KR20190036663A

KR20190036663A - 선택적 촉매 환원 시스템

Info

Publication number: KR20190036663A
Application number: KR1020170125826A
Authority: KR
Inventors: 우종관; 황진우; 김태훈; 김준홍; 김종훈
Original assignee: 에이치에스디엔진 주식회사
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-05
Also published as: KR102367285B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기에 유입되는 배기가스를 승온시키는 가열 장치와, 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기를 우회한 후 상기 배기 유로에 다시 합류하는 바이패스 유로, 그리고 상기 바이패스 유로와의 분기 지점과 상기 반응기 전단 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 전방 밸브를 포함한다. 그리고 상기 촉매는 상기 가열 장치의 정상 작동 여부에 따라 서로 상이하게 동작하는 제1 촉매 예열 모드와 제2 촉매 예열 모드 중 선택된 어느 하나의 예열 모드에 따라 예열된다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM}

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 사용되는 촉매를 예열할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.

산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석 연료의 사용량이 증가하게 되었다. 이로 인하여 화석 연료의 연소 과정에서 배출되는 각종 유해 가스가 심각한 대기 오염을 야기하고 있다. 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.

대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다. 이 중에서 질소산화물을 저감시키기 위한 대표적인 설비로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다. 선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.

이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에서 규정한 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있어야 할 뿐만 아니라 선택적 촉매 환원 시스템의 운용에는 별도의 에너지가 소모되므로, 저비용 고효율의 탈질 설비와 함께 효과적인 운용 방법이 요구되고 있다.

일반적으로 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 사용되는 촉매는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 피독되면서 효율이 저하된다. 구체적으로, 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기 가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제의 암모니아(NH₄)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)₂SO₄)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH₄HSO₄) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이와 같은 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시키므로, 촉매의 효율을 높이고 유지 보수에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 촉매의 온도를 활성 온도 범위 내로 유지하는 것이 요구된다.

또한, 엔진의 가동 초기에 배출되는 배기가스는 상대적으로 온도가 낮으므로, 가동 초기 촉매가 집중적으로 피독되거나 목표치까지 질소산화물을 저감시키지 못하는 현상이 집중되고 있다. 구체적으로, 선박용 주 추진용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물을 저감시키는 촉매는 선박 정박 후 출항 시 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 낮아 촉매가 정상적으로 질소산화물을 저감시키지 못하고 대기 중으로 인체에 해로운 질소산화물을 배출하게 되므로 항구에서의 대기 오염을 줄이기 어렵다.

이에, 종래의 선택적 촉매 환원 시스템은 가동 초기 또는 본격적인 가동 전에 촉매를 미리 예열하고 있다. 그리고 촉매는 오일 버너 또는 전기 히터와 같은 별도로 마련된 가열 장치를 통해 수행하고 있다.

그런데, 촉매를 예열하기 위한 가열 장치가 오작동을 일으키거나 정상 상태가 아닌 경우, 촉매를 예열하지 못하게 되는 문제점이 있다. 예를 들어, 오일 버너에 연소를 위한 공기 또는 연료가 안정적으로 공급되지 못하게 된 경우 오일 버너에서 안정적인 연소가 이루어지지 않아 촉매를 예열시키지 못할 뿐만 아니라 촉매에 부정적인 영향을 미치게 된다.

본 발명의 실시예는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 사용되는 촉매를 안정적으로 예열할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기에 유입되는 배기가스를 승온시키는 가열 장치와, 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기를 우회한 후 상기 배기 유로에 다시 합류하는 바이패스 유로, 그리고 상기 바이패스 유로와의 분기 지점과 상기 반응기 전단 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 전방 밸브를 포함한다. 그리고 상기 촉매는 상기 가열 장치의 정상 작동 여부에 따라 서로 상이하게 동작하는 제1 촉매 예열 모드와 제2 촉매 예열 모드 중 선택된 어느 하나의 예열 모드에 따라 예열된다.

상기 제1 촉매 예열 모드에서는 상기 전방 밸브를 닫고 상기 가열 장치를 가동하여 상기 촉매를 예열할 수 있다. 상기 제2 촉매 예열 모드에서는 상기 가열 장치의 가동을 중단하고 상기 전방 밸브를 일부 개방한 상태에서 점진적 또는 단계적으로 개도율을 증가시키면서 상기 촉매를 예열할 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도 또는 상기 반응기 내부의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 촉매 예열 모드에서는 상기 온도 센서가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 상기 가열 장치는 가동을 멈추거나 상기 목표 온도를 유지하는 수준으로 가동될 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 유로와의 합류 지점과 상기 반응기 후단 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 후방 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 촉매 예열 모드에서 상기 바이패스 밸브는 개방되고, 상기 후방 밸브는 닫히거나 일부 개방될 수 있다.

상기 제1 촉매 예열 모드에서는 상기 온도 센서가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 상기 전방 밸브는 점진적으로 개도율이 증가될 수 있다. 그리고 상기 전방 밸브가 개방된 후 상기 후방 밸브도 개방되며, 상기 후방 밸브가 개방된 후 상기 바이패스 밸브는 닫힐 수 있다.

상기 제2 촉매 예열 모드가 선택되면 상기 전방 밸브는 최대 개방의 20% 이하로 일부 개방될 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도 또는 상기 반응기 내부의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 촉매 예열 모드에서는 상기 온도 센서가 측정한 온도의 상승 기울기가 기설정된 기울기 이상이면 상기 전방 밸브의 개도율을 점진적 또는 단계적으로 증가시킬 수 있다. 반면, 상기 온도 센서에서 측정한 온도의 상승 기울기가 기설정된 기울기 미만이거나 하강 기울기가 되면 상기 전방 밸브의 개도율을 현상태로 유지하거나 개도율을 감소시킬 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 유로와의 합류 지점과 상기 반응기 후단 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 후방 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 촉매 예열 모드에서 상기 바이패스 밸브는 개방되고, 상기 후방 밸브는 닫히거나 일부 개방될 수 있다.

상기 제2 촉매 예열 모드 에서는, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 상기 전방 밸브는 점진적으로 개도율을 증가될 수 있다. 그리고 상기 전방 밸브가 개방된 후 상기 후방 밸브도 개방되며, 상기 후방 밸브가 개방된 후 상기 바이패스 밸브는 닫힐 수 있다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서, 상기 가열 장치는 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기 유로를 통과하는 배기가스를 직접 승온시키거나 상기 배기 유로에 합류되는 별도의 유체를 승온시킬 수 있다. 그리고 상기 가열 장치는 버너 또는 히터 중 하나 이상일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 사용되는 촉매를 안정적으로 예열할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 동작 상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 동작 과정을 나타낸 순서도이다.

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.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 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 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 엔진(미도시)으로부터 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시킨다. 여기서, 엔진은 선박에 추진력을 공급하는 주동력원으로 사용되는 2행정 저속 디젤 엔진 또는 선박에서 발전용 또는 보조 동력원으로 사용되는 4행정 중속 디젤 엔진 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 엔진은 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에는, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 엔진이 배출하는 배기가스는 섭씨 200도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가지며, 경우에 따라서는 섭씨 150도 이상 섭씨 200도 미만으로 낮아질 수도 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 배기 유로(610), 반응기(300), 가열 장치(400), 바이패스 유로(620), 및 전방 밸브(711)를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 온도 센서(500), 후방 밸브(712), 및 바이패스 밸브(720)를 더 포함할 수 있다.

배기 유로(610)는 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시킨다. 그리고 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스는 후술할 반응기(300)를 거쳐 외부로 배출된다.

반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 즉, 반응기(300)는 배기 유로(610)를 통해 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 전달받는다. 그리고 반응기(300)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매(350)를 내장한다. 촉매(350)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 반응기(300)의 내부에 설치되는 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수도 있다. 즉, 촉매(350)가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다.

촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(350)는 섭씨 200도 내지 섭씨 500도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매(350)가 피독되면서 효율이 저하된다.

예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH₃)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다.

구체적으로, 촉매(350)를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH₄)₂SO₄)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH₄HSO₄) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 환원제는 우레아(urea, CO(NH₂)₂) 수용액일 수 있다. 우레아가 열분해 또는 가수분해되면 암모니아(NH₃)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성되고, 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH₃)와 이산화탄소(CO₂)로 분해될 수 있다. 그리고 최종적으로 생성된 암모니아(NH₃)가 배기가스에 함유한 질소산화물(NOx)과 반응하게 된다.

예를 들어, 환원제는 반응기(300) 전방의 배기 유로(610)에 분사되어 배기가스와 혼합될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 전방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 상류 방향을 의미하며, 후방이라 함은 배기가스의 이동 방향을 기준으로 하류 방향을 의미한다.

가열 장치(400)는 반응기(300)에 유입되는 배기가스를 승온시킨다. 본 발명의 일 실시예에서, 가열 장치(400)는 다양한 형태로 실시될 수 있다. 구체적으로, 가열 장치(400)는 배기 유로(610) 상에 설치되어 배기 유로(610)를 통과하는 배기가스를 직접 승온시키거나, 배기 유로(610)에 합류되는 별도의 유체를 승온시킬 수 있다. 이때, 배기 유로(610)에 합류되는 별도의 유체는 외부에서 유입된 공기이거나 엔진에서 배출된 배기가스의 일부가 분기된 것일 수 있다.

또한, 가열 장치(400)는 전기 히터, 오일 버너(oil burner), 또는 플라스마 버너(plasma burner) 중 하나일 수 있다.

바이패스 유로(620)는 반응기(300) 전방의 배기 유로(610)에서 분기되어 반응기(300)를 우회한 후 반응기(300) 후방의 배기 유로(610)에 다시 합류한다.

전방 밸브(711)는 바이패스 유로(620)와의 분기 지점과 반응기(300) 전단 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 후방 밸브(712)는 바이패스 유로(620)와의 합류 지점과 반응기(300) 후단 사이의 배기 유로(610) 상에 설치된다. 그리고 바이패스 밸브(720)는 바이패스 유로(620) 상에 설치된다.

온도 센서(500)는 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 온도 또는 반응기(300) 내부의 온도를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 촉매(350)는 가열 장치(400)의 정상 작동 여부에 따라 서로 상이하게 동작하는 제1 촉매 예열 모드와 제2 촉매 예열 모드 중 선택된 어느 하나의 예열 모드에 따라 예열된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 촉매(350)를 예열하기 위해 사용되는 가열 장치(400)가 고장나거나 비정상적으로 작동하는 경우에도 안정적으로 촉매(350)을 예열할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 선택적 촉매 환원 시스템(101)이 가열 장치(400)의 상태에 따라 차별적으로 촉매(350)를 예열시키는 동작 원리를 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 촉매 예열 모드는 가열 장치(400)가 정상적으로 작동하는 경우에 선택된다. 즉, 촉매(350)의 예열이 시작되면 가열 장치(400)의 이상 유무를 체크하고, 가열 장치(400)가 정상적으로 작동한다면 제1 촉매 예열 모드에 따라 촉매(350)를 예열시키게 된다.

제1 촉매 예열 모드에서는 기본적으로 전방 밸브(711)를 닫고 가열 장치(400)를 가동하여 촉매(350)를 예열하게 된다. 그리고 제1 촉매 예열 모드에서 바이패스 밸브(720)는 개방되고, 후방 밸브(712)는 닫히거나 일부 개방될 수 있다. 이때, 후방 밸브(712)는 가열 장치(400)를 통해 반응기(300)에 열에너지가 공급되는 과정에서, 가열 장치(400)의 종류에 따라 반응기(300) 내 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하기 위해 일부 개방될 수 있다.

그리고 온도 센서(500)를 통해 반응기(300)의 내부 온도 또는 반응기에 유입되는 배기가스의 온도를 측정한다. 온도 센서(500)가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 가열 장치(400)는 가동을 멈추거나 온도 센서(500)가 측정하는 온도가 목표 온도를 유지하는 수준으로 가동될 수 있다.

이때, 목표 온도는 배기가스를 배출하는 엔진의 종류 및 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 성능에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 온도 센서(500)가 측정하는 온도가 반응기(300)의 내부 온도인지 아니면 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 온도인지에 따라 달라질 수 있다.

또한, 온도 센서(500)가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 전방 밸브(711)는 점진적으로 개도율이 증가된다. 그리고 전방 밸브(711)가 개방된 후 후방 밸브(712)도 순차적으로 개방된다. 이어 후방 밸브(712)가 개방된 후 바이패스 밸브(720)는 순차적으로 닫히게 된다.

이와 같이, 촉매(350)의 예열이 종료되면, 바이패스 밸브(720)가 폐쇄되면서 배기가스는 전부 반응기(300)를 통과하게 되고, 배기가스에 함유된 질소산화물이 효과적으로 저감된다.

다음, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 촉매 예열 모드는 가열 장치(400)가 정상적으로 작동하지 못하는 경우에 선택된다. 즉, 촉매(350)의 예열이 시작되고 가열 장치(400)의 이상 유무를 체크한 결과, 가열 장치(400)가 오작동 또는 작동 불능 상태가 되어 정상적으로 작동하지 못한다면 제2 촉매 예열 모드에 따라 촉매(350)를 예열시키게 된다.

제2 촉매 예열 모드에서는 기본적으로 가열 장치(400)의 가동을 중단하고 전방 밸브(711)를 일부 개방한 상태에서 점진적 또는 단계적으로 전방 밸브(711)의 개도율을 증가시키면서 촉매(350)를 예열하게 된다. 이때, 제2 촉매 예열 모드가 선택되면 전방 밸브(711)는 초기에 최대 개방의 20% 이하로 일부 개방될 수 있다. 그리고 제2 촉매 예열 모드에서도 바이패스 밸브(720)는 개방되고, 후방 밸브(712)는 닫히거나 일부 개방될 수 있다.

그리고 온도 센서(500)를 통해 반응기(300)의 내부 온도 또는 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 온도를 측정한다. 온도 센서(500)가 측정한 온도의 상승 기울기가 기설정된 기울기 이상이면 전방 밸브(711)의 개도율을 점진적 또는 단계적으로 증가시킬 수 있다. 반면, 온도 센서(500)에서 측정한 온도의 상승 기울기가 기설정된 기울기 미만이거나 하강 기울기가 되면 전방 밸브(711)의 개도율을 현상태로 유지하거나 개도율을 감소시킬 수 있다. 여기서, 기설정된 기울기는 배기가스를 배출하는 엔진의 종류 및 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 성능에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 온도 센서(500)가 측정하는 온도가 반응기(300)의 내부 온도인지 아니면 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 온도인지에 따라 달라질 수 있다.

이러한 과정을 거쳐 온도 센서(500)가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 전방 밸브(711)는 점진적으로 개도율이 증가된다. 그리고 전방 밸브(711)가 개방된 후 후방 밸브(712)도 순차적으로 개방된다. 이어 후방 밸브(712)가 개방된 후 바이패스 밸브(720)는 순차적으로 닫히게 된다. 이때, 목표 온도는 배기가스를 배출하는 엔진의 종류 및 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 성능에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 온도 센서(500)가 측정하는 온도가 반응기(300)의 내부 온도인지 아니면 반응기(300)에 유입되는 배기가스의 온도인지에 따라 달라질 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위해 사용되는 촉매(350)를 안정적으로 예열할 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: 선택적 촉매 환원 시스템
300: 반응기
350: 촉매
400: 가열 장치
500: 온도 센서
610: 배기 유로
620: 바이패스 유로
711: 전방 밸브
712: 후방 밸브
720: 바이패스 밸브

Claims

배기가스가 이동하는 배기 유로;
상기 배기 유로 상에 설치되어 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매가 내부에 설치된 반응기;
상기 반응기에 유입되는 배기가스를 승온시키는 가열 장치;
상기 배기 유로에서 분기되어 상기 반응기를 우회한 후 상기 배기 유로에 다시 합류하는 바이패스 유로; 및
상기 바이패스 유로와의 분기 지점과 상기 반응기 전단 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 전방 밸브
를 포함하며,
상기 촉매는 상기 가열 장치의 정상 작동 여부에 따라 서로 상이하게 동작하는 제1 촉매 예열 모드와 제2 촉매 예열 모드 중 선택된 어느 하나의 예열 모드에 따라 예열되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 촉매 예열 모드에서는 상기 전방 밸브를 닫고 상기 가열 장치를 가동하여 상기 촉매를 예열하며,
상기 제2 촉매 예열 모드에서는 상기 가열 장치의 가동을 중단하고 상기 전방 밸브를 일부 개방한 상태에서 점진적 또는 단계적으로 개도율을 증가시키면서 상기 촉매를 예열하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제2항에 있어서,
상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도 또는 상기 반응기 내부의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며,
상기 제1 촉매 예열 모드에서는 상기 온도 센서가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 상기 가열 장치는 가동을 멈추거나 상기 목표 온도를 유지하는 수준으로 가동되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제3항에 있어서,
상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브와;
상기 바이패스 유로와의 합류 지점과 상기 반응기 후단 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 후방 밸브
를 더 포함하며,
상기 제1 촉매 예열 모드에서 상기 바이패스 밸브는 개방되고, 상기 후방 밸브는 닫히거나 일부 개방되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1 촉매 예열 모드에서는 상기 온도 센서가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 상기 전방 밸브는 점진적으로 개도율이 증가되고, 상기 전방 밸브가 개방된 후 상기 후방 밸브도 개방되며, 상기 후방 밸브가 개방된 후 상기 바이패스 밸브는 닫히는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 촉매 예열 모드가 선택되면 상기 전방 밸브는 최대 개방의 20% 이하로 일부 개방되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제2항에 있어서,
상기 반응기에 유입되는 배기가스의 온도 또는 상기 반응기 내부의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하며,
상기 제2 촉매 예열 모드에서는 상기 온도 센서가 측정한 온도의 상승 기울기가 기설정된 기울기 이상이면 상기 전방 밸브의 개도율을 점진적 또는 단계적으로 증가시키고,
상기 온도 센서에서 측정한 온도의 상승 기울기가 기설정된 기울기 미만이거나 하강 기울기가 되면 상기 전방 밸브의 개도율을 현상태로 유지하거나 개도율을 감소시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제7항에 있어서,
상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브와;
상기 바이패스 유로와의 합류 지점과 상기 반응기 후단 사이의 상기 배기 유로 상에 설치된 후방 밸브
를 더 포함하며,
상기 제2 촉매 예열 모드에서 상기 바이패스 밸브는 개방되고, 상기 후방 밸브는 닫히거나 일부 개방되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제8항에 있어서,
상기 제2 촉매 예열 모드 에서는, 상기 온도 센서가 측정한 온도가 목표 온도에 도달하면, 상기 전방 밸브는 점진적으로 개도율을 증가되고, 상기 전방 밸브가 개방된 후 상기 후방 밸브도 개방되며, 상기 후방 밸브가 개방된 후 상기 바이패스 밸브는 닫히는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 장치는 상기 배기 유로 상에 설치되어 상기 배기 유로를 통과하는 배기가스를 직접 승온시키거나 상기 배기 유로에 합류되는 별도의 유체를 승온시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
제10항에 있어서,
상기 가열 장치는 버너 또는 히터 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.