KR20040030722A - 배기가스 정화 시스템용 혼합 장치 - Google Patents

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Abstract

가스 충돌면(12; 112; 132) 및 분사 충돌면(14; 114; 161)을 갖는 배기관 내에 배치 가능한 혼합체(12, 112, 132)를 구비하여, 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 가스 충돌면(15, 115, 160) 상으로, 그리고 배기가스 흐름에 대해 횡으로 공급 가능한 환원제는 분사 충돌면(14, 114, 161) 상으로 충돌될 수 있도록, 배기관(1) 내로 유동하는 엔진의 배기가스와 환원제를 혼합하기 위한 혼합 장치 및 그러한 혼합 장치를 갖는 배기가스 정화 시스템에 관한 것이며, 분사 충돌면(14, 114, 161) 및 가스 충돌면(15, 115, 160)은 혼합체(12, 112, 132)의 분리된 부분 영역을 형성한다.
혼합 장치는 배기관의 단면을 거쳐 환원제를 일정하게 분배시키고 배기가스와 일정한 혼합을 위해 사용한다.

Description

배기가스 정화 시스템용 혼합 장치 {MIXING DEVICE FOR AN EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM}
특히 디젤 엔진의 배기가스에서 질소를 제거하기 위해, 환원제, 특히 요소 수용액을 배기가스 다기관 내로 공급하는 것은 공지되어 있다. 예를 들어 가수 분해 촉매 컨버터에서 암모니아가 요소로부터 획득되고, 암모니아는 이른바 SCR 촉매 컨버터에서 분자 질소 및 물을 만들도록 배기가스 내에 함유된 산화 질소와 선택적으로 반응한다(SCR은 영어 "Selective Catalytic Reduction"(선택 촉매 컨버터)의 약자). 배기가스와 환원제를 혼합하기 위해 유럽 특허 제08 945 23호에는 높은 흐름 저항을 갖는 혼합 장치가 공지되어 있다. 독일 특허 제198 06 265호에는 배기가스의 주 흐름 방향에 대해 45도의 각도로 마련된 판이 공지되어 있다.
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 혼합 장치 또는 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예는 도면에 도시되며 상세히 설명된다.
도1은 배기가스 정화 시스템의 단면도이다.
도2는 혼합 장치의 평면도이다.
도3은 다른 실시예의 단면도이다.
도4의 (a) 내지 (c)는 선택적인 다른 실시예이다.
독립 청구항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 혼합 장치 또는 배기가스 정화 시스템은, 배기가스의 흐름 단면에 유리하게 작용하며 배기가스에 작은 흐름 저항만이 대항되도록 하며 배기가스 다기관 내에 환원제의 일정한 분포를 보장하는 장점을 갖는다. 또한, 배기관의 대향벽에 환원제가 분사되는 것이 방지된다. 혼합체를 따라 유동하는 배기가스 흐름에 의해 환원제가 동반되어 배기관의 중앙으로부터 일정하게 분배된다. 이는 환원제가 벽으로부터 후속적으로 증발될 수 없기 때문에, 개선된 다이내믹 특성을 제공한다. 또한, 가스 충돌면 및 별도의 분사 충돌면의 제공은 최적의 혼합기 형성을 보장하는 흐름 설정을 허용한다. 그외에, 환원제 분사는 분사를 위해 제공되는 모든 작동점에서 그리고 최적의 분사 충돌면을 위한 그 공간 설정으로 혼합체에 도달된다.
종속항 및 발명의 상세한 설명에서 설명된 방법에 의해, 독립 청구항에서 설명된 혼합 장치 또는 배기가스 정화 시스템의 바람직한 구성 및 개선이 가능하다.
예를 들어 블레이드로써 구성된 스트럿이 제공되면, 배기가스 흐름은 배기가스와 환원제의 혼합을 추가로 지원하는 와류에 의해 추가로 가압된다.
도1은 파형 영역(4)을 포함하는 배기관(1)의 측 단면도이다. 도면부호 20으로 표시된 화살표는 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 흐름을 나타낸다. 볼 조인트 형태의 혼합체(12)를 포함하는 혼합 장치(10)가 파형 영역(4)의 하류에 배치된다. 이 혼합체는 2개의 블레이드(11)를 통해 배기관과 연결된다. 볼 조인트의 볼 상부면은 배기가스 흐름(20)에 대면하고 이하에서 가스 충돌면(15)으로 표시된다. 혼합체(12)의 평평한 분사 충돌면(14)은 배기가스 흐름(20) 반대쪽 혼합체 면에 위치한다. 혼합 장치(10)의 높이에서, 배기관의 외측에는 환원제-계량 장치(5)가 장착되며, 그 분사 밸브(6)는 배기관 내로 돌입하는 분사관(7)에 환원제, 예를 들어 요소를 공급할 수 있다. 화살표(21)는 배기가스-환원제-혼합기의 흐름을 나타낸다.
계량 장치(5)는 배기가스 흐름에 환원제를 공급하고, 계량식 첨가는 분사 밸브(6)에 의해 수행된다. 이때, 환원제 분사는 공기와의 사전 혼합없이 분사 충돌면(14)을 향한다. 분사관(7)에 대한 면의 단위와 배열은 변경되는 배기가스 유량 체적과는 무관하게 환원제가 항상 분사 충돌면에 접촉되도록 구성된다. 가스 충돌면(15)에 인가된 배기가스 흐름은 환원제를 흐름 내로 향하게 하고 최적으로 혼합되게 한다. 배기가스와 환원제의 혼합을 추가로 촉진시키기 위해, 블레이드(11)는 배기가스 흐름 내에 추가의 와류를 형성한다. 이렇게 형성된 배기가스-환원제-혼합기(21)는 하류에 배치되나 상세히 도시되지 않은, 배기가스를 정화하기 위한 SCR-촉매 컨버터로 유동한다. 배기가스 흐름(20)이 혼합 장치에 도달하기 전에 연장되는 파형 영역(4)은 마찬가지로 배기가스와 환원제의 혼합을 지원하는, 유동 가스 내에 난류를 형성한다.
다른 실시예에서, 하류에 배열된 촉매 컨버터 및/또는 입자 필터와 관련되어배기가스 후처리를 효과적으로 실행하기 위해, 혼합 장치(10)는 엔진 외부적으로 배기가스 다기관 내로 분사된 연료를 배기 가스와 혼합하는데 사용될 수 있다. 파형 영역(4)은 단순화된 실시예에서는 제거될 수도 있고, 스트럿은 블레이드 없는 막대 또는 금속 밴드로써 구성될 수도 있다.
혼합 장치는 그 분사 충돌면이 배기가스 흐름에 대면하도록 배열될 수도 있으므로, 분사 충돌면은 배기가스 흐름에 대면한 혼합 장치 면에서 혼합제 분사에 의해 가압될 수 있다.
도2는 도1에 도시된 장치와 유사한 혼합 장치의 평면도이고, 2개의 스트럿 대신에 블레이드로 구성된 4개의 스트럿이 제공된다. 이 스트럿은 배기관과 직접 연결되는 것이 아니라 혼합체(12)를 원형으로 둘러싸는 금속 밴드(30)와 연결된다. 도면에서, 금속 밴드는 직선으로 표시된다. 폐쇄 금속 밴드 연속면의 반경은, 혼합 장치가 정확하게 배기관 내로 삽입될 수 있도록, 그리고 금속 밴드가 리벳 또는 나사 또는 용접을 통해 배기관 내에 고정되도록 구성된다.
도2에 따른 혼합 장치는 도1에 따른 장치와 동일한 기능을 수행하고, 조립 방식은 대략 변경 가능하다. 선택적인 다른 실시예에서, 금속 밴드(30)는, 그 내부에 분사관(7)이 일체되는 배기관 부분 형태로 구성될 수 있으므로, 조립시에 혼합 장치만이 각각의 배기관 단부 및 계량 장치와 연결되야 한다.
도3은 혼합체(112)가 볼 조인트 형태를 갖는 것이 아니라 원추형 조인트 형태를 갖는 배기가스 정화 시스템을 도시한다. 원추의 첨부는 약간 라운딩되고, 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 대면한 혼합체(112)의 가스 충돌면(115)을 형성한다. 평평한 분사 충돌면(114)도 볼 조인트에서와 마찬가지로 원추 형태의 본체를 절삭함으로써 형성될 수 있다.
볼 조인트 형태의 본체와 비교하여, 혼합체(112)는 더 감소된 흐름 저항을 가지며, 환원제의 균일한 분배 및 환원제와 배기가스와의 양호한 혼합을 보장한다.
도4에서 부분도(a)는 배기관 내부에 배열되며 이하에서 충돌 장치(132)로 표시되는 혼합체를 구비한 혼합 장치의 횡 단면도를 도시하며, 혼합체는 이하에서 고정 장치(130)로 표시되는 스트럿에 의해 배기관의 측벽(1)에 고정된다. 부분도(b) 및 부분도(c)는 부분도(a)에서 도면부호 136 또는 138로 표시된 단면을 도시한다. 고정 장치 및 충돌 장치도 엔진으로부터 배출되는 배기가스 흐름(20)을 향해 만곡된 면 또는 만곡된 가스 충돌면(160)을 형성하고, 이 충돌면을 따라 배기가스가 낮은 흐름 저항으로 혼합 장치를 거쳐 유동할 수 있다. 고정 장치는 실질적으로 반원형 단면을 갖고 배기관 벽으로부터, 배기가스 흐름을 가로질러 배기관 내로 돌입하는 반면, 충돌 장치(132)는 내부 또는 분사 충돌면(161) 배기관 단면에 대해 소정의 각도(140)를 갖는 유출구(133)로부터 유출되는 환원제-선형 분사(134)가 그 내부- 및 분사 충돌면(161)에 형성될 수 있는 블레이드 형태를 갖는다.
충돌 장치의 단부 영역(153)은 배기가스 흐름(20) 방향에 대해 0도와 30도 사이의 작은 각도(142)로 경사진다. 고정 장치 또는 충돌 장치의 주연부(154, 155)는 배기가스의 흐름(20) 방향에 대해 통상적으로 0도와 30도 사이의 작은 각도(150, 152)를 갖는다.
도4에 따른 혼합 장치는, 분사 밸브(6)를 통해 계량된 환원제-선형 분사가충돌 장치에 분사됨으로써, 배기관 내에 환원제의 균일한 분배를 보장한다. 각도(140)의 변동폭은 배기가스 흐름의 강도에 따라, 고정 장치(130)의 만곡 구성에 의해 그리고 배기가스 흐름에 대한 고정 장치의 주연부의 작은 각도(150)에 의해 작게 유지된다. 배기가스 흐름에 대면한 충돌 장치의 면은 주연부(155) 또는 단부 영역(153)에서 작은 각도(142, 152)를 갖는다. 충돌 장치의 이러한 구성은, 배기가스 흐름이 충돌 장치의 내측으로부터 배기관 벽 방향으로 환원제를 공급하는 것을 저지한다. 이로써, 배기관 벽이 환원제로 적셔지는 것이 방지된다.
다른 실시예에서, 고정- 및/또는 충돌 장치는, 배기가스 난류를 상승시키고 형성된 환원제 방울의 크기를 감소시키도록 펀칭 철판으로 구성된다.

Claims (14)

  1. 배기관 내에 배치 가능한 혼합체를 구비한, 배기관 내에서 유동하는 엔진의 배기가스와 환원제를 혼합하기 위한 혼합 장치에 있어서,
    혼합체(12; 112; 132)가 가스 충돌면(15; 115; 160) 및 분사 충돌면(14; 114; 161)을 포함하여, 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 가스 충돌면 상으로, 그리고 배기가스 흐름에 대해 횡으로 공급 가능한 환원제는 분사 충돌면 상으로 충돌될 수 있으며, 분사 충돌면 및 가스 충돌면은 혼합체의 상부면의 분리된 부분 영역을 형성하며, 분사 충돌면(14; 114; 161) 및 가스 충돌면(15; 115; 160)은 서로에 대해 반대로 놓인 혼합체의 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 가스 충돌면은 만곡된 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 혼합체는, 분사 충돌면(14; 114; 161)이 혼합체(12; 112; 132)의 상부면 영역을 통해 가스 충돌면의 배기 가스 흐름 하류에 형성되도록 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 충돌면(15; 115; 160)은, 가스 충돌면을 향한 배기가스 흐름이 배기가스 주 흐름 방향(20)에 대해 상대적으로 작은 각도(152), 특히 0도 내지 30도 각도로 가스 충돌면으로부터 분리될 수 있도록, 방향 설정 가능한 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 충돌면(15; 115)은 흐름 방향으로 중심을 향해 점차 좁아지는 혼합체(12; 112)의 부분의 상부면을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  6. 제5항에 있어서, 혼합체(12; 112)는 볼- 또는 원추형인 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  7. 제6항에 있어서, 가스 충돌면(15; 115)은 볼 상부면 부분 형태 또는 원추의 상부면 부분 형태, 특히 원추의 첨부가 라운딩된 원추 상부 부분 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합체(132)는 블레이드 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  9. 제8항에 있어서, 고정- 및/또는 충돌 장치는 혼합 장치의 전방 및 후방 공간을 연결 가능한 구멍을 가지며, 특히 고정- 및/또는 충돌 장치는 펀칭 철판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 혼합체는 적어도 하나의 스트럿(11; 130)을 통해 배기관 벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  11. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 스트럿은 블레이드(11)로 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  12. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 스트럿은 만곡된 고정 장치(130)로 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 스트럿(11, 130)의 혼합체 반대쪽 단부에는 혼합체를 원형으로 둘러싸는 금속 밴드(30)가 마련되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  14. 배기관과, 환원제를 배기관 내로 공급하기 위한 장치와, 배기가스를 환원제와 혼합하기 위한 혼합 장치를 포함하며, 혼합 장치는 배기관 내에 배치된 혼합체를 포함하는, 엔진의 배기가스를 정화하기 위한 배기가스 정화 시스템에 있어서,
    혼합체(12; 112; 132)가 가스 충돌면(15; 115; 160) 및 분사 충돌면(14; 114; 161)을 포함하여, 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 가스 충돌면 상으로, 그리고 배기가스 흐름에 대해 횡으로 공급 가능한 환원제는 분사 충돌면 상으로 충돌될 수 있으며, 분사 충돌면 및 가스 충돌면은 혼합체의 상부면의 분리된 부분 영역을 형성하며, 분사 충돌면(14; 114; 161) 및 가스 충돌면(15; 115; 160)은 서로에 대해 반대로 놓인 혼합체의 측면에 위치하며, 가스 충돌면은 만곡된 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
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