KR101960689B1 - 공기압을 이용한 요소수 분사장치 및 그를 포함하는 NOx 저감장치 - Google Patents

공기압을 이용한 요소수 분사장치 및 그를 포함하는 NOx 저감장치 Download PDF

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Abstract

일 실시예는, 요소수가 저장되고, 상기 요소수가 주입되는 요소수주입구가 바닥으로부터 일정 높이 위로 형성되고, 상기 요소수가 배출되는 요소수배출구가 바닥과 인접한 위치로 형성되며, 공기가 주입되는 공기주입구가 상측의 제1위치로 형성되고, 공기가 배출되는 공기배출구가 상측의 제2위치로 형성되는 요소수탱크; 상기 요소수탱크로 공기를 공급하는 공압탱크; 상기 요소수탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 다른 장치로 분사하는 요소수분사기; 상기 공기배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제1배관, 상기 요소수배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제2배관, 상기 공기주입구와 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제3배관 및 상기 제2배관의 일 지점과 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제4배관을 포함하는 복수의 배관; 상기 제1배관의 개폐를 제어하는 제1밸브, 상기 제2배관의 개폐를 제어하는 제2밸브, 상기 제3배관의 개폐를 제어하는 제3밸브 및 상기 제4배관의 개폐를 제어하는 제4밸브를 포함하는 복수의 밸브; 및 상기 요소수탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 요소수분사기로 전달되도록 상기 복수의 밸브를 제어하는 제어기를 포함하는 요소수분사장치를 제공한다.

Description

공기압을 이용한 요소수 분사장치 및 그를 포함하는 NOx 저감장치{A UREA WATER INJECTION DEVICE USING AIR PRESSURE AND AN NOX REDUCTION DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 실시예는 공기압을 이용하여 요소수를 분사하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤을 연료로 사용하는 차량의 배기가스 중에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(CnHm), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 입자상물질(Particulate Matter, PM) 등이 포함되는데, 이러한 배기가스는 부유분진의 발생을 가중시킴으로써 대기오염의 주요 원인이 되고 있다.
각국의 환경규제는 대기오염을 완화시키고 인간의 쾌적한 환경요구를 충족시키기 위하여, 배기가스에 포함되는 대기오염물질에 대한 규제를 증가시키고 있는데, 디젤차량에 관련된 연구자들은 이에 대한 대책으로 다양한 배기가스 저감기술을 제시하고 있다.
예를 들어, 배기가스 저감기술의 일편으로 제시되고 있는 것으로서, 차량의 엔진 내부에서 자체적으로 오염물질을 저감시키기 위하여, 고압분사장치 등의 전처리 기술이 개발되고 있으나, 배기가스의 규제가 강화됨에 따라 엔진 내부에서의 이러한 배기가스 저감기술만으로는 규제를 만족시키는데 한계가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 차량의 엔진에서 연소된 후 배출되는 배기가스를 처리하는 후처리 기술이 제안되고 있으며, 이러한 후처리 기술은 산화촉매, 매연여과장치 및 질소산화물 촉매로 구성된 배기가스 처리장치-NOx 저감장치-의 형태로 구현되고 있다.
이중 NOx 저감장치는 질소산화물(NOx)을 암모니아 성분-예를 들어, NH3-과 반응시켜 질소(N2)와 물(H2O)로 분해함으로써, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있다.
한편, NOx 저감장치는 배기가스에 요소수를 분사하는 방식으로 암모니아 성분을 혼합시키는데, 이때, 요소수에 분사압력을 형성시키는 방법이 문제될 수 있다. 종래에는 전동식 압력펌프를 이용하여 요소수에 분사압력을 형성하였는데, 이러한 방법에 의하면, 전동식 압력펌프의 소자비용으로 인해 전체 시스템 비용이 증가하는 문제가 있었다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 전동식 압력범프를 사용하지 않고 요소수에 분사압력을 형성하는 요소수 분사기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 요소수가 저장되고, 상기 요소수가 주입되는 요소수주입구가 바닥으로부터 일정 높이 위로 형성되고, 상기 요소수가 배출되는 요소수배출구가 바닥과 인접한 위치로 형성되며, 공기가 주입되는 공기주입구가 상측의 제1위치로 형성되고, 공기가 배출되는 공기배출구가 상측의 제2위치로 형성되는 요소수탱크; 상기 요소수탱크로 공기를 공급하는 공압탱크; 상기 요소수탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 다른 장치로 분사하는 요소수분사기; 상기 공기배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제1배관, 상기 요소수배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제2배관, 상기 공기주입구와 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제3배관 및 상기 제2배관의 일 지점과 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제4배관을 포함하는 복수의 배관; 상기 제1배관의 개폐를 제어하는 제1밸브, 상기 제2배관의 개폐를 제어하는 제2밸브, 상기 제3배관의 개폐를 제어하는 제3밸브 및 상기 제4배관의 개폐를 제어하는 제4밸브를 포함하는 복수의 밸브; 및 상기 요소수탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 요소수분사기로 전달되도록 상기 복수의 밸브를 제어하는 제어기를 포함하는 요소수분사장치를 제공한다.
상기 제어기는 상기 제4밸브의 개폐를 제어하여 상기 요소수탱크의 공기압을 제1압력 이상으로 형성할 수 있다. 여기서, 제1압력은 요소수분사기로 적정 압력의 요소수를 공급할 수 있는 압력으로서, 분사기준압력이라고 호칭될 수 있다.
상기 요소수가 상기 요소수주입구로 주입될 때, 상기 제어기는, 상기 요소수탱크의 공기압이 대기압과 같아지도록 상기 제1밸브를 개방하여 상기 요소수탱크의 공기를 배출할 수 있다.
상기 제1밸브의 개방에 따라 상기 요소수탱크의 공기가 상기 요소수분사기를 통해 배출될 수 있다.
상기 요소수는 상기 일정 높이 이하로 저장될 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1밸브 및 상기 제3밸브를 잠금하고, 상기 제2밸브를 개방하여 상기 요소수를 상기 요소부탱크로부터 상기 요소수분사기로 전달할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제1밸브를 잠금하고, 상기 제2밸브 및 상기 제3밸브를 개방하여 상기 요소수탱크로부터 상기 요소수분사장치로의 상기 요소수 공급을 중단시킬 수 있다.
상기 요소수탱크의 공기압이 상기 공압탱크의 공기압보다 높으면, 상기 제어기는, 상기 제2밸브 및 상기 제3밸브를 잠금하고, 상기 제1밸브를 개방하여 상기 요소수탱크의 공기압을 감소시킬 수 있다.
상기 요소수분사장치는 상기 요소수탱크의 공기압을 측정하고 측정된 공기압을 상기 제어기로 전달하는 공기압측정기를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예는, 배기가스에 요소수를 분사하는 제1항에 따른 요소수분사장치; 상기 배기가스에 포함된 질소 산화물을 분해하기 위해 내부에 적어도 하나 이상의 촉매부들이 배치된 선택적촉매환원기; 및 상기 선택적촉매환원기 전방에 배치되어 유입되는 상기 배기가스와 상기 요소수를 혼합하는 혼합기를 포함하는 NOx 저감장치를 제공한다.
상기 혼합기의 전방에는, 디젤엔진으로부터 유입되는 상기 배기가스 중 입자상물질을 제거하는 디젤미립자필터 및 상기 디젤엔진과 상기 디젤미립자필터 사이에 배치되는 디젤산화촉매기가 순차적으로 연결될 수 있다.
상기 촉매부들은 바나듐계 촉매물질 혹은 제올라이트계 촉매물질을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예는, 요소수가 저장되고, 상기 요소수가 주입되는 요소수주입구가 바닥으로부터 일정 높이 위로 형성되고, 상기 요소수가 배출되는 요소수배출구가 바닥과 인접한 위치로 형성되며, 공기가 주입되는 공기주입구가 상측의 제1위치로 형성되고, 공기가 배출되는 공기배출구가 상측의 제2위치로 형성되는 요소수탱크; 상기 요소수탱크로 공기를 공급하는 공압탱크; 상기 요소수탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 다른 장치로 분사하는 요소수분사기; 상기 공기배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제1배관, 상기 요소수배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제2배관, 상기 공기주입구와 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제3배관 및 상기 제2배관의 일 지점과 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제4배관을 포함하는 복수의 배관; 상기 제1배관의 개폐를 제어하는 제1밸브, 상기 제2배관의 개폐를 제어하는 제2밸브 및 상기 제3배관의 개폐를 제어하는 제3밸브를 포함하는 복수의 밸브; 상기 제4배관에 배치되고 상기 요소수탱크의 공기압을 일정한 범위의 값으로 유지시키는 압력레귤레이터; 및 상기 요소수탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 요소수분사기로 전달되도록 상기 복수의 밸브를 제어하는 제어기를 포함하는 요소수분사장치를 제공한다.
상기 요소수가 상기 요소수주입구로 주입될 때, 상기 제어기는, 상기 압력레귤레이터의 작동을 중지시키고, 상기 요소수탱크의 공기압이 대기압과 같아지도록 상기 제1밸브를 개방하여 상기 요소수탱크의 공기를 배출할 수 있다.
상기 압력레귤레이터는 상기 요소수탱크의 공기압이 상기 제3배관에 형성되는 공기압보다 작아지도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전동식 압력펌프를 사용하지 않고 공기압을 이용하여 요소수에 분사압력을 형성할 수 있으며, 전동식 압력펌프를 사용하지 않아 전체 시스템 비용이 감소하는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디젤엔진 배기가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 요소수분사장치의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수탱크로 요소수를 공급할 때의 제어 상황을 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수탱크로 요소수를 공급할 때의 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수를 요소수분사기로 전달할 때의 제어 상황을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수를 요소수분사기로 전달할 때의 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수의 공급을 중단할 때의 제어 상황을 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수의 공급을 중단할 때의 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 요소수분사장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 디젤엔진 배기가스 처리 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 디젤엔진 배기가스 처리 시스템(100)은, 디젤엔진(120)과, 디젤엔진(120)으로부터 배출되는 배기가스를 후처리(after-treatments)하기 위한 배기가스 처리장치(150)를 포함할 수 있다.
배기가스 처리장치(150)는 디젤산화촉매기(DOC: Diesel Oxidation Catalyst, 130), 디젤미립자필터(DPF: Diesel Particular Filter, 140) 및 NOx 저감장치(180)를 포함할 수 있다.
디젤산화촉매기(130)는 그 후방에 배치되는 디젤미립자필터(140)의 재생을 위한 이산화질소(NO2)를 생성하는 역할을 하고, 디젤미립자필터(140)는 배기가스 중 입자상물질(PM, Particulate Matter)을 물리적으로 포집하고 연소시켜 제거하는 역할을 한다.
특히, 디젤미립자필터(140)는 필터에 포집된 입자상물질(PM)을 연소시켜 제거할 때 배기가스 온도를 높이고, 디젤산화촉매기(130)에서는 이산화질소(NO2)를 생성할 때 방출되는 반응열을 통해 배기가스의 온도를 상승시키게 된다.
이에 따라 디젤미립자필터(140)에 포집된 입자상물질(PM)은 디젤산화촉매기(130) 후단의 배기열을 이용하여 그의 활성온도 이상으로 승온시켜 입자상물질(PM)을 제거하게 된다.
디젤산화촉매기(130)는 디젤엔진(120)으로부터 유입되는 배기가스에 포함되어 있는 일산화탄소와 탄화수소를 산화시켜 이산화탄소와 물로 바꾸는 역할을 한다.
NOx 저감장치(180)는, 디젤미립자필터(140)로부터 유입되는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 분해하기 위한 선택적촉매환원기(184)와, 디젤미립자필터(140)로부터 유입되는 배기가스에 환원제(암모니아)를 공급하기 위한 요소수(우레아 Urea)분사장치(170)와, 선택적촉매환원기(184)와 디젤미립자필터(140) 사이에 배치되어 배기가스와 요소수를 혼합하는 혼합기(182)를 포함할 수 있다.
요소수분사장치(170)는 제어기(172)를 포함하는데, 제어기(172)는 디젤엔진(120) 상태 및 선택적촉매환원기(184)에서 배출되는 배기가스 상태를 센싱하여 혼합기(182)에 공급되는 요소수의 양을 조절할 수 있다. 요소수분사장치(170)는 요소수분사모듈(174)과 요소수분사기(176)를 포함할 수 있는데, 요소수분사모듈(174)는 저장된 요소수에 분사압력을 형성하여 요소수분사기(176)로 공급할 수 있고, 요소수분사기(176)는 이러한 분사압력을 이용하여 요소수를 혼합기(182)로 분사시킬 수 있다.
선택적촉매환원기(184)는 담체 형태로 구성되며, 담체는 구슬형(pellet type), 세라믹 일체형(ceramic monolith), 금속 일체형(metal monolith) 등으로 구현될 수 있다.
선택적촉매환원기(184)를 구성하는 담체를 적어도 하나 이상의 촉매부들로 구분하고, 각 촉매부들에는 서로 다른 타입의 촉매 물질을 사용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거할 수 있다.
일 실시예에서는 요소수가 혼합된 배기가스가 복수의 촉매부들을 통과하면서, 질소산화물이 분해되는데, 이러한 과정에서 아산화질소의 양이 최소화될 수 있다.
제어기(172)는 디젤엔진(120)의 상태 정보와, 선택적촉매환원기(184) 후방으로 배출되는 배기가스의 상태 정보를 종합하여 혼합기(182)에 요소수를 필요한 양만큼씩 공급할 수 있다.
제어기(172)는 디젤엔진(120)의 흡기 상태를 센싱할 수 있는 매니폴드 압력 센서(Manifold Air Pressure with Temperature(MAPT)), 디젤엔진(120)의 RPM(Revolution per minute) 상태를 센싱하는 RPM 센서, 디젤엔진(120)의 스로틀 포지션을 센싱하는 스로틀 포지션 센서 등으로부터 디젤엔지(120)의 상태 정보를 획득할 수 있다.
그리고, 제어기(172)는 선택적촉매환원기(184)의 후방으로 배출되는 배기가스의 온도를 센싱하는 온도 센서, 선택적촉매환원기(184)의 후방으로 배출되는 배기가스의 질소 산화물(NOx)의 상태를 센싱하는 NOx 센서 등으로부터 선택적촉매환원기(184) 후방으로 배출되는 배기가스의 상태 정보를 획득할 수 있다.
선택적촉매환원기(184)에는 적어도 하나 이상의 촉매부들이 배치될 수 있는데, 이러한 촉매부들은 바나듐계 촉매물질 혹은 제올라이트계 촉매물질을 포함할 수 있다. 제올라이트(Zeolite)계 촉매 물질은, 예를 들어, 철(Fe)-제올라이트(Fe-Zeolite) 또는 구리(Cu)-제올라이트(Cu-Zeolite)가 될 수 있고, 바나듐계 촉매 물질은 바나듐(Va), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 산화물을 함유할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 요소수분사장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210), 공압탱크(220), 요소수분사기(176), 복수의 배관(S1 ~ S4), 복수의 밸브(V1 ~ V4) 및 제어기(172) 등을 포함할 수 있다.
요소수탱크(210)는 요소수를 저장하는 장치이다. 요소수탱크(210)는 일정 높이까지 요소수를 저장하고 있으면서, 요소수 상측에 위치하는 공기의 압력으로 하측 방향으로 요소수를 배출할 수 있다.
요소수탱크(210)는 4개의 개구부(I1 ~ I4)를 포함할 수 있다.
요소수탱크(210)의 바닥으로부터 일정 높이 위에는 요소수주입구(I1)가 형성될 수 있다. 요소수탱크(210)의 요소수가 부족해지면, 요소수주입구(I1)를 통해 요소수가 요소수탱크(210) 내부로 주입될 수 있다. 요소수탱크(210)에 저장되는 요소수는 요소수주입구(I1)의 위치의 높이 이하로 저장될 수 있다.
요소수탱크(210)의 바닥과 인접한 위치에는 요소수배출구(I2)가 형성될 수 있다. 요소수배출구(I2)에서 배출되는 요소수의 배출압력은 요소수의 중력과 요소수의 상측에 형성되는 공기압에 의해 결정될 수 있다. 요소수의 중력이 크지 않은 경우, 요소수의 배출압력은 주요하게 요소수의 상측에 형성되는 공기압에 의해 결정될 수 있다.
요소수탱크(210)의 상측의 제1위치에는 공기가 주입되는 공기주입구(I4)가 형성되고, 상측의 제2위치에는 공기가 배출되는 공기배출구(I3)가 형성될 수 있다.
요소수탱크(210) 내의 공기압은 공기주입구(I4)로 공급되는 공기의 양에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예에 따른 요소수분사장치(170)는 공기주입구(I4)로 고압의 공기를 공급하여 요소수탱크(210) 내의 공기압을 일정한 수준으로 유지시킬 수 있다.
요소수탱크(210) 내의 공기압은 공기배출구(I3)에서 배출되는 공기의 양에 의해 감소될 수 있다. 일 실시예에 따른 요소수분사장치(170)는 공기배출구(I3)에서 공기를 배출하여 요소수탱크(210) 내의 공기압을 대기압 수준으로 낮출 수 있다.
공압탱크(220)는 고압의 공기를 요소수탱크(210)로 공급할 수 있다.
그리고, 요소수분사기(176)는 요소수탱크(210)로부터 공급되는 요소수를 다른 장치-예를 들어, 도 1을 참고하여 설명한 혼합기-로 분사할 수 있다.
각각의 장치는 배관으로 연결될 수 있다. 공기배출구(I3)와 요소수분사기(176)는 제1배관(S1)을 통해 연결될 수 있다. 요소수배출구(I2)와 요소수분사기(176)는 제2배관(S2)을 통해 연결될 수 있다. 그리고, 공기주입구(I4)와 공압탱크(220)는 제4배관(S4)을 통해 연결되고, 제2배관(S2)의 일 지점(N1)과 공압탱크(220)는 제3배관(S3)을 통해 연결될 수 있다.
각각의 배관(S1 ~ S4)에는 각각의 배관(S1 ~ S4)의 개폐를 제어하는 밸브(V1 ~ V4)가 포함되고, 제어기(172)는 밸브(V1 ~ V4)를 제어하여 요소수탱크(210)에 저장된 요소수가 요소수분사기(176)로 전달되게 할 수 있다.
요소수탱크(210)에는 공기압을 측정하는 공기압측정기(230)가 더 배치될 수 있다. 제어기(172)는 공기압측정기(230)로부터 전달되는 요소수탱크(210)의 공기압 측정값을 이용하여 밸브(V1 ~ V4)의 개폐를 제어할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수탱크로 요소수를 공급할 때의 제어 상황을 나타내는 도면이고, 도 4는 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수탱크로 요소수를 공급할 때의 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)로 요소수를 공급할 때, 제2밸브(V2), 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)를 잠금하여 제2배관, 제3배관 및 제4배관을 폐쇄할 수 있다(S400).
그리고, 요소수분사장치(170)는 제1밸브(V1)를 개방하여 제1배관(S1)을 통해 요소수탱크(210)의 공기를 외부로 배출시킬 수 있다(S404). 이때, 제1배관(S1)을 통해 배출되는 공기는 요소수분사기(176)를 통해 배출될 수 있다.
요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 대기압과 같아질 때까지 제1배관(S1)을 개방할 수 있다.
요소수분사장치(170)는 제1배관(S1)이 개방된 상태에서 요소수탱크(210)의 공기압(P)과 대기압을 비교하고(S406), 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 대기압보다 크면(S406에서 YES), 제1배관(S1)의 개방 상태를 유지할 수 있다.
그리고, 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 대기압과 같아지면(S406에서 NO), 요소수분사장치(170)는 제1밸브(V1)를 통해 제1배관(S1)을 폐쇄할 수 있다(S408).
이후, 요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)로 요소수를 주입할 수 있다(S410).
요소수가 주입된 이후, 요소수분사장치(170)는 제4밸브(V4)를 개방하여 요소수탱크(210)의 공기압을 상승시킬 수 있다(S412).
그리고, 요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)의 공기압(P)을 제1압력과 비교하고(S414), 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 제1압력보다 낮으면(S414에서 YES), 제4밸브(V4)의 개방을 유지시켜 요소수탱크(210)의 공기압(P)을 지속적으로 상승시킬 수 있다.
요소수탱크(210)의 공기압(P)이 제1압력에 도달하면(S414에서 NO), 요소수분사장치(170)는 제4밸브(V4)를 잠금할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수를 요소수분사기로 전달할 때의 제어 상황을 나타내는 도면이고, 도 6은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수를 요소수분사기로 전달할 때의 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 요소수분사장치(170)는 요소수를 전달할 때, 제1밸브(V1), 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)를 잠금하여 제1배관, 제3배관 및 제4배관을 폐쇄할 수 있다(S600).
그리고, 요소수분사장치(170)는 제2밸브(V2)를 개방하여 제2배관(S2)을 통해 요소수탱크(210)에 저장된 요소수를 요소수분사기(176)로 전달할 수 있다(S602).
요소수를 전달할 때, 요소수탱크(210)의 공기압이 저하될 수 있는데, 이때, 요소수분사장치(170)는 제4밸브(V4)를 개방하여 제4배관을 통해 요소수탱크(210)로 공기압을 추가 공급할 수 있다.
요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)의 공기압(P)과 제2압력을 비교하고(S604), 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 제2압력보다 작으면(S604에서 NO), 제4밸브(V4)를 개방할 수 있다(S606).
그리고, 요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)의 공기압(P)과 제1압력을 비교하고(S608), 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 제1압력에 도달하지 않으면(S608에서 YES), 지속적으로 제4밸브(V4)를 개방할 수 있다. 여기서, 제2압력은 제1압력보다 낮은 압력일 수 있다.
그리고, 요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 제1압력에 도달하면(S608에서 NO), 제4밸브(V4)를 잠금할 수 있다(S610).
도 7은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수의 공급을 중단할 때의 제어 상황을 나타내는 도면이고, 도 8은 일 실시예에 따른 요소수분사장치가 요소수의 공급을 중단할 때의 제어 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 요소수의 공급을 중단할 때, 요소수분사장치(170)는 제1밸브(V1) 및 제4밸브(V4)를 잠금할 수 있다(S800).
그리고, 요소수분사장치(170)는 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 개방하여 제3배관(S3) 및 제2배관(S2)의 일부를 통해 공압탱크(220)의 공기압을 요소수탱크(210) 방향으로 공급할 수 있다(S803).
이러한 밸브 제어에 의하면, 제2배관을 통해 배출된 요소수는 공압탱크(220)의 공기압에 의해 요소수탱크(210) 방향으로 회수될 수 있다. 이때, 요소수탱크(210)의 공기압은 공압탱크(220)의 공기압보다 낮을 수 있다.
이때, 요소수탱크(210)의 공기압이 상승할 수 있는데, 요소수분사장치(170)는 제1밸브(V1)를 개방하여 요소수탱크(210)의 공기압을 낮출 수 있다.
요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)의 공기압(P)과 제3압력을 비교하고(S804), 요소수탱크(210)의 공기압이 제3압력이상인 경우(S804에서 NO), 제2밸브(V2), 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)를 잠금할 수 있다(S806). 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 높으면 요소수가 요소수탱크(210)로 회수되지 않거나 공압탱크(220)로 역류하는 문제가 발생할 수 있다. 여기서, 제3압력은 공압탱크(220)의 압력과 같거나 공압탱크(220)의 압력보다 다소 낮을 수 있다.
그리고, 요소수분사장치(170)는 제1밸브(V1)을 개방하여 요소수탱크(210)의 공기를 배출할 수 있다(S808).
그리고, 요소수분사장치(170)는 요소수탱크(210)의 공기압(P)이 제1압력 수준으로 내려가면(S810에서 NO), 제1밸브(V1)를 잠금할 수 있다(S812). 여기서, 제3압력은 제1압력보다 높은 압력일 수 있다.
도 9는 다른 실시예에 따른 요소수분사장치의 구성도이다.
도 9를 참조하면, 요소수분사장치(970)는 요소수탱크(210), 공압탱크(220), 요소수분사기(176), 복수의 배관(S1 ~ S4), 복수의 밸브(V1 ~ V3), 압력레귤레이터(974) 및 제어기(972) 등을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하여 설명한 일 실시예와 달리 다른 실시예에 따른 요소수분사장치(970)는 제4밸브(도 1의 V4 참조)가 압력레귤레이터(974)로 대체된다.
압력레귤레이터(974)는 제4배관(S4)에 배치되고 요소수탱크(210)의 공기압을 일정한 범위의 값으로 유지시킬 수 있다. 압력레귤레이터(974)는 요소수탱크(210)의 공기압을 제1압력으로 유지시킬 수 있는데, 여기서, 제1압력은 제3배관(S3)에 형성되는 공기압보다 작을 수 있다.
요소수가 요소수주입구(I4)로 주입될 때, 제어기(972)는 압력레귤레이터(974)의 작동을 중지시키고, 요소수탱크(210)의 공기압이 대기압과 같아지도록 제1밸브(V1)를 개방하면서 요소수탱크(210)의 공기를 배출할 수 있다. 그리고, 요소수의 주입이 완료되면, 제어기(972)는 다시 압력레귤레이터(974)의 작동을 개시할 수 있다.
요소수를 요소수탱크(210)에서 요소수분사기(176)로 전달할 때, 제어기(972)는 제1밸브(V1) 및 제3밸브(V3)를 잠금하고, 제2밸브(V2)를 개방할 수 있다. 이때, 압력레귤레이터(974)는 요소수탱크(210)의 공기압이 제1압력을 유지하도록 작동할 수 있다.
요소수의 공급을 중단할 때, 제어기(972)는 제1밸브(V1)를 잠금하고, 제2밸브(V2) 및 제3밸브(V3)를 개방하여 공압탱크(220)로부터 공기압이 요소수탱크(210)로 전달되도록 할 수 있다. 이때, 압력레귤레이터(974)는 요소수탱크(210)의 공기압이 제3배관(S3)에 형성되는 공기압보다 작아지도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전동식 압력펌프를 사용하지 않고 공기압을 이용하여 요소수에 분사압력을 형성할 수 있으며, 전동식 압력펌프를 사용하지 않아 전체 시스템 비용이 감소하는 효과가 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 요소수가 저장되고, 상기 요소수가 주입되는 요소수주입구가 바닥으로부터 일정 높이 위로 형성되고, 상기 요소수가 배출되는 요소수배출구가 바닥과 상기 요소수주입구 사이 위치로 형성되며, 공기가 주입되는 공기주입구가 상측의 제1위치로 형성되고, 공기가 배출되는 공기배출구가 상측의 제2위치로 형성되는 요소수탱크;
    상기 요소수탱크로 공기를 공급하는 공압탱크;
    상기 요소수탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 다른 장치로 분사하는 요소수분사기;
    상기 공기배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제1배관, 상기 요소수배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제2배관, 상기 공기주입구와 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제4배관 및 상기 제2배관의 일 지점과 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제3배관을 포함하는 복수의 배관;
    상기 제1배관의 개폐를 제어하는 제1밸브, 상기 제2배관의 개폐를 제어하는 제2밸브, 상기 제3배관의 개폐를 제어하는 제3밸브 및 상기 제4배관의 개폐를 제어하는 제4밸브를 포함하는 복수의 밸브; 및
    상기 요소수탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 요소수분사기로 전달되도록 상기 복수의 밸브를 제어하는 제어기
    를 포함하는 요소수분사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제4밸브의 개폐를 제어하여 상기 요소수탱크의 공기압을 미리 설정된 분사기준압력 이상으로 형성하는 요소수분사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 요소수가 상기 요소수주입구로 주입될 때,
    상기 제어기는,
    상기 요소수탱크의 공기압이 대기압과 같아지도록 상기 제1밸브를 개방하여 상기 요소수탱크의 공기를 배출하는 요소수분사장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제3항에 있어서,
    상기 제1밸브의 개방에 따라 상기 요소수탱크의 공기가 상기 요소수분사기를 통해 배출되는 요소수분사장치.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 요소수는 상기 일정 높이 이하로 저장되는 요소수분사장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1밸브 및 상기 제3밸브를 잠금하고, 상기 제2밸브를 개방하여 상기 요소수를 상기 요소수탱크로부터 상기 요소수분사기로 전달하는 요소수분사장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제1밸브를 잠금하고, 상기 제2밸브 및 상기 제3밸브를 개방하여 상기 요소수탱크로부터 상기 요소수분사장치로의 상기 요소수 공급을 중단시키는 요소수분사장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제7항에 있어서,
    상기 요소수탱크의 공기압이 상기 공압탱크의 공기압보다 높으면
    상기 제어기는,
    상기 제2밸브 및 상기 제3밸브를 잠금하고, 상기 제1밸브를 개방하여 상기 요소수탱크의 공기압을 감소시키는 요소수분사장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 요소수탱크의 공기압을 측정하고 측정된 공기압을 상기 제어기로 전달하는 공기압측정기를 더 포함하는 요소수분사장치.
  10. 배기가스에 요소수를 분사하는 제1항에 따른 요소수분사장치;
    상기 배기가스에 포함된 질소 산화물을 분해하기 위해 내부에 적어도 하나 이상의 촉매부들이 배치된 선택적촉매환원기; 및
    상기 선택적촉매환원기 전방에 배치되어 유입되는 상기 배기가스와 상기 요소수를 혼합하는 혼합기
    를 포함하는 NOx 저감장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 혼합기의 전방에는,
    디젤엔진으로부터 유입되는 상기 배기가스 중 입자상물질을 제거하는 디젤미립자필터 및 상기 디젤엔진과 상기 디젤미립자필터 사이에 배치되는 디젤산화촉매기가 순차적으로 연결되는 NOx 저감장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 촉매부들은 바나듐계 촉매물질 혹은 제올라이트계 촉매물질을 포함하는 NOx 저감장치.
  13. 요소수가 저장되고, 상기 요소수가 주입되는 요소수주입구가 바닥으로부터 일정 높이 위로 형성되고, 상기 요소수가 배출되는 요소수배출구가 바닥과 상기 요소수주입구 사이 위치로 형성되며, 공기가 주입되는 공기주입구가 상측의 제1위치로 형성되고, 공기가 배출되는 공기배출구가 상측의 제2위치로 형성되는 요소수탱크;
    상기 요소수탱크로 공기를 공급하는 공압탱크;
    상기 요소수탱크로부터 공급되는 상기 요소수를 다른 장치로 분사하는 요소수분사기;
    상기 공기배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제1배관, 상기 요소수배출구와 상기 요소수분사기 사이에 배치되는 제2배관, 상기 공기주입구와 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제4배관 및 상기 제2배관의 일 지점과 상기 공압탱크 사이에 배치되는 제3배관을 포함하는 복수의 배관;
    상기 제1배관의 개폐를 제어하는 제1밸브, 상기 제2배관의 개폐를 제어하는 제2밸브 및 상기 제3배관의 개폐를 제어하는 제3밸브를 포함하는 복수의 밸브;
    상기 제4배관에 배치되고 상기 요소수탱크의 공기압을 일정한 범위의 값으로 유지시키는 압력레귤레이터; 및
    상기 요소수탱크에 저장된 상기 요소수가 상기 요소수분사기로 전달되도록 상기 복수의 밸브를 제어하는 제어기
    를 포함하는 요소수분사장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 요소수가 상기 요소수주입구로 주입될 때,
    상기 제어기는,
    상기 압력레귤레이터의 작동을 중지시키고, 상기 요소수탱크의 공기압이 대기압과 같아지도록 상기 제1밸브를 개방하여 상기 요소수탱크의 공기를 배출하는 요소수분사장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 압력레귤레이터는 상기 요소수탱크의 공기압이 상기 제3배관에 형성되는 공기압보다 작아지도록 제어하는 요소수분사장치.
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