KR102338741B1 - 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치를 제공하고자 하는 것으로, 본 발명의 구성은 배기가스 슬리브(12)와 SCR 슬리브(14) 사이에 연결되는 믹서 파이프(20); 상기 믹서 파이프(20)의 내부 믹싱 공간부(20MC)에 내장된 와류 가이더(40);를 포함하고, 상기 와류 가이더(40)는, 테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링(42); 상기 브릿지부(42CB)에 결합되어 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드(44);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 효과는 배기가스 슬리브의 내부에서 인젝션 믹서 파이프 내부의 인젝션 믹싱 공간부로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 와류 가이더의 블레이드 서포트링 사이에 확보된 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 와류 블레이드에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 믹서 파이프 내부의 믹싱 공간부에서 회전하며 전진하도록 구성됨으로써, 믹서 파이프 내부의 믹싱 공간부에서 배기가스가 체류하는 시간이 더 길어지면서 열이 더 많이 전달되어 배기가스의 녹스의 제거가 더 원활하게 이루어지도록 하고, 배기가스의 녹스의 제거가 더 원활하게 이루어짐으로 인하여 믹서 파이프 내부에 요소 침전물이 누적되는 경우를 최소화시킬 수 있다는 것이다.

Description

와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치{Nox exhaust reduction device with whirl guider}
본 발명은 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스 슬리브의 내부에서 인젝션 믹서 파이프 내부의 인젝션 믹싱 공간부로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 와류 가이더의 블레이드 서포트링 사이에 확보된 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 와류 블레이드에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 믹서 파이프 내부의 믹싱 공간부에서 전진하도록 함으로써 배기가스의 녹스가 보다 원활하게 제거될 수 있는 새로운 구성의 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤엔진에서 배출되는 배기가스에는 NOx가 포함되어 있으며, 이는 심각한 대기오염을 유발하는 원인이 되어 왔다. 따라서, 이러한 NOx를 제거하기 위한 방법으로 촉매적 환원방법이 사용되고 있다. 특히, SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템은 요소수(UREA, CO(NH2)2)를 환원제로 사용하여 SCR 촉매에 공급하도록 하는 것으로, NOx가 효과적으로 저감되는 것으로 알려져 있다.
이러한, SCR 시스템은 통상적으로 디젤엔진, SCR 촉매, 환원제 분사장치, 환원제 압송펌프, 환원제 보관탱크, 보관탱크 내부의 환원제 수위를 감지하는 수위 센서 및 각종 센서가 구비된 제어장치, 엔진제어장치와 같은 장치들로 구성되어 있었다.
배기 매니폴드에서 SCR 반응기 쪽으로 배기가스가 흘러들어와서 환원제로 공급되는 요소수와 화학 반응에 의해 녹스가 환원되도록 함으로써 배기가스에서 녹스를 저감되도록 한다. 요소수 분사 인젝터에서 믹서 내부에 요소수를 수용액 형태로 분사하면, 배기가스의 열에 의해 흡열 반응과 가수분해 과정을 거치고, 요소수 수용액이 믹서를 통해서 잘게 쪼개져서 작은 액적 상태가 된다. 이러한 요소수 액적들이 SCR 촉매 담체에 고르게 잘 펴져서 입혀지게 된다. 이러한 과정을 흡장이라 한다.
이렇게 SCR 촉매 담체에 요소수가 고루 흡장이 된 상태에서 NoX를 포함하고 있는 배기가스가 촉매를 통과하면서 SCR 촉매 담체에 의해 요소수와 NoX가 화학 반응을 일으켜 NoX가 환원된다. 이처럼 배기가스에서 NoX가 환원되어 NoX가 저감될 수 있게 된다.
이때, SCR 반응기에 연결된 배기가스 배기관의 내부에서 요소수와 배기가스의 화학 반응이 제대로 이루어지 못하여서 배기가스가 SCR 반응기에 도달하기 이전에 배기가스 배기관의 내부에 요소 침전물이 쌓여서 누적되고, 이러한 요소 침전물이 누적됨으로 인하여 SCR 반응기에 연결된 배기가스 배기관이 막히면서 엔진이 꺼져버릴 수 있기 때문에, 차량의 엔진이 꺼지기 이전에 정비소에 차량을 몰고 가서 배기가스 배기관과 SCR 반응기에 누적된 요소 침전물을 제거하는 등의 점검 작업을 받아야 한다. 차량의 운행 중에는 운전자가 엑셀레이터를 밟았다 떼었다 하는 과정을 반복하게 되는 상황이 반드시 생기는데, 차량의 엑셀레이터를 밟을 때에는 연료 사용량이 증가하고 엑셀레이터를 밟지 않을 때에는 연료 사용량이 그만큼 감소하게 된다. 한편, 차량의 SCR 반응기와 배기가스 배기관 등의 배기 계통에는 센서가 설치되어, 차량 운전자가 엑셀레이터를 밞을 때에 연료 사용량이 증가하여 배기가스와 녹스도 그만큼 많이 생길 경우에는 센서가 연료 사용량의 증가를 감지하여 상기 배기가스 배기관의 내부에 요소수를 상대적으로 많이 공급함으로써, 상기 배기가스 배기관 내부에서 배기가스와 요소수의 화학적 반응에 의해 녹스를 감소시키도록 하고, 차량 운전자가 엑셀레이터를 밞지 않을 때에는 연료 사용량이 감소하여 배기가스와 녹스도 그만큼 상대적으로 덜 생길 경우에는 센서가 연료 사용량의 감소를 감지하여 상기 배기가스 배기관의 내부에 요소수를 상대적으로 더 적게 공급함으로써, 상기 배기가스 배기관 내부에서 배기가스와 요소수의 화학적 반응에 의해 녹스를 역시 감소시키도록 한다.
그런데, 차량을 운행할 때에 운전자가 차량의 엑셀레이터를 밟았다 떼었다 하는 경우가 여러 차례 반복되는데, 차량의 엑셀레이터를 밟았다 떼었다 하는 과정에서는 배기가스가 배출되는 양이 불규칙적인 상황이 되고, 상기 배기가스 배기관에 요소수가 공급되는 양도 불규칙하게 되는 한편, 차량의 운전자가 엑셀레이터를 밟았다 떼었다 하는 불규칙적인 상황에서는 배기가스 배기관 내부의 온도가 요소수와 배기가스의 화학적 반응이 제대로 이루어지기 위한 온도 미만으로 내려가게 되면서 배기가스와 요소수의 반응이 제대로 이루어지지 못하여서 배기가스 배기관의 내부와 SCR 반응기의 내부에 요소 침전물이 쌓여서 누적된 디파짓이 생기게 된다. 요소 침전물은 요소수와 배기가스가 제대로 반응하지 못하여서 생기는 이물질로서, 이러한 요소 침전물은 차량의 배기가스 배기관 등의 배기 계통의 내부 온도가 200℃ 미만일 경우에 생기게 된다. 차량의 운행 도중에 운전자기 엑셀레이터를 밟았다 떼었다 하는 불규칙한 상태에서 배기가스 배기관 내부의 온도가 200℃ 미만으로 내려가고 최대 180℃ 미만으로 내려가는 경우도 생기며, 이러한 상황에서 요소 침전물이 배기가스 배기관과 SCR 반응기의 내부에 누적되게 된다. 기온이 낮은 겨울철에는 특히 배기가스 배기관 내부의 온도가 200℃ 미만으로 더 자주 내려가게 되며, 이러한 기온이 낮을 때에 배기가스 배기관 등의 내부에 요소 침전물이 더 잘 생기게 된다. 다시 설명하면, 배기가스와 요소수가 화학적 반응을 할 때에 요소수에서 물이 기화되고 요소도 기화가 제대로 되어야 배기가스와 요소수가 반응이 제대로 되어 요소 침전물이 배기가스 배기관 등의 내부에 누적되지 않게 되는데, 차량 운전자가 차량의 엑셀레이터를 밟았다 떼었다 하는 불규칙한 상황과 기타 여러 가지 상향으로 인하여 배기가스 배기관 내부의 온도가 200℃ 미만으로 내려가는 경우가 생기게 되며, 이처럼 배기가스 배기관과 같은 배기 계통 내부의 온도가 200℃ 미만으로 내려가면 요소수에서 요소가 제대로 기화가 되지 못하여서 차량의 배기가스 배기관과 SCR 반응기의 내부에 요소 침전물이 누적되게 된다.
한편, 차량에는 배기가스 배기관과 SCR 반응기 등의 배기 계통의 내부에 요소 침전물이 누적된 상태를 감지하는 디파짓 센서가 설치되어, 차량의 내연 기간의 주요부인 배기가스 슬리브와 SCR 반응기 내부에 요소 침전물(디파짓)이 누적되면, 디파짓 센서에 의해 정비소에 가서 요소 침전물을 제거하라는 경보를 주게 된다.
그런데, 차량의 운전자가 디파짓 센서에 의해 차량에 발생한 경보를 인지하고 차량을 정비소에 몰고가는 도중에 차량의 엔진이 꺼져버리는 경우가 자주 발생되는 문제가 있고, 차량을 정비소에 몰고가는 도중에 차량의 엔진이 꺼져버리면서 차량이 도로에 그대로 멈춰서 버리게 되는 것과 같은 여러 가지 곤란을 겪는 경우가 많이 발생한다.
한국등록특허 제10-1725108호(2017년04월04일 등록) 한국공개특허 제10-2019-0142348호(2019년12월26일 공개) 한국등록특허 제10-2247341호(2021년04월27일 등록)
본 발명의 목적은 배기가스 슬리브의 내부에서 인젝션 믹서 파이프 내부의 인젝션 믹싱 공간부로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 와류 가이더의 블레이드 서포트링 사이에 확보된 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 와류 블레이드에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 믹서 파이프 내부의 믹싱 공간부에서 전진하도록 함으로써 배기가스의 녹스가 보다 원활하게 제거될 수 있는 새로운 구성의 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 배기가스 슬리브와 SCR 슬리브 사이에 연결되는 믹서 파이프; 상기 믹서 파이프의 내부 믹싱 공간부에 내장된 와류 가이더;를 포함하여 구성되고, 상기 와류 가이더는, 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링; 상기 블레이드 서포트링에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치가 제공된다.
상기 믹서 파이프는 내부에 인젝션 믹싱 공간부를 구비한 인젝션 파이프부와 내부에 바이패스 믹싱 공간부를 구비한 바이패스 파이프부를 포함하도록 구성되고, 상기 인젝션 파이프부의 기단부에 상기 배기가스 슬리브이 연결되고, 상기 바이패스 파이프부의 선단부에 상기 SCR 슬리브가 연결되며, 상기 인젝션 파이프부에는 요소수를 분사하는 인젝터가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 인젝션 파이프부 내부의 상기 인젝션 믹싱 공간부에는 상기 인젝터와 상기 배기가스 슬리브과 연결되는 기단부 사이에 배치되도록 와류 가이더가 배치되고, 상기 와류 가이더는, 테두리 링부에 브릿지부가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링; 상기 블레이드 서포트링에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드;를 포함하며, 상기 믹서 파이프의 상기 인젝션 파이프부의 내부로 배기가스와 요소수가 유입될 때에 상기 와류 가이더에 의해 배기가스와 요소수가 원활하게 혼합되고 회전하여 충분한 온도를 흡수하고 회전속도를 부가하여 디파짓이 생기는 것을 상기 SCR 슬리브 쪽으로 밀어내도록 구성된 것을 특징으로 한다.
복수개의 상기 와류 블레이드는 블레이드 제1측단부와 블레이드 제2측단부에 연결된 원주부를 구비한 원주형 블레이드로 구성되어, 복수개의 상기 와류 블레이드의 상기 제1측단부와 인접한 일부분이 상기 브릿지부에 결합되고, 복수개의 상기 와류 블레이드의 각각의 블레이드 제2측단부와 원주부는 상기 브릿지부에서 떨어져 있는 상태에서 상기 블레이드 서포트링의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치되며, 상기 배기가스 슬리브의 내부에서 상기 인젝션 믹싱 공간부로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 상기 블레이드 서포트링의 상기 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드에 접촉되어 지나가면서 상기 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 인젝션 파이프부의 상기 인젝션 믹싱 공간부로 회전하며 전진하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 바이패스 파이프부 내부의 바이패스 믹싱 공간부에는 상기 바이패스 파이프부의 기단부에 인접한 위치에 배치되도록 와류 가이더가 배치되고, 상기 와류 가이더는, 테두리 링부에 브릿지부가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링; 상기 블레이드 서포트링에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
복수개의 상기 와류 블레이드는 블레이드 제1측단부와 블레이드 제2측단부에 연결된 원주부를 구비한 원주형 블레이드로 구성되어, 복수개의 상기 와류 블레이드의 상기 제1측단부와 인접한 일부분이 상기 브릿지부에 결합되고, 복수개의 상기 와류 블레이드의 각각의 블레이드 제2측단부와 원주부는 상기 브릿지부에서 떨어져 있는 상태에서 상기 블레이드 서포트링의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치되며, 상기 바이패스 파이프부의 기단부에 연결된 인젝션 파이프부 내부의 인젝션 믹싱 공간부에서 상기 바이패스 믹싱 공간부로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 상기 블레이드 서포트링의 상기 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드에 접촉되어 지나가면서 상기 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 바이패스 파이프부의 내부에 확보된 바이패스 믹싱 공간부로 회전하며 전진하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 바이패스 파이프부 내부의 바이패스 믹싱 공간부에는 상기 바이패스 파이프의 선단부에 인접한 위치에 배치되도록 와류 가이더가 더 배치되어, 상기 바이패스 파이프부의 기단부와 선단부와 인접한 상기 바이패스 믹싱 공간부에 각각 하나씩 상기 와류 가이더가 구비되어, 상기 바이패스 파이프부는 상기 바이패스 믹싱 공간부에 각각 기단부측 와류 가이더와 선단부측 와류 가이더가 배치되도록 구성된다.
상기 바이패스 파이프부 내부의 바이패스 믹싱 공간부에는 상기 기단부측 와류 가이더와 상기 선단부측 와류 가이더 사이에 배치되도록 와류 가이더가 더 배치되며, 상기 기단부측 와류 가이더와 상기 선단부측 와류 가이더 사이에 배치된 상기 와류 가이더는 중간 와류 가이더로 구성되며, 상기 중간 와류 가이더는, 테두리 링부에 브릿지부가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링; 상기 블레이드 서포트링에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드;를 포함하며, 상기 와류 블레이드는 블레이드 제1측단부와 블레이드 제2측단부에 연결된 원주부를 구비한 원주형 블레이드로 구성되어, 복수개의 상기 와류 블레이드의 상기 제1측단부와 인접한 일부분이 상기 브릿지부에 결합되고, 복수개의 상기 와류 블레이드의 각각의 블레이드 제2측단부와 원주부는 상기 브릿지부에서 떨어져 있는 상태에서 상기 블레이드 서포트링의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치되며, 상기 기단부측 와류 가이더에서 와류가 발생되어 상기 바이패스 파이프부 내부의 상기 바이패스 믹싱 공간부에서 상기 바이패스 파이프부의 선단부 쪽으로 전진하는 배기가스가 상기 중간 와류 가이더의 상기 블레이드 서포트링의 상기 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드에 접촉되어 지나가면서 상기 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 바이패스 파이프부의 상기 바이패스 믹싱 공간부에서 회전하며 전진하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 믹서 파이프의 외주면에 결합된 바이패스 파이프; 상기 바이패스 파이프와 상기 믹서 파이프의 외주면 사이에 형성된 바이패스 공간; 상기 믹서 파이프에 구비되어 상기 믹서 파이프의 내부와 상기 바이패스 공간을 연통시키는 복수개의 바이패스홀;을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.복수개의 상기 바이패스홀은 상기 믹서 파이프의 기단부와 선단부에 인접한 위치에 복수개의 열과 행으로 배치된 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 의한 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치는 배기가스 슬리브의 내부에서 인젝션 믹서 파이프 내부의 인젝션 믹싱 공간부로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 와류 가이더의 블레이드 서포트링 사이에 확보된 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 와류 블레이드에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 믹서 파이프 내부의 믹싱 공간부에서 전진하도록 구성됨으로써, 믹서 파이프 내부의 믹싱 공간부에서 배기가스가 체류하는 시간이 더 길어지면서 열이 더 많이 전달되어 배기가스의 녹스가 보다 원활하게 제거되는 효과가 있고, 배기가스의 녹스가 원활하게 제거됨으로 인하여 믹서 파이프 내부에 요소 침전물이 누적되는 경우를 최소화시키고, 이러한 요소 침전물의 누적의 최소화로 인하여 믹서 파이프가 막히면서 차량의 엔진이 꺼져버리는 등의 문제를 해결하는 효과가 있다. 차량의 내연 기간의 주요부인 배기가스 슬리브와 SCR 반응기 내부에 요소 침전물이 디파짓(축적)되면 센서에 의해 정비소에 가서 디파짓된 요소 침전물을 제거하라는 경보를 주게 되어 있는데, 본 발명은 배기가스 슬리브와 SCR 슬리브 등의 배기계통에 디파짓된 요소 침전물을 제거하기 위하여 차량을 정비소에 몰고가는 도중에 차량의 엔진이 꺼져버려서 낭패를 겪는 경우를 미연에 방지하는 효과가 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치의 측단면도와 배기가스 슬리브와 SCR 슬리브의 측면도,
도 2는 본 발명에 의한 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치의 주요부인 와류 가이더와 믹서 파이프의 분해 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 주요부인 와류 가이더의 사시도,
도 4은 도 3의 배면 사시도,
도 5는 도 3의 정면도,
도 6은 도 3의 배면도,
도 7은 본 발명의 주요부인 와류 가이더를 블레이드 서포트링과 복수개의 와류 블레이드를 구비한 블레이드 어셈블리를 결합하여 형성하는 과정을 개략적으로 보여주는 정면도,
도 8은 본 발명의 주요부인 와류 가이더를 폐루프형 블레이드 서포트링에 복수개의 와류 블레이드를 구비한 블레이드 어셈블리를 결합하여 형성하는 과정을 개략적으로 보여주는 정면도,
도 9는 본 발명의 주요부인 와류 가이더를 블레이드 서포트링과 복수개의 블레이드를 결합하여 형성하는 과정을 개략적으로 보여주는 정면도,
도 10은 본 발명의 주요부인 믹서 파이프의 측단면도와 와류 가이더 및 SCR 슬리브의 측면도,
도 11은 도 10에 도시된 믹서 파이프의 외주면에 히터와 단열재를 결합한 실시예를 보여주는 측단면도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 녹스 매연 저감장치의 측단면도와 배기가스 슬리브와 SCR 슬리브의 측면도,
도 13은 도 12에 도시된 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치의 주요부인 와류 가이더와 믹서 파이프 및 바이패스 파이프의 분해 사시도,
도 14는 도 12에 도시된 주요부인 믹서 파이프와 바이패스 파이프의 측단면도 및 SCR 슬리브의 측면도,
도 15는 도 14에 도시된 주요부인 믹서 파이프의 바이패스 파이프부와 바이패스 파이프의 구조를 보여주는 측단면도,
도 16은 도 14에 도시된 주요부인 인젝션 파이프부의 구조를 보여주는 측단면도,
도 17은 도 12에 도시된 주요부인 믹성 파이프의 외주면에 히터와 단열재를 결합한 실시예를 보여주는 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 예를 들어, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치의 측단면도와 배기가스 슬리브와 SCR 슬리브의 측면도, 도 2는 본 발명에 의한 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치의 주요부인 와류 가이더와 믹서 파이프의 분해 사시도, 도 3은 도 2에 도시된 주요부인 와류 가이더의 사시도, 도 4은 도 3의 배면 사시도, 도 5는 도 3의 정면도, 도 6은 도 3의 배면도, 도 7은 본 발명의 주요부인 와류 가이더를 블레이드 서포트링과 복수개의 와류 블레이드를 구비한 블레이드 어셈블리를 결합하여 형성하는 과정을 개략적으로 보여주는 정면도, 도 8은 본 발명의 주요부인 와류 가이더를 폐루프형 블레이드 서포트링에 복수개의 와류 블레이드를 구비한 블레이드 어셈블리를 결합하여 형성하는 과정을 개략적으로 보여주는 정면도, 도 9는 본 발명의 주요부인 와류 가이더를 블레이드 서포트링과 복수개의 블레이드를 결합하여 형성하는 과정을 개략적으로 보여주는 정면도, 도 10은 본 발명의 주요부인 믹서 파이프의 측단면도와 와류 가이더 및 SCR 슬리브의 측면도, 도 11은 도 10에 도시된 믹서 파이프의 외주면에 히터와 단열재를 결합한 실시예를 보여주는 측단면도, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 녹스 매연 저감장치의 측단면도와 배기가스 슬리브와 SCR 슬리브의 측면도, 도 13은 도 12에 도시된 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치의 주요부인 와류 가이더와 믹서 파이프 및 바이패스 파이프의 분해 사시도, 도 14는 도 12에 도시된 주요부인 믹서 파이프와 바이패스 파이프의 측단면도 및 SCR 슬리브의 측면도, 도 15는 도 14에 도시된 주요부인 믹서 파이프의 바이패스 파이프부와 바이패스 파이프의 구조를 보여주는 측단면도, 도 16은 도 14에 도시된 주요부인 인젝션 파이프부의 구조를 보여주는 측단면도, 도 17은 도 12에 도시된 주요부인 믹성 파이프의 외주면에 히터와 단열재를 결합한 실시예를 보여주는 측단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치는 배기가스 슬리브(12)와 SCR 슬리브(14) 사이에 연결되는 믹서 파이프(20)와, 상기 믹서 파이프(20)의 내부 믹싱 공간부(20MC)에 내장된 와류 가이더(40)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 와류 가이더(40)는 블레이드 서포트링(42)과 복수개의 와류 블레이드(44)를 포함한다. 상기 믹서 파이프(20)의 인젝션 파이프부(20IP)의 내부로 배기가스와 요소수가 유입될 때에 와류 가이더(40)에 의해 배기가스와 요소수가 원활하게 혼합되고 회전하여 충분한 온도를 흡수하고 회전속도를 부가하여 디파짓이 생기는 것을 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 밀어내도록 구성된다. 이때, 디파짓이라 함은 믹서 파이프(20)의 내부에 요소 침전물이 누적된 것으로서, 이러한 디파짓이 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 밀어내어지도록 한다.
상기 블레이드 서포트링(42)은 테두리 링부(42PR)의 내부에 브릿지부(42CB)가 연결되도록 구성된다. 테두리 링부(42PR)의 내측단에 브릿지부(42CB)의 네 군데 끝단이 연결된다. 블레이드 서포트링(42)에 양면으로 연통된 배기가스 통과홀이 구비된다. 테두리 링부(42PR)의 내측단과 브릿지부(42CB) 사이에 배기가스 통과홀이 구비된다. 네 군데의 배기가스 통과홀이 블레이드 서포트링(42)에 구비된다. 브릿지부(42CB)는 십자 형상으로 구성된다.
상기 와류 블레이드(44)의 블레이드 제1측단부(44BF)의 일부분이 브릿지부(42CB)에 연결된다. 브릿지부(42CB)의 각각의 분기 브릿지편은 좌우 양쪽 측단부를 구비하는데, 와류 블레이드(44)의 블레이드 제1측단부(44BF)의 일부분이 브릿지부(42CB)의 각각의 분기 브릿지편에 결합된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 와류 블레이드(44)가 크로스 브릿지부(44CBP)에 연결된 블레이드 어셈블리를 테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 연결되어 이루어진 블레이드 서포트링(42)에 스폿 용접과 같은 접합수단(BM)에 의해 접합시켜서 상기 와류 가이더(40)가 형성되도록 할 수 있다. 복수개의 와류 블레이드(44)의 블레이드 제1측단부(44BF)가 일체형으로 연결되어 있는 상기 크로스 브릿지부(44CBP)가 블레이드 서포트링(42)의 브릿지부(42CB)와 테두리 링부(42PR)에 스폿 용접과 같은 접합수단(BM)에 접합됨으로써, 상기 블레이드 서포트링(42)과 복수개의 와류 블레이드(44)가 결합된 와류 가이더(40)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 와류 블레이드(44)는 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치된다.
상기 와류 가이더(40)의 복수개의 와류 블레이드(44)가 앞쪽으로 기울어지도록 구성된다.
복수개의 와류 블레이드(44)는 블레이드 제1측단부(44BF)와 블레이드 제2측단부(44BS)에 연결된 블레이드 원주부(44BC)를 구비한 원주형 블레이드로 구성되어, 복수개의 와류 블레이드(44)의 블레이드 제1측단부(44BF)의 일부분이 상기 블레이드 서포트링(42)의 브릿지부(42CB)에 인접하여 고정되는 한편 복수개의 와류 블레이드(44)의 각각의 측단부(44SE)와 블레이드 원주부(44BC)는 브릿지부(42CB)에서 떨어져 있는 상태에서 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치된다.
상기 와류 가이더(40)를 정면에서 볼 때에 제1사분면과 제2사분면과 제3사분면 및 제4사분면에 각각 와류 블레이드(44)가 배치되어 와류 가이더(40)에 네 개의 와류 블레이드(44)가 구비되도록 구성된다.
상기 와류 블레이드(44)의 블레이드 제1측단부(44BF)의 일부분은 블레이드 서포트링(42)의 브릿지부(42C)에 스폿 용접과 같은 접합수단(BM)에 의해 고정되어 있고, 상기 와류 블레이드(44)의 블레이드 제2측단부(44BS)와 블레이드 원주부(44BC)는 블레이드 서포트링(42)의 브릿지부(42C)에 붙어 있지 않고 떨어져 있는 상태에서 복수개의 와류 블레이드(44)는 테두리 링부(42PR)의 한쪽 면에서 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치된 구조를 취한다.
상기 와류 가이더(40)에서 테두리 링부(42PR)의 외측단이 상기 믹서 파이프(20)의 인젝션 파이프부(20IP)의 내주면에 고정되고 복수개의 와류 블레이드(44)는 배기가스 슬리브(12) 쪽에서 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 쪽으로 경사지도록 배치된다.
상기 배기가스 슬리브(12)의 내부에서 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 상기 블레이드 서포트링(42)의 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 인젝션 파이프부(20IP)의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에서 회전하며 전진하도록 구성된다. 배기가스가 와류를 일으키면 인젝션 파이프부(20IP) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에 체류하였다가 전진하는 시간이 길어지게 된다. 인젝션 파이프부(20IP) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에서 와류를 일으킨 배기가스는 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC) 쪽으로 전진하게 된다.
상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에는 와류 가이더(40)가 배치된다. 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 기단부측에 배치된 와류 가이더(40)는 테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링(42)과, 상기 블레이드 서포트링(42)에 결합됨과 동시에 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드(44)를 포함한다. 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 기단부측에 배치되어 상기 와류 가이더(40)와 상기 인젝터(30)와 배기가스 슬리브(12)가 연결되는 기단부 사이에 배치된 상기 와류 가이더(40)는 상기한 와류 가이더(40)와 동일한 구조이므로, 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 기단부측에 배치된 와류 가이더(40)에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 인젝션 파이프부(20IP) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에서 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 상기 블레이드 서포트링(42)의 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 상기 배기가스가 와류를 일으킨다. 배기가스가 와류를 일으키면 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에 체류하였다가 전진하는 시간이 길어지게 된다. 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 선단부 쪽 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 와류를 일으킨 배기가스는 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 회전하며 전진하도록 구성된다. 이때, 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP)에는 복수개의 바이패스홀(26)이 구비되어, 배기가스의 일부는 복수개의 바이패스홀(26)을 통과하여 상기 바이패스 공간(24)으로 유입된다.
또한, 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에는 바이패스 파이프(22)의 선단부측에 배치되도록 와류 가이더(40)가 더 배치되어, 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에 각각 하나씩 와류 가이더(40)가 구비된 구조가 된다. 바이패스 파이프(22)의 선단부측에 배치되어 와류 가이더(40)와 인젝터(30)와 배기가스 슬리브(12)가 연결되는 기단부 사이에 배치된 상기 와류 가이더(40)와 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 기단부측에 배치된 와류 가이더(40)의 구조는 동일하므로, 바이패스 파이프(22)의 선단부측에 배치된 와류 가이더(40)에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 즉, 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP)는 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에 각각 기단부측 와류 가이더(40)와 선단부측 와류 가이더(40)가 배치되도록 구성된다.
상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에는 상기 기단부측 와류 가이더(40)와 상기 선단부측 와류 가이더(40) 사이에 배치되도록 와류 가이더(40)가 더 배치되며, 상기 기단부측 와류 가이더(40)와 상기 선단부측 와류 가이더(40) 사이에 배치된 상기 와류 가이더(40)는 중간 와류 가이더(40)로 구성된다. 상기 중간 와류 가이더(40)는 테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링(42)과, 상기 블레이드 서포트링(42)에 결합되어 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드(44)를 포함한다. 중간 와류 가이더(40)의 구조 역시 상기한 와류 가이더(40)들의 구조와 동일하므로, 중간 와류 가이더(40)에 대한 중복 설명도 생략하기로 한다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수개의 와류 블레이드(44)의 블레이드 제1측단부(44BF)는 크로스 브릿지부(44CBP)에 일체형으로 연결되고 복수개의 와류 블레이드(44)의 블레이드 제2측단부(44BS)는 크로스 브릿지부(44CBP)의 한쪽 면에서 앞으로 벌어져 있는 블레이드 부재(44MB)를 폐루프형 블레이드 서포트링(42)에 스폿 용접과 같은 접합수단(BM)에 의해 접합시켜서 상기 와류 가이더(40)를 형성할 수 있다. 원형의 블레이드 서포트링(42)에 상기 블레이드 부재(44MB)를 폐루프형 블레이드 서포트링(42)에 스폿 용접과 같은 접합수단(BM)에 의해 접합시켜서 상기 와류 가이더(40)를 형성할 수 있다. 도 8에서 점선으로 표시된 부분이 크로스 브릿지부(44CBP)에 일체형으로 연결된 와류 블레이드(44)의 블레이드 제1측단부(44BF)이다.
또는, 도 9에 도시된 바와 같이, 와류 가이더(40)는 테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 연결된 블레이드 서포트링(42)에 복수개의 와류 블레이드(44)가 스폿 용접 등의 접합수단(BM)에 의해 접합되도록 구성될 수 있다. 복수개의 와류 블레이드(44)에서 블레이드 제1측단부(44BF)의 일부분이 스폿 용접 등의 접합수단에 의해 블레이드 서포트링(42)의 브릿지부(42CB)에 결합될 수 있다. 도 9에서 점선으로 표시된 부분과 블레이드 제1측단부(44BF) 사이의 폭부분이 상기 접합수단(BM)에 의해 블레이드 서포트링(42)에 접합될 수 있다.
이때, 도 10과 도 14에 도시된 바와 같이, 테두리 링부(42PR)에는 복수개의 가이더 접합편(42BOP)이 구비되어, 복수개의 가이더 접합편(42BOP)들이 상기 믹서 파이프(20)의 인젝션 파이프부(20IP)의 내주면에 고정(스폿 용접으로 고정)되어, 상기 와류 가이더(40)가 믹서 파이프(20)의 인젝션 파이프부(20IP)의 내부에 고정되도록 구성된다.
상기 중간 와류 가이더(40)의 테두리 링부(42PR)에 구비된 복수개의 가이더 접합편(42BOP)들은 상기 믹서 파이프(20)의 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 내주면에 고정(스폿 용접으로 고정)되어, 상기 와류 가이더(40)가 믹서 파이프(20)의 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 내부 중간에 고정되도록 구성된다.
상기 선단부측 와류 가이더(40)의 테두리 링부(42PR)에 구비된 복수개의 가이더 접합편(42BOP)들은 상기 믹서 파이프(20)의 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 내주면에 고정(스폿 용접으로 고정)되어, 상기 와류 가이더(40)가 믹서 파이프(20)의 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 내부 선단부에 고정되도록 구성된다.
이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드 서포트링(42)이 폐루프 형상으로 구성된 경우에는 상기 블레이드 서포트링(42)에 복수개의 가이더 접합편(42BOP)이 구비되어, 복수개의 가이더 접합편(42BOP)들이 상기 믹서 파이프(20)의 인젝션 파이프부(20IP)의 내주면에 고정(스폿 용접으로 고정)되어, 상기 와류 가이더(40)가 믹서 파이프(20)의 인젝션 파이프부(20IP)의 내부에 고정되도록 구성된다.
상기 기단부측 와류 가이더(40)에서 와류가 발생되어 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 선단부 쪽으로 전진하는 배기가스가 상기 중간 와류 가이더(40)의 블레이드 서포트링(42)의 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 바이패스 가이드 파이프부(20BP)의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 회전하며 전진하도록 구성된다. 즉, 상기 중간 와류 가이더(40)의 복수개의 경사진 와류 블레이드(44)에 의해서 바이패스 파이프(22) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)의 중간에서 한번 더 배기가스의 와류가 발생되어 상기 선단부측 와류 가이더(40) 쪽으로 전진하게 된다.
본 발명에서는 상기 믹서 파이프(20)의 내부로 배기가스와 요소수가 소정의 압력으로 유입될 때에 상기 와류 가이더(40)에 의해 믹서 파이프(20)의 내부에 디파짓이 생기는 것을 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 밀어내도록 구성되는데, 상기 기단부측 와류 가이더(40)와 중간 와류 가이더(40)와 선단부측 와류 가이더(40)를 배기가스와 요소수가 세번을 거쳐서 회전하며 지나가도록 하기 때문에 배기가스와 요소수가 더욱 원활하게 혼합되고 회전하여 충분한 온도를 더욱 확실하게 흡수하고 회전속도를 더 확실하게 부가하여 믹서 파이프(20)의 내부에 디파짓이 생기는 것을 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 더욱 확실하게 밀어내도록 구성된다. 이때, 디파짓이라 함은 믹서 파이프(20)의 내부에 요소 침전물이 누적된 것으로서, 이러한 디파짓이 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 더욱 확실하게 밀어내어지도록 한다. 상기 기단부측 와류 가이더(40)와 중간 와류 가이더(40)와 선단부측 와류 가이더(40)를 배기가스와 요소수가 세번을 거쳐서 회전하며 지나가도록 하기 때문에 배기가스와 요소수가 믹서 파이프(20)의 내부에서 체류하는 시간이 그만큼 더욱 많게 하여 충분한 온도를 흡수할 수 있으므로, 믹서 파이프(20)의 내부에 디파짓이 생기는 것을 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 더욱 확실하게 밀어내도록 구성된다. 믹서 파이프(20) 내부의 온도가 차량 운전자가 엑셀레이터를 밟거나 떼는 조작을 반복적으로 하여서 요소수에서 요소가 제대로 기화되기 위한 온도인 200℃ 미만으로 떨어지려 하는 경우가 있더라도 와류 가이더(40)의 와류 블레이드(44)를 배기가스와 요소수가 지나가면서 회전하며 지나가도록 하기 때문에 배기가스와 요소수가 더욱 원활하게 혼합되고 회전하면서 동시에 요소수의 요소의 기화에 충분한 온도인 200℃ 이상을 확실하게 흡수하고 회전속도를 확실하게 부가하기 때문에 믹서 파이프(20)의 내부에 디파짓(즉, 요소 침전물과 같은 이물질)이 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 확실하게 밀어내도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 배기가스 슬리브(12)와 SCR 슬리브(14) 사이에 연결되는 믹서 파이프(20)와, 상기 믹서 파이프(20)의 외주면에 결합된 바이패스 파이프(22)와, 상기 바이패스 파이프(22)와 상기 믹서 파이프(20)의 외주면 사이에 형성된 바이패스 공간(24)과, 상기 믹서 파이프(20)에 구비되어 믹서 파이프(20)의 내부와 바이패스 공간(24)을 연통시키는 복수개의 바이패스홀(26)을 포함하여 구성된다.
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상기 믹서 파이프(20)는 양단부가 연통된 파이프 형상으로 구성된다. 본 발명에서 믹서 파이프(20)는 원형 파이프 형상으로 구성된다. 믹서 파이프(20)는 양단부가 연통된 파이프 형상으로 구성되어, 상기 배기가스 슬리브(12)와 SCR 슬리브(14) 사이에 연결된다. 배기가스 슬리브(12)에서 믹서 파이프(20) 내부로 배기가스가 들어와서 SCR 슬리브(14) 쪽으로 배출되는 구조가 된다.
상기 바이패스 파이프(22)는 믹서 파이프(20)의 외주면에 결합된다. 믹서 파이프(20)에서 SCR 슬리브(14)가 연결되는 단부쪽에서부터 배기가스 슬리브(12) 쪽으로 일정 거리 들어간 외주면에 바이패스 파이프(22)가 결합된다. 바이패스 파이프(22)가 믹서 파이프(20)의 외주면 일부에 결합된 구조가 된다. 믹서 파이프(20)가 원형 파이프 형상이어서 바이패스 파이프(22)도 원형 파이프 형상이다.
상기 바이패스 공간(24)은 배기가스 슬리브(12)로부터 믹서 파이프(20) 내부로 들어온 배기가스가 바이패스되기 위한 공간이다. 바이패스 파이프(22)의 내주면과 믹서 파이프(20)의 외주면 사이에 바이패스 공간(24)이 형성되는데, 바이패스 파이프(22)와 믹서 파이프(20)가 원형 파이프 형상으로 구성되어, 바이패스 공간(24)은 환형 공간으로 구성된다.
복수개의 바이패스홀(26)은 믹서 파이프(20)에 복수개의 열과 행으로 배치된다. 믹서 파이프(20)의 기단부에는 배기가스 슬리브(12)가 연결되고, 믹서 파이프(20)의 선단부에는 SCR 슬리브(14)가 연결되는데, 복수개의 바이패스홀(26)이 배기가스 슬리브(12)의 배기가스 배출단 쪽과 SCR 슬리브(14)의 배기가스 유입단 쪽에 복수개의 열과 행으로 배치된 구조가 된다. 믹서 파이프(20)의 기단부 쪽에 배치된 복수개의 바이패스홀(26)은 유입측 바이패스홀(26)이고 믹서 파이프(20)의 선단부 쪽에 배치된 복수개의 바이패스홀(26)은 배출측 바이패스홀(26)인데, 유입측 바이패스홀(26)들을 통해서 상기 바이패스 공간(24)으로 들어온 배기가스가 배출측 바이패스홀(26)을 통해서 믹서 파이프(20)의 선단부측 내부로 들어와서 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 유입된다.
상기 믹서 파이프(20)는 내부에 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)를 구비한 인젝션 파이프부(20IP)와 내부에 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)를 구비한 바이패스 파이프부(20BP)를 포함하도록 구성된다.
상기 인젝션 파이프부(20IP)의 기단부에 배기가스 슬리브(12)가 연결된다. 즉, 인젝션 파이프부(20IP)의 기단부가 믹서 파이프(20)의 기단부로서 인젝션 파이프부(20IP)의 기단부에 배기가스 슬리브(12)가 연결됨으로써 믹서 파이프(20)의 기단부에 배기가스 슬리브(12)가 연결된 구조가 된다.
상기 바이패스 파이프부(20BP)의 선단부에 SCR 슬리브(14)가 연결된다. 즉, 바이패스 파이프부(20BP)의 선단부가 믹서 파이프(20)의 선단부로서 바이패스 파이프부(20BP)의 선단부에 SCR 슬리브(14)가 연결됨으로써 믹서 파이프(20)의 선단부에 SCR 슬리브(14)가 연결된 구조가 된다.
상기 인젝션 파이프부(20IP)에는 요소수를 분사하는 인젝터(30)가 구비된다. 즉, 믹서 파이프(20)에 인젝터(30)가 연결된 구조가 된다. 인젝서터에서 주입되는 요소수가 믹서 파이프(20)의 내부, 다시 말해, 믹서 파이프(20) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)로 주입되어 배기가스 슬리브(12)에서 유입되는 배기가스와 반응을 일으키도록 구성된다.
상기 인젝션 파이프부(20IP) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에는 인젝터(30)와 배기가스 슬리브(12)가 연결되는 기단부 사이에 배치되도록 와류 가이더(40)가 배치된다.
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상기한 구성의 본 발명에 의하면, 배기가스 슬리브(12) 쪽에서 배기가스가 믹서 파이프(20)의 내부로 들어오고 믹서 파이프(20)에 결합된 인젝터(30)에서는 요소수가 주입되어 상기 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)(정확하게는 인젝션 파이프부(20IP)의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)와 바이패스 파이프부(20BP)의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC))에서 배기가스의 녹스와 요소수가 화학적인 반응을 일으켜서 녹스가 환원되면서 기화가 된다.
이때, 배기가스와 요소수의 반응에 의해 배기가스의 녹스가 완전 기화되어야 하는데, 배기가스의 녹스가 완전 기화되지 않고 수분만 기화되면서 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)에 석회석과 같은 요소 침전물이 쌓이게 된다. 배기가스와 요소수가 반응하여 배기가스에서 녹스를 기화시킬 때에 수분만 날라가서 녹스가 완전히 기화되지 않음으로 인하여 믹서 파이프(20)에서 특히 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에 요소 침전물이 쌓이게 된다. 자동차 등의 엔진을 가동시키는 기간이 지날 수록 믹서 파이프(20) 내부 공간부에서 특히 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 요소 침전물이 쌓이게 되면서 믹서 파이프(20)가 연결된 배기 계통(예를 들어, 배기 매니폴드 등)이 요소 침전물에 의해 막히게 되는데, 배기 계통에는 배압 센서가 설치되어 배기 계통을 구성하는 상기 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)(특히, 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC))에 허용 요소 침전물 누적량 이상으로 요소 침전물이 누적된 상태에서 배압 센서가 센싱하여 경보(알람)을 발생시키게 됨으로써 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)에 누적된 요소 침전물을 제거하는 유지 보수 작업을 시행하도록 한다.
본 발명에서는 배기가스 슬리브(12)의 내부에서 인젝션 믹서 파이프(20) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 와류 가이더(40)의 블레이드 서포트링(42)의 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 인젝션 파이프부(20IP)의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에서 회전하며 전진하도록 구성됨으로써, 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)에서 배기가스가 체류하는 시간이 더 길어지면서 열이 더 많이 전달되어 배기가스의 녹스의 기화가 더 원활하게 이루어지는 효과가 있다.
다시 말해, 배기가스 슬리브(12)의 내부에서 인젝션 믹서 파이프(20) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 와류 가이더(40)의 블레이드 서포트링(42) 사이에 확보된 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 배기가스가 와류를 일으켜서 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)에서 회전하며 전진하도록 구성됨으로써, 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)에서 배기가스가 체류하는 시간이 더 길어지면서 열이 더 많이 전달되어 배기가스의 녹스의 기화가 원활하게 이루어지는 효과가 있고, 배기가스의 녹스의 기화가 원활하게 이루어짐으로 인하여 믹서 파이프 내부에 요소 침전물이 누적되는 경우를 최소화시키고, 이러한 요소 침전물의 누적의 최소화로 인하여 믹서 파이프(20)가 막히면서 차량의 엔진이 꺼져버리는 등의 문제를 해결하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에도 와류 가이더(40)가 더 배치되어, 인젝션 믹서 파이프(20) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에서 와류를 일으켜서 유입되는 배기가스가 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 와류를 일으키면서 SCR 슬리브(14) 쪽으로 전진하는데, 이처럼 배기가스가 와류를 일으키면 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)에서 배기가스가 체류하는 시간이 더 길어지면서 열이 더 많이 전달되어 배기가스의 녹스의 기화가 더 원활하게 이루어지는 효과가 있고, 배기가스의 녹스의 기화가 더 잘 이루어짐으로 인하여 믹서 파이프(20) 내부에 요소 침전물이 누적되는 양이 줄어들게 되면서 믹서 파이프(20) 내부에서 요소 침전물을 제거하기 위한 유지 보수 기간을 더 길게 가져갈 수 있으며, 유지 보수 기간을 더 길게 가져감으로 인하여 유지 보수비를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
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한편, 기존에는 배기 계통에 연결된 요소수와 배기가스의 반응이 이루어지는 배기 파이프에 쌓인 요소 침전물에 의해 차량 등의 엔진에 연결된 배기 계통이 막히게 되면서 차량 등의 엔진에 연결된 배기 계통에 연결된 배기 파이프 내부의 요소 침전물을 제거하기 위해 정비소로 도달하기 이전에 엔진이 꺼져버리게 된다. 또한, 배기 계통에 연결된 배기 파이프 내부에 요소 침전물이 쌓이면 온도가 낮아져서 더 많은 요소 침전물이 쌓이게 되면서 배기 파이프 내부의 요소 침전물을 제거하기 위해 정비소로 도달하기 이전에 엔진이 꺼져버리게 되는 것이다. 즉, 기존에는 배압 센서에서 배기 계통(즉, 배기 파이프 등)에 요소 침전물이 누적되어 막혀 있다는 알람이 오기 전에 엔진이 꺼져버려서 배기 파이프 내부의 요소 침전물을 제거하기 위해 정비소로 도달하기 이전에 엔진이 꺼져버리는 심각한 문제가 있다.
그런데, 본 발명에서는 배기 계통에 연결(배기가스 슬리브(12)와 SCR 슬리브(14)에 연결되어 배기 계통에 연결)된 상기 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)가 요소 침전물에 의해 막히는 경우에도 상기 바이패스홀(26)을 통해서 배기가스가 바이패스 공간(24)으로 바이패스되어 배기 계통을 구성하는 SCR 슬리브(14) 쪽으로 배기가 이루어지도록 하기 때문에, 상기 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)(특히, 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC))에 허용 요소 침전물 누적량 이상으로 요소 침전물이 누적된 상태에서 배압 센서가 센싱하여 경보(알람)을 발생시키게 됨으로써 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)에 누적된 요소 침전물을 제거하는 유지 보수 작업을 시행하도록 하는데, 차량 등의 엔진에 연결된 배기 계통에서 요소 침전물을 제거하기 위해 정비소로 도달하기 이전에 엔진이 꺼져버리게 되는 문제를 해결하는 효과가 있다. 즉, 본 발명은 배압 센서에서 배기 계통(즉, 배기 파이프 등)에 요소 침전물이 누적되어 막혀 있다는 알람이 오기 전에 엔진이 꺼져버리는 문제가 발생되지 않아서 배기 파이프 내부의 요소 침전물을 제거하기 위해 정비소로 도달하기 이전에 엔진이 꺼져버리는 심각한 문제를 해결한 효과가 있는 것이다.
또한, 본 발명에서는 믹서 파이프(20)의 외주면에는 히터(52)가 배치되고, 상기 히터(52)는 단열재에 의해 감싸지도록 구성될 수 있다.
이러한 경우에는 바이패스 파이프(22)의 내부에 결합되어 있는 믹서 파이프(20) 내부의 믹싱 공간부(20MC)로 히터(52)의 열이 더 많이 전달되면서 배기가스의 녹스와 요소가 더욱더 잘 기화되기 때문에, 믹서 파이프(20) 내부에 요소 침전물이 누적되는 양이 줄어들게 되면서 믹서 파이프(20) 내부에서 요소 침전물을 제거하기 위한 유지 보수 기간을 더욱 길게 가져갈 수 있으며, 유지 보수 기간을 더욱 길게 가져감으로 인하여 유지 보수비를 더욱더 절감시킬 수 있는 효과가 있다. 차량 운전자가 차량의 엑셀레이터를 밟았다 떼었다 하는 불규칙한 상황과 기타 여러 가지 상향으로 인하여 믹서 파이프(20) 내부의 온도(배기가스 배기관 내부의 온도라 할 수 있음)가 200℃ 미만으로 내려가는 경우가 생기게 되며, 이처럼 믹서 파이프(20) 내부의 온도가 200℃ 미만으로 내려가면 요소수에서 요소가 제대로 기화가 되지 못하여서 차량의 배기가스 배기관과 SCR 반응기의 내부에 요소 침전물이 누적되게 되는데, 상기 히터(52)는 믹서 파이프(20) 내부에 열을 더 많이 공급하여 믹서 파이프(20) 내부의 온도가 200℃ 미만으로 내려가지 않게 함으로써 믹서 파이프(20) 내부에서 요소가 제대로 기화되지 못하여서 요소 침전물이 누적되는 양이 줄어들게 되면서 믹서 파이프(20) 내부에서 요소 침전물을 제거하기 위한 유지 보수 기간을 더욱 길게 가져갈 수 있으며, 유지 보수 기간을 더욱 길게 가져감으로 인하여 유지 보수비를 더욱더 절감시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
12. 배기가스 슬리브 14. SCR 슬리브
20. 믹서 파이프 20MC. 믹싱 공간부
20IP. 인젝션 파이프부 20IMC. 인젝션 믹싱 공간부
20BP. 바이패스 가이드 파이프부 20BMC. 바이패스 믹싱 공간부
22. 바이패스 파이프 24. 바이패스 공간
26. 바이패스홀 30. 인젝터
40. 와류 가이더 42. 블레이드 서포트링
42PR. 테두리 링부 42CB. 브릿지부
42CBF. 제1측단부 42CGS. 제2측단부
44. 와류 블레이드 44BF. 블레이드 제1측단부
44BS. 블레이드 제2측단부 44BC. 블레이드 원주부
52. 히터

Claims (13)

  1. 배기가스 슬리브(12)와 SCR 슬리브(14) 사이에 연결되는 믹서 파이프(20);
    상기 믹서 파이프(20)의 내부 믹싱 공간부(20MC)에 내장된 와류 가이더(40);를 포함하여 구성되고,
    상기 와류 가이더(40)는,
    양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링(42);
    상기 블레이드 서포트링(42)에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드(44);를 포함하고,
    상기 믹서 파이프(20)는 내부에 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)를 구비한 바이패스 파이프부(20BP)와 내부에 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)를 구비한 인젝션 파이프부(20IP)를 포함하여 구성되고, 상기 인젝션 파이프부(20IP)의 기단부에 상기 배기가스 슬리브(12)가 연결되고, 상기 바이패스 파이프부(20BP)의 선단부에 상기 SCR 슬리브(14)가 연결되며, 상기 인젝션 파이프부(20IP)에는 요소수를 분사하는 인젝터(30)가 구비되고,
    상기 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에는 상기 바이패스 파이프부(20BP)의 기단부에 배치되도록 와류 가이더(40)가 배치되고,
    상기 와류 가이더(40)는,
    테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링(42);
    상기 블레이드 서포트링(42)에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드(44);를 포함하고,
    복수개의 상기 와류 블레이드(44)는 블레이드 제1측단부(44BF)와 블레이드 제2측단부(44BS)에 연결된 원주부(44BC)를 구비한 원주형 블레이드로 구성되어, 복수개의 상기 와류 블레이드(44)의 상기 제1측단부의 일부분이 상기 브릿지부(42CB)에 결합되고, 복수개의 상기 와류 블레이드(44)의 각각의 블레이드 제2측단부(44BS)와 원주부(44BC)는 상기 브릿지부(42CB)에서 떨어져 있는 상태에서 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치되며,
    상기 바이패스 파이프부(20BP)의 기단부에 연결된 인젝션 파이프부(20IP) 내부의 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에서 상기 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 상기 블레이드 서포트링(42)의 상기 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 상기 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 바이패스 파이프부(20BP)의 내부에 확보된 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)로 회전하며 전진하도록 구성되며,
    상기 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에는 와류 가이더(40)가 더 배치되어, 상기 바이패스 파이프부(20BP)의 상기 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에 각각 하나씩 상기 와류 가이더(40)가 구비되어, 상기 바이패스 파이프부(20BP)가 상기 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에 각각 기단부측 와류 가이더(40)와 선단부측 와류 가이더(40)가 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치.
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  3. 제1항에 있어서,
    상기 인젝션 파이프부(20IP) 내부의 상기 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)에는 상기 인젝터(30)와 상기 배기가스 슬리브(12)과 연결되는 기단부 사이에 배치되도록 와류 가이더(40)가 배치되고,
    상기 와류 가이더(40)는,
    테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링(42);
    상기 블레이드 서포트링(42)에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드(44);를 포함하며,
    상기 믹서 파이프(20)의 상기 인젝션 파이프부(20IP)의 내부로 배기가스와 요소수가 유입될 때에 상기 와류 가이더(40)에 의해 배기가스와 요소수가 원활하게 혼합되고 회전하여 충분한 온도를 흡수하고 회전속도를 부가하여 디파짓이 생기는 것을 상기 SCR 슬리브(14) 쪽으로 밀어내도록 구성된 것을 특징으로 하는 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치.
  4. 제3항에 있어서,
    복수개의 상기 와류 블레이드(44)는 블레이드 제1측단부(44BF)와 블레이드 제2측단부(44BS)에 연결된 원주부(44BC)를 구비한 원주형 블레이드로 구성되어, 복수개의 상기 와류 블레이드(44)의 상기 제1측단부의 일부분이 상기 브릿지부(42CB)에 결합되고, 복수개의 상기 와류 블레이드(44)의 각각의 블레이드 제2측단부(44BS)와 원주부(44BC)는 상기 브릿지부(42CB)에서 떨어져 있는 상태에서 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치되며,
    상기 배기가스 슬리브(12)의 내부에서 상기 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)로 일정 압력의 배기가스가 유입되어 상기 블레이드 서포트링(42)의 상기 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 상기 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 인젝션 파이프부(20IP)의 상기 인젝션 믹싱 공간부(20IMC)로 회전하며 전진하도록 구성된 것을 특징으로 하는 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치.
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  8. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에는 상기 기단부측 와류 가이더(40)와 상기 선단부측 와류 가이더(40) 사이에 배치되도록 와류 가이더(40)가 더 배치되며, 상기 기단부측 와류 가이더(40)와 상기 선단부측 와류 가이더(40) 사이에 배치된 상기 와류 가이더(40)는 중간 와류 가이더(40)로 구성되며,
    상기 중간 와류 가이더(40)는,
    테두리 링부(42PR)에 브릿지부(42CB)가 결합되어 양면으로 연통된 배기가스 통과홀을 구비한 블레이드 서포트링(42);
    상기 블레이드 서포트링(42)에 결합됨과 동시에 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어진 복수개의 와류 블레이드(44);를 포함하며,
    상기 와류 블레이드(44)는 블레이드 제1측단부(44BF)와 블레이드 제2측단부(44BS)에 연결된 원주부(44BC)를 구비한 원주형 블레이드로 구성되어, 복수개의 상기 와류 블레이드(44)의 상기 제1측단부의 일부분이 상기 브릿지부(42CB)에 결합되고, 복수개의 상기 와류 블레이드(44)의 각각의 블레이드 제2측단부(44BS)와 원주부(44BC)는 상기 브릿지부(42CB)에서 떨어져 있는 상태에서 상기 블레이드 서포트링(42)의 앞쪽으로 일정 각도 기울어지도록 배치되며,
    상기 기단부측 와류 가이더(40)에서 와류가 발생되어 상기 바이패스 파이프부(20BP) 내부의 상기 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 상기 바이패스 파이프부(20BP)의 선단부 쪽으로 전진하는 배기가스가 상기 중간 와류 가이더(40)의 상기 블레이드 서포트링(42)의 상기 배기가스 통과홀을 지난 다음 복수개의 상기 와류 블레이드(44)에 접촉되어 지나가면서 상기 배기가스가 와류를 일으켜서 상기 바이패스 파이프부(20BP)의 상기 바이패스 믹싱 공간부(20BMC)에서 회전하며 전진하도록 구성된 것을 특징으로 하는 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 믹서 파이프(20)의 외주면에 결합된 바이패스 파이프(22);
    상기 바이패스 파이프(22)와 상기 믹서 파이프(20)의 외주면 사이에 형성된 바이패스 공간(24);
    상기 믹서 파이프(20)에 구비되어 상기 믹서 파이프(20)의 내부와 상기 바이패스 공간(24)을 연통시키는 복수개의 바이패스홀(26);을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와류 가이더를 구비한 녹스 매연 저감장치.
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