KR101579687B1 - 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 배출하는 엔진과, 상기 엔진의 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치된 과급기와, 상기 엔진과 상기 과급기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치되며 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기와, 상기 엔진과 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 가열 장치와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 순환 유로와, 상기 순환 유로 상에 설치된 순환 밸브와, 상기 순환 유로와 상기 배기 유로의 합류점과 상기 엔진 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 밸브, 그리고 상기 순환 유로와 상기 배기 유로의 분기점과 상기 과급기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 제2 배기 밸브를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치{POWER PLANT WITH SELECTIVE CATALYTIC REUCTION SYSTEM}
본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응기가 과급기 전단에 설치된 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박 등에 사용되는 동력 장치는 저속 디젤 엔진과 과급기(turbocharger) 등을 포함한다. 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 디젤 엔진에서 발생된 배기가스를 정화하여 질소산화물을 저감시키기 위한 시스템이다.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
디젤 엔진에 선택적 촉매 환원 시스템을 적용하여 배기 가스를 정화시키는 방법에는 선택적 촉매 환원 시스템의 촉매 환원 반응기를 과급기의 전단에 연결하는 방법과 과급기의 후단에 연결하는 방법으로 나뉘고 있다.
촉매 환원 반응기를 과급기의 전단에 연결하면, 촉매 환원 반응기를 과급기의 후단에 연결한 경우와 비교하여, 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 상대적으로 높은 상태일 때 환원 반응이 일어나므로 촉매의 활성이 증가하여 질소산화물 저감에 요구되는 촉매량을 줄일 수 있으나, 반대로 과급기로 유입되는 배기 가스의 온도와 압력이 감소하여 엔진의 성능 및 효율이 저하된다.
또한, 촉매 환원 반응기가 과급기 전단에 연결되면 촉매 환원 반응기 내에 설치된 촉매가 피독되면 촉매를 교체하지 않고 이를 재생하기가 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 질소산화물 저감을 위한 촉매가 설치된 반응기가 과급기의 전단에 연결된 경우에도 피독된 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 배출하는 엔진과, 상기 엔진의 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치된 과급기와, 상기 엔진과 상기 과급기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치되며 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기와, 상기 엔진과 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 가열 장치와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 순환 유로와, 상기 순환 유로 상에 설치된 순환 밸브와, 상기 순환 유로와 상기 배기 유로의 합류점과 상기 엔진 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 밸브, 그리고 상기 순환 유로와 상기 배기 유로의 분기점과 상기 과급기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 제2 배기 밸브를 포함한다.
또한, 전술한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 엔진과 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 기화기와, 상기 기화기에 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 더 포함할 수 있다.
또한, 전술한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 배기 정화 모드, 개루프 촉매 재생 모드, 및 폐루프 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 상기 배기 정화 모드 및 상기 개루프 촉매 재생 모드에서는 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브가 개방되고 상기 순환 밸브는 폐쇄될 수 있다. 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서는 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브가 폐쇄되고 상기 순환 밸브가 개방될 수 있다. 그리고 상기 가열 장치는 상기 개루프 촉매 재생 모드 및 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 동작할 수 있다.
또한, 전술한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 순환 유로 상에 설치된 블로워를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 블로워는 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 동작할 수 있다.
상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도는 섭씨 300도 이상 섭씨 380도 이하 범위 내로 유지되고, 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도는 섭씨 380도 초과 섭씨 450도 이하 범위 내로 유지될 수 있다.
또한, 전술한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 엔진의 배기구에 설치되어 상기 엔진에서 배출된 배기 가스의 불균일한 압력 분포를 완화시키는 배기 리시버와, 상기 반응기를 우회하여 상기 배기 리시버와 상기 과급기를 연결하는 우회 유로, 그리고 상기 우회 유로 상에 설치된 우회 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 우회 밸브는 상기 배기 정화 모드 및 상기 개루프 촉매 재생 모드에서는 폐쇄되고, 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서는 개방될 수 있다.
또한, 전술한 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 반응기의 질소산화물 저감 효율의 실측값이 기설정된 1차 목표값 보다 낮아지면 상기 배기 정화 모드에서 상기 개루프 촉매 재생 모드로 전환되며, 상기 반응기의 질소산화물 저감 효율의 실측값이 상기 1차 목표값 보다 낮게 설정된 2차 목표값 보다 낮아지면 상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 폐루프 촉매 재생 모드로 전환될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치는 질소산화물 저감을 위한 촉매가 설치된 반응기가 과급기의 전단에 연결된 경우에도 피독된 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치의 동작 상태를 나타낸 구성도들이다.
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 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템을 포함한 동력 장치(101)를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 엔진(100), 배기 유로(610), 과급기(500), 반응기(300), 가열 장치(410), 순환 유로(680), 순환 밸브(780), 제1 배기 밸브(710), 및 제2 배기 밸브(720)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 기화기(200), 환원제 분사부(270), 블로워(450), 배기 리시버(180), 우회 유로(650), 우회 밸브(750), 및 보조 밸브(790)를 더 포함한다.
엔진(100)은 선박의 주동력원으로 사용되며, 선박에 추진력을 제공한다. 엔진(100)은 통상적으로 선박에 사용되는 저속 디젤 엔진일 수 있으며, 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 엔진이 사용될 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에서, 엔진(100)은 질소산화물(NOx)과 황성분 등을 함유한 배기가스를 배출한다.
배기 리시버(exhaust gas receiver, 180)는 엔진(100)의 배기구에 장착되며, 실린더 왕복 운동으로 불균형한 압력을 가지고 엔진(100)에서 배출된 배기가스의 압력 분포를 고르게 완화시킨다.
배기 유로(610)는 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 이동시킨다.
과급기(500)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 과급기(turbo charger, 500)는 엔진(100)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 엔진(100)에 새로운 외기를 공급한다.
따라서, 과급기(500)에 공급되는 배기가스의 온도와 압력이 높을수록 과급기(500)의 성능이 향상될 수 있다. 그리고 과급기(500)로부터 압축 공기를 공급받은 엔진(100)은 효율이 향상된다.
반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 반응기(300)는 엔진(200)과 과급기(500 )사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다.
반응기(300)는 엔진(100)에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키는 촉매를 포함한다. 촉매는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.
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 반응할 경우, 피독되면서 효율이 저하된다.
특히, 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기 가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제의 암모니아(NH4)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 즉, 질소산화물 저감 효율이 저하되면 촉매가 피독된 것으로 판단될 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 외부 열원에 의해 분해되거나 제거될 수 있다.
또한, 반응기(300)의 하우징은, 일례로, 스테인레스 스틸(stainless steel)을 소재로 만들어질 수 있다.
가열 장치(410)는 엔진(100)과 반응기(300) 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 즉, 가열 장치(410)는 엔진(100)에서 배출된 배기가스가 반응기(300)에 유입되기 전에 배기가스의 온도를 상승시키거나 일정한 온도로 유지시킬 수 있다.
기화기(200)는 엔진(100)과 반응기(300) 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 그리고 환원제 분사부(270)는 기화기(200)에 설치되어 기화기(200) 내부에 환원제로 사용될 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분사한다. 기화기(200)는 환원제를 공급받아 이를 기화시켜 배기 유로(610)를 통과하는 배기가스에 환원제를 혼합시킨다.
구체적으로, 기화기(200)는 우레아(urea, CO(NH2)2)를 공급받아 이를 가수분해하여 암모니아(NH3)를 생성한다. 암모니아(NH3)는 질소산화물을 환원시키기 위한 환원제로 사용된다.
기화기(200)의 내부 온도가 섭씨 300도 내지 섭씨 500도 범위 내로 유지되면, 기화기(200) 내부에 분사된 우레아가 용이하게 가수분해되면서 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성되고, 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해된다.
순환 유로(680)는 반응기(300) 후방의 배기 유로(610)에서 분기하여 반응기(300) 전방의 배기 유로(610)에 합류한다. 반응기(300)를 거친 배기가스가 다시 순환 유로(680)를 통해 반응기(300)로 유입될 수 있다. 즉, 반응기(300)를 거친 배기가스가 순환 유로(680)를 통해 재순환될 수 있다.
순환 밸브(780)는 순환 유로(680) 상에 설치되어 순환 유로(680)를 통과하는 배기가스의 흐름을 조절한다.
블로워(450)는 순환 유로(680) 상에 설치된다. 블로워(450)는 순환 유로(680)를 따라 배기가스가 흐르도록 배기가스를 송풍시킨다.
또한, 순환 밸브(780)는 블로워(450)를 사이에 두고 각각 설치된 제1 순환 밸브(781)와 제2 순환 밸브(782)를 포함할 수 있다.
제1 배기 밸브(710)는 순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 합류점과 엔진(100) 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 제2 배기 밸브(720)는 순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 분기점과 과급기(500) 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 제1 배기 밸브(710)와 제2 배기 밸브(720)는 배기 유로(610)를 통과하는 배기가스의 흐름을 조절한다.
우회 유로(650)는 반응기(300)를 우회하여 배기 리시버(180)와 과급기(500)를 연결한다.
즉, 제1 배기 밸브(710)와 제2 배기 밸브(720)가 닫혀 배기 유로(610)가 차단되면, 엔진(100)에서 배출된 배기가스는 우회 유로(650)를 통해 과급기(500)로 이동할 수 있다.
우회 밸브(750)는 우회 유로(650) 상에 설치되어 배기가스가 불필요하게 우회 유로(650)를 따라 과급기(500)로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
보조 밸브(790)는 배기 리시버(180)와 반응기(300) 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다.
보조 밸브(790)는 제1 배기 밸브(710)와 제2 배기 밸브(720)를 보조하며, 제1 배기 밸브(710) 및 제2 배기 밸브(720)와 함께 개폐될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 질소산화물 저감을 위한 촉매가 설치된 반응기(300)가 과급기(500)의 전단에 연결된 경우에도 피독된 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)의 동작 원리를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 배기 정화 모드, 개루프 촉매 재생 모드, 및 폐루프 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 배기 정화 모드에서는 제1 배기 밸브(710)와 제2 배기 밸브(720)가 개방되고 순환 밸브(680)와 우회 밸브(750)는 폐쇄된다. 그리고 가열 장치(410) 및 블로워(450)는 가동되지 않는다.
배기 정화 모드에서는 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 동작을 수행한다. 구체적으로, 배기 정화 모드에서 엔진(100)의 배기가스가 배기 리시버(180)를 거쳐 배출되면, 배기 유로(610)를 따라 반응기(300)로 이동하여 반응기(300)에서 배기가스에 함유된 질소산화물이 저감된다.
반응기(300)를 거친 배기가스는 다시 배기 유로(610)를 따라 과급기(500)로 이동하여 과급기(500)를 동작시킨 후 외부로 배출된다.
이후, 반응기(300)의 질소산화물 저감 효율의 실측값이 기설정된 1차 목표값 보다 낮아지면 질소산화물을 환원시키는 과정에서 촉매가 피독된 것으로 판단하고 배기 정화 모드에서 개루프 촉매 재생 모드로 전환한다.
여기서, 1차 목표값은 국제해사기구의 대기오염방지 3차 규제(TIER Ⅲ)의 발효에 따른 규제 사항을 고려하여 설정될 수 있다. 일례로, 1차 목표값은 질소산화물 저감 효율이 80%일 수 있다.
개루프 촉매 재생 모드에서는 제1 배기 밸브(710)와 제2 배기 밸브(720)가 개방되고 순환 밸브(780) 및 우회 밸브(750)는 폐쇄된 상태를 유지하며, 가열 장치(410)가 가동된다.
이때, 가열 장치(410)는 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 온도를 섭씨 300도 이상 섭씨 380도 이하 범위 내로 유지시킨다.
개루프 촉매 재생 모드에서는 선택적 촉매 환원 시스템이 그대로 가동되어 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 동작을 수행하면서 동시에 촉매의 재생을 진행한다.
구체적으로, 개루프 촉매 재생 모드에서 엔진(100)의 배기가스가 배기 리시버(180)를 거쳐 배출되면, 배기 유로(610)를 따라 이동하면서 가열 장치(410)에 의해 섭씨 300도 이상 섭씨 380도 이하 범위 내의 온도로 상승된 후, 반응기(300)로 이동하여 반응기(300)에서 배기가스에 함유된 질소산화물이 저감된다.
섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH3)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 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 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해된다.
따라서, 개루프 촉매 재생 모드에서, 배기가스가 갖는 열에너지에 의해 촉매 피독 물질은 열분해되어 제거될 수 있으며, 피독 물질이 제거되면 저하된 질소산화물 저감 효율이 회복될 수 있다.
개루프 촉매 재생 모드에서도, 반응기(300)를 거친 배기가스는 다시 배기 유로(610)를 따라 과급기(500)로 이동하여 과급기(500)를 동작시킨 후 외부로 배출된다.
따라서, 촉매를 재생하기 위하여 가열 장치(410)에 의해 승온된 배기가스는 과급기(500)의 동작 효율도 함께 향상시킬 수 있다. 즉, 가열 장치(410)에 의해 높아진 배기가스의 열에너지가 낭비되지 않고 최대로 활용될 수 있다.
이후, 반응기의 질소산화물 저감 효율의 실측값이 2차 목표값 보다 낮아지면, 도 2에 도시한 바와 같이, 촉매의 피독이 심각한 상태로 판단하고, 개루프 촉매 재생 모드에서 폐루프 촉매 재생 모드로 전환한다.
여기서, 2차 목표값은 1차 목표값 보다 낮게 설정되고, 2차 목표값 역시 국제해사기구의 대기오염방지 3차 규제(TIER Ⅲ)의 발효에 따른 규제 사항을 고려하여 설정될 수 있다.
폐루프 촉매 재생 모드에서는 제1 배기 밸브(710)와 제2 배기 밸브(720)가 폐쇄되고 순환 밸브(780)와 우회 밸브(750)가 개방된다. 그리고 가열 장치(410)와 블로워(450)가 가동된다.
이때, 가열 장치(410)는 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 온도를 섭씨 380도 초과 섭씨 450도 이하 범위 내로 유지시킨다.
또한, 배기 정화 모드와 개루프 촉매 재생 모드에서는 닫혀있던 우회 밸브(750)가 개방된다.
이에, 폐루프 촉매 재생 모드에서는 선택적 촉매 환원 시스템의 가동이 중단되고, 엔진(100)에서 배출될 배기가스는 우회 유로(650)를 통해 과급기(500)를 동작시키고 외부로 배출된다.
또한, 반응기(300)와 순환 유로(680)를 연결하는 폐루프가 형성되고, 블로워(450)에 의해 반응기(300)에 유입되었던 배기가스가 계속 폐루프를 순환하게 된다. 이때, 가열 장치(410)는 순환하는 배기가스를 가열하여 섭씨 380도 초과 섭씨 450도 이하 범위 내로 유지시킨다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐루프 촉매 재생 모드에서는 폐루프를 순환하는 배기가스를 승온시켜 촉매를 재생시키므로, 적은 에너지를 소모하고도 효과적으로 배기가스를 촉매를 재생시키기에 충분한 온도로 승온시킬 수 있다. 이에, 에너지의 소모뿐만 아니라 재생에 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 선택적 촉매 환원 반응 시스템의 가동 중단을 최소화할 수 있다.
또한, 폐루프 촉매 재생 모드에서는 개루프 촉매 재생 모드보다 촉매의 온도를 높게 상승시켜 촉매를 재생하므로, 촉매 피독 물질을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
이후, 촉매가 재생되어 질소산화물 저감 효율이 1차 또는 2차 목표값까지 회복되면, 제1 배기 밸브(710)와 제2 배기 밸브(720)를 개방하여 선택적 촉매 환원 시스템을 다시 가동시킨다.
이와 같은 동작에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 질소산화물 저감을 위한 촉매가 설치된 반응기(300)가 과급기(50)의 전단에 연결된 경우에도 피독된 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉매의 재생을 2단계로 수행하여 촉매의 재생에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 가동 중단 시간을 줄이고, 촉매를 재생시키기 위해 가열 장치에 의해 추가로 부가된 열에너지를 최대한 활용할 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.
101: 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
100: 제1 엔진 180: 배기 리시버
200: 기화기 270: 환원제 분사부
300: 반응기 410: 가열 장치
450: 블로워 500: 과급기
610: 배기 유로 650: 우회 유로
680: 순환 유로 710: 제1 배기 밸브
720: 제2 배기 밸브 750: 우회 밸브
780: 순환 밸브 790: 보조 밸브

Claims (7)

  1. 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 배출하는 엔진;
    상기 엔진의 배기가스가 이동하는 배기 유로;
    상기 배기 유로 상에 설치된 과급기;
    상기 엔진과 상기 과급기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치되며 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매를 포함하는 반응기;
    상기 엔진과 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 가열 장치;
    상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 배기 유로에 합류하는 순환 유로;
    상기 순환 유로 상에 설치된 순환 밸브;
    상기 순환 유로와 상기 배기 유로의 합류점과 상기 엔진 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 제1 배기 밸브;
    상기 순환 유로와 상기 배기 유로의 분기점과 상기 과급기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 제2 배기 밸브;
    상기 순환 유로 상에 설치된 블로워;
    상기 엔진의 배기구에 설치되어 상기 엔진에서 배출된 배기 가스의 불균일한 압력 분포를 완화시키는 배기 리시버;
    상기 반응기를 우회하여 상기 배기 리시버와 상기 과급기를 연결하는 우회 유로; 및
    상기 우회 유로 상에 설치된 우회 밸브
    를 포함하며,
    배기 정화 모드, 개루프 촉매 재생 모드, 및 폐루프 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하고,
    상기 배기 정화 모드 및 상기 개루프 촉매 재생 모드에서는 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브가 개방되고 상기 순환 밸브는 폐쇄되며,
    상기 폐루프 촉매 재생 모드에서는 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브가 폐쇄되고 상기 순환 밸브가 개방되고,
    상기 가열 장치는 상기 개루프 촉매 재생 모드 및 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 동작하며,
    상기 우회 밸브는 상기 배기 정화 모드 및 상기 개루프 촉매 재생 모드에서는 폐쇄되고, 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서는 개방되는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진과 상기 반응기 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 기화기와;
    상기 기화기에 환원제를 분사하는 환원제 분사부
    를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 블로워는 상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 동작하는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도는 섭씨 300도 이상 섭씨 380도 이하 범위 내로 유지되고,
    상기 폐루프 촉매 재생 모드에서 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도는 섭씨 380도 초과 섭씨 450도 이하 범위 내로 유지되는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 반응기의 질소산화물 저감 효율의 실측값이 기설정된 1차 목표값 보다 낮아지면 상기 배기 정화 모드에서 상기 개루프 촉매 재생 모드로 전환되며,
    상기 반응기의 질소산화물 저감 효율의 실측값이 상기 1차 목표값 보다 낮게 설정된 2차 목표값 보다 낮아지면 상기 개루프 촉매 재생 모드에서 상기 폐루프 촉매 재생 모드로 전환되는 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치.
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