KR102370430B1

KR102370430B1 - NOx 저감장치

Info

Publication number: KR102370430B1
Application number: KR1020200080842A
Authority: KR
Inventors: 박승주; 오세훈
Original assignee: 융진기업 주식회사
Priority date: 2020-07-01
Filing date: 2020-07-01
Publication date: 2022-03-07
Also published as: KR20220003253A

Abstract

본 발명은 LNT, SDPF 및 요소수 분사를 이용하여 NOx 저감하는 장치에 관한 것으로 블로커를 통해 LNT에서 배출된 배기가스가 SDPF측으로 바이패스 하지 못하도록 하고, 배기가스를 요소수 인젝터측 방향으로 흐름을 변경한 상태에서 요소수를 분사함으로써 배기가스 내 암모니아 균일도를 향상시키는 효과를 달성시킬 수 있다.
또한, 블로커의 하부에 형성된 와류발생수단을 통해 배기가스와 요소수의 믹싱성능을 개성하는 효과를 달성하며, 배기가스를 SDPF로 배출되기 전에 SDPF입구의 중앙으로 배기가스를 모아주는 효과를 달성할 수 있다.

Description

NOx 저감장치{NOx Reduction Device}

본 발명은 LNT, SDPF 및 요소수 분사를 이용하여 NOx 저감하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기 파이프를 통해 대기로 방출된다.

디젤 엔진에서 여과장치는 배기가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하기 위한 장치로서, 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하기 위한 촉매 담체가 내부에 배치되어 엔진에서 배출되는 각종 배기가스를 화학적 변환과정을 통하여 정화한다.

상기와 같은 역할을 하는 여과장치로는, 다기공 필터를 내장하여 배기가스 내의 입자상 물질을 걸러내는 DPF(Diesel Particulate Filter), 귀금속 촉매가 내장되어 NOx를 흡착하는 LNT(Lean NOx Trap), 암모니아를 환원제로 사용하여 NOx와 암모니아를 질소와 물로 반응시키는 SCR(Selective Catalytic Reduction), 다기공 DPF에 SCR촉매 (일반적으로, Cu-zeolite, Fe-zeolite)를 코팅하여 SDPF 전단에서 공급되는 NH3 및 배기가스 중의 NOx를 SCR 촉매 상에서 반응시켜 NOx를 물과 N2로 정화시키는 SDPF(Selective Diesel Particulate Filter) 등이 있다.

이와 같은 여과장치는 종류 별로 특징이 있어 복수 개의 여과장치를 하나의 시스템으로 구성하는데 어려움이 있다. 예를 들어 LNT와 SDPF를 단순 결합시키는 경우, LNT에 포집된 NOx를 DeNOx시키기 위하여 후분사를 할 때에는 암모니아가 부산물로 생성되므로 SDPF의 NOx 환원이 가능해지지만, LNT를 후분사하지 아니하는 평상시에는 SDPF가 NOx를 환원시킬 수 없으므로 배기가스 정화성능 향상에 한계가 있다는 단점이 있다.

또한, SDPF에 요소수를 분사하여 NOx를 정화하고자 하는 경우 NOx 정화효율을 높이기 위해서는 요소수 입자와 배기가스가 고르게 혼합되어야 하는데, 요소수 입자와 배기가스를 고르게 혼합시키기가 어렵다는 단점이 있다.

또한, 요소수 입자와 배기가스가 고르게 혼합되기 위해서는 요소수 입자의 분무 균일도가 향상되어야 하는데, 현재까지는 단순히 요소수를 스프레이 방식으로 분사하고, 유로를 지그재그로 하는 등의 방법을 통해 유로를 길게 형성하는 방법에 대한 것만 제시되어 있을 뿐 배기가스에 요소수가 균일하게 혼합되도록 하고 유동의 균일도를 개선하는 장치는 제안된 바 없으므로 이를 해결하기 위한 방안이 필요한 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-0999615

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로 요소수를 믹싱하는 믹싱부 내부에 블로커를 설치하여 배기가스가 SDPF측으로 이동될 때 바이패스하지 못하도록 하고 와류발생수단을 통해 배기가스가 분기됨과 동시에 와류를 발생시켜 배기가스와 암모니아의 균일도 및 배기가스 유동 균일도를 개선하도록 하는 새로운 방식의 NOx 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, LNT; SDPF; 상기 LNT와 연결되는 LNT 연결부와 상기 SDPF와 연결되는 SDPF 연결부와 상기 LNT 연결부 및 SDPF 연결부 사이를 연결하는 중간부를 포함하며, 상기 LNT의 배기가스를 상기 SDPF로 연통시키는 연통부; 상기 LNT 연결부에 설치되어 상기 LNT 연결부 내부 일측에서 요소수를 분사하는 요소수 인젝터; 상기 LNT 연결부에 구비되어 상기 배기가스의 일부를 차단하면서 상기 중간부로 관통시키는 블로커; 및 상기 연통부에서 상기 블로커 하류 측에 구비된 와류발생수단을 포함하고, 상기 블로커는, 상기 LNT로부터 유입되는 배기가스의 적어도 일부를 차단하면서 상기 요소수 인젝터 쪽으로 유도하는 제1차단부와, 상기 제1차단부와 연결되어 상기 제1차단부를 우회한 배기가스의 상기 중간부를 향한 흐름에 대해 대향하며 구비되어 상기 배기가스를 차단하면서 관통시키는 제2차단부를 포함하는 NOx 저감장치를 제공한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1차단부는 반원 형상을 가지며, 원주 둘레면에서 상기 LNT 연결부 내주면에 연결되고, 상기 제2차단부는 상기 반원 형상의 직선부에서 상기 제1차단부와 소정 각도를 가지며 연결되고 상기 LNT 연결부 내면까지 연장된다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제2차단부는 중앙에 상기 SDPF 연결부를 향해 오목하게 형성된 오목부를 포함한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1차단부는 복수의 제1관통홀이 형성된다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 와류발생수단은: 상기 중간부에 배치되는 제1와류발생부; 및 상기 SDPF 연결부에 배치되는 제2와류발생부를 포함한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 와류발생수단은: 일측이 상기 제1차단부에 결합되는 분기플레이트; 상기 분기플레이트의 양면에서 돌출 형성되며 상기 중간부에 배치되는 제1날개부; 상기 분기플레이트의 타측에서 양측으로 갈라지며 상기 SDPF 연결부 내까지 연장 형성된 제2날개부를 포함한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제2날개부의 각 날개는 상기 SDPF 연결부 내주면과 간격을 유지하며 상기 내주면의 형상을 따라 곡면지도록 형성된다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제2날개부 중 상기 SDPF 측 모서리에 상기 중간부로 부터 유입되는 상기 배기가스의 흐름이 상기 SDPF로 직접 유입되는 것을 방지하는 차단막을 포함한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 연통부는 상기 LNT로부터 나온 배기가스 흐름 방향을 적어도 2번 절곡시켜 상기 SDPF로 연통시킨다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 요소수 인젝터는 상기 LNT 연결부 측에서 상기 SDPF 연결부를 향하는 방향으로 상기 요소수를 분사하도록 배치된다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 NOx 저감장치에 따르면, 블로커를 통해 LNT에서 배출된 배기가스가 SDPF측으로 바이패스 하지 못하도록 하고, 배기가스를 요소수 인젝터측 방향으로 흐름을 변경한 상태에서 요소수를 분사함으로써 배기가스 내 암모니아 균일도를 향상시키는 효과를 달성시킬 수 있다.

또한, 블로커의 하부에 형성된 와류발생수단을 통해 배기가스와 요소수의 믹싱성능을 개선하는 효과를 달성하며, 배기가스를 SDPF로 배출되기 전에 SDPF입구의 중앙으로 배기가스를 모아주는 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 NOx저감 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 NOx저감 장치에서 연통부가 분해된 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 NOx저감 장치에서 요소수 분사 모습과 배기가스 흐름을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 NOx저감 장치에서 연통부 하우징이 분리된 모습을 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 NOx저감 장치의 연통부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 NOx저감 장치의 블로커와 와류발생수단을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 와류 발생수단을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 와류 발생수단에서 제2날개부에 형성된 차단막을 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 NOx저감 장치에 대하여 살펴본다.

본 발명의 의한 NOx저감 장치는 LNT(100), SDPF(110), 연통부(160), 요소수 인젝터(220), 블로커(230), 와류발생수단(285)을 포함한다.

LNT(100)는 NOx의 일부를 내보내지 않고 필터에 묶어두고, 이후 연료를 과잉으로 내보내 필터에 쌓인 NOx를 다시 태워 필터를 환원하는 장치이다.

SDPF(110)는 SCR장치와 DPF의 합성어이며, SDPF(110)는 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략한다. 본 실시예에서 LNT(100)와 SDPF(110)는 원통형으로 구비되며 도 1에 도시된 바와 같이 병렬로 배치된다.

LNT(100)와 SDPF(110)는 LNT 하우징(120)과 SDPF 하우징(130)에 설치되며, LNT 하우징(120)의 일측에는 배기가스 유입구(140)가 형성된다. 또한, SDPF 하우징(130)의 일측에는 배기가스 배출구(150)가 형성된다. LNT 하우징(120)과 SDPF 하우징(130)은 브라켓(320)으로 고정된다.

연통부(160)는 도 2에 도시된 바와 같이 연통부 하우징(180)과 연통부 커버(170)를 포함한다.

연통부 하우징(180)은 도 5를 참조하면, LNT 연결부(190), SDPF 연결부(200) 및 중간부(210)로 구분되며, LNT 연결부(190)는 LNT 하우징(120)의 타측과 연결된다. 또한, SDPF 연결부(200)는 SDPF 하우징(130)의 타측과 연결된다. 중간부(210)는 LNT 연결부(190) 및 SDPF 연결부(200) 사이를 연결한다.

연통부 커버(170)는 LNT 하우징(120)과 SDPF 하우징(130)이 결합되는 LNT 홀(171)과 SDPF 홀(172)이 형성되고 연통부 하우징(180)에 설치된다.

연통부(160)는 LNT(100)로부터 나온 배기가스 흐름 방향을 적어도 2번 절곡시켜 SDPF(110)로 연통시킬 수 있다. 본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 흐름방향을 A방향에서 B방향으로 1번절곡하고, B방향에서 C방향으로 2번 절곡 시켜 NOx 저감장치가 U자 형상이 되도록 구비될 수 있다.

요소수 인젝터(220)는 LNT 연결부(190)에 설치되어 LNT 연결부(190) 내부 일측으로 요소수를 분사한다. 요소수 인젝터(220)는 LNT 연결부(190) 측에서 SDPF 연결부(200)를 향하는 방향인 B방향으로 요소수를 분사하도록 배치된다. 본 실시예에서 요소수 인젝터(220)는 요소수가 B방향으로 분사되도록 설치될 수 있다.

블로커(230)는 연통부 커버(170)에 구비되어 배기가스의 일부를 차단하면서 중간부(210)로 관통시킨다. 블로커(230)는 제1차단부(240)와 제2차단부(250)를 포함한다. 제1차단부(240)는 도 4에 도시된 바와 같이 LNT(100)로부터 유입되는 배기가스의 적어도 일부를 차단하면서 요소수 인젝터(220) 쪽으로 배기가스를 유도한다.

제1차단부(240)는 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 반원 형상을 가진다. 제1차단부(240)는 복수의 제1관통홀(260)이 형성된다. 제1관통홀(260)은 원주방향으로 길게 복수개로 구성되며, 배기가스의 일부를 SDPF(110)로 바이패스되도록 하여 제1차단부(240)에 의해 LNT(100)로 부터 나오는 배기가스가 SDPF(110)로 바로 바이패스 되는 것을 방지하는 효과를 달성할 수 있다.

제1관통홀(260)은 도 3에 도시된 바와 같이 제1차단부(240)의 중앙부를 제외하고 양측으로 이격되어 배치된다. 또한, 바람직하게는, 그와 같이 양측으로 형성된 제1관통홀(260)은 중간부(210)의 가운데 부분 폭인 그 최소폭보다 더욱 양측으로 이격되어 형성된다.

제1차단부(240)는 도 4에 도시된 바와 같이 LNT(100)에서 배출된 배기가스가 요소수 인젝터(220) 가까이로 흐름이 변경(화살표 참조)되도록 배기가스 배출 방향인 도 1의 A방향으로 오목하게 형성된다. 자세한 형상은 도 6의 (a), (b)를 참고한다.

제2차단부(250)는 제1차단부(240)와 연결되어 제1차단부(240)를 우회한 배기가스의 중간부(210)를 향한 흐름에 대해 대향하며 구비되어 배기가스를 차단하면서 관통시킨다.

제2차단부(250)는 제1차단부(240)의 반원 형상의 직선부에서 절곡되어 LNT 연결부(190) 내벽면까지 연장되어 연결된다. 제2차단부(250)는 중앙에 절곡되어 SDPF 연결부(200)를 향해 오목하게 형성된 오목부(280)를 포함한다. 오목부(280)는 도 3에 도시된 바와 같이 요소수가 분사될 때 오목부(280)의 반경방향 외측으로 배기가스와 함께 퍼지도록 배기가스내 암모니아 균일도를 증가시키는 효과를 달성할 수 있다.

제2차단부(250)에는 복수의 제2관통홀(270)이 형성되어 있어 배기가스의 흐름을 여러방향으로 변경하여 암모니아가 배기가스에 균일 하게 섞일 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 제1차단부(240), 제2차단부(250) 및 오목부(280)는 일체로 형성될 수 있다.

와류발생수단(285)은 연통부(160)에서 블로커(230) 하류 측에 구비된다.

와류발생수단(285)은 도 3에 도시된 바와 같이 배기가스의 흐름 방향을 2갈래로 분기하는 분기플레이트(290)와 분기플레이트(290)에 형성되되, 연통부(160)의 중간부(210)에 배치되는 제1와류발생부와 연통부(160)의 SDPF 연결부(200)에 배치되는 제2와류발생부를 포함한다.

제1와류발생부와 제2외류발생부는 후술할 제1날개부(300)와 제2날개부(310)를 의미한다.

분기플레이트(290)는 일측이 제1차단부(240)의 하류측 외면에 용접 결합되고, 분기플레이트(290)의 양면에서 외측방향으로 돌출 형성되며 중간부(210)에 배치되는 제1날개부(300)를 포함한다. 또한, 분기플레이트(290)는 타측에서 양측으로 갈라지며 SDPF 연결부(200) 내까지 연장 형성된 제2날개부(310)를 포함한다.

제1날개부(300)는 제2날개부(310)보다 작게 형성될 수 있는데 제1날개부(300)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 폭이 작은 연통부(160)의 중간부(210)에 위치되어 중간부(210)까지 분사된 요소수가 제1날개부(300)에 의해 발생된 와류에 의해 섞이면서 암모니아의 균일도가 높아지는 효과를 달성할 수 있다.

제1날개부(300)보다 큰형상인 제2날개부(310)는 뒤집어진 Y자 형상으로 양측으로 갈라진 형상이며, 도 3에 도시된 바와 같이 연통부(160)의 SDPF 연결부(200)측으로 유입된 배기가스를 양측으로 분기시키는 역할을 수행한다.

제2날개부(310)의 각 날개는 SDPF 연결부 내주면과 간격을 유지하며 내주면의 형상을 따라 곡면지도록 형성된다. 분기된 배기가스는 연통부 하우징(180)의 SDPF 연결부 내주면을 따라 이동하다가 제2날개부(310)의 안쪽으로 유입되면서 와류가 발생된다. 이를 통해 제2날개부(310)는 배기가스가 SDPF 연결부(200)의 중앙으로 모이게 하는 효과를 달성할 수 있다. 배기가스가 SDPF(110)로 유입되기 전에 SDPF 연결부(200)의 중앙으로 모이게 함으로써 SDPF(110)에서 미세먼지의 포집이 용이하도록 하는 효과를 달성할 수 있다.

다른 실시예로 제2날개부(310)는 도 7에 도시된 바와 같이 차단막(311)이 추가로 형성될 수 있다. 차단막(311)은 도 8에 도시된 바와 같이 제2날개부(310)의 일부분이 절곡되어 형성되며, 차단막(311)은 배기가스의 와류발생에 유리하게 하고, 요소수가 혼합된 배기가스가 SDPF(110)로 바로 바이패스 되는 것을 방지하는 효과를 달성할 수 있다.

배기가스의 와류가 잘 발생되도록 분기플레이트(290), 제1날개부(300) 및 제2날개부(310)는 연통부 커버(170)에서부터 연통부 하우징(180)의 내벽까지 연장되어 형성된다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100: LNT
110: SDPF
120: LNT 하우징
130: SDPF 하우징
140: 배기가스 유입구
150: 배기가스 배출구
160: 연통부
170: 연통부 커버
171: LNT 홀
172: SDPF 홀
180: 연통부 하우징
190: LNT 연결부
200: SDPF 연결부
210: 중간부
220: 요소수 인젝터
230: 블로커
240: 제1차단부
250: 제2차단부
260: 제1관통홀
270: 제2관통홀
280: 오목부
285: 와류발생수단
290: 분기플레이트
300: 제1날개부(제1와류발생부)
310: 제2날개부(제2와류발생부)
311: 차단막
320: 브라켓

Claims

LNT;
SDPF;
상기 LNT와 연결되는 LNT 연결부와 상기 SDPF와 연결되는 SDPF 연결부와 상기 LNT 연결부 및 SDPF 연결부 사이를 연결하는 중간부를 포함하며, 상기 LNT의 배기가스를 상기 SDPF로 연통시키는 연통부;
상기 LNT 연결부에 설치되어 상기 LNT 연결부 내부 일측에서 요소수를 분사하는 요소수 인젝터;
상기 LNT 연결부에 구비되어 상기 배기가스의 일부를 차단하면서 상기 중간부로 관통시키는 블로커; 및
상기 연통부에서 상기 블로커 하류 측에 구비된 와류발생수단을 포함하고,
상기 블로커는,
상기 LNT로부터 유입되는 배기가스의 적어도 일부를 차단하면서 상기 요소수 인젝터 쪽으로 유도하는 제1차단부와,
상기 제1차단부와 연결되어 상기 제1차단부를 우회한 배기가스의 상기 중간부를 향한 흐름에 대해 대향하며 구비되어 상기 배기가스를 차단하면서 관통시키는 제2차단부를 포함하고,
상기 와류발생수단은:
일측이 상기 제1차단부에 결합되는 분기플레이트;
상기 분기 플레이트의 양측에 형성된 날개부;
를 추가로 포함하는,
것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 제1차단부는 반원 형상을 가지며, 원주 둘레면에서 상기 LNT 연결부 내주면에 연결되고,
상기 제2차단부는 상기 반원 형상의 직선부에서 상기 제1차단부와 소정 각도를 가지며 연결되고 상기 LNT 연결부 내면까지 연장되는 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 제2차단부는 중앙에 상기 SDPF 연결부를 향해 오목하게 형성된 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 제1차단부는 복수의 제1관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 날개부는:
상기 분기플레이트의 양면에서 돌출 형성되며 상기 중간부에 배치되는 제1날개부;
상기 분기플레이트의 타측에서 양측으로 갈라지며 상기 SDPF 연결부 내까지 연장 형성된 제2날개부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
제6항에 있어서,
상기 제2날개부의 각 날개는 상기 SDPF 연결부 내주면과 간격을 유지하며 상기 내주면의 형상을 따라 곡면지도록 형성된 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
제6항에 있어서,
상기 제2날개부 중 상기 SDPF 측 모서리에 상기 중간부로 부터 유입되는 상기 배기가스의 흐름이 상기 SDPF로 직접 유입되는 것을 방지하는 차단막을 포함하는 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 연통부는 상기 LNT로부터 나온 배기가스 흐름 방향을 적어도 2번 절곡시켜 상기 SDPF로 연통시키는 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 요소수 인젝터는 상기 LNT 연결부 측에서 상기 SDPF 연결부를 향하는 방향으로 상기 요소수를 분사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 NOx 저감장치.