KR20090064204A - 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ＳＣＲ 촉매로 공급되는 요소 수용액의 결빙을 배제하고, 결정체 상태로 저장된 요소 카트리지에 냉각수를 공급하여 요소 수용액을 생성함으로써, 선택적 촉매 환원 장치의 구성을 보다 컴팩트하게 마련할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 결정체 상태의 요소를 저장하고 엔진(1)의 냉각수를 제공받는 요소 카트리지(10)와; 상기 요소 카트리지(10)를 통해 배출되는 요소 수용액을 송출하는 펌프(12) 및; 상기 펌프(12)로부터 송출되는 요소 수용액의 양을 조절하여 ＳＣＲ 촉매(7)로 제공하는 제어밸브(14)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

카트리지식 선택적 촉매 환원 장치{Cartridge type selective catalytic reduction system}

본 발명은 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤엔진에 적용되는 선택적 촉매 환원 장치에 있어 질소 산화물의 정화를 위해 환원제로 사용되는 요소 수용액을 보다 효과적으로 공급할 수 있도록 하는 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진에 있어 연소후 배출되는 배기가스중에는 각종 유해 물질이 포함되는 바, 이에 따라 디젤엔진에서 연소후 배출되는 각종 유해 물질과 입자상 물질을 각각 줄이기 위한 다양한 종류의 디젤매연 여과장치가 개발되었다.

즉, 디젤매연 여과장치는 배기가스중 포함된 탄화수소와 일산화탄소의 성분을 각각 촉매에 의한 산화반응으로 물과 이산화탄소로 변환시켜 주는 디젤산화촉매(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)와, 배기가스중 포함된 입자상 물질을 포집하였다가 배기가스의 열에 의해 연소시켜 주는 디젤매연 여과필터(DPF; Diesel Particulate Filter) 및, 배기가스중 포함된 질소산화물을 질소와 산소로 환원시켜 주는 선택적 촉매 환원장치(SCR; Selective Catalytic Reduction) 등으로 구분된다.

그 중에서 질소 산화물(NOx)의 제거 기술로서 가장 활발히 개발 진행되는 것이 바로 요소(Urea)를 이용한 선택적 촉매 환원 장치(SCR; Selective Catalytic Reduction)인 것이다.

종래 요소를 이용한 선택적 촉매 환원 장치(Urea-SCR)는 요소를 수용액 상태로 배기 관로중에 공급하여 질소 산화물(NOx)과 요소(NH₂-CO-NH₂; Urea)를 반응시켜 질소 산화물을 질소(N₂)와 산소(O₂)로 각각 변환시키는 장치인 것이다.

이를 위해, 종래 디젤엔진에 구비된 선택적 촉매 환원장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 요소 수용액을 저장하는 대용량의 저장탱크(51)를 설치하고, 상기 저장탱크(51)내에 저장된 요소 수용액을 펌프(53)의 구동을 통해 공급관로(55)를 거쳐 배기관로(57)중에 공급하여 ＳＣＲ 촉매(59)에 제공하도록 구성된다.

이때, 상기 공급관로(55)에는 제어밸브(61)가 설치되어 상기 배기관로(57)중에 공급되는 요소 수용액의 양을 조절하고, 상기 제어밸브(61)의 개폐량은 제어 유니트(63)에 의해 제어된다.

한편, 도면중 미설명 부호 65는 상기 배기관로(57)와 연결되는 엔진이다.

이 결과, 종래 디젤엔진에 구비된 선택적 촉매 환원장치에서는 상기 저장탱크(51)내에 지속적으로 적정 농도의 요소 수용액을 상기 ＳＣＲ 촉매(59)로 공급되 기 이전 단계에서 적정량 만큼 저장할 필요가 있게 된다.

이에 따라, 종래 선택적 촉매 환원 장치는 일정 기간동안 지속적인 요소 수용액의 공급을 위해 용량이 약 25ℓ이상(3만km 주행기준)의 저장탱크(51)가 필요하고, 상기 저장탱크(51)에 요소 수용액의 보충시 주입을 위한 필러넥(도시안됨) 등이 필요로 하게 된다.

또한, 종래 선택적 촉매 환원 장치에 있어 요소 수용액은 최적농도가 약 32.5 ± 5 % 정도이므로, 빙점이 -11 ℃이고, 이에 따라 한냉 지역에서 요소 수용액의 빙결에 대비하여 별도의 히팅장비를 필요로 한다.

이 결과, 종래 선택적 촉매 환원 장치는 대용량의 저장탱크(51)를 비롯하여 요소 수용액의 보충시 주입을 위한 필러넥 등을 구비하여야 하므로, 차량의 레이 아웃에 있어 불리한 요소를 가지게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, ＳＣＲ 촉매로 공급되는 요소 수용액의 결빙을 배제하고, 결정체 상태로 저장된 요소 카트리지에 냉각수를 공급하여 요소 수용액을 생성함으로써, 선택적 촉매 환원 장치의 구성을 보다 컴팩트하게 마련할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적으로 달성하기 위한 본 발명은, 결정체 상태의 요소를 저장하고 엔진의 냉각수를 제공받는 요소 카트리지와;

상기 요소 카트리지를 통해 배출되는 요소 수용액을 송출하는 펌프 및;

상기 펌프로부터 송출되는 요소 수용액의 양을 조절하여 ＳＣＲ 촉매로 제공하는 제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 요소 카트리지의 입구는 상기 엔진의 냉각수 순환계통의 펌프와 냉각수 공급관로를 매개로 연결되고, 상기 요소 카트리지의 출구는 상기 펌프와 상기 ＳＣＲ 촉매에 요소 수용액 공급관로를 매개로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치에 의하면, 엔진의 냉각수를 이용하여 결정체 상태의 요소를 용해한 다음, 요소 수용액을 ＳＣＲ 촉매로 공급함으로써, 한냉지역에서 요소 수용액이 빙결되는 문제를 해소할 수 있게 된다.

또한, 종래와 같은 요소 수용액의 저장을 위한 대용량의 저장탱크를 구비하지 않아도 되므로, 선택적 촉매 환원 장치의 전체 구성을 보다 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다.

아울러, 요소의 보충시 별도의 주입장치 없이도 주기적으로 요소 카트리지만을 교환하면 되므로, 정비에 소요되는 시간의 단축과 함께 정비의 편의성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치는 요소 카트리지(10)와 펌프(12) 및 제어밸브(14) 등을 포함하여 구성된다.

상기 요소 카트리지(10)는 내부에 결정체 상태의 요소를 저장하고 엔진(1)의 냉각수 순환계통(3)과 연결된다. 더욱 상세하게는 상기 요소 카트리지(10)의 입구는 상기 엔진(1)의 냉각수 순환계통(3)의 펌프(3a)와 냉각수 공급관로(4)를 매개로 연결되어 있어, 상기 요소 카트리지(10)는 상기 엔진(1)의 냉각수 순환계통(3)으로부터 적정 온도의 냉각수를 제공받을 수 있게 된다. 도 2에 있어 상기 엔진(1)과 냉각수 순환계통(3) 및 펌프(3a) 사이로 도시된 화살표는 냉각수의 순환경로를 설명하는 것이다.

상기 펌프(12)는 상기 요소 카트리지(10)를 통해 배출되는 요소 수용액(냉각수에 결정체 상태의 요소가 용해된 상태임)을 ＳＣＲ 촉매(7)로 공급하는 역할을 수행한다.

상기 제어밸브(14)는 상기 펌프(12)로부터 송출되어 배기관로(5)에 설치된 상기 ＳＣＲ 촉매(7)로 제공되는 요소 수용액의 양을 조절하는 기능을 수행한다.

이 경우, 상기 요소 카트리지(10)의 출구는 상기 펌프(12)와 상기 ＳＣＲ 촉매(7)에 요소 수용액 공급관로(16)를 매개로 연결된다.

아울러, 상기 제어밸브(14)의 개폐량은 제어 유니트(18)의 제어에 의해 이루어져, 상기 ＳＣＲ 촉매(7)에 적정량의 요소 수용액이 공급될 수 있도록 한다.

즉, 본 발명은 엔진(1)의 냉각수 순환계통(3)에 저장된 냉각수를 결정체 상태의 요소가 저장된 요소 카트리지(10)를 통과할 때, 요소가 냉각수에 의해 용해되고, 요소가 용해된 요소 수용액을 상기 펌프(12)의 구동을 매개로 상기 요소 수용액 공급관로(16)를 매개로 상기 배기관로(5)에 설치된 상기 ＳＣＲ 촉매(7)로 제공하는 구성으로 이루어진다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 엔진(1)에 의해 적정한 온도로 가열된 냉각수중 일정량이 냉각수 순환계통(3)에서 펌프(3a)의 구동에 따라 상기 요소 카트리지(10)로 공급되고, 상기 요소 카트리지(10)로 공급된 냉각수는 요소 카트리지(10)를 통과하면서 결정체 상태의 요소를 용해시켜 요소 수용액으로 변환된다.

이어 상기 요소 카트리지(10)를 통과하면서 생성된 요소 수용액은 상기 펌프(12)의 구동에 의해 요소 수용액 공급관로(16)를 통해 상기 배기관로(5)내에 공급되어 상기 ＳＣＲ 촉매(7)에 제공된다.

이 결과, 본 발명의 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치는 기존 대비 한냉지역에서 요소 수용액이 빙결되는 문제를 해소할 수 있게 되고, 요소 수용액의 저장을 위한 별도의 대용량 탱크를 갖추지 않아도 되므로, 선택적 촉매 환원 장치의 구성에 있어 요소 수용액의 공급 시스템을 보다 컴팩트하게 마련할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 요소 카트리지(10)내에 결정체 상태의 요소를 저장하고 있으므로, 요소를 저장하기 위한 용기의 용량을 크게 줄일 수 있으므로, 레이 아웃상의 배치에 자유도가 증진되고, 특히 고체 상태의 결정체인 요소는 결빙의 우려가 없기 때문에 종래와 같이 별도의 히터 장비를 갖추지 않아도 되므로, 원가의 절감을 기대할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 요소의 보충시 별도의 주입장비 없이도 주기적으로 요소 카트리지(10)만을 교환 내지 카트리지의 내부에 결정체 상태의 요소만을 추가로 주입하면 되므로, 정비에 소요되는 시간을 줄임과 더불어 정비용 장비의 간략화를 달성할 수 있게 된다.

도 1은 종래 선택적 촉매 환원 장치의 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치의 구성을 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-요소 카트리지 12-펌프

14-제어밸브 16-요소 수용액 공급관로

Claims (4)

1. 결정체 상태의 요소를 저장하고 엔진(1)의 냉각수를 제공받는 요소 카트리지(10)와;

   상기 요소 카트리지(10)를 통해 배출되는 요소 수용액을 송출하는 펌프(12) 및;

   상기 펌프(12)로부터 송출되는 요소 수용액의 양을 조절하여 ＳＣＲ 촉매(7)로 제공하는 제어밸브(14)를 구비하는 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 요소 카트리지(10)의 입구는 상기 엔진(1)의 냉각수 순환계통(3)의 펌프(3a)와 냉각수 공급관로(4)를 매개로 연결되는 것을 특징으로 하는 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 요소 카트리지(10)의 출구는 상기 펌프(12)와 상기 ＳＣＲ 촉매(7)에 요소 수용액 공급관로(16)를 매개로 연결되는 것을 특징으로 하는 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어밸브(14)의 개폐량은 제어 유니트(18)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 카트리지식 선택적 촉매 환원 장치.

Images