KR101292627B1

KR101292627B1 - 배기 정화 장치

Info

Publication number: KR101292627B1
Application number: KR1020117017860A
Authority: KR
Inventors: 히로시 오모테; 슈스케 오카다; 유우지 카와바타
Original assignee: 얀마 가부시키가이샤
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2013-08-01
Also published as: CN102301102A; JP2010180726A; US20120023914A1; EP2395211A1; WO2010089924A1; CN102301102B; KR20110110282A; EP2395211A4; US8627653B2; JP5308176B2

Abstract

입자상 물질을 제거하는 제1 처리부(10)와, 상기 제1 처리부(10)를 통과한 배기로부터 주로 질소산화물을 환원하는 제2 처리부(20)와, 상기 제1 처리부(10)의 배기 출구로부터 상기 제2 처리부(20)의 배기 입구로 배기를 유도하는 연통관(30)과, 환원제를 배기에 공급하는 환원제 공급부(40)를 구비하고, 상기 제1 처리부(10)와 상기 제2 처리부(20)는 각각의 배기 출구와 배기 입구를 서로 대향하는 측에 갖고 평행하게 마련되며. 상기 연통관(30)은 그 상류측이 상기 제1 처리부(10)의 배기 출구로부터 그 제1 처리부(10)의 외주면을 따라 상기 제1 처리부(10)와 상기 제2 처리부(20)가 가장 근접하는 사이를 지나고, 그 하류측이 상기 제2 처리부(20)의 외주면을 따라 제2 처리부(20)의 배기 입구까지 마련되며, 상기 환원제 공급부(40)는 상기 연통관(30)에 마련하였다.

Description

배기 정화 장치{EXHAUST PURIFICATION APPARATUS}

본 발명은 디젤 엔진의 배기 정화 장치 기술에 관한 것이다.

디젤 엔진으로부터 배출되는 배기에는, 그을음 등으로 대표되는 입자상 물질과 일산화질소로 대표되는 질소산화물이 많이 포함되어 있다. 입자상 물질을 제거하는 수단으로서 필터 담체를 이용해 배기를 여과하는 입자상 물질 여과 장치가 알려져 있고, 질소산화물을 제거하는 수단으로서 배기에 요소수를 공급한 후에 환원 촉매 담체를 이용해 질소산화물을 환원하는 질소산화물 환원 장치가 알려져 있다.

배기 정화 장치로서 입자상 물질 여과 장치 및 질소산화물 환원 장치를 이용해 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기를 정화하려면, 우선, 입자상 물질 여과 장치로 배기 중의 입자상 물질을 제거한 후에 질소산화물 환원 장치를 이용해 질소산화물을 환원하게 되는데, 이들 장치를 배기 통로에 직선상으로 배치하면 장대화를 피할 수 없기 때문에, 두 장치를 평행하게 배치해 일체화한 것이 있었다(예를 들면 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

그러나, 입자상 물질 여과 장치와 질소산화물 환원 장치를 평행하게 배치하는 경우에는, 배기에 요소수가 공급되고 나서 균일하게 혼합될 때까지의 혼합 시간을 확보하기 힘들고, 또한, 질소산화물 환원 장치를 구성하는 환원 촉매 담체에 요소수를 함유하는 배기를 골고루 균일하게 도입하기도 힘들었다. 이 때문에, 배기 유로에 다공판 등을 배치할 필요가 생겨 배기 정화 장치의 구조가 복잡하게 될 수밖에 없었다.

또한, 디젤 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량 변화에 따라 요소수 공급량을 조정할 필요가 있는데, 항상 적정량의 요소수를 배기와 혼합시켜 질소산화물 환원 장치에 도입하는 것은 곤란했다.

특허 문헌 1: 일본 특허공개 2005-155404호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허공개 2008-138654호 공보

따라서, 본 발명은 소형이고 간소한 구조이면서 적정량의 요소수를 배기 중에 균일하게 혼합할 수 있어, 질소산화물 정화 장치를 구성하는 환원 촉매 담체에 요소수를 함유하는 배기를 균일하게 도입할 수 있는 배기 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.

본 발명의 제1 형태는, 디젤 엔진의 배기 통로에 마련되는 배기 정화 장치에 있어서, 필터 담체가 마련되는 대략 원통 형상의 배기 통로로서 디젤 엔진의 배기로부터 주로 입자상 물질을 제거하는 제1 처리부와, 환원 촉매 담체가 마련되는 대략 원통 형상의 배기 통로로서 상기 제1 처리부를 통과한 배기로부터 주로 질소산화물을 환원하는 제2 처리부와, 상기 제1 처리부의 둘레면에 마련된 배기 출구로부터 상기 제2 처리부의 둘레면에 마련된 배기 입구로 배기를 유도하는 연통관과, 질소산화물을 환원하기 위해 환원제를 배기에 공급하는 환원제 공급부를 구비하고, 상기 제1 처리부와 상기 제2 처리부는 각각의 배기 출구와 배기 입구를 서로 대향하는 측에 갖고 평행하게 마련되며, 상기 연통관의 상류측은 상기 제1 처리부의 배기 출구로부터 제1 처리부의 외주면을 따라 상기 제1 처리부와 상기 제2 처리부가 가장 근접하는 사이를 통과하고, 하류측은 상기 제2 처리부의 외주면을 따라 제2 처리부의 배기 입구까지 마련되며, 상기 환원제 공급부는 상기 연통관에 마련된다.

본 발명의 제2 형태는, 제1 형태의 엔진에 있어서, 상기 연통관의 상류측은 상기 제1 처리부와 접속하는 부분에서의 중심축이 상기 제1 처리부의 중심축과 교차하지 않도록 마련된다.

본 발명의 제3 형태는, 제1 형태의 엔진에 있어서, 상기 연통관의 하류측은 상기 제2 처리부와 접속하는 부분에서의 중심축이 상기 제2 처리부의 중심축과 교차하지 않도록 마련된다.

본 발명의 제4 형태는, 제1 형태의 엔진에 있어서, 상기 연통관은 상기 환원제 공급부보다 하류측에 수축부를 갖는다.

본 발명의 제5 형태는, 제4 형태의 엔진에 있어서, 상기 연통관의 수축부는 제1 처리부와 제2 처리부가 가장 근접하는 부분에 배치된다.

본 발명의 제6 형태는, 제1 형태의 엔진에 있어서, 질소산화물을 환원하기 위해 환원제를 배기에 공급하는 보조 환원제 공급부를 더 구비하고, 상기 환원제 공급부는 상기 연통관의 상류측에 마련되고, 상기 보조 환원제 공급부는 상기 연통관의 하류측에 마련된다.

본 발명은 다음과 같은 효과를 나타낸다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 배기 정화 장치를 소형이고 간소한 구조로 할 수 있을 뿐만 아니라 배기와 이것에 공급된 요소수의 혼합을 촉진시킬 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 배기 정화 장치를 소형이고 간소한 구조로 할 수 있을 뿐만 아니라 디젤 엔진의 저출력 운전시에도 배기와 이것에 공급된 요소수의 혼합을 촉진시킬 수 있다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 배기 정화 장치를 소형이고 간소한 구조로 할 수 있을 뿐만 아니라 배기와 이것에 공급된 요소수의 혼합을 촉진시킬 수 있다. 또한, 선회류에 의해 환원 촉매 담체에 배기를 골고루 균일하게 도입할 수 있다.

본 발명의 제4 형태에 따르면, 배기 정화 장치를 소형이고 간소한 구조로 할 수 있을 뿐만 아니라 배기와 이것에 공급된 요소수의 혼합을 더욱 촉진시킬 수 있다. 또한, 선회류에 의해 환원 촉매 담체에 배기를 골고루 균일하게 도입할 수 있다.

본 발명의 제5 형태에 따르면, 배기 정화 장치를 더욱 소형으로 할 수 있을 뿐만 아니라 배기와 이것에 공급된 요소수의 혼합을 더욱 촉진시킬 수 있다. 또한, 선회류에 의해 환원 촉매 담체에 배기를 골고루 균일하게 도입할 수 있다.

본 발명의 제6 형태에 따르면, 배기 정화 장치를 소형이고 간소한 구조로 할 수 있을 뿐만 아니라 디젤 엔진의 운전 상태에 관계없이 배기와 이것에 공급된 요소수를 혼합할 수 있다. 또한, 질소산화물의 배출량에 부합한 적정량의 요소수를 배기에 혼합할 수 있어 환원 촉매 담체에 도입할 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 배기 정화 장치의 평면도이고. (b)는 그 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 배기 정화 장치의 측면 단면도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 배기 정화 장치의 평면도이고, (b)는 그 측면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 배기 정화 장치의 측면 단면도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 배기 정화 장치의 평면도이고, (b)는 그 측면도이다.
도 6은 고출력 운전시, 배기에 공급되는 요소수를 나타내는 도면이다.
도 7은 저출력 운전시, 배기에 공급되는 요소수를 나타내는 도면이다.
도 8은 저출력 운전시, 환원제 공급부로부터 요소수를 공급하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 9의 (a), (b), (c)는 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 배기 정화 장치의 측면도이다.

다음으로, 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 배기 정화 장치(1)의 평면도이고, 도 1의 (b)는 그 측면도이다. 도 2는 제1 실시 형태에서의 측면 단면도이다. 한편, 도면 중의 화살표는 배기의 흐름을 나타낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 배기 정화 장치(1)는 디젤 엔진의 배기 통로에 마련되고, 주로 입자상 물질 여과 장치인 제1 처리부(10)와, 질소산화물 환원 장치인 제2 처리부(20)와, 제1 처리부(10)로부터 제2 처리부(20)로 배기를 유도하는 연통관(30)과, 연통관(30)에 구비되어 배기에 요소수(S)를 공급하는 환원제 공급부(40)로 구성된다.

디젤 엔진으로부터 배출된 배기는, 우선, 제1 처리부(10)로 유도되어 입자상 물질이 제거된다. 그리고, 입자상 물질이 제거된 배기는, 연통관(30)을 지나 제1 처리부(10)와 평행하게 배치된 제2 처리부(20)로 유도된다. 이때, 연통관(30)에 마련되어 있는 환원제 공급부(40)로부터 적정량의 요소수(S)가 배기에 공급됨으로써 제2 처리부(20)에서 질소산화물의 환원 반응이 일어난다. 이렇게 해, 입자상 물질이 제거되고 질소산화물이 환원된 배기는 배기관(50)을 지나 대기로 방출된다.

제1 처리부(10)는, 주로 원통 형상의 제1 케이스(15)와, 탄화규소 등의 기재에 백금 등의 촉매를 담지해 형성되는 산화 촉매 담체(이후 "DOC"라고 한다)(12)와, 탄화규소 등의 기재로 형성되고 통과하는 배기를 여과하는 필터 담체(이후 "DPF"라고 한다)(13)로 구성된다. DOC(12) 및 DPF(13)는 제1 케이스(15)의 내부에 형성되는 배기 통로의 중간부에 마련되며, DOC(12)가 상류측에, DPF(13)가 하류측에 위치하도록 배치된다.

제1 처리부(10)는 그 배기 통로에서의 배기가 흐르는 방향을 길이 방향으로 하여 직선상으로 구성된다. 제1 처리부(10)의 상류측에는 배기 입구가 형성되어, 디젤 엔진으로부터 배출된 배기가 제1 처리부(10)의 입구실(11)로 도입된다. 제1 처리부(10)의 하류측에는 배기 출구가 형성되어, 입구실(11)로부터 DOC(12), DPF(13)를 차례로 통과한 배기는 출구실(14)에 마련된 배기 출구로부터 연통관(30)으로 배출된다.

DOC(12)는 디젤 엔진으로부터 배출된 배기 중의 CO(일산화탄소), HC(탄화수소) 및 입자상 물질(이후 "PM"(Particulate Matter)이라고 한다)을 구성하는 SOF(Soluble Organic Fraction: 가용성 유기 성분)를 산화시켜 제거하는 것이다. 또한, 디젤 엔진의 배기 중에 많이 포함되는 NO(일산화질소)를 산화시킴으로써 NO₂(이산화질소)로 변화시킨다.

DPF(13)는 PM을 구성하는 그을음을 포집함으로써 배기를 여과하고, 포집한 그을음을 산화해 제거한다. 본 실시 형태에서는, 탄화규소를 기재로 한 DPF(13)가 이용되며, 배기 중에 포함되는 그을음은 배기가 DPF(13)에 형성된 미세한 구멍을 통과할 때 포집된다. 이와 같이 하여 포집된 그을음은, 산화 반응이 진행 가능한 배기 온도일 것을 조건으로 하여, 배기 중에 포함되는 산소 및 DOC(12)에서 생성된 NO₂에 의해 산화된다.

이와 같이, 본 실시 형태의 제1 처리부(10)는 배기 중에 포함되는 PM을 연속적으로 포집해 산화하는 것이지만, 포집한 그을음이 퇴적한 경우에만 전기 히터 등에 의해 강제적으로 산화하는, 이른바 간헐 재생식이라도 된다. 또한, DPF(13)는 기재로서 코디어라이트(cordierite)를 이용한 것이나 내열강을 적층해 구성한 것 등이라도 되고, 재질이나 구조에 대해 한정하는 것은 아니다.

제2 처리부(20)는 주로 원통 형상의 제2 케이스(25)와, 코디어라이트 등의 기재에 제올라이트(zeolite) 등의 촉매를 담지해 형성한 환원 촉매 담체(이후 "SCR 담체"라고 한다)(22)와, 탄화규소 등의 기재에 백금 등의 촉매를 담지해 형성한 DOC(23)로 구성된다. SCR 담체(22) 및 DOC(23)는 제2 케이스(25)의 내부에 형성되는 배기 통로의 중간부에 마련되며, SCR 담체(22)가 상류측에, DOC(23)가 하류측에 위치하도록 배치된다. 한편, 제2 처리부(20)는 후술하는 환원제 공급부(40)와 도시하지 않은 제어 장치, 공급 펌프 등과 SCR 시스템으로서 구성된다.

제2 처리부(20)는, 그 배기 통로에서의 배기가 흐르는 방향을 길이 방향으로 하여 직선상으로 구성된다. 제2 처리부(20)의 상류측에는 배기 입구가 형성되어, 연통관(30)에 의해 유도된 배기가 제2 처리부(20)의 입구실(21)로 도입된다. 제2 처리부(20)의 하류측에는 배기 출구가 형성되어, 입구실(21)로부터 SCR 담체(22), DOC(23)를 차례로 통과한 배기는 출구실(24)에 마련된 배기 출구로부터 배기관(50)으로 배출된다.

SCR 담체(22)는 암모니아를 환원제로 하여 배기 중에 포함되는 질소산화물을 환원한다. 암모니아는 후술하는 환원제 공급부(40)로부터 배기에 공급되는 요소수(S)의 가수분해에 의해 생성되고, SCR 담체(22)는 이 암모니아를 이용해 이하의 환원 반응에 의해 질소산화물을 N₂ 및 H₂O로 변화시킨다.

6NO＋4NH₃→5N₂＋6H₂O

4NO＋4NH₃＋O₂→4N₂＋6H₂O

6NO₂＋8NH₃→7N₂＋12H₂O

2NO₂＋4NH₃＋O₂→3N₂＋6H₂O

NO＋NO₂＋2NH₃→2N₂＋3H₂O

SCR 담체(22)의 하류측에 배치된 DOC(23)는, SCR 담체(22)에서의 환원 반응에서 남은 암모니아를 산화해 무해하게 하는 것으로, 암모니아가 대기로 방출되는 것을 막는다.

이와 같이, 본 실시 형태의 제2 처리부(20)는 요소수(S)의 가수분해에 의해 생성되는 암모니아를 환원제로 하여 질소산화물을 환원하는 것이지만, 예를 들면 탄화수소계 연료를 배기에 공급해 촉매 담체에 흡착한 질소산화물을 환원하는, 이른바 흡장 환원 촉매를 이용한 것이어도 된다.

제1 처리부(10) 및 제2 처리부(20)는 동일 평면상에 나란히 마련되고, 서로 소정의 간격을 두고 평행하게 배치된다. 제1 처리부(10) 및 제2 처리부(20)의 길이 방향의 길이는 대략 동일하게 설정되고, 적어도 제1 처리부(10)의 출구실(14)에 마련된 배기 출구와 제2 처리부(20)의 입구실(21)에 마련된 배기 입구는, 제1 처리부(10) 및 제2 처리부(20)의 중심축에 대해 수직인 동일 평면상에 배치된다.

여기에서, 제1 처리부(10)의 배기 출구는 제2 처리부(20)와 대향하는 측의 제1 케이스(15)에 배치된다. 제2 처리부(20)의 배기 입구는 제1 처리부(10)와 대향하는 측의 제2 케이스(25)에 배치된다. 즉, 제1 처리부(10)의 배기 출구와 제2 처리부(20)의 배기 입구는 서로 마주 보도록 배치된다.

또한, 제1 처리부(10)의 배기 출구와 제2 처리부(20)의 배기 입구는 모두, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 측면에서 보았을 때, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)의 중심축에 대해 직교하는 직선상에는 위치하지 않고, 상하 위치가 서로 어긋나도록 마련된다.

연통관(30)은 제1 처리부(10)를 구성하는 DOC(12) 및 DPF(13)를 통과한 배기를, 제2 처리부(20)로 유도하는 둥근 관 형상의 부재이다. 연통관(30)은 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20) 사이에서 굴곡하면서 제1 처리부(10)의 배기 출구와 상기 제2 처리부(20)의 배기 입구를 접속하도록 마련되어, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20) 사이에 형성되는 공간에 수납된다. 한편, 연통관(30)의 내경은 제1 케이스(15) 및 제2 케이스(25)의 직경보다 작은 일정한 값으로 설정된다.

연통관(30)의 상류측은, 제1 처리부(10)의 출구실(14)에 마련된 배기 출구로부터, 제1 처리부(10)의 접선 방향이면서 제1 처리부(10)와의 접속 부분에서의 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 비켜 놓아져 연장된다.

그리고, 연통관(30)은 제1 처리부(10)의 외주면을 따르도록 굴곡되어, 중간부가 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)가 가장 근접하는 사이를 통과하도록 형성된다.

연통관(30)의 하류측은, 제2 처리부(20)의 외주면을 따르도록 굴곡되어, 제2 처리부(20)의 접선 방향이면서 중심축이 제2 처리부(20)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 비켜 놓아져, 제2 처리부(20)의 입구실(21)에 마련된 배기 입구에 접속된다. 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 연통관(30)은 측면에서 보았을 때 대략 S자 형상의 배기 유로를 형성하고 있다.

환원제 공급부(40)는 연통관(30)에 구비되어 배기에 요소수(S)를 공급하는 것이다. 환원제 공급부(40)는 노즐 등으로 구성되어 연통관(30)의 상류측에 마련되며, 제1 처리부(10)의 배기 출구 근방에 배치된다. 환원제 공급부(40)로부터의 요소수(S) 공급량은, 디젤 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량에 따라 도시하지 않은 제어 장치에 의해 제어된다. 한편, 환원제 공급부(40)는 압축 공기를 이용해 공기와 함께 요소수(S)를 공급하는 것이나, 요소수(S)만을 펌프에 의해 공급하는 것이 있지만, 본 발명에서는 구조 등에 대해 한정하지 않고, 또한, 배기의 흐름에 대한 요소수(S)의 공급 방향에 대해서도 한정하지 않는다.

이와 같이, 연통관(30)을 대략 S자 형상으로 굴곡하는 배관으로 함으로써 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20) 사이의 한정된 공간에서 배기가 흐르는 거리를 연장할 수 있어, 연통관(30) 상류측으로부터 요소수(S)를 공급함으로써 요소수(S)를 포함한 배기가 SCR 담체(22)에 도입될 때까지의 혼합 시간을 확보할 수 있게 된다. 이에 따라, 소형이고 간소한 구조이면서, 배기와 이것에 공급된 요소수(S)의 혼합을 촉진시킬 수 있다.

또한, 연통관(30)으로부터 제2 처리부(20)의 입구실(21)로 유도된 배기는, 제2 처리부(20)의 접선 방향으로부터 원통 형상인 입구실(21)의 내벽을 따라 안내되게 되기 때문에, 입구실(21)에서 선회 흐름(R)을 발생시킨다. 이에 따라, 배기와 요소수(S)의 혼합을 더욱 도모할 수 있고, 배기가 배기 입구로부터 직선적으로 SCR 담체(22)로 향하지 않기 때문에, SCR 담체(22)에 도입되는 배기의 편향도 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 디젤 엔진의 배기 유량이 적은 저출력 운전 상태인 경우에도, 제1 처리부(10)와의 접속 부분에서의 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 연통관(30)의 상류측이 비켜 놓아져 마련되기 때문에, 배기가 출구실(14)로부터 연통관(30)의 상류측으로 흘러들 때에 연통관(30)의 내부에서 편류에 기인하는 난류(T)를 일으켜 요소수(S)의 혼합을 촉진시킬 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 배기 정화 장치(1)에 대해 설명한다. 도 3의 (a)는 제2 실시 형태에 의한 배기 정화 장치(1)의 평면도이고, 도 3 의 (b)는 그 측면도이다. 도 4는 제2 실시 형태에서의 측면 단면도이다. 단, 제1 실시 형태의 구성 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 제1 실시 형태의 구성과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

제2 실시 형태에서도, 제1 처리부(10) 및 제2 처리부(20)의 구성은, 전술한 본 발명의 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

본 발명의 제1 실시 형태와 마찬가지로, 연통관(30)의 상류측은 제1 처리부(10)의 접선 방향이면서, 제1 처리부(10)와의 접속 부분에서의 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 비켜 놓아져 연장된다. 그리고, 그 중간부는 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)가 가장 근접하는 사이를 통과하도록 형성된다. 연통관(30)의 하류측은 제2 처리부(20)의 접선 방향이면서, 그 중심축이 제2 처리부(20)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 비켜 놓아져 제2 처리부(20)의 입구실(21)에 연결된다.

이때, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)는, 제1 실시 형태와 비교해 서로 근접하도록 배치되어, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)가 가장 근접하는 사이를 통과하는 연통관(30)의 부분은 배기 유로 단면의 직경이 작아지도록 형성된다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연통관(30)은 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20) 사이에 위치하는 중간부에, 배기 유로 단면의 직경이 작아지는 수축부(30a)를 갖는다.

환원제 공급부(40)는 적어도 연통관(30)에 마련된 수축부(30a)의 상류측에 마련되어 배기에 요소수(S)를 공급한다. 본 실시 형태에 있어서는, 연통관(30)의 상류측에서 제1 처리부(10)의 배기 출구의 근방에 배치된다.

이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)를 서로 근접시켜 배치하기 때문에, 배기 정화 장치(1)를 더욱 소형화할 수 있다.

또한, 환원제 공급부(40)에 의해 요소수(S)가 공급된 배기는, 수축부(30a)에 의해 수축된 후에 다시 팽창하기 때문에, 요소수(S)의 증발과 혼합을 더욱 촉진시킬 수 있다. 또한, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20) 사이에 위치되는 수축부(30a)는 배기로부터 받은 열의 소실이 적기 때문에, 비교적 고온을 유지할 수 있어 요소수(S)의 증발을 촉진시킬 수 있다.

또한, 디젤 엔진의 배기 유량의 적은 저출력 운전 상태인 경우에도, 제1 처리부(10)와의 접속 부분에서의 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 연통관(30)이 비켜 놓아져 마련되기 때문에, 연통관(30)의 내부에 편류에 기인하는 난류(T)를 발생시키고, 이 난류(T)를 수축부(30a)의 상류측에서 유지할 수 있기 때문에, 충분히 요소수(S)를 혼합할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 배기 정화 장치(1)에 대해 설명한다. 도 5의 (a)는 제3 실시 형태에 의한 배기 정화 장치(1)의 평면도이고, 도 5의 (b)는 그 측면도이다. 도 6은 제3 실시 형태에서의 측면 단면도로서, 디젤 엔진의 고출력 운전시, 배기에 공급되는 요소수(S)를 나타낸 것이다. 또한, 도 7은 디젤 엔진의 저출력 운전시, 배기에 공급되는 요소수(S)를 나타낸 것이다. 단, 제1 실시 형태의 구성 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 제1 실시 형태의 구성과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

제3 실시 형태에 있어서도, 제1 처리부(10) 및 제2 처리부(20)의 구성은 전술한 본 발명의 제1 실시 형태와 같다.

본 발명의 제2 실시 형태와 마찬가지로, 연통관(30)의 상류측은 제1 처리부(10)의 접선 방향이면서, 제1 처리부(10)와의 접속 부분에서의 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 비켜 놓아져 연장된다. 그리고, 그 중간부는 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)가 가장 근접하는 사이를 통과하도록 형성된다. 연통관(30)의 하류측은, 제2 처리부(20)의 접선 방향이면서, 그 중심축이 제2 처리부(20)의 중심축과 교차하지 않는 위치에 비켜 놓아져 제2 처리부(20)의 입구실(21)에 연결된다. 한편, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20) 사이에 위치되는 연통관(30)의 중간부에는 배기 유로 단면의 직경이 작아지는 수축부(30a)가 마련된다.

본 실시 형태에서는, 전술한 환원제 공급부(40) 외에 환원제 공급부(40)와 마찬가지로 요소수(S)를 배기에 공급하는 보조 환원제 공급부(41)가 구비된다. 환원제 공급부(40)는 제1 처리부(10)의 배기 출구 근방인 연통관(30)의 상류측에 구비되고, 보조 환원제 공급부(41)는 제2 처리부(20)의 배기 입구의 근방인 연통관(30)의 하류측에 구비된다. 즉, 환원제 공급부(40) 및 보조 환원제 공급부(41)는 연통관(30) 수축부(30a)의 상류측과 하류측에 각각 구비된다.

보조 환원제 공급부(41)는 노즐 등으로 구성되며, 배기에 요소수(S)를 공급한다. 보조 환원제 공급부(41)로부터의 요소수(S)의 공급량은, 디젤 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 배출량에 따라 도시하지 않은 제어 장치에 의해 제어된다. 한편, 보조 환원제 공급부(41)는 압축 공기를 이용해 공기와 함께 요소수(S)를 공급하는 것이나, 요소수(S)만 펌프에 의해 공급하는 것이 있지만, 본 발명에서는 구조 등에 대해 한정하지 않고, 또한, 배기의 흐름에 대한 요소수(S)의 공급 방향에 대해서도 한정하지 않는다.

연통관(30)의 상류측에 마련된 환원제 공급부(40)는, 디젤 엔진으로부터의 배기 유량이 많을 때, 즉, 고출력 운전시에 배기에 요소수(S)를 공급하기 위한 것이다. 또한, 과도 운전시에는, 일정 시간 저출력 운전이 유지되지 않는 한 환원제 공급부(40)로부터 요소수(S)가 공급된다.

이것은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 디젤 엔진의 고출력 운전시에는, 질소산화물의 배출량이 많아 공급되는 요소수(S)가 많아지고, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 유량이 많아 연통관(30) 내부의 배기의 유속이 빨라지기 때문에, 연통관(30)의 상류측에 마련된 환원제 공급부(40)를 이용해 요소수(S)를 공급함으로써, 요소수(S)를 포함한 배기가 SCR 담체(22)에 도달할 때까지의 혼합 시간을 확보할 필요가 있기 때문이다.

또한, 디젤 엔진의 과도 운전시의 고출력 운전역에서는 요소수(S)를 포함한 배기가 SCR 담체(22)에 도달할 때까지의 혼합 시간의 확보를 도모할 수 있고, 저출력 운전역에서는 연통관(30) 내부의 편류에 기인하는 난류(T)를 이용함으로써 요소수(S)의 혼합을 촉진할 수 있다. 이에 따라, 전체 운전역에서 배기와 이것에 공급된 요소수(S)를 양호하게 혼합할 수 있게 된다.

연통관(30)의 하류측에 마련된 보조 환원제 공급부(41)는, 일정 시간 디젤 엔진으로부터의 배기 유량이 적을 때, 즉, 저출력 운전시에 배기에 요소수(S)를 공급하기 위한 것이다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 디젤 엔진의 저출력 운전시에 연통관(30)의 상류측에 있는 환원제 공급부(40)로부터 배기에 요소수(S)를 장시간 공급한다고 했을 경우, 디젤 엔진의 저출력 운전시는 배기 온도가 낮기 때문에 요소수(S)의 증발 속도가 늦어, 과도 운전시에서의 요소수(S)의 공급량 제어가 어려워질 뿐만 아니라 연통관(30) 내벽에 다량의 요소수(S)가 부착해 석출하는 경우가 있었다.

이에 따라, 질소산화물의 배출량에 대해 환원제인 암모니아가 부족하게 되어, SCR 담체(22)에 의한 환원 반응이 불충분하게 되는 경우가 있었다.

따라서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 디젤 엔진의 저출력 운전시에는, 연통관(30)의 하류측에 마련된 보조 환원제 공급부(41)로부터 배기에 요소수(S)를 공급함으로써, 요소수(S)가 연통관(30)의 벽면에 부착하지 않고 제2 처리부(20)의 입구실(21)로 유도되게 된다.

이에 따라, 디젤 엔진의 운전 상태에 상관없이, 질소산화물의 배출량에 따른 적정량의 요소수(S)를 배기에 혼합할 수 있어, SCR 담체(22)에 도입하는 것이 가능해진다. 한편, 디젤 엔진의 저출력 운전시에는, 질소산화물의 배출량이 적기 때문에 요소수(S)의 공급량이 적어도 되므로, 연통관(30)의 하류측에 마련된 보조 환원제 공급부(41)를 이용해 요소수(S)를 공급해도 충분히 혼합할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 배기 정화 장치(1)에 대해 설명한다. 도 9의 (a) 내지 (c)는 배기 정화 장치(1)의 측면도를 나타내고 있다. 단, 제1 실시 형태의 구성 부재와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 제1 실시 형태의 구성과 다른 부분을 중심으로 설명한다.

본 실시 형태에 있어서도, 제1 처리부(10) 및 제2 처리부(20)의 구성은 전술한 본 발명의 제1 실시 형태와 같다.

도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 연통관(30)은 그 중심축을 직선으로 하는 둥근 관 형상의 부재이며, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)의 중심축에 대해 동시에 직교하는 직선과 소정의 간격을 두고 평행하게 배치된다. 연통관(30)의 일단은 제1 처리부(10)의 접선 방향이면서, 그 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않도록 제1 처리부(10)의 출구실(14)에 연결되고, 연통관(30)의 타단은 제2 처리부(20)의 접선 방향이면서, 그 중심축이 제2 처리부(20)의 중심축과 교차하지 않도록 제2 처리부(20)의 입구실(21)에 연결된다.

또한, 도 9의 (b)에서는, 연통관(30)이 그 중심축을 직선으로 하는 둥근 관 형상의 부재이며, 제1 처리부(10)와 제2 처리부(20)의 중심축에 대해 동시에 직교하는 직선과 연통관(30)의 중심축이 임의의 각도로 교차하도록 배치된다. 연통관(30)의 일단은 제1 처리부(10)의 접선 방향이면서, 그 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않도록 제1 처리부(10)의 출구실(14)에 연결되고, 연통관(30)의 타단은 제2 처리부(20)의 접선 방향이면서, 그 중심축이 제2 처리부(20)의 중심축과 교차하지 않도록 제2 처리부(20)의 입구실(21)에 연결된다.

환원제 공급부(40)는 적어도 연통관(30)에 마련되어 배기에 요소수(S)를 공급한다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 처리부(10)의 배기 출구 근방인 연통관(30)의 상류측에 마련된다.

이에 따라, 배기 정화 장치(1)를 더욱 간소한 구조로 할 수 있어, 배기와 이것에 공급된 요소수(S)의 혼합을 촉진하고, SCR 담체(22)에 도입되는 배기의 편향도 억제할 수 있게 된다. 한편, 도 9의 (a) 및 (b)에서의 연통관(30)의 중간부에 배기 유로 단면의 직경이 좁아지는 수축부(30a)를 마련함으로써 요소수(S)의 증발과 혼합을 더욱 촉진할 수도 있다.

또한, 도 9의 (c)에서 연통관(30)은, 그 일단에서 타단까지 배기 유로 단면의 직경이 서서히 좁아지도록 형성한 테이퍼관으로 이루어진다. 연통관(30)의 대경측 단부는 그 중심축이 제1 처리부(10)의 중심축과 교차하지 않도록 제1 처리부(10)의 출구실(14)에 연결되고, 연통관(30)의 소경측 단부는 그 중심축이 제2 처리부(20)의 중심축과 교차하지 않도록 제2 처리부(20)의 입구실(21)에 연결된다.

환원제 공급부(40)는 적어도 연통관(30)에 마련되어 배기에 요소수(S)를 공급한다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 처리부(10)의 배기 출구의 근방인 연통관(30)의 상류측에 마련된다.

이에 따라, 배기가 연통관(30)에 도입될 때, 유로 단면의 직경이 급격히 좁아짐으로써 배기의 흐름이 저해되는 일이 생기지 않고, 소경측 단부로부터 배기의 유속을 높여 제2 처리부(20)에 도입할 수 있기 때문에, 제2 처리부(20)의 입구실(21)에서의 선회 흐름(R)을 강하게 하여 요소수(S)를 혼합함으로써, SCR 담체(22)에 도입되는 배기의 편향을 억제할 수 있다.

〈산업상의 이용 가능성〉

본 발명은 디젤 엔진의 배기 정화 장치에 이용 가능하다.

1 배기 정화 장치
10 제1 처리부
12 산화 촉매 담체(DOC)
13 필터 담체(DPF)
20 제2 처리부
22 환원 촉매 담체(SCR 담체)
23 산화 촉매 담체(DOC)
30 연통관
30a 수축부
40 환원제 공급부
41 보조 환원제 공급부

Claims

디젤 엔진의 배기 통로에 마련되는 배기 정화 장치에 있어서,
필터 담체가 마련되는 원통 형상의 배기 통로로서, 디젤 엔진의 배기로부터 입자상 물질을 제거하는 제1 처리부와,
환원 촉매 담체가 마련되는 원통 형상의 배기 통로로서, 상기 제1 처리부를 통과한 배기로부터 질소산화물을 환원하는 제2 처리부와,
상기 제1 처리부의 둘레면에 마련된 배기 출구로부터 상기 제2 처리부의 둘레면에 마련된 배기 입구로 배기를 유도하는 연통관과,
질소산화물을 환원하기 위해 환원제를 배기에 공급하는 환원제 공급부를 구비하고,
상기 제1 처리부와 상기 제2 처리부는, 각각의 배기 출구와 배기 입구를 서로 대향하는 측에 갖고 평행하게 마련되며,
상기 연통관의 상류측은 상기 제1 처리부의 배기 출구로부터 제1 처리부의 외주면을 따라 상기 제1 처리부와 상기 제2 처리부가 가장 근접하는 사이를 통과하고, 하류측은 상기 제2 처리부의 외주면을 따라 제2 처리부의 배기 입구까지 마련되며,
상기 환원제 공급부는, 상기 연통관에 마련되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 연통관의 상류측은 상기 제1 처리부와 접속하는 부분에서의 중심축이 상기 제1 처리부의 중심축과 교차하지 않도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 연통관의 하류측은 상기 제2 처리부와 접속하는 부분에서의 중심축이 상기 제2 처리부의 중심축과 교차하지 않도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
제1항에 있어서,
상기 연통관은, 상기 환원제 공급부보다 하류측에 수축부를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
제4항에 있어서,
상기 연통관의 수축부는, 제1 처리부와 제2 처리부가 가장 근접하는 부분에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.
제1항에 있어서,
질소산화물을 환원하기 위해 환원제를 배기에 공급하는 보조 환원제 공급부를 더 구비하고,
상기 환원제 공급부는, 상기 연통관의 상류측에 마련되고,
상기 보조 환원제 공급부는, 상기 연통관의 하류측에 마련되는 것을 특징으로 하는 배기 정화 장치.