KR100780609B1 - 연소반응으로부터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한환원제를 분사하는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화시스템 - Google Patents

연소반응으로부터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한환원제를 분사하는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화시스템 Download PDF

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정수진
김우승
이상진
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Abstract

본 발명은 연소반응으로부터 배출되는 배출가스와 암모니아(NH3)를 효과적으로 혼합시켜 배출가스에서 질소산화물을 제거시키기 위한 환원제의 분사를 효율적으로 제어할 수 있는 구조를 갖는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인젝터는, 연소반응으로부터 배출되는 배출가스에 함유된 질소산화물(NOX)을 저감시키기 위하여 환원제를 수용액 형태로 배기관에 분사하는데, 상기 인젝터는 배기관의 반경방향으로 2∼8개의 분사공이 등간격으로 형성되고, 인젝터로부터 분사되는 Urea 수용액의 분사각도가 120°∼ 240°를 이루도록 분사공의 방향이 형성되는 것을 구조적 특징으로 한다.
배출가스, 인젝터, SCR, 분사공, 질소산화물, Urea

Description

연소반응으로부터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제를 분사하는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화 시스템{Injector for reducing the nitrogen oxide content in exhaust gas by combustion and exhaust gas purifing system thereof}
도 1은 일반적인 자동차 배출가스 정화 시스템의 개략도이다.
도 2a와 2b는 종래의 SCR 시스템의 환원제 분무장치의 개략도 및 분무회전체의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 인젝터를 장착한 배출가스 정화 시스템을 도시한 개략도이다.
도 4는 본발명에 따른 인젝터의 분사공의 형성 위치를 예시적으로 도시 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 인젝터의 다양한 분사방향을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 인젝터 장착 위치 및 분사공의 개수에 따른 암모니아(NH3)의 생성율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 인젝터 장착 위치 및 분사공의 개수에 따른 암모니아(NH3)의 농도 불균일도를 나타낸 그래프이다.
도 8a와 8b는 인젝터 분사공의 개수 및 시간 변화에 따른 Urea의 열분해 효율 및 암모니아(NH3)의 생성율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 Urea 수용액의 분사방법(분사각)에 따른 암모니아(NH3)의 농도 불균일도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 Urea 수용액의 분사방법(분사각)에 따른 암모니아(NH3)의 생성율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 Urea 수용액의 분사방법(분사각)에 따른 Urea의 열분해 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **
40 : 인젝터 41 : 분사공
50 : SCR 모노리스(monolith) 51 : 확대관(Diffuser)
60 : 배기관
본 발명은 연소반응으로부터 배출되는 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 환원제를 분사하는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연소반응으로부터 배출되는 배출가스와 암모니아(NH3)를 효과적으로 혼합시켜 배출가스에서 NOx를 제거시키기 위한 환원제의 분사를 효율적으로 제어할 수 있는 구조를 갖는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화 시스템에 관한 것이다.
자동차 엔진 등에서 연소반응으로 배출되는 배출가스는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있는바, 연소과정에서 발생하는 상기 배출가스 중 일산화탄소와 탄화수소에 대하여 질소산화물은 항상 반대의 관계에 있다. 즉, 실용적인 출력범위에서 일산화탄소와 탄화수소가 가장 감소하는 시점에 질소산화물은 가장 많이 발생하는데, 이러한 질소산화물은 연료가 완전연소할수록 즉, 엔진이 고온일수록 질소산화물의 발생량은 증가하게 된다. 따라서, 상술한 배출가스 중 규제 물질의 하나인 질소산화물만을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 한 것이 선택적환원촉매(Selective Catalytic Reduction; SCR) 시스템이다.
일반적인 SCR 시스템에 대하여 도 1을 참조하여 간략하게 설명하면, 엔진의 배기매니폴드(미도시) 쪽으로부터 촉매(1), 필터(2), 환원제 분무관(3)에 설치된 인젝터(injector)(4) 및 SCR 모노리스(monolith)(5)가 나란히 배열된 시스템으로 구성되어 있고, 환원제 분무관(3)은 선단(先端)에 설치된 인젝터(4)를 통해 요소(Urea) 또는 암모니아(NH3)와 같은 환원제를 축선방향으로 SCR 모노리스(5)의 선단부(先端部)에 분무한다.
배출가스에서 NOx를 제거하기 위해서는 NH3와 NH3의 전구물질인 요소(Urea)가 주로 사용되는데, NH3는 기체상 또는 수용액으로서 사용될 수 있으며, 전구물질의 수용액도 이용될 수 있다. NH3나 Urea 모두 NOx와 반응하여 N2 및 H2O가 생성된다는 점에 있어 최종 결과는 똑같다. 이 때문에 Urea는 NH3의 전구 물질로 간주되며, Urea는 수용액의 분무액 또는 액적(液滴) 형태로 이용되는 것이 바람직하다. Urea는 고온의 연소기체 중에서 NH3로 전환되며, NH3는 그 수용액을 운반하고 저장하는데 위험성이 따르지만, Urea는 선적되거나 저장하는데 안전하게 취급될 수 있는 물질이므로, 연소장치로부터 발생되는 배출가스에서 NOx 제거하는데 많이 사용된다.
인젝터(4)를 통해 SCR 모노리스(5)를 향하여 분무된 환원제(암모니아)는 배출가스에 포함된 NOx와 반응을 하여, 질소(N2)와 물(H2O)로 분해시켜 배출가스에서 NOx를 제거시키는 역할을 하게 되는바, 그 반응식은 다음과 같다.
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
4NO + O2 + 4NH3 → 4N2 + 6H2O
NH3는 공기 중으로 배출되면 2차 오염을 일으키기 때문에, SCR 시스템에서 가장 중요한 것은 NH3의 양을 정확히 필요한 만큼 공급하되, 배출가스와 잘 혼합되게 분무시켜야 한다는 점이 중요하므로 배출가스 전체로 NH3를 골고루 잘 퍼지게 분무시키는 구조의 인젝터가 요구된다.
SCR 시스템의 환원제 분무장치(특허공보에서는 산화제로 표기하였으나, 환원제의 오기로 인정되며, 이하에서는 '환원제'로 표기한다)에 관하여 상기와 같은 요구를 충족시키기 위하여 개발된 기술 중 하나가 특허등록 제534922호인데, 도 2a와 도 2b를 참조하여 기술내용을 간략하게 설명하면, SCR 시스템의 환원제 분무장치로서, 분무관(3)의 외경면에 부착되는 슬립 베어링(6)과, 점차 넓어지는 직경을 가지면서 상기 슬립 베어링(6)에 회전 가능하게 장착되는 배출가스 확장관(7)과, 축선방향은 물론 중심으로부터 외주면쪽으로 나선형의 분사구(8)가 형성되고, 상기 슬립 베어링(6)의 선단에 회전 가능하게 장착되는 분무회전체(9)로 구성된다.
기존의 SCR 시스템에서는 대부분이 Urea 수용액을 축선방향으로 분무시켰기 때문에 NOx 제거를 위한 환원제로 사용되는 NH3의 생성율 및 농도 균일도를 저감시켰으나, 이러한 기존의 문제점을 해결하기 위하여 상기 등록 특허의 환원제 분무장치는 인젝터의 단부(端部)에 다수의 나선형 분사구가 형성된 분무회전체라는 부가장치를 장착시켰다.
그러나 상기 등록 특허는 분무회전체라는 부가적인 장치를 인제터에 별도로 장착하였기 때문에 Urea 수용액의 미립화 효율 및 NH3의 농도 균일도를 증가시키고자 할 때 다음과 같은 문제점이 발생한다.
첫째, 배기관의 배출가스 유로에 분무회전체라는 부가장치를 장착시킴으로써, 상기 부가장치가 고온 고속으로 유입되는 배출가스의 유동 경로의 장애물로 작용하여 유로를 방해하고, 이로 인하여 배출가스의 유속 균일도가 저하되어 압력강하를 일으켜 공간 속도구배가 발생하게 되므로 SCR 모노리스 입구부에서 NH3의 농도 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
둘째, 고속으로 회전해야 하는 분무회전체가 고온 고속으로 유입되는 배출가스에 장시간 노출되게 되므로 H2O 및 PM(Particulate Matter; 미세입자상물질, 그을음) 등에 노출되게 되어, 슬립 베어링의 마모 또는 회전효율 저하 등과 같은 결함이 필연적으로 발생하게 되므로, 상기와 같은 결함 발생시에는 NOx 제거율이 급감 하게 되는 문제가 발생한다.
세째, Urea 수용액이 고온에서 반응하여 생성되는 NH3 뿐만 아니라 부가적 반응에 의해 생성되는 멜라민, 슐파이이트 등이 분무회전체의 표면에 생성되어 부가장비의 노후화를 촉진시키므로 인젝터에 장착된 부가장비를 주기적으로 교체해줘야 하는 문제점이 있다.
네째, 분무장치의 구성 자체가 매우 복잡하여 분무장치의 가공과 조립이 어렵고, 구성이 복잡하여 분무장치의 부피가 커질 수밖에 없기 때문에 좁은 공간에는 설치할 수 없어서, 배기관의 크기가 커져야 하는 등 많은 문제점이 있다.
다섯째, Urea 수용액이 NH3로 변환되기 위해서는 액적(液滴)의 상태에 따라 반응하기 위한 시간이 필요할 뿐만 아니라 배출가스와의 혼합효율을 증가시키기 위해서도 시간이 필요한데, 분무장치가 SCR 모노리스에 너무 가깝게 설치되어 있어서, 혼합되는데 필요한 시간 확보가 불가능하여 NH3의 생성율 감소를 가져오게 되고, 따라서, 상기 등록특허와 같은 분무장치로는 배출가스로부터 NOx 제거 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 생성된 NH3가 NOx와 반응하지 못하고 대기 중으로 분사되어 2차 오염을 일으키게 되는 등 많은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 연소반응으로부터 배출되는 배출가스와 암모니아(NH3)를 효과적으로 혼합시켜 배출가스에서 질소산화물(NOx)을 제거시키기 위한 환원제의 분사를 효율적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라 구조가 간단한 인젝터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 환원제의 열분해 효율 및 액적(液滴)과 배출가스의 혼합효율을 극대화할 수 있는 최적의 위치에 환원제를 분무시키는 인젝터를 장착시킨 배출가스 정화 시스템, 즉 SCR 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적 달성을 위하여 본 발명에 따른 인젝터는, 연소반응으로부터 배출되는 배출가스에 함유된 NOx를 저감시키기 위하여 환원제를 배기관에 분사하는데, 상기 인젝터는 배기관의 반경방향으로 2∼8개의 분사공이 등간격으로 형성되고, 인젝터로부터 분사되는 Urea 수용액의 분사각도가 120°∼ 240°를 이루도록 분사공의 방향이 형성되는 것을 구조적 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 연소반응으로터 배출되는 NOx를 저감시키기 위한 배출가스 정화 시스템은, 연소설비와 SCR 모노리스 사이의 배기관에 환원제를 분사하기 위한 인젝터가 설치되는데, 상기 인젝터는 SCR 모노리스의 입구부(入口部)로부터 배기관 직경의 3∼10배 되는 거리에 설치되며, 상기 인젝터는 배기관의 반경방향으로 2∼8개의 분사공이 등간격으로 형성되고, 인젝터로부터 분사되는 환원제인 요소(Urea)가 120°∼ 240°의 분사각도를 이루도록 상기 분사공의 방향이 형성설치되는 것을 구조적 특징으로 한다.
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이하에서는 본 발명에 따른 연소반응으로터 배출되는 NOx를 저감시키기 위한 환원제를 분사하는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화 시스템에 대하여 도 3 내지 도 11을 참조하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 인젝터를 장착한 배출가스 정화 시스템을 도시한 개략도이고, 도 4는 본발명에 따른 인젝터의 분사공의 형성 위치를 예시적으로 도시 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 인젝터의 다양한 분사방향을 예시적으로 도시한 도면이며, 도 6은 인젝터 장착 위치 및 분사공의 개수에 따른 SCR 모노리스 입구부에서의 NH3의 생성율 변화를 나타낸 그래프이며, 도 7은 인젝터 장착 위치 및 분사공의 개수에 따른 SCR 모노리스 입구부에서의 NH3의 농도 불균일도를 나타낸 그래프이고, 도 8a와 8b는 인젝터 분사공의 개수 및 시간 변화에 따른 Urea의 열분해 효율 및 NH3의 생성율 변화를 나타낸 그래프이며, 도 9는 Urea 수용액의 분사방법 (분사각)에 따른 NH3의 농도 불균일도를 나타낸 그래프이며, 도 10은 Urea 수용액의 분사방법(분사각)에 따른 NH3의 생성율 변화를 나타낸 그래프이며, 도 11은 Urea 수용액의 분사방법(분사각)에 따른 Urea의 열분해 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 인젝터를 장착한 배출가스 정화 시스템을 도시한 개략도인데, 본 발명에 따른 인젝터(40)는, 연소반응으로부터 배출되는 배출가스에 함유된 NOx를 저감시키기 위하여 환원제를 수용액 형태로 배기관에 분사하는데, 상기 인젝터(40)는 배기관(60)의 반경방향으로 다수의 분사공(41)이 형성되고, 인젝터의 분사공(41)으로부터 분사되는 환원제 수용액의 분사각도가 30°∼ 330°(배출가스의 유동방향인 축선방향을 기점으로 양측으로 각각 15°∼ 165°의 각도를 일컫음)를 이루도록 분사공의 방향을 형성한 것이다(도 5 참조).
이와 같은 구조적 특징이 배출가스에서 NOx를 저감시키는 몇 가지 요소에 대하여 실험적으로 그 효과를 증명하였는데, 먼저 본 발명을 위한 실험에서는 디젤엔진으로부터 배출되는 배출가스에 함유된 NOx를 제거하기 위한 환원제로 Urea를 사용하였음을 밝혀두고, 실험결과를 간략히 설명한다.
대기오염의 주범인 NOx의 제거를 위한 SCR 시스템에서 Urea 분무 인젝터의 형상 및 장착 위치는 Urea 수용액의 열분해 및 NH3 농도 균일도와 관련되어 NOx 제거에 직접적인 영향을 미친다. 뿐만 아니라 동일 인젝터라 할지라도 Urea 수용액의 분사방법(분사각)에 따라 배출가스와의 마찰저항 증감 등으로 인한 액적(液滴)의 미립화 효율에 차이가 있고, 미립화 효율의 증가는 결국 Urea 수용액의 열분해를 촉진시키는 역할을 한다. 따라서, Urea 수용액의 분무각은 분무 액적과 배출가스와의 마찰저항 등을 고려하여 Urea 수용액의 열분해효율 및 혼합효율을 극대화시킬 수 있도록 설정하여야 한다.
연소반응으로터 배출되는 NOx를 저감시키기 위한 Urea를 분사하는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화 시스템을 설계할 때에는 다음과 같은 점들을 고려하여 그 형상 및 배치위치를 설계하여야 한다.
첫째, 인젝터의 형상(분사공 수)을 결정하기 위하여는, Urea 수용액의 열분해효율 및 NH3 농도 균일도 향상을 위해 인젝터의 반경방향으로 복수의 분사공을 형성하여야 한다.
둘째, Urea 수용액 분사방법에 있어서, 종래에는 인젝터의 분사공이 단공(單孔)이었기 때문에 Urea 수용액을 배기관의 축선방향으로 분사하였으나, Urea 수용액의 열분해효율 및 NH3 농도 균일도 향상을 위해 배기관 내에서 Urea 수용액을 반경방향으로 분사하고, 또한 분사각을 변경하여 배기관 내에 골고루 분사해 주어야 한다.
세째, 인젝터의 장착 위치 결정에 있어서, 종래에는 배출가스 정화 시스템 내 Urea를 분사하는 인젝터를 차량의 하단부 여유공간에 맞추어 배기관 내의 임의의 위치에 장착하였으나, Urea 열분해 효율 및 액적과 배출가스의 혼합효율을 고려하여 배기관 내의 최적 위치에 Urea를 분사하는 인젝터의 장착 위치를 선정하여야 한다.
실험은 상기와 같은 점을 고려하여, 연소반응으로부터 배출되는 배출가스에 함유된 NOx를 저감시키기 위한 Urea를 분사하는 인젝터의 형상, 장착위치 및 Urea 수용액의 분사방법(분사각)이 배출가스 정화 시스템에 미치는 영향에 대하여 분사공의 개수와 분사각도를 여러 가지로 변화시키면서 실험하였다. 첨부도면의 그래프에는 엔진에 14%의 부하(load)를 준 상태에서 실험한 결과만 도시하였으나, 60%, 100%의 부하를 준 상태에서 실험을 한 결과도 유사하게 나타났다는 것을 일러둔다.
도 6은 인젝터 장착 위치 및 분사공의 개수에 따른 NH3의 생성율 변화를 나타낸 그래프인데, 인젝터(40)의 장착위치와 분사공의 개수를 변경시킴에 따라 나타나는 A구역(A구역은 도 3에서 인젝터의 단부(端部)와 SCR 모노리스의 입구부 사이를 지칭함)에서의 NH3 생성율 사이의 관계를 나타낸 것이다.
그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 인젝터의 위치를 SCR 모노리스의 입구부로부터 멀리 설치하고, 또 분사공의 개수가 많아질수록 NH3 생성율은 좋아짐을 알 수 있다. 이것은 NH3가 SCR 모노리스로 들어가기 전에 배출가스와 반응할 충분한 시간과 거리를 갖으며, 분사공의 개수가 많아질수록 Urea 수용액을 골고루 분무시켜 주어 공간활용도를 향상시키고 미립화를 촉진시키기 때문인 것으로 판단된다.
첨부된 도 3 이하의 도면과 그래프에서 D는 배기관(60)의 직경을 의미하며, 확대관(Diffuser)의 길이는 배기관(60) 직경의 1.1배 정도인 것이 적정하다. 또 실험에서 각종 요소의 측정은 A구역, 즉, 배출가스가 SCR 모노리스로 들어가기 전인 인젝터의 단부(端部)와 SCR 모노리스의 입구부 사이에서 측정한 것이다.
도 7은 인젝터 장착 위치 및 분사공의 개수에 따른 NH3의 농도 불균일도를 나타낸 그래프인데, 인젝터(40)의 장착위치와 분사공의 개수를 변경시킴에 따라 나타나는 A구역에서의 NH3 농도 불균일도 사이의 관계를 나타낸 것이다.
그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 인젝터의 위치를 SCR 모노리스의 입구부로부터 멀리 설치하고, 또 분사공의 개수가 많아질수록 NH3 농도 불균일도가 낮아짐, 즉 NH3 농도 균일도가 좋아짐을 알 수 있다. 이것은 NH3가 SCR 모노리스로 들 어가기 전에 배출가스와 반응할 충분한 시간과 거리를 갖으며, 분사공의 개수가 많아질수록 Urea 수용액을 골고루 분무시켜 주어 공간활용도를 향상시키고 미립화를 촉진시키기 때문에 NH3가 배출가스와 균일하게 잘 혼합되는 것으로 판단된다.
도 8a와 8b는 인젝터 분사공의 개수 및 시간 변화에 따른 Urea의 열분해 효율 및 NH3의 생성율 변화를 나타낸 그래프인데, 인젝터에 형성한 분사공의 개수와 설치위치를 변경시켰을 때 나타나는 Urea의 열분해 효율 및 A구역에서의 NH3의 생성율 변화를 나타낸 것이다.
그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 인젝터의 위치를 SCR 모노리스의 입구부로부터 멀리 설치하고, 또 분사공을 많이 형성할수록 Urea의 열분해 효율 및 NH3의 생성율이 좋아짐을 알 수 있다. 이것은 NH3가 SCR 모노리스로 들어가기 전에 배기가스와 반응할 충분한 시간과 거리를 갖기 때문에 Urea의 열분해가 더욱 촉진되어 NOx와 반응하는 NH3의 생성량이 증가되는 것으로 판단된다.
도 9는 Urea 수용액의 분사방법(분사각)에 따른 NH3의 농도 불균일도를 나타낸 그래프인데, 인젝터(40)로부터 분사되는 Urea 수용액의 분사각도 즉, 분사각을 변경시킴에 따라 나타나는 확대관(Diffuser; 51) 입구부에서 출구부까지의 NH3의 농 도 불균일도를 나타낸 것이다.
그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 인젝터로부터 분사되는 Urea 수용액의 분사각도를 여러 가지로 변경시켰을 때, 확대관(Diffuser; 51)의 입구에서는 NH3 농도가 균일하지 않지만, 확대관(51)의 출구 즉, SCR 모노리스(50)의 입구에서는 NH3 농도가 균일해지며, 분사되는 Urea 수용액의 분사각도가 120°∼ 240°(배출가스의 유동방향인 축선방향을 기점으로 양측으로 각각 60°∼ 120°의 각도를 일컫음)를 이룰 때가 가장 균일해짐을 알 수 있다. 이와 같이 NH3의 농도 균일도가 향상되었을 때 SCR 모노리스에서 NOx를 최대한으로 제거시킬 수 있다.
도 10은 Urea 수용액의 분사방법(분무각)에 따른 NH3의 생성율 변화를 나타낸 그래프인데, 인젝터(40)로부터 분사되는 Urea 수용액의 분사각도 즉, 분사각을 변경시킴에 따라 나타나는 A구역에서의 NH3의 생성율 변화를 나타낸 것이다. 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 분사되는 Urea 수용액의 분사각도를 변경시키더라도 NH3의 생성율에는 큰 변화가 없지만, 분사되는 Urea 수용액의 분사각도가 60°이하이거나 240°를 넘으면 NH3의 생성율이 떨어진다는 것을 알 수 있다.
도 11은 Urea 수용액의 분사방법(분무각)에 따른 Urea의 열분해 효율 변화를 나타낸 그래프인데, 인젝터(40)의 분사각을 변경시킴에 따라 나타나는 A구역에서의 Urea의 열분해 효율의 변화를 나타낸 것이다. 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 분사각을 변경시키더라도 Urea의 열분해 효율에는 큰 차이는 없으나, 분사되는 Urea 수용액의 분사각도가 60°이하이거나 240°를 넘으면 효율이 떨어진다는 것을 알 수 있다.
본 발명에서는 이상의 실험 결과를 종합하여 최적 구조의 인젝터와 배출가스 정화 시스템 내에서의 인젝터 설치위치를 결정했는데, 인젝터(40)는 배기관(60)의 반경방향으로 다수의 분사공(41)을 형성하며, 인젝터(40)로부터 분사되는 Urea 수용액의 분사각도가 30°∼ 330°를 이루도록 분사공(41)의 방향을 형성하고, 특히 분사공은 2∼8개 등간격으로 형성하며, 인젝터(40)로부터 분사되는 Urea 수용액의 분사각도가 120°∼ 240°를 이루도록 분사공(41)을 형성하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 배출가스 정화 시스템에 있어서, 연소설비(자동차의 경우에는 엔진)와 SCR 모노리스(50) 사이의 배기관(60)에 Urea 수용액을 분사하기 위한 인젝터(40)의 설치위치는 SCR 모노리스(50)의 입구부로부터 멀리 설치할수록 배기관의 길이가 길어져야 하기 때문에 적절한 위치에 설치해야 하는데, 그래프에서는 배기관 직경의 7배까지만 표시했지만, 10배까지의 거리에 설치하더라도 효과에 있어서 문제가 없다는 사실로부터, SCR 모노리스(50)의 입구부로부터 연소설비 쪽으로 배기관(60) 직경의 3∼10배 되는 거리에 설치하는 것이 가장 바람직하다.
이상에서는 자동차의 디젤엔진에서 배출되는 배출가스에 함유된 NOx 제거를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 인젝터 및 그 인젝터가 설치되는 배기가스 정화 시스템은 대기오염방지 및 환경보호를 위한 NOx 제거를 위한 시설이라면 자동차 뿐만 아니라 산업용 소각설비, 전력 플랜트설비의 폐열회수보일러(Heat recovery steam generator) 등에 모두 적용 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 것과 같은 본 발명에 따른 인젝터는 연소반응으로부터 배출되는 배출가스와 NH3를 효과적으로 혼합시켜 배출가스에서 NOx를 제거시키기 위한 환원제(예 : Urea) 수용액의 분사를 효율적으로 제어할 수 있고 구조도 간단할 뿐만 아니라, 배출가스 정화 시스템에서 환원제의 열분해 효율 및 액적과 배출가스의 혼합효율을 극대화할 수 있는 최적의 위치에 환원제를 분무시키는 인젝터를 장착시킬 수 있다.

Claims (17)

  1. 연소반응으로 배출되는 배출가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위하여 환원제를 배기관에 분사하는 인젝터에 있어서,
    상기 인젝터는 배기관의 반경방향으로 2∼8개의 분사공이 등간격으로 형성되고, 인젝터로부터 분사되는 환원제인 요소(Urea)가 120°∼ 240°(배출가스의 유동방향인 축선방향을 기점으로 양측으로 각각 60°∼ 120°의 각도를 일컫음)의 분사각도를 이루도록 상기 분사공의 방향이 형성되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연소반응은 자동차의 디젤엔진에서 일어나는 것을 특징으로 하는 인젝 터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연소반응은 산업용 소각설비에서 일어나는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연소반응은 전력 플랜트 설비의 폐열회수보일러(Heat recovery steam generator)에서 일어나는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 환원제인 요소는 수용액 형태로 분무되는 것을 특징으로 하는 인젝터.
  9. 연소설비와 SCR 모노리스 사이의 배기관에 환원제를 분사하여 배출가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 인젝터가 설치된 배출가스 정화 시스템에 있어서,
    상기 인젝터는 SCR 모노리스의 입구부로부터 배기관 직경의 3∼10배 되는 거리에 설치되며, 상기 인젝터는 배기관의 반경방향으로 2∼8개의 분사공이 등간격으로 형성되고, 인젝터로부터 분사되는 환원제인 요소(Urea)가 120°∼ 240°(배출가스의 유동방향인 축선방향을 기점으로 양측으로 각각 60°∼ 120°의 각도를 일컫음)의 분사각도를 이루도록 상기 분사공의 방향이 형성되는 것을 특징으로 하는 연소반응으로터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한 배기가스 정화 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 연소설비는 자동차의 디젤엔진인 것을 특징으로 하는 연소반응으로터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한 배기가스 정화 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 연소설비는 산업용 소각설비인 것을 특징으로 하는 연소반응으로터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한 배기가스 정화 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 연소설비는 전력 플랜트 설비의 폐열회수보일러(Heat recovery steam generator)인 것을 특징으로 하는 연소반응으로터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한 배기가스 정화 시스템.
  16. 삭제
  17. 제9항에 있어서,
    상기 환원제인 요소는 수용액 형태로 분무되는 것을 특징으로 하는 연소반응으로터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한 배기가스 정화 시스템.
KR1020070057417A 2007-06-12 2007-06-12 연소반응으로부터 배출되는 질소산화물을 저감시키기 위한환원제를 분사하는 인젝터 및 이를 장착한 배출가스 정화시스템 KR100780609B1 (ko)

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