KR20170035683A - 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치 - Google Patents

상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20170035683A
KR20170035683A KR1020150134886A KR20150134886A KR20170035683A KR 20170035683 A KR20170035683 A KR 20170035683A KR 1020150134886 A KR1020150134886 A KR 1020150134886A KR 20150134886 A KR20150134886 A KR 20150134886A KR 20170035683 A KR20170035683 A KR 20170035683A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
exhaust gas
post
selective catalytic
particulate filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020150134886A
Other languages
English (en)
Inventor
이석길
이재환
노상욱
김안성
염지영
김진수
Original Assignee
(주)세움
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)세움 filed Critical (주)세움
Priority to KR1020150134886A priority Critical patent/KR20170035683A/ko
Publication of KR20170035683A publication Critical patent/KR20170035683A/ko
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00—Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/02—Combinations of different methods of purification filtering and catalytic conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/05—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a particulate sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y02T10/20—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치는 엔진(1)에서 배출되는 배기가스 배기관(4) 상에 위치하는 디젤 산화 촉매유닛(10), 상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 산화 촉매유닛(10)의 후방에 배치되는 디젤 입자 필터유닛(20), 상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 이격 배치되는 선택적 촉매 환원유닛(30), 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)으로 환원제를 분사하는 도징 유닛(50), 및 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치되는 혼합기(60)를 포함하고, 상기 혼합기(60)는 상기 도징 유닛(50)의 후단 상에 설치된다.

Description

상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치{Post-processing apparatus for reducing exhaust gas of commercial vehicle}
본 발명은 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배기가스 유동로 상에 분무되는 요소수 조절을 통해 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행하는 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치의 제조 기술에 관한 것이다.
최근 국내외적으로 발생되는 미세먼지의 유입은 대기오염으로 인한 사망률과 유병율의 증가를 유도하고, 이는 급속한 산업화 과정에서 사용되는 화석연료가 대기오염의 주요 원인으로 확인되고 있다. 과거에는 오염물질 배출에 대한 규제가 강화되는 경우에는, 대기오염이 인간의 건강에 큰 위협요소가 되지 않을 것으로 생각하는 경향이 있었으나, 최근 미국 및 유럽과 같이 대기오염 수준이 낮은 국가에서도 대기오염이 사망률 및 유병률 증가가 유의한 관련이 있는 것으로 보고되고 있다는 점에서 문제점이 증가되는 추세이다.
우리나라에서는 1990년대 후반을 기점으로 대기오염에 대한 중요성을 인식하고 이에 대한 방지 기술을 연구하고 있으며, 특히 다른 나라에 비해 미세먼지의 농도가 상대적으로 높기 때문에 미세먼지 노출로 인한 위해성은 매우 높을 것으로 파악되고 있다.
미세먼지 입자는 매우 복잡한 성분을 가진 대기 중에서 부유하고 있는 물질이며, 대부분 자동차 배기가스 및 도로의 먼지 등으로부터 발생하는 경향이 있고,일반적으로는 미세입자의 직경이 0.1 내지 2.5㎛, 극미세입자는 직경이 0.1㎛ 미만인 물질을 의미한다.
최근 국내외적으로 PM10(≤10㎛) 또는 PM2.5(≤2.5㎛)에 대한 중요성을 인식하고 다양한 규제 장치를 마련하고 있지만 이보다 더 작은 크기의 물질의 잠재적 위험성이 더 큰 것으로 판단하고 이에 대한 예방 기술 연구를 진행하고 있다. 특히, 직경 100nm 이하인 극미세먼지는 입자의 크기가 작을수록 표면적의 증가로 인해 인체 위해성 또한 증가할 것으로 보고되고 있으며, 자동차 배기가스의 대부분이 극미세입자로 이루어져 있어, 극미세입자는 도시지역 대기오염 증가의 주요 원인으로 알려져 있다.
자동차의 배기가스로 인한 환경오염 문제를 극복하기 위한 예방적 차원에서 선진 각국에서는 2005년부터 후처리장치를 적용하지 않고서는 PM, CO2 및 NOX 등 오염물질에 대한 규제를 만족시킬 수 없도록 규제를 강화하고 있다.
이미 현재도 배기규제를 단계적으로 강화하고 있고 EURO-Ⅴ수준으로 디젤 자동차의 배출가스 규제를 하고 있을 뿐만 아니라 상용차량에 대한 EURO-Ⅵ 대응 배기 정화 장치 개발이 전무하여 이에 대한 개발이 필요한 실정이다. 또한, 국내외 환경규제에 따른 자동차의 배기규제 강화에 대응할 수 있는 배기가스 정화장치 개발이 시급하나 국내 3.5톤급 트럭차량에 대한 EURO-Ⅵ 대응 배기 정화 장치 개발이 전무하여 이에 대한 개발이 필요한 실정이다.
디젤 차량의 배기가스 정화장치를 제시하는 종래의 문헌으로는 등록특허 제10-1191883호(2012.10.16)를 참조할 수 있다. 상기 발명은 고활성의 촉매를 코팅 한 디젤산화촉매와 디젤입자필터로 구성된 후처리 장치의 상부에 연료분사장치를 구비하여 장치 구성비와 운용비를 저렴하게 한 디젤 차량의 배기가스 정화장치 기술을 개시하지만, 국내외 환경규제에 따른 자동차의 배기규제 강화에 대응할 수 있는 배기가스 정화장치 기준에는 미치지 못한다는 점 및 배기가스 온도가 낮은 중소형 차량과 근거리 저속운행 차량에 적용가능한 후처리 장치에 열원을 발생할 수 있는 방안에 집중한다는 한계가 있다.
(특허문헌 1) KR10-1191883 B
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 디젤 엔진에서 요구되는 다량의 환원제에 대한 제어를 위하여 요소수 분무를 최적화하는 동시에 분사된 요소수를 공급되는 배기가스와 빠르고 균등하게 혼합하기 위한 혼합기 설계를 통하여 향후 EURO-Ⅵ 기준을 만족할 수 있도록 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행하는 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치를 제공하는 것이 목적이다.
또한, 우수한 내구성과 가격 경쟁력을 확보할 수 있도록 DOC, DPF, SCR, AOC를 포함하는 복합 시스템으로 PM 및 NOX 를 동시 제거하기 위한 후처리장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치는 엔진(1)에서 배출되는 배기가스 배기관(4) 상에 위치하는 디젤 산화 촉매유닛(10); 상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 산화 촉매유닛(10)의 후방에 배치되는 디젤 입자 필터유닛(20); 상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 이격 배치되는 선택적 촉매 환원유닛(30); 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)으로 환원제를 분사하는 도징 유닛(50); 및 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치되는 혼합기(60);를 포함하고, 상기 혼합기(60)는 상기 도징 유닛(50)의 후단 상에 설치된다.
상기 후처리장치는, 상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 후방에 연결배치되는 암모니아 산화 촉매유닛(40);을 더 포함한다.
상기 혼합기(60)는 상기 배기가스 배기관(4)의 내주면에 밀착하는 형태로 부설된다.
상기 혼합기(60)는,복수의 동심원들(62)이 반경 방향을 따라 소정 간격을 이룬채 배치되는 몸체(61) 및 상기 몸체(61)의 일측 전면부 상에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 복수의 가이드 블레이드(65)를 포함하며, 상기 복수의 가이드 블레이드(65)는 상기 몸체(61)의 중심에서 가장자리 측으로 반경 방향을 따라 연장 배치되며, 소정 각도로 기울어진 상태로 배치된다.
상기 후처리장치는, 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)을 통해 입자상 물질(PM,particulate matter)의 포집량을 감지하는 제1물질 감지부(91); 및 상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 전방과 상기 암모니아 산화 촉매유닛(40)의 후방에 배치되는 제2물질 감지부(93);를 더 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치는 디젤 엔진에서 요구되는 다량의 환원제에 대한 제어를 위하여 요소수 분무를 최적화하는 동시에 분사된 요소수를 공급되는 배기가스와 빠르고 균등하게 혼합하기 위한 혼합기 설계를 통하여 향후 EURO-Ⅵ 기준을 만족할 수 있도록 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행한다.
본 발명은 국내 상용차의 EURO-Ⅵ 배기규제를 만족시킬 수 있는 제품 개발을 통해 농기계 및 건설기계 분야의 배기 규제에 만족하는 후처리장치 개발 능력을 확보하고, 상용차량에 대응하는 후처리장치에 대한 자체 기술 확보로 선진제조사와의 기술 경쟁력을 확보하고 수입 대체에 기여할 것으로 예상된다.
디젤에서 배출되는 PM 및 NOX를 저감하는 EURO-Ⅵ 대응 3.5톤급 후처리장치 개발은 국내 최초 개발되는 장치로써 해외 주요 선진 제조사가 주도하고 있는 분야에서 국내 기술경쟁력을 확보할 수 있으며, 세계 트럭 및 버스 후처리장치 개발 분야에 대한 경쟁력을 갖출 수 있는 계기가 될 것이다.
본 발명의 핵심기술인 DOC, DPF 및 SCR 복합배기시스템은 국내 EURO-Ⅵ 대응 후처리 배기시스템 기술을 확보할 수 있는 계기로써 해외 선진제조사와 비교하여 기술력 동등 수준의 원가경쟁력을 확보할 수 있다.
본 발명은 최근 디젤기관의 분사압력이 증가됨으로 인하여 수십 나노 이하의 미세입자의 배출량이 증대하고 있는 실정으로 인해 극미세입자의 환경적 폐해가 지속적으로 보고되고 있는 상황에서 PM의 양적 포집 및 입자 포집 성능을 극대화할 수 있을 것이며, PM과 질소산화물의 동시 저감이 가능한 배기시스템으로서 환경오염 물질을 저감할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명에 따라 엔진으로부터 배기되는 가스에 대한 후처리장치의 전체적인 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감용 후처리장치의 개념도이다.
도 3은 혼합기(60)의 사시도이다.
도 4는 열 유동해석을 위하여 후처리장치의 간소화된 모델이다.
도 5는 내부 열 유동해석에 대한 해석 조건을 나타내는 표이다.
도 6은 내부 열 유동해석에 대한 해석 결과이다.
도 7은 도징 유닛(50)의 배치를 보이는 도면이다.
도 8은 도징 유닛(50)과 선택적 촉매 환원유닛(30) 간의 배치를 보이는 도면이다.
도 9는 혼합기(60)가 배치된 배기관(4)의 형상을 보이는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치를 설명한다.
배기가스 저감용 후처리장치는 배기 재순환 장치(EGR,exhaust gas recirculater,2)이 장착된 엔진(1)에서 배출되는 배기가스 배기관(4) 상에 순차적으로 위치하는 탄화수소 공급유닛(70), 탄화수소 공급유닛(70)의 후방에 연결배치되는 디젤 산화 촉매유닛(10), 디젤 산화 촉매유닛(10)의 후방에 배치되는 디젤 입자 필터유닛(Diesel Particulate Filter Unit, 20), 배기가스 배기관(4)을 따라 디젤 입자 필터유닛(20)과 이격 배치되는 선택적 촉매 환원유닛(Selective Catalytic Reduction Unit, 30), 선택적 촉매 환원유닛(30)의 후방에 연결배치되는 암모니아 산화 촉매유닛(Oxidation Catalyst Unit, 40), 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 배기가스 배기관(4)로 환원제를 분사하는 도징 유닛(50), 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치되는 혼합기(60), 배기가스 배기관(4) 상에 배치되는 복수의 온도 감지 센서(81,82,83,84), 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 배기가스 배기관(4)을 통해 입자상 물질(PM,particulate matter)의 포집량을 감지하는 제1물질 감지부(91), 선택적 촉매 환원유닛(30)의 전방과 암모니아 산화 촉매유닛(40)의 후방에 배치되는 제2물질 감지부(93)를 포함한다.
디젤 산화 촉매유닛(10)은 배기가스의 HC와 CO가 H2O와 CO2로 화학변화 내지 산화하는 것을 지원하는 일종의 반응촉진 기능을 하는 것으로서, 촉매의 형상은 펠릿형 또는 벌집 형태의 모놀리스형을 채용할 수 있고, 담체의 재질은 알루미나 세라믹의 표면에 로듐이나 팔라듐을 코팅할 수 있다. 디젤 엔진의 Lube Oil 및 연료의 입자상(Particulate Phase)으로 이루어진 용해성 유기물질(SOF,Soluble Organic Fraction)은 PM의 구성성분 중 높은 비중을 차지하는데, 이들은 디젤 산화 촉매유닛(10)을 통해 상당 부분 제거된다.
디젤 산화 촉매유닛(10)은 전체 PM 질량의 저감에 있어 중요한 역할을 하고 NOX 규제 대응을 위해 선택적 촉매 환원유닛(30)의 효율이 매우 중요한 요소이므로 NO와 NO2의 비율을 적절히 조절하여 낮은 배기온도 환경에서도 SCR의 높은 NOX 정화효율을 유지한다.
디젤 입자 필터유닛(20)은 PM 포집 및 재생 기술을 실시하며, 기본적으로 필터, 재생장치, 제어장치의 3부분을 포함한다. 필터의 재질이나 형상은 디젤 입자 필터 시스템의 성능을 결정하는 중요한 인자로서 모노리스 타입이 가장 보편적인 형태이며 카트리지 형태, knit 형태 타입 등도 채용할 수 있다. 필터 재질은 cotdierite, 실리콘 카바이트(SiC), 파이버, 금속분말 등을 포함하는 그룹 중에서 어느 하나를 채용할 수 있다.
디젤 입자 필터유닛(20)의 재생 방식은 강제 재생방식 및 자연 재생방식을 채용한다. 강제 재생방식은 포집된 PM을 Soot 점화온도인 500 ~ 600℃까지 외부적에서 강제적으로 가열하는 방법으로 전기히터, 버터 등을 사용한다. 자연 재생방식은 촉매나 첨가제를 이용하여 Soot 점화온도를 원래보다 250℃ 정도까지 낮추고 엔진배출가스 온도를 재생시키는 방법으로서, 필터 트랩의 촉매코팅, 연료에 첨가제를 공급, 트랩 전방에서 연료를 분사시킨다.
선택적 촉매 환원유닛(30)에서는 차량의 배기가스에 다량 포함되는 NOX 가스 상에 우레아 수용액(NH2CO) 또는 암모니아(NH3)를 분사하여 NOX를 질소, 수증기로 환원시키게 한다. 선택적 촉매 환원유닛(30)의 촉매 구조 중 일부는 펠릿이나 균일 모노리스 상에 돌출된 구조일 수 있고, 다른 일부는 평행한 금속판 또는 세라믹으로 된 벌집형 구조에 지지된 구조일 수 있다.
암모니아는 순수한 무수(無水) 또는 함수(含水)를 포함하는 두가지 타입의 암모니아가 사용된다. 무수 암모니아는 독성 및 위험성이 있으며, 증기압이 높기 때문에 두꺼운 압력용기와 파이프를 필요로 한다. 함수 암모니아는 상대적으로 덜 위험하고 다루기 쉽다. 일반적으로 산업용 암모니아는 무게기준으로 볼 때 27%의 암모니아와 73%의 물로 이루어져 있는데, 보통 온도에서 거의 대기압 수준의 증기압을 가지고 있기 때문에 쉽게 운송하기 편리하다.
선택적 촉매 환원유닛(30)에서의 반응 과정을 위해서는 정확한 양의 암모니아 분사율을 제어할 수 있어야 하는데, 암모니아를 충분하지 않게 분무하면 NOX의 변환 효율이 낮아지고 너무 많이 분사하면 대기 중으로 암모니아가 배출되어버리는문제점이 있는바, 도징 유닛(50)의 기능이 중요하게 된다.
우레아는 암모니아 대신 환원제로 사용될 수 있는데, 암모니아와 비교해서 우레아는 비교적 독성이 없고 안전하며 취급이 쉬워 자동차의 SCR 촉매용으로 많이 사용된다. 우레아의 용해도는 50% 이상이지만, SCR 시스템에 사용되는 우레아 수용액의 농도는 일반적으로 32.5%wt.일 수 있다. 상기 농도에서 우레아는 -11℃의 결정점을 갖는 공융액이 되고, 이러한 우레아 공융액을 사용하면 결정화가 일어나는 동안 액체와 고체상의 농도가 같다는 장점을 이용할 수 있다. 즉, 우레아 탱크에서 부분적인 응결에 따른 결정화가 진행되어도 SCR 시스템으로 공급되는 우레아 수용액의 농도는 변하지 않는다는 장점이 있다.
상기 탄화수소 공급유닛(70), 디젤 산화 촉매유닛(10), 디젤 입자 필터유닛(20) 등은 배기가스 배기관(4) 상에서 그 양측이 연결되도록 플랜지와 같은 고정부가 형성된 관형태의 하우징으로 형성될 수 있다. 디젤 산화 촉매유닛(10) 및 디젤 입자 필터유닛(20)은 하나의 일체화된 모듈로 제조하여 전체적인 크기를 줄일 수 있다.
마찬가지로, 선택적 촉매 환원유닛(30)과 암모니아 산화 촉매유닛(40)도 하나의 일체화된 모듈로 제조하여 전체적인 크기를 줄일 수 있다.
본 발명은 3.5톤급 상용 EURO-Ⅵ 대응 후처리시스템을 제공하고자 하는 것으로서, 적정 수준의 배기 재순환 장치(EGR)를 사용하고, DPF 성능을 강화하여 연소실에서 증가된 PM을 대응하는 방안을 강구한다. 이 경우에 고효율 SCR에 부가되는 높은 기술적 장벽을 해소할 수 있고, EURO-Ⅴ등에 적용된 기술적 요소를 적극 활용할 수 있는 장점이 있다.
한편, EURO-Ⅵ SCR 기술에 있어 가장 중요한 요소는 높은 NOX 정화효율을 확보하는 것이 중요한데, 특히 Heavy-Duty 디젤에서는 환원제의 필요량이 많기 때문에 요소수 분무 제어를 최적화하지 못하면 요소(Urea) Deposit 생성 등 2차 문제를 불러올 수 있기 때문에 분사된 요소수를 빠르고 균등하게 배기와의 혼합을 촉진시키기 위한 혼합기(60)를 설치하여 이를 방지하고자 한다.
도징 유닛(50)은 배기가스 배기관(4) 내부로 환원제를 분사하는 기능을 하는 것으로서, 디젤 입자 필터유닛(20)을 거쳐 토출되는 배기가스 상으로 요소수를 분사한다. 상기의 분사 과정에서 요소수와 배기가스의 균일한 혼합을 가능하게 하기 위해서 혼합기(60)가 도징 유닛(50)의 후단 상에 설치된다.
혼합기(60)는 배기가스 배기관(4)의 내주면에 밀착하는 형태로 부설된다. 일예로서 중공 원통 형상의 배기가스 배기관(4) 내에 부설되는 혼합기(60)는 그 외측 직경이 배기가스 배기관(4)의 내면 직경에 부합하도록 설치된다.
도 3을 참조하면, 혼합기(60)는 직경이 상이하며 일정한 폭을 갖는 복수의 동심원들(62)이 반경 방향을 따라 소정 간격을 이룬채 배치되는 몸체(61) 및 상기 몸체(61)의 일측 전면부 상에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 복수의 가이드 블레이드(65)를 포함한다.
복수의 가이드 블레이드(65)는 각각 몸체(61)의 중심에서 가장자리 측으로 반경 방향을 따라 연장 배치되며, 전체적으로는 소정 각도로 기울어진 상태로 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
도 7을 참조하면, 도징 유닛(50)은 배기가스 정화 성능 향상을 위하여 우레아 분무액이 혼합기(60)의 전면에 고르게 분사될 수 있도록 그 분사각도를 최적화된다. 이를 위해 도징 유닛(50)은 배기가스 배기관(4) 상에 형성된 돌출부 상에 경사진 상태로 배치된다.
한편, 도 8을 참조하면, 도징 유닛(50)에서 선택적 촉매 환원유닛(30) 전단까지의 최적 거리를 설정함으로써 배기가스의 정화 성능을 극대화할 수 있다.
도 9를 참조하면, 도징 유닛(50)이 배치되는 배기가스 배기관(4)을 둘러싸는 형태로 단열재(5)를 부가할 수 있다. 상기 단열재(5)는 배기가스 배기관(4) 내부의 공간 중에서 도징 유닛(50)에서 혼합기(60)에 이르는 공간인 혼합 챔버에 대한 단열을 수행한다. 이를 통해 우레아의 결정화를 방지하는 동시에 촉매의 배기가스 정화 성능 향상을 위한 배기가스 온도 유지를 가능하게 한다.
이하, 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치에 대한 내부 열 유동해석을 설명한다.
본 내부 열 유동해석은 내부구조 최적화를 통하여 3.5톤급 상용 EURO-Ⅵ 대응 후처리 장치의 NH3 정화율 증대를 위하여 혼합기(60) 개선 및 SCR 전단 타공판 설치에 따른 유동특성을 평가하기 위한 것이다.
도 4는 열 유동해석을 위하여 모델 간소화 작업을 진행한 것이고, 도 5는 내부 열 유동해석에 대한 해석 조건 및 결과를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 디젤 산화 촉매유닛(10), 디젤 입자 필터유닛(20) 및 선택적 촉매 환원유닛(30)에 있어서, 모두 유속 균일도를 만족하는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치는 디젤 엔진에서 요구되는 다량의 환원제에 대한 제어를 위하여 요소수 분무를 최적화하는 동시에 분사된 요소수를 공급되는 배기가스와 빠르고 균등하게 혼합하기 위한 혼합기 설계를 통하여 향후 EURO-Ⅵ 기준을 만족할 수 있도록 상용차량에서 발생되는 매연, PM, NOX 저감을 효과적으로 수행한다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 엔진(1)에서 배출되는 배기가스 배기관(4) 상에 위치하는 디젤 산화 촉매유닛(10);
    상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 산화 촉매유닛(10)의 후방에 배치되는 디젤 입자 필터유닛(20);
    상기 배기가스 배기관(4)을 따라 상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 이격 배치되는 선택적 촉매 환원유닛(30);
    상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)으로 환원제를 분사하는 도징 유닛(50); 및
    상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치되는 혼합기(60);를 포함하고,
    상기 혼합기(60)는 상기 도징 유닛(50)의 후단 상에 설치되는,
    배기가스 저감용 후처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 후처리장치는,
    상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 후방에 연결배치되는 암모니아 산화 촉매유닛(40);을 더 포함하는,
    배기가스 저감용 후처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합기(60)는 상기 배기가스 배기관(4)의 내주면에 밀착하는 형태로 부설되는,
    배기가스 저감용 후처리장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합기(60)는,
    복수의 동심원들(62)이 반경 방향을 따라 소정 간격을 이룬채 배치되는 몸체(61) 및 상기 몸체(61)의 일측 전면부 상에 원주 방향을 따라 소정 간격으로 배치되는 복수의 가이드 블레이드(65)를 포함하며,
    상기 복수의 가이드 블레이드(65)는 상기 몸체(61)의 중심에서 가장자리 측으로 반경 방향을 따라 연장 배치되며, 소정 각도로 기울어진 상태로 배치되는,
    배기가스 저감용 후처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 후처리장치는,
    상기 디젤 입자 필터유닛(20)과 선택적 촉매 환원유닛(30)의 사이에 배치된 상태에서 상기 배기가스 배기관(4)을 통해 입자상 물질(PM,particulate matter)의 포집량을 감지하는 제1물질 감지부(91); 및
    상기 선택적 촉매 환원유닛(30)의 전방과 상기 암모니아 산화 촉매유닛(40)의 후방에 배치되는 제2물질 감지부(93);를 더 포함하는,
    배기가스 저감용 후처리장치.
KR1020150134886A 2015-09-23 2015-09-23 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치 Ceased KR20170035683A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150134886A KR20170035683A (ko) 2015-09-23 2015-09-23 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150134886A KR20170035683A (ko) 2015-09-23 2015-09-23 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170035683A true KR20170035683A (ko) 2017-03-31

Family

ID=58500909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150134886A Ceased KR20170035683A (ko) 2015-09-23 2015-09-23 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170035683A (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190108681A (ko) * 2018-03-15 2019-09-25 주식회사 이알인터내셔널 운행차용 선택적 환원촉매 시스템
KR20200012372A (ko) 2018-07-27 2020-02-05 디젠스 주식회사 차량의 배기가스 후처리장치
KR20200070790A (ko) 2018-12-10 2020-06-18 현대자동차주식회사 변수적용방식 필터재생 제어방법 및 차량 후처리 시스템
CN112112717A (zh) * 2020-10-16 2020-12-22 中国矿业大学 一种矿用防爆柴油机尾气净化装置
CN118934160A (zh) * 2024-08-30 2024-11-12 烟台鲁吉汽车科技有限公司 一种商用车柴油发动机尾气自适应后处理装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190108681A (ko) * 2018-03-15 2019-09-25 주식회사 이알인터내셔널 운행차용 선택적 환원촉매 시스템
KR20200012372A (ko) 2018-07-27 2020-02-05 디젠스 주식회사 차량의 배기가스 후처리장치
KR20200070790A (ko) 2018-12-10 2020-06-18 현대자동차주식회사 변수적용방식 필터재생 제어방법 및 차량 후처리 시스템
CN112112717A (zh) * 2020-10-16 2020-12-22 中国矿业大学 一种矿用防爆柴油机尾气净化装置
CN112112717B (zh) * 2020-10-16 2024-05-14 中国矿业大学 一种矿用防爆柴油机尾气净化装置
CN118934160A (zh) * 2024-08-30 2024-11-12 烟台鲁吉汽车科技有限公司 一种商用车柴油发动机尾气自适应后处理装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Reşitoğlu et al. The pollutant emissions from diesel-engine vehicles and exhaust aftertreatment systems
RU2651917C2 (ru) Близко размещенная система scr
JP5814333B2 (ja) 排気処理方法
KR101651950B1 (ko) 이중 기능 촉매 필터
KR101631149B1 (ko) 암모니아 분해 모듈을 가지는 디젤엔진 배기가스 배출장치
US20130111886A1 (en) Electronically Heated NOx Adsorber Catalyst
CN102869430A (zh) 采用选择还原催化剂的废气净化催化剂装置、废气净化方法以及搭载了废气净化催化剂装置的柴油汽车
CN103582523A (zh) 废气净化装置
US20190162091A1 (en) Cold start-compatible urea scr system
US20110239624A1 (en) Apparatus and method for regenerating an exhaust filter
CN107806358B (zh) 用于控制废气处理系统的方法
US20180038298A1 (en) Method for controlling an exhaust gas treatment system
KR20170035683A (ko) 상용차량의 배기가스 저감용 후처리장치
KR101795402B1 (ko) 배기 시스템
US9945278B2 (en) Exhaust gas mixer
KR20140062899A (ko) 차량의 배기 가스 정화장치
CN103958033B (zh) 废气后处理系统、用于所述系统的催化剂及其制备方法
KR20120036004A (ko) 버너를 사용하여 배출가스 저감 성능을 향상시키는 자동차 배출가스 저감 장치
CA2706441A1 (en) Methods for reducing emissions from diesel engines
KR102316701B1 (ko) 배기가스 후처리 장치 및 이를 포함하는 콤바인
JP2004138022A (ja) ディーゼル排ガスの処理方法および装置
JP6020105B2 (ja) ディーゼルエンジンの排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
CN106471230A (zh) 用于燃烧式发动机的排放气体后处理装置
JP5875562B2 (ja) 排ガス処理装置及び排ガス処理方法
CN108071451A (zh) 具有NOx存储能力的选择性催化还原过滤器装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20150923

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20160921

Patent event code: PE09021S01D

E90F Notification of reason for final refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event date: 20161226

Patent event code: PE09021S02D

E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20170307

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20161226

Comment text: Final Notice of Reason for Refusal

Patent event code: PE06011S02I

Patent event date: 20160921

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

PG1501 Laying open of application