KR101606588B1 - 우레아 수용액 온도 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우레아 탱크 내부에 수용되어 열을 발생시키는 전기히터 및 전기히터에서 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시켜 우레아 수용액을 가열하는 열확산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

우레아 수용액 온도 조절 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF UREA SOLUTION}
본 발명은 우레아 수용액 온도 조절 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기히터로부터 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시켜 우레아 수용액의 온도를 조절하는 우레아 수용액 온도 조절 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진이 장착된 차량은 NOx를 저감하기 위해 SCR(Selective catalytic reduction) 촉매로 우레아 수용액을 분사하여 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 NOx를 저감시킨다.
우레아 수용액은 차량에 장착되는 우레아 탱크의 내부에 저장되는데, 외기 온도가 우레아 수용액의 어는점보다 낮아 동결되면 SCR 촉매의 전단으로 분사되지 못하게 된다. 이 경우, 디젤 차량은 엔진 출력이 제한되거나 엔진에서 배출되는 NOx를 저감시키지 못하는 문제점이 발생한다.
이에, 우레아 탱크의 내부에 저장된 우레아 수용액의 동결을 방지하기 위해, 우레아 탱크의 재질을 플라스틱으로 형성하거나, 엔진으로부터 배출된 냉각수를 우레아 탱크에 순환시킨다.
그러나, 우레아 탱크의 재질을 플라스틱으로 형성하더라도 우레아 탱크가 저온에 장시간 노출되면, 우레아 수용액이 동결되는 문제점이 있었고, 동결된 우레아 수용액을 용융시키기 위해서는 엔진에 의해 승온된 냉각수를 우레아 탱크로 순환시켜야 하므로, 엔진 시동 초기에서는 동결된 우레아 수용액을 용융시키기가 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같이, 우레아 탱크가 저온에 장시간 노출된 상태에서 엔진이 시동되는 경우, 동결된 우레아 수용액이 SCR 촉매로 공급되지 못하게 되므로, 엔진의 출력이 제한되거나 NOx와 같은 배출 물질을 저감시키기 못하는 문제점이 있었다.
또한, 우레아 수용액이 동결되면, SCR 촉매로 우레아 수용액이 공급되지 못하여 NOx의 배출이 증가하게 되므로, EURO Ⅴ와 EURO Ⅵ와 같은 배기가스 배출규제 조건을 충족하지 못하게 되고, 그 결과 차량의 상품성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 10-1997-0035564호(1997.07.22)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로써, 본 발명의 목적은 전기히터로부터 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시켜 우레아 수용액의 온도를 조절하는 우레아 수용액 온도 조절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우레아 탱크 내부의 동결된 우레아 수용액을 신속하게 용융시키는 우레아 수용액 온도 조절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 엔진의 시동 초기에 엔진의 가열 여부와 무관하게 우레아 탱크에 저장된 우레아 수용액을 용융시키고, 우레아 수용액이 SCR 촉매로 공급되지 않아 디젤 차량의 엔진 출력이 저하되는 현상을 방지하는 우레아 수용액 온도 조절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우레아 수용액의 동결을 방지하고, SCR 촉매로 우레아 수용액을 공급할 수 있도록 하여 NOx의 배출 증가를 방지하는 우레아 수용액 온도 조절 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치는 우레아 탱크 내부에 수용되어 열을 발생시키는 전기히터; 및 상기 전기히터에서 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시켜 우레아 수용액을 가열하는 열확산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 전기히터는 발생되는 열량에 따라 고발열부 및 저발열부를 포함하고, 상기 고발열부는 상기 저발열부에 비해 상대적으로 높은 온도로 발열되고, 상기 열확산부는 상기 고발열부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 열확산부는 상기 전기히터에 면접되어 상기 전기히터에서 발생된 열을 우레아 수용액으로 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 열확산부는 상기 전기히터의 외주면에 대응되게 형성되어 상기 전기히터의 일부를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 열확산부는 코일 형상으로 형성되어 상기 전기히터를 감는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 열확산부는 타원형으로 형성되어 상기 전기히터를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 흡입 파이프로 유입되는 우레아 수용액의 이물질을 필터링하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전기히터로부터 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시켜 우레아 수용액의 온도를 조절하고, 우레아 탱크 내부의 동결된 우레아 수용액을 신속하게 용융시킨다.
본 발명은 엔진의 시동 초기에 엔진의 가열 여부와 무관하게 우레아 탱크에 저장된 우레아 수용액을 용융시키고, 우레아 수용액이 SCR 촉매로 공급되지 않아 디젤 차량의 엔진 출력이 저하되는 현상을 방지한다.
본 발명은 우레아 수용액의 동결을 방지하고, SCR 촉매로 우레아 수용액을 공급할 수 있도록 하여 NOx의 배출 증가를 방지한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치의 전기히와 열확산부의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치의 전기히터의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기히터의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 발열체의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 발열체의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 발열체의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산 부재의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10 은 도 8 의 A-A'의 단면도이다.
도 11 은 도 8 의 체결 부재의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12 는 도 8 의 체결 부재의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 13 은 도 8 의 체결 부재의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 14 는 도 8 의 체결 부재의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부를 이용한 설치 예를 나타낸 도면이다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 17 은 도 16 의 B-B'의 단면도이다.
도 18 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 19 는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 20 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 21 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치의 전기히와 열확산부의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치의 전기히터의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기히터의 단면도이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 발열체의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 발열체의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 발열체의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 수용액 온도 조절 장치는 배터리(10), 전원 공급부(20), 전기히터(30), 열확산부(40), 레벨 환봉 고정부(50), 흡입 파이프 고정부(60), 필터(70) 및 필터 설치부(71)를 포함한다(도 1 및 도 15 참조).
참고로, 본 실시예에서는 전기히터(30)로 시즈 히터(Sheath Heater)를 채용한 것을 예시로 설명한다.
배터리(10)는 디젤 차량(미도시)에 설치되어 차량에 전원을 공급한다. 배터리(10)의 일 예로 12V를 공급하는 차량용 배터리(10)가 채용될 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 배터리(10)로 디젤 차량에 설치되는 차량용 배터리(10)가 채용될 수 있음을 예시로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 전기히터(30)에 전원을 공급하는 것이라면, 배터리(10)로 외부에서 전원을 공급하는 외부 배터리를 채용하는 것도 포함한다.
전원 공급부(20)는 차량의 키 박스(미도시) 또는 ECU(Electronic Control Unit)(미도시) 등과 연결되어 키 박스 또는 ECU로부터 입력되는 키신호에 따라 스위칭됨으로써, 배터리(10)의 전원을 전기히터(30)에 공급한다. 이러한 전원 공급부(20)는 센더 모듈(미도시)에 설치될 수 있다. 참고로, 센서 모듈은 우레아 탱크(미도시)에 설치되어 SCR(Selective catalytic reduction) 촉매로 우레아 수용액을 공급한다.
본 실시예에서는 전원 공급부(20)가 차량용 배터리(10)의 전원을 공급하는 것을 예시로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위에서는 배터리(10)로 차량용 배터리 이외에도 외부 배터리도 채용 가능한 바, 전원 공급부(20)가 전원 접속 단자(미도시) 등을 통해 외부 배터리(10)와 연결될 수 있다. 이 경우 전원 공급부(20)가 외부의 스위칭 신호 등에 따라 외부 배터리(10)의 전원을 전기히터(30)에 공급하는 것도 가능하다.
전기히터(30)는 상기한 우레아 탱크 내부에 설치되어 전원 공급부(20)로부터 공급되는 전원에 의해 발열되어 우레아 탱크 내부에 저장된 우레아 수용액을 가열한다.
통상적으로 우레아 수용액은 우레아 탱크의 내부에 저장되는데, 외기 온도가 우레아 수용액의 어는점보다 낮아 동결될 경우, SCR 촉매의 전단으로 우레아 수용액이 분산되지 못하는 현상이 발생한다. 이에 따라, 우레아 수용액의 온도를 우레아 수용액의 어는점보다 높게 유지하도록 하고, 외기온도가 낮아 우레아 수용액이 동결되는 현상을 방지할 필요가 있다.
이에, 전기히터(30)는 우레아 수용액을 가열하여 우레아 수용액을 적정한 온도로 유지한다.
이를 위해, 전기히터(30)는 우레아 수용액이 수용되는 우레아 탱크 내부에 설치될 수 있으며, 우레아 수용액에 대한 열효율을 높이기 위해 다양한 형태로 형성될 수 있다.
일 예로, 전기히터(30)는 도 2 에 도시된 바와 같이 수직방향으로 길게 형성되고 그 단부가 절곡되어 수평방향으로 연장되는 형태로 형성되거나, 도 3 에 도시된 바와 같이 수직방향으로 길게 형성되는 형태로 형성되어 고온의 열을 방출하는 고발열부(34) 및 저온의 열을 방출하는 저발열부(35)로 구분될 수 있다. 이에 대해서는 도 5 내지 도 7 을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나, 전기히터(30)의 형태는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 전기히터(30)는 우레아 탱크의 구조, 우레아 탱크 내 우레아 수용액의 수위, 발열 효율, 소비 전력 등에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
도 4 를 참조하면, 전기히터(30)는 파이프(31) 및 저항 발열체(32)를 포함한다.
파이프(31)는 원통 형태로 형성되어 전기히터(30)의 외관을 형성하고 저항 발열체(32)에 의해 발생된 열을 우레아 수용액으로 전달한다. 이러한 파이프(31) 내부에는 산화마그네슘(33)이 충진된다.
저항 발열체(32)는 파이프(31)의 내부에 설치되어 전원 공급부(20)로부터 공급된 전원에 의해 열을 발생시킨다. 이러한 저항 발열체(32)는 우레아 탱크의 구조, 우레아 탱크 내 우레아 수용액의 수위, 발열효율, 소비 전력 등에 따라 다양하게 형성되며, 일 예로 저항 발열체(32)의 하부로 갈수록 고온으로 발열되는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 저항 발열체(32)는 파이프(31)가 원통 형태임을 고려할 때 다양하게 형성될 수 있으나, 일 예로 선 형태나 코일 형태로 형성될 수 있다.
특히, 저항 발열체(32)는 기 설정된 전기히터(30)가 그 영역별로 서로 다른 열량을 발생시킬 수 있다. 이를 위해, 저항 발열체(32)는 상기한 각 영역별로 재질, 길이, 형태 및 직경 중 어느 하나 이상이 서로 상이하게 형성된다.
참고로, 상기한 영역은 우레아 탱크의 크기, 우레아 탱크에 저장된 우레아 수용액의 수위, 주변의 외기온도 등에 따라 설정되며, 예를 들어 도 3 에 도시된 바와 같이 고발열부(34) 및 저발열부(35) 등으로 설정될 수 있다. 이 경우, 파이프(31)의 하부로 갈수록 높은 온도로 발열되도록, 하부에서부터 순차적으로 고발열부(34) 및 저발열부(35)으로 설정될 수 있다.
특히, 전기히터(30)가 상기한 도 2 에 도시된 바와 같이 절곡된 구조일 경우, 하부의 절곡되어 수평으로 연장된 부분을 고발열부(34)로 설정하여 해당 고발열부(34)에서 높은 열이 발생될 수 있도록 한다.
이 외에도, 영역을 고발열부(34), 중발열부 및 저발열부 등과 같이 더욱 세부적으로 설정하는 것도 가능하다.
통상 우레아는 동결시 그 부피가 팽창한다. 이 상태에서 열이 가해지면 부분적으로만 녹아 저발열부(35)의 외주면에 공기층이 형성되는 문제점이 있다. 이는 전기히터(30)의 공정상의 오차로 인해 발생된다.
이에 고발열부(34), 중발열부(미도시) 및 저발열부(35) 보다 더욱 세부적으로 구분함으로써, 상기한 문제점을 해소할 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 영역을 고발열부(34) 및 저발열부(35)으로 설정한 것을 예시로 설명한다.
한편, 저항 발열체(32)는 상기한 바와 같이 영역별로 서로 다른 열량을 발생시키도록 상기한 각 영역별로 재질, 길이, 형태 및 직경 중 어느 하나 이상이 서로 상이하게 형성될 수 있는 바, 이를 도 5 내지 도 7 을 참조하여 설명한다.
도 5 에는 직선 형태의 저항 발열체(32)가 각 영역에서 동일한 직경으로 형성된 것이 도시되었다.
도 5 를 참조하면, 직선 형태의 저항 발열체(32)는 기 설정된 영역에 따라 서로 다른 온도로 발열되도록 저항이 서로 다른 재질로 형성된다. 이 경우 고발열부(34)는 저발열부(35)에 비해 저항이 상대적으로 큰 재질로 형성되어 저발열부(35)에 비해 고온의 열을 발생시킨다. 반면에, 저발열부(35)는 고발열부(34)에 비해 저항이 상대적으로 작은 재질로 형성되어 고발열부(34)에 비해 저온의 열을 발생시킨다.
도 6 에는 직선 형태의 저항 발열체(32)가 각 영역에서 서로 다른 직경으로형성된 것이 도시되었다.
도 6 을 참조하면, 직선 형태의 저항 발열체(32)는 기 설정된 영역에 따라 서로 다른 온도로 발열되도록 서로 다른 직경으로 형성된다. 이 경우 고발열부(34)는 저항 발열체(32)의 직경(a")이 저발열부(35)에 비해 상대적으로 작게 형성되어 저발열부(35)에 비해 저항 발열체(32)의 저항이 상대적으로 크므로, 저발열부(35)에 비해 고온의 열을 발생시킨다. 반면에, 저발열부(35)는 저항 발열체(32)의 직경(a')이 고발열부(34)에 비해 상대적으로 크게 형성되어 고발열부(34)에 비해 저항 발열체(32)의 저항이 상대적으로 작으므로, 고발열부(34)에 비해 저온의 열을 발생시킨다.
도 7 에는 코일 형태의 저항 발열체(32)가 동일한 직경과 재질로 형성된 것이 도시되었다.
도 7 을 참조하면, 코일 형태의 저항 발열체(32)는 기 설정된 영역에 따라 서로 다른 온도로 발열되도록 소정의 단위 길이당 권선수가 서로 다르게 형성된다. 이 경우, 고발열부(34)는 저항 발열체(32)의 권선 사이의 거리(b")가 상대적으로 작게 형성되고 저발열부(35)는 저항 발열체(32)의 권선 사이의 거리(b')가 상대적으로 크게 형성된다. 따라서, 고발열부(34)는 저발열부(35)에 비해 저항 발열체(32)의 전체 길이가 길어 저항 발열체(32)의 저항이 상대적으로 크므로, 저발열부(35)에 비해 고온의 열을 발생시킨다. 반면에, 저발열부(35)는 고발열부(34)에 비해 저항 발열체(32)의 전체 길이가 짧아 저항 발열체(32)의 저항이 상대적으로 작으므로, 고발열부(34)에 비해 상대적으로 저온의 열을 발생시킨다.
즉, 본 발명의 기술적 범위는 저항 발열체(32)를 고발열부(34)과 저발열부(35) 등으로 설정하고, 이들 고발열부(34)과 저발열부(35) 내 저항 발열체(32)의 길이 및 직경 등으로 저항을 서로 다르게 형성하여 그 전력밀도를 통해 발열량을 조절하는 다양한 방법을 모두 포함한다.
예를 들어, 저항 발열체(32)가 직경과 재질이 동일하게 형성될 경우, 각 영역의 저항이 다르도록 각 영역별로 그 길이나 형태를 서로 다르게 형성하거나, 직경이 동일하게 형성될 경우, 재질과 길이 및 형태 중 어느 하나 이상을 서로 다르게 형성하는 등, 상기한 바와 같은 저항 발열체(32)의 재질, 길이, 형태 및 직경 중 어느 하나 이상을 변경시킴으로써, 각 영역에서 서로 다른 온도의 열이 발생되도록 한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산 부재의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 10 은 도 8 의 A-A'의 단면도이며, 도 11 은 도 8 의 체결 부재의 일 예를 나타낸 도면이며, 도 12 는 도 8 의 체결 부재의 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 13 은 도 8 의 체결 부재의 또 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 14 는 도 8 의 체결 부재의 또 다른 예를 나타낸 도면이며, 도 15 는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정부를 이용한 설치 예를 나타낸 도면이다.
도 8 을 참조하면, 열확산부(40)는 전기히터(30)에 설치되어 전기히터(30)의 고발열부(34)에서 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시킨다.
본 실시예에서는 열확산부(40)가 고발열부(34)에 설치되는 것을 예시로 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 저발열부(35)에 설치되는 것도 포함한다. 저발열부(35)에 열확산부(40)가 설치될 경우, 우레아 수용액을 흡입하는 도 15 에 도시된 흡입 파이프(90)에 대한 가열이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.
열확산부(40)는 열확산 부재(41) 및 체결 부재(42)를 포함한다.
열확산 부재(41)는 고발열부(34)에서 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시킨다. 열확산 부재(41)는 우레아 수용액으로 확산되는 열량이나 고발열부(34)의 형태 등에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 도 8 내지 도 15 에는 열확산 부재(41)가 판형으로 형성되는 것을 예시로 설명한다.
더욱이, 열확산 부재(41)는 우레아 수용액과의 접촉 면적을 증가시켜 상대적으로 많은 열량을 확산시킬 수 있도록 하는 연장부(44)를 포함한다. 연장부(44)는 도 8 에 도시된 바와 같이, 열확산 부재(41)로부터 그 후방으로 연장되어 우레아 수용액과의 접촉 면적이 증가되도록 형성되어 상대적으로 더욱 많은 열을 우레아 수용액으로 확산시킨다.
체결 부재(42)는 열확산 부재(41)에 연장 형성되며, 제1 체결 부재(421) 및 제2 체결 부재(422)를 포함한다.
제1 체결 부재(421)는 열확산 부재(41)의 양측 단부로부터 연장 형성되고, 제2 체결 부재(422)는 열확산 부재(41)의 전단부, 즉 열확산 부재(41)의 라운드 형성된 부분으로부터 연장 형성된다.
도 8 내지 도 10 을 참조하면, 제1 체결 부재(421)와 제2 체결 부재(422)는 고발열부(34)의 외주면의 형태에 대응되게 형성되어 고발열부(34)와 면접됨으로써, 열확산 부재(41)를 고발열부(34)에 체결시키면서 고발열부(34)에서 발생된 열을 열확산 부재(41)로 전달한다. 이 경우, 고발열부(34)에서 발생된 열은 제1 체결 부재(421)와 제2 체결 부재(422)를 통해 일부가 우레아 수용액으로 확산된다.
더욱이, 제1 체결 부재(421)는 상기한 바와 같이 열확산 부재(41)의 양측 단부로부터 연장 형성됨으로써, 열확산 부재(41)가 고발열부(34)에 슬라이딩 삽입될 수 있도록 가이드한다. 또한 제2 체결 부재(422)는 열확산 부재(41)의 전단부에 형성됨으로써, 슬라이딩 삽입되는 열확산 부재(41)를 정지시킨다.
특히, 제2 체결 부재(422)는 도 11 내지 도 14 에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 11 내지 도 14 에는 제2 체결 부재(422)가 고발열부(34)에 면접되면서 고발열부(34)의 열을 열확산 부재(41)로 전달하는 다양한 구조가 예시적으로 도시되었다.
먼저 도 11 을 참조하면, 제2 체결 부재(422)는 열확산 부재(41)의 전단부의 라운드된 부분을 따라 길게 형성될 수 있다. 제2 체결 부재(422)는 고발열부(34)의 라운드된 부분에서 발생된 열을 열확산 부재(41)에 전달함과 더불어 고발열부(34)에 슬라이딩 삽입되는 열확산 부재(41)를 정지시킨다. 아울러, 제2 체결 부재(422)는 열확산 부재(41)의 라운드된 부분을 따라 길게 형성되어 고발열부(34)와의 접촉 면적이 상대적으로 넓어 고발열부(34)에서 발생된 열을 열확산 부재(41)로 상대적으로 많이 전달한다.
도 12 를 참조하면, 제2 체결 부재(422)는 열확산 부재(41)의 라운드된 부분에 복수 개가 형성될 수 있다. 제2 체결 부재(422)는 상기한 도 11 에 비해 고발열부(34)와의 접촉 면적이 상대적으로 좁아 고발열부(34)에서 발생된 열을 열확산 부재(41)로 상대적으로 적게 전달한다.
도 13 을 참조하면, 제2 체결 부재(422)는 열확산 부재(41)의 라운드된 부분에 1개가 형성될 수 있다. 이 경우 제2 체결 부재(422)는 상기한 도 11 및 도 12 에 비해 고발열부(34)와의 접촉 면적이 좁아 고발열부(34)에서 발생된 열을 열확산 부재(41)로 상대적으로 적게 전달한다.
도 14 를 참조하면, 제2 체결 부재(422)는 열확산 부재(41)의 라운드된 부분에 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 열확산 부재(41)는 제1 체결 부재(421)만으로도 고발열부(34)에 설치될 수 있다.
참고로, 상기한 제2 체결 부재(422)의 구조는 제작 방식의 용이성 및 열전달 부재(41)로 전달되는 열량 등에 따라 선택적으로 채용될 수 있다.
도 15 를 참조하면, 흡입 파이프 고정부(60)는 우레아 탱크 내부에 설치되어 우레아 수용액을 흡입하는 흡입 파이프(90)를 열확산 부재(41)에 고정시킨다. 이러한 흡입 파이프 고정부(60)는 차량의 이동이나 진동 등에 의한 흡입 파이프(90)의 파손 등을 방지한다.
참고로, 흡입 파이프(90)는 상하 방향으로 길게 형성되는데, 우레아 수용액을 배출한다.
흡입 파이프 고정부(60)는 열확산 부재(41)에 관통형성되며, 흡입 파이프(90)는 흡입 파이프 고정부(60)에 삽입되면서 열확산 부재(41)에 의해 고정된다.
상기한 흡입 파이프(90)가 열확산 부재(41)에 용이하게 삽입 및 고정될 수 있도록, 흡입 파이프 고정부(60)는 흡입 파이프(90)의 외형 및 직경에 대응되게 다양하게 형성될 수 있다.
여기서, 흡입 파이프(90)는 열전달이 가능한 금속 소재로 형성될 수 있다. 이 경우 흡입 파이프(90)는 열전달 부재(41)로부터 열을 전달받아 그 내부에 동결된 우레아 수용액이 더욱 빠르게 해동될 수 있도록 한다.
흡입 파이프 고정부(60)는 흡입 파이프(90)가 열확산 부재(41)에 고정 설치될 수 있도록 하는 다양한 구조가 채용될 수 있다.
한편, 흡입 파이프(90)의 단부에는 흡입 파이프(90)로 유입되는 우레아 수용액의 이물질을 필터링하는 필터(70)가 설치된다. 필터(70)는 상기한 바와 같이 우레아 수용액의 이물질을 제거함으로써, 센더모듈(미도시)의 오동작이나 우레아 수용액의 촉매 기능 저하를 방지한다.
필터 설치부(71)는 필터(70)를 열확산 부재(41)에 고정시키는 것으로써, 필터 체결홀부(72) 및 필터 체결돌기(73)를 포함한다.
필터 체결홀부(72)는 흡입 파이프 고정부(60)를 중심으로 열확산 부재(41)에 복수 개가 관통 형성된다.
필터 체결돌기(73)는 상기한 필터(70)에 필터 체결홀부(72)와 대응되게 복수 개가 돌출 형성된다. 이에, 필터 체결돌기(73)가 상기한 필터 체결홀부(72)에 끼워져 필터(70)가 열확산 부재(41)에 고정 설치된다.
이에, 흡입 파이프(90)가 열확산 부재(41)의 흡입 파이프 고정부(60)에 삽입된 상태에서, 필터(70)에 형성된 필터 체결돌기(73)가 열확산 부재(41)에 형성된 필터 체결홀부(72)에 끼워짐으로써, 필터(70)는 열확산 부재(41)에 고정되고 흡입 파이프(90)로 유입되는 우레아 수용액의 이물질을 필터링한다.
레벨 환봉 고정부(50)는 우레아 수용액의 수위에 따라 레벨 게이지(81)가 승하강되도록 가이드하는 레벨 환봉(80)을 고정시킨다.
통상적으로 레벨 환봉(80)은 레벨 게이지(81)가 승하강될 수 있도록 상하방향으로 길게 형성되고, 레벨 게이지(81)는 우레아 수용액으로부터 받는 부력에 의해 레벨 환봉(80)을 따라 승하강되는바, 이때의 레벨 게이지(81)의 위치를 바탕으로 우레아 수용액의 수위가 측정될 수 있다.
레벨 환봉 고정부(50)는 차량의 이동이나 진동 등에 의한 레벨 환봉(80)의 파손 등을 방지하는 것으로써, 레벨 환봉 삽입홀부(51), 고정 디스크 체결홀부(52), 고정 디스크(53), 레벨 환봉 고정홈부(54) 및 고정 디스크 체결돌기(55)를 포함한다.
레벨 환봉 삽입홀부(51)는 열확산 부재(41)에 관통 형성되며, 이 레벨 환봉 삽입홀부(51)에는 레벨 환봉(80)이 삽입된다. 레벨 환봉(80)은 상기한 바와 같이 열확산 부재(41)에 형성된 레벨 환봉 삽입홀부(51)에 삽입됨으로써, 열확산 부재(41)에 의해 1차적으로 고정된다.
고정 디스크 체결홀부(52)는 열확산 부재(41)에 관통 형성되어 레벨 환봉 삽입홀부(51)를 중심으로 복수 개가 형성된다.
고정 디스크(53)는 열확산 부재(41)의 하부에 설치되어 레벨 환봉 삽입홀부(51)를 관통한 레벨 환봉(80)을 2차적으로 고정시킨다.
고정 디스크 체결돌기(55)는 고정 디스크 체결홀부(52)와 대응되게 고정 디스크(53)에서 돌출 형성되어 상기한 고정 디스크 체결홀부(52)에 끼워진다.
레벨 환봉 고정홈부(54)는 고정 디스크(53)에 레벨 환봉(80)의 외주면과 대응되게 함몰 형성된다. 레벨 환봉(80)은 레벨 환봉 삽입홀부(51)를 통해 열확산 부재(41)를 관통하여 그 단부가 일부 돌출되는데, 고정 디스크(53)가 열확산 부재(41)의 하부에 설치되면서 레벨 환봉(80)의 단부가 레벨 환봉 고정홈부(54)에 안착됨으로써, 레벨 환봉(80)이 안정적으로 고정될 수 있도록 한다.
즉, 고정 디스크(53)에 형성된 고정 디스크 체결돌기(55)가 열확산 부재(41)에 형성된 고정 디스크 체결홀부(52)에 끼워짐과 더불어 열확산 부재(41)의 레벨 환봉 삽입홀부(51)를 관통한 레벨 환봉(80)의 단부가 레벨 환봉 고정홈부(54)에 안착됨으로써, 레벨 환봉(80)이 안정적으로 고정된다.
참고로, 본 실시예에서는 레벨 환봉(80)이 열확산 부재(41)에 레벨 환봉 고정부(50)를 통해 고정되는 것을 예시로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 레벨 환봉(80)이 열확산 부재(41)에 고정될 수 있는 다양한 구조가 모두 포함된다 할 것이다.
도 8 내지 도 15 는 열확산 부재(41)가 판형으로 형성되고, 열확산 부재(41)의 단부에 형성된 체결 부재(42)를 통해 고발열부(34)에 설치되는 것을 설명하였다. 그러나, 열확산 부재(41)는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조와 형태로 형성될 수 있다. 이를 도 16 내지 도 21 을 참고로 하여 설명한다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 17 은 도 16 의 B-B'의 단면도이다.
도 16 및 도 17 을 참조하면, 열확산부(40)는 2개의 열확산 부재(41) 및 체결 부재(42)를 포함한다. 도 17 을 참조하면, 2개의 열확산 부재(41)는 서로 나란하게 배치되고, 체결 부재(42)가 고발열부(34)의 외주면에 대응되게 라운드되게 열확산 부재(41)의 양측에 형성되어 2개의 열확산 부재(41)를 서로 연결한다.
결과적으로 열확산부(40)는 전체적으로 타원형으로 형성되어 고발열부(34)를 감싸도록 형성된다.
이에 따라, 고발열부(34)에서 발생된 열은 체결 부재(42)를 통해 2개의 열확산 부재(41)로 각각 전달되고, 열확산 부재(41)에서 우레아 수용액으로 전달됨으로써, 우레아 수용액을 가열하게 된다.
도 18 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 18 을 참조하면, 열확산부(40)는 코일 형태로 형성되어 고발열부(34)를 감는 구조로 형성된다. 이 경우 열확산부(40)는 우레아 수용액과의 접촉 면적을 크게 향상시킬 수 있고 이를 토대로 우레아 수용액으로 상대적으로 더욱 많은 열을 확산시킨다.
도 19 는 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 19 를 참조하면, 열확산부(40)는 메쉬 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 우레아 수용액이 열확산부(40)의 관통된 부분을 통해 흐를 수 있으므로, 이러한 우레아 수용액의 열대류에 의해 우레아 수용액의 전열이 더욱 용이하게 이루어지고, 그 결과 우레아 수용액의 온도가 상대적으로 고르게 증가될 수 있다.
도 20 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 20 을 참조하면, 열확산 부재(41)에는 상하 방향으로 관통 형성되는 적어도 1개 이상의 열확산 부재 홀부(48)가 형성된다. 이 경우 우레아 수용액이 열확산 부재 홀부(48)를 통해 흐를 수 있으므로, 이러한 우레아 수용액의 열대류에 의해 우레아 수용액의 전열이 더욱 용이하게 이루어지고, 그 결과 우레아 수용액의 온도가 상대적으로 고르게 증가될 수 있다.
도 21 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열확산부의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 21 을 참조하면, 열확산 부재(41)는 상측 방향으로 돌출된 복수 개의 열확산 부재 돌출부(49)를 구비한다. 열확산 부재 돌출부(49)는 상기한 바와 같이 상측 방향으로 돌출됨으로써, 우레아 수용액과의 접촉 면적을 증가시킨다. 그 결과 열확산 부재(41)로부터 우레아 수용액으로 상대적으로 더욱 많은 열을 확산시켜 우레아 수용액의 온도가 상대적으로 더욱 빠르게 증가할 수 있도록 한다.
참고로, 열확산 부재(41)와 우레아 수용액과의 접촉 면적을 증가시키기 위해 열확산 부재 돌출부(49)를 구비하는 것을 예시로 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니며, 열확산 부재(41)의 크기 및 구조를 변경하는 등 우레아 수용액과의 접촉 면적을 증가시키는 다양한 방법이 모두 포함될 수 있다.
이와 같은 본 실시예는 전기히터(30)로부터 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시켜 우레아 수용액의 온도를 조절하고, 우레아 탱크 내부의 동결된 우레아 수용액을 신속하게 용융시킨다.
본 실시예는 엔진의 시동 초기에 엔진의 가열 여부와 무관하게 우레아 탱크에 저장된 우레아 수용액을 용융시키고, 우레아 수용액이 SCR 촉매로 공급되지 않아 디젤 차량의 엔진 출력이 저하되는 현상을 방지한다.
본 실시예는 우레아 수용액의 동결을 방지하고, SCR 촉매로 우레아 수용액을 공급할 수 있도록 하여 NOx의 배출 증가를 방지한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 배터리 20: 전원 공급부
30: 발열부 31: 파이프
32: 저항 발열체 33: 산화마그네슘
34: 고발열부 35: 저발열부
40: 열확산부 41: 열확산 부재
42: 체결 부재 421: 제1 체결 부재
422: 제2 체결 부재 44: 연장부
48: 열확산 부재 홀부 49: 열확산 부재 돌출부
50: 레벨 환봉 고정부 51: 레벨 환봉 삽입홀부
52: 고정 디스크 체결홀부 53: 고정 디스크
54: 레벨 환봉 고정홈부 55: 고정 디스크 체결돌기
60: 흡입 파이프 고정부 70: 필터
71: 필터 설치부 72: 필터 체결홀부
73: 필터 체결돌기 80: 레벨 환봉
81: 레벨 게이지 90: 흡입 파이프

Claims (7)

  1. 우레아 탱크 내부에 수용되어 열을 발생시키는 전기히터; 및
    상기 전기히터에서 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시켜 우레아 수용액을 가열하는 열확산부를 포함하고,
    상기 전기히터는 발생되는 열량에 따라 고발열부 및 저발열부를 포함하고, 상기 고발열부는 상기 저발열부에 비해 상대적으로 높은 온도로 발열되며,
    상기 열확산부는 상기 고발열부에서 발생된 열을 우레아 수용액으로 확산시키는 열확산 부재, 및 상기 열확산 부재에 연장 형성되어 상기 열확산 부재를 상기 고발열부에 체결시키고 상기 고발열부의 열을 상기 열확산 부재로 전달하거나 또는 우레아 수용액으로 확산시키는 체결 부재를 포함하며,
    상기 열확산 부재에 형성되어 흡입 파이프를 상기 열확산 부재에 고정시키는 흡입 파이프 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 온도 조절 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 열확산부는
    코일 형상으로 형성되어 상기 전기히터를 감는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 온도 조절 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 열확산부는
    타원형으로 형성되어 상기 전기히터를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 온도 조절 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 흡입 파이프로 유입되는 우레아 수용액의 이물질을 필터링하는 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 온도 조절 장치.

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