WO2018016897A1 - Scr 믹서 및 이를 포함하는 scr 장치 - Google Patents

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박승주
설진환
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융진기업 주식회사
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an SCR mixer for mixing exhaust gas and urea water, and an SCR apparatus including the same. More particularly, the present invention relates to nitrogen oxide and diesel particulate contained in exhaust gas by using a catalyst and a filter in exhaust gas emitted from an engine. An apparatus for an exhaust gas aftertreatment system of a diesel engine that allows material to be removed.
  • diesel engines are used in a wide range of industries such as automobiles, ships, general industries, etc. based on excellent reliability, and high output and high load driving are possible, and demand is continuously increasing.
  • Diesel Oxidation Catalyst DOC
  • Diesel Particulate Matter Filter DPF
  • Selective Catalyst Reduction SCR
  • PM diesel particulate matter
  • NOx nitrogen oxides
  • DOC oxidizes the total hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gas, oxidizes nitrogen monoxide to nitrogen dioxide, and DPFs cleanse particulate matter through chemical conversion processes.
  • the reducing agent injected in the flow direction of the exhaust gas through the injector is hydrolyzed to ammonia (NH 3 ) by the heat of the exhaust gas, and nitrogen oxides (N 2) are catalyzed by the nitrogen oxide and ammonia in the exhaust gas.
  • NH 3 ammonia
  • N 2 nitrogen oxides
  • H 2 O water
  • Urea water is mainly used here as a reducing agent.
  • urea water includes not only urea water itself but also a reducing agent in a broad sense.
  • the reducing agent is injected into the exhaust gas and mixed well, otherwise the reduction rate is reduced to exhaust the nitrogen oxide as it is, and the portion of the injected reducing agent that does not mix with the exhaust gas is exhausted. It may also cause problems of depositing on the inner wall of the system.
  • a mixing module is applied to evenly mix the reducing agent with the exhaust gas, and in this mixing module, the injection pressure of the reducing agent through the injector increases according to the strengthening of the EM (emission) standard, thereby injecting the reducing agent according to the increase of the injection pressure. I'm trying to increase the speed.
  • the wall wetting phenomenon is provided by providing a guide member having a plurality of holes formed inside the mixing module. To prevent it.
  • the SCR mixer according to the present invention for achieving the above object includes a first space, a second space, an injection unit, the first changing means.
  • the first space is a space into which at least a portion of the exhaust gas flows.
  • the second space is formed while the other at least part of the exhaust gas is introduced and surrounds the first space.
  • the injection portion is in communication with the first space to inject the reducing agent into the first space.
  • the first changing means changes the flow of the exhaust gas flowing into the first space.
  • the first changing means may be means for changing the flow of the exhaust gas flowing into the inlet of the SCR device and flowing toward the outlet in the circumferential direction. Since the exhaust gas flows into the first space while turning in the circumferential direction, the residence time in the first space is increased, and the mixing effect is well mixed with the reducing agent through the swirl flow, thereby improving the mixing effect.
  • the first changing means may include a swirl generator for swirling the exhaust gas.
  • the swirl generator is installed on the upper inner circumferential surface of the inner shell, and at least one plate having a semicircular shape is installed to be offset from each other to form an inlet, and the reducing agent can be efficiently mixed inside the inner shell by changing the flow of exhaust gas through the inlet. It can be made into a structure that generates swirl.
  • the SCR mixer may communicate with the first space so that the exhaust gas introduced into the second space flows into the first space.
  • the second changing means for changing the flow of the exhaust gas flowing into the second space in the second space may be further included.
  • the second changing means may comprise a plurality of vanes for changing the flow of the exhaust gas in a diagonal line in the second space.
  • the SCR mixer may further include an inner shell having an injection portion in the shape of the cylinder and the outer circumferential surface to distinguish the first space from the second space.
  • the SCR mixer may further include an outer shell including a through hole so as to surround the second space and penetrate the injection unit.
  • the outer shell includes a first outer shell and a second outer shell.
  • the first outer shell includes a first coupling portion
  • the second outer cell includes a second coupling portion corresponding to the first coupling portion.
  • the vanes include inclined walls.
  • the inclined wall may include an inner welding wing welded to the inner shell and an outer welding wing welded to the outer shell, and the outer shell may include a plurality of welding holes for welding the outer weld wing from the outside.
  • the SCR mixer may further include a guide portion.
  • the guide part guides the exhaust gas flow downward in the second space upward to the first space.
  • the central portion of the guide portion protrudes upward from the inner shell, and the edge portion of the guide portion is coupled to the inner circumferential surface of the outer shell.
  • the SCR apparatus including the SCR mixer having the above structure includes a DOC, an SCR mixer, and an SDPF, and the SCR mixer may be installed between the DOC and the SDPF.
  • the reducing agent is injected into the inner shell heated by the exhaust gas to increase the atomization and evaporation of the reducing agent droplets to minimize the phenomenon that the reducing agent is deposited on the inner shell inner surface.
  • the reducing agent is mixed evenly in the mixer as it is mixed by the exhaust gas flowing in between the outer shell and the inner shell and upwardly flowing from the lower inner shell.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an SCR mixer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an SCR mixer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a diagram illustrating an SCR apparatus including an SCR mixer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the SCR device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a view illustrating vanes of an SCR mixer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a swirl generator and a swirl plate of an SCR mixer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an SCR mixer 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view of the SCR mixer 100 according to the embodiment of the present invention. It demonstrates with reference to FIG. 1 and FIG.
  • the SCR mixer 100 includes a first space 110, a second space 120, an injection unit 130, and first changing means.
  • the first space 110 is a space into which at least a portion of the exhaust gas flows.
  • the second space 120 is formed while the other at least a portion of the exhaust gas is introduced and surrounds the first space 110.
  • the SCR mixer 100 includes an inner shell 160 having an injection portion 130 in the shape of the cylinder and an outer circumferential surface to distinguish the first space 110 and the second space 120.
  • the SCR mixer 100 includes an outer shell surrounding the second space 120 and including a through hole to allow the injection unit 130 to pass therethrough.
  • the outer shell may include a first outer shell 171 provided with a DOC, which will be described later, and a second outer shell 172 provided with an SCR mixer and SDPF.
  • the injection unit 130 is formed to communicate with the first space 110 to inject a reducing agent into the first space 110.
  • the injection part 130 is connected to the inner cell 160 so that one end is exposed to the outside of the outer shell and the other end communicates with the inner cell 160.
  • the reducing agent may be at least one of urea water (urea) and ammonia.
  • the first changing means changes the flow of the exhaust gas flowing into the first space 110.
  • the first changing means includes a swirl generator 180 for swirling the exhaust gas.
  • the swirl generating unit 180 is installed on the upper inner circumferential surface of the inner shell 160 with reference to FIG. 1, and a pair of swirl plates 190 having a semicircular shape are alternately installed to form the inlet 200.
  • a swirl A direction of Figure 2
  • the swirl generating unit 180 generating the swirl has a semicircular swirl plate 190 having an extension 191 extending in the circumferential direction thereof, and the circumferential surface of the swirl plate 190 in the longitudinal direction.
  • a protruding junction 195 may be formed.
  • the junction 195 may be bonded to the inner circumferential surface of the inner shell 160.
  • the diameter of the swirl plate 190 may be the same as the inner diameter of the inner shell 160.
  • the swirl plate 190 may include a ceiling part 192, a connection part 193, and a bottom part 194.
  • the connection portion 193 is formed between the ceiling portion 192 and the bottom portion 194, and the ceiling portion 192 is formed when the pair of swirl plates 190 are coupled to each other as shown in FIGS. 1 and 6. 200 is the upper portion, the bottom portion 194 is the bottom of the inlet 200, the extension 191 is further entered into the inlet 200 under the ceiling portion 192 of the mating swirl plate 190 do.
  • the swirl plate 190 has a ceiling portion 192 higher than the bottom portion 194, and the connection portion 193 has a structure connecting the bottom portion 193 and the ceiling portion 192 having different heights.
  • the swirl generating unit 180 when a pair of swirl plates 190 having the same shape are rotated 180 degrees to each other and combined, the swirl generating unit 180 is formed and a pair of inlets 200 are formed.
  • the support wall 196 is further included such that the two swirl plates 190 can be supported at each other at the inlet 200.
  • At least one support wall 196 may be installed in the support wall fixing groove 197, and the support wall fixing groove 197 may be formed in the ceiling part 192 and the extension part 197.
  • the support wall 196 may be installed in a state in which a plurality of spaced apart from each other by a predetermined interval, it is effective to strengthen the swirl.
  • the swirl plate 190 has a method of generating a swirl, but any structure may be used as long as it can generate a swirl.
  • the SCR mixer 100 may further include second changing means for changing the flow of the exhaust gas flowing into the second space 120 in the second space 120.
  • the second changing means may include a plurality of vanes 205 for changing the flow of the exhaust gas in an oblique line in the second space 120.
  • the vane 205 includes an inclined portion 210, an inner welding wing 220, and an outer welding wing 220.
  • the inner welding blade 220 may be bonded to the inner shell 160, and the outer welding blade 230 may be bonded to the second outer shell 172.
  • the inner welding blade 220 and the outer welding blade 230 has a shape bent in the opposite direction as shown in Figure 5, but according to the embodiment the outer welding blade 230 and the inner welding blade 220 ) May be bent in the same direction.
  • the inclined wall 210 may have a width a equal to the distance between the inner shell 160 and the second outer shell 172. In this way, the inclined wall 210 may support the inner shell 160 installed in the second outer shell 172.
  • the inner welding blade 220 and the outer welding blade 230 are the same as the circumferential direction so as to be in close contact with the outer circumferential surface of the inner shell 160 and the inner circumferential surface of the second outer shell 172, respectively. It may be in the shape of a curve.
  • the second outer shell 172 includes a plurality of welding holes 240 for welding the outer welding blade 230.
  • the welding hole 240 may be formed to penetrate a portion (e) where the outer welding blade 230 formed in the inclined wall 210 and the second outer shell 172 contact.
  • the outer surface f of the inner welding blade 220 may be welded to the outer circumferential surface of the inner shell 160.
  • the second space 120 and the first space 110 may communicate with each other such that the exhaust gas introduced into the second space 120 flows into the first space 110.
  • the SCR mixer 100 may further include a flow guide unit 250 under the inner shell 160.
  • the flow guide part 250 guides the exhaust gas flow downward in the second space 120 upward to the first space 110 (see B direction).
  • a central portion of the flow guide part 250 protrudes upward from the inner shell 160, and an edge portion of the flow guide part 250 is coupled to an inner circumferential surface of the second outer shell 172.
  • the center of the flow guide portion 250 is formed hollow to provide a passage through which the exhaust gas in the mixer can be discharged out of the mixer.
  • the SCR apparatus including the SCR mixer 100 having the above structure includes a DOC 260, an SCR mixer 100, and an SDPF 270, referring to FIGS. 3 and 4.
  • the DOC 260, the SCR mixer 100, and the SDPF 270 are installed in the outer shell as described above, and the outer shell is the first outer shell 171 and the second as shown in FIGS. 3 and 4.
  • a first coupling portion 175 is formed on the first outer shell 171 and a first coupling portion is formed on the second outer shell 172 so that the outer shell 172 may be coupled to the outer circumferential surface thereof.
  • the second coupling part 176 corresponding to the 175 may be formed.
  • the DOC 260 may be installed in the first outer shell 171, and the SCR mixer 100 and the SDPF 270 may be installed in the second outer shell 172.
  • the DOC 260 and the SDPF 270 are obvious to those skilled in the art, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.
  • An inlet 280 connected to the intake manifold may be installed at the first outer shell 171, and an outlet 290 connected to the muffler may be installed at the second outer shell 172.
  • the exhaust gas is first purified through the DOC 260 and flows into the SCR mixer 100 installed under the DOC 260.
  • the exhaust gas is introduced into the first space 110 and the second space 120 of the SCR mixer 100.
  • the exhaust gas is swirled through the swirl generator 180 before entering the first space 110 and flows into the first space 110.
  • a part of the exhaust gas flows into the second space 120, and is inclined downward through the inclined wall 210 formed in the second space 120.
  • the surface is cooled by external temperature.
  • the reducing agent is injected into the inner shell 160, the reducing agent is solidified instead of being atomized, and is pressed onto the inner wall of the inner shell 160. Reductant deposits are generated. Therefore, according to the present invention, the exhaust gas introduced into the second space 120 surrounds the inner shell 160 so that the reducing agent precipitates are not generated or very little as the inner shell 160 is maintained heated by the exhaust gas heat. There is an effect that occurs.
  • the exhaust gas introduced into the second space 120 serves to prevent the inner shell 160 from cooling and is guided by the inclined wall 210 while being flow guide 250 formed under the SCR mixer 100.
  • the flow guide unit 250 communicates with the exhaust gas introduced into the second space 120 to flow into the first space 110.
  • the exhaust gas moving downward in the second space 120 moves upwardly (see direction B) inside the inner shell 160 by the flow guide part 250 (see B direction).
  • Mixing with the exhaust gas which is swirled at 110 is performed. Therefore, the SCR mixer 100 separated into the first space 110 and the second space 120 suppresses solidification of the reducing agent generated when the first space 110 in which the reducing material is injected is exposed to the outside and the first space ( The first mixing while swirling in the first 110, and the secondary mixing through the exhaust gas introduced from the second space 120 may have the effect of mixing the exhaust gas and the reducing agent evenly in a limited space. .
  • Exhaust gas mixed with the reducing agent in the same manner as described above is discharged in the C direction through the discharge passage formed in the center of the flow guide portion 250 is moved to the SDPF (270).

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Abstract

본 발명은 배기가스를 믹싱하는 SCR 믹서 및 이를 포함하는 SCR 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 촉매와 필터를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물과 디젤 입자상 물질이 제거되도록 하는 디젤 엔진의 배기가스 후처리 시스템용 믹싱 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 SCR 믹서는 배기가스에 의해 가열된 이너쉘에 환원제가 분사되어 환원제 액적의 미립화 및 증발을 증가시켜 기존 믹서에서 발생되던 환원제가 이너쉘 내면에 석출되어 달라붙는 현상을 최소화하는 효과가 있다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 16.08.2017]　SCR 믹서 및 이를 포함하는 SCR 장치
본 발명은 배기가스와 요소수를 믹싱하는 SCR 믹서 및 이를 포함하는 SCR 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 촉매와 필터를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물과 디젤 입자상 물질이 제거되도록 하는 디젤 엔진의 배기가스 후처리 시스템용 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 우수한 신뢰성을 바탕으로 자동차, 선박, 일반산업용 등 산업 전반에서 사용 용도가 다양하고, 고출력 및 고부하 운전이 가능하여 수요가 계속 증가하고 있다.
그러나 선진 각국에서 이러한 디젤자동차가 총 대기오염의 40%를 차지할 정도로 대기오염의 주범으로 인식되고 있기도 하다.
이에 대응하기 위하여 각국에서는 디젤엔진의 배기가스 규제를 강화시키고 있는 바 이러한 디젤자동차의 대기오염은 주로 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM)에 의해 발생한다.
엔진의 배기가스 중에 함유된 공해 물질인 디젤 입자상 물질(PM) 및 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF((Diesel Particulate matter Filter) 및 SCR(Selective Catalyst Reduction) 등과 같은 배기가스 후처리 장치가 차량에 적용되고 있다.
DOC는 배기가스 중의 총 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 기능을 하며, DPF는 입자상 물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시키는 역할을 한다.
그리고 SCR은 인젝터를 통해 배기 가스의 유동 방향으로 분사되는 환원제가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 가수분해되고, 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키도록 하고 있다. 여기서 환원제로서는 요소수가 주로 이용되고 있다. 본 명세서에서 요소수라고 함은 요소수 자체만이 아니라 넓은 의미에서 환원제를 포함한다.
질소산화물의 효과적인 저감을 위해서는 환원제가 배기가스에 분사되어 골고루 잘 섞이는 것이 중요하며, 그렇지 않을 경우 환원율이 저하되어 질소산화물을 그대로 배기시키게 되며, 또한, 분사된 환원제 중 배기가스와 섞이지 못한 부분은 배기 계통 내벽에 닿아 석출물을 발생시키는 문제를 일으키기도 한다.
일반적으로 환원제를 배기가스에 골고루 잘 섞이도록 하기 위해 믹싱 모듈이 적용되며, 이러한 믹싱 모듈에서는 EM(emission) 기준 강화에 따라 인젝터를 통한 환원제의 분사압을 증대시켜 그 분사압 증대에 따른 환원제의 분사 속도를 증가시키도록 하고 있다.
따라서 이를 위해 종전에는 국내공개특허 제2012-0064345호(차량의 배기가스 후처리 시스템용 도징 모듈)에 의해 알려진 바와 같이 믹싱 모듈의 내부에 복수의 구멍을 형성한 가이드부재를 구비시킴으로써 월 웨팅 현상이 방지되도록 하고 있다.
하지만 그러한 가이드부재와 배플부재에도 불구하고 여전히 구조적 한계로 인해 혼합가스의 유동성 저하를 초래하면서 환원제의 고형화 발생과 그로 인해 정화 효율이 저하되는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이중구조를 통해 배기가스와 환원제를 효율적으로 믹싱하고 환원제의 고형화를 방지하는 새로운 방식 또는 구조의 SCR 믹서 및 이를 포함하는 SCR 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 믹서는 제1 공간, 제2 공간, 주입부, 제1 변경수단을 포함한다.
제1 공간은 배기가스의 적어도 일부가 유입되는 공간이다.
제2 공간은 배기가스의 다른 적어도 일부가 유입되며, 제1 공간을 둘러싸면서 형성된다.
주입부는 제1 공간 내로 환원제를 주입하도록 제1 공간과 연통된다.
제1 변경수단은 제1 공간으로 유입되는 배기가스의 흐름을 변경시킨다.
예컨대, 제1 변경수단은 SCR 장치의 인렛으로 유입되어 아웃렛을 향하여 흐르는 배기가스의 흐름을 원주방향으로 선회하도록 그 흐름을 변경시키는 수단일 수 있다. 배기가스는 원주방향으로 선회하면서 제1 공간 내로 유입되기 때문에 제1 공간 내에서의 체류시간이 증가하고 선회 유동을 통해 환원제와의 뒤섞임이 잘 이루어져 믹싱효과가 향상된다.
이러한 제1 변경수단은 배기가스를 스월시키는 스월발생부를 포함할 수 있다.
스월발생부는 이너쉘의 상부 내주면에 설치되고, 반원형상을 가진 적어도 하나 이상의 플레이트가 서로 어긋나게 설치되어 입구를 형성하고, 입구를 통해 배기가스의 흐름을 변경하여 이너쉘 내부에서 환원제가 효율적으로 섞일 수 있도록 스월을 발생시키는 구조로 만들어질 수 있다.
또한, SCR 믹서는 제2 공간으로 유입된 배기가스가 제1 공간으로 유입되도록 제2 공간은 제1 공간과 연통될 수 있다.
그리고, 제2 공간에 제2 공간으로 유입되는 배기가스의 흐름을 변경하는 제2 변경수단이 추가로 포함될 수 있다.
제2 변경수단은 배기가스가 제2 공간 내에서 사선으로 흐르도록 그 흐름을 변경시키는 복수의 베인을 포함할 수 있다.
SCR 믹서는 제1 공간과 제2 공간을 구분시키도록 원통의 형상과 외주면에 주입부를 가지는 이너쉘을 추가로 포함할 수 있다.
그리고, SCR 믹서는 제2 공간을 둘러싸며 주입부가 관통될 수 있도록 관통홀을 포함하는 아우터쉘을 추가로 포함할 수 있다. 아우터쉘은 제1 아우터쉘과 제2 아우터쉘을 포함한다. 제1 아우터쉘은 제1 결합부를 포함하고, 제2 아우터셀은 제1 결합부와 대응되는 제2 결합부를 포함한다.
베인은 경사벽을 포함한다. 경사벽은 이너쉘과 용접되는 내측 용접날개와 아우터쉘과 용접되는 외측 용접날개를 포함하고, 아우터쉘은 외측 용접날개를 외부에서 용접시키기 위한 복수의 용접홀을 포함할 수 있다.
SCR 믹서는 가이드부를 추가로 포함할 수 있다. 가이드부는 제2 공간에서 하향된 배기가스 흐름을 제1 공간으로 상향시키며 가이드 한다.
가이드부의 중심부는 이너쉘의 내부에서 상방으로 돌출되고, 가이드부의 가장자리부는 아우터쉘의 내주면에 결합된다.
한편, 상기의 구조를 가진 SCR 믹서를 포함하는 SCR 장치는 DOC, SCR 믹서, SDPF를 포함하고, SCR 믹서는 DOC와 SDPF 사이에 설치될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 SCR 믹서에 따르면, 배기가스에 의해 가열된 이너쉘 내부로 환원제가 분사되어 환원제 액적의 미립화 및 증발을 증가시켜 환원제가 이너쉘 내면에 침착되는 현상을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 배기가스가 이너쉘 내부에서 스월되면서, 아우터쉘과 이너쉘 사이로 유입된 후 이너쉘 하부에서 상향하며 유동하는 배기가스에 의해 섞임에 따라 환원제가 믹서 내에서 골고루 섞여 잘 믹싱되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서가 포함된 SCR 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 SCR 장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서의 베인을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서의 스월발생부 및 스월 플레이트를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 SCR 믹서(100)에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서(100)를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서(100)의 단면을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 SCR 믹서(100)는 제1 공간(110), 제2 공간(120), 주입부(130), 제1 변경수단을 포함한다.
도 2를 참조하면, 제1 공간(110)은 배기가스의 적어도 일부가 유입되는 공간이다.
제2 공간(120)은 배기가스의 다른 적어도 일부가 유입되며, 제1 공간(110)을 둘러싸면서 형성된다.
SCR 믹서(100)는 제1 공간(110)과 제2 공간(120)을 구분시키도록 원통의 형상과 외주면에 주입부(130)를 가지는 이너쉘(160)을 포함한다.
그리고, SCR 믹서(100)는 제2 공간(120)을 둘러싸며 주입부(130)가 관통될 수 있도록 관통홀을 포함하는 아우터쉘을 포함한다. 아우터쉘은 후술할 DOC가 설치된 제1 아우터쉘(171)과 SCR 믹서와 SDPF가 설치된 제2 아우터쉘(172)로 구성될 수 있다.
주입부(130)는 제1 공간(110) 내로 환원제를 주입하도록 제1 공간(110)과 연통하도록 형성된다. 이러한 주입부(130)는 일단이 아우터쉘 외부로 노출되고 타단은 이너셀(160) 내부와 연통하도록 이너셀(160)과 연결되어 형성된 파이프 형태이다.
한편, 본 실시예에서 환원제는 통상 요소수(유레아), 암모니아 중 적어도 하나일 수 있다.
제1 변경수단은 제1 공간(110)으로 유입되는 배기가스의 흐름을 변경시킨다. 본 실시예에서 제1 변경수단은 배기가스를 스월시키는 스월발생부(180)를 포함한다.
스월발생부(180)는 도 1을 참조하면 이너쉘(160)의 상부 내주면에 설치되고, 반원형상을 가진 한 쌍의 스월 플레이트(190)가 서로 어긋나게 설치되어 입구(200)를 형성하고, 입구(200)를 통해 배기가스의 흐름을 변경하여 이너쉘(160) 내부에서 환원제가 효율적으로 섞일 수 있도록 스월을 발생(도 2의 A방향)시킬 수 있다.
스월을 발생시키는 스월발생부(180)는 도 6을 참조하면 반원형상의 스월 플레이트(190)에 일측은 원주방향으로 연장형성된 연장부(191)를 가지고 스월 플레이트(190)의 둘레면은 길이방향으로 돌출된 접합부(195)가 형성될 수 있다.
접합부(195)는 이너쉘(160)의 내주면에 접합될 수 있다. 스월 플레이트(190)의 직경은 이너쉘(160)의 내경과 동일할 수 있다.
스월 플레이트(190)는 천장부(192), 연결부(193) 및 바닥부(194)로 구성될 수 있다. 연결부(193)는 천장부(192)와 바닥부(194) 사이에 형성되고, 천장부(192)는 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이 한 쌍의 스월 플레이트(190)가 서로 결합될 때 입구(200)의 상부가 되고, 바닥부(194)는 입구(200)의 바닥이 되며, 연장부(191)는 상대 스월 플레이트(190)의 천장부(192) 밑에서 입구(200) 안쪽으로 더 들어가 위치하게 된다. 따라서, 스월 플레이트(190)는 천장부(192)가 바닥부(194) 보다 높으며, 연결부(193)은 그와 같이 높이가 다른 바닥부(193) 및 천장부(192)를 연결하는 구조이다.
또한, 도 1 및 도 6에서와 같이 동일한 형상의 한 쌍의 스월 플레이트(190)가 서로 180도 회전 위치되어 결합되면 스월발생부(180)가 되고 한 쌍의 입구(200)가 형성되는데 이때 두 개의 스월 플레이트(190)가 입구(200)에서 서로 지지될 수 있도록 지지벽(196)이 추가로 포함된다. 지지벽(196)은 지지벽고정홈(197)에 적어도 하나 이상 설치될 수 있고, 지지벽고정홈(197)은 천장부(192)와 연장부(197)에 형성될 수 있다. 지지벽(196)은 복수개가 일정간격으로 이격된 상태로 설치될 수 있고, 스월을 강화시키는 효과가 있다.
본 실시예에서는 스월 플레이트(190) 구조를 통해 스월을 발생시키는 방식을 취하고 있으나 스월을 발생시킬 수 있는 구조라면 어느 것이든 무방하다.
그리고, SCR 믹서(100)는 제2 공간(120)에 제2 공간(120)으로 유입되는 배기가스의 흐름을 변경하는 제2 변경수단이 추가로 포함될 수 있다. 제2 변경수단은 배기가스가 제2 공간(120) 내에서 사선으로 흐르도록 그 흐름을 변경시키는 복수의 베인(205) 을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면 베인(205)은 경사부(210), 내측 용접날개(220) 및 외측 용접날개(220)를 포함한다.
내측 용접날개(220)는 이너쉘(160)과 접합되고, 외측 용접날개(230)는 제2 아우터쉘(172)와 접합될 수 있다. 본 실시예에서 내측 용접날개(220)와 외측 용접날개(230)는 도 5에 도시된 바와 같이 서로 반대방향으로 벤딩된 형상을 가지나 실시예에 따라 외측 용접날개(230)와 내측 용접날개(220)는 동일한 방향으로 밴딩될 수 있다.
도 5를 참조하면, 경사벽(210)은 구체적으로 이너쉘(160)과 제2 아우터쉘(172) 사이의 간격과 동일한 폭(a)을 가질 수 있다. 이를 통해 경사벽(210)은 제2 아우터쉘(172) 내부에 설치된 이너쉘(160)을 지지할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 내측 용접날개(220)와 외측 용접날개(230)는 각각 이너쉘(160)의 외주면과 제2 아우터쉘(172)의 내주면에 밀착되어 결합되도록 원주방향과 동일한 곡선의 형상일 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3을 참조하면 제2 아우터쉘(172)은 외측 용접날개(230)를 용접하기 위한 복수의 용접홀(240)을 포함한다. 용접홀(240)은 도 5에 도시된 바와 같이 경사벽(210)에 형성된 외측 용접날개(230)와 제2 아우터쉘(172)이 접촉하는 부분(e)이 보이도록 관통 형성될 수 있다. 그리고, 내측 용접날개(220)의 바깥면(f)은 이너쉘(160)의 외주면과 용접 결합될 수 있다.
SCR 믹서는 도 2에 도시된 바와 같이 제2 공간(120)으로 유입된 배기가스가 제1 공간(110)으로 유입되도록 제2 공간(120)과 제1 공간(110)은 서로 연통될 수 있다. 이를 달성하기 위해 SCR 믹서(100)는 이너쉘(160) 하부에 플로우 가이드부(250)를 추가로 포함할 수 있다. 플로우 가이드부(250)는 제2 공간(120)에서 하향된 배기가스 흐름을 제1 공간(110)으로 상향시키며 가이드(B방향 참조) 한다.
플로우 가이드부(250)의 중심부는 이너쉘(160)의 내부에서 상방으로 돌출되고, 플로우 가이드부(250)의 가장자리부는 제2 아우터쉘(172)의 내주면에 결합된다. 또한, 플로우 가이드부(250)의 중심부는 중공으로 형성되어 믹서 내의 배기가스가 믹서 밖으로 배출될 수 있는 통로를 제공한다.
그리고 상기의 구조를 가진 SCR 믹서(100)를 포함하는 SCR 장치는 도 3 및 도 4를 참조하면, DOC(260), SCR 믹서(100), SDPF(270)를 포함한다.
그리고, DOC(260), SCR 믹서(100), SDPF(270)는 전술한 바와 같이 아우터쉘에 설치되는데 아우터쉘은 도3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제1 아우터쉘(171)과 제2 아우터쉘(172)로 구성되고 외주면에 나사(또는 볼트) 결합될 수 있도록 제1 아우터쉘(171)에는 제1 결합부(175)가 형성되고 제2 아우터쉘(172)에는 제1 결합부(175)와 대응되는 제2 결합부(176)가 형성 될 수 있다.
제1 아우터쉘(171)에는 DOC(260)가 설치될 수 있고, 제2 아우터쉘(172)에는 SCR 믹서(100)와 SDPF(270)가 설치될 수 있다. DOC(260)와 SDPF(270)는 통상의 지식을 가진자에게 있어 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.
제1 아우터쉘(171)에는 흡기다기관과 연결되는 인렛(280)이 설치되고, 제2 아우터쉘(172)에는 머플러와 연결되는 아웃렛(290)이 설치될 수 있다.
다음으로 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SCR 믹서(100)가 배기가스를 믹싱하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저 배기가스가 DOC(260)를 통해 1차 정화가 되고 DOC(260)하부에 설치된 SCR 믹서(100)로 유입된다. 배기가스는 SCR 믹서(100)의 제1 공간(110)과 제2 공간(120)으로 나뉘어서 유입된다. 배기가스는 제1 공간(110)을 유입하기 전 스월발생부(180)를 통해 스월되면서 제1 공간(110)으로 유입된다. 배기가스의 일부는 제2 공간(120)으로 유입되는데 이때 제2 공간(120)에 형성된 경사벽(210)을 통해 하방으로 경사져 유동된다.
이너쉘(160)이 외부에 노출된 상태일 경우 외부기온에 의해 표면이 식어 버리는데 이때 환원제가 이너쉘(160) 내부에 분사되면 환원제가 미립화가 되지 않고 고형화되어 이너쉘(160) 내벽에 눌러 붙는 환원제 석출물(Deposit)이 발생된다. 따라서 본 발명은 제2 공간(120)으로 유입된 배기가스가 이너쉘(160)을 감싸도록 함으로써 이너쉘(160)이 배기가스 열에 의해 가열된 상태를 유지함에 따라 환원제 석출물이 발생되지 않거나 매우 적게 발생되는 효과가 있다.
제2 공간(120)으로 유입된 배기가스는 이너쉘(160)이 식지 않도록 하는 역할을 함과 동시에 경사벽(210)에 의해 가이드 되면서 SCR 믹서(100)의 하부에 형성된 플로우 가이드부(250)로 이동하고 플로우 가이드부(250)는 제2 공간(120)으로 유입된 배기가스가 제1 공간(110)으로 유입되도록 연통시킨다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 공간(120)에서 하방으로 이동하는 배기가스가 플로우 가이드부(250)에 의해 이너쉘(160) 내부에서 상방으로 이동(B방향 참조)하면서 제1 공간(110)에서 스월되고 있는 배기가스와 믹싱이 된다. 따라서 제1 공간(110)과 제2 공간(120)으로 분리된 SCR 믹서(100)는 환원재가 분사되는 제1 공간(110)이 외부에 노출되면서 발생되는 환원제의 고형화를 억제하고 제1 공간(110)에서 1차적으로 스월 되면서 1차 믹싱을 하고, 제2 공간(120)에서 유입된 배기가스를 통해 2차 믹싱이 되도록 하여 제한된 공간에서 배기가스 및 환원제가 골고루 믹싱되도록 하는 효과를 가질 수 있다.
상기와 같은 방법으로 환원제와 함께 믹싱된 배기가스는 플로우 가이드부(250)의 중심부에 형성된 배출 통로를 통해 C방향으로 배출되어 SDPF(270)로 이동하게 된다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. 배기가스의 적어도 일부가 유입되는 제1 공간;
    상기 배기가스의 다른 적어도 일부가 유입되며, 상기 제1 공간을 둘러싸는 제2 공간;
    상기 제1 공간 내로 환원제를 주입하기 위한 주입부;
    상기 제1 공간으로 유입되는 상기 배기가스의 흐름을 변경시키는 제1 변경수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공간으로 유입된 상기 배기가스가 상기 제1 공간으로 유입되도록 상기 제2 공간은 상기 제1 공간과 연통된 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공간으로 유입되는 상기 배기가스의 흐름을 변경하는 제2 변경수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 변경수단은 상기 배기가스를 스월시키는 스월발생부를 포함하고, 상기 제2 변경수단은 상기 배기가스가 상기 제2 공간 내에서 사선으로 흐르도록 그 흐름을 변경시키는 복수의 베인을 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공간과 제2 공간을 구분시키도록 원통의 형상과 외주면에 상기 주입부를 가지는 이너쉘을 추가로 포함하고, 상기 제2 공간을 둘러싸며 상기 주입부가 관통될 수 있도록 관통홀을 포함하는 아우터쉘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 베인은 경사벽을 포함하고, 상기 경사벽은 상기 이너쉘과 용접되는 내측 용접날개와 상기 아우터쉘과 용접되는 외측 용접날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 아우터쉘은 상기 외측 용접날개를 용접하기 위한 복수의 용접홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 스월발생부는 상기 이너쉘의 상부 내주면에 설치되고, 반원형상을 가진 적어도 하나 이상의 플레이트가 서로 어긋나게 설치되어 입구를 형성하고, 상기 입구를 통해 배기가스의 흐름을 변경하여 상기 이너쉘 내부에서 상기 환원제가 효율적으로 섞일 수 있도록 스월을 발생시키는 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  9. 제1항에 있어서,
    제2 공간에서 하향된 배기가스 흐름을 상기 제1 공간으로 상향시키며 가이드 하는 가이드부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가이드부의 중심부는 상기 이너쉘의 내부에서 상방으로 돌출되고, 상기 가이드부의 가장자리부는 아우터쉘의 내주면에 결합된 것을 특징으로 하는 SCR 믹서.
  11. DOC;
    상기 DOC에 연결된 믹서;
    싱기 믹서와 연결된 SDPF를 포함하되,
    상기 믹서는
    배기가스의 적어도 일부가 유입되는 제1 공간;
    상기 배기가스의 다른 적어도 일부가 유입되며, 상기 제1 공간을 둘러싸는 제2 공간;
    상기 제1 공간 내로 환원제를 주입하는 주입부;
    상기 제1 공간으로 유입되는 적어도 일부의 상기 배기가스의 흐름을 변경시키는 제1 변경수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 장치.
PCT/KR2017/007839 2016-07-20 2017-07-20 Scr 믹서 및 이를 포함하는 scr 장치 WO2018016897A1 (ko)

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