KR20140046067A - 액체 환원제를 공급하는 장치 - Google Patents

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스벤 쉬에페르스
잔 호드그손
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에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
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Abstract

본 발명은 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1)에 관한 것으로서, 상기 장치는 탱크(3), 및 상기 탱크(3)의 흡입 점(5)을 갖는 이송 유닛(4)을 구비하고, 상기 흡입점에서 환원제가 상기 탱크(3) 외측으로 취출될 수 있다. 흡입 점(5)이 분리 층(6)에 의해 커버되어, 폐쇄된 중간 공간(7)이 상기 흡입 점(5)과 상기 분리 층(6) 사이에 형성되며, 이 경우 상기 분리 층(6)이 상기 탱크(3)로부터 상기 중간 공간(7)으로의 유입 방향(23)보다도 상기 중간 공간(7)으로부터 탱크(3)로의 유출 방향(24)으로 환원제에 대한 보다 큰 유동 저항을 갖는다.

Description

액체 환원제를 공급하는 장치{Device for Providing Liquid Reducing Agent}
본 발명은 배기-가스 처리 장치에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 자동차 분야에서, 배기-가스 처리 장치가 폭넓게 사용되고, 상기 배기-가스 처리 장치로 부가적인 물질이 내연기관의 배기 가스의 정화를 위해 공급된다. 이러한 배기-가스 처리 장치에서 폭넓게 사용되는 배기-가스 정화 방법은 특히 선택 촉매 환원 공정[selective catalytic reduction(SCR) process]이다. 상기 배기-가스 정화 방법에서, 환원제가 배기 가스에 공급되고, 상기 환원제에 의해, 상기 배기 가스에 있는 환원제 질소 산화물 화합물이 환원될 수 있다. 암모니아가 환원제로 전반적으로 사용된다. 암모니아는 통상적으로 자동차에 직접적으로 저장되기보다는 암모니아를 형성하도록 변환될 수 있는 전구체 용액의 형태로 저장된다. 변환이 상기 변환을 위해 제공된 부가적인 반응기 및/또는 배기-가스 처리 장치 내에서 실행될 수 있고, 상기 반응기는 배기 라인 내에 배치될 수 있고 및/또는 상기 배기 라인의 외측에 배치될 수 있다. 환원제 전구체로서, 예를 들면, 수성 요소 용액이 만들어져 사용될 수 있다. 32.5% 요소-수용액이 상표명 AdBlue®으로 판매되는 환원제 전구체로서 이용가능하다. "환원제" 및 "환원제 전구체 용액" 그리고 "환원제 전구체"라는 표현은 아래에서 서로 동일한 의미로 사용된다.
자동차에 배기-가스 처리 장치용 환원제를 공급하기 위하여, 탱크가 상기 환원제에 대해 제공되고 그리고 이송 유닛은 상기 환원제를 상기 탱크로부터 상기 배기-가스 처리 장치까지 이송시키도록 제공되는 것이 통상적인 경우다. 탱크 및 이송 유닛은 가능한 비용면에서 효과적이고, 동시에 환원제의 신뢰가능한 공급을 보장할 수 있다. 특히, 탱크 내의 환원제가 이송 유닛이나 또는 환원제를 배기-가스 처리 장치로 분사하기 위한 인젝터에 손상을 야기시킬 수 있는 불순물을 포함한다는 문제점을 갖는다. 따라서 이송 유닛은 전형적으로 필터를 구비하고 상기 필터에 의해 환원제 내의 불순물이 계속 유지될 수 있다.
이를 시발점으로 고려하여, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 강조된 기술적 문제점을 해결하거나 또는 적어도 경감시키는 것이다. 특히 배기-가스 처리 장치에 액체 환원제를 신뢰가능하게 제공할 수 있는 비용절감적인 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징부에 따른 장치에 의해 달성된다. 장치의 다른 유리한 실시예가 종속 청구항에 특정된다. 청구범위에서 개별적으로 특정된 특징은 임의의 요구되는 과학기술적으로 의미 있는 방식으로 서로 합쳐질 수 있고 그리고 본 발명의 다른 실시예가 강조된 상태에서 상세한 설명의 예시적인 사실에 의해 보충될 수 있다.
본 발명은 배기-가스 처리 장치에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치를 포함하고, 상기 액체 환원제를 공급하기 위한 장치는 탱크와, 환원제가 상기 탱크로부터 빼내어지는 상기 탱크의 흡입 점을 갖는 이송 유닛을 구비하고, 상기 흡입 점이 파티션 층에 의해 커버되어, 폐쇄된 중간 공간이 상기 흡입 점과 상기 파티션 층 사이에 제공되며, 이 경우 상기 파티션 층은 상기 탱크로부터 상기 중간 공간으로의 유입 방향에서 보다도 상기 중간 공간으로부터 상기 탱크로의 유출 방향으로 상기 환원제에 대해 보다 큰 유동 저항을 갖는다.
탱크에서의 흡입 점은 바람직하게는 탱크의 벽부에 위치한 개구이며, 상기 개구는 이송 유닛으로 안내되는 라인에 의해 접합된다. 이와 같이 흡입 점이 이송 유닛의 하우징에 대응하게 형성될 수 있고, 상기 하우징은 탱크로 돌출한다. 파티션 층은 바람직하게는 흡입 점을 커버하는 타입으로 형성된다. 파티션 층은 예를 들면, 흡입 점 상에 배치된 돔의 방식으로 설계될 수 있다. 흡입 점이 탱크의 오목부에 위치되거나 또는 탱크 벽부의 오목부에 또한 위치될 수 있고, 그리고 파티션 층이 상기 오목부를 커버하거나 폐쇄할 수 있다. 달리 말하자면, 파티션 층은 바람직하게는 흡입 점에 걸쳐져 있다.
중간 공간은 흡입 점의 구역에서의 탱크 벽부와 파티션 층 사이에 바람직하게 위치된다. 유입 방향으로 또는 유출 방향으로 환원제에 대한 유동 저항은 사전결정된 압력 차이가 있는 상태에서 파티션 층을 통과할 수 있는 상기 환원제의 유동율에 의해 형성된다. 유동 저항이 중간 공간과 탱크 사이의 상이한 압력 차이의 경우에 일정할 필요는 없다. 또한 유동 저항이 압력 차이의 함수로 변할 수 있다. 본 발명의 범주 내에서, 유출 방향에서의 유동 저항이 특히 저 압력의 범위(0.2 bar에 이르는 압력 및 특히 0.1 bar에 이르는 압력)에서 유입 방향으로의 유동 저항과 관련하여 상당하게 증가되는 것이 바람직하다. 0.2 bar는 2 m [미터]의 수주(water column)에 대응하고, 그리고 0.1 bar는 1 m [미터]의 수주에 대응한다. 이보다 더 큰 압력이 통상적으로 탱크와 중간 공간 사이에서 발생하지 않는다. 중간 공간과 탱크 사이의 압력 차이가 파티션 층을 통한 환원제의 질량 유동에 의해, 상기 중간 공간 및 상기 탱크에서의 액체 레벨에 의해, 그리고 또한 상기 탱크 및 상기 중간 공간에서의 슬로싱 운동(sloshing movement)의 경우에서의 액체의 충격에 의해, 실질적으로 결정된다. 이들 영향의 경우에, 특히 환원제의 발생하는 질량 유동으로부터 초래된 약간의 압력 차이가 무시가능한 경우이다. 이에 따라, 발생하는 압력 차이가 실질적으로 탱크의 구조적인 크기에 의해 결정되고, 그리고 상기 언급된 0.2 bar의 값을 매우 드물게 초과한다. 따라서, 파티션 층의 작용 때문에, 상기 파티션 층이 비교적 큰 압력 차이에서 작용하는 방식이 보다 덜 적절하다. 예를 들면, 유입 방향 및 유출 방향에서의 파티션 층의 유동 저항이 서로 다시 집중할 수 있거나, 또는 압력 차이가 0.2 이상일 경우, 완전하게 동일하게 될 수 있다.
유입 방향 및 유출 방향에서의 유동 저항의 이와 같은 상이한 구성에 의해, 규칙적인 작동 동안에 파티션 층을 통해 중간 공간으로 환원제가 탱크로 역류하지 않거나, 또는 제한된 정도로만 다시 역류한다는 것이 보장될 수 있다.
파티션 층은 예를 들면, 이송 유닛에 대한 중간 축적기나 또는 저장부로 사용되는, 탱크 볼륨의 나머지부로부터의 중간 공간의 공간 분리를 실현하도록 특히 사용된다. 탱크에 위치된 환원제가 상기 탱크의 나머지 부에 위치한 환원제보다 상이한 특성(예를 들면, 상이한 청결도나 또는 상이한 순도)을 나타낼 수 있다.
파티션 층에는 또한 가열기가 설치될 수 있고, 상기 가열기에 의해, 특히 중간 공간에서의 주변의 환원제가 가열될 수 있다. 가열기는 예를 들면, 적어도 하나의 가열 부재(특히, PTC 가열 부재)를 포함할 수 있고, 상기 가열 부재는 파티션 층에 통합된다. 예를 들면, 가열 와이어는 파티션 층으로 조립(woven)될 수 있다. 상기 가열기가 또한 탱크 내의 환원제를 가열하도록 설계될 수 있지만, 그러나 상기 가열기가 주로 중간 공간 내의 환원제를 가열하도록 사용될 수 있다. 가열기에 의해 방사된 열은 바람직하게는 중간 공간으로 주로 초기에 방사된다. 중간 공간에서의 환원제가 액체 형태일 경우, 가열기로부터의 열이 또한 탱크로 통과한다. 이러한 목적을 위하여, 가열기는 바람직하게는 파티션 층의 내부 측에 제공되고, 상기 내부 측은 중간 공간 쪽으로 향한다.
파티션 층은 바람직하게는 필터링, 스크린작용, 가열 등과 같이 환원제를 제공하는 동안에 다수의 또는 상이한 작동을 실행할 수 있다.
파티션 층은 또한 탱크 내의 충전 레벨을 측정하기 위한 충전 레벨 센서를 구비할 수 있다. 충전 레벨 센서는 예를 들면, 파티션 층에 고정된 전기 접속부의 형태를 취할 수 있다. 이와 같이 온도가 파티션 층의 한 구성요소의 (특히 가열 부재의) 전기 저항을 체크함으로서 추론될 수 있다.
기재된 장치는 파티션 층이 탱크와 중간 공간 사이에서 적어도 0.01 bar 내지 0.1 bar에 이르는 임계 압력 차이로 유입 방향으로 환원제에 대해 단지 단방향으로 투과성이 있다면 더욱 유리하다.
파티션 층의 이러한 구성에 의해, 규칙적인 작동 동안에 탱크와 중간 공간 사이에서 발생하는 적어도 압력 차이의 범위에서, 환원제가 중간 공간으로부터 탱크로 다시 유동하는 것이 완전하게 방지될 수 있다. 파티션 층의 작용은 이에 따라 특히 효과적이다.
상기 타입의 파티션 층이 반투과성 구조체, 즉 달리 말하자면, 특히 반투과성 구조체일 수 있으며, 이를 달리 말하자면 물질 및/또는 단지 특정 물질(환원제 분류(fraction))이 단지 하나의 (단일의) 방향으로 통과할 수 있다는 것이다. 다이어프그램(diaphragm)은 예를 들면, 텍스타일 패브릭(textile fabric)의 다수의 층을 포함할 수 있고, 특히, 테프론(Teflon) 층(polytetrafluoroethylene)이 제공된다.
상기 타입의 파티션 층이 여과된 측에서(본 경우에 내측에서) 스폰지와 필터 플라이/스크린 플라이의 조합으로 이루어질 수 있다. 스폰지는 필터 플라이/스크린 플라이를 지지하고 및/또는 상기 필터 플라이/스크린 플라이에 연결되어 고정되는 얇은 스폰지 플라이의 형태를 취할 수 있다. 스폰지 플라이는 바람직하게는 2 mm [밀리미터] 보다 더 얇고 그리고 특히 바람직하게는 1 mm 보다 더 얇다. 모세관력은 스폰지에서 또는 스폰지 플라이에서 작용한다. 상기 모세관 력에 의해, 파티션 층이 환원제의 볼륨을 유지한다. 배리어 플라이(barrier ply)는 따라서 필터 플라이/스크린 플라이를 통한 환원제의 역류를 방지하도록 형성된다.
장치는 파티션 층이 유출 방향으로 상기 파티션 층의 유동 저항을 증가시키는 적어도 하나의 배리어 플라이를 구비한 필터라면 또한 유리하다.
배리어 플라이는 중간 공간과 탱크 사이의 낮은 압력 차이의 범위에서 적어도 유출 방향으로의 배리어 작동을 부여한다. 이는 배리어 플라이가 탱크 외측에서의 환원제의 유동을 방지한다는 것을 의미한다.
상기 타입의 배리어 플라이는 또한 적당한 반투과성 구조체로 형성될 수 있다. 배리어 플라이는 필요하다면 또한 향상된 배리어 작용을 보장하도록 다수의-층의 형상일 수 있다.
파티션 층은 따라서 여과 작용을 가질 수 있다. 중간 공간으로의 환원제 유동이 여과된다. 따라서, 탱크 내의 환원제의 불순물이 흡입 점으로부터 멀리 유지될 수 있다. 불순물은 중간 공간으로 그리고 흡입 점까지 통과하는 것이 방지된다. 동시에, 유출 방향에서 증가된 유동 저항의 결과로서, 사전에 여과된 환원제가 중간 공간을 벗어나 다시 탱크로 통과하지 않는다는 것이 보장된다. 따라서, 환원제가 두 번 여과되는 것을 방지할 수 있다. 동시에, 여과된 환원제의 저장부는 중간 공간에서 각각의 경우에 흡입 점의 직접적인 부근에 위치된다.
배리어 작용 및 여과 작용이 파티션 층의 2개의 상이한 플라이에서 실현될 수 있다. 이후, 배리어 플라이에 더하여, 여과 작용을 실행하는 필터 플라이가 바람직하게 또한 제공된다. 파티션 층은 이후 다수의-층의 형태를 취한다. 배리어 플라이 및 필터 플라이는 또한 공통의 플라이로 실현될 수 있고, 상기 공통의 플라이는 기술된 배리어 작용 및 기술된 여과 작용을 서로 겸한다. 결합된 필터 플라이 및 배리어 플라이는 예를 들면, (정상 작동 조건 하에서) 환원제에 투과성을 갖는 기공 및/또는 덕트를 구비할 수 있고, 그리고 유입 방향에서, 상기 기공이나 덕트보다 더 큰 파티클을 유지하고, 유출 방향에서, 환원제나 상기 파티클을 투과시키지 않는다.
장치는, 또한 파티션 층이 유출 방향에서 파티션 층의 유동 저항을 증대시키는 적어도 하나의 유동-저해 수단을 구비한 스크린이라면, 유리하다.
스크린에 의하여, 이와 같이 환원제가 탱크 외측에서 중간으로 통과함에 따라 정화될 수 있다. 스크린은 일정한 크기의 개구를 구비한다. 개구는 예를 들면, 1 mm [밀리미터] 이하의, 바람직하게는 0.5 mm [밀리미터] 이하의 그리고 특히 바람직하게는 10 ㎛ [마이크로미터]와 20 ㎛ 사이의 일정한 직경을 가질 수 있다. 스크린에 의하여, 환원제 내의 파티클이 유지될 수 있어, 상기 파티클이 중간 공간으로 통과하지 못하고 이에 따라서 또한 흡입 점으로 통과하지 않는다. 중간 공간으로부터 탱크로 다시 유동 저항을 증가시키기 위하여, 스크린과 같은 파티션 층의 실시예의 경우에, 적어도 하나의 유동-저해 수단이 제공될 수 있다. 유동-저해 수단은 예를 들면, 밸브 수단일 수 있으며, 상기 밸브 수단은 중간 공간으로부터 탱크로의(유출 방향으로) 역류 시, 스크린의 개구를 폐쇄한다. 유동-저해 수단 또는 밸브 수단은 예를 들면 이동가능한 베인(vane)일 수 있고, 상기 베인은 상기 베인을 구비한 스크린의 면으로부터 진행하는 유동의 경우에 상기 스크린의 개구를 커버하고 그리고 어느 한 측에서 상기 스크린에 고정된다. 기술된 장치로 스크린의 형상인 파티션 층의 경우에, 베인은 중간 공간과 마주한 스크린의 면에 바람직하게 고정된다. 중간 공간으로부터 탱크로의 (유출 방향으로) 역류는 베인에 의해 효과적인 방식으로 방지될 수 있다.
장치는, 이송 유닛이 탱크에 적어도 부분적으로 배치된 챔버에 배치되고, 그리고 포위하는 중간 공간이 상기 챔버와 파티션 층 사이에 제공되도록 상기 파티션 층이 상기 챔버를 둘러싼다면 더욱 유리하다.
파티션 층은 바람직하게는 반경방향으로 포위하는 방식으로 챔버를 둘러싸서, 예를 들면, 특히, 포위하는, 환형 중간 공간이 상기 챔버와 파티션 층 사이에 제공된다. 챔버는 바람직하게는 탱크 하부의 구성요소이다. 챔버는 바람직하게는 탱크 하부로부터 탱크 볼륨으로 상향으로 뻗어있다. 그러나, 챔버는 바람직하게는 탱크 높이의 많아야 30% 넘어, 그리고 특히 바람직하게는 상기 탱크 높이의 15%를 넘어 뻗어있다. 이러한 타입의 구성의 경우에, 흡입 점은 챔버와 이에 따라 이송 유닛의 직접적인 부근에 이와 동시에 탱크 하부의 부근에 위치될 수 있어, 환원제가 가능한 완전하게 흡입 점을 통해 탱크로부터 빼내어질 수 있다.
챔버와 파티션 층 사이 또한 상기 챔버와 상기 파티션 층 사이의 간격을 보장하기 위하여 스페이서(spacer) 구조체가 제공될 수 있다. 따라서, 여과된 환원제를 위한 적당하게 큰 저장부가 챔버와 파티션 층 사이에 제공될 수 있다. 파티션 층의 특성 때문에, 환원제는 상기 저장부 외측에서 탱크로 다시 유동하지 않거나, 또는 단지 시간-지연된 방식으로만 상기 저장부 외측에서 상기 탱크로 다시 유동한다. 따라서, 환원제가 탱크에서의 슬로싱 운동의 경우에 그리고 코너링 동안에, 각각의 경우에, 흡입 점에서 이용가능하게 달성될 수 있다.
장치는, 적어도 하나의 가이드 구조체가 파티션 층 주위의 탱크에 배치된다면, 또한 유리하며, 상기 가이드 구조체는 환원제를 상기 파티션 층 쪽으로 가이드한다.
가이드 구조체는 예를 들면, 탱크가 경사진 위치에 있다면 또는 상기 탱크 내에서의 슬로싱 운동의 경우에 환원제를 파티션 층 쪽으로 안내하는 가이드 플레이트의 형태를 취할 수 있다. 따라서, 탱크 내의 환원제가 파티션 층의 외측 전방에서 수집되고 그리고 중간 공간으로 안내되도록 달성될 수 있다. 유출 방향으로의 증가된 유동 저항 때문에, 환원제가 중간 공간 외측으로 다시 유동하지 않거나, 또는 단지 상당하게 느린 속도로 상기 중간 공간 외측으로 다시 유동한다. 따라서, 비록 탱크가 경사진 위치에 있거나 또는 상기 탱크에서의 슬로싱 운동 동안이라면, 환원제의 양이 각각의 경우에 흡입 점 바로 부근에서의 중간 공간에 유지되어, 이송 유닛에 의한 환원제의 이송이 중단되지 않는다. 이는 비록 탱크에서의 환원제 충전 레벨이 사전에 상당하게 격감되는 경우이다.
장치는, 파티션 층이 중간 공간으로부터 유출 방향으로 공기 거품에 투과성이 있다면 더욱 유리하다. 따라서, 공기 거품이 중간 공간에서 수집되는 것이 방지될 수 있다. 한 방향으로만 환원제에 투과성이 있고 이에 따라 배리어 플라이로 작동하는 적당한 반투과성 재료가 양 방향으로, 달리 말하자면 2개의 방향으로 공기에 대해 투과성을 가질 수 있다. 상기 타입의 재료로 이루어진 다이어프그램으로써, 공기 거품에 대한 파티션 층의 투과성을 실현할 수 있다.
장치는, 파티션 층이 유입 방향으로 열의 흐름을 촉진시키고 유출 방향으로 상기 열의 흐름을 감소시킨다면, 더욱 유리하다.
따라서, 동결이 발생할 때, 중간 공간에서의 환원제가 탱크에서의 환원제보다 더욱 신속하게 얼게 되는 상황을 방지할 수 있다. 탱크 내의 환원제가 이미 얼어버렸을 경우에, 액체 환원제가 중간 공간에 유지된다면 바람직하다. 따라서, 이송 유닛의 시동 시에, 액체 환원제는, 탱크 내의 상기 환원제가 상당하게 얼었을 경우에서도 흡입 점에 직접적으로 존재할 수 있는 상황을 실현할 수 있다. 따라서 중간 공간이 가열기에 의해 자유롭게 초기에 녹을 필요가 없다.
장치는 또한 파티션 층이 상기 파티션 층에 안정성을 부여하는 지지 구조체를 구비한다면 또한 유리하며, 이 경우 환원제에 대한 상기 지지 구조체의 유동 저항이 유입 방향 및 유출 방향에서 무시가능하다.
유동 저항은 특히 파티션 층의 다른 플라이의 유동 저항과 관련하여 무시가능하다. 지지 구조체는 따라서 관련 여과 작용을 실질적으로 나타내지 않고 파티션 층의 위치 및 형상을 사전형성하도록 단지 사용된다. 지지 구조체는 예를 들면, 파티션 층의 다른 플라이를 둘러싸는 시트-금속 구성으로 실행될 수 있고 및/또는 상기 시트-금속 구성에 대해 상기 파티션 층의 상기 다른 플라이가 적용된다. 지지 구조체는 예를 들면, 파티션 층에 대해 적어도 하나의 프레임을 형성할 수 있다. 지지 구조체는 빔-타입 골격에 걸쳐져 있는 프레임워크(framework) 구성의 형태를 취할 수 있고 상기 빔-타입 골격에 파티션 층의 다른 플라이가 적용될 수 있다. 지지 구조체는 파티션 층이 필터를 포함한다면 특히 유리한데, 그 이유는 상기 필터가 통상적으로 비교적 낮은 기계적 안정성을 나타내고 그리고 상기 필터가 이에 따라 지지 구조체에 의해 특히 유리한 방식으로, 제 위치에 및/또는 의도된 형상으로, 유지될 수 있기 때문이다. 파티션 층의 지지 구조체 및 다른 플라이(예를 들면, 필터 플라이, 열 보호 플라이 및/또는 배리어 플라이)는 또한 서로 연결될 수 있다. 예를 들면, 지지 구조체가 파티션 층의 상기 다른 플라이를 통해 부분적으로 뻗어있을 수 있고 및/또는 상기 파티션 층의 다른 플라이로 부분적으로 통과될 수 있으며 그리고 상기 지지 구조체가 이에 따라 상기 파티션 층의 다른 플라이를 기계적으로 유지할 수 있다. 파티션 층의 다른 플라이는 또한 지지 구조체에 용접될 수 있거나 또는 접착식으로 결합될 수 있다. 파티션 층과 지지 구조체 사이의 연결은 또한 선형 구역에서(예를 들면, 파티션 층의 엣지에서) 및/또는 영역에서 형성될 수 있다.
장치의 다른 유리한 실시예에 있어서, 파티션 층의 특성은 상기 파티션 층의 영역 내내 변한다. 이는 특히 파티션 층이 적어도 여러 영역에서 가변 특성을 갖는다는 것을 의미한다. 파티션 층의 영역이 적어도 2개의 구역으로 나뉘어질 수 있고, 상기 파티션 층의 특성이 구역에서 상이하다면 바람직하다. 또한 파티션 층의 특성이 상기 파티션 층의 영역 상에서 보여지는 바와 같이 연속의 방식으로 변할 수 있다.
본 발명에서, "파티션 층의 특성"이라는 표현은 예를 들면, 환원제 및/또는 공기에 대한 파티션 층의 단방향의 투과성 또는 양방향의 투과성, 또는 유입 방향 및 유출 방향에서의 공기 및/또는 환원제에 대한 파티션 층의 유동 저항과 같은, 상기에서 이미 상세하게 기재된 특성을 의미한다.
파티션 층이 제 1 구역 및 제 2 구역을 구비하는 것이 특히 바람직하고, (장치의 의도된 설치 정위로) 상기 제 1 구역이 상기 제 2 구역 상에 위치되고, 이 경우 상기 제 2 구역에서의 파티션 층이 상기 탱크로부터 상기 중간 공간으로의 유입 방향에서 보다도 상기 중간 공간으로부터 상기 탱크로의 유출 방향에서 환원제에 보다 큰 유동 저항을 갖고, 그리고 이 경우 상기 제 1 구역에서의 파티션 층이 상기 제 2 구역과 관련하여 향상된 투과성을 갖는다. 특히 제 1 구역이 유출 방향에서 공기에 대해 향상된 투과성을 나타낸다면 바람직하다.
더욱이, 파티션 층이 제 1 구역에서의 제 1 재료로 적어도 부분적으로 구성되고, 그리고 제 2 구역에서의 제 2 재료로 적어도 부분적으로 구성되는 것이 바람직하며, 여기서 상기 제 1 재료 및 상기 제 2 재료가 공기 및/또는 환원제에 대한 투과성과 관련하여 특히 상이한 특성을 나타낸다. 파티션 층용 제 2 재료가 제 1 구역에서 사용되지 않는 것이 바람직하고 상기 파티션 층용 제 1 재료가 제 2 구역에 사용되지 않는 것이 바람직하다. 제 1 재료는 바람직하게는, 제 2 재료와 관련하여 공기에 대해 향상된 투과성을 나타낸다. 제 2 재료는 바람직하게는, 두 개의 통과유동 방향(유입 방향 및 유출 방향으로)에서의 환원제에 대한 상이한 유동 저항을 나타낸다. 파티션 층의 제 2 구역은 바람직하게는 장치가 작동하는 동안에, 환원제가 수집되는 공간을 형성한다. 흡입 점과 파티션 층 사이의 중간 공간에 있는 공기 거품은 이에 따라 상기 중간 공간으로부터 제 1 구역을 통해 벗어날 수 있다.
또한 내연기관과, 상기 내연기관의 배기 가스를 정화하기 위한 배기-가스 처리 장치와, 환원제를 배기-가스 처리 장치로 공급하도록 설계된 장치를 구비한 자동차가 본 발명의 범주 내에서 청구된다. 내연기관으로부터의 배기 가스가 배기-가스 처리 장치를 통해 배기-가스 유동 방향으로 유동한다. 장치는 환원제를 인젝터를 통해 배기-가스 처리 장치로 안내한다. 인젝터는 환원제를 배기-가스 처리 장치로 분사하도록 설계된다. 인젝터는 자동-개방 노즐일 수 있거나 또는 기동식 밸브 부재에 의해, 배기-가스 처리 장치로 공급된 환원제의 유동율을 제어할 수 있다. SCR 촉매 변환기가 배기-가스 처리 장치에 배치되고 상기 SCR 촉매 변환기에서 배기-가스 정화를 위한 SCR 공정이 실행된다. 이 경우, 배기 가스에서의 질소 산화물 화합물은 환원제의 도움에 의해 변환되어, 물, 이산화탄소 및 질소와 같은 무해한 물질을 형성한다.
또한, 적어도 하나의 충전 레벨 센서가 파티션 층 내에 및/또는 상기 파티션 층 상에 배치 및/또는 통합되는 것이 유리할 수 있다. 탱크 내의 환원제의 충전 레벨은 충전 레벨 센서에 의해 모니터될 수 있다. 충전 레벨 센서는 연속의 충전 레벨 센서일 수 있고, 상기 레벨 센서는 최소 측정가능한 충전 레벨과 최대 측정가능한 충전 레벨 사이의 범위에서 충전 레벨의 영구적인 모니터링을 가능하게 한다. 충전 레벨 센서는 또한 별도의 특성을 나타낼 수 있다. 별도의 충전 레벨 센서는 환원제가 탱크 내에서 (적어도) 특정 레벨로 존재하는지에 대한 여부만을 검출할 수 있고, 그리고 상기 탱크에서의 충전 레벨이 이에 따라 상기 충전 레벨 센서에 의해 모니터된 레벨 위에 있다. 특히 별도의 충전 레벨 센서의 경우에, 다수의 충전 레벨 센서가 파티클 스크린 내에 및/또는 상기 파티클 스크린 상에 배치되는게 적당하다. 따라서, 탱크 내의 충전 레벨에 관해 보다 정확한 정보를 얻을 수 있다.
적어도 하나의 충전 레벨 센서는 예를 들면, 전기 컨덕터의 형태로 및/또는 전기 접속의 형태로 실현될 수 있다. 충전 레벨의 측정은 바람직하게는 전기 저항 및/또는 전기 용량에 의해 시행될 수 있다. 두 개의 전기 접속부 사이 또는 두 개의 전기 컨덕터 사이의 전기 저항 및/또는 전기 용량은 접속부에서/접속부 사이에 또는 컨덕터에서/컨덕터 사이에 환원제가 존재하는가 존재하지 않는가의 함수로 변한다. 이는 충전 레벨의 결정을 위해 사용될 수 있다. 전기 접속부 및/또는 전기 컨덕터는 예를 들면, 파티션 층에 접착식으로 접합되거나, 용접되거나 및/또는 납땜될 수 있다. 파티션 층의 적어도 하나의 플라이(지지 플라이, 배리어 플라이 등)는 또한 패브릭이나 또는 메쉬로 실행될 수 있다. 전기 접속부 및/또는 전기 컨덕터는 이후 플라이로 조립되거나 짜여질(braid) 수 있다.
본 발명 및 기술 분야는 도면을 기초로 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도면은 특히 바람직한 예시적인 실시예를 나타내고 있으나, 그러나 본 발명이 이들 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다. 특히, 도면과 특히 도시된 비율은 단지 개략적으로 나타내어져 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 액체 환원제를 공급하기 위한 제 1 실시예의 장치이고,
도 2는 액체 환원제를 공급하기 위한 제 2 실시예의 장치이고,
도 3은 액체 환원제를 공급하기 위한 제 3 실시예의 장치이고,
도 4는 액체 환원제를 공급하기 위한 장치용 스크린을 나타낸 도면이고,
도 5는 액체 환원제를 공급하기 위한 장치의 평면도이고,
도 6은 액체 환원제를 공급하기 위한 장치를 구비한 자동차를 도시한 도면이고, 및
도 7은 액체 환원제를 공급하기 위한 제 4 실시예의 장치의 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 3은 액체 환원제를 공급하기 위한 상이한 실시예의 장치(1)를 나타낸 도면이다. 도 1, 도 2 및 도 3에 있어서 각각의 경우에 도시된 상기 타입의 장치의 특징부의 다양한 조합은 단지 예시적이며, 이들로 한정되지 않는다. 다양한 도면에 도시된 특징부는 필요에 따라 서로 합쳐질 수 있고 그리고 전반적으로 기재된 또 다른 특징부와 합쳐질 수 있다.
각각의 경우에 장치(1)가 보여지며, 상기 장치는 환원제가 저장될 수 있는 탱크(3)와, 챔버(9)에 배치된 이송 유닛(4)을 구비한다. 챔버(9)는 탱크 하부(25)의 구성 요소이거나 또는 상기 탱크 하부(25)로 삽입된다. 탱크 하부(25)의 구역에서의 챔버(9) 상에 흡입 점(5)이 위치되고, 상기 흡입 점을 통해 환원제가 빼내어질 수 있다. 환원제를 빼내기 위해, 이송 유닛(4)은 펌프(17)를 구비한다. 이송 유닛(4) 및 챔버(9)는 파티션 층(6)에 의해 둘러싸인다. 동시에, 파티션 층(6)은 흡입 점(5)을 커버하고, 중간 공간(7)이 상기 파티션 층(6)과 흡입 점(5) 사이에 형성되거나, 상기 파티션 층(6)과 이송 유닛(4) 사이에 형성되거나, 또는 상기 파티션 층(6)과 챔버(9) 사이에 형성된다. 유입 방향(23)이 탱크(3)로부터 파티션 층(6)을 통해 중간 공간(7)으로 형성된다. 더욱이, 유출 방향(24)이 중간 공간(7)으로부터 파티션 층(6)을 통해 탱크(3)로 다시 형성된다. 흡입 점(5)에서 빼내어진 환원제가 라인 연결기(16)에서 이송 유닛(4)에 의해 이용가능하도록 만들어지며 상기 라인 연결기에 라인이 연결될 수 있으며 상기 라인을 통해 상기 환원제가 배기-가스 처리 장치로 안내될 수 있다.
도 1에는 환원제를 여과하는 필터 플라이(14)를 구비한 파티션 층(6)과, 또한 유입 방향(23)에서의 환원제에 대한 유동 저항이 유출 방향(24)에서의 유동 저항보다 더 낮도록 상기 파티션 층(6)의 유동 저항에 영향을 미치는 배리어 플라이(8)가 도시되어 있다. 더욱이, 도 1에 따른 파티션 층(6)은 지지 구조체(11)를 구비하고, 상기 지지 구조체는 상기 파티션 층(6)을 제 위치에 유지하고 및/또는 상기 파티션 층(6)의 형상을 사전 형성한다. 지지 구조체(11)는 예를 들면, 구멍 뚫린 금속 시트의 형태를 취할 수 있다.
도 2에 있어서, 파티션 층(6)은 필터 플라이(14) 및 열 보호 플라이(15)를 구비하고, 상기 열 보호 플라이(15)는 유출 방향(24)에서의 열의 흐름을 감소시키는데 적당하며, 이에 따라 장치(1)의 중간 공간(7)이 더욱 느리게 차가워지고, 그리고 탱크(3) 내의 환원제가 얼게 되는 동결 단계 이후에, 액체 환원제가 상기 중간 공간(7)에 가능한 곳에서 계속 존재한다. 더욱이, 도 2의 실시예에 있어서, 장치(1) 또는 탱크(3)가 경사진 위치에 있을 때, 또는 상기 탱크(3)에서의 슬로싱 운동 동안에, 환원제가 파티션 층(6)을 통과한다는 것을 보장하는 가이드 구조체(10)가 도시되어 있다.
도 3에 따른 실시예에 있어서, 파티션 층(6)은 유출 방향(24)에서 환원제의 유동을 방지하고 유입 방향(23)에서 환원제의 유동을 용이하게 하도록 설계된 스크린(19)으로써 형성된다.
도 3에서의 스크린(19)의 예시적인 구성이 도 4에 도시되어 있다. 스크린(19)은 예를 들면, 와이어(21)로 구성되고, 상기 와이어 사이에 개구(26)가 위치되며 상기 개구를 통해 환원제 유동(20)이 통과할 수 있다. 어느 한 측에서, 스크린(19)의 와이어(21)는, 환원제 유동(20)이 반대 방향으로 통과한다면, 개구(26)를 커버할 수 있는 유동-저해 수단(22)에 제공된다. 유동-저해 수단(22)은 밸브 수단으로 작동한다. 상기 타입의 스크린(19)이 필요하다면 또한 필터 플라이(14)와 결합될 수 있다. 스크린(19)은 이후 필터 플라이(14)에 대한 지지 작동을 동시에 실행할 수 있고 그리고 상기 필터 플라이(14)의 위치 및 형상 및/또는 형태를 형성한다. 파티션 층(6)은 이후 스크린(19)으로써 형성되고, 상기 스크린은 필터 플라이(14)와 결합된 유동-저해 수단(22)을 구비한다.
도 5에는 상기 장치(1)가 도시되어 있다. 탱크(3)도 도시되어 있다. 이송 유닛(4)이 배치된 챔버(9)는 탱크(3)에 위치된다. 챔버(9)에 흡입 점(5)이 위치되고 상기 흡입 점을 통해 환원제가 이송 유닛(4)으로 통과할 수 있다. 환원제가 펌프(17)에 의하여 이송 유닛(4)에 의해 빼내어진다. 파티션 층(6)은 챔버(9) 및 이송 유닛(4) 주위에 위치되고, 이에 따라 상기 챔버(9) 주위에, 흡입 점(5)을 커버하는 환형 중간 공간(7)이 형성된다. 탱크(3) 또는 장치(1)가 경사진 위치에 있을 때 또는 탱크(3)에서의 슬로싱 운동의 경우에, 환원제를 파티션 층(6) 쪽으로 분기시키는 다양한 가이드 구조체(10)가 상기 파티션 층(6) 주위에 배치된다. 파티션 층을 통한 유입 방향(23) 및 유출 방향(24)이 형성된다. 도 5에 있어서, 파티션 층(6)은 예를 들면, 필터 플라이(14) 및 배리어 플라이(8)에 의해 실행된다.
도 6에는 내연기관(13)의 배기 가스의 정화를 위한 배기-가스 처리 장치(2)와, 상기 내연기관(13)을 구비한 자동차(12)가 도시되어 있다. 내연기관(13)으로부터의 배기 가스가 배기-가스 처리 장치(2)를 통해 배기-가스 유동 방향(27)으로 유동한다. 환원제가 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1)에 의하여 인젝터(28)를 통해 배기-가스 처리 장치(2)로 공급될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 장치(1)는 환원제가 저장되는 탱크(3)와, 상기 환원제를 상기 탱크(3)로부터 인젝터(28)까지 이송하는 이송 유닛(4)을 구비한다. 장치(1)는 상기 기재된 설명에 따라 설계될 수 있다. SCR 공정이 실행되는 SCR 촉매 변환기(29)가 배기-가스 처리 장치(2)에 배치된다. 배기 가스에서의 질소 산화물 화합물이 환원제의 도움에 의해 변환된다. 장치(1)의 작동을 위해, 자동차(12)는 또한 상기 장치(1)의 작동을 제어하도록 설계된 제어 유닛(30)을 구비한다.
도 7은 다른 실시예의 장치(1)를 도시한 도면으로서, 상기 장치는 탱크(3)와, 탱크 하부(25) 상의 챔버(9)에 배치된 이송 유닛(4)을 구비한다. 이송 유닛(4)은 흡입 점(5)에서 탱크(3)로부터 환원제를 추출한다. 이송 유닛(4)은 액체 첨가제를 펌핑하도록 사용되는 펌프(17)를 구비한다. 이송 유닛(4)은 액체 첨가제를 라인 연결기(16)에서 이용가능하다. 흡입 점(5)은 파티션 층(6)에 의해 커버되어, 폐쇄된 중간 공간(7)이 형성된다. 파티션 층(6)은 실린더의 방식으로 형성되고 그리고 챔버(9) 주위에서 (원형 방식으로) 배치된다. 상기 실린더의 표면은 파티션 층(6)의 표면을 형성한다. 파티션 층(6)은 스크린의 방식으로 형성될 수 있는 지지 구조체(11)를 구비한다. 파티션 층(6)의 영역은 제 1 구역(31) 및 제 2 구역(32)으로 나뉘어진다. 제 1 구역(31)에 있어서, 파티션 층(6)은 제 1 재료(33)로부터 적어도 부분적으로 형성된다. 제 2 구역(32)에 있어서, 파티션 층(6)은 제 2 재료(34)로부터 적어도 부분적으로 형성된다. 제 1 재료(33)는 제 2 재료(34)와 관련하여 공기에 대한 향상된 투과성을 나타낸다. 제 2 재료(34)는 바람직하게는 유출 방향(24)보다 유입 방향(23)으로 환원제에 대해 향상된 투과성을 갖는다.
당업자가 도면에 개시된 사항과 이와 관련된 설명을 용이하게 합칠 수 있고, 이에 따라 일 실시예의 상세한 사항이 다른 일 실시예의 상세한 사항과 함께 사용될 수 있다는 것은 명확하다. 이에 대한 단지 예외적인 사항은 상기에서 명백하게 기재된 경우이다.
배기-가스 처리 장치에 대한 신뢰가능한 액체 환원제의 제공을 위한 비용효과적인 장치가 특히 이에 따라 제시된다.
1 장치 2 배기-가스 처리 장치
3 탱크 4 이송 유닛
5 흡입 점 6 파티션 층
7 중간 공간 8 배리어 플라이
9 챔버 10 가이드 구조체
11 지지 구조체 12 자동차
13 내연기관 14 필터 플라이
15 열 보호 플라이 16 라인 연결기
17 펌프 18 필터
19 스크린 20 환원제 유동
21 와이어 22 유동-저해 수단
23 유입 방향 24 유출 방향
25 탱크 하부 26 개구
27 배기-가스 유동 방향 28 인젝터
29 SCR 촉매 변환기 30 제어 유닛
31 제 1 구역 32 제 2 구역
33 제 1 재료 34 제 2 재료

Claims (10)

  1. 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1)로서,
    탱크(3)와, 환원제가 상기 탱크(3)로부터 빼내어질 수 있는 상기 탱크(3)의 흡입 점(5)을 갖는 이송 유닛(4)을 구비하고, 상기 흡입 점(5)이 파티션 층(6)에 의해 커버되어, 폐쇄된 중간 공간(7)이 상기 흡입 점(5)과 상기 파티션 층(6) 사이에 제공되고, 상기 파티션 층(6)이 상기 탱크(3)로부터 상기 중간 공간(7)으로의 유입 방향(23)에서 보다는 상기 중간 공간(7)으로부터 상기 탱크(3)로의 유출 방향(24)에서 환원제에 대한 보다 큰 유동 저항을 갖는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파티션 층(6)은 상기 탱크(3)와 상기 중간 공간(7) 사이에서 0.01 bar 내지 0.1 bar의 적어도 임계 압력 차이에 이르는 상기 유입 방향(23)으로 환원제에 단방향으로 투과성을 갖는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 파티션 층(6)은 필터(18)이고, 상기 필터는 상기 파티션 층(6)의 유동 저항을 상기 유출 방향(24)으로 증가시키는 적어도 하나의 배리어 플라이(8)를 구비하는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 파티션 층(6)은 스크린(19)이고, 상기 스크린은 상기 파티션 층(6)의 유동 저항을 상기 유출 방향(24)으로 증가시키는 적어도 하나의 유동-저해 수단(22)을 구비하는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송 유닛(4)은 상기 탱크(3)에 적어도 부분적으로 배치된 챔버(9)에 배치되고, 그리고 상기 파티션 층(6)은 상기 챔버(9)를 둘러싸서, 포위하는 중간 공간(7)이 상기 챔버(9)와 상기 파티션 층(6) 사이에 제공되는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 가이드 구조체(10)는 상기 파티션 층(6) 주위의 상기 탱크(3)에 배치되고, 상기 가이드 구조체는 상기 환원제를 상기 파티션 층(6) 쪽으로 가이드하는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파티션 층(6)은 상기 중간 공간(7) 외측의 상기 유출 방향(24)으로 공기 거품에 대해 투과성을 갖는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파티션 층(6)은 상기 유입 방향(23)으로 열의 흐름을 향상시키고 상기 유출 방향(24)으로 열의 흐름을 감소시키는, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파티션 층(6)은 상기 파티션 층(6)에 안정성을 부여하는 지지 구조체(11)를 구비하고, 환원제용 상기 지지 구조체(11)의 유동 저항은 상기 유입 방향(23) 및 상기 유출 방향(24)에서 무시가능한, 배기-가스 처리 장치(2)에 액체 환원제를 공급하기 위한 장치(1).
  10. 자동차(12)로서,
    내연기관(13)과, 상기 내연기관(3)의 배기 가스를 정화하기 위한 배기-가스 처리 장치(2)와, 또한 환원제를 상기 배기-가스 처리 장치(2)에 공급하도록 설계된 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 장치(1)를 구비한 자동차.
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