KR20210067455A - Selective catalytic reduction system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 선택적 촉매 환원 반응을 통해 저감시키는 선택적 촉매 환원 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a selective catalytic reduction system, and more particularly, to a selective catalytic reduction reactor for reducing nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas through a selective catalytic reduction reaction.
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.As industrialization progresses rapidly, the use of various fossil fuels such as petroleum and coal has increased. As a result, various harmful gases emitted during the combustion of fossil fuels cause serious air pollution. Typical examples include smog and acid rain.
대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다.The main culprits of air pollution include sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gases emitted from engines of vehicles and ships, thermal power plants, factories, and the like.
근래에는 환경 보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이러한 황산화물과 질소산화물에 대한 배출규제가 도입되고 있다.In recent years, with the increasing awareness of environmental conservation, emission regulations for these sulfur oxides and nitrogen oxides have been introduced.
특히, 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.In particular, there is a selective catalytic reduction (SCR) system as a representative facility for reducing nitrogen oxides. The selective catalytic reduction system reacts nitrogen oxides and reducing agents contained in the exhaust gas while passing the exhaust gas and the reducing agent together through a reactor in which the catalyst is installed to reduce the nitrogen and water vapor.
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 하므로, 저비용 고효율의 탈질 설비와 함께 효과적인 운용 방법이 요구되고 있다.When this selective catalytic reduction system is used in ships, the emission of nitrogen oxides (NOx) emitted from marine diesel engines is the 3rd International Air Pollution Prevention Regulation (IMO Tier-III) regulated by the International Maritime Organization. Therefore, an effective operation method along with a low-cost and high-efficiency denitrification facility is required.
한편, 선박의 한정된 공간으로 인하여, 선박에 사용되는 선택적 촉매 환원 시스템에는 간소화가 요구되고 있다.On the other hand, due to the limited space of the ship, the selective catalytic reduction system used in the ship is required to simplify.
그런데, 종래의 선택적 환원 시스템에서는 촉매를 구비한 반응기와 별도로 버너, 블로워, 분해 챔버, 우레아 공급 장치 등이 각각 독립적으로 설치되어 효율적인 공간 활용이 더욱 어려웠다.However, in the conventional selective reduction system, a burner, a blower, a decomposition chamber, a urea supply device, etc. are each independently installed separately from a reactor equipped with a catalyst, making efficient space utilization more difficult.
또한, 종래의 선택적 환원 시스템은 엔진에서 배출되어 배기 유로를 따라 반응기로 이동하는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부와, 분사된 환원제를 배기가스와 혼합시키는 믹서(mixer) 등을 더 포함하고 있다. 그리고 환원제 분사부를 통해 분사된 환원제는 배기가스와 충분히 혼합되어야 하므로 환원제가 분사된 지점으로부터 촉매가 설치된 반응기에 도달하기 전에 배기가스와 혼합되기 위한 체류 시간이 요구된다. 그리고 이러한 체류 시간을 확보하기 위해 환원제가 분사된 지점부터 반응기까지의 배기 유로는 최소한 길이가 요구된다. 이와 같이 배기 유로의 길이를 길게 형성하는 것은 선택적 촉매 환원 시스템을 선박에 설치할 때 공간적 한계에 따른 설치 용이성을 크게 저하시킨다.In addition, the conventional selective reduction system further includes a reducing agent injection unit for injecting a reducing agent into the exhaust gas discharged from the engine and moving to the reactor along the exhaust flow path, and a mixer (mixer) for mixing the injected reducing agent with the exhaust gas, etc. have. And since the reducing agent injected through the reducing agent injection unit must be sufficiently mixed with the exhaust gas, a residence time is required for mixing with the exhaust gas from the point where the reducing agent is injected before reaching the reactor where the catalyst is installed. And in order to secure such a residence time, the exhaust passage from the point where the reducing agent is injected to the reactor is required to have a minimum length. Thus, forming the length of the exhaust passage to be long greatly reduces the ease of installation according to the spatial limitation when the selective catalytic reduction system is installed in a ship.
또한, 선택적 촉매 환원 시스템의 미가동시 배기가스를 촉매가 설치된 반응기를 우회하여 이동시키기 위한 바이패스 유로로 별도로 설치되어야 한다.In addition, when the selective catalytic reduction system is not in operation, the exhaust gas should be separately installed as a bypass flow path for bypassing and moving the catalyst installed reactor.
전술한 바와 같이, 선택적 환원 시스템의 전체적인 구성이 복잡해지면서 선박과 같은 한정적인 공간에서 선택적 촉매 환원 시스템의 효율성이 극대화되도록 최적으로 설치하기가 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, 협소한 공간에 복잡한 구조의 선택적 촉매 환원 시스템을 설치함으로써 유지 보수도 곤란해지는 문제점도 있다.As described above, as the overall configuration of the selective reduction system becomes complicated, there is a problem in that it is not easy to optimally install the selective catalytic reduction system to maximize the efficiency of the selective catalytic reduction system in a limited space such as a ship. In addition, there is a problem that maintenance becomes difficult by installing a selective catalytic reduction system having a complicated structure in a narrow space.
본 발명의 실시예는 구성을 간소화하면서 여러 구성들을 용도별로 유닛화하여 설치 및 유지 보수의 용이성을 향상시킨 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a selective catalytic reduction system that improves the ease of installation and maintenance by uniting various components by use while simplifying the configuration.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 제1 지지대와, 상기 제1 지지대의 상부, 하부, 또는 측부에 분리 가능하게 결합되어 다단 구조를 형성하는 제2 지지대와, 상기 제1 지지대에 지지되어 배기가스에 함유된 질소산화물을 환원제와 반응시켜 질소산화물을 저감시키는 반응기 유닛, 그리고 상기 제2 지지대에 지지되어 상기 반응기 유닛과 분리 가능하게 연결되며, 환원제를 분해 생성하여 상기 반응기 유닛에 공급하는 환원제 공급 유닛을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the selective catalytic reduction system is a first support and a second support that is detachably coupled to the upper, lower, or side of the first support to form a multi-stage structure, and to the first support A reactor unit that is supported and reacts nitrogen oxides contained in the exhaust gas with a reducing agent to reduce nitrogen oxides, and is supported on the second support and is separably connected to the reactor unit, and decomposes and generates a reducing agent and supplies it to the reactor unit and a reducing agent supply unit.
상기 환원제 공급 유닛은 상기 제2 지지대와 함께 상기 제1 지지대에 지지된 상기 반응기 유닛으로부터 분리 가능할 수 있다.The reducing agent supply unit may be separable from the reactor unit supported on the first support together with the second support.
상기 반응기 유닛은 일 단부에 본체 배출구가 형성되고 타 측면에 개구가 형성된 본체부와, 상기 개구가 형성된 상기 본체부의 타 측면에 일체로 결합되어 상기 개구를 통해 상기 본체부의 내부와 연통되며 일 단부에서 유입구가 형성되고 타 단부에 바이패스 배출구가 형성된 바이패스부, 그리고 상기 반응기 본체부의 내부에서 상기 개구와 상기 본체 배출구 사이에 배치된 촉매를 포함할 수 있다.The reactor unit includes a main body having a main body outlet formed at one end and an opening at the other side thereof, and integrally coupled to the other side of the main body having the opening to communicate with the interior of the main body through the opening at one end. A bypass portion having an inlet and a bypass outlet formed at the other end thereof, and a catalyst disposed between the opening and the main body outlet in the reactor body.
상기 반응기 유닛은 상기 본체부의 상기 개구에 인접한 상기 바이패스부의 내부에 설치되어 상기 개구를 통해 상기 본체부의 내부로 유입되는 배기가스가 상기 촉매와 고르게 접촉하도록 배기가스를 확산 이동시키는 가이드 베인(guide vane)을 더 포함할 수 있다.The reactor unit is installed inside the bypass unit adjacent to the opening of the main body, and a guide vane for diffusing and moving the exhaust gas so that the exhaust gas flowing into the interior of the main body through the opening evenly contacts the catalyst. ) may be further included.
상기 반응기 유닛은 상기 유입구에 결합되어 상기 환원제 공급 유닛으로부터 공급받은 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 환원제 분사부에서 분사된 환원제는 상기 바이패스부의 내부에서 배기가스와 혼합된 후 상기 개구를 통해 상기 반응기 본체부로 유입될 수 있다.The reactor unit may further include a reducing agent injection unit coupled to the inlet for spraying the reducing agent supplied from the reducing agent supply unit. In addition, the reducing agent injected from the reducing agent injection unit may be mixed with the exhaust gas inside the bypass unit and then introduced into the reactor body through the opening.
상기 환원제 분사부가 환원제를 분사할 때, 상기 유입구를 통해 상기 바이패스부로 유입된 배기가스는 상기 개구를 통해 상기 반응기 본체부로 이동한 후 상기 촉매를 거쳐 상기 본체 배출구로 배출될 수 있다. 그리고 상기 환원제 분사부가 환원제를 분사하지 않을 때, 상기 유입구를 통해 상기 바이패스부로 유입된 배기가스는 상기 바이패스 배출구로 배출될 수 있다.When the reducing agent injection unit injects the reducing agent, the exhaust gas introduced into the bypass unit through the inlet may be discharged to the main body outlet through the catalyst after moving to the reactor body through the opening. And when the reducing agent injection unit does not inject the reducing agent, the exhaust gas introduced into the bypass unit through the inlet may be discharged to the bypass outlet.
상기 환원제 공급 유닛은 양 단이 상기 반응기 유닛의 본체부 후단과 상기 환원제 분사부에 각각 분리 가능하게 연결된 재순환 유로와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 유량계와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 블로워와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 버너와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 분해 챔버, 그리고 상기 분해 챔버에 우레아를 공급하는 우레아 공급부를 포함할 수 있다.The reducing agent supply unit includes a recirculation flow path having both ends separably connected to the rear end of the main body of the reactor unit and the reducing agent injection unit, a flow meter installed on the recirculation flow path, a blower installed on the recirculation flow path, and the recirculation It may include a burner installed on the flow passage, a decomposition chamber installed on the recirculation passage, and a urea supply unit for supplying urea to the decomposition chamber.
그리고 상기 유량계는 상기 반응기 유닛에서 가장 먼 곳에 설치되며, 상기 분해 챔버는 상기 유량계와 상기 반응기 유닛 사이에 배치되고, 상기 블로워는 상기 유량계를 거친 배기가스를 상기 반응기 유닛 방향으로 송풍시키고, 상기 블로워가 송풍시킨 배기가스는 상기 버너에 의해 가열되어 상기 분해 챔버 방향으로 이동하며, 상기 우레아 공급부는 상기 분해 챔버에 이웃하도록 배치될 수 있다.And the flowmeter is installed furthest from the reactor unit, the decomposition chamber is disposed between the flowmeter and the reactor unit, the blower blows the exhaust gas passing through the flowmeter in the direction of the reactor unit, and the blower The blown exhaust gas may be heated by the burner to move toward the decomposition chamber, and the urea supply unit may be disposed adjacent to the decomposition chamber.
또한, 상기 환원제 공급 유닛은 상기 반응기 유닛의 본체부 후단과 상기 환원제 분사부를 연결하는 재순환 유로와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 유량계와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 열풍기와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 분해 챔버, 그리고 상기 분해 챔버에 우레아를 공급하는 우레아 공급부를 포함할 수도 있다.In addition, the reducing agent supply unit includes a recirculation passage connecting the rear end of the main body of the reactor unit and the reducing agent injection unit, a flow meter installed on the recirculation passage, a hot air fan installed on the recirculation passage, and decomposition installed on the recirculation passage It may include a chamber, and a urea supply unit for supplying urea to the decomposition chamber.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 구성을 간소화하면서 여러 구성들을 용도별로 유닛화하여 설치 및 유지 보수의 용이성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the selective catalytic reduction system can improve the ease of installation and maintenance by uniting various components for each purpose while simplifying the configuration.
도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 2은 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 반응기 유닛의 내부 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템에 사용된 환원제 공급 유닛을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템에 사용된 열풍기와 분해 챔버를 나타낸 정면도이다.1 is a perspective view showing a selective catalytic reduction system according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a plan view showing the internal structure of the reactor unit of the selective catalytic reduction system of Figure 1;
Figure 3 is a front view showing the reducing agent supply unit used in the selective catalytic reduction system according to the second embodiment of the present invention.
4 is a front view showing a hot air blower and a decomposition chamber used in the selective catalytic reduction system according to the third embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration are typically described in the first embodiment using the same reference numerals, and in other embodiments, only configurations different from those of the first embodiment will be described. .
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.It is noted that the drawings are schematic and not drawn to scale. Relative dimensions and proportions of parts in the drawings are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and any dimensions are illustrative only and not limiting. In addition, the same reference numerals are used to indicate like features to the same structure, element, or part appearing in two or more drawings.
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.The embodiment of the present invention specifically represents an ideal embodiment of the present invention. As a result, various modifications of the diagram are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to a specific shape of the illustrated area, and includes, for example, a shape modification by manufacturing.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.Hereinafter, a selective
본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 동력 장치에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키기 위해 사용된다. 일례로, 동력 장치는 선박에 추진력을 공급하는 주동력원으로 사용되는 디젤 엔진일 수 있다. 또한, 디젤 엔진은 선박용 2행정 저속 디젤 엔진일 수 있다.The selective
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니다. 동력 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 동력 장치로는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.However, the first embodiment of the present invention is not limited to the above. The power unit may be an internal combustion engine for a plant or an engine for a vehicle. That is, various types of engines known to those of ordinary skill in the art may be used as the power device.
동력 장치에서 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스는 배기 유로를 통해 이동한다. 즉, 배기 유로는 동력 장치인 디젤 엔진의 배기구와 연결되어 디젤 엔진의 배기가스를 배출시키며 선택적 촉매 환원 시스템(101)과 연결될 수 있다.The exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) discharged from the power unit moves through the exhaust passage. That is, the exhaust passage is connected to the exhaust port of the diesel engine, which is a power device, to discharge the exhaust gas of the diesel engine and may be connected to the selective
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 제1 지지대(210), 제2 지지대(220), 반응기 유닛(301), 및 환원제 공급 유닛(401)을 포함한다.1 and 2, the selective
제1 지지대(210)는 후술할 반응기 유닛(301)을 수용 지지한다. 즉, 제1 지지대(210)와 반응기 유닛(301)은 결합되어 일체로 형성될 수 있다.The
제2 지지대(220)는 제1 지지대(210)의 상부, 하부, 또는 측부에 분리 가능하게 결합되어 후술할 환원제 공급 유닛(401)을 수용 지지한다. 즉, 제2 지지대(220)와 환원제 공급 유닛(401)은 결합되어 일체로 형성될 수 있다.The
즉, 제1 지지대(210)에 반응기 유닛(301)을 설치하고, 제2 지지대(220)에 환원제 공급 유닛(401)을 설치한 후, 제2 지지대(220)를 제1 지지대(210)에 결합시키는 방식으로 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 완성시킬 수 있다. 여기서, 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220)는 각각 메인 프레임과 메인 프레임에 결합되어 각 구성들을 지지하는 서브 프레임을 포함할 수 있다.That is, after installing the
도 1에서는 설명의 편의를 위해 반응기 유닛(301)과 환원제 공급 유닛(401)이 드러나도록 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220)의 일부를 점선으로 표현한다.In Figure 1, for convenience of explanation, a portion of the
반응기 유닛(301)은 제1 지지대(210)에 지지되어 배기가스에 함유된 질소산화물을 환원제와 반응시켜 질소산화물을 저감시킨다. 구체적으로, 반응기 유닛(301)은 본체부(310), 바이패스부(340), 촉매(350), 가이드 베인(343), 및 환원제 분사부(360)를 포함할 수 있다.The
본체부(310)는 일 단부에 본체 배출구(319)가 형성되고 타 측면에 개구(314)가 형성된다. 그리고 본체부(310)는 다양한 형태의 용기 형상으로 형성될 수 있다.The
바이패스부(340)는 개구(314)가 형성된 본체부(310)의 타 측면에 일체로 결합되어 개구(314)를 통해 본체부(310)의 내부와 연통된다. 그리고 바이패스부(340)의 일 단부에 유입구(341)가 형성되고 타 단부에서 바이패스 배출구(349)가 형성된다.The
유입구(341), 본체 배출구(319), 및 바이패스 배출구(349)은 각각 배기 유로(미도시)와 연결된다. 즉, 엔진에서 배출된 배기가스가 배기 유로를 따라 이동하다가 유입구(341)을 통해 선택적 촉매 환원 시스템(101)에 유입된 후, 본체 배출구(319) 또는 바이패스 배출구(349)을 통해 배출된다.The
촉매(350)는 본체부(310)의 내부에서 개구(314)와 본체 배출구(319) 사이에 배치된다. 촉매(350)는 모듈 형태로 배치될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈이 본체부(300) 내부에서 배기가스가 이동하는 방향에 교차하는 방향으로 적재되어 복수의 촉매층을 형성할 수 있다. 이러한 복수의 촉매층은 본체부(310) 내부에서 배기가스가 이동하는 방향을 기준으로 이격 배열될 수 있다.The
또한, 복수의 촉매 모듈은 육면체로 형성될 수 있다. 일례로, 복수의 촉매 모듈은 직육면체 또는 정육면체일 수 있다. 이와 같이 촉매 모듈을 직육면체 또는 정육면체로 형성하면, 촉매 모듈을 적재하기 용이할 뿐만 아니라 촉매 모듈의 교체 및 운반이 용이하고, 촉매 모듈에 포함된 촉매(350)의 효율을 극대화시킬 수 있다.In addition, the plurality of catalyst modules may be formed in a hexahedron. For example, the plurality of catalyst modules may be a cuboid or a cube. When the catalyst module is formed as a cuboid or cube as described above, it is easy to load the catalyst module, as well as easy replacement and transport of the catalyst module, and the efficiency of the
또한, 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.In addition, the
예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 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 촉매(350)에 흡착되어 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.For example, when a reduction reaction to reduce nitrogen oxides contained in exhaust gas occurs at a relatively low temperature of 150 degrees Celsius or more and less than 250 degrees Celsius, sulfur oxides (SOx) of exhaust gas and ammonia (NH 3 ) as a reducing agent reacts to form a catalyst poisoning substance. Specifically, the poisoning material for poisoning the
또한, 촉매(350)에서 질소산화물과 직접 반응하는 환원제로는 암모니아(NH3)가 사용되지만, 암모니아 자체가 오염 물질로 보관과 운반이 용이하지 않기 때문에 안정적인 우레아 수용액을 사용하는 것이 보편적이다. 즉, 환원제 전구체인 우레아를 수용액 형태로 보관, 운반, 및 공급하게 된다. 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액은 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 즉, 후술할 환원제 공급 유닛(401)의 분해 챔버(450)에서 우레아를 분해시켜 질소산화물과 반응하는 환원제인 암모니아를 생성하게 된다. In addition, ammonia (NH 3 ) is used as a reducing agent that directly reacts with nitrogen oxides in the
가이드 베인(guide vane)(343)은 본체부(310)의 개구(314)에 인접한 바이패스부(340)의 내부에 설치되어 개구(314)를 통해 본체부(310)의 내부로 유입되는 배기가스가 촉매(350)와 고르게 접촉하도록 배기가스를 확산 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 가이드 베인(343)은 복수개가 다양한 각도로 설정될 수 있다. 즉, 개구(314)를 통해 본체부(310) 내부로 유입되는 배기가스는 가이드 베인(343)에 의해 확산되어 본체부(310) 내부에 설치된 촉매(350)와 고르게 접촉된다.The
환원제 분사부(360)는 유입구(341)에 결합되어 후술할 환원제 공급 유닛(401)으로부터 공급받은 환원제를 분사한다. 그리고 환원제 분사부(360)에서 분사된 환원제는 바이패스부(340)의 내부에서 배기가스와 혼합된 후 개구(314)를 통해 본체부(310)로 유입된다.The reducing
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는, 본체부(310)와 일체로 형성된 바이패스부(340)에서 환원제가 배기가스와 혼합될 수 있다. 즉, 바이패스부(340)는 배기가스를 촉매(350)를 거치지 않고 이동시키거나 환원제를 배기가스와 혼합시키는 두가지 역할을 수행할 수 있다.As such, in the first embodiment of the present invention, the reducing agent may be mixed with the exhaust gas in the
본 발명의 제1 실시예에서, 환원제 분사부(360)가 환원제를 분사할 때, 유입구(341)를 통해 바이패스부(340)로 유입된 배기가스는 바이패스부(340)에서 환원제 분사부(360)가 분사한 환원제와 혼합된 다음 개구(314)를 통해 본체부(310)로 이동한 후 촉매(350)를 거쳐 본체 배출구(319)으로 배출된다.In the first embodiment of the present invention, when the reducing
그리고, 환원제 분사부(360)가 환원제를 분사하지 않을 때, 유입구(341)을 통해 바이패스부(340)로 유입된 배기가스는 촉매(350)를 거치지 않고 바로 바이패스 배출구(349)으로 배출된다. 이때, 환원제 분사부(360)는 환원제를 분사하지 않는다.And, when the reducing
이와 같이, 본체부(310)와 일체로 형성된 바이패스부(340)는 환원제 분사부(360)에서 환원제가 분사될 때 배기가스와 환원제를 혼합시키는 공간이 되고, 환원제가 분사되지 않을 때 촉매(350)를 우회하여 배기가스를 이동시키는 통로가 된다.As such, the
한편, 도시하지는 않았으나, 배기가스의 흐름은 본체 배출구(319)와 배기 유로를 연결하는 메인 배출관에 설치된 메인 밸브와, 바이패스 배출구(349)와 배기 유로를 연결하는 바이패스 배출관에 설치된 바이패스 밸브의 개폐에 의해 전환될 수 있다. 예를 들어, 메인 밸브가 열리고 바이패스 밸브가 닫히면, 유입구(341)를 통해 바이패스부(340)로 유입된 배기가스는 개구(314)를 통해 본체부(310)로 이동한 후 촉매(350)를 거쳐 본체 배출구(319)로 배출된다. 그리고 메인 밸브가 닫히고 바이패스 밸브가 열리면, 유입구(341)를 통해 바이패스부(340)로 유입된 배기가스는 촉매(350)를 거치지 않고 바로 바이패스 배출구(349)로 배출된다.Meanwhile, although not shown, the flow of exhaust gas includes a main valve installed in the main exhaust pipe connecting the
환원제 공급 유닛(401)은 환원제를 분해 생성하여 반응기 유닛(301)의 환원제 분사부(460)에 공급한다. 그리고 환원제 공급 유닛(401)은 제2 지지대(220)에 지지되어 반응기 유닛(301)과 분리 가능하게 연결된다.The reducing
구체적으로, 환원제 공급 유닛(401)은 재순환 유로(480), 유량계(410), 블로워(420), 버너(440), 분해 챔버(450), 및 우레아 공급부(460)를 포함할 수 있다.Specifically, the reducing
재순환 유로(480)는 양 단이 반응기 유닛(301)의 본체부(410) 후단과 환원제 분사부(360)에 각각 분리 가능하게 연결된다. 배기가스는 후술할 블로워(420)에 의해 재순환 유로(480)를 따라 반응기 유닛(301)의 본체부(310) 후단에서 환원제 분사부(360) 방향으로 이동하게 된다.Both ends of the
또한, 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220)가 분리될 때, 재순환 유로(480)의 양 단이 반응기 유닛(301)의 본체부(310) 후단과 환원제 분사부(360)로부터 분리됨으로써, 환원제 공급 유닛(401)과 반응기 유닛(301)도 분리될 수 있다.In addition, when the
블로워(420)는 재순환 유로(480) 상에 설치되어 반응기 유닛(301)의 본체부(310) 후단에서 배기가스를 흡입하여 환원제 분사부(360) 방향으로 배기가스를 이동시키기 위한 동력을 제공한다.The
버너(440)는 재순환 유로(480)를 따라 이동하는 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있다. 일례로, 버너(440)는 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner)일 수 있다.The
분해 챔버(450)는 재순환 유로(480) 상에 설치되어 버너(440)에서 승온된 배기가스가 갖는 열에너지로 우레아를 열분해 또는 가수분해시켜 환원제인 암모니아를 생성한다.The
우레아 공급부(460)는 분해 챔버(450)에 우레아를 공급한다. 이때, 우레아는 수용액 형태로 공급될 수 있다.The
유량계(410)는 재순환 유로(480)를 따라 이동하는 배기가스의 유량을 측정한다. 유량계(410)가 측정한 배기가스의 유량과 버너(440)에서 승온된 배기가스의 온도를 통해 분해 챔버(450)에 공급되는 총 열유량을 산출할 수 있다. 즉, 분해 챔버(450)에 환원제의 분해 생성에 필요한 열에너지가 충분히 공급되고 있는지 파악할 수 있다. 엔진의 부하가 변동하거나 엔진에 공급되는 연료의 종류가 달라지면, 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도도 달라지므로, 우레아 공급부(460)가 공급하는 우레아의 양도 달라지게 된다. 따라서, 우레아의 분해에 필요한 총 열에너지도 달라지므로, 유량계(410)를 통해 분해 챔버(450)에 적정한 유량의 배기가스가 공급되고 있는지 파악할 필요가 있다. 또한, 유량계(410)가 측정한 배기가스의 유량을 통해 환원제 분사부(360)에 공급되는 유체의 유량도 파악할 수 있다.The
전술한 바와 같이, 환원제 공급 유닛(401)은 제2 지지대(220)와 함께 제1 지지대(210)에 지지된 반응기 유닛(301)으로부터 분리 가능하도록 결합 설치될 수 있다.As described above, the reducing
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 구성을 간소화하면서 여러 구성들을 용도별로 유닛화하여 설치 및 유지 보수의 용이성을 향상시킬 수 있다.By such a configuration, the selective
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 설치 공간에 반응기 유닛(301)을 설치하고 환원제 공급 유닛(401)의 각 구성들을 따로 설치하는 방식으로 설치되는 것이 아니라, 제1 지지대(210)와 제2 지지대(220)에 각각 반응기 유닛(301)과 환원제 공급 유닛(401)을 설치하고 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설치하고자 하는 공간에서 반응기 유닛(301)을 지지하는 제1 지지대(210)에 환원제 공급 유닛(401)을 지지하는 제2 지지대(220)를 결합시키는 방식으로 설치될 수 있다.Specifically, the selective
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 반응기 유닛(301)의 바이패스부(340)를 환원제와 배기가스를 혼합시키는 공간으로 활용하여 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 전체적인 구성을 간소화할 수 있다.In addition, according to the first embodiment of the present invention, the overall configuration of the selective
또한, 바이패스부(340)의 일 단부에 연결된 유입구(341)으로 유입된 배기가스는 바이패스부(340)의 내부에서 타 단부 방향으로 이동한 후 가이드 베인(343)과 개구(314)를 거쳐 본체부(310)의 내부로 유입된다. 이와 같이, 배기가스가 바이패스부(340)에서 본체부(310)로 이동할 때 이동 방향이 전환되므로, 배기가스와 환원제는 더욱 효과적으로 혼합될 수 있다. 이에, 배기가스와 환원제를 혼합하기 위한 믹서를 생략할 수 있다.In addition, the exhaust gas introduced into the
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 환원제 분사부(360)에서 분사된 환원제가 배기가스와 혼합되기 위한 체류 시간을 확보하기 위하여 불필요하게 환원제 분사부(360)와 바이패스부(340) 사이의 배기 유로를 길게 형상할 필요가 없으며, 환원제 분사부(360)를 본체부(310)와 일체로 형성된 바이패스부(340)에 가까운 위치에 설치해도 상관없어 환원제 분사부(360)의 설치 자유도가 높아진다. 따라서, 선택적 촉매 환원 시스템(101)이 설치될 공간의 크기와 형태에 따라 환원제 분사부(360)의 위치를 자유롭게 설정할 수 있다.In addition, according to the first embodiment of the present invention, the reducing
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)을 설명한다. 도 3은 선택적 촉매 환원 시스템(102) 중에서 환원제 공급 유닛(402)만을 도시하고 있으며, 반응기 유닛(301)은 제1 실시예와 동일하다.Hereinafter, a selective
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)에서는 환원제 공급 유닛(402)의 각 구성들의 배치를 최적화하여 재순환 유로(480)를 따라 이동하는 배기가스의 흐름을 원활하게 하고 운용 효율을 향상시킬 수 있다.As shown in FIG. 3, in the selective
구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에서는, 유량계(410)가 반응기 유닛(301)에서 가장 먼 곳에 설치되며, 분해 챔버(450)는 유량계와 반응기 유닛(301) 사이에 배치된다.Specifically, in the second embodiment of the present invention, the
또한, 블로워(420)는 유량계(410)를 거친 배기가스를 반응기 유닛(301) 방향으로 송풍시키고, 블로워(420)가 송풍시킨 배기가스는 버너(440)에 의해 가열되어 분해 챔버(450) 방향으로 이동하게 된다. 그리고 분해 챔버(450)에서 배출된 배기가스는 환원제와 함께 반응기 유닛(301)의 환원제 분사부(360)(도 1에 도시)로 이동하게 된다.In addition, the
전술한 바와 같은 배치에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(102)에서는 재순환 유로(480)의 일부 구간을 소용돌이 모양으로 형성하여 전체 길이를 최소화하고 배기가스의 원활한 흐름을 유도할 수 있다. 구체적으로 재순환 유로(480)는 유량계(410), 블로워(420), 버너(440), 및 분해 챔버(450)를 연결하는 구간에서 소용돌이 모양으로 형성될 수 있다.According to the arrangement as described above, in the selective
또한, 우레아 공급부(460)는 분해 챔버(450)에 이웃하도록 배치하여 우레아를 분해 챔버(450)에 공급하기 위한 라인을 최소화할 수 있다.In addition, the
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)을 설명한다.Hereinafter, a selective
도 4는 선택적 촉매 환원 시스템(103) 중에서 열풍기(430)와 분해 챔버(450)만 도시하고 있다. 본 발명의 제3 실시예에서, 열풍기(430)는 제1 실시예의 블로워(420)와 버너(440)를 대신한다. 즉, 본 발명의 제3 실시예는 블로워(420)와 버너(440)를 대신하여 열풍기(430)가 사용된 것을 제외하면 제1 실시예와 동일하다.4 shows only the
구체적으로, 열풍기(430)는 내부에 송풍부(432)와 가열부(434)를 포함할 수 있다. 그리고 가열부(434)는 히터일 수 있다.Specifically, the
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(103)에서는, 열풍기(430) 하나로 제1 실시예의 블로워(420) 및 버너(440)를 대신하므로, 전체적인 구성을 더욱 간소화할 수 있다.By this configuration, in the selective
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.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. will be.
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.Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims, the meaning and scope of the claims, and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.
101, 102, 103: 선택적 촉매 환원 시스템
210: 제1 지지대
220: 제2 지지대
301: 반응기 유닛
310: 본체부
314: 개구
319: 본체 배출구
340: 바이패스부
341: 유입구
349: 바이패스 배출구
343: 가이드 베인
360: 환원제 분사부
401, 402: 환원제 공급 유닛
410: 유량계
420: 블로워
430: 열풍기
440: 버너
450: 분해 챔버
460: 우레아 공급부
480: 재순환 유로101, 102, 103: selective catalytic reduction system
210: first support
220: second support
301: reactor unit
310: body part
314: opening
319: body outlet
340: bypass unit
341: inlet
349: bypass outlet
343: guide vane
360: reducing agent injection unit
401, 402: reducing agent supply unit
410: flow meter
420: blower
430: hot air blower
440: burner
450: decomposition chamber
460: urea supply
480: recirculation flow path
Claims (9)
상기 제1 지지대의 상부, 하부, 또는 측부에 분리 가능하게 결합되어 다단 구조를 형성하는 제2 지지대;
상기 제1 지지대에 지지되어 배기가스에 함유된 질소산화물을 환원제와 반응시켜 질소산화물을 저감시키는 반응기 유닛; 및
상기 제2 지지대에 지지되어 상기 반응기 유닛과 분리 가능하게 연결되며, 환원제를 분해 생성하여 상기 반응기 유닛에 공급하는 환원제 공급 유닛
을 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.a first support;
a second support detachably coupled to an upper portion, a lower portion, or a side portion of the first supporter to form a multi-stage structure;
a reactor unit supported on the first support and reacting nitrogen oxides contained in exhaust gas with a reducing agent to reduce nitrogen oxides; and
A reducing agent supply unit supported by the second support and detachably connected to the reactor unit, decomposing a reducing agent and supplying it to the reactor unit
A selective catalytic reduction system comprising a.
상기 환원제 공급 유닛은 상기 제2 지지대와 함께 상기 제1 지지대에 지지된 상기 반응기 유닛으로부터 분리 가능한 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.According to claim 1,
The reducing agent supply unit is a selective catalytic reduction system, characterized in that separable from the reactor unit supported on the first support together with the second support.
상기 반응기 유닛은,
일 단부에 본체 배출구가 형성되고 타 측면에 개구가 형성된 본체부;
상기 개구가 형성된 상기 본체부의 타 측면에 일체로 결합되어 상기 개구를 통해 상기 본체부의 내부와 연통되며, 일 단부에서 유입구가 형성되고 타 단부에 바이패스 배출구가 형성된 바이패스부; 및
상기 반응기 본체부의 내부에서 상기 개구와 상기 본체 배출구 사이에 배치된 촉매
를 포함하는 것을 특징으로 하는 According to claim 1,
The reactor unit is
a body portion having a main body outlet formed at one end and an opening formed at the other side thereof;
a bypass part integrally coupled to the other side of the body part having the opening and communicating with the inside of the body part through the opening, an inlet at one end and a bypass outlet at the other end; and
a catalyst disposed between the opening and the body outlet in the interior of the reactor body
characterized by comprising
상기 반응기 유닛은 상기 본체부의 상기 개구에 인접한 상기 바이패스부의 내부에 설치되어 상기 개구를 통해 상기 본체부의 내부로 유입되는 배기가스가 상기 촉매와 고르게 접촉하도록 배기가스를 확산 이동시키는 가이드 베인(guide vane)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.4. The method of claim 3,
The reactor unit is installed inside the bypass unit adjacent to the opening of the main body, and is a guide vane for diffusing and moving the exhaust gas so that the exhaust gas flowing into the body through the opening evenly contacts the catalyst ) Selective catalytic reduction reactor, characterized in that it further comprises.
상기 반응기 유닛은 상기 유입구에 결합되어 상기 환원제 공급 유닛으로부터 공급받은 환원제를 분사하는 환원제 분사부를 더 포함하며,
상기 환원제 분사부에서 분사된 환원제는 상기 바이패스부의 내부에서 배기가스와 혼합된 후 상기 개구를 통해 상기 반응기 본체부로 유입되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.4. The method of claim 3,
The reactor unit further comprises a reducing agent injection unit coupled to the inlet to spray the reducing agent supplied from the reducing agent supply unit,
Selective catalytic reduction reactor, characterized in that the reducing agent injected from the reducing agent injection unit is mixed with the exhaust gas inside the bypass unit and then introduced into the reactor body through the opening.
상기 환원제 분사부가 환원제를 분사할 때, 상기 유입구를 통해 상기 바이패스부로 유입된 배기가스는 상기 개구를 통해 상기 반응기 본체부로 이동한 후 상기 촉매를 거쳐 상기 본체 배출구로 배출되고,
상기 환원제 분사부가 환원제를 분사하지 않을 때, 상기 유입구를 통해 상기 바이패스부로 유입된 배기가스는 상기 바이패스 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.6. The method of claim 5,
When the reducing agent injecting unit injects the reducing agent, the exhaust gas introduced into the bypass unit through the inlet moves to the reactor body through the opening and then is discharged to the main body outlet through the catalyst,
Selective catalytic reduction reactor, characterized in that when the reducing agent injection unit does not inject the reducing agent, the exhaust gas introduced into the bypass unit through the inlet is discharged to the bypass outlet.
상기 환원제 공급 유닛은,
양 단이 상기 반응기 유닛의 본체부 후단과 상기 환원제 분사부에 각각 분리 가능하게 연결된 재순환 유로;
상기 재순환 유로 상에 설치된 유량계;
상기 재순환 유로 상에 설치된 블로워;
상기 재순환 유로 상에 설치된 버너;
상기 재순환 유로 상에 설치된 분해 챔버; 및
상기 분해 챔버에 우레아를 공급하는 우레아 공급부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.6. The method of claim 5,
The reducing agent supply unit,
a recirculation passage having both ends separably connected to the rear end of the main body of the reactor unit and the reducing agent injection unit;
a flow meter installed on the recirculation passage;
a blower installed on the recirculation passage;
a burner installed on the recirculation passage;
a decomposition chamber installed on the recirculation passage; and
A urea supply unit for supplying urea to the decomposition chamber
A selective catalytic reduction system comprising a.
상기 유량계는 상기 반응기 유닛에서 가장 먼 곳에 설치되며,
상기 분해 챔버는 상기 유량계와 상기 반응기 유닛 사이에 배치되고,
상기 블로워는 상기 유량계를 거친 배기가스를 상기 반응기 유닛 방향으로 송풍시키고,
상기 블로워가 송풍시킨 배기가스는 상기 버너에 의해 가열되어 상기 분해 챔버 방향으로 이동하며,
상기 우레아 공급부는 상기 분해 챔버에 이웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.8. The method of claim 7,
The flow meter is installed at the farthest from the reactor unit,
the decomposition chamber is disposed between the flow meter and the reactor unit;
The blower blows the exhaust gas that has passed through the flow meter in the direction of the reactor unit,
The exhaust gas blown by the blower is heated by the burner and moves toward the decomposition chamber,
The selective catalytic reduction system, characterized in that the urea supply is arranged adjacent to the decomposition chamber.
상기 환원제 공급 유닛은,
상기 반응기 유닛의 본체부 후단과 상기 환원제 분사부를 연결하는 재순환 유로;
상기 재순환 유로 상에 설치된 유량계;
상기 재순환 유로 상에 설치된 열풍기;
상기 재순환 유로 상에 설치된 분해 챔버; 및
상기 분해 챔버에 우레아를 공급하는 우레아 공급부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.6. The method of claim 5,
The reducing agent supply unit,
a recirculation passage connecting the rear end of the main body of the reactor unit and the reducing agent injection unit;
a flow meter installed on the recirculation passage;
a hot air fan installed on the recirculation passage;
a decomposition chamber installed on the recirculation passage; and
A urea supply unit for supplying urea to the decomposition chamber
A selective catalytic reduction system comprising a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020190157083A KR20210067455A (en) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | Selective catalytic reduction system |
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Family Applications (1)
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- 2019-11-29 KR KR1020190157083A patent/KR20210067455A/en unknown
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