KR101582624B1

KR101582624B1 - 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템

Info

Publication number: KR101582624B1
Application number: KR1020140059250A
Authority: KR
Inventors: 변성현; 이대훈; 송영훈; 김관태
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2016-01-05
Also published as: KR20150131865A

Abstract

본 발명의 목적은 요소수를 무화 열분해 하여 공기와 신속하게 혼합하여 배출가스에 분사하여 무화 열분해 된 암모니아와 배출가스를 신속하게 혼합하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템은, 엔진의 배출가스를 유통시키는 배기관, 상기 배기관에 설치되는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매, 및 상기 SCR 촉매의 전방에서 상기 배기관의 내부에 설치되어, 플라즈마 아크로 요소수를 무화하고 열분해 하여 생성되는 암모니아를 상기 SCR 촉매의 전방에 분사하여 배출가스와 혼합하는 플라즈마 노즐을 포함한다.

Description

플라즈마 요소수 에스씨알 시스템 {PLASMA UREA SCR SYSTEM}

본 발명은 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 요소수를 무화 열분해 하여 공기와 신속하게 혼합하여 배출가스에 분사하여 혼합함으로써 촉매에서 질소산화물(NOx)을 효과적으로 제거하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템에 관한 것이다.

질소산화물(Nox)의 규제가 강화되면서 대형 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물의 저감을 위한 노력이 강구되고 있다. 일례로써, 디젤 엔진의 배기 후처리 시스템에 요소수 첨가 선택적 촉매 환원 시스템(Urea-SCR: Urea-selective catalytic reduction)이 적용된다.

즉, 요소수 첨가 선택적 촉매 환원 시스템은 SCR(selective catalytic reduction) 촉매의 전방에 요소수를 투입하도록 요소수 공급부와 투입부를 구비하고, 질소산화물 센서와 요소수 분사 제어장치를 더 구비하여, 배기관의 내부에 요소수를 분사한다.

분사된 요소수는 배기관 내에서 디젤 엔진의 배출가스 열에 의하여 암모니아로 열분해 된다. 이렇게 생성된 암모니아는 배기관의 후단에 장착된 SCR 촉매에서 배출가스에 포함된 질소산화물과 반응하여, 물과 질소를 생성한다.

질소산화물을 효과적으로 저감하기 위해서, 암모니아(NH₃)와 질소산화물(NOx)이 고온에서 설정된 비율(예를 들면, 1:1)로 반응해서 질소(N₂)로 환원되어야 한다. 즉 암모니아와 배출가스가 신속하게 혼합되어야 한다.

본 발명의 목적은 요소수를 무화 열분해 하여 공기와 신속하게 혼합하여 배출가스에 분사함으로써 무화 열분해 된 암모니아와 배출가스를 신속하게 혼합하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템은, 엔진의 배출가스를 유통시키는 배기관, 상기 배기관에 설치되는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매, 및 상기 SCR 촉매의 전방에서 상기 배기관의 내부에 설치되어, 플라즈마 아크로 요소수를 무화하고 열분해 하여 생성되는 암모니아를 상기 SCR 촉매의 전방에 분사하여 배출가스와 혼합하는 플라즈마 노즐을 포함한다.

상기 플라즈마 노즐은, 공급되는 압축 공기를 좁아진 토출구로 토출하고 전기적으로 접지되는 제1하우징, 상기 제1하우징의 토출구 주위에 구비되어 분사홀을 통하여 공급되는 상기 요소수를 상기 토출구 안으로 분사하는 제2하우징, 상기 제1하우징에 내장되어 그 단부와 상기 토출구 사이에 방전갭을 형성하며 구동 전압이 인가되는 구동 전극, 및 상기 토출구의 반대측에서 상기 제1하우징의 일측을 밀폐하며 상기 구동 전극을 절연 지지하고 상기 공기를 공급하는 공기 공급구를 구비하는 벽체를 포함할 수 있다.

상기 제1하우징은, 공기가 공급되는 측에 형성되고 상기 벽체로 밀폐되는 원통부, 및 상기 원통부의 단부에 연장되어 상기 토출구에 연결되는 연장 통로부를 포함할 수 있다.

상기 원통부는 상기 원통부의 중심 방향으로 연결되고 중심에서 상기 구동 전극을 지지하는 허브를 더 포함하며, 상기 허브는 절연부재를 개재하여 상기 구동 전극을 지지할 수 있다.

상기 토출구는 상기 제2하우징의 단부를 향하여 설정된 길이를 가지고, 상기 분사홀은 상기 토출구의 길이 방향을 따라 복수로 구비될 수 있다.

상기 연장 통로부는 상기 원통부에서 점진적으로 축소하여 형성되어 상기 토출구에 경사지게 연결되고, 상기 제2하우징과의 사이에 설정되는 경사 통로는 상기 토출구에 경사지게 향할 수 있다.

상기 경사 통로는 상기 토출구의 직경 방향에서 설정된 제1각도(θ1)로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 분사홀은 상기 토출구의 직경 방향에서 설정된 제2각도(θ2)로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 분사홀은 상기 토출구의 원주 방향을 따라 복수로 구비될 수 있다.

상기 연장 통로부는 상기 원통부에서 동일한 직경으로 형성되어 상기 토출구에 직경 방향으로 연결되고, 상기 제2하우징과의 사이에 설정되는 통로는 상기 토출구에 직경 방향으로 향할 수 있다.

상기 제2하우징의 공급구에 요소수 공급라인이 연결되고, 상기 요소수 공급라인에는 요소수의 공급을 단속 및 조절하는 유량 제어부재가 설치될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 플라즈마 노즐에서 요소수를 무화 열분해 하여 공기와 신속하게 혼합하여 배출가스에 분사함으로써 요소수에서 무화 열분해 된 암모니아를 배출가스와 신속하게 혼합할 수 있다. 따라서 무화 열분해 된 암모니아는 질소산화물과 신속하게 혼합되어 배기관에 설치된 SCR 촉매에서 질소산화물(NOx)을 효과적으로 제거할 수 있게 한다.

또한 플라즈마 노즐은 요소수 분사 과정에서 단순 무화에 더하여 가수분해(hydrolysis)를 발생시켜 분사 과정에서 직접 암모니아를 생성할 수도 있다. 따라서 가수분해된 암모니아는 질소산화물과 더 혼합되어 SCR 촉매에서 질소산화물(NOx)을 더 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 플라즈마 노즐의 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1에 적용되는 다른 플라즈마 노즐의 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 요소수 에스씨알 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템은 엔진(E)에 연결되는 배기관(1), 배기관(1)에 설치되는 선택적 촉매 환원 촉매(이하, "SCR 촉매"라 한다)(2) 및 플라즈마 노즐(3)을 포함한다.

엔진(E)은 디젤을 연료로 하여 질소산화물(NOx)이 포함된 배출가스를 발생시킨다. 배기관(1)을 경유하는 배출가스에 포함된 질소산화물은 SCR 촉매(2)의 작용으로 물과 질소로 분해 된다.

플라즈마 노즐(3)은 배출가스에 포함된 질소산화물을 효과적으로 분해하기 위하여, SCR 촉매(2)의 전방에서 배기관(1)의 내부에 설치된다. 플라즈마 노즐(3)은 공기를 방전기체로 하여 플라즈마 아크를 생성하고, 플라즈마 아크로 요소수를 열분해 하여, SCR 촉매(2)의 전방에 무화 및 열분해 된 암모니아를 분사하여 배출가스와 혼합하도록 구성된다.

또한 플라즈마 노즐(3)은 요소수 분사 과정에서 단순 무화에 더하여 가수분해(hydrolysis)가 더 발생되어 분사 과정에서 직접 암모니아를 생성할 수도 있다. 따라서 가수분해된 암모니아는 열분해된 암모니아와 함께 질소산화물에 더 혼합되어 SCR 촉매(2)에서 질소산화물(NOx)을 더 제거할 수 있다.

도 2는 도 1에 적용되는 플라즈마 노즐의 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 플라즈마 노즐(3)은 제1하우징(10), 제2하우징(20), 구동 전극(30) 및 벽체(40)를 포함한다.

제1하우징(10)은 일측으로 공급되는 압축 공기를 빠른 속도로 토출하도록 일측에 좁아진 토출구(H1)를 구비한다. 또한, 제1하우징(10)은 토출구(H1)의 반대측에서 압축 공기를 공급 받아서, 토출구(H1)로 빠르게 토출할 수 있도록 구성된다. 제1하우징(10) 및 토출구(H1)는 전기적으로 접지된다.

제2하우징(20)은 제1하우징(10)의 토출구(H1) 주위에 구비되어 토출구(H1)의 벽을 관통하여 연결되는 분사홀(H2)을 통하여 공급되는 요소수를 토출구(H1) 안으로 분사하도록 형성된다. 예를 들면, 제2하우징(20)은 토출구(H1)의 분사 방향을 향하여 제1하우징(10)과 닮은 꼴의 일체 구조로 형성될 수 있다.

구동 전극(30)은 제1하우징(10)의 중심에 내장 설치되어 그 단부와 토출구(H1) 사이에 방전갭(G)을 형성하여, 구동 전극(30)과 토출구(H1)의 일측 사이에서 공기를 방전기체로 작용시켜 플라즈마 방전을 일으킬 수 있게 한다. 이를 위하여, 구동 전극(30)에는 구동 전압(HV)이 인가된다. 구동 전극(30)은 제1하우징(10)의 중심을 따라 배치된다.

벽체(40)는 토출구(H1)의 반대측에서 제1하우징(10)의 일측을 밀폐하며, 구동 전극(30)을 절연 지지한다. 벽체(40)는 배출가스의 고온에 견딜 수 있는 내열성을 가지는 전기 절연재로 형성될 수 있다. 그리고 벽체(40)는 공기를 공급하는 공기 공급구(41)를 구비한다. 공기 공급구(41)는 압축 공기를 공급하는 컴프레서(42)에 공기 공급라인(43)으로 연결된다.

이하에서는 플라즈마 노즐(3)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 제1하우징(10)은 압축 공기가 공급되는 방향을 따라 순차적으로 형성되는 원통부(12) 및 연장 통로부(13)를 포함한다.

원통부(12)는 공기를 공급하는 공기 공급라인(43) 측에서 균일한 직경의 원형 통로를 형성하며, 토출구(H1)의 반대측에서 벽체(40)로 밀폐된다. 따라서 공기 공급라인(43)으로 공급되는 압축 공기는 토출구(H1)로 토출된다.

연장 통로부(13)는 원통부(12)의 단부에 연장되어 토출구(H1)에 연결된다. 일례를 들면, 연장 통로부(13)는 원통부(12)에 연결되어 원통부(12)의 단부에서 점진적으로 축소되어 토출구(H1)에 경사지게 연결될 수 있다.

연장 통로부(13)에서 최소 통로의 단부는 토출구(H1)에 연결된다. 즉 연장 통로부(13)의 끝 지점은 토출구(H1)의 시작 지점이 된다. 연장 통로부(13)와 제2하우징(20) 사이에 설정되는 경사 통로(P)는 토출구(H1)에 경사지게 향한다.

또한, 원통부(12)는 원통부(12)의 내측에서 중심 방향으로 연결되고 중심에서 구동 전극(30)을 지지하는 허브(14)를 더 포함한다. 허브(14)는 제1하우징(10)의 공기 공급구(41)로 공급되는 공기를 원통부(12)와 연장 통로부(13)로 유통시키면서, 또한 중심에 절연부재(15)를 개재하여 구동 전극(30)을 지지한다. 따라서 구동 전극(30)은 구동 전압(HV)에 전기적으로 연결되고, 절연부재(15)와 벽체(40)에 의하여 지지되어 제1하우징(10)과 전기적으로 절연된다.

구동 전극(30)은 제1하우징(10)의 외부로부터 전원에 연결되어 구동 전압(HV)을 인가 받고, 토출구(H1)의 시작 부분, 즉 연장 통로부(13)의 단부와 구동 전극(30)의 단부 사이에 방전갭(G)을 형성한다. 즉 방전갭(G)은 공기의 유동 방향으로 설정된다.

실질적으로, 토출구(H1)는 제1하우징(10)의 연장 통로부(13)의 끝에서 더 연장 형성되며, 연장 통로부(13)의 최소 통로와 동일한 크기의 직경을 가진다. 즉 토출구(H1)는 제1하우징(10)의 끝에서 설정된 직경(D)과 제2하우징(20)의 단부를 향하여 설정된 길이(L)를 가진다.

제2하우징(20)을 통하여 공급되는 요소수는 분사홀(H2)을 통하여 토출구(H1)의 내부로 분사된다. 분사홀(H2)은 토출구(H1)의 길이 방향을 따라 복수로 구비될 수 있다. 또한 분사홀(H2)은 토출구(H1)의 원주 방향을 따라 복수로 구비될 수 있다.

즉 분사홀(H2)은 토출구(H1)를 중심으로 하여, 한 층 또는 복수 층으로 형성되고 각 층에서 복수로 형성되어 요소수를 분사하는 미세한 구조를 이루고 있다. 예를 들면, 토출구(H1)는 0.1~3mm의 직경으로 설정되고, 분사홀(H2)은 0.0~0.5mm의 직경으로 설정될 수 있다.

따라서 공급되는 요소수는 토출구(H1) 내에서 공기의 유동 방향을 따라 배치되는 복수의 분사홀(H2)을 통하여 분사되고, 동시에 토출구(H1)의 원주 방향에서 토출구(H1)의 중심으로 분사될 수 있다. 이때 제1하우징(10)으로 공급되는 공기는 토출구(H1)를 따라 유동된다.

분사홀(H2)의 크기 및 개수는 분사되는 요소수의 유량을 설정한다. 그리고 토출구(H1)의 길이(L)는 공기를 사용한 플라즈마 아크에 의하여 발생되는 열과 유동 여기 화학종들에 의하여 요소수를 무화 및 열분해 하는 속도와 범위를 설정한다. 플라즈마 아크를 발생시키고 분사홀(H2)을 통하여 요소수를 분사하므로 요소수를 무화하고 열분해 하는 데 소요되는 토출구(H1)의 길이(L)를 단축시킬 수 있다.

한편, 제2하우징(20)의 일측 공급구(23)에 요소수 공급라인(21)이 연결된다. 요소수 공급라인(21)에는 유량 제어부재(22)가 설치되어, 요소수 공급라인(21)을 통한 요소수의 공급을 단속하고 아울러 공급되는 요소수의 유량을 조절할 수 있다.

유량 제어부재(22)는 제2하우징(20)으로 공급되는 요소수의 양을 제어하며, 요소수량을 정밀하게 제어할 수 있다. 이로 인하하여, 유량 제어부재(22)를 경유하여 제2하우징(20)으로 유입되어 존재하는 요소수의 양이 최소화 될 수 있다.

유량 제어부재(22)는 요소수 공급라인(21)에서 통로의 개방을 조절하여 요소수의 공급량을 제어하기 위하여, 솔레노이드 밸브 또는 인젝터로 구성될 수 있다. 또한, 제1하우징(10)과 제2하우징(20) 사이에 설정되는 챔버의 크기 및 분사홀(H2)의 크기는 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 제1하우징(10)의 연장 통로부(13)와 이에 마주하는 제2하우징(20)의 내면은 토출구(H1)의 토출 방향을 따라 좁아지는 구조의 경사 통로(P)를 형성한다. 예를 들면, 연장 통로부(13)와 제2하우징(20) 사이에 형성되는 경사 통로(P)는 제1하우징(10)의 직경 방향에 대하여 설정된 제1각도(θ1)로 경사지게 형성된다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 4를 참조하면, 분사홀(H2)은 토출구(H1)을 중심을 향하며, 제1하우징(10)의 직경 방향에 대하여 설정된 제2각도(θ2)로 경사지게 형성되고, 복수의 분사홀들(H2)은 토출구(H1)의 외곽에서 하나로 연결되어 있다. 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)는 동일하게 형성될 수도 있고, 서로 무관하게 형성될 수도 있다.

즉 분사홀(H2)은 연장 통로부(13)와 제2하우징(20) 사이의 경사 통로(P)에서 제2각도(θ2)로 경사지게 형성되어, 토출구(H1)의 토출 방향에 대하여 경사지게 요소수를 분사한다. 따라서 토출구(H1)로 유동되는 공기는 분사홀(H2)로 분사되는 요소수와 혼합되고, 아울러 분사홀(H2)을 통하여 설정된 제2각도(θ2)로 분사되는 요소수에 의하여, 추진력을 가지고 토출구(H1)로 토출될 수 있다.

예를 들면, 분사홀(H2)의 제2각도(θ2)는 0~90도(90도 포함하지 않음) 사이의 값으로 설정될 수 있다. 따라서 분사홀(H2)로 토출되는 요소수는 설정된 제2각도(θ2)로 토출구(H1)의 내부로 분사될 수 있다.

즉 플라즈마 노즐(3)에서, 요소수가 분사홀(H2)을 통과하면서 1유체 노즐의 효과에 의하여 요소수가 무화되고, 공기가 토출구(H1)를 통과하면서 생기는 2유체의 유동 효과에 의하여, 요소수가 공기에 신속하고 균일하게 무화될 수 있다.

또한, 플라즈마 노즐(3)에서, 플라즈마 방전에 따라 여기된 상태의 공기 분자의 화학적 효과, 및 플라즈마 방전의 플라즈마 아크에 의한 열 효과 및 플라즈마 아크 제트에 의한 물리적 효과에 의하여, 요소수와 공기는 균일하게 혼합되어 분사될 수 있다.

즉 일 실시예의 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템은 기존 시스템에서 얻을 수 없었던, 요소수에서 무화 및 열분해된 암모니와 배기가스의 신속한 혼합을 가능하게 한다. 따라서 SCR 촉매(2)에서 질소산화물(NOx)을 효과적으로 제거할 수 있다. 즉 단시간 및 엔진(E)과 SCR 촉매(2) 사이의 단거리에서 배출가스가 암모니아와 균일하게 혼합된 상태로 SCR(selective catalytic reduction) 촉매(2)에 유입될 수 있다.

따라서 질소산화물의 배출량 감소를 위한 배기관(1)의 크기 및 길이가 획기적으로 감소될 수 있고, 플라즈마 노즐(3)의 설치 공간이 효율적으로 확보될 수 있으며, 요소수가 절감될 수 있다.

제1하우징(10)으로 공기가 공급되고, 요소수 공급라인(21)을 통하여 제2하우징(20)의 공급구(23)로 요소수가 공급되며, 토출구(H1) 및 제1하우징(10)을 접지한 상태에서 구동 전극(30)에 구동 전압(HV)이 인가되면, 토출구(H1)를 통하여 무화 및 열분해 된 암모니아가 토출된다.

구동 전극(30)과 토출구(H1) 사이에서 발생되어 토출구(H1) 내부로 토출되는 플라즈마 아크 제트는 교류 또는 직류의 구동 전압으로 가능하다. 직류(DC) 전원을 사용하여 플라즈마 아크 제트를 발생시키는 경우, 미립화된 요소수 액적의 하전 현상에 의하여, 요소수의 응집(coagulation)이 방지되고 요소수가 더 미세하고 빠르게 무화될 수 있다.

또한 교류(AC) 전원을 사용하여 플라즈마 아크 제트를 발생시키는 경우, 직류 전원에 비하여, 구동 전극(30)의 수명이 상대적으로 길어지고, 더 큰 부피(volumetric)의 플라즈마 아크 제트가 발생될 수 있다.

플라즈마 아크 제트가 토출되는 토출구(H1)의 지름(D)은 수 mm (예를 들면, 0.1~3mm)이며, 요소수 분사가 필요한 대형 선박용 디젤 엔진부터 중대형 승용차에 이르기까지 다양한 크기로 적용되어, 요소수의 다양한 분사량에 적용될 수 있다.

도 5는 도 1에 적용되는 다른 플라즈마 노즐의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 다른 플라즈마 노즐(5)에서 제1하우징(210)의 연장 통로부(213)와 이에 마주하는 제2하우징(220)의 내면은 토출구(H21)의 토출 방향에 직교하는 구조로 형성된다.

예를 들면, 연장 통로부(213)와 제2하우징(220) 사이에 형성되는 통로(P2)는 제1하우징(210)의 직경 방향으로 형성된다. 즉 도 5는 도 3의 제1각도(θ1)에 대응하는 값이 영이다.

분사홀(H22)은 토출구(H21)의 중심을 향하며, 제1하우징(210)의 직경 방향에 대하여 설정된 제2각도(θ22)로 경사지게 형성되고, 복수의 분사홀들(H22)은 토출구(H21)의 외곽에서 하나로 연결되어 있다.

즉 분사홀(H22)은 연장 통로부(213)와 제2하우징(220) 사이의 통로(P2)에서 제2각도(θ22)로 경사지게 형성되어, 토출구(H21)의 토출 방향에 대하여 경사지게 요소수를 분사한다.

따라서 토출구(H21)로 유동되는 공기는 분사홀(H22)로 분사되는 요소수와 혼합되고, 아울러 분사홀(H22)을 통하여 설정된 제2각도(θ22)로 분사되는 요소수에 의하여, 추진력을 가지고 토출구(H21)로 토출된다.

구동 전극(30)은 그 단부와 토출구(H21) 사이에 방전갭(G2)을 형성하여, 토출구(H21)의 일측과의 사이에서 일측으로 공급되는 공기를 방전기체로 작용시켜 플라즈마 방전을 일으킬 수 있게 한다.

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.

1: 배기관 2: 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매
3, 5: 플라즈마 노즐 10, 210: 제1하우징
12: 원통부 13, 213: 연장 통로부
14: 허브 15: 절연부재
20, 220: 제2하우징 23: 공급구
21: 요소수 공급라인 22: 유량 제어부재
41: 공기 공급구 30: 구동 전극
40: 벽체 42: 컴프레서
43: 공기 공급라인 D: 직경
E: 엔진 G, G2: 방전갭
HV: 구동 전압 H1, H21: 토출구
H2, H22: 분사홀 L: 길이
P: 경사 통로 P2: 통로
θ1: 제1각도 θ2, θ22: 제2각도

Claims

엔진의 배출가스를 유통시키는 배기관;
상기 배기관에 설치되는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매; 및
상기 SCR 촉매의 전방에서 상기 배기관의 내부에 설치되어, 플라즈마 아크로 요소수를 무화하고 열분해 하여 생성되는 암모니아를 상기 SCR 촉매의 전방에 분사하여 배출가스와 혼합하는 플라즈마 노즐
을 포함하며,
상기 플라즈마 노즐은,
공급되는 압축 공기를 좁아진 토출구로 토출하고 전기적으로 접지되는 제1하우징,
상기 제1하우징의 토출구 주위에 구비되어 분사홀을 통하여 공급되는 상기 요소수를 상기 토출구 안으로 분사하는 제2하우징, 및
상기 제1하우징에 내장되어 그 단부와 상기 토출구 사이에 방전갭을 형성하며 구동 전압이 인가되어 상기 플라즈마 아크를 일으키는 구동 전극
을 포함하며,
상기 토출구는,
상기 제2하우징의 단부를 향하여 설정된 길이를 가지고,
상기 분사홀은,
상기 토출구의 길이 방향을 따라 복수로 구비되는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 노즐은,
상기 토출구의 반대측에서 상기 제1하우징의 일측을 밀폐하며 상기 구동 전극을 절연 지지하고 상기 공기를 공급하는 공기 공급구를 구비하는 벽체
를 더 포함하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1하우징은,
공기가 공급되는 측에 형성되고 상기 벽체로 밀폐되는 원통부, 및
상기 원통부의 단부에 연장되어 상기 토출구에 연결되는 연장 통로부
를 포함하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
제3항에 있어서,
상기 원통부는
상기 원통부의 중심 방향으로 연결되고 중심에서 상기 구동 전극을 지지하는 허브를 더 포함하며,
상기 허브는
절연부재를 개재하여 상기 구동 전극을 지지하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
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제3항에 있어서,
상기 연장 통로부는,
상기 원통부에서 점진적으로 축소하여 형성되어 상기 토출구에 경사지게 연결되고
상기 제2하우징과의 사이에 설정되는 경사 통로는
상기 토출구에 경사지게 향하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
제6항에 있어서,
상기 경사 통로는
상기 토출구의 직경 방향에서 설정된 제1각도(θ1)로 경사지게 형성되는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
엔진의 배출가스를 유통시키는 배기관;
상기 배기관에 설치되는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매; 및
상기 SCR 촉매의 전방에서 상기 배기관의 내부에 설치되어, 플라즈마 아크로 요소수를 무화하고 열분해 하여 생성되는 암모니아를 상기 SCR 촉매의 전방에 분사하여 배출가스와 혼합하는 플라즈마 노즐
을 포함하며,
상기 플라즈마 노즐은,
공급되는 압축 공기를 좁아진 토출구로 토출하고 전기적으로 접지되는 제1하우징,
상기 제1하우징의 토출구 주위에 구비되어 분사홀을 통하여 공급되는 상기 요소수를 상기 토출구 안으로 분사하는 제2하우징, 및
상기 제1하우징에 내장되어 그 단부와 상기 토출구 사이에 방전갭을 형성하며 구동 전압이 인가되어 상기 플라즈마 아크를 일으키는 구동 전극
을 포함하고,
상기 플라즈마 노즐은,
상기 토출구의 반대측에서 상기 제1하우징의 일측을 밀폐하며 상기 구동 전극을 절연 지지하고 상기 공기를 공급하는 공기 공급구를 구비하는 벽체
를 더 포함하며,
상기 제1하우징은,
공기가 공급되는 측에 형성되고 상기 벽체로 밀폐되는 원통부, 및
상기 원통부의 단부에 연장되어 상기 토출구에 연결되는 연장 통로부
를 포함하고,
상기 연장 통로부는,
상기 원통부에서 점진적으로 축소하여 형성되어 상기 토출구에 경사지게 연결되고
상기 제2하우징과의 사이에 설정되는 경사 통로는
상기 토출구에 경사지게 향하며,
상기 분사홀은
상기 토출구의 직경 방향에서 설정된 제2각도(θ2)로 경사지게 형성되는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
엔진의 배출가스를 유통시키는 배기관;
상기 배기관에 설치되는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매; 및
상기 SCR 촉매의 전방에서 상기 배기관의 내부에 설치되어, 플라즈마 아크로 요소수를 무화하고 열분해 하여 생성되는 암모니아를 상기 SCR 촉매의 전방에 분사하여 배출가스와 혼합하는 플라즈마 노즐
을 포함하며,
상기 플라즈마 노즐은,
공급되는 압축 공기를 좁아진 토출구로 토출하고 전기적으로 접지되는 제1하우징,
상기 제1하우징의 토출구 주위에 구비되어 분사홀을 통하여 공급되는 상기 요소수를 상기 토출구 안으로 분사하는 제2하우징, 및
상기 제1하우징에 내장되어 그 단부와 상기 토출구 사이에 방전갭을 형성하며 구동 전압이 인가되어 상기 플라즈마 아크를 일으키는 구동 전극
을 포함하고,
상기 플라즈마 노즐은,
상기 토출구의 반대측에서 상기 제1하우징의 일측을 밀폐하며 상기 구동 전극을 절연 지지하고 상기 공기를 공급하는 공기 공급구를 구비하는 벽체
를 더 포함하며,
상기 제1하우징은,
공기가 공급되는 측에 형성되고 상기 벽체로 밀폐되는 원통부, 및
상기 원통부의 단부에 연장되어 상기 토출구에 연결되는 연장 통로부
를 포함하고,
상기 분사홀은
상기 토출구의 원주 방향을 따라 복수로 구비되는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
엔진의 배출가스를 유통시키는 배기관;
상기 배기관에 설치되는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매; 및
상기 SCR 촉매의 전방에서 상기 배기관의 내부에 설치되어, 플라즈마 아크로 요소수를 무화하고 열분해 하여 생성되는 암모니아를 상기 SCR 촉매의 전방에 분사하여 배출가스와 혼합하는 플라즈마 노즐
을 포함하며,
상기 플라즈마 노즐은,
공급되는 압축 공기를 좁아진 토출구로 토출하고 전기적으로 접지되는 제1하우징,
상기 제1하우징의 토출구 주위에 구비되어 분사홀을 통하여 공급되는 상기 요소수를 상기 토출구 안으로 분사하는 제2하우징, 및
상기 제1하우징에 내장되어 그 단부와 상기 토출구 사이에 방전갭을 형성하며 구동 전압이 인가되어 상기 플라즈마 아크를 일으키는 구동 전극
을 포함하고,
상기 플라즈마 노즐은,
상기 토출구의 반대측에서 상기 제1하우징의 일측을 밀폐하며 상기 구동 전극을 절연 지지하고 상기 공기를 공급하는 공기 공급구를 구비하는 벽체
를 더 포함하며,
상기 제1하우징은,
공기가 공급되는 측에 형성되고 상기 벽체로 밀폐되는 원통부, 및
상기 원통부의 단부에 연장되어 상기 토출구에 연결되는 연장 통로부
를 포함하고,
상기 연장 통로부는,
상기 원통부에서 동일한 직경으로 형성되어 상기 토출구에 직경 방향으로 연결되고,
상기 제2하우징과의 사이에 설정되는 통로는,
상기 토출구에 직경 방향으로 향하는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2하우징의 공급구에 요소수 공급라인이 연결되고,
상기 요소수 공급라인에는 요소수의 공급을 단속 및 조절하는 유량 제어부재가 설치되는 플라즈마 요소수 에스씨알 시스템.