KR101765949B1 - 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기관에 윙부재가 형성된 우레아 분산장치를 설치하여 배기가스와 액적상태의 우레가 보다 균일하게 혼합될 수 있도록 하고, 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판을 접합한 윙부재로 인해 고온조건에서 배압상승을 최소화할 수 있도록 하는 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치에 관한 것이다.
본 발명은 배기가스의 유로 상에 설치되는 원형의 중공형 관체로 된 설치구; 상기 설치구의 내측에 가로판과 세로판이 격자 상으로 설치되는 격자 플레이트; 및 상기 격자 플레이트에 형성되어 인젝터를 통해 용액의 액적상태로 배출되는 우레아와 배기가스를 분산시키는 판 상의 윙부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치{UREA DISTRIBUTION APPARATUS FOR SCR}

본 발명은 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기관에 윙부재가 형성된 우레아 분산장치를 설치하여 배기가스와 액적상태의 우레아가 보다 균일하게 분산될 수 있도록 하고, 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판을 접합한 윙부재로 인해 고온조건에서 배압상승을 최소화할 수 있도록 하는 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스는 배기 파이프의 도중에 형성된 매연 여과장치(이하 「DPF」라고 한다)나 선택 촉매 환원 장치(이하 「SCR 장치」라고 한다)나 NOx 흡장 환원 촉매(이하 「NSR 촉매」라고 한다)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기중으로 방출된다.

이중 자동차에 적용되는 SCR 시스템에서 환원제로 일반적으로 사용되는 우레아는 인젝터를 통해 용액의 액적상태로 배출가스내 분사되는데, 액체의 무화정도와 촉매전단에서의 균일도가 NOx 정화성능에 영향을 미치게 된다. 즉 배기유동이 스월(swirl)이낮고 유량이 적은 경우 우레아의 분포가 불균일하여 촉매성능악화의 원인이 된다.

이때, 우레아의 분포를 고르게 하는 목적으로 분산 날개를 구비한 우레아 혼합용 분산장치를 배기관에 장착하는데, 종래의 분산장치는 단순히 배기가스와 우레아가 여러 방향으로 균일하게 분산될 수 있도록 하는 것으로, 고속의 엔진 운전조건에서는 배압상승으로 엔진출력이 저하되는 문제가 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 배기관에 윙부재가 형성된 우레아 분산장치를 설치하여 배기가스와 액적상태의 우레아가 보다 균일하게 분산될 수 있도록 하고, 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판을 상호 접합하여 이루어진 윙부재가 고온조건에서 배압상승을 최소화하는 형상으로 변이되도록 함으로써 엔진성능을 유지하도록 하는 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배기가스의 유로 상에 설치되는 원형의 중공형 관체로 된 설치구; 상기 설치구의 내측에 가로판과 세로판이 격자 상으로 설치되는 격자 플레이트; 및 상기 격자 플레이트에 형성되어 인젝터를 통해 용액의 액적상태로 배출되는 우레아와 배기가스를 분산시키는 판 상의 윙부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 윙부재는 상기 격자 플레이트의 가로판에 소정의 각도를 갖는 상태로 상측으로 경사지게 설치되고, 상기 윙부재는 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판을 접합하여 제조된다.

또한, 상기 윙부재는 두 종류의 금속판 중 열팽창계수가 낮은 금속판이 하측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 윙부재가 형성된 우레아 분산장치로 인해 배기가스와 액적상태의 우레아가 보가 균일하게 분산될 수 있어 정화율이 상승되고, 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판을 상호 접합하여 이루어진 상기 윙부재가 고온조건에서 배압상승을 최소화하는 형상으로 변이됨으로서 엔진성능을 유지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치의 상태를 나타낸 상태도,
도 2는 본 발명에 따른 우레아 분산장치의 단면상태를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 윙부재의 확대 단면상태를 나타낸 상태도,
도 4는 저온일 때 윙부재의 휨을 나타낸 상태도,
도 5는 고온일 때 윙부재의 휨을 나타낸 상태도,
도 6은 본 발명이 우레아 분산장치를 사용하였을 경우와 그렇지 않은 경우의 배압차이를 나타낸 상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치를 상세히 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치를 배기관 내에 장착하여 우레아의 분포를 고르게 하고, 그로 인해 고온조건에서 배압 상승을 최소화함으로써 엔진 출력이 저하되지 않도록 구성된다.

도 1은 본 발명에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치의 상태를 나타낸 상태도이고, 도 2는 본 발명에 따른 우레아 분산장치의 단면상태를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 윙부재의 확대 단면상태를 나타낸 상태도이다.

상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 배기관 내에 장착되어 우레아의 분포를 고르게 하는 우레아 분산장치는 배기가스의 유로상에 설치되는 중공형 관체의 설치구, 상기 설치구의 내측에 설치되는 격자 플레이트 및 상기 격자 플레이트에 형성되는 윙부재로 구성된다.

상기 설치구(10)는 원형의 중공형 관체로 배기가스가 유동하는 배기관의 내측에 설치된다.

그리고, 상기 격자 플레이트(30)는 상기 설치구(10)의 내측에 가로판(31)과 세로판(35)이 격자상으로 설치된 것으로, 상기 설치구(10)의 내면에 고정되어 배기가스와 우레아의 효과적인 분산을 유동한다.

상기 윙부재(50)는 판 상으로 상기 격자 플레이트(30)에 형성되어 인젝터를 통해 용액의 액적상태로 배출되는 우레아와 배기가스를 분산시킨다.

즉, 상기 윙부재(50)는 상기 격자 플레이트(30)의 가로판(31)과 세로판(35) 중 상기 가로판(31)의 끝단에 일체로 형성되되 상기 가로판(31)에 소정의 각도를 갖는 상태로 상측으로 경사지게 설치되는 것이다.

이때, 상기 윙부재(50)는 분산장치의 전방 즉 배기가스와 우레아가 분산배출되는 방향의 가로판(31) 끝단에 형성된다.

여기서, 상기 윙부재(50)와 가로판(31)간의 각도 및 상기 윙부재(50)의 길이를 적절히 조절하여 배기가스와 액적상태의 우레아가 분산되는 정도를 조절할 수 있다. 따라서, 차량과 엔진 배기량 및 배기계 레이아웃의 형상에 따라 상기 윙부재(50)와 가로판(31)이 이루는 각도 및 상기 윙부재(50)의 길이를 적절하게 조절하여 형성되어야 한다.

또한, 상기 윙부재(50)는 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판을 서로 포개어 접합하여 제조된 것으로, 이때 상기 윙부재는 두 종류의 금속판 중 열팽창계수가 낮은 금속판이 하측에 위치한다.

즉, 상기 윙부재(50)는 두 개의 금속판 중 열팽창계수가 큰 금속판이 상측에 위치하고 열팽창계수가 작은 금속판이 하측에 위치하도록 형성되는 것으로, 상측의 금속판은 팽창율이 높고 하측의 금속판은 상측의 금속판보다 팽창율이 낮은 금속판인 것이다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 배기가스의 유량이 적을 때 즉 저온일 때는 상기 윙부재(50)가 상측방향으로 많이 휘게 되어 배기가스와 우레아가 잘 섞임으로써 배압상승을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 배기가스의 유량이 많을 때 즉 고온일 때는 상기 윙부재(50)의 휨이 상기 저온일 때의 윙 부재 휨보다 적게 휘게 되어 배기가스와 우레아의 섞임을 원활하게 이룰 수 있게 되어 배압 상승을 최소화할 수 있게 된다.

특히, 도 6에 도시된 본 발명의 우레아 분산장치를 사용하였을 경우와 그렇지않은 경우의 배압수치에서 알 수 있듯이 본 발명의 우레아 분산장치를 채용함으로써 고온조건에서의 배압상승이 최소화되어 엔진성능을 유지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 윙부재(50)의 두께를 0.5~2mm로 하여 형성할 수 있으나 0.7~1.2mm로 형성하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 본 발명의 분산장치는 그 크기를 조절하여 엔진 배기관 내에 어느 위치에든 장착이 가능한 구조로서 삽입형과 고정형으로 모두 사용 가능할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명이 작용 및 효과를 살펴보면, 먼저 차량과 엔진 배기량 및 배기계의 레이아웃에 맞게 우레아 분산장치의 크기와 윙부재(50)의 길이, 윙부재(50)와 격자프레임의 가로판(31)이 이루는 각도 등을 조절하여 적절하게 구성한 후, 배기관에 설치한다.

실린더 헤드의 배기 포트로부터 배출되는 배기가스가 배기 매니폴드를 통해 배기 시스템으로 이송한다.

그리고, 배기가스를 정화하기 위하여 액적상태의 우레아가 인젝터로부터 분산되면 그 우레아가 분산장치에 부딪혀서 여러 방향으로 분산된다.

따라서, 상기와 같이 여러 방향으로 고루 분산된 배기가스와 액적상태의 우레아는 보다 균일한 혼합을 이룰 수 있게 되고, 그로 인해 배기가스 내의 질소산화물이 효과적으로 정화되어 그 정화율이 상승하게 된다.

특히, 배기가스의 유량이 많을 때 즉 고온일 때는 분산장치의 상기 윙부재(50)가 상측 방향으로 적게 휘게 되어 배기가스와 우레아의 섞임을 더욱 원활하게 이룰 수 있음으로써 배압 상승을 최소화할 수 있게 되고, 그로 인해 엔진출력의 저하됨 없이 엔진성능을 유지할 수 있게 된다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 설치구 30: 격자플레이트
31: 가로판 35: 세로판
50: 윙부재

Claims (4)

1. 배기가스의 유로 상에 설치되는 원형의 중공형 관체로 된 설치구;
   상기 설치구의 내측에 가로판과 세로판이 격자 상으로 설치되는 격자 플레이트; 및
   상기 격자 플레이트에 형성되어 인젝터를 통해 용액의 액적상태로 배출되는 우레아와 배기가스를 분산시키는 판 상의 윙부재;를 포함하고,
   상기 윙부재는 상기 격자 플레이트의 가로판에서 연장되면서 소정의 각도를 갖는 상태로 절곡되어 상측으로 경사지게 설치되며,
   상기 윙부재는 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판을 접합하여 제조되되, 두 종류의 금속판 중 열팽창계수가 낮은 금속판이 하측에 위치하여 배기가스의 유량이 적은 저온일 때보다 배기가스의 유량이 많은 고온일 때 절곡된 각도가 작아지는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 우레아 분산장치.
   
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