KR20160065197A - 배기 정화 장치 - Google Patents

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후미히로 니시우라
미와 우치다
테츠야 요코야마
야스유키 타카하타
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

내연 기관의 배기관의 배관 경로에 영향받지 않고 배기와 환원제를 균일하게 혼합할 수 있는 배기 정화 장치의 제공을 목적으로 한다. 배기관(14) 내에 마련되는 요소수 분사 노즐(2) 및 상기 요소수 분사 노즐의 하류측에 마련되는 촉매 반응기(12)를 구비하고, 엔진(18)의 배기에 요소수 분사 노즐(2)로부터 요소수를 분사하여 촉매 반응기(12)에 수용되어 있는 NOx 촉매(13)에 의해 배기중의 질소 산화물을 환원하는 배기 정화 장치(1)로서, 상기 요소수 분사 노즐이 배기 흐름 방향의 하류측을 향해 상기 배기관의 축심으로부터 요소수를 분사하도록 배치되고, 복수의 판상 부재(11b)가 상기 배기관의 축심을 중심으로 하여 방사상으로 배치되고, 배기의 흐름 방향에 대한 상기 판상 부재의 판면(A·B)의 각도가 상류측과 하류측에서 각각 다른 값이 되도록 형성된 혼합기(11)가, 상기 촉매 반응기의 상류측 단부에 접속되어 있다.

Description

배기 정화 장치{EXHAUST-GAS PURIFICATION DEVICE}
본 발명은, 엔진의 배기 정화 장치에 관한 것이다. 특히, 선박용 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐에 관한 것이다.
종래, 선박용 엔진 등으로부터 배기에 포함되는 NOx(질소 산화물)를 저감시키기 위해, 선택 환원형의 NOx 촉매(SCR 촉매)와 환원제를 이용하여, NOx를 질소와 물로 환원하는 배기 정화 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 고온의 배기중에 분사한 요소수로부터 암모니아를 생성하여 NOx 촉매와 접촉시킴으로써 NOx를 질소와 물로 환원하는 것이 있다.
이러한 배기 정화 장치에 있어서, NOx 촉매에서의 환원 작용의 효율을 향상시키기 위해, 배기와 환원제를 혼합하는 혼합기가 마련된 것이 알려져 있다. 배기 정화 장치는, 혼합기에 의해 환원제를 강제적으로 혼합시킨 배기를 NOx 촉매에 공급함으로써 배기의 환원 작용을 향상시킨다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 바와 같다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 배기 정화 장치는, 첨가제 분사 밸브(분사 노즐)로부터 분사된 첨가제가 혼합기에 직접 충돌하도록 첨가제 분사 밸브를 배치할 필요가 있다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 배기 정화 장치는, 첨가제 분사 밸브에 대한 혼합기의 위치가 제한된다. 따라서, 내연 기관의 배기관의 배관 경로에 따라서는 배기 정화 장치의 첨가제 분사 밸브와 혼합기를 적절한 위치에 설치할 수 없는 문제가 있었다.
일본 특허 공개 제2011-47293호 공보
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 분사 노즐과 혼합기를 소정 거리로 유지하는 것만으로 엔진에서 촉매 반응기까지의 배관 경로에 제한받지 않고 분사 노즐과 혼합기를 배치할 수 있는 배기 정화 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
즉, 본 발명에서는, 엔진의 배기관 내에 마련되는 분사 노즐 및 배기의 흐름 방향에서 분사 노즐의 하류측에 마련되는 촉매 반응기를 구비하고, 엔진의 배기에 분사 노즐로부터 환원제를 분사하여 촉매 반응기에 수용되어 있는 촉매에 의해 배기중의 질소 산화물을 환원하는 배기 정화 장치로서, 분사 노즐이 배기 흐름 방향의 하류측을 향해 배기관의 축심으로부터 환원제를 분사하도록 배치되고, 복수의 판상 부재가 배기관의 축심을 중심으로 하여 방사상으로 배치되고, 배기의 흐름 방향에 대한 판상 부재의 상류측 단부의 각도와 배기의 흐름 방향에 대한 판상 부재의 하류측 단부의 각도가 각각 다른 값이 되도록 형성된 혼합기가, 배기의 흐름 방향에서 촉매 반응기의 상류측 단부에 접속되어 있는 것이다.
본 발명에서는, 배기의 흐름 방향에 대한 상기 판상 부재의 상류측 단부의 각도보다 배기의 흐름 방향에 대한 상기 판상 부재의 하류측 단부의 각도가 커지도록 판상 부재가 형성되고, 판상 부재끼리 근접하는 배기관의 축심에, 단부가 축소되는 테이퍼 형상으로 형성된 코어 부재가 마련되어 있는 것이다.
본 발명은, 이상과 같이 구성함으로써, 이하에 나타내는 효과를 갖는다.
본 발명에 의하면, 배기관 내에 균일하게 분사된 환원제가 혼합기에 의해 균일하게 배기와 혼합되므로 배기관에 대해서 방향성을 갖지 않는다. 이에 따라, 분사 노즐과 혼합기를 소정의 거리로 유지하는 것만으로 엔진에서 촉매 반응기까지의 배관 경로에 제한받지 않고 분사 노즐과 혼합기를 배치할 수 있다.
본 발명에 의하면, 환원제와 배기의 혼합 효율이 향상된다. 따라서, 혼합 시간을 확보하기 위한 혼합기에서부터 촉매 반응기까지의 배관이 불필요해진다. 이에 따라, 분사 노즐과 혼합기를 소정의 거리로 유지하는 것만으로 엔진에서 촉매 반응기까지의 배관 경로에 제한받지 않고 분사 노즐과 혼합기를 배치할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 정화 장치의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배기 정화 장치의 혼합기의 내부를 나타내는 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 배기 정화 장치의 혼합기를 나타내는 상류측 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배기 정화 장치의 혼합기를 나타내는 측면 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 배기 정화 장치의 혼합기로부터 촉매 반응기에 걸친 배기 흐름의 양태를 나타내는 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배기 정화 장치의 다른 실시 형태에서의 혼합기를 나타내는 측면 단면도이다.
이하, 도 1을 이용하여 본 발명에 따른 배기 정화 장치의 제1 실시 형태인 배기 정화 장치(1)에 대하여 설명한다. 한편, 본 실시 형태에서의 「상류측」이란 배기의 흐름 방향에서 상류측을 나타내며, 「하류측」이란 배기의 흐름 방향에서 하류측을 나타낸다.
본 실시 형태에서, 하나의 내연 기관인 엔진(예를 들면, 선박용 엔진의 메인 기기 또는 보조 기기)에 대하여 배기 정화 장치를 마련하는 구성으로 하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 복수의 엔진(예를 들면, 선박용 엔진의 보조 기기)이 설치되어 있는 경우, 복수의 엔진으로부터 배기를 합하여 하나의 배기 정화 장치로 정화하는 구성이나, 엔진마다 배기 정화 장치를 마련하는 구성일 수 있다.
배기 정화 장치(1)는, 엔진(18)으로부터의 배기를 정화한다. 배기 정화 장치(1)는, 요소수 분사 노즐(2), 요소 공급 유로(3), 공기 공급 유로(4), 가압 공기 밸브(5), 에어 탱크(6), 가압 공기 공급 펌프(컴프레서)(7), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 요소수 탱크(10), 혼합기(11), 촉매 반응기(12), NOx 촉매(13), 제어 장치(17) 등을 구비하고 있다. 한편, 배기 정화 장치(1)는, 환원제로서 요소수를 사용하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
환원제의 분사 노즐인 요소수 분사 노즐(2)은 환원제인 요소수를 배기관(14)의 내부에 공급한다. 요소수 분사 노즐(2)은 관상(管狀) 부재로 구성되며, 그 일측(분사구측)을 엔진(18)과 접속되어 있는 배기관(14)의 외부에서 내부로 삽입하도록 마련되어 있다. 요소수 분사 노즐(2)에는, 요소수의 유로인 요소 공급 유로(3)가 접속되어 있다. 또한, 요소수 분사 노즐(2)에는, 가압 공기의 유로인 공기 공급 유로(4)가 접속되어 있다.
요소수 분사 노즐(2)은, 배기관(14)의 축심으로부터 하류측을 향해 요소수를 분사하도록 배치되어 있다. 요소수 분사 노즐(2)은, 그 분사구를 중심으로 하여 동일한 배분 각도로 배기관(14)의 축심으로부터 요소수를 분사한다. 즉, 요소수 분사 노즐(2)은, 그 분사구를 중심으로 하는 대략 원추형으로 요소수를 분사하도록 구성되어 있다.
가압 공기 밸브(5)는, 가압 공기의 유로를 연통 또는 차단한다. 가압 공기 밸브(5)는 공기 공급 유로(4)에 마련된다. 가압 공기 밸브(5)는, 전자 밸브로 구성되며 솔레노이드가 제어 장치(17)와 접속되어 있다. 가압 공기 밸브(5)는 도시 생략한 스풀을 슬라이딩시킴으로써 요소수 분사 노즐(2)에 가압 공기 공급 펌프(컴프레서)(7)에 의해 에어 탱크(6)에 가압된 가압 공기를 공급할 수 있게 구성되어 있다.
절환 밸브(8)는, 요소수의 유로를 절환한다. 절환 밸브(8)는 공기 공급 유로(4)의 요소수 공급 펌프(9)의 하류측에 마련되어 있다. 절환 밸브(8)는, 도시 생략한 스풀을 슬라이딩시킴으로써 요소수 분사 노즐(2)에 요소수 공급 펌프(9)에 의해 요소수 탱크(10)의 요소수를 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
혼합기(11)는 배기와 요소수를 혼합한다. 혼합기(11)는 요소수 분사 노즐(2)로부터 소정의 거리만큼 하류측의 배기관(14)에 접속되어 있다. 소정의 거리란, 요소수 분사 노즐(2)로부터 분사된 요소수가 배기관(14) 내에서 암모니아로 분해되기 위해 필요한 거리이다. 혼합기(11)는 배기관(14)과 동일한 내경으로 형성된 원통형의 케이싱(11a)의 내부에 마련된 4매의 판상 부재(11b)와 코어 부재(11c)를 구비하고 있다. 혼합기(11)는 판상 부재(11b)와 코어 부재(11c)에 의해 혼합기(11)를 통과하는 배기에 선회류를 일으키도록 구성되어 있다(도 2 참조). 즉, 혼합기(11)는 배기관(14)의 중심 부분의 배기가 배기관(14)의 내벽면을 따라 흐르도록 구성되어 있다.
촉매 반응기(12)는 내부에 배치된 NOx 촉매(13)에 의해 배기중의 NOx를 선택 환원한다. 촉매 반응기(12)는 일측 단부와 타측 단부가 개구되어 있는 대략 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 또한, 촉매 반응기(12)의 일측 단부에는 축소되는 테이퍼 형상(D)이 형성되어 있다. 촉매 반응기(12)의 일측 단부에는 혼합기(11)가 접속되어 있다. 즉, 촉매 반응기(12)의 일측(상류측) 단부에는 혼합기(11)가 밀접하게 배치되어 있다. 촉매 반응기(12)의 타측 단부에는 축소되는 테이퍼 형상(D)이 형성되어 있다. 촉매 반응기(12)의 타측 단부에는 배기관(14)이 접속되어 있다.
NOx 촉매(13)는 NOx의 환원 반응을 촉진시키는 것이다. NOx 촉매(13)는 촉매 반응기(12)의 내부에 배치되어 있다. NOx 촉매(13)는 요소수가 열·가수 분해되어 생성되는 암모니아가 배기에 포함되는 NOx를 질소와 물로 환원하는 반응을 촉진시킨다.
여기서, 배기관(14)에 대해 설명한다. 배기관(14)은 엔진(18)으로부터 배기를 외부(대기)로 배출하는 것이다. 배기관(14)에는 배기 정화 장치(1)의 요소수 분사 노즐(2), 혼합기(11) 및 촉매 반응기(12)가 마련되어 있다. 또한, 배기관(14)에는, 요소수 분사 노즐(2)의 상류측에 분기관(15) 및 배기의 통과 경로를 절환하는 배기 절환 밸브(16a·16b)가 마련되어 있다. 즉, 배기관(14)에는, 상류측에서부터 순서대로 배기 절환 밸브(16a·16b), 요소수 분사 노즐(2), 혼합기(11)가 배치되어 있다. 분기관(15)은 배기관(14)에 접속되어 있다. 배기 절환 밸브(16a)는 요소수 분사 노즐(2)의 상류측으로서 분기관(15)의 하류측의 배기관(14)의 내부에 배치되어 있다. 배기 절환 밸브(16b)는 분기관(15)의 내부에 배치되어 있다.
배기 절환 밸브(16a·16b)는 서로 연동되어 개폐 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로는, 배기 절환 밸브(16a·16b)는, 배기 절환 밸브(16a)가 개방 상태일 때 배기 절환 밸브(16b)는 폐쇄 상태가 되고, 배기 절환 밸브(16a)가 폐쇄 상태일 때 배기 절환 밸브(16b)가 개방 상태가 되도록 구성되어 있다. 이에 따라, 배기 절환 밸브(16a)가 개방 상태이고 배기 절환 밸브(16b)가 폐쇄 상태인 경우, 배기관(14)에는 배기가 배기 정화 장치(1)에 공급되는 경로가 구성된다(도 1 상태). 한편, 배기 절환 밸브(16a)가 폐쇄 상태이고 배기 절환 밸브(16b)가 개방 상태인 경우, 배기관(14)에는 배기가 배기 정화 장치(1)에서 정화되지 않고 분기관(15)을 통해서 외부(대기)로 방출되는 경로가 구성된다. 한편, 배기관(14)에는 상류측에서부터 순서대로, 요소수 분사 노즐(2), 배기 절환 밸브(16a·16b), 혼합기(11)를 배치할 수 있다. 이 경우, 요소수를 분사하는 경우에, 배기 절환 밸브(16b)는 폐쇄되도록 제어된다.
또한, 다른 실시 형태로서 분기관(15)의 접속 부분에 배기관(14)과 분기관(15)의 어느 하나를 선택적으로 폐쇄 상태로 하는 배기 절환 밸브를 분기관(15)의 접속 부분에 마련하는 구성으로 할 수도 있다. 분기관(15)이 폐쇄 상태인 경우, 배기관(14)은 배기가 배기 정화 장치(1)로 공급되는 경로를 구성한다. 한편, 배기관(14)이 폐쇄 상태인 경우, 배기관(14)은 배기가 배기 정화 장치(1)에서 정화되지 않고 분기관(15)을 통하여 외부(대기)로 방출되는 경로를 구성한다.
제어 장치(17)는 가압 공기 밸브(5), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 배기 절환 밸브(16a·16b) 등을 제어한다. 제어 장치(17)에는, 가압 공기 밸브(5), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 배기 절환 밸브(16a·16b) 등을 제어하기 위한 여러 가지의 프로그램이나 데이터 및 배기의 규제 해역맵(M1)이 저장되어 있다. 제어 장치(17)는 CPU, ROM, RAM, HDD 등이 버스로 접속되는 구성일 수 있으며, 또는 하나의 칩인 LDI 등으로 이루어지는 구성일 수도 있다. 또한, 제어 장치(17)는 엔진(18)을 제어하는 ECU(19)와 일체적으로 구성할 수도 있다.
제어 장치(17)는 가압 공기 밸브(5), 절환 밸브(8), 요소수 공급 펌프(9), 배기 절환 밸브(16a·16b) 및 ECU(19)에 각각 접속되어 있다. 또한, 제어 장치(17)는 GPS(전 지구 측위 시스템) 장치(20)에 접속되어 있다.
제어 장치(17)는 ECU(19)로부터 엔진(18)에 관한 각종 정보를 각각 취득할 수 있다. 제어 장치(17)는, GPS(전지구 측위 시스템) 장치(20)에 접속되며, GPS 장치(20)가 검출한 위치를 취득할 수 있다. 또한, 제어 장치(17)는, 가압 공기 밸브(5), 요소수 공급 펌프(9), 절환 밸브(8) 및 배기 절환 밸브(16a·16b)를 각각 제어할 수 있다.
이와 같이 구성되는 배기 정화 장치(1)에서, 예를 들면 선박에 탑재되어 있는 경우, 제어 장치(17)는 GPS 장치(20)가 검출한 선박의 현재 위치를 취득하여 규제 해역맵(M1)으로부터 현재 위치가 배기 규제 해역인지 아닌지를 판단한다. 제어 장치(17)는 현재 위치가 배기 규제 해역이라고 판단한 경우, 배기 절환 밸브(16a)를 개방 상태로 제어하고, 배기 절환 밸브(16b)를 폐쇄 상태로 제어한다. 즉, 배기는 배기 정화 장치(1)에 의해 정화된 후 외부로 배출된다. 제어 장치(17)는, 현재 위치가 배기의 규제 해역이 아니라고 판단한 경우, 배기 절환 밸브(16a)를 폐쇄 상태로 제어하고, 배기 절환 밸브(16b)를 개방 상태로 제어한다. 즉, 배기는 배기 정화 장치에서 정화되지 않고 분기관(15)을 통하여 외부로 배출된다. 한편, 제어 장치(17)는 수동에 의한 배기 절환 밸브(16a·16b)의 개폐 신호를 취득하여, 개폐 신호에 따라 배기 절환 밸브(16a·16b)를 제어할 수도 있다.
다음으로, 도 2 내지 도 4를 이용하여, 혼합기(11)의 구조에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 혼합기(11)는 케이싱(11a), 4개의 판상 부재(11b) 및 코어 부재(11c)로 구성된다.
케이싱(11a)은 혼합기(11)의 주요 구성 부재이다. 케이싱(11a)은 배기관(14)과 대략 동일한 내경을 가지는 원통형 부재로 형성되어 있다. 케이싱(11a)은, 상류측이 그 축심과 배기관(14)의 축심이 일치하도록 배기관(14)에 접속되고 하류측이 촉매 반응기(12)의 일측 단부에 접속되어 있다. 즉, 케이싱(11a)은 배기관(14)에 접속되어 배기 통로를 구성하고 있다.
4개의 판상 부재(11b)는 배기의 흐름을 선회류로 만드는 부재이다. 4개의 판상 부재(11b)는 케이싱(11a)의 내부에 케이싱(11a)의 축심을 중심으로 하여 방사상으로 배치되어 있다. 구체적으로는, 4개의 판상 부재(11b)는 일측 단면을 케이싱(11a)의 축심을 향하도록 하고, 타측 단면이 케이싱(11a)의 내측면에 각각 고정되어 있다. 이때, 4개의 판상 부재(11b)는 등각도마다(본 실시 형태에서는 90°마다) 배치되어 있다(도 2 및 도 3 참조). 한편, 본 실시 형태에서, 판상 부재(11b)의 수를 4개로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
판상 부재(11b)는 그 상류측과 하류측이 배기의 흐름 방향에 대하여 각각 소정의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 즉, 판상 부재(11b)는 그 중간부에서 굴곡되어 있다. 구체적으로는, 판상 부재(11b)는 굴곡 위치보다 상류측의 판면(A)의 배기 흐름 방향에 대한 각도(이하, 간단히 「경사각」이라고 함)를 경사각 θ1로 하고, 굴곡 위치보다 하류측의 판면(B)의 경사각을 경사각 θ2로 하도록 굴곡되어 있다. 또한, 판상 부재(11b)는 경사각 θ2가 경사각 θ1에 비해 커지도록 굴곡되어 있다. 즉, 판상 부재(11b)는 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 경사각이 커지도록 구성되어 있다. 한편, 판상 부재(11b)는 판면 A와 판면 B의 사이가 원호상으로 만곡되어 형성되는 구성일 수도 있다.
코어 부재(11c)는 혼합기(11)의 축심부를 폐색하는 것이다. 코어 부재(11c)는, 대략 막대 형상으로 형성되어 있다. 코어 부재(11c)는 그 축심과 케이싱(11a)의 축심이 일치하도록 케이싱(11a)의 내부에 배치되어 있다. 코어 부재(11c)의 배기 흐름 방향에 따른 측면은, 4개의 판상 부재(11b)의 일측 단면이 고정되어 있다. 즉, 코어 부재(11c)는 4개의 판상 부재(11b)에 의해 고정 지지되어 있다. 또한, 4개의 판상 부재(11b)는 코어 부재(11c)를 통하여 서로 고정되어 있다.
코어 부재(11c)의 상류측 단부는, 상류측을 향하여 축소되는 테이퍼 형상(C)이 형성되어 있다. 또한, 코어 부재(11c)의 하류측 단부는, 하류측을 향하여 축소되는 테이퍼 형상(C)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 코어 부재(11c)의 상류측 단부와 하류측 단부는, 그 축심을 정점으로 하는 원추형으로 형성되어 있다. 이에 따라, 코어 부재(11c)는 혼합기(11)의 축심부를 폐색하고, 혼합기(11)의 축심부에 유입된 배기가 주위에 배치되어 있는 4개의 판상 부재(11b)로 안내되도록 구성되어 있다(도 4의 검은 화살표 참조).
또한, 혼합기(11)는 그 다른 실시 형태로서 도 6에 나타낸 바와 같이, 만곡 형상으로 형성된 판상 부재(11d)로 구성할 수도 있다. 구체적으로는, 혼합기(11)는 상류측의 경사각 θ1로부터 하류측의 경사각 θ2까지 연속적으로(원호상으로) 변화되도록 형성되어 있다. 즉, 혼합기(11)는 원호상으로 형성된 판상 부재(11b)의 판면의 접선 방향과 배기의 흐름 방향이 이루는 경사각이 상류측에서부터 하류측에 걸쳐 경사각 θ1에서 경사각 θ2까지 변화되도록 구성된다.
다음으로, 도 3 내지 도 5를 이용하여, 요소수 분사 노즐(2)로부터 분사된 요소수가 혼합기(11)와 촉매 반응기(12)에 의해 혼합되는 양태에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 요소수 분사 노즐(2)은 분사구의 중심이 배기관(14)의 축심(F)과 일치하도록 배치된다. 요소수 분사 노즐(2)은 가압 공기의 작용에 의해 미스트 형상이 된 요소수를 배기관(14)의 축심으로부터 원추형으로 배기관(14) 내에 분사한다. 요소수 분사 노즐(2)은 배기관(14) 내에서 배기의 흐름 방향에 수직인 면에서의 배기 유역 전면(全面)에 요소수를 분산시킨다. 따라서, 요소수 분사 노즐(2)은 배기관(14)의 내부에 균일하게 요소수를 분사하므로 배기관(14)에 대해 방향성을 갖지 않는다. 즉, 이러한 요소수 분사 노즐(2)의 배치는 배기관(14)의 배관 경로가 요소수의 분산 상태에 미치는 영향을 억제할 수 있다.
미스트상의 요소수가 분사된 배기는, 배기관(14)을 통하여 혼합기(11)로 안내된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 혼합기(11)는 그 축방향에서 본 판상 부재(11b)와 코어 부재(11c)로 이루어지는 구조가 축심을 중심으로 하는 점대칭으로 구성되어 있다. 즉, 혼합기(11)는 배기관(14)의 내부에서 배기의 흐름 방향에 수직한 면에서의 배기의 유역 전면을 통과하는 배기를 혼합한다. 따라서, 혼합기(11)는 배기관(14)으로부터 공급되는 배기를 균일하게 혼합하므로 접속되는 배기관(14)에 대해 방향성을 갖지 않는다. 즉, 혼합기(11)는 요소수 분사 노즐(2)과 혼합기(11)를 소정의 거리로 유지하는 것만으로 배기관(14)의 배관 경로에 의해 그 성능이 변동되지 않는다.
도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 혼합기(11)는 판상 부재(11b)의 판면 A에 의해 배기의 흐름 방향이 판면 A를 따른 방향이 되도록 안내한다. 즉, 혼합기(11)는 배기의 흐름 방향을 경사각 θ1의 방향으로 바꾼다. 또한, 혼합기(11)는 판상 부재(11b)의 판면 B에 의해 배기의 흐름 방향이 판면 B에 따른 방향이 되도록 안내한다. 즉, 혼합기(11)는 배기의 흐름 방향을 경사각 θ2의 방향으로 바꾼다. 이에 따라, 배기는 혼합기(11)의 케이싱(11a)의 내측면을 향해 흘러 케이싱(11a)의 내측면의 둘레 방향으로 이동한다. 이 결과, 배기의 흐름에 선회류가 생겨 배기와 요소수가 혼합된다(도 3의 검은 화살표 참조).
혼합기(11)는 판상 부재(11b)에 의해 배기에 생기는 저항이 판상 부재(11b)의 경사각을 일률적으로 경사각 θ2로 한 경우보다 저감된다. 또한, 혼합기(11)는 판상 부재(11b)에 의해 생기는 배기의 선회류가, 판상 부재(11b)의 경사각을 일률적으로 경사각 θ1로 한 경우보다 커진다. 즉, 혼합기(11)는 상류측과 하류측으로 경사각이 변화되는 판상 부재(11b)에 의해 배기에 생기는 저항을 억제하면서, 판상 부재(11b)에 의해 배기에 생기는 선회류를 크게 할 수 있다.
또한, 혼합기(11)는 코어 부재(11c)의 단부의 테이퍼 형상(C)에 의해 혼합기(11)의 축심부로 보내지는 배기를 판상 부재(11b)로 안내한다. 즉, 혼합기(11)는 선회류의 중심이 되는 혼합기(11)의 축심부의 배기를 판상 부재(11b)로 안내함으로써 혼합 효율을 향상시킨다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 혼합기(11)를 통과한 배기는 선회류를 일으킨 상태로 혼합기(11)에 접속되어 있는 촉매 반응기(12)로 공급된다. 촉매 반응기(12)는 그 일측 단부에 형성되는 테이퍼 형상(D)에 의해 배기 선회류의 선회 지름이 증대된다. 이에 따라, 배기는 요소수와 균일하게 혼합되면서 촉매 반응기(12)의 내부에 배치된 NOx 촉매(13)에 널리 퍼진다. 따라서, 혼합기(11)와 촉매 반응기(12) 사이에 배기와 요소수를 혼합시키는 혼합 시간을 확보하기 위한 공간을 마련할 필요가 없다.
이상과 같이 구성되는 배기 정화 장치(1)는, 요소수가 배기관(14)의 축심으로부터 동일한 배분 각도로 분사되도록 요소수 분사 노즐(2)을 마련하고, 배기관(14)의 축심을 중심으로 하는 점대칭으로 구성되어 있는 혼합기를 마련함으로써, 배기관(14)의 배관 경로에 영향받지 않고 배기와 요소수가 혼합된다. 또한, 혼합기(11)의 판상 부재(11b)의 경사각을 변화시켜, 코어 부재(11c)를 축심부에 배치함으써 배기와 요소수가 효율적으로 균일하게 혼합된다. 또한, 촉매 반응기(12)의 일측 단부를 테이퍼 형상 D로 형성함으로써, 혼합 시간을 확보하기 위한 혼합기(11)에서부터 촉매 반응기(12)까지의 배관이 불필요해진다. 이에 따라, 엔진(18)에서 촉매 반응기(12)까지의 배기관(14)의 배관 경로에 제한받지 않고 요소수 분사 노즐(2)과 혼합기(11)를 배치할 수 있다.
본 발명은, 엔진의 배기 정화 장치에 이용할 수 있으며, 특히, 선박용 배기 정화 장치의 요소수 분사 노즐에 적용할 수 있다.
1: 배기 정화 장치 2: 요소수 분사 노즐
11: 혼합기 11b: 판상 부재
12: 촉매 반응기 13: NOx 촉매
14: 배기관 18: 엔진

Claims (2)

  1. 엔진의 배기관 내에 마련되는 분사 노즐 및 배기의 흐름 방향에서 분사 노즐의 하류측에 마련되는 촉매 반응기를 구비하고, 엔진의 배기에 분사 노즐로부터 환원제를 분사하여 촉매 반응기에 수용되어 있는 촉매에 의해 배기중의 질소 산화물을 환원하는 배기 정화 장치로서,
    분사 노즐이 배기 흐름 방향의 하류측을 향해 배기관의 축심으로부터 환원제를 분사하도록 배치되고,
    복수의 판상 부재가 배기관의 축심을 중심으로 하여 방사상으로 배치되고, 배기의 흐름 방향에 대한 판상 부재의 상류측 단부의 각도와 배기의 흐름 방향에 대한 판상 부재의 하류측 단부의 각도가 각각 다른 값이 되도록 형성된 혼합기가, 배기의 흐름 방향에서 촉매 반응기의 상류측 단부에 접속되어 있는 배기 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    배기의 흐름 방향에 대한 상기 판상 부재의 상류측 단부의 각도보다 배기의 흐름 방향에 대한 상기 판상 부재의 하류측 단부의 각도가 커지도록 판상 부재가 형성되고, 판상 부재끼리 근접하는 배기관의 축심에, 단부가 축소되는 테이퍼 형상으로 형성된 코어 부재가 마련되어 있는 배기 정화 장치.
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