KR20180019291A - 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치 - Google Patents

엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 배기계의 배기가스에 분사되는 환원제의 분포 균일도를 향상하기 위한 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치에 관한 것으로, 특히 SDPF의 전방(상류)에 분사되는 환원제 입자의 분포 균일도를 향상하기 위한 최적화된 형상의 환원제 믹싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치 {Urea mixing apparatus of engine exhaust system}
본 발명은 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 배기계의 배기가스에 분사되는 환원제의 분포 균일도를 향상하기 위한 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치에 관한 것이다.
디젤 차량의 엔진 배기계에는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중에 함유된 공해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate matter Filter), SCR(Selective Catalyst Reduction), LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 배기가스 후처리장치가 구비된다.
DOC는 배기가스 중의 총 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시킨다.
DPF는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 그 입자상 물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시킨다.
LNT는 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 이를 설정된 조건에서 환원제와 반응시켜 제거하는 기능을 수행한다.
SCR은 인젝터를 통해 배기가스의 스트림 방향으로 분사되는 환원제가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스(N2)와 물(H2O)로 환원시킨다.
최근 들어서는 DPF에 SCR촉매를 코팅한 SDPF(SCR on DPF)의 사용이 증가하고 있는데, SDPF에 우레아 수용액 등의 환원제를 분사하여 NOx를 정화하고자 하는 경우 NOx 정화효율을 높이기 위해서는 우레아 수용액 입자와 배기가스가 고르게 혼합되어야 한다.
그러나, SDPF에 환원제를 분사하는 방법만으로는 배기가스에 혼합되는 환원제의 분포 균일도를 향상하는데 한계가 있으므로, 환원제 입자와 배기가스가 고르게 혼합되도록 하는 기술이 필요하다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0059535호(2015년06월01일)
본 발명은 엔진에서 배출되는 배기가스에 환원제를 분사할 때, 배기가스에 분사된 환원제의 분포 균일도를 향상시킬 수 있는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 SDPF의 전방(상류)에 분사되는 환원제 입자의 분포 균일도를 향상하기 위한 최적화된 형상의 환원제 믹싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 배기 파이프에 설치된 SDPF의 전방에 설치되고, 상기 SDPF의 전방에서 배기 파이프의 내부로 환원제를 분사하는 인젝터와 마주하도록 배치되어, 상기 인젝터가 분사하는 환원제가 배기가스와 균일하게 혼합되도록 하는 믹서인 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 믹서는 SDPF와 인젝터 사이에 마련된 믹서 챔버에 설치되고, 상기 믹서 챔버 중 일부분은 폐쇄하고 나머지 일부분은 개방하는 구조로 이루어진다.
구체적으로, 상기 믹서는 인젝터와 마주하는 판상의 믹싱부와 이 믹싱부의 가장자리부에 형성되어 상기 믹서 챔버에 고정되는 고정부로 구성되며, 상기 믹싱부의 가장자리부에는 믹서 챔버의 내벽에 미접촉하는 개방라인이 형성되고, 상기 개방라인은 믹서 챔버의 내벽 측으로 돌출되게 형성되는 중앙의 볼록부와 상기 볼록부 양측에 함몰된 형태의 오목부로 이루어진다.
또한, 상기 믹서는 인젝터와 마주하는 믹싱부의 표면이 상기 인젝터의 환원제 분사방향과 80 ~ 100°의 각도를 이루게 되는 것이 바람직하며,
상기 믹싱부는 믹서 챔버의 횡단면 면적 중 50 ~ 70%의 면적을 폐쇄하도록 형성되고, 믹서 챔버의 중심에서 믹서 챔버 내벽까지의 단반경을 기준으로 믹서 챔버의 중심에서부터 상기 단반경의 50% 거리 이내의 영역이 인젝터의 환원제 분사 영역이 된다.
이러한 믹싱부의 가장자리부에는 믹서 챔버의 내벽에 접촉하는 폐쇄라인이 형성되고, 상기 폐쇄라인은 믹서 챔버 내벽 둘레의 40 ~ 60% 로 마련된다.
본 발명의 최적화된 환원제 믹서에 의하면, 엔진 배기계에 설치된 SDPF의 전방에 분사되는 환원제의 분포 균일도를 효과적으로 향상할 수 있으며, 그에 따라 SDPF의 환원제 저장량 증가 및 환원제 슬립(slip)량 감소가 가능하고, 결과적으로 SDPF의 질소산화물 정화 성능이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 환원제 믹서는 상대적으로 좁은 배기 파이프 내의 불리한 레이아웃 조건에도 적용 가능한 이점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 환원제 믹서가 설치된 배기라인을 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 믹서를 보여주는 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 믹서와 인젝터 간에 배치각도를 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 믹서가 설치된 믹서 챔버를 보여주는 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 믹서 챔버의 환원제 분사 영역을 설명하기 위한 도면
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 믹서를 SDPF의 전방에 설치함에 따른 효과를 설명하기 위한 도면
엔진 배기계에 장착되는 SDPF(SCR on DPF)는 엔진룸에 배치되고, SDPF의 전단(혹은 상류)에는 환원제 분사를 위한 인젝터가 장착된다.
SDPF는 인젝터에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터로서, SDPF의 전단에 암모니아 수용액과 같은 환원제가 균일하게 공급될 경우, SDPF에서 환원제의 슬립(Slip)이 발생하지 않을 때 SDPF의 환원제 저장량을 높일 수 있다.
그러나, SDPF 전단의 환원제 분포가 불균일할 경우, 환원제 슬립이 다량으로 발생함에 따라 대기중으로 환원제가 다량으로 배출되어 냄새를 유발하기 때문에 환원제를 추가적으로 분사할 수 없게 되며, 이렇게 환원제의 분사가 중단되는 경우 환원제의 슬립이 제거되는 동시에 SDPF의 환원제 저장량이 급격히 감소하게 되는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 SDPF의 전단에 분사되는 환원제의 분포 균일도를 향상시켜 환원제가 배기가스와 고르게 혼합될 수 있도록 하며, 그에 따라 SDPF의 환원제 저장량은 높이고 슬립량은 감소시켜, 결과적으로 SDPF의 질소산화물 정화 성능을 증대할 수 있도록 한다.
여기서, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진에서 배출된 배기가스가 통과하는 배기 파이프(10)에는, 배기가스의 흐름방향을 기준으로 LNT(Lean NOx Trap)(14)의 하류측에 SDPF(16)가 설치되고, LNT(14)의 후단에 배기가스의 유속 및 유동 제어를 위한 깔대기 모양의 플로우 가이드(15)가 설치된다.
상기 플로우 가이드(15)는 LNT(14)를 통과한 배기가스의 유속을 증가시키는 동시에, LNT(14)의 하류에 배치된 인젝터(18)와 믹서(20) 사이로 배기가스의 유동을 유도하게 되며, 경우에 따라 생략될 수도 있다.
상기 인젝터(18)는 SDPF(16)의 전방에서 배기 파이프(10)의 내부로 환원제를 분사하기 위한 것으로서, LNT(14)와 SDPF(16) 사이에 배치되어 배기 파이프(10)의 내부로 환원제를 분사할 수 있도록 구성된다.
상기 믹서(20)는 인젝터(18)에서 분사된 환원제가 배기가스와 균일하게 혼합될 수 있도록 해주는 것으로, SDPF(16)의 전방에 설치되며, 구체적으로 인젝터(18)와 SDPF(16) 사이에 배치되어 인젝터(18)가 SDPF(16) 측으로 분사하는 환원제의 분포 균일도 및 유동 균일도를 향상시켜주게 된다.
이러한 믹서(20)는 SDPF(16)의 전방 즉, 상류에 분사되는 환원제 입자의 분포 균일도를 향상하기 위한 최적화된 형상 및 설치구조를 가진다.
도 2 및 도 5에 보듯이, 상기 믹서(20)는 배기 파이프(10) 내에서 SDPF(16)와 인젝터(18) 사이에 위치하도록 설치되며, 이를 위하여 배기 파이프(10)에는 SDPF(16)와 인젝터(18) 사이에 믹서(20) 장착을 위한 공간으로서 믹서 챔버(12)가 마련된다.
도 2 및 도 3에 보듯, 믹서(20)는 입체 구조로 형성된 판상 구조체로서, 인젝터(18)와 마주하는 평평한 표면을 가지는 판상의 믹싱부(22)와 이 믹싱부(22)의 가장자리부에 굽어진 곡면으로 형성된 판상의 고정부(24)로 이루어지며, 상기 고정부(24)가 믹서 챔버(12)상에 고정되게 장착된다.
상기 믹서(20)는 SDPF(16) 측으로 환원제를 분사하는 인젝터(18)와 마주하도록 배치되며, 이에 인젝터(18)에서 분사되는 환원제가 믹서(20)의 믹싱부(22) 표면에 부딪히면서 배기가스상에 균일하게 분사되어 분포할 수 있도록 한다.
구체적으로 도시하지는 않았으나, 믹서(20)는 인젝터(18)의 분사 구멍인 노즐을 마주하도록 배치되며, 이러한 인젝터(18)가 분사하는 환원제를 배기가스와 균일하게 혼합되도록 한다.
이때, 믹서(20)는 환원제의 분포 균일도를 효과적으로 증대하기 위해, 인젝터(18)와 마주하는 믹싱부(22)의 표면이 인젝터(18)의 환원제 분사방향과 거의 수직을 이루도록 80 ~ 100°의 각도를 이루는 것이 바람직하다(도 4 참조).
인젝터(18)의 분사방향과 믹싱부(22)의 표면이 이루는 각이 수직에 가까울수록 환원제의 분포 균일도를 높이는데 유리하므로, 인젝터(18)의 분사방향과 믹싱부(22)의 표면이 이루는 각도는 90°가 가장 바람직하다.
여기서, 배기가스상에 분사되는 환원제의 분포 균일도는 UI(Uniformity Index) 값으로 수치화할 수 있다.
인젝터(18)의 환원제 분사방향과 믹서(20)의 믹싱부(22)가 이루는 각도(이하, '인젝터와 믹서의 각도'라고 함)에 따른 UI 값을 실험을 통해 확인해본 결과, 인젝터와 믹서의 각도가 80°인 경우 SDPF의 전단에서 환원제의 UI = 0.87이었고, 인젝터와 믹서의 각도가 90°인 경우 SDPF의 전단에서 환원제의 UI = 0.96이었다. UI 값이 클수록 환원제의 분포 균일도가 높다고 판단하므로, 인젝터(18)와 믹서(20)의 각도가 수직에 가까울수록 환원제의 분포 균일도가 향상됨을 알 수 있다.
또한, 상기 믹서(20)는 인젝터(18)에서 분사된 환원제가 믹싱부(22)의 표면에 부딪혀 분산되면서 배기가스와 혼합되고, 이렇게 환원제와 혼합된 배기가스가 믹서 챔버(12)를 통과하여 SDPF(16)의 전단으로 흐를 수 있도록 하기 위하여, 믹싱부(22)가 믹서 챔버(12)의 횡단면 중 일부분만 폐쇄하고 나머지 일부분은 개방하는 구조를 가지게 된다(도 5 참조).
좀더 설명하면, 믹서(20)는 믹서 챔버(12)에 설치될 때, 고정부(24)가 믹서 챔버(12)의 내벽에 접촉하여 밀착하고, 믹싱부(22)가 믹서 챔버(12)에 횡방향으로 배치되는데, 이때 믹싱부(22)가 믹서 챔버(12)의 일부분을 폐쇄하여 인젝터에서 분사되는 환원제가 부딪힐 수 있도록 하는 동시에 다른 일부분을 개방하여 환원제와 혼합된 배기가스가 믹서 챔버(12)를 통과할 수 있도록 한다.
도 5를 참조하면, 믹서(20)의 믹싱부(22)가 믹서 챔버(12)의 횡단면 중 일부는 환원제와 배기가스의 균일한 혼합을 위해 폐쇄하고 나머지 일부는 환원제와 혼합된 배기가스의 유동을 위해 개방함을 알 수 있다.
즉, 믹서 챔버(12)의 횡단면 중, 믹싱부(22)에 의해 닫힌 부분은 환원제와 배기가스의 혼합 공간이 되고, 믹싱부(22)에 의해 닫히지 않은 열린 부분은 환원제와 혼합된 배기가스가 통과하는 공간이 된다.
이때 배기가스와 혼합되는 환원제의 분포 균일도 향상을 위해, 상기 믹싱부(22)는 믹서 챔버(12)의 횡단면 면적 중 50 ~ 70%의 면적을 폐쇄할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
다시 말해, 믹서 챔버(12)의 횡단면 중 환원제와 혼합된 배기가스가 통과하는 단면적이 30 ~ 50%가 될 때, 환원제의 UI를 최대로 상승시킬 수 있게 된다.
믹서(20)가 설치된 믹서 챔버(12)의 개방된 횡단면 면적에 따른 환원제의 UI 값을 실험을 통해 확인해본 결과, 믹서 챔버의 개방 면적이 30%와 50%일 때는 각각 환원제 UI 값이 0.94와 0.93이었고, 믹서 챔버의 개방 면적이 20%와 60%일 때는 각각 환원제 UI 값이 0.87과 0.86이었다. 따라서, 믹서 챔버(12)의 횡단면 중 30 ~ 50%의 단면적이 개방될 때 환원제의 분포 균일도가 향상됨을 알 수 있다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 환원제의 분포 균일도 향상을 위해, 인젝터(18)에서 믹서(20)로 분사되는 환원제의 분무점 즉, 믹싱부(22)의 환원제 분사 위치는 믹서 챔버(12)의 중심부가 되는 것이 바람직하다.
즉, 환원제 분사 영역은 믹서 챔버(12)의 횡단면 중심 영역으로 설정되는 것이 환원제의 분포 균일도를 향상시키는데 있어 바람직하다.
구체적으로, 믹서 챔버(12)의 횡단면 중심에서 내벽까지의 단반경(r2)을 기준으로 50% 거리(r1) 이내의 영역을 환원제 분사 영역으로 설정하는 것이 바람직하다.
다시 말해, 믹서 챔버(12)의 횡단면 중심을 기준으로 정해진 반경 이내의 영역에만 환원제를 분사하는 것이, 믹서(20)를 통한 환원제 UI 향상에 유리하며, 따라서 믹서 챔버(12)의 횡단면 중심에서부터 r1 사이의 영역이 환원제 분사 영역으로 설정된다.
믹서(20)가 위치된 믹서 챔버(12)의 횡단면 중 환원제가 분사되는 영역(혹은 위치)에 따른 환원제 UI 값을 실험을 통해 확인해본 결과, 환원제 분사 위치가 단반경(r2) 기준 25%와 50%인 경우는 환원제 UI 값이 각각 0.94와 0.92였고, 환원제 분사 위치가 단반경(r2) 기준 60%일 때는 환원제 UI 값이 0.85였다. 따라서 환원제 분사 위치가 단반경(r2) 기준 50% 거리 이내의 영역일 때 환원제의 분포 균일도가 향상됨을 알 수 있다.
여기서, 믹서 챔버(12)의 횡단면은 대략 타원 형상을 가지므로, 믹서 챔버(12)의 단반경의 50% 이내의 중앙 영역을 환원제 분사 영역으로 설정하도록 한다.
또한, 믹서(20)의 믹싱부(22)는 그 가장자리부가 믹서 챔버(12)의 내벽에 미접촉하는 개방라인(26)과 믹서 챔버(12)의 내벽에 갭이 없도록 접촉하는 폐쇄라인(28)으로 구분된다.
개방라인(26)의 경우 물결 모양의 곡선으로 형성되고, 믹서 챔버(12)의 횡단면 중 배기가스가 통과할 수 있도록 개방되는 영역과 인접하게 된다.
이러한 개방라인(26)은 중앙의 볼록부(26a)와 이 볼록부(26a) 양측의 오목부(26b)로 이루어지며, 상기 볼록부(26a)는 믹서 챔버(12)의 내벽 측으로 돌출되게 형성되고, 상기 오목부(26b)는 볼록부(26a)와 반대로 함몰되게 형성된다.
상기 볼록부(26a)는 믹서 챔버(12)의 내벽까지 근접하게 돌출되고, 이러한 볼록부(26a)의 적어도 일부가 믹서 챔버(12)의 환원제 분사 영역에 포함된다.
상기 오목부(26b)는 환원제 분사 영역에서 환원제와 혼합된 배기가스(즉, 환원제 분사 영역에서 생성된 혼합가스)가 믹서 챔버(12)를 통과하여 SDPF(16)의 전단으로 흐를 수 있도록 하는 유로 역할을 하게 된다.
즉, 믹서(20)의 믹싱부(22)는 믹서 챔버(12)의 내벽에 미접촉하는 가장자리부에 볼록부(26a)와 오목부(26b)가 형성되고, 상기 볼록부(26a)에서 생성된 혼합가스가 오목부(26b)를 통과하여 SDPF(16)의 전단으로 흐르게 된다.
이때, SDPF(16)의 전단으로 흐르는 혼합가스의 균일한 유동을 위해, 양측의 오목부(26b)는 대칭을 이루는 것이 바람직하다.
이러한 볼록부(26a)와 오목부(26b)를 구비함으로써, 믹서(20)는 환원제의 분포 균일도를 향상하는 동시에 SDPF(16)의 전단으로 흐르는 혼합가스의 유동성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 환원제의 분포 균일도 향상을 위해서는 LNT(14)를 통과한 배기가스가 상기 폐쇄라인(28)에서 믹서 챔버(12)의 내벽을 따라 흐르는 것을 방지해야 하며, 이를 위하여 믹싱부(22)의 폐쇄라인(28)은 믹서 챔버(12)의 내벽에 밀착되고, 따라서 상기 폐쇄라인(28)과 믹서 챔버(12)의 내벽 사이에는 갭이 발생하지 않는다.
그리고, 환원제의 UI를 더욱 효과적으로 향상하기 위해서는, 상기 폐쇄라인(28) 및 개방라인(26)이 믹서 챔버(12)의 내벽 둘레의 40 ~ 60% 가 되어야 한다.
믹서의 폐쇄라인(28)이 믹서 챔버(12) 내벽 둘레의 60%인 경우, 폐쇄라인(28)과 믹서 챔버(12) 간에 갭이 존재할 때의 환원제 UI 값이 0.8이었고 갭이 존재하지 않을 때의 환원제 UI 값이 0.98이었다.
또한, 믹서(20)의 폐쇄라인(28)이 믹서 챔버(12) 내벽 둘레의 40%와 60%인 경우 환원제 UI 값은 각각 0.93과 0.98이었고, 믹서(20)의 폐쇄라인(28)이 믹서 챔버(12) 내벽 둘레의 70%인 경우 환원제 UI 값은 0.89였으며, 믹서 챔버(12)의 폐쇄라인이 믹서 챔버(12) 내벽 둘레의 40% 미만인 사양은 구성의 어려움이 있었다.
이와 같이 SDPF(16)의 전방에 배치되는 믹서(20)의 최적 형상 및 설치구조를 통해 환원제의 UI 값을 개선하는 경우, SDPF(16) 전단으로 유동된 혼합가스내 환원제의 분포가 균일화되어 SDPF(16)의 환원제 저장량 증가 및 슬립량 최소화가 가능하고 그에 따라 SDPF(16)의 질소산화물 정화성능이 증대되는 효과를 얻을 수 있는 동시에, 촉매 부피를 줄여도 동일한 환원제 저장량을 가지게 되므로, SDPF(16)의 촉매 부피를 줄이면서 동등 수준의 정화성능을 유지할 수 있으므로 원가 절감이 가능하게 된다.
도 7에 보면, 촉매 부피가 4L인 조건에서 환원제 UI를 0.85에서 0.9로 개선하게 되면, 동일한 환원제 저장량을 얻기 위한 촉매 부피를 0.3L 정도 감소시킬 수 있고, 환원제 UI를 0.95로 개선하는 경우에는 촉매 부피를 0.6L 정도 감소시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 배기 파이프 12 : 믹서 챔버
14 : LNT 15 : 플로우 가이드
16 : SDPF 18 : 인젝터
20 : 믹서 22 : 믹싱부
24 : 고정부 26 : 개방라인
26a : 볼록부 26b : 오목부
28 : 폐쇄라인

Claims (8)

  1. 배기 파이프에 설치된 SDPF의 전방에 설치되고, 상기 SDPF의 전방에서 배기 파이프의 내부로 환원제를 분사하는 인젝터와 마주하도록 배치되어, 상기 인젝터가 분사하는 환원제가 배기가스와 균일하게 혼합되도록 하는 믹서인 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 믹서는 SDPF와 인젝터 사이에 마련된 믹서 챔버에 설치되고, 상기 믹서 챔버 중 일부분은 폐쇄하고 나머지 일부분은 개방하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 믹서는 인젝터와 마주하는 판상의 믹싱부와, 이 믹싱부의 가장자리부에 형성되어 상기 믹서 챔버에 고정되는 고정부로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 믹싱부의 가장자리부에는 믹서 챔버의 내벽에 미접촉하는 개방라인이 형성되고, 상기 개방라인은 믹서 챔버의 내벽 측으로 돌출되게 형성되는 중앙의 볼록부와 상기 볼록부 양측에 함몰된 형태의 오목부로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 믹서는 인젝터와 마주하는 믹싱부의 표면이 인젝터의 환원제 분사방향과 80 ~ 100°의 각도를 이루게 된 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 믹싱부는 믹서 챔버의 횡단면 면적 중 50 ~ 70%의 면적을 폐쇄하도록 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 믹서 챔버의 중심에서 믹서 챔버 내벽까지의 단반경을 기준으로, 믹서 챔버의 중심에서부터 상기 단반경의 50% 거리 이내의 영역이 환원제 분사 영역인 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 믹싱부의 가장자리부에는 믹서 챔버의 내벽에 접촉하는 폐쇄라인이 형성되고, 상기 폐쇄라인은 믹서 챔버 내벽 둘레의 40 ~ 60% 로 마련되는 것을 특징으로 하는 엔진 배기계의 환원제 믹싱 장치.
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KR20150059535A (ko) 2013-11-22 2015-06-01 현대자동차주식회사 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
KR20150115148A (ko) * 2014-04-02 2015-10-14 현대중공업 주식회사 배기가스 정화장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150059535A (ko) 2013-11-22 2015-06-01 현대자동차주식회사 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
KR20150115148A (ko) * 2014-04-02 2015-10-14 현대중공업 주식회사 배기가스 정화장치
KR101498181B1 (ko) * 2014-11-25 2015-03-04 세종공업 주식회사 이중 분사형 우레아 믹싱장치

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