KR100616296B1 - 가스 분배 방법, 가스 분배 장치 및 소음기-촉매 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와류실에 접선방향으로 위치된 입구 섹션을 통하여 와류실로 가스를 이송하는 단계,

베인의 상류부의 표면이 와류실 축선에 수직인 평면에 놓여 있고 베인의 하류부는 와류실 축선에 평행하며 방사상 바깥쪽으로 뻗으며 동일하게 변위되어 만곡된 다수의 상기 베인을 통한 통과에 의해 와류실에서 가스를 와류시키는 단계, 그리고

와류실 하류에 위치된 출구 섹션을 통하여 가스를 통과시키는 단계를 포함하고 있는 가스 분배를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

내연기관, 소음기, 와류실, 입구, 출구, 베인, 상류부, 하류부, 가스 분배 장치

Description

가스 분배 방법, 가스 분배 장치 및 소음기-촉매 시스템{METHOD FOR DISTRIBUTION OF GAS, GAS DISTRIBUTING DEVICE AND SILENCER-CATALYST SYSTEM}

도 1 은 가스 분배 장치의 개략도이다.

도 2 는 가스 분배 장치의 플레이트를 통한 횡단면도이다.

도 3 은 와류실의 대표적인 베인의 개략도이다.

본 발명은 가스 분배 장치를 사용한 가스 분배를 위한 프로세스 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 낮은 압력 강하 및 우수한 가스 분배를 나타내는 분배 장치를 통하여 빠르게 유동하는 가스의 분배에 관한 것이다.

가스 분배는 많은 응용에 있어서 중요하며 특히 중요한 분야는 연소 시스템으로부터 배기 가스의 처리이다.

유럽의 트럭 산업에서, 내연기관으로부터의 배기 가스는 부착된 소음기-촉매 시스템에 접선방향으로 들어가는 것이 표준이다. 공간 부족 때문에 필요한 시스템이 가능한 작은 것은 중요하다. 그러나, 이것은 가스 분배에 대한 제약에 이르게 되고 배기 가스 흐름의 유동 분배 및 압력 강하에 영향을 미친다.

균일한 유동 분배는 압력 강하의 유용성이 제공됨으로서 쉽게 달성할 수 있다. 그러나, 상술한 촉매-소음기 유닛의 경우에 있어서는 균일한 유동 형태 및 감소된 압력 손실이 모두 요구된다.

다양한 분배 장치가 특허 공보에 개시되었다. 유럽특허 출원 제1022048은 내연기관의 배기관에서 배기 가스와 환원제의 혼합시에 동일한 분배 및 균일성을 보장하기 위한 장치를 개시하고 있다. 이것은 배기관내에서 와류되는 가스운동을 발생시키는 고정된 베인에 의해 성취되며, 이러한 운동은 유동 형태에 대한 중력을 중화시킨다.

미국특허 제5723041은 혼합된 상 반응기의 반응 공간에서 환형상으로 균일한 유동을 촉진하기 위한 프로세스를 개시하고 있다. 균일한 유동은 정지된 베인을 구비한 외부 하우징 및 회전하는 임펠러 베인을 구비한 내부 순환 펌프로 구성된 장치내로 공급 유체를 이송함에 의해서 성취된다.

또한 소음 감소를 위한 상이한 타입의 베인을 포함하는 소음기가 예를 들면 러시아 특허 제2113600 및 소비에트 연방 특허출원 제1719671에 개시되어 있다. 가스의 회전 운동을 생성하기 위한 원뿔형 와류 발생기의 사용이 소음 완충 효과를 갖는 것으로 제시되었다.

날개, 베인 등이 없는 설비를 이용한 다양한 프로세스 및 장치가 또한 국제 특허출원 제9701387 에 개시되어 있다. 이 공보는 길이방향의 채널에서 연소 가스와 환원제의 반응 및 반대 방향에서의 유동을 개시하고 있다. 유럽 특허출원 제0894523은 믹서기를 통하여 유동하는 유체를 와류시키는 믹싱 요소를 구비한 고 정 믹서를 개시하고 있다. 또한 독일 특허출원 제4203807은 다른 타입의 믹싱 장치를 개시하고 있다.

상술한 것과 같은 통상적인 프로세스는 균일한 유동 형태 및 제한된 압력 변화를 모두 나타내는 어떠한 설계도 포함하고 있지 않다.

따라서 본 발명의 목적은 가스 분배를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장치를 가로질러 최소의 압력 강하를 보장하는 가스 분배를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가스의 균일한 유동을 보장하는 가스 분배를 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적은 본 발명에 의해서 달성되는데, 본 발명은 와류실에 접선방향으로 위치된 입구 섹션을 통하여 와류실로 가스를 이송하는 단계, 베인의 상류부의 표면이 와류실 축선에 수직인 평면에 놓여 있고 베인의 하류부는 와류실 축선에 평행하고 방사상 바깥쪽으로 뻗으며 동일하게 변위되어 만곡된 다수의 상기 베인을 통한 통과에 의해 와류실에서 가스의 와류 운동을 정지시키는 단계, 그리고 와류실 하류에 위치된 출구 섹션을 통하여 가스를 통과시키는 단계를 포함하고 있는 가스 분배를 위한 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 가스 분배 방법의 적용에 유용한 가스 분배 장치를 제 공한다.

본 발명에 따른 가스 분배 장치는 입구 및 출구 섹션을 구비한 와류실을 포함하고 있으며, 입구 섹션은 와류실에 접선방향으로 위치되고 출구 섹션은 와류실 하류에 위치되며, 와류실은 동일하게 변위되어 만곡된 다수의 베인으로 구성되는 요소를 포함하고 있고, 베인의 상류부의 표면은 와류실의 축선에 수직인 평면에 놓여 있고, 베인의 하류부는 와류실의 축선에 평행하고, 베인은 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있다.

가스 분배 장치는 소음기-촉매 시스템내에 배기 가스를 분배하기 위하여 내연기관에 연결되어 사용될 수 있다. 또한 가스 분배 장치는 시스템의 효과적인 기능을 위해 제한된 압력 변화가 요구되는 다른 타입의 시스템에서 가스 분배용으로 사용될 수 있다.

(바람직한 실시예의 상세한 설명)

본 발명의 방법 및 장치에 있어서, 예를 들면 100 ㎧의 고속으로 유동하는 가스의 방향은 90도 선회될 수 있다. 동시에, 입구 표면적보다 10 - 20 배 큰 출구 표면적에 걸쳐서 가스를 균일하게 분배하는 것이 가능하다. 본 발명의 장치는 압력 손실을 제어하기 위해 유용하며 최소한의 압력 강하가 관측되었다. 관측된 감소한 압력 강하는 가스 분배 장치를 통한 통과후에 균일한 가스 유동의 확립에 기여한다.

가스 분배 장치가 소음기에 사용되는 경우에 있어서, 장치의 축선방향의 치수는 입구 파이프 직경의 최대 2.5배로 제한된다. 이러한 제한은 전적으로 소음기 에서 이용가능한 최소의 공간에 기인한 것이며 너무 큰 가스 분배 장치는 소음기에 끼워맞춰지지 않게 된다. 장치가 소음기에 놓여질 때, 장치는 촉매 베드(catalyst bed)의 대략 100 ㎜ 상류에 놓여질 수 있다.

본 발명에 따른 가스 분배 장치는 도 1 에 도시되어 있으며 이 장치는 입구 섹션(2) 및 출구 섹션(3)을 구비한 와류실(1)로 구성된다. 원통형 입구 섹션(2)은 가스가 접선방향으로 와류실로 들어가는 방식으로 위치된다. 와류실은 동일하게 변위되어 만곡된 다수의 베인(4)을 구비하고 있는 정지된 프로펠러 형상의 요소를 포함하고 있다(도 2 참조).

베인의 상류부의 표면은 와류실의 축선에 수직인 평면에 놓여 있다. 베인의 하류부는 와류실의 축선에 평행하며 베인은 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있다.

와류실에 들어온 가스는 처음에 베인의 상류부의 표면과 접촉한다. 그 후에 가스는 베인을 통하여 분배되고 와류실의 축선에 평행한 베인의 하류부로 들어간다. 따라서 가스 방향은 90도 전환된다.

방향이 전환된 가스가 와류실 하류에 있을 때, 소음기의 촉매와 접촉한다. 촉매는 유동 스로틀 밸브처럼 작동하며 여기에서는 입구 파이프 속도 수두(velocity heads)의 대략 1/3의 압력 강하가 일어난다.

본 발명에서 적용될 때 상대적인 비대칭도(skewness)는 편차/(평균값) 비로서 정의되는데, 두 값은 중량 함수로 작용하는 가스가 분배되는 표면적을 가지고 축선방향의 가스 속도 성분에 대하여 계산된다.

와류실의 각각의 베인은 적어도 두 곳에서 만곡된 플레이트로 형성된다. 플 레이트는 예를 들면 각각 40도 와 50도의 각도로 만곡될 수 있다(도 3 참조). 도 2에 도시된 바와 같이 플레이트는 한쪽 끝에서 축선에 부착되며 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있다.

플레이트는 또한 다른 각도로 만곡될 수 있으며, 또한 2 이상의 만곡부를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예는 플레이트가 상류 표면과 하류 표면 사이에 만곡된 표면을 갖도록 여러개의 만곡부를 가진 베인을 구비한 장치이다.

아래의 예는 본 발명의 방법 및 장치를 예시하고 있다.

예에서 주어지는 바와 같이 압력은 속도 수두 단위로 측정되는데, 이것은 상이한 섹션의 입구에서 가스의 동적 압력이다.

[예]

본 발명에 따른 가스 분배 장치의 출구 섹션은 내연기관의 촉매-소음기 유닛의 촉매로부터 100 ㎜에 위치된다. 가스 분배 장치를 통한 통과후, 그리고 촉매를 통한 통과 전후의 압력 강하가 측정되었다.

본 발명의 가스 분배기를 통한 통과후 촉매 베드의 표면에서의 압력 강하 : 0.8 속도 수두

촉매 베드에서의 압력 강하 : 0.35 속도 수두

촉매 베드의 입구에서의 비대칭도 : < 10%

10% 미만의 비대칭도 값은 촉매 베드의 표면을 가로질러 가스가 잘 분배되는 것을 나타낸다.

[비교예]

유사한 실험이 접선방향의 입구를 구비한 종래의 가스 분배기를 사용하여 수행되었다. 이 경우에 대한 결과는 다음과 같다.

종래의 가스 분배기를 통한 통과후 촉매 베드의 표면에서의 압력 강하 : 2.64 속도 수두

촉매에서의 압력 강하 : 0.34 속도 수두

촉매 베드의 입구에서의 비대칭도 : > 50%

배기 가스의 촉매 반응후에 촉매에서 낮은 전환이 얻어지는 것이 관측되었다. 이것은 촉매 베드에 들어올 때 열악한 가스 유동 분배 때문이었다.

본 발명에 따르면 장치를 가로질러 최소의 압력 강하를 보장하고, 가스의 균일한 유동을 보장하는 가스 분배를 위한 방법 및 장치를 제공한다.

Claims (6)

1. 와류실(1)에 접선방향으로 위치된 입구 섹션(2)을 통하여 와류실(1)로 가스를 이송하는 단계; 동일하게 변위되어 만곡된 다수의 베인(4)으로 구성되는 요소를 통한 통과에 의해 와류실(1)에서 가스의 와류 운동을 정지시키는 단계, 여기에서 상기 베인(4)의 상류부의 표면은 와류실 축선에 수직인 평면에 놓여 있고, 상기 베인(4)의 하류부는 와류실 축선에 평행하고, 상기 베인(4)은 방사상 바깥쪽으로 뻗으며; 및 와류실(1) 하류에 위치된 출구 섹션(3)을 통하여 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 가스 분배 방법에 있어서,

   상기 요소는 상기 베인(4)이 한쪽 끝에서 축선에 부착되어 있는 정지된 프로펠러 형상이고, 각각의 베인(4)은 각을 한정하는 둘 이상의 만곡부를 형성하는 적어도 두곳의 위치에서 만곡된 플레이트로 이루어지며, 그럼으로써 가스 방향을 90도 각도로 전환시키는 것을 특징으로 하는 가스 분배 방법.
2. 입구 섹션(2) 및 출구 섹션(3)을 구비한 와류실(1)을 포함하고 있으며, 입구 섹션(2)은 와류실(1)에 접선방향으로 위치되고, 출구 섹션(3)은 와류실(1) 하류에 위치되며, 상기 와류실(1)은 동일하게 변위되어 만곡된 다수의 베인으로 구성되는 요소를 포함하고 있고, 베인(4)의 상류부의 표면은 와류실(1)의 축선에 수직인 평면에 놓여 있고, 베인(4)의 하류부는 와류실(1)의 축선에 평행하고, 베인(4)은 방사상 바깥쪽으로 뻗어 있는, 제 1 항의 가스 분배 방법에 사용하기 위한 가스 분배 장치에 있어서,

   상기 요소는 상기 베인(4)이 한쪽 끝에서 축선에 부착되어 있는 정지된 프로펠러 형상이고, 각각의 베인(4)은 적어도 두곳의 위치에서 만곡된 플레이트로 이루어지며 그럼으로써 각을 한정하는 둘 이상의 만곡부를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 분배 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 가스 분배 장치의 축선방향의 치수는 입구 파이프 직경의 최대 2.5배 인 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 각각 40도 와 50도의 각도로 만곡된 베인(4)이 구비되어 있는 와류실(1)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
5. 제 2 항에 있어서, 베인(4)의 상류부의 표면과 베인(4)의 하류부 사이의 섹션에 만곡부를 형성하도록 만곡된 베인(4)이 구비되어 있는 와류실(1)을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 분배 장치.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 가스 분배 장치를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 소음기-촉매 시스템.

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