KR100992648B1

KR100992648B1 - 배기가스 저감 장치

Info

Publication number: KR100992648B1
Application number: KR1020040096962A
Authority: KR
Inventors: 백기현
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2010-11-05
Also published as: KR20060058216A

Abstract

본 발명은 배기가스 저감 장치에 관한 것으로서, 차량에서 배출되는 배기가스에 존재하는 질소산화물(NOx)을 고체 상태의 요소(Urea)를 가열하여 발생하는 기체와 배기가스를 혼합하여 차량의 배기가스에 존재하는 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있는 배기가스 저감 장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 고체 알갱이 상태의 환원제를 내부에 수용하고 일측이 내부로 경사지게 형성되며 그 끝단이 외부로 돌출 형성되고 유입구와 유출구가 상, 하로 형성된 장착부를 갖으며 타측 끝단이 개구된 외주면에 나사산이 형성된 수용체와; 상기 수용체의 개구된 외주면에 탈착 가능하게 결합하는 외부캡과; 상기 장착부의 유입구에 공기를 유입시키는 송풍기와; 상기 장착부의 외주면을 감싸며 설치되는 가열부와; 상기 수용체 내부에 설치되며 환원제의 감소량에 비례하여 작동하는 가압수단; 및 차량의 공회전 및 주행 상태에 따라 가열부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치를 제공한다.

요소(Urea), 후처리부, 배기가스, 환원제

Description

배기가스 저감 장치{Exhaust Gas Reduction Apparatus}

도 1은 본 발명에 의한 배기가스 저감 장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 배기가스 저감 장치의 사용상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2 : 환원제 6 : 장착부

10 : 수용체 20 : 외부캡

30 : 송풍기 40 : 가열부

50 : 가압수단 52 : 가압구

54 : 보충캡 56 : 스프링

60 : 제어부 70 : 감지부

80 : 표시부

본 발명은 배기가스 저감 장치에 관한 것으로서, 차량에서 배출되는 배기가스에 존재하는 질소산화물(NOx)에 요소(Urea)를 가열하여 발생하는 기체와 혼합시켜 차량의 배기가스에 존재하는 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있는 배기가스 저 감 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량을 포함한 연소기관에서 연소시 발생되는 유해 배출가스에는 인체에 무해한 수증기(H₂O), 질소(N₂), 탄산가스(CO₂)와 인체에 유해한 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)과 약간의 납산화물 및 탄소 입자등이 포함되어 배출된다.

여기서 질소산화물(NOx)은 NO, NO₂, N₂O등의 여러가지 화합물의 총칭으로써, 질소는 공기의 약 77%를 차지하며, 안정된 연소상태에서는 산화하지 않으나 연소실 내부의 고온 고압상태에서는 공기와 접촉, 산화하여 질소산화물이 된다.

이러한 질소산화물은 인간의 눈에 자극을 가하며 폐기능에 장애를 일으킴과 동시에 광화학 스모그의 원인이 된다.

종래에는 요소(Urea)용액 또는 무수암모니아를 환원제로 사용하여 대기중으로 방출되는 질소산화물(NOx)을 저감시키고자 하였으나, 요소(Urea)용액을 사용하는 방법은 전체 장비 및 장치가 복잡해지고, 고비용을 필요로 하는 문제점이 있으며, 무수암모니아를 이용하는 방법은 저장과 운송 및 취급시에 상당한 주의를 요하며 고온의 가스와 만나면 폭발을 동반할 가능성이 커지는 문제점을 유발하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고체 상태의 요소(Urea)를 환원제로 사용하여 차량에서 발생하는 질소산화물(NOx)을 저감하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고체 알갱이 상태의 환원제를 내부에 수용하고 일측이 내부로 경사지게 형성되며 그 끝단이 외부로 돌출 형성되고 유입구와 유출구가 상, 하로 형성된 장착부를 갖으며 타측 끝단이 개구된 외주면에 나사산이 형성된 수용체와; 상기 수용체의 개구된 외주면에 탈착 가능하게 결합하는 외부캡과; 상기 장착부의 유입구에 공기를 유입시키는 송풍기와; 상기 장착부의 외주면을 감싸며 설치되는 가열부와; 상기 수용체 내부에 설치되며 환원제의 감소량에 비례하여 작동하는 가압수단; 및 차량의 공회전 및 주행 상태에 따라 가열부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 배기가스 저감 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 배기가스 저감 장치의 사용상태도이다.

도면을 참조하면 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 고체 알갱이 상태의 환원제(2)를 내부에 수용하고 일측이 내부로 경사지게 형성되며 그 끝단이 외부로 돌출 형성되고 유입구(3)와 유출구(4)가 상, 하로 형성된 장착부(6)를 갖으며 타측 끝단이 개구된 외주면에 나사산이 형성된 수용체(10)가 형성된다.

상기 수용체(10)는 배기가스가 배출되는 경로상에 설치되는 것이 바람직 하며 상기 환원제(2)는 요소(Urea)를 사용하는 것이 바람직 하다.

그리고, 상기 수용체(10)의 개구된 외주면에 탈착 가능하게 결합하는 외부캡(20)과; 상기 장착부(6)의 유입구(3)에 공기를 유입시키는 송풍기(30)와; 상기 장착부(6)의 외주면을 감싸며 설치되는 가열부(40)와; 상기 수용체(10) 내부에 설치되며 환원제(2)의 감소량에 비례하여 작동하는 가압수단(50); 및 차량의 공회전 및 주행 상태에 따라 가열부(40)를 제어하는 제어부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 가열부(40)는 배터리(도면 미도시)의 전원을 인가받아 제어부(60)에 의해 작동되는 것이 바람직 하며 보다 바람직 하게는 200℃ ~ 500℃의 범위에서 작동되는 것이 바람직 하다.

그리고, 상기 송풍기(30)는 차량의 시동이 온(On)됨에 따라 송풍기(30)내부의 임펠러(도면 미도시)가 일정 회전 속도로 회전하여 수용체(10)의 장착부(6)에 공기를 유입시키는 것이 바람직 하다.

상기 가압수단(50)은 외부캡(20)과 수평하게 이격되며 수용체(10) 내부에 수용된 환원제(2)를 보충 가능하도록 투입구(52a)가 형성된 가압구(52)와, 상기 가압구(52)의 투입구(52a) 외주면에 탈착 가능하게 결합하는 보충캡(54)과, 상기 가압구(52)와 외부캡(20) 사이에 개재되어 가압구(52)를 장착부(6)쪽으로 탄력 지지하는 스프링(56)을 포함하여 구성되는 것이 바람직 하다.

상기 수용체(10)는 상기 가압구(52)가 수용체(10)의 길이 방향으로 작동 가능하도록 수용체(10)내부에 길이 방향의 가이드홈(8)을 형성하는 것이 바람직 하다.

그리고, 상기 가압구(52) 일측에 설치되는 로드(52b)와 동일 선상으로 수평 하게 이격되어 상기 수용체(10) 내부 일측에 설치된 감지부(70)에 의해 감지된 신호를 표시하는 표시부(80)를 포함하여 구성하는 것이 바람직 하며, 상기 감지부(70)는 로드(52b)와 떨어져 있을때는 오프(Off)상태로 있다가 상기 로드(52b)와 접촉되면 온(On)상태로 작동되는 것이 바람직 하다.

또한, 상기 표시부(80)는 감지부(70)에서 감지된 신호를 수신하는 제어부(60)의 신호에 의해 차량의 클러스터(82)내에 점등되어 표시되는 것이 바람직 하며, 상기 제어부(60)는 ECU에 의해 제어 되는 것이 바람직 하다.

그리고, 상기 후처리부(90)는 산화티탄늄(Tio₂), 산화바나듐(V₂O₅)등의 촉매를 사용하는 선택적 촉매환원(Selective Catalytic Reduction)방식 또는 촉매를 사용하지 않는 선택적 비촉매환원(Selective Non-Catalytic Reduction)방식으로 후처리하는 것이 바람직 하며, 상기 후처리부(90)에 배기가스가 유, 출입 될 수 있는 흡입구(90a)와 배출구(90b)를 형성하는 것이 바람직 하다.

본 발명의 환원제(2)인 요소(Urea)는 무색, 무미, 무취의 환원제로서, 수용체(10) 내부의 투입구(52a)에 나사 결합된 보충캡(54)을 열고, 고체 요소(Urea)를 가득 채운뒤 상기 보충캡(54)을 회전시켜 결합한 후 스프링(56)을 설치하고, 외부캡(20)을 수용체(10)의 외주면에 형성된 나사산에 결합하여 밀폐시킨다.

이후, 차량의 시동이 온(On)됨에 따라 송풍기(30)의 임펠러(도면 미도시)가 회전하고, 수용체(10)의 장착부(6)의 유입구(3)에 공기를 유입시킴과 동시에 제어부(60)가 차량의 엔진회전 및 주행 상태에 따라 가열부(40)의 전기히터 온도를 상 승시킨다.

그러면, 상기 수용체(10)의 장착부(6)의 온도가 상승하고 요소(Urea)는 승화하기 시작하면서 아래와 같은 화학 반응을 일으킨다.

NH₂CONH₂ → NH₃ + HNCO

여기서, NH₂CONH₂는 고체 상태의 요소(Urea)를 나타내며, 열을 가했을 때 요소(NH₂CONH₂)는 암모니아(NH₃)와 시안(HNCO)기체가 생성된다.

암모니아(NH₃)와 시안(HNCO)의 두 종류 기체는 모두 질소산화물(NOx)을 제거하는 기체로서, 송풍기(30)로 부터 유입된 공기와 혼합되어 후처리부(90)로 유입되어 흡입구(90a)를 통해 유입되는 유해가스에 포함된 질소산화물(NOx)과 반응하여 상기 질소산화물(NOx)을 감소시키고, 배출가스가 배출구(90b)를 통해 차량 외부로 배출된다.

상기 가열부(40)에 의해 승화된 요소(Urea)는 기체화되어 승화된 양만큼 스프링(56)이 가열부(40)쪽으로 밀리게 되고, 점점 요소(Urea)의 양이 줄어 감지부(70)에 로드(52b)가 접촉하게 되면 제어부(60)에 신호가 전달되어 도 3에 도시된 바와 같이 차량의 운전석에 형성된 클러스터(82)에 설치된 표시부(80)가 점등하여 운전자는 요소(Urea)의 보충을 인지하게 된다.

따라서, 운전자는 필요한 만큼 요소(Urea)를 보충한 뒤 주행하면 된다.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배기가스 저감 장치는 차량의 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감하는 성능이 향상되어 대기로 배출되는 질소산화물의 배출을 방지하는 효과가 있다.

Claims

고체 알갱이 상태의 환원제(2)를 내부에 수용하고 일측이 내부로 경사지게 형성되며 그 끝단이 외부로 돌출 형성되고 유입구(3)와 유출구(4)가 상, 하로 형성된 장착부(6)를 갖으며 타측 끝단이 개구된 외주면에 나사산이 형성된 수용체(10);

상기 수용체(10)의 개구된 외주면에 탈착 가능하게 결합하는 외부캡(20);

상기 장착부(6)의 유입구(3)에 공기를 유입시키는 송풍기(30);

상기 장착부(6)의 외주면을 감싸며 설치되는 가열부(40);

상기 수용체(10) 내부에 설치되며 환원제(2)의 감소량에 비례하여 작동하는 가압수단(50); 및

차량의 공회전 및 주행 상태에 따라 가열부(40)를 제어하는 제어부(60)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치.
제 1항에 있어서,

상기 가압수단(50)은 외부캡(20)과 수평하게 이격되며 수용체(10) 내부에 수용된 환원제(2)를 보충 가능하도록 투입구(52a)가 형성된 가압구(52), 상기 가압구(52)의 투입구(52a) 외주면에 탈착 가능하게 결합하는 보충캡(54), 상기 가압구(52)와 외부캡(20) 사이에 개재되어 가압구(52)를 장착부(6)쪽으로 탄력 지지하는 스프링(56)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 가압구(52) 일측에 설치되는 로드(52b)와 동일 선상으로 수평하게 이격되어 상기 수용체(10) 내부 일측에 설치된 감지부(70)에 의해 감지된 신호를 표시하는 표시부(80)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 유출구(4)와 연결되어 차량에서 발생하는 배기가스와 혼합되는 후처리부(90)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치.
제 1항에 있어서,

상기 환원제는 요소(Urea)인 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치.
제 1항에 있어서,

상기 가열부(40)는 전기히터인 것을 특징으로 하는 배기가스 저감 장치.