KR101599838B1 - 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치 - Google Patents

차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우레아와 배기가스의 믹싱을 개선할 수 있는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치는, 배기 파이프로 우레아가 분사되는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치에 있어서, 상기 배기 파이프의 내부에 구비되어 배기가스와 상기 우레아를 혼합시키기 위해 둘레에 복수의 통기공을 가지는 믹싱부; 및 상기 믹싱부 중 상기 복수의 통기공이 상기 배기 파이프의 내면과 이격되도록 상기 배기 파이프에 형성되는 확관부를 포함한다.

Description

차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치{Mixing apparatus for an exhaust after-treatment system of a vehicle}
본 발명은 우레아와 배기가스를 믹싱(mixing)하기 위한 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치에 관한 것이다.
최근 들어 지구 환경에 대한 관심이 커지면서 도심지의 대기질 악화에 가장 큰 주범으로 자동차가 배출하는 유해물질이 손꼽히고 있다. 특히, 차량의 배출물질 중 상대적으로 배출량이 많은 질소산화물(NOx)과 입자상 물질 PM(Particulate Matter)을 줄이기 위한 배출가스 후처리 시스템에 대한 개발 노력이 국내 및 해외에서 계속 진행되고 있다.
그 결과 입자상 물질 배출과 관련해서는 제로(zero)에 가깝게 만드는 매연여과장치DPF(diesel particulate filter)를 장착하도록 강제화하는 EU5 법규가 2009년 9월부터 유럽과 국내 동시에 시행되었다. 따라서, 향후 차량의 배출가스를 줄이기 위해 중점적으로 연구, 개발될 시스템이 바로 질소산화물 저감(DeNOx) 시스템이다. 그 중 가장 높은 질소산화물 저감 효율을 보이는 시스템이 우레아를 이용한 선택적 환원촉매 저감(Selective Catalytic Reduction. SCR)시스템이다.
이렇게, 우레아를 이용한 SCR 시스템을 장착한 경우, 우레아와 배기가스의 믹싱을 통해 질소산화물 저감을 극대화할 수 있다.
우레아와 배기가스를 믹싱하기 위한 종래의 장치로, 미국등록특허 제7,908,845호에 개시된 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 다른 방향으로 형성된 복수의 핀(50, 52, 82, 86 등)과, 그리고 리테이너 링(46)에 내측으로 함몰되어 대략 삼각형 형태로 배열되는 세 개의 함몰된 부분(46, 58, 62)을 포함한다. 따라서, 배기가스 및 우레아의 일부는 리테이너 링(46)의 내측을 통과하지 않고 세 개의 함몰된 부분(46, 58, 62)과 배기 파이프(도 6의 14) 사이의 공간을 통과할 수 있다.
그러나 상술한 종래의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치는, 배기가스 및 우레아의 일부가 세 개의 함몰된 부분(46, 58, 62)과 배기 파이프(도 6의 14) 사이의 공간을 통해 일정한 흐름으로 배출되므로 믹싱이 거의 일어나지 않는 구간이 발생되는 문제가 있다.
1. 미국등록특허 제7,908,845호 (등록일: 2011년 3월 22일)
본 발명의 기술적 과제는, 우레아와 배기가스의 믹싱을 개선할 수 있는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치는, 배기 파이프로 우레아가 분사되는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치에 있어서, 상기 배기 파이프의 내부에 구비되어 배기가스와 상기 우레아를 혼합시키기 위해 둘레에 복수의 통기공을 가지는 믹싱부; 및 상기 믹싱부 중 상기 복수의 통기공이 상기 배기 파이프의 내면과 이격되도록 상기 배기 파이프에 형성되는 확관부를 포함한다.
상기 믹싱부는 상기 배기 파이프의 내부에 구비되는 관통된 원통 형상의 믹싱 몸체를 포함할 수 있고, 상기 복수의 통기공은 상기 믹싱 몸체의 둘레에 형성될 수 있다.
상기 믹싱부는, 상기 믹싱 몸체의 후단부에 구비되어 상기 배기가스와 상기 우레아를 혼합시키는 믹싱 날개부를 더 포함할 수 있다. 상기 확관부는 상기 배기 파이프의 출구 측에 형성되고, 상기 확관부의 길이 방향의 중심축과 상기 배기 파이프의 길이 바향의 중심축은 서로 동일하고, 상기 믹싱 몸체 중 상기 복수의 통기공이 형성되지 않은 둘레면은 상기 배기 파이프의 내면에 밀착되게 구비될 수 있다.
상기 믹싱 날개부는, 상기 믹싱 몸체의 내벽에 간격을 두고 그 내측으로 돌출되는 복수의 믹싱 블레이드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 믹싱 블레이드 각각은, 상기 배기 파이프의 후단을 향해 경사진 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 믹싱 블레이드 각각은, 상기 믹싱 몸체의 내벽에 돌출되되 상기 배기 파이프의 후단을 향해 경사지게 돌출되는 지지부; 및 상기 믹싱 몸체의 둘레를 기준으로 상기 지지부로부터 시계 또는 반시계 방향으로 연장되는 연장부를 포함할 수 있고, 상기 복수의 믹싱 블레이드 각각은 상기 연장부가 상기 지지부보다 상기 배기 파이프의 후단을 향해 놓이도록 비틀린 형상을 가질 수 있다.
상기 연장부는 그 연장되는 방향을 기준으로 그 끝으로 갈수록 점점 그 폭이 작아지는 형상을 할 수 있고, 상기 복수의 연장부는, 하나의 연장부; 및 상기 하나의 연장부가 연장되는 방향으로 상기 하나의 연장부에 가장 인접한 다른 하나의 연장부를 포함할 수 있고, 상기 하나의 연장부의 여러 모서리 중에서 상기 다른 하나의 연장부를 향하는 모서리는 오목한 형상을 가질 수 있고, 상기 연장부 중 상기 믹싱 몸체의 내벽을 향하는 모서리는 볼록한 형상을 가질 수 있으며, 그리고 상기 복수의 믹싱 블레이드의 각 단면은 상기 배기 파이프의 후단을 향해 볼록하게 만곡된 형상을 가질 수 있다.
상기 배기 파이프는, 상기 우레가 분사되는 제1 관; 상기 믹싱부가 구비되는 제2 관; 및 상기 제2 관에 연결되는 제3 관을 포함하고, 상기 제1 관은 상기 제2 관에 용접되고, 상기 제2 관은 상기 제3 관에 플랜지를 통해 결합될 수 있다.
상기 확관부는 상기 제2 관에 형성될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 둘레에 복수의 통기공을 가지는 믹싱부와, 복수의 통기공이 배기 파이프의 내면과 이격되도록 확관부를 제공하므로, 믹싱 날개부를 통과하지 않는 우레아와 배기가스의 일부가 복수 통기공을 통해 배기 파이프의 축 방향에 대해 수직하게 이동된 후 확관부의 내벽에 부딪혀 다시 축 방향으로 진행하게 되어, 배기 파이프의 축 방향에 대해 수직하게 이동되면서 믹싱되고, 확관부의 내벽에 부딪히면서 믹싱되며, 그리고 다시 배기 파이프의 축 방향으로 전환되면서 믹싱되는 등 우레아와 배기가스의 믹싱을 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 배출되는 배기가스 중 일부가 믹싱부의 통기공을 통해 확관부로 배출되므로, 믹싱 날개부로 인한 배기 통로의 감소를 이 통기공 및 확관부를 통해 줄일 수 있어 배기 계통의 배압의 증가를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 개략적으로 나타낸 일부 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 나타낸 일부 절개 단면도이다.
도 3은 도 2의 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 배기가스의 흐름을 기준으로 후단에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 1의 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치가 장착된 배기 파이프를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치가 장착된 배기계통을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 개략적으로 나타낸 일부 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 나타낸 일부 절개 단면도이며, 그리고 도 3은 도 2의 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치를 배기가스의 흐름을 기준으로 후단에서 바라본 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치는, 배기 파이프(100)로 우레아(urea)가 분사되는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치에 있어서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 믹싱부(200)와 확관부(121)를 포함한다.
믹싱부(200)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배기 파이프(100)의 내부에 구비되어 배기가스와 우레아를 혼합시키기 위해 둘레에 복수의 통기공(200a)을 가진다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 믹싱부(200)는 배기 파이프(100)의 내부에 구비되는 관통된 원통 형상의 믹싱 몸체(210)를 포함할 수 있고, 복수의 통기공(200a)은 이 믹싱 몸체(210)의 둘레에 형성될 수 있다. 이와 더불어, 도 1에 도시된 바와 같이, 믹싱부(200)는 믹싱 몸체(210)의 후단부(배기가스의 흐름을 기준으로 후단부)에 구비되어 배기가스와 우레아를 혼합시키는 믹싱 날개부(220)를 더 포함할 수 있다. 믹싱 날개부(220)에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
확관부(121)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 믹싱부(200) 중 복수의 통기공(200a)이 배기 파이프(100)의 내면과 이격되도록 배기 파이프(100)에 형성된다. 따라서, 배압 증가로 믹싱 날개부(220)를 통과하지 못하는 우레아와 배기가스의 일부가 복수 통기공(200a)을 통해 배기 파이프(100)의 축 방향에 대해 수직하게 이동된 후 확관부(121)의 내벽에 부딪혀 다시 축 방향으로 진행하게 되어, 축 방향에 대해 수직하게 이동되면서 믹싱되고, 확관부(121)의 내벽에 부딪히면서 믹싱되며, 그리고 다시 축 방향으로 전환되면서 믹싱되는 등 우레아와 배기가스의 믹싱을 개선할 수 있다.
또한 믹싱 몸체(210) 중 복수의 통기공(200a)의 주위에 확관부(121)가 구비됨으로써, 배출되는 배기가스 중 일부가 믹싱부(200)의 통기공(200a)을 통해 확관부(121)로 배출되므로, 믹싱 날개부(220)로 인한 배기 통로의 감소를 이 통기공 및 확관부를 통해 줄일 수 있다. 이에 따라 배기 통로의 감소에 의해 배기 가스의 배출이 원할하지 않게 되어 발생할 수 있는 배압 증가의 문제를 해소할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 상술한 믹싱 날개부(220)에 대해 보다 상세히 설명한다.
믹싱 날개부(220)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 믹싱 몸체(210)의 내벽에 간격을 두고 그 내측으로 돌출되는 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4)를 포함할 수 있다. 따라서, 믹싱 날개부(220)를 통과하는 우레아와 배기가스는 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4)를 거치면서 믹싱될 수 있다.
나아가, 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4) 각각은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배기 파이프(100)의 후단(배기가스의 흐름을 기준으로 후단)을 향해 경사진 형상을 가질 수 있다. 따라서, 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4) 각각이 후단을 향해 경사지므로 배기가스의 흐름을 어느 정도 유지시킬 수 있어 우레아와 배기가스의 일부가 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4)를 통과하는 것을 허용할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4) 각각은, 지지부(221), 그리고 연장부(222)를 포함할 수 있다. 지지부(221)는 믹싱 몸체(210)의 내벽에 돌출되되 배기 파이프(100)의 후단을 향해 경사지게 돌출될 수 있다. 연장부(222)는 믹싱 몸체(210)의 둘레를 기준으로 지지부(221)로부터 시계 또는 반시계 방향(도 3의 경우 시계방향)으로 연장될 수 있다. 특히, 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4) 각각은 연장부(222)가 지지부(221)보다 더 배기 파이프(100)의 후단을 향해 놓이도록 비틀린 형상을 가질 수 있다. 따라서, 어느 하나의 믹싱 블레이드(예를 들어, B1)의 연장부(222)가 인접한 믹싱 블레이드(예를 들어, B2)의 지지부(221) 보다 후단에 놓이므로 이 사이를 통과하는 우레아와 배기가스는 대략 회오리 형태로 회전되면서 그 믹싱이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연장부(222)는 그 연장되는 방향을 기준으로 그 끝으로 갈수록 점점 그 폭이 작아지는 형상을 할 수 있고, 상기 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4) 각각은 배기 파이프(100)의 후단을 향해 볼록하게 만곡된 형상을 가질 수 있다. 따라서, 복수의 믹싱 블레이드(B1, B2, B3, B4)를 향해 이동되는 우레아와 배기가스는 이 만곡된 형상을 통해 넓게 분사되면서 그 믹싱이 원활하게 이루어질 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 상술한 배기 파이프(100)에 대해 상세히 살펴본다.
도 4는 도 1의 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치가 장착된 배기 파이프를 개략적으로 나타낸 도면이다.
배기 파이프(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 우레아 분사기(111)를 통해 우레아가 분사되는 제1 관(110)과, 상술한 믹싱부(200)가 구비되는 제2 관(120)과, 그리고 제2 관(120)에 연결되는 제3 관(130)을 포함할 수 있다. 특히, 제1 관(110)은 제2 관(120)에 용접되고, 제2 관(120)은 제3 관(130)에 플랜지(P)를 통해 결합될 수 있다. 따라서, 플랜지(P)를 통해 제2 관(120) 및 제3 관(130)은 서로 다른 직경을 가질 수 있도록 구현될 수 있다.
또한, 이 경우 상술한 확관부(121)는 제2 관(120)에 형성될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 둘레에 복수의 통기공(200a)을 가지는 믹싱부(200)와, 복수의 통기공(200a)이 배기 파이프(100)의 내면과 이격되도록 확관부(121)를 제공하므로, 믹싱 날개부(220)를 통과하지 않는 우레아와 배기가스의 일부가 복수 통기공(200a)을 통해 배기 파이프(100)의 축 방향에 대해 수직하게 이동된 후 확관부(121)의 내벽에 부딪혀 다시 축 방향으로 진행하게 되어, 배기 파이프(100)의 축 방향에 대해 수직하게 이동되면서 믹싱되고, 확관부(121)의 내벽에 부딪히면서 믹싱되며, 그리고 다시 배기 파이프(100)의 축 방향으로 전환되면서 믹싱되는 등 우레아와 배기가스의 믹싱을 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 배출되는 배기가스 중 일부가 믹싱부(200)의 통기공(200a)을 통해 확관부(121)로 배출되므로, 믹싱 날개부(220)로 인한 배기 통로의 감소를 이 통기공(200a) 및 확관부(121)를 통해 줄일 수 있어 배기 계통의 배압의 증가를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 배기 파이프 110: 제1 관
111: 우레아 분사기 P: 플랜지
120: 제2 관 121: 확관부
130: 제3 관 200: 믹싱부
200a: 복수의 통기공 210: 믹싱 몸체
220: 믹싱 날개부 221: 지지부
222: 연장부
B1, B2, B3, B4: 복수의 믹싱 블레이드

Claims (9)

  1. 배기 파이프로 우레아가 분사되는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치에 있어서,
    상기 배기 파이프의 내부에 구비되어 배기가스와 상기 우레아를 혼합시키기 위해 둘레에 복수의 통기공을 가지는 믹싱부; 및
    상기 믹싱부 중 상기 복수의 통기공이 상기 배기 파이프의 내면과 이격되도록 상기 배기 파이프에 형성되는 확관부를 포함하고,
    상기 믹싱부는,
    상기 배기 파이프의 내부에 구비되는 관통된 원통 형상의 믹싱 몸체를 포함하고,
    상기 복수의 통기공은,
    상기 믹싱 몸체의 둘레에 형성되고,
    상기 믹싱부는,
    상기 믹싱 몸체의 후단부에 구비되어 상기 배기가스와 상기 우레아를 혼합시키는 믹싱 날개부를 더 포함하고,
    상기 확관부는 상기 배기 파이프의 출구 측에 형성되고,
    상기 확관부의 길이 방향의 중심축과 상기 배기 파이프의 길이 방향의 중심축은 서로 동일하고,
    상기 믹싱 몸체 중 상기 복수의 통기공이 형성되지 않은 둘레면은 상기 배기 파이프의 내면에 밀착되게 구비되고,
    상기 믹싱 날개부는,
    상기 믹싱 몸체의 내벽에 간격을 두고 그 내측으로 돌출되는 복수의 믹싱 블레이드를 포함하고,
    상기 복수의 믹싱 블레이드 각각은
    상기 배기 파이프의 후단을 향해 경사진 형상을 가지고,
    상기 복수의 믹싱 블레이드 각각은,
    상기 믹싱 몸체의 내벽에 돌출되되 상기 배기 파이프의 후단을 향해 경사지게 돌출되는 지지부; 및
    상기 믹싱 몸체의 둘레를 기준으로 상기 지지부로부터 시계 또는 반시계 방향으로 연장되는 연장부를 포함하고,
    상기 연장부는 그 연장되는 방향을 기준으로 그 끝으로 갈수록 점점 그 폭이 작아지는 형상을 하고,
    상기 복수의 연장부는,
    하나의 연장부; 및
    상기 하나의 연장부가 연장되는 방향으로 상기 하나의 연장부에 가장 인접한 다른 하나의 연장부
    를 포함하고,
    상기 하나의 연장부의 여러 모서리 중에서 상기 다른 하나의 연장부를 향하는 모서리는 오목한 형상을 가지고,
    상기 연장부 중 상기 믹싱 몸체의 내벽을 향하는 모서리는 볼록한 형상을 가지고,
    상기 복수의 믹싱 블레이드의 각 단면은
    상기 배기 파이프의 후단을 향해 볼록하게 만곡된 형상을 가지는
    차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 믹싱 블레이드 각각은
    상기 연장부가 상기 지지부보다 상기 배기 파이프의 후단을 향해 놓이도록 비틀린 형상을 가지는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 배기 파이프는,
    상기 우레아가 분사되는 제1 관;
    상기 믹싱부가 구비되는 제2 관; 및
    상기 제2 관에 연결되는 제3 관을 포함하고,
    상기 제1 관은 상기 제2 관에 용접되고,
    상기 제2 관은 상기 제3 관에 플랜지를 통해 결합되는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 확관부는
    상기 제2 관에 형성되는 차량의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치.


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