KR20150030249A - 요소수 분사 노즐 - Google Patents

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Abstract

요소수 분사 노즐의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제하는 요소수 분사 노즐의 제공을 목적으로 한다. 요소수 분사 노즐(1)은 요소수 유로(2c·3c)와, 기체 유로(2d·4d)로 구성되고, 요소수와 기체가 혼합되어 분사구(4e)로부터 분사되는 요소수 분사 노즐(1)로서, 요소수 분사 노즐(1) 외측면의 곡면(4b)을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향으로 기체가 토출되도록 측면 토출구인 슬릿(5d)이 구성되고, 슬릿(5d)과 기체 유로(4d)가 분기 유로(4f)에 의해 연통된다.

Description

요소수 분사 노즐{UREA SOLUTION INJECTION NOZZLE}
본 발명은 요소수 분사 노즐에 관한 것이다. 특히, 선박용 배기 정화 장치에서의 요소수 분사 노즐에 관한 것이다.
종래, 내연 기관으로부터 배출되는 배기에 포함되는 NOx(질소산화물)를 저감시키기 위해, 배기관의 내부에 선택 환원형 NOx 촉매(SCR 촉매)를 배치하고, 암모니아를 환원제로 하여 NOx를 질소와 물로 환원하는 배기 정화 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1과 같은 것이다.
특허 문헌 1에 기재되어 있는 배기 정화 장치는, 배기관의 내부에 배치되는 요소수 분사 노즐로부터 요소수를 배기 중에 공급하고, 배기의 열에 의해 요소수로부터 암모니아를 생성함으로써 NOx를 질소와 물로 환원하는 것이다. 그러나, 요소수 분사 노즐의 표면에 잔류하고 있는 요소수의 수분이 배기의 열에 의해 증발됨으로써 요소가 석출 및 성장해, 배기관이 폐색되는 문제가 있다.
한편, 요소수 분사 노즐과 같은 2 유체 혼합형의 노즐에 있어서, 약액(도포액)을 안개상으로 하기 위한 압축 기체를 노즐 선단에 토출하면서 도포액과 혼합시킴으로써, 노즐 선단에 도포액이 부착되어 덩어리가 되는 현상을 방지하는 노즐이 공지되어 있다. 예를 들면 특허 문헌 2와 같은 것이다.
그러나, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 노즐은, 도포액이 노즐의 선단에 부착되는 것을 방지하는 것이다. 이 때문에, 선박용 배기 정화 장치에서의 요소수 분사 노즐과 같이 상방을 향해 요소수를 분사하는 경우, 노즐 전체에 요소수가 부착되기 때문에, 특허 문헌 1에 개시된 기술을 적용해도 요소의 석출 및 성장을 효과적으로 방지할 수 없는 점에서 불리하다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2004-360578호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허공개 2009-045511호 공보
본 발명은 이와 같은 과제를 감안해 이루어진 것으로서, 요소수 분사 노즐의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제하는 요소수 분사 노즐의 제공을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음에 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
본 발명은, 요소수 유로와 기체 유로로 구성되고, 요소수와 기체가 혼합되어 분사구로부터 분사되는 요소수 분사 노즐로서, 당해 요소수 분사 노즐의 외측면을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향으로 기체가 토출되도록 측면 토출구가 구성되고, 당해 측면 토출구와 상기 기체 유로가 분기 유로에 의해 연통된다.
본 발명에 따르면, 상기 외측면은, 상기 분사구로부터 소정 범위 내에서 상기 분사구에 근접함에 따라 기체와 요소수의 유로로부터의 거리가 짧아지도록 형성된다.
본 발명에 따르면, 상기 측면 토출구는, 상기 외측면을 따라 상기 요소수 분사 노즐을 둘러싸도록 구성되는 슬릿으로 구성된다.
본 발명에 따르면, 상기 요소수 분사 노즐을 둘러싸도록 기체가 체류하는 공간이 더 구성되고, 상기 분기 통로와 상기 측면 토출구가 상기 기체가 체류하는 공간에 연통된다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 나타낸다.
본 발명에 의하면, 요소수 분사용 기체를 이용해, 요소수 분사 노즐의 외측면에 부착된 요소수를 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 요소수 분사 노즐의 측면 토출구로부터 분사구까지 사이의 외측면에 부착된 요소수를 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 요소수 분사 노즐의 모든 외측면에 부착된 요소수를 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 측면 토출구로부터 토출되는 기체의 압력이 균일하게 되어, 요소수 분사 노즐의 모든 측면에 부착된 요소수를 고르게 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 정화 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐을 나타내는 일부 단면도이다.
도 3은 도 2에서의 요소수 분사 노즐의 화살표 A 방향에서 본 도면이다.
도 4는 도 2에서의 요소수 분사 노즐의 다른 실시 형태의 화살표 A 방향에서 본 도면이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐로부터 요소수를 배기관의 내부에 공급하고 있는 상태를 나타내는 도면이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 나타낸 요소수 분사 노즐의 화살표 B 방향에서 본 도면이다.
이하에, 도 1 및 도 2를 이용해 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 정화 장치(100)에 대해 설명한다. 한편, 본 실시 형태에서의 '상류측'이란 유체의 흐름 방향에서의 상류측을 나타내고, '하류측'이란 유체의 흐름 방향에서의 하류측을 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배기 정화 장치(100)는 엔진(20)으로부터 배출되는 배기를 정화하는 것이다. 배기 정화 장치(100)는 엔진(20)의 배기관(21)에 마련된다. 배기 정화 장치(100)는 요소수 분사 노즐(1), 가압 공기 공급 펌프(컴프레서, 6), 가압 공기 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 절환 밸브(11), NOx 검출부(12), 제어부(13), 제1 공급 유로(14), 제2 공급 유로(15), NOx 촉매(18) 등을 구비한다.
요소수 분사 노즐(1)은 요소수를 배기관(21)의 내부에 공급하는 것이다. 요소수 분사 노즐(1)은 관상 부재로 구성되고, 그 일측(하류측)을 배기관(21)의 외부로부터 내부로 삽입하도록 하여 설치된다. 요소수 분사 노즐(1)은 이중관(2), 액체 노즐(3), 공기 노즐(4), 너트(5) 등을 구비한다(도 2 참조).
가압 공기 공급 펌프(컴프레서, 6)는 가압 공기를 에어 탱크(7)에 공급하는 것이다. 가압 공기 공급 펌프(6)는 공기를 가압(압축)해 공급한다. 가압 공기 공급 펌프(6)는 에어 탱크(7)의 압력이 소정의 압력을 밑도는 경우, 공기를 에어 탱크(7)에 공급하고, 에어 탱크(7)의 압력이 소정의 압력에 도달하면 정지한다. 한편, 가압 공기 공급 펌프(6)는, 본 실시 형태에서 특별히 한정되는 것은 아니고, 에어 탱크(7)의 압력을 유지할 수 있는 것이면 된다.
가압 공기 밸브(8)는 가압 공기의 유로를 연통 또는 차단한다. 가압 공기 밸브(8)는 제2 공급 유로(15)에 마련된다. 가압 공기 밸브(8)는 전자 밸브로 구성되고, 솔레노이드가 제어부(13)와 접속된다. 가압 공기 밸브(8)는 스풀을 슬라이딩시킴으로써 위치 V 및 위치 W로 절환될 수 있다. 가압 공기 밸브(8)가 위치 V 상태에 있는 경우, 제2 공급 유로(15)는 차단된다. 따라서, 요소수 분사 노즐(1)에는 가압 공기가 공급되지 않는다. 가압 공기 밸브(8)가 위치 W 상태에 있는 경우, 제2 공급 유로(15)는 연통된다. 따라서, 요소수 분사 노즐(1)에는 가압 공기가 공급된다. 한편, 가압 공기 밸브(8)는 전자 밸브로 구성되지만, 특별히 한정하는 것은 아니고, 구동 모터 등에 의해 위치 V 또는 위치 W로 유지하는 구성이라도 된다.
요소수 공급 펌프(9)는 요소수를 공급한다. 요소수 공급 펌프(9)는 제1 공급 유로(14)에 마련된다. 요소수 공급 펌프(9)는 요소수 탱크(10) 내의 요소수를 소정 유량으로 제1 공급 유로(14)를 통해 요소수 분사 노즐(1)에 공급한다. 한편, 요소수 공급 펌프(9)는, 본 실시 형태에서 특별히 한정되는 것은 아니고, 요소수를 소정 유량으로 공급할 수 있는 것이면 된다.
절환 밸브(11)는 요소수의 유로를 절환한다. 절환 밸브(11)는 제1 공급 유로(14)의 요소수 공급 펌프(9)의 하류측에 마련된다. 또한, 절환 밸브(11)에는, 드레인 포트(16)가 유로(15a)를 개재해 접속된다. 절환 밸브(11)는 전자 밸브로 구성되고, 솔레노이드가 제어부(13)와 접속된다. 절환 밸브(11)는 스풀을 슬라이딩시킴으로써 위치 X 및 위치 Y로 절환될 수 있다.
절환 밸브(11)가 위치 X 상태에 있는 경우, 제1 공급 유로(14)는 차단되고, 요소수 분사 노즐(1)과 드레인 포트(16)가 연통된다. 따라서, 요소수 분사 노즐(1)에는 요소수가 공급되지 않고, 절환 밸브(11)보다 하류측의 제1 공급 유로(14) 내 및 요소수 분사 노즐(1) 내의 요소수 급수가 드레인 포트(16)로 배출된다.
절환 밸브(11)가 위치 Y 상태에 있는 경우, 제1 공급 유로(14)는 연통된다. 따라서, 요소수 분사 노즐(1)에는 요소수가 공급된다.
NOx 검출부(12)는 엔진(20)의 배기에 포함되는 NOx 배출량을 검출하는 것이다. NOx 검출부(12)는 NOx 센서 등으로 구성되며, 배기관(21)의 중간부에서 NOx 촉매(18)보다 상류측에 배치된다. 한편, NOx 센서를 배치하는 위치나 NOx 센서의 수는, 본 실시 형태에서 특별히 한정되는 것은 아니고, NOx 배출량을 적절하게 검출할 수 있는 구성이면 된다.
제어부(13)는 요소수 공급 펌프(9), 절환 밸브(11), 가압 공기 밸브(8) 등을 제어한다. 제어부(13)에는 요소수 공급 펌프(9), 절환 밸브(11), 가압 공기 밸브(8) 등을 제어하기 위한 여러 가지 프로그램이나 데이터가 저장된다. 제어부(13)는 CPU, ROM, RAM, HDD 등이 버스로 접속되는 구성이어도 되고, 혹은 원칩의 LSI 등으로 이루어지는 구성이라도 무방하다. 또한, 제어부(13)는 엔진(20)을 제어하는 ECU(22)와 일체적으로 구성할 수도 있다.
제어부(13)는 ECU(22), 가압 공기 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9) 및 절환 밸브(11)에 각각 접속된다.
제어부(13)는 ECU(22)로부터 엔진(20)에 관한 각종 정보를 각각 취득할 수 있다. 제어부(13)는 NOx 검출부(12)와 접속되어, NOx 검출부(12)가 검출하는 NOx 배출량을 취득할 수 있다. 또한, 제어부(13)는 가압 공기 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9) 및 절환 밸브(11)를 각각 제어할 수 있다.
NOx 촉매(18)는 NOx의 환원 반응을 촉진시키는 것이다. NOx 촉매(18)는 배기관(21)의 내부에서, 요소수 분사 노즐(1)보다 하류측에 배치된다. NOx 촉매(18)는 하니컴(honeycomb) 형상으로 구성되고, 요소수가 열·가수분해되어 생성되는 암모니아가 배기에 포함되는 NOx를 질소와 물로 환원하는 반응을 촉진시킨다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 이용해, 내부 혼합식의 요소수 분사 노즐(1)에 대해 구체적으로 설명한다. 한편, 요소수 분사 노즐(1)의 방식은, 본 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 외부 혼합식의 요소 분사 노즐이라도 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 요소수 분사 노즐(1)은 이중관(2), 액체 노즐(3), 공기 노즐(4), 너트(5)를 구비한다.
이중관(2)은 요소수 분사 노즐(1)의 주된 구성 부재이며, 요소수의 유로와 가압 공기의 유로를 구성한다. 이중관(2)은 일측이 배기관(21)의 내부에 위치하고, 타측(상류측)이 배기관(21)의 외부에 위치하도록 배치된다. 이중관(2)의 하류측 단부는, 배기관(21)의 내부에 배치되는 NOx 촉매(18)의 상류측에 배치된다.
이중관(2)은 외관(2b)과, 외관(2b)의 내부에 배치되는 내관(2a)으로 구성된다. 내관(2a)에는 요소수의 유로인 요소수 유로(2c)가 구성된다. 내관(2a)과 외관(2b)의 틈새에는, 가압 공기의 유로인 기체 유로(2d)가 구성된다. 외관(2b) 외측의 중간부에는, 배기관(21)과 수밀하게 접속 가능한 도시하지 않은 접속부가 구성된다. 내관(2a)의 하류측 단부 및 외관(2b)의 하류측 단부에는, 암나사부(2e) 및 수나사부(2f)가 형성된다. 이중관(2)의 상류측 단부에는, 요소수 유로(2c)와 연통되는 요소수 공급 포트(2g)와, 기체 유로(2d)와 연통되는 기체 공급 포트(2h)가 구성된다.
액체 노즐(3)은 요소수를 분사한다. 액체 노즐(3)은 대략 원통형의 부재로 형성되어 이중관(2)의 하류측에 배치된다. 액체 노즐(3)의 일측(하류측) 단부는 축심부를 중심으로 하여 대략 원추상으로 형성된다. 이 단부의 중심부에는, 대략 원주상의 볼록부(3a)가 축 방향으로 돌출되어 형성된다. 액체 노즐(3)의 타측(상류측) 단부에는, 수나사부(3b)가 축 방향으로 돌출되도록 형성된다. 또한, 액체 노즐(3)의 축심부에는, 요소수 유로(3c)가 수나사부(3b)로부터 볼록부(3a)까지 액체 노즐(3) 전체를 축 방향으로 관통하도록 형성된다. 요소수 유로(3c)는 중간부에서 하류측을 향해 직경이 축소되어, 요소수 유로(3c)의 하류측 단부의 내경이 요소수 유로(3c)의 상류측 단부의 내경보다 작아지도록 형성된다.
액체 노즐(3)은 수나사부(3b)가 이중관(2)의 암나사부(2e)에 나사 결합된다. 이에 따라, 이중관(2)과 액체 노즐(3)이 접속되어, 요소수 유로(3c)와 이중관(2)의 요소수 유로(2c)가 연통된다. 이렇게 하여, 요소수 유로(3c)에 이중관(2)의 요소수 유로(2c)로부터 요소수가 공급 가능하게 구성된다.
공기 노즐(4)은 안개화된 요소수를 분사한다. 공기 노즐(4)은 대략 원주상의 부재로 형성된다. 공기 노즐(4)은, 타측(상류측)단이 이중관(2)의 하류측 단부에 맞닿도록 하여 액체 노즐(3)의 하류측에 배치된다. 공기 노즐(4)의 축심부에는, 중간부에서 일측(하류측)을 향해 직경이 축소되는 대략 원추형의 직경 축소부를 갖는 구멍이, 상류측단으로부터 하류측단을 향해 관통하도록 형성된다. 구멍의 상류측 단부는, 액체 노즐(3)의 하류측 단부를 삽입해도 압축 공기가 통과 가능한 공간이 구성되는 정도의 내경으로 형성된다. 직경 축소부의 직경 축소측단의 축심부에는, 요소수의 혼합 유로(4c)가 형성된다. 그리고, 공기 노즐(4)의 하류측 단부에는, 혼합 유로(4c)의 개구부인 분사구(4e)가 형성된다.
공기 노즐(4)의 상류측 단부의 측면에는 플랜지부(4a)가 형성된다. 공기 노즐(4) 하류측의 측면은, 분사구(4e)를 정점으로 하는 포탄 형상으로 형성된다. 즉, 공기 노즐(4) 하류측의 측면에는, 분사구(4e)로부터 소정의 범위 내에서 분사구(4e)에 근접함에 따라 혼합 유로(4c)로부터의 거리가 짧아지는 곡면(4b)이 형성된다. 한편, 본 실시 형태에서 공기 노즐(4) 하류측의 측면을 포탄 형상으로 했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 원추형이나 원추 사다리꼴 형상으로 해도 된다.
공기 노즐(4)은 너트(5)에 의해 이중관(2)에 접속된다. 공기 노즐(4) 상류측의 구멍에는, 액체 노즐(3)의 하류측 단부가 삽입된다. 이 때, 공기 노즐(4)의 구멍과 액체 노즐(3)의 사이에 틈새가 형성된다. 이 틈새는 기체 유로(4d)로서, 이중관(2)의 기체 유로(2d)와 혼합 유로(4c)에 연통하도록 구성된다. 이렇게 하여, 혼합 유로(4c)에는 액체 노즐(3)의 요소수 유로(3c)로부터 요소수가 공급되고, 기체 유로(4d)로부터 가압 공기가 공급된다. 즉, 공기 노즐(4)은 이중관(2)에 나사 결합됨으로써, 분사구(4e)로부터 요소수가 분사 가능하게 구성된다.
공기 노즐(4)에는, 그 측면으로부터 공기 노즐(4)의 구멍에 연통하도록 1 이상의 분기 유로(4f)가 형성된다. 즉, 분기 유로(4f)는 공기 노즐(4)의 측면으로부터 기체 유로(4d)에 연통하도록 형성된다. 기체 유로(4d)에 가압 공기가 공급되면, 분기 유로(4f)를 통해 공기 노즐(4)의 측면으로 가압 공기의 일부가 토출된다. 공기 노즐(4)의 측면으로 토출시키는 가압 공기의 양에 따라, 분기 유로(4f)의 수나 유로 내경이 결정된다.
너트(5)는 이중관(2)과 공기 노즐(4)을 체결한다. 너트(5)의 내경에는, 공기 노즐(4)의 플랜지부(4a)에 결합되는 단차부(5a)가 형성된다. 단차부(5a)의 상류측에는, 이중관(2)의 수나사부(2f)에 나사 결합되는 암나사부(5b)가 형성된다. 단차부(5a)의 하류측은, 공기 노즐(4)이 틈새 없이 삽입 가능할 정도의 내경으로 형성된다. 또한, 단차부(5a)의 하류측에서, 공기 노즐(4)의 분기 유로(4f)에 대향하는 부분에 직경 확대부가 형성된다. 당해 직경 확대부의 하류측은 공기 노즐(4)의 외경보다 조금 큰 내경으로 형성된다.
너트(5)는, 공기 노즐(4)의 플랜지부(4a)에 단차부(5a)가 결합하도록 하여, 이중관(2)의 수나사부(2f)에 암나사부(5b)를 나사 결합해 고정된다. 이에 따라, 공기 노즐(4)의 상류측 단부가 이중관(2)의 하류측 단부에 밀접해 고정된다. 이 때, 너트(5)의 직경 확대부와 공기 노즐(4)의 측면으로 기체가 체류하는 공간(5c)이 구성된다. 이에 따라, 공간(5c)은 공기 노즐(4)의 분기 유로(4f)를 통해 가압 공기가 공급 가능하도록 구성된다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 공간(5c)보다 하류측의 너트(5)와 공기 노즐(4) 사이에는 슬릿(5d)이 구성된다. 즉, 슬릿(5d)은 공기 노즐(4)을 둘러싸도록 하여 측면을 따라 구성된다. 또한, 슬릿(5d)은 공간(5c)에 연통되어 있다. 즉, 공간(5c)에 공급되는 가압 공기는, 슬릿(5d)으로부터 공기 노즐(4)의 측면을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향인 공간(5c)의 하류측을 향해 토출 가능하게 구성된다. 이와 같이 하여, 공기 노즐(4)의 측면에는, 가압 공기가 토출되는 측면 토출구인 슬릿(5d)이 구성된다. 한편, 본 실시 형태에서, 측면 토출구를 슬릿(5d)으로 구성했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수의 구멍(5e·5e…)으로 구성해도 무방하다.
이상으로부터, 요소수 분사 노즐(1)은 일측(하류측) 단부에 요소수를 분사하는 액체 노즐(3) 및 공기 노즐(4)을 구비하고, NOx 촉매(18)를 향해 요소수를 분사하도록 구성된다. 한편, 요소수 분사 노즐(1)의 구성은, 본 실시 형태에서 액체 노즐(3)과 공기 노즐(4)로 요소수 유로(3c), 기체 유로(4d) 및 혼합 유로(4c)를 구성했지만, 특별히 한정하는 것은 아니고, 요소수 유로(3c), 기체 유로(4d) 및 혼합 유로(4c)가 각각 구성되어 있어도 된다.
이하에서는, 도 1을 이용해 가압 공기 밸브(8)와 절환 밸브(11)의 동작 형태에 대해 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 에어 탱크(7)는 가압 공기 밸브(8)를 개재해 제2 공급 유로(15)에 의해 요소수 분사 노즐(1)의 기체 공급 포트(2h)에 접속된다.
전술한 바와 같이, 통상, 가압 공기 밸브(8)는 위치 V에 유지된다. 이 경우, 제2 공급 유로(15)가 폐색되고 있으므로, 가압 공기는 요소수 분사 노즐(1)의 기체 공급 포트(2h)에 공급되지 않는다.
제어부(13)가 가압 공기 밸브(8)의 솔레노이드에 통전한 경우, 가압 공기 밸브(8)는 위치 V로부터 위치 W로 절환된다. 이 경우, 제2 공급 유로(15)가 연통되므로, 가압 공기는 요소수 분사 노즐(1)의 기체 공급 포트(2h)에 공급된다.
제어부(13)가 가압 공기 밸브(8)의 솔레노이드로의 통전을 정지한 경우, 가압 공기 밸브(8)는 위치 V로 절환된다. 이 경우, 제2 공급 유로(15)가 폐색되므로, 가압 공기는 요소수 분사 노즐(1)의 기체 공급 포트(2h)에 공급되지 않는다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 요소수 탱크(10)는 요소수 공급 펌프(9), 절환 밸브(11)를 개재해 제1 공급 유로(14)에 의해 요소수 분사 노즐(1)의 요소수 공급 포트(2g)에 접속된다.
전술한 바와 같이, 통상, 절환 밸브(11)는 위치 X에 유지된다. 이 경우, 제1 공급 유로(14)가 폐색되고 있으므로, 요소수는 요소수 분사 노즐(1)의 요소수 공급 포트(2g)에 공급되지 않는다. 또한, 요소수 분사 노즐(1)의 요소수 공급 포트(2g)가 유로(15a)를 개재해 드레인 포트(16) 내에서 대기 개방되고 있다.
제어부(13)가 절환 밸브(11)의 솔레노이드에 통전한 경우, 절환 밸브(11)는 위치 Y로 절환된다. 이 경우, 제1 공급 유로(14)가 연통되므로, 요소수는 요소수 분사 노즐(1)의 요소수 공급 포트(2g)에 공급된다. 또한, 드레인 포트(16)와의 연통이 차단되어, 요소수 분사 노즐(1)의 요소수 공급 포트(2g)는 대기 개방되지 않는다.
제어부(13)가 절환 밸브(11)의 솔레노이드로의 통전을 정지한 경우, 절환 밸브(11)는 위치 X로 절환된다. 이 경우, 제1 공급 유로(14)가 폐색되므로, 요소수는 요소수 분사 노즐(1)의 요소수 공급 포트(2g)에 공급되지 않는다. 또한, 드레인 포트(16)에 연통되므로, 요소수 분사 노즐(1)의 요소수 공급 포트(2g)가 드레인 포트(16) 내에서 대기 개방된다.
이하에서는, 도 1, 도 2 및 도 5를 이용해, 요소수 분사 노즐(1)의 동작 형태에 대해 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배기관(21)의 내부에 요소수의 공급(분사)이 개시되는 경우, 제어부(13)가 절환 밸브(11)를 위치 Y로 함으로써, 요소수가 요소수 분사 노즐(1)(이중관(2))의 요소수 공급 포트(2g)에 공급된다. 도 2 및 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 요소수는, 도 5의 (a)에서의 검은 화살표와 같이, 소정 압력으로 이중관(2)의 요소수 유로(2c) 및 액체 노즐(3)의 요소수 유로(3c)를 개재해, 액체 노즐(3)의 볼록부(3a)로부터 공기 노즐(4)의 혼합 유로(4c)로 분사된다.
이 상태에서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제어부(13)가 가압 공기 밸브(8)를 위치 W로 함으로써, 가압 공기가 요소수 분사 노즐(1)(이중관(2))의 기체 공급 포트(2h)에 공급된다. 도 2, 및 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 가압 공기는, 도 5의 (a)에서의 흰색 화살표와 같이, 소정의 압력으로 이중관(2)의 기체 유로(2d), 공기 노즐(4)의 기체 유로(4d)를 개재해, 공기 노즐(4)의 혼합 유로(4c)로 분사된다. 이 결과, 요소수는 공기 노즐(4)의 혼합 유로(4c) 내부에서 가압 공기와 충돌해 안개화되어, 공기 노즐(4)의 분사구(4e)로부터 분사된다.
공기 노즐(4)의 기체 유로(4d)에 공급된 가압 공기의 일부는, 분기 유로(4f)를 개재해 공간(5c)에 공급된다. 공간(5c)에 공급된 가압 공기는, 균일한 압력으로 슬릿(5d)으로부터 공기 노즐(4)의 하류측(분사구(4e)측)을 향해 토출된다. 슬릿(5d)으로부터 토출된 가압 공기는, 그 점성에 의해 공기 노즐(4)의 측면을 따라 공기 노즐(4)을 감싸듯이 진행한다. 가압 공기는 포탄 형상으로 형성된 공기 노즐(4)의 측면인 곡면(4b)을 따라 진행함으로써 분사구(4e)에 도달한다. 이에 따라, 분사구(4e)로부터 분사된 요소수가 공기 노즐(4)의 측면에 근접해 와도 가압 공기에 의해 비산된다. 또한, 공기 노즐(4)의 표면에 부착되어 있는 요소수는, 가압 공기에 의해 순차적으로 비산된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배기관(21) 내부로의 요소수의 공급(분사)이 정지되는 경우, 제어부(13)가 절환 밸브(11)의 포지션을 위치 X로 하는 것에 의해, 요소수 분사 노즐(1)(이중관(2))의 요소수 공급 포트(2g)에의 요소수의 공급이 정지된다. 이것에 수반해, 이중관(2)의 요소수 공급 포트(2g)는 제1 공급 유로(14), 절환 밸브(11)를 개재해 대기 개방된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 따른 요소수 분사 노즐(1)은, 요소수 유로(2c·3c)와 기체 유로(2d·4d)로 구성되고, 요소수와 기체가 혼합되어 분사구(4e)로부터 분사되는 요소수 분사 노즐(1)로서, 요소수 분사 노즐(1) 외측면의 곡면(4b)을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향으로 기체가 토출되도록 측면 토출구인 슬릿(5d)이 구성되고, 슬릿(5d)과 기체 유로(4d)가 분기 유로(4f)에 의해 연통된다.
이와 같이 구성함으로써, 요소수 분사용 기체를 이용해, 요소수 분사 노즐(1)의 측면에 부착된 요소수를 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐(1)의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 외측면의 곡면(4b)은, 분사구(4e)로부터 소정 범위 내에서 분사구(4e)에 근접함에 따라 기체와 요소수의 유로인 혼합 유로(4c)로부터의 거리가 짧아지도록 형성된다.
이와 같이 구성함으로써, 요소수 분사 노즐(1)의 측면 토출구인 슬릿(5d)으로부터 분사구(4e)까지 사이의 외측면에 부착된 요소수를 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐(1)의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 측면 토출구는, 외측면의 곡면(4b)을 따라 요소수 분사 노즐(1)을 둘러싸도록 구성되는 슬릿(5d)으로부터 구성된다.
이와 같이 구성함으로써, 요소수 분사 노즐(1)의 모든 측면에 부착된 요소수를 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐(1)의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 요소수 분사 노즐(1)을 둘러싸도록 기체가 체류하는 공간(5c)이 더 구성되어, 분기 유로(4f)와 측면 토출구인 슬릿(5d)이 이 공간(5c)에 연통된다.
이와 같이 구성함으로써, 측면 토출구인 슬릿(5d)으로부터 토출되는 기체의 압력이 균일하게 되어, 요소수 분사 노즐(1)의 모든 측면에 부착된 요소수를 고르게 비산시킬 수 있다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐의 표면에 요소가 석출해 성장하는 것을 억제할 수 있다.
〈산업상의 이용 가능성〉
본 발명은 선박용 배기 정화 장치에서의 요소수 분사 노즐에 이용할 수 있다.
1 요소수 분사 노즐
2c 요소수 유로
3c 요소수 유로
2d 기체 유로
4d 기체 유로
4e 분사구
4f 분기 통로

Claims (4)

  1. 요소수 유로와 기체 유로로 구성되고, 요소수와 기체가 혼합되어 분사구로부터 분사되는 요소수 분사 노즐로서,
    상기 요소수 분사 노즐의 외측면을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향으로 기체가 토출되도록 측면 토출구가 구성되고, 상기 측면 토출구와 상기 기체 유로가 분기 유로에 의해 연통되는 요소수 분사 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외측면은, 상기 분사구로부터 소정의 범위 내에서 상기 분사구에 근접함에 따라 기체와 요소수의 유로로부터의 거리가 짧아지도록 형성되는 요소수 분사 노즐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측면 토출구는, 상기 외측면을 따라 상기 요소수 분사 노즐을 둘러싸도록 구성되는 슬릿으로 구성되는 요소수 분사 노즐.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 요소수 분사 노즐을 둘러싸도록 기체가 체류하는 공간이 더 구성되고, 상기 분기 통로와 상기 측면 토출구가 상기 공간에 연통되는 요소수 분사 노즐.
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