KR101461337B1 - 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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황진우
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Abstract

본 발명의 실시예는 선택적 환원 시스템에 관한 것으로, 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스가 통과하는 메인 유로와, 상기 메인 유로 상에 배치되며 내부에 촉매가 설치된 반응기와, 상기 촉매에 흡착된 수트(soot)를 제거하기 위해 공기를 분사할 수 있는 수트 블로워와, 상기 메인 유로 상에 설치되어 상기 반응기로 유입되는 배기가스의 흐름을 절환하는 제1 개폐부재와, 상기 메인 유로 상에 설치되어 상기 반응기를 통과한 배기가스의 흐름을 절환하는 제2 개폐부재와, 상기 제1 개폐부재와 상기 반응기 전단 사이의 일 지점과 상기 제2 개폐부재와 상기 반응기 후단 사이의 타 지점을 연결하는 순환유로와, 상기 순환유로를 통과하는 배기가스를 승온 시키는 가열부와, 상기 순환유로 내부의 산소 농도를 검출하는 산소센서, 그리고 상기 제1 개폐부재와 상기 제2 개폐부재 및 상기 가열부를 제어하여 촉매재생 동작을 수행하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 산소센서에서 검출된 산소 농도 검출값이 설정된 산소 농도 설정값 미만일 때 상기 수트 블로워를 작동시켜 상기 순환유로의 산소 농도를 증가 시킨다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응기 내부에 설치된 촉매를 효과적으로 재생할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서 촉매는 배기가스의 정화 효율에 중요한 요소로 작용한다. 즉, 촉매의 유로에 배기가스에 포함된 그을음(soot) 또는 이물질 등이 쌓여 유로를 막는 것과 같은 피독현상이 발생하면 배기가스가 촉매를 통과하며 접촉되는 면적이 줄어들어 배기가스의 정화 효율이 저감된다.
따라서, 피독된 촉매를 재생하기 위해 반응기에 설치된 촉매를 가열하는 방식의 촉매재생 방법이 이용된다.
하지만, 이러한 촉매재생 방법의 경우 선박 또는 플랜트와 같은 대형 설비에 이용되는 촉매를 재생하기 위해 용이하지 않다.
또한, 이러한 촉매재생 방법의 경우 촉매를 가열하기 위해 설치된 가열장치는 촉매를 균일하게 승온시켜 촉매를 재생하는데 어려움이 있다.
본 발명의 실시예는 반응기 내부에 위치하는 촉매를 효과적으로 재생 가능한 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스가 통과하는 메인 유로와, 상기 메인 유로 상에 배치되며 내부에 촉매가 설치된 반응기와, 상기 촉매에 흡착된 수트(soot)를 제거하기 위해 압축공기를 분사할 수 있는 수트 블로워와, 상기 메인 유로 상에 설치되어 상기 반응기로 유입되는 배기가스의 흐름을 절환하는 제1 개폐부재와, 상기 메인 유로 상에 설치되어 상기 반응기를 통과한 배기가스의 흐름을 절환하는 제2 개폐부재와, 상기 제1 개폐부재와 상기 반응기 전단 사이의 일 지점과 상기 제2 개폐부재와 상기 반응기 후단 사이의 타 지점을 연결하는 순환유로와, 상기 순환유로를 통과하는 배기가스를 승온 시키는 가열부와, 상기 순환유로 내부의 산소 농도를 검출하는 산소센서, 그리고 상기 제1 개폐부재와 상기 제2 개폐부재 및 상기 가열부를 제어하여 촉매재생 동작을 수행하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 산소센서에서 검출된 산소 농도 검출값이 기설정된 산소 농도 설정값 미만일 때 상기 수트 블로워를 작동시켜 상기 순환유로의 산소 농도를 증가 시킨다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 촉매재생 동작 중에 배기가스의 압력을 검출하는 압력센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 압력센서에서 검출된 압력이 기설정된 압력값을 초과할 때 상기 제2 개폐부재를 개방시킬 수 있다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 반응기와 상기 순환유로 사이에서 배기가스를 순환 시키는 블로워 및 상기 촉매재생 동작 중에 순환되는 배기가스의 유량을 검출하는 유량센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 유량센서에서 검출된 유량이 기설정된 유량값 미만일 때 상기 블로워는 회전속도가 증가되도록 작동될 수 있다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 순환유로를 통과하는 배기가스의 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부에 의해 상기 제2 개폐부재가 폐쇄된 상태일 때 상기 유량센서는 상기 순환유로를 통과하는 배기가스의 온도를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 반응기 내부에 위치하는 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템 동작과정의 제어 순서를 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 배기가스가 통과하는 메인 유로(100)와, 내부에 촉매(210)가 설치된 반응기(200)와, 수트 블로워(300)와, 제1 개폐부재(410)와, 제2 개폐부재(420)와, 순환유로(500)와, 가열부(600)와, 산소센서(510), 그리고 제어부(800)를 포함한다.
메인 유로(100)는 디젤엔진과 같은 내연기관에서 발생하는 배기가스가 통과한다. 또한, 메인 유로(100)는 반응기(200)로 배기가스가 유입될 수 있도록 안내하고 반응기(200)를 통과하여 정화된 배기가스가 외부로 배출될 수 있도록 안내한다.
반응기(200)는 메인 유로(100)와 연결되며 메인 유로(100)를 통과하는 배기가스가 반응기(200) 내부로 유입된다.
반응기(200) 내부에 설치된 촉매(210)는 반응기 내부를 통과하는 배기가스와 접촉되며 배기가스에 포함된 질소산화물(이하: NOx이라 한다)을 질소(N₂)와 수증기(H₂O)로 환원시켜 배기가스를 정화시킨다.
구체적으로, 촉매(210)는 반응기(200) 내부에 복수로 형성될 수 있다. 또한, 촉매(210)는 허니컴 형태 또는 파형 형태와 같은 다양한 형상의 유로를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)에서 사용되는 촉매(210)는 배기가스에 포함된 NOx를 제거하는데 도움을 주는 선택적 환원 촉매일 수 있다.
수트 블로워(300)는 고압의 공기를 분사하여 촉매(210)에 흡착된 수트(soot)를 제거한다. 구체적으로, 수트 블로워(300)는 에어탱크(310) 및 분사노즐(330)을 포함할 수 있다.
에어탱크(310)는 촉매(210)에 흡착된 수트를 제거하기 위해 고압의 압축공기를 저장한다. 또한, 에어탱크(310)는 제어부(800)에 의해 필요시 에어탱크(310)와 분사노즐(330) 사이의 밸브가 제어되어 에어탱크(310)에 저장된 고압의 압축공기를 분사노즐(330)에 공급하도록 작동될 수 있다.
분사노즐(330)은 반응기 내부에 삽입 또는 표면에 설치되며 에어탱크(310)에서 공급되는 고압의 공기를 촉매(210)의 일면을 향해 분사한다.
복수의 촉매(210)가 반응기(200) 내부에 설치되는 경우, 수트 블로워(300)는 분기배관(320)을 더 포함할 수 있다. 또한, 복수의 촉매(210)가 반응기(200) 내부에 설치되는 경우, 분사노즐(330)도 복수로 형성될 수 있다.
분기배관(320)은 에어탱크(310)에서 유입되는 압축공기가 분사노즐(330)을 통해 분사되도록 안내한다. 구체적으로, 분기배관(320)은 반응기(200)의 외부 일측에 배치될 수 있다.
복수의 분사노즐(330)은 일단이 분기배관(320)과 접속되며 타단이 분기배관(320)을 통해 안내된 압축공기를 분사한다. 즉, 에어탱크(310)에 저장된 압축공기가 제어부(800)에 의해 복수의 분사노즐(330)로 분사될 때, 압축공기는 분기배관(320)을 통해 복수의 분사노즐(330)로 균일하게 분사될 수 있다.
제1 개폐부재(410)는 메인 유로(100) 상에 설치되며 반응기(200)로 유입되는 배기가스의 흐름을 절환한다. 즉, 제1 개폐부재(410)는 반응기(200)로 유입되는 배기가스의 흐름을 절환하기 위해 반응기(200) 전단의 메인 유로(100) 상에 설치될 수 있다.
제2 개폐부재(420)는 메인 유로(100) 상에 설치되며 반응기(200)를 통과한 배기가스의 흐름을 절환한다. 즉, 제2 개폐부재(420)는 반응기(200)를 통과한 배기가스의 흐름을 절환하기 위해 반응기(200) 후단의 메인 유로(100) 상에 설치될 수 있다.
또한, 제1 개폐부재(410) 및 제2 개폐부재(420)는 댐퍼 또는 밸브와 같이 유로를 통과하는 배기가스의 흐름을 절환할 수 있는 다양한 형태의 구조를 가질 수 있다.
순환유로(500)는 제1 개폐부재(410)에 의해 반응기(200)로 배기가스의 유입이 제한되고, 제2 개폐부재(420)에 의해 반응기(200)를 통과한 배기가스가 외부로 배출되는 것이 제한될 때 배기가스의 순환을 안내한다.
구체적으로, 순환유로(500)는 일단이 제1 개폐부재(410)와 반응기(200) 전단 사이의 일 지점과 연결되고, 타단이 제2 개폐부재(420)와 반응기(200) 후단 사이의 타지점과 연결되어 배기가스의 순환을 안내한다. 또한, 순환유로(500)의 타단은, 도 1에 도시한 바와 같이, 반응기(200) 후단에 연결될 수 있으며 반응기(200) 후단과 인접한 순환유로(500)의 일부가 반응기(200)와 인접하게 배치될 수 있다.
가열부(600)는 순환유로(500)를 통과하는 배기가스를 승온 시킨다. 구체적으로, 가열부(600)는 순환유로(500)의 일측에 배치되어 순환유로(500)를 통과하는 배기가스를 승온시킨다.
또한, 가열부(600)는 공급된 연료를 점화시켜 순환유로(500)를 통과하는 배기가스를 승온시키는 버너일 수 있다.
가열부(600)가 버너인 경우 가열부(600)에 공급되는 연료량을 증가시켜 가열부(600)에서 발생되는 화염의 온도를 상승시킴으로써 배기가스의 온도가 승온 되도록 할 수 있다.
산소센서(510)는 순환유로(500)를 통과하는 배기가스에 포함된 산소의 농도를 검출한다. 구체적으로, 산소센서(510)는 순환유로(500)의 일측에 설치될 수 있다.
제어부(800)는 제1 개폐부재(410)와 제2 개폐부재(420) 및 가열부(600)를 제어한다. 또한, 제어부(800)는 촉매(210)의 재생을 위해 촉매재생 동작을 수행할 때 제1 개폐부재(410)를 닫아 내연기관에서 발생되는 배기가스가 반응기(200)로 유입되는 것을 제한하며, 제2 개폐부재(420)를 닫아 반응기(200)의 촉매(210)를 통과한 정화된 배기가스가 외부로 배출되는 것을 제한하고, 가열부(600)를 작동시킨다.
따라서, 제어부(800)는 촉매재생 동작 중에 순환유로(500)와 반응기(200) 사이의 배기가스를 가열시키며, 가열된 배기가스에 의해 반응기(200) 내부에 위치한 촉매(210)를 승온시킬 수 있도록 한다.
또한, 선택적 환원 촉매 시스템(101)은 서브 유로(110)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 서브 유로(110)는 일단이 제1 개폐부재(410) 전단에 연결될 수 있다. 또한, 제어부(800)가 촉매재생 동작을 수행하는 동안 내연기관에서 발생되는 배기가스는 서브 유로(110)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
따라서, 제어부(800)가 제1 개폐부재(410)가 닫히는 촉매재생 동작 중에 제1 개폐부재(410)에 의해 반응기(200)로 유입이 제한된 배기가스는 서브 유로(110)를 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
또한, 선택적 환원 촉매 시스템(101)을 구비한 선박 또는 플랜트와 같은 대형 설비가 동작 중에 발생하는 배기가스는 서브 유로(110)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 즉, 제어부(800)는 서브 유로(110)에 의해 설비 동작 중에도 촉매재생 동작을 수행할 수 있다.
그리고, 제어부(800)는 촉매재생 동작이 종료된 후 제1 개폐부재(410)와 제2 개폐부재(420)를 개방하고 가열부(600)의 작동이 정지되도록 하는 배기가스 정화 동작을 수행할 수 있다.
촉매재생 동작의 시작은 반응기(200) 전단 및 후단에 설치되는 NOx 센서에 의해 배기가스에 포함된 NOx가 반응기 전단에서 측정된 값과 배기가스가 촉매를 통과한 후인 반응기 후단에서 측정된 값을 비교하여 선택적 촉매 환원 시스템의 배기가스 정화 효율을 판단하여 일정값 이하일 때 반응기(200) 내부에 위치하는 촉매(210)가 피독 되었다고 판단한다. 따라서, 촉매(210)가 피독 되었다고 판단된 경우 제어부(800)는 촉매재생 동작을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 서는, 촉매의 피독 판정이 NOx 센서에 의해 검출되는 선택적 촉매 환원 시스템의 배기가스 정화 효율로부터 판정되는 것에 한정 되는 것은 아니며 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 방법으로 촉매의 피독 판정이 이루어 질 수 있다.
구체적으로, 설정된 산소 농도의 설정값은 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 위해 기설정된 산소 농도의 설정값이며 이러한 정보는 내연기관의 운행에 따른 부하정보 또는 배기가스의 유량, 온도, 압력과 같은 다양한 정보를 맵핑(mapping)하여 제어부(800)에 저장된 정보이다. 또한, 이러한 정보는 실험데이터를 기반으로 맵핑되어 제어부(800)에 저장될 수 있다.
또한, 촉매재생 동작 중에 제어부(800)는 산소센서(510)에 의해 검출된 배기가스의 산소 농도 검출값이 설정된 산소 농도 설정값 미만일 때 수트 블로워(300)를 작동시켜 압축된 공기를 반응기(200) 내부로 유입시킨다.
따라서, 유입된 압축 공기에 의해 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스에 포함된 산소 농도가 상승되며 이로 인해 가열부(600)에서 발생되는 화염이 안정적으로 유지될 수 있어 가열부(600)가 효과적으로 배기가스를 승온시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(800)는 수트 블로워(300)의 작동후 산소센서(510)를 통해 다시 검출된 배기가스의 산소 농도에 따라 수트 블로워(300)의 작동 시간 및 횟수를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(800)는 산소센서(510)에서 검출되는 산소 농도에 따라 수트 블로워(300)의 작동시간 및 횟수를 제어할 수 있다.
또는, 산소센서(510)에 의해 검출된 배기가스의 산소 농도에 따라 수트 블로워(300)가 작동될 때, 수트 블로워(300)는 일정한 시간 동안 반응기(200)에 압축공기를 분사하여 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스에 포함된 산소 농도를 상승시킬 수 있다.
즉, 제어부(800)는 가열부(600)에서 발생되는 화염이 안정적으로 유지될 수 있도록 배기가스의 산소 농도 검출값이 설정된 산소 농도 설정값 미만일 때 수트 블로워(300)를 작동시켜 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스에 산소를 공급한다.
따라서, 수트 블로워(300)는 압축공기를 분사하여 촉매(210)에 흡착된 수트(soot)를 제거할 뿐만 아니라 반응기(200) 내부에 산소를 공급하여 가열부(600)의 화염을 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 압력센서(520)를 더 포함할 수 있다.
압력센서(520)는 촉매(210)를 통과한 배기가스의 압력을 검출할 수 있다. 구체적으로, 압력센서(520)는 반응기(200)의 후단에 설치될 수 있다.
촉매재생 동작 중에 제어부(800)는 압력센서(520)에서 검출된 압력 검출값이 설정된 압력 설정값을 초과할 때 제2 개폐부재(420)를 개방시킬 수 있다.
즉, 제어부(800)는 수트 블로워(300)에 의해 분사된 압축공기에 의해 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스의 압력을 상승되어 압력센서(520)를 통해 압력 설정값을 초과하는 압력 검출값이 검출되는 경우 제2 개폐부재(420)를 개방시켜 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스의 압력을 낮춘다.
따라서, 제어부(800)는 압력센서(520)에 의해 촉매재생 동작을 안전하게 수행할 수 있다.
구체적으로, 반응기(200) 내부의 압력을 낮추기 위해 제2 개폐부재(420)가 개방된 경우, 제2 개폐부재(420)는 일시적으로 개방된 후 제어부(800)에 의해 닫힐 수 있다. 또한, 경우에 따라, 제2 개폐부재(420)는 압력센서(520)에 의해 일정압력 이하인지 제어부(800)에 의해 판별된 후 닫힐 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 블로워(700) 및 유량센서(530)를 더 포함할 수 있다.
블로워(700)는 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스를 순환시킨다. 구체적으로, 블로워(700)는 순환유로(500)의 일측에 배치되며 순환유로(500)를 통과하는 배기가스가 반응기(200)와 순환유로(500) 사이를 순환할 수 있도록 배기가스의 유속을 상승시킬 수 있다.
또한, 블로워(700)는 회전방향에 따라 반응기(200)와 순환유로(500) 사이를 순환하는 배기가스의 순환 흐름을 변경시킬 수 있다.
유량센서(530)는 촉매재생 동작 중에 순환되는 배기가스의 유량을 검출할 수 있다. 구체적으로, 유량센서(530)는 순환유로(500)의 일측에 설치되어 블로워(700)를 통과한 순환되는 배기가스의 유량을 검출할 수 있다.
제어부(800)의 촉매재생 동작 중에 유량센서(530)에 의해 검출된 유량이 설정된 유량값 미만일 때 블로워(700)는 회전속도가 증가되도록 제어될 수 있다.
즉, 촉매재생 동작 중에 블로워(700)는 제어부(800)에 의해 순환되는 배기가스의 유속을 증가시킬 수 있도록 회전속가 증가되도록 제어되며 유량센서(530)에 의해 검출된 유량이 설정된 유량값 이상이면 촉매재생 동작이 완료될 때까지 일정한 회전속도를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 온도센서(540)를 더 포함할 수 있다.
온도센서(540)는 순환유로(500)를 통과하는 배기가스의 온도를 검출할 수 있다. 또한, 온도센서(540)는 순환유로(500)의 일측에 설치되며 가열부(600)를 통과한 배기가스의 온도를 검출할 수 있도록 가열부(600) 후단에 배치될 수 있다.
구체적으로, 온도센서(540)는 제2 개폐부재(420)가 폐쇄된 상태일 때 순환유로(500)를 통과하는 배기가스의 온도를 검출할 수 있다. 즉, 온도센서(540)는 반응기(200)와 순환유로(500) 사이를 순환하는 배기가스의 압력이 설정 압력보다 높아지는 경우 압력을 낮추기 위해 제어부(800)에 의해 제2 개폐부재(420)가 개방되고 다시 제2 개폐부재(420)가 닫힌 상태에서 순환되는 배기가스의 온도를 측정한다.
제어부(800)에 의해 촉매재생 동작을 수행하는 중에 가열부(600)는 순환유로(500)를 통과하는 배기가스를 승온 시킬 수 있다. 따라서, 승온된 배기가스가 블로워(700)에 의해 순환되어 반응기(200)로 유입되어 촉매(210)를 승온시켜 촉매(210)에 흡착된 그을음(soot) 또는 이물질들을 제거할 수 있다.
제어부(800)의 촉매재생 동작 중에 온도센서(540)에서 검출된 배기가스의 온도가 설정된 배기가스의 온도값 미만일 때 가열부(600)는 승온되도록 제어되며 배기가스의 온도를 상승시켜 반응기(200)에 공급할 수 있어 효과적으로 촉매를 재생할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 환원 촉매 시스템(101)의 제어부(800)는 온도센서(540)에서 검출된 온도 검출값이 설정된 온도 설정값을 초과할 때 촉매재생 동작을 종료시킬 수 있다.
따라서, 제어부(800)는 촉매재생 동작 중에 순환되는 배기가스의 산소 농도에 의해 수트 블로워(300)를 선택적으로 작동시켜 반응기(200) 내부로 유입되는 압축공기에 의해 순환되는 배기가스의 산소 농도를 증가시켜 가열부(600)의 화염이 안정화 될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제어부(800)는 수트 블로워(300)가 작동된 경우 촉매(210)를 통과한 배기가스의 압력에 의해 제2 개폐부재(420)를 선택적으로 개방시켜 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스 압력을 유지하며, 가열부(600)에 의해 승온되어 순환되는 배기가스의 온도에 의해 촉매재생 동작을 종료할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(800)는 온도센서(540)에 의해 검출된 온도 검출값이 설정된 온도 설정값을 초과하여 온도 설정값을 초과한 온도로 배기가스의 온도가 유지된 시간을 측정하여 촉매재생 동작을 완료할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 반응기 내부에 설치된 촉매(210)를 효과적으로 재생 시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는, 가열부(600)가 제어부(800)의 촉매재생 동작 중에 촉매를 직접 가열하는 것이 아니라 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스를 승온시켜 간접적으로 촉매를 가열할 수 있다.
즉, 가열부(600)가 촉매(210)의 유로를 통과하는 배기가스를 승온시켜 촉매를 가열할 수 있어 촉매(210)를 균일하게 가열시킬 수 있어 효과적으로 촉매(210)를 재생시킬 수 있다.
또한, 제어부(800)는 수트 블로워(300)를 이용해 가열부(600)에서 발생되는 화염이 안정하게 유지되도록 반응기(200) 내부에 공기를 공급 할 수 있다. 즉, 순환되는 배기가스에 산소가 희박한 경우 가열부(600)에서 발생되는 화염을 유지하기 어려워 배기가스를 효과적으로 승온 시키는데 어려움이 있으나 수트 블로워(300)로부터 공급되는 공기에 의해 화염을 유지할 수 있어 배기가스를 효과적으로 승온시킬 수 있다.
구체적으로, 제어부(800)는 순환되는 배기가스에 포함되는 산소농도가 가열부(600)에서 발생되는 화염을 유지하기 위해 필요한 산소농도 보다 희박한 경우 수트 블로워(300)를 작동시켜 반응기(200) 내부에 공기를 공급시킬 수 있어 촉매재생 동작 중에 배기가스를 승온시키기 위해 필요한 가열부(600)를 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 제어부(800)는 압력센서(520)에 의해 제2 개폐부재(420)의 개방을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(800)는 수트 블로워(300)에 의해 반응기(200) 내부에 공기가 공급된 경우 압력센서(520)로부터 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스 압력을 검출하며 압력 검출값이 압력 설정값을 초과하는 경우 제2 개폐부재(420)를 개방시킬 수 있다.
따라서, 제어부(800)는 제2 개폐부재(420)를 개방함으로써, 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스 압력을 효과적으로 유지할 수 있어 반응기(200)와 순환유로(500) 사이의 배기가스 압력이 고압일 경우 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 이용한 동작과정을 제어방법을 중심으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 공지된 다양한 기술을 이용하여 촉매의 피독을 판단한 후 촉매가 피독 되었다고 판단한 경우 촉매의 재생을 위해 제어부는 촉매재생 동작을 시작한다.
촉매재생 동작이 시작되면 제1 개폐부재 및 제2 개폐부재를 절환 시켜 반응기로 배기가스의 유입을 차단하고 반응기를 통과한 배기가스가 외부로 배출되는 것을 차단하여 반응기와 순환유로 사이에서 배기가스가 순환될 수 있도록 개폐부재를 닫는다(S10).
촉매의 피독 정도 또는 선택적 촉매 환원 시스템을 구비한 장치의 부하량에 따라 기설정된 블로워 유량값과, 가열부 온도값과, 산소 농도값, 및 재생동작 시간값을 결정(S20)한다.
촉매 재생을 위해 블로워를 작동(S30)시킨다. 그리고 현재 블로워에 의한 순환되는 배기가스의 유량과 설정된 블로워 유량값을 비교(S31)한다.
현재 배기가스의 유량이 설정된 유량값 이하인 경우, 블로워의 속도가 증가되도록 동작(S30)시킨다.
현재 배기가스의 유량이 설정된 유량값을 초과하는 경우, 가열부를 작동(S40)시킨다.
가열부 작동후 반응기와 순환유로 사이에서 순환되는 배기가스에 포함된 산소 농도를 산소센서로부터 검출하며 산소 농도 검출값과 설정된 산소 농도 설정값을 비교(S41)한다.
산소센서로부터 검출된 산소 농도 검출값이 설정된 산소 농도 설정값을 초과하는 경우, 배기가스의 온도를 온도센서로부터 검출하며 온도 검출값과 설정된 온도 설정값을 비교(S42)한다.
산소센서로부터 검출된 산소 농도 검출값이 설정된 산소 농도 설정값 이하인 경우, 수트 블로워를 동작시켜(S50) 반응기 내부로 공기를 유입시킨다. 일례로, 수트 블로워는 일시적으로 촉매의 일면을 향해 압축공기를 분사한 후, 정지될 수 있다.
수트 블로워를 동작시킨 후, 촉매를 통과한 배기가스의 압력을 압력센서로부터 검출하며 검출된 압력 검출값이 설정된 압력 설정값을 비교(S51)한다.
압력센서로부터 검출된 압력 검출값이 설정된 압력 설정값을 초과하는 경우, 제2 개폐부재를 개방(S60)시킨다.
제2 개폐부재는 일시적으로 개방후 다시 폐쇄(S61)될 수 있다.
또는, 경우에 따라 제2 개폐부재의 개방(S60)후 촉매를 통과한 배기가스의 압력을 압력센서로부터 검출하며 검출된 압력 검출값이 설정된 압력 설정값을 비교(S51)후, 제2 개폐부재를 닫을(S61) 수 있다.
압력센서로부터 검출된 압력 검출값이 설정된 압력 설정값 이하인 경우, 제2 개폐부재가 닫힌 상태를 유지(S61)한다.
제2 개폐부재가 닫힌 상태에서, 배기가스의 온도를 온도센서로부터 검출하며 온도 검출값과 설정된 온도 설정값을 비교(S42)한다.
검출된 배기가스 온도가 설정된 온도값 이하인 경우, 가열부는 배기가스를 승온시킬 수 있도록 동작(S40)된다.
검출된 배기가스 온도가 설정된 온도값을 초과하는 경우, 설정된 온도값 인상으로 배기가스가 순환되는 시간과 설정된 시간값을 비교(S70)한다.
설정된 온도값 이상인 배기가스의 순환시간이 설정된 시간값 미만인 경우, 배기가스의 순환시간이 설정 시간값을 초과할 때까지 시간이 증가되며 배기가스의 순환시간이 설정 시간값을 초과하도록 한다.
설정된 온도값 이상인 배기가스의 순환시간이 설정된 시간값을 초과한 경우, 촉매재생 동작을 종료한다.
이때 촉매재생 동작이 종료되면, 제1 개폐부재 및 제2 개폐부재는 개방되며, 블로워와, 가열부, 및 수트 블로워의 작동은 종료된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 동작과정을 수행하면 효과적으로 촉매를 재생할 수 있다. 또한, 이러한 동작과정에 따라 제어부가 산소센서에 의해 수트 블로워를 작동시켜 순환되는 배기가스에 포함된 산소의 농도를 증가시켜 가열부의 화염을 안정적으로 유지시킬 수 있다.
또한, 제어부는 압력센서에 의해 반응기와 순환유로 사이의 압력을 일정하게 유지할 수 있어 반응기와 순환유로 사이의 배기가스가 고압일 때 발생되는 사고를 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 메인 유로 101: 선택적 촉매 환원 시스템
200: 반응기 210: 촉매
300: 수트 블로워 310: 에어탱크
320: 분기배관 330: 분사노즐
410: 제1 개폐부재 420: 제2 개폐부재
500: 순환유로 510: 산소센서
520: 압력센서 530: 유량센서
540: 온도센서 600: 가열부
700: 블로워 800: 제어부
S10: 개폐부재 폐쇄 단계 S20: 설정값 결정 단계
S30: 블로워 작동 단계 S31: 유량 비교 단계
S40: 가열부 작동 단계 S41: 산소 농도 비교 단계
S50: 수트 블로워 작동 단계 S51: 압력 비교 단계
S60: 제2 개폐부재 개방 단계 S61: 제2 개폐부재 폐쇄 유지 단계
S42: 온도 비교 단계 S70: 시간 비교 단계

Claims (4)

  1. 배기가스가 통과하는 메인 유로(100);
    상기 메인 유로(100) 상에 배치되며 내부에 촉매(210)가 설치된 반응기(200);
    상기 촉매(210)에 흡착된 수트(soot)를 제거하기 위해 공기를 분사할 수 있는 수트 블로워(300);
    상기 메인 유로(100) 상에 설치되어 상기 반응기(200)로 유입되는 배기가스의 흐름을 절환하는 제1 개폐부재(410);
    상기 메인 유로(100) 상에 설치되어 상기 반응기(200)를 통과한 배기가스의 흐름을 절환하는 제2 개폐부재(420);
    상기 제1 개폐부재(410)와 상기 반응기(200) 전단 사이의 일 지점과 상기 제2 개폐부재(420)와 상기 반응기(200) 후단 사이의 타 지점을 연결하는 순환유로(500);
    상기 순환유로(500)를 통과하는 배기가스를 승온 시키는 가열부(600);
    상기 순환유로(500) 내부의 산소 농도를 검출하는 산소센서(510); 및
    상기 제1 개폐부재(410)와, 상기 제2 개폐부재(420), 및 상기 가열부(600)를 제어하여 촉매재생 동작을 수행하는 제어부(800)
    를 포함하며,
    상기 제어부(800)는,
    상기 산소센서(510)에서 검출된 산소 농도 검출값이 기설정된 산소 농도 설정값 미만일 때 상기 수트 블로워(300)를 작동시켜 상기 순환유로(500)의 산소 농도를 증가 시키는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 촉매재생 동작 중에 배기가스의 압력을 검출하는 압력센서(520)를 더 포함하며,
    상기 제어부(800)는 상기 압력센서(520)에서 검출된 압력이 기설정된 압력값을 초과할 때 상기 제2 개폐부재(420)를 개방시키는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 반응기(200)와 상기 순환유로(500) 사이에서 배기가스를 순환 시키는 블로워(700); 및
    상기 촉매재생 동작 중에 순환되는 배기가스의 유량을 검출하는 유량센서(530)를 더 포함하며,
    상기 유량센서(530)에서 검출된 유량이 기설정된 유량값 미만일 때 상기 블로워(700)는 회전속도가 증가되는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 순환유로(500)를 통과하는 배기가스의 온도를 검출하는 온도센서(540)를 더 포함하며,
    상기 제어부(800)에 의해 상기 제2 개폐부재(420)가 폐쇄된 상태일 때 상기 온도센서(540)는 상기 순환유로(500)를 통과하는 배기가스의 온도를 검출하는 선택적 촉매 환원 시스템.
KR20130107944A 2013-09-09 2013-09-09 선택적 촉매 환원 시스템 KR101461337B1 (ko)

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