KR20180096089A - 디젤엔진 ＮＯｘ 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진 NOx 저감장치에 관한 것으로, 산화촉매기(10)와 상기 산화촉매기(10)와 나란하고 이격되게 상하로 배치되는 SDPF(20)와 상기 산화촉매기(10)와 SDPF(20)를 상하로 연결하여 상기 산화촉매기(10)를 통과한 배기가스가 상기 SDPF(20)로 유입되기 위해 이동하는 공간부를 형성하는 혼합챔버(30)와 상기 공간부를 서로 연통된 복수의 통로(33)로 구분하는 구획재(31)를 포함한다.
본 발명은 현재의 레이아웃을 유지하면서 NOx 저감 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

디젤엔진 ＮＯｘ 저감장치{DEVICE FOR REDUCING NITROGEN OXIDE OF DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤엔진 NOx 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 NOx 정화 효율을 개선한 디젤엔진 NOx 저감장치에 관한 것이다.

디젤엔진은 가솔린 엔진보다 연소 효율이 높기 때문에 완전연소 비율이 높고 결과적으로 이산화탄소 배출량이 낮다. 그러나 연소 효율이 높아지면 질소가 생성되므로 디젤엔진은 질소산화물(NOx) 배출량이 높다.

NOx는 오존층 파괴의 주범이자 산성비 원인이 되는 대기 오염 물질이며, 노출이 사람에게 직접 이루어지면 폐기종, 기관지염 등 호흡기 질환의 원인이 되기도 한다.

현재 디젤엔진의 배기가스인 NOx를 저감시켜 주는 기술은 NOx 후처리 시스템(SDPF), DOC/SDPF 방식 및 LNT/DPF + ufSCR 방식 등이 있다.

NOx 후처리 시스템(SDPF)은 SCR이 코팅된 DPF를 적용하는 것이며, DPF 방식은 필터재료를 통하여 입자상 물질을 필터막을 통과시켜 방출을 저감하는 물리적 필터방식이다.

DOC 방식은 디젤산화촉매인 DOC가 연소를 통해 디젤 연소 후 배출되는 질소 산화물을 환원시켜 정화하는 방식이다.

SCR 방식은 요소수를 분사하여 질소 산화물을 제거하는 방식이다.

LNT는 질소 산화물의 저감을 위해 촉매 속으로 오염물질을 흡수해서 정화하는 트랩 촉매 방식이다.

그런데 NOx 후처리 시스템은 촉매 온도가 승온되지 않으면 NOx 정화효율이 저하되는 문제점이 있고, LNT/DPF + ufSCR 방식은 원가가 과다한 문제점이 있다.

도 1에 도시된 DOC/SDPF 방식은 DOC를 통과한 배기가스가 DOC(1)와 SDPF(3)를 후단에서 상하 연결한 연결부(5)를 통해 SDPF(3)에 유입되므로 우레아(암모니아수) 혼합기 형성 거리 확보가 어려운 문제점이 있다.

특허문헌 1: 한국공개특허 제2016-0109910호(2016.09.21 공개)

본 발명의 목적은 산화촉매기와 SDPF의 이중관 구조를 적용하여 배기가스 중의 NOx 정화를 수행하되 기본 레이아웃은 유지하면서 산화촉매기의 후단 환원제 분사시점부터 SDPF의 입구까지 거리 확보를 통해 NOx 저감 효율을 향상시키는 디젤엔진 ＮＯ_Ｘ 저감장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 산화촉매기와 상기 산화촉매기와 나란하고 이격되게 상하로 배치되는 SDPF와 상기 산화촉매기와 SDPF를 상하로 연결하여 상기 산화촉매기를 통과한 배기가스가 상기 SDPF로 유입되기 위해 이동하는 공간부를 형성하는 혼합챔버와 상기 공간부를 서로 연통된 복수의 통로로 구분하는 구획재를 포함한다.

상기 산화촉매기는 DOC 또는 LNT이다.

상기 산화촉매기의 후단에 환원제 분사부가 구비된다.

상기 환원제 분사부에서 상기 공간부로 우레아를 분사하여 상기 배기가스와 혼합되게 한다.

상기 혼합챔버는 상기 산화촉매기의 입구와 상기 SDPF의 출구를 제외한 상기 산화촉매기와 SDPF의 선단과 후단, 상부면과 하부면, 상기 산화촉매기의 출구와 상기 SDPF의 입구 전체를 이격되게 감싸는 형상이다.

상기 구획재는 상기 산화촉매기와 SDPF의 사이 공간부에 상기 산화촉매기 및 SDPF와 나란하게 배치되어, 상기 산화촉매기를 통과한 배기가스를 상기 산화촉매기의 선단 측으로 이동시킨 후 다시 상기 SDPF의 후단 측으로 이동시키고, 상기 SDPF로 유입되게 한다.

상기 구획재는 1개의 단열재로 된다.

상하로 나란히 이격되게 배치되는 산화촉매기와 SDPF의 이중관 구조로 되고,

상기 산화촉매기의 후단 환원제 분사시점부터 상기 SDPF의 입구까지 배기가스가 이동하는 거리 확보가 가능하도록 상기 산화촉매기와 SDPF를 이격되게 감싸고 내부에 구획재를 배치하여 상기 배기가스가 이동하는 통로를 형성하는 혼합챔버를 포함한다.

상기 구획재는 상기 산화촉매기와 SDPF 사이의 공간부에 이격되고 나란히 배치되는 단열재이다.

상기 구획재를 지지하기 위해 상기 구획재에서 수직으로 연장되고 양단이 상기 산화촉매기 및 SDPF에 지지되는 봉 형상의 지지재를 포함한다.

본 발명은 상하로 나란히 이격되게 배치되는 산화촉매기와 SDPF의 이중관 구조를 채용하고, 산화촉매기(DOC 또는 LNT) 후단 환원제(우레아) 분사시점부터 SDPF(또는 SCR)까지 배기가스가 이동하는 충분한 거리를 확보하여 배기가스 중의 NOx와 우레아의 혼합기를 잘 형성할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명은 배기가스가 이동하는 과정에서 온도 하강을 최소화할 수 있어 촉매 효율을 향상시킬 수 있고, NOx와 우레아의 반응 효율을 향상시킬 수 있으므로 현재의 레이아웃을 유지하면서 NOx 저감 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 DOC/SDPF 방식 디젤엔진 NOx 저감장치에서 배기가스가 통로를 통과하는 모습을 보인 도면.
도 2는 본 발명에 의한 디젤엔진 NOx 저감장치를 보인 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 디젤엔진 NOx 저감장치의 외관도.
도 4는 본 발명에 의한 디젤엔진 NOx 저감장치의 투시도.
도 5는 본 발명에 의한 디젤엔진 NOx 저감장치에서 배기가스가 통로를 통과하는 모습을 보인 도면.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 디젤엔진 NOx 저감장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상하로 나란히 이격되게 배치되는 산화촉매기(10)와 SDPF(20)의 이중관 구조로 되어 현재의 기본 레이아웃(외관)은 유지하도록 한다. 레이아웃이 변경되면 차량에 배치되는 다른 부품들의 배치 설계도 변경되어야 하므로 현재 레이아웃을 유지하는 범위에서 NOx 저감이 가능하도록 구성한다.

디젤엔진 NOx 저감장치는, 산화촉매기(10), SDPF(20), 혼합챔버(30), 구획재(31)를 포함한다.

산화촉매기(10)의 하부에 산화촉매기(10)와 나란하면서도 이격되게 SDPF(20)를 배치한다.

산화촉매기(10)는 DOC 또는 LNT이다. 산화촉매기(10)는 원통형상 내부에 DOC 또는 LNT 방식을 구성하며 배기가스가 유입되는 입구(11)와 출구(13)를 구비한다.

DOC는 디젤산화촉매인 DOC가 연소를 통해 디젤 연소 후 배출되는 질소 산화물을 환원시켜 정화한다. LNT는 질소 산화물의 저감을 위해 촉매 속으로 오염물질을 흡수해서 정화한다.

SDPF(20)는 원통형상 내부에 SDPF 방식을 구성하며 배기가스가 유입되는 입구(21)와 출구(23)를 구비한다. SDPF(20)는 SCR이 코팅된 DPF를 적용하는 것이며, DPF는 필터재료를 통하여 입자상 물질을 필터막을 통과시켜 질소 산화물 방출을 저감한다.

SDPF(20) 대신 SCR로 구성할 수도 있다. SCR은 요소수를 분사하여 질소 산화물을 제거하는 방식이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 혼합챔버(30)는 산화촉매기(10)와 SDPF(20)를 상하로 연결하여 산화촉매기(10)를 통과한 배기가스가 SDPF(20)로 유입되기 위해 이동하는 공간부를 형성한다. 공간부는 구획재(31)를 사용하여 서로 연통된 복수의 통로(33)로 구분한다.

혼합챔버(30)는 산화촉매기(10)의 입구(11)와 SDPF(20)의 출구(23)를 제외한 산화촉매기(10)와 SDPF(20)의 선단과 후단, 상부면과 하부면, 산화촉매기(10)의 출구(13)와 SDPF(21)의 입구 전체를 이격되게 감싸 산화촉매기(10)의 외부에 배기가스가 이동할 수 있는 공간부를 형성한다.

또한, 공간부에 구획재(31)를 배치하여 통로(33)를 형성하여 산화촉매기(10)의 후단 환원제 분사시점부터 SDPF(20)의 입구까지 배기가스가 이동하는 충분한 거리 확보가 가능하도록 한다.

즉, 혼합챔버(30)는 산화촉매기(10)와 SDPF(20)를 이격되게 감싸고 내부에 구획재(31)를 배치하여 배기가스가 이동하는 통로(33)를 형성하여, 산화촉매기(10)의 후단 환원제 분사시점부터 SDPF(20)의 입구(21)까지 배기가스가 이동하는 거리 확보가 가능하도록 한다.

산화촉매기(10)의 후단에 환원제 분사부(15)가 구비된다. 바람직하게는 산화촉매기(10) 후단의 혼합챔버(30)에 환원제 분사부(15)가 구비된다.

환원제 분사부(15)에서 공간부 즉, 통로(33)로 환원제를 분사하여 환원제가 산화촉매기(10)를 통과한 배기가스와 혼합되게 한다. 환원제는 우레아(암모니아) 이다.

산화촉매기(10)를 통과한 배기가스에 우레아를 분사하면 질소 산화물과 미립자의 우레아가 혼합되면서 반응하여 물과 질소로 변환되고 NOx가 감소한다. 이 과정에서 산화촉매기(10)의 후단 환원제 분사시점부터 SDPF(20)의 입구까지 거리 확보된 통로(33)는 질소 산화물과 우레아가 혼합기를 잘 형성하도록 한다.

구획재(31)는 산화촉매기(10)와 SDPF(20)의 사이 공간부에 산화촉매기(10) 및 SDPF(20)와 나란하게 배치된다. 구획재(31)는 산화촉매기(10)를 통과한 배기가스가 산화촉매기의 선단 측으로 이동된 후 다시 SDPF(20)의 후단 측으로 이동하고, SDPF(20)로 유입되게 하는 통로(33)를 형성한다.

구획재(31)는 산화촉매기(10)와 SDPF(20) 사이의 공간부에 이격되고 나란히 배치되는 1개의 단열재로 된다.

구획재(31)는 혼합챔버(30)와 일체로 형성될 수도 있고 별도로 제작된 후 혼합챔버(30)에 고정될 수도 있다.

구획재(31)가 배치된 상태를 지지하기 위한 지지재(32)가 더 포함된다.

지지재(32)는 구획재(31)에서 수직으로 연장되고 양단이 산화촉매기(10) 및 SDPF(20)에 지지되는 봉 형상으로 형성된다. 지지재(32)는 배기가스가 이동하는 흐름에 영향을 주지 않도록 직경이 작은 봉 형상으로 되고 다수 개가 구비될 수 있다.

이하 본 발명의 작용을 설명한다.

산화촉매기(10)의 입구(11)로 들어온 배기가스는 산화촉매기(예:DOC)를 통과하면서 일산화탄소, 탄화수소, 입자상 물질 등이 세라믹 담체에 코팅된 백금이나 팔라듐 촉매와 반응되어 무해한 이산화탄소, 물로 정화되고 산화촉매기(10)의 출구(13)로 배출된다.

산화촉매기(10)의 출구(13)로 배출된 배기가스는 산화촉매기(10) 후단에서 분사되는 환원제(우레아)와 혼합되고, 통로(33)를 통과하는 과정에서 배기가스 중의 NOx가 우레아와 반응하면서 질소와 물로 정화된다.

통로(33)를 통과하면서 NOx가 저감된 배기가스는 SDPF(20)로 유입되고 SDPF(20)에서 2차적으로 NOx 정화가 수행된다.

이때, 통로(33)는 환원제(우레아) 분사시점부터 SDPF(또는 SCR)까지 배기가스가 이동하는 충분한 거리를 확보하여 배기가스 중의 NOx와 우레아의 혼합기를 잘 형성하도록 한다.

즉, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 산화촉매기(10)를 통과한 배기가스는 산화촉매기(10)의 외주면과 구획재(31) 사이의 통로(33)를 통해 산화촉매기(10)의 선단 측으로 이동된 후, 다시 구획재(31)와 SDPF(20)의 외주면 사이의 통로(31)를 통해 SDPF(20)의 후단 측으로 이동하고, SDPF(20)로 유입되므로 NOx와 우레아의 혼합기를 형성할 충분한 시간이 확보된다.

SDPF(20)에서는 요소수가 사용되는데, 요소수는 질소 산화물은 물론 배기가스 중에 잔류하는 일산화탄소도 정화한다.

즉, 산화촉매기-통로(질소 산화물과 우레아 반응)-SDPF를 통과하면서 배기가스 중의 NOx 정화가 효율적으로 수행된다.

이와 같이, 본 발명의 디젤엔진 NOx 저감장치는 산화촉매기(DOC 또는 LNT) 후단 환원제(우레아) 분사시점부터 SDPF(또는 SCR)까지 배기가스가 이동하는 충분한 거리를 확보하여 배기가스 중의 NOx와 우레아의 혼합기를 잘 형성할 수 있게 한다.

또한, 디젤엔진 NOx 저감장치는 상하로 나란히 이격되게 배치되는 산화촉매기와 SDPF의 이중관 구조이고, 혼합챔버가 산화촉매기와 SDPF를 감싸고 내부에 단열재로 된 구획재를 사용하여 배기가스가 이동하는 충분한 거리를 확보하는 통로를 형성하므로 배기가스가 이동하는 과정에서 온도 하강을 최소화할 수 있다.

또한, 현재의 레이아웃을 유지하면서 NOx 저감 효율을 향상시킬 수 있다.

상술한 디젤엔진 NOx 저감장치는 통로에서 NOx와 우레아의 혼합기를 잘 형성하므로 촉매 귀금속을 저감할 수 있고 우레아 분사량을 저감할 수 있으며, 촉매 승온이 용이하여 연비 개선과 NOx 정화 효율도 개선할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 산화촉매기 11: 입구
13: 출구 15: 환원제 분사부
20: SDPF 21: 입구
23: 출구 30: 혼합챔버
31: 구획재 32: 지지재
33: 통로

Claims (10)

1. 산화촉매기;
   상기 산화촉매기와 나란하고 이격되게 상하로 배치되는 SDPF;
   상기 산화촉매기와 SDPF를 상하로 연결하여 상기 산화촉매기를 통과한 배기가스가 상기 SDPF로 유입되기 위해 이동하는 공간부를 형성하는 혼합챔버; 및
   상기 공간부를 서로 연통된 복수의 통로로 구분하는 구획재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 NOx 저감장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 산화촉매기는 DOC 또는 LNT인 것을 특징으로 하는 디젤엔진 NOx 저감장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 산화촉매기의 후단에 환원제 분사부가 구비된 것을 특징으로 하는 디젤엔진 ＮＯ_Ｘ 저감장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 환원제 분사부에서 상기 공간부로 우레아를 분사하여 상기 배기가스와 혼합되게 하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 NOx 저감장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 혼합챔버는
   상기 산화촉매기의 입구와 상기 SDPF의 출구를 제외한 상기 산화촉매기와 SDPF의 선단과 후단, 상부면과 하부면, 상기 산화촉매기의 출구와 상기 SDPF의 입구 전체를 이격되게 감싸는 형상인 것을 특징으로 하는 디젤엔진 NOx 저감장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 구획재는
   상기 산화촉매기와 SDPF의 사이 공간부에 상기 산화촉매기 및 SDPF와 나란하게 배치되어, 상기 산화촉매기를 통과한 배기가스를 상기 산화촉매기의 선단 측으로 이동시킨 후 다시 상기 SDPF의 후단 측으로 이동시키고, 상기 SDPF로 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 NOx 저감장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 구획재는 1개의 단열재로 된 것을 특징으로 하는 디젤엔진 디젤엔진 NOx 저감장치.
8. 상하로 나란히 이격되게 배치되는 산화촉매기와 SDPF의 이중관 구조로 되고,
   상기 산화촉매기의 후단 환원제 분사시점부터 상기 SDPF의 입구까지 배기가스가 이동하는 거리 확보가 가능하도록 상기 산화촉매기와 SDPF를 이격되게 감싸고 내부에 구획재를 배치하여 상기 배기가스가 이동하는 통로를 형성하는 혼합챔버;를 포함하는 디젤엔진 NOx 저감장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 구획재는 상기 산화촉매기와 SDPF 사이의 공간부에 이격되고 나란히 배치되는 단열재인 것을 특징으로 하는 디젤엔진 NOx 저감장치.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 구획재를 지지하기 위해 상기 구획재에서 수직으로 연장되고 양단이 상기 산화촉매기 및 SDPF에 지지되는 봉 형상의 지지재를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 NOx 저감장치.

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