KR20140132062A

KR20140132062A - 우레아 분사 노즐

Info

Publication number: KR20140132062A
Application number: KR1020130051066A
Authority: KR
Inventors: 고성훈
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2014-11-17
Also published as: KR101940335B1

Abstract

본 발명은 내부에 공간이 형성되며, 외부에서 상기 공간으로 우레아가 공급되도록 형성되는 본체와 상기 공간의 바닥면에 하부가 개방된 형상으로 설치되고, 측면을 따라 공급 홀이 형성되는 가이드부 및 상기 본체의 하부에 관통 형성되고, 상기 공급 홀로 유입된 우레아를 배기관으로 분사시키도록 설치되는 분사부를 포함한다.
본 발명은, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 선택적인 제거를 위하여 우레아 분사 노즐을 통해 배기관으로 우레아 용액을 고압으로 분사하도록 하여, 분사 액적 크기를 최소화 할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은 고압의 우레아를 스웰(swell) 방식으로 상기 우레아 분사 노즐의 분사부로 분사되도록 하여, 상기 우레아가 고압으로 상기 배기관에 분사되도록 하는 효과를 갖는다.

Description

우레아 분사 노즐{Urea injection nozzle}

본 발명은 우레아 분사 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 선택적인 제거를 위하여 배기관으로 우레아 용액을 효과적으로 분사하기 위한 우레아 용액 분사 노즐에 관한 것이다.

일반적으로, 가솔린, 디젤, 벙커유, LNG 등의 각종 화석연료를 상용하는 엔진, 소각로 및 산업 용 연소설비의 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템에서는 질소산화물을 환원시키기 위한 화학물질로 암모니아 가스를 직접 사용하거나 사용과 보관의 안정성과 편리성으로 인해 우레아 용액을 배기관에 공급하여 배기가스의 열을 이용해 우레아를 암모니아로 전환 시켜 질소산화물 제거에 이용하고 있다.

그러나, 종래의 배기가스 저감장치는 우레아 분사 노즐을 통해 우레아 용액을 배기관에 공급하고, 상기 배기관에 유입된 우레아가 효과적으로 암모니아로 전환될 수 있도록 상기 배기관이 소정의 길이를 가지고 형성되어야 하기 때문에 상기 배기관이 대형화 되는 문제점이 있다.

또한, 상기 우레아 분사 노즐을 통해 분사되는 우레아 용액은 낮은 분사 압력으로 상기 배기관으로 분사되기 때문에, 분사 액적 크기가 커지게 되는 문제점이 있다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2010-0112958 호(공개일 : 2010.10.20)가 있으며, 상기 선행문헌에는 우레아 분사장치에 대한 기술이 게시되어 있다.

본 발명의 목적은, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 선택적인 제거를 위하여 배기관으로 우레아 용액을 고압으로 분사하도록 함으로써, 분사 액적 크기를 최소화 할 수 있는 우레아 분사 노즐을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 우레아 분사 노즐은 내부에 공간이 형성되며, 외부에서 상기 공간으로 우레아가 공급되도록 형성되는 본체와 상기 공간의 바닥면에 하부가 개방된 형상으로 설치되고, 측면을 따라 공급 홀이 형성되는 가이드부 및 상기 본체의 하부에 관통 형성되고, 상기 공급 홀로 유입된 우레아를 배기관으로 분사시키도록 설치되는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 우레아 분사 노즐은 상기 가이드부의 내부에 결합되어 상기 분사부의 중앙으로 연장되고, 상기 분사부를 통해 배기관으로 분사되는 우레아를 분산시켜 재순환이 가능하도록 형성되는 차단부를 더 포함한다.

그리고, 상기 공급 홀은 상기 분사부를 기준으로 엇갈리는 방향으로 두 개 형성되어, 우레아가 상기 가이드부로 인입되도록 한다.

또한, 상기 공급 홀을 통해 우레아가 공급되면, 우레아가 내부에서 나선형으로 이동하게 되어, 상기 분사부로 고압으로 분사되도록 한다.

본 발명은, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 선택적인 제거를 위하여 우레아 분사 노즐을 통해 배기관으로 우레아 용액을 고압으로 분사하도록 하여, 분사 액적 크기를 최소화 할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 고압의 우레아를 스웰(swell) 방식으로 상기 우레아 분사 노즐의 분사부로 분사되도록 하여, 상기 우레아가 고압으로 상기 배기관에 분사되도록 하는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명에 따른 우레아 분사 노즐의 전체 측단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 우레아 분사 노즐의 우레아 분사에 대한 측단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 우레아 분사 노즐의 A-A'에 대한 상부단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 우레아 분사 노즐의 전체 측단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 우레아 분사 노즐은 본체(100), 가이드부(200) 및 분사부(300)를 포함한다.

먼저, 상기 본체(100)는 내부에 공간이 형성되며, 외부에서 상기 공간으로 우레아가 공급되도록 형성된다.

상기 본체(100)는, SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템을 통하여 배기가스 중의 질소산화물을 질소와 물로 환원시키도록 하는 우레아를 외부로부터 공급받는다.

여기서, 상기 본체(100)는 원통형으로 형성되는 것이 바람직하나, 다른 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 본체(100)는 우레아를 상기 본체(100)의 상부에서 두 개의 방향으로 각각 공급받아 후술 될 가이드부(200)의 공급 홀(210)로 순환되어 인입되도록 한다.

이때, 상기 가이드부(200)는 상기 본체(100)에 형성된 공간의 바닥면에 하부가 개방된 형상으로 설치된다.

여기서, 상기 가이드부(200)에는 하부 측면을 따라 공급 홀(210)이 형성된다.

즉, 상기 가이드부(200)는 본체(100)에 형성된 공간으로 고압의 우레아가 공급되면, 나선형으로 이동하여 후술될 분사부(300)로 우레아가 고압으로 분사되도록 한다.

더 자세히 설명하면, 상기 가이드부(200)는 후술 될 분사부(300)를 기준으로 하여 엇갈리는 방향으로 두 개의 공급 홀(210)이 상기 가이드부(200)의 하부에 형성되어, 상기 본체(100)로 공급된 고압의 우레아가 공급 홀(210)을 통해 상기 가이드부(200)의 내부로 인입되면, 상기 가이드부(200)의 내부에서 나선형으로 운동하여 후술 될 분사부(300)로 고압을 유지하면서 배기관(10)으로 우레아를 분사시킬 수 있다.

이때, 상기 분사부(300)는 상기 본체(100)의 하부에 관통 형성되고, 상기 공급 홀(210)을 통해 상기 가이드부(200)로 유입된 우레아를 상기 배기관(10)으로 분사시키도록 설치된다.

상기 분사부(300)는, 상기 본체(100)의 직경보다 작은 직경을 가지도록 형성되고, 상기 본체(100)의 형상에 대응되도록 원통형의 형상으로 형성되는 것이 바람직하나. 우레아를 용의하게 상기 배기관(10)으로 분사시킬 수 있는 다른 형상으로의 형성이 가능할 수 있다.

따라서, 우레아 분사 노즐은 가이드부(200)의 공급 홀(210)을 통해 고압의 우레아를 상기 가이드부(200) 내에서 스웰 방식으로 나선형태로 회전 이동하도록 함으로써, 효과적으로 고압을 유지하면서 우레아를 배기관(10)으로 분사되도록 한다.

한편, 우레아 분사 노즐은 차단부(400)를 더 포함한다.

여기서, 상기 차단부(400)는 가이드부(200)의 내부 중앙에 결합되어 분사부(300)의 중앙으로 연장되고, 상기 분사부(300)를 통해 배기관(10)으로 분사되는 우레아를 분산시켜 우레아의 재순환이 가능하도록 형성된다.

상기 차단부는(400)는, 상기 분사부(300) 보단 작은 직경을 가지는 핀 등으로 형성되어 상기 가이드부(200) 내부 중앙에 결합 설치되고, 상기 분사부(300)의 하부에 대응되도록 소정의 길이를 가지도록 형성된다.

이하, 도 2 는 본 발명에 따른 우레아 분사 노즐의 우레아 분사에 대한 측단면도이고, 도 3 은 본 발명에 따른 우레아 분사 노즐의 A-A'에 대한 상부단면도이다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 우레아 분사 노즐은 가이드부(200)의 하부에 두 개의 공급 홀(210)을 형성함으로써, 상기 가이드부(200)로 인입된 우레아가 스웰 방식으로 나선형태로 이동 하도록 한다.

즉, 상기 공급 홀(210)은 분사부(300)를 기준으로 하여 서로 마주보며 엇갈리는 방향으로 두 개 형성되어, 고압의 우레아가 상기 가이드부(200)로 인입되도록 하고, 압력에 의해 스웰 방식으로 나선형을 그리며 회전이동하도록 함으로써, 분사부(300)를 통해 우레아가 고압을 유지하면서 배기관(10)으로 분사되도록 한다.

이때, 상기 가이드부(200)의 내부 중앙에는 차단부(400)가 결합되어 상기 분사부(300)를 통해 배기관(10)으로 분사되는 고압의 우레아를 두 개의 방향으로 분산시켜, 상기 배기관(10)에서 분사된 고압의 우레아가 상기 배기관(10) 내에서 재순환 가능하도록 한다.

더 자세히 설명하면, 상기 차단부(400)는 상기 가이드부(200)의 공급 홀(210)을 통해 상기 가이드부(200)로 인입된 고압의 우레아가 압력에 의해 스웰 방식으로 나선형을 그리며 회전하여 상기 분사부(300)로 분사될 때, 상기 가이드부(400)의 내부 중앙에 설치되어, 고압의 우레아가 상기 배기관(10) 내에서 두 개의 방향으로 분산되어 분사되도록 한다.

여기서, 상기 분사부(300)를 통해 상기 배기관(10)으로 분사된 고압의 우레아는 상기 차단부(400)를 통해 소정의 분무각을 가지며 각각이 서로 대응되도록 회전하면서 상기 배기관(10)으로 분사되고, 효과적으로 상기 배기관(10)을 지나는 질소산화물과 반응하도록 한다.

이때, 상기 고압의 우레아는 가이드부(200)의 공급 홀(210)을 통해 상기 가이드부(200)로 인입되어 분사부(300)로 배출될 때, 50bar 이상의 고압으로 상기 배기관(10)으로 분사됨으로써, 분사되는 액적의 크기를 최소화할 수 있다.

따라서, 우레아 분사 노즐은 상기 가이드부(200)를 통과한 우레아를 상기 분사부(300)를 통해 50bar 이상의 고압으로 상기 배기관(10)으로 분사되도록 하여, 분사되는 우레아의 액적 크기를 최소화 할 수 있어서, 상기 배기관(10)을 통과하는 질소산화물과 용의하게 반응하여 효과적으로 상기 질소산화물을 분해할 수 있다.

결과적으로, 상기 우레아 분사 노즐은 상기 배기관(10)을 통과하는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템을 통하여 선택적으로 제거하기 위하여 상기 분사부(300)를 통해 배기관(10)으로 우레아를 50bar 이상의 고압으로 분사하도록 하여, 상기 질소산화물의 분해가 용의하도록 상기 우레아의 분사 액적 크기를 최소화 할 수 있다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

10 : 배기관 100 : 본체
200 : 가이드부 210 : 공급 홀
300 : 분사부 400 : 차단부

Claims

내부에 공간이 형성되며, 외부에서 상기 공간으로 우레아가 공급되도록 형성되는 본체;
상기 공간의 바닥면에 하부가 개방된 형상으로 설치되고, 측면을 따라 공급 홀이 형성되는 가이드부; 및
상기 본체의 하부에 관통 형성되고, 상기 공급 홀로 유입된 우레아를 배기관으로 분사시키도록 설치되는 분사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레아 분사 노즐.
제1항에 있어서,
상기 우레아 분사 노즐은,
상기 가이드부의 내부에 결합되어 상기 분사부의 중앙으로 연장되고, 상기 분사부를 통해 배기관으로 분사되는 우레아를 분산시켜 재순환이 가능하도록 형성되는 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우레아 분사 노즐.
제1항에 있어서,
상기 공급 홀은,
상기 분사부를 기준으로 엇갈리는 방향으로 두 개 형성되어, 우레아가 상기 가이드부로 인입되도록 하는 것을 특징으로 하는 우레아 분사 노즐.
제1항에 있어서,
상기 가이드부는,
상기 공급 홀을 통해 우레아가 공급되면, 상기 우레아가 내부에서 나선형으로 이동하게 되어, 상기 분사부로 고압으로 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 우레아 분사 노즐.