KR100552099B1 - 타공판이 적용된 내연기관 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타공판이 적용된 내연기관 배기가스 정화장치에 관한 것으로서,

내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 배기가스가 유입되는 입구파이프(1)와; 콘형상의 유로확장부를 통해 상기 입구파이프(1)와 연결되며, 상기 입구파이프(1) 보다 큰 직경을 가진 본체(3)와; 상기 본체(3)의 후단부와 연결된 출구파이프(5)와; 상기 본체(3)내에 배설된 촉매(2)와; 상기 촉매(2)의 전단에 위치하고 상기 본체(3)내에 설치되며, 다수의 원형 타공이 형성된 타공판(4)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하며,

균일한 배기가스의 유동흐름을 발생시켜서 정화장치의 정화효율을 향상시키고, 촉매의 내구성을 향상시키는 효과를 제공한다

타공판, 배기가스, 정화장치

Description

타공판이 적용된 내연기관 배기가스 정화장치{APPARATUS FOR PURIFYING EXHAUST GAS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH PERFORATED PLATE}

도 1은 종래의 배기가스 정화장치의 일예를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 2는 종래의 배기가스 정화장치의 또 다른예를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 3은 종래의 배기가스 정화장치의 유동균일판의 일예를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 배기가스 정화장치의 타공판을 도 4의 V방향에서 바라 본 정면도.

도 6은 도 5의 타공판의 A부를 확대하여 나타내는 부분상세도.

도 7은 도 5의 타공판의 B부를 확대하여 나타내는 부분상세도.

도 8은 본 발명의 일실시예와 종래예의 배기가스 유동을 나타내는 유동분포도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 입구파이프 2 : 촉매

3 : 본체 4 : 타공판

5 : 출구파이프

본 발명은 내연기관의 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차용 배기가스 정화장치의 정화효율을 향상시키고 정화장치 내의 촉매의 내구성을 증진시키는 내연기관의 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

배기가스 정화장치는 자동차 등의 내연기관 연소시 발생되는 배출가스들 중 유해한 성분들인 HC, CO, NO_x 등을 촉매의 화학반응 촉진에 의해 무해한 가스인 CO₂, H₂O 등으로 변환시켜 외부로 배출해주는 장치이며, 환경오염의 주범인 배기가스에 대한 규제가 강화됨에 따라 배기가스 정화장치에 대한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

도 1은 종래의 배기가스 정화장치의 일예를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2는 종래의 배기가스 정화장치의 또 다른예를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 종래의 배기가스 정화장치의 유동균일판의 일예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1에 표시된 바와 같이, 종래의 배기가스 정화장치는 입구파이프(1)에서 촉매(2)의 전면까지 단면이 확대되고 촉매(2)의 후단에서 출구파이프(5)까지는 축소되는 단순한 구조를 갖는다. 따라서 입구에서 유입되는 배기가스의 유속이 빠른 경우, 재순환영역이 형성되어 촉매 앞면에서의 유동의 균일도가 떨어지게 된다.

즉, 일반적인 자동차의 배기계통은 배기가스의 유로가 복잡하게 구성되어 있어, 배기가스가 정화장치의 입구부에 불규칙하게 유입되거나, 빠른속도에 의해 배기가스가 촉매 전면에 국부적으로 집중되는 현상이 나타난다. 이와 같은 경우, 촉매의 일정부분에서만 배기가스가 정화되는 현상이 심해지므로, 촉매의 정화효율이 떨어진다.

또한, 촉매의 일정부분에서 배기가스가 정화되는 경우, 배기가스의 촉매반응열이 배기가스 정화되는 특정부분에서만 발생되어, 배기가스가 정화되지 않는 부분과 배기가스가 정화되는 부분사이의 온도차이에 커져 온도차에 의한 촉매파손 현상이 나타난다.

따라서, 고가인 촉매의 활용성이 저하되어 배기기스 정화장치의 수명을 단축시키는 주요인으로 작용하였다. 이에 따라 촉매 앞면에 구조체를 설치하여 촉매 앞면에서의 유동의 균일도를 개선하기 위한 많은 노력이 있었다.

대한민국 공개실용실안 제1998-052034호에서는 도 2에 표시된 바와 같이, 정화장치 내에 가이드 베인(12)과 담체(13)를 설치하여 유동의 균일도의 향상을 도모하였으나, 가이드 베인(12)은 장착성이 불량하여 양산적용에는 어려움이 있었다.

또한, 대한민국 공개특허 제2001-0046406호에서는 도 3에 표시된 바와 같이, 부채꼴 모양으로 통공을 구성한 유동균일판(20)을 사용하여 유동균일도의 향상을 꾀하였다. 하지만 부채꼴 모양의 비대칭의 균일판(20)의 경우, 고온상태에서의 열변형을 흡수하기 난이하고 강성이 부족한 구조로 되어 있어서 균일판(20)의 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 타공판을 사용하여 배기가스의 유동흐름을 균일하게 하여, 정화장치의 정화효율을 향상시키고, 정화장치내의 촉매의 내구성을 향상시키는 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서, 배기가스가 유입되는 입구파이프(1)와; 콘형상의 유로확장부를 통해 상기 입구파이프(1)와 연결되며, 상기 입구파이프(1) 보다 큰 직경을 가진 본체(3)와; 상기 본체(3)의 후단부에 연결된 출구파이프(5)와; 상기 본체(3)내에 배설된 촉매(2)와; 상기 촉매(2)의 전단에 위치하고 상기 본체(3)내에 설치되며, 다수의 원형 타공이 형성된 타공판(4)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 발명에 있어서, 상기 타공판(4)은 배기가스의 유동이 집중되는 중심부의 천공율이 외곽부의 천공율보다 작게 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설 명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 배기가스 정화장치의 타공판을 도 4의 V방향에서 바라 본 정면도이고, 도 6은 도 5의 타공판의 A부를 확대하여 나타내는 부분상세도이고, 도 7은 도 5의 타공판의 B부를 확대하여 나타내는 부분상세도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예와 종래예의 배기가스 유동을 나타내는 유동분포도이다.

따라서, 도 4에 표시된 바와 같이, 배기가스의 분포를 균일하게 할 수 있게 하기 위하여 본 실시예에서는 외부에 캔형상의 본체(3)가 설치되고 상기 본체(3)의 후단에는 출구파이프(5)가 설치되어 있는 종래의 정화장치에 입구파이프(1)와 촉매(2)의 전면 사이에 다수의 타공이 형성되어 있는 타공판(4)이 설치되어 유동흐름을 분산시키므로, 국부적으로 빨라진 배기가스의 유동속도를 감소시키고 유동의 재순환영역을 감소시켜 촉매(2)의 전면에 균일하게 유동이 분포하게 되어 촉매의 정화효율과 내구성을 향상시키게 된다.

도 5에 표시된 바와 같이, 각각의 타공간격은 타공크기보다 동등이상 수준으로 구성되어 있어 열팽창 및 힘을 충분히 골고루 분산시켜서 받을 수 있도록 배치된다.

도 5의 A부를 확대한 도 6에 표시된 바와 같이, 배기가스의 유동이 집중되는 타공판(4)의 중심부에는 천공율을 작게하여 배기가스의 흐름이 많은 부분에 유체저항을 더 부가하여 유동흐름의 제약이 크게 된다.

그러나, 도 5의 B부를 확대한 도 7에 표시된 바와 같이, 배기가스의 흐름이 적은 타공판(4)의 외곽부에는 천공율을 크게하여 유동흐름의 제약을 적게 하여, 전체적으로 균일한 배기가스의 유동흐름이 유도되도록 한다.

타공판(4)의 중심부의 천공율은 외곽부의 천공율 보다 작게하는 것이 바람직하다. 이는 배기가스의 유속이 빠른 경우, 유동흐름이 중심부에 더 집중됨에 따라 중심부는 천공율을 중심부는 외곽부보다 작게하고 외곽부의 천공율은 중심부의 천공율보다 크게 함으로써 균일한 배기가스의 유동분포를 유도하게 되어 촉매의 전면에서 정화작용이 발생되기 때문이다.

본 발명의 실험예로서, 본 발명의 일실시예에 의한 배기가스 정화장치와 종래예의 정화장치의 배기가스 유동분포를 비교하기 위해 다음과 같은 유동해석 실험을 하였다.

본 실험예에서는 유동해석을 위한 전용 소프트웨어인 파워플로우(PowerFlow)를 사용했으며, 입력조건으로는 입구측 조건에 질량유동량을 0.3059㎏/s (단, 엔진조건으로 산출함, 11149cc 엔진, 2100rpm)으로 입력하고, 출구측 조건으로 대기압(1atm)+촉매의 상당배압(15㎪)을 입력하고, 배기가스 온도는 500℃를 입력하였다.

이러한 유동해석을 통하여 종래예의 배기가스 정화장치의 배기가스의 유동이 집중되는 부분의 위치가 예측될 수 있었다.

유동해석의 결과로는 도 8의 (a)에 표시된 바와 같이, 종래예에서는 입구파이프(1)의 크기에 해당하는 배기가스의 유동이 촉매의 중심부에 집중되었고, 도 8 의 (b)에 표시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에서는 촉매의 전체에 일정한 배기가스의 유동분포를 나타내었다.

특히, 상기 언급한 바와 같이, 타공판의 천공율을 배기가스의 유동분포에 따라 다르게 형성하므로써 촉매에 균일한 배기가스의 유동 분포가 발생함이 확인 되었다.

또한, 천공작업도 일정한 크기의 단순한 원형 타공을 형성하므로 작업이 용이하여 저가로 작업이 가능할 뿐만 아니라, 타공판의 설치 또한 종래의 정화장치의 제작에 비하여 제작에 큰 어려움이 없으므로, 저가이고 제작의 용이성이 있으면서 정화효율 및 내구성의 향상을 나타내는 배기가스 정화장치를 제공하게 된다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로 부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다. 또한 상기 실시예에서와 같이 타공판의 천공율을 다르게 하기 위해 타공의 크기를 다르게 하여 일정한 간격으로 천공할 수도 있고, 일정한 크기의 타공을 다른 간격으로 천공하게 할 수도 있다.

이와 같은 본 발명은, 타공판을 사용하여 균일한 배기가스의 유동흐름을 발생시키므로 정화효율을 향상시키고 촉매의 내구성을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명을 통하여 촉매의 정화효율을 높일 수 있으므로 강화되는 배기 가스 규제에 대응할 수 있게 된다.

또한, 타공형상이 단순한 원형이므로 제조성과 작업성이 용이하며, 특히 타공크기와 분포를 가변적으로 설정하여 다양한 배기계통에 적용이 가능하고, 힘 및 변형을 흡수할 수 있는 내구성이 있는 구조를 가지므로 배기가스 정화장치의 수명이 연장되는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 내연기관의 배기가스 정화장치에 있어서,

   배기가스가 유입되는 입구파이프(1)와;

   콘형상의 유로확장부를 통해 상기 입구파이프(1)와 연결되며, 상기 입구파이프(1) 보다 큰 직경을 가진 본체(3)와;

   상기 본체(3)의 후단부에 연결된 출구파이프(5)와;

   상기 본체(3)내에 배설된 촉매(2)와;

   상기 촉매(2)의 전단에 위치하고 상기 본체(3)내에 설치되며, 다수의 원형 타공이 형성된 타공판(4)을 포함하여 구성되고,

   상기 타공판(4)은 배기가스의 유동이 집중되는 중심부의 천공율이 외곽부의 천공율보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 타공판이 적용된 내연기관 배기가스 정화장치.
2. 삭제

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