KR102245852B1 - 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치에 관한 것으로, 요소수가 주입되어 내부에 요소수가 저장되도록 밀폐 공간을 형성하는 요소수 저장탱크(1)와; 차량에 요소수 공급시, 감소되는 상기 요소수 저장탱크(1)의 요소수 체적만큼 상기 요소수 저장탱크(1)로 질소 가스를 공급함으로써, 상기 요소수 저장탱크(1)의 요소수가 채워지지 않은 공간을 질소 가스로 충진하여 상기 요소수 저장탱크(1)내에 호기성 세균이 발생하여 번식하는 것을 억제하는 질소 충진기를 포함한 요소수 공급장치에 있어서, 상기 요소수 저장탱크(1) 일측 또는 바닥측으로부터 펌프작동에 따라 외부 요소수가 내부로 공급되면서 순환되거나 내부에 수용된 요소수가 펌프작동에 따라 자체순환되도록 형성되어 상기 요소수 저장탱크(1) 벽면 또는 바닥면에 요소염 부착이 방지되도록 요소수 순환유닛(100)이 형성된 것으로, 요소수 공급을 위한 디스펜서 형태의 요소수 공급장치의 요소수 저장탱크에 정체 수용되는 요소수를 순환시켜 요소염의 형성을 억제하고, 이를 통해 보다 높은 품질의 요소수 공급이 가능함에 따라 차량의 SCR 시스템의 손상 방지 및 배기가스 제거효율증가, 차량 연비향상 등이 가능하고, 요소수의 순환을 통해 요소수 저장탱크 내부에 요소염의 부착이 최소화됨에 따라 요소수 저장탱크의 세척공정 등의 불필요한 공정의 최소화하여 유지보수가 간편하고, 유지보수 비용절감 및 사용상 편의성이 극대화된 요소염 발생방지를 위한 요소수 순환 공급장치에 관한 것이다.

Description

불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치{Urea water supply device to remove impurities and adjust urea concentration}

본 발명은 이물질 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요소수의 정제과정에서 콜타르나 트리우렛, 인산염, 구리, 아연, 철, 칼슘, 클레이 등 다양한 불순물이 함유될 가능성이 높아 순수한 요소수를 공급한다고 하더라도 포함된 불순물로 인한 자동차의 요소수 공급라인에 악영향을 줄 수 있어 이를 방지하기 위해 요소수 저장탱크 내부에 수용되는 요소수를 자동차에 공급하는 과정에서 불순물을 제거하고, 제거된 요소수의 농도를 측정하여 기준 농도에 적합여부를 판독한 후, 기준 농도 이하 또는 이상일 때 농도를 기준농도로 조정하여 자동차로 공급하도록 함으로써, 자동차의 요소수 인젝터나 SCR 촉매의 막힘 또는 촉매 깨짐현상이 발생방지와 산화환원(화학반응) 과정에서 발생하는 요소수 고분자물질(멜라닌 등), 금속염 등으로 인해 SCR 내부는 물론 배기머플러 등에 쌓여 배압을 형성, 엔진 출력 및 연비를 떨어트리는 부작용이 발생을 방지하기 위한 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치에 관한 것이다.

요소수(尿素水, Urea)는 액상의 화학물질로서 우리가 흔히 알고 있는 요소비료의 원료인 요소(Urea)와 순수한 물(Water)을 혼합하여 만든 농도 31.8~33.2%의 화학물질이다. 이 요소수가 디젤엔진 자동차의 질소산화물을 정화하는데 쓰인다. 질소산화물은 기관지염, 폐렴 등 각종 호흡기질환을 일으키며 광학 스모그와 산성비의 주요 원인으로 알려져 있다. 연구 결과 교통사고 사망자의 2배가 넘는 사람이 자동차 매연으로 숨지고 있다는 보고가 있을 정도로 우리 일상생활에 차량배기가스가 미치는 영향이 크다. 그래서 선진국을 중심으로 오래전부터 꾸준히 제기되어 온 온실가스감축의 일환으로 차량배기가스 규제가 점점 엄격해지고 있는 것이다. 우리나라는 '경유자동차배기가스규제'로 유럽기준을 따르고 있다.

자동차분야에서의 SCR 촉매 시스템은 환원제로서 암모니아를 사용함으로써 DeNOx 성능을 90% 이상 달성 가능하나 암모니아는 가스상이기 때문에 보관이 어렵고 누수로 인해 인체에 악영향을 미치는 단점이 있어 사용이 거의 불가능하다. 이러한 암모니아를 촉매를 사용하는 SCR 시스템의 단점을 보완할 수 있는 방식이 Urea-SCR 시스템이다.

요소수를 사용하여 질소산화물을 정화하는 기술을 Urea-SCR이라 하며, 미국에서는 DEF(Diesel Exhaust Fluid), 유럽에서는 AdBlue로 칭한다. 요소수는 온도에 따라 어는점의 변화가 매우 크다. 농도가 32.5%일 때 빙점이 -11℃로써 가장 낮기 때문에 표준을 정할 때 자동차용 요소의 농도를 32.5%로 정하고 있고, 이외에 선박용 40%, 산업용 40%로 요소의 농도를 정하고 있다.

Urea-SCR 시스템의 자동차는 엔진이 가동되고 있으면 요소수가 지속적으로 사용되며, 이때 사용되는 양은 연료대비 4~6%정도 소모된다. 강화된 배기가스배출규제에 대응하기 위한 시스템에서 SCR은 EGR+DPF시스템보다 연비가 평균 3~5%의 개선효과가 있다는 연구결과가 있다. 그러므로 요소수의 사용으로 추가적인 비용이 들지만 연비 효과로 인하여 전체적인 운행경비는 Urea-SCR이 경제적이라 하겠다.

Urea-SCR 시스템은 디젤엔진에서 발생한 배기가스가 SCR 촉매장치를 거치는 과정에서 요소수 주입장치를 통해 요소수를 주입함으로써 배기가스 내의 질소산화물을 정화하게 된다.

이와 같이 Urea-SCR 시스템에 사용되는 요소수를 제조함에 있어, 최근 주유기와 유사한 디스펜서 형태의 요소수 공급 장치를 설치하여 요소수를 판매하는 주유소가 늘어나고 있으나, 판매되기 전까지 요소수 공급 장치에 저장 보관되고 있는 요소수에서 발생할 수 있는 미생물에 의한 오염이나 수분 증발에 의한 요소 농도 변화 등으로 인해, 요소수 제조사는 요소수 공급 장치를 통해 유통되는 요소수 제품의 품질 관리에 많은 어려움을 겪고 있다.

이에 대한 문제점의 해결을 본 출원인의 발명특허 제0-1901346호, 등록일자 2018년 9월 17일. 요소수 공급장치를 살펴보면 요소수 저장부와 질소 충진기를 포함하면서 질소탱크, 연결배과, 체크밸브를 통해 탱크내 압력저하에 따른 질소가스의 계속적 주입으로 요소농도 변화방지, 미생물 서식의 방지를 통해 상기와 같은 요소수의 농도 변화와 미생물에 의한 오염, 수분 증발로 인한 요소농도 변화를 방지하도록 하였다.

하지만, 상기 본 출원인의 등록특허의 요소수 공급장치의 저장탱크에 수용된 요소수는 앞서 설명한 바와 같이, 요소농도 변화방지, 미생물 서식의 방지는 가능하다곤 하지만 실질적으로 외부온도로 인한 디스펜서의 온도가 25℃ 이상의 고온상태로 장시간 노출되게 되면 수분증발로 인한 요소수의 농도 증가보다는 암모니아의 증발로 인한 요소수 농더가 저하되는 경향이 있어 사실상 농도의 변화방지가 어렵다. 또한, 미생물의 서식을 방지할 수는 있으나 요소수 정제과정에서 콜타르나 트리우렛, 인산염, 구리, 아연, 철, 칼슘, 클레이 등 다양한 불순물이 함유될 가능성이 높아 순수한 요소수를 공급한다고 하더라도 포함된 불순물로 인한 자동차의 요소수 공급라인에 악영향을 줄 수 있는 문제가 있었다.

또한, 앞서 언급한 바와 같이, 불순물이 제거된 요소수라고 하더라도 높은 온도에 장시간 노출되거나 기타 환경 조건으로 인한 수분증발 등의 요인으로 인해 실제 디스펜서의 요소수 탱크에 저장되어 있는 요소수의 농도가 자동차로 공급되기 위한 기준 농도를 유지하지 못하는 문제가 있고, 이로 인한 요소수의 농도변화로 인해 요소수의 농도가 낮을 경우에는 자동차 배기가스의 질소산화물의 정화력이 떨어져 대기환경오염원의 제거능력이 떨어지는 문제가 있는 한 편, 요소소의 농도가 높아지면 요소수가 결정화되거나 끈적이는 점성을 가지게 되어 자동차의 요소수 인젝터나 SCR 촉매의 막힘 또는 촉매 깨짐현상이 발생하거나 산화환원(화학반응) 과정에서 발생하는 요소수 고분자물질(멜라닌 등), 금속염 등으로 인해 SCR 내부는 물론 배기머플러 등에 쌓여 배압을 형성, 엔진 출력 및 연비를 떨어트리는 부작용이 발생되는 문제가 있었다.

따라서, 디스펜서 형태의 요소수 공급장치 내의 요소수 저장탱크에 수용된 요소수의 불순물을 최대로 제거하여 자동차로 공급되는 요소수가 불순물에 의한 오염을 최소화함과 더불어 요소수 농도의 조정을 통한 자동차 공급 요소수의 농도의 기준 농도 공급이 가능하도록 함으로써, 배기가스의 질소산화물의 정화능력의 향상과 자동차 부품의 수명연장 및 유지보수 비용의 절감과 엔진 출력 및 연비를 향상을 통한 에너지 절감이 가능한 새로운 디스펜서가 요구되고 있는 실정이다.

1. 대한민국 등록특허 제0-1901346호, 등록일자 2018년 9월 17일.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 요소수 공급을 위한 디스펜서 형태의 요소수 공급장치의 요소수 저장탱크에 수용되는 요소수를 필터링하여 불순물을 제거함으로써, 자동차에 양질의 요소수를 공급함에 따라 불순물로 인해 발생되는 차량의 요소수 인젝터나 SCR 촉매의 막힘 또는 촉매 깨짐현상이 발생을 방지하고, 산화환원 과정에서 발생하는 요소수 고분자물질인 멜라니, 금속염 등이 SCR 내부는 물론 배기머플러 등에 쌓여 배압을 형성, 엔진 출력 및 연비를 떨어트리는 부작용 발생을 방지할 수 있는 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 필터링된 요소수의 농도를 측정하여 측정된 농도값에 따라 기준 농도 이상 또는 이하일 경우 발생될 수 있는 요소가 결정화되어 끈적한 상태로 인해 발생되는 SCR 촉매나 요소수 인젝터 노즐이 막히는 등 각종 부작용 발생방지 및 배출가스 정화능력 저하를 방지할 수 있는 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치는 요소수가 주입되어 내부에 요소수가 저장되도록 밀폐 공간을 형성하여 항온유지하는 요소수 저장탱크(1)와, 펌프 작동에 따라 차량에 요소수 공급하기 위해 상기 요소수 저장탱크(1)과 연통형성된 공급관(3)이 마련된 요소수 공급라인(2)과, 상기 요소수 공급라인(2)을 통해 자동차로 공급되는 요소수의 공급량을 제어하는 제어부(4)로 형성된 요소수 공급장치에 있어서, 상기 요소수 저장탱크(1)로부터 자동차로 공급되는 요소수에 포함된 분순물을 제거하도록 상기 요소수 공급라인(2)의 공급관(3)에 교체가능하게 필터부재(100)가 결합되어 불순물이 제거된 기준 농도의 요소수만이 자동차로 공급되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공급관(3)에 형성된 필터부재(100)를 통해 불순물이 제거된 요소수의 농도를 측정하여 자동차로 공급될 요소수의 농도가 기준 농도인지 유무를 판단하고, 조정하여 자동차로 기준 농도의 요소수만이 공급되도록 마련된 요소수 농도조정유닛(200)이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 요소수 농도조정유닛(200)은 상기 필터부재(100)로부터 필터링된 요소수의 농도를 측정하는 요소수 농도센서(210)와; 상기 요소수 농도센서(210)로부터 측정된 농도가 자동차로 공급되기 위한 기준 농도보다 크게 측정되면 탈이온화수를 공급하여 필터링된 요소수와 혼합되어 배출되고, 기준 농도보다 작게 측정되면 농도 조정을 위한 농도조정 요소수를 공급하여 필터링된 요소수와 혼합되어 배출되도록 제어하는 농도조정제어부(220)와; 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3)과 연통되게 결합되고, 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 탈이온화수를 필터링된 기준농도보다 높은 농도의 요소수에 토출분사하여 혼합되도록 탈이온화수가 저장된 탈이온화수 저장부(230)와; 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3)과 연통되게 결합되고, 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 농도조정 요소수를 필터링된 기준농도보다 낮은 농도의 요소수에 토출분사하여 혼합되도록 농도조정 요소수가 저장된 농도조정요소수 저장부(240)와; 상기 농도조정요소수 저장부(240)와 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3) 사이에 결합되어 농도조정 요소수의 불순물이 제거되어 필터부재(100)를 통해 필터링된 요소수의 농도가 조정되도록 마련된 농도조정 필터부재(250);가 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 요소수 농도센서(210)에서 검출된 요소수 농도가 요소수 조정을 위한 탈이온화수 또는 농도조정 요소수의 투입으로 조정이 어려울 경우 요소수 저장탱크(1)로 회수하거나 별도의 불량 요소수 저장탱크로 회수되도록 필터부재를 통해 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3) 일측으로 회수라인(300)이 더 형성된 것이 바람직하고, 상기 필터부재(100)는 DEF 필터인 것이 바람직하다.

본 발명은 요소수 공급을 위한 디스펜서 형태의 요소수 공급장치의 요소수 저장탱크로부터 자동차로 요소수를 공급하는 과정에서 필터부재와 요소수 농도조정유닛을 구성하여 요소수를 필터링하여 불순물을 제거와 농도조정을 하여 공급하도록 함으로써, 자동차에 양질의 요소수를 공급함에 따라 불순물로 인해 발생되는 차량의 요소수 인젝터나 SCR 촉매의 막힘 또는 촉매 깨짐현상이 발생을 방지하고, 산화환원 과정에서 발생하는 요소수 고분자물질인 멜라니, 금속염 등이 SCR 내부는 물론 배기머플러 등에 쌓여 배압을 형성, 엔진 출력 및 연비를 떨어트리는 부작용 발생을 방지할 수 있으며, 필터링된 요소수의 농도를 측정하여 측정된 농도값에 따라 기준 농도 이상 또는 이하일 경우 발생될 수 있는 요소가 결정화되어 끈적한 상태로 인해 발생되는 SCR 촉매나 요소수 인젝터 노즐이 막히는 등 각종 부작용 발생방지 및 배출가스 정화능력 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 농도조정유닛이 적용된 전체 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 필터부재와 요소수 농도조정유닛이 적용된 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 작동 과정의 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 불량요소수 검출시 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 불량요소수 검출시 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를

mi포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 전체 사시도이이고, 도 2는 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 농도조정유닛이 적용된 전체 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 필터부재와 요소수 농도조정유닛이 적용된 개략도이며, 도 5는 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 작동 과정의 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 불량요소수 검출시 개략도이며, 도 7은 본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치의 불량요소수 검출시 순서도이다.

본 발명에 따른 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치는 요소수가 주입되어 내부에 요소수가 저장되도록 밀폐 공간을 형성하여 항온유지하는 요소수 저장탱크(1)와, 펌프 작동에 따라 차량에 요소수 공급하기 위해 상기 요소수 저장탱크(1)과 연통형성된 공급관(3)이 마련된 요소수 공급라인(2)과, 상기 요소수 공급라인(2)을 통해 자동차로 공급되는 요소수의 공급량을 제어하는 제어부(4)로 형성된 요소수 공급장치와 통상의 요소수 저장탱크를 구비한 요소수 공급장치에 적용가능한 것으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 요소수 불순물을 제거하여 차량의 요소수 인젝터나 SCR 촉매의 막힘 또는 촉매 깨짐현상이 발생을 방지하고, 산화환원 과정에서 발생하는 요소수 고분자물질인 멜라니, 금속염 등이 SCR 내부는 물론 배기머플러 등에 쌓여 배압을 형성, 엔진 출력 및 연비를 떨어트리는 부작용 발생을 방지할 수 있도록 상기 요소수 저장탱크(1)로부터 요소수를 자동차로 공급하기 위한 요소수 공급라인(2)에 교체가능하게 필터부재(100)가 형성된다.

여기서, 상기 필터부재(100)는 DEF 필터로 형성되어 요소수의 불순물을 제거가 용이하도록 하고, 필터부재에 의해 필터링된 기준 농도의 요소수만이 자동차로 공급되도록 함으로써, 자동차의 질소산화물 저감기능이 원할하게 이루어지면서 부품의 손상을 방지함과 함께 연비향상 및 에너지 절감이 가능하도록 마련된다.

상기 필터부재(100)는 상기 요소수 저장탱크(1)로부터 자동차로 공급되는 요소수에 포함된 분순물을 제거하도록 상기 요소수 공급라인(2)의 공급관(3)에 교체가능하게 결합된다. 즉, 요소수 저장탱크에 수용된 요소수가 요소수 공급라인(2)의 공급관(3)을 통해 이송되면 공급관(3)의 중간부위 또는 최종적으로 자동차로 배출되는 요소수 배출건 전에 상기 필터부재(100)를 형성함으로써, 요소수에 포함된 불순물을 제거한 후, 자동차에 양질의 요소수를 공급하게 된다. 상기와 같은 필터부재(100)는 요소수의 불순물 제거를 위해 다단으로 고려하여 형성하여도 바람직하다.

한편, 상기 필터부재(100)를 통해 필터링되어 불순물이 제거된 요소수가 최종적으로 자동차로 공급되어 앞서 상술한 문제점이 해결되지만 요소수의 특성상 수분의 증발에 따른 요소수 농도의 증가 내지는 암모니아수의 증발에 따른 요소수 농도가 낮아지는 문제가 있어 자동차에 공급되기 위한 기준농도를 유지하는 것이 중요하다. 즉, 요소수 농도가 기준 농도 이상 일때는 요소수가 결정화되어 끈적한 상태로 인해 발생되는 SCR 촉매나 요소수 인젝터 노즐이 막히는 등의 문제가 발생되고, 요소수 농도가 기준 농도 이하 일때는 배출가스 정화능력 저하가 발생된다.

따라서, 필터부재(100)에 의해 필터링되어 불순물이 제거된 요소수의 농도가 자동차의 배출가스 정화능력 및 요소수 관련 부품의 수명을 결정하기 때문에 이를 해결하기 위해 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 공급관(3)에 형성된 필터부재(100)를 통해 불순물이 제거된 요소수의 농도를 측정하여 자동차로 공급될 요소수의 농도가 기준 농도인지 유무를 판단하고, 조정하여 자동차로 기준 농도의 요소수만이 공급되도록 마련된 요소수 농도조정유닛(200)이 더 형성된다.

통상 자동차에 공급되는 요소수는 32.5%의 요소와 62.5%의 탈이온화수로 구성되어 있는데 요소수의 농도가 기준값이 32.5%에서 오차범위 ±0.7%를 두고 사용이 가능하다. 하지만, 상기 요소수의 농도 기준값과 오차범위를 벗어나 요소수의 농도가 낮거나 높을 경우에는 앞서 상술한 문제가 발생될 수 있어 요소수 저장탱크로부터 공급되는 요소수를 1차 분술물을 제거하고, 불순물이 제거된 요소수의 농도를 측정하여 기준 농도보다 낮거나 높을 경우 이를 보정하도록 요소수 농도조정유닛(200)을 통해 해주어 자동차로 공급한다.

여기서, 상기 요소수 농도조정유닛(200)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 요소수 농도센서(210), 농도조정제어부(220), 탈이온화수 저장부(230), 농도조정요소수 저장부(240), 농도조정 필터부재(250)로 구성된다.

상기 요소수 농도센서(210)는 요소수 저장탱크로부터 필터부재(100)로 공급된 요소수가 필터링되어 배출되는 공급관 내측에 구성되고, 필터링되어 불순물이 제거된 요소수의 농도를 측정하여 기준 농도 이하 여부를 확인하여 후술되는 농도조정제어부(220)로 측정값을 전송한다.

상기 농도조정제어부(220)는 도 5에 도시된 바와 같이, 요소수 농도센서(210)에 의해 측정된 불순물이 제거된 요소수의 농도값과 기준 농도값을 비교하여 허용오차 범위내에서는 분순물이 제거된 요소수는 그대로 공급관(3)을 따라 요소수 배출건을 통해 자동차로 공급하고, 허용오차 범위를 벗어나 농도가 기준농도 이상일 경우에는 후술되는 탈이온화수 저장부의 탈이온화수를 필터부재를 거친 공급관측 요소수로 토출분사하여 필터링된 요소수와 혼합되어 자동차로 공급한다.

또한, 허용오차 범위를 벗어난 농도가 기준농도 이하일 경우에는 후술되는 농도조정요소수 저장부의 요소수를 필터부재를 거친 공급관측 요소수로 토출분사하여 필터링된 요소수와 혼합되어 자동차로 공급한다. 여기서, 후술되는 농도조정요소수 저장부의 요소수는 후술되는 농도조정 필터부재를 통해 공급관측으로 배출되도록 함으로써, 필터부재(100)에 의해 불순물이 제거된 상태의 요소수에 불순물이 포함된 요소수와의 혼합으로 오염되는 것을 방지하도록 하여 공급관측으로 토출분사되도록 한다.

상기 탈이온화수 저장부(230)는 전술한 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 작동되어 필터부재를 거친 요소수 농도가 기준농도 이상일 경우 탈이온화수를 공급하는 것으로, 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3)과 연통되게 결합되고, 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 탈이온화수를 필터링된 기준농도보다 높은 농도의 요소수에 공급관과 연통되어 토출분사하여 혼합되도록 탈이온화수가 저장된다.

상기 농도조정요소수 저장부(240)는 전술한 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 작동되어 필터부재를 거친 요소수 농도가 기준농도 이하일 경우 농도조정 요소수를 공급하는 것으로, 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3)과 연통되게 결합되고, 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 농도조정 요소수를 필터링된 기준농도보다 낮은 농도의 요소수에 토출분사하여 혼합되도록 농도조정 요소수가 저장된다.

상기 농도조정 필터부재(250)는 상기 농도조정요소수 저장부에 저장된 요소수에 포함된 불순물을 제거하기 위한 것으로, 상기 농도조정요소수 저장부(240)와 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3) 사이에 결합되어 농도조정 요소수의 불순물이 제거되어 필터부재(100)를 통해 필터링된 요소수의 농도가 조정되도록 마련된 농도조정요소수의 불순물 제거를 위해 형성된다. 즉, 농도조정요소수를 필터링하지 않고 필터부재(100)에 의해 불순물이 제거된 요소수의 농도를 기준농도로 맞추기 위해 혼합시, 농도조정 요소수의 불순물이 포함되어 있을 경우 필터부재(100)를 통한 필터링의 효과가 없이 자동차로 공급되는 것을 방지하기 위한 것이다.

한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 요소수 농도센서(210)에서 검출된 요소수 농도가 요소수 조정을 위한 탈이온화수 또는 농도조정 요소수의 투입으로 조정이 어려울 경우 요소수 저장탱크(1)로 회수하거나 별도의 불량 요소수 저장탱크로 회수되도록 필터부재를 통해 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3) 일측으로 회수라인(300)이 더 형성된다.

즉, 요소수의 농도가 기준농도 범위에서 탈이온화수 또는 농도조정 요소수의 투입 혼합으로 조정이 어려울 정도로 농도가 높거나 낮을 경우에는 이를 불량 요소수로 농도조정 제어부에서 판독하여 회수라인(300)을 통해 요소수 저장탱크 또는 불량 요소수 저장탱크로 회수되도록 함으로써, 자동차 연비 및 출력저하를 방지하고, 질소산화물의 정화능력을 향상시키도록 한다.

여기서, 필터링된 요소수가 기준농도에 적합하도록 조정이 어려울 정도는 필터부재(100)의 필터링의 수명이 다하거나 요소수 저장탱크 내부에서의 요소수의 결정화 등으로 인해 농도가 증가되거나 탈이온화수의 증발로 인한 농도값의 큰 변화가 발생되는 것으로, 이 때는 요소소를 점검해야 할 필요성이 있는 것이기 때문에 농도조정제어부에서는 이를 표시하여 사용자에게 알려줌으로써, 양질의 요소수를 자동차로 공급할 수 있고, 유지보수가 간편하게 이루어질 수 있다.

이와 같은 구성에 따른 본 발명의 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 요소수 저장탱크로부터 자동차에 공급하기 위한 요소수가 요소수 공급라인의 공급관을 따라 이송된다. 이후, 공급관을 통해 이송되는 요소수는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 필터부재(100)를 거쳐 불순물이 제거되고, 불순물이 제거된 요소수는 필터부재의 요소수 배출부(부호생략)측으로 연통된 공급관을 통해 요소수 배출건을 거쳐 자동차로 공급된다.

여기서, 필터부재(100)를 거친 불순물이 제거된 요소수는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 요소수 농도조정 유닛(200)의 요소수 농도센서(210)에 의해 자동차로 공급하기 위한 기준 농도에 적합한지 요소수 농도를 센싱하여 검출한다. 이후, 검출된 농도가 자동차의 배기가스 정화를 위한 기준농도이 32.5%인지 여부를 농도조정제어부(220)를 통해 판독하고, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 허용오차 범위 ±0.7% 에 속한는지 여부를 판독한다.

여기서, 검출된 요소수 농도가 기준 농도와 허용오차범위 내에 속하면 필터부재에 의해 불순물이 제거된 요소수는 그대로 공급관을 따라 자동차로 공급되고, 검출된 요소수 농도가 기준 농도와 허용오차범위를 벗어나면 공급관의 탈이온화수 저장부의 탈이온화수 또는 농도조정요소수 저장부의 농도조정요소수를 공급관으로 토출 분사하여 필터링된 요소수와 혼합을 통해 농도가 조정된 상태로 공급관을 따라 자동차로 공급된다.

이때, 앞서도 언급한 바와 같이, 기준농도와 허용오차범위를 벗어나 요소수의 농도가 높게 검출되면 농도조정제어부(220)는 도 5에 나타난 바와 같이, 탈이온화수 저장부(230)의 탈이온화수를 필터부재(100)를 거쳐 공급관을 따라 이송하는 요소수에 토출분사시켜 혼합하여 기준농도와 허용오차범위 내의 요소수 농도로 조정하여 자동차로 공급되도록 하고, 기준농도와 허용오차범위를 벗어나 요소수의 농도가 낮게 검출되면 농도조정제어부(220)는 농도조정요소수 저장부(240)의 농도조정 요소수를 필터부재(100)를 거쳐 공급관을 따라 이송하는 요소수에 토출분사시켜 혼합하여 기준농도와 허용오차범위 내의 요소수 농도로 조정하여 자동차로 공급되도록 한다.

즉, 탈이온화수 저장부와 농도조정요소수 저장부로부터 탈이온화수 또는 농도조정 요소수가 공급관으로 투입분사되면 필터부재(100)를 통해 필터링된 요소수의 농도가 유지되도록 공급관을 따라 이송되며 혼합됨으로써, 최종적으로 자동차에 공급되는 요소수는 32.5% ±0.7%의 기준농도 및 허용오차범위 내로 자동차에 공급되게 된다.

한편, 농도조정요소수 저장부와 공급관 사이에는 농도조정 필터부재(250)가 결합되어 필터부재(100)에 의해 불순물이 제거된 상태의 요소수에 농도조정을 위해 투입되는 요소수의 불순물을 제거하여 줌으로써, 기준 농도를 가진 고 순도의 요소수를 자동차에 공급이 가능하다.

따라서, 본 발명에 따른 요소수 공급장치는 필터부재(100)를 통해 불순물이 제거된 요소수의 공급이 가능함은 물론, 요소수 농도조정 유닛(200)을 통해 탈이온화수의 증발로 인한 농도 상승 및 암모니아 증발로 인한 농도 하강에 따른 농도를 기준농도와 허용오참범위로 조정함으로써, 배기정화능력이 우수하고, 자동차의 요소수 관련 부품의 수명을 증대하여 보다 경제적이며, 유지보수가 간편함은 물론, 요소수의 순도의 신뢰확보가 가능하다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 회수라인(300)을 통해 불량 요소수를 회수함으로써, 막대한 자동차 수리비를 요하는 자동차의 요소수 장치의 피해를 최소화할 수 있는 것은 자명한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 이처럼 본 발명은 이들이 결합되어 구현될 수도 있다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에 기재된 청구항들의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

1 : 요소수 저장탱크 2 : 요소수 공급라인
3 : 공급관 4 : 제어부
100 : 필터부재 200 : 요소수 농도조정 유닛
210 : 요소수 농도센서 220 : 농도조정제어부
230 : 탈이온화수 저장부 240 : 농도조정 요소수 저장부
250 : 농도조정 필터부재 300 : 회수라인

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 요소수가 주입되어 내부에 요소수가 저장되도록 밀폐 공간을 형성하여 항온유지하는 요소수 저장탱크(1)와, 펌프 작동에 따라 차량에 요소수 공급하기 위해 상기 요소수 저장탱크(1)과 연통형성된 공급관(3)이 마련된 요소수 공급라인(2)과, 상기 요소수 공급라인(2)을 통해 자동차로 공급되는 요소수의 공급량을 제어하는 제어부(4)로 형성된 요소수 공급장치에 있어서, 상기 요소수 저장탱크(1)로부터 자동차로 공급되는 요소수에 포함된 분순물을 제거하도록 상기 요소수 공급라인(2)의 공급관(3)에 교체가능하게 필터부재(100)가 결합되어 불순물이 제거된 기준 농도의 요소수만이 자동차로 공급되도록 형성되고, 상기 공급관(3)에 형성된 필터부재(100)를 통해 불순물이 제거된 요소수의 농도를 측정하여 자동차로 공급될 요소수의 농도가 기준 농도인지 유무를 판단하고, 조정하여 자동차로 기준 농도의 요소수만이 공급되도록 마련된 요소수 농도조정유닛(200)이 더 형성된 것으로,
   상기 요소수 농도조정유닛(200)은 상기 필터부재(100)로부터 필터링된 요소수의 농도를 측정하는 요소수 농도센서(210)와; 상기 요소수 농도센서(210)로부터 측정된 농도가 자동차로 공급되기 위한 기준 농도보다 크게 측정되면 탈이온화수를 공급하여 필터링된 요소수와 혼합되어 배출되고, 기준 농도보다 작게 측정되면 농도 조정을 위한 농도조정 요소수를 공급하여 필터링된 요소수와 혼합되어 배출되도록 제어하는 농도조정제어부(220)와; 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3)과 연통되게 결합되고, 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 탈이온화수를 필터링된 기준농도보다 높은 농도의 요소수에 토출분사하여 혼합되도록 탈이온화수가 저장된 탈이온화수 저장부(230)와; 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3)과 연통되게 결합되고, 상기 농도조정제어부(220)의 제어에 따라 농도조정 요소수를 필터링된 기준농도보다 낮은 농도의 요소수에 토출분사하여 혼합되도록 농도조정 요소수가 저장된 농도조정요소수 저장부(240)와; 상기 농도조정요소수 저장부(240)와 상기 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3) 사이에 결합되어 농도조정 요소수의 불순물이 제거되어 필터부재(100)를 통해 필터링된 요소수의 농도가 조정되도록 마련된 농도조정 필터부재(250);가 형성된 것을 특징으로 하는 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 요소수 농도센서(210)에서 검출된 요소수 농도가 요소수 조정을 위한 탈이온화수 또는 농도조정 요소수의 투입으로 조정이 어려울 경우 요소수 저장탱크(1)로 회수하거나 별도의 불량 요소수 저장탱크로 회수되도록 필터부재를 통해 필터링된 요소수가 배출되는 공급관(3) 일측으로 회수라인(300)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 불순물 제거 및 요소수 농도조정이 가능한 요소수 공급장치.
   
5. 삭제

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