KR101498181B1 - 이중 분사형 우레아 믹싱장치 - Google Patents

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이병호
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Abstract

본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배출가스가 지날 수 있는 내부유로를 갖되, 배출가스 유동방향이 일측을 향하도록 배열되는 우레아 믹싱부와, 상기 우레아 믹싱부의 출구측에 연결되되 배출가스 유동방향이 상기 우레아 믹싱부의 배출가스 유동방향과 교차하는 방향으로 배치되며 SDPF가 내측에 장착되는 SDPF 장착부를 구비하는 하우징; 상기 우레아 믹싱부의 입구측에 설치되며, 상기 우레아 믹싱부 출구측을 향해 우레아 수용액을 두 갈래로 분사하는 우레아 분사노즐; 및 상기 우레아 믹싱부의 내측 중 상기 우레아 분사노즐로부터 분사된 두 갈래의 우레아 수용액 분사영역에 각각 장착됨으로써 배출가스와 우레아 수용액 입자가 혼합된 유체에 나선형 와류를 발생시키는 우레아 혼합기;를 포함한다.

Description

이중 분사형 우레아 믹싱장치 {Urea mixing apparatus having double injection nozzle}
본 발명은 차량의 엔진에서 배출되는 배출가스에 우레아 수용액을 효과적으로 혼합시키기 위한 우레아 믹싱장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 우레아 수용액을 두 갈래로 분사하고 각각의 우레아 수용액 분사영역에 나선형 와류를 발생시킴으로써 우레아 수용액 입자가 균일하게 배출가스에 혼합될 수 있도록 하는 우레아 믹싱장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기 파이프를 통해 대기로 방출된다.
디젤 엔진에서 촉매장치는 배출가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하기 위한 장치로서, 배출가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하기 위한 촉매 담체가 내부에 배치되어 엔진에서 배출되는 각종 배기가스를 화학적 변환과정을 통하여 정화한다.
상기와 같은 역할을 하는 촉매장치에 적용되는 촉매형식 중의 하나로 선택적 촉매장치(Selective Catalytic Reduction ; SCR)가 있다. 선택적 촉매장치는 NOx를 정화하기 위한 환원제로 암모니아(NH3)를 사용하는 것으로 NOx에 대한 선택도가 매우 우수할 뿐만 아니라, 산소가 존재하는 경우에도 NOx와 암모니아 사이의 반응이 촉진되는 장점이 있어 디젤 엔진에 적용되고 있다.
그에 대한 반응식은 다음과 같다.
NOx + NH3(암모니아) → N2 + H2O
선택적 촉매장치에서 암모니아를 획득하기 위해서는 우레아(Urea) 수용액을 SCR 촉매장치의 상류측에 주입하고, 우레아 수용액의 증발 및 분해에 따라 생성되는 암모니아를 취득하여 NOx를 선택적으로 환원시키도록 한다. 통상적으로 우레아 수용액의 주입량을 증가시키게 되면 NOx 정화율도 증가하는 경향을 보이나, 일정량 이상의 우레아 수용액을 주입하게 되면 생성된 암모니아가 분해되지 않거나 반응하지 않고 남게 되어 대기중으로 배출되어 더 심각한 환경오염을 유발시키게 되는 문제점이 발생한다. 특히, 과도한 암모니아의 생성으로 인하여 배기관을 통해 배출되는 경우 악취를 유발시키게 되어 차량의 품질을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.
따라서 우레아 수용액의 주입량을 적정하게 유지시키면서 NOx의 정화율을 높이는 것이 매우 중요하다. 현재에는 선택적 촉매장치의 NOx 정화율을 높이기 위한 방법으로 엔진 회전수와 배출가스의 온도로부터 배기가스에 포함되는 NOx 량을 산출한 다음 우레아 수용액의 주입량을 결정하여 분사하는 방식이 제공되고 있다.
또한, 최근 들어서는 DPF(Diesel Particular Filter)에 SCR촉매를 코팅한 SDPF 사용이 증가하고 있는데, 이와 같이 SDPF에 우레아 수용액을 분사하여 NOx를 정화하고자 하는 경우 NOx 정화효율을 높이기 위해서는 우레아 수용액 입자와 배기가스가 고르게 혼합되어야 한다. 우레아 수용액 입자와 배기가스가 고르게 혼합되기 위해서는 우레아 수용액 입자와 배기가스가 혼합되는 시간이 충분히 확보되어야 하는바, 우레아 분사노즐로부터 SDPF까지의 거리가 기준치 이상으로 길게 제공되어야 한다. 그러나 우레아 분사노즐과 SDPF가 일렬로 배열되면 우레아 믹싱장치가 대형화된다는 문제점이 있다.
또한, 우레아 수용액 입자와 배기가스가 고르게 혼합되기 위해서는 우레아 수용액 입자의 분무 균일도가 향상되어야 하는데, 현재까지는 단순히 우레아 수용액을 스프레이 방식으로 분사하는 방법만이 상용화되어 있을 뿐, 분사된 우레아 수용액 입자를 보다 균일하게 배출가수에 혼합시키는 장치는 제안된 바 없으므로, 우레아 수용액의 분무 균일도 향상에는 한계가 있다는 문제점이 있다.
KR 10-0999615 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 엔진에서 배출되는 배출가스에 우레아 수용액을 혼합시키되, 우레아 분사노즐과 SDPF 간의 거리가 길게 확보되면서도 장치의 소형화가 가능하고, 우레아 분사노즐에서 분사되는 우레아 수용액이 배출가스와 혼합되는 지점에 나선형 와류를 발생시킴으로써 우레아 수용액 입자를 보다 균일하게 배출가스에 혼합시킬 수 있는 이중 분사형 우레아 믹싱장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배출가스가 지날 수 있는 내부유로를 갖되, 배출가스 유동방향이 일측을 향하도록 배열되는 우레아 믹싱부와, 상기 우레아 믹싱부의 출구측에 연결되되 배출가스 유동방향이 상기 우레아 믹싱부의 배출가스 유동방향과 교차하는 방향으로 배치되며 SDPF가 내측에 장착되는 SDPF 장착부를 구비하는 하우징; 상기 우레아 믹싱부의 입구측에 설치되며, 상기 우레아 믹싱부 출구측을 향해 우레아 수용액을 두 갈래로 분사하는 우레아 분사노즐; 및 상기 우레아 믹싱부의 내측 중 상기 우레아 분사노즐로부터 분사된 두 갈래의 우레아 수용액 분사영역에 각각 장착됨으로써 배출가스와 우레아 수용액 입자가 혼합된 유체에 나선형 와류를 발생시키는 우레아 혼합기;를 포함한다.
상기 우레아 혼합기는, 내부유로가 나선형을 이루도록 형성되어 두 갈래의 우레아 분사경로 상에 각각 장착되는 한 쌍의 스월유닛과, 상기 우레아 믹싱부의 내측면에 고정 결합되며 상기 한 쌍의 스월유닛이 관통하는 구조로 장착되는 장착브라켓을 포함한다.
상기 스월유닛은, 상기 장착브라켓을 상하방향으로 관통하도록 장착되는 외측관과, 상기 외측관의 중심점을 기준으로 방사형으로 배열되어 상기 외측관과 일체로 결합되는 다수 개의 방사형 분할판과, 상기 방사형 분할판의 하단으로부터 하향으로 연장되되 상기 방사형 분할판의 배열방향을 따라 만곡된 다수 개의 블레이드판을 포함하여 구성된다.
상기 한 쌍의 스월유닛은 일정 간격 이격되도록 상기 장착브라켓에 결합되며, 각 스월유닛의 외측관은 길이방향이 상기 우레아 분사노즐에서 분사된 두 갈래의 우레아 분사방향과 일치하도록 배치된다.
상기 방사형 분할판 중 적어도 일부의 방사형 분할판은 상기 외측관의 중심축 상에서 상호 연결되며, 상호 연결된 방사형 분할판의 상면 중 상기 외측관의 중심에 위치하는 부위에는 상기 우레아 분사노즐을 향해 뾰족하게 돌출되는 쐐기형 돌출단이 구비된다.
상기 스월유닛은, 상기 외측관과 동심원을 이루도록 상기 외측관의 내측에 배치되어 상기 방사형 분할판과 일체로 결합되는 하나 이상의 내측관을 더 포함한다.
상기 장착브라켓은, 상기 우레아 믹싱부의 유로를 가로지르도록 배치되며 가장자리 끝단 전체가 상기 우레아 믹싱부의 내측면에 밀착된다.
상기 하우징은, 배출가스 유동방향이 일측을 향하되 출구가 상기 우레아 믹싱부의 입구에 연결되도록 배치되며 내부에 LNT가 장착되는 LNT 장착부를 더 포함하고, 상기 LNT 장착부와 상기 SDPF 장착부는 배출가스 유동방향이 상호 반대를 이루도록 나란하게 배열된다.
상기 LNT 장착부와 상기 SDPF 장착부는 배출가스 유동방향이 수평을 향하도록 상하로 배열되고, 상기 우레아 믹싱부는 배출가스 유동방향이 하측을 향하도록 수직으로 배열되며, 상기 우레아 분사노즐은 상기 우레아 믹싱부의 천정면에 위치되고, 상기 우레아 혼합기는 상기 우레아 믹싱부 중 상기 LNT 장착부가 연결된 지점과 상기 SDPF 장착부가 연결된 지점 사이에 위치된다.
본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치를 이용하면, 차량의 엔진에서 배출되는 배출가스에 우레아 수용액을 혼합시킨 후 SDPF로 전달하여 NOx 환원율을 높일 수 있고, 우레아 분사노즐과 SDPF 간의 거리가 길게 확보되면서도 전체 장치의 소형화가 가능해지며, 우레아 분사노즐에서 분사되는 우레아 수용액이 배출가스와 혼합되는 지점에 나선형 와류를 발생되므로 우레아 수용액 입자와 배출가스가 보다 균일하게 배출가스에 혼합될 수 있다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치의 사시도 및 수직단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치 중 우레아 믹싱부만을 수직으로 절개한 사시도 및 정면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치에 포함되는 우레아 혼합기의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 우레아 혼합기에 포함되는 스월유닛의 사시도 및 저면사시도이다.
도 8은 와류발생 방향을 도시하는 스월유닛의 저면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치의 사시도 및 수직단면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치 중 우레아 믹싱부만을 수직으로 절개한 사시도 및 정면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치에 포함되는 우레아 혼합기의 사시도이다.
본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치는 SCR(Selective Catalytic Reduction)이나 SCR이 코팅된 DPF(Diesel Particular Filter) 즉, SDPF(300)에 우레아 수용액을 분사시켜 배출가스에 포함된 NOx를 수소와 물로 환원시키기 위한 장치로서, 분사된 우레아 수용액이 어느 일부에만 집중되지 아니하고 배출가스의 유로 전체에 걸쳐 고르게 분배될 수 있으면서, 장치의 소형화가 가능하도록 구성된다는 점에 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배출가스가 지날 수 있는 내부유로를 갖는 하우징(100)과, 우레아 수용액을 둘 이상의 갈래로 분사하는 우레아 분사노즐(400)과, 상기 우레아 분사노즐(400)에서 분사된 우레아 수용액을 배출가스에 고르게 혼합시키는 우레아 혼합기(500)를 기본 구성요소로 갖는다.
상기 하우징(100)은, 배출가스 유동방향이 일측(본 실시예에서는 하측)을 향하도록 배열되는 우레아 믹싱부(130)와, 배출가스 유동방향이 일측을 향하되 출구가 상기 우레아 믹싱부(130)의 입구에 연결되도록 배치되며 내부에 LNT(200)가 장착되는 LNT 장착부(110)와, 상기 우레아 믹싱부(130)의 출구측에 연결되되 배출가스 유동방향이 상기 우레아 믹싱부(130)의 배출가스 유동방향과 교차하는 방향(본 실시예에서는 수평방향)으로 배치되며 SDPF(300)가 내측에 장착되는 SDPF 장착부(120)를 포함하여 구성된다. 따라서 하우징(100)의 입구 즉, LNT 장착부(110)로 유입된 배출가스는 LNT(200)를 지나면서 질소산화물(NOx)이 일정 수준 저감된 후 우레아 믹싱부(130)를 통해 SDPF 장착부(120)로 유입된다. 또한, 상기 우레아 혼합기(500)는, 내부유로가 나선형을 이루도록 형성되어 두 갈래의 우레아 분사경로 상에 각각 장착되는 한 쌍의 스월유닛(510, 520)과, 상기 우레아 믹싱부(130)의 내측면에 고정 결합되며 상기 한 쌍의 스월유닛(510, 520)이 관통하는 구조로 장착되는 장착브라켓(502)을 포함하도록 구성되어, 배출가스가 스월유닛 내부를 지나면서 나선형 와류를 발생시킬 수 있도록 구성된다.
이때, 배출가스가 SDPF(300)와 접촉될 때 NOx가 저감될 수 있도록 상기 우레아 분사노즐(400)은 우레아 믹싱부(130)를 지나는 배출가스에 우레아 수용액을 분사하도록 장착되며, 우레아 믹싱부(130)를 지나는 배출가스와 우레아 수용액 간의 접촉시간이 최대한 길게 확보될 수 있도록 상기 우레아 분사노즐(400)은 우레아 믹싱부(130)의 입구측에 설치되되 우레아 믹싱부(130)의 출구측을 향해(본 실시예에서는 하측을 향해) 우레아 수용액을 분사하도록 구성된다. 또한, 상기 우레아 분사노즐(400)이 우레아 수용액을 한 갈래로 분사하도록 구성되면, 배출가스와 우레아 수용액 간의 접촉면적을 증대시키는데 한계가 있으므로, 상기 우레아 분사노즐(400)은 우레아 수용액을 두 갈래 이상으로 분사하도록 구성된다. 상기 우레아 분사노즐(400)은 우레아 수용액을 본 실시예에 도시된 바와 같이 두 갈래로 분사하도록 구성될 수도 있고, 셋 이상의 갈래로 분사하도록 구성될 수도 있다. 그러나 우레아 수용액 분사방향이 너무 여러 방향으로 분사되면 우레아 수용액 분사압력이 감소되어 우레아 수용액 입자가 커질 수도 있고 우레아 분사노즐(400) 구조가 복잡해지므로, 상기 우레아 수용액 분사방향은 본 실시예에 도시된 바와 같이 두 갈래로 설정됨이 바람직하다. 이때 유체를 둘 이상의 갈래로 분사하는 노즐은 본원발명이 해당하는 기술분야에서 널리 상용화된 제품이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 언급한 바와 같이 우레아 분사노즐(400) 후단측(본 실시예에서는 하측)에 우레아 혼합기(500)가 구비되면, 우레아 분사노즐(400)에서 분사된 우레아 수용액 입자가 우레아 믹싱부(130)를 지나는 배출가스 전체에 걸쳐 고르게 섞이지 못하게 된다 하더라도, 우레아 혼합기(500)에 의해 발생된 와류영역을 지나면서 상기 배출가스와 우레아 수용액 입자가 매우 고르게 혼합되는바, SDPF(300)의 표면 전체에 걸쳐 우레아 수용액 입자가 고르게 접촉되어 NOx 환원효율이 향상된다는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 하우징(100)의 LNT 장착부(110)와 우레아 믹싱부(130)와 SDPF 장착부(120)가 일렬로 배열되면, 전체 장치의 길이가 길어져 차량 장착에 어려움이 있을 수 있고, 상기 배출가스가 우레아 혼합기(500)를 지나기 이전까지는 정상상태(steady state)를 유지하므로 우레아 수용액 입자와의 믹싱이 거의 이루어지지 아니할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치는, 배출가스가 우레아 혼합기(500)를 지나기 이전에 유동방향 변경이 발생되도록 하우징(100)이 절곡 구조로 제작되고, 상기 우레아 분사노즐(400)은 상기 하우징(100)의 절곡 영역에 설치된다. 즉, 상기 LNT 장착부(110)와 상기 SDPF 장착부(120)는 배출가스 유동방향이 수평을 향하도록 상하로 배열되고, 상기 우레아 믹싱부(130)는 배출가스 유동방향이 하측을 향하도록 수직으로 배열되며, 상기 우레아 분사노즐(400)은 상기 우레아 믹싱부(130)의 천정면에 위치되고, 상기 우레아 혼합기(500)는 상기 우레아 믹싱부(130) 중 상기 LNT 장착부(110)가 연결된 지점과 상기 SDPF 장착부(120)가 연결된 지점 사이에 위치된다.
이와 같이 하우징(100)이 'ㄷ'자 형상으로 형성되면, 배출가스가 하우징(100)의 절곡된 지점(더 명확하게는 LNT 장착부(110)와 우레아 믹싱부(130) 연결지점)을 지나면서 비정상상태(unsteady state)가 되므로, 상기 우레아 분사노즐(400)에서 분사된 우레아 수용액 입자가 배출가스와 어느 정도 섞인 후 우레아 혼합기(500)로 공급될 수 있고, 이에 따라 배출가스와 우레아 수용액 입자가 더욱 고르게 혼합될 수 있게 된다.
한편, 우레아 혼합기(500) 측으로 유동된 배출가스는 제1 스월유닛(510)이나 제2 스월유닛(520)을 지나야만 와류가 발생되는바, 상기 우레아 혼합기(500)는 우레아 믹싱부(130)를 지나는 배출가스가 모두 제1 스월유닛(510) 또는 제2 스월유닛(520)을 지날 수 있도록, 상기 장착브라켓(502)은 우레아 믹싱부(130)의 유로를 가로지르도록 배치되되 가장자리 끝단 전체가 상기 우레아 믹싱부(130)의 내측면에 밀착되도록 결합됨이 바람직하다. 이와 같이 장착브라켓(502)의 가장자리가 우레아 믹싱부(130)의 내측면에 밀착되면, 우레아 믹싱부(130)를 지나는 배출가스는 모두 제1 스월유닛(510)이나 제2 스월유닛(520)을 지남으로써 와류를 일으키게 되므로, 우레아 수용액 입자가 매우 고르게 혼합될 수 있다는 효과를 얻게 된다.
도 6 및 도 7은 우레아 혼합기에 포함되는 스월유닛의 사시도 및 저면사시도이며, 도 8은 와류발생 방향을 도시하는 스월유닛의 저면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 스월유닛(510, 520)의 내부 구조에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 제1 스월유닛(510)과 제2 스월유닛(520)은 동일한 내부 구조를 가지고 있으므로, 이하에서는 제1 스월유닛(510)의 내부 구조만을 대표로 설명한다.
상기 제1 스월유닛(510)은 우레아 분사노즐(400)을 통해 제공된 우레아 수용액 입자가 배출가스에 고르게 혼합되도록 하기 위하여 우레아 믹싱부(130)를 지나는 유체에 나선형 와류를 발생시키기 위한 구성요소로서, 장착브라켓(502)을 상하방향으로 관통하도록 장착되는 외측관(511)과, 상기 외측관(511)의 중심점을 기준으로 방사형으로 배열되어 상기 외측관(511)과 일체로 결합되는 다수 개의 방사형 분할판(513)과, 상기 방사형 분할판(513)의 하단으로부터 하향으로 연장되되 상기 방사형 분할판(513)의 배열방향을 따라 만곡된 다수 개의 블레이드판(515)을 포함하여 구성된다.
상기 외측관(511)과 방사형 분할판(513)은 배출가스의 유동방향과 평행한 방향으로 연장되는 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 블레이드판(515)은 배출가스의 유동방향과 교차하는 방향으로 비스듬히 경사지게 배치된다. 따라서 배출가스는 상기 외측관(511)과 방사형 분할판(513) 사이를 지나는 동안에는 유동방향이 변경되지 아니하고 그대로 유지되다가, 상기 블레이드판(515)을 지날 때 상기 블레이드판(515)의 표면을 따라 만곡된 패턴으로 흐르게 된다.
이때 상기 다수 개의 블레이드판(515)들은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 외측관(511)의 원주방향을 따라 굽어지게 형성되는바, 상기 블레이드판(515)을 타고 흐르는 배기가스는 도 8에 도시된 화살표방향을 따라 나선형 패턴으로 흐르게 된다. 이와 같이 배출가스가 블레이드판(515)을 지나면서 나선형 와류 유동을 일으키면, 상기 배출가스에 함유되어 있던 우레아 수용액 입자는 보다 고르게 분산 및 혼합되어 SDPF(300)의 표면에 접촉된다. 즉, 우레아 분사노즐(400)에서 분사된 우레아 수용액 입자가 우레아 믹싱부(130)의 내부유로 중 어느 일측으로 치우치더라도, 제1 스월유닛(510) 및 제2 스월유닛(520)의 후단에 형성되는 배출가스 와류지역을 지나면서 배출가스와 고르게 혼합되는바, NOx 환원효율이 극대화될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 우레아 분사노즐(400)에서 분사되는 두 갈래의 우레아 수용액이 너무 근접하면 배출가스와의 접촉면적이 좁아질 수 있으므로, 상기 우레아 분사노즐(400)에서 분사되는 두 갈래의 우레아 분사방향은 충분히 이격되도록 설정됨이 바람직하다. 이와 같이 두 갈래의 우레아 분사방향이 이격되면, 우레아 수용액을 전달 받는 한 쌍의 스월유닛(510, 520) 역시 일정 간격 이격되도록 상기 장착브라켓(502)에 결합되며, 각 스월유닛의 외측관(511)은 길이방향이 상기 우레아 분사노즐(400)에서 분사된 두 갈래의 우레아 분사방향과 일치하도록 배치됨이 바람직하다.
한편, 우레아 분사노즐(400)은 통상적으로 제1 스월유닛(510) 및 제2 스월유닛(520)의 가운데 부위에 보다 많은 양의 우레아 수용액 입자를 분사하도록 동작되는데, 우레아 분사노즐(400)의 분사방향과 방사형 분할판(513)의 선단(본 실시예에서는 상단)이 상호 직각을 이루도록 장착되면, 상기 우레아 분사노즐(400)을 통해 분사된 우레아 수용액 입자가 방사형 분할판(513)의 선단에 부딪힌 후 위로 되튀는 현상이 발생 수 있다. 이와 같이 우레아 수용액 입자가 위로 되튀는 현상이 발생되면 SDPF(300)의 표면에 접촉되는 우레아 수용액 입자의 양이 그만큼 감소되므로, NOx 환원효율이 그만큼 낮아진다는 문제가 발생된다. 또한, 우레아 분사노즐(400)에서 분사된 우레아 수용액 입자의 양과 SDPF(300)의 표면에 접촉된 우레아 수용액 입자의 양이 크게 차이나면, 우레아 수용액 분사량 설정에 어려움이 발생될 뿐만 아니라, 불필요하게 우레아 수용액이 낭비되므로 유지비용이 증가된다는 문제도 발생된다.
따라서 본 발명에 의한 이중 분사형 우레아 믹싱장치는 우레아 분사노즐(400)에서 분사된 우레아 수용액 입자가 모두 SDPF(300)의 표면으로 전달될 수 있도록, 우레아 분사노즐(400)의 분사방향과 방사형 분할판(513)의 선단이 비스듬히 경사지게 배열되도록 설계됨이 바람직하다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 방사형 분할판(513) 중 적어도 일부는 외측관(511)의 중심축 상에서 상호 연결되며, 상호 연결된 방사형 분할판(513) 중 외측관(511)의 중심에 위치하는 부위에는 우레아 분사노즐(400)을 향해 뾰족하게 돌출되는 쐐기형 돌출단(514)이 구비됨이 바람직하다.
이와 같이 방사형 분할판(513)의 선단측에 쐐기형 돌출단(514)이 구비되면, 우레아 분사노즐(400)을 통해 분사된 우레아 수용액 입자 중 많은 양이 상기 쐐기형 돌출단(514)에 접촉되는데, 이때 우레아 분사노즐(400) 분사방향과 쐐기형 돌출단(514)의 선단면은 비스듬히 경사지도록 즉, 예각을 이루므로 상기 쐐기형 돌출단(514)의 선단면에 접촉된 우레아 수용액 입자는 쐐기형 돌출단(514)의 선단면을 타고 비스듬히 하강되는바, 위로 되튀는 우레아 수용액의 양이 현저히 감소된다는 효과를 얻을 수 있다. 위로 되튀는 우레아 수용액의 양이 감소되는 만큼 SDPF(300) 표면에 접촉되는 우레아 수용액의 양은 증가하므로 NOx 환원효율이 높아지고, 우레아 수용액 낭비를 줄일 수 있으며, 우레아 분사노즐(400) 분사량을 보다 정확하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 방사형 분할판(513) 전체가 쐐기형으로 비스듬히 형성되면 즉, 방사형 분할판(513)의 선단면 전체가 경사지게 형성되면, 방사형 분할판(513)의 선단면에 접촉된 우레아 수용액 입자가 비스듬히 경사진 방사형 분할판(513)의 선단면을 타고 우레아 믹싱부(130) 내벽에 응집되어 SDPF(300) 측으로 공급되지 못하는 현상이 발생될 우려가 있다. 따라서 상기 쐐기형 돌출단(514)은, 본 실시예에 도시된 바와 같이 방사형 분할판(513) 중 외측관(511)의 중심에 위치하는 부위에만 형성됨이 바람직하다.
또한, 우레아 수용액 입자가 외측관(511) 내부를 지나는 동안 외측관(511)의 지름방향으로 유동하여 한쪽으로 몰리는 현상 즉, 우레아 수용액 입자가 외측관(511)의 가장자리 측으로 몰리거나 외측관(511)의 가운데로 몰리는 현상을 방지할 수 있도록, 상기 외측관(511) 내에는 하나 이상의 내측관(512)이 추가로 구비될 수 있다. 상기 내측관(512)은 외측관(511)과 동심원을 이루도록 배치되고, 연장방향이 외측관(511)과 평행하도록 형성되며, 방사형 분할판(513)과 일체로 결합된다. 이와 같이 외측관(511) 내에 내측관(512)이 구비되면, 외측관(511) 내부를 지나는 우레아 수용액 입자가 외측관(511)의 가장자리나 가운데로 몰리는 현상이 방지되는바, 배출가스와 보다 균일하게 혼합될 수 있고, 이에 따라 SDPF(300)와의 접촉면적이 최대화될 수 있다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 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 : 하우징 110 : LNT 장착부
120 : SPDF 장착부 130 : 우레아 믹싱부
200 : LNT 300 : SDPF
400 : 우레아 분사노즐 500 : 우레아 혼합기
502 : 장착브라켓 510 : 제1 스월유닛
511 : 외측관 512 : 내측관
513 : 방사형 분할판 514 : 쐐기형 돌출단
515 : 블레이드판 520 : 제2 스월유닛

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 엔진으로부터 배출되는 배출가스가 지날 수 있는 내부유로를 갖되, 배출가스 유동방향이 일측을 향하도록 배열되는 우레아 믹싱부와, 상기 우레아 믹싱부의 출구측에 연결되되 배출가스 유동방향이 상기 우레아 믹싱부의 배출가스 유동방향과 교차하는 방향으로 배치되며 SDPF가 내측에 장착되는 SDPF 장착부를 구비하는 하우징;
    상기 우레아 믹싱부의 입구측에 설치되며, 상기 우레아 믹싱부 출구측을 향해 우레아 수용액을 두 갈래로 분사하는 우레아 분사노즐; 및
    상기 우레아 믹싱부의 내측 중 상기 우레아 분사노즐로부터 분사된 두 갈래의 우레아 수용액 분사영역에 각각 장착됨으로써 배출가스와 우레아 수용액 입자가 혼합된 유체에 나선형 와류를 발생시키는 우레아 혼합기;
    를 포함하되,
    상기 우레아 혼합기는, 내부유로가 나선형을 이루도록 형성되어 두 갈래의 우레아 분사경로 상에 각각 장착되는 한 쌍의 스월유닛과, 상기 우레아 믹싱부의 내측면에 고정 결합되며 상기 한 쌍의 스월유닛이 관통하는 구조로 장착되는 장착브라켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사형 우레아 믹싱장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스월유닛은, 상기 장착브라켓을 상하방향으로 관통하도록 장착되는 외측관과, 상기 외측관의 중심점을 기준으로 방사형으로 배열되어 상기 외측관과 일체로 결합되는 다수 개의 방사형 분할판과, 상기 방사형 분할판의 하단으로부터 하향으로 연장되되 상기 방사형 분할판의 배열방향을 따라 만곡된 다수 개의 블레이드판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사형 우레아 믹싱장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 한 쌍의 스월유닛은 일정 간격 이격되도록 상기 장착브라켓에 결합되며, 각 스월유닛의 외측관은 길이방향이 상기 우레아 분사노즐에서 분사된 두 갈래의 우레아 분사방향과 일치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 분사형 우레아 믹싱장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 방사형 분할판 중 적어도 일부의 방사형 분할판은 상기 외측관의 중심축 상에서 상호 연결되며, 상호 연결된 방사형 분할판의 상면 중 상기 외측관의 중심에 위치하는 부위에는 상기 우레아 분사노즐을 향해 뾰족하게 돌출되는 쐐기형 돌출단이 구비되는 것을 특징으로 하는 이중 분사형 우레아 믹싱장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 스월유닛은, 상기 외측관과 동심원을 이루도록 상기 외측관의 내측에 배치되어 상기 방사형 분할판과 일체로 결합되는 하나 이상의 내측관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 분사형 우레아 믹싱장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 장착브라켓은, 상기 우레아 믹싱부의 유로를 가로지르도록 배치되며 가장자리 끝단 전체가 상기 우레아 믹싱부의 내측면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 이중 분사형 우레아 믹싱장치.
  8. 삭제
  9. 엔진으로부터 배출되는 배출가스가 지날 수 있는 내부유로를 갖되, 배출가스 유동방향이 일측을 향하도록 배열되는 우레아 믹싱부와, 상기 우레아 믹싱부의 출구측에 연결되되 배출가스 유동방향이 상기 우레아 믹싱부의 배출가스 유동방향과 교차하는 방향으로 배치되며 SDPF가 내측에 장착되는 SDPF 장착부를 구비하는 하우징;
    상기 우레아 믹싱부의 입구측에 설치되며, 상기 우레아 믹싱부 출구측을 향해 우레아 수용액을 두 갈래로 분사하는 우레아 분사노즐; 및
    상기 우레아 믹싱부의 내측 중 상기 우레아 분사노즐로부터 분사된 두 갈래의 우레아 수용액 분사영역에 각각 장착됨으로써 배출가스와 우레아 수용액 입자가 혼합된 유체에 나선형 와류를 발생시키는 우레아 혼합기;
    를 포함하되,
    상기 하우징은, 배출가스 유동방향이 일측을 향하되 출구가 상기 우레아 믹싱부의 입구에 연결되도록 배치되며 내부에 LNT가 장착되는 LNT 장착부를 더 포함하고,
    상기 LNT 장착부와 상기 SDPF 장착부는 배출가스 유동방향이 상호 반대를 이루도록 나란하게 배열되며,
    상기 LNT 장착부와 상기 SDPF 장착부는 배출가스 유동방향이 수평을 향하도록 상하로 배열되고, 상기 우레아 믹싱부는 배출가스 유동방향이 하측을 향하도록 수직으로 배열되며, 상기 우레아 분사노즐은 상기 우레아 믹싱부의 천정면에 위치되고, 상기 우레아 혼합기는 상기 우레아 믹싱부 중 상기 LNT 장착부가 연결된 지점과 상기 SDPF 장착부가 연결된 지점 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 이중 분사형 우레아 믹싱장치.
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