KR20170135093A - 환원제 분해 시스템 - Google Patents

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이재문
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Abstract

본 발명은 환원제 분해 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 환원제 분해 시스템은 질소산화물을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 덕트와, 상기 배기 덕트에 삽입되어 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 그리고 상기 환원제 분사부의 전방에서 상기 환원제 분사부를 향해 고온 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함한다.

Description

환원제 분해 시스템{REDUCING AGENT DECOMPOSITION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 환원제 분해 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제를 분해 생성하는 환원제 분해 시스템에 관한 것이다.
선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 디젤 엔진, 보일러, 소각기 등에서 발생된 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 시스템이다.
일반적으로 선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치되어 질소산화물 저감 반응을 일으키는 반응기를 질소산화물이 함유된 배기가스가 흐르는 배기 덕트 상에 설치하고, 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 반응기의 내부에 마련된 촉매에서 질소산화물이 환원제와 반응하여 인체에 무해한 질소(N2)와 물(H2O)로 환원 처리한다. 그리고, 환원제는 반응기의 전방에서 배기 덕트를 흐르는 배기가스에 분사된다. 여기서, 환원제로는 우레아(urea) 수용액, 암모니아 수용액, 무수 암모니아 등을 사용하고 있다.
선택적 촉매 환원 시스템에서 환원제를 우레아(urea) 수용액으로 사용할 경우, 우레아가 배기가스의 온도에 의하여 암모니아로 분해되며 암모니아가 최종적인 환원제 역할을 수행하게 된다.
그런데, 배기가스의 온도가 낮을 경우, 예를 들어 배기가스의 온도가 섭씨 200 내지 250도 미만일 경우 우레아가 암모니아로 완전히 변환되지 않아 배기 덕트나 반응기의 내부에 침전물(deposit)을 형성하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 배기 덕트에 우레아 수용액을 직접 분사하지 않고 별도의 환원제 분해 챔버에 우레아 수용액을 분사하는 방법을 사용하였다. 환원제 분해 챔버에 우레아 수용액과 함께 우레아가 암모니아로 변환될 수 있도록 필요한 열에너지를 공급하여 우레아를 열분해 또는 가수분해시켜 암모니아를 생성한 다음 이를 반응기 전방의 배기 덕트에 공급하는 방법이다.
하지만, 선박이나 차량용 디젤 엔진에 사용되는 선택적 촉매 환원 시스템에서는 설치 공간의 제약으로 인하여 작은 공간에서 효과적으로 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성할 수 있어야 할 뿐만 아니라 생성된 암모니아를 배기가스에 효율적으로 혼합시킬 수 있는 것이 요구된다.
그런데 별도의 환원제 분해 챔버를 사용하면 이를 위한 여러 추가 장비가 필요하게 되므로 선택적 촉매 환원 시스템의 설치 공간이 크게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 효과적으로 향상시킬 수 있는 환원제 분해 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 환원제 분해 시스템은 질소산화물을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 덕트와, 상기 배기 덕트에 삽입되어 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 그리고 상기 환원제 분사부의 전방에서 상기 환원제 분사부를 향해 고온 가스를 분사하는 가스 분사부를 포함한다.
상기 고온 가스가 갖는 온도는 상기 환원제 분사부가 분사한 상기 환원제의 분해 가능 온도 범위 내에 속할 수 있다.
상기한 환원제 분해 시스템은 상기 배기 덕트 내부의 일 영역에 설치되어 상기 배기 덕트와 함께 이중관 구조를 형성하는 내부 덕트를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 환원제 분사부는 상기 내부 덕트의 내부에서 상기 환원제를 분사하고 상기 가스 분사부는 상기 내부 덕트의 내부에서 상기 고온 가스를 분사할 수 있다.
상기 내부 덕트가 설치된 상기 배기 덕트의 일 영역은 타 영역보다 상대적으로 직경이 클 수 있다.
또한, 상기 내부 덕트의 전단부는 격벽으로 차폐될 수 있다.
상기한 환원제 분해 시스템에서, 상기 내부 덕트의 후방에는 믹서가 마련될 수 있다.
또한, 상기 내부 덕트의 전단부에는 다공판이 마련될 수 있다.
또한, 상기 내부 덕트의 전단부에는 가이드 베인(guide vane)이 마련될 수 있다.
상기한 환원제 분해 시스템은 상기 가스 분사부와 상기 환원제 분사부 사이에 마련된 믹서를 더 포함할 수 있다.
상기한 환원제 분해 시스템은 상기 가스 분사부와 상기 환원제 분사부 사이에 마련된 가이드 베인(guide vane)을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 베인은 상기 가스 분사부에서 상기 환원제 분사부 방향으로 갈수록 직경이 커지는 깔때기 형상으로 형성될 수 있다.
상기한 환원제 분해 시스템에서, 상기 가스 분사부의 전방에 상기 배기 덕트의 내부를 일부 막는 격벽이 마련될 수 있다.
상기한 환원제 분해 시스템은 상기 가스 분사부와 상기 환원제 분사부 사이에 마련된 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 상기 환원제의 분해 가능 온도 범위 이내이면, 상기 환원제 분사부는 상기 환원제를 분사할 수 있다.
상기 온도 센서에서 측정된 온도가 상기 환원제의 분해 가능 온도 범위를 벗어나면, 상기 환원제 분사부는 상기 환원제의 분사를 중단하거나 상기 가스 분사부가 분사하는 상기 고온 가스의 유량을 증가시키거나 상기 가스 분사부가 분사하는 상기 고온 가스의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 환원제 분해 시스템은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제9 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제10 실시예에 따른 환원제 분해 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 분해 시스템 (101)을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(101)은 환원제 전구체인 우레아(urea)를 분해하여 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 환원제로 사용되는 암모니아(NH3)를 생성한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 환원제 분해 시스템(101)의 후방에는 촉매(350)가 내부에 설치된 반응기(300)가 배치된다. 그리고 환원제 분해 시스템(101)을 통해 생성된 암모니아(NH3)는 배기가스와 혼합되어 촉매(350)를 거치면서 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원 반응한다. 이때, 촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(101)은 배기 덕트(610), 환원제 분사부(410), 및 가스 분사부(510)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(101)은 환원제 공급부(450) 및 가스 공급부(550)를 더 포함할 수 있다.
배기 덕트(610)는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시킨다. 구체적으로, 배기 덕트(610)는 배기가스 배출원과 반응기(300)를 연결한다.
일례로, 배기가스 배출원은 선박용 엔진일 수 있다. 더욱 구체적으로는, 배기가스 배출원은 2행정 저속 디젤 엔진일 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 배기가스 배출원은 4행 중속 디젤 엔진일 수도 있으며, 2행정 저속 디젤 엔진과 4행 중속 디젤 엔진이 혼용된 복수의 엔진이 배기가스 배출원일 수도 있다. 이때, 2행정 저속 디젤 엔진은 선박에 추친력을 제공하는 주동력원으로 사용될 수 있으며, 4행 중속 디젤 엔진은 발전용 또는 보조 동력원 사용될 수 있다. 또한, 배기가스 배출원이 선박용 엔진에 한정되는 것은 아니며 차량용 엔진일 수도 있다.
이와 같이, 배기가스 배출원은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이거나 플랜트에 사용되는 동력 장치일 수도 있다.
환원제 분사부(410)는 배기 덕트(610)에 삽입되어 배기 덕트(610)를 통해 이동하는 배기가스에 우레아(urea, CO(NH2)2)를 우레아 수용액 형태로 분사한다. 일례로, 환원제 분사부(410)는 우레아 수용액을 후방, 즉 반응기(300) 방향으로 분사할 수 있다.
본 명세서에서 전방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 상류 방향을 의미하고, 후방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 하류 방향을 의미한다.
본 발명의 제1 실시예에서, 환원제 분사부(410)가 분사하는 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액은 환원제 전구체에 해당하며, 우레아가 열분해 또는 가수분해되면서 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성되고, 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해될 수 있다.
환원제 공급부(450)는 환원제 분사부(410)가 분사할 우레아 수용액을 공급한다. 환원제 공급부(450)는 배기가스 배출원인 엔진의 부하에 따라 변동하는 환원제 요구량을 고려하여 적절한 양의 우레아를 공급할 수 있다.
또한, 구체적으로 도시하지 않았으나, 환원제 공급부(450)는 저장 탱크, 분무용 압축 공기 공급 장치 등 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 구성을 포함할 수 있다.
가스 분사부(510)는 환원제 분사부(410)의 전방에서 환원제 분사부(410)를 향해 고온 가스를 분사한다. 이때, 가스 분사부(510)가 분사하는 고온 가스가 갖는 온도는 환원제 분사부(410)가 분사한 우레아의 분해 가능 온도 범위 내에 속한다. 일례로, 고온 가스는 섭씨 200도 내지 섭씨 600도 범위 내의 온도를 가질 수 있다.
이와 같이, 가스 분사부(510)가 분사하는 고온 가스는 환원제 분사부(410)가 분사한 우레아를 분해하기 위해 필요한 열에너지를 제공할 뿐만 아니라 우레아가 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 효과적으로 혼합시키는데도 도움을 준다.
가스 공급부(550)는 가스 분사부(510)가 분사할 고온 가스를 공급한다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 가스 공급부(550)는 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스의 온도가 우레아의 분해 가능 온도에 미치지 못할 경우에 가스 분사부(510)에 고온 가스를 공급할 수 있다.
또한, 구체적으로 도시하지 않았으나, 가스 공급부(550)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 구성을 포함할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(101)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 별도의 분해 챔버를 마련하지 않고, 우레아를 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스에 직접 분사하면서도 가스 분사부(510)가 분사하는 고온 가스를 통해 효과적으로 우레아를 분해하여 암모니아를 생성할 수 있다.
또한, 가스 분사부(510)가 분사한 고온 가스는 배기 덕트(610)의 내부에서 새로운 기류를 형성하여 우레아가 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 혼합시키는데 도움을 줄 수 있다.
이와 같이, 선택적 촉매 환원 시스템의 전체적인 크기를 증가시키지 않고도 효과적으로 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 암모니아와 배기가스를 효과적으로 혼합시킬 수 있다.
또한, 우레아가 암모니아로 완전히 변환되지 않아 배기 덕트나 반응기의 내부에 침전물(deposit)을 형성하는 현상을 방지할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(102)을 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(102)은, 전술한 제1 실시예에서, 배기 덕트(610) 내부의 일 영역에 설치되어 배기 덕트(610)와 함께 이중관 구조를 형성하는 내부 덕트(650)를 더 포함한다.
그리고 환원제 분사부(410)는 내부 덕트(650)의 내부에서 환원제를 분사하고 가스 분사부(510)는 내부 덕트(650)의 내부에서 고온 가스를 분사한다.
내부 덕트(650)는 가스 분사부(510)에서 분사된 고온 가스가 배기 덕트(610)의 내부에서 불필요하게 확산되는 것을 억제한다. 즉, 고온 가스가 갖는 열에너지가 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아를 분해하는데 집중될 수 있게 한다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(102)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
특히, 가스 분사부(510)가 분사한 고온 가스가 갖는 열에너지를 우레아를 분해하는데 집중시키고 불필요하게 낭비되는 것을 억제하여 선택적 촉매 환원 시스템의 전체적인 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(103)을 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(103)은, 전술한 제2 실시예에서, 내부 덕트(650)의 전단부를 차폐하는 격벽(670)을 더 포함한다.
즉, 격벽(670)은 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스가 내부 덕트(650)의 전단부로 유입입되는 것을 차단한다.
따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스의 온도가 우레아의 분해 가능 온도에 미치지 못할 경우에 배기가스가 내부 덕트(650)로 유입되어 가스 분사부(510)가 분사한 고온 가스와 혼합됨으로써, 전체적인 온도가 낮아지는 현상을 억제할 수 있다.
즉, 가스 분사부(510)가 분사한 고온 가스가 갖는 열에너지를 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아를 분해하는데 더욱 집중시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(103)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
특히, 가스 분사부(510)가 분사한 고온 가스가 갖는 열에너지를 우레아를 분해하는데 더욱 집중시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(104)을 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(104)은, 전술한 제2 실시예에서, 내부 덕트(650)의 전단부에 마련된 다공판(680)을 더 포함한다. 다공판(680)에는 배기가스가 통과할 수 있는 다수의 관통홀(689)이 형성된다.
다공판(680)은 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스가 내부 덕트(650)의 전단부로 유입되는 유량을 감소시킬 뿐만 아니라 내부 덕트(650)로 유입된 배기가스의 기류를 변화시키거나 와류를 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 환원제 분사부(510)에서 분사된 우레아가 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 효과적으로 혼합시킬 수 있다.
또한, 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스의 온도가 우레아의 분해 가능 온도에 미치지 못할 경우에 배기가스가 내부 덕트(650)로 유입되는 유량을 감소시켜 가스 분사부(510)가 분사한 고온 가스의 온도가 낮아지는 현상을 감소시킬 수 있다. 즉, 가스 분사부(510)가 분사한 고온 가스가 갖는 열에너지를 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아를 분해하는데 집중시킬 수 있다.
또한, 배기가스가 다공판을 지나면서 형성된 기류의 변화로 인하여 우레아가 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 효과적으로 혼합시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(104)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제5 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(105)을 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(105)은, 전술한 제2 실시예에서, 내부 덕트(650)의 전단부에 마련된 가이드 베인(guide vane)(690)을 더 포함한다.
가이드 베인(690)은 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스가 내부 덕트(650)의 전단부로 유입될 때 배기가스의 기류를 변화시키거나 와류를 발생시킨다.
따라서, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아가 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 효과적으로 혼합시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(105)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제6 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(106)을 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제6 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(106)에서는 내부 덕트(650)가 설치된 배기 덕트(610)의 일 영역(615)이 타 영역(611)보다 상대적으로 직경이 크게 형성된다.
또한, 환원제 분해 시스템(106)은 내부 덕트(650)의 후방에 마련된 믹서(710)를 더 포함한다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(106)은 배기 덕트(610)의 직경이 변화한다는 점과 믹서(710)가 추가된 점을 제외하면 제3 실시예와 동일하다.
배기 덕트(610)의 내부에 내부 덕트(650)가 설치되고, 내부 덕트(650)의 전단부가 격벽(670)에 의해 막히면, 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스의 유로 저항이 증가하게 된다.
이와 같이 유로 저항이 증가하면 배기 덕트(610)의 내부의 압력이 상승할 수 있을 뿐만 아니라 배기계 전체에 부정적인 영향을 미쳐 배기가스 배출원인 엔진의 성능이 저하될 수 있다.
그러나 본 발명의 제6 실시예에 따르면, 내부 덕트(650)가 설치된 일 영역(615)에서 배기 덕트(610)의 직경을 증가시켜 배기가스의 이동에 따른 유로 저항이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 제6 실시예에 따르면, 내부 덕트(650)의 후방에 믹서(710)를 마련하여 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아가 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 효과적으로 혼합시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제6 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(106)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제6 실시예에 따르면, 배기 덕트(610) 내에 내부 덕트(650)를 설치함으로써 유로 저항이 증가하는 것을 배기 덕트(610)의 구조를 개선하여 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제7 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(107)을 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제7 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(107)은, 전술한 제1 실시예에서, 가스 분사부(510)와 환원제 분사부(410) 사이에 배치된 믹서(720)를 더 포함한다.
믹서(720)는 가스 분사부9510)에서 분사된 고온 가스의 기류를 변화시켜 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아가 고온 가스에 의해 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 효과적으로 혼합시킬 수 있게 한다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제7 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(107)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제8 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(108)을 설명한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제8 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(108)은, 전술한 제1 실시예에서, 가스 분사부(510)와 환원제 분사부(410) 사이에 배치된 가이드 베인(guide vane)(900)을 더 포함한다.
가이드 베인(900)은 가스 분사부(510)에서 분사된 고온 가스가 배기 덕트(610)의 내부에서 불필요하게 확산되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 가이드 베인(900)은 가스 분사부(510)에서 분사된 고온 가스를 환원제 분사부(410) 방향으로 유도한다.
구체적으로, 가이드 베인(900)은 가스 분사부(510)에서 환원제 분사부(410) 방향으로 갈수록 직경이 커지는 깔때기 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제8 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(108)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 제9 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(109)을 설명한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제9 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(109)은, 전술한 제1 실시예에서, 가스 분사부(510)의 전방에 마련된 격벽(800)을 더 포함한다.
이때, 격벽(800)은 배기 덕트(610)의 내부를 일부 막는다. 즉, 격벽(800)은 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스가 가스 분사부(510)에서 분사된 고온 가스에 직접적으로 영향을 미치는 것을 억제시킨다.
따라서, 가스 분사부(510)에서 분사된 고온 가스가 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아를 분해시키기 이전에 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스가 가스 분사부(510)에서 분사된 고온 가스와 직접적으로 혼합되는 것을 격벽(800)이 억제시킨다.
또한, 격벽(800)은 배기 덕트(610)를 따라 이동하는 배기가스의 기류에 와류를 유발하여 환원제 분사부(410)에서 분사된 우레아가 고온 가스에 의해 분해되어 생성된 암모니아를 배기가스와 효과적으로 혼합시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제9 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(109)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이하, 도 10을 참조하여 본 발명의 제10 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(110)을 설명한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제10 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(110)은, 전술한 제1 실시예에서, 가스 분사부(510)와 환원제 분사부(410) 사이에 배치된 온도 센서(200)를 더 포함한다.
본 발명의 제10 실시예에서는, 온도 센서(200)에서 측정된 온도가 우레아의 분해 가능 온도 범위 이내이면, 환원제 분사부(410)는 환원제를 분사할 수 있다. 예를 들어, 우레아의 분해 가능 온도 범위는 섭씨 200도 내지 섭씨 600도 일 수 있다.
또한, 온도 센서(200)에서 측정된 온도가 우레아의 분해 가능 온도 범위를 벗어나면, 환원제 분사부(410)는 우레아의 분사를 중단하거나 가스 분사부(510)가 분사하는 고온 가스의 유량을 증가시키거나 가스 분사부(510)가 분사하는 고온 가스의 온도를 상승시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제10 실시예에 따르면, 환원제 분사부(410)의 우레아 수용액 분사 시점을 적절하게 판단하여 우레아가 암모니아로 완전히 변환되지 않아 배기 덕트(610)나 반응기(300)의 내부에 침전물(deposit)을 형성하는 현상을 방지할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제10 실시예에 따른 환원제 분해 시스템(110)은 우레아를 분해시켜 암모니아를 생성하는 공간을 최소화하면서도 분해 효율과 함께 배기가스와의 혼합을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110: 환원제 분해 시스템
200: 온도 센서
300: 반응기
350: 촉매
410: 환원제 분사부
450: 환원제 공급부
510: 가스 분사부
550: 가스 공급부
610: 배기 덕트
650: 내부 덕트
670, 800: 격벽
680: 다공판
689: 관통홀
690, 900: 가이드 베인
710, 720: 믹서

Claims (15)

  1. 질소산화물을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 덕트;
    상기 배기 덕트에 삽입되어 환원제를 분사하는 환원제 분사부; 및
    상기 환원제 분사부의 전방에서 상기 환원제 분사부를 향해 고온 가스를 분사하는 가스 분사부
    를 포함하는 환원제 분해 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고온 가스가 갖는 온도는 상기 환원제 분사부가 분사한 상기 환원제의 분해 가능 온도 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배기 덕트 내부의 일 영역에 설치되어 상기 배기 덕트와 함께 이중관 구조를 형성하는 내부 덕트를 더 포함하며,
    상기 환원제 분사부는 상기 내부 덕트의 내부에서 상기 환원제를 분사하고 상기 가스 분사부는 상기 내부 덕트의 내부에서 상기 고온 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내부 덕트가 설치된 상기 배기 덕트의 일 영역은 타 영역보다 상대적으로 직경이 큰 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 내부 덕트의 전단부는 격벽으로 차폐된 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 내부 덕트의 후방에는 믹서가 마련된 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 내부 덕트의 전단부에는 다공판이 마련된 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 내부 덕트의 전단부에는 가이드 베인(guide vane)이 마련된 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사부와 상기 환원제 분사부 사이에 마련된 믹서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사부와 상기 환원제 분사부 사이에 마련된 가이드 베인(guide vane)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가이드 베인은 상기 가스 분사부에서 상기 환원제 분사부 방향으로 갈수록 직경이 커지는 깔때기 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사부의 전방에 상기 배기 덕트의 내부를 일부 막는 격벽이 마련된 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분사부와 상기 환원제 분사부 사이에 마련된 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 온도 센서에서 측정된 온도가 상기 환원제의 분해 가능 온도 범위 이내이면, 상기 환원제 분사부는 상기 환원제를 분사하는 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 온도 센서에서 측정된 온도가 상기 환원제의 분해 가능 온도 범위를 벗어나면, 상기 환원제 분사부는 상기 환원제의 분사를 중단하거나 상기 가스 분사부가 분사하는 상기 고온 가스의 유량을 증가시키거나 상기 가스 분사부가 분사하는 상기 고온 가스의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 환원제 분해 시스템.
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