KR101981483B1 - 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

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이배균
김상만
신승엽
이문호
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대지금속 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는, 엔진의 배기 가스를 디젤 산화 촉매로 1차 정화하도록 상기 엔진과 연결된 DOC 유닛 및 상기 DOC 유닛에서 1차 정화된 1차 정화 가스에 환원제를 혼합하여 혼합 가스를 만들도록 상기 DOC 유닛에 연결된 믹싱 유닛을 구비한 믹싱 모듈, 및 상기 믹싱 모듈에서 배출되는 혼합 가스를 선택적 환원촉매로 2차 정화하도록 상기 믹싱 모듈에 연결된 SCR 모듈을 포함하는 배기 가스 정화 장치를 제공한다.

Description

배기 가스 정화 장치{EXHAUST GAS CLEANING DEVICE}
본 발명은 배기 가스 정화 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 DOC 유닛과 믹싱 유닛을 일체로 형성하여 배기 가스 정화 장치의 소형화를 실현할 수 있는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 배기 가스 정화 장치는 내연 기관에서 발생되는 배기 가스를 처리하여 배기 가스에 포함된 해로운 성분을 제거하는 장치이다.
최근에는 지구 온난화 및 대기 오염 등의 심화로 인하여 배기 가스의 배출 규제가 강화되는 추세이다. 특히, 디젤 엔진의 경우에는 연료의 불완전 연소에 따라 일산화탄소나 탄화수소, 질소산화물 등의 유해 미립자가 배기가스에 다량 함유되어 있다.
따라서, 디젤 엔진 등과 같은 내연 기관을 탑재한 기계에는 배기 가스 정화 장치를 설치하여 배기 가스의 유해 미립자가 대기로 배출되는 것을 방지하고 있다.
상기와 같은 배기 가스 정화 장치는 엔진의 연료 주성분, 연소 효율, 엔진 형상 등에 따라 다양한 방식이 사용될 수 있다. 예를 들면, 우레아(urea)와 같은 환원제를 이용한 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 방식, 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 방식, 또는 배기가스 후처리(Diesel Particulate Filter, DPF) 방식, NOx 흡장 촉매(Lean NOx Trap, LNT) 방식 등이 다양하게 사용되고 있다.
특히, 디젤 엔진이 사용되는 자동차, 건설 기계 또는 농기계 등에서는 여러 방식의 배기 가스 정화 장치를 조합하여 배기 가스의 정화 성능을 더욱 높이고 있는 추세이다.
예를 들면, 복합 방식의 배기 가스 정화 장치로는, DOC(또는 DPF)와 SCR를 믹싱 파이프로 연결하여 배기 가스를 연속적으로 정화시키는 장치가 대표적이다. 여기서, DOC(또는 DPF)와 SCR 사이에는 환원제를 배기 가스에 공급한 후 혼합하기 위한 믹싱 파이프가 연결될 수 있다.
하지만, 기존에 사용되는 복합 방식의 배기 가스 정화 장치는, 2개 이상의 정화 장치를 단순하게 연결시킨 구조이므로, 배기 가스 정화 장치의 전체 사이즈가 매우 커지고, 배기 가스 정화 장치의 대형화로 인해서 설치 공간의 확보가 어렵다는 단점이 있었다.
따라서, 최근에는 배기가스의 정화 장치를 콤팩트한 작은 사이즈로 형성하기 위하여, DOC와 SCR 및 우레아 믹싱 파이프의 연결 구조나 배치 구조를 다양하게 개선하기 위한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
예를 들면, 한국등록특허 제10-1251518호(발명의 명칭: 차량의 배기가스 후처리 시스템용 도징 모듈, 등록일: 2013.04.01)에는, SCR의 전방에서 배기가스의 유동 방향을 따라 환원제를 분사하기 위한 차량의 배기가스 후처리 시스템용 도징 모듈이 개시되어 있다. 즉, 도징 모듈의 도징 본체가 DPF의 선단부에 일체로 형성된 후 SCR의 선단부에 연결되는 구조이다.
또한, 한국등록특허 제10-1669657호(발명의 명칭: SDPF용 믹싱 장치, 등록일: 2016.10.20)에는, 산화 촉매기와 SDPF가 나란하면서도 상하로 배치되는 타입의 배기시스템에 적용이 가능한 SDPF용 믹싱 장치가 개시되어 있다. 즉, 산화 촉매기와 SDPF가 나란하게 배치된 상태에서 믹싱 장치가 산화 촉매기와 SDPF의 서로 마주보는 단부를 연결하는 구조이다.
본 발명의 실시예는, DOC 유닛과 믹싱 유닛을 하나의 모듈로 형성한 후 SCR 모듈에 연결하여 배기 가스 정화 장치의 소형화를 실현할 수 있는 배기 가스 정화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 배기 가스와 우레아의 혼합 성능을 충분히 확보하면서 믹싱 유닛을 매우 콤팩트하게 형성할 수 있는 배기 가스 정화 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 환원제의 분사시 배기 가스와 혼합되지 못한 환원제를 간단한 구조로 배기 가스에 다시 섞을 수 있고, 환원제의 고착 현상을 미연에 방지할 수 있는 배기 가스 정화 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 엔진의 배기 가스를 디젤 산화 촉매로 1차 정화하도록 상기 엔진과 연결된 DOC 유닛 및 상기 DOC 유닛에서 1차 정화된 1차 정화 가스에 환원제를 혼합하여 혼합 가스를 만들도록 상기 DOC 유닛에 연결된 믹싱 유닛을 구비한 믹싱 모듈, 및 상기 믹싱 모듈에서 배출되는 혼합 가스를 선택적 환원촉매로 2차 정화하도록 상기 믹싱 모듈에 연결된 SCR 모듈을 포함하는 배기 가스 정화 장치를 제공한다.
일측면에 따르면, 상기 믹싱 모듈은 상기 DOC 유닛과 상기 믹싱 유닛을 수용하기 위한 믹싱 케이스를 더 구비할 수 있다. 상기 DOC 유닛과 상기 믹싱 유닛은 상기 믹싱 케이스의 내부에 상기 배기 가스의 유동 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다.
상기 DOC 유닛의 유입부는 상기 엔진에 배기 라인에 의해 연결될 수 있다. 상기 DOC 유닛의 배출부와 상기 믹싱 유닛의 유입부는 서로 마주보는 방향으로 직결될 수 있다. 상기 믹싱 유닛의 배출부는 상기 SCR 모듈을 향해 관 형상으로 연장되어 상기 SCR 모듈의 유입부에 연결될 수 있다.
상기 믹싱 모듈과 상기 SCR 모듈은 서로 마주보도록 나란하게 배치될 수 있다. 상기 믹싱 유닛의 배출부는, 상기 믹싱 모듈의 일단부에서 상기 믹싱 모듈의 길이 방향과 직교하는 방향으로 길게 돌출된 후 상기 SCR 모듈의 일단부에 상기 SCR 모듈의 길이 방향과 직교하는 방향으로 관통되어 상기 SCR 모듈의 유입부에 연결될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 믹싱 유닛은, 상기 DOC 유닛과의 사이에 제1 믹싱 공간부가 형성되도록 상기 DOC 유닛과 이격된 위치에 배치되는 제1 믹싱 가이드, 상기 제1 믹싱 공간부에 상기 환원제를 공급하도록 상기 DOC 유닛과 상기 제1 믹싱 가이드 사이에 배치된 환원제 공급기, 상기 제1 믹싱 공간부에 존재하는 상기 혼합 가스를 안내하도록 상기 제1 믹싱 가이드의 중앙부에 일단부가 연통되게 연결된 관 형상의 관형 가이드, 상기 관형 가이드의 타단부가 중앙부에 연통되게 연결되고 제2 믹싱 공간부를 형성하도록 형성된 제2 믹싱 가이드, 및 상기 제2 믹싱 가이드에 형성된 가이드 홀부를 통해 상기 제1 믹싱 가이드와 상기 관형 가이드 및 상기 제2 믹싱 가이드 사이에 형성된 제3 믹싱 공간부로 유동된 상기 혼합 가스를 상기 SCR 모듈에 안내하도록 상기 제3 믹싱 공간부와 상기 SCR 모듈에 연통되게 연결된 배출 파이프를 포함할 수 있다.
상기 제1 믹싱 공간부에서는 상기 1차 정화 가스에 상기 환원제를 공급함과 아울러 상기 1차 정화 가스와 상기 환원제를 혼합시켜 상기 혼합 가스를 형성할 수 있다. 상기 제2 믹싱 공간부와 상기 제3 믹싱 공간부에서는 상기 혼합 가스의 유동 방향을 변경함과 아울러 상기 혼합 가스를 섞어주어 상기 1차 정화 가스와 상기 환원제의 혼합 성능을 더 향상시킬 수 있다.
상기 제1 믹싱 가이드의 중앙부에는 상기 관형 가이드의 일단부에 연결되는 제1 관통홀부가 형성될 수 있고, 상기 제2 믹싱 가이드의 중앙부에는 상기 관형 가이드의 타단부에 연결되는 제2 관통홀부가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 믹싱 가이드는 상기 혼합 가스를 상기 제1 관통홀부에 모으도록 상기 혼합 가스의 유동 방향을 따라 좁아지는 콘 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 믹싱 가이드는 상기 혼합 가스를 상기 제2 관통홀부로부터 퍼트리도록 상기 혼합 가스의 유동 방향을 따라 넓어지는 콘 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 믹싱 가이드의 가장자리부에는 환원제 배출구가 형성될 수 있다. 상기와 같은 환원제 배출구는 상기 제1 믹싱 공간부에 공급된 상기 환원제 중에서 상기 1차 정화 가스와 혼합되지 않고 상기 제1 믹싱 가이드의 표면에 고착된 환원제를 배기압에 의해 상기 제3 믹싱 공간부로 배출시킬 수 있다.
상기 환원제 배출구는 상기 제1 믹싱 가이드의 가장자리부에 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 관통홀부에는 상기 제1 믹싱 공간부에서 상기 관형 가이드의 내부로 유동되는 상기 혼합 가스를 섞어주기 위한 분산 부재가 배치될 수 있다.
또한, 상기 가이드 홀부는 상기 제2 믹싱 가이드의 중앙부를 중심으로 상기 제2 믹싱 가이드의 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기 제2 믹싱 가이드의 단부에는 상기 제2 관통홀부와 마주보는 방향으로 가이드 패널이 장착될 수 있다. 상기와 같은 가이드 패널은 상기 제2 관통홀부에서 상기 제2 믹싱 공간부의 내부로 토출된 혼합 가스를 상기 가이드 홀부로 안내하도록 상기 제2 관통홀부를 향해 볼록한 돔 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 배출 파이프는, 상기 믹싱 모듈과 상기 SCR 모듈에 관통되게 연결되고 상기 제3 믹싱 공간부로부터 상기 SCR 모듈의 일단부에 형성된 SCR 유입 공간부에 상기 혼합 가스를 안내하는 제1 배출 파이프, 및 상기 SCR 모듈에 관통되게 연결된 상기 제1 배출 파이프의 일단부에 연결되어 상기 SCR 유입 공간부의 내부에 배치되고 상기 혼합 가스를 배출하기 위한 배출구가 형성된 제2 배출 파이프를 포함할 수 있다.
상기 제2 배출 파이프의 일단부는 상기 제1 배출 파이프의 일단부에 연통되게 연결될 수 있다. 상기 제2 배출 파이프의 타단부는 상기 SCR 유입 공간부의 내부에 밀폐된 형상으로 배치될 수 있다. 여기서, 상기 배출구는 상기 제2 배출 파이프의 외주 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 형성될 수 있다.
상기 배출구들은, 상기 제2 배출 파이프의 양단부로부터 일정 거리 이격된 상기 제2 배출 파이프의 중간부에 형성될 수 있고, 상기 제2 배출 파이프의 일단부에서 타단부로 갈수록 상기 배출구의 개수가 증가될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는, DOC 유닛과 믹싱 유닛으로 형성된 믹싱 모듈과 SCR 모듈을 연결한 구조이므로, DOC 유닛과 믹싱 유닛을 하나의 모듈로 일체화시켜 배기 가스 정화 장치의 소형화를 실현할 수 있고, 배기 가스 정화 장치의 설치 공간을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 배기 가스 정화 장치의 설치 공간 확보가 용이하여 배기 가스 정화 장치의 설계 자유도와 설치 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는, DOC 유닛과 믹싱 유닛을 믹싱 케이스의 내부에서 일렬로 직결시킨 구조로 믹싱 모듈을 형성한 구조이기 때문에 믹싱 모듈을 매우 콤팩트하게 형성할 수 있다. 특히, 믹싱 모듈과 SCR 모듈을 서로 나란하게 배치한 후 믹싱 유닛의 배출부를 믹싱 모듈의 일단부로부터 SCR 모듈의 일단부에 직교되게 연결한 구조이므로, 믹싱 모듈과 SCR 모듈을 연결하는 배기 라인이 매우 짧아져 배기 가스 정화 장치의 설치 공간을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는, 제1 믹싱 공간부에서 혼합 가스를 생성 및 혼합한 후 제2 믹싱 공간부와 제3 믹싱 공간부에서 혼합 가스를 다시 혼합 및 확산시키는 구조이므로, 믹싱 유닛의 내부에서 1차 정화 가스와 환원제의 혼합 성능을 극대화시킬 수 있고, 믹싱 유닛의 내부 공간을 매우 효과적으로 활용하여 믹싱 유닛을 매우 콤팩트하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는, 제1 믹싱 가이드에 환원제 배출구를 형성하여 제1 믹싱 가이드의 표면에 고착된 환원제를 배기압에 의해서 제3 믹싱 공간부로 강제 배출하므로, 환원제가 제1 믹싱 가이드의 표면에 고착 현상을 미연에 방지할 수 있고, 환원제의 고착물에 의한 혼합 가스의 유동성 저하도 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에서는, 제1 믹싱 가이드에 분사된 환원제 중에서 1차 정화 가스와 혼합되지 못한 환원제를 제3 믹싱 공간부에서 1차 정화 가스와 다시 섞는 구조이므로, 1차 정화 가스와 환원제의 혼합 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는, 믹싱 유닛의 제1,2,3 믹싱 공간부에서 1차 정화 가스와 환원제가 원활하게 혼합됨과 아울러 제2 배출 파이프의 배출구들에서 혼합 가스가 SCR 모듈에 균일하게 전달되므로, SCR 모듈의 전체에서 혼합 가스를 균일하게 정화시킬 수 있고, 그에 따라 SCR 모듈의 정화 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배기 가스 정화 장치가 도시된 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배기 가스 정화 장치에서 케이스를 생략한 모습을 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배기 가스 정화 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 믹싱 유닛을 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 믹싱 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 믹싱 유닛의 제1 믹싱 가이드를 나타낸 사시도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배기 가스 정화 장치(100)가 도시된 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배기 가스 정화 장치(100)에서 케이스를 생략한 모습을 나타낸 정면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 배기 가스 정화 장치(100)를 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 2에 도시된 믹싱 유닛(300)을 나타낸 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 믹싱 유닛(300)을 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시된 믹싱 유닛(300)의 제1 믹싱 가이드(310)를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배기 가스 정화 장치(100)는, 믹싱 모듈(110) 및 SCR 모듈(120)을 포함한다.
여기서, 믹싱 모듈(110)과 SCR 모듈(120)은 길이 방향으로 길게 연장된 통 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 믹싱 모듈(110)과 SCR 모듈(120)은 서로 마주보도록 나란하게 배치될 수 있다.
그리고, 믹싱 모듈(110)의 일단부 및 SCR 모듈(120)의 일단부는 서로 연결되어 배기 가스가 믹싱 모듈(110)에서 SCR 모듈(120)로 전달될 수 있다. 믹싱 모듈(110)의 타단부는 제1 배기 라인(102)과 연결되어 엔진(미도시)의 배기 가스가 유입될 수 있고, SCR 모듈(120)의 타단부는 제2 배기 라인(104)과 연결되어 믹싱 모듈(110)과 SCR 모듈(120)에 의해 정화된 배기 가스가 외부로 배출될 수 있다. 상기와 같이 믹싱 모듈(110)과 SCR 모듈(120)이 'ㄷ' 형상으로 배치되므로, 배기 가스 정화 장치(100)는 소형의 콤팩트한 구조로 형성될 수 있다.
한편, 엔진의 배기 가스(G0)는 믹싱 모듈(110)에 의해 1차 정화되어 1차 정화 가스(G1)로 형성될 수 있고, 1차 정화 가스(G1)는 SCR 모듈(120)에 의해 2차 정화되어 2차 정화 가스(G2)로 형성될 수 있다. 2차 정화 가스(G2)는 배기 가스 정화 장치(100)에 의해 최종적으로 정화된 가스로서, 제2 배기 라인(104)을 통해 대기 중으로 배출될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시에에 따른 믹싱 모듈(110)은, 엔진의 배기 가스(G0)를 디젤 산화 촉매로 1차 정화하는 DOC 유닛(200), DOC 유닛(200)에서 1차 정화된 1차 정화 가스(G1)에 환원제(u)를 혼합하여 혼합 가스(G1+u)를 만드는 믹싱 유닛(300), 및 DOC 유닛(200)과 믹싱 유닛(300)을 수용하기 위한 믹싱 케이스(112)를 포함할 수 있다.
DOC 유닛(200)은 제1 배기 라인(102)에 의해서 엔진과 연결될 수 있다. 즉, 엔진에서 발생되는 배기 가스(G0)는, 제1 배기 라인(102)을 따라 믹싱 모듈(110)의 타단부에 배치된 DOC 유닛(200)의 유입부에 유동될 수 있다. 상기와 같은 DOC 유닛(200)은, DOC 유닛 본체(210) 및 DOC 유입 공간부(220)를 포함할 수 있다.
여기서, DOC 유닛 본체(210)는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 방식으로 배기 가스(G0)를 정화하는 구성요소로서, 믹싱 케이스(112)의 타단부에 배치될 수 있다. 상기와 같은 DOC 유닛 본체(210)는, 고열을 통해 일산화탄소와 탄화수소를 촉매반응을 이용하여 줄여주고, 입자성 물질을 태워주며, 배기 가스 중의 NO2의 비용을 높여줄 수 있다. 상기와 다르게, DOC 유닛 본체(210)가 배기가스 후처리(Diesel Particulate Filter, DPF) 방식의 DPF 유닛을 더 포함하거나 또는 DPF 유닛으로 대체할 수도 있다.
그리고, DOC 유입 공간부(220)는 DOC 유닛(200)의 유입부에 해당하는 구성요소로서, 믹싱 케이스(112)의 타단부와 DOC 유닛 본체(210) 사이에 소정의 크기로 형성될 수 있다. 제1 배기 라인(102)은 믹싱 케이스(112)의 타단부에 관통되게 배치되어 DOC 유입 공간부(220)의 내부에 연통되게 연결될 수 있다.
믹싱 유닛(300)은, 믹싱 케이스(112)의 내부에서 DOC 유닛(200)과 연결될 수 있고, 일부가 믹싱 케이스(112)에 관통되게 배치되어 SCR 모듈(120)과 연통되게 연결될 수 있다. 즉, DOC 유닛에서 1차 정화된 1차 정화 가스(G1)는, 믹싱 유닛(300)에 의해서 환원제(u)와 혼합된 후 SCR 모듈(120)의 유입부로 유동될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 환원제(u)가 우레아인 것으로 설명하지만, 배기 가스 정화 장치(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다른 종류의 환원제가 사용될 수도 있다.
여기서, 믹싱 유닛(300)의 유입부는 믹싱 케이스(112)의 내부에서 DOC 유닛(200)의 배출부와 서로 마주보게 직결될 수 있다. 그리고, 믹싱 유닛(300)의 배출부는 SCR 모듈(120)을 향해 관 형상으로 연장되어 SCR 모듈(120)의 유입부에 연결될 수 있다. 상기와 같이 믹싱 유닛(300)의 배출부는, 믹싱 모듈(110)의 일단부에서 믹싱 모듈(110)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 길게 돌출된 후 SCR 모듈(120)의 일단부에 SCR 모듈(120)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 관통되어 SCR 모듈(120)의 유입부에 연결될 수 있다.
믹싱 케이스(112)는 내부가 중공된 원통 형상으로 길게 형성될 수 있다. 믹싱 케이스(112)의 내부에는 DOC 유닛(200)과 믹싱 유닛(300)이 믹싱 케이스(112)의 길이 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 여기서, 배기 가스는 믹싱 케이스(112)의 길이 방향을 따라 믹싱 케이스(112)의 타단부에서 일단부로 유동될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시에에 따른 SCR 모듈(120)은 SCR 케이스(122), SCR 모듈 본체(124), SCR 유입 공간부(126), 및 SCR 배출 공간부(128)를 포함할 수 있다.
SCR 케이스(122)는 SCR 모듈 본체(124)를 수용함과 아울러 SCR 유입 공간부(126) 및 SCR 배출 공간부(128)를 형성하기 위한 구성요소로서, 내부가 중공된 원통 형상으로 길게 형성될 수 있다. SCR 케이스(122)의 내부에는 SCR 케이스(122)의 일단부에서 타단부로 갈수록 SCR 유입 공간부(126), SCR 모듈 본체(124), SCR 배출 공간부(128)가 연속적으로 배치될 수 있다. 여기서, 배기 가스는 SCR 케이스(122)의 길이 방향을 따라 SCR 케이스(122)의 일단부에서 타단부로 유동될 수 있다.
SCR 모듈 본체(124)는 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction, SCR) 방식으로 배기 가스를 정화하는 구성요소로서, 우레아를 이용한 촉매 반응에 의해서 배기 가스 중의 NOX(질소산화물)을 인체에 무해한 질소와 물로 바꿔줄 수 있다.
SCR 유입 공간부(126)는 SCR 모듈(120)의 유입부에 해당하는 구성요소로서, SCR 케이스(122)의 일단부와 SCR 모듈 본체(124) 사이에 소정의 크기로 형성될 수 있다. 상기와 같은 SCR 유입 공간부(126)에는 믹싱 유닛(300)의 배출 파이프(350)가 관통되게 연결될 수 있다.
SCR 배출 공간부(128)는 SCR 모듈(120)의 배출부에 해당하는 구성요소로서, SCR 케이스(122)의 타단부와 SCR 모듈 본체(124) 사이에 소정의 크기로 형성될 수 있다. 제2 배기 라인(104)은 SCR 케이스(122)의 타단부에 관통되게 배치되어 SCR 배출 공간부(128)의 내부에 연통되게 연결될 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 믹싱 유닛(300)의 구성을 도 1 내지 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 믹싱 모듈(110)의 타단부에서 일단부를 향하는 방향이나 또는 SCR 모듈(120)의 타단부에서 일단부를 향하는 방향을 '제1 방향'이라고 정의하고, 믹싱 모듈(110)의 일단부에서 타단부를 향하는 방향이나 또는 SCR 모듈(120)의 일단부에서 타단부를 향하는 방향을 '제2 방향'이라고 정의한다.
본 실시예에 따른 믹싱 유닛(300)은, 제1 믹싱 가이드(310), 환원제 공급기(320), 관형 가이드(330), 제2 믹싱 가이드(340), 및 배출 파이프(350)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 6를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 믹싱 가이드(310)는 DOC 유닛(200)과 이격되게 위치되도록 믹싱 케이스(112)의 내부에 배치될 수 있다. 제1 믹싱 가이드(310)와 DOC 유닛(200)의 사이에는 제1 믹싱 공간부(S1)가 형성될 수 있다.
상기와 같이 제1 믹싱 공간부(S1)는 DOC 유닛(200)의 배출부와 믹싱 유닛(300)의 유입부에 해당하는 역할을 수행할 수 있다. 제1 믹싱 공간부(S1)에는 DOC 유닛(200)에서 1차 정화된 1차 정화 가스(G1)가 DOC 유닛(200)으로부터 공급될 수 있다. 제1 믹싱 공간부(S1)에는 환원제 공급기(320)에 의해 환원제(u)가 공급될 수 있다. 그로 인해서, 제1 믹싱 공간부(S1)에서는 1차 정화 가스(G1)와 환원제(u)가 혼합되어 혼합 가스(G1+u)가 생성될 수 있다.
여기서, 제1 믹싱 가이드(310)는 믹싱 케이스(112)의 내부 공간을 구획하는 형상으로 믹싱 케이스(112)의 내부에 배치될 수 있다. 제1 믹싱 가이드(310)는 중앙부에 형성된 제1 관통홀부(312)로 혼합 가스(G1+u)를 모을 수 있도록 혼합 가스(G1+u)가 유동되는 제1 방향을 따라 좁아지는 콘 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 제1 관통홀부(312)는 관형 가이드(330)의 일단부에 연결될 수 있다.
그리고, 제1 관통홀부(312)에는 제1 믹싱 공간부(S1)에서 관형 가이드(330)의 내부로 유동되는 혼합 가스(G1+u)를 섞어주기 위한 분산 부재(316)가 배치될 수 있다. 상기와 같은 분산 부재(316)는 제1 관통홀부(312)의 내부에만 마련되거나, 제1 관통홀부(312)와 관형 가이드(330)의 일단부의 입구에만 마련되거나, 또는 제1 관통홀부(312)와 관형 가이드(330) 전체에 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 제1 관통홀부(312)와 관형 가이드(330)의 입구에만 마련되는 것으로 설명한다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 분산 부재(316)는, 제1 관통홀부(312)와 대응되는 형상으로 형성되어 제1 관통홀부(312)와 관형 가이드(330)의 입구에 배치되는 부재 프레임(316a), 부재 프레임(316a)에 복수개가 수평 방향으로 이격되게 배치된 수직 날개(316b), 부재 프레임(316a)에 복수개가 수직 방향으로 이격되게 배치되어 수직 날개(316b)와 교차되게 배치된 수평 날개(316c), 부재 프레임(316a)의 출구측에 배치된 수평 날개(316c)의 단부에 수평 방향으로 복수개가 이격되게 배치되고 일방향으로 경사지게 돌출된 제1 경사 날개(316d), 및 부재 프레임(316a)의 출구측에 배치된 수평 날개(316c)의 단부에 제1 경사 날개(316d)들의 사이에 각각 배치되고 타방향으로 경사지게 돌출된 제2 경사 날개(316e)를 포함할 수 있다.
수직 날개(316b)들과 수평 날개(316c)들은 관형 가이드(330)의 길이 방향으로 혼합 가스(G1+u)를 안내하는 구조로 형성되어 혼합 가스(G1+u)가 관형 가이드(330)의 입구에 원활하게 유동될 수 있다. 제1 경사 날개(316d)와 제2 경사 날개(316e)는 관형 가이드(330)의 길이 방향과 교차되는 방향으로 혼합 가스(G1+u)를 안내하는 구조로 형성되어 관형 가이드(330)의 입구로 유입된 혼합 가스(G1+u)가 분산 유동되면서 혼합될 수 있다.
또한, 제1 믹싱 가이드(310)의 가장자리부에는 환원제 배출구(314)가 형성될 수 있다. 환원제 배출구(314)는 제1 믹싱 공간부(S1)에 공급된 환원제(u) 중에서 1차 정화 가스(G1)와 혼합되지 않고 제1 믹싱 가이드(310)의 표면에 고착된 환원제(u')를 배기압에 의해 제3 믹싱 공간부(S3)로 배출시킬 수 있다. 상기와 같은 환원제 배출구(314)는 홀이나 슬릿 등의 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 환원제 공급기(320)에서 분사된 환원제(u) 중에서 대부분은, 1차 혼합 가스(G1+u)와 혼합되어 제1 믹싱 가이드(310)의 제1 관통홀부(312)로 유동된 후 제1 관통홀부(312)를 통해 관형 가이드(330)의 내부로 유입될 수 있다. 하지만, 환원제 공급기(320)에서 분사된 환원제(u) 중에서 나머지 일부(u')는, 1차 혼합 가스(G1+u)와 혼합되지 못한 상태로 제1 믹싱 공간부(S1)에 방치되어 믹싱 케이스(112)과 제1 믹싱 가이드(310)의 표면에 고착될 수 있다. 특히, 믹싱 케이스(112)과 제1 믹싱 가이드(310)의 표면에 고착된 환원제(u')는 배기압에 의해 제1 믹싱 가이드(310)의 가장자리부에 모여 두껍게 적층될 수 있다. 상기와 같은 환원제(u')의 고착물은, 혼합 가스(G1+u)의 정상적인 유동을 방해하는 장애물로 작용할 뿐만 아니라, 환원제(u)의 사용량을 증가시켜 불필요한 비용 상승을 유발할 수 있다.
상기와 같은 환원제 배출구(314)는 제1 믹싱 가이드(310)의 가장자리부에 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 환원제 배출구(314)는, 제1 믹싱 가이드(310)의 가장자리부에서 환원제(u)의 고착이 빈번한 부위에 더 많은 개수가 형성될 수 있다. 일례로, 환원제 배출구(314)는, 제1 믹싱 가이드(310)의 가장자리부의 하면부에 상대적으로 더 많은 개수가 형성되거나, 제1 믹싱 가이드(310)의 가장자리부 중에서 환원제 공급기(320)와 마주보는 부위에 상대적으로 더 많은 개수가 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 환원제 공급기(320)는 제1 믹싱 공간부(S1)에 환원제(u)를 공급하기 위한 구성요소이다. 환원제 공급기(320)는 DOC 유닛(200)의 DOC 유닛 본체(210)와 믹싱 유닛(300)의 제1 믹싱 가이드(310) 사이에 배치되도록 믹싱 케이스(112)에 관통되게 배치될 수 있다.
예를 들면, 환원제 공급기(320)는, 환원제(u)를 분사하는 분사 노즐(322), 및 분사 노즐(322)이 장착되도록 믹싱 케이스(112)에 관통되게 배치된 노즐 장착부(324)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 관형 가이드(330)는, 제1 믹싱 공간부(S1)에 존재하는 혼합 가스(G1+u)를 제2 믹싱 공간부(S2)로 안내하는 구성요소이다. 관형 가이드(330)는 관 형상으로 형성되어 제1 믹싱 가이드(310)와 제2 믹싱 가이드(340)에 연결될 수 있다. 즉, 관형 가이드(330)의 일단부는 제1 믹싱 가이드(310)의 제1 관통홀부(312)에 연결될 수 있고, 관형 가이드(330)의 타단부는 후술하는 제2 믹싱 가이드(340)의 제2 관통홀부(342)에 연결될 수 있다.
상기와 같은 관형 가이드(330)는 믹싱 케이스(112)보다 작은 직경으로 형성될 수 있다. 그로 인해서, 관형 가이드(330)의 외주면과 믹싱 케이스(112)의 내주면 사이에는 후술하는 제3 믹싱 공간부(S3)가 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 믹싱 가이드(340)는 믹싱 케이스(112)의 일단부 측단면과 접하도록 믹싱 케이스(112)의 내부에 배치될 수 있다. 제2 믹싱 가이드(340)와 믹싱 케이스(112)의 일단부 측단면 사이에는 제2 믹싱 공간부(S2)가 형성될 수 있다.
상기와 같은 제2 믹싱 공간부(S2)는 혼합 가스(G1+u)의 유동 방향을 변경함과 아울러 혼합 가스(G1+u)를 확산시켜 1차 정화 가스(G1)와 환원제(u)의 혼합 성능을 더 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 제2 믹싱 공간부(S2)에는 관형 가이드(330)를 통해서 혼합 가스(G1+u)가 제1 방향으로 공급될 수 있다. 제2 믹싱 공간부(S2)에서는 제2 믹싱 공간부(S2)의 단면적이 관형 가이드(330)보다 크기 때문에 관형 가이드(330)에서 공급되는 혼합 가스(G1+u)가 확산될 수 있다. 제2 믹싱 공간부(S2)에서는 후술하는 가이드 홀부(344)를 통해서 혼합 가스(G1+u)가 제2 방향으로 제3 믹싱 공간부(S3)에 배출될 수 있다.
여기서, 제2 믹싱 가이드(340)는 제1 믹싱 가이드(310)와 마찬가지로 믹싱 케이스(112)의 내부 공간을 구획하는 형상으로 믹싱 케이스(112)의 내부에 배치될 수 있다. 제2 믹싱 가이드(340)의 중앙부에는 관형 가이드(330)의 타단부가 연결되는 제2 관통홀부(342)가 형성될 수 있다. 제2 믹싱 가이드(340)는 관형 가이드(330)에서 유입되는 혼합 가스(G1+u)를 제2 관통홀부(342)로부터 퍼트리도록 혼합 가스(G1+u)가 유동되는 제1 방향을 따라 넓어지는 콘 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 제2 믹싱 가이드(340)에는 혼합 가스(G1+u)를 제2 믹싱 공간부(S2)에서 제3 믹싱 공간부(S3)로 배출하기 위한 가이드 홀부(344)가 형성될 수 있다. 제3 믹싱 공간부(S3)는 제1 믹싱 가이드(310), 관형 가이드(330)의 외주면, 제2 믹싱 가이드(340), 및 믹싱 케이스(112)의 내주면 사이에 형성될 수 있다. 제3 믹싱 공간부(S3)에는 가이드 홀부(344)와 환원제 배출구(314)가 연통되게 연결될 수 있다. 상기와 같은 가이드 홀부(344)는 제2 믹싱 가이드(340)의 중앙부 이외의 부위에 복수개가 형성될 수 있다. 가이드 홀부(344)는 제2 믹싱 가이드(340)의 중앙부를 중심으로 제2 믹싱 가이드(340)의 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다.
또한, 제2 믹싱 가이드(340)의 단부에는 제2 관통홀부(342)와 마주보는 방향으로 가이드 패널(106)이 장착될 수 있다. 따라서, 제2 믹싱 공간부(S2)는 제2 믹싱 가이드(340)와 가이드 패널(106)의 사이에 형성될 수 있다. 가이드 패널(106)은 제2 관통홀부(342)로부터 제2 믹싱 공간부(S2)에 토출된 혼합 가스(G1+u)를 가이드 홀부(344)로 안내하는 형상으로 형성될 수 있다. 일례로, 가이드 패널(106)은 제2 관통홀부(342)를 향해 볼록한 돔 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 혼합 가스(G1+u)는, 제2 믹싱 공간부(S2)에서 가이드 패널(106)의 돔형 안내면에 제1 방향으로 유동된 후 가이드 패널(106)의 돔형 안내면을 따라 가이드 홀부(344)로 회동되어 가이드 홀부(344)를 향해 제2 방향으로 유동될 수 있다.
상기와 같은 가이드 패널(106)은 제2 믹싱 가이드(340)의 단부에만 장착될 수 있지만, 본 실시예에서는 믹싱 케이스(112)와 SCR 케이스(122)의 양단부 측단면에 각각 배치되는 것으로 설명한다. 구체적으로, 엔진의 배기 가스(G0)는 DOC 유입 공간부(220)로 유입된 후 가이드 패널(106)에 의해서 DOC 유닛 본체(210)로 원활하게 유동될 수 있고, 후술하는 2차 정화 가스(G2)는 SCR 배출 공간부(128)로 유입된 후 가이드 패널(106)에 의해서 제2 배기 라인(104)으로 원활하게 유동될 수 있다. 또한, 믹싱 유닛(300)에서 배출된 혼합 가스(G1+u)는 SCR 유입 공간부(126)로 유입된 후 가이드 패널(106)에 의해 SCR 모듈 본체(124)로 원활하게 유동될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배출 파이프(350)는 제3 믹싱 공간부(S3)의 혼합 가스(G1+u)를 SCR 모듈(120)의 SCR 유입 공간부(126)에 안내하는 구성요소이다. 즉, 배출 파이프(350)는 믹싱 유닛(300)의 배출부 역할을 수행할 수 있다. 상기와 같은 배출 파이프(350)의 양단부는 제3 믹싱 공간부(S3)와 SCR 유입 공간부(126)에 연통되게 배치되도록 믹싱 모듈(110)의 일단부와 SCR 모듈(120)의 일단부에 직교하는 방향으로 연결될 수 있다.
예를 들면, 배출 파이프(350)는, 제3 믹싱 공간부(S3)로부터 SCR 유입 공간부(126)에 혼합 가스(G1+u)를 안내하는 제1 배출 파이프(352), 및 SCR 유입 공간부(126)의 내부에 배치되도록 제1 배출 파이프(352)의 일단부에 연결되고 SCR 유입 공간부(126)에 혼합 가스(G1+u)를 배출하는 제2 배출 파이프(354)를 포함할 수 있다.
제1 배출 파이프(352)의 일단부는 SCR 유입 공간부(126)와 연통하도록 SCR 모듈(120)의 일단부에 관통되게 배치될 수 있다. 제1 배출 파이프(352)의 타단부는 제3 믹싱 공간부(S3)와 연통하도록 믹싱 모듈(110)의 일단부에 관통되게 배치될 수 있다. 상기와 같은 제1 배출 파이프(352)는 믹싱 모듈(110)와 SCR 모듈(120)을 연결하는 부재이다.
제2 배출 파이프(354)의 일단부는 제1 배출 파이프(352)의 일단부에 연통되게 연결될 수 있다. 제2 배출 파이프(354)의 타단부는 SCR 유입 공간부(126)의 내부에 배치될 수 있다. 상기와 같은 제2 배출 파이프(354)의 타단부는 끝단면이 막힌 밀폐된 형상으로 형성될 수 있다. 제2 배출 파이프(354)의 외주에는 혼합 가스(G1+u)를 배출하기 위한 배출구(356)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 배출구(356)는 제2 배출 파이프(354)의 외주 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 형성될 수 있다. 상기와 같은 배출구(356)들은 제2 배출 파이프(354)의 양단부로부터 일정 거리(D) 이격된 제2 배출 파이프(354)의 중간부에 형성될 수 있다. 또한, 배출구(356)들은 제2 배출 파이프(354)의 일단부에서 타단부로 갈수록 배출구(356)의 개수가 증가될 수 있다.
즉, 제2 배출 파이프(354)의 일단부로 유입되는 혼합 가스(G1+u) 또는 제2 배출 파이프(354)의 타단부 끝단면에 막힌 혼합 가스(G1+u)는, 제2 배출 파이프(354)의 중간부에서 배출되는 혼합 가스(G1+u)와 비교하여 SCR 모듈 본체(124)가 아닌 제2 배출 파이프(354)의 길이 방향과 비슷한 방향으로 강하게 배출될 수 있다. 따라서, 제2 배출 파이프(354)의 양단부에서 일정 거리(D)의 부위에 배출구(356)를 형성하지 않음으로써, 배출구(356)들로부터 배출되는 혼합 가스(G1+u)가 SCR 모듈 본체(124)에 불균일하게 유동되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 제2 배출 파이프(354)에서 배출되는 혼합 가스(G1+u)는, 제2 배출 파이프(354)의 일단부에서 타단부로 갈수록 배기압이 저하되어 혼합 가스(G1+u)의 배출량이 감소될 수 있다. 그에 따라, 혼합 가스(G1+u)가 제2 배출 파이프(354)에서 SCR 모듈 본체(124)의 전면적으로 고르게 전달되기 위하여 배출구(356)의 배치 밀도는 제2 배출 파이프(354)의 일단부에서 타단부로 갈수록 증가될 수 있다. 즉, 배출구(356)가 제2 배출 파이프(354)의 일단부에서 타단부로 갈수록 개수를 증가시킴으로써, 혼합 가스(G1+u)는 제2 배출 파이프(354)에서 SCR 모듈 본체(124)의 전체에 균일하게 배출될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 배기 가스 정화 장치(100)에 대한 작동 및 작용 효과를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 엔진의 배기 가스(G0)가 제1 배기 라인(102)을 통해서 믹싱 모듈(110)의 DOC 유닛(200)으로 유동한다.
DOC 유닛(200)에 유입된 배기 가스(G0)는 DOC 유입 공간부(220)에서 제1 방향을 따라 DOC 유닛 본체(210)를 통과하고, DOC 유닛 본체(210)는 배기 가스(G0)를 1차 정화시켜 1차 정화된 1차 정화 가스(G1)를 생성한다.
상기와 같은 1차 정화 가스(G1)는 DOC 유닛 본체(210)에서 제1 방향을 따라 믹싱 유닛(300)의 제1 믹싱 공간부(S1)로 유동한다.
이때, 환원제 공급기(320)가 작동하여 제1 믹싱 공간부(S1)에 환원제(u)를 공급한다. 따라서, 1차 정화 가스(G1)와 환원제(u)는 제1 믹싱 공간부(S1)의 내부에서 혼합하면서 혼합 가스(G1+u)를 생성한다.
반면에, 환원제 공급기(320)에 의해 공급된 환원제(u) 중에서 1차 정화 가스(G1)와 혼합되지 못한 환원제(u')는, 배기압에 의해서 제1 믹싱 가이드(310)의 가장자리부에 형성된 환원제 배출구(314)를 통해 제3 믹싱 공간부(S3)로 배출된다. 상기와 같이 제3 믹싱 공간부(S3)로 배출된 환원제(u')는 제3 믹싱 공간부(S3)에 존재하는 1차 정화 가스(G1)와 다시 섞일 수 있다.
한편, 제1 믹싱 공간부(S1)에서 생성된 혼합 가스(G1+u)는, 제1 믹싱 가이드(310)의 표면을 따라 제1 관통홀부(312)로 모이고, 제1 관통홀부(312)에 배치된 분산 부재(316)를 통과하여 관형 가이드(330)로 유동한다.
상기와 같은 분산 부재(316)는 혼합 가스(G1+u)의 유동 방향을 관형 가이드(330)의 내부에 제1 방향으로 안내함과 아울러 혼합 가스(G1+u)의 교반과 분산을 적절하게 수행하여 혼합 가스(G1+u)의 혼합 효율을 향상시킨다.
혼합 가스(G1+u)는 관형 가이드(330)를 따라 유동한 후 제2 믹싱 가이드(340)의 제2 관통홀부(342)를 통해 제2 믹싱 공간부(S2)로 유동한다.
이때, 제2 관통홀부(342)에서 배출된 혼합 가스(G1+u)는 제2 믹싱 가이드(340)의 표면을 따라 확산시켜 1차 정화 가스(G1)와 환원제(u)를 효과적으로 혼합시킨다.
제2 믹싱 공간부(S2)에 배출된 혼합 가스(G1+u)는, 제2 믹싱 가이드(340)의 가이드 홀부(344)를 통해 제1 방향에서 제2 방향으로 유동 방향을 변경하여 제3 믹싱 공간부(S3)의 내부에 들어간다.
제3 믹싱 공간부(S3)로 유입된 혼합 가스(G1+u)는, 관형 가이드(330)의 외주면과 믹싱 케이스(112)의 내주면을 따라 유동하면서 배출 파이프(350)를 통해 SCR 모듈(120)로 유동한다.
상기와 같이 혼합 가스(G1+u)는, 제1 믹싱 공간부(S1)로부터 제2 믹싱 공간부(S2)에 제1 방향으로 유동된 후 제2 믹싱 공간부(S2)로부터 제3 믹싱 공간부(S3)에 제2 방향으로 유동되고, 제3 믹싱 공간부(S3)로부터 배출 파이프(350)를 따라 또 다른 방향으로 유동된다. 따라서, 본 실시예에 따른 믹싱 유닛(300)은 혼합 가스(G1+u)의 유동 경로를 최대한 길게 연장함과 아울러 혼합 가스(G1+u)의 유동 방향을 최대한 많이 전환시켜 혼합 가스(G1+u)의 혼합 효율을 극대화한다.
배출 파이프(350)를 따라 유동된 혼합 가스(G1+u)는 SCR 모듈(120)의 SCR 유입 공간부(126)에 배치된 제2 배출 파이프(354)의 배출구(356)를 통해서 SCR 유입 공간부(126)에 배출시킨다.
SCR 유입 공간부(126)로 배출된 혼합 가스(G1+u)는 SCR 유입 공간부(126)에서 제2 방향을 따라 SCR 모듈 본체(124)를 통과하고, SCR 모듈 본체(124)는 혼합 가스(G1+u)를 2차 정화시켜 2차 정화 가스(G2)를 생성한다.
상기와 같은 2차 정화 가스(G2)는 SCR 모듈 본체(124)로부터 SCR 배출 공간부(128)에 수용된 후 제2 배기 라인(104)를 따라 외부로 배출된다.
이때, 2차 정화 가스(G2)는 믹싱 모듈(110)과 SCR 모듈(120)에 의해 정화되어 대기 오염 물질이나 유독 성분이 제거된 상태이다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 배기 가스 정화 장치
110: 믹싱 모듈
120: SCR 모듈
200: DOC 유닛
300: 믹싱 유닛
310: 제1 믹싱 가이드
314: 환원제 배출구
320: 환원제 공급기
330: 관형 가이드
340: 제2 믹싱 가이드
344: 가이드 홀부
350: 배출 파이프
356: 배출구
140: 챔버 구획 부재
150: 와류 형성 가이드
G0: 엔진의 배기 가스
G1: 1차 정화 가스
G2: 2차 정화 가스
U: 환원제
G1+u: 혼합 가스
S1: 제1 믹싱 공간부
S2: 제2 믹싱 공간부
S3: 제3 믹싱 공간부

Claims (15)

  1. 엔진의 배기 가스를 디젤 산화 촉매로 1차 정화하도록 상기 엔진과 연결된 DOC 유닛 및 상기 DOC 유닛에서 1차 정화된 1차 정화 가스에 환원제를 혼합하여 혼합 가스를 만들도록 상기 DOC 유닛에 연결된 믹싱 유닛을 구비한 믹싱 모듈; 및
    상기 믹싱 모듈에서 배출되는 혼합 가스를 선택적 환원촉매로 2차 정화하도록 상기 믹싱 모듈에 연결된 SCR 모듈;을 포함하며,
    상기 믹싱 모듈은 상기 DOC 유닛과 상기 믹싱 유닛을 수용하기 위한 믹싱 케이스를 더 구비하고, 상기 DOC 유닛과 상기 믹싱 유닛은 상기 믹싱 케이스의 내부에 상기 배기 가스의 유동 방향을 따라 일렬로 배치되며,
    상기 믹싱 유닛은,
    상기 DOC 유닛과의 사이에 제1 믹싱 공간부가 형성되도록 상기 DOC 유닛과 이격된 위치에 배치되는 제1 믹싱 가이드;
    상기 제1 믹싱 공간부에 상기 환원제를 공급하도록 상기 DOC 유닛과 상기 제1 믹싱 가이드 사이에 배치된 환원제 공급기;
    상기 제1 믹싱 공간부에 존재하는 상기 혼합 가스를 안내하도록 상기 제1 믹싱 가이드의 중앙부에 일단부가 연통되게 연결된 관 형상의 관형 가이드;
    상기 관형 가이드의 타단부가 중앙부에 연통되게 연결되고, 제2 믹싱 공간부를 형성하도록 형성된 제2 믹싱 가이드; 및
    상기 제2 믹싱 가이드에 형성된 가이드 홀부를 통해 상기 제1 믹싱 가이드와 상기 관형 가이드 및 상기 제2 믹싱 가이드 사이에 형성된 제3 믹싱 공간부로 유동된 상기 혼합 가스를 상기 SCR 모듈에 안내하도록 상기 제3 믹싱 공간부와 상기 SCR 모듈에 연통되게 연결된 배출 파이프;
    를 포함하는 배기 가스 정화 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 DOC 유닛의 유입부는 상기 엔진에 배기 라인에 의해 연결되고, 상기 DOC 유닛의 배출부와 상기 믹싱 유닛의 유입부는 서로 마주보는 방향으로 직결되며, 상기 믹싱 유닛의 배출부는 상기 SCR 모듈을 향해 관 형상으로 연장되어 상기 SCR 모듈의 유입부에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 믹싱 모듈과 상기 SCR 모듈은 서로 마주보도록 나란하게 배치되며,
    상기 믹싱 유닛의 배출부는, 상기 믹싱 모듈의 일단부에서 상기 믹싱 모듈의 길이 방향과 직교하는 방향으로 길게 돌출된 후 상기 SCR 모듈의 일단부에 상기 SCR 모듈의 길이 방향과 직교하는 방향으로 관통되어 상기 SCR 모듈의 유입부에 연결된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 믹싱 공간부에서는 상기 1차 정화 가스에 상기 환원제를 공급함과 아울러 상기 1차 정화 가스와 상기 환원제를 혼합시켜 상기 혼합 가스를 형성하고,
    상기 제2 믹싱 공간부와 상기 제3 믹싱 공간부에서는 상기 혼합 가스의 유동 방향을 변경함과 아울러 상기 혼합 가스를 섞어주어 상기 1차 정화 가스와 상기 환원제의 혼합 성능을 더 향상시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 믹싱 가이드의 중앙부에는 상기 관형 가이드의 일단부에 연결되는 제1 관통홀부가 형성되고, 상기 제2 믹싱 가이드의 중앙부에는 상기 관형 가이드의 타단부에 연결되는 제2 관통홀부가 형성되며,
    상기 제1 믹싱 가이드는 상기 혼합 가스를 상기 제1 관통홀부에 모으도록 상기 혼합 가스의 유동 방향을 따라 좁아지는 콘 형상으로 형성되고, 상기 제2 믹싱 가이드는 상기 혼합 가스를 상기 제2 관통홀부로부터 퍼트리도록 상기 혼합 가스의 유동 방향을 따라 넓어지는 콘 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 믹싱 가이드의 가장자리부에는 환원제 배출구가 형성되고,
    상기 환원제 배출구는 상기 제1 믹싱 공간부에 공급된 상기 환원제 중에서 상기 1차 정화 가스와 혼합되지 않고 상기 제1 믹싱 가이드의 표면에 고착된 환원제를 배기압에 의해 상기 제3 믹싱 공간부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 환원제 배출구는 상기 제1 믹싱 가이드의 가장자리부에 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 관통홀부에는 상기 제1 믹싱 공간부에서 상기 관형 가이드의 내부로 유동되는 상기 혼합 가스를 섞어주기 위한 분산 부재가 배치된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 가이드 홀부는 상기 제2 믹싱 가이드의 중앙부를 중심으로 상기 제2 믹싱 가이드의 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 믹싱 가이드의 단부에는 상기 제2 관통홀부와 마주보는 방향으로 가이드 패널이 장착되고,
    상기 가이드 패널은 상기 제2 관통홀부에서 상기 제2 믹싱 공간부의 내부로 토출된 혼합 가스를 상기 가이드 홀부로 안내하도록 상기 제2 관통홀부를 향해 볼록한 돔 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 배출 파이프는,
    상기 믹싱 모듈과 상기 SCR 모듈에 관통되게 연결되고, 상기 제3 믹싱 공간부로부터 상기 SCR 모듈의 일단부에 형성된 SCR 유입 공간부에 상기 혼합 가스를 안내하는 제1 배출 파이프; 및
    상기 SCR 모듈에 관통되게 연결된 상기 제1 배출 파이프의 일단부에 연결되어 상기 SCR 유입 공간부의 내부에 배치되고, 상기 혼합 가스를 배출하기 위한 배출구가 형성된 제2 배출 파이프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 배출 파이프의 일단부는 상기 제1 배출 파이프의 일단부에 연통되게 연결되고, 상기 제2 배출 파이프의 타단부는 상기 SCR 유입 공간부의 내부에 밀폐된 형상으로 배치되며,
    상기 배출구는 상기 제2 배출 파이프의 외주 둘레를 따라 복수개가 서로 이격되게 형성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배출구들은, 상기 제2 배출 파이프의 양단부로부터 일정 거리 이격된 상기 제2 배출 파이프의 중간부에 형성되고, 상기 제2 배출 파이프의 일단부에서 타단부로 갈수록 상기 배출구의 개수가 증가되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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