KR101028517B1 - 플라즈마 ｌｎｔ 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 짧은 시간의 환원모드시 생산된 환원가스 전량을 LNT에 용이하게 공급하는 플라즈마 LNT 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템은, 엔진의 배기가스를 배출하는 배기관, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 LNT, 및 상기 배기관에 내장되어, 상기 엔진의 운전 조건 변화에 따라 순간적으로 만들어지는 농후 연료 조건시, 연료와 반응가스를 유입하여 플라즈마 반응으로 개질하여 환원가스를 발생시키고, 상기 환원가스를 상기 흡장촉매에 공급하여 흡장된 상기 질소산화물을 환원시키는 플라즈마 개질기를 포함한다.
배기가스, 후처리, LNT, 질소산화물, NOx, 황

Description

플라즈마 ＬＮＴ 시스템 {PLASMA LNT SYSTEM FOR EXHAUST GAS AFTERTREATMENT}
본 발명은 플라즈마 LNT 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LNT(Lean NOx Trap)에 흡장된 질소산화물(NOx) 및 황(S)을 효과적으로 제거하는 플라즈마 LNT 시스템에 관한 것이다.
배기가스 후처리 시스템에 사용되는 LNT는 바륨 및 세륨 등의 알카라인 금속산화물을 포함하는 촉매장치를 이용한다. LNT는 촉매식으로 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화한 후, 화학적 트랩핑 장소(trapping site)에 질산염(NO3) 상태로 저장한다.
다량의 NOx가 LNT에 흡수되면, LNT를 가두거나 또는 추가적으로 NOx를 흡수하도록 화학적인 방법으로 질산염(NO3)을 질소로 환원시킬 필요가 있다. LNT의 흡장촉매에 흡장된 질산염을 제거하기 위하여, 수소, 일산화탄소 및 탄화수소 등의 환원가스를 LNT에 일시적으로 도입할 수 있다.
린번 엔진이 농후한 공연비에서 작동하는 경우, 환원가스가 형성될 수 있다. 그러나 농후한 공연비의 연소 생성물은 효과적인 환원가스가 아니다. 따라서 LNT의 흡장촉매가 NOx 전환을 높이기 위하여, 다량의 환원가스가 생성 및 공급될 필요가 있다.
예를 들면, 수소는 LNT 내의 흡장촉매에 축적된 NOx를 제거하는데 효과적인 환원가스이다. 수소를 공급하는 방법 중, 한 방법은 외부의 연료 보급 스테이션으로부터 수소 저장탱크를 충전하여 수소를 공급하며, 다른 방법은 연료를 수소와 일산화탄소로 전환하는 내장형 개질기(on-board reformer)를 사용하여 수소를 공급한다.
또한 린번 엔진이 다량의 황을 함유한 연료를 사용하는 경우, LNT 내의 흡장촉매가 NOx의 흡수 효율을 유지하도록 황을 제거할(탈황), 즉 재생할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예는 LNT(Lean NOx Trap) 내의 흡장촉매에 흡장된 질소산화물(NOx) 및 황(S)을 효과적으로 제거하는 플라즈마 LNT 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 짧은 시간의 환원모드시 생산한 환원가스 전량을 LNT에 용이하게 공급하는 플라즈마 LNT 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예는 환원가스를 공급하는 플라즈마 개질기의 용량을 줄이며, 또한 운전을 용이하게 하는 플라즈마 LNT 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템은, 엔진의 배기가스를 배 출하는 배기관, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 LNT, 및 상기 배기관에 내장되어, 상기 엔진의 운전 조건 변화에 따라 순간적으로 만들어지는 농후 연료 조건시, 연료와 반응가스를 유입하여 플라즈마 반응으로 개질하여 환원가스를 발생시키고, 상기 환원가스를 상기 흡장촉매에 공급하여 흡장된 상기 질소산화물을 환원시키는 플라즈마 개질기를 포함한다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 연료 및 상기 반응가스를 공급하는 연료/반응가스 공급부, 및 상기 연료 및 상기 반응가스에 플라즈마 반응을 일으키는 플라즈마 반응부를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 플라즈마 반응으로 개질된 환원가스를 개질촉매에서 더 개질하도록 상기 플라즈마 반응부의 후방에 구비되는 촉매 반응부를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매 반응부는, 상기 플라즈마 반응부와 상기 개질촉매 사이에 구비되어, 상기 플라즈마가 상기 개질촉매에 직접 접촉되는 것을 방지하는 플라즈마 차단부재를 더 포함할 수 있다.
상기 반응가스는 외부로부터 공급되는 반응공기 및 상기 배기가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 반응가스는 상기 배기가스를 포함하며, 상기 플라즈마 개질기는, 플라즈마 반응으로 개질된 환원가스에서 수소의 농도를 높이도록 상기 플라즈마 반응부의 후방에 구비되는 산화촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 연료를 공급하는 연료통로를 가지는 전극, 및 상기 전극과의 사이에 간극을 형성하도록 상기 전극을 내장하여 일측으로 공급되는 상기 반응가스와 상기 연료를 플라즈마 반응시키는 하우징을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템은, 상기 연료통로에 연결되어 상기 연료를 압송하는 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템은, 상기 연료통로의 끝에 부압을 형성하여 상기 연료를 분사하도록 분사공기를 공급하는 분사공기통로를 더 포함할 수 있다.
상기 분사공기통로는 상기 연료통로를 내장하여 상기 전극 내부에 설치될 수 있다.
상기 전극의 외표면과 상기 하우징의 내표면은, 서로 다른 곡률을 가지는 콘(cone) 및 케이브(cave)로 각각 형성되어, 상기 간극을 일측에서 좁게 형성하고 다른 일측으로 가면서 점점 넓어지게 형성할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 전극의 콘 외표면에 마주하고 일측으로 가면서 케이브로 형성되는 내표면과, 좁아진 상기 케이브 일측에서 연결되어 상기 연료통로의 전방에서 제1 통로를 형성하는 넥크부를 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 내표면의 반대측에서 상기 넥크부의 일측을 형성하며, 상기 제1 통로에 연결되어 상기 제1 통로의 직경보다 크게 확장 형성되는 제2 통로와, 상기 제1 통로와 상기 제2 통로의 경계에 형성되는 수직면을 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 제1 통로의 반대측 상기 제2 통로에 설치되는 개질촉매를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템은, 상기 제1 통로에 대응하여 상기 개질촉매의 전방 상기 제2 통로 내부에 설치되는 플라즈마 차단부재를 더 포함할 수 있다.
상기 전극의 외표면과 상기 하우징의 내표면은, 곡률을 가지는 콘(cone) 및 실린더로 각각 형성되어, 상기 간극을 일측에서 좁게 형성하고 다른 일측으로 가면서 점점 넓어지게 형성할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 전극의 반대측에서 상기 하우징의 일단을 수용하여 상기 하우징과 이격되는 사이로 상기 플라즈마의 흐름을 전환시키는 내측부재와, 상기 내측부재를 수용하고 상기 내측부재의 반대측에서 상기 하우징에 결합되어, 상기 내측부재와 이격되는 사이로 제1 통로를 형성하고, 상기 제1 통로에 연결되는 제2 통로를 상기 하우징의 반대측으로 형성하는 외측부재를 더 포함할 수 있다.
상기 전극은, 직선으로 형성되는 장착부와 상기 장착부에 연결되어 복록 곡면으로 형성되는 방전부를 포함하며, 상기 연료통로는, 상기 장착부 내에 길이 방향으로 형성되는 주통로, 및 상기 주통로에 직각으로 연결되어 상기 방전부에 형성되는 분사통로를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 전극의 상기 분사통로의 후방에 구비되는 개질촉매를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템은, 상기 전극의 상기 분 사통로와 상기 개질촉매 사이에 설치되는 메시 상태의 스크린을 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 전극의 반대측에서 상기 하우징의 일단을 수용하여 상기 하우징과 이격되는 사이로 상기 플라즈마의 흐름을 전환시키는 내측부재와, 상기 내측부재를 수용하고 상기 내측부재의 반대측에서 상기 하우징에 결합되어, 상기 내측부재와 이격되는 사이로 제1 통로를 형성하고, 상기 제1 통로에 연결되어 제2 통로를 상기 하우징의 반대측으로 형성하는 외측부재를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 내측부재의 후방에서 상기 외측부재에 구비되는 개질촉매를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템은, 도중에 복수의 분기관들을 형성하여 배기가스를 배출하는 배기관, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매를 내장하여 상기 분기관들 각각에 설치되는 복수의 LNT들, 상기 배기가스를 상기 분기관들 중 적어도 하나에 선택 공급하는 제1 선택밸브, 연료와 반응가스를 유입하여 플라즈마 반응으로 개질하여 환원가스를 발생시키고, 상기 환원가스를 상기 흡장촉매에 공급하여 흡장된 상기 질소산화물을 환원시키는 플라즈마 개질기, 및 상기 플라즈마 개질기에서 발생된 상기 환원가스를 상기 LNT들 중 적어도 하나에 선택 공급하는 제2 선택밸브를 포함한다.
상기 분기관들 및 상기 LNT들 중, 일부에는 상기 제1 선택밸브에 의하여 선택되어 상기 배기가스가 공급되고, 다른 일부에는 상기 제2 선택밸브에 의하여 선 택되어 상기 환원가스가 공급될 수 있다.
상기 분기관들은, 양단에서 서로 연결되고 중간에서 서로 분리되는 제1 분기관과 제2 분기관을 포함하고, 상기 LNT들은, 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관에 각각 설치되는 제1 LNT와 제2 LNT를 포함할 수 있다.
상기 제1 선택밸브는, 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관을 선택적으로 개폐하도록 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관의 분기점에 장착되는 플레이트 타입 밸브로 형성될 수 있다.
상기 제2 선택밸브는, 상기 플라즈마 개질기에서 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관으로 각각 연결하는 제1 연결관과 제2 연결관을 선택적으로 개폐하도록 상기 제1 연결관과 상기 제2 연결관의 분기점에 장착되는 삼방향 밸브로 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기관에 내장되는 플라즈마 개질기에서 연료를 개질하여 발생되는 환원가스를 LNT의 흡장촉매로 공급하므로 흡장된 질소산화물(NOx) 및 황(S)을 제거하는 효과가 있다.
플라즈마 개질기에서 다량의 수소를 발생시켜 LNT로 공급하므로 황으로 피독된 흡장촉매에서 황 성분을 제거하여 흡장촉매를 재생하며, 흡장촉매의 재생 온도를 낮추는 효과가 있다.
플라즈마 개질기를 배기관에 내장하여 짧은 시간의 환원모드시 발생된 환원가스 전량을 LNT에 공급하면서 플라즈마 개질기의 운전을 용이하게 하는 효과가 있 다.
플라즈마 개질기를 배기관에 내장하고 배기가스의 일부를 반응가스로 활용하므로 플라즈마 개질기 자체가 처리해야 하는 외부로부터 공급되는 반응공기의 양을 줄일 수 있고, 이로 인하여, 배기관 밖에 설치하는 경우와 비교할 때, 플라즈마 개질기의 운전 용량이 감소되므로 짧은 기간의 환원모드시 운전이 용이해지고 운전성이 향상된다.
플라즈마 개질기를 배기관에 내장하고 배기가스 중의 산소를 반응공기의 일부로 활용함에 따라 플라즈마 개질기에서 생산되는 합성가스 중 수소의 농도가 낮아질 수 있는데, 이는 플라즈마 개질기의 후방에 산화촉매를 적용하여 해소할 수 있다.
배기관에 복수의 분기관들을 구비하고, 각 분기관에 LNT를 장착하며, 제1, 제2 선택밸브를 통하여 배기가스와 환원가스를 선택적으로 번갈아 공급하므로 각 LNT에서 별도의 흡장모드와 환원모드를 동시에 진행하는 효과가 있다.
결국, 플라즈마 LNT 시스템은 연속적으로 작동되고, 이로 인하여, 순간적으로 온/오프 작동되는 구조에 경우에 비하여, 플라즈마 개질기의 용량이 크게 줄어들 수 있고, 또한 운전이 용이해질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하 는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템의 구성도이다. 도1을 참조하면, 플라즈마 LNT 시스템(100)은 엔진(미도시)에서 발생되는 배기가스를 배출하는 배기관(10), LNT(20) 및 플라즈마 개질기(30)를 포함한다.
LNT(20)는 흡장촉매(21)를 구비하여, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장했다가, 이후, 엔진 운전 조건의 변화에 따라 만들어지는 순간적인 농후 연료 조건시, 공급되는 환원가스에 의하여 질소산화물을 환원시킨다.
이와 같이, 흡장촉매(21)가 지속적으로 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장할 수 있도록 흡장된 질소산화물을 주기적으로 제거할 필요가 있다. 이를 위하여, 배기관(10) 내에 플라즈마 개질기(30)가 구비된다.
플라즈마 개질기(30)는 연료 및 반응가스를 공급받아 플라즈마 반응시켜서 연료를 개질함으로써 환원가스를 발생시킨다. 일례를 들면, 환원가스는 수소, 일산화탄소 및 탄화수소 등을 포함한다. 플라즈마 개질기(30)는 공급되는 연료와 반응의 비율을 조절함으로써, 발생되는 환원가스의 각 성분비율, 즉 수소, 일산화탄소 및 탄화수소의 비율을 조절 및 설정할 수 있다.
플라즈마 개질기(30)가 배기관(10)에 내장되므로 반응가스는 외부에서 공급되는 반응공기와 배기관(10)으로 배출되는 배기가스일 수 있다. 즉 플라즈마 개질기(30)는 반응가스로 외부 반응공기 또는 배기가스를 각각 사용할 수 있고, 외부 반응공기와 배기가스를 동시에 사용할 수 있다. 편의상, 본 실시예에는 외부 반응공기와 배기가스가 반응가스로 함께 사용되는 것을 예시한다.
플라즈마 개질기(30)는 배기관(10)에 내장되므로 발생되는 환원가스 전량을 LNT(20)의 흡장촉매(21)에 공급할 수 있다. 플라즈마 개질기(30)는 흡장모드와 환원모드로 번갈아 운전되면서 주기적으로 환원가스를 공급하여 흡장촉매(21)에 흡장된 질소산화물을 질소로 환원시켜 제거한다. 즉 LNT(20)의 운전은 질산화물을 흡장하는 흡장모드와, 환원가스를 공급받는 농후 분위기에서 질소산화물을 환원시키는 환원모드를 포함한다. 흡장모드는 환원모드에 비하여 상대적으로 긴 시간 동안 지속된다.
플라즈마 개질기(30)는 연료와 반응가스에 의하여 형성되는 혼합기체에 플라즈마 반응을 일으켜 연료를 개질함으로써 환원가스를 발생시킨다. 도1을 참조하여 설명하면, 플라즈마 개질기(30)는 연료를 공급받도록 연료탱크(31)에 연결되고, 반응가스를 공급받는다. 플라즈마 개질기(30)는 반응가스 중, 외부로부터 반응공기를 공급받도록 일측을 외부에 연결하며, 또한 배기가스를 공급받도록 배기관(10) 내부에 일측을 개방한다.
연료와 반응가스(반응공기 및 배기가스)를 이용하여 개질된 환원가스를 발생시킴에 있어서, 플라즈마 개질기(30)는 플라즈마 반응을 이용하는 플라즈마 방식과, 플라즈마 반응과 촉매 반응을 복합적으로 이용하는 플라즈마/촉매 방식으로 운전될 수 있다. 또한, 플라즈마/촉매 방식은 플라즈마 개질기(30)의 운전 방법에 따라 플라즈마 연속가동방식과 플라즈마 초기가동방식으로 분류될 수 있다.
연속가동방식은 연속적으로 플라즈마 개질 반응을 일으키면서, 후단에서 추가적으로 촉매 개질 반응을 일으킨다. 초기가동방식은 개질촉매가 작동온도에 이를 때(Light off)까지만 플라즈마 개질 반응하고, 이후에는 플라즈마 개질 반응을 일으키지 않고 촉매개질 반응만 일으킨다. 연속가동방식에 비하여, 초기가동방식은 전력소모가 절감되고, 개질촉매 기동 시까지의 시간에도 지속적으로 환원가스를 생산하는 장점을 가진다.
플라즈마 개질기(30)는 연료 및 반응가스를 공급하는 연료/반응가스 공급부(30A)와, 공급된 연료 및 반응가스의 혼합기체에 플라즈마 반응을 일으키는 플라즈마 반응부(30B)를 포함한다. 즉 플라즈마 방식이 형성된다.
이와 같이, 플라즈마 개질기(30, 230)는 연료/반응가스 공급부(30A)와 플라즈마 반응부(30B)로 형성될 수도 있고, 또한 플라즈마 반응부(30B)의 후방에 촉매 반응부(30C)를 더 구비하여 형성될 수도 있다(도4 참조). 즉 플라즈마/촉매 방식이 형성된다.
촉매 반응부(30C)는 플라즈마 반응부(30B)의 후방에 개질촉매(50, 도4 참조)를 더 구비하여, 플라즈마 반응으로 개질된 환원기체를 후방의 개질촉매(50)에서 추가적인 촉매 반응으로 더 개질한다.
또한, 촉매 반응부(30C)는 개질촉매(50)로 형성될 수도 있으나, 플라즈마 반응부(30B)와 개질촉매(50) 사이에 구비되는 플라즈마 차단부재(60, 도4참조)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 플라즈마 차단부재(60, 도4 참조)는 플라즈마 반응부(30B)에서 발생된 플라즈마가 개질촉매(50)에 직접 접촉되어, 개질촉매(50)가 손 상되는 것을 방지한다.
이와 같이 플라즈마 개질기(30, 230)는 연료/반응가스 공급부(30A), 플라즈마 반응부(30B) 및 촉매 반응부(30C) 각각의 구성 및 이들의 조합에 의하여 다양하게 형성될 수 있으며, 각각에 대하여 구체적으로 살펴본다.
플라즈마 개질기(30)가 연료/반응가스 공급부(30A) 및 플라즈마 반응부(30B)로 이루어지는 경우, 플라즈마 방식으로 운전된다. 또한 플라즈마 개질기(230)가 연료/반응가스 공급부(30A), 플라즈마 반응부(30B) 및 촉매 반응부(30C)로 이루어지는 경우, 플라즈마/촉매 방식으로 즉, 플라즈마 연속가동방식 또는 플라즈마 초기가동방식으로 운전될 수 있다.
이하에서, 플라즈마 개질기(30)에 대하여 구체적으로 살펴본다. 도2는 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 분해 사시도이고, 도3은 도2 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도2 및 도3을 참조하면, 제1 실시예의 플라즈마 개질기(30)는 연료/반응가스 공급부(30A)와 플라즈마 반응부(30B)로 형성되어, 플라즈마 방식으로 운전될 수 있다.
플라즈마 개질기(30)는 전극(32)과, 전극(32)을 내장하는 하우징(33)을 포함하며, 전극(32)과 하우징(33) 사이에서 간극(C)을 형성하여, 간극(C)에서 플라즈마 반응을 일으킨다.
전극(32)은 하우징(33)의 길일 방향을 따라 나란한 직선 상태로 형성되는 장착부(321)와, 장착부(321)에 연장되어 볼록 곡면을 형성하는 방전부(322)를 포함한 다. 장착부(321)는 전기적인 절연재(34)를 개재하여 하우징(33)의 일측에 장착된다. 방전부(322)는 하우징(33)의 내측에 배치되어, 서로 마주하는 외표면(323)과 하우징(33)의 내표면(331) 사이에 간극(C)을 형성한다. 즉 전극(32) 방전부(322)의 외표면(323)과 하우징(33)의 내표면(331)이 플라즈마 반응부(30B)를 형성한다.
방전부(322)의 외표면(323)은 콘(cone)을 형성하고, 하우징(33)의 내표면(331)은 콘 형상의 방전부(322)를 수용하는 케이브(cave)를 형성한다. 전극(32)에서 방전부(322) 외표면(323)의 곡률과 하우징(33) 내표면(331)의 각 길이 방향의 곡률은 서로 다른 크기를 가진다(도3에서 좌우 방향을 기준으로 볼 때).
즉 방전부(322) 외표면(323)의 길이 방향 곡률이 하우징(33) 내표면(331)의 길이 방향 곡률보다 작다. 따라서 간극(C)은 방전부(322) 대응측에서 좁게 형성하고, 방전부(322)에서 장착부(321) 반대쪽으로 가면서 점점 넓어지게 형성된다. 이와 같이, 간극(C)이 점진적으로 넓어지는 구조는 전극(32)과 하우징(33) 사이에서 형성되는 플라즈마 반응을 방전부(322)의 끝에서 멀어지는 방향으로 확산시킨다.
플라즈마 반응부(30B), 즉 전극(32)과 하우징(33)에 전압이 인가되면, 전극(32)의 방전부(322)와 하우징(33)의 내표면(331) 사이에 설정되는 간극(C)에 공급되는 연료와 반응가스의 혼합기체에서 플라즈마 방전이 일어난다.
이를 위하여, 연료/반응가스 공급부(30A)는 전극(32)과 하우징(33) 사이에 연료와 반응가스를 공급하도록 형성된다. 예를 들면, 전극(32)은 내부에 즉, 장착부(321)와 방전부(322)를 관통하는 연료통로(324)를 형성한다.
연료통로(324)는 펌프(P)를 통하여 연료탱크(31)에 연결될 수 있다. 펌프(P) 는 엔진(미도시)의 동력 또는 별도의 모터(미도시)로 구동되어, 연료통로(324)로 연료를 압송한다. 연료는 엔진에 공급되는 연료일 수 있고, 별도로 구비되는 연료일 수 있다.
하우징(33)은 전극(32)의 방전부(322)를 향하는 위치에 대응하여 형성되는 공급포트(332) 및 이에 연결되는 공급관로(333)를 포함한다. 공급관로(333)는 절연재(34)를 개재하여 하우징(33)의 공급포트(332)에 장착된다.
따라서 공급관로(333)는 하우징(33)의 내부로 반응가스를 공급하고, 전극(32)은 연료통로(324)를 통하여 연료를 하우징(33)과 전극(32) 사이의 간극(C)으로 공급한다. 즉 연료/반응가스 공급부(30A)는 연료통로(324) 및 공급관로(333)를 포함한다.
전극(32)의 방전부(322) 끝에서 확산되는 반응 플라즈마는 하우징(33) 내표면(331)의 케이브 곡률을 따라 진행되면서 압축된다. 이와 같이 반응 플라즈마를 압축하고, 이어서 압축된 반응 플라즈마를 확산하기 위하여, 하우징(33)은 전극(32)에 형성된 연료통로(324)의 전방에 제1 통로(334)를 가지는 넥크부(335)를 형성한다.
따라서 케이브의 내표면(331)을 통하여 서서히 압축된 반응 플라즈마는 넥크부(335)의 제1 통로(334)를 통과한다. 하우징(33)은 제1 통로(334) 및 넥크부(335)를 사이에 두고 반응 플라즈마 유입측에는 곡률을 가지는 케이브의 내표면(331)을 형성하고, 반응 플라즈마 및 환원가스 유출측에는 제1 통로(334)에서 확장되어 제2 통로(336)를 형성하는 수직면(337)을 형성한다.
즉 넥크부(335)는 내부에 형성되는 제1 통로(334)를 가지면서 양측에 구비되는 케이브의 내표면(331)과 제2 통로(336)를 형성하는 수직면(337)에 의하여 설정된다. 제1 통로(334)를 통과한 반응 플라즈마는 수직면(337)에 의하여 제2 통로(336)로 확장 및 팽창되면서 연료를 개질하여 다량의 수소, 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 환원가스를 발생시킨다.
개질가스는 플라즈마 개질기(30)에 마주하여 배기관(10)에 설치되는 LNT(20)로 공급되어, LNT(20)의 흡장촉매(21)에 흡장된 질소산화물을 질소로 환원시킨다. 질소산화물이 질소로 환원되면서 LNT(20)의 흡장촉매(21)는 다시 질소산화물을 흡수할 수 있는 상태로 변화된다.
다시 도1을 참조하면, 일 실시예의 플라즈마 개질기(30)는 흡장촉매(21)의 재생 과정에 사용될 수 있다. 연료, 즉 경유에는 미량의 황(S) 성분이 포함되어 있기 때문에 플라즈마 LNT 시스템(100)을 장기간 작동하게 되면, 흡장촉매(21)가 황에 의하여 피독되며, 이로 인하여 질소산화물의 흡장에 대한 LNT(20)의 성능이 저하된다.
따라서 플라즈마 LNT 시스템(100)을 일정 기간 사용한 후, LNT(20)의 흡장촉매(21)를 피독한 황 성분을 제거하는 재생 과정이 필요하다. LNT(20)의 재생 과정은 고온 조건에서 수행되어야 하므로 자동차의 운전 조건에서 수행되기 어렵고, 또한 고온 조건으로 인하여 흡장촉매(21)가 열화 될 수 있다.
그러나 재생 과정에 수소 성분을 제공할 경우, 흡장촉매(21)의 재생 온도는 낮아지고, 이로 인하여 흡장촉매(21)의 열화 문제가 해결될 수 있다. 또한 공급되 는 연료와 반응가스의 조건을 플라즈마 개질기(30)에서 연소에 적절한 조건으로 변경하게 되면, 일부 수소를 포함한 고온의 연소가스가 생성된다. 이 연소가스를 LNT(20)로 공급하면 흡장촉매(21)를 용이하게 재생할 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들의 상세한 설명에서, 제1 실시예 및 보다 앞선 실시예들에서 설명된 부분과 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 플라즈마 개질기(230)는 제1 실시예의 구성에 더하여 플라즈마 반응부(30B)의 후방에 촉매 반응부(30C)를 더 구비한다. 촉매 반응부(30C)는 개질촉매(50)로 형성되거나, 개질촉매(50)와 플라즈마 차단부재(60)로 형성될 수 있다.
개질촉매(50)는 제1 통로(334)의 반대측 제2 통로(336)에 설치되어, 제1 통로(334)를 통하여 개질되어 제2 통로(336)로 유입되는 개질가스 즉, 환원가스를 추가적으로 촉매개질한다. 이와 같이, 제2 실시예의 플라즈마 개질기(230)는 촉매 반응부(30C) 즉, 개질촉매(50)를 더 구비하므로 플라즈마/촉매 방식으로 운전될 수 있다.
플라즈마 차단부재(60)는 넥크부(335)의 제1 통로(334)에 대응하여 수직 상태로 설치되어, 연료통로(324)로 분사 공급되는 연료의 슬립을 방지한다. 즉 연료통로(324)로 분사되는 연료가 충분히 플라즈마 반응하지 못한 경우, 제1, 제2 통로(334, 336)를 경유하여, 개질촉매(50, 도4 참조)로 직접 유입(연료의 슬립)되어, 개질촉매(50)를 손상시키게 된다. 플라즈마 차단부재(60)는 분사되어 미반응된 연료를 차단함으로써 개질촉매(50)가 손상되는데 것을 방지한다. 일례를 들면, 플라즈마 차단부재(60)는 제1 통로(334)에 대응하여 제공되는 플레이트(61)와, 플레이트(61)를 제2 통로(336)의 내측에 용접으로 고정하여 연결되는 가로부재(62)를 포함한다.
도5는 도1에 적용되는 제3 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도5를 참조하면, 제3 실시예의 플라즈마 개질기(930)는 제2 실시예의 플라즈마 개질기(230)의 촉매반응부(30C)와 서로 다른 촉매반응부(230C)를 구비한다.
제2 실시예의 플라즈마 개질기(230)는 촉매 반응부(30C)에 플라즈마 차단부재(60)와 개질촉매(50)를 구비하는데 비하여, 제3 실시예의 플라즈마 개질기(930)는 촉매 반응부(230C)에 산화촉매(250)를 구비한다. 제3 실시예의 플라즈마 개질기(930)는 산화촉매(250)의 전방에 플라즈마 개질기(미도시)를 구비할 수 있다.
반응가스로 배기가스에 포함된 산소를 사용하는 경우, 플라즈마 개질기(930)에서 플라즈마 반응으로 개질된 환원가스는 낮은 수소 농도를 가진다. 산화촉매(250)는 플라즈마 반응부(30B)의 후방에서 수소의 농도가 낮아진 환원가스에 산화촉매 작용을 가하여 수소의 농도를 높인다.
제3 실시예의 산화촉매(250)는 본 발명의 전체 실시예들에서 반응가스로 배기가스를 사용하는 경우, 각 실시예의 구성에 추가적으로 더 구비되어 환원가스에 산화촉매 작용을 더할 수 있다.
도6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도6를 참조하면, 제4 실시예에 따른 플라즈마 개질기(330)는 제1 실시예의 전극(32) 및 하우징(33)과 비교할 때, 동일 구성의 전극(32)과 서로 다른 구성의 하우징(43)을 구비한다.
전극(32)은 제1 실시에에서와 동일하게 외표면(323)을 콘으로 형성되고, 하우징(43)은 내표면(431)은 실린더로 형성한다. 따라서 전극(32)과 하우징(43) 사이, 보다 구체적으로, 전극(32)의 외표면(323)과 하우징(43)의 내표면(431) 사이에 형성되는 간극(C2)은 일측에서 좁게 형성하고 다른 일측으로 가면서 점점 넓어지게 형성된다. 이때 간극(C2)의 넓어지는 변화의 정도는 제1 실시예 간극(C)이 넓어지는 변화의 정도보다 더 크다. 즉 플라즈마 반응부(40B)는 전극(32)의 외표면(323)과 하우징(43)의 내표면(431)을 포함한다.
제4 실시예의 플라즈마 개질기(330)는 연료/반응가스 공급부(30A)의 반대측 하우징(43)에 구비되는 내측부재(44)와 외측부재(45)를 더 포함한다. 내측부재(44)는 전극(32)의 반대측에서 하우징(43)의 일단을 수용하여 하우징(43)과 이격되는 사이로 플라즈마의 흐름을 전환시킨다.
외측부재(45)는 내측부재(44)를 수용하고 내측부재(44)의 반대측에서 하우징(43)에 결합되어, 내측부재(44)와 이격되는 사이로 제1 통로(434)를 형성하고, 제1 통로(434)에 연결되는 제2 통로(436)를 하우징(43)의 반대측으로 형성한다. 제2 통로(436)는 제1 통로(434)의 끝에서 수직 방향으로 갑자기 확대된다.
도7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도7을 참조하면, 제5 실시예에 따른 플라즈마 개질기(430)는 제4 실시예의 전극(32) 및 하우징(43)과 비교할 때, 동일 구성의 하우징(43)과 서로 다른 구성의 전극(52)을 구비한다.
전극(52)은 직선으로 형성되는 장착부(521)와, 이 장착부(521)에 연결되어 복록 곡면으로 형성되는 방전부(522)를 포함한다. 연료통로(524)는 장착부(521)의 내에 길이 방향으로 형성되는 주통로(5241), 및 주통로(5241)에 직각으로 연결되어 방전부(522)에 형성되는 분사통로(5242)를 포함한다.
방전부(522)에 형성되는 분사통로(5242)는 방전부(522)와 하우징(43)의 내표면(431) 사이 간격(C2)의 가까운 부분에서 플라즈마 방전을 가능하게 한다. 즉 방전부(522)의 측면에서 연료가 공급될 경우, 상대적으로 반응 공간 내에서 연료의 체류 시간이 증대되고, 혼합 특성이 향상되어 플라즈마 방전이 유리해진다.
즉, 제5 실시예에 따른 플라즈마 개질기(430)에서, 연료/반응가스 공급부(50A)는 연료통로(524)인 주통로(5241), 및 분사통로(5242)를 포함한다. 플라즈마 반응부(50B)는 이와 같은 연료/반응가스 공급부(50A)를 형성하는 전극(52)의 방전부(522)와 하우징(43)을 포함한다.
도8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도8을 참조하면, 제6 실시예에 따른 플라즈마 개질기(530)는 제5 실시예의 플라즈마 개질기(430)와 비교할 때, 촉매 반응부(50C)를 더 구비한다.
제6 실시예의 플라즈마 개질기(530)는 도4의 제2 실시예에 따른 플라즈마 개질기(230)와 같이, 전극(52)의 분사통로(5243)의 후방에 구비되는 개질촉매(550)를 더 포함한다.
개질촉매(550)는 전극(52)과 하우징(43) 사이에서 개질되어 제2 통로(536)로 유입되는 개질가스 즉, 환원가스를 추가적으로 촉매개질한다. 이와 같이, 제6 실시예의 플라즈마 개질기(530)는 촉매 반응부(50C) 즉, 개질촉매(550)를 더 구비하므로 플라즈마/촉매 방식으로 운전될 수 있다.
촉매 반응부(50C)는 개질촉매(550)로 형성될 수도 있고, 플라즈마 반응부(50B)와 개질촉매(550) 사이에 구비되는 메시 상태의 스크린(560)을 더 포함할 수도 있다.
메시 상태의 스크린(560)은 플라즈마 반응부(50B)에서 발생된 플라즈마가 개질촉매(550)에 직접 접촉되어, 개질촉매(550)가 손상되는 것을 방지하면서, 플라즈마 및 개질된 환원가스의 개질촉매(550)로의 유입을 가능하게 한다.
도9은 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도9을 참조하면, 제7 실시예에 따른 플라즈마 개질기(630)는 제5 실시예에 따른 플라즈마 개질기(430)의 전극(52)과 하우징(43) 및 제4 실시예에 따른 플라즈마 개질기(330)의 내측부재(44)와 외측부재(45)를 포함한다.
따라서 제7 실시예의 플라즈마 개질기(630)는 제4 및 제5 실시예의 플라즈마 개질기(330, 430)에서 설명한 바와 같은 작용 효과를 가진다. 여기서는 개략적으로 설명하면, 플라즈마 개질기(630)에서, 내측부재(44)는 전극(52)의 반대측에서 하우징(43)의 일단을 수용하여 하우징(43)과 이격되는 사이로 플라즈마의 흐름을 전환시킨다. 외측부재(45)는 내측부재(44)를 수용하고 내측부재(44)의 반대측에서 하우징(43)에 결합되어, 내측부재(44)와 이격되는 사이로 제1 통로(434)를 형성하고, 제1 통로(434)에 연결되어 제2 통로(436)를 하우징(43)의 반대측으로 형성한다.
도10는 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도10를 참조하면, 제8 실시예에 따른 플라즈마 개질기(730)는 제7 실시예에 따른 플라즈마 개질기(630)의 구성에 더하여 플라즈마 반응부(50B)의 후방에 촉매 반응부(50C)를 더 구비한다. 촉매 반응부(50C)는 개질촉매(750)로 형성될 수 있다.
개질촉매(750)는 내측부재(44)의 후방에서 외측부재(45)에 구비된다. 즉 개질촉매(750)는 외측부재(45)의 제2 통로(436)에 설치된다.
도11은 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다. 도11을 참조하면, 제9 실시예의 플라즈마 개질기(830)는 제1 실시예의 플라즈마 개질기(30)의 구성에 분사공기통로(101)를 더 포함한다.
즉 분사공기통로(101)는 분사공기를 공급하여, 연료통로(324)의 끝에 부압을 형성함으로써, 연료통로(324)를 통하여 연료를 흡입하여 연료통로(324) 끝에서 분사할 수 있게 한다.
예를 들면, 분사공기통로(101)는 연료통로(324)를 내장한 상태로 전극(32)의 내부에 설치된다. 이는 분사공기통로(101)를 더 구비하는 경우에도 플라즈마 개질기(830)의 설치에 따른 조립 공정의 증가를 방지할 수 있다.
도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템의 구성도이다. 제1 실시예의 플라즈마 LNT 시스템(100)은 흡장모드와 환원모드를 번갈아 진행하는데 비하여, 제2 실시예의 플라즈마 LNT 시스템(200)은 흡장모드와 환원모드를 동시에 진행할 수 있다.
즉, 제2 실시예의 플라즈마 LNT 시스템(200)은 배기관(10)을 복수로 분기한 분기관들에 각각의 LNT들을 병렬로 구비하므로 적어도 일측 LNT에서 질소산화물을 흡장하는 흡장모드를 진행하고, 다른 하나의 LNT에서 질소산화물을 환원시키는 환원모드를 진행할 수 있다.
제2 실시예의 설명에서는 제1 실시예와 비교하여 유사한 구성에 대한 설명을 생략하고, 서로 다른 구성에 대하여 설명한다. 도12를 참조하면, 제2 실시예의 플라즈마 LNT 시스템(200)은 배기가스를 배출하는 배기관(10), 복수의 LNT, 플라즈마 개질기(30), 및 제1, 제2 선택밸브(71, 72)를 포함한다.
배기관(10)은 도중에 복수로 분기되는 분기관들, 예를 들면 제1, 제2 분기관들(11, 12)을 포함한다. 분기관들은 도시된 바와 같이 2개로 형성될 수도 있고 엔진의 성능을 저해하지 않는 범위 내에서 필요한 경우 더 많은 개수로 분기될 수 있다.
LNT는 각 분기관에 설치되므로 제2 실시예에서는 도시된 바와 같이 제1, 제2 분기관(11, 12)에 각각 설치되는 제1, 제2 LNT(201, 202)를 포함한다. 제1, 제2 LNT(201, 202)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매(21, 22)를 각각 내장한다. 마찬가지로, LNT는 분기관의 분기 개수에 따라 설정된다.
제1 선택밸브(71)는 분기관들 중 적어도 하나를 선택하여 배기가스를 공급한다. 예를 들면, 제1 선택밸브(71)는 플레이트 타입으로 형성되며, 제1 분기관(11)과 제2 분기관(12)의 분기점에 회전 가능하게 장착되어, 제1 분기관(11)과 제2 분기관(12)을 선택적으로 개폐한다.
플라즈마 개질기(30)는 연료와 반응가스를 유입하여 플라즈마 반응으로 연료를 개질하여 환원가스를 발생시키며, 편의상 제1 실시예를 예시하고 있으나 제1 내지 제9 실시예의 모든 플라즈마 개질기가 적용될 수 있다.
플라즈마 개질기(30)는 제1 실시예의 플라즈마 LNT 시스템(100)에서와 같이, 배기관(10) 또는 제1, 제2 분기관(11, 12)의 내부에 설치될 수도 있으나, 설명의 편의상 도시된 바와 같이 배기관(10) 밖에 설치될 수도 있다.
도시된 구조를 참조하여 설명하면, 플라즈마 개질기(30)는 환원가스를 공급하는 출구에서 제1, 제2 분기관(11, 12)으로 각각 환원가스를 공급하도록 제1, 제2 연결관(81, 82)으로 각각 연결된다.
제2 선택밸브(72)는 LNT 중 적어도 하나를 선택하여 플라즈마 개질기(30)에서 발생된 환원가스를 공급한다. 예를 들면, 제2 선택밸브(72)는 삼방향 밸브로 형성되어 플라즈마 개질기(30)에서 제1, 제2 연결관(11, 12)으로 분기되는 분기점에 장착되어, 제1, 제2 연결관(81, 82)을 선택적으로 개폐한다.
제1, 제2 선택밸브(71, 72)의 작동에 대하여 설명한다. 제1 선택밸브(71)가 제1 분기관(11)을 선택하여 제1 LNT(201)로 배기가스를 공급하며, 제2 분기관(12)은 제1 선택밸브(71)에 의하여 폐쇄되어, 제2 LNT(202)로 배기가스가 공급되지 않는다. 이때, 제2 선택밸브(72)는 제2 연결관(82)을 선택하여 제2 LNT(202)로 환원가스를 공급하여 흡장촉매(22)를 환원시키며, 제1 연결관(81)은 제2 선택밸브(72)에 의하여 폐쇄되어 제1 LNT(201)로 환원가스가 공급되지 않는다. 즉 제1 LNT(201)에서는 흡장모드가 진행되고, 제2 LNT(202)에서는 환원모드가 진행된다.
이 제1 LNT(201)의 환원완료 또는 제2 LNT(202)의 흡장완료 후, 반대로 제어된다. 제1 LNT(201)에서는 환원모드가 진행되고, 제2 LNT(202)에서는 흡장모드가 진행된다. 즉 제1 선택밸브(71)가 제2 분기관(12)을 선택하여 제2 LNT(202)로 배기가스를 공급하며, 제1 분기관(11)은 제2 선택백브(72)에 의하여 폐쇄되어 제1 LNT(202)로 배기가스가 공급되지 않는다. 이때, 제2 선택밸브(72)는 제1 연결관(81)을 선택하여 제1 LNT(201)로 환원가스를 공급하여 흡장촉매(21)를 환원시키며, 제2 연결관(82)은 제2 선택밸브(71)에 의하여 폐쇄되어 제2 LNT(202)로 환원가스가 공급되지 않는다.
이와 같이, 제1, 제2 선택밸브(71, 72)가 서로 반대 측을 선택하여 배기가스를 각각 공급고, 또한 플라즈마 개질기(30)에서 발생된 환원가스를 제2, 제1 LNT(202, 201)에 번갈에 공급함으로써 제1, 제2 LNT(201, 202)의 흡장촉매(21, 22)는 반복적으로 질소산화물을 흡장하고 환원시킨다.
즉 전체적으로 보면, 일부 LNT에서 진행되는 흡장모드와 다른 LNT에서 진행되는 환원모드가 동시에 진행된다. 따라서 플라즈마 LNT 시스템(200)이 연속적으로 작동되므로 온/오프 작동되는 제어와 비교하여 플라즈마 개질기(30)의 용량이 크게 줄어들 수 있고, 또한 운전이 단순해질 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템의 구성도이다.
도2는 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 분해 사시도이다.
도3은 도2 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도4는 도1에 적용되는 제2 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도5는 도1에 적용되는 제3 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도6는 도1에 적용되는 제4 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도7은 도1에 적용되는 제5 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도8은 도1에 적용되는 제6 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도9은 도1에 적용되는 제7 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도10는 도1에 적용되는 제8 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도11은 도1에 적용되는 제9 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 단면도이다.
도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 LNT 시스템의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 플라즈마 LNT 시스템 10 : 배기관
11, 12 : 제1, 제2 분기관 20 : LNT
201, 202 : 제1, 제2 LNT 21, 22 : 흡장촉매
30, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930 : 플라즈마 개질기
31 : 연료탱크 30A, 50A : 연료/반응가스 공급부
30B, 50B : 플라즈마 반응부 30C , 50C, 230C : 촉매 반응부
32, 52 : 전극 33, 43 : 하우징
321, 521 : 장착부 322, 522 : 방전부
331, 431 : 내표면 323 : 외표면
324, 524 : 연료통로 332 : 공급포트
333 : 공급관로 334, 434 : 제1 통로
335 : 넥크부 336, 436, 536 : 제2 통로
337 : 수직면 44 : 내측부재
45 : 외측부재 50, 550, 750 : 개질촉매
5241 : 주통로 5242 : 분사통로
560 : 메시 상태의 스크린 C, C2 : 간극
60 : 플라즈마 차단부재 61 : 플레이트
62 : 가로부재 101 : 분사공기통로
250 : 산화촉매 71, 72 : 제1, 제2 선택밸브
81, 82 : 제1, 제2 연결관

Claims (27)

  1. 엔진의 배기가스를 배출하는 배기관;
    상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 LNT; 및
    상기 배기관에 내장되어, 상기 엔진의 운전 조건 변화에 따라 순간적으로 만들어지는 농후 연료 조건시, 연료와 반응가스를 유입하여 플라즈마 반응으로 개질하여 환원가스를 발생시키고, 상기 환원가스를 상기 흡장촉매에 공급하여 흡장된 상기 질소산화물을 환원시키는 플라즈마 개질기를 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 연료 및 상기 반응가스를 공급하는 연료/반응가스 공급부, 및
    상기 연료 및 상기 반응가스에 플라즈마 반응을 일으키는 플라즈마 반응부를 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    플라즈마 반응으로 개질된 환원가스를 개질촉매에서 더 개질하도록 상기 플라즈마 반응부의 후방에 구비되는 촉매 반응부를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스 템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부는,
    상기 플라즈마 반응부와 상기 개질촉매 사이에 구비되어, 상기 플라즈마가 상기 개질촉매에 직접 접촉되는 것을 방지하는 플라즈마 차단부재를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 반응가스는 외부로부터 공급되는 반응공기 및 상기 배기가스 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 반응가스는 상기 배기가스를 포함하며,
    상기 플라즈마 개질기는,
    플라즈마 반응으로 개질된 환원가스에서 수소의 농도를 높이도록 상기 플라즈마 반응부의 후방에 구비되는 산화촉매를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 연료를 공급하는 연료통로를 가지는 전극, 및
    상기 전극과의 사이에 간극을 형성하도록 상기 전극을 내장하여 일측으로 공급되는 상기 반응가스와 상기 연료를 플라즈마 반응시키는 하우징을 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 연료통로에 연결되어 상기 연료를 압송하는 펌프를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 연료통로의 끝에 부압을 형성하여 상기 연료를 분사하도록 분사공기를 공급하는 분사공기통로를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 분사공기통로는 상기 연료통로를 내장하여 상기 전극 내부에 설치되는 플라즈마 LNT 시스템.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 전극의 외표면과 상기 하우징의 내표면은,
    서로 다른 곡률을 가지는 콘(cone) 및 케이브(cave)로 각각 형성되어, 상기 간극을 일측에서 좁게 형성하고 다른 일측으로 가면서 점점 넓어지게 형성하는 플라즈마 LNT 시스템.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 전극의 콘 외표면에 마주하고 일측으로 가면서 케이브로 형성되는 내표면과,
    좁아진 상기 케이브 일측에서 연결되어 상기 연료통로의 전방에서 제1 통로를 형성하는 넥크부를 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 내표면의 반대측에서 상기 넥크부의 일측을 형성하며, 상기 제1 통로에 연결되어 상기 제1 통로의 직경보다 크게 확장 형성되는 제2 통로와,
    상기 제1 통로와 상기 제2 통로의 경계에 형성되는 수직면을 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 제1 통로의 반대측 상기 제2 통로에 설치되는 개질촉매를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 통로에 대응하여 상기 개질촉매의 전방 상기 제2 통로 내부에 설치되는 플라즈마 차단부재를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  16. 제7 항에 있어서,
    상기 전극의 외표면과 상기 하우징의 내표면은,
    곡률을 가지는 콘(cone) 및 실린더로 각각 형성되어, 상기 간극을 일측에서 좁게 형성하고 다른 일측으로 가면서 점점 넓어지게 형성하는 플라즈마 LNT 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 전극의 반대측에서 상기 하우징의 일단을 수용하여 상기 하우징과 이격되는 사이로 상기 플라즈마의 흐름을 전환시키는 내측부재와,
    상기 내측부재를 수용하고 상기 내측부재의 반대측에서 상기 하우징에 결합되어, 상기 내측부재와 이격되는 사이로 제1 통로를 형성하고, 상기 제1 통로에 연결되는 제2 통로를 상기 하우징의 반대측으로 형성하는 외측부재를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 전극은,
    직선으로 형성되는 장착부와 상기 장착부에 연결되어 복록 곡면으로 형성되는 방전부를 포함하며,
    상기 연료통로는,
    상기 장착부 내에 길이 방향으로 형성되는 주통로, 및
    상기 주통로에 직각으로 연결되어 상기 방전부에 형성되는 분사통로를 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 전극의 상기 분사통로의 후방에 구비되는 개질촉매를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 전극의 상기 분사통로와 상기 개질촉매 사이에 설치되는 메시 상태의 스크린을 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 전극의 반대측에서 상기 하우징의 일단을 수용하여 상기 하우징과 이격되는 사이로 상기 플라즈마의 흐름을 전환시키는 내측부재와,
    상기 내측부재를 수용하고 상기 내측부재의 반대측에서 상기 하우징에 결합되어, 상기 내측부재와 이격되는 사이로 제1 통로를 형성하고, 상기 제1 통로에 연결되어 제2 통로를 상기 하우징의 반대측으로 형성하는 외측부재를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 내측부재의 후방에서 상기 외측부재에 구비되는 개질촉매를 더 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  23. 도중에 복수의 분기관들을 형성하여 배기가스를 배출하는 배기관;
    상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매를 내장하여 상기 분기관들 각각에 설치되는 복수의 LNT들;
    상기 배기가스를 상기 분기관들 중 적어도 하나에 선택 공급하는 제1 선택밸브;
    연료와 반응가스를 유입하여 플라즈마 반응으로 개질하여 환원가스를 발생시키고, 상기 환원가스를 상기 흡장촉매에 공급하여 흡장된 상기 질소산화물을 환원 시키는 플라즈마 개질기; 및
    상기 플라즈마 개질기에서 발생된 상기 환원가스를 상기 LNT들 중 적어도 하나에 선택 공급하는 제2 선택밸브를 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 분기관들 및 상기 LNT들 중
    일부에는,
    상기 제1 선택밸브에 의하여 선택되어 상기 배기가스가 공급되고,
    다른 일부에는,
    상기 제2 선택밸브에 의하여 선택되어 상기 환원가스가 공급되는 플라즈마 LNT 시스템.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 분기관들은, 양단에서 서로 연결되고 중간에서 서로 분리되는 제1 분기관과 제2 분기관을 포함하고,
    상기 LNT들은, 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관에 각각 설치되는 제1 LNT와 제2 LNT를 포함하는 플라즈마 LNT 시스템.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 제1 선택밸브는,
    상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관을 선택적으로 개폐하도록 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관의 분기점에 장착되는 플레이트 타입 밸브로 형성되는 플라즈마 LNT 시스템.
  27. 제25 항에 있어서,
    상기 제2 선택밸브는,
    상기 플라즈마 개질기에서 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관으로 각각 연결하는 제1 연결관과 제2 연결관을 선택적으로 개폐하도록 상기 제1 연결관과 상기 제2 연결관의 분기점에 장착되는 삼방향 밸브로 형성되는 플라즈마 LNT 시스템.
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