KR101717603B1 - 질소산화물 저감을 위한 ｓｃｒ용 믹서장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 배기가스의 정화에 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 환원제의 혼합성을 높여 SCR장치에서의 질소산화물 제거성능을 극대화할 수 있는 SCR용 믹서장치에 관한 것으로서, 배기라인 상에서 SCR장치의 전단에 배치되고 인젝터가 결합되는 어댑터부와, 바디를 포함하는 케이싱부(1100) 및 상기 바디의 내주측에 배치되는 외관과, 외관의 내주측에 배치되는 내관과, 외관과 바디 사이에 배치되는 제1블레이드부와, 내관과 외관 사이에 배치되는 제2블레이드부를 구비하는 믹싱부(1200)를 포함하며, 상기 제2블레이드부는 제1블레이드부와 반대 방향의 회전유동을 발생시키는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치를 제공한다.

Description

질소산화물 저감을 위한 ＳＣＲ용 믹서장치{MIXER OF SCR APPARATUS FOR REDUCING NOx EMISSIONS}
본 발명은 배기가스의 정화에 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 환원제의 혼합성을 높여 SCR장치에서의 질소산화물 제거성능을 극대화할 수 있는 SCR용 믹서장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 저연비이면서 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.
디젤자동차 배기 규제의 주요한 대상물질은 질소산화물과 입자상 물질이며, 이의 대응기술로는 연료 분사시기 지연과 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)에 의한 질소산화물 농도 저감과, 입자상 물질을 저감하기 위한 엔진의 연소 성능 개선 및 개량에 중점을 두고 개발되고 있다.
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 장치를 구비하고 있다.
이때 DOC는 배기가스 중의 총 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 기능을 하며, DPF는 입자상 물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시키도록 한다.
그리고 SCR은 인젝터를 통해 배기가스의 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.
한편, DOC, DPF 및 SCR을 채용한 배기가스 후처리 장치에는 DPF와 SCR 사이에 환원제를 분사하기 위한 인젝터를 지닌 믹싱 모듈를 구비하고 있다.
환원제로는 통상 암모니아, 우레아, 탄화수소를 사용하도록 하고 있다.
이러한 믹싱 모듈에서는 EM(Emission) 기준 강화에 따라 인젝터를 통한 환원제의 분사압을 증대시켜 그 분사압 증대에 따른 환원제의 분사 속도를 증가시키도록 하고 있다.
한국공개특허 제10-2016-0109981호는 종래기술의 SCR 시스템을 개시하고 있으며, 도 1은 이에 대한 구성도이다.
SCR 반응기(110)는 배기 라인(100) 상에 설치되며 배기 라인(100)을 통해 유입되는 배기가스를 내부에 설치된 촉매층으로 통과시켜 배기가스 내의 유해 성분을 제거하며, 스태틱 믹서(120)는 배기 라인(100) 상에 장착되어 배기 라인(100) 중의 배기가스와 환원제를 균일 혼합하기 위한 것으로, 분사 노즐(130)의 하류에, 분사 노즐(130)로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 설치되어서, 분사 노즐(130)에 의해 분사된 환원제를 배기가스에 균일 농도로 혼합시켜 준다.
전술한 스태틱 믹서(120)는 분사 노즐(130)의 하류에서 배기 라인(100) 중의 배기가스에 대하여 회전류(swirl)를 발생시킴으로써 분사 노즐(130)에 의해 분사된 환원제(예컨대 우레아 액적)와 배기 라인(100)을 통과하는 배기가스 간의 열 전달 및 혼화를 촉진하여 환원제가 배기가스에 균일 농도로 혼합될 수 있도록 한다.
그런데, 최근에는 도우징을 위한 분사압과 배압이 높아지고 있고 단순한 임펠러 형태의 믹서로서는 균일한 혼합이 사실상 불가능할 뿐만 아니라 우레아 등의 누적으로 인한 월 웨팅(Wall Wetting) 현상도 방지할 수 없다.
따라서, 여전히 구조적 한계로 인해 혼합가스의 유동성 저하를 초래하면서 환원제의 고형화 발생과 그로 인해 정화 효율이 저하되는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 배기가스가 SCR장치로 유입되기 전에 환원제가 균일하게 분포되도록 함으로써 질소산화물의 정화성능이 극대화될 수 있는 구조를 가지는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 배기라인 상에서 SCR장치의 전단에 배치되고 인젝터가 결합되는 어댑터부와, 바디를 포함하는 케이싱부(1100) 및 상기 바디의 내주측에 배치되는 외관과, 외관의 내주측에 배치되는 내관과, 외관과 바디 사이에 배치되는 제1블레이드부와, 내관과 외관 사이에 배치되는 제2블레이드부를 구비하는 믹싱부(1200)를 포함하며, 상기 제2블레이드부는 제1블레이드부와 반대 방향의 회전유동을 발생시키는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치를 제공한다. 따라서, NH3의 발생 및 균등화의 효율이 향상된다.
상기 외관은, 원통형으로 형성되되 인젝터가 배치되는 부위에서 환원제의 유입을 위하여 모따기 형태로 이루어지는 주입공간을 구성하는 것이 바람직하다.
상기 믹싱부는, 외관과 내관의 위치를 고정하며 바디의 내주면에 지지되는 종형지지부 및 횡형지지부 중의 어느 하나 이상을 구비할 수 있다.
일실시예로서, 상기 믹싱부는 배기가스의 유입측에 횡형지지부가 배치되고 유출측에 종형지지부가 형성되며, 상기 횡형 지지부는 인젝터로부터 분사된 환원제의 전부 또는 일부가 제1블레이드부 또는 제2블레이드부에 도달하기 전에 직접 하부 공간으로 낙하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 외관 및 내관은, 내주 및 외주측의 공간으로 환원제 및 배기가스가 유통될 수 있는 복수의 유통홀을 구비할 수 있다.
또한, 상기 믹싱부는, 외관의 하측에 결합되며 외관의 표면 또는 유통홀을 통하여 흘러내리는 환원제를 일시 저장하여 회전유동에 의하여 상승시키는 하나 이상의 하부부재를 더 구비할 수 있다.
상기 하부부재는, 외관의 종방향 중심선에 대해 양측으로 대칭되게 배치되며, 단부가 상방으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 케이싱부는, 어댑터부의 후단에 배치되어 SCR장치로 유입되는 배기가스의 온도를 온도센서가 장착되는 온도센서장착부를 더 구비할 수 있으며, 또한 어댑터부의 전단에 배치되어 SCR장치로 유입되는 배기가스에 대하여 질소산화물의 농도를 측정할 수 있는 NOx센서가 장착되는 NOx센서장착부를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 발명은, 배기라인 상에서 SCR장치의 전단에 배치되고 인젝터가 결합되는 어댑터부와, 원통형의 바디를 포함하는 케이싱부(1100) 및 상기 바디의 내주측에 배치되는 원통형의 외관과 외관의 내주측에 배치되는 내관에 의하여 바디의 내주와 외관의 사이에서 일방향의 회전유동을 발생하는 제1공간과, 외관과 내관 사이에서 제1공간과 반대방향의 회전유동을 발생하는 제2공간과, 내관의 내주측에 형성되는 제3공간으로 분할하고, 상기 제1 내지 제3공간 사이에서 직경방향으로 환원제가 통과할 수 있는 복수의 유통홀을 구비하는 믹싱부(1200)를 포함하는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치를 제공한다.
본 발명에 따라, SCR장치의 전단에서 NH3 유동 균일도를 극대화할 수 있도록 함으로써 질소산화물의 배출량을 현저히 저감할 수 있으며 이에 따라 환경오염을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 특히 디젤차량의 경우 노후화에 따른 오염물질의 배출이 비약적으로 증가되고 국제적으로도 질소산화물 배출에 대한 제약이 가중되고 있기 때문에 전세계적인 환경오염문제 해결의 요청에 부응하여 질소산화물의 저감에 기여할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 종래의 배기라인 상에서 구조적인 변경과 장치의 부가를 최소화하면서 단순하게 시설이 가능하기 때문에 생산성이 향상되고 경제적인 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 SCR 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치의 정단면도이다.
도 3은 도 2의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치에서 믹싱부를 나타내는 정면도이다.
도 4는 믹싱부를 일측에서 바라본 사시도이다.
도 5는 본 발명의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치에서 내외관 및 블레이드의 작동을 설명하기 위한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치가 적용되는 SCR 시스템을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치를 상세히 설명한다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 기본적으로, 배기라인 상에서 SCR장치의 전단에 배치되고 인젝터가 결합되는 어댑터부와, 바디를 포함하는 케이싱부 및 상기 바디의 내주측에 이격 배치되는 외관과, 외관의 내주측에 이격 배치되는 내관과, 외관과 바디 사이에 배치되는 제1블레이드부와, 내관과 외관 사이에 배치되는 제2블레이드부를 구비하는 믹싱부를 포함하며, 상기 제2블레이드부는, 제1블레이드부와 반대 방향의 회전유동을 발생시키는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치를 제공한다.
본 발명에서 설명되는 배기라인은 주로 디젤을 연소원으로 하는 내연기관 자동차의 가스 배기경로를 의미하는 것으로 이해될 수 있으나, 산업 또는 가정용의 다양한 시설에 적용될 수 있음은 물론 연소원의 경우도 반드시 디젤에 한정되는 것은 아니다.
SCR장치는 종래기술에서 설명한 바와 같이 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)를 촉매(Catalyst) 층에서 암모니아(NH3), 우레아(Urea) 등의 환원제와 화학적으로 반응시켜 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시키는 장치를 말하며 다양한 형태로서 적용될 수 있을 것이다.
본 발명에서 적용되는 인젝터는 주로 요소(Urea, CO(NH2)2)를 SCR장치의 전단에서 분사하여 열해리 및 가수분해 반응을 거쳐, 기화된 NH3가 배기가스 내의 질소산화물(NOx)를 저감하도록 하는 것을 말하나, 상기 환원제는 반드시 요소수에 한정되는 것은 아니다.
이러한 인젝터로부터 주입되는 환원제가 SCR장치의 유입측에서 확산되어 골고루 분포되어 있을수록 질소산화물의 저감효율이 상승할 것이 기대되고 있으나, 실제 적용에 있어서 인젝터로 분사되는 요소수가 배기관 저부로 흘러 고형화되거나 균일하게 확산이 이루어지지 않아 분해효율이 저감되는 문제가 있다. 본 발명의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치는 이러한 문제의 해결을 위한 이른바 우레아 도우징(Dosing) 시스템을 구성할 수 있는데 이하에서 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치의 정단면도이다.
도시된 사항을 기초로 일측은 배기가스가 내부의 공간으로 유입되는 측으로, 타측은 배출되는 측으로 정의하여 사용하도록 한다.
본 발명의 믹서장치(1000)는 외관을 이루는 케이싱부(1100)와 케이싱부(1100)의 내부에 수납되고 환원제를 분산하여 배기가스와 혼합되도록 함으로써 SCR장치(도 6의 2100)로 유입시키도록 하는 믹싱부(1200)로 구성된다.
상기 케이싱부(1100)는 전체적으로 원통형으로 이루어지는 바디(1101)를 기본 골격으로 하며 양측에 소정의 개구인 유입구와 유출구(참조번호 미표시)를 구비할 수 있다. 이러한 케이싱부(1100)는 외부와의 공기 또는 배기가스의 유출입이 차단될 수 있도록 소정의 장치 또는 부재들의 장착 부위 외에는 밀봉되는 것이 바람직하다.
배기관 및/또는 SCR장치와 연결을 위하여 소정의 플런저(1102)가 바디(1101) 양측에 구비될 수 있고, 배기관이나 SCR장치의 일단에 형성되는 플런저와 밀착되어 볼팅 등의 방식으로 체결이 이루어질 수 있다. 이러한 체결에서 소정의 가스켓(Gasket)이 개재될 수도 있음은 물론이다.
상기 바디(1101)의 내외부를 연통하는 방식으로 어댑터부(1110)가 형성될 수 있으며 이러한 어댑터부(1110)는 후술될 인젝터가 삽입 및 체결되는 기능을 수행한다. 이러한 어댑터부(1110)의 배치는 선택적이나 중력의 작용을 고려하여 케이싱부(1100)의 상측에 형성되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 믹싱부(1200)의 배치상태를 고려하여 유입구 측에 인접되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 인젝터는 환원제를 분사하여 믹싱부(1200)에서 배기가스와 혼합되어 SCR장치(2100)로 유입되도록 하는바, 원활한 흐름의 안내를 위하여 어댑터부(1110)가 하측으로 갈수록 유출구 쪽에 인접되도록 경사진 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 케이싱부(1100)에는 소정의 센싱을 위한 센서가 장착될 수 있는 하나 이상의 장착부들이 형성될 수 있는데, 예를 들어 유입구 측에 인접되어 NOx센서장착부(1122)가 배치되고 유출구 측에 인접되어 온도센서장착부(1121)가 배치될 수 있다.
상기 장착부들은 NOx센서와 온도센서를 각각 결합하여 배기가스의 흐름 과정에서 질소산화물의 농도와 온도를 측정할 수 있는바, 상기 질소산화물의 농도와 온도는 SCR장치의 분해효율에 대하여 중요한 인자가 된다. 따라서, 상기의 센싱값들에 따라 후술될 컨트롤러부가 인젝터의 주입량 및/또는 주입빈도 등을 제어할 수 있다.
상기 케이싱부(1100)의 내주측에는 다공을 가지는 외관(1210) 및 내관(1220)을 포함하는 믹싱부(1200)가 배치될 수 있으며, 상기 외관(1210)와 내관(1220)은 케이싱부(1100)와 함께 동심원을 이루는 원통형으로 이루어질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 믹싱부(1200)는 대략 어댑터부(1110)가 배치되는 측을 기준으로 후단측으로 치우쳐 배치되는 것이 제조의 편리성과 경제성을 위하여 바람직할 것이다.
상기 외관(1210)과 내관(1220)은 각각 다공으로 형성되어 외주 및 내주방향으로 배기가스와 환원제가 유출입 가능하도록 기능하게 되는데 복수의 관로를 가짐에 따라 배기가스가 분산되어 환원제와의 혼합성이 향상될 수 있다.
상기 외관(1210)과 내관(1220)의 배치에 따라, 직경방향으로 공간은 케이싱부(1100)와 외관(1210) 사이의 제1공간, 외관(1210)과 내관(1220) 사이의 제2공간, 내관(1220)의 내주측의 제3공간으로 분할될 수 있다.
상기 제1공간에는 제1블레이드부(1310)가 배치되고, 제2공간에는 제2블레이드부(1320)가 배치될 수 있다.
이러한 제1블레이드부(1310)와 제2블레이드부(1320)는 배기가스의 압력에 의하여 회전유동을 발생하여 혼합의 효율을 향상시키도록 기능하게 되는데, 이러한 제1블레이드부(1310)와 제2블레이드부(1320)는 각각 서로 반대방향의 회전 유동을 발생하도록 중심축에 대해 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 블레이부들은 각각 연속된 나선형 또는 복수의 날개들의 배치로서 형성되는 경우가 고려될 수 있는데, 도시된 바와 같이 제1블레이드부(1310)가 제2블레이드부(1320)보다 길이방향으로 후방측에 형성되어 서로 반대의 회전 유동에 의한 혼합의 효율을 향상하는 경우도 고려해볼 수 있다. 다만, 이러한 블레이드부의 배치 및 형상은 반드시 도면에 도시된 예에 한정되는 것은 아니다.
이렇게, 케이싱부(1100)의 내부에서 믹싱부(1200)가 외관(1210) 및 내관(1220)으로 공간을 분할하고, 서로 반대의 유동을 각각의 공간에서 형성함으로써 효과적인 배기가스 내의 환원제 혼합이 가능하게 되는바 이하에서 믹싱부(1200)의 구체적인 실시예를 살펴보도록 한다.
도 3은 도 2의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치에서 믹싱부를 나타내는 정면도이다.
상술한 바와 같이 믹싱부(1200)는 외관(1210) 및 내관(1220)이 동일한 중심축을 가지고 형성될 수 있는데, 도시상태에서는 외관상 제1블레이드부(1310) 만이 나타나 있다. 제2블레이드부(1320)는 외관(1210)과 내관의 사이의 공간에서 형성되어 있다.
이때, 믹싱부(1200)의 착탈 가능성을 고려하여 제1블레이드부(1310)는 외관(1210)에 결합되어 있고 외주측 단부가 케이싱부(1100)의 내면에 접촉되도록 배치될 수 있으나, 구조적 견고성을 고려하여 제2블레이드부(1320)는 일단이 외관(1210)의 내주측에 결합되고 타단이 내관(1220)의 외주측에 결합될 수 있다. 상기의 결합은 용접 방식으로 이루어지는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 외관(1210) 및 내관(1220)에는 내주와 외주측을 관통할 수 있는 다수의 유통홀(1211,1221)들이 형성될 수 있는데, 외관(1210)과 내관(1220)의 외주측에서 서로 반대방향의 유동이 발생하고 그 사이로 배기가스가 유출입 되면서 환원제가 함께 유동될 수 있다.
인젝터가 배치되는 외관(1210)의 부위에는 제1 및 제2공간 측으로 환원제의 유입이 가능하도록 모따기 형태로 형성될 수 있는데, 도시된 바와 같이 외관(1210)의 일측에서 유입측으로 하향경사진 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 형성된 믹싱부(1200)의 유입측 공간을 주입공간(1240)으로 정의하도록 한다.
상기 주입공간(1240)을 통하여 제1 및/또는 2공간으로 유입된 환원제는 배기가스가 외관(1210) 및 내관(1220)으로 나눠짐으로 인하여 분할하여 길이방향으로 진행하되 유통홀(1211,1221)을 통하여 상호 간에 혼입이 가능하여지고, 특히 제1블레이드부(1310) 및 제2블레이드부(1320)에 의하여 각각의 공간에서 반대방향으로 발생되는 회전유동을 믹싱의 효율을 극대화하게된다.
한편, 상기의 유동의 발생과 혼합에 불구하고 자중에 의하여 내관(1220) 또는 외관(1210)의 표면을 따라 흘러내리거나 유통홀(1211,1221)을 통하여 흘러내린 환원제는 액상의 형태로 케이싱부(1100)의 저부에 고일 수 있다. 이렇게 고인 환원제는 불필요하게 소모되는 양일 뿐만 아니라 고착되어 유동의 발생에 부정적인 요인이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 추가적인 개념으로서 외관(1210)의 저부에는 하방으로 돌출된 형태의 구조물인 하부부재(1330)가 형성될 수 있다.
상기 하부부재(1330)는 내관(1220) 또는 외관(1210)의 표면이나 유통홀(1211,1221)을 따라 흘러내린 환원제가 일시 저장되면서 회전유동에 의하여 다시 상승될 수 있도록 일시 저장하는 기능을 수행하며 이를 위하여 하부부재(1330)는 하방으로 볼록한 형태로 이루어져 저수공간을 마련할 수 있다.
이러한 하부부재(1330)는 외관(1210)의 하단측에 단일로서 배치되는 경우도 고려해볼 수 있으나 중심측 저부에서 전후방으로 약간 치우친 형태로 배치되어 두개가 대칭적으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 믹싱부를 일측에서 바라본 사시도이며, 도 5는 본 발명의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치에서 내외관 및 블레이드의 작동을 설명하기 위한 측면도이다.
사시도 상에서 하부부재(1330)의 대칭적인 배치의 실시예를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 하부부재(1330)는 믹싱부(1200)의 외관(1210)의 유입측에서부터 시작하여 제1블레이드부(1310)가 배치되는 측까지 이어지는 리브 형태로 이루어지고, 하방으로 연장된 상태에서 소정의 곡면을 가지고 저수공간을 마련하게 된다.
이러한 하부부재(1330)는 단부가 상방을 지향하게 형성되어 회전유동에 의하여 고여 있는 환원제를 다시 상승할 수 있도록 안내하는 기능을 수행하게 된다.
상기 하부부재(1330)는 중심축을 사이에 두고 양측으로 대칭적인 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 도 3을 참고하면, 믹싱부(1200)는 외관(1210)이 케이싱부(1100)의 내주측에서 소정 간격 이격되어 형성되는데 제1블레이드부(1310)가 단순 접촉한 형태로 배치되어 지지되는 경우 구조적 안정성에 문제가 있을 수 있다.
이에, 상기 내관(1220)과 외관(1210)을 상호 간에 연결하여 위치를 고정하고 케이싱부(1100)의 내주측에서 지지될 수 있도록 하나 이상의 지지부가 더 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지부는 종방향으로 지지하는 종형지지부(1231)와 횡방향으로 지지하는 횡형지지부(1232)로 구분될 수 있다.
도시된 실시예에서는 믹싱부(1200)의 유출측에 종형지지부(1231)가 내관(1220)과 외관(1210)을 상호 연결하여 상하측 단부가 케이싱부(1100)의 바디 내측 상하단에 지지될 수 있도록 하고, 유입측에 횡형지지부(1232)가 내관(1220)와 외관(1210)을 상호 연결하여 양측 단부가 케이싱부(1100)의 바디(1101) 내측 좌우측에 지지될 수 있도록 할 수 기능할 수 있다. 다만, 상기 종형지지부(1231)와 횡형지지부(1232)의 형상과 배치는 선택적이다.
이러한 종형지지부(1231)와 횡형지지부(1232)는 어느 정도 길이방향으로 면적을 확보하는 것이 지지력의 향상을 위하여 바람직한바, 판형으로 이루어지되 배기가스의 유통 및 환원제의 유출입을 고려하여 복수의 유통홀들이 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
인젝터(1030)의 분사에 따라 환원제가 바로 하방으로 유통되는 것을 방지하도록 상기 횡형지지부(1232)가 판형으로서 유입측에 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 횡형지지부(1232)는 어댑터부(1110) 및 주입공간(1240)이 배치되는 부위에 대응되어 형성될 수 있다.
도시된 사항에서는 제2블레이드부(1320)가 제1블레이드부(1310)보다 전단계에 형성되어 있는 상태가 나타나 있다. 이 경우 주입공간(1240)으로부터 제2공간으로 직접 유입된 환원제가 제2블레이드부(1320)에 의하여 일방으로 회전하면서 진행하고 회전과정에서 외주로 확산되는 환원제는 유통홀을 통하여 제1공간으로 유동하여 타방의 회전유동을 따라 확산될 수 있는 것이다.
이 과정에서 자중에 의하여 흘러내린 환원제는 하부부재(1330)에 의하여 일시 저장되고 다시 상승하여 배기가스에 혼입될 수 있음은 상술한 바와 같다.
도 6은 본 발명의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치가 적용되는 SCR 시스템을 설명하기 위한 모식도이다.
상술된 본 발명의 믹서장치(1000)는 SCR장치(2100)의 전단계에서 구성되며 배기관에 소정의 플런저에 의하여 결합될 수 있음은 상술한 바와 같다.
이러한 믹서장치(1000)는 기존 차량의 머플러 내부에 장착되어 있는 매연여과장치(DPF: Diesel Particulate Filter Trap)이나 디젤산화촉매(DOC: Diesel Oxidation Catalyst)을 그대로 둔 상태에서 머플러 후단에 직결하여 설치될 수 있다. 환원제인 요소수의 도우징(Dosing) 장치로서 펌프모듈과 센서모듈은 본 발명의 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치에 결합되어 이루어질 수 있는데, 도시된 사항을 참고하여 살펴본다.
어댑터부(1110)에는 인젝터(1030)가 설치되고 상기 인젝터(1030)가 소정의 용기(미도시)로부터 공급받은 환원제를 컨트롤러부(2200)의 제어를 받아 정량 분사하도록 기능한다.
상기 컨트롤러부(2200)는 NOx센서장착부(1122)에 장착된 NOx센서(1020)로부터 배기가스의 질소산화물 농도 피드백받아 적절한 분사량의 조절 및/또는 SCR장치(2100)의 제어를 수행할 수 있다. 이러한 질소산화물 농도의 측정은 SCR장치(2100)의 후단에서도 선택적 또는 추가적으로 이루어질 수 있으며, 이를 위하여 배출센서(2110)가 SCR장치(2100)의 후단에 더 배치될 수 있다.
한편, 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치의 후단측에서는 SCR장치(2100)로 유입되는 배기가스, 더욱 정확하게는 환원제가 혼입된 배기가스에서 온도를 측정하여 컨트롤러부(2200)로 전송할 수 있도록 온도센서장착부(1121)에 온도센서(1010)가 더 배치될 수 있다.
한편, 환원제의 저장 레벨을 측정할 수 있는 레벨센서부(3000)가 수위신호를 컨트롤러부(2200)로 환원하여 조작자 내지는 운전자에 보충의 경고를 알리도록 할 수 있다.
기존의 요소수를 이용하는 SCR장치에서는 SCR장치 전단에서 요소가 NH3로 대부분 변환되어야 하고 균일한 유동분포 특성을 가질 필요성이 있다. 본 발명은 이러한 요청에 부응할 수 있도록 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치를 구성함으로써 SCR장치의 전단에서 NH3 발생과 유동 균일도를 극대화할 수 있도록 함으로써 질소산화물의 배출량을 현저히 저감할 수 있는 이점을 제공한다.
또한, 본 발명은 종래의 배기라인 상에서 구조적인 변경과 장치의 부가를 최소화하면서 단순하게 시설이 가능하기 때문에 생산성이 향상되고 경제적인 이점이 있다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
1000...믹서장치 1010...온도센서
1020...NOx센서 1030...인젝터
1100...케이싱부 1101...바디
1102...플런저 1110...어댑터부
1121...온도센서장착부 1122...NOx센서장착부
1200...믹싱부 1210...외관
1211,1221...유통홀 1220...내관
1231...종형지지부 1232...횡형지지부
1240...주입공간 1310...제1블레이드부
1320...제2블레이드부 1330...하부부재
2100...SCR장치 2110...배출센서
2200...컨트롤러부 3000...레벨센서부

Claims (10)

  1. 배기라인 상에서 SCR장치의 전단에 배치되고 인젝터가 결합되는 어댑터부와, 바디를 구비하는 케이싱부(1100); 및
    상기 바디의 내주측에 배치되는 외관과, 외관의 내주측에 배치되는 내관과, 외관과 바디 사이에 배치되는 제1블레이드부와, 내관과 외관 사이에 배치되어 제1블레이드부와 반대방향의 회전유동을 발생시키는 제2블레이드부를 구비하는 믹싱부(1200);를 포함하며,
    상기 믹싱부는, 외관과 내관의 위치를 고정하도록 바디의 내주면에 지지되고 는 인젝터로부터 분사된 환원제의 전부 또는 일부가 제1블레이드부 또는 제2블레이드부에 도달하기 전에 직접 하부 공간으로 낙하하는 것을 방지하는 횡형지지부를 구비하는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외관은,
    원통형으로 이루어지되 인젝터가 배치되는 부위에서 환원제의 유입을 위하여 모따기 형태로 이루어지는 주입공간을 구성하는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 믹싱부는,
    외관과 내관의 위치를 고정하는 종형지지부를 더 구비하고, 배기가스의 유입측에 횡형지지부가 배치되고 유출측에 종형지지부가 형성되는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치.
  4. 삭제
  5. 배기라인 상에서 SCR장치의 전단에 배치되고 인젝터가 결합되는 어댑터부와, 바디를 구비하는 케이싱부(1100); 및
    상기 바디의 내주측에 배치되는 외관과, 외관의 내주측에 배치되는 내관과, 외관과 바디 사이에 배치되는 제1블레이드부와, 내관과 외관 사이에 배치되어 제1블레이드부와 반대방향의 회전유동을 발생시키는 제2블레이드부를 구비하는 믹싱부(1200);를 포함하며,
    상기 믹싱부는, 외관의 하측에 결합되며 외관의 표면 또는 유통홀을 통하여 흘러내리는 환원제를 일시 저장하여 회전유동에 의하여 상승시키는 하나 이상의 하부부재를 구비하는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 하부부재는,
    외관의 종방향 중심선에 대해 양측으로 대칭되게 배치되며, 단부가 상방으로 경사지게 형성되는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 케이싱부는,
    어댑터부의 후단에 배치되어 SCR장치로 유입되는 배기가스의 온도를 측정할 수 있는 온도센서가 장착되는 온도센서장착부를 더 구비하는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 케이싱부는,
    어댑터부의 전단에 배치되어 SCR장치로 유입되는 배기가스에 대하여 질소산화물의 농도를 측정할 수 있는 NOx센서가 장착되는 NOx센서장착부를 더 구비하는 질소산화물 저감을 위한 SCR용 믹서장치.


  10. 삭제
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