KR101082015B1 - 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템 및 플라즈마 개질기 - Google Patents

플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템 및 플라즈마 개질기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 HHC(heavy Hydrocabon)인 연료를 개질하여 LHC(Light Hydrocarbon), 수소, 알데히드류 및/또는 알코올류가 포함된 환원가스를 생성하여 HC SCR 촉매에 공급하는 플라즈마 HC SCR 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 HC SCR 시스템은, 엔진의 배기가스를 배출하는 배기관, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하도록 촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 HC SCR, 연료 및 반응공기를 유입하여 플라즈마 반응시켜 상기 연료를 개질함으로써 LHC(light hydrocarbon), 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나가 포함된 환원가스를 발생시키는 플라즈마 개질기, 및 상기 환원가스를 공급하여 상기 촉매에서 상기 질소산화물을 환원시키도록 상기 배기관에 설치되어 상기 플라즈마 개질기에 연결되는 환원가스 공급장치를 포함한다.
배기가스, HC SCR, 플라즈마 개질기, 환원가스, LHC, 수소, 알데히드류, 알코올류

Description

플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템 및 플라즈마 개질기 {PLASMA HYDROCARBON SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM FOR EXHAUST GAS AND PLASMA REFORMER}
본 발명은 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원(HC SCR; Hydrocarbon Selective Catalytic Reduction, 이하 "HC SCR"이라 함) 시스템 및 플라즈마 개질기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중탄화수소(HHC; Heavy Hydrocarbon)인 연료를 개질하여 경탄화수소(LHC; Light Hydrocarbon), 수소, 알데히드류 및/또는 알코올류가 포함된 환원가스를 생성하여 HC SCR에 공급하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템 및 플라즈마 개질기에 관한 것이다.
디젤엔진의 배기계는 배기가스 중에 포함된 미연소 탄화수소(HC)와 같은 고형의 미립자를 포집하도록 필터를 포함하는 DPF(Diesel Particulate Filter trap), 및 배기가스 중에 포함된 NOx(질소산화물)을 제거하는 DeNOx 촉매 장치를 포함한다.
DeNOx 촉매 장치, 예를 들면, 선택적 환원장치인 SCR(Selective Catalytic Reduction)은 산소가 존재하는 분위기에서도 연속적으로 NOx를 환원시킬 수 있다. SCR은 사용하는 환원제의 종류에 따라 암모니아 SCR 및 HC(Hydrocarbon) SCR 등을 포함한다.
통상적으로, HC SCR는 배기관 내에 분사 또는 엔진에서의 후 분사를 통하여 환원제 기능을 하는 HC를 HC SCR 촉매에 공급하지만 DeNOx율이 비교적 낮은 단점을 가진다.
본 발명의 일 실시예는 HHC(heavy Hydrocabon)인 연료를 개질하여 LHC, 수소, 알데히드류 및/또는 알코올류가 포함된 환원가스를 생성하여 HC SCR 촉매에 공급하는 플라즈마 HC SCR 시스템 및 플라즈마 개질기에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 HC SCR 시스템은, 엔진의 배기가스를 배출하는 배기관, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하도록 촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 HC SCR, 연료 및 반응공기를 유입하여 플라즈마 반응시켜 상기 연료를 개질함으로써 LHC, 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나가 포함된 환원가스를 발생시키는 플라즈마 개질기, 및 상기 환원가스를 공급하여 상기 촉매상에서 질소산화물을 환원시키도록 상기 배기관에 설치되어 상기 플라즈마 개질기에 연결되는 환원가스 공급장치를 포함한다.
상기 플라즈마 개질기는, 풀을 형성하고, 양측에 반응공기 유입구와 환원가스 배출구를 형성하는 하우징, 및 연료통로를 형성하여 상기 플라즈마에 상기 연료를 접촉시켜 상기 연료의 크랙킹을 유도하고, 이후, 추가적으로 수소와 일산화탄소를 생성하는 연료의 개질 반응과 알데이드류 및 상기 알코올류를 합성하도록 상기 하우징의 내부 일측에서 상기 플라즈마 방전을 발생시키는 고전압 전극과 접지 전 극을 포함할 수 있다.
상기 고전압 전극과 상기 접지 전극 중 하나는, 상기 연료를 공급하는 상기 연료통로를 형성할 수 있다.
상기 하우징의 내측 바닥은 액상의 연료로 젖어있거나 액상의 연료를 담고 있을 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 풀을 형성하는 하우징, 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되는 접지 전극, 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 연료통로를 형성하는 고전압 전극, 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하는 반응공기 유입구, 및 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 환원가스 배출구를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 풀을 형성하는 하우징, 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되고 상기 연료를 분사하도록 연료통로를 형성하는 접지 전극, 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키는 고전압 전극, 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하는 반응공기 유입구, 및 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 환원가스 배출구를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 HC SCR 시스템은, 상기 연료통로의 끝 주위에 구비되어 상기 플라즈마 방전시 연료통로의 차단을 방지하는 차단부재를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 연료와 상기 반응공기에 제1 플라즈마를 작용시켜 제1 생성물을 발생시키는 제1 플라즈마 개질기로 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 상기 제1 플라즈마 개질기에서 발생된 상기 제1 생성물과 별도로 공급되는 반응공기에 제2 플라즈마를 작용시켜 제2 생성물을 발생시키도록 상기 제1 플라즈마 개질기에 연결되는 제2 플라즈마 개질기를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 개질기는, 풀을 형성하는 하우징, 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되는 접지 전극, 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 연료통로를 형성하는 고전압 전극, 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며, 상기 반응공기의 유입방향의 연장선을 상기 접지 전극에 이르게 하는 반응공기 유입구, 및 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 환원가스 배출구를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 HC SCR 시스템은, 엔진의 배기가스를 배출하는 배기관, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하도록 촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 HC SCR, 및 연료 및 반응공기를 유입하여 플라즈마 반응시켜 상기 연료를 개질함으로써 LHC, 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나가 포함된 환원가스를 발생시켜 공급하여 상기 촉매에서 상기 질소산화물을 환원시키도록 상기 배기관 내에 설치되는 플라즈마 개질기를 포함한다.
상기 플라즈마 개질기는 상기 배기관을 관통하여 연결되는 연료 공급관과 반 응가스 공급관에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 개질기는, 연료 및 반응공기를 플라즈마 반응시켜 상기 연료를 개질함으로써 LHC, 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나가 포함된 환원가스를 발생시켜 배기관 내에 설치되는 HC SCR에 환원가스를 공급하도록 양측에 반응공기 유입구와 환원가스 배출구를 형성하는 하우징, 및 연료통로를 형성하여 상기 플라즈마에 상기 연료를 접촉시켜 상기 연료의 크랙킹을 유도하고, 이후, 추가적으로 수소와 일산화탄소를 생성하는 연료의 개질 반응 및 알데이드류 및 상기 알코올류를 합성하도록 상기 하우징의 내부 일측에서 상기 플라즈마 방전을 발생시키는 고전압 전극과 접지 전극을 포함할 수 있다.
상기 고전압 전극과 상기 접지 전극 중 하나는, 상기 연료를 공급하는 연료통로를 형성하고, 상기 하우징의 내측 바닥은, 액상의 연료로 젖어있거나 액상의 연료를 담고 있을 수 있다.
상기 하우징은 풀을 형성하고, 상기 접지 전극은 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되며, 상기 고전압 전극은 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 상기 연료통로를 형성하고, 상기 반응공기 유입구는 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며, 상기 환원가스 배출구는 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출할 수 있다.
상기 하우징은 풀을 형성하고, 상기 접지 전극은 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되고 상기 연료를 분사하도록 상기 연료통로를 형성하며, 상기 고전압 전극 은 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 반응공기 유입구는 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며, 상기 환원가스 배출구는 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 개질기는, 상기 연료통로의 끝 주위에 구비되어 상기 플라즈마 방전시 연료통로의 차단을 방지하는 차단부재를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은 풀을 형성하고, 상기 접지 전극은 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되며, 상기 고전압 전극은 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 상기 연료통로를 형성하고, 상기 반응공기 유입구는 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며, 상기 반응공기의 유입방향의 연장선을 상기 접지 전극에 이르게 하며, 상기 환원가스 배출구는 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, HHC의 연료를 이용하여 플라즈마 개질기에서 개질된 LHC, 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 하나를 포함하는 환원가스를 생성하여 HC SCR 촉매에 공급함으로써, HC SCR 촉매의 DeNOx율을 향상시키는 효과가 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 설명하는 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 HC SCR 시스템의 구성도이다. 도1을 참조하면, 플라즈마 HC SCR 시스템(100)은 엔진(미도시)에서 발생되는 배기가스를 배출하는 배기관(10), 배기관(10)에 설치되는 HC SCR(20), 플라즈마 개질기(30) 및 환원가스 공급장치(40)를 포함한다.
HC SCR(20)은 촉매(21)를 내장 구비하고, 탄화수소를 환원제로 공급함으로써 촉매(21) 상에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다. 탄화수소는 촉매(21)의 DeNOx률을 낮게 유지한다. DeNOx률을 향상시키기 위하여, 본 실시예의 환원가스는 증발된 연료 외에 LHC, 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나를 더 포함한다.
플라즈마 개질기(30)는 LHC, 수소, 알데히드류 및/또는 알코올류를 포함하는 환원가스를 동시에 발생 및 공급하도록 형성된다. 환원가스 공급장치(40)는 플라즈마 개질기(30)에 연결되어 배기관(10)에 설치되므로 플라즈마 개질기(30)에서 생성 및 공급되는 환원가스를 배기관(10) 내에 분사하여, HC SCR(20)의 촉매(21)로 공급한다.
플라즈마 개질기(30)는 플라즈마 방전에 의하여 국부적으로 고온 분위기를 형성하고, 플라즈마 방전 주위에 상대적으로 저온 분위기를 형성함으로써 HHC로부터 LHC, 수소와 알데히드류 및/또는 알코올류를 합성한다.
도2는 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다. 도2를 참조하면, 플라즈마 개질기(30)는 하우징(31), 반응공기 유입구(32), 환원가스 배출구(33), 접지 전극(34) 및 고전압 전극(35)을 포함한다.
하우징(31)은 내부에서 일어나는 플라즈마 방전에 의하여 국부적인 고온부(311)와, 고온부(311) 주위에 상대적으로 낮은 온도의 저온부(312)를 가지도록 풀(pool)을 형성한다.
반응공기 유입구(32)는 외부로부터 산소가 포함된 반응공기를 유입한다. 환원가스 배출구(33)는 하우징(31)의 내부에서 생성된 환원가스를 배출한다. 환원가스 배출구(33)에 환원가스 공급장치(40)가 연결될 수 있다.
하우징(31)이 풀을 형성하도록 반응공기 유입구(32)와 환원가스 배출구(33)는 하우징(31)의 양측 상방에 서로 마주하는 구조로 형성된다.
접지 전극(34) 및 고전압 전극(35)은 하우징(31)의 내부 일측에서 플라즈마 방전을 일으켜 고온부(311)를 형성한다. 또한 고온부(311)의 플라즈마에 연료를 공급할 수 있도록 연료통로(36)가 형성된다. 연료통로(36)는 연료탱크(50)에 연결되어 접지 전극(34) 또는 고전압 전극(35)에 형성되어 플라즈마에 연료를 공급함으로써 고온부(311)에서 연료의 크랙킹을 유도할 수 있다. 제1 실시예는 고전압 전극(35)에 연료통로(36)를 형성하고 있다.
하우징(31)의 내측 바닥은 액상의 연료에 의하여 젖어있거나 액상의 연료를 담고 있다. 하우징(31) 바닥의 액상 연료는 플라즈마 방전 시 증발 잠열 등의 효과로 인해 순간적으로 고온조건을 억제하는 효과를 가지므로 플라즈마 방전으로 발생시키고자 하는 화합물의 합성을 유리하게 한다.
다시 도2를 참조하면, 접지 전극(34)은 하우징(31)의 내측 하방에서 상방으로 돌출 형성된다. 고전압 전극(35)은 하우징(31)의 내측 상방에서 접지 전극(34)을 향하여 돌출 형성되며, 마주하는 접지 전극(34)과의 사이에서 플라즈마 방전을 발생시킨다.
고전압 전극(35)은 연료를 공급 분사하는 연료통로(36)를 형성하며, 연료통로(36)의 분사방향은 접지 전극(34)을 향하고 있다. 따라서 접지 전극(34)과 고전압 전극(35) 사이에서 플라즈마 방전시, 연료통로(36)로 공급되는 연료는 고온부(311)의 플라즈마에 접촉되어 크랙킹되어 LHC로 되거나, 일부 수소 또는 일산화 탄소로 개질된다.
연료로부터 크랙킹된 화합물들은 주위의 저온부(312)에서 LHC와 알데히드류 및 알코올류로 합성될 수 있다. 이와 같이 생성 및 합성된 LHC, 수소, 알데히드류 및/또는 알코올류는 환원가스 배출구(33)를 통하여 환원가스 공급장치(40)로 공급된다.
환원가스 공급장치(40)는 환원가스를 배기관(10)의 내부에 분사하여 HC SCR(20)의 촉매(21)로 공급하여, 촉매(21)에 부착된 질소산화물을 제거한다. 환원가스가 LHC, 수소 등을 포함함에 따라 촉매(21)의 DeNOx률이 향상된다.
도3은 도1에 적용되는 제2 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다. 도3을 참조하면, 제1 실시예의 플라즈마 개질기(30)는 고전압 전극(35)에 연료통로(36)를 형성되는데 비하여, 제2 실시예의 플라즈마 개질기(230)는 접지 전극(234)에 연료통로(236)를 형성하고 있다.
따라서 제1 실시예는 연료를 하우징(31) 내측 상방에서 하방으로 분사하고 있으나, 제2 실시예는 연료를 하우징(31) 내측 하방에서 상방으로 분사하고 있다.
제2 실시예의 플라즈마 개질기(230)는 연료통로(236)의 끝 주위의 접지 전극(234)에 형성되는 차단부재(37)를 더 포함한다. 차단부재(37)는 접지 전극(234) 상에 더 돌출 형성되어, 플라즈마 방전을 연료통로(236) 밖으로 유도함으로써, 플라즈마 방전이 차단되는 것을 방지한다.
제1 및 제2 실시예에서와 같이, 플라즈마 HC SCR 시스템(100)은 하나의 플라즈마 개질기(30, 230)를 각각 사용할 수도 있고, 도4에 도시된 바와 같이 플라즈마 개질기(330)를 2개로 형성할 수도 있다.
도4는 도1에 적용되는 제3 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다. 도4를 참조하면, 제3 실시예의 플라즈마 개질기(330)는 제1, 제2 플라즈마 개질기(331, 332)를 포함한다.
제1 플라즈마 개질기(331)는 연료와 반응공기에 제1 플라마를 작용시켜 제1 생성물을 발생시킨다. 예를 들면, 제1 플라즈마 개질기(331)는 제1, 제2 실시예에 예시된 풀 타입, 도시되지 않은 촉매 타입 또는 소형 회전 아크 타입으로 형성될 수 있다. 즉 제1 플라즈마 개질기(331)는 HHC인 연료를 LHC로 분해한다. 제1 생성 물은 분해된 LHC이다.
제2 플라즈마 개질기(332)는 제1 플라즈마 개질기(331)에서 발생된 제1 생성물과 별도로 공급되는 반응공기에 제2 플라즈마를 작용시켜 제2 생성물을 발생시킨다.
제1 플라즈마 개질기(331)는 연료탱크(50)에 연결되고, 제2 플라즈마 개질기(332)는 제1 플라즈마 개질기(332) 및 환원가스 공급장치(40)에 연결될 수 있다.
제2 플라즈마 개질기(332)는 제1, 제2 실시예에 예시된 풀 타입, 또는 저온 플라즈마 방전을 일으키는 절연막 방전(DBD; Dielectric Barrier Discharge) 타입(미도시)으로 형성될 수 있다. 즉 제2 플라즈마 개질기(332)는 LHC를 알데히드류 및 알코올류로 합성한다. 제2 생성물은 LHC를 합성한 알데히드류 및 알코올류이다.
도5는 도1에 적용되는 제4 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다. 제4 실시예의 플라즈마 개질기(430)는 제1 실시예의 플라즈마 개질기(30)의 전체적인 구성과 비슷하므로 여기서는 서로 다른 구성에 대하여 비교 설명한다.
제1 실시예의 플라즈마 개질기(30)는 반응공기 유입구(32)가 환원가스 배출구(33)를 향하여 형성되는데 비하여, 제4 실시예의 플라즈마 개질기(430)는 반응공기 유입구(432)가 하우징(31)의 바닥측에 설치되는 접지 전극(34)을 향하게 형성된다. 고전압 전극(35)이 하우징(31)의 바닥측에 설치되는 경우, 반응공기 유입구(432)는 고전압 전극(35)을 향하게 된다(미도시).
즉 반응공기 유입구(432)는 그 연장선이 접지 전극(34)에 이르며, 이로 인하여, 반응공기 유입구(432)로 공급되는 반응공기는 접지 전극(34)으로 유도되어 접 지 전극(34)에 침적되는 탄소 침적분을 제거한다. 따라서 고전압 전극(35)과 접지 전극(34) 사이에서 플라즈마 방전이 원활히 지속될 수 있게 한다.
또한 제4 실시예의 플라즈마 개질기(430)는 제3 실시예의 제1, 제2 플라즈마개질기(331, 332)에 적용될 수도 있다.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 HC SCR 시스템의 구성도이다. 여기서 제2 실시예의 플라즈마 HC SCR 시스템(200)을 제1 실시예의 플라즈마 HC SCR 시스템(100)과 비교 설명한다.
제1 실시예의 플라즈마 HC SCR 시스템(100)은 플라즈마 개질기(30)를 배기관(10) 밖에 설치하고, 환원가스 공급장치(40)를 통하여 환원가스를 배기관(10) 내부로 분사 공급한다.
이에 비하여, 제2 실시예의 플라즈마 HC SCR 시스템(200)는 플라즈마 개질기(300)를 배기관(10) 내부에 설치하여 환원가스를 직접 배기관(10)으로 공급한다. 따라서 제2 실시예의 플라즈마 HC SCR 시스템(200)은 환원가스 공급장치(40)를 별도로 구비하지 않으므로 시스템의 구성을 단순화할 수 있다.
플라즈마 개질기(300)가 배기관(10) 내부에 설치되므로 연료 및 반응공기를 배기관(10)을 통하여 플라즈마 개질기(300)에 공급하는 연료 공급관(301) 및 반응공기 공급관(302)을 더 구비한다.
제2 실시예의 플라즈마 HC SCR 시스템(200)의 플라즈마 개질기(300)는 제1 내지 제4 실시예의 플라즈마 개질기들(30, 230, 330, 430)을 모두 적용할 수 있다. 따라서 더욱 다양한 시스템이 구현될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 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 HC SCR 시스템의 구성도이다.
도2는 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다.
도3은 도1에 적용되는 제2 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다.
도4는 도1에 적용되는 제3 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다.
도5는 도1에 적용되는 제4 실시예에 따른 플라즈마 개질기의 구성도이다.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 HC SCR 시스템의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 플라즈마 HC SCR 시스템 10 : 배기관
20 : HC SCR 21 : 촉매
30, 230, 330, 430, 300 : 플라즈마 개질기 31 : 하우징
32, 432 : 반응공기 유입구 33 : 환원가스 배출구
34, 234 : 접지 전극 35 : 고전압 전극
311 : 고온부 312 : 저온부
36, 236 : 연료통로 37 : 차단부재
331, 332 : 제1, 제2 플라즈마 개질기 40 : 환원가스 공급장치

Claims (18)

  1. 엔진의 배기가스를 배출하는 배기관;
    상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하도록 촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 탄화수소 첨가 선택적촉매환원(HC SCR; Hydrocarbon Selective Catalytic Reduction);
    연료 및 반응공기를 유입하여 플라즈마 반응시켜 상기 연료를 개질함으로써 경탄화수소(LHC; Light Hydrocarbon), 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나가 포함된 환원가스를 발생시키는 플라즈마 개질기; 및
    상기 환원가스를 공급하여 상기 촉매에서 상기 질소산화물을 환원시키도록 상기 배기관에 설치되어 상기 플라즈마 개질기에 연결되는 환원가스 공급장치를 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    풀을 형성하고, 양측에 반응공기 유입구와 환원가스 배출구를 형성하는 하우징, 및
    연료통로를 형성하여 상기 플라즈마에 상기 연료를 접촉시켜 상기 연료의 크랙킹을 유도하고, 이후, 추가적으로 수소와 일산화탄소를 생성하는 연료의 개질 반응과 알데이드류 및 상기 알코올류를 합성하도록 상기 하우징의 내부 일측에서 상기 플라즈마 방전을 발생시키는 고전압 전극과 접지 전극을 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 고전압 전극과 상기 접지 전극 중 하나는,
    상기 연료를 공급하는 상기 연료통로를 형성하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 하우징의 내측 바닥은 액상의 연료로 젖어있거나 액상의 연료를 담고 있는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    풀을 형성하는 하우징,
    상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되는 접지 전극,
    상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 연료통로를 형성하는 고전압 전극,
    상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하는 반응공기 유입구, 및
    상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 환원가스 배출구를 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    풀을 형성하는 하우징,
    상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되고 상기 연료를 분사하도록 연료통로를 형성하는 접지 전극,
    상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키는 고전압 전극,
    상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하는 반응공기 유입구, 및
    상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 환원가스 배출구를 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 연료통로의 끝 주위에 구비되어 상기 플라즈마 방전시 상기 연료통로의 차단을 방지하는 차단부재를 더 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 연료와 상기 반응공기에 제1 플라즈마를 작용시켜 제1 생성물을 발생시키는 제1 플라즈마 개질기로 형성되는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    상기 제1 플라즈마 개질기에서 발생된 상기 제1 생성물과 별도로 공급되는 반응공기에 제2 플라즈마를 작용시켜 제2 생성물을 발생시키도록 상기 제1 플라즈마 개질기에 연결되는 제2 플라즈마 개질기를 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는,
    풀을 형성하는 하우징,
    상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되는 접지 전극,
    상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 연료통로를 형성하는 고전압 전극,
    상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며, 상기 반응공기의 유입방향의 연장선을 상기 접지 전극에 이르게 하는 반응공기 유입구, 및
    상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 환원가스 배출구를 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  11. 엔진의 배기가스를 배출하는 배기관;
    상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하도록 촉매를 내장하여 상기 배기관에 설치되는 탄화수소 첨가 선택적촉매환원(HC SCR; Hydrocarbon Selective Catalytic Reduction); 및
    연료 및 반응공기를 유입하여 플라즈마 반응시켜 상기 연료를 개질함으로써 경탄화수소(LHC; Light Hydrocarbon), 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나가 포함된 환원가스를 발생시켜 공급하여 상기 촉매에서 상기 질소산화물을 환원시키도록 상기 배기관 내에 설치되는 플라즈마 개질기를 포함하는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 개질기는 상기 배기관을 관통하여 연결되는 연료 공급관과 반응가스 공급관에 연결되는 플라즈마 탄화수소 첨가 선택적촉매환원 시스템.
  13. 연료 및 반응공기를 플라즈마 반응시켜 상기 연료를 개질함으로써 경탄화수소(LHC; Light Hydrocarbon), 수소, 알데히드류 및 알코올류 중 적어도 하나가 포함된 환원가스를 발생시켜 배기관 내에 설치되는 탄화수소 첨가 선택적촉매환원(HC SCR; Hydrocarbon Selective Catalytic Reduction)에 환원가스를 공급하도록 양측에 반응공기 유입구와 환원가스 배출구를 형성하는 하우징, 및
    연료통로를 형성하여 상기 플라즈마에 상기 연료를 접촉시켜 상기 연료의 크랙킹을 유도하고, 이후, 추가적으로 수소와 일산화탄소를 생성하는 연료의 개질 반응 및 알데이드류 및 상기 알코올류를 합성하도록 상기 하우징의 내부 일측에서 상기 플라즈마 방전을 발생시키는 고전압 전극과 접지 전극을 포함하는 플라즈마 개질기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 고전압 전극과 상기 접지 전극 중 하나는, 상기 연료를 공급하는 연료통로를 형성하고,
    상기 하우징의 내측 바닥은, 액상의 연료로 젖어있거나 액상의 연료를 담고 있는 플라즈마 개질기.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 하우징은 풀을 형성하고,
    상기 접지 전극은 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되며,
    상기 고전압 전극은 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 상기 연료통로를 형성하고,
    상기 반응공기 유입구는 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며,
    상기 환원가스 배출구는 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 플라즈마 개질기.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 하우징은 풀을 형성하고,
    상기 접지 전극은 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되고 상기 연료를 분사하도록 상기 연료통로를 형성하며,
    상기 고전압 전극은 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고,
    상기 반응공기 유입구는 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며,
    상기 환원가스 배출구는 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 플라즈마 개질기.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 연료통로의 끝 주위에 구비되어 상기 플라즈마 방전시 상기 연료통로의 차단을 방지하는 차단부재를 더 포함하는 플라즈마 개질기.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 하우징은 풀을 형성하고,
    상기 접지 전극은 상기 하우징의 내측 하방에서 돌출되며,
    상기 고전압 전극은 상기 하우징의 내측 상방에서 상기 접지 전극을 향하여 돌출되어 플라즈마 방전시키고, 상기 연료를 분사하도록 상기 연료통로를 형성하고,
    상기 반응공기 유입구는 상기 하우징의 일측에 형성되어 산소를 포함하는 상기 반응공기를 유입하며, 상기 반응공기의 유입방향의 연장선을 상기 접지 전극에 이르게 하며,
    상기 환원가스 배출구는 상기 하우징의 다른 일측에 형성되어 생성된 상기 환원가스를 배출하는 플라즈마 개질기.
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