• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권4호
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• pp.412-417
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• 2015

IMO MEPC에서는 해양환경 보호를 위해서 선박으로부터 배출되는 배기가스 규제를 날로 점점 강화하고 있다. 특히, 2016년부터 건조되어 국제항해를 하는 모든 신조 선박에 대한 질소산화물(NOx) 배출량은 Tier-III 규제를 만족하게 되어 있다. 본 연구에서는 선박용으로 개발된 NOx 저감용 SCR(선택적 환원 촉매) 시스템을 기존 선박의 디젤발전기에 설치하여 NOx 저감성능을 파악하고자 하였다. 본 연구를 위하여 목포해양대학교 실습선 새누리호 디젤발전기의 배기 파이프라인을 개조 공사하여 요소 SCR 시스템을 설치하였으며, 요소 용액(40%) 분사 방법은 수동 모드와 PLC를 통한 자동 모드로 나누어 두 가지 방법으로 실험을 하였다. 수동 모드 방법을 통하여 암모니아 슬립 발생구간을 찾을 수 있었으며, 엔진부하별(25, 35 및 50%)로 최적의 요소 분사량을 조절할 수 있었다. 부하를 Down-Up(25%에서 50%로 올리면서) 시보다도 Up-Down(50%에서 25%로 내리면서) 시에 NOx 저감성능이 더 좋음을 알 수 있었으며, 본 바나듐계 촉매가 사용된 SCR 시스템을 기존 선박의 디젤발전기에 설치하여 질소산화물이 80% 이상 절감됨을 확인할 수 있었다.

• 한국분무공학회지
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• 제18권4호
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• pp.196-201
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• 2013

SCR(Selective Catalytic Reduction) is a major after-treatment solution to reduce NOx emission in recent diesel engines. In this study, a metal foam is applied as an alternative SCR substrate and tested in a commercial diesel engine to compared with a conventional ceramic SCR system. Basic engine test from ND-13 mode shows that a metal foam catalyst has lower NOx conversion efficiency than a ceramic catalyst especially over $350^{\circ}C$. A metal foam catalyst has characteristics of high exhaust gas pressure before a SCR catalyst and high heat transfer rate due to its material and structure. NOx conversion efficiency of a metal foam catalyst shows an increasing tendency along with the increase of exhaust gas temperature by $500^{\circ}C$. The effect of urea injection quantity variation is also remarkable only at high exhaust gas temperature.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권7호
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• pp.1209-1215
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• 2022

선택적 촉매 환원법(SCR)은 질소산화물(NO_x)을 저감하는 매우 효율적인 방법으로 알려져 있으며 발생된 질소산화물(NO_x)을 질소(N₂)와 수증기(H₂O)로 환원시키는데 촉매 작용을 한다. 질소산화물(NO_x) 저감 성능을 결정하는 요소 중 하나인 촉매는 셀 밀도가 증가하면 촉매효율이 증가하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 실습선 세계로호에 설치되어 있는 발전 기관의 배기가스 조건을 모사한 실험장치를 통하여 100CPSI(60Cell)촉매의 부하에 따른 질소산화물(NO_x) 저감 성능을 확인하고 세계로호에 설치되어 있는 25.8CPSI(30Cell) 촉매의 기존 연구 자료와의 비교를 통해, 셀 밀도가 질소산화물(NO_x)의 저감에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 실험용 촉매는 셀 밀도만 변화를 주었고 형태는 벌집형(honeycomb), 조성물질은 V₂O₅-WO₃-TiO₂를 동일하게 사용하여 제작하였다. 실험결과 100CPSI(60Cell) 촉매의 질소산화물(NO_x) 농도 저감율은 평균적으로 88.5%이며 IMO specific NOx 배출량은 0.99g/kwh로 IMO Tier III NOx 배출기준을 만족하였다. 25.8CPSI(30Cell) 촉매의 경우, 질소산화물(NO_x) 농도 저감율은 78%, IMO specific NOx 배출량은 2.00g/kwh 이었다 두 촉매의 NOx 농도 저감율과 IMO specific NOx 배출량을 비교하였을 때, 100CPSI(60Cell)촉매가 25.8CPSI(30Cell) 촉매보다, NOx 농도 저감율은 10.5% 높고 IMO specific NOx 배출량은 약 2배 적은 것을 확인하였다. 따라서 촉매의 셀 밀도를 높임으로써 효율적인 탈질효과를 기대할 수 있으며 향후 실선 테스트를 통하여 검증한다면 촉매의 부피 저감을 통한 제작 비용을 줄이고 협소한 선박 기관실을 효율적으로 사용하기 위한 실용적인 자료로서 기대된다.

• 한국항해항만학회지
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• 제40권4호
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• pp.173-181
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• 2016

2016년부터 배출통제지역(ECA : Emission Control Atea)을 운항하는 선박에 대하여 배출되는 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화물)의 배기량 감소규제가 강화되었다. 상기의 규제 물질 중 NOx를 제거하는 탈질장비 중 선택적 촉매 환원(SCR : Selectivity Catalytic Reduction) 시스템은 효율이 높고 상업적으로 많이 활용되고 있으나, 높은 온도에서 요소수가 활성화되는 단점이 있다. 이에 초미세기포를 이용하여 낮은 온도에서도 반응할 수 있는 요소수 및 요소수 활성화 기기를 개발하여 상기의 문제점들을 최소화 할 수 있도록 하였다. 또한 SCR 시스템의 효율성을 향상시키는 방안을 마련하기 위하여, ANSYS-CFX package를 이용한 전산유체역학(CFD : Computational fluid dynamics)기법을 사용하였다. Navier-Stokes 방정식을 해석의 지배방정식으로 적용하여 SCR 시스템의 점성유동해석 시뮬레이션을 수행하였다. SCR 시스템의 형상은 CATIA V5를 사용하여 3D 모델링을 하였고, SCR 시스템의 효율성을 비교하기 위해 요소수 분사 노즐의 위치를 요소수 분사 노즐은 배기관의 입구로부터 1/3, 1/2, 2/3로 변경하며 확인하였다. 또한, 노즐의 분사구 수가 SCR 시스템의 효율에 미치는 영향을 확인하기 위하여 분사구 수가 4, 6, 8개일 경우를 시뮬레이션 하여 비교 분석하였다. 시뮬레이션 결과 배기관 입구에 가까울수록, 분사구 수가 많을수록 효율이 향상됨을 확인하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.179-187
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• 2008

A mathematical modeling of $NO_x$ reduction in $NH_3$-SCR process is conducted. The present deterministic model solves one-dimensional conservation equations of mass and species concentrations for channel flows and the catalytic reaction. NO and NO_2$ reactions by the vanadium catalyst in the presence of $NH_3$ are calculated with the rate expressions of Langmuir-Hinshelwood scheme. The modeling was validated with extensive empirical data regarding $NO_x$ reduction efficiency. Analysis of De-$NO_x$ sensitivity conducted with regard to oxygen and water yielded highly accurate prediction over a wide range of $NO_2/NO_x$ ratios from 0 to 1 in a temperature range of $200^{\circ}C{\sim}550^{\circ}C$. The $NO_x$ reduction largely depends on $NO_2/NO_x$ ratio at temperatures lower than $300^{\circ}C$. NO reduction efficiency is significantly augmented with increasing in $NH_3$/NO ratio at higher temperatures, whereas rather insensitive to the $NH_3$/NO ratio at lower temperatures.

• 동력기계공학회지
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• 제15권4호
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• pp.42-47
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• 2011

The purpose of this study is to investigate the best melting condition with various winding number of a heating pipe, supplying quantity of engine coolant and coolant temperature at the inlet of the heating pipe. Also, it is to suggest getting method of an appropriate quantity of the agent for the urea-SCR system within 10 minutes. For this matter, this study identifies the temperature distribution of inside of urea-tank while it is frozen at the low temperature condition, and suggests the best melting condition of the frozen urea within 10 minutes. From the results, it was found that 2L of melted urea was obtained by the coolant flow rate of 200L/hr at $70^{\circ}C$ for 10 minutes from the start of engine operating.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제29권6호
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• pp.645-653
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• 2005

The effects of a WI(Water Injection) at the intake Pipe and an urea injection at the exhaust pipe for a 4-cylinder DI(Direct Injection) diesel engine were investigated experimentally The water quantity was controlled by temperature of intake manifold and MAF(Manifold Air Flow). In addition, the urea quantify was controlled by NOx quantify and MAF. Effects of WI system, urea-SCR system and tandem system were investigated for with and without EGR(Exhaust Gas Recirculation). As the results. the SUF(Stoichiometric Urea Flow) and NOx map were obtained. In addition, NOx results can be visualized with engine speed and engine load. It was concluded. therefore, that the NOx reduction effects of the tandem system without the EGR were more than those with the EGR base engine.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.57-63
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• 2005

The effects of an urea injection at the exhaust pipe for a 4-cylinder DI(Direct Injection) diesel engine were investigated with the parameters such as urea-SCR(Selective Catalytic Reduction) and EGR system. The urea quantity was controlled by NOx quantity and MAF(Manifold Air Flow). The urea injection quantity can be controlled with the urea syringe pump, precisely. The effects of NOx reduction for the urea-SCR system were investigated with and without ECR engine, respectively. It was concluded that the SUF(Stoichiometric Urea Flow) is calculated and the NOx results are visualized with engine speed and load. Furthermore, the NOx map is made from this experimental results. It was suggested, therefore, that NOx reduction effects of the urea-SCR system without the EGR engine were better than that with the EGR engine except of low load and low speed.

• 한국분무공학회지
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• 제24권1호
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• pp.1-7
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• 2019

This study was carried out to analyze the spray characteristics as a function of the operating parameters of urea injector used in Urea-SCR system of passenger diesel vehicle. Spray visualization and PDPA experiment were performed to analyze the macroscopic spray development and atomization performance of urea-water-solution. For the urea injector, the deformation of the spray head does not appear to be significant because it operates at a low pressure conditions, and the liquid core and primary droplet are observed throughout the operating conditions. No increase in atomization is seen when the operating pressure is increased, and the spray develops linearly due to poor atomization characteristics. The macroscopic spray behavior of the low-pressure urea injector is predictable through the modification of the Hiroyasu equation.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.71-76
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• 2003

A numerical simulation of selective catalytic reduction (SCR) for NO with $NH_3$ is conducted over the $V_2O_5/TiO_2$ and $WO_3-V_2O_5/TiO_2$ catalysts. The governing $NH_3$ and NO transport equations are considered by using the time-dependent FCT (Flux-Corrected Transport) algorithm. After a validating simulation for $NH_3$ step feed and shut-off experiments is analyzed, transient behavior of $NH_3$ and NO concentration in a SCR catalyst is investigated by changing such parameters as inflow $NH_3$ concentration, temperature of the catalyst, and $NH_3$/NOx ratios.