されることもできる。前記ベース１６５は、前記電極１７０の下端部と反応炉１６１との間の通電を防止するセラミックのような絶縁体を含むことができる。
【００６８】
前記電極１７０は前記ベース１６５に支持され、前記反応炉１６１の内面と離隔されながら、当該反応炉１６１の内部に突出して形成される。このような電極１７０は概略円錐形状を有し、作動時に高電圧が印加される。ここで、前記電極１７０と反応炉１６１との間で高電圧状態を維持するために、前記反応炉１６１は接地される。
【００６９】
前記プラズマ反応器１５０は燃料注入口１７６を具備することができ、前記燃料注入口１７６は燃料貯蔵タンク１０と連結され、それゆえ液状燃料が供給される。前記燃料注入口１７６は前記本体１６０のベース１６５に形成され、前記電極１７０はその中に加熱チャンバー１７５を具備する。混合チャンバー１６７と連通される前記加熱チャンバー１７５は前記燃料注入口１７６と連結されることができる。
【００７０】
燃料供給管１８１と気体供給管１８２とを含む、本実施例における燃料噴射器１８０は前記燃料注入口１７６に装着される。前記燃料供給管１８１は前記本体１６０のベース１６５に固定され、前記気体供給管１８２は前記燃料供給管１８１の側面にそれと連通するように装着され、それによって前記燃料供給管１８１を介して供給される燃料を、前記気体供給管１８１を介して供給される気体とともに前記加熱チャンバー１７５内に噴射する。前記気体供給管１８２を介して供給される気体は、外部供給源を介して供給されることもでき、前記排気ガスの一部が供給されることもできる。前記燃料注入口１７６には、液状燃料を直接噴射することができるように、通常のインジェクタが選択的に適用されることもできる。
【００７１】
前記プラズマ反応器１５０の作用を詳細に説明すると、次のとおりである。
【００７２】
前記プラズマ反応器１５０は前記燃料供給管１８１を介して液状燃料の供給を受け、同時に、空気または酸素（Ｏ2）を含む排気ガスが気体流入口１８２を介して前記プラズマ反応器１５０内に流入する。この時、流入された空気または排気ガスは、熱交換導管１６４を通る間にその温度が十分に上げられ、活性化された状態で混合チャンバー１６７に移送される。そして、燃料供給管１８１を介して電極１７０の加熱チャンバー１７５に移送された液状燃料は、前記加熱チャンバー１７５内で熱を吸収して気化および活性化された状態で再び混合チャンバー１６７に移送される。前記混合チャンバー１６７では、前記熱交換導管１６４を介して伝達された空気または排気ガスと前記加熱チャンバー１７５から伝達された気化された燃料とが混合された後、流入ホール１６８を介して反応炉１６１の内部空間に流入される。
【００７３】
前記のように、プラズマ反応器１５０に流入される空気または排気ガスと液状燃料は、混合チャンバー１６７で十分に混合された後、反応炉１６１の内部空間に流入される。また、前記液状燃料が前記加熱チャンバー１７５から直接噴出したり、電極１７０の外部表面と直接接触したりするのを防止できるので、液状燃料のウェッティング現象およびコーキング現象を回避することができる。また、加熱チャンバー１７５内で暖められた液状燃料は、すぐに混合チャンバー１６７で空気と混合され、移送中に液化される現象が根本的に防止されることができる。
【００７４】
一方、前記混合チャンバー１６７から流入ホール１６８を介して反応炉１６１内部に供給される燃料および空気（または排気ガス）で構成された混合燃料は、前記流入ホール１６８および電極１７０の特徴的な構造によって、体積に基づき相対的に高い効率でプラズマ反応を起こすことができる。つまり、本発明の実施例によると、前記電極１７０は円錐形状を有し、前記流入ホール１６８は、前記反応炉１６１の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように当該反応炉１６１の内面上に形成されるので、前記流入ホール１６８を介して流入される混合燃料は、前記電極１７０の外周面に沿って流動し、回転アークを発生し、それによって連続的にプラズマ反応を起こすことができる。
【００７５】
図７は本発明の第４の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図で、図８は本発明の第４の模範的な実施例に適用されるプラズマ反応器の断面図である。
【００７６】
図７に示されるように、本実施例にかかる粒子状物質の低減システム４００は、燃料貯蔵タンク１０から供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジン２０の排気管４４０に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する煤煙濾過（ＤＰＦ）装置を含む、排気ガス後処理システムを構成する。さらに、前記粒子状物質の低減システム４００は、気体流入口２６３と排出口２６２とを具備したプラズマ反応器２５０と、酸化触媒３２およびフィルター３５を具備したＤＰＦ装置３０とを含む。
【００７７】
前記エンジン２０の排気管４４０は前記ＤＰＦ装置３０と連結され、前記プラズマ反応器２５０の排出口２６２は前記エンジン２０とＤＰＦ装置３０を連結する排気管４４０に連結される。前記プラズマ反応器２５０は、電極２７０の前方および後方にそれぞれ位置する第１の燃料注入口２８１および第２の燃料注入口２９１を具備し、これらの燃料注入口２８１，２９１は前記燃料タンク１０と連結される。
【００７８】
図８を参照すると、前記プラズマ反応器２５０は、混合および反応のための空間を提供する本体２６０と、プラズマ放電のための電圧を加える電極２７０とを含む。前記本体２６０は反応炉２６１およびベース２６５から構成され、前記電極２７０は前記ベース２６５に支持されて前記反応炉２６１内に突出される。
【００７９】
前記反応炉２６１は、内部空間を有する円筒形状をなしており、その上に気体流入口２６３および排出口２６２が形成されている。前記気体流入口２６３は空気や排気ガスなどの気体を流入するためのものであり、前記排出口２６２はプラズマ反応後、反応した物質を排出するためのものである。前記気体流入口２６３は前記反応炉２６１の側方に開口されて形成されることができ、前記排出口２６２は前記ベース２６５の反対側の一側に開口されて形成されることができる。
【００８０】
前記ベース２６５は前記反応炉２６１の下端に形成され、前記気体流入口２６３と連通され、流入ホール２６８を介して前記反応炉２６１と連通される混合チャンバー２６７を具備する。
【００８１】
前記反応炉２６１の壁体内には、前記反応炉２６１の周囲に沿って螺旋形に形成され、前記気体流入口２６３と前記混合チャンバー２６７とを連通する熱交換導管２６４が形成される。前記気体流入口２６３から流入された気体は、前記熱交換導管２６４に沿って移送されながら反応炉２６１から伝達される熱を吸収することができる。
【００８２】
前記流入ホール２６８は、前記反応炉２６１の内面の法線に対して角度をなして傾斜がつくように、当該前記反応炉２６１の内面に形成される。前記混合チャンバー２６７内で気体と燃料が混合されてなる混合燃料は、回転流を形成しながら前記反応炉２６１内部に流入され、前記電極２７０の周囲に行き渡り、それによっていわゆる渦流を形成する。前記流入ホール２６８は等間隔をなして複数個形成されることができ、これによって前記反応炉２６１の内部空間は効率的に活用されることができる。
【００８３】
前記反応炉２６１とベース２６５は一体に形成されるか、別個に形成されて相互結合されることもできる。前記ベース２６５は、電極２７０の下端部と反応炉２６１との間の通電を防止するセラミックのような絶縁体を含むことができる。
【００８４】
前記電極２７０は前記ベース２６５に支持され、前記反応炉２６１の内面と離隔されながら、当該反応炉２６１の内部に突出して形成される。このような電極２７０は概略円錐形状を有する。前記電極２７０は、当該電極２７０と前記反応炉２６１の内面との間に広い反応空間を形成するために下端部にネックを備えていても良く、それによって火炎が停滞される区間を形成する。前記流入ホール２６８を介して回転供給される混合燃料は、前記反応空間で回転流を形成しながら、電極２７０の外周面に沿って移動する。このようにして、前記反応空間内で発生するプラズマはその中で回転し、同一体積の前者と比較してプラズマ反応効率を高めることができる。しかし、前記電極２７０はネックを備えていなくても良く、本発明がこれに限定される必要はない。
【００８５】
一方、本実施例のプラズマ反応器２５０では、前記第１の燃料注入口２７６は前記本体２６０のベース２６５に形成され、前記第２の燃料注入口２７８は前記反応炉２６１に形成される。そして、前記混合チャンバー２６７内に液状燃料を供給する第１の燃料噴射器２８０が前記第１の燃料注入口２７６に装着され、前記反応炉２６１内に液状燃料を供給する第２の燃料噴射器２９０が前記第２の燃料注入口２７８に装着される。
【００８６】
前記第１の燃料注入口２７６は加熱チャンバー２７５と連結され、前記第１の燃料噴射器２８０は前記加熱チャンバー２７５内に液状燃料を噴射して供給することができる。前記噴射された液状燃料は、前記反応炉２６１によって熱せられた後、混合チャンバー２６７内に供給される。
【００８７】
前記第２の燃料噴射器２９０は前記反応炉２６１の側方で当該反応炉２６１の内面に対して角度をなして傾斜がつくように装着され、前記反応炉２６１内の電極２７０の上部に向かって液状燃料を噴射して供給する。勿論、図示されていないが、前記第２の燃料噴射器２９０が前記反応炉２６１の側方で当該反応炉２６１の内面に垂直に装着されるのも可能である。
【００８８】
図９は追加の燃料噴射器を備えた図８に示したプラズマ反応器の部分断面図である。
【００８９】
第２の燃料噴射器２９０の数は、反応炉２６１の大きさに応じて変えることができる。１個またはそれ以上の第２の燃料噴射器２９０を反応炉２６１に設置することができ、２個以上の場合は等間隔で放射状に配置しても良い。本実施例では、図９に示されるように、３個の第２の燃料噴射器２９０が等間隔に配置されている。等間隔で放射状に設置された複数の第２の燃料噴射器２９０から噴射される液状燃料は、前記反応炉２６１内で互いに衝突し、より微細な粒子となり得る。
【００９０】
前記第２の燃料噴射器２９０は、第２の燃料供給管２９１と第２の気体供給管２９２とから構成される。前記第２の燃料供給管２９１は前記本体２６０のベース２６５に固定され、前記第２の気体供給管２９２は前記第２の燃料供給管２９１の側面にそれと連通するように装着される。前記第２の燃料供給管２９１を介して供給される燃料は、前記第２の気体供給管２９２を介して供給される気体とともに前記加熱チャンバー２７５内に噴射されることができる。前記第２の気体供給管２９２を介して供給される気体は、外部供給源を介して供給されることもでき、前記排気ガスの一部が供給されることもできる。前記第２の燃料注入口２７８には、液状燃料を直接噴射することができるように、通常のインジェクタが選択的に適用されることもできる。
【００９１】
一方、前記第２の燃料噴射器２９０を介して噴射された液状燃料は、高電圧が印加された電極２７０と反応炉２６１内に形成されたプラズマとによって燃焼されて排出口２６２に火炎を形成する。
【００９２】
図１０は本発明の第４の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、プラズマ反応器が連結用排気管に連結された一形態を示す断面図である。
【００９３】
図１０を参照すると、前記プラズマ反応器２５０のための連結用排気管４４１が、エンジン２０とＤＰＦ装置３０を連結する排気管４４０上に形成されることができる。前記連結用排気管４４１は中心軸に向かって陥没された装着溝４４３を具備しており、この装着溝４４３には前記プラズマ反応器２５０の排出口２６２が連結される。
【００９４】
図１１は本発明の第４の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、保護板が形成された連結用排気管にプラズマ反応器が連結された他の形態を示す断面図である。
【００９５】
保護板４４７は、前記プラズマ反応器２５０の排出口２６２に隣接して形成されることができる。前記排気ガスの横風から前記火炎を守れるように、前記保護板４４７は連結用排気管４４５上に形成された装着溝４４６に結合されている。前記保護板４４７は、前記プラズマ反応器２５０の排出口２６２の前方の、前記排気ガスの流れの上流側に設置するのが好ましい。
【００９６】
一方、前記プラズマ反応器２５０に対応する位置で前記連結用排気管４４５上に形成されている第３の燃料注入口４４９に、第３の燃料噴射器４８０が装着されている。
【００９７】
前記第３の燃料噴射器４８０は、ＤＰＦ装置３０の酸化触媒３２に気体状態の燃料を供給することができるように、前記プラズマ反応器２５０から発生した火炎２３０に液状燃料を噴射する。つまり、前記第３の燃料噴射器４８０を介して噴射された液状燃料は、前記火炎２３０によって瞬間的に気化されて気体状態の燃料に転換され、このような気体状態の燃料は、排気管４４０に沿ってＤＰＦ装置３０の酸化触媒３２に移送される。前記第３の燃料噴射器４８０は燃料貯蔵タンク１０と連結され、通常のインジェクタまたはノズルが使用されることができる。このような第３の燃料噴射器４８０は、常に前記保護板４４７とともに適用される必要はなく、図１０の連結用排気管４４１にも適用することができるだけでなく、排気管４４０に装着されることもできる。
【００９８】
本実施例にかかる粒子状物質の低減システムの動作を図７および図８を参照して説明すると、次のとおりである。
【００９９】
プラズマ反応器２５０の反応炉２６１の一側に形成された気体流入口２６３を介して流入される気体（空気または排気ガス）は、反応炉２６１上に形成された熱交換導管２６４を介して移送されながら予熱された後、ベース２６５に形成された混合チャンバー２６７内に供給される。
【０１００】
前記混合チャンバー２６７内に流入された気体は、第１の燃料噴射器２８０を介して供給される液状燃料と混合される。つまり、前記第１の燃料噴射器２８０を介して供給される液状燃料は、電極２７０内に形成された加熱チャンバー２７５内に噴射され、このように噴射された液状燃料は加熱チャンバー２７５内で予熱された後、前記混合チャンバー２６７に供給される。
【０１０１】
前記混合チャンバー２６７で混合された混合燃料は、流入ホール２６８を介して反応炉２６１内で回転流を形成するように供給される。このように供給された混合燃料は、電極２７０の外周面に沿って回転しながら回転アークを発生し、火炎を誘発するプラズマを発生させる。この時、第２の燃料噴射器２９０を介して液状燃料が供給され、前記電極２７０に印加される高電圧と前記プラズマとによって、前記供給された液状燃料は排出口２６２に火炎を形成して燃焼される。
【０１０２】
前記火炎は、前記排出口２６２を介して排気管４４０または連結用排気管４４１，４４５内部にまで拡散され、これを介して移送される排気ガスを加熱する。このように排気ガスが加熱されると、排気ガス内に含有されている粒子状物質（ＰＭ）が、ＤＰＦ装置３０の酸化触媒３２で容易に反応することができる温度にまで加熱される。
【０１０３】
一方、第３の燃料噴射器４８０を適用する場合、液状燃料が第３の燃料噴射器４８０を介して前記排出口２６２に形成された火炎に噴射されると、当該液状燃料はＤＰＦ装置３０の酸化触媒３２で酸化による温度の上昇に寄与するために気化される。
【０１０４】
図１２は本発明の第５の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図であり、図１３は本発明の第６の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図である。
【０１０５】
図１２に示されるように、本実施例にかかる粒子状物質の低減システム５００は、燃料貯蔵タンク１０から供給される炭化水素系燃料を燃焼させるエンジン２０の排気管５４０に連結され、排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去するＤＰＦ装置を含む、排気ガス後処理システムを構成する。さらに、前記粒子状物質の低減システム５００は、気体流入口３６３と排出口３６２とを具備したプラズマ反応器３５０と、酸化触媒３２およびフィルター３５を具備したＤＰＦ装置３０とを含む。
【０１０６】
前記エンジン２０の排気管５４０は前記ＤＰＦ装置３０と連結され、前記プラズマ反応器３５０の排出口３６２は前記エンジン２０とＤＰＦ装置３０を連結する排気管５４０に連結される。前記プラズマ反応器３５０は電極３７０の後方に燃料注入口３７６を具備し、前記燃料注入口３７６は燃料貯蔵タンク１０に連結される。
【０１０７】
本実施例では、前記電極３７０は、反応炉３６１の内部と加熱チャンバー３７５とを連通する噴射ノズル３７３を具備している。図１４を参照すると、前記電極３７０の噴射ノズル３７３は、電極３７０の外表面に対して角度をなして傾斜がつくように形成されることができる。１個またはそれ以上の噴射ノズル３７３を電極３７０に設置することができ、２個以上の場合は等間隔で放射状に配置しても良い。
【０１０８】
前記プラズマ反応器３５０の作動時、前記電極３７０には高電圧が印加される。前記電極３７０に形成された前記噴射ノズル３７３から噴射される燃料は、前記反応炉３６１内で形成されたプラズマによって燃焼されて排出口３６２に火炎を形成することになる。
【０１０９】
その他の詳細に説明しない部分は、前記第４の実施例に適用されたプラズマ反応器の特徴と類似している。
【０１１０】
図１５は本発明の第５の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、プラズマ反応器が連結用排気管に連結された一形態を示す断面図である。
【０１１１】
図１５を参照すると、前記プラズマ反応器３５０のための連結用排気管５４１が、エンジン２０とＤＰＦ装置３０を連結する排気管５４０上に形成されることができる。前記連結用排気管５４１は中心軸に向かって陥没された装着溝５４３を具備しており、この装着溝５４３には前記プラズマ反応器３５０の排出口３６２が連結される。
【０１１２】
本実施例にかかる粒子状物質の低減システムの動作を図１２および図１３を参照して説明すると、次のとおりである。
【０１１３】
プラズマ反応器３５０の反応炉３６１の一側に形成された気体流入口３６３を介して流入される空気は、反応炉３６１上に形成された熱交換導管３６４を介して移送されながら予熱された後、ベース３６５に形成された混合チャンバー３６７内に供給される。前記混合チャンバー３６７内に流入された空気は、燃料噴射器３８０を介して供給される液状燃料と混合される。
【０１１４】
前記燃料噴射器３８０を介して供給される液状燃料は、電極３７０内に形成された加熱チャンバー３７５内に噴射され、このように噴射された液状燃料の一部は加熱チャンバー３７５内で予熱された後、前記混合チャンバー３６７に供給され、その間、残りは噴射ノズル３７３を介して反応炉３６１に噴射される。
【０１１５】
前記混合チャンバー３６７で混合された混合燃料は、流入ホール３６８を介して反応炉３６１内で回転流を形成するように供給される。このように供給された混合燃料は、電極３７０の外周面に沿って回転しながら回転アークを発生し、プラズマを発生させる。この時、電極３７０の噴射ノズル３７３を介して液状燃料が供給され、前記電極３７０に印加される高電圧と前記プラズマとによって、前記供給された液状燃料は排出口３６２に火炎を形成して燃焼される。
【０１１６】
前記火炎は、前記排出口３６２を介して排気管５４０または連結用排気管５４１の内部にまで拡散され、これを介して移送される排気ガスを加熱する。このように排気ガスが加熱されると、排気ガス内に含有されている粒子状物質（ＰＭ）が、ＤＰＦ装置３０の酸化触媒３２で容易に反応できる温度にまで加熱される。
【０１１７】
図１６は本発明の第６の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図である。
【０１１８】
本実施例にかかる粒子状物質の低減システム６００は、前記第５の実施例と類似している。しかし、プラズマ反応器６００の気体流入口３６３がエンジン２０の排気管６４０と連結されることによって、前記プラズマ反応器３５０に排気ガスが流入される。
【０１１９】
図１７は本発明の第７の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、保護板が形成された連結用排気管にプラズマ反応器が連結された一形態を示す断面図である。
【０１２０】
本実施例にかかる粒子状物質の低減システム７００に適用されるプラズマ反応器４５０では、電極４７０は、反応炉４６１の内部と加熱チャンバー４７５とを連通する噴射ノズル４７３を具備している。これとともに、前記プラズマ反応器４５０は、第４の実施例のプラズマ反応器と類似するように、電極４７０の前方および後方にそれぞれ位置する燃料注入口４７６，４７８を具備する。これらの燃料注入口４７６，４７８には各々燃料貯蔵タンクと連結される燃料噴射器４８０，４９０が装着され、前記加熱チャンバー４７５または反応炉４６１の内部に液状燃料を噴射することができる。
【０１２１】
一方、保護板７４７は、前記プラズマ反応器４５０の排出口４６２に隣接して形成されることができる。前記排気ガスの横風から前記火炎を守れるように、前記保護板７４７は連結用排気管７４１上に形成された装着溝７４３に結合されている。
【０１２２】
以上、現時点で現実的なものとして考慮される模範的な実施例に関して本発明を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものと理解してはならず、かえって、本発明は添付のクレームの精神および範囲内に含まれた様々な変更および等価な配列をカバーするように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図
【図２】本発明の第２の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図
【図３】本発明の第３の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図
【図４】本発明の第１乃至第３の模範的な実施例に適用されるプラズマ反応器の断面図
【図５】本発明の第１乃至第３の模範的な実施例に適用されるプラズマ反応器の、熱交換導管の形状を示す斜視図
【図６】図４のＡ−Ａ線に沿った、流入ホールの形状を示す断面図
【図７】本発明の第４の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図
【図８】本発明の第４の模範的な実施例に適用されるプラズマ反応器の断面図
【図９】第２の燃料噴射装置を備えた図８に示したプラズマ反応器の部分断面図
【図１０】本発明の第４の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、プラズマ反応器が連結用排気管に連結された一形態を示す断面図
【図１１】本発明の第４の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、保護板が形成された連結用排気管にプラズマ反応器が連結された他の形態を示す断面図
【図１２】本発明の第５の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図
【図１３】本発明の第６の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図
【図１４】図１３に示したプラズマ反応器の電極の、噴射ノズルの位置および形状を示す平面図
【図１５】本発明の第５の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、プラズマ反応器が連結用排気管に連結された一形態を示す断面図
【図１６】本発明の第６の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの構成図
【図１７】本発明の第７の模範的な実施例にかかる粒子状物質の低減システムの、保護板が形成された連結用排気管にプラズマ反応器が連結された一形態を示す断面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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