KR20150023093A - 환원제 공급장치 및 이를 포함하는 환원제 공급 제어시스템 - Google Patents

환원제 공급장치 및 이를 포함하는 환원제 공급 제어시스템 Download PDF

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KR20150023093A
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 일측면에 따른 환원제 공급장치는, 유체의 이송력을 발생시키는 펌프; 상기 펌프를 회전시키는 모터; 및 상기 펌프와 상기 모터 사이에 마련되어, 상기 펌프를 구동시키는 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 환원제 공급 제어시스템은, 공급라인이 마련되어 유체를 공급하는 유체저장탱크; 유체의 이송력을 발생시키는 펌프와, 상기 펌프를 회전시키는 모터와, 상기 펌프와 상기 모터 사이에 마련되어, 상기 모터를 상기 펌프에 의해 이송력이 발생되는 유체로부터 분리시키는 마그네트를 포함하고, 상기 공급라인 상에 마련되는 환원제 공급장치; 상기 공급라인 상에 상기 환원제 공급장치의 하류에 마련되어 이송되는 유체의 이송량을 감지하는 유량센서; 및 상기 모터의 회전력을 제어하어 상기 펌프가 발생시키는 유체의 이송량을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치 및 이를 포함하는 환원제 공급 제어시스템은, 별도의 컨트롤밸브없이 모터의 속도제어로 유체의 공급과 유량제어를 동시에 수행할 수 있으며, 전체 시스템의 소형화 및 패키지가 가능할 수 있다.

Description

환원제 공급장치 및 이를 포함하는 환원제 공급 제어시스템{Apparatus of urea supply and urea supply control system with the same}
본 발명은 환원제 공급장치 및 이를 포함하는 환원제 공급 제어시스템에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 환경 오염에 대한 관심이 증가하면서 디젤 엔진(이하 '엔진'으로 함)에서 배출되는 환경오염물질에 대한 규제가 점점 강화되고 있다. 특히 선박의 경우 2005년 5월 국제해사기구(IMO)의 ‘선박의 대기 오염 물질 배출 규제 협약’이 시행되어 질소 및 황 산화물, 휘발성 유기화합물 등에 대한 배출 규제가 강화되고 있다.
따라서, 이러한 선박 규제안(Tier III)에 대응하기 위해서 각 선박 엔진 제작사에서는 배출가스 후단에서 환원제인 우레아(Urea)를 투입하여 질소산화물(NOx)을 정화시키는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 장치에 대한 연구 및 개발이 현재 활발히 수행되고 있다.
선박 및 산업용 대형 엔진 분야에서 SCR 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 일반적인 환원제 공급 제어시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 환원제 공급 제어시스템(1)은 우레아탱크(11), 펌프(12), 컨트롤밸브(13), 유량센서(14), 및 콘트롤러(15)를 포함하여 환원제 공급량을 제어한다. 그리고 환원제 공급 제어시스템(1)에는 공급라인(1A)이 마련되어 우레아탱크(11)에 저장된 환원제가 펌프(12)에 의해 경유할 수 있다.
일반적으로 환원제 공급량의 제어는 펌프(12)를 통하여 우레아탱크(11)로부터 배출되는 유체에 이송력을 발생시키고, 컨트롤밸브(13)와 유량센서(14)를 통하여 이송되는 유체량을 원하는 용량으로 콘트롤러(15)가 조절하게 된다.
여기서, 펌프(12)에 의해 유체가 과도하게 배출되어 과압이 발생되는 것을 방지하도록 공급라인(1A) 상에는 릴리프밸브(16)가 마련되어 배관을 보호할 수 있다.
그러나, 이와 같은 환원제 공급 제어시스템(1)은 구성된 바와 같이 펌프(12) 외에 추가적으로 고가의 유량 제어용 컨트롤밸브(13)가 필요하여 환원제 공급 제어시스템(1)의 제작비용이 상승되고, 컨트롤밸브(13) 등이 펌프(12)와 별도로 마련되어 유체공급을 제어하는 부분이 통합되지 않으므로, 패키지화하는 것이 어려워 소형화에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 컨트롤밸브없이 유체의 공급과 유량제어를 동시에 수행할 수 있으며, 전체 시스템의 소형화 및 패키지가 가능할 수 있는 환원제 공급장치 및 이를 포함하는 환원제 공급 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 일측면에 따른 환원제 공급장치는, 유체의 이송력을 발생시키는 펌프; 상기 펌프를 회전시키는 모터; 및 상기 펌프와 상기 모터 사이에 마련되어, 상기 펌프를 구동시키는 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 마그네트는 상기 펌프와 상기 모터가 비접촉되도록 자력으로 상기 펌프를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펌프와 모터를 연결하여 상기 펌프를 보호하는 어댑터; 상기 모터를 취부하는 모터브라켓; 및 상기 마그네트와 상기 모터축을 연결하는 커플링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 환원제 공급 제어시스템은, 공급라인이 마련되어 유체를 공급하는 유체저장탱크; 유체의 이송력을 발생시키는 펌프와, 상기 펌프를 회전시키는 모터와, 상기 펌프와 상기 모터 사이에 마련되어, 상기 모터를 상기 펌프에 의해 이송력이 발생되는 유체로부터 분리시키는 마그네트를 포함하고, 상기 공급라인 상에 마련되는 환원제 공급장치; 상기 공급라인 상에 상기 환원제 공급장치의 하류에 마련되어 이송되는 유체의 이송량을 감지하는 유량센서; 및 상기 모터의 회전력을 제어하어 상기 펌프가 발생시키는 유체의 이송량을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 유량센서에 의해 감지되는 유체의 이송량과 기설정된 기준유량과의 오차정보를 추출하여, 추출된 오차정보를 기준으로 상기 펌프의 속도 변동량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제4항에 있어서, 상기 모터의 구동전류를 모니터링하여 상기 제어부로 신호를 보내는 모터드라이브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 환원제 공급장치 및 이를 포함하는 환원제 공급 제어시스템은, 별도의 컨트롤밸브없이 모터의 속도제어로 유체의 공급과 유량제어를 동시에 수행할 수 있으며, 전체 시스템의 소형화 및 패키지가 가능할 수 있다.
도 1은 일반적인 환원제 공급 제어시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급장치를 도시한 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급 제어시스템을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급 제어시스템을 패키지화한 도면을 도시한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급장치를 도시한 분리 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급장치(100)는 펌프(110), 모터(120), 마그네트(130), 모터드라이브(140), 어댑터(150), 모터브라켓(160) 및 커플링(170)을 포함하여, 유체의 이송량을 조절하며 유체에 이송력을 발생시켜 엔진(도시하지 않음)의 배기가스에 유체를 분사하여 중화시킬 수 있도록 한다.
펌프(110)는 유체의 이송력을 발생시킨다. 펌프(110)는 예를 들어 5000rpm까지 고속으로 회전이 가능한 기어펌프로 이루어질 수 있으며, 2개의 기어가 맞물려 이와 이의 공간에 갖힌 유체를 기어의 회전에 의해 케이싱 내면을 따라 보낼 수 있다. 여기서, 배출되는 유량은 기어의 회전수에 비례하게 된다.
그리고 공급라인(도 4 참조, 211) 상에는 노즐(도 4 참조, 240)이 마련되어, 펌프(110)의 속도뿐만 아니라, 펌프(110)와 노즐(240) 사이에 형성되는 압력에 따라 공급유량이 결정될 수 있다.
모터(120)는 유체의 이송량을 조절할 수 있도록 속도가 변동가능하게 펌프(110)를 회전시킨다. 일례로 모터(120)는 BLDC(brushless direct current)모터일 수 있으며, 전류를 위해 브러쉬를 사용하지 않고 제어회로에 의해 전자적으로 정류되어진다.
이와 같은 모터(120)는 엔코더(도시하지 않음)가 마련되어 모터드라이브(140)에서 추출된 속도보정량에 따라 펌프(110)의 기준속도에 대하여 속도를 가감함으로써 모터(120)의 속도를 보정하며 회전시키게 된다.
마그네트(130)는 펌프(110)와 모터(120) 사이에 마련되어, 펌프(110)를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 마그네트(130)는 모터(120)에 연결되어 모터(120)의 회전력을 전달받아 회전하게 되고, 마그네트(130)의 회전시 모터(120)가 마그네트(130)의 자력에 의해 회전하여 비접촉식으로 펌프(110)가 구동될 수 있다. 이러한, 마그네트(130)는 펌프(110)와 모터(120)가 비접촉하게 함으로써, 유체로부터 모터(120)를 분리시켜 모터(120)를 보호할 수 있다.
모터드라이브(140)는 모터(120)의 전력 및 속도를 제어하기 위한 것으로, 모터(120)의 구동전류를 모니터링하여 제어부(도 4 참조, 230)로 신호를 보낼 수 있다.
이와 같은 모터드라이브(140)는 유량변동성을 감소시키기 위한 것으로, 기준으로 설정된 모터(120)의 속도에 유량변동성을 제어해주는 제어부(230)의 제어량을 추가한다. 이를 위해, 펌프(110)의 구동을 위한 모터(120)의 속도를 변동하여 원하는 유량으로 제어한다.
예를 들어, 펌프(110)와 노즐(240) 사이에 형성되는 압력 변동은 엔진(도시하지 않음)의 배기압, 분사를 위해서 공급되는 공기압의 변동 등 외부 상황에 따라서 발생될 수 있고, 이러한 압력의 변동은 공급 유량에 오차를 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 외부 상황에 의해 공급 유량에 오차가 발생되는 것을 감소시키기 위해 모터드라이브(140)가 모터(120)의 전력 및 속도를 제어하도록 한다. 여기서, 유량센서(220)로부터 획득된 유량계측 정보를 사용하고, 기준 유량과의 오차정보를 계산한다. 그리고 이러한 오차를 바탕으로 속도보정량을 추출하여 펌프(110)의 기준속도에 대하여 속도를 가감하여 보정하게 된다.
어댑터(150)는 펌프(110)와 모터(120)를 연결하는 구성으로서, 내측에 마그네트(130)가 마련될 수 있으며, 펌프(110)의 구동부분을 커버하여 펌프(110)를 보호할 수 있다.
이와 같은 어댑터(150)는 예를 들어 모터브라켓(160)과 펌프(110) 각각에 볼팅으로 연결되어 펌프(110)와 모터(120)를 연결할 수 있다. 여기서, 모터브라켓(160)은 모터(120)를 취부할 수 있는데, 일례로 모터브라켓(160)과 모터(120)는 볼팅으로 연결된다. 이때, 모터브라켓(160)의 중심부로 모터(120)의 모터축(121)이 돌출되도록 마련되어, 모터축(121)과 커플링(170)이 연결되도록 할 수 있다.
커플링(170)은 회전과 동력을 전달하기 위한 구성으로서, 마그네트(130)와 모터축(121)을 연결할 수 있다. 이와 같은 커플링(170)은 어댑터(150)의 일측에 마련된 모터(120)의 모터축(121)과 연결되어 어댑터(150)의 타측에 마련되고, 마그네트(130)가 외측에 연결되어 모터축(121)의 회전에 따라 마그네트(130)가 회전되도록 회전을 전달한다.
본 실시예에 따른 환원제 공급장치(100)는 컨트롤밸브를 생략하고 펌프(110)의 회전력으로 유체의 이송량을 제어할 수 있는데, 모터(120)의 속도를 제어함으로써 이송되는 유체의 유량을 원하는 용량으로 조절할 수 있으므로, 환원제 공급장치(100)의 소형화 및 패키지화가 가능하다. 이하에서는 도면을 참조하여, 환원제 공급장치(100)를 포함하는 환원제 공급 제어시스템에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급 제어시스템을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원제 공급 제어시스템을 패키지화한 도면을 도시한 도면이다. 앞서 설명한 동일한 기능을 하는 동일한 구성은 동일한 부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 환원제 공급 제어시스템(200)은 유체저장탱크(210), 환원제 공급장치(100), 유량센서(220) 및 제어부(230)를 포함한다.
유체저장탱크(210)는 우레아와 같은 환원제를 저장하는 저장고로서, 공급라인(211)이 마련되어 엔진(도시하지 않음)에서 배출되는 배기가스를 중화시키기 위한 유체를 공급한다. 여기서, 공급라인(211)은 유체저장탱크(210)로부터 엔진의 배기라인(도시하지 않음)까지 마련될 수 있다.
환원제 공급장치(100)는 펌프(110), 모터(120), 마그네트(130), 모터드라이브(140), 어댑터(150), 커플링(170) 및 모터브라켓(160)을 포함할 수 있고, 이는 일 실시예에서 설명한 바와 같으며 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
유량센서(220)는 공급라인(211) 상에 환원제 공급장치(100)의 하류에 마련되어 이송되는 유체의 이송량을 감지하여 제어부(230)에 감지한 정보를 제공한다.
제어부(230)는 모터의 회전력을 제어하어 펌프(110)가 발생시키는 유체의 이송량을 조절한다. 여기서, 제어부(230)는 유량센서(220)에 의해 감지되는 유체의 이송량과 기설정된 기준유량과의 오차정보는 모터드라이브(140)에 제공하여, 추출된 오차정보를 기준으로 모터드라이브(140)가 모터(120)의 속도 변동량을 조절할 수 있다.
게다가, 제어부(230)는 모터드라이브(140)를 통해 모터(120)의 구동 전류를 모니터링하여, 부가적인 센서장치없이 공급라인(211)에 형성되는 이상압력 또는 노즐(240) 파손 등 시스템 이상을 구동전류를 통하여 실시간으로 감지할 수 있다.
예를 들어, 제어부(230)는 모터드라이브(140)를 통해 환원제 공급장치(100)의 이상진단을 아래와 같이 수행할 수 있다.
먼저, 모터드라이브(140)에서 모터(120)의 구동전류값을 추출한다. 추출된 구동전류값은 제어부(230)로 전송되고, 설정된 노즐이상 전류값과 추출된 구동전류값을 제어부(230)가 비교하여 노즐(240)의 이상 여부를 판단한다.
또한, 제어부(230)는 공급라인(211) 이상 전류값과 추출된 구동전류값을 비교하여 공급라인(211)의 막힘이나 손상여부를 판단할 수 있다.
게다가, 제어부(230)는 마그네트(130)로 구동되는 펌프(110)에 있어서, 마그네트(130)의 탈조여부를 판단할 수 있는데, 탈조전류값과 추출된 구동전류값을 비교하여 펌프(110)의 이상여부나 과부하를 판단할 수 있다.
이와 같이, 유량센서(220)에서 추출한 실질적인 유량값을 기준 유량값과 비교하고, 제어부(230)에서 이상유무 및 과부하를 감지 및 제어하게 됨으로써 환원제 공급 제어시스템(200)을 보호할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 유량센서(220)에서 감지된 유량값의 정보를 받아 제어부(230)가 펌프(110)에 회전 속도를 발생시키는 모터(120)의 속도를 조절함으로써 부가적인 조절장치 없이 환원제의 공급량을 직접적으로 조절할 수 있다.
이에 따라, 도 5에 도시한 바와 같이, 별도의 컨트롤밸브를 설치할 필요없이 패널(200A)을 마련하여, 패널(200A)에 환원제 공급장치(100) 및 제어부(230)를 설치하고, 환원제 공급장치(100)에 공급라인(211)이 경유하게 할 수 있다.
게다가, 환원제 공급 제어시스템(200)에는 공기압을 조절하는 공기압조절장치(250)와 노즐(240)과 공기압조절장치(250) 각각에 연결되는 공압라인(212)이 마련되어, 노즐(240)의 분사력을 조절할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 별도의 컨트롤밸브없이 모터(120)의 속도제어로 유체의 공급과 유량제어를 동시에 수행할 수 있으며, 전체 시스템의 소형화 및 패키지가 가능할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 환원제 공급 제어시스템 1A: 공급라인
11: 우레아탱크 12: 펌프
13: 컨트롤밸브 14: 유량 센서
15: 콘트롤러 16: 릴리프밸브
100: 환원제 공급장치 110: 펌프
120: 모터 121: 모터축
130: 마그네트 140: 모터드라이브
150: 어댑터 160: 모터브라켓
170: 커플링 200: 환원제 공급 제어시스템
200A: 패널 210: 유체저장탱크
211: 공급라인 212: 공압라인
220: 유량센서 230: 제어부
240: 노즐 250: 공기압조절장치

Claims (6)

  1. 유체의 이송력을 발생시키는 펌프;
    상기 펌프를 회전시키는 모터; 및
    상기 펌프와 상기 모터 사이에 마련되어, 상기 펌프를 구동시키는 마그네트를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 펌프와 상기 모터가 비접촉되도록 자력으로 상기 펌프를 구동시키는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 펌프와 모터를 연결하여 상기 펌프를 보호하는 어댑터;
    상기 모터를 취부하는 모터브라켓; 및
    상기 마그네트와 상기 모터축을 연결하는 커플링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급장치.
  4. 공급라인이 마련되어 유체를 공급하는 유체저장탱크;
    유체의 이송력을 발생시키는 펌프와, 상기 펌프를 회전시키는 모터와, 상기 펌프와 상기 모터 사이에 마련되어, 상기 모터를 상기 펌프에 의해 이송력이 발생되는 유체로부터 분리시키는 마그네트를 포함하고, 상기 공급라인 상에 마련되는 환원제 공급장치;
    상기 공급라인 상에 상기 환원제 공급장치의 하류에 마련되어 이송되는 유체의 이송량을 감지하는 유량센서; 및
    상기 모터의 회전력을 제어하어 상기 펌프가 발생시키는 유체의 이송량을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 제어시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 유량센서에 의해 감지되는 유체의 이송량과 기설정된 기준유량과의 오차정보를 추출하여, 추출된 오차정보를 기준으로 상기 펌프의 속도 변동량을 조절하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 제어시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 모터의 구동전류를 모니터링하여 상기 제어부로 신호를 보내는 모터드라이브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 제어시스템.
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