KR20010090826A - 열이 회수되는 희박 연소 환경 내에서 유체스트림으로부터 오염인자를 제거하기 위한 일체형 장치 - Google Patents

열이 회수되는 희박 연소 환경 내에서 유체스트림으로부터 오염인자를 제거하기 위한 일체형 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20010090826A
KR20010090826A KR1020017005706A KR20017005706A KR20010090826A KR 20010090826 A KR20010090826 A KR 20010090826A KR 1020017005706 A KR1020017005706 A KR 1020017005706A KR 20017005706 A KR20017005706 A KR 20017005706A KR 20010090826 A KR20010090826 A KR 20010090826A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid stream
hydrocarbons
temperature
preheated
engine
Prior art date
Application number
KR1020017005706A
Other languages
English (en)
Inventor
도리아 엘. 페이지
브래드리 엘. 에드가
로버트 제이. 맥도날드
Original Assignee
추후보충
세릭스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 추후보충, 세릭스 인코포레이티드 filed Critical 추후보충
Publication of KR20010090826A publication Critical patent/KR20010090826A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/9454—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9495—Controlling the catalytic process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0224—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being granular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0226—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being fibrous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0228—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being made of foamed rubber or plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F01N3/0253—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust adding fuel to exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2825—Ceramics
    • F01N3/2828—Ceramic multi-channel monoliths, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2882—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices
    • F01N3/2889—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices with heat exchangers in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/36—Arrangements for supply of additional fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00—Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/02—Combinations of different methods of purification filtering and catalytic conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00—Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/10—Combinations of different methods of purification cooling and filtering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/10—Fibrous material, e.g. mineral or metallic wool
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/14—Sintered material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/22—Selection of materials for exhaust purification used in non-catalytic purification apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/04—Sulfur or sulfur oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/10—Carbon or carbon oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12—Hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Abstract

유체 스트림 특히, 디이젤 엔진 등의 희박 연소 엔진으로부터 배기가스를 처리하기 위해 탄화수소, 일산화탄소, 미립자 물질, 및 질소 산화물을 제거하기 위해 선택된 다수의 촉매를 이용하는 장치 및 방법이 개시되어 있다. 상기 장치 및 방법은 작동이 강화되는 온도 영역 내에 촉매를 위치시킴으로써 촉매화된 반응을 유지하기 위해 입구 및 출구 배기 스트림 사이에 열 교환을 제공하며, 또한 스트림 내의 미립자 물질을 포획하기 위해 이용된 필터의 재생을 고려한다.

Description

열이 회수되는 희박 연소 환경 내에서 유체 스트림으로부터 오염인자를 제거하기 위한 일체형 장치 {INTEGRATED APPARATUS FOR REMOVING POLLUTANTS FROM A FLUID STREAM IN A LEAN-BURN ENVIRONMENT WITH HEAT RECOVERY}
배기 가스 성분
디이젤 엔진 등의 희박 연소 엔진은 질소 산화물(NOx), 가스상 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 및 이산화황(SO2)를 포함하는 다양한 가스를 방출하고, 미립자 물질(PM)로 불리는 결합된 고상 및 액상 물질을 방출한다. 이러한 미립자 물질은 건식 탄소(즉, 검댕), 비유기성 산화물(주로, 황산염) 및 (응축된 탄화수소 등의) 액체로 구성된다. 디이젤 연료 내에 존재하는 황의 산화에 의해 연소 중에 형성된 황산염은 배기 가스 내에서 수분과 반응하여 황산(H2SO4)를 형성한다. 이러한 액체는 용해성 유기 분류(SOF)로 불려지는 윤활유 및 미연소 연료의조합이다.
처리 필요성
디이젤 배기가스는 가솔린 엔진에서의 배기가스보다 복잡하며, 이들의 촉매 처리 또한 보다 복잡하다. 엔진 배기 가스를 감소시키는 위한 정부의 노력은 지구 온난화, 인간의 건강에 미치는 영향, 및 희박 연소 엔진에서 관심이 재개된 고 연료 비용등에 관심이 집중됨에 따라 보다 강화되고 있다. 특히, 희박 연소 엔진에서 미립자 물질 및 질소 산화물의 감소에 초점이 맞춰진다. 두개의 오염인자중의 하나를 감소시키기 위한 목적에 따른 대부분의 접근 방법은 다른 하나의 증가를 초래하였다. 미립자 물질/질소 산화물 협정으로 공지된 특성은 디이젤 엔진 산업 분야에서 문제를 초래하였다. 따라서, 이러한 엔진은 보다 엄격한 배기가스 기준치를 충족시키기 위해 배기 가스 후처리를 계속해서 필요로 한다.
현재의 처리법
미립자 물질의 HC, CO, 및 용해성 유기 분류를 감소시키기 위해 이용되는 현재의 산화 촉매는 코디어라이트(cordierite-) 또는 다른 세라믹 계 기판의 채널 벽 위에 워시코트(washcoat) 증착된다. 이러한 촉매등은 통상적으로 백금 또는 팔라듐계이며, 희토 등의 조촉매 산화물로 알루미나, 지르코니아, 및 바나듐에 의해 지지될 수 있다. 현재의 촉매 기술은 CO, HC 뿐만 아니라 미립자 물질의 용해성 유기 분류를 감소시킬 수 있으나, 질소 산화물은 감소시킬 수 없다. 종래의 자동차 3차원 촉매는 희박 연소 환경에서 존재하는 바와 같이 과잉 공기에서 질소 산화물을 감소시킬 수 없다. HC, CO, PM, 및 질소 산화물의 동시 환원을 달성하기 위해서는 시스템 해결책이 유일한 방법이다.
희박 연소 환경에서 촉매에서 HC 및 CO의 산화는 배기 가스 및 촉매가 소위 "라이트-오프(light-off)" 온도 이상에서 제공된다면, 까다롭지 않았다. 산화 촉매는 일반적으로 촉매 기판에 인가된 워쉬코트 상에서 포화된 백금 또는 팔라듐으로 구성된다. NOx 환원시에, NOx 를 N2및 O2로 분해시키는 촉매는 촉매가 이상적인 용액을 제공한다. 그러나, 이러한 촉매는 현상이 어려운 것으로 나타났다. 선택적으로, HC의 존재하에 질소산화물의 감소를 증진시키기 위해 다수의 촉매 공식화가 도시되어져 있다. 이러한 공식화를 이용하여, HC 환원 인자는 엔진 실린더를 방치한 미연소 연료, 또는 실린더로의 후 연소 분사, 배기 매니폴드, 또는 임의의 배기 후처리 장치상류의 배기 덕트로부터 발생된다.
산화 촉매가 미립자 물질의 SOF 성분을 산화시키는데 효과적이기는 하나, 고형질 탄소를 산화시키는 데에는 효과적이지 못하다. 대안의 접근 방법은 필터, 또는 트랩, 디이젤 미립자 필터(DPF)를 구비한 미립자 물질이다. 그러나, 디이젤 미립자 필터는 널리 사용되지 못하는데, 이는 필터 상에서 수집된 미립자 물질을 조성하여, 높은 배면압을 초래하여 전력 및 연료 경제성을 저하시키기 때문이다. 더욱이, 차단된 필터로부터 과다한 배면 압력은 엔진을 손상시킬 수 있다. 미립자 물질을 연소시키거나 디이젤 미립자 필터를 재생시키기 위해 다수의 접근 방법이 제안되어졌다. 이는 버너, 촉매 연료 첨가제, 및 촉매화된 디이젤 미립자 필터의 이용을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다.
일체식의 편리하고, 디이젤 미립자 필터와 함께 질소산화물 환원 기능을 구체화한 희박 연소 환경에서 모든 주요 오염 인자 형태의 감소를 위해 효과적인 장치, 및 디이젤 미립자 필터를 재생시키기 위한 수단이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시키며 보다 관련된 잇점을 제공한다.
본 발명은 희박 연소 엔진(lean-burn engines)의 배기 스트림을 처리하기 위한 장치에 관한 것이며, 보다 상세히 설명하면 탄화수소, 미립자 물질, 및 일산화탄소를 촉매 산화시키고 질소 산화물을 촉매 환원시키기 위한 종류의 장치에 관한 것이다.
도1은 소용돌이 형상의 입구 및 출구 통로를 통과하는 유동의 방향을 표시하는 화살표가 도시되어 있고, 희박-NOx 촉매, 디젤 미립자 필터 및 상기 통로들 사이의 경계면에 위치된 디젤 산화 촉매를 구비한 본 발명에 따른 희박 연소용 장치의 실시예의 단부도이다. 또한, 상기 실시예는 탄화수소 부가물용 연료 주입기와 최적 작동 수행에서 사용되는 엔진 속도, 압력 및 온도 센서를 포함한다.
도2는 도1의 장치 내에서 각각의 부품의 상대적 위치와 상기 장치를 통과하는 유체 스트림 유동을 도시한 유동 다이아그램이다.
도3은 열 회수용 열 교환기가 결핍된 장치와 66%의 효율의 열 교환기를 구비한 장치들에서의 촉매 디젤 미립자 필터 및/또는 디젤 산화 촉매의 온도 상승을 도시한 그래프이다.
도4는 NOx 및 미립자 물질의 산화 및 탄소 일산화물의 감소로부터 유입된 열을 포함하는 것으로, 도1의 장치를 통해 온도 상승을 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 희박 연소 환경에서 효과적이고 편리한 산화 및 오염 물질의 감소를 위한 일체형 장치에 관한 것이다. 이들 환경은 디젤 내연, 이중 연료(디젤 및 천연 가스), 전용 점화 희박 연소 및 균등 압축 점화와 같은 다양한 유형의 엔진을 포함한다. 상기 장치는 희박 연소 엔진의 배기관 내의 과급 장치의 하류에 위치된다. 장치는 하나의 일체화된 시스템 내에 미립자 물질(PM), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 질소 산화물(NOx)를 처리하고, 내부 촉매 온도를 높이기 위해 들어오는 배기 유동의 사전 가열을 위하여 이들 반응으로부터 열을 회수한다.
장치는 촉매화된 디젤 미립자 필터(DPF)를 사용하고, 또한 새로운 열 교환기 설계로 함께 일체화된 희박 산화질소 촉매제(LNC) 및/또는 디젤 산화 촉매제(DOC)를 포함할 수 있다. 열 교환기는 나선형 구조인 것이 바람직하나, 쉘 및 튜브, 판 및 프레임, 회전 베드, 또는 유동 스위칭과 같은 다른 알려진 구조일 수도 있다.
DPF는 HC, CO 및 PM의 촉매 처리을 제공한다. DPF는 유동으로부터 PM을 초착하고, 필터 상의 포착된 PM으로부터 압력 강하가 과도하게 되는 것을 방지하도록 재생된다. DPF는 코디어라이트, 실리콘 카바이드, 멀라이트 또는 다수의 다른 고온 다공성 세라믹 기판과 같은 세라믹 재료로 만들어진 벽부 유동 미립자 필터인 것이 바람직하다. 벽부 유동 필터 형상에 다른 구조는 작은 구멍 세라믹 폼, 소결 금속 그물 및 세라믹 섬유 실을 포함한다. 이들 모두는 필터 기능을 제공하기에 충분히 작은 구멍 크기를 구비한 넓은 필터 영역을 제공한다.
또한 DPF 재료는 재생을 위하여 필요 온도를 낮추도록 코팅되거나 촉매 재료로 충만될 수 있다. 촉매 재료는 백금 또는 파라디움과 같은 비싼 금속, 또는 세라믹 산화물(예를 들면, Mn-O)과 같은 저렴한 금속 혼합물을 포함한다.
또한, 장치는 질소의 산화를 줄이기 위하여 열 교환기의 적절한 온도 범위 내에 LNC를 채용할 수 있다. LNC는 NOx를 HC와 반응시키고, 입구 유동 내에 제공되거나, 대안으로는 아래에서 설명되는 바와 같이 연료 분사기에 의해 제공된다. LNC는 DPF의 상류 표면 상에 배치될 수 있다. LNC는 단일 구조를 가지는 것이 바람직하나, 또한 세라믹 또는 금속 폼을 포함할 수 있다. 적절한 활성 금속은 백금, 철, 주석 또는 구리를 포함한다. 워시코트는 알루미나 또는 제오라이트 계 중의 하나일 수 있다. 또한, 고표면영역 알루미나는 귀금속(precious metals) 또는 비금속(base metals)이 부가된 LNC로서의 역할을 알 수 있다.
또한, 장치는 유동 구조의 산화를 위하여 열 교환기의 적절한 온도 범위 내에서 DOC를 채용할 수 있다. DOC는 백금, 파라디움 또는 금과 같은 귀금속을 사용할 수 있고, 이들은 알루미나 또는 제오라이트 워시코트 상에 충만될 수 있다.
또한, 장치는 HC를 입구 통로의 유동 내로 분사하도록 연료 분사기를 채용할 수 있다. LNC, DOC 또는 촉진된 DPF에 걸쳐 반응될 때, 이 분사된 HC는 재생을 위하여 PM의 산화율을 개선하도록 DPF에서의 온도를 상승시킬 수 있다. 장치는 압력, 온도 및 엔진 속도 센서도 채용하고, 또한, HC 분사율을 적정한 수준으로 조절하기 위한 제어기를 채용한다. 대안으로, 전기 저항 히터가, 필요하다면, 입구 통로 내의 유체 유동을 가열하는데 사용될 수도 있다. 또한, HC 분사는 만약 촉매제가 라이트 오프 온도 이하인 경우에 촉매의 화염 기저 가열을 허용하는 버너 시스템으로 포함될 수 있다.
장치는 근대의 엔진이 연료 분사 설비의 상당한 변화없이, 개선된 배기 가스 순환을 이용하지 않고 견고한 엔진에 대한 까다로운 기준을 달성할 수 있다. 장치의 소형 크기 및 우수한 소음 감퇴 설비는 엔진의 현존하는 머플러 또는 소음기를 대체할 수 있을 것이다.
본 발명의 또 다른 특성 및 잇점은 본 발명의 예를 도시한 포함된 도면 및 개략도와 함께, 본 발명의 첨부된 상세 설명으로부터 명백해질 것이다.
도면, 특히 도1에는 일체형 시스템 내에 탄화수소(HC), 미립자 물질(PM), 탄소 일산화물(CO) 및 질소 산화물(NOx)의 희박-연소 엔진으로부터 배기 가스 등의 유체 스트림을 처리하기 위한 장치(10)가 도시되어 있다. 상기 장치는 엔진의 배기 덕트 내의 배기 터빈 과급 장치의 또는 다른 배출 공급원의 하류에 위치될 수 있다.
상기 장치의 외부면에는 열 교환기 쉘(12)을 형성한다. 상기 쉘 내에는 유입 유체 흐름과 배출 유체 흐름 사이의 열 교환을 위해 입구 통로(18) 및 출구 통로(20)를 형성하는 두 개의 교환기 벽(14, 16)이 있다. 상기 교환기 벽은 그들의 면을 통과하여 열이 전달되는 것을 허용하고 과도하게 침식도지 않으면서 정상적인 희박 연소 배기 흐름을 수납할 수 있다. 상기 교환기 벽은 원심형 구조로 형성되어 열은 내부 원심형 유동 통로와 외부 원심 유동 통로 내의 처리 전 흐름과 처리 후 흐름 사이에서 교환된다. 교환기 벽은 0.045cm 내지 0.10cm(0.018 인치 및 0.040 인치) 사이의 얇은 규격으로 형성되고, 중간 배기 온도를 취급하기 위해 머플러 그래이드(muffler grade) 스테인레스 강으로 형성된다. 도1의 통로 내에 도시된 화살표는 상기 통로를 통과하는 유체 흐름의 유동 방향을 나타낸다. 상기 교환기 벽의 원심형 구성이 양호한 실시예의 특성일지라도, 쉘-및-튜브(shell-and-tube), 판-및-프레임(plate-and-frame), 회전 베드 또는 유동 스위칭(flow switching)과 같은 열 교환을 위한 다른 공지된 구성도 가능하다.
입구 통로(18) 및 출구 통로(20)의 말단부에는 유체 흐름이 통과하여 유입되고 배출되는 입구 플리넘(26) 및 출구 플리넘(28)이 형성된다. 상기 입구 및 출구 플리넘은 무시해도 좋은 압력 강하를 발생시키도록 구성되고 설계된다.
촉매화된 디젤 미립자 필터(DPF; 22)는 입구 통로(18) 및 출구 통로(20)의 경계 영역 내에 위치된다. 상기 DPF에서, 상기 유체 흐름은 PM, HC 및 CO를 산화시키기 위해 PM 포획용 필터 및 촉매와 접촉한다. 상기 DPF는 입구 및 출구 통로의 경계면을 통과하여 연장되어 입구 통로로부터 출구 통로까지 유동하는 유체 흐름은 DPF를 통과해야 한다. 상기 DPF는 촉매로써 백금 또는 팔라듐(palladium) 처리된 벽-유동 필터를 사용할 수 있다. 상기 DPF는 실리콘 카바이드, 코디어라이트, 금속 또는 다른 유사한 필터 재료로 구성된다. 바람직하게, 상기 DPF는 코디어라이트 벽-유동 미립자 필터 상의 백금 피복된 촉매이다. 또한, 상기 DPF는 저가의 금속 세라믹 산화물로 코팅될 수 있다. 그러나, 작은 구멍 크기의 세라믹 포움, 소결된 금속 포움, 세라믹 방사로 구성된 구조물 및 여과 특성을 갖는 소정의 다른 재료와 같은 다른 구성도 가능하다.
DOC(36)는 DPF(22)에 인접 배치된다. DOC는 와시코트 상의 귀금속 또는 비귀금속으로 구성된 산화 촉매이고, 전통적인 촉매 기판을 코팅한다. DOC는 단일구조물을 갖는 것이 바람직하나, 또한 세라믹 또는 금속 포말로 구성될 수 있다. 적절한 산화 촉매 재료는 백금, 팔라듐, 또는 Mn-O와 같은 임의의 비귀금속계 세라믹 산화물을 포함한다. DPF가 필요한 산화 작용을 수행하기에 충분한 촉매를 포함하게 되면, DOC는 제거될 수 있다.
희박 NOX촉매(LNC;24)는 DPF(22) 및 DOC(36)의 상류에 배치된다. LNC는 선택된 LNC의 바람직한 작동 온도에 따라 입구 통로(18) 내의 더 상류에 달리 배치될 수 있다. LNC는 다음과 같은 전체적인 반응을 통해 NOX를 줄이기 위한 작용제로서 HC를 이용한다.
HC + O2+ NOX→H2O + CO2+ N2
LNC는 충분한 HC가 희박 NOX반응을 위해 상류에서 이용할 수 있도록 배치되어야 한다. 이는 LNC가 DPF 및 DOC의 상류에 배치될 것을 요구할 수 있다. LNC는 알루미나를 기초로 하고 200℃ 내지 600℃ 사이에서 작동하도록 형성되는 것이 바람직하며, 따라서 입구 통로의 정확한 온도 창에 배치되게 된다. LNC는 달리 그 기술 분야에서 공지되고 사용된 많은 다른 제제형(formulation) 중 하나를 기초로 할 수 있다. LNC 제제형은 Al2O3, Sn/γ-Al2O3, Co-ZSM-5, Cu-ZrO2, Co/Al2O3, Cu-ZSM-5 및 Ga-ZSM-5와 같은 임의의 몇몇 전이 상태 금속을 포함하는 제오라이트 및 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 알루미나의 사용은 NOX를 줄이기 위한 촉매로서 작용할 수 있다. LNC의 적절한 작동 온도 범위는 약200℃로부터 약 600℃ 까지의 그 조성에 강하게 좌우된다. 일예로, Pt-Al2O3는 175℃ 내지 400℃의 범위에서 가장 활발하며, 반면에 Cu-ZSM-5는 375℃ 내지 450℃의 범위에서 가장 활발하며, γ-Al2O3는 450℃ 내지 600℃의 범위에서 가장 활발하다.
LNC(24)는 단일 구조물을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 상이한 형태의 펠럿(pellet), 세라믹 발포체 및 금속 발포체는 다른 가능한 LNC용 구조물이다. LNC는 특정 적용에 대해 가장 큰 파괴율 및 가장 작은 압력 강하를 달성하는 데 최적인 셀 밀도 및 벽 두께를 갖는 세라믹 또는 금속 단일 기판을 이용할 수 있다. 금속 및 세라믹 기판 모두 다수의 쉘 밀도 및 벽 두께에서 상업적으로 이용 가능하다. 또 다른 실시예에서, LNC는 입구 통로(18)에서 교환기벽(14, 16)을 따라 DPF(22)의 상류에 전착된다. 달리, LNC는 입구 통로에 대면하는 DPF의 단부 상에서 LNC에 DPF 자체를 코팅함으로써 DPF에 일체로 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 DPF(22)와 LNC(24)가 없는 DOC(36)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 장치(10)는 미립자 필터 또는 트랩으로서 제공된다. 이러한 실시예의 장점은 LNC에 의해 요구되는 더 낮은 온도에서 작동할 필요가 없기 때문에 장치의 코어 내에 더 높은 온도를 유지시키는 능력을 갖는다는 점이다. 더 높은 온도는 DPF와 DOC 간의 화학적 전환율을 향상시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예는 DOC(36)와 DPF(22)가 없는 LNC(24)를 포함한다. 이러한 실시예는 그 유사한 작동 온도로 인해 DOC와 LNC를 서로 인접 배치할 수 있는 장점을 보유한다. 이러한 실시예는 처리될 유체 스트림이 낮은 PM 수준을 포함할 때 효과적으로 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 양호한 실시예는 LNC(24)에서 유체 스트림으로부터 NOx와 반응하기 위한 보충적인 HC 뿐만 아니라 DPF(22)로 유입되는 유체 스트림에 열 에너지를 추가하도록 도1에 도시된 연료 분사기(32)를 포함한다. LNC를 위한 환원제로서 요구되는 HC의 양이 DPF를 적절한 조작 온도로 올리는데 요구되는 양과 상응한 것으로 분석되었다. 스트림이 엔진 배기이면, HC가 그 스트림 내로 적절히 혼합되도록 보장하기 위해 연료 분사기는 입구 플리넘(26)의 상류측에 배치되고 안정성 및 신뢰성을 위해 펄스 폭 변조 기술을 이용하여 순환된다. 연료 분사기는 결합된 촉매 시스템의 조작 온도를 적절한 조작 범위로 유지하기 위해 그리고 이하에 논의되는 바와 같이 DPF의 주기 재생을 위해 사용된다.
이 실시예에서, 장치(10)는 연료 분사를 조절하기 위해 다양한 압력 엔진 속도(스트림이 엔진 배기인 경우) 및 온도 센서를 또한 포함한다. 장치의 또 다른 실시예로서, 장치가 조작되는 서비스를 위해 HC 분사가 요구되지 않으면[즉, 적절한 촉매 반응을 위해 온도가 충분히 높거나 LNC(24) 반응을 위해 배기 스트림 내에 충분한 HC가 존재한다면] 연료 분사기가 제공되지 않는다. 또한, DPF의 최적의 조작을 위해 열을 추가하도록 입구 통로(18) 및 DPF(22) 사이에 전기 저항 히터(30)가 배치될 수 있다.
상이한 성분들 사이의 상승 작용은 3가지 기술의 개별적인 수행을 최적화하고 우수한 방사 환원 결과를 제공한다. NOx 환원 기능, 산화 기능 및 열 회수 기능의 특수한 구성은 몇가지 상승적인 이점을 제공한다. 첫째, NOx를 환원시키기위해 사용되는 LNC(24)는 시스템 내에서 추가적인 탄화수소의 존재를 필요로 한다. 전형적으로, 최대의 NOx 환원을 달성하기 위해 여분의 HC가 첨가되어야 한다. LNC의 하류측에 산화 촉매 또는 촉매화된 DPF(22)를 둠으로써, 무반응 HC가 산화되고 HC 및 CO의 방사를 제거하고 열을 생성한다. 이러한 열은 DPF의 온도를 상승시키고 필터 내에 포집된 탄산 PM을 산화시킴으로써 재생을 용이하게 한다. HC, CO 및 PM의 발열성 산화에 의해 생성된 열은 열교환기에 의해 재순환됨으로써 시스템 내에 유입된 냉각기 엔진 배기 스트림을 예열시킨다. 열의 재순환은 이들 성분들 및 그 성분들 상의 배기 가스의 온도를 상승시킴으로써 LNC와 함께 NOx의 환원 및 DPF의 재생을 용이하게 한다.
마지막으로, 활성화된 연료 분사 및 제어 시스템은 시스템의 더욱 최적화할 수 있다. 소정의 성능에 따라 다수의 제어 계획이 실시될 수 있다. 최대 NOx 환원을 위해, 최적 온도를 유지시키고 LNC(24)에 대한 환원제로서 HC를 공급하도록 연료가 연속적으로 분사되어야 한다. 또한, 연료가 재생을 위해 DPF(22)의 온도를 상승시키도록 단지 주기적으로 분사된다면 연료 소비가 실질적으로 감소된다. 연료 분사 시스템의 또 다른 중요한 기능은 촉매 온도를 600℃ 이상으로 올리도록 충분한 연료를 주기적으로 추가함으로써 배기 내의 모든 잉여 산소를 소비하는 성능이다. 이러한 주기적인 고온/부유 사이클링은 LNC 및 DPF 상의 촉매의 황 독(sulfur poisoning)을 반전시킬 수 있다.
표1에 표시된 바와 같이, ZSM-5계 LNC(24) 및 촉매화 DPF(22)의 양자는 375℃ 내지 450℃의 온도 범위 내에서 잘 반응하고, 따라서 CO, HC, NOx 및 PM의 동시적인 환원을 달성하도록 근접 결합될 수 있다. LNC 및 DPF 공식의 양호한 선택은 엔진 크기 및 듀티 사이클과 연료의 황 함량에 따라 결정된다. 낮은 황 연료를 이용하는 소형 경량 듀티 엔진에 있어서, 양호한 선택은 Pt-γ-Al2O3LNC 및 Pt-주입 코디어라이트 DPF이다. 중량 듀티 엔진(즉, 12-리터 변위 중량 듀티 사이클)에 있어서, 양호한 선택은 γ-Al2O3LNC(즉, 귀금속이 없음) 및 Pt-주입 DPF이다. DPF, DOC(36) 및 LNC는 입구 통로(18) 및 출구 통로(20) 사이에서 직렬로 인접하게 배치되고 모든 촉매를 그 최적 온도에서 반응하도록 용이하게 유지시킨다.
표1
미립자 물질 산화 온도 LNC 바람직한 온도
촉매 부재시: 550℃ - 600℃ Al2O3계 : 450℃ - 600℃
촉매 존재시: 375℃ - 450℃ ZSM-5계 : 375℃ - 450℃
연료 추가시: 275℃ - 350℃ Pt-계 저온 : 175℃ - 400℃
도2는 엔진 배기가스를 처리하기 위한 장치의 작동을 도시한 흐름도이다. 촉매가 라이트 오프 온도(대략 200℃)로 가온된 경우에는, 엔진이 작동되지 마자 추가의 HC가 연료 분사기(32)를 통해 배기 스트림 내로 도입된다. 추가 HC는 장치(10)를 적정 작동 온도로 가열하기 위해 디이젤 미립자 필터(22)에서 발열 반응된다. 초기 개시 직후에, 출구 통로(20) 내의 처리된 가스로부터 열은 엔진 배기 가스를 적정 온도로 맞추기 위해 필요한 대부분의 부가의 열을 제공한다. 이는 장치 내에서 디이젤 미립자 필터(22)를 통해 배기가스 환원 반응의 발열성이 엔진 배기 가스의 적정한 예열을 보장하도록 출분한 열을 발생시킴으로 인해, 추가 HC의입력량이 최소가 된다. 배기 온도를 적정 범위로 상승시키기 위해 요구되는 에너지의 양은 내부 및 외부 통로 사이의 열 교환에 의해 제공된 열 회수로 인해 크게 감소된다.
스트림이 충분하게 예열된 경우에, 반응은 HC와 반응하는 질소 산화물이 연료 분사기(32)를 거쳐 스트림 내부로 도입되는 LNC(24)에서 개시된다. LNC에 대한 환원제로서 요구되는 HC의 양은 디이젤 미립자 필터(22)를 적정 작동 온도로 맞추기 위해 요구되는 HC의 양에 상응한다. 이러한 상승은 바람직하게 펄스-폭 변조 기술을 이용함으로써 연료 분사기로 달성되어, 상이한 양의 HC가 적정한 온도 설정점에서 LNC 및 DPF를 유지시키는 제어 알고리즘에 기초하여 장치의 상류로 도입된다. 이는 라이트 오프 온도를 넘어서 DPF에서 온도를 증가시키며, 이로 인해 미립자 물질이 산화되며 DPF가 재생되도록 한다. DPF를 통과한 이후에, 처리된 스트림은 출구 통로(20)를 통해 출구 플리넘(28)으로 통과한다. 이러한 연료 분사는 배기 스트림의 조성 및 미립자 물질의 최종적인 축적 속도에 따라 연속적이거나 간헐적일 수 있다.
희박 연소 엔진의 비교적 낮은 작동 온도로 인해, DPF(22)는 연장된 공전 상태 작동 조건 하에서 플러깅을 방지하기 위해, 저온의 미립자 물질의 제거를 강화시킬 필요가 있다. 플러깅으로 인한 압력 강하가 과다해짐을 방지하기 위해, DPF는 촉매 산화에 의해 해제된 열에 의해 재생되어야 한다. 미립자 물질의 건식 탄소 입자가 연소시 적어도 400℃ 내지 450℃의 온도를 필요로 함으로 인해, 유입 배기가스 스트림 내의 HC가 불충분하다면 추가의 열 에너지는 DPF를 미립자 물질 파괴를 위해 적정한 온도로 맞추기 위해 열 소자(30)로부터 전기성 또는 열 분사기(32)로부터 연료의 형태로 요구되어질 것이다. 이를 수행하기 위해, 압력 센서(34)는 제어기 내부로 입력되는 압력 신호를 발생하는 DPF를 가로질러 압력 강하를 측정한다. 이러한 압력 강하가 과다하게 되면, 제어기는 온도를 미립자 물질의 연소 온도를 상승시키기 위해 증가된 HC를 제공하기 위해 연료 분사기(32)를 제거한다. 압력 강하가 허용가능한 수준으로 하강되면, 제어기는 부가의 HC 분사를 종료한다. 또한, 온도 센서(38)는 DPF 부근에서 온도를 측정하여, 제어기에 입력되는 온도 신호를 생성한다. 온도가 DPF의 적정 작동 온도 이하로 떨어지면, 제어기는 DPF 부근의 온도로 상승시키기 위해 증가된 HC를 제공하기 위해 연료 분사기를 제어한다.
엔진은 성능 특성을 용이하게 하도록 상이한 하중점에서 테스트된다. 예를 들어, 하중점이 1200rpm이며 500ft-lbs의 토오크를 갖는다. 엔진 공전 상태는 라이트 오프 온도로 가열시키는데 가장 적인 배기 가스가 요구됨으로 인해, DPF(22)의 재생을 위한 가장 효과적인 에너지 하중점이다. 그러나, 재생을 개시하기 위해 공전에서는 온도가 너무 낮으며, 재생(40℃ 내지 100℃) 중에 방출된 열은 반응 화학적 성질을 유지하기 위해 충분히 크지 않다.
재생된 DPF(22)를 따른 온도 상승은 40℃에 이른다. 입구 통로(18)와 출구 통로(20) 사이의 열 교환은 온도 상승을 지레 작동화한다. 도3 및 도4는 열 회수의 효과를 도시하고 있다. 도3은 열 교환기가 결여된 DPF 및/또는 DOC(36)를 포함하는 장치의 온도 프로파일을 도시하며, DPF 및/또는 DOC를 구비한 장치 및 66%의효율을 갖는 열 교환기의 온도 프로파일을 도시하고 있다. 도4는 열 교환기뿐만 아니라 DPF 및/또는 DOC 및 LNC 를 구비한 장치의 온도 프로파일을 도시하고 있다. 상기 도면들은 입구 및 출구 통로 사이의 열 교환으로 인한 유체 스트림 내의 온도의 증가를 도시하고 있다.
고도의 시스템 온도는 에너지를 효율적으로, 필터 재생을 양호하게 제어되도록 한다. 그러나, 재생을 개시하기 위한 공전 상태에서 온도는 너무 낮으며, 재생 중에 방출된 열은 반응 화학적 성질을 유지하기에는 불충분하다. 작동중에, 입구 플리넘(26)을 통해 입구 통로(18)로 유동한다. 입구 통로에서, 유체 스트림은 출구 통로(20) 내의 고온 가스와 열 교환에 의해 가열된다. 입구 및 출구 통로 사이의 열 교환은 촉매화된 반응에 의해 방출된 열로부터 상승하여 유체 스트림의 온도를 DPF(22)및 LNC(24) 내에서 촉매가 작동하는 최적의 온도로 상승시킨다. 이러한 열 교환은 표2에 도시되어진 바와 같이, 온도 상승을 지레화 작동시킨다. 열 교환기의 유효성은 다음과 같이 정의된다.
η(%) = 1 - (ΔT반응/ ΔT시스템)
표2
열교환기 유효성, η(%) ΔT 반응 ΔT 시스템
0 40 40
50 40 80
66 40 120
80 40 200
90 40 400
엔진 배기 스트림을 처리하기 위해 장치가 이용된다면, 장치(10)는 엔진의변위를 0.5배 내지 3배의 촉매 체적을 갖는다. 즉, LNC(24), DPF(22) 및 DOC(38)를 함유하기 위해 12리터의 엔진은 6 내지 36 리터의 체적이 요구되어질 것이다.
본 발명이 바람직한 실시예만을 참조하여 상세히 기술되어졌으나, 당업자들은 장치의 대안의 실시예가 본 발명의 영역을 벗어나지 않고 구성될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 하기의 청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (54)

  1. 유체 스트림을 처리하기 위한 장치에 있어서,
    유체 스트림에 대한 입구 통로 및 출구 통로를 한정하는 제1 및 제2 이격된 벽을 구비한 열 교환기와,
    상기 열 교환기에 일체식으로 연결되고 상기 입구 통로로부터 상기 출구 통로까지 유체 스트림을 전달하기 위해 위치된 디이젤 미립자 필터를 포함하며,
    상기 벽은 상기 출구 통로로부터 상기 입구 통로까지 열을 전달하도록 배치되어 있으며,
    상기 디이젤 미립자 필터는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고, 상기 유체 스트림 내에 존재하는 미립자 물질을 수집하고 산화시키기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디이젤 미립자 필터는 세라믹 벽-유동 미립자 필터인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디이젤 미립자 필터는 세라믹 발포체, 소결된 금속 발포체, 및 세라믹 섬유 가닥으로 구성된 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 디이젤 미립자 필터는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 촉매는 백금, 팔라듐, 및 세라믹 산화물의 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 디이젤 미립자 필터의 상류에 위치된 희박 NOx 촉매를 더 포함하며, 상기 희박 NOx 촉매는 상기 유체 스트림 내에 존재하는 질소 산화물을 환원시키도록 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 희박 NOx 촉매는 상기 디이젤 미립자 필터에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 디이젤 미립자 필터는 상기 입구 통로와 마주하는 표면을 구비하며,
    상기 희박 NOx 촉매는 상기 입구 통로와 마주하는 상기 디이젤 미립자 필터의 표면 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 희박 NOx 촉매는 단일 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 희박 NOx 촉매는 귀금속, 세라믹 발포체, 및 금속 발포체로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 입구 및 출구 통로 사이에 상기 열교환기에 일체식으로 연결된 디이젤 산화 촉매를 더 포함하며, 상기 디이젤 산화 촉매는 상기 유체 스트림 내에 존재하는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 디이젤 산화 촉매는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 디이젤 산화 촉매는 세라믹 발포체 또는 금속 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 입구 통로 내부에 탄화수소를 분사시키기 위해 위치되고 배열된 연료 분사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 디이젤 미립자 필터를 통해 임의의 압력 강하를 나타내는 압력 신호를 발생하기 위해 배치된 하나 이상의 압력 센서와,
    상기 디이젤 미립자 필터에 인접한 소정의 위치에서 온도를 나타내는 온도 신호를 발생하기 위해 배치된 온도 센서와,
    상기 연료 분사기가 상기 입구 통로로 탄화수소를 분사시키는 속도를 제어하기 위해 상기 압력 신호 및 상기 온도 신호에 반응하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제어기는 상기 디이젤 미립자 필터를 통해 압력 강하를 특정 수준 또는 그 이하로 유지하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제어기는 상기 디이젤 미립자 필터에 인접한 소정 위치에서 온도를 특정 수준 또는 그 이하로 유지하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 유체 스트림은 엔진으로부터의 배기이며.
    상기 엔진은 상기 엔진의 속도를 나타내는 엔진 속도 신호를 발생하기 위해 배치된 엔진 속도 센서이며,
    상기 제어기는 상기 연료 분사기가 상기 입구 통로로 탄화수소를 분사하는 속도를 제어하기 위해 상기 엔진 속도 신호에 반응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 입구 통로 내에 상기 유체 스트림을 가열시키기 위해 배치된 저항 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 이격된 벽은 나선형 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 유체 스트림을 처리하기 위한 장치에 있어서,
    유체 스트림에 대한 입구 통로 및 출구 통로를 한정하는 제1 및 제2 이격된 벽을 구비한 열 교환기와,
    상기 입구 및 출구 통로 사이에서 상기 열 교환기에 일체식으로 연결되어 있으며, 상기 유체 스트림 내의 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키기 위해 배열된 디이젤 산화 촉매와,
    상기 디이젤 산화 촉매의 상류에 위치되어 있으며 상기 스트림 내의 질소 산화물을 환원시키기 위해 배열된 희박 NOx 촉매를 포함하며,
    상기 벽은 상기 출구 통로로부터 상기 입구 통로까지 열을 전달하기 위해 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 디이젤 산화 촉매는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 디이젤 산화 촉매는 세라믹 발포체 또는 금속 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 희박 NOx 촉매는 상기 디이젤 산화 촉매에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 디이젤 산화 촉매는 상기 입구 통로와 마주하는 표면을 구비하며,
    상기 희박 NOx 촉매는 상기 입구 통로와 마주하는 상기 디이젤 산화 촉매의 표면 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제21항에 있어서, 상기 희박 NOx 촉매는 단일 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제21항에 있어서, 상기 희박 NOx 촉매는 귀금속, 세라믹 발포체, 및 금속 발포체로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제21항에 있어서, 상기 입구 통로로 탄화수소를 분사시키기 위해 위치되고 배열된 연료 분사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 디이젤 산화 촉매에 인접한 소정의 위치에서 온도를 나타내는 온도 신호를 발생하기 위해 배열된 온도 센서와,
    상기 연료 분사기가 상기 입구 통로로 탄화수소를 분사시키는 속도를 제어하기 위해 상기 온도 신호에 반응하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제어기는 상기 디이젤 산화 촉매에 인접한 소정 위치에서 온도를 특정 수준 또는 그 이하로 유지하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 유체 스트림은 엔진으로부터의 배기이며.
    상기 엔진은 상기 엔진의 속도를 나타내는 엔진 속도 신호를 발생하기 위해 배치된 엔진 속도 센서를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 연료 분사기가 상기 입구 통로로 탄화수소를 분사하는 속도를 제어하기 위해 상기 엔진 속도 신호에 반응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제21항에 있어서, 상기 입구 통로 내에 상기 유체 스트림을 가열시키기 위해 배열된 저항 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2 이격된 벽은 나선형 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 유체 스트림을 처리하기 위한 장치에 있어서,
    유체 스트림에 대한 입구 통로 및 출구 통로를 한정하는 제1 및 제2 이격된 벽을 구비한 열 교환기와,
    상기 열 교환기에 일체식으로 연결되고 상기 입구 통로로부터 상기 출구 통로까지 유체 스트림을 전달하기 위해 위치되며, 상기 유체 유체 스트림 내의 미립자 물질을 수집하여 산화시키기 위해 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키기 위해 배열되는 디이젤 미립자 필터와,
    상기 입구 통로와 상기 출구 통로 사이에 상기 열교환기에 일체식으로 연결되고 상기 유체 스트림 내에 존재하는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키기 위해 배열된 디이젤 산화 촉매와,
    상기 디이젤 산화 촉매의 상류에 위치되고 상기 유체 스트림 내에 질소 산화물을 환원시키기 위해 배열된 희박 NOx 촉매와,
    상기 입구 통로로 탄화수소를 분사시키기 위해 위치되고 배열된 연료 분사기와,
    상기 디이젤 미립자 필터를 통해 임의의 압력 강하를 나타내는 압력 신호를 발생하기 위해 배열된 하나 이상의 압력 센서와,
    상기 디이젤 미립자 필터에 인접한 소정의 위치에서 상기 온도를 나타내는온도 신호를 발생하기 위해 배열된 온도 센서와,
    상기 연료 분사기가 상기 입구 통로로 탄화수소를 분사시키는 속도를 제어하기 위해 상기 압력 신호 및 상기 온도 신호에 반응하는 제어기와,
    상기 입구 통로 내에 상기 유체 스트림을 가열시키기 위해 배열된 저항 히터를 포함하며,
    상기 벽은 상기 출구 통로로부터 상기 입구 통로가지 열을 전달하기 위해 배열되며,
    상기 제어기는 상기 디이젤 미립자 필터를 통해 상기 압력 강하를 특정 수준 또는 그 이하로 유지시키기 위해, 그리고 상기 디이젤 미립자 필터 내의 소정의 위치에서 온도를 특정 수준 또는 그 이하로 유지하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 유체 스트림은 엔진으로부터의 배기이며.
    상기 엔진은 상기 엔진의 속도를 나타내는 엔진 속도 신호를 발생하기 위해 배치된 엔진 속도 센서이며,
    상기 제어기는 상기 연료 분사기가 상기 입구 통로를 탄화수소를 분사하는 속도를 제어하기 위해 상기 엔진 속도 신호에 반응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 유체 스트림을 처리하기 위한 방법에 있어서,
    배출 처리되는 유체 스트림을 이용하여 열 교환기에 의해 유체 스트림을 예열시키는 단계와,
    일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고, 상기 배출 처리된 유체 스트림을 발생하기 위해 상기 예열된 유체 스트림 내의 미립자 물질을 수집하고 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고, 상기 예열된 유체 스트림 내에 존재하는 미립자 물질을 수집하고 산화시키는 단계는 디이젤 미립자 필터를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 존재하는 일산화 탄소 및 탄화수소의 산화는 디이젤 산화 촉매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제36항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 존재하는 질소 산화물을 환원시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 존재하는 질소 산화물을 환원시키는 단계는 희박 NOx 촉매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제36항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 탄화수소를 분사시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제41항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내부로 탄화수소를 분사시키는 단계는
    상기 예열된 유체 스트림 내의 지점에서 온도를 측정하는 단계와,
    탄화수소가 측정된 온도를 근거로 예열된 유체 스트림 내부로 분사된 속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제41항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 탄화수소를 분사시키는 단계는
    상기 예열된 유체 스트림 내의 지점에서 온도를 측정하는 단계와,
    탄화수소가 측정된 압력을 근거로 예열된 유체 스트림 내부로 분사된 속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제41항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림은 엔진으로부터 배기이며,
    상기 엔진의 속도를 측정하는 단계와,
    탄화수소가 상기 측정된 엔진 속도를 근거로 상기 예열된 유체 스트림으로 분사된 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제36항에 있어서, 상기 배출 처리된 유체 스트림을 이용하여 예열하는 단계 이전에 외부 열 공급원을 이용하여 유체 스트림을 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 유체 스트림을 처리하기 위한 방법에 있어서,
    배출 처리되는 유체 스트림을 이용하여 열 교환기에 의해 유체 스트림을 예열시키는 단계와,
    상기 배출 처리된 유체 스트림을 발생하기 위해 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고 상기 예열된 유체 스트림 내의 질소 산화물을 환원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 존재하는 일산화 탄소 및 탄화수소의 산화는 디이젤 산화 촉매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제46항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 존재하는 질소 산화물의 환원은 희박 NOx 촉매를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제46항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 탄화수소를 분사시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림 내에 탄화수소를 분사시키는 단계는
    상기 예열된 유체 스트림 내의 지점에서 온도를 측정하는 단계와,
    탄화수소가 측정된 온도를 근거로 상기 예열된 유체 스트림 내부로 분사된 속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제49항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림은 엔진으로부터 배기이며,
    상기 엔진의 속도를 측정하는 단계와,
    탄화수소가 상기 측정된 엔진 속도를 근거로 상기 예열된 유체 스트림으로 분사된 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제46항에 있어서, 상기 배출 처리된 유체 스트림을 이용한 예열 단계 이전에 외부 열 공급원을 이용하여 유체 스트림을 예열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 유체 스트림을 처리하기 위한 방법에 있어서,
    외부 열 공급원을 이용하여 상기 유체 스트림을 예열시키는 단계와,
    상기 배출 처리된 유체 스트림을 이용하여 열 교환에 의해 상기 유체 스트림을 보다 예열시키는 단계와,
    상기 예열된 유체 스트림 내의 지점에서 온도를 측정하는 단계와,
    상기 예열된 유체 스트림 내의 지점에서 압력을 측정하는 단계와,
    상기 예열된 유체 스트림 내에 탄화수소를 분사시키는 단계와,
    탄화수소가 측정된 온도 및 압력을 근거로 예열된 연료 스트림으로 분사되는 속도를 제어하는 단계와,
    상기 예열된 유체 스트림 내의 질소 산화물을 환원시키는 단계와,
    상기 배출 처리된 유체 스트림을 발생하기 위해 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고 상기 예열된 유체 스트림 내의 미립자 물질을 수집하고 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제53항에 있어서, 상기 예열된 유체 스트림은 엔진으로부터 배기이며,
    상기 엔진의 속도를 측정하는 단계와,
    탄화수소가 상기 측정된 엔진 속도를 근거로 상기 예열된 유체 스트림으로 분사된 속도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020017005706A 1998-11-06 1999-11-04 열이 회수되는 희박 연소 환경 내에서 유체스트림으로부터 오염인자를 제거하기 위한 일체형 장치 KR20010090826A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10748298P 1998-11-06 1998-11-06
US60/107,482 1998-11-06
PCT/US1999/026050 WO2000028196A1 (en) 1998-11-06 1999-11-04 Integrated apparatus for removing pollutants from a fluid stream in a lean-burn environment with heat recovery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010090826A true KR20010090826A (ko) 2001-10-19

Family

ID=22316850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020017005706A KR20010090826A (ko) 1998-11-06 1999-11-04 열이 회수되는 희박 연소 환경 내에서 유체스트림으로부터 오염인자를 제거하기 위한 일체형 장치

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP1149232B1 (ko)
JP (1) JP2002529649A (ko)
KR (1) KR20010090826A (ko)
AT (1) ATE317941T1 (ko)
AU (1) AU1342200A (ko)
CA (1) CA2350027A1 (ko)
DE (1) DE69929899D1 (ko)
WO (1) WO2000028196A1 (ko)
ZA (1) ZA200103648B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100911582B1 (ko) * 2007-12-04 2009-08-10 현대자동차주식회사 입자상물질-질소산화물 정화장치

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20011747A1 (it) * 2000-08-16 2003-02-09 Bosch Gmbh Robert Dispositivo e procedimento per trattare i gas di scarico di un motoreendotermico
JP4251764B2 (ja) * 2000-09-08 2009-04-08 日産自動車株式会社 排気ガス浄化装置及びこれを用いた排気ガス浄化方法
DE10105185B4 (de) * 2001-02-06 2008-05-15 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Abgasbehandlung mit einem Speicherkatalysator
EP1270886A1 (en) * 2001-06-26 2003-01-02 N.V. Bekaert S.A. Process and device for decreasing the amount of NOx in a diesel exhaust system
EP1458960B1 (en) * 2001-12-20 2011-02-09 Johnson Matthey Public Limited Company Improvements in selective catalytic reduction
JP2003206733A (ja) * 2002-01-16 2003-07-25 Hitachi Ltd 内燃機関用排気ガス浄化装置
EP1537304B1 (en) 2002-09-13 2007-02-28 Johnson Matthey Public Limited Company Compression ignition engine and exhaust system therefor
JP2004143996A (ja) * 2002-10-23 2004-05-20 Sakura Shokai:Kk 排気ガスの浄化装置
JP2004162626A (ja) 2002-11-14 2004-06-10 Hitachi Ltd 排ガス浄化装置
GB0312966D0 (en) 2003-06-05 2003-07-09 Bp Chem Int Ltd Process for the production of olefins
JP3962386B2 (ja) * 2004-03-11 2007-08-22 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4052268B2 (ja) * 2004-03-11 2008-02-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
GB2406803A (en) 2004-11-23 2005-04-13 Johnson Matthey Plc Exhaust system comprising exotherm-generating catalyst
FR2879654B1 (fr) * 2004-12-20 2010-04-30 Inst Francais Du Petrole Procede de regeneration de filtre a particules avec dispositif a combustion catalytique et installation de filtration utilisant un tel procede
AT501463B8 (de) * 2005-05-04 2007-02-15 Pankl Emission Control Systems Hybridvorrichtung zum entfernen von russpartikeln aus dieselabgasen
US20060254260A1 (en) * 2005-05-16 2006-11-16 Arvinmeritor Emissions Technologies Gmbh Method and apparatus for piezoelectric injection of agent into exhaust gas for use with emission abatement device
DE102006007056A1 (de) * 2006-02-15 2007-08-16 Hte Ag The High Throughput Experimentation Company Oxidationskatalysator zur Abgasbehandlung und Verfahren zu seiner Herstellung
EP1832332B1 (en) * 2006-03-09 2016-05-04 Haldor Topsøe A/S Process and system for purification of sulphur-containing exhaust gas
GB0624727D0 (en) * 2006-12-12 2007-01-17 Johnson Matthey Plc Exhaust gas after-treatment
FR2938005A3 (fr) * 2008-11-03 2010-05-07 Renault Sas Systeme et procede de traitement des emissions polluantes d'un moteur a allumage par compression
DE102011109761A1 (de) 2011-08-09 2013-02-14 Universität Stuttgart - Institut für Chemische Verfahrenstechnik Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung mit optionaler Wärmerückgewinnung für Verbrennungskraftmaschinen
CN108087071B (zh) * 2017-12-05 2021-09-28 南京依柯卡特排放技术股份有限公司 对dpf碳载量的判断方法
US11187124B2 (en) 2020-01-03 2021-11-30 Saudi Arabian Oil Company Internal combustion engine systems including criteria pollutant mitigation

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5294411A (en) * 1989-04-17 1994-03-15 Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mbh Honeycomb body with heatable catalytic active coating
US5143700A (en) * 1990-10-15 1992-09-01 Anguil Environmental Systems, Inc. Ceramic filter construction for use in catalytic incineration system
DE4109227A1 (de) * 1991-03-21 1992-09-24 Schwaebische Huettenwerke Gmbh Abgasfilter und/oder katalysator
US5326537A (en) * 1993-01-29 1994-07-05 Cleary James M Counterflow catalytic device
DE4313861A1 (de) * 1993-04-28 1994-11-03 Rothemuehle Brandt Kritzler Anlage zur Stickoxidminderung bei Feuerungsabgasen
JPH0742532A (ja) * 1993-07-29 1995-02-10 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk 導電性セラミックス製ディーゼルパティキュレートフィルタ及びその製造方法
JP3645704B2 (ja) * 1997-03-04 2005-05-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100911582B1 (ko) * 2007-12-04 2009-08-10 현대자동차주식회사 입자상물질-질소산화물 정화장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002529649A (ja) 2002-09-10
AU1342200A (en) 2000-05-29
WO2000028196A1 (en) 2000-05-18
EP1149232B1 (en) 2006-02-15
CA2350027A1 (en) 2000-05-18
ZA200103648B (en) 2002-08-05
DE69929899D1 (de) 2006-04-20
EP1149232A1 (en) 2001-10-31
ATE317941T1 (de) 2006-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6935105B1 (en) Integrated apparatus for removing pollutants from a fluid stream in a lean-burn environment with heat recovery
KR20010090826A (ko) 열이 회수되는 희박 연소 환경 내에서 유체스트림으로부터 오염인자를 제거하기 위한 일체형 장치
JP5087836B2 (ja) 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
JP5808247B2 (ja) ディーゼル排ガスを浄化する方法及び装置
KR101110649B1 (ko) 디젤 엔진 및 이를 위한 촉매 필터
JP4450257B2 (ja) 排気浄化装置
EP1818522A1 (en) Sulfur purge control method for exhaust gas purifying system and exhaust gas purifying system
EP2176534A2 (en) Regeneration method for ceramic honeycomb structures
KR20110117323A (ko) 암모니아 분해 모듈을 가지는 디젤엔진 배기가스 배출장치
KR20140105568A (ko) 자동차 촉매 후처리 시스템
JP2000199423A (ja) ディ―ゼルエンジンの排気ガス浄化装置
JP2007023997A (ja) 排気浄化装置
US20030182930A1 (en) Integrated non-thermal plasma reactor-diesel particulate filter
JP4561467B2 (ja) 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
KR20120036004A (ko) 버너를 사용하여 배출가스 저감 성능을 향상시키는 자동차 배출가스 저감 장치
JP2007198315A (ja) 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法
JP2009150279A (ja) 排気処理装置
JP3959611B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR102054214B1 (ko) 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어방법
KR20120036008A (ko) 자동차 배출가스 저감장치
EP1612382A2 (en) Integrated apparatus for removing pollutants from a fluid stream in a lean-burn environment with heat recovery
KR100769571B1 (ko) 디젤엔진의 유해물질 저감시스템
KR101526373B1 (ko) 배기가스 정화 시스템
KR20190013125A (ko) 디젤엔진 배기가스 후처리 시스템
JP7389617B2 (ja) ディーゼルエンジン用排ガス浄化装置およびその用途

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid