WO2016178444A1 - 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치 - Google Patents

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박철현
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Definitions

  • the present invention relates to a urea water heating and cooling device, and more particularly, to a urea water heating and cooling device for construction machinery for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas discharged from the engine.
  • FIG. 1 is a view of a device for reducing nitrogen oxides by supplying urea water to the exhaust pipe for construction machinery according to the prior art.
  • a heat exchanger 1, a cooling fan 2, and an engine coolant pump 3 are provided in the engine 4.
  • the exhaust pipe 5 is equipped with an SCR (selective catalytic reduction) 6 for catalytically reducing nitrogen oxides (N0x) in the exhaust gas discharged along the exhaust pipe 5 of the engine 4 by a catalytic reaction. .
  • SCR selective catalytic reduction
  • Urea water injector (urea injector) 7 in the exhaust pipe 5 upstream of the SCR (6) to inject urea water (adblue (trade name); 32.5% urea solution) to the exhaust gas passing through the SCR (6) ) Is installed.
  • a urea tank 9 for storing the urea water supplied to the injector 7 by the urea water pump 8 is connected to the injector 7.
  • a controller 10 for controlling the driving of the urea water pump 8 to supply the urea water of the urea water tank 9 to the injector 7 is connected to the urea water pump 8 and the injector 7. do.
  • the exhaust gas discharged from the engine 4 along the exhaust pipe 5 is an exhaust gas by the action of a catalyst (diesel, for example, platinum) of a DOC (diesel oxidation catalyst) which is an oxidation catalyst device. CO and HC are reduced, and particulate matter is removed by a diesel particulate filter (DPF).
  • a catalyst diesel, for example, platinum
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • the exhaust pipe 5 between the DPF 11 and the SCR 6 is further installed to further reduce nitrogen oxides in the exhaust gas that has passed through the DPF.
  • the urea water injector 7 is supplied by the urea water pump 8 from the urea water tank 9 to be injected into the exhaust gas.
  • the nitrogen oxide is converted into N 2 and H 2 O by the catalytic reaction between the urea water and the SCR 6, thereby reducing the nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas.
  • the urea water tank 9 supplies urea water to the urea water injector 7. Urea water in the water tank 9 is heated to an appropriate temperature.
  • the urea water tank 9, the urea water pump 8, the urea water hose connecting the urea water injector (7) or electric heating wire is put into the pipe itself to heat the urea water inside the hose.
  • the urea water components When the temperature of the urea water supplied from the urea water tank 9 to the urea water sprayer 7 is higher than the set temperature, the urea water components are vaporized to generate a bad odor, generating chemical reactions and irreversible chemical derivatives. Since it significantly increases the corrosiveness, it can also affect the durability of related components such as the urea water pump 8.
  • the present invention is to solve the above problems, for the construction machinery that can maintain the urea water temperature in the urea tank supplied to the exhaust pipe to the appropriate level using the engine coolant to reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas It is an object to provide a urea water heating and cooling device.
  • an engine provided with a heat exchanger and a coolant pump
  • An SCR mounted on an exhaust pipe of the engine and reducing nitrogen oxide in the exhaust gas discharged along the exhaust pipe;
  • Urea water tank for storing urea water
  • An injector mounted on the exhaust pipe upstream of the SCR and injecting urea water supplied by the urea water pump from the urea water tank into the exhaust pipe;
  • a valve installed in a conduit between the cooling water pump and the urea water tank and supplying engine coolant from the cooling water pump to the urea water tank when opened to increase the temperature of the urea water in the urea water tank to a set value;
  • a controller which opens the valve to supply the engine coolant to the urea water tank and controls the driving of the urea water pump to supply the urea water of the urea water tank to the injector.
  • an engine provided with a heat exchanger and a coolant pump
  • An SCR mounted on an exhaust pipe of the engine and reducing nitrogen oxide in the exhaust gas discharged along the exhaust pipe;
  • Urea water tank for storing urea water
  • a urea water heat exchanger for heat-exchanging the engine coolant introduced to lower the temperature of the urea water in the urea water tank to a set value and supplying the heat-exchanged engine coolant to the urea water tank;
  • An injector mounted on the exhaust pipe upstream of the SCR and injecting urea water supplied by the urea water pump from the urea water tank into the exhaust pipe;
  • a controller for switching the control valve to supply the engine coolant to the urea water tank or the urea water heat exchanger, and controlling the driving of the urea water pump to supply the urea water of the urea water tank to the injector. It provides a urea water heating and cooling device for a construction machine.
  • the urea water temperature in the urea water tank supplied to the exhaust pipe is maintained at an appropriate level, whereby the urea supplied from the urea water tank to the urea water injector The water can be smoothly injected into the exhaust pipe to increase the efficiency of reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas.
  • FIG. 1 is a view of a device for reducing nitrogen oxides by supplying urea water to the exhaust pipe for construction machinery according to the prior art
  • Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the urea water heating device for construction machinery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a block diagram showing the configuration of the urea water heating and cooling device for construction machinery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view showing the cooling of the urea water in the urea water tank in the urea water heating and cooling device for construction machinery according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view showing the heating of the urea water in the urea water tank in the urea water heating and cooling device for construction machinery according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing the configuration of the urea water heating device for construction machinery according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a configuration of the urea water heating and cooling device for construction machinery according to another embodiment of the present invention
  • 4 is a block diagram showing the cooling of the urea water in the urea water tank in the urea water heating and cooling device for construction machinery according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a preferred embodiment of the present invention In the urea water heating and cooling device for construction machinery according to another embodiment, a view showing heating the urea water in the urea tank.
  • a heat exchanger 1, a cooling fan 2 and an engine coolant pump 3 are provided in the diesel engine 4.
  • the exhaust pipe 5 is equipped with a selective catalytic reduction (SCR) 6 for catalytically reducing nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged along the exhaust pipe 5 of the engine 4 by a catalytic reaction. do.
  • SCR selective catalytic reduction
  • a urea injector 7 for injecting urea water (adblue (trade name); 32.5% urea solution) into the exhaust gas passing through the SCR 6 is exhaust pipe 5 upstream of the SCR 6. Is installed on.
  • a urea tank 9 for storing the urea water supplied to the injector 7 by the urea water pump 8 is connected to the injector 7.
  • the urea water tank 9 may be made of plastic or stainless steel.
  • the controller 10 for controlling the operation of the urea water pump 8 to supply the urea water in the urea water tank 9 to the urea water injector 7 includes a urea water injector 7 and a urea water pump ( 8) is connected.
  • valve 12 for supplying a part of the engine coolant from the coolant pump 3 to the urea water tank 9 is It is installed in the conduit between the cooling water pump (3) and the urea water tank (9).
  • the valve 12 may be a solenoid valve which is switched to an initial state of closing the conduit and an ON state to open the conduit upon application of an electrical signal from the controller 10.
  • the valve 12 is opened to supply the engine cooling water to the urea water tank 9, and the urea water pump to supply the urea water in the urea water tank 9 to the urea water injector 7.
  • a controller 10 for controlling the driving of 8 is connected to the valve 12, the urea water pump 8, and the urea water injector 7.
  • the urea water tank 9 may include a temperature sensor (not shown) for sensing a temperature of urea water and inputting a detection signal to the controller 10.
  • the engine coolant heat-exchanged with the urea water to heat the urea water pump 8 by mutual heat exchange between the engine coolant discharged after the heat exchange from the urea water tank 9 and the urea water pump 8 is urea water.
  • An outlet of the coolant flow path 16 that passes through the pump 8 and returns to the engine 4 is connected to the engine coolant return line 17.
  • the urea water supplied from the urea water tank 9 to the urea water injector 7 by the urea water pump 8 is heated by using engine coolant to obtain an appropriate temperature. Can be maintained.
  • the controller 10 when it is determined that the temperature of the urea water is lower than the set value by the detection signal input to the controller 10 from the temperature sensor (not shown) provided in the urea water tank 9, the The valve 12 is switched to an open state by an electrical signal applied from the controller 10.
  • a part of the engine coolant supplied from the coolant pump 3 flows into the urea water tank 9 via the valve 12.
  • the engine cooling water introduced into the urea water tank 9 heats the urea water to a set value by mutual heat exchange with the urea water in the urea water tank 9.
  • the engine coolant supplied to the urea water tank 9 and exchanged with urea water is returned to the engine 4 via the urea water pump 8 by the cooling water flow path 16.
  • the urea water pump 8 can be heated by engine cooling water.
  • the elements of the urea water tank 9 are heated to an appropriate temperature using engine coolant so that the urea water does not solidify. Water can be sprayed to the exhaust pipe 5 smoothly by the urea water injector 7.
  • a heat exchanger 1, a cooling fan 2 and an engine coolant pump 3 are provided in the diesel engine 4.
  • the exhaust pipe 5 is equipped with an SCR (selective catalytic reduction) 6 for catalytically reducing nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged along the exhaust pipe 5 of the engine 4 by a catalytic reaction.
  • SCR selective catalytic reduction
  • NOx nitrogen oxides
  • a urea injector 7 for injecting urea water (adblue (trade name); 32.5% urea solution) into the exhaust gas passing through the SCR 6 is exhaust pipe 5 upstream of the SCR 6. Is installed on.
  • a urea tank 9 for storing urea supplied to the injector 7 by the urea pump 8 is connected to the injector 7.
  • the urea water tank 9 may be made of plastic or stainless steel.
  • the urea water heat exchanger 13 which exchanges heat with the engine coolant introduced to lower the temperature of the urea water in the urea water tank 9 to a set value and supplies the heat exchanged engine coolant to the urea water tank 9 is an engine. It is provided in (4).
  • a part of the engine coolant from the cooling water pump 3 is transferred to the urea water heat exchanger 13 or the urea water tank 9 when switching to an arbitrary position corresponding to the temperature value of the urea water of the urea water tank 9.
  • a control valve 14 for supplying is installed in the conduit between the cooling water pump 3 and the urea water heat exchanger 13, and in the conduit between the cooling water pump 3 and the urea water tank 9.
  • the control valve 14 is switched to supply the engine coolant to the urea water tank 9 or the urea water heat exchanger 13, and the urea water sprayer 7 may be supplied with the urea water 7.
  • a controller 10 for controlling the driving of the urea water pump 8 is connected to the control valve 14, the urea water injector 7 and the urea water pump 8 for supplying the urea water pump 8.
  • the control valve 14 is
  • the first position to block the pipeline for supplying the engine coolant to the urea water heat exchanger 13 or the urea water tank 9 (A) and,
  • the engine coolant is supplied to the urea water heat exchanger 13 to supply heat exchanged engine coolant.
  • the third position (C) to supply the engine coolant directly to the urea water tank 9 to raise the temperature of the urea water to the set value.
  • the valve is switched to).
  • the check valve 15 for preventing the heat of the engine coolant for heating the urea water in the urea water tank 9 back to the urea water heat exchanger 13 is provided with the urea water heat exchanger 13 and the urea. It can be installed in the pipeline between the water tank (9).
  • the urea water tank 9 may include a temperature sensor (not shown) that senses a temperature of urea water and inputs a detection signal to the controller 10.
  • the urea water heat exchanger 13 may be disposed in front of the heat exchanger 1 so that the urea water heat exchanger 13 may be cooled by mutual heat exchange with external air at a temperature lower than the temperature of the outside air supplied to the heat exchanger 1.
  • the engine coolant heat-exchanged with the urea water to heat the urea water pump 8 by mutual heat exchange between the engine coolant discharged after the heat exchange from the urea water tank 9 and the urea water pump 8 is urea water.
  • An outlet of the coolant flow path 16 that passes through the pump 8 and returns to the engine 4 is connected to the engine coolant return line 17.
  • the temperature of the urea water is detected by a detection signal input to the controller 10 by a temperature sensor (not shown) installed in the urea water tank 9.
  • a temperature sensor not shown
  • the electrical signal applied from the controller 10 to the valve spring opposite side of the control valve 14 is cut off.
  • control valve 14 maintains the first position (referring to the position "A") to block the opening because no electrical signal is applied from the controller 10, so that the control valve 14 is the coolant
  • the pipeline for supplying the engine coolant from the pump 3 to the urea water tank 9 or the urea water heat exchanger 13 is blocked.
  • the engine coolant supplied from the coolant pump 3 is returned to the engine 4 along the engine coolant return line 17.
  • the temperature of the urea water of the urea water tank 9 exceeds a set value (say, 60 ° C.) by a detection signal of a temperature sensor installed in the urea water tank 9.
  • a detection signal of a temperature sensor installed in the urea water tank 9. an electrical signal is applied from the controller 10 to the valve spring opposite side of the control valve 14 to switch the spool to the second position (referring to the "B" position).
  • part of the engine coolant supplied from the coolant pump 3 is supplied to the urea water heat exchanger 13 via the control valve 14.
  • engine coolant is supplied to the urea water heat exchanger 13
  • external air is transferred to the engine 4 by the cooling fan 2 via the urea water heat exchanger 13, so that the urea water heat exchanger ( The engine coolant inside 13) exchanges heat with outside air.
  • the urea water heat exchanger 13 is disposed in front of the heat exchanger 1, the external air supplied to the heat exchanger 1 sucked into the engine 4 side by the cooling fan 2 is provided. It is possible to heat exchange the outside air and the urea water heat exchanger 13 at a temperature lower than the temperature, thereby improving heat exchange efficiency.
  • the urea water may be heat-exchanged with the urea water therein, thereby lowering the temperature of the urea water to a set value.
  • the urea water which is heat-exchanged in the urea water tank 9 and maintains the proper temperature is smoothly supplied to the urea water injector 7 by the urea water pump 8.
  • part of the engine coolant supplied from the coolant pump 3 is directly supplied to the urea water tank 9 without passing through the control valve 14.
  • the engine coolant moved to the urea water tank 9 is mutually heat-exchanged with the urea water therein to increase the temperature of the urea water to a set value.
  • heat of the engine cooling water for heating the urea water in the urea water tank 9 is provided by a check valve 15 installed in the conduit between the urea water heat exchanger 13 and the urea water tank 9.
  • the urea water which is heat-exchanged in the urea water tank 9 and maintains the proper temperature is smoothly supplied to the urea water injector 7 by the urea water pump 8.
  • the urea water temperature in the urea water tank supplied to the exhaust pipe to reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas discharged from the diesel engine can be maintained at an appropriate level using the engine coolant.

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Abstract

엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키기 위한 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치를 개시한다. 본 발명에 따른 요소수 히팅장치에 있어서, 엔진의 배기파이프에 장착되고 배기파이프를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 환원처리하는 SCR; 요소수를 저장하는 요소수탱크; SCR 상류측으로 배기파이프에 장착되고 요소수탱크로부터 공급되는 요소수를 배기파이프 내에 분사시키는 분사기; 냉각수 펌프와 요소수탱크 사이의 관로에 설치되고 요소수탱크의 요소수의 온도를 설정값으로 높이기 위해 개방시 냉각수 펌프로부터의 엔진냉각수를 요소수탱크에 공급하는 밸브; 엔진냉각수를 요소수탱크에 공급하기 위해 밸브를 개방시키고 요소수탱크의 요소수를 분사기에 공급하기 위해 요소수 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅장치를 제공한다.

Description

건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치
본 발명은 요소수 히팅 및 냉각장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키기 위한 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 건설기계용 배기 파이프에 요소수를 공급하여 질소산화물을 저감시키는 장치의 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열교환기(heat exchanger)(1), 냉각팬(cooling fan)(2) 및 냉각수 펌프(engine coolant pump)(3)가 엔진(4)에 구비된다.
상기 엔진(4)의 배기파이프(5)를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(N0x)을 촉매 반응에 의해 환원처리하는 SCR(selective catalytic reduction)(6)이 상기 배기파이프(5)에 장착된다.
상기 SCR(6)를 통과하는 배기가스에 요소수(adblue(상품명);32.5% urea solution)를 분사시키기 위해 상기 SCR(6) 상류측으로 배기파이프(5)에 요소수 분사기(urea injector)(7)가 설치된다.
요소수 펌프(8)에 의해 상기 분사기(7)에 공급되는 요소수를 저장하는 요소수탱크(urea tank)(9)가 상기 분사기(7)에 연결된다.
상기 요소수탱크(9)의 요소수를 상기 분사기(7)에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프(8)의 구동을 제어하는 컨트롤러(10)가 요소수 펌프(8) 및 분사기(7)에 연결된다.
전술한 구성에 따르면, 상기 엔진(4)으로부터 배기파이프(5)를 따라 배출되는 배기가스는 산화촉매장치인 DOC(diesel oxidation catalyst)의 촉매(일 예로서, 백금을 말함)작용에 의해 배기가스 중의 CO, HC를 저감시키고, DPF(disel particulate filter)에 의해 입자상 물질(particle matter)을 제거하게 된다.
2014년 Tier-4 final의 디젤엔진 배기가스의 규제에 따라, 상기 DPF를 통과한 배기가스 중의 질소산화물을 더욱 저감시키기 위해 DPF(11)와 SCR(6)사이의 배기파이프(5)에 설치되는 요소수 분사기(7)에 요소수펌프(8)에 의해 요소수탱크(9)로부터 요소수를 공급하여 배기가스에 분사시킨다.
이로 인해, 상기 요소수와 SCR(6)간의 촉매반응에 의해 질소산화물을 N₂와 H₂O로 변환시켜 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기 요소수는 물의 함유량이 많고, 어는점(freezing point)이 -11℃이기 때문에 외기 온도가 낮을 경우에는 상기 요소수탱크(9)에서 상기 요소수 분사기(7)에 요소수를 공급시 요소수탱크(9) 내의 요소수를 적절한 온도로 가열시키게 된다.
또한, 요소수탱크(9), 요소수펌프(8), 요소수 분사기(7) 사이를 연결하는 요소수 호스 또는 관로 자체에 전기 열선을 넣어 호스 내부의 요소수를 가열하기도 한다.
상기 요소수 탱크(9)로부터 상기 요소수분사기(7)에 공급되는 요소수의 온도가 설정온도보다 높을 경우 요소수의 성분이 기화되어 심한 악취가 발생되고, 화학 반응과 비가역 화학적 파생물들을 발생시켜 부식성을 상당히 증가시키기 때문에, 요소수펌프(8) 등 관련 부품들의 내구성에도 영향을 끼칠 수 있다.
이와 반대로 상기 요소수 분사기(7)에 공급되는 요소수의 온도가 설정온도보다 낮을 경우에는 요소수가 응고 되므로 상기 요소수 분사기(7)에 의해 배기파이프(5)에 요소수를 원활하게 분사시킬 수 없게 되는 문제점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키기 위해 배기파이프에 공급되는 요소수탱크 내의 요소수 온도를 엔진냉각수를 이용하여 적정수준으로 유지할 수 있는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열교환기 및 냉각수 펌프가 구비되는 엔진;
상기 엔진의 배기파이프에 장착되고, 상기 배기파이프를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 환원처리하는 SCR;
요소수를 저장하는 요소수탱크;
상기 SCR 상류측으로 상기 배기파이프에 장착되고, 상기 요소수탱크로부터 요소수 펌프에 의해 공급되는 요소수를 상기 배기파이프 내에 분사시키는 분사기;
상기 냉각수 펌프와 상기 요소수탱크 사이의 관로에 설치되고, 상기 요소수탱크의 요소수의 온도를 설정값으로 높이기 위해 개방시 상기 냉각수 펌프로부터의 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 공급하는 밸브;
상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 공급하기 위해 상기 밸브를 개방시키고, 상기 요소수탱크의 요소수를 상기 분사기에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅장치를 제공한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 열교환기 및 냉각수 펌프가 구비되는 엔진;
상기 엔진의 배기파이프에 장착되고, 상기 배기파이프를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 환원처리하는 SCR;
요소수를 저장하는 요소수탱크;
상기 요소수탱크의 요소수의 온도를 설정값으로 내리기 위해 유입되는 엔진냉각수를 열교환시키고, 열교환된 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 공급하는 요소수용 열교환기;
상기 SCR 상류측으로 상기 배기파이프에 장착되고, 상기 요소수탱크로부터 요소수 펌프에 의해 공급되는 요소수를 상기 배기파이프 내에 분사시키는 분사기;
상기 냉각수 펌프와 상기 요소수용 열교환기 사이의 관로, 상기 냉각수 펌프와 상기 요소수탱크 사이의 관로에 설치되고, 상기 요소수탱크의 요소수의 온도값에 대응되게 절환시 상기 냉각수 펌프로부터의 엔진냉각수를 상기 요소수용 열교환기 또는 상기 요소수탱크에 공급하는 컨트롤밸브;
상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크 또는 요소수용 열교환기에 공급하기 위해 상기 컨트롤밸브를 절환시키고, 상기 요소수탱크의 요소수를 상기 분사기에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치를 제공한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키기 위해 배기파이프에 공급되는 요소수탱크 내의 요소수 온도를 적정수준으로 유지함에 따라, 요소수탱크로부터 요소수분사기에 공급되는 요소수를 배기파이프 내에 원활하게 분사시켜 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키는 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 건설기계용 배기 파이프에 요소수를 공급하여 질소산화물을 저감시키는 장치의 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치에서, 요소수탱크의 요소수를 냉각시키는 것을 보여주는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치에서, 요소수탱크의 요소수를 히팅시키는 것을 보여주는 도면이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명〉
1; 열교환기
2; 냉각팬
3; 냉각수 펌프
4; 엔진
5; 배기파이프
6; SCR(selective catalytic reduction)
7; 요소수분사기(urea injector)
8; 요소수펌프(urea pump)
9; 요소수탱크(urea tank)
10; 컨트롤러
11; DPF(diesel particulate filter)
12; 밸브
13; 요소수용 열교환기
14; 컨트롤밸브
15; 체크밸브
16; 냉각수 유로
17; 엔진냉각수 리턴라인
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치에서, 요소수탱크의 요소수를 냉각시키는 것을 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치에서, 요소수탱크의 요소수를 히팅시키는 것을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅장치는,
열교환기(heat exchanger)(1), 냉각팬(cooling fan)(2) 및 냉각수 펌프(engine coolant pump)(3)가 디젤 엔진(4)에 구비된다.
상기 엔진(4)의 배기파이프(5)를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소화산물(NOx)을 촉매 반응에 의해 환원처리하는 SCR(Selective catalytic reduction)(6)이 상기 배기파이프 (5)에 장착된다.
상기 SCR(6)를 통과하는 배기가스에 요소수(adblue(상품명); 32.5% urea solution)를 분사시키는 요소수 분사기(urea injector)(7)가 상기 SCR(6) 상류측으로 배기파이프(5)에 설치된다.
요소수 펌프(8)에 의해 상기 분사기(7)에 공급되는 요소수를 저장하는 요소수탱크(urea tank)(9)가 상기 분사기(7)에 연결된다. 상기 요소수탱크(9)는 플라스틱재 또는 스테인레스스틸재가 사용될 수 있다.
상기 요소수탱크(9)의 요소수를 상기 요소수 분사기(7)에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프(8)의 구동을 제어하는 컨트롤러(10)가 요소수 분사기(7) 및 요소수 펌프(8)에 연결된다.
상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도를 설정값으로 높이기 위해 개방되는 경우, 상기 냉각수 펌프(3)로부터의 엔진냉각수 일부를 상기 요소수탱크(9)에 공급하는 밸브(12)가 상기 냉각수 펌프(3)와 상기 요소수탱크(9) 사이의 관로에 설치된다.
상기 밸브(12)는 상기 관로를 폐쇄시키는 초기상태와, 컨트롤러(10)로부터의 전기적 신호의 인가시 상기 관로를 개방시키기 위해 온(ON) 상태로 절환되는 솔레노이드밸브가 사용될 수 있다.
상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크(9)에 공급하기 위해 상기 밸브(12)를 개방시키고, 상기 요소수탱크(9)의 요소수를 상기 요소수 분사기(7)에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프(8)의 구동을 제어하는 컨트롤러(10)가 상기 밸브(12), 요소수 펌프(8) 및 요소수 분사기(7)에 연결된다.
상기 요소수탱크(9)는 요소수의 온도를 감지하여 검출신호를 상기 컨트롤러(10)에 입력하기 위해 온도센서(미 도시됨);를 구비할 수 있다.
상기 요소수탱크(9)로부터 열교환된 후 배출되는 엔진냉각수와 요소수 펌프(8)의 상호 열교환에 의해 상기 요소수 펌프(8)를 가열시키도록, 상기 요소수와 열교환된 엔진냉각수를 요소수 펌프(8)를 통과시켜 엔진(4)으로 리턴시키는 냉각수 유로(16)의 배출구가 엔진냉각수 리턴라인(17)에 연결된다.
전술한 구성에 따르면, 외기온도가 낮을 경우 상기 요소수 펌프(8)에 의해 상기 요소수 탱크(9)로부터 상기 요소수 분사기(7)에 공급되는 요소수를 엔진냉각수를 이용하여 가열시켜 적정온도로 유지할 수 있다.
이를 상세하게 설명하면, 상기 요소수 탱크(9)에 구비되는 온도센서(미 도시 됨)로부터 컨트롤러(10)에 입력되는 검출신호에 의해 요소수의 온도가 설정값보다 낮은 것으로 판단되는 경우, 상기 컨트롤러(10)로부터 인가되는 전기적신호에 의해 상기 밸브(12)를 개방상태로 절환시킨다.
따라서, 상기 냉각수 펌프(3)로부터 공급되는 엔진냉각수 일부는 상기 밸브(12)를 경유하여 상기 요소수탱크(9)로 유입된다. 상기 요소수 탱크(9)에 유입된 엔진냉각수는 요소수 탱크(9) 내의 요소수와 상호 열교환에 의해 요소수를 설정값으로 가열하게 된다.
상기 냉각수 펌프(3)로부터 상기 밸브(12)를 통해 상기 요소수탱크(9)에 공급되는 엔진냉각수를 제외한 일부 엔진냉각수는 상기 엔진냉각수 리턴라인(17)을 따라 엔진(4)으로 리턴된다.
상기 요소수탱크(9)에 공급되어 요소수와 열교환된 엔진냉각수를 상기 냉각수 유로(16)에 의해 상기 요소수 펌프(8)를 경유하여 엔진(4)으로 리턴시킴에 따라 요소수와 열교환된 엔진냉각수에 의해 상기 요소수 펌프(8)를 가열시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 요소수 탱크(9)의 요소수의 온도가 설정온도보다 낮을 경우에, 요소수가 응고되지않도록 엔진냉각수를 이용하여 적정온도로 가열하게 되므로 상기 요소수탱크(9)의 요소수를 요소수 분사기(7)에 의해 배기파이프(5)에 원활하게 분사시킬 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치는,
열교환기(heat exchanger)(1), 냉각팬(cooling fan)(2) 및 냉각수 펌프(engine coolant pump)(3)가 디젤 엔진(4)에 구비된다.
상기 엔진(4)의 배기파이프(5)를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소산화물 (NOx)을 촉매 반응에 의해 환원처리하는 SCR(selective catalytic reduction)(6)이 상기 배기파이프(5)에 장착된다.
상기 SCR(6)를 통과하는 배기가스에 요소수(adblue(상품명); 32.5% urea solution)를 분사시키는 요소수 분사기(urea injector)(7)가 상기 SCR(6) 상류측으로 배기파이프(5)에 설치된다.
요소수 펌프(8)에 의해 상기 분사기(7)에 공급되는 요소수(urea)를 저장하는 요소수탱크(urea tank)(9)가 상기 분사기(7)에 연결된다. 상기 요소수탱크(9)는 플라스틱재 또는 스테인레스스틸재가 사용될 수 있다.
상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도를 설정값으로 내리기 위해 유입되는 엔진냉각수와 열교환시키고, 열교환된 엔진냉각수를 상기 요소수탱크(9)에 공급하는 요소수용 열교환기(13)가 엔진(4)에 구비된다.
상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도값에 대응되게 임의위치로 절환시 상기 냉각수 펌프(3)로부터의 엔진냉각수 일부를 상기 요소수용 열교환기(13) 또는 상기 요소수 탱크(9)에 공급하는 컨트롤밸브(14)가 상기 냉각수 펌프(3)와 상기 요소수용 열교환기(13) 사이의 관로, 상기 냉각수 펌프(3)와 상기 요소수탱크(9) 사이의 관로에 설치된다.
상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크(9) 또는 요소수용 열교환기(13)에 공급하기 위해 상기 컨트롤밸브(14)를 절환시키고, 상기 요소수탱크(9)의 요소수를 상기 요소수분사기(7)에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프(8)의 구동을 제어하는 컨트롤러(10)가 상기 컨트롤밸브(14), 요소수분사기(7) 및 요소수펌프(8)에 연결된다.
상기 컨트롤밸브(14)는
상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도가 설정값을 유지하는 경우, 상기 엔진냉각수를 상기 요소수용 열교환기(13) 또는 상기 요소수탱크(9)에 공급하는 관로를 차단하는 제1위치(A)와,
상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도가 설정값(일 예로서, 60℃를 말함)을 초과하는 경우, 상기 엔진냉각수를 상기 요소수용 열교환기(13)에 공급하여 열교환된 엔진냉각수를 상기 요소수탱크(9)에 공급하는 제2위치(B)와,
상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도가 설정값보다 낮은 경우, 상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크(9)에 직접 공급하여 상기 요소수의 온도를 설정값으로 높이기 위해 제3위치(C)로 전환되는 밸브이다.
상기 요소수탱크(9) 내의 요소수를 히팅하기 위한 엔진냉각수의 열이 상기 요소수용 열교환기(13)로 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(15)가 상기 요소수용 열교환기(13)와 요소수탱크(9) 사이의 관로에 설치될 수 있다.
상기 요소수탱크(9)는 요소수의 온도를 감지하여 검출신호를 상기 컨트롤러 (10)에 입력하는 온도센서(미 도시됨)를 구비할 수 있다.
상기 요소수용 열교환기(13)는 상기 열교환기(1)에 공급되는 외기의 온도보다 낮은 온도의 외부공기와 상호 열교환에 의해 냉각될 수 있도록 상기 열교환기(1)의 앞쪽에 배치될 수 있다.
상기 요소수탱크(9)로부터 열교환된 후 배출되는 엔진냉각수와 요소수 펌프(8)의 상호 열교환에 의해 상기 요소수 펌프(8)를 가열시키도록, 상기 요소수와 열교환된 엔진냉각수를 요소수 펌프(8)를 통과시켜 엔진(4)으로 리턴시키는 냉각수 유로(16)의 배출구가 엔진냉각수 리턴라인(17)에 연결된다.
전술한 구성에 따르면, 상기 요소수 탱크(9)로부터 상기 요소수 분사기(7)에 공급되는 요소수를 엔진냉각수를 이용하여 적정온도로 가열하거나, 상기 요소수용 열교환기(13)와 열교환시킨 엔진냉각수를 이용하여 냉각시켜 적정온도로 유지할 수 있다.
이를 상세하게 설명하면, 도 3에서와 같이, 상기 요소수 탱크(9)에 설치되는 온도센서(미 도시됨)에 의해 검출되어 상기 컨트롤러(10)에 입력되는 검출신호에 의해 요소수의 온도가 설정값을 유지하는 경우, 상기 컨트롤러(10)로부터 상기 컨트롤밸브(14)의 밸브스프링 대향측에 인가되는 전기적 신호가 차단된다.
따라서, 상기 컨트롤밸브(14)는 상기 컨트롤러(10)로부터 전기적 신호가 인가되지않아 개구부를 차단시키는 제1위치("A"위치를 말함)를 유지하게 되므로, 상기 컨트롤밸브(14)는 상기 냉각수 펌프(3)로부터의 엔진냉각수를 상기 요소수탱크(9), 또는 요소수용 열교환기(13)에 공급하는 관로를 차단하게 된다.
이때, 상기 냉각수 펌프(3)로부터 공급되는 엔진냉각수는 상기 엔진냉각수 리턴라인(17)을 따라 엔진(4)으로 리턴된다.
도 4에서와 같이, 상기 요소수 탱크(9)에 설치되는 온도센서의 검출신호에 의해 상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도가 설정값(일 예로서, 60℃를 말함)을 초과하는 경우, 상기 컨트롤러(10)로부터 상기 컨트롤밸브(14)의 밸브스프링 대향측에 전기적 신호가 인가되어 스풀을 제2위치("B"위치를 말함)로 절환시킨다.
따라서, 상기 냉각수 펌프(3)로부터 공급되는 엔진냉각수 일부는 상기 컨트롤밸브(14)를 경유하여 상기 요소수용 열교환기(13)에 공급된다. 엔진냉각수가 상기 요소수용 열교환기(13)에 공급되는 경우, 상기 냉각팬(2)에 의해 외부공기가 상기 요소수용 열교환기(13)를 경유하여 엔진(4)으로 전달되므로 요소수용 열교환기(13) 내의 엔진냉각수는 외기와 열교환을 하게 된다.
이때, 상기 요소수용 열교환기(13)를 상기 열교환기(1)의 앞쪽에 배치시킬 경우에, 상기 냉각팬(2)에 의해 엔진(4)측으로 흡입되는 열교환기(1)에 공급되는 외기의 온도보다 낮은 온도의 외기와 요소수용 열교환기(13)를 열교환시킬 수 있어 열교환 효율을 높일 수 있다.
상기 요소수용 열교환기(13)와 열교환된 엔진냉각수는 상기 요소수 탱크(9)에 이동되므로 내부의 요소수와 상호 열교환을 하게 되어 요소수의 온도를 설정값으로 낮출 수 있다.
따라서, 상기 요소수 탱크(9)에서 열교환되어 적정온도를 유지하는 요소수는 상기 요소수 펌프(8)에 의해 상기 요소수 분사기(7)에 원활하게 공급된다.
한편, 상기 냉각수 펌프(3)로부터 상기 요소수용 열교환기(13)에 공급되는 엔진냉각수를 제외한 일부 엔진냉각수는 상기 엔진냉각수 리턴라인(17)을 따라 엔진(4)으로 리턴된다.
도 5에서와 같이, 상기 요소수 탱크(9)에 설치되는 온도센서의 검출신호에 의해 상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도가 설정값보다 낮을 경우, 상기 컨트롤러 (10)로부터 상기 컨트롤밸브(14)의 밸브스프링 대향측에 전기적 신호가 인가되어 스풀을 제3위치("C"위치를 말함)로 절환시킨다.
따라서, 상기 냉각수 펌프(3)로부터 공급되는 엔진냉각수 일부는 상기 컨트롤밸브(14)를 경유하지 않고, 상기 요소수 탱크(9)에 직접 공급된다.
이때, 상기 요소수 탱크(9)에 이동된 엔진냉각수는 내부의 요소수와 상호 열교환을 하게 되어 요소수의 온도를 설정값으로 높일 수 있다.
또한, 상기 요소수용 열교환기(13)와 요소수탱크(9) 사이의 관로에 설치된 체크밸브(15)에 의해 요소수탱크(9) 내의 요소수를 가열하기 위한 엔진냉각수의 열이 상기 요소수용 열교환기(13)로 역류되는 것을 차단함에 따라, 상기 요소수탱크(9)의 요소수의 온도 저하되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 요소수 탱크(9)에서 열교환되어 적정온도를 유지하는 요소수는 상기 요소수 펌프(8)에 의해 상기 요소수 분사기(7)에 원활하게 공급된다.
한편, 상기 냉각수 펌프(3)로부터 상기 요소수 탱크(9)에 공급되는 엔진 냉각수를 제외한 일부 엔진냉각수는 상기 엔진냉각수 리턴라인(17)을 따라 엔진(4)으로 리턴된다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키기 위해 배기파이프에 공급되는 요소수탱크 내의 요소수 온도를 엔진냉각수를 이용하여 적정수준으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 열교환기 및 냉각수 펌프가 구비되는 엔진;
    상기 엔진의 배기파이프에 장착되고, 상기 배기파이프를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 환원처리하는 SCR;
    요소수를 저장하는 요소수탱크;
    상기 SCR 상류측으로 상기 배기파이프에 장착되고, 상기 요소수탱크로부터 요소수 펌프에 의해 공급되는 요소수를 상기 배기파이프 내에 분사시키는 분사기;
    상기 냉각수 펌프와 상기 요소수탱크 사이의 관로에 설치되고, 상기 요소수탱크의 요소수의 온도를 설정값으로 높이기 위해 개방시 상기 냉각수 펌프로부터의 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 공급하는 밸브;
    상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 공급하기 위해 상기 밸브를 개방시키고, 상기 요소수탱크의 요소수를 상기 분사기에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브는
    상기 관로를 폐쇄시키는 초기상태와, 전기적신호 인가시 상기 관로를 개방시키기 위해 온 상태로 절환되는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 요소수탱크는
    상기 요소수탱크 내의 요소수의 온도를 감지하여 검출신호를 상기 컨트롤러에 입력하는 온도센서;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요소수탱크로부터 열교환된 후 배출되는 엔진냉각수와 상호 열교환에 의해 상기 요소수 펌프를 가열시키도록 상기 열교환된 엔진냉각수를 요소수 펌프를 통과시켜 엔진으로 리턴시키는 냉각수 유로;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅장치.
  5. 열교환기 및 냉각수 펌프가 구비되는 엔진;
    상기 엔진의 배기파이프에 장착되고, 상기 배기파이프를 따라 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 환원처리하는 SCR;
    요소수를 저장하는 요소수탱크;
    상기 요소수탱크의 요소수의 온도를 설정값으로 내리기 위해 유입되는 엔진냉각수를 열교환시키고, 열교환된 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 공급하는 요소수용 열교환기;
    상기 SCR 상류측으로 상기 배기파이프에 장착되고, 상기 요소수탱크로부터 요소수 펌프에 의해 공급되는 요소수를 상기 배기파이프 내에 분사시키는 분사기;
    상기 냉각수 펌프와 상기 요소수용 열교환기 사이의 관로, 상기 냉각수 펌프와 상기 요소수탱크 사이의 관로에 설치되고, 상기 요소수탱크의 요소수의 온도값에 대응되게 임의위치로 절환시 상기 냉각수 펌프로부터의 엔진냉각수 일부를 상기 요소수용 열교환기 또는 상기 요소수탱크에 공급하는 컨트롤밸브;
    상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크 또는 요소수용 열교환기에 공급하기 위해 상기 컨트롤밸브를 절환시키고, 상기 요소수탱크의 요소수를 상기 분사기에 공급하기 위해 상기 요소수 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 컨트롤밸브는
    상기 요소수탱크의 요소수의 온도가 설정값을 유지하는 경우, 상기 엔진냉각수를 상기 요소수용 열교환기 또는 상기 요소수탱크에 공급하는 관로를 차단하는 제1위치와,
    상기 요소수탱크의 요소수의 온도가 설정값을 초과하는 경우, 상기 엔진냉각수를 상기 요소수용 열교환기에 공급하여 열교환된 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 공급하는 제2위치와,
    상기 요소수탱크의 요소수의 온도가 설정값보다 낮은 경우, 상기 엔진냉각수를 상기 요소수탱크에 직접 공급하여 상기 요소수의 온도를 설정값으로 높이기 위해 제3위치로 절환되는 밸브인 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 요소수용 열교환기와 요소수탱크 사이의 관로에 설치되고, 상기 요소수탱크 내의 요소수를 히팅하기 위한 엔진냉각수의 열이 상기 요소수용 열교환기로 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 요소수탱크는
    상기 요소수탱크 내의 요소수의 온도를 감지하여 검출신호를 상기 컨트롤러에 입력하는 온도센서;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 요소수용 열교환기는
    상기 열교환기에 공급되는 외부공기의 온도보다 낮은 온도의 외부공기와 상호 열교환에 의해 냉각될 수 있도록 상기 열교환기의 앞쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 요소수탱크로부터 배출되는 엔진냉각수에 의해 상기 요소수 펌프를 가열시키도록 상기 열교환된 엔진냉각수를 요소수 펌프를 통과시켜 엔진으로 리턴시키는 냉각수 유로;를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 요소수 히팅 및 냉각장치.
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