KR102333324B1 - 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따르면 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로의 일 영역에서 분기된 후 다시 상기 일 영역에 합류하는 순환 유로와, 상기 배기 유로의 상기 일 영역에 설치되어 상기 배기가스의 이동 방향을 제어하는 4방향 제어 밸브, 그리고 상기 순환 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}
본 발명은 선택적 촉매 환원 반응 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 사용되는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석 연료의 사용량이 증가하게 되었다. 이로 인하여 화석 연료의 연소 과정에서 배출되는 각종 유해 가스가 심각한 대기 오염을 야기하고 있다. 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.
대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다.
근래에는 환경 보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이러한 황산화물과 질소산화물에 대한 배출규제가 도입되고 있다.
특히, 질소산화물을 저감시키기 위한 대표적인 설비로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다. 선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에서 규정한 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있어야 하므로, 저비용 고효율의 탈질 설비와 함께 효과적인 운용 방법이 요구되고 있다.
즉, 엔진의 운전 조건에 따라 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도가 환경 규제를 만족시키거나 환경 규제 지역 외에서 선박이 운항할 경우에는 선택적 촉매 환원 시스템의 가동을 중단하여 에너지 이용 효율을 향상시킬 필요가 있다.
이와 같이, 선택적 촉매 환원 시스템을 가동할 필요가 없는 경우에는 배기가스를 바이패스 유로로 이동시켜 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 설치된 반응기를 우회시켜 배출하고 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 경제성과 방사능 규제 등을 고려하여 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 갖는 고온 활성 촉매를 주로 이용하고 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다.
그런데, 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 촉매가 피독되면서 지속적으로 촉매의 활성도가 저하된다. 특히, 고온 활성 촉매가 설치된 반응기에 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기 가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 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.
이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 따라서, 촉매의 효율을 높이고 유지 보수에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 촉매의 온도를 활성 온도 범위 내로 유지하는 것이 요구된다.
하지만, 선박용 저속 디젤 엔진의 경우, 디젤 엔진의 부하 변동에 따라 배기가스의 배출량이 달라지고, 선박이 운항 중인 기후 환경도 선택적 촉매 환원 반응에 영향을 미치므로, 촉매의 피독을 완벽하게 피하기 어렵다.
따라서, 선박의 운항 중에 촉매가 피독되어 요구되는 성능을 내지 못하게 되면, 촉매를 재생시키게 된다. 그리고 촉매를 재생시키는 경우에도, 배기가스를 바이패스 유로로 이동시켜 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 설치된 반응기를 우회시켜 배출하고 있다.
그런데, 선박 또는 차량의 경우 공간의 제약이 따르며, 이로 인하여 선박 또는 차량에 설치되는 선택적 촉매 환원 시스템에 반응기를 거치는 배기 유로와 별개로 바이패스 유로를 마련하기가 쉽지 않다.
또한, 배기가스의 이동 방향을 반응기를 거쳐가는 방향과 바이패스 유로를 거쳐가는 방향으로 중에서 선택적으로 제어하기 위해서는 상대적으로 고가의 부품인 제어 밸브를 복수 개 사용해야 하므로, 선택적 촉매 환원 시스템의 전반적인 운용 비용을 증가시키는 원인이 된다.
본 발명의 실시예는 전체적인 구성을 간소화시킨 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로의 일 영역에서 분기된 후 다시 상기 일 영역에 합류하는 순환 유로와, 상기 배기 유로의 상기 일 영역에 설치되어 상기 배기가스의 이동 방향을 제어하는 4방향 제어 밸브, 그리고 상기 순환 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기를 포함한다.
상기 4방향 제어 밸브는 상기 배기가스를 상기 반응기를 거쳐 이동시키거나 상기 배기 유로로만 이동시킬 수 있다.
상기 4방향 제어 밸브는 원통형 또는 구형 중공부를 갖는 밸브 본체와, 상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결된 제1 유입구와, 상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결되고 상기 제1 유입구와 이웃한 제1 배출구와, 상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결되고 상기 제1 배출구와 대향하는 제2 유입구와, 상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결되고 상기 제1 유입구와 대향하는 제2 배출구, 그리고 상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부에 회전 가능하게 삽입되어 상기 밸브 본체를 통과하는 유체의 이동 방향을 제어하는 밸브 디스크를 포함할 수 있다.
상기 4방향 제어 밸브는 상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부에 설치되어 상기 밸브 디스크의 회전 범위를 제한함으로써 상기 밸브 디스크의 회전 동작 후 정위치에 위치시키는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 배기 유로는 상기 4방향 제어 밸브를 기준으로 상류 측인 전방 배기 유로와 하류 측인 후방 배기 유로로 구분될 수 있다. 그리고 상기 4방향 제어 밸브의 상기 제1 유입구는 상기 전방 배기 유로와 연결되며, 상기 4방향 제어 밸브의 상기 제1 배출구는 상기 후방 배기 유로와 연결되고, 상기 4방향 제어 밸브의 상기 제2 배출구는 상기 순환 유로의 일측 단부와 연결되며, 상기 4방향 제어 밸브의 상기 제2 유입구는 상기 순환 유로의 타측 단부와 연결될 수 있다.
상기 밸브 디스크는 상기 제1 유입구와 상기 제2 배출구를 연결시키고 상기 제1 배출구와 상기 제2 유입구를 연결시키는 제1 위치 모드와, 상기 제1 유입구와 상기 제1 배출구를 연결시키고 상기 제2 배출구와 상기 제2 유입구를 연결시키는 제2 위치 모드 중 어느 하나의 위치 모드로 선택 동작할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 밸브 본체를 우회하여 상기 제2 배출구와 상기 제1 배출구를 연결시키는 비상 유로와, 상기 비상 유로 상에 설치되어 상기 비상 유로를 개폐하는 비상 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 4방향 제어 밸브를 보다 하류 측의 상기 배기 유로와 상기 반응기보다 하류 측의 상기 순환 유로를 연결하는 비상 유로와, 상기 비상 유로 상에 설치되어 상기 비상 유로를 개폐하는 비상 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 전체적인 구성을 간소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 1의 4방향 제어 밸브를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 동작 상태를 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 3의 4방향 제어 밸브의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응 시스템의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 사시도이다.
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.
또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 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 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 동력 장치에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키는데 사용된다. 일례로, 동력 장치는 선박에 사용되는 사용되는 2행정 저속 또는 4행정 중속 디젤 엔진일 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 동력 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 동력 장치로는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)는 배기 유로(610), 순환 유로(680), 4방향 제어 밸브(500), 및 반응기(300)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)는 비상 유로(460)와 비상 밸브(450)를 더 포함할 수 있다.
배기 유로(610)는 동력 장치에서 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시킨다. 일례로, 배기 유로(610)는 동력 장치인 디젤 엔진의 배기구와 연결되어 디젤 엔진의 배기가스를 배출시킬 수 있다.
순환 유로(680)는 배기 유로(610)의 일 영역에서 분기된 후 다시 상기 일 영역에 합류한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 순환 유로(680)가 배기 유로(610)로부터 분기되는 지점과 배기 유로(610)에 합류하는 지점이 동일하다.
이하, 본 명세서에서, 순환 유로(680)가 배기 유로(610)로부터 분기되면서 동시에 배기 유로(610)에 합류하는 지점을 교차 지점이라 한다. 또한, 배기 유로(610)는 후술할 4방향 제어 밸브(500)가 설치될 교차 지점을 기준으로 상류 측인 전방 배기 유로(611)와 하류 측인 후방 배기 유로(612)로 구분될 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 상류와 하류는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 결정되며, 전방은 상류 측 방향을 의미하고, 후방은 하류 측 방향을 의미한다.
반응기(300)는 순환 유로(680) 상에 설치되며, 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매(350)를 내장한다. 이때, 촉매(350)는 모듈의 형태로 반응기(300)의 내부에 배치될 수 있으며, 복수개 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 반응기(300)는 세로 방향으로 길이를 갖도록 배치된다. 그리고 반응기(300)에 내장된 촉매(350)는 복수개가 상하 방향으로 적층될 수 있다. 즉, 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수 있다.
촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(350)는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매(350)가 피독되면서 효율이 저하된다.
예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 암모니아(NH3)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다.
구체적으로, 촉매(350)를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매(350)에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.
촉매(350)에서 질소산화물과 반응하는 환원제로는 암모니아(NH3)가 사용되는데, 이는 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액의 형태로 공급될 수 있다. 암모니아 자체가 오염 물질로 보관과 운반이 용이하지 않기 때문에 안정적인 우레아 수용액을 사용하는 것이 보편적이다. 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액은 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 즉, 우레아를 분해시켜 질소산화물과 반응하는 환원제인 암모니아를 생성하게 된다.
4방향 제어 밸브(500)는 배기 유로(610)의 상기 일 영역, 즉 교차 지점에 설치되어 배기가스의 이동 방향을 제어한다. 즉, 4방향 제어 밸브(500)는 배기가스를 반응기(300)를 거쳐 이동시키거나 배기 유로(610)로만 이동시킬 수 있다.
구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 4방향 제어 밸브(500)는 밸브 본체(530), 제1 유입구(511), 제1 배출구(519), 제2 배출구(521), 제2 유입구(529), 및 밸브 디스크(550)를 포함할 수 있다. 또한, 4방향 제어 밸브(500)는 스토퍼(560)를 더 포함할 수 있다.
밸브 본체(530)는 원통형 중공부를 갖는다. 그리고 제1 유입구(511)는 밸브 본체(530)의 원통형 중공부와 연결되고, 제1 배출구(519)는 제1 유입구(511)와 이웃한 위치에서 밸브 본체(530)의 원통형 중공부와 연결된다. 제2 배출구(521)는 제1 배출구(519)와 대향하는 위치에서 밸브 본체(530)의 원통형 중공부와 연결되고, 제2 유입구(529)는 제1 유입구(511)와 대향하는 위치에서 밸브 본체(530)의 원통형 중공부와 연결된다.
밸브 디스크(550)는 밸브 본체(530)의 원통형 중공부에 회전 가능하게 삽입된다. 그리고 밸브 디스크(550)는 회전하면서 밸브 본체(530)를 통과하는 유체의 이동 방향을 제어한다. 한편, 밸브 디스크(550)는 중앙의 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 밸브 디스크(550)는 원통형 중공부에서 회전 가능하도록 사각 판형으로 형성될 수 있다.
스토퍼(560)는 밸브 본체(530)의 원통형 중공부에 설치되어 밸브 디스크(550)의 회전 범위를 제한함으로써, 밸브 디스크(550)의 회전 동작 후 정위치에 위치시킬 수 있다.
4방향 제어 밸브(500)가 배기 유로(610) 및 순환 유로(680)와 연결된 상태를 구체적으로 설명하면, 4방향 제어 밸브(500)의 제1 유입구(511)는 전방 배기 유로(611)와 연결되며, 4방향 제어 밸브(500)의 제1 배출구(519)는 후방 배기 유로(612)와 연결될 수 있다. 또한, 4방향 제어 밸브(500)의 제2 배출구(521)는 순환 유로(680)의 일측 단부와 연결되며, 4방향 제어 밸브(500)의 제2 유입구(529)는 순환 유로(680)의 타측 단부와 연결될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은 구조로 인해, 순환 유로(680)를 따라 이동하는 배기가스의 이동 방향은 제2 배출구(521)와 연결된 순환 유로(680)의 일측 단부로부터 제2 유입구(529)와 연결된 순환 유로(680)의 타측 단부를 향해 이동하게 된다.
그리고 밸브 디스크(550)는 회전하면서 제1 유입구(511)와 제2 배출구(521)를 연결시키고 제1 배출구(519)와 제2 유입구(529)를 연결시키는 제1 위치 모드와, 제1 유입구(511)와 제1 배출구(519)를 연결시키고 제2 배출구(521)와 제2 유입구(529)를 연결시키는 제2 위치 모드 중 어느 하나의 위치 모드로 선택 동작할 수 있다.
비상 유로(460)는 4방향 제어 밸브(500)를 보다 하류 측의 배기 유로(610)와 반응기(300)보다 하류 측의 순환 유로(680)를 연결할 수 있다. 그리고 비상 밸브(450)는 비상 유로(460) 상에 설치되어 비상 유로(460)를 개폐할 수 있다.
비상 유로(460)와 비상 밸브(450)는 4방향 제어 밸브(500)에 의해 배기 유로(610)와 순환 유로(680)의 연결이 차단된 상태에서 반응기(300) 및 순환 유로(680)의 내부 압력이 상승하거나 4방향 제어 밸브(500)의 오작동 또는 손상으로 인하여 배기가스의 흐름이 원활하지 못한 경우에 배기 유로(610)와 순환 유로(680)를 연결시키는데 사용될 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 비상 유로(460)는 밸브 본체(530)를 우회하여 제2 배출구(529)와 제1 배출구(519)를 연결할 수도 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 동작 원리를 상세히 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 4방향 제어 밸브(500)는 제1 위치 모드와 제2 위치 모드 중 어느 하나의 모드로 선택 동작할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 4방향 제어 밸브(500)는, 제1 위치 모드에서, 제1 유입구(511)와 제2 배출구(521)를 연결시키고 제1 배출구(519)와 제2 유입구(529)를 연결시키게 된다.
따라서, 배기 유로(610)를 따라 이동하던 배기가스는 4방향 제어 밸브(500)에 의해 순환 유로(690)로 이동하게 된다. 그리고 순환 유로(680)로 이동한 배기가스는 반응기(300)를 거친 후 다시 4방향 제어 밸브(500)를 통해 배기 유로(610)로 이동하게 된다.
4방향 제어 밸브(500)의 제1 위치 모드는 선택적 촉매 시스템(101)을 가동하여 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도를 저감시키고자 할 때 선택될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 4방향 제어 밸브(500)가 회전하여 제2 위치 모드가 되면, 제1 유입구(511)와 제1 배출구(519)를 연결시키고 제2 배출구(521)와 제2 유입구(529)를 연결시키게 된다. 이때, 배기가스는 4방향 제어 밸브(500)에 의해 순환 유로(680)를 거치지 못하고 배기 유로(610)로만 이동하게 된다.
4방향 제어 밸브(500)의 제2 위치 모드는 엔진의 운전 조건에 따라 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도가 환경 규제를 만족시키거나 환경 규제 지역 외에서 선박이 운항할 경우에는 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 가동을 중단하거나, 선박의 운항 중에 촉매가 피독되어 요구되는 성능을 내지 못하여 촉매(350)를 재생시키고자 할 때 선택될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 전체적인 구성을 간소화시킬 수 있다.
즉, 상대적으로 고가의 부품인 제어 밸브의 사용을 최소화할 수 있으며, 하나의 4방향 제어 밸브(500)만 제어하면 되므로, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 운용도 간편하게 단순화시킬 수 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전반적인 공간 활용도도 향상시킬 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)을 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)에서는 반응기(300)가 가로 방향으로 길이를 갖도록 배치된다. 그리고 반응기(300)에 내장된 촉매(350)는 복수개가 가로 방향으로 배열될 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에서도, 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 반응기(300)의 설치 방향을 변경하더라도 적용 가능하므로, 전체적인 구성을 간소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 공간 활용도도 향상시킬 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)을 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)에서는 4방향 제어 밸브(501)의 밸브 본체(531)가 구형 중공부를 갖는다. 또한, 밸브 디스크(551)는 구형 중공부에서 회전 가능하도록 원판형으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)에서는 4방향 제어 밸브(501)의 유입구와 배출구를 필요에 따라 다양한 방향으로 설정할 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, 102, 103: 선택적 촉매 환원 시스템
300: 반응기
350: 촉매
460: 비상 유로
450: 비상 밸브
500, 501: 4방향 제어 밸브
511: 제1 유입구
519: 제1 배출구
521: 제2 배출구
529: 제2 유입구
530, 531: 밸브 본체
550, 551: 밸브 디스크
560: 스토퍼
610: 배기 유로
611: 전방 배기 유로
612: 후방 배기 유로
680: 순환 유로

Claims (8)

  1. 배기가스가 이동하는 배기 유로;
    상기 배기 유로의 일 영역에서 분기된 후 다시 상기 일 영역에 합류하는 순환 유로;
    상기 배기 유로의 상기 일 영역에 설치되어 상기 배기가스의 이동 방향을 제어하는 4방향 제어 밸브; 및
    상기 순환 유로 상에 설치되어 상기 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 촉매가 내장된 반응기
    를 포함하며,
    상기 4방향 제어 밸브는,
    원통형 또는 구형 중공부를 갖는 밸브 본체;
    상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결된 제1 유입구;
    상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결되고 상기 제1 유입구와 이웃한 제1 배출구;
    상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결되고 상기 제1 배출구와 대향하는 제2 배출구;
    상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부와 연결되고 상기 제1 유입구와 대향하는 제2 유입구; 및
    상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부에 회전 가능하게 삽입되어 상기 밸브 본체를 통과하는 유체의 이동 방향을 제어하는 밸브 디스크
    를 포함하고,
    상기 밸브 디스크는 상기 제1 유입구와 상기 제2 배출구를 연결시키고 상기 제1 배출구와 상기 제2 유입구를 연결시키는 제1 위치 모드와, 상기 제1 유입구와 상기 제1 배출구를 연결시키고 상기 제2 배출구와 상기 제2 유입구를 연결시키는 제2 위치 모드 중 어느 하나의 위치 모드로 선택 동작하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 4방향 제어 밸브는 상기 배기가스를 상기 반응기를 거쳐 이동시키거나 상기 배기 유로로만 이동시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 4방향 제어 밸브는 상기 밸브 본체의 원통형 또는 구형 중공부에 설치되어 상기 밸브 디스크의 회전 범위를 제한함으로써 상기 밸브 디스크의 회전 동작 후 정위치에 위치시키는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배기 유로는 상기 4방향 제어 밸브를 기준으로 상류 측인 전방 배기 유로와 하류 측인 후방 배기 유로로 구분되고,
    상기 4방향 제어 밸브의 상기 제1 유입구는 상기 전방 배기 유로와 연결되며,
    상기 4방향 제어 밸브의 상기 제1 배출구는 상기 후방 배기 유로와 연결되고,
    상기 4방향 제어 밸브의 상기 제2 배출구는 상기 순환 유로의 일측 단부와 연결되며,
    상기 4방향 제어 밸브의 상기 제2 유입구는 상기 순환 유로의 타측 단부와 연결되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 삭제
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 밸브 본체를 우회하여 상기 제2 배출구와 상기 제1 배출구를 연결시키는 비상 유로와;
    상기 비상 유로 상에 설치되어 상기 비상 유로를 개폐하는 비상 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 제1항, 제2항, 제4항, 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 4방향 제어 밸브를 보다 하류 측의 상기 배기 유로와 상기 반응기보다 하류 측의 상기 순환 유로를 연결하는 비상 유로와;
    상기 비상 유로 상에 설치되어 상기 비상 유로를 개폐하는 비상 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
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