KR101230417B1

KR101230417B1 - 배기가스의 질소산화물 저감장치

Info

Publication number: KR101230417B1
Application number: KR1020110083978A
Authority: KR
Inventors: 박진규; 이기형
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-02-06

Abstract

본 발명에 의한 질소산화물 저감장치는, 중단에 촉매유닛이 장착된 배기파이프; 상기 촉매유닛의 전단측으로 환원물질을 분사하는 인젝터; 유입단이 상기 촉매유닛의 후단측에 설치되고 배출단이 상기 인젝터의 전단측에 설치되어, 상기 촉매유닛을 지난 일부 배기가스를 상기 인젝터 전단으로 재순환시키는 배기가스 재순환라인; 상기 배기가스 재순환라인의 유입단 측으로 배기가스 흐름을 가이드하는 유입측 안내깃과, 상기 배기가스 재순환라인의 배출단을 통해 배출된 배기가스를 상기 인젝터 측으로 가이드하는 배출측 안내깃;을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치를 이용하면, 별도의 미립화기 없이 분사된 환원물질을 미립화시킬 수 있고, 미립화된 환원물질을 효과적으로 촉매유닛 측으로 유입시킬 수 있으며, 배기가스를 재순환시키는 과정에서 발생되는 소음 및 진동을 감소시킬 수 있고, 배기파이프 내에서의 배기가스 와류현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Description

배기가스의 질소산화물 저감장치{Apparatus for deduction NOx of exhaust gas}

본 발명은 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키기 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 촉매유닛의 전단에 환원제를 분사하되 촉매유닛을 지난 배기가스를 환원제 분사지점으로 재순환시킴으로써 환원제의 미립화를 향상시킬 수 있는 질소산화물 저감장치에 관한 것이다.

디젤엔진의 배기규제가 갈수록 심화되면서 엔진의 성능과 연비의 희생 없이 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있는 SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템이 주목받고 있다.

상기 SCR시스템은 환원제 역할을 하는 요소(urea)수용액을 SCR촉매 전단에 분사시켜 암모니아(NH₃)를 발생시키고, 이 암모니아가 질소산화물과 반응하여 무해한 질소가스(N₂)로 전환되어 배출될 수 있도록 된 배기가스 정화시스템이다.

이때, 요소수용액을 분사시키는 인젝터만으로는 요소수용액을 미립화시키기 어려우므로, 요소수용액을 미립화시키기 위한 공기보조 미립화기(air assist injector)를 추가로 장착시키는 방안이 제안된 바 있는데, 이와 같은 경우 요소수용액의 미립화 성능은 우수하지만 별도의 에어컴프레서가 필요하고 액체와 기체를 동시에 제어해야만 하는 어려움이 있었다.

따라서 근래에는 별도의 미립화기 없이도 요소수용액을 미립화시킬 수 있는 요소 분사 미립화장치(대한민국등록특허 10-0802730호)가 제안된 바 있다.

상기 요소 분사 미립화장치는, 배기파이프의 후단에 설치되는 SCR촉매와, 상기 SCR촉매의 앞쪽 배기파이프에 설치되는 요소수용액 인젝터와, 상기 SCR촉매의 뒤쪽 배기파이프에 유입구가 형성되고 상기 인젝터의 후단에 배출구가 연결되며, 중간부분에 축경부가 형성되어 이로부터 상기 배출구까지 축소된 관지름이 유지되는 배기가스재순환관을 포함하여 구성된다.

그러나 상기와 같이 구성되는 종래의 요소 분사 미립화장치는, 배기가스재순환관을 통해 토출되는 배기가스가 요소수용액 인젝터와 SCR촉매 사이로 공급되는바, 미립화된 요소수용액이 SCR촉매로 유입되지 못하고 배기가스재순환관을 통해 그대로 외부로 배출될 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 요소 분사 미립화장치는 배기가스재순환관의 유입구가 배기파이프의 내측으로 돌출 형성되는데, 배기파이프를 지나는 배기가스가 상기 배기가스재순환관의 유입구에 충돌되어 소음 및 진동이 발생된다는 문제점이 있다. 더 나아가, 배기가스재순환관으로 유입되는 배기가스의 양을 증가시키기 위해서는 배기가스재순환관의 유입구 직경을 증대시키는 경우, 배기가스재순환관의 유입구 후단에서 와류가 발생되어 소음과 진동이 더욱 증가된다는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 분사된 환원물질이 촉매유닛 측으로 원활하게 유입될 수 있고, 배기가스를 재순환시키는 과정에서 발생되는 소음 및 진동을 감소시킬 수 있으며, 배기파이프 내에서 배기가스의 와류현상을 방지할 수 있도록 구성되는 질소산화물 저감장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치는, 중단에 촉매유닛이 장착된 배기파이프; 상기 촉매유닛의 전단측으로 환원물질을 분사하는 인젝터; 유입단이 상기 촉매유닛의 후단측에 설치되고 배출단이 상기 인젝터의 전단측에 설치되어, 상기 촉매유닛을 지난 일부 배기가스를 상기 인젝터 전단으로 재순환시키는 배기가스 재순환라인; 상기 배기가스 재순환라인의 유입단 측으로 배기가스 흐름을 가이드하는 유입측 안내깃과, 상기 배기가스 재순환라인의 배출단을 통해 배출된 배기가스를 상기 인젝터 측으로 가이드하는 배출측 안내깃;을 포함하여 구성된다.

상기 유입측 안내깃은, 일측이 상기 배기가스 재순환라인의 유입단에 결합되고, 타측이 상기 배기파이프의 길이방향과 예각을 이루면서 상기 촉매유닛을 향하는 방향으로 연장되며, 상기 배출측 안내깃은, 일측이 상기 배기가스 재순환라인의 배출단에 결합되고, 타측이 상기 배기파이프의 길이방향과 예각을 이루면서 상기 촉매유닛을 향하는 방향으로 연장된다.

유입측 안내깃과 배출측 안내깃의 타측 끝단은 상기 배기파이프의 길이방향으로 연장된다.

상기 유입측 안내깃과 상기 배출측 안내깃 중 하나 이상은, 플레이트 형상을 이루되 하나 이상의 관통공이 형성된다.

상기 관통공은, 등간격을 이루도록 다수 개 배열된다.

상기 배기가스 재순환라인은, 상기 배기파이프의 중심축을 중심으로 상호 반대편에 위치되도록 쌍으로 구비된다.

상기 한 쌍의 배기가스 재순환라인의 유입단은 상기 배기파이프의 길이방향을 따라 이격 배열된다.

상기 한 쌍의 배기가스 재순환라인의 배출단은 상기 배기파이프의 길이방향을 따라 이격 배열된다.

상기 배기가스 재순환라인은, 내측으로 유입된 배출가스가 유입단에서 배출단을 향하는 방향으로만 흐를 수 있도록 배출가스의 흐름 방향을 제어하는 체크밸브를 구비한다.

상기 배기파이프는, 상기 배기가스 재순환라인의 유입단을 지난 지점에 장착되어, 외부로 배출되는 배기가스의 양을 조절하는 배기파이프 스로틀밸브를 구비한다.

상기 배기파이프 후단에는 둘 이상의 배기가스 분기라인이 구비되며, 각각의 배기가스 분기라인에는 내부유로의 단면적을 조절하는 분기라인 스로틀밸브가 구비된다.

상기 배기가스 재순환라인은, 유입단 측으로 유입된 배기가스를 배출단 측으로 유동시키는 터빈 또는 팬이 구비된다.

본 발명에 의한 질소산화물 저감장치를 이용하면, 별도의 미립화기 없이 분사된 환원물질을 미립화시킬 수 있고, 미립화된 환원물질을 효과적으로 촉매유닛 측으로 유입시킬 수 있으며, 배기가스를 재순환시키는 과정에서 발생되는 소음 및 진동을 감소시킬 수 있고, 배기파이프 내에서의 배기가스 와류현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치의 단면도이다.
도 2는 배기가스의 유동방향을 도시하는 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치의 확대단면도이다.
도 3 및 도 4는 유입측 안내깃의 사시도 및 정면도이다.
도 5는 배기가스가 유입측 안내깃을 통과하는 형상을 도시하는 확대단면도이다.
도 6은 유입측 안내깃의 제2 실시예를 도시하는 확대단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치의 단면도이고, 도 2는 배기가스의 유동방향을 도시하는 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치의 확대단면도이다.

본 발명은, 배기파이프(100) 중단에 LNT(Lean NOx Traps), SCR(Selective Catalytic Reduction), DeNOx 촉매(Catalyst) 등과 같이 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매유닛(200)과, 상기 촉매유닛(200) 전단측으로 요소 등과 같은 환원물질을 분사하는 인젝터(300)와, 상기 촉매유닛(200)을 지난 일부 배기가스를 상기 인젝터(300) 전단으로 재순환시켜 인젝터(300)에 의해 분사된 환원물질의 미립화 효과를 향상시키는 배기가스 재순환라인(500)을 구비하는 질소산화물 저감장치로서, 촉매유닛(200)을 지난 배기가스를 보다 원활하게 배기가스 재순환라인(500)으로 유입시키기 위한 유입측 안내깃(510)과, 배기가스 재순환라인(500)을 통해 재순환된 배기가스를 환원물질 분사영역으로 배출시키기 위한 배출측 안내깃(520)을 추가로 구비한다는 점에 특징이 있다.

즉, 상기 배기가스 재순환라인(500)은 배기가스가 유입되는 유입단(본 실시예에서는 우측단)이 상기 촉매유닛(200)의 후단측(본 실시예에서는 우측)에 설치되고 유입된 배기가스가 배출되는 배출단(본 실시예에서는 좌측단)이 상기 인젝터(300) 전단측(본 실시예에서는 좌측)에 설치되며, 상기 유입측 안내깃(510)과 배출측 안내깃(520)이 각각 배기가스 재순환라인(500)의 유입단 및 배출단에 장착된다는 점에 있어 본 발명의 구성상 특징이 있다.

이와 같이 유입측 안내깃(510)이 구비되면, 보다 많은 양의 배기가스가 배기가스 재순환라인(500)으로의 유입되고, 이에 따라 환원물질 분사영역으로 보다 많은 양의 배기가스가 지나게 되는바, 인젝터(300)에 의해 분사된 환원물질의 미립화가 효과적으로 이루어질 수 있게 된다는 장점이 있다. 또한, 배출측 안내깃(520)이 구비되면, 배기가스 재순환라인(500)으로 유입된 배기가스가 환원물질 분사영역으로 집중 배출될 수 있으므로, 분사된 환원물질의 미립화가 더욱 효과적으로 이루어질 수 있게 된다는 장점이 있다. 상기와 같이 환원물질의 미립화 효과가 향상되면, 촉매유닛(200)의 잘소산화물 저감성능이 향상된다는 결과를 얻을 수 있게 된다. 특히, 엔진이 저부하 상태이어서 연소실로부터 배출되는 배기가스의 양이 적은 경우, 상기 유입측 안내깃(510)과 배출측 안내깃(520)의 효과는 더욱 커지게 된다.

또한, 인젝터(300)에 의해 분사되어 촉매유닛(200)으로 유입된 환원물질 중 일부가 미반응 상태로 배출되는 경우가 있는데, 상기와 같이 배기가스 재순환라인(500)이 구비되면 미반응한 환원물질이 다시 촉매유닛(200)으로 공급되어 재사용될 수 있으므로, 전체적인 환원물질 소모량을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기 유입측 안내깃(510)이 배기파이프(100)의 길이방향과 수직인 방향(본 실시예에서는 상하방향)으로 연장되면, 배기가스가 유입측 안내깃(510)에 충돌하여 진동 및 소음이 발생될 뿐만 아니라 배기가스를 배기가스 재순환라인(500)으로 유입시키는 효과가 떨어지게 된다. 또한, 상기 배출측 안내깃(520)이 배기파이프(100)의 길이방향과 수직인 방향(본 실시예에서는 상하방향)으로 연장되면, 배기가스 재순환라인(500)을 통해 재순환된 배기가스가 배기파이프(100)의 내벽에 부딪히게 되어 진동 및 소음이 발생되고, 분사된 환원물질을 미립화시키는 역할을 효과적으로 수행하지 못하게 된다는 문제점이 발생된다.

따라서 상기 유입측 안내깃(510)은, 일측이 상기 배기가스 재순환라인(500)의 유입단에 결합되고, 타측이 상기 배기파이프(100)의 길이방향과 예각을 이루면서 상기 촉매유닛(200)을 향하는 방향으로 연장되도록 구성됨이 바람직하다. 마찬가지로 상기 배출측 안내깃(520)은, 일측이 상기 배기가스 재순환라인(500)의 배출단에 결합되고, 타측이 상기 배기파이프(100)의 길이방향과 예각을 이루면서 상기 촉매유닛(200)을 향하는 방향으로 연장됨이 바람직하다. 이때, 배기가스와 유입측 안내깃(510) 간의 충돌을 최소화시키고 배출측 안내깃(520)을 따라 배출되는 배기가스가 배기파이프(100)의 내벽에 충돌되지 아니하도록(즉, 배기파이프(100)의 길이방향으로 배출될 수 있도록), 상기 유입측 안내깃(510)과 배출측 안내깃(520)의 타측 끝단은 배기파이프(100)의 길이방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.

또한, 배기파이프(100)에 하나의 배기가스 재순환라인(500)이 구비되면, 배기가스 재순환라인(500)으로 유입되지 아니하고 외부로 배출되는 배기가스의 유동방향이 일측으로 굽어지게 되고, 이에 따라 배기가스의 외부 배출이 원활하게 이루어지지 아니할 우려가 있다. 따라서 상기 배기가스 재순환라인(500)은 본 실시예에 도시된 바와 같이, 상기 배기파이프(100)의 중심축을 중심으로 상호 반대편에 위치되도록 쌍으로 구비됨이 바람직하다. 이와 같이 배기가스 재순환라인(500)이 쌍으로 구비되면, 도 2에 도시된 바와 같이 배기가스 재순환라인(500)으로 유입되지 아니하고 외부로 배출되는 배기가스의 유동방향이 어느 일측으로 심하게 휘어지지 아니하는바, 배기가스가 원활하게 외부로 배출될 수 있다는 이점이 있다. 본 실시예에서는 하나의 배기파이프(100)에 한 쌍의 배기가스 재순환라인(500)이 구비되는 경우만을 도시하고 있으나, 여러 가지 조건에 따라 상기 배기가스 재순환라인(500)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.

이때, 한 쌍의 배기가스 재순환라인(500)의 유입단들이 배기파이프(100)의 직경방향으로 동일 선상에 위치되면, 각 유입단에 장착되는 유입측 안내깃(510)이 상호 겹치게 되어 배기가스의 흐름을 저해함으로써 배압이 증가될 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치는, 서로 다른 유입단에 장착된 유입측 안내깃(510)이 상호 겹치지 아니하도록 상기 한 쌍의 배기가스 재순환라인(500)의 유입단이 배기파이프(100)의 길이방향을 따라 이격 배열됨이 바람직하다. 마찬가지로, 한 쌍의 배기가스 재순환라인(500)의 배출단들이 배기파이프(100)의 직경방향으로 동일 선상에 위치되면, 각 배출단을 통해 배출되는 배기가스가 충돌하게 되므로 배기가스의 재순환에 문제가 발생될 수 있다. 따라서 한 쌍의 배기가스 재순환라인(500)의 배출단 역시 배기파이프(100)의 길이방향을 따라 이격 배열됨이 바람직하다.

또한, 배기파이프(100) 중 배기가스 재순환라인(500)의 배출단과 유입단 사이의 내부 압력이 높아지면, 환원물질 분사영역으로 재순환된 배기가스가 배기가스 재순환라인(500)을 따라 역류될 우려가 있다. 이와 같이 배기가스의 역류가 발생되면 환원물질의 미립화 효과가 떨어질 뿐만 아니라, 환원물질이 배기가스와 함께 역류될 수 있으므로 환원물질 사용량이 많아진다는 문제점이 있다. 따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 배기가스 재순환라인(500)에는 체크밸브(530)가 구비될 수 있다. 상기 체크밸브(530)는 유입단에서 배출단을 향하는 방향(본 실시예에서는 우측에서 좌측방향)으로는 배출가스의 흐름을 허용하고 배출단에서 유입단을 향하는 방향(본 실시예에서는 좌측에서 우측방향)으로는 배출가스의 흐름을 허용하지 아니하도록 구성되는바, 배출가스의 역류를 방지할 수 있게 된다. 또한 상기 체크밸브(530)는, 환원물질 분사공간으로부터 배기가스 재순환라인(500)의 배출단으로 배기가스가 역류되는 현상을 초기부터 방지할 수 있도록 배기가스 재순환라인(500) 중 배출단과 가까운 지점에 설치됨이 바람직하며, 본 실시예에 도시된 구조에 한정되지 아니하고 배기가스의 흐름을 제어할 수 있는 구조라면 어떠한 구조로도 적용될 수 있다.

또한, 배기가스 재순환라인(500)의 유입단 측으로 유입된 배기가스의 유속 및 압력이 크지 아니하는 경우에는 배기가스의 재순환이 원활하게 이루어지지 아니할 수 있다. 배기가스의 재순환이 원활하게 이루어지지 아니하면, 환원물질 분사영역으로 공급되는 배기가스의 양이 줄어들 뿐만 아니라 환원물질 분사영역으로 공급되는 배기가스의 유속 또한 줄어들게 되므로, 배기가스 재순환이 환원물질의 미립화에 큰 영향을 주지 못하게 된다. 따라서 상기 배기가스 재순환라인(500)의 내측에는, 유입단 측으로 유입된 배기가스를 배출단 측으로 유동시키는 터빈 또는 팬이 구비될 수 있다. 이와 같이 물리적 힘으로 유체를 이송시키는 터빈 및 팬은, 여러 분야에서 널리 활용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 엔진이 저부하 상태이어서 연소실로부터 배출되는 배기가스의 양이 적은 경우에는, 배기가스 재순환라인(500)을 따라 재순환되는 배기가스의 양 또한 적어지므로, 환원물질의 미립화 향상효과가 낮아지게 된다. 그러나 상기 언급한 바와 같이 연소실로부터 배출되는 배기가스의 양이 적은 경우에 있어서도, 배기가스가 외부로 배출되는 것을 차단하게 되면 상기 연소실로부터 배출되는 배기가스의 대부분이 배기가스 재순환라인(500)을 타고 환원물질 분사영역으로 재공급되는바, 환원물질의 미립화 향상효과를 향상시킬 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의한 질소산화물 저감장치는, 배기가스 재순환라인(500) 유입단을 지난 지점의 배기파이프(100) 내측에 장착되어 외부로 배출되는 배기가스의 양을 조절하는 배기파이프 스로틀밸브(110)를 추가로 구비할 수 있다. 상기 배기파이프 스로틀밸브(110)는, 연소실로부터 배출되는 배기가스의 양이 적은 경우 배기파이프(100) 후단측 유로단면적을 줄여 촉매유닛(200)을 지난 배기가스의 대부분이 배기가스 재순환라인(500)을 따라 재순환되도록 하고, 연소실로부터 배출되는 배기가스의 양이 많은 경우 배기파이프(100) 후단측 유로단면적을 넓혀 촉매유닛(200)을 지난 배기가스의 대부분은 외부로 배출되고 일부만이 배기가스 재순환라인(500)을 따라 재순환되도록 함으로써, 환원물질 분사영역으로 재순환되는 배기가스의 양을 항상 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 이와 같이 환원물질 분사영역으로 재순환되는 배기가스의 양이 항상 일정하게 유지되면, 환원물질의 미립화가 일정하게 유지되고, 이에 따라 질소산화물 저감효율도 일정하게 유지된다는 장점이 있다.

한편, 외부로 배출되는 배기가스의 양을 조절하는 방법으로는, 상기 배기파이프(100) 후단에 둘 이상의 배기가스 분기라인(400)을 설치하고, 각각의 배기가스 분기라인(400)에는 내부유로의 단면적을 조절하는 분기라인 스로틀밸브(410)를 장착하는 방법이 선택될 수도 있다. 예를 들어 본 실시예에 도시된 바와 같이 분기라인 스로틀밸브(410)가 장착된 분기라인이 배기파이프(100) 후단측에 2개 설치되면, 연소실로부터 배출된 배기가스의 양이 적은 경우 상기 분기라인 중 어느 하나의 내부유로를 막아 외부로 배출되는 배기가스를 줄이고, 연소실로부터 배출된 배기가스의 양이 많은 경우 상기 2개의 배기가스 분기라인(400) 내부유로를 모두 개방하여 외부로 배출되는 배기가스의 양을 증가시킬 수 있게 된다.

물론, 배기파이프(100)의 후단측에 배기파이프 스로틀밸브(110)를 장착시키고, 둘 이상의 배기가스 분기라인(400)을 설치하는 경우, 외부로 배출되는 배기가스의 양을 보다 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.

도 3 및 도 4는 유입측 안내깃(510)의 사시도 및 정면도이고, 도 5는 배기가스가 유입측 안내깃(510)을 통과하는 형상을 도시하는 확대단면도이며, 도 6은 유입측 안내깃(510)의 제2 실시예를 도시하는 확대단면도이다.

본 발명에 의한 질소산화물 저감장치에 포함되는 안내깃 즉, 유입측 안내깃(510)과 배출측 안내깃(520)은, 배기가스의 유동방향을 가이드할 수 있도록 플레이트 형상으로 제작되되, 배기가스가 곡선으로 유동될 수 있도록 곡면을 갖는 플레이트 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이때, 촉매유닛(200)을 지나 유입측 안내깃(510)으로 제공된 배기가스 중 일부는 유입측 안내깃(510)의 표면을 따라 유동하여 배기가스 재순환라인(500)으로 유입되고, 나머지 일부는 유입측 안내깃(510)을 관통하여 배기파이프(100) 후단측으로 흐를 수 있도록, 상기 유입측 안내깃(510)에는 하나 이상의 관통공(512)이 형성될 수 있다.

물론, 상기 유입측 안내깃(510)을 관통공(512)이 없는 플레이트 구조로도 제작하여, 상기 유입측 안내깃(510)으로 유동된 배기가스가 모두 배기가스 재순환라인(500)으로 공급되도록 할 수도 있다. 그러나 상기와 같은 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이 유입측 안내깃(510)의 뒤쪽에 배기가스의 흐름이 없는 공간(A)이 형성되어 압력 불균형 현상이 발생되고, 이에 따라 배기가스의 와류 현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있다. 배기가스 와류 현상이 발생되면 배기파이프(100) 내의 배기가스가 원활하게 외부로 배출되지 못하므로 배압이 발생되거나 진동 및 소음이 유발될 수 있다.

본 발명에 의한 질소산화물 저감장치는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 유입측 안내깃(510)에 하나 이상의 관통공(512)이 형성되도록 구성될 수 있다. 이와 같이 유입측 안내깃(510)에 관통공(512)이 형성되면, 도 5에 도시된 바와 같이 유입측 안내깃(510)으로 제공된 배기가스 중 일부는 관통공(512)을 지나 배기파이프(100) 후단측으로 흐르게 되므로, 도 6에 도시된 '배기가스 흐름이 없는 공간(A)'이 형성되지 아니하고, 이에 따라 배기가스의 와류 현상 또한 발생되지 아니하게 된다는 장점이 있다.

한편, 유입측 안내깃(510)으로 제공된 배기가스가 상기 유입측 안내깃(510)의 각 부위를 고르게 관통할 수 있도록, 상기 관통공(512)은 유입측 안내깃(510)의 전체에 걸쳐 등간격으로 다수 개 배열됨이 바람직하다. 이때, 상기 관통공(512)의 형상 및 크기, 개수, 배열구조는 유입측 안내깃(510)의 형상 및 장착각도 등 여러 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 배출측 안내깃(520)이 관통공이 없는 플레이트 형상으로 형성되면, 연소실로부터 배기파이프(100)로 공급되어 배출측 안내깃(520)과 접촉된 배기가스가 모두 배출측 안내깃(520)의 표면을 타고 유동하면서 유속이 빨라지게 되는바, 연소실로부터 공급된 배기가스의 유속과 배기가스 재순환라인(500)을 통해 재순환되는 배기가스의 유속에 차이가 발생된다. 이와 같이 연소실로부터 공급된 배기가스와 재순환된 배기가스의 유속에 차이가 발생되면, 연소실로부터 공급된 배기가스와 재순환된 배기가스가 만나는 영역에서 압력 불균형이 되고, 이에 따라 배기가스의 와류가 발생될 수 있다는 문제가 발생된다.

따라서 상기와 같은 문제를 해결할 수 있도록, 유입측 안내깃(510)과 마찬가지로 배출측 안내깃(520)에도 하나 이상의 관통공이 형성될 수 있다. 배출측 안내깃(520)에 형성되는 관통공의 형상 및 개수, 배열구조는 유입측 안내깃(510)에 형성되는 관통공(512)과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 배기파이프 110 : 배기파이프 스로틀밸브
200 : 촉매유닛 300 : 인젝터
400 : 배기가스 분기라인 410 : 분기라인 스로틀밸브
500 : 배기가스 재순환라인 510 : 유입측 안내깃
512 : 관통공 520 : 배출측 안내깃
530 : 체크밸브

Claims

중단에 촉매유닛이 장착된 배기파이프;
상기 촉매유닛의 전단측으로 환원물질을 분사하는 인젝터;
유입단이 상기 촉매유닛의 후단측에 설치되고 배출단이 상기 인젝터의 전단측에 설치되어, 상기 촉매유닛을 지난 일부 배기가스를 상기 인젝터 전단으로 재순환시키는 배기가스 재순환라인;
상기 배기가스 재순환라인의 유입단 측으로 배기가스 흐름을 가이드하는 유입측 안내깃과, 상기 배기가스 재순환라인의 배출단을 통해 배출된 배기가스를 상기 인젝터 측으로 가이드하는 배출측 안내깃;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 유입측 안내깃은, 일측이 상기 배기가스 재순환라인의 유입단에 결합되고, 타측이 상기 배기파이프의 길이방향과 예각을 이루면서 상기 촉매유닛을 향하는 방향으로 연장되며,
상기 배출측 안내깃은, 일측이 상기 배기가스 재순환라인의 배출단에 결합되고, 타측이 상기 배기파이프의 길이방향과 예각을 이루면서 상기 촉매유닛을 향하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제2항에 있어서,
유입측 안내깃과 배출측 안내깃의 타측 끝단은 상기 배기파이프의 길이방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 유입측 안내깃과 상기 배출측 안내깃 중 하나 이상은, 플레이트 형상을 이루되 하나 이상의 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제4항에 있어서,
상기 관통공은, 등간격을 이루도록 다수 개 배열되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 배기가스 재순환라인은, 상기 배기파이프의 중심축을 중심으로 상호 반대편에 위치되도록 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제6항에 있어서,
상기 한 쌍의 배기가스 재순환라인의 유입단은 상기 배기파이프의 길이방향을 따라 이격 배열되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제6항에 있어서,
상기 한 쌍의 배기가스 재순환라인의 배출단은 상기 배기파이프의 길이방향을 따라 이격 배열되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기가스 재순환라인은, 내측으로 유입된 배출가스가 유입단에서 배출단을 향하는 방향으로만 흐를 수 있도록 배출가스의 흐름 방향을 제어하는 체크밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기파이프는, 상기 배기가스 재순환라인의 유입단을 지난 지점에 장착되어, 외부로 배출되는 배기가스의 양을 조절하는 배기파이프 스로틀밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기파이프 후단에는 둘 이상의 배기가스 분기라인이 구비되며,
각각의 배기가스 분기라인에는 내부유로의 단면적을 조절하는 분기라인 스로틀밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기가스 재순환라인은, 유입단 측으로 유입된 배기가스를 배출단 측으로 유동시키는 터빈 또는 팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감장치.