KR101744797B1

KR101744797B1 - 환원제 믹싱장치

Info

Publication number: KR101744797B1
Application number: KR1020160027168A
Authority: KR
Inventors: 정종화; 양재욱
Original assignee: 세종공업 주식회사
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-06-09
Also published as: CN108350782A; CN108350782B; WO2017155150A1

Abstract

본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 선단측에 배출가스 유입부가 구비되고 후단측에 선택적 환원촉매가 구비되는 하우징; 상기 하우징의 내부유로 중 상기 배출가스 유입부와 상기 선택적 환원촉매 사이로 환원제 수용액을 분사하는 환원제 분사노즐; 및 상기 하우징의 내부유로 중 상기 배출가스 유입부와 상기 선택적 환원촉매 사이에 장착되어 배출가스와 환원제 수용액 입자가 혼합된 유체의 유동방향을 나선형으로 가이드하는 스월유닛;을 포함하되, 상기 스월유닛의 유로단면적은 상기 하우징의 유로단면적보다 작게 형성된다. 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치를 이용하면, 차량의 엔진에서 배출되는 배출가스에 환원제 수용액을 혼합시킬 때 상기 배출가스를 나선형으로 유동시키되, 배출가스가 나선형 유동경로를 따라 흐르는 동안 와류를 발생시킴으로써 환원제 수용액이 보다 균일하게 배출가스에 혼합시킬 수 있고, 긴 길이의 파이프 형태의 혼합공간을 공간적으로 압축된 혼합형태를 제공하여 좁은 여유공간에도 장착할 수 있다는 장점이 있다.

Description

환원제 믹싱장치 {Apparatus for mixing reducing agent}

본 발명은 차량의 엔진에서 배출되는 배출가스를 나선형으로 유동시켜 환원제 수용액이 효과적으로 혼합되도록 하는 환원제 믹싱장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 환원제 수용액 혼합효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 환원제 수용액이 저온의 최외벽에 접촉되어 부착되는 현상을 방지할 수 있는 환원제 믹싱장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 대기로 방출된다.

이러한 배기라인은 내연 기관(예컨대, 디젤 엔진)에 설치되며, 질소 산화물을 환원시키기 위한 시스템 및 이 시스템의 상류에 배치되는 환원제(예컨대, 환원제 수용액) 분사기를 포함한다. 가장 보편적인 구성의 요소 분사 구역은 일반적으로 상류의 입자 필터(그 앞에는 산화 촉매가 있음)와 하류의 질소 산화물의 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction ; SCR) 사이에 위치된다. 상당히 보편적인 다른 방안에 따르면, 산화 촉매와 질소 산화물 환원을 처리하기 위한 함침 입자 필터 또는 통상적인 입자 필터가 다음에 있는 SCR 사이에 환원제 분사 구역을 두게 된다.

환원제 분사의 정확한 작동을 보장하기 위해서는, 하류 블럭의 흡입면에서 배기가스에 환원제가 매우 균질하게 분산되도록 환원제의 분사 및 증발, 환원제와 배기가스의 혼합기능이 보장될 필요가 있다. 이때 환원제와 배기가스가 혼합되기 위해서는 일정 시간이 필요하므로, 환원제와 배기가스가 상호 접촉되는 경로가 상당히 길게 요구된다.

이와 같이 환원제와 배기가스의 접촉경로가 증가될 수 있도록, 배기가스를 외곽으로 회전하도록 유도하고, 회전하는 배기가스에 환원제를 분사하도록 구성된 '분사 시스템을 갖는 배기라인 (대한민국 공개특허 10-2012-0053494호)'가 제안된바 있다.

그러나 배기가스를 단순히 외곽으로만 회전시키면 환원제와 배기가스의 접촉경로가 충분하지 아니하여, 환원제와 배기가스 혼합효율을 높이는데 한계가 있다.

또한, 배기가스가 외곽으로 회전하며 유동하면, 배기가스에 혼합되어 있는 환원제 입자가 원심력에 의해 최외벽에 접촉되는데, 최외벽은 비교적 온도가 낮으므로 최외벽에 접촉된 환원제 입자가 액적상태로 잔존하는 현상이 발생될 수 있다.

KR 10-2012-0053494 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 엔진에서 배출되는 배출가스에 환원제 수용액을 혼합시킬 때 상기 배출가스를 외곽에서 중심쪽으로 나선형으로 유동시키며, 배출가스가 외곽에서 중심쪽으로 나선형 유동경로를 따라 흐르는 동안 스월유닛을 통해서 와류를 발생시킴으로써 환원제 수용액을 보다 균일하게 배출가스에 혼합시킬 수 있고, 벽면에 환원제가 액적상태로 잔존하는 현상을 억제할 수 있으며, 긴 길이의 파이프 형태의 혼합공간을 공간적으로 압축된 혼합형태를 제공하여 좁은 여유공간에도 장착할 수 있는 환원제 믹싱장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 선단측에 배출가스 유입부가 구비되고 후단측에 선택적 환원촉매가 구비되는 하우징; 상기 하우징의 내부유로 중 상기 배출가스 유입부와 상기 선택적 환원촉매 사이로 환원제 수용액을 분사하는 환원제 분사노즐; 및 상기 하우징의 내부유로 중 상기 배출가스 유입부와 상기 선택적 환원촉매 사이에 장착되어, 배출가스와 환원제 수용액 입자가 혼합된 유체의 유동방향을 외곽에서 중심쪽으로 나선형으로 가이드하는 유로가 내부에 형성된 스월유닛;을 포함하여, 상기 스월유닛의 내부 유로를 지나는 유체는 상기 스월유닛의 내부 유로 중심선을 감싸는 방향으로 와류를 발생시키면서 상기 스월유닛의 내부 유로 길이방향으로 유동하도록 구성된다.

상기 스월유닛은 상기 하우징의 내측면을 가로지르도록 장착되는 제1 블록과 상기 제1 블록의 선단측을 덮도록 결합되는 제2 블록으로 구성되며, 상기 제1 블록은, 외측단이 상기 하우징의 내측면에 결합되는 에지부와, 상기 배출가스 유입부를 향해 돌출되되 측벽 일측에 개구부가 형성된 센터돌출부로 구성되고, 상기 제2 블록은, 상기 개구부가 형성된 지점을 포함한 센터돌출부 측벽 일부를 둘러싸도록 상기 에지부에 세워지되 폭방향 일측은 상기 센터돌출부의 측벽에 밀착되고 폭방향 타측은 상기 센터돌출부의 측벽과 이격되는 측판과, 상기 측판의 상단과 상기 센터돌출부의 상단을 연결하는 상판으로 구성된다.

상기 스월유닛은, 상기 에지부와 상기 센터돌출부의 측벽과 상기 측판의 폭방향 타단과 상기 상판으로 둘러싸이는 믹싱가스 유입부를 구비하며, 상기 환원제 분사노즐은 상기 믹싱가스 유입부를 향해 환원제 수용액을 분사하도록 장착된다.

상기 상판 중 상기 측판의 내측면과 대응되는 지점에는 하나 이상의 관통홀이 형성된다.

상기 측판의 폭방향 일단은 상기 개구부의 일측 가장자리와 대응되는 지점에 결합된다.

상기 측판의 하단에는 복수 개의 체결돌기가 형성되고, 상기 에지부는 상기 체결돌기가 체결되는 체결홈이 형성된다.

본 발명에 의한 환원제 믹싱장치를 이용하면, 차량의 엔진에서 배출되는 배출가스에 환원제 수용액을 혼합시킬 때 상기 배출가스를 외곽에서 중심쪽으로 나선형으로 유동시키되, 배출가스가 나선형 유동경로를 따라 흐르는 동안 와류를 발생시킴으로써 환원제 수용액이 보다 균일하게 배출가스에 혼합시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 온도가 낮은 최외벽에 환원제가 접촉하는 것을 하우징을 통해서 원천적으로 차단함으로써 벽면에 환원제가 액적상태로 잔존하는 현상을 최소화시킬 수 있고, 긴 길이의 파이프 형태의 혼합공간을 공간적으로 압축된 혼합형태를 제공하여 좁은 여유공간에도 장착할 수 있다는 장점이 있다

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치의 사시도 및 종단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치 내부에서 배출가스와 환원제 수용액가 유동하는 방향을 도시한다.
도 7은 스월유닛의 내부유로를 가로지르는 방향으로 와류가 형성되는 형상을 도시한다.
도 8은 종래의 환원제 믹싱장치에 의해 구현되는 배기가스 유동패턴과 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 의해 구현되는 배기가스 유동패턴을 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치의 사시도 및 종단면도이다.

본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction)나 선택적 환원촉매가 코팅된 DPF(Diesel Particular Filter)에 환원제 수용액(예를 들어 우레아 수용액)을 분사시켜 배출가스에 포함된 NOx를 수소와 물로 환원시키기 위한 장치로서, 분사된 환원제 수용액이 어느 일부에만 집중되지 아니하고 배출가스의 유로 전체에 걸쳐 고르게 분배될 수 있도록 배기가스가 외곽에서 중심쪽으로 나선형으로 유동된다는 점에 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배출가스가 지날 수 있도록 내부유로를 갖는 덕트 구조로 형성되되 선단측(도 2에서는 우측)에 배출가스 유입부(110)가 구비되고 후단측(도 2에서는 좌측)에는 SDPF(선택적 환원촉매가 코팅된 DPF:10)가 삽입 장착되는 촉매장착부(120)가 구비되는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 내부유로 중 배출가스 유입부(110)와 촉매장착부(120) 사이로 환원제 수용액을 분사하는 환원제 분사노즐(200)과, 상기 하우징(100)의 내부유로 중 환원제 분사노즐(200)의 분사경로(도 2에서는 환원제 분사노즐(200)의 하측) 상에 장착되는 스월유닛(300)을 포함하여 구성된다.

상기 스월유닛(300)은, 배출가스와 환원제 수용액 입자가 혼합된 유체(이하 '믹싱가스'라 약칭함)를 나선형 유동시켜 환원제 수용액과 배출가스 간의 접촉시간을 증대시킴으로써 환원제 수용액 입자가 고르고 효과적으로 배출가스에 혼합될 수 있도록 한다. 이와 같이 배출가스가 나선형으로 유동하면 환원제 수용액과의 접촉시간이 증대되어 환원제 수용액 입자가 고르게 혼합될 수 있고, SDPF의 표면 전체에 걸쳐 환원제 수용액 입자가 고르게 접촉되어 NOx 환원효율이 향상된다는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 포함되는 스월유닛(300)은, 내부유로를 지나는 배기가스가 동일한 회전반경을 갖는 나선형으로 유동하는 것이 아니라 점차적으로 회전반경이 작아지도록 나선형으로 유동하고, 나선형을 이루는 배기가스 유동라인을 감싸도록 와류를 발생시킨다는 점에 또 다른 특징이 있는데, 이와 같은 특징은 이하 별도의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛(300)의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛(300)의 분해사시도이며, 도 6은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치 내부에서 배출가스와 환원제 수용액가 유동하는 방향을 도시한다. 이때, 스월유닛(300)을 지나는 배출가스의 유동방향이 명확하게 나타나도록, 도 6에서는 에지부(312)를 생략하였다.

스월유닛(300)을 통해 형성되는 와류의 회전반경이 하우징(100)의 내경과 동일한 크기로 형성되면, 배출가스와 환원제 수용액 입자가 상기 와류를 따라 회전할 때 원심력에 의해 하우징(100)의 내벽 측으로 집중되므로, SDPF 전체에 걸쳐 환원제 수용액 입자가 고르게 접촉되지 못하고, NOx 환원효율이 그만큼 낮아진다는 문제가 발생된다. 또한, 상기 언급한 바와 같이 환원제 수용액 입자 전체가 SDPF로 전달되지 못하고 일부의 환원제 수용액 입자가 하우징(100) 내벽에 묻게 되면, 환원제 분사노즐(200)에서 분사된 환원제 수용액 입자의 양과 SDPF의 표면에 접촉된 환원제 수용액 입자의 양에 차이가 발생되고, 이에 따라 환원제 수용액 분사량 설정에 어려움이 발생될 뿐 만아니라, 불필요하게 환원제 수용액이 낭비되므로 유지비용이 증가된다는 문제도 발생된다.

따라서 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 스월유닛(300)을 통해 형성되는 와류가 회전반경이 점차적으로 작아지는 소용돌이 패턴을 이루도록 설정됨이 바람직하다.

즉, 상기 스월유닛(300)은 상기 하우징(100)의 내측면을 가로지르도록 장착되는 제1 블록(310)과 상기 제1 블록(310)의 선단측을 덮도록 결합되는 제2 블록(320)으로 제작되어, 배출가스와 환원제 수용액 입자가 혼합된 믹싱가스가 제1 블록(310)과 제2 블록(320) 사이를 따라 유동하면서 소용돌이 패턴의 와류를 형성하도록 구성된다. 이때, 상기 제1 블록(310)은, 외측단이 상기 하우징(100)의 내측면에 결합되는 에지부(312)와, 상기 배출가스 유입부(110)를 향해 돌출되되 측벽 일측에 개구부(316)가 형성된 센터돌출부(314)로 구성된다. 또한 상기 제2 블록(320)은, 상기 개구부(316)가 형성된 지점을 포함한 센터돌출부(314) 측벽 일부를 둘러싸도록 상기 에지부(312)에 세워지되 폭방향 일측은 상기 센터돌출부(314)의 측벽에 밀착되고 폭방향 타측은 상기 센터돌출부(314)의 측벽과 이격되는 측판(322)과, 상기 측판(322)의 상단과 상기 센터돌출부(314)의 상단을 연결하는 상판(324)으로 구성된다. 따라서 상기 스월유닛(300)은, 상기 에지부(312)와 상기 센터돌출부(314)의 측벽과 상기 측판(322)의 폭방향 타단과 상기 상판(324)으로 둘러싸이는 믹싱가스 유입부(326)를 구비하게 된다.

이와 같이 스월유닛(300)이 형성되면, 배출가스 유입부(110)를 통해 하우징(100) 내부로 유입된 배출가스는, 도 3 내지 도 5에 도시된 이점쇄선 화살표와 같이 스월유닛(300)의 일측에 형성된 믹싱가스 유입부(326)를 통해 유입되면서 환원제 수용액과 혼합된 후 측판(322)과 센터돌출부(314) 사이의 이격공간을 지나 개구부(316)를 통해 촉매장착부(120) 측으로 배출된다. 이때 상기 배출가스는 측판(322)과 센터돌출부(314) 사이의 이격공간을 지나는 동안 나선형으로 회전하게 되는바, 촉매장착부(120)를 향해 배출될 때에도 나선형 유동을 유지하게 된다. 따라서 환원제 분사노즐(200)에서 분사된 환원제 수용액 입자는 SDPF(10)에 도달할 때까지 배출가스와 오랜 시간 접촉되므로 상기 배출가스와 균일하고 효과적으로 혼합될 수 있고, NOx 환원효율을 극대화시키게 된다.

또한, 내측으로 배기가스가 흐르는 하우징(100)은, 내측에 비해 외측의 온도가 매우 낮으므로 환원제 믹싱 과정에서 환원제 수용액 입자가 하우징(100)의 벽면에 직접 접촉되었을 때 상기 하우징(100) 벽면에 쉽게 부착된다는 문제점이 있다. 그러나 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는 환원제 믹싱이 스월유닛(300)의 제1 블록(310)과 제2 블록(320) 사이에서 이루어지므로 상기 환원제 수용액이 하우징(100)의 내벽에 접촉되는데, 상기 제1 블록(310)과 제2 블록(320)은 하우징(100) 내벽에 비해 온도가 매우 높으므로 환원제 수용액의 액적현상이 발생되지 아니한다는 장점이 있다. 즉, 온도가 낮은 최외벽에 환원제가 접촉하는 것을 하우징을 통해서 원천적으로 차단함으로써 벽면에 환원제가 액적상태로 잔존하는 현상을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.

이와 같이 환원제 수용액 입자가 하우징(100) 내벽에 부착되지 아니하면 환원제 분사노즐(200)에서 분사된 환원제 수용액 입자의 양과 SDPF의 표면에 접촉된 환원제 수용액 입자의 양에 큰 차이가 없어지므로 환원제 수용액 분사량 설정이 용이해지고, 불필요한 환원제 수용액 낭비를 방지할 수 있어 유지비용을 절감시킬 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

한편, 배출가스와 환원제 수용액 입자가 혼합된 믹싱가스는 스월유닛(300)의 일측에 마련된 믹싱가스 유입부(326)로 유입되어 와류를 형성한 후 스월유닛(300)의 중심측에 형성된 개구부(316)를 통해 후방으로 배출되는바, 회전반경이 점차적으로 작아지는 나선형 패턴으로 흐르게 된다. 따라서 상기 환원제 수용액 입자가 원심력에 의해 하우징(100) 내벽에 부착되는 현상을 더 감소시킬 수 있고, 하우징(100)의 내부유로 전체에 걸쳐 환원제 수용액 입자가 고르게 분포되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 믹싱가스의 회전반경이 점차적으로 작아지는 나선형 패턴으로 흐르게 되면, 상기 믹싱가스의 유동성이 더욱 높아지는바 매우 멀리까지 나선형으로 유동할 수 있고, 이에 따라 환원제 수용액 혼합효과가 더욱 높아진다는 장점이 있다.

한편, 환원제 분사노즐(200)의 분사방향이 측판(322)이나 센터돌출부(314)를 향하도록 설정되면, 환원제 수용액 입자가 스월유닛(300)에 묻어 낭비되는 현상이 발생될 뿐만 아니라 배출가스와의 혼합효율이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.

따라서 상기 환원제 분사노즐(200)은 도 3에 도시된 실선 화살표와 같이 믹싱가스 유입부(326)를 향해 환원제 수용액을 분사하도록 장착됨이 바람직하다. 이와 같이 환원제 분사노즐(200)의 분사방향이 믹싱가스 유입부(326)를 향하도록 설정되면, 환원제 수용액 입자가 스월유닛(300)의 표면에 묻어 낭비되는 현상을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 믹싱가스 유입부(326)의 유로단면적은 하우징(100)의 유로단면적에 비해 작으므로, 하우징(100) 내부를 흐르던 배출가스가 믹싱가스 유입부(326)로 유입되는 순간 상기 배출가스의 유속이 급격하게 향상된다. 상기 언급한 바와 같이 환원제 분사노즐(200)이 믹싱가스 유입부(326)를 향해 환원제 수용액 입자를 분사하도록 구성되면, 상기 환원제 수용액 입자는 매우 빠른 속도로 믹싱가스 유입부(326)로 흡입되면서 배출가스와 혼합되는바, 환원제 수용액 입자와 배출가스가 보다 효율적으로 혼합될 수 있다는 장점도 기대할 수 있다.

또한, 스월유닛(300)의 전방측과 후방측 사이에는 일정 수준의 배출가스 배압이 발생되는데, 이와 같은 배압이 기준치를 초과하도록 크게 발생되면 엔진에서 발생된 배출가스가 원활하게 배기되지 못하여 엔진이 손상될 수 있고, 각종 진동과 소음이 발생될 수 있다는 문제점이 있다.

따라서 상기 스월유닛(300)의 상판(324)에는 하나 이상의 관통홀(328)이 형성될 수 있다. 이와 같이 상판(324)에 관통홀(328)이 형성되면, 하우징(100) 내부를 흐르던 배출가스 중 일부는 믹싱가스 유입부(326)를 통해 스월유닛(300)을 통과하게 되고, 배출가스 중 나머지 일부는 관통홀(328)을 통해 개구부(316)로 직접 흐를 수 있으므로, 상기 배압이 일정 수준 감소되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 관통홀(328)이 상판(324) 중 측판(322)의 내측면과 대응되는 지점에 형성되면, 상기 관통홀(328)로 유입된 배기가스는 측판(322)의 내측면을 타고 흐르는바, 믹싱가스에 포함되어 있는 환원제 수용액이 측판(322)의 내측면에 부착되는 현상을 방지할 수 있다는 장점도 얻을 수 있다.

물론, 본 실시예에서는 상기 관통홀(328)이 상판(324)의 가장자리를 따라 곡선 형상으로 형성되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 관통홀(328)의 형상 및 위치, 개수는 배출가스의 배출압력이나 스월유닛(300)의 각 부위 규격 등 여러 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 측판(322)의 폭방향 일단이 개구부(316)의 일측 가장자리(도 5에서는 상측 가장자리)와 일정 거리 이격되면, 믹싱가스 유입부(326)를 통해 유입된 믹싱가스가 개구부(316)를 통과할 때 측판(322)의 폭방향 일단과 개구부(316)의 일측 가장자리 사이에 형성되는 구석에서 난류가 발생되므로, 믹싱가스의 흐름이 원활하지 아니할 수 있다. 따라서 상기 측판(322)의 폭방향 일단은 상기 개구부(316)의 일측 가장자리와 대응되는 지점에 결합됨이 바람직하다.

또한, 제1 블록(310)과 제2 블록(320) 간의 결합위치가 일정하게 가이드될 수 있도록, 상기 측판(322)의 하단에는 복수 개의 체결돌기(323)가 형성되고, 상기 에지부(312)는 상기 체결돌기(323)가 체결되는 체결홈(313)이 형성될 수 있다. 이와 같이 체결돌기(323)와 체결홈(313)이 형성되면, 상기 체결돌기(323)를 체결홈(313)에 삽입시키는 공정만으로 제2 블록(320)을 제1 블록(310)에 정확하게 결합시킬 수 있으므로, 스월유닛(300)의 조립불량을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 실시예에 도시된 바와 같이 체결돌기(323)가 체결홈(313)에 삽입되도록 구성되면, 제1 블록(310)과 제2 블록(320) 간의 접촉면적이 증가되므로 브레이징이나 열융착 방식으로 제1 블록(310)과 제2 블록(320)을 결합시킬 때 제1 블록(310)과 제2 블록(320) 간의 결합력이 현저히 향상된다는 장점도 있다.

도 7은 스월유닛의 내부유로를 가로지르는 방향으로 와류가 형성되는 형상을 도시하고, 도 8은 종래의 환원제 믹싱장치에 의해 구현되는 배기가스 유동패턴과 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 의해 구현되는 배기가스 유동패턴을 도시한다.

상기 스월유닛(300)의 내부유로의 길이방향은 배출가스 유입부(110)를 통해 유입되는 믹싱가스의 유동방향과 직각으로 배열되는바, 믹싱가스 유입부(326)로 유입된 배출가스는 스월유닛(300)의 내부유로 길이방향으로 유동하는 것이 아니라, 도 7에 도시된 점선화살표와 같이 센터돌출부(314)와 에지부(312)와 측판(322)과 상판(324)을 순차적으로 지나도록 와류를 발생시키면서, 전체적으로는 나선형 유동(도 3 내지 도 5에 도시된 이점쇄선 화살표 방향을 따르는 유동)을 이루는바, 환원제 수용액이 보다 고르고 효과적으로 혼합될 수 있다는 장점이 있다.

더우기, 종래의 환원제 믹싱장치를 이용하는 경우에는 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 회전반경이 동일한 나선형으로 배기가스가 유동하지만, 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치를 이용하는 경우에는 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 와류를 발생시키면서 전체적으로는 회전반경이 점차적으로 작아지는 소용돌이 패턴으로 즉, 외곽에서 중심쪽으로 나선형을 이루도록 유동하는바, 배기가스 유동성이 현저히 향상된다는 장점 즉, 환원제 수용액 혼합효율이 현저히 향상된다는 장점이 있다.

한편, 환원제 수용액이 배기가스에 고르게 혼합되기 위해서는 환원제 수용액과 배기가스가 함께 유동하는 거리가 기준치 이상으로 확보되어야 하는바, 종래의 환원제 믹싱장치는 환원제 수용액과 배기가스가 함께 흐르는 유로 즉, 촉매장치와 SCR 사이에 장착되는 파이프가 매우 길게 확보되어야만 했다. 그러나 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 상기 스월유닛의 내부 유로를 지나는 유체가 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 스월유닛의 내부 유로 중심선을 감싸는 방향으로 와류를 발생시키면서 상기 스월유닛의 내부 유로 길이방향으로 유동하므로, 상기 언급한 파이프를 짧게 제작하더라도 충분한 유동거리가 확보될 수 있고, 이에 따라 환원제 수용액이 배기가스에 고르게 혼합될 수 있다는 장점이 있다. 즉, 긴 길이의 파이프 형태의 혼합공간을 공간적으로 압축된 혼합형태를 제공하여, 좁은 여유공간에도 장착할 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 : 배출가스 유입부
120 : 촉매장착부 200 : 환원제 분사노즐
300 : 스월유닛 310 : 제1 블록
312 : 에지부 313 : 체결홈
314 : 센터돌출부 316 : 개구부
320 : 제2 블록 322 : 측판
323 : 체결돌기 324 : 상판
326 : 믹싱가스 유입부 328 : 관통홀

Claims

선단측에 배출가스 유입부가 구비되고 후단측에 선택적 환원촉매가 구비되는 하우징;
상기 하우징의 내부유로 중 상기 배출가스 유입부와 상기 선택적 환원촉매 사이로 환원제 수용액을 분사하는 환원제 분사노즐; 및
상기 하우징의 내부유로 중 상기 배출가스 유입부와 상기 선택적 환원촉매 사이에 장착되어, 배출가스와 환원제 수용액 입자가 혼합된 유체의 유동방향을 외곽에서 중심쪽으로 나선형으로 가이드하는 유로가 내부에 형성된 스월유닛;
을 포함하여,
상기 스월유닛의 내부 유로를 지나는 유체는 상기 스월유닛의 내부 유로 중심선을 감싸는 방향으로 와류를 발생시키면서 상기 스월유닛의 내부 유로 길이방향으로 유동하도록 구성되고,
상기 스월유닛은 상기 하우징의 내측면을 가로지르도록 장착되는 제1 블록과 상기 제1 블록의 선단측을 덮도록 결합되는 제2 블록으로 구성되며,
상기 제1 블록은, 외측단이 상기 하우징의 내측면에 결합되는 에지부와, 상기 배출가스 유입부를 향해 돌출되되 측벽 일측에 개구부가 형성된 센터돌출부로 구성되고,
상기 제2 블록은, 상기 개구부가 형성된 지점을 포함한 센터돌출부 측벽 일부를 둘러싸도록 상기 에지부에 세워지되 폭방향 일측은 상기 센터돌출부의 측벽에 밀착되고 폭방향 타측은 상기 센터돌출부의 측벽과 이격되는 측판과, 상기 측판의 상단과 상기 센터돌출부의 상단을 연결하는 상판으로 구성되어,
상기 제1 블록의 센터돌출부와 상기 제2 블록의 측판 사이를 지나는 배기가스는, 외곽에서 중심쪽으로 상기 나선형유로를 둘러싸는 방향으로 와류가 발생되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 스월유닛은, 상기 에지부와 상기 센터돌출부의 측벽과 상기 측판의 폭방향 타단과 상기 상판으로 둘러싸이는 믹싱가스 유입부를 구비하며,
상기 환원제 분사노즐은 상기 믹싱가스 유입부를 향해 환원제 수용액을 분사하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
청구항 1에 있어서,
상기 상판 중 상기 측판의 내측면과 대응되는 지점에는 하나 이상의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
청구항 1에 있어서,
상기 측판의 폭방향 일단은 상기 개구부의 일측 가장자리와 대응되는 지점에 결합되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
청구항 1에 있어서,
상기 측판의 하단에는 복수 개의 체결돌기가 형성되고, 상기 에지부는 상기 체결돌기가 체결되는 체결홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.