KR101512160B1

KR101512160B1 - 플라즈마 에스씨알 시스템

Info

Publication number: KR101512160B1
Application number: KR20130031024A
Authority: KR
Inventors: 이대훈; 김홍석; 송영훈; 김관태; 이재옥; 허민; 강우석
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2015-04-15
Also published as: KR20140104876A

Abstract

본 발명의 목적은 공급되는 요소(urea)수로부터 암모니아를 생성하여 에스씨알 촉매에 공급하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 플라즈마 SCR 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에스씨알 시스템은, 방전 간극 주위에 연료를 공급하여 플라즈마로 화염을 형성하는 플라즈마 버너, 상기 플라즈마 버너의 일측으로 배기가스를 공급하는 제1 배기가스 라인, 상기 플라즈마 버너를 경유하는 상기 배기가스에 상기 플라즈마 버너에서 토출되는 화염을 작용시켜 가열된 배기가스를 배출하는 제2 배기가스 라인, 상기 제2 배기가스 라인에 설치되어 요소수를 공급하여, 상기 배기가스에 의하여 상기 요소수로부터 암모니아를 생성시켜 촉매 환원제로 공급하는 요소수 공급부, 및 상기 요소수 공급부의 일측에서 상기 제2 배기가스 라인에 구비되어 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 촉매를 포함한다.

Description

플라즈마 에스씨알 시스템 {PLASMA SCR SYSTEM FOR EXHAUST GAS}

본 발명은 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 플라즈마 에스씨알 시스템에 관한 것이다.

디젤 엔진의 배기계는 배기가스 중에 포함된 미연소 탄화수소(HC; Hydrocarbon)와 같은 고형의 미립자를 포집하도록 필터를 포함하는 DPF(Diesel Particulate Filter trap), 및 배기가스 중에 포함된 질소산화물(이하 "NOx" 한다)을 제거하는 촉매 장치를 포함한다.

촉매 장치, 예를 들면, 선택적 촉매 환원장치(SCR; Selective Catalytic Reduction, 이하 "SCR"이라 한다)는 산소가 존재하는 분위기에서도 연속적으로 NOx를 환원시킬 수 있다. SCR은 사용하는 환원제의 종류에 따라 암모니아 SCR 및 탄화수소 SCR 등을 포함한다. 암모니아 SCR은 엔진의 SCR 시스템에서 SCR 촉매의 환원제로 작용하는 암모니아를 공급한다.

본 발명의 목적은 공급되는 요소(urea)수로부터 암모니아를 생성하여 에스씨알 촉매에 공급하여 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 플라즈마 에스씨알 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에스씨알 시스템은, 방전 간극 주위에 연료를 공급하여 플라즈마로 화염을 형성하는 플라즈마 버너, 상기 플라즈마 버너의 일측으로 배기가스를 공급하는 제1 배기가스 라인, 상기 플라즈마 버너를 경유하는 상기 배기가스에 상기 플라즈마 버너에서 토출되는 화염을 작용시켜 가열된 배기가스를 배출하는 제2 배기가스 라인, 상기 제2 배기가스 라인에 설치되어 요소수를 공급하여, 상기 배기가스에 의하여 상기 요소수로부터 암모니아를 생성시켜 촉매 환원제로 공급하는 요소수 공급부, 및 상기 요소수 공급부의 일측에서 상기 제2 배기가스 라인에 구비되어 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 촉매를 포함한다.

상기 플라즈마 버너는, 방전 간극 주위에 연료를 공급하여 방전 공기와 혼합하여 착화 화염을 형성하고, 상기 착화 화염에 연료를 더 공급하여 미립화 및 증발하며, 공기를 더 공급하여 화염을 형성할 수 있다.

상기 플라즈마 버너는, 상기 방전 공기를 공급하는 제1 하우징, 상기 제1 하우징에 내장되어 상기 제1 하우징과의 사이에 방전 간극을 설정하는 전극, 및 상기 제1 하우징에 설치되어 상기 방전 간극에 연료를 공급하고 상기 방전 공기와 혼합하여 상기 착화 화염을 형성하는 제1 연료 노즐을 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 버너는, 상기 방전 공기를 공급하는 제1 하우징, 상기 제1 하우징에 내장되어 상기 제1 하우징과의 사이에 방전 간극을 설정하는 전극, 상기 제1 하우징에 설치되어 상기 방전 간극에 연료를 공급하고 상기 방전 공기와 혼합하여 상기 착화 화염을 형성하는 제1 연료 노즐, 상기 제1 하우징에 확장 연결되는 제2 하우징, 및 상기 제2 하우징에 설치되어 상기 착화 화염에 연료를 공급하는 제2 연료 노즐을 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 버너는, 상기 방전 공기를 공급하는 제1 하우징, 상기 제1 하우징에 내장되어 상기 제1 하우징과의 사이에 방전 간극을 설정하는 전극, 상기 제1 하우징에 설치되어 상기 방전 간극에 연료를 공급하고 상기 방전 공기와 혼합하여 상기 착화 화염을 형성하는 제1 연료 노즐, 상기 제1 하우징에 확장 연결되는 제2 하우징, 상기 제2 하우징에 설치되어 상기 착화 화염에 연료를 공급하는 제2 연료 노즐, 및 상기 제2 연료 노즐의 전방에서 상기 제2 하우징 보다 확장된 공간을 형성하고 상기 제1 배기가스 라인에 연결되는 제3 하우징을 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 버너는, 상기 방전 공기를 공급하는 제1 하우징, 상기 제1 하우징에 내장되어 상기 제1 하우징과의 사이에 방전 간극을 설정하는 전극, 상기 제1 하우징에 설치되어 상기 방전 간극에 연료를 공급하고 상기 방전 공기와 혼합하여 상기 착화 화염을 형성하는 제1 연료 노즐, 상기 제1 하우징에 확장 연결되는 제2 하우징, 상기 제2 하우징에 설치되어 상기 착화 화염에 연료를 공급하는 제2 연료 노즐, 상기 제2 연료 노즐의 전방에서 상기 제2 하우징 보다 확장된 공간을 형성하고 상기 제1 배기가스 라인에 연결되는 제3 하우징, 및 상기 제2 연료 노즐의 전방에 설치되어 상기 공기를 공급하는 공기 노즐을 포함할 수 있다.

상기 공기 노즐은, 적어도 상기 제2 하우징의 직경 방향 일측에서 상기 확장부의 내면에 원주 방향으로 공기를 분사하도록 설치될 수 있다.

상기 공기 노즐은, 상기 제2 하우징의 직경 방향에 대하여 설정된 각도로 경사지게 설치될 수 있다.

상기 제3 하우징은 상기 제2 배기가스 라인에 더 연결되어, 상기 제2 하우징에서 배출되는 화염으로 상기 배기가스를 가열시킬 수 있다.

상기 제3 하우징은, 복수의 통기공들을 구비한 관체를 내장하며, 상기 관체는, 상기 제3 하우징의 길이 방향에서 양단을 개방하고 직경 방향에서 상기 통기공으로 연결될 수 있다.

상기 요소수 공급부는, 요소수 분사 노즐일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 에스씨알 시스템은, 배기가스를 배출하는 배기가스 라인, 상기 배기가스 라인에 설치되어, 방전 공기와 연료를 혼합하여 착화 화염을 형성하고, 상기 착화 화염에 연료를 더 공급하여 미립화 및 증발하며, 공기를 더 공급하여 화염을 형성하여, 상기 배기가스를 가열시키는 플라즈마 버너, 상기 플라즈마의 일측에서 상기 배기가스 라인에 설치되어 요소수를 분사하는 요소수 노즐, 및 상기 요소수 노즐의 일측에서 상기 배기가스 라인에 설치되는 촉매를 포함한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 플라즈마 버너에서 대유량의 연료를 처리하여 대용량의 화염으로 배기가스를 가열함으로써, 배기가스에 요소수를 분사하여 이 요소수를 분해하여 발생되는 암모니아로 촉매를 환원시킬 때, 요소수 분해에 필요한 배기가스의 온도를 충분한 상승시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 SCR 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 버너의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 SCR 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 플라즈마 SCR 시스템은, 방전 간극 주위에 연료를 공급하여 플라즈마로 안정적인 화염을 발생시키는 플라즈마 버너(100), 배기가스를 유통시키는 제1 배기가스 라인(81)과 제2 배기가스 라인(82), 제2 배기가스 라인(82)에 요소수를 분사하는 요소수 공급부(91) 및 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 촉매(92)를 포함한다.

플라즈마 버너(100)는 배기가스 라인 상에 설치되어, 즉 제1 배기가스 라인(81)과 제2 배기가스 라인(82) 사이에 설치되어 제1, 제2 배기가스 라인(81, 82)을 연결하여 배기가스를 유통시키면서, 공급되는 방전 가스, 연료, 연료 및 공기로 화염을 생성하여 배기가스를 가열시킨다.

도 2는 도 1의 플라즈마 버너의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 플라즈마 버너(100)는 제1 하우징(10), 제2 하우징(20), 전극(50), 및 제1 연료 노즐(61)을 포함한다. 또한, 플라즈마 버너(100)는 제1 연료 노즐(61)의 전방에, 제2 연료 노즐(62), 제3 하우징(30) 및 공기 노즐(70)을 순차적으로 더 포함할 수 있다.

예를 들면, 제1 하우징(10)은 원통부(11)와 원통부(11)의 일측 단부에서 점진적으로 확대되는 확장부(12)를 포함한다. 원통부(11)에 방전 공기를 공급하는 공기 공급 포트(13)를 구비한다. 이 확장부(12)에는 연료를 공급하는 제1 연료 노즐(61)이 설치된다.

제2 하우징(20)은 제1 하우징(10)의 확장부(12)에 연결되며, 이때, 확장부(12)에 대응하여 확장 형성된다. 이 제2 하우징(20)에는 연료를 공급하는 제2 연료 노즐(62)이 설치된다.

제1, 제2 하우징(10, 20)은 외측에 구비되는 플랜지(14, 24)를 서로 마주하여, 플랜지(14, 24)를 볼트(15), 너트(25)로 체결함으로써, 서로 연결된다. 이때, 제1 하우징(10)의 내면과 제2 하우징(20)의 내면은 전극(50)에서 멀어지면서 점진적으로 확장되는 구조를 가지고 경사면으로 연결된다.

전극(50)은 제1 하우징(10)에 내장되어 제1 하우징(10)과의 사이에 방전 간극(G)을 설정한다. 이를 위하여, 전극(50)은 장착부(40)에 장착된다.

장착부(40)는 제1 하우징(10)의 원통부(11)의 단부에 결합되어 원통부(11)의 단부를 밀폐하며, 원통부(11)의 내부와 외부에 걸쳐서 설치된다. 장착부(40)는 외주면에 결합홈(41)을 형성하고, 제1 하우징(10)은 결합홈(41)에 결합되는 돌출부(101)를 구비한다.

따라서 장착부(40)와 원통부(11)의 일측은 결합홈(41)과 돌출부(101)에 의하여 밀폐되고, 장착부(40)와 원통부(11) 사이는 통로(P)를 형성한다. 통로(P)는 기체 공급 포트(13)에 연결되어 방전 공기를 제1 하우징(10)과 전극(50) 사이로 공급한다. 통로(P)는 방전 공기의 유량을 설정한다.

전극(50)은 절연재(51)를 개재하여 장착부(40)의 내측 단부에 설치된다. 이때, 장착부(40)와 절연재(51)는 기밀 구조를 형성하여 장착부(40)와 절연재(51) 사이로 방전 공기의 누출을 방지한다. 또한 전극(50)과 제1 하우징(10) 사이에 방전 간극(G)을 설정한다. 방전 간극(G)은 원통부(11)와 확장부(12)의 경계에 형성된다.

장착부(40)의 내측에 구비되는 전선(52)을 통하여 방전을 위한 고전압(HV)이 전극(50)에 인가된다. 전극(50)에 대응하는 제1 하우징(10)은 접지된다. 따라서 제1 하우징(10)의 내면과 전극(50)의 외면 사이에 방전을 위한 고전압이 설정된다.

예를 들면, 전극(50)은 타원체로 형성되며, 타원체는 제1 하우징(10)의 내측에서 원통부(11)와 확장부(12)의 경계에 대응한다. 따라서 전극(50)과 원통부(11) 사이 간격은 방전 간극(G)에 근접할수록 점진적으로 작아지고, 전극(50)과 확장부(12) 사이 간격은 방전 간극(G)에서 멀어질수록 점진적으로 커진다.

공기 노즐(70)은 제1, 제2 연료 노즐(61, 62)의 전방에 설치되어, 공기를 공급한다. 따라서 공기 노즐(70)은 도시된 바와 같이, 제2 하우징(20)에 설치되며, 도시하지 않았지만 제3 하우징(30)에 설치될 수도 있다. 공기 노즐(70)은 공기의 유량을 추가로 설정한다.

제1 연료 노즐(61)은 방전 간극(G)에 연료를 공급하여 방전 공기와 혼합되어 착화 화염을 형성한다. 제2 연료 노즐(62)은 착화된 화염에 연료를 공급하여 미립화 증발시킨다. 제2 연료 노즐(62)은 제1 연료 노즐(61)에 의하여 설정되는 연료량을 추가로 설정한다.

제3 하우징(30)은 제2 하우징(20)의 단부에서 제2 하우징(20)보다 확장된 공간을 형성하여 연결된다. 또한 도시하지 않았지만 제3 하우징과 제2 하우징의 연결은 제1 하우징과 제2 하우징에서와 같이 플랜지로 연결될 수 있다.

공기 노즐(70)은 제2 연료 노즐(62)의 전방에서 공기를 추가 공급하여, 미립화 증발된 연료와 공기를 반응시켜 더 형성되는 화염을 제3 하우징(30)의 공간으로 분출할 수 있게 한다. 따라서 처리 가능한 연료의 유량이 증대될 수 있다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제1 연료 노즐(61)은 제1 하우징(10)에 설치되어 방전 간극(G) 및 그 주위에 연료를 공급한다.

예를 들면, 제1 연료 노즐(61)은 1쌍으로 형성되어 확장부(12)의 직경 방향 양측에서 확장부(12)의 내면에 원주 방향으로 연료를 분사하도록 설치된다. 즉 제1 연료 노즐(61)은 확장부(12) 내면의 접선 방향 또는 접선에 교차하는 설정각(θ11) 방향으로 연료를 분사한다.

따라서 제1 연료 노즐(61)에서 분사된 연료는 방전 간극(G) 및 이의 전방에 분사되어 공급되는 방전 공기와 혼합되면서 제1 하우징(10)과 전극(50) 사이에 인가되는 고전압에 의하여 플라즈마를 발생시키면서 착화 화염을 형성한다. 이때 제1 연료 노즐(61)은 확장부(12) 내에서 원주 방향으로 스월을 발생시키므로 연료와 방전 공기의 균일한 혼합을 가능하게 한다.

또한, 제1 연료 노즐(61)은 확장부(12)의 직경 방향에 대하여 설정된 제1 각도(θ1)로 경사지게 설치될 수 있다(도 3 참조). 따라서 제1 연료 노즐(61)에서 분사되는 연료는 확장부(12) 내에서 원주 방향으로 스월을 발생시키면서 동시에 확장부(12)의 길이 방향으로 분사력을 발생시킨다. 따라서 제1 하우징(10)에서 토출되는 착화 화염은 제2 하우징(20)을 향하여 고속으로 토출될 수 있다.

다시 도 3 및 도 5를 참조하면, 제2 연료 노즐(62)은 제2 하우징(20)의 직경 방향 양측에서 제2 하우징(20)의 내면에 원주 방향으로 연료를 분사하도록 설치된다. 즉 제2 연료 노즐(62)은 제2 하우징(20) 내면의 접선 방향 또는 접선에 교차하는 설정각(θ12) 방향으로 연료를 분사한다(도 5 참조).

따라서 제2 연료 노즐(62)은 착화 화염이 진행되는 전방에 설치되어 착화 화염에 연료를 공급하여, 추가로 공급되는 연료를 미립화 및 증발시킬 수 있게 한다. 이때 제2 연료 노즐(62)은 제2 하우징(20) 내에서 원주 방향으로 스월을 발생시키므로 연료와 착화 화염의 균일한 혼합을 가능하게 한다.

또한 제2 연료 노즐(62)은 제2 하우징(20)의 직경 방향에 대하여 설정된 제2 각도(θ2)로 경사지게 설치된다(도 3 참조). 따라서 제2 연료 노즐(62)에서 분사되는 연료는 제2 하우징(20) 내에서 원주 방향으로 스월을 발생시키면서 동시에 제2 하우징(20)의 길이 방향으로 분사력을 발생시킨다. 따라서 제2 하우징(20)에서 토출되는 착화 화염과 미립화 및 증발되는 연료는 제3 하우징(30)을 향하여 고속으로 토출될 수 있다.

도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다. 도 5를 참조하면, 공기 노즐(70)은 제2 연료 노즐(62)의 전방에 설치되어 플라즈마 방전으로 발생된 착화 화염에 의하여 미립화 및 증발되어 제2 하우징(20)으로부터 토출되는 연료에 공기를 공급한다.

예를 들면, 공기 노즐(70)은 1쌍으로 형성되어 제2 하우징(20)의 직경 방향 양측에서 제2 하우징(20)의 내면에 원주 방향으로 공기를 분사하도록 설치된다. 즉 공기 노즐(70)은 제2 하우징(20) 내면의 접선 방향 또는 접선에 교차하는 설정각(θ13) 방향으로 연료를 분사한다.

따라서 공기 노즐(70)에서 분사된 공기는 제2 하우징(20) 내에서 착화 화염과 미립화 및 증발된 연료의 외곽으로 분사되고, 제3 하우징(30)에서 착화 화염, 미립화 및 증발된 연료와 혼합되어 더 연소 작용하여 화염을 형성하고 유지시킨다. 이때 공기 노즐(70)은 제2 하우징(20) 내에서 원주 방향으로 스월을 발생시키므로 착화 화염, 미립화 및 증발된 연료와 공기의 균일한 혼합을 가능하게 한다.

또한, 공기 노즐(70)은 제2 하우징(20)의 직경 방향에 대하여 설정된 제3 각도(θ3)로 경사지게 설치된다(도 3 참조). 따라서 공기 노즐(70)에서 분사되는 공기는 제2 하우징(20) 내에서 원주 방향으로 스월을 발생시키면서 동시에 제2 하우징(20)의 길이 방향으로 분사력을 발생시킨다. 따라서 제2 하우징(20)에서 토출되는 착화 화염과 미립화 및 증발된 연료는 제3 하우징(30)의 확대된 공간에 고속으로 토출될 수 있다.

이와 같은 플라즈마 버너(100)는 제1 연료 노즐(61)에 더하여, 제2 연료 노즐(62)과 공기 노즐(70)을 구비하므로 연료의 처리량을 증대시킬 수 있다. 편의상, 제일 실시예는 연료 노즐로 2개의 제1, 제2 연료 노즐(62)을 예시하고 있으나, 더 많은 개수의 연료 노즐을 구비할 수 있다.

다시 도 1 및 도 3을 참조하면, 일 실시예의 플라즈마 SCR 시스템은 플라즈마 버너(100)의 제3 하우징(30)에 제1 배기가스 라인(81)과 제2 배기가스 라인(82)을 연결한다. 즉 플라즈마 버너(100)는 배기가스 라인 상에 설치되어, 배기가스를 가열할 수 있다.

제3 하우징(30)은 일측으로 제1 배기가스 라인(81)에 연결되어 배기가스를 공급받고, 다른 일측으로 제2 배기가스 라인(82)에 연결된다. 따라서 제2 하우징(20)에서 배출되는 화염에 포함된 미연소 연료는 배기가스에 포함된 공기로 더 연소되어 배기가스를 가열하고, 가열된 배기가스는 제2 배기가스 라인(82)으로 배출될 수 있다.

제1 배기가스 라인(81)은 제3 하우징(30)에 복수의 유입구(811)로 연결되어, 제3 하우징(30)으로 내부로 배기가스의 과도한 유입을 방지한다. 또한 제3 하우징(30)은 내부 공간에 복수의 통기공들(31)을 구비한 관체(32)를 내장한다. 관체(32)는 제3 하우징(30)의 길이 방향에서 양단을 개방하여 제2 하우징(20) 내부에서 화염 및 배기가스의 흐름을 가능하게 하고, 직경 방향에서 내부와 외부를 통기공(31)으로 연결한다.

따라서 제1 배기가스 라인(81)으로 공급되는 엔진의 배기가스는 유입구(811)를 통하여 제3 하우징(30)으로 유입되고, 관체(32)의 통기공들(31)을 통하여 관체(32)의 내부로 유입된다. 이때 배기가스의 유입량이 제어되어 화염에 포함된 미연소 연료가 안정적으로 연소될 수 있다.

즉 관체(32)의 통기공들(31)은 배기가스의 유입 경로를 다변화하여 배기가스의 유속을 낮추어, 대용량 적용 조건에 따라 배기가스가 과도하게 유입되는 것을 방지하여 관체(32) 내에서 화염을 안정화시킬 수 있다. 공기 노즐(70)에 더하여, 관체(32) 및 통기공들(31)은 화염의 추가적인 안정을 구현한다.

이와 같이 플라즈마 버너(100)의 제3 하우징(30)을 경유한 배기가스는 가열된 상태로 제2 배기가스 라인(82)으로 흐르게 된다. 즉 제2 배기가스 라인(82)을 통과하는 배기가스는 요소수를 분해하여 암모니아를 생성할 온도를 유지하게 된다.

요소수 공급부(91)는 제2 배기가스 라인(82)에 설치되어 요소수를 배기가스 내부로 분사하므로 가열된 배기가스의 온도에 의하여 요소수는 암모니아로 변환되어 촉매(92)로 공급된다. 따라서 암모니아는 촉매에 흡착된 질소산화물을 환원시켜, 제2 배기가스 라인(82)에서 최종적으로 배출되는 배기가스에서 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있다. 예를 들면, 요소수 공급부(91)는 요소수 노즐로 형성될 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.

10: 제1 하우징 11: 원통부
12: 확장부 13: 공기 공급 포트
14, 24: 플랜지 15: 볼트
20: 제2 하우징 25: 너트
30: 제3 하우징 31: 통기공
32: 관체 40: 장착부
41: 결합홈 50: 전극
51: 절연재 52: 전선
61, 62: 제1, 제2 연료 노즐 70: 공기 노즐
81, 82: 제1, 제2배기가스 라인 811: 유입구
91: 요소수 공급부 92: 촉매
100: 플라즈마 버너 101: 돌출부
G: 방전 간극 P: 통로
θ1, θ2, θ3: 제1, 제2, 제3 각도 θ11, θ12, θ13: 설정각

Claims

방전 간극 주위에 연료를 공급하여 플라즈마로 화염을 형성하는 플라즈마 버너;
상기 플라즈마 버너의 일측으로 배기가스를 공급하는 제1 배기가스 라인;
상기 플라즈마 버너를 경유하는 상기 배기가스에 상기 플라즈마 버너에서 토출되는 화염을 작용시켜 가열된 배기가스를 배출하는 제2 배기가스 라인;
상기 제2 배기가스 라인에 설치되어 요소수를 공급하여, 상기 배기가스에 의하여 상기 요소수로부터 암모니아를 생성시켜 촉매 환원제로 공급하는 요소수 공급부; 및
상기 요소수 공급부의 일측에서 상기 제2 배기가스 라인에 구비되어 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 촉매를 포함하며,
상기 플라즈마 버너는,
방전 간극 주위에 연료를 공급하여 방전 공기와 혼합하여 착화 화염을 형성하도록,
상기 방전 공기를 공급하는 제1 하우징,
상기 제1 하우징에 내장되어 상기 제1 하우징과의 사이에 방전 간극을 설정하는 전극, 및
상기 제1 하우징에 설치되어 상기 방전 간극 이후에 연료를 공급하고 상기 방전 공기와 혼합하여 상기 착화 화염을 형성하는 제1 연료 노즐을 포함하며,
상기 전극은,
타원체로 형성되어 상기 제1 하우징의 내측에서 원통부와 확장부의 경계에 대응하고,
상기 방전 간극은,
상기 원통부와 상기 확장부의 경계에 형성되며,
상기 전극과 상기 원통부 사이 간격은 상기 방전 간극에 근접할수록 점진적으로 작아지고,
상기 전극과 상기 확장부 사이 간격은 상기 방전 간극에서 멀어질수록 점진적으로 커지는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 버너는,
상기 착화 화염에 연료를 더 공급하여 미립화 및 증발하며, 공기를 더 공급하여 화염을 형성하는 플라즈마 에스씨알 시스템.
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제2항에 있어서,
상기 플라즈마 버너는,
상기 제1 하우징에 확장 연결되는 제2 하우징, 및
상기 제2 하우징에 설치되어 상기 착화 화염에 연료를 공급하는 제2 연료 노즐
을 포함하는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제2항에 있어서,
상기 플라즈마 버너는,
상기 제1 하우징에 확장 연결되는 제2 하우징,
상기 제2 하우징에 설치되어 상기 착화 화염에 연료를 공급하는 제2 연료 노즐, 및
상기 제2 연료 노즐의 전방에서 상기 제2 하우징 보다 확장된 공간을 형성하고 상기 제1 배기가스 라인에 연결되는 제3 하우징;
을 포함하는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제2항에 있어서,
상기 플라즈마 버너는,
상기 제1 하우징에 확장 연결되는 제2 하우징,
상기 제2 하우징에 설치되어 상기 착화 화염에 연료를 공급하는 제2 연료 노즐,
상기 제2 연료 노즐의 전방에서 상기 제2 하우징 보다 확장된 공간을 형성하고 상기 제1 배기가스 라인에 연결되는 제3 하우징, 및
상기 제2 연료 노즐의 전방에 설치되어 상기 공기를 공급하는 공기 노즐
을 포함하는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제6항에 있어서,
상기 공기 노즐은
적어도 상기 제2 하우징의 직경 방향 일측에서 상기 제2 하우징의 내면에 원주 방향으로 공기를 분사하도록 설치되는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제7항에 있어서,
상기 공기 노즐은,
상기 제2 하우징의 직경 방향에 대하여 설정된 각도로 경사지게 설치되는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제3 하우징은 상기 제2 배기가스 라인에 더 연결되어,
상기 제2 하우징에서 배출되는 화염으로 상기 배기가스를 가열시키는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제3 하우징은,
복수의 통기공들을 구비한 관체를 내장하며,
상기 관체는,
상기 제3 하우징의 길이 방향에서 양단을 개방하고 직경 방향에서 상기 통기공으로 연결되는 플라즈마 에스씨알 시스템.
제1항에 있어서
상기 요소수 공급부는,
요소수 분사 노즐인 플라즈마 에스씨알 시스템.
배기가스를 배출하는 배기가스 라인;
상기 배기가스 라인에 설치되어, 방전 공기와 연료를 혼합하여 착화 화염을 형성하고, 상기 착화 화염에 연료를 더 공급하여 미립화 및 증발하며, 공기를 더 공급하여 화염을 형성하여, 상기 배기가스를 가열시키는 플라즈마 버너;
상기 플라즈마의 일측에서 상기 배기가스 라인에 설치되어 요소수를 분사하는 요소수 공급부; 및
상기 요소수 공급부의 일측에서 상기 배기가스 라인에 설치되는 촉매;를 포함하며,
상기 플라즈마 버너는,
방전 간극 주위에 연료를 공급하여 방전 공기와 혼합하여 착화 화염을 형성하도록,
상기 방전 공기를 공급하는 제1 하우징,
상기 제1 하우징에 내장되어 상기 제1 하우징과의 사이에 방전 간극을 설정하는 전극, 및
상기 제1 하우징에 설치되어 상기 방전 간극 이후에 연료를 공급하고 상기 방전 공기와 혼합하여 상기 착화 화염을 형성하는 제1 연료 노즐을 포함하며,
상기 전극은,
타원체로 형성되어 상기 제1 하우징의 내측에서 원통부와 확장부의 경계에 대응하고,
상기 방전 간극은,
상기 원통부와 상기 확장부의 경계에 형성되며,
상기 전극과 상기 원통부 사이 간격은 상기 방전 간극에 근접할수록 점진적으로 작아지고,
상기 전극과 상기 확장부 사이 간격은 상기 방전 간극에서 멀어질수록 점진적으로 커지는 플라즈마 에스씨알 시스템.