KR102523760B1 - Cfd를 활용한 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

Cfd를 활용한 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 후처리 시스템의 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하는 제1 측정부, 상기 후처리 시스템의 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하는 제2 측정부, 상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하는 효율 지수 추출부, 상기 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하는 설계 판단부, 및 상기 설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 상기 후처리 시스템의 설계값을 변경하는 설계 변경부를 포함할 수 있다.

Description

CFD를 활용한 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치 및 그 동작 방법{DESIGN INDEX EVALUATION DEVICE OF POST PROCESSONG SYSTEM USING CFD AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CFD(Computational Fluid Dynamics; 전산 유체 역학)를 활용한 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진의 유해 배출물에 대한 환경 규제가 강화되고 있어, 최신 환경 규제를 맞추기 위해서 배기 시스템에 PM과 NOx 등의 유해 배출물을 저감시키는 배기 후처리 장치의 필요성이 증가하고 있다.
후처리장치의 PM/NOx 저감성능을 강화하기 위해서는 DOC, DPF, SCR 등 필터 담체의 여과능력도 중요하지만, 시스템의 형상 최적화를 통한 배기 유동 특성을 개선하여 유동 균일도가 확보되어야 한다.
유동 균일도는 환원제의 촉매 전단 분포특성을 향상시켜 후처리장치의 근본적인 유해물질 저감 효율을 상승시킨다. 그러나, 유동 균일도를 상승시키기 위해서는 일반적으로 정압을 유도하는 배압의 상승이 야기되며, 이는 엔진 출력 저하의 원인이 된다. 따라서, CFD(전산유체역학)을 통해 유동 균일도를 상승시키면서도 배압을 최적화할 수 있는 설계안을 제시해야한다.
CFD 해석을 통한 후처리장치 최적설계 결과물에 대하여 배압과 유동 균일도는 트레이드 오프(TRADE-OFF)관계를 기반으로 한 성능을 종합적으로 평가할 수 있는 지표가 없는 실정이다. 이에 유동 특성과 배압 변화를 일일이 비교 대조하면서 변경된 설계안을 검토해야하는 번거로움이 따른다.
대한민국 등록특허 10-1412536 대한민국 공개특허공보 10-2007-0118757
본 발명은 유동 균일도 뿐만 아니라, 설계 변경 전과 변경 후의 배압을 모두 고려하여 효율 지수를 추출하고, 효율 지수의 결과에 기초하여 설계를 변경하는 후처리 시스템 설계 지표 평가 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 디젤 엔진의 유해 배출물을 저감시키는 후처리 시스템의 설계 변경 전의 배압 및 유동 균일도인 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하는 제1 측정부, 상기 후처리 시스템의 설계 변경 후의 배압 및 유동 균일도인 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하는 제2 측정부, 상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하는 효율 지수 추출부, 상기 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하는 설계 판단부, 및 상기 설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 상기 후처리 시스템의 설계값을 변경하는 설계 변경부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설계 변경부는, 믹서의 유무, 상기 믹서의 날개 개수, 및 상기 믹서의 날개 각도 중 적어도 하나의 설계값을 변경하는 믹서 변경부, 요소 분사기(urea injection)의 위치에 대한 설계값을 변경하는 요소 분사기 위치 변경부, 및 SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경하는 SCR 확대관 각도 변경부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 믹서 변경부는, 상기 믹서의 유무 및 상기 믹서의 날개 각도의 설계값을 변경하는 제1 믹서 변경부, 및 상기 믹서의 날개 개수 및 상기 믹서의 날개 각도의 설계값을 변경하는 제2 믹서 변경부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배압은 상기 설계 변경 전의 배압이고, 상기 제2 배압은 상기 설계 변경 후의 배압이며, 상기 제1 유동 균일도는 상기 설계 변경 전의 유동 균일도이고, 상기 제2 유동 균일도는 상기 설계 변경 후의 유동 균일도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 효율 지수 추출부는, 상기 제2 유동 균일도와 상기 제1 및 제2 배압의 변화에 따라 현재의 설계의 효율 지수를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 효율 지수는 상기 설계의 변경 전과 후에 따른 개선 여부를 판단하는 지표일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 효율 지수 추출부는 수학식 1에 기초하여 상기 효율 지수를 추출하고, 수학식 1은
Figure 112021100685445-pat00001
이고,
Figure 112021100685445-pat00002
는 상기 효율 지수이고,
Figure 112021100685445-pat00003
는 제2 유동 균일도이고, Po는 상기 제1 배압이며, Pf는 상기 제2 배압일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 설계 변경부는, 상기 효율 지수가 제1 임계값 이상이면 상기 설계를 유지하고, 상기 효율 지수와 상기 제1 유동 균일도가 동일할 경우에는 상기 제2 유동 균일도의 상승 여부를 고려하여 설계를 판단하며, 상기 효율 지수가 상기 제1 유동 균일도보다 낮으면 상기 설계의 변경 요소를 변경하여 재설계 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치의 동작 방법은 디젤 엔진의 유해 배출물을 저감시키는 후처리 시스템의 설계 변경 전의 배압 및 유동 균일도인 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하는 단계, 상기 후처리 시스템의 설계 변경 후의 배압 및 유동 균일도인 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하는 단계, 상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하는 단계, 상기 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하는 단계, 및 설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 상기 후처리 시스템을 재설계하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배압은 상기 설계 변경 전의 배압이고, 상기 제2 배압은 상기 설계 변경 후의 배압이며, 상기 제1 유동 균일도는 상기 설계 변경 전의 유동 균일도이고, 상기 제2 유동 균일도는 상기 설계 변경 후의 유동 균일도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하는 단계는 상기 제2 유동 균일도와 상기 제1 및 제2 배압의 변화에 따라 현재의 설계의 효율 지수를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 효율 지수를 추출하는 단계는 수학식 1에 기초하여 상기 효율 지수를 추출하고, 수학식 1은
Figure 112021100685445-pat00004
이고,
Figure 112021100685445-pat00005
는 상기 효율 지수이고,
Figure 112021100685445-pat00006
는 제2 유동 균일도이고, Po는 상기 제1 배압이며, Pf는 상기 제2 배압일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 적어도 하나의 프로세서, 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 연결되어 상기 적어도 하나의 프로세서가 동작들을 수행하도록 하는 적어도 하나의 명령어들(instruction)을 저장하는 적어도 하나의 메모리(memory)를 포함하고, 상기 동작들은, 디젤 엔진의 유해 배출물을 저감시키는 후처리 시스템의 설계 변경 전의 배압 및 유동 균일도인 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하고, 상기 후처리 시스템의 설계 변경 후의 배압 및 유동 균일도인 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하고, 상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하고, 상기 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하며, 설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 상기 후처리 시스템의 설계값을 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 배압은 상기 설계 변경 전의 배압이고, 상기 제2 배압은 상기 설계 변경 후의 배압이며, 상기 제1 유동 균일도는 상기 설계 변경 전의 유동 균일도이고, 상기 제2 유동 균일도는 상기 설계 변경 후의 유동 균일도일 수 있다.
본 발명의 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 유동 균일도 뿐만 아니라, 설계 변경 전과 변경 후의 배압을 모두 고려하여 효율 지수를 추출하고, 효율 지수의 결과에 기초하여 설계를 변경할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경부를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소 중 요소 믹서의 유무 및 날개 각도에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소 중 요소 믹서의 날개 개수 및 각도에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소 중 요소 분사기 위치에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소 중 SCR 확대관 각도에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소에 따른 효율 지수를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시(present disclosure)를 설명한다. 본 개시는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시 가운데 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시에서, "포함하다" 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.
본 개시에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시 가운데 "제 1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들이 본 개시의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분 짓기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
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 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치(10)는 제1 측정부(100), 제2 측정부(200), 효율 지수 추출부(300), 설계 판단부(400), 및 설계 변경부(500)를 포함한다.
제1 측정부(100)는 후처리 시스템의 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정할 수 있다. 제1 배압 및 제1 유동 균일도는 후처리 시스템의 설계가 변경되지 않은 상태의 배압과 유동 균일도일 수 있다.
제2 측정부(200)는 후처리 시스템의 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정할 수 있다. 이때, 제2 배압 및 제2 유동 균일도는 후처리 시스템의 설계의 일부가 변경된 상태의 배압과 유동 균일도일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 측정부(100) 및 제2 측정부(200)는 하나의 모듈로 구현되어, 제1 배압, 제1 유동 균일도, 제2 배압, 및 제2 유동 균일도를 시간순서대로 측정할 수 있다. 예를 들어, 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정한 후, 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정할 수 있다. 이때, 측정된 제1 배압, 제1 유동 균일도, 제2 배압, 및 제2 유동 균일도는 데이터베이스에 저장될 수 있다.
효율 지수 추출부(300)는 제2 유동 균일도와 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출할 수 있다. 효율 지수 추출부(300)는 제2 유동 균일도와 제1 및 제2 배압의 변화에 따라 변경된 설계의 효율을 측정하여 현재의 설계의 효율 지수를 추출할 수 있다.
이때, 효율 지수는 설계의 변경 전과 변경 후에 따른 설계 개선 여부를 판단하는 지표일 수 있다. 예를 들어, 효율 지수는 제1 유동 균일도 값과 비교하여 좋고 나쁨을 판단할 수 있다.
효율 지수 추출부(300)는 수학식 1에 기초하여 효율 지수를 추출할 수 있다.
Figure 112021100685445-pat00007
이때,
Figure 112021100685445-pat00008
는 효율 지수이고,
Figure 112021100685445-pat00009
는 제2 유동 균일도이고, Po는 제1 배압이며, Pf는 제2 배압일 수 있다.
배압이 감소하면서 높은 유동 균일도를 보여줄수록 효율 지수(
Figure 112021100685445-pat00010
)가 높아질 수 있다. 그러나, 배압의 변화가 없다면 효율 지수(
Figure 112021100685445-pat00011
)는 최종 유동 균일도인 제2 유동 균일도(
Figure 112021100685445-pat00012
)와 같을 수 있다.
예를 들어, 제1 유동 균일도 대비 효율 지수(
Figure 112021100685445-pat00013
)가 더 크면 효율성이 개선된 우수한 최적 설계 결과라고 볼 수 있다. 반면, 제1 유동 균일도보다 효율 지수(
Figure 112021100685445-pat00014
)가 낮으면 종합효율 측면에서 우수한 결과로 보기 어려울 수 있다. 이때, 제1 유동 균일도는 수치에 100을 곱하여 백분율 값으로 환산할 수 있다.
효율 지수 추출부(300)는 설계 전과 설계 후의 배압과 설계 후의 유동 균일도를 모두 고려하여 효율 지수를 추출할 수 있다. 이에 따라, 유동 균일도만 고려하여 유동 균일도가 상승하였기 때문에 좋은 설계라고 판단하는 것을 방지할 수 있다.
설계 판단부(400)는 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단할 수 있다. 설계 판단부(400)는 효율 지수 추출부(300)에서 추출된 효율 지수가 제1 임계값 이상인지 제1 유동 균일도보다 작은지 판단하여 설계의 최적도를 판단할 수 있다. 이때, 제1 임계값은 제1 유동 균일도보다 5% 큰 수치일 수 있다.
설계 판단부(400)는 효율 지수가 제1 임계값 이상인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 효율 지수가 제1 임계값 이상일 경우에는 설계 변경부(500)에 현재의 설계를 유지하라는 신호를 제공할 수 있다.
설계 판단부(400)는 효율 지수가 제1 임계값 이상이 아닐 경우에는 효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일한지 판단할 수 있다. 예를 들어, 효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일할 경우에는 제2 유동 균일도의 상승 여부에 기초하여 설계의 최적도를 판단할 수 있다.
효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일하고, 제2 유동 균일도가 상승하였다면, 설계 판단부(400)는 설계 변경부(500)에 현재의 설계를 유지하라는 신호를 제공할 수 있다.
반면, 효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일하고, 제2 유동 균일도가 하락하였다면, 설계 판단부(400)는 설계 변경부(500)에 설계의 변경 요소 중 적어도 하나를 변경하라는 신호를 제공할 수 있다.
효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일하지 않고, 제1 유동 균일도보다 작을 경우에는 설계 변경부(500)에 설계의 변경 요소 중 적어도 하나를 변경하라는 신호를 제공할 수 있다.
설계 변경부(500)는 설계 판단부(400)에서 판단된 설계 최적도에 기초하여 후처리 시스템의 설계의 설계값을 변경할 수 있다.
설계 변경부(500)는 믹서 변경부, 요소 분사기 위치 변경부, 및 SCR 확대관 각도 변경부를 포함할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 내용은 도 2에서 후술될 것이다.
설계 변경부(500)는 설계 판단부(400)에서 전송된 판단 결과에 따른 신호에 기초하여, 설계값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 효율 지수가 제1 임계값 이상일 경우 및 효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일하고, 제2 유동 균일도가 상승한 경우에는 설계 판단부(400)로부터 설계를 유지하라는 신호를 전송받아, 현재의 설계를 유지할 수 있다.
효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일하고, 제2 유동 균일도가 하락한 경우 및 효율 지수가 제1 유동 균일도보다 작을 경우에는 설계 판단부(400)로부터 설계를 변경하라는 신호를 전송받아, 현재의 설계로부터 적어도 하나의 변경 요소에 대한 설계값을 변경할 수 있다. 이때, 변경 요소는 믹서의 유무, 믹서의 날개 개수, 믹서의 날개 각도, 요소 분사기 위치, 및 SCR 확대관 각도일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치(10)는, 설계 변경 전과 변경 후에 대해 각각 배압 및 유동 균일도를 측정하고, 제2 유동 균일도, 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출함으로써, 설계의 최적도에 따라 현재의 설계를 유지하거나 설계의 변경 요소를 변경하여 변경 요소의 설계값을 변경할 수 있다. 이에 따라, 설계 전후의 효율 차이를 용이하게 파악할 수 있으며, 유동 균일도만 개선이 이루어지거나 효율이 좋지 않을 경우에 현재의 후처리 시스템의 설계값을 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치(10)는 효율 지수의 값이 제1 유동 균일도보다 크면 설계를 통해 효율적으로 설계가 되었다고 판단할 수 있고, 효율 지수의 값이 제1 유동 균일도보다 작다면 현재의 설계를 다시 고려해야 할 수 있다.
예를 들어, 제1 유동 균일도가 0.85이고, 제2 유동 균일도가 1.0이라면, 유동 균일도 측면만 비교할 경우, 제2 유동 균일도가 제1 유동 균일도보다 높기 때문에, 설계 변경이 이루어진 것이 더 좋다고 볼 수 있다.
이때, 제1 배압이 10이고, 제2 배압이 18이라면, 본 발명의 수학식에 따라 효율 지수는 1.0*(10/18)=0.556이 추출될 수 있다. 이에 따라, 제1 유동 균일도가 0.85이고, 효율 지수가 0.556으로 제1 유동 균일도가 효율 지수보다 큰 값을 가진다. 즉, 제1 유동 균일도가 0.85이고, 제2 유동 균일도가 1.0이고, 제1 배압이 10이고, 제2 배압이 18이라면, 유동 균일도만 볼 경우에는 설계가 개선 되었다고 할 수 있으나, 배압 측면에서는 효율이 떨어졌기 때문에, 전체적인 측면에서 볼 때 본 설계는 효율적이지 않다고 볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경부를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 설계 변경부(500)는 믹서 변경부(510), 요소 분사기 위치 변경부(520), 및 SCR 확대관 각도 변경부(530)를 포함할 수 있다.
믹서 변경부(510)는 믹서의 유무, 믹서의 날개 개수, 및 믹서의 날개 각도를 변경할 수 있다. 믹서 변경부(510)는 믹서를 이용하여 난류 유동을 유도하여 암모니아 환원제가 고르게 분포될 수 있도록 할 수 있다.
믹서 변경부(510)는 제1 믹서 변경부와 제2 믹서 변경부를 포함할 수 있다.
제1 믹서 변경부는 믹서의 유무 및 믹서의 날개 각도의 설계값을 변경할 수 있다.
다른 요소들의 조건이 동일한 상태에서, 믹서를 장착하지 않았을 경우에는 담체 중앙에 현저히 많은 양의 암모니아가 집중될 수 있다. 반면, 믹서를 장착하게 되면 암모니아의 집중 현상이 현저히 낮아지며 믹서가 암모니아 분포 특성 개선에 영향을 미칠 수 있다.
다른 요소들의 조건이 동일한 상태에서, 믹서의 날개 각도를 다르게 했을 경우 배압과 유동 균일도가 다르게 나타날 수 있다. 예를 들어, 믹서의 날개 각도가 작을 경우에는, 믹서의 날개 각도가 클 경우보다 상대적으로 배기 유동과 수직으로 접촉하는 믹서의 날개 단면적이 커지게 되어, 믹서에 의한 난류 강도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 믹서에 의한 난류 강도가 증가하게 되면 유동 균일도가 높아질 수 있다.
반면, 믹서의 날개 각도가 클 경우에는 믹서의 날개 각도가 작을 경우보다 상대적으로 배기 유동과 수직으로 접촉하는 믹서의 날개 단면적이 감소하게 되어, 믹서에 의한 난류 강도가 하락할 수 있다, 이와 같이, 믹서에 의한 난류 강도가 하락하게 되면 유동 균일도가 떨어질 수 있다.
이와 관련된 구체적인 내용은 도 3에서 후술될 것이다.
제2 믹서 변경부는 믹서의 날개 개수 및 믹서의 날개 각도의 설계값을 변경할 수 있다.
날개 개수가 적을 경우 날개에 의해 형성되는 유동 저항이 낮아 상대적으로 낮은 배압을 가질 수 있다. 그러나, 동일한 각도 조건에서 유동 균일도는 상대적으로 낮은 수치를 가질 수 있다.
반면, 날개 개수가 많을 경우에는 날개에 의해 형성되는 유동 저항이 높아 상대적으로 높은 배압을 가질 수 있다. 이에 따라, 배압으로 인한 정압 효과가 높을 수 있다. 또한, 동일한 각도 조건에서 유동 균일도는 상대적으로 높은 수치를 가질 수 있다.
이와 같이, 믹서의 날개 개수를 적절히 변경해야 배압과 유동 균일도를 개선할 수 있다. 이와 관련된 구체적인 내용은 도 4에서 후술될 것이다.
요소 분사기 위치 변경부(520)는 요소 분사기(urea injection)의 위치에 대한 설계값을 변경할 수 있다.
요소 분사기의 위치는 요소의 체류시간과 암모니아 생성 위치를 결정하기 때문에 유동 균일도에 직접적인 영향을 주는 요소일 수 있다.
예를 들어, 요소 분사기의 위치가 믹서의 후단에 위치되어 있을 경우, 믹서에 의해 난류가 형성되었으나, SCR 확대관과 분사기 사이의 거리가 상대적으로 가까워 고른 분포가 일어나지 못하고, 국부적으로 농후한 암모니아 분포가 이루어질 수 있다.
다른 예로, 요소 분사기의 위치가 믹서로부터 멀고, SCR 전단에 가까이 위치시키게 되면 믹서에 의한 난류 형성 효과가 감소하고 중앙에서 분사된 요소가 데드 존(DEAD zone; 사류 지역)까지 도달하지 못하여 암모니아 분포가 중앙에 집중될 수 있다. 이에 따라, 가장 낮은 유동 균일도 수치를 나타낼 수 있으며, 상대적으로 배압은 가장 낮은 수치를 나타낼 수 있다.
다른 예로, 요소 분사기의 위치가 배기 유동 방향과 마주 보는 역방향으로 설정한 경우, 역방향으로 분사된 요소 수용액은 믹서에 의해 형성된 난류 배기 유동과 만나 빠르게 섞이게 되면서 유동 균일도가 상대적으로 높을 수 있다.
다른 예로, 요소 분사기의 후단에 믹서가 위치되어 있을 경우, 갓 분사된 요소 수용액이 믹서에 의해 곧바로 섞이면서 SCR 전단에서 균일한 혼합이 일어날 수 있다. 그러나, 암모니아 일부가 데드 존에서 정체되는 현상이 나타나게 되어, 배압은 상대적으로 낮아지지만 균일도도 상대적으로 떨어질 수 있다. 이와 관련된 구체적인 내용은 도 5에서 후술될 것이다.
SCR(Selective Catalyst Reduction; 선택적 환원촉매) 확대관 각도 변경부(530)는 SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경할 수 있다. SCR 전단에 마련된 확대관(Diffuser)은 유체의 흐름에 수직한 방향으로 작용하는 압력인 정압을 최대화하여, 암모니아의 분포가 균일하도록 할 수 있다.
그러나, 확대관의 입구와 SCR 촉매 전단 사이의 면적의 차이에 의한 유동박리 현상이 일어나게 되면서, 유속이 급격히 감소하게 되는데, 이 과정에서 유동에 부차적 손실이 발생할 수 있다.
확대관 유동해석에서 국부 손실
Figure 112021100685445-pat00015
은 다음 수학식 2와 같다.
Figure 112021100685445-pat00016
여기서 g는 중력가속도, V1은 축소관(Reactor)의 유속, V2는 확대관의 유속, A1은 넓어진 상태의 분사기의 면적, A2는 넓어진 상태의 확대관의 면적일 수 있다.
수학식 2에서와 같이, 손실은 유속의 차의 제곱에 비례하게 되므로 유속의 감소 폭이 클수록 손실 폭 또한 크게 나타날 것이다. 이에 확대관의 각도에 따른 유동 분포를 해석하여 유동의 손실을 최소화하면서 암모니아 유동 균일도를 극대화할 수 있는 최적의 각도를 찾아내는 것이 중요하다. 이와 관련된 구체적인 내용은 도 6에서 후술될 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는, 설계 변경 전과 변경 후에 대해 각각 배압 및 유동 균일도를 측정하고, 제2 유동 균일도, 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출함으로써, 설계의 최적도에 따라 현재의 설계를 유지하거나 설계의 변경 요소를 변경하여 재설계할 수 있다. 이에 따라, 설계 전후의 효율 차이를 용이하게 파악할 수 있으며, 유동 균일도만 개선이 이루어지거나 효율이 좋지 않을 경우에 현재의 후처리 시스템의 설계를 변경할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소 중 요소 믹서의 유무 및 날개 각도에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 8엽 날개를 가진 요소 믹서가 유동특성이 미치는 영향을 파악하기 위해, 요소 믹서의 배치는 요소 분사기의 후방에 배치하고, 믹서가 없는 경우를 포함하여 날개 각도를 30°, 45°, 60° 등 세가지로 변화를 주어 실험을 해 보았다.
믹서의 유무에 따른 암모니아 분포특성 차이는 믹서를 장착하지 않았을 경우에, 담체 중앙에 현저히 많은 양의 암모니아가 집중되었음을 확인할 수 있었다. 반면, 믹서를 장착하게 되면 암모니아 집중 현상이 현저히 낮아지며, 믹서가 암모이나 분포 특성을 개선하여 균일도를 높일 수 있었다.
믹서가 없을 경우, 배압은 61.5, 유동 균일도는 72.5가 측정되었다. 반면, 믹서가 배치되어 있고, 믹서의 날개 각도가 30°일 경우, 배압은 67.9, 유동 균일도는 90이 측정되었고, 날개 각도가 45°일 경우 배압은 64.7, 유동 균일도는 85.9가 측정되었으며, 날개 각도가 60°일 경우 배압은 60, 유동 균일도는 79.8이 측정되었다.
측정된 결과와 같이, 날개의 각도가 30°일 경우, 암모니아 유동 균일도가 가장 우수하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 믹서의 날개 각도를 증가시킬수록 상대적으로 배기 유동과 수직으로 접촉하는 믹서의 날개 단면적이 감소하게 되어 믹서에 의한 난류 강도가 하락하여 유동 균일도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 날개 각도가 증가하면 날개와 배기유동의 접촉 면적에 따른 저항력이 낮아져서, 배압은 감소하는 결과를 나타내었다.
즉, 믹서는 유동 균일도를 향상시키지만, 배압 증가의 원인이 될 수도 있다. 상술한 믹서의 특성과 후술될 설계 변경 요소를 고려해보았을 때, 믹서의 날개 각도는 30°로 설계해야 효율적일 수 있다. 30°의 날개 각도를 적용하면 45° 대비 배압이 4.9% 증가하지만, 후처리 시스템의 저감효율을 담보하는 유동 균일도 또한 크게 증가하기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소 중 요소 믹서의 날개 개수 및 각도에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 믹서 날개 개수 및 각도에 따른 유동 균일도 및 배압을 비교할 수 있다. 동일한 조건에서 믹서의 날개 개수가 4엽, 6엽, 8엽일 때의 30°, 45°, 60°에 대해 각각 배압 및 유동 균일도를 측정해보았다.
4엽 날개를 적용하였을 경우, 상대적으로 날개에 의해 형성되는 유동 저항이 낮아 상대적으로 가장 낮은 배압 수치를 기록하였다. 그러나 동일한 각도 조건에서 암모니아 유동 균일도는 가장 낮은 수치를 보였다.
날개를 6엽으로 설계하면 날개에 의해 형성되는 난류와 배압 사이에 균형점을 찾을 수 있다. 배압 수치의 경우 4엽 Mixer보다는 소폭 높지만, 유동 균일도의 경우 큰 폭으로 상승하였으며 30°의 각도를 적용하였을 때 88.7%의 균일도를 기록하며 동일한 30° 각도를 적용한 8엽 Mixer에 근접한 균일도 수치를 기록하면서도 배압 수치는 64.4로 8엽 모델보다 크게 낮았다.
특히 8엽 모델과 비교할 때 6엽 모델은 데드 존에서 암모니아가 정체되는 현상이 크게 개선되었다. 즉, 6엽 모델은 배압으로 인한 정압효과가 8엽 모델보다 낮더라도, 유동 균일도가 8엽 모델과 유사하게 나타나는 것으로 파악된다. 이 때문에 암모니아 집중 현상으로 인한 Slip 현상을 개선할 수 있다.
도 5는 설계 변경 요소 중 요소 분사기 위치에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 요소 분사기의 위치에 따른 배압 및 유동 균일도를 비교할 수 있다. 동일한 조건에서, 요소 분사기의 위치가 믹서의 후단에 배치되어 있을 때, 요소 분사기의 위치가 믹서로부터는 멀고 SCR 전단에 가까이 있을 때, 요소 분사기의 위치가 배기 유동 방향과 마주 보는 역방향으로 위치해 있을 때, 및 요소 분사기의 위치가 믹서의 전단에 있을 때에 대해 각각 배압 및 유동 균일도를 측정해보았다.
요소 분사기의 위치가 믹서의 후단에 배치되어 있을 때, 유동 균일도는 85.9, 배압은 74.5로 국부적으로 농후한 암머니아 분포가 이루어졌다.
요소 분사기의 위치가 믹서로부터는 멀고 SCR 전단에 가까이 있을 때, 유동 균일도는 78.4, 배압은 65.7로 가장 낮은 유동 균일도 수치를 나타내었으나, 상대적으로 배압은 가장 낮은 수치를 기록하였다.
요소 분사기의 위치가 배기 유동 방향과 마주 보는 역방향으로 위치해 있을 때, 유동 균일도는 90.4, 배압은 78.7을 기록하였다. 이는, 배기 유동과 요소 수용액의 유속이 서로 반대 방향으로 만나는 과정에서 저항력이 발생하여 유속이 감소하고, 배압의 증가가 야기되나, 유동 균일도 측면에서 압도적인 효과가 발생하였다.
요소 분사기의 위치가 믹서의 전단에 있을 때, 유동 균일도는 87.7, 배압은 76.8으로, 균일한 혼합이 일어나게 되었다. 그러나, 데드존에서 정체되는 현상이 나타나게 되어, 배압은 요소 분사기의 위치가 배기 유동 방향과 마주 보는 역방향으로 위치해 있을 때보다 낮지만, 균일도가 상대적으로 떨어지는 현상이 나타나게 되었다.
이에 따라, 유동 균일도의 상승을 고려하였을 때, 요소 분사기의 위치가 배기 유동 방향과 마주 보는 역방향으로 배치하는 것이 효율적인 배치라고 볼 수 있다.
그러나, 요소 분사기의 위치가 변경됨으로써 유동 균일도가 개선될 수 있으나, 효율 지수가 오히려 최조 설계안의 유동 균일도 대비 소폭 하락하게 될 수도 있다. 이 경우에는 요소 분사기의 위치 변경을 통해 설계를 변경하는 것은 바람직하지 않아, 설계에 적용할 필요가 없을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소 중 SCR 확대관 각도에 따른 배압 및 유동 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 확대관의 각도가 시스템의 효율에 미치는 영향을 명확히 보기 위해 전체 후처리 시스템의 길이는 고정시키고 확대관의 각도를 25°, 30°, 35°, 40°로 변화시켜 보았다. 이때 각 모델은 사각형의 형태 일 수 있으며, 전체 길이는 452mm로 동일할 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시예일뿐, 이에 한정되지 않으며 원형의 모델을 사용할 수도 있다.
확대관의 각도가 25일 때, 배압은 64.7이고 유동 균일도는 85.9를 기록하였다. 확대관의 각도가 30°일 때, 배압은 63.6이고 유동 균일도는 89를 기록하였다. 확대관의 각도가 35°일 때, 배압은 61.2이고 유동 균일도는 83.5를 기록하였다. 확대관의 각도가 40°일 때, 배압은 61.5이고, 유동 균일도는 84.2를 기록하였다. 기록된 수치를 살펴보면, 각도 상승에 따른 유동 균일도 변화는 불규칙적으로 나타났으나, 배압의 경우에는 점진적으로 향상되었다.
가장 높은 유동 균일도를 보여주는 확대관 각도는 30°로 확인되었다. 확대관 각도 증가에 따른 배압의 강하가 크지 않은 이유는 유동박리 현상으로 인한 국부적인 암모니아의 재순환 유동이 발생하여 역 압력구배 현상이 유도 되었기 때문이다.
특히 확대관 각도가 40° 이상이 되면 유동박리 및 손실에 따른 역방향 유속이 강력하게 발생하여 Reactor 영역부터 재순환이 발생하여 요소 일부가 암모니아로 변환된 이후에도 SCR로 유입되지 않고 정체현상이 나타났다. 이로 인하여 평균 유속 또한 감소하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 설계 변경 요소에 따른 효율 지수를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 배압을 최소화하면서도 최적의 저감효율을 지니는 비상 발전기용 후처리 시스템의 기초 설계안을 제시하기 위해 크게 요소 분사기 위치, 요소 믹서의 설계, SCR 확대관 각도 등 세 가지 변수에 대해 해석을 진행하였다.
원형 후처리 시스템과 사각 후처리 시스템은 기하학적인 차이로 인해 발생하는 유동 균일도 및 배압의 차이가 있을 수 있으나, 최적화를 위한 설계 전략 방향성에는 큰 차이가 없었다.
요소 분사기의 위치는 원형과 사각 후처리 시스템 모두 요소를 배기유동에 역방향으로 분사할 경우에 효율지수가 0.856으로, 배기유동과 요소 유동이 충돌하는 과정에서 추가적인 압력 상승이 발생하였지만, 유동 균일도 측면에서 매우 뛰어난 결과를 나타내어 최적 설계안으로 채택할 수 있다.
믹서는 6엽 날개 기반으로, 30°의 각도를 적용하였을 경우에 효율 지수가 1.022로, 배압을 낮추면서도 양호한 유동 균일도를 나타냈다. 마지막으로, SCR 확대관은 각도를 증가시킴에 따라 배압은 감소하나 균일도가 떨어지는 문제가 있어, 전체 시스템 길이를 고정시킨 상태에서 사각 후처리 시스템의 경우에는 30°로, 원형 후처리 시스템은 35°로 설계하였을 때 가장 양호한 성능을 나타내었다.
사각 담체 기준, Original 설계안의 유동 균일도는 0.859 (85.9%)일 때, 상술한 설계안을 적용하여 효율 지수를 도출해보았다. 요소 분사기 위치를 역방향을 설계할 경우, 유동 균일도는 대폭 상승하였으나 배압 또한 상승하여 효율지수는 0.856로, 최초 유동 균일도 0.859 대비 소폭 감소하였다. 반면 믹서 날개를 6개로 설정하고, 각도를 최적설계 할 경우 배압 수치를 크게 낮추면서 유동 균일도를 동등한 수준으로 유지하여 효율지수는 1 이상으로, 기존 유동 균일도 대비 높게 계산되었다. SCR 각도 최적화 또한 배압을 줄이면서도 유동 균일도를 향상시켜 비교적 높은 효율지수를 나타내었다. 마지막으로 모든최적 설계 변수를 조합한 최종 설계안에서 유동 균일도가 크게 개선되면서도 동시에 배압을 감소시켜, 효율지수가 약 1.2로 가장 높게 나타났다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, S100 단계에서 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 후처리 시스템의 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정할 수 있다. 이때, 제1 배압 및 제1 유동 균일도는 설계가 되지 않은 초기 상태의 배압 및 유동 균일도일 수 있다.
S200 단계에서 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정할 수 있다. 이때, 제2 배압 및 제2 유동 균일도는 설계 변경 요소 중 적어도 하나가 변경된 상태의 후처리 시스템의 배압 및 유동 균일도 일 수 있다.
S300 단계에서 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 제2 유동 균일도, 제 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 상술한 수학식 1에 기초하여 효율 지수를 추출할 수 있다.
S400 단계에서 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단할 수 있다. S400 단계는 효율 지수가 제1 임계값 이상인지 판단하는 단계, 효율 지수가 제1 유동 균일도 이상인지 판단하는 단계, 및 제2 유동 균일도가 제1 유동 균일도보다 상승하였는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
S410 단계는 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단할 수 있다. 예를 들어, 효율 지수가 제1 임계값 이상일 경우에는 현재의 설계가 최적화된 설계로 판단하여 설계를 변경하지 않고 종료할 수 있다. 반면, 효율 지수가 제1 임계값 이상이 아닐 경우에는, S420 단계로 넘어갈 수 있다.
S420 단계는 효율 지수가 제1 유동 균일도 이상인지 판단할 수 있다. 예를 들어, 효율 지수가 제1 유동 균일도와 동일하다면, S430 단계로 넘어가고, 동일하지 않다면 S500 단계로 넘어갈 수 있다.
S430 단계는 제2 유동 균일도가 제1 유동 균일도보다 상승하였는지에 대해 판단할 수 있다. 예를 들어, 제2 유동 균일도가 제1 유동 균일도보다 상승하였다면, 효율 지수가 증가하지는 않았지만, 유동 균일도는 상승하였다고 판단하여 현재 변경된 설계를 유지할 수 있다. 반면, 제2 유동 균일도가 제1 유동 균일도보다 작다면, 효율 지수 및 유동 균일도 모두가 설계 변경 전 대비 상승하지 않았다고 판단하여 S500 단계로 넘어갈 수 있다.
S500 단계는 후처리 시스템의 설계값을 변경할 수 있다. S500 단계는 후처리 시스템의 설계를 변경한 후, S200 단계로 돌아가 변경된 후처리 시스템의 배압 및 유동 균일도를 측정하여 설계의 최적도를 판단할 수 있다.
S500 단계는 믹서의 유무, 믹서의 날개 개수, 믹서의 날개 각도 중 적어도 하나의 설계값을 변경하는 단계, 요소 분사기의 위치에 대한 설계값을 변경하는 단계, 및 SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 실행할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 단계를 실행 한 후, S200 단계로 돌아가고, 최적의 설계라고 판단될 때까지 S200 단계 내지 S430 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.
도 9는 후처리 시스템의 설계를 재설계하는 단계의 구체적인 방법을 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, S510 단계는 믹서의 설계값 중 적어도 하나의 설계값을 변경할 수 있다. 이때, 믹서의 설계는 믹서의 유무, 믹서의 날개 개수, 및 믹서의 날개 각도를 포함할 수 있다.
S511 단계는 믹서 변경 후의 효율 지수가 제1 임계값 이상인지를 판단할 수 있다. 믹서 변경 후의 효율 지수가 제1 임계값 이상이라면 종료하고, 제1 임계값 이상이 아니라면 S520 단계로 넘어갈 수 있다.
S520 단계는 SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 확대관 각도를 30°로 변경할 수 있다.
S521 단계는 SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경한 후의 효율 지수가 제1 임계값 이상인지를 판단할 수 있다. SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경한 후의 효율 지수가 제1 임계값 이상이라면 종료하고, 제1 임계값 이상이 아니라면 S530 단계로 넘어갈 수 있다.
S530 단계는 요소 분사기의 위치에 대한 설계값을 변경할 수 있다. 예를 들어, 요소 분사기의 위치가 배기 유동 방향과 마주 보는 역방향으로 설정할 수 있다.
다만 이는 예시적인 것이며, S510 단계를 수행하고 도 8에 개시된 S200 단계로 돌아가 S430 단계까지 수행할 수 있다. 이때, S420 및 S430 단계에서 판단 결과가 NO일 경우 S520 단계를 수행할 수 있다.
S510 단계 내지 S530 단계는 도 3 내지 도 7에서 상술한 바와 같이, 믹서의 설계를 변경하였을 때, 효율 지수의 개선 폭이 가장 크게 나타나므로, 믹서의 설계값을 우선적으로 변경할 수 있다. 믹서의 설계값을 우선적으로 변경한 후에도 설계를 재설계 해야한다면, 효율 지수의 개선폭이 믹서의 설계값 변경 다음으로 큰 SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경할 수 있다. SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경한 후에도 설계를 재설계 해야한다면, 요소 분사기의 위치에 대한 설계값을 변경할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 믹서의 설계값과 SCR 확대관 각도에 대한 설계값을 같이 변경할 수도 있으며, 믹서의 설계값, SCR 확대관 각도에 대한 설계값, 요소 분사기의 위치에 대한 설계값을 모두 변경할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 효율적으로 설계를 변경할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치는 적어도 하나의 프로세서, 적어도 하나의 메모리를 포함할 수 있다.
메모리는 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 연결되어 상기 적어도 하나의 프로세서가 동작들을 수행하도록 하는 적어도 하나의 명령어들(instruction)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 동작들은 후처리 시스템의 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하고, 후처리 시스템의 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하고, 제2 유동 균일도, 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하고, 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하며, 설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 후처리 시스템을 재설계하도록 하는 것일 수 있다.
상술한 설명에서 제안 방식에 대한 일례들 또한 본 개시의 구현 방법들 중 하나로 포함될 수 있으므로, 일종의 제안 방식들로 간주될 수 있음은 명백한 사실이다. 또한, 상기 설명한 제안 방식들은 독립적으로 구현될 수 도 있지만, 일부 제안 방식들의 조합 (혹은 병합) 형태로 구현될 수 도 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 개시의 예들은 본 개시와 관련된 기술분야의 통상의 기술자가 본 개시를 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 개시의 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 본 개시의 예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다. 따라서, 본 개시는 여기에 기재된 예들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
10 : 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치
100 : 제1 측정부
200 : 제2 측정부
300 : 효율 지수 추출부
400 : 설계 판단부
500 : 설계 변경부
510 : 믹서 변경부
520 : 요소 분사기 위치 변경부
530 : SCR 확대관 각도 변경부

Claims (14)

  1. 디젤 엔진의 유해 배출물을 저감시키는 후처리 시스템의 설계 변경 전의 배압 및 유동 균일도인 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하는 제1 측정부;
    상기 후처리 시스템의 설계 변경 후의 배압 및 유동 균일도인 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하는 제2 측정부;
    상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하는 효율 지수 추출부;
    상기 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하는 설계 판단부; 및
    상기 설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 상기 후처리 시스템의 설계값을 변경하는 설계 변경부를 포함하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 설계 변경부는,
    믹서의 유무, 상기 믹서의 날개 개수, 및 상기 믹서의 날개 각도 중 적어도 하나의 설계값을 변경하는 믹서 변경부;
    요소 분사기(urea injection)의 위치에 대한 설계값을 변경하는 요소 분사기 위치 변경부; 및
    SCR 확대관의 각도에 대한 설계값을 변경하는 SCR 확대관 각도 변경부를 포함하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 믹서 변경부는,
    상기 믹서의 유무 및 상기 믹서의 날개 각도의 설계값을 변경하는 제1 믹서 변경부; 및
    상기 믹서의 날개 개수 및 상기 믹서의 날개 각도의 설계값을 변경하는 제2 믹서 변경부를 포함하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 효율 지수 추출부는,
    상기 제2 유동 균일도와 상기 제1 및 제2 배압의 변화에 따라 현재의 설계의 효율 지수를 추출하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 효율 지수는 상기 설계의 변경 전과 후에 따른 개선 여부를 판단하는 지표인, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 효율 지수 추출부는 수학식 1에 기초하여 상기 효율 지수를 추출하고,
    수학식 1은
    Figure 112021100685445-pat00017
    이고,
    Figure 112021100685445-pat00018
    는 상기 효율 지수이고,
    Figure 112021100685445-pat00019
    는 제2 유동 균일도이고, Po는 상기 제1 배압이며, Pf는 상기 제2 배압인, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 설계 변경부는,
    상기 효율 지수가 제1 임계값 이상이면 상기 설계를 유지하고,
    상기 효율 지수와 상기 제1 유동 균일도가 동일할 경우에는 상기 제2 유동 균일도의 상승 여부를 고려하여 설계를 판단하며,
    상기 효율 지수가 상기 제1 유동 균일도보다 낮으면 상기 설계의 변경 요소를 변경하여 재설계 하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  9. 디젤 엔진의 유해 배출물을 저감시키는 후처리 시스템의 설계 변경 전의 배압 및 유동 균일도인 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하는 단계;
    상기 후처리 시스템의 설계 변경 후의 배압 및 유동 균일도인 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하는 단계;
    상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하는 단계;
    상기 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하는 단계; 및
    설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 상기 후처리 시스템을 재설계하는 단계를 포함하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치의 동작 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하는 단계는 상기 제2 유동 균일도와 상기 제1 및 제2 배압의 변화에 따라 현재의 설계의 효율 지수를 추출하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 효율 지수를 추출하는 단계는 수학식 1에 기초하여 상기 효율 지수를 추출하고,
    수학식 1은
    Figure 112021100685445-pat00020
    이고,
    Figure 112021100685445-pat00021
    는 상기 효율 지수이고,
    Figure 112021100685445-pat00022
    는 제2 유동 균일도이고, Po는 상기 제1 배압이며, Pf는 상기 제2 배압인, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치의 동작 방법.
  13. 적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 연결되어 상기 적어도 하나의 프로세서가 동작들을 수행하도록 하는 적어도 하나의 명령어들(instruction)을 저장하는 적어도 하나의 메모리(memory)를 포함하고,
    상기 동작들은,
    디젤 엔진의 유해 배출물을 저감시키는 후처리 시스템의 설계 변경 전의 배압 및 유동 균일도인 제1 배압 및 제1 유동 균일도를 측정하고,
    상기 후처리 시스템의 설계 변경 후의 배압 및 유동 균일도인 제2 배압 및 제2 유동 균일도를 측정하고,
    상기 제2 유동 균일도, 상기 제1 및 제2 배압에 기초하여 효율 지수를 추출하고,
    상기 효율 지수에 기초하여 설계의 최적도를 판단하며,
    설계 판단부에서 판단된 최적도에 기초하여 상기 후처리 시스템의 설계값을 변경하는, 후처리 시스템의 설계 지표 평가 장치.
  14. 삭제
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