KR101526373B1 - 배기가스 정화 시스템 - Google Patents

배기가스 정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템은, 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 배기가스의 다른 일부는 그대로 통과시키는 보조촉매여과필터(pre DPF), 및 상기 보조촉매여과필터의 후단으로 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 설정된 주기로 제거하는 메인촉매여과필터(DPF)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 메인촉매여과필터의 전단부의 온도는 상승시키되 상기 메인촉매여과필터의 후단부의 온도는 저하시켜, 상기 메인촉매여과필터의 후단부에 배치된 산화촉매의 열화를 방지하고, 상기 메인촉매여과필터의 재생효율을 향상시킨다.
DPF, 보조촉매여과필터, 메인촉매여과필터, 재생, 산화촉매, 채널

Description

배기가스 정화 시스템{EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM}
본 발명은 배기가스 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스를 정화하는 배기가스 정화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 배기시스템은 배기 가스를 차량의 후방으로 배출하는 기능과 배기음을 저감시키는 기능을 한다.
최근들어 배기가스를 정화하기 위해서 촉매장치가 사용되고 있으며, 이들은 유해한 배기가스를 무해한 질소, 이산화탄소, 또는 물로 변환한다.
즉, 촉매장치는 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 저감시키며, 입자상 물질을 포집하거나 태운다.
일반적으로 디젤에서 배출되는 입자상물질을 물리적으로 포집하여 연소시키는 촉매장치를 디젤매연여과장치(DPF, Diesel Particulate Filter) 라 일컬으며, 이러한 디젤매연여과장치는 배기 가스 흐름 방향으로 여러 개의 채널들이 형성된다.
아울러, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 패쇄되고 출구가 개방되며, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 개방되고, 출구가 폐쇄되되, 입구 또는 출구 의 폐쇄된 부분이 교대로 배치되는 구조를 갖는다.
상기 채널들의 입구와 출구는 교대로 플러그로 막힌 구조를 갖고 있으며, 상기 채널을 형성하는 표면에 촉매층이 형성된 구조를 갖고 있다. 일반적으로, 촉매장치에는 그 내부로 배기가스가 투과되는 다공성의 필터가 사용되고 있으며, 이는 SiC 또는 AT재질로 형성된다.
한편, 촉매여과필터(DPF) 후단부로 산화촉매(DOC)가 배치되는 경우, 상기 여과촉매의 산화열에 의해서 상기 산화촉매가 열화되는 문제점이 있다. 따라서, 산화촉매의 기능저하로 이산화질소의 발생이 저감되고 탄화수소가 슬립되고, 선택적환원촉매의 기능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 촉매여과필터(DPF) 후단부에 장착된 산화촉매(DOC)의 열화를 방지하는 배기가스 정화 시스템을 제공하는 것이다. 아울러, 촉매여과필터의 재생효율을 향상시키는 배기가스 정화 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템은, 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 배기가스의 다른 일부는 그대로 통과시키는 보조촉매여과필터(pre DPF), 및 상기 보조촉매여과필터의 후단으로 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 설정된 주기로 제거하는 메인촉매여과필터(DPF)를 포함할 수 있다.
상기 메인촉매여과필터의 후단으로 산화촉매(DOC)가 배치될 수 있다.
상기 산화촉매의 후단으로 선택적환원촉매(SCR)가 배치되고, 상기 산화촉매와 상기 선택적환원촉매 사이에 환원제공급장치(dosing module)가 배치될 수 있다.
배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고 다른 일부는 그대로 통과시키는 보조촉매여과필터(pre DPF), 및 상기 보조촉매여과필터의 후단으로 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 설정된 주기로 제거하는 메인촉매여과필터(DPF)를 포함하고, 상기 보조촉매여과필터는, 배기가스가 흐르도록 전면에서 후면으로 여러 개의 채널들이 형성된 담체를 포함하고, 상기 채널들은, 그 입구가 개방되고 그 출구가 폐쇄된 제1채널; 그 입구가 폐쇄되고 그 출구가 개방된 제2채널; 및 그 입구와 그 출구가 모두 개방된 제3채널을 포함할 수 있다.
엔진에서 후분사를 실시하여, 상기 보조촉매여과필터의 전단부의 온도를 설정된 온도로 상승시켜 상기 보조촉매여과필터에 포집된 입자상 물질을 제거하고, 상기 메인촉매여과필터의 전단부 온도를 설정된 온도로 상승시켜 상기 메인촉매여과필터에 포집된 입자상 물질을 설정된 주기로 산화시켜 제거하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
배기가스가 통과하는 배기라인, 및 상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 배기가스의 다른 일부는 그대로 그 내부를 통과시키는 촉매여과필터(DPF)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 정화 시스템에 의하면, 메인촉매여과필터 전단부에 보조촉매여과필터를 배치하여, 상기 메인촉매여과필터의 전단부의 온도는 상승시키되 상기 메인촉매여과필터의 후단부의 온도는 저하시켜, 상기 메인촉매여과필터의 후단부에 배치된 산화촉매의 열화를 방지하고, 상기 메인촉매여과필터의 재생효율을 향상시킨다.
아울러, 상기 산화촉매의 열화가 방지되어 상기 산화촉매 후단에 설치되는 상기 선택적환원촉매의 정화효율이 향상되고, 상기 보조촉매여과필터를 이용하여 촉매의 재생이 용이하게 제어된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른, 배기가스 정화 시스템은, 엔진(100), 배기라인(110), 보조촉매여과필터(120), 메인촉매여과필터(130), 산화촉매(140), 환원제공급장치(150), 및 선택적환원촉매(160)를 포함하여 구성된다.
상기 배기라인(110)은 상기 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 외부로 배출시키고, 상기 배기라인(110)에는 상기 보조촉매여과필터(120), 메인촉매여과필터(130), 상기 산화촉매(140), 및 상기 환원제공급장치(150), 및 상기 선택적환원 촉매(160)가 순차적으로 배치된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 보조촉매여과필터(120)는 pre-DPF 로 지칭될 수 있고, 상기 메인촉매여과필터(130)는 DPF로 지칭될 수 있다.
상기 보조촉매여과필터(120)에는 귀금속이 균일하게 코팅되어 가용성유기성분(SOF)의 일부를 제거하고, 입자상물질의 일부를 포집한다.
상기 메인촉매여과필터(130)는 귀금속이 존코팅되어, 상기 보조촉매여과필터(120)를 통과한 배기가스에 포함된 입자상물질의 나머지 일부를 포집하고, 잔여 SOF를 모두 제거한다. 아울러, 설정된 조건에서 포집된 입장상 물질을 산화시켜 재생된다.
1단계로, 엔진에서 1차로 후분사가 실행되면, 상기 보조촉매여과필터(120)의 전단부 온도가 300도 정도로 상승하고, 2단계로, 엔진에서 2차로 후분사가 실행되면, 배기가스 내에 HC 가 증가하여 상기 보조촉매여과필터(120)에 포집된 입자상물질은 산화되며, 그 후단부의 온도가 580-620도로 상승하게 된다.
상기 메인촉매여과필터(130)의 재생은 상기 메인촉매여과필터(130)의 후단부의 온도가 700 내지 800도 이하의 조건에서 실시되며, 포집된 입자상 물질을 제거하기 위한 재생은 상기 보조촉매여과필터(120)의 재생(산화)열과 상기 메인촉매여과필터(130)의 HC 산화열에 의해서 수행된다.
상기 메인촉매여과필터(130)의 재생주기는 포집된 입자상물질이 설정된 양(4 g/L)을 초과하였거나, 주행거리가 설정된 거리(1000km)로 설정될 수 있다.
한편, 상기 메인촉매여과필터(130)가 재생되기 위해서는 설정된 온도를 유지 해야 하는 것이 필수적이며, 본 발명의 실시예에서는 상기 보조촉매여과필터(120)가 산화반응을 통해서 후단부의 온도를 높이기 때문에 상기 메인촉매여과필터(130)의 재생효율이 향상된다.
아울러, 상기 보조촉매여과필터(120)에서 연료의 일부가 미리 산화되고, 그 나머지 연료를 이용하여 상기 메인촉매여과필터(130)가 재생되므로, 실질적으로 상기 메인촉매여과필터(130)의 후단부 온도는 저하되어 상기 산화촉매(140)의 열화는 방지된다.
상기 산화촉매(140)는 배기가스에 포함된 유해물질(HC, CO) 등을 산화시켜 저감시킨다. 아울러, 상기 산화촉매(140)의 후단부에 장착된 상기 환원제공급장치(150)는 우레아 또는 환원제용 연료를 상기 배기라인(110) 안으로 분사한다. 상기 환원제공급장치(150)는 Dosing module 이라고 지칭될 수 있다.
상기 선택적환원촉매(160)는 상기 환원제를 이용하여 배기가스 내에 포함된 유해물질(NOx)을 환원시켜 제거한다.
상기 보조촉매여과필터(120)가 적용됨으로써, 재생시에 상기 메인촉매여과필터(130)의 재생열 감소로 후단부의 온도가 설정된 수치 이상으로 상승되는 것이 방지되어 상기 산화촉매(140)의 열화를 방지한다. 아울러, Fe-zeolite의 성능을 강화시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템에 구비된 보조촉매여과필터의 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 보조촉매여과필터(120)는 배기가스의 흐름방향으로 여러 개의 채널들(210)이 형성된 담체(200)를 포함한다.
상기 담체(200)는 전면부에서 반대측 후면부로 배기가스가 흐르는 제1채널(210a), 제2채널(210b), 및 제3채널(210c)을 포함한다.
상기 제1채널(210a)은 입구가 개방되고 출구가 폐쇄되고, 상기 제2채널(210b)은 입구와 출구가 모두 개방되며, 상기 제3채널(210c)은 입구가 폐쇄되고 출구가 개방된 구조를 갖는다.
상기 제3채널(210c)에서 그 입구는 제1플러그(220a)로 폐쇄되고, 상기 제1채널(210a)에서 그 출구는 제2플러그(220b)로 폐쇄된다.
도시한 바와 같이, 배기가스에 포함된 입장상물질은 상기 제1채널(210a)의 후단부에 포집되고, 상기 제2채널(210b)의 입구를 통해서 들어온 배기가스는 그 출구를 통해서 바로 상기 메인촉매여과필터(130)로 이동한다.
전술한 바와 같이, 상기 보조촉매여과필터(120)는 배기가스의 일부는 필터링되고, 다른 일부는 그대로 통과하는 구조로 배기가스의 흐름저항이 낮아지며, 상기 메인촉매여과필터(130)의 부하를 줄여준다.
아울러, 일부 배기가스를 산화시켜 후단부의 온도를 상승시킴으로써 상기 메인촉매여과필터(130)의 재생효율을 향상시키며, 배기가스에 포함된 연료의 일부를 미리 연소시킴으로써 상기 메인촉매여과필터(130) 후단부의 온도가 설정된 온도보다 높게 상승하는 것을 방지한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분 야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템에 구비된 보조촉매여과필터의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 엔진
110: 배기라인
120: 보조촉매여과필터
130: 메인촉매여과필터
140: 산화촉매
150: 환원제공급장치
160: 선택적환원촉매
200: 담체
210: 채널
210a: 제1채널
210b: 제2채널
210c: 제3채널
220a: 제1플러그
220b: 제2플러그

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 배기가스가 통과하는 배기라인;
    상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고 다른 일부는 그대로 통과시키는 보조촉매여과필터(pre DPF); 및
    상기 보조촉매여과필터의 후단으로 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 설정된 주기로 제거하는 메인촉매여과필터(DPF); 를 포함하고,
    상기 보조촉매여과필터는, 그 입구가 개방되고 그 출구가 폐쇄된 제1채널; 그 입구가 폐쇄되고 그 출구가 개방된 제2채널; 및 그 입구와 그 출구가 모두 개방된 제3채널; 을 포함하는 하나의 담체로 구성되고, 상기 제1,2,3채널들이 상기 담체에 교대로 형성되고, 상기 메인촉매여과필터의 후단으로 산화촉매(DOC)가 배치되고,
    엔진에서 후분사를 실시하여, 상기 보조촉매여과필터의 전단부의 온도를 설정된 온도로 상승시켜 상기 보조촉매여과필터에 포집된 입자상 물질을 제거하고,
    상기 메인촉매여과필터의 전단부 온도를 설정된 온도로 상승시켜 상기 메인촉매여과필터에 포집된 입자상 물질을 설정된 주기로 산화시켜 제거하는 제어부; 를 더 포함하는 배기가스 정화 시스템.
  5. 삭제
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 산화촉매의 후단으로 선택적환원촉매(SCR)가 배치되고, 상기 산화촉매와 상기 선택적환원촉매 사이에 환원제공급장치(dosing module)가 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
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