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KR100899915B1 - 배기가스 정화장치 - Google Patents

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KR100899915B1
KR100899915B1 KR1020077022260A KR20077022260A KR100899915B1 KR 100899915 B1 KR100899915 B1 KR 100899915B1 KR 1020077022260 A KR1020077022260 A KR 1020077022260A KR 20077022260 A KR20077022260 A KR 20077022260A KR 100899915 B1 KR100899915 B1 KR 100899915B1
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nitrogen oxide
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타이수케 오노
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

주로 공기 과잉조건에서 운전하는 내연기관 또는 연소기기이더라도, 배출되는 유해성분을 적절히 정화할 수 있는 배기가스 정화장치를 제공한다. 특히, 배기가스 중의 질소산화물, 검댕이 등의 입자상 물질 등을 적절히 제거할 수 있고, 더구나 그 정화능력을 저하시키지 않고 유지될 수 있도록 한다. 내연기관(1)의 배기통로(2)에, 질소산화물을 일시적으로 흡착하여, 당해 흡착한 질소산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 질소산화물 흡착재(4)와, 상기 질소산화물 흡착재(4)보다 배기 상류 측에 배치되어, 배기 또는 공기를 승온 또는 환원분위기로 하는 흡착물질 이탈수단(3)과, 상기 질소산화물 흡착재(4)보다 배기 하류 측에 배치되어, 공기 공급수단(15), 연료 공급수단(6) 및 착화수단(7)을 포함하는 연소장치(5)와, 상기 연소장치(5)보다 배기 하류 측에 배치되어, 배기가스에 함유되는 입자상 물질을 포획할 수 있는 필터장치(40)를 구비한다.

Description

배기가스 정화장치 {EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE}
본 발명은 디젤기관, 가스기관, 가솔린기관 또는 가스터빈기관 등의 내연기관 또는 소각로나 보일러 등의 연소기기의 배기가스를 정화하는 장치에 관한 것으로, 특히 배기통로 내에 설치되어 주로 질소산화물 등을 제거하는 배기가스 정화장치에 관한 것이다.
배기가스 정화의 대상으로 되는 물질은, 질소산화물, 일산화탄소, 미연탄화수소 및 검댕이와 같은 입자상 물질인바, 이들 물질을 정화하는 장치에 대해서는 종래 여러 가지가 개발되어 있다.
질소산화물(NOX)을 줄이기 위한 장치로서는 암모니아나 요소를 환원제로 이용한 환원촉매를 배기통로 중에 설치하고서, 질소산화물을 선택적으로 환원하는 탈초장치(脫硝裝置) 등이 실용화되어 있다. 또, 비교적 소형의 가스기관이나 자동차용 가솔린기관에서는, 질소산화물, 일산화탄소(CO) 및 미연탄화수소(HC)의 삼자를 동시에 분해할 수 있는 삼원촉매가 개발되어 있어서, 배기가스의 효과적인 정화에 기여하고 있다.
그러나 상기 삼원촉매는, 이론 공기연료비 또는 거기에 가까운 범위 내에서 운전되고 있을 때에는 유효하게 정화작용을 발휘하지만, 그 이외의 조건 하, 특히 공기(산소)가 과잉인 배기가스 중에서는 유효하게 작용하지 않는다는 것이 판명되어 있다. 이에 대처하기 위해, 공기 과잉상태에서 운전되는 가스 또는 가솔린기관에서는, 상기 공기(산소) 과잉조건에서의 운전시에 일시적으로 질소산화물을 흡장재(吸藏材)에 흡장시켜 놓은 다음, 연료 과잉조건에서 운전함으로써, 상기 흡장된 질소산화물을 방출·환원하는 질소산화물 흡장 촉매방식이 실용화되어 있다.
그러나 질소산화물 흡장 촉매방식은, 연료 중의 유황성분에 유래하는 배기가스 중의 유황산화물(SOX)에 의해 촉매가 피독(被毒)되어, 질소산화물의 정화능력이 급격히 감소한다는 것이 판명되어 있고, 그 때문에 저유황함유 연료를 사용하는 기관에서만 사용되고 있는 것이 현상이다. 한편, 질소산화물 정화탑(淨化塔) 내에서 흡장재에 의해 질소산화물을 흡장하고, 같은 질소산화물 정화탑 내에서 연소시킴으로써, 흡장재에 흡착되어 있는 질소산화물을 환원함과 더불어 유황산화물 등을 방출하는 구성의 정화장치(특허문헌 1)도 개발되어 있으나, 흡장재를 내장하는 정화탑 내에서 연소하는 구성이기 때문에, 현실적으로 흡장재의 내구성이 문제로 된다.
또, 검댕이 등의 입자상 물질의 제거에는, 전기집진기나 DPF가 실용화되어 있다. 당해 DPF는, 필터에 의해 입자상 물질을 물리적으로 포획하고, 전기히터 등에 의해 상기 포획한 입자상 물질을 소각 제거하도록 되어 있으나, 최근에는, 산화 작용이 있는 촉매성분을 미립자 필터에 담지(擔持)시켜, 입자상 물질을 연속적으로 제거할 수 있는 DPF 도 개발되어 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 2003-27927호 공보
(발명이 해결하고자 하는 과제)
상기 삼원촉매에서는, 이미 설명되어 있듯이, 공기 과잉조건에서 운전되는 내연기관이나 연료기기에서는 촉매기능을 발휘시킬 수가 없고, 또 소형의 가스기관이나 자동차용 가솔린기관에서 실용화되어 있는 상기 질소산화물 흡장 촉매방식에서는, 유황산화물이나 입자상 물질이 포함되는 배기 중에서는 그 정화능력을 효과적으로 발휘시키는 것은 곤란하다.
산업용 내연기관이나 연소기기 및 선박용 내연기관에서는, 공기 과잉조건에서 운전되고 있는 것이 대부분이고, 또 유황성분이 함유되어 있는 연료를 사용하고 있기 때문에, 배기가스 중에는 유황산화물이나 입자상 물질이 많이 포함되어 있어서, 그와 같은 배기가스 중에서도 성능이 충분히 발휘될 수 있는 배기가스 정화장치가 요망되고 있다.
한편, 암모니아나 요소 등을 이용해서 질소산화물을 선택적으로 환원하는 탈초장치는, 비교적 대형의 산업용 내연기관이나 연소기기에 적용되고 있으나, 장치 자체가 대규모여서 너무 고가이고, 또 환원제인 암모니아나 요소의 유지비도 높아진다. 그리고 소비되지 않은 암모니아가 대기 중에 방출될 가능성도 크다.
(발명의 목적)
이에 본 발명은, 주로 공기 과잉조건에서 운전하는 내연기관 또는 연소기기이더라도, 배출되는 유해성분을 적절히 정화할 수 있는 배기가스 정화장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
특히, 배기가스 중의 질소산화물, 검댕이 같은 입자상 물질 등을 적절히 제거할 수 있고, 더구나 그 정화능력을 저하시키지 않고 유지될 수 있도록 하는 것과, 또한 유황성분을 함유하는 연료이더라도 배기가스 중의 질소산화물, 유황산화물 등을 적절히 제거할 수 있고, 더구나 그 정화능력을 저하시키지 않고 유지될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
청구항 1 기재의 발명은, 내연기관 또는 연소기기의 배기통로에 설치되는 배기가스 정화장치에서, 상기 배기통로에, 질소산화물을 일시적으로 흡착하여, 당해 흡착한 질소산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 질소산화물 흡착재와, 상기 질소 산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어, 배기 또는 공기를 승온 또는 환원분위기로 하는 흡착물질 이탈수단과, 상기 질소산화물 흡착재보다 배기 하류 측에 배치되어, 공기 공급수단, 연료 공급수단 및 착화수단을 포함하는 연소장치와, 상기 연소장치보다 배기 하류 측에 배치되어, 배기가스에 함유되는 입자상 물질을 포획하게 되는 필터장치 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 청구항 1의 발명에 의하면, 다음의 작용 효과를 나타낸다.
내연기관 등의 통상운전 중에는, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치가 정지되도록 되어 있고, 배기통로 내에서는, 배기가스 중의 질소산화물이 질소산화물 흡착제에 흡착 제거되고, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질은 필터장치에 의해 포획된다.
질소산화물 흡착재의 흡착량, 또는 필터장치의 포획량이 소정량(예컨대, 포화량)에 이르렀을 때, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치를 작동해서 재생운전을 실행한다. 질소산화물 흡착재는, 흡착한 질소산화물이 흡착물질 이탈수단(離脫手段)에 의해 이탈됨과 더불어, 이탈된 질소산화물은 연소장치에 이송되어 들어가, 연소장치에 의해 적절히 환원 제거된다. 필터장치는, 포획한 미립자상 물질이 연소수단에 의해 소각 제거된다.
여기서, 질소산화물 흡착재와 필터장치는 통상적으로 포화량이 각각 다르고, 재생을 실행할 때의 시간, 온도 등의 조건도 다르다. 따라서, 본 발명에서는, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치의 쌍방을 작동시켜, 예컨대 질소산화물 흡착재의 재생조건에 맞추어 질소산화물 흡착재의 재생과 필터장치의 재생을 동시에 실행하고, 양자의 재생조건의 다름 등에 기인해서 필터장치의 재생이 불충분한 경우에는, 흡착물질 이탈수단을 정지시키고 연소수단만을 작동시켜 필터 장치의 재생을 실행할 수 있다. 이때, 필터장치의 재생조건에 맞추어 연소장치를 작동시킴으로써, 효율 좋게 거의 완전히 미립자상 물질을 제거할 수 있게 된다. 따라서, 질소산화물 흡착재 필터장치와의 쌍방이 적절히 재생되어, 정화능력을 저하시키지 않고 유지될 수 있게 된다. 또, 연료 코스트의 절약도 가능해진다.
청구항 2 기재의 발명은, 청구항 1 기재의 발명에서, 상기 배기통로가 복수의 분기배기통로로 분기되어 있고, 각 분기배기통로의 배기 입구에는, 가스의 유통을 차단할 수 있는 차단수단이 설치되고, 각 분기배기통로에, 상기 질소산화물 흡착재와, 상기 흡착물질 이탈수단과, 상기 연소장치와 상기 필터장치를 갖추고 있되, 상기 흡착물질 이탈수단이, 공기 공급수단을 갖고 또한 공기 공급수단으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 청구항 2의 발명에 의하면, 적어도 1개의 분기배기통로에 내연기관 등으로부터의 배기가스를 흐르게 하고, 나머지 분기배기통로는 배기가스를 차단해서 재생운전을 실행할 수가 있다. 재생운전을 실행하고 있는 분기배기통로는, 배기가스가 차단되어 있기 때문에, 배기가스의 양에 관계없이, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치의 각 공기 공급수단의 공기량을 자유롭게 설정할 수 있다. 따라서, 통상운전상태의 분기배기통로와는 독립해서 재생운전상태의 분기배기통로의 공기량을 적게 설정할 수 있고, 질소산화물 흡착재로부터 질소산화물을 이탈시키기 위해 소비하는 에너지(예컨대 연료유량)와 연소장치에 공급하는 연료유량을 적게 설정할 수 있어서, 연료 코스트의 절약이 달성될 수 있게 된다.
청구항 3 기재의 발명은, 내연기관 또는 연소기기의 배기통로에 설치되는 배기가스 정화장치에서, 상기 배기통로가 복수의 분기배기통로로 분기되어 있고, 각 분기배기통로의 배기 입구 및 배기 출구에 가스의 유통을 차단할 수 있는 차단수단이 설치되어 있고, 각 분기배기통로에서의 배기 출입구의 상기 차단수단의 사이에는, 질소산화물을 일시적으로 흡착하여, 당해 흡착한 질소산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 질소산화물 흡착재와, 상기 질소산화물 흡착재보다 배기 하류 측에 배치되어, 공기 공급수단을 가짐과 더불어, 공기 공급수단으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 하는 흡착물질 이탈수단과, 상기 질소산화물 흡착재로부터 배기 상류 측에 배치되어, 공기 공급수단, 연료 공급수단 및 착화수단을 가진 연소장치와, 상기 연소장치보다 배기 상류 측에 배치되어, 배기가스에 함유되는 입자상 물질을 포획하게 되는 필터장치와, 상기 필터장치보다 배기 상류 측에 배치되어, 상기 분기배기통로를 대기에 개폐자재에 개방하는 대기개방부를 갖추고 있고, 상기 흡착물질 이탈수단 및 상기 연소장치를 작동해서 재생운전을 실행할 때, 상기 분기배기통로의 배기 출입구를 상기 차단수단에 의해 차단함과 더불어, 상기 대기개방부에 의해 상기 분기배기통로를 개방하고, 재생운전에 의해 생기는 가스를, 배기가스의 흐름방향과는 역방향으로 흐르게 해서 상기 대기개방부로부터 배출되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 청구항 3의 발명에 의하면, 다음의 작용 효과를 나타낸다.
내연기관 등의 통상운전 중, 배기가스가 흐르는 분기배기통로에서는, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치가 정지되어 있어, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질이 필터장치에 의해 포획되고, 그 후 배기가스 중의 질소산화물이 질소산화물 흡착제에 흡착 제거된다. 따라서, 질소산화물 흡착제에 미립자상 물질이 끼어 막히는 일이 거의 없어, 질소산화물 흡착제에 의한 흡착률의 저하를 방지할 수가 있다.
질소산화물 흡착재 또는 유황산화물 흡착재의 흡착량이 소정량(예컨대, 포화량)에 이르렀을 경우, 각 흡착재의 재생운전을 실행할 수 있다. 재생운전은, 차단수단에 의해 배기 출입구를 차단하고, 대기개방부에 의해 분기배기통로를 대기로 개방한 상태에서, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치를 작동시킨다. 흡착물질 이탈수단에 의해, 질소산화물 흡착제에 흡착된 질소산화물이 이탈된다. 이탈된 질소산화물은, 연소장치에 이송되어 들어가, 당해 연소장치에서 환원 제거된다. 또, 연소장치에 의해 필터장치에서, 포획된 미립자상 물질이 소각 제거된다. 재생운전에 의해 생기는 가스(재생가스)의 흐름은, 배기가스의 흐름과는 역으로 이루어져, 대기개방부를 거쳐 대기로 배출된다.
앞에서 설명하였듯이, 질소산화물 흡착재와 필터장치는, 통상 포화량이나 재생조건도 다르다. 따라서, 본 발명에서는, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치의 쌍방을 작동시켜, 예컨대 질소산화물 흡착재의 재생조건에 맞춰 질소산화물 흡착재의 재생과 필터장치의 재생을 동시에 실행하고, 양자의 재생조건의 다름 등에 기인해서, 필터장치의 재생이 불충분한 경우는, 흡착물질 이탈수단을 정지시키고, 연소수단만을 작동시켜 필터 장치의 재생을 실행할 수 있다. 이때, 필터장치의 재생조건에 맞추어 연소장치를 작동시킴으로써, 효율 좋게 거의 완전히 미립자상 물질을 제거할 수 있게 된다. 따라서, 질소산화물 흡착재와 필터장치의 쌍방이 적절히 재생되어, 정화능력이 저하되지 않고 유지될 수 있다. 또, 연료 코스트의 절약도 가능해진다.
배기통로는, 복수의 분기배기통로로 분기되어 있기 때문에, 내연기관 등의 통상운전에서 생기는 배기가스를, 적어도 1개의 분기배기통로로 흐르게 하고, 나머지 분기배기통로는 배기가스를 차단해서 재생운전을 실행할 수 있다. 재생운전을 실행하고 있는 분기배기통로는, 배기가스가 차단되어 있기 때문에, 배기가스의 양에 관계없이 흡착물질 이탈수단 및 연소장치의 각 공기 공급수단의 공기량을 자유로이 설정할 수 있다. 따라서, 통상운전상태의 분기배기통로와는 독립해서 재생운전상태의 분기배기통로의 공기량을 적게 설정할 수 있고, 질소산화물 흡착재로부터 질소산화물을 이탈시키기 위해 소비하는 에너지(예컨대 연료유량)와 흡착재 하류의 연소 영역에 투입하는 연료유량을 적게 할 수가 있어, 연료 코스트의 절약이 달성된다.
청구항 4 기재의 발명은, 내연기관 또는 연소기기의 배기통로에 설치되는 배기가스 정화장치에서, 상기 배기통로가 복수의 분기배기통로로 분기되어 있고, 각 분기배기통로의 배기 입구 및 배기 출구에 가스의 유통을 차단할 수 있는 차단수단이 설치되어 있고, 각 분기배기통로에서의 배기 출입구의 상기 차단수단의 사이에는, 질소산화물을 일시적으로 흡착하여, 당해 흡착한 질소산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 질소산화물 흡착재와, 상기 질소산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어, 유황산화물을 일시적으로 흡착하여, 흡착한 유황산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 유황산화물 흡착재와, 상기 질소산화물 흡착재보다 배기 하류 측에 배치되어, 공기 공급수단을 가짐과 더불어, 공기 공급수단으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 하는 흡착물질 이탈수단과, 상기 유황산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어, 공기 공급수단, 연료 공급수단 및 착화수단을 가진 연소장치와, 상기 연소장치보다 배기 상류 측에 배치되어, 상기 분기배기통로를 대기에 자유로이 개폐할 수 있게 개방하는 대기개방부를 구비하되, 상기 흡착물질 이탈수단 및 상기 연소장치를 작동시켜 재생운전을 실행할 때, 상기 분기배기통로의 배기 출입구를 차단수단에 의해 차단함과 더불어, 대기개방부에 의해 상기 분기배기통로를 개방하고, 재생운전에 의해 생기는 가스를, 배기가스의 흐름방향과는 역방향으로 흐르게 해서 대기개방부로부터 배출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 청구항 4의 발명에 의하면, 다음의 작용 효과를 나타낸다.
내연기관 등의 통상운전 중, 배기가스가 흐르는 분기배기통로에서는, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치가 정지되어 있고, 배출되는 배기가스 중의 유황산화물은, 유황산화물 흡착재에 흡착 제거되고, 질소산화물은 질소산화물 흡착제에 흡착 제거된다.
유황산화믈 흡착재는, 질소산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어 있기 때문에, 질소산화물 흡착제에는 유황산화물이 유입하는 일이 거의 없어, 유황산화물의 피독에 의한 질소산화물 흡착재의 성능 열화를 억제할 수가 있다.
질소산화물 흡착재 또는 유황산화물 흡착재의 흡착량이 소정량(예컨대, 포화량)에 이르렀을 경우, 각 흡착재의 재생운전을 실행할 수 있다. 재생운전은, 차단수단에 의해 배기 출입구를 차단하고, 대기개방부에 의해 분기배기통로를 대기로 개방한 상태에서 흡착물질 이탈수단 및 연소장치를 작동시킨다. 흡착물질 이탈수단에 의해, 질소산화물 흡착제에 흡착된 질소산화물과, 유황산화물 흡착재에 흡착된 유황산화물이 각각 이탈된다. 이탈된 질소산화물, 유황산화물은, 연소장치로 이송되어 들어가, 질소산화물은 연소장치에서 환원 제거된다. 재생운전에 의해 생기는 가스(재생가스)의 흐름은, 배기가스의 흐름과는 역으로 이루어져, 대기 개방부를 거쳐 대기로 배출된다. 그 때문에, 유황산화물 흡착재로부터 이탈된 유황산화물이, 질소산화물 흡착재로 유입되는 일이 없어, 유황산화물의 피독에 의한 질소산화물 흡착재의 성능 열화를 억제할 수가 있다.
따라서, 본 발명에서는, 유황성분을 함유하는 연료에서도 배기가스 중의 질소산화물, 유황산화물을 적절히 제거할 수 있어, 그 정화능력이 저하되지 않고 유지될 수 있다.
배기통로는, 복수의 분기배기통로로 분기되어 있기 때문에, 내연기관 등의 통상운전에서 생기는 배기가스를, 적어도 1개의 분기배기통로로 흐르게 하고, 나머지 분기배기통로는 배기가스를 차단해서, 재생운전을 실행할 수 있다. 재생운전을 실행하고 있는 분기배기통로는, 배기가스가 차단되어 있기 때문에, 배기가스의 량에 관계없이 흡착물질 이탈수단 및 연소장치의 각 공기 공급수단의 공기 량을 자유롭게 설정할 수 있다. 따라서, 통상운전상태의 분기배기통로와는 독립해서, 재생운전상태의 분기배기통로의 공기량을 적게 설정할 수 있고, 질소산화물 흡착재 및 유황산화물 흡착재로부터 질소산화물 및 유황산화물을 이탈시키기 위해 소비하는 에너지(예컨대, 연료유량)와 흡착재 하류의 연소 영역에 투입하는 연료유량을 적게 할 수가 있어, 연료 코스트의 절약이 달성된다.
청구항 5 기재의 발명은, 청구항 4에 기재된 발명에서, 상기 각 분기배기통로에는, 상기 연소장치보다 배기 상류 측에서 상기 대기개방부보다 배기 하류 측에, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질을 포획가능한 필터장치를 배치하고 있는 것을 특징으로 한다.
이 청구항 5의 발명에 의하면, 내연기관 등의 통상운전 중, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질이 필터장치에 의해 포획되어, 질소산화물 흡착재 및 유황산화물 흡착재로 유입되지 않게 된다. 따라서, 각 흡착재의 흡착성능이, 입자상 물질에 의해 악영향을 받지 않는다.
흡착물질 이탈수단 및 연소장치를 작동시켜 재생운전을 실행하는 경우, 질소산화물 흡착재 및 유황산화물 흡착재는, 흡착한 질소산화물 및 유황산화물이 흡착물질 이탈수단에 의해 이탈됨과 더불어, 이탈된 질소산화물 및 유황산화물은, 연소장치에 이송되어 들어가, 질소산화물은 연소장치에 의해 적절히 환원 제거된다. 필터장치는, 포획한 미립자상 물질이 연소수단에 의해 소각 제거된다.
앞에서 설명한 것과 같이, 질소산화물 흡착재 및 유황산화물 흡착재와, 필터장치는, 통상적으로 포화량이나 재생조건이 다르다. 따라서, 본 발명에서는, 흡착물질 이탈수단 및 연소장치의 쌍방을 작동시켜, 예컨대 각 흡착재의 재생조건에 맞추어, 각 흡착재의 재생과 필터장치의 재생을 동시에 실행하고, 양자의 재생조건의 다름 등에 기인하여 필터장치의 재생이 불충분한 경우에는, 흡착물질 이탈수단을 정지시키고 연소수단만을 작동시켜 필터장치의 재생을 실행할 수가 있다. 이때, 필터장치의 재생조건에 맞추어 연소장치를 작동시킴으로써, 효율적으로 미립자상 물질을 제거할 수 있다. 따라서, 각 흡착재와 필터장치의 쌍방이 적절히 재생되어 정화능력을 저하시키지 않고 유지될 수 있다. 또, 연료 코스트의 절약도 가능해진다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 주로 공기 과잉조건에서, 운전하는 내연기관 또는 연소기기이더라도, 배출되는 유해성분을 적절히 정화할 수 있다.
특히, 청구항 1 ~ 3의 발명에서는, 배기가스 중의 질소산화물, 검댕이 등의 입자상 물질 등을 적절히 제거할 수 있고, 더구나 그 정화능력을 저하시키지 않고 유지되도록 할 수 있다.
또, 청구항 4, 5의 발명에서는, 유황성분을 함유하는 연료이더라도, 배기가스 중의 질소산화물, 유황산화물 등을 적절히 제거할 수 있고, 더구나 그 정화능력을 저하시키지 않고 유지되도록 할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도,
도 2는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도,
도 3은, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도,
도 4는, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도,
도 5는, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도이다.
(부호의 설명)
1 - - - 내연기관
2 - - - 배기통로
2a - - - 분기배기통로
2b - - - 분기배기통로
3 - - - 흡착물질 이탈수단
4 - - - 질소산화물 흡착재
5 - - - 연소장치
6 - - - 연료 노즐(연료 공급수단)
7 - - - 점화장치(착화수단)
15 - - - 공기 공급수단
20 - - - 상류 측 절환밸브
31 - - - 연료 노즐(연료 공급수단)
32 - - - 점화장치(착화수단)
33 - - - 공기 공급수단
40 - - - 미립자 필터(필터장치)
42 - - - 유황산화물 흡착재
58 - - - 하류 측 절환밸브
60 - - - 대기개방부
[제1 실시형태]
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도이다. 본 실시형태는, 주로 청구항 1 기재의 발명에 관한 실시형태이다. 배기가스 정화장치는, 내연기관(1) 또는 연소기기의 단일의 배기통로(2)에 배치되어 있다. 내연기관(1)으로서는, 디젤기관, 가스기관, 가솔린기관 또는 가스터빈기관 등이 있고, 연 소기기로는 산업용 보일러 등이 있다.
배기통로(2)에는, 배기 상류 측으로부터 순차로, 흡착물질 이탈수단(3), 질소산화물 흡착재(4; 이하, 「NOX 흡착재」라고 칭함), 연소장치(5), 필터장치(40)가 배기 흐름방향(Z1)으로 간격을 두고 배치되어 있다.
연소장치(5)는, 공기 공급수단(15), 착화수단(7) 및 연료 공급수단(6)을 구비하고 있다. 연료 공급수단은, 연료노즐(6)을 갖추되, 연료노즐(6)은, 연료조량장치(10)를 매개로 연료탱크(11)에 접속되어, 전자 제어 유닛(12; 이하, 「ECU」라 칭함)에 의해, 연료의 공급량 및 공급시기가 제어되도록 되어 있다. 착화수단(7)은 점화장치에 의해 구성되어 있다.
공기 공급수단(15)은, 연료노즐(6)의 배기 하류 측에 배치되어, 공기조량장치(16)를 개재시켜 공기공급원(17)에 접속되어 있다. 공기조량장치(16)는, ECU(12)에 의해 공기의 공급량 및 공급시기가 제어되도록 되어 있다.
NOX 흡착재(4)는, 특히 공기 과잉분위기에서도 효율적으로 질소산화물(이하, 「NOX」라 칭함)을 일시적으로 흡착할 수가 있고, 또한 소정 온도로 승온시켰을 때 혹은 환원분위기에서는 상기 흡착한 NOX를 이탈시키는 성질을 갖고 있다. 본 실시형태에서는 NOX 흡착재(4)는 산화작용을 가진 촉매를 포함하고, 일산화탄소(이하「CO」라 칭함), 탄화수소(이하「HC」라 칭함) 등의 미연소성분을 산화하도록 되어 있다.
흡착물질 이탈수단(3)으로는, 예컨대 배기가스를 소정 온도 이상으로 승온하는 승온수단을 이용하지만, 배기가스를 환원분위기로 하는 수단을 이용될 수도 있다. 또, 승온수단에 환원제 공급수단을 가한 구성으로 하고서, 그에 의해, NOX와 SOX의 흡착과 탈리를 효율적으로 실행할 수 있도록 할 수도 있다. 상기 승온수단으로서, 예컨대 전기히터와 같은 발열저항체를 이용할 수가 있는바, 그에 의해 신속하고 확실하게 승온시킬 수가 있다. 또, 흡착물질 이탈수단(3)의 별개의 예로서, 연료공급수단을 구비하도록 하는 것도 가능한바, 이 경우는, 공급되는 연료가 환원제로서의 역할을 하도록 하고, NOX 흡착재(4)에 함유된 산화작용을 가진 촉매 상에서 산화될 때의 발열을 이용해서 NOX를 탈리한다.
필터장치(40)는, 배기가스에 포함되는 입자상 물질을 포획가능한 미립자 필터로 되어 있다. 미립자 필터(40)로는, 입자상 물질을 포획할 만큼의 기능을 유지하는 것이어도 좋으나, 산화작용을 가진 촉매를 포함하고, 연속적으로 입자상 물질을 산화할 수 있는 기능을 가진 것이어도 좋다.
(제1 실시형태의 작용 효과)
도 1에 도시된 구조에서, 내연기관(1)의 통상운전시에는, 흡착물질 이탈수단(승온수단;3) 및 연소장치(5)는 정지해 있고, 그에 따라 내연기관(1)으로부터 배기통로(2) 내로 배출되는 배기가스는, 그대로 NOX 흡착재(4)에 도달하여 NOX가 흡착된다. 동시에, NOX 흡착재(4)에 함유된 산화촉매에 의해 CO나 HC 등의 미연소성분이 산화되어 무해화된다. 그 후, 배기가스에 함유되는 입자상 물질이 미립자 필터(40)에 물리적으로 포획되고, 정화된 배기가스가 배기통로(2)로부터 배출된다.
미립자 필터(40)에 대한 미립자상 물질의 흡착량이 포화상태로 되어 배압이 상승하거나, 또는 NOX 흡착재(4)의 흡착량이 소정량(예컨대, 포화량)에 이른 경우에는, 흡착물질 이탈수단(3) 및 연소장치(5)를 작동시키고, NOX 흡착재(4) 및 미립자 필터(40)의 재생운전을 실행한다.
흡착물질 이탈수단(3)은, 질소산화물 흡착재(4)의 상류 측에서 배기가스의 온도를 소정 온도 이상으로 승온하고, NOX 흡착재(4)를 소정 온도 이상으로 승온한다. 그에 의해 NOX 흡착재(4)에 흡착되어 있던 NOX는 이탈된다.
NOX 흡착재(4)로부터 이탈된 NOX는, 배기 하류 측의 연소장치(5)에 이른다. 연소장치(5)는, 흡착물질 이탈수단(3)으로부터 흐르는 배기가스에 의해, 연료노즐(6)로부터 공급된 연료를 점화장치(7)에 의해 연소시켜, 공기 공급수단(15)의 배기 상류 측에 연료 과농연소 영역(X1)을 형성한다. 이 연료 과농연소 영역(X1)에서, NOX 흡착재(4)으로부터 이탈된 NOX가 환원 제거된다. 즉, N2로 무해화되어 배출된다.
또, 연소장치(5)는, 공기 공급수단(15)으로부터 공급되는 공기에 의해, 공기 공급수단(15)의 배기 하류 측에 연료 희박연소 영역(X2)을 형성한다. 이 연료 희박연소 영역(X2)에서, 내연기관(1) 및 연료 과농연소 영역(X1)으로부터 배출되는 CO나 HC 및 입자상 물질이 연소 제거된다.
연료 과농연소 영역(X1)과 연료 희박연소 영역(X2)은, 배기통로(2)의 유통단면 전체에 걸치도록 형성되기 때문에, 연소장치(5)를 통과하는 배기가스, 재생 가스는, 반드시 양 영역(X1,X2)을 통과한다. 따라서, NOX의 환원 제거가 확실히 이루어져, 내연기관(1) 및 연료 과농연소 영역(X1)으로부터 배출되는 CO, HC 및 입자상 물질의 연소 제거가 확실하게 이루어진다.
미립자 필터(40)에서 포획한 입자상 물질은, 연소장치(5)의 연소에 의해 소각 제거된다. 여기서, NOX 흡착재(4)와 미립자 필터(40)는, 통상적으로 재생시간이나 온도 등의 재생조건이 다르다. 예컨대, NOX 흡착재(4)는, 열에 의한 열화(劣化)의 관계에서 승온의 상한이 한정되지만, 미립자 필터(40)는, 이 상한 온도보다도 고온에서 재생될 수 있는 경우가 있다. 또, NOX 흡착재(4)와 미립자 필터(40)는 포화량에도 차이가 있다. 따라서, 상기 재생운전을 NOX 흡착재의 재생조건에서 실행하면, NOX 흡착재(4)의 재생이 완료되어도 미립자 필터(40)의 재생이 불충분한 경우가 있다.
이 경우, 본 실시형태에서는, 흡착물질 이탈수단(3)을 정지시키고, 연소장치(5)만을 작동시켜 미립자 필터(40)의 재생만을 단독으로 실행할 수가 있다. 이러한 미립자 필터(40)의 단독 재생운전은, NOX 흡착재(4)에 열(熱) 등의 영향을 주고 않기 때문에, 미립자 필터(40)의 재생조건에 맞추어 연소장치(5)를 고온에서 작동시킬 수가 있다. 따라서, 효율적으로 미립상 물질을 연소 제거할 수가 있어, 소비되는 연료도 적어도 되게 할 수가 있다.
한편, 배기가스 중에 SOX가 포함되어 있는 경우에는, NOX 흡착재(4)의 재질을 SOX를 흡착하기 어려운 재질로 하거나, 또는 흡착한 경우에도, SOX 이탈온도까지 NOX 흡착재(4)를 승온하고, 필요하면 환원분위기로 함으로써, NOX 흡착재(4)로부터 이탈시킨다.
[제2 실시형태]
도 2는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도이다. 본 실시형태는, 주로 청구항 2 기재의 발명에 관한 실시형태이다. 본 실시형태의 배기가스 정화장치는, 배기통로(2)가 복수의 분기배기통로(2a,2b), 예컨대, 제1, 제2 2개의 분기배기통로(2a,2b)로 분기되어 있다. 2개의 분기배기통로(2a,2b)는, 배기 하류 측에서 재차 합류하여, 하류 측 배기통로(2c)에 접속되어 있다.
2개의 분기배기통로(2a,2b)의 상류 측의 분기부분에는, 절환밸브(20)가 설치되어 있다. 절환밸브(20)를 절환함으로써, 내연기관(1)으로부터의 배기가스를, 분기배기통로(2a,2b)의 한쪽으로 선택적으로 배출할 수 있도록 되어 있다. 이 절환밸브(20)는, 분기배기통로(2a,2b)의 배기 입구에서, 배기가스의 유통을 차단하는 차단수단을 구성하고 있다.
각 분기배기통로(2a,2b)에는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 배기 상류 측으로부터 순차로, 흡착물질 이탈수단(3), NOX 흡착재(4), 연소장치(5), 필터장치(40)가 배치되어 있다. NOX 흡착재(4), 연소장치(5), 필터장치(40)의 구성은, 제1 실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태의 흡착물질 이탈수단(3)은 공기 공급수단(33)을 가져, 공기 공급수단(33)으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 하도록 되어 있다. 구체적으로, 흡착물질 이탈수단(3)은, 공기 공급수단(33)과, 연료 공급수단(31)과, 착화수단(32)으로 구성된 흡착물질 이탈장치에 의해 구성되어 있다. 연료 공급수단(31)은, 연료노즐을 갖추고서, 상기 연료조량장치(10)에 접속되어 있다. 공기 공급수단(33)은 상기 공기조량장치(16)에 접속되고, 착화수단(32)은 점화장치에 의해 구성되어 있다.
(제2 실시형태의 작용 효과)
내연기관(1)을 운전하는 경우에는, 절환밸브(20)에 의해 배기가스 유로를 절환함으로써, 양 분기배기통로(2a,2b)의 한쪽을 내연기관(1)의 배기가스의 배출유로로 이용한다. 도 2의 상태는, 제2 분기배기통로(2b)를 배기가스의 유로로 이용하고, 제1 분기배기통로(2a)를 재생운전에 이용하고 있다.
도 2의 상태에서, 통상운전상태의 제2 분기배기통로(2b)에서는, 연소장치(5) 및 흡착물질 이탈수단(3)은 정지해 있고, 배기가스 중의 NOX가 NOX 흡착재(4)에 흡착되어, 입자상 물질이 미립자 필터(40)에 포획된다. 한편, 재생운전상태의 제1 분기배기통로(2a)에서는, 연소장치(5) 및 흡착물질 이탈수단(3)을 작동시켜놓고, 흡착물질 이탈수단(3)에서 연료노즐(31)로부터의 연료를 공기 공급수단(33)으로부터의 공기로 연소시킴으로써, NOX 흡착재(4)에 고온의 재생가스를 공급하여, NOX 흡착재(4)로부터 NOX를 이탈시켜서, 당해 NOX를 연소장치(5)의 연료 과농연소 영역(X1)에서 환원 제거하도록 되어 있다.
재생운전상태의 제1 분기배기통로(2a)는, 내연기관(1)으로부터의 배기가스가 차단되어, 통상운전상태의 제2 분기배기통로(2b)로부터 독립해서 작동하는 상태로 되어 있는바, 흡착물질 이탈수단(3) 및 연소장치(5)로부터의 연료공급 및 공기공급에 의해 재생운전되도록 되어 있기 때문에, 내연기관(1)으로부터의 배기가스량에 관계없이 흡착물질 이탈용 및 연소장치용 공기량을 적절히 설정할 수가 있어, 상기 흡착물질 이탈수단(3)으로부터의 연료공급량 및 연소장치(5)에서의 연료공급량을 절약할 수가 있다.
제2 분기배기통로(2b)의 NOX 흡착재(4)의 NOX 흡착량이 소정량(예컨대 포화량)에 이르면, 절환밸브(20)를 제1 분기배기통로(2a) 측으로 절환해서, 제1 분기배기통로(2a) 내의 연소장치(5) 및 흡착물질 이탈수단(3)을 정지시키는 한편, 제2 분기배기통로(2b)의 연소장치(5) 및 흡착물질 이탈수단(3)을 작동상태로 한다. 즉, 제1 분기배기통로(2a)에서 통상운전을 실행하고, 동시에 제2 분기배기통로(2b)에서 재생운전을 실행한다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 1개의 분기배기통로를 이용해서 내연기관(1)의 통상운전을 실행하면서, 나머지 분기배기통로의 재생운전을 실행할 수가 있어, 특별히 재생운전에 시간을 확보할 필요가 없게 된다.
[제3 실시형태]
도 3은, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도이다. 본 실시형태는, 주로 청구항 4에 기재된 발명에 관한 실시형태이다. 배기가스 정화장치는, 제1, 제2 실시형태와 마찬가지로, 내연기관(1) 또는 연소기기의 배기통로(2)에 배설되도록 되어 있다.
배기통로(2)는, 복수의 분기배기통로(2a,2b)로 분기되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1, 제2의 2개의 분기배기통로(2a,2b)로 분기되어 있는바, 이들 2개의 분기배기통로(2a,2b)는, 배기 하류 측에서 재차 합류되어, 하류 측 배기통로(2c)에 접속하도록 되어 있다.
2개의 분기배기통로(2a,2b)의 상류 측의 분기부분에는, 상류 측 절환밸브(20)가 설치되고, 하류 측의 합류 부분에는, 하류 측 절환밸브(58)가 설치되어 있다. 상류 측 절환밸브(20)를 절환함으로써, 내연기관(1)으로부터의 배기가스를 분기배기통로(2a,2b)의 한쪽으로 선택적으로 배출할 수 있도록 되어 있다. 하류 측 절환밸브(58)는, 배기가스가 흐르고 있는 한쪽 분기배기통로(2b)를 하류 측 배기통로(2c)에 접속함과 더불어, 배기가스가 합류부를 거쳐 다른 쪽 분기배기통로(2a)로 유입되는 것을 방지하고 있다. 상류 측 절환밸브(20)나 하류 측 절환밸브(58)는, 분기배기통로(2a,2b)의 배기 입구 및 출구에서의 배기가스나 뒤에 설명되는 재생가스의 유통을 차단하는 차단수단을 구성하고 있다.
각 분기배기통로(2a,2b)에는, 배기 하류 측으로부터 순차로 흡착물질 이탈수단(3), 질소산화물 흡착재(4)(이하,「NOX 흡착재」라고 칭함), 유황산화물 흡착재(42; 이하,「SOX 흡착재」라고 칭함), 연소장치(5)가 배기 흐름방향(Z1)으로 간격을 두고 배치되어 있다.
연소장치(5)는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 공기 공급수단(15), 착화수단(7) 및 연료 공급수단(6)을 구비하고 있다. 연료 공급수단(6)은 연료노즐을 갖추되, 연료노즐(6)은 연료조량장치(10)를 매개로 연료탱크(11)에 접속되어, 전자제어유니트 12;이하,「ECU」라 칭함)에 의해 연료의 공급량 및 공급시기가 제어되도록 되어 있다. 착화수단(7)은 점화장치에 의해 구성되어 있다.
공기 공급수단(15)은, 연료노즐(6)의 배기 상류 측에 배치되어, 공기조량장치(16)를 매개로 공기공급원(17)에 접속되어 있다. 공기조량장치(16)는, ECU(12)에 의해 공기의 공급량 및 공급시기가 제어되도록 되어 있다.
NOX 흡착재(4)는, 특히 공기 과잉분위기에서도 효율적으로 질소산화물(이하, 「NOX」라 칭함)을 일시적으로 흡착할 수가 있고, 또한 소정 온도로 승온했을 때 혹은 환원분위기에서는 상기 흡착한 NOX를 이탈시키는 성질을 갖고 있다. 본 실시형태에서는 NOX 흡착재(4)는 산화작용을 가진 촉매를 포함하고, 일산화탄소(이하「CO」라 칭함), 탄화수소(이하「HC」라 칭함) 등의 미연소성분을 산화하도록 되어 있다. 또, NOX 흡착재(4)는, 자신의 형상이 입자상 물질을 포획하기에 적합한 형상으로 되어 있다.
SOX 흡착재(42)는, SOX를 일시적으로 흡착하고, 또한 소정 온도로 승온했을 때 혹은 환원분위기에서는 상기 흡착한 SOX를 이탈시키는 성질을 갖고 있다.
흡착물질 이탈수단(3)은 공기 공급수단(33)을 갖고서, 공기 공급수단(33)으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 하도록 되어 있다. 구체적으로, 흡착물질 이탈수단(3)은, 공기 공급수단(33)과, 연료 공급수단(31)과, 착화수단(32)으로 구성된 흡착물질 이탈장치에 의해 구성되어 있다. 연료 공급수단(31)은 연료노즐을 갖추고서, 상기 연료조량장치(10)에 접속되어 있다. 공기 공급수단(33)은 상기 공기조량장치(16)에 접속되고, 착화수단(32)은 점화장치에 의해 구성되어 있다.
상기 각 분기배기통로(2a,2b)에는, 연소장치(5)의 배기 상류 측에 대기개방부(60)가 설치되어 있다. 대기개방부(60)는, 분기배기통로(2a,2b)에 접속된 대기 개방통로(61)와, 대기 개방통로(61) 설치된 개폐밸브(62)를 갖고 있다. 개폐밸브(62)를 엶으로써 대기 개방통로(61)를 매개로 분기배기통로(2a,2b)를 대기로 개방하고, 개폐밸브(62)를 닫음으로써 분기배기통로(2a,2b)를 대기로부터 차단한다.
(제3 실시형태의 작용 효과)
내연기관(1)의 통상운전시, 배기가스는 상류 측 절환밸브(20) 및 하류 측 절환밸브(58)에 의해 선택된 분기배기통로(2a,2b)로 배출된다. 도 3의 예에서는, 제2 분기배기통로(2b)로 배기가스가 배출된다. 이때, 제2 분기배기통로(2b)에 설치된 흡착물질 이탈수단(3) 및 연소장치(5)는 정지되어 있다.
배기가스는, 먼저 SOX 흡착재(42)로 유입되어 배기가스에 함유되는 SOX가 SOX 흡착재(42)에 흡착된다. 그 후, 배기가스는 NOX 흡착재(4)에 유입되어, 배기가스에 함유되는 NOX가 NOX 흡착재(4)에 흡착되어, 하류 측 절환밸브(58) 및 하류 측 배기통로(2c)를 거쳐 배출된다. 또, NOX 흡착재(4)에서는, 산화촉매에 의해 CO나 HC 등의 미연소성분이 산화되어 무해화됨과 더불어, 입자상 물질이 물리적으로 포획되도록 되어 있다.
한편, 제1 분기배기통로(2a)에서는, 내연기관(1)의 배기가스가 차단되어 있어서, 내연기관(1)의 상기 통상운전과 동시에 제1 분기배기통로(2a)에 배치된 NOX 흡착재(4)나 SOX 흡착재(42)의 재생운전을 실행할 수 있도록 되어 있다.
이 재생운전은, 대기개방부(60)의 개폐밸브(62)를 엶과 더불어, 흡착물질 이탈수단(3) 및 연소장치(5)를 작동시킴으로써 실행한다.
흡착물질 이탈수단(3)은, 연료노즐(31)로부터 공급된 연료를 공기 공급수단(33)으로부터의 공기로 연소시켜, NOX 흡착재(4) 및 SOX 흡착재(42)에 고온의 재생가스를 공급하게 된다. 이에 의해, NOX 흡착재(4) 및 SOX 흡착재(42)로부터 NOX 및 SOX를 이탈한다.
연소장치(5)는, 흡착물질 이탈수단(3)으로부터 흐르는 재생가스를 이용해서, 연료노즐(6)로부터 공급된 연료를 점화장치(7)에 의해 연소시켜, 공기 공급수단(15)의 배기 하류 측에 연료 과농연소 영역(X1)을 형성한다. 이 연료 과농연소 영역(X1)에서 NOX 흡착재(4)로부터 이탈된 NOX가 환원 제거된다. 또, 연소장치(5)는, 공기 공급수단(15)으로부터 공급되는 공기에 의해, 공기 공급수단(15)의 배기 상류 측에 연료 희박연소 영역(X2)을 형성한다. 이 연료 희박연소 영역(X2)에서, 연료 과농연소 영역(X1)으로부터 배출되는 CO나 HC 및 입자상 물질이 연소 제거된다. 그 후, 재생 가스는 대기개방부(60)을 통해 대기로 방출된다.
따라서, 재생운전에서는, 배기가스의 흐름방향(Z1)과는 역의 재생가스의 흐름(화살표 Z2)이 생기도록 되어 있다.
통상운전의 배기가스를 흐르게 하고 있는 제2 분기배기통로(2b)에서, NOX 흡착재(4) 또는 SOX 흡착재(42)의 흡착량이 소정량(예컨대, 포화량)으로 된 경우, 상류 측 절환밸브(20) 및 하류 측 절환밸브(58)를 절환해서 제1 분기배기통로(2a)로 배기가스를 배출시켜, 제2 분기배기통로(2b)에서 상기와 마찬가지로 재생운전을 실행한다.
상기 통상운전에서, 배기가스에 함유되는 SOX는 NOX 흡착재(4)에 이르기 전에 SOX 흡착재(42)에 흡착되기 때문에, SOX에 의한 NOX 흡착재(4)의 피독이 방지된다. 또, 재생운전에서 SOX 흡착재(42)로부터 이탈한 SOX는, NOX 흡착재(4)에 유입되지 않고 연소장치(5) 측으로 흐르기 때문에, SOX에 의한 NOX 흡착재(4)의 피독이 방지된다. 즉, 본 실시형태에서는, 배기가스의 흐름과 재생 가스의 흐름을 역방향으로 함으로써, 통상운전 및 재생운전의 어느 것에 있어서도 NOX 흡착재(4)로의 SOX의 유입이 방지되어, NOX 흡착재(4)의 성능 열화를 억제할 수가 있다.
상기 연소장치(5)에서, 연료 과농연소 영역(X1)과 연료 희박연소 영역(X2)은, 분기배기통로(2a,2b)의 유통 단면 전체에 걸치도록 형성되기 때문에, 연소장치(5)를 통과하는 재생가스는 반드시 양 영역(X1,X2)을 통과하게 된다. 따라서, NOX 및 SOX의 환원 제거가 확실히 이루어져, 연료 과농연소 영역(X1)으로부터의 CO, HC 및 입자상 물질의 연소 제거가 확실히 이루어지게 된다.
NOX 흡착재(4) 및 SOX 흡착재(42)의 재생운전은, 내연기관(1)의 배기가스가 차단된 분기배기통로에서 흡착물질 이탈수단(3) 및 연소장치(5)로부터의 연료공급 및 공기공급에 의해 독립적으로 이루어지기 때문에, 내연기관(1)으로부터의 배기가스량에 관계없이 흡착물질 이탈용 및 연소장치용 공기량을 설정할 수가 있어, 흡착물질 이탈수단(3)으로부터의 연료공급량 및 연소장치에서의 연료공급량을 절약할 수 있다.
본 실시형태에서는, 한쪽 분기배기통로를 이용해서 내연기관(1)의 통상운전을 실행하면서, 동시에 다른 쪽 분기배기통로의 재생운전을 실행할 수가 있기 때문에, 특별히 재생시간을 확보할 필요가 없다. 또, 분기배기통로의 배기 출입구를 차단하는 차단수단으로서 절환밸브(20,58)를 이용하고 있기 때문에, 간단히 한쪽의 분기배기통로를 배기가스로부터 차단하고, 동시에 다른 쪽 분기배기통로에 배기가스를 유입시킬 수가 있다.
[제4 실시형태]
도 4는, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 배기가스 정화장치의 개략도이다. 본 실시형태는, 주로 청구항 5 기재의 발명에 관한 실시형태이다. 본 실시형태에서는, 상기 제3 실시형태의 배기가스 정화장치에 대해, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질을 포획하는 필터장치(40)를 설치한 것으로, 기타의 구성은 제3 실시형태와 마찬가지이다. 필터장치(40)는, 각 분기배기통로(2a,2b)에서의 각 절환밸브(20,58) 사이의 연소장치(5)의 배기 상류 측에 배치된 미립자 필터로 되어 있다.
본 실시형태에서의 작용은 제3 실시형태와 대략 마찬가지이지만, 통상운전에서, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질은 SOX 흡착재(42) 및 NOX 흡착재(4)로 유입되기 전에 미립자 필터(40)에 의해 포획된다. 따라서, SOX 흡착재(42), NOX 흡착재(4)에 미립자상 물질이 끼어져 막히는 일이 거의 없어, 각 흡착재에 의한 흡착률의 저하를 방지할 수가 있다.
통상운전 중, 미립자 필터(40)에 대한 미립자상 물질의 흡착량이 포화상태로 되어 배압이 상승하거나, 또는 NOX 또는 SOX 흡착량이 소정량(예컨대, 포화량)에 이르면, 상기에 설명한 재생운전으로 절환된다. 재생운전에 의해, 미립자 필터(40)에 포획된 미립자상 물질은, 주로 연소장치(5)의 연소에 의해 소각 제거되어, 미립자 필터(40)가 재생되도록 되어 있다.
제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, NOX 흡착재(4)나 SOX 흡착재(42)와, 미립자 필터(40)는, 통상적으로 재생시간이나 온도 등의 재생조건이나 포화량이 다르다. 예컨대, NOX 흡착재(4)는 열에 의한 열화의 관계에서 승온의 상한이 한정되지만, 미립자 필터(40)는 이 상한 온도보다도 고온에서 재생될 수 있는 경우가 있다. 따라서, 상기 재생운전을 각 흡착재(4,42)의 재생조건에서 실행하면, 각 흡착재(4,42)의 재생이 완료되어도 미립자 필터(40)의 재생이 불충분한 경우가 있다. 이와 같은 경우, 흡착물질 이탈수단(3)을 정지시키고, 연소장치(5)만을 작동시켜 미립자 필터(40)의 재생만을 단독으로 실행할 수 있다. 미립자 필터(40)의 단독 재생운전은, NOX 흡착재(4) 등에 열의 영향을 주고 않기 때문에, 미립자 필터(40)의 재생조건에 맞추어 연소장치(5)를 고온에서 작동시켜 효율적으로 거의 완전하게 미립상 물질을 제거할 수가 있어, 헛되이 연료를 소비하지 않게 된다.
한편, 미립자 필터(40)로는, 입자상 물질을 포획할 만큼의 기능을 가진 것이어도 좋으나, 산화작용을 가진 촉매를 포함하여 연속적으로 입자상 물질을 산화할 수 있는 기능을 가진 것이어도 좋다.
[제5 실시형태]
도 5는, 본 발명의 배기가스 정화장치에 따른 제5 실시형태를 나타낸 개략도이다. 본 실시형태는, 주로 청구항 3 기재의 발명에 관한 실시형태이다. 본 실시형태에서는, 제4 실시형태에서의 SOX 흡착재(42)를 생략한 것으로, 기타의 구성은 같다. 따라서, 제 4 실시형태에서의 SOX 흡착재에 관련되는 작용 효과 이외에는, 마찬가지 작용 효과를 나타낸다.
즉, 통상운전에서, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질은, NOX 흡착재(4)로 유입되기 전에 미립자 필터(40)에 의해 포획된다. 따라서, NOX 흡착재(4)에 미립자상 물질이 차서 매워지는 일이 거의 없어, NOX 흡착재에 의한 흡착률의 저하를 방지할 수가 있다.
통상운전 중, 미립자 필터(40)에 대한 미립자상 물질의 흡착량이 포화상태로 되어 배압(背壓)이 상승하거나, 또는 NOX 흡착량이 소정량(예컨대, 포화량)에 이르면, 상기에 설명한 재생운전으로 절환된다. 재생운전에 의해, 미립자 필터(40)에 포획된 미립자상 물질은, 주로 연소장치(5)의 연소에 의해 소각 제거되어, 미립자 필터(40)가 재생되도록 되어 있다.
NOX 흡착재(4)와 미립자 필터(40)와의 재생조건 등의 상위 때문에, NOX 흡착재(4) 등의 재생이 완료되었으나 미립자 필터(40)의 재생이 완료되어 있지 않은 경우 등에는, 흡착물질 이탈수단(3)을 정지시키고 연소장치(5) 만을 작동시켜 미립자 필터(40)의 재생만을 단독으로 실행한다. 미립자 필터(40)의 단독 재생은 NOX 흡착재(4) 등에는 영향을 주고 않기 때문에, 미립자 필터(40)의 재생조건에 맞추어 연소장치(5)를 작동시켜 효율적으로 미립상 물질을 제거할 수가 있어, 헛되이 연료를 소비하지 않게 된다.
[다른 실시형태]
제2 ~ 제5 실시형태에서, 배기통로를 3 이상의 분기배기통로로 분기할 수가 있다. 이 경우, 1의 분기배기통로에 배기가스를 흐르게 하고, 다른 분기배기통로에서 재생운전을 실행하여도 좋고, 1의 분기배기통로에서 재생운전을 실행하고, 다른 분기배기통로로 배기가스를 흐르게 할 수가 있다.
본 발명은, 디젤기관, 가스기관, 가솔린기관 또는 가스터빈기관 등의 각종 내연기관 또는 산업용 보일러 등의 연료기기의 배기가스 정화장치로 이용되는바, 특히 희박 연소조건에서 운전되는 내연기관 등과 같이 배기가스 중에 NOX가 많이 함유되게 되는 내연기관에 적합하다. 또, SOX가 함유되는 산업용 디젤기관 등에도 적용할 수 있고, 또 배기가스의 열을 재이용하는 경우에도 적합한바, SOX에 의한 피독을 적게 해서 배기열을 효율적으로 회수할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 내연기관 또는 연소기기의 배기통로에 설치되는 배기가스 정화장치에서,
    상기 배기통로에,
    질소산화물을 일시적으로 흡착하여, 당해 흡착한 질소산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 질소산화물 흡착재와,
    상기 질소산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어, 배기 또는 공기를 승온 또는 환원분위기로 하는 흡착물질 이탈수단과,
    상기 질소산화물 흡착재보다 배기 하류 측에 배치되어, 공기 공급수단, 연료공급수단 및 착화수단을 포함하는 연소장치와,
    상기 연소장치보다 배기 하류 측에 배치되어 있고, 배기가스에 함유되는 입자상 물질을 포획하게 되는 필터장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기통로가 복수의 분기배기통로로 분기되어 있고,
    각 분기배기통로의 배기 입구에는, 가스의 유통을 차단할 수 있는 차단수단이 설치되고,
    각 분기배기통로에, 상기 질소산화물 흡착재와, 상기 흡착물질 이탈수단과, 상기 연소장치와, 상기 필터장치를 갖추고 있고,
    상기 흡착물질 이탈수단이, 공기 공급수단을 갖고서 공기 공급수단으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  3. 내연기관 또는 연소기기의 배기통로에 설치되는 배기가스 정화장치에서,
    상기 배기통로가 복수의 분기배기통로로 분기되어 있고,
    각 분기배기통로의 배기 입구 및 배기 출구에, 가스의 유통을 차단할 수 있는 차단수단이 설치되어 있고,
    각 분기배기통로에서의 배기 출입구의 상기 차단수단의 사이에는,
    질소산화물을 일시적으로 흡착하여, 당해 흡착한 질소산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 질소산화물 흡착재와,
    상기 질소산화물 흡착재보다 배기 하류 측에 배치되어, 공기 공급수단을 가짐과 더불어, 공기 공급수단으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 하는 흡착물질 이탈수단과,
    상기 질소산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어, 공기 공급수단, 연료공급수단 및 착화수단을 가진 연소장치와,
    상기 연소장치보다 배기 상류 측에 배치되어, 배기가스에 함유되는 입자상 물질을 포획하도록 된 필터장치와,
    상기 필터장치보다 배기 상류 측에 배치되어, 상기 분기배기통로를 대기로 자유로이 개폐해서 개방하는 대기 개방부를 구비하되,
    상기 흡착물질 이탈수단 및 상기 연소장치를 작동시켜 재생운전을 실행할 때, 상기 분기배기통로의 배기 출입구를 상기 차단수단에 의해 차단됨과 더불어, 상기 대기 개방부에 의해 상기 분기배기통로를 개방하여, 재생운전에 의해 생기는 가스를 배기가스의 흐름방향과는 역방향으로 흐르게 해서 상기 대기 개방부로부터 배출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  4. 내연기관 또는 연소기기의 배기통로에 설치되는 배기가스 정화장치에서,
    상기 배기통로가 복수의 분기배기통로로 분기되어 있고,
    각 분기배기통로의 배기 입구 및 배기 출구에, 가스의 유통을 차단할 수 있는 차단수단이 설치되어 있고,
    각 분기배기통로에서의 배기 출입구의 상기 차단수단 사이에는,
    질소산화물을 일시적으로 흡착하여, 당해 흡착한 질소산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 질소산화물 흡착재와,
    상기 질소산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어, 유황산화물을 일시적으로 흡착하고, 흡착한 유황산화물을 승온 또는 환원분위기에서 이탈시키는 유황산화물 흡착재와,
    상기 질소산화물 흡착재보다 배기 하류 측에 배치되어, 공기 공급수단을 가짐과 더불어, 공기 공급수단으로부터의 공기를 승온 또는 환원분위기로 하는 흡착물질 이탈수단과,
    상기 유황산화물 흡착재보다 배기 상류 측에 배치되어, 공기 공급수단, 연료공급 수단 및 착화수단을 가진 연소장치와,
    상기 연소장치보다 배기 상류 측에 배치되어, 상기 분기배기통로를 대기에 개폐향을 개방하는 대기개방부를 구비하고서,
    상기 흡착물질 이탈수단 및 상기 연소장치를 작동해서 재생운전을 실행할 때, 상기 분기배기통로의 배기 출입구를 차단수단에 의해 차단됨과 더불어, 대기개방부에 의해 상기 분기배기통로를 개방하고, 재생운전에 의해 생기는 가스를 배기가스의 흐름방향과는 역방향으로 흐르게 해서 대기 개방부로부터 배출되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  5. 제4항에 있어서, 각 분기배기통로에는, 상기 연소장치보다 배기 상류 측이고 상기 대기 개방부보다도 배기 하류 측에, 배기가스에 함유되는 미립자상 물질을 포획할 수 있는 필터장치가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
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