KR101185413B1 - 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템 - Google Patents

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조규백
우세종
이용규
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Abstract

본 발명은 내연기관 또는 연소기에서 배출되는 유해배출가스인 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술에 관한 것으로, 암모늄 카바메이트 또는 암모늄 카보네이트 등의 고체 암모늄염을 반응기 내에 넣고 반응기 내에 설치된 엔진 냉각수, 배기가스 또는 전기히터를 이용하여 열분해하여 암모니아로 변화시키고, 암모니아를 압력 레귤레이터 및 도징 밸브를 이용하여 분사하여 배기관에 존재하는 질소산화물을 선택적 환원촉매 상에서 질소로 환원시키는 고체 암모늄과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템에 관한 것이다.

Description

고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템 {NOx emission purification system using solid ammonium salt and selective catalytic reduction catalyst}
본 발명은 내연기관 또는 연소기에서 배출되는 유해배출가스인 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 암모늄염을 열분해하여 암모니아를 만들고 선택적 환원촉매 상에서 질소산화물과 반응시켜 인체에 무해한 질소로 정화시킬 수 있는 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 특히 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물의 저감기술로서 배기가스 재순환방법(EGR; Exhaust Gas Recirculation)에 의한 농도저감 또는 환원제인 암모니아, 우레아 또는 탄화수소를 이용하여 촉매상에서 질소산화물을 반응시켜 질소와 산소로 환원하는 선택적촉매환원반응(SCR; Selective Catalytic Reduction) 등이 사용되고 있다.
상기 선택적 환원촉매기술 중에서 경유 등 탄화수소를 사용하는 경우 환원제로 내연기관 또는 연소기의 연료를 사용하므로 부수적인 환원제 공급장치가 필요하지 않은 장점이 있으나 배기가스 중에 산소가 존재하는 경우 탄화수소가 산소와 먼저 반응하기 때문에 질소산화물의 저감성능이 낮은 단점이 있다.
또 다른 선택적 환원촉매기술인 액체 우레아를 이용한 선택적 환원촉매기술에 대하여 보면, 상온에서 고체상으로 존재하는 물질인 우레아(Urea)를 물에 녹여 만든 액체 우레아를 자동차 배기관에 분사하면 약 150℃ 이상의 온도에서 열분해 되어 암모니아로 전환되고, 이와 같이 생성된 암모니아는 오산화바나듐(V2O5) 또는 지오라이트(Zeolite) 등 선택적 환원촉매의 도움을 받아 질소산화물을 무해한 질소로 환원시킨다. 이러한 액체 우레아를 이용한 선택적 환원촉매 기술은 촉매반응 온도 대역이 넓고 내구성이 우수하다는 장점이 있으며, 약 60 내지 80% 수준의 높은 질소산화물 정화효율을 얻을 수 있다.
그러나 액체 우레아 선택적 환원촉매 기술은 액체 우레아를 공급하기 위한 대규모의 사회적 인프라가 필요하며, 도 1과 같이 액체 우레아를 저장하기 위한 용기(30) 및 분사장치(40) 등 부수적인 장치들이 필요하고, 액체 우레아는 어는점이 -11℃이므로 저장용기 및 분사장치 등 시스템의 온도를 적정온도 이상으로 유지하기 위하여 별도의 단열 대책이 필요하기 때문에 전체 시스템이 복잡해지는 단점이 있다. 또한 액체 우레아의 어는점을 낮추기 위해서 액체 우레아에 물을 60% 이상 섞어 사용하므로 저장 용기가 커지는 단점이 있다.
이와 같은 액체 우레아의 단점을 보완하기 위해 고체 우레아를 이용한 기술(한국등록특허 10-0924591, 10-0999574)이 제시되었으나 고체 우레아는 열분해 온도가 약 140℃로 높아 전기에너지 또는 배기열 에너지 등이 많이 소요되고, 반응기 및 관로에서 열분해 온도를 유지하지 못할 경우 관로 등에 우레아가 응고되는 단점이 있다. 그리고 도 2에 도시된 바와 같이 고체 우레아(2)는 열분해 과정에서 암모니아(3) 외에 HNCO(이소시안산,4) 및 Cyanuric acid(시아누르산,5) 등의 부산물이 생성되며, 이러한 부산물에 의해 관로 및 밸브 등의 막힘 현상이 나타날 수 있다.
KR 10-0535784 B1 (2005.12.05.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 질소산화물 정화를 위해 액체 우레아 대신 고체 암모늄염을 장착이 용이한 모듈식으로 형성하여 정비소 등에서 교체하여 사용할 수 있도록 함으로써 액체 우레아 공급을 위한 사회적 인프라 문제를 해결하고, 별도의 부피가 큰 액체 저장용기 및 액체 분사시스템 등이 필요 없는 간단한 질소산화물 정화시스템을 제공하는 것이다.
또한, 암모니아 함유량이 액체 우레아 대비 3~4배 많은 고체 암모늄염을 사용함으로써 액체 우레아 기술 대비 동일한 용량의 용기를 사용하더라도 3~4배 이상의 장거리 운전이 가능한 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템 및 이에 사용되는 고체 암모늄염 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
뿐만 아니라 열분해 온도가 60℃ 정도로 낮은 암모늄 카바메이트 또는 암모늄 카보네이트 등의 고체 암모늄염을 사용함으로써 고체 우레아를 사용하는 것보다 전기에너지를 적게 사용하고, 부산물이 생성되지 않는 고체 암모늄염 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템은, 고체 암모늄염으로부터 암모니아를 생성하는 고체 암모늄염 반응기(100); 상기 고체 암모늄염 반응기(100)와 연결되어 상기 고체 암모늄염 반응기(100)에서 생성된 암모니아의 공급을 조절하는 암모니아 도징 모듈(200); 상기 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되며, 배기관(20)에 설치되어 상기 배기관(20)으로 암모니아를 분사하는 분사 노즐(300); 상기 배기관(20) 내에 설치되며, 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 상기 배기관(20) 내에 분사된 암모니아와 혼합하여 질소와 물로 환원시키는 선택적 환원촉매(400); 및 상기 고체 암모늄염 반응기(100) 및 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되어 암모니아의 생성 및 공급을 제어하는 전자제어유닛(500); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고체 암모늄염 반응기(100)는, 일측이 개방되게 형성되는 반응기 몸체(110); 상기 반응기 몸체(110)의 내부에 구비되는 고체 암모늄염 카트리지(120); 상기 반응기 몸체(110)의 개방된 부분이 밀폐되도록 결합되는 커버(130); 상기 반응기 몸체(110)의 일측에 형성되어 상기 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되는 배출구(140); 및 상기 반응기 몸체(110)에 구비되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 가열수단(150); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고체 암모늄염 또는 고체 암모늄염 카트리지(120)는 암모늄-카바메이트(NH2COONH4) 또는 암모늄-카보네이트((NH4)2CO3)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단(150)은 히터(151)와, 내연기관(10)의 냉각수 또는 배기가스가 순환되는 열교환 유로(152)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응기 몸체(110)에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 반응기 온도센서(160) 및 반응기 압력센서(170)를 더 포함하여 이루어져, 상기 반응기 온도센서(160) 및 반응기 압력센서(170)에 측정되는 온도와 압력에 따라 상기 전자제어유닛(500)에 의해 상기 가열수단(150)이 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 암모니아 도징 모듈(200)은, 도징 모듈 몸체(210); 상기 도징 모듈 몸체(210)에 관통 형성되어 암모니아가 유동되는 암모니아 유로(220); 상기 암모니아 유로(220)상에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 압력 레귤레이터(230) 및 분사량 조절밸브(240); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도징 모듈 몸체(210)에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)에 연결되는 가열수단(250) 및 도징 모듈 온도센서(260)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 암모니아 도징 모듈(200)은 고체 암모늄염의 열분해 온도 이상으로 유지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선택적 환원촉매(400)가 설치된 배기관(20)의 후단에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 질소산화물 농도측정센서(600)를 더 포함하여 이루어져, 측정되는 질소산화물의 농도에 따라 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 분사량 조절밸브(240)가 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선택적 환원촉매(400)가 설치된 배기관(20)의 전단에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 배기가스 온도센서(700)를 더 포함하여 이루어져, 측정되는 온도에 따라 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 온도가 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템은, 고체 암모늄염 모듈을 정비주기에 따라 정비소 등에서 교체하여 사용할 수 있으므로 별도의 사회적 인프라구축이 불필요한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 정화시스템은 어는 문제가 없으므로 설계가 간단해지고, 시스템 구성이 간단해지는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 고체 암모늄염은 종래의 액체 우레아에 비해 동일 체적당 암모니아 생성량이 3~4배 많으므로 액체 우레아 시스템에 비해 고체 암모늄염의 교체주기를 길게 할 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라 본 발명은 열분해 온도가 60℃ 정도로 낮은 암모늄 카바메이트 또는 암모늄 카보네이트 등의 암모늄염을 사용함으로써 고체 우레아를 사용하는 것보다 전기에너지를 적게 사용하고, 부산물이 생성되지 않는 장점이 있다.
도 1은 종래의 액체 우레아를 이용한 NOx 저감 시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 암모니아 생성 가능 고체 물질들의 반응 체계도.
도 3은 본 발명의 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템을 나타낸 일실시예의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 고체 암모늄 반응기를 나타낸 일실시예의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 고체 암모늄 반응기를 나타낸 다른 실시예의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 암모니아 도징 모듈을 나타낸 일실시예의 개념도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템을 나타낸 일실시예의 개념도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템(1000)은, 고체 암모늄염으로부터 암모니아를 생성하는 고체 암모늄염 반응기(100); 상기 고체 암모늄염 반응기(100)와 연결되어 상기 고체 암모늄염 반응기(100)에서 생성된 암모니아의 공급을 조절하는 암모니아 도징 모듈(200); 상기 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되며, 배기관(20)에 설치되어 상기 배기관(20)으로 암모니아를 분사하는 분사 노즐(300); 상기 배기관(20) 내에 설치되며, 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 상기 배기관(20) 내에 분사된 암모니아와 혼합하여 질소와 물로 환원시키는 선택적 환원촉매(400); 및 상기 고체 암모늄염 반응기(100) 및 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되어 암모니아의 생성 및 공급을 제어하는 전자제어유닛(500); 을 포함하여 이루어진다.
우선, 고체 암모늄염 반응기(100)는 내부에 고체 암모늄염이 구비되어, 상기 고체 암모늄염으로부터 암모니아가 생성될 수 있도록 형성된다.
그리고 상기 고체 암모늄염 반응기(100)에서 생성되는 암모니아는 암모니아 도징 모듈(200)을 통해 분사 노즐(300)로 공급되는 압력과 양이 조절되며, 상기 분사 노즐(300)은 내연기관(10)에서 발생되는 배기가스가 유동되는 배기관(20)에 설치되어, 상기 배기관(20) 내부로 암모니아를 분사한다.
그리고 선택적 환원촉매(400)는 상기 배기관(20) 내에 설치되되 상기 분사 노즐(300)이 설치된 배기관(20)의 후단에 설치되어, 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 상기 배기관(20) 내에 분사된 암모니아와 혼합하여 질소와 물로 환원시키는 역할을 한다.
또한, 상기 전자제어유닛(500)은 상기 고체 암모늄염 반응기(100) 및 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되어 암모니아의 생성 및 공급을 제어하도록 구성된다.
그리하여 상기 전자제어유닛(500)에 의해 상기 고체 암모늄염 반응기(100)에서 생성되는 암모니아의 양이 제어되고, 생성된 암모니아는 상기 암모니아 도징 모듈(200)로 유입되어 압력 및 유량이 제어되어 상기 분사 노즐(300)을 통해 배기관(20) 내부로 분사된다. 그리고 분사된 암모니아는 내연기관(10)으로부터 배출된 배기가스와 혼합되어 상기 선택적 환원촉매(400)에서 정화반응을 일으켜 배기가스에 포함된 질소산화물이 인체에 무해한 질소로 환원된다.
이와 같이 본 발명의 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템은, 암모니아를 발생시키는 물질로 고체 암모늄염을 사용하므로 저온에서 어는 문제가 없어 설계가 간단해지고 시스템의 구성이 간단해지는 장점이 있다. 또한, 고체 암모늄염은 종래의 액체 우레아에 비해 동일 체적당 암모니아 생성량이 3~4배 많으므로 액체 우레아 시스템에 비해 고체 암모늄염 저장용기의 부피를 줄일 수 있고 교체 주기를 길게 할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 각부의 다양한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 상기 고체 암모늄염 반응기(100)는, 일측이 개방되게 형성되는 반응기 몸체(110); 상기 반응기 몸체(110)의 내부에 구비되는 고체 암모늄염 카트리지(120); 상기 반응기 몸체(110)의 개방된 부분이 밀폐되도록 결합되는 커버(130); 상기 반응기 몸체(110)의 일측에 형성되어 상기 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되는 배출구(140); 및 상기 반응기 몸체(110)에 구비되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 가열수단(150); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도 4와 같이 상기 반응기 몸체(110)는 일측이 개방된 케이스 형태로 형성되어 반응기 몸체(110) 내부에 고체 암모늄염 카트리지(120)가 구비되고, 개방된 부분에 커버(130)를 결합하여 밀폐되도록 함으로써 상기 고체 암모늄염 카트리지(120)를 탈착할 수 있도록 형성되어 상기 고체 암모늄염 카트리지(120)를 교체 주기에 따라 정비소 등에서 교체하여 사용할 수 있으므로 별도의 사회적 인프라구축이 불필요한 장점이 있다.
그리고 상기 반응기 몸체(110)의 일측에 상기 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되도록 배출구(140)가 형성되며, 상기 반응기 몸체(110)에는 가열수단(150)이 구비되고 전자제어유닛(500)에 의해 가열되는 온도가 제어되어 상기 고체 암모늄염 카트리지(120)의 열분해에 의해 발생되는 암모니아의 양을 조절할 수 있다.
또한, 상기 고체 암모늄염 또는 고체 암모늄염 카트리지(120)는 암모늄-카바메이트(NH2COONH4) 또는 암모늄-카보네이트((NH4)2CO3)로 형성될 수 있으며, 이는 약 60℃에서 암모니아로 열분해 되므로 고체 우레아를 사용하는 것에 비해 암모니아 생성 반응 온도를 낮게 유지할 수 있어 전기에너지를 적게 사용할 수 있으며, 고체 우레아의 분해에 의해 발생되는 부산물이 생성되지 않는 장점이 있다.(도 2 참조)
암모늄-카바메이트 및 암모늄-카보네이트가 열분해되어 암모니아가 생성되는 반응식은 다음과 같다.
NH2COONH4 ↔ 2NH3 +CO
(NH4)2CO3 ↔ 2NH3 +CO2 +H2O
그리고 생성된 암모니아가 배기관에 분사되면, 선택적 환원촉매(400)상에서 NOx가 정화되는 대표반응식은 다음과 같다.
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2+3H2O
또한, 상기 가열수단(150)은 히터(151)와, 내연기관(10)의 냉각수 또는 배기가스가 순환되는 열교환 유로(152)를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 도 5와 같이 반응기 몸체(110)에 상기 가열수단(150)으로 전기식 히터(151)를 설치하여 고체 암모늄염 카트리지(120)를 열분해 온도 이상으로 가열할 수 있도록 하고, 내연기관(10)의 냉각수 또는 배기가스가 순환되도록 열교환 유로(152)를 형성하여 전기식 히터(151)의 에너지 소모량을 줄일 수 있다.
또한, 상기 반응기 몸체(110)에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 반응기 온도센서(160) 및 반응기 압력센서(170)를 더 포함하여 이루어져, 상기 반응기 온도센서(160) 및 반응기 압력센서(170)에 측정되는 온도와 압력에 따라 상기 전자제어유닛(500)에 의해 상기 가열수단(150)이 제어되도록 할 수 있다. 즉, 고체 암모늄염 반응기(100)의 온도가 너무 높으면 내부압력이 높게 상승되어 고압의 암모니아 가스 누설될 수 있으므로, 온도센서와 압력센서를 설치하여 전기식 히터(151)에 공급되는 전류량을 제어함으로써 생성되는 암모니아의 압력을 적절히 조절할 수 있다. 이때, 전기식 히터(151)로 공급되는 전류량과 열교환 유로(152)를 통과하는 냉각수 또는 배기가스의 양을 조합하여 반응기의 온도와 암모니아의 압력을 조절할 수도 있다.
또한, 상기 암모니아 도징 모듈(200)은, 도징 모듈 몸체(210); 상기 도징 모듈 몸체(210)에 관통 형성되어 암모니아가 유동되는 암모니아 유로(220); 상기 암모니아 유로(220)상에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 압력 레귤레이터(230) 및 분사량 조절밸브(240); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이는 도 6과 같이 암모니아 도징 모듈(200)의 암모니아 유로(220)상에 압력 레귤레이터(230)와 분사량 조절밸브(240)를 설치하여, 고체 암모늄염 반응기(100)에서 생성되는 암모니아의 압력을 압력 레귤레이터(230)를 통해 2~3bar로 일정하게 유지하여 분사량 조절밸브(240)를 통해 정밀하게 조절하여 분사 노즐(300)로 공급되도록 하기위한 것이다.
또한, 상기 암모니아 도징 모듈(200)은 상기 도징 모듈 몸체(210)에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)에 연결되는 가열수단(250) 및 도징 모듈 온도센서(260)를 더 포함하여 이루어져, 상기 암모니아 도징 모듈(200)은 고체 암모늄염의 열분해 온도 이상으로 유지될 수 있다. 그리하여 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 암모니아 유로(220) 내에서 암모니아가 암모늄염으로 응고되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 선택적 환원촉매(400)가 설치된 배기관(20)의 후단에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 질소산화물 농도측정센서(600)를 더 포함하여 이루어져, 측정되는 질소산화물의 농도에 따라 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 분사량 조절밸브(240)가 조절되도록 구성될 수 있다.
즉, 도 3과 같이 선택적 환원촉매(400) 후단의 배기관(20)에 질소산화물 농도측정센서(600)를 설치하여 질소산화물의 농도를 측정하고, 선택적 환원촉매(400)를 통과한 배기가스에 남아있는 질소산화물의 양에 비례하여 암모니아가 분사되도록 전자제어유닛(500)에 의해 분사량 조절밸브(240)가 ON/OFF 제어되거나 개폐되는 양이 조절될 수 있다. 그리하여 대기중으로 배출되는 배기가스 내의 질소산화물이 적정수준 이하로 유지되도록 할 수 있으며, 암모니아가 과도하게 분사되어 대기중으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 선택적 환원촉매(400)가 설치된 배기관(20)의 전단에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 배기가스 온도센서(700)를 더 포함하여 이루어져, 측정되는 온도에 따라 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 온도가 조절될 수 있다.
이는 분사 노즐(300)에서 분사된 암모니아가 선택적 환원촉매(400)에 도달하기 전에 온도가 낮아지면 질소산화물의 정화반응이 감소되므로, 상기 선택적 환원촉매(400) 전단의 배기관(20)에 배기가스 온도센서(700)를 설치하여 온도를 측정하고 전자제어유닛(500)을 통해 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 온도를 제어하여, 선택적 환원촉매(400)로 유입되는 배기가스와 암모니아의 온도를 질소산화물 정화반응이 활성화되는 약 180℃ 이상으로 유지할 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : (본 발명의) 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템
1 : 고체 암모늄염 2 : 고체 우레아
3 : 암모니아 4 : 이소시안산(HNCO)
5 : 시아누르산((HNCO)3)
10 : 내연기관 20 : 배기관
100 : 고체 암모늄염 반응기
110 : 반응기 몸체 120 : 고체 암모늄염 카트리지
130 : 커버 140 : 배출구
150 : 가열수단
151 : 히터 152 : 열교환 유로
160 : 반응기 온도센서 170 : 반응기 압력센서
200 : 암모니아 도징 모듈
210 : 도징 모듈 몸체 220 : 암모니아 유로
230 : 압력 레귤레이터 240 : 분사량 조절밸브
250 : 가열수단 260 : 도징 모듈 온도센서
300 : 분사 노즐
400 : 선택적 환원촉매
500 : 전자제어유닛
600 : 질소산화물 농도측정센서
700 : 배기가스 온도센서

Claims (10)

  1. 일측이 개방되게 형성되는 반응기 몸체(110), 상기 반응기 몸체(110)의 내부에 구비되며 암모늄-카바메이트(NH2COONH4) 또는 암모늄-카보네이트((NH4)2CO3)로 형성되는 고체 암모늄염 카트리지(120), 상기 반응기 몸체(110)의 개방된 부분이 밀폐되도록 결합되는 커버(130), 상기 반응기 몸체(110)의 일측에 형성되는 배출구(140), 상기 반응기 몸체(110)에 구비되는 가열수단(150),을 포함하며, 상기 고체 암모늄염 카트리지(120)로부터 암모니아를 생성하는 고체 암모늄염 반응기(100);
    상기 고체 암모늄염 반응기(100)의 배출구(140)와 연결되어 상기 고체 암모늄염 반응기(100)에서 생성된 암모니아의 공급을 조절하는 암모니아 도징 모듈(200);
    상기 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되며, 배기관(20)에 설치되어 상기 배기관(20)으로 암모니아를 분사하는 분사 노즐(300);
    상기 배기관(20) 내에 설치되며, 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 상기 배기관(20) 내에 분사된 암모니아와 혼합하여 질소와 물로 환원시키는 선택적 환원촉매(400); 및
    상기 고체 암모늄염 반응기(100) 및 암모니아 도징 모듈(200)과 연결되어 암모니아의 생성 및 공급을 제어하는 전자제어유닛(500); 을 포함하여 이루어지며,
    상기 가열수단(150)은 히터(151)와, 내연기관(10)의 냉각수 또는 배기가스가 순환되는 열교환 유로(152)를 포함하고, 상기 가열수단(150)은 상기 전자제어유닛(500)과 연결되며,
    상기 고체 암모늄염 반응기(100)는 상기 반응기 몸체(110)에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 반응기 온도센서(160) 및 반응기 압력센서(170)를 더 포함하여 이루어져, 상기 반응기 온도센서(160) 및 반응기 압력센서(170)에 측정되는 온도와 압력에 따라 상기 전자제어유닛(500)에 의해 상기 가열수단(150)이 제어되는 것을 특징으로 하는 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아 도징 모듈(200)은,
    도징 모듈 몸체(210); 상기 도징 모듈 몸체(210)에 관통 형성되어 암모니아가 유동되는 암모니아 유로(220); 상기 암모니아 유로(220)상에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 압력 레귤레이터(230) 및 분사량 조절밸브(240); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도징 모듈 몸체(210)에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)에 연결되는 가열수단(250) 및 도징 모듈 온도센서(260)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 암모니아 도징 모듈(200)은 고체 암모늄염의 열분해 온도 이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 선택적 환원촉매(400)가 설치된 배기관(20)의 후단에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 질소산화물 농도측정센서(600)를 더 포함하여 이루어져, 측정되는 질소산화물의 농도에 따라 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 분사량 조절밸브(240)가 조절되는 것을 특징으로 하는 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 선택적 환원촉매(400)가 설치된 배기관(20)의 전단에 설치되고 상기 전자제어유닛(500)과 연결되는 배기가스 온도센서(700)를 더 포함하여 이루어져, 측정되는 온도에 따라 상기 암모니아 도징 모듈(200)의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014196705A1 (ko) 2013-06-05 2014-12-11 한국기계연구원 고체 암모늄염 반응기, 그 제어방법 및 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템
KR101476757B1 (ko) * 2012-12-13 2014-12-26 한국기계연구원 배기가스 정화 시스템
WO2015046666A1 (ko) * 2013-09-30 2015-04-02 두산엔진주식회사 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법
KR101518850B1 (ko) 2013-10-14 2015-05-13 한국기계연구원 고체 암모늄염 카트리지 및 그 제조 방법
KR101527719B1 (ko) * 2013-10-14 2015-06-11 한국기계연구원 고체 암모늄염을 이용한 암모니아 가스 발생기
CN106593589A (zh) * 2017-01-23 2017-04-26 吉林省众鑫汽车装备有限公司 一种尾气处理装置
KR20180049453A (ko) * 2016-11-02 2018-05-11 허기태 보일러의 유해 배기가스 저감장치
KR20200078015A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 한국기계연구원 질소산화물 정화 시스템
CN114961934A (zh) * 2022-06-15 2022-08-30 潍柴动力股份有限公司 一种发动机尾气处理装置及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100924591B1 (ko) 2009-07-08 2009-10-30 한국기계연구원 고체 우레아와 선택적 환원촉매를 이용한 유해배출가스 정화시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100924591B1 (ko) 2009-07-08 2009-10-30 한국기계연구원 고체 우레아와 선택적 환원촉매를 이용한 유해배출가스 정화시스템

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101476757B1 (ko) * 2012-12-13 2014-12-26 한국기계연구원 배기가스 정화 시스템
US9694340B2 (en) 2013-06-05 2017-07-04 Korea Institute Of Machinery & Materials Reactor for solid ammonium salt, a method of controlling the reactor, and NOx emission purification system using solid ammonium salt and selective catalytic reduction
WO2014196705A1 (ko) 2013-06-05 2014-12-11 한국기계연구원 고체 암모늄염 반응기, 그 제어방법 및 고체 암모늄염과 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템
WO2015046666A1 (ko) * 2013-09-30 2015-04-02 두산엔진주식회사 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법
KR101518850B1 (ko) 2013-10-14 2015-05-13 한국기계연구원 고체 암모늄염 카트리지 및 그 제조 방법
KR101527719B1 (ko) * 2013-10-14 2015-06-11 한국기계연구원 고체 암모늄염을 이용한 암모니아 가스 발생기
KR20180049453A (ko) * 2016-11-02 2018-05-11 허기태 보일러의 유해 배기가스 저감장치
KR102012886B1 (ko) * 2016-11-02 2019-08-22 허기태 보일러의 유해 배기가스 저감장치
CN106593589A (zh) * 2017-01-23 2017-04-26 吉林省众鑫汽车装备有限公司 一种尾气处理装置
CN106593589B (zh) * 2017-01-23 2022-09-16 科林蓝泰环境科技(长春)有限公司 一种尾气处理装置
KR20200078015A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 한국기계연구원 질소산화물 정화 시스템
KR102227768B1 (ko) * 2018-12-21 2021-03-15 한국기계연구원 질소산화물 정화 시스템
CN114961934A (zh) * 2022-06-15 2022-08-30 潍柴动力股份有限公司 一种发动机尾气处理装置及方法

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