KR101740580B1 - 요소수 분사 노즐 - Google Patents

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쯔요시 이노우에
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

요소수 분사 노즐에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있는 요소수 분사 노즐의 제공을 목적으로 한다. 본 실시 형태에 따른 요소수 분사 노즐(1)은 요소수 유로(2c·3c)와 기체 유로(2d·4e)가 구성되어, 요소수와 기체가 혼합되어 분사구(4f)로부터 분사되는 요소수 분사 노즐(1)로서, 요소수 분사 노즐(1)의 표면(4c·4d)을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향으로 기체가 토출되도록 측면 토출구인 슬릿(5d)이 구성되며, 요소수 분사 노즐(1)의 표면(4c·4d)에 발수 코팅층(4h)이 형성된 것이다.

Description

요소수 분사 노즐{UREA SOLUTION SPRAY NOZZLE}
본 발명은, 요소수 분사 노즐에 관한 것으로, 특히 선박용 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐에 관한 것이다.
종래, 내연 기관으로부터 배출되는 배기에 포함되는 NOx(질소 산화물)를 저감시키기 위하여, 배기관의 내부에 선택 환원형 NOx 촉매(DCR 촉매)를 설치하여, 암모니아를 환원제로 하여 NOx를 질소와 물로 환원하는 배기 정화 장치가 알려져 있다. 배기관의 내부에 배치되는 요소수 분사 노즐로부터 요소수를 배기중에 공급하여, 배기의 열에 의해 요소수로부터 암모니아를 생성함으로써 NOx를 질소와 물로 환원하는 것이다.
이러한 배기 정화 장치에서는, 요소수 분사 노즐의 표면에 잔류하고 있는 요소수의 수분이 배기의 열에 의해 증발함으로써 요소가 석출 및 성장하여, 배기관이 폐색되는 문제가 있다. 따라서, 요소수 분사 노즐의 선단에 발수 코팅층을 형성하여 요소수 분사 노즐의 표면에 요소수가 부착되기 어렵게 한 것이 공지이다. 예를 들면, 특허문헌 1과 같다.
그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 노즐은, 요소수를 노즐의 선단으로부터 적극적으로 제거하는 것이 아니다. 이 때문에, 노즐의 방향이나 노즐의 형상에 따라서는, 요소수가 노즐의 표면에 잔류하여 요소의 석출 및 성장을 효과적으로 방지할 수 없는 점에서 불리하였다.
일본 특허 공개 제2009-41502호 공보
본 발명은 이러한 과제를 감안한 것으로, 요소수 분사 노즐에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있는 요소수 분사 노즐의 제공을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
즉, 본 발명에서는, 요소수 유로와 기체 유로가 구성되어, 요소수와 기체가 혼합되어 분사구로부터 분사되는 요소수 분사 노즐로서, 요소수 분사 노즐의 표면을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향으로 기체가 토출되도록 측면 토출구가 구성되며, 요소수 분사 노즐의 표면에 발수 코팅층이 형성된 것이다.
즉, 본 발명에서는, 상기 분사구에 근접함에 따라 기체와 요소수가 혼합되는 유로에서 상기 표면까지의 거리가 짧아지도록 형성되고, 분사구로부터 소정 범위내의 요소수 분사 노즐의 측면시 윤곽선이, 요소수의 분사 방향에 대하여 일정한 각도가 되도록 구성된 것이다.
즉, 본 발명에서는, 상기 발수 코팅층이 세라믹 코팅층인 것이다.
본 발명은 이하에 나타낸 바와 같은 효과를 갖는다.
본원에 따른 발명에 의하면, 노즐 선단의 발수 효과와 노즐 표면을 따라 토출되는 기체의 토출력을 이용하여, 요소수 분사 노즐의 측면에 부착된 요소수가 용이하게 제거된다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있다.
본원에 따른 발명에 의하면, 요소수 분사 노즐의 분사구 근방에 경사면이 형성되므로 분사구의 근방에 부착된 요소수가 용이하게 제거된다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있다.
본원에 따른 발명에 의하면, 고온의 배기중에도 발수 효과가 유지된다. 이에 따라, 요소수 분사 노즐에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 정화 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐을 나타내는 일부 단면도이다.
도 3의 (a)는 도 2에서의 요소수 분사 노즐의 선단부를 나타내는 측면시 확대도이며, (b)는 도 3의 (a)에서 요소수 분사 노즐을 화살표 A에서 바라본 도면이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐로부터 요소수를 배기관의 내부에 공급하고 있는 상태를 나타내는 단면도이며, (b)는 도 4의 (a)에서 요소수 분사 노즐을 화살표 B에서 바라본 도면이다.
이하, 도 1 및 도 2를 이용하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 선박용 엔진의 배기 정화 장치(100)에 대해 설명한다. 한편, 본 실시 형태에서의 「상류측」이란 유체의 흐름 방향에서 상류측을 나타내며, 「하류측」이란 유체의 흐름 방향에서 하류측을 나타낸다. 본 실시 형태에서, 하나의 엔진(예를 들면, 선박용 엔진의 메인 기기 또는 보조 기기)에 대하여 배기 정화 장치(100)를 마련하는 구성으로 하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 엔진(예를 들면, 선박용 엔진의 보조 기기)이 설치되어 있는 경우, 복수의 엔진으로부터의 배기를 합하여 하나의 배기 정화 장치로 정화하는 구성이나, 엔진마다 배기 정화 장치를 마련하는 구성이어도 된다.
먼저, 엔진(20)의 배기관(21)에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 배기관(21)은 엔진(20)으로부터의 배기를 외부(대기)에 배출하는 것이다. 배기관(21)에는, 배기 정화 장치(100)가 마련되어 있다. 또한, 배기관(21)에는 배기 정화 장치(100)의 상류측에 분기관(21a)과 배기의 통과 경로를 전환하는 배기 전환 밸브(21b·21c)가 마련되어 있다. 분기관(21a)은 배기관(21)에 접속되어 있다. 배기 전환 밸브(21b)는 배기 정화 장치(100)의 상류측으로서 분기관(21a) 하류측의 배기관(21) 내부에 배치되어 있다. 배기 전환 밸브(21c)는 분기관(21a)의 내부에 배치되어 있다.
배기 전환 밸브(21b·21c)는 서로 연동하여 개폐 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 배기 전환 밸브(21b·21c)는 배기 전환 밸브(21b)가 개방 상태일 때 배기 전환 밸브(21c)를 폐쇄 상태로 하고, 배기 전환 밸브(21b)가 폐쇄 상태일 때 배기 전환 밸브(21c)를 개방 상태로 하도록 구성된다. 이에 따라, 배기 전환 밸브(21b)가 개방 상태이며 배기 전환 밸브(21c)가 폐쇄 상태인 경우, 배기관(21)은 배기가 배기 정화 장치(100)로 공급되는 경로를 구성한다(도 1 상태). 한편, 배기 전환 밸브(21b)가 폐쇄 상태이며 배기 전환 밸브(21c)가 개방 상태인 경우, 배기관(21)은 배기가 배기 정화 장치(100)에서 정화되지 않고 분기관(21a)을 통하여 외부(대기)로 방출되는 경로를 구성한다.
또한, 다른 실시 형태로서 분기관(21a)의 접속 부분에 배기관(21)과 분기관(21a) 중 어느 하나를 선택적으로 폐쇄 상태로 하는 배기 전환 밸브를 분기관(21a)의 접속 부분에 마련하는 구성으로 해도 된다. 분기관(21a)이 폐쇄 상태인 경우, 배기관(21)은 배기가 배기 정화 장치(100)에 공급되는 경로를 구성한다. 한편, 배기관(21)이 폐쇄 상태인 경우, 배기관(21)은 배기가 배기 정화 장치(100)에서 정화되지 않고 분기관(21a)을 통하여 외부(대기)로 방출되는 경로를 구성한다.
다음으로, 배기 정화 장치(100)에 대하여 설명한다. 배기 정화 장치(100)는 엔진(20)으로부터의 배기를 정화하는 것이다. 배기 정화 장치(100)는 요소수 분사 노즐(1), 가압 공기 공급 펌프(컴프레서)(6), 가압 공기 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 전환 밸브(11), NOx 검출부(12), 제어 장치(13), 제1 공급 유로(14), 제2 공급 유로(15), NOx 촉매(18) 등을 구비한다.
요소수 분사 노즐(1)은 요소수를 배기관(21)의 내부로 공급하는 것이다. 요소수 분사 노즐(1)은 배기관(21)에서 배기 전환 밸브(21b)의 하류측에 마련된다. 요소수 분사 노즐(1)은 관 모양 부재로 구성되며 그 일측(하류측)을 배기관(21)의 외부에서 내부로 삽입하도록 마련된다. 이 요소수 분사 노즐(1)은 이중관(2), 액 노즐(3), 공기 노즐(4), 너트(5) 등을 구비한다(도 2 참조).
가압 공기 공급 펌프(컴프레서)(6)는 가압 공기를 에어 탱크(7)로 공급하는 것이다. 가압 공기 공급 펌프(6)는 공기를 가압(압축)하여 공급한다. 가압 공기 공급 펌프(6)는, 에어 탱크(7)의 압력이 소정의 압력을 밑도는 경우, 공기를 에어 탱크(7)에 공급하고 에어 탱크(7)의 압력이 소정의 압력에 이르면 정지한다.
가압 공기 밸브(8)는 가압 공기의 유로를 연통 또는 차단하는 것이다. 가압 공기 밸브(8)는 제2 공급 유로(15)에 마련된다. 가압 공기 밸브(8)는 스풀을 슬라이딩시킴으로써 위치 V 및 위치 W로 전환할 수 있다. 가압 공기 밸브(8)는 스풀이 위치 V 상태에 있는 경우, 제2 공급 유로(15)는 차단된다. 따라서, 요소수 분사 노즐(1)에는 가압 공기가 공급되지 않는다. 가압 공기 밸브(8)는 스풀이 위치 W 상태에 있는 경우, 제2 공급 유로(15)는 연통된다. 따라서, 요소수 분사 노즐(1)에는 가압 공기가 공급된다.
요소수 공급 펌프(9)는, 요소수 분사 노즐(1)에 요소수를 공급하는 것이다. 요소수 공급 펌프(9)는 제1 공급 유로(14)에 마련된다. 요소수 공급 펌프(9)는, 요소수 탱크(10) 내의 요소수를 소정의 유량으로 제1 공급 유로(14)를 통하여 요소수 분사 노즐(1)에 공급한다.
전환 밸브(11)는 요소수의 유로를 전환하는 것이다. 전환 밸브(11)는 제1 공급 유로(14)의 요소수 공급 펌프(9)의 하류측에 마련된다. 전환 밸브(11)에는, 드레인 포트(16)가 유로(15a)를 통하여 접속되어 있다. 전환 밸브(11)는 스풀을 슬라이딩시킴으로써 위치 X 및 위치 Y로 전환할 수 있다. 전환 밸브(11)는 스풀이 위치 X 상태에 있는 경우, 제1 공급 유로(14)는 차단되며, 요소수 분사 노즐(1)과 드레인 포트(16)가 연통된다. 전환 밸브(11)는 스풀이 위치 Y 상태에 있는 경우, 제1 공급 유로(14)는 연통된다. 따라서, 요소수 분사 노즐(1)에는 요소수가 공급된다.
NOx 검출부(12)는 엔진(20)의 배기에 포함되는 NOx 배출량을 검출하는 것이다. NOx 검출부(12)는 NOx 센서 등으로 구성되며, 배기관(21)의 중간부로서 NOx 촉매(18)보다 상류측에 배치된다.
제어 장치(13)는 요소수 공급 펌프(9), 전환 밸브(11), 가압 공기 밸브(8), 배기 전환 밸브(21b·21c) 등을 제어한다. 제어 장치(13)에는, 요소수 공급 펌프(9), 전환 밸브(11), 가압 공기 밸브(8), 배기 전환 밸브(21b·21c) 등을 제어하기 위한 여러 가지의 프로그램이나 데이터 및 배기의 규제 해역맵(M1)이 저장된다. 제어 장치(13)는 CPU, ROM, RAM, HDD 등이 버스로 접속되는 구성이어도 되며, 또는 원 칩의 LDI 등으로 이루어지는 구성이어도 된다. 또한, 제어 장치(13)는 엔진(20)을 제어하는 ECU(22)와 일체적으로 구성할 수도 있다.
제어 장치(13)는 ECU(22), 가압 공기 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 전환 밸브(11) 및 배기 전환 밸브(21b·21c)에 각각 접속된다. 또한, 제어 장치(13)는 GPS(전 지구 측위 시스템) 장치(23)에 접속된다.
제어 장치(13)는 ECU(22)로부터 엔진(20)에 관한 각종 정보를 각각 취득할 수 있다. 제어 장치(13)는 NOx 검출부(12)와 접속되며, NOx 검출부(12)가 검출하는 NOx 배출량을 취득할 수 있다. 제어 장치(13)는 GPS 장치(23)에 접속되어 GPS 장치(23)가 검출한 배기 정화 장치(100)의 현재 위치를 취득할 수 있다. 또한, 제어 장치(13)는 가압 공기 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 전환 밸브(11) 및 배기 전환 밸브(21b·21c)를 각각 제어할 수 있다.
NOx 촉매(18)는 NOx의 환원 반응을 촉진시키는 것이다. NOx 촉매(18)는 배기관(21)의 내부에, 요소수 분사 노즐(1)보다 하류측에 배치된다. NOx 촉매(18)는 요소수가 열·가수 분해되어 생성되는 암모니아가 배기에 포함되는 NOx를 질소와 물로 환원하는 반응을 촉진시킨다.
이와 같이 구성되는 배기 정화 장치(100)에서, 예를 들면 선박에 탑재되어 있는 경우, 제어 장치(13)는 GPS 장치(23)가 검출한 현재 위치를 취득하여, 규제 해역맵(M1)으로부터 현재 위치가 배기의 규제 해역인지 아닌지를 판단한다. 제어 장치(13)는 현재 위치가 배기의 규제 해역이라고 판단한 경우, 배기 전환 밸브(21b)를 개방 상태, 배기 전환 밸브(21c)를 폐쇄 상태로 제어한다. 즉, 배기는 배기 정화 장치(100)에 의해 정화된 후 외부로 배출된다. 제어 장치(13)는 현재 위치가 배기의 규제 해역이 아니라고 판단한 경우, 배기 전환 밸브(21b)를 폐쇄 상태, 배기 전환 밸브(21c)를 개방 상태로 제어한다. 즉, 배기는 배기 정화 장치에서 정화되지 않고 분기관(21a)을 통하여 외부로 배출된다. 한편, 제어 장치(13)는 수동에 의한 배기 전환 밸브(21b·21c)의 개폐 신호를 취득하여, 개폐 신호에 따라 배기 전환 밸브(21b·21c)를 제어할 수도 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 이용하여, 내부 혼합식 요소수 분사 노즐(1)에 대하여 구체적으로 설명한다. 한편, 요소수 분사 노즐(1)의 방식은 본 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 외부 혼합식 요소 분사 노즐이어도 된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 요소수 분사 노즐(1)은 이중관(2), 액 노즐(3), 공기 노즐(4), 너트(5)를 구비한다.
이중관(2)은 요소수 분사 노즐(1)의 메인 구성 부재이며, 요소수의 유로와 가압 공기의 유로를 구성한다. 이중관(2)은 하류측이 배기관(21)의 내부에 위치하고, 상류측이 배기관(21)의 외부에 위치하도록 배치된다. 이중관(2)의 하류측 단부는 배기관(21)의 내부에 배치되는 NOx 촉매(18)의 상류측에 배치된다.
이중관(2)은 외관(2b) 및 외관(2b)의 내부에 배치되는 내관(2a)으로 구성된다. 내관(2a)에는 요소수의 유로인 요소수 유로(2c)가 구성된다. 내관(2a)과 외관(2b)의 틈새에는 가압 공기의 유로인 기체 유로(2d)가 구성된다. 외관(2b)의 외측 중간부에는 배기관(21)과 수밀적으로 접속 가능한 도시 생략한 접속부가 구성된다. 내관(2a)의 하류측 단부 및 외관(2b)의 하류측 단부에는, 암나사부(2e) 및 수나사부(2f)가 형성된다. 이중관(2)의 상류측 단부에는 요소수 유로(2c)와 연통되는 요소수 공급 포트(2g) 및 기체 유로(2d)와 연통되는 기체 공급 포트(2h)가 구성된다.
액 노즐(3)은 요소수가 분사되는 것이다. 액 노즐(3)은 대략 원통형의 부재로 형성되며 이중관(2)의 하류측에 배치된다. 액 노즐(3)의 하류측 단부는 축심부를 중심으로 하여 대략 원추형으로 형성된다. 하류측 단부의 중심부에는 대략 원주상의 볼록부(3a)가 축방향으로 돌출되어 형성된다. 액 노즐(3)의 상류측 단부에는 수나사부(3b)가 축방향으로 돌출되도록 형성된다. 또한, 액 노즐(3)의 축심부에는 요소수 유로(3c)가 수나사부(3b)로부터 볼록부(3a)까지 액 노즐(3) 전체를 축방향으로 관통하도록 형성된다. 이 요소수 유로(3c)는 중간부에서 하류측을 향하여 지름이 감소되어 요소수 유로(3c)의 하류측 단부의 내경이 요소수 유로(3c)의 상류측 단부의 내경보다 작아지도록 형성된다.
액 노즐(3)은 수나사부(3b)가 이중관(2)의 암나사부(2e)에 나사 결합된다. 이에 따라, 이중관(2)과 액 노즐(3)이 접속되어 요소수 유로(3c)와 이중관(2)의 요소수 유로(2c)가 연통된다. 이와 같이 하여, 요소수 유로(3c)에 이중관(2)의 요소수 유로(2c)로부터 요소수가 공급 가능하게 구성된다.
공기 노즐(4)은 무화된 요소수가 분사되는 것이다. 공기 노즐(4)은 대략 원주상의 부재로 형성된다. 공기 노즐(4)은 상류측단이 이중관(2)의 하류측 단부에 맞닿도록 하여 액 노즐(3)의 하류측에 배치된다. 공기 노즐(4)의 축심부에는 중간부에서 하류측을 향해 지름이 감소되는 대략 원추형의 축경부를 가지는 홀이, 상류측단으로부터 하류측단을 향해 관통하도록 형성된다. 홀의 상류측 단부는 액 노즐(3)의 하류측 단부를 삽입하여도 압축 공기가 통과 가능한 공간이 구성되는 정도의 내경으로 형성된다. 축경부의 축경측단의 축심부에는, 요소수의 혼합 유로(4d)가 형성된다. 그리고, 공기 노즐(4)의 하류측 단부에는 혼합 유로(4d)의 개구부인 분사구(4f)가 형성된다.
공기 노즐(4)의 상류측 단부의 측면에는, 핀 부(4a)가 형성된다. 공기 노즐(4)의 하류측은 분사구(4f)를 정점으로 하는 대략 포탄 형상으로 형성된다. 구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 공기 노즐(4)의 하류측의 측면(표면)은, 분사구(4f)로부터 측면시(공기 노즐(4)의 축선 C의 측면 방향)에서의 소정 범위 L 내에서, 분사구(4f)에 근접함에 따라 혼합 유로(4d)로부터의 거리가 짧아지는 곡면으로 이루어지는 표면(4b)이 형성된다. 또한, 공기 노즐(4)은 정면시(공기 노즐(4)의 축선 C 방향)에서의 분사구(4f)를 중심으로 하는 소정의 범위 D 내에서 표면(4c)이 형성된다. 표면(4c)은 공기 노즐(4)의 측면시에서 소정의 범위 D 내의 윤곽선이 축선 C에 대해서 일정한 각도(θ)가 되도록 형성된다. 즉, 공기 노즐(4)의 하류측은, 분사구(4f)를 중심으로 한 대략 원추대 형상으로 형성된다. 이에 따라, 공기 노즐(4)은 분사구(4f)에 인접하여 둘러싸도록 일정한 경사각(θ)의 경사면을 갖는다.
공기 노즐(4)의 표면(4b) 및 표면(4c)에는 발수 코팅층(4h)이 형성되어 있다. 발수 코팅층(4h)은 액체인 요소수의 부착을 억제하는 것이다. 발수 코팅층(4h)은 300℃ 내지 350℃ 정도의 배기 온도중에서도 사용 가능한 세라믹 코팅층으로 구성된다. 배기 온도는, 엔진(20)의 부하 상태에 따라 크게 변동한다. 따라서, 발수 코팅층(4h)은 내열 온도가 250℃ 정도의 일반적인 내열성 코팅인 불소 코팅보다 내열성이 높은 세라믹 코팅층이 적합하다. 이에 따라, 공기 노즐(4)은 표면으로부터 용이하게 요소수를 제거할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 공기 노즐(4)은 너트(5)에 의해 이중관(2)에 접속된다. 공기 노즐(4)의 상류측 홀에는, 액 노즐(3)의 하류측 단부가 삽입된다. 이때, 공기 노즐(4)의 홀과 액 노즐(3) 사이에 틈새가 형성된다. 상기 틈새는 기체 유로(4e)로서 이중관(2)의 기체 유로(2d)와 혼합 유로(4d)에 연통하도록 구성된다. 이와 같이 하여, 혼합 유로(4d)에는 액 노즐(3)의 요소수 유로(3c)로부터 요소수가 공급되고, 기체 유로(4e)로부터 가압 공기가 공급된다. 즉, 공기 노즐(4)은 이중관(2)에 나사 결함됨으로써, 분사구(4f)로부터 요소수를 분사할 수 있도록 구성된다.
공기 노즐(4)에는 그 측면으로부터 공기 노즐(4)의 홀에 연통되도록 하나 이상의 분기 유로(4g)가 형성된다. 즉, 분기 유로(4g)는 공기 노즐(4)의 측면으로부터 기체 유로(4e)에 연통되도록 형성된다. 기체 유로(4e)에 가압 공기가 공급되면 분기 유로(4g)를 통하여 공기 노즐(4)의 측면으로 가압 공기의 일부가 토출된다. 분기 유로(4g)는 공기 노즐(4)의 측면으로 토출시키는 가압 공기의 양에 따라, 분기 유로(4g)의 수나, 유로 내경이 결정된다.
너트(5)는 이중관(2)과 공기 노즐(4)을 체결한다. 너트(5)의 내경에는, 공기 노즐(4)의 핀 부(4a)에 걸리는 단차부(5a)가 형성된다. 단차부(5a)의 상류측은 이중관(2)의 수나사부(2f)에 나사 결합되는 암나사부(5b)가 형성된다. 단차부(5a)의 하류측은 공기 노즐(4)이 틈새없이 삽입 가능한 정도의 내경으로 형성된다. 또한, 단차부(5a)의 하류측으로서, 공기 노즐(4)의 분기 유로(4g)에 대향하는 부분에 확경부가 형성된다. 상기 확경부의 하류측은 공기 노즐(4)의 외경보다 조금 큰 내경으로 형성된다.
너트(5)는 공기 노즐(4)의 핀 부(4a)에 단차부(5a)가 걸리도록 하여 이중관(2)의 수나사부(2f)에 암나사부(5b)를 나사 결합하여 고정된다. 이에 따라, 공기 노즐(4)의 상류측 단부가 이중관(2)의 하류측 단부에 밀접하게 고정된다. 이때, 너트(5)의 확경부와 공기 노즐(4)의 측면에 의해 기체가 체류하는 공간(5c)이 구성된다. 이에 따라, 공간(5c)은 공기 노즐(4)의 분기 유로(4g)를 통하여 가압 공기를 공급할 수 있도록 구성된다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 공간(5c)보다 하류측인 너트(5)와 공기 노즐(4) 사이에는 슬릿(5d)이 구성된다. 즉, 슬릿(5d)은 공기 노즐(4)을 둘러싸도록 하여 측면을 따라 구성된다. 또한, 슬릿(5d)은 공간(5c)에 연통되어 있다. 즉, 공간(5c)에 공급되는 가압 공기는 슬릿(5d)으로부터 공기 노즐(4)의 측면을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향인 공간(5c)의 하류측을 향하여 가압 공기를 토출할 수 있도록 구성된다. 이와 같이 하여, 공기 노즐(4)의 측면에는, 가압 공기가 토출되는 측면 토출구인 슬릿(5d)이 구성된다.
이상으로부터, 요소수 분사 노즐(1)은 일측(하류측) 단부에 요소수를 분사하는 액 노즐(3) 및 공기 노즐(4)을 구비하여, NOx 촉매(18)를 향해 요소수를 분사하도록 구성된다. 한편, 요소수 분사 노즐(1)의 구성은, 본 실시 형태에서, 액 노즐(3)과 공기 노즐(4)에 의해 요소수 유로(3c), 기체 유로(4e) 및 혼합 유로(4d)를 구성하고 있으나 이에 특별히 한정되는 것은 아니며, 요소수 유로(3c), 기체 유로(4e) 및 혼합 유로(4d)가 각각 구성되어 있으면 된다.
이하에서는, 도 1, 도 2 및 도 4를 이용하여, 요소수 분사 노즐(1)의 동작 형태에 대해 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배기관(21)의 내부에 요소수의 공급(분사)이 개시되는 경우, 제어 장치(13)가 전환 밸브(11)를 위치 Y로 함으로써, 요소수가 요소수 분사 노즐(1)(이중관(2))의 요소수 공급 포트(2g)로 공급된다. 도 2 및 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 요소수는 도 4의 (a)에서의 검은 화살표와 같이, 소정의 압력으로 이중관(2)의 요소수 유로(2c) 및 액 노즐(3)의 요소수 유로(3c)를 통하여, 액 노즐(3)의 볼록부(3a)로부터 공기 노즐(4)의 혼합 유로(4d)에 분사된다.
이 상태에서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(13)가 가압 공기 밸브(8)를 위치 W로 함으로써, 가압 공기가 요소수 분사 노즐(1)(이중관(2))의 기체 공급 포트(2h)에 공급된다. 도 2 및 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 가압 공기는 도 4의 (a)에서의 흰 화살표와 같이, 소정의 압력으로 이중관(2)의 기체 유로(2d), 공기 노즐(4)의 기체 유로(4e)를 통하여 공기 노즐(4)의 혼합 유로(4d)에 분사된다. 이 결과, 요소수는 공기 노즐(4)의 혼합 유로(4d)의 내부에서 가압 공기와 충돌하여 무화되어 공기 노즐(4)의 분사구(4f)로부터 분사된다.
공기 노즐(4)의 기체 유로(4e)에 공급된 가압 공기의 일부는, 분기 유로(4 g)를 통하여 공간(5c)에 공급된다. 공간(5c)에 공급된 가압 공기는 균일한 압력으로 슬릿(5d)으로부터 공기 노즐(4)의 하류측(분사구(4f)측)을 향해 토출된다. 슬릿(5d)으로부터 토출된 가압 공기는 그 점성에 의해 공기 노즐(4)의 측면을 따라 공기 노즐(4)을 감싸도록 나아간다. 가압 공기는, 포탄 형상으로 형성되어 있는 공기 노즐(4)의 측면인 표면(4b)과 표면(4c)을 따라 그 표면상을 나아감으로써 분사구(4f)에 도달한다. 이에 따라, 분사구(4f)로부터 분사된 요소수가 공기 노즐(4)의 표면(4b)과 표면(4c)에 가까워져도 가압 공기에 의해 날아가버린다. 또한, 공기 노즐(4)의 표면(4b)과 표면(4c)에 부착된 요소수는, 발수 코팅층(4h)의 효과에 의해 가압 공기에 의해 용이하게 날아간다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배기관(21)의 내부로 요소수의 공급(분사)이 정지되는 경우, 제어 장치(13)가 전환 밸브(11)의 포지션을 위치 X로 함으로써, 요소수 분사 노즐(1)(이중관(2))의 요소수 공급 포트(2g)에 대한 요소수의 공급이 정지된다. 이에 수반하여, 이중관(2)의 요소수 공급 포트(2g)는 제1 공급 유로(14), 전환 밸브(11)를 통하여 대기 개방된다. 공기 노즐(4)은 슬릿(5d)으로부터의 가압 공기가 정지한 후 요소수가 그 표면에 부착되어도, 표면(4b)과 표면(4c)에 형성된 발수 코팅층(4h)의 효과에 의해 그 표면으로부터 떨어져 흘러 요소수의 부착이 억제된다.
또한, 공기 노즐(4)의 분사구(4f)가 상방을 향하도록 요소수 분사 노즐(1)이 배치되어 있는 경우, 공기 노즐(4)은 분사구(4f)의 주위에 요소수가 부착되어도, 표면(4b)과 표면(4c)에 형성된 발수 코팅층(4h)의 효과에 더하여, 분사구(4f)를 둘러싸도록 형성된 표면(4c)의 경사에 의해 하방으로 떨어져 흘러 요소수의 부착이 억제된다.
이상과 같이, 공기 노즐(4) 선단의 발수 효과와 공기 노즐(4)의 표면(4b)과 표면(4c)을 따라 토출되는 기체인 가압 공기의 토출력을 이용하여, 요소수 분사 노즐(1)의 측면(표면)에 부착된 요소수가 용이하게 제거된다. 이에 따라, 공기 노즐(4)에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있다.
또한, 요소수 분사 노즐(1)의 분사구(4f)의 근방에 경사면을 가지는 표면(4c)이 형성되므로 분사구(4f)의 근방에 부착된 요소수가 용이하게 제거된다. 이에 따라, 공기 노즐(4)에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있다.
또한, 고온의 배기중에 배치되어도 발수 효과를 유지할 수 있다. 이에 따라, 공기 노즐(4)에서 요소의 석출 및 성장을 억제할 수 있다.
본 발명은, 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐의 기술에 이용할 수 있다.
1: 요소수 분사 노즐 2c: 요소수 유로
3c: 요소수 유로 2d: 기체 유로
4c: 표면 4d: 혼합 유로
4e: 기체 유로 4f: 분사구
5d: 슬릿

Claims (3)

  1. 요소수 유로와 기체 유로가 구성되어, 상기 기체 유로를 통과한 가압 기체가 요소수와 혼합되어 분사구로부터 분사되는 요소수 분사 노즐로서,
    상기 기체 유로에 연통하는 분기 유로가 마련되어, 상기 분기 유로를 통과한 가압 기체가 요소수 분사 노즐의 표면을 따라 요소수의 분사 방향과 동일한 방향으로 토출되도록 측면 토출구가 구성되고, 요소수 분사 노즐의 표면에 발수 코팅층이 형성되며, 요소수 분사 노즐의 표면은 상기 분사구를 중심으로 한 소정 범위내에서, 윤곽선이 상기 분사구의 축선에 대하여 일정한 각도가 되도록 일정한 경사각의 경사면으로 구성된 요소수 분사 노즐.
  2. 제1항에 기재된 요소수 분사 노즐 및 제어 장치를 구비하는 선박용 배기 정화 장치로서,
    상기 제어 장치는,
    상기 배기 정화 장치의 현재 위치를 검출하는 전 지구 측위 시스템 장치에 접속됨과 함께, 배기의 규제 해역을 나타내는 규제 해역맵을 저장하고,
    상기 전 지구 측위 시스템 장치가 검출한 현재 위치를 취득하여, 상기 규제 해역맵으로부터 상기 현재 위치가 배기 규제 해역이라고 판단한 경우, 혼합된 가압 기체 및 요소수를 상기 요소수 분사 노즐로부터 분사시키도록 제어하는 배기 정화 장치.
  3. 삭제
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