KR200453480Y1

KR200453480Y1 - 요소수 탱크용 센서유닛

Info

Publication number: KR200453480Y1
Application number: KR2020100012895U
Authority: KR
Inventors: 황찬연; 이창환; 김영섭; 최병철; 김화남; 김영권; 김철한; 고수동
Original assignee: (주)한엑스
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2011-05-09

Abstract

본 고안은 에스씨알(SCR) 방식의 배기가스 후처리 시스템의 요소수 저장탱크에 장착되는 센서유닛에 관한 것으로서 저장탱크 내부의 요소수의 레벨이나 온도를 정확하게 실시간으로 측정할 수 있으며, 아울러 동절기나 혹한기에 요소수가 냉각되어 어는 현상을 방지하고, 설령 요소수가 동결되는 경우에도 신속하게 요소수를 해동하여 적시에 요소수를 도우징 유닛에 공급할 수 있도록 개선된 요소수 탱크용 센서유닛에 관한 것이다.
본 고안에서는 에스씨알(SCR) 방식의 디젤 엔진 배기가스 후처리를 위한 요소수(Urea) 탱크의 내부에 장착하는 것으로서, 상단부가 요소수 탱크(10)의 외부로 노출되도록 상기 요소수 탱크의 내부에 장착되고, 노출된 면에는 냉각수 유입측 연결구(130a), 냉각수 유출측 연결구(130b), 요소수 흡입 파이프 연결구(140a), 요소수 리턴 파이프 연결구(150a) 및 PCB 기판 삽입구(120a)가 상하로 관통하여 형성되는 헤드(110); 하단부가 폐쇄되는 중공 관체로서 상단부가 상기 PCB기판 삽입구(120a)에 연결되는 리드 파이프(120); 중공 관체로서 일단이 상기 냉각수 유입측 연결구(130a)에 연결되고, 타단이 상기 냉각수 유출측 연결구(130b)에 연결되는 냉각수 유동관(130); 상단부가 상기 요소수 흡입 파이프 연결구(140a)에 연결되는 것으로 내·외측 파이프(141,142)의 이중관으로 형성되고, 상기 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)의 사이 공간에 전기 히팅 케이블(143)이 매설되고 잔여 공간에는 합성수지 충진체(144)가 충전되는 요소수 흡입 파이프(140); 상단부가 상기 요소수 리턴 파이프 연결구(150a)에 연결되는 요소수 리턴 파이프(150); 및 상기 리드 파이프(120)의 외경에 장착되어 요소수 탱크 내의 요소수의 양에 따라 상하로 슬라이딩 이동하는 플로트(160); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛이 제공된다.

Description

요소수 탱크용 센서유닛{Sensor unit for Urea tank}

본 고안은 디젤 자동차의 배기가스 후처리를 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에스씨알(SCR) 방식의 배기가스 후처리 시스템의 요소수 저장탱크에 장착되는 센서유닛에 관한 것으로서, 저장탱크 내부의 요소수의 레벨이나 온도를 정확하게 실시간으로 측정할 수 있으며, 아울러 동절기나 혹한기에 요소수가 냉각되어 동결되는 현상을 방지하고, 만약 요소수가 동결되는 경우에도 신속하게 요소수를 해동하여 적시에 요소수를 도우징 유닛에 공급할 수 있도록 개선된 요소수 탱크용 센서유닛에 관한 것이다.

최근 환경오염에 관한 문제가 주요 이슈로 부각되기 시작하면서 자동차의 경우에도 화석연료를 사용하지 않는 친환경 자동차인 전기 자동차, 수소 자동차, 태양열 자동차 및 하이브리드 자동차가 활발하게 개발 및 시판되고 있는 실정이다.

그러나 이와 같은 친환경 자동차들의 등장에도 아직까지는 가솔린이나 디젤을 연료로서 사용하는 자동차가 자동차 시장의 주를 이루고 있으며, 앞으로도 상당기간 동안 그 명맥을 유지할 것으로 판단된다.

이와 같이 가솔린이나 디젤과 같은 화석연료를 사용하는 내연기관 자동차의 경우에는 배기가스에 의한 환경오염이 심각하다는 문제가 있다. 특히 버스나 트럭과 같은 디젤 자동차의 경우에는 매연과 질소 산화물(NOx) 그리고 매연을 포함한 미세먼지의 배출이 심각한 문제로 인식되고 있으며, 각 국에서는 이와 같은 디젤 차량의 배기가스 문제를 해결하기 위하여 관련 규정을 마련하여 배기가스의 방출을 엄격하게 규제하고 있는 실정이다.

이러한 디젤 엔진의 배기가스를 처리하는 방법으로는 산화촉매법 및 NOx촉매법 매연을 포함한 미세먼지 제거를 위한 DPF(Diesel Particulate Filter)법 등이 알려져 있다. 디젤 엔진은 대부분 영역에서 공기 과잉 상태로 운전되기 때문에 배기중 다량의 산소가 배출된다. 이러한 산소의 존재를 기본으로 NOx를 저감하는 방법에는 구리나 철이온을 코팅한 SCR(Selective Catalytic Reduction)촉매와 환원제 암모니아를 사용하여 NOx를 선택적으로 분해하는 방법이 있다.

이러한 에스씨알(SCR) 시스템에서는 환원제 암모니아가스대신 요소수(우레아 urea)를 이용하여 암모니아를 발생시키는데 요소수(우레아) 저장탱크의 내부에 저장된 요소수를 필요한 양만큼씩 도우징 유닛(Dosing unit)으로 자동 공급하도록 하는데, 보통 연료의 소모량 대비 약 4% 정도의 요소수가 소모된다.

이러한 요소수 저장탱크 내부의 요소수는 동절기나 혹한기에는 동결되어 작동하지 않을 수 있으므로 요소수의 동결을 방지하기 위한 가열구조가 필요하게 되었다.

도12는 종래의 우레아 튜브 가열구조를 도시한 도면인데, 공개특허 제10-2008-0075638호 "우레아 에스씨알 시스템의 튜브 가열구조"에 개시된 것이다. 상기 공개특허에서는 엔진을 순환하는 가열된 냉각수를 우레아 탱크의 내부로 유동시키고, 냉각수 튜브를 우레아 튜브에 접촉시켜 열교환함으로써 우레아(요소수)를 가열하는 구조에 관하여 개시하고 있다.

한편, 공개특허 제10-2006-0059400호 "엔진의 배기가스를 이용한 요소수용액 동결방지구조"와 공개특허 제10-2007-0059641호 "디젤엔진의 요소수 저장탱크 가열장치"에서는 엔진으로부터 방출되는 고열원인 배기가스의 잔열을 이용하여 요소수 저장탱크와 열교환함으로써 요소수를 가열하는 구조에 관하여 개시하고 있다.

도13은 종래의 다른 실시예에 의한 요소수 공급장치의 장치 구성도인데, 등록특허 제0792927호 "SCR 후처리용 요소 공급 장치"에 개시된 것이다. 상기 등록특허에서는 주요소 탱크에 주히팅장치를 구비하고, 보조 요소탱크에 보조 히팅장치를 구비하고 이들을 방향전환밸브로 연결함으로써 냉 시동 초기에 보조 히팅장치로 신속하게 요소수를 해동시켜 공급하기 위한 요소수 공급장치에 관하여 개시하고 있다.

그런데 이러한 종래의 요소수 가열구조들은 냉각수를 순환시키거나 배기가스를 순환시키는 별도의 배관 구조를 필요로 하므로 차량의 구조 변경이 필수적이라는 점에서 불편할 뿐 아니라 비용 증가의 요인이 된다는 문제가 있다. 이러한 구조는 반드시 엔진을 시동함으로써 어느 정도 엔진이 가열되어야 동결된 요소수를 해동시켜 공급할 수 있다는 점에서 냉 시동 초기에는 정상작동을 하기 위하여 긴 시간이 소요된다는 문제가 있다.

보조 히팅장치를 사용하는 전기 등록특허의 경우에는 냉 시동 초기에 엔진을 시동하지 않고서도 요소수를 해동 및 공급할 수 있다는 장점이 있으나, 별도로 보조 히팅장치를 구비하는 점에서 추가적인 설치 장소나 비용이 소요될 뿐 아니라 배관이 복잡해지고, 방향전환밸브나 유로 단속용 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 별도의 제어장치를 요한다는 점에서 비용 경제적이지 못하고 기존의 차량에 장착하는데 한계가 있다.

따라서, 구조가 간단하여 비용 경제적이며, 요소수 탱크에 손쉽게 탈부착이 가능하여 차량에의 장착성이 우수하고, 별도의 배관이나 보조 탱크 없이도 요소수의 동결을 방지할 수 있으며, 동결된 요소수를 엔진의 구동 없이 신속하게 해동하여 공급할 수 있도록 개선된 요소수 탱크 전용 센서 유닛의 개발이 요청되었다.

공개특허 제10-2008-0075638호 "우레아 에스씨알 시스템의 튜브 가열구조" 공개특허 제10-2006-0059400호 "엔진의 배기가스를 이용한 요소수용액 동결방지구조" 공개특허 제10-2007-0059641호 "디젤엔진의 요소수 저장탱크 가열장치" 등록특허 제0792927호 "SCR 후처리용 요소 공급 장치"

본 고안은 요소수의 레벨 측정이나 온도 제어가 용이할 뿐 아니라 동절기나 혹한기에도 요소수가 동결되는 것을 방지하고, 만약 요소수가 동결되더라도 엔진을 구동할 필요 없이 신속하게 해동하여 요소수를 안정적으로 공급하기 위한 구조의 요소수 탱크 전용 센서유닛을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

특히 본 발명에서는 요소수 탱크의 내부로 연장되는 요소수 흡입 파이프를 이중 관체로 구성하고 이중 관체의 내외측 파이프의 사이 공간에 전기 히팅 케이블 및 충진체를 형성함으로써 냉 시동 초기에 엔진의 구동 없이 요소수를 신속하게 해동할 수 있도록 하는 것을 그 주요한 목적으로 한다.

아울러 냉각수 유동관 역시 이중 관체로 형성하고 이중 관체의 내외측 파이프의 사이의 공간에는 전기 히팅 케이블을 매설하고 내측 파이프의 내부로는 냉각수가 흐를 수 있도록 함으로써 냉 시동시와 엔진 구동 초기에는 전기 히팅 케이블을 이용하여 요소수 탱크 내부의 동결된 요소수를 해동하고, 이후 엔진 냉각수가 가열되어 정상상태로 운전되는 경우에는 냉각수에 의하여 요소수 탱크 내부의 요소수의 동결을 방지하고 만약 동결시 해동할 수 있도록 하는 것을 그 부차적인 목적으로 한다.

전술한 목적의 달성을 위하여 본 고안에서는, 에스씨알(SCR) 방식의 디젤 엔진 배기가스 후처리를 위한 요소수(Urea) 탱크의 내부에 장착하는 것으로서, 상단부가 요소수 탱크(10)의 외부로 노출되도록 상기 요소수 탱크의 내부에 장착되고, 노출된 면에는 냉각수 유입측 연결구(130a), 냉각수 유출측 연결구(130b), 요소수 흡입 파이프 연결구(140a), 요소수 리턴 파이브 연결구(150a) 및 PCB 기판 삽입구(120a)가 상하로 관통하여 형성되는 헤드(110); 하단부가 폐쇄되는 중공 관체로서 상단부가 상기 PCB기판 삽입구(120a)에 연결되는 리드 파이프(120); 중공 관체로서 일단이 상기 냉각수 유입측 연결구(130a)에 연결되고, 타단이 상기 냉각수 유출측 연결구(130b)에 연결되는 냉각수 유동관(130); 상단부가 상기 요소수 흡입 파이프 연결구(140a)에 연결되는 것으로 내·외측 파이프(141,142)의 이중관으로 형성되고, 상기 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)의 사이 공간에 전기 히팅 케이블(143)이 매설되고 잔여 공간에는 합성수지 충진체(144)가 충전되는 요소수 흡입 파이프(140); 상단부가 상기 요소수 리턴 파이프 연결구(150a)에 연결되는 요소수 리턴 파이프(150); 및 상기 리드 파이프(120)의 외경에 장착되어 요소수 탱크 내의 요소수의 양에 따라 상하로 슬라이딩 이동하는 플로트(160);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛을 제안한다.

이때, 상기 냉각수 유동관(130) 역시 내측 파이프와 외측 파이프의 이중관으로 형성되고, 상기 내측 파이프와 외측 파이프의 사이 공간에 전기 히팅 케이블이 매설되고 합성수지 충진체가 충전되며, 상기 내측 파이프의 내부로는 냉각수가 유동하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 헤드(110)에는 요소수 탱크의 내부와 연통하는 에어벤트홀(110a)이 상하로 관통하여 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 리드 파이프(120)의 내부에는 온도센서(174)와 리드 스위치(175)가 배열된 PCB기판(173)이 삽입되고, 상기 플로트(160)에는 자석(162a,162b)이 매입되도록 할 수 있다.

이때, 상기 PCB기판(173)은 양측 단부가 폐쇄되는 원통형 PCB기판 하우징(171)의 내부에 삽입되고, 상기 PCB기판 하우징이 상기 리드 파이프(120)의 내부에 삽입되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전기 히팅 케이블은 구리 또는 니켈합금의 발열코어와 상기 발열코어를 감싸는 합성수지 절연체로 이루어지고, 상기 충진체는 에폭시 수지인 것으로 할 수 있다.

본 고안에 의하면 요소수 탱크 내의 요수수의 양이나 온도 제어가 용이하여 요소수를 적시에 필요한 양만큼 도우징 유닛에 공급할 수 있을 뿐 아니라 동절기나 혹한기에 요소수가 동결되더라도 엔진의 구동 없이 필요한 요소수 양만큼 신속하게 해동하여 도우징 유닛에 공급할 수 있게 되어 냉 시동 초기에 요소수가 공급되지 않아 배기가스 중의 NOx 성분이 그대로 공기중에 배출되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 고안에서는 요소수 흡입 파이프뿐 아니라 별도로 구비된 냉각수 유동관 역시 이중관으로 구성한 후 전기 히팅 케이블과 충진체를 사용하여 마감하는 구조이므로 요소수 흡입 파이프 및 요소수 탱크의 가열이 신속하고 효율적일 뿐 아니라 별도의 복잡한 히팅장치를 필요로 하지 않는다는 점에서 비용 경제적이며, 차량에의 장착 편의성이 뛰어나다고 할 수 있다.

그리고 본 고안의 히팅구조는 요소수 탱크에 삽입 장착되는 요소수 흡입 파이프와 냉각수 유동관의 내부에 매설하는 구조이므로 설치 및 유지보수가 매우 편리하다는 장점이 있다.

도1은 본 고안의 센서유닛이 장착되는 요소수 저장탱크의 개략도.
도2는 본 고안의 센서유닛의 사시도.
도3은 본 고안의 센서유닛의 정면도.
도4는 본 고안의 센서유닛의 측면도.
도5는 본 고안의 센서유닛의 평면도.
도6은 본 고안의 센서유닛의 측단면도.
도7은 본 고안의 요소수 흡입 파이프의 종단면도.
도8은 본 고안의 다른 실시예에 의한 요소수 흡입 파이프의 횡단면도.
도9는 본 고안의 폴로트의 외관 사시도.
도10은 본 고안의 PCB기판 하우징의 외관 사시도.
도11은 본 고안의 PCB기판의 외관 사시도.
도12는 종래의 우레아 튜브 가열구조를 도시한 도면.
도13은 종래의 다른 실시예에 의한 요소수 공급장치의 장치 구성도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 구성과 작동원리에 관하여 상술한다.

도1은 본 고안의 센서유닛이 장착되는 요소수 저장탱크의 개략도이고, 도2는 상기 요소수 저장탱크 내에 장착되는 센서유닛의 사시도이다.

도시한 바와 같이 본 고안의 센서 유닛(100)은 요소수 저장탱크(10)의 내부에 장착되는 것으로서, 상단의 헤드(110)가 요소수 저장탱크(10)의 상부로 일부 노출되도록 삽입 장착된다.

도3은 본 고안의 센서유닛의 정면도이고, 도4는 본 고안의 센서유닛의 측면도이며, 도5는 본 고안의 센서유닛의 평면도이며, 도6은 본 고안의 센서유닛의 측단면도이다.

도시한 바와 같이, 상기 센서유닛(100)은 다수의 중공 관체들을 포함하고 있는데, 엔진으로부터 가열된 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 유동관(130), 내부에 PCB 기판이 삽입되는 리드 파이프(120), 요소수를 탱크(10)의 외부로 배출하기 위한 요소수 흡입 파이프(140) 및 탱크의 외부로 배출된 요소수 중에서 도우징 유닛(Dosing unit)으로 공급되고 남은 여분의 요소수를 탱크(10) 내부로 회수하기 위한 요소수 리턴 파이프(150)가 그것이다. 상기 각 파이프들은 요소수 용액에 의한 부식을 방지하기 위하여 스텐인레스 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 각 파이프들은 합성 수지재의 원형 헤드(110)의 하방에 고정되는데, 상기 헤드(110)에는 각 파이프들과 연통하기 위한 연결구들이 형성된다. 즉, 상기 헤드(110)에는 냉각수 유입측 연결구(130a), 냉각수 유출측 연결구(130b), 요소수 흡입 파이프 연결구(140a), 요소수 리턴 파이프 연결구(150a), 및 PCV기판 삽입구(120a)와 에어벤트홀(110a)이 상하로 관통하여 형성된다.

상기 각 연결구들은 보스나 너트 형태의 금속 체결구로 형성되며, 용도에 따라 냉각수나 요소수가 유동하기 위한 호스나 관들이 탱크(10)의 외부에서 연결된다. 이때 냉각수 유입측 연결구(130a)와 요소수 흡입 파이프 연결구(140a)의 저면과 냉각수 유출측 연결구(130b)와 요소수 리턴 파이프 연결구(150a)의 저면에는 열전도판(111a, 111b)이 설치되어 상호 간에 열을 전달하는 매개체의 역할을 하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 PCB기판 삽입구(120a)는 리드 파이프(120)의 내부에 후술할 PCB기판(173)을 삽입하기 위하여 개방된 것이며, 상기 에어벤트홀(air vent hole,110a)은 요소수 탱크(10)의 내부 공기를 배출하기 위한 것이다.

상기 냉각수 유동관(130)의 일단은 상기 냉각수 유입측 연결구(130a)에 연결되고, 타단은 상기 냉각수 유출측 연결구(130b)에 연결되어 유로가 소통된다. 상기 냉각수 유동관(130)의 내부 유로에는 엔진으로부터 가열된 냉각수가 유동하게 된다. 따라서, 가열된 냉각수가 요소수 탱크(10) 내부를 순환하면서 동절기에 요소수가 동결되지 않도록 하며, 동결된 요소수를 해동하는 역할을 한다.

상기 리드 파이프(120)는 헤드(110)의 중앙부에 수직하게 장착되는 것으로서 개방된 상단부는 상기 PCB기판 삽입구(120a)에 연결되고, 하단부는 폐쇄되어 리드 파이프 지지 브라켓(121)에 고정된다.

상기 리드 파이프(120)의 내부에는 유체가 유동하지 않으며, 단지 그 내부에 후술할 PCB기판(173)이 삽입되며, 외경부에는 원통 형상의 플로트(160)가 상하로 슬라이딩 가능하게 장착된다. 이에 관하여 자세한 사항은 후술한다.

상단부가 상기 요소수 흡입 파이프 연결구(140a)에 연결되고, 하단부가 개방되는 상기 요소수 흡입 파이프(140)는 탱크(10) 내부의 요소수를 흡입하여 외부로 배출하기 위한 것으로서 중공 관체이며, 외부의 요소수 공급 펌핑 라인(미도시)에 연결된다.

상기 요소수 리턴 파이프(150)의 상단부는 상기 요소수 리턴 파이프 연결구(150a)에 연결되고 하단부는 개방되는데, 탱크(10) 외부로 배출되어 도우징 유닛에 공급되는 요소수 중에서 사용되지 않고 남은 여분의 요소수를 탱크(10) 내부로 다시 회수하기 위한 것이다. 상기 요소수 리턴 파이프(150)는 상기 요소수 흡입 파이프(140)보다 상하 길이가 짧게 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안에서는 상기 요소수 흡입 파이프(140)를 이중관체로 형성하고 전기 히팅 케이블을 이용하여 가열하는 것으로 하는데, 도7은 본 이러한 요소수 흡입 파이프의 종단면도를 나타낸 것이다.

본 고안의 요소수 흡입 파이프(140)는 서로 직경이 다른 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)로 이루어지며, 내측 파이프(141)의 외주면과 외측 파이프(142)의 내주면 사이의 공간에 전기 히팅 케이블(143)이 매설된다.

상기 전기 히팅 케이블(143)은 전기 저항에 의한 발열체를 의미하며, 열선, 면상 발열체, 전기 히팅 코일과 같은 것을 채용해도 무방하다. 본 실시예에서는 동이나 니켈합금의 발열코어(143a)와 상기 발열코어(143a)의 외부를 감싸는 테프론, 내열 플라스틱과 같은 재질의 절연체(143b)로 이루어지는 전기 히팅 케이블(143)을 사용한다.

상기 이중 관체의 빈 공간에 전기 히팅 케이블(143)을 매입하여 설치하고 난 후의 나머지 공간은 에폭시와 같은 합성수지로 충전하여 충진체(144)를 형성한다. 상기 충진체(144)는 내설된 전기 히팅 케이블(143)을 고정하고 전기 히팅 케이블(143)에 의하여 발생하는 열을 이중관체의 벽체를 통하여 요소수에 전달하는 역할을 한다. 따라서 열전도성과 전기 절연성이 우수한 물질을 선택하는 것이 바람직하다.

상기 이중 관체의 요소수 흡입 파이프(143)의 하단에는 도시한 바와 같이 하단 커버(145)를 형성하여 내부의 충진체(144)를 안정적으로 유지하는 것이 바람직한데, 상기 하단 커버(145)는 합성수지 재질의 마개 형식으로 하거나 스텐인레스 재질의 링형 금속판을 요소수 흡입 파이프(140)의 이중 벽체에 용접하여 형성할 수도 있으며, 또는 이중 벽체와 일체형으로 형성할 수도 있다.

상기 전기 히팅 케이블(143)에는 외부의 전원에 연결하기 위한 리드 단자선(미도시)이 연장하여 형성되며, 상기 리드 단자선은 요소수 흡입 파이프 연결구(140a)를 통하여 외부로 인출되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 전기 히팅 케이블(143)은 자동차에 설치된 배터리로부터 전원을 공급받도록 하는 것이 바람직하다.

도8은 본 고안의 다른 실시예에 의한 요소수 흡입 파이프의 횡단면도인데, 전술한 실시예(도7)의 경우에는 전기 히팅 케이블(143)을 내측 파이프(141)의 외경에 나선형으로 감아 코일 형태로 배치한 것인 반면, 본 실시예에서는 전기 히팅 케이블(143)을 요소수 흡입 파이프(140)의 길이 방향(즉, 세로방향)으로 지그재그 패턴으로 매설한다. 다만, 이러한 전기 히팅 케이블(143)의 배치 형태는 단지 하나의 예일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 이중 파이프 구조의 전열구조는 전술한 요소수 흡입 파이프(140) 외에 냉각수 유동관(130)에도 그대로 적용할 수 있다. 즉, 냉각수 유동관(130)을 내측 파이프와 외측 파이프의 이중관으로 구성하고 그 사이 공간에 전기 히팅 케이블과 충진체를 매설하는 것이다. 이렇게 하면, 요소수 탱크(10) 내부의 요소수의 동결을 방지하고 동결된 요소수를 해동하는데 훨씬 편리하게 된다. 즉, 겨울철에 엔진 시동의 초기에 만약 요소수가 얼어 있는 경우에는 엔진을 구동시켜 냉각수를 가열하기에는 시간이 오래 걸리므로 전기 히팅 케이블에 의하여 신속하게 부분 해동한 후 엔진 냉각수가 뜨거워지면 냉각수를 유동시켜 동결된 요소수를 전체적으로 해동하면 되는 것이다. 따라서, 본 고안의 냉각수 유동관(130)의 가열구조는 겨울철 냉 시동 초기에 효율적으로 요소수를 공급하는 것을 보장할 수 있게 되는 것이다.

도9는 본 고안의 폴로트의 외관 사시도이고, 도10은 본 고안의 PCB기판 하우징의 외관 사시도이며, 도11은 본 고안의 PCB기판의 외관 사시도이다.

상기 플로트(160)는 상기 리드 파이프(120)의 외경에 장착되는 것으로서, 전체적으로는 원통 형상의 본체(161)의 중앙부에 슬라이드공(161a)이 상하로 관통하여 형성되는 모습을 이룬다. 상기 슬라이드공(161a)의 양측 본체(161)에는 자석(162a,162b)이 매설된다. 상기 자석(162a,162b)은 후술할 리드 스위치(175)를 구동하기 위한 것이다.

상기 리드 파이프(120)의 내부에는 PCB기판(173)이 삽입되는데, 상기 PCB기판(173)에는 기판의 하단부에 온도센서(174)가 위치하고, 그 위쪽으로 다수개의 리드 스위치(175)가 일정한 간격으로 형성된다.

상기 온도센서(174)는 요소수 흡입 파이프(140)의 개방된 하단의 흡입구 근처의 요소수 온도를 실시간으로 측정하기 위한 것이며, 상기 리드 스위치(175)는 요소수의 양에 따라 플로트(160)가 승강할 때 플로트(160)의 상하 위치를 자동으로 감지하여 요소수의 수위 레벨을 실시간으로 측정하고자 하는 것이다.

리드 스위치(175)란 접점(175a,175b) 부분이 비활성 가스를 충전한 유리관 속에 봉입되어 있는 스위치의 일종으로서 코일에 전류를 흘리면 자력선은 자성체로 만들어진 리드 속을 좀 더 많이 통과하기 때문에 자기적 흡인력이 생겨 접촉하게 되는 성질을 이용하는 스위치를 말한다.

상기 PCB기판(173)은 도10에 도시한 바와 같은 원통형 PCB기판 하우징(171) 내에 삽입된 채로 리드 파이프(120)에 삽입 설치하는 것이 바람직하다. PCB기판 하우징(171)은 중공 원통형상으로서 양측 단부에 상단캡(171a) 및 하단캡(171b)이 마련되고, 상기 하단캡(171b)에는 PCB기판(173)에 연결되는 PCB커넥터(172)가 연결된다.

이와 같은 구성으로 인하여 본 고안의 센서유닛(100)은 요소수의 온도와 수위를 실시간으로 측정할 수 있으며, 측정된 정보를 바탕으로 요소수 흡입 파이프(140) 내의 동결된 요소수를 신속하게 해동하여 도우징 유닛에 공급할 수 있게 되는 것이다.

본 고안은 에스씨알 방식의 디젤 배기가스 후처리 장치에 관한 것으로서, 요소수 저장탱크 내부에 간편하게 장착하여 온도 및 수위 제어가 가능하고, 겨울철 혹한기에 요소수가 동결되지 않도록 하고 일단 동결된 요소수를 신속하게 해동하여 냉 시동 초기에 요소수가 공급되지 않는 문제점을 해결하고자 하는 것이다

따라서, 자동차에 대한 환경 규제가 날로 엄격해지는 추후의 산업환경을 고려하면 트럭이나 버스와 같은 대형 디젤자동차의 요소수 탱크에 널리 적용할 필요가 있을 것이다.

10: 요소수 탱크 100: 센서유닛
110: 헤드 111a,111b: 열전도판
120: 리드 파이프 120a: PCB기판 삽입구
121: 리드 파이프 지지 브라켓 130: 냉각수 유동관
130a: 냉각수 유입측 연결구 130b: 냉각수 유출측 연결구
140: 요소수 흡입 파이프 140a: 요소수 흡입 파이프 연결구
141: 내측 파이프 142: 외측 파이프
143: 전기 히팅 케이블 143a: 발열코어
143b: 절연체 144: 충진체
145: 하단 커버 150: 요소수 리턴 파이프
150a: 요소수 리턴 파이프 연결구 160: 플로트
161: 본체 161a: 슬라이드공
162a,162b: 자석 170: PCB유닛
171: PCB기판 하우징 171a,171b: 상하단 캡
172: PCB 커넥터 173: PCB기판
174: 온도센서 175: 리드 스위치

Claims

에스씨알(SCR) 방식의 디젤 엔진 배기가스 후처리를 위한 요소수(Urea) 탱크의 내부에 장착하는 것으로서,
상단부가 요소수 탱크(10)의 외부로 노출되도록 상기 요소수 탱크의 내부에 장착되고, 노출된 면에는 냉각수 유입측 연결구(130a), 냉각수 유출측 연결구(130b), 요소수 흡입 파이프 연결구(140a), 요소수 리턴 파이프 연결구(150a) 및 PCB 기판 삽입구(120a)가 상하로 관통하여 형성되는 헤드(110);
하단부가 폐쇄되는 중공 관체로서 상단부가 상기 PCB기판 삽입구(120a)에 연결되는 리드 파이프(120);
중공 관체로서 일단이 상기 냉각수 유입측 연결구(130a)에 연결되고, 타단이 상기 냉각수 유출측 연결구(130b)에 연결되는 냉각수 유동관(130);
상단부가 상기 요소수 흡입 파이프 연결구(140a)에 연결되는 것으로 내·외측 파이프(141,142)의 이중관으로 형성되고, 상기 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)의 사이 공간에 전기 히팅 케이블(143)이 매설되고 잔여 공간에는 합성수지 충진체(144)가 충전되는 요소수 흡입 파이프(140);
상단부가 상기 요소수 리턴 파이프 연결구(150a)에 연결되는 요소수 리턴 파이프(150); 및
상기 리드 파이프(120)의 외경에 장착되어 요소수 탱크 내의 요소수의 양에 따라 상하로 슬라이딩 이동하는 플로트(160);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛.
제1항에 있어서,
상기 냉각수 유동관(130)은 내측 파이프와 외측 파이프의 이중관으로 형성되고, 상기 내측 파이프와 외측 파이프의 사이 공간에 전기 히팅 케이블이 매설되고 합성수지 충진체가 충전되며, 상기 내측 파이프의 내부로는 냉각수가 유동하도록 된 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 헤드(110)에는 요소수 탱크의 내부와 연통하는 에어벤트홀(110a)이 상하로 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 리드 파이프(120)의 내부에는 온도센서(174)와 리드 스위치(175)가 배열된 PCB기판(173)이 삽입되고, 상기 플로트(160)에는 자석(162a,162b)이 매입되는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛.
제4항에 있어서,
상기 PCB기판(173)은 양측 단부가 폐쇄되는 원통형 PCB기판 하우징(171)의 내부에 삽입되고, 상기 PCB기판 하우징이 상기 리드 파이프(120)의 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전기 히팅 케이블은 구리 또는 니켈합금의 발열코어와 상기 발열코어를 감싸는 합성수지 절연체로 이루어지고, 상기 충진체는 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 요소수 탱크용 센서유닛.