KR20130014681A - 배기가스 정화장치 - Google Patents

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토시유키 카메이
쇼헤이 나가사카
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

배기가스 정화장치(1)는 배기가스의 흐름 방향을 따라 착탈 가능하게 직렬 배치된 통 형상의 본체 셀(31) 및 출구측 셀(41)과, 본체 셀(31) 내에 배치된 CSF (32)를 구비하고, 본체 셀(31)과 CSF(32) 사이에는 단열 매트(322)가 개재되고, 본체 셀(31)에 있어서의 출구측 셀(41)측의 단부에는 팽출부(51)가 형성되고, 출구측 셀(41)에 있어서의 본체 셀(31)측의 단부에는 본체 셀(31)측을 향해서 확개된 플레어부(61)가 형성되고, 각 셀(31, 41)은 팽출부(51)와 플레어부(61)에 걸쳐지는 V인서트(71)를 갖는 체결구(7)에 의해 서로 접속되고, CSF(32)의 출구측 셀(41)측의 단부는 단열 매트(322)의 단부보다 출구측 셀(41)측으로 돌출되고, 또한 본체 셀(31)의 단부보다 내측에 위치하고 있다.

Description

배기가스 정화장치{EXHAUST GAS EMISSION CONTROL SYSTEM}
본 발명은 배기가스 정화장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 디젤엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기가스의 정화장치로서 복수의 통 형상의 외장 셀을 직렬로 접속한 구조인 것이 알려져 있다. 하나의 셀의 내부에는 배기가스 중의 PM(입자 형상 물질: Particulate Matter)을 포집하는 CSF(촉매화 매연 필터: Catalyzed Soot Filter)가 수용되고, 그 입구측에 접속된 셀 내에는 배기가스 중에 공급되는 도징(dosing) 연료를 산화, 발열시켜서 배기가스 온도를 상승시키는 DOC(디젤 산화 촉매: Diesel Oxidation Catalyst)가 수용되어 있다(예를 들면 특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1에서는 장치 전체의 콤팩트화를 도모하기 위해서 DOC측의 셀의 출구측에 확경부를 형성하고, 이 확경부 내에 CSF측의 셀의 입구측을 삽입하도록 끼워넣어 이에 따라 DOC와 CSF의 거리를 줄여서 장치의 전체 길이를 작게 하고 있다. 그리고, 각 셀의 접속은 서로 대향하는 플랜지끼리를 접촉시킴과 아울러 이들을 관통하는 볼트 및 너트의 체결에 의해 행해진다.
그러나, 이 특허문헌 1의 구조에서는 한쪽의 셀을 다른쪽의 셀에 삽입하도록 감합시키고 있기 때문에, 배기가스의 열에 의해 열응력이 발생하면 셀이 변형되어 서로를 용이하게 분해할 수 없어 CSF의 세정이나 교환 등의 메인터넌스가 곤란해진다.
그래서, 특허문헌 2와 같이 특허문헌 1에 있었던 감합 부분을 없애고 CSF의 입구 부분을 DOC측의 셀 내에 집어넣는 구조로 하는 것이 고려된다.
일본 특허 공개 2004-263593호 공보 일본 특허 공개 2011-012618호 공보
그러나, 특허문헌 2에서는 배기가스 정화장치로서 조립되어 있는 상태에서는 DOC 및 CSF의 양쪽이 셀에 의해 덮여 있지만 분해된 상태에서는 CSF가 DOC측의 셀 내에 들어가는 분량만큼 자신을 덮고 있는 셀로부터 돌출되어 노출되게 된다. 따라서, 메인터넌스 중에 있어서 CSF의 돌출 부분이 다른 것에 접촉하거나 하여 파손될 가능성이 있어 취급을 신중하게 행할 필요가 있다.
또한, 각 플랜지에 의한 접속 위치를 DOC측으로 크게 어긋나게 하여 CSF를 자신의 셀로 완전히 덮으려고 하면, 플랜지가 DOC측의 셀의 외주를 덮고 있는 단열재에 지나치게 근접해버리기 때문에 플랜지를 관통시키는 볼트나 이것에 나사 결합되는 너트의 조작이 번잡해져 분해나 조립을 신속하게 행할 수 없다. 또한, 장치의 형태에 따라서는 플랜지가 배기관에 지나치게 근접하거나 온도 센서에 지나치게 근접하는 경우도 있어 마찬가지의 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 장치의 소형화를 유지하면서 취급을 용이하게 할 수 있고, 또한 조립이나 분해 등도 신속하게 할 수 있는 배기가스 정화장치를 제공하는 것에 있다.
제 1 발명에 의한 배기가스 정화장치는 배기가스의 흐름 방향을 따라 착탈 가능하게 직렬 배치되는 통 형상의 제 1 셀 및 제 2 셀을 구비하고, 상기 제 1 셀에 있어서의 상기 제 2 셀이 접속되는 측의 단부에는 지름 방향의 외측으로 팽출(膨出)된 팽출부가 형성되고, 상기 제 2 셀에 있어서의 상기 제 1 셀이 접속되는 측의 단부에는 상기 제 1 셀측을 향해서 확개(擴開)된 플레어부가 형성되고, 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 중 적어도 상기 제 1 셀의 내부에는 단열 매트를 통해서 유지된 내장 부재가 설치되고, 상기 제 1 셀의 내부에 설치된 상기 내장 부재에 있어서의 상기 제 2 셀측의 단부는 상기 단열 매트의 단부보다 상기 제 2 셀측으로 돌출되고, 또한 상기 제 1 셀의 단부보다 돌출되지 않는 위치가 되고, 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀은 서로 근접하는 상기 팽출부와 상기 플레어부에 걸쳐지는 V인서트를 구비한 체결구에 의해 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 2 발명에 의한 배기가스 정화장치에서는 상기 내장 부재에 있어서의 상기 제 2 셀측의 단부는 조립 공정 상에서 최저의 필요한 상기 단열 매트로부터의 돌출값을 초과해서 상기 제 2 셀측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
제 3 발명에 의한 배기가스 정화장치에서는 상기 내장 부재에 있어서의 상기 제 2 셀측의 단부는 상기 팽출부의 범위 내에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
제 4 발명에 의한 배기가스 정화장치에서는 상기 내장 부재의 상기 단열 매트의 단부로부터의 돌출량은 상기 내장 부재에 발생하는 굽힘 모멘트에 의한 응력이 상기 내장 부재의 허용 응력을 초과하지 않는 값으로 되는 것을 특징으로 한다.
제 1 발명에 의하면, 제 1 셀 내에 배치된 CSF 등의 내장 부재의 단부는 단열 매트의 단부와 동일 높이의 면이거나 그 단부를 초과해서 제 2 셀측에 위치하고 있고, 그만큼 단열 매트에 대하여 제 2 셀측으로 어긋나게 해서 배치할 수 있다. 따라서, 제 1 셀에서는 반대측의 단부(제 2 셀측과는 반대측의 단부)측을 줄여서 길이를 짧게 할 수 있고, 장치 전체의 콤팩트화에 공헌할 수 있다.
또한, 내장 부재의 단부는 자신의 셀의 단부로부터 돌출되지 않고 V인서트를 구비한 체결구를 사용함으로써, 접속 방향을 따라 돌출되는 종래와 같은 복수의 볼트나 너트를 사용하지 않기 때문에 팽출부를 크게 하여 제 2 셀측에 근접시킬 수 있다. 이 결과, 내장 부재의 단부는 제 1 셀에 의해 완전히 덮이게 되고, 내장 부재가 수용된 상태의 제 1 셀을 장치로부터 분리하여 방치한 경우라도 깨지기 쉬운 내장 부재를 노출시킬 일이 없어 다른 것과의 접촉에 의한 손상을 방지할 수 있다.
또한, 제 1 셀, 제 2 셀을 접속하는 체결구는 각 셀의 팽출부 및 플레어부를 쐐기 효과에 의해 서로 근접시켜서 접속하는 구조이며, 쐐기 효과를 발휘시키기 위해서는 V인서트와 일체의 밴드, 밴드의 양쪽 이단(異端)을 체결하는 1개의 볼트 부재, 및 이것에 나사 결합하는 너트가 있으면 좋고, 조립이나 분해시에는 그 너트만을 조작하기만 하면 되기 때문에 작업성을 양호하게 할 수 있다.
제 2 발명에 의하면, 내장 부재의 단부는 단열 매트로부터의 필요 최저한의 돌출값을 초과해서 돌출되므로 단열 매트에 덮여 있지 않은 돌출 부분의 주위가 배기가스에 의한 열로 따뜻해진다. 예를 들면, 내장 부재가 CSF인 경우에는 끝면밖에 노출되어 있지 않은 경우에 비해서 재생을 신속하게 할 수 있다.
제 3 발명에 의하면, 내장 부재의 단부는 팽출부에 의해 형성된 큰 내부 공간에 임하게 되기 때문에 내장 부재의 단부가 한층 더 노출되게 된다. 예를 들면, 내장 부재가 CSF인 경우에는 그 돌출 부분의 주위를 배기가스에 의해 더욱 효과적으로 따뜻하게 할 수 있고, 재생을 보다 신속하게 할 수 있다.
제 4 발명에 의하면, 내장 부재의 단부가 굽힘 모멘트에 의한 허용 응력 내에서 돌출되게 되기 때문에 단열 매트에서의 유지 부분에서 균열이 발생하거나 할 걱정이 없이 내장 부재의 내구성을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 의한 배기가스 정화장치의 전체를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 상기 실시형태의 요부를 확대해서 나타내는 단면도이고, 도 1의 원 II 확대도이다.
도 3은 상기 실시형태에서 사용되는 체결구의 요부를 확대해서 나타내는 일부 단면의 측면도이다.
도 4는 상기 실시형태의 다른 요부를 확대해서 나타내는 단면도이고, 도 1의 원 IV 확대도이다.
이하, 본 발명의 일실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
또한, 이하의 설명에서 사용하는 「상류측」이란 배기가스의 흐름 방향의 상류측을 말하고, 「하류측」이란 배기가스의 흐름 방향의 하류측을 말한다. 또한, 상류측과 입구측, 및 하류측과 출구측을 같은 뜻으로 사용하는 경우가 있다.
도 1에는 본 실시형태의 배기가스 정화장치(1)가 나타내어져 있다.
배기가스 정화장치(1)는 도시하지 않은 디젤엔진 등의 내연 기관으로부터의 배기관 도중에 설치되어 배기가스 중에 포함되는 PM을 포집하는 장치다. 구체적으로 배기가스 정화장치(1)는 가장 상류측(도면 중 우측)에 설치된 입구측 보디(2)와, 입구측 보디(2)의 하류측에 설치된 본체 보디(3)와, 가장 하류측에 설치된 출구측 보디(4)로 구성되어 있다. 각 보디(2, 3, 4)는 각각 스테인레스 등의 금속으로 이루어지는 원통 형상이고, 또한 배기가스의 흐름 방향을 따라 착탈 가능하게 직렬 배치된 입구측 셀(21), 본체 셀(31), 출구측 셀(41)을 갖고 있다.
[입구측 보디의 설명]
입구측 보디(2)는 입구측 셀(21)과, 입구측 셀(21)의 외주 부분을 상하로 관통하는 원통 형상의 입구관(22)과, 입구측 셀(21) 내에 수용되어서 입구관(22)이 삽통된 내통 부재(23)와, 입구측 셀(21) 내에 수용되어 내통 부재(23)의 하류측에 배치된 원주 형상의 DOC(24)를 구비하고 있다.
통 형상인 입구측 셀(21)에서는 그 일단[본체 보디(3)와는 반대측이며, 도면 중의 우단]이 외측 플레이트(211)에 의해 막혀 있고, 타단이 본체 보디(3)측을 향해서 개구되어 있다.
입구관(22)은 입구측 셀(21) 및 내통 부재(23)를 상하로 관통하고 있고, 입구(221)가 하측이 되도록 하방으로 돌출되어 입구측 셀(21)에 대하여 용착되어 있다. 입구관(22)의 하단인 입구(221)측은 엔진으로부터의 배기관에 접속되고, 상단은 플레이트(222)에 의해 막혀 있다. 입구관(22)에서의 입구측 셀(21)의 내부에 대응한 영역 전체에는 다수의 둥근 구멍(223)이 형성되고(도면에서는 간략화를 위해 세로 1열분에 대해서 도시), 이들 둥근 구멍(223)으로부터 배기가스가 입구측 셀(21) 내로 유출된다.
입구관(22)의 길이축 방향의 도중에는 3매의 조정판[224(224A, 224B, 224C)]이 배기가스의 유입 방향을 따라 간격을 두고 부착되어 있다. 상류측의 2매의 조정판(224A, 224B)에는 표리를 관통하는 개구부(225)가 형성되어 있다. 상류측에 부착된 조정판(224A) 쪽이 조정판(224B)보다 개구부(225)의 개구 면적이 크다. 이 결과, 각 조정판(224)에 의해 구획된 공간 내로 들어가는 배기가스의 유량이 조정되어 입구관(22) 전체로부터 유출되는 배기가스가 입구측 셀(21) 내에 퍼져서 그 분포가 균일화되고, DOC(24)의 입구 끝면(241)에 대하여 빠짐없이 흘러든다.
내통 부재(23)는 입구관(22)으로부터 흘러나온 배기가스에 의한 열을 입구측 셀(21)에 전달하기 어렵게 하기 위한 대략 원통 형상의 부재이며, 그 일단은 내측 플레이트(231)에 의해 막히고, 타단은 DOC(24)에 근접하도록 개구되어 있다. 이러한 내통 부재(23)는 입구측 셀(21) 내에 수용된 후, 내측 플레이트(231)의 외주가 입구측 셀(21)의 내주면에 용착된다. 이때, 내측 플레이트(231)는 입구측 셀(21)의 외측 플레이트(211)와 소정의 간격을 두고 대향하고, 각 플레이트(211, 231) 사이에는 세라믹스 섬유제나 유리 섬유제의 단열 매트(232)가 개재된다.
DOC(24)는 배기가스 중에 필요에 따라 공급되는 도징 연료를 산화, 발열시켜서 배기가스 온도를 소정의 고온역까지 상승시키는 촉매이다. 이 상승한 배기가스를 이용함으로써, 후술하는 CSF(32)에 퇴적된 PM을 자기 연소시켜서 소각 제거하고 CSF(32)를 재생시킨다.
도징 연료는 내연 기관이 디젤엔진인 경우에서는, 예를 들면 엔진 연료와 같은 경유이며 입구관(22)이 접속되는 배기관에 설치된 도징용 연료 분사 장치에 의해 배기가스 중에 공급되고, 배기가스와 함께 배기가스 정화장치(1) 내로 유입된다. 또한, 도징용 연료를 엔진 실린더 내에 공급하는 경우에서는 엔진 실린더 내 분사용 연료 분사 장치에 의해 도징용 연료도 공급하게 된다.
이러한 DOC(24)와 입구측 셀(21) 사이에는 단열 매트(242)가 압입된 상태로 개재되어 있다. 단열 매트(242)의 재질은 상술한 단열 매트(232)와 같다. 여기에서의 단열 매트(242)는 압축에 대한 반력(탄성력)을 이용해서 DOC(24)를 유지하는 유지 부재로서도 기능하고 있다.
[본체 보디의 설명]
본체 보디(3)는 본체 셀(31)과, 본체 셀(31)의 내부에 수용되어서 배기가스 중의 PM을 포집하는 CSF(32)로 구성되어 있다.
본체 셀(31) 내부에 있어서, 그 입구측 부분에는 소정의 두께를 갖는 환상 부재(311)가 설치되어 있다. 환상 부재(311)는 본체 셀(31)의 내주면에 접촉되는 환상 판재(312)와, 이 환상 판재(312)를 향해서 개구된 단면 コ자 형상의 환상 コ자형재(313)를 구비하고, 이들이 서로 용착 등에 의해 접속되어 있다. 환상 판재(312)와 환상 コ자형재(313)로 형성된 내부 공간에는 단열 매트(314)가 수용되어 있다.
CSF(32)는 상세한 도시를 생략하지만, 다수의 작은 구멍을 배치한 구조이다. 작은 구멍은 유입측으로부터 유출측을 향해서 연통되어 있고, 그 단면은 다각형상(예를 들면 육각형상)으로 형성되어 있다. 작은 구멍으로서는 입구측에서 개구되고 출구측에서 밀봉된 것과, 입구측에서 밀봉되고 출구측에서 개구된 것이 교대로 배치되어 있고, 전자의 작은 구멍으로부터 유입된 배기가스가 경계벽을 통과해서 후자의 작은 구멍으로 빠져 하류측으로 유출된다. 그리고, 그 경계벽에서 PM이 포집된다.
CSF(32)의 재질은 코디어라이트(cordierite)나 탄화규소 등의 세라믹스, 또는 스테인레스나 알루미늄 등의 금속으로 이루어지고, 용도에 따라 적당하게 결정된다. 또한, CSF(32)의 입구측에는 DOC(24)와는 재질이 다른 산화 촉매가 워시코팅(wash-coating) 등에 의해 코팅되어 있어도 좋다.
이러한 CSF(32)와 본체 셀(31) 사이에도 단열 매트(322)가 압입된 상태로 개재되어 있다. 이 단열 매트(322) 및 상기 단열 매트(314)의 재질은 상술한 단열 매트(232, 242)와 같다. 후술하는 단열 매트(432)도 마찬가지이다. 여기에서의 단열 매트(322)도 압축에 대한 반력을 이용해서 CSF(32)를 유지하는 유지 부재로서 기능하고 있다.
[출구측 보디의 설명]
출구측 보디(4)는 출구측 셀(41)과, 출구측 셀(41) 상부의 외주 부분에 삽통된 원통 형상의 출구관(42)과, 출구측 셀(41) 내에 수용되어 출구관(42)이 삽통된 내통 부재(43)를 구비하고 있다.
통 형상인 출구측 셀(41)에서는 일단[본체 보디(3)와는 반대측이며, 도면 중의 좌단)이 원판 형상의 외측 플레이트(411)에 의해 막혀 있고, 타단이 본체 보디(3)측을 향해서 개구되어 있다.
출구관(42)은 출구측 셀(41) 및 내통 부재(43)의 상부 부분을 관통하고 있고, 출구(421)가 상측이 되도록 상방으로 돌출되어 입구측 셀(21)에 대하여 직접, 및 환상의 보강 부재(422)를 통해서 용착되어 있다.
내통 부재(43)는 CSF(32)로부터 흘러나온 배기가스에 의한 열을 출구측 셀(41)에 전달하기 어렵게 하기 위한 부재이며, 그 일단은 내측 플레이트(431)에 의해 막히고, 타단측은 CSF(32)에 근접하도록 개구되어 있다. 이 내통 부재(43)도 출구측 셀(41) 내에 수용된 후 내측 플레이트(431)의 외주가 출구측 셀(41)의 내주면에 용착된다. 이때, 내측 플레이트(431)는 출구측 셀(41)의 외측 플레이트(411)와 소정의 간격을 두고 대향하고, 각 플레이트(411, 431) 사이에는 단열 매트(432)가 개재된다.
또한, 내통 부재(43) 내부의 입구 부근에는 출구측을 향해서 축경된 지수(止水) 부재(433)가 설치되어 있다. 지수 부재(433)의 축경 부분에 형성된 개구(434)는 빗물 등이 고이기 쉬운 내통 부재(43)의 바닥 부분보다 높게 위치하기 때문에 빗물의 CSF(32)측으로의 침입이 방지된다. 테일파이프로부터 출구관(42)을 통해서 빗물이 들어가고, 이 빗물이 CSF(32)에 접촉하면 CSF(32)의 파손이나 기능 저하를 초래할 가능성이 있기 때문에 지수 부재(433)에 의해 CSF(32)측으로의 빗물의 침입을 방지하고 있는 것이다.
이상에서 설명한 배기가스 정화장치(1)에서는 입구관(22)과 DOC(24) 사이에 있어서 입구측 셀(21) 및 내통 부재(23)를 관통하는 온도 센서(11)가 설치되고, DOC(24)와 CSF(32) 사이에 있어서도 본체 셀(31) 및 환상 부재(311)를 관통하는 온도 센서(12)가 설치되어 있다. 이들 온도 센서(11, 12)로부터 얻어지는 배기가스의 온도에 의거하여 도징 연료의 공급 제어 등이 행해진다. 또한, 배기가스 정화장치(1)는 CSF(32)의 상류측과 하류측의 차압을 검출하는 차압 센서(13)를 구비하고, 차압 센서(13)로부터 얻어지는 차압은 CSF(32)의 막힘 상태를 판정하는 정보로서 사용된다.
[본체 보디와 출구측 보디의 접속 부분의 상세 설명]
도 2에는 본체 보디(3)와 출구측 보디(4)의 접속 부분에 대해서 그 요부가 확대되어 나타내어져 있다.
도 2에 나타내는 본체 보디(3)의 본체 셀(31)에 있어서, 출구측 셀(41)측의 단부에는 지름 방향의 외측으로 팽출된 산 형상의 팽출부(51)가 형성되어 있다. 팽출부(51)의 상류측에는 굴곡부(52)를 개재해서 제 1 평탄부(53)가 형성되고, 제 1 평탄부(53)의 더욱 상류측에는 단차부(54)를 개재해서 축경된 제 2 평탄부(55)가 형성되어 있다. 한편, 팽출부(51)의 하류측에는 굴곡부(56)를 개재해서 제 3 평탄부(57)가 형성되어 있다.
이 중, 제 2 평탄부(55)와 CSF(32) 사이에 단열 매트(322)가 압입된 상태로 개재되어 있고, 제 2 평탄부(55)의 내경 치수는 압축된 단열 매트(322)에서 CSF(32)를 유지하기 위한 적정한 탄성력이 발생하는 크기로 설정되어 있다. 즉, 가령 단열 매트(322)의 단부가 팽출부(51)측으로 크게 돌출되어 있다고 해도 제 1 평탄부(53)보다 하류측의 영역에서는 내경 치수가 지나치게 커서 단열 매트(322)가 양호하게 압축되지 않아 적정한 탄성력이 발생하지 않기 때문에 CSF(32)의 유지에는 조금도 도움이 될 일은 없다. 따라서, 단열 매트(322)는 제 2 평탄부(55)의 영역에서 개재된다.
여기에서, 단열 매트(322)의 하류측의 단부로부터 CSF(32)의 하류측의 단부까지의 거리를 A, 마찬가지로 본체 셀(31)의 하류측의 단부까지의 거리를 B, 마찬가지로 도면 중의 1점 쇄선으로 나타내어진 위치까지의 거리를 C, 마찬가지로 팽출부(51)의 상류측의 굴곡부(52)까지의 거리를 D라고 하면, 다음 식(1)～식(3)을 충족시키고 있다.
0<A≤B … (1)
C<A≤B … (2)
D≤A≤B … (3)
식(1)은 CSF(32)의 단부가 단열 매트(322)의 단부보다 돌출되고, 또한 본체 셀(31)의 단부보다 내측에 위치하고 있는 상태이며, 단열 매트(322)의 단부로부터 돌출된 CSF(32)가 본체 셀(31)에 의해 완전하게 덮이는 것을 의미한다. CSF(32)의 돌출단측이 덮여 있음으로써 본체 보디(3)를 분리했을 때에는 CSF(32)가 본체 셀(31)로부터 돌출될 일이 없고, 그 상태로 방치해 두어도 CSF(32)가 다른 것과 접촉하기 어려워 CSF(32)의 파손 등을 유효하게 방지할 수 있다.
식(2)에 있어서, 「C」는 조립 공정 상에서 최저의 필요한 CSF(32)의 돌출값을 나타내고 있다. 따라서, 식(2)는 식(1)을 충족시키면서 CSF(32)의 단부가 단열 매트(322)의 단부보다 돌출값을 초과해서 돌출되어 있는 것을 의미한다. 단열 매트(322)는 미리 CSF(32)의 담체 주위에 감기고, 이 상태에서 CSF(32)와 함께 본체 셀(31) 내에 압입된다. 이때, 최저한의 돌출값만큼만 CSF(32)를 돌출시켜서 단열 매트(322)를 감아 둠으로써 단열 매트(322)에 덮여 있지 않은 돌출 부분의 주위가 배기가스에 의한 열로 따뜻해지고, 끝면밖에 노출되어 있지 않은 경우에 비해서 CSF(32)의 재생을 신속하게 할 수 있다.
식(3)은 식(1)을 충족시키면서 CSF(32)의 단부가 단열 매트(322)의 단부로부터 팽출부(51)에 의해 팽창된 내부 공간(58)까지의 거리 이상으로 하류측으로 돌출되어서 위치하고 있는 것을 의미한다. 구체적으로, 본 실시형태에서의 CSF(32)의 단부는 굴곡부(52, 56) 사이, 즉 팽출부(51)의 범위를 나타내는 「E」 내에 위치하고 있다. 팽출부(51)의 상류측은 제 1 평탄부(53)로 되어 있기 때문에, 팽출부(51)에 의한 넓은 내부 공간(58)에 비해서 축경된 좁은 공간으로 되어 있다. 이 때문에, 이러한 좁은 공간 내에 CSF(32)의 단부가 위치하면 단열 매트(322)에 덮여 있지 않은 돌출 부분의 범위가 좁아 배기가스에 의해 따뜻해지는 효과가 한정적이 된다. 팽출부(51)의 넓은 내부 공간(58) 내에 CSF(32)의 단부가 위치함으로써 그 단부가 한층 더 노출되게 되고, 그 돌출 부분의 주위를 배기가스에 의해 더욱 효과적으로 따뜻하게 할 수 있어 CSF(32)의 재생을 보다 신속하게 할 수 있다. 본체 셀(31)의 사양에 따라서는 제 1 평탄부(53) 및 단차부(54)가 존재하지 않고, 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 팽출부(51)의 상류측에 굴곡부(52)를 개재해서 제 2 평탄부(55)가 형성되는 경우가 있고, 이러한 경우에는 그 효과가 현저하다.
그런데, 단열 매트(322)의 단부로부터 CSF(32)가 지나치게 돌출되어버리면 CSF(32)에서는 진동 등에 의해 단열 매트(322)의 단부와의 접촉 부분보다 돌출단측에서 발생하는 굽힘 모멘트가 커지고, 접촉 부분에 응력이 집중되어서 손상될 가능성이 있다. 따라서, CSF(32)의 단부는 본체 셀(31)의 단부로부터 돌출되지 않는 범위 내에 있어도 굽힘 모멘트에 의한 허용 응력 내에서의 돌출량이 되도록 위치하고, 허용 응력을 초과해서 단열 매트(322)의 단부로부터 돌출될 일은 없다. 본 실시형태에서의 CSF(32)의 단부의 위치는 팽출부(51)에 의해 형성되는 넓은 내부 공간(58)에 임하는 위치이며, 팽출부(51)의 정부(頂部)보다 조금 상류 부근으로 설정되어 있다.
이하, 출구측 보디(4)에 대하여 설명한다.
출구측 보디(4)의 출구측 셀(41)에 있어서, 본체 셀(31)측의 단부에는 상류측을 향해서 확경된 플레어부(61)가 형성되어 있다. 플레어부(61)의 최대의 지름 치수는 팽출부(51)의 정부의 지름 치수와 대략 같다. 플레어부(61)의 하류측에는 단차부(62)를 개재해서 평탄부(63)가 형성되어 있다. 플레어부(61)는 본체 셀(31)과의 접속에 있어서 본체 셀(31)에 형성된 팽출부(51)의 하류측의 경사면과 대향하고, 패킹(14)을 통해서 상기 경사면에 접촉된다. 이때, 단차부(62)의 내측에는 본체 셀(31)의 단부가 위치하게 된다.
또한, 내통 부재(43)의 상류측의 단부에도 플레어부(44)가 형성되어 있다. 플레어부(44)의 위치는 팽출부(51)의 정부의 조금 하류측까지 들어가 있고, CSF(32)의 출구 끝면(323)과 근접하고 있다. 이렇게 CSF(32)의 단부를 내통 부재(43)의 단부에 근접시킴으로써 배기가스가 직접 보디 접합부에 접촉하는 것을 방지하여 보디 접합부의 단열성의 향상에 공헌할 수 있다. 또한, CSF(32)의 출구 끝면(323)으로부터 유출된 배기가스를 스무즈하게 내통 부재(43)로 유입시킬 수 있어 배기를 효율적으로 행할 수 있다.
이상에 설명한 본체 보디(3)와 출구측 보디(4)는 체결구(7)에 의해 접속되어 있다.
도 2, 도 3에 있어서, 체결구(7)는 각 셀(31, 41)의 서로 접촉한 팽출부(51) 및 플레어부(61)에 걸쳐서 권회되는 V인서트(71)와, V인서트(71)의 외주면을 따라 일체로 설치된 밴드(72)와, 밴드(72)의 단부끼리를 연결하는 볼트 부재(73)와, 이것에 나사 결합하는 너트(74)로 구성된다.
V인서트(71)는 소정의 길이인 것이 둘레 방향을 따라 복수 등간격으로 배치되고, 이것들을 연결하도록 밴드(72)가 부착되어 있다. V인서트(71)의 단면은 팽출부(51) 및 플레어부(61)를 향해서 확개(擴開)된 형상이며, 팽출부(51)의 상류측의 경사면 및 플레어부(61)의 배면[패킹(14)과는 반대측의 경사면]에 접촉하도록 끼워 넣어진다.
밴드(72)의 일단은 상방으로 폴딩된 폴딩부(folding portion)(721)로 되어 있고, 폴딩부(721)에는 볼트 부재(73)의 기단측에 있는 축부(731)가 삽입되어 있다. 볼트 부재(73)의 축부(731)에 일체로 설치된 수나사부(732)는 폴딩부(721)에 형성된 개구부(723)로부터 돌출되어 있고, 축부(731)와 함께 회동 가능하게 되어 있다.
이에 대하여 밴드(72)의 타단에는 볼트 삽통부(722)가 형성되어 있다. 볼트 삽통부(722)에는 삽통 구멍(724)이 형성되어 볼트 부재(73)의 수나사부(732)가 삽통된다. 삽통된 수나사부(732)의 선단에는 너트(74)가 나사 결합된다.
본체 보디(3)와 출구측 보디(4)를 접속하기 위해서는 팽출부(51) 및 플레어부(61)에 걸쳐서 체결구(7)의 V인서트(71)를 끼워 넣고, 수나사부(732)에 나사 결합한 너트(74)를 조인다. 그렇게 하면, 너트(74)를 조임에 따라 V인서트(71)가 지름 방향의 내측으로 이동하고, 팽출부(51) 및 플레어부(61)의 감합이 깊어져서 쐐기 효과가 발휘되고, 팽출부(51) 및 플레어부(61)가 근접 방향으로 압박되어서 서로 접속된다.
이와 같이, 본체 보디(3)와 출구측 보디(4)를 접속함에 있어서는 종래의 플랜지끼리를 접촉시키고 이것을 관통하는 볼트 및 너트의 체결에 의해 접속하는 것과는 달리, 각 보디(3, 4)의 접속 방향을 따라 크게 돌출되는 볼트나 너트가 존재하지 않는다. 따라서, 조립 작업이나 분해 작업을 용이하게 할 수 있음과 아울러 서로의 접속 부분을 출구관(42)[도 2에서는 보강 부재(422)의 일부만을 도시]측에 보다 근접시킬 수 있고, 그만큼 본체 셀(31)에 의해 CSF(32)를 확실하게 덮을 수 있어 상술한 바와 같이 본체 보디(3)를 분리한 경우라도 CSF(32)가 본체 셀(31)로부터 노출되지 않도록 할 수 있다.
그리고, 팽출부(51) 및 플레어부(61)에서의 체결구(7)를 사용한 접속은 1개의 볼트 부재(73)에 나사 결합한 너트(74)를 조작하기만 하면 되기 때문에, 둘레 방향을 따라 복수 배치된 볼트나 너트에 의한 종래의 플랜지식의 접속에 비해서 그 조립이나 분해를 용이하게 할 수 있고, 작업성을 현격히 향상시킬 수 있다.
[본체 보디와 입구측 보디의 접속 부분의 상세 설명]
도 4에는 본체 보디(3)와 입구측 보디(2)의 접속 부분에 대해서 그 요부가 확대되어서 나타내어져 있다.
단, 본체 보디(3)와 입구측 보디(2)의 접속 구조는 상술한 본체 보디(3)와 출구측 보디(4)의 접속 구조와 기본적으로 같기 때문에, 그 같은 기능 부위, 부재에 대해서는 도 2와 동일한 부호를 붙여서 그들의 설명을 생략하고, 이하에는 간략화된 설명으로 정리한다.
즉, 도 4에서는 본체 셀(31)의 상류측의 단부에 형성된 플레어부(61)는 입구측 보디(2)의 입구측 셀(21)과의 접속에 있어서, 입구측 셀(21)에 형성된 팽출부(51)의 하류측의 경사면과 대향하고, 패킹(14)을 통해서 상기 경사면에 접촉된다. 이때, 본체 셀(31)측의 단차부(62)의 내측에는 입구측 셀(21)의 단부가 위치하게 된다.
또한, 입구측 셀(21) 내의 DOC(24)의 단부의 위치는 팽출부(51)에 의해 형성되는 넓은 내부 공간(58)에 임하는 위치이며, 팽출부(51)의 정부보다 조금 하류 부근으로 설정되어 있다. 본체 셀(31) 내의 환상 부재(311)의 상류측의 단부의 위치는 입구측 셀(21)의 팽출부(51) 앞쪽까지 들어가 있고, DOC(24)의 출구 끝면(243)과 근접하고 있다. 이와 같이, 환상 부재(311)에 대하여 DOC(24)의 단부를 근접시킴으로써 입구측 보디(2)의 전체 길이를 짧게 줄여도 충분한 길이의 DOC(24)를 사용할 수 있고, 이것으로도 배기가스 정화장치(1) 전체의 콤팩트화에 공헌할 수 있다.
그리고, 본체 보디(3)와 입구측 보디(2)를 접속함에 있어서도 종래의 플랜지끼리를 접촉시켜서 이것을 관통하는 볼트 및 너트의 체결에 의해 접속할 필요가 없으므로 각 보디(2, 3)의 접속 방향을 따라 크게 돌출되는 볼트나 너트가 존재하지 않는다. 따라서, 작업성이 양호함과 아울러 서로의 접속 부분을 온도 센서(11)측에 보다 근접시킬 수 있고, 그만큼 입구측 셀(21)에 의해 DOC(24)를 확실하게 덮을 수 있기 때문에 입구측 보디(2)를 분리한 경우라도 DOC가 본체 셀(31)로부터 노출되지 않아 DOC(24)의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 DOC(24)가 완전히 입구측 셀(21)에 의해 덮이고 CSF(32)가 완전히 본체 셀(31)에 의해 덮여 있었지만, 본 발명에서는 적어도 CSF(32)가 본체 셀(31)에 의해 완전하게 덮여 있으면 좋고, DOC(24)의 단부가 입구측 셀(21)로부터 노출되어도 본 발명에 포함된다.
상기 실시형태에서는 배기가스의 온도를 상승시키기 위해서 DOC(24)가 설치되어 있었지만, DOC(24)가 존재하지 않고 CSF(32)만이 설치된 배기가스 정화장치(1)에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 내장 부재로서는 CSF(32) 외에도 DOC(24)라도 좋고, 또한 단열 매트를 통해서 유지되는 부재이면 그것들에 한정되지 않는다. 즉, 내장 부재를 CSF(32)로 했을 경우에는 본체 셀(31)이 본 발명의 제 1 셀에 상당하고, 출구측 셀(41)이 본 발명의 제 2 셀에 상당한다. 또한, 내장 부재를 DOC(24)로 했을 경우에는 입구측 셀(21)이 본 발명의 제 1 셀에 상당하고, 본체 셀(31)이 본 발명의 제 2 셀에 상당하게 된다.
상기 실시형태에서는 입구관(22)이나 출구관(42)이 각 셀(21, 41)에 대하여 지름 방향으로 돌출되도록 형성되어 있었지만, 각 셀(21, 41)의 접속 방향(축 방향)을 따라 돌출되어 있어도 좋고, 지름 방향으로 돌출시킬지 접속 방향으로 돌출시킬지는 엔진 룸 내의 배치 스페이스 등을 감안해서 임의로 결정되어도 좋다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은 불도저나 파워셔블과 같은 건설 기계용 배기가스 정화장치로서 적합하게 이용할 수 있다.
1 : 배기가스 정화장치 7 : 체결구
31 : 본체 셀 32 : CSF
4 : 출구측 셀 51 : 팽출부
58 : 내부 공간 61 : 플레어부
71 : V인서트 322 : 단열 매트

Claims (4)

  1. 배기가스의 흐름 방향을 따라 착탈 가능하게 직렬 배치되는 통 형상의 제 1 셀 및 제 2 셀을 구비하고,
    상기 제 1 셀에 있어서의 상기 제 2 셀이 접속되는 측의 단부에는 지름 방향의 외측으로 팽출된 팽출부가 형성되고,
    상기 제 2 셀에 있어서의 상기 제 1 셀이 접속되는 측의 단부에는 상기 제 1 셀측을 향해서 확개된 플레어부가 형성되고,
    상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 중 적어도 상기 제 1 셀의 내부에는 단열 매트를 통해서 유지된 내장 부재가 설치되고,
    상기 제 1 셀의 내부에 설치된 상기 내장 부재에 있어서의 상기 제 2 셀측의 단부는 상기 단열 매트의 단부보다 상기 제 2 셀측으로 돌출되고, 또한 상기 제 1 셀의 단부보다 돌출되지 않는 위치가 되고,
    상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀은 서로 근접하는 상기 팽출부와 상기 플레어부에 걸쳐지는 V인서트를 구비한 체결구에 의해 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내장 부재에 있어서의 상기 제 2 셀측의 단부는 조립 공정 상에서 최저의 필요한 상기 단열 매트로부터의 돌출값을 초과해서 상기 제 2 셀측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내장 부재에 있어서의 상기 제 2 셀측의 단부는 상기 팽출부의 범위 내에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내장 부재의 상기 단열 매트의 단부로부터의 돌출량은 상기 내장 부재에 발생하는 굽힘 모멘트에 의한 응력이 상기 내장 부재의 허용 응력을 초과하지 않는 값으로 되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
KR1020127026632A 2011-07-05 2012-02-15 배기가스 정화장치 KR20130014681A (ko)

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