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KR101527718B1 - NOx emission purification system using multi nozzle injection of urea powder - Google Patents

NOx emission purification system using multi nozzle injection of urea powder Download PDF

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Publication number
KR101527718B1
KR101527718B1 KR1020130161103A KR20130161103A KR101527718B1 KR 101527718 B1 KR101527718 B1 KR 101527718B1 KR 1020130161103 A KR1020130161103 A KR 1020130161103A KR 20130161103 A KR20130161103 A KR 20130161103A KR 101527718 B1 KR101527718 B1 KR 101527718B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
urea powder
air
urea
injection nozzle
injection
Prior art date
Application number
KR1020130161103A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
정경열
박창대
임병주
이후락
Original Assignee
한국기계연구원
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 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020130161103A priority Critical patent/KR101527718B1/en
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Abstract

The present invention relates to a technique for reducing nitrogen oxide (NO_x) that is harmful exhaust gas exhausted from an internal combustion engine or a combustor and, more particularly, to a nitrogen oxide purifying system based on urea powder injection using porous nozzle, in which urea powder is injected into an exhaust pipe to be converted into ammonia gas and is allowed to react to nitrogen oxide on selective reduction catalysts to purify the gas to nitrogen harmless to the human body, and efficiency of converting the urea powder into the ammonia gas is improved using porous injection nozzle, thereby improving efficiency of purifying the nitrogen oxide. The nitrogen oxide purifying system based on urea powder injection using porous nozzle comprises: an injection nozzle that is installed in an exhaust pipe of a selective reduction catalyst front end; an air supply unit that supplies compressed air to the injection nozzle; an urea powder supply unit that supplies urea powder to the injection nozzle; and a control unit that is connected to the air supply unit and the urea powder supply unit and controls the air and the urea powder to be supplied.

Description

다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템 {NOx emission purification system using multi nozzle injection of urea powder}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for purifying an urea powder,

본 발명은 내연기관 또는 연소기에서 배출되는 유해배출가스인 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요소 분말을 배기관 내에 분사하여 암모니아 가스로 전환되도록 하여 선택적 환원촉매 상에서 질소산화물과 반응시켜 인체에 무해한 질소로 정화시키되, 다공 분사 노즐을 이용하여 요소 분말이 암모니아 가스로 전환되는 효율을 향상시켜 질소산화물의 정화 효율을 향상시킬 수 있는 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for reducing nitrogen oxides (NOx), which is a harmful exhaust gas discharged from an internal combustion engine or a combustor, and more particularly, To improve the efficiency of conversion of urea powder into ammonia gas by using a porous spray nozzle, and to improve the purification efficiency of nitrogen oxides by using a porous nozzle. The urea powder spraying nitrogen oxide purification system .

최근 환경규제가 엄격해짐에 따라 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 저감기술에 관심이 모아지고 있다.Recently, as the environmental regulations become more stringent, attention has been focused on a technology for reducing nitrogen oxides (NOx) emitted from diesel engines.

이러한 질소산화물의 저감을 위한 기술로는 De-NOx 촉매, NOx-trap, Urea-SCR 등이 있다. 이 중 Urea-SCR은 질소산화물의 저감에 있어 타 방식에 비해 월등히 높은 탈질 효율을 지닌다.Technologies for reducing such NOx include De-NOx catalyst, NOx-trap, and Urea-SCR. Among them, Urea-SCR has much higher denitrification efficiency than other systems in the reduction of nitrogen oxides.

Urea-SCR의 기본 원리는 암모니아와 SCR 촉매의 화학적 반응에 의해 인체에 유해한 물질인 질소산화물이 질소로 전환되는 원리이다. 이때, Urea-SCR은 도 1에 도시된 '디젤엔진의 배기가스 저감 시스템'(한국공개특허 2007-0037192)과 같이 우레아 탱크(13) 내의 우레아(요소)와 물이 혼합된 우레아 수용액을 에어와 함께 노즐(20)을 통해 배기관(10) 내로 분사하도록 구성되고, 분사된 우레아 수용액은 높은 배기가스의 온도로 인하여 증발되어 우레아와 수증기로 분해되며, 이 후 우레아는 열 해리 반응으로 인해 암모니아 가스와 HNCO로 분해된다. 이 중 HNCO는 수증기와 반응하여 암모니아로 환원된다. 그리하여 우레아 수용액에서 환원된 암모니아와 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물이 SCR 촉매(12)에서 반응하여 질소산화물이 인체에 무해한 불활성 기체인 질소로 전환되어 배기가스 내의 질소산화물이 정화된다.The basic principle of Urea-SCR is that the nitrogen oxide, which is a harmful substance to the human body, is converted to nitrogen by chemical reaction between ammonia and SCR catalyst. At this time, Urea-SCR is a system in which urea aqueous solution in which urea (urea) in water and urea (urea) in the urea tank 13, such as the exhaust gas reduction system of diesel engine shown in FIG. 1 (Korean Patent Publication 2007-0037192) And the injected urea aqueous solution is evaporated due to the high exhaust gas temperature to be decomposed into urea and water vapor and then the urea is decomposed by the ammonia gas due to the thermal dissociation reaction HNCO. ≪ / RTI > Among them, HNCO reacts with water vapor and is reduced to ammonia. Thus, the ammonia reduced in the urea aqueous solution and the nitrogen oxide contained in the exhaust gas react with each other in the SCR catalyst 12, and the nitrogen oxide is converted into nitrogen, which is an inert gas harmless to the human body, and the nitrogen oxide in the exhaust gas is purified.

그러나 상기와 같이 액체 우레아를 이용한 Urea-SCR 기술은 액체 우레아를 공급하기 위한 대규모의 사회적 인프라가 필요하고, 액체 우레아를 저장하기 위한 탱크(13)로 인해 장치의 부피가 커지고 부수적인 분사장치들이 필요하며, 액체 우레아는 어는점이 -11℃이므로 저장용기 및 분사장치 등 시스템의 온도를 적정온도 이상으로 유지하기 위하여 별도의 단열 대책이 필요하기 때문에 전체 시스템이 복잡해지는 단점이 있다. 또한 액체 우레아의 어는점을 낮추기 위해서 액체 우레아에 물을 60% 이상 섞어 사용하므로 저장 용기가 커지는 단점이 있다.However, as described above, the Urea-SCR technique using liquid urea requires a large-scale social infrastructure for supplying liquid urea, and the tank 13 for storing liquid urea causes the volume of the apparatus to become large, Since the freezing point of liquid urea is -11 ℃, it requires discrete measures to keep the temperature of the system such as the storage vessel and the injection device at the proper temperature or higher, which complicates the entire system. Also, since the liquid urea is mixed with water in an amount of 60% or more in order to lower the freezing point of the liquid urea, there is a disadvantage that the storage container becomes large.

또한, 액체 우레아는 배기관 내에서 증발하여 암모니아로 전환되므로 배기가스의 온도를 저하시켜 요소 수용액이 암모니아로 전환되는 효율이 저하되는 단점이 있다.Further, since liquid urea is evaporated in the exhaust pipe and converted into ammonia, the temperature of the exhaust gas is lowered and the efficiency of conversion of urea aqueous solution to ammonia is lowered.

또한, 도 2와 같이 액체 우레아 분사를 위한 분사 인젝터(20)는, 액체 우레아와 공기가 혼합되어 혼합액체가 동시에 분사되도록 노즐 케이스(21)에 분사공(21a)이 형성되고 노즐 케이스(21) 내에 요소 노즐(22)이 설치되어 액체 우레아가 분사되도록 구성된다. 그런데 이러한 분사 인젝터(20)는 노즐 케이스(21)에 분사공(21a)이 하나만 형성되어 혼합액체가 분사되므로 분사 각도가 작아 열전달 및 반응성이 적어 우레아가 암모니아 가스로 전환되는 효율이 감소하며, 하나의 분사공(21a)을 통해 많은 양의 혼합액체를 분사하기 위해서는 분사 압력이 높아져 배기관 내부 벽에 우레아가 축적 및 고화될 수 있는 단점이 있다.
2, the injection injector 20 for injecting liquid urea has a spray hole 21a formed in the nozzle case 21 so that the liquid urea and air are mixed and the mixed liquid is simultaneously injected, And the urea nozzle 22 is provided in the nozzle plate 22 so that the liquid urea is injected. However, since only one injection hole 21a is formed in the nozzle case 21 of this injection injector 20, the mixed liquid is injected, so that the injection angle is small and the efficiency of conversion of urea into ammonia gas is decreased due to low heat transfer and reactivity. There is a disadvantage in that the injection pressure is increased to accumulate and solidify the urea on the inner wall of the exhaust pipe in order to inject a large amount of mixed liquid through the injection hole 21a of the exhaust pipe 21a.

KR 10-2007-0037192 A (2007.04.04.)KR 10-2007-0037192 A (2007.04.04.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 질소산화물 정화를 위해 요소 수용액 대신 압축공기를 이용해 요소 분말을 분사하되 다공 노즐을 이용해 요소 분말을 분사하여 요소 분말이 암모니아로 전환되는 효율을 향상시킴으로써 선택적 환원촉매 상에서 질소산화물과 반응시켜 인체에 무해한 질소로 정화시키는 효율을 향상시킨 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a method for purifying nitrogen oxides by spraying urea powder using compressed air instead of urea aqueous solution, The present invention provides a purification system for urea powder spraying nitrogen oxide using a porous nozzle which improves the efficiency of conversion into ammonia by reacting with nitrogen oxides on a selective reduction catalyst to improve the efficiency of purification by nitrogen harmless to the human body.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템은, 선택적 환원촉매 전단의 배기관에 설치되는 분사 노즐; 상기 분사 노즐로 압축공기를 공급하는 공기 공급부; 상기 분사 노즐로 요소 분말을 공급하는 요소 분말 공급부; 및 상기 공기 공급부 및 요소 분말 공급부에 연결되어, 공기 및 요소 분말의 공급을 제어하는 제어부; 를 포함하여 이루어지고, 상기 분사 노즐은, 내부가 중공되게 형성되어 일측에 요소 분말 유입구가 형성되며 하측에 분사공이 형성되는 몸체, 상기 몸체의 내부로 공기가 공급되도록 상기 몸체에 설치되는 공기 공급관, 및 상기 몸체의 내부에 구비되어 상기 몸체 내부를 상기 공기 공급관과 요소 분말 유입구가 배치되는 혼합실과 분사공이 배치되는 와류실로 구획하며 상기 혼합실과 와류실이 연통되도록 하는 유동 통로를 형성하는 스월러를 포함하여 이루어지며, 상기 분사공은 몸체의 수직방향에 대해 반경방향 외측으로 경사지도록 다수개가 형성되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an urea powder spraying nitrogen oxide purification system using a porous nozzle, including: a spray nozzle installed in an exhaust pipe at a front end of a selective reduction catalyst; An air supply unit for supplying compressed air to the injection nozzle; An urea powder supply unit for supplying urea powder to the injection nozzle; And a control unit, connected to the air supply unit and the urea powder supply unit, for controlling supply of air and urea powder; Wherein the injection nozzle comprises: a body having an inner hollow portion, an elemental powder inlet formed at one side thereof, and a spray hole formed at a lower side thereof; an air supply pipe installed in the body to supply air into the body; And a swirler which is provided inside the body and divides the inside of the body into a mixing chamber in which the air supply pipe and the urea powder inflow port are disposed and a swirl chamber in which the injection hole is disposed and forms a flow passage for allowing the mixing chamber and the swirl chamber to communicate with each other And a plurality of the injection holes are formed so as to be inclined radially outward with respect to the vertical direction of the body.

또한, 상기 분사 노즐의 분사공은, 상기 몸체의 수직방향 중심을 기준으로 방사상으로 형성되며, 원주방향을 따라 서로 일정간격 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the injection holes of the injection nozzle are formed radially with respect to the vertical center of the body, and are spaced apart from each other along the circumferential direction.

또한, 상기 몸체의 하면은 중앙이 돌출된 원뿔 또는 피라미드 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, the lower surface of the body is formed in the shape of a cone or a pyramid protruding from the center.

또한, 상기 몸체의 하면에 수직인 방향으로 상기 분사공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the injection hole is formed in a direction perpendicular to the lower surface of the body.

본 발명의 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템은, 기존의 요소 수용액을 분사하는 대신 요소 분말을 분사하되 다공 노즐을 이용하여 요소 분말을 분사하여 요소 분말이 암모니아로 전환되는 효율을 향상시켜 질소산화물의 정화 효율이 향상되는 장점이 있다.In the urea powder spray nitrogen oxide purification system using the porous nozzle of the present invention, the urea powder is sprayed instead of the conventional urea aqueous solution, and the urea powder is sprayed using the porous nozzle to improve the efficiency of conversion of the urea powder into ammonia The purification efficiency of the nitrogen oxide is improved.

또한, 요소 분말이 배기관 내에 축적 또는 고화되지 않아 질소 산화물의 정화 효율이 향상되며, 엔진의 출력저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
In addition, since the urea powder is not accumulated or solidified in the exhaust pipe, the purification efficiency of the nitrogen oxide is improved and the output of the engine can be prevented from being lowered.

도 1 및 도 2는 종래의 우레아 수용액을 이용한 디젤엔진의 배기가스 저감 시스템을 나타낸 구성도 및 분사 인젝터의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템을 나타낸 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도 및 유동 경로를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 스월러와 분사 노즐 몸체 사이의 유동 통로를 나타낸 수평방향 및 수직방향 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 분사 노즐의 몸체 하측을 나타낸 사시도, 정면도 및 상측 평면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic view showing a system for reducing exhaust gas of a diesel engine using a conventional urea aqueous solution, and Fig. 2 is a sectional view of a jet injector.
3 is a view illustrating a system for purifying an urea powder spray nitrogen oxide using a porous nozzle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 and FIG. 5 are cross-sectional views of a spray nozzle and a flow path according to an embodiment of the present invention;
6 is a horizontal and vertical cross-sectional view of a flow passage between a swirler and an injection nozzle body in accordance with the present invention.
FIGS. 7 and 8 are a perspective view, a front view, and a top plan view, respectively, showing the lower side of the body of the injection nozzle according to the present invention. FIG.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템을 나타낸 구성도이며, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 분사 노즐을 나타낸 사시도, 정면도 및 상측 평면도이다.FIG. 3 is a view illustrating a system for purifying an urea powder spraying nitrogen oxide using a porous nozzle according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 6 are a perspective view, a front view, and a top plan view, respectively, of an injection nozzle according to the present invention .

도시된 바와 같이 본 발명의 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템(1000)은, 선택적 환원촉매(600) 전단의 배기관(500)에 설치되는 분사 노즐(100); 상기 분사 노즐(100)로 압축공기를 공급하는 공기 공급부(200); 상기 분사 노즐(100)로 요소 분말을 공급하는 요소 분말 공급부(300); 및 상기 공기 공급부(200) 및 요소 분말 공급부(300)에 연결되어, 공기 및 요소 분말의 공급을 제어하는 제어부(400); 를 포함하여 이루어지고, 상기 분사 노즐(100)은, 내부가 중공되게 형성되어 일측에 요소 분말 유입구(111)가 형성되며 하측에 분사공(112)이 형성되는 몸체(110), 상기 몸체(110)의 내부로 공기가 공급되도록 상기 몸체(110)에 설치되는 공기 공급관(120), 및 상기 몸체(110)의 내부에 구비되어 상기 몸체(110) 내부를 상기 공기 공급관(120)과 요소 분말 유입구(111)가 배치되는 혼합실(140)과 분사공(112)이 배치되는 와류실(160)로 구획하며 상기 혼합실(140)과 와류실(160)이 연통되도록 하는 유동 통로(150)를 형성하는 스월러(130)를 포함하여 이루어지며, 상기 분사공(112)은 수직 방향에 대해 반경방향 외측으로 경사지도록 다수개가 형성된다.As shown in the figure, the urea powder injection nitrogen oxide purification system 1000 using the porous nozzle of the present invention includes an injection nozzle 100 installed in an exhaust pipe 500 at the upstream of the selective reduction catalyst 600; An air supply unit 200 for supplying compressed air to the injection nozzle 100; An urea powder supply unit 300 for supplying urea powder to the injection nozzle 100; A control unit 400 connected to the air supply unit 200 and the urea powder supply unit 300 to control supply of air and urea powder; Wherein the injection nozzle 100 includes a body 110 having a hollow interior and having an elemental powder inlet 111 formed at one side thereof and a spray hole 112 formed at a lower side thereof, An air supply pipe 120 installed in the body 110 so as to supply air to the inside of the body 110 and an air supply pipe 120 installed inside the body 110 to connect the air supply pipe 120 and the urea- A mixing chamber 140 in which the mixing chamber 140 is disposed and a swirl chamber 160 in which the mixing hole 112 is disposed and a flow passage 150 communicating the mixing chamber 140 and the swirl chamber 160, And a plurality of the spray holes 112 are formed so as to be inclined radially outward with respect to the vertical direction.

우선, 분사 노즐(100)은 내연기관 등의 배기관(500)에 설치되어 배기관(500) 내로 공기와 함께 요소 분말을 분사할 수 있도록 구성된다. 이때, 배기관(500)에는 선택적 환원촉매(600)가 구비되며, 분사 노즐(100)은 선택적 환원촉매(600)의 전단에 설치된다. 그리하여 분사 노즐(100)을 통해 분사되는 요소 분말이 배기관(500)을 통해 배출되는 배기가스와 함께 선택적 환원촉매(600)로 유입될 수 있도록 구성된다.First, the injection nozzle 100 is installed in an exhaust pipe 500 such as an internal combustion engine and is configured to inject urea powder together with air into the exhaust pipe 500. At this time, the exhaust pipe 500 is provided with the selective reduction catalyst 600, and the injection nozzle 100 is installed at the front end of the selective reduction catalyst 600. Thus, the urea powder injected through the injection nozzle 100 is configured to be introduced into the selective reduction catalyst 600 together with the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 500.

그리고 공기 공급부(200)는 분사 노즐(100)에 연결되어 압축공기를 공급하는 역할을 한다. 공기 공급부(200)는, 상기 분사 노즐(100)에 연결되는 에어 콤프레셔(210); 상기 에어 콤프레셔(210)와 분사 노즐(100) 사이에 설치되는 에어 콘트롤 밸브(220); 및 상기 분사 노즐(100)과 에어 콘트롤 밸브(220) 사이에 설치되는 에어 플로우 센서(230); 를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 에어 콤프레셔(210)에서 발생된 압축공기를 에어 콘트롤 밸브(220)에서 공급 및 차단할 수 있고 분사 노즐(100)로 공급되는 공기의 공급량을 조절할 수 있다. 그리고 분사 노즐(100) 전에 에어 플로우 센서(230)를 설치하여 공급되는 공기의 유량을 측정하여 에어 콘트롤 밸브(220)를 통해 공급량을 정밀하게 조절할 수 있다. 이때, 에어 콤프레셔(210), 에어 콘트롤 밸브(220) 및 에어 플로우 센서(230)는 제어부(400)에 연결된다. 그리하여 분사 노즐(100)을 통해 배기관(500) 내로 분사되는 요소 분말을 포함한 공기의 분사 압력을 조절할 수 있다.The air supply unit 200 is connected to the injection nozzle 100 to supply the compressed air. The air supply unit 200 includes an air compressor 210 connected to the injection nozzle 100; An air control valve 220 installed between the air compressor 210 and the injection nozzle 100; An air flow sensor 230 installed between the injection nozzle 100 and the air control valve 220; . ≪ / RTI > That is, the compressed air generated by the air compressor 210 can be supplied and cut off by the air control valve 220, and the supply amount of the air supplied to the injection nozzle 100 can be adjusted. Also, the air flow sensor 230 is installed before the injection nozzle 100 to measure the flow rate of the supplied air, and the supply amount can be precisely controlled through the air control valve 220. At this time, the air compressor 210, the air control valve 220, and the air flow sensor 230 are connected to the control unit 400. Thus, the injection pressure of the air containing the urea powder injected into the exhaust pipe 500 through the injection nozzle 100 can be controlled.

또한, 요소 분말 공급부(300)는 분사 노즐(100)에 연결되어 요소 분말을 공급하는 역할을 한다. 상기 요소 분말 공급부(300)는, 요소 알갱이를 저장 및 공급하는 요소 알갱이 공급장치(310); 상기 요소 알갱이 공급장치(310)에 연결되어 요소 알갱이를 요소 분말로 분쇄하는 미분기(320); 및 상기 미분기(320)에서 형성된 요소 분말을 상기 분사 노즐(100)로 공급하는 요소 분말 공급장치(330); 를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 요소 알갱이 공급장치(310)에는 요소 알갱이들이 저장되고 이 저장된 요소 알갱이들을 미분기(320)로 공급하여 요소 분말로 만든 후 요소 분말 공급장치(330)를 통해 분쇄된 요소 분말을 분사 노즐(100)로 공급하여 분사되도록 할 수 있다. 그리하여 미분기(320) 및 요소 분말 공급장치(330)를 이용하여 요소 알갱이를 분말로 만들어 공급할 수 있으므로, 요소 알갱이를 요소 알갱이 공급장치(310)에 투입 및 저장시켜 사용할 수 있어 취급이 용이하도록 할 수 있다. In addition, the urea powder supply unit 300 is connected to the injection nozzle 100 to supply the urea powder. The urea powder feeder (300) includes: an element granule feeder (310) for storing and supplying element granules; A differentiator 320 connected to the elementary particle feeder 310 to crush the elemental grains into urea powder; And an urea powder feeder (330) for feeding the urea powder formed in the differentiator (320) to the injection nozzle (100); . ≪ / RTI > That is, the element grains are stored in the element granule feeder 310, and the stored element grains are supplied to the differentiator 320 to be made into elementary powder, and then the elemental powder pulverized through the elementary powder feeder 330 is supplied to the injection nozzle 100 To be sprayed. Since the element granules can be supplied as powders by using the differentiator 320 and the urea powder feeder 330, the element granules can be fed into the element granule feeder 310 and stored therein, have.

또한, 제어부(400)는 공기 공급부(200) 및 요소 분말 공급부(300)에 연결되어 분사 노즐(100)로 공급되는 공기 및 요소 분말의 공급을 제어한다. 즉, 제어부(400)는 공기 및 요소 분말을 분사 노즐로 공급하거나 차단할 수 있으며 공급량을 조절할 수 있다.The control unit 400 is connected to the air supply unit 200 and the urea powder supply unit 300 to control the supply of the air and the urea powder supplied to the injection nozzle 100. That is, the control unit 400 can supply or shut off the air and the urea powder to the injection nozzle and adjust the supply amount.

여기에서, 상기 분사 노즐(100)은, 내부가 중공되게 형성되어 일측에 요소 분말 유입구(111)가 형성되며 하측에 분사공(112)이 형성되는 몸체(110), 상기 몸체(110)의 내부로 공기가 공급되도록 상기 몸체(110)에 설치되는 공기 공급관(120), 및 상기 몸체(110)의 내부에 구비되어 상기 몸체(110) 내부를 상기 공기 공급관(120)과 요소 분말 유입구(111)가 배치되는 혼합실(140)과 분사공(112)이 배치되는 와류실(160)로 구획하며 상기 혼합실(140)과 와류실(160)이 연통되도록 하는 유동 통로(150)를 형성하는 스월러(130)를 포함하여 이루어지며, 상기 분사공(112)은 수직 방향에 대해 반경방향 외측으로 경사지도록 다수개가 형성된다.The injection nozzle 100 includes a body 110 having a hollow interior and having an elemental powder inlet 111 formed at one side thereof and a spray hole 112 formed at a lower side thereof, And an air supply pipe 120 installed in the body 110 to supply air to the air supply pipe 120 and the urea powder inlet 111, And a swirling flow chamber 160 in which the mixing chamber 140 and the swirling flow chamber 160 are communicated with each other, And a waller 130. A plurality of the spray holes 112 are formed so as to be inclined radially outward with respect to the vertical direction.

즉, 분사 노즐(100)은 몸체(110)의 내부가 중공된 관 형태로 형성되며, 몸체(110)의 하측에 분사공(112)이 형성되고 상측에 공기 공급관(120)이 삽입된 형태로 고정될 수 있으며, 공기 공급관(120)의 측면에는 공기 유입구(121)가 형성되어 공기 유입구(121)를 통해 공기가 유동되며, 몸체(110)의 측면에 형성된 요소 분말 유입구(111)로 요소 분말이 유입되도록 구성될 수 있다. 그리고 몸체(110)의 내부에 스월러(130)가 구비되는데, 스월러(130)는 몸체(110) 내부의 공간을 구획하여 스월러(130)의 상측에 혼합실(140)이 형성되고 하측에 와류실(160)이 형성되도록 한다. 이때, 스월러(130)와 몸체(110)의 내주면 사이가 일정간격 이격되어 형성되거나, 스월러(130)의 외주면이 몸체(110)의 내주면에 밀착되어 결합되되 스월러(130)의 외주면 또는 몸체(110)의 내주면에 홈이 형성되어 유동 통로(150)를 형성하여 혼합실(140)과 와류실(160)이 연통되도록 구성된다.That is, the injection nozzle 100 is formed in a hollow tube shape inside the body 110, a spray hole 112 is formed on the lower side of the body 110, and an air supply pipe 120 is inserted on the upper side And an air inlet 121 is formed on a side surface of the air supply pipe 120 to allow air to flow through the air inlet 121. An element powder inlet 111 formed on a side surface of the body 110, May be configured to flow. A swirler 130 is provided inside the body 110. The swirler 130 divides a space inside the body 110 so that a mixing chamber 140 is formed on the upper side of the swirler 130, The swirl chamber 160 is formed. The outer circumferential surface of the swirler 130 is closely attached to the inner circumferential surface of the body 110 and is coupled to the outer circumferential surface of the swirler 130 or the inner circumferential surface of the swirler 130, A groove is formed in the inner circumferential surface of the body 110 to form a flow passage 150 so that the mixing chamber 140 and the swirl chamber 160 are communicated with each other.

이때, 몸체(110)의 하면에 형성되는 분사공(112)은 몸체(110)의 수직방향에 대해 반경방향 외측으로 경사지도록 다수개가 형성된다. 즉, 분사공(112)은 몸체(110)의 수직방향 중심축을 기준으로 방사상으로 일정하게 이격되어 배열되되 하측 바깥쪽 방향을 향해 경사지도록 다수개가 형성될 수 있다.At this time, a plurality of the injection holes 112 formed on the lower surface of the body 110 are formed so as to be inclined radially outward with respect to the vertical direction of the body 110. That is, a plurality of the injection holes 112 may be formed so as to be radially spaced apart from each other with respect to the vertical central axis of the body 110, but inclined toward the lower outward direction.

그리하여 공기와 요소 분말이 몸체(110) 내부의 혼합실(140)에서 혼합되어 스월러(130)와 몸체(110) 사이의 유동 통로(150)를 통과하며 접선방향 속도에 의해 와류실(160)에서 원심력이 발생되어 공기와 혼합된 요소 분말이 배기관(500) 내로 분사될 수 있다.The air and the urea powder are mixed in the mixing chamber 140 inside the body 110 to pass through the flow passage 150 between the swirler 130 and the body 110 and to flow into the swirling chamber 160 by the tangential velocity, The urea powder mixed with the air can be injected into the exhaust pipe 500.

이때, 배기관(500) 내로 분사된 요소 분말은 배기가스의 열에 의한 열분해 및 수증기에 의한 가수분해를 통해 암모니아 가스로 전환된다. 그리하여 암모니아 가스와 배기가스 중의 질소산화물이 선택적 환원촉매(600)에서 환원반응을 일으켜 질소산화물이 인체에 무해한 질소로 정화되어 대기 중으로 배출될 수 있다.At this time, the urea powder injected into the exhaust pipe 500 is converted into ammonia gas through pyrolysis by heat of the exhaust gas and hydrolysis by steam. Thus, the ammonia gas and the nitrogen oxides in the exhaust gas undergo a reduction reaction in the selective reduction catalyst 600, so that the nitrogen oxides can be purified by nitrogen harmless to the human body and discharged to the atmosphere.

이에 따라, 본 발명의 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템은, 기존의 요소 수용액을 분사하는 대신 요소 분말을 분사하되 다공 노즐을 이용하여 요소 분말을 분사하여 공기와 요소 분말의 혼합기체가 분사되는 각도를 넓게 함으로써 분사 면적을 증가시킬 수 있으며 이로 인해 요소 분말이 암모니아로 전환되는 효율이 향상되어 질소산화물의 정화 효율이 향상되는 장점이 있다.Accordingly, in the urea powder spray nitrogen oxide purification system using the porous nozzle of the present invention, the urea powder is sprayed instead of spraying the conventional urea aqueous solution, and the urea powder is sprayed using the porous nozzle, The injection area can be increased by widening the angle of spraying, thereby improving the efficiency of converting the urea powder into ammonia and improving the purification efficiency of the nitrogen oxide.

또한, 다수개의 분사공이 형성되므로 요소 분말의 분사량 조절시 공급되는 공기의 압력을 낮게 유지할 수 있어, 분사된 요소 분말이 배기관 내에 축적 또는 고화되지 않아 질소 산화물의 정화 효율이 향상되며 엔진의 출력저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, since a plurality of injection holes are formed, the pressure of air supplied when controlling the injection amount of urea powder can be kept low, so that the injected urea powder is not accumulated or solidified in the exhaust pipe, There is an advantage that it can be prevented.

그리고 상기 공기 공급부(200)에는, 상기 분사 노즐(100)로 공급되는 압축공기의 온도를 조절할 수 있도록 공기 온도조절장치(240)가 설치될 수 있다. 이는 분사 노즐(100)로 공급되는 공기의 온도를 조절할 수 있도록 분사 노즐(100)의 전단에 공기 온도조절장치(240)가 설치되는 것이며, 공기를 가열하여 분사 노즐(100)로 공급되도록 함으로써 배기관(500) 내로 분사되는 공기에 의해 배기가스의 온도가 저하되지 않아 공기와 함께 분사되는 요소 분말이 열분해되어 암모니아 가스로 전환되는 효율을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 질소산화물의 정화 효율이 향상될 수 있다. 마찬가지로 상기 요소 분말 공급부(300)에는, 상기 분사 노즐(100)로 공급되는 요소 분말의 온도를 조절할 수 있도록 요소 분말 온도조절장치(340)가 설치될 수 있다. 즉, 분사 노즐(100)의 전단에 설치되는 요소 분말 온도조절장치(340)를 통해 요소 분말의 온도를 조절(가열)하여 요소 분말이 열분해되어 암모니아 가스로 전환되는 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 공기 온도조절장치(240)는 분사 노즐(100)의 직전에 설치될 수 있고, 에어 콤프레셔(210)와 분사 노즐(100)을 연결하는 라인 상의 다른 위치에 설치될 수도 있다. 또한, 요소 분말 온도조절장치(340)도 분사 노즐(100)의 직전에 설치될 수 있고, 미분기(320)와 분사 노즐(100)을 연결하는 라인 상의 다른 위치에 설치될 수도 있으며, 미분기(320) 또는 요소 분말 공급장치(330) 자체에 설치될 수도 있다.The air supply unit 200 may be provided with an air temperature regulator 240 to regulate the temperature of the compressed air supplied to the injection nozzle 100. This is because the air temperature regulator 240 is installed at the front end of the injection nozzle 100 so that the temperature of the air supplied to the injection nozzle 100 can be controlled and the air is heated and supplied to the injection nozzle 100, The temperature of the exhaust gas is not lowered by the air injected into the combustion chamber 500, so that the efficiency of conversion of the urea powder injected together with the air into pyrolysis and conversion into ammonia gas can be improved, have. Similarly, the urea powder temperature regulator 340 may be installed in the urea powder supply unit 300 to adjust the temperature of the urea powder supplied to the injection nozzle 100. That is, the temperature of the urea powder can be controlled (heated) by the urea powder temperature controller 340 installed at the front end of the injection nozzle 100, thereby improving the efficiency of the urea powder being pyrolyzed and converted into ammonia gas. At this time, the air temperature regulator 240 may be installed just before the injection nozzle 100, or may be installed at another position on the line connecting the air compressor 210 and the injection nozzle 100. The urea powder temperature regulator 340 may be installed just before the injection nozzle 100 or may be installed at another position on the line connecting the differentiator 320 and the injection nozzle 100, ) Or the urea powder feeder 330 itself.

이하에서는 분사 노즐(100)의 몸체(110) 및 분사공(112)이 형성되는 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which the body 110 of the injection nozzle 100 and the injection hole 112 are formed will be described.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 분사 노즐의 몸체 하측을 나타낸 사시도, 정면도 및 상측 평면도이다.FIGS. 7 and 8 are a perspective view, a front view, and a top plan view, respectively, of the lower side of the injection nozzle according to the present invention.

도시된 바와 같이 상기 분사 노즐의 분사공(112)은, 상기 몸체(110)의 수직방향 중심을 기준으로 방사상으로 형성되며, 원주방향을 따라 서로 일정간격 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 분사공(112)은 방사상으로 일정한 간격을 두고 원형 배열되는 형태로 형성되어 분사 노즐(100) 몸체(110)의 수직방향 중심을 기준으로 원뿔 형태로 혼합 기체를 분사할 수 있다. 그리하여 혼합 기체가 분사되는 면적을 넓힐 수 있어 질소산화물의 정화 효율이 향상될 수 있다.As shown in the figure, the injection holes 112 of the injection nozzle are formed radially with respect to the vertical center of the body 110, and may be spaced apart from each other along the circumferential direction. That is, the spray holes 112 may be circularly arranged at regular intervals in the radial direction, and spray the mixed gas in a conical shape with respect to the vertical center of the spray nozzle 100. Thus, the area of spraying the mixed gas can be widened, and the efficiency of purifying nitrogen oxides can be improved.

또한, 도 7(a) 및 도 7(b)와 같이 상기 몸체(110)의 하면은 중앙이 돌출된 원뿔 또는 피라미드 형태로 형성될 수 있다. 즉, 몸체(110)의 하면이 중앙부가 돌출된 원뿔 또는 피라미드 형태로 형성되어 하면에 경사면이 형성되면, 경사지게 형성되는 분사공(112)을 원형으로 배열되는 형태로 형성하기 용이하다.7 (a) and 7 (b), the lower surface of the body 110 may be formed in the shape of a cone or a pyramid protruding from the center. That is, when the lower surface of the body 110 is formed in the shape of a cone or a pyramid protruding from the center, and the inclined surface is formed on the lower surface, it is easy to form the injection hole 112 formed in an inclined shape in a circular shape.

도 8(a) 및 도 8(b)는 분사 노즐(100)의 몸체(110) 하부를 나타낸 정면도 및 상측 평면도이다.8 (a) and 8 (b) are a front view and a top plan view showing the lower part of the body 110 of the injection nozzle 100. Fig.

도시된 바와 같이 상기 몸체(110)의 하면에 수직인 방향으로 상기 분사공(112)이 형성될 수 있다. 즉, 경사지게 형성되는 몸체(110)의 하면인 경사면에 수직이 되도록 분사공(112)을 형성하면 더욱 분사공(112)을 형성하기 용이하며, 몸체(110)의 하면이 피라미드 형태의 경사면(170)으로 형성되면 각각의 경사면(170)에 분사공(112)을 배치하는 것이 용이해지고 드릴과 같은 물리적인 장비를 이용해 분사공(112)을 형성하기 용이한 장점이 있다.The spray hole 112 may be formed in a direction perpendicular to the lower surface of the body 110. [ That is, when the injection holes 112 are formed perpendicular to the inclined surface, which is the lower surface of the body 110 formed to be inclined, it is easy to form the injection holes 112, and the lower surface of the body 110 is formed into a pyramid- It is easy to dispose the spray holes 112 on the respective inclined surfaces 170 and to easily form the spray holes 112 using physical equipment such as a drill.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

1000 : 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템
100 : 분사 노즐
110 : 몸체 111 : 요소 분말 유입구
112 : 분사공
120 : 공기 공급관 121 : 공기 유입구
130 : 스월러 140 : 혼합실
150 : 유동 통로 160 : 와류실
170 : 경사면
200 : 공기 공급부
210 : 에어 콤프레셔 220 : 에어 콘트롤 밸브
230 : 에어 플로우 센서 240 : 공기 온도조절장치
300 : 요소 분말 공급부
310 : 요소 알갱이 공급장치 320 : 미분기
330 : 요소 분말 공급장치 340 : 요소 분말 온도조절장치
400 : 제어부
500 : 배기관
600 : 선택적 환원촉매1000: Elemental Powder Injection Nitrogen Oxide Purification System Using Perforated Nozzle
100: injection nozzle
110: body 111: element powder inlet
112:
120: air supply pipe 121: air inlet
130: Swallar 140: Mixing room
150: flow passage 160: swirl chamber
170:
200: air supply part
210: air compressor 220: air control valve
230: Air flow sensor 240: Air temperature control device
300: element powder supply part
310: Element Kernel Feeder 320: Differential Feeder
330: element powder feeder 340: element powder temperature controller
400:
500: Exhaust pipe
600: selective reduction catalyst

Claims (4)

선택적 환원촉매 전단의 배기관에 설치되는 분사 노즐;
상기 분사 노즐로 압축공기를 공급하는 공기 공급부;
상기 분사 노즐로 요소 분말을 공급하는 요소 분말 공급부; 및
상기 공기 공급부 및 요소 분말 공급부에 연결되어, 공기 및 요소 분말의 공급을 제어하는 제어부; 를 포함하여 이루어지고,
상기 분사 노즐은, 내부가 중공되게 형성되어 일측에 요소 분말 유입구가 형성되며 하측에 분사공이 형성되는 몸체, 상기 몸체의 내부로 공기가 공급되도록 상기 몸체에 설치되는 공기 공급관, 및 상기 몸체의 내부에 구비되어 상기 몸체 내부를 상기 공기 공급관과 요소 분말 유입구가 배치되는 혼합실과 분사공이 배치되는 와류실로 구획하며 상기 혼합실과 와류실이 연통되도록 하는 유동 통로를 형성하는 스월러를 포함하여 이루어지며,
상기 스월러와 몸체의 내주면 사이가 일정간격 이격되어 형성되거나, 스월러의 외주면이 몸체의 내주면에 밀착되어 결합되되 스월러의 외주면 또는 몸체의 내주면에 홈이 형성되어 유동 통로를 형성하여 혼합실과 와류실이 연통되며,
상기 분사공은 몸체의 수직방향에 대해 반경방향 외측으로 경사지도록 다수개가 형성되어,
공기와 요소 분말이 몸체 내부의 혼합실에서 혼합되어 스월러와 몸체 사이의 유동 통로를 통과하며 접선방향 속도에 의해 와류실에서 원심력이 발생되어 공기와 혼합된 요소 분말이 배기관 내로 분사되는 것을 특징으로 하는 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템.
An injection nozzle installed in an exhaust pipe at a front end of the selective reduction catalyst;
An air supply unit for supplying compressed air to the injection nozzle;
An urea powder supply unit for supplying urea powder to the injection nozzle; And
A control unit connected to the air supply unit and the urea powder supply unit to control supply of air and urea powder; , ≪ / RTI >
The injection nozzle includes a body having a hollow interior, an elemental powder inlet formed at one side thereof and a spray hole formed at a lower side thereof, an air supply pipe installed in the body to supply air into the body, And a swirler for partitioning the inside of the body into a mixing chamber in which the air supply pipe and the urea powder inlet are disposed and a swirl chamber in which the spray hole is disposed, and a flow passage for communicating the mixing chamber and the swirl chamber,
The outer circumferential surface of the swirler is closely contacted with the inner circumferential surface of the body and grooves are formed on the outer circumferential surface of the swirler or the inner circumferential surface of the body to form a flow passage, The thread is communicated,
A plurality of the injection holes are formed so as to be inclined radially outward with respect to the vertical direction of the body,
The air and the urea powder are mixed in the mixing chamber inside the body and pass through the flow passage between the swirler and the body and centrifugal force is generated in the swirling chamber by the tangential velocity so that the urea powder mixed with the air is injected into the exhaust pipe Nitrogen Oxide Purification System Using a Perforated Nozzle.
제1항에 있어서,
상기 분사 노즐의 분사공은, 상기 몸체의 수직방향 중심을 기준으로 방사상으로 형성되며, 원주방향을 따라 서로 일정간격 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the injection holes of the injection nozzle are radially formed with respect to the vertical center of the body and are spaced apart from each other at a predetermined interval along the circumferential direction.
제1항에 있어서,
상기 몸체의 하면은 중앙이 돌출된 원뿔 또는 피라미드 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the lower surface of the body is formed in the shape of a cone or a pyramid protruding from the center thereof.
제3항에 있어서,
상기 몸체의 하면에 수직인 방향으로 상기 분사공이 형성되는 것을 특징으로 하는 다공 노즐을 이용한 요소 분말 분사 질소산화물 정화시스템.The method of claim 3,
Wherein the injection hole is formed in a direction perpendicular to the lower surface of the body.
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