KR101461875B1 - 배기정화장치 - Google Patents

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Abstract

배기정화장치가 개시된다. 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 감소장치(SCR), 요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크, 상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)가 상기 SCR로 공급되게 상기 요소수용액 저장탱크를 상기 SCR과 연결하는 벤팅라인 및 상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 배출되게 하는 벤트밸브를 포함하여 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)를 벤팅하여 SCR로 공급되게 함으로써, 암모니아 가스(NH3)의 누설을 원천적으로 방지할 수 있다.

Description

배기정화장치{Exhaust gas purification device}
본 발명은 배기정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요소수용액을 이용하여 배기가스에 함유된 질소산화물을 정화시키는 배기정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 엔진을 이용하여 연료를 연소해서 차량의 구동에 필요한 동력을 만들고 있다. 엔진을 이용한 연료의 연소 과정에는 필연적으로 연소가스가 발생되고, 이러한 연소가스는 배기장치를 통해 대기 중으로 방출되고 있다.
최근 들어 지구 환경에 대한 관심이 커지면서 차량으로부터 배출되는 배기가스에 함유된 유해 물질을 저감하기 위해 많은 연구와 개발이 진행되고 있다.
특히 차량에 사용되고 있는 디젤 엔진 혹은 가솔린 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에는 지구 환경에 특히 유해한 입자상 물질(particle material)과 질소 산화물(NOx)을 저감하기 위해 많은 노력들이 기울어지고 있다.
상기 입자상 물질은 디젤매연필터(DPF; Diesel Particulate Filter)를 통해 저감하는 기술이 주류를 이루고 있고, 상기 질소산화물(NOx)을 저감하는 기술로는 LNT(Lean NOx Trap Catalyst)와 UREA-SCR(UREA-Selective Catalyst Reduction) 및 DPNR(Diesel PM and NOx Reduction) 기술들이 주류를 이루고 있다.
상기 UREA-SCR 시스템은 암모니아(NH3)에 의한 선택적 촉매반응으로 질소 산화물(NOx)을 저감하는 기술로서 활성화 온도 범위가 광범위하여 질소 산화물(NOx)의 정화율이 높은 특징이 있다.
상기 암모니아(NH3) 그 자체는 유독하고 발암물질이기 때문에, 인체에 무해한 요소수(UREA) 혹은 요소수용액 형태로 UREA-SCR 시스템에 사용되고 있는 바, 요소수용액 중에 요소의 함량이 32.5%인 요소수용액(독일자동차공업협회가 등록한 요소수용액의 상표로서 Adblue(애드블루)라고 함)이 차량용 UREA-SCR 시스템에 사용되고 있다.
상기 요소수용액(DIN70070)의 특징은 무색, 무취, 무독, 비가연성이며 비료나 화학산업에 널리 쓰이고, 애드블루 요소수용액은 빙점이 -11℃이고, 얼면서 부피가 약 7% 팽창하는 경향이 있으며, PH9~11로서 강염기성 물질이고, 부식성이 매우 강하여 SUS재질을 제외한 대부분의 금속제를 부식시킨다.
상기 요소수용액을 사용하는 UREA-SCR 시스템은 요소수용액을 저장하는 저장탱크와, 요소수용액을 펌핑하여 공급하는 펌프 및, 가열을 위한 히터 등이 구비한 요소수용액 공급시스템을 구비하고 있는 바, 요소수용액 저장탱크에 수용된 요소수용액을 장기간의 차량 미운행으로 방치할 경우에, 암모니아 가스가 발생하여 주변 환경을 오염시키거나 불쾌한 냄새를 유발시킬 염려가 있었다.
그리고 요소수용액 저장탱크에서 암모니아 가스의 유출을 방지하기 위해 스틸 재질의 씰링 커버를 적용하고 있지만, 차량의 중량 증가와 원가 상승을 초래할 뿐만 아니라 암모니아 가스의 누출을 원천적으로 방지할 수 없는 결점이 있었다.
본 발명의 실시예는, 요소수용액 저장탱크에서 발생하는 암모니아 가스의 외부 누출을 원천적으로 방지하여 차량의 상품성을 향상시키고, 주변 환경 오염을 예방할 수 있도록 한 배기정화장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배기정화장치는, 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 감소장치(SCR), 요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크, 상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)가 상기 SCR로 공급되게 상기 요소수용액 저장탱크를 상기 SCR과 연결하는 벤팅라인 및 상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 배출되게 하는 벤트밸브를 포함할 수 있다.
상기 SCR에 의해 정화된 배기가스를 외부로 유도하도록 상기 SCR에 배기관로가 연결되고, 상기 배기관로에는 내연기관의 운전 상태에 따라 상기 배기관로를 개폐하는 개폐밸브가 설치될 수 있다.
상기 개폐밸브는 솔레노이드밸브를 포함할 수 있다.
상기 벤팅라인에는 상기 배기가스가 상기 요소수용액 저장탱크로 역류되는 것을 방지하는 과압밸브가 설치될 수 있다.
상기 배기가스의 유동 경로에서 상기 SCR보다 상류에는 상기 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배기정화장치는, 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC)와, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)및, 선택적 촉매 감소장치(SCR); 상기 DOC와 DPF 및 SCR을 순차적으로 연결함과 더불어 상기 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로; 요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크; 상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)를 상기 배기관로를 따라 유동하는 상기 배기가스의 압력차를 이용하여 상기 SCR로 공급되게 하는 벤팅장치; 및 상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 상기 벤팅장치로 배출되게 하는 벤트밸브를 포함할 수 있다.
상기 벤팅장치는 상기 벤트밸브와 연결된 벤팅라인; 상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 DOC의 전단에 연결된 제1분기관로; 상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 DPF의 후단과 상기 SCR의 전단 사이에 연결된 제2분기관로; 상기 벤팅라인과 상기 제1분기관로 및 제2분기관로 사이의 분지부에 설치된 제트펌프를 포함할 수 있다.
상기 제트펌프는 상기 제1분기관로와 연결된 노즐; 상기 제2분기관로와 연결된 혼합통로; 및 상기 벤팅라인과 연결된 저압유체 유입통로를 포함할 수 있다.
상기 배기가스가 상기 요소수용액 저장탱크로 역류되는 것을 방지하는 과압밸브(OPV)가 상기 벤트밸브에 내장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기정화장치는, 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC)와, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)및, 선택적 촉매 감소장치(SCR); 상기 DOC와 DPF 및 SCR을 순차적으로 연결함과 더불어 상기 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로; 요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크; 상기 DPF와 상기 SCR사이의 상기 배기관로에 설치되어 상기 요소수용액과 상기 배기가스를 혼합하는 SCR믹서; 상기 요소수용액을 상기 배기관로에 분사하는 SCR인젝터; 상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)를 상기 배기관로를 따라 유동하는 상기 배기가스의 압력차를 이용하여 상기 SCR로 공급되게 하는 벤팅장치; 및 상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 상기 벤팅장치로 배출되게 하는 벤트밸브를 포함할 수 있다.
상기 벤팅장치는 상기 벤트밸브와 연결된 벤팅라인; 상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 DPF의 후단과 상기SCR믹서의 전단 사이에 연결된 제1분기관로; 상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 SCR믹서의 후단과 상기 SCR의 전단 사이에 제2분기관로; 상기 벤팅라인과 상기 제1분기관로 및 제2분기관로 사이의 분지부에 설치된 제트펌프를 포함할 수 있다.
상기 제트펌프는 상기 제1분기관로와 연결된 노즐; 상기 제2분기관로와 연결된 혼합통로; 및 상기 벤팅라인과 연결된 저압유체 유입통로를 포함할 수 있다.
상기 DPF의 후단과 상기 SCR믹서의 전단 사이의 상기 배기관로에는 상기 배기관로를 따라 유동하는 상기 배기가스의 유동 압력에 따라 상기 배기관로를 개폐하는 가변밸브가 설치될 수 있다.
상기 가변밸브는 밸브하우징; 상기 밸브하우징에 힌지축을 매개로 회전가능하게 설치된 밸브플랩; 및 상기 밸브플랩을 탄력적으로 지지하는 지지스프링을 포함할 수 있다.
상기 DPF의 후단과 상기 SCR믹서의 전단 사이의 상기 배기관로에는 다수개의 홀이 관통해서 형성된 다공파이프가 설치될 수 있다.
상기 배기가스가 상기 벤팅라인을 통해 상기 요소수용액 저장탱크로 역류하는 것을 방지하는 정압밸브가 상기 벤팅라인에 설치될 수 있다.
상기 요소수용액 저장탱크에는 상기 요소수용액을 펌핑하는 펌프와, 이 펌프에서 펌핑된 상기 요소수용액에 포함되어 있는 이물질을 걸러주는 필터가 각각 내장되고; 상기 필터는 상기 SCR인젝터와 공급관로를 통해 연결되며; 상기 공급관로에는 압력을 조절하는 릴리이프밸브가 설치될 수 있다.
상기 요소수용액 저장탱크에는 상기 요소수용액을 충진하기 위해 필러파이프가 설치되고; 상기 필러파이프에는 상기 요소수용액 저장탱크 내부에 부압이 형성될 때에 외기가 유입되게 하는 정부압밸브가 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기정화장치는, 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC)와, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)및, 선택적 촉매 감소장치(SCR); 상기 DOC와 DPF 및 SCR을 순차적으로 연결함과 더불어 상기 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로; 요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크; 상기 DPF와 상기 SCR사이의 상기 배기관로에 설치되어 상기 요소수용액과 상기 배기가스를 혼합하는 SCR믹서; 상기 요소수용액을 상기 배기관로에 분사하는 SCR인젝터; 상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 요소수용액을 펌핑해서 상기 SCR인젝터로 공급하는 펌프; 상기 펌프와 상기 SCR인젝터를 연결하는 공급관로; 상기 공급관로에 설치되어 상기 공급관로를 통해 공급되는 요소수용액의 공급 압력을 이용해서 상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)를 상기 SCR인젝터로 공급되게 하는 벤팅장치; 및 상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 상기 벤팅장치로 배출되게 하는 벤트밸브를 포함할 수 있다.
상기 벤팅장치는 상기 필터와 상기 공급관로를 통해 연결된 노즐; 상기 SCR인젝터와 상기 공급관로를 통해 연결된 혼합통로; 상기 벤트밸브와 벤팅라인을 통해 연결된 저압유체 유입통로를 구비한 제트펌프를 포함할 수 있다.
상기 벤팅라인에는 상기 요소수용액의 역류하는 것을 방지하기 위해 일방향 체크밸브가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배기정화장치에 의하면, 요소수용액 저장탱크에서 발생되는 암모니아 가스를 SCR(Selective Catalyst Reduction; 선택적 촉매 감소장치)로 배출하여 암모니아 가스의 외부 누출을 원천적으로 방지함으로써, 차량의 상품성을 향상시키고, 주변 환경의 오염을 효과적으로 예방할 수 있다.
또한 구조가 간단하여 차량의 중량 및 원가절감을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배기정화장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 배기정화장치의 구성도이다.
도 3은 제트펌프의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예의 제1변형예에 따른 배기정화장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예의 제2변형예에 따른 배기정화장치의 구성도이다.
도 6은 배기가스 유동 저항체로서 가변밸브의 사시도이다.
도 7은 배기가스 유동 저항체로서 다공파이프의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 배기정화장치의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 배기정화장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 내연기관은 연료의 연소 과정에 발생된 배기가스를 내연기관의 외부로 배출하는 배기계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예가 적용되는 배기계는 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC; Diesel Oxidize Catalyst)와, SCR(Selective Catalyst Reduction; 선택적 촉매 감소장치) 및, 상기 DOC와 SCR을 연결함과 더불어 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로(10)를 포함할 수 있다.
상기 배기가스의 유동 경로에서 상기 DOC는 상기 SCR보다 상류에 위치될 수 있다.
또한 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 정화시켜 저감하기 위해 요소수용액을 사용할 수 있다.
상기 요소수용액은 소정 용적을 가진 요소수용액 저장탱크(20)에 수용되어 저장될 수 있다.
상기 요소수용액 저장탱크(20)에는 소정 양의 요소수용액(30)이 저장될 수 있고, 상기 요소수용액 저장탱크(20)에 저장된 요소수용액(30)은 주변 기온의 변화에 따라 암모니아 가스(NH3)를 발생시킬 수 있다. 통상적으로는 주변 온도가 25℃ 이상이 되면 요소수용액이 증발하여 암모니아 가스(NH3)를 발생시킬 수 있다.
상기 요소수용액 저장탱크(20)의 내부에 암모니아 가스(NH3)가 발생되면, 요소수용액 저장탱크(20) 내부의 압력이 상승하게 되고, 이를 해소하기 위해 요소수용액 저장탱크(20)의 상부에는 벤트밸브(40)가 설치될 수 있다.
상기 벤트밸브(40)는 벤팅라인(Venting line; 50)을 통해 상기 SCR과 연통되게 연결될 수 있다.
이에 따라 상기 요소수용액 저장탱크(20)의 내부에서 발생하여 상기 벤트밸브(40)를 통해 외부로 배출되는 암모니아 가스 (NH3)는 상기 벤팅라인(50)을 통해 상기 SCR로 공급된다.
상기 SCR로 공급된 암모니아 가스(NH3)는, 내연기관의 운전 정지시에 상기SCR을 통해 배기관로(10)를 거쳐서 외부로 누출될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 상기 배기관로(10)에는 개폐밸브(60)가 설치될 수 있다.
상기 개폐밸브(60)는 솔레노이드밸브로 구성할 수 있고, 전자제어유니트 혹은 엔진제어유니트(ECU)의 제어신호를 인가받아 개폐 작동할 수 있다.
상기 전자제어유니트는 내연기관을 탑재한 차량이 운행하지 않을 때에는 상기 개폐밸브(60)를 매개로 상기 배기관로(10)를 막아서 상기 SCR로 공급된 암모니아 가스(NH3)가 배기관로(10)를 통해 외부로 누설되는 것을 방지하고, 차량이 운행될 경우에는 상기 개폐밸브(60)를 개방하여 배기관로(10)를 통해 배기가스가 외부로 원활하게 배출될 수 있도록 한다.
상기 벤팅라인(50)에는 과압밸브(OPV; Over Pressure Valve)가 설치되어, 배기가스가 벤팅라인(50)을 통해 요소수용액 저장탱크(20)로 역류되는 것을 방지할 수 있다.
상기 벤팅라인(50)을 통해 상기 SCR로 공급된 암모니아 가스(NH3)는 내연기관의 작동시에 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 화학반응을 하여 배기가스를 정화시킴으로써 배기가스의 질소산화물의 배출을 저감시킨다.
본 발명의 제2실시예를 도시한 도 2를 참조하면, 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 내연기관은 연료의 연소 과정에 발생된 배기가스를 내연기관의 외부로 배출하는 배기계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예가 적용되는 배기계는 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC; Diesel Oxidize Catalyst)와, DPF(Diesel Particulate Filter; 디젤 입자상 물질 필터), SCR(Selective Catalyst Reduction; 선택적 촉매 감소장치) 및, 상기 DOC와 DPF 및 SCR을 연결함과 더불어 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로(110)를 포함할 수 있다.
또한 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 정화시켜 저감하기 위해 요소수용액을 사용할 수 있다.
상기 요소수용액은 소정 용적을 가진 요소수용액 저장탱크(120)에 수용되어 저장될 수 있다.
상기 요소수용액 저장탱크(120)에는 소정 양의 요소수용액이 저장될 수 있고, 상기 요소수용액 저장탱크(120)에 저장된 요소수용액이 주변 기온의 변화에 따라 암모니아 가스(NH3)를 발생시키면 요소수용액 저장탱크(120) 내부의 압력이 상승하게 되고, 이를 해소하기 위해 요소수용액 저장탱크(120)의 상부에 벤트밸브(140)가 설치될 수 있다.
상기 벤트밸브(140)는 벤팅라인(150)을 통해 상기 배기관로(110)와 연통되게 연결될 수 있다. 상기 벤팅라인(150)의 선단부에는 분지부가 형성되고, 이 분지부로부터 제1분기관로(152)와 제2분기관로(154)가 각각 분지될 수 있다.
상기 제1분기관로(152)는 상기 분지부로부터 상기 DOC 전단의 배기관로(110)에 연결될 수 있고, 상기 제2분기관로(154)는 상기 분지부로부터 상기 DPF 후단과 상기 SCR 전단 사이의 상기 배기관로(110)에 연결될 수 있다.
즉 상기 제1분기관로(152)와 제2분기관로(154)는 배기관로(110)에서 압력차가 발생하는 2곳에 연결된다.
본 제2실시예에서는 상기 DOC와 상기 DPF가 배기관로(110)에서 배기가스의 유동을 방해하는 저항체 역할을 하여 압력차를 발생시키는 역할을 하게 된다.
상기 분지부에는 제트펌프(160)가 설치될 수 있다. 상기 제트펌프(160)는 기히 공지된 바와 같이 노즐에서 분출되는 고압 유체의 운동에너지를 이용하여 저압 유체를 펌핑하는 역할을 한다.
상기 벤트밸브(140)에는 상기 과압밸브(OPV)가 일체로 내장될 수 있다.
상기 벤팅라인(150)과 상기 제트펌프(160), 상기 제1분기관로(152) 및 제2분기관로(154)는 상기 벤트밸브(140)를 통해 배출되는 암모니아 가스(NH3)를 배기가스의 압력을 이용하여 상기 SCR로 공급되게 하는 벤팅장치를 구성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제트펌프(160)는 대체로 사각 단면을 가지는 펌프하우징(162)의 한쪽 부위에 노즐(164)이 형성되고, 상기 노즐(164)의 반대편에는 혼합통로(166)가 형성되며, 상기 노즐(164)과 직교하는 방향으로 저압유체 유입통로(168)가 각각 형성된 구조를 가질 수 있다.
상기 펌프하우징(162)의 노즐(164)에는 상기 제1분기관로(152)가 연결되고, 상기 혼합통로(166)에는 상기 제2분기관로(154)가 연결되며, 상기 저압유체 유입통로(168)에는 상기 벤팅라인(150)이 각각 연결될 수 있다.
상기 제1분기관로(152)로부터 고압의 배기가스가 상기 노즐(164)로 유입된 다음에 노즐(164)을 통해 상기 혼합통로(166)로 분출되면, 상기 노즐(164) 주변에는 상대적으로 부압이 형성되고, 이렇게 형성된 부압은 상기 저압유체 유입통로(168)에 작용해서 저압유체 유입통로(168)를 통해 상기 벤팅라인(150)에 잔류하는 암모니아 가스(NH3)를 흡입하여 상기 혼합통로(166)로 송출하게 된다.
따라서 상기 혼합통로(166)에서는 상기 노즐(164)을 통해 분출되는 배기가스와 상기 벤팅라인(150)을 통해 유입된 암모니아 가스(NH3)가 혼합되어 상기 제2분기관로(154)를 통해 상기 배기관로(110)를 거쳐서 상기 SCR로 공급되게 된다.
상기 SCR로 공급된 배기가스와 암모니아 가스(NH3)의 혼합기체는 상기 SCR에서 질소산화물(NOx)과 화학반응을 하여 배기가스의 질소산화물(NOx)의 배출을 저감하게 된다.
그러므로 상기 요소수용액 저장탱크(120)에서 발생된 암모니아 가스(NH3)는 배기가스의 배출 압력으로 자연스럽게 상기 SCR로 송출되어, 암모니아 가스(NH3)의 누출을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 배기가스의 유동 경로를 형성하는 상기 배기관로(110)에는 상류로부터 하류로 갈수록 DOC와 DPF 및 SCR이 순차적으로 연결되어, 상기 배기관로(110)를 통해 유동하는 배기가스를 정화시키게 되어 있다.
상기 배기관로(110)에 상기 제1분기관로(152)와 연결되는 부위와, 상기 제2분기관로(154)가 연결되는 부위 사이에 차압력을 발생시키기 위해 배기가스의 유동 저항체로서 SCR믹서(170)를 사용할 수 있다.
즉 상기 제1분기관로(152)는 상기 DPF의 후단과 상기 SCR믹서(170)의 전단 사이의 배기관로(110)에 연결되고, 상기 제2분기관로(154)는 상기 SCR믹서(170)의 후단과 상기 SCR의 전단 사이의 배기관로(110)에 연결될 수 있다.
상기 SCR믹서(170)의 전단에는 요소수용액을 배기관로(110)에 분사하는 SCR인젝터(180)가 설치될 수 있다.
상기 SCR인젝터(170)를 통해 요소수용액이 배기관로(110)에 분사되어 상기 SCR믹서(170)로 유입되면, 상기 SCR믹서(170)는 요소수용액과 배기가스를 혼합하는 역할을 한다.
도 5를 참조하면, 필요에 따라 배기가스 유동 저항체로서 가변밸브(190)를 상기 배기관로(110)에 추가로 설치할 수 있다.
상기 가변밸브(190)는 상기 제1분기관로(152)가 배기관로(110)에 연결되는 부위와, 상기 제2분기관로(154)가 배기관로(110)에 연결되는 부위 사이에 설치된다.
도 6을 참조하면, 상기 가변밸브(190)는 상기 배기관로(110)를 통해 유동하는 배기가스의 압력에 따라 배기관로(110)를 개폐하는 형태로서, 밸브하우징(190a)과, 이 밸브하우징(190a)에 힌지축(190b)을 매개로 회전가능하게 설치된 밸브플랩(190c) 및, 상기 밸브플랩(190c)을 탄력적으로 지지하는 지지스프링(190d) 등을 구비할 수 있다.
상기와 같이 가변밸브(190)를 배기관로(110)에 설치하면, 내연기관의 저부하운전시에는 상기 가변밸브(190)가 배기관로(110)를 통해 유동하는 배기가스의 유동 저항체 역할을 하여, 2개의 분기관로(152, 154) 사이에 적절한 압력차가 발생되게 함으로써, 요소수용액 저장탱크(120)로부터 방출되는 암모니아 가스(NH3)가 상기 SCR에 원활하게 공급되게 한다.
내연기관의 고부하 운전시에는 상기 가변밸브(190)가 배기가스의 압력으로 완전히 개방되어, 배기가스의 유동 저항체 역할을 하지 않으므로 내연기관의 출력을 향상시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 배기가스 유동 저항체로서 다수개의 홀(194a)이 관통해서 형성된 다공파이프(194)를 사용할 수 있다.
본 발명의 제3실 예를 나타내는 도 8을 참조하면, 필요에 따라 상기 벤팅라인(150)에는 배기가스가 상기 요소수용액 저장탱크(120)로 역류하는 것을 방지하기 위해 정압밸브 혹은 일방향 체크밸브(156)를 설치할 수 있다.
상기 정압밸브(156)는 상기 벤트밸브(140)에 일체로 내장하여 설치할 수 있다.
상기 요소수용액 저장탱크(120)의 내부에는 요소수용액을 펌핑하여 공급하는 펌프(122)와, 이 펌프(122)에서 펌핑된 요소수용액에 함유된 이물질을 걸러주는 필터(124)가 각각 내장되게 설치될 수 있다.
상기 필터(124)는 상기 공급관로(158)를 통해 상기 SCR인젝터(180)와 연결되어, 상기 필터(124)에서 이물질이 걸러진 요소수용액이 상기 공급관로(158)를 거쳐서 상기 SCR인젝터(180)를 매개로 상기 배기관로(110)로 분산될 수 있다.
또한 상기 공급관로(158)로 공급되는 요소수용액의 공급 압력을 조절하기 위해 상기 공급관로(158)에 릴리이프밸브(126)가 설치될 수 있다.
그리고 상기 요소수용액 저장탱크(120)에 요소수용액을 충진하기 위해 필러파이프(128)가 설치될 수 있다.
상기 필러파이프(128)에는 상기 제트펌프(160)에 의해 생성된 부압에 의해 요소수용액 저장탱크(120) 내부의 암모니아 가스(NH3)가 원활하게 상기 제트펌프(160)로 유입될 수 있도록 요소수용액 저장탱크(120) 내부에 부압이 형성될 때에 외기가 유입되게 하는 정부압밸브(129)가 설치될 수 있다.
상기 정부압밸브(129)는 상기 필러파이프(128)의 필러캡(128a)에 설치되거나 혹은 상기 요소수용액 저장탱크(120)의 상부에 설치될 수 있다.
본 발명의 제4실시예를 나타내는 도 9를 참조하면, 상기 필터(124)와 상기 SCR인젝터(180) 사이의 공급관로(158)에는 상기 제트펌프(160)가 설치될 수 있다.
상기 제트펌프(160)의 노즐(164)은 상기 필터(124)와 공급관로(158)를 통해 연결되고, 상기 제트펌프(160)의 혼합통로(166)는 상기 공급관로(158)를 통해 상기 SCR인젝터(180)와 연결되며, 상기 제트펌프(160)의 저압유체 유입통로(168)는 벤팅라인(150)을 통해 상기 벤트밸브(140)와 연결될 수 있다.
상기 벤팅라인(150)에는 내연기관의 운전이 정지되었을 때에 요소수용액이 벤팅라인(150)으로 역류하여 동결되면서 벤트밸브(140)를 동파하는 것을 방지하기 위해 정압밸브 혹은 일방향 체크밸브(156)가 설치될 수 있다.
상기 제트펌프(160)와 상기 벤팅라인(150)은 벤팅장치를 구성한다.
상기 체크밸브(202)는 상기 벤팅라인(200)에 설치하거나 혹은 상기 벤트밸브(140)에 내장하여 일체로 구성할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: 배기관로
20: 요소수용액 저장탱크
30: 요소수용액
40: 벤트밸브
50: 벤팅라인
60: 개폐밸브
160: 제트펌프
170: SCR믹서
180: SCR인젝터
190: 가변밸브
194: 다공파이프

Claims (21)

  1. 배기가스를 정화시키는 선택적 촉매 감소장치(SCR);
    요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크;
    상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)가 상기 SCR로 공급되게 상기 요소수용액 저장탱크를 상기 SCR과 연결하는 벤팅라인; 및
    상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 배출되게 하는 벤트밸브를 포함하고;
    상기 SCR에 의해 정화된 배기가스를 외부로 유도하도록 상기 SCR에 배기관로가 연결되고;
    상기 배기관로에는 내연기관의 운전 상태에 따라 상기 배기관로를 개폐하는 개폐밸브가 설치된 배기정화장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개폐밸브는 솔레노이드밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅라인에는 상기 배기가스가 상기 요소수용액 저장탱크로 역류되는 것을 방지하는 과압밸브(OPV)가 설치된 배기정화장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스의 유동 경로에서 상기 SCR보다 상류에는 상기 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC)가 설치된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  6. 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC)와, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)및, 선택적 촉매 감소장치(SCR);
    상기 DOC와 DPF 및 SCR을 순차적으로 연결함과 더불어 상기 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로;
    요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크;
    상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)를 상기 배기관로를 따라 유동하는 상기 배기가스의 압력차를 이용하여 상기 SCR로 공급되게 하는 벤팅장치; 및
    상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 상기 벤팅장치로 배출되게 하는 벤트밸브를 포함하고;
    상기 벤팅장치는
    상기 벤트밸브와 연결된 벤팅라인;
    상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 DOC의 전단에 연결된 제1분기관로;
    상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 DPF의 후단과 상기 SCR의 전단 사이에 연결된 제2분기관로; 및
    상기 벤팅라인과 상기 제1분기관로 및 제2분기관로 사이의 분지부에 설치된 제트펌프를 포함하는 배기정화장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제트펌프는
    상기 제1분기관로와 연결된 노즐;
    상기 제2분기관로와 연결된 혼합통로; 및
    상기 벤팅라인과 연결된 저압유체 유입통로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배기가스가 상기 요소수용액 저장탱크로 역류되는 것을 방지하는 과압밸브(OPV)가 상기 벤트밸브에 내장된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  10. 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC)와, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)및, 선택적 촉매 감소장치(SCR);
    상기 DOC와 DPF 및 SCR을 순차적으로 연결함과 더불어 상기 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로;
    요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크;
    상기 DPF와 상기 SCR사이의 상기 배기관로에 설치되어 상기 요소수용액과 상기 배기가스를 혼합하는 SCR믹서;
    상기 요소수용액을 상기 배기관로에 분사하는 SCR인젝터;
    상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)를 상기 배기관로를 따라 유동하는 상기 배기가스의 압력차를 이용하여 상기 SCR로 공급되게 하는 벤팅장치; 및
    상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 상기 벤팅장치로 배출되게 하는 벤트밸브를 포함하고;
    상기 벤팅장치는
    상기 벤트밸브와 연결된 벤팅라인;
    상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 DPF의 후단과 상기SCR믹서의 전단 사이에 연결된 제1분기관로;
    상기 벤팅라인으로부터 분지되어 상기 배기관로의 상기 SCR믹서의 후단과 상기 SCR의 전단 사이에 제2분기관로; 및
    상기 벤팅라인과 상기 제1분기관로 및 제2분기관로 사이의 분지부에 설치된 제트펌프를 포함하는 배기정화장치.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제트펌프는
    상기 제1분기관로와 연결된 노즐;
    상기 제2분기관로와 연결된 혼합통로; 및
    상기 벤팅라인과 연결된 저압유체 유입통로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 DPF의 후단과 상기 SCR믹서의 전단 사이의 상기 배기관로에는 상기 배기관로를 따라 유동하는 상기 배기가스의 유동 압력에 따라 상기 배기관로를 개폐하는 가변밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가변밸브는
    밸브하우징;
    상기 밸브하우징에 힌지축을 매개로 회전가능하게 설치된 밸브플랩; 및
    상기 밸브플랩을 탄력적으로 지지하는 지지스프링;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 DPF의 후단과 상기 SCR믹서의 전단 사이의 상기 배기관로에는 다수개의 홀이 관통해서 형성된 다공파이프가 설치된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 배기가스가 상기 벤팅라인을 통해 상기 요소수용액 저장탱크로 역류하는 것을 방지하는 정압밸브가 상기 벤팅라인에 설치된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 요소수용액 저장탱크에는 상기 요소수용액을 펌핑하는 펌프와, 이 펌프에서 펌핑된 상기 요소수용액에 포함되어 있는 이물질을 걸러주는 필터가 각각 내장되고;
    상기 필터는 상기 SCR인젝터와 공급관로를 통해 연결되며;
    상기 공급관로에는 압력을 조절하는 릴리이프밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 요소수용액 저장탱크에는 상기 요소수용액을 충진하기 위해 필러파이프가 설치되고;
    상기 필러파이프에는 상기 요소수용액 저장탱크 내부에 부압이 형성될 때에 외기가 유입되게 하는 정부압밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
  19. 배기가스를 정화시키는 디젤산화촉매(DOC)와, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)및, 선택적 촉매 감소장치(SCR);
    상기 DOC와 DPF 및 SCR을 순차적으로 연결함과 더불어 상기 배기가스의 배출 경로를 형성하는 배기관로;
    요소수용액을 저장하는 요소수용액 저장탱크;
    상기 DPF와 상기 SCR사이의 상기 배기관로에 설치되어 상기 요소수용액과 상기 배기가스를 혼합하는 SCR믹서;
    상기 요소수용액을 상기 배기관로에 분사하는 SCR인젝터;
    상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 요소수용액을 펌핑해서 상기 SCR인젝터로 공급하는 펌프;
    상기 펌프와 상기 SCR인젝터를 연결하는 공급관로;
    상기 공급관로에 설치되어 상기 공급관로를 통해 공급되는 요소수용액의 공급 압력을 이용해서 상기 요소수용액 저장탱크에서 생성된 암모니아 가스(NH3)를 상기 SCR인젝터로 공급되게 하는 벤팅장치; 및
    상기 요소수용액 저장탱크에 설치되어 상기 암모니아 가스(NH3)가 상기 요소수용액 저장탱크로부터 상기 벤팅장치로 배출되게 하는 벤트밸브를 포함하고;
    상기 벤팅장치는
    상기 필터와 상기 공급관로를 통해 연결된 노즐;
    상기 SCR인젝터와 상기 공급관로를 통해 연결된 혼합통로; 및
    상기 벤트밸브와 벤팅라인을 통해 연결된 저압유체 유입통로를 구비한 제트펌프를 포함하는 배기정화장치.
  20. 삭제
  21. 제19항에 있어서,
    상기 벤팅라인에는 상기 요소수용액의 역류하는 것을 방지하기 위해 일방향 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 배기정화장치.
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