KR20170035683A - Post-processing apparatus for reducing exhaust gas of commercial vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배기가스 유동로 상에 분무되는 요소수 조절을 통해 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행하는 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치의 제조 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a post-treatment apparatus for exhaust gas reduction of a commercial vehicle. More particularly, the present invention relates to a manufacturing technology of a post-treatment device for exhaust gas reduction of a commercial vehicle, which effectively removes soot, PM, and NO x generated in a commercial vehicle through control of the number of urea sprayed on the exhaust gas flow passage .
최근 국내외적으로 발생되는 미세먼지의 유입은 대기오염으로 인한 사망률과 유병율의 증가를 유도하고, 이는 급속한 산업화 과정에서 사용되는 화석연료가 대기오염의 주요 원인으로 확인되고 있다. 과거에는 오염물질 배출에 대한 규제가 강화되는 경우에는, 대기오염이 인간의 건강에 큰 위협요소가 되지 않을 것으로 생각하는 경향이 있었으나, 최근 미국 및 유럽과 같이 대기오염 수준이 낮은 국가에서도 대기오염이 사망률 및 유병률 증가가 유의한 관련이 있는 것으로 보고되고 있다는 점에서 문제점이 증가되는 추세이다. Recently, the inflow of fine dust generated from domestic and foreign countries has led to an increase in mortality and morbidity rate due to air pollution, and fossil fuels used in the rapid industrialization process have been identified as the main cause of air pollution. In the past, when regulations on pollutant emissions were strengthened, there was a tendency to think that air pollution would not be a major threat to human health. However, even in countries with low levels of air pollution such as the US and Europe recently, Mortality and morbidity rates are reported to be significantly related to the problem.
우리나라에서는 1990년대 후반을 기점으로 대기오염에 대한 중요성을 인식하고 이에 대한 방지 기술을 연구하고 있으며, 특히 다른 나라에 비해 미세먼지의 농도가 상대적으로 높기 때문에 미세먼지 노출로 인한 위해성은 매우 높을 것으로 파악되고 있다.In Korea, the importance of air pollution has been recognized since the late 1990s, and studies have been conducted on the prevention of such pollution. Especially, since the concentration of fine dust is relatively higher than other countries, the risk due to exposure to fine dust is very high .
미세먼지 입자는 매우 복잡한 성분을 가진 대기 중에서 부유하고 있는 물질이며, 대부분 자동차 배기가스 및 도로의 먼지 등으로부터 발생하는 경향이 있고,일반적으로는 미세입자의 직경이 0.1 내지 2.5㎛, 극미세입자는 직경이 0.1㎛ 미만인 물질을 의미한다.Fine dust particles are floating substances in an atmosphere having a very complicated composition, and tend to be generated mainly from automobile exhaust gas and road dust, etc. In general, the diameter of the fine particles is 0.1 to 2.5 μm, ≪ / RTI > less than 0.1 m.
최근 국내외적으로 PM10(≤10㎛) 또는 PM2.5(≤2.5㎛)에 대한 중요성을 인식하고 다양한 규제 장치를 마련하고 있지만 이보다 더 작은 크기의 물질의 잠재적 위험성이 더 큰 것으로 판단하고 이에 대한 예방 기술 연구를 진행하고 있다. 특히, 직경 100nm 이하인 극미세먼지는 입자의 크기가 작을수록 표면적의 증가로 인해 인체 위해성 또한 증가할 것으로 보고되고 있으며, 자동차 배기가스의 대부분이 극미세입자로 이루어져 있어, 극미세입자는 도시지역 대기오염 증가의 주요 원인으로 알려져 있다.Recently, we have recognized the importance of PM10 (≤10㎛) or PM2.5 (≤2.5㎛) in domestic and foreign countries, and various regulating devices are being prepared. However, it is judged that the potential risk of materials smaller in size is larger, Technology research is underway. Particularly, it has been reported that the micro-dust having a diameter of 100 nm or less has an increased risk of human body due to an increase in surface area as the particle size is smaller. Most of the automobile exhaust gas is composed of a very small number of tenants, Is known as a major cause of.
자동차의 배기가스로 인한 환경오염 문제를 극복하기 위한 예방적 차원에서 선진 각국에서는 2005년부터 후처리장치를 적용하지 않고서는 PM, CO2 및 NOX 등 오염물질에 대한 규제를 만족시킬 수 없도록 규제를 강화하고 있다. In order to prevent environmental pollution caused by exhaust gas from automobiles, advanced countries have been striving to regulate pollutants such as PM, CO2 and NO X from 2005 without applying after-treatment system. It is strengthening.
이미 현재도 배기규제를 단계적으로 강화하고 있고 EURO-Ⅴ수준으로 디젤 자동차의 배출가스 규제를 하고 있을 뿐만 아니라 상용차량에 대한 EURO-Ⅵ 대응 배기 정화 장치 개발이 전무하여 이에 대한 개발이 필요한 실정이다. 또한, 국내외 환경규제에 따른 자동차의 배기규제 강화에 대응할 수 있는 배기가스 정화장치 개발이 시급하나 국내 3.5톤급 트럭차량에 대한 EURO-Ⅵ 대응 배기 정화 장치 개발이 전무하여 이에 대한 개발이 필요한 실정이다.Currently, the exhaust emission regulations are being phased in, and the emission regulation of diesel vehicles is being regulated to the EURO-V level, as well as the development of the EURO-Ⅵ-compliant exhaust emission purifiers for commercial vehicles. In addition, it is urgent to develop an exhaust gas purification system that can cope with the regulation of exhaust emission of automobiles according to domestic and foreign environmental regulations. However, there is no development of EURO-Ⅵ response exhaust purification system for domestic 3.5 ton trucks.
디젤 차량의 배기가스 정화장치를 제시하는 종래의 문헌으로는 등록특허 제10-1191883호(2012.10.16)를 참조할 수 있다. 상기 발명은 고활성의 촉매를 코팅 한 디젤산화촉매와 디젤입자필터로 구성된 후처리 장치의 상부에 연료분사장치를 구비하여 장치 구성비와 운용비를 저렴하게 한 디젤 차량의 배기가스 정화장치 기술을 개시하지만, 국내외 환경규제에 따른 자동차의 배기규제 강화에 대응할 수 있는 배기가스 정화장치 기준에는 미치지 못한다는 점 및 배기가스 온도가 낮은 중소형 차량과 근거리 저속운행 차량에 적용가능한 후처리 장치에 열원을 발생할 수 있는 방안에 집중한다는 한계가 있다.As a conventional document for suggesting an apparatus for purifying exhaust gas of a diesel vehicle, reference is made to Registration No. 10-1191883 (Oct. 16, 2012). The present invention discloses an exhaust gas purifying apparatus for a diesel vehicle having a fuel injecting device and a fuel injecting device disposed on a post-treatment device composed of a diesel oxidation catalyst coated with a highly active catalyst and a diesel particulate filter, , The exhaust gas purifying device can not meet the exhaust emission regulations of automobiles due to the domestic and foreign environmental regulations, and the fact that it can generate heat source in small and medium-sized vehicles with low exhaust gas temperature and after- There is a limit to concentrate on the room.
(특허문헌 1) KR10-1191883 B(Patent Document 1) KR10-1191883 B
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 디젤 엔진에서 요구되는 다량의 환원제에 대한 제어를 위하여 요소수 분무를 최적화하는 동시에 분사된 요소수를 공급되는 배기가스와 빠르고 균등하게 혼합하기 위한 혼합기 설계를 통하여 향후 EURO-Ⅵ 기준을 만족할 수 있도록 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행하는 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치를 제공하는 것이 목적이다.In order to control the large amount of reducing agent required in a diesel engine, the present invention aims at optimizing the urea water spraying and at the same time, it is possible to mix the injected urea water with the exhaust gas to be mixed quickly and uniformly It is an object of the present invention to provide a post-treatment device for exhaust gas reduction of a commercial vehicle, which effectively reduces soot, PM, and NO x generated in a commercial vehicle so as to satisfy the EURO-VI standard in future.
또한, 우수한 내구성과 가격 경쟁력을 확보할 수 있도록 DOC, DPF, SCR, AOC를 포함하는 복합 시스템으로 PM 및 NOX 를 동시 제거하기 위한 후처리장치를 제공하는 것이 목적이다.It is also an object of the present invention to provide a post-treatment apparatus for simultaneously removing PM and NO x from a combined system including DOC, DPF, SCR, and AOC to ensure excellent durability and price competitiveness.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치는 엔진(1)에서 배출되는 배기가스 배기관(4) 상에 위치하는 디젤 산화 촉매유닛(10); 상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 산화 촉매유닛(10)의 후방에 배치되는 디젤 입자 필터유닛(20); 상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 이격 배치되는 선택적 촉매 환원유닛(30); 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)으로 환원제를 분사하는 도징 유닛(50); 및 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치되는 혼합기(60);를 포함하고, 상기 혼합기(60)는 상기 도징 유닛(50)의 후단 상에 설치된다.To achieve the above object, there is provided a post-treatment apparatus for exhaust gas reduction of a commercial vehicle, comprising: a diesel oxidation catalyst unit (10) positioned on an exhaust gas exhaust pipe (4) exhausted from an engine (1); A diesel particulate filter unit (20) disposed behind the diesel oxidation catalyst unit (10) along the exhaust gas exhaust pipe (4); A selective catalytic reduction unit (30) spaced apart from the diesel particulate filter unit (20) along the exhaust gas exhaust pipe (4); A dosing unit (50) for injecting a reducing agent into the exhaust gas exhaust pipe (4) while being disposed between the diesel particulate filter unit (20) and the selective catalytic reduction unit (30); And a
상기 후처리장치는, 상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 후방에 연결배치되는 암모니아 산화 촉매유닛(40);을 더 포함한다.The post-treatment apparatus further includes an ammonia oxidation catalyst unit (40) connected to the rear of the selective catalytic reduction unit (30).
상기 혼합기(60)는 상기 배기가스 배기관(4)의 내주면에 밀착하는 형태로 부설된다.The mixer (60) is attached to the inner circumferential surface of the exhaust gas exhaust pipe (4) in a close contact manner.
상기 혼합기(60)는,복수의 동심원들(62)이 반경 방향을 따라 소정 간격을 이룬채 배치되는 몸체(61) 및 상기 몸체(61)의 일측 전면부 상에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 복수의 가이드 블레이드(65)를 포함하며, 상기 복수의 가이드 블레이드(65)는 상기 몸체(61)의 중심에서 가장자리 측으로 반경 방향을 따라 연장 배치되며, 소정 각도로 기울어진 상태로 배치된다.The
상기 후처리장치는, 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)을 통해 입자상 물질(PM,particulate matter)의 포집량을 감지하는 제1물질 감지부(91); 및 상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 전방과 상기 암모니아 산화 촉매유닛(40)의 후방에 배치되는 제2물질 감지부(93);를 더 포함한다.The post-treatment apparatus is configured to regulate the collection amount of particulate matter (PM) through the exhaust
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치는 디젤 엔진에서 요구되는 다량의 환원제에 대한 제어를 위하여 요소수 분무를 최적화하는 동시에 분사된 요소수를 공급되는 배기가스와 빠르고 균등하게 혼합하기 위한 혼합기 설계를 통하여 향후 EURO-Ⅵ 기준을 만족할 수 있도록 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행한다.As described above, the exhaust gas aftertreatment apparatus for a commercial vehicle according to the present invention optimizes the urea water spray for control of a large amount of reducing agent required in a diesel engine, and at the same time, PM and NO x generated in commercial vehicles to satisfy the EURO-Ⅵ standard through the design of mixer for uniform mixing.
본 발명은 국내 상용차의 EURO-Ⅵ 배기규제를 만족시킬 수 있는 제품 개발을 통해 농기계 및 건설기계 분야의 배기 규제에 만족하는 후처리장치 개발 능력을 확보하고, 상용차량에 대응하는 후처리장치에 대한 자체 기술 확보로 선진제조사와의 기술 경쟁력을 확보하고 수입 대체에 기여할 것으로 예상된다.The present invention aims at securing the ability to develop post-treatment equipment satisfying exhaust emission regulations in the agricultural and construction machinery fields through product development that can satisfy EURO-Ⅵ emission regulations of domestic commercial vehicles, It is expected to secure technological competitiveness with advanced manufacturers and contribute to import substitution by securing its own technology.
디젤에서 배출되는 PM 및 NOX를 저감하는 EURO-Ⅵ 대응 3.5톤급 후처리장치 개발은 국내 최초 개발되는 장치로써 해외 주요 선진 제조사가 주도하고 있는 분야에서 국내 기술경쟁력을 확보할 수 있으며, 세계 트럭 및 버스 후처리장치 개발 분야에 대한 경쟁력을 갖출 수 있는 계기가 될 것이다. The development of the 3.5-ton post-treatment device for EURO-Ⅵ that reduces PM and NO x emitted from diesel is the first device developed in Korea. It can secure domestic technology competitiveness in the fields led by leading foreign manufacturers, It will be a chance to gain competitiveness in the field of bus post-processing device development.
본 발명의 핵심기술인 DOC, DPF 및 SCR 복합배기시스템은 국내 EURO-Ⅵ 대응 후처리 배기시스템 기술을 확보할 수 있는 계기로써 해외 선진제조사와 비교하여 기술력 동등 수준의 원가경쟁력을 확보할 수 있다.The DOC, DPF and SCR combined exhaust system, which is the core technology of the present invention, is an opportunity to secure post-processing exhaust system technology corresponding to EURO-Ⅵ in Korea, and it can secure cost competitiveness equivalent to that of advanced foreign manufacturers.
본 발명은 최근 디젤기관의 분사압력이 증가됨으로 인하여 수십 나노 이하의 미세입자의 배출량이 증대하고 있는 실정으로 인해 극미세입자의 환경적 폐해가 지속적으로 보고되고 있는 상황에서 PM의 양적 포집 및 입자 포집 성능을 극대화할 수 있을 것이며, PM과 질소산화물의 동시 저감이 가능한 배기시스템으로서 환경오염 물질을 저감할 수 있을 것으로 기대된다. In the present invention, since the emission amount of fine particles of several tens of nanometers or less is increasing due to the increase of the injection pressure of the diesel engine, the environmental damage of the micro leaner is continuously reported, and the quantitative capture and particle collection performance It is expected that it will be possible to reduce environmental pollutants as an exhaust system capable of simultaneously reducing PM and nitrogen oxide.
도 1은 본 발명에 따라 엔진으로부터 배기되는 가스에 대한 후처리장치의 전체적인 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감용 후처리장치의 개념도이다.
도 3은 혼합기(60)의 사시도이다.
도 4는 열 유동해석을 위하여 후처리장치의 간소화된 모델이다.
도 5는 내부 열 유동해석에 대한 해석 조건을 나타내는 표이다.
도 6은 내부 열 유동해석에 대한 해석 결과이다.
도 7은 도징 유닛(50)의 배치를 보이는 도면이다.
도 8은 도징 유닛(50)과 선택적 촉매 환원유닛(30) 간의 배치를 보이는 도면이다.
도 9는 혼합기(60)가 배치된 배기관(4)의 형상을 보이는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is an overall schematic diagram of a post-treatment apparatus for gases exhausted from an engine in accordance with the present invention;
2 is a conceptual diagram of a post-treatment device for exhaust gas reduction according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of the
4 is a simplified model of a post-treatment apparatus for thermal flow analysis.
5 is a table showing the analysis conditions for the internal heat flow analysis.
FIG. 6 shows the results of the analysis for the internal heat flow analysis.
Fig. 7 is a view showing the arrangement of the
8 is a view showing the arrangement between the
9 is a view showing the shape of the
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치를 설명한다.Hereinafter, a post-treatment apparatus for exhaust gas reduction of a commercial vehicle according to the present invention will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig.
배기가스 저감용 후처리장치는 배기 재순환 장치(EGR,exhaust gas recirculater,2)이 장착된 엔진(1)에서 배출되는 배기가스 배기관(4) 상에 순차적으로 위치하는 탄화수소 공급유닛(70), 탄화수소 공급유닛(70)의 후방에 연결배치되는 디젤 산화 촉매유닛(10), 디젤 산화 촉매유닛(10)의 후방에 배치되는 디젤 입자 필터유닛(Diesel Particulate Filter Unit, 20), 배기가스 배기관(4)을 따라 디젤 입자 필터유닛(20)과 이격 배치되는 선택적 촉매 환원유닛(Selective Catalytic Reduction Unit, 30), 선택적 촉매 환원유닛(30)의 후방에 연결배치되는 암모니아 산화 촉매유닛(Oxidation Catalyst Unit, 40), 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 배기가스 배기관(4)로 환원제를 분사하는 도징 유닛(50), 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치되는 혼합기(60), 배기가스 배기관(4) 상에 배치되는 복수의 온도 감지 센서(81,82,83,84), 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 배기가스 배기관(4)을 통해 입자상 물질(PM,particulate matter)의 포집량을 감지하는 제1물질 감지부(91), 선택적 촉매 환원유닛(30)의 전방과 암모니아 산화 촉매유닛(40)의 후방에 배치되는 제2물질 감지부(93)를 포함한다.The post-treatment apparatus for exhaust gas reduction includes a
디젤 산화 촉매유닛(10)은 배기가스의 HC와 CO가 H2O와 CO2로 화학변화 내지 산화하는 것을 지원하는 일종의 반응촉진 기능을 하는 것으로서, 촉매의 형상은 펠릿형 또는 벌집 형태의 모놀리스형을 채용할 수 있고, 담체의 재질은 알루미나 세라믹의 표면에 로듐이나 팔라듐을 코팅할 수 있다. 디젤 엔진의 Lube Oil 및 연료의 입자상(Particulate Phase)으로 이루어진 용해성 유기물질(SOF,Soluble Organic Fraction)은 PM의 구성성분 중 높은 비중을 차지하는데, 이들은 디젤 산화 촉매유닛(10)을 통해 상당 부분 제거된다. The diesel
디젤 산화 촉매유닛(10)은 전체 PM 질량의 저감에 있어 중요한 역할을 하고 NOX 규제 대응을 위해 선택적 촉매 환원유닛(30)의 효율이 매우 중요한 요소이므로 NO와 NO2의 비율을 적절히 조절하여 낮은 배기온도 환경에서도 SCR의 높은 NOX 정화효율을 유지한다.Since the diesel
디젤 입자 필터유닛(20)은 PM 포집 및 재생 기술을 실시하며, 기본적으로 필터, 재생장치, 제어장치의 3부분을 포함한다. 필터의 재질이나 형상은 디젤 입자 필터 시스템의 성능을 결정하는 중요한 인자로서 모노리스 타입이 가장 보편적인 형태이며 카트리지 형태, knit 형태 타입 등도 채용할 수 있다. 필터 재질은 cotdierite, 실리콘 카바이트(SiC), 파이버, 금속분말 등을 포함하는 그룹 중에서 어느 하나를 채용할 수 있다.The diesel
디젤 입자 필터유닛(20)의 재생 방식은 강제 재생방식 및 자연 재생방식을 채용한다. 강제 재생방식은 포집된 PM을 Soot 점화온도인 500 ~ 600℃까지 외부적에서 강제적으로 가열하는 방법으로 전기히터, 버터 등을 사용한다. 자연 재생방식은 촉매나 첨가제를 이용하여 Soot 점화온도를 원래보다 250℃ 정도까지 낮추고 엔진배출가스 온도를 재생시키는 방법으로서, 필터 트랩의 촉매코팅, 연료에 첨가제를 공급, 트랩 전방에서 연료를 분사시킨다.The regeneration system of the diesel
선택적 촉매 환원유닛(30)에서는 차량의 배기가스에 다량 포함되는 NOX 가스 상에 우레아 수용액(NH2CO) 또는 암모니아(NH3)를 분사하여 NOX를 질소, 수증기로 환원시키게 한다. 선택적 촉매 환원유닛(30)의 촉매 구조 중 일부는 펠릿이나 균일 모노리스 상에 돌출된 구조일 수 있고, 다른 일부는 평행한 금속판 또는 세라믹으로 된 벌집형 구조에 지지된 구조일 수 있다. In the selective
암모니아는 순수한 무수(無水) 또는 함수(含水)를 포함하는 두가지 타입의 암모니아가 사용된다. 무수 암모니아는 독성 및 위험성이 있으며, 증기압이 높기 때문에 두꺼운 압력용기와 파이프를 필요로 한다. 함수 암모니아는 상대적으로 덜 위험하고 다루기 쉽다. 일반적으로 산업용 암모니아는 무게기준으로 볼 때 27%의 암모니아와 73%의 물로 이루어져 있는데, 보통 온도에서 거의 대기압 수준의 증기압을 가지고 있기 때문에 쉽게 운송하기 편리하다.Two types of ammonia are used, which include pure anhydrous or water-containing ammonia. Anhydrous ammonia is toxic and dangerous and requires high pressure vessels and pipes because of its high vapor pressure. Functional ammonia is relatively less dangerous and easier to handle. In general, industrial ammonia is composed of 27% ammonia and 73% water by weight, and it is easy to transport because it has almost atmospheric pressure vapor pressure at normal temperature.
선택적 촉매 환원유닛(30)에서의 반응 과정을 위해서는 정확한 양의 암모니아 분사율을 제어할 수 있어야 하는데, 암모니아를 충분하지 않게 분무하면 NOX의 변환 효율이 낮아지고 너무 많이 분사하면 대기 중으로 암모니아가 배출되어버리는문제점이 있는바, 도징 유닛(50)의 기능이 중요하게 된다.For the reaction process in the selective
우레아는 암모니아 대신 환원제로 사용될 수 있는데, 암모니아와 비교해서 우레아는 비교적 독성이 없고 안전하며 취급이 쉬워 자동차의 SCR 촉매용으로 많이 사용된다. 우레아의 용해도는 50% 이상이지만, SCR 시스템에 사용되는 우레아 수용액의 농도는 일반적으로 32.5%wt.일 수 있다. 상기 농도에서 우레아는 -11℃의 결정점을 갖는 공융액이 되고, 이러한 우레아 공융액을 사용하면 결정화가 일어나는 동안 액체와 고체상의 농도가 같다는 장점을 이용할 수 있다. 즉, 우레아 탱크에서 부분적인 응결에 따른 결정화가 진행되어도 SCR 시스템으로 공급되는 우레아 수용액의 농도는 변하지 않는다는 장점이 있다.Urea can be used as a reducing agent instead of ammonia. Compared with ammonia, urea is relatively non-toxic, safe and easy to handle and is widely used for SCR catalysts in automobiles. The solubility of urea is at least 50%, but the concentration of the aqueous urea solution used in the SCR system may generally be 32.5% wt. At this concentration, the urea becomes a eutectic liquid having a crystal point of -11 캜, and by using such a urea eutectic liquid, it is possible to utilize the advantage that the concentration of liquid and solid phase is the same during crystallization. That is, even if the crystallization progresses due to partial condensation in the urea tank, the concentration of the urea aqueous solution supplied to the SCR system does not change.
상기 탄화수소 공급유닛(70), 디젤 산화 촉매유닛(10), 디젤 입자 필터유닛(20) 등은 배기가스 배기관(4) 상에서 그 양측이 연결되도록 플랜지와 같은 고정부가 형성된 관형태의 하우징으로 형성될 수 있다. 디젤 산화 촉매유닛(10) 및 디젤 입자 필터유닛(20)은 하나의 일체화된 모듈로 제조하여 전체적인 크기를 줄일 수 있다.The
마찬가지로, 선택적 촉매 환원유닛(30)과 암모니아 산화 촉매유닛(40)도 하나의 일체화된 모듈로 제조하여 전체적인 크기를 줄일 수 있다. Likewise, the selective
본 발명은 3.5톤급 상용 EURO-Ⅵ 대응 후처리시스템을 제공하고자 하는 것으로서, 적정 수준의 배기 재순환 장치(EGR)를 사용하고, DPF 성능을 강화하여 연소실에서 증가된 PM을 대응하는 방안을 강구한다. 이 경우에 고효율 SCR에 부가되는 높은 기술적 장벽을 해소할 수 있고, EURO-Ⅴ등에 적용된 기술적 요소를 적극 활용할 수 있는 장점이 있다.The present invention is to provide a 3.5-ton commercial EURO-Ⅵ-compliant aftertreatment system, which uses an appropriate level of exhaust gas recirculation (EGR) and enhances DPF performance to find ways to cope with increased PM in the combustion chamber. In this case, high technological barriers to high-efficiency SCR can be solved, and the technical elements applied to EURO-V and the like can be actively utilized.
한편, EURO-Ⅵ SCR 기술에 있어 가장 중요한 요소는 높은 NOX 정화효율을 확보하는 것이 중요한데, 특히 Heavy-Duty 디젤에서는 환원제의 필요량이 많기 때문에 요소수 분무 제어를 최적화하지 못하면 요소(Urea) Deposit 생성 등 2차 문제를 불러올 수 있기 때문에 분사된 요소수를 빠르고 균등하게 배기와의 혼합을 촉진시키기 위한 혼합기(60)를 설치하여 이를 방지하고자 한다.On the other hand, the most important factor in EURO-VI SCR technology is to secure high NO x purifying efficiency. Especially, in heavy-duty diesel, the amount of reducing agent is large, So that the mixing
도징 유닛(50)은 배기가스 배기관(4) 내부로 환원제를 분사하는 기능을 하는 것으로서, 디젤 입자 필터유닛(20)을 거쳐 토출되는 배기가스 상으로 요소수를 분사한다. 상기의 분사 과정에서 요소수와 배기가스의 균일한 혼합을 가능하게 하기 위해서 혼합기(60)가 도징 유닛(50)의 후단 상에 설치된다. The
혼합기(60)는 배기가스 배기관(4)의 내주면에 밀착하는 형태로 부설된다. 일예로서 중공 원통 형상의 배기가스 배기관(4) 내에 부설되는 혼합기(60)는 그 외측 직경이 배기가스 배기관(4)의 내면 직경에 부합하도록 설치된다.The mixer (60) is attached to the inner circumferential surface of the exhaust gas exhaust pipe (4) in a close contact manner. For example, the
도 3을 참조하면, 혼합기(60)는 직경이 상이하며 일정한 폭을 갖는 복수의 동심원들(62)이 반경 방향을 따라 소정 간격을 이룬채 배치되는 몸체(61) 및 상기 몸체(61)의 일측 전면부 상에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 복수의 가이드 블레이드(65)를 포함한다. 3, the
복수의 가이드 블레이드(65)는 각각 몸체(61)의 중심에서 가장자리 측으로 반경 방향을 따라 연장 배치되며, 전체적으로는 소정 각도로 기울어진 상태로 배치되는 것이 바람직할 수 있다.It is preferable that the plurality of
도 7을 참조하면, 도징 유닛(50)은 배기가스 정화 성능 향상을 위하여 우레아 분무액이 혼합기(60)의 전면에 고르게 분사될 수 있도록 그 분사각도를 최적화된다. 이를 위해 도징 유닛(50)은 배기가스 배기관(4) 상에 형성된 돌출부 상에 경사진 상태로 배치된다.Referring to FIG. 7, the
한편, 도 8을 참조하면, 도징 유닛(50)에서 선택적 촉매 환원유닛(30) 전단까지의 최적 거리를 설정함으로써 배기가스의 정화 성능을 극대화할 수 있다.8, by setting the optimum distance from the
도 9를 참조하면, 도징 유닛(50)이 배치되는 배기가스 배기관(4)을 둘러싸는 형태로 단열재(5)를 부가할 수 있다. 상기 단열재(5)는 배기가스 배기관(4) 내부의 공간 중에서 도징 유닛(50)에서 혼합기(60)에 이르는 공간인 혼합 챔버에 대한 단열을 수행한다. 이를 통해 우레아의 결정화를 방지하는 동시에 촉매의 배기가스 정화 성능 향상을 위한 배기가스 온도 유지를 가능하게 한다.9, it is possible to add the
이하, 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치에 대한 내부 열 유동해석을 설명한다.Hereinafter, the internal heat flow analysis for the exhaust gas reducing post-treatment apparatus of a commercial vehicle according to the present invention will be described.
본 내부 열 유동해석은 내부구조 최적화를 통하여 3.5톤급 상용 EURO-Ⅵ 대응 후처리 장치의 NH3 정화율 증대를 위하여 혼합기(60) 개선 및 SCR 전단 타공판 설치에 따른 유동특성을 평가하기 위한 것이다.This internal heat flow analysis is intended to evaluate the flow characteristics of the mixer (60) improvement and SCR front-end pier installation for the NH 3 purification rate of 3.5-ton commercial EURO-Ⅵ compliant post-treatment equipment through optimization of internal structure.
도 4는 열 유동해석을 위하여 모델 간소화 작업을 진행한 것이고, 도 5는 내부 열 유동해석에 대한 해석 조건 및 결과를 나타낸다.FIG. 4 shows the model simplification process for the heat flow analysis, and FIG. 5 shows the analysis conditions and results for the internal heat flow analysis.
도 6을 참조하면, 디젤 산화 촉매유닛(10), 디젤 입자 필터유닛(20) 및 선택적 촉매 환원유닛(30)에 있어서, 모두 유속 균일도를 만족하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be confirmed that the diesel
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치는 디젤 엔진에서 요구되는 다량의 환원제에 대한 제어를 위하여 요소수 분무를 최적화하는 동시에 분사된 요소수를 공급되는 배기가스와 빠르고 균등하게 혼합하기 위한 혼합기 설계를 통하여 향후 EURO-Ⅵ 기준을 만족할 수 있도록 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행한다.As described above, the post-treatment device for exhaust gas reduction of a commercial vehicle according to the present invention optimizes the urea water spray for control of a large amount of reducing agent required in a diesel engine, and at the same time, PM and NO x generated in commercial vehicles to satisfy the EURO-Ⅵ standard through the design of mixer for uniform mixing.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (5)
상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 산화 촉매유닛(10)의 후방에 배치되는 디젤 입자 필터유닛(20);
상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 이격 배치되는 선택적 촉매 환원유닛(30);
상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)으로 환원제를 분사하는 도징 유닛(50); 및
상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치되는 혼합기(60);를 포함하고,
상기 혼합기(60)는 상기 도징 유닛(50)의 후단 상에 설치되는,
배기가스 저감용 후처리장치.
A diesel oxidation catalyst unit (10) located on an exhaust gas exhaust pipe (4) exhausted from the engine (1);
A diesel particulate filter unit (20) disposed behind the diesel oxidation catalyst unit (10) along the exhaust gas exhaust pipe (4);
A selective catalytic reduction unit (30) spaced apart from the diesel particulate filter unit (20) along the exhaust gas exhaust pipe (4);
A dosing unit (50) for injecting a reducing agent into the exhaust gas exhaust pipe (4) while being disposed between the diesel particulate filter unit (20) and the selective catalytic reduction unit (30); And
And a mixer (60) disposed between the diesel particulate filter unit (20) and the selective catalytic reduction unit (30)
The mixer (60) is provided on the rear end of the dosing unit (50)
A post-treatment device for exhaust gas reduction.
상기 후처리장치는,
상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 후방에 연결배치되는 암모니아 산화 촉매유닛(40);을 더 포함하는,
배기가스 저감용 후처리장치.
The method according to claim 1,
The post-
And an ammonia oxidation catalyst unit (40) connected and arranged behind the selective catalytic reduction unit (30).
A post-treatment device for exhaust gas reduction.
상기 혼합기(60)는 상기 배기가스 배기관(4)의 내주면에 밀착하는 형태로 부설되는,
배기가스 저감용 후처리장치.
3. The method of claim 2,
The mixer (60) is attached to the inner circumferential surface of the exhaust gas exhaust pipe (4)
A post-treatment device for exhaust gas reduction.
상기 혼합기(60)는,
복수의 동심원들(62)이 반경 방향을 따라 소정 간격을 이룬채 배치되는 몸체(61) 및 상기 몸체(61)의 일측 전면부 상에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 복수의 가이드 블레이드(65)를 포함하며,
상기 복수의 가이드 블레이드(65)는 상기 몸체(61)의 중심에서 가장자리 측으로 반경 방향을 따라 연장 배치되며, 소정 각도로 기울어진 상태로 배치되는,
배기가스 저감용 후처리장치.
3. The method of claim 2,
The mixer (60)
A plurality of concentric circles 62 arranged in the radial direction at predetermined intervals and a plurality of guide blades 65 arranged at predetermined intervals along the circumferential direction on one side of the front surface of the body 61 ),
The plurality of guide blades (65) extend radially from the center of the body (61) to the edge side, and are arranged in a tilted state at a predetermined angle.
A post-treatment device for exhaust gas reduction.
상기 후처리장치는,
상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)을 통해 입자상 물질(PM,particulate matter)의 포집량을 감지하는 제1물질 감지부(91); 및
상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 전방과 상기 암모니아 산화 촉매유닛(40)의 후방에 배치되는 제2물질 감지부(93);를 더 포함하는,
배기가스 저감용 후처리장치.
The method according to claim 1,
The post-
A first substance detection unit for detecting a trapped amount of particulate matter (PM) through the exhaust gas exhaust pipe (4) in a state of being disposed between the diesel particulate filter unit (20) and the selective catalytic reduction unit (30) A portion 91; And
Further comprising: a second material sensing unit (93) disposed in front of the selective catalytic reduction unit (30) and behind the ammonia oxidation catalyst unit (40)
A post-treatment device for exhaust gas reduction.
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---|---|---|---|---|
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
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E601 | Decision to refuse application |