WO2012161433A2 - Ｓｃｒ시스템의 환원제 믹싱장치 - Google Patents

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    • F01N3/20—Exhaust 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 methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]

Definitions

  • the present invention relates to an SCR system for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas, and more particularly, to reducing spray mixing of the reducing agent sprayed upstream of the SCR catalyst to mix the reducing agent in the exhaust gas. Relates to a device.
  • the exhaust gas aftertreatment device includes a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) which converts hydrocarbon and carbon monoxide components in the exhaust gas into water and carbon dioxide by an oxidation reaction by a catalyst, and soot contained in the exhaust gas.
  • Diesel Particulate Filter DPF
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • the present invention has been devised in view of the above, and by improving the spray uniformity of the reducing agent sprayed on the exhaust gas side of the exhaust pipe, the reducing agent can be more efficiently mixed on the exhaust gas side, and through this, It is an object of the present invention to provide a reducing agent mixing device of the SCR system that can greatly increase the purification efficiency.
  • Each blade member has a flat body installed on the side of the spiral member and the first and second bent wings formed on one end of the body, the first and second bent wings are bent at a predetermined inclination angle with respect to the body, The first and second bent wings are characterized in that they are bent in opposite directions to each other.
  • Each inclination angle of the first and second bending blades is characterized in that 30 ⁇ 60 °.
  • the plurality of blade members are characterized in that 7 to 9 members.
  • the first and second bent wings are installed so that a portion thereof is exposed to the outside from one side of the frame, the total width of the sum of the width of the frame and the exposed width of the first and second bent wings is 20 ⁇ It is characterized in that 40mm.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a reducing agent mixing apparatus of the SCR system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view showing a reducing agent mixing apparatus of the SCR system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 to 6 is a view showing a reducing agent mixing apparatus of the SCR system according to an embodiment of the present invention.
  • the reducing agent sprayed from the injector 3 improves the spray uniformity by the reducing agent mixing apparatus 10 of the present invention so that the reducing agent can be very uniformly mixed with the exhaust gas passing through the exhaust pipe 1.
  • the frame 11 is formed in an annular shape so as to correspond to the inner diameter surface of the exhaust pipe 1, and thus the frame 11 is easily installed on the inner diameter surface of the exhaust pipe 1.
  • the plurality of blade members 15 is preferably 7-9.
  • the first and second bent wings 15b and 15c are bent at a constant inclination angle ⁇ with respect to the body 15a, and the first and second bent wings 15b and 15c are bent in opposite directions to each other. . Accordingly, the reducing agent sprayed through the injector 3 is uniformly dispersed in the exhaust pipe 1 through the first and second bent wings 15b and 15c so that the reducing agent and the exhaust gas may be more uniformly mixed.
  • the first and second bent wings 15b and 15c are installed so that a part thereof is exposed to the outside from one side of the frame 11, and the width L1 of the frame 11 and the first and the second and second bending blades 15b and 15c are provided.
  • the total length L1 + L2 of the sum of the exposed widths L2 of the two bent wings 15b and 15c is preferably 20 to 40 mm.

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Abstract

본 발명은 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키는 SCR시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR촉매의 상류 측에서 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시켜 환원제를 배기가스 내에 균일하게 혼합시키는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 SCR시스템의 환원제 믹싱장치는, SCR의 전방단 측에 설치되는 환형의 프레임; 상기 프레임의 내경에 설치되고, 나선형으로 형성된 나선형부재; 및 상기 나선형부재의 일면에 방사형으로 배치된 복수의 블레이드부재;를 포함하고, 각 블레이드부재는 나선형부재 측에 설치되는 평탄한 몸체 및 상기 몸체의 일단에 형성된 제1 및 제2 절곡날개를 구비하며, 상기 제1 및 제2 절곡날개는 상기 몸체에 대해 일정한 경사각으로 절곡되고, 상기 제1 및 제2 절곡날개는 서로 반대방향으로 절곡되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＳＣＲ시스템의 환원제 믹싱장치
본 발명은 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키는 SCR시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR촉매의 상류 측에서 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시켜 환원제를 배기가스 내에 균일하게 혼합시키는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치에 관한 것이다.
디젤엔진은 엔진 내부로 분사된 연료가 피스톤의 압축으로 인한 온도상승으로 자기 착화를 일으켜 연소된다. 이와 같은 과정에서 연료와 공기의 불균일성 등으로 불완전 연소가 일어나며, 이때 미연 탄소와 같은 입자상물질(PM)이 발생된다. 이와 같은 매연은 호흡을 통하여 인체에 심각한 질병을 유발시킬 수가 있으며, 특히 디젤차량의 증가와 함께 사회적인 문제로 대두되고 있으며, 이러한 디젤 차량은 배기가스 중에 포함된 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx) 등을 처리하여 배기가스를 정화시키는 다양한 배기가스 후처리장치가 개발되고 있다.
이러한 배기가스 후처리장치에는 배기가스 중 포함된 탄화수소와 일산화탄소의 성분을 각각 촉매에 의한 산화반응으로 물과 이산화탄소로 변환시켜 주는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst: 디젤산화촉매), 배기가스 중 포함된 매연 등과 같은 입자상물질을 포집하였다가 배기가스의 열에 의해 재생 연소시키는 DPF(Diesel Particulate Filter; 입자상물질 필터), 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 촉매를 이용하여 물과 질소로 환원시켜 주는 SCR(Selective Catalytic Reduction: 선택적 촉매 환원장치) 등이 개발되고 있다.
특히, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 열효율이 높고 이산화탄소의 배출량이 적지만, 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOx)의 배출량이 가솔린엔진 보다 많은 단점이 있었다. 최근에는 디젤엔진의 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키기 위하여 LNT(Lean NOx Trap) 또는 SCR시스템 등과 같은 배기가스 후처리시스템이 활발하게 연구 개발되고 있다.
SCR시스템은 SCR의 전방단 즉, 상류 측에 요소(UREA)수용액 등과 같은 환원제를 분무하는 인젝터가 설치되고, 이러한 인젝터에 의해 분무되는 환원제가 암모니아로 분해되어 배기가스 내의 질소산화물이 환원반응을 통해 물과 질소로 분해 정화된다.
한편, 인젝터를 통해 분사되는 환원제는 SCR에서 반응에 필요한 암모니아로 분해되어 배기가스 내의 질소산화물과 선택적으로 반응하기 때문에 환원제의 분해를 위한 거리 확보 및 배기가스와의 균일한 혼합이 매우 중요한 요소가 된다. 하지만, 종래의 SCR시스템은 그 한정된 레이아웃 내에서 분사되는 환원제의 분무 균일도를 향상시키는데 한계가 큰 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 배기관의 배기가스 측으로 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시킴으로써 환원제를 배기가스측에 보다 효율적으로 혼합시킬 수 있고, 이를 통해 SCR에 의한 질소산화물의 정화효율을 대폭 높일 수 있는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 SCR시스템의 환원제 믹싱장치는,
SCR의 전방단 측에 설치되는 환형의 프레임;
상기 프레임의 내경에 설치되고, 나선형으로 형성된 나선형부재;
상기 나선형부재의 일면에 방사형으로 배치된 복수의 블레이드부재;를 포함하고,
각 블레이드부재는 나선형부재 측에 설치되는 평탄한 몸체 및 상기 몸체의 일단에 형성된 제1 및 제2 절곡날개를 구비하며, 상기 제1 및 제2 절곡날개는 상기 몸체에 대해 일정한 경사각으로 절곡되고, 상기 제1 및 제2 절곡날개는 서로 반대방향으로 절곡되는 것을 특징으로 한다.
상기 나선형부재는 상기 프레임의 중심에서 프레임의 내벽면까지 나선형으로 연장되고, 상기 각 블레이드부재의 몸체는 상기 나선형부재의 중심에서 외측방향으로 가로질러 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 절곡날개의 각 경사각은 30~60°인 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 블레이드부재는 7~9개인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 절곡날개는 그 일부가 상기 프레임의 일측에서 외부로 노출되도록 설치되고, 상기 프레임의 폭과 상기 제1 및 제2 절곡날개의 노출된 폭을 합한 전체 폭의 길이는 20~40mm인 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 배기관의 배기가스 측으로 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시킴으로써 환원제를 배기가스측에 보다 효율적으로 혼합시킬 수 있고, 이를 통해 SCR에 의한 질소산화물의 정화효율을 대폭 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 나선형부재에 의해 배기가스의 열전달이 배기관의 반경방향으로 균일하게 분포됨으로써 환원제와 배기가스의 혼합 균일도를 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치가 적용된 SCR시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 저면도이다.
도 5는 도 3의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치가 SCR시스템에 적용된 상태를 도시한 도면으로, SCR시스템은 배기관(1)의 일측에 SCR(2)이 설치되고, SCR(2)의 전방측 즉, SCR(2)의 상류 측에는 요소(UREA)수용액 등과 같은 환원제를 분무하는 인젝터(3)가 설치되어 있다.
인젝터(3)로부터 분무되는 환원제는 본 발명의 환원제 믹싱장치(10)에 의해 그 분무 균일도가 향상되어 환원제는 배기관(1)을 통과하는 배기가스와의 혼합이 매우 균일하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 환원제 믹싱장치(10)는 SCR(2)의 상류 측에 배치되는 프레임(11), 프레임(11)의 내부에 설치되는 나선형부재(13), 나선형부재(13)의 일면에 설치되는 복수의 블레이드부재(15)를 포함한다.
프레임(11)은 배기관(1)의 내경면에 대응하도록 환형으로 형성되고, 이에 프레임(11)은 배기관(1)의 내경면에 용이하게 설치된다.
나선형부재(13)는 프레임(11)의 내경에 나선형으로 감겨 형성되고, 특히 나선형부재(13)는 프레임(11)의 중심에서 프레임(11)의 내벽면까지 나선형으로 연장되어 형성된다. 나선형부재(13)는 열전도성이 양호한 재질로 구성되고, 특히 프레임(11)의 중심에서 프레임(11)의 내벽면으로 나선형으로 연장된 구조로 구성됨에 따라 배기관(1) 내에서 배기가스의 열이 반경방향으로 균일하게 전달할 수 있고, 이를 통해 배기관(1) 내에서 반경방향으로 열이 균일하게 분포되어 인젝터(3)를 통해 분무되는 환원제와 배기가스의 균일한 혼합을 보다 원활하게 할 수 있다.
복수의 블레이드부재(15)는 나선형부재(13)의 일면에 방사형으로 배치되고, 특히 각 블레이드부재(15)는 나선형부재(13)의 중심에서 외측으로 가로질러 설치된다.
각 블레이드부재(15)는 나선형부재(13)의 일면에 설치되는 평탄형 몸체(15a), 몸체(15a)의 일단에 형성된 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)를 가진다.
한편, 환원제의 분무 균일도를 향상시키기 위하여 복수의 블레이드부재(15)는 7~9개인 것이 바람직하다.
제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)는 몸체(15a)에 대해 일정한 경사각(θ)으로 절곡되고, 특히 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)는 서로 반대방향으로 절곡되어 형성된다. 이에, 인젝터(3)를 통해 분무되는 환원제는 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)를 통해 배기관(1) 내에서 균일하게 분산되어 환원제와 배기가스는 보다 균일하게 혼합될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)의 각 경사각(θ)이 30°이하가 되면 환원제의 분산이 적절히 이루어지지 못하고, 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)의 각 경사각(θ)이 60°이상이 되면 환원제가 배기관(1)의 내벽면 측으로 너무 치우쳐 분포될 수 있으므로, 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)의 각 경사각(θ)은 30~60°임이 바람직하다.
그리고, 도 6과 같이 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)는 그 일부가 프레임(11)의 일측에서 외부로 노출되도록 설치되고, 프레임(11)의 폭(L1)과 제1 및 제2 절곡날개(15b, 15c)의 노출된 폭(L2)을 합한 전체 폭의 길이(L1+L2)는 20~40mm임이 바람직하다.

Claims (5)

  1. SCR의 전방단 측에 설치되는 환형의 프레임;
    상기 프레임의 내경에 설치되고, 나선형으로 형성된 나선형부재;
    상기 나선형부재의 일면에 방사형으로 배치된 복수의 블레이드부재;를 포함하고,
    각 블레이드부재는 나선형부재 측에 설치되는 평탄한 몸체 및 상기 몸체의 일단에 형성된 제1 및 제2 절곡날개를 구비하며, 상기 제1 및 제2 절곡날개는 상기 몸체에 대해 일정한 경사각으로 절곡되고, 상기 제1 및 제2 절곡날개는 서로 반대방향으로 절곡되는 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나선형부재는 상기 프레임의 축선 중심에서 프레임의 내벽면까지 나선형으로 연장되고, 상기 각 블레이드부재의 몸체는 상기 나선형부재의 중심에서 외측방향으로 가로질러 설치되는 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 절곡날개의 각 경사각은 30~60°인 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 블레이드부재는 7~9개인 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 절곡날개는 그 일부가 상기 프레임의 일측에서 외부로 노출되도록 설치되고, 상기 프레임의 폭과 상기 제1 및 제2 절곡날개의 노출된 폭을 합한 전체 폭의 길이는 20~40mm인 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
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