KR20160038051A

KR20160038051A - 축류 분무 모듈

Info

Publication number: KR20160038051A
Application number: KR1020167005610A
Authority: KR
Inventors: 존 스타나비치; 메간 위커야즈; 릭 톰슨
Original assignee: 테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-04-06
Also published as: KR101780341B1; CN105452624B; DE112014003600T5; CN105452624A; JP2016525648A; WO2015020819A1

Abstract

엔진 배기를 처리하기 위한 배기 처리 구성요소는 유입구 및 배출구를 구비한 하우징을 포함한다. 혼합 장치가 유입구와 배출구 사이의 하우징 내에 위치하고, 혼합 장치는 배출구와 소통되는 쉘, 제1 단부 및 제2 단부를 구비한 분해관, 및 제2 단부에 근접하게 배치되는 유동 반전 장치를 포함한다. 제1 단부는 쉘로부터 연장되며 유입구로부터 배기를 받도록 구성되고, 시약 배기 처리 유체를 받도록 구성된다. 제2 단부는 쉘 내에 위치한다. 유동 반전 장치는 쉘 내의 미리 결정된 방향으로 배기와 시약 배기 처리 유체의 혼합물을 지향시키도록 구성되되, 유동 반전 장치는 분해관의 제1 단부를 향해 다시 배기의 유동 방향을 반전시킨다.

Description

축류 분무 모듈{AXIAL FLOW ATOMIZATION MODULE}

본 개시는 배기가스 혼합 장치를 포함하는 배기 후처리 시스템에 관한 것이다.

이 부분은 반드시 종래 기술인 것은 아닌, 본 개시와 관련된 배경 정보를 제공한다.

배기 후처리 시스템은 배기 스트림이 다양한 배기 후처리 구성요소들을 통과하기 전에 배기 스트림에 시약 배기 처리 유체를 투여할 수 있다. 예컨대, 요소(urea) 배기 처리 유체는 배기가 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 통과하기 전에 배기 스트림에 투여될 수 있다. 그러나, SCR 촉매는 배기가 요소 배기 처리 유체와 충분히 혼합되었을 때 가장 효과적이다.

이 부분은 본 개시의 전반적인 요약을 제공하는 것이며, 전체 범주 또는 모든 특징을 포괄적으로 개시하는 것이 아니다.

본 개시는 유입구 및 배출구를 구비한 하우징을 포함하는, 엔진 배기를 처리하기 위한 배기 처리 구성요소를 제공한다. 혼합 장치가 유입구와 배출구 사이의 하우징 내에 위치하고, 혼합 장치는 배출구와 소통되는 쉘, 제1 단부 및 제2 단부를 구비한 분해관, 및 제2 단부에 근접하게 배치되는 유동 반전 장치를 포함한다. 제1 단부는 쉘로부터 연장되며 유입구로부터 배기를 받도록 구성되고, 시약 배기 처리 유체를 받도록 구성된다. 제2 단부는 쉘 내에 위치한다. 유동 반전 장치는 쉘 내의 미리 결정된 방향으로 배기와 시약 배기 처리 유체의 혼합물을 지향시키도록 구성되되, 유동 반전 장치는 분해관의 제1 단부를 향해 다시 배기의 유동 방향을 반전시킨다.

추가적인 적용 분야들이 본원에 제공된 설명으로부터 명확해질 것이다. 이 요약의 설명 및 구체적인 예는 단지 예시를 위한 것이며, 본 개시의 범주를 제한하려는 의도가 아니다.

본원에 설명된 도면은 모든 가능한 구현예들이 아닌 선택된 실시예들을 단지 예시하기 위한 것이며, 본 개시의 범주를 제한하려는 의도가 아니다.
도 1은 본 개시의 원리에 따른 배기 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 원리에 따른 배기 처리 구성요소의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 배기 처리 구성요소의 측부-사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 배기 처리 구성요소의 정면-사시도이다.
도 5는 도 4의 5-5 라인을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 6-6 라인을 따른 단면도이다.
도 7은 본 개시의 제1 예시적인 실시예에 따른 혼합 조립체의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 혼합 조립체의 분해 사시도이다.
도 9는 도 7에 도시된 혼합 조립체의 단면도이다.
도 10은 본 개시의 제2 예시적인 실시예에 따른 혼합 조립체의 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 혼합 조립체의 유동-반전 장치 및 분산 장치의 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 분산 장치의 조립 상태의 사시도이다.
도 13은 도 11에 도시된 분산 장치의 비조립 상태의 다른 사시도이다.
도 14는 본 개시의 제3 예시적인 실시예에 따른 혼합 조립체의 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 혼합 조립체의 유동-반전 장치 및 분산 장치의 사시도이다.
도 16은 도 15에 도시된 분산 장치의 사시도이다.
도 17은 본 개시의 제4 예시적인 실시예에 따른 혼합 조립체의 사시도이다.
도 18은 도 17에 도시된 혼합 조립체의 부분-사시도이다.
도 19는 도 17의 단면 사시도이다.
도 20은 본 개시의 제5 예시적인 실시예에 따른 혼합 조립체의 사시도이다.
도 21은 도 10에 도시된 혼합 조립체의 분해 사시도이다.
도 22는 본 개시의 원리에 따른 배기 처리 구성요소의 사시도이다.
도 23은 도 22에 도시된 배기 처리 구성요소의 단면도이다.
도 24는 본 개시의 원리에 따른 배기 후처리 시스템의 사시도이다.
도 25는 도 24에 도시된 배기 후처리 시스템의 일부를 형성하는 배기 처리 구성요소의 사시도이다.
도 26은 도 25에 도시된 배기 처리 구성요소의 다른 사시도이다.
도 27은 도 25에 도시된 배기 처리 구성요소의 상부 사시도이다.
도 28은 도 25에 도시된 배기 처리 구성요소의 측부 사시도이다.
도 29는 도 25에 도시된 배기 처리 구성요소의 단면 사시도이다.
도 30은 도 25에 도시된 배기 처리 구성요소의 단면도이다.
도 31은 본 개시의 원리에 따른 배기 처리 구성요소의 측부 사시도이다.
도 32는 도 31에 도시된 배기 처리 구성요소의 단면도이다.
대응하는 도면부호들은 몇몇 도면에 걸쳐 대응하는 구성요소들을 나타낸다.

이하에서는, 예시적인 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.

도 1은 본 개시에 따른 배기 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 배기 시스템(10)은 연료원(미도시)과 소통되는 적어도 엔진(12)을 포함할 수 있되, 연료원이 소모되면, 배기 후처리 시스템(16)을 구비한 배기 유로(14) 내로 토출되는 배기가스를 발생시킬 것이다. 엔진(12)의 하류에는, 촉매-코팅 기판들 또는 필터들(22, 24)을 포함할 수 있는 한 쌍의 배기 처리 구성요소(18, 20)가 배치될 수 있다. 촉매-코팅 기판들 또는 필터들(22, 24)은 디젤 입자 필터(DPF), 디젤 산화 촉매(DOC), 선택적 촉매 환원(SCR) 구성요소, 희박 NO_x 촉매, 암모니아 슬립 촉매, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 유형의 배기 처리 장치의 임의의 조합일 수 있다. DPF가 사용되는 경우, 이는 촉매-코팅될 수 있다.

본 개시에 의해 요구되진 않지만, 배기 후처리 시스템(16)은 배기 유로(14)를 통과하는 배기가스의 온도를 상승시키기 위해 열강화 장치 또는 버너(26)와 같은 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다. 배기가스의 온도를 상승시키는 것은, 배기 처리 기판(22 또는 24)이 DPF일 때 배기 처리 구성요소(18)의 재생을 개시하는 것뿐만 아니라, 한파 조건에서 및 엔진(12)의 시동 시에 배기 처리 구성요소(18) 내의 촉매의 라이트-오프(light-off)를 달성하는 것에도 유리하다.

엔진(12)에 의해 발생된 배출물을 환원시키는 것을 돕기 위해, 배기 후처리 시스템(16)은 배기 스트림에 배기 처리 유체를 주기적으로 투여하기 위한 투여 모듈(28)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투여 모듈(28)은 배기 처리 구성요소(18)의 상류에 위치할 수 있고, 배기 스트림에 배기 처리 유체를 주입하도록 작동 가능하다. 이와 관련하여, 투여 모듈(28)은 배기 처리 구성요소들(18, 20)의 상류에서 배기 유로(14)에 디젤 연료 또는 요소(urea)와 같은 배기 처리 유체를 투여하기 위해 유입 라인(34)을 통해 펌프(32) 및 시약 탱크(30)와 유체 소통된다. 투여 모듈(28)은 또한 복귀 라인(36)을 통해 시약 탱크(30)와 소통될 수 있다. 복귀 라인(36)은 배기 스트림에 투여되지 않은 임의의 배기 처리 유체가 시약 탱크(30)로 복귀될 수 있게 한다. 유입 라인(34), 투여 모듈(28), 및 복귀 라인(36)을 통한 배기 처리 유체의 유동은 또한 투여 모듈(28)이 과열되지 않도록 투여 모듈(28)의 냉각을 돕는다. 도면에 도시되지 않았지만, 투여 모듈(28)은 투여 모듈(28)을 냉각시키기 위해 그 주위에 냉각수를 전달하는 냉각 재킷을 포함하도록 구성될 수 있다.

배기 스트림을 효과적으로 처리하기 위해 요구되는 배기 처리 유체의 양은 부하, 엔진 속도, 배기가스 온도, 배기가스 유동, 엔진 연료 주입 타이밍, 원하는 NO_x 환원, 기압, 상대 습도, EGR율, 및 엔진 냉각수 온도에 따라 변화될 수 있다. NO_x 센서 또는 미터(38)가 배기 처리 구성요소(18)의 하류에 위치할 수 있다. NO_x 센서(38)는 엔진 제어 유닛(40)에 배기 NO_x 함량을 나타내는 신호를 출력하도록 작동 가능하다. 엔진 작동 파라미터들 중 일부 또는 전부가 엔진 제어 유닛(40)으로부터 엔진/차량 데이터버스를 통해 시약 전자 투여 제어기(42)로 공급될 수 있다. 시약 전자 투여 제어기(42)는 또한 엔진 제어 유닛(40)의 일부로 포함될 수 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 배기가스 온도, 배기가스 유동 및 배기 배압, 및 다른 배기 작동 파라미터들이 각각의 센서들에 의해 측정될 수 있다.

배기 스트림을 효과적으로 처리하기 위해 요구되는 배기 처리 유체의 양은 또한 엔진(12)의 크기에 따라 좌우될 수 있다. 이와 관련하여, 기관차, 해양 응용, 및 정지(stationary) 응용에서 사용되는 대규모 디젤 엔진은 단일 투여 모듈(28)의 용량을 초과하는 배기 유동 속도를 가질 수 있다. 따라서, 단 하나의 투여 모듈(28)만이 배기 처리 유체의 투여를 위해 도시되었지만, 시약 주입을 위한 다수의 투여 모듈들(28)이 본 개시에 의해 고려된다는 것을 이해해야 한다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 배기 처리 구성요소들(18, 20)의 예시적인 구성이 도시되어 있다. 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 배기 처리 구성요소들(18, 20)은 서로 평행하게 배치된다. 그러나, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 배기 처리 구성요소들(18, 20)은 실질적으로 동축으로 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

배기 처리 구성요소(18)는 하우징(44), 유입구(46), 및 배출구(48)를 포함할 수 있다. 유입구(46)는 배기 유로(14)와 소통될 수 있고, 배출구(48)는 배기 처리 구성요소(20)와 소통될 수 있다. 배출구(48)가 배기 처리 구성요소(20)에 직접 연결되는 것으로 도시되었지만, 추가 도관(미도시)이 배출구(48)와 배기 처리 구성요소(20) 사이에 위치할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 추가 도관은, 도관을 통한 배기 유동이 배기 처리 구성요소(20)에 들어가기 전에 회전해야만 하도록, 비선형일 수 있다. 하우징(44)은 원통형일 수 있고, DOC(52)를 지지하는 제1 섹션(50) 및 DPF(56)를 지지하는 제2 섹션(54)을 포함할 수 있다. DOC(52)가 DPF(56)의 상류에 있는 것으로 도시되었지만, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, DPF(56)는 DOC(52)의 상류에 위치할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하우징(44)의 양 단부는 하우징(44)을 밀폐식으로 밀봉하는 단부 캡들(58, 60)을 포함할 수 있다. 단부 캡들(58, 60)은 제1 및 제2 섹션(50, 54)에 각각 슬립-핏되어 용접될 수 있다. 제1 및 제2 섹션(50, 54)은 클램프(62)에 의해 고정될 수 있다. 클램프(62)의 사용은 이 구성요소들의 유지보수, 세척, 또는 교체를 위해 DOC(52) 또는 DPF(56)의 용이한 분리를 허용한다. 배기 유로(14)로부터의 배기는 유입구(46)로 들어가서, DOC(52) 및 DPF(56)를 통과하고, 배출구(48)를 빠져나가서 배기 처리 구성요소(20)에 들어갈 것이다.

배기 처리 구성요소(20)는 배기 처리 구성요소(18)와 실질적으로 유사하다. 이와 관련하여, 배기 처리 구성요소(20)는 하우징(64), 유입구(66), 및 배출구(68)를 포함할 수 있다. 유입구(66)는 배기 처리 구성요소(18)의 배출구(48)와 소통되며, 배출구(68)는 배기 유로(14)의 하류 부분과 소통될 수 있다.

하우징(64)은 원통형일 수 있고, SCR(70) 및 암모니아 슬립 촉매(72)를 지지할 수 있다. SCR은 바람직하게는 암모니아 슬립 촉매(72)의 상류에 위치한다. 하우징(64)의 양 단부는 하우징(64)을 밀폐식으로 밀봉하는 단부 캡들(74, 76)을 포함할 수 있다. 단부 캡들(74, 76)은 하우징(64)에 슬립-핏되어 용접될 수 있다. 대안적으로, 단부 캡들(74, 76)은 클램프(미도시)에 의해 하우징(64)에 고정될 수 있다. 배기 처리 구성요소(18)의 배출구(48)로부터의 배기는 유입구(66)로 들어가서, SCR(70) 및 암모니아 슬립 촉매(72)를 통과하고, 배출구(68)를 빠져나가서 배기 유로(14)의 하류 부분에 들어갈 것이다.

투여 모듈(28)은 유입구(66)에 근접한 장소에서 단부 캡(74) 상에 위치할 수 있다. 투여 모듈(28)은 배기 스트림이 SCR(70)을 통과하기 전에 배기 스트림에 요소 배기 처리 유체와 같은 환원제를 주입하도록 작동 가능하다. 혼합물이 SCR(70)을 통과하는 동안 배기 스트림으로부터의 NO_x의 제거를 최적화하기 위해, 배기와 배기 처리 유체의 충분한 배합이 이루어져야 한다. 배기 스트림과 요소 배기 처리 유체의 배합을 돕기 위해, 혼합 조립체(80)가 유입구(66)의 하류 및 SCR(70)의 상류에 위치할 수 있다. 투여 모듈(28)이 혼합 조립체(80)에 직접 요소 배기 처리 유체를 투여할 수 있도록(여기서, 요소 배기 처리 유체는 배기 스트림과 배합될 수 있다), 혼합 조립체(80)는 투여 모듈(28)에 근접하게 위치한다.

도 7 내지 도 9는 혼합 조립체(80)의 제1 예시적인 실시예를 도시한다. 혼합 조립체(80)는 단부 캡(74)에 고정될 수 있는 제1 단부(84) 및 SCR(70)에 근접하게 위치하는 제2 단부(86)를 구비한 분해관(82)을 포함한다. 분해관(82)은 실질적으로 원통형일 수 있고, 반경방향 확대부(88)가 제1 및 제2 단부(84, 86) 사이에 위치한다. 반경방향 확대부(88)는 분해관(82)을 확대시키는 원뿔형-확대부(90), 제1 및 제2 단부(84, 86)보다 더 큰 직경을 가지며 원뿔형-확대부(90)의 하류에 있는 원통부(92), 및 분해관(82)을 축소시키는 원뿔형-축소부(94)를 포함한다. 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 제1 및 제2 단부(84, 86)는 상이한 직경을 가질 수 있다는 것을 또한 이해해야 한다. 본 개시는 원뿔형-축소부(94)를 요구하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 즉, 반경방향 확대부(88)는 제2 단부(86)의 전체 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.

제1 단부(84)는 복수의 제1 천공들(96)을 포함하도록 천공될 수 있다. 제1 천공들(96)은 제1 단부(84)의 원주 주위에서 크기가 다를 수 있으며, 배기 스트림이 분해관(82)에 들어갈 때 배기 스트림의 속도를 증가시키는 것과 난류를 생성하는 것을 도울 수 있다. 본 개시에 의해 요구되진 않지만, 기다란 슬롯들(100)로 형성되는 복수의 제2 천공들을 포함하는 천공형 칼라(98)가 제1 단부(84)의 주위에 위치하며 이에 고정될 수 있다. 천공형 칼라(98)는 제1 단부(84)보다 더 큰 직경을 갖는 원통부(102)를 포함한다. 원통부(102)는 반경방향으로 축소되어 축방향-연장 플랜지(104)가 되고, 이는 용접, 납땜, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 견고한 부착 방법에 의해 반경방향 확대부(88)에 근접한 위치에서 분해관(82)에 고정 결합될 수 있다.

기다란 슬롯들(100)은 제1 천공들(96)보다 더 큰 치수를 가질 수 있다. 기다란 슬롯들(100)은 분해관(82)의 축에 직교하여 배치된 방향, 및 분해관(82)의 축과 평행한 방향을 비롯한 다양한 방향으로 배향될 수 있다. 그러나, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 각각의 기다란 슬롯(100)은 동일한 방향으로 배향될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제1 천공들(96)과 마찬가지로, 기다란 슬롯들(100)은 배기 스트림이 분해관(82)에 들어갈 때 배기 스트림의 속도를 증가시키는 것과 난류를 생성하는 것을 돕는다.

혼합 조립체(80)는 제2 단부(86)에서 유동 반전 장치(106)를 포함한다. 유동 반전 장치(106)는 제2 단부(86)에 고정될 수 있거나, 제2 단부(86)의 말단 가장자리(108)에 근접한 위치에서 단부 캡(74)에 유동 반전 장치(106)를 고정하는 배플(미도시)에 의해 지지될 수 있다. 유동 반전 장치(106)는 중앙 벌지(112)가 형성되어 있는 실질적으로 컵형 부재(110)이다. 유동 반전 장치(106)는 분해관(82)의 제2 단부(86)보다 더 큰 직경을 가지므로, 배기 유동이 컵형 부재(110)에 들어갈 때, 배기 유동은 하우징(64)의 유입구(66)를 향해 다시 반대 방향으로 흐르도록 강제될 것이다. 배기 유동의 반전은 배기 스트림이 SCR(70)에 도달하기 전에 배기 스트림과 시약 배기 처리 유체의 배합을 돕는다.

유동 반전 장치(106)는 배기 스트림과 시약 배기 처리 유체의 배합을 추가로 돕는 복수의 편향 부재들(114)을 포함할 수 있다. 편향 부재들(114)은 유동 반전 장치(106)의 외벽(118)의 내표면(116)으로부터 반경방향 내부로 연장되는 복수의 베인들로 형성될 수 있다. 반경방향 내부로 연장되는 것에 더하여, 베인들(114)은 또한 배기 유동이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 때 배기 유동을 추가로 지향시키기 위해 분해관(82)의 축에 대해 각지게 형성될 수 있다. 베인들(114)은 평면 부재들일 수도 있고, 약간 만곡될 수도 있다. 베인들(114)이 유동 반전 장치(106)의 내표면(116)에 고정되는 것으로 도시되었지만, 베인들(114)은 분해관(82)의 제2 단부(86)에 고정될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 혼합 조립체(80)는 유입구(66)의 축에 직교하는 방향으로 배치될 수 있다. 그러므로, 배기 스트림은 SCR(70)을 향해 지향되기 전에 혼합 조립체(80)에 직교하여 들어갈 것이다. 배기 스트림이 분해관(82)의 제1 단부(84)에 들어갈 때, 배기 스트림의 속도는 증가할 수 있으며 배기 스트림의 유동은 제1 및 제2 천공들(96, 100)로 인해 구불구불해질 것이다. 배기가 반경방향 확대부(88)에 들어갈 때, 유동은 분해관(82)의 축을 따라 머무르는 경향이 있을 수 있다. 배기 스트림의 속도가 느릴 수 있지만, 속도는 배기와 시약 배기 처리 유체의 만족할 만한 배합을 보장하는 최소한의 범위까지만 늦춰진다. 이와 관련하여, 반경방향 확대부(88)는 천공들(96, 100)에 의해 생성된 배기 유동의 난류를 확산시키고, 이는 임의의 잠재적인 속도 손실의 최소화를 돕는다. 아래의 표 1은 배기 처리 구성요소(20) 내의 다양한 영역들에서의 배기 스트림의 최대 속도를 정리한 것이다.

영역	최대 속도(m/S)
A	84
B	120
C	102
D	102
E	120
F	120
G	25

표 1 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 배기 스트림이 유입구(66)로부터 들어갈 때, 배기는 84 m/s의 최대 속도를 가질 수 있다(영역 A). 배기 스트림이 분해관(82)의 제1 단부(84) 및 칼라(98)를 통해 혼합 조립체(80)에 들어갈 때, 속도는 증가할 수 있다(영역 B). 영역 B에서의 속도 증가는 천공들(96, 100)을 통해 흐르는 배기가스와 투여 모듈(28)에 의해 주입된 배기 처리 유체의 속도 사이에 큰 속도차를 생성한다. 대량의 배기 유동의 속도차는 배기 처리 유체의 표면 장력 특성보다 더 큰 공력(aerodynamic force)을 초래하고, 이는 배기 처리 유체의 액적 분산 및 분무로 이어진다.

다음으로, 배기가 반경방향 확대부(88)에 들어갈 때, 배기는 약간 느려질 수 있다(영역 C, D). 배기가 반경방향 확대부를 빠져나가서 유동 반전 장치(106)에 들어갈 때, 속도는 증가할 수 있다(영역 E, F). 이후, 배기가 SCR(70)에 도달할 때, 배기 속도는 감소할 수 있다(영역 G). 배기 속도는 배기 처리 유체가 배기 스트림에 투여되는 장소(영역 B)에서 증가하며, 배기가 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 때 증가하기 때문에, 배기와 배기 처리 유체는 배기 처리 유체의 만족할 만한 분무를 보장하기 위해 충분히 배합될 수 있다.

이와 무관하게, 배기 스트림이 반경방향 확대부(88)(영역 D) 내에 있는 동안, 낮은 속도 유동 구역들(120)이 분해관(82)의 내벽(122)에 인접한 위치에 존재한다(도 9). 이 구역들(120)은 배기 스트림이 반경방향 확대부(88)를 통과할 때 배기 스트림을 둘러싸며, 내벽(122)이 시약 배기 처리 유체에 젖는 것을 방지하는 데에 도움이 된다. 내벽(122)이 젖는 것을 방지하면, 내벽(122) 상의 고체 요소 증착물의 축적이 방지되거나 적어도 실질적으로 최소화된다.

배기 스트림이 분해관(82)의 제2 단부(86)에 들어갈 때, 배기 스트림의 속도는 다시 증가할 것이며, 유동 반전 장치(106)에 들어가고 빠져나갈 때 증가 상태로 남아있을 것이다. 유동 반전 장치(106)에 들어갈 시에, 배기 스트림의 유동 방향은 유입구(66)를 향해 다시 반전될 것이다. 배기 유동이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 때, 배기는 베인들(114)에 의해 지향될 것이며, 이는 배기와 시약 배기 처리 유체의 추가적인 배합을 도울 것이다. 또한, 배기 스트림은 분해관(82)의 원뿔형-축소부(94)에 충돌할 수 있고, 이는 혼합 조립체(80)로부터 멀리 배기 스트림을 지향시키는 것을 추가로 도울 수 있다. 이후, 배기 스트림은 자유롭게 SCR(70)을 향해 흐른다.

이제 도 10 내지 도 13을 참조하면, 제2 예시적인 혼합 조립체(200)가 설명될 것이다. 혼합 조립체(200)는 도 7 내지 도 9에 도시된 혼합 조립체(80)와 유사하다. 그러므로, 각각의 조립체에 공통인 구성요소들의 설명은 이에 명료함을 위해 생략된다. 혼합 조립체(200)는 복수의 편향 부재들(204)을 구비한 편향 장치(202)를 포함한다. 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 편향 장치(202)는 알루미늄, 강, 티타늄, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 재료와 같은 금속으로 이루어진 기다란 스트립(206)으로 형성될 수 있다. 편향 부재들(204)은 기다란 스트립(206)과 일체형(즉, 통합형)이며, 기다란 스트립(206)에 형성되는 복수의 절개부들(208)을 통해 기다란 스트립(206)으로부터 반경방향 외부로 절곡되는 평면 탭들로 형성된다.

편향 부재들(204)은 베인들(114)과 유사한 방식으로 기능하도록 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 배기 유동이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 때, 배기는 편향 부재들(204)에 의해 지향될 것이며, 이는 배기와 시약 배기 처리 유체의 추가적인 배합을 도울 것이다. 도 12 및 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 절개부들(208)은 기다란 스트립(206)의 길이에 대해 각지게 형성된다. 편향 부재들(204)이 기다란 스트립(206)으로부터 외부로 절곡될 때, 편향 부재들(204)은 또한 혼합 조립체(200)의 축에 대해 각지게 형성될 것이며, 이는 배기 유동이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 시에 미리 결정된 방향으로 배기 유동을 지향시키는 데에 사용될 수 있다.

편향 부재들(204)은 분해관(82)의 제2 단부(86)와 유동 반전 장치(106)의 외벽(118) 사이의 거리와 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 편향 부재들(204)은 제2 단부(86)와 외벽(118) 사이의 거리보다 더 작은 길이를 가질 수 있다. 다른 대안으로, 편향 부재들(204)은 각각 편향 부재들(204)에 제2 단부(86)와 외벽(118) 사이의 거리보다 더 큰 길이를 제공하는 말단 돌출부(210)를 구비할 수 있다. 이후, 말단 돌출부(210)는 유동 반전 장치(106)의 외벽(118)의 말단 단부(212)에 접경할 수 있고, 이는 유동 반전 장치(106)에 대해 편향 장치(202)를 위치시키는 데에 도움이 된다. 말단 돌출부들(210)은 또한, 필요 시, 유동 반전 장치(106)에 각각의 탭을 용접, 납땜, 또는 고정하기 위한 장소를 제공함으로써, 유동 반전 장치(106)에 편향 장치(202)를 고정하는 데에 도움이 될 수 있다.

이제 도 14 및 도 16을 참조하면, 제3 예시적인 혼합 조립체(300)가 도시되어 있다. 혼합 조립체(300)는 도 7 내지 도 9에 도시된 혼합 조립체(80)와 실질적으로 유사하다. 그러므로, 각각의 조립체에 공통인 구성요소들의 설명은 이에 명료함을 위해 생략된다. 칼라(98)가 도 14에 도시되어 있지 않지만, 혼합 조립체(300)는 칼라(98)를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 혼합 조립체(300)는 복수의 편향 부재들(304)을 구비한 편향 장치(302)를 포함한다. 도 15에 가장 잘 도시된 바와 같이, 편향 장치(302)는 알루미늄, 강, 티타늄, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 재료와 같은 금속으로 이루어진 환상 링(306)으로 형성될 수 있다. 편향 부재들(304)은 환상 링(306)과 일체형(즉, 통합형)이며, 환상 링(306)에 형성되는 복수의 절개부들(308)을 통해 환상 링으로부터 축방향 외부로 절곡될 수 있는 평면 탭들로 형성된다. 편향 부재들(304)이 유동 반전 장치(106)의 내부(310)를 향한 방향으로 절곡되는 것으로 도시되었지만, 편향 부재들(304)은 내부(310)로부터 멀어진 방향으로 절곡될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

편향 부재들(304)은 베인들(114)과 유사한 방식으로 기능하도록 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 배기 유동이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 때, 배기는 편향 부재들(304)에 의해 지향될 것이며, 이는 배기와 시약 배기 처리 유체의 추가적인 배합을 도울 것이다. 편향 부재들(304)은 또한 혼합 조립체(300)의 축에 대해 각지게 형성될 것이며, 이는 배기 유동이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 시에 미리 결정된 방향으로 배기 유동을 지향시키는 데에 사용될 수 있다.

편향 부재들(304)이 원하는 배향으로 절곡되면, 편향 장치의 내부 링(312) 및 외부 링(314)이 한정될 것이다. 내부 링(312)은 용접, 납땜, 또는 당업자에게 알려진 임의의 방식으로 알려진 임의의 다른 고정 방법에 의해 분해관(82)의 제2 단부(86)에 편향 장치(302)를 고정하는 데에 사용될 수 있다. 편향 장치(302)는 또한 외부 링(314)으로부터 외부로 연장되는 축방향-연장 플랜지(316)를 포함할 수 있다. 축방향-연장 플랜지(316)는 유동 반전 장치(106)의 말단 단부(212; 도 11)에 대응할 수 있으며, 말단 단부(212)와 중첩될 수 있고, 그에 따라 축방향-연장 플랜지(316)는 용접, 납땜, 또는 알려진 임의의 다른 부착 방법에 의해 유동 반전 장치(106)에 고정될 수 있다.

이제 도 17 내지 도 19를 참조하면, 제4 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 혼합 조립체(400)는 도 7 내지 도 9에 도시된 혼합 조립체(80)와 유사하다. 그러므로, 각각의 조립체에 공통인 구성요소들의 설명은 이에 명료함을 위해 생략된다. 혼합 조립체(400)는 중앙 벌지가 형성되어 있는 실질적으로 컵형 부재인 유동 반전 장치(106)를 제2 단부(86)에서 포함한다. 전술한 편향 부재들(204, 304)과 달리, 혼합 조립체(400)는 유동 반전 장치(106)와 분해관(82) 사이에 결합되는 유동-분산 캡(402)을 포함할 수 있다.

유동-분산 캡(402)은 유동 반전 장치(106)에 유동-분산 캡(402)을 결합하는 제1 축방향-연장 립(404), 및 분해관(82)에 유동-분산 캡(402)을 결합하는 제2 축방향-연장 립(406)을 포함한다. 축방향-연장 립들(404, 406) 사이에는, 복수의 관통공들(410)을 구비한 천공 원뿔형 링(408)이 있다. 제1 및 제2 천공들(96, 100)과 마찬가지로, 관통공들(410)은 배기 스트림이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 때 배기 스트림의 속도를 증가시키는 것과 난류를 생성하는 것을 도울 수 있다. 관통공들(410)은 원하는 임의의 방식으로 크기 및 형상이 정해질 수 있다. 이와 관련하여, 관통공들(410)이 원형인 것으로 도시되었지만, 관통공들은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 타원형 등을 비롯한 임의의 형상일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 원뿔형 링(408)은 제1 축방향-연장 립(404)에 인접한 제1 부분(412), 및 제2 축방향-연장 립(406)에 인접한 제2 부분(414)을 포함할 수 있다.

디버터 링(416)이 제2 부분(414)과 분해관(82) 사이에 위치할 수 있다. 도 19에 가장 잘 도시된 바와 같이, 디버터 링(416)은 분해관(82)에 결합되는 원통부(418), 및 분해관(82)과 원뿔형 링(408) 사이에서 원통부(418)로부터 멀리 연장되는 각진 플랜지(420)를 포함한다. 각진 플랜지(420)는 혼합 조립체(400)로부터 밖으로 유동의 방향을 전환하는 데에 추가로 도움이 되도록 원하는 임의의 각도로 위치할 수 있다. 이와 관련하여, 각진 플랜지는 25 내지 75도의 범위, 바람직하게는 35 내지 65도의 범위, 가장 바람직하게는 도의 각도로 원통부(418)에 대해 각지게 형성될 수 있다.

유동 반전 장치(106)에 진입 시에, 배기 스트림의 유동 방향은 유입구(66)를 향해 다시 반전될 것이다. 배기 유동이 유동 반전 장치(106)를 빠져나갈 때, 배기는 관통공들(410)을 통해 밖으로 디버터 링(416)에 의해 지향될 것이며, 이는 배기와 시약 배기 처리 유체의 추가적인 배합을 도울 것이다. 이후, 배기 스트림은 자유롭게 SCR(70)을 향해 흐른다.

이제 도 20 및 도 21을 참조하면, 제5 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 혼합 조립체(500)는 도 7 내지 도 9에 도시된 혼합 조립체(80)와 유사하다. 그러므로, 각각의 조립체에 공통인 구성요소들의 설명은 이에 명료함을 위해 생략된다. 혼합 조립체(500)는 중앙 벌지(503)가 형성되어 있는 실질적으로 컵형 부재인 유동 반전 장치(502)를 분해관(82)의 제2 단부(86)에서 포함한다. 유동 반전 장치(502)는 그 외벽(506)에 형성되는 복수의 유동 편향 부재들(504)을 포함할 수 있다. 편향 부재들(504)은 유동 반전 장치(502)와 일체형(즉, 통합형)이며, 외벽(506)에 형성되는 복수의 절개부들(508)을 통해 외벽(506)으로부터 반경방향 외부로 절곡되는 평면 탭들로 형성된다. 편향 부재들(504)은 베인들(114)과 유사한 방식으로 기능하도록 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 배기 유동이 절개부들(508)을 통해 유동 반전 장치(502)를 빠져나갈 때, 배기 유동은 난류가 되어 편향 부재들(504)에 의해 지향될 것이며, 이는 배기와 시약 배기 처리 유체의 추가적인 배합을 도울 것이다.

혼합 조립체(500)는 유동 반전 장치(502)의 말단 단부(512)와 분해관(82) 사이에 위치하는 분산 링(510)을 추가로 포함할 수 있다. 분산 링(510)은 알루미늄, 강, 티타늄, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 재료와 같은 금속으로 이루어진 환상 링(514)으로 형성될 수 있다. 원통형 플랜지(516)가 환상 링(514)으로부터 멀리 축방향으로 연장될 수 있다. 원통형 플랜지(516)는 분해관(82)에 용접되거나, 납땜되거나, 알려진 임의의 방식으로 고정될 수 있다. 환상 링(514)은 복수의 스캘럽형 요홈들(518)이 형성되어 있다. 요홈들(518)은 배기 스트림이 혼합 조립체(500)를 빠져나갈 수 있게 하는 출구 역할을 한다. 따라서, 배기 스트림은 절개부들(508)을 통해 빠져나갈 수도 있고, 요홈들(518)을 통해 빠져나갈 수도 있다. 인접한 요홈들(518)은 환상 링(514)의 랜드부(520)에 의해 분리될 수 있다. 원통형 플랜지(516)의 반대편에 위치하는, 각각의 랜드부(520)의 말단 단부(522)는 분산 링(510)이 분해관(82)에 고정되기 전에 유동 반전 장치(502)에 대해 분산 링(510)을 위치시킬 수 있는 접경면을 제공하기 위해 축방향으로 절곡될 수 있다.

유동 반전 장치(502)에 진입 시에, 배기 스트림의 유동 방향은 유입구(66)를 향해 다시 반전될 것이다. 배기 유동이 유동 반전 장치(502)를 빠져나갈 때, 배기는 절개부들(508)을 통해 빠져나가서 편향 부재들(504)에 의해 원하는 방향으로 편향될 수 있거나, 또는 배기 스트림은 분산 링(510)에 형성되는 요홈들(518)을 통해 빠져나갈 수 있다. 배기 스트림이 혼합 조립체(500)를 빠져나가는 장소와 무관하게, 배기 스트림은 SCR(70)을 향해 흐르기 전에 시약 배기 처리 유체와 추가로 배합된다.

각각의 혼합 조립체는 단일 SCR(70)을 포함하는 배기 처리 구성요소(20)에서의 용도에 대해 설명되었지만, 본 개시는 이에 제한되지 않아야 한다. 도 22 및 도 23에 가장 잘 도시된 바와 같이, 혼합 조립체들은 한 쌍의 SCR(70)을 구비한 배기 처리 구성요소(20)에서 사용될 수 있다. 도 22는 평행하게 배치되는 한 쌍의 배기 처리 구성요소(18, 20)를 도시한다. 배기 처리 구성요소(18)는 전술한 실시예들과 유사하므로, 그 설명이 생략될 것이다.

도 23에 가장 잘 도시된 바와 같이, 배기 처리 구성요소(20)는 투여 모듈(28)에 의해 배기 스트림에 투여된 배기 처리 유체를 배합하기 위한 혼합 조립체(80)(또는 전술한 임의의 다른 혼합 조립체)를 포함한다. 배기 처리 구성요소(20)는 한 쌍의 단부 캡(602, 604)과 소통되는 한 쌍의 하우징(600)을 포함한다. 단부 캡들(602, 604)은 용접에 의해 하우징들(600)에 고정될 수 있거나, 클램프(미도시)에 의해 하우징들(600)에 고정될 수 있다. 혼합 조립체(80) 및 투여 모듈(28)은 배기 처리 구성요소(18)와 배기 처리 구성요소(20) 사이의 소통을 제공하는 도관(606) 내에 고정된다. 도관(606)은 각각 플랜지(612, 614)를 포함하는 제1 부분(608) 및 제2 부분(610)을 포함할 수 있고, 플랜지들은 용접 또는 클램프(미도시)에 의해 고정될 수 있다. 각각의 하우징(600)은 SCR들, 암모니아 슬립 촉매들, 및 배기와 배기 처리 유체의 혼합물을 처리하기 위한 필터들의 조합일 수 있는 복수의 배기 처리 구성요소 기판들(618)을 지지한다.

배기가 혼합 조립체(80)에 들어갈 때, 요소 배기 처리 유체는 투여 모듈(28)에 의해 혼합 조립체(80)에 직접 투여될 수 있다. 배기와 배기 처리 유체의 혼합물이 분해관(82) 및 유동 반전 장치(106)를 통해 이동할 때, 배기 스트림과 배기 처리 유체는 배기 처리 구성요소 기판들(618)을 통과하기 전에 충분히 배합될 것이다. 혼합 조립체(80)는 배기와 배기 처리 유체의 배합을 돕는 편향 부재들 또는 베인들(114)을 포함할 수 있다. 각각 배기 처리 구성요소 기판들(618)을 포함하는 한 쌍의 하우징(600)이 예시적인 실시예에서 사용되기 때문에, 베인들(114)은 실질적으로 동일한 양의 배기 스트림이 각각의 하우징(600)으로 지향되는 것을 보장하도록 유동 반전 장치(106) 내에 위치할 수 있다. 즉, 편향 부재들(114)(및 각각의 예시적인 실시예의 편향 부재들)은 원하는 방향으로 배기를 지향시키도록 배향되고 위치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이런 방식으로, 배기는 배기 처리 구성요소 기판들(618)에 의해 적절하게 처리될 수 있다.

이제 도 24 내지 도 30을 참조하면, 배기 처리 구성요소들(702, 704)을 포함하는 예시적인 배기 처리 조립체(700)가 도시되어 있다. 도 24에 가장 잘 도시된 바와 같이, 배기 처리 구성요소들(702, 704)은 서로 병렬로 배치된다. 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 배기 처리 구성요소들(702, 704)은 실질적으로 동축으로 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

배기 처리 구성요소(702)는 하우징(706), 유입구(708), 및 배출구(710)를 포함할 수 있다. 유입구(708)는 배기 유로(14)와 소통될 수 있고, 배출구(710)는 배기 처리 구성요소(704)와 소통될 수 있다. 배출구(710)가 배기 처리 구성요소(704)에 직접 연결된 것으로 도시되었지만, 추가 도관(미도시)이 배출구(710)와 배기 처리 구성요소(704) 사이에 위치할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 추가 도관은, 도관을 통한 배기 유동이 배기 처리 구성요소(704)에 들어가기 전에 회전해야만 하도록, 비선형일 수 있다.

하우징(706)은 원통형일 수 있고, DOC(714)를 지지하는 제1 섹션(712) 및 혼합 조립체(718)를 지지하는 제2 섹션(716)을 포함할 수 있다(도 29 및 도 30). 본 개시의 범주를 벗어남 없이, DOC(714)는 DPF 또는 촉매-코팅 DPF로 교체될 수 있다. 하우징(706)의 양 단부는 하우징(706)을 밀폐식으로 밀봉하는 단부 캡들(720, 722)을 포함할 수 있다. 단부 캡들(720, 722)은 제1 및 제2 섹션(712, 716)에 각각 슬립-핏되어 용접될 수 있다. 제1 및 제2 섹션(712, 716)은 클램프(724)에 의해 고정될 수 있다. 대안적으로, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 제1 및 제2 섹션(712, 716)은 슬립-핏되거나 용접될 수 있다. 클램프(724)의 사용은 구성요소들의 유지보수, 세척, 또는 교체를 위해 DOC(714) 또는 혼합 조립체(718)의 용이한 분리를 허용한다. 천공형 배플(725)이 유입구(708)의 바로 하류 및 DOC(714)의 상류에 위치할 수 있다. 배기 유로(14)로부터의 배기는 유입구(708)로 들어가서, 천공형 배플(725), DOC(714) 및 혼합 조립체(718)를 통과하고, 배출구(710)를 빠져나가서 배기 처리 구성요소(704)에 들어갈 것이다.

배기 처리 구성요소(704)는 배기 처리 구성요소(702)와 실질적으로 유사하다. 이와 관련하여, 배기 처리 구성요소(704)는 하우징(726), 유입구(728), 및 배출구(730)를 포함할 수 있다. 유입구(728)는 배기 처리 구성요소(702)의 배출구(710)와 소통되며, 배출구(730)는 배기 유로(14)의 하류 부분과 소통될 수 있다.

하우징(726)은 원통형일 수 있고, SCR(732) 및 암모니아 슬립 촉매(734)를 지지할 수 있다. SCR(732)은 바람직하게는 암모니아 슬립 촉매(734)의 상류에 위치한다. 하우징(726)의 양 단부는 하우징(726)을 밀폐식으로 밀봉하는 단부 캡들(736, 738)을 포함할 수 있다. 단부 캡들(736, 738)은 하우징(726)에 슬립-핏되어 용접될 수 있다. 대안적으로, 단부 캡들(736, 738)은 클램프(미도시)에 의해 하우징(726)에 고정될 수 있다. 배기 처리 구성요소(702)의 배출구(710)로부터의 배기는 유입구(728)로 들어가서, SCR(732) 및 암모니아 슬립 촉매(734)를 통과하고, 배출구(730)를 빠져나가서 배기 유로(14)의 하류 부분에 들어갈 것이다.

투여 모듈(28)은 배출구(710)에 근접한 장소에서 단부 캡(722) 상에 위치할 수 있다. 전술한 실시예들에서와 같이, 투여 모듈(28)은 배기 스트림이 SCR(732)을 통과하기 전에 배기 스트림에 요소 배기 처리 유체와 같은 환원제를 주입하도록 작동 가능하다. 혼합물이 SCR(732)을 통과하기 전에 배기 스트림으로부터의 NO_x의 제거를 최적화하기 위해, 배기와 배기 처리 유체의 충분한 배합이 이루어져야 한다. 배기 스트림과 요소 배기 처리 유체의 배합을 돕기 위해, 혼합 조립체(718)가 DOC(714)의 하류 및 SCR(732)의 상류에 위치할 수 있다. 투여 모듈(28)이 혼합 조립체(718)에 직접 요소 배기 처리 유체를 투여할 수 있도록 (여기서, 요소 배기 처리 유체는 배기 스트림과 배합될 수 있다), 혼합 조립체(718)는 투여 모듈(28)에 근접하게 위치한다.

도 29 및 도 30은 혼합 조립체(718)을 가장 잘 도시한다. 전술한 실시예들과 마찬가지로, 혼합 조립체(718)는 단부 캡(722)에 고정될 수 있는 제1 단부(84) 및 DOC(714)에 근접하게 위치하는 제2 단부(86)를 구비한 분해관(82)을 포함한다. 분해관(82)은 실질적으로 원통형일 수 있되, 반경방향 확대부(88)가 제1 및 제2 단부(84, 86) 사이에 위치한다. 유동 반전 장치(740)가 제2 단부(86)에 위치한다. 분해관(82)이 단부 캡(722)에 고정되는 것 외에도, 혼합 조립체(718)는 천공형 지지판(742)에 의해 하우징(706) 내에 지지될 수 있다.

지지판(742)은 분해관(82)에 고정되는 축방향 연장 플랜지(748)에 의해 한정되는 개구(746)를 둘러싸는 환상 중앙부(744)를 포함한다. 지지판(742)의 환상 바깥 부분(750)은 배기 유동을 허용하는 복수의 관통공들(752)을 포함한다. 바깥 부분(750)은 또한 하우징(706)에 지지판(742)을 고정하기 위한 축방향-연장 플랜지(754)를 포함한다. 축방향-연장 견부(756)가 환상 중앙부(744)와 환상 바깥 부분(750) 사이에 위치할 수 있다. 견부(756)는 혼합 조립체(718)의 원통형 쉘(758)을 위한 장착면을 제공한다. 쉘(758)은 견부(756)에 고정되는 근위 단부(760) 및 유동 반전 장치(740)에 고정되는 원위 단부(762)를 포함한다. 반경방향으로 연장된 장착 플랜지(764)가 배출구(710)의 단부(766)를 수용한다.

도 30에 가장 잘 도시된 바와 같이, 배기 유동은 유입구(708)로 들어가서, 천공식 배플(725)을 통과하여, DOC(714)에 들어갈 것이다. 배기가 DOC(714)를 빠져나간 후에, 배기는 혼합 조립체(718)에 접근할 것이다. 본 개시에 의해 요구되진 않지만, 혼합 조립체(718)는 유동 반전 장치(740)의 외표면(770)에 고정되는 컵형 노우즈(768)를 포함할 수 있다. 컵형 노우즈(768)는 배기에 의한 접촉 시에 혼합 조립체(718) 주위로 배기를 지향시키는 원뿔형, 반구형, 또는 타원형 외표면(772)을 포함할 수 있다. 컵형 노우즈(768)는 또한 배기의 방향에 대해 오목면을 구비할 수 있다. 아울러, 컵형 노우즈(768)는 외표면(772)에 형성되는 상승 또는 하강된 특징부(예컨대, 범프 또는 딤플)(미도시)를 구비할 수 있다. 컵형 노우즈(768)가 유동 반전 장치(740)에 고정된 것으로 도시되었지만, 컵형 노우즈(768)는 유동 반전 장치(740)에 근접한 위치에서 지지판(미도시)에 의해 지지될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 배기 유동을 허용하는 관통공들(752)을 구비한 지지판(742)과 유사한 지지판이 사용될 수 있되, 환상 중앙부(744)는 개구(746)가 아닌 컵형 노우즈(768)를 한정한다.

혼합 조립체(718) 주위를 통과한 후에, 배기는 지지판(742)의 관통공들(752)을 통과할 것이다. 지지판(742)을 통과한 후에, 배기는 천공들(96, 100)을 통해 혼합 조립체(718)에 들어갈 수 있다. 혼합 조립체(718)에 배기가스를 공급하는 것을 돕기 위해, 단부 캡(722)은 혼합 조립체(718) 내로 배기를 지향시키는 (즉, 유동 반전 장치(740)와 유사한) 만곡면(미도시)을 한정할 수 있다. 분해관(82)에 들어간 후에, 배기 유동은 투여 모듈(28)에 의해 혼합 조립체(718)에 투여되는 배기 처리 유체(예컨대, 요소)에 노출될 것이다. 배기가 분해관(82)을 통해 흐를 때, 배기는 유동 반전 장치(740)에 의해 반대 방향으로 지향되어 쉘(758) 내로 들어갈 것이다. 이후, 배기는 배출구(710)를 통해 쉘(758)을 빠져나가서, SCR(732) 및 암모니아 슬립 촉매(734)가 위치하는 배기 처리 구성요소(704)에 들어갈 수 있다.

전술한 구성에 따르면, 배기 유동은 배기 처리 구성요소(702) 내에서 방향이 2번 반전되도록 강제될 것이다. 즉, 배기 유동은 먼저 혼합 조립체(718)에 들어갈 때 방향이 반전될 것이며, 배기는 다음으로 유동 반전 장치(740)와의 접촉으로 인해 방향이 반전될 것이다. 배기 유동이 배기 처리 구성요소(702)를 통해 이동할 때 방향이 2번 반전되기 때문에, 배기 유동은 구불구불하게 될 것이며, 이는 배기가 SCR(732)에 들어가기 전에 배기와 배기 처리 유체를 배합하는 능력을 증가시킨다. 배기와 배기 처리 유체의 증가된 배합으로 인해, 배기로부터 NO_x의 제거 시에 SCR(732)의 효율이 증가될 수 있다.

도 29 및 도 30에 도시되지 않았지만, 유동 반전 장치(740)는 베인들(114)과 같은 편향 부재들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적으로, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 혼합 조립체들(200, 300, 400, 500) 중 임의의 하나가 배기 처리 구성요소(702)에서 사용될 수 있다.

이제 도 31 및 도 32를 참조하면, 배기 처리 구성요소(800)가 도시되어 있다. 배기 처리 구성요소(800)는 하우징(802), 유입구(804), 및 배출구(806)를 포함한다. 하우징(802)은 내부 쉘(807) 및 외부 쉘(808)을 포함할 수 있다. 단열재(810)가 내부 쉘(806)과 외부 쉘(808) 사이에 배치될 수 있다. 유입구(804)는 배기 유로(14)에 결합될 수 있고, 내부 원뿔(812) 및 외부 원뿔(814)을 포함한다. 단열재(810)가 내부 원뿔(812)과 외부 원뿔(814) 사이에 배치될 수 있다. 내부 원뿔(812)은 내부 쉘(807)에 고정될 수 있고, 외부 원뿔(814)은 외부 쉘(808)에 고정될 수 있다. 내부 원뿔(812)이 먼저 외부 원뿔(814)에 고정될 수 있고, 이후 유입구(804)가 내부 및 외부 쉘들(807, 808)에 고정될 수 있다. 배출구(806)는 외부 쉘(808)에 고정되는 외부 슬리브(816), 및 내부 슬리브(818)를 포함할 수 있다. 내부 슬리브(818)는 밀폐식으로 밀봉되는 하나 이상의 섹션으로 구성될 수 있다. 단열재(810)가 내부 슬리브(818)와 외부 슬리브(816) 사이에 배치될 수 있다. 배출구(806)는 하우징(802)으로부터 반경방향 외부로 연장될 수 있는 반면, 유입구(804)는 하우징(802)과 동축일 수 있다.

단부 캡(820)이 유입구(804)의 반대편에 있는 하우징(802)의 단부에서 하우징(802)에 결합될 수 있다. 투여 모듈(28)이 배출구(806)에 근접한 위치에서 단부 캡(820) 상에(또는 추가 플랜지(미도시) 상에) 위치할 수 있다. 전술한 실시예들에서와 같이, 투여 모듈(28)은 배기 스트림이 SCR(미도시)을 통과하기 전에 배기 스트림에 요소 배기 처리 유체와 같은 환원제를 주입하도록 작동 가능하다. 혼합물이 SCR을 통과하기 전에 배기 스트림으로부터의 NO_x의 제거를 최적화하기 위해, 배기와 배기 처리 유체의 충분한 배합이 이루어져야 한다. 배기 스트림과 요소 배기 처리 유체의 배합을 돕기 위해, 혼합 조립체(718)가 유입구(804)와 배출구(806) 사이에 위치할 수 있다. 투여 모듈(28)이 혼합 조립체(718)에 직접 배기 처리 유체를 투여할 수 있도록 (여기서, 배기 처리 유체는 배기 스트림과 배합될 수 있다), 혼합 조립체(718)는 투여 모듈(28)에 근접하게 위치한다.

도 32는 배기 처리 구성요소(800) 내의 혼합 조립체(718)를 가장 잘 도시한다. 혼합 조립체(718)는 단부 캡(820)에 고정될 수 있는 제1 단부(84) 및 유입구(804)에 근접하게 위치하는 제2 단부(86)를 구비한 분해관(82)을 포함한다. 배기 유동은 유입구(804)로 들어가서 혼합 조립체(718)에 접근할 것이다. 본 개시에 의해 요구되진 않지만, 혼합 조립체(718)는 유동 반전 장치(740)의 외표면(770)에 고정되는 컵형 노우즈(768)를 포함할 수 있다. 컵형 노우즈(768)는 배기에 의한 접촉 시에 혼합 조립체(718) 주위로 배기를 지향시키는 원뿔형, 반구형, 또는 타원형 외표면(772)을 포함할 수 있다. 컵형 노우즈(768)는 또한 배기의 방향에 대해 오목면을 구비할 수 있다. 아울러, 컵형 노우즈(768)는 외표면(772)에 형성되는 상승 또는 하강된 특징부(예컨대, 범프 또는 딤플)(미도시)를 구비할 수 있다. 혼합 조립체(718) 주위를 통과한 후에, 배기는 지지판(742)의 관통공들(752)을 통과할 것이다. 지지판(742)을 통과한 후에, 배기는 천공들(96)을 통해 혼합 조립체(718)에 들어갈 수 있다. 혼합 조립체(718)가 천공형 칼라(98)를 포함하지 않는 것으로 도 32에 도시되었지만, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 예시된 실시예는 천공형 칼라(98)를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

분해관(82)에 들어간 후에, 배기 유동은 투여 모듈(28)에 의해 혼합 조립체(718)에 투여되는 배기 처리 유체(예컨대, 요소)에 노출될 것이다. 배기가 분해관(82)을 통해 흐를 때, 배기는 유동 반전 장치(740)에 의해 반대 방향으로 지향되어 쉘(758) 내로 들어갈 것이다. 이후, 배기는 배출구(806)를 통해 쉘(758)을 빠져나가서, SCR이 위치할 수 있는 다른 배기 처리 구성요소(예컨대, 도 24에 도시된 배기 처리 구성요소)에 들어갈 수 있다.

도 32에 도시되지 않았지만, 유동 반전 장치(740)는 베인들(114)과 같은 편향 부재들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적으로, 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 혼합 조립체들(200, 300, 400, 500) 중 임의의 하나가 배기 처리 구성요소(800)에서 사용될 수 있다.

전술한 구성에 따르면, 배기 유동은 배기 처리 구성요소(800) 내에서 방향이 2번 반전되도록 강제될 것이다. 즉, 배기 유동은 먼저 혼합 조립체(718)에 들어갈 때 방향이 반전될 것이며, 배기는 다음으로 유동 반전 장치(740)와의 접촉으로 인해 방향이 반전될 것이다. 배기 유동이 배기 처리 구성요소(800)를 통해 이동할 때 방향이 2번 반전되기 때문에, 배기 유동은 구불구불하게 될 것이며, 이는 배기가 SCR에 들어가기 전에 배기와 배기 처리 유체를 배합하는 능력을 증가시킨다. 배기와 배기 처리 유체의 증가된 배합으로 인해, 배기로부터 NO_x의 제거 시에 SCR의 효율이 증가될 수 있다.

아울러, 배기 처리 구성요소(800)는 DOC, DPF, SCR, 또는 임의의 다른 유형의 배기 처리 기판을 포함하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 이러한 장치들 없이, 구성요소(800)는 컴팩트하게 만들어질 수 있다. 이러한 설계는, SCR을 포함하는 기존 배기 후처리 시스템으로 하여금, 배기와 요소 배기 처리 유체의 배합을 증가시키는 것을 돕기 위해 구성요소(800)로 개조되는 것을 허용한다.

각각의 전술한 구성들은 필요 시 수정될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 도 24에 도시된 유입구(708)가 90도 절곡을 갖는 것으로 도시되었지만, 본 개시는 도 31에 도시된 것처럼 동축 유입구(즉, 유입구(804)) 또는 유입구(728)처럼 반경방향으로 위치하는 유입구를 고려한다. 마찬가지로, 배출구(710)는 (동축 유입구(804)와 유사한) 동축 배출구 또는 (유입구(708)와 유사한) 90도 절곡을 갖는 배출구로 교체될 수 있다. 본 개시의 범주를 벗어남 없이, 유사한 수정들이 구성요소(800)에 이루어질 수 있다.

실시예들의 전술한 설명은 예시 및 설명을 위해 제공되었다. 이는 철저히 하려는 의도이거나, 본 개시를 제한하려는 의도가 아니다. 특정한 실시예의 개별 부재들 또는 특징들은 일반적으로 이 특정한 실시예에 제한되는 것이 아니라, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않았더라도, 적용 가능한 경우, 서로 교체될 수 있고 선택된 실시예에서 사용될 수 있다. 이는 또한 다양한 방식으로 변화될 수 있다. 이러한 변경들은 본 개시를 벗어난 것으로 간주되지 않아야 하며, 모든 이러한 수정들은 본 개시의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

Claims

엔진 배기를 처리하기 위한 배기 처리 구성요소에 있어서,
유입구 및 배출구를 포함하는 하우징; 및
상기 유입구와 상기 배출구 사이의 상기 하우징 내에 위치하는 혼합 장치로, 상기 배출구와 소통되는 쉘; 상기 쉘로부터 연장되며, 상기 유입구로부터 배기를 받도록 구성되고, 시약 배기 처리 유체를 받도록 구성되는 제1 단부, 및 상기 쉘 내에 위치하는 제2 단부를 구비한 분해관; 및 상기 제2 단부에 근접하게 배치되며, 상기 쉘 내의 미리 결정된 방향으로 상기 배기와 상기 시약 배기 처리 유체의 혼합물을 지향시키도록 구성되는 유동 반전 장치를 포함하는 혼합 장치를 포함하고,
상기 유동 반전 장치는 상기 분해관의 상기 제1 단부를 향해 다시 상기 배기의 유동 방향을 반전시키는, 배기 처리 구성요소.
제1항에 있어서,
상기 분해관의 상기 제1 단부의 상류에서 상기 하우징의 내표면에 고정되며, 상기 분해관의 수용을 위한 개구, 및 상기 분해관의 상기 제1 단부에 들어가기 전에 상기 배기의 유동을 허용하기 위한 복수의 관통공들을 한정하는 지지판을 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제2항에 있어서,
상기 배기 유동의 방향은 상기 분해관의 상기 제1 단부에 들어간 후에 반전되는, 배기 처리 구성요소.
제1항에 있어서,
상기 유동 반전 장치의 외표면에 고정되는 컵형 노우즈를 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제4항에 있어서,
상기 제1 단부 주위에 배치되며, 상기 배기를 받는 복수의 제2 천공들을 포함하는 칼라를 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제1항에 있어서,
유동 반전 장치는 상기 배기와 상기 시약 배기 처리 유체를 배합하기 위한 복수의 편향 부재들을 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제6항에 있어서,
상기 편향 부재들은 복수의 베인들로 형성되고, 상기 베인들은 상기 유동 반전 장치의 내표면에 고정되는, 배기 처리 구성요소.
제6항에 있어서,
편향 부재들은 상기 유동 반전 장치의 원주 주위에 형성되는 복수의 절개부들로부터 돌출되는 복수의 탭들로 형성되는, 배기 처리 구성요소.
제8항에 있어서,
상기 분해관의 상기 제2 단부와 상기 유동 반전 장치 사이에 고정되는 복수의 스캘럽형 요홈들을 구비한 분산 링을 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제6항에 있어서,
상기 편향 부재들은 상기 분해관의 상기 제2 단부에서 고정되는 원통형 링 주위에 형성되는, 배기 처리 구성요소.
제6항에 있어서,
상기 편향 부재들은 상기 분해관의 상기 제2 단부와 상기 유동 반전 장치 사이에 고정되는 환상 링 주위에 형성되는, 배기 처리 구성요소.
제6항에 있어서,
상기 편향 부재들은 상기 분해관의 상기 제2 단부에서 고정되는 디버터 링으로 구성되는, 배기 처리 구성요소.
제12항에 있어서,
상기 분해관의 상기 제2 단부와 상기 유동 반전 장치 사이에 고정되며, 복수의 통공들이 형성되어 있는 유동-분산 캡을 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제1항에 있어서,
상기 분해관은 상기 제1 및 제2 단부 사이에 반경방향 확대부를 포함하는, 배기 처리 구성요소.
엔진에 의해 발생된 배기를 처리하기 위한 배기 처리 구성요소에 있어서,
하우징;
상기 하우징 내에 위치하는 배기 처리 구성요소 기판;
상기 배기에 시약 배기 처리 유체를 투여하며, 상기 하우징에 고정되고, 상기 제1 배기 처리 구성요소 기판의 하류에 위치하는 투여 모듈; 및
상기 하우징 내에 위치하며 상기 투여 모듈의 하류에 위치하는 혼합 장치로, 쉘; 상기 쉘로부터 연장되며 상기 투여 모듈과 직접 소통되는 제1 단부, 및 상기 쉘 내에 위치하는 제2 단부를 구비한 분해관; 상기 제2 단부에 근접하게 배치되며, 상기 쉘 내의 미리 결정된 방향으로 상기 배기와 상기 시약 배기 처리 유체를 지향시키는 유동 반전 장치; 및 상기 분해관의 상기 제1 단부의 상류에서 상기 하우징의 내표면에 고정되며, 상기 분해관의 수용을 위한 개구, 및 상기 분해관의 상기 제1 단부에 들어가기 전에 상기 배기의 유동을 허용하기 위한 복수의 관통공들을 한정하는 지지판을 포함하는 혼합 장치를 포함하고,
상기 배기 유동의 방향은 먼저 상기 분해관의 상기 제1 단부에 들어간 후에 반전되며;
상기 유동 반전 장치는 다음으로 상기 분해관의 상기 제1 단부를 향해 다시 상기 배기의 유동 방향을 반전시키는, 배기 처리 구성요소.
제15항에 있어서,
상기 유동 반전 장치의 외표면에 고정되는 컵형 노우즈를 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제16항에 있어서,
상기 제1 단부 주위에 배치되며, 상기 배기를 받는 복수의 제2 천공들을 포함하는 칼라를 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제15항에 있어서,
유동 반전 장치는 상기 배기와 상기 시약 배기 처리 유체를 배합하기 위한 복수의 편향 부재들을 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제18항에 있어서,
상기 편향 부재들은 복수의 베인들로 형성되고, 상기 베인들은 상기 유동 반전 장치의 내표면에 고정되는, 배기 처리 구성요소.
제18항에 있어서,
편향 부재들은 상기 유동 반전 장치의 원주 주위에 형성되는 복수의 절개부들로부터 돌출되는 복수의 탭들로 형성되는, 배기 처리 구성요소.
제20항에 있어서,
상기 분해관의 상기 제2 단부와 상기 유동 반전 장치 사이에 고정되는 복수의 스캘럽형 요홈들을 구비한 분산 링을 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제18항에 있어서,
상기 편향 부재들은 상기 분해관의 상기 제2 단부에서 고정되는 원통형 링 주위에 형성되는, 배기 처리 구성요소.
제18항에 있어서,
상기 편향 부재들은 상기 분해관의 상기 제2 단부와 상기 유동 반전 장치 사이에 고정되는 환상 링 주위에 형성되는, 배기 처리 구성요소.
제18항에 있어서,
상기 편향 부재들은 상기 분해관의 상기 제2 단부에서 고정되는 디버터 링으로 구성되는, 배기 처리 구성요소.
제24항에 있어서,
상기 분해관의 상기 제2 단부와 상기 유동 반전 장치 사이에 고정되며, 복수의 통공들이 형성되어 있는 유동-분산 캡을 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제15항에 있어서,
상기 분해관은 상기 제1 및 제2 단부 사이에 반경방향 확대부를 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제15항에 있어서,
상기 제1 배기 처리 구성요소 기판은 산화 촉매 기판인, 배기 처리.
제27항에 있어서,
상기 하우징의 하류에 있으며, 상기 제1 배기 처리 구성요소와 평행하게 배치되는 제2 배기 처리 구성요소를 추가로 포함하는, 배기 처리 구성요소.
제28항에 있어서,
상기 제2 배기 처리 구성요소는 SCR 촉매 기판인, 배기 처리 구성요소.