KR101815770B1 - 요소수 인젝터 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 요소수 인젝터 모듈에 관한 것으로, 차량의 배기가스 정화를 위해 외부로부터 전력을 인가 받아 요소수를 분사시키는 인젝터, 상기 인젝터가 수용 장착되는 본체, 복수개 구비되고 본체의 외측면에 적층 구조로 조립되며 내부에 요소수가 유동할 수 있도록 냉매 유로가 형성되어 있는 방열판, 상기 방열판의 하부에 개재되어 하측에서 전달되는 열을 차단하는 열차단 플랜지, 및 상기 열차단 플랜지의 하부에 설치되고 배기파이프에 결합 및 고정 고정부를 포함하여 구성된다.

Description

요소수 인젝터 모듈{ UREA WATER INJECTOR MODULE }
본 발명은 요소수 인젝터 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 배기 파이프에 장착되어 배기가스를 정화시키는 요소수 인젝터 모듈에 관한 것이다.
근래 차량의 배기가스는 환경오염의 주범으로 인식되고 있다. 따라서 차량에는 배기가스를 저감시키는 장치들이 구비되어 있다. 예를 들어, 차량에는 선택적 환원 촉매(SCR; Selective Catalytic Reduction) 장치로써 배기가스에 요소수를 분사하는 요소수 분사 장치가 구비된다.
상기 요소수 분사 장치는 배기가스에 요소수를 분사시켜 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물(NOx)과 요소수를 반응하게 함으로써 대기로 오염물질이 배출되는 것을 방지한다.
이러한 요소수 분사 장치는 일반적으로 배기파이프에 장착되어 높은 온도의 배기가스에 노출되므로 열에 의한 파손이나 고장의 위험성을 가진다.
이에 따라 요소수 분사 장치는 효과적인 냉각 기능을 수행할 수 있도록 공랭식 냉각 구조 또는 수랭식의 냉각 구조를 가진다.
공랭식 냉각 구조는 수랭식 냉각 구조에 비해 장착 위치가 자유롭고 비용을 절감할 수 있는 장점을 갖지만, 수랭식 냉각 구조에 비해 냉각 능력이 부족한 단점을 갖는다.
수랭식 냉각 구조는 공랭식 냉각 구조에 비해 냉각 능력이 우수한 장점을 갖지만, 장착 위치의 제약이 많고 냉매가 유동할 수 있는 추가 배관 등의 설치가 필요한 단점을 갖는다. 즉, 수랭식 냉각 구조는 일반적으로 차량의 엔진룸에 위치한 냉각수를 냉매로 사용하는데, 상기 냉각수를 차량의 후미에 위치한 요소수 분사장치까지 공급하기 위해 많은 배관 및 장치가 필요하기 때문에 공랭식 냉각 구조에 비해 구조가 복잡하고 비용의 소모도 더 크다.
따라서 냉각능력이 우수하면서도, 종래의 냉각 구조를 단순화하여 비용을 절감할 수 있는 요소수 인젝터 모듈에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위한 본 발명을 하기에서 자세히 설명하도록 한다.
한국공개특허공보 KR 2015-0099893A (2015.09.02 공개)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 요소수 분사 장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 방열판에 냉매 유로를 형성하여 냉각 능력을 향상시키는 요소수 인젝터 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 요소수를 냉매로 사용함으로써 엔진룸의 냉각수를 냉매로 사용할 필요가 없어 수랭식 냉각 구조에 비해 단순화된 구조를 가지는 요소수 인젝터 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈은, 차량의 배기가스 정화를 위해 외부로부터 전력을 인가 받아 요소수를 분사시키는 인젝터, 상기 인젝터가 수용 장착되는 본체, 복수개 구비되고 본체의 외측면에 적층 구조로 조립되며 내부에 요소수가 유동할 수 있도록 냉매 유로가 형성되어 있는 방열판, 상기 방열판의 하부에 개재되어 하측에서 전달되는 열을 차단하는 열차단 플랜지, 및 상기 열차단 플랜지의 하부에 설치되고 배기파이프에 결합 및 고정 고정부를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 방열판은, 상부에 구비되되 내부에 냉매 유로가 형성된 중공 도넛 형상의 상부 방열판과, 상기 상부 방열판의 하부에 이격 구비되되 내부에 냉매 유로가 형성된 중공 도넛 형상의 하부 방열판과, 상기 상부 방열판과 상기 하부 방열판의 사이에서 다른 방열판을 관통하여 복수개 설치되고 상기 상부 방열판과 상기 하부 방열판의 각 냉매 유로와 연통되는 직선형 냉매 유로가 형성되는 냉각 파이프와, 상기 상부 방열판의 일측에 구비되어 요소수가 유입되는 입구를 형성하는 요소수 유입구, 및 상기 상부 방열판의 타측에 구비되어 요소수가 배출되는 출구를 형성하는 요소수 배출구를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 본 발명에 의한 요소수 인젝터 모듈은, 일측이 요소수 탱크와 연결되고, 다른 일측이 상기 인젝터의 입구와 연결되어, 상기 요소수 배출구로 배출된 요소수의 순환을 제어하는 써머스탯 밸브를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 써머스탯 밸브는, 상기 요소수 배출구로 배출된 요소수의 측정 온도가 설정값보다 낮을 때는 요소수를 상기 인젝터로 보내고, 요소수의 측정 온도가 설정값보다 높을 때는 요소수를 상기 요소수 탱크로 돌려보내도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 의한 요소수 인젝터 모듈은, 상기 방열판과 상기 열차단 플랜지 사이에 개재되는 디스크 인슐레이터를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 디스크 인슐레이터는, 카본 그라파이트 필름이 상기 본체의 축방향으로 적층되어 형성되고, 하측의 배기파이프 쪽에서 전달된 열을 적층면을 따라 열을 횡방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 디스크 인슐레이터의 둘레와 상기 열차단 플랜지의 테두리의 사이에는 상기 디스크 인슐레이터의 적층면을 따라 횡방향으로 이동된 열이 외부로 방출되게 하는 에어갭이 형성되는 것이 바람직하다.
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이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 요소수 인젝터 모듈은 방열판에 냉매 유로가 형성되어 냉각 능력을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 요소수 인젝터 모듈은, 엔진룸의 냉각수를 이용하기 위한 별도의 배관이 필요하지 않아 구조 단순화를 도모하게 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 요소수 인젝터 모듈의 일 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 요소수 인젝터 모듈의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 요소수 인젝터 모듈을 통한 요소수의 흐름을 나타내기 위한 개략적인 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 요소수 인젝터 모듈의 일 측면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 요소수 인젝터 모듈의 단면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈(100)은 인젝터(110), 본체(120), 방열판(130), 열차단 플랜지(140), 및 고정부(160)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈(100)은 디스크 인슐레이터(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈(100)은 써머스탯 밸브(200)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 인젝터(110)는 차량의 배기가스 정화를 위해 외부로부터 전력을 인가 받아 요소수를 분사시키는 구성이다.

상기 본체(120)는 상기 인젝터(110)가 수용되는 공간을 형성한다. 따라서, 상기 인젝터(110)는 본체(120)의 내부에 수용 장착된다.

상기 방열판(130)은 복수개 구비되며, 본체(120)의 외측면에 적층 구조로 조립된다. 상기 방열판(130)은 배기가스에 의해 가열된 상기 요소수 인젝터 모듈(100)에 존재하는 내부열이 외부로 용이하게 배출되도록 돕는 역할을 수행한다.
상기 방열판(130)은 그 내부에 요소수가 유동할 수 있도록 냉매 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 방열판(130)은 상부에 구비되되 내부에 냉매 유로가 형성된 중공 도넛 형상의 상부 방열판(131)과, 상기 상부 방열판(131)과 축방향으로 대향되도록 상기 상부 방열판(131)의 하부에 이격 구비되되 내부에 냉매 유로가 형성된 중공 도넛 형상의 하부 방열판(132), 및 상기 상부 방열판(131)과 상기 하부 방열판(132)의 사이에서 다른 방열판(130)을 관통하여 복수개 설치되고 상기 상부 방열판(131)과 상기 하부 방열판(132)의 각 냉매 유로와 연통되는 직선형 냉매 유로가 형성되는 냉각 파이프(133)를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 각 파이프(133)는 상기 본체(120)의 중심축과 평행을 이루도록 설치되는 것이 냉매 순환을 위하여 바람직하다.
한편, 방열판(130)은 하부 방열판(132)의 하단에 구비되는 최하단 방열판(134)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 요소수 인젝터 모듈(100)은 이러한 냉매 유로가 형성된 구조의 방열판(130)을 구비함으로써, 요소수를 냉매로 이용하여 내부열을 냉각시킨다.
이러한 냉매 순환을 위하여, 방열판(130)은, 상기 상부 방열판(131)의 일측에 구비되어 요소수가 유입되는 입구를 형성하는 요소수 유입구(180), 및 상기 상부 방열판(131)의 타측에 구비되어 요소수가 배출되는 출구를 형성하는 요소수 배출구(190)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 요소수 유입구(180) 및 상기 요소수 배출구(190)는 후술하는 요소수 탱크(210)와 연결되는 배관을 포함하는 넓은 의미로 정의한다.

상기 열차단 플랜지(140)는 상기 방열판(130)의 하부에 개재되어 하측에서 전달되는 열을 차단하는 역할을 수행한다. 상술하면, 상기 열차단 플랜지(140)는 상기 본체(120)의 최하단에 결합되고, 상기 최하단 방열판(134)의 하부에 개재될 수 있다.
상기 열차단 플랜지(140)는 후술하는 디스크 인슐레이터(150)가 수납되도록 그 테두리(142)가 상부로 돌출되어 형성된다.

상기 디스크 인슐레이터(150)는 상기 방열판(130)과 상기 열차단 플랜지(140) 사이에 개재되어 보다 효과적인 열 차단 기능을 수행한다.
상술하면, 상기 디스크 인슐레이터(150)는 상기 최하단 방열판(134)과 상기 열차단 플랜지(140) 사이에 개재될 수 있고, 카본 그라파이트 필름으로 구성되어 열차단 플랜지(140)와 함께 효과적으로 열 전달을 차단하게 된다.
구체적으로, 상기 디스크 인슐레이터(150)는 카본 그라파이트 필름이 상기 본체(120)의 축방향으로 적층되어 형성되고, 이에 의해 하측의 배기파이프 쪽에서 전달된 열을 적층면을 따라 열을 횡방향으로 이동시킴으로써 열이 상기 인젝터(110) 내부로 상향 전달되는 것을 방지한다.
이 경우, 상기 디스크 인슐레이터(150)의 둘레와 상기 열차단 플랜지(140)의 테두리(142)의 사이에는 에어갭(141)이 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 상기 디스크 인슐레이터(150)의 적층면을 따라 횡방향으로 이동된 열은 에어갭(141)을 통해 외부로 방출되어 상기 인젝터(110)로의 열 전달을 보다 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

상기 고정부(160)는 상기 열차단 플랜지(140)의 하부에 설치되고, 배기파이프에 결합 및 고정됨으로써 본 발명의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈(100)와 배기파이프를 연결하는 역할을 수행한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 요소수 인젝터 모듈(100)은 상기 인젝터(110)와 본체(120) 사이에 개재되는 본체 인슐레이터(170)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 본체 인슐레이터(170)는 카본 그라파이트 필름이 상기 본체(120)의 중심축에서 반경 방향으로 감겨져 있는 형태로 구성될 수 있다.
상기 본체 인슐레이터(170)는 상기 인젝터(110)에 전달되는 열을 방열판(130)으로 신속히 전달하여 인젝터(110)를 빠르게 냉각시킬 수 있도록 한다.

상기 써머스탯 밸브(200)는 그 일측이 요소수 탱크(210)와 연결되고, 다른 일측이 상기 인젝터(110)의 입구와 연결되어, 상기 요소수 배출구(190)로 배출된 요소수의 순환을 제어하는 구성이다.
이 경우, 상기 써머스탯 밸브(200)는 상기 요소수 배출구(190)로 배출된 요소수의 측정 온도가 설정값보다 낮을 때는 요소수를 상기 인젝터(110)로 보내서 배기가스에 다시 분사되도록 하고, 요소수의 측정 온도가 설정값보다 높을 때는 요소수를 상기 요소수 탱크(210)로 돌려보내 뜨거워진 요소수가 냉각될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 4는 도 1에 도시된 요소수 인젝터 모듈을 통한 요소수의 흐름을 나타내기 위한 개략적인 개념도이다.(전술한 바와 같이, 상기 요소수 유입구(180) 및 상기 요소수 배출구(190)는 요소수 탱크(210)와 연결되는 배관을 포함하는 넓은 의미로 정의하며, 도 4는 이러한 정의 하에 요소수 흐름의 이해를 간명히 설명하기기 위한 도면이다.)
도 4를 참조하면, 요소수는 차량의 일측에 장착된 요소수 탱크(210)에 저장된다.,
요소수는 요소수 펌프(220)를 통해 일부는 상기 인젝터(110)로 유입되고 나머지 일부는 상기 요소수 유입구(180)로 유입된다. 이 경우, 상기 인젝터(110)로 유입된 요소수는 인젝터(110)를 통해 배기파이프 내의 배기가스에 분사되고, 상기 요소수 유입구(180)로 유입된 요소수는 상기 상부 방열판(131), 상기 냉각 파이프(133), 및 상기 하부 방열판(132)에 형성된 냉매 유로를 유동하여 상기 방열판(130)을 전체적으로 냉각시킨 후 요소수 배출구(190)로 배출된다. 이때, 상기 상부 방열판(131)과 상기 하부 방열판(132)의 사이에 위치한 다수의 방열판(130)도 냉각 파이프(133)에 의해 효과적으로 냉각될 수 있음은 물론이다.
따라서, 이러한 구조는 종래의 공랭식 냉각 구조에 비해 냉각 효율이 현저히 높을 뿐만 아니라, 요소수를 냉매로 사용함으로써 차량의 엔진룸에 구비된 냉각수를 차량의 후미에 위치한 요소수 분사모듈에 공급하기 위한 추가적인 배관 등의 부품이 전혀 필요하지 않게 되어 구조 단순화를 도모하게 한다.
한편, 상기 요소수 배출구(190)로 배출된 요소수는 상기 요소수 배출구(190)와 연결 설치된 써머스탯 밸브(200)로 보내진다. 이 경우, 상기 써머스탯 밸브(200)는 상기 요소수 배출구(190)로 배출된 요소수의 측정 온도가 설정값보다 낮을 때는 요소수를 상기 인젝터(110)로 보내서 배기가스에 다시 분사되도록 하고, 요소수의 측정 온도가 설정값보다 높을 때는 요소수를 상기 요소수 탱크(210)로 돌려보내 뜨거워진 요소수가 냉각될 수 있도록 한다.
따라서, 요소수는, 냉각 기능을 수행한 후 상기 요소수 배출구(190)를 통해 써모스텟 밸브(200)에 이동되고, 높은 온도를 가진 경우는 상기 요소수 탱크(210)로 보내져 다시 냉각 과정을 통해 재사용되고 낮은 온도를 가진 경우는 상기 인젝터(110)를 이용하여 배기 가스에 배출되어 오염 물질 배출을 방지하는데 사용된다.
이때, 상기 써모스탯 밸브(200)는 요소수의 온도가 110℃ 보다 낮으면 요소수를 상기 인젝터(110)로 이동시키고, 요소수의 온도가 130℃ 보다 높으면 요소수를 상기 요소수 탱크(210)로 이동시키게 구성되는 것이 냉각 효율에 효과적임을 실험적으로 확인하였다.
한편, 상기 써모스탯 밸브(200)과 상기 인젝터(110) 사이에는 체크 밸브가 추가 설치될 수 있다. 이를 통해, 상기 체크 밸브는 요소수가 역류하여 써모스탯 밸브(200)로 흐르는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
결국, 상기 써머스탯 밸브(200)를 장착하여 요소수의 온도에 따라 선별적으로 요소수를 재사용 또는 배기 가스로 배출시킴으로써, 요소수 인젝터 모듈(100)의 냉각 효율을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
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100: 요소수 인젝터모듈
110: 인젝터
120: 본체
130: 방열판
131: 상부 방열판
132: 하부 방열판
133: 냉각 파이프
134: 최하단 방열판
140: 열차단 플랜지
141: 에어갭
142: 테두리
150: 디스크 인슐레이터
160: 고정부
170: 본체 인슐레이터
180: 요소수 유입구
190: 요소수 배출구
200: 써모스탯 밸브
210: 요소수 탱크
220: 요소수 펌프

Claims (10)

  1. 차량의 배기가스 정화를 위해 외부로부터 전력을 인가 받아 요소수를 분사시키는 인젝터;
    상기 인젝터가 수용 장착되는 본체;
    복수개 구비되고, 본체의 외측면에 적층 구조로 조립되며, 내부에 요소수가 유동할 수 있도록 냉매 유로가 형성되어 있는 방열판;
    상기 방열판의 하부에 개재되어 하측에서 전달되는 열을 차단하는 열차단 플랜지; 및
    상기 열차단 플랜지의 하부에 설치되고, 배기파이프에 결합 및 고정되는 고정부;
    를 포함하고,
    상기 방열판은,
    상부에 구비되되 내부에 냉매 유로가 형성된 중공 도넛 형상의 상부 방열판;
    상기 상부 방열판의 하부에 이격 구비되되 내부에 냉매 유로가 형성된 중공 도넛 형상의 하부 방열판;
    상기 상부 방열판과 상기 하부 방열판의 사이에서 다른 방열판을 관통하여 복수개 설치되고 상기 상부 방열판과 상기 하부 방열판의 각 냉매 유로와 연통되는 직선형 냉매 유로가 형성되는 냉각 파이프;
    상기 상부 방열판의 일측에 구비되어 요소수가 유입되는 입구를 형성하는 요소수 유입구; 및
    상기 상부 방열판의 타측에 구비되어 요소수가 배출되는 출구를 형성하는 요소수 배출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 요소수 인젝터 모듈.
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  6. 제1항에 있어서,
    일측이 요소수 탱크와 연결되고, 다른 일측이 상기 인젝터의 입구와 연결되어, 상기 요소수 배출구로 배출된 요소수의 순환을 제어하는 써머스탯 밸브;
    를 더 포함하고,
    상기 써머스탯 밸브는,
    상기 요소수 배출구로 배출된 요소수의 측정 온도가 설정값보다 낮을 때는 요소수를 상기 인젝터로 보내고, 요소수의 측정 온도가 설정값보다 높을 때는 요소수를 상기 요소수 탱크로 돌려보내도록 구성되는 것을 특징으로 하는 요소수 인젝터 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열판과 상기 열차단 플랜지 사이에 개재되는 디스크 인슐레이터;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요소수 인젝터 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 디스크 인슐레이터는,
    카본 그라파이트 필름이 상기 본체의 축방향으로 적층되어 형성되고, 하측의 배기파이프 쪽에서 전달된 열을 적층면을 따라 열을 횡방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 요소수 인젝터 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스크 인슐레이터의 둘레와 상기 열차단 플랜지의 테두리의 사이에는 상기 디스크 인슐레이터의 적층면을 따라 횡방향으로 이동된 열이 외부로 방출되게 하는 에어갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 요소수 인젝터 모듈.
  10. 삭제
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