KR101315029B1

KR101315029B1 - 요소수센더

Info

Publication number: KR101315029B1
Application number: KR1020110133536A
Authority: KR
Inventors: 장윤수
Original assignee: 주식회사 화영
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR20130066834A

Abstract

선택적 촉매 환원장치에 사용되고 요소수용액을 저장하는 요소수저장탱크에 설치되는 요소수센더가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수센더는, 요소수저장탱크에 장착되고, 요소수저장탱크의 내부와 외부를 연통시키는 통기로가 형성된 헤드와, 헤드에서 요소수저장탱크의 내부로 연장되는 흡입파이프와, 헤드에서 요소수저장탱크의 내부로 연장되고, 외부의 전원에 연결되는 전열선을 구비하는 발열부와, 헤드에 배치되고, 통기로를 개폐하는 주밸브체와 주밸브체에 대하여 독립적으로 이동가능하고 주밸브체가 통기로를 폐쇄한 상태에서 통기로를 개방하는 부밸브체를 구비하는 밸브장치를 포함한다.

Description

요소수센더{UREA SOLUTION SENDER}

본 발명은 요소수용액을 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원장치에 있어서 요소수저장탱크에 설치되는 요소수센더에 관한 것이다.

디젤엔진은 연소 후 배출되는 배기가스 중에 각종 유해 물질을 포함하므로, 디젤엔진에서 연소 후 배출되는 각종 유해 물질과 입자상 물질을 저감하기 위해 다양한 종류의 디젤매연 여과장치가 개발되고 있다. 디젤매연 여과장치는, 배기가스 중에 포함된 탄화수소와 일산화탄소의 성분을 각각 촉매에 의한 산화반응으로 물과 이산화탄소로 변환시켜 주는 디젤산화촉매(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)를 이용하는 방식, 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하였다가 배기가스의 열에 의해 연소시켜 주는 디젤매연 여과필터(DPF; Diesel Particulate Filter)를 이용하는 방식, 배기가스 중 포함된 질소산화물을 질소와 산소로 환원시켜 주는 선택적 촉매 환원(SCR; Selective Catalytic Reduction)을 이용하는 방식 등으로 구분될 수 있다.

선택적 촉매 환원 방식은 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 암모니아와 같은 환원제를 이용하여 질소와 산소로 환원시킨다. 특히, 환원제로서 요소수용액을 이용하는 것을 요소수-선택적 촉매 환원 장치라 한다. 요소수-선택적 촉매 환원 장치에 있어서, 환원제로서의 요소는 수용액의 형태(이하, 요소수용액이라 한다)로 저장탱크에 저장되며 저장탱크에 설치된 요소수용액은 요소수센더를 통해 공급된다.

도 1은 종래의 요소수-선택적 촉매 환원장치의 일예를 개략적으로 도시한다. 요소수저장탱크(20)에 저장된 요소수용액은 요소수센더(22)를 통해 요소분사장치(30)에 보내지고, 요소분사장치(30)에 의해 촉매배기장치(40)의 내부로 분사된다. 도 1에 도시된 요소수-선택적 촉매 환원장치는 동절기나 혹한기에 결빙되기 쉬운 요소수용액을 해동하도록 구성되어 있으며, 엔진(10)의 열을 해동에 필요한 열원으로 사용하고 있다. 즉, 도 1에 도시된 요소수-선택적 촉매 환원장치는 엔진(10)에서 가열된 냉각수를 요소수저장탱크(20)의 내부에서 순환시켜 결빙된 요소수용액을 해동시키도록 구성된다. 이를 위해, 엔진(10)과 요소수저장탱크(20)의 사이에는 냉각수의 공급과 회수를 위한 공급파이프(11)와 회수파이프(12)가 설치되고, 요소수저장탱크(20)의 내측에는 냉각수를 순환시키는 순환파이프(21)가 설치된다. 엔진(10)에서 가열된 냉각수는 공급파이프(11)를 통해 요소수저장탱크(20)에 설치된 순환파이프(21)에 공급되어 결빙된 요소수용액을 해동시킨다. 순환파이프(21)를 거친 냉각수는 회수파이프(12)를 통해 엔진(10) 쪽으로 회수되고 엔진(10)에 의해 다시 가열된다.

그러나, 도 1에 예시한 요소수-선택적 촉매 환원장치에 있어서, 엔진(10)의 냉각수는 엔진의 초기 시동 후 일정 시간이 지난 후에만 결빙된 요소수용액을 해동시키기에 적합한 온도에 도달할 수 있다. 따라서, 전술한 구조의 요소수-선택적 촉매 환원장치가 채용된 디젤차량의 경우, 동절기 또는 혹한기에 디젤엔진의 초기 시동시, 요소수-선택적 촉매 환원장치가 정상적으로 작동하지 못하는 문제점이 있다.

KR

10-0792927

B1

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 선택적 촉매 환원장치에 사용되고 요소수용액을 해동하도록 구성된 요소수센더를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 요소수저장탱크에 저장된 요소수용액의 누설 또는 역류를 방지하는 요소수센더를 제공하는 것이다.

선택적 촉매 환원장치에 사용되고 요소수용액을 저장하는 요소수저장탱크에 설치되는 요소수센더가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수센더는, 요소수저장탱크에 장착되고, 요소수저장탱크의 내부와 외부를 연통시키는 통기로가 형성된 헤드와, 헤드에서 요소수저장탱크의 내부로 연장되는 흡입파이프와, 헤드에서 요소수저장탱크의 내부로 연장되고, 외부의 전원에 연결되는 전열선을 구비하는 발열부와, 헤드에 배치되고, 통기로를 개폐하는 주밸브체와 주밸브체에 대하여 독립적으로 이동가능하고 주밸브체가 통기로를 폐쇄한 상태에서 통기로를 개방하는 부밸브체를 구비하는 밸브장치를 포함할 수도 있다.

밸브장치는 통기로와 요소수저장탱크의 내부에 연통하는 주밸브실 및 주밸브실과 요소수저장탱크의 내부에 연통하는 부밸브실을 구비하고, 주밸브체는 주밸브실 내에 이동가능하게 수용되고 부밸브체는 부밸브실 내에 이동가능하게 수용될 수도 있다.

부밸브실은 주밸브체의 내측에 형성되고, 부밸브실은 요소수저장탱크의 내부에 통하는 통공을 구비하고, 부밸브체는 통공을 개폐할 수도 있다.

밸브체는 제1 스프링에 의해 통기로 쪽으로 지지되고, 부밸브체는 제2 스프링에 의해 통공 쪽으로 지지될 수도 있다.

주밸브실은 헤드의 하면에 형성되고, 헤드는 주밸브실과 통하는 통공이 형성되고 헤드의 하면에 결합되는 지지판을 구비할 수도 있다.

또, 밸브장치는 헤드의 하면에 형성되고 통기로와 요소수저장탱크의 내부에 연통하는 주밸브실을 구비하고, 주밸브체는 주밸브실 내에 수용되어 통기로를 개방하는 제1 위치와 통기로를 폐쇄하는 제2 위치의 사이에서 이동가능하고, 통기로와 연통가능한 통공 및 통공과 요소수저장탱크의 내부와 연통하는 부밸브실을 가지고, 부밸브체는 부밸브실 내에 수용되어 주밸브체의 통공을 개폐가능할 수도 있다.

주밸브체는 주밸브실 내에서 스프링에 의해 제1 위치 또는 제2 위치 쪽으로 지지될 수도 있다.

밸브장치는 부밸브실에 장착되고 요소수저장탱크의 내부에 연통하는 통공을 가지는 캡을 더 구비하고, 부밸브체는 스프링에 의해 캡의 통공 쪽으로 지지될 수도 있다.

주밸브체는 육각기둥형상을 가지고, 주밸브체의 측면은 주밸브체의 중심쪽으로 오목할 수도 있다.

발열부의 일부 또는 전체는 코일형상을 가질 수도 있다.

요소수용액의 수면의 높이를 측정하기 위한 레벨센서를 더 포함할 수도 있다.

레벨센서는, 헤드에서 연장되는 관형부재와, 관형부재의 내측에 배치되는 회로기판과, 일정 간격으로 회로기판에 장착되는 복수개의 리드스위치와, 관형부재의 외면을 따라 이동가능하게 장착되고 내부에 리드스위치와 작용하는 영구자석을 가지는 플로트를 포함할 수도 있다.

요소수용액의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 요소수센더는 전열선이 매립된 발열부를 구비하므로, 동절기에 결빙된 요소수용액을 단시간에 해동시킬 수 있다. 또한, 발열부는 일부 또는 전부가 코일형상을 가져 발열부와 요소수용액의 접촉면적이 넓어지게 되므로, 결빙된 요소수용액의 해동시간을 더욱 단축시킬 수 있다.

또한, 요소수센더는 주밸브체 및 부밸브체를 구비하는 밸브장치에 의해 통기로를 개폐하므로, 차량이 급격한 경사로에서 운행되거나 전복되는 경우에 요소수저장탱크에 저장된 요소수용액이 역류하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 주밸브체가 통기로를 차폐한 상태에서 부밸브체가 주밸브체에 대해 상대적으로 이동함으로써, 요소수저장탱크 내부에 이상기압이 발생하는 경우에 요소수저장탱크 내부의 공기가 외부로 유출될 수 있다. 따라서, 요소수저장탱크 내부의 기압을 적절한 수준으로 유지할 수 있다.

도 1은 종래의 요소수-선택적 촉매 환원장치를 보인 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수센더를 보인 도면이다.
도 3은 도 2의 요소수센더의 사시도이다.
도 4는 도 3의 요소수센더의 분해사시도이다.
도 5는 도 3의 V-V선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 밸브장치를 보인 분해사시도이다.
도 7은 도 6의 주밸브체가 주밸브실에 수용된 상태를 보인 평면도이다.
도 8은 도 3의 헤드의 부분단면도로서, 주밸브체가 지지판 상에 놓여있는 상태를 도시한다.
도 9는 도 3의 헤드의 부분단면도로서, 주밸브체에 의해 통기로가 폐쇄된 상태를 도시한다.
도 10은 도 3의 헤드의 부분단면도로서, 부밸브체에 의해 통기로가 개방된 상태를 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 요소수센더의 실시예를 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 요소수센더(100)는 선택적 촉매 환원장치(구체적으로, 요소수-선택적 촉매 환원장치)에 사용되며 요수소용액을 저장하는 요소수저장탱크(80)에 설치된다. 요소수저장탱크(80)는 상부벽(81)과 바닥벽(82)을 가진다. 요소수저장탱크(80)는 도 2에 도시된 크기 및 형상에 한정되지 않는다. 요소수센더(100)는 파이프(111a, 111b)(또는 호스 등)에 의해 요소공급장치(90)에 연결되어 있다. 요소수저장탱크(80)에 저장된 요소수(또는 요소수용액)는 요소수센더(100)를 통해 요소공급장치(90)로 전달되거나 회수되며, 요소공급장치(90)는 요소수를 촉매변환장치(60)에 결합된 요소분사장치(70)로 공급한다. 요소분사장치(70)는 요소수를 촉매변환장치(60)의 내부로 분사한다.

요소수센더(100)는 일부가 요소수저장탱크(80)의 외측으로 노출되고 나머지 일부가 요소수저장탱크(80)의 내측에 놓이도록 요소수저장탱크(80)에 결합된다. 요소수센더(100)는 요소수저장탱크(80) 내에 저장되는 요소수가 동결 또는 결빙될 때 동결된 요소수를 전력에 의해 해동시키는 발열장치를 가진다. 또, 요소수센더(100)는 요소수저장탱크(80) 내에 저장된 요소수가 요소수저장탱크(80)의 외부로 누설되거나 역류되는 것을 방지하는 밸브장치를 가진다. 또, 요소수센더(100)는 상기 밸브장치에 의해 요소수저장탱크(80) 내부의 고압에 대응하여 고압시에 요소수저장탱크(80)의 내부와 외부를 소통시키도록 구성되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 요소수센더(100)는 헤드(110)와, 흡입파이프(121)와, 리턴파이프(122)와, 발열부(130)와, 밸브장치(140)와, 레벨센서(150)와, 온도센서(160)를 포함한다.

헤드(110)는 요소수센더(100)의 지지체로서의 기능을 한다. 헤드(110)는 요소수저장탱크(80)의 상부벽(81)에 탈착가능하게 장착된다. 따라서, 요소수센더(100)가 정상적으로 작동하지 않는 경우에, 작업자가 요소수센더(100)를 요소수저장탱크(80)로부터 분리하여 요소수센더(100)를 용이하게 점검, 수리, 또는 교체할 수 있다.

헤드(110)는 원판 형태의 베이스(110a)와, 베이스(110a)의 외주면에 형성된 플랜지(110b)와, 베이스(110a)의 상측에 형성된 하우징(110c)을 포함한다. 플랜지(110b)는 나사 또는 볼트에 의해 헤드(110)를 요소수저장탱크(80)의 상부벽(81)에 결합하는 역할을 한다. 또한, 플랜지(110b)와 상부벽(81) 사이에는 링형상의 밀봉부재(110d)가 개재될 수 있다. 다른 예로서, 헤드(110)의 베이스 및 상부벽(81)에 나사부가 형성되어, 헤드(110)의 베이스는 상부벽(81)에 나사결합될 수도 있다. 하우징(110c)의 상측에는 나사 또는 볼트에 의해 밀봉부재(110e) 및 커버(110f)가 결합된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 헤드(110)는 흡입포트(111)와, 리턴포트(112)와, 통기포트(113)와, 전기커넥터(114)와, 지지판(115)을 구비한다. 또, 이 실시예에 있어서, 헤드(110)에는 밸브장치(140)를 구성하는 주밸브실(116)이 하면에 형성되어 있다.

흡입포트(111)와 리턴포트(111, 112)는 헤드(110)의 하우징(110c)에 결합되어 흡입파이프 및 회수파이프(111a, 112a)에 의해 요소공급장치(90)에 연결된다. 통기포트(113)는 헤드(110)의 하우징(110c)에 결합되어 요소수저장탱크(80)의 내부와 외부를 연결하는 공기통로로서 기능한다. 전기커넥터(114)는 헤드(110)의 하우징(110c)에 결합된다. 전기커넥터(114)는 차량의 전원장치 및 전자제어장치로부터 연장되는 대응 전기커넥터와 접속되도록 구성된다. 발열부(130)와, 레벨센서(150)와, 온도센서(160)는 전기커넥터(114)를 통해 전원장치로부터 전력을 공급받아 작동한다. 레벨센서(150) 및 온도센서(160)가 발생하는 검출신호도 전기커넥터(114)를 통해 차량의 전자제어장치로 전달된다. 지지판(115)은 나사 또는 볼트에 의해 헤드(110)의 하면에 결합된다.

흡입파이프(121)는 상단이 헤드(110)의 하측에 고정되어 흡입포트(111)에 연결되며, 요소수저장탱크(80)의 내부로 연장된다. 흡입파이프(121)는 요소수저장탱크(80)의 내부에 저장된 요소수용액을 흡입하는 역할을 한다. 흡입파이프(121)를 통해 흡입된 요소수용액은 흡입포트(111)를 거치고 파이프(111a)를 통해 요소공급장치(90)로 공급된다. 흡입파이프(121)는 하단에 장착되는 필터(121a)를 구비한다. 필터(121a)는 요소수용액의 흡입시 요소수용액에 함유된 불순물을 여과하는 역할을 한다.

리턴파이프(122)는 상단이 헤드(110)의 하측에 고정되어 리턴포트(112)에 연결되며, 요소수저장탱크(80)의 내부로 연장된다. 리턴파이프(122)는 요소공급장치(90)에서 요소분사장치(70)로 공급되고 남은 요소수용액을 요소수저장탱크(80)로 복귀시키는 역할을 한다. 즉, 요소수용액은 요소공급장치(90)로부터 파이프(112a)와, 리턴포트(112)와, 리턴파이프(122)를 통해 요소수저장탱크(80)로 복귀한다.

발열부(130)는 결빙된 요소수용액을 해동하는 역할을 한다. 발열부(130)는 헤드(110)의 하측으로부터 연장된다. 발열부(130)와 요소수용액이 접하는 표면적을 증대시키기 위해, 그 일부가 코일형상으로 감겨 있다. 발열부(130)는 전열선(131)과, 절연부재(132)와, 열전도체(133)를 포함한다. 전열선(131)은 전기커넥터(114)와 전기적으로 연결된다. 전기커넥터(114)를 통해 전열선(131)에 전력이 공급되면, 전열선(131)은 발열작용을 한다. 절연부재(132)는 전열선(131)을 감싸도록 배치되는 전기절연부재이다. 절연부재(132)는 전열선(131)을 따라 흐르는 전류가 열전도체(133)로 전달되는 것을 방지한다. 열전도체(133)는 전열선(131)으로부터 발생한 열을 요소수용액으로 전달하고 전열선(131) 및 절연부재(132)의 부식을 방지한다. 열전도체(133)는 절연부재(132)를 감싸는 코팅으로서 형성되어 있다. 일 실시예에 있어서, 열전도체(133)는 열전도도와 중량 등을 고려하여 마그네슘 재료로 형성된다.

레벨센서(150)는 요소수저장탱크(80)에 저장되어 있는 요소수용액의 수면의 높이를 측정하기 위한 것이다. 레벨센서(150)는 관형부재(151)와, 절연부재(152)와, 회로기판(153)과, 리드스위치(154)와, 플로트(155)(float)와, 영구자석(156)과, 스토퍼(157)를 포함한다.

관형부재(151)는 헤드(110)의 하면으로부터 연장된다. 관형부재(151)의 하단은 밀봉캡(151a)에 의해 밀봉되거나 밀봉캡 없이 페쇄될 수도 있다. 관형부재(151)는 내부식성을 가지는 금속재료로 제조되고, 요소수저장탱크(80)의 상부벽(81)과 바닥벽(82) 사이의 거리에 대응하는 길이를 가질 수 있다.

관형부재(151)의 내부에는 절연부재(152)가 끼워지고, 절연부재(152)의 내측에 회로기판(153)이 배치된다. 회로기판(153)에는 복수개의 리드스위치(154)가 일정한 간격으로 장착된다.

리드스위치(154)는 비활성가스가 충전된 유리관(154a)과 유리관(154a)의 내부에 이격되어 배치되는 2개의 접점(154b, 154c)을 구비한다. 접점(154b, 154c)은 강자성체로 이루어지고 자화되어 있으며 탄성복원력을 가진다. 접점(154b, 154c)에 전류가 인가된 상태에서 영구자석(156)이 접근하면, 영구자석(156)의 자기력이 유리관(154a)에 작용하여 접점(154b, 154c)의 사이에는 자기적 인력이 작용한다. 그 결과, 접점(154b, 154c)이 서로 접촉하여 리드스위치(154)는 접점(154b, 154c)의 사이에 전류가 흐를 수 있는 온(ON)상태가 된다. 그리고, 영구자석(156)이 리드스위치(154)로부터 멀어지면, 접점(154b, 154c)은 탄성복원력에 의해 서로 떨어져서, 리드스위치(154)는 접점(154b, 154c)의 사이에 전류가 흐를 수 없는 오프(OFF)상태가 된다.

플로트(155)는 저장된 요소수용액의 수면에 뜨는 역할을 하는 것으로, 실린더 형태를 가지며 관형부재(151)에 끼워져 있다. 따라서, 플로트(155)는 관형부재(151)의 길이방향을 따라 슬라이드 가능하다. 이를 위해, 플로트(155)에는 관형부재(151)가 통과하는 보어(155a)가 상하 관통하여 형성되어 있다. 이 실시예에 있어서 플로트(155)는 실린더 형상을 가지지만, 플로트는 보어가 상하로 관통한 다각형의 기둥형상을 가질 수도 있다. 플로트(155)의 내부에는 영구자석(156)이 매설된다. 스토퍼(157)은 관형부재의 하단에 결합되어, 플로트(155)가 관형부재(151)의 하단으로부터 이탈하는 것을 방지하는 역할을 한다.

플로트(155)는 요소수용액의 수면에 떠서 수면의 높이에 따라 관형부재(151)를 따라 슬라이드한다. 플로트(155)의 내부에 매설된 영구자석(156)이 복수개의 리드스위치(154) 중 어느 하나의 리드스위치에 근접하면, 리드스위치가 온상태가 된다. 온상태가 된 리드스위치의 위치에 근거하여, 요소수용액의 수면의 높이를 검출하여 요소수용액의 잔량을 측정할 수 있다.

온도센서(160)는 요소수용액의 온도를 측정하기 위한 것으로 회로기판(153)의 하단부에 설치될 수 있다(도 4 참조). 예컨대, 온도센서(160)는 흡입파이프(121)의 하단의 높이에 대응하도록 설치된다. 따라서, 흡입파이프(121) 부근에서 요소수용액의 온도를 실시간으로 측정함으로써, 발열부(130)의 가동 여부를 결정할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 헤드(110)의 하면에는 밸브장치(140)의 구성요소로서 밸브작용을 실행하는 부품이 수용되는 주밸브실(116)이 형성되어 있다. 주밸브실(116)은 헤드(110)의 하면으로부터 상측으로 오목한 형상이다. 주밸브실(116)은 통기로(113a)에 의해 통기포트(113)와 연통한다. 주밸브실(116)에 밸브장치(140)가 수용된 후, 지지판(115)이 헤드(110)의 하면에 결합된다. 지지판(115)은 통공(115a)을 가지며, 통공(115a)은 주밸브실(116)의 횡단면 형상의 내부에 놓이도록 지지판(115)에 형성되어 있다. 밸브장치(140)는 주밸브실(116) 내에서 상하방향으로 이동하도록 구성된다. 밸브장치(140)는 차량이 급격한 경사로 상에서 주행하거나 혹은 전복된 경우에 통기로(113a)를 폐쇄하고, 요소수저장탱크(80)의 내부에서 이상기압이 발생한 경우에 요소수저장탱크(80)의 내부를 외부와 소통시키는 역할을 한다.

도 6 내지 도 10을 참조하여 밸브장치(140)를 설명한다. 밸브장치(140)는 주밸브체(141)와, 부밸브체(142)와, 제1 스프링(143)과, 제2 스프링(144)과, 캡(145)을 구비한다.

주밸브체(141)는 주밸브실(116) 내에 이동가능하게 수용된다. 주밸브체(141)는 대략 육각기둥형상이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 주밸브체(141)의 상면과 하면 사이의 각 변의 표면(141d)은 주밸브체(141)의 중심쪽으로 오목하게 형성되어 있다. 즉, 주밸브체(141)는 측면이 오목한 육각기둥형상을 가진다. 이러한 구조에 의해, 주밸브체(141)의 측면과 주밸브실(116)의 내벽면의 사이에는 대체로 타원 단면형상의 틈새(116a)가 형성된다. 따라서, 밸브장치(140)가 주밸브실(116)에 수용된 상태에서 주밸브체(141)와 주밸브실(116)의 내벽면이 한정하는 공기의 유로는 상기 각 변의 표면이 평면일 때에 비하여 더욱 넓어진다.

주밸브체(141)는 플러그부(141a)와, 부밸브실(141b)과, 통기공(141c)을 구비한다. 플러그부(141a)는 주밸브체(141)의 상면에서 돌출하며 대체로 원뿔형상을 가진다. 플러그부(141a)는 통기로(113a)의 말단에 끼워져서 통기로(113a)를 개폐하는 역할을 한다. 부밸브실(141b)은 부밸브체(142)를 수용하는 부분이며 통기공(141c)을 통해 통기로(113a)와 주밸브실(116)과 선택적으로 연통된다.

부밸브체(142)는 부밸브실(141b) 내에 유지되어 주밸브체(141)에 대해 상대적으로 상하방향으로 이동가능하다. 부밸브체(142)는 원뿔형의 플러그부(142a)와 플러그부(142a)에서 상방으로 연장되어 있는 원통형의 스템부(142b)를 가진다. 플러그부(142a)는 캡(145)의 통공(145a)을 선택적으로 개폐하고, 스템부(142b)는 제2 스프링(144)에 의해 안내된다.

제1 스프링(143)의 하단이 지지판(115)에 놓이고, 상단이 주밸브체(141)의 내측에 놓인다. 이 실시예에 있어서, 제1 스프링(143)은 압축코일스프링으로 이루어져 있다. 제1 스프링(143)은 주밸브체(141)(밸브장치(140))를 상방으로(즉, 통기로(113a) 쪽으로) 탄성지지한다. 요소수센더(100)가 지면에 대해 거의 수직한 방향으로 놓일 때(즉, 흡입파이프(121)와 같이 헤드(110)에서 연장하는 부품들이 지면에 대해 거의 수직하게 위치한 때), 제1 스프링(143)은 밸브장치(140)의 자중에 의해 압축되어 있다. 밸브장치(140)에 그 자중이 작용하는 방향의 반대방향으로 자중보다 큰 힘이 작용하는 경우에, 제1 스프링(143)은 밸브장치(140)가 상방으로 이동하는 것을 돕는다. 이 실시예에서는 제1 스프링(143)이 주밸브체(141)의 내부에 배치되어 있지만, 제1 스프링(143)은 주밸브체(141)의 외부에, 예컨대 주밸브실(116) 내에 주밸브실(116)의 상면과 주밸브체(141)의 상면 사이에 배치될 수도 있다.

제2 스프링(144)은 부밸브체(142)의 스템부(142b)의 둘레에 배치된다. 제2 스프링(144)의 하단이 부밸브체(142)의 플러그부(142a)의 상면에 놓이고, 상단이 주밸브체(141)의 부밸브실(141b)의 상면에 놓인다. 이 실시예에 있어서, 제2 스프링(144)은 압축코일스프링으로 이루어져 있다. 제2 스프링(144)은 부밸브체(142)를 하방으로 탄성지지한다. 즉, 제2 스프링(144)은 부밸브체(142)를 캡(145) 쪽으로 바이어스한다.

캡(145)은 주밸브체(141)의 부밸브실(141b)의 하단에 탈착가능하게 결합되도록 구성되어 있다. 예컨대, 부밸브실(141b)의 하단 및 캡(145)의 내주면에는 나사부가 형성되어, 캡(145)이 부밸브실(141b)의 하단에 나사결합될 수 있다. 따라서, 부밸브체(142) 및 제2 스프링(144)의 정비 또는 교체 등을 용이하게 할 수 있다. 캡(145)은 부밸브체(142)가 부밸브실(141b)로부터 이탈되는 것을 방지한다. 캡(145)은 중공의 원뿔대 형상이고, 통공(145a)을 구비한다. 통공(145a)은 부밸브체(142)가 주밸브체(141)에 대해 상대적으로 이동함에 따라 부밸브체(142)의 플러그부(142a)에 의해 개폐될 수 있다.

도 8 내지 도 10은 밸브장치의 동작예를 도시한다.

도 8은 밸브장치(140)의 동작 중 일례로서 주밸브체(141)가 지지판(115) 상에 놓여 있는 상태(이하, 이러한 상태를 제1 상태라 한다)를 도시한다. 이러한 제1 상태는 차량이 평지를 주행하는 등 정상 운행시 나타나며, 제1 상태에서 요소수저장탱크(80)는 외부와 연통하고 요소수저장탱크(80)의 내부는 정상 압력을 유지 한다. 또한, 제1 상태에서, 요소수센더(100)는 지면에 대해 대략 수직하게 배향된다. 따라서, 제1 상태에서 밸브장치(140)는 그 자중에 의해 제1 스프링(143)을 압축하면서 지지판(115) 상에 놓인다(이하, 제1 상태에서 밸브장치(140)의 위치를 제1 위치라 한다). 부밸브체(142)는 제2 스프링(144)에 의해 캡(145) 쪽으로 탄성지지되고 있다. 제1 상태에서, 요소수저장탱크(80)의 내부 공기는 지지판(115)의 통공(115a)과, 주밸브체(141)의 측면과 주밸브실(116) 사이의 틈새(116a)(도 7 참조)와, 통기로(113a)와, 제3 포트(113)를 차례로 통과하여 외부로 유출될 수 있다. 또한, 외부의 공기도 상기한 바와는 반대로 통과하여 요소수저장탱크(80)의 내부로 유입될 수 있다.

도 9는 밸브장치(140)의 동작 중 또 다른 일례로서 주밸브체(141)에 의해 통기로(113a)가 폐쇄된 상태(이하, 이러한 상태를 제2 상태라 한다)를 도시한다. 이러한 제2 상태는 차량이 급격한 경사로 상에 위치하거나 혹은 전복될 때 나타나며, 제2 상태에서는 요소수저장탱크(80)는 외부와 연통하지 않게 된다. 차량이 급격한 경사로 상에 위치하거나 전복되는 경우, 요소수센더(100) 및 밸브장치(140)도 차량의 기울기에 맞추어서 경사지거나 전복된다. 이 경우, 밸브장치(140)의 자중에 의한 힘의 성분 중에서 지지판(115)을 향해 수직으로 작용하는 힘이 감소한다. 또한, 밸브장치(140)의 적어도 일부가 요소수용액에 잠기면 밸브장치(140)에는 부력이 작용한다. 따라서, 제1 스프링(143)의 탄성복원력 및 밸브장치(140)의 부력에 의한 합력이 밸브장치(140)의 자중에 의한 힘 보다 커지게 된다. 그 결과, 밸브장치(140)가 지지판(115)으로부터 떨어져 통기로(113a) 쪽으로 이동하여, 주밸브체(141)의 플러그부(141a)가 통기로(113a)에 끼워진다(이하, 제2 상태에서의 밸브장치(140)의 위치를 제2 위치라 한다). 따라서, 차량이 급격한 경사로 상에 위치하거나 전복되더라도 요소수저장탱크(80)에 저장된 요소수용액이 요소수저장탱크(80)의 외부로 누설 또는 역류하는 것을 방지할 수 있다. 차량이 급격한 경사로를 벗어나거나 전복상태로부터 정상상태로 복원되면, 밸브장치(140)의 부력이 감소하고 밸브장치(140)의 자중에 의한 힘의 성분 중에서 지지판(115)을 향해 수직으로 작용하는 힘이 증가한다. 따라서, 밸브장치(140)는 제1 스프링(143)을 압축하면서 지지판(115) 상에 놓이게 된다. 즉, 밸브장치(140)는 제2 상태로부터 제1 상태로 복귀한다.

도 10은 밸브장치(140)의 동작 중 또 다른 일례로서 부밸브체(142)에 의해 통기로(113a)가 개방된 상태(이하, 이러한 상태를 제3 상태라 한다)를 도시한다. 이러한 제3 상태에서는, 요소수저장탱크(80) 내부에 발생한 고압에 대응하여 요소수저장탱크(80)가 외부와 연통하게 된다. 요소수저장탱크(80)의 내부는 저장된 요소수용액의 증발 등에 내부의 압력이 급격하게 증가하여 고압하에 놓일 수 있다. 이 경우에, 요소수저장탱크(80)의 내부와 외부의 압력차에 의해 요소수저장탱크(80)의 내부 공기는 틈새(116a)를 통해 빠르게 유출된다. 이 과정에서, 밸브장치(140)는 공기의 빠른 이동에 의해 지지판(115)으로부터 떨어져 통기로(113a) 쪽으로 이동하여 제2 상태로 된다. 그 후에, 요소수저장탱크(80)의 내부와 외부의 압력차이에 의해 부밸브체(142)가 제2 스프링(144)을 압축시키면서 통기로(113a) 쪽으로 이동하여, 부밸브체(142)의 플러그부(142a)가 캡(145)의 통공(145a)과 분리되어 통공(145a)이 개방된다. 따라서, 요소수저장탱크(80) 내부의 고압하의 공기는 지지판(115)의 통공(115a)과, 캡(145)의 통공(145a)과, 부밸브실(141b)과, 주밸브체(141)의 통기공(141c)과, 통기로(113a)와, 제3 포트(113)를 차례로 통과하여 외부로 유출될 수 있다. 요소수저장탱크(80)의 내부 공기가 외부로 유출함에 따라, 요소수저장탱크(80)의 내부와 외부의 압력차는 감소하게 된다. 요소수저장탱크(80)의 내부 압력이 정상으로 복귀하면, 밸브장치(140)는 자중에 의해 지지판(115) 쪽으로 이동한다. 부밸브체(142)는 제2 스프링(144)의 탄성복원력에 의해 캡(145) 쪽으로 이동하여, 캡(145)의 통공(145a)은 부밸브체(142)의 플러그부(142a)에 의해 폐쇄된다. 그 결과, 밸브장치(140)는 제3 상태로부터 제1 상태로 복귀한다. 밸브장치(140)의 복귀과정에서, 주밸브체(141)와 부밸브체(142)는 동시에 이동할 수 있으며, 주밸브체(141)와 부밸브체(142) 중 어느 하나가 먼저 이동하고 나머지 하나가 나중에 이동할 수도 있다.

전술한 실시예에 있어서, 밸브장치(140)를 구성하는 주밸브실(116)이 헤드(110)의 하면에 형성되어 있고, 부밸브체(142)를 구비하는 주밸브체(141)가 주밸브실(116) 내에 수용되어 있다. 밸브장치(140)는 이와는 다른 방식으로 요소수센더(100)에 구비될 수 있다. 예컨대, 밸브장치는 주밸브실을 한정하고 밑면에 통공이 형성된 하나의 원통형상의 부품으로 구성될 수 있고, 이러한 부품의 내부에 부밸브실과 부밸브체를 가지는 주밸브체가 이동가능하게 수용되는 방식으로 구성될 수도 있다. 이러한 실시예에서는, 헤드(110)의 하면에 주밸브실이 형성될 필요가 없고, 전술한 밸브장치는 헤드(110)의 하면에 통기로(113a)와 연통하도록 결합될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

70: 요소분사장치
80: 요소수저장탱크
90: 요소공급장치
100: 요소수센더
110: 헤드
121: 흡입파이프
122: 리턴파이프
130: 발열부
140: 밸브장치
150: 레벨센서
160: 온도센서

Claims

선택적 촉매 환원장치에 사용되고 요소수용액을 저장하는 요소수저장탱크에 설치되는 요소수센더이며,
상기 요소수저장탱크에 장착되고, 상기 요소수저장탱크의 내부와 외부를 연통시키는 통기로가 형성된 헤드와,
상기 헤드에서 상기 요소수저장탱크의 내부로 연장되는 흡입파이프와,
상기 헤드에서 상기 요소수저장탱크의 내부로 연장되고, 외부의 전원에 연결되는 전열선을 구비하는 발열부와,
상기 헤드에 배치되는 밸브장치를 포함하고,
상기 밸브장치는, 상기 통기로와 상기 요소수저장탱크의 내부에 연통하고 상기 헤드의 하면에 형성되는 주밸브실과, 상기 주밸브실 내에 이동가능하게 수용되고 상기 통기로를 개폐하는 주밸브체와, 상기 주밸브실과 상기 요소수저장탱크의 내부에 연통하고 상기 주밸브체의 내측에 형성되는 부밸브실과, 상기 부밸브실 내에 수용되고 상기 주밸브체에 대하여 독립적으로 이동가능하고 상기 주밸브체가 상기 통기로를 폐쇄한 상태에서 상기 통기로를 개방하는 부밸브체를 구비하는,
요소수센더.
삭제
제1항에 있어서,
상기 부밸브실은 상기 요소수저장탱크의 내부에 통하는 통공을 구비하고,
상기 부밸브체는 상기 통공을 개폐하는
요소수센더.
제3항에 있어서,
상기 주밸브체는 제1 스프링에 의해 상기 통기로 쪽으로 지지되고,
상기 부밸브체는 제2 스프링에 의해 상기 통공 쪽으로 지지되고,
요소수센더.
제1항에 있어서,
상기 헤드는 상기 주밸브실과 통하는 통공이 형성되고 상기 헤드의 하면에 결합되는 지지판을 구비하는
요소수센더.
선택적 촉매 환원장치에 사용되고 요소수용액을 저장하는 요소수저장탱크에 설치되는 요소수센더이며,
상기 요소수저장탱크에 장착되고, 상기 요소수저장탱크의 내부와 외부를 연통시키는 통기로가 형성된 헤드와,
상기 헤드에서 상기 요소수저장탱크의 내부로 연장되는 흡입파이프와,
상기 헤드에서 상기 요소수저장탱크의 내부로 연장되고, 외부의 전원에 연결되는 전열선을 구비하는 발열부와,
상기 헤드에 배치되고, 상기 통기로를 개폐하는 주밸브체와 상기 주밸브체에 대하여 독립적으로 이동가능하고 상기 주밸브체가 상기 통기로를 폐쇄한 상태에서 상기 통기로를 개방하는 부밸브체를 구비하는 밸브장치를 포함하고,
상기 밸브장치는 상기 헤드의 하면에 형성되고 상기 통기로와 상기 요소수저장탱크의 내부에 연통하는 주밸브실을 구비하고,
상기 주밸브체는 상기 주밸브실 내에 수용되어 상기 통기로를 개방하는 제1 위치와 상기 통기로를 폐쇄하는 제2 위치의 사이에서 이동가능하고, 상기 통기로와 연통가능한 통공 및 상기 통공과 상기 요소수저장탱크의 내부와 연통하는 부밸브실을 가지고,
상기 부밸브체는 상기 부밸브실 내에 수용되어 상기 주밸브체의 통공을 개폐가능한
요소수센더.
제6항에 있어서,
상기 주밸브체는 상기 주밸브실 내에서 스프링에 의해 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치 쪽으로 지지되는
요소수센더.
제6항에 있어서,
상기 밸브장치는 상기 부밸브실에 장착되고 상기 요소수저장탱크의 내부에 연통하는 통공을 가지는 캡을 더 구비하고,
상기 부밸브체는 스프링에 의해 상기 캡의 통공 쪽으로 지지되는
요소수센더.
제6항에 있어서,
상기 주밸브체는 육각기둥형상을 가지고, 상기 주밸브체의 측면은 상기 주밸브체의 중심쪽으로 오목한
요소수센더.
제1항 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열부의 일부 또는 전체는 코일형상을 가지는
요소수센더.
제1항 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요소수용액의 수면의 높이를 측정하기 위한 레벨센서를 더 포함하는 요소수센더.
제11항에 있어서, 상기 레벨센서는,
상기 헤드에서 연장되는 관형부재와,
상기 관형부재의 내측에 배치되는 회로기판과,
일정 간격으로 상기 회로기판에 장착되는 복수개의 리드스위치와,
상기 관형부재의 외면을 따라 이동가능하게 장착되고 내부에 상기 리드스위치와 작용하는 영구자석을 가지는 플로트
를 포함하는 요소수센더.
제1항 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요소수용액의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더 포함하는 요소수센더.