KR20170113110A - 배기가스 후처리 시스템, 내연기관 및 내연기관의 작동 방법 - Google Patents

배기가스 후처리 시스템, 내연기관 및 내연기관의 작동 방법 Download PDF

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KR20170113110A
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플라멘 토쉐프
프랜시스 나나
안드레아스 되링
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

내연기관의 배기가스 후처리 시스템(3), 즉 내연기관의 SCR 배기가스 후처리 시스템은 SCR 촉매 컨버터(9)를 구비하고, SCR 촉매 컨버터(9)로 통하는 배기가스 공급 라인(8)을 구비하며, SCR 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지게 연장되는 배기가스 배출 라인(11)을 구비하고, 환원제, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 배기가스 내로 유입시키기 위해 배기가스 공급 라인(8)에 할당되는 유입 장치(16)를 구비하며, SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에서 배기가스와 환원제를 혼합하기 위해 유입 장치(16)의 하류에 배기가스 공급 라인(8)에 의해 마련되는 혼합 섹션을 구비하고, 배기가스 공급 라인(8)과 배기가스 배출 라인(11)은 촉매 컨버터(9)를 수용하는 리액터 챔버(10)의 공통측(19)에 연결되고 및/또는 공통측(19)에서 리액터 챔버(10) 내로 연장되며, 배기가스 공급 라인(8)과 배기가스 배출 라인(11) 사이에, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 리액터 챔버(10)에 대한 우회로(12)가 형성되고, 차단 요소(13)는 우회로(12)에 연결된다.

Description

배기가스 후처리 시스템, 내연기관 및 내연기관의 작동 방법{EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM, INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 내연기관의 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 더욱이 배기가스 후처리 시스템을 구비하는 내연기관과, 그러한 내연기관의 작동 방법에 관한 것이다.
예컨대 발전소에서 채용되는 고정식 내연기관에서의 연소 프로세스 중에 그리고 예컨대 선박에서 채용되는 비고정식 내연기관에서의 연소 프로세스 중에는 질소산화물들이 형성되는데, 이들 질소산화물은 통상적으로 석탄, 핏콜, 광유, 중유 또는 경유와 같은 황을 함유하는 화석 연료의 연소 중에 형성된다. 이러한 이유로, 상기한 내연기관에는, 내연기관을 빠져나오는 배기가스의 특정 탈질 작용에서 클리닝하는 배기가스 후처리 시스템이 할당된다.
배기가스 내의 질소산화물을 환원시키기 위해, 소위 SCR 촉매 컨버터가 주로 실무로부터 알려진 배기가스 후처리 시스템에 채용된다. SCR 촉매 컨버터에서, 질소산화물의 선택적 촉매 환원이 발생하며, 이 경우에 질소산화물의 환원을 위해 암모니아(NH3)가 환원제로서 요구된다. 암모니아 또는, 예컨대 요소와 같은 암모니아 전구체 물질은 액체 형태로 SCR 촉매 컨버터 상류의 배기가스 내로 유입되며, 이때 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질은 SCR 촉매 컨버터 상류에서 배기가스와 혼합된다. 이러한 목적으로, 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질의 유입과 SCR 촉매 컨버터 사이의 관행에 따라 혼합 섹션이 마련된다.
SCR 촉매 컨버터를 포함하는, 현장으로부터 알려진 배기가스 후처리 시스템의 경우, 배기가스 후처리, 특히 질소산화물 환원이 이미 성공적으로 이루어지지만, 배기가스 후처리 시스템을 더욱 개선할 필요가 있다. 특히, 콤팩트한 구성의 상기한 배기가스 후처리 시스템을 사용하는 효율적인 배기가스 후처리를 가능하게 할 필요가 있다.
이것으로부터 출발하여, 본 발명은 내연기관의 새로운 타입의 배기가스 후처리 시스템, 배기가스 후처리 시스템을 구비하는 내연기관 및 상기한 내연기관의 작동 방법을 형성하는 목적에 기반을 두고 있다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템을 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 배기가스 공급 라인 및 배기가스 배출 라인은 SCR 촉매 컨버터를 수용하는 리액터 챔버의 공통측에 연결되며 및/또는 리액터 챔버의 공통측 상에서 리액터 챔버 내로 연장되며, 이때 배기가스 공급 라인과 배기가스 배출 라인 사이에 SCR 촉매 컨버터 또는 리액터 챔버로의 우회로가 형성되며, 우회로에는 차단 요소가 연결된다. 배기가스 후처리 시스템의 본 실시예는 콤팩트한 구성에 의한 효율적인 배기가스 후처리를 가능하게 한다. 리액터 챔버 둘레에서 연장되는 긴 우회 라인이 생략될 수 있다.
유익한 다른 양태에 따르면, 우회로는 혼합 섹션의 구역에서 유입 장치의 상류에서 배기가스 공급 라인으로부터 배기가스 배출 라인 방향으로 분기된다. 본 실시예는 매우 콤팩트한 구성과 효율적인 배기가스 후처리를 가능하게 한다.
유익한 다른 양태에 따르면, 우회로에 연결되는 차단 요소는 차단 밸브 또는 파열 디스크이다. 본 실시예는 매우 콤팩트한 구성과 효율적인 배기가스 후처리를 가능하게 한다.
더 유익한 다른 양태에 따르면, 배기가스 공급 라인은 하류 단부에 의해 리액터 챔버로 개방되고, 배플 요소는 배기가스 공급 라인의 이 하류 단부와 상호 작용하며, 배플 요소는 배기가스 공급 라인의 하류 단부에 대해 변위될 수 있다. 배플 요소는 훨씬 더 콤팩트한 구성과 훨씬 더 효율적인 배기가스 후처리를 가능하게 한다.
더 유익한 다른 양태에 따르면, 배기가스 배출 라인은 적어도 소정 섹션에서 바람직하게는 동심으로 외측부에서 배기가스 공급 라인을 둘러싸며, 이때 SCR 촉매 컨버터 또는 리액터 챔버로의 우회로는, 배기가스 배출 라인이 배기가스 공급 라인을 외측에서 둘러싸고, 바람직하게는 서로 동심으로 연장되는 구역에 또는 이 구역에 인접하게 형성된다. 본 실시예는 매우 콤팩트한 구성과 효율적인 배기가스 후처리를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 내연기관은 청구항 11에 규정된다. 본 발명에 따른 내연기관의 작동 방법은 청구항 13 및 14에 규정된다.
본 발명의 바람직한 다른 양태는 종속항 및 아래의 설명에서 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도면에 의해 보다 상세히 설명되지만, 도면으로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템을 구비하는 내연기관의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 배기가스 후처리 시스템의 상세도.
도 3은 도 2의 상세도.
본 발명은 내연기관의 배기가스 후처리 시스템, 예컨대 발전소에 있는 고정식 내연기관 또는 선박에 채용되는 비고정식 내연기관에 관한 것이며, 특히 배기가스 후처리 시스템은 중유로 작동되는 선박에 있는 디젤 기관에서 채용된다. 더욱이, 본 발명은 상기한 배기가스 후처리 시스템을 구비하는 내연기관과, 내연기관의 작동 방법에 관한 것이다.
도 1은, 배기가스 과급 시스템(2) 및 배기가스 후처리 시스템(3)을 구비하는 내연기관(1)의 구성을 보여준다. 내연기관은 비고정식 또는 고정식 내연기관, 특히 비고정식 작동 선박의 내연기관(1)일 수 있다. 내연기관(1)의 실린더를 빠져나가는 배기가스는, 배기가스의 열에너지로부터 내연기관(1)에 공급되는 급기를 압축하기 위한 기계 에너지를 추출하기 위해 배기가스 과급 시스템(2)에서 활용된다.
따라서, 도 1은 복수 개의 배기가스 과급기, 즉 고압측 상의 제1 배기가스 과급기(4)와 저압측 상의 제2 배기가스 과급기(5)를 포함하는 배기가스 과급 시스템 또는 배기가스 과급기 시스템(2)을 구비하는 내연기관(1)을 보여준다.
내연기관(1)의 실린더를 빠져나가는 배기가스는 초기에는 제1 배기가스 과급기(4)의 고압 터빈(6)을 통해 흐르고, 이 고압 터빈에서 팽창되는데, 이때 해당 프로세스에서 추출된 에너지는 급기를 압축하기 위해 제1 배기가스 과급기(4)의 고압 압축기에서 활용된다.
배기가스 흐름 방향으로 봤을 때, 제2 과급기(5)는 제1 배기가스 과급기(4)의 하류에 배치되며, 이미 제1 배기가스 과급기(4)의 고압 터빈(6)을 통해 흐른 배기가스는 제2 배기가스 과급기(5)를 통해, 즉 제2 배기가스 과급기(5)의 저압 터빈(7)을 통해 안내된다. 제2 배기가스 과급기(5)의 저압 터빈(7)에서, 배기가스는 더 팽창되고, 해당 프로세스에서 추출된 에너지는 마찬가지로 내연기관(1)의 실린더에 공급되는 급기를 압축하기 위해 제2 배기가스 과급기(5)의 저압 압축기에서 활용된다.
2개의 배기가스 과급기(4, 5)를 포함하는 배기가스 과급 시스템(2)뿐만 아니라, 내연기관(1)은, 예컨대 SCR, CH4, HCHO 또는 산화 배기가스 후처리 시스템인 배기가스 후처리 시스템(3)을 포함한다. 배기가스 후처리 시스템(3)은 제1 압축기(5)의 고압 터빈(6)과 제2 배기가스 과급기(5)의 저압 터빈(7) 사이에 연결되며, 이에 따라 제1 배기가스 과급기(4)의 고압 터빈(6)을 빠져나가는 배기가스는 제2 배기가스 과급기(5)의 저압 터빈(7) 영역에 도달하기 전에, 먼저 배기가스 후처리 시스템(3)을 통해 안내된다.
도 1은, 제1 배기가스 과급기(4)의 고압 터빈(6)에서부터 시작하여 배기가스가 SCR 촉매 컨버터(9) - 리액터 챔버(10)에 배치됨 - 의 방향으로 안내될 수 있는 배기가스 공급 라인(8)을 보여준다.
더욱이, 도 1은 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 제2 배기가스 과급기(5)의 저압 터빈(7) 방향으로 배기가스를 배출하는 배기가스 배출 라인(11)을 보여준다.
저압 터빈(7)에서 시작하여, 배기가스는 라인(21)을 통해 특히 개구로 흐른다.
리액터 챔버(10)로 그리고 이에 따라 리액터 챔버(10) 내에 위치 설정된 SCR 촉매 컨버터(9)로 통하는 배기가스 공급 라인(8)과 리액터 챔버(10)로부터 그리고 이에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지게 연장되는 배기가스 배출 라인(11)은 우회로(12) - 차단 요소(13)가 포함됨 - 를 통해 커플링된다.
차단 요소(13)가 폐쇄된 경우, 우회로(12)는 배기가스가 흐르지 못하도록 폐쇄된다. 이와 대조적으로, 특히 차단 요소(13)가 개방될 때, 배기가스는 우회로(12)를 통해, 즉 리액터 챔버(10)를 지나 그리고 이에 따라 리액터 챔버(10) 내에 위치 설정되는 SCR 촉매 컨버터(9)를 지나 흐를 수 있다.
도 2는 우회로(12)가 차단 요소(13)를 통해 폐쇄된 경우에 배기가스 후처리 시스템(3)을 통과하는 배기가스의 흐름을 화살표 14로 예시하며, 도 2로부터 배기가스 공급 라인(8)이 하류 단부(15)에 의해 리액터 챔버(10) 내로 개방되는 것이 자명하고, 배기가스 공급 라인(8)의 이 단부(15) 구역에 있는 배기가스는 대략 180°만큼의 흐름 편향을 겪고, 흐름 편향 후의 배기가스는 SCR 촉매 컨버터(9)를 통해 안내된다.
배기가스 후처리 시스템(3)의 배기가스 공급 라인(8)에는 유입 장치(16)가 할당되는데, 이 유입 장치를 통해 환원제가 배기가스 흐름 내로, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질 - SCR 촉매 컨버터(9)에서 배기가스의 질소 산화물을 정해진 방식으로 변환하기 위해 필요함 - 로 유입될 수 있다. 배기가스 후처리 시스템(3)의 이러한 유입 장치(16)는 바람직하게는 분사 노즐이며, 분사 노즐을 통해 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질이 배기가스 공급 라인(8) 내의 배기가스 흐름에 주입된다. 도 2는 배기가스 공급 라인(8)의 구역에서 배기가스 흐름 내로 환원제가 원추형(17)으로 주입되는 것을 예시한다.
배기가스의 흐름 방향으로 봤을 때에 유입 장치(16)의 하류에 그리고 SCR 촉매 컨버터(9)의 상류에 배치되는 배기가스 후처리 시스템(3)의 섹션은 혼합 섹션이라고 부른다. 특히, 배기가스 공급 라인(8)은 유입 장치(16) 상류에 혼합 섹션을 제공하는데, 이 혼합 섹션에서 배기가스가 SCR 촉매 컨버터(9) 상류에서 환원제와 혼합될 수 있다.
설명한 바와 같이, 배기가스 공급 라인(8)과 배기가스 배출 라인(11)은, 리액터 챔버(10)를 통과한 그리고 이에 따라 SCR 촉매 컨버터(9)를 통과한 배기가스를 개방된 우회로(12)를 사용하여 안내하기 위해 우회로(12)를 통해 커플링된다. 여기에서는, 배기가스 공급 라인(8)과 배기가스 배출 라인(11)이 SCR 촉매 컨버터(9)를 수용하는 리액터 챔버(10)의 공통측(19)에 연결되고 및/또는 리액터 챔버(10)의 이 공통측(19) 상에서 리액터 챔버(10) 내로 연장된다. 이로 인해, 배기가스 공급 라인(8)과 배기가스 배출 라인(11) 사이에서 SCR 촉매 컨버터(9)를 수용하는 리액터 챔버(10) 둘레에서 연장되는 긴 우회 라인이 생략될 수 있다. 따라서, 우회로(12)는, 콤팩트한 구성에 의해 효율적인 배기가스 후처리가 가능하도록 짧고 콤팩트하게 구현될 수 있다.
도 2로부터 자명한 바와 같이, 배기가스 공급 라인(8)은 리액터 챔버(10)의 저부측(19) 위로 리액터 챔버 내로 연장되며, 이때 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)는 저부측(19)의 반대측에 배치되는 리액터 챔버의 상부측(23)에 인접하게 리액터 챔버(10)로 개방된다. 배기가스 배출 라인(11)은 리액터 챔버(10)의 하부측(19)에 연결되고, 소정 섹션에서 배기가스 공급 라인(8)을 외측부에서, 즉 리액터 챔버의 하부측(19)에 인접한 리액터 챔버(10) 외측에서 연장되는 구역에서 반경방향으로 동심으로 에워싼다. 도 2의 예시적인 실시예의 우회로(12)는, 배기가스 배출 라인(11)이 배기가스 공급 라인(8)을 동심으로 둘러싸는 구역에 인접하게 위치 설정되는 구역에 형성된다. 이에 의해, 콤팩트한 구성이 가능하다. 이와 대조적으로, 배기가스 배출 라인(11)이 배기가스 공급 라인(8)을 외측부에서 동심으로 둘러싸는 구역에 우회로(12)가 형성되는 것도 또한 가능하다.
이미 설명한 바와 같이, 차단 요소(13)는 우회로(12)에 연결되거나 포함된다. 첫번째 버전에 따르면, 우회로(12)에 연결된 차단 요소(13)는, 바람직하게는 작동 상황에 따라 개방 또는 폐쇄되는 차단 밸브로서 구현될 수 있다. 그러한 배기가스 후처리 시스템(3)을 포함하는 내연기관이, 예컨대 저온 시동 작동 모드에서 작동될 때 및/또는 내연기관에 대한 급작스러운 동적 하중 증가가 요구될 때, SCR 촉매 컨버터(9)를 우회하는, 저온 시동 상태의 배기가스 과급기의 터빈을 가열하기 위해 그리고 동적 하중 변화 중에 또는 동정 하중 요건 중에 발생되는 배기가스량을 확실히 취급하기 위해 차단 요소(13)가 개방되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 변형예에 따르면, 우회로(12)에 연결된 차단 요소(13)는 파열 디스크로서 구현될 수 있다. 차단 밸브와 대조적으로, 그러한 파열 디스크는 개방 중에 파괴되며, 따라서 개방 후에 다시 폐쇄될 수 없다. 특히, 차단 밸브(13)는 파열 디스크로서 구현될 때에 특히 배기가스 공급 라인(8)의 압력과 배기가스 배출 라인(11)의 압력차에 따라 개방된다. 예컨대, 압력이 동적 하중 요건의 결과로서 배기가스 공급 라인(8)에서 급작스럽게 증가할 때, 압력 증가에 따라 파열 디스크는 파괴되어 개방된다. 더욱이, 파열 디스크는, 파열 디스크를 개방하기 위한 도시하지 않은 장치에 할당되는데, 그러한 장치는, 예컨대 파열 디스크를 개방하기 위해 압축 공기를 파열 디스크로 지향시키는 압축 공기 장치일 수 있다. 파열 디스크를 개방하는 장치는 또한 파열 디스크를 기계적으로 개방할 수도 있다.
배기가스 공급 라인(8)은 하류 단부(15)에서 리액터 챔버(10) 내로 개방된다. 배기가스 공급 라인(8)의 이 하류 단부(15)에는 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대해 변위될 수 있는 배플 요소(20)가 할당된다.
도시한 예시적인 실시예에서, 배플 요소(20)는, 리액터 챔버(10) 내로 개방된 배기가스 공급 라인(8)의 단부(15)에 대해 선형으로 변위 가능하다. 하류 단부(15)에서 배기가스 공급 라인(8)을 차단하거나 하류 단부(15)에서 배기가스 공급 라인을 개방하기 위해, 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대해 변위 가능하다. 특히 배플 요소(20)가 하류 단부(15)에서 배기가스 공급 라인(8)을 차단할 때, 이후에 배기가스를 SCR 촉매 컨버터(9) 또는 SCR 촉매 컨버터(9)를 수용하는 리액터 챔버(10)를 완전히 지나가도록 안내하기 위해 우회로(12)의 차단 요소(13)가 개방되는 것이 바람직하다. 특히 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)를 개방할 때, 우회로(12)의 차단 요소(13)는 완전히 폐쇄되거나 적어도 부분적으로 개방될 수 있다. 특히 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)를 개방할 때, 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대한 배플 요소(20)의 상대 위치는 특히 배기가스 공급 라인(8)을 통과하는 배기가스 질량 유량 및/또는 배기가스 공급 라인(8)에 있는 배기가스의 온도 및/또는 유입 장치(16)를 통해 배기가스 흐름 내로 유입되는 환원제의 양에 좌우된다. 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)가 해제된 상태에서 배플 요소(20)의 다른 기능은, 배기가스 흐름 내에 존재하는 액체 환원제의 임의의 액적이 배플 요소(20)에 도달하여 포획되고, 그러한 액체 환원제의 액적이 SCR 촉매 컨버터(9)의 영역에 도달하는 것을 방지하기 위해 미립화되도록 하는 것이다. 하류 단부(15)가 개방된 상태에서 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대한 배플 요소(20)의 위치에 의해, 특히 배플 요소(20) 구역에 있어서 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15) 구역에서 편향되는 배기가스가 보다 강력하게 반경방향 내측에 위치 설정된 섹션 방향으로 또는 보다 강력하게 반경방향 외측에 위치 설정된 SCR 촉매 컨버터(9)의 섹션들의 방향으로 지향 또는 조향되었는지의 여부를 결정할 수도 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 하류 단부(15) 구역에서 배기가스 공급 라인(8)은 깔때기형으로 확장하여 디퓨저를 형성한다. 이것으로 인해, 하류 단부(15) 구역에서의 배기가스 공급 라인(8)의 흐름 단면은 확대되며, 이때 특히 도 2로부터 자명한 바와 같이, 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15) 상류의 배기가스 흐름 방향으로 봤을 때에 배기가스 공급 라인의 흐름 단면이 초기에 감소한다. 따라서, 도 2는 환원제를 위한 유입 장치(16)의 하류에서 배기가스 흐름 방향으로 봤을 때에 배기가스 공급 라인(8)의 흐름 단면은 초기에는 대략 일정하지만, 그 후에는 처음에는 점차 테이퍼지고, 궁극적으로는 하류 단부(15) 구역에서 확대된다. 이 경우에 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에서의 흐름 단면의 이러한 확대는 바람직하게는, 배기가스 공급 라인(8)이 하류 단부(15) 상류에서 초기에 테이퍼지는 섹션보다 짧은 배기가스 공급 라인(8)의 섹션을 통해 이루어진다.
배플 요소(20)는 배기가스 공급 라인(8)을 향하는 측부(22)에서 만곡되어, 바람직하게는 벨 형상으로 만곡되어 배기가스용 흐름 안내부를 형성한다. 따라서, 도 3으로부터 배플 요소(20)의 반경방향 내측 섹션에 있는, 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)를 향하는 배플 요소의 측부(22)는 이 배플 요소의 반경방향 외측 섹션에서보다 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)까지 보다 짧은 거리를 갖는다. 배플 요소(20)는 측부(22)의 중심에서 배기가스의 흐름 방향에 대하여 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15) 방향으로 인발되거나 만곡된다.
도 1의 내연기관(1)의 경우, 배기가스 후처리 시스템(3)은 배기가스 과급 시스템(2) 위로 직립형으로 위치 설정된다. 내연기관(1)의 실린더에 대한 접근은 개방되어 있지만, 배기가스 과급기(4, 5)의 접근성이 제한된다. 그러나, 배기가스 과급기(4, 5)에 대한 유지 보수 작업이 필요할 때에 리액터 챔버(10)는 간단히 분해될 수 있다.
도 1에 도시한 배기가스 과급 시스템(2) 위에 있는 배기가스 후처리 시스템(3)의 직립형 구성과는 대조적으로, 배기가스 과급 시스템(2)에 이웃한, 배기가스 후처리 시스템(3)의 90° 틸팅된 수평 구성도 또한 가능하지만, 그러한 수평 구성의 경우에는 구성의 길이가 길어진다. 그러나, 내연기관(1)과 배기가스 과급 시스템(2)은 이때 리액터 챔버(10)를 분해할 필요 없이, 유지 보수 작업을 위한 제약 없이 이용 가능하다.
본 발명은 더욱이 전술한 배기가스 후처리 시스템(3)을 구비한 내연기관(1)의 작동 방법에 관한 것이다. 특히 내연기관이 저온 시동 작동 모드로 작동될 때 및/또는 내연기관에 의해 제공된 모멘트가 동적 하중 요건의 견지에서 동적으로 증가할 때 및/또는 배기가스 후처리 시스템(3), 특히 SCR 촉매 컨버터(9)가 동작 불능일 때, 차단 요소(13)는 자동 개방된 우회로(12)에 연결되어, 배기가스를 SCR 촉매 컨버터(9)를 통과하거나 SCR 촉매 컨버터(9)를 수용하는 리액터 챔버(10)를 통과하도록 안내한다. 저온 시동 동안, 배기가스 열에너지는, 예컨대 우선 저온 EGA 시스템을 가열할 필요 없이 저압 터빈을 신속하게 작동 온도로 가열하기 위해 활용될 수 있다. 동적 하중이 내연기관으로부터 요구될 때, 배기가스 과잉 및 따라서 배기가스 공급 라인(8)에 고도로 높은 배기가스 압력은 방지될 수 있다.
배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 할당되는 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 특히 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 할당된 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)을 차단할 때에 우회로(12)는 차단 요소(13)를 통해 자동 개방된다. 이와 대조적으로, 특히 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)을 개방할 때, 우회로(12)는 저온 시동 작동 모드 이외에 그리고 동적 하중 요건 이외에 차단 요소(13)를 통해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 폐쇄된다.
1 : 내연기관
2 : 배기가스 과급 시스템
3 : 배기가스 후처리 시스템
4 : 배기가스 과급기
5 : 배기가스 과급기
6 : 고압 터빈
7 : 저압 터빈
8 : 배기가스 공급 라인
9 : SCR 촉매 컨버터
10 : 리액터 챔버
11 : 배기가스 배출 라인
12 : 우회로
13 : 차단 요소
14 : 배기가스 라우팅
15 : 단부
16 : 유입 장치
17 : 주입 원추부
18 : 혼합 섹션
19 : 측부
20 : 배플 요소
21 : 라인
22 : 측부
23 : 측부

Claims (16)

  1. 촉매 컨버터(9)를 구비하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템(3)으로서, 촉매 컨버터(9)로 통하는 배기가스 공급 라인(8)과 촉매 컨버터(9)로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 배기가스 배출 라인(11)을 포함하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템에 있어서,
    배기가스 공급 라인(8)과 배기가스 배출 라인(11)은 촉매 컨버터(9)를 수용하는 리액터 챔버(10)의 공통측(19)에 연결되고 및/또는 공통측(19)에서 리액터 챔버(10)로 연장되며, 배기가스 공급 라인(8)과 배기가스 배출 라인(11) 사이에, SCR 촉매 컨버터(9) 또는 리액터 챔버(10)에 대한 우회로(12)가 형성되고, 우회로(12)에 차단 요소(13)가 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 배기가스 후처리 시스템은, 예컨대 SCR, CH4, 또는 HCHO 산화 촉매 컨버터인 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 우회로(12)는 환원제와 배기가스를 혼합하기 위해 환원제, 특히 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질을 혼합 섹션(18) 구역으로 유입시키도록 배기가스 공급 라인(8)으로부터 유입 장치(16) 하류의 배기가스 배출 라인(11) 방향으로 분기되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 배기가스 공급 라인(8)은 하류 단부(15)에 의해 리액터 챔버(10) 내로 개방되고, 배기가스 공급 라인(8)의 이 하류 단부(15)와 배플 요소(20)가 상호 작용하며, 배플 요소는 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대해 변위 가능한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 우회로(12)에 연결되는 차단 요소(13)는, 작동 상황에 따라 개방 또는 폐쇄되는 차단 밸브인 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 우회로(12)에 연결된 차단 밸브의 위치는 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)에 대해 배플 요소(20)의 위치에 좌우되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 우회로(12)에 연결되는 차단 요소(13)는 파열 디스크인 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 파열 디스크는 배기가스 공급 라인(8) 내의 압력과 배기가스 배출 라인(11) 내의 압력차에 따라 개방되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 파열 디스크에는 파열 디스크를 개방하는 장치가 할당되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 파열 디스크를 개방하는 장치는 압축 공기를 파열 디스크로 지향시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 배기가스 배출 라인(11)은 적어도 특정 섹션에서 배기가스 공급 라인(8)을 외측에서 둘러싸고, 촉매 컨버터(9) 또는 리액터 챔버(10)에 대한 우회로(12)는, 배기가스 배출 라인(11)이 배기가스 공급 라인(8)을 외측에서 둘러싸는 구역에 또는 이 구역에 인접하게 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 후처리 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 후처리 시스템(3)을 구비하는 내연기관(1), 특히 경유 또는 중유로 작동되는 내연기관.
  13. 제12항에 있어서, 내연기관은 고압 터빈(6)을 포함하는 제1 배기가스 과급기(4)와, 저압 터빈(7)을 포함하는 제2 배기가스 과급기(5)를 구비하는 다단 배기가스 과급 시스템(2)을 포함하고, 배기가스 후처리 시스템(3)은 고압 터빈(6)과 저압 터빈(7) 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  14. 제12항에 있어서, 단일 단 과급 엔진에서, EGA 시스템은 배기가스 터빈 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  15. 제11항 또는 제12항에 따른 내연기관의 작동 방법에 있어서, 우회로(12)에 연결되는 차단 요소(13)는, 특히 내연기관이 저온 시동 작동 모드로 작동될 때 및/또는 내연기관에 의해 제공되는 모멘트가 동적으로 증가될 때 및/또는 배기가스 후처리 시스템(3), 특히 SCR 촉매 컨버터(9)가 클로깅될 때에 개방되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동 방법.
  16. 제3항에 따른 배기가스 후처리 시스템(3)을 사용하는 제11항 또는 제12항에 따른 내연기관의 작동 방법에 있어서, 특히 배기가스 공급 라인(8)의 하류 단부(15)와 상호 작용하는 배플 요소(20)가 배기가스 공급 라인(8)을 차단할 때에 우회로(12)에 연결되는 차단 요소(13)가 개방되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동 방법.
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