KR102507015B1 - 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서에 관한 것으로서, 배기 파이프의 형상이나 루트, 배기가스 합류 방향, 인젝터의 분사 방향이나 설치 위치 등에 상관없이 혼합기를 파이프 단면상 균일하게 확산 및 분포시킬 수 있고, 이를 통해 SCR 촉매의 담체 전체 면적에 혼합기를 균일하게 분포시킬 수 있는 믹서를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 배기 파이프에 설치되어 환원제와 배기가스를 혼합하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서에 있어서, 환원제와 배기가스를 혼합된 상태로 안내하여 환원제와 배기가스의 혼합기에 대한 1차 스월을 유도하는 날개부; 혼합기가 통과하는 유로의 단면적이 유로 후방으로 가면서 점차 축소되는 형상을 가지도록 구비되고, 상기 날개부를 통과한 혼합기를 내측면을 통해 중앙부로 모아주면서 후방으로 안내하여 후측의 홀을 통해 통과시키는 하우징부; 및 상기 하우징부의 후방에 설치되어 상기 홀을 통해 내부로 유입된 혼합기를 슬릿을 통해 바깥쪽으로 확산시켜 배기 파이프 내 후방의 공간으로 배출하는 혼합기에 대한 2차 스월 유도용 확산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서가 개시된다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템용 믹서{Mixer for selective catalyst reduction system}

본 발명은 차량의 배기가스 정화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스 정화 장치 중 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템에서 인젝터를 통해 배기 파이프에 분사된 요소수와 배기가스를 혼합하는 믹서에 관한 것이다.

일반적으로 배기가스 정화 장치는 차량의 배기 시스템에서 엔진의 배기가스 중에 함유된 공해물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter, PM), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위한 것이다.

이러한 차량의 배기가스 정화 장치로는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 디젤 입자상 물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF), 가솔린 입자상 물질 필터(Gasoline Particulate Filter, GPF), 선택적 환원 촉매(SCR 촉매), 질소산화물 흡장 촉매(Lean NOx Trap, LNT) 등이 알려져 있다.

상기한 차량의 배기가스 정화 장치 중 선택적 촉매 환원(Selective Catalyst Reduction, 이하 'SCR'이라 함) 시스템은 배기가스 중 질소산화물을 제거한다.

즉, SCR 시스템은 배기 파이프에 설치된 SCR 촉매 앞의 배기가스에 환원제인 요소수(urea solution)를 인젝터를 통해 가스 흐름 방향으로 분사하고, 이때 배기가스의 열에 의해 열분해 반응과 가수분해 반응이 일어나면서 암모니아가 발생하면, 암모니아가 촉매 내의 산화질소와 반응을 일으키면서 질소산화물을 인체에 무해한 질소와 물로 환원시키도록 되어 있다.

도 6은 공지의 배기가스 정화 장치를 도시한 것으로, DOC, DPF, SCR 촉매를 채용한 배기가스 정화 장치는 일 예를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 배기 파이프(5)에 엔진(1)으로부터 배출된 배기가스의 흐름 방향을 따라 DOC(2)와 DPF(3)가 장착될 수 있고, DPF(3)의 후단으로는 SCR 촉매(4)가 장착될 수 있다.

또한, DPF(3)의 후단에서 SCR 촉매(4)의 전단 사이는 환원제와 배기가스의 혼합 영역으로서, 이 혼합 영역에는 환원제인 요소수를 공급하기 위한 인젝터(6)가 설치된다.

이때, DPF(3)의 후단에서부터 SCR 촉매(4)의 전단까지 긴 분무 및 혼합 영역을 필요로 하며, 이 혼합 영역에서의 환원제의 무화 및 증발 성능 개선을 위해 환원제와 배기가스를 혼합하는 혼합 촉진 장치로서 믹서(mixer)가 설치된다.

또한, SCR 시스템은 도면에 나타내지는 않았으나 환원제인 요소수가 저장되는 요소수 탱크, 및 요소수 탱크 내에 위치한 펌프 등을 구비하고, 상기 펌프를 구동하여 요소수 탱크 내 요소수가 인젝터(6)를 통해 분사되도록 한다.

이로써 SCR 시스템에서는 환원제인 요소수를 인젝터(6)를 통해 배기 파이프(5) 내 배기가스에 분사하여 요소수와 배기가스의 혼합기를 형성하고, 이 혼합기가 SCR 촉매(4)를 경유하면서 화학반응을 일으켜 배기가스 중 질소산화물이 물과 질소로 변화 및 제거되도록 한다.

한편, SCR 시스템은 환원제인 요소수와 배기가스의 혼합 상태가 균일할수록 질소산화물의 제거 성능이 보다 향상될 수 있고, 따라서 SCR 시스템에서 요소수와 배기가스의 혼합 성능을 향상시키는 것은 질소산화물을 저감시키기 위한 배기가스 정화 장치의 성능 향상에 있어서 중요한 과제가 된다.

도 7은 공지의 SCR 시스템에서 인젝터가 설치된 상태를 예시한 것으로, SCR 촉매(4)의 전단 위치인 배기 파이프(5)의 곡관 부위에 인젝터(6)가 설치됨을 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 최근에는 환원제와 배기가스의 균일한 혼합을 위해 복수의 위치에서 벤딩을 가한 곡관형 배기 파이프(도 7 및 도 9 참조)가 널리 사용되고 있고, 이때 배기 파이프(5)의 벤딩된 부위, 즉 곡관 부위에 인젝터(6)가 설치될 수 있다.

인젝터(6)는 환원제인 요소수를 배기 파이프(5) 내 배기가스 흐름 방향으로 분사하도록 설치되는데, 이 인젝터(6)의 후단에는 믹서(7)가 설치되고, 이로써 믹서(7) 후단의 배기 파이프 부분이 믹싱 챔버를 형성하게 된다.

상기 믹서(7)는 요소수가 배기가스와 균일하게 혼합되도록 혼합기의 스월(swirl)을 유도하게 되며, 질소산화물 저감 성능은 SCR 촉매(4)의 담체에 요소수가 얼마나 균일하게 분포되느냐로 결정되고, 이때의 분포 균일도를 UI(Uniformity Index)라 칭한다.

종래의 SCR 시스템에서는 혼합기(요소수 + 배기가스)가 믹서(7)를 통과하면서 균일하게 퍼져 SCR 촉매(4)에 유입되어야 하지만, 배기 파이프(5)의 형상이나 루트, 인젝터의 분사 방향, 인젝터의 설치 위치 등이 차량 패키지에 따라 다르기 때문에 동일한 믹서를 사용하더라도 요소수의 치우침이 다양한 형태로 발생할 수 있고, 따라서 UI 성능도 달라진다.

도 8은 종래의 믹서에서 날개 형상을 보여주는 도면이다.

종래의 믹서(7)는 도시된 바와 같이 날개(8)의 형상에 따라 두 가지 타입이 있으며, 날개(8)를 통해 혼합에 유리한 혼합기의 스월을 유도하기는 하지만, 믹서를 통과한 혼합기의 진행 방향을 규제하지는 않는다.

즉, 종래의 믹서(7)에서는 날개(8) 등에 있어서 통과한 혼합기가 파이프 단면을 기준으로 고르게 퍼질 수 있도록 혼합기의 진행 방향을 규제하기 위한 구조나 형상이 고려되어 있지 않으며, 따라서 믹스(7) 이후 혼합기의 유동이 믹서 전단(배기가스 흐름 방향 기준으로 믹서의 상류측임)의 배기 파이프 형상이나 루트에 따른 배기가스 합류 방향, 인젝터의 분사 방향 등에 의해 좌우된다.

따라서, 동일한 믹서를 사용하더라도 배기 파이프의 형상이나 루트, 인젝터의 분사 방향이나 설치 위치 등에 따라 파이프 단면상 혼합기의 치우침이 작게 발생할 수도 있고, 또는 어느 한쪽으로 심하게 발생할 수도 있다.

이와 같이 종래의 믹서(7)에서는 날개(8)가 요소수와 배기가스를 고르게 혼합하는 역할과 함께, 파이프 단면상에서 혼합기가 고르게 확산 및 분포되도록 혼합기를 퍼트리는 역할을 해야 하지만, 도 8 및 도 9와 같이 종래의 믹서(7)에 의하면, 요소수의 주입 방향(인젝터의 분사 방향)과 합류되기 전 배기가스의 유동 방향(또는 배기가스의 합류 방향)에 따라서 믹서(7)를 거친 혼합기(믹서 후단, 즉 배기가스 흐름 방향을 기준으로 믹서의 하류측임)의 유동이 한쪽으로 치우칠 수 있다.

이렇게 혼합기가 고르게 확산하지 못하고 한쪽으로 치우친 편향된 상태로 SCR 촉매(4)에 들어가게 되면, SCR 촉매(4)의 담체 전체 면적에 혼합기가 고르게 분포되지 않게 되면서 담체 일부만을 집중적으로 활용하게 되고, 결국 질소산화물(NOx) 저감 성능의 저하 및 촉매 수명 단축과 같은 문제가 발생하게 된다.

도 9는 종래의 믹서(7)가 설치된 배기 파이프(5) 내 가스 유동 상태를 나타내는 도면이고, 도 10은 종래의 믹서가 설치된 배기 파이프의 각 위치별 단면상 요소수의 치우침 상태를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 차량 패키지에 따라 변경되는 인젝터 분사 방향이나 파이프 루트로 인해 믹서 후단의 파이프에서 혼합기(요소수+배기가스)가 한쪽으로 치우쳐 흐르는 것을 보여주고 있다.

종래에는 상기와 같이 믹서(7)를 통과한 혼합기가 파이프(5)에서 한쪽으로 치우쳐 흐르게 되면서 SCR 촉매(4)로도 혼합기가 한쪽으로 치우쳐 유입되고, 결국 SCR 촉매의 담체에 혼합기가 고르게 분포될 수 없다.

도 11은 종래의 믹서 설치시 SCR 촉매 담체의 단면상에서 혼합기가 한쪽으로 치우쳐 분포되는 상태를 나타내는 도면으로, 붉은 색이 SCR 촉매 담체의 단면상에서 요소수가 집중적으로 분포되는 부분이다.

이와 같이 종래에는 혼합기가 담체의 단면상에서 한쪽으로 치우쳐 분포됨으로써 담체의 전체 면적을 활용하는 것이 불가능해지고, 담체의 일부분만을 많이 사용하게 되면서 촉매 수명이 감소하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 인젝터를 통해 배기 파이프에 분사된 요소수와 배기가스의 진행 방향을 파이프 내 혼합기의 균일 분포에 유리한 방향으로 제어할 수 있는 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템용 믹서를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 배기 파이프의 형상이나 루트, 배기가스 합류 방향, 인젝터의 분사 방향이나 설치 위치 등에 상관없이 혼합기를 파이프 단면상 균일하게 확산 및 분포시킬 수 있고, 이를 통해 SCR 촉매의 담체 전체 면적에 혼합기를 균일하게 분포시킬 수 있는 믹서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 배기 파이프에 설치되어 환원제와 배기가스를 혼합하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서에 있어서, 환원제와 배기가스를 혼합된 상태로 안내하여 환원제와 배기가스의 혼합기에 대한 1차 스월을 유도하는 날개부; 혼합기가 통과하는 유로의 단면적이 유로 후방으로 가면서 점차 축소되는 형상을 가지도록 구비되고, 상기 날개부를 통과한 혼합기를 내측면을 통해 중앙부로 모아주면서 후방으로 안내하여 후측의 홀을 통해 통과시키는 하우징부; 및 상기 하우징부의 후방에 설치되어 상기 홀을 통해 내부로 유입된 혼합기를 슬릿을 통해 바깥쪽으로 확산시켜 배기 파이프 내 후방의 공간으로 배출하는 혼합기에 대한 2차 스월 유도용 확산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 날개부는, 제1 날개와 제2 날개가 서로 교차하는 격자 형상을 가지도록 구비되고, 혼합기가 상기 격자 형상을 이루고 있는 날개들 사이를 통과하도록 하우징부의 전방 입구측에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 격자 형상을 이루고 있는 제1 날개들과 제2 날개들은 후측 끝 부분이 각 날개의 길이 방향을 따라 각 날개의 중앙으로 가면서 후방으로 볼록한 곡선을 이루고 있는 형상으로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 하우징부는 유로 후방으로 가면서 상기 홀까지 내경이 점차 축소되는 축소관 구조를 가지도록 구비되고, 상기 각 날개의 양단부가 하우징부의 내측면에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 확산부는, 콘(cone) 형상으로 구비되고, 전단의 둘레 부분이 상기 하우징부의 홀 둘레 부분에 고정되어 상기 홀을 덮는 구조가 되도록 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 확산부의 슬릿은, 중앙의 뾰족한 부분인 첨단부를 중심으로 하는 원형의 가늘고 긴 제1 슬릿; 및 상기 첨단부에서 전단의 둘레 부분을 향해 방사상으로 길게 형성된 제2 슬릿들로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 확산부는 상기 첨단부를 중심으로 동심원의 형태로 배치되는 복수 개의 제1 슬릿을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서, 상기 확산부는 중앙의 뾰족한 부분인 첨단부를 중심으로 동심원 형태로 배치되는 복수 개의 슬릿을 가질 수 있다.

이로써, 본 발명의 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서에 의하면, 날개부에 의한 1차 스월 유도 후 확산부에 의한 2차 스월 유도가 이루어질 수 있도록 구성됨으로써, 믹서 통과 후의 혼합기(요소수와 배기가스) 진행 방향을 파이프 내 혼합기의 균일 분포에 유리한 방향으로 제어할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 믹서에 의하면, 배기 파이프의 형상이나 루트, 배기가스 합류 방향, 인젝터 분사 방향이나 설치 위치 등에 상관없이 혼합기를 파이프 단면상 균일하게 확산 및 분포시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 믹서에 의하면, SCR 촉매의 담체 전체 면적에 혼합기를 균일하게 분포시킬 수 있고, 차량 패키지 및 시스템 설계에 따라 UI 성능이 크게 차이가 나지 않도록 할 수 있으며, 질소산화물(NOx) 저감 성능 향상 및 촉매 수명 증대의 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SCR 시스템용 믹서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SCR 시스템용 믹서의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 믹서의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 믹서의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 믹서가 설치된 배기 파이프 내 가스 유동 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 공지의 배기가스 정화 장치를 도시한 것으로, DOC, DPF, SCR 촉매를 채용한 배기가스 정화 장치는 일 예를 나타내고 있다.
도 7은 공지의 SCR 시스템에서 인젝터가 설치된 상태를 예시한 도면이다.
도 8은 종래의 믹서에서 날개 형상을 보여주는 도면이다.
도 9는 종래의 믹서가 설치된 배기 파이프 내 가스 유동 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 종래의 믹서가 설치된 배기 파이프의 각 위치별 단면상 요소수의 치우침 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 종래의 믹서 설치시 SCR 촉매 담체의 단면상 혼합기 분포 상태를 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SCR 시스템용 믹서의 사시도와 정면도로서, 도 1은 믹서를 확산부가 위치한 쪽인 후방에서 본 사시도이고, 도 2는 날개부가 위치한 쪽인 믹서 전방에서 본 정면도이다.

또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 믹서의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 믹서의 단면도로서, 혼합기의 유동 상태를 보여주는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 믹서가 설치된 배기 파이프 내 가스 유동 상태를 보여주는 도면이다.

본 발명의 도면인 도 1 내지 도 5에서는 믹서가 도면부호 100으로 지시되고 있다.

또한, 이하의 설명에서 전후의 방향은 가스 흐름 방향을 기준으로 설명한 것으로, 전방으로 갈수록 가스 흐름 방향을 기준으로 상류측이 되며, 후방으로 갈수록 하류측이 된다.

또한, 이하의 설명에서 혼합기는 배기 파이프(5) 내에서 SCR 환원제인 요소수와 배기가스가 혼합된 가스를 의미하고, 여기서 요소수는 SCR 시스템의 인젝터(6)에서 배기 파이프(5) 내로 분사된 것이다.

이러한 요소수가 차량 엔진의 연소실에서 배출된 뒤 배기 파이프(5)를 따라 흐르는 배기가스와 혼합되어 혼합기가 된다.

차량 배기 시스템에 설치된 배기가스 정화 장치 중 하나인 SCR 시스템에서는 믹서(100) 전방에 위치된 인젝터(6)를 통해 배기 파이프(5) 내 배기가스로 요소수가 분사되면, 인젝터(6)에서 분사된 요소수가 배기 파이프(5)를 따라 흐르는 배기가스와 혼합된 상태로 믹서(100)를 통과하게 된다.

이때, 믹서(100)는 혼합기를 통과시키는 동안 혼합기의 스월을 유도하여 혼합기를 구성하고 있는 요소수와 배기가스가 잘 혼합될 수 있도록 한다.

그리고, 본 발명에 따른 믹서(100)는 배기 파이프(5) 내 전방에서 유입된 혼합기를 배기 파이프(5) 내 후방에서 파이프 단면상으로 고르게 분포될 수 있게 확산시키는 역할을 한다.

구성을 살펴보면, 먼저 본 발명의 실시예에 따른 믹서(100)는 날개부(110), 하우징부(120) 및 확산부(130)를 포함하여 구성되고, 혼합기가 흐르는 방향을 기준으로 전측(상류측)으로부터 후측(하류측)으로 가면서 상기 날개부(110), 하우징부(120), 확산부(130)가 순차적으로 위치되도록 배치된다.

상기 날개부(110)는 믹서(100) 전방의 배기 파이프(5) 내 공간으로부터 유입되는 혼합기를 후방으로 안내하는데, 하우징부(120)의 전방 입구측에 혼합기가 통과하도록 설치되어 혼합기의 스월(swirl)을 유도하는 역할을 하고, 이를 위해 복수 개의 날개(111,112)들이 교차하여 배치된 구성을 가진다.

더욱 상세하게는, 상기 날개부(110)는 복수 개의 제1 날개(111)와 복수 개의 제2 날개(112)가 서로 교차하여 격자 형상을 이루고 있는 격자형 구조를 가지며, 하우징부(120)의 전방 입구측에 혼합기가 상기 격자형 구조를 통과하도록 설치된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 날개(111)들은 격자형 구조에서 종 방향(도 2에서 세로 방향)으로 길게 배치되면서 서로 나란하게 배치되는 복수 개의 종 방향 날개이고, 상기 제2 날개(112)들은 격자형 구조에서 횡 방향(도 2에서 가로 방향)으로 길게 배치되면서 서로 나란하게 배치되는 복수 개의 횡 방향 날개이다.

상기 날개부(110)에서 각 날개(111,112)들의 전측 끝 부분은 각 날개의 길이 방향인 종 방향과 횡 방향으로 가면서 직선을 이루고 있는 형상으로 형성될 수 있다.

반면, 상기 날개부(110)에서 각 날개(111,112)들의 후측 끝 부분은 각 날개의 길이 방향을 따라 각 날개의 중앙으로 가면서 후방으로 볼록한 완만한 곡선을 이루고 있는 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 각 날개(111,112)들이 상하, 좌우 양 단부에서 중앙으로 가면서 후방을 향해 볼록하게 튀어나온 형상을 가질 수 있는 것이다.

이하의 설명에서 전과 후의 방향은 배기가스(또는 혼합기) 흐름 방향을 기준으로 하여 정한 것으로서, 배기가스 흐름 방향을 기준으로 상류측을 전, 하류측을 후라 칭하기로 한다.

상기 각 날개에서 전측 끝 부분은 혼합기가 들어오는 쪽의 날개 테두리 부분이고, 후측 끝 부분은 하우징부의 내측면에 인접한 쪽의 날개 테두리 부분이다.

그리고, 하우징부(120)는 날개부(110)에 의해 안내되어 유입되는 혼합기가 중앙으로 모이면서 혼합될 수 있도록 날개부(110)를 통과한 혼합기를 중앙부로 모아주면서 후방으로 안내하여 통과시키는 역할을 한다.

상기 하우징부(120)는 전체적인 형상에 있어서 중앙부에 홀(121)이 형성된 링 형상이나 원통 형상으로 구비될 수 있으며, 이때 내경이 후방으로 가면서 점차 축소되는 형상을 가질 수 있고, 후방의 중앙부에 최소 직경 부분이 되는 상기 홀(121)이 형성된 형상으로 구비될 수 있다.

이에 하우징부(120)는 혼합기가 통과하도록 되어 있는 내부 유로의 단면적이 후측의 상기 홀(121)까지 후방으로 가면서 점차 축소되는 축소관 구조, 즉 혼합기 통로의 내경이 후방으로 가면서 점차 축소되는 축소관의 구조를 가진다 할 수 있고, 이때 하우징부(120)의 내측면은 날개부(110)를 통과한 혼합기를 중앙으로 모이도록 안내할 수 있는 경사면으로 이루어진다.

또한, 이때 하우징부(120)의 외경은 일정한 크기를 가질 수 있다.

결국, 날개부(110)를 통과한 뒤 후방으로 흐르는 혼합기가 점차 축소되는 내경을 가지는 하우징부(120)의 내측 표면에 접촉하여 안내됨에 따라 중앙부로 모아져 집중되고, 중앙부로 모여지는 혼합기가 하우징부(120)의 중앙에 위치한 상기 홀(121)을 통과한 뒤 확산부(130)로 흐르게 된다.

상기 하우징부(120)는 외주면이 배기 파이프(5)의 내주면에 밀착된 상태로 설치되고, 이때 하우징부(120)의 외주면과 배기 파이프(5)의 내주면이 밀착된 상태에서 하우징부(120)와 배기 파이프(5)가 용접으로 고정될 수 있다.

또한, 날개부(110)에서 각 날개(111,112)의 양단부(날개들의 상하, 좌우의 단부)가 하우징부(120)의 내측면 전단 둘레 부분에 일체로 고정되며, 이때 날개(111,112)들의 후측 끝 부분 중 상기 각 날개의 양단부를 제외한 나머지 부분은 하우징부(120)의 내측면과 이격되도록 배치된다.

상기 날개부(110)와 하우징부(120) 사이, 보다 상세히는 상기 각 날개(111,112)의 양단부와 하우징부(120)의 내측면 전단 둘레 부분은 용접에 의해 서로 고정될 수 있다.

위에서 날개부(110)와 하우징부(120)가 전후로 배치되는 것으로 기재하였으나, 이는 가스(혼합기) 흐름 방향을 기준으로 설명한 것으로, 날개부(110)와 하우징부(120)의 결합된 상태를 나타내고 있는 도 1의 사시도와 도 4의 단면도를 참조하면, 상기 날개부(110)가 하우징부(120)의 내측으로 위치됨을 알 수 있다.

한편, 상기 확산부(130)는 하우징부(120)의 중앙부에 형성된 홀(121)의 후방에 고정 설치되며, 홀(121)을 덮도록 설치되는바, 하우징부(120)의 내측면을 따라 안내된 혼합기가 중앙부로 모인 뒤 홀(121)을 통과하게 되면, 확산부(130)의 슬릿(131,132)을 통과하여 배기 파이프(5) 내 후방으로 배출될 수 있게 된다.

상기 확산부(130)는 하우징부(120)의 홀(121)을 통과한 혼합기를 중앙부에서 바깥쪽을 향해 흐르도록 안내하여 배기 파이프(5) 내 후방 공간으로 고르게 확산시켜 배출하는 역할을 한다.

본 발명의 실시예에서 확산부(130)는 콘(cone) 형상을 가지도록 구비될 수 있고, 확산부(130)의 전단 둘레 부분이 하우징부(120)의 후방에서 하우징의 홀(121) 둘레 부분에 결합된다.

이에 확산부(130)가 하우징부(120)의 홀(121)을 후방에서 커버하는 구조가 될 수 있으며, 이때 하우징부(120)와 확산부(130), 보다 상세히는 상기 하우징부(120)의 홀(121) 둘레 부분과 확산부(130)의 전단 둘레 부분은 용접에 의해 서로 고정될 수 있다.

상기 확산부(130)의 슬릿(131,132)은, 중앙의 뾰족한 부분인 첨단부를 중심으로 동심원 형태로 배치 및 형성되는 홀인 가늘고 긴 복수 개의 원형 슬릿(131)과, 상기 첨단부를 중심으로 전단의 둘레 부분을 향해 방사상으로 길게 배치 및 형성되는 홀인 가늘고 긴 복수 개의 직선 슬릿(132)들로 이루어진다.

이하의 설명에서는 상기 원형 슬릿(131)을 제1 슬릿이라 칭하기로 하고, 상기 직선 슬릿(132)을 제2 슬릿이라 칭하기로 한다.

상기 제1 슬릿(131)은 콘 형상의 확산부(130)에서 중앙의 첨단부를 중심으로 하여 원형으로 형성되는 슬릿이며, 직경을 달리하는 복수 개의 제1 슬릿(131)이 콘 형상의 확산부(130)에 동심상에 배치되도록 형성될 수 있다.

이때, 원형의 제1 슬릿(131)들은 서로 일정 간격을 가지도록 형성되고, 실시예에서 복수 개의 제1 슬릿(131)들이 모두 확산부(130)의 첨단부를 중심으로 등 간격을 두고 나란한 동심원 배치 구조를 이루도록 형성될 수 있다.

상기 제2 슬릿(132)은 콘 형상의 확산부(130)에서 중앙의 첨단부를 중심으로 방사상으로 배치되도록 직선형으로 길게 형성되는 슬릿이며, 복수 개의 제2 슬릿(132)이 첨단부를 중심으로 방사상으로 배치되도록 형성된다.

이때, 직선형의 제2 슬릿(132)들은 원주 방향으로 등 간격을 두고 위치하도록 형성될 수 있다.

또한, 도면상 상세히 나타내지는 않았으나, 원형의 제1 슬릿(131)들은 각각 원주방향 전 구간이 모두 홀로써 뚫려 있는 것은 아니며, 상기 콘 형상의 확산부(130)에서 상기 첨단부를 포함하여 제1 슬릿(131)들을 경계로 나누어지는 부분들이, 상기 제1 슬릿(131)들의 길이방향 구간 중 적어도 일부에서 서로 연결되어 있는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 첨단부의 가장 끝 부분에도 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이 혼합기가 통과할 수 있는 홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 슬릿(131)과 제2 슬릿(132) 중 제2 슬릿(132)이 삭제되어 제1 슬릿(131)만이 형성될 수도 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 믹서(100)의 구성에 대해 설명하였는바, 전술한 바와 같이 날개부(110)와 하우징부(120), 확산부(130)가 일체로 결합된 믹서(100)에서, 날개부(110)가 스월을 유도하는 점은 종래 믹서에서의 날개 역할과 차이가 없다.

그러나, 혼합기가 날개부(110)를 통과한 뒤 하우징부(120)의 경사진 내측면을 따라 중앙부로 모이면서 혼합되고, 중앙부로 모인 혼합기가 하우징부(120)의 홀(121)을 통과한 다음 확산부(130) 내측으로 이동하게 된다.

상기 확산부(130)는 중앙부로 집중된 혼합기의 추가적인 스월을 유도하면서 중앙부로 모인 혼합기를 중앙부에서 바깥쪽 방향으로 확산시키고, 이로써 중앙부에서 바깥쪽 방향으로 확산 이동하는 혼합기가 배기 파이프(5) 내 후방 공간으로 배출될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 믹서(100)에서는 날개부(110)(1차 스월 유도)와 확산부(130)(2차 스월 유도)에서 요소수와 배기가스의 스월(즉 혼합기의 스월)을 이중으로 유도하므로 종래의 믹서에 비해 요소수와 배기가스의 혼합이 더 잘 이루어질 수 있다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 믹서(100)에서는 요소수와 배기가스가 고르게 혼합된 상태의 혼합기가 믹서(100)로부터 상기의 확산부(130)를 통해 후방의 배기 파이프(5) 내부로 고르게 확산되어 배출됨으로써, 요소수를 포함하고 있는 혼합기가 배기 파이프(5)의 단면상에서 어느 한쪽으로 치우침 없이 균일하게 분포될 수 있게 된다.

특히, 차량 패키지에 따라 변경되는 인젝터(6)의 분사 방향이나 설치 위치, 배기 파이프(5)의 형상이나 루트, 배기가스의 합류 방향 등이 달라지더라도 혼합기가 배기 파이프(5)의 단면상에서 한쪽으로 치우치지 않고 고르게 분포되어 흐를 수 있게 된다.

그리고, 요소수와 배기가스가 균일하게 혼합된 상태의 혼합기가 배기 파이프(5)를 통해 SCR 촉매(4)로 유입될 때 SCR 촉매의 담체에서도 혼합기가 전체적으로 고르게 유입 및 분포될 수 있고, 결국 담체의 일부분만을 집중적으로 사용하는 것이 방지될 수 있다.

무엇보다 SCR 촉매 전체에 요소수가 고르게 분포될 수 있게 됨에 따라 귀금속이 함유된 고가의 SCR 촉매를 전체적으로 고르게 사용할 수 있고, 결국 SCR 촉매의 수명을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 종래의 믹서는 배기 파이프(5) 내에 용접하여 고정할 수 있는 정도의 적정 길이로 제작하는 것에 반해, 본 발명에 따른 믹서(100)에서는 하우징부(120)의 길이를 증대시킬수록 내측면의 경사 구간 길이가 충분히 확보될 수 있어 요소수와 배기가스를 충분히 잘 혼합시키면서 중앙부로 모을 수 있다.

물론, 2차로 혼합기의 스월을 유도하는 확산부(130)가 적용될 수 있는 한 하우징부(120)의 길이 증대가 가능하다.

아울러, 종래의 믹서를 사용할 경우 요소수와 배기가스가 충분히 잘 혼합되도록 하면서 UI 성능을 좋게 하기 위해 도 9에 나타낸 바와 같이 믹서(7) 후방의 배기 파이프(5)를 벤딩한 형상으로 만들어주어야 하지만, 본 발명에 따른 믹서(100)를 사용할 경우 요소수와 배기가스의 충분한 혼합이 가능하고 UI 성능을 향상시킬 수 있으므로 종래와 같은 믹서 후방 배기 파이프의 벤딩 구조를 삭제 내지 축소할 수 있고, 이를 통해 원가 절감이 가능해진다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 엔진 2 : DOC
3 : DPF 4 : SCR 촉매
5 : 배기 파이프 6 : 인젝터
7 : 믹서(종래) 100 : 믹서(본 발명)
110 : 날개부 111 : 제1 날개
112 : 제2 날개 120 : 하우징부
121 : 홀 130 : 확산부
131 : 제1 슬릿 132 : 제2 슬릿

Claims (8)

1. 배기 파이프에 설치되어 환원제와 배기가스를 혼합하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서에 있어서,
   환원제와 배기가스를 혼합된 상태로 안내하여 환원제와 배기가스의 혼합기에 대한 1차 스월을 유도하는 날개부;
   혼합기가 통과하는 유로의 단면적이 유로 후방으로 가면서 점차 축소되는 형상을 가지도록 구비되고, 상기 날개부를 통과한 혼합기를 내측면을 통해 중앙부로 모아주면서 후방으로 안내하여 후측의 홀을 통해 통과시키는 하우징부; 및
   상기 하우징부의 후방에 설치되어 상기 홀을 통해 내부로 유입된 혼합기를 슬릿을 통해 바깥쪽으로 확산시켜 배기 파이프 내 후방의 공간으로 배출하는 혼합기에 대한 2차 스월 유도용 확산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 날개부는,
   제1 날개와 제2 날개가 서로 교차하는 격자 형상을 가지도록 구비되고,
   혼합기가 상기 격자 형상을 이루고 있는 날개들 사이를 통과하도록 하우징부의 전방 입구측에 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 격자 형상을 이루고 있는 제1 날개들과 제2 날개들은 후측 끝 부분이 각 날개의 길이 방향을 따라 각 날개의 중앙으로 가면서 후방으로 볼록한 곡선을 이루고 있는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징부는 유로 후방으로 가면서 상기 홀까지 내경이 점차 축소되는 축소관 구조를 가지도록 구비되고, 상기 각 날개의 양단부가 하우징부의 내측면에 고정되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 확산부는,
   콘(cone) 형상으로 구비되고,
   전단의 둘레 부분이 상기 하우징부의 홀 둘레 부분에 고정되어 상기 홀을 덮는 구조가 되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 확산부의 슬릿은,
   중앙의 뾰족한 부분인 첨단부를 중심으로 하는 원형의 가늘고 긴 제1 슬릿; 및
   상기 첨단부에서 전단의 둘레 부분을 향해 방사상으로 길게 형성된 제2 슬릿들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 확산부는 상기 첨단부를 중심으로 동심원의 형태로 배치되는 복수 개의 제1 슬릿을 가지는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.
   
8. 청구항 5에 있어서,
   상기 확산부는 중앙의 뾰족한 부분인 첨단부를 중심으로 동심원 형태로 배치되는 복수 개의 슬릿을 가지는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템용 믹서.

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