KR101974226B1 - Scr 시스템의 우레아 공급 조절 장치 및 방법 - Google Patents

Scr 시스템의 우레아 공급 조절 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치는, 탱크로부터 수용액 형태로 인가되는 우레아를 제어모듈의 제어에 따라 펌핑하여서 가압하여 투입모듈에 인가하는 배급모듈과; 상기 배급모듈로부터 가압되어서 인가되는 우레아를 압축 공기와 함께 인젝터에 인가하여 인젝터에 의해 우레아를 무화시켜서 반응기에 유입되는 배기 가스에 투입하되, 투입 우레아 량 검출신호를 제어모듈에 인가하고, 제어모듈의 제어에 따라 인젝터에 인가되는 투입 우레아 량을 조절하는 투입모듈과; 상기 배급모듈과 투입모듈을 제어하여서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입시키되, 상기 투입모듈로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 결정하여서, 해당 결정된 우레아 량으로 조절하여 투입하도록 상기 투입모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 미처리되어서 배출되는 질소산화물의 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 투입 우레아 량을 결정하고, 해당 결정된 우레아 량을 반응기로 유입되는 배기 가스에 주입함으로써, 반응기의 배기 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 설치하지 않고서도 투입 우레아 량을 조절하여 질소산화물을 효율적으로 제거하므로, SCR 시스템의 설비 비용을 감소시킴과 아울러 SCR 시스템의 유지 보수에도 매우 유리하다.

Description

SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치 및 방법{Apparatus and Method for Urea Injection Control in Selective Catalytic Reduction System}
본 발명은 선박 등에 설치된 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하는 SCR(Selective Catalytic Reduction System) 시스템에 관한 것으로, 특히 SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아(Urea)를 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 배기 가스에 투입되는 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 미처리되어 배출되는 질소산화물의 량을 예측하여서 해당 배출 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 결정된 투입 우레아 량을 투입함으로써, 반응기의 배기 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 설치하지 않고서도 투입 우레아 량을 조절하여 질소산화물을 효율적으로 제거하도록 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 사용되는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 국제연합(UN)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이다. 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
질소산화물은, 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성되는 Thermal NOx, 연료에서 발생되는 탄화수소가 공기 중의 질소와 반응하여 생성되는 Prompt NOx, 연료에 포함된 질소성분이 연소과정에서 산화되어 생성된 Fuel NOx로 구분된다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템에서는 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 무화시켜 주입함으로써, (식 1) 및 (식 2)에 나타낸 바와 같이 반응기에 구비된 촉매에 의해 배기 가스의 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거한다.
4NO + 4NH3 + O2 -> 4N2 + 6H2O (식 1)
6NO2 + 8NH3 -> 7N2 + 12H2O (식 2)
종래의 SCR 시스템에서는 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하는 경우에, 탱크에 저장된 수용액 형태의 우레아를 우레아 공급장치에 의해 무화시켜서 주입하되 미리 설정된 일정량을 지속적으로 주입한다.
이와 같은 우레아 공급장치는 탱크에 저장된 수용액 형태의 우레아를 무화시켜 반응기에 유입되는 배기 가스에 우레아를 지속적으로 주입함으로써 반응기로 하여금 우레아를 이용하여 해당 배기 가스의 질소산화물을 제거케 하는데, 반응기에 의해 질소산화물을 효율적으로 제거하기 위해서는 반응기로부터 미처리되어 배출되는 질소산화물 량을 파악하여 그에 대응되는 우레아 량을 배기 가스에 주입할 필요가 있다.
그러나, 이와 같이 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 파악하기 위해서는 반응기의 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 별도로 설치하여 운용해야 하므로, SCR 시스템의 설비 비용을 증가시킴과 아울러 SCR 시스템의 유지 보수에도 불리하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 배기 가스에 투입되는 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 미처리되어 배출되는 질소산화물의 량을 예측하여서 해당 배출 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 결정된 투입 우레아 량을 투입함으로써, 반응기의 배기 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 설치하지 않고서도 투입 우레아 량을 조절하여 질소산화물을 효율적으로 제거하도록 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치는, 탱크로부터 수용액 형태로 인가되는 우레아를 제어모듈의 제어에 따라 펌핑하여서 가압하여 투입모듈에 인가하는 배급모듈과; 상기 배급모듈로부터 가압되어서 인가되는 우레아를 압축 공기와 함께 인젝터에 인가하여 인젝터에 의해 우레아를 무화시켜서 반응기에 유입되는 배기 가스에 투입하되, 투입 우레아 량 검출신호를 제어모듈에 인가하고, 제어모듈의 제어에 따라 인젝터에 인가되는 투입 우레아 량을 조절하는 투입모듈과; 상기 배급모듈과 투입모듈을 제어하여서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입시키되, 상기 투입모듈로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 결정하여서, 해당 결정된 우레아 량으로 조절하여 투입하도록 상기 투입모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치에 의하면, 상기 배급모듈은, 상기 제어모듈의 제어에 따라 탱크로부터 인가되는 우레아를 펌핑하여 가압하여서 상기 투입모듈에 인가하기 위한 펌프와; 상기 펌프를 경유하는 우레아 공급 계통을 수동으로 개폐하는 복수의 밸브를 포함하여 이루어진다.
그리고, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치에 의하면, 상기 투입모듈은, 상기 제어모듈의 제어에 따라 상기 배급모듈로부터 인젝터에 인가되는 우레아 량을 조절하는 제어밸브와; 상기 제어밸브로부터 인젝터에 인가되는 투입 우레아 량을 검출하여 투입 우레아 량 검출신호를 상기 제어모듈에 인가하는 플로우 메터와; 상기 제어밸브와 플로우 메터를 경유하는 우레아 공급 계통을 수동으로 개폐하는 복수의 밸브와; 인젝터에 인가되는 압축 공기의 공급 계통을 수동으로 개폐하는 복수의 밸브를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치에 의하면, 상기 제어모듈은, 상기 배급모듈과 투입모듈을 제어하여 우레아 공급을 진행하되, 우레아 공급 조절 프로그램에 의거하여 우레아 공급 조절을 위한 제반 제어 처리를 수행하는 마이컴과; 상기 우레아 공급 조절 프로그램을 저장하여 상기 마이컴에 제공하고, 마이컴의 제어에 따라 우레아 공급 조절에 필요한 제반 데이터를 저장하는 메모리와; 상기 마이컴의 제어에 따라 우레아 공급 조절 처리시에 생성되는 제반 데이터를 표시하는 표시부와; 수동 조작에 의해 우레아 공급 조절을 위한 제반 데이터 및 명령을 상기 마이컴에 입력하는 조작부와; 상기 마이컴으로부터 인가되는 제어신호를 상기 배급모듈에서 사용 가능하게 정합 처리하는 제1 정합부와; 상기 마이컴으로부터 인가되는 제어신호를 상기 투입모듈에서 사용 가능하게 정합 처리하는 제2 정합부와; 상기 투입모듈로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호를 마이컴에서 처리 가능하게 정합 처리하는 제3 정합부와; 엔진으로부터 인가되는 엔진 부하 신호를 마이컴에서 처리 가능하게 정합 처리하는 제4 정합부를 포함하여 이루어진다.
아울러, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치에 의하면, 상기 마이컴은 투입모듈로부터 제3 정합부를 통해 인가되는 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 제4 정합부를 통해 인가되는 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입할 우레아 량을 결정한다.
그리고, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치에 의하면, 상기 마이컴은 제2 정합부를 통해 투입모듈에 제어신호를 출력하여 투입모듈의 제어밸브를 제어하여 상기 결정된 투입 우레아 량을 배기 가스에 투입하되, 투입모듈의 플로우 메터로부터 제3 정합부를 통해 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 인젝터로의 투입 우레아 량을 확인하면서 상기 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈의 제어밸브를 제어한다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 방법은, 제어모듈은 투입모듈의 플로우 메터로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하는 단계와; 제어모듈이 파악된 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하는 단계와; 제어모듈이 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입할 우레아 량을 결정하는 단계와; 제어모듈이 투입모듈의 제어밸브를 제어하여 상기 결정된 우레아 량을 배기 가스에 투입하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 방법에 의하면, 상기 제어모듈은 투입모듈의 플로우 메터로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 인젝터로의 투입 우레아 량을 확인하면서 상기 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈의 제어밸브를 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 배기 가스에 투입되는 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 미처리되어 배출되는 질소산화물의 량을 예측하여서 해당 배출 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 결정된 투입 우레아 량을 투입함으로써, 반응기의 배기 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 설치하지 않고서도 투입 우레아 량을 조절하여 질소산화물을 효율적으로 제거하므로, SCR 시스템의 설비 비용을 감소시킴과 아울러 SCR 시스템의 유지 보수에도 매우 유리하다.
도 1은 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용된 배급모듈을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용된 투입모듈을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 적용된 제어모듈을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 과정을 예시한 도면이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 하나의 실시예로서 설명하는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
본 발명은 CR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 배기 가스에 투입되는 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 미처리되어 배출되는 질소산화물의 량을 예측하여서 해당 배출 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 결정된 투입 우레아 량을 투입함으로써, 반응기의 배기 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 설치하지 않고서도 투입 우레아 량을 조절하여 질소산화물을 효율적으로 제거하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치는, 도 1에 예시한 바와 같이, 탱크(110), 배급모듈(120), 투입모듈(130), 인젝터(135) 및 제어모듈(140)을 포함하여 이루어진다.
탱크(110)는 수용액 형태의 우레아를 저장하고, 해당 우레아를 배급모듈(120) 측으로 인가한다. 배급모듈(120)은 탱크(110)로부터 인가되는 우레아를 펌핑하여서 가압하여 투입모듈(130)에 인가한다.
그리고, 투입모듈(130)은 배급모듈(120)로부터 가압되어서 인가되는 우레아를 압축 공기와 함께 인젝터(135)에 인가함으로써, 우레아를 인젝터(135)에 의해 무화시켜서 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 투입한다.
이와 같이 디젤 엔진으로부터 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입함으로써, 반응기(200)에 구비된 촉매에 의해 배기 가스의 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거한다(촉매에 의해 배기 가스의 질소산화물을 질소와 물로 변환하여 제거하는 처리는 공지되어 있는 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략함).
배급모듈(120)은 투입모듈(130)로 공급되는 우레아를 펌핑하여 가압하기 위한 펌프를 구비하고, 제어모듈(140)의 제어에 따라 펌프를 구동하여 우레아를 가압하여 투입모듈(130)에 인가한다.
투입모듈(130)은 인젝터(135)를 통해 배기 가스에 우레아를 투입하는 경우에 인젝터(135)에 투입되는 우레아 량을 검출하여 투입 우레아 량 검출신호를 제어모듈(140)에 전송하고, 제어모듈(140)의 제어에 따라 인젝터(135)에 투입되는 우레아 량을 조절한다.
제어모듈(140)은 배급모듈(120)과 투입모듈(130)을 제어하여서 반응기(200)로 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입시키되, 투입모듈(130)로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기(200)로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하여서, 해당 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈(130)을 제어한다. 그리고, 제어모듈(140)은 투입할 우레아 량을 결정하는 경우에 엔진으로부터 인가되는 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입할 우레아 량을 결정한다.
아울러, 투입모듈(130)은 배급모듈(120)로부터 인가되는 우레아를 압축 공기와 함께 인젝터(135)에 인가하여 인젝터(135)에 의해 우레아를 무화시켜서 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 투입하되, 제어모듈(140)의 제어에 따라 우레아 량을 조절하여 투입한다.
한편, 배급모듈(120)은, 도 2에 예시한 바와 같이, 복수의 밸브(V11, V12)와 펌프(P)를 구비하여 이루어진다. 펌프(P)는 제어모듈(140)로부터 인가되는 제어신호1에 따라 구동되어 탱크(110)로부터 밸브(V11)를 통해 유입되는 수용액 형태의 우레아를 가압하여 밸브(V12)를 통해 투입모듈(130)에 인가한다. 그리고, 밸브(V11, V12)는 수동 조작되어서 우레아 공급 배관을 개폐하는데, 밸브(V11)는 탱크(110)로부터 인가되는 우레아 유입 경로를 수동으로 개폐하고, 밸브(V12)는 밸브(V11) 및 펌프(P)를 경유하여 인가되는 우레아 유입 경로를 수동으로 개폐한다. 이와 같은 밸브(V11, V12)는 우레아 공급 계통에 대한 유지 보수 작업을 진행하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 투입모듈(130)은, 도 3에 예시한 바와 같이, 복수의 밸브(V21~V25), 제어밸브(CV) 및 플로우 메터(FM; Flowmeter)를 구비하여 이루어진다. 제어밸브(CV)는 제어모듈(140)로부터 인가되는 제어신호2에 따라 우레아 량을 조절하여 인젝터(135)에 인가함으로써, 제어모듈(140)의 제어에 따라 배기 가스에 무화시켜 투입되는 우레아 량을 조절한다. 그리고, 플로우 메터(FM)는 인젝터(135)에 투입되는 우레아 량을 검출하여 해당 검출신호를 제어모듈(140)에 인가하여 투입 우레아 량을 제어모듈(140)에 알려줌으로써, 제어모듈(140)로 하여금 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기(200)로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입할 우레아 량을 결정하여서, 해당 결정된 우레아 량을 투입하도록 제어밸브(CV)를 제어케 한다.
또한, 밸브(V21~V23)는 수동 조작되어서 우레아 공급 계통을 개폐하는데, 밸브(V21)는 배급모듈(120)로부터 인가되는 우레아 유입 경로를 수동으로 개폐하고, 밸브(V22)는 밸브(V21) 및 제어밸브(CV)를 경유하여 인가되는 우레아 유입 경로를 수동으로 개폐하고, 밸브(V23)는 플로우 메터(FM)를 경유하여 인가되는 우레아 유입 경로를 수동으로 개폐한다. 아울러, 밸브(V24, V25)는 수동 조작되어서 압축 공기 공급 계통을 개폐하는데, 밸브(V24)는 압축 공기의 유입 경로를 수동으로 개폐하고, 밸브(V25)는 밸브(V24)를 경유하여 인젝터(135) 측으로 인가되는 압축 공기의 유입 경로를 수동으로 개폐한다. 이와 같은 밸브(V21~V25)는 우레아 공급 계통 및 압축 공기 공급 계통에 대한 유지 보수 작업을 진행하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 밸브(V24, V25)를 경유하여 유입되는 압축 공기는 밸브(V21), 제어밸브(CV), 밸브(V22), 플로우 메터(FM) 및 밸브(V23)를 경유하여 송출되는 수용액 형태의 우레아와 함께 인젝터(135)에 인가됨으로써 우레아를 무화시켜 배기 가스에 투입케 한다.
제어모듈(140)은 배급모듈(120)의 펌프(P)를 구동하여 우레아를 가압하여서 투입모듈(130)에 인가하여 투입모듈(130)로 하여금 인젝터(135)를 통해 우레아를 무화시켜 배기 가스에 투입하는 중에, 투입모듈(130)의 플로우 메터(FM)로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 인젝터(130)를 통해 투입되는 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기(200)로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되, 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입할 우레아 량을 결정한다. 그리고, 제어모듈(140)은 플로우 메터(FM)를 통해 인젝터(135)로의 투입 우레아 량을 확인하면서 해당 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)를 제어함으로써, 해당 제어밸브(CV)에 의해 인젝터(135)에 송출되는 우레아 량을 조절하여 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 투입되는 우레아 량을 조절한다. 이에, 반응기(200)는 질소산화물 량에 대응하는 우레아 량을 공급받아서 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.
즉, 제어모듈(140)은 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입하여 반응기(200)에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에, 투입모듈(130)의 플로우 메터(FM)를 통해 파악한 투입 우레아 량에 의거하여 반응기(200)로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 투입 우레아 량을 결정하고, 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)를 제어하여 해당 결정된 우레아 량을 배기 가스에 투입함으로써, 반응기(200)로 하여금 질소산화물 량에 대응하는 우레아 량을 공급받아서 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거케 한다.
한편, 제어모듈(140)은, 도 4에 예시한 바와 같이, 마이컴(141), 메모리(142), 표시부(143), 조작부(144) 및 정합부(145~148)를 구비하여 이루어진다. 마이컴(141)은 배급모듈(120)과 투입모듈(130)을 제어하여 우레아 공급을 진행하되, 우레아 공급 조절 프로그램에 의거하여 우레아 공급 조절을 위한 제반 제어 처리를 수행한다.
메모리(142)는 투입 우레아 량으로부터 반응기(200)의 배출 질소산화물 량을 예측하고 해당 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 투입 우레아 량을 결정하여서 우레아 공급 조절을 하기 위한 우레아 공급 조절 프로그램을 저장하고 해당 우레아 공급 조절 프로그램을 마이컴(141)에 제공함으로써, 마이컴(141)으로 하여금 우레아 공급 조절을 위한 제반 제어처리를 수행케 한다. 또한, 메모리(142)는 마이컴(141)의 제어에 따라 우레아 공급 조절에 필요한 제반 데이터를 저장하고 해당 데이터를 마이컴(141)에 제공한다.
표시부(143)는 마이컴(141)의 제어에 따라 우레아 공급 조절 처리시에 생성되는 제반 데이터를 시각적으로 확인 가능하도록 표시한다.
그리고, 조작부(144)는 작업자의 수동 조작에 의해 우레아 공급 조절을 위한 제반 데이터 및 명령을 마이컴(141)에 입력한다.
아울러, 정합부(145)는 마이컴(141)으로부터 인가되는 제어신호1를 배급모듈(120)의 펌프(P)에서 사용 가능하게 정합 처리하여 배급모듈(120)에 인가하고, 정합부(146)는 마이컴(141)으로부터 인가되는 제어신호2를 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)에서 사용 가능하게 정합 처리하여 투입모듈(130)에 인가하며, 정합부(147)는 투입모듈(130)의 플로우 메터(FM)로부터 인가되는 투입 우레아 량을 검출한 투입 우레아 량 검출 신호를 마이컴(141)에서 처리 가능하게 정합 처리하여 마이컴(141)에 인가한다. 또한, 정합부(148)는 엔진으로부터 인가되는 엔진 부하 신호를 마이컴(141)에서 처리 가능하게 정합 처리하여 마이컴(141)에 인가한다.
마이컴(141)은 조작부(144)를 통해 입력되는 명령에 따라 정합부(145)를 통해 제어신호1을 출력하여 배급모듈(120)의 펌프(P)를 구동하여서 투입모듈(130)에 우레아를 가압하여 인가함과 아울러 정합부(146)를 통해 제어신호2를 출력하여 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)를 제어하여서 투입모듈(130)로 하여금 인젝터(135)를 통해 우레아를 무화시켜 배기가스에 투입케 함으로써, 반응기(200)에서 해당 우레아를 이용하여 질소산화물을 제거하는 처리를 진행케 한다.
이와 같이 반응기(200)에 의해 배기가스의 질소산화물을 제거하는 처리를 진행하는 중에, 마이컴(141)은 플로우 메터(FM)로부터 정합부(147)를 통해 인가되는 검출신호에 의거하여 투입모듈(130)로부터 인젝터(135)에 투입되는 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기(200)로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 정합부(148)를 통해 입력되는 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입 우레아 량을 결정한다.
그리고, 마이컴(141)은 정합부(146)를 통해 투입모듈(130)에 제어신호2를 출력하여 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)을 제어하여 해당 결정된 우레아 량을 배기 가스에 투입하되, 플로우 메터(FM)로부터 정합부(147)를 통해 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 인젝터(135)로의 투입 우레아 량을 확인하면서 해당 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)를 제어함으로써, 투입모듈(130)로 하여금 인젝터(135)에 송출되는 우레아 량을 조절하여 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 투입되는 우레아 량을 조절케 한다. 이에, 반응기(200)는 질소산화물 량에 대응하는 우레아 량을 공급받아서 배기 가스의 질소산화물을 효율적으로 제거하게 된다.
상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치는 선박의 디젤 엔진으로부터 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 무화시켜 투입되는 우레아 량을 조절하는 처리를 수행하는 경우에 도 5에 도시된 바와 같이 수행한다.
먼저, 제어모듈(140)의 마이컴(141)은 조작부(144)를 통해 구동 명령을 입력받고서, 해당 구동 명령에 따라 정합부(145)를 통해 제어신호1을 출력하여 배급모듈(120)의 펌프(P)를 구동하여 투입모듈(130)에 우레아를 가압하여 인가함과 아울러 정합부(146)를 통해 제어신호2를 출력하여 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)를 제어하여서 투입모듈(130)로 하여금 인젝터(135)를 통해 우레아를 무화시켜 배기가스에 투입케 함으로써(S100), 반응기(200)에서 해당 우레아를 이용하여 질소산화물을 제거하는 처리를 진행케 한다.
이와 같이 배기가스에 우레아를 무화시켜 투입하는 중에, 제어모듈(140)의 마이컴(141)은 투입모듈(130)의 플로우 메터(FM)로부터 정합부(147)를 통해 인가되는 검출신호에 의거하여 투입모듈(130)로부터 인젝터(135)에 투입되는 우레아 량을 파악하고(S200), 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기(200)로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측한다(S300).
그리고, 제어모듈(140)의 마이컴(141)은 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진으로부터 정합부(148)를 통해 인가되는 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입 우레아 량을 결정한다(S400).
그리고, 마이컴(141)은 정합부(146)를 통해 투입모듈(130)에 제어신호2를 출력하여서 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)을 제어하여 해당 결정된 우레아 량을 배기 가스에 투입하되, 플로우 메터(FM)로부터 정합부(147)를 통해 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 인젝터(135)로의 투입 우레아 량을 확인하면서 해당 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈(130)의 제어밸브(CV)를 제어함으로써, 투입모듈(130)로 하여금 인젝터(135)에 송출되는 우레아 량을 조절하여 반응기(200)에 유입되는 배기 가스에 투입되는 우레아 량을 조절케 한다(S500).
또한, 제어모듈(140)의 마이컴(141)은 조작부(144)로부터 구동 종료 명령이 입력되는지 확인하고(S600), 구동 종료 명령이 입력되지 않았으면 S200으로 귀환하여 상술한 반복 처리를 수행하고, 구동 종료 명령이 입력되었으면 동작 종료한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 미처리되어서 배출되는 질소산화물의 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 투입 우레아 량을 결정하고, 해당 결정된 우레아 량을 반응기로 유입되는 배기 가스에 주입함으로써, 반응기에서 질소산화물 제거에 필요한 우레아를 충분히 공급받아서 해당 우레아를 이용하여 질소산화물을 효율적으로 제거할 수 있다. 이에, 본 발명은 반응기의 배기 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 설치하지 않고서도 투입 우레아 량을 조절하여 질소산화물을 효율적으로 제거하므로, SCR 시스템의 설비 비용을 감소시킴과 아울러 SCR 시스템의 유지 보수에도 매우 유리하다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.
본 발명은 디젤 엔진의 배기 가스를 정화하기 위하여, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하는 경우에 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, SCR 시스템에서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 주입하여서 반응기에 의해 배기 가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 미처리되어서 배출되는 질소산화물의 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 투입 우레아 량을 결정하고, 해당 결정된 우레아 량을 반응기로 유입되는 배기 가스에 주입함으로써, 반응기의 배기 가스 배출구에 질소산화물 량을 검출하기 위한 센서를 설치하지 않고서도 투입 우레아 량을 조절하여 질소산화물을 효율적으로 제거하므로, SCR 시스템의 설비 비용을 감소시킴과 아울러 SCR 시스템의 유지 보수에도 매우 유리하다.
110; 탱크 120; 배급모듈
130; 투입모듈 135; 인젝터
140; 제어모듈 141; 마이컴
142: 메모리 143; 표시부
144; 조작부 145~148; 정합부
P; 펌프 FM; 플로우 메터
CV; 제어밸브 V11, V12, V21~V25; 밸브

Claims (8)

  1. SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템의 우레아 공급 조절 장치로서,
    탱크로부터 수용액 형태로 인가되는 우레아를 제어모듈의 제어에 따라 펌핑하여서 가압하여 투입모듈에 인가하는 배급모듈과;
    상기 배급모듈로부터 가압되어서 인가되는 우레아를 압축 공기와 함께 인젝터에 인가하여 인젝터에 의해 우레아를 무화시켜서 반응기에 유입되는 배기 가스에 투입하되, 투입 우레아 량 검출신호를 제어모듈에 인가하고, 제어모듈의 제어에 따라 인젝터에 인가되는 투입 우레아 량을 조절하는 투입모듈과;
    상기 배급모듈과 투입모듈을 제어하여서 반응기로 유입되는 배기 가스에 우레아를 투입시키되, 상기 투입모듈로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 엔진 부하를 반영하여 결정하여서, 해당 결정된 우레아 량으로 조절하여 투입하도록 상기 투입모듈을 제어하는 제어모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배급모듈은,
    상기 제어모듈의 제어에 따라 탱크로부터 인가되는 우레아를 펌핑하여 가압하여서 상기 투입모듈에 인가하기 위한 펌프와;
    상기 펌프를 경유하는 우레아 공급 계통을 수동으로 개폐하는 복수의 밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 투입모듈은,
    상기 제어모듈의 제어에 따라 상기 배급모듈로부터 인젝터에 인가되는 우레아 량을 조절하는 제어밸브와;
    상기 제어밸브로부터 인젝터에 인가되는 투입 우레아 량을 검출하여 투입 우레아 량 검출신호를 상기 제어모듈에 인가하는 플로우 메터와;
    상기 제어밸브와 플로우 메터를 경유하는 우레아 공급 계통을 수동으로 개폐하는 복수의 밸브와;
    인젝터에 인가되는 압축 공기의 공급 계통을 수동으로 개폐하는 복수의 밸브를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 배급모듈과 투입모듈을 제어하여 우레아 공급을 진행하되, 우레아 공급 조절 프로그램에 의거하여 우레아 공급 조절을 위한 제반 제어 처리를 수행하는 마이컴과;
    상기 우레아 공급 조절 프로그램을 저장하여 상기 마이컴에 제공하고, 마이컴의 제어에 따라 우레아 공급 조절에 필요한 제반 데이터를 저장하는 메모리와;
    상기 마이컴의 제어에 따라 우레아 공급 조절 처리시에 생성되는 제반 데이터를 표시하는 표시부와;
    수동 조작에 의해 우레아 공급 조절을 위한 제반 데이터 및 명령을 상기 마이컴에 입력하는 조작부와;
    상기 마이컴으로부터 인가되는 제어신호를 상기 배급모듈에서 사용 가능하게 정합 처리하는 제1 정합부와;
    상기 마이컴으로부터 인가되는 제어신호를 상기 투입모듈에서 사용 가능하게 정합 처리하는 제2 정합부와;
    상기 투입모듈로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호를 마이컴에서 처리 가능하게 정합 처리하는 제3 정합부와;
    엔진으로부터 인가되는 엔진 부하 신호를 마이컴에서 처리 가능하게 정합 처리하는 제4 정합부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 마이컴은 투입모듈로부터 제3 정합부를 통해 인가되는 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하고, 해당 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하고, 해당 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 제4 정합부를 통해 인가되는 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입할 우레아 량을 결정하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 마이컴은 제2 정합부를 통해 투입모듈에 제어신호를 출력하여 투입모듈의 제어밸브를 제어하여 상기 결정된 투입 우레아 량을 배기 가스에 투입하되, 투입모듈의 플로우 메터로부터 제3 정합부를 통해 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 인젝터로의 투입 우레아 량을 확인하면서 상기 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈의 제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 장치.
  7. SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템의 우레아 공급 조절 방법으로서,
    제어모듈이 투입모듈의 플로우 메터로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 투입 우레아 량을 파악하는 단계와;
    제어모듈이 파악된 투입 우레아 량에 의거하여 반응기로부터 배출되는 질소산화물 량을 예측하는 단계와;
    제어모듈이 예측된 질소산화물 량에 의거하여 투입할 우레아 량을 결정하되 엔진 부하 신호에 따른 엔진 부하를 반영하여 투입할 우레아 량을 결정하는 단계와;
    제어모듈이 투입모듈의 제어밸브를 제어하여 상기 결정된 우레아 량을 배기 가스에 투입하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어모듈은 투입모듈의 플로우 메터로부터 인가되는 투입 우레아 량 검출신호에 의거하여 인젝터로의 투입 우레아 량을 확인하면서 상기 결정된 우레아 량을 투입하도록 투입모듈의 제어밸브를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 우레아 공급 조절 방법.
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