KR102142862B1 - 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템, 이를 사용한 질소산화물 저감방법, 및 이를 포함한 내연기관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료와 환원제의 농도가 펄스 형태를 유지하도록 공급하여, 희박모드에서도 질소산화물의 환원이 가능하도록 한다. 또한, 에너지와 비용을 절감할 수 있고 노후자동차, 선박, 그 외 모든 내연기관 동력계에 적용 가능한 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템은 배기가스가 유입 및 배출되도록 유입구와 배출구가 형성된 하우징; 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 배치되며, 상기 유입구를 통과한 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 흡장하는 흡장물질과 산화/환원촉매가 담지된 복합촉매담체 및 열공급체; 상기 흡장물질로부터 흡장된 질소산화물을 환원시키는 환원제가 저장되는 환원제공급부; 및 상기 복합촉매담체 및 열공급체, 상기 환원제공급부와 각각 연결되며, 펄스 신호를 발생하여 상기 하우징 내부로 공급되는 열 및 환원제의 농도가 시간에 따라 펄스 형태를 유지하도록 하는 펄스 신호 발생부;를 포함한다.

Description

질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템, 이를 사용한 질소산화물 저감방법, 및 이를 포함한 내연기관{PULSE CONTROL SYSTEM FOR REDUCING NOx, METHOD FOR REDUCING NOx USING THE SAME, AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템, 이를 사용한 질소산화물 저감방법, 및 이를 포함한 내연기관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지와 비용을 절감할 수 있으며 기존 후처리장치의 장착이 불가능했던 노후자동차, 선박을 포함한 모든 내연기관 기반 동력원에 적용 가능한 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템, 이를 사용한 질소산화물 저감방법, 및 이를 포함한 내연기관에 관한 것이다.
질소산화물(NOx)은 주로 소각로, 연소로, 발전소, 자동차, 및 선박 등에서 연료 또는 원료를 고온에서 연소시키는 과정에서 발생된다. 이러한 질소산화물이 대기로 배출되면 인체에 호흡기 질환을 유발하고 식물의 성장속도를 늦추거나 고사시키게 된다. 또한 도심지에서는 오존발생과 광화학스모그의 원인이 되기도 한다.
이러한 질소산화물은 NO, NO2, N2O, N2O4 등의 형태로 존재하며, 질소산화물에 의한 가장 큰 피해는 질소산화물이 태양광의 존재 하에 탄화수소와 반응하여 광화학 스모그를 유발하는 것이라고 할 수 있다. 또한 질소산화물은 시정장애와 온실효과를 일으킬 뿐만 아니라 질산과 질산염으로 전환되어 산성비의 원인이 되고 있다. 따라서 질소산화물의 저감을 위한 노력이 시급히 요청된다. 특히 질소산화물은 배출시에는 기체이나 대기 중에서 입자화되는 미세먼지 전구물질에 의해 2차 미세먼지 문제가 유발된다.
국내 대기오염 물질 중 배출량이 가장 높은 질소산화물은 대부분 우레아(Urea) SCR에 의해 저감되고 있다. 하지만, 이러한 우레아 SCR은 고가의 하드웨어를 요구하고 운전을 위한 부수적인 장치들로 인하여 많은 공간이 필요하므로 다양한 배출원에 보급되기에는 제한적이라는 문제점이 있다.
자동차는 이러한 질소산화물의 배출원 중 하나이며, 최근 자동차 산업의 최대 관심은 고연비, 친환경 차량을 제공하는 것이다. 자동차에서 발생하는 유해한 배기가스 성분은 질소산화물뿐 아니라 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 등이 있다.
현재 국내의 경유 자동차 배기가스는 유럽연합의 유로 6에 의해 배출이 규제되고 있으며, 향후 강화된 유로 7에 의해 배출이 규제될 예정이다. 이러한 유로 6에 대응하기 위하여, 세계의 자동차 회사들은 배기가스를 해소할 수 있는 다양한 장치들을 차량에 장착해오고 있다.
가솔린 차량의 경우는 다른 유해물질에 비해 질소산화물의 양이 매우 적으므로, 1970년대부터 사용되어 온 삼원촉매장치인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물을 서로 산화-환원시켜 질소산화물을 처리할 수 있다.
그러나 이와 달리 산소 과잉 조건에서 운전하는 디젤 엔진은 질소산화물을 제거하기 어렵기 때문에 희박질소촉매(Lean NOx Traps; LNT) 장치나 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 장치 등을 추가로 장착해야 한다.
선택적 촉매 환원 기술은 배기가스 유로에 촉매층을 장착하고 외부로부터 공급되는 별도의 환원제를 분사하여 환원제와 질소산화물이 촉매작용에 의해 선택적으로 반응하여 질소와 수증기로 환원 처리되도록 구성된다.
환원제로는 암모니아(NH3), 우레아, 탄화수소, 일산화탄소, 수소 등이 사용되며, 선택적으로 질소산화물을 가장 잘 환원시키는 암모니아가 주로 사용된다. 하지만 최근 운송에 대한 제약으로 인해 암모니아 대신 암모니아를 제공하는 우레아를 사용하며, 질소산화물 제거 성능을 일정수준으로 이상으로 유지하기 위해 전단부에 배치되는 도징모듈(Dosing Module)로 우레아 용액을 분사한다. 분사된 우레아 용액이 배기가스의 열에 의해 열분해되고, 촉매를 만나 가수분해되면 생성된 암모니아를 흡장하며, 흡장된 암모니아와 질소산화물을 반응시켜 정화시킬 수 있다.
그러나 액체상의 우레아를 촉매에 공급하기 위해서는 별도의 장치를 갖추어야 하며, 액체 상태인 우레아를 저장하기 위한 용기 및 분사 장치 등의 부수적인 장치도 필요하므로 공간 활용성이 떨어진다. 따라서 우레아를 이용한 선택적 촉매 환원 기술은 주로 대형차, 화물차에만 사용될 수 있으며 소형자동차, 노후자동차 및 연안 중소형 선박에는 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 최근 신규 경량 제작자동차의 경우, 추가적 공간을 확보하여 제올라이트계 촉매를 사용한 우레아 SCR 기술을 활용하나 이에 따라 차량의 가격상승이 수반된다. 또한 환원제인 우레아 용액을 주기적으로 보충해주어야 하므로 경제적 부담이 크며, 공정이 번거롭다는 문제점이 있다.
LNT는 NOx 흡장물질과 산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst; DOC)가 하나의 담체에 구성되며, 희박모드(Lean Mode)의 운전에서 바륨(Ba) 등의 흡장물질에 NOx를 흡장하고, 삼원촉매와 유사하게 일시적으로 농후모드(Rich Mode) 운전을 유도하고 배기가스의 일산화탄소, 탄화수소 등을 생성하여 이를 환원제로 활용하여 흡장된 NOx를 질소 및 물로 환원시켜 정화하는 기술이다.
통상적인 디젤 엔진은 공연비(Air to fuel ratio)가 낮은 희박모드에서 운전하기 때문에, LNT에 흡장된 질소산화물을 환원시키기 위해서는 인위적으로 연료가 농후한 분위기로 만들어줄 필요가 있었다. 따라서 연료가 농후한 분위기를 만드는 과정에서 과량의 연료를 사용하므로 연비 하락이 불가피하며, 저온에서 촉매 온도가 250 ℃ 이하로 유지되어 NOx 환원반응이 활성화되지 않고 농후한 분위기에서 다량의 NOx가 배출되는 문제가 있었다.
또한 연료 중에 미량 포함된 황(sulfur) 성분이 엔진 배기가스 내에서 SOx로 전환된 후, NOx 흡장에 필요한 바륨산화물 등의 알칼리 금속 산화물등과 반응하여 황산바륨(BaSO4) 등으로 전환되기 때문에 바륨 활성점이 점차 황에 의해 포화상태가 되어 질소산화물에 대한 활성을 상실하게 된다는 문제점도 있다.
한편 본 발명과 관련된 선행기술로 한국 등록특허공보 제10-1673330호는 질소산화물 흡장촉매와 산화촉매를 포함하는 질소산화물 저감 촉매에 대해 개시하고 있으나, 본 발명과 같이 연료의 희박모드에서 질소산화물을 환원시킬 수 있도록 펄스 제어 시스템을 통하여 열 및 환원제를 투입하는 구성에 대한 개시는 없다.
대한민국 등록특허공보 제10-1673330호 (2016. 11. 07. 공고)
본 발명의 목적은 에너지와 비용을 절감할 수 있으며, 희박 모드에서도 질소산화물의 환원이 가능한 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 공간활용도가 높아 기존의 저감장치 장착공간이 확보되지 않은 노후자동차, 선박, 및 그 외 모든 내연기관 동력계에 적용 가능한 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템을 제공하기 위함이다.
본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템은 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 배치되며, 상기 유입구를 통과한 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 흡장하는 흡장물질과 산화/환원촉매가 담지된 복합촉매담체 및 열공급체; 상기 흡장물질로부터 흡장된 질소산화물을 환원시키는 환원제가 저장되는 환원제공급부; 및 상기 복합촉매담체 및 열공급체와 상기 환원제공급부와 각각 연결되며, 펄스 신호를 발생하여 상기 하우징 내부로 공급되는 열 및 환원제의 농도가 시간에 따라 펄스 형태를 유지하도록 하는 펄스 신호 발생부;를 포함한다.
상기 흡장물질은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 희토류, 제올라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 산화/환원촉매는 귀금속, 전이금속, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 흡장물질 및 상기 산화/환원촉매는 상기 담체의 표면에 담지되거나 상기 담체의 구성 성분으로 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 환원제는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 부분산화탄화수소(OHC), 탄소-질소화합물, 수소-질소화합물, 암모니아(NH3), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은 (a) 배기가스가 하우징의 유입구를 통해 유입되는 단계; (b) 상기 배기가스 내 질소산화물이 흡장물질에 의해 흡장되며, 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 상기 하우징 내부로 공급되는 열이 시간에 따라 펄스 형태를 유지하면서 공급되는 단계; (c) 환원제에 의해 상기 질소산화물이 환원 및 탈착되는 단계; 및 (d) 상기 하우징의 배출구를 통해 환원된 질소(N2) 및 이산화탄소(CO2)가 배출되는 단계;를 포함하는 펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법을 제공한다.
상기 (b) 단계에서 상기 흡장 전에 산화촉매에 의해 일산화질소(NO)가 이산화질소(NO2)로 산화될 수 있다.
상기 (b) 단계의 상기 흡장물질은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 희토류, 제올라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 환원제는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 부분산화탄화수소(OHC), 탄소-질소화합물, 수소-질소화합물, 암모니아(NH3), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 환원제의 농도는 상기 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 시간에 따라 펄스 형태를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 환원제 및 열 공급을 제어하기 위한 상기 펄스 제어 시스템이 포함된 내연기관을 제공한다.
본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템은 희박 모드에서도 질소산화물의 환원이 가능할 뿐만 아니라 상온에서 배출되는 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템은 열과 환원제를 펄스 형태로 공급하여 에너지와 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템은 공간활용도가 높아 노후자동차, 선박, 및 그 외 모든 내연기관 동력계에 적용 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템과 종래 탈질 촉매 기술의 열 및 환원제 주입에 따른 시간별 질소산화물 전환성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 복합촉매담체 및 열공급체가 질소산화물을 환원시키는 것을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 제어 시스템을 통한 질소산화물 저감 방법의 공정순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템과 종래 탈질 촉매 기술의 열 및 환원제 주입에 따른 시간별 질소산화물 전환성능을 나타낸 그래프이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 복합촉매담체 및 열공급체가 질소산화물을 환원시키는 것을 나타낸 그림이다.
도 1을 참조하면, 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템(1)은 하우징(10), 복합촉매담체 및 열공급체(50), 환원제공급부(30), 및 펄스 신호 발생부(60)를 포함한다.
하우징(10)은 배기가스가 유입 및 배출되도록 유입구와 배출구를 형성하고, 복합촉매담체 및 열공급체(50)는 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 배치되며, 상기 유입구를 통과한 배기가스 내 질소산화물(NOx)을 흡장하는 흡장물질과 산화/환원촉매를 담지한다. 환원제공급부(30)는 흡장물질로부터 흡장된 질소산화물을 환원시키는 환원제를 저장하고, 펄스 신호 발생부(60)는 상기 복합촉매담체 및 열공급체(50)와 상기 환원제공급부(30)와 각각 연결되며, 펄스 신호를 발생하여 하우징(10) 내부로 공급되는 열 및 환원제의 농도가 시간에 따라 펄스 형태를 유지하도록 한다.
하우징(10)의 유입구로 엔진의 연소에 의해 발생한 배기가스가 유입된다.
상기 배기가스는 내연기관의 엔진 연소에 의해 발생한다. 상기 내연기관은 자동차, 선박, 산업기계, 발전소, 소각로, 또는 보일러일 수 있다.
상기 배기가스는 질소산화물, 탄화수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 질소, 산소, 황 산화물, 입자상물질, 및 물을 포함할 수 있다.
유입구로 유입된 배기가스 내의 질소산화물은 상기 하우징(10) 내부에서 흡장-환원 과정을 거쳐 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 및 물(H2O)로 환원된다. 이때 환원된 질소 및 이산화탄소는 하우징(10)의 배출구를 통해 배출된다.
본 발명에 따라 제거되는 질소산화물의 예로는 일산화질소, 이산화질소, 3산화이질소, 4산화이질소, 일산화이질소, 및 그들의 혼합물을 들 수 있다. 바람직하게는 일산화질소, 이산화질소, 일산화이질소이다. 본 발명에 의해 처리될 수 있는 배출 가스의 질소 산화물 농도는 한정되지 않는다.
복합촉매담체 및 열공급체(50)는 상기 하우징(10)의 유입구와 배출구 사이에 위치하며, 상기 복합촉매담체 및 열공급체(50) 상에는 산화/환원촉매와 흡장물질이 담지된다.
상기 산화촉매는 희박모드에서 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로, 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 이산화탄소(CO2) 또는 물(H2O)로 산화시키는 역할을 한다. 상기 환원촉매는 질소산화물(NOx)를 질소(N2)로 환원시키는 역할을 한다.
상기 산화/환원촉매는 귀금속, 전이금속, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
귀금속으로는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 금(Au), 은(Ag) 또는 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있고, 전이금속으로는 코발트(Co), 철(Fe), 세륨(Ce), 구리(Cu), 니켈(Ni), 망간(Mn), 바나듐(V) 또는 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 바람직하게는 귀금속 중에서 백금계 귀금속을 전이금속 중에서는 망간, 바나듐, 코발트 또는 구리를 사용할 수 있다.
흡장물질은 산화촉매에 의해 산화된 질소산화물을 희박모드에서 흡장하는 역할을 한다. 질소산화물을 흡장할 수 있는 흡장물질로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 희토류, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, CHA, BEA, MFI와 같은 제올라이트를 이온교환시켜 흡장물질로 사용할 수도 있다.
구체적으로 알칼리 금속 중에서는 칼륨(K), 나트륨(Na), 세륨(Ce), 리튬(Li)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를, 알칼리 토금속 중에서는 바륨(Ba), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 마그네슘(Mg)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 전이금속으로는 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 은(Ag), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 바나듐(V), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 복합촉매담체 및 열공급체(50)는 흡장물질 및 산화/환원촉매를 지지하는 역할을 한다. 본 발명의 복합촉매 담체 및 열공급체(50)는 그 종류를 한정하지 않으며 천연 또는 합성 제올라이트 뿐만 아니라 산성, 염기성 또는 중성 제올라이트, 세리아(CeO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 산화/환원촉매는 통상의 이온교환법, 증착법(deposition), 침전법(precipitation), 흡착법(adsorption), 함침법(impregnation) 등에 의해 지지체에 담지되고, 분말로 제조된 산화/환원촉매와 흡장물질은 복합촉매담체 및 열공급체(50)에 코팅되어 담지될 수 있다. 바람직하게는 상기 흡장물질 및 상기 산화/환원촉매를 복합촉매담체 및 열공급체(50)의 표면에 담지하거나 복합촉매담체 및 열공급체(50)의 구성성분으로 포함시킬 수 있다.
상기 복합촉매담체는 열공급체에 의해 자체적으로 발열되거나, 외부의 열에 의해 가열될 수 있다. 상기 복합촉매담체에 가해지는 열은 도 2와 같이, 상기 펄스 신호 발생부(60)의 신호에 의해 펄스 형태를 유지하며 가해진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흡장물질과 산화/환원촉매가 담지된 복합촉매담체 및 열공급체(50)는 다음과 같은 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
먼저 천연 또는 합성 제올라이트, 산성, 염기성 또는 중성 제올라이트, 세리아(CeO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 복합촉매 담체 및 열공급체(50)를 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 이들의 조합에서 선택되는 흡장물질의 전구체 용액에 함침시킨다. 상기 흡장물질의 전구체 용액에 함침된 복합촉매 담체 및 열공급체(50)를 소성하여 담체-흡장물질 복합체를 형성한 후, 상기 복합체를 귀금속, 전이금속 또는 이들의 조합에서 선택되는 산화촉매의 전구체 용액에 함침시킨다.
상기 제조 단계에서 산화촉매의 고정 전 상기 담체-흡장물질 복합체를 별도 소성함으로써, 흡장물질과 산화촉매의 계면 간 활성화를 방지할 수 있으며, 상기 소성은 300 내지 500 ℃에서 수행될 수 있다.
상기 복합촉매 담체 및 열공급체(50)는 바인더 및/또는 분산제를 더 포함할 수 있다.
상기 바인더는 예컨대, 알루미나졸, 물유리 등의 졸형태 금속산화물, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리우레탄(PU), 폴리에테르우레탄, 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose Acetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(Cellulose Acetate Propionate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트(Cellulose Acetate Butylrate), 폴리메틸메스아크릴레이트(PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리스타이렌(PS), 폴리스타이렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴플루오라이드 공중합체 및 폴리아마이드 등을 사용할 수 있다.
상기 분산제는 예컨대, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 피로인산, 시트르산, 폴리말릭산, 암모늄 폴리메타크릴레이트(Ammonium polymethacrylate), 벤조산, 카테콜, 피로갈롤 등을 사용할 수 있다.
상기 바인더는 코팅층이 기재에 잘 접착될 수 있도록 접착력을 향상시키는 기능을 하며, 상기 분산제는 이러한 바인더 입자가 전체적으로 잘 분산될 수 있도록 한다.
하우징(10) 내부로는 질소산화물 환원을 위한 환원제가 공급된다. 환원제는 흡장물질로부터 흡장된 질소산화물을 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 및 물(H2O)의 형태로 환원 및 탈착시킨다.
환원제는 환원제공급부(30)를 통해 하우징(10) 내부로 공급된다. 상기 환원제공급부(30)는 펄스 신호 발생부(60)와 연결되며, 이를 통해 하우징(10) 내부로 공급되는 환원제의 농도는 펄스 신호 발생부(60)의 신호에 의해 펄스 형태를 유지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명은 펄스 신호 발생부(60)의 신호에 의해 하우징(10) 내부로 공급되는 열 및 환원제의 농도가 시간에 따라 펄스 형태를 유지할 수 있도록 하였다.
흡장물질에 의해 질소산화물이 흡장되면, 배기가스의 농도 변화 없이 펄스 신호 발생부(60)에 의해 공급된 환원제가 흡장한 질소산화물을 질소, 이산화탄소, 및 물로 환원시킨다. 환원 후 흡장물질이 질소산화물을 다시 흡장하는 동안에는 펄스 신호 발생부(60)의 펄스 신호에 의해 환원제 공급이 중단된다. 상기 과정을 반복하면서 하우징(10) 내부의 환원제 농도는 시간에 따라 펄스 형태를 유지한다. 이를 통해 질소산화물을 환원하기 위해 과잉의 연료 연소를 할 필요가 없어졌고, 계산된 양의 환원제만 사용하여 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
따라서 공연비를 인위적으로 농후모드로 조절할 필요 없이 희박 모드에서의 질소산화물의 환원이 가능하며, 연료를 지속적으로 공급할 필요가 없어져 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다. 또한 우레아 SCR과 달리 환원제 공급을 위해 저장탱크, 펌프와 같은 부수적 장치를 설치할 필요가 없고, 운전자가 주기적으로 환원제를 보충할 필요가 없으므로 운영이 간편하다는 장점이 있다.
환원제는 연료 자체를 활용하거나 연료를 개질하여 사용할 수 있다. 또는 배기가스와의 반응을 통해 고성능 환원제로 전환시킨 것을 사용할 수 있다. 환원제로 사용될 수 있는 상기 배기가스는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 부분산화탄화수소(OHC), 탄소-질소화합물, 수소-질소화합물, 자체적으로 발생되는 암모니아(NH3), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 일산화탄소를 사용할 수 있다.
상기 환원제 생산을 위한 에너지로는 배기열 또는 전력을 사용할 수 있다. 생산된 환원제는 환원제공급부(30) 내에 저장되며, 밸브를 직접 조작하여 하우징(10) 내로 공급하거나 전력 기반의 공급기술을 활용하여 스위칭을 통해 복합촉매담체 및 열공급체(50)로 공급할 수 있다.
펄스 신호 발생부(60)는 복합촉매담체 및 열공급체(50), 환원제공급부(30)와 각각 연결되어 하우징(10) 내부로 공급되는 열 및 환원제의 농도가 시간에 따라 펄스 형태를 유지할 수 있도록 한다.
상기 펄스 신호 발생부(60)는 하우징(10) 내부로 공급되는 열 및 환원제의 농도를 펄스 형태로 유지시켜줄 수 있는 것이면 그 종류를 한정하지 않는다. 상기 펄스 신호 발생부(60)는 예컨대 가스공급 또는 열공급 방식에 의해 작동할 수 있다.
종래 SCR 기술은 환원제인 우레아 용액을 주기적으로 보충해주어야 하므로 경제적 부담이 크고, 별도의 장치가 필요하므로 공간활용도가 낮다는 단점이 있었다. 또한, 종래 LNT 기술은 희박모드에서 질소산화물을 선택적으로 제거할 수 없었으며, 활성물질이 담지된 삼원촉매와 유사한 촉매를 사용하여야 하므로 배기가스를 공연비 이하로 조정해야 했다. 따라서 흡장된 질소산화물을 환원시키기 위해 공연비를 인위적으로 농후모드로 조절시켜 배기가스 전체의 조성을 변화시켜야 하며, 연료가 농후한 분위기를 만들어 질소산화물을 환원시키는 과정에서 과량의 연료를 환원제로 사용하여 연비가 나빠지는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 LNT 기술과 달리 희박모드에서도 질소산화물을 저감시키기 위한 펄스 제어 시스템 기반 선택적 탈질 촉매를 사용하고, SCR 기술과 달리 암모니아가 아닌 배기가스 내의 환원제 또는 연료 개질 환원제를 이용하여 질소산화물을 환원시킨다.
따라서, 환원제를 지속적으로 공급해야 했던 종래 SCR 기술의 단점을 극복할 수 있어 환원제 투입에 들어가는 비용을 대폭 절감할 수 있다. 또한 배기가스 내에 있는 수소, 일산화탄소, 탄화수소를 환원제로 사용하므로 환원제 보충을 위한 별도의 장치를 투입할 필요가 없어 노후자동차, 선박, 및 그 외 모든 내연기관 동력계에도 설치가 가능하다는 장점이 있다.
질소산화물은 환원제에 의해 질소, 이산화탄소, 물의 형태로 환원 및 탈착되며, 상기 질소 및 이산화탄소는 하우징(10)의 배출구를 통해서 배출된다.
펄스 제어 시스템을 사용한 질소산화물 저감방법
도 4는 본 발명에 따른 펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법을 나타낸 공정순서도이다.
도 4를 참조하면, 펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법은 (a) 배기가스가 하우징의 유입구를 통해 유입되는 단계; (b) 상기 배기가스 내 질소산화물이 흡장물질에 의해 흡장되며, 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 상기 하우징 내부로 공급되는 열이 시간에 따라 펄스 형태를 유지하면서 공급되는 단계; (c) 환원제에 의해 상기 질소산화물이 환원 및 탈착되는 단계; 및 (d) 상기 하우징의 배출구를 통해 환원된 질소(N2) 및 이산화탄소(CO2)가 배출되는 단계;를 포함한다.
먼저, 하우징의 유입구를 통해 배기가스가 유입된다(S10).
상기 배기가스는 내연기관의 엔진 연소에 의해 발생한다. 상기 내연기관은 자동차, 선박, 산업기계, 발전소, 소각로, 또는 보일러일 수 있다.
상기 배기가스는 질소산화물, 탄화수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 질소, 산소, 황 산화물, 입자상물질, 및 물을 포함할 수 있다.
유입구로 유입된 배기가스 내의 질소산화물은 상기 하우징 내부에서 흡장-환원 과정을 거쳐 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 및 물(H2O)로 환원된다. 환원된 질소 및 이산화탄소는 하우징의 배출구를 통해 배출된다.
본 발명에 따라 제거되는 질소산화물의 예로는 일산화질소, 이산화질소, 3산화이질소, 4산화이질소, 일산화이질소, 및 그들의 혼합물을 들 수 있다. 바람직하게는 일산화질소, 이산화질소, 일산화이질소이다. 본 발명에 의해 처리될 수 있는 배출 가스의 질소 산화물 농도는 한정되지 않는다.
상기 배기가스는 하우징 내부에서 대기압(1atm) 이상과 1,000 h-1 내지 300,000 h-1의 시간당 공간 속도를 유지할 수 있다. 바람직한 시간당 공간 속도는 3,000 h-1 내지 100,000 h-1이며, 공간속도가 1,000 h-1 미만이면 과잉의 흡장물질 및 환원제의 사용으로 인한 경제적 손실이 우려되고, 300,000 h-1을 초과하면 유체 흐름에 의한 압력 손실이 커지고 기계적으로 장치에 무리를 가져올 수 있다.
다음으로 배기가스 내 질소산화물이 흡장물질에 의해 흡장되며, 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 하우징 내부로 공급되는 열이 시간에 따라 펄스 형태를 유지하면서 공급된다(S20).
흡장물질은 질소산화물을 희박모드에서 흡장하는 역할을 한다. 상기 흡장은 150 내지 700 ℃에서 이루어질 수 있다.
질소산화물을 흡장할 수 있는 흡장물질로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 희토류, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, CHA, BEA, MFI와 같은 제올라이트를 이온교환시켜 흡장물질로 사용할 수도 있다.
구체적으로 알칼리 금속 중에서는 칼륨(K), 나트륨(Na), 세륨(Ce), 리튬(Li)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를, 알칼리 토금속 중에서는 바륨(Ba), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 마그네슘(Mg)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 또한, 전이금속으로는 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 은(Ag), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 바나듐(V), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 망간(Mn)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 흡장물질에 의한 흡장 전에는 산화촉매에 의해 일산화질소(NO)가 이산화질소(NO2)로 산화될 수 있으며, 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)가 이산화탄소(CO2) 또는 물(H2O)로 산화될 수 있다. 또한, 환원촉매에 의해 질소산화물(NOx)이 질소(N2)로 환원될 수 있다.
구체적으로 산화/환원촉매는 귀금속, 전이금속, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
귀금속으로는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 금(Au), 은(Ag) 또는 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있고, 전이금속으로는 코발트(Co), 철(Fe), 세륨(Ce), 구리(Cu), 니켈(Ni), 망간(Mn), 바나듐(V) 또는 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 바람직하게는 귀금속 중에서 백금계 귀금속을 전이금속 중에서는 망간, 바나듐, 코발트 또는 구리를 사용할 수 있다.
상기 흡장물질 및 산화/환원촉매는 복합촉매담체에 담지된다. 상기 복합촉매 담체는 그 종류를 한정하지 않으며 천연 또는 합성 제올라이트 뿐만 아니라 산성, 염기성 또는 중성 제올라이트, 세리아(CeO2), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2), 지르코니아(ZrO2) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 복합촉매담체는 열공급체에 의해 자체적으로 발열되거나, 외부의 열에 의해 가열될 수 있다. 상기 복합촉매담체에 가해지는 열은 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 펄스 형태를 유지하며 가해질 수 있다.
상기 펄스 신호 발생부는 하우징 내부로 공급되는 환원제의 농도 및 열을 펄스 형태로 유지시켜줄 수 있는 것이면 그 종류를 한정하지 않는다. 또한, 상기 펄스 신호 발생부는 예컨대 가스공급 또는 열공급에 의해 작동할 수 있다.
상기 열이 공급되는 동안 환원제에 의해 상기 질소산화물이 환원 및 탈착된다(S30).
환원제는 연료 자체를 활용하거나 연료의 개질 또는 배기가스와의 반응을 통해 고성능 환원제로 전환시킨 것을 사용할 수 있다. 상기 환원제는 배기가스 내에 포함된 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 부분산화탄화수소(OHC), 탄소-질소화합물, 수소-질소화합물, 자체적으로 발생되는 암모니아(NH3), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 일산화탄소를 사용할 수 있다.
상기 환원은 100 내지 750 ℃에서 이루어질 수 있다.
상기 환원제는 환원제공급부를 통해 하우징 내부로 공급된다. 상기 환원제공급부는 펄스 신호 발생부와 연결되며, 이를 통해 하우징 내부로 공급되는 환원제의 농도는 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 펄스 형태를 유지할 수 있다.
구체적으로 질소산화물이 흡장물질에 의해 흡장된 후, 배기가스의 농도 변화 없이 펄스 신호 발생부에 의해 공급된 환원제가 흡장한 질소산화물을 질소, 이산화탄소, 및 물로 환원시킨다. 환원 후 흡장물질이 질소산화물을 다시 흡장하는 동안 펄스 신호 발생부의 펄스 신호에 의해 환원제 공급이 중단된다. 상기 과정을 반복하면서 내부의 환원제 농도는 시간에 따라 펄스 형태를 유지한다.
종래 SCR 기술은 환원제인 우레아 용액을 주기적으로 보충해주어야 하므로 경제적 부담이 크고, 별도의 장치가 필요해 공간활용도가 낮다는 단점이 있었다. 본 발명은 흡장물질에 의해 질소산화물이 흡장된 후 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 환원제가 공급되어 흡장한 질소산화물을 질소, 이산화탄소, 및 물로 환원시킨다. 환원 후 흡장물질이 질소산화물을 다시 흡장하는 동안에는 환원제의 공급이 중단된다.
또한, 종래 LNT 기술은 연료의 희박모드에서 질소산화물을 선택적으로 제거할 수 없었으며, 활성물질이 담지된 삼원촉매와 유사한 촉매를 사용하여야 하므로 배기가스를 공연비 이하로 조정해야 했다. 따라서 흡장된 질소산화물을 환원시키기 위해 공연비를 인위적으로 농후모드로 조절시켜 배기가스 전체의 조성을 변화시켜야 하며, 연료가 농후한 분위기를 만들어 질소산화물을 환원시키는 과정에서 과량의 연료를 환원제로 사용하여 연비가 나빠지는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 LNT 기술과 달리 연료의 희박모드에서도 질소산화물을 저감시킬 수 있는 선택적 탈질 촉매를 사용하고, SCR 기술과 달리 암모니아를 사용하지 않고 배기가스 내의 환원제 또는 연료 개질 환원제를 사용하여 질소산화물을 환원시킬 수 있다.
따라서 공연비를 인위적으로 농후모드로 조절할 필요 없이 희박모드에서의 질소산화물 환원이 가능하며, 연료를 지속적으로 공급할 필요가 없어져 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다. 또한, 우레아 SCR과 달리 환원제 공급을 위해 저장탱크, 펌프와 같은 부수적 장치를 설치할 필요가 없어 노후자동차, 선박, 그 외 모든 내연기관 동력계에 적용이 가능하며, 운전자가 주기적으로 환원제를 보충할 필요가 없으므로 운영이 간편하다는 장점이 있다.
상기 환원제 생산을 위한 에너지로는 배기열을 사용하거나 펄스 제어 시스템 내로 공급된 전력을 이용할 수 있다. 생산된 환원제는 환원제공급부 내에 저장되며, 밸브를 직접 조작하거나, 전력 기반 공급기술을 활용하여 스위칭을 통해 복합촉매담체 및 열공급체로 공급될 수 있다.
마지막으로, 질소산화물은 환원제에 의해 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 및 물(H2O)의 형태로 환원 및 탈착되며, 하우징의 배출구를 통해 질소 및 이산화탄소가 배출된다(S50).
탈착면적(a.u) 흡착면적(a.u) 탈착면적/흡착면적 NOx 저감율(%)
4017 8762 0.458 54 %
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 제어 시스템의 복합촉매담체를 통해 저감된 질소산화물의 저감율을 나타낸 표이다. 표 1을 참조하면, 본 발명의 펄스 제어 시스템 복합촉매담체를 통해 저감된 질소산화물 저감율은 약 54 %이며, 적절한 흡장물질과 촉매의 사용 및 병렬시스템 등을 통하여 90 % 이상의 질소산화물 저감을 기대해볼 수 있다.
펄스 제어 시스템이 포함된 내연기관
본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관은 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템을 포함한다.
상기 내연기관은 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료를 연소시켜 운동에너지를 발생시키는 엔진, 엔진의 연소실, 및 배기관을 더 포함할 수 있다.
배기가스는 내연기관의 엔진 연소에 의해 발생한다. 상기 내연기관은 자동차, 선박, 산업기계, 발전소, 소각로, 또는 보일러일 수 있다.
엔진은 연료와 공기가 혼합된 혼합기체를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다.
연소실은 공기의 유입을 위한 흡기포트, 배기가스의 배출을 위한 배기포트를 포함하며, 연소실의 상측 중앙부분에는 연료의 분사를 위한 인젝터가 형성될 수 있다.
엔진과 연소실의 흡기포트는 연결되어 연소실 내부로 공기를 유입하며, 엔진과 연소실의 배기포트가 연결되어 연소 과정에서 발생한 배기가스가 배기포트에 모인 후 차량의 외부로 배출되게 된다.
배기관은 상기 배기포트에 연결되어 엔진에서 발생되는 배기가스를 배출시킬 수 있게 한다.
이때 배기관 내부에는 상기 펄스 제어 시스템이 형성되어 배기가스 내에 포함된 질소산화물를 제거할 수 있다.
상기 펄스 제어 시스템의 하우징은 배기가스가 유입되는 유입구 및 환원된 질소 및 이산화탄소가 배출되는 배출구가 형성되어 있다.
펄스 제어 시스템은 산화촉매와 흡장물질이 담지된 담체를 포함한다. 흡장물질은 상기 유입구를 통과한 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 흡장하며 산화촉매는 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다.
상기 하우징 내부로는 질소산화물 환원을 위한 연료가 공급되는데, 공급되는 연료의 농도는 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 시간에 따라 펄스 형태를 유지한다.
상기 펄스 신호 발생부는 하우징 내부로 공급되는 연료의 농도를 펄스 형태로 유지시켜줄 수 있는 것이면 그 종류를 한정하지 않는다.
본 발명은 하우징 내부로 공급되는 연료의 농도가 시간에 따라 펄스 형태를 유지할 수 있도록 하여, 공연비를 인위적으로 농후모드로 조절할 필요 없이 희박모드에서의 질소산화물 환원이 가능하고 연료를 지속적으로 공급할 필요가 없어져 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다.
환원제의 농도 역시 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 시간에 따라 펄스 형태를 유지할 수 있다.
상기 펄스 신호 발생부에 의해 환원제의 농도가 펄스 형태로 조절되는 경우 환원제를 지속적으로 공급할 필요가 없어 비용절감의 효과가 있으며, 환원제 보충을 통한 별도의 장치를 투입할 필요가 없어 소형자동차에도 설치가 가능하다.
질소산화물은 환원제에 의해 질소, 이산화탄소, 물의 형태로 환원 및 탈착되며, 상기 질소 및 이산화탄소는 하우징의 배출구를 통해서 배출된다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 질소 산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템, 이를 사용한 질소 산화물 저감방법, 및 이를 포함하는 내연기관에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 펄스 제어 시스템
10 : 하우징
30 : 환원제공급부
50 : 복합촉매담체 및 열공급체
60 : 펄스 신호 발생부

Claims (11)

  1. 배기가스가 유입 및 배출되도록 유입구와 배출구가 형성되는 하우징;
    상기 유입구와 상기 배출구 사이에 배치되며, 상기 유입구를 통과한 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 흡장하는 흡장물질과 산화/환원촉매가 담지된 복합촉매담체 및 열공급체;
    상기 흡장물질로부터 흡장된 질소산화물을 환원시키는 환원제가 저장되는 환원제공급부;및
    상기 복합촉매담체 및 열공급체, 상기 환원제공급부와 각각 연결되며, 펄스 신호를 발생하여 상기 하우징 내부로 공급되는 열 및 환원제의 농도가 시간에 따라 펄스 형태를 유지하도록 하는 펄스 신호 발생부;를 포함하고,
    상기 하우징 내부로 공급되는 열은 열공급체에 의해 자체적으로 발열되거나, 외부의 열에 의해 가열되는,
    질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡장물질은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 희토류, 제올라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화/환원촉매는 귀금속, 전이금속, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡장물질 및 상기 산화/환원촉매는 상기 복합촉매담체 및 열공급체의 표면에 담지되거나 상기 복합촉매담체 및 열공급체의 구성 성분으로 포함되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 부분산화탄화수소(OHC), 탄소-질소화합물, 수소-질소화합물, 암모니아(NH3), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템.
  6. (a) 배기가스가 하우징의 유입구를 통해 유입되는 단계;
    (b) 상기 배기가스 내 질소산화물이 흡장물질에 의해 흡장되며, 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 상기 하우징 내부로 공급되는 열이 시간에 따라 펄스 형태를 유지하면서 공급되는 단계;
    (c) 환원제에 의해 상기 질소산화물이 환원 및 탈착되는 단계; 및
    (d) 상기 하우징의 배출구를 통해 환원된 질소(N2) 및 이산화탄소(CO2)가 배출되는 단계;를 포함하고,
    상기 하우징 내부로 공급되는 열은 열공급체에 의해 자체적으로 발열되거나, 외부의 열에 의해 가열되는,
    펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서
    상기 흡장 전에 산화촉매에 의해 일산화질소(NO)가 이산화질소(NO2)로 산화되는 것을 특징으로 하는 펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계의
    상기 흡장물질은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 희토류, 제올라이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 (c) 단계의
    상기 환원제는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 부분산화탄화수소(OHC), 탄소-질소화합물, 수소-질소화합물, 암모니아(NH3), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 (c) 단계의
    상기 환원제의 농도는 상기 펄스 신호 발생부의 신호에 의해 시간에 따라 펄스 형태를 유지하는 것을 특징으로 하는 펄스 제어 시스템을 사용한 질소 산화물 저감방법.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 펄스 제어 시스템이 포함된 내연기관.
KR1020190020244A 2019-02-20 2019-02-21 질소산화물 저감을 위한 펄스 제어 시스템, 이를 사용한 질소산화물 저감방법, 및 이를 포함한 내연기관 KR102142862B1 (ko)

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