KR20200032903A - 선택적 촉매 환원 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 내부에 촉매가 배치되고, 배기가스가 통과하는 반응기와, 상기 반응기 전방의 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 그리고 상기 엔진의 안정상태 여부를 판별하여 상기 환원제 분사부에서 분사되는 환원제 분사량을 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템 및 이의 제어방법{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 포함된 질소산화물을 선택적으로 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 선택적 촉매 환원 시스템은 공급되는 연료를 연소시켜 동력을 생산 시 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 선택적으로 저감시킨다. 질소산화물을 배출가스규제 대상 가스로 이를 선택적 촉매 환원 시스템이 저감시켜 배출하여야 한다. 구체적으로, 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스에 환원제를 분사시키고, 환원제와 혼합된 배기가스가 촉매를 통과하며 질소 및 물(또는 수증기)로 분해되도록 한다.

그러나, 환원제가 배기가스에 포함된 질소산화물을 분해시키기 위한 범위보다 다량으로 분사되는 경우, 이러한 환원제는 배기가스에 포함되어 외부로 배출된다. 이러한 암모니아가 배기가스에 포함되어 외부로 배출되는 경우 인체 및 환경에 유해한 영향을 끼치는 문제점이 있다.

특히, 엔진의 부하가 급격히 저감되는 영역에서 환원제 분사가 배기가스에 포함된 질소산화물의 질량보다 상대적으로 많은 양의 환원제가 분사되어 반응기를 통과한 배기가스에 암모니아가 잔류하는 암모니아 슬립현상이 나타나는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 엔진 부하의 급격한 저하시 암모니아 슬립을 방지할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템 및 이의 제어방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 내부에 촉매가 배치되고, 배기가스가 통과하는 반응기와, 상기 반응기 전방의 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 그리고 상기 엔진의 안정상태 여부를 판별하여 상기 환원제 분사부에서 분사되는 환원제 분사량을 조절하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는 상기 엔진의 부하에 따라 환원제 분사량을 산출하고, 상기 엔진이 불안정상태로 판단된 경우 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 엔진이 안정상태로 판단된 경우 산출된 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어할 수 있다.

또한, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 검출부와, 상기 검출부로 배기가스의 유입을 선택적으로 안내하는 검출부 밸브를 더 포함할 수 있다.

또는, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 내부에 촉매가 배치되고, 배기가스가 통과하는 반응기와, 상기 반응기 전방의 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부와, 상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 검출부, 그리고 상기 검출부로 배기가스의 유입을 선택적으로 안내하는 검출부 밸브를 포함한다.

또한, 상기 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 엔진의 부하에 따라 환원제 분사량을 산출하고, 상기 엔진이 불안정상태로 판단된 경우 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어 후, 상기 검출부 밸브를 열 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 검출부에 의해 상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립이 검출된 경우, 상기 검출부 밸브를 닫을 수 있다.

또한, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 검출부에 압축공기를 공급하여 클리닝 하는 클리닝부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 검출부 밸브를 닫은 후 상기 클리닝부를 동작 시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법은 상기 엔진의 부하 변동을 검출하는 부하 검출단계와, 검출된 엔진 부하 변동에 따른 환원제 분사량을 산출하는 환원제 분사량 산출단계와, 검출된 엔진 부하 변동과 기설정된 기준 부하를 비교하여 엔진의 안정상태 여부를 판별하는 상태 판별단계, 그리고 상기 상태 판별단계에서 엔진이 불안정상태로 판별된 경우 산출된 환원제 분사량보다 적은 양의 환원제가 반응기 전방에 분사되도록 하는 환원제 분사량 저감단계를 포함한다.

또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법은 상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출단계와, 검출된 엔진 부하에 따른 환원제 분사량을 산출하는 환원제 분사량 산출단계와, 검출된 엔진 부하를 기초로 엔진 부하 변동을 산출하고 산출된 엔진 부하와 기설정된 기준 부하를 비교하여 엔진의 안정상태 여부를 판별하는 상태 판별단계, 그리고 상기 상태 판별단계에서 엔진이 불안정상태로 판별된 경우 산출된 환원제 분사량보다 적은 양의 환원제가 반응기 전방에 분사되도록 하는 환원제 분사량 저감단계를 포함한다.

또한, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법은 상기 환원제 분사 후, 상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 검출부로 배기가스가 공급되도록 검출부 밸브를 여는 검출부 밸브 열림단계와, 상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 암모니아 슬립 검출단계, 그리고 상기 암모니아 슬립 검출단계에서 검출한 정보를 기초로 암모니아 슬립이 발생하였는지 판단하는 암모니아 슬립 판단단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법은 상기 암모니아 슬립 판단단계에서 암모니아 슬립이 판별된 경우 상기 검출부 밸브를 닫는 검출부 밸브 닫힘단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상술한 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법은 상기 검출부 밸브 닫힘단계 후 상기 검출부로 압축공기를 공급하여 클리닝 하는 검출부 클리닝단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템 및 이의 제어방법은 엔진 부하의 급격한 저하시 암모니아 슬립을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸다.
도 2는 검출부가 암모니아 슬립을 검출하는 상태의 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸다.
도 3은 클리닝부가 동작되는 상태의 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 동작과정을 나타낸다.

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, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다. 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시킨다. 구체적으로, 엔진(10)은 공급되는 연료를 연소시켜 동력을 생산하고 이에 따라 배출되는 배기가스에는 질소산화물이 포함된다. 이러한 질소산화물은 인체 및 환경에 유해하기 때문에 배출가스의 규제대상이 된다. 또한, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스는 엔진(10)과 연결된 배기배관(150)을 통해 배출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 도 1 내지 3에 도시한 바와 같이, 반응기(100)와 환원제 분사부(200) 그리고 제어부(300)를 포함한다.

반응기(100)는 내부에 촉매(110)가 배치되고 배기가스가 통과한다. 구체적으로, 반응기(100)로 유입된 배기가스는 촉매(110)를 통과후 반응기(100) 외부로 배출될 수 있다. 또한, 반응기(100)는 배기배관(150) 상에 설치될 수 있다. 일예로, 반응기(100) 내부에 배치된 촉매(110)는 선택적 환원 촉매일 수 있다.

환원제 분사부(200)는 반응기(100) 전방의 배기가스에 환원제를 분사한다. 구체적으로, 환원제 분사부(200)는 촉매(110)를 통과하기 이전의 배기가스에 환원제를 분사하여, 환원제와 혼합된 배기가스가 촉매(110)를 통과하도록 한다. 즉, 환원제 분사부(200)는 반응기(100) 전방의 배기배관(150)으로 환원제를 분사할 수 있다.

이러한 환원제와 혼합된 배기가스는 촉매(110)를 통과하며 배기가스에 포함된 질소산화물이 질소와 물(또는 수증기)로 분해되어 반응기(100) 외부로 배출될 수 있다.

환원제 분사부(200)에서 분사되어 배기가스에 혼합되는 환원제는 암모니아일 수 있다. 일예로, 우레아를 열분해시켜 공급된 암모니아 또는 별도의 탱크에 저장된 암모니아가 배기가스로 공급될 수 있다.

제어부(300)는 환원제 분사부(200)를 제어하여 배기가스에 분사되는 환원제 분사량을 조절한다. 또한, 제어부(300)는 엔진(10)의 안정상태 여부를 판별하여 환원제 분사부(200)를 제어할 수 있다.

따라서, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 엔진(10)이 안정상태인지 또는 엔진(10)이 불안정상태인지에 따라 환원제 분사부(200)를 제어하여 배기가스에 분사되는 환원제 분사량을 조절할 수 있다. 즉, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 엔진(10)의 안정상태 여부에 따라 환원제 분사부(200)를 조절할 수 있어, 반응기(100)를 통과한 배기가스에 반응기(100) 전방에 분사된 환원제가 잔류하여 발생되는 암모니아 슬립현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(300)는 엔진(10)의 부하에 따라 환원제 분사량을 산출할 수 있다.

제어부(300)는 기저장된 환원제 맵을 기초로 현재 엔진(10)의 부하에 따라 요구되는 환원제 량을 산출할 수 있다. 구체적으로, 부하 검출부재(250)는 엔진(10)의 회전수(rpm)를 검출하여 현재 엔진(10)의 부하를 검출할 수 있다. 이러한 부하 검출부재(250)가 검출한 정보는 제어부(300)에 전달되고, 이에 따라 제어부(300)는 현재 엔진(10)의 부하에 따라 필요한 환원제 량을 기저장된 환원제 맵을 기초로 산출할 수 있다.

일예로, 부하 검출부재(250)는 과급기 터빈의 회전수, 엔진(10) 연소실의 배기밸브와 연결된 배관 또는 배기 다기관 측의 온도를 검출하고, 이에 따라 제어부(300)가 현재 엔진(10)의 부하를 판단할 수 있다.

또는, 부하 검출부재(250)는 엔진(10)의 회전수를 검출하여 엔진(10)의 부하변동을 검출할 수 있다. 이러한 부하 검출부재(250)가 검출한 정보는 제어부(300)에 전달되고, 이에 따라 제어부(300)는 엔진(10)의 부하변동에 따라 필요한 환원제 량을 기저장된 환원제 맵을 기초로 산출할 수 있다. 즉, 엔진(10)의 회전수 변경에 따른 엔진(10)의 부하변동을 검출하여 기저장된 환원제 맵을 기초로 현재 엔진(10)의 부하에 필요한 환원제 량을 산출할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(300)는 엔진(10)이 불안정상태로 판단된 경우 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어할 수 있다.

제어부(300)는 부하 검출부재(250)가 검출한 현재 엔진(10)의 회전수와 이전에 검출한 이전 엔진(10)의 회전수에 따라 이들의 검출시간에 따른 엔진(10)의 회전수 변경 값을 연산하여 엔진(10)의 부하변동을 산출할 수 있다. 이때, 제어부(300)는 산출된 엔진(10)의 부하변동이 기설정된 부하변동 값 보다 큰 경우, 현재 엔진(10)의 상태가 불안정하다고 판단할 수 있다.

일예로, 이러한 엔진(10)의 불안정상태는 엔진(10)의 부하가 급감하는 경우로 정의할 수 있다. 즉, 엔진(10)의 부하변동이 기설정된 부하변동 보다 커져 부하가 급감하는 경우일 수 있다.

즉, 제어부(300)는, 선택적 촉매 환원 시스템(101)이 선박용 추진기관인 2행정 엔진(10)에 설치된 경우, 5초 이내 5rpm 이상 엔진(10)의 부하가 감소될 때 급격한 부하변동이라 판별할 수 있다.

또는, 제어부(300)는, 선택적 촉매 환원 시스템(101)이 자동차용 디젤엔진(10)에 설치된 경우, 2초 이내 500rpm 이상 엔진(10)의 부하가 감소될 때 급격한 부하변동이라 판별할 수 있다.

따라서, 엔진(10)은 이러한 부하가 급감하 되는 엔진(10)의 불안정상태인 경우 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어하여, 급감하된 부하변동에 따라 반응기(100)를 통과하는 배기가스에 미분해된 암모니아가 검출되는 암모니아 슬립을 효과적으로 방지할 수 있다.

구체적으로, 엔진(10)의 부하가 급감되어 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 량 및 이에 포함된 질소산화물의 농도가 급감되는 경우, 기산출된 환원제 분사량 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 급격히 저감된 질소산화물의 농도에 기산출된 환원제 분사량만큼의 환원제가 분사되는 경우 발생될 수 있는 암모니아 슬립을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 인체 및 환경에 유해한 미반응된 암모니아가 반응기(100) 외부로 배출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

일예로, 환원제의 저감량은 산출된 환원제 양의 약 50% 내지 70%일 수 있다.

또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(300)는 엔진(10)이 안정상태로 판단되는 경우 산출된 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어할 수 있다.

제어부(300)는 부하 검출부재(250)가 검출한 엔진(10)의 부하변동이 기설정된 부하변동 미만인 경우, 엔진(10)이 안정상태라고 판단하고 기산출된 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어할 수 있다.

또는, 제어부(300)는 부하 검출부재(250)가 검출한 엔진(10)의 현재 부하와 이전 시간에 검출한 엔진(10)의 부하와 이들의 검출 시간을 고려하여 엔진(10)의 부하변동을 산출할 수 있다. 이에 따라, 제어부(300)는 산출된 엔진(10)의 부하변동이 기설정된 부하변동과 비교하여, 엔진(10)의 부하변동이 기설정된 부하변동 미만인 경우, 엔진(10)이 안정상태라고 판단하고 기산출된 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어할 수 있다.

따라서, 제어부(300)는 엔진(10)의 부하 상태에 따라 필요한 기설정된 맵을 기초로 환원제 분사량을 산출하여 환원제 분사부(200)를 통해 분사되는 환원제량을 제어할 수 있어, 현재 배기가스에 포함된 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 검출부(400) 및 검출부 밸브(500)를 더 포함할 수 잇다.

검출부(400)는 반응기(100)를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출할 수 있다. 검출부(400)는 반응기(100)를 통과한 배기가스에 포함된 암모니아량을 검출할 수 있다. 구체적으로, 반응기(100) 전방에 분사된 환원제는 반응기(100)를 통과하며 질소와 물(또는 수증기로 분해되는데 반응기(100) 전방에 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시킬 수 있는 양보다 상대적으로 많은 양의 환원제가 분사되는 경우 반응기(100)를 통과한 배기가스에 암모니아가 잔류할 수 있다. 이러한 암모니아 잔류를 암모니아 슬립으로 정의 할 수 잇다. 따라서, 검출부(400)는 반응기(100)를 통과한 배기가스에 포함된 암모니아량을 검출하여 암모니아 슬립을 검출할 수 있다.

또한, 검출부(400)는 반응기(100) 후방에 배치되어 반응기(100)를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출할 수 있다.

구체적으로, 검출부(400)는 분지배관(420)과 검출부재(410)를 포함할 수 있다. 분지배관(420)은 반응기(100)를 통과한 배기가스의 일부를 분기하여 통과하도록 안내할 수 있다. 검출부재(410)는 분지배관(420) 상에 배치되어, 분지배관(420)을 통과하는 배기가스에 포함된 암모니아량을 검출할 수 있다. 일예로, 검출부재(410)는 암모니아 슬립 감지센서일 수 있다.

즉, 분지배관(420)은 반응기(100) 후방의 배기배관(150)으로부터 배기가스를 분기할 수 있도록 반응기(100) 후방의 배기배관(150)과 연결될 수 있다.

검출부 밸브(500)는 검출부(400)로 배기가스의 유입을 선택적으로 안내할 수 있다. 또한, 검출부 밸브(500)는 분지배관(420) 상에 설치되어 검출부재(410)로 유입되는 배기가스를 선택적으로 제어할 수 있다. 즉, 검출부 밸브(500)는 검출부재(410)와 반응기(100) 사이의 분지배관(420) 상에 설치될 수 있다.

그리고, 검출부 밸브(500)는 제어부(300)에 의해 개폐되며 제어될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(300)는 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어 후, 검출부 밸브(500)를 열수 있다.

제어부(300)는 엔진(10)이 불안정상태인 경우, 환원제가 산출된 환원제 보다 적은 양의 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어하고 검출부 밸브(500)를 개방할 수 있다. 제어부(300)에 의해 개방된 검출부 밸브(500)를 통해 분지배관(420)으로 반응기(100)를 통과한 일부의 배기가스가 분기되어 유입될 수 있다. 에에 따라, 분지배관(420) 상에 설치된 배기가스 내부에 포함된 암모니아를 검출하는 검출부재(410)는 이를 검출하여 암모니아 슬립여부를 검출한다. 이러한 검출부재(410)가 검출한 암모니아 슬립정보는 제어부(300)로 전달될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 검출부 밸브(500)를 포함하고 있어, 암모니아 슬립의 검출이 필요한 경우에만 검출부(400)로 배기가스가 유입되도록 검출부 밸브(500)를 제어할 수 있다. 즉, 검출부재(410)가 동작되기 전에 검출부 밸브(500)가 개방될 수 있어, 검출부재(410)가 항시 배기가스의 고온 및 오염물질에 노출되어 암모니아 슬립을 검출하는 경우 발생되는 수명이 저하를 효과적으로 방지 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(300)는 검출부(400)가 검출한 정보를 기초로 암모니아 슬립을 판별할 수 있다.

제어부(300)는 검출부(400)로부터 반응기(100)를 통과한 배기가스에 암모니아가 포함된 암모니아 슬립이 검출된 경우, 검출부 밸브(500)를 닫을 수 있다. 구체적으로, 제어부(300)는 반응기(100)를 통과한 배기가스에 암모니아가 포함되었는지 여부를 검출하는 검출부(400)로부터 전달받은 정보에 의해 현재 반응기(100)를 통과한 배기가스에 암모니아 슬립이 발생하였다고 판단된 경우, 검출부 밸브(500)를 닫을 수 있다.

즉, 제어부(300)는 검출부(400)가 이용된 후, 검출부 밸브(500)를 닫아 검출부(400)로 유입되는 배기가스의 유입을 차단할 수 있다. 이에 따라, 검출부(400)의 검출부재(410)는 배기가스의 고온 및 오염물질에 노출되지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 클리닝부(600)를 더 포함할 수 있다.

클리닝부(600)는 검출부(400)에 압축공기를 공급하여 검출부(400)를 클리닝할 수 있다. 구체적으로, 클리닝부(600)는 검출부(400)의 분지배관(420)과 검출부재(410)로 압축공기를 공급하여 검출부재(410)가 설치된 환경을 클리닝할 수 있다. 따라서, 검출부재(410)는 배기가스에 포함된 이물질에 의해 오염된 상태가 클리닝부(600)에 의해 클리닝 되어 보관될 수 있다.

일예로, 클리닝부(600)는 분지배관(420)으로 압축공기가 공급되도록 할 수 있다. 또한, 클리닝부(600)는 도시되지 않은 압축공기 발생부재를 포함하여, 압축공기를 공급할 수 있다.

또한, 제어부(300)는 검출부 밸브(500)를 닫은 후, 클리닝부(600)를 동작시킬 수 있다. 제어부(300)는 검출부 밸브(500)를 닫은 후 검출부(400)를 클리닝 하기 위해 클리닝부(600)를 동작시킬 수 있다.

클리닝부(600)를 통해 공급된 압축공기는 분지배관(420)으로 공급되어 분지배관(420)과 이에 설치된 검출부재(410)를 효과적으로 세척할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어과정을 설명한다.

엔진(10)의 부하를 검출한다(S110). 구체적으로, 부하 검출부재(250)는 현재 동작중인 엔진(10)의 부하를 검출한다. 또한, 부하 검출부재(250)가 검출한 엔진(10)의 부하는 제어부(300)에 전달된다.

제어부(300)는 검출된 엔진(10)의 부하에 따라 현재 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제 분사량을 산출한다(S120). 구체적으로, 제어부(300)는 엔진(10)의 부하에 따라 기저장된 환원제 분사량의 맵을 기초로, 현재 엔진(10)의 부하에 따라 필요한 환원제 분사량을 산출할 수 있다.

제어부(300)는 엔진(10)의 안정상태 여부를 판별한다(S200). 구체적으로, 제어부(300)는 부하 검출부재(250)에서 검출한 현재 엔진(10)의 부하와 이전에 검출한 엔진(10)의 부하 그리고 이들 사이의 시간차이를 고려하여 엔진(10)의 부하변동을 산출한다. 그리고 산출된 엔진(10)의 부하변동과 기설정된 부하변동을 비교하여, 엔진(10)의 부하 감량값이 기설정된 부하변동을 보다 큰 경우 엔진(10)의 부하가 급감하였다고 판단한다. 이때, 제어부(300)는 엔진(10)이 불안정상태라고 판별할 수 있다.

또는, 제어부(300)는 산출된 엔진(10)의 부하변동과 기설정된 부하변동을 비교하여, 엔진(10)의 부하 감량값이 기설정된 부하변동 이하인 경우 엔진(10)은 안정상태에 있다고 판별할 수 있다.

이때, 제어부(300)는 환원제 분사부(200)를 제어하여 산출된 환원제 분사량이 분사되도록 한다(S210).

제어부(300)는 엔진(10)이 안정상태라고 판별하여 산출된 환원제 분사량이 분사된 경우, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 운전 종료를 신호가 입력되었는지 판별한다(S300). 즉, 제어부(300)는 엔진(10)이 안정상태이며 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 동작이 종료된 경우인지를 판별한다.

이때, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 운전 종료 신호가 입력되어 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 동작이 종료된 경우, 제어부(300)는 환원제 분사부(200)를 제어하여 환원제 분사를 종료한다.

또는, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 운전 종료 신호가 입력되지 않은 경우, 제어부(300)는 현재 엔진(10)의 부하 정보를 전달받는다(S110). 즉, 부하 검출부재(250)는 엔진(10)의 부하 정보를 검출하여 제어부(300)에 전달할 수 있다.

제어부(300)는 엔진(10)이 불안정상태라고 판별한 경우, 산출된 환원제 분사량 보다 적은 량의 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어한다(S220). 구체적으로, 제어부(300)는 엔진(10)이 불안정상태라고 판별한 경우, 산출된 환원제 분사량의 50% 내지 70% 범위로 감소되어 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어할 수 있다.

제어부(300)는 엔진(10)이 불안정상태라고 판별하여 환원제가 산출된 환원제 분사량 보다 감소되어 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어한 후, 검출부 밸브(500)를 개방한다(S230). 구체적으로, 제어부(300)는 반응기(100) 후방에 배치되어 반응기(100)를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 검출부(400)로 배기가스가 공급되도록 검출부 밸브(500)를 연다. 따라서, 반응기(100)를 통과한 배기가스는 분지배관(420)을 통해 분기되고, 검출부 밸브(500)는 제어부(300)에 의해 개방되어 분지배관(420)을 통해 검출부재(410)가 암모니아 슬립을 검출하도록 배기가스의 이동을 안내할 수 있다.

검출부(400)는 반응기(100)를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출한다(S240). 구체적으로, 검출부(400)는 반응기(100)를 통과한 배기가스에 환원제가 질소 및 물(또는 수증기)로 미분해된 암모니아를 검출한다. 그리고, 검출부(400)가 검출한 암모니아 슬립 정보는 제어부(300)에 전달된다.

제어부(300)는 검출부(400)가 검출한 정보를 기초로, 반응기(100)를 통과한 배기가스에 암모니아 슬립이 발생유무를 판별한다(S400). 구체적으로, 제어부(300)는 검출부(400)가 반응기(100)를 통과한 배기가스에 미분해된 암모니아를 검출한 경우(또는 일정한 농도 이상을 검출한 경우), 암모니아 슬립이 발생하였다고 판단할 수 있다.

또는, 제어부(300)는 검출부(400)가 반응기(100)를 통과한 배기가스에 미분해된 암모니아를 미검출한 경우(또는 일정한 농도 미만을 검출한 경우), 암모니아 슬립이 발생하지 않았다고 판단할 수 있다.

제어부(300)는, 암모니아 슬립이 발생되었다고 판단한 경우, 분사된 환원제 분사량을 저감시킨다(S220).

또는, 제어부(300)는, 암모니아 슬립이 미발생되었다고 판단한 경우, 검출부 밸브(500)를 닫는다(S410). 구체적으로, 검출부 밸브(500)는 닫혀 분지배관(420)으로 반응기(100)를 통과한 배기가스의 유입을 차단할 수 있다. 즉, 검출부 밸브(500)는 제어부(300)에 의해 닫혀져 검출부재(410)의 암모니아 슬립 검출이 중지될 수 있다.

제어부(300)는 검출부 밸브(500)를 닫은 후, 검출부(400)를 클리닝 한다(S420). 구체적으로, 제어부(300)는 클리닝부(600)를 동작시켜 분지배관(420)과 검출부재(410)로 압축공기를 분사하여 이들을 클리닝 시킬 수 있다.

제어부(300)는 클리닝부(600)의 동작시간과 기설정시간을 비교한다(S500). 제어부(300)는 클리닝부(600)의 동작시간이 기설정시간 이상인 경우, 클리닝부(600)의 동작을 중지시킨다(S510). 또는, 제어부(300)는 클리닝부(600)의 동작시간이 기설정시간 미만인 경우, 계속 클리닝부(600)가 동작되도록 할 수 있다.

제어부(300)는 클리닝부(600)의 중지 후, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 운전 종료를 신호가 입력되었는지 판별한다(S300).

또는, 부하 검출부재(250)가 엔진(10)의 부하변동을 검출하는 경우, 제어부(300)는 부하 검출부재(250)가 검출한 엔진(10)의 부하변동을 기초로 현재 엔진(10)의 부하를 산출하고 산출된 엔진(10)의 부하에 대응되는 기저장된 맵을 통해 현재 요구되는 환원제 분사량을 산출할 수 있다. 또한, 제어부(300)는 부하 검출부재(250)가 검출한 엔진(10)의 부하변동에 따라 엔진(10)의 안정상태 여부를 판별할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 엔진(10)의 부하가 급격하게 감소되는 경우, 기산출된 환원제 분사량 보다 상대적으로 적은양의 환원제를 배기가스에 분사하여 암모니아 슬립을 효과적으로 방지할 수 있다.

구체적으로, 엔진(10)의 부하가 급격히 감소되는 경우, 질소산화물의 배출 질량이 급격하게 감소하게 됨으로 이를 효과적으로 질소와 물(또는 수증기)로 분해시키기 위해 제어부(300)는 기산출된 환원제 분사량 보다 상대적으로 적은양의 환원제가 분사되도록 환원제 분사부(200)를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 검출부(400) 및 검출부 밸브(500)를 포함하고 있어, 검출부(400)가 암모니아 슬립을 검출하지 않는 경우 검출부 밸브(500)가 닫혀 검출부(400)가 고온의 배기가스에 노출되어 오염되는 것을 효과적을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 클리닝부(600)를 포함하고 있어, 검출부(400)를 압축공기로 효과적으로 세척할 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.

10: 엔진 100: 반응기
101: 선택적 촉매 환원 시스템 110: 촉매
200: 환원제 분사부 250: 부하 검출부재
300: 제어부 400: 검출부
500: 검출부 밸브 600: 클리닝부

Claims (14)

1. 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
   내부에 촉매가 배치되고, 배기가스가 통과하는 반응기;
   상기 반응기 전방의 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부; 및
   상기 엔진(10)의 안정상태 여부를 판별하여 상기 환원제 분사부에서 분사되는 환원제 분사량을 조절하는 제어부
   를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
2. 제1항에서,
   상기 제어부는,
   상기 엔진의 부하에 따라 환원제 분사량을 산출하고, 상기 엔진이 불안정상태로 판단된 경우 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
3. 제2항에서,
   상기 제어부는,
   상기 엔진이 안정상태로 판단된 경우 산출된 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
4. 제2항에서,
   상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 검출부; 및
   상기 검출부로 배기가스의 유입을 선택적으로 안내하는 검출부 밸브
   를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
5. 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
   내부에 촉매가 배치되고, 배기가스가 통과하는 반응기;
   상기 반응기 전방의 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부;
   상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 검출부; 및
   상기 검출부로 배기가스의 유입을 선택적으로 안내하는 검출부 밸브
   를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
6. 제5항에서,
   상기 엔진의 부하에 따라 환원제 분사량을 산출하고, 상기 엔진이 불안정상태로 판단된 경우 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
7. 제4항 또는 제6항에서,
   상기 제어부는,
   상기 산출된 환원제 보다 적은 양의 환원제가 분사되도록 상기 환원제 분사부를 제어 후, 상기 검출부 밸브를 여는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
8. 제7항에서,
   상기 제어부는,
   상기 검출부에 의해 상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립이 검출된 경우, 상기 검출부 밸브를 닫는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
9. 제8항에서,
   상기 검출부에 압축공기를 공급하여 클리닝 하는 클리닝부를 더 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 검출부 밸브를 닫은 후, 상기 클리닝부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
10. 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 엔진의 부하 변동을 검출하는 부하 검출단계;
    검출된 엔진 부하 변동에 따른 환원제 분사량을 산출하는 환원제 분사량 산출단계;
    검출된 엔진 부하 변동과 기설정된 기준 부하를 비교하여 엔진의 안정상태 여부를 판별하는 상태 판별단계; 및
    상기 상태 판별단계에서 엔진이 불안정상태로 판별된 경우, 산출된 환원제 분사량보다 적은 양의 환원제가 반응기 전방에 분사되도록 하는 환원제 분사량 저감단계;
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법.
11. 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출단계;
    검출된 엔진 부하에 따른 환원제 분사량을 산출하는 환원제 분사량 산출단계;
    검출된 엔진 부하를 기초로 엔진 부하 변동을 산출하고, 산출된 엔진 부하와 기설정된 기준 부하를 비교하여 엔진의 안정상태 여부를 판별하는 상태 판별단계; 및
    상기 상태 판별단계에서 엔진이 불안정상태로 판별된 경우, 산출된 환원제 분사량보다 적은 양의 환원제가 반응기 전방에 분사되도록 하는 환원제 분사량 저감단계;
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법.
12. 제10항 또는 제11항에서,
    상기 환원제 분사 후, 상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 검출부로 배기가스가 공급되도록 검출부 밸브를 여는 검출부 밸브 열림단계:
    상기 반응기를 통과한 배기가스의 암모니아 슬립을 검출하는 암모니아 슬립 검출단계; 및
    상기 암모니아 슬립 검출단계에서 검출한 정보를 기초로 암모니아 슬립이 발생하였는지 판단하는 암모니아 슬립 판단단계
    를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법.
13. 제12항에서,
    상기 암모니아 슬립 판단단계에서 암모니아 슬립이 판별된 경우, 상기 검출부 밸브를 닫는 검출부 밸브 닫힘단계
    를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법.
14. 제13항에서,
    상기 검출부 밸브 닫힘단계 후, 상기 검출부로 압축공기를 공급하여 클리닝 하는 검출부 클리닝단계
    를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법.

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