KR20110063965A - 배기가스 저감 장치 - Google Patents

배기가스 저감 장치 Download PDF

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KR20110063965A
KR20110063965A KR1020090120361A KR20090120361A KR20110063965A KR 20110063965 A KR20110063965 A KR 20110063965A KR 1020090120361 A KR1020090120361 A KR 1020090120361A KR 20090120361 A KR20090120361 A KR 20090120361A KR 20110063965 A KR20110063965 A KR 20110063965A
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expansion guide
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오정모
이기형
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 배기가스 저감 장치는, 인렛파이프(inlet pipe)가 연결되며 인렛파이프를 통해 유입되는 배기가스를 확산시키는 디퓨져와, 디퓨져에 연통되게 연결되며 배기가스를 저감시키는 저감 물질이 내장된 중앙 몸체와, 중앙 몸체와 연결되며 저감 물질과 상호 작용된 배기가스를 배출하는 배출 몸체를 구비하는 하우징; 및 디퓨져의 형상과 대응되는 중공(中空)의 원뿔대 형상으로서, 디퓨져 내에 배치되어 디퓨져의 내부 공간을 복수의 확관 공간으로 구획하는 적어도 하나의 확관 가이드;를 포함하며, 디퓨져의 중심축의 교차 방향으로 디퓨져의 선단 부분을 단면 처리할 때 각 확관 공간의 면적이 동일한 면적을 갖도록, 적어도 하나의 확관 가이드는 마련된다. 본 발명에 따르면, 인렛파이프를 통해 유입되는 배기가스를 디퓨져 내에서 균일하게 확산시킴으로써, 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.
배기가스, 저감, 정화, 촉매, 차량, 필터, 유동 균일

Description

배기가스 저감 장치{Apparatus to Reduce Exhaust gas}
본 발명은, 배기가스 저감 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배기가스의 유동 균일도를 향상시켜 촉매에 의한 배기가스의 정화 효율 또는 필터 효율을 향상시킬 수 있는 배기가스 저감 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량 등의 동력을 발생시키는 내연기관에서는 연료가 연소될 때 많은 양의 유해미립자, 예를 들면 배기가스 등이 배출될 수 있다. 특히, 차량 중 디젤이 연료로 사용되는 차량의 경우, 때때로 연료의 불완전 연소가 발생될 수 있으며, 이 경우 탄화수소(HC) 또는 일산화탄소(CO) 등과 같은 유해가스가 발생되게 된다. 따라서, 디젤 차량 등에는 연소된 배기가스를 저감하는 장치가 선택적으로 장착될 수 있다.
예를 들면, DOC(Diesel Oxidation Catalyst), LNT(Lean NOx Trap), LNC(Lean NOx Catalyst), SCR(Selective Catalytic Reduction) 등의 촉매 컨버터와, DPF(Diesel Particulate Filter) 등의 필터(filter)가 장착되어 배기가스를 촉매에 의해 감소시키거나, 또는 배기가스에 포함된 유해물질을 필터링한다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(1)는, 내연기관과 연결되는 인렛파이프(5)와, 인렛파이프(5)로부터 유입되는 배기가스를 확산시키는 확산 몸체(20)와, 확산 몸체(20)를 통과한 배기가스를 산화 또는 환원시키는 촉매(35)가 내장된 중앙 몸체(30)와, 산화 또는 환원된 배기가스를 배출시키는 배출 몸체(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서, 촉매(35) 대신에 배기가스를 필터링하는 필터(미도시)가 장착될 수도 있다.
이러한 구성에 의해서, 인렛파이프(5)를 통과한 배기가스가 확산 몸체(20)에서 확산되고, 이어서 중앙 몸체(30)의 촉매(35)에 의해 산화 또는 환원 처리된 후, 배출 몸체를 통해 외부로 배출될 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(1)에 있어서는, 도 1의 화살표(B) 분포를 통해 알 수 있듯이 인렛파이프(5)를 통해 확산 몸체(20)로 전달되는 배기가스가 확산 몸체(20)에서 후단부로 갈수록 균일하게 퍼지지 못하며(즉, 중앙에는 많은 양의 배기가스가 분포되고, 중앙에서 멀어질수록 배기가스의 양이 희박해짐), 이에 따라 촉매(5)의 전 영역이 아닌 중앙 영역에 집중되어 촉매(35)에 의한 산화 또는 환원 반응, 또는 필터에 의한 필터링 작업이 이루어짐으로써 촉매(35)에 의한 정화 효율 내지는 필터의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
한편, 이러한 문제점들을 개선하기 위해, 도시하지는 않았지만, 확산 몸체 내에 혼합 작용에 의해 유동 균일도를 향상시키는 믹서(mixer), 스필리터(splitter), 프로펠러(propeller) 등이 장착됨으로써 배기가스를 확산시킬 수 있을 것이나, 이러한 구성들을 협소한 공간을 갖는 확산 몸체 내에 장착하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 복잡한 구조로 인한 제작비 상승 등의 단점이 발생될 수 있다.
따라서, 촉매 또는 필터의 전 영역에서 해당 반응이 발생될 수 있도록 배기가스를 확산시킬 수 있으면서도, 간단한 구조를 갖는 새로운 구조의 배기가스 저감 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 인렛파이프를 통해 유입되는 배기가스를 디퓨져 내에서 균일하게 확산시킴으로써, 저감 물질에 의한 배기가스의 저감 효율을 향상시킬 수 있는 배기가스 저감 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 디퓨져 내에 적어도 하나의 확관 가이드를 용이하게 체결할 수 있어 제작을 쉽게 할 수 있으며, 따라서 비용 절감 효과를 구현할 수 있는 배기가스 저감 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 디퓨져의 내부를 통과한 배기가스가 저감 물질의 전 영역과 반응함으로써, 종래에 발생되었던 저감 물질, 예를 들면 촉매 또는 필터 등의 부분적인 사용을 개선할 수 있는 배기가스 저감 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치는, 인렛파이프(inlet pipe)가 연결되며 상기 인렛파이프를 통해 유입되는 배기가스를 확산시키는 디퓨져와, 상기 디퓨져에 연통되게 연결되며 상기 배기가스를 저감시키는 저감 물질이 내장된 중앙 몸체와, 상기 중앙 몸체와 연결되며 상기 저감 물질과 상호 작용된 상기 배기가스를 배출하는 배출 몸체를 구비하는 하우징; 및 상기 디퓨져의 형상과 대응되는 중공(中空)의 원뿔대 형상으로서, 상기 디퓨져 내에 배치되어 상기 디퓨져의 내부 공간을 복수의 확관 공간으로 구획하는 적어도 하나의 확관 가이드;를 포함하며, 상기 디퓨져의 중심축의 교차 방향으로 상기 디퓨져의 선단 부분을 단면 처리할 때 각 확관 공간의 면적이 동일한 면적을 갖도록, 상기 적어도 하나의 확관 가이드는 마련될 수 있다. 따라서, 인렛파이프를 통해 유입되는 배기가스를 디퓨져 내에서 균일하게 확산시킴으로써, 저감 물질이 촉매인 경우 촉매에 의한 배기가스의 산화(또는 환원) 반응을 촉진시켜 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저감 물질이 필터인 경우 배기가스의 필터 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 확관 가이드와, 상기 디퓨져의 중심축은 동일 선상에 위치하며, 따라서 배기가스가 각 확관 공간을 통과할 때 일측으로 편향되지 않고 균일하게 통과할 수 있다.
상기 디퓨져의 후단 부분을 단면 처리할 때 각 확관 공간의 면적이 동일한 면적을 갖도록, 상기 적어도 하나의 확관 가이드는 마련되며, 따라서 디퓨져를 통과하는 배기가스의 유동 균일도를 향상시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 확관 가이드는, 상기 디퓨져의 내측에 배치되는 제1 확관 가이드; 및 상기 제1 확관 가이드 및 상기 디퓨져의 사이에 배치되는 제2 확관 가이드를 포함하며, 상기 제1 확관 가이드의 내측은 제1 확관 공간이고, 상기 제1 확관 가이드와 상기 제2 확관 가이드의 사이 공간은 제2 확관 공간이며, 상기 제2 확관 가이드 및 상게 디퓨져의 사이 공간은 제3 확관 공간일 수 있다.
상기 디퓨져의 중심축의 교차 방향으로 단면 처리한 경우, 상기 제1 확관 가이드의 반경이 r1이고, 상기 제2 확관 가이드의 반경이 r2이고, 상기 디퓨져의 반경이 r3인 경우,
Figure 112009075300110-PAT00001
식이 성립하며, 이러한 식에 의해 디퓨져를 마련하는 경우 각 공간으로 유입 및 유출되는 배기가스의 양을 균일하게 유지할 수 있다.
상기 제1 확관 가이드 및 상기 제2 확관 가이드를 상기 디퓨져에 고정시키기 위한 가이드 고정부를 더 포함할 수 있으며, 따라서 디퓨져의 내부 또는 외부로부터 힘이 가해지더라도 디퓨져에 대한 제1 확관 가이드 및 제2 확관 가이드의 위치를 견고히 유지할 수 있다.
상기 가이드 고정부는, 상기 제1 확관 가이드 및 상기 제2 확관 가이드의 선단부를 상기 디퓨져에 고정시키는 선단 고정부재; 및 상기 제1 확관 가이드 및 상기 제2 확관 가이드의 후단부를 상기 디퓨져에 고정시키는 후단 고정부재를 포함함으로써, 제1 확관 가이드 및 제2 확관 가이드를 디퓨져에 견고히 고정시킬 수 있다.
상기 선단 고정부재 및 상기 후단 고정부재 각각은, 복수 개의 고정바아로 마련될 수 있다.
상기 중앙 몸체에 내장되는 상기 저감 물질은, 상기 배기 가스를 산화 또는 환원 반응시키는 촉매(Catalyst)이거나 상기 배기 가스를 필터링하는 필터(Filter)이며, 상기 저감 물질의 직경과 상기 디퓨져의 후단 부분의 내경은 상호 대응되는 크기를 가질 수 있으며, 따라서 디퓨져를 통과한 배기가스와 저감 물질의 접촉 면적을 최대로 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인렛파이프를 통해 유입되는 배기가스를 디퓨져 내에서 균일하게 확산시킴으로써, 저감 물질에 의한 배기가스의 저감 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 디퓨져 내에 적어도 하나의 확관 가이드를 용이하게 체결할 수 있어 제작을 쉽게 할 수 있으며, 따라서 비용 절감 효과를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 디퓨져의 내부를 통과한 배기가스가 저감 물질의 전 영역과 반응함으로써, 종래에 발생되었던 저감 물질, 예를 들면 촉매 또는 필터 등의 부분적인 사용을 개선할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
또한, 이하에서는, 디퓨져를 통과한 배기가스가 산화 촉매에 의해 산화되는 경우에 대해 설명할 것이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 산화 촉매 대신에 환원 촉매, 또는 유해입자를 필터링하는 필터 등이 적용될 수 있음은 당연하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 디퓨져의 사시도이고, 도 4는 도 3을 일방향에서 바라보되 내부가 투영된 도면이며, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이되 부분적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도이되 부분적으로 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(100)는, 디퓨져(120)와 중앙 몸체(130)와 배출 몸체(140)를 갖는 하우징(110)과, 디퓨져(120)의 내측에 마련되어 디퓨져(120)의 내부 공간을 복수의 확관 공간(S1, S2, S3)으로 구획하고 이로 인해 디퓨져(120) 내에서의 배기가스의 유동 균일도를 향상시키는 2개의 확관 가이드(150; 151, 152)를 포함한다. 여기서 확관 가이드(150; 151, 152)와 디퓨져(120)의 중심축은 동일 선상에 위치하며, 따라서 배기가스가 각 확관 공간(S1, S2, S3)을 통과할 때 일측으로 편향되지 않고 균일하게 통과할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 인렛파이프(105, inlet pipe)를 통해 디퓨져(120) 내로 유입된 배기가스는, 도 4의 화살표(A) 분포처럼, 디퓨져(120)의 전 영역으로 균일하게 확산된 상태로 이동할 수 있으며, 이에 따라 중앙 몸체(130) 내에 마련된 촉매(135)와 배기가스의 산화가 보다 활발하게 이루어질 수 있어 촉매(135)에 의한 배기가스의 정화율을 현저히 향상시킬 수 있다.
각 구성에 대해 설명하면, 먼저, 하우징(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 내측에 확관 가이드(150)가 마련됨으로써 배기가스의 유동 균일도를 향상시키는 디퓨져(120)와, 디퓨져(120)의 후단에 결합되며 디퓨져(120)를 통과한 배기가스를 산화시키는 촉매(135)가 결합되는 중앙 몸체(130)와, 촉매(135)에 의해 산화된 배기가스를 배출하는 배출 몸체(140)를 포함한다.
이들 중, 먼저 중앙 몸체(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 중공의 원통 형상으로 마련되며, 그 내부에는 촉매(135)가 결합되어 디퓨져(120)를 통과한 배기가스를 산화시킨다. 이때, 배기가스와 촉매(135)의 접촉 면적 및 접촉 시간을 최대로 함으로써 배기가스의 정화 효율을 향상시키기 위해, 촉매(135)는 중앙 몸체(130)의 길이에 대응되는 길이를 가질 뿐만 아니라 촉매(135)의 외경과 중앙 몸체(130)의 내경은 실질적으로 대응되게 마련된다.
즉, 디퓨져(120)의 후미 영역의 직경과 촉매(135)의 직경은 유사하여 디퓨져(120)의 전 영역으로 확산되어 이동되는 배기가스와 촉매(135)는 최대의 접촉 면적을 가질 수 있는 것이다. 또한 길게 마련된 촉매(135)를 통과하면서 촉매(135)에 의한 배기가스의 산화 작업이 진행되기 때문에 촉매(135)에 의한 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 배출 몸체(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일측은 중앙 몸체(130)의 후단과 연통되게 연결되고, 타측은 아웃렛파이프(107, outlet pipe)와 연통되게 연결된다. 따라서, 이러한 배출 몸체(140)는 일측에서 타측으로 갈수로 단면의 직경이 감소하는 원뿔대 형상으로 마련되며, 이러한 형상에 의해 촉매(135) 에 의해 산화된 배기가스가 응집되며 아웃렛파이프(107)로 이송될 수 있다.
다만, 본 실시예에서는, 배출 몸체(140)의 외형이 후술할 디퓨져(120)의 외형과 실질적으로 대칭하게 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배출 몸체(140)는 산화된 배기가스를 아웃렛파이프(107)로 이송시키기에 적합한 형상으로 마련될 수 있음은 자명하다.
한편, 전술한 바와 같이, 종래에는 확산(20, 도 1 참조) 몸체에서 배기가스의 확산이 제대로 이루어지지 않아(즉, 유동균일도가 좋지 않아) 촉매(35)의 일부 영역(화살표(B)가 집중 분포된 영역)에서만 산화 반응이 발생되었고 이로 인해 촉매(35)에 의한 배기가스의 정화 효율이 떨어짐으로써 배기가스의 정화가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
이에, 이러한 문제점을 해소하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(100)는, 디퓨져(120) 내에 마련되어 디퓨져(120)의 내부 공간을 복수의 확관 공간(S1, S2, S3)으로 구획함으로써 배기가스의 유동균일도를 향상시키는 2개의 확관 가이드(150; 151, 152)를 포함한다.
다만, 본 실시예에서는 디퓨져(120) 내에 2개의 확관 가이드(150; 151, 152)가 마련된다고 상술하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 확관 가이드(150)는 1개 또는 3개 이상이 마련될 수도 있다. 단, 확관 가이드(150)가 2개로 마련되는 것이 설치에 있어서 가장 바람직하다 할 것이다.
본 실시예에서, 2개의 확관 가이드(150; 151, 152)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 원뿔대 형상으로 마련되며 디퓨져(120)의 내측에 배치되는 제1 확관 가이드(151)와, 원뿔대 형상으로 마련되되 제1 확관 가이드(151)와는 다른 원뿔대 형상으로 마련되며 제1 확관 가이드(151) 및 디퓨져(120)의 사이에 배치되는 제2 확관 가이드(155)를 포함한다.
이러한 구성에 의해서, 제1 확관 가이드(151)의 내측 공간은 촉매(135)의 중앙 부분으로 배기가스가 이동되는 제1 확관 공간(S1)이 되고, 제1 확관 가이드(151)와 제2 확관 가이드(155)의 사이 공간은 촉매(135)의 중앙 부분을 약간 벗어난 부분으로 배기가스가 이동되는 제2 확관 공간(S2)이 되고, 제2 확관 가이드(155)와 디퓨져(120)의 사이 공간은 촉매(135)의 외측 부분으로 배기가스가 이동되는 제3 확관 공간(S3)이 된다.
따라서, 종래와 같이, 배기가스가 촉매(35, 도 1 참조)의 중앙 부분으로 집중되는 것을 저지할 수 있으며, 이에 따라 촉매(35)에 의한 배기가스의 정화 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 유동 균일도를 보다 향상시키기 위해, 즉 각 공간(S1, S2, S3)으로 실질적으로 동일한 배기가스가 이동될 수 있도록, 제1 확관 공간(S1)과, 제2 확관 공간(S2) 및 제3 확관 공간(S3)은 선단 부분 및 후단 영역에서 상호 동일한 단면적을 갖는다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 디퓨져(120)의 선단 부분에서 디퓨져(120)의 중심축의 교차 방향으로 단면 처리한 경우,
Figure 112009075300110-PAT00002
...... (1)
(여기서, r11 : 선단 부분에서의 제1 확관 가이드(151)의 반경, r12 : 선단 부분에서의 제2 확관 가이드(155)의 반경, r13 : 선단 부분에서의 디퓨져(120)의 반경)
에 의해, 디퓨져(120)의 선단 부분에서의 제1 확관 공간(S1)의 면적과, 제2 확관 공간(S2)의 면적과, 제 3 확관 공간(S3)의 면적은 동일하게 되며, 따라서 제1 확관 공간(S1)과, 제2 확관 공간(S2) 및 제3 확관 공간(S3)으로 실질적으로 동일한 양의 배기가스가 인입될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 디퓨져(120)의 후단 부분에서 디퓨져(120)의 중심축의 교차 방향으로 단면 처리한 경우,
Figure 112009075300110-PAT00003
......식 (2)
(여기서, r21 : 후단 부분에서의 제1 확관 가이드(151)의 반경, r22 : 후단 부분에서의 제2 확관 가이드(155)의 반경, r23 : 후단 부분에서의 디퓨져(120)의 반경)
에 의해, 디퓨져(120)의 후단 부분에서의 제1 확관 공간(S1)의 면적과, 제2 확관 공간(S2)의 면적과, 제 3 확관 공간(S3)의 면적은 동일하게 되며, 이에 제1 확관 공간(S1)과, 제2 확관 공간(S2) 및 제3 확관 공간(S3)으로부터 중앙 몸체(130)의 촉매(135) 방향으로 균일한 배기가스가 공급될 수 있다.
또한, 이러한 제1 확관 공간(S1)과, 제2 확관 공간(S2) 및 제3 확관 공간(S3)은 후미로 갈수록 폭이 넓어짐으로써 각 확관 공간(S1, S2, S3)으로 유입된 배기가스는 확산되며 후미 방향으로 이동할 수 있으며, 이에 따라 각 확관 공간(S1, S2, S3)과 대응되는 촉매(135)의 부분들과의 산화 반응이 균일하게 발생할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 확관 가이드(150; 151, 155)들에 의해 디퓨져(120)의 내부 공간이 제1 확관 공간(S1)과, 제2 확관 공간(S2) 및 제3 확관 공간(S3)으로 구획됨으로써 디퓨져(120) 내로 유입된 배기가스의 유동 균일도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 촉매(135)와의 접촉 면적을 증대시킴으로써 촉매(135)에 의한 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있어 배기가스의 정화 작업을 활발히 할 수 있다.
한편, 확관 가이드(150; 151, 155)들은, 디퓨져(120)의 형상에 대응되는 원뿔대 형상을 가짐으로써 디퓨져(120) 내에 용이하게 결합될 수 있으며, 따라서 제작에 소요되는 비용을 현저히 절감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래에는 배기가스의 유동 균일도를 향상시키기 위해, 확산 몸체(20, 도 1 참조) 내에 믹서(mixer), 스필리터, 프로펠러를 장착함으로써 구조적으로 복잡하였으나, 본 실시예에서는 확관 가이드(150; 151, 155)들이 간단한 구조를 가질 뿐만 아니라 설치가 용이하여 종래의 구조적 복잡함을 해결할 수 있다.
한편, 전술한 확관 가이드(150; 151, 155)들이 배기가스의 유동 압력 등을 견딜 수 있도록, 확관 가이드(150; 151, 155)들은 디퓨져(120)에 견고히 결합되어야 한다.
이에, 본 실시예의 배기가스 저감 장치(100)는, 이러한 확관 가이드(150; 151, 155)들을 디퓨져(120)에 고정시키기 위한 가이드 고정부(170)를 더 포함한다.
본 실시예의 가이드 고정부(170)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 확관 가이드(151) 및 제2 확관 가이드(155)의 선단 부분을 디퓨져(120)에 고정시키는 선단 고정부재(171)와, 제1 확관 가이드(151) 및 제2 확관 가이드(155)의 후단 부분을 디퓨져(120)에 고정시키는 후단 고정부재(175)를 포함한다.
이러한 선단 고정부재(171) 및 후단 고정부재(175)는, 상호 교차하는 두 개의 고정바아(170a)로 마련되며, 이러한 고정바아(170a)들은 제1 확관 가이드(151) 및 제2 확관 가이드(155)를 관통하여 디퓨져(120)에 고정된다. 따라서, 외부 또는 내부로부터 확관 가이드(150; 151, 155)들에 힘이 가해지더라도 디퓨져(120)에 대한 확관 가이드(150; 151, 155)들의 위치를 견고히 유지할 수 있으며, 이에 따라 확관 가이드(150; 151, 155)들의 위치 변화로 인해 배기가스의 유동 균일도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는, 확관 가이드(150; 151, 155)들을 디퓨져(120)에 고정시키기 위한 가이드 고정부(170)가 상호 교차하는 고정바아(170a)들로 구성된다고 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 고정 구조를 갖는 가이드 고정부(미도시)로 확관 가이드(150; 151, 155)들을 디퓨져(120)에 고정시킬 수도 있을 것이다.
이하에서는, 이러한 구성을 갖는 배기가스 저감 장치(100)의 작동 과정을 설명하기로 한다.
먼저 내연기관의 구동 결과 발생되는 배기가스가 인렛파이프(105)를 거쳐 디퓨져(120) 내의 초입 부분으로 유입된다. 여기서, 디퓨져(120) 내로 유입되는 배기가스는, 제1 확관 가이드(151) 및 제2 확관 가이드(155)에 의해 형성되는 제1 확관 공간(S1)과, 제2 확관 공간(S2) 및 제3 확관 공간(S3)으로 균일하게 확산되고, 각 확관 공간(S1, S2, S3)을 거쳐 중앙 몸체(130)에 내장된 촉매(135)를 향하여 이동한다.
이때 배기가스는, 전술한 확관 가이드(150; 151, 155)에 의해 균일하게 퍼진 상태로 촉매(135)와 상호 산화 반응하는 것이기 때문에, 촉매(135)에 의한 배기가스의 정화 효율은 종래에 비해 향상될 수 있다.
이후, 배기가스는 촉매(135)의 길이 방향을 따라 이동하며 계속적으로 촉매(135)에 의한 산화 반응을 거치게 되며, 따라서 정화된다.
이어서, 촉매(135)를 통과한 배기가스, 즉 정화된 배기가스는 배출 몸체(140)를 거쳐 아웃렛파이프(107)로 이송되고, 다음으로 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 인렛파이프(105)를 통해 유입되는 배기가스를 확관 가이드(150; 151, 155)들에 의해 디퓨져(120) 내에서 균일하게 확산시킴으로써 촉매(135)에 의한 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 디퓨져(120) 내에 확관 가이드(150; 151, 155)들을 용이하게 체결할 수 있어 제작을 쉽게 할 수 있어 비용 절감 효과를 구현할 수 있다.
또한, 디퓨져(120)의 내부를 통과한 배기가스가 촉매(135)의 전 영역과 반응함으로써, 촉매(135)가 부분적으로 사용되는 종래의 단점을 해결할 수 있는 장점 이 있다.
한편, 본 출원인은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(100, 도 4 참조)와, 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(1, 도 1 참조)를 비교하기 위해, 본 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(100) 및 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(1)를 CATIA를 이용하여 설계한 후, 동일 조건(유체 유입량 : 0.01kg/s, 유체의 종류 : 기체, 외부 압력 : 1bar, 온도 : 300℃, 꾸준한 유체 흐름이 형성되는 조건) 속에서 둘 간의 유동 균일도(Uniformity Index) 값을 계산하였다.
그 결과, 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(1)에서는, 유체의 흐름이 확산 몸체(20)의 중앙 부분에 집중적으로 형성되었고, 반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(100)에 있어서는, 유체의 흐름이 디퓨져(120)의 전 영역에 형성되었다.
그리고, 유동 균일도를 구하는 식에 의해 유동 균일도를 계산한 결과, 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(1)의 유동 균일도는 0.435로 계산되었고, 본 발명의 일 실시예에 다른 배기가스 저감 장치(100)의 유동 균일도는 0.658로 계산되었다. 따라서, 본 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(100)가 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(1)에 비해 약 51% 정도 향상된 유동 균일도를 갖는다는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 시뮬레이션 결과, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치(100)가 확관 가이드(150)를 구비함으로써 종래에 비해 유동 균일도가 현저히 향상됨을 알 수 있으며, 이로 인해 촉매(135)와의 접촉 면적을 향상시킬 수 있어 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 디퓨져의 사시도이다.
도 4는 도 3을 일방향에서 바라보되 내부가 투영된 도면이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도이되 부분적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도이되 부분적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 배기가스 저감 장치 110 : 하우징
120 : 디퓨져 130 : 중앙 몸체
140 : 배출 몸체 150 : 확관 가이드
151 : 제1 확관 가이드 155 : 제2 확관 가이드
170 : 고정부 S1 : 제1 확관 공간
S2 : 제2 확관 공간 S3 : 제3 확관 공간

Claims (9)

  1. 인렛파이프(inlet pipe)가 연결되며 상기 인렛파이프를 통해 유입되는 배기가스를 확산시키는 디퓨져와, 상기 디퓨져에 연통되게 연결되며 상기 배기가스를 저감시키는 저감 물질이 내장된 중앙 몸체와, 상기 중앙 몸체와 연결되며 상기 저감 물질과 상호 작용된 상기 배기가스를 배출하는 배출 몸체를 구비하는 하우징; 및
    상기 디퓨져의 형상과 대응되는 중공(中空)의 원뿔대 형상으로서, 상기 디퓨져 내에 배치되어 상기 디퓨져의 내부 공간을 복수의 확관 공간으로 구획하는 적어도 하나의 확관 가이드;
    를 포함하며,
    상기 디퓨져의 중심축의 교차 방향으로 상기 디퓨져의 선단 부분을 단면 처리할 때 각 확관 공간의 면적이 동일한 면적을 갖도록, 상기 적어도 하나의 확관 가이드는 마련되는 배기가스 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 확관 가이드와, 상기 디퓨져의 중심축은 동일 선상에 위치하는 배기가스 저감 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디퓨져의 후단 부분을 단면 처리할 때 각 확관 공간의 면적이 동일한 면적을 갖도록, 상기 적어도 하나의 확관 가이드는 마련되는 배기가스 저감 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 확관 가이드는,
    상기 디퓨져의 내측에 배치되는 제1 확관 가이드; 및
    상기 제1 확관 가이드 및 상기 디퓨져의 사이에 배치되는 제2 확관 가이드를 포함하며,
    상기 제1 확관 가이드의 내측은 제1 확관 공간이고, 상기 제1 확관 가이드와 상기 제2 확관 가이드의 사이 공간은 제2 확관 공간이며, 상기 제2 확관 가이드 및 상게 디퓨져의 사이 공간은 제3 확관 공간인 배기가스 저감 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디퓨져의 중심축의 교차 방향으로 단면 처리한 경우, 상기 제1 확관 가이드의 반경이 r1이고, 상기 제2 확관 가이드의 반경이 r2이고, 상기 디퓨져의 반경이 r3인 경우,
    Figure 112009075300110-PAT00004
    식이 성립하는 배기가스 저감 장치.
  6. 제1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 확관 가이드 및 상기 제2 확관 가이드를 상기 디퓨져에 고정시키기 위한 가이드 고정부를 더 포함하는 배기가스 저감 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가이드 고정부는,
    상기 제1 확관 가이드 및 상기 제2 확관 가이드의 선단부를 상기 디퓨져에 고정시키는 선단 고정부재; 및
    상기 제1 확관 가이드 및 상기 제2 확관 가이드의 후단부를 상기 디퓨져에 고정시키는 후단 고정부재를 포함하는 배기가스 저감 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선단 고정부재 및 상기 후단 고정부재 각각은, 적어도 하나의 고정바 아로 마련되는 배기가스 저감 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중앙 몸체에 내장되는 상기 저감 물질은, 상기 배기 가스를 산화 또는 환원 반응시키는 촉매(Catalyst)이거나 상기 배기 가스를 필터링하는 필터(Filter)이며,
    상기 저감 물질의 직경과 상기 디퓨져의 후단 부분의 내경은 상호 대응되는 크기를 갖는 배기가스 저감 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180135134A (ko) * 2017-06-09 2018-12-20 한국에너지기술연구원 촉매반응-산성가스제거반응 일체형 다단 pfc 처리용 장치 및 이를 이용한 pfc 처리 공정
KR102158452B1 (ko) * 2020-08-19 2020-09-21 주성필 연소가스 정화장치
KR20210020859A (ko) * 2019-08-14 2021-02-24 지앙수 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지 선박용 scr 시스템 반응기 도류 장치

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