KR102466786B1 - 환원제 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제 공급 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 환원제 공급 시스템은 환원제를 분사하는 분사 노즐과, 상기 분사 노즐이 분사할 환원제를 공급하는 환원제 공급부와, 상기 분사 노즐이 분사할 압축 공기를 공급하는 공기 공급부와, 상기 분사 노즐이 분사할 세정수를 공급하는 세정수 공급부와, 상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인과, 상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인과, 상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인과, 상기 공기 공급 라인과 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인, 그리고 상기 퍼지 라인과 상기 세정수 공급 라인 그리고 상기 환원제 공급 라인 중 하나 이상의 라인에 설치되어 상기 분사 노즐의 폐색을 진단하는 플로 스위치를 포함한다.

Description

환원제 공급 시스템{REDUCTANT SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 환원제 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위해 선택적 촉매 환원 반응에 사용되는 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 디젤 엔진, 보일러, 소각기 등에서 발생된 배기가스를 정화하여 질소산화물을 저감시키기 위한 시스템이다.
선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 우레아(Urea)를 직접 분사하여 사용하거나 우레아를 열분해 또는 가수분해시켜 생성된 암모니아(NH3)를 분사하여 사용하고 있다. 그리고 환원제는 환원제 공급 시스템을 통해 공급 및 분사된다.
환원제 공급 시스템은 질소산화물 저감을 위한 가동 중에는 환원제와 압축 공기를 분사 노즐에 공급하여 분사 노즐을 통해 미립화된 환원제를 고온의 가스 내 공급하게 된다. 이때, 환원제로 우레아가 수용액 형태로 분사 노즐에서 분사된 경우, 분사된 우레아는 열분해 또는 가수분해 과정을 거쳐야 하므로 분사된 우레아가 배기가스와 혼합된 후 촉매에 다다르기 전에 열분해 또는 가수분해되기 위한 체류 시간이 요구된다.
그리고 하나의 분사 노즐을 사용하여 환원제인 우레아를 분사할 경우 분사되는 환원제의 분사 입자 크기가 커질 수 밖에 없으며, 분사되는 환원제의 입자가 커질수록 열분해 또는 가수분해를 위하여 보다 많은 체류 시간이 요구될 수 밖에 없다. 이에, 복수의 분사 노즐을 사용하여 환원제를 분사하는 방법이 시도되고 있다.
그런데, 환원제인 우레아를 분사한 이후, 잔존하는 우레아 및 이물질 등으로 인하여 복수의 분사 노즐 중 일부가 폐색될 경우 분사 노즐간의 환원제 분사량이 불균일해져 분사 노즐이 환원제를 분사하는 분해 챔버 또는 배기관에 고형물이 발생되거나 환원제의 분해 효율이 저하되거나 적정량의 환원제가 분사되지 못하는 문제점을 야기한다.
이에, 분사 노즐의 폐색 여부를 확인할 수 있어야 할 뿐만 아니라, 분사 노즐이 복수개로 설치된 경우에는 복수의 분사 노즐 중에서 어느 분사 노즐이 폐색되었는지 판단할 수 있는 진단 방법이 요구된다.
본 발명의 실시예는 분사 노즐의 폐색 여부를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 분사 노즐이 복수개로 설치된 경우에도 복수의 분사 노즐 중에서 어느 분사 노즐이 폐색되었는지 진단할 수 있는 환원제 공급 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 반응에 사용될 환원제를 공급하는 환원제 공급 시스템은 환원제를 분사하는 분사 노즐과, 상기 분사 노즐이 분사할 환원제를 공급하는 환원제 공급부와, 상기 분사 노즐이 분사할 압축 공기를 공급하는 공기 공급부와, 상기 분사 노즐이 분사할 세정수를 공급하는 세정수 공급부와, 상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인과, 상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인과, 상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인과, 상기 공기 공급 라인과 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인, 그리고 상기 퍼지 라인과 상기 세정수 공급 라인 그리고 상기 환원제 공급 라인 중 하나 이상의 라인에 설치되어 상기 분사 노즐의 폐색을 진단하는 플로 스위치(flow switch)를 포함한다.
또한, 상기한 환원제 공급 시스템은 상기 환원제 공급 라인 상에 설치되어 상기 환원제 공급 라인을 개폐하는 환원제 분사 제어 밸브와,상기 세정수 공급 라인 상에 설치되어 상기 세정수 공급 라인을 개폐하는 세정수 제어 밸브와, 상기 공기 공급 라인에 상에 설치되어 상기 공기 공급 라인을 개폐하는 공기 공급 제어 밸브, 그리고 상기 퍼지 라인 상에 설치되어 상기 퍼지 라인을 개폐하는 퍼지 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플로 스위치는 상기 퍼지 제어 밸브와 상기 공기 공급 라인 사이의 상기 퍼지 라인 상에 설치될 수 있다. 상기 분사 노즐이 복수개 마련되고, 상기 환원제 공급 라인은 복수개로 분기되어 상기 복수의 분사 노즐로 환원제를 분배하며, 상기 환원제 분사 제어 밸브는 복수개로 분기된 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치될 수 있다. 그리고 상기 환원제 분사 제어 밸브를 모두 폐쇄시킨 상태에서 상기 퍼지 제어 밸브를 개방하고, 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치된 상기 환원제 분사 제어 밸브를 순차적으로 하나씩 개방하여 개방된 상기 환원제 분사 제어 밸브가 설치된 상기 환원제 공급 라인과 연결된 상기 분사 노즐의 폐색 여부를 상기 플로 스위치를 통해 진단할 수 있다.
또한, 상기 플로 스위치는 상기 세정수 제어 밸브와 상기 환원제 공급 라인 사이의 상기 세정수 공급 라인 상에 설치될 수 있다. 상기 분사 노즐이 복수개 마련되고, 상기 환원제 공급 라인은 복수개로 분기되어 상기 복수의 분사 노즐로 환원제를 분배하며, 상기 환원제 분사 제어 밸브는 복수개로 분기된 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치될 수 있다. 그리고 상기 환원제 분사 제어 밸브를 모두 폐쇄시킨 상태에서 상기 세정수 제어 밸브를 개방하고, 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치된 상기 환원제 분사 제어 밸브를 순차적으로 하나씩 개방하여 개방된 상기 환원제 분사 제어 밸브가 설치된 상기 환원제 공급 라인과 연결된 상기 분사 노즐의 폐색 여부를 상기 플로 스위치를 통해 진단할 수 있다.
또한, 상기 플로 스위치는 상기 환원제 분사 제어 밸브와 상기 분사 노즐 사이의 상기 환원제 공급 라인 상에 설치될 수 있다. 상기 분사 노즐이 복수개 마련되고, 상기 환원제 공급 라인은 복수개로 분기되어 상기 복수의 분사 노즐로 환원제를 분배하며, 상기 환원제 분사 제어 밸브는 복수개로 분기된 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치될 수 있다. 그리고 상기 환원제 분사 제어 밸브를 모두 폐쇄시킨 상태에서 상기 세정수 제어 밸브 또는 상기 퍼지 제어 밸브 중 하나 이상을 개방하고, 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치된 상기 환원제 분사 제어 밸브를 순차적으로 하나씩 개방하여 개방된 상기 환원제 분사 제어 밸브가 설치된 상기 환원제 공급 라인과 연결된 상기 분사 노즐의 폐색 여부를 상기 플로 스위치를 통해 진단할 수 있다.
상기 플로 스위치는 상기 플로 스위치가 설치된 배관 내부에 유체의 흐름이 감지되면 온 신호를 발생하고, 배관 내부에 유체의 흐름이 비감지되면 오프 신호를 발생할 수 있다.
상기 플로 스위치는 다이어프램 방식, 패들 방식, 또는 리드 스위치 방식 중 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 환원제 공급 시스템은 분사 노즐의 폐색 여부를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 분사 노즐이 복수개로 설치된 경우에도 복수의 분사 노즐 중에서 어느 분사 노즐이 폐색되었는지 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 공급 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 공급 시스템을 나타낸 구성도이다.
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.
또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 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.
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.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)을 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 반응(selective catalytic reduction, SCR) 시스템에 사용되어 환원 반응에 필요한 환원제를 공급한다.
일례로, 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 환원 반응을 통해 제거하여 배기가스의 질소산화물 함유량을 저감시킨다. 여기서, 엔진은 선박에 사용되는 2행정 저속 또는 4행정 중속 디젤 엔진일 수 있다.
하지만, 선택적 촉매 환원 시스템이 엔진에서 배출된 배기가스에 한정되어 사용되는 것은 아니며, 플랜트 등 다양한 분야에서도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 환원제로 우레아(urea, CO(NH2)2)를 공급한다. 또한, 환원제 공급 시스템(101)은 우레아를 분해 챔버(150) 또는 증발기(evaporator)에 분사할 수 있으며, 우레아를 분해 챔버(150) 또는 증발기가 아닌 배기가스가 흐르는 배기유로 또는 선택적 촉매 환원 반응기에 직접 분사할 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)이 공급한 환원제인 우레아(urea, CO(NH2)2)는 열분해 또는 가수분해되어 질소산화물(NOx)을 환원시킬 암모니아(NH3)를 생성한다. 구체적으로, 환원제 공급 시스템(101)을 통해 분사된 우레아(urea, CO(NH2)2)가 분해되면, 암모니아(NH3)와 함께 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성된다. 그리고 이소시안산은 다시 분해되어 암모니아가 된다. 즉, 우레아가 분해되어 최종적으로 암모니아가 생성될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 분사 노즐(700), 환원제 공급부(200), 공기 공급부(300), 세정수 공급부(400), 환원제 공급 라인(620), 공기 공급 라인(630), 세정수 공급 라인(640), 퍼지 라인(610), 및 플로 스위치(flow switch)(500)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 환원제 분사 제어 밸브(770), 세정수 제어 밸브(790), 공기 공급 제어 밸브(780), 퍼지 제어 밸브(760), 및 수동 밸브(725)를 더 포함할 수 있다.
분사 노즐(700)은 분해 챔버(150), 증발기, 또는 그 밖에 환원제를 분사하고자 하는 위치에 설치되어 환원제인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 분사할 수 있다. 이때, 우레아는 수용액 형태로 분사 노즐(700)에서 분사될 수 있다. 분사 노즐(700)은 환원제와 압축 공기를 함께 공급받아 미립화된 환원제를 고온의 가스 내 분사한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 분사 노즐(700)을 복수개 사용하여 환원제인 우레아를 분사함에 따라 분사되는 환원제의 분사 입자 크기를 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 분사된 환원제의 입자의 크기를 줄일 수 있으므로, 환원제인 우레아를 열분해 또는 가수분해를 위하여 요구되는 체류 시간이 현저히 감소시킬 수 있다. 즉, 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 분해 챔버(150) 또는 증발기(evaporator)의 크기를 감소시키거나 환원제의 분사 위치로부터 촉매가 설치된 반응기까지의 거리를 줄일 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예에서, 분사 노즐(700)이 반드시 복수개 사용되어야 하는 것은 아니며, 하나의 분사 노즐(700)이 사용될 수도 있다.
환원제 공급부(200)는 분사 노즐(700)을 통해 분사할 환원제를 공급한다. 구체적으로, 환원제 공급부(200)는 분사 노즐(700)에 공급할 환원제를 저장하는 환원제 저장 탱크(250)와, 환원제 저장 탱크(250)에 저장된 환원제를 공급하기 위한 환원제 공급 펌프 모듈(280)을 포함할 수 있다. 여기서, 환원제 공급 펌프 모듈(280)은 환원제 공급을 위한 펌프와, 펌프 설치를 위해 필요한 필터, 펌프용 압력 게이지, 펌프용 수동 밸브 등을 포함할 수 있다.
환원제 공급 라인(620)은 환원제 공급부(200)와 분사 노즐(700)을 연결한다. 그리고 본 발명의 제1 실시예에서, 분사 노즐(700)이 복수개 마련될 경우, 환원제 공급 라인(620)은 복수개로 분기되어 복수의 분사 노즐(700)로 환원제를 분배할 수 있다.
공기 공급부(300)는 분사 노즐(700)을 통해 분사할 압축 공기를 공급한다. 공기 공급부(300)가 공급하는 압축 공기는 분사 노즐(700)에서 분사되는 환원제의 미립화에 사용되거나 환원제 공급 라인(620)의 세정을 위해 사용될 수 있다. 또한, 공기 공급부(300)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 방법으로 구성될 수 있다.
공기 공급 라인(630)은 공기 공급부(300)와 분사 노즐(700)을 연결한다. 그리고 분사 노즐(700)이 복수개 마련될 경우, 공기 공급 라인(630)도 복수개로 분기되어 복수의 분사 노즐(700)로 압축 공기를 공급할 수 있다.
세정수 공급부(400)는 분사 노즐(700)에 세정수를 공급한다. 세정수 공급부(400)가 공급하는 세정수는 분사 노즐(700)로의 환원제 공급이 중단된 후 환원제 공급 라인(620)이나 분사 노즐(700)에 잔존하는 환원제를 제거하기 위해 사용된다.
세정수 공급 라인(640)은 세정수 공급부(400)와 환원제 공급 라인(620)을 연결한다. 복수의 분사 노즐(700)이 사용되어 환원제 공급 라인(620)이 복수개로 분기된 경우, 세정수 공급 라인(640)도 복수개로 분기되어 복수의 환원제 공급 라인(620)과 각각 연결될 수 있다. 일례로, 세정수 공급 라인(640)은 후술할 환원제 분사 제어 밸브(770)와 분사 노즐(700) 사이의 환원제 공급 라인(620)에 연결될 수 있다.
퍼지(purge) 라인(610)은 공기 공급 라인(630)과 환원제 공급 라인(620)을 연결한다. 퍼지 라인(610)에 의해 공기 공급부(300)가 공급하는 압축 공기를 이용하여 환원제 공급 라인(620)에 잔존하는 환원제를 제거할 수 있게 된다. 일례로, 퍼지 라인(610)은 분기되기 전의 공기 공급 라인(630)과 분기되기 전의 환원제 공급 라인(620)을 연결할 수 있다. 또한, 퍼지 라인(610)은 후술할 공기 공급 제어 밸브(780)와 공기 공급부(300) 사이의 공기 공급 라인(630)을 후술할 환원제 분사 제어 밸브(770)와 환원제 공급부(200) 사이의 환원제 공급 라인(620)에 연결할 수 있다.
환원제 분사 제어 밸브(770)는 환원제 공급 라인(620) 상에 설치되어 분사 노즐(700)의 환원제 분사 여부를 제어한다. 일례로, 환원제 분사 제어 밸브(770)는 환원제가 분사 노즐(700)을 통해 분사되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
또한, 환원제 공급 라인(620)이 복수개로 분기된 경우, 환원제 분사 제어 밸브(770)는 복수개로 분기된 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치될 수 있다. 즉, 복수의 환원제 분사 제어 밸브(770)가 복수의 환원제 공급 라인(620)마다 설치되어 복수의 분사 노즐(700)을 개별적으로 제어할 수 있다.
공기 공급 제어 밸브(780)는 공기 공급 라인(630)에 설치되어 분사 노즐(700)의 압축 공기 분사 여부를 제어한다. 일례로, 공기 공급 제어 밸브(780)는 압축 공기가 공기 공급 라인(630)을 통해 복수의 분사 노즐(700)로 공급되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
세정수 제어 밸브(790)는 세정수 공급 라인(640)에 설치되어 세정수 공급부(400)가 공급하는 세정수의 공급 여부를 제어한다. 일례로, 세정수 제어 밸브(790)는 세정수가 세정수 공급 라인(640)을 통해 환원제 공급 라인(620)으로 공급되는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
퍼지 제어 밸브(760)는 퍼지 라인(610)에 설치되어 퍼지 라인(610)을 통해 이동하는 압축 공기의 흐름을 제어한다. 일례로, 퍼지 제어 밸브(760)는 압축 공기가 퍼지 라인(610)을 통해 공기 공급 라인(630)에서 환원제 공급 라인(620)으로 이동하는 것을 온오프(on-off) 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는, 환원제 분사가 정지된 후 세정수 공급부(400)와 공기 공급부(300)의 동작시키고 세정수 제어 밸브(790)와 퍼지 제어 밸브(760)를 개방시켜, 세정수 공급부(400)는 세정수 공급 라인(640)을 통해 세정수를 공급하게 하고 공기 공급부(300)는 퍼지 라인(610)을 통해 압축 공기를 공급하게 하여 퍼지(purge)를 수행함으로써, 잔존하는 환원제 또는 이물질을 제거하거나 분사 노즐(700)의 막힘 현상을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 플로 스위치(flow switch)(500)는 퍼지 제어 밸브(760)와 공기 공급 라인(630) 사이의 퍼지 라인(610) 상에 설치된다.
플로 스위치(500)는 플로 스위치(500)가 설치된 배관 내부에 유체의 흐름이 감지되면 온 신호를 발생하고, 배관 내부에 유체의 흐름이 비감지되면 오프 신호를 발생한다. 이러한 동작 원리를 이용하여 플로 스위치(500)가 분사 노즐(700)의 폐색을 진단할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 분사 노즐(700)이 복수개 마련되고, 환원제 공급 라인(620)은 복수개로 분기되어 복수의 분사 노즐(700)로 환원제를 분배하며, 환원제 분사 제어 밸브(770)는 복수개로 분기된 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치될 수 있다. 그리고 환원제 분사 제어 밸브(770)를 모두 폐쇄시킨 상태에서 퍼지 제어 밸브(760)를 개방하고, 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치된 환원제 분사 제어 밸브(770)를 순차적으로 하나씩 개방시킨다. 그리고 퍼지 라인(610) 상에 설치된 플로 스위치(500)를 통해 현재 개방된 환원제 분사 제어 밸브(770)가 설치된 환원제 공급 라인(620)과 연결된 분사 노즐(700)의 폐색 여부를 진단할 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치된 환원제 분사 제어 밸브(770) 중 어느 하나의 환원제 분사 제어 밸브(770)를 개방하였는데, 플로 스위치(500)가 오프 신호를 발생하면, 해당 환원제 분사 제어 밸브(770)가 설치된 환원제 공급 라인(620)과 연결된 분사 노즐(700)이 폐색된 것으로 진단할 수 있다. 반대로, 플로 스위치(500)가 온 신호를 발생하면, 해당 분사 노즐(700)은 정상적으로 환원제를 분사할 수 있는 상태로 진단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 분사 노즐(700)의 폐색 여부를 진단할 수 있을 뿐만 아니라 환원제 공급 시스템(101)이 복수의 분사 노즐(700)을 사용하는 경우에 복수의 분사 노즐(700) 중 폐색된 분사 노즐(700)을 정확하게 진단할 수 있다.
일례로, 플로 스위치(500)는 다이어프램 방식, 패들 방식, 또는 리드 스위치 방식 중 하나일 수 있다. 다이어프램 방식의 플로 스위치(500)는 유체가 통과하는 구멍과 다이어프램의 차압을 이용하여 유량을 검출하는 방식이다. 패들 방식의 플로 스위치(500)는 유체 흐름 발생시 패들이 움직이면서 흐름을 감지하는 방식이다. 리드 스위치 방식의 플로 스위치(500)는 유체가 흐를 경우 자기장이 발생되어 접점이 동작하는 원리를 이용한 방식이다.
수동 밸브(725)는 환원제 공급 라인(620)에 설치될 수 있으며, 사용자가 이를 조작하여 비상시 환원제 공급 라인(620)을 개폐하거나 안전 장치로 활용할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(101)은 분사 노즐(700)의 폐색 여부를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 분사 노즐(700)이 복수개로 설치된 경우에도 복수의 분사 노즐(700) 중에서 어느 분사 노즐(700)이 폐색되었는지 진단할 수 있다.
또한, 복수의 분사 노즐(700)을 사용한 경우, 환원제인 우레아를 분사함으로써, 환원제의 분사 입자를 감소시킬 수 있다. 그리고 환원제의 분사 입자를 감소시킴으로써, 환원제의 열분해 또는 가수분해를 위해 요구되는 체류 시간을 줄여 분해 챔버(150) 또는 증발기(evaporator)의 크기를 감소시키거나 환원제의 분사 위치로부터 촉매가 설치된 반응기까지의 거리를 줄일 수 있다. 이에, 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템의 전체적인 구성을 간소화시키는데 기여할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 공급 시스템 (102)을 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(102)에서는 플로 스위치(500)가 세정수 제어 밸브(790)와 환원제 공급 라인(620) 사이의 세정수 공급 라인(640) 상에 설치된다.
플로 스위치(500)는 플로 스위치(500)가 설치된 배관 내부에 유체의 흐름이 감지되면 온 신호를 발생하고, 배관 내부에 유체의 흐름이 비감지되면 오프 신호를 발생한다. 이러한 동작 원리를 이용하여 플로 스위치(500)가 분사 노즐(700)의 폐색을 진단할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 분사 노즐(700)이 복수개 마련되고, 환원제 공급 라인(620)은 복수개로 분기되어 복수의 분사 노즐(700)로 환원제를 분배하며, 환원제 분사 제어 밸브(770)는 복수개로 분기된 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치될 수 있다. 그리고 환원제 분사 제어 밸브(770)를 모두 폐쇄시킨 상태에서 세정수 제어 밸브(790)를 개방하고, 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치된 환원제 분사 제어 밸브(770)를 순차적으로 하나씩 개방시킨다. 그리고 세정수 공급 라인(640) 상에 설치된 플로 스위치(500)를 통해 현재 개방된 환원제 분사 제어 밸브(770)가 설치된 환원제 공급 라인(620)과 연결된 분사 노즐(700)의 폐색 여부를 진단할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치된 환원제 분사 제어 밸브(770) 중 어느 하나의 환원제 분사 제어 밸브(770)를 개방하였는데, 플로 스위치(500)가 오프 신호를 발생하면, 해당 환원제 분사 제어 밸브(770)가 설치된 환원제 공급 라인(620)과 연결된 분사 노즐(700)이 폐색된 것으로 진단할 수 있다. 반대로, 플로 스위치(500)가 온 신호를 발생하면, 해당 분사 노즐(700)은 정상적으로 환원제를 분사할 수 있는 상태로 진단할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(102)은 분사 노즐(700)의 폐색 여부를 진단할 수 있을 뿐만 아니라 환원제 공급 시스템(102)이 복수의 분사 노즐(700)을 사용하는 경우에 복수의 분사 노즐(700) 중 폐색된 분사 노즐(700)을 정확하게 진단할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 공급 시스템 (103)을 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(103)에서는 플로 스위치(500)가 환원제 분사 제어 밸브(770)와 분사 노즐(700) 사이의 환원제 공급 라인(620) 상에 설치된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에서, 환원제 공급 라인(620)이 복수개로 분기된 경우, 세정수 공급 라인(640)과 함께 퍼지 라인(610)도 복수개로 분기되어 복수의 환원제 공급 라인(620)과 각각 연결될 수 있다. 그리고 퍼지 라인(610)은 환원제 분사 제어 밸브(770)와 분사 노즐(700) 사이의 환원제 공급 라인(620)에 연결될 수 있다.
플로 스위치(500)는 플로 스위치(500)가 설치된 배관 내부에 유체의 흐름이 감지되면 온 신호를 발생하고, 배관 내부에 유체의 흐름이 비감지되면 오프 신호를 발생한다. 이러한 동작 원리를 이용하여 플로 스위치(500)가 분사 노즐(700)의 폐색을 진단할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 분사 노즐(700)이 복수개 마련되고, 환원제 공급 라인(620)은 복수개로 분기되어 복수의 분사 노즐(700)로 환원제를 분배하며, 환원제 분사 제어 밸브(770)는 복수개로 분기된 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치될 수 있다. 그리고 환원제 분사 제어 밸브(770)를 모두 폐쇄시킨 상태에서 세정수 제어 밸브(790) 또는 퍼지 제어 밸브(760) 중 하나 이상을 개방하고, 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치된 환원제 분사 제어 밸브(770)를 순차적으로 하나씩 개방시킨다. 그리고 환원제 공급 라인(620) 상에 설치된 플로 스위치(500)를 통해 현재 개방된 환원제 분사 제어 밸브(770)가 설치된 환원제 공급 라인(620)과 연결된 분사 노즐(700)의 폐색 여부를 진단할 수 있다.
즉, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 복수의 환원제 공급 라인(620) 마다 각각 설치된 환원제 분사 제어 밸브(770) 중 어느 하나의 환원제 분사 제어 밸브(770)를 개방하였는데, 플로 스위치(500)가 오프 신호를 발생하면, 해당 환원제 분사 제어 밸브(770)가 설치된 환원제 공급 라인(620)과 연결된 분사 노즐(700)이 폐색된 것으로 진단할 수 있다. 반대로, 플로 스위치(500)가 온 신호를 발생하면, 해당 분사 노즐(700)은 정상적으로 환원제를 분사할 수 있는 상태로 진단할 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 환원제 공급 시스템(103)은 분사 노즐(700)의 폐색 여부를 진단할 수 있을 뿐만 아니라 환원제 공급 시스템(103)이 복수의 분사 노즐(700)을 사용하는 경우에 복수의 분사 노즐(700) 중 폐색된 분사 노즐을 정확하게 진단할 수 있다.
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.
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.
101, 102, 103: 환원제 공급 시스템
200: 환원제 공급부
250: 환원제 저장 탱크
280: 환원제 공급 펌프 모듈
300: 공기 공급부
400: 세정수 공급부
500: 플로 스위치
610: 퍼지 라인
620: 환원제 공급 라인
630: 공기 공급 라인
640: 세정수 공급 라인
700: 분사 노즐
725: 수동 밸브
760: 퍼지 제어 밸브
770: 환원제 분사 제어 밸브
780: 공기 공급 제어 밸브
790: 세정수 제어 밸브

Claims (10)

  1. 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 반응에 사용될 환원제를 공급하는 환원제 공급 시스템에 있어서,
    환원제를 분사하는 분사 노즐;
    상기 분사 노즐이 분사할 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 분사 노즐이 분사할 압축 공기를 공급하는 공기 공급부;
    상기 분사 노즐이 분사할 세정수를 공급하는 세정수 공급부;
    상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인;
    상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인;
    상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인;
    상기 공기 공급 라인과 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인;
    상기 퍼지 라인과 상기 세정수 공급 라인 그리고 상기 환원제 공급 라인 중 하나 이상의 라인에 설치되어 상기 분사 노즐의 폐색을 진단하는 플로 스위치(flow switch);
    상기 환원제 공급 라인 상에 설치되어 상기 환원제 공급 라인을 개폐하는 환원제 분사 제어 밸브;
    상기 세정수 공급 라인 상에 설치되어 상기 세정수 공급 라인을 개폐하는 세정수 제어 밸브;
    상기 공기 공급 라인에 상에 설치되어 상기 공기 공급 라인을 개폐하는 공기 공급 제어 밸브; 및
    상기 퍼지 라인 상에 설치되어 상기 퍼지 라인을 개폐하는 퍼지 제어 밸브
    를 포함하며,
    상기 플로 스위치는 상기 퍼지 제어 밸브와 상기 공기 공급 라인 사이의 상기 퍼지 라인 상에 설치된 환원제 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분사 노즐이 복수개 마련되고,
    상기 환원제 공급 라인은 복수개로 분기되어 상기 복수의 분사 노즐로 환원제를 분배하며,
    상기 환원제 분사 제어 밸브는 복수개로 분기된 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치되고,
    상기 환원제 분사 제어 밸브를 모두 폐쇄시킨 상태에서 상기 퍼지 제어 밸브를 개방하고, 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치된 상기 환원제 분사 제어 밸브를 순차적으로 하나씩 개방하여 개방된 상기 환원제 분사 제어 밸브가 설치된 상기 환원제 공급 라인과 연결된 상기 분사 노즐의 폐색 여부를 상기 플로 스위치를 통해 진단하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  5. 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 반응에 사용될 환원제를 공급하는 환원제 공급 시스템에 있어서,
    환원제를 분사하는 분사 노즐;
    상기 분사 노즐이 분사할 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 분사 노즐이 분사할 압축 공기를 공급하는 공기 공급부;
    상기 분사 노즐이 분사할 세정수를 공급하는 세정수 공급부;
    상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인;
    상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인;
    상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인;
    상기 공기 공급 라인과 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인;
    상기 퍼지 라인과 상기 세정수 공급 라인 그리고 상기 환원제 공급 라인 중 하나 이상의 라인에 설치되어 상기 분사 노즐의 폐색을 진단하는 플로 스위치(flow switch);
    상기 환원제 공급 라인 상에 설치되어 상기 환원제 공급 라인을 개폐하는 환원제 분사 제어 밸브;
    상기 세정수 공급 라인 상에 설치되어 상기 세정수 공급 라인을 개폐하는 세정수 제어 밸브;
    상기 공기 공급 라인에 상에 설치되어 상기 공기 공급 라인을 개폐하는 공기 공급 제어 밸브; 및
    상기 퍼지 라인 상에 설치되어 상기 퍼지 라인을 개폐하는 퍼지 제어 밸브
    를 포함하며,
    상기 플로 스위치는 상기 세정수 제어 밸브와 상기 환원제 공급 라인 사이의 상기 세정수 공급 라인 상에 설치된 환원제 공급 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사 노즐이 복수개 마련되고,
    상기 환원제 공급 라인은 복수개로 분기되어 상기 복수의 분사 노즐로 환원제를 분배하며,
    상기 환원제 분사 제어 밸브는 복수개로 분기된 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치되고,
    상기 환원제 분사 제어 밸브를 모두 폐쇄시킨 상태에서 상기 세정수 제어 밸브를 개방하고, 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치된 상기 환원제 분사 제어 밸브를 순차적으로 하나씩 개방하여 개방된 상기 환원제 분사 제어 밸브가 설치된 상기 환원제 공급 라인과 연결된 상기 분사 노즐의 폐색 여부를 상기 플로 스위치를 통해 진단하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  7. 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원 반응에 사용될 환원제를 공급하는 환원제 공급 시스템에 있어서,
    환원제를 분사하는 분사 노즐;
    상기 분사 노즐이 분사할 환원제를 공급하는 환원제 공급부;
    상기 분사 노즐이 분사할 압축 공기를 공급하는 공기 공급부;
    상기 분사 노즐이 분사할 세정수를 공급하는 세정수 공급부;
    상기 환원제 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 환원제 공급 라인;
    상기 공기 공급부와 상기 분사 노즐을 연결하는 공기 공급 라인;
    상기 세정수 공급부와 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 세정수 공급 라인;
    상기 공기 공급 라인과 상기 환원제 공급 라인을 연결하는 퍼지 라인;
    상기 퍼지 라인과 상기 세정수 공급 라인 그리고 상기 환원제 공급 라인 중 하나 이상의 라인에 설치되어 상기 분사 노즐의 폐색을 진단하는 플로 스위치(flow switch);
    상기 환원제 공급 라인 상에 설치되어 상기 환원제 공급 라인을 개폐하는 환원제 분사 제어 밸브;
    상기 세정수 공급 라인 상에 설치되어 상기 세정수 공급 라인을 개폐하는 세정수 제어 밸브;
    상기 공기 공급 라인에 상에 설치되어 상기 공기 공급 라인을 개폐하는 공기 공급 제어 밸브; 및
    상기 퍼지 라인 상에 설치되어 상기 퍼지 라인을 개폐하는 퍼지 제어 밸브
    를 포함하고,
    상기 플로 스위치는 상기 환원제 분사 제어 밸브와 상기 분사 노즐 사이의 상기 환원제 공급 라인 상에 설치되며,
    상기 분사 노즐이 복수개 마련되고,
    상기 환원제 공급 라인은 복수개로 분기되어 상기 복수의 분사 노즐로 환원제를 분배하며,
    상기 환원제 분사 제어 밸브는 복수개로 분기된 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치되고,
    상기 환원제 분사 제어 밸브를 모두 폐쇄시킨 상태에서 상기 세정수 제어 밸브 또는 상기 퍼지 제어 밸브 중 하나 이상을 개방하고, 상기 복수의 환원제 공급 라인 마다 각각 설치된 상기 환원제 분사 제어 밸브를 순차적으로 하나씩 개방하여 개방된 상기 환원제 분사 제어 밸브가 설치된 상기 환원제 공급 라인과 연결된 상기 분사 노즐의 폐색 여부를 상기 플로 스위치를 통해 진단하는 환원제 공급 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제5항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플로 스위치는 상기 플로 스위치가 설치된 배관 내부에 유체의 흐름이 감지되면 온 신호를 발생하고, 배관 내부에 유체의 흐름이 비감지되면 오프 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플로 스위치는 다이어프램 방식, 패들 방식, 또는 리드 스위치 방식 중 하나인 것을 특징으로 하는 환원제 공급 시스템.
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