KR100769571B1 - 디젤엔진의 유해물질 저감시스템 - Google Patents

디젤엔진의 유해물질 저감시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤엔진의 유해물질 저감시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디젤엔진의 배기가스가 배출되는 배기관 상에 일측에 산화촉매변환기가 설치되고, 타측으로 DPF 재생장치가 설치된 공간을 가지는 챔버를 설치하여, 상기 챔버 내에 산화촉매변환기를 통과하여 산화 반응한 배기가스가 공급되도록 하며, 상기 공급된 배기가스를 챔버 내에서 환원 또는 연소시킴과 동시에 DPF 재생장치로 입자상 물질을 제거하도록 한 디젤엔진의 유해물질 저감시스템에 관한 것이다.
이러한 디젤엔진의 배기가스가 공급되는 배기관에 산화촉매변환기와 DPF 재생장치가 설치되어 디젤엔진의 유해물질을 제거하는 저감시스템인 본 발명은,
상기 배기가스가 공급되는 배기관 상에 환원 또는 연소시킬 수 있는 공간이 형성된 챔버를 설치하되, 상기 챔버의 일측에 산화촉매변환기가 설치되고, 타측에 DPF 재생장치가 설치되며, 상기 산화촉매변환기에는 배기관인 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관이 연설되고, 상기 DPF 재생장치에는 첨버 내의 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관이 연설되어, 상기 챔버의 공간 내에 산화촉매변환기를 산화된 배기가스를 공급받아 환원 또는 연소시키는 동시에 DPF 재생장치로 입자상 물질을 재생시키도록 이루어진 것이다.
상기 챔버의 단면적은 배기관의 단면적 보다 큰 단면적을 가지도록 하는 것이 바람직하며, 상기 DPF 재생장치의 필터는 챔버 내에 돌출되도록 설치된 부분의 외벽을 모두 감싸도록 형성한 것이다.
또한, 상기 챔버에는, 배기가스 유입관의 단부에 설치된 산화촉매변환기에서 산화되어 공급되는 배기가스를 환원시킬 수 있도록 환원제 분사하는 환원제 인젝터가 설치되거나, 또는 배기가스 유입관의 단부에 설치된 산화촉매변환기에서 산화되어 공급되는 배기가스를 연소 및 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있도록 연소장치가 설치된 것이다.
디젤엔진, 산화촉매변환기, DPF 재생장치, 챔버

Description

디젤엔진의 유해물질 저감시스템{Harmfulness matter reduction system of diesel engine}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 디젤엔진의 유해물질 저감시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예를 나타낸 디젤엔진의 유해물질 저감시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예를 나타낸 디젤엔진의 유해물질 저감시스템의 개략도.
[주요부분에 대한 도면의 부호에 대한 설명]
1 : 챔버 2 : 배기관
3 : 배기가스 유입관 4 : 배기가스 배출관
5 : 산화촉매변환기 6 : DPF 재생장치
7, 8 : 인젝터 9 : 연소장치
본 발명은 디젤엔진의 유해물질 저감시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화촉매변환기와 DPF 재생장치가 설치된 배기관에 공간을 가지는 챔버를 설치하되, 상기 챔버를 산화촉매변환기(DOC)와 DPF 재생장치 사이에 설치하여 상기 챔버 내에 산화촉매변환기를 통과하여 산화 반응한 배기가스가 공급되도록 하며, 상기 공급된 배기가스를 챔버 내에서 환원 또는 연소시키고, 상기 환원 또는 연소된 배기가스를 DPF 재생장치로 입자상 물질을 제거하도록 한 디젤엔진의 유해물질 저감시스템에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 공기 과잉률이 큰 상태에서 연소가 이루어짐으로 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC)의 배출량이 적은데 반하여 질소산화물(NOx)과 입자성물질(PM)의 배출량이 많은 단점을 가진다.
상기 입자성 물질(PM)을 저감하기 위해서 연소개선을 통해 개선을 하고 있지만, 입자성 물질(PM)과 질소산화물(NOx)의 생성은 서로 상반되는 관계를 가짐으로써 양자를 함께 저감하는 것은 매우 어려운 과제로 남고 있다. 이러한 이유로 인해 입자성 물질(PM)은 보통 후처리 시스템으로 저감하고 있다.
후처리 시스템인 DPF 재생장치는 디젤엔진의 구동시에 배출되는 입자상 물질(PM)을 저감시키는 기술로써, 일반적으로 디젤 엔진에서 발생하는 입자상 물질(PM)을 세라믹 재질의 필터를 이용하여 배출 가스에서 분리하고, 이렇게 분리된 입자상 물질(PM)을 전기적으로 완전히 연소시킴으로써 환경에 무해한 이산화탄소와 물만 배출되게 하는 장치이다.
상기 DPF 재생장치의 기술은 그동안 많이 연구되어 다양한 기술들이 제시되 고 있으나, 아직까지는 완전 상용화에 이르지 못하고 있는 실정으로 그 이유는 대부분의 필터가 디젤 엔진에서 발생되는 고온, 고압의 배출가스를 견디지 못하고, 쉽게 깨지는 구조로 구성되어 있기 때문이다. 또한, 상기 문제점을 해결하였다고 하더라도 필터에 모인 입자상 물질(PM)을 제거하여 재생할 수 있는 기술이 없기 때문에 주기적인 필터 교환 및 청소 등이 필요하므로 많은 유지보수비용이 소요되는 단점이 있다.
상기 필터에 모인 입자상 물질(PM)을 제거하기 위하여 DPF 재생장치에 산화제를 설치하여 필터에 모인 입자상 물질(PM)을 제거하도록 하였으나, 배기가스의 온도가 디젤엔진의 초기시동시나 차량의 정지 및 서행 상황에서는 온도(약 250℃)가 낮아 입자상 물질(PM)이 DPF 재생장치에서 재생되지 않는 단점이 있다.
상기 단점을 해결하고자 발명된 본 발명은, 배기관에 상에 산화촉매변환기와 DPF 재생장치를 설치된 환원 또는 연소시켜 처리할 수 있도록 공간을 가지는 챔버를 설치하여, 상기 챔버 내에 산화촉매변환기로부터 산화 처리된 배기가스를 공급받아 환원 또는 연소시킴과 동시에 DPF 재생장치로 입자상 물질을 처리할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
또한, 상기 챔버를 배기관의 단면적보다 크게 하여 챔버 내로 유입된 배기가스가 충분하게 환원 또는 연소될 수 있게 확산/체류할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
또한, 상기 DPF 재생장치의 필터부분을 이산화질소산화물(NO2) 분위기로 조성하여 낮은 온도에서도 입자상 물질(PM)이 DPF 재생장치에서 재생될 수 있도록 상기 챔버에 DPF 재생장치의 필터에 이산화질소산화물(NO2)를 분사공급할 수 있도록 NO2 인젝터를 설치하는데 목적이 있다.
이하, 상기 목적을 달성하고자 본 발명은,
디젤엔진의 배기가스가 공급되는 배기관에 DPF 재생장치가 설치되어 디젤엔진의 유해물질을 제거하는 저감시스템에 있어서,
상기 배기가스가 공급되는 배기관(2) 상에 환원 또는 연소시킬 수 있는 공간이 형성된 챔버(1)를 설치하되, 상기 챔버(1)의 일측에 산화촉매변환기(5)가 설치되고, 타측에 DPF 재생장치(6)가 설치되며, 상기 산화촉매변환기(5)에는 배기관(2)인 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관(3)이 연설되고, 상기 DPF 재생장치(6)에는 첨버(1) 내의 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관(4)이 연설되어, 상기 챔버(1)의 공간 내에 산화촉매변환기(5)를 산화된 배기가스를 공급받아 환원 또는 연소시키는 동시에 DPF 재생장치(6)로 입자상 물질을 재생시키도록 이루어진다.
상기 챔버(1)의 단면적은 배기관(2)의 단면적 보다 큰 단면적을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 DPF 재생장치(6)의 필터(61)는 챔버(1) 내의 DPF 재생장치(6)의 외벽을 모두 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 배기가스 유입관(3)과 배기가스 배출관(4)은 동일축 선상에 서로 마주보게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 챔버(1)에는 배기가스 유입관(3)의 단부에 설치된 산화촉매변환기(5)에서 산화되어 공급되는 배기가스를 환원시킬 수 있도록 환원제 분사하는 환원제 인젝터(7)가 설치되는 것도 가능하다.
상기 챔버(1)에는 DPF 재생장치(6) 부분에 이산화질소산화물(NO2)를 공급하는 NO2 인젝터(8)가 설치되어 낮은 온도에서도 입자상 물질(PM)을 DPF 재생장치(6)에서 재생시킬 수도 있는 것이다.
상기 챔버(1)에는 배기가스 유입관(3)의 단부에 설치된 산화촉매변환기(4)에서 산화되어 공급되는 배기가스를 연소 및 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있도록 연소장치(9)가 설치되는 것도 가능하다.
상기 연소장치(9)는 보통 버너 또는 플라즈마 반응기가 사용된다.
이하, 첨부된 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 디젤엔진의 유해물질 저감시스템의 구성도를 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 디젤엔진의 배기가스가 공급되는 배기관 상에 일측에 산화촉매변환기가 설치되고 타측으로 DPF 재생장치가 설치된 챔버를 설치하여 디젤엔진의 유해물질을 제거하는 저감시스템에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 디젤엔진의 유해물질 저감시스템의 개략도이다.
도 1에서와 같이 본 발명은 크게 디젤엔진의 배기가스가 공급되는 배기관(2)과 상기 배기관(2) 상에 설치된 공간을 가지는 챔버(1)로 구성된다.
상기 챔버(1)의 일측에는 산화촉매변환기(5)가 설치되고, 타측에는 DPF 재생장치(6)가 설치되며, 상기 산화촉매변환기(5)에는 배기관(2)인 배기가스가 공급되는 배기가스 유입관(3)이 연결설치되고, 상기 DPF 재생장치(6)에는 배기관(2)인 배기가스가 배출되는 배기가스 배출관(4)이 연결설치된다.
상기 챔버(1)에 설치되는 산화촉매변환기(5)와 DPF 재생장치(6)는 서로 이격되어 설치되는 것이 바람직하며, 이는 상기 배기가스 유입관(3)으로 공급되는 배기가스가 산화촉매변환기(5)에서 산화하여 챔버(1) 내로 공급되고, 상기 챔버(1)에 공급된 배기가스는 확산 및 체류하게 되며, 확산 및 체류한 배기가스는 DPF 재생장치(6)를 통하여 입자상 물질이 제거되어 배출되게 된다. 즉, 챔버(1)를 설치하여 산화촉매변환기(5)에서 산화된 배기가스를 확산 및 체류시켜 배기가스의 유해물질의 농도 및 분포를 거의 균일하게 하여 DPF 재생장치(6)에 공급함으로써 DPF 재생장치(6)의 재생 효율을 높이게 된다.
상기 챔버(1)의 단면적은 공급되는 배기가스가 확산 및 체류할 수 있도록 배기관(2)의 단면적보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화촉매변환기(5)에서 산화되는 배기가스 중 일산화질소산화물(NO)를 이산화질소산화물(NO2)로 산화시켜 챔버(1) 내에 공급함으로써 상기 챔버(1) 내를 이산화질소산화물(NO2)로 분위기를 조성하여 비교적 낮은 온도(약 250℃)에도 입자상 물질(PM)이 DPF 재생장치(6)에서 재생될 수 있도록 한 것이다.
도 1에서 보는 바와 같이 상기 챔버(1)에는 환원제 인젝터(7)가 설치되는 것도 가능하다.
상기 환원제 인젝터(7)에서 분사되는 환원제는 보통 디젤연료(HC)를 사용하며, 상기 환원제 인젝터(7)에서 분사되는 환원제에 의하여 챔버(1) 내에 있는 이산화질소산화물(NO2)을 환원시켜 유해가스인 이산화질소산화물(NO2)을 제거하게 된다.
즉, 산화촉매변환기(5)에서 산화된 이산화질소산화물(NO2)이 공급되는 챔버(1) 내에서는 이산화질소산화물(NO2)이 환원과 동시에 낮은 온도에서 입자상 물질(PM)이 DPF 재생장치(6)에서 재생된다.
또한, 도 2에서와 같이 상기 챔버(1)에는 이산화질소산화물(NO2)을 분사공급하는 NO2 인젝터(8)가 더 설치되는 것도 가능하다.
상기 NO2 인젝터(8)는 대기 중의 이산화질소산화물(NO2)을 포집하는 포집장치(도면에 미도시)에 연결설치되어 있는 것으로, 상기 대기 중의 이산화질소산화물(NO2)을 포집하는 포집장치는 보통 대기 중의 이산화질소산화물(NO2)을 흡착할 수 있는 바듐계의 포집재가 사용된다.
상기 NO2 인젝터(8)는 DPF 재생장치(6) 부분에 이산화질소산화물(NO2)를 분사공급할 수 있도록 설치되어 낮은 온도에서도 입자상 물질이 DPF 재생장치(6)에서 재생될 수 있도록 한다.
상기 챔버(1)에 일측에 설치되는 DPF 재생장치(6)의 필터(61)는 챔버(1) 내 DPF 재생장치(6)의 외벽을 모두 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는, 챔버(1) 내의 배기가스가 DPF 재생장치(6)의 필터(61)와 많이 접촉할 수 있도록 한다.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 디젤엔진에서 배출되는 배기가스는 배기관(2)인 배기가스 유입관(3)을 통하여 챔버(1) 내로 유입되되, 상기 배기가스 유입관(3)의 단부에 설치되어 있는 산화촉매변환기(5)에서 배기가스는 산화화학반응을 거쳐 유입된다. (예 : CO, HC, NOx, PM은 CO2, H2O, NO2, PM로 형태로 변환)
상기 배기가스 유입관(3)을 통하여 챔버(1) 내로 유입된 배기가스는 확산 및 체류를 하며 분산되고, 입자상 물질(PM)은 배기가스 배출관(4)의 단부에 설치된 DPF 재생장치(6)에서 재생되어 처리되는데, 산화촉매변환기(5)에 의하여 산화되어 공급된 이산화질소산화물(NO2)에 의하여 낮은 온도에서 입자상 물질이 DPF 재생장치(6)에서 재생되도록 하며, 상기 이산화질소산화물(NO2)은 챔버(1) 내에서 환원제 인젝터(7)로부터 공급되는 환원제에 의하여 환원되어 배기가스 배출관(4)을 통해 배출된다.
즉, 챔버(1) 내에 공급되는 배기가스는 1차로 산화촉매변환기(5)에 의하여 산화되고, 상기 산화촉매변환기(5)에서 산화된 배기가스 중 이산화질소산화물(NO2)이 챔버(1) 내에 존재하여 낮은 온도에서 낮은 온도에서 입자상 물질이 DPF 재생장치(6)에서 재생되도록 하는 동시에 상기 이산화질소산화물(NO2)은 환원제에 의하여 환원된다.
이와 같은 방법에 의하여 디젤엔진의 유해물질이 저감된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예를 나타낸 디젤엔진의 유해물질 저감시스템의 개략도로서, 도 3과 같이 상기 챔버(1)에 설치되는 환원제 인젝터(7) 대신에 연소장치(9)가 설치되어 챔버(1) 내에 있는 배기가스를 연소시켜 유해 물질을 저감시키도록 한 것이다.
즉, 챔버(1) 내에 유입된 배기가스가 연소장치에 의하여 연소됨으로써 챔버(1) 내의 온도가 상승하고, 입자상 물질이 챔버(1)내에서 연소됨과 동시에 DPF 재생장치(6)에서 재생되게 된다.
상기 연소장치(9)는 일반적으로 사용되는 버너나 플라즈마 반응기가 사용된다.
디젤엔진의 배기가스가 공급되는 배기관에 산화촉매변환기와 DPF 재생장치가 설치되어 디젤엔진의 유해물질을 제거하는 저감시스템에 있어서,
상기 산화촉매변환기(5)와 DPF 재생장치(6) 사이에 공간을 가지는 챔버(1)를 설치하여, 상기 챔버(1)의 공간 내에서 산화촉매변환기(5)를 산화된 배기가스를 공급받아 환원 또는 연소시키고, 상기 환원 또는 연소된 배기가스를 DPF 재생장치(6)로 공급되도록 이루어진다.
또는, 상기 배기가스가 공급되는 배기관(2) 상에 공간이 형성된 챔버(1)를 설치하고, 상기 배기관(2)을 산화촉매변환기(5)가 설치된 배기가스 유입관(3)과, DPF 재생장치(6)가 설치된 배기가스 배출관(4)으로 형성하고, 상기 배기가스 유입관(3)과 배기가스 배출관(4)의 단부가 서로 이격되게 챔버(1)에 설치되는 것이다.
상기 챔버(1)의 단면적은 배기관(2)의 단면적 보다 큰 단면적을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 DPF 재생장치(6)의 필터(61)는 챔버(1) 내에 돌출되도록 설치된 부분의 외벽을 모두 감싸도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 배기가스 유입관(3)과 배기가스 배출관(4)은 동일축 선상에 서로 마주보게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 챔버(1)에는 배기가스 유입관(3)의 단부에 설치된 산화촉매변환기(5)에서 산화되어 공급되는 배기가스를 환원시킬 수 있도록 환원제 분사하는 환원제 인젝터(7)가 설치되는 것도 가능하다.
상기 챔버(1)에는 DPF 재생장치(6) 부분에 이산화질소산화물(NO2)를 공급하는 NO2 인젝터(8)가 설치되어 낮은 온도에서도 입자상 물질(PM)을 DPF 재생장치(6)에서 재생시킬 수도 있는 것이다.
상기 챔버(1)에는 배기가스 유입관(3)의 단부에 설치된 산화촉매변환기(4)에서 산화되어 공급되는 배기가스를 연소 및 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있도록 연소장치(9)가 설치되는 것도 가능하다.
상기 연소장치(9)는 보통 버너 또는 플라즈만 반응기가 사용된다.
상기 산화촉매변환기(4)는 보통 백금(Pt) 또는 백금(Pt)과 로듐(Rh) 합금으로 이루어진다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 디젤엔진의 유해물질 저감시스템은,
배기관상에 환원 또는 연소할 수 있는 공간을 가지는 챔버를 형성하되, 상기 배기관의 단면적보다 챔버의 단면적을 크게 형성하여 상기 챔버내에 공급되는 배기가스가 확산 및 체류할 수 있도록 하여 공급되는 배기가스의 유해물질의 농도를 거의 균일하게 유지함으로써 유해물질을 처리성능을 향상시킨 것이다.
또한 본 발명은, 챔버의 단면적을 크게 형성하고, 상기 챔버에 설치되는 DPF 재생장치의 필터 면적을 크게 함으로써 입자상 물질의 처리능력을 향상시킨 것이다.

Claims (8)

  1. 디젤엔진의 배기가스가 공급되는 배기관에 DPF 재생장치가 설치되어 디젤엔진의 유해물질을 제거하는 저감시스템에 있어서,
    상기 배기가스가 공급되는 배기관(2) 상에 환원 또는 연소시킬 수 있는 공간이 형성된 챔버(1)를 설치하되, 상기 챔버(1)의 일측에 산화촉매변환기(5)가 설치되고, 타측에 DPF 재생장치(6)가 설치되며,
    상기 산화촉매변환기(5)에는 배기관(2)인 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관(3)이 연설되고,
    상기 DPF 재생장치(6)에는 첨버(1) 내의 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관(4)이 연설되어,
    상기 챔버(1)의 공간 내에 산화촉매변환기(5)를 산화된 배기가스를 공급받아 환원 또는 연소시키는 동시에 DPF 재생장치(6)로 입자상 물질을 재생시키도록 이루어지되,
    상기 챔버(1)에는 배기가스 유입관(3)의 단부에 설치된 산화촉매변환기(5)에서 산화되어 공급되는 배기가스를 환원시킬 수 있도록 환원제 분사하는 환원제 인젝터(7)가 설치되고, 낮은 온도에서도 입자상 물질(PM)을 DPF 재생장치(6)에서 재생시킬 수 있도록 DPF 재생장치(6) 부분에 이산화질소산화물(NO2)를 공급하는 NO2 인젝터(8)가 설치됨을 특징으로 하는 디젤엔진의 유해물질 저감시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버(1)의 단면적은 배기관(2)의 단면적 보다 큰 단면적을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 유해물질 저감시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 DPF 재생장치(6)의 필터(61)는 챔버(1) 내 DPF 재생장치(6)의 외벽을 모두 감싸도록 형성됨을 특징으로 하는 디젤엔진의 유해물질 저감시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 유입관(3)과 배기가스 배출관(4)은 동일축 선상에 서로 마주보게 설치됨을 특징으로 하는 디젤엔진의 유해물질 저감시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 챔버(1)에는 배기가스 유입관(3)의 단부에 설치된 산화촉매변환기(4)에서 산화되어 공급되는 배기가스를 연소 및 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있도록 연소장치(9)가 설치됨을 특징으로 하는 디젤엔진의 유해물질 저감시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연소장치(9)는 버너 또는 플라즈마 반응기가 사용됨을 특징으로 하는 디젤엔진의 유해물질 저감시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
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