KR102550063B1 - 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 버너 공급 모듈, 환원제 도징 모듈, 및 통합 압축 공기 공급 장치를 포함한다. 버너 공급 모듈은 연료를 공급하는 연료 공급부와, 상기 연료 공급부를 지지하며 블럭 형태로 형성된 제1 지지 프레임을 포함한다. 환원제 도징 모듈은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제를 공급하는 환원제 공급부와, 상기 환원제 공급부를 지지하며 블럭 형태로 형성되고 상기 제1 지지 프레임과 분리 가능하게 결합되는 제2 지지 프레임을 포함한다. 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 버너 공급 모듈과 상기 환원제 도징 모듈에 압축 공기를 공급한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}
본 발명은 선택적 촉매 환원 반응을 이용하여 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다방면에서 필요한 압축 공기를 통합적으로 제어할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 디젤 엔진, 보일러, 소각기 등에서 발생된 배기가스를 정화하여 질소산화물을 저감시키기 위한 시스템이다.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 우레아(Urea)를 직접 분사하여 사용하거나 우레아를 가수분해시켜 생성된 암모니아(NH3)를 분사하여 사용하고 있다. 그리고 환원제는 환원제 공급 시스템을 통해 공급 및 분사된다.
한편, 선택적 촉매 환원 시스템에서는 다양한 용도로 압축 공기가 사용되고 있다.
예를 들어, 압축 공기는 버너에 분사되는 연료를 미립화시키기 위해 사용될 수 있으며, 환원제를 분사할 때 환원제를 미립화시키기 위해서도 사용될 수 있다. 또한, 압축 공기는 환원제의 분사를 중단한 후 잔존하는 환원제를 제거하거나 세정할 때 사용될 수도 있다.
그러나 종래에는 압축 공기 공급이 각각 필요한 분야별로 독립적으로 수행되었다. 이에, 선택적 촉매 환원 시스템의 전체적인 구성도 복잡해지고 선택적 촉매 환원 시스템이 차지하는 설치 면적도 커지게 된다.
또한, 종래의 선택적 환원 시스템에서는 버너, 환원제 공급 장치, 압축 공기 공급 장치 등이 각각 독립적으로 설치되어 효율적인 공간 활용이 더욱 어려웠다.
전술한 바와 같이, 선택적 환원 시스템의 전체적인 구성이 복잡해지고 효율적인 공간 활용이 어려워지면서 최초 설치 시의 어려움뿐만 아니라 유지 보수도 번거로워지는 문제점이 있다.
또한, 질소산화물의 저감을 위해서는 환원제와 압축 공기를 분사 노즐에 공급하여 분사 노즐을 통해 미립화된 환원제를 고온의 가스 내 공급하게 된다. 이때, 환원제로 우레아가 분사 노즐을 통해 분사될 경우, 분사된 우레아는 열분해 과정을 거쳐야 하므로 분사된 우레아가 배기가스와 혼합된 후 촉매에 다다르기 전에 열분해 또는 가수분해되기 위한 체류 시간이 요구된다.
또한, 환원제의 공급량은 엔진의 운전 조건에 따라 달라지게 된다. 즉, 엔진의 운전 조건에 따라 배기가스에 함유된 질소산화물의 양이 달라지고, 이를 저감시키기 위해 필요한 환원제의 양도 달라진다. 필요 이상으로 환원제를 공급할 경우, 환원제로 사용되는 암모니아가 배기가스와 함께 배출될 수 있다. 암모니아가 배기가스와 함께 배출되면 이는 새로운 오염물질이 될 수 있으므로, 환원제를 적정량 공급하는 것이 요구된다.
그런데 종래의 환원제 공급 시스템에서는 엔진의 운전 조건에 따라 환원제 공급량을 변동시키지만, 환원제를 분사하고 미립화시키는데 사용되는 압축 공기는 항상 일정한 압력으로 공급하였다.
이에, 환원제 공급량에 따라 환원제 분사 입자의 크기가 엔진의 운전 조건 별로 상이해지는 현상이 발생하는 문제점이 있다. 분사된 환원제의 입자가 커질수록 열분해 또는 가수분해를 위하여 보다 많은 체류 시간과 더 큰 열량이 요구될 수 밖에 없으며, 이는 열분해 또는 가수분해가 진행되는 증발기(evaporator)의 크기를 증가시키거나 환원제의 분사 위치로부터 촉매가 설치된 반응기까지의 거리를 증가시키기 되는 원인이 되고 있다.
이와 같은 증발기(evaporator)의 크기 증가와 환원제의 분사 위치로부터 촉매가 설치된 반응기까지의 거리를 증가는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템을 간소화시키는데 큰 제약이 되고 있다.
또한, 압축 공기를 항상 일정한 압력으로 공급하게 되면, 환원제 공급량이 낮은 엔진의 운전 조건에서는, 환원제의 압력과 압축 공기의 압력 간의 차이가 커지게 되고, 이에 따라 환원제가 일정하게 공급되지 않는 현상도 발생하는 문제점이 있다. 구체적으로, 환원제의 압력이 압축 공기의 압력보다 높아질 때에는 환원제가 분사되었다가 환원제의 압력 압축 공기의 압력보다 낮아지면 환원제가 분사가 되지 않는 불규칙 분사 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예는 전체적인 구성을 간소화시키고 유지 보수가 용이하도록 분야별로 모듈화를 구현한 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 버너 공급 모듈, 환원제 도징(dosing) 모듈, 및 통합 압축 공기 공급 장치를 포함한다. 버너 공급 모듈은 연료를 공급하는 연료 공급부와, 상기 연료 공급부를 지지하며 블럭 형태로 형성된 제1 지지 프레임을 포함한다. 환원제 도징 모듈은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제를 공급하는 환원제 공급부와, 상기 환원제 공급부를 지지하며 블럭 형태로 형성되고 상기 제1 지지 프레임과 분리 가능하게 결합되는 제2 지지 프레임을 포함한다. 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 버너 공급 모듈과 상기 환원제 도징 모듈에 압축 공기를 공급한다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 버너 공급 모듈의 상기 연료 공급부로부터 연료를 공급받는 버너를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 버너는 버너 본체와 연료 분사부를 포함할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 환원제 공급부가 공급한 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 환원제 공급부는 상기 환원제 분사부에 공급할 환원제의 유량을 측정하는 환원제 유량계와, 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량을 조절하는 환원제 유량 제어 밸브를 포함할 수 있다.
상기 버너 공급 모듈은 상기 통합 압축 공기 공급 장치로부터 압축 공기를 공급받아 상기 버너에 전달하며 상기 제1 지지 프레임에 의해 지지되는 압축 공기 버너 연결부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 환원제 도징 모듈은 상기 통합 압축 공기 공급 장치로부터 압축 공기를 공급받아 상기 환원제 공급부의 상기 환원제 공급 라인 및 상기 환원제 분사부에 전달하며 상기 제2 지지 프레임에 의해 지지되는 압축 공기 환원제 연결부를 더 포함하
상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 버너의 상기 연료 분사부가 분사할 연료를 미립화시키기 위해 필요한 압축 공기를 공급하고, 상기 환원제 분사부가 분사할 환원제를 미립화시키거나 상기 환원제 분사부와 상기 환원제 공급부를 세정하기 위해 필요한 압축 공기를 공급할 수 있다.
상기 버너 공급 모듈은 상기 버너에 연소용 공기를 공급하며 상기 제1 지지 프레임 내부에 지지되는 블로워를 더 포함할 수 있다.
상기 환원제 도징 모듈은 상기 환원제 공급부 및 상기 환원제 분사부에 세정수를 공급하며 상기 제2 지지 프레임 내부에 지지되는 세정수 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 연료 공급부가 공급할 연료를 저장하는 연료 탱크와, 상기 환원제 공급부가 공급할 환원제를 저장하는 환원제 탱크, 그리고 상기 세정수 공급부가 공급할 세정수를 저장하는 세정수 탱크를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 부하가 변동하는 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시킬 수 있다. 그리고 상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 환원제 도징 모듈을 거쳐 상기 환원제 분사부에 공급하는 압축 공기와 상기 버너 공급 모듈을 거쳐 상기 버너에 공급되는 압축 공기의 압력 또는 유량을 각각 조절할 수 있다.
상기 엔진의 부하가 최대 부하일 때를 기준으로 부하가 낮아질수록 상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 연료 분사부가 분사할 연료를 미립화시키기 위해 공급하는 압축 공기와 상기 환원제 분사부가 분사할 환원제를 미립화시키기 위해 공급하는 압축 공기의 압력 또는 유량을 각각 감소시킬 수 있다.
상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 엔진의 부하 별 요구되는 압축 공기의 압력 또는 유량이 기입력된 테이블 데이터에 따라 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 환원제 분사부 및 상기 연료 분사부에 각각 공급하는 압축 공기의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reduce valve, EPPRV)를 포함할 수 있다.
상기 엔진의 부하는 상기 엔진의 회전 속도, 상기 엔진에 장착된 과급기의 회전 속도, 또는 상기 엔진에 공급되는 소기 압력 중 하나를 통해 산출할 수 있다.
상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 제1 지지 프레임과 상기 제2 지지 프레임를 서로 결합시키는 결합 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 결합 부재는 상기 제1 지지 프레임 일부와 상기 제2 지지 프레임의 일부가 맞물린 상태에서 끼워지는 결합핀을 포함할 수 있다.
상기 결합 부재는 상기 제1 지지 프레임의 일 영역과 상기 제2 지지 프레임의 일 영역을 회동 가능하게 연결시키는 힌지(hinge)를 포함할 수 있다.
상기 결합 부재는 매미 고리를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 전체적인 구성을 간소화시키고 유지 보수가 용이하도록 분야별로 모듈화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 여러 분야에서 사용되는 압축 공기의 공급을 통합 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진의 부하 변동에 따라 필요한 만큼의 압축 공기를 적절하게 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 버너 공급 모듈과 환원제 도징 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 버너 공급 모듈과 환원제 도징 모듈이 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2의 버너 공급 모듈과 환원제 도징 모듈의 평면도이다.
도 5는 도 1의 버너 공급 모듈과 환원제 도징 모듈을 결합시키는 결합 부재의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 변형례에 따른 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 압축 공기 공급을 위한 맵핑 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템에서 버너 공급 모듈과 환원제 도징 모듈의 일 영역을 중심으로 회동된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 선택적 촉매 환원 시스템에 사용된 결합 부재들의 사시도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
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 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)을 설명한다.
예를 들어, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 부하가 변동하는 엔진(미도시)에서 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 환원 반응을 통해 저감시킬 수 있다. 여기서, 엔진은 선박에 사용되는 2행정 저속 또는 4행정 중속 디젤 엔진일 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 엔진은 차량 및 플랜트 등 다양한 분야에서 사용되는 것일 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 버너 공급 모듈(200), 환원제 도징(dosing) 모듈(300), 및 압축 공기 공급 장치(500)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 환원제 분사부(600), 버너(400), 결합 부재(701, 도 5에 도시), 연료 탱크(820), 환원제 탱크(830), 및 세정수 탱크(860)를 더 포함할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 질소산화물 저감을 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 엔진의 배기가스를 반응기로 이동시키는 배기 유로 등을 더 포함할 수 있다.
버너(400)는 연료를 연소시켜 유체를 승온시킨다. 구체적으로, 버너(400)는 엔진에서 배출되어 배기 유로를 따라 이동하는 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있다. 일례로, 버너(400)는 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner)일 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 버너(400)가 승온시키는 대상은 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 구조 및 종류에 따라 달라질 수 있다. 즉, 버너(400)는 반응기를 거치기 전의 배기가스를 승온시키거나 반응기를 거친 후의 배기가스를 승온시킬 수 있으며, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 내부로 유입되는 외부의 공기를 승온시킬 수도 있다.
구체적으로, 버너(400)는 버너 본체(410)와 연료 분사부(470)를 포함할 수 있다. 버너(400)의 연료 분사부(470)는 후술할 버너 공급 모듈(200)의 연료 공급부(220)로부터 연료를 공급받고, 압축 공기 버너 연결부(240)로부터 압축 공기를 공급받을 수 있다. 압축 공기 버너 연결부(240)는 후술할 통합 압축 공기 공급 장치(500)와 연결된다.
이와 같이, 연료 분사부(470)는 버너 공급 모듈(200)의 연료 공급부(220)가 공급한 연료를 버너 본체(210)의 내부에 분사할 때, 압축 공기 버너 연결부(240)를 통해 통합 압축 공기 공급 장치(500)로부터 압축 공기를 공급받아 연료 공급부(220)로부터 공급받은 연료를 미립화시키는데 사용할 수 있다.
버너 공급 모듈(200)은 연료 공급부(220)와, 제1 지지 프레임(205, 도 2에 도시)을 포함할 수 있다. 또한, 버너 공급 모듈(200)은 압축 공기 버너 연결부(240)와, 블로워(280)를 더 포함할 수 있다.
연료 공급부(220)는 버너(400)의 버너 본체(410) 내부에서 연소될 연료를 공급한다. 구체적으로, 연료 공급부(220)는 연료 탱크(820)에 저장된 연료를 버너(400)에 공급하며, 이를 위해 연료 공급 펌프, 연료 공급 밸브, 및 연료 여과 필터 등을 포함할 수 있다. 여기서, 연료 탱크(820)는 버너 공급 모듈(200) 외부에 별도로 마련될 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 연료 탱크(820)도 버너 공급 모듈(200) 내 포함될 수도 있다.
압축 공기 버너 연결부(240)는 통합 압축 공기 공급 장치(500)로부터 압축 공기를 공급받아 버너(400)에 전달한다.
구체적으로, 압축 공기 버너 연결부(240)는 통합 압축 공기 공급 장치(500)와 버너(400)를 연결하는 압축 공기 버너 연결 라인(241)과 압축 공기 버너 연결 라인(241)에 설치되어 압축 공기 버너 연결 라인(241)을 개폐하는 압축 공기 버너 연결 밸브(242)를 포함할 수 있다.
블로워(280)는 버너(400)에 연소용 공기를 공급할 수 있다. 일례로, 블로워(280)는 링블로워(ring blower)일 수 있다. 링블로워는 풍량은 낮으나 풍압이 높은 조건에 적합하다.
제1 지지 프레임(205)은 연료 공급부(220)와, 압축 공기 버너 연결부(240), 그리고 블로워(280)를 지지한다. 그리고 제1 지지 프레임(205)은 다양한 형상의 블럭 형태로 형성되며, 후술할 제2 지지 프레임(305)과 분리 가능하게 결합될 수 있다.
따라서, 버너 공급 모듈(200)은 설치 공간에 따라 다양한 모양으로 제작될 수 있을 뿐만 아니라 후술할 환원제 도징 모듈(300)과도 용이하게 결합 또는 분리될 수 있다.
환원제 도징(dosing) 모듈(300)은 환원제 공급부(310)와, 제2 지지 프레임(305)을 포함할 수 있다. 또한, 환원제 도징 모듈(300)은 세정수 공급부(360)와 압축 공기 환원제 연결부(380)를 더 포함할 수 있다.
환원제 공급부(310)는 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제를 후술할 환원제 분사부(600)에 공급한다. 이때, 환원제 공급부(310)는 환원제 탱크(830)에 저장된 환원제를 공급할 수 있다. 여기서, 환원제 탱크(830)는 환원제 도징 모듈(300)의 외부에 별도로 마련될 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 환원제 탱크(830)도 환원제 도징 모듈(300) 내 포함될 수 있다.
구체적으로, 환원제 공급부(310)는 환원제 탱크(830)에 저장된 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 펌프(320)와, 환원제 공급 라인(331), 환원제 분사 제어 밸브(347), 환원제 공급 압력 확인 부재(333), 환원제 압력 조절 밸브(332), 리턴 라인(336), 리턴 밸브(338), 환원제 공급 체크 밸브(329), 환원제 공급 수동 밸브(334), 환원제 공급 매니폴드(350), 환원제 드레인 라인(355), 환원제 드레인 밸브(357), 및 추가의 환원제 압력 조절 밸브(337)를 포함할 수 있다.
또한, 환원제 공급부(310)는 환원제 공급 펌프(320)의 설치를 위해 필요한 필터(328), 환원제 공급 펌프용 압력 게이지(326), 환원제 공급 펌프용 밸브(327) 등을 더 포함할 수 있다.
환원제 공급 라인(331)은 환원제 공급 펌프(320)가 공급하는 환원제를 후술할 환원제 분사부(600)에 전달한다.
환원제 공급 매니폴드(350)는 후술할 환원제 분사부(600)가 복수의 노즐을 사용하는 경우에 환원제를 균일한 유량으로 분배하기 위해 사용된다.
환원제 드레인 라인(355)은 환원제 공급 매니폴드(350)의 하부에 연결되어 필요시 환원제 공급 매니폴드(350)에 잔류하는 환원제, 세정수, 또는 이물질을 드레인 시킬 수 있다. 그리고 환원제 드레인 밸브(357)는 환원제 드레인 라인(355) 상에 설치되어 환원제 드레인 라인(355)을 개폐할 수 있다.
환원제 분사 제어 밸브(347)는 환원제 공급 라인(331)에 설치되어 환원제 분사부(600)의 환원제 분사 여부를 제어한다. 일례로, 환원제 분사 제어 밸브(347)는 환원제가 환원제 분사부(600)를 통해 분사되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
환원제 공급 압력 확인 부재(333)는 환원제 공급 라인(331)에 설치되어 환원제의 정상적인 공급 여부를 확인한다. 즉, 환원제 공급 압력 확인 부재(333)는 환원제의 압력을 정밀하게 검출해야 하는 것은 아니며, 환원제 공급부(310)의 정상적인 가동 여부를 확인할 수 있으면 충분하다. 예를 들어, 환원제 공급 압력 확인 부재(333)로는 압력 스위치 또는 압력 센서가 사용될 수 있다.
환원제 압력 조절 밸브(332)는 환원제 공급 라인(331)을 통해 공급되는 환원제의 압력을 조절한다. 그리고 환원제 압력 조절 밸브(332)의 설정을 위해 환원제 공급 라인(331)을 통해 공급되는 환원제의 압력을 검출하는 환원제 압력 게이지를 더 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 환원제 압력 게이지를 별도로 형성되지 않고 환원제 압력 조절 밸브(332)에 내장될 수 있다.
리턴 라인(336)은 환원제 공급 라인(331)에서 분기되어 환원제 공급 라인(331)을 따라 이동하는 환원제의 일부를 환원제 탱크(830)로 돌려 보낸다.
또한, 일례로, 추가의 환원제 압력 조절 밸브(337)가 리턴 라인(336) 상에 설치될 수도 있다. 이 경우, 추가의 환원제 압력 조절 밸브(337)가 리턴 라인(336)을 통해 회수되는 환원제의 유량을 제어함으로써, 환원제 공급 라인(331)을 통해 공급되는 환원제의 압력을 일정하게 유지 시킬 수 있다. 물론, 추가의 환원제 압력 조절 밸브(337)는 생략될 수도 있다.
환원제 공급 체크 밸브(329)는 환원제 공급 라인(331)에 하나 이상 설치되어 환원제의 역류를 방지한다.
환원제 수동 밸브(334)는 환원제 공급 라인(331)에 설치될 수 있으며, 사용자가 이를 조작하여 비상시 환원제 공급 라인(331)을 개폐하거나 안전 장치로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 환원제 공급부(310)는 환원제 분사부(600)에 공급할 환원제의 유량을 측정하는 환원제 유량계(343)와, 환원제 분사부(600)에 공급되는 환원제의 유량을 조절하는 환원제 유량 제어 밸브(342)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 환원제 유량계(343)와 환원제 유량 제어 밸브(342)는 환원제 분사부(600)가 분사하고자 목표하는 분사량으로 환원제를 분사할 수 있도록 환원제 공급부(310)가 환원제 분사부(600)에 공급할 환원제의 유량을 제어하기 위해 사용된다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는, 환원제 유량계(343)와 환원제 유량 제어 밸브(342)를 통해, 환원제 공급부(310)가 공급하고 환원제 분사부(600)가 분사할 환원제의 분사량을 정밀하게 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 반응에 필요한 환원제의 양을 정밀하게 제어하고 필요 이상의 환원제가 분사되는 것을 억제하여 암모니아 슬립(ammonia slip)의 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 환원제 유량계(343)와 환원제 유량 제어 밸브(342)는 환원제 공급 라인(331)과 후술할 세정수 공급부(360)의 세정수 공급 라인(361) 간의 연결 지점과 환원제 공급 매니폴드(350) 사이의 환원제 공급 라인(331)에 설치될 수 있다. 이 경우에, 후술할 세정수 공급부(360)가 세정수 공급 라인(361)을 통해 환원제 공급 라인(331)으로 세정수를 유입시켜 환원제 공급 라인(331) 및 환원제 분사부(600)에 대한 세정을 마친 이후, 환원제 유량계(343)와 환원제 유량 제어 밸브(342)가 설치된 환원제 공급 라인(331)의 일영역에는 세정수를 잔류시킬 수 있다. 따라서, 환원제 유량계(343)와 환원제 유량 제어 밸브(342)가 설치된 환원제 공급 라인(331)이 비는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 환원제의 공급 유량을 제어하기 위해 설치된 환원제 유량계(343)가 오작동을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
반면, 본 발명의 제1 실시예와 달리, 환원제 공급 라인(331) 및 환원제 분사부(600)에 대한 세정을 마친 이후, 환원제 유량계(343)가 설치된 환원제 공급 라인(331)이 비게 되면, 환원제 유량계(343)가 오작동을 일으켜 정확한 유량을 측정하기 어렵다.
세정수 공급부(360)는 환원제 공급 라인(331)과 후술할 환원제 분사부(600)에 세정수를 공급한다. 세정수 공급부(360)가 공급하는 세정수는 환원제 분사부(600)로의 환원제 공급이 중단된 후 환원제 공급 라인(331)이나 환원제 분사부(600)에 잔존하는 환원제를 제거하기 위해 사용된다. 이때, 세정수 공급부(360)는 세정수 탱크(860)에 저장된 세정수를 공급할 수 있다. 여기서, 세정수 탱크(860)는 환원제 도징 모듈(300)의 외부에 별도로 마련될 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 세정수 탱크(860)도 환원제 도징 모듈(500) 내 포함될 수 있다.
구체적으로, 세정수 공급부(360)는 세정수 공급 라인(361)과, 세정수 제어 밸브(365), 세정수 압력 확인 부재(363), 세정수 압력 조절 밸브(362), 세정수 체크 밸브(369), 및 세정수 수동 밸브(364)를 포함할 수 있다.
세정수 공급 라인(361)은 환원제 공급 라인(331)과 연결된다. 그리고 세정수 압력 확인 부재(363)는 세정수 공급 라인(361)에 설치되어 세정수의 정상적인 공급 여부를 확인한다. 일례로, 세정수 압력 확인 부재(363)로는 압력 스위치 또는 압력 센서가 사용될 수 있다.
세정수 제어 밸브(365)는 세정수 공급 라인(361)에 설치되어 세정수 공급부(360)가 공급하는 세정수의 공급 여부를 제어한다. 일례로, 세정수 제어 밸브(365)는 세정수가 세정수 공급 라인(361)을 통해 환원제 공급 라인(331)으로 공급되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
세정수 압력 조절 밸브(362)는 세정수 공급 라인(361)을 통해 공급되는 세정수의 압력을 조절한다. 그리고 세정수 압력 조절 밸브(362)의 설정을 위해 세정수 공급 라인(361)을 통해 공급되는 세정수의 압력을 검출하는 세정수 압력 게이지를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 세정수 압력 게이지는 별도로 형성되지 않고 세정수 압력 조절 밸브(362)에 내장될 수 있다.
세정수 수동 밸브(364)는 세정수 공급 라인(361)에 설치될 수 있으며, 사용자가 이를 조작하여 비상시 세정수 공급 라인(361)을 개폐하거나 안전 장치로 활용할 수 있다.
세정수 체크 밸브(369)는 세정수 공급 라인(361)에 하나 이상 설치되어 세정수의 역류를 방지한다.
압축 공기 환원제 연결부(380)는 후술할 통합 압축 공기 공급 장치(500)로부터 압축 공기를 공급받아 환원제 공급부(310)의 환원제 공급 라인(331) 및 환원제 분사부(600)에 전달한다.
압축 공기 환원제 연결부(380)가 전달하는 압축 공기는 압축 공기 분사부(600)에서 분사되는 환원제의 미립화에 사용되거나 환원제 공급 라인(331) 및 환원제 분사부(600)의 세정을 위해 사용될 수 있다.
구체적으로, 압축 공기 환원제 연결부(380)는 압축 공기 환원제 연결 라인(381), 압축 공기 제어 밸브(385), 퍼지 파인(386), 퍼지 제어 밸브(387), 공기 공급 압력 확인 부재(383), 공기 압력 조절 밸브(382), 압축 공기 공급 매니폴드(390), 압축 공기 드레인 라인(395), 압축 공기 드레인 밸브(397), 압축 공기 체크 밸브(389), 및 압축 공기 수동 밸브(384)를 포함할 수 있다.
압축 공기 환원제 연결 라인(381)은 후술할 통합 압축 공기 공급 장치(500)와 환원제 분사부(600)를 연결한다. 그리고 퍼지(purge) 라인(386)은 압축 공기 환원제 연결 라인(381)과 환원제 공급 라인(331)을 연결한다. 퍼지 라인(386)에 의해 통합 압축 공기 공급 장치(500)가 공급하는 압축 공기를 이용하여 환원제 공급 라인(331)과 환원제 분사부(600)에 잔존하는 환원제를 제거할 수 있게 된다.
본 발명의 제1 실시예에서, 퍼지 라인(386)과 환원제 공급 라인(331)의 연결 지점은 세정수 공급 라인(361)과 환원제 공급 라인(331)의 연결 지점과 환원제 분사부(600) 사이에 위치할 수 있다.
압축 공기 공급 매니폴드(390)는 후술할 환원제 분사부(600)가 복수의 노즐을 사용하는 경우에 압축 공기 환원제 연결 라인(381)을 통해 전달받은 압축 공기를 균일하게 분배하기 위해 사용된다.
공기 분사 제어 밸브(385)는 압축 공기 환원제 연결 라인(381)에 설치되어 환원제 분사부(600)의 압축 공기 분사 여부를 제어한다. 일례로, 공기 분사 제어 밸브(385)는 압축 공기가 압축 공기 환원제 연결 라인(381)을 통해 환원제 분사부(600)로 공급되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
퍼지 제어 밸브(387)는 퍼지 라인(386)에 설치되어 퍼지 라인(386)을 통해 이동하는 압축 공기의 흐름을 제어한다. 일례로, 퍼지 제어 밸브(387)는 압축 공기가 퍼지 라인(386)을 통해 환원제 공급 라인(386)으로 공급되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
공기 공급 압력 확인 부재(383)는 압축 공기 환원제 연결 라인(381)에 설치되어 압축 공기의 정상적인 공급 여부를 확인한다. 즉, 공기 공급 압력 확인 부재(383)는 압축 공기의 압력을 정밀하게 검출해야 하는 것은 아니며, 통합 압축 공기 공급 장치(500)의 정상적인 가동 여부를 확인할 수 있으면 충분하다. 일례로, 공기 공급 압력 확인 부재(383)로는 압력 스위치 또는 압력 센서가 사용될 수 있다.
공기 압력 조절 밸브(382)는 압축 공기 환원제 연결 라인(381)을 통해 공급되는 압축 공기의 압력을 조절한다. 즉, 공기 압력 조절 밸브(382)는 환원제 분사부(600)에 공급되는 압축 공기의 압력을 조절한다. 그리고 공기 압력 조절 밸브(382)의 설정을 위해 압축 공기 환원제 연결 라인(381)을 통해 공급되는 압축 공기의 압력을 검출하는 공기 압력 게이지를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 공기 압력 게이지는 별도로 형성되지 않고 공기 압력 조절 밸브(382)에 내장될 수도 있다.
압축 공기 드레인 라인(395)은 압축 공기 공급 매니폴드(390)의 하부에 연결되어 필요시 압축 공기 공급 매니폴드(950)에 잔류하는 이물질을 드레인 시킬 수 있다. 그리고 압축 공기 드레인 밸브(397)는 압축 공기 드레인 라인(395) 상에 설치되어 압축 공기 드레인 라인(395)을 개폐할 수 있다.
압축 공기 수동 밸브(384)는 압축 공기 환원제 연결 라인(381)에 설치될 수 있으며, 사용자가 이를 조작하여 비상시 압축 공기 환원제 연결 라인(381)을 개폐하거나 안전 장치로 활용할 수 있다.
압축 공기 체크 밸브(389)는 압축 공기 환원제 연결 라인(381) 및 퍼지 라인(386)에 하나 이상 설치되어 압축 공기의 역류를 방지한다.
제2 지지 프레임(305)은 환원제 공급부(310), 세정수 공급부(360), 및 압축 공기 환원제 연결부(380)를 지지한다. 그리고 제2 지지 프레임(305)은 다양한 형상의 블럭 형태로 형성되며, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 지지 프레임(205)과 맞물려 분리 가능하게 결합될 수 있다.
따라서 환원제 도징 모듈(300)은 설치 공간에 따라 다양한 모양으로 제작될 수 있을 뿐만 아니라 버너 공급 모듈(200)과도 용이하게 결합 또는 분리될 수 있다.
환원제 분사부(600)는, 앞서 도 1에 도시한 바와 같이, 환원제 공급부(310)가 공급한 환원제를 분사한다. 그리고 환원제 분사부(600)는 복수의 노즐을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 환원제 분사부(600)는 하나의 노즐을 사용할 수도 있다.
또한, 일례로, 환원제 분사부(600)는 배기 유로 상에 설치될 수 있다. 즉, 환원제 분사부(600)는 배기 유로를 따라 이동하는 배기가스에 환원제를 분사할 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 환원제를 분해하기 위한 별도의 분해 챔버 또는 증발기를 더 포함할 수 있다. 그리고 환원제 분사부(600)가 분해 챔버 또는 증발기에 설치되어 분해 챔버 또는 증발기 내부로 환원제를 분사할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는, 환원제 분사부(600)가 선택적 촉매 환원 반응을 위한 촉매가 설치된 반응기 내부에서 직접 환원제를 분사할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 환원제 공급부(310)가 공급하여 환원제 분사부(600)에서 분사되는 환원제로 우레아(urea, CO(NH2)2)가 사용될 수 있다. 환원제인 우레아(urea, CO(NH2)2)는 열분해 또는 가수분해되어 질소산화물(NOx)을 환원시킬 암모니아(NH3)를 생성한다. 구체적으로, 환원제 분사부(600)를 통해 분사된 우레아(urea, CO(NH2)2)가 분해되면, 암모니아(NH3)와 함께 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성된다. 그리고 이소시안산은 다시 분해되어 암모니아가 된다. 즉, 우레아가 분해되어 최종적으로 암모니아가 생성될 수 있다.
통합 압축 공기 공급 장치(500)는 버너 공급 모듈(200)의 압축 공기 버너 연결 라인(241)을 통해 버너(400)의 연료 분사부(470)에 압축 공기를 공급하고, 환원제 도징 모듈(300)의 압축 공기 환원제 연결 라인(381)을 통해 환원제 공급부(310)와 환원제 분사부(600)에 압축 공기를 공급한다.
구체적으로, 통합 압축 공기 공급 장치(500)는 버너(400)의 연료 분사부(470)가 분사할 연료를 미립화시키기 위해 필요한 압축 공기를 공급하고, 환원제 분사부(600)가 분사할 환원제를 미립화시키거나 환원제 공급부(310) 및 환원제 분사부(600)를 세정하기 위해 필요한 압축 공기를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서는, 통합 압축 공기 공급 장치(500)가 공급하는 압축 공기는 유속이 25m/s 이하가 되도록 압축 공기를 공급하는 배관의 직경과 형상을 설계할 수 있다.
결합 부재(701)는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 지지 프레임(205)과 제2 지지 프레임(305)를 서로 결합시킨다.
본 발명의 제1 실시예에서, 결합 부재(701)는 제1 지지 프레임(205)의 일부와 제2 지지 프레임(305)의 일부가 맞물린 상태에서 끼워지는 결합핀일 수 있다.
따라서, 버너 공급 모듈(200)과 환원제 도징 모듈(300)은 용이하게 서로 결합 또는 분리될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 각각 모듈화된 버너 공급 모듈(200)과 환원제 도징 모듈(300)에 공급하는 압축 공기를 통합 관리할 수 있다.
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 통합 압축 공기 공급 장치(500)는 엔진의 부하 변동에 따라 최종적으로 환원제 분사부(600) 및 연료 분사부(470)에 공급할 압축 공기의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로, 엔진의 부하가 최대 부하일 때를 기준으로 부하가 낮아질수록 통합 압축 공기 공급 장치(500)는 연료 분사부(470)가 분사할 연료를 미립화시키기 위해 공급하는 압축 공기와 환원제 분사부(600)가 분사할 환원제를 미립화시키기 위해 공급하는 압축 공기의 압력 또는 유량을 각각 감소시킬 수 있다.
엔진의 부하에 따라 배기가스의 온도가 달라지므로, 배기가스를 승온시키기 위한 버너(400)의 가동 정도도 엔진의 부하에 따라 달라질 수 있다. 즉, 버너(400)에 공급되는 연료의 양도 엔진의 부하에 따라 달라지게 된다.
따라서, 분사되는 연료를 미립화시키는데 사용되는 압축 공기를 항상 일정한 압력으로 공급할 경우 연료가 적절한 크기로 미립화되지 못하거나 연료가 불규칙하게 분사되는 현상이 발생될 수 있다. 구체적으로, 압축 공기의 압력에 적정한 연료 분사량을 초과하여 연료가 분사되면, 분사된 연료의 미립화가 충분히 되지 않을 수 있다. 반대로, 압축 공기의 압력보다 연료의 분사량이 현저히 낮아지면 압축 공기의 압력에 의해 연료가 순간적 혹은 간헐적으로 분사되지 않는 불규칙 분사 현상이 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 엔진의 부하 변동에 따라 연료 분사부(470)에 공급할 압축 공기의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다. 따라서, 연료 공급량에 따라 적절하게 압축 공기를 공급할 수 있다.
또한, 엔진의 부하에 따라 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도도 달라진다. 따라서 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 반응에 요구되는 환원제의 양도 엔진의 부하에 따라 달라지게 된다. 즉, 엔진의 부하가 낮아지면 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도도 낮아지므로, 본 발명의 제1 실시예에서는 엔진의 부하가 최대 부하일 때를 기준으로 부하가 낮아질수록 통합 압축 공기 공급 장치(500)가 환원제 분사부(600)에 공급하는 압축 공기의 압력 또는 유량도 감소시킨다.
구체적으로, 환원제 공급부(310)는 전술한 환원제 유량계(343)와 환원제 유량 제어 밸브(342)를 통해 정밀하게 제어하여 엔진의 부하 변동에 따라 필요한 만큼의 환원제를 환원제 분사부(600)를 통해 분사시킬 수 있다. 이에, 필요 이상의 환원제가 분사됨으로써, 암모니아 슬립(ammonia slip)의 발생하는 것을 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 엔진의 운전 조건에 따라 환원제 공급량이 변동하면, 환원제를 분사하고 미립화시키는데 사용되는 압축 공기의 압력도 환원제 공급량의 변동에 연동하여 조절할 수 있다.
따라서, 환원제 공급량에 따라 환원제 분사 입자의 크기가 엔진의 운전 조건 별로 상이해지는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 환원제의 압력이 압축 공기의 압력보다 높아질 때에는 환원제가 분사되었다가 환원제의 압력이 압축 공기의 압력보다 낮아지면 환원제가 분사가 되지 않는 불규칙 분사 현상이 일어나는 것을 방지하고, 환원제 분사부(600)가 환원제를 규칙적으로 일정하게 분사할 수 있게 된다.
다시 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에서는, 엔진의 부하가 증가하여 환원제 공급량이 증가하면 이에 비례하여 압축 공기의 공급 압력도 증가시키고, 엔진의 부하가 감소하여 환원제 공급량이 감소하면 이에 비례하여 압축 공기의 공급 압력도 감소시킬 수 있다.
이를 위하여, 공기 압력 조절 밸브(382)는 전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reduce valve, EPPRV)일 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 엔진의 부하는 엔진의 회전 속도, 엔진에 장착된 과급기의 회전 속도, 또는 엔진에 공급되는 소기 압력 중 하나를 통해 산출할 수 있다.
이는 엔진의 회전 속도나 소기 압력, 그리고 과급기의 회전 속도는 엔진의 부하에 비례하여 증감하기 때문이다. 따라서, 엔진의 회전 속도, 엔진에 장착된 과급기의 회전 속도, 또는 엔진에 공급되는 소기 압력 이외에도 엔진의 부하 변동에 연동하여 증감하는 다른 인자가 있다면 이를 근거로 엔진의 부하를 산출할 수도 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)에서 환원제 도징 모듈(300)의 동작 원리를 구체적으로 설명한다.
선택적 촉매 환원 시스템(101)의 가동이 시작되면 환원제 도징 모듈(300)은 통합 압축 공기 공급 장치(500)로부터 압축 공기를 공급받는다.
이때, 공기 공급 압력 확인 부재(383)를 통해 압축 공기의 압력을 검출한다. 이때, 압축 공기의 압력이 검출되지 않으면, 통합 압축 공기 공급 장치(500)를 점검한 후 통합 압축 공기 공급 장치(500)를 재가동할 수 있다. 그리고 압축 공기의 압력이 검출되면, 환원제 공급부(310)를 가동시킨다.
환원제 공급부(310)가 가동되면, 환원제 공급 압력 확인 부재(333)를 통해 환원제 공급 압력을 검출한다. 이때, 환원제 공급 압력이 검출되지 않으면, 환원제 공급부(310)를 점검한 후 환원제 공급부(310)를 재가동할 수 있다. 그리고 환원제 공급 압력이 검출되면 환원제 분사부(600)를 통한 환원제 분사를 시작한다. 이때, 환원제 분사 제어 밸브(347)를 개방함으로써 환원제 분사를 시작할 수 있다.
환원제의 분사가 시작된 후 엔진의 부하가 변동하면, 환원제 공급부(310)는 엔진의 부하 변동에 따라 환원제의 공급량을 조절한다. 그리고 엔진의 부하 변동에 따라 공기 압력 조절 밸브(382)를 조절하여 엔진의 부하에 비례하여 환원제 분사부(600)에 공급되는 압축 공기의 압력을 조절한다. 엔진의 부하와 환원제의 공급량은 비례 관계에 있으므로, 결국 압축 공기의 압력을 환원제 공급량의 변동에 연동하여 조절할 수 있게 된다.
이와 같이, 통합 압축 공기 공급 장치(500)가 환원제 도징 모듈(300)을 거쳐 환원제 분사부(600)에 공급하는 압축 공기의 압력이 엔진의 부하 변동에 따라 조절된다.
이후, 환원제의 분사를 종료하거나 환원제 분사부(600)의 막힘이 감지되면, 환원제 분사를 정지시킨다. 그리고 퍼지(purge)를 수행하여 환원제 공급 라인(331) 및 환원제 분사부(600)에 잔존하는 환원제 또는 이물질을 제거하거나 환원제 분사부(600)의 막힘 현상을 해결한 후 다시 환원제 분사를 시작할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 전체적인 구성을 간소화시키고 유지 보수가 용이하도록 분야별로 모듈화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 여러 분야에서 다양한 용도로 사용되는 압축 공기의 공급을 통합 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 엔진의 부하 변동에 따라 필요한 만큼의 압축 공기를 적절하게 공급할 수 있다.
따라서, 버너(400)의 연료 분사부(470)에서 분사되는 연료가 효과적으로 미립화될 수 있으며, 환원제 분사부(600)에서 분사되는 환원제도 효과적으로 미립화될 수 있다.
또한, 압축 공기의 압력이 환원제의 공급량 변동에 따라 조절되므로, 환원제의 분사량이 많아지면 압축 공기의 압력도 증가하여 환원제 분사부(600)에서 분사되는 환원제의 분사 입자 크기를 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 환원제 분사부(600)에서 유효하게 분사되는 환원제 분사 유량의 하한과 상한의 폭을 넓힐 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예의 변형례를 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 변형례에 따르면, 엔진의 부하 변동에 따른 압축 공기의 압력을 맵핑(mapping)하여 통합 압축 공기 공급 장치(500)가 공급하는 압축 공기의 압력을 단계적으로 제어할 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예의 변형례가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 엔진의 부하 변동에 비례하여 통합 압축 공기 공급 장치(500)가 공급하는 압축 공기의 압력을 선형적으로 제어할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 변형례에 따르면, 통합 압축 공기 공급 장치(500)는 엔진의 부하 별 요구되는 압축 공기의 압력 또는 유량이 기입력된 테이블 데이터 또는 그래프에 따라 엔진의 부하 변동에 따라 환원제 도징 모듈(300)를 거쳐 환원제 분사부(600)에 공급하는 압축 공기와 버너 공급 모듈(200)을 거쳐 버너(400)에 공급하는 압축 공기의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)에서 버너 공급 모듈(200)의 제1 지지 프레임(205)과 환원제 도징 모듈(300)의 제2 지지 프레임(305)은 일영역이 회동 가능하게 결합된다.
그리고 결합 부재(702)는 제1 지지 프레임(205)의 일 영역과 제2 지지 프레임(305)의 일영역을 회동 가능하게 연결시키는 힌지(hinge)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 지지 프레임(205)의 타영역과 제2 지지 프레임(305)의 타영역은 다른 결합 부재(703)를 통해 분리 가능하게 결합될 수 있다. 이때, 다른 결합 부재(703)는 매미 고리를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)은 제1 지지 프레임(205)과 제2 지지 프레임(305)의 일부를 용이하게 결합 또는 분리시킬 수 있다. 이에, 선택적 촉매 환원 시스템(102)을 효과적으로 유지 보수할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 제1 실시예 및 제2 실시예를 조합하여 다양하게 변형 실시될 수 있다. 예를 들어, 결합 부재(701, 702, 703)로 결합핀과 힌지를 조합하여 사용하거나, 매미 고리만 사용할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101, 102: 선택적 촉매 환원 시스템
200: 버너 공급 모듈
220: 연료 공급부
240: 압축 공기 버너 연결부
241: 압축 공기 버너 연결 라인
242: 압축 공기 버너 연결 밸브
280: 블로워
300: 환원제 도징 모듈
310: 환원제 공급부
320: 환원제 공급 펌프
326: 환원제 공급 펌프용 압력 게이지
327: 환원제 공급 펌프용 밸브
328: 필터
329: 환원제 공급 체크 밸브
331: 환원제 공급 라인
332: 환원제 압력 조절 밸브
333: 환원제 공급 압력 확인 부재
334: 환원제 공급 수동 밸브
336: 리턴 라인
337: 추가의 환원제 압력 조절 밸브
338: 리턴 밸브
342: 환원제 유량 제어 밸브
343: 환원제 유량계
347: 환원제 분사 제어 밸브
350: 환원제 공급 매니폴드
355: 환원제 드레인 라인
357: 환원제 드레인 밸브
360: 세정수 공급부
361: 세정수 공급 라인
362: 세정수 압력 조절 밸브
363: 세정수 압력 확인 부재
364: 및 세정수 수동 밸브
365: 세정수 제어 밸브
369: 세정수 체크 밸브
380: 압축 공기 환원제 연결부
381: 압축 공기 환원제 연결 라인
382: 공기 압력 조절 밸브
383: 공기 공급 압력 확인 부재
384: 압축 공기 수동 밸브
385: 압축 공기 제어 밸브
386: 퍼지 파인
387: 퍼지 제어 밸브
389: 압축 공기 체크 밸브
390: 압축 공기 공급 매니폴드
395: 압축 공기 드레인 라인
397: 압축 공기 드레인 밸브
400: 버너
410: 버너 본체
470: 연료 분사부
500: 통합 압축 공기 공급 장치
600: 환원제 분사부
701, 702, 703: 결합 부재
820: 연료 탱크
830: 환원제 탱크
860: 세정수 탱크

Claims (18)

  1. 연료를 공급하는 연료 공급부와, 상기 연료 공급부를 지지하며 블럭 형태로 형성된 제1 지지 프레임을 포함하는 버너 공급 모듈;
    질소산화물을 저감시키기 위한 환원제를 공급하는 환원제 공급부와, 상기 환원제 공급부를 지지하며 블럭 형태로 형성되고 상기 제1 지지 프레임과 분리 가능하게 결합되는 제2 지지 프레임을 포함하는 환원제 도징(dosing) 모듈; 및
    상기 버너 공급 모듈의 상기 연료 공급부와 상기 환원제 도징 모듈의 상기 환원제 공급부에 압축 공기를 공급하는 통합 압축 공기 공급 장치
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버너 공급 모듈의 상기 연료 공급부로부터 연료를 공급받는 버너를 더 포함하며,
    상기 버너는 버너 본체와 연료 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환원제 공급부가 공급한 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 환원제 공급부는 상기 환원제 분사부에 공급할 환원제의 유량을 측정하는 환원제 유량계와, 상기 환원제 분사부에 공급되는 환원제의 유량을 조절하는 환원제 유량 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 버너 공급 모듈은 상기 통합 압축 공기 공급 장치로부터 압축 공기를 공급받아 상기 버너에 전달하며 상기 제1 지지 프레임에 의해 지지되는 압축 공기 버너 연결부를 더 포함하고,
    상기 환원제 도징 모듈은 상기 통합 압축 공기 공급 장치로부터 압축 공기를 공급받아 상기 환원제 공급부의 상기 환원제 공급 라인 및 상기 환원제 분사부에 전달하며 상기 제2 지지 프레임에 의해 지지되는 압축 공기 환원제 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 버너의 상기 연료 분사부가 분사할 연료를 미립화시키기 위해 필요한 압축 공기를 공급하고, 상기 환원제 분사부가 분사할 환원제를 미립화시키거나 상기 환원제 분사부와 상기 환원제 공급부를 세정하기 위해 필요한 압축 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 버너 공급 모듈은 상기 버너에 연소용 공기를 공급하며 상기 제1 지지 프레임 내부에 지지되는 블로워를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 환원제 도징 모듈은 상기 환원제 공급부 및 상기 환원제 분사부에 세정수를 공급하며 상기 제2 지지 프레임 내부에 지지되는 세정수 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연료 공급부가 공급할 연료를 저장하는 연료 탱크와;
    상기 환원제 공급부가 공급할 환원제를 저장하는 환원제 탱크; 그리고
    상기 세정수 공급부가 공급할 세정수를 저장하는 세정수 탱크
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 부하가 변동하는 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키며,
    상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 환원제 도징 모듈을 거쳐 상기 환원제 분사부에 공급하는 압축 공기와 상기 버너 공급 모듈을 거쳐 상기 버너에 공급되는 압축 공기의 압력 또는 유량을 각각 조절하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 엔진의 부하가 최대 부하일 때를 기준으로 부하가 낮아질수록 상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 연료 분사부가 분사할 연료를 미립화시키기 위해 공급하는 압축 공기와 상기 환원제 분사부가 분사할 환원제를 미립화시키기 위해 공급하는 압축 공기의 압력 또는 유량을 각각 감소시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 통합 압축 공기 공급 장치는 상기 엔진의 부하 별 요구되는 압축 공기의 압력 또는 유량이 기입력된 테이블 데이터에 따라 상기 엔진의 부하 변동에 따라 상기 환원제 분사부 및 상기 연료 분사부에 각각 공급하는 압축 공기의 압력 또는 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    전자 비례 감압 밸브(electronic proportional pressure reduce valve, EPPRV)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 엔진의 부하는 상기 엔진의 회전 속도, 상기 엔진에 장착된 과급기의 회전 속도, 또는 상기 엔진에 공급되는 소기 압력 중 하나를 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 지지 프레임과 상기 제2 지지 프레임를 서로 결합시키는 결합 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 결합 부재는 상기 제1 지지 프레임 일부와 상기 제2 지지 프레임의 일부가 맞물린 상태에서 끼워지는 결합핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 결합 부재는 상기 제1 지지 프레임의 일 영역과 상기 제2 지지 프레임의 일 영역을 회동 가능하게 연결시키는 힌지(hinge)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 결합 부재는 매미 고리를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
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