WO2021040115A1 - 양방향 회전용 스월유닛을 구비하는 환원제 믹싱장치 - Google Patents

양방향 회전용 스월유닛을 구비하는 환원제 믹싱장치 Download PDF

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reducing agent
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mixing device
blade
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정종화
김성태
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세종공업 주식회사
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    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a reducing agent mixing device for evenly mixing a reducing agent in exhaust gas flowing toward a catalyst, and more particularly, a part of the exhaust gas flow is guided in a clockwise direction and another part of the exhaust gas flow is counterclockwise. It relates to a reducing agent mixing device provided with a swirl unit to guide.
  • diesel engines the fuel injected into the engine is burned by self-ignition due to the increase in temperature due to compression of the piston. In this process, incomplete combustion occurs due to non-uniformity of fuel and air, and particulate matter (PM) such as unburned carbon is generated. Such soot can cause serious diseases in the human body through breathing, and in particular, with the increase of diesel vehicles, it has emerged as a social problem.
  • Diesel vehicles include hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and carbon monoxide (CO) contained in exhaust gases.
  • HC hydrocarbons
  • CO carbon monoxide
  • CO carbon monoxide
  • CO carbon monoxide
  • Various exhaust gas post-treatment devices have been developed to purify exhaust gas by treating particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx).
  • These exhaust gas post-treatment devices include DOC (Diesel Oxidation Catalyst), which converts the components of hydrocarbon and carbon monoxide contained in exhaust gas into water and carbon dioxide through oxidation reactions by catalysts, and soot contained in exhaust gas.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • diesel engines have higher thermal efficiency and less emission of carbon dioxide than gasoline engines, but have a disadvantage in that they have more emissions of particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) than gasoline engines.
  • PM particulate matter
  • NOx nitrogen oxides
  • exhaust gas post-treatment systems such as LNT (Lean NOx Trap) or SCR system have been actively researched and developed.
  • an injector that sprays a reducing agent such as urea aqueous solution is installed at the front end of the SCR, that is, upstream, and the reducing agent sprayed by this injector is decomposed into ammonia and nitrogen oxides in the exhaust gas are reduced through a reduction reaction. It is decomposed and purified with water and nitrogen.
  • a reducing agent such as urea aqueous solution
  • a swirl unit that spirally flows the exhaust gas has been widely used.
  • the exhaust gas flows in a spiral rather than in a straight line, so even if the length of the exhaust pipe is not increased, the contact distance with the reducing agent is increased, so that the reducing agent can be more evenly mixed with the exhaust gas. do.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of a conventional reducing agent mixing device
  • FIG. 2 is a front view of a swirl unit included in a conventional reducing agent mixing device
  • FIG. 3 is a plan view showing a flow path of a reducing agent when a conventional reducing agent mixing device is used. to be.
  • the exhaust gas discharged from the engine passes through the interior and the catalyst 12 is mounted on the rear end of the exhaust pipe 10 and the internal flow path of the exhaust pipe 10.
  • the swirl unit 30 is provided with a plurality of blades 32 for guiding the flow direction of the exhaust gas in a helical manner, and the reducing agent injected from the injector 20 is exhausted while flowing in a helical manner while passing through the swirl unit 30 It mixes evenly with the gas.
  • the reducing agent mixed in the exhaust gas as shown in FIG.
  • the particles also spirally flow along the exhaust gas and have a centrifugal force.
  • the reducing agent particles are collected in the form of droplets on the inner wall of the exhaust pipe by the centrifugal force.
  • the mixing ratio with the exhaust gas decreases, and thus the exhaust gas purification efficiency is significantly reduced.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and provides a reducing agent mixing device capable of preventing the phenomenon that the reducing agent particles are collected in the form of droplets on the inner wall of the exhaust pipe while securing a high mixing ratio of the exhaust gas and the reducing agent. There is a purpose.
  • a reducing agent mixing apparatus for achieving the above object includes: an exhaust pipe through which exhaust gas discharged from an engine passes through and a catalyst is mounted at a rear end thereof; An injector for injecting a reducing agent to a point spaced a predetermined distance from the point where the catalyst is mounted in the inner flow passage of the exhaust pipe; And a swirl unit mounted between the injector and the catalyst among the internal flow paths of the exhaust pipe to allow some exhaust gas to flow in a counterclockwise direction and another part of the exhaust gas to flow in a clockwise direction.
  • the swirl unit includes an outer pipe coupled to an inner wall of the exhaust pipe, a plurality of first blades installed on one side of the inner space of the outer pipe to guide the flow direction of the exhaust gas in a counterclockwise direction, and the inner wall of the outer pipe It is installed on one side of the space and includes a plurality of second blades for guiding the flow direction of the exhaust gas in a clockwise direction.
  • the injector is mounted on the upper side of the inner flow path of the exhaust pipe, the plurality of first blades are arranged on one side based on the vertical center line of the outer tube, and the plurality of second blades are based on the vertical center line of the outer tube It is arranged on the other side.
  • a spaced space through which exhaust gas flows in a straight line is secured between the first blade positioned at the lowermost side and the second blade positioned at the lowermost side.
  • the uppermost first blade and the uppermost second blade are integrally coupled.
  • the plurality of first blades and the plurality of second blades are arranged so as to have the same number and symmetrical left and right.
  • the swirl unit includes a connection pipe connecting the plurality of first blades and the plurality of second blades.
  • the reducing agent mixing device having a swirl unit for rotating in both directions it is possible to prevent the phenomenon that the reducing agent particles are collected in the form of droplets on the inner wall of the exhaust pipe while securing a high mixing ratio of the exhaust gas and the reducing agent. have.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view of a conventional reducing agent mixing device.
  • FIG 2 is a front view of a swirl unit included in a conventional reducing agent mixing device.
  • FIG. 3 is a plan view showing a flow path of a reducing agent when a conventional reducing agent mixing device is used.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view of a reducing agent mixing apparatus according to the present invention.
  • FIG 5 is a front view of the swirl unit included in the reducing agent mixing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing a flow path of a reducing agent when the mixing device according to the present invention is used.
  • FIG. 7 and 8 are perspective and rear perspective views of the swirl unit included in the reducing agent mixing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a flow path of exhaust gas when the mixing device according to the present invention is used.
  • FIG. 10 is a front view showing a flow path of exhaust gas when the mixing device according to the present invention is used.
  • Figure 4 is a side cross-sectional view of the reducing agent mixing device according to the present invention
  • Figure 5 is a front view of the swirl unit included in the reducing agent mixing device according to the present invention
  • Figure 6 is the flow of reducing agent when using the mixing device according to the present invention It is a plan view showing the route.
  • the reducing agent mixing device is a device for evenly mixing the reducing agent in exhaust gas, and does not induce exhaust gas in either a clockwise or counterclockwise direction, but induces some exhaust gas flow in a counterclockwise direction. And another part of the exhaust gas flow is induced in a clockwise direction, thereby preventing the phenomenon that the reducing agent particles flowing along the exhaust gas are collected in the form of droplets on the inner wall surface of the exhaust pipe 100 is the biggest feature. .
  • the exhaust gas discharged from the engine passes through the inside and the catalyst 110 is installed in the rear end of the exhaust pipe 100 and the internal flow path of the exhaust pipe 100 ) Is installed between the injector 200 and the catalyst 110 among the injector 200 for injecting a reducing agent to a point spaced a predetermined distance from the point where the exhaust pipe 100 is installed, and some exhaust gas Is configured to include a swirl unit 300 that flows in a counterclockwise direction and another part of the exhaust gas flows in a clockwise direction.
  • the catalyst 110 and the injector 200 are equally applied to the conventional reducing agent mixing apparatus, detailed descriptions of the functions and internal configurations of the catalyst 110 and the injector 200 will be omitted.
  • the swirl unit 300 included in the present invention does not flow exhaust gas in only one direction, but allows some exhaust gas to flow in a clockwise direction and another part of exhaust gas to flow in a counterclockwise direction.
  • An outer pipe 310 coupled to the inner wall of the exhaust pipe 100, and a plurality of first blades 320 installed on one side of the inner space of the outer pipe 310 to guide the flow direction of the exhaust gas in a counterclockwise direction, and ,
  • the exhaust gas passing through the swirl unit 300 rotates oppositely to the left and right at the center of the swirl unit 300 and collides at the center of the exhaust pipe 100 And, accordingly, a strong eddy turbulence is formed. Therefore, the reducing agent aqueous solution sprayed by the injector 200 can be evenly mixed with the exhaust gas while flowing through the swirling turbulence of the exhaust gas as described above.
  • the reducing agent aqueous solution can be evenly mixed with the exhaust gas even in a shorter path compared to the case of flowing the exhaust gas in one direction. , Even if the length of the exhaust pipe 100 is shortened, there is an advantage that the exhaust gas purification efficiency can be maintained high.
  • the reducing agent mixing device when used, some of the exhaust gas introduced into the exhaust pipe 100 flows in a clockwise direction and another part flows in a counterclockwise direction, and the reducing agent injected by the injector 200 Since the mixture is evenly mixed, the exhaust gas flowing in the clockwise direction and the exhaust gas flowing in the counterclockwise direction collide with each other at the rear end of the swirl unit 300 to cause turbulence, thereby losing centrifugal force.
  • the injector 200 can minimize the phenomenon that the reducing agent aqueous solution is collected in a droplet state on the bottom surface of the exhaust pipe 100. It is preferable to be mounted on the upper side of the inner flow path of the exhaust pipe (100).
  • the first blade 320 and the second blade 330 for inducing the flow of exhaust gas in opposite directions are preferably disposed on the left and right sides of the swirl unit 300, respectively. That is, as shown in FIG. 5, the plurality of first blades 320 are arranged on one side (left in FIG. 5) based on the vertical center line of the outer tube 310, and the plurality of second blades 330 ) May be arranged on the other side (right side in FIG. 5) based on the vertical center line of the outer tube 310.
  • FIG. 7 and 8 are perspective and rear perspective views of the swirl unit 300 included in the reducing agent mixing apparatus according to the present invention.
  • the swirl unit 300 included in the present invention is configured so that most of the exhaust gas collides to generate turbulence, but a small amount of the exhaust gas maintains straightness. That is, as shown in Fig. 6, the swirl unit 300 is spaced between the first blade 320 positioned at the lowest and the second blade 330 positioned at the lowest side, in which exhaust gas flows in a straight line. Space (a) can be secured.
  • the space (a) between the lowermost first blade 320 and the lowermost second blade 330 is too large, the generation of turbulence of the exhaust gas is reduced, resulting in the mixing efficiency of the reducing agent and the exhaust gas. This may drop, and if the separation space (a) is too small, the straightness of the exhaust gas may be lowered, so that the emission efficiency may be lowered. It is preferable that the size of the separation space (a) is appropriately selected according to various conditions.
  • the swirl unit 300 included in the present invention includes the plurality of first blades 320 and the plurality of the first blades 320 so that the flow rate of the exhaust gas rotating in the counterclockwise direction and the flow rate of the exhaust gas rotating in the clockwise direction can be set equally. It is preferable that the number of second blades 330 are the same and are arranged to be symmetrical left and right.
  • the first blade 320 positioned at the top and the second blade 330 positioned at the top are spaced apart from each other, the first blade 320 positioned at the top and the second blade positioned at the top ( 330) can also flow straight through the exhaust gas, in this case, since the reducing agent aqueous solution injected from the injector 200 passes through the swirl unit 300 along the exhaust gas flowing straight, it is not evenly mixed with the exhaust gas. The problem of not being able to do so may arise.
  • first blade 320 positioned at the uppermost side and the second blade 330 positioned at the uppermost side are integrally coupled as shown in the present embodiment.
  • first blade 320 and the second blade 330 are connected only to the outer pipe 310, the first blade 320 and the second blade 330 are externally connected when the fluid pressure of the exhaust gas is very high. There is a risk of being removed from the pipe 310.
  • first blade 320 and the second blade 330 bend when used for a long time, thereby reducing exhaust gas. There may be a fear that it may not be able to rotate counterclockwise or clockwise normally.
  • the swirl unit 300 does not remove or bend the first blade 320 and the second blade 330 from the outer pipe 310 even when the exhaust gas flow pressure increases, as shown in FIG. 7. It is preferable to further include a connection pipe 340 connecting the plurality of first blades 320 and the plurality of second blades 330.
  • connection pipe 340 integrally connects the interruptions of all the first blades 320 and all the second blades 330. Even if the flow pressure of the exhaust gas increases, either the first blade 320 or the second blade 2 There is an advantage in that the blade 330 is not separated from the outer tube 310 and the interruption of the first blade 320 and the second blade 330 can be prevented from being bent.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the flow path of exhaust gas when the mixing device according to the present invention is used
  • FIG. 10 is a front view showing the flow path of exhaust gas when the mixing device according to the present invention is used.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams that simulate the flow path of the exhaust gas when the exhaust gas is introduced into the reducing agent mixing device according to the present invention, and the exhaust gas passing through the area where the first blade 320 is mounted is counterclockwise. It can be seen that the exhaust gas that rotates and passes through the area where the second blade 330 is mounted rotates in a clockwise direction.
  • the exhaust gas and the reducing agent flowing along the exhaust gas are sufficiently mixed in the process of generating turbulence after passing through the swirl unit 300, and the centrifugal force of the exhaust gas is lost, so that the reducing agent particles are
  • the reducing agent particles are

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Abstract

본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 지나며, 후단측에 촉매가 장착되는 배기관; 상기 배기관의 내부유로 중 상기 촉매가 장착되는 지점으로부터 선단측으로 일정 거리 이격된 지점에 환원제를 분사하는 인젝터; 및 상기 배기관의 내부유로 중 상기 인젝터와 촉매 사이에 장착되어 일부 배기가스는 반시계방향으로 유동시키고 또 다른 일부 배기가스는 시계방향으로 유동시키는 스월유닛;을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 양방향 회전용 스월유닛을 구비하는 환원제 믹싱장치를 이용하면, 배기가스와 환원제의 혼합률을 높게 확보하면서 환원제 입자가 배기관의 내벽에 액적 형태로 포집되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Description

양방향 회전용 스월유닛을 구비하는 환원제 믹싱장치
본 발명은 촉매를 향해 유동하는 배기가스에 환원제를 고르게 믹싱하기 위한 환원제 믹싱장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 일부의 배기가스 흐름은 시계방향으로 유도하고 또 다른 일부의 배기가스 흐름은 반시계방향으로 유도하는 스월유닛이 구비된 환원제 믹싱장치에 관한 것이다.
디젤엔진은 엔진 내부로 분사된 연료가 피스톤의 압축으로 인한 온도상승으로 자기 착화를 일으켜 연소된다. 이와 같은 과정에서 연료와 공기의 불균일성 등으로 불완전 연소가 일어나며, 이때 미연 탄소와 같은 입자상물질(PM)이 발생된다. 이와 같은 매연은 호흡을 통하여 인체에 심각한 질병을 유발시킬 수가 있으며, 특히 디젤차량의 증가와 함께 사회적인 문제로 대두되고 있으며, 이러한 디젤 차량은 배기가스 중에 포함된 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx) 등을 처리하여 배기가스를 정화시키는 다양한 배기가스 후처리장치가 개발되고 있다.
이러한 배기가스 후처리장치에는 배기가스 중 포함된 탄화수소와 일산화탄소의 성분을 각각 촉매에 의한 산화반응으로 물과 이산화탄소로 변환시켜 주는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst: 디젤산화촉매), 배기가스 중 포함된 매연 등과 같은 입자상물질을 포집하였다가 배기가스의 열에 의해 재생 연소시키는 DPF(Diesel Particulate Filter; 입자상물질 필터), 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 촉매를 이용하여 물과 질소로 환원시켜 주는 SCR(Selective Catalytic Reduction: 선택적 촉매 환원장치) 등이 개발되고 있다.
특히, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 열효율이 높고 이산화탄소의 배출량이 적지만, 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOx)의 배출량이 가솔린엔진 보다 많은 단점이 있었다. 최근에는 디젤엔진의 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키기 위하여 LNT(Lean NOx Trap) 또는 SCR시스템 등과 같은 배기가스 후처리시스템이 활발하게 연구 개발되고 있다.
SCR시스템은 SCR의 전방단 즉, 상류 측에 요소(UREA)수용액 등과 같은 환원제를 분무하는 인젝터가 설치되고, 이러한 인젝터에 의해 분무되는 환원제가 암모니아로 분해되어 배기가스 내의 질소산화물이 환원반응을 통해 물과 질소로 분해 정화된다.
이때, 인젝터를 통해 분사되는 환원제가 보다 고르게 배기가스에 믹싱될 수 있도록 즉, 배기가스와 환원제 간의 접촉거리를 보다 길게 확보할 수 있도록, 상기 배기가스를 나선형으로 유동시키는 스월유닛이 많이 사용되고 있다. 이와 같이 스월유닛을 사용하면, 배기가스가 직선으로 흐르는 것이 아니라 나선형으로 흐르므로 배기관의 길이를 증대시키지 아니하더라도 환원제와의 접촉거리가 증가되고, 이에 따라 환원제가 보다 고르게 배기가스에 믹싱될 수 있게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 환원제 믹싱장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 환원제 믹싱장치의 측단면도이고, 도 2는 종래의 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛의 정면도이며, 도 3은 종래의 환원제 믹싱장치를 이용하였을 때 환원제의 유동경로를 도시하는 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 환원제 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 지나며 후단측에 촉매(12)가 장착되는 배기관(10)과, 상기 배기관(10)의 내부유로 중 상기 촉매(12)가 장착되는 지점으로부터 선단측으로 일정 거리 이격된 지점으로 환원제를 분사하는 인젝터(20)와, 상기 배기관(10) 중 인젝터(20)와 촉매(12) 사이에 설치되는 스월유닛(30)을 포함하여 구성된다.
상기 스월유닛(30)은 배기가스의 유동방향을 나선형으로 유도하는 다수 개의 블레이드(32)를 구비는바, 인젝터(20)에서 분사된 환원제는 스월유닛(30)을 거치면서 나선형으로 유동하면서 배기가스와 고르게 섞이게 된다.
그러나 종래의 환원제 믹싱장치는, 배기가스의 유동방향이 어느 한 방향(시계방향과 반시계방향 중 어느 한 방향)으로 나선형으로 유동하므로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 배기가스에 혼합되어 있던 환원제 입자 역시 배기가스를 따라 나선형으로 유동하면서 원심력을 갖게 되고, 이와 같은 과정에서 상기 환원제 입자는 원심력에 의해 배기관 내벽에 액적 형태로 포집된다. 환원제 입자가 배기관의 내벽에 액적 형태로 포집되면 배기가스와의 혼합률이 떨어지게 되므로 배기가스 정화효율이 현저히 떨어진다는 심각한 문제가 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배기가스와 환원제의 혼합률을 높게 확보하면서 환원제 입자가 배기관의 내벽에 액적 형태로 포집되는 현상을 방지할 수 있는 환원제 믹싱장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 지나며, 후단측에 촉매가 장착되는 배기관; 상기 배기관의 내부유로 중 상기 촉매가 장착되는 지점으로부터 선단측으로 일정 거리 이격된 지점에 환원제를 분사하는 인젝터; 및 상기 배기관의 내부유로 중 상기 인젝터와 촉매 사이에 장착되어 일부 배기가스는 반시계방향으로 유동시키고 또 다른 일부 배기가스는 시계방향으로 유동시키는 스월유닛;을 포함하여 구성된다.
상기 스월유닛은, 상기 배기관 내벽에 결합되는 외측관과, 상기 외측관의 내부공간 중 일측에 설치되어 배기가스의 유동방향을 반시계방향으로 유도하는 다수 개의 제1 블레이드와, 상기 외측관의 내부공간 중 일측에 설치되어 배기가스의 유동방향을 시계방향으로 유도하는 다수 개의 제2 블레이드를 포함하여 구성된다.
상기 인젝터는 상기 배기관의 내부유로 중 상측에 장착되고, 상기 다수 개의 제1 블레이드는 상기 외측관의 수직중심선을 기준으로 일측에 배열되고, 상기 다수 개의 제2 블레이드는 상기 외측관의 수직중심선을 기준으로 타측에 배열된다.
가장 하측에 위치하는 제1 블레이드와 가장 하측에 위치하는 제2 블레이드 사이에는 배기가스가 직선으로 유동하는 이격공간이 확보된다.
가장 상측에 위치하는 제1 블레이드와 가장 상측에 위치하는 제2 블레이드 사이로 배기가스가 유동하지 못하도록, 가장 상측에 위치하는 제1 블레이드와 가장 상측에 위치하는 제2 블레이드는 일체로 결합된다.
상기 다수 개의 제1 블레이드와 상기 다수 개의 제2 블레이드는, 동일한 개수이면서 좌우 대칭을 이루도록 배열된다.
상기 스월유닛은, 상기 다수 개의 제1 블레이드와 상기 다수 개의 제2 블레이드를 연결하는 연결관을 구비한다.
본 발명에 의한 양방향 회전용 스월유닛을 구비하는 환원제 믹싱장치를 이용하면, 배기가스와 환원제의 혼합률을 높게 확보하면서 환원제 입자가 배기관의 내벽에 액적 형태로 포집되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 환원제 믹싱장치의 측단면도이다.
도 2는 종래의 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛의 정면도이다.
도 3은 종래의 환원제 믹싱장치를 이용하였을 때 환원제의 유동경로를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치의 측단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛의 정면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 믹싱장치를 이용하였을 때 환원제의 유동경로를 도시하는 평면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛의 사시도 및 후면사시도이다.
도 9는 본 발명에 의한 믹싱장치를 이용하였을 때 배기가스의 유동경로를 도시하는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 의한 믹싱장치를 이용하였을 때 배기가스의 유동경로를 도시하는 정면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 양방향 회전용 스월유닛을 구비하는 환원제 믹싱장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치의 측단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛의 정면도이며, 도 6은 본 발명에 의한 믹싱장치를 이용하였을 때 환원제의 유동경로를 도시하는 평면도이다.
본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는 배기가스에 환원제를 고르게 믹싱하기 위한 장치로서, 배기가스를 시계방향이나 반시계방향 중 어느 한 방향으로만 유도하는 것이 아니라 일부의 배기가스 흐름은 반시계방향으로 유도하고 또 다른 일부의 배기가스 흐름은 시계방향으로 유도함으로써, 배기가스를 따라 유동하는 환원제 입자가 배기관(100)의 내측벽면에 액적 형태로 포집되는 현상을 방지할 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.
즉, 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 지나며 후단측에 촉매(110)가 장착되는 배기관(100)과, 상기 배기관(100)의 내부유로 중 상기 촉매(110)가 장착되는 지점으로부터 선단측으로 일정 거리 이격된 지점에 환원제를 분사하는 인젝터(200)와, 상기 배기관(100)의 내부유로 중 상기 인젝터(200)와 촉매(110) 사이에 장착되어 일부 배기가스는 반시계방향으로 유동시키고 또 다른 일부의 배기가스는 시계방향으로 유동시키는 스월유닛(300)을 포함하여 구성된다. 이때 상기 촉매(110)와 인젝터(200)는 종래의 환원제 믹싱장치에도 동일하게 적용되고 있는바, 상기 촉매(110)와 인젝터(200)의 기능 및 내부구성에 관한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 포함되는 스월유닛(300)은 배기가스를 어느 한 방향으로만 유동시키는 것이 아니라 일부의 배기가스는 시계방향으로 유동시키고 또 다른 일부의 배기가스는 반시계방향으로 유동시킬 수 있도록, 상기 배기관(100) 내벽에 결합되는 외측관(310)과, 상기 외측관(310)의 내부공간 중 일측에 설치되어 배기가스의 유동방향을 반시계방향으로 유도하는 다수 개의 제1 블레이드(320)와, 상기 외측관(310)의 내부공간 중 일측에 설치되어 배기가스의 유동방향을 시계방향으로 유도하는 다수 개의 제2 블레이드(330)를 포함하여 구성된다는 점에 구성상의 특징이 있다.
따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치를 이용하면, 스월유닛(300)을 통과하는 배기가스는 스월유닛(300)의 중심부에서 좌우로 상반되게 회전하여 배기관(100)의 중심부에서 충돌하고, 이에 따라 강한 소용돌이 난류가 형성된다. 따라서 인젝터(200)에 의해 분무된 환원제 수용액은 상기와 같은 배기가스의 소용돌이 난류를 타고 유동하면서 배기가스와 고르게 혼합될 수 있게 된다.
또한, 상기 언급한 바와 같이 배기가스가 배기관(100)의 중심부에서 소용돌이 난류를 발생시키면, 기존의 한 방향으로 배기가스를 유동시키던 경우에 비해 짧은 경로에서도 환원제 수용액을 배기가스에 고르게 혼합시킬 수 있으므로, 배기관(100)의 길이를 줄이더라도 배기가스 정화효율을 높게 유지할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치를 이용하면, 배기관(100)으로 유입된 배기가스 중 일부는 시계방향으로 유동하고 또 다른 일부는 반시계방향으로 유동하면서 인젝터(200)에 의해 분사된 환원제와 고르게 믹싱되므로, 스월유닛(300)의 후단에서는 시계방향으로 유동하던 배기가스와 반시계방향으로 유동하던 배기가스가 충돌하여 난류를 발생시키는 과정에서 원심력이 상실된다.
이와 같이 배기가스의 원심력이 상실되면 상기 환원제 수용액이 배기관(100)의 내벽에 부딪혀 액막이 형성되는 현상이 방지되는바, 환원제 효율이 높아지고 이에 따라 배기가스 정화효율을 극대화시킬 수 있다는 장점도 있다.
인젝터(200)에서 분사되는 환원제 수용액은 분사 이후 자중에 의해 하강하는 특성이 있으므로, 상기 환원제 수용액이 배기관(100)의 바닥면에 액적 상태로 포집되는 현상을 최소화할 수 있도록 상기 인젝터(200)는 상기 배기관(100)의 내부유로 중 상측에 장착됨이 바람직하다.
이때 배기가스의 유동을 상호 반대방향으로 유도하는 제1 블레이드(320)와 제2 블레이드(330)는 스월유닛(300)의 좌우에 각각 배치됨이 바람직하다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 다수 개의 제1 블레이드(320)는 상기 외측관(310)의 수직중심선을 기준으로 일측(도 5에서는 좌측)에 배열되고, 상기 다수 개의 제2 블레이드(330)는 상기 외측관(310)의 수직중심선을 기준으로 타측(도 5에서는 우측)에 배열될 수 있다.
이와 같이 제1 블레이드(320)와 제2 블레이드(330)가 외측관(310) 내부공간의 좌우측에 각각 배열되면, 제1 블레이드(320)를 지나면서 반시계방향으로 회전되는 배기가스와 제2 블레이드(330)를 지나면서 시계방향으로 회전되는 배기가스가 상호 충돌한 이후 일정 수준 상측으로 유동하는 특성을 가지게 되는바, 환원제 수용액이 배기관(100)의 바닥으로 떨어지는 현상을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 포함되는 스월유닛(300)의 사시도 및 후면사시도이다.
스월유닛(300)을 통과한 배기가스 중 절반이 반시계방향으로 회전하고 나머지 절반이 시계방향으로 회전하여, 모든 배기가스가 배기관(100) 가운데서 충돌을 일으켜 난류가 발생되면, 상기 배기가스의 직진성이 현저히 떨어져 촉매(110) 측으로 원활하게 흐르지 못할 우려가 있다.
따라서 본 발명에 포함되는 스월유닛(300)은 배기가스의 대부분이 충돌을 일으켜 난류를 발생시키되, 소량의 배기가스는 직진성을 유지하도록 구성됨이 바람직하다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 스월유닛(300)은, 가장 하측에 위치하는 제1 블레이드(320)와 가장 하측에 위치하는 제2 블레이드(330) 사이에는 배기가스가 직선으로 유동하는 이격공간(a)이 확보될 수 있다.
이와 같이 가장 하측에 위치하는 제1 블레이드(320)와 가장 하측에 위치하는 제2 블레이드(330) 사이로 유입된 배기가스가 직진을 하도록 구성되면, 대부분의 배기가스는 시계방향 및 반시계방향으로 유동하면서 상호 충돌하여 난류를 발생시킴으로써 환원제와 배기가스의 혼합효율을 높일 수 있으면서, 일부 배기가스는 배기관(100)을 따라 직진으로 유동하면서 전체 배기가스를 촉매(110) 측으로 유도할 수 있는바 배기가스가 원활하게 배출되도록 할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 가장 하측에 위치하는 제1 블레이드(320)와 가장 하측에 위치하는 제2 블레이드(330) 사이의 이격공간(a)이 너무 크면 배기가스의 난류 발생이 적어져 환원제와 배기가스의 혼합효율이 떨어질 수 있고, 상기 이격공간(a)이 너무 작으면 배기가스의 직진성이 떨어져 배출효율이 낮아질 우려가 있는바, 상기 이격공간(a)의 크기는 여러가지 조건에 따라 적절하게 선택됨이 바람직하다.
또한, 반시계방향으로 회전하는 배기가스의 유량과 시계방향으로 회전하는 배기가스의 유량에 편차가 발생되면, 반시계방향으로 회전하는 배기가스와 시계방향으로 회전하는 배기가스가 상호 충돌한 이후 전체적인 배기가스가 반시계방향이나 시계방향 중 어느 한 방향으로 회전하여 원심력이 발생되고, 이에 따라 환원제 수용액이 배기관(100)의 내벽에 액적 상태로 포집될 우려가 있다. 따라서 본 발명에 포함되는 스월유닛(300)은 반시계방향으로 회전하는 배기가스 유량과 시계방향으로 회전하는 배기가스 유량이 동일하게 설정될 수 있도록, 상기 다수 개의 제1 블레이드(320)와 상기 다수 개의 제2 블레이드(330)는 동일한 개수이면서 좌우 대칭을 이루도록 배열됨이 바람직하다.
한편, 가장 상측에 위치하는 제1 블레이드(320)와 가장 상측에 위치하는 제2 블레이드(330)가 상호 이격되면 가장 상측에 위치하는 제1 블레이드(320)와 가장 상측에 위치하는 제2 블레이드(330) 사이로도 배기가스가 직진으로 유동할 수 있는데, 이와 같은 경우에는 인젝터(200)에서 분사된 환원제 수용액이 직진으로 유동하는 배기가스를 따라 스월유닛(300)을 통과하므로 배기가스와 고르게 혼합되지 못한다는 문제가 발생될 수 있다.
따라서 가장 상측에 위치하는 제1 블레이드(320)와 가장 상측에 위치하는 제2 블레이드(330)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 일체로 결합됨이 바람직하다.
또한, 제1 블레이드(320) 및 제2 블레이드(330)가 외측관(310)에만 연결되면, 배기가스의 유동압이 매우 커지는 경우 상기 제1 블레이드(320)와 제2 블레이드(330)가 외측관(310)으로부터 탈거될 우려가 있다. 특히, 제1 블레이드(320)와 제2 블레이드(330)의 길이방향 끝단만이 외측관(310)에 연결되면, 장시간 사용시 제1 블레이드(320)와 제2 블레이드(330)가 휘어져 배기가스가 정상적으로 반시계방향 및 시계방향으로 회전하지 못할 우려가 발생할 수 있다.
따라서 상기 스월유닛(300)은 배기가스 유동압이 커지더라도 제1 블레이드(320)와 제2 블레이드(330)가 외측관(310)으로부터 탈거되거나 휘어지지 아니하도록, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 다수 개의 제1 블레이드(320)와 상기 다수 개의 제2 블레이드(330)를 연결하는 연결관(340)을 추가로 구비함이 바람직하다.
상기 연결관(340)은 모든 제1 블레이드(320)와 모든 제2 블레이드(330)의 중단을 일체로 연결하는바, 배기가스의 유동압이 증가하더라도 어느 하나의 제1 블레이드(320)나 제2 블레이드(330)가 외측관(310)으로부터 분리되지 아니하게 되고, 제1 블레이드(320)와 제2 블레이드(330)의 중단이 휘어지는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 9는 본 발명에 의한 믹싱장치를 이용하였을 때 배기가스의 유동경로를 도시하는 사시도이고, 도 10은 본 발명에 의한 믹싱장치를 이용하였을 때 배기가스의 유동경로를 도시하는 정면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치에 배기가스를 유입시켰을 때 배기가스의 유동경로를 시뮬레이션한 그림으로서, 제1 블레이드(320)가 장착된 영역을 지나는 배기가스는 반시계방향으로 회전하고, 제2 블레이드(330)가 장착된 영역을 지나는 배기가스는 시계방향으로 회전함을 알 수 있다.
이와 같이 반시계방향으로 회전하는 배기가스와 시계방향으로 회전하는 배기가스는 상호 충돌하여 난류를 발생시키면서 상향으로 살짝 유동하였다가 촉매(110) 측으로 유입된다. 이때 배기관(100)의 바닥면을 타고 흐르는 배기가스는 반시계방향이나 시계방향으로 회전하는 것이 아니라 배기관(100)의 길이방향을 따라 유동함을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치를 이용하면, 배기가스 및 이를 따라 유동하는 환원제는 스월유닛(300)을 통과한 이후 난류를 발생시키는 과정에서 충분히 혼합되고, 배기가스의 원심력이 상실되어 환원제 입자가 배기관(100)의 내벽에 액적 형태로 포집되는 현상을 방지할 수 있으며, 배기관(100)으로 유입된 배기가스를 원활하게 촉매(110) 측으로 유동시킬 수 있게 된다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 내부를 지나며, 후단측에 촉매가 장착되는 배기관;
    상기 배기관의 내부유로 중 상기 촉매가 장착되는 지점으로부터 선단측으로 일정 거리 이격된 지점에 환원제를 분사하는 인젝터; 및
    상기 배기관의 내부유로 중 상기 인젝터와 촉매 사이에 장착되어 일부 배기가스는 반시계방향으로 유동시키고 또 다른 일부 배기가스는 시계방향으로 유동시키는 스월유닛;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스월유닛은,
    상기 배기관 내벽에 결합되는 외측관과, 상기 외측관의 내부공간 중 일측에 설치되어 배기가스의 유동방향을 반시계방향으로 유도하는 다수 개의 제1 블레이드와, 상기 외측관의 내부공간 중 일측에 설치되어 배기가스의 유동방향을 시계방향으로 유도하는 다수 개의 제2 블레이드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 인젝터는 상기 배기관의 내부유로 중 상측에 장착되고,
    상기 다수 개의 제1 블레이드는 상기 외측관의 수직중심선을 기준으로 일측에 배열되고, 상기 다수 개의 제2 블레이드는 상기 외측관의 수직중심선을 기준으로 타측에 배열되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    가장 하측에 위치하는 제1 블레이드와 가장 하측에 위치하는 제2 블레이드 사이에는 배기가스가 직선으로 유동하는 이격공간이 확보되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    가장 상측에 위치하는 제1 블레이드와 가장 상측에 위치하는 제2 블레이드 사이로 배기가스가 유동하지 못하도록, 가장 상측에 위치하는 제1 블레이드와 가장 상측에 위치하는 제2 블레이드는 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 다수 개의 제1 블레이드와 상기 다수 개의 제2 블레이드는, 동일한 개수이면서 좌우 대칭을 이루도록 배열되는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 스월유닛은,
    상기 다수 개의 제1 블레이드와 상기 다수 개의 제2 블레이드를 연결하는 연결관을 구비하는 것을 특징으로 하는 환원제 믹싱장치.
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