KR100370806B1 - 디젤 엔진 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

디젤 엔진 배기 가스 정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다. 배기 가스관(2)에는 환원제(r) 분사 장치(6), 혼합 장치(4) 및 촉매 변환기(10)가 배치된다. 이때, 혼합 장치(4)는 - 배기 가스(A)의 흐름 방향으로 보아서 - 분사 장치(6) 앞에 배치된다. 본 발명에 따라, 배기 가스 입구관(1)은 배기 가스관(2)의 중심 축선을 따라 배기 가스관(2)에 연결된다. 여기서, 촉매 변환기(10)의 제 1 단(Ⅰ)은 가수 분해-촉매-모듈(22)로 형성되는 한편, 다른 단들(Ⅱ, Ⅲ)은 SCR-촉매-모듈(12)로 형성된다.

Description

디젤 엔진 배기 가스 정화 장치 {EXHAUST GAS CONTROL SYSTEM FOR DIESEL ENGINE EXHAUST GASES}
EP 0 558 452 B1에는, 콤팩트하게 조립된 배기 가스 정화 장치에 3개의 채널, 즉 열분해 채널, 혼합 채널, 반응 채널을 앞뒤로 배치하는 것이 공지되어 있다. 열분해 채널에는 2성분-분사 장치가 존재하며, 상기 2성분-분사 장치에 의해 수성 요소 용액이 압축 공기의 작용하에 배기 가스 흐름으로 분사된다. 여기서, 열분해, 즉 요소의 암모니아와 탄소 산화물로의 분해가 이루어진다. 혼합 채널에서는 3개의 교차 혼합기(cross mixer)가 존재하며, 상기 혼합 장치는 다양한 물질을 혼합하는 역할을 한다. 혼합된 배기 가스는 반응 채널로 전달되고, 이곳에서 2개의 SCR-촉매 변환기를 통과한 다음 산화물 촉매 변환기로 전달된다. 그 다음, 기체 상태의 유해 물질로부터 분리된 배기 가스 흐름이 외부로 배출된다.
SiNOx-디젤-배기 가스 정화 장치, 특히 화물차, 승용차, 버스 또는 기관차와 같은 육상 차량 및 수상 선박에 있어서의 배기 가스 정화 장치는 좁게 조립되므로, 배기 가스에서 환원제의 균일 배분이 문제가 된다는 것이 밝혀졌다. 배기 가스관의 휨에 의해 배기 가스 흐름의 균일하지 않은 배분, 즉 한쪽면으로 편향된 흐름 프로파일 및 이에 따라 분사된 환원제의 균일하지 않은 배분이 발생한다. 따라서, 짧은 분사 구간에서는 매우 작은 공간으로 인해, 배기 가스에서의 환원제 체류 시간이 SCR-촉매 변환기로 유입되기 전 균일 배분을 보장하기에 충분치 않다. 따라서, 촉매 변환기에서 개별 단면 또는 모듈에 환원제가 균일하지 않게 제공되며, 이것은 비교적 적은 질소 산화물의 환원을 야기한다.
또한 DE 42 03 807 A1에는, 배기 가스 입구관이 배기 가스관의 중심 축선에 대해 수직으로 연결된 배기 가스 정화 장치가 공지되어 있다. 상기 배기 가스관에는 환원제 분사 장치, 혼합 장치 및 촉매 변환기가 배치된다. 혼합 장치는 배기 가스의 흐름 방향으로 보아서 분사 장치의 상류에 배치된다. 배기 가스관의 중심 축선에 대해 수직으로 연결된 배기 가스 입구관을 통해, 배기 가스가 배기 가스관에 접선으로 유입된다. 이것에 의해 발생하는 배기 가스의 선회 운동이 혼합 장치에 의해, 배기 가스와 분사 장치에 의해 제공된 환원제를 혼합하는데 이용된다. 그러나, 접선 유입에 의해 발생하는 이러한 선회 운동은 축방향을 따라 배기 가스의 균일하지 않은 배분을 야기하는 단점이 있다.
특히 분사 장치가 배기 가스관의 중앙에 배치될 때, 배기 가스와 환원제의 혼합이 불만족스럽게 얻어진다.
본 발명은, 배기 가스관에 환원제 분사 장치, 혼합 장치 및 촉매 변환기가 배치된, 디젤 엔진 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
도입부에서 언급한 방식의 장치는 독일 베를린 및 뮌헨, Siemens AG사의 SiNOx-배기 가스 정화 장치라는 이름으로 설명된다(회사 간행물 "정상 상태 디젤 엔진을 위한 SINOx 질소 산화물 감소", 주문 번호 A96001-U91-A232. 이러한 장치로 디젤 엔진의 질소 산화물-배출이 현저히 감소될 수 있다. SiNOx-배기 가스 정화 장치의 작동 방식은 SCR-방법(Selective Catalytic Reduction)을 토대로 한다). 여기서, 배기 가스의 질소 산화물은 배기 가스관에서 암모니아 또는 요소와 같은 환원제와 혼합되고 반응 용기로 전달되며 이곳의 촉매 변환기에서 환경 친화 성분인 수소 및 질소로 변환된다. 환원제와 배기 가스의 혼합을 위해 정적 혼합 장치(static mixer)가 사용된다.
도 1은 배기 가스관의 중심 축선을 따라 배기 가스 입구관이 배치되고 3개의 SCR-촉매-모듈 단이 사용된 제 1 배기 가스 정화 장치를 도시하며,
도 2는 배기 가스관의 중심 축선을 따라 배기 가스 입구관이 배치되고, 하나의 가수 분해-촉매-모듈 단 및 그 하류에 2개의 SCR-촉매-모듈 단이 사용된 제 2 배기 가스 정화 장치를 도시하고,
도 3은 도 1의 장치에 추가로 추가 혼합 장치가 제공된 제 3 배기 가스 정화 장치를 도시한다.
본 발명의 목적은, 짧은 분사 구간에서 환원제가 배기 가스에 균일하게 배분되는 것을 보장하는, 전술한 방식의 배기 가스 정화 장치를 구성하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 배기 가스 입구관이 배기 가스관의 중심 축선을 따라 정렬됨으로써 달성된다. 다시 말해, 배기 가스가 배기 가스 입구관으로부터 배기 가스관으로 흐를때, 배기 가스의 방향 전환이 일어나지 않는다. 배기 가스는 배기 가스관에 평행하게 유입된다.
여기서, 촉매 변환기는 다수의 단을 포함할 수 있으며, 각각의 상기 단은 SCR-촉매-모듈이다. 그러나 이와 달리 촉매 변환기가, 제 1 단은 가수 분해-촉매-모듈이고 다른 모든 단은 SCR-촉매-모듈인 다수의 단을 포함할 수 있다.
혼합의 추가 개선을 위해 분사 장치와 촉매 변환기 사이에 추가의 혼합 장치가 배치된다.
이러한 추가 혼합 장치는 바람직하게 배기 가스관이 촉매 변환기의 수용부쪽으로 확장되는 위치에 배치된다.
본 발명의 실시예는 하기에 도면에 의해 더 자세히 설명된다.
도 1에는 (도시되지 않은) 디젤 엔진으로부터 배기 가스(A)가 배출되고, 상기 배기 가스(A)가 (예를 들어 도시되지 않은 압축기 또는 터보 제너레이터를 통해) 배기 가스 입구관(1) 및 상기 입구관(1)에 연결된 배기 가스관(2)에 전달되는 것이 도시된다. 배기 가스 입구관(1)은 배기 가스관(2)의 중심 축선을 따라 정렬된다. 배기 가스의 방향 전환은 일어나지 않는다. 배기 가스관(2)에는 정적 혼합 장치(4), 특히 유럽특허 제 0 594 657호(대응 미국특허 제 5,489,153호)에 따라 형성된 혼합 장치가 설치된다. 흐름 방향으로 그 다음에는 환원제(r) 분사 장치(6)가 배치된다. 이러한 환원제로는 암모니아(NH3), 특히 수성 요소 용액이 다루어진다. 연결지점(8)에서 배기 가스관(2)은 촉매 변환기(10) 수용부쪽으로 확장된다. 이러한 촉매 변환기(10)는 서로 상,하류로 배치된 3개의 단(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)을 포함한다. 각각의 이러한 단(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)은 SCR-촉매-모듈(12)이며 배기 가스(A)내의 질소 산화물(NOX)을 제거하는데 사용된다. 이러한 방식으로 정화된 배기 가스(A')는 배출구(14)를 통해 배기 가스관(2)을 떠난다.
도 1에 도시된 배기 가스 정화 장치는 선행 기술에 비해 흐름 배분 및 환원제 배분이 향상되는 것을 보여준다.
도 2에 따라 하부 영역이 도 1과 동일한 제 2 배기 가스 정화 장치가 제공된다. 도 1과 달리 제 1 단(I)은 여기서 가수 분해-촉매-모듈(22)로 형성된다.
여기서도 선행 기술에 비해 흐름 배분 및 환원제 배분의 향상이 이루어진다. 추가로 조립 공간이 감소된다.
도 3에 따른 배기 가스 정화 장치는 도 1의 배기 가스 정화 장치와 넓은 범위에 걸쳐 동일하다. 추가로 여기서는 추가 혼합 장치(4A)가 제공된다. 상기 혼합 장치(4A)는 바람직하게 연결점(8), 즉 원통형 배기 가스관(2)으로부터 촉매-반응 용기로의 확장 연결부 상류에 제공된다.
도 3에 따른 실시예에서는 선행 기술에 비해 흐름 배분 및 환원제 배분이 향상되고 조립 공간이 줄어든다. 또한, 혼합 장치(4 또는 4A)가 각각 조절판으로 작용하기 때문에 흐름의 확대가 이루어진다.

Claims (5)

  1. 배기 가스 입구관(1)이 배기 가스관(2)에 연결되고, 상기 배기 가스관(2)에 환원제(r) 분사 장치(6), 혼합 장치(4) 및 촉매 변환기(10)가 배치되며, 상기 배기 가스 입구관(1)이 상기 배기 가스관(2)의 중심 축선을 따라 정렬되는, 디젤 엔진의 배기 가스(A) 정화 장치에 있어서,
    상기 혼합 장치(4)가 배기 가스(A) 흐름 방향으로 보아서 상기 분사 장치(6)의 상류에 배치되고, 배기 가스관(2)이 촉매 변환기(10)를 수용하기 위해 확장되는 위치에 추가의 혼합 장치(4A)가 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 촉매 변환기(10)가 다수의 단(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)을 포함하며, 각각의 상기 단(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)이 SCR-촉매-모듈(12)인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 촉매 변환기(10)가 다수의 단(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)을 포함하며, 상기 단(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ) 중 제 1 단(Ⅰ)이 가수 분해-촉매-모듈(22)이며 다른 모든 단(Ⅱ, Ⅲ)은 SCR-촉매-모듈(12)인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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