KR20140076386A

KR20140076386A - 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20140076386A
Application number: KR1020120144858A
Authority: KR
Inventors: 우지훈; 최원규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-20
Also published as: KR101427963B1

Abstract

선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치가 개시된다. 개시된 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치는 요소 수용액을 저장하는 요소수 탱크에 구성되어 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 해빙하기 위한 것으로서, ⅰ)요소수 탱크의 내부에 설치되며, 배터리로부터 전원을 인가받아 열 에너지를 발생시키는 PTC 히터와, ⅱ)배터리 및 PTC 히터와 전기적으로 연결되며, 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 전기 에너지를 발생시키며 배터리와 PTC 히터 간에 스위칭 신호를 인가하는 압전 센서와, ⅲ)PTC 히터와 전기적으로 연결되며, PTC 히터가 퀴리온도 이상이 되면 저항이 상승하여 그 PTC 히터로 인가되는 전원을 차단하는 전원 오프 센서를 포함할 수 있다.

Description

선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치 및 그 제어방법 {HEATER OF UREA SUPPLY SYSTEM FOR SELECTIVE CATALYST REDUCTION DEVICE AND CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명의 실시예는 배기 가스의 후처리를 위한 선택적 촉매 환원(Selective Catalyst Reduction: 이하 'SCR' 이라고 한다) 장치로 요소 수용액을 공급하기 위한 요소 수용액 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저온 환경에서 빙결된 요소 수용액을 해빙하기 위한 히팅장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤 엔진의 배기 시스템은 배기 가스 중에 함유된 공해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF((Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction), LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 배기가스 후처리장치를 구비하고 있다.

이 중에서, SCR을 적용한 배기가스 후처리장치(이하, 'SCR 장치' 라고 한다)는 배기 파이프의 내부로 요소 수용액과 같은 환원제를 분사하여 배기 가스 중의 질소산화물을 질소와 산소로 환원시키는 기능을 하게 된다.

즉, 상기 SCR 장치는 배기 파이프의 내부로 환원제가 분사되면, 그 환원제가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH₃)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스(N₂)와 물(H₂O)로 환원시킬 수 있다.

이와 같이 SCR 장치를 통해 요소 수용액을 배기 파이프의 내부로 분사하기 위해서는 요소 수용액을 SCR 장치로 공급하기 위한 요소 수용액 공급 시스템이 필요하다.

상기 요소 수용액 공급 시스템은 기본적으로, 요소 수용액을 저장하는 요소수 탱크와, 요소수 탱크의 내부에 구성되며 요소 수용액을 SCR 장치로 펌핑하기 위한 펌프를 구비한다.

그러나, 상기한 요소 수용액은 어는점이 -11.5℃로서 겨울철이나 추운 지역의 저온 조건에서 운행되는 차량의 경우 쉽게 요소수 탱크의 내부에서 쉽게 빙결될 수 있다.

이로 인해 겨울철이나 추운 지역의 저온 조건에서는 SCR 장치로 요소 수용액의 공급이 요구되는 시점에 요소 수용액을 SCR 장치로 원활하게 공급할 수 없게 된다.

또한, 상기한 저온 조건에서는 요소 수용액의 비중이 커짐으로 인해 요소수 탱크의 하부부터 순차적으로 빙결이 진행되고, 빙결에 의한 요소 수용액의 부피 팽창으로 요소 탱크의 상부에서 변형량이 과다하게 일어나기 때문에, 이러한 요소수 탱크의 변형으로 인해 펌프 모듈이 파손될 수 있고, 펌프 플랜지의 파손 및 요소 수용액의 누수를 야기할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 저온 조건에서 요소 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크의 변형을 방지할 수 있도록 빙결된 요소 수용액을 전기 히터로서 해빙할 수 있는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치는, 요소 수용액을 저장하는 요소수 탱크에 구성되어 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 해빙하기 위한 것으로서, ⅰ)상기 요소수 탱크의 내부에 설치되며, 배터리로부터 전원을 인가받아 열 에너지를 발생시키는 PTC 히터와, ⅱ)상기 배터리 및 PTC 히터와 전기적으로 연결되며, 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 전기 에너지를 발생시키며 상기 배터리와 PTC 히터 간에 스위칭 신호를 인가하는 압전 센서와, ⅲ)상기 PTC 히터와 전기적으로 연결되며, 상기 PTC 히터가 퀴리온도 이상이 되면 저항이 상승하여 그 PTC 히터로 인가되는 전원을 차단하는 전원 오프 센서를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 PTC 히터는 상기 요소수 탱크의 하부에 장착된 펌프 모듈의 플랜지 본체에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 PTC 히터는 방열부재와, 상기 방열부재의 외부에 몰딩되는 플라스틱 몰딩체와, 상기 플라스틱 몰딩체에 고정되는 적어도 하나의 PTC 소자를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 PTC 히터에는 상기 PTC 소자를 설치하기 위한 삽입홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 PTC 히터에는 중앙에서 양측으로 연장된 복수 개의 배플들이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 압전 센서는 상기 요소수 탱크의 상면에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 압전 센서는 상기 요소수 탱크의 상면에 일체로 형성되며 그 요소수 탱크의 내부와 연결되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 직렬로 연결된 다수 개의 압전 소자들과, 상기 압전 소자들의 하측에 배치되며, 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 상기 압전 소자들로 유도하는 유도체와, 상기 하우징에서 상기 유도체의 하측에 배치되며, 상기 팽창 압력을 상기 유도체에 전달하는 고무 소재의 전달체와, 상기 유도체와 전달체 사이에 개재되는 스프링을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 하우징과 요소수 탱크의 연결 부분에는 상기 전달체를 지지하는 하단 플랜지가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 압전 센서는 상기 요소수 탱크의 상면에 일체로 형성되며 그 요소수 탱크의 내부와 연결되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 직렬로 연결된 다수 개의 압전 소자들과, 상기 압전 소자들의 하측에 배치되고, 상기 압전 소자들을 지지하며 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 상기 압전 소자들로 전달하는 실리콘부재를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 하우징과 요소수 탱크의 연결 부분에는 상기 실리콘부재를 지지하는 하단 플랜지가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 하우징과 요소수 탱크의 연결 부분에는 상기 하우징과 요소수 탱크를 연결하는 연결홀이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 있어서, 상기 전원 오프 센서는 상기 PTC 히터의 상단부에 설치될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템 히팅장치의 제어방법은, 요소 수용액을 저장하는 요소수 탱크에 구성되어 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 해빙하기 위한 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템 히팅장치를 제어하는 것으로서, 상술한 바와 같은 히팅장치를 제공하고, 압전 센서를 통해 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 전기 에너지를 발생시키며, 상기 전기 에너지의 출력값과 기준값을 비교하여 상기 출력값이 기준값 이상인지를 판단하고, 상기 출력값이 기준값 이상인 것으로 판단되면, 상기 배터리와 PTC 히터 간에 스위칭 신호를 인가하여 PTC 히터를 통해 열을 발생시키며, 전원 오프 센서를 통해 상기 PTC 히터의 퀴리온도를 감지하고, 상기 퀴리온도의 측정값이 기준값 이상이면, 상기 PTC 히터로 인가되는 전원을 차단할 수 있다.

본 발명의 실시예는 엔진 오프 시 저온 조건에서 요소 수용액의 동결로 인한 요소수 탱크의 부피 팽창을 압전 센서를 통해 감지하여 PTC 히터를 자동으로 작동시킬 수 있으므로, 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 PTC 히터를 통해 용이하게 해빙할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 요소 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크의 변형을 방지할 수 있으므로, 펌프 모듈의 파손 및 요소 수용액의 누수를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 요소수 탱크의 부피 팽창을 기준으로 하여 압전 센서의 자가 발전으로 배터리의 전원인가 신호를 발생시킬 수 있으므로, 배터리의 소모 전력을 줄일 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 전원 오프 센서를 통해 PTC 히터의 적절한 온도에 따라 PTC 히터로 인가되는 전원을 자동적으로 차단할 수 있으므로, 배터리의 과도한 소모 전력을 줄일 수 있으며, 요소 수용액의 과도한 히팅에 따른 불쾌한 냄새 등의 발생을 방지할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 PTC 히터를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 PTC 히터를 도시한 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 압전 센서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템 히팅장치의 제어방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 압전 센서의 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치(100)는 디젤 차량의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 정화하기 위한 배기가스 후처리 시스템에 적용될 수 있다.

예를 들면, 상기 배기가스 후처리 시스템은 엔진에서 배출되는 배기 가스 중의 질소산화물을 질소와 산소로 환원시켜 주는 선택적 촉매 환원(Selective Catalyst Reduction: 이하 'SCR' 이라고 한다) 장치를 포함하고 있다.

여기서, 상기 SCR 장치는 배기 가스의 스트림을 형성하는 배기 파이프에 SCR 촉매가 연결 설치되고, 인젝터 등을 통해 배기 파이프의 내부로 요소(urea) 수용액과 같은 환원제를 분사할 수 있는 구성으로 이루어진다.

따라서, 상기 SCR 장치는 배기 파이프의 내부로 환원제가 분사되면, 그 환원제가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH₃)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스(N₂)와 물(H₂O)로 환원시킬 수 있다.

더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 히팅장치(100)는 별도 저장된 환원제(이하에서는 "요소 수용액" 이라고 한다)를 SCR 장치로 공급하기 위한 요소 수용액 공급 시스템에 적용될 수 있다.

이와 같은 요소 수용액 공급 시스템은 요소 수용액을 저장하는 요소수 탱크(1)와, 요소수 탱크(1)에 장착되며 그 요소수 탱크(1)에 수용된 요소 수용액을 SCR 장치로 압송하기 위한 펌프 모듈(2)을 포함한다.

한편, 상기 요소수 탱크(1)에 수용된 요소 수용액은 요소 성분이 수분에 녹아 액체 상태로 존재하며 어는점이 외기온 -11.5℃ 정도로서 겨울철이나 추운 지역의 저온 조건에서 쉽게 결빙될 수 있다.

여기서, 상기 요소수 탱크(1)에 저장된 요소 수용액은 저온 조건에서는 요소 수용액의 비중이 커짐으로 인해 요소수 탱크(1)의 하부부터 순차적으로 빙결이 진행되고, 빙결에 의한 요소 수용액의 부피 팽창으로 요소수 탱크(1)의 상부에서 변형량이 과다하게 일어날 수 있다.

그리고, 상기에서 펌프 모듈(2)은 요소수 탱크(1)의 하부에 설치되는 바, 요소 수용액을 SCR 장치로 압송하기 위한 펌프(5)를 포함하고 있으며, 그 펌프(5)는 플랜지 본체(3)에 장착될 수 있다. 즉, 상기 펌프 모듈(2)은 플랜지 본체(3)를 통해 요소수 탱크(1)의 하부면에 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치(100)는 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 히터를 통해 해빙하기 위한 것으로서, 엔진 오프 시 요소 수용액의 동결로 인한 요소수 탱크(1)의 부피 팽창을 감지하여 자동적으로 전기적인 히팅을 작동시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

또한, 본 발명의 실시예는 배터리의 소모 전력을 줄이기 위해 요소수 탱크(1)의 부피 팽창을 기준으로 하여 자가 발전으로 배터리의 전원 인가 신호를 발생시킬 수 있고, 히터의 적절한 온도에 따라 히터의 전원 공급을 선택적으로 차단할 수 있는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치(100)를 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치(100)는 기본적으로, PTC 히터(10), 압전 센서(50) 및 전원 오프 센서(80)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에서, 상기 PTC 히터(10)는 차량의 배터리(B)로부터 전원을 인가받아 열 에너지를 발생시키는 것으로서, 요소수 탱크(1)의 내부에 설치되며, 배터리(B)와 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 PTC 히터(10)는 요소수 탱크(1)의 하부에 장착된 펌프 모듈(2)의 플랜지 본체(3)에 설치되며, 요소수 탱크(1)의 내부에 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 PTC 히터(10)는 요소수 탱크(1)의 내부에서 리저버 컵(도면에 도시되지 않음)의 내측에 배치될 수 있으며, 대안으로서 그 리저버 컵의 외측에서 요소수 탱크(1)의 하부에 설치될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 PTC 히터를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 PTC 히터를 도시한 단면 구성도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 PTC 히터(10)는 방열부재(11), 플라스틱 몰딩체(13) 및 적어도 하나의 PTC 소자(15)를 포함하고 있다.

상기 방열부재(11)는 뒤에서 더욱 설명될 PTC 소자(15)에서 발열되는 열을 방열하기 위한 것으로서, 고열전달계수를 갖는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.

이러한 방열부재(11)는 길이 방향을 따라 배치되는 메인 방열판(18)과, 메인 방열판(18)에 일체로 형성되며 그 메인 방열판(18)의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되는 복수 개의 보조 방열판(19)을 포함한다.

상기 플라스틱 몰딩체(13)는 방열부재(11)의 외부에 몰딩되는 것으로, 요소수 탱크(1) 내부의 요소 수용액이 PTC 소자(15)로 유입되는 것을 저지하기 위한 플라스틱 소재의 절연체로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 플라스틱 몰딩체(13)는 방열부재(11)의 외부 전체와 함께 PTC 소자(15)를 감싸며 사출 성형될 수 있다.

그리고, 상기 PTC 소자(15)는 배터리(B)로부터 전원을 인가받아 전기 저항에 의해 열을 발생시키는 것으로, 한 쌍으로 구비되며, 플라스틱 몰딩체(13)에 고정될 수 있다.

여기서, 상기 PTC 히터(10)의 플라스틱 몰딩체(13)에는 PTC 소자(15)를 설치하기 위한 삽입홀(21)이 형성되는 바, 그 삽입홀(21)은 플라스틱 몰딩체(13)가 PTC 소자(15)를 수용하는 것으로 그 PTC 소자(15)를 방열부재(11)와 접촉되게 수용할 수 있다.

이러한 PTC 소자(15)는 반도체 소자로 이루어지며, 일정 이상의 전류가 흐르면 열이 발생되는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 PTC 소자로 이루어지므로 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기와 같은 PTC 히터(10)는 요소수 탱크(1) 내부의 하단에 설치되며, 방열부재(11)가 메인 방열판(18) 및 그 메인 방열판(18)의 길이 방향에 수직한 방향으로 배치되는 복수 개의 보조 방열판(19)을 포함하고, 방열부재(11)의 외부 표면에 플라스틱 몰딩체(13)를 형성하므로, 그 보조 방열판(19) 부위는 요소 수용액으로부터의 격리를 위한 복수 개의 배플(25)들로서 구비될 수 있다. 즉, 상기 배플들(25)은 PTC 히터(10)의 중앙 부위에서 양측으로 연장될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 압전 센서(50)는 도 1에서와 같이, 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 전기 에너지를 발생시키며 배터리(B)와 PTC 히터(10)의 PTC 소자(15) 간에 스위칭 신호를 인가하기 위한 것이다.

상기 압전 센서(50)는 요소수 탱크(1)의 상면에 설치되는 바, 요소수 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크(1) 상부의 부피 팽창을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 발생하는 전기 에너지를 도면에 미도시된 제어기에 전기적인 신호로서 출력한다.

즉, 상기 제어기는 그 전기적인 신호에 따라 배터리(B)와 PTC 히터(10)의 PTC 소자(15) 간에 스위칭 신호를 인가하여 PTC 히터(10)를 발열 작동시키게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 압전 센서를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 상기 압전 센서(50)는 하우징(51), 압전 소자들(53), 유도체(55), 전달체(57) 및 스프링(59)을 포함하고 있다.

상기 하우징(51)은 요소수 탱크(1)의 상면에 일체로 형성되며 그 요소수 탱크(1)의 내부와 연결되게 구비된다.

이 경우, 상기 하우징(51)과 요소수 탱크(1)의 연결 부분에는 뒤에서 더욱 설명될 전달체(57)를 지지하는 하단 플랜지(61)가 형성되어 있으며, 그 하우징(51)과 요소수 탱크(1)를 연결하는 연결홀(63)이 형성되어 있다.

상기 압전 소자(53)는 기계적인 압축 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자로서, 하우징(51)의 내부에 배치되며, 다수 개로서 직렬로 연결되어 있다. 이러한 압전 소자(53)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 피에조 소자로서 이루어지므로 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 유도체(55)는 요소수 수용액의 동결에 따른 부피 팽창 압력을 압전 소자들(53)로 균일하게 유도하는 것으로, 압전 소자들(53)의 하측에 배치된다.

상기 전달체(57)는 요소수 수용액의 동결에 따른 부피 팽창 압력을 유도체(55)에 전달하는 것으로, 고무 소재로 이루어지며 하우징(51)의 내부에서 유도체(55)의 하측에 배치된다. 이 때 전달체(57)는 하우징(51)과 요소수 탱크(1) 연결 부분의 하단 플랜지(61)에 지지된다.

그리고, 상기 스프링(59)은 전달체(57)의 변형을 위치 복원시키기 위한 것으로, 유도체(55)와 전달체(57) 사이에 개재된다.

한편, 도 1에서와 같이 본 발명의 실시예에 의한 상기 전원 오프 센서(80)는 PTC 히터(10)의 PTC 소자(15)가 자기 발열에 의해 스위칭 온도에 도달하면 전기 저항이 증가하여 배터리(B)로부터 인가되는 전류를 차단함으로써 PTC 소자(15)로 하여금 일정 온도의 열을 발생시키게 하기 위한 것이다.

예를 들면, 이러한 전원 오프 센서(80)는 PTC 히터(10)의 PTC 소자(15)와 전기적으로 연결되며, 그 PTC 소자(15)가 퀴리온도 이상이 되면 저항이 상승하여 그 PTC 소자(15)로 인가되는 전원을 차단할 수 있다. 여기서, 상기 전원 오프 센서(80)는 PTC 히터(10)의 상단부에 설치된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템 히팅장치의 제어방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템 히팅장치의 제어방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

우선, 본 발명의 실시예에서는 겨울철이나 추운 지역의 저온 조건에서 PTC 히터(10)가 작동하지 않는 엔진 오프 시, 압전 센서(50)는 요소수 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크(1) 상부의 부피 팽창을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 전기 에너지를 발생시킨다(S11 단계).

상기 S11 단계에서, 압전 센서(50)의 전달체(57)는 요소수 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크(1) 상부의 부피 팽창 압력에 의해 변형되며, 그 부피 팽창 압력을 스프링(59)를 통해 유도체(55)에 전달한다. 이에, 압전 소자들(53)은 유도체(55)를 통해 전달받은 부피 팽창 압력을 전기 에너지로 발생시키고, 그 전기 에너지를 제어기에 출력한다.

그러면, 제어기는 압전 센서(50)의 전기 에너지 출력값과 기설정된 기준값을 비교하여 그 출력값이 기준값 이상인지를 판단한다(S12 단계).

상기 S12 단계에서, 상기 압전 센서(50)의 출력값이 기준값 이상인 것으로 판단되면, 본 발명의 실시예에서 제어기는 배터리(B)와 PTC 소자(15) 간에 스위칭 신호를 인가한다(S13 단계).

따라서, 상기 PTC 소자(15)는 배터리(B)로부터 전원을 인가받아 열을 발생시키며 요소수 탱크(1)의 요소 수용액을 해빙시킨다(S14 단계).

상기와 같은 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시예에서는 전원 오프 센서(80)를 통해 PTC 소자(15)의 퀴리온도를 감지하고(S15 단계), 그 퀴리온도의 측정값이 기준값 이상인지를 판단한다(S16 단계).

이 때, 전원 오프 센서(80)를 통한 퀴리온도의 측정값이 기준값 이상이면, 배터리(B)를 통해 PTC 소자(15)로 인가되는 전원을 차단한다(S17).

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치(100) 및 그 제어방법에 의하면, 엔진 오프 시 저온 조건에서 요소 수용액의 동결로 인한 요소수 탱크(1)의 부피 팽창을 압전 센서(50)를 통해 감지하여 PTC 히터(10)를 자동으로 작동시킬 수 있으므로, 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 PTC 히터(10)를 통해 용이하게 해빙할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 요소 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크(1)의 변형을 방지할 수 있으므로, 펌프 모듈(2)의 파손 및 요소 수용액의 누수를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 요소수 탱크(1)의 부피 팽창을 기준으로 하여 압전 센서(50)의 자가 발전으로 배터리(B)의 전원인가 신호를 발생시킬 수 있으므로, 배터리(B)의 소모 전력을 줄일 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 전원 오프 센서(80)를 통해 PTC 히터(10)의 적절한 온도에 따라 PTC 히터(10)로 인가되는 전원을 자동적으로 차단할 수 있으므로, 배터리(B)의 과도한 소모 전력을 줄일 수 있으며, 요소 수용액의 과도한 히팅에 따른 불쾌한 냄새 등의 발생을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치에 적용되는 압전 센서의 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 압전 센서(150)의 변형예는 위에서 언급한 바 있는 하우징(151)과 그 하우징(151)의 내부에 직렬로 연결된 다수 개의 압전 소자들(153)을 기본적으로 구비한다.

그리고, 본 변형예에서 상기 압전 센서(150)는 압전 소자들(153)의 하측에 배치되며, 하우징(151)의 내측에서 압전 소자들(153)을 지지하고, 요소 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크(1) 상부의 부피 팽창 압력을 압전 소자들(153)로 전달하는 실리콘 고무 소재의 실리콘부재(159)를 포함하고 있다.

상기 실리콘부재(159)는 요소 수용액의 동결에 따른 요소수 탱크(1) 상부의 부피 팽창 압력에 의해 실리콘부재(159)의 변형으로서 그 부피 팽창 압력을 압전 소자들(153)로 유도 및 전달하는 기능을 하게 된다.

즉, 본 변형예는 도 4에서와 같은 압전 센서에 구성되는 유도체, 스프링 및 전달체를 삭제하고, 이들의 기능을 만족하는 실리콘부재(159)로 대체하여 전체 압전 센서(150)의 구조를 단순화시킨 것이다.

여기서, 상기 하우징(151)과 요소수 탱크(1)의 연결 부분에는 실리콘부재(159)를 지지하는 하단 플랜지(161)가 형성되어 있으며, 그 하우징(151)과 요소수 탱크(1)를 연결하는 연결홀(163)이 형성되어 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1... 요소수 탱크 2... 펌프 모듈
3... 플랜지 본체 5... 펌프
10... PTC 히터 11... 방열부재
13... 플라스틱 몰딩체 15... PTC 소자
18... 메인 방열판 19... 보조 방열판
21... 삽입홀 25... 배플
50, 150... 압전 센서 51, 151... 하우징
53, 153... 압전 소자 55... 유도체
57... 전달체 59... 스프링
61, 161... 하단 플랜지 63, 163... 연결홀
80... 전원 오프 센서 B... 배터리
159... 실리콘부재

Claims

요소 수용액을 저장하는 요소수 탱크에 구성되어 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 해빙하기 위한 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치로서,
상기 요소수 탱크의 내부에 설치되며, 배터리로부터 전원을 인가받아 열 에너지를 발생시키는 PTC 히터;
상기 배터리 및 PTC 히터와 전기적으로 연결되며, 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 전기 에너지를 발생시키며 상기 배터리와 PTC 히터 간에 스위칭 신호를 인가하는 압전 센서; 및
상기 PTC 히터와 전기적으로 연결되며, 상기 PTC 히터가 퀴리온도 이상이 되면 저항이 상승하여 그 PTC 히터로 인가되는 전원을 차단하는 전원 오프 센서
를 포함하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 PTC 히터는,
상기 요소수 탱크의 하부에 장착된 펌프 모듈의 플랜지 본체에 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 PTC 히터는,
방열부재와, 상기 방열부재의 외부에 몰딩되는 플라스틱 몰딩체와, 상기 플라스틱 몰딩체에 고정되는 적어도 하나의 PTC 소자를 포함하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 공급 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 PTC 히터에는,
상기 PTC 소자를 설치하기 위한 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 PTC 히터에는 중앙에서 양측으로 연장된 복수 개의 배플들이 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 압전 센서는 상기 요소수 탱크의 상면에 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 압전 센서는,
상기 요소수 탱크의 상면에 일체로 형성되며 그 요소수 탱크의 내부와 연결되는 하우징과,
상기 하우징의 내부에 직렬로 연결된 다수 개의 압전 소자들과,
상기 압전 소자들의 하측에 배치되며, 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 상기 압전 소자들로 유도하는 유도체와,
상기 하우징에서 상기 유도체의 하측에 배치되며, 상기 팽창 압력을 상기 유도체에 전달하는 고무 소재의 전달체와,
상기 유도체와 전달체 사이에 개재되는 스프링
을 포함하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제7 항에 있어서,
상기 하우징과 요소수 탱크의 연결 부분에는 상기 전달체를 지지하는 하단 플랜지가 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 압전 센서는,
상기 요소수 탱크의 상면에 일체로 형성되며 그 요소수 탱크의 내부와 연결되는 하우징과,
상기 하우징의 내부에 직렬로 연결된 다수 개의 압전 소자들과,
상기 압전 소자들의 하측에 배치되고, 상기 압전 소자들을 지지하며 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 상기 압전 소자들로 전달하는 실리콘부재
를 포함하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제9 항에 있어서,
상기 하우징과 요소수 탱크의 연결 부분에는 상기 실리콘부재를 지지하는 하단 플랜지가 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제8 항 또는 제10 항에 있어서,
상기 하우징과 요소수 탱크의 연결 부분에는 상기 하우징과 요소수 탱크를 연결하는 연결홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
제1 항에 있어서,
상기 전원 오프 센서는 상기 PTC 히터의 상단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템의 히팅장치.
요소 수용액을 저장하는 요소수 탱크에 구성되어 저온 조건에서 결빙된 요소 수용액을 해빙하기 위한 청구항 1의 히팅장치를 제공하고;
압전 센서를 통해 요소수 수용액의 동결에 따른 팽창 압력을 감지하고 그 팽창 압력에 따라 전기 에너지를 발생시키며;
상기 전기 에너지의 출력값과 기준값을 비교하여 상기 출력값이 기준값 이상인지를 판단하고;
상기 출력값이 기준값 이상인 것으로 판단되면, 상기 배터리와 PTC 히터 간에 스위칭 신호를 인가하여 PTC 히터를 통해 열을 발생시키며;
전원 오프 센서를 통해 상기 PTC 히터의 퀴리온도를 감지하고, 상기 퀴리온도의 측정값이 기준값 이상이면, 상기 PTC 히터로 인가되는 전원을 차단하는 촉매 환원 장치용 요소 수용액 시스템용 히팅장치의 제어방법.