KR20160053815A - 배기 가스 촉매 컨버터 - Google Patents

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KR20160053815A
KR20160053815A KR1020150154369A KR20150154369A KR20160053815A KR 20160053815 A KR20160053815 A KR 20160053815A KR 1020150154369 A KR1020150154369 A KR 1020150154369A KR 20150154369 A KR20150154369 A KR 20150154369A KR 20160053815 A KR20160053815 A KR 20160053815A
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KR
South Korea
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exhaust gas
module
flow passage
interface module
catalytic converter
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KR1020150154369A
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Inventor
마티아스 죈겐
울리히 다이젠호퍼
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따르면, 내연 기관의 배기 가스 촉매 컨버터(10), 특히 SCR 배기 가스 촉매 컨버터로서, 정화할 배기 가스를 위한 유입구(14)와 정화된 배기 가스를 위한 유출구(15)를 지닌 인터페이스 모듈(11); 정화할 배기 가스를 전환시키는 역할을 하는 전환 모듈(12); 및 인터페이스 모듈(11)과 전환 모듈(12) 사이에 위치 설정되고, 촉매체(27)를 수용하며, 배기 가스 정화를 위해 배기 가스가 통과하여 흐르는 적어도 하나의 배기 가스 정화 모듈 을 포함하고, 인터페이스 모듈(11)은, 정화할 배기 가스가 통과하여 흐르고 유입구(14)에 커플링되는 반경방향 외측 흐름 통로(16)와, 정화된 배기 가스가 통과하여 흐르고 유출구(15)에 커플링되는 반경방향 내측 흐름 통로(17)를 포함하며, 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)은, 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)와 정렬되거나 연통되는 반경방향 외측 흐름 통로(20)와, 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 내측 흐름 통로(17)와 정렬되거나 연통되는 반경방향 내측 흐름 통로(21)를 포함하고, 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 내측 흐름 통로(21)에 촉매체(27)가 위치 설정되며, 전환 모듈(12)은 이 전환 모듈에 인접한 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 외측 흐름 통로(20)로부터의 흐름을 배기 가스 정화 모듈의 반경방향 내측 흐름 통로(21)로 전환시키는 것인 배기 가스 촉매 컨버터가 제공된다.

Description

배기 가스 촉매 컨버터{EXHAUST GAS CATALYTIC CONVERTER}
본 발명은 배기 가스 촉매 컨버터에 관한 것이다.
예컨대 선박 엔진과 같은 대형 엔진에서, 배기 가스 촉매 컨버터를 통한 배기 가스 정화의 채택이 증가하는 추세이다. 지금까지, 배기 가스 촉매 컨버터는 각각의 내연 기관에 개별적으로 맞춰진 조립체였다. 내연 기관에 특별히 맞춰지지 않고 상이한 내연 기관과 함께 사용될 수 있는 배기 가스 촉매 컨버터가 필요하다.
이것으로부터 출발하여, 본 발명의 목적은 신규한 타입의 배기 가스 촉매 컨버터를 형성하는 것을 기초로 한다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 배기 가스 촉매 컨버터에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 배기 가스 촉매 컨버터는, 정화할 배기 가스를 위한 유입구 및 정화된 배기 가스를 위한 유출구를 지닌 인터페이스 모듈; 정화할 배기 가스를 전환시키는 역할을 하는 전환 모듈; 및 인터페이스 모듈과 전환 모듈 사이에 배치되고, 촉매 컨버터 본체를 수용하며, 배기 가스 정화를 위해 배기 가스가 통과하여 흐르는 촉매 컨버터 본체를 수용하는 적어도 하나의 배기 가스 정화 모듈을 포함하한다. 상기 배기 가스 촉매 컨버터에서, 인터페이스 모듈은, 세정할 배기 가스가 통과하여 흐르고 유입구에 커플링되는 반경방향 외측 흐름 통로와, 정화된 배기 가스가 통과하여 흐르고 유출구에 커플링되는 반경방향 내측 흐름 통로를 포함하고, 각각의 배기 가스 정화 모듈은, 인터페이스 모듈의 반경방향 외측 흐름 통로와 정렬되거나 연통되는 반경방향 외측 흐름 통로와, 인터페이스 모듈의 반경방향 내측 흐름 통로와 정렬되거나 연통되는 반경방향 내측 흐름 통로를 포함하며, 각각의 배기 가스 정화 모듈의 반경방향 내측 흐름 통로에는 촉매체가 위치 설정되고, 전환 모듈은 흐름을 전환 모듈에 인접한 배기 가스 정화 모듈의 반경방향 외측 흐름 통로로부터 배기 가스 정화 모듈의 반경방향 내측 흐름 통로로 전환시킨다.
본 발명은, 인터페이스 모듈, 전환 모듈 및 적어도 하나의 배기 가스 정화 모듈을 포함하는 모듈형 구성의 배기 가스 촉매 컨버터를 제안한다. 배기 가스 촉매 컨버터에 사용되는 배기 가스 정화 모듈의 개수는 각각의 내연 기관에 대해 조정될 수 있다. 인터페이스 모듈은 배기 가스 촉매 컨버터를 각각의 내연 기관에 연결하는 역할을 한다.
다른 유익한 양태에 따르면, 다수의 배기 가스 정화 모듈이 인터페이스 모듈과 전환 모듈 사이에 위치 설정되며, 다수의 배기 가스 정화 모듈은, 동일한 배기 가스 정화 모듈에 기초한 상이한 배기 가스 정화 모듈의 촉매체를 배기 가스가 연속하여 앞뒤로 흐를 수 있도록 앞뒤로 연속하는 스택형으로 배열된다. 각각의 내연 기관에 맞춰질 수 있는 효율적인 다단 배기 가스 정화가 이에 의해 가능하다.
또 다른 유익한 양태에 따르면, 인터페이스 모듈의 유입구와 인터페이스 모듈의 유출구가 바이패스를 통해 커플링될 수 있으며, 이 경우에 바이패스에는 바이패스 밸브가 포함되며, 바이패스 밸브는 개방 상태에서는 상기 유입구와 유출구를 연결시키고, 폐쇄 상태에서는 상기 유입구와 유출구를 분리시킨다. 우선적으로, 인터페이스 모듈의 유입구에 밸브가 포함되고, 이 밸브는 폐쇄 상태에서 바이패스가 개방될 때에 인터페이스 모듈의 반경방향 외측 흐름 통로로부터 인터페이스 모듈의 유입구를 분리시킨다. 이로 인해, 필요하다면 배기 가스 촉배 컨버터를 통과한 배기 가스를, 바이패스를 통해 안내하는 것이 가능하다. 유입구에 할당된 밸브에 의해, 배기 가스 촉매 컨버터는 배기 가스 흐름으로부터 완전히 분리될 수 있다.
다른 유익한 양태에 따르면, 인터페이스 모듈은 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 위한 투여 디바이스를 더 포함하며, 이 투여 디바이스를 통해 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이 세정할 배기 가스로 도입될 수 있다. 우선적으로, 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질은 인터페이스 모듈의 투여 디바이스를 통해 인터페이스 모듈의 반경방향 외측 흐름 통로로 유입된다. 상이한 내연 기관에 맞춰질 수 있는 SCR 배기 가스 촉매 컨버터는 이에 의해 이용 가능할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 양태는 종속항 및 아래의 설명으로부터 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시예는 본 발명을 제한하는 일 없이 도면을 참고하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 가스 촉매 컨버터의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 배기 가스 촉매 컨버터의 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 배기 가스 촉매 컨버터의 측면도.
도 4는 도 3을 관통하는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 배기 가스 촉매 컨버터의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 배기 가스 촉매 컨버터의 배기 가스 정화 모듈의 사시도.
본 발명은 배기 가스 촉매 컨버터, 구체적으로는 특히 디젤 또는 중유 연료로 작동되는 선박의 내연 기관을 위한 SCR 배기 가스 촉매 컨버터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배기 가스 촉매 컨버터(10)는 적어도 3개의 모듈, 즉 인터페이스 모듈(11), 전환 모듈(12), 및 인터페이스 모듈(11)과 전환 모듈(12) 사이에 위치 설정되는 적어도 하나의 배기 가스 정화 모듈(13)을 포함한다. 도시한 바람직한 예시적인 실시예에서는, 다수, 즉 2개의 배기 가스 정화 모듈이 인터페이스 모듈(11)과 전환 모듈(12) 사이에서 앞뒤로, 상하로 또는 이웃하게 스택형으로 연속적으로 인터페이스 모듈(11)과 전환 모듈(12) 상에 위치 설정된다.
인터페이스 모듈(11)은 배기 가스 촉매 컨버터(10)를 내연 기관에 연결하는 역할을 하고, 정화할 배기 가스를 위한 유입구(14)와 정화된 배기 가스를 위한 유출구(15)를 포함한다. 인터페이스 모듈(11)은 이 경우에 반경방향 외측 흐름 통로(16)(도 4 참고)와 반경방향 내측 흐름 통로(17)를 포함하며, 이때 반경방향 외측 흐름 통로(16)를 통해 정화할 배기 가스가 흐르고, 이 반경방향 외측 흐름 통로는 유입구(15)에 커플링되는 반면, 반경방향 내측 흐름 통로(17)를 통해 정화된 배기 가스가 흐르고, 이 반경방향 내측 흐름 통로는 유출구(15)에 커플링된다. 인터페이스 모듈(11)은 이 경우에 외벽(18)과 내벽(19)의 이중벽 구조로 구성되며, 이때 반경방향 외측 흐름 통로(16)는 외벽(18)에 의해 반경방향 외측으로 그리고 내벽(19)에 의해 반경방향 내측으로 한정되며, 반경방향 내측 흐름 통로(17)는 인터페이스 모듈(11)의 내벽(19)에 의해 반경방향 외측으로 한정된다.
각각의 배기 가스 정화 모듈(13)도 이와 마찬가지로, 반경방향 외측 흐름 통로(20)와 반경방향 내측 흐름 통로(21)를 지닌 이중벽 구조로 구성된다. 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 외측 흐름 통로(20)는 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)의 외벽(22)에 의해 반경방향 외측으로 그리고 각각의 배기 가스 정화 모듈의 내벽(23)에 의해 반경방향 내측으로 한정된다. 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 내측 흐름 통로(21)는 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)의 각각의 내벽(23)에 의해 반경방향 외측으로 한정된다.
배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 외측 흐름 통로(20)는 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)와 정렬되고 연통되며, 이에 따라 인터페이스 모듈(11)로부터 시작하여 전환 모듈(12) 방향으로, 공동으로 정화할 배기 가스를 위한 반경방향 외측 흐름 통로를 형성한다.
배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 내측 흐름 통로(21)는 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 내측 흐름 통로(17)와 정렬되고 연통되며, 이에 따라 전환 모듈(12)로부터 시작하여 인터페이스 모듈(11) 방향으로 공동으로 정화된 배기 가스를 위한 반경방향 내측 흐름 통로를 형성한다.
캐스케이드형으로 또는 스택형으로 인터페이스 모듈(11)을 등지고 배치된 측에 위치 설정된 전환 모듈(12)은 정화할 배기 가스를 반경방향 외측 흐름 통로로부터 반경방향 내측 흐름 통로로 전환시키는 기능을 하며, 이때 전환 모듈(12)은 흐름을 배기 가스 정화 모듈(13)의 외측 흐름 유로(20) - 전환 모듈(12)로 직접 이어짐 - 로부터 배기 가스 정화 모듈의 내측 흐름 유로(21)로 전환시킨다.
전환 모듈(12)은 외벽(24)과 바닥벽(25)을 포함하며, 바닥벽(25) 영역에, 배기 가스 정화 모듈(13)의 결합 방향으로 내측 방향으로 지향되는 전환 본체(26) - 흐름을 전환시키는 기능을 함 - 가 형성된다.
각 경우에, 인터페이스 모듈(11)의 인접 모듈, 전환 모듈(12)의 인접 모듈 및 인터페이스 모듈과 전환 모듈 사이에 위치 설정된 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)의 인접 모듈들은 결합 플랜지(34) 상에서 서로 결합된다.
각각의 배기 가스 정화 모듈(13)은, 배기 가스 정화를 위해 배기 가스가 통과하여 흐르는 각각의 반경방향 내측 흐름 통로(21)의 영역에 다수의 세라믹 촉매체(27)를 수용한다. 이들 촉매체(27)는 허니콤이라고도 칭하며, 각각 또한 배기 가스 정화를 위해 배기 가스가 통과하여 흐르는 다수의 채널을 갖는다. 이 경우, 각각의 배기 가스 정화 모듈에 있는 촉매체(27)를 통해 배기 가스가 평행하게 흐르는 반면, 인접한 또는 상이한 배기 가스 정화 모듈(13)의 촉매체(27)를 통해 세정할 배기 가스가 연속적으로 또는 계속해서 흐른다.
배기 가스 촉매 컨버터(10)의 배기 가스 정화 모듈(13)은 이에 따라 배기 가스 정화단을 형성한다. 스택형으로 배열되고 인터페이스 모듈(11)과 전환 모듈(12) 사이에 위치 설정되는 배기 가스 정화 모듈(13)의 개수에 의해, 배기 가스 정화단의 개수가 결정될 수 있고, 이에 따라 배기 가스 촉매 컨버터(10)는 간단하게 특수한 내연 기관에 맞춰질 수 있다.
도시한 바람직한 실시예에서, 인터페이스 모듈(11)의 유입구(14)와 유출구(15)는 바이패스(28)를 통해 커플링될 수 있다. 바이패스(28)에는 바이패스 밸브(29)가 포함된다. 배기 가스는 바이패스 밸브(29)가 개방된 상태에서 바이패스(28)를 경유하여 배기 가스 촉매 컨버터를 통과하도록 안내될 수 있다. 액추에이터(30)의 도움으로, 바이패스 밸브(29)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동될 수 있고, 특히 바이패스 밸브(29)가 개방 상태일 때에 유입구(14)와 유출구(15)가 접속되는 반면, 바이패스 밸브(29)가 폐쇄 상태일 때에 바이패스 밸브는 유입구(14)와 유출구(15)를 서로로부터 분리한다.
도시한 예시적인 실시예에서, 바이패스(28)의 분기부 하류에 있는 유입구(14)에 밸브(31)가 더 포함되며, 상기 밸브는 액추에이터(32)를 통해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동될 수 있다. 바이패스(28)가 개방된 상태에서 배기 가스가 배기 가스 촉매 컨버터(10)를 통과하도록 안내될 때에 배기 가스가 배기 가스 촉매 컨버터(10)에 있는 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)로 흘러들어가는 것을 완벽하게 회피하기 위해, 바이패스 밸브(28)가 개방된 상태에서 밸브(31)는 폐쇄될 수 있다.
우선적으로, 본 발명에 따른 배기 가스 촉매 컨버터(10)는 SCR 촉매 컨버터이다. 이 경우에, 인터페이스 모듈(11)은 이때 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 위한 투여 디바이스(33)를 더 포함하며, 이 투여 디바이스를 통해 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이 정화할 배기 가스, 즉 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16) 내로 유입될 수 있다. 따라서, 정화할 배기 가스와 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질은 미리 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)에서 혼합되며, 이어서 배기 가스와 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질은 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 외측 흐름 통로(20)를 통해 함께 흐르며, 후속하여 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 내측 흐름 통로(21)에 배치된 배기 가스 정화 모듈(13)의 촉매체(27)를 통해 흐를 수 있도록 전환 모듈(12)의 영역에서 함께 전환된다. 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 내측 흐름 통로(17)로부터 시작하여, 정화된 배기 가스는 유출구(15)를 통해 배기 가스 촉매 컨버터(10)로부터 배출될 수 있다.
도시한 예시적인 실시예에서, 정화할 배기 가스를 위한 유입구(14)와 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 위한 투여 디바이스(33) 각각은 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16) 내로 반경방향으로 개방된다. 여기서, 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 위한 투여 디바이스(33)는 도시한 예시적인 실시예에서 대략 대각선 방향으로 유입구(14) 반대측에 위치 설정된다.
유입구(14)와 투여 디바이스(33)의 정확한 배열과 외벽(18)에 대한 이들의 정확한 정렬은 변할 수 있지만, 미리 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)에 있는 배기 가스와 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질의 최적 혼합 통과를 위해 구성된다.
예컨대 해양 디젤 선박과 같은 내연 기관에서, 우선적으로 하나의 상기한 배기 가스 촉매 컨버터(10)가 각각의 실린더 뱅크를 위해 사용된다.
명백하게는, 2개의 실린더 뱅크를 위한 모듈의 형성도 또한 본 발명의 범위 내에서 가능하다.
인터페이스 모듈(11)과 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 외측 흐름 통로(16, 20)는 인터페이스 모듈과 배기 가스 정화 모듈의 반경방향 내측 흐름 통로(17, 21)와 동심으로 연장되며, 이때 반경방향 외측 흐름 통로(16)는 양 방향으로 반경방향 내측 흐름 통로(17)에 대해 연장된다. 전환 모듈(12)은 바로 인접한 배기 가스 모듈(13)의 반경방향 외측 흐름 통로(20)로부터 배기 가스 모듈의 반경방향 내측 흐름 통로(21)로 흐름을 전환시킨다.
배기 가스에 함유된 오염물을 포집하기 위해, 도시하지 않은 먼지 수집 디바이스가 전환 모듈(12)에 포함될 수 있다.
10 : 배기 가스 촉매 컨버터 11 : 인터페이스 모듈
12 : 전환 모듈 13 : 배기 가스 정화 모듈
14 : 유입구 15 : 유출구
16 : 흐름 통로 17 : 흐름 통로
18 : 외벽 19 : 내벽
20 : 흐름 통로 21 : 흐름 통로
22 : 외벽 23 :내벽
24 : 외벽 25 : 바닥벽
26 : 전환 디바이스 27 : 촉매 컨버터 본체
28 : 바이패스 29 : 바이패스 밸브
30 : 액추에이터 31 : 밸브
32 : 액추에이터 33 : 투여 디바이스
34 : 플랜지

Claims (8)

  1. 내연 기관의 배기 가스 촉매 컨버터(10), 특히 SCR 배기 가스 촉매 컨버터로서,
    정화할 배기 가스를 위한 유입구(14)와 정화된 배기 가스를 위한 유출구(15)를 지닌 인터페이스 모듈(11);
    정화할 배기 가스를 전환시키는 역할을 하는 전환 모듈(12); 및
    인터페이스 모듈(11)과 전환 모듈(12) 사이에 위치 설정되고, 촉매체(27)를 수용하며, 배기 가스 정화를 위해 배기 가스가 통과하여 흐르는 적어도 하나의 배기 가스 정화 모듈
    을 포함하고, 인터페이스 모듈(11)은, 정화할 배기 가스가 통과하여 흐르고 유입구(14)에 커플링되는 반경방향 외측 흐름 통로(16)와, 정화된 배기 가스가 통과하여 흐르고 유출구(15)에 커플링되는 반경방향 내측 흐름 통로(17)를 포함하며,
    각각의 배기 가스 정화 모듈(13)은, 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)와 정렬되거나 연통되는 반경방향 외측 흐름 통로(20)와, 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 내측 흐름 통로(17)와 정렬되거나 연통되는 반경방향 내측 흐름 통로(21)를 포함하고, 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 내측 흐름 통로(21)에 촉매체(27)가 위치 설정되며,
    전환 모듈(12)은 이 전환 모듈에 인접한 배기 가스 정화 모듈(13)의 반경방향 외측 흐름 통로(20)로부터의 흐름을 배기 가스 정화 모듈의 반경방향 내측 흐름 통로(21)로 전환시키는 것인 배기 가스 촉매 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 배기 가스 정화 모듈(13)은, 배기 가스가 평행하게 통과하여 흐르는 다수의 촉매체(27)를 수용하는 것을 특징으로 하는 것인 배기 가스 촉매 컨버터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인터페이스 모듈(11)과 전환 모듈(12) 사이에 다수의 배기 가스 정화 모듈(13)이 위치 설정되고, 상기 배기 가스 정화 모듈들은 전후로 연속하여 스택형으로 배열되며, 이에 의해 배기 가스가 상이한 배기 가스 정화 모듈(13)의 촉매체를 전후로 연속적으로 통과하여 흐르는 것을 특징으로 하는 배기 가스 촉매 컨버터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전환 모듈(12)은 바닥벽(25) 상에 전환 본체(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 촉매 컨버터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인터페이스 모듈(11)의 유입구(14)와 인터페이스 모듈(11)의 유출구(15)는 바이패스(28)를 통해 커플링될 수 있고, 바이패스(28)에는 배이패스 밸브(29)가 포함되며, 바이패스 밸브는 개방 상태에서 유입구(14)와 유출구(15)를 연결하고, 폐쇄 상태에서 유입구(14)와 유출구(15)를 분리하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 촉매 컨버터.
  6. 제5항에 있어서, 인터페이스 모듈(11)의 유입구(14)에 밸브(31)가 포함되며, 상기 밸브는, 폐쇄 상태에서는 바이패스(28)가 개방될 때에 인터페이스 모듈(11)의 유입구(14)를 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 촉매 컨버터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 인터페이스 모듈(11)은 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이 정화할 배기 가스로 유입될 수 있도록 하는 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 위한 투여 디바이스(33)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 촉매 컨버터.
  8. 제7항에 있어서, 인터페이스 모듈(11)의 투여 디바이스(33)를 통해, 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이 인터페이스 모듈(11)의 반경방향 외측 흐름 통로(16)로 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 촉매 컨버터.
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