KR20140043449A - 배기 가스 정화 조립체 - Google Patents

배기 가스 정화 조립체 Download PDF

Info

Publication number
KR20140043449A
KR20140043449A KR1020147002053A KR20147002053A KR20140043449A KR 20140043449 A KR20140043449 A KR 20140043449A KR 1020147002053 A KR1020147002053 A KR 1020147002053A KR 20147002053 A KR20147002053 A KR 20147002053A KR 20140043449 A KR20140043449 A KR 20140043449A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
inlet
baffle
space
segment
Prior art date
Application number
KR1020147002053A
Other languages
English (en)
Inventor
요안 페로
장 폴 브루넬
Original Assignee
포르시아 쥐스뗌 데샤피망
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포르시아 쥐스뗌 데샤피망 filed Critical 포르시아 쥐스뗌 데샤피망
Publication of KR20140043449A publication Critical patent/KR20140043449A/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • B01F23/21Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media
    • B01F23/213Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids
    • B01F23/2132Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids using nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3141Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit with additional mixing means other than injector mixers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4337Mixers with a diverging-converging cross-section
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F01N1/083Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling using transversal baffles defining a tortuous path for the gases or successively throttling gas flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/02Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate silencers in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/36Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an exhaust flap

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

배기 가스 정화 조립체(1)는 서로 평행하게 연장되는 상류 도관 및 하류 도관; 상류 도관과 연통되는 배기 가스 유입구(13) 및 하류 도관과 연통되는 배기 가스 유출구(15)를 갖는 공간으로서, 중심선이 상기 유입구(13)를, 배기 가스에 대해 동일한 보어 섹션을 제공하는 제1 영역(37) 및 제2 영역(39)으로 분할하는 것인 공간을 포함한다. 배기 가스 정화 조립체(1)는 제1 영역(37)의 적어도 75%를 커버하고, 제2 영역(39)의 25% 미만을 커버하는 배플(33)을 포함하고, 상기 배플(33)과 공간은 유입구(13)의 제1 구역(37)을 통해 진입하는 배기 가스의 일부가, 배플(33) 주위에서 다시 선회되는 흐름 라인을 따라 공간(11)으로 흘러들어가도록 하는 방식으로 구성된다.

Description

배기 가스 정화 조립체{EXHAUST GAS PURIFICATION ASSEMBLY}
본 발명은 일반적으로 자동차의 배기 라인에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 배기 가스를 정화하기 위한 조립체로서,
- 배기 가스를 정화하기 위한 제1 유닛이 내부에 수납되는 상류 도관;
- 배기 가스를 정화하기 위한 제2 유닛이 내부에 수납되고, 상류 도관과 평행한 하류 도관; 및
- 상류 도관과 연통되는 배기 가스 유입구 및 하류 도관과 연통되는 배기 가스 유출구를 갖는 공간으로서, 중심선이 상기 유입구를 배기 가스에 대해 동일한 통과 섹션을 제공하는 제1 영역 및 제2 영역으로 분할하는 것인 공간
을 포함하는 타입의 조립체에 관한 것이다.
그러한 정화 조립체가 DE 10 2010 014 037로부터 알려져 있다. 이 문헌에서는, 배기 가스를 정화하기 위한 제1 유닛과 제2 유닛이 나란히 배치되며, 그들 각각의 축이 서로 거의 평행하다. 그러한 구성은 매우 콤팩트하다. 다른 한편으로, 공간의 유출구에서의 배기 가스의 비교적 균일한 분배를 얻기 위해 상류 도관을 연결하는 공간을 하류 도관에 일치시키는 것이 필수적이다. 더욱이, 질소산화물을 환원시키기 위한 제품의 인젝터가 DE 10 2010 014 037에 제공된다. 이 인젝터는 공간에 제품을 주입한다. 배기 가스 내에서의 제품의 적절한 분산을 보장하기 위해 배기 가스의 순환이 제공되어야만 한다.
전술한 기능을 보장하기 위해, 즉 배기 가스가 공간의 유출구에서 비교적 균일하게 분포되도록 하는 배기 가스의 흐름을 허용하고 배기 가스에 주입된 제품의 적절한 분산을 보장하기 위해, 배기 가스 유입구를 커버하는 컵과 배기 가스 유출구를 커버하는 컵의 2개의 컵이 특허 DE 10 2010 014 037의 공간에 마련된다. 배기 가스 유입구를 커버하는 컵은 배기 가스가 유입구를 통과하도록 배기 가스를 배향시키도록 구성된 반경방향 오리피스를 갖는다.
그러한 컵은 배기 라인에 높은 역압(counter-pressure)을 생성한다.
이러한 점에서, 본 발명은 역압이 더 낮은 정화 조립체를 제안하는 데에 목적이 있다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은 전술한 타입의 배기 가스를 정화하기 위한 조립체로서, 공간에서 유입구를 향해 배치된 배플을 포함하고, 유입구에 대한 직교 투영에서의 배플은 제1 영역의 적어도 75%를 커버하고, 제2 면적의 25 % 미만을 커버하며, 배플과 공간은, 유입구의 제1 부분을 통과하는 배기 가스의 일부가 배플 주위의 커스프(cusp)를 형성하는 흐름 라인에 이어 공간으로 흘러들어가도록 구성된다.
즉, 유입구의 제1 부분을 통과하는 배기 가스는 U자 형상 코스를 따른다. 배기 가스는 유입구를 향해 선회된 배플의 페이스를 따라 우선 커스프에 있는 자유단까지 흐른 다음, 유입구의 반대측에 배치된 배플의 페이스를 따라 반대 방향으로 흐른다. 이러한 흐름은 배기 가스 내에 내부 회전 이동을 유발하며, 내부 회전 이동은 유입구 반대측에 배치되는 배플의 페이스를 따라 흐르는 배기 가스 흐름 내에 난류 수준을 증가시킨다.
이러한 난류는 배기 가스 정화 조립체에 질소 산화물을 감소시키기 위한 제품을 주입하는 디바이스가 장착될 때에 배기 가스 내에서의 환원제를 보다 급속히 분산시키는 가능성을 제공한다. 난류는 가스 흐름 내에서의 환원제의 확산을 촉진시킨다.
이러한 난류는, 유입구의 제2 영역을 통과하는 배기 가스가 실제적으로 배플에 의해 편향되지 않는다는 사실로 인해 뚜렷하다. 이와 대조적으로, 제1 영역을 통과하는 가스는 방향에 있어서 2회의 연속적인 변화를 겪는다. 방향에 있어서의 제1 변화는 배플을 따른 흐름을 위한 공간을 통과한 후에 일어나고, 방향에 있어서의 제2 변화는 그 후에 가스가 유입구의 제2 영역에 대해 직각으로 도달하고 상기 제2 영역을 통과하는 흐름과 혼합될 때에 일어난다. 이에 따라, 제1 영역으로부터의 가스 흐름은 난류 수준을 증가시키는 데 기여하는 높은 경사각, 예컨대 대략 90도로 제2 영역으로부터의 가스 흐름을 통과한다.
이러한 난류 수준은 배기 라인 내에서 임의의 높은 역압을 발생시키지 않고도 얻어지는데, 그 이유는 제2 영역을 통과하는 배기 가스가 실제적으로 배플에 의해 편향되지 않기 때문이다.
배기 가스를 정화하기 위한 제1 유닛은 통상적으로 DOC라는 약칭으로 알려진 디젤 엔진에 특히 적합한 산화 촉매이다. 대안으로서, 상류 도관은 특히 입자 필터와 하나 또는 다수의 산화 또는 환원 촉매를 갖는 배기 가스를 정화하기 위한 다수의 유닛을 포함한다.
제2 정화 유닛은 SCR(Selective Catalytic Reduction; 선택적 촉매 환원) 촉매라는 이름으로 알려진 촉매이다. SCR 촉매는 배기 가스에 함유된 NOx를 암모니아NH3의 존재 시에 질소 가스 N2로 환원시키기 위해 제공된다. 하류 도관은 SCR 촉매뿐만 아니라 SCR 촉매로부터의 상류나 하류에서 하류 도관에 배치되는 입자 필터 및/또는 1개 또는 다수의 다른 촉매 또는 환원 요소도 또한 포함할 수 있다,
앞서 나타낸 바와 같이, 상류 도관과 하류 도관은 서로 평행하게 배치된다, 이에 의해, 소형화로 인해 상류 도관과 하류 도관이 나란히 배치된다는 것이 이해된다. 보다 구체적으로, 공간에 근접하게 배치되는 상류 도관과 하류 도관의 각각의 부분들은 나란히 배치된다, 이들 부분은 통상적으로 제1 정화 유닛 및 제2 정화 유닛을 포함한다. "나란히"라는 용어는 본 명세서에서는 상류 도관과 하류 도관의 각각의 중심축이 서로 거의 평행하거나 또는 서로에 대해 상대적으로 약간 틸팅된다는 것을 의미하는 것으로 사용된다. 상류 도관과 하류 도관을 서로 대향하도록 배치된다. 환언하자면, 상류 도관과 하류 도관은 실질적으로 서로 대향하는 각각의 측면을 갖는다.
유입구에 대한 직교 투영에서의 배플이 제1 영역의 적어도 75%를 커버하고, 제2 영역의 25% 미만을 커버한다는 사실은, 본 발명에 있어서 배플이 제1 영역을 통해 공간으로 안내되는 가스의 많은 부분을 편향시키는 것이 중요함을 의미한다. 정화 조립체가 너무 큰 역압을 발생시키기 않도록 하기 위해, 배플은 대조적으로 제2 영역을 통과하는 배기 가스를 편향시켜서는 안 되며, 이에 따라 단지 이 제2 영역의 적은 부분만을 커버한다. 이러한 결과를 달성하기 위해서는, 유입구의 제1 영역을 향하는 배플에 중실부가 마련되거나 단지 작은 크기의 1개 또는 다수의 오 리피스가 마련된다.
예컨대, 배플은 제2 영역을 향해서는 전혀 연장되지 않는다. 대안으로서, 배플은 제2 영역을 향해 약간 연장되고, 제2 영역의 작은 부분만을 커버하기 때문에, 제2 영역을 통과하는 배기 가스의 순환을 방해하지 않는다.
이 경우, 제2 영역을 향해 배치되는 배플의 부분은 배플의 자유 에지와 공간의 벽 사이에 대형 크기의 구멍을 한정한다. 이러한 대형 크기의 구멍에 의해, 최소의 역압으로 유입구로부터 온 배기 가스를 통과시키는 것이 가능하다. 대안으로서, 제2 영역을 향해 배치된 배플의 부분은 배플의 자유 에지와 공간의 벽 사이에 다수의 대형 크기의 구멍을 한정한다. 구멍들은 서로 분리된다. 이들 대형 크기의 구멍은 그 숫자가 2개, 3개 또는 그 이상일 수 있다.
대안으로서, 대형 크기의 구멍(들)은 모두 배플 내에 형성되며, 한쪽에서는 배플의 자유 에지에 의해 그리고 다른 한쪽에서는 공간의 벽에 의해 한정되지 않는다.
유입구에 대한 직교 투영은 유입구가 포함되는 평면에 수직한 방향을 따른 투영을 의미한다.
앞서 언급한 중심선은 가상선이며, 유입구를 2개의 별개의 영역으로 물리적으로 분할하는 선에 대응하는 것이 아니다. 단지 본 발명을 특징지우기 위한 목적으로만 중심선을 참고한다. 이것은 단순히, 배플이 기본적으로 유입구의 1/2을 커버하기 위해 그리고 유입구의 나머지 1/2에서 약간만 연장되도록 제공된다는 사실을 반영한다.
바람직하게는, 디플렉터(deflector)는 제1 영역의 적어도 57%, 더 바람직하게는 제1 영역의 적어도 85%, 보다 바람직하게는 제1 영역의 적어도 90%를 커버한다. 배플은 제2 영역의 25% 미만, 바람직하게는 제2 영역의 15% 미만, 더 바람직하게는 제2 영역의 10% 미만을 커버한다.
통상적으로, 배플은 제1 영역을 향하는 복수 개의 오리피스를 갖는다. 이들 오리피스는 제2 영역을 향해 배치된 구멍보다 확실히 작은 소형 크기의 오리피스이다. 대체로, 오리피스 전부의 누적 표면적은 제1 영역의 표면적의 25% 미만 바람직하게는 제1 영역의 표면적의 15% 미만, 훨씬 바람직하게는 제1 영역의 표면적의 10% 미만이다.
이들 오리피스는 제1 영역에 진입하는 배기 가스의 일부가 직접적인 경로롤 따르도록 하는데, 즉 배기 가스의 일부가 배플에 의해 편향되지 않는다. 이러한 가스는 배플을 가로지르고, 유입구 반대측의 배플의 페이스를 따라 다시 하방으로 흐르는 배기 가스 흐름과 혼합될 것이다. 이는 배기 가스 내에서의 난류의 수준을 증가시키는 데 기여한다.
용적 및 배플이 함께 배기 가스를 유입구로부터 유출구로 안내하는 통로를 한정한다. 이 통로는 다수의 세그먼트를 연속적으로 포함한다. 제1 세그먼트는 배플과 유입구 사이에 배치되는 영역에 상응한다.
통로는 통상적으로, 상류 부분은 배기 가스에 상대적으로 더 큰 통과 섹션을 제공하고 하류 부분은 배기 가스에 상대적으로 더 작은 통과 섹션을 제공하는 수렴 세그먼트를 포함한다. 통상적으로, 수렴 세그먼트는 상류측으로부터 하류측으로 감소되는 통과 섹션을 갖는다. 이 수렴 섹션은, 예컨대 유입구 반대측으로 선회된 배플의 페이스와 공간의 벽 사이에 한정된 세그먼트에 상응한다. 조립체가 질소산화물을 환원시키기 위한 제품을 주입하기 위한 디바이스를 포함하는 경우, 후자는 제품을 하류 부분에 주입하도록 장착된다.
작은 통과 섹션을 갖는 부분에 환원제를 주입한다는 사실은 배기 가스 내에서의 환원제의 분산을 용이하게 하는 가능성을 제공한다. 사실상, 주입 지점으로부터 통로의 전체 섹션으로의 환원제의 확산에 대한 거리가 감소된다.
바람직하게는, 주입 디바이스는 배플을 향하는 각각의 영역과 공간의 벽에 의해 한정되는 세그먼트에 환원제를 주입하도록 배치된다. 대안으로서, 주입은 상기 세그먼트로부터의 하류에서 즉시 달성된다. 이는 파종 지점이라고도 칭하는 주입 지점과 배기 가스 유출구 사이에서 배기 가스에 의해 커버되는 길이를 연장시키는 가능성을 제공한다. 이는 배기 가스 내에서의 환원제의 균질화를 촉진하고, 제2 정화 유닛의 유입 페이스 상에서의 환원제의 보다 양호한 분배를 허용한다.
주입 지점의 그러한 구성은 단지 배플의 존재에 의해서만 가능해진다. 사실상, 배플은 유입구를 향한 환원제의 복귀를 방지하는 보호 스크린을 형성한다. 보호 스크린은 이에 따라 환원제가 제1 정화 유닛까지 확산되는 것을 방지한다. 이것은 제1 정화 유닛이 DOC 타입의 산화 촉매이고 주입되는 환원제가 암모니아 또는 암모니아 전구체인 경우에 특히 중요하다. 사실상, 암모니아는 DOC와 접촉할 시에 산화될 수 있다. 그 후, 암모니아의 일부가 NOx의 환원에 의해 소실된다. 더욱이, DOC 상에 산화된 암모니아는 NOx 자체를 생성한다.
유익한 변형예에서, 내부에서 환원제의 주입이 달성되는 세그먼트를 한정하거나, 또는 환원제의 주입이 달성되는 하류에 있는 세그먼트를 한정하는 배플의 영역은, 상기 세그먼트를 향해 선회되는 오목한 형태를 갖도록 오목하다. 주어진 표면적에 대해서, 세그먼트의 섹션은 이에 따라 가스의 모든 베인(vein)으로의 환원제의 신속하고 효율적인 확산을 허용하기에 아주 적합한 타원에 가까운 덜 긴 형상을 갖는다.
바람직하게는, 통로는 유입구에 대해 상대적으로 거의 접선방향 방위를 갖는 세그먼트 및/또는 유출구에 대해 상대적으로 거의 접선방향 방위를 갖는 세그먼트를 포함한다. 이들은 주입 지점과 유출구 사이의 배기 가스에 의해 커버되는 경로의 길이를 연장시키는 가능성을 제공한다. 사실상, 배기 가스는 직선 라인에서 유입구의 중심 영역으로부터 유출구의 중심 영역으로 직접 흐르지 않는다. 이와 대조적으로 배기 가스가 통과하는 경로는 유입구와 유출구의 둘레 영역으로 안내되며, 이는 정해진 형상을 갖는 공간에 보다 긴 통로를 배치하는 가능성을 제공한다.
통상적으로, 통로는 유출구로 개방된 거의 나선형 세그먼트를 갖는다. 통상적으로, 거의 나선형 세그먼트는 거의 접선방향 방위를 갖는 세그먼트를 유출구까지 연장시킨다. 이러한 나선형 형상은 파종 지점과 유출구 사이에서 배기 가스에 의해 커버되는 경로를 더욱 연장시키는 가능성을 제공한다. 나선형 세그먼트는 또한 유출구에 실질적으로 수직한 축 주위의 배기 가스에 회전을 부여하는 가능성을 제공한다. 이러한 회전은 배기 가스 내에 난류 수준을 보강하고, 이에 따라 가스 흐름에의 환원제의 혼합을 향상시키는 데 기여한다. 이것은 또한 제2 정화 유닛의 유입 페이스에서의 환원제의 분배의 균질화에 기여한다.
통상적으로, 배플은 유입구의 에지에 고착된다. 배플은 유입구의 에지 상에 추가될 수도 있고, 유입구의 에지와 동일한 재료로 형성될 수도 있다. 첫번째 경우, 배플은 바람직하게는 공간에서 유입구를 절결하는 것에 의해 얻어지는 소량의 금속으로 형성된다. 두번째 경우, 배플은 바람직하게는 유입구가 공간에서 절결되는 순간에 공간의 벽을 변형시키는 것에 의해 얻어진다.
공간은 통상적으로 유입구와 유출구가 형성되는 지지 링과, 지지 링에 추가되는 캡을 포함한다. 지지 링은, 예컨대 유입구와 유출구가 형성되는 1개 또는 다수의 평면부를 포함한다. 캡은 이와 대조적으로 오목하고 지지 링을 캡핑하는 딥드로잉 가공된 부분이다. 배기 가스가 통과하는 경로의 상이한 세그먼트는 캡을 성형하는 것에 의해 얻어진다. 이들 세그먼트는 예컨대 캡을 딥드로잉하는 것에 의해 얻어진다.
배플은 바람직하게는 지지 링과 함께 동일한 재료로 형성된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 배플과 공간은 컵 주위의 커스프에, 배기 가스가 통과되도록 하기 위한, 유입구의 통과 섹션의 75% 미만, 바람직하게는 유입구의 통과 섹션의 50% 미만의 섹션을 한정한다. 환언하자면, 커스프에서, 즉 배기 가스가 실제적으로 180도로 이동하는 영역에서 배기 가스에 제공되는 통과 섹션은 가스의 속도를 증가시키도록 감소된다. 이것은 커스프로부터 하류에 있는 배기 가스의 난류 수준을 증가시키는 데 기여한다.
예시적인 실시예에서, 커스프 지점과 주입 지점 사이의 통로는 적어도 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트를 갖는데, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트는 서로에 대해 상대적으로 30 내지 90도로 이루어진 각도를 형성하는 각각의 방위를 갖는다. 이에 따라, 배기 가스는 방향에 있어서 추가의 변화를 경험하여, 주입 지점으로부터의 상류에서 배기 가스의 추가의 회전을 유발한다. 이것은 환원제와 배기 가스 간의 혼합의 질을 더욱 향상시킨다. 바람직하게는, 상기 각도는 40 내지 80도, 더 바람직하게는 50 내지 60도로 이루어진다. 2개의 세그먼트 모두는 통상적으로 아치형 세그먼트를 통해 서로 연결된다. 이들 세그먼트는 수렴 세그먼트로부터 상류 또는 하류에 배치될 수도 있고 수렴 세그먼트의 일부일 수도 있다. 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트는 통상적으로 직선형이다. 대안으로서, 제1 세그먼트와 제2 세그먼트는 약간 아치형이다.
이 경우에, 유입구와 유출구는 바람직하게는 주 방향을 따라 정렬되는 각각의 중심을 갖고, 앞서 정의한 중심선은 주 방향과 함께 30도 미만의 각을 형성한다. 사실상, 공간은 주 방향을 따라 연장되기 때문에, 배기 가스를 위한 통로 자체는 주 방향을 따른 일반적인 방위를 갖는다. 유입구의 중심선이 주 방향과 30도 미만의 각도를 형성한다는 사실은, 배플의 중실부가 실질적으로 주 방향의 일측면에 배치되고, 배플에 의해 한정되는 대형 크기의 구멍(들)이 실질적으로 주 방향의 다른 측에 배치된다는 것을 의미한다. 이것은 주 방향에 실질적으로 수직한 방위로 제1 세그먼트를 배치하고, 주 방향에 실질적으로 평행하게 제2 세그먼트를 배치하는 가능성을 제공한다. 이 경우에 수렴 세그먼트는 매우 짧고, 제1 세그먼트의 상류에 배치된다.
그러한 구성의 경우, 환원제와 배기 가스를 균질화하도록 이용 가능한 거리를 더 증가시키기 위해 주입 지점을 훨씬 더 상류에 배치하는 것이 가능하다.
통로는 주입 지점으로부터 상류에 다른 방위를 갖는 다른 세그먼트를 가질 수 있다.
바람직하게는, 주입 디바이스는 질소산화물을 환원시키는 가스상 제품, 통상적으로는 암모니아를 공간에 주입하기 위해 제공된다. 대안으로서, 주입 디바이스는 액체 제품, 예컨대 암모니아 용액 또는 요소 용액을 주입하기 위해 제공된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부도면을 참고로 하여 아래에서 제한이 아닌 예시로서 주어지는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정화 조립체의 사시도이고,
도 2는 도 1의 조립체의 정면도로서, 유입구, 유출구 및 배플을 도시하기 위해 캡은 도시되지 않은 도면이며,
도 3은 도 2의 파선 Ⅲ을 따라 취한 단면도이고,
도 4는 도 2에 나타낸 선 Ⅳ를 따라 취한 단면도이며,
도 5는 조립체에 있어서 배기 가스의 난류 수준에 관한 그래픽 도면로서, 도 5의 좌측부는 배플이 있는 조립체의 경우이고, 도 5의 우측부는 배플이 전혀 없는 조립체의 경우이고,
도 6은 배플이 있는 상부 및 배플이 없는 저부에서의 통로를 따른 배기 가스 내의 NH3 가스 농도를 제공하는 그래픽 도면이며,
도 7은 배기 가스의 난류 수준을 그래픽으로 보여주는, 배기 가스를 통과시키는 경로의 나선형 세그먼트의 도면이고,
도 8은 공간의 유출구에서의 암모니아의 분배의 그래픽 도면으로, 좌측부는 배플이 장착된 조립체에 대한 것이고, 우측부는 배플을 포함하지 않는 조립체에 대한 것이며,
도 9는 배플의 변형예를 보여주는, 도 2와 유사한 도면이고,
도 10 및 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 대한 도 1 및 도 2와 유사한 도면이다.
도 1 내지 도 4에 예시한 조립체(1)는 자동차의 열기관으로부터 나온 배기 가스를 정화하도록 되어 있다. 상기 조립체는 더 구체적으로는 디젤 기관으로부터 나온 배기 가스를 정화하도록 되어 있다.
이것은 도 2에서 볼 수 있지만, 상기 조립체(1)는
- 배기 가스를 정화하기 위한 제1 유닛(5)이 수납되는 상류 도관(3);
- 배기 가스를 정화하기 위한 제2 유닛(9)이 수납되는 하류 도관(7);
- 상류 도관(3)과 연통되는 배기 가스 유입구(13)와, 하류 도관(7)과 연통되는 배기 가스 유출구(15)를 갖는 공간(11);
- 암모니아를 공간(11) 내로 주입하도록 된 인젝터(17)
를 포함한다.
상류 도관(3)은 열기관의 연소실로부터 흘러나오는 배기 가스를 수집하는 배기 매니폴드(도시하지 않음)에 상류측을 향해 연결된다. 장비의 다른 부품, 예컨대 터보 압축기가 선택적으로 상류 도관과 배기 매니폴드 사이에 삽입된다.
제1 정화 유닛(5)은 디젤 엔진을 위한 산화 촉매(DOC)이다. 제1 정화 유닛은 상류 도관(3) 내부에 배치되기 때문에, 배기 가스는 배기 매니폴드로부터 유입구(13)로 순환될 때에 촉매(5)를 가로지르도록 강제된다. 촉매(5)는 유출 페이스(19)를 갖는데, 이 유출 페이스를 통해 배기 가스가 촉매를 통과한다. 유출 페이스(19)는 실질적으로 유입구(13)와 일치한다. 상류 도관(3)은 유입구(13)로 직접 개방된다. 대안으로서, 유출 페이스(19)는 유입구(13)로부터 소정 거리만큼 약간 상류에 있다.
하류 도관(7)은 하류측을 향해 배기 캐뉼라(cannula)(도시하지 않음)에 연결되는데, 배기 가스는 정화 후에 배기 캐뉼라를 통해 대기로 방출된다. 머플러와 같은 장비의 다른 부품이 하류 도관과 배기 캐뉼라 사이에 삽입된다.
제2 정화 유닛(9)은 SCR(Selective Catalytic Reduction; 선택적 촉매 환원)이라는 이름으로 알려진 촉매이다. 유출구(15)를 통해 흘러나와 캐뉼라 측으로 순환하는 배기 가스가 SCR 촉매(9)를 가로지르게 강제되도록 하기 위해 촉매(9)는 하류 도관에 배치된다. 촉매(9)는 유입 페이스(21)를 갖고, 이 유입 페이스를 통해 배기 가스가 촉매(9) 내부에 침투한다. 이러한 유입 페이스(21)는 실질적으로 유출구(15)와 일치하도록 배치된다. 대안으로서, 유입 페이스는 유출구(15)로부터 소정 거리를 두고 하류 도관을 따라 변위된다. 대안으로서, 입자 필터 또는 다른 촉매가 유출구(15)와 SCR 촉매(9) 사이에 삽입된다.
상류 도관(3)과 하류 도관(7)은 실질적으로 서로 평행하다. 이들은 측방향으로 나란히 놓인다. 도 3에서 X 및 Y로 나타낸 상류 도관과 하류 도관의 각각의 중심축은 실질적으로 서로 평행하다. 배기 가스들은 제1 촉매(5)를 통해 그리고 제2 촉매(9)를 통해 서로 상대적으로 반대 방향으로 순환한다.
배기 가스를 유입구(13)로부터 유출구(15)로 안내하기 위한 공간(11)이 제공된다. 공간은, 유입구(13)와 유출구(15)가 형성되는 지지 링(23)과, 지지 링 상에 추가되는 캡(25)을 포함한다.
지지 링(23)은 금속 딥드로잉 가공 부분이다. 유입구(13)와 유출구(15)는 예컨대 원형이다. 유입구와 유출구는 동일 평면에 배치되거나, 도 3에 도시한 바와 같이 서로 평행하고 서로에 대해 상대적으로 약간 변위된 2개의 평면에 배치된다. 지지 링(23)은 유입구(13)와 유출구(15)의 각각의 중심(C, C')(도 2)을 통과하는 주 방향(P)을 따라 긴 형상을 갖는다. 유입구와 유출구는 지지 링의 2개의 단부를 점유한다. 유입구(13)는 실질적으로 지지 링의 전체 단부를 점유하고, 유출구(15)도 이와 마찬가지로 지지 링의 제2 단부 전체를 점유한다. 지지 링은 다른 한쪽에서 유입구와 유출구 사이에 중실형 중앙부(27)를 포함한다. 주 방향에 평행하게 취한 중앙부(27)의 폭은 상류 도관과 하류 도관 사이의 거리에 좌우된다.
캡(25)은 오목한 형상의 금속 딥드로잉 가공 부분이다. 캡은 이에 따라 복잡한 형상의 내부 체적과, 둘레 에지(29)에 의해 한정되는 구멍을 갖는다. 지지 링(23)은 구멍을 폐쇄하여, 지지 링의 둘레 에지(31)가 구멍의 둘레 에지(29)에 밀봉식으로 조립된다. 예컨대, 에지(29, 31)는 서로 밀봉식으로 용접된다.
조립체(1)는 유입구(13)를 향하도록 공간(11)에 배치된 배플(33)을 더 포함한다. 배플(33)은 유입구의 둘레 에지(35)에 고착된다. 이것은 지지 링의 딥드로잉 중에 얻어진다. 배플(33)은 에지(35)로부터 공간(11)의 내부를 향해 유입구(13)의 평면으로부터 멀어지도록 이동한다.
도시한 예에서, 배플(33)은 유입구(13)의 거의 절반을 향하도록 연장된다. 이에 따라, 도 2의 도면을 고려하는 경우에 단면 Ⅳ에 대응하는 중심선은 유입구(13)를, 실질적으로 배기 가스가 통과하는 동일한 단면을 제공하는 제1 영역(37)과 제2 영역(29)으로 분할한다. 유입구(13)에 대한 직교 투영으로서 고려된 경우에, 도 2에서와 같이 배플(33)은 제1 영역(37)의 준전체(quasi-totality)를 커버하고, 제2 영역(39)의 단지 매우 작은 부분만을 커버한다. 배플(33)은 이에 따라 캡(25)과 함께 배기 가스가 통과하여 제2 영역(39)을 통해 진입하도록 하는 넓은 구멍을 형성하며, 제1 영역(37)을 통해 진입하는 배기 가스의 준전체를 편향시킨다.
보다 구체적으로, 배플은 자유 에지(41)와, 유입구(13)의 둘레 에지(35)에 결속된 에지(43)를 갖는다.
자유 에지(41)는 도 2에서와 같이 유입구(13) 상의 투영으로서 고려되는 경우에 유입구의 중심(C)에 근접하게 제1 영역(37)으로 연장되는 중앙부(45)와, 제2 영역(39)으로 연장되는 2개의 단부 부분(47)을 갖는다. 중앙부(45)와 단면 Ⅳ 사이에서 연장되는 제1 영역의 표면(48)은 배플에 의해 커버되지 않는다. 이 표면은 극도로 감소된 표면적으로 갖는다.
단부 부분(47)과 단면 Ⅳ 사이에서 연장되는 제2 영역(39)의 표면은 다른 한쪽에서는 배플(33)에 의해 커버된다. 이들 부분은 감소된 표면적의 것이다.
배플(33)은 도 2에서 볼 수 있다시피 복수 개의 오리피스(49)를 포함한다. 오리피스(49)는 유입구(13)의 크기에 비해 상대적으로 작은 크기의 것이다. 자유 에지의 부분(45)과 평면 Ⅳ 사이에 포함되는 표면(48)과 상이한 오리피스(49)들의 총 표면적은 제1 영역의 표면의 25% 미만이다. 환언하자면, 유입구에 대한 직교 투영으로서 고려되는 경우에 배플은 제1 영역의 적어도 75%를 커버한다.
도 1 내지 도 4에서 볼 수 있다시피, 공간(11)과 배플(33)은 함께 유입구(13)에서부터 유출구(15)까지 배기 가스를 위한 통로를 형성한다. 이 통로는 주입 디바이스(17)에 의해 주입되는 암모니아 가스의 배기 가스로의 우수한 혼합 품질을 보장하도록 하는 형태를 갖는다. 통로는 우선 배플(33)과 유입구(13) 사이에 유입 세그먼트(51)를 포함한다. 유입 세그먼트(51)에는, 유입구의 제1 영역(37)을 통과하는 배기 가스가 배플(33)에 의해 유입구의 제2 영역(39) 측으로 편향된다. 배기 가스는 유입구(13)측을 향해 선회된 배플의 하나의 페이스(53)를 따라 흐른다. 상기 배기 가스는 자유 에지(41)에 도달할 시에 디플렉터 주위, 보다 구체적으로는 배플의 자유 에지(41) 주위에 커스프를 형성하는 흐름 라인을 따라 흐른다. 이에 따라, 흐름 라인은 180°의 커스프를 가질 것이다. 배기 가스는 자유 에지(41)를 통과한 후에 유입구(13)의 반대측에 있는 배플의 페이스(55)를 따라 흐른다. 이에 따라, 배기 가스는 페이스(53)를 따라 그리고 페이스(55)를 따라 역방향으로 흐른다.
제2 영역(39)을 통해 진입하는 배기 가스는 실제적으로 배플(33)에 의해 편향되지 않는다. 자유 에지(41)를 통과한 후에 배기 가스는 유입구(13) 반대측에 있는 배플의 페이스(55)를 따라 흐른다.
이에 따라, 배기 가스의 통로는 유입 세그먼트(51) 이후에 배플(33)에 의해 일측부에서 그리고 캡(25)에 의해 타측부에서 한정되는 수렴 세그먼트(57)를 갖는다. 보다 구체적으로, 수렴 세그먼트(57)는 서로 대향하는 캡과 배플의 영역에 의해 한정된다. 수렴 세그먼트를 한정하는 배플의 영역(59)은 도 4에서 볼 수 있는 오목한 형태를 갖는다. 환언하자면, 유입구에 수직하고 전술한 중심선을 포함하는 평면에서의 단면으로서 취한 경우에 영역(59)은 수렴 세그먼트(57)를 향해 선회된 오목한 형태를 갖는다.
이 수렴 세그먼트(57)는 수렴 형상을 갖는다. 보다 구체적으로, 제2 세그먼트(57)를 따른 배기 가스를 위해 제공되는 통과 섹션은 상류로부터 하류까지 이 세그먼트(57)를 따라 감소된다. 상류와 하류는 여기에서는 상대적으로 배기 가스의 순환 방향에 대해 수직한 것으로 이해된다. 이것은 도 1에서도 특히 잘 볼 수 있다.
이러한 통과 섹션의 감소는 캡(25)의 적절한 성형에 의해 얻어진다.
통로는 또한 수렴 세그먼트(57)를 연장시키고 유입구(13)와 유출구(15)에 대해 상대적으로 접선방향 방위인 세그먼트(61)를 포함한다. 이 세그먼트는 도 1에서 볼 수 있다. 수렴 섹션(57)에 연결되는 세그먼트(61)의 상류 부분은 유입구(13)에 대해 실질적으로 접선방향이다. 하류 부분(65)은 유출구(15)에 대해 실질적으로 접선 방향이다. 세그먼트(61)는 실질적으로 직선형이다. 세그먼트는 주 방향(P)에 실질적으로 평행하고, 지지 링의 에지를 따라 연장된다.
통로는 접선방향 세그먼트(61)를 연장시키는 나선형 세그먼트(67)를 더 포함한다. 나선형 세그먼트(67)는 하류 유출 도관(7)의 중심축(Y) 둘레에 감긴다. 나선형 세그먼트는 유출구(15)로 개방된다. 접선형 세그먼트(61)와 나선형 세그먼트(67)는 캡(25)의 적절한 성형에 의해 얻어진다.
암모니아 주입 디바이스(17)는 도시하지 않은 암모니아 가스를 생성하기 위한 유닛과 캡(25) 상에 추가되는 도관(69)을 포함한다. 캡은 이러한 목적을 위해 그 에지에 도관(69)이 부착되는 오리피스(71)를 갖는다. 바람직하게는, 도관(69)은 공간(11)의 내부로 약간 침투한다. 암모니아 가스 생성 유닛은 예컨대 암모니아 가스를 저장하기 위한 카트리지 또는 적절한 고체 재료에의 흡수에 의해 암모니아를 저장하는 카트리지, 또는 요소와 같은 액체 재료로부터 암모니아를 생성하기 위해 제공되는 반응기이다. 오리피스(71)는 배기 가스에 대해 제공되는 통과 섹션이 감소되는 통로의 지점에서 암모니아 가스의 주입을 달성하도록 위치 설정된다. 이러한 지점은, 예컨대 수렴 세그먼트(57)의 하류 단부 또는 접선방향 세그먼트(61)의 단부(63)에 상응한다.
도 5는 주입 지점에서의 배기 가스의 유동에 있어서의 난류 수준이 배플(33)의 존재로 인해 상당히 증가됨을 보여준다. 도 5의 우측부에는, 배플이 없고 본 발명의 것과 동일한 형상을 갖는 배기 가스를 정화하기 위한 조립체에 대한 배기 가스의 난류 수준이 도시되어 있다. 공간(11) 내에서 난류 수준은 낮고 실질적으로 일정하다. 도 5의 좌측부에는, 배플을 포함하는 본 발명의 조립체에서의 난류 수준이 도시되어 있다. 난류 수준은 a에서부터 k까지 점증하는 인덱스로 나타내며 k가 최대 난류 수준이다. 이 도면은 수렴 세그먼트의 하류 단부에서의 큰 난류 수준을 보여준다. 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 난류 수준은 유입구의 제1 영역을 통해 공간(11)을 통과하는 배기 가스가 주입 지점에서 배기 가스에 내부 회전을 생성하는 방향에 있어서 다수의 변화, 특히 배플 주위에서의 회전을 경험한다는 사실로 설명된다.
도 5에는, 정화 조립체의 단지 1/2만을 도시하였다. 이 절반부는 기본적으로 도 3의 상부에 대응한다.
도 6은 배기 가스 내에서의 난류 수준으로 인해, 공간(11) 내에 주입되는 NH3 가스가 배기 가스 흐름 내에서 매우 신속하게 균질화되는 것을 보여준다. 하부 부분은 도 5의 것에 대응하는 배플이 없는 조립체의 경우의 공간(11) 내부의 NH3의 농도를 보여준다. 도 6의 다른 부분은 본 발명에 따른 배플을 갖는 조립체의 경우의 공간(11) 내부의 NH3의 농도를 보여준다.
양자 모두의 경우, NH3 농도는 a에서부터 i까지 점증하는 인덱스로 표현되고, i는 최대 NH3 농도에 대응한다.
도 6의 다이어그램은 도 2의 도면과 유사한 배기 가스를 정화하기 위한 조립체의 정면도에 해당한다. 배기 가스 유입구는 우측에 배치되고, 배기 가스 유출구는 좌측에 배치된다. 도 6의 하부는, 배기 경로를 따라, 실질적으로 나선형 세그먼트의 절반까지 연장되는, 배플이 없는 높은 NH3 농도를 갖는 배기 가스의 베인이 존재함을 보여준다.
도 6의 상부는, 배플에 의해 배기 가스 내의 NH3 농도에서의 감소가 매우 급속함을 보여준다. 높은 NH3 농도를 갖는 배기 가스 베인은 나선형 세그먼트(67) 전까지 사라진다.
도 7은 나선형 세그먼트(67)가 배기 가스의 난류 수준에 있어서의 증가를 허용함을 보여준다. 도 7에서, 난류 수준은 a부터 j까지 점증하는 인덱스로 표시되며, j는 최대 난류 수준에 대응한다.
도 7은 배기 가스가 접선방향 세그먼트(61)에서 벗어나 나선형 세그먼트(67)를 통과할 때에 난류 수준이 감소됨을 보여준다. 그 후, 난류 수준은 배기 가스의 회전의 발생으로 인해 나선형 세그먼트(67)를 따라 증가하는 경향이 있다.
도 8은 공간의 유출구(15) 평면에서의 암모니아 NH3의 분배를 보여준다. 우측부의 다이어그램은 도 5의 우측부에 도시한 바와 같이 배플이 없는 정화 조립체에 대응한다. 도 8의 좌측부의 다이어그램은 본 발명, 즉 배플이 장착된 조립체에 대응한다. NH3의 몰 농도는 a에서부터 v까지 점증하는 인덱스로 표시되며, v는 최대 농도이다. 스케일은 좌측 다이어그램과 우측 다이어그램에서 서로 상이하다.
도 8의 우측부는, 배플의 부재의 경우, 암모니아 NH3가 유출구의 중앙 영역보다 유출구 아래 우측에서 훨씬 더 농축됨을 보여준다. NH3의 몰분률은 유출구의 중앙부에서보다 유출구의 아래쪽 우측에서 4배 높다.
도 8의 좌측부는, 배플에 의해 NH3의 분배가 유출구 평면에서 상대적으로 균일함을 보여준다. 최저 농도를 갖는 영역에서의 NH3 몰분률에 대한 최고 농도를 갖는 영역에서 NH3 몰분률의 비는 1.2 미만이다.
이제, 도 9를 참고하여 제1 실시예의 변형예를 설명하겠다.
이러한 변형예가 도 1 내지 도 4에 예시한 조립체와 상이하게 하는 요점만이 아래에서 상술된다. 동일한 요소 또는 동일한 기능을 보장하는 것은 동일한 참조번호로 나타낼 것이다.
도 9의 변형예에서, 배플(33)은 기본적으로 유입구의 제2 영역(39)을 향해 연장되는 2개의 보우(72; bow)를 포함한다. 이들 보우(72)는 자유 에지(41)의 중앙부(45)에 고착되고, 유입구의 제2 영역을 따라 배치되는 에지(35)의 포인트(73)까지 실질적으로 반경방향으로 연장된다. 컵(33)은 이에 따라 유입구(13)로부터 도달하는 배기 가스를 위한 3개의 통로(75)를 한정한다.
커스프에 있는, 즉 배플의 자유 단부(41)와 캡(25) 사이의 배기 가스용의 통과 섹션은 보우(72)의 존재에 의해 감소된다. 이는 이 영역 배기 가스의 흐름 속도를 가속시키는 데 기여하고, 주입 지점에서 배기 가스의 난류 수준을 증가시키는 데 기여한다.
이제 도 10 및 도 11을 참고하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명하겠다. 제2 실시예가 제1 실시예와 상이하게 하는 요점만을 아래에서 상술하겠다.
2개의 실시예 모두에서 동일한 요소 또는 동일한 기능을 보장하는 것은 동일한 참조부호로 나타낼 것이다.
도 10에서 볼 수 있다시피, 수렴 세그먼트(57)는 암모니아 가스가 배기 가스 내에 분산되는 효율을 더 증가시키도록 배치되는 보다 복잡한 형상의 세그먼트로 대체된다. 수렴 세그먼트는 주 방향에 대해 실질적으로 수직한 방위를 갖고 아치형 세그먼트(79)에 의해 연장되는 제1 세그먼트(77)로 대체되며, 제1 세그먼트 자체는 주 방향과 실질적으로 평행한 방위를 갖는 제2 세그먼트(81)와 함께 연장된다. 세그먼트(77)의 상류 단부는 수렴하는데, 즉 배기 가스에 상류에서부터 하류로 감소되는 통과 섹션을 제공한다. 제1 세그먼트(77)는 실질적으로 유입구의 제2 영역에 대해 직각으로 배치된다. 아치형 세그먼트(79)와 제2 세그먼트(81)는 실질적으로 제1 영역에 대해 수직으로 배치된다.
더욱이 도 11에서 볼 수 있다시피, 배플은 도 2의 경우와 비교하여 유입구의 중심(C) 주위에서 회전 방향으로 약간 변위된다. 유입구를, 하나의 영역은 배플에 의해 거의 완전히 커버되고 나머지 하나는 배플에 의해 실제적으로 커버되지 않는 동일한 크기의 2개의 영역으로 분할하도록 하는 중심선은 주 방향과 정렬되거나 이 주 방향에 대해 상대적으로 약간 틸팅된다. 이것은 세그먼트(77, 79, 81)의 배치를 용이하게 한다.
마지막으로, 암모니아 가스의 주입 지점은 제1 실시예와 비교하여 배기 가스의 통로를 따라 상류로 변위된다.

Claims (15)

  1. 배기 가스 정화 조립체(1)로서,
    - 배기 가스 정화용의 제1 유닛(5)이 내부에 수납되는 상류 도관(3);
    - 배기 가스 정화용의 제2 유닛(9)이 내부에 수납되고, 상류 도관(3)과 서로 평행하게 위치 설정되는 하류 도관(7); 및
    - 상류 도관(3)과 연통되는 배기 가스 유입구(13) 및 하류 도관(7)과 연통되는 배기 가스 유출구(15)를 갖는 공간으로서, 중심선이 상기 유입구(13)를 배기 가스에 대해 동일한 통과 섹션을 제공하는 제1 영역(37) 및 제 2 영역(39)으로 분할하는 것인 공간(11)
    을 포함하는 배기 가스 정화 조립체에 있어서,
    상기 배기 가스 정화 조립체(1)는 공간(11)에서 유입구(13)를 향해 배치된 배플(33)을 포함하고, 배플(33)은 유입구(13)에 대한 직교 투영에서 제1 영역(37)의 적어도 75%를 커버하고 제2 영역(39)의 25% 미만을 커버하며, 상기 배플(33)과 공간(11)은 유입구(13)의 제1 영역(37)을 통과하는 배기 가스의 일부가 배플(33) 주위의 커스프(cusp)를 형성하는 흐름 라인에 이어 공간(11)으로 흘러들어가도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배플(33)은 제1 영역(37)을 향하는 복수 개의 오리피스(49)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공간(11)과 배플(33)은 배기 가스를 유입구(13)로부터 유출구(15)로 안내하는 통로를 한정하고, 상기 통로는 배기 가스에 상대적으로 더 큰 통과 섹션을 제공하는 상류 부분과 배기 가스에 상대적으로 더 작은 통과 섹션을 제공하는 하류 부분을 갖는 수렴 세그먼트(57)를 포함하고, 상기 배기 가스 정화 조립체(1)는 하류 부분에서 질소산화물을 환원시키는 제품을 주입하는 주입 디바이스(17)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간(11)과 배플(33)은 배기 가스를 유입구(13)에서부터 유출구(15)까지 안내하는 통로를 한정하고, 상기 배기 가스 정화 조립체(1)는 상기 통로의 세그먼트(57) 내에 또는 이 세그먼트로부터의 바로 하류에 질소산화물을 환원시키기 위한 제품을 주입하는 주입 디바이스(17)를 포함하고, 상기 세그먼트(57)는 배플(33)과 공간(11)의 벽을 향하는 각각의 영역에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배플(33)의 영역(59)은 상기 세그먼트(57)를 향해 오목한 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간(11)과 배플(33)은 배기 가스를 유입구(13)에서부터 유출구(15)로 안내하는 통로를 한정하고, 상기 통로는 유입구(13)에 대해 상대적으로 거의 접선방향 방위의 세그먼트(61)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간(11)과 배플(33)은 배기 가스를 유입구(13)에서부터 유출구(15)로 안내하는 통로를 한정하고, 상기 통로는 유출구(15)에 대해 상대적으로 거의 접선방향 방위의 세그먼트(61)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간(11)과 배플(33)은 배기 가스를 유입구(13)에서부터 유출구(15)로 안내하는 통로를 한정하고, 상기 통로는 유출구(15)로 개방된 거의 나선형의 세그먼트(67)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플(33)은 유입구의 하나의 에지(35)에 고착되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간(11)은 유입구(13)와 유출구(15)가 형성되는 지지 링(23)과, 지지 링(23)에 부착되는 캡(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 배플(33)은 지지 링(23)과 동일한 재료로 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배플(33)과 공간(11)은 배플(33) 주위의 커스프에서 유입구(13)의 통과 섹션의 75 % 미만, 바람직하게는 유입구(13)의 통과 섹션의 50% 미만의 배기 가스를 위한 통과 섹션을 한정하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간(11)과 배플(33)은 배기 가스를 유입구(13)에서부터 유출구(15)로 안내하는 통로를 한정하고, 상기 배기 가스 정화 조립체는 상기 통로의 주입 지점에 질소산화물을 환원시키는 제품을 주입하기 위해 마련되는 주입 디바이스(17)를 포함하고, 상기 통로는 커스프와 주입 지점 사이에 적어도 제1 세그먼트(77) 및 제2 세그먼트(81)를 포함하며, 제1 세그먼트 및 제2 세그먼트는 서로에 대해 30 내지 90도로 이루어진 각도로 상대적으로 형성되는 각각의 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구(13)와 유출구(15)는 주(主) 방향을 따라 정렬되는 각각의 중심을 갖고, 상기 중심선은 주 방향과 함께 30도 미만의 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 정화 조립체는 질소산화물을 환원시키기 위한 가스상 제품, 예컨대 암모니아를 주입하기 위해 마련되는 주입 디바이스(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
KR1020147002053A 2011-07-05 2012-07-05 배기 가스 정화 조립체 KR20140043449A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1156061A FR2977633B1 (fr) 2011-07-05 2011-07-05 Ensemble de purification de gaz d'echappement
FR1156061 2011-07-05
PCT/EP2012/063084 WO2013004769A1 (fr) 2011-07-05 2012-07-05 Ensemble de purification de gaz d'échappement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140043449A true KR20140043449A (ko) 2014-04-09

Family

ID=46506363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147002053A KR20140043449A (ko) 2011-07-05 2012-07-05 배기 가스 정화 조립체

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9464546B2 (ko)
EP (1) EP2729678B1 (ko)
KR (1) KR20140043449A (ko)
CN (1) CN103649483B (ko)
FR (1) FR2977633B1 (ko)
WO (1) WO2013004769A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150127554A (ko) * 2014-05-07 2015-11-17 포르시아 쥐스뗌 데샤피망 배기 가스 정화 조립체 및 배기 가스 정화 조립체를 포함하는 배기 라인
WO2015187162A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Insulated cover for mixer assembly

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2497866A (en) 2012-12-20 2013-06-26 Daimler Ag Exhaust gas after treatment device
GB2511486A (en) 2013-01-22 2014-09-10 Daimler Ag Mixing device for an exhaust system of a vehicle
US20150308316A1 (en) * 2014-04-29 2015-10-29 GM Global Technology Operations LLC Integrated mixing system for exhaust aftertreatment system
FR3020834B1 (fr) 2014-05-07 2016-06-24 Faurecia Systemes D'echappement Ensemble de purification de gaz d'echappement
US10215075B2 (en) * 2014-10-24 2019-02-26 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Modular mixer inlet and mixer assembly to provide for compact mixer
US9828897B2 (en) * 2015-04-30 2017-11-28 Faurecia Emissions Control Technologies Usa, Llc Mixer for a vehicle exhaust system
CN107435576B (zh) * 2016-05-27 2021-06-01 罗伯特·博世有限公司 集成的尾气后处理系统
JP6853658B2 (ja) * 2016-10-11 2021-03-31 現代自動車株式会社Hyundai Motor Company 車両の触媒コンバータの断熱構造
CN114575976B (zh) 2017-06-06 2023-10-27 康明斯排放处理公司 在后处理系统混合排气和还原剂的系统和方法
WO2019045701A1 (en) * 2017-08-30 2019-03-07 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc VENTURI TYPE INJECTOR CONE
WO2019089041A1 (en) 2017-11-03 2019-05-09 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Flow reversing mixer assembly
US10533478B2 (en) 2017-12-12 2020-01-14 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Mixer and valve assembly
JP6894385B2 (ja) * 2018-01-05 2021-06-30 フタバ産業株式会社 混合装置
DE102018103368A1 (de) 2018-02-15 2019-08-22 Man Truck & Bus Ag Vorrichtung zum Mischen von Abgas und einem Additiv
US10287948B1 (en) 2018-04-23 2019-05-14 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc High efficiency mixer for vehicle exhaust system
US10316721B1 (en) 2018-04-23 2019-06-11 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc High efficiency mixer for vehicle exhaust system
WO2020009713A1 (en) 2018-07-06 2020-01-09 Cummins Emission Solutions Inc. Decomposition chamber for aftertreatment systems
US10787946B2 (en) 2018-09-19 2020-09-29 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Heated dosing mixer
SE542960C2 (en) 2018-12-13 2020-09-22 Scania Cv Ab Exhaust gas aftertreatment system
IT201900001933A1 (it) * 2019-02-11 2020-08-11 Cnh Ind Italia Spa Sistema migliorato di trattamento dei gas di scarico per un veicolo
US11208934B2 (en) 2019-02-25 2021-12-28 Cummins Emission Solutions Inc. Systems and methods for mixing exhaust gas and reductant
DE112021002674T5 (de) 2020-05-08 2023-02-23 Cummins Emission Solutions Inc. Konfigurierbare Nachbehandlungssysteme, einschliesslich eines Gehäuses
FR3113697B1 (fr) * 2020-09-01 2022-09-02 Faurecia Systemes Dechappement Mélangeur de réducteur pour gaz d’échappement

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0520098A2 (pt) * 2005-03-08 2009-04-14 Volvo Lastvagnar Ab aparelho para misturação de um meio lìquido em um meio gasoso
FR2900962A1 (fr) * 2006-05-15 2007-11-16 Renault Sas Ligne d'echappement comportant un injecteur de carburant et une plaque adaptee a la vaporisation du carburant injecte sur ladite plaque
US8371114B2 (en) * 2007-03-12 2013-02-12 Bosch Corporation Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine
JP5099684B2 (ja) * 2007-08-06 2012-12-19 ボッシュ株式会社 排気浄化装置
GB2452249A (en) * 2007-08-17 2009-03-04 Emcon Technologies Germany An exhaust system
DE102010014037A1 (de) 2009-04-02 2010-11-04 Cummins Filtration IP, Inc., Minneapolis Reduktionsmittelzersetzungssystem
DE102009056183A1 (de) * 2009-11-27 2011-06-01 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Abgasreinigungskomponente mit Umlenkfläche und Verfahren zu deren Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150127554A (ko) * 2014-05-07 2015-11-17 포르시아 쥐스뗌 데샤피망 배기 가스 정화 조립체 및 배기 가스 정화 조립체를 포함하는 배기 라인
WO2015187162A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Insulated cover for mixer assembly

Also Published As

Publication number Publication date
CN103649483B (zh) 2016-12-14
US9464546B2 (en) 2016-10-11
FR2977633B1 (fr) 2013-08-16
FR2977633A1 (fr) 2013-01-11
US20140230418A1 (en) 2014-08-21
EP2729678B1 (fr) 2017-04-19
EP2729678A1 (fr) 2014-05-14
WO2013004769A1 (fr) 2013-01-10
CN103649483A (zh) 2014-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140043449A (ko) 배기 가스 정화 조립체
US10408110B2 (en) Reductant decomposition reactor chamber
US8033714B2 (en) Fluid mixing apparatus
KR101718208B1 (ko) 배기 가스 정화 조립체 및 배기 가스 정화 조립체를 포함하는 배기 라인
US9925502B2 (en) Flow device for an exhaust system
CN107208519B (zh) 具有混合器组件的排气后处理系统
US9248404B2 (en) Motor vehicle exhaust line
US9266075B2 (en) Doser and mixer for a vehicle exhaust system
US8661792B2 (en) Exhaust line with injection system
US20070274877A1 (en) Gas treatment appartatus
US10792626B1 (en) Systems and methods for mixing exhaust gases and reductant in an aftertreatment system
US11193412B2 (en) Automotive exhaust aftertreatment system
CN107435576B (zh) 集成的尾气后处理系统
CN111886068A (zh) 用于将来自喷射器的喷雾混入气体中的混合装置、以及包括混合装置的系统
US20160194995A1 (en) Flow mixing device for an exhaust after-treatment system
CN110792490B (zh) 用于车辆排气系统混合器组件的内盒流动偏转器
KR101950601B1 (ko) 배기 가스 정화 장치의 믹싱 챔버 유닛
CN215256406U (zh) 车辆排气系统
KR101842810B1 (ko) 흐름 분할 부재 및 혼합 가이드 부재를 포함하는 배기 가스 처리 유닛
GB2595019A (en) Systems and methods for mixing exhaust gas and reductant in an exhaust gas aftertreatment system
CN114060128A (zh) 进气端锥组件以及尾气后处理封装
CN113950571A (zh) 用于在后处理系统中混合排放气体和还原剂的系统和方法
US20230003158A1 (en) Decomposition chamber with guide swirl mixer
CN116348195A (zh) 排气后处理系统
CN118148751A (zh) 混合器、scr、后处理系统及车辆

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application