• 대한기계학회논문집B
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• 제38권1호
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• pp.41-48
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• 2014

Urea-SCR 시스템은 주로 열해리와 증발시간의 부족으로 인해 발생하는 암모니아 슬립 현상과 관련된 몇 가지 문제점들을 가지고 있으며, 이러한 문제점들은 분사된 요소수용액의 불균일한 분포를 초래한다. 따라서 본 연구에서는, 배기가스와 요소수용액 사이의 증발 및 혼합특성을 강화시키기 위해 인젝터 장착 각도 그리고 믹서의 장착 및 설치 각도와 같은 다양한 매개변수들을 바꾸며 전산해석 연구를 수행하였다. 그 결과, 이와 같은 매개변수들이 배기가스와 요소수용액의 증발 및 혼합특성에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었으며, 이 매개변수들의 최적화가 요구된다. 또한, 본 논문은 Urea-SCR 분사 시스템의 DeNOx 성능을 증가시키고 암모니아 슬립을 감소시키기 위한 최적 설계 시 유용한 기준을 제안할 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권4호
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• pp.269-275
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• 2017

LNT(Lean $NO_X$ Trap), LNC(Lean $NO_X$ Catalyst), SCR(Selective Catalytic Reduction)과 같은 $NO_X$ 저감기술은 상용차뿐만이 아닌 승용차량 성능향상을 위해 지속적으로 개발이 진행되고 있다. 특히 Urea-SCR 시스템은 연료손실 없이 이론상 100%에 가깝게 $NO_X$를 저감하는 가장 효과적인 기술로 환원반응으로 배기가스를 $N_2$와 $H_2O$로 배출하기 위해 환원제인 요소수를 분사해야한다. 하지만 엔진에서와는 달리 실제차량에서의 적용은 SCR 효율이 떨어지게 된다. 따라서 실제차량에서의 SCR 효율을 극대화하는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는, Post EURO-6 배기가스 규제에 대응하기 위한 디젤승용차량에서의 Urea-SCR의 $NO_X$ 저감 성능에 의한 저감효율의 극대화를 목적으로 실차용 Urea-SCR 시스템 위한 기초자료로 제시하고자 한다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.180-186
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• 2009

To meet the NOx limit without a penalty of fuel consumption, urea SCR system is currently regarded as promising NOx reduction technology for diesel engines. SCR system has to achieve maximal NOx conversion in combination with minimal $NH_3$ slip. In this study, as a basic research to develop an algorithm for urea injection control, the characteristics of engine out NOx emission and behavior of NOx reduction during steady-state and transient conditions were investigated using 2L DI diesel engine. Test results show that on increasing the catalyst temperature the variations in the outlet NOx concentration are faster and maximal allowable $NH_3$ storage exponentially decreases. For change from a low to high engine load, it can be seen that a few seconds after load-step is required to reach full NOx conversion and the adsorbed amount of $NH_3$ at lower temperature desorb during the next temperature increase, causing $NH_3$ slip. Engine out NOx emission needs to be corrected because NOx emissions just after step load is lower than that of steay state condition.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권5호
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• pp.922-930
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• 2008

질소산화물($NO_x$) 저감을 위한 선택적 무촉매 환원(SNCR; selective non-catalytic reduction) 공정의 성능은 유속, 반응온도 그리고 반응물간의 혼합과 같은 공정변수에 민감하다. 따라서 효율적인 SNCR 공정의 설계와 운전을 위하여 속도장, 온도장, 및 화학물질들의 농도 분포에 대한 이해가 필수적이다. 본 연구에서는 150 kW LPG 버너가 장착되고, 요소용액을 환원제로 사용하는 파일럿 규모 SNCR 공정에 대하여 액적모델과 결합된 2차원 난류반응흐름 전산유체역학(CFD; computational fluid dynamics) 모델을 개발하고, 이 모델은 실험결과를 통하여 검증된다. 난류반응 CFD 모델에서는 $NO_x$저감율과 $NH_3$-slip을 예측하기 위하여 7개 반응식으로 이루어진 요소용액과 $NO_x$와의 반응기작을 이용한다. 이러한 모델을 이용한 CFD 모사결과는 온도와 NSR(normalized stoichiometric ratio)에 따른 $NO_x$ 저감율에서 실험결과와 최대 20% 이내에서 차이를 보여주고 있으며, $NH_3$-slip에 대하여는 실험결과와 모사결과 사이에 유사한 경향성을 얻었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권2호
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• pp.177-182
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• 2015

디젤 엔진과 산업용 보일러에서의 질소산화물(NOX) 배출은 환경오염을 유발시키는 주요물질 중의 하나이다. 이러한 질소산화물 발생을 저감시키기 위한 방법으로 후처리 기술 중의 하나인 우레아 선택적 촉매 환원(Urea-SCR)기술이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 선박용 디젤엔진의 배기가스 조건을 모사한 실험실 스케일의 실험장치를 통해 우레아 수용액의 열분해 특성에 대해 고찰하였다. 40 wt. %의 우레아 농도를 가진 우레아 수용액을 사용하였고, 모사가스의 온도와 유속변화, 우레아 수용액의 유량에 따른 총 전환율 뿐만 아니라 암모니아($NH_3$)와 이소시안산(HNCO)의 전환율 차이를 알아보았다. $210^{\circ}C$와 $250^{\circ}C$ 모사가스 온도에서 체류시간에 따라 암모니아의 전환율이 이소시안산의 전환율보다 높게 나타남을 확인하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.68-78
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• 2006

In the past few years, considerable efforts have been directed towards the further development of Urea-SCR(selective catalytic reduction) technique for diesel-driven vehicle. Although urea possesses considerable advantages over Ammonia$(NH_3)$ in terms of toxicity and handling, its necessary decomposition into Ammonia and carbon dioxide complicates the DeNOx process. Moreover, a mobile SCR system has only a short distance between engine exhaust and the catalyst entrance. Hence, this leads to not enough residence times of urea, and therefore evaporation and thermolysis cannot be completed at the catalyst entrance. This may cause high secondary emissions of Ammonia and isocyanic acid from the reducing agent and also leads to the fact that a considerable section of the catalyst may be misused for the purely thermal steps of water evaporation and thermolysis of urea. Hence the key factor to implementation of SCR technology on automobile is fast thermolysis, good mixing of Ammonia and gas, and reducing Ammonia slip. In this context, this study performs three-dimensional numerical simulation of urea injection of heavy-duty diesel engine under various injection pressure, injector locations and number of injector hole. This study employs Eulerian-Lagrangian approach to consider break-up, evaporation and heat and mass-transfer between droplet and exhaust gas with considering thermolysis and the turbulence dispersion effect of droplet. The SCR-monolith brick has been treated as porous medium. The effect of location and number of hole of urea injector on the uniformity of Ammonia concentration distribution and the amount of water at the entrance of SCR-monolith has been examined in detail under various injection pressures. The present results show useful guidelines for the optimum design of urea injector for reducing Ammonia slip and improving DeNOx performance.

• 멤브레인
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• 제26권2호
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• pp.141-145
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• 2016

고분자전해질막은 전극 이외에 전기 화학 연료전지의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 고분자전해질막은 가스나 양성자 등의 작은 분자를 선택적으로 수송해야 한다. 고분자전해질막을 투과한 가스는 급속히 전기 화학적 환원을 발생시켜 음극 촉매의 열화를 유발하기 때문에 수소 장벽으로 작동해야 하며 가능한 한 빨리 양성자를 이동시켜야 한다. 지금까지 고분자전해질막의 수소 기체 투과도를 측정하는데 한정된 방법(예 : Constant volume/variable pressure (Time-lag)법)을 사용했다. 그러나 측정의 대부분은 고분자전해질막은 건조된 진공 하에서 이루어진다. 그렇지 않으면 얻어진 수소 투과도는 측정 오차가 커지는 원인이 되기 쉽다. 이 연구에서는 일반적으로 고분자전해질막으로 사용되는 Nafion212의 수소 가스 투과 특성을 온도와 습도가 동시에 제어되는 in-situ 측정 시스템을 이용하여 평가하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.125-132
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• 2012

Urea-SCR system, which converts nitrogen oxides to nitrogen and water in the presence of a reducing agent, usually AdBlue urea solution, is known as one of the powerful NOx reduction systems for mobile as well as stationary applications. For its consistent and reliable operation in mobile applications, such various problems as transient injection, ammonia slip, and freezing in cold weather have to be resolved. In this work, therefore, numerical study on three-dimensional unsteady heating problems were analyzed to understand the melting and heat transfer characteristics such as urea liquid volume fraction, temperature profiles and generated natural convection behavior in urea solution by using the commercial software Fluent 6.3. After validating by comparing numerical and experimental data with pure gallium melting phenomena, numerical experiment for urea melting is conducted with three different coolant heating models named CH1, 2, and 3, respectively. Finally, it can be found that the CH3 model, in which more coolant is concentrated on the lower part of the urea tank, has relatively better melting capability than others in terms of urea quantity of $1{\ell}$ for start-up schedule.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.302-309
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• 2016

Urea-SCR system is currently regarded as promising NOx reduction technology for diesel engines. SCR system has to achieve maximal NOx conversion in combination with minimal $NH_3$ slip. In this study, model based open loop control for urea injection was developed and assessed in the European Transient Cycle (ETC) for heavy duty diesel engine. On the basis of the transient modeling, the kinetic parameters of the $NH_3$ adsorption and desorption are calibrated with the experimental results performed over the zeolite based catalyst. $NH_3$ storage or surface coverage of SCR catalyst can not be measured directly and has to be calculated, which is taken into account as a control parameter in this model. In order to reduce $NH_3$ slip while maintaining NOx reduction, $NH_3$ storage control algorithm was applied to correct the basic urea quantity. If the actual $NH_3$ surface coverage is higher than the maximal $NH_3$ surface coverage, the urea injection quantity is significantly reduced in the ETC cycle. By applying this logic, the resulting $NH_3$ slip peak can be avoided effectively. With optimizing the kinetic parameters based on standard SCR reaction, it suggests that a simplified, less accurate model can be effective to evaluate the capability of model based control in the ETC cycle.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.50-56
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• 2011

To meet the NOx limit without a penalty of fuel consumption, Urea-SCR system is currently regarded as promising NOx reduction technology for diesel engines. SCR system has to achieve maximal NOx conversion in combination with minimal $NH_3$ slip. In this study, map based open loop control for urea injection was developed and assessed in the European Transient Cycle (ETC) for heavy duty diesel engine. The basic urea quantity set-value which was calculated using the look up tables of engine out NOx, exhaust flow rate and optimum NSR resulted in NOx reduction of 80% and the average $NH_3$ slip of 24 ppm and maximum of 79 ppm. In order to reduce $NH_3$ slip, $NH_3$ storage control algorithm was applied to correct the basic urea quantity and reduced $NH_3$ slip levels to the average 15 ppm and maximum 49 ppm while keeping NOx reduction of 76%. With high and increasing SCR temperature, the $NH_3$ storage capacity decreases, which leads to $NH_3$ slip. The resulting $NH_3$ slip peak can be avoided by stopping or significantly reducing the urea injection during the SCR temperature gradient is over $30^{\circ}C/min$.