KR102516798B1 - 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 배기가스에 함유된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스가 통과하는 메인 배기관과, 상기 반응기 전방의 메인 배기관 내측에 설치되고, 배기가스가 통과되도록 상기 메인 배기관와 이격되어 배치된 서브 배기관과, 상기 서브 배기관 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사노즐, 그리고 상기 환원제 분사노즐 후방의 상기 서브 배기관 내부로 기설정된 고온의 유체를 공급하는 유체 공급부를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 포함된 질소 산화물을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진 또는 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 동력발생 장치는 배기가스에 질소 산화물을 포함한다. 이러한 질소 산화물이 별도의 정화과정 없이 외부로 배출시 인체에 유해한 영향을 끼칠 수 있어, 배기가스에 포함된 질소 산화물은 배기가스의 배출규제 규정에 따라 규제된다.
구체적으로, 배기가스에 포함된 질소 산화물을 저감시키기 위해 환원제를 배기가스에 분사하고, 이렇게 분사된 환원제와 혼합된 배기가스가 촉매를 통과하며 물(또는 수증기)과 질소로 분해되어 외부로 배출된다. 따라서, 배기가스에 포함된 질소 산화물의 농도를 저감시켜 외부로 배출시킨다.
하지만, 배기관에 이러한 환원제를 직접 분사하는 경우, 내부의 중심온도 보다 상대적으로 낮은 배기관의 벽면에 환원제가 퇴적되는 문제가 있다. 즉, 배기관의 벽면에 퇴적된 환원제는 배기관 내부를 통과하는 배기가스의 유동을 방해하여 배기관 내부의 차압을 증가시키거나, 배기관을 부식시키는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 배기관에 분사된 환원제를 효과적으로 열분해시킬 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 배기가스에 함유된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스가 통과하는 메인 배기관과, 상기 메인 배기관 내측에 설치되고 배기가스가 통과되도록 상기 메인 배기관과 이격되어 배치된 서브 배기관과, 상기 서브 배기관 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사노즐, 그리고 상기 환원제 분사노즐 후방의 상기 서브 배기관 내부로 기설정된 고온의 유체를 공급하는 유체 공급부를 포함한다.
또한, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 서브 배기관 상에 배치되어 배기가스와 분사된 환원제를 혼합시키는 혼합부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 서브 배기관 직경은 상기 메인 배기관 직경의 0.6배 내지 0.9배일 수 있다.
또한, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 서브 배기관으로 고온의 유체가 유입되도록 안내하는 유입 배기관을 더 포함하며, 상기 환원제 분사노즐과 상기 유입 배기관 사이의 거리는 상기 메인 배기관 직경의 1배 내지 3배일 수 있다.
또한, 상기 유입 배기관은 상기 메인 배기관과 상기 서브 배기관을 관통하며, 상기 메인 배기관을 관통한 상기 유입 배기관의 위치는 상기 서브 배기관을 관통한 상기 유입 배기관의 위치 보다 전방에 배치되도록 경사져 형성될 수 있다.
또는, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 서브 배기관으로 고온의 유체가 유입되도록 안내하는 유입 배기관을 더 포함하며, 상기 혼합부재는 상기 유입 배기관 보다 후방에 배치되며 상기 혼합부재와 상기 유입 배기관 사이의 거리는 상기 메인 배기관 직경의 0.5배 내지 1.5배일 수 있다.
또는, 상기 혼합부재는 상기 환원제 분사노즐 보다 전방에 배치되고, 상기 혼합부재와 상기 환원제 분사노즐 사이의 거리는 상기 메인 배기관 직경의 0.3배 내지 1배일 수 있다.
또한, 상기 유체 공급부는 고온의 열에너지를 생성할 수 있는 열생성 부재 및 상기 열생성 부재가 생성한 고온의 열에너지를 상기 서브 배기관으로 공급시키는 열이송 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 배기관의 부식을 방지하며 효과적으로 환원제를 열분해시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반응기 전방의 메인 배기관의 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 메인 배기관의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 메인 배기관의 단면을 나타낸 도면이다.
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.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 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 및 도 2 참고하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.
선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 배기관(100)과 서브 배기관(200)과 환원제 분사노즐(300) 그리고 유체 공급부(450)를 포함한다.
구체적으로, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물을 제거한다.
메인 배기관(100)은 배기가스가 통과한다. 구체적으로, 메인 배기관(100)의 내부는 중공형으로 형성되어 배기가스가 메인 배기관(100) 내부를 통과하여 외부로 배출되도록 안내한다. 일예로, 메인 배기관(100) 상에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부에 질소산화물을 저감시킬 수 있는 촉매가 설치된 반응기(20)가 설치될 수 있다.
서브 배기관(200)은 메인 배기관(100) 내측에 설치된다. 또한, 서브 배기관(200)은 메인 배기관(100)과 이격되어 배치되어, 서브 배기관(200) 내부로 배기가스가 통과되도록 한다. 구체적으로, 서브 배기관(200)의 내부는 배기가스가 통과되도록 중공형으로 형성된다.
환원제 분사노즐(300)은 서브 배기관(200) 내부로 환원제를 분사한다. 구체적으로, 환원제 분사노즐(300)은 서브 배기관(200)에 지지되거나, 메인 배기관(100)으로부터 서브 배기관(200)을 관통하여 배치될 수 있다. 즉, 환원제 분사노즐(300)을 서브 배기관(200) 내부를 통과하는 배기가스에 직접 환원제를 분사한다. 일예로, 환원제 분사노즐(300)을 통해 분사되는 우레아 또는 암모니아를 포함할 수 있다.
환원제 분사노즐(300)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 환원제 공급부(350)와 연결되어 있다. 구체적으로, 환원제 공급부(350)는 요소 또는 암모니아 중 어느 하나를 포함하는 환원제를 환원제 분사노즐(300)로 공급한다. 즉, 환원제 공급부(350)는 환원제의 저장 및 이를 환원제 분사노즐(300)로 공급시킬 수 있다.
유체 공급부(450)는 환원제 분사노즐(300) 후방으로 기설정된 고온의 유체를 공급한다. 구체적으로, 유체 공급부(450)는 서브 배기관(200)을 통과하는 배기가스 및 배기가스에 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제에 기설정된 고온의 유체를 공급한다. 일예로, 기설정된 고온의 유체는 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제가 열분해되기 위해 필요한 온도의 유체이며 배기가스가 포함한 열 이외 분사된 환원제의 열분해에 필요한 온도의 유체일 수 있다.
따라서, 유체 공급부(450)는 환원제 분사노즐(300) 후방으로 고온의 유체를 공급하여 배기가스가 갖는 열에너지에 의해 분해되지 않는 환원제의 잔여량을 효과적으로 열분해 시킬 수 있다.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 서브 배기관(200)을 포함하고 있어, 서브 배기관(200) 내부로 분사되는 환원제가 서브 배기관(200) 내벽에 퇴적되는 경우에도 메인 배기관(100)과 서브 배기관(200) 사이를 통과하는 배기가스가 갖는 열에너지에 의해 효과적으로 열분해될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 혼합부재(500)를 더 포함할 수 있다.
혼합부재(500)는 서브 배기관(200) 상에 배치될 수 있다. 또한, 혼합부재(500)는 서브 배기관(200)을 통과하는 배기가스와 서브 배기관(200)에 분사된 환원제가 혼합되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 유체 공급부(450)는 열생성 부재(410)와 열이송 부재(430)를 포함할 수 있다.
열생성 부재(410)는 서브 배기관(200)으로 공급될 고온의 유체가 기설정된 열에너지를 가질 수 있도록 열에너지를 생성할 수 있다. 일예로, 열생성 부재(410)는 버너, 히터, 또는 전기 히터 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
열이송 부재(430)는 서브 배기관(200)으로 열생성 부재(410)가 생성한 열이 이송되도록 할 수 있다. 열이송 부재(430)는 블로워, 터빈 블로워, 펌프 또는 팬 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 열생성 부재(410)는 서브 배기관(200)으로 메인 배기관(100) 외부의 신기(fresh air) 또는 압축공기를 공급받아 이를 가열하고, 열이송 부재(430)는 이러한 가열된 공기를 서브 배기관(200)으로 공급시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 서브 배기관(200) 직경은, 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 배기관(100) 직경의 0.6배 내지 0.9배 범위내일 수 있다.
메인 배기관(100) 직경이 D1인 경우, 서브 배기관(200) 직경은 D2이다.
이때, 서브 배기관(200) 직경 D2 = 0.6D1 내지 0.9D1 일 수 있다. 서브 배기관(200) 직경 D2가 0.6D1 미만인 경우, 서브 배기관(200) 내부로 유입되는 배기가스의 유량이 작아 서브 배기관(200)으로 분사되는 환원제를 효과적으로 열분해 시키기 필요한 충분한 유량이 유입되지 않을 가능성이 있으며, 또한, 서브 배기관(200) 직경 D2가 0.6D1 미만인 경우, 환원제 분사노즐(300)에서 분사된 환원제가 암모니아로 환원되지 못하고 직접적으로 배관과 충돌하며 이에 따라 벽면에 퇴적되고 결국에는 환원제의 암모니아로의 변환 효율이 낮아지는 문제점이 발생한다.
또한, 서브 배기관(200) 직경 D2가 0.9D1 를 초과하는 경우, 서브 배기관(200)의 외주면과 메인 배기관(100)의 내주면 사이를 통과하는 배기가스의 흐름에 저항으로 작용하는 문제점이 있다. 그리고 서브 배기관(200)과 메인 배기관(100) 사이를 통과하는 배기가스가 갖는 열에너지는 서브 배기관(200) 내부에 직접 분사되는 환원제가 서브 배기관(200) 내벽에 퇴적되는 경우에도 이를 효과적으로 열분해 시킬 수 있으나, 서브 배기관(200) 직경 D2가 0.9D1 를 초과하는 경우 서브 배기관(200)과 메인 배기관(100) 사이를 통과하는 배기가스의 유량 및 이가 갖는 열에너지로는 서브 배기관(200) 내벽에 퇴적된 환원제를 효과적으로 열분해시켜 제거하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 유입 배기관(400)을 더 포함할 수 있다. 유입 배기관(400)은 서브 배기관(200)으로 고온의 유체가 유입되도록 안내할 수 있다. 구체적으로, 유입 배기관(400)은 메인 배기관(100) 외부에서 생성된 고온의 유체가 서브 배기관(200)으로 유입되도록 안내할 수 있다. 즉, 유입 배기관(400)은 유체 공급부(450)에 의해 생성된 가열된 공기가 서브 배기관(200)으로 공급되도록 안내할 수 있다.
또한, 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리는 메인 배기관(100) 직경의 1배 내지 3배일 수 있다. 이때, 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리는 환원제 분사노즐(300)로부터 환원제가 분사되는 일단과 서브 배기관(200)과 연결된 유입 배기관(400)의 일단 사이의 직선 거리일 수 있다. 즉, 서브 배기관(200)의 길이방향의 길이의 직선 거리일 수 있다.
이때, 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리 L1 = 1D1 내지 3D1 일 수 있다. 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리 L1가 1D1 미만인 경우, 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리가 인접하여 서브 배기관(200)을 통과한 배기가스에 의해 열분해되지 않고 잔여 하는 환원제를 유입 배기관(400)을 통해 공급된 고온의 유체가 효과적으로 열분해시키기 어렵다. 또한, 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리 L1가 1D1 미만인 경우, 유입 배기관(400)으로부터 공급된 고온의 유체가 환원제 분사노즐(300)로부터 분사되는 환원제의 분사를 방해하는 문제점이 있다.
그리고, 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리 L1가 3D1 를 초과하는 경우, 환원제 분사노즐(300)을 통해 분사된 환원제 중 배기가스가 갖는 열에너지에 의해 열분해되지 않고 잔여 하는 환원제가 유입 배기관(400) 까지 이동하기 전에 서브 배기관(200) 내부에 퇴적되어 열분해 되지 못하는 환원제가 다량 발생할 수 있다. 따라서, 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 필요한 환원제를 과잉 소모시키는 문제점이 있다. 또한, 이러한 서브 배기관(200) 내부에 퇴적된 환원제는 서브 배기관(200) 내부를 통과하는 배기가스의 흐름에 방해인자로 작용되는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 유입 배기관(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 경사져 배치될 수 있다.
유입 배기관(400)은 메인 배기관(100)과 서브 배기관(200)을 관통하도록 배치되어, 메인 배기관(100) 외부에서 생성된 고온의 유체를 서브 배기관(200) 내부로 공급할 수 있다. 또한, 유입 배기관(400)의 일단은 서브 배기관(200)을 관통하고, 유입 배기관(400)의 타단은 메인 배기관(100)을 관통할 수 있다. 즉, 유입 배기관(400)은 메인 배기관(100) 및 서브 배기관(200)을 관통하도록 배치될 수 있다.
그리고, 메인 배기관(100)을 관통하는 유입 배기관(400)의 위치는 서브 배기관(200)을 관통하는 유입 배기관(400)의 위치 보다 전방에 위치하도록 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 메인 배기관(100)을 관통하는 유입 배기관(400)의 위치는 서브 배기관(200)을 관통하는 유입 배기관(400)의 위치 보다 환원제 분사노즐(300)과 서브 배기관(200)의 길이방향을 따라 멀게 배치될 수 있다.
일예로, 서브 배기관(200)의 길이방향과 유입 배기관(400)의 중심방향 사이의 사이각은 예각으로 형성될 수 있다.
따라서, 경사진 유입 배기관(400)을 통해 공급된 고온의 유체는 서브 배기관(200) 내부에 스월(swirl)을 형성할 수 있다. 즉, 경사진 유입 배기관(400)을 통해 공급된 고온의 유체는 환원제의 열분해뿐만 아니라 서브 배기관(200)을 통과하는 배기가스 및 환원제가 효과적으로 혼합되도록 유동을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 유입 배기관(400)을 더 포함하며, 혼합부재(500)는 유입 배기관(400) 보다 후방에 배치될 수 있다. 유입 배기관(400)은 서브 배기관(200)으로 고온의 유체가 유입되도록 안내할 수 있다. 구체적으로, 유입 배기관(400)은 메인 배기관(100) 외부에서 생성된 고온의 유체가 서브 배기관(200)으로 유입되도록 안내할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은, 앞서 서술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 유체 공급부(450)의 구성 및 메인 배기관(100)과 서브 배기관(200) 사이의 직경비 그리고 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리는 동일하다.
혼합부재(500)는 유입 배기관(400) 보다 후방에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 배기관(100) 상에 촉매가 내부에 설치된 반응기(20)가 설치된 경우, 혼합부재(500)는 유입 배기관(400) 보다 반응기(20)와 상대적으로 인접하게 배치될 수 있다.
즉, 혼합부재(500)는 환원제 분사노즐(300)에서 분사된 환원제와 유입 배기관(400)을 통해 공급된 고온의 유체가 서로 혼합되어 반응기(20) 내부로 공급되도록 할 수 있다. 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제 중 배기가스 또는 유입 배기관(400)을 통해 공급된 고온의 유체에도 열분해 되지 못하는 환원제가 없도록 환원제와 고온의 유체가 혼합되도록 할 수 있다. 그리고 혼합부재(500)는 서브 배기관(200) 내부에 유입 배기관(400) 보다 후방에 배치되어 있어, 서브 배기관(200) 내부에 유체의 흐름이 정체되지 않고 효과적으로 서브 배기관(200)을 통과 하도록 안내할 수 있다.
그리고, 혼합부재(500)와 유입 배기관(400) 사이의 거리 L2 = 0.5D1 내지 1.5D1 일 수 있다. 혼합부재(500)와 유입 배기관(400) 사이의 거리 L2가 0.5D1 미만인 경우, 환원제 혼합부재(500)와 유입 배기관(400) 사이의 거리가 인접하여, 혼합부재(500)는 서브 배기관(200)으로 분사된 환원제와 유입 배기관(400)을 통해 공급된 고온의 유체가 서로 효과적으로 혼합되도록 하기 어렵다. 즉, 유입 배기관(400)으로부터 공급된 유체의 유동에 의해 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제가 혼합되며 열분해될 수 있으나, 혼합부재(500)와 유입 배기관(400) 사이의 거리 L2가 0.5D1 미만인 경우 이의 혼합을 저해 또는 혼합부재(500)의 설치로 가질 수 있는 효율이 저감되는 문제점이 있다.
그리고, 혼합부재(500)와 유입 배기관(400) 사이의 거리 L2가 3D1 를 초과하는 경우, 환원제 분사노즐(300)을 통해 분사된 환원제와 유입 배기관(400)으로부터 공급된 고온의 유체를 서로 혼합시키기 어려움이 있다. 즉, 혼합부재(500)가 혼합부재(500)와 유입 배기관(400) 사이의 거리 L2가 3D1 를 초과하도록 배치되는 경우, 유입 배기관(400)으로 유입된 고온의 유체에 의해서도 열분해 되지 않고 잔여하는 환원제가 혼합부재(500)까지 이동하기 전에 서브 배기관(200) 내부에 퇴적되는 문제점이 있다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)의 혼합부재(500)와 환원제 분사노즐(300) 사이의 거리는 메인 배기관(100) 직경의 0.3배 내지 1배 사이일 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은, 앞서 서술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 유체 공급부(450)의 구성 및 메인 배기관(100)과 서브 배기관(200) 사이의 직경비 그리고 환원제 분사노즐(300)과 유입 배기관(400) 사이의 거리는 동일하다.
혼합부재(500)는 환원제 분사노즐(300) 보다 전방에 배치될 수 있다. 구체적으로, 혼합부재(500)는 서브 배기관(200)을 통과하는 배기가스가 스월(swirl)유동을 갖도록 하여 환원제 분사노즐(300)에서 분사된 환원제와 배기가스가 효과적으로 혼합되도록 할 수 있다.
또한, 혼합부재(500)와 환원제 분사노즐(300) 사이의 거리는 메인 배기관(100) 직경의 0.3배 내지 1배 사이일 수 있다.
혼합부재(500)와 환원제 분사노즐(300) 사이의 거리 L3 = 0.3D1 내지 1D1 일 수 있다. 혼합부재(500)와 환원제 분사노즐(300) 사이의 거리 L3가 0.3D1 미만인 경우, 환원제 혼합부재(500)와 환원제 분사노즐(300) 사이의 거리가 인접하여, 혼합부재(500)는 서브 배기관(200)을 통과하는 배기가스에 스월유동을 형성하여 환원제 분사노즐(300)을 향해 공급하기 어렵다. 즉, 혼합부재(500)는 환원제 분사노즐(300)로 스월이 형성된 배기가스를 공급하는데 어려움이 있다.
또한, 혼합부재(500)와 환원제 분사노즐(300) 사이의 거리 L3가 1D1을 초과하는 경우, 환원제 분사노즐(300)과 혼합부재(500) 사이의 거리가 멀어 환원제 분사노즐(300)로 스월유동을 갖는 배기가스를 공급하는데 어려움이 있다. 즉, 혼합부재(500)와 환원제 분사노즐(300) 사이의 거리 L3가 1D1을 초과하는 경우, 혼합부재(500)에 의해 형성된 스월유동을 갖는 배기가스는 환원제 분사노즐(300)로 갈수록 그 유동이 균일해져 환원제 분사노즐(300)로 분사된 환원제와 효과적으로 혼합되기 어려움이 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 환원 촉매 시스템(101)의 동작 과정을 설명한다.
선택적 환원 촉매 시스템(101)은 엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 반응기(20) 전방의 배기가스에 환원제를 분사하여 반응기(20)로 유입되도록 한다.
또한, 반응기(20) 후방의 메인 배기관(100) 상에는 메인 배기관(100) 상의 열을 외부로 배출시킬 수 있는 펀넬(funnel)(30)이 설치될 수 있다.
환원제는 메인 배기관(100) 내부에 이격 설치된 서브 배기관(200)으로 환원제 분사노즐(300)을 통해 분사된다. 이때, 환원제가 우레아(Urea)인 경우, 서브 배기관(200) 내부를 통과하는 배기가스가 갖는 열에너지에 의해 환원제가 열분해 되어 암모니아를 생성한다. 또한, 유입 배기관(400)을 통해 공급된 기설정된 고온의 유체에 의해 배기가스의 열에너지에 의해 열분해되지 않은 서브 배기관(200) 내부에 잔여하는 환원제는 열분해되어 암모니아를 생성한다.
그리고 서브 배기관(200)의 외주면과 메인 배기관(100)의 내주면 사이를 통과하는 배기가스는 서브 배기관(200) 내부에 퇴적된 환원제를 열분해시켜 퇴적된 환원제에 의한 서브 배기관(200) 및 메인 배기관(100)의 부식을 방지할 수 있다.
이때, 서브 배기관(200)의 중심축과 유입 배기관(400)의 중심축 사이가 예각으로 형성되도록, 유입 배기관(400)이 경사져 형성되면 유입 배기관(400)을 통해 유입되는 기설정된 고온의 유체는 서브 배기관(200) 내부에 스월유동을 형성할 수 있다. 따라서, 서브 배기관(200) 내부의 배기가스와 환원제 그리고 고온의 유체가 서로 효과적으로 혼합될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 서브 배기관(200) 내부로 기설정된 고온의 유체를 공급하여 분사된 환원제가 퇴적되는 것을 방지하고, 분사된 환원제를 효과적으로 열분해 시킬 수 있다.
이하, 도 3을 참고하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)의 동작 과정을 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 유입 배기관(400)의 후방에 혼합부재(500)가 설치된다. 구체적으로, 혼합부재(500)는 서브 배기관(200) 내부에 설치되며, 유입 배기관(400) 보다 후방에 설치된다.
따라서, 혼합부재(500)는 배기가스 내부에 잔류하는 열분해되지 못한 환원제의 방지를 위해, 서브 배기관(200) 내부에 분사된 환원제와 유입 배기관(400)을 통해 서브 배기관(200)으로 유입된 기설정된 고온의 유체가 서로 혼합되도록 한다.
그리고, 혼합부재(500)에 의해 혼합된 고온의 유체 및 환원제는, 앞서 서술한 도 1의 반응기(20)로 유입된다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 혼합부재(500)에 의해 환원제와 서브 배기관(200)을 통과하는 배기가스 그리고 유입 배기관(400)을 통해 공급된 기설정된 고온의 배기가스가 효과적으로 혼합되어 환원제를 열분해 시켜 암모니아가 반응기(20)로 공급되도록 할 수 있다.
이하, 도 4를 참고하여 본 발명의 제3실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)의 동작 과정을 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 환원제 분사노즐(300)의 전방에 혼합부재(500)가 설치된다. 구체적으로, 혼합부재(500)는 서브 배기관(200)으로 유입된 배기가스에 스월유동을 형성하여 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제와 효과적으로 혼합되도록 할 수 있다.
즉, 혼합부재(500)는 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제와 서브 배기관(200)으로 유입된 배기가스를 혼합시킬 수 있다. 다시 말해, 혼합부재(500)는 서브 배기관(200)으로 유입된 배기가스가 포함하는 열에너지에 의해 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제가 효과적으로 혼합될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)은 혼합부재(500)에 의해 서브 배기관(200)으로 유입된 배기가스가 스월유동을 형성하여 환원제 분사노즐(300)로부터 분사된 환원제를 효과적으로 열분해 시킬 수 있다.
이상 상술된 전방 또는 후방은 배기가스 및 고온의 유체의 유동 흐름을 기준으로 정의하였다.
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.
100: 메인 배기관 101,102,103: 선택적 촉매 환원 시스템
200: 서브 배기관 300: 환원제 분사노즐
400: 유입 배기관 410: 열생성 부재
430: 열이송 부재 450: 유체 공급부
500: 혼합부재

Claims (8)

  1. 배기가스에 함유된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    배기가스가 통과하는 메인 배기관;
    상기 메인 배기관 내측에 설치되고, 배기가스가 통과되도록 상기 메인 배기관와 이격되어 배치된 서브 배기관;
    상기 서브 배기관 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사노즐; 및
    상기 환원제 분사노즐 후방의 상기 서브 배기관 내부로 기설정된 고온의 유체를 공급하는 유체 공급부
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 서브 배기관 상에 배치되어 배기가스와 분사된 환원제를 혼합시키는 혼합부재를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 서브 배기관 직경은 상기 메인 배기관 직경의 0.6배 내지 0.9배인 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 서브 배기관으로 고온의 유체가 유입되도록 안내하는 유입 배기관을 더 포함하며, 상기 환원제 분사노즐과 상기 유입 배기관 사이의 거리는 상기 메인 배기관 직경의 1배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 유입 배기관은 상기 메인 배기관과 상기 서브 배기관을 관통하며, 상기 메인 배기관을 관통한 상기 유입 배기관의 위치는 상기 서브 배기관을 관통한 상기 유입 배기관의 위치보다 전방에 배치되도록 경사져 형성된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제2항에서,
    상기 서브 배기관으로 고온의 유체가 유입되도록 안내하는 유입 배기관을 더 포함하며, 상기 혼합부재는 상기 유입 배기관보다 후방에 배치되며 상기 혼합부재와 상기 유입 배기관 사이의 거리는 상기 메인 배기관 직경의 0.5배 내지 1.5배인 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제2항에서,
    상기 혼합부재는 상기 환원제 분사노즐보다 전방에 배치되고, 상기 혼합부재와 상기 환원제 분사노즐 사이의 거리는 상기 메인 배기관 직경의 0.3배 내지 1배인 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 유체 공급부는,
    고온의 열에너지를 생성할 수 있는 열생성 부재 및 상기 열생성 부재가 생성한 고온의 열에너지를 상기 서브 배기관으로 공급시키는 열이송 부재를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
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