KR102431789B1 - Reductant injection system for after-treatment of exhaust gas of old diesel vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관의 배기관에 장착되어, 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상 물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst) 및 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)를 포함하는 배기가스 후처리 시스템에 있어서, 상기 디젤산화촉매장치 전단에 위치하여, 우레아수용액이 도입되는 우레아도입부, 상기 디젤산화촉매장치를 관통하여 마련되되, 상기 우레아도입부를 통해 도입된 상기 우레아수용액이 통과하는 우레아유동관로, 및 상기 우레아유동관로의 하류측단부에 마련되어, 상기 우레아수용액과 상기 배기가스를 혼합하는 우레아믹서를 포함하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템을 제공한다.The present invention is a diesel oxidation catalyst installed in the exhaust pipe of an internal combustion engine to oxidize hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas or oxidize soluble organic fraction (SOF) contained in particulate matter. In the exhaust gas post-treatment system comprising a Diesel Oxidation Catalyst (DOC) and a Selective Catalyst Reduction (SCR) for purifying nitrogen oxides (NO x ), it is located in front of the diesel oxidation catalyst device , a urea introduction part through which an aqueous urea solution is introduced, a urea flow pipe through which the urea solution introduced through the urea introduction part passes through the diesel oxidation catalyst device, and a urea flow pipe provided at the downstream end of the urea flow pipe, the It provides a reducing agent injection system of an exhaust gas post-treatment system including a urea mixer for mixing the urea aqueous solution and the exhaust gas.

Description

노후 경유차 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템 {REDUCTANT INJECTION SYSTEM FOR AFTER-TREATMENT OF EXHAUST GAS OF OLD DIESEL VEHICLE}{REDUCTANT INJECTION SYSTEM FOR AFTER-TREATMENT OF EXHAUST GAS OF OLD DIESEL VEHICLE}

본 발명은 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 차량 뿐만 아니라 선박, 발전기 등에 탑재된 내연기관으로부터 배출되는 배기가스를 정화하기 위한 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a reducing agent injection system of an exhaust gas after-treatment system, and more particularly, to a reducing agent injection system of an exhaust gas after-treatment system for purifying exhaust gas emitted from internal combustion engines mounted on ships, generators, etc. as well as vehicles. will be.

일반적으로 차량, 선박, 발전기 등에서 고효율 및 고출력의 운전이 가능한 디젤 엔진의 수요가 계속 증가하고 있다. 이는 디젤유가 가격이 저렴하고 연비나 출력 측면에서 장점이 있기 때문이다.In general, the demand for diesel engines capable of high efficiency and high output operation in vehicles, ships, generators, etc. continues to increase. This is because diesel oil is inexpensive and has advantages in terms of fuel efficiency and output.

이러한 디젤 엔진을 구동시, 대기 오염을 일으키는 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM; Particulate Matter)이 배기가스에 포함되어 배출되기 때문에 이를 줄이기 위해 매연저감장치는 의무적으로 장착해야 한다.When driving such a diesel engine, nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM), which cause air pollution, are included in exhaust gas and are emitted.

일 예로, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 배기가스 후처리 시스템은, 내연기관에서 배출되는 배기가스를 정화하기 위해 미립자(PM)를 포집하기 위한 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate matter Filter)(23)와, 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)(22)를 포함할 수 있으며, 미립자포집장치(23)의 전단에 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상 물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)(21)를 포함할 수 있다.As an example, as shown in FIG. 1, the conventional exhaust gas after-treatment system includes a Diesel Particulate Matter Filter (DPF) for collecting particulates (PM) to purify the exhaust gas discharged from the internal combustion engine ( 23), and a Selective Catalyst Reduction (SCR) 22 for purifying nitrogen oxides (NO x ), and hydrocarbons ( HC) or carbon monoxide (CO) or a diesel oxidation catalyst (DOC; Diesel Oxidation Catalyst) 21 for oxidizing soluble organic fractions (SOF) contained in particulate matter.

선택적촉매환원장치(22)는 우레아(urea)를 환원제로 하여 질소산화물을 저감 또는 제거시키기 때문에, 선택적촉매환원장치(22)의 전단에는 중간 배관에 우레아를 분사시키기 위한 우레아인젝터(31)가 마련될 수 있고, 이때 질소산화물 저감 능력을 향상시키기 위해 우레아 분사를 최적화시킬 수 있도록, 우레아인젝터(31)와 선택적촉매환원장치(22) 사이에는 우레아인젝터(31)를 통해 유입된 우레아수용액에 의해 가수분해된 암모니아가 배기가스와 혼합되고, 선택적촉매환원장치(22)에 넓은 범위로 균일하게 혼합되어 유입될 수 있도록 우레아믹서(32)가 포함될 수 있다(한국특허등록번호 제1195799호 등 참조).Since the selective catalytic reduction device 22 uses urea as a reducing agent to reduce or remove nitrogen oxides, the front end of the selective catalytic reduction device 22 is provided with a urea injector 31 for injecting urea into the intermediate pipe. At this time, in order to optimize the urea injection in order to improve the nitrogen oxide reduction ability, between the urea injector 31 and the selective catalytic reduction device 22, water is hydrolyzed by the urea aqueous solution introduced through the urea injector 31 A urea mixer 32 may be included so that the decomposed ammonia is mixed with the exhaust gas and uniformly mixed in a wide range and introduced into the selective catalytic reduction device 22 (refer to Korean Patent Registration No. 1195799, etc.).

이러한 시스템은 도 1과 같이 각각의 기능을 수행하는 촉매가 독립적으로 존재해야 하며, 이로 인하여 배기가스 후처리 시스템의 크기나 길이가 커질 수 밖에 없는 문제점이 있다. In such a system, as shown in FIG. 1 , catalysts performing each function must exist independently, and thus, there is a problem in that the size or length of the exhaust gas after-treatment system is increased.

따라서 최근에는 디젤자동차 배기가스 후처리 시스템에 이러한 기술의 단점을 보완하기 위하여 DPF와 SCR의 기능을 동시에 부여한 SDPF(SCR on Diesel Particulate Filter) 기술이 적용되고 있다. 이 시스템은 도 3에 도시한 바와 같이 DOC-SDPF-SCR-AOC 기술이 적용된 기술로써, SDPF에 DPF의 PM 포집 기술과 SCR의 질소산화물 저감 기술을 접목시킨 기술이다. 이때 촉매의 성능, 저감량 등에 따라 SCR 촉매를 장착하지 않을 수도 있다. Therefore, recently, SDPF (SCR on Diesel Particulate Filter) technology, which provides both DPF and SCR functions, has been applied to the exhaust gas after-treatment system of diesel vehicles to compensate for the disadvantages of this technology. As shown in FIG. 3, this system is a technology to which DOC-SDPF-SCR-AOC technology is applied, and is a technology in which SDPF is combined with DPF's PM collection technology and SCR's nitrogen oxide reduction technology. At this time, the SCR catalyst may not be installed depending on the performance and reduction amount of the catalyst.

이 시스템 역시 질소산화물을 제거하기 위하여 환원제로써 우레아 또는 암모니아를 사용하게 되며, 상기 한국특허등록번호 제1195799호 등에서 언급한 믹서를 DOC와 SDPF 사이의 배기관에 설치하게 된다.This system also uses urea or ammonia as a reducing agent to remove nitrogen oxides, and the mixer mentioned in Korean Patent Registration No. 1195799, etc. is installed in the exhaust pipe between DOC and SDPF.

이와 같이, 종래에는 질소산화물을 저감하기 위하여 선택적촉매환원장치(22)를 사용하게 되면 우레아인젝터(31)가 요구되고, 이뿐 아니라 가수분해된 암모니아가 배기가스와 균일하게 혼합하기 위해 선택적촉매환원장치(22)의 전단에 중간배관이 필요하였기 때문에, 전체 배기가스 후처리 시스템의 길이나 크기를 줄여 소형화할 수 없는 문제가 있다.As such, in the prior art, when the selective catalytic reduction device 22 is used to reduce nitrogen oxides, the urea injector 31 is required, as well as the selective catalytic reduction device to uniformly mix the hydrolyzed ammonia with the exhaust gas. Since an intermediate pipe was required at the front end of (22), there is a problem that the overall exhaust gas after-treatment system cannot be downsized by reducing the length or size.

따라서, 선택적촉매환원장치를 가진 배기가스 후처리 시스템을 소형화할 수 없는 문제를 해소하기 위한 기술의 필요성이 대두되고 있다.Accordingly, there is a need for a technology to solve the problem that the exhaust gas post-treatment system having a selective catalytic reduction device cannot be downsized.

KR 10-1195799 B1KR 10-1195799 B1 KR 10-1369651 B1KR 10-1369651 B1 KR 10-2122849 B1KR 10-2122849 B1 KR 10-2028423 B1KR 10-2028423 B1

본 발명은, 배기가스 후처리 시스템을 소형화할 수 있고, 우레아 수용액의 가수분해 반응을 원활하게 일으킬 수 있는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a reducing agent injection system for an exhaust gas after-treatment system that can downsize the exhaust gas after-treatment system and smoothly cause a hydrolysis reaction of an aqueous urea solution.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 내연기관의 배기관에 장착되어, 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상 물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst) 및 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)를 포함하는 배기가스 후처리 시스템에 있어서, 상기 디젤산화촉매장치 전단에 위치하여, 우레아수용액이 도입되는 우레아도입부, 상기 디젤산화촉매장치를 관통하여 마련되되, 상기 우레아도입부를 통해 도입된 상기 우레아수용액이 통과하는 우레아유동관로, 및 상기 우레아유동관로의 하류측단부에 마련되어, 상기 우레아수용액과 상기 배기가스를 혼합하는 우레아믹서를 포함하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is mounted on the exhaust pipe of an internal combustion engine to oxidize hydrocarbons (HC) or carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas or soluble organic components (SOF) contained in particulate matter; ) In the exhaust gas post-treatment system comprising a diesel oxidation catalyst (Diesel Oxidation Catalyst) for oxidizing and a Selective Catalyst Reduction (SCR) for purifying nitrogen oxides (NO x ), the diesel Located in front of the oxidation catalyst device, the urea introduction part into which the urea aqueous solution is introduced, the urea flow pipe through which the diesel oxidation catalyst device passes, the urea aqueous solution introduced through the urea introduction part passes, and the urea flow pipe line It is provided at the downstream end, and provides a reducing agent injection system of the exhaust gas post-treatment system including a urea mixer for mixing the urea solution and the exhaust gas.

일 실시예에 따라, 상기 선택적촉매환원장치는, 입자상물질을 포집하여 배기가스를 정화하는 미립자포집장치와 일체로 형성된 SDPF(SCR on DPF; Selective Catalyst Reduction - on - Diesel Particulate Filter)일 수 있다.According to an embodiment, the selective catalytic reduction device may be a Selective Catalyst Reduction-on-Diesel Particulate Filter (SDPF) integrally formed with a particulate collection device for collecting particulate matter and purifying exhaust gas.

일 실시예에 따라, 상기 선택적촉매환원장치의 후단에 위치하여, 상기 선택적촉매환원장치에서 유출된 암모니아를 산화하여 정화시키기 위한 암모니아슬립촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, located at the rear end of the selective catalytic reduction device, an ammonia slip catalyst device (AOC; Ammonia Oxidation Catalyst) for oxidizing and purifying ammonia leaked from the selective catalytic reduction device may be further included.

일 실시예에 따라, 상기 디젤산화촉매장치 후단에 위치하여, 상기 배기가스를 정화하기 위해 미립자(PM)를 포집하기 위한 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate Filter)를 더 포함하되, 상기 우레아유동관로는 상기 디젤산화촉매장치 및 상기 미립자포집장치를 관통하여 마련될 수 있다.According to one embodiment, it is located at the rear end of the diesel oxidation catalyst device, further comprising a Diesel Particulate Filter (DPF) for collecting particulates (PM) to purify the exhaust gas, the urea flow pipe may be provided through the diesel oxidation catalyst device and the particulate collection device.

일 실시예에 따라, 상기 우레아도입부는, 상기 우레아수용액이 상기 우레아유동관로를 통과할 수 있도록 고압의 공기와 함께 도입될 수 있다.According to an embodiment, the urea introduction unit may be introduced together with high-pressure air so that the urea aqueous solution can pass through the urea flow pipe.

일 실시예에 따라, 상기 우레아유동관로는, 상기 디젤산화촉매장치의 중심에 길이방향을 따라 마련될 수 있다.According to an embodiment, the urea flow pipe may be provided along the longitudinal direction at the center of the diesel oxidation catalyst device.

일 실시예에 따라, 상기 우레아유동관로는, 상기 디젤산화촉매장치가 촉매 반응에 의해 발열시 상기 우레아유동관로 내 유동하는 상기 우레아수용액에 열을 전달할 수 있도록 열전도체일 수 있다.According to an embodiment, the urea flow pipe may be a heat conductor so that heat can be transferred to the urea aqueous solution flowing in the urea flow pipe when the diesel oxidation catalyst device generates heat by a catalytic reaction.

일 실시예에 따라, 상기 우레아믹서는, 상기 우레아수용액과 상기 배기가스를 혼합하기 위해 관형의 몸체와, 상기 몸체의 내주면을 따라 내측, 그리고 상기 선택적촉매환원장치를 향해 연장형성된 복수의 블레이드를 포함하는 블레이드믹서이되, 상기 복수의 블레이드는 비틀어진 형상일 수 있다.According to an embodiment, the urea mixer includes a tubular body to mix the urea aqueous solution and the exhaust gas, an inner side along the inner circumferential surface of the body, and a plurality of blades extending toward the selective catalytic reduction device. Doedoe blade mixer, the plurality of blades may have a twisted shape.

일 실시예에 따라, 상기 우레아믹서는, 상기 우레아수용액이 도입되는 도입관과, 상기 도입관의 말단부에 마련되어 확관 형성된 헤드와, 상기 헤드의 말단부에 마련되어 상기 우레아수용액이 방사방향으로 분사될 수 있도록 다수의 분사구를 가진 반구형의 헤드커버를 포함하는 방사형분사믹서일 수 있다.According to an embodiment, the urea mixer includes an introduction pipe into which the urea aqueous solution is introduced, a head provided at the distal end of the introduction pipe and formed to be expanded, and a distal end of the head so that the urea aqueous solution can be sprayed in a radial direction. It may be a radial injection mixer including a hemispherical head cover having a plurality of injection holes.

일 실시예에 따라, 상기 디젤산화촉매장치와 상기 선택적촉매환원장치 사이에는, 상기 우레아수용액을 분사시키기 위한 우레아인젝터가 구비되지 않을 수 있다.According to an embodiment, a urea injector for injecting the urea aqueous solution may not be provided between the diesel oxidation catalyst device and the selective catalytic reduction device.

우레아(Urea) 수용액이 가수분해 반응을 일으켜 기화된 암모니아가 배기가스의 질소산화물과 반응하여 질소와 수증기로 정화되도록 할 때, 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템은, 우레아가 디젤산화촉매장치를 관통할 때 디젤산화촉매장치의 반응시 발생하는 열에 의해 가열되기 때문에, 가수분해를 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.When the urea aqueous solution causes a hydrolysis reaction so that vaporized ammonia reacts with nitrogen oxides of the exhaust gas to be purified into nitrogen and water vapor, the reducing agent injection system of the exhaust gas after-treatment system according to the present invention, urea is diesel Since it is heated by the heat generated during the reaction of the diesel oxidation catalyst device when passing through the oxidation catalyst device, there is an effect that can facilitate hydrolysis.

또한, 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템은, 디젤산화촉매장치와 선택적촉매환원장치 사이에 우레아 인젝션 공간을 별도로 요구하지 않기 때문에, 배기가스 후처리 시스템을 소형화(compact)할 수 있다.In addition, since the reducing agent injection system of the exhaust gas post-treatment system according to the present invention does not require a separate urea injection space between the diesel oxidation catalyst device and the selective catalytic reduction device, the exhaust gas post-treatment system can be compact. have.

또한, 우레아믹서를 블레이드 믹서가 아닌 방사형분사믹서를 사용하는 경우, 디젤산화촉매장치와 선택적촉매환원장치 사이 공간을 더 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, when the urea mixer uses a radial injection mixer rather than a blade mixer, there is an effect that can further reduce the space between the diesel oxidation catalyst device and the selective catalytic reduction device.

도 1은 종래 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤산화촉매장치의 전체 외관을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드믹서의 전체 외관을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형분사믹서의 전체 외관을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아유동관로의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram of a conventional exhaust gas after-treatment system.
2 to 5 are block diagrams of the reducing agent injection system of the exhaust gas after-treatment system according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the overall appearance of the diesel oxidation catalyst device according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the overall appearance of the blade mixer according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing the overall appearance of the radial injection mixer according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing an embodiment of a urea flow pipe according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.2 to 5 are block diagrams of an exhaust gas post-treatment system according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 내연기관의 배기관에 장착되어, 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상 물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst) 및 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)을 포함하되, 디젤산화촉매장치(21)의 전단에 위치하여 우레아수용액이 도입되는 우레아도입부(110), 디젤산화촉매장치(21)를 관통하여 마련되되 우레아도입부(110)를 통해 도입된 우레아수용액이 통과하는 우레아유동관로(120), 및 우레아유동관로(120)의 하류측단부에 마련되어 상기 우레아수용액에 의해 가수분해된 암모니아와 상기 배기가스를 혼합하는 우레아믹서(130)를 포함할 수 있다.2 to 5, the exhaust gas after-treatment system according to an embodiment of the present invention is mounted on an exhaust pipe of an internal combustion engine to oxidize hydrocarbon (HC) or carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas. Diesel Oxidation Catalyst ( DOC ) that oxidizes soluble organic components (SOF; Soluble Organic Fraction) contained in or Reduction), but located at the front end of the diesel oxidation catalyst device 21 and provided through the urea introduction part 110 into which the urea aqueous solution is introduced, the diesel oxidation catalyst device 21, and the urea introduction part 110 introduced through A urea flow pipe line 120 through which the urea solution passes, and a urea mixer 130 provided at the downstream end of the urea flow pipe line 120 to mix ammonia hydrolyzed by the urea solution with the exhaust gas. have.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래와 같이, 디젤산화촉매장치(21)와 선택적촉매환원장치(22) 사이에 우레아 인젝션을 위한 공간을 별도로 요구하지 않기 때문에, 전체 배기가스 후처리 시스템을 소형화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since a space for urea injection is not separately required between the diesel oxidation catalyst device 21 and the selective catalytic reduction device 22, as in the prior art, the entire exhaust gas post-treatment system is downsized. can do.

다만, 도 2 내지 5에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 배기가스 후처리 시스템이 구현될 수 있음은 물론이다.However, since the components shown in FIGS. 2 to 5 are not essential, it goes without saying that an exhaust gas aftertreatment system having more or fewer components may be implemented.

이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.Hereinafter, each component will be described.

미립자포집장치(23)는 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스가 통과하는 배기관에 장착되어, 미립자포집장치(23)는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM; Particulate Matter) 대부분을 포집하여, 배기관을 통해 외부로 배출되는 배기가스를 정화할 수 있다.The particle collecting device 23 is mounted on the exhaust pipe through which the exhaust gas discharged from the engine 10 passes, and the particle collecting device 23 collects most of particulate matter (PM) contained in the exhaust gas, and the exhaust pipe It is possible to purify the exhaust gas discharged to the outside.

미립자포집장치(23)는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위하여, 일 예로 다공질의 세라믹 허니컴 셀의 입구와 출구를 교번하여 플러깅된 필터, 즉 Wall Flow Monoliths Type일 수 있다. 배기가스는 플러깅되지 않은 셀의 입구로 유입되어, 플러깅되어 있지 않은 인접한 셀과의 경계에 형성된 입자상 물질(PM) 포집용 셀 벽을 통과하고, 상기 플러깅되지 않은 셀의 출구로 유출되는 과정에서, 셀 벽이 입자상 물질(PM)을 포집하게 된며, 입자상 물질의 그을음(soot) 입자는 벽면에 cake 형태로 포집되게 된다.The particle collecting device 23 may be a filter, that is, a Wall Flow Monoliths type, in which the inlet and outlet of the porous ceramic honeycomb cell are alternately plugged in order to collect particulate matter included in the exhaust gas. Exhaust gas flows into the inlet of the unplugged cell, passes through the particulate matter (PM) collection cell wall formed at the boundary with the unplugged adjacent cell, and flows out to the outlet of the unplugged cell, The cell wall collects particulate matter (PM), and soot particles of the particulate matter are collected in the form of cake on the wall.

미립자포집장치(23)는 엔진(10)의 배기가스 중 입자상 물질을, 필터를 이용하여 물리적으로 포집하지만 포집할 수 있는 포집량에는 한계가 있기 때문에, 미립자포집장치(23)에 고온의 배기가스를 통과시켜 포집된 입자상 물질을 연소 제거하는 강제 재생을 통해, 입자상 물질의 포집 능력을 회복시킬 수 있다.The particle collection device 23 physically collects particulate matter in the exhaust gas of the engine 10 using a filter, but there is a limit to the amount of collection that can be collected. Through forced regeneration, which burns and removes the captured particulate matter through the

배기가스의 온도는 내연기관 엔진의 운전패턴에 따라 차이가 발생하므로 배기가스의 온도를 이용한 입자상 물질의 산화반응은 주기가 불규칙하며 저속/저부하 조건과 같은 배기가스 온도가 낮을 때에는 재생이 불가능하므로 보조 열원을 통한 매연재생이 필요하다.Since the temperature of the exhaust gas varies depending on the operation pattern of the internal combustion engine, the oxidation reaction of particulate matter using the temperature of the exhaust gas is irregular in cycle and cannot be reproduced when the exhaust gas temperature is low such as low speed/low load conditions. Regeneration of soot through an auxiliary heat source is required.

이를 위해, 미립자포집장치(23)의 상류측에는 버너(미도시)가 위치하여, 미립자포집장치(23)로 유입되는 배기가스를 가열하여 승온시킬 수 있다. 배기가스를 가열하기 위해 전기나 마이크로파 등을 이용할 수 있으나, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.To this end, a burner (not shown) is positioned on the upstream side of the particle collection device 23 to heat the exhaust gas flowing into the particle collection device 23 to increase the temperature. Electricity or microwaves may be used to heat the exhaust gas, but the type is not particularly limited.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 미립자포집장치(23)의 상류측에는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)(21)가 위치할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, a diesel oxidation catalyst (DOC) 21 may be positioned upstream of the particulate collecting device 23 .

디젤산화촉매장치(21)는, 코디어라이트 등을 원료로 한 세라믹스로 구성된 허니컴 구조의 담지체 등에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등의 귀금속을 촉매로서 배기가스 중의 산소(O2)를 이용하여 배기가스 중에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화하거나 입자상 물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Souluble Organic Fraction)을 산화시켜, 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 바꾸는 촉매장치이다.The diesel oxidation catalyst device 21 uses, as a catalyst, a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), or rhodium (Rh) on a honeycomb-structured support made of ceramics using cordierite or the like as a raw material, and oxygen in exhaust gas. (O 2 ) is used to oxidize hydrocarbons (HC) or carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas or to oxidize soluble organic fraction (SOF) contained in particulate matter to form water (H 2 O) and It is a catalyst device that converts carbon dioxide (CO 2 ) into carbon dioxide (CO 2 ).

또한, 디젤산화촉매장치(21)는 일산화질소(NO)를 산화시켜 이산화질소(NO2)를 생성하고 산화된 이산화질소(NO2)가 미립자포집장치(23) 내 포집된 카본(carbon)과 산화반응을 일으키도록 한다.In addition, the diesel oxidation catalyst device 21 oxidizes nitrogen monoxide (NO) to generate nitrogen dioxide (NO 2 ), and the oxidized nitrogen dioxide (NO 2 ) oxidizes the carbon collected in the particle collecting device 23 and the oxidation reaction to cause

미립자포집장치(23)는 상기 디젤산화촉매장치(21)에서 반응하지 못한 가스상 물질을 저감하는 것과 동시에 필터에 포집된 그을음(soot)(carbon)과의 산화반응을 시켜 이산화탄소와 물로 전환시켜 그을음(soot)을 재생(산화)시키게 된다.The particulate collection device 23 reduces gaseous substances that have not reacted in the diesel oxidation catalyst device 21, and at the same time performs an oxidation reaction with soot (carbon) collected in the filter to convert carbon dioxide and water to soot ( soot) is regenerated (oxidized).

디젤산화촉매장치(21)에서 일어나는 화학반응식은 하기 화학식 1과 같고, 이어서 디젤산화촉매장치(21) 후단에 위치한 미립자포집장치(23)에서 일어나는 화학반응식은 하기 화학식 2와 같다.The chemical reaction equation occurring in the diesel oxidation catalyst device 21 is as shown in Chemical Formula 1 below, and then the chemical reaction equation occurring in the particulate collecting device 23 located at the rear end of the diesel oxidation catalyst unit 21 is shown in Chemical Formula 2 below.

[화학식 1][Formula 1]

HC(SOF) + O2 → CO2 + H2OHC(SOF) + O 2 → CO 2 + H 2 O

HC, CO + O2 → CO2 + H2O(CO from Engine)HC, CO + O 2 → CO 2 + H 2 O(CO from Engine)

NO + O2 → NO2 NO + O 2 → NO 2

[화학식 2][Formula 2]

C(Soot) + O2 → CO/CO2 C(Soot) + O 2 → CO/CO 2

C(Soot) + NO2 → CO/CO2 + NOC(Soot) + NO 2 → CO/CO 2 + NO

NO + O2 → NO2 NO + O 2 → NO 2

Cㅒ + O2 → CO2(CO from Soot)Cㅒ + O 2 → CO 2 (CO from Soot)

HC, CO + O2 → CO2 + H2O(잔류 가스 상 HC, CO)HC, CO + O 2 → CO 2 + H 2 O (residual gas phase HC, CO)

전술한 바와 같이, 배기가스가 저온인 경우 촉매에 의한 입자상 물질(PM)의 연소속도가 엔진(10)에서 발생되는 입자상 물질(PM)의 생성 속도보다 느려서 결국 후단에 위치한 미립자포집장치(23)에 입자상 물질(PM)이 쌓여 배압이 상승하게 된다. 결국, 촉매에 의한 자연재생방식만으로는 한계가 있고, 연료를 사용하는 버너를 이용하여 배기온도를 상승시킴으로써 미립자포집장치(23)에 축적된 입자상 물질(PM)을 태워 강제재생함으로써, 매연을 저감시킬 수 있다.As described above, when the exhaust gas is low temperature, the combustion rate of particulate matter (PM) by the catalyst is slower than the rate of generation of particulate matter (PM) generated in the engine 10, so the particulate collecting device 23 located at the rear end Particulate matter (PM) builds up on the back pressure. After all, there is a limit to only the natural regeneration method by means of a catalyst, and by increasing the exhaust temperature using a fuel burner, the particulate matter (PM) accumulated in the particulate collection device 23 is burned and forcibly regenerated, thereby reducing the soot. can

디젤산화촉매장치(21)의 상류측에는 탄화수소인젝터(미도시)가 위치할 수 있고, 탄화수소젝터는 배기관 내부에 탄화수소(HC)를 분사하여, 증가된 일산화탄소 및 수소성분으로 인하여 디젤산화촉매장치(21)에 유입된 배기가스의 산화로 발열이 일어나고 선택적촉매환원장치(22)로 유입되는 배기가스의 온도를 상승시키게 한다. 이로 인하여, 저온 및 저부하 조부하 조건에서도 선택적촉매환원장치(22)에 유입되는 배기가스의 온도를 활성 온도 이상으로 유지하도록 함으로써 암모니아 슬립 저감 및 선택적환원촉매 정화 성능을 개선시킬 수 있다.A hydrocarbon injector (not shown) may be located on the upstream side of the diesel oxidation catalyst device 21, and the hydrocarbon injector injects hydrocarbons (HC) into the exhaust pipe, due to the increased carbon monoxide and hydrogen components, the diesel oxidation catalyst device 21 ), heat is generated due to the oxidation of the exhaust gas introduced into the exhaust gas, and the temperature of the exhaust gas flowing into the selective catalytic reduction device 22 is increased. Accordingly, it is possible to reduce the ammonia slip and improve the selective reduction catalyst purification performance by maintaining the temperature of the exhaust gas flowing into the selective catalytic reduction device 22 above the active temperature even at low temperature and under low load rough load conditions.

한편, 상기 미립자포집장치(23)의 전단 또는 후단에는 선택적촉매환원장치(22)가 위치할 수 있다.On the other hand, the selective catalytic reduction device 22 may be located at the front or rear end of the particle collecting device 23 .

선택적촉매환원장치(22)는 철이나 구리가 도핑된 알루미노실리케이트 등의 제올라이트 촉매나 바나듐을 티타니아에 도핑한 바나듐계 촉매를 세라믹 허니컴 등의 담체에 담지시킨 것으로, 환원제인 우레아(urea)(또는 요소수)가 배기가스의 열에 의해 암모니아로 전환되고, 선택적환원촉매에 의하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 암모니아(NH3)의 촉매반응으로서 질소산화물을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키도록 한다.In the selective catalytic reduction device 22, a zeolite catalyst such as aluminosilicate doped with iron or copper or a vanadium-based catalyst doped with vanadium titania is supported on a carrier such as ceramic honeycomb, and a reducing agent urea (or Urea water) is converted to ammonia by the heat of exhaust gas, and nitrogen oxides are converted into nitrogen gas (N 2 ) and water (N 2 ) and water ( H 2 O).

이를 위해, 종래에는 상류측 배기관에 위치한 우레아인젝터(31)에 의해 우레아가 분사되었으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 디젤산화촉매장치(21)의 전단에 우레아수용액이 도입되는 우레아도입부(110)를 위치시키고, 우레아도입부(110)를 통해 도입된 우레아수용액이 디젤산화촉매장치(21)를 관통하여 마련된 우레아유동관로(120)를 통과하여, 우레아수용액에 의해 가수분해된 암모니아가 선택적촉매환원장치(22)의 일 면에 분사되도록 할 수 있다.To this end, conventionally, urea is injected by the urea injector 31 located in the upstream exhaust pipe, but according to an embodiment of the present invention, the urea introduction part 110 in which the urea aqueous solution is introduced into the front end of the diesel oxidation catalyst device 21 . and the urea aqueous solution introduced through the urea introduction unit 110 passes through the urea flow pipe 120 provided through the diesel oxidation catalyst device 21, and the ammonia hydrolyzed by the urea aqueous solution is selectively catalytic reduction device It can be sprayed on one side of (22).

우레아도입부(110)를 통해 도입된 우레아수용액이 디젤산화촉매장치(21)의 길이방향을 따라 관통형성된 우레아유동관로(120)를 통과하여 암모니아가 선택적촉매환원장치(22)에 분사될 수 있도록, 우레아저장탱크(112)와 우레아도입부(110) 사이에 마련된 분기관(113)의 일 측에는 공기압축기(111)가 연결될 수 있다. 즉, 공기압축기(111)에 의해 제공된 고압의 공기를 매개로 우레아저장탱크(112)로부터 배출된 우레아수용액은 우레아유동관로(120)에 가압되어 우레아유동관로(120)를 통과할 수 있다.The urea aqueous solution introduced through the urea introduction unit 110 passes through the urea flow pipe 120 formed through the longitudinal direction of the diesel oxidation catalyst device 21 so that ammonia can be injected into the selective catalytic reduction device 22, An air compressor 111 may be connected to one side of the branch pipe 113 provided between the urea storage tank 112 and the urea introduction unit 110 . That is, the urea aqueous solution discharged from the urea storage tank 112 through the high-pressure air provided by the air compressor 111 is pressurized to the urea flow pipe 120 and can pass through the urea flow pipe 120 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤산화촉매장치의 전체 외관을 나타낸 도면이다.6 is a view showing the overall appearance of the diesel oxidation catalyst device according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤산화촉매장치(21)는 우레아유동관로(120)가 길이방향으로 삽입 설치될 수 있도록 형성된 관통공(211)을 포함할 수 있다. 바람직한 일 실시예에 따라, 상기 우레아유동관로(120)가 삽입 설치되는 관통공(211)은 디젤산화촉매장치(21)의 중심에 길이방향을 따라 형성되어, 디젤산화촉매장치(21)가 배기가스의 산화로 발열이 일어날때 그 열이 우레아유동관로(120)를 통과하는 우레아수용액에 효과적으로 전달될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.6, the diesel oxidation catalyst device 21 according to an embodiment of the present invention may include a through hole 211 formed so that the urea flow pipe 120 can be inserted and installed in the longitudinal direction. . According to a preferred embodiment, the through-hole 211 into which the urea flow pipe 120 is inserted is formed along the longitudinal direction in the center of the diesel oxidation catalyst device 21, so that the diesel oxidation catalyst device 21 is exhausted. When heat is generated due to oxidation of the gas, it is preferable to effectively transfer the heat to the urea aqueous solution passing through the urea flow pipe 120 .

물론, 디젤산화촉매장치(21)의 관통공(211)에 삽입 설치된 상기 우레아유동관로(120)는 디젤산화촉매장치(21)에서 발행된 열이 잘 전달될 수 있도록 열전도체, 일 예로 금속재(Ag, Cu. Al, Au 등)인 것이 바람직하다.Of course, the urea flow pipe 120 inserted and installed in the through hole 211 of the diesel oxidation catalyst device 21 is a heat conductor, for example, a metal material ( Ag, Cu, Al, Au, etc.).

결국, 우레아유동관로(120)를 통과하는 우레아수용액은 별도의 승온장치(또는 가열장치)에 의하지 않고, 디젤산화촉매장치(21)의 반응열에 의해 가열되어 가수분해 반응을 원활하게 일으킬 수 있는 효과가 있다.As a result, the urea aqueous solution passing through the urea flow pipe 120 is heated by the reaction heat of the diesel oxidation catalyst device 21 without using a separate temperature increasing device (or heating device) to smoothly cause the hydrolysis reaction. there is

우레아유동관로(120)는 특별히 한정하지 않으나, 고압의 우레아수용액이 통과하는 유로를 마련하기 때문에, 우레아유동관로(120)의 외주면에는 돌출형성된 제1 및 제2 돌기부재(121~124)가 마련될 수 있다.The urea flow pipe line 120 is not particularly limited, but since it provides a flow path through which the high-pressure urea aqueous solution passes, protruding first and second protrusion members 121 to 124 are provided on the outer peripheral surface of the urea flow pipe line 120 . can be

도 6은 디젤산화촉매장치(210)를 예시로 나타내었으나, 도 2에서 도시한 바와 같이, 디젤산화촉매장치(210)의 후단에 미립자포집장치(23)가 위치하는 경우, 우레아유동관로(120)는 디젤산화촉매장치(210) 및 미립자포집장치(23) 모두를 관통하여 마련될 수 있음은 물론이다.6 shows the diesel oxidation catalyst device 210 as an example, but as shown in FIG. 2 , when the particle collecting device 23 is located at the rear end of the diesel oxidation catalyst device 210, the urea flow pipe line 120 ) can be provided through both the diesel oxidation catalyst device 210 and the particle collecting device 23, of course.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아유동관로의 일 실시예를 나타낸 도면이다.9 is a view showing an embodiment of a urea flow pipe according to an embodiment of the present invention.

도 9에 도시한 바와 같이, 우레아유동관로(120)의 외주면에 형성된 제1 및 제2 돌기부재(121~124) 사이에 디젤산화촉매장치(210)가 개재되어 고정됨으로써, 고압의 우레아수용액이 유입/유출되더라도 움직이지 않도록 하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 9, the diesel oxidation catalyst device 210 is interposed and fixed between the first and second protrusion members 121 to 124 formed on the outer peripheral surface of the urea flow pipe 120, so that the high-pressure urea aqueous solution is It is desirable not to move even if the inflow / outflow.

일 실시예에 따른, 제1 및 제2 돌기부재(121~122)는, 도 9(a)에 도시한 바와 같이, 우레아유동관로(120)의 외주면 2 곳 각각에 둘레를 따라 돌출된 링(ring) 형상이되, 제1 및 제2 돌기부재(121~122) 사이의 거리는 디젤산화촉매장치(21)의 길이에 상응하여, 디젤산화촉매장치(210)의 관통공(211)에 끼워진 우레아유동관로(120)가 이동하지 않고 위치가 고정될 수 있다.According to an embodiment, the first and second protruding members 121 to 122 are, as shown in FIG. 9 (a), a ring ( ring) shape, the distance between the first and second protrusion members 121 to 122 corresponds to the length of the diesel oxidation catalyst device 21, and the urea fitted into the through hole 211 of the diesel oxidation catalyst device 210 The flow conduit 120 does not move and the position may be fixed.

제1 및 제2 돌기부재(121~122)는 내열성을 갖고, 내주면은 마찰력을 가진 실리콘소재 등으로서, 제1 및 제2 돌기부재(121~122)는 우레아유동관로(120)에 장탈착 가능하도록 구현되어, 우레아유동관로(120)를 관통공(211)에 삽입한 상태에서 제1 및 제2 돌기부재(121~122)를 끼워 장착할 수 있다.The first and second protruding members 121 to 122 have heat resistance, and the inner circumferential surface is a silicone material having frictional force, and the first and second protruding members 121 to 122 can be attached and detached to the urea flow pipe 120 . It is implemented so that the first and second protrusion members 121 to 122 can be inserted and mounted in a state in which the urea flow pipe 120 is inserted into the through hole 211 .

이와 달리, 도 9(b)에 도시한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 돌기부재(123~124)는 포고핀(pogo pin)과 같이 탄성력을 가진 돌기일 수 있으며, 상기 제1 및 제2 돌기부재(123~124) 각각은 우레아유동관로(120)의 외주면을 따라 적어도 한 개가 마련되되, 상기 제1 및 제2 돌기부재(123~124) 사이에는 디젤산화촉매장치(210)의 길이만큼 이격 배치될 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 9(b), the first and second protrusion members 123 to 124 may be protrusions having elastic force, such as pogo pins, and the first and second protrusions Each of the protruding members 123 to 124 is provided at least one along the outer peripheral surface of the urea flow pipe 120, and between the first and second protruding members 123 to 124, as much as the length of the diesel oxidation catalyst device 210 may be spaced apart.

상기 제1 및 제2 돌기부재(123~124)는 우레아유동관로(120)를 관통공(211)에 삽입할 때 외력으로 상기 제1 및 제2 돌기부재(123~124) 중 어느 하나를 가압하여 압입된 상태로 삽입할 수 있으며, 우레아유동관로(120)가 관통공(211)에 삽입이 완료되었을 때 가압된 어느 하나의 돌기부재(123~124)는 탄성력에 의해 돌출됨으로써, 디젤산화촉매장치(210)에 우레아유동관로(120)의 장착은 완료될 수 있다.The first and second protruding members 123 to 124 press any one of the first and second protruding members 123 to 124 with an external force when the urea flow pipe 120 is inserted into the through hole 211 . It can be inserted in a press-fitted state, and when the urea flow pipe line 120 is inserted into the through hole 211, any one of the protrusion members 123 to 124 pressed by the elastic force protrudes by the elastic force, so that the diesel oxidation catalyst The installation of the urea flow pipe 120 to the device 210 may be completed.

결국, 우레아유동관로(120)의 외주면에 돌출 형성된 제1 및 제2 돌기부재(123~124)에 의해 그 사이에 개재된 디젤산화촉매장치(210)가 고정되어, 고압의 우레아수용액이 우레아유동관로(120)를 따라 유입/유출되더라도 디젤산화촉매장치(21) 상에서 이동하지 않고 그 위치라 고정될 수 있다.As a result, the diesel oxidation catalyst device 210 interposed therebetween is fixed by the first and second protruding members 123 to 124 protruding from the outer circumferential surface of the urea flow pipe 120, and the high-pressure urea aqueous solution is transferred to the urea flow pipe. Even if it flows in/outs along the furnace 120 , it does not move on the diesel oxidation catalyst device 21 and may be fixed at that position.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 우레아유동관로(120)의 하류측단부에는, 우레아유동관로(120)를 통과한 우레아수용액에 의해 가수분해된 암모니아와 디젤산화촉매장치(21)를 통과한 배기가스를 혼합하기 위한 우레아믹서(130)를 포함할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, at the downstream end of the urea flow pipe line 120, ammonia hydrolyzed by the urea aqueous solution that has passed through the urea flow pipe line 120 and the diesel oxidation catalyst device 21 are passed. It may include a urea mixer 130 for mixing one exhaust gas.

일 실시예에 따른 우레아믹서(130)는, 우레아수용액에 의해 가수분해된 암모니아와 배기가스를 혼합하기 위해, 도 7에 도시한 바와 같은 블레이드믹서(131)일 수 있다.The urea mixer 130 according to an embodiment may be a blade mixer 131 as shown in FIG. 7 to mix ammonia hydrolyzed by an aqueous urea solution and exhaust gas.

블레이드믹서(131)는 선택적촉매환원장치(22)의 전단 배기관의 내주면에 끼워지도록 마련된 관형의 몸체(1311)와, 상기 몸체(1311)의 내주면을 따라 내측을 향해 연장형성된 복수의 블레이드(1312)를 포함할 수 있다.The blade mixer 131 has a tubular body 1311 provided to fit into the inner circumferential surface of the front end exhaust pipe of the selective catalytic reduction device 22, and a plurality of blades 1312 extending inward along the inner circumferential surface of the body 1311. may include.

이때 블레이드(1312)는 암모니아와 배기가스가 흐를 때 서로 균일하게 혼합될 수 있도록, 암모니아와 배기가스의 흐름을 유도하기 위한 것으로서, 블레이드(1312)는 흐름 방향을 따라 하류측, 즉 선택적촉매환원장치(22) 방향으로 연장형성되되, 스크류성 기류를 유도하기 위해 비틀어진 형태를 가질 수 있다.At this time, the blade 1312 is for inducing the flow of ammonia and exhaust gas so that ammonia and exhaust gas can be uniformly mixed with each other when flowing, and the blade 1312 is downstream along the flow direction, that is, the selective catalytic reduction device. (22) is formed extending in the direction, it may have a twisted shape to induce a screw-like airflow.

즉, 암모니아와 배기가스가 블레이드의 외면을 따라 흐르도록 함으로써 효과적으로 섞이도록 하고, 혼합된 암모니아와 배기가스가 선택적촉매환원장치(22)의 일면에 분사되도록 함으로써, 선택적촉매환원장치(22)의 질소산화물 제거능을 향상시킬 수 있다.That is, ammonia and exhaust gas are effectively mixed by flowing along the outer surface of the blade, and the mixed ammonia and exhaust gas are sprayed on one surface of the selective catalytic reduction device 22, so that the nitrogen of the selective catalytic reduction device 22 It is possible to improve the oxide removal ability.

또 다른 일 실시예에 따라, 우레아믹서(130)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 우레아유동관로(120)를 통과하는 우레아수용액에 의해 가수분해된 암모니아를 미세입자로 분사할 수 있도록 다수의 미세분사구를 가진 반구형의 헤드커버(1323)를 가진 방사형분사믹서(132)일 수 있다.According to another embodiment, the urea mixer 130, as shown in FIG. 8, a plurality of ammonia hydrolyzed by the urea aqueous solution passing through the urea flow pipe 120 can be sprayed into fine particles. It may be a radial jet mixer 132 having a hemispherical head cover 1323 having a fine jet port.

즉, 방사형분사믹서(132)의 헤드커버(1323)에 미세한 크기로 다수 타공된 분사구(o)를 통해 암모니아가 미세하게 쪼개지고, 미세입자의 암모니아가 반구형의 헤드커버(1323)에 의해 방사방향으로 선택적촉매환원장치(22)를 향해 분사됨으로써, 디젤산화촉매장치(21)를 통과한 배기가스와 잘 혼합되도록 할 수 있다. 이렇게, 균일하게 혼합된 배기가스와 암모니아가 선택적촉매환원장치(22)의 일면에 분사됨으로써, 선택적촉매환원장치(22)의 질소산화물 제거능을 향상시킬 수 있다.That is, ammonia is finely split through the injection holes o perforated in a number of fine sizes in the head cover 1323 of the radial injection mixer 132, and the ammonia of the fine particles is released in the radial direction by the hemispherical head cover 1323. By being injected toward the selective catalytic reduction device 22, it is possible to mix well with the exhaust gas that has passed through the diesel oxidation catalyst device 21. In this way, the uniformly mixed exhaust gas and ammonia are sprayed on one surface of the selective catalytic reduction device 22 , thereby improving the nitrogen oxide removal ability of the selective catalytic reduction device 22 .

도 8에 도시한 바와 같이, 방사형분사믹서(132)는 넓은 면적을 가진 상기 헤드커버(132)로 암모니아가 주입될 수 있도록, 암모니아가 도입되는 도입관(1321)과, 도입관(1321)의 말단부에 마련되어 상기 헤드커버(132)에 암모니아를 유도하기 위해 확관 형성된 헤드(1322)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 8 , the radial injection mixer 132 includes an introduction tube 1321 through which ammonia is introduced, and an introduction tube 1321 so that ammonia can be injected into the head cover 132 having a large area. It is provided at the distal end and may include a head 1322 formed of an expansion tube to induce ammonia to the head cover 132 .

이렇게 본 발명의 일 실시예에 따른 방사형분사믹서(132)는 선택적촉매환원장치(22)의 전단에 블레이드믹서(131)를 설치하기 위한 배기관 내 공간까지도 더욱 축소할 수 있기 때문에, 전체 배기가스 후처리 시스템의 더욱 소형화할 수 있는 효과가 있다.In this way, since the radial injection mixer 132 according to an embodiment of the present invention can further reduce the space in the exhaust pipe for installing the blade mixer 131 at the front end of the selective catalytic reduction device 22, after the entire exhaust gas There is an effect that the processing system can be further downsized.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 선택적촉매환원장치(22)는 미립자포집장치(23)와 조합된 SDPF(SCR on DPF; Selective Catalyst Reduction - on - Diesel Particulate Filter)(22a)일 수도 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the selective catalytic reduction device 22 may be a Selective Catalyst Reduction-on-Diesel Particulate Filter (SDPF) 22a combined with the particle collecting device 23 . have.

SDPF(22a)는 DPF에 SCR촉매(일 예로, Cu-zeolite, Fe-zeolite 등)를 코팅하여 SDPF 전단에서 공급되는 암모니아와 배기가스 중의 NOx를 SCR 촉매 상에서 반응시켜, NOx를 물과 질소로 정화시킬 수 있다. 또한, SDPF(22a)는 필터의 기능을 하므로, DPF의 기능인 배기가스 중의 입자상물질(PM)을 포집할 수 있다.The SDPF 22a coats the DPF with an SCR catalyst (eg, Cu-zeolite, Fe-zeolite, etc.) and reacts ammonia supplied from the front end of the SDPF and NOx in the exhaust gas on the SCR catalyst to purify NOx with water and nitrogen can do it In addition, since the SDPF 22a functions as a filter, particulate matter (PM) in the exhaust gas, which is a function of the DPF, can be collected.

SDPF(22a)는 종류에 따라 passive type과 active type으로 나눌 수 있으나, 이는 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.The SDPF 22a may be divided into a passive type and an active type depending on the type, but this is outside the scope of the present invention and a detailed description thereof will be omitted.

도 4 및 5에 도시한 바와 같이, 선택적촉매환원장치(22)는 SDPF(22a)로 대체되는 경우, 전체 배기가스 후처리 시스템의 길이나 크기를 더욱 줄여 소형화할 수 있고, 도 3에 도시한 바와 같이, 질소산화물의 저감 능력을 향상시키기 위해 SDPF(22a)와 선택적촉매환원장치(22)는 직병렬로 조합 배치될 수도 있다.As shown in FIGS. 4 and 5 , when the selective catalytic reduction device 22 is replaced with the SDPF 22a, the length or size of the entire exhaust gas post-treatment system can be further reduced and miniaturized, as shown in FIG. As described above, in order to improve the NOx reduction capability, the SDPF 22a and the selective catalytic reduction device 22 may be arranged in combination in series and parallel.

또한, 상기 선택적촉매환원장치(22)의 후단에는 암모니아슬립촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)(24)를 더 포함하여, 배기가스 중의 암모니아(NH3)를 산화하여 질소(N2)와 물(H2O)로 바꿈으로써, 선택환원촉매장치(22)에서 유출된 암모니아를 정화하여 암모니아가 대기 중으로 유출되는 것을 방지할 수도 있다.In addition, an ammonia slip catalyst (AOC; Ammonia Oxidation Catalyst) 24 is further included at the rear end of the selective catalytic reduction device 22 to oxidize ammonia (NH 3 ) in the exhaust gas to nitrogen (N 2 ) and water By changing to (H 2 O), ammonia leaked from the selective reduction catalyst device 22 can be purified to prevent ammonia from flowing into the atmosphere.

여기서, 상기 암모니아슬립촉매장치 역시, 디젤산화촉매장치(21)와 유사하게 코디어라이트 등을 원료로 한 세라믹으로 구성된 허니컴 구조의 담지체 등에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등의 귀금속을 촉매로서 구성될 수 있다.Here, in the ammonia slip catalyst device, similar to the diesel oxidation catalyst device 21, platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), etc. Noble metals, such as, may be comprised as a catalyst.

물론 도 6에 도시한 바와 같이, 선택적촉매환원장치(22)를 SDPF(22a)로 대체하고, AOC(24)를 생략하는 경우에는 전체 배기가스 후처리 시스템의 길이나 크기를 최소화할 수 있다.Of course, as shown in FIG. 6 , when the selective catalytic reduction device 22 is replaced with the SDPF 22a and the AOC 24 is omitted, the length or size of the entire exhaust gas post-treatment system can be minimized.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As above, preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. The description of the present invention is for illustration, and those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, scope, and equivalent concept of the claims are included in the scope of the present invention. should be interpreted

10: 엔진 21: 디젤산화촉매장치
22: 선택적촉매환원장치 22a: SDPF
23: 미립자포집장치 24: 암모니아슬립촉매장치
31: 우레아인젝터 32: 믹서
110: 우레아도입부 111: 공기압축기
112: 우레아저장탱크 113: 분기관
120: 우레아유동관로 121, 123: 제1 돌기부재
122, 124: 제2 돌기부재 130: 우레아믹서
131: 블레이드믹서 1311: 몸체
1312: 블레이드 132: 방사형분사믹서
1321: 도입관 1322: 헤드
1323: 헤드커버 210: 디젤산화촉매장치
211: 관통공
10: engine 21: diesel oxidation catalyst device
22: selective catalytic reduction device 22a: SDPF
23: particle collecting device 24: ammonia slip catalyst device
31: urea injector 32: mixer
110: urea introduction part 111: air compressor
112: urea storage tank 113: branch pipe
120: urea flow pipe 121, 123: first protruding member
122, 124: second protrusion member 130: urea mixer
131: blade mixer 1311: body
1312: blade 132: radial jet mixer
1321: introduction tube 1322: head
1323: head cover 210: diesel oxidation catalyst device
211: through hole

Claims (10)

내연기관의 배기관에 장착되어, 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상 물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst) 및 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)를 포함하는 배기가스 후처리 시스템에 있어서,
상기 디젤산화촉매장치 전단에 위치하여, 우레아수용액이 도입되는 우레아도입부;
상기 디젤산화촉매장치를 관통하여 마련되되, 상기 우레아도입부를 통해 도입된 상기 우레아수용액이 통과하는 우레아유동관로; 및
상기 우레아유동관로의 하류측단부에 마련되어, 상기 우레아수용액에 의해 가수분해된 암모니아와 상기 배기가스를 혼합하는 우레아믹서;
를 포함하고,
상기 우레아도입부는, 상기 우레아수용액이 상기 우레아유동관로를 통과할 수 있도록 고압의 공기와 함께 도입되되,
상기 우레아유동관로의 외주면에 제1 및 제2 돌기부재가 형성되되, 상기 제1 및 제2 돌기부재 사이에 상기 디젤산화촉매장치가 개재되어 고정되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
Diesel oxidation catalyst device (DOC) that is installed in the exhaust pipe of an internal combustion engine to oxidize hydrocarbons (HC) or carbon monoxide (CO) contained in exhaust gas or oxidize soluble organic fractions (SOF) contained in particulate matter. In the exhaust gas post-treatment system comprising: Diesel Oxidation Catalyst) and a Selective Catalyst Reduction (SCR) for purifying nitrogen oxides (NOx),
a urea introduction unit located in front of the diesel oxidation catalyst device, into which an aqueous urea solution is introduced;
a urea flow pipe provided through the diesel oxidation catalyst device, through which the aqueous urea solution introduced through the urea introduction part passes; and
a urea mixer provided at the downstream end of the urea flow pipe to mix ammonia hydrolyzed by the urea aqueous solution and the exhaust gas;
including,
The urea introduction part is introduced together with high-pressure air so that the urea aqueous solution can pass through the urea flow pipe,
First and second protruding members are formed on the outer circumferential surface of the urea flow pipe, and the diesel oxidation catalyst device is interposed between the first and second protruding members to be fixed. system.
제 1 항에 있어서,
상기 선택적촉매환원장치는, 입자상물질을 포집하여 배기가스를 정화하는 미립자포집장치와 일체로 형성된 SDPF(SCR on DPF; Selective Catalyst Reduction - on - Diesel Particulate Filter)인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
The method of claim 1,
The selective catalytic reduction device is an exhaust gas post-treatment system, characterized in that it is a Selective Catalyst Reduction-on-Diesel Particulate Filter (SDPF) integrally formed with a particulate collection device that collects particulate matter and purifies the exhaust gas. of reducing agent injection system.
제 2 항에 있어서,
상기 선택적촉매환원장치의 후단에 위치하여, 상기 선택적촉매환원장치에서 유출된 암모니아를 산화하여 정화시키기 위한 암모니아슬립촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
3. The method of claim 2,
Exhaust gas post-treatment system, which is located at the rear end of the selective catalytic reduction device, further comprising an ammonia slip catalyst device (AOC; Ammonia Oxidation Catalyst) for oxidizing and purifying ammonia leaked from the selective catalytic reduction device of reducing agent injection system.
제 1 항에 있어서,
상기 디젤산화촉매장치 후단에 위치하여, 상기 배기가스를 정화하기 위해 미립자(PM)를 포집하기 위한 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate Filter)를 더 포함하되,
상기 우레아유동관로는 상기 디젤산화촉매장치 및 상기 미립자포집장치를 관통하여 마련되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
The method of claim 1,
It is located at the rear end of the diesel oxidation catalyst device, further comprising a Diesel Particulate Filter (DPF) for collecting particulates (PM) to purify the exhaust gas,
The reducing agent injection system of the exhaust gas post-treatment system, characterized in that the urea flow pipe is provided through the diesel oxidation catalyst device and the particulate collection device.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 우레아유동관로는, 상기 디젤산화촉매장치의 중심에 길이방향을 따라 마련되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
The method of claim 1,
The urea flow pipe path, the reducing agent injection system of the exhaust gas post-treatment system, characterized in that provided along the longitudinal direction in the center of the diesel oxidation catalyst device.
제 1 항에 있어서,
상기 우레아유동관로는, 상기 디젤산화촉매장치가 촉매 반응에 의해 발열시 상기 우레아유동관로 내 유동하는 상기 우레아수용액에 열을 전달할 수 있도록 열전도체인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
The method of claim 1,
The urea flow pipe path is a reducing agent injection system of an exhaust gas post-treatment system, characterized in that it is a heat conductor to transfer heat to the urea aqueous solution flowing in the urea flow pipe path when the diesel oxidation catalyst device generates heat due to a catalytic reaction.
제 1 항에 있어서,
상기 우레아믹서는,
상기 암모니아와 상기 배기가스를 혼합하기 위해 관형의 몸체와, 상기 몸체의 내주면을 따라 내측, 그리고 상기 선택적촉매환원장치를 향해 연장형성된 복수의 블레이드를 포함하는 블레이드믹서이되, 상기 복수의 블레이드는 비틀어진 형상인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
The method of claim 1,
The urea mixer,
A blade mixer comprising a tubular body to mix the ammonia and the exhaust gas, and a plurality of blades extending inside along the inner circumferential surface of the body and toward the selective catalytic reduction device, the plurality of blades are twisted The reducing agent injection system of the exhaust gas after-treatment system, characterized in that the shape.
제 1 항에 있어서,
상기 우레아믹서는,
상기 암모니아가 도입되는 도입관과, 상기 도입관의 말단부에 마련되어 확관 형성된 헤드와, 상기 헤드의 말단부에 마련되어 상기 암모니아가 방사방향으로 분사될 수 있도록 다수의 분사구를 가진 반구형의 헤드커버를 포함하는 방사형분사믹서인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
The method of claim 1,
The urea mixer,
A radial type comprising an introduction tube through which the ammonia is introduced, a head provided at the distal end of the introduction tube and formed to be expanded, and a hemispherical head cover provided at the distal end of the head and having a plurality of injection holes so that the ammonia can be sprayed in a radial direction. The reducing agent injection system of the exhaust gas after-treatment system, characterized in that it is an injection mixer.
제 1 항에 있어서,
상기 디젤산화촉매장치와 상기 선택적촉매환원장치 사이에는, 상기 우레아수용액을 분사시키기 위한 우레아인젝터가 구비되지 않는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템.
The method of claim 1,
Between the diesel oxidation catalyst device and the selective catalytic reduction device, a urea injector for injecting the urea aqueous solution is not provided.
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