KR20070003322A - Selective catalytic reduction apparatus of nox - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 고체요소를 승화시킬 때 발생되는 암모니아와 시안산의 양과 온도와의 관계를 나타내는 그래프;1 is a graph showing the relationship between the temperature and the amount of ammonia and cyanic acid generated when subliming a solid element;
도 2는 고체요소승화장치를 나타내는 도면;2 shows a solid element sublimation apparatus;
도 3은 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치를 개략적으로 나타내는 도면; 그리고3 schematically shows a nitrogen oxide reduction apparatus according to the present invention; And
도 4는 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치의 구성을 나타내는 도면이다.4 is a view showing the configuration of a nitrogen oxide reduction device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
6 : 고체요소 승화장치 10 : 엔진6: solid element sublimation device 10: engine
20, 21 : 전,후방 배기관 31, 36 : 질소산화물 감지센서20, 21: front and
32 : 배기 압력센서 33 : 배기 온도센서32: exhaust pressure sensor 33: exhaust temperature sensor
34 : 보조 히터 35 : 촉매 온도센서34: auxiliary heater 35: catalyst temperature sensor
40 : 반응기 43 : 촉매부40
44 : 반응공간 62 : 히터44: reaction space 62: heater
67b : 토출관 68 : 압력조절기67b: discharge tube 68: pressure regulator
69 : 송풍기69: blower
본 발명은 자동차의 배기가스 중 질소산화물인 NOx를 제거하는 질소산화물 저감장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고체 요소(Solid Urea)를 승화시키고 이를 첨가제로서 배기가스와 반응시켜 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 제거하되, 배출되는 배기가스의 상태 및 포함된 질소산화물의 양을 감지하여 승화된 고체요소와 질소산화물을 최적의 상태에서 반응이 일어나도록 하는 질소산화물 저감장치에 관한 것이다. The present invention relates to a nitrogen oxide reduction device for removing NOx which is nitrogen oxide in exhaust gas of automobiles. More specifically, the solid urea is sublimated and reacted with the exhaust gas as an additive to remove nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas, but sublimates by sensing the state of the exhaust gas and the amount of nitrogen oxide contained. The present invention relates to a device for reducing nitrogen oxides, in which the reaction of the solid urea and nitrogen oxides in an optimum state occurs.
경유 차량에 있어서, 효율적으로 질소산화물을 제거하기 위해서는 질소산화물 저감장치가 장착될 필요가 있다. 질소산화물 저감방법으로는, 고온의 배기에 암모니아(NH3) 또는 요소(Urea, NH2CONH2)등의 첨가제를 주입하여 마련된 촉매부에서 배기가스와 첨가제가 서로 혼합 반응하도록 하여 배기가스 중의 NOx를 질소(N2)로 환원시키는 선택적 촉매 질소산화물 저감방법(Selective Catalytic Reduction of NOx)이 있다.In diesel vehicles, in order to efficiently remove nitrogen oxides, it is necessary to install a nitrogen oxide reduction device. As a method for reducing nitrogen oxides, NOx in the exhaust gas is allowed to mix and react with the exhaust gas and the additive in a catalyst section prepared by injecting an additive such as ammonia (NH 3 ) or urea (Urea, NH 2 CONH 2 ) into a high temperature exhaust gas. Selective Catalytic Reduction of NOx is used to reduce nitrogen to N 2 .
요소를 첨가제로 사용하는 선택적 촉매 질소산화물 저감장치에서, 최대의 NOx 제거 효율을 유지하기 위한 최적의 요소 첨가제 주입량은 배기가스 중에 존재하는 NOx 체적의 반(즉, 체적비로는 [요소]/[NOx]=0.5)인 것으로 알려져 있다. 실제 경유를 사용하는 엔진 또는 차량의 배기가스 중에 NOx가 차지하는 부분은 평균 적으로 전체 배기가스 체적의 100 ppm 정도의 차수에 불과하므로 질소산화물 저감장치를 실제 경유 차량에 적용할 경우 극히 미소량의 요소를 공급해야 한다. 따라서 정교하게 요소의 양을 제어할 수 있는 질소산화물 저감장치가 필요하다.In selective catalytic nitrogen oxide abatement apparatus using urea as an additive, the optimal injection amount of urea additive to maintain maximum NOx removal efficiency is half of the volume of NOx present in the exhaust gas (i.e. [urea] / [NOx as volume ratio). ] = 0.5). NOx occupies only about 100 ppm of the total volume of exhaust gas on the average of the exhaust gas of engines or vehicles using actual diesel fuel. Should be supplied. Therefore, there is a need for a nitrogen oxide reduction device capable of precisely controlling the amount of urea.
현재까지 제안된 대부분의 질소산화물 저감장치는 액상의 요소용액을 첨가제로 사용하는 것으로, 요소용액을 공급하는 요소용액 공급장치는 공급펌프, 압축기 및 분무기 또는 분사기를 구비한다. 따라서 전체 장비/장치가 복잡하고 비용이 많이 들며, 또한 공급되는 요소용액이 고온의 배기와 접하는 순간 증발하면서 발생하는 고형물이 분무/분사기를 막아 정상 작동을 불가능하게 하는 등 문제점이 있었다.Most nitrogen oxide reduction devices proposed to date use liquid urea solution as an additive. The urea solution supply device for supplying urea solution includes a supply pump, a compressor, and an atomizer or an injector. Therefore, the entire equipment / device is complicated and expensive, and there is a problem that solids generated by evaporation at the moment of supplying the urea solution with the high temperature exhaust prevent the spray / injector, thereby preventing normal operation.
이러한 요소용액을 사용하는데 따르는 문제점을 해결하기 위해서 본 출원인은 요소용액 대신에 고체요소를 승화시켜 첨가제로 사용하기 위해서, 고체 요소를 고온으로 승화시켜 공급할 수 있는 고체요소승화장치를 제안한 바 있다(대한민국특허출원 제10-2004-0107514호). In order to solve the problems associated with using such a urea solution, the present applicant has proposed a solid urea sublimation apparatus capable of subliming a solid urea to a high temperature in order to sublimate the solid urea as an additive instead of the urea solution. Patent Application No. 10-2004-0107514).
고체 요소를 승화시켜 사용할 수 있는 근거는, "Caton and Siebers 1989, Combust. Sci. and Tech. Vol. 65, pp. 277~293"에 기재된 내용에서 찾을 수 있다. 상기 논문에 따르면, 고체요소를 승화시킬 때 동일한 양의 암모니아(Ammonia : NH3)와 시안산(Cyanuric Acid : HNCO)이 발생된다고 한다. 구체적으로 도 1에 도시된 그래프를 참조하면, 전체 체적 대비 3700 ppm 상당의 초기 고체요소를 승화시킬 때 온도 약 427K(=150℃)에서 약 1500 ppm의 NH3 및 HNCO 기체가 발생하고, 승화온도가 높을수록 NH3 및 HNCO 기체의 발생량이 동일하게 증가하여 약 727K(=450℃)에서 초기량 3700 ppm의 고체 요소가 각각 3700 ppm의 NH3 및 HNCO 기체로 승화되는 것을 알 수 있다. 이를 화학식으로 표현하면,The basis for subliming the solid element can be found in the contents described in "Caton and Siebers 1989, Combust. Sci. And Tech. Vol. 65, pp. 277-293". According to the paper, the same amount of ammonia (Ammonia: NH 3 ) and cyanuric acid (HNCO) are generated when subliming solid urea. Specifically, referring to the graph shown in FIG. 1, when subliming an initial solid element equivalent to 3700 ppm relative to the total volume, about 1500 ppm of NH 3 and HNCO gases are generated at a temperature of about 427 K (= 150 ° C.), and the sublimation temperature. It can be seen that the higher the amount of
NH2CONH2(solid) → NH3 + HNCO (1)NH 2 CONH 2 (solid) → NH 3 + HNCO (1)
이며, 1 mole의 요소는 1 mole의 NH3 기체와 1 mole의 HNCO 기체로 승화된다. One mole of urea is sublimed into one mole of NH 3 gas and one mole of HNCO gas.
반면에 요소 용액을 가열할 경우 화학식은On the other hand, when heating the urea solution,
NH2CONH2 + H2O → 2NH3 + CO2 (2)NH 2 CONH 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2 (2)
로, 1 mole의 요소 용액으로부터 2 mole의 암모니아 기체를 얻을 수 있다. 이 경우 암모니아가 질소산화물인 NOx를 제거하는 주 첨가제로서 역할을 하게 된다. 하지만 고체 요소의 승화에 의해 발생하는 두 종류의 기체인 NH3 및 HNCO는 모두 질소산화물인 NOx를 제거하는 능력이 있다(US 특허 제3,900,554 및 US 특허 제4,731,231).2 moles of ammonia gas can be obtained from 1 mole of urea solution. In this case, ammonia acts as a main additive to remove NOx, which is a nitrogen oxide. However, both types of gases NH 3 and HNCO generated by sublimation of solid urea have the ability to remove NOx, which is nitrogen oxides (US Pat. No. 3,900,554 and US Pat. No. 4,731,231).
따라서 고체 요소를 승화시켜 NH3 및 HNCO를 첨가제로 사용하게 되면 요소 용액을 사용하는데 있어서 발생하는 상기 문제점을 해결하고 동일한 효율로 질소산화물인 NOx를 제거할 수 있게 된다. 본 출원인은 특허출원 제10-2004-0107514호에서 고체 요소를 승화시켜 차량의 배기관에 구비된 촉매 반응기에 공급하여 질소산화물인 NOx를 제거할 수 있는 고체요소 승화장치를 제안하였다. Therefore, the use of NH 3 and HNCO as an additive by sublimating the solid urea solves the above-mentioned problems in using the urea solution and can remove NOx, which is nitrogen oxide, with the same efficiency. The present applicant has proposed a solid element sublimation apparatus that can remove NOx, which is a nitrogen oxide, by sublimating a solid element in a patent application No. 10-2004-0107514 and supplying it to a catalytic reactor provided in an exhaust pipe of a vehicle.
본 출원인이 제안한 상기 고체요소 승화장치는 도 2에 도시한 것과 같이 내부에 고체요소 결정체(61)를 수용하고 있는 수용체(60)와, 상기 수용체(60)의 일단에 부착되어 ECU의 신호에 따라서 고체요소 결정체(61)를 가열하는 히터(62)와, 상기 수용체(60)의 타단에 설치되며 축방향으로 이동가능한 내부 캡(63)과, 상기 내부캡(64)과 탄성부재(65)를 매개로 설치되며 수용체를 감싸는 외부 캡(66)으로 구성된다. 또한 상기 히터(62)가 설치된 수용체(60)의 일측에는 외부로부터 공기가 유입되는 유입관(67a) 및 내측에서 승화된 NH3 및 HNCO를 토출시키는 토출관(67b)을 구비하고 있다. The solid element sublimation device proposed by the applicant is attached to one end of the
고체요소를 승화시킬 필요가 있을 경우, 차량의 ECU는 히터(62)에 신호를 주게 되고, 히터(62)에 의해서 수용체(60)의 일단이 승화시 요구되는 소정의 온도까지 가열된다. 수용체(60)의 일단에 저장된 고체요소(61)가 가열되어 승화하게 되면, 요소가 NH3 및 HNCO 기체로 변화된다. 이때 유입관(67a)에 연결된 송풍기(미도시)로 공기를 불어넣게 되면, 승화된 NH3 및 HNCO가 공기와 함께 토출관(67b)을 통해서 배기가스가 통과하는 반응기(미도시)로 들어가게 된다. 수용체(60)의 일단에서 고체요소(61)가 승화되면, 승화된 고체요소(61)가 차지한 공간을 다른 고체요소(61)가 채우게 되며, 이는 타단에 위치한 탄성부재(65)가 내부캡(63)을 가압함으로써 가능하다. 또한 수용체(60)의 측부에는 수용된 고체요소(61)의 양에 따라서 이동하는 내부캡(63)의 위치를 감지하는 센서(64)가 설치되어 고체 요소(61)가 소진되었는지 여부를 감지한다.When it is necessary to sublimate the solid element, the ECU of the vehicle signals the
하지만, 앞서 살펴본 바와 같이, 배기가스에 포함된 질소산화물의 작은 부피를 차지하기 때문에 질소산화물과 반응되는 NH3 및 HNCO의 공급량 또한 적기 때문에 이를 필요한 양만큼 정확히 공급하기 위해서는 이를 정확하게 제어할 수 있는 장치가 필요하다. 특히 질소산화물은 주행 상태에 따라서 그 양이 변화하기 때문에 주행시 질소산화물의 변화에 따라서 필요한 NH3 및 HNCO의 양을 정확하게 감지하고 이를 공급할 수 있는 장치가 요구된다.However, as described above, since the nitrogen oxide contained in the exhaust gas occupies a small volume, the amount of NH 3 and HNCO reacted with the nitrogen oxide is also small, so that it can be accurately controlled in order to supply the required amount accurately. Is needed. In particular, since the amount of nitrogen oxide changes depending on the driving conditions, a device capable of accurately detecting and supplying the required amount of NH 3 and HNCO according to the change of nitrogen oxide during driving is required.
본 발명은 이러한 요구에 의해서 제안된 것으로, 엔진으로부터 나오는 배기가스의 상태 및 성분을 감지하고, 촉매 반응기를 지난 배기가스의 상태 및 성분을 감지하여 필요로 하는 NH3 및 HNCO의 양 만큼을 고체요소 승화장치를 이용하여 촉매 반응기에 유입시킴으로써 적절한 반응 상태를 조성하여 최적의 상태에서 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있는 질소산화물 저감장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed by this demand, and it detects the state and composition of the exhaust gas from the engine, and detects the state and composition of the exhaust gas passing through the catalytic reactor, the amount of NH 3 and HNCO required by the solid element It is an object of the present invention to provide a nitrogen oxide reduction apparatus capable of reducing the nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas at an optimum state by forming an appropriate reaction state by introducing the catalyst reactor into a catalyst sublimation apparatus.
상기 목적으로 달성하기 위해서, 본 발명은 고체요소 승화장치의 히터를 가열하여 수용체 내에 수용된 고체요소를 승화시켜 발생한 NH3 및 HNCO를 배기관내의 배기가스 중 질소산화물과 반응시켜 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키는 질소산화물 저감장치로: 배기관 내 소정 위치에 설치되며, 상기 고체요소가 승화된 NH3 및 HNCO가 유입되어 배기가스와 반응하며, 반응을 촉진시키는 촉매부를 구비하는 반응기와; 상기 반응기의 전방 배기관에 설치되어 엔진으로부터 유입되는 배기가스 내의 질소산화물 함유량을 측정하기 위한 전방 질소산화물 감지센서와; 상기 반응기의 전방 배기관에 설치되어 엔진으로부터 유입되는 배기가스의 압력을 측정하는 배기 압력센서와; 반응기의 후방 배기관에 설치되어 반응기를 거친 배기가스 내의 질소산화물 함유량을 측정하는 후방 질소산화물 감지센서와; 상기 전방 및 후방 질소산화물 감지센서 및 배기압력센서로부터 신호를 입력받아 반응기에서 필요로 하는 NH3 및 HNCO 양 및 유입압력을 판단하여 고체승화장치에서 승화되는 고체요소의 양 및 유입압력을 조절하는 ECU를 포함하며, 주행 중에 변화하는 배기가스의 상태를 감지하여 배기가스 내의 질소산화물과 반응하기 위한 NH3 및 HNCO의 양과 압력을 배기가스의 상태에 맞도록 조절하여 공급할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention is to heat the heater of the solid urea sublimation device to react the NH 3 and HNCO generated by sublimation of the solid urea contained in the receptor with the nitrogen oxide in the exhaust gas in the exhaust pipe to the nitrogen oxide in the exhaust gas An apparatus for reducing nitrogen oxides, the apparatus comprising: a reactor installed at a predetermined position in an exhaust pipe, the reactor including a catalyst unit for introducing NH 3 and HNCO sublimated by the solid element, reacting with the exhaust gas, and promoting a reaction; A front nitrogen oxide sensor installed at the front exhaust pipe of the reactor to measure nitrogen oxide content in the exhaust gas flowing from the engine; An exhaust pressure sensor installed at a front exhaust pipe of the reactor to measure a pressure of exhaust gas flowing from the engine; A rear nitrogen oxide sensor installed at a rear exhaust pipe of the reactor to measure nitrogen oxide content in the exhaust gas passing through the reactor; ECU which controls the amount and inlet pressure of the solid element sublimated in the solid sublimation device by determining the NH 3 and HNCO amount and inlet pressure required by the reactor by receiving signals from the front and rear nitrogen oxide sensor and exhaust pressure sensor It includes, it can be supplied by adjusting the amount and pressure of the NH 3 and HNCO to react with the nitrogen oxide in the exhaust gas by detecting the state of the exhaust gas changes during driving.
또한 본 발명에서, 상기 반응기의 전방 배기관에는 배기가스의 온도를 측정하는 배기 온도센서가 설치되어 있으며, 반응기 내에는 반응온도를 조절하기 위한 보조히터 및 반응 온도를 측정하기 위한 촉매 온도센서를 구비하며, 상기 ECU는 상기 온도 센서 및 촉매 온도 센서로부터 배기가스 온도 및 반응 온도를 입력 받아 보조히터를 제어하여 배기가스의 반응온도를 조절함으로써 촉매가 활성화되는 온도에서 배기가스의 질소산화물과 NH3 및 HNCO가 반응할 수 있도록 한다.In addition, in the present invention, an exhaust temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas is installed in the front exhaust pipe of the reactor, the reactor is provided with an auxiliary heater for adjusting the reaction temperature and a catalyst temperature sensor for measuring the reaction temperature The ECU receives the exhaust gas temperature and the reaction temperature from the temperature sensor and the catalyst temperature sensor and controls the auxiliary heater to adjust the reaction temperature of the exhaust gas so that the nitrogen oxides of the exhaust gas and NH 3 and HNCO are activated at the temperature at which the catalyst is activated. To react.
또한 본 발명의 상기 고체요소 승화장치는 단부가 반응기 내측으로 삽입된 토출관을 통해 NH3 및 HNCO를 반응기에 공급하며, 상기 토출관은 중간에 역류방지 밸브가 설치되어 있으며, 상기 반응기 내의 단부는 배기가스와 마주보는 방향으로 토출공이 형성되어 있어, 승화된 NH3 및 HNCO가 다시 고체요소 승화장치로 역류되는 것을 방지하며, 또한 토출되는 NH3 및 HNCO가 배기가스와 마주보며 혼합되면서 후방으로 흘러가도록 함으로써 반응 효율을 상승시킬 수 있다.In addition, the solid element sublimation apparatus of the present invention supplies the NH 3 and HNCO to the reactor through a discharge pipe end is inserted into the reactor, the discharge pipe is provided with a non-return valve in the middle, the end of the reactor The discharge hole is formed in the direction facing the exhaust gas to prevent the sublimed NH 3 and HNCO from flowing back to the solid element sublimation apparatus, and the discharged NH 3 and HNCO flows backward while being mixed with the exhaust gas. It is possible to increase the reaction efficiency.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치에 따르는 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치의 구성을 나타내는 도면이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment according to the nitrogen oxide reduction device according to the present invention. 3 is a view schematically showing a nitrogen oxide reduction device according to the present invention, Figure 4 is a view showing the configuration of the nitrogen oxide reduction device according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치는 종래의 고체요소 승화장치(6)를 이용하여, 상기 고체요소 승화장치(6)에서 승화된 NH3 및 HNCO를 반응기(40)에 유입시켜 배기가스 내에 함유된 질소산화물과 반응시킨다. 고체요소 승화장치(6)는 종래기술에서 이미 살펴보았으므로 구체적인 설명은 생략한다. 고체요소 승화장치(6)는 고체를 승화시키기 위해서 수용체(60)의 일단을 가열하는 히터(62)와, 승화된 NH3 및 HNCO를 반응기(40)에 유입시키기 위해서 소정 압력의 공기를 고체요소 승화장치(6)에 불어 넣는 송풍기(69) 및 송풍압력을 조절하기 위한 압력조절기(68)를 구비하고 있다. 상기 송풍기(69)는 엔진(10)에 연결되어 엔진(10)에 종속되어 작동하거나 별도의 전원장치에 의해서 작동될 수 있다.Referring to FIG. 3, the nitrogen oxide reduction device according to the present invention uses a conventional solid urea sublimation device 6 to introduce NH 3 and HNCO sublimed in the solid urea sublimation device 6 into the
상기 반응기(40)는 엔진(10)과 연결되는 배기관(20)의 소정 위치에 위치되며 내부에는 NH3 및 HNCO와 질소산화물이 반응하는 반응공간(44)과, 상기 반응을 촉진시키기 위한 반응촉매(41) 및 산화촉매(42)를 구비한 촉매부(43)를 포함하고 있다. 상기 반응촉매(41)는 NH3 및 HNCO와 질소산화물의 반응을 활성화시키기 위한 것으로 산화티타늄(TiO2), 산화바나듐(V2O5) 등과 같은 산화 금속류가 사용되며, 비교적 높은 온도 범위(350~600℃)에서 반응을 활성화시키기 위해서는 비석(Zeolite) 계열을 촉매를 그리고 비교적 낮은 온도(170~300℃)에서 반응을 활성화시키기 위해서는 백금류(Platinum, Palladium 등)의 귀금속류가 사용된다. 산화촉매(42)는 반응촉매(41)에 의해서 반응이 수행된 후 남거나 반응하지 않은 NH3 또는 HNCO를 산화 또는 환원시키는 촉매이다. The
상기 반응기(40)의 반응공간(44)에는 상기 고체요소 승화장치(6)로부터 NH3 및 HNCO를 유입하기 위한 토출관(67b)이 삽입되어 있다. 상기 토출관(67b)에는 역류방지밸브(670)가 설치되어 있어 고체요소 승화장치(6)로부터 유출되는 NH3 및 HNCO가 역류되는 것을 방지한다. 만약 배기가스의 압력이 NH3 및 HNCO의 유출 압력보다 클 경우에는 NH3 및 HNCO가 역방향으로 흐르게 되는데 이때 상기 역류방지밸브(670)는 NH3 및 HNCO의 역류를 차단하게 된다. 또한 상기 토출관(67b)의 단부(671)는 도 3에 도시한 것과 같이 구형상이며 배기가스가 흐르는 방향과 반대방향으로 NH3 및 HNCO가 유출되도록 홀(672)이 형성되어 있으며, 상기 홀(672)을 통해서 NH3 및 HNCO를 배출된다. 따라서 상기 홀(672)을 통해서 배출되는 NH3 및 HNCO가 배기가스와 마주보며 혼합되고 배기가스와 함께 후방에 위치한 촉매부(43)로 흘러가면서 혼합 되도록 함으로써 촉매부에서의 반응시 반응 효율을 상승시킬 수 있다.A
상기 반응기(40)의 내측에서, 토출관(67b)의 구형상 단부(671) 전방에는 보조히터(34)가 설치되어 있다. 상기 보조히터(34)는 후술하는 ECU(50)에 의해서 조절되어 상기 촉매부(43)의 촉매 활성화온도에 맞도록 배기가스를 가열하는 작용을 한다. 즉 배기가스의 온도가 촉매의 활성화온도보다 낮은 경우 후술하는 차량의 ECU(50)는 이를 감지하여 보조히터(34)를 가동시켜 배기가스의 온도를 촉매 활성화온도까지 높이게 된다.Inside the
상기 반응기(40)의 전후방 배기관(20, 21)에는 배기가스 중의 질소산화물의 함유량을 측정하기 위한 전방 질소산화물 감지센서(31) 및 후방 질소산화물 감지센서(36)가 설치되어 있다. 상기 전방 및 후방 질소산화물 감지센서(31, 36)는 반응기(40) 전후의 배기가스 내에 함유된 질소산화물의 양을 측정하고 이를 ECU(50)에 보내게 되며, ECU는 이를 기초로 하여 반응기(40)에서 질소산화물이 충분히 저감되었는지 여부 및 이에 따라 필요한 NH3 및 HNCO의 양을 판단하고 이를 근거로 하여 고체요소 승화장치(6)로부터 공급되는 NH3 및 HNCO의 양을 조절하게 된다. Front and
또한 배기가스의 압력 및 온도를 측정하기 위해서 상기 반응기(40)의 전방 배기관(20)에는 배기 압력센서(32) 및 배기 온도센서(33)가 설치되어 있다. 상기 배기 압력 및 온도센서(32, 33)에 의해서 측장된 배기가스의 압력 및 온도는 차량 의 ECU(50)에 전달한다. In addition, in order to measure the pressure and temperature of the exhaust gas, the
또한 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치는 반응기(40) 내측에 반응촉매의 온도를 감지하는 촉매 온도센서(35)를 구비하고 있으며, 상기 촉매 온도센서(35)는 반응촉매의 온도를 측정하여 이를 ECU(50)에 전송한다. In addition, the nitrogen oxide reduction device according to the present invention is provided with a
도 4를 참조하면, 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치에 사용되는 ECU(50)는 엔진(10)으로부터 엔진회전수에 관한 정보, 전방 및 후방 질소산화물 감지센서(31, 36)로부터 질소산화물의 저감정도에 관한 정보, 배기 압력센서(32) 및 배기 온도센서(33)로부터 배기가스의 압력 및 온도에 대한 정보, 촉매 온도센서(35)로부터 촉매 반응시의 배기가스의 온도에 대한 정보를 입력 받아, 고체요소 승화장치(6)의 압력조절기(68) 및 히터(62)를 조절하여 고체요소 승화장치(6)로부터 반응기(40)에 유입되는 NH3 및 HNCO의 공급압력과 공급량을 조절하고 또한 보조히터(34)를 조절하여 배기가스를 반응온도 즉, 촉매활성화온도로 맞출 수 있도록 한다.Referring to FIG. 4, the
이하 본 발명에 따르는 질소산화물 저감장치의 작동에 대해서 알아본다. Hereinafter, the operation of the nitrogen oxide reduction device according to the present invention.
차량 전원에 의해서 작동하는 고체요소 승화장치(6)의 히터(62)가 수용체(60) 내의 고체요소를 가열하게 되면, 고체 요소가 승화하여 NH3 및 HNCO가 발생된다. 히터(62)는 ECU에 의해서 요소 승화가 효율적으로 일어나는 150~450℃ 범위에서 가열, 제어되는 것이 바람직하다.When the
이후 고체요소 승화장치(6)의 송풍기(69)에 의해서 공기가 고체요소 승화장치(6)로 유입되면, 토출관(67b)을 통해서 NH3 및 HNCO가 공기와 함께 토출되어 반응 기(40)로 유입된다. 이때 압력조절기(68)는 ECU(50)에 의해서 제어되어 반응기(40) 내의 배기가스의 압력 보다 큰 압력으로 NH3, HNCO 및 공기가 반응기(40)로 유입되도록 조절된다. 이때 ECU(50)는 배기 압력센서(32) 및 배기 온도센서(33)를 통해서 배기가스에 관한 정보를 입력받으며, 또한 전후방 질소산화물 감지센서(31, 36)로부터 반응기(40)의 전후방의 질소산화물의 양에 대한 정보를 입력 받아, 정확한 NH3 및 HNCO의 양과 공급압력을 제어한다.Thereafter, when air is introduced into the solid element sublimation device 6 by the
NH3, HNCO 및 공기는 토출관(67b)의 단부(671)에 형성된 홀(672)을 통해서 반응기(40) 내로 유입되어 배기가스와 함께 혼합되어 촉매부(43)로 흘러가게 된다. 촉매부(43)에서는 다음과 같은 반응이 일어나게 된다.NH 3 , HNCO and air are introduced into the
4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (3)4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (3)
4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O (4)4NH 3 + 2NO 2 + O 2 → 3N 2 + 6H 2 O (4)
2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O (5)2NH 3 + NO + NO 2 → 2N 2 + 3H 2 O (5)
8NH3 + 6NO → 7N2 + 12H2O (6)8NH 3 + 6NO → 7N 2 + 12H 2 O (6)
6HNCO + 9NO → 7.5N2 + 6CO2 + 3H2O (7)6HNCO + 9NO → 7.5N 2 + 6CO 2 + 3H 2 O (7)
즉, 질소산화물은 NH3 및 HNCO와 반응하여 질소, 물 또는 이산화탄소 등으로 변하게 된다. 배기온도가 촉매활성화 온도에 미치지 못할 경우에는 ECU(50)는 보조히터(34)를 작동시켜 배기가스를 가열하여 배기가스의 온도를 조절한다. 또한 촉매 부(43)의 반응촉매(41)는 그 종류에 따라서 활성화 온도가 다르기 때문에 촉매 온도센서(35)를 통하여 반응이 일어나는 촉매의 배기가스 온도를 측정하여 보조히터(34)의 가열정도를 정밀하게 조절할 수 있다. That is, the nitrogen oxide reacts with NH 3 and HNCO to change to nitrogen, water or carbon dioxide. When the exhaust temperature does not reach the catalyst activation temperature, the
반응촉매(41)를 거친 배기가스는 산화촉매(42)를 지나게 된다. 이때 질소산화물 저감반응 후에 남은 잉여 NH3 및 HNCO는 다음과 같은 산화 환원반응을 한다.The exhaust gas passing through the
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (8)4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (8)
6HNCO + 6.5O2 → N2 + 6CO2 + 3H2O + 4NO (9) 6HNCO + 6.5O 2 → N 2 + 6CO 2 + 3H 2 O + 4NO (9)
이후 후방 질소산화물 감지센서(36)는 배기가스 내의 질소산화물의 양을 측정하여 이를 ECU(50)에 보내게 된다.The rear
상기 살펴본 바와 같이 본 발명은 차량의 주행시 변화하는 배기가스의 상태를 감지하고 이를 근거로 하여 고체요소 승화장치로부터 공급되는 NH3 및 HNCO의 양과 압력을 조절하여, 배기가스 내의 질소산화물이 최적의 상태에서 NH3 및 HNCO와 반응될 수 있도록 한다. As described above, the present invention senses the state of the exhaust gas that changes during the driving of the vehicle and adjusts the amount and pressure of NH 3 and HNCO supplied from the solid element sublimation apparatus based on this, so that the nitrogen oxide in the exhaust gas is in an optimal state. Allow to react with NH 3 and HNCO at
그 결과, 본원 발명은 불필요하게 많은 양의 NH3 및 HNCO를 공급하는 것을 방지하여 고체요소의 낭비를 방지하여 원가를 절감할 수 있다.As a result, the present invention requires an unnecessarily large amount of NH 3 And by preventing the supply of HNCO it is possible to reduce the cost by preventing the waste of solid elements.
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