KR101047402B1 - Urea-SCR System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Urea-SCR 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요소 분무 후 배기가스에 요소가 잘 희석되도록 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치함으로써, 에어라인을 통해 에어탱크로부터 유입된 공기를 소용돌이(스월;swirl) 치게 하여 배기가스와 요소를 희석시키고, SCR 시스템의 성능을 향상시켜 NOx의 양을 감소시키며, 요소 연비를 증대하여 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 Urea-SCR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a Urea-SCR system, and more particularly, by installing a swirl generating device after the urea is sprayed so that the urea is well diluted in the exhaust gas after the urea spray, swirling the air flowing from the air tank through the air line It is a Urea-SCR system that can be used to achieve the economic effect by diluting exhaust gas and urea by swirl, improving the performance of the SCR system, reducing the amount of NOx, and increasing urea fuel economy.
이를 위해, 본 발명은 배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기와, 배기파이프에 설치되어 에어공급포트를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터와, 요소탱크 내의 요소를 인젝터로 공급하는 요소공급펌프로 구성되되, 상기 인젝터에 의해 요소가 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치하여 배기가스와 요소를 희석시키도록 한 것을 특징으로 하는 Urea-SCR 시스템을 제공한다.To this end, the present invention provides a catalyst for purifying harmful substances in the exhaust gas, an injector installed in the exhaust pipe to inject urea by air flowing through the air supply port, and an element supplying urea in the urea tank to the injector. It is composed of a supply pump, it provides a Urea-SCR system, characterized in that to install a swirl generator after the urea sprayed by the injector to dilute the exhaust gas and urea.
Urea-SCR 시스템, NOx, 스월, 촉매기, 인젝터, 요소공급펌프 Urea-SCR system, NOx, swirl, catalytic converter, injector, urea supply pump
Description
도 1은 종래의 Urea-SCR 시스템의 구성을 나타내는 장치구성도.1 is a device configuration diagram showing the configuration of a conventional Urea-SCR system.
도 2는 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템의 구성을 나타내는 장치구성도.2 is a device configuration diagram showing the configuration of the Urea-SCR system according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10a : 배기파이프 10b : 중간배기파이프10a:
11 : 촉매기 12 : 에어공급포트11
13 : 인젝터 14 : 요소공급펌프13: injector 14: urea supply pump
15 : 에어탱크 16 : 스월발생포트15: Air tank 16: Swirl generating port
17 : 에어라인 18 : 요소탱크17: airline 18: urea tank
본 발명은 Urea-SCR 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요소 분무 후 배기가스에 요소가 잘 희석되도록 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치함으로써, 에어라인을 통해 에어탱크로부터 유입된 공기를 소용돌이(스월;swirl) 치게 하여 배기가스와 요소를 희석시키고, SCR 시스템의 성능을 향상시켜 NOx의 양을 감소시키며, 요소 연비를 증대하여 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 Urea-SCR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a Urea-SCR system, and more particularly, by installing a swirl generating device after the urea is sprayed so that the urea is well diluted in the exhaust gas after the urea spray, swirling the air flowing from the air tank through the air line It is a Urea-SCR system that can be used to achieve the economic effect by diluting exhaust gas and urea by swirl, improving the performance of the SCR system, reducing the amount of NOx, and increasing urea fuel economy.
자동차는 형태에 따라서 승용차나, 버스 및 트럭 등으로 분류하지만, 같은 차종이라도 사용하는 연료에 따라서 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 차량이나 디젤을 연료로 사용하는 디젤 차량 및 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 사용하는 LPG 차량으로 부르기도 한다.Although automobiles are classified into passenger cars, buses, and trucks according to their type, the same type of fuel is used for gasoline vehicles using gasoline as a fuel, diesel vehicles using diesel as a fuel, and LPG (Liquefied Petroleum Gas) as fuel. Also known as LPG vehicles.
상기 디젤 차량은 산소 과잉분위기에서 연소되므로 가솔린 엔진에 비해서 유해물질인 NOx의 발생량이 상당히 많고, 린번 분위기에서 연소되므로 NOx를 제거하기가 힘들다. 따라서, NOx제거기술로서 가장 활발히 개발 진행되는 것이 Urea(요소)-SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템이다. Since the diesel vehicle is burned in an oxygen-rich atmosphere, the amount of generation of NOx, which is a harmful substance, is considerably higher than that of a gasoline engine, and it is difficult to remove NOx because it is burned in a lean burn atmosphere. Therefore, the most actively developed NOx removal technology is Urea (urea) -SCR (Selective Catalytic Reduction) system.
상기 Urea-SCR 시스템은 요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx와 NH2-CO-NH2 (요소;Urea)를 반응시켜 NOx를 N2 + O2 로 변환시키는 방법이다.The Urea-SCR system is a method of converting NOx into N 2 + O 2 by reacting NOx with NH 2 —CO—NH 2 (urea; Urea) by supplying urea to an exhaust gas line in the form of an aqueous solution.
상기 Urea-SCR 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진의 배기 매니폴드로부터 배기파이프(10a)를 통해 배출되는 배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기(11)와, 배기파이프(10a)에 설치되어 에어공급포트(12)를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터(13)와, 요소탱크(18) 내의 요소를 인젝터(13)로 공급하는 요소공급펌프(14)와, 촉매기(11) 내의 온도를 측정하는 열전대와, 열전대로부터의 입력신호와 엔진측으로부터의 입력신호를 제공받는 DAS와, DAS에서 제공되는 신호에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터에 요소주입 제어신호를 출력하는 CPU를 구비하고 있다.As shown in FIG. 1, the Urea-SCR system includes a
여기서, 상기 촉매기(11)의 열전대측에서 제공되는 온도 데이터와 엔진측에서 제공되는 rpm 데이터는 DAS(Data Acquisition System)로 입력되고, DAS는 입력된 온도 데이터 및 rpm 데이터를 가지고 전체 배기가스량 중에서 NOx량을 산출한 후, 이때의 산출값을 CPU로 전달한다. Here, the temperature data provided from the thermocouple side of the
상기 CPU는 입력된 산출값에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터(13)에 요소주입 제어신호를 출력한다. 즉, 상기 증폭회로를 거치면서 증폭된 신호를 인젝터(13)에 제공하여 이를 듀티제어하게 되며, 인젝터(13)는 요소공급펌프(14)를 통해 요소탱크(18)로부터 유입된 요소를 배기파이프(10a)로 주입하게 된다. The CPU outputs the element injection control signal to the
이렇게 주입된 요소는 NOx와 반응하여 이를 N2 와 O2 로 변환시키게 되며, 촉매기(11)를 거치면서 정화된 배기가스는 중간 배기파이프(10b)를 통해 소음기로 공급된 다음, 엔드 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다The injected urea reacts with NOx and converts it into N 2 and O 2. The exhaust gas purified while passing through the
한편, 현재의 Urea-SCR 시스템은 단공 또는 다공의 분무형태를 갖는 인젝터(13)를 사용하고 있다. 이것은 요소의 분무성능을 향상시키기 위하여 기존의 단공형태에서 다공의 분무형태로 발전시킨 형태이다.On the other hand, the current Urea-SCR system uses an
상기 분무성능의 향상은 요소가 암모니아로 분해되고, 배기가스와 혼합되어 최고의 NOx 저감효율을 가져올 수 있다.The improvement of the spraying performance may lead to urea being decomposed into ammonia and mixed with the exhaust gas, resulting in the highest NOx reduction efficiency.
또한, 분무후 배기가스와의 혼합에 필요한 요소의 이동거리가 짧아져 레이아 웃 측면에서 유리하다.In addition, the moving distance of the elements required for mixing with the exhaust gas after spraying is short, which is advantageous in terms of layout.
그러나, 상기 인젝터의 다공홀로 분사하더라도 요소의 분무입자의 크기가 크고, 배기가스와 희석되기 위해 긴 이동거리가 필요하며, 다공으로 분무하더라도 미립화에 한계가 있다.However, even when spraying the porous hole of the injector, the size of the spray particles of the urea is large, a long moving distance is required to be diluted with the exhaust gas, even if sprayed in the porous, there is a limit to atomization.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 요소 분무 후 배기가스에 요소가 잘 희석되도록 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치함으로써, 에어라인을 통해 에어탱크로부터 유입된 공기를 소용돌이 치게(스월;swirl) 하여 배기가스와 요소를 희석시키고, SCR 시스템의 성능을 향상시켜 NOx의 양을 감소시키며, 요소 연비를 증대하여 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 Urea-SCR 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, by installing a swirl generator at the rear end of the sprayed place so that the urea is well diluted in the exhaust gas after urea spraying, to swirl the air introduced from the air tank through the air line Swirl to dilute exhaust gas and urea, improve the performance of the SCR system, reduce the amount of NOx, and increase the urea fuel economy to provide Urea-SCR system. There is this.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx를 제거하는 Urea-SCR 시스템에 있어서,In the present invention for achieving the above object in the Urea-SCR system for supplying urea in the form of an aqueous solution to the exhaust gas line to remove NOx,
배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기와, 배기파이프에 설치되어 에어공급포트를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터와, 요소탱크 내의 요소를 인젝터로 공급하는 요소공급펌프로 구성되되, 상기 인젝터에 의해 요소가 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치하여 배기가스와 요소를 희석시키도록 한 것을 특징으로 한다.It consists of a catalyst for purifying harmful substances in the exhaust gas, an injector installed in the exhaust pipe to inject urea by air flowing through the air supply port, and a urea supply pump to supply urea in the urea tank to the injector. It is characterized in that the swirl generator is installed at the rear end where the urea is sprayed by the injector to dilute the exhaust gas and the urea.
바람직한 구현예로서, 상기 스월생성장치는 에어탱크로부터 에어라인을 거쳐 스월발생포트를 통해 공기를 분사하여 스월(소용돌이)을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the swirl growth value is characterized in that to generate a swirl (swirl) by injecting air from the air tank through the swirl generating port through the air line.
더욱 바람직한 구현예로서, 상기 스월발생포트는 배기파이프에서 단면적이 확장되는 촉매기의 입구에 설치되는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the swirl generating port is installed at the inlet of the catalyst, the cross-sectional area of the exhaust pipe is expanded.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템의 구성을 나타내는 장치구성도이다.2 is a device configuration diagram showing the configuration of the Urea-SCR system according to the present invention.
본 발명은 분무성능을 향상시키기 위해 스월생성장치를 장착한 Urea-SCR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a Urea-SCR system equipped with a swirl generator to improve spraying performance.
본 발명은 분무성능을 향상시키기 위해 요소의 분무후 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치한 점에 주안점이 있다.The present invention focuses on the installation of a swirl generator at the rear end of the sprayed place of the urea to improve the spraying performance.
상기 Urea-SCR 시스템은 가솔린 엔진에 비해서 유해물질인 NOx의 발생량이 상당적으로 많은 디젤차량에 사용되고, 요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx와 NH2-CO-NH2 (요소;Urea)를 반응시켜 NOx를 N2 와 O2 로 변환시킴으로써 NOx를 제거한다.The Urea-SCR systems, the amount of generation of the NOx harmful substances corresponds typically used in many diesel vehicles compared to the gasoline engine, to supply the components in the form of an aqueous solution in the exhaust gas line, NOx and NH 2 -CO-NH 2 (element; Urea ) to remove the NOx by the NOx by conversion into N 2 and O 2 reaction.
보다 상세하게는, 상기 Urea-SCR 시스템은 엔진의 배기 매니폴드로부터 배기파이프(10a)를 통해 배출되는 배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기(11) 와, 배기파이프(10a)에 설치되어 에어공급포트(12)를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터(13)와, 요소탱크(18) 내의 요소를 인젝터(13)로 공급하는 요소공급펌프(14)와, 촉매기(11) 내의 온도를 측정하는 열전대와, 열전대로부터의 입력신호와 엔진측으로부터의 입력신호를 제공받는 DAS와, DAS에서 제공되는 신호에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터에 요소주입 제어신호를 출력하는 CPU로 구성되어 있다.More specifically, the Urea-SCR system is installed in the
여기서, NOx와 요소의 반응을 원활하게 하기 위해서는 수용액 형태의 요소를 인젝터(13)를 통해 분무하여 미립화 시킨 다음, 배기가스의 NOx와 잘 혼합되도록 하는 것이다.Here, in order to facilitate the reaction between NOx and urea, the urea in the form of an aqueous solution is atomized by injecting through the
따라서, 본 발명은 상기와 같은 분무성능을 향상시키기 위해 요소가 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 장착한 것이다.Therefore, the present invention is equipped with a swirl generator at the rear end of the urea sprayed to improve the spraying performance as described above.
본 발명에 따른 스월생성장치는 압축공기가 충진된 에어탱크(15)와, 공기를 분사하여 스월을 발생시키는 스월발생포트(16)와, 에어탱크(15)와 스월발생포트(16)를 연결하는 에어라인(17)으로 구성되어 있다.The fresh raw growth value according to the present invention connects the compressed air filled
상기 스월발생포트(16)는 요소를 분무하는 인젝터(13)와 배기가스의 유해물질을 정화하는 촉매기(11) 사이에 장착되고, 중간 배기파이프(10b)에서 단면적이 확장되는 촉매기(11)의 입구에 일정각도로 경사지게 설치되어 공기가 소용돌이 치는데 효과적이다.The
또한, 상기 스월발생포트(16)는 배기가스와 요소를 잘 희석시키기 위한 것으로서, 인젝터(13)와 연동하여 작동되어야 하므로 상기 CPU의 제어신호를 받게 되 고, 내부에는 솔레노이드 밸브와 같은 개폐수단이 내장되어 있다.In addition, the
이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operating state of the Urea-SCR system according to the present invention by such a configuration as follows.
상기 CPU는 DAS에서 열전대의 온도 데이터 및 엔진측의 rpm 데이터를 가지고 전체 배기가스량 중에서 NOx량을 산출한 산출값을 입력받아 인젝터(13) 및 스월발생포트(16)의 작동을 제어하게 된다.The CPU receives the calculated value obtained by calculating the NOx amount out of the total exhaust gas with the temperature data of the thermocouple and the rpm data of the engine in the DAS to control the operation of the
이때, 상기 촉매기(11)의 열전대측에서 제공되는 온도 데이터와 엔진측에서 제공되는 rpm 데이터는 DAS(Data Acquisition System)로 입력되고, DAS는 입력된 온도 데이터 및 rpm 데이터를 가지고 전체 배기가스량 중에서 NOx량을 산출한 후, 이때의 산출값을 CPU로 전달한다. At this time, the temperature data provided from the thermocouple side of the
상기 CPU는 입력된 산출값에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터(13)에 요소주입 제어신호를 출력하고, 스월발생포트(16)에 스월발생 제어신호를 출력한다. 즉, 상기 증폭회로를 거치면서 증폭된 신호를 인젝터(13) 및 스월발생포트(16)에 제공하여 이를 듀티제어하게 되며, 인젝터(13)는 요소공급펌프(14)를 통해 요소탱크(18)로부터 유입된 요소를 배기파이프(10a)로 주입하게 되고, 스월발생포트(16)는 에어라인(17)을 통해 에어탱크(15)로 부터 유입된 공기를 중간 배기파이프(10b)로 소용돌이 치게 한다. The CPU outputs the element injection control signal to the
이렇게 주입된 요소는 스월발생에 의해 NOx와 용이하게 희석되므로, 반응성을 향상시켜 NOx를 N2 와 O2 로 변환시키게 되며, 촉매기(11)를 거치면서 정화된 배 기가스는 중간 배기파이프(10b)를 통해 소음기로 공급된 다음, 엔드 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다.Since the injected urea is easily diluted with NOx by swirl generation, it improves reactivity to convert NOx into N 2 and O 2 , and the exhaust gas purified through the
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템에 의하면, 요소 분무 후 배기가스에 요소가 잘 희석되도록 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치함으로써, 에어라인을 통해 에어탱크로부터 유입된 공기를 소용돌이(스월;swirl) 치게 하여 배기가스와 요소를 희석시키고, SCR 시스템의 성능을 향상시켜 NOx의 양을 감소시키며, 요소 연비를 증대하여 경제적인 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the Urea-SCR system according to the present invention, by installing a swirl generator at the rear end of the sprayed place so that the urea is well diluted in the exhaust gas after the urea spray, the air introduced from the air tank through the air line Swirl to dilute the exhaust gas and urea, improve the performance of the SCR system, reduce the amount of NOx and increase urea fuel economy to achieve economic benefits.
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