KR101497831B1 - 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것으로, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 질소산화물을 함유한 배기 가스를 배출하는 엔진과, 상기 엔진의 배기 가스가 갖는 압력으로 작동하여 상기 엔진에 소기용 공기를 공급하는 과급기와, 상기 엔진의 배기 가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기과, 상기 엔진과 상기 과급기 그리고 상기 반응기를 차례로 연결하여 상기 엔진의 배기 가스를 상기 과급기를 거쳐 상기 반응기에 공급하는 메인 배기 유로와, 우레아를 분해하여 암모니아를 생성하는 우레아 분해 챔버와, 상기 우레아 분해 챔버에서 생성된 암모니아를 상기 반응기에 공급될 배기 가스에 분사하는 암모니아 분사부와, 상기 과급기와 상기 반응기 사이의 상기 메인 배기 유로에서 분기되어 상기 우레아 분해 챔버와 연결된 배기 분기 유로와, 상기 배기 분기 유로 상에 설치되어 상기 분기 유로를 흐르는 배기 가스의 온도를 조절하는 가열 장치, 그리고 상기 과급기가 상기 엔진에 공급하는 상기 소기용 공기의 일부를 분기시켜 상기 가열 장치에 공급하는 소기 분기 유로를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치{POWER PLANT WITH SELECTIVE CATALYTIC REUCTION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 반응을 이용하여 배기 가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것이다.
일반적으로 동력 장치는 동력을 발생하는 엔진과, 엔진에 소기용 공기를 공급하는 과급기(turbocharger), 그리고 엔진에서 배출된 배기 가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템 등을 포함한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기 가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기 가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 우레아(Urea)나 암모니아(NH3)를 사용하고 있다.
그런데 우레아가 섭씨 250도 미만의 온도를 갖는 배기 가스에 직접 분사되면, 우레아가 분해되면서 생성되는 뷰렛(biuret), 시아누르산(cyanuric acid), 멜라민(melamine), 및 아멜린(ammeline) 등과 같은 부산물에 의해 노즐이 막히거나 배기 가스의 흐름을 방해하는 문제점이 있다.
이에, 별도의 우레아 분해 장치를 통해 우레아를 분해하여 생성된 암모니아를 배기 가스에 분사하는 방법이 단독으로 사용되거나 우레아를 직접 분사하는 방법과 혼용되고 있다.
하지만, 우레아 분해 장치는 우레아를 분해하기 위해 필요한 열에너지를 제공받기 위해 버너를 포함하고 있으며, 버너를 가동하기 위해서는 연료와 압축 공기를 공급해야 한다.
또한, 버너가 소모하는 압축 공기는 선택적 촉매 환원 시스템에 소모되는 전체 압축 공기와 대비하여 상당한 비중을 차지하고 있다.
이에, 버너에 압축 공기를 공급하기 위한 공기 공급 장치를 마련해야 할 뿐만 아니라 공기 공급 장치의 가동에 추가적인 에너지가 소모되고 있다.
그리고 버너에 저온의 압축 공기가 공급될 경우, 우레아 분해 장치에 열에너지를 제공해야 하는 버너의 열효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 우레아의 분해에 필요한 열에너지를 제공하는 가열 장치에 효율적으로 압축 공기를 공급할 뿐만 아니라 가열 장치에 공급되는 압축 공기의 온도를 일정 온도 이상으로 유지할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 질소산화물을 함유한 배기 가스를 배출하는 엔진과, 상기 엔진의 배기 가스가 갖는 압력으로 작동하여 상기 엔진에 소기용 공기를 공급하는 과급기(turbo charger)와, 상기 엔진의 배기 가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기과, 상기 엔진과 상기 과급기 그리고 상기 반응기를 차례로 연결하여 상기 엔진의 배기 가스를 상기 과급기를 거쳐 상기 반응기에 공급하는 메인 배기 유로와, 우레아(Urea)를 분해하여 암모니아(NH3)를 생성하는 우레아 분해 챔버와, 상기 우레아 분해 챔버에서 생성된 암모니아를 상기 반응기에 공급될 배기 가스에 분사하는 암모니아 분사부와, 상기 과급기와 상기 반응기 사이의 상기 메인 배기 유로에서 분기되어 상기 우레아 분해 챔버와 연결된 배기 분기 유로와, 상기 배기 분기 유로 상에 설치되어 상기 분기 유로를 흐르는 배기 가스의 온도를 조절하는 가열 장치, 그리고 상기 과급기가 상기 엔진에 공급하는 상기 소기용 공기의 일부를 분기시켜 상기 가열 장치에 공급하는 소기 분기 유로를 포함한다.
상기 가열 장치는 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner) 중 하나일 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 배기 분기 유로 상에 설치되어 상기 배기 분기 유로를 흐르는 배기 가스의 유량을 조절하는 블로워를 더 포함할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 반응기에 유입될 배기 가스에 우레아를 직분사하는 우레아 직분사부와, 상기 우레아 분해 챔버나 상기 우레아 직분사부에 우레아를 공급하는 우레아 공급부와, 상기 과급기를 거친 배기 가스의 온도를 측정하는 배기 온도 센서, 그리고 상기 배기 온도 센서로부터 전달받은 배기 가스의 온도 정보에 따라 상기 우레아 분해 챔버에서 암모니아를 생성시키거나 상기 우레아 직분사부를 통해 우레아가 배기 가스에 직접 분사되도록 상기 우레아 공급부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 배기 온도 센서가 측정한 배기 가스의 온도가 섭씨 250도 미만이면 상기 우레아 분해 챔버에서 암모니아를 생성시키고, 상기 배기 온도 센서가 측정한 배기 가스의 온도가 섭씨 250도 이상이면 상기 우레아 직분사부를 통해 우레아를 배기 가스에 직접 분사할 수 있다.
상기 우레아 공급부는 우레아를 저장하는 우레아 탱크와, 상기 우레아 탱크에 저장된 우레아를 이송시키는 우레아 이송 장치, 그리고 우레아의 공급량 및 공급 방향을 제어하는 컨트롤 밸브를 포함할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 소기 분기 유로에 각각 설치된 유량 제어 밸브와 소기 온도 센서와, 상기 가열 장치에 고온 공기를 공급하는 에어 공급 장치를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 상기 소기 온도 센서에 측정한 온도가 기준값 이상이면 상기 유량 제어 밸브를 열어 상기 소기용 공기를 상기 가열 장치에 공급할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기 소기 온도 센서에 측정한 온도가 기준값 미만이면 상기 유량 제어 밸브를 닫고 상기 에어 공급 장치를 가동하여 상기 기준값 이상의 온도를 갖는 고온 공기를 상기 가열 장치에 공급할 수 있다.
상기 기준값은 섭씨 60도 내지 섭씨 200도 범위 내일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 우레아의 분해에 필요한 열에너지를 제공하는 가열 장치에 효율적으로 압축 공기를 공급할 뿐만 아니라 가열 장치에 공급되는 압축 공기의 온도를 일정 온도 이상으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 동작에 따른 구성도이다.
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 반응(selective catalytic reduction, SCR) 시스템을 포함한 동력 장치(10)를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응 시스템을 포함한 동력 장치(10)은 엔진(900), 과급기(turbo charger, 950), 반응기(100), 메인 배기 유로(210), 우레아 분해 챔버(300), 암모니아 분사부(430), 배기 분기 유로(220), 소기 분기 유로(230), 및 가열 장치(620)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함하는 동력 장치(101)는 블로워(610), 우레아 직분사부(410), 믹서(mixer, 450), 우레아 공급부(500), 배기 온도 센서(810), 및 제어부(700)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함하는 동력 장치(101)는 소기 온도 센서(820), 유량 제어 밸브(850), 및 에어 공급 장치(880)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함하는 동력 장치(101)는 배기 리시버(980), 소기 리시버(930), 및 에어 쿨러(940) 등을 더 포함할 수 있다.
엔진(900)은 선박 및 자동차 등에서 동력을 발생시키는 주동력원으로, 본 발명의 일 실시예에서는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기 가스를 배출하는 다양한 엔진이 해당될 수 있다.
과급기(950)는 엔진(900)의 배기 가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 엔진(900)에 새로운 외부 공기를 압축하여 공급한다. 배기 리시버(980)는 엔진(900)의 실린더 왕복 운동으로 불균형한 압력을 가지고 배출된 엔진(900)의 배기 가스를 고르게 완화시킨다. 소기 리시버(930)는 과급기(950)가 엔진(900)에 공급하는 새로운 외부 공기의 불균일한 압력을 고르게 완화시킨다.
에어 쿨러(940)는 과급기(950)가 공기를 압축하면서 온도가 상승되면, 압축 공기의 온도를 낮춰 엔진(900)에 공급할 수 있게 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 엔진(900)이 배출하는 배기 가스는 섭씨 250도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가지며, 배기 가스의 온도는 과급기(950)를 거치면 낮아질 수 있다.
반응기(100)는 엔진(900)에서 배출된 배기 가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매를 포함한다. 촉매는 배기 가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다. 이때, 질소산화물(NOx)과 반응하여 환원시킬 최종적인 환원제로 암모니아(NH3)가 사용될 수 있다.
촉매는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매가 피독되면서 효율이 저하된다. 구체적으로, 촉매를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도에서 분해되므로, 촉매를 승온시키면 피독된 촉매를 재생할 수 있다.
또한, 반응기(100)의 하우징은, 일례로, 스테인레스 스틸(stainless steel)을 소재로 만들어질 수 있다.
메인 배기 유로(210)는 엔진(900)의 배기구와 연결되어 엔진(900)의 배기 가스를 배출한다. 또한, 메인 배기 유로(210)는 엔진(900)과 과급기(950) 그리고 반응기(100)를 순차적으로 연결한다. 즉, 메인 배기 유로(210)는 과급기(950)를 거친 엔진(900)의 배기 가스를 반응기에 공급한다.
우레아 분해 챔버(300)는 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분해하여 질소산화물(NOx)을 환원시킬 환원제로 사용되는 암모니아(NH3)를 생성한다.
우레아 분해 챔버(300)에서 우레아(urea, CO(NH2)2)가 분해되면, 암모니아(NH3)와 함께 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성된다. 그리고 이소시안산은 다시 분해되어 암모니아가 된다. 즉, 우레아가 분해되면 최종적으로 암모니아가 생성될 수 있다.
암모니아 분사부(430)는 우레아 분해 챔버(300)에서 생성된 암모니아(NH3)를 반응기(100)에 유입될 배기 가스에 분사한다. 분사된 암모니아는 배기 가스와 혼합되어 반응기(100)의 촉매를 거치면서 배기 가스에 함유된 질소산화물을 환원시킨다.
구체적으로, 암모니아 분사부(430)는 메인 배기 유로(210)에 설치된 암모니아 분사 노즐(431)과, 암모니아 분사 노즐(431)과 우레아 분해 챔버(300)를 연결하는 암모니아 분사 유로(435)를 포함할 수 있다.
즉, 암모니아 분사부(430)는 반응기(100) 전방의 메인 배기 유로(210)를 지나는 배기 가스를 향해 암모니아(NH3)를 분사할 수 있다.
본 명세서에서 전방은 배기 가스의 흐름을 기준으로 상류 측을 의미하며 후방은 하류 측을 의미한다.
우레아 직분사부(410)는 반응기(100)에 유입될 배기 가스에 우레아를 직접 분사한다.
구체적으로, 우레아 직분사부(410)는 메인 배기 유로(210)에 설치된 우레아 분사 노즐(411)과, 우레아 분사 노즐(411)에 우레아(urea)를 공급하는 우레아 분사 유로(415)를 포함할 수 있다.
즉, 우레아 직분사부(410)는 반응기(100) 전방의 메인 배기 유로(210)를 지나는 배기 가스를 향해 분해되지 않은 우레아(urea)를 직접 분사할 수 있다.
우레아 직분사부(410)에서 분사된 우레아는 배기 가스와 혼합되며, 배기 가스가 갖는 열량에 의해 암모니아로 분해될 수 있다. 이렇게 생성된 암모니아는, 암모니아 분사부(430)에서 분사된 암모니아와 마찬가지로, 반응기(100)의 촉매를 거치면서 배기 가스에 함유된 질소산화물을 환원시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 암모니아 분사부(430)는 우레아 분사부(410) 보다 상대적으로 반응기(100)에 인접하게 위치한다. 즉, 우레아 분사부(410)가 상대적으로 반응기(100)로부터 멀리 떨어진 위치에서 배기 가스를 향해 우레아를 분사한다. 우레아 분사부(410)에서 분사된 우레아가 배기 가스와 혼합된 후 배기 가스의 열량에 의해 암모니아로 분해되기까지의 시간적 공간적 여유를 확보하기 위함이다.
믹서(mixer, 450)는 암모니아 분사부(430)와 반응기(100) 사이의 메인 배기 유로(210) 상에 설치된다. 믹서(450)는 배기 가스가 반응기(100)에 유입되기 전에 환원제인 암모니아와 배기 가스를 고르게 혼합시킨다.
우레아 공급부(500)는 우레아 분해 챔버(300)에 우레아를 공급하거나 우레아 직분사부(410)에 우레아를 공급한다.
구체적으로, 우레아 공급부(500)는 우레아를 저장하는 우레아 탱크(550)와, 우레아 탱크(550)에 저장된 우레아를 이송시키는 우레아 이송 장치(530), 그리고 우레아의 공급량 및 공급 방향을 제어하는 컨트롤 밸브(510)를 포함할 수 있다.
또한, 우레아 공급부(500)는 우레아 이송 장치(530)가 우레아를 우레아 분해 챔버(300)에 공급할 수 있도록 연결된 우레아 공급 유로(515)를 더 포함할 수 있다.
즉, 컨트롤 밸브(510)는 우레아 공급 유로(515) 상에 설치될 수 있으며, 우레아 직분사부(410)의 우레아 분사 유로(415)는 컨트롤 밸브(510)와 우레아 분사 노즐(411)을 연결할 수 있다.
또한, 컨트롤 밸브(510)는 우레아 직분사부(410)에 공급할 우레아와 우레아 분해 챔버(300)에 공급할 우레아를 비례 제어할 수 있다.
일례로, 컨트롤 밸브(510)는 비례 제어 밸브이거나 복수의 전자 밸브(Solenoid Valve)로 만들어질 수 있다.
배기 분기 유로(220)는 반응기(100) 전방의 메인 배기 유로(210)에서 분기되어 우레아 분해 챔버(300)와 연결된다.
블로워(610)는 배기 분기 유로(220) 상에 설치된다. 블로워(610)는 배기 분기 유로(220)를 흐르는 배기 가스의 유량을 조절한다. 즉, 블로워(610)는 배기 분기 유로(220)를 통해 우레아 분해 챔버(300)에 유입되는 배기 가스의 유량을 조절한다.
가열 장치(620)는 배기 분기 유로(220) 상에 설치되어 배기 분기 유로(220)를 흐르는 배기 가스의 온도를 조절한다. 즉, 가열 장치(620)는 배기 분기 유로(220)를 통해 우레아 분해 챔버(300)에 유입되는 배기 가스의 온도를 조절한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 가열 장치(620)는 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner) 중 하나일 수 있다. 즉, 가열 장치(620)는 연료를 연소시켜 발생된 열에너지로 배기 분기 유로(220)를 흐르는 유체의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 소기 분기 유로(230)는 과급기(950)가 엔진(900)에 공급하는 소기용 공기의 일부를 분기시켜 가열 장치(620)에 공급한다.
구체적으로, 소기 분기 유로(230)는 과급기(950)와 에어 쿨러(940) 사이에서 분기되어 에어 쿨러(940)에 의해 냉각되기 전의 소기용 공기를 분기시킨다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열 장치(620)는 과급기(950)가 공급하는 소기용 공기를 소기 분기 유로(230)를 통해 제공받아 연료의 연소에 사용할 수 있다.
배기 온도 센서(810)는 과급기(950)를 거친 배기 가스의 온도를 측정한다.
제어부(700)는 배기 온도 센서(810)가 제공하는 배기 가스의 온도 정보에 따라, 우레아 분해 챔버(300)에서 암모니아를 생성시키거나 우레아 직분사부(410)를 통해 우레아가 배기 가스에 직접 분사되도록 우레아 공급부(500)를 제어한다. 그리고 우레아 분해 챔버(300)에서 생성된 암모니아는 암모니아 분사부(430)를 통해 배기 가스로 분사된다.
일례로, 제어부(700)는 배기 온도 센서(810)가 측정한 배기 가스의 온도가 섭씨 250도 미만이면 우레아 분해 챔버(300)에서 암모니아를 생성시키고, 배기 온도 센서(810)가 측정한 배기 가스의 온도가 섭씨 250도 이상이면 우레아 직분사부(410)를 통해 우레아를 배기 가스에 직접 분사할 수 있다.
배기 가스에 직접 분사된 우레아는 배기 가스가 갖는 열에너지에 의해 암모니아로 분해되는데, 우레아가 섭씨 250도 미만의 온도를 갖는 배기 가스에 직접 분사되면, 우레아가 분해되면서 생성되는 뷰렛(biuret), 시아누르산(cyanuric acid), 멜라민(melamine), 및 아멜린(ammeline) 등과 같은 부산물이 생성되면서 우레아 분사 노즐(411)이 막히거나 메인 배기 유로(210)에 퇴적되어 배기 가스의 흐름을 방해할 수 있다.
따라서, 제어부(700)는 배기 온도 센서(810)가 측정한 배기 가스의 온도가 섭씨 250도 미만이면, 우레아를 우레아 분해 챔버(300)에서 분해하여 암모니아를 생성한 후, 이를 메인 배기 유로(210)에서 배기 가스에 직접 분사하여, 부산물의 생성에 의한 부작용을 방지한다.
소기 온도 센서(820) 및 유량 제어 밸브(850)는 소기 분기 유로(230)에 설치된다.
그리고 에어 공급 장치(880)는, 일례로 선박에서 사용되는 시스템 에어(system air)를 제어부(700)의 제어에 따라 선택적으로 가열 장치(620)에 공급할 수 있다.
제어부(700)는 소기 온도 센서(820)에 측정한 온도가 기준값 이상이면 유량 제어 밸브(850)를 열어 과급기(950)가 제공하는 소기용 공기를 가열 장치(620)에 공급할 수 있다.
그리고 제어부(700)는 소기 온도 센서(820)에 측정한 온도가 기준값 미만이면, 도 2에 도시한 바와 같이, 유량 제어 밸브(850)를 닫고 에어 공급 장치(880)를 가동하여 기준값 이상의 온도를 갖는 고온 공기를 가열 장치(620)에 공급할 수 있다.
여기서, 기준값이 되는 온도는 섭씨 60도 내지 섭씨 200도 범위 내에 속할 수 있다. 기준값이 섭씨 60도 보다 낮으면, 가열 장치(620)의 열효율이 저하되고 기준값이 섭씨 200도 보다 크면, 에어 공급 장치(880)의 가동율이 증가하여 동력 장치의 전체적인 에너지 이용 효율이 저하된다. 그런데 과급기(950)에서 공기가 압축되면서 승온되므로, 에어 공급 장치(880)는 초기 가동시 잠깐 사용되거나 한랭한 기후 환경에서만 사용될 수 있다.
이와 같이, 제어부(700)는 가열 장치(620)에 기준값 이상의 상대적으로 높은 온도의 공기가 공급되록 제어하여 가열 장치(620)의 열에너지의 이용 효율을 향상시킨다.
또한, 소기 분기 유로(230)를 통해 소기용 공기를 분기시키면, 과급기(950)가 엔진(900)에 공급하는 소기용 공기의 양이 줄게 된다. 이 경우, 엔진(900)에서 배출되는 배기 가스의 온도가 상승되고 배기 분기 유로(220)를 통해 우레아 분해 챔버(300)에 공급되는 배기 가스의 온도가 상승할 뿐만 아니라 과급기(950)를 거친 후 반응기(100)에 유입되는 배기 가스의 온도도 상승된다.
따라서, 우레아 분해 챔버(300)에서 효율적으로 우레아를 분해할 수 있을 뿐만 아니라 반응기(100) 내에 배치된 촉매의 피독율을 저하시키거나 피독된 촉매를 재생시킬 수도 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 우레아의 분해에 필요한 열에너지를 제공하는 가열 장치(620)에 효율적으로 압축 공기를 공급할 뿐만 아니라 가열 장치(620)에 공급되는 공기의 온도를 일정 온도 이상으로 유지할 수 있다.
또한, 가열 장치(620)에 산소를 공급하기 위해 소모되는 에너지를 최소화할 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: 반응기
101: 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
210: 메인 배기 유로 220: 배기 분기 유로
230: 소기 분기 유로 300: 우레아 분해 챔버
410: 우레아 직분사부 430: 암모니아 분사부
450: 믹서 500: 우레아 공급부
510: 컨트롤 밸브 530: 우레아 이송 장치
550: 우레아 탱크 610: 블로워
620: 가열 장치 700: 제어부
810: 배기 온도 센서 820: 소기 온도 센서
850: 유량 제어 밸브
900: 엔진 930: 소기 리시브
940: 에어 쿨러 950: 과급기
980: 배기 리시버

Claims (8)

  1. 질소산화물을 함유한 배기 가스를 배출하는 엔진;
    상기 엔진의 배기 가스가 갖는 압력으로 작동하여 상기 엔진에 소기용 공기를 공급하는 과급기(turbo charger);
    상기 엔진의 배기 가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기;
    상기 엔진과 상기 과급기 그리고 상기 반응기를 차례로 연결하여 상기 엔진의 배기 가스를 상기 과급기를 거쳐 상기 반응기에 공급하는 메인 배기 유로;
    우레아(Urea)를 분해하여 암모니아(NH3)를 생성하는 우레아 분해 챔버;
    상기 우레아 분해 챔버에서 생성된 암모니아를 상기 반응기에 공급될 배기 가스에 분사하는 암모니아 분사부;
    상기 과급기와 상기 반응기 사이의 상기 메인 배기 유로에서 분기되어 상기 우레아 분해 챔버와 연결된 배기 분기 유로;
    상기 배기 분기 유로 상에 설치되어 상기 분기 유로를 흐르는 배기 가스의 온도를 조절하는 가열 장치;
    상기 과급기가 상기 엔진에 공급하는 상기 소기용 공기의 일부를 분기시켜 상기 가열 장치에 공급하는 소기 분기 유로;
    상기 소기 분기 유로에 각각 설치된 유량 제어 밸브와 소기 온도 센서;
    상기 가열 장치에 고온 공기를 공급하는 에어 공급 장치; 및
    상기 소기 온도 센서에 측정한 온도가 기준값 이상이면 상기 유량 제어 밸브를 열어 상기 소기용 공기를 상기 가열 장치에 공급하고, 상기 소기 온도 센서에 측정한 온도가 기준값 미만이면 상기 유량 제어 밸브를 닫고 상기 에어 공급 장치를 가동하여 상기 기준값 이상의 온도를 갖는 고온 공기를 상기 가열 장치에 공급시키는 제어부
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 가열 장치는 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner) 중 하나인 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 배기 분기 유로 상에 설치되어 상기 배기 분기 유로를 흐르는 배기 가스의 유량을 조절하는 블로워를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 반응기에 유입될 배기 가스에 우레아를 직분사하는 우레아 직분사부와;
    상기 우레아 분해 챔버나 상기 우레아 직분사부에 우레아를 공급하는 우레아 공급부; 그리고
    상기 과급기를 거친 배기 가스의 온도를 측정하는 배기 온도 센서
    를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 배기 온도 센서로부터 전달받은 배기 가스의 온도 정보에 따라 상기 우레아 분해 챔버에서 암모니아를 생성시키거나 상기 우레아 직분사부를 통해 우레아가 배기 가스에 직접 분사되도록 상기 우레아 공급부를 제어하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제어부는 상기 배기 온도 센서가 측정한 배기 가스의 온도가 섭씨 250도 미만이면 상기 우레아 분해 챔버에서 암모니아를 생성시키고, 상기 배기 온도 센서가 측정한 배기 가스의 온도가 섭씨 250도 이상이면 상기 우레아 직분사부를 통해 우레아를 배기 가스에 직접 분사하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 우레아 공급부는,
    우레아를 저장하는 우레아 탱크와;
    상기 우레아 탱크에 저장된 우레아를 이송시키는 우레아 이송 장치; 그리고
    우레아의 공급량 및 공급 방향을 제어하는 컨트롤 밸브
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 소기 분기 유로에 각각 설치된 유량 제어 밸브와 소기 온도 센서와;
    상기 가열 장치에 고온 공기를 공급하는 에어 공급 장치
    를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 소기 온도 센서에 측정한 온도가 기준값 이상이면 상기 유량 제어 밸브를 열어 상기 소기용 공기를 상기 가열 장치에 공급하고,
    상기 제어부는 상기 소기 온도 센서에 측정한 온도가 기준값 미만이면 상기 유량 제어 밸브를 닫고 상기 에어 공급 장치를 가동하여 상기 기준값 이상의 온도를 갖는 고온 공기를 상기 가열 장치에 공급하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 기준값은 섭씨 60도 내지 섭씨 200도 범위 내인 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
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