WO2016085307A1 - 요소 농도 측정 장치와 이를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크 - Google Patents

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WO2016085307A1
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urea water
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concentration measuring
ultrasonic
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안수진
손순배
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두산인프라코어 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an urea concentration measuring apparatus for measuring urea concentration of urea water used in a selective catalytic reduction system.
  • the present invention also relates to a urea water sender and a urea water tank having a urea concentration measuring device.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • the selective catalytic reduction system (hereinafter, simply referred to as 'SCR system') is used to reduce nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas of an internal combustion engine to nitrogen and water through a catalytic reaction using urea as a reducing agent.
  • the SCR system is supplied with an aqueous solution containing urea as a reducing agent (hereinafter, simply referred to as urea water).
  • urea water for this purpose, a urea water tank for storing urea water is employed in the SCR system.
  • the urea water tank is equipped with a urea water sender connected to the urea water supply module of the SCR system and sending the urea water stored in the urea water tank to the SCR system and guiding the urea water returned from the SCR system to the urea water tank.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0066834 discloses an example of such a urea water sender.
  • the urea concentration of urea water injected into the catalytic converter of the SCR system needs to be maintained at about 32.5 wt% to maintain an appropriate reduction reaction. If the urea concentration is lower than 32.5 wt%, smooth catalysis is unlikely to occur.
  • an urea concentration sensor in this field, such a urea concentration sensor is also referred to as a 'quality sensor'
  • the SCR system controls the amount of urea water injected into the catalytic converter based on the measurement signal from the urea concentration sensor. For the ideal reduction of NOx contained in the exhaust of internal combustion engines, reliable and accurate measurement of urea concentration sensors is required.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0135207 discloses a sensor for measuring urea concentration of urea water using ultrasonic waves.
  • the urea concentration sensor using ultrasonic waves measures the urea concentration of urea water by measuring the speed and intensity of the ultrasonic waves propagating through the urea water.
  • Patent Document 0001 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0066834
  • Patent Document 0002 Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2012-0135207
  • an SCR system is mounted together with a urea tank storing urea water.
  • the urea concentration is at a predetermined level (approximately 32.5 wt%) in the absence of internal factors such as changes in urea water quality and urea level changes. Although maintained at%), urea concentration sensors using ultrasound may erroneously measure urea concentration. As a cause of this, it has been found that minute bubbles generated in the urea water in the urea water tank invade the measurement region of the urea concentration sensor and irregularly vary the speed and intensity of the ultrasonic wave passing through the measurement region.
  • Vibration and rocking of the vehicle or machine causes the urea water in the urea tank to oscillate while driving or driving the vehicle and the machine, thereby generating bubbles in the urea water in the urea tank.
  • the urea water returning from the SCR system into the urea water tank is poured over the surface of the urea water in the urea water tank, and bubbles can also be generated in the urea water.
  • bubbles generated in the urea water in the urea tank cannot be avoided.
  • a urea concentration sensor using ultrasonic waves is very likely to cause a false measurement due to bubbles in urea water.
  • the SCR system is connected with the engine control unit of the internal combustion engine.
  • the output of the internal combustion engine is forcibly reduced.
  • the urea concentration sensor incorrectly measures the urea concentration even though the urea concentration of the urea water is maintained at a predetermined level, it may cause an undesired decrease in the forced output of the internal combustion engine.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides an urea concentration measuring apparatus which achieves a reliable and accurate measurement without causing false measurement due to bubbles.
  • the present invention also provides a urea water sender and a urea water tank having a urea concentration measuring device for achieving reliable and accurate measurement.
  • One aspect of the present invention provides an urea concentration measuring apparatus for measuring urea concentration is immersed in urea water.
  • the urea concentration measuring device according to the embodiment is disposed directly inside the urea water tank for storing urea water used in the selective catalytic reduction system, or attached to the urea water sender mounted in the urea water tank and disposed inside the urea water tank. do.
  • the urea concentration measuring apparatus according to the embodiment measures urea concentration of urea water by measuring the speed and intensity of ultrasonic waves propagating through the urea water.
  • An apparatus for measuring urea concentration may be arranged so as to surround the concentration measuring region and a concentration meter for measuring the urea concentration by detecting a wave propagating through the number of urea in a concentration measuring region between a transmitter and a receiver. And a shielding member.
  • the shielding member has a plurality of through holes that can prevent bubbles in the urea water from entering the concentration measuring region and at least one air discharge hole for discharging bubbles inside the concentration measuring region to the outside.
  • the concentration meter may include an ultrasonic concentration meter for detecting the ultrasonic wave propagating through the urea concentration measurement area to measure the urea concentration.
  • the ultrasonic concentration meter is an ultrasonic transceiver for transmitting and receiving the ultrasonic wave and a reflector spaced apart from the ultrasonic transceiver and reflecting the ultrasonic wave to the ultrasonic transceiver, or an ultrasonic transmitter for transmitting the ultrasonic wave and spaced apart from the ultrasonic transmitter, It may include an ultrasonic receiver for receiving.
  • the urea concentration measuring apparatus further includes a frame member coupled to the concentration meter and disposed in the concentration measuring region.
  • the frame member has at least one opening, and the closure member is coupled to the frame member such that at least a portion thereof is located in the opening.
  • the frame member further includes a first contact portion and a second contact portion located at both ends in the longitudinal direction, and a retaining portion positioned between the first contact portion and the second contact portion and having the opening.
  • the lateral shape of the frame member may have a shape of any one of a triangle, a rectangle, a circle, and a semicircle or a combination of two or more of the triangle, the rectangle, the circle, and the semicircle.
  • the urea concentration measuring apparatus further includes a spacer coupled to the ultrasonic transceiver and the reflector or the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver of the concentration meter and spaced apart from each other.
  • the spacer extends inside the frame member.
  • the urea concentration measuring device further includes a support member for supporting the concentration meter.
  • the support member is coupled to a urea water sender or a urea water tank in which the urea concentration measuring device is located.
  • the support member may include a first bracket for supporting the ultrasonic transceiver or the ultrasonic transmitter of the concentration meter and a second bracket for supporting the reflector or the ultrasonic receiver of the concentration meter.
  • the shielding member may include any one of a mesh structure having the through hole, a thin film structure having the through hole, and a porous structure having the through hole.
  • the size of the through hole may range from about 20 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the size of the air outlet hole may range from about 1.7 mm to about 4 mm.
  • the air discharge hole may include an upper air discharge hole located above the shield member.
  • the air discharge hole may further include a lower air discharge hole positioned below the shield member.
  • the shielding member may be connected to the concentration measuring region and have a bubble collecting region disposed in a gravity direction from the concentration measuring region, and bubbles generated in the concentration measuring region may be transferred to the bubble collecting region. I can move it.
  • the air outlet hole may be in communication with the bubble collection region.
  • the urea water sender of the embodiment includes a suction tube in which urea water is sucked from the urea water tank, a return tube in which the urea water returns to the urea water tank, a heating tube for heating the urea water, and a holder coupled to the heating tube. Equipped. Further, the urea water sender of the embodiment includes the urea concentration measuring device according to the embodiment described above.
  • the urea water tank of one embodiment includes a urea concentration measuring device according to the above-described embodiment coupled to an inner bottom wall.
  • the urea water tank of another embodiment includes the urea water sender described above with the urea concentration measuring device described above.
  • the urea water by the shielding member to prevent the bubbles in the urea water to enter the concentration measuring region propagated by the ultrasonic wave and discharge the bubbles in the concentration measuring region to the outside Is introduced into the concentration measurement region, but bubbles in the urea water do not penetrate into the concentration measurement region, and internal bubbles can be easily discharged to the outside.
  • the urea concentration measuring device does not cause false measurement due to bubbles and realizes a reliable and accurate urea concentration measurement.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a selective catalytic reduction system in accordance with example embodiments.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a urea water sender including an urea concentration measuring device according to example embodiments.
  • FIG. 3 is a front view of the urea water sender shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating an urea concentration measuring device according to example embodiments.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating the urea concentration measuring device shown in FIG. 4 in which the shielding member and the frame member are removed.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating the urea concentration measuring device shown in FIG. 4 in which the shielding member and the frame member are removed.
  • FIG. 6 is a front view showing the urea concentration measuring device shown in FIG. 4 with the shield member and the frame member removed.
  • FIG. 6 is a front view showing the urea concentration measuring device shown in FIG. 4 with the shield member and the frame member removed.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating the shield member and the frame member.
  • FIG 9 is an enlarged view showing an example of a shielding member.
  • FIG. 10 is an enlarged view showing another example of the shielding member.
  • FIG. 11 is an enlarged view showing still another example of the shielding member.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating another example of the frame member.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating still another example of the frame member.
  • FIG. 14 is a perspective view illustrating still another example of the frame member.
  • 15 is a perspective view illustrating still another example of the frame member.
  • 16 is a front view schematically showing an urea concentration measuring device according to exemplary embodiments.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view illustrating a urea water sender coupled to a urea water tank according to exemplary embodiments.
  • FIG. 18 is a perspective view showing the urea water tank shown in FIG. 17, showing that the urea water sender is attached to the urea water tank by taking a longitudinal section of the urea water tank.
  • 20 is a graph showing concentration measurement values of urea water measured using the urea concentration measuring apparatus of one embodiment.
  • 21 is a perspective view illustrating a urea water sender including an urea concentration measuring device according to example embodiments.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIG. 23 is a perspective view illustrating a shielding member and a frame member of the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIG. 24 is a side view illustrating the shield member and the frame member of FIG. 23.
  • FIG. 25 is a bottom perspective view of the shield member and the frame member of FIG. 23.
  • FIG. 26 is a graph illustrating an amount of air distribution in the urea concentration measuring apparatus according to the size of the air discharge hole measured using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIG. 27 is a graph illustrating an air distribution amount in the urea concentration measuring device with or without the lower air outlet hole in the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIG. 28 is a graph illustrating concentration measurement deviation according to the size of the air outlet hole measured using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIG. 29 is a graph illustrating concentration measurement deviation according to the size of the through hole measured by using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIG. 30 is a graph illustrating concentration change stabilization time according to the size of the through hole measured using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIGS. 1 to 18 a urea concentration measuring apparatus according to exemplary embodiments will be described in general.
  • An urea concentration measuring apparatus (100 in FIGS. 1 and 2 and 100A in FIG. 16) according to exemplary embodiments is immersed in urea water used in a selective catalytic reduction system to measure urea concentration of urea water (FIG. 1).
  • the urea concentration measuring apparatuses 100 and 100A use ultrasonic waves, and measure the speed and intensity of ultrasonic waves propagating through a medium (the number of urea).
  • the urea concentration measuring apparatus (100, 100A) includes a transmitter for transmitting ultrasonic waves and an ultrasonic receiver for receiving ultrasonic waves transmitted from the transmitter and propagating through a medium (the number of elements).
  • the urea concentration measuring apparatus 100 (100A) according to the exemplary embodiments measures urea concentration by measuring the speed and intensity of the ultrasonic wave propagating through the number of urea located in the space between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. do.
  • a concentration measurement region a space in which ultrasonic waves propagate through the urea water between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
  • the urea concentration measuring device may include an ultrasonic concentration meter, but is not limited thereto.
  • the urea concentration measuring apparatus may measure the concentration of the urea by measuring the property of the wave propagating through a medium (urea water) using an electromagnetic wave, a laser, or the like having a specific wavelength.
  • the urea concentration measuring device includes a transmitter and a receiver, and includes a concentration meter for measuring the urea concentration by detecting a wave propagating through the urea water in the concentration measuring region between the transmitter and the receiver Can be.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 may include an ultrasonic transceiver (111 in FIG. 4) in which the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are integrated.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 may include a reflector (112 in FIG. 5) that reflects the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transceiver 111 back to the ultrasonic transceiver.
  • the concentration measurement region in this embodiment is located between the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 includes a space in which the ultrasonic wave propagates through the urea water.
  • the urea concentration measuring apparatus 100A does not include the reflector 112, and the ultrasonic transmitter (111T in FIG.
  • the concentration measuring region in this embodiment is located between the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R and includes a space in which the ultrasonic waves propagate through the urea water.
  • Urea concentration measuring apparatus (100, 100A) according to the exemplary embodiments is a shielding member (140 in FIG. 4, 140A in FIG. 10, FIG. 11 for blocking the concentration measuring region from bubbles that may occur in the urea water) 140B).
  • the shielding members 140, 140A, and 140B block the urea water located in the concentration measuring region from bubbles generated in the urea water located outside the concentration measuring region.
  • the shielding members 140, 140A, and 140B block the concentration measuring region from foreign matter contained in the urea water located outside the concentration measuring region.
  • the shielding members 140, 140A, 140B may be arranged to surround part or all of the concentration measuring region at least in part or in whole.
  • the shielding members 140, 140A, 140B have a plurality of through holes (141 in FIG. 9, 141A in FIG. 10, 141B in FIG. 11) sized to prevent the bubbles from entering the concentration measuring region. .
  • the shielding members 140, 140A, 140B are screened or filtered by the through holes 141, 141A, 141B to prevent the bubbles from entering the concentration measuring region.
  • the through holes 141, 141A, 141B of the shielding members 140, 140A, 140B may be arranged regularly or irregularly, and part or all of the shielding members 140, 140A, 140B may be arranged in the thickness direction of the shielding member. It may be formed in the shielding members 140, 140A, 140B to penetrate.
  • the shielding members 140, 140A, 140B are coupled to the ultrasonic transceiver 111 at one end thereof and coupled with the reflector 112 at the other end thereof or coupled to the ultrasonic transmitter 111T at one end thereof and the ultrasonic receiver at the other end thereof. It can be arranged to surround the concentration measuring region in a manner that binds to (111R).
  • the shielding members 140, 140A, 140B are frame members (150 in FIG. 4, 150A in FIG. 12, 150B in FIG. 13, 150C in FIG. 14 configured to hold the shielding member in the concentration measuring region. 15D, 150E in FIG. 15, and 150E in FIG. 16).
  • the frame member is coupled to the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 at each end in the longitudinal direction, or is coupled to the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R.
  • the frame member may be coupled to the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 or to the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R via a sealant or a sealing member. That is, the frame member flows into the concentration measuring region only through the shielding members 140, 140A, and 140B to the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 or to the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R. Can be airtightly coupled.
  • the frame member has at least one opening (156 in FIG. 8, 156A in FIG. 12, 156B in FIG. 13, 156C in FIG. 14, 156D in FIG. 15), and the shield member is formed of the frame member. It may be attached to an outer surface or an inner surface of the frame member or molded integrally with the frame member so as to be located in the opening. Further, one shielding member may be coupled to the frame member such that one or more of the shielding members are positioned at the opening, and the shielding member is coupled to the frame member such that the same number of shielding members as the openings of the frame member are located at each opening. May be The frame member to which the shielding member is coupled may function as a modular component and may be easily attached to the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 or to the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R.
  • the urea concentration measuring apparatus 100, 100A is a support member (FIG. 4) for fixing to a urea water sender (200 in FIGS. 1 and 2) or a urea water tank (300 in FIGS. 1 and 17). 130 in FIG. 16, 130A in FIG. 16).
  • the support member may consist of one part or two or more parts.
  • the support member supports the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112, a portion of the support member and the reflector 112 may be integrated.
  • the support member supports the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R.
  • the urea concentration measuring device having the support member and the frame member is composed of one measuring device, and can be easily installed in the urea water sender and the urea water tank.
  • the urea concentration measuring apparatuses 100 and 100A may measure a distance by which an ultrasonic transceiver 111T and a reflector 112 or an ultrasonic transmitter 111T and an ultrasonic receiver 111R may be measured by ultrasonic waves in an ultrasonic wave propagation direction. Spacers spaced apart from each other as much as possible. In an embodiment with the spacer, the spacer may be arranged to extend inside the frame member. In another embodiment, the frame member may function as the spacer.
  • the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 or the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R may be spaced apart by the frame member so that the concentration measurement is performed in the ultrasonic propagation direction.
  • FIG. 1 schematically illustrates a selective catalytic reduction system to which an urea concentration measuring device, a urea water sender, and a urea water tank according to an embodiment are applied.
  • the selective catalytic reduction system 400 (hereinafter, simply referred to as 'SCR system 400') post-processes the exhaust gas of the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 targeted by the SCR system 400 to which the embodiment of the present invention is applied includes, but is not limited to, a diesel engine mounted on a passenger vehicle, a cargo vehicle, a construction machine, a farm machine, a ship, and the like.
  • the SCR system 400 uses nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas of the internal combustion engine 10 to reduce nitrogen and water through a catalytic reaction using urea contained in urea as a reducing agent.
  • Urea water used for the SCR system 400 is stored in the urea water tank 300 according to the embodiment.
  • the urea water stored in the urea water tank 300 is supplied to the SCR system 400 through the urea water sender 200 according to the embodiment mounted on the urea water tank 300.
  • the urea water not used in the SCR system 400 is returned to the urea water tank 300 through the urea water sender 200.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 is attached to the urea water sender 200 and is located in the urea water tank 300.
  • the SCR system 400 includes a catalytic converter 410 in which urea and nitrogen oxides (NOx) are reduced through a catalytic reaction, a urea water supply module 420 for supplying urea water to the catalytic converter 410, A urea water injection module 430 for injecting urea water into the catalytic converter 410 and a dosing control unit 440 for controlling supply and injection of urea water are provided.
  • urea water supply module 420 for supplying urea water to the catalytic converter 410
  • a urea water injection module 430 for injecting urea water into the catalytic converter 410
  • a dosing control unit 440 for controlling supply and injection of urea water are provided.
  • the catalytic converter 410 is connected to the exhaust pipe passage of the internal combustion engine 10 along the flow direction of the exhaust gas. Nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas from the internal combustion engine 10 is reduced to nitrogen and water by using the urea of the urea water injected from the urea water injection module 430 in the catalytic converter 410 as a reducing agent.
  • the urea water injection module 430 is attached to the catalytic converter 410 and is connected to the urea water supply module 420 through a urea water supply pipe 461.
  • the urea water injection module 430 injects urea water into the catalytic converter 410 under the control of the dosing control unit 440.
  • the urea water supply module 420 is connected to the urea water sender 200 through the urea water supply pipe 462 and the urea water return pipe 463.
  • the urea water supply module 420 has a pump device therein for sucking urea water from the urea water tank 300 and returning urea water to the urea water tank 300.
  • the urea water supply module 420 supplies an appropriate amount of urea water to the urea water injection module 430 under the control of the dosing control unit 440.
  • the urea water supply module 420 supplies the remaining urea water supplied to the urea water injection module 430 among the urea water sucked from the urea water tank 300 through the urea water return pipe 463. Return to 300).
  • the dosing control unit 440 includes a measurement signal from the urea concentration measuring apparatus 100 located in the urea water tank 300, an exhaust gas temperature sensor 451 and a NOx sensor 452 installed in the catalytic converter 410.
  • the operation of the urea water supply module 420 and the urea water injection module 430 is controlled based on the measurement signal from That is, the dosing control unit 440 is the amount of urea water supplied to the urea water supply module 430 to the urea water injection module 430 based on the measurement signal and the urea water injection module 430 is catalytic converter 410 Control the amount of urea water sprayed on
  • the dosing control unit 440 is a measurement signal from a sensor disposed in the urea water tank 300 and measuring the level of the surface of the urea water, a sensor disposed in the urea water tank 300 and measuring the temperature of the urea water.
  • the dosing control unit 440 is connected to the engine control unit 11 of the internal combustion engine 10, and the quality of urea water (for example, urea concentration of urea water), the level of urea water, the temperature of urea water, and the like. When it is out of this predetermined range, a signal related thereto is transmitted to the engine control unit 11 of the internal combustion engine 10.
  • the quality of urea water for example, urea concentration of urea water
  • the level of urea water for example, the level of urea water, the temperature of urea water, and the like.
  • the SCR system 400 may not operate.
  • the SCR system 400 is provided with heating means for heating the urea water.
  • the heating means includes a cooling water of the internal combustion engine 10 as a heating heat source and a conduit for circulating the cooling water through the urea water tank 300 and the urea water injection module 430. do.
  • the cooling water of the internal combustion engine 10 is supplied to the urea water sender 200 from the internal combustion engine 10 through the cooling water supply pipe 471 and the internal combustion from the urea water sender 200 through the cooling water return pipe 472. Return to engine 10.
  • the cooling water of the internal combustion engine 10 is supplied to the urea water injection module 430 from the internal combustion engine 10 through the cooling water supply pipe 473 and from the urea water injection module 430 through the coolant return pipe 474. The engine 10 is returned.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 of one embodiment is mounted on the urea water sender 200 of one embodiment, and the urea water is stored in the urea water tank 300 of one embodiment. It is arranged to be immersed in water. 4 to 10, the urea concentration measuring apparatus 100 according to an embodiment is positioned so as to face the ultrasonic transceiver 111 in the propagation direction of the ultrasonic wave 111 and from the ultrasonic transceiver 111.
  • urea concentration eg, in place of urea water tank 300 or urea water sender 200.
  • the ultrasonic transceiver 111 is integrally provided with a transmitter for transmitting ultrasonic waves and a receiver for receiving ultrasonic waves.
  • the transmitter and receiver constituting the ultrasonic transceiver 111 may include a plurality of transducers having a piezoelectric element, but is not limited thereto.
  • the reflector 112 is spaced apart from the ultrasonic transceiver 111 by a distance at which the spacer 130 makes a good measurement of the urea concentration by ultrasonic waves.
  • the ultrasonic transceiver 111 has a transceiving unit 114 facing the reflector 112 and has a truncated cone shape, and a flat surface facing the reflector 112 of the transceiving unit 114 may be the transceiving surface 115. .
  • the ultrasonic transceiver 111 transmits ultrasonic waves toward the reflector 112 from the transceiving surface 115 in the form of a plurality of pulse waves. Therefore, in this embodiment, the ultrasonic wave propagation direction of the urea concentration measuring apparatus 100 includes a direction from the ultrasonic transceiver 111 toward the reflector 112 and a direction from the reflector 112 toward the ultrasonic transceiver 111. .
  • the ultrasonic transceiver 111 has a wire 116 extending from the ultrasonic transceiver 111.
  • the electric wire 116 is connected to the above-described dosing control unit 440 or a circuit board of the urea water sender 200.
  • the measurement signal at the ultrasonic transceiver 111 is transmitted to the circuit board of the dosing control unit 440 or the urea water sender 200 through the wire 116.
  • the support member 130 includes a first bracket 131 and a second bracket 132 made of a metal plate or a metal plate in which a portion is bent.
  • the first bracket 131 is coupled to the ultrasonic transceiver 111 and the second bracket 132 may be integrated with the reflector 112.
  • the reflector 112 includes a surface facing the ultrasonic transceiver 111 of the second bracket 132.
  • the spacer 120 includes three spacer bars 121, 122, 123 having bar shapes of the same length.
  • the spacer bars 121, 122, and 123 are disposed at equal intervals, and are screwed at one end to the ultrasonic transceiver 111 through the first bracket 131, and at the other end thereof, the reflector 112 and the second bracket ( 132 is screwed on.
  • the spacer 120 may include a plate-shaped member.
  • Ultrasonic waves from the ultrasonic transceiver 111 propagate to the reflector 112 through the urea water introduced between the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 along the spacer bars 121, 122, and 123. Ultrasonic waves from 112 propagate to the ultrasonic transceiver 111.
  • the space in which the ultrasonic waves propagate through the urea water includes at least a space located between the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112. Therefore, in this embodiment, the concentration measuring region 113 of the urea concentration measuring apparatus 100 is located between the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112, as shown schematically in FIG. A space propagates between the transceiver 111 and the reflector 112.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 includes a shielding member 140 and a shielding member 140 that block the concentration measuring region 113 from bubbles in the urea water. And a frame member 150 fixed to position the shielding member 140 to surround the concentration measuring region 113 between the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112.
  • the shielding member 140 is interposed between the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112 by the frame member 150 to surround part or the entirety of the concentration measuring region 113.
  • the shielding members 140, 140A, 140B are comprised so that the density
  • the shielding member 140 has a plurality of fine through holes 141, 141A, and 141B.
  • the through holes 141, 141A, and 141B are sized to allow the urea water to flow into the concentration measuring region 113 and to prevent infiltration of bubbles generated in the urea water into the concentration measuring region 113.
  • the shield member 140 includes a mesh structure, in which case the aperture 141 may be one eye of the mesh structure.
  • the shielding member 140A includes a thin film structure having a plurality of fine through holes 141A.
  • the shielding member includes a porous structure having a plurality of fine through holes 141B. That is, the shielding member of the urea concentration measuring apparatus 100 according to the embodiment allows the inflow of urea water into the concentration measuring region 113 and prevents the entry of bubbles in the urea water into the concentration measuring region 113. It includes a mesh structure, a thin film structure or a porous structure having a plurality of through holes (141, 141A, 141B). Such a mesh structure, thin film structure or porous structure may be formed of a corrosion resistant metal material or a synthetic resin material.
  • the minimum value of the size of the through holes 141, 141A, 141B formed in the shielding members 140, 140A, 140B is determined so as to allow the passage of the urea water into the concentration measuring region 113 while blocking the bubbles.
  • the maximum value of the size of the through holes 141, 141A, and 141B is determined so as to reliably block bubbles or foreign matter in the urea water.
  • the size of the through holes 141, 141A, 141B ranges from 0.01 mm to 0.4 mm.
  • the urea water may not flow smoothly into the concentration measurement region 113 through the shielding members 140, 140A, 140B.
  • the size of the through hole is larger than 0.4 mm, the performance of the shielding members 140, 140A, and 140B that prevents penetration into the concentration measurement region 113 of bubbles or other foreign matter in the urea water may be deteriorated.
  • the size of the through holes 141, 141A, and 141B may range from 0.02 mm to 0.2 mm.
  • the through hole may have a triangle, a square, a rhombus, a circle, an ellipse, but is not limited thereto.
  • the size of the through hole is the length of one side of the hole when the hole is a triangle, the length of the diagonal when the hole is a square, rectangular or rhombus, the length of the diameter when the hole is approximately circular, and the hole is If it is approximately elliptical, it can be defined as the length of its long axis.
  • the shielding member 140 of the mesh structure shown in FIG. 9 is formed of plain weave, twill weave, and weave of steel wires 142 and 143 made of stainless steel (for example, SUS304 or SUS316). It may be formed by weaving in a twilled dutch weave or the like manner.
  • the thickness of the steel wire 142 is approximately 0.04 mm.
  • the through hole 141 included in the shielding member 140 includes one eye defined by the steel wire 142 as the warp yarn and the steel wire 143 as the weft yarn.
  • the shape of the through hole 141 is square or rectangular, and its length in the diagonal direction is approximately 0.044 mm.
  • the shielding member 140 is made of steel wires 142 and 143 of stainless steel, heat transfer for preventing freezing of urea water through the shielding member 140 can be performed well.
  • the above-described shielding member 140 of the mesh structure may be formed by weaving a synthetic resin yarn.
  • 10 illustrates an example of a shield member including a thin film structure.
  • the shielding member 140A shown in FIG. 10 includes a thin film 144 made of corrosion resistant metal and a plurality of through holes 141A formed therethrough in the thickness direction.
  • 11 shows another example of the shielding member.
  • the shield member 140B shown in FIG. 11 includes a porous structure 145 having a plurality of through holes 141B of different sizes.
  • the frame member 150 fixes the shielding members 140, 140A, and 140B so that the shielding members 140, 140A, and 140B may have the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112.
  • the concentration measurement region 113 is positioned to enclose therebetween.
  • the frame member 150 may be formed of a synthetic resin material or a metal material.
  • the frame member 150 is sandwiched by the first and second brackets 131, 132, coupled to the ultrasonic transceiver 111 at one end thereof, and coupled to the reflector 112 at the other end thereof.
  • the frame member 150 has a hollow triangular barrel shape.
  • the frame member 150 includes first and second contact portions 151 and 152 positioned at both ends in the longitudinal direction thereof and in contact with the first and second brackets 131 and 132, respectively, and the first and second contact portions 151. And a holding part 153 positioned between the gaps 152 and having at least one opening 156.
  • the first contact portion 151 contacts the first bracket 131 at the outer end surface thereof in the longitudinal direction
  • the second contact portion 152 contacts the second bracket 132 at the outer end surface thereof in the longitudinal direction.
  • the longitudinal outer surface of the first contact portion 151 and the longitudinal outer surface of the second contact portion 152 have a flat surface, so that the frame member 150 is formed on the ultrasonic transceiver 111 and the reflector 112, or It may be hermetically coupled to the first bracket 131 and the second bracket 132.
  • the shielding members 140, 140A, 140B are fixed to the holding part 153.
  • the holding part 153 includes three horizontal bars 154 extending in the longitudinal direction of the frame member 150 and three vertical bars 155 extending between neighboring horizontal bars 154 in the middle of the horizontal bars 154. ).
  • the outer surface of the horizontal bar 154 includes a curved surface in the circumferential direction of the frame member 150.
  • the frame member 150 has a bubble outlet 157 which allows the inside and the outside of the concentration measurement region 113 to pass through. Bubbles that may enter the concentration measuring region 113 through the bubble outlet 157 may be discharged to the outside of the concentration measuring region 113.
  • the bubble discharge port 157 is formed in the shape of a groove on the upper side of the outer end surface in the longitudinal direction of the second contact portion 152. The number and positions of the bubble outlets 157 are not limited to the example shown.
  • the shielding members 140, 140A, 140B are coupled to the retaining portion 153 of the frame member 150 so that a portion thereof is located in the opening 156.
  • the shielding members 140, 140A, 140B are attached in an adhesive manner to the curved outer surface of the horizontal bar 154 and the outer surface of the vertical bar 155.
  • the shielding members 140, 140A, 140B are disposed in a molding die and then injected.
  • the shielding members 140, 140A, 140B and the frame member 150 may be integrally formed by molding.
  • the shielding members 140, 140A, 140B are attached to the whole holding part 153, but as another example, the shielding members 140, 140A, 140B equal to the opening 156 are the same. May be located at each opening.
  • the frame member 150 to which the shielding members 140, 140A and 140B are attached is disposed between the first and second brackets 131 and 132 so that the spacer bars 121, 122, and 123 are located therein and extend therein. Intervened in When the frame member 150 to which the shielding members 140, 140A and 140B are attached is interposed between the first and second brackets 131 and 132, the truncated cone-shaped transceiver 114 of the ultrasonic transceiver 111 is formed. The frame member 150 is positioned between the first and second brackets 131 and 132 without oscillation.
  • the frame members 150 may be inserted into the frame member 150.
  • the frame member 150 may be positioned in the concentration measuring region 113 by screwing the reflector 112 and the second bracket 132 to the other ends of the spacer bars 121, 122, and 123. Therefore, the frame member 150 is hermetically coupled to the ultrasonic transceiver 111 through the first bracket 131 at one end and hermetically coupled to the reflector 112 through the second bracket 132 at the other end.
  • the frame member 150 may be formed by the sealant or the sealing member disposed between the frame member 150, the first bracket 131, and the second bracket 132. 112 may be hermetically coupled.
  • the frame member 150A shown in FIG. 12 has a hollow rectangular cylinder shape.
  • the frame member 150A includes four horizontal bars 154A extending between the rectangular first and second contacts 151A and 152A, the first and second contacts 151A and 152A, and the horizontal bars 154A.
  • Six openings 156A are formed between the horizontal bars 154A and the vertical bars 155A, and the shielding members 140, 140A, 140B are formed in the frame member 150A such that at least some of them are located in the openings 156A.
  • the bubble discharge port 157A is formed above the outer end surface in the longitudinal direction of the second contact portion 152A.
  • the frame member 150B shown in FIG. 13 has a hollow cylindrical shape.
  • the frame member 150B has ring-shaped first and second contact portions 151B and 152B and four horizontal bars 154B extending between the first and second contact portions 151B and 152B.
  • Four openings 156B are formed between the first and second contact portions 151B, 152B and the horizontal bars 154B, and the shield members 140, 140A, 140B are at least partially positioned in the openings 156B.
  • the bubble discharge port 157B is formed above the outer end surface in the longitudinal direction of the second contact portion 152B.
  • the frame member 150C shown in FIG. 14 has a lower half portion in the shape of a hollow square cylinder and an upper half portion in the shape of a hollow semi cylinder.
  • the first and second contact portions 151C and 152C of the frame member 150C are semicircular at the top and rectangular at the bottom.
  • the frame member 150C has five horizontal bars 154C extending between the first and second contacts 151C, 152C, and the first and second contacts 151C, 152C and the horizontal bars 154C.
  • Five openings 156C are formed in the grooves.
  • Shielding members 140, 140A, 140B are coupled to frame member 150C such that at least a portion thereof is located in opening 156C.
  • the bubble discharge port 157C is formed above the outer end surface in the longitudinal direction of the second contact portion 152C.
  • the frame member 150D shown in FIG. 15 has a shape similar to the frame member 150C shown in FIG. That is, the lower half of the frame member 150D has a hollow rectangular cylinder shape, and the upper half has a hollow semi-cylindrical shape.
  • Frame member 150D has one opening 156D at the bottom of the lower half, and shielding members 140, 140A, 140B are located in opening 156D.
  • the frame member 150D has a projection 158D projecting upward from the upper end of the upper half portion, and a bubble discharge port 157D is formed through the projection 158D.
  • the side shapes of the frame members 150, 150A, 150B, 150C, and 150D fixing the shielding members 140, 140A, and 140B are triangular, rectangular, circular, and semicircular. Any one or two or more of triangles, squares, circles, and semicircles may have a combined shape.
  • the support member 130, the ultrasonic transceiver 111, and the reflector 112 may be formed to complementarily correspond to the side shapes of the frame members 150, 150A, 150B, 150C, and 150D.
  • the frame members 150, 150A, 150B, 150C, and 150D have at least one opening 156, 156A, 156B, 156C, and 156D in the holding part 153 to which the shielding members 140, 140A, and 140B are fixed.
  • the shielding members 140, 140A, 140B may be attached to the outer surface or the inner surface of the frame member, or may be molded integrally with the frame member.
  • Fig. 16 schematically shows an apparatus for measuring urea concentration of another embodiment without a reflector.
  • the urea concentration measuring apparatus 100A shown in FIG. 16 includes an ultrasonic transmitter 111T for transmitting ultrasonic waves, an ultrasonic receiver 111R for receiving ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter 111T and propagated through urea water,
  • the support member 130A which supports the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R is provided.
  • the support member 130A is coupled to the bottom wall of the urea water sender 200 or the urea water tank 300.
  • the support member 130A includes a first bracket 131A for supporting the ultrasonic transmitter 111T and a second bracket 132A for supporting the ultrasonic receiver 111R.
  • the ultrasonic wave transmitted by the ultrasonic transmitter 111T propagates to the ultrasonic receiver 111R through the number of urea introduced into the space between the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R. Therefore, the concentration measuring region 113A of the urea concentration measuring apparatus 100A includes the space in which the ultrasonic waves propagate through the urea water between the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R.
  • the urea concentration measuring apparatus 100A includes the above-described shielding members 140, 140A, 140B which are disposed in the concentration measuring region 113A to prevent bubbles from entering the concentration measuring region 113A.
  • the shielding members 140, 140A, and 140B may be attached to the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R to surround the concentration measuring region 113A.
  • the urea concentration measuring apparatus 100A of this embodiment is coupled to the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R, is disposed in the concentration measuring region 113A, and the frame member 150E holding the shielding members 140, 140A, 140B. ).
  • the frame member 150E may be formed similarly to the frame member 150 described above, and has at least one opening.
  • the shield members 140, 140A, 140B are fixed to the frame member 150E to be located in the opening of the frame member 150E.
  • the frame member 150E one of the above-described frame members 150, 150A, 150B, 150C, 150D may be used for the urea concentration measuring apparatus 100A.
  • the urea concentration measuring apparatus 100A may include a spacer 121A that separates the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R in the propagation direction of the ultrasonic waves.
  • the urea concentration measuring apparatus 100, 100A of the above-described embodiment includes frame members 150, 150A, 150B, 150C, 150D and 150E for fixing the shielding members 140, 140A and 140B.
  • the urea concentration measuring apparatus may include a structure in which the frame members 150, 150A, 150B, 150C, 150D, and 150E and the spacer 120 are integrated.
  • the structure may have at least one opening through the concentration measurement regions 113, 113A, where the shielding members 140, 140A, 140B may be located, and ultrasonic waves at both ends of the structure, respectively.
  • the transceiver 111 and the reflector 112 may be combined, or the ultrasonic transmitter 111T and the ultrasonic receiver 111R may be coupled.
  • the shielding members 140, 140A, 140B at least partially enclose the concentration measuring regions 113, 113A in the urea water tank 300. Bubbles cannot penetrate into the concentration measurement regions 113 and 113A. Therefore, the urea concentration measuring apparatus 100, 100A according to the embodiment excludes the possibility of the erroneous measurement that bubbles are generated.
  • the shielding members 140, 140A, and 140B are made of a metal material, heat transfer is also easily performed on the urea water located in the concentration measuring regions 113 and 113A, and the frozen urea water in the concentration measuring regions 113 and 113A. It can be thawed easily or freezing can be prevented.
  • the urea concentration measuring apparatuses 100 and 100A of the above-described embodiment are attached to the urea water sender 200 according to the embodiment by the support members 130 and 130A so as to be immersed in the urea water in the urea water tank 300. do. 2, 3, 17, and 18, the urea water sender 200 according to the embodiment including the urea concentration measuring apparatus 100 described above will be described.
  • the urea water sender 200 is detachably mounted to the tank body 310 of the urea water tank 300.
  • the urea water sender 200 includes a suction pipe through which the urea water in the tank body 310 is sucked, and a return pipe in which the urea water not supplied to the urea water injection module 430 is returned to the tank body 310. It is provided.
  • the urea water sender 200 includes a heating tube for heating the urea water to thaw the frozen urea water or prevent freezing of the urea water.
  • the urea water sender 200 includes a sensor for measuring the surface of urea water in the tank body 310 (eg, urea water level sensor 260 shown in FIG.
  • the urea water sender 200 has a support that holds the suction pipe, the return pipe, the heating pipe, and the like, and is detachably attached to the tank body 310.
  • the suction pipe, the return pipe, the heating pipe, and the like are provided in the support to extend through the support and into the tank body 310.
  • the urea water sender 200 has a sender head 210 that functions as the support and is removably mounted to the tank body 310.
  • the sender head 210 includes a housing 211 in which a fluid passage communicating with the suction pipe, the return pipe, and the heating pipe is formed, and the circuit board is mounted.
  • the housing 211 has a disc portion forming a base and a protrusion protruding in a semi-cylindrical shape above the disc portion.
  • the urea water sender 200 includes a flange 212 and a packing 213 in a mounting hole 315 formed in the tank body 310 of the urea water tank 300 at the disc portion of the housing 211 of the sender head 210. It is mounted using a screw fastener through).
  • a circuit board to which the wires from the aforementioned sensors are connected is mounted, and the protrusion is closed by a cap 214.
  • the circuit board is electrically connected to the connector 215 provided on the side surface of the protrusion of the housing 211.
  • the connector 215 is electrically connected to a corresponding connector provided on an electric wire extending from the dosing control unit 440 of the SCR system 400. Accordingly, the measurement signal from the above-described sensor disposed in the urea water sender 200 is transmitted to the dosing control unit 440 of the SCR system 400.
  • the sender head 210 includes a coolant supply pipe 471 of the internal combustion engine 10, a coolant return pipe 472 of the internal combustion engine 10, a urea water supply pipe 462 of the urea water supply module 420, and a urea water supply module.
  • First to fourth pipe connection ports 221, 222, 223, and 224 for connection with the urea water return pipe 463 of 420 are provided.
  • the sender head 210 is provided with an air vent pipe 225 for communicating the inside and outside of the tank body 310.
  • the urea water sender 200 includes a suction pipe 231 through which the urea water is sucked in the tank body 310 and a return pipe 232 through which the urea water returned from the urea water supply module 420 is returned to the inside of the tank body 310. Equipped.
  • the urea water in the tank body 310 is delivered to the urea water supply module 420 through the suction pipe 231 by a pump device inside the urea water supply module 420.
  • the upper end of the suction pipe 231 is connected to the lower surface of the housing 211 of the sender head 210 and communicates with the third pipe connector 223 through the fluid passage passing through the housing 211.
  • the suction pipe 231 extends downward from the housing 211.
  • the return pipe 232 is connected to the lower surface of the housing 211 at an upper end thereof and communicates with the fourth pipe connector 224 through a fluid passage through the housing 211.
  • the lower end of the return pipe 232 is located slightly below the lower surface of the housing 211. Urea water from the urea water supply module 420 is returned to the tank body 310 through the return pipe 232 by the pump device inside the urea water supply module 420.
  • the urea water sender 200 includes a heating tube 240 as part of heating means for thawing the frozen urea water and preventing freezing of the urea water.
  • the heating tube 240 consists of one tube and is connected to the lower surface of the housing 211 at one end and the other end thereof. One end of the heating tube 240 communicates with the first tube connecting portion 221 through a fluid passage through the housing 211, and the other end of the heating tube 240 is connected to the second through the fluid passage through the housing 211. Communicate with the pipe connection 222.
  • the heating tube 240 includes a pair of vertical portions 241 extending substantially vertically from a lower surface of the housing 211 and a vertical portion from an end portion of one vertical portion 241 to an end portion of the vertical portion 241 on the other side.
  • a curved portion 242 extending perpendicular to 241 or parallel to the bottom surface of the sender head 210 and curved in a C or U shape. Cooling water from the internal combustion engine 10 flows into the heating pipe 240 from the cooling water supply pipe 471 through the first pipe connection port 221 and then flows out again through the second pipe connection port 222. Freezing of the urea water in the tank body 310 may be prevented or thawed by the cooling water of the internal combustion engine 10 passing through the heating tube 240.
  • the heating tube 240 may include a portion wound in a coil shape.
  • the urea water sender 200 has holders 251 and 252 for attachment of the aforementioned sensors.
  • the holders 251 and 252 are formed of an upper plate 251 and a lower plate 252 corresponding to the shape of the curved portion 242 of the heating tube 240, and the upper plate 251 and the lower plate 252 are mutually connected by screwing. Combined.
  • the curved portion 242 of the heating tube 240 extends along their outer circumference between the upper plate 251 and the lower plate 252.
  • the suction port located at the lower end of the suction pipe 231 is positioned between the upper plate 251 and the lower plate 252.
  • the urea water sender 200 includes a urea water level sensor 260 for measuring the level of water surface of the urea water stored in the tank body 310.
  • the urea water level sensor 260 has a guide tube 261 in which a plurality of reed switches are disposed therein along the longitudinal direction, and a guide tube 261 in which a guide tube 261 is fitted and includes a magnetic material and floats on the surface of the urea water. (262).
  • the guide tube 261 is attached to the lower surface of the housing 211 at one end thereof, and the other end of the guide tube 261 is coupled to the holders 261 and 262.
  • the signal from the reed switch inside the guide tube 261 is transmitted to the dosing control unit 440 via a circuit board in the housing 211.
  • the float 262 is movable up and down along the guide tube 261. As the float 262 moves along the guide tube 261 according to the level change of the urea water level, the level of the water surface of the urea water can be measured.
  • the urea water sender 200 includes a urea water temperature sensor (not shown) for measuring the temperature of the urea water in the tank body 310.
  • the urea water temperature sensor may be disposed at a height corresponding to the height of the suction port of the suction pipe 231 at the lower end of the guide tube 261 of the urea water level sensor 260.
  • the measurement signal of the urea water temperature sensor is transmitted to the dosing control unit 440 via a circuit board of the housing 211.
  • the dosing control unit 440 sends a signal to the engine control unit 11 of the internal combustion engine 10 when the temperature of the urea water drops below a predetermined value based on the measurement signal of the urea water temperature sensor.
  • the engine control unit 11 of) controls the internal combustion engine 10 so that the coolant of the internal combustion engine 10 circulates through the heating tube 240 in response to the signal of the dosing control unit 440.
  • the urea water sender 200 includes an urea concentration measuring apparatus 100 according to the above-described embodiment for measuring urea concentration of urea water in the tank body 310. 2, 3, 17 and 18, the first and second brackets 131 and 132 of the urea concentration measuring apparatus 100 are bolt-nut to the lower plate 252 of the holder. Attached by fastening or screwing, the urea concentration measuring apparatus 100 is located adjacent to the curved portion 242 of the heating tube 240. The electric wire 116 extending from the ultrasonic transceiver 111 of the urea concentration measuring apparatus 100 is connected to a circuit board inside the housing 211.
  • the measurement signal of the urea concentration measuring apparatus 100 is transmitted to the dosing control unit 440 via the circuit board, and the dosing control unit 440 is based on the measurement signal of the urea concentration measuring apparatus 100.
  • the urea water supply amount of 420 and the urea water injection amount of the urea water injection module 430 are controlled.
  • the urea water sender 200 of the above-described embodiment includes a heating tube 240 for heating urea water, but the urea water sender of another embodiment may not include such a heating tube 240.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 according to the embodiment may be attached to the suction pipe 231 or the like using a supporting member or to a holding member extending downward from the housing 211.
  • the urea water sender of another embodiment may not include the urea water level sensor 260 or the urea water temperature sensor.
  • the urea water tank 300 according to the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 17 and 18 is equipped with the urea water sender 200 to which the urea concentration measuring apparatus 100 of the above-described embodiment is attached.
  • the first bracket 131 and the second bracket 132 are coupled to the bottom wall 313 of the tank body 310 of the urea water tank 300. It may be mounted to the water tank (300).
  • Urea water tank 300 includes a tank body 310 for storing urea water.
  • the upper wall 311 of the tank body 310 is provided with a mounting hole 315 to which the sender head 210 of the urea water sender 200 is mounted.
  • the urea water sender 200 having the urea concentration measuring apparatus 100 according to the embodiment is detachably fixed to the tank body 310 by combining the sender head 210 and the upper wall 311 of the tank body 310. do.
  • the inclined wall 314 is formed between the upper wall 311 and the side wall 312 of the tank body 310, the inclined wall 314 is a mounting hole for mounting the plug 320 for urea water injection ( 316 is formed.
  • the plug 320 is removably mounted to the mounting hole 316.
  • the inlet of the plug 320 can be opened and closed by a cap 321.
  • the urea water tank 300 is provided with an indicator 330 for visually confirming the level of urea water in the tank body 310 on the inclined wall 314 to be close to the upper wall 311 of the tank body 310. have.
  • Indicator 330 has a transparent tube and a float disposed therein.
  • the transparent tube of the indicator 330 communicates with the inside of the tank body 310 at the top and bottom thereof. Thus, when urea water is injected into the tank body 310 at approximately full water level, the level of urea water can be visually confirmed through a float in the transparent tube.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 isolates the concentration measuring regions 113 and 113A from which ultrasonic waves propagate from the bubbles in the urea water by the shielding members 140, 140A and 140B. Therefore, the urea concentration measuring apparatus 100 according to the embodiment is not affected by the bubbles in the urea water and can accurately measure the concentration of the urea water.
  • the urea concentration measuring apparatus of the comparative example and the urea concentration measuring apparatus 100 of the embodiment were used. The concentration measurement test of water was done.
  • the shielding member 140 and the frame member 150 is removed from the urea concentration measuring apparatus 100 according to the embodiment as shown in Figs. Was used.
  • urea water at a concentration of about 32.5 wt% was placed in a water bath, and the urea in the water was stirred to generate bubbles in the urea water.
  • the urea concentration measurement apparatus of the comparative example was immersed in the urea water containing bubbles, and urea concentration measurement of urea water was performed for about 20 minutes.
  • the urea concentration measurement apparatus 100 of the embodiment was immersed in the urea water in which such bubbles were generated, and urea concentration measurement of urea water was performed for about 20 minutes.
  • 19 is a graph showing urea concentration measurements of urea water measured by the urea concentration measuring apparatus of the comparative example through the above test.
  • the urea concentration measuring device of the comparative example without the shielding member 140 outputs urea concentration measurement values ranging from about 22 wt% to about 34 wt%, although the urea concentration of the urea water in the tank is unchanged. It can be seen. This is because the bubbles in the urea water intrude into the concentration measurement region 113 through which the ultrasonic waves propagate and deflect or scatter the ultrasonic waves propagating so as to irregularly vary the speed and intensity of the ultrasonic waves propagating.
  • 20 is a graph showing the measurement of the concentration of urea water measured by the urea concentration measuring apparatus 100 of the embodiment through the above test. 20, it can be seen that the urea concentration measuring apparatus 100 of the embodiment continuously outputs the concentration measurement of urea water of about 32.5 wt%. This is because air bubbles in the urea water are blocked by the shielding member 140 from entering the concentration measuring region of the ultrasonic wave.
  • FIG. 21 is a perspective view illustrating a urea water sender including an urea concentration measuring device according to example embodiments.
  • 22 is a diagram illustrating the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • FIG. 23 is a perspective view illustrating a shielding member and a frame member of the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • 24 is a side view illustrating the shield member and the frame member of FIG. 23.
  • FIG. 25 is a bottom perspective view of the shield member and the frame member of FIG. 23.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 measures a urea concentration by detecting a wave propagating through urea water in the concentration measuring region 113 (see FIG. 6) and the concentration measurement. It may include a shield member 140 disposed to surround the area.
  • the concentration meter may include a transmitter for generating and transmitting the wave and a receiver for receiving the wave propagating through the urea water in the concentration measuring region.
  • the concentration meter may be an ultrasonic concentration meter using ultrasonic waves.
  • the ultrasonic concentration meter may include an ultrasonic transceiver (111, FIG. 4) in which an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver are integrated, and a reflector 112 (see FIG. 5) reflecting ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transceiver 111 back to the ultrasonic transceiver. It may include.
  • the ultrasonic concentration meter may include an ultrasonic transmitter 111T (see FIG. 16) and an ultrasonic receiver 111R (see FIG. 16) spaced apart from each other in the direction in which the ultrasonic waves travel.
  • the ultrasonic concentration measuring unit may measure the urea concentration by detecting the speed, intensity, etc. of the ultrasonic wave propagating through the urea water in the concentration measuring region between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
  • the concentration measuring region may be a space in which ultrasonic waves propagate through the urea water between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
  • the shielding member 140 may be disposed to surround some or all of the concentration measuring region. Since the shielding member 140 is coupled to the frame member 150, the concentration measuring region may be defined by the shielding member 140 between the ultrasonic transceiver and the reflector. One shielding member may be coupled to surround the side of the frame member 150. Alternatively, a plurality of shield members may be combined to cover the plurality of openings 156 (see FIG. 8) of the frame member 150.
  • the shielding member 140 may block air bubbles in the urea water located outside the concentration measuring region from entering the concentration measuring region.
  • the shielding member 140 may have a plurality of minute through holes 141 (see FIG. 9).
  • the through hole 141 of the shielding member 140 may have a first size that can block the bubbles.
  • the first size of the through hole may be in the range of about 20 ⁇ m to about 200 ⁇ m.
  • the deviation of the urea water concentration measurement value may be 4% or more, thereby reducing the measurement accuracy.
  • the size of the through hole is smaller than 20 ⁇ m, when the urea water concentration is changed from 20% to 30%, it is required to stabilize the measured value according to the concentration change. As time increases, the responsiveness of the urea concentration measuring device may decrease.
  • the shielding member 140 may have at least one air discharge hole 146, 148 for discharging air, such as bubbles, in the concentration measuring region to the outside.
  • the shielding member 140 may have an upper air outlet hole 146 and a lower air outlet hole 148.
  • the lower air discharge hole 148 may smoothly flow the urea water in the shielding member 140 so that bubbles inside the concentration measuring region may be easily discharged through the upper air discharge hole 146.
  • the shielding member 140 may have only the upper air outlet hole 146.
  • the urea concentration measuring apparatus 100 may have an overall height H from the bottoms 158 and 159 of the first and second contacts 151 and 152.
  • the position of the upper air outlet hole 146 may be disposed above the shielding member 140, and the position of the lower air outlet hole 148 may be disposed below the shielding member 140.
  • the upper air outlet hole 146 may have a first height H1 from the bottom surface, and the lower air outlet hole 148 may have a second height H2 smaller than the first height from the bottom surface. have. It will be appreciated that the number and location of the air outlet holes are not limited thereto.
  • the shielding member 140 faces upwardly with a first side 145a facing upwards, a second side 145b facing downwards and facing laterally. It may have a third side.
  • the upper air discharge hole 146 may be formed through the first side surface 145a of the shielding member 140, and the lower air discharge hole 148 may be formed through the second side surface 146b of the shielding member 140. have.
  • An air outlet hole may not be formed in the third side surface of the shielding member 140.
  • the third side surface extends in a direction perpendicular to the installation surface of the urea concentration measuring apparatus 100, and the first side surface 145a extends at a predetermined angle with respect to the second side surface upwards and the second side surface 145b. ) May extend downwardly at an angle with respect to the second side.
  • the air discharge holes 146 and 148 of the shielding member 140 may discharge bubbles in the urea water located inside the concentration measuring region to the outside of the concentration measuring region.
  • the air discharge holes 146 and 148 may have a second size that is sufficient to discharge the bubbles.
  • the second size of the air discharge hole may be larger than the first size of the through hole.
  • the second size of the air outlet hole may be in the range of about 1.7 mm to about 4 mm.
  • the second size of the air outlet hole may be determined in consideration of the size of bubbles that may be generated inside the concentration measuring region.
  • the minimum size of bubbles that may be generated inside the concentration measuring region may be about 1.7 mm.
  • the air distribution amount in the concentration measurement region may be 20% or more, which may lower the measurement accuracy.
  • the deviation of the urea water concentration measurement value is 4% or more, which may lower the measurement accuracy.
  • the air outlet hole may have a triangle, a square, a rhombus, a circle, an oval, but is not limited thereto.
  • the size of the air discharge hole, the length of one side when the air discharge hole is triangular, the length of the diagonal when the air discharge hole is square, rectangular or rhombus, the air discharge hole This may be defined as the length of the diameter when the circular shape, the length of the major axis when the air outlet hole is approximately elliptical.
  • the shielding member 140 may have an inner space extending in a vertical direction (gravity direction).
  • the inner space may include the concentration measurement region and the bubble collection region connected to the concentration measurement region.
  • the bubble collecting region may be disposed in the gravity direction from the concentration measuring region. Bubbles generated in the concentration measurement region may move to the bubble collection region in the gravity direction.
  • the bubble collection area may be in communication with the upper air outlet hole. Therefore, bubbles collected in the bubble collection area may be discharged to the outside of the shielding member 140 through the upper air discharge hole.
  • FIG. 26 is a graph illustrating an amount of air distribution in the urea concentration measuring apparatus according to the size of the air discharge hole measured using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • the distribution of air remaining without being discharged into the concentration measuring region of the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21 was measured according to the size of the air outlet hole. It can be seen that as the size of the air discharge hole increases, the distribution amount of unexhausted air decreases. When the size of the air discharge hole is smaller than 1.7 mm, the air distribution in the concentration measurement region may be 20% or more, which may lower the measurement accuracy.
  • FIG. 27 is a graph illustrating an air distribution amount in the urea concentration measuring device with or without the lower air outlet hole in the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • the distribution of air in the concentration measuring region of the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21 was measured according to the presence or absence of the lower air outlet holes. It can be seen that the undischarged air distribution decreases with respect to the same air discharge hole when the lower air discharge hole is present.
  • FIG. 28 is a graph illustrating concentration measurement deviation according to the size of the air outlet hole measured using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • the deviation of the urea concentration measurement value was measured according to the size of the air outlet hole. It can be seen that as the size of the air outlet hole increases, the deviation of the urea concentration measurement value increases. When the size of the air discharge hole is larger than 4 mm, the deviation of the urea water concentration measurement value is 4% or more, which may lower the measurement accuracy.
  • FIG. 29 is a graph illustrating concentration measurement deviation according to the size of the through hole measured by using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • the deviation of the urea concentration measurement value was measured according to the size of the through hole. It can be seen that as the size of the through hole increases, the deviation of the urea concentration measurement value increases. When the size of the through hole is larger than 200 ⁇ m, the deviation of the urea water concentration measurement value may be 4% or more, which may lower the measurement accuracy.
  • FIG. 30 is a graph illustrating concentration change stabilization time according to the size of the through hole measured using the urea concentration measuring apparatus of FIG. 21.
  • the concentration change stabilization time was measured according to the size of the through hole. It can be seen that as the size of the through hole increases, the time taken to stabilize according to the change in concentration increases the deviation of the urea concentration measurement value.
  • the deviation of the urea water concentration measurement value may be 4% or more, which may lower the measurement accuracy.

Abstract

요소 농도 측정 장치는, 송신기와 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파하는 파동을 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 농도 측정기 및 상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되는 차폐 부재를 포함한다. 상기 차폐 부재는 상기 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지할 수 있는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 가진다.

Description

요소 농도 측정 장치와 이를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크
본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수의 요소 농도를 측정하기 위한 요소 농도 측정 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크에 관한 것이다.
디젤엔진과 같은 내연기관의 배기가스에 포함되는 유해 물질을 후처리하여 정화시키는 배기가스 정화 시스템의 일 예로서, 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 시스템이 당해 분야에 알려져 있다.
선택적 촉매 환원 시스템(이하, 간단히 'SCR 시스템'이라 한다)은 내연기관의 배기가스 중 질소산화물(NOx)을 요소를 환원제로 사용하여 촉매 반응을 통해 질소와 물로 환원시킨다. SCR 시스템에는 환원제로서의 요소가 수용된 수용액(이하, 간단히 '요소수'라 한다)이 공급되는데, 이를 위해 요소수를 저장하는 요소수 탱크가 SCR 시스템에 채용된다. 요소수 탱크에는, SCR 시스템의 요소수 공급 모듈에 연결되어 요소수 탱크에 저장된 요소수를 SCR 시스템에 보내고 SCR 시스템으로부터 복귀하는 요소수를 요소수 탱크에 인도하는 요소수 센더가 장착된다. 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0066834호는 이러한 요소수 센더의 일 예를 개시한다.
SCR 시스템의 촉매변환장치에 분사되는 요소수의 요소 농도는 적절한 환원 반응 유지를 위해 약 32.5wt%로 유지될 필요가 있다. 요소 농도가 32.5wt%보다 낮아지면, 원활한 촉매 작용이 일어나기 어렵다. 요소수의 요소 농도를 측정하기 위해 요소수 탱크의 내부에는 요소 농도 센서(당해 분야에 있어서, 이러한 요소 농도 센서는 '퀄리티 센서(quality sensor)'로도 참조된다)가 배치된다. SCR 시스템은 요소 농도 센서로부터의 측정 신호에 근거해 촉매변환장치에 분사되는 요소수의 양을 제어한다. 내연기관의 배기가스 중에 포함된 질소산화물(NOx)의 이상적인 환원작용을 위해서는 요소 농도 센서의 신뢰성 높고 정밀한 측정이 필요하다. 이러한 요소 농도 센서의 일 예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0135207호는 초음파를 사용하여 요소수의 요소 농도를 측정하는 센서를 개시한다. 초음파를 사용하는 요소 농도 센서는 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도와 세기를 측정하여 요소수의 요소 농도를 측정한다.
<선행기술문헌>
<특허문헌>
(특허문헌 0001) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0066834호
(특허문헌 0002) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0135207호
디젤엔진 등의 내연기관이 사용되는 차량 또는 기계 중, 배기가스 배출기준을 충족해야 하는 차량 또는 기계에는, SCR 시스템이 요소수를 저장한 요소수 탱크와 함께 장착되고 있다. 초음파를 사용하는 요소 농도 센서가 장착된 요소수 탱크가 이러한 차량과 기계에 사용될 때, 요소수의 품질 변화, 요소의 수위 변화 등의 내적 요인이 없는 상황에서 요소 농도가 소정의 수준(약 32.5wt%)으로 유지됨에도 불구하고, 초음파를 사용하는 요소 농도 센서가 요소 농도를 오측정할 수 있다. 이의 원인으로서, 요소수 탱크 내의 요소수에 발생된 미세한 기포가 요소 농도 센서의 측정 영역에 침입하여 측정 영역을 통과하는 초음파의 속도와 세기를 불규칙하게 변동시키는 것으로 판명되고 있다.
차량과 기계의 운전 또는 주행 시 차량 또는 기계의 진동과 요동이 요소수 탱크 내의 요소수를 출렁이게 하며, 이에 의해 요소수 탱크 내의 요소수에 기포가 발생될 수 있다. 또한, SCR 시스템으로부터 요소수 탱크 내로 복귀하는 요소수는 요소수 탱크 내의 요소수의 수면 위로 쏟아지는데, 이때에도 요소수 내에 기포가 발생될 수 있다. 디젤엔진을 장착한 차량과 기계의 운전 상황을 고려할 때, 요소수 탱크 내의 요소수에 발생하는 기포는 회피될 수 없다. 그러나, 초음파를 사용하는 요소 농도 센서는 요소수 내의 기포에 의해 오측정을 일으킬 가능성이 매우 높다.
또한, 배기가스의 배출기준을 더욱 엄밀히 준수하기 위해, 일부의 차량 또는 기계에서는, SCR 시스템이 내연기관의 엔진제어유닛과 접속되어 있다. 이 경우, 요소수의 농도 저하 등으로 인해 질소산화물의 환원양이 소정의 배기가스 배출기준에 도달하지 못하는 경우, 내연기관의 출력을 강제로 감소시키도록 하고 있다. 전술한 바와 같이 요소수 내의 미세한 기포로 인해, 요소수의 요소 농도가 소정 수준으로 유지됨에도 요소 농도 센서가 요소 농도를 오측정하게 되면, 원치 않는 내연기관의 강제 출력 저하를 초래할 수 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 기포로 인한 오측정을 일으키지 않고 신뢰성 높고 정밀한 측정을 달성하는 요소 농도 측정 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 신뢰성 높고 정밀한 측정을 달성하는 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크를 제공한다.
본 발명의 일 측면은 요소수에 침지되어 요소 농도를 측정하는 요소농도 측정 장치를 제공한다. 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치는 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수를 저장하는 요소수 탱크의 내부에 직접 배치되거나, 요소수 탱크에 장착되는 요소수 센더에 부착되어 요소수 탱크의 내부에 배치된다. 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치는 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도와 세기를 측정함으로써 요소수의 요소 농도를 측정한다.
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치는, 송신기와 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파하는 파동을 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 농도 측정기 및 상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되는 차폐 부재를 포함한다. 상기 차폐 부재는 상기 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지할 수 있는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 가진다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 농도 측정기는 상기 요소 농도 측정 영역을 전파하는 초음파를 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 초음파 농도 측정기를 포함할 수 있다. 상기 초음파 농도 측정기는 상기 초음파를 송신 및 수신하는 초음파 송수신기 및 상기 초음파 송수신기로부터 이격되고 상기 초음파를 상기 초음파 송수신기로 반사하는 반사체, 또는 상기 초음파를 송신하는 초음파 송신기 및 상기 초음파 송신기와 이격되고 상기 초음파를 수신하는 초음파 수신기를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 요소 농도 측정 장치는 상기 농도 측정기에 결합되어 상기 농도 측정 영역에 배치되는 프레임 부재를 더 포함한다. 상기 프레임 부재는 적어도 하나의 개구를 구비하며, 상기 차폐 부재는 그 적어도 일부가 상기 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합된다. 또한, 상기 프레임 부재는, 길이방향의 양단에 위치하는 제1 접촉부와 제2 접촉부 및 상기 제1 접촉부와 상기 제2 접촉부 사이에 위치하고 상기 개구를 가지는 유지부를 구비한다. 또한, 상기 프레임 부재의 측면 형상은 삼각형, 사각형, 원형, 반원형 중 어느 하나 또는 상기 삼각형, 사각형, 원형 및 반원형 중 둘 이상이 조합된 형상을 가진다.
예시적인 실시예들에 있어서, 요소 농도 측정 장치는 상기 농도 측정기의 초음파 송수신기와 반사체 또는 초음파 송신기와 초음파 수신기에 결합되고 이들을 서로 이격시키는 스페이서를 더 포함한다. 상기 프레임 부재를 구비하는 실시예에 있어서, 상기 스페이서는 상기 프레임 부재의 내측에서 연장한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 요소 농도 측정 장치는 상기 농도 측정기를 지지하는 지지 부재를 더 포함한다. 상기 지지 부재는 상기 요소 농도 측정 장치가 위치하는 요소수 센더 또는 요소수 탱크에 결합된다. 또한, 상기 지지 부재는 상기 농도 측정기의 초음파 송수신기 또는 초음파 송신기를 지지하는 제1 브라켓 및 상기 농도 측정기의 반사체 또는 초음파 수신기를 지지하는 제2 브라켓을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 통공을 가지는 메쉬 구조체, 상기 통공을 가지는 박막 구조체 및 상기 통공을 가지는 다공성 구조체 중 어느 하나를 포함한다. 상기 통공의 크기는 약 20㎛ 내지 약 200㎛의 범위가 될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 공기 배출홀의 크기는 약 1.7mm 내지 약 4mm의 범위가 될 수 있다. 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 상부에 위치하는 상부 공기 배출홀을 포함할 수 있다. 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 하부에 위치하는 하부 공기 배출홀을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 농도 측정 영역에 연결되며 상기 농도 측정 영역으로부터 중력 방향으로 배치된 기포 수집 영역을 구비하고, 상기 농도 측정 영역에서 발생된 기포는 상기 기포 수집 영역으로 이동할 수 있다. 상기 공기 배출홀은 상기 기포 수집 영역에 연통될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 선택적 촉매 환원 시스템용 요소수 탱크에 장착되는 요소수 센더를 제공한다. 실시예의 요소수 센더는, 요소수가 상기 요소수 탱크로부터 흡입되는 흡입관, 상기 요소수가 상기 요소수 탱크로 복귀되는 복귀관, 상기 요소수를 가열하기 위한 가열관, 및 상기 가열관에 결합되는 홀더를 구비한다. 또한, 실시예의 요소수 센더는 전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비한다.
본 발명의 또 다른 측면은 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수를 저장하기 위한 요소수 탱크를 제공한다. 일 실시예의 요소수 탱크는 내부의 바닥벽 상에 결합되는 전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비한다. 또 다른 실시예의 요소수 탱크는 전술한 요소 농도 측정 장치를 갖춘 전술한 요소수 센더를 구비한다.
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치에 의하면, 요소수 내의 기포가 초음파가 전파하는 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지하고 상기 농도 측정 영역 내의 기포를 외부로 배출시키는 차폐 부재에 의해, 요소수는 농도 측정 영역으로 유입하지만, 요소수 내의 기포는 농도 측정 영역으로 침입하지 못하고 내부의 기포는 외부로 용이하게 배출될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치는 기포로 인한 오측정을 일으키지 않으며 신뢰성 높고 정밀한 요소 농도 측정을 실현한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 요소수 센더의 정면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 도시하는 사시도이다.
도 5는 차폐 부재와 프레임 부재가 제거된 도 4에 도시하는 요소 농도 측정 장치를 도시하는 사시도이다.
도 6은 차폐 부재와 프레임 부재가 제거된 도 4에 도시하는 요소 농도 측정 장치를 도시하는 정면도이다.
도 7은 차폐 부재와 프레임 부재를 도시하는 사시도이다.
도 8은 프레임 부재를 도시하는 평면도이다.
도 9는 차폐 부재의 일 예를 도시하는 확대도이다.
도 10은 차폐 부재의 다른 예를 도시하는 확대도이다.
도 11은 차폐 부재의 또 다른 예를 도시하는 확대도이다.
도 12는 프레임 부재의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 13은 프레임 부재의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 14는 프레임 부재의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 15는 프레임 부재의 또 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 16은 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 17은 예시적인 실시예들에 따른 요소수 탱크에 결합되는 요소수 센더를 도시하는 분해 사시도이다.
도 18은 도 17에 도시하는 요소수 탱크를 도시하는 사시도로서, 요소수 탱크의 종단면을 취하여 요소수 센더가 요소수 탱크에 장착되어 있는 것을 도시한다.
도 19는 비교예의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 요소수의 농도 측정치를 도시하는 그래프이다.
도 20은 일 실시예의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 요소수의 농도 측정치를 도시하는 그래프이다.
도 21은 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더를 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 23은 도 21의 요소 농도 측정 장치의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 사시도이다.
도 24는 도 23의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 측면도이다.
도 25는 도 23의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 저면 사시도이다.
도 26은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.
도 27은 도 21의 요소 농도 측정 장치에서 하부 공기 배출홀의 유무에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.
도 28은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.
도 29는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.
도 30은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 변화 안정화 시간을 나타내는 그래프이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 요소 농도 측정 장치의 실시예와 이를 구비하는 요소수 센더 및 요소수 탱크의 실시예를 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일하거나 대응하는 구성요소 또는 부품을 지시한다.
먼저, 도 1 내지 도 18을 참조하여, 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 포괄적으로 설명한다.
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(도 1 및 도 2에서의 100, 도 16에서의 100A)는 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수 내에 침지되어 요소수의 요소 농도를 측정한다(도 1 참조). 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 초음파를 사용하며, 매질(요소수)을 통해 전파하는 초음파의 속도, 세기를 측정한다. 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 초음파를 송신하는 송신기와 송신기로부터 송신되어 매질(요소수)를 통해 전파하는 초음파를 수신하는 초음파 수신기를 구비한다. 따라서, 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이에는 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간이 한정된다. 즉, 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이의 공간에 위치하는 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도, 세기를 측정해 요소 농도를 측정한다. 본 명세서에 있어서, 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이에서 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간은 농도 측정 영역으로 참조된다.
상기 요소 농도 측정 장치는 초음파 농도 측정기를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 요소 농도 측정 장치는 특정 파장을 갖는 전자기파, 레이저 등을 사용하여 매질(요소수)을 통해 전파하는 파동의 성질을 측정하여 상기 요소의 농도를 측정할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 요소 농도 측정 장치는 송신기 및 수신기를 포함하고 상기 송신기와 상기 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파하는 파동을 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 농도 측정기를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)는 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기가 일체로 되어 있는 초음파 송수신기(도 4에서의 111)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)는 초음파 송수신기(111)가 송신한 초음파를 다시 초음파 송수신기로 반사하는 반사체(도 5에서의 112)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에서의 상기 농도 측정 영역은 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에 위치하고 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100A)는 반사체(112)를 구비하지 않으며, 초음파의 진행 방향에서 서로 이격되어 있는 초음파 송신기(도 16에서의 111T)와 초음파 수신기(도 16에서의 111R)를 구비할 수 있다. 이러한 실시예에서의 상기 농도 측정 영역은 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R) 사이에 위치하고 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간을 포함한다.
예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 상기 농도 측정 영역을 요소수에 발생할 수 있는 기포로부터 차단시키기 위한 차폐 부재(도 4에서의 140, 도 10에서의 140A, 도 11에서의 140B)를 구비한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 농도 측정 영역 내에 위치하는 요소수를 상기 농도 측정 영역 외에 위치하는 요소수에 발생한 기포로부터 차단한다. 또한, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 농도 측정 영역을 상기 농도 측정 영역 외에 위치하는 요소수에 포함된 이물질로부터 차단한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부 또는 전체에서 상기 농도 측정 영역의 일부 또는 전체를 에워싸도록 배치될 수 있다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지하는 크기로 된 다수의 통공(도 9에서의 141, 도 10에서의 141A, 도 11에서의 141B)을 가진다. 따라서, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 통공(141, 141A, 141B)에 의해 상기 기포를 스크리닝(screening) 또는 필터링(filtering)하여 상기 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)의 통공(141, 141A, 141B)은 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있고, 그 일부 또는 전체가 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 차폐 부재의 두께방향에서 관통하도록 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 형성될 수 있다.
차폐 부재(140, 140A, 140B)는 그 일단에서 초음파 송수신기(111)에 결합되고 그 타단에서 반사체(112)와 결합하는 식으로 또는 그 일단에서 초음파 송신기(111T)에 결합되고 그 타단에서 초음파 수신기(111R)에 결합하는 식으로 상기 농도 측정 영역을 에워싸도록 배치될 수 있다. 또는, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 차폐 부재를 상기 농도 측정 영역에 유지시키도록 구성된 프레임 부재(도 4에서의 150, 도 12에서의 150A, 도 13에서의 150B, 도 14에서의 150C, 도 15에서의 150D, 도 16에서의 150E)에 의해 상기 농도 측정 영역에 배치될 수 있다. 상기 프레임 부재를 구비하는 실시예에 있어서, 상기 프레임 부재는 그 길이방향의 각 단에서 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 결합되거나, 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 결합된다. 상기 프레임 부재는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 밀봉제 또는 밀봉부재를 개재하여 결합될 수 있다. 즉, 상기 프레임 부재는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 요소수가 상기 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 통해서만 상기 농도 측정 영역 내로 유입하도록 기밀하게 결합될 수 있다. 상기 프레임 부재는 적어도 하나의 개구(도 8에서의 156, 도 12에서의 156A, 도 13에서의 156B, 도 14에서의 156C, 도 15에서의 156D)를 가지며, 상기 차폐 부재는 상기 프레임 부재의 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재의 외면 또는 내면에 부착되거나 상기 프레임 부재와 일체로 성형될 수 있다. 또한, 하나의 차폐 부재가 그 일부 또는 전체에서 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합될 수도 있고, 상기 프레임 부재의 개구와 동수의 차폐 부재가 각 개구에 위치하도록 상기 차폐 부재가 상기 프레임 부재에 결합될 수도 있다. 상기 차폐 부재가 결합된 상기 프레임 부재는 모듈형 부품으로 기능하여 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 용이하게 부착될 수 있다.
실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 요소수 센더(도 1과 도 2에서의 200) 또는 요소수 탱크(도 1과 도 17에서의 300)에의 고정을 위한 지지 부재(도 4에서의 130, 도 16에서의 130A)를 구비한다. 상기 지지 부재는 하나의 부품 또는 둘 이상의 부품으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지 부재는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)를 지지하며, 상기 지지 부재의 일부와 반사체(112)는 일체로 될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 지지 부재는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 지지한다. 상기 지지 부재와 상기 프레임 부재를 갖춘 요소 농도 측정 장치는 하나의 측정용 장치로 구성되어, 요소수 센더와 요소수 탱크에 용이하게 설치될 수 있다.
실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 초음파 송수신기(111T)와 반사체(112) 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 초음파 전파 방향에서 초음파에 의한 측정이 행해질 수 있는 거리만큼 상호 이격시키는 스페이서를 구비한다. 상기 스페이서를 갖춘 실시예에서는, 상기 스페이서는 상기 프레임 부재의 내측에서 연장하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 프레임 부재가 상기 스페이서로서 기능할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에서는, 상기 프레임 부재에 의해 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)가 또는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)가 초음파 전파 방향에서 농도 측정이 행해지도록 이격될 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 18을 다시 참조하여, 요소 농도 측정 장치의 구체적인 실시예들에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치, 요소수 센더 및 요소수 탱크가 적용되는 선택적 촉매 환원 시스템을 개략적으로 도시한다. 도 1을 참조하면, 선택적 촉매 환원 시스템(400)(이하, 간단히 'SCR 시스템(400)'이라 한다)은 내연기관(10)의 배기가스를 후처리한다. 본 발명의 실시예가 적용되는 SCR 시스템(400)이 대상으로 하는 내연기관(10)은 승용차량, 화물차량, 건설기계, 농기계, 선박 등에 장착되는 디젤엔진을 포함하며, 이에 한정되지는 않는다.
SCR 시스템(400)은 내연기관(10)의 배기가스 중 질소산화물(NOx)을 요소수에 포함된 요소를 환원제로 사용하여 촉매반응을 통해 질소와 물로 환원시킨다. SCR 시스템(400)에 사용되는 요소수는 실시예에 따른 요소수 탱크(300) 내에 저장된다. 요소수 탱크(300)의 내부에 저장된 요소수는 요소수 탱크(300)에 장착되는 실시예에 따른 요소수 센더(200)를 통해 SCR 시스템(400)으로 공급된다. 또한, SCR 시스템(400)에서 사용되지 못한 요소수는 요소수 센더(200)를 통해 요소수 탱크(300)로 복귀된다. 일 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)는 요소수 센더(200)에 부착되어 요소수 탱크(300) 내에 위치한다.
SCR 시스템(400)은, 요소와 질소산화물(NOx)이 촉매반응을 통해 환원되는 촉매변환장치(410)와, 촉매변환장치(410)에 요소수를 공급하는 요소수 공급 모듈(420)과, 촉매변환장치(410) 내부로 요소수를 분사하는 요소수 분사 모듈(430)과, 요소수의 공급 및 분사를 제어하는 도징 컨트롤 유닛(dosing control unit)(440)을 구비한다.
촉매변환장치(410)는 내연기관(10)의 배기관로에 배기가스의 흐름방향을 따라 접속된다. 내연기관(10)으로부터의 배기가스 중 질소산화물(NOx)은 촉매변환장치(410) 내에서 요소수 분사 모듈(430)로부터 분사되는 요소수의 요소를 환원제로 하여 질소와 물로 환원된다. 요소수 분사 모듈(430)은 촉매변환장치(410)에 부착되어 있으며, 요소수 공급 모듈(420)에 요소수 공급관(461)을 통해 접속되어 있다. 요소수 분사 모듈(430)은 도징 컨트롤 유닛(440)의 제어 하에 촉매변환장치(410) 내로 요소수를 분사한다.
요소수 공급 모듈(420)은 요소수 공급관(462)과 요소수 복귀관(463)을 통해 요소수 센더(200)에 연결되어 있다. 요소수 공급 모듈(420)은 요소수를 요소수 탱크(300)로부터 흡입하고 요소수를 요소수 탱크(300)에 복귀시키기 위한 펌프 장치를 그 내부에 가진다. 요소수 공급 모듈(420)은 도징 컨트롤 유닛(440)의 제어 하에 요소수 분사 모듈(430)로 적량의 요소수를 공급한다. 또한, 요소수 공급 모듈(420)은 요소수 탱크(300)로부터 흡입한 요소수 중 요소수 분사 모듈(430)로 공급한 나머지의 요소수를 요소수 복귀관(463)을 통해 요소수 탱크(300)로 복귀시킨다.
도징 컨트롤 유닛(440)은 요소수 탱크(300) 내에 위치한 요소 농도 측정 장치(100)로부터의 측정 신호, 촉매변환장치(410)에 설치된 배기가스 온도 센서(451)와 녹스(NOx) 센서(452)로부터의 측정 신호에 근거해 요소수 공급 모듈(420)과 요소수 분사 모듈(430)의 작동을 제어한다. 즉, 도징 컨트롤 유닛(440)은 상기 측정 신호에 근거해 요소수 공급 모듈(420)이 요소수 분사 모듈(430)에 공급하는 요소수의 양과 요소수 분사 모듈(430)이 촉매변환장치(410)에 분사하는 요소수의 양을 제어한다. 또한, 도징 컨트롤 유닛(440)은, 요소수 탱크(300) 내에 배치되고 요소수의 수면의 레벨을 측정하는 센서, 요소수 탱크(300) 내에 배치되고 요소수의 온도를 측정하는 센서로부터 측정 신호를 입력받는다. 또한, 도징 컨트롤 유닛(440)은 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)과 접속되어 있으며, 요소수의 품질(예컨대, 요소수의 요소 농도), 요소수의 레벨, 요소수의 온도 등이 소정 범위를 벗어나는 경우, 그에 관련되는 신호를 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)에 전달한다.
내연기관(10)을 장착한 차량 또는 기계가 요소수의 동결점(예컨대, 영하 11℃) 이하의 온도에서 작동하여 요소수가 동결되면, SCR 시스템(400)은 작동할 수 없다. 동결된 요소수를 해동하기 위해 또한 요소수의 동결을 방지하기 위해, SCR 시스템(400)은 요소수를 가열하기 위한 가열 수단을 구비한다. 도 1에 도시하는 적용예에 있어서, 상기 가열 수단은 가열 열원으로서의 내연기관(10)의 냉각수와 상기 냉각수를 요소수 탱크(300)과 요소수 분사 모듈(430)을 거쳐 순환시키기 위한 관로를 포함한다. 상세하게는, 내연기관(10)의 냉각수는 냉각수 공급관(471)을 통해 내연기관(10)으로부터 요소수 센더(200)에 공급되고 냉각수 복귀관(472)을 통해 요소수 센더(200)로부터 내연기관(10)으로 복귀된다. 또한, 내연기관(10)의 냉각수는 냉각수 공급관(473)을 통해 내연기관(10)으로부터 요소수 분사 모듈(430)에 공급되고 냉각수 복귀관(474)을 통해 요소수 분사 모듈(430)로부터 내연기관(10)에 복귀된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)는 일 실시예의 요소수 센더(200)에 장착되어 일 실시예의 요소수 탱크(300)의 내부에 요소수의 저수위에서도 요소수 내에 침지되도록 배치된다. 도 4 내지 도 10을 참조하면, 일 실시예에의 요소 농도 측정 장치(100)는, 초음파 송수신기(111)와, 초음파의 전파 방향에서 초음파 송수신기(111)와 마주하도록 위치하고 초음파 송수신기(111)로부터의 초음파를 초음파 송수신기(111)로 반사하는 반사체(112)와, 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)를 초음파의 전파 방향에서 이격시키는 스페이서(120)와, 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)를 지지하고 이들을 요소 농도를 측정하기 위한 적소(예컨대, 요소수 탱크(300)의 내부의 적소 또는 요소수 센더(200))에 고정하기 위한 지지 부재(130)를 구비한다.
초음파 송수신기(111)는 초음파를 송신하는 송신기와 초음파를 수신하는 수신기를 일체로 구비한다. 초음파 송수신기(111)를 구성하는 송신기와 수신기는, 압전소자를 가지는 다수의 트랜스듀서를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 반사체(112)는 스페이서(130)에 의해 초음파에 의해 요소 농도의 양호한 측정이 행해지는 거리만큼 초음파 송수신기(111)로부터 이격되어 있다. 초음파 송수신기(111)는 반사체(112)와 마주하고 원뿔대의 형상의 송수신부(114)를 가지며, 송수신부(114)의 반사체(112)와 마주하는 평평한 면이 송수신면(115)이 될 수 있다. 초음파 송수신기(111)는 송수신면(115)으로부터 다수의 펄스파 형태로 초음파를 반사체(112) 쪽으로 송신한다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)의 초음파 전파 방향은 초음파 송수신기(111)로부터 반사체(112)를 향하는 방향과 반사체(112)로부터 초음파 송수신기(111)를 향하는 방향을 포함한다. 또한, 초음파 송수신기(111)는 초음파 송수신기(111)로부터 연장하는 전선(116)을 가진다. 전선(116)은 전술한 도징 컨트롤 유닛(440)에 접속되거나 또는 요소수 센더(200)의 회로기판에 접속된다. 초음파 송수신기(111)에서의 측정 신호는 전선(116)을 통해 도징 컨트롤 유닛(440) 또는 요소수 센더(200)의 회로기판에 전달된다.
이 실시예에 있어서, 지지 부재(130)는, 금속제의 평판 또는 일부가 절곡된 금속제의 판으로 이루어지는 제1 브라켓(131)과 제2 브라켓(132)을 포함한다. 제1 브라켓(131)은 초음파 송수신기(111)와 결합되어 있고 제2 브라켓(132)은 반사체(112)와 일체로 될 수 있다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 반사체(112)는 제2 브라켓(132)의 초음파 송수신기(111)와 마주하는 표면을 포함한다.
또한, 이 실시예에 있어서, 스페이서(120)는 동일 길이의 바 형상을 가지는 3개의 스페이서 바(121, 122, 123)를 포함한다. 스페이서 바(121, 122, 123)는 등간격으로 배치되며, 그 일단에서 초음파 송수신기(111)에 제1 브라켓(131)을 통해 나사결합되어 있고, 그 타단에서 반사체(112) 및 제2 브라켓(132)에 나사결합되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 스페이서(120)는 판 형상의 부재를 포함할 수 있다.
초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 스페이서 바(121, 122, 123)를 따라 연장하는 공간으로 유입한 요소수를 통해 초음파 송수신기(111)로부터의 초음파가 반사체(112)로 전파하고 반사체(112)로부터의 초음파가 초음파 송수신기(111)로 전파한다. 이 실시예에 있어서, 초음파가 요소수를 통해 전파하는 상기 공간은 적어도 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에 위치하는 공간을 포함한다. 따라서, 이 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)의 농도 측정 영역(113)은, 도 6에 개략적으로 도시하는 바와 같이, 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에 위치하고 초음파가 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 전파하는 공간을 포함한다.
도 2 내지 도 4 및 도 7 내지 도 10을 참조하면, 요소 농도 측정 장치(100)는 농도 측정 영역(113)을 요소수 내의 기포로부터 차단하는 차폐 부재(140)와, 차폐 부재(140)를 고정하여 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 농도 측정 영역(113)을 에워싸도록 차폐 부재(140)를 위치시키는 프레임 부재(150)를 구비한다. 차폐 부재(140)는 프레임 부재(150)에 의해 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)의 사이에 개재되어 농도 측정 영역(113)의 일부 또는 전체를 에워싼다.
차폐 부재(140, 140A, 140B)는 농도 측정 영역(113) 외부에 위치하는 요소수 내의 기포로부터 농도 측정 영역(113)을 차단하도록 구성되어 있다. 차폐 부재(140)는 다수의 미세한 통공(141, 141A, 141B)을 가진다. 통공(141, 141A, 141B)은 요소수의 농도 측정 영역(113) 내로의 유입은 허용하고 요소수 내에 발생하는 기포의 농도 측정 영역(113) 내로의 침입은 방지하는 크기를 가진다.
일 실시예에 있어서, 차폐 부재(140)는 메쉬 구조체를 포함하며, 이 경우, 통공(141)은 상기 메쉬 구조체의 하나의 눈으로 될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 차폐 부재(140A)는 다수의 미세한 통공(141A)을 가지는 박막 구조체를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 차폐 부재는 다수의 미세한 통공(141B)을 가지는 다공성 구조체를 포함한다. 즉, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)의 차폐 부재는 요소수의 농도 측정 영역(113) 내로의 유입은 허용하고 요소수 내의 기포의 농도 측정 영역(113) 내로의 침입은 방지하는 크기로 된 다수의 통공(141, 141A, 141B)을 가지는 메쉬 구조체, 박막 구조체 또는 다공성 구조체를 포함한다. 이러한 메쉬 구조체, 박막 구조체 또는 다공성 구조체는 내식성 금속 재료 또는 합성수지 재료로 형성될 수 있다.
내연기관(10)을 채용하는 차량 또는 기계의 운전 환경을 고려할 때, 요소수에 발생하는 기포의 크기는 다양하다. 따라서, 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 형성되는 통공(141, 141A, 141B)의 크기의 최소치는 요소수의 농도 측정 영역(113) 내로의 통과는 허용하면서도 기포는 차단할 수 있을 정도로 정해진다. 또한, 통공(141, 141A, 141B)의 크기의 최대치는 요소수 내의 기포 또는 이물질을 신뢰성 높게 차단할 수 있을 정도로 정해진다. 일예로서, 통공(141, 141A, 141B)의 크기는 0.01㎜ 내지 0.4㎜의 범위이다. 상기 통공의 크기가 0.01㎜ 미만인 경우, 요소수가 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 통해 농도 측정 영역(113) 내로 원활하게 유입하지 못할 수 있다. 또, 상기 통공의 크기가 0.4㎜ 보다 큰 경우, 요소수 내의 기포 또는 기타 다른 이물질의 농도 측정 영역(113) 내로 침입을 방지하는 차폐 부재(140, 140A, 140B)의 성능이 나빠질 수 있다. 또 다른 예로서, 요소수 내의 기포 또는 이물질의 더욱 효과적인 차단을 고려할 때, 상기 통공(141, 141A, 141B)의 크기의 범위는 0.02㎜ 내지 0.2㎜가 될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 통공은 삼각형, 사각형, 마름모형, 원형, 타원형을 가질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 통공의 형상과 관련하여, 상기 통공의 크기는, 통공이 삼각형인 경우 그 한변의 길이, 통공이 정사각형, 직사각형 또는 마름모형인 경우 그 대각선의 길이, 통공이 대략 원형인 경우 직경의 길이, 통공이 대략 타원형인 경우 그 장축의 길이로 정의될 수 있다.
도 9는 메쉬 구조체를 포함하는 차폐 부재의 일 예를 도시한다. 도 9에 도시하는 메쉬 구조체의 차폐 부재(140)는 스테인리스 스틸(예컨대, SUS304 또는 SUS316)로 이루어진 강선(142, 143)을 평직(plain weave), 능직(twill weave), 첩직(dutch weave), 능첩직(twilled dutch weave) 등의 방식으로 직조하여 형성될 수 있다. 강선(142)의 두께는 대략 0.04mm이다. 차폐 부재(140)가 구비하는 통공(141)은 경사(經絲)로서의 강선(142)과 위사(緯絲)로서의 강선(143)이 한정하는 하나의 눈을 포함한다. 통공(141)의 형상은 정사각형 또는 직사각형이며, 그 대각선 방향에서의 길이는 대략 0.044mm이다. 차폐 부재(140)가 스테인리스 스틸의 강선(142, 143)으로 이루어지므로, 차폐 부재(140)를 통해 요소수의 동결을 방지하기 위한 열전달이 양호하게 행해질 수 있다. 다른 예로서, 전술한 메쉬 구조체의 차폐 부재(140)는 합성수지사를 직조하여 형성될 수도 있다. 도 10은 박막 구조체를 포함하는 차폐 부재의 일 예를 도시한다. 도 10에 도시하는 차폐 부재(140A)는 내식성 금속제의 박막(144)과 이를 두께방향에서 관통하여 형성된 다수의 통공(141A)을 포함한다. 도 11은 차폐 부재의 또 다른 예를 도시한다. 도 11에 도시하는 차폐 부재(140B)는 크기가 다른 다수의 통공(141B)을 가지는 다공성 구조체(145)를 포함한다.
도 4, 도 7 및 도 8을 참조하면, 프레임 부재(150)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 고정하여 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 초음파 송수신기(111)와 반사체(112) 사이에서 농도 측정 영역(113)을 에워싸도록 위치시킨다. 프레임 부재(150)는 합성수지 재료 또는 금속 재료로 형성될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 프레임 부재(150)는 제1 및 제2 브라켓(131, 132)에 의해 협지되어, 그 일단에서 초음파 송수신기(111)와 결합하고, 그 타단에서 반사체(112)에 결합된다. 프레임 부재(150)는 중공의 삼각통의 형상을 가진다. 프레임 부재(150)는, 그 길이방향의 양단에 위치하고 제1 및 제2 브라켓(131, 132)과 각각 접촉하는 제1 및 제2 접촉부(151, 152)와, 제1 및 제2 접촉부(151, 152) 사이에 위치하고 적어도 하나의 개구(156)를 가지는 유지부(153)를 구비한다. 제1 접촉부(151)는 그 길이방향의 외단면에서 제1 브라켓(131)과 접촉하고, 제2 접촉부(152)는 그 길이방향의 외단면에서 제2 브라켓(132)과 접촉한다. 제1 접촉부(151)의 길이방향의 외단면과 제2 접촉부(152)의 길이방향의 외단면은 평평한 표면을 가져, 프레임 부재(150)는 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 또는 제1 브라켓(131)과 제2 브라켓(132)에 기밀하게 결합될 수 있다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 유지부(153)에 고정된다. 유지부(153)는 프레임 부재(150)의 길이방향으로 연장하는 3개의 가로 바(154)와 가로 바(154)의 중간에서 이웃하는 가로 바(154) 사이에서 연장하는 3개의 세로 바(155)를 포함한다. 따라서, 가로 바(154)와 세로 바(155) 사이에 6개의 개구(156)가 형성되며, 요소수는 차폐 부재(140, 140A, 140B)와 개구(156)를 통해 농도 측정 영역(113)의 내부로 유입하거나 외부로 유출할 수 있다. 가로 바(154)의 외면은 프레임 부재(150)의 둘레방향에서 만곡된 표면을 포함한다. 프레임 부재(150)는 농도 측정 영역(113)의 내부와 외부를 통하게 하는 기포 배출구(157)를 구비한다. 기포 배출구(157)를 통해 농도 측정 영역(113) 내로 침입할 수 있는 기포가 농도 측정 영역(113) 외부로 배출될 수 있다. 도 7에 도시하는 예에서, 기포 배출구(157)는 제2 접촉부(152)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 홈의 형상으로 형성되어 있다. 기포 배출구(157)의 개수와 위치가 도시하는 예에 한정되지는 않는다.
차폐 부재(140, 140A, 140B)는 그 일부가 개구(156)에 위치하도록 프레임 부재(150)의 유지부(153)에 결합된다. 이 실시예에서는, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 가로 바(154)의 만곡된 외면과 세로 바(155)의 외면에 접착 방식으로 부착된다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)와 프레임 부재(150) 간의 고정의 다른 예로서, 프레임 부재(150)가 합성수지로 이루어지는 경우, 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 성형 금형 내에 배치한 후 사출 성형에 의해 차폐 부재(140, 140A, 140B)와 프레임 부재(150)가 일체로 형성될 수 있다. 도 7에 도시하는 예에서는, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 유지부(153)의 전체에 부착되어 있지만, 다른 예로서, 개구(156)와 동수의 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 각 개구에 위치할 수도 있다.
차폐 부재(140, 140A, 140B)가 부착된 프레임 부재(150)는 스페이서 바(121, 122, 123)가 그 내부에 위치하여 그 내부에서 연장하도록 제1 및 제2 브라켓(131, 132) 사이에 개재된다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 부착된 프레임 부재(150)가 제1 및 제2 브라켓(131, 132) 사이에 개재되면, 초음파 송수신기(111)의 원뿔대 형상의 송수신부(114)가 제1 접촉부(151) 내로 끼워지게 되어, 프레임 부재(150)는 제1 및 제2 브라켓(131, 132) 사이에 요동 없이 위치한다. 일 예로, 초음파 송수신기(111)에 스페이서 바(121, 122, 123)가 결합된 상태에서, 스페이서 바(121, 122, 123)가 프레임 부재(150)의 내부에 삽입되도록 프레임 부재(150)를 위치시키고, 반사체(112) 및 제2 브라켓(132)을 스페이서 바(121, 122, 123)의 타단에 나사결합하여, 프레임 부재(150)가 농도 측정 영역(113)에 위치할 수 있다. 따라서, 프레임 부재(150)는 일단에서 제1 브라켓(131)을 통해 초음파 송수신기(111)와 기밀하게 결합되고, 타단에서 제2 브라켓(132)을 통해 반사체(112)에 기밀하게 결합된다. 다른 실시예에 있어서, 프레임 부재(150)와 제1 브라켓(131) 및 제2브라켓(132) 사이에는 배치되는 밀봉제 또는 밀봉 부재에 의해 프레임 부재(150)가 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)에 기밀하게 결합될 수 있다.
도 12 내지 도 15는 실시예의 요소 농도 측정 장치에 채용되는 프레임 부재의 여러 예를 도시한다. 도 12에 도시하는 프레임 부재(150A)는 중공의 사각통 형상을 가진다. 프레임 부재(150A)는 사각형의 제1 및 제2 접촉부(151A, 152A)와, 제1 및 제2 접촉부(151A, 152A)의 사이에서 연장하는 4개의 가로 바(154A)와, 가로 바(154A)의 중간에서 이웃하는 가로 바(154A) 사이에서 연장하는 4개의 세로 바(155A)를 가진다. 가로 바(154A)와 세로 바(155A) 사이에 6개의 개구(156A)가 형성되어 있으며, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부가 개구(156A)에 위치하도록 프레임 부재(150A)에 결합된다. 제2 접촉부(152A)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 기포 배출구(157A)가 형성되어 있다.
도 13에 도시하는 프레임 부재(150B)는 중공의 원통 형상을 가진다. 프레임 부재(150B)는 링형상의 제1 및 제2 접촉부(151B, 152B)와, 제1 및 제2 접촉부(151B, 152B)의 사이에서 연장하는 4개의 가로 바(154B)를 가진다. 제1 및 제2 접촉부(151B, 152B)와 가로 바(154B)의 사이에 4개의 개구(156B)가 형성되어 있으며, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부가 개구(156B)에 위치하도록 프레임 부재(150B)에 결합된다. 제2 접촉부(152B)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 기포 배출구(157B)가 형성되어 있다.
도 14에 도시하는 프레임 부재(150C)는 중공의 사각통의 형상의 하반부와 중공의 반원통의 형상의 상반부를 가진다. 프레임 부재(150C)의 제1 및 제2 접촉부(151C, 152C)는 상부는 반원형이고 하부는 사각형이다. 프레임 부재(150C)는 제1 및 제2 접촉부(151C, 152C) 사이에서 연장하는 5개의 가로 바(154C)를 가지며, 제1 및 제2 접촉부(151C, 152C)와 가로 바(154C)의 사이에 5개의 개구(156C)가 형성되어 있다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 적어도 일부가 개구(156C)에 위치하도록 프레임 부재(150C)에 결합된다. 제2 접촉부(152C)의 길이방향에서의 외단면의 상측에 기포 배출구(157C)가 형성되어 있다.
도 15에 도시하는 프레임 부재(150D)는, 도 14에 도시하는 프레임 부재(150C)와 유사한 형상을 가진다. 즉, 프레임 부재(150D)의 하반부는 중공의 사각통 형상이고 상반부는 중공의 반원통의 형상이다. 프레임 부재(150D)는 하반부의 바닥에 하나의 개구(156D)를 가지며, 개구(156D)에 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 위치한다. 또한, 프레임 부재(150D)는 상반부의 상단에서 상방으로 돌출한 돌기(158D)를 가지며, 이 돌기(158D)를 관통해 기포 배출구(157D)가 형성되어 있다.
도 7 및 도 12 내지 도 15에 도시하는 바와 같이, 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 고정하는 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D)의 측면 형상은 삼각형, 사각형, 원형 및 반원형 중 어느 하나, 또는 삼각형, 사각형, 원형 및 반원형 중 둘 이상이 조합된 형상을 가질 수 있다. 이러한 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D)의 측면 형상에 상보적으로 대응하도록, 지지 부재(130), 초음파 송수신기(111) 및 반사체(112)가 형성될 수 있다. 또한, 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 고정되는 유지부(153)에 적어도 하나의 개구(156, 156A, 156B, 156C, 156D)를 가진다. 또한, 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 상기 프레임 부재의 외면 또는 내면에 부착될 수도 있고, 프레임 부재와 일체로 성형될 수도 있다.
도 16은 반사체를 구비하지 않는 다른 실시예의 요소 농도 측정 장치를 개략적으로 도시한다. 도 16에 도시하는 요소 농도 측정 장치(100A)는, 초음파를 송신하는 초음파 송신기(111T)와, 초음파 송신기(111T)로부터 송신되고 요소수를 통해 전파한 초음파를 수신하는 초음파 수신기(111R)와, 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 지지하는 지지 부재(130A)를 구비한다. 지지 부재(130A)는 요소수 센더(200) 또는 요소수 탱크(300)의 내부의 바닥벽에 결합된다. 지지 부재(130A)는 초음파 송신기(111T)를 지지하는 제1 브라켓(131A)과 초음파 수신기(111R)를 지지하는 제2 브라켓(132A)을 포함한다.
초음파 송신기(111T)가 송신한 초음파는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R) 사이의 공간에 유입한 요소수를 통해 초음파 수신기(111R)로 전파한다. 따라서, 요소 농도 측정 장치(100A)의 농도 측정 영역(113A)은 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R) 사이에 초음파가 요소수를 통해 전파하는 상기 공간을 포함한다.
요소 농도 측정 장치(100A)는 농도 측정 영역(113A)에 배치되어 농도 측정 영역(113A)으로 기포가 침입하는 것을 방지하는 전술한 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 구비한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 농도 측정 영역(113A)을 에워싸도록 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 부착될 수 있다. 이 실시예의 요소 농도 측정 장치(100A)는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)에 결합되어 농도 측정 영역(113A)에 배치되고 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 유지하는 프레임 부재(150E)를 구비한다. 프레임 부재(150E)는 전술한 프레임 부재(150)와 유사하게 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 개구를 구비한다. 차폐 부재(140, 140A, 140B)는 프레임 부재(150E)의 개구에 위치하도록 프레임 부재(150E)에 고정된다. 프레임 부재(150E) 대신에, 전술한 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D) 중 하나가 요소 농도 측정 장치(100A)에 사용될 수 있다. 또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, 요소 농도 측정 장치(100A)는 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)를 초음파의 전파 방향에서 이격시키는 스페이서(121A)를 구비할 수 있다.
전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)를 고정하는 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D, 150E)를 구비한다. 다른 실시예의 요소 농도 측정 장치는 프레임 부재(150, 150A, 150B, 150C, 150D, 150E)와 스페이서(120)가 일체로 된 구조체를 구비할 수 있다. 예컨대, 상기 구조체는 농도 측정 영역(113, 113A)에 통하는 적어도 하나의 개구를 구비할 수 있고, 이 개구에 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 위치할 수 있으며, 이러한 구조체의 양단에 각각 초음파 송수신기(111)와 반사체(112)가 결합되거나 초음파 송신기(111T)와 초음파 수신기(111R)가 결합될 수 있다.
실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)에서는, 농도 측정 영역(113, 113A)을 적어도 부분적으로 에워싸는 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 의해, 요소수 탱크(300) 내의 요소수 내의 기포는 농도 측정 영역(113, 113A) 내로 침입할 수 없다. 따라서, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 기포가 발생시키는 오측정의 가능성을 배제시킨다. 또한, 차폐 부재(140, 140A, 140B)가 금속 재료로 이루어지는 경우, 농도 측정 영역(113, 113A) 내에 위치한 요소수에도 열전달이 용이하게 행해져, 농도 측정 영역(113, 113A) 내의 동결된 요소수가 용이하게 해동될 수 있거나 동결이 방지될 수 있다.
전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100, 100A)는 그 지지 부재(130, 130A)에 의해 실시예에 따른 요소수 센더(200)에 부착되어 요소수 탱크(300) 내의 요소수에 침지되도록 배치된다. 도 2, 도 3, 도 17 및 도 18을 참조하여, 전술한 요소 농도 측정 장치(100)를 구비하는 실시예에 따른 요소수 센더(200)를 설명한다.
요소수 센더(200)는 요소수 탱크(300)의 탱크 바디(310)에 제거가능하게 장착된다. 일 실시예에 있어서, 요소수 센더(200)는, 탱크 바디(310) 내의 요소수가 흡입되는 흡입관과, 요소수 분사 모듈(430)에 공급되지 않은 요소수가 탱크 바디(310)로 복귀되는 복귀관을 구비한다. 또, 요소수 센더(200)는 동결된 요소수를 해동하거나 요소수의 동결을 방지하도록 요소수를 가열하는 가열관을 구비한다. 또한, 요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내의 요소수의 수면을 측정하기 위한 센서(예컨대, 도 3에 도시하는 요소수 레벨 센서(260)), 요소수의 온도를 측정하기 위한 센서(도시하지 않음), 요소수의 요소 농도를 측정하기 위한 센서(예컨대, 전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100, 100A))를 구비한다. 요소수 센더(200)는 상기 흡입관, 복귀관, 가열관 등을 유지하고 탱크 바디(310)에 제거가능하게 부착되는 지지체를 구비한다. 상기 흡입관, 복귀관, 가열관 등은 상기 지지체를 관통하여 탱크 바디(310) 내부로 연장하도록 상기 지지체에 마련된다.
요소수 센더(200)는 상기 지지체로서 기능하며 탱크 바디(310)에 제거 가능하게 장착되는 센더 헤드(210)를 가진다. 센더 헤드(210)는 상기 흡입관, 복귀관, 가열관과 통하는 유체 통로가 형성되고 회로기판이 장착되는 하우징(211)을 포함한다. 하우징(211)은 기초를 형성하는 원판부와 원판부의 상방으로 반원기둥 형상으로 돌출한 돌출부를 가진다. 요소수 센더(200)는 센더 헤드(210)의 하우징(211)의 상기 원판부에서 요소수 탱크(300)의 탱크 바디(310)에 형성된 장착공(315)에 플랜지(212)와 패킹(213)을 개재하여 나사 체결을 사용해 장착된다. 상기 돌출부의 내부에, 전술한 센서들로부터의 전선이 접속되는 회로기판이 장착되고, 상기 돌출부는 캡(214)에 의해 폐쇄되어 있다. 이러한 회로기판은 하우징(211)의 돌출부의 측면에 마련된 커넥터(215)와 전기 접속되어 있다. 커넥터(215)에는 SCR 시스템(400)의 도징 컨트롤 유닛(440)으로부터 연장하는 전선에 마련된 대응하는 커넥터가 전기적으로 접속된다. 따라서, 요소수 센더(200)에 배치되는 전술한 센서로부터의 측정 신호가 SCR 시스템(400)의 도징 컨트롤 유닛(440)에 전달된다.
센더 헤드(210)에는 내연기관(10)의 냉각수 공급관(471), 내연기관(10)의 냉각수 복귀관(472), 요소수 공급 모듈(420)의 요소수 공급관(462) 및 요소수 공급 모듈(420)의 요소수 복귀관(463)과의 접속을 위한 제1 내지 제4 관 접속구(221, 222, 223, 224)가 마련되어 있다. 또, 센더 헤드(210)에는 탱크 바디(310)의 내부와 외부를 소통시키는 에어벤트 관(225)이 마련되어 있다.
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내부의 요소수가 흡입되는 흡입관(231)과 요소수 공급 모듈(420)로부터 복귀하는 요소수가 탱크 바디(310) 내부로 복귀되는 복귀관(232)을 구비한다. 탱크 바디(310) 내부의 요소수는 요소수 공급 모듈(420) 내부의 펌프 장치에 의해 흡입관(231)을 통해 요소수 공급 모듈(420)로 전달된다. 흡입관(231)의 상단은 센더 헤드(210)의 하우징(211)의 하면에 연결되어 있고 제3 관 접속구(223)에 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 연통한다. 흡입관(231)은 하우징(211)으로부터 하방으로 연장한다. 복귀관(232)은 그 상단에서 하우징(211)의 하면에 연결되어 있고 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 제4 관 접속구(224)와 연통한다. 복귀관(232)의 하단은 하우징(211)의 하면보다 약간 하방에 위치한다. 요소수 공급 모듈(420)로부터의 요소수는 요소수 공급 모듈(420) 내부의 펌프 장치에 의해 복귀관(232)을 통해 탱크 바디(310) 내부로 복귀된다.
요소수 센더(200)는 동결된 요소수를 해동하고 요소수의 동결을 방지하기 위한 가열 수단의 일부로서 가열관(240)을 구비한다. 가열관(240)은 하나의 관으로 이루어져, 그 일단과 타단에서 하우징(211)의 하면에 연결되어 있다. 가열관(240)의 일단은 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 제1 관 접속구(221)와 연통하고 가열관(240)의 타단은 하우징(211)을 관통한 유체 통로를 통해 제2관 접속구(222)와 연통한다. 가열관(240)은 하우징(211)의 하면으로부터 대략 수직으로 연장하는 한 쌍의 수직부(241)와, 일측의 수직부(241)의 단부에서 타측의 수직부(241)의 단부로 수직부(241)에 수직하게 또는 센더 헤드(210)의 하면에 평행하게 연장하며 C자형 또는 U자형으로 만곡된 만곡부(242)를 포함한다. 내연기관(10)으로부터의 냉각수는 냉각수 공급관(471)으로부터 제1 관 접속구(221)를 통해 가열관(240) 내로 유입한 후 다시 제2 관 접속구(222)를 통해 유출된다. 가열관(240) 내부를 지나는 내연기관(10)의 냉각수에 의해 탱크 바디(310) 내의 요소수의 동결이 방지되거나 동결된 요소수가 해동될 수 있다. 가열관(240)의 다른 예로서, 가열관(240)은 코일 형상으로 감긴 부분을 포함할 수도 있다.
요소수 센더(200)는 전술한 센서의 부착을 위한 홀더(251, 252)를 가진다. 홀더(251, 252)는 가열관(240)의 만곡부(242)의 형상에 대응하는 상판(251)과 하판(252)으로 이루어지며, 상판(251)과 하판(252)은 나사 체결에 의해 상호 결합된다. 가열관(240)의 만곡부(242)는 상판(251)과 하판(252) 사이에서 이들의 외주를 따라 연장한다. 흡입관(231)의 하단에 위치하는 흡입구는 상판(251)과 하판(252)의 사이에 위치한다.
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내에 저장되어 있는 요소수의 수면의 레벨을 측정하기 위한 요소수 레벨 센서(260)를 구비한다. 요소수 레벨 센서(260)는 다수의 리드 스위치가 길이방향을 따라 내부에 배치되어 있는 가이드 관(261)과, 가이드 관(261)이 끼워지고 자성체를 포함하며 요소수의 수면에 뜰 수 있는 플로트(262)를 포함한다. 가이드 관(261)은 그 일단에서 하우징(211)의 하면에 부착되어 있고, 가이드 관(261)의 타단은 홀더(261, 262)에 결합되어 있다. 가이드 관(261) 내부의 리드 스위치로부터의 신호는 하우징(211) 내의 회로기판을 거쳐 도징 컨트롤 유닛(440)으로 전달된다. 플로트(262)는 가이드 관(261)을 따라 상하로 이동가능하다. 플로트(262)가 가이드 관(261)을 따라 요소수의 레벨 변화에 따라 이동함에 따라 요소수의 수면의 레벨이 측정될 수 있다.
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내의 요소수의 온도를 측정하기 위한 요소수 온도 센서(도시하지 않음)를 구비한다. 상기 요소수 온도 센서는 요소수 레벨 센서(260)의 가이드 관(261)의 하단에 흡입관(231)의 흡입구의 높이에 대응하는 높이에 배치될 수 있다. 상기 요소수 온도 센서의 측정 신호는 하우징(211)의 회로기판을 거쳐 도징 컨트롤 유닛(440)에 전달된다. 도징 컨트롤 유닛(440)은 상기 요소수 온도 센서의 측정 신호에 근거해 요소수의 온도가 소정치 미만으로 내려가면 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)에 신호를 보내고, 내연기관(10)의 엔진제어유닛(11)은 도징 컨트롤 유닛(440)의 신호에 응답해 내연기관(10)의 냉각수가 가열관(240)을 거쳐 순환하도록 내연기관(10)을 제어한다.
요소수 센더(200)는 탱크 바디(310) 내의 요소수의 요소 농도를 측정하기 위해 전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)를 구비한다. 도 2, 도 3, 도 17 및 도 18에 도시하는 실시예에 있어서, 요소 농도 측정 장치(100)의 제1 및 제2 브라켓(131, 132)은 상기 홀더의 하판(252)에 볼트-너트 체결 또는 나사 체결에 의해 부착되어, 요소 농도 측정 장치(100)는 가열관(240)의 만곡부(242)에 인접하게 위치한다. 요소 농도 측정 장치(100)의 초음파 송수신기(111)에서 연장하는 전선(116)은 하우징(211) 내부의 회로기판에 접속되어 있다. 요소 농도 측정 장치(100)의 측정 신호는 상기 회로기판을 거쳐 도징 컨트롤 유닛(440)에 전송되며, 도징 컨트롤 유닛(440)은 요소 농도 측정 장치(100)의 측정 신호에 근거해 요소수 공급 모듈(420)의 요소수 공급량과 요소수 분사 모듈(430)의 요소수 분사량을 제어한다.
전술한 실시예의 요소수 센더(200)는 요소수의 가열을 위한 가열관(240)을 구비하지만, 다른 실시예의 요소수 센더는 이러한 가열관(240)을 구비하지 않을 수도 있다. 이러한 실시예의 요소수 센더에서는, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)는 흡입관(231) 등에 지지 부재를 사용해 부착되거나 하우징(211)으로부터 하방으로 연장하는 유지 부재에 부착될 수도 있다. 또한, 다른 실시예의 요소수 센더는 요소수 레벨 센서(260)나 요소수 온도 센서를 구비하지 않을 수도 있다.
도 17 및 도 18에 도시하는 일 실시예에 따른 요소수 탱크(300)에는 전술한 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)가 부착된 요소수 센더(200)가 장착된다. 다른 예로서, 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)는 요소수 탱크(300)의 탱크 바디(310)의 바닥벽(313)에 제1 브라켓(131)과 제2 브라켓(132)이 결합되어 요소수 탱크(300)에 장착될 수 있다.
요소수 탱크(300)는 요소수를 저장하기 위한 탱크 바디(310)를 포함한다. 탱크 바디(310)의 상벽(311)에는 요소수 센더(200)의 센더 헤드(210)가 장착되는 장착공(315)이 형성되어 있다. 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)를 구비하는 요소수 센더(200)가 센더 헤드(210)와 탱크 바디(310)의 상벽(311)이 결합되어 탱크 바디(310)에 분리가능하게 고정된다.
또한, 탱크 바디(310)의 상벽(311)과 측벽(312) 사이에는 경사벽(314)이 형성되어 있고, 경사벽(314)에는 요소수 주입을 위한 플러그(320)가 장착되는 장착공(316)이 형성되어 있다. 플러그(320)는 장착공(316)에 제거가능하게 장착된다. 플러그(320)의 주입구는 캡(321)에 의해 개폐 가능하다. 또한, 요소수 탱크(300)에는, 탱크 바디(310) 내의 요소수의 수위를 시각적으로 확인하게 하는 인디케이터(330)가 경사벽(314)에 탱크 바디(310)의 상벽(311)에 가깝게 마련되어 있다. 인디케이터(330)는 투명관과 그 안에 배치된 플로트를 구비한다. 인디케이터(330)의 상기 투명관은 그 상단과 하단에서 탱크 바디(310)의 내부와 연통한다. 따라서, 요소수가 탱크 바디(310) 내에 대략 만수위로 주입될 때, 요소수의 수위가 투명관 내의 플로트를 통해 시각적으로 확인될 수 있다.
전술한 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)는 차폐 부재(140, 140A, 140B)에 의해 초음파가 전파하는 농도 측정 영역(113, 113A)을 요소수 내의 기포로부터 격리시킨다. 따라서, 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)는 요소수 내의 기포에 의해 영향을 받지 않으며 요소수의 농도를 정밀하게 측정할 수 있다. 요소수 내의 기포가 발생시키는 오측정을 확인하고 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)의 성능을 확인하기 위해, 비교예의 요소 농도 측정 장치와 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)를 사용하여 요소수의 농도 측정 시험이 행해졌다. 상기 시험에 사용된 비교예의 요소 농도 측정 장치로서, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이 실시예에 따른 요소 농도 측정 장치(100)로부터 차폐부재(140)와 프레임 부재(150)가 제거된 것이 사용되었다. 상기 시험에서는, 약 32.5wt% 농도의 요소수를 수조에 담고, 상기 수조내의 요소를 교반하여 요소수 내에 기포를 발생시켰다. 기포가 함유된 요소수 내에 상기 비교예의 요소 농도 측정 장치를 침지시키고 약 20분간 요소수의 요소 농도 측정이 행해졌다. 또한, 이러한 기포가 발생된 요소수 내에 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)를 침지시키고 약 20분간 요소수의 요소 농도 측정이 행해졌다.
도 19는 상기 시험을 통해 상기 비교예의 요소 농도 측정 장치에 의해 측정된 요소수의 요소 농도 측정치를 도시하는 그래프이다. 도 19로부터, 차폐 부재(140)를 구비하지 않는 비교예의 요소 농도 측정 장치는, 수조 내의 요소수의 요소 농도가 불변함에도 불구하고, 약 22wt% 내지 약 34wt% 범위에 걸치는 요소 농도 측정치를 출력함을 알 수 있다. 이는, 요소수 내의 기포가 초음파가 전파하는 농도 측정 영역(113)으로 침입하여 전파하는 초음파를 굴절시키거나 산란시켜 전파하는 초음파의 속도와 세기를 불규칙적으로 변동시켰기 때문이다. 도 20은 상기 시험을 통해 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)에 의해 측정된 요소수의 농도 측정치를 도시하는 그래프이다. 도 20으로부터, 실시예의 요소 농도 측정 장치(100)는 약 32.5wt%의 요소수의 농도 측정치를 지속적으로 출력함을 알 수 있다. 이는, 차폐 부재(140)에 의해 요소수 내의 기포가 초음파의 농도 측정 영역으로 침입하는 것이 차단되기 때문이다.
이하에서는, 복수개의 통공들과 함께 공기 배출홀을 갖는 차폐 부재를 포함하는 요소 농도 측정 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 21은 예시적인 실시예들에 따른 요소 농도 측정 장치를 구비하는 요소수 센더를 나타내는 사시도이다. 도 22는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 나타내는 도면이다. 도 23은 도 21의 요소 농도 측정 장치의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 사시도이다. 도 24는 도 23의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 측면도이다. 도 25는 도 23의 차폐 부재와 프레임 부재를 나타내는 저면 사시도이다.
도 21 내지 도 25를 참조하면, 요소 농도 측정 장치(100)는 농도 측정 영역(113, 도 6 참조)에 있는 요소수를 통해 전파되는 파동을 검출하여 요소 농도를 측정하는 농도 측정기 및 상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되는 차폐 부재(140)를 포함할 수 있다. 상기 농도 측정기는 상기 파동을 발생시켜 송신하는 송신기 및 상기 농도 측정 영역에 있는 요소수를 통해 전파되는 파동을 수신하는 수신기를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 농도 측정기는 초음파를 이용한 초음파 농도 측정기일 수 있다. 상기 초음파 농도 측정기는 초음파 송신기와 초음파 수신기가 일체로 되어 있는 초음파 송수신기(111, 도 4 참조) 및 초음파 송수신기(111)가 송신한 초음파를 다시 초음파 송수신기로 반사하는 반사체(112, 도 5 참조)를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 초음파 농도 측정기는 초음파의 진행 방향에서 서로 이격되어 있는 초음파 송신기(111T, 도 16 참조)와 초음파 수신기(111R, 도 16 참조)를 포함할 수 있다.
상기 초음파 농도 측정기는 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이의 상기 농도 측정 영역에 있는 상기 요소수를 통해 전파하는 초음파의 속도, 세기 등을 검출하여 요소 농도를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 농도 측정 영역은 상기 초음파 송신기와 상기 초음파 수신기 사이에서 초음파가 요소수를 통해 전파하는 공간이라 할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 차폐 부재(140)는 상기 농도 측정 영역의 일부 또는 전체를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 차폐 부재(140)는 프레임 부재(150)에 결합됨으로써 상기 농도 측정 영역은 상기 초음파 송수신기와 상기 반사체 사이에서 차폐 부재(140)에 의해 정의될 수 있다. 하나의 차폐 부재가 프레임 부재(150)의 측면을 감싸도록 결합될 수 있다. 이와 다르게, 복수개의 차폐 부재들이 프레임 부재(150)의 복수개의 개구들(156, 도 8 참조)을 커버하도록 결합될 수 있다.
차폐 부재(140)는 상기 농도 측정 영역 외부에 위치하는 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역 내로 진입하는 것을 차단할 수 있다. 차폐 부재(140)는 다수의 미세한 통공(141, 도 9 참조)을 가질 수 있다. 차폐 부재(140)의 통공(141)은 기포를 차단할 수 있는 정도의 제1 크기를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 통공의 상기 제1 크기는 약 20㎛ 내지 약 200㎛의 범위 이내일 수 있다. 도 29의 그래프에서와 같이, 상기 통공의 크기가 200㎛ 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다. 또한, 도 30의 그래프에서와 같이, 상기 통공의 크기가 20㎛ 보다 작은 경우, 요소수 농도가 예를 들면, 20%에서 30%로 변경될 때, 농도 변화에 따른 측정값이 안정화되는 데 걸리는 시간이 커지게 되어 상기 요소 농도 측정 장치의 응답성이 저하될 수 있다.
또한, 차폐 부재(140)는 상기 농도 측정 영역 내부의 기포와 같은 공기를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀(146, 148)을 가질 수 있다. 차폐 부재(140)는 상부 공기 배출홀(146) 및 하부 공기 배출홀(148)을 가질 수 있다. 하부 공기 배출홀(148)은 차폐 부재(140) 내의 요소수의 흐름을 보다 원활히 하여 상기 농도 측정 영역 내부의 기포가 상부 공기 배출홀(146)을 통해 용이하게 배출되도록 할 수 있다. 이와 다르게, 차폐 부재(140)는 상부 공기 배출홀(146)만을 가질 수 있다.
도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 두 개의 상부 공기 배출홀들(146)과 하나의 하부 공기 배출홀(148)이 차폐 부재(140)를 관통하여 형성될 수 있다. 요소 농도 측정 장치(100)는 제1 및 제2 접촉부들(151, 152)의 저면들(158, 159)로부터 전체 높이(H)를 가질 수 있다. 상부 공기 배출홀(146)의 위치는 차폐 부재(140)의 상부에 배치되고, 하부 공기 배출홀(148)의 위치는 차폐 부재(140)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 상부 공기 배출홀(146)은 상기 저면으로부터 제1 높이(H1)를 가지고, 하부 공기 배출홀(148)은 상기 저면으로부터 상기 제1 높이보다 작은 제2 높이(H2)를 가질 수 있다. 상기 공기 배출홀들의 개수 및 위치는 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
도 23 내지 도 25에 도시된 바와 같이, 프레임 부재가 삼각통의 형상을 가질 때, 차폐 부재(140)은 상방을 향하는 제1 측면(145a), 하방을 향하는 제2 측면(145b) 및 측방을 향하는 제3 측면을 가질 수 있다. 상부 공기 배출홀(146)은 차폐 부재(140)의 제1 측면(145a)에 관통 형성되고, 하부 공기 배출홀(148)은 차폐 부재(140)의 제2 측면(146b)에 관통 형성될 수 있다. 차폐 부재(140)의 상기 제3 측면에는 공기 배출홀이 형성되지 않을 수 있다. 상기 제3 측면은 요소 농도 측정 장치(100)의 설치면에 대하여 수직한 방향으로 연장하고, 제1 측면(145a)은 상방을 향하여 상기 제2 측면에 대하여 일정한 각도로 연장하고 제2 측면(145b)은 하방을 향하여 상기 제2 측면에 대하여 상방을 향하여 일정한 각도로 연장할 수 있다.
차폐 부재(140)의 공기 배출홀(146, 148)은 상기 농도 측정 영역 내부에 위치하는 상기 요소수 내의 기포를 상기 농도 측정 영역의 외부로 배출할 수 있다. 공기 배출홀(146, 148)은 기포를 배출할 수 있는 정도의 제2 크기를 가질 수 있다. 상기 공기 배출홀의 상기 제2 크기는 상기 통공의 상기 제1 크기보다 더 클 수 있다.
예를 들면, 상기 공기 배출홀의 상기 제2 크기는 약 1.7mm 내지 약 4mm의 범위 이내일 수 있다. 상기 공기 배출홀의 상기 제2 크기는 상기 농도 측정 영역 내부에 생성될 수 있는 기포의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. 상기 농도 측정 영역 내부에 생성될 수 있는 기포의 최소 크기는 약 1.7mm일 수 있다. 도 26의 그래프에서와 같이, 상기 공기 배출홀의 크기가 1.7mm 보다 작은 경우, 농도 측정 영역 내의 공기 분포량이 20% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다. 또한, 도 28의 그래프에서와 같이, 상기 공기 배출홀의 크기가 4mm 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.
상기 공기 배출홀은 삼각형, 사각형, 마름모형, 원형, 타원형을 가질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 공기 배출홀의 형상과 관련하여, 상기 공기 배출홀의 크기는, 상기 공기 배출홀이 삼각형인 경우 그 한변의 길이, 상기 공기 배출홀이 정사각형, 직사각형 또는 마름모형인 경우 그 대각선의 길이, 상기 공기 배출홀이 대략 원형인 경우 직경의 길이, 상기 공기 배출홀이 대략 타원형인 경우 그 장축의 길이로 정의될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 차폐 부재(140)는 수직 방향(중력 방향)으로 연장된 내부 공간을 가질 수 있다. 상기 내부 공간은 상기 농도 측정 영역 및 상기 농도 측정 영역에 연결된 기포 수집 영역을 포함할 수 있다. 상기 기포 수집 영역은 상기 농도 측정 영역으로부터 상기 중력 방향으로 배치될 수 있다. 상기 농도 측정 영역에서 발생된 기포는 상기 중력 방향인 상기 기포 수집 영역으로 이동할 수 있다. 상기 기포 수집 영역은 상기 상부 공기 배출홀에 연통될 수 있다. 따라서, 상기 기포 수집 영역에 수집된 기포는 상기 상부 공기 배출홀을 통해 차폐 부재(140)의 외부로 배출될 수 있다.
도 26은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.
도 26을 참조하면, 공기 배출홀의 크기에 따라 도 21의 요소 농도 측정 장치의 농도 측정 영역 내부에 배출되지 않고 남아있는 공기(air)의 분포량을 측정하였다. 상기 공기 배출홀의 크기가 커질수록 미배출된 공기의 분포량을 감소함을 알 수 있다. 상기 공기 배출홀의 크기가 1.7mm 보다 작은 경우, 농도 측정 영역 내의 공기 분포량이 20% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.
도 27은 도 21의 요소 농도 측정 장치에서 하부 공기 배출홀의 유무에 따른 요소 농도 측정 장치 내의 공기 분포량을 나타내는 그래프이다.
도 27을 참조하면, 하부 공기 배출홀의 유무에 따라 도 21의 요소 농도 측정 장치의 농도 측정 영역 내부에 있는 공기의 분포량을 측정하였다. 상기 하부 공기 배출홀이 있는 경우 같은 공기 배출홀에 대하여 미배출된 공기 분포량이 감소함을 알 수 있다.
도 28은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 공기 배출홀의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.
도 28을 참조하면, 공기 배출홀의 크기에 따라 요소 농도 측정값의 편차를 측정하였다. 상기 공기 배출홀의 크기가 커질수록 요소 농도 측정값의 편차가 증가함을 알 수 있다. 상기 공기 배출홀의 크기가 4mm 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.
도 29는 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 측정 편차를 나타내는 그래프이다.
도 29를 참조하면, 통공의 크기에 따라 요소 농도 측정값의 편차를 측정하였다. 상기 통공의 크기가 커질수록 요소 농도 측정값의 편차가 증가함을 알 수 있다. 상기 통공의 크기가 200㎛ 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.
도 30은 도 21의 요소 농도 측정 장치를 사용하여 측정한 통공의 크기에 따른 농도 변화 안정화 시간을 나타내는 그래프이다.
도 30을 참조하면, 통공의 크기에 따라 농도 변화 안정화 시간을 측정하였다. 상기 통공의 크기가 커질수록 농도 변화에 따른 안정화되는 데 걸리는 시간이 요소 농도 측정값의 편차가 증가함을 알 수 있다. 상기 통공의 크기가 200㎛ 보다 큰 경우, 요소수 농도 측정값의 편차가 4% 이상이 되어 측정 정밀도가 저하될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<부호의 설명>
1010: 내연기관
100, 100A: 요소 농도 측정 장치
111: 초음파 송수신기
111T: 초음파 송신기
111R: 초음파 수신기
112: 반사체
113, 113A: 농도 측정 영역
120: 스페이서
130, 130A: 지지 부재
140, 140A, 140B: 차폐 부재
141, 141A, 141B: 통공
146, 148: 공기 배출홀
150, 150A, 150B, 150C, 150D, 150E: 프레임 부재
200: 요소수 센더
210: 센더 헤드
211: 하우징
231: 요소수 흡입관
232: 요소수 복귀관
240: 가열관
260: 요소수 레벨 센서
300: 요소수 탱크
310: 탱크 바디
400: 선택적 촉매 환원 시스템
410: 촉매변환장치
420: 요소수 공급 모듈
430: 요소수 분사 모듈
440: 도징 컨트롤 유닛

Claims (23)

  1. 요소수에 침지되어 요소 농도를 측정하고, 송신기와 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 상기 요소수를 통해 전파하는 파동을 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 농도 측정기; 및
    상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되고, 상기 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지할 수 있는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 갖는 차폐 부재를 포함하는 요소 농도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 농도 측정기는 상기 농도 측정 영역을 전파하는 초음파를 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 초음파 농도 측정기를 포함하는 요소 농도 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 초음파 농도 측정기는 상기 초음파를 송신 및 수신하는 초음파 송수신기 및 상기 초음파 송수신기로부터 이격되고 상기 초음파를 상기 초음파 송수신기로 반사하는 반사체, 또는 상기 초음파를 송신하는 초음파 송신기 및 상기 초음파 송신기와 이격되고 상기 초음파를 수신하는 초음파 수신기를 포함하는 요소 농도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 농도 측정기에 결합되어 상기 농도 측정 영역에 배치되고 적어도 하나의 개구를 구비하는 프레임 부재를 더 포함하고,
    상기 차폐 부재는 상기 차폐 부재의 적어도 일부가 상기 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합되는 요소 농도 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 프레임 부재는, 길이방향의 양단에 위치하는 제1 접촉부와 제2 접촉부 및 상기 제1 접촉부와 상기 제2 접촉부 사이에 위치하고 상기 개구를 가지는 유지부를 구비하는 요소 농도 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 프레임 부재의 측면 형상은 삼각형, 사각형, 원형, 반원형 중 어느 하나, 또는 상기 삼각형, 사각형, 원형 및 반원형 중 둘 이상이 조합된 형상을 가지는 요소 농도 측정 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 농도 측정기의 초음파 송수신기와 반사체 또는 초음파 송신기와 초음파 수신기에 결합되어 이들을 서로 이격시키는 스페이서를 더 포함하고,
    상기 스페이서는 상기 프레임 부재의 내측에서 연장하는 요소 농도 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 농도 측정기를 지지하는 지지 부재를 더 포함하고,
    상기 지지 부재는 상기 요소 농도 측정 장치가 위치하는 요소수 센더 또는 요소수 탱크에 결합되는 요소 농도 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 지지 부재는
    상기 농도 측정기의 초음파 송수신기 또는 초음파 송신기를 지지하는 제1 브라켓; 및
    상기 농도 측정기의 반사체 또는 초음파 수신기를 지지하는 제2 브라켓을 포함하는 요소 농도 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 통공을 가지는 메쉬 구조체, 상기 통공을 가지는 박막 구조체 및 상기 통공을 가지는 다공성 구조체 중 어느 하나를 포함하는 요소 농도 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 통공의 크기는 20㎛ 내지 200㎛의 범위인 요소 농도 측정 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 공기 배출홀의 크기는 1.7mm 내지 4mm의 범위인 요소 농도 측정 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 상부에 위치하는 상부 공기 배출홀을 포함하는 요소 농도 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 하부에 위치하는 하부 공기 배출홀을 더 포함하는 요소 농도 측정 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 차폐 부재는 상기 농도 측정 영역에 연결되며 상기 농도 측정 영역으로부터 중력 방향으로 배치된 기포 수집 영역을 구비하고, 상기 농도 측정 영역에서 발생된 기포는 상기 기포 수집 영역으로 이동하는 요소 농도 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 공기 배출홀은 상기 기포 수집 영역에 연통되는 요소 농도 측정 장치.
  17. 선택적 촉매 환원 시스템용 요소수 탱크에 장착되는 요소수 센더로서,
    요소수가 흡입되는 흡입관;
    상기 요소수가 복귀되는 복귀관;
    상기 요소수를 가열하기 위한 가열관;
    상기 가열관에 결합되는 홀더; 및
    상기 홀더에 부착되고 상기 요소수의 요소 농도를 측정하는 요소 농도 측정 장치를 포함하고,
    상기 요소 농도 측정 장치는,
    상기 요소수에 침지되어 상기 요소 농도를 측정하고, 초음파 송신기와 초음파 수신기 사이의 농도 측정 영역에 있는 상기 요소수를 통해 전파하는 초음파를 검출하여 상기 요소 농도를 측정하는 초음파 농도 측정기; 및
    상기 농도 측정 영역을 둘러싸도록 배치되고, 상기 요소수 내의 기포가 상기 농도 측정 영역으로 침입하는 것을 방지하는 다수의 통공 및 상기 농도 측정 영역 내부의 기포를 외부로 배출시키기 위한 적어도 하나의 공기 배출홀을 갖는 차폐 부재를 포함하는 요소수 센더.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 홀더에 부착되는 제1 및 제2 브라켓들에 의해 상기 초음파 농도 측정기에 결합되어 상기 농도 측정 영역에 배치되고 적어도 하나의 개구를 구비하는 프레임 부재를 더 포함하고,
    상기 차폐 부재는 상기 차폐 부재의 적어도 일부가 상기 개구에 위치하도록 상기 프레임 부재에 결합되는 요소수 센더.
  19. 제17항에 있어서, 상기 공기 배출홀의 크기는 1.7mm 내지 4mm의 범위인 요소수 센더.
  20. 제17항에 있어서, 상기 통공의 크기는 20㎛ 내지 200㎛의 범위인 요소 농도 측정 장치.
  21. 제17항에 있어서, 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 상부에 위치하는 상부 공기 배출홀을 포함하는 요소수 센더.
  22. 제21항에 있어서, 상기 공기 배출홀은 상기 차폐 부재의 하부에 위치하는 하부 공기 배출홀을 더 포함하는 요소수 센더.
  23. 선택적 촉매 환원 시스템에 사용되는 요소수를 저장하기 위한 요소수 탱크로서, 제17항에 따른 요소수 센더를 포함하는 요소수 탱크.
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