KR102122849B1 - 차량용 선택적 환원촉매(scr) 장치 - Google Patents

차량용 선택적 환원촉매(scr) 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 디젤산화촉매(DOC), 혼합기(MIXER), 선택적 환원촉매(SCR)를 모듈 단위로 설계하고 장착할 때 중간 배관을 적용함으로써, 비좁은 공간에도 설치가 가능하고, 중간 배관을 꺾인 형태 또는 직선 형태로 제작하여 적용함으로써, 장착되는 차량에 맞게 제공할 수 있음은 물론 중간 배관을 혼합기의 역할을 병행하게 할 수 있으며, 혼합기를 인젝터 후단에 위치하게 설치하고 혼합기 내의 믹싱 블레이드를 인젝터 후단에 중첩되게 하며 혼합기라인 말단에도 믹싱 블레이드를 추가로 설치하여 줌으로써, 혼합(mixing) 효과를 개선하여 줄 수 있고, 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝 사이의 결합을 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 선택하여 적용함으로써, 결합의 다양성을 부여할 수 있으며, 촉매 Loading량 및 성분 개선을 통해 저온에서 질소산화물(NOX) 저감 성능이 높은 선택적 환원촉매(SCR)를 사용하여 배기가스 온도가 낮은 운전영역에서 질소산화물(NOX)의 저감 성능을 향상시키며, 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF) 장치가 선택적 환원촉매(SCR)의 전단 또는 후단에 설치될 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치{Selective catalytic reduction(SCR) device for vehicles}
본 발명은 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 디젤산화촉매(DOC), 혼합기(MIXER), 선택적 환원촉매(SCR)를 모듈 단위로 설계하고 장착할 때 중간 배관을 적용함으로써, 비좁은 공간에도 설치가 가능하고, 중간 배관을 꺾인 형태 또는 직선 형태로 제작하여 적용함으로써, 장착되는 차량에 맞게 제공할 수 있음은 물론 중간 배관을 혼합기의 역할을 병행하게 할 수 있으며, 혼합기를 인젝터 후단에 위치하게 설치하고 혼합기 내의 믹싱 블레이드를 인젝터 후단에 중첩되게 하며 혼합기라인 말단에도 믹싱 블레이드를 추가로 설치하여 줌으로써, 혼합(mixing) 효과를 개선하여 줄 수 있고, 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝 사이의 결합을 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 선택하여 적용함으로써, 결합의 다양성을 부여할 수 있으며, 촉매 Loading량 및 성분 개선을 통해 저온에서 질소산화물(NOX) 저감 성능이 높은 선택적 환원촉매(SCR)를 사용하여 배기가스 온도가 낮은 운전영역에서 질소산화물(NOX)의 저감 성능을 향상시키며, 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF) 장치가 선택적 환원촉매(SCR)의 전단 또는 후단에 설치될 수 있는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치에 관한 기술이다.
도 1은 종래 자동차의 배기시스템을 도시한 것으로서, 엔진(E)의 작동시 배출되는 배기가스는 촉매장치(10)를 통과하면서 일산화탄소나 질소화합물들과 같은 인체에 유해한 성분들이 정화된다.
이어서, 촉매장치(10)의 후단에 부착된 보조소음기(20)에서 배기가스의 1 차 흡음 작용이 이루어져 고주파 대역의 거친 소리가 1차적으로 저감되고, 보조소음기(20)를 통과한 배기가스는 배기관(40)을 통하여 주 소음기(30)로 유입된다.
상기 주소음기(30)는 배기가스의 소음 저감을 좌우하는 주요 부분이다.
상기와 같은 종래의 배기시스템은 주로 통합형 CCC(The integration type close-coupled catalytic converter) 타입의 촉매장치를 사용하는 차량에 장착되는 배기시스템인데, 자동차 배기가스의 엄격한 규제기준에 보다 부합하기 위한 고정화효율 촉매장치인 WCC(Warming-Up Catalytic Converter) 타입의 촉매 장치와 UCC(Underbody Catalytic Converter) 타입의 촉매장치가 배기시스템에서 함께 사용되는 추세이며, 이러한 추세로 말미암아 촉매장치가 단일한 통합형 CCC만을 사용하던 환경과 비교하여, WCC 촉매장치와 UCC 촉매장치의 2 개의 촉매장치로부터 발생되는 배압(back pressure)을 개선하여야 할 필요성이 상존하고 있다.
또한 자동차에 있어서, 95%이상이 배기관을 통하여 배출되는 가스로서 연소된 가스상 물질이며, 오늘날 우리가 사용하는 화석연료의 대부분은 여러 종류의 HC로 이루어진 혼합물로, 완전연소가 이루어지기 위해서는 이 HC들이 산소와 결합하여 수증기와 탄산가스만을 생성시켜야 한다.
그러나 현재의 기술수준으로는 기관의 작동상태가 최적연소라 할지라도 혼합기를 완전 연소시킬 수 없기 때문에 배기가스 중에는 유해물질이 포함될 수밖에 없다.
이러한 유해물질 중 부하 중속으로 휘발유엔진이 작동될 때 배기가스의 대부분은 질소(71%), 탄산가스(18.1%), 수증기(9.2%)이고 유해물질은 총 배기가스의 약1% 정도가 되며, 여기에 포함되는 유해물질은 주로 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)이다.
차량의 배기가스 저감을 위하여 CO와 HC를 산화반응으로 저감시키는 산화촉매(oxidation catalyst)가 초기에 사용되어 왔다.
한편, 디젤 자동차의 유해배출물은 CO, HC, NOX, PM으로 구성되어 있는데, 디젤기관은 연소특성상 희박한 공연비 조건에서 연소가 이루어지기 때문에 가솔린 기관에 비해 미연소 생성물인 CO와 HC의 배출량이 적지만, 높은 압축비로 인해 상대적으로 많은 양의 NOX가 배출되며 디젤 연료 분사 특성상 입자상물질(PM)이 생성된다.
배기가스 규제에 따라 디젤기관의 배기가스 저감을 위하여 EGR 시스템과 커먼 레일(Common Rail)을 비롯한 매연정화장치(DOC, PMC)를 사용하여 디젤기관에서 배출되는 유해 배출물을 낮추어 왔다.
그러나 점차 강화되는 배기가스 규제를 만족시키기 위해선 NOX 배출물의 저감을 위한 후처리 장치의 적용이 필수적이다.
도 2는 종래 디젤기관 자동차의 배기시스템을 도시한 것으로서, 엔진(E)의 작동시 배출되는 배기가스가 디젤 입자상물질 필터(PMC)(50)를 통과하면서 입자상물질이 정화되며, 추가적인 질소산화물(NOX) 저감 성능 개선이 필요하다.
그러므로, 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 디젤산화촉매(DOC), 혼합기(MIXER), 선택적 환원촉매(SCR)를 모듈 단위로 설계하고 장착할 때 중간 배관을 적용하여 비좁은 공간에도 설치가 가능하고, 중간 배관을 꺾인 형태 또는 직선 형태로 제작하여 적용하여 장착되는 차량에 맞게 제공할 수 있음은 물론 중간 배관을 혼합기의 역할을 병행하게 할 수 있으며, 혼합기를 인젝터 후단에 위치하게 설치하고 혼합기 내의 믹싱 블레이드를 인젝터 후단에 중첩되게 하며 혼합기라인 말단에도 믹싱 블레이드를 추가로 설치하여 주므로 혼합(mixing) 효과를 개선하여 줄 수 있고, 촉매 Loading량 및 성분 개선을 통해 저온에서 질소산화물(NOX) 저감 성능이 높은 선택적 환원촉매(SCR)를 사용하여 배기가스 온도가 낮은 운전영역에서 질소산화물(NOX)의 저감 성능을 향상시키며, 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF) 장치가 선택적 환원촉매(SCR)의 전단 또는 후단에 설치될 수 있는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
KR 10-2009-0080360(2009. 8. 28)
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 디젤산화촉매(DOC), 혼합기(MIXER), 선택적 환원촉매(SCR)를 모듈 단위로 설계하고 장착할 때 중간 배관을 적용함으로써, 비좁은 공간에도 설치가 가능한 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 중간 배관을 꺾인 형태 또는 직선 형태로 제작하여 적용함으로써, 장착되는 차량에 맞게 제공할 수 있음은 물론 중간 배관을 혼합기의 역할을 병행하게 할 수 있는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 혼합기를 인젝터 후단에 위치하게 설치하고 혼합기 내의 믹싱 블레이드를 인젝터 후단에 중첩되게 하며 혼합기라인 후단에도 믹싱 블레이드를 추가로 설치하여 줌으로써, 혼합(mixing) 효과를 개선하여 줄 수 있는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝 사이의 결합을 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 선택하여 적용함으로써, 결합의 다양성을 부여할 수 있는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 촉매 Loading량 및 성분 개선을 통해 저온에서 질소산화물(NOX) 저감 성능이 높은 선택적 환원촉매(SCR)를 사용하여 배기가스 온도가 낮은 운전영역에서 질소산화물(NOX)의 저감 성능을 향상시키는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF) 장치가 선택적 환원촉매(SCR)의 전단 또는 후단에 설치될 수 있는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치는 엔진(E)으로부터 연소된 배기가스가 배기 매니폴드를 통해 배기관에 들어오면 배기가스에서 150 내지 300℃의 고열을 통해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)를 촉매반응을 이용하여 줄여주고, 입자상물질(PM)을 태워주며, 배기가스 중의 이산화질소(NO2)의 비율을 높여주는 디젤산화촉매(DOC)를 포함하는 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과; 상기 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과 제1 중간배관을 결합하며, 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 어느 하나로 선택하는 결합부재와; 상기 제1 중간배관을 결합하는 결합부재에 의해 결합되고, 혼합기의 역할을 수행하며, 장착되는 차량에 맞게 꺾인 형태 또는 직선 형태인 제1 중간배관과; 상기 제1 중간배관과 제1 혼합기의 전단 사이에 장착되며, 우레아인 요소 수용액을 분사하는 우레아 인젝터와; 상기 우레아 인젝터의 후단에 장착되며, 우레아 인젝터에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 혼합되게 하며, 제1 혼합기 내에 장착되는 블레이드의 형태는 사각판 꺾임 형태 또는 호 형태이고, 상기 블레이드는 제1 혼합기의 전단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 2개가 중첩되게 장착되거나, 제1 혼합기의 후단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되거나, 제1 혼합기의 전단 또는 후단에는 블레이드 6개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되는 것 중에서 선택되어 믹싱 효과를 개선하는 제1 혼합기(MIXER)와; 상기 제1 혼합기(MIXER)와 제2 중간배관을 결합하며, 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 어느 하나로 선택하는 결합부재와; 상기 제2 중간배관을 결합하는 결합부재에 의해 결합되고, 혼합기의 역할을 수행하며, 장착되는 차량에 맞게 꺾인 형태 또는 직선 형태인 제2 중간배관과; 상기 제2 중간배관의 후단 부분에 장착되며, 우레아 인젝터에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 들어오면 다시 혼합되게 하며, 제2 혼합기 내에 장착되는 블레이드의 형태는 사각판 꺾임 형태 또는 호 형태이고, 상기 블레이드는 제2 혼합기의 전단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 2개가 중첩되게 장착되거나, 제2 혼합기의 후단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되거나, 제2 혼합기의 전단 또는 후단에는 블레이드 6개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되는 것 중에서 선택되어 믹싱 효과를 개선하는 제2 혼합기(MIXER)와; 상기 제2 혼합기(MIXER)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝을 결합하며, 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 어느 하나로 선택하는 결합부재와; 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝을 결합하는 결합부재에 의해 결합되며, 요소 수용액을 배기관에 분사하면 요소 수용액이 고온에서 암모니아로 분해된 후에 암모니아와 질소산화물(NOX)이 반응하여 질소산화물(NOX)이 저감되게 하는 선택적 환원촉매(SCR)를 포함하며, 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝 안에 포함되는 촉매는 V2O5-Al2O3, V2O5-SiO2-TiO2, V2O5-WO3-TiO2, Fe2O3-TiO2, CuO-TiO2 중에서 선택되는 금속산화물 촉매 또는 Y형 Zeolite, Mordenite, ZSM-5 중에서 선택되는 Zeolite계 촉매인 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝; 을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝과 제3 중간배관에 의해 연결되며, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝을 통과한 배기가스에서 잔존하는 입자상물질(PM)을 포집하여 입자상물질(PM)이 소정량 축적되면 매연 배기가스, 첨가제, 별도의 승온장치 중에서 선택되는 것으로 입자상물질(PM)을 재연소하여 재생하는 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF); 을 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 결합부재는 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 어느 하나로 선택하는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 제1 중간배관과 제2 중간배관은 장착되는 차량에 맞게 꺾인 형태 또는 직선 형태인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 제1 혼합기와 제2 혼합기 내에 장착되는 블레이드의 형태는 사각판 꺾임 형태 또는 호 형태인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 블레이드는 제1 혼합기와 제2 혼합기의 전단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 2개가 중첩되게 장착되고, 제1 혼합기와 제2 혼합기의 후단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되며, 제1 혼합기와 제2 혼합기의 전단 또는 후단에는 블레이드 6개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되어 믹싱 효과를 개선하는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝 안에 포함되는 촉매는 V2O5-Al2O3, V2O5-SiO2-TiO2, V2O5-WO3-TiO2, Fe2O3-TiO2, CuO-TiO2 중에서 선택되는 금속산화물 촉매 또는 Y형 Zeolite, Mordenite, ZSM-5 중에서 선택되는 Zeolite계 촉매인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명인 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 디젤산화촉매(DOC), 혼합기(MIXER), 선택적 환원촉매(SCR)를 모듈 단위로 설계하고 장착할 때 중간 배관을 적용함으로써, 비좁은 공간에도 설치가 가능하다.
둘째, 본 발명은 중간 배관을 꺾인 형태 또는 직선 형태로 제작하여 적용함으로써, 장착되는 차량에 맞게 제공할 수 있음은 물론 중간 배관을 혼합기의 역할을 병행하게 할 수 있다.
셋째, 본 발명은 혼합기를 인젝터 후단에 위치하게 설치하고 혼합기 내의 믹싱 블레이드를 인젝터 후단에 중첩되게 하며 혼합기라인 말단에도 믹싱 블레이드를 추가로 설치하여 줌으로써, 혼합(mixing) 효과를 개선하여 줄 수 있다.
넷째, 본 발명은 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 중간배관 사이와, 혼합기(MIXER)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝 사이의 결합을 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 선택하여 적용함으로써, 결합의 다양성을 부여할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 촉매 Loading량 및 성분 개선을 통해 저온에서 질소산화물(NOX) 저감 성능이 높은 선택적 환원촉매(SCR)를 사용하여 배기가스 온도가 낮은 운전영역에서 질소산화물(NOX)의 저감 성능을 향상시킨다.
여섯째, 본 발명은 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF) 장치가 선택적 환원촉매(SCR)의 전단 또는 후단에 설치될 수 있다.
도 1은 종래의 촉매장치를 포함하는 배기시스템의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 종래 디젤기관 자동차의 배기시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 5(a) 내지 도 5(f)는 본 발명의 일실시예 또는 다른 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성 중 믹서에 장착되는 블레이드의 형태를 설명하기 위해 나타낸 도면.
도 6(a) 내지 도 6(c)는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성 중 혼합기(MIXER) 전단과 후단의 블레이드와 혼합기(MIXER) 내부의 와류되는 형상을 설명하기 위해 나타낸 사진도면.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 도면이며, 도 5(a) 내지 도 5(f)는 본 발명의 일실시예 또는 다른 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성 중 믹서에 장착되는 블레이드의 형태를 설명하기 위해 나타낸 도면이고, 도 6(a) 내지 도 6(c)는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치의 구성 중 혼합기(MIXER) 전단과 후단의 블레이드와 혼합기(MIXER) 내부의 와류되는 형상을 설명하기 위해 나타낸 사진도면이다.
본 발명인 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치는 엔진(E), 배기 매니폴드(100), 디젤산화촉매(DOC) 캐닝(200), 제1 중간배관(300), 제2 중간배관(310), 결합부재(400), 제1 혼합기(MIXER)(500), 제2 혼합기(MIXER)(510), 블레이드(520), 우레아 인젝터(600), 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700), 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF)(800) 등으로 구성된다.
도 3 내지 도 6(c)에 도시한 바와 같이, 본 발명인 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치는 엔진(E)으로부터 연소된 배기가스가 배기 매니폴드(100)를 통해 배기관에 들어오면 배기가스에서 150 내지 300℃의 고열을 통해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)를 촉매반응을 이용하여 줄여주고, 입자상물질(PM)을 태워주며, 배기가스 중의 이산화질소(NO2)의 비율을 높여주는 디젤산화촉매(DOC)를 포함하는 디젤산화촉매(DOC) 캐닝(200)과; 상기 디젤산화촉매(DOC) 캐닝(200)과 제1 중간배관(300)을 결합하는 결합부재(400)와; 상기 제1 중간배관(300)을 결합하는 결합부재(400)에 의해 결합되며, 혼합기의 역할을 수행하는 제1 중간배관(300)과; 상기 제1 중간배관(300)과 제1 혼합기(500)의 전단 사이에 장착되며, 우레아인 요소 수용액을 분사하는 우레아 인젝터(600)와; 상기 우레아 인젝터(600)의 후단에 장착되며, 우레아 인젝터(600)에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 혼합되게 하는 제1 혼합기(MIXER)(500)와; 상기 제1 혼합기(MIXER)(500)와 제2 중간배관(310)을 결합하는 결합부재(400)와; 상기 제2 중간배관(300)을 결합하는 결합부재(400)에 의해 결합되며, 혼합기의 역할을 수행하는 제2 중간배관(310)과; 상기 제2 중간배관(310)의 후단 부분에 장착되며, 우레아 인젝터(600)에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 들어오면 다시 혼합되게 하는 제2 혼합기(MIXER)(510)와; 상기 제2 혼합기(MIXER)(510)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700)을 결합하는 결합부재(400)와; 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700)을 결합하는 결합부재(400)에 의해 결합되며, 요소 수용액을 배기관에 분사하면 요소 수용액이 고온에서 암모니아로 분해된 후에 암모니아와 질소산화물(NOX)이 반응하여 질소산화물(NOX)이 저감되게 하는 선택적 환원촉매(SCR)를 포함하는 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700)을 구비하며, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝과 제3 중간배관에 의해 연결되며, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝을 통과한 배기가스에서 잔존하는 입자상물질(PM)을 포집하여 입자상물질(PM)이 소정량 축적되면 매연 배기가스, 첨가제, 별도의 승온장치 중에서 선택되는 것으로 입자상물질(PM)을 재연소하여 재생하는 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF)(800)를 더 구비한다.
상기 본 발명인 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치를 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.
상기 디젤산화촉매(Diesel oxidation catalyst: DOC) 캐닝(200)은 엔진(E)으로부터 연소된 배기가스가 배기 매니폴드(100)를 통해 배기관에 들어오면 배기가스에서 150 내지 300℃의 고열을 통해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)를 촉매반응을 이용하여 줄여주고, 입자상물질(PM)을 태워주며, 배기가스 중의 이산화질소(NO2)의 비율을 높여주는 디젤산화촉매(DOC)를 포함하는 것이다.
상기 결합부재(400)는 상기 디젤산화촉매(DOC) 캐닝(200)과 제1 중간배관(300)을 결합하는 것이다. 여기서, 상기 결합부재(400)는 플랜지 삽입형태가 가장 바람직하나, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태도 적용이 가능한 것이다.
상기 제1 중간배관(300)은 상기 결합부재(400)에 의해 결합되며, 혼합기의 역할을 수행하는 것이다. 여기서, 상기 제1 중간배관(300)은 장착되는 차량에 맞게 꺾인 형태 또는 직선 형태인 것이다.
상기 우레아 인젝터(600)는 상기 제1 중간배관(300)과 제1 혼합기(500)의 전단 사이에 장착되며, 우레아인 요소 수용액을 분사하는 것이다.
상기 제1 혼합기(MIXER)(500)는 상기 우레아 인젝터(600)의 후단에 장착되며, 우레아 인젝터(600)에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 혼합되게 하는 것이다. 여기서, 상기 제1 혼합기(500) 내에 장착되는 블레이드(520)의 형태는 사각판 꺾임 형태 또는 호 형태인 것이다.
또한, 상기 블레이드(520)는 제1 혼합기(500)의 전단에는 블레이드(520) 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 2개가 중첩되게(도 5(b)) 장착되거나, 제1 혼합기(500)의 후단에는 블레이드(520) 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되거나(도 5(a)와 도 5(c)), 제1 혼합기(500)의 전단 또는 후단에는 블레이드(520) 6개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되는 것 중에서 선택되어(도 5(d) 내지 도 5(f)) 믹싱 효과를 개선하는 것이다.
상기 결합부재(400)는 상기 제1 혼합기(MIXER)(500)와 제2 중간배관(310)을 결합하는 것이다. 여기서, 상기 결합부재(400)는 플랜지 삽입형태가 가장 바람직하나, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태도 적용이 가능한 것이다.
상기 제2 중간배관(310)은 상기 결합부재(400)에 의해 결합되며, 혼합기의 역할을 수행하는 것이다. 여기서, 상기 제2 중간배관(310)은 장착되는 차량에 맞게 꺾인 형태 또는 직선 형태인 것이다.
상기 제2 혼합기(MIXER)(510)는 상기 제2 중간배관(310)의 후단 부분에 장착되며, 우레아 인젝터(600)에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 들어오면 다시 혼합되게 하는 것이다. 여기서, 상기 제2 혼합기(510) 내에 장착되는 블레이드(520)의 형태는 사각판 꺾임 형태 또는 호 형태인 것이다.
또한, 상기 블레이드(520)는 제2 혼합기(510)의 전단에는 블레이드(520) 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 2개가 중첩되게(도 5(b)) 장착되거나, 제2 혼합기(510)의 후단에는 블레이드(520) 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되거나(도 5(a)와 도 5(c)), 제2 혼합기(510)의 전단 또는 후단에는 블레이드(520) 6개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되는 것 중에서 선택되어(도 5(d) 내지 도 5(f)) 믹싱 효과를 개선하는 것이다.
상기 결합부재(400)는 상기 제2 혼합기(MIXER)(510)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700)을 결합하는 것이다. 여기서, 상기 결합부재(400)는 플랜지 삽입형태가 가장 바람직하나, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태도 적용이 가능한 것이다.
상기 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction: SCR) 캐닝(700)은 상기 결합부재(400)에 의해 결합되며, 우레아(요소 수용액)를 배기관에 분사하면 우레아가 고온에서 암모니아로 분해된 후에 암모니아와 질소산화물(NOX)이 반응하여 질소산화물(NOX)이 저감되게 하는 선택적 환원촉매(SCR)를 포함하는 것이다. 여기서, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700) 안에 포함되는 촉매는 V2O5-Al2O3, V2O5-SiO2-TiO2, V2O5-WO3-TiO2, Fe2O3-TiO2, CuO-TiO2 중에서 선택되는 금속산화물 촉매 또는 Y형 Zeolite, Mordenite, ZSM-5 중에서 선택되는 Zeolite계 촉매인 것이다.
도 4는 상기 도 3에 도시한 바와 같은 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치에 디젤 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter: DPF)(800)가 더 결합된 형태로서, 상기 디젤 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter: DPF)(800)는 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700)과 제3 중간배관(320)에 의해 연결되며, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝(700)을 통과한 배기가스에서 잔존하는 입자상물질(PM)을 포집하여 입자상물질(PM)이 소정량 축적되면 매연 배기가스, 첨가제, 별도의 승온장치 중에서 선택되는 것으로 입자상물질(PM)을 재연소하여 재생하는 것이다. 여기서, 입자상물질(PM)의 저감 방안으로는 매연저감장치인 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF)의 사용이 가장 효과적이며, 상기 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF)의 원리는 배기관에 설치된 매연여과장치의 필터에 매연과 PM을 포집하는 과정과, 포집된 매연을 태우는 재생(Regeneration) 과정으로 이루어지는 것이다.
또한, 상기 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF) 장치가 선택적 환원촉매(SCR)의 전단 또는 후단에 설치될 수 있는 것이다.
또한, 도 6(a) 내지 도 6(c)에는 상기 혼합기(MIXER) 전단과 후단의 블레이드(도 6(a)와 도 6(b))(520)와 혼합기(MIXER) 내부의 와류되는 형상(도 6(c))을 나타낸 것이다.
상술한 바와 같은, 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치는 디젤 엔진을 갖는 차량에 적용할 수 있으므로 그 적용대상이 광범위하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 이해할 수 있을 것이다.
E : 엔진 100 : 배기 매니폴드
200 : 디젤산화촉매(DOC) 캐닝 300 : 제1 중간배관
310 : 제2 중간배관 320 : 제3 중간배관
400 : 결합부재 500 : 제1 혼합기
510 : 제2 혼합기 520 : 블레이드
600 : 우레아 인젝터 700 : 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝
800 : 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF)

Claims (7)

  1. 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치에 있어서,
    엔진(E)으로부터 연소된 배기가스가 배기 매니폴드를 통해 배기관에 들어오면 배기가스에서 150 내지 300℃의 고열을 통해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)를 촉매반응을 이용하여 줄여주고, 입자상물질(PM)을 태워주며, 배기가스 중의 이산화질소(NO2)의 비율을 높여주는 디젤산화촉매(DOC)를 포함하는 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과;
    상기 디젤산화촉매(DOC) 캐닝과 제1 중간배관을 결합하며, 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 어느 하나로 선택하는 결합부재와;
    상기 제1 중간배관을 결합하는 결합부재에 의해 결합되고, 혼합기의 역할을 수행하며, 장착되는 차량에 맞게 꺾인 형태 또는 직선 형태인 제1 중간배관과;
    상기 제1 중간배관과 제1 혼합기의 전단 사이에 장착되며, 우레아인 요소 수용액을 분사하는 우레아 인젝터와;
    상기 우레아 인젝터의 후단에 장착되며, 우레아 인젝터에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 혼합되게 하며, 제1 혼합기 내에 장착되는 블레이드의 형태는 사각판 꺾임 형태 또는 호 형태이고, 상기 블레이드는 제1 혼합기의 전단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 2개가 중첩되게 장착되거나, 제1 혼합기의 후단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되거나, 제1 혼합기의 전단 또는 후단에는 블레이드 6개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되는 것 중에서 선택되어 믹싱 효과를 개선하는 제1 혼합기(MIXER)와;
    상기 제1 혼합기(MIXER)와 제2 중간배관을 결합하며, 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 어느 하나로 선택하는 결합부재와;
    상기 제2 중간배관을 결합하는 결합부재에 의해 결합되고, 혼합기의 역할을 수행하며, 장착되는 차량에 맞게 꺾인 형태 또는 직선 형태인 제2 중간배관과;
    상기 제2 중간배관의 후단 부분에 장착되며, 우레아 인젝터에서 분사된 요소 수용액이 암모니아로 기화되어 들어오면 다시 혼합되게 하며, 제2 혼합기 내에 장착되는 블레이드의 형태는 사각판 꺾임 형태 또는 호 형태이고, 상기 블레이드는 제2 혼합기의 전단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 2개가 중첩되게 장착되거나, 제2 혼합기의 후단에는 블레이드 4개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되거나, 제2 혼합기의 전단 또는 후단에는 블레이드 6개가 하나의 세트로 구성되는 것이 1개가 장착되는 것 중에서 선택되어 믹싱 효과를 개선하는 제2 혼합기(MIXER)와;
    상기 제2 혼합기(MIXER)와 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝을 결합하며, 플랜지 삽입형태, 클램프 형태, 핀 형태, 철선 형태 중에서 어느 하나로 선택하는 결합부재와;
    상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝을 결합하는 결합부재에 의해 결합되며, 요소 수용액을 배기관에 분사하면 요소 수용액이 고온에서 암모니아로 분해된 후에 암모니아와 질소산화물(NOX)이 반응하여 질소산화물(NOX)이 저감되게 하는 선택적 환원촉매(SCR)를 포함하며, 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝 안에 포함되는 촉매는 V2O5-Al2O3, V2O5-SiO2-TiO2, V2O5-WO3-TiO2, Fe2O3-TiO2, CuO-TiO2 중에서 선택되는 금속산화물 촉매 또는 Y형 Zeolite, Mordenite, ZSM-5 중에서 선택되는 Zeolite계 촉매인 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝; 을 포함함을 특징으로 하는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝과 제3 중간배관에 의해 연결되며, 상기 선택적 환원촉매(SCR) 캐닝을 통과한 배기가스에서 잔존하는 입자상물질(PM)을 포집하여 입자상물질(PM)이 소정량 축적되면 매연 배기가스, 첨가제, 별도의 승온장치 중에서 선택되는 것으로 입자상물질(PM)을 재연소하여 재생하는 디젤 입자상물질 제거용 필터(DPF); 을 더 포함함을 특징으로 하는 차량용 선택적 환원촉매(SCR) 장치.
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