KR101755510B1 - 배기가스 정화 장치 - Google Patents

Abstract

배기가스 정화 장치가 개시된다. 상기 배기가스 정화 장치는 배기 파이프 상에 설치되며, 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함하는 전단 촉매부, 그리고 상기 전단 촉매부와 연결되며, 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 포함하는 후단 촉매부를 포함하며, 상기 전단 촉매부와 상기 후단 촉매부는 나란하게 병렬로 배치되며, 상기 배기 파이프의 배기가스가 상기 전단 촉매부를 통과한 후에 상기 후단 촉매부를 통과할 수 있다.

Description

배기가스 정화 장치{DEVICE FOR PURIFYING EXHAUST GAS}

본 발명은 배기가스 정화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전단 촉매와 후단 촉매의 온도 차이를 최소화하면서 배기가스 중의 유해 물질을 저감시킬 수 있는 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진의 배기 시스템은 배기가스 중에 함유된 공해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 입자상물질 제거용 필터 (Diesel Particulate matter Filter, DPF), 및 선택적 환원 촉매(Selective Catalyst Reduction, SCR) 및 질소 산화물 정화 촉매 (Lean NOx Trap, LNT) 등과 같은 배기가스 후처리 장치를 구비하고 있다.

DOC는 배기가스 중의 총 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다.

DPF는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 그 입자상 물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시킬 수 있다.

또한, SCR은 인젝터를 통해 배기가스의 스트림 방향으로 분사되는 환원제(요소)가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키는 것이다.

그리고, 최근 들어, 강화되는 배기 규제로 인해 엔진의 배기 시스템에는 다양한 후처리 촉매 장치가 복합적으로 적용되므로, 촉매 장치의 배열 및 패키지가 중요시 되고 있다.

특히, 배기 시스템은 촉매가 성능을 발휘하기 위한 최소한의 온도가 확보되어야 하는데, 배기 시스템 레이아웃이 길어짐에 따라 온도 확보가 쉽지 않은 실정이며, 전단 촉매와 후단 촉매 사이의 온도가 큰 차이를 보이므로 개선이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 촉매를 U자형으로 패키징함으로써, 전단 촉매 및 후단 촉매간 온도 차이를 최소화하여 배기가스 정화 성능을 향상시킬 수 있는 배기가스 정화 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 촉매가 코팅된 매연 필터를 통해 촉매의 패키징으로 인한 촉매 로딩량을 감소를 최소화할 수 있는 환경을 제공하고자 한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 배기 파이프 상에 설치되며, 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함하는 전단 촉매부, 그리고 상기 전단 촉매부와 연결되며, 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 포함하는 후단 촉매부를 포함하며, 상기 전단 촉매부와 상기 후단 촉매부는 나란하게 병렬로 배치되며, 상기 배기 파이프의 배기가스가 상기 전단 촉매부를 통과한 후에 상기 후단 촉매부를 통과된다.

상기 전단 촉매부는, 상기 전단 촉매부의 중심에 배치되는 제1 촉매부, 그리고 상기 제1 촉매부를 둘러싸는 매연 필터부를 포함하며, 상기 배기 파이프의 배기가스가 상기 제1 촉매부를 통과한 후에 상기 매연 필터부를 통과할 수 있다.

상기 제1 촉매부는, 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 또는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT)를 포함할 수 있다.

상기 매연 필터부는, 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함할 수 있다.

상기 매연 필터부는, 유체가 유입되는 적어도 하나의 유입 채널, 유체가 유출되는 적어도 하나의 유출 채널, 그리고 이웃하는 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이에 배치되며, 상기 길이 방향으로 연장된 적어도 하나의 월을 포함하며, 상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 유입 채널의 내벽에는 적어도 하나의 촉매가 코팅될 수 있다.

상기 매연 필터부는, 상기 유입 채널 또는 상기 유출 채널 중 적어도 하나의 내부에 위치하는 지지체를 더 포함하며, 상기 지지체에는 적어도 하나의 촉매가 코팅될 수 있다.

상기 유입 채널의 내벽, 상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 지지체에는, 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT) 또는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 중 적어도 하나가 코팅될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 중심부 및 상기 중심부를 둘러싸는 외곽부를 포함하며, 일단이 배기 파이프와 연결되고, 타단이 막힌 전단 촉매부, 그리고 상기 전단 촉매부와 연결되며, 상기 전단 촉매부를 통과한 배기가스를 정화하는 후단 촉매부를 포함하며, 상기 전단 촉매부는, 상기 중심부의 일단에 상기 배기 파이프가 연결되고, 상기 배기 파이프로부터 유입된 배기가스가 상기 중심부를 통과한 후에 상기 외곽부를 통과한다.

상기 전단 촉매부는, 상기 중심부에 배치되며, 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 또는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 촉매부, 그리고 상기 외곽부에 배치되는 매연 필터부를 포함할 수 있다.

상기 매연 필터부는, 상기 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함할 수 있다.

상기 매연 필터부는, 유체가 유입되는 적어도 하나의 유입 채널, 유체가 유출되는 적어도 하나의 유출 채널, 이웃하는 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이에 배치되는 적어도 하나의 월, 그리고 상기 유입 채널 또는 상기 유출 채널 중 적어도 하나의 내부에 위치하는 지지체를 포함하며, 상기 유입 채널의 내벽, 상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 지지체에는 적어도 하나의 촉매가 코팅될 수 있다.

상기 유입 채널의 내벽, 상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 지지체에는, 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT) 또는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 중 적어도 하나가 코팅될 수 있다.

상기 전단 촉매부와 상기 후단 촉매부는 U자형으로 연결되며, 상기 매연 필터부를 통과한 배기가스가 상기 후단 촉매부로 유입될 수 있다.

상기 후단 촉매부는, 상기 전단 촉매부에서 배출된 배기가스가 통과하는 제2 촉매부를 포함하며, 상기 제2 촉매부는, 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전단 촉매부와 후단 촉매부를 나란하게 병렬로 배치하여 전단 촉매 및 후단 촉매간 거리를 줄임으로써, 전단 촉매 및 후단 촉매간 온도 차이를 최소화하여 배기가스 정화 성능을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.

또한, 매연 필터의 유입 채널과 유출 채널 중 적어도 하나의 내부에 지지체를 형성하고, 상기 지지체에 촉매를 코팅함으로써, 촉매의 패키징으로 인한 촉매 로딩량을 감소를 최소화할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 매연 필터의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 매연 필터의 일부 유입 채널과 유출 채널을 도시한 정면도이다.
도 4는 종래의 배기가스 정화 장치를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 도 4에 따른 전단 촉매와 후단 촉매의 온도 차이를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 온도에 따른 SCR 촉매의 NOx 정화 효율을 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 차량뿐만 아니라 화석 연료를 태워 에너지를 얻고 그 과정에서 발생되는 가스를 대기 중으로 배출하는 다양한 장치에 적용될 수 있다. 본 명세서에서는 상기 배기가스 정화 장치가 차량에 적용되는 것을 예시하나, 차량에만 적용되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

차량에는 동력을 발생시키기 위한 엔진이 탑재되어 있다. 상기 엔진은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진은 흡기 매니폴드에 연결되어 연소실 내부로 공기를 유입받으며, 배기 매니폴드에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드에 모인 후 차량의 외부로 배출되게 된다. 상기 연소실 또는 흡기 매니폴드에는 인젝터가 장착되어 연료를 연소실 또는 흡기 매니폴드 내부로 분사한다.

상기 엔진에서 발생된 배기가스는 배기가스를 통하여 차량 외부로 배출된다. 상기 배기 장치는 배기 파이프와 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치를 포함할 수 있다.

상기 배기 파이프는 상기 배기 매니폴드에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다.

배기가스 재순환 장치는 배기 파이프 상에 장착되어 엔진에서 배출되는 배기가스는 상기 배기가스 재순환 장치를 통과한다. 또한, 상기 배기가스 재순환 장치는 상기 흡기 매니폴드에 연결되어 배기가스의 일부를 공기에 섞어 연소 온도를 제어한다. 이러한 연소 온도는 상기 배기가스 재순환 장치에 구비된 EGR 밸브(도시하지 않음)를 ON/OFF 제어함으로써 조절될 수 있다. 즉, EGR 밸브를 ON/OFF 제어함으로써 흡기 매니폴드에 공급되는 배기가스의 양을 조절한다.

상기 배기 장치에는 배기 파이프에 장착되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 매연 필터는 배기가스에 포함된 입자상 물질 외의 유해한 물질을 정화하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 장치일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다. 이때, 배기가스 정화 장치는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치(100)는 엔진의 배기 파이프(10)와 연결되는 전단 촉매부(110), 그리고 전단 촉매부(110)와 U자형으로 연결되는 후단 촉매부(120)를 포함한다. 전단 촉매부(110)와 후단 촉매부(120)는 나란하게 병렬로 배치되며, U자형의 배기관을 통해 연결될 수 있다.

전단 촉매부(110)는 배기가스가 유입되는 엔진의 배기 파이프(10)에 배치된다. 여기서, 전단 촉매부(110)의 일단(110a)이 배기 파이프(10)와 연결되며, 전단 촉매부(110)의 타단(110b)은 전단 촉매부(110)의 외부 하우징에 의해 막혀 있다. 그리고, 전단 촉매부(110)는 중심부에 배치되는 원통형의 제1 촉매부(112)와 상기 중심부를 둘러싸는 외곽부에 배치되는 매연 필터부(114)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 한 실시에에 따라 제1 촉매부(112)는 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 또는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT) 중 적어도 하나를 포함하고, 매연 필터부(114)는 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함할 수 있다. 또한, 매연 필터부(114)는 필터의 유입 채널 및 유출 채널 내부에 형성된 추가 월에 촉매가 코팅될 수 있으며, 이러한 촉매가 코팅된 매연 필터의 구조는 이하 도 2 및 도 3을 통해 상세히 설명한다.

그리고, 제1 촉매부(112)의 일단(112a)에는 배기 파이프(10)의 후단이 연장되어 연결된다. 따라서, 배기가스는 제1 촉매부(112)의 일단(112a)을 통해 제1 촉매부(112)로 가장 먼저 유입되고, 제1 촉매부(112)의 타단(112b)을 통해 유출된다.

이때, 전단 촉매부(110)의 타단(110b)이 막혀 있으므로, 제1 촉매부(112)의 타단(112b)을 통과한 배기가스는 전단 촉매부(110)의 외부로 유출될 수 없다.

따라서, 제1 촉매부(112)를 통과한 배기가스가 매연 필터부(114)의 타단(114b)을 통해 매연 필터로 유입된다. 그리고, 매연 필터부(114)에 유입된 배기가스는 매연 필터부(114)의 일단(114a)을 통해 배출된다.

또한, 매연 필터부(114)에서 배출된 배기가스는 U자형으로 형성된 배기관을통해 후단 촉매부(120)로 유입된다.

상기 후단 촉매부(120)는 상기 전단 촉매부(110)에서 배출된 배기가스가 통과하는 제2 촉매부(122)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따라 상기 제2 촉매부(122)는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전단 촉매부(110) 및 상기 후단 촉매부(120)사이에는 우레아를 인젝션하는 우레아 인젝터(130) 및 환원제와 배기가스를 혼합하여 환원제의 기화/증발을 촉진시키기 위한 믹서(140)가 배치될 수 있다.

이와 같이, 전단 촉매부(110)는 배기가스 정화 장치의 길이를 단축시키고 배기가스의 열손실을 최소화하기 위해서 코어/셀 구조로 형성될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 전단 촉매부(110) 및 후단 촉매부(120)의 구조 및 하우징의 형상은 원통 형상인 것을 예시하였으나, 하우징의 형상은 예시된 형상들에 한정되지 않고 다양하게 변형 또는 변경이 가능하다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 매연 필터의 단면을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 매연 필터의 일부 유입 채널과 유출 채널을 도시한 정면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치(1)의 매연 필터부(114)는 하우징 내에 적어도 하나 이상의 유입 채널(20a)과, 적어도 하나 이상의 유출 채널(20b)을 포함한다. 상기 복수개의 유입 채널(20a)과 유출 채널(20b)은 월(30)에 의하여 구획되어 있다. 또한, 상기 적어도 하나 이상의 유입 채널(20a)과 적어도 하나 이상의 유출 채널(20b) 중 적어도 하나 이상의 내부에는 지지체(40a,40b)가 배치될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 매연 필터부(114)의 타단(114b)에 형성된 상기 유입 채널(20a)은 배기가스의 흐름을 따라서 연장되어 있다. 상기 유입 채널(20a)의 전단은 개구되어 배기가스가 상기 유입 채널(20a)을 통하여 매연 필터부(114)의 내부로 유입된다. 상기 유입 채널(20a)의 후단은 제1플러그(12)에 의하여 막혀 있다.

그리고, 매연 필터부(114)의 일단(114a)에 형성된 상기 유출 채널(20b)은 배기가스의 흐름을 따라서 연장되어 있으며, 상기 유입 채널(20a)과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 유출 채널(20b)의 주위에는 적어도 하나 이상의 유입 채널(20a)이 위치하고 있다. 상기 유출 채널(20b)의 전단은 제2플러그(22)에 의하여 막혀 있어 배기가스가 유출 채널(20b)을 통하여 매연 필터부(114)의 내부로 유입될 수 없다. 상기 유출 채널(20b)의 후단은 개구되어 매연 필터부(114) 내부의 배기가스는 상기 유출 채널(20b)을 통하여 매연 필터부(114)의 외부로 유출되게 된다.

월(30)은 이웃하는 유입 채널(20a)과 유출 채널(20b) 사이에 배치되어 경계를 정의한다. 상기 월(30)을 그 내부에 적어도 하나 이상의 세공(micropore)이 형성된 다공성 월(30)일 수 있다. 상기 다공성 월(30)은 이웃하는 유입 채널(20a)과 유출 채널(20b)을 유체적으로 연통한다. 따라서, 유입 채널(20a)로 유입된 배기가스는 상기 다공성 월(30)을 통하여 유출 채널(20b)로 이동할 수 있다. 또한, 상기 다공성 월(30)은 배기가스에 포함된 입자상 물질은 통과시키지 않는다. 배기가스가 다공성 월(30)을 통하여 유입 채널(20a)에서 유출 채널(20b)로 이동할 때, 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질은 다공성 월(30)에 의하여 걸러진다. 상기 다공성 월(30)은 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate), 코디어라이트(codierite), 실리콘 카바이드(silicon carbide) 등에 의하여 제작될 수 있다.

상기 지지체(40)는 상기 유입 채널(20a)과 유출 채널(20b) 중 적어도 하나 이상의 내부에 배치될 수 있다. 상기 지지체(40)는 유입 채널(20a)에만 배치될 수도 있고 유출 채널(20b)에만 배치될 수도 있다. 도2 및 도 3에서는, 상기 지지체(40)가 유입 채널(20a) 및/또는 유출 채널(20b)이 연장되는 방향에 평행하게 연장되어 있는 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 아니한다.

즉, 상기 지지체(40)는 유입 채널(20a) 및/또는 유출 채널(20b)이 연장되는 방향에 수직 또는 비스듬하게 연장될 수 있다. 상기 지지체(40)는 유입 채널(20a) 및/또는 유출 채널(20b)이 연장되는 방향에 수직 또는 비스듬하게 연장되는 경우, 상기 지지체(40)의 양단 중 적어도 하나는 상기 셀을 구획하는 다공성 월(30)에 접촉하지 않을 수 있다.

한편, 지지체(40)는 필터의 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것이 아니라 촉매를 잡아 두기 위하여 구비되는 것이므로, 반드시 다공성 재질로 제작될 필요가 없다. 즉, 지지체(40)는 상기 다공성 월(30)과 동일한 재질로 제작되거나 다른 재질로 제작될 수 있다. 지지체(40)가 다공성 재질로 제작된다고 하더라도, 지지체(40)에 의하여 구획되는 채널(20a 또는 20b)의 두 부분 사이에는 압력 차이가 거의 없으므로, 배기가스는 거의 지지체를 통과하지 않고 지지체(40)와 월(30)을 따라 이동하게 된다. 또한, 지지체(40)는 필터의 역할을 수행할 필요가 없으므로, 지지체(40)를 두껍게 형성할 필요가 없다. 즉, 지지체(40)의 두께는 월(30)의 두께보다 얇게 형성할 수 있으며, 이는 배압의 증가를 최소화하게 된다. 지지체(40)가 다공성 재질로 제작되면, 상기 촉매는 지지체(40)의 표면과 지지체(40) 내부의 세공(micropore)에 코팅되게 된다. 이와는 달리, 지지체(40)가 비다공성(non-porous) 재질로 제작되면, 상기 촉매는 지지체(40)의 표면에 코팅되게 된다.

그리고, 상기 지지체(40)는 유입 채널(20a) 내부에 배치되는 제1 지지체(40a) 및 유출 채널(20b) 내부에 배치되는 제2 지지체(40b)을 포함한다.

그리고, 상기 제1 지지체(40a), 상기 다공성 월(30) 및 상기 제2 지지체(40b)의 적어도 하나에는 촉매가 배치될 수 있다. 상기 제1 지지체(40a)에는 제1 촉매(50)가 코팅될 수 있고, 상기 다공성 월(30)에는 제2 촉매(60)가 코팅될 수 있으며, 상기 제2 지지체(40b)에는 제3 촉매(70)가 배치될 수 있다.

상기 제1 촉매(50), 상기 제2 촉매(60) 및 상기 제3 촉매(70)는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매, 삼원 촉매, 산화 촉매, 탄화수소 트랩 촉매, 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매 등 다양한 촉매를 포함할 수 있다.

또한, 제1 지지체(40a), 상기 다공성 월(30) 및 상기 제2 지지체(40b)에는 두 종류 이상의 촉매가 코팅될 수 있다. 더 나아가, 제1 지지체(40a), 상기 다공성 월(30) 및 상기 제2 지지체(40b)의 일면과 타면에는 다른 종류의 촉매가 코팅될 수도 있다. 예를 들어, 상기 유입 채널(20a) 쪽의 내벽인 다공성 월(30)의 일면과, 상기 유출 채널(20b) 쪽의 내벽인 상기 다공성 월(30)의 타면에는 다른 종류의 촉매가 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 제1 지지체(40a)의 일면과 타면에는 서로 다른 종류의 촉매가 코팅될 수 있고, 상기 제2 지지체(40b)의 일면과 타면에도 서로 다른 종류의 촉매가 코팅될 수 있다.

물론, 상기 다공성 월(30)의 유입 채널(20a)의 내벽들에 코팅되는 촉매의 종류는 동일하고, 다공성 월(30)의 유출 채널(20b)의 내벽들에 코팅되는 촉매의 종류도 동일할 수 있고, 상기 제1 지지체(40a) 또는 상기 제2 지지체(40b)의 양면에 코팅되는 종류도 동일할 수 있다.

그리고, 상기 유입 채널(20a)의 적어도 하나의 내벽에 코팅되는 촉매의 종류는 상기 유출 채널(20b)의 적어도 하나의 내벽에 코팅되는 촉매의 종류 또는 상기 제1 지지체(40a) 또는 상기 제2 지지체(40b)의 양면 중 적어도 일면에 코팅되는 촉매의 종류와 다를 수도 있다.

예를 들어, 본 발명의 한 실시예에 따라, 상기 제1 지지체(40a)에 코팅된 제1 촉매(50) 및 상기 다공성 월(30)에 코팅된 제2 촉매(60)는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매이고, 제2 지지체(40b)에 코팅된 제3 촉매(70)는 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매일 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 제1 지지체(40a)에 코팅된 제1 촉매(50) 및 상기 다공성 월(30)에 코팅된 제2 촉매(60)는 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매이고, 상기 제2 지지체(40b)에 코팅된 제3 촉매(70)는 산화 촉매(oxidation catalyst)일 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상기 제1 지지체(40a)에 코팅된 제1 촉매(50) 및 상기 제2 지지체(40b)에 코팅된 제3 촉매(70)는 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매를 포함하고, 상기 다공성 월(30)에 코팅된 제2 촉매(60)는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매를 포함할 수 있다.

도 4는 종래의 배기가스 정화 장치를 도시한 도면이고, 도 5는 종래의 도 4에 따른 전단 촉매와 후단 촉매의 온도 차이를 도시한 그래프이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 종래 기술의 배기가스 정화 장치는 배기가스의 흐름 방향으로 촉매 장치가 직렬로 배열되어 있어, 전단 촉매와 후단 촉매 사이의 온도가 큰 차이를 보이고 있다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라 온도에 따른 SCR 촉매의 NOx 정화 효율을 도시한 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, SCR 촉매에서는 우레아 분해 및 NOx 정화 성능 증가를 위해 최소 200 ℃ 이상의 온도가 확보되어야 한다. 또한, 우레아 소모를 최소화 하며 NOx를 제거하기 위해서는 SCR 촉매의 온도가 250 ~ 400 ℃ 사이에서 유지되어야 한다.

따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치(100)는 전단 촉매부(110)와 후단 촉매부(120)를 나란하게 병렬로 배치하여 전단 촉매 및 후단 촉매간 거리를 줄임으로써, 전단 촉매 및 후단 촉매간 온도 차이를 최소화하여 배기가스 정화 성능을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.

그리고, 본 발명의 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치(100)는 배기가스 정화 장치가 적용되는 차량 환경에 따라 전단 촉매부(110)의 제1 촉매부의 촉매, 매연 필터부(114)의 DPF에 코팅되는 촉매 및 후단 촉매부(120)의 촉매의 종류를 다양하게 변형 또는 변경이 가능하다.

예를 들어, 본 발명의 한 실시예에 따라 전단 촉매부(110)의 중심부에 배치된 제1 촉매부(112)는 LNT 촉매를 포함하고, 매연 필터부(114)의 DPF에는 LNT 촉매가 코팅될 수 있고, 후단 촉매부(120)는 SCR 촉매를 포함할 수 있다. 제1 촉매부(112) 또는 매연 필터부(114)의 LNT 촉매는 NOx를 정화하는 동시에 NH3를 생성한다, 그리고, 후단 촉매부(120)의 SCR 촉매는 제1 촉매부(112) 또는 매연 필터부(114)에서 생성된 NH3를 통해 NOx를 추가 제거하거나, NH3 부족 시 urea를 분사하여 NOx를 추가 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 전단 촉매부(110)의 중심부에 배치된 제1 촉매부(112)는 LNT 촉매를 포함하고, 매연 필터부(114)의 DPF에는 SCR 촉매가 코팅될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 SCR 촉매의 작동 온도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 전단 촉매부(110)의 중심부에 배치된 제1 촉매부(112)는 DOC 촉매를 포함하고, 매연 필터부(114)의 DPF에도 DOC 촉매가 코팅될 수 있다. 따라서, 제1 촉매부(112) 및 매연 필터부(114)의 DOC에서 NO₂를 효과적으로 생성하고, 생성된 NO₂로 인해 후단 촉매부(120)에서의 NOx 정화 성능을 개선할 수 있다.

그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 전단 촉매와 후단 촉매를 U자형으로 패키징함으로써, 전단 촉매 및 후단 촉매간 온도 차이를 최소화하여 배기가스 열손실을 최소화하고, 배기가스 정화 성능을 향상시킬 수 있는 배기가스 정화 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 촉매가 코팅된 매연 필터를 사용함으로써, 촉매의 패키징으로 인한 촉매 로딩량을 감소를 최소화할 수 있는 환경을 제공하고자 한다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (14)

1. 배기 파이프 상에 설치되며, 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함하는 전단 촉매부, 그리고
   상기 전단 촉매부와 연결되며, 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 포함하는 후단 촉매부
   를 포함하며,
   상기 전단 촉매부와 상기 후단 촉매부는 나란하게 병렬로 배치되며, 상기 배기 파이프의 배기가스가 상기 전단 촉매부를 통과한 후에 상기 후단 촉매부를 통과하며,
   상기 전단 촉매부는,
   상기 전단 촉매부의 중심에 배치되는 제1 촉매부, 그리고
   상기 제1 촉매부를 둘러싸는 매연 필터부를 포함하며,
   상기 배기 파이프의 배기가스가 상기 제1 촉매부의 일단을 통해 유입되어 상기 제1 촉매부의 타탄으로 배출되고, 상기 제1 촉매부의 타단으로 배출된 배기가스가 상기 제1 촉매부의 타탄을 둘러싼 상기 매연 필터부의 타단으로 유입된 후 상기 제1 촉매부의 일단을 둘러싼 상기 매연 필터부의 일단으로 배출되는 배기가스 정화 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 촉매부는,
   디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 또는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT)를 포함하는 배기가스 정화 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 매연 필터부는,
   입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함하는 배기가스 정화 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 매연 필터부는,
   유체가 유입되는 적어도 하나의 유입 채널,
   유체가 유출되는 적어도 하나의 유출 채널, 그리고
   이웃하는 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이에 배치되며, 길이 방향으로 연장된 적어도 하나의 월을 포함하며,
   상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 유입 채널의 내벽에는 적어도 하나의 촉매가 코팅되는 배기가스 정화 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 매연 필터부는,
   상기 유입 채널 또는 상기 유출 채널 중 적어도 하나의 내부에 위치하는 지지체를 더 포함하며,
   상기 지지체에는 적어도 하나의 촉매가 코팅되는 배기가스 정화 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 유입 채널의 내벽, 상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 지지체에는,
   디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT) 또는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 중 적어도 하나가 코팅되는 배기가스 정화 장치.
8. 중심부 및 상기 중심부를 둘러싸는 외곽부를 포함하며, 일단이 배기 파이프와 연결되고, 타단이 막힌 전단 촉매부, 그리고
   상기 전단 촉매부와 연결되며, 상기 전단 촉매부를 통과한 배기가스를 정화하는 후단 촉매부
   를 포함하며,
   상기 전단 촉매부는,
   상기 중심부의 일단에 상기 배기 파이프가 연결되고, 상기 배기 파이프로부터 유입된 배기가스가 상기 중심부를 통과한 후에 상기 외곽부를 통과하되, 상기 배기가스가 상기 중심부의 일단을 통해 유입되어 상기 중심부의 타탄으로 배출되고, 상기 중심부의 타단으로 배출된 배기가스가 상기 중심부의 타탄을 둘러싼 상기 외곽부의 타단으로 유입된 후 상기 중심부의 일단을 둘러싼 상기 외곽부의 일단으로 배출되는 배기가스 정화 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 전단 촉매부는,
   상기 중심부에 배치되며, 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 또는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 촉매부, 그리고
   상기 외곽부에 배치되는 매연 필터부를 포함하는 배기가스 정화 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 매연 필터부는,
    입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)를 포함하는 배기가스 정화 장치.
11. 제9항에 있어서,
    상기 매연 필터부는,
    유체가 유입되는 적어도 하나의 유입 채널,
    유체가 유출되는 적어도 하나의 유출 채널,
    이웃하는 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이에 배치되는 적어도 하나의 월, 그리고
    상기 유입 채널 또는 상기 유출 채널 중 적어도 하나의 내부에 위치하는 지지체를 포함하며,
    상기 유입 채널의 내벽, 상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 지지체에는 적어도 하나의 촉매가 코팅되는 배기가스 정화 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 유입 채널의 내벽, 상기 유입 채널의 내벽 또는 상기 지지체에는,
    디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap, LNT) 또는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 중 적어도 하나가 코팅되는 배기가스 정화 장치.
13. 제9항에 있어서,
    상기 전단 촉매부와 상기 후단 촉매부는 U자형으로 연결되며,
    상기 매연 필터부를 통과한 배기가스가 상기 후단 촉매부로 유입되는 배기가스 정화 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 후단 촉매부는,
    상기 전단 촉매부에서 배출된 배기가스가 통과하는 제2 촉매부를 포함하며,
    상기 제2 촉매부는,
    선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 포함하는 배기가스 정화 장치.
    

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