KR101569893B1 - 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치 - Google Patents

선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관 또는 연소기에서 배출되는 유해배출가스인 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 암모늄을 열분해하여 암모니아를 만들고 선택적 환원촉매 상에서 질소산화물과 반응시켜 인체에 무해한 질소로 정화시킬 수 있도록 하며, 고체 암모늄이 열분해 되어 암모니아 가스로 승화되는 온도까지 마이크로웨이브를 이용해 고체 암모늄을 빠르게 승온시켜 차량의 초기 시동 시에도 질소산화물의 저감이 가능하며, 마이크로웨이브를 이용해 고체 암모늄을 가열하므로 고체 암모늄에서 암모니아 가스로 승화되는 양 및 속도를 용이하게 조절할 수 있는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치에 관한 것이다.

Description

선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치 {Aftertreatment system with solid ammonium for selective catalyst reduction}
본 발명은 내연기관 또는 연소기에서 배출되는 유해배출가스인 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 암모늄을 열분해하여 암모니아를 만들고 선택적 환원촉매 상에서 질소산화물과 반응시켜 인체에 무해한 질소로 정화시킬 수 있는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 특히 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물의 저감기술로서 배기가스 재순환방법(EGR; Exhaust Gas Recirculation)에 의한 농도저감 또는 환원제인 암모니아, 우레아 또는 탄화수소를 이용하여 촉매상에서 질소산화물을 반응시켜 질소와 산소로 환원하는 선택적촉매환원반응(SCR; Selective Catalytic Reduction) 등이 사용되고 있다.
상기 선택적 환원촉매기술 중에서 경유 등 탄화수소를 사용하는 경우 환원제로 내연기관 또는 연소기의 연료를 사용하므로 부수적인 환원제 공급장치가 필요하지 않은 장점이 있으나 배기가스 중에 산소가 존재하는 경우 탄화수소가 산소와 먼저 반응하기 때문에 질소산화물의 저감성능이 낮은 단점이 있다.
또 다른 선택적 환원촉매기술인 액체 우레아를 이용한 선택적 환원촉매기술에 대하여 보면, 상온에서 고체상으로 존재하는 물질인 우레아(Urea)를 물에 녹여 만든 액체 우레아를 자동차 배기관에 분사하면 약 150℃ 이상의 온도에서 열분해 되어 암모니아로 전환되고, 이와 같이 생성된 암모니아는 오산화바나듐(V2O5) 또는 지오라이트(Zeolite) 등 선택적 환원촉매의 도움을 받아 질소산화물을 무해한 질소로 환원시킨다. 이러한 액체 우레아를 이용한 선택적 환원촉매 기술은 촉매반응 온도 대역이 넓고 내구성이 우수하다는 장점이 있으며, 약 60 내지 80% 수준의 높은 질소산화물 정화효율을 얻을 수 있다.
그러나 액체 우레아 선택적 환원촉매 기술은 액체 우레아를 공급하기 위한 대규모의 사회적 인프라가 필요하며, 액체 우레아를 저장하기 위한 용기(30) 및 분사장치(40) 등 부수적인 장치들이 필요하고, 액체 우레아는 어는점이 -11℃이므로 저장용기 및 분사장치 등 시스템의 온도를 적정온도 이상으로 유지하기 위하여 별도의 단열 대책이 필요하기 때문에 전체 시스템이 복잡해지는 단점이 있다. 또한 액체 우레아의 어는점을 낮추기 위해서 액체 우레아에 물을 60% 이상 섞어 사용하므로 저장 용기가 커지는 단점이 있다.
이와 같은 액체 우레아의 단점을 보완하기 위해 고체 우레아를 이용한 기술이 제시되었으나 고체 우레아는 열분해 온도가 약 140℃로 높아 전기에너지 또는 배기열 에너지 등이 많이 소요되고, 반응기 및 관로에서 열분해 온도를 유지하지 못할 경우 관로 등에 우레아가 응고되는 단점이 있다.
그리고 한국등록특허 10-1185413에는 열분해온도가 낮은 고체 암모늄염을 사용하는 기술이 소개되어 있으나, 도 1과 같이 고체 암모늄염(10)이 저장되는 반응기(1)를 히터(20)나 차량의 배기열 또는 냉각수를 이용한 열교환기(30)를 이용하여 전체적으로 가열하여 고체 암모늄염을 암모니아로 열분해하기 때문에 고체 암모늄염의 열분해 시 많은 양의 에너지가 필요한 단점이 있다. 또한, 전기히터를 통해 고체 암모늄을 가열하는 경우 히터와 고체 암모늄의 접촉 정도에 따라 고체 암모늄이 암모니아 가스로 분해되는 효율이 변하며, 대체적으로 효율이 낮고 응답 속도도 느린 단점이 있다. 특히 고체 암모늄이 덩어리로 형성된 경우 히터 주변의 고체 암모늄이 승화되면 빈 공간이 생기기 때문에 히터에서 발생된 열이 전도에 의해 고체 암모늄으로 전달되지 않고 대류에 의해 전달되므로 효율이 극도로 낮아져 충분한 양의 암모니아 가스로 승화시키기 어렵다.
또한, 배기가스 또는 엔진 냉각수의 열을 이용하는 경우에는 엔진의 냉시동 시 배출가스 및 냉각수의 온도가 낮으므로, 고체 암모늄이 승화온도까지 도달되도록 하는데 시간이 많이 소요되어 배출가스 중의 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제인 암모니아 가스를 확보하기 어려워 후처리장치의 성능을 기대하기 어렵다. 아울러 엔진이 고속 및 고부하 조건에서 운전될 경우 오히려 온도가 높아진 배기가스 및 냉각수에 의해 과다하게 발생되는 환원제를 억제할 필요성도 발생한다.
KR 10-1185413 B1 (2012.09.24.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고체 암모늄이 열분해 되어 암모니아 가스로 승화되는 온도까지 고체 암모늄을 빠르게 승온시켜 차량의 초기 시동 시에도 질소산화물의 저감이 가능하며, 고체 암모늄에서 암모니아 가스로 승화되는 양 및 속도를 용이하게 조절할 수 있는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치는, 마이크로웨이브를 발생시키는 고주파 발생장치; 상기 고주파 발생장치와 연결되는 내부 컨테이너; 및 상기 내부 컨테이너에 수용되며, 마이크로웨이브에 의해 가열될 수 있는 극성매체가 포함된 고체 암모늄; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고주파 발생장치가 일측에 연결되고 상기 내부 컨테이너가 타측에 연결되거나 상기 내부 컨테이너가 내부에 구비되는 압력실을 더 포함하여 이루어지며, 상기 압력실에는 배출 포트가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고주파 발생장치와 압력실을 연결하는 도파관; 및 상기 도파관과 압력실 사이에 결합되어 마이크로웨이브는 통과하되 상기 고주파 발생장치를 암모니아 가스로부터 보호하고 상기 압력실 내부의 압력에 견디는 압력판; 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압력실에는 압력 센서와 연결되는 압력 측정 포트가 형성되며, 상기 고주파 발생장치 및 압력 센서와 연결되는 제어부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 컨테이너는 압력실에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 컨테이너는 압력실에 삽입되도록 결합되되, 상기 압력실의 내주면에는 돌출단이 형성되어 내부 컨테이너가 삽입되는 깊이가 제한되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 컨테이너를 감싸도록 압력실에 결합되며, 내주면이 상기 내부 컨테이너의 외주면과 이격되도록 형성되는 외부 컨테이너를 더 포함하여 이루어지며, 상기 외부 컨테이너에는 열교환매체가 유입되는 유입 포트 및 열교환매체가 유출되는 유출 포트가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 컨테이너에는 극성매체가 고체 암모늄과 혼합되어 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 극성매체는 액체 상태로 고체 암모늄과 혼재 되거나, 밀폐된 캡슐에 극성매체가 수용된 다수개의 캡슐이 고체 암모늄과 혼합되어 내부 컨테이너에 수용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 극성매체는 SiC 또는 MOSi2 를 포함하는 세라믹 재질로 형성되며, 구형, 다면체형 및 펠릿형 중 선택되는 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내부 컨테이너로 극성매체가 공급될 수 있도록, 극성매체 공급부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압력실의 압력을 모니터링 하여 일정하게 압력이 유지되도록 상기 고주파 발생장치의 공급 전력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일정 압력 이상에서는 상기 고주파 발생장치로 공급되는 전원을 차단하고 일정 압력 이하에서는 상기 고주파 발생장치로 전원을 재공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치는, 고체 암모늄이 열분해 되어 암모니아 가스로 승화되는 온도까지 고체 암모늄을 빠르게 승온시킬 수 있어 차량의 초기 시동 시에도 질소산화물의 저감이 가능한 장점이 있다.
또한, 고체 암모늄에서 암모니아 가스로 승화되는 양 및 속도를 용이하게 조절할 수 있어 배출가스 중의 질소산화물 저감 성능 및 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 고체 암모늄염 및 선택적 환원촉매를 이용한 질소산화물 정화시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치를 나타낸 단면 개략도.
도 3은 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치를 이용한 질소산화물 저감 시스템을 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 압력실 및 내부 컨테이너의 결합구조를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 고체 암모늄 및 극성매체가 혼합된 상태 및 극성매체가 캡슐에 의해 밀폐된 형태를 나타낸 개략도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 극성매체 공급부의 실시예를 나타낸 개략도.
도 8은 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치의 다른 실시예를 나타낸 단면 개략도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치를 나타낸 단면 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치(1000)는, 마이크로웨이브를 발생시키는 고주파 발생장치(100); 상기 고주파 발생장치(100)와 연결되는 내부 컨테이너(300); 및 상기 내부 컨테이너(300)에 수용되며, 마이크로웨이브에 의해 가열될 수 있는 극성매체(410)가 포함된 고체 암모늄(400); 을 포함하여 이루어질 수 있다.
우선, 고주파 발생장치(100)는 마이크로웨이브(microwave)를 발생시키는 부분으로서 마그네트론이 될 수 있으며, 고주파 발생장치(100)는 압력실(200)의 내부를 통해 내부 컨테이너(300)의 내부에 수용된 고체 암모늄(400)으로 마이크로웨이브를 방출하여, 고체 암모늄(400)에 포함된 극성매체(410)에 진동을 발생시켜 고체 암모늄(400)이 가열될 수 있도록 하는 장치이다.
내부 컨테이너(300)는 고주파 발생장치(100)와 연결되며, 내부 컨테이너(300)에는 고체 암모늄(400)이 수용된다. 그리고 고체 암모늄(400)에는 고주파 발생장치(100)에서 방출된 마이크로웨이브에 의해 가열될 수 있는 극성매체(410)가 포함되며, 내부 컨테이너(300)에 수용되어 마이크로웨이브에 의해 가열되어 승화됨으로써 암모니아(NH3) 가스가 발생될 수 있다. 이때, 고체 암모늄(400)에 포함된 극성매체(410)는 물과 같이 마이크로웨이브에 의해 진동을 일으켜 가열될 수 있는 물질이며, 세라믹과 같이 마이크로웨이브에 의해 발열을 일으킬 수 있는 발열체가 될 수도 있다.
그리하여 고주파 발생장치(100)에서 방출되는 마이크로웨이브에 의해 고체 암모늄(400)에 포함된 극성매체(410)가 가열되면 고체 암모늄(400)이 승화되어 암모니아 가스가 발생되고, 발생된 암모니아 가스는 배출가스 저감장치에 이용될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치는, 고체 암모늄이 열분해 되어 암모니아 가스로 승화되는 온도까지 고주파 발생장치를 통해 방출된 마이크로웨이브를 이용해 고체 암모늄을 빠르게 승온시켜 질소산화물 정화에 필요한 암모니아 가스를 빠르게 발생시킬 수 있어 차량의 초기 시동 시에도 질소산화물의 저감이 가능한 장점이 있다.
또한, 고체 암모늄(400)이 승화되어 내부 컨테이너(300)의 내부에 일부 빈 공간이 발생하더라도 마이크로웨이브에 의해 고체 암모늄이 빠르게 가열될 수 있어 응답특성이 빠른 장점이 있다.
여기에서 발생된 암모니아 가스는 도 3과 같이 엔진의 배기관(800)으로 공급되도록 연결될 수 있으며, 배기관(800)으로 암모니아 가스가 공급되는 라인에는 암모니아 도징 모듈(700)이 설치되어 배기관(800) 내부로 분사되는 암모니아 가스의 압력 및 유량이 조절될 수 있다. 이때, 암모니아 도징 모듈(700)은 배기관(800)으로 일정한 압력의 암모니아 가스가 공급되도록 하는 압력 레귤레이터(710)와 공급되는 암모니아 가스의 유량을 제어할 수 있는 솔레노이드 밸브(720)를 포함할 수 있다. 그리고 배기관(800)에는 분사 노즐(810)이 설치되어 배기관(800) 내부로 암모니아 가스를 균일하게 분사하도록 할 수 있으며, 분사 노즐(810)이 설치된 배기관(800)의 후단에는 선택적 환원촉매(820)가 구비되어 암모니아 가스와 배출가스가 혼합되어 선택적 환원촉매(820)에서 정화반응을 일으켜 배출가스 중의 유해물질인 질소산화물(NOx)이 인체에 무해한 질소로 환원되어 배출가스를 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 고주파 발생장치(100)가 일측에 연결되고 상기 내부 컨테이너(300)가 타측에 연결되거나 상기 내부 컨테이너(300)가 내부에 구비되는 압력실(200)을 더 포함하여 이루어지며, 상기 압력실(200)에는 배출 포트(210)가 형성될 수 있다.
이때, 도 2와 같이 압력실(200)은 내부가 중공되게 형성되고 양측이 개방되어 일측에 고주파 발생장치(100)가 결합되고 타측에 내부 컨테이너(300)가 결합되어 연결될 수 있으며, 압력실(200)의 내부와 연통되도록 배출 포트(210)가 형성될 수 있다. 또한, 도 8과 같이 압력실(200)은 내부가 중공되게 형성되고 일측이 개방되어, 개방된 일측이 고주파 발생장치(100)에 결합되며 내부 컨테이너(300)는 압력실(200)의 내부에 구비될 수도 있다.
그리하여 내부 컨테이너(300)와 고주파 발생장치(100)가 연결되어 마이크로웨이브에 의해 고체 암모늄(400)이 가열되도록 구성될 수 있으며, 고체 암모늄(400)에는 고주파 발생장치(100)에서 방출된 마이크로웨이브에 의해 가열될 수 있는 극성매체(410)가 포함되며 내부 컨테이너(300)에 수용되어 마이크로웨이브에 의해 가열되어 승화됨으로써 발생된 암모니아(NH3) 가스가 압력실(200)의 내부에 채워질 수 있다. 이때, 고체 암모늄(400)에 포함된 극성매체(410)는 물과 같이 마이크로웨이브에 의해 진동을 일으켜 가열될 수 있는 물질이며, 세라믹과 같이 마이크로웨이브에 의해 발열을 일으킬 수 있는 발열체가 될 수도 있다.
그리하여 고주파 발생장치(100)에서 방출되는 마이크로웨이브에 의해 고체 암모늄(400)에 포함된 극성매체(410)가 가열되면 고체 암모늄(400)이 승화되어 암모니아 가스가 발생되고, 발생된 암모니아 가스는 압력실(200) 내부에 채워져 배출 포트(210)를 통해 배출되어 배출가스 저감장치에 이용될 수 있다. 또한, 이로 인해 고주파 발생장치(100)와 내부 컨테이너(300)의 연결이 용이해지며, 암모니아 가스가 특정한 압력으로 채워질 수 있는 공간이 형성될 수 있어 충분한 암모니아 가스가 저장될 수 있다.
또한, 상기 고주파 발생장치(100)와 압력실(200)을 연결하는 도파관(270); 및 상기 도파관(270)과 압력실(200) 사이에 결합되어 마이크로웨이브는 통과하되 상기 고주파 발생장치(100)를 암모니아 가스로부터 보호하고 상기 압력실(200) 내부의 압력에 견디는 압력판(500); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도 8과 같이 고주파 발생장치(100)로부터 압력실(200)로 마이크로웨이브를 전달하기 위해 도파관(270)으로 연결하고, 도파관(270)과 압력실(200) 사이를 구획하도록 압력판(500)을 결합하여, 마이크로웨이브가 압력판(500)을 통과해 압력실(200)쪽으로 전달될 수 있도록 하고 압력실(200)에 채워지는 암모니아 가스의 압력에 견디도록 하여 고주파 발생장치(100)가 보호될 수 있다. 이때, 압력판(500)은 고주파 발생장치(100)에서 방출되는 마이크로웨이브가 통과될 수 있도록 금속 재질을 제외한 다른 재질로 형성될 수 있다. 그리고 압력판(500)은 압력실(200)과 도파관(270) 사이에 테두리부가 개재되어 고정될 수 있다.
그리고 압력판(500)은 고주파 발생장치(100)의 돌출 형성된 부분을 덮도록 캡 형태로 형성될 수 있으며, 압력실(200)에는 안치부(230)가 형성되고 고주파 발생장치(100)와 압력실(200)의 안치부(230) 사이에 압력판(500)의 테두리부가 개재되어 밀착될 수도 있다. 즉, 압력실(200)의 개방된 상측에 형성된 안치부(230)에 압력판(500)의 테두리부가 안치되도록 하고 그 상측에서 고주파 발생장치(100)를 압력실(200)의 상측 플랜지(250)에 결합하여 압력판(500)의 테두리부가 밀착 고정될 수 있다.
또한, 상기 압력실(200)에는 압력 센서(260)와 연결되는 압력 측정 포트(220)가 형성되며, 상기 고주파 발생장치(100) 및 압력 센서(260)와 연결되는 제어부(900)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 고체 암모늄(400)이 승화되어 발생되는 암모니아 가스가 압력실(200)의 내부에 채워지므로, 압력실(200)의 내부의 압력을 압력 센서(260)로 측정하여 제어부(900)를 통해 고주파 발생장치(100)를 제어함으로써 암모니아 가스의 발생량 및 압력실(200)의 내부 압력을 조절할 수 있다.
또한, 상기 내부 컨테이너(300)는 압력실(200)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
즉, 도 4 및 도 5와 같이 내부 컨테이너(300)는 내부에 극성매체(410)를 포함한 고체 암모늄(400)이 수용된 고체 암모늄 카트리지로 형성되어, 압력실(200)의 개방된 하측에 내부 컨테이너(300)를 탈착 가능하도록 결합할 수 있도록 함으로써, 고체 암모늄(400)이 승화되어 소모되면 고체 암모늄 카트리지를 교체하여 사용하기 용이하도록 할 수 있다.
이때, 내부 컨테이너(300)는 상측이 개방된 용기로 형성되어 내부에 고체 암모늄(400) 및 극성매체(410)를 채운 후 개방된 상측을 캡 또는 실링재로 밀폐하여, 교체 시 기존의 카트리지를 탈거하고 새로운 카트리지의 캡 또는 실링재를 제거한 후 압력실(200)에 장착하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 내부 컨테이너(300)는 압력실(200)에 삽입되도록 결합되되, 상기 압력실(200)의 내주면에는 돌출단(240)이 형성되어 내부 컨테이너(300)가 삽입되는 깊이가 제한되도록 형성될 수 있다.
이는 내부 컨테이너(300)의 상측이 압력실(200)의 중공된 내부에 삽입되어 결합될 수 있도록 구성되며, 내부 컨테이너(300)의 상단이 압력실(200)의 내주면에 돌출 형성된 돌출단(240)에 걸려 삽입되는 깊이가 제한될 수 있도록 하는 것이다. 이때, 내부 컨테이너(300)의 상단과 압력실(200)의 돌출단(240) 하측 사이에 실링부재(310)가 개재된 후 밀착되도록 하여 압력실(200)의 하측이 밀폐될 수 있다. 여기에서 실링부재(310)는 내부 컨테이너(300)의 상단에 부착되거나 압력실(200)의 돌출단(240) 하측에 부착된 형태로 구비될 수 있으며, 압력실(200)의 하측 내주면은 암나사로 형성되고 내부 컨테이너(300)의 상측 외주면은 수나사로 형성되어 압력실(200)의 하측에 내부 컨테이너(300)의 상측이 나사결합되고 이때, 실링부재(310)가 그 사이에서 밀착되어 기밀이 유지되도록 할 수 있다.
또한, 상기 내부 컨테이너(300)를 감싸도록 압력실(200)에 결합되며, 내주면이 상기 내부 컨테이너(300)의 외주면과 이격되도록 형성되는 외부 컨테이너(600)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 외부 컨테이너(600)에는 열교환매체가 유입되는 유입 포트(610) 및 열교환매체가 유출되는 유출 포트(620)가 형성될 수 있다.
즉, 유입 포트(610)로 유입된 열교환매체가 외부 컨테이너(600)와 내부 컨테이너(300) 사이의 공간인 열교환 유로를 통해 유동되어 고체 암모늄(400)을 가열한 후 유출 포트(620)로 유출되도록 구성될 수 있다.
이는 엔진의 시동 초기에 마이크로웨이브에 의해 고체 암모늄(400)이 빠르게 가열될 수 있도록 하면서, 엔진이 웜업되어 가열된 후에는 엔진의 배기가스, 냉각수 및 윤활유 등의 열교환매체를 이용하여 고체 암모늄(400)을 가열하여 암모니아 가스로의 승화를 촉진시킬 수 있도록 하는 것이다. 그리하여 고주파 발생장치(100)의 작동을 위해 사용되는 에너지를 절감할 수 있으며, 엔진의 폐열을 이용할 수 있는 장점이 있다.
이때, 외부 컨테이너(600)는 하측 내부 바닥면에 상측으로 돌출된 돌출부(640)가 형성되어 돌출부(640)에 의해 내부 컨테이너(300)가 상측으로 밀착되도록 할 수 있으며, 외부 컨테이너(600)는 상측에 플랜지(630)가 형성되어 압력실(200)의 하측에 형성된 플랜지(250)에 체결수단 등으로 결합되어 고정될 수 있다.
또한, 상기 내부 컨테이너(300)에는 극성매체(410)가 고체 암모늄(400)과 혼합되어 수용될 수 있다. 즉, 고체 암모늄 카트리지 제작 단계에서 직접 내부 컨테이너(300)에 극성매체(410)와 고체 암모늄(400)을 혼합한 후 수용되도록 할 수 있다.
또한, 상기 극성매체(410)는 액체 상태로 고체 암모늄(400)과 혼재 되거나, 밀폐된 캡슐(420)에 극성매체(410)가 수용된 다수개의 캡슐(420)이 고체 암모늄(400)과 혼합되어 내부 컨테이너(300)에 수용될 수 있다. 이는 물과 같은 액체 상태의 극성매체(410)를 고체 암모늄(400)에 혼합하여 극성매체(410)와 고체 암모늄(400)이 혼재되도록 할 수 있으며, 도 5와 같이 캡슐(420)에 의해 극성매체(410)가 밀폐되도록 한 후 다수개의 캡슐(420)을 고체 암모늄(400)과 혼합하여, 수분과 같은 극성매체(410)가 가열되어 증발되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 극성매체(410)가 감소되어 고체 암모늄(400)이 가열되지 않는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 극성매체(410)는 SiC 또는 MOSi2 를 포함하는 세라믹 재질로 형성되며, 구형, 다면체형 및 펠릿형 중 선택되는 어느 하나의 형태로 이루어질 수 있다.
즉, 극성매체(410)는 고체 암모늄(400)에 고르게 혼합될 수 있도록 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 세라믹 재질로 형성되어 마이크로웨이브를 통해 가열되더라도 증발되지 않을 수 있고 고체 암모늄(400)과 혼합된 상태에서 극성매체(410)가 몰리거나 상측으로 떠올라 치우치지 않을 수 있어 균일하게 고체 암모늄(400)을 가열할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 내부 컨테이너(300)로 극성매체(410)가 공급될 수 있도록, 극성매체 공급부(430)가 더 구비될 수 있다.
이는 내부 컨테이너(300)에 고체 암모늄(400)만이 수용된 상태로 고체 암모늄 카트리지를 제작한 후 극성매체 공급부(430)를 통해 내부 컨테이너(300)의 내부로 극성매체(410)를 공급할 수 있도록 구성되거나, 고체 암모늄(400)과 극성매체(410)가 혼합된 상태에서 극성매체(410)가 소모되는 것에 따라 극성매체(410)를 추가로 보충할 수 있도록 극성매체 공급부(430)가 내부 컨테이너(300)에 연결되는 것이다. 이때, 내부 컨테이너(300)의 외측에 극성매체 공급부(430)가 결합된 상태로 구비될 수 있으며 극성매체 공급부(430)가 별도로 구비되어 내부 컨테이너(300)와 연결될 수도 있다.
또한, 상기 압력실(200)의 압력을 모니터링 하여 일정하게 압력이 유지되도록 상기 고주파 발생장치(100)의 공급 전력(출력)을 조절할 수 있다. 즉, 압력실(200)의 압력 측정 포트(220)에 연결된 압력 센서(260)를 통해 측정되는 압력에 따라 고주파 발생장치(100)의 공급 전력을 조절하여 고체 암모늄(400)이 열분해 되어 암모니아 가스로 승화되는 정도를 조절함으로써 압력실(200) 내의 압력이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
또한, 일정 압력 이상에서는 상기 고주파 발생장치(100)로 공급되는 전원을 차단하고 일정 압력 이하에서는 상기 고주파 발생장치(100)로 전원을 재공급할 수 있다. 즉, 압력 스위치를 설치하여 일정한 범위 내로 압력실(200) 내의 압력이 유지되도록 고주파 발생장치(100)의 전원을 ON/OFF 제어할 수 있다.
이와 같이 고주파 발생장치(100)의 공급 전력을 조절하거나 전원을 ON/OFF 제어함으로써, 고체 암모늄에서 암모니아 가스로 승화되는 양 및 속도를 용이하게 조절할 수 있어 배출가스 중의 질소산화물 저감 성능 및 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치
100 : 고주파 발생장치
200 : 압력실
210 : 배출 포트 220 : 압력 측정 포트
230 : 안치부 240 : 돌출단
250 : 플랜지 260 : 압력센서
270 : 도파관
300 : 내부 컨테이너 310 : 실링부재
400 : 고체 암모늄
410 : 극성매체 420 : 캡슐
430 : 극성매체 공급부
500 : 압력판
600 : 외부 컨테이너
610 : 유입 포트 620 : 유출 포트
630 : 플랜지 640 : 돌출부
700 : 암모니아 도징 모듈
710 : 압력 레귤레이터 720 : 솔레노이드 밸브
800 : 배기관
810 : 분사 노즐 820 : 선택적 환원촉매
900 : 제어부

Claims (13)

  1. 마이크로웨이브를 발생시키는 고주파 발생장치;
    상기 고주파 발생장치와 연결되는 내부 컨테이너; 및
    상기 내부 컨테이너에 수용되며, 마이크로웨이브에 의해 가열될 수 있는 극성매체가 포함된 고체 암모늄; 을 포함하며,
    상기 고주파 발생장치가 일측에 연결되고 상기 내부 컨테이너가 타측에 연결되거나 상기 내부 컨테이너가 내부에 구비되는 압력실을 더 포함하여 이루어지며, 상기 압력실에는 배출 포트가 형성되며,
    상기 내부 컨테이너는 압력실에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 발생장치와 압력실을 연결하는 도파관; 및
    상기 도파관과 압력실 사이에 결합되어 마이크로웨이브는 통과하되 상기 고주파 발생장치를 암모니아 가스로부터 보호하고 상기 압력실 내부의 압력에 견디는 압력판; 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력실에는 압력 센서와 연결되는 압력 측정 포트가 형성되며,
    상기 고주파 발생장치 및 압력 센서와 연결되는 제어부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부 컨테이너는 압력실에 삽입되도록 결합되되, 상기 압력실의 내주면에는 돌출단이 형성되어 내부 컨테이너가 삽입되는 깊이가 제한되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부 컨테이너를 감싸도록 압력실에 결합되며, 내주면이 상기 내부 컨테이너의 외주면과 이격되도록 형성되는 외부 컨테이너를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 외부 컨테이너에는 열교환매체가 유입되는 유입 포트 및 열교환매체가 유출되는 유출 포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부 컨테이너에는 극성매체가 고체 암모늄과 혼합되어 수용되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 극성매체는 액체 상태로 고체 암모늄과 혼재 되거나, 밀폐된 캡슐에 극성매체가 수용된 다수개의 캡슐이 고체 암모늄과 혼합되어 내부 컨테이너에 수용되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 극성매체는 SiC 또는 MOSi2 를 포함하는 세라믹 재질로 형성되며, 구형, 다면체형 및 펠릿형 중 선택되는 어느 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부 컨테이너로 극성매체가 공급될 수 있도록, 극성매체 공급부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 압력실의 압력을 모니터링 하여 일정하게 압력이 유지되도록 상기 고주파 발생장치의 공급 전력을 조절하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
  13. 제12항에 있어서,
    일정 압력 이상에서는 상기 고주파 발생장치로 공급되는 전원을 차단하고 일정 압력 이하에서는 상기 고주파 발생장치로 전원을 재공급하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원장치용 고체 암모늄 이용 배출가스 저감장치.
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