KR20080031900A - 내연기관의 배기가스 유동에 암모니아를 제공하는 방법 및장치 - Google Patents

내연기관의 배기가스 유동에 암모니아를 제공하는 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 방법은 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법으로서,
a) 플라즈마 발생기 (4) 로 일산화질소 (NO) 를 생성하는 단계.
b) 일산화질소 (NO) 의 적어도 일부분을 가역적으로 저장하는 단계.
c) 저장 및/또는 생성된 일산화질소 (NO) 의 적어도 일부분을 환원시켜 제 1 가스 유동 (3) 에 암모니아 (NH3) 를 형성하는 단계, 및
d) 제 1 가스 유동 (3) 을 배기 가스 유동 (1) 과 혼합하는 단계를 포함한다. 산화질소를 환원하기 위한, 본 발명의 장치 및 방법은, 모터 자동차와 같은 특히, 모바일 분야에서의 차내 플라즈마 보조 암모니아 생성의 효율을 유익하게 높이고 종래기술의 장치와 방법과 비교하여, 이를 위해 필요한 연소 소모를 줄인다.

Description

내연기관의 배기가스 유동에 암모니아를 제공하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR PROVIDING AMMONIA IN A FLOW OF EXHAUST GAS OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 배기가스에 암모니아를 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 암모니아는 산화질소를 환원하기 위해 차내에서 생성된 선택 환원제로 사용될 수 있다. 본 방법은 내연기관을 구비한 승용차의 배기가스에 있는 산화질소의 선택적 촉매 환원을 위한 선택 환원제를 제공하는데 특히 유용하게 이용된다.
내연기관의 배기가스는 다수의 물질을 포함하며 이 물질은 살아있는 유기체 및/ 또는 무생물 환경에 부정적 영향을 미치는 물질을 과도한 고농도로 포함한다. 예를 들어 계속 증가하는 교통량 및 계속 증가하는 (에너지 및/또는 열발전을 위한) 발전소의 영향을 줄이기 위해, 많은 국가에서는 반드시 고수해야 할제한 수치를 한정하고 있다.
원치 않는 상기 배기 역시, 산화질소 (NOx) 를 포함한다. 산화질소는 질소분자 (N2) 로 환원될 수 있다. 이러한 환원은 예를 들어, 선택 환원제에 의해 일어날 수 있다. 산소를 매우 많이 포함하는 배기가스 유동을 생성하는 특히, 디젤 내연기관의 배기가스에서는 비 선택 환원이 초기에 산소를 환원시킬 수 있으므로, 선택 환원제가 자주 필요하다. 이러한 이유로, 산화질소 (NOX) 의 선택적 환원을 위해 다수의 선택 환원제가 제안된다. 이러한 선택 환원제로는 예컨대, 암모니아 또는 암모니아 전구체 (precursors) (예를 들어 요소 (urea) 와 같은) 를 포함한다. 그러나 카르밤산 암모늄 (ammonium carbamate), 이소시아뉴릭 산 (isocyanuric acid) 과 시아뉴릭 산 (cyanuric acid) 역시 (상기 선택 환원제로 ) 공지되어 있다. 자동차 분야에서, 암모니아 전구체로 사용되는 요소는 광범위하게 이용된다. 이를 위해, 특히 다용도 차분야에 요소가 가수분해되어 암모니아를 형성하는 가수분해 촉매 변환 장치로 지나간 수성 암모니아 용액을 이용하는 것은 알려져 있다. 선택 환원제로 입힌 상응하는 SCR (selective catalytic reduction of nitrogen oxides) 을 갖는 허니콤 체에 상기 암모니아가 이용된다. 한편, 이러한 점은 부가 탱크가 필요하다는 단점이 있고 이 탱크에는 환원제 또는 환원제 전구체, 예를 들어 요소용액디 저장된다. 게다가, 상기 탱크는 정기적으로 채워져서 가능한 한 광범위하고 농후한 네트워크가 상기 요소 용액의 고정 공급이 필요하다. 상기 타입의 시스템 구조는 (예를 들어,작동과 같이) 매우 비싸고 서비스 집약적이다. 게다가, 요소 용액 저장이 다 소모된 후에, 연속적으로 내연기관을 작동될 때, 산화질소는 효과적인 환원이 더 이상 일어나지 않는다. 상기 산화질소는 대기로 배출된다.
이러한 이유로, 보드에서 환원제를 생산하는 것이 이미 제안되었다. 이러한 점에 있어서, 예를 들어 DE 102 58 185 A1 에서 하나의 방법이 공지되었고 이 특허문헌에서는 산화질소가 플라스마 보조수단에 의해 생성되고 상기 산소를 포함한 가스를 첨가하여 환원되어 암모니아를 형성한다. 형성된 암모니아는 환원제로 이용될 수 있다. 게다가, DE 102 58 185 A1 은 상응하는 플라스마 발생기를 개시한다. 산화질소는 가스 질량 유동에서 형성되는데, 이 가스 질량 유동은 상응하는 내연기관의 배기 가스 유동에 비해 적다. 상기 플라스마 발생기는 가스방전을 발생시키는데 이 가스방전은 2000 K 온도 이상으로 플라즈마 발전기의 작동 가스를 가열한다. 산화 질소를 환원하여 암모니아를 형성하기 위해, 탄화수소를 사용하는 것이 여기서 제안되며, 이 탄화수소는 일반적으로 내연기관의 연료에서 추출된다. 상기 방법이 이용될 때 연료소모를 증가시킨다.
전술한 바로부터, 본 발명이 기초로 하는 목적은 암모니아의 공급에 필요한 연료 양을 줄일 수 있는 암모니아의 차내 공급을 위한 방법을 제안하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1 의 특징부의 방법과 청구항 11 의 특징을 갖는 장치에 의하여 달성된다. 이로운 개선점은 각 종속항에 기재되어 있다.
내연기관의 배기 가스 유동에 있는 질소를 환원하기 위한 본 발명에 따른 방법은 이하의 단계를 포함한다.
a) 플라즈마 발생기 (4) 로 일산화질소 (NO) 를 생성하는 단계.
b) 일산화질소 (NO) 의 적어도 일부분을 가역적으로 저장하는 단계.
c) 저장 및/또는 생성된 일산화질소 (NO) 의 적어도 일부분을 환원시켜 제 1 가스 유동 (3) 에 암모니아 (NH3) 를 형성하는 단계, 및
d) 제 1 가스 유동 (3) 을 배기 가스 유동 (1) 과 혼합하는 단계
특히 하위 단계 a) 와 c) 가 서로 시간차를 두고 수행될 수 있다. 다시 말해, 플라즈마 발생기로 일산화질소를 포함하는 가스 유동을 생성시키는 것은 상기 일산화 질소를 환원시켜 제 1 가스 유동에 암모니아를 형성하는 것과는 다른 시간 및/또는 공간에서 할 수 있고, 그 이유는 상기 제 1 가스 유동에 있는 적어도 일부분의 일산화 질소를 가역적으로 저장함으로써, 산화 질소를 위한 저장수단은 초기에 일산화 질소로 채워질 수 있고, 저장된 일산화 질소를 환원시켜 암모니아를 형성하기 위해 이후 단계에서 다시 비워질 수 있기 때문이다. 이는 플라즈마 발생기로 일산화 질소를 포함하는 가스 유동을 DE 102 58 185 A1 에서 설명한 바와 같이 생성할 때, 특히 유익하며, 그 이유는 공기가 바람직하게 제 1 가스 유동을 생성하기 위해 이용되기 때문이다. 상기 공기의 산소 함량이 공기의 질소 분자 (N2) 로부터 일산화 질소가 생산되어 예를 들어, 약 19% 까지 줄어들지만, 그러나 암모니아를 형성하기 위해 일산화질소를 환원시키는 환원제로서 탄화수소나 수소가 첨가될 때, 상기 매우 높은 산소 비율로 인해, 남아 있는 공기의 산소로 탄화수소가 처음에 산화될 수 있다. 그러나, 이는 첨가된 탄화수소나 수소의 비율은 초기에 공기의 산소가 반응하고 그 다음에 일산화 질소가 환원하여 암모니아를 형성할 정도로 증가해야 하는 효과를 갖는다. 본 발명에 따른 일산화 질소의 가역적 저장의 결과, 제 1 가스 유동의 산소 비율이 가능한 작은 상태에서 일산화 질소의 환원이 일어날 수 있다. 대안적인 방식이 가능한데, 예를 들어, 제 1 단계에서 일산화 질소가 초기에 생성되어, 가역적으로 저장되고, 제 1 가스 유동의 산소 함량이 가능한 낮은 2 단계에서는 가스 유동의 특정 수소비율에서 일산화질소의 환원이 일어나 암모니아가 형성된다. 특히, 다수의 저장과정이 저장요소에서 수행되는데, 이 저장요소는 병렬로 작동되고 이 저장요소는 각 경우 간헐적으로 단일 플라즈마 발생기에 의해 일산화 질소가 채워진다.
여기서 수소의 산화가 일어나지 않고, 수소는 일산화질소의 환원에 직접 사용되기 때문에, 이렇게 수소를 사용하는 것과 탄화수소에서 수소를 생성할 때 탄화수소를 사용하는 것은 역시 상당히 줄어든다. 모바일, 또는 내연기관의 고정 배기 가스 시스템에서, 역시 동일한 산화 질소 환원으로 일산화질소를 산화하여 암모니아를 공급하는 증가된 연료 소비를 상당히 줄일 수 있다.
상기 가역적 저장은 특히 흡착에 의하여 예컨대, 화학흡착 및/또는 물리흡착에 의해 상응하여 형성된 저장요소에서 일어날 수 있다. '가역적저장' 이라는 용어는 특히 산화질소의 저장을 산화질소 또는 기본적으로 예를 들어, 공정 변수를변화시키면서 다시 가역되는 아질산염, 질산염 또는 금속 착물의 형태의 질소화합물 또는 질소 혼합물은 화학 반응에 의하여 코팅되는 것으로부터 다시 방출될 수 있는 형태로 의미하는 것으로 이해된다. 상기 공정 변수의 상응하는 변화에 의해, 적어도 저장된 산화 질소의 부분 공급 또는 방출이 일어난다. 실질적으로 가역적인 저장은 영구적으로 저장되고 더 이상 공급되거나 방출되지 않는 특정 비율의 산화질소가 있다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 내용에서는, 산화 질소의 저장과 공급 및 방출은 산화질소가 분자 형태로 저장되거나 질소를 포함하는 화학혼합물의 형태로 저장되며 질소를 포함하는 화학 혼합물로서 분자 형태로 다시 방출된다는 것을 의미하는 것으로 해석된다.
하위 단계 c) 는 특히, 수소 함유 가스에 의하여 일어난다. 이는 바람직하게 부분 산화에 의해 내연기관의 연료로부터 얻어질 수 있는 분해된 가스(cracked gas) 를 포함할 수 있다.
상기 저장은 예를 들어 NO 가 제올라이트에서 백금 촉매 변환기에서 부분적으로 또는 완전히 산화되어 NO2 를 형성한 후에, 물리흡착에 의하여 이루어 진다. 상기 저장은 초과하거나 못 미치는 한정온도에 의하여 가역적이다. 예를 들어, 화학흡착은 저장요소를 코팅하는 저장의 상응 화합물에 반응하여 일어나고, 예를 들어 일산화 질소는 아질산염의 형태나 금속 화합물의 형태의 질산염의 형태로 저장된다.
상기 플라즈마 발생기의 작동 및 설계에 관하여, DE 102 58 185 A1 에 개시되었고, 개시 내용은 본 명세서에서 참조한다.
공급된 암모니아는 배기 가스 유동에서 산화질소의 환원을 위한 환원제로 특히 사용될 수 있다. 그러므로, 바람직하게는 내연기관의 배기 가스 유동에 있는 산화 질소의 환원을 위한 방법이며, 상기 특정 방법 뿐만 아니라, 단계 a) 에서 d) 는 이하 부가적인 방법 단계도 포함한다.
e) 암모니아 (NH3) 로 배기 가스 유동의 산화 질소 (NOX) 를 환원하는 단계
상기 방법 단계 e) 는 상응하는 코팅이 제공된 특히, 허니콤 체에서 수행된다.
본 발명에 따른 발명의 이로운 실시 형태에 따르면, 플라즈마 발생기의 작동 가스는 배기 가스 유동의 부분 유동을 포함한다. 상기 작동 가스는 플라즈마의 발생기의 시작재를 의미하는 것으로 해석된다. 대안적으로 또는 이에 더하여, 상기 작동 가스는 산소 함유 가스를 포함할 수 있다. 여기서, 특히 바람직하게는 공기가 적어도 첨가된다. 한편으로는 공기가 배기 가스 부분 유동에 첨가 될 수 있다는 것과 다른 한편으로는 공기가 실질적으로 플라즈마 발생기를 위한 작동 가스로 독점적으로 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 공기는 충분한 양의 질소와 부분 산화에 필요한 산소를 포함하여 가능한 많은 일산화 질소를 생산하는 것은 발생기의 작동 파라미터에 상응하는 공기로 플라즈마를 작동하여 생산될 수 있다. 배기 가스 부분 유동 특히 주 배기 가스 유동보다 적은 유동을 포함하는 배기 가스 부분 유동 또는 공기가 플라즈마 발생기의 작동 가스로 사용될 지를 선택하는 것은 특히 궁극적으로 기대하고 희망하는 양의 암모니아에 의하여 이루어 질 수 있다. 플라즈마 발생기의 작동기체의 배기가스의 비율 및/ 또는 작동가스의 공기 비율은 예를 들어, 플라즈마 발생기의 상류에 있는 상응하는 공급 및/ 또는 유동 안내 수단에 의하여 제어되거나 조정할 수 있다. 상기 작동 가스는 바람직하게는 미리 예열되어 플라즈마 발생기 안으로 유입된다.
본 발명에 따른 상기 방법의 유익한 하나의 개선에 따르면, 제 1 가스 유동의 저장된 일산화 질소의 적어도 부분적 공급 및/또는 방출이 하위 단계 c) 동안 및/또는 그 이전에 일어난다.
특히, 일산화 질소의 적어도 부분 화학 흡착은 아질산염의 및/또는 질산염 기의 형태와 화학반응에 의한 상응하는 방출에 의하여 가능하다. 예를 들어 저장 요소의 상응하는 반응 파트너에 의하여 끼워넣고, 이 반응 파트너로 화합물은 아질산염 (NO2) 기와 질산염 (NO3) 기로 들어간다. 이는 예를 들어 상응하는 저장 요소의 상응 코팅의 형태로 가능하다. 상기 저장 요소가 현재 하위 단계 b) 에서 가스를 포함하는 수소에 의해 이동하면, 그 후에 아질산염 기는 수소와 함께 변환되어 암모니아와 물과 OH 기를 형성한다. 동일한 사항이 질산염 기에 적용된다.
NO2 _ + 3 H2 → NH3 + OH_ + H2O
NO3 _ + 4 H2 → NH3 + OH_ + 2 H2O
게다가, 하위 단계 b) 는 예를 들어 금속 교환 제올라이트에서 수행되는데 산화질소는 제올라이트의 상응하는 금속 합성물의 형태로 끼워지며 마찬가지로 상응하는 화학 반응에 의하여 방출될 수 있다. 게다가, NSR (nitrogen storage and reduction) 촉매 변환기에서 질산염 및/또는 아질산염으로 저장될 수 있으며 상기 NSR 촉매 변환기는 상응하는 코팅을 갖는다. 특히, 저장된 일산화 질소의 적어도 부분 공급 및/또는 방출이 하위 단계 c) 와 동시에 일어날 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 특히 상응하는 저장요소가 한편으로 일산화질소의 물리흡착 및/또는 화학 흡착을 하고 다른 한편으로는 촉매가 일산화 질소의 상응하는 환원을 촉진할 때 형성될 수 있다. 이는 예를 들어 일산화 질소가 아질산염 및/또는 질산염 기로 저장되는, 상응하는 저장 환원코팅을 공급함으로써 이뤄질 수 있다. 수소 함유 가스가 저장 요소를 통하여 이제 수행되면, 지금 전술한 바와 같이 상응하는 환원이 발생되어 암모니아가 형성되고 그 결과, 저장 요소로부터 일산화 질소가 방출되고, 따라서 저장된 제 1 가스 유동의 산화 질소가 적어도 부분 적으로 공급된다. 여기서, 암모니아를 형성하는 환원은 동시에 일어난다.
본 발명에 따른 방법의 다른 유익한 실시 형태에 따르면, 실질적으로 일산화 질소의 적어도 일부분의 가역적 저장은 저장 요소에서 일어난다.
허니콤 체는 상응하는 코팅을 제공하며 이 허니콤 바디는 특히 저장 요소에 적합하다. 허니콤 체는 상대적으로 작은 부피로 상대적으로 큰 특정 표면적을 갖고 이러한 표면적은 일산화 질소를 저장하는데 제공될 수 있다. 허니콤 체는 특히 세라믹 및/또는 금속 허니콤 체를 의미하는 것으로 해석된다. 세라믹 허니콤 체는 세라믹덩어리로 사출 성형 되어 구워진 형태로 제공될 수 있고, 금속 허니콤 체는 예를 들어 금속 층을 감고/감거나 꼬아서 제작될 수 있다. 특히 상기 층의 일부분이나 다른 하나의 층이 적어도 부분적으로 구조화 되어지는것이 가능하다. 여기서 구조화된다는 것은 층 내에 구조물의 형성을 의미하는 것으로 이해되며, 상기 층을 감고/감거나 꼬을 때, 층은 움푹 패인 형태를 형성하고 허니컴 체에서 이 움푹 패인 곳은 유동, 예를 들어 덕트에 의해 이동되고, 적어도 부분적으로 상기 덕트를 한정한다. 한편으로, 여기서 실질적으로 나선형 허니콤 체의 형태가 특히 바람직한데, 이러한 형태에서는 예를 들어, 적어도 하나의 실질적으로 매끄러운 금속 층과 적어도 부분적으로 구조화된 금속 층이 나선형태로 서로 감겨있다. 이는 또한, 실질적으로 매끄러운 금속 층과 적어도 부분적으로 구조화된 금속 층을 적층하여 허니콤을 형성하는 것은 바람직하고, 하나 이상의 적층체는 동일한 방식 또는 반대 방식으로 서로 감겨 있는 다수의 층으로 구성된다. 실질적으로 매끄러운 층은 또한 폭이 작고 바람직하게는 적어도 구조화된 층에 구조 폭보다 상당히 작은 미세구조를 갖는 층을 의미하는 것으로 해석된다.
여기서, 금속 층은 예를 들어 섬유모양의 층 또는 상응하는 소결된 층과 같은 유체가 적어도 부분적으로 가로지르는 특히, 시트 금속 포일과 층을 의미하는 것으로 해석된다. 본 발명에 따르면, 금속 층은 합성층으로도 의미하는데 이 합성층에서는 예를 들어 얇은 시트 금속 스트립이 (유체가 적어도 부분적으로 가로지를 수 있는) 층을 보강하기 위하여 상기 층에 접촉시킨다.
바람직한 금속 층의 두께는 예를 들어 시트 금속 포일의 경우 대략 160 ㎛ 이하의 범위이며 바람직하게는 실제적으로 80 ㎛ 이하의 범위이고 특히, 바람직하게는 대략 15 내지 대략 50 사이 또는 대략 30 내지 대략 40 ㎛ 의 범위이다. 유체가 적어도 부분적으로 횡단하는 금속 층은 특히 3 mm 이하의 두께이고, 바람직하게는 2 mm 이하이며 특히, 바람직하게는 대략 0.1 내지 대략 1.5 이거나 대략 0.5 mm 내지 대략 1 mm 의 두께를 갖는다.
상기 허니콤 체는 일산화 질소나 산화 질소가 일반적으로 물리 흡착 및/또는 화학 흡착에 의해 결합이 일어나는 저장 코팅을 갖는다. 여기서, 예를 들어 저장 코팅이 한계 온도 이하의 온도에서 산화 질소를 끼우는 덕트 및/또는 우리형 구조 같은 구조를 갖는 제올라이트를 가질 수 있으며, 상기 산화 질소는 제 2 한계 온도를 초과할 때, 다시 방출된다. 여기서, 코팅은 철 교환 제올라이트를 포함하는 것이 바람직하다.
다른 한편으로, 상기 코팅은 아질산염 및/또는 질산염을 형성하기 위해 일산화 질소와 반응하는 알칼리 물질도 포함한다. 저장 요소 또는 허니콤 체는 산화 질소가 상응하여 일시적으로 저장되고, 예를 들어 가스를 포함하는 수소가 허니컴 체를 통해 흐를 때, 상기 가스를 포함하는 일산화 질소가 환원될 때, 저장 환원코팅 역시 포함한다. 환원은 일산화 질소 또는 산화질소 뿐만 아니라, 예를 들어 아질산염 및/또는 질산염 기와 같이 상응하는 산화 질소를 방출하는 물질로 일어난다.
본 발명에 따른 방법의 다른 유익한 실시예에 따르면 물리흡착 및/또는 화학흡착에 의하여 저장된다.
여기서, 아질산염 및/또는 질산염 기의 형성에 의하여 화학흡착이 특히 선호된다. 산화 질소의 물리 흡착이 이뤄질 때, 한계 온도 이상으로 저장 요소를 가열함으로써, 산화 질소의 탈착이 수행되는 것은 바람직하다. 상기 가열은 특히 전기 저항 가열로 실현될 수 있다.
상기 저장 요소는 바람직하게는 물리흡착이 화학 흡착과 동시에 일어나거나 물리흡착과 화학 흡착이 서로 겹치는 두 온도 범위에서 일어나도록 구체화될 수도 있다. 또한 특히 물리흡착이 화학 흡착이 일어나는 최소 온도에 도달되지 않은 낮은 온도에서 일어날 수 있다. 상한 온도를 초과할 때, 물리 흡착 비율의 탈착이 일어난다.
본 발명에 따른 다른 유익한 실시예에 따르면, 수소 함유 가스가 하위 단계 b) 에서 이용된다.
수소는 일산화 질소를 환원시켜 암모니아를 형성한다. 수소 함유 가스가 탄화수소의 부분 산화에 의하여 생성되는 합성 가스 또는 분해 가스 (cracked gas) 가 되는 것이 가능하다. 따라서, 특히 암모니아를 형성하기 위한 다른 환원제를 저장할 필요가 없는데, 그 이유는 탄화수소가 일반적으로 내연기관의 작동을 위한 연료로 저장되기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 더 유익한 실시예에 따르면, 수소 함유 가스는 탄화수소함유 시작재에서 발생된다. 이는 특히, 바람직하게 내연기관을 작동시키는 연료일 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 더 유익한 실시예에 따르면, 일산화 질소의 적어도 일부분의 저장은 병렬로 작동되는 두 개의 저장요소에서 발생되며, 각 경우 제 1 저장 요소는 일시적으로 일산화 질소를 저장하고, 제 2 저장요소는 일산화 질소를 제 1 가스 유동에 공급하고/하거나 산화 질소가 상기 제 2 저장요소로부터 방출된다.
또한 병렬로 작동될 수 있는 두 가스 스트랜드가 제공되는 방법이 선호된다. 제 1 가스 스트랜드에서, 상기 방법의 하위 단계 a)와 b) 가 수행되고 하위 단계 c) 는 저장된 일산화 질소를 갖는 제 2 가스 스트랜드에서 병렬로 수행된다. 상기 방법은 제 2 가스 스트랜드에서 단지 하위 단계 c) 만이 수행되고, 하위 단계 a) 와 b) 만이 제 1 가스 스트랜드에서 수행되도록 특히, 구성된다. 하나의 가스 스트랜드에서 하위 단계 c) 가 수행될 때, 특히 산소와의 반응을 방지하기 위하여 가능한 적은 산소 함량을 갖은 가스 혼합물이 상기 가스 스트랜드를 가로지르는 것이 가능하다. 이는 유익하게 탄화수소의 사용과 그러므로 내연기관의 연료로부터 합성된 가스나 분해 가스를 생성할 때 연료 소모를 줄인다. 특히 플라즈마 발생기가 연속적으로 작동되고 다른 저장 요소를 현재 비우는 동안, 두 저장 요소중 하나의 경우에 채우는 것이 지금 가능하다.
기본적으로 본 발명에 따르는 방법은 예비로 일산화 질소의 저장된 양을 갑작스런 배기가스의 산화 질소의 농도 피크를 위해 사용될 수 있다. 일산화 질소의 특정 완충제와 또한 저장요소에 준비된 내연기관의 배기가스의 산화 질소의 농도를 줄이기 위한 환원제 역시 가능하며, 상기 완충제는 배기가스의 산화 질소 농도가 갑자기 상승하는 경우에 신속하게 첨가될 수 있다. 여기서, 플라즈마 발생기에 의한 산화 질소 생산의 관성은 무시된다. 상기 기능은 대안적으로 또는 부가적으로 선택 작동과 하나 또는 다수의 저장 요소에 산화 질소를 대안적으로 흡착하거나 탈착하는 것을 위해 제공된다. 이는 영구적으로 암모니아를 공급할 최소 저장 용량보다 큰 저장 요소(들) 로 저장 요소 (들) 을 형성하는데 특히 가능하며 이롭다. 다시 말해, 영구 작동과 암모니아의 연속적인 유출을 위해, 특정 용량 (X) 이 일산화 질소를 저장하기 위하여 제공되어야 하며 이 특정용량은 암모니아의 특정 집중의 연속적인 유출을 허용한다. 저장 요소 (들) 가 산화 질소를 저장하기 위하여 X 보다 큰 Y 용량을 갖고 형성되어지는 것이 유익하다. 그 다음에, Y 와 X 의 차는 배기 가스가 갑작스런 산화 질소의 피크를 갖을 때, 이용 가능 한 완충제로 사용될 수 있다. 또한 여기에 배기 가스의 산화질소 집중이 직접적 또는 간접적으로 가능한 한 연속적으로 추가적으로 가장 짧은 시간 간격 이상으로 감시되어지는 작동 방법이 선호된다. 이는 배기 가스에 있는 측정된 산화 질소 농도 수치로부터 상기 농도 구배를 결정하는 것이 가능하며, 이 구배를 기초로 배기 가스의 상기 산화 질소를 가능한 한 완전하게 환원을 하기 위한 암모니아에 대한 높은 요구가 어떻게 시간주기에 있는지를 예상하는 것이 가능하다. 상기 요구에 기초하여, 플라즈마 발생기와 저장 요소는 그리고 나서 상응하여 작동되고 이로써, 가능할 때, 암모니아의 상응하는 양이 제공될 수 있다. 이는 예를 들어, 상기 상승으로 인하여 배기 가스에 있는 산화 질소 농도의 급격한 증가는 예측된다는 것을 의미한다. 그 결과, 한편으로 플라즈마 발생기는 가능할 때, 충분한 암모니아를 생산하기 위하여 대응하여 작동되며, 다른 한편으로 공급된 암모니아 또는 일산화 질소 저장은 따라서 상기 원천으로부터 암모니아를 생산하는 것을 신속하게 증가시키도록 비워진다.
본 발명에 따른 개념의 다른 양태에 따르면, 내연기관의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치가 제안되었다. 상기 장치는 일산화 질소를 생성하기 위한 하나 이상의 플라즈마 발생기와 이 플라즈마 생성기에 연결될 수 있으며 일산화 질소를 환원시켜 암모니아 (NH3) 를 형성하는 하나 이상의 제 1 환원 장치를 포함하는 상기 장치에 있어서, 일산화 질소를 저장하는 하나 이상의 저장요소가 하나이상의 플라즈마 발생기와 산화 질소의 선택적 환원을 위한 제 1 환원 장치 사이에 형성된다.
본 발명에 따른 장치는 특히, 본 발명에 따른 방법을 수행하는데도 역시 적합하다. 게다가, 제 2 환원 장치는 산화 질소 (NOx) 의 선택적 환원을 위한 것이며, 제 1 환원장치에 연결 될 수 있도록 형성된다.
이는 본 발명에 따른 장치에 의하여, 탄화수소가 암모니아를 형성하는 산화 질소를 환원하는 환원제로 이용될 때나 탄화수소를 암모니아를 형성하는 일산화 질소를 위한 환원제의 전구체로 이용할 때 특히 연료 소비가 감소되는 것이 가능한데, 그 이유는 상기 형태의 장치는 플라즈마 발생기에 의하여 일산화 질소를 생성할 때 일반적으로 얻어지는 산소 함유 가스가 가로지르는 저장요소 없이 산화 질소를 공급할 수 있기 때문이다. 그러므로, 제 1 환원 장치에서의 환원제는 산소와 반응하지 않으나 다소 주로 일산화 질소와 반응한다. 따라서, 상기 연료 소비는 적어진다.
적어도 하나의 저장 요소는 바람직하게 저장 코팅을 입힌 허니콤 체로 구현된다.
허니콤 체의 정의는 상기 한 설명을 참조하면 된다. 이는 또한 특히, 제 1 및/또는 제 2 환원장치가 대응하는 코팅을 갖는 허니콤 체로 구성될 수 있다. 상기 플라즈마 발생기는 바람직하게는 DE 102 58 185 A1 과 같이 구현되고/또는 작동될 수 있고 전체 본문에 상기 방법으로 적어도 플라즈마 발생기의 작동 방법 및 설계에 관하여 그리고 전극 및/또는 플라즈마 발생기를 작동시키는 처리 파라메터의 디자인에 관하여 상기 특허문헌을 참조한다. 이는 특히 DE 102 58 185 A1 에서 공지된 전극의 형태에도 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 유익한 상세에 따르면, 하나 이상의 저장요소는 일산화 질소를 환원시켜 암모니아를 형성하는 제 1 환원 장치를 포함한다. 이는 특히, 상응하는 코팅을 갖는 허니콤 체가 저장 요소 및/또는 제 1 환원 장치로 사용되어 얻어질 수 있다. 상기 코팅은 특히, 저장 환원 코팅이 될 수 있으며, 이 코팅에서 일산화 질소는 아질산염 및/또는 질산염의 형태로 저장되고 환원제에 의해 방출될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 유익한 상세에 따르면, 적어도 하나의 허니컴 바디는 제 1 환원 촉매 코팅을 포함한다. 따라서 특히, 간단하게 제 1 환원 촉매 코팅을 일산화 질소를 저장하기 위해 저장 코팅으로 결합함으로써, 저장 요소로 제 1 환원 장치를 결합하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 장치의 다른 유익한 상세에 따르면, 수소 함유 가스를 생성하기 위한 반응기가 형성되고 이 반응기는 제 1 환원 장치에 연결될 수 있다. 이러한 종류의 반응기는 특히 탄화수소함유 시작재 예를 들어 내연기관의 연료로부터 분해 가스 또는 합성 가스를 생성할 수 있다. 연결하기 위한 용량은 예를 들어 대응하게 설계된 밸브에 의하여 얻어질 수 있으며 이로써, 상기 반응기는 제 1 환원 장치에 연결되나 영구적으로 제 1 환원 장치에 연결될 필요는 없다. 따라서, 한편으로 암모니아를 형성하는 일산화 질소를 환원하는 환원 매체 첨가를 고도로 정확히 제어할 수 있게 되며, 다른 한편으로, 대응하는 연결을 통한 배기 가스 시스템에서 물질을 방출되지 못하게 방지하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 장치의 다른 유익한 상세에 따르면, 제 1 환원 장치는 내연기관의 배기 라인 에 연결 될 수 있다.
연결할 수 있도록 하는 상기 용량은 예를 들어 대응하는 밸브의 설계에 의하여 확보될 수 있다. 연결을 위한 상기 용량의 결과, 제 1 환원장치는 상기 배기라인에 (영구적인 연결은 불필요할지라도) 연결될 수 있다. 그 다음에, 암모니아가 생성되도록 방법으로 제 1 환원장치가 작동할 때, 이 제 1 환원장치는 배기라인에 연결 될 수 있다. 그 다음에, 제 2 환원장치는 제 1 환원 장치로의 연결지점 하류에서 배기라인에 이미 바람직하게 제공된다.
시스템이 작동할 때, 시스템은 적어도 두개의 가스 스트랜드를 갖고, 각 가스 스트랜드는 제 1 환원장치와 저장 요소를 갖고, 단일 제 2 환원장치만의 전체가 형성될 수 있다. 여기서, 두 개의 가스 스트랜드는 번갈아 작동되어 흡착하는 각 경우에 즉, 제 2 가스 스트랜드에서 저장된 산화 질소의 탈착이 있어나는 동시에, 산화 질소의 일시적인 저장은 제 1 가스 스트랜드의 저장요소에서 일어난다. 그 후에, 제 2 가스 스트랜드에는 탈착된 NOx 가 암모니아로 전환될 수 있다. 상기 탈착은 가능한 적은 산소 비율을 포함하는 배기 가스 유동에서 일어나는데, 그 이유는 암모니아를 형성하는 NOx 의 환원에 필요한 환원제의 이용이 줄어들 수 있기 때문이다. 두 개의 가스 스트랜드는 제 1 환원 장치의 상류에서 병합될 수 있으며, 따라서 두 개의 가스 스트랜드가 연속적으로 교번 작동하는 경우, 제 2 환원 장치는 산화 질소의 선택 촉매 환원을 위한 환원제로서 암모니아가 항상 공급될 수 있다. 적어도 제 2 환원장치는 특히, 바람직하게 배기 스트랜드에서 형성된다.
이는 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치에 있어서, 다른 배기 가스 변환 요소 예를 들어 특히, 산화 촉매 변환기, 삼원 촉매 변환기, 예를 들어 탄화수소나 산화질소와 같은 특정 구성요소를 위한 촉매 변환기, 미립자 필터 특히, 개방 및/또는 폐쇄 미립자 필터 등이 형성되는 것은 기본적으로 가능하다.
또한 전술한 상세를 포함하는 본 발명에 따른 장치를 포함하는 디젤 엔진을 구비하는 자동차의 실시예는 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 방법에 관련된 상기 공지한 이점 및 상세는 본 발명에 따른 장치와 같은 방법으로 적용되고 전환될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 장치와 관련하여 공지된 이점과 상세에도 적용할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 방법과 같은 방법으로 적용되고 전환될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예에 기초하여 이하 더 상세하게 설명되고, 상기 상세와 이점에 제한함이 없다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치의 예시적인 제 1 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 장치의 예시적인 제 2 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도 3 은 허니콤 체를 개략적으로 나타낸다.
참조번호 리스트
1. 배기 가스 유동
2. 내연기관
3. 제 1 가스 유동
4. 플라즈마 발생기
5. 산소 함유 가스 유동
6. 제 1 환원 장치
7. 제 2 환원 장치
8. 저장 요소
9. 수소 함유 가스
10. 반응기
11. 탄화 수소 함유 시작재
12. 연료 탱크
13. 연료라인
14. 제 1 가스 스트랜드
15. 제 2 가스 스트랜드
16. 제 1 저장 환원 장치
17. 제 2 저장 환원 장치
18. 제 1 밸브
19. 제 2 밸브
20. 배기관
21. 제 3 밸브
23. 제 4 밸브
24. 모듈
25. 허니콤 바디
26. 실질적으로 매끈한 금속 층
27. 적어도 부분적으로 구조화된 금속 층
28. 덕트
29. 일산화 질소를 포함하는 가스 유동
30. 혼합 유동
도 1 은 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아를 공급하기 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예를 나타낸다. 배기 가스 유동 (1) 은 화살표로 표시된다. 여기서 일산화 질소 (NO) 를 포함하는 가스 유동 (29) 이 플라즈마 발생기 (4) 에서 생성된다. 이러한 목적으로, 플라즈마 발생기 (4) 에는 특히, 적어도 부분적으로 공기를 포함하는 작동가스로서 산소 함유 가스 유동 (5) 이 바람직하게 공급된다. 상기 플라즈마 발생기 (4) 는 질소 (N2) 를 전환시켜 산화질소 (NOx) 를 형성하는 래디칼, 특히, 산소 래디칼을 포함하는 플라즈마를 생성한다. 여기서 산화질소 (NOx) 를 생성하는 반응의 반응 평형의 전환이 바람직하게 일산화 질소 (NO) 의 생성 방향으로 일어나도록 상기 플라즈마 발생기 (4) 는 구현되고 작동된다. 게다가, 상기 플라즈마 발생기 (4) 에 연결될 수 있거나 연결되어 있는 제 1 환원장치 (6) 가 형성되어 있다. 제 1 환원 장치 (6) 에서, 암모니아 (NH3) 를 형성하는 일산화 질소 (NO) 의 환원이 제 1 가스 유동 (3) 에서 일어나므로, 상기 제 1 가스 유동 (3) 은 제 1 환원 장치를 나간 이후에 암모니아를 포함하게 된다. 암모니아는 내연기관의 배기가스의 산화 질소의 환원을 위한 환원제로 특히 사용될 수 있다.
게다가, 제 2 환원 장치 (7) 가 배기가스 라인 (20) 에 형성되어 있는데, 이 제 2 환원장치 (7) 에서 산화 질소 (NOx) 의 선택적 환원이 일어날 수 있다. 제 1 환원 장치 (6) 에서 암모니아가 발생되고 배기 가스 유동 (1) 과의 혼합물이 생성된 이후에, 상기 제 2 환원 장치 (7) 에서 이제 암모니아를 함유하는 제 1 가스 유동 (3) 이 혼합 유동 (30) 에 도입된다. 여기서, 상기 암모니아는 바람직하게 산화 질소를 환원하는 선택적 환원제로 사용된다.
게다가 하나 이상의 저장 요소 (8) 가 형성된다. 이 저장 요소 (8) 는 특히 허니콤체로 구현된다. 상기 저장요소는 바람직하게는 산화질소를 일시적으로 저장할 수 있는 코팅을 포함한다. 상기 저장 요소 (8) 는 플라즈마 발생기 (4) 의 하류에서 특히, 플라즈마 발생기 (4) 와 제 2 환원 장치 (7) 사이에, 바람직하게는 역시 플라즈마 발생기 (4) 와 제 1 환원 장치 (6) 사이에 형성된다. 따라서, 플라즈마 발생기 (4) 를 나가는 가스 유동 (29) 에 포함된 일산화 질소 (NO) 의 적어도 일 부분이 상기 저장 요소 (8) 에 일시적으로 저장될 수 있다. 이 저장은 특히 화학 흡착 및/또는 물리흡착에 의하여 일어날 수 있다. 어느 경우든, 상기 저장 요소 (8) 또는 저장 요소 (8) 의 상응하는 코팅은 일산화 질소 (NO) 의 저장이 가역적으로 되도록 선택되는데, 다시 말해 저장된 일산화 질소 (NO) 를 제 1 가스 유동 (3) 에 적어도 부분적으로 제공하는 것이 하나 이상의 물리 및/또는 화학적 조건이 변하는 경우에 일어나도록 선택된다. 이는 예를 들어, 일산화 질소 (NO) 가 아질산염 및/또는 질산염을 형성하기 위하여 저장요소 (8) 에서 화학적으로 결합되어 발생될 수 있다. 예를 들어 저장 요소 (8) 를 통해 흐르는 수소 함유 가스 (9) 를 적어도 때때로 공급할 때, 아질산염 또는 질산염 기에서 암모니아 (NH3)가 직접 형성되는 반응이 일어날 수 있다. 여기서, 제 1 환원 장치 (6) 와 저장 요소 (8) 는 예를 들어, 상응하는 환원 저장 코팅을 허니콤체에 제공하여, 바람직하게는 단일 요소로 함께 형성될 수 있다. 특히 상기 수소 함유 가스 (9) 는 탄화 수소 함유 시작재로부터 부분 산화에 의하여 상응하는 반응기 (10) 에서 발생될 수 있다. 탄화 수소 함유 시작재 (11) 는 특히 내연 기관을 또한 작동시키는 연료 (예를 들어 디젤 연료) 를 포함한다. 이를 위해, 반응기 (10) 는 바람직하게 상응하는 연료 탱크 (12) 에 연결될 수 있다. 이 연료탱크는 연료라인 (13) 에 의해 내연기관 (2) 에 연결된 연료 탱크 (12) 와 동일 할 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 장치의 예시적인 제 2 실시예를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 플라즈마 발생기 (4) 를 포함하며, 작동 가스인 산소함유 가스 (5) 가 이 플라즈마 발생기 안으로 흐른다. 상기 산소함유 가스 (5) 는 바람직하게는 공기 또는 공기와 혼합된 배기 가스 부분 유동이다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 발생기 (4) 에서, 소정량의 일산화 질소가 생성된다. 여기서, 플라즈마 발생기 (4) 는 일어나는 반응에서 바람직하게 일산화 질소가 생성되도록 각 경우에 반응 평형이 전환되도록 설계되어 있고 작동된다. NO 함유 가스 유동 (29) 이 플라즈마 발생기 (4) 를 나가고, 이 가스유동 (29) 은 플라즈마 발생기 (4) 에 의하여 생성된 일산화 질소 (NO) 를 함유한다. 플라즈마 발생기 (4) 는 제 1 가스 스트랜드 (14) 와 제 2 가스 스트랜드 (15) 에 연결되어 있다. 제 1 가스 스트랜드 (14) 는 제 1 저장 환원 장치 (16) 를 포함하고, 제 2 가스 스트랜드 (15) 는 제 2 저장 환원 장치 (17) 를 포함한다. 상기 저장 환원 장치 (16,17) 는 각 경우에 제 1 환원 장치 (6) 와 저장 요소 (8) 의 기능을 포함하도록 구현된다. 상기 저장 환원 장치 (16,17) 는 상응하는 저장 환원 코팅을 포함하는 허니콤체로 구현되는 것이 특히 바람직하다. 상기 플라즈마 발생기 (4) 는 두 개의 밸브 (18) 에 의해 제 1 가스 스트랜드 (14) 및/또는 제 2 가스 스트랜드 (15) 에 연결될 수 있다. 이하, 상기 플라즈마 발생기 (4) 를 나가는 일산화 질소 함유 가스 유동 (29) 이 제 1 가스 스트랜드 (14) 만을 통해서 흐르도록 제 1 밸브 (18) 가 작동하는 상항을 먼저 생각해 본다. 제 1 가스 스트랜드 (14) 에서, 가스 유동 (29) 에 함유된 일산화 질소의 적어도 일부의 저장은 제 1 저장 환원 장치 (16) 에서 일어난다. 이 저장은 전술한 바와 같이 화학흡착 및/또는 물리흡착에 의해 일어날 수 있다. 여기서, 제 1 저장 환원 장치 (16) 의 상응하는 코팅을 형성하는 것은 바람직하며, 이러한 코팅에서 일산화 질소의 적어도 화학흡착 및/또는 물리 흡착이 아질산염 및/또는 질산염기에 의하여 일어난다. 여기서, 제 1 저장 환원 장치 (16) 가 갖는 저장 환원 코팅의 알칼리 저장 요소는 바람직한 아질산염이 형성되도록 선택된다. 제 1 저장 환원 장치 (16) 를 나간 일산화 질소가 실질적으로 없는 잔류 가스는 제 2 밸브 (19) 를 통해 배기관 (20) 안으로 유입된다.
동시에, 제 1 가스 스트랜드 (14) 에 병렬로 위치한 제 2 가스 스트랜드 (15) 에서, 제 2 저장 환원 장치 (17) 에 저장된 일산화 질소의 환원이 일어나 암모니아를 형성하게 된다. 이를 위해, 수소 함유 가스 (9) 가 대응하는 제 3 밸브 (21) 에 의하여 제 2 저장 환원 장치 (17) 안으로 유입된다. 수소함유 가스 (9) 는 특히, 전술한 바와 같이 탄화수소를 함유하는 연료로부터 합성 가스나 분해 가스로서 생성될 수 있다. 예컨대, 이러한 목적을 위해 내연기관 (2) 을 작동시키는데 사용하는 연료와 같은 연료를 사용할 수 있다. 이 연료는 바람직하게 상응하는 반응기 (10) (도 2 에는 미 도시) 에서 전환된다. 수소 함유 가스 (9) 는 제 2 저장 환원 장치 (17) 를 통해 흐른다. 여기서, 질산염 및 아질산염기와 수소가 반응하여 암모니아와 물과 OH- 기를 형성하게 된다. 이렇게 생성되어 암모니아를 함유하는 제 1 가스 유동 (3) 은 상응하게 구현된 제 4 밸브 (23) 를 통해 배기라인 (20) 안으로 보내진다. 제 4 밸브 (23) 와 상응하는 제 2 밸브 (19) 는 적당한 경우에 단일 요소로 구현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제 1 가스 유동 (3) 은 배기가스 유동 (1) 과 혼합하여 하류에서 상응하게 구현된 촉매 변환기에 공급될 수 있다. 이 촉매 변환기는 특히 산화 질소가 선택적 환원제인 암모니아에 의해 환원되는 제 2 환원 장치 (7) (미 도시) 일 수 있다. 제 2 저장 환원 장치 (17) 의 일산화 질소 저장이 실질적으로 이렇게 비워지면, 제 1 밸브 (18), 제 2 밸브 (19), 제 3 밸브 (22) 및/또는 제 4 밸브 (23) 가 플라즈마 발생기 (4) 를 나오는 가스 유동 (29) 이 이제 제 2 가스 스트랜드 (15) 를 통과하여, 제 2 저장 환원 장치 (17) 에 일산화 질소가 새롭게 저장되도록 전환된다. 대응하여, 상응하는 제 3 밸브 (21) 를 통해 제 1 가스 스트랜드 (14) 안으로 흐르는 수소 함유 가스 유동 (9) 에 의해, 제 1 가스 유동 (3) 을 형성하기 위해 제 1 저장 환원 장치 (16) 에서 일산화 질소의 저장을 비우는 것이 일어나서 제 1 가스 유동 (3) 이 형성되고, 이유로는 상응하는 제 4 밸브 (23) 에 의해 배기 라인 (20) 안으로 유입된다. 여기서 일어났거나 일어나는 반응은 전술한 바와 같이 제 1 저장 환원 장치 (16) 에서도 마찬가지로 일어난다.
여기에 나타낸 모든 구성요소는 다시 말해, 특히 플라즈마 발생기 (4), 제 1 저장 환원 장치 (16), 제 2 저장 환원 장치 (17), 제 1 밸브 (18), 제 2 밸브 (19), 제 3 밸브 (21) 및 제 4 밸브 (23) 는 공통 모듈 (24) 로 바람직하게 구현될 수 있다. 이 모듈 (24) 은 특히 간단히 배기라인 (20) 에 유리하게 연결될 수 있다. 이제 예를 들어, 자동차에서 요소 및/또는 요소 용액을 저장하는 대신 차내 암모니아 생산을 위한 개장 (retrofit) 으로서 역할하는 모듈 (24) 을 특히, 만들 수 있다. 따라서, 상응하는 모듈 (24) 은 또한 기존의 시스템에도 유리하게 설치될 수 있다.
유익한 하나의 개량에 있어서, 상기 모듈 (24) 은 상응하는 가열요소 (미 도시) 에 의하여 가열될 수 있다. 여기서, 상응하는 전기 가열요소가 특히 제공 될 수 있다. 상기 모듈 (24) 에서 기본적인 열은 이미 플라즈마 발생기 (4) 의 배기 가스에 의해 제공된다. 상기 모듈 (24) 의 작동온도는 바람직하게 250 내지 300 ℃ 이다.
예를 들어, 시간당 10 g 의 일산화 질소가 저장 환원 장치 (16) 에 저장되어야 할 때, 이 저장 환원 장치는 예를 들어 각 경우 대략 200 ㎖ 의 부피를 갖는 허니콤체를 포함할 수 있다. 이러한 종류의 장치에 있어서, 플라즈마 발생기 (4) 를 나가는 가스 유동 (29) 이 제 1 가스 스트랜드 (14) 또는 제 2 가스 스트랜드 (15) 를 통해 흐르도록, 예컨대 각 경우 매분 상응하는 전환이 일어날 수 있다.
상기 플라즈마 발생기 (4) 안으로 흐르는 산소 함유 가스 유동 (5) 은 바람직하게 예열될 수도 있다. 80 내지 100℃ 특히, 대략 100℃ 로 예열하는 것이 특히 이롭다. 산소 함유 가스 유동 (5) 을 예열하는 결과, 이산화황 흡수기가 플라즈마 발생기 (4) 의 상류에서 유리하게 작동될 수 있다. 이 이산화황 흡수기는 특히 저장 환원 장치 (16,17) 가 오염되지 않도록 할 수 있다.
도 3 은 저장 요소 (8), 반응기 (10), 제 1 환원 장치 (6) 및 제 2 환원 장치 (7), 제 1 저장 환원 장치 (16) 및/또는 제 2 저장 환원 장치 (17) 를 위한 지지체로 특히 이용될 수 있는 허니콤체 (25) 를 개략적으로 나타낸다. 본 예시적인 실시예에서, 허니콤체 (25) 는 매끄러운 금속층 (26) 과 적어도 부분적으로 구조화된 금속 층 (27) 이 적층되어 형성되는데, 이 금속층은 덕트 (28) 를 형성하고, 이 덕트를 통해 유동이 허니콤 체를 통과할 수 있다. 이는 하나의 허니콤 체의 가능한 일 예이고, 다른 허니콤 체도 본 발명의 범위안에서 가능하다. 상기 적층체는 두 지점에 주위에 같은 방식으로 감긴 것이다. 금속 층 (26,27) 은 덕트 (28) 의 벽을 형성한다. 이 벽에는 코팅이 제공될 수 있다. 코팅은 예를 들어 세라믹 워시코트를 포함하고 이 세라믹 워시코트에는 촉매 활성 성분이 포함되어 있고, 이 성분은 예를 들어, 귀 금속을 포함한다. 상기 코팅은 허니콤 체 (25) 의 전술한 특정 요소 중 어느 요소가 사용되는가에 따라 그에 대응하여 상이하게 설계된다. 예를 들어, 허니콤 체 (25) 가 저장 요소 (8) 로서의 역할을 하면, 알칼리 코팅을 제공할 수 있다. 이 코팅은 일산화 질소와 반응하여 아질산염과 질산염을 형성하게 된다. 코팅의 혼합물도 역시 가능하며 이 혼합물은 본 발명의 범위 안에 있는 것이다.
반응기 (10) , 저장 요소 (8), 제 1 저장 환원장치 (16) 및 제 2 저장 환원 장치 (17) 는 전기적으로 가열될 수 있으며 특히, 적어도 부분적으로 전기적으로 가열될 수 있는 허니콤 체를 포함한다.
산화질소를 환원하기 위한 본 발명에 따른 장치와 본 발명에 따른 방법은 모터 자동차와 같은 모바일 분야에서의 차내 플라즈마 보조 암모니아 생성의 효율을 유익하게 높이고 종래기술에서 공지된 장치와 방법과 비교하여 이를 위해 필요한 증가된 연소 소모를 줄일 수 있다.

Claims (17)

  1. 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법으로서,
    a) 플라즈마 발생기 (4) 로 일산화질소 (NO) 를 생성하는 단계.
    b) 일산화질소 (NO) 의 적어도 일부분을 가역적으로 저장하는 단계.
    c) 저장 및/또는 생성된 일산화질소 (NO) 의 적어도 일부분을 환원시켜 제 1 가스 유동 (3) 에 암모니아 (NH3) 를 형성하는 단계, 및
    d) 제 1 가스 유동 (3) 을 배기 가스 유동 (1) 과 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 플라즈마 발생기 (4) 의 작동 가스는 배기 가스 유동 (1) 의 부분 유동을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 플라즈마 발생기 (4) 의 작동 가스는 산소함유 가스 (5) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 공기가 적어도 첨가되는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 가스 유동 (3) 의 저장된 일산화 질소 (NO) 의 적어도 부분적 공급 및/또는 방출이 하위 단계 c) 동안 및/또는 그 이전에 일어나는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 저장은 저장 요소 (8) 에서 일어나는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 저장은 물리흡착 및/또는 화학흡착으로 일어나는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 수소 함유 가스 (9) 가 하위 단계 c) 에서 사용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 수소 함유 가스 (9) 는 탄화수소 함유 시작재 (11) 에서 생성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 저장은 병렬로 작동되는 두 개의 저장 요소 (8) 에서 발생되며, 각 경우, 제 1 저장요소는 일시적으로 일산화 질소 (NO) 를 저장하고, 제 2 저장요소는 일산화 질소 (NO) 를 제 1 가스 유동 (3) 에 공급하고/하거나 상기 산화 질소가 상기 제 2 저장 요소로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스 유동 (1) 에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 방법.
  11. 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치로서, 일산화 질소를 생성하기 위한 하나 이상의 플라즈마 발생기 (4) 와, 이 플라즈마 발생기 (4) 에 연결될 수 있으며 일산화 질소 (NO) 를 환원시켜 암모니아 (NH3) 를 형성하 는 하나 이상의 제 1 환원 장치 (6) 를 포함하는 상기 장치에 있어서,
    일산화 질소 (NO) 를 저장하는 하나 이상의 저장 요소가 하나 이상의 플라즈마 발생기 (4) 와 산화 질소 (NOX) 의 선택적 환원을 위한 제 1 환원 장치 (7) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 하나 이상의 저장 요소 (8) 는 저장 코팅을 갖는 허니 컴 체 (25) 로 구현되는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 하나 이상의 저장 요소 (8) 는 일산화 질소 (NO) 를 환원시켜 암모니아 (NH3) 를 형성하는 제 1 환원 장치 (6) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치.
  14. 제 12 항 및 제 13 항에 있어서, 하나 이상의 허니콤 체 (25) 는 제 1 환원 촉매 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 수소 함유 가스 (9) 를 생성하기 위한 반응기 (10) 가 형성되고, 이 반응기 (10) 는 제 1 환원 장치 (6) 에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 환원 장치 (6) 는 내연기관 (2) 의 배기라인 (20) 에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 가스 스트랜드 (14) 와 제 2 가스 스트랜드 (15) 가 형성되고, 이들 스트랜드는 각 경우 플라즈마 발생기 (4) 에 연결될 수 있으며, 각 가스 스트랜드 (14, 15) 는 제 1 환원제 (6) 와 저장 요소 (8) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 (2) 의 배기 가스에 암모니아 (NH3) 를 공급하는 장치.
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