KR20160094850A - 유동 유닛, 배기 가스 정화 시스템 및 배기 가스 정화 시스템을 위한 방법 - Google Patents

유동 유닛, 배기 가스 정화 시스템 및 배기 가스 정화 시스템을 위한 방법 Download PDF

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KR20160094850A
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페르난도 젤링
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빈터투르 가스 앤 디젤 아게
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Abstract

본 발명은 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템 (6) 용의 유동 유닛 (1) 에 관한 것이다. 유동 유닛 (1) 은 가이드 요소 입구 (31) 및 가이드 요소 출구 (32) 를 갖는 중공 본체로서 구성된 가이드 요소 (3) 로서, 상기 가이드 요소의 재킷 표면은 가이드 표면 (33) 으로 구성되는, 상기 가이드 요소, 및 브레이크 입구 (21) 및 브레이크 출구 (22) 를 갖는 중공 본체로서 구성된 브레이크 요소로서, 브레이크 요소의 재킷 표면은 브레이크 표면 (23) 으로서 구성된, 상기 브레이크 요소를 포함한다. 작동 상태에서, 배기 가스는 가이드 요소 입구 (31) 내로 유동할 수 있고 브레이크 출구 (22) 를 통해 외부로 유동할 수 있다. 가이드 표면 (33) 은 사전 규정 가능한 제동 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 (23) 상으로 입사하고 배기 가스의 전단 층이 브레이크 출구 (22) 에서 형성될 수 있도록 브레이크 표면 (23) 에 대해 구성되고 배열된다. 본 발명은 추가로 본 발명에 따른 유동 유닛을 갖는 배기 가스 정화 시스템 및 배기 가스 정화 시스템을 위한 방법에 관한 것이다.

Description

유동 유닛, 배기 가스 정화 시스템 및 배기 가스 정화 시스템을 위한 방법{FLOW UNIT, EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM AND METHOD FOR AN EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM}
본 발명은 제 1 항의 서문에 따른 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛, 제 14 항의 서문에 따른 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템 및 제 15 항의 서문에 따른 왕복 피스톤 내연 엔진을 정화하기 위한 방법에 관한 것이다.
왕복 피스톤 내연 엔진들, 특히 대형 디젤 엔진들 또는 대형 2 행정 디젤 엔진들은, 오늘날 광범위한 적용들에서, 예를 들면 선박들의 메인 드라이브 엔진들로서 또는 국부 고정식 발전 (local stationary electricity generation) 용의 발전기들을 작동시키기 위한 고정식 엔진들로서 사용된다. 왕복 피스톤 내연 엔진들은 중유 연료 (heavy fuel oil), 고품질의 성분들이 가솔린의 제조에서 폐기물로서 제거된 후에 정제기들에 남아 있는 점성유 (viscous fuel), 및 원유로부터 제거된 디젤을 연소시킨다. 질소 산화물들 (줄여서 NOx) 은 중유 연료의 연소에서 발생된다. 이러한 환경의 하나의 결과는 선박들이 공기 중에서 오염들의 실질적인 부분을 담당한다는 것이다.
이러한 이유로, 방출물 제어는 왕복 피스톤 내연 엔진들 구성 및 제어의 중요한 인자이다. 언급된 NOx 는 연소의 부산물들로 공지되어 있다. NOx 는 왕복 피스톤 내연 엔진의 흡입 공기에 존재하고 높은 연소 온도들에서 분리되는 질소 분자들 및 산소 분자들에 의해 생성되고, NOx 생성률들은 연소 프로세스와 공지된 관계를 포함하고, 예를 들면, 보다 높은 NOx 생성률들은 보다 높은 연소 온도들과 관련되고 보다 높은 온도들은 공기 분자들에 대해 보다 큰 영향을 준다. 연소 프로세스에서 생성된 NOx 의 환원 및 NOx 제어가 예를 들면 배기 가스 정화 시스템에서 요구된다.
배기 가스를 처리하도록 화학적 반응들을 사용하는 배기 가스 정화 시스템들은 공지되어 있다. 예시적인 배기 가스 정화 시스템은 선택적 환원 촉매 (SCR) 용의 장치를 포함한다. 요소 (urea) SCR 프로세스에서, 요소 수용액이 배기 시스템 내로 도입된다. 이러한 요소 수용액은 N2 및 H2O 를 형성하도록 촉매 변환기에서 환원제로서 NOx 와 반응하는 암모니아를 생성하는 역할을 한다. 이상적인 암모니아/NOx 몰비는 거의 1 이다.
그러나, NOx 방출물들, 예를 들면 배기 가스에서 NOx 의 농도에 대한 정확한 정보가 일반적으로 공지되어 있지 않기 때문에, 배기 가스 정화 시스템에서 배기 가스의 균일한 유동 뿐만 아니라 부가제 및 배기 가스와 부가제의 혼합물의 정확한 양의 분배는 모두가 효율적인 NOx 환원을 달성하는 데 보다 중요하다. 그러나, 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스 정화 시스템에서 배기 가스의 후처리는 소정 어려움들 및 단점들을 갖는다. 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제, 바람직하게 요소의 혼합물의 비균일한 유동, 뿐만 아니라 비균일한 분배 및 혼합은 배기 가스 정화 시스템에서 배기 가스 정화에 대해 실질적인 영향을 주고, 한편으로 비효율적인 오염물의 환원을 발생시키고, 다른 한편으로 배기 가스 정화 시스템의 불필요한 높은 재료 소비 (effort) 및 공간 소비를 발생시킬 수 있다. 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 불완전한 핸들링은, 예를 들면 요구되는 양을 넘는 과도한 부가제가 가해지거나 또는 너무 적은 양의 부가제가 가해진다는 점에서, 또한 배기 가스의 비효율적인 처리를 발생시킨다.
따라서 종래 기술분야로부터 기인된, 본 발명의 목적은 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 균일한 유동 및/또는 균질하고 균일한 혼합 및 분배를 모두 가능하게 하고, 특히 보다 효율적인 배기 가스 정화 및 배기 가스 정화 시스템의 간단한 제조가 달성되는 유동 유닛, 배기 가스 정화 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 제 1 항의 특징들을 갖는 유동 유닛, 제 14 항의 특징들을 갖는 배기 가스 정화 시스템 및 제 15 항의 특징들을 갖는 배기 가스 정화 시스템을 위한 방법에 의해 달성된다.
종속항들은 본 발명의 특히 유리한 실시형태들에 관한 것이다.
본 발명은 왕복 피스톤 내연 엔진, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛에 관한 것이고, 유동 유닛은 가이드 요소 입구 및 가이드 요소 출구를 갖는 중공 본체로서 구성된 가이드 요소를 포함하고, 상기 가이드 요소의 재킷 표면은 가이드 표면으로서 구성되고, 유동 유닛은 브레이크 입구 및 브레이크 출구를 갖는 중공 본체로서 구성되는 브레이크 요소를 포함하고 브레이크 요소의 재킷 표면은 브레이크 표면으로서 구성된다. 작동 상태에서, 배기 가스는 가이드 요소 입구 내로 유동할 수 있고 브레이크 출구를 통해 외부로 유동할 수 있다. 본 발명에 따르면, 가이드 표면은 배기 가스가 사전 규정 가능한 제동 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 상으로 입사하고 전단 층이 브레이크 출구에서 형성될 수 있도록 브레이크 표면에 대해 구성되고 형성된다.
가이드 요소 및/또는 브레이크 요소는 플라스틱 또는 금속으로 구성될 수 있다. 가이드 요소 및/또는 브레이크 요소는 원통형 형상을 가질 수 있고, 가이드 요소의 가이드 표면은 배기 가스가 사전 규정 가능한 제동 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 상으로 입사하도록 브레이크 표면에 대해 구성되고 배열되는 것이 결정적이다. 가이드 요소의 가이드 표면 및 브레이크 요소의 브레이크 표면의 배열로 인해, 유동 유닛을 통해 유동하고 가이드 표면 상으로 또는 브레이크 표면 상으로 입사하는 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 일부의 유동이 제동되는 한편, 또 다른 일부의 유동들은 가이드 표면 또는 브레이크 표면에 대해 유동한다. 두개의 일부 유동들이 브레이크 출구에서 서로 조우한다면, 전단 층이 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물로부터 브레이크 출구에서 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 배기 가스가 사전 규정 가능한 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 상으로 입사하도록 가이드 요소의 가이드 표면에 의해 편향되는 것이 중요하다. 상이한 유동 속도들을 갖는 상이한 길이들의 유동 또는 상이한 부분 유동들의 진행 경로가 그로 인해 브레이크 출구에서 달성될 수 있다. 이는 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물, 특히 요소의 혼합을 강화시키는 결과로 된다. 따라서, 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 균일한 유동 및/또는 균질하고 균일한 혼합 및 분배가 달성되어, 이는 차례로 보다 효율적인 배기 가스 정화 및 배기 가스 정화 시스템의 간단한 제조를 허용한다.
배기 가스 정화 시스템은 특히 SCR 촉매로서 구성되거나 또는 적어도 SCR 촉매를 포함한다. 그러나, 배기 가스 정화 시스템은 또한 상이한 타입의 촉매 또는 배기 가스 정화 요소로서 구성될 수 있다. 출구는 특히 스택 또는, 예를 들면, 또한 배기 시스템으로 구성된다. 또한 배기 가스 정화 시스템의 활성 상태에서는 내연 엔진의 전체 배기 가스가 배기 가스 정화 시스템을 통해 유동하는 것이 아니라, 오히려 그 일부만이 유동하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시형태에서, 가이드 요소는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 가이드 요소 출구를 향하는 방향으로 협소해지는 중공 본체로 구성되고, 브레이크 요소는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 브레이크 출구를 향하는 방향으로 플레어링되는 중공 본체로 구성된다. 가이드 요소의 가이드 요소 횡단면은 가이드 요소 출구의 방향으로 사이즈가 감소하는 횡단면 표면으로서 동등하게 구성될 수 있고 및/또는 브레이크 요소의 브레이크 횡단면은 브레이크 출구의 방향으로 사이즈가 증가하는 횡단면 표면으로서 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 당업자는 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 유입의 유동 프로파일에 유동 유닛의 구조를 맞추도록 본 발명에 따른 유동 유닛을 적절히 제조하기 위한 이러한 그리고 추가의 가능성을 사용하고 및/또는 조합하는 방법을 용이하게 이해할 것이다.
본 발명의 실시형태에서, 가이드 요소는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 가이드 요소 출구를 향하는 방향으로 플레어링되는 중공 본체로서 구성되고, 브레이크 요소는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 브레이크 출구를 향하는 방향으로 협소해지는 중공 본체로서 구성된다. 가이드 요소의 가이드 요소 횡단면은 가이드 요소 출구의 방향으로 사이즈가 증가하는 횡단면 표면으로서 동등하게 구성될 수 있고 및/또는 브레이크 요소의 브레이크 횡단면은 브레이크 출구의 방향으로 사이즈가 감소하는 횡단면 표면으로서 구성될 수 있다.
본 적용예의 프레임워크 내에서 설명되거나 명백히 행해진 그와 같은 가능한 가이드 요소들 및 브레이크 요소들의 모든 실시형태들이 본 발명에 따른 유동 유닛에서 단독으로 또는 모든 적절한 조합들로 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 실시형태에서, 가이드 요소 및/또는 브레이크 요소는 공통의 종축 (L) 을 따라 배열된다. 가이드 요소 및/또는 브레이크 요소의 배열은 이와 관련하여 종축 (L) 에 대칭적으로 또는 비대칭적으로 행해질 수 있다. 가이드 요소 횡단면 및/또는 브레이크 횡단면은 원형 및/또는 타원형이고 그리고/또는 정다각형 또는 비정다각형의의 형태, 특히 삼각형 또는 사각형 또는 오각형의 형태이다. 본 발명의 실시형태에서, 인젝터는 가이드 요소 입구의 전방에 배열된다. 인젝터는 가이드 요소 입구에 그리고/또는 가이드 요소와 브레이크 요소 사이에 그리고/또는 브레이크 출구에 동등하게 배열될 수 있다. 인젝터는 부가제가 배기 가스 내로 주입될 수 있고 따라서 배기 가스 및 부가제의 전단 층이 브레이크 출구에서 형성될 수 있도록 구성되고 배열된다. 인젝터는 하나 이상의 홀딩 파이프들로서 구성될 수 있고, 홀딩 파이프는 하나 이상의 동축의 가이드 요소들을 연결할 수 있고, 부가제는 홀딩 파이프를 통해 유동할 수 있고 배기 가스 내로 주입될 수 있다.
유동 유닛은 배기 가스 정화 시스템의 반응기와 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스 매니폴드의 배기 가스 출구에 연결된 배기 가스 입구 사이에, 특히 배기 가스 정화 시스템의 반응기의 전방에 배열될 수 있다. 인젝터는 가이드 요소 입구의 전방의 유동 유닛 전방에, 즉 유동 유닛과 배기 가스 입구 사이에 배열될 수 있다. 인젝터는 따라서 배기 가스 입구에, 배기 가스 출구 직후에 또는 유동 유닛와 배기 가스 입구 사이에 또는 유동 유닛의 바로 전방에 또는 바로 가이드 요소 입구에 배열될 수 있다. 그러나, 인젝터는 또한 유동 유닛의 구성 요소로서, 즉 가이드 요소 입구에 및/또는 가이드 요소와 브레이크 입구의 브레이크 요소 사이에 및/또는 브레이크 출구에서 구성될 수 있다. 부가제와 배기 가스의 반응이 행해지는 입구 파이프 및/또는 반응 파이프는 따라서 배기 가스 정화 시스템에서 유리하게 생략될 수 있고 배기 가스 정화 시스템은 보다 값싸게 그리고 보다 간단하게 제조될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 유동 유닛은 추가의 가이드 요소, 특히 가이드 요소와 동일한 추가의 가이드 요소 및/또는 추가의 브레이크 요소, 특히 브레이크 요소와 동일한 추가의 브레이크 요소를 포함한다. 가이드 요소 및 추가의 가이드 요소 및/또는 브레이크 요소 및 추가의 가이드 요소는 동축으로 배열될 수 있다. 가이드 요소 및/또는 추가의 가이드 요소 및/또는 브레이크 요소 및/또는 추가의 브레이크 요소는 공통의 종축 (L) 을 따라 배열될 수 있다. 유동 유닛은 따라서 추가의 가이드 요소를 포함할 수 있다. 추가의 가이드 요소는 특히 가이드 요소의 형상 또는 지오메트리에 대해 유사할 수 있고, 예를 들면, 동일한 형상을 갖지만 상이한 반경을 가질 수 있거나, 또는 가이드 요소와 심지어 동일할 수 있다. 유동 유닛은 추가의 브레이크 요소를 동등하게 포함할 수 있고, 추가의 브레이크 요소는 특히 브레이크 요소의 형상 또는 지오메트리에 대해 유사할 수 있고, 예를 들면, 동일한 형상을 갖지만 상이한 반경을 가질 수 있거나, 또는 가이드 요소와 심지어 동일할 수 있다. 가이드 요소 및 추가의 가이드 요소 및/또는 브레이크 요소 및 추가의 브레이크 요소는 동축으로 배열될 수 있다. 뿐만 아니라, 가이드 요소 및/또는 추가의 가이드 요소 및/또는 브레이크 요소 및/또는 추가의 브레이크 요소는 종축에 대칭적으로 또는 비대칭적으로 배열될 수 있다. 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 복수의 전단 층들은 따라서 유리하게 브레이크 출구에서 형성될 수 있고 균질한 혼합 및/또는 균일한 유동을 달성하는 상기 설명된 효과는 증대되고 다시 개선될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 사전 규정 가능한 제동 각도는 0°≤α≤60°, 바람직하게 20°≤α≤40°에 달한다. 이러한 범위에서 제동 각도는 유동이 특히 균일한 그리고 특히 양호하게 균질로 되고 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 균일한 혼합 및 분배가 가능하게 된다는 효과를 갖는다. 유동 유닛의 모든 상기 설명된 실시형태들 및 조치들은 배기 가스가 사전 규정 가능한 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 상으로 입사하도록 가이드 요소의 가이드 표면에 의해 편향된다는 이점을 갖는다. 상이한 유동 속도들을 갖는 상이한 길이들의 유동 또는 상이한 부분 유동들의 진행 경로들은 그로 인해 브레이크 출구에서 달성될 수 있다. 이는 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제, 특히 요소의 혼합물의 혼합을 강화시키는 결과로 된다. 소용돌이들이 바로 발생하고, 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 전단 층이 형성될 수 있다. 한편으로, 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물은 따라서 유리하게 균일한 유동을 형성할 수 있고 및/또는, 다른 한편으로 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 균질하고 균일한 혼합 및 분배가 달성될 수 있다.
본 발명은 추가로 유동 유닛을 포함하는 왕복 피스톤 내연 엔진, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템에 관한 것이다. 유동 유닛을 갖는 배기 가스 정화 시스템은 상응하는 유동 유닛과 동일한 이점들을 갖는다. 추가로, 이상적인 균일한 유동 및/또는 균질한 분배 및/또는 이상적인 혼합이 유동 유닛으로 인해 보다 더 효율적으로, 즉 보다 빠르게 달성될 수 있으므로, 배기 가스 정화 시스템의 구성 길이들 또는 구성 사이즈들은 사이즈에서 감소되는 것이 가능하다. 동시에, 본 발명에 따른 유동 유닛을 갖지 않는 종래의 배기 가스 정화 시스템들에 비해 본 발명은 효율면에서 월등하며, 재료, 예를 들면, 파이프들의 실질적인 양들은 배기 가스 정화 시스템에서 절약될 수 있다. 뿐만 아니라, 보다 효율적인 배기 가스 정화 및 배기 가스 정화 시스템의 간단하고 값싼 제조가 그로 인해 달성된다.
상기 목적은 또한 유동 유닛이 가이드 요소 및 브레이크 요소를 포함하는 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템을 위한 방법에 의해 달성된다. 가이드 요소는 가이드 요소 입구 및 가이드 요소 출구를 갖는 중공 본체로서 구성되고 가이드 요소의 재킷 표면은 가이드 표면으로서 형성된다. 브레이크 요소는 브레이크 입구 및 브레이크 출구를 갖는 중공 본체로서 구성되고 브레이크 요소의 재킷 표면은 브레이크 표면으로서 구성된다. 배기 가스는 가이드 요소 입구 내로 유동하고 브레이크 출구를 통해 외부로 유동한다. 가이드 표면은 배기 가스가 사전 규정된 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 상으로 입사하고 배기 가스의 전단 층이 브레이크 출구에서 형성되도록 배기 가스를 편향시킨다.
상기 방법은 유동 유닛 및 배기 가스 정화 시스템과 동일한 이점을 갖고 유동 유닛 및/또는 배기 가스 정화 시스템을 사용하여 수행될 수 있다.
유동 유닛 및 유동 유닛을 갖는 배기 가스 정화 시스템 및 상기 방법은 따라서 특히 요소 SCR 프로세스에서 배기 가스 정화 시스템의 보다 효율적인 작동을 전체적으로 허용한다. 보다 효율적인 배기 가스 정화는 배기 가스 또는 부가제와 배기 가스의 보다 균질하고 보다 균일한 속도 분배, 즉 보다 균일한 유동으로 인해 및/또는 배기 가스, 특히 NOx 또는 부가제, 예를 들면 요소 및/또는 물과 배기 가스의 보다 양호한 그리고 보다 균질한 혼합으로 인해 달성된다.
본 발명은 실시형태들 및 도면을 참조하여 장치적 양상 및 기술적 방법 양상 양쪽으로 다음에 보다 상세하게 설명될 것이고, 상기 도면에서 동일한 것이거나 또는 동일한 기능을 갖는 요소들에는 동일한 도면 번호들이 제공된다. 개략적인 도면들이 도시된다.
도 1 은 유동 유닛의 개략적인 구성을 제 1 실시형태로 도시한다.
도 2 는 유동 유닛의 개략적인 구성을 제 2 실시형태로 도시한다.
도 3 은 유동 유닛의 개략적인 구성을 제 3 실시형태로 도시한다.
도 4 는 유동 유닛의 개략적인 구성을 제 4 실시형태로 도시한다.
도 5 는 유동 유닛의 개략적인 구성을 제 5 실시형태로 도시한다.
도 6 은 유동 유닛의 개략적인 구성을 제 6 실시형태로 도시한다.
도 7 은 제 6 실시형태의 유동 유닛의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 8 은 유동 요소의 개략적인 구성을 도시한다.
도 9 는 출구 밸브의 개략적인 구성을 도시한다.
도 10 은 배기 가스 정화 시스템의 개략적인 구성을 제 1 실시형태로 도시한다.
도 11 은 배기 가스 정화 시스템의 개략적인 구성을 제 2 실시형태로 도시한다.
유동 유닛의 개략적인 구성은 제 1 실시형태로 도 1 에 도시된다. 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템 (도 10 을 참조, 도면 번호 6) 용의 유동 유닛 (1) 은 가이드 요소 입구 (31) 및 가이드 요소 출구 (32) 를 갖는 중공 본체로서 구성되는 가이드 요소 (3) 를 포함하고, 브레이크 입구 (21) 및 브레이크 출구 (22) 를 갖는 중공 본체로서 구성되는 브레이크 요소 (2) 를 포함한다. 뿐만 아니라, 가이드 요소의 재킷 표면은 가이드 표면 (33) 으로서 구성되고 브레이크 요소의 재킷 표면은 브레이크 표면 (23) 으로서 구성된다. 작동 상태에서, 배기 가스는 가이드 요소 입구 (31) 내로 유동할 수 있고 브레이크 출구 (22) 를 통해 외부로 유동할 수 있다. 가이드 요소 (3) 의 가이드 표면 (33) 은 이와 관련하여 배기 가스가 사전 규정 가능한 제동 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 (23) 상으로 입사하도록 브레이크 표면 (23) 에 대해 구성되고 배열된다.
따라서 본 발명은 배기 가스가 가이드 요소 (3) 의 가이드 표면 (33) 에 의해 편향되어 사전 규정 가능한 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 (23) 상으로 입사되도록 브레이크 표면 (23) 에 대해 가이드 표면 (33) 이 구성되고 배열되는 것이 중요하다. 상이한 길이들의 진행 경로들이 그로 인해 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제, 특히 요소의 혼합물에 대해 생성될 수 있거나, 또는 상이한 부분 유동들이 가이드 표면 (33) 및 브레이크 표면 (23) 의 두개의 측들을 따라 생성될 수 있고 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 전단 층이 브레이크 출구 (22) 에서 형성될 수 있다. 전단 층의 상이한 층들은 상이한 유동 속도들 및 유동 방향들을 갖고, 따라서 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 보다 양호한 그리고 보다 균질한 혼합이 유리하게 달성된다. 추가의 이점은, 가이드 요소 (3) 가 노즐과 유사한 노즐류의 효과를 갖고 브레이크 요소 (2) 가 디퓨저와 유사한 효과를 가져서 브레이크 출구 (22) 를 나가는 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물이 균일한 유동을 갖는다는 것이다.
가이드 요소 (3) 및/또는 브레이크 요소 (2) 는 공통의 종축 (L) 을 따라 배열된다. 가이드 요소 (3) 및/또는 브레이크 요소 (2) 의 배열은 이와 관련하여 종축 (L) 에 대칭적으로 또는 비대칭적으로 행해진다. 가이드 요소 (3) 는 가이드 요소 출구 (32) 를 향하는 방향으로 협소해지는 중공 본체로서 구성되고 브레이크 요소 (2) 는 브레이크 출구 (22) 를 향하는 방향으로 플레어링되는 중공 본체로서 구성된다. 양쪽 가이드 요소 (3) 의 중공 본체 및 브레이크 요소 (2) 의 중공 본체는 이와 관련하여 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 구성될 수 있다. 뿐만 아니라, 가이드 요소 (3) 는 가이드 요소 출구 (32) 의 방향으로 사이즈가 감소하는 횡단면 표면으로서 구성되는 가이드 요소 횡단면을 갖고 및/또는 브레이크 요소 (2) 의 브레이크 횡단면은 브레이크 출구 (22) 의 방향으로 사이즈가 증가하는 횡단면 표면으로서 구성된다. 도 1 에 도시된 가이드 요소 (3) 의 가이드 요소 횡단면 및/또는 브레이크 요소 (2) 의 브레이크 횡단면은 원형이지만, 또한 타원형일 수 있고 및/또는 정다각형 또는 비정다각형의의 형태로, 특히 사각형 또는 오각형의 형태로 구성될 수 있다.
도 2 는 유동 유닛 (1) 의 개략적인 구성을 제 2 실시형태로 도시한다. 도 2 는 도 1 에 실질적으로 상응하고 따라서 차이들만이 검토될 것이다. 도 2 에 도시된 유동 유닛 (1) 은 두개의 추가의 가이드 요소들 (34) 및 두개의 추가의 브레이크 요소들 (24) 을 포함한다. 추가의 가이드 요소들 (34) 은 가이드 요소 (3) 에 동축으로 배열되고 추가의 브레이크 요소들 (24) 은 브레이크 요소 (2) 에 동축으로 배열된다. 뿐만 아니라, 추가의 가이드 요소들 (34), 가이드 요소 (3) 및 추가의 브레이크 요소들 (24) 및 브레이크 요소 (2) 는 종축에 대칭적으로 배열된다.
도 3 은 유동 유닛 (1) 의 개략적인 구성을 제 3 실시형태로 도시한다. 도 3 은 도 1 에 실질적으로 상응하고 따라서 차이들만이 검토될 것이다. 가이드 요소 (3) 및 브레이크 요소는 도 3 에서 도 1 에 정확하게 반대로 구성된다. 가이드 요소 (3) 는 중공 본체, 특히 가이드 요소 출구 (32) 를 향하는 방향으로 플레어링되는 원뿔대로서 구성되고 브레이크 요소 (2) 는 중공 본체, 특히 브레이크 출구 (22) 를 향하는 방향으로 협소해지는 원뿔대로서 구성된다. 가이드 요소 (3) 및/ 브레이크 요소 (2) 는 공통의 종축 (L) 을 따라 배열된다. 가이드 요소 (3) 는 이와 관련하여 디퓨저류의 효과를 갖고 브레이크 요소 (2) 는 노즐류의 효과를 가지므로 브레이크 출구 (22) 를 나가는 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물은 균일한 유동 및 균질한 혼합을 갖는다.
도 4 는 유동 유닛 (1) 의 개략적인 구성을 제 4 실시형태로 도시한다. 도 4 는 도 2 및 도 3 의 혼합된 형태와 실질적으로 상응하고 따라서 차이들만이 검토될 것이다. 도 4 에 도시된 유동 유닛 (1) 은 두개의 추가의 가이드 요소들 (34) 및 두개의 추가의 브레이크 요소들 (24) 을 포함한다. 추가의 가이드 요소들 (34) 은 가이드 요소 (3) 에 동축으로 배열되고 추가의 브레이크 요소들 (24) 은 브레이크 요소 (2) 에 동축으로 배열된다. 추가의 가이드 요소들 (34), 가이드 요소 (3) 및 추가의 브레이크 요소들 (24) 및 브레이크 요소 (2) 는 종축 (L) 에 대칭적으로 배열된다. 뿐만 아니라, 가이드 요소들 (3) 및 추가의 가이드 요소들 (34) 은 가이드 요소 출구 (32) 를 향하는 방향으로 플레어링되는 중공 원뿔대들로서 구성되고 브레이크 출구 (2) 및 추가의 브레이크 출구들 (24) 은 브레이크 출구 (22) 를 향하는 방향으로 협소해지는 중공 원뿔대들로서 구성된다.
도 5 는 유동 유닛 (1) 의 개략적인 구성을 제 5 실시형태로 도시한다. 도 5 는 도 2 에 실질적으로 상응하고 따라서 차이들만이 검토될 것이다. 도 5 는 유동 유닛 (1) 의 3 차원적인 개략적인 구성을 도시하고, 유동 유닛은 가이드 요소 (3), 세개의 추가의 가이드 요소들 (34), 브레이크 요소 (2) 및 두개의 추가의 브레이크 요소들 (24) 을 포함한다. 추가의 가이드 요소들 (34) 은 가이드 요소 (3) 에 동축으로 배열되고 추가의 브레이크 요소들 (24) 은 브레이크 요소 (2) 에 동축으로 배열된다. 뿐만 아니라, 추가의 가이드 요소들 (34), 가이드 요소 (3) 및 추가의 브레이크 요소들 (24) 및 브레이크 요소 (2) 는 종축에 대칭적으로 배열된다.
도 6 및 도 7 은 유동 유닛 (1) 의 개략적인 3 차원적인 구성 (도 6) 및 유동 유닛 (1) 개략적인 횡단면 (도 7) 을 제 6 실시형태로 도시한다. 도 6 및 도 7 은 도 5 에 상응하고 따라서 차이들만이 검토될 것이다. 인젝터 (4) 가 가이드 요소 입구 (31) 의 전방에 배열될 수 있고, 인젝터 (4) 는 부가제가 배기 가스 내로 주입 가능하고 따라서 배기 가스 및 부가제의 전단 층이 브레이크 출구 (22) 에서 형성될 수 있도록 구성되고 배열된다. 유동 유닛은 배기 가스 정화 시스템 (6) (도 10 을 참조) 의 반응기 (7) (도 10 을 참조) 와 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스 매니폴드의 배기 가스 출구 (도시 생략) 에 연결되는 배기 가스 입구 (11) (도 10 을 참조) 사이에, 특히 반응기의 전방에 배열될 수 있다. 인젝터 (4) 는 가이드 요소 입구 (31) 전방의 유동 유닛 (1) 의 전방에, 즉 유동 유닛 (1) 과 배기 가스 입구 (11) 사이에 배열될 수 있다. 인젝터 (4) 는 따라서 배기 가스 입구 (11) 에, 배기 가스 출구 바로 직후에 또는 유동 유닛 (1) 과 배기 가스 입구 (11) 사이에 또는 유동 유닛 (1) 의 바로 전방에 또는 가이드 요소 입구 (31) 에 바로 배열될 수 있다. 그러나, 인젝터는 또한 유동 유닛 (1) 의 구성 요소로서, 즉 가이드 요소 입구 (31) 에 및/또는 가이드 요소 (3) 와 브레이크 입구 (21) 에서의 브레이크 요소 (2) 사이에 및/또는 브레이크 출구 (22) 에서의 브레이크 요소 (2) 에서 구성될 수 있다. 도 6 및 도 7 에 도시된 바아 같이, 제 6 실시형태에서는 인젝터는 가이드 요소 입구 (31) 에서 그리고 추가의 가이드 요소 입구들에서 뿐만 아니라 가이드 요소 (3) 와 브레이크 요소 (2) 사이에 또는 추가의 가이드 요소들 (34) 및 추가의 브레이크 요소들 (24) 사이에 배열된다. 부가제, 바람직하게 요소 및/또는 물은 바람직하게 브레이크 출구 (22) 에서 인젝터 (4) 에 의해 배기 가스 내로 주입될 수 있고; 배기 가스 및 부가제의 전단 층은 브레이크 출구 (22) 에서 형성될 수 있다. 입구 파이프 및/또는 반응 파이프 (10) (도 10 을 참조) 는 따라서 유리하게 배기 가스 정화 시스템 (6) 에서 생략될 수 있고 배기 가스 정화 시스템 (6) 은 보다 값싸고 보다 간단하게 제조될 수 있다.
도 8 은 유동 요소 (101) 의 개략적인 구성을 도시한다. 유동 요소는 배기 가스 정화 시스템 (6) 에 배열될 수 있다.
도 9 는 출구 밸브 (5) 의 개략적인 구성을 도시한다. 출구 밸브 (5) 는 왕복 피스톤 내연 엔진의 실린더의 실린더 커버에 배열된다. 출구 밸브는 배기 가스가 실린더의 연소 공간 밖으로 유동하도록 허용하고 하나 이상의 실린더들의 배기 가스들이 수집되는 배기 가스 매니폴드 내로 배기 가스를 안내한다.
도 10 은 배기 가스 정화 시스템 (6) 의 개략적인 구성을 제 1 실시형태로 도시한다. 왕복 피스톤 내연 엔진, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템 (6) 은 유동 유닛 (1), 촉매 플레이트들 (8) 이 그 안에 배열된 반응기 (7), 편향 유닛들 (9), 반응 파이프 (10) 및 배기 가스 입구 (11) 를 포함한다. 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물의 유동 방향은 화살표 R 로 마킹된다. 하나 이상의 유동 유닛들 (1) 은 반응기 (7) 와 배기 가스 입구 (11) 사이에 배열될 수 있다. 그러나, 유동 요소 (101) 는 또한 배기 가스 정화 시스템에, 특히 반응기 (7) 와 배기 가스 입구 (11) 사이에 배열될 수 있다. 도 10 에서, 유동 유닛 (1) 은 배기 가스 입구 (11) 와 반응 파이프 (10) 사이에 배열되고 유동 유닛 (1) 은 반응기 (7) 의 입구 영역에서 반응기 (7) 의 바로 전방에 배열된다. 배기 가스는 배기 가스 입구 (11) 를 통해 배기 가스 정화 시스템 (6) 내로 유동할 수 있고, 배기 가스 내로 부가제를 주입하는 인젝터 (도 6 또는 도 7 을 참조, 도면 번호 4) 는 유동 유닛 (1) 의 전방에 또는 가이드 요소 입구 (31) 에 및/또는 가이드 요소 (3) 와 브레이크 요소 (2) 사이에 배열될 수 있다. 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제가 작동 상태에서 브레이크 출구 (22) 의 외부로 유동한 후, 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물은 균일한 유동으로서 반응 파이프 (10) 내로 유동하는 실질적으로 균질한 혼합물으로서 존재한다. 배기 가스 정화는 이상적인 균질한 혼합물로 인해 중복 인자에 의해 보다 효율적으로 행해진다.
도 11 은 배기 가스 정화 시스템 (6) 의 개략적인 구성을 제 2 실시형태로 도시한다. 도 11 은 도 10 에 실질적으로 상응하고 따라서 차이들만이 검토될 것이다. 도 11 에 도시된 제 2 실시형태에서, 반응 파이프 (10) 및 편향 유닛들 (9) 은 생략될 수 있고 따라서 배기 가스 정화 시스템의 간단한 제조가 달성된다.
왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템 (6) 을 위한 본 발명에 따른 방법은 배기 가스 정화 시스템 (6) 및 유동 유닛 (1) 의 도시된 모든 실시형태를 사용하여 수행될 수 있다. 유동 유닛 (1) 은 이와 관련하여 가이드 요소 (3) 및 브레이크 요소 (2) 를 포함한다. 가이드 요소 (3) 는 가이드 요소 입구 (31) 및 가이드 요소 출구 (32) 를 갖는 중공 본체로서 구성되고 가이드 요소 (3) 의 재킷 표면은 가이드 표면 (33) 으로서 형성된다. 브레이크 요소 (2) 는 브레이크 입구 (21) 및 브레이크 출구 (22) 를 갖는 중공 본체로서 구성되고 브레이크 요소 (2) 의 재킷 표면은 브레이크 표면 (23) 으로서 구성된다. 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 혼합물은 가이드 요소 입구 내로 유동하고 브레이크 출구를 통해 외부로 유동한다. 가이드 표면 (33) 은 배기 가스가 사전 규정된 각도 (α>0) 로 브레이크 표면 (23) 상으로 입사되고 배기 가스의 전단 층이 브레이크 출구 (22) 에서 형성되도록 배기 가스를 편향시키는 것이 중요하다.
배기 가스 정화 시스템 (6) 을 위한 또는 왕복 피스톤 내연 엔진들, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진들을 위한 유동 유닛 (1), 뿐만 아니라 방법은 따라서 유리하게 최초로 배기 가스 또는 배기 가스 및 부가제의 균일한 유동 및/또는 균질한 분배 및 이상적인 혼합이 그로 인해 달성되도록 제공된다.
더욱이, 배기 가스 정화 시스템 (6) 의 구성 길이들 또는 구성 사이즈들은, 이상적인 균일한 유동 및/또는 이상적인 균질한 혼합이 상기 유동 유닛 (1) 으로 인해 및/또는 배기 가스 정화 시스템 (6) 으로 인해 및/또는 상기 방법으로 인해 보다 더 효율적으로, 즉 보다 더 빠르게 달성될 수 있기 때문에 사이즈에서 감소되는 것이 가능하고, 한편으로, 유동 유닛을 갖지 않는 종래의 배기 가스 정화 시스템들에 비해 본 발명은 효율면에서 월등하고, 다른 한편으로, 재료, 예를 들면 파이프들의 실질적인 양들은 배기 가스 정화 시스템에서 절약될 수 있다. 보다 효율적인 배기 가스 정화 및 배기 가스 정화 시스템의 간단한 제조가 따라서 달성된다.

Claims (15)

  1. 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템 (6) 용의 유동 유닛 (1) 으로서,
    상기 유동 유닛 (1) 은,
    - 가이드 요소 입구 (31) 및 가이드 요소 출구 (32) 를 갖는 중공 본체로서 구성되는 가이드 요소 (3) 로서, 상기 가이드 요소의 재킷 표면은 가이드 표면 (33) 으로서 구성되는, 상기 가이드 요소 (3) ; 및
    - 브레이크 입구 (21) 및 브레이크 출구 (22) 를 갖는 중공 본체로서 구성되는 브레이크 요소 (2) 로서, 상기 브레이크 요소의 재킷 표면은 브레이크 표면 (23) 으로서 구성되는, 상기 브레이크 요소 (2) 를 포함하고,
    작동 상태에서, 배기 가스는 상기 가이드 요소 입구 (31) 내로 유동할 수 있고 상기 브레이크 출구 (22) 를 통해 외부로 유동할 수 있으며,
    상기 가이드 표면 (33) 은, 상기 배기 가스가 사전 규정 가능한 제동 각도 (α>0) 로 상기 브레이크 표면 (23) 상으로 입사하고 상기 배기 가스의 전단 층이 상기 브레이크 출구 (22) 에서 형성될 수 있도록, 상기 브레이크 표면 (23) 에 대해 구성되고 배열되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 요소 (3) 는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로상기 가이드 요소 출구 (32) 를 향하는 방향으로 협소해지는 중공 본체로서 구성되고,
    상기 브레이크 요소 (2) 는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 상기 브레이크 출구 (22) 를 향하는 방향으로 플레어링 (flaring) 되는 중공 본체로서 구성되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드 요소는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 상기 가이드 요소 출구를 향하는 방향으로 플레어링되는 중공 본체로서 구성되고,
    상기 브레이크 요소는 특히 직선 또는 비직선 원뿔 또는 원뿔대의 형태로 상기 브레이크 출구를 향하는 방향으로 협소해지는 중공 본체로서 구성되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 요소 (3) 및/또는 상기 브레이크 요소 (2) 는 공통의 종축 (L) 을 따라 배열되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 요소 (3) 의 가이드 요소 횡단면은 상기 가이드 요소 출구 (32) 의 방향으로 사이즈가 증가하는 횡단면 표면으로서 구성되고, 그리고/또는
    상기 브레이크 요소 (2) 의 브레이크 횡단면은 상기 브레이크 출구 (22) 의 방향으로 사이즈가 감소하는 횡단면 표면으로서 구성되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 요소 (3) 의 가이드 요소 횡단면은 상기 가이드 요소 출구 (32) 의 방향으로 사이즈가 감소하는 횡단면 표면으로서 구성되고, 그리고/또는
    상기 브레이크 요소 (2) 의 브레이크 횡단면은 상기 브레이크 출구 (22) 의 방향으로 사이즈가 증가하는 횡단면 표면으로서 구성되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 요소 횡단면 및/또는 상기 브레이크 횡단면은 원형 및/또는 타원형이고 그리고/또는 정다각형 또는 비정다각형의 형태, 특히 삼각형 또는 사각형 또는 오각형의 형태인, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 (4) 는 상기 가이드 요소 입구 (31) 의 전방에 배열되고,
    상기 인젝터 (4) 는 부가제가 상기 배기 가스 내로 주입될 수 있고 따라서 상기 부가제 및 상기 배기 가스의 전단 층이 상기 브레이크 출구 (22) 에서 형성될 수 있도록 구성되고 배열되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인젝터 (4) 는 상기 가이드 요소 입구 (31) 에 그리고/또는 상기 가이드 요소 (3) 와 상기 브레이크 요소 (2) 사이에 그리고/또는 상기 브레이크 출구 (22) 에 배열되고,
    상기 인젝터 (4) 는 부가제가 상기 배기 가스 내로 주입될 수 있고 따라서 상기 부가제 및 상기 배기 가스의 전단 층이 상기 브레이크 출구 (22) 에서 형성될 수 있도록 구성되고 배열되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 유닛 (1) 은 추가의 가이드 요소 (34), 특히 상기 가이드 요소 (3) 와 동일한 추가의 가이드 요소 (34) 를 포함하고, 그리고/또는
    추가의 브레이크 요소 (24), 특히 상기 브레이크 요소 (2) 와 동일한 추가의 브레이크 요소 (24) 를 포함하는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가이드 요소 (3) 및 상기 추가의 가이드 요소 (34) 는 동축으로 배열되고, 그리고/또는
    상기 브레이크 요소 (2) 및 상기 추가의 브레이크 요소 (34) 는 동축으로 배열되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사전 규정 가능한 제동 각도는 0°≤α≤60°, 바람직하게 20°≤α≤40°에 달하는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 가이드 요소 (3) 및/또는 상기 추가의 가이드 요소 및/또는 상기 브레이크 요소 (2) 및/또는 상기 추가의 브레이크 요소는 상기 공통의 종축 (L) 을 따라 배열되는, 배기 가스 정화 시스템용의 유동 유닛.
  14. 왕복 피스톤 내연 엔진, 특히 대형 2 행정 디젤 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템으로서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 유동 유닛 (1) 을 포함하는, 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템.
  15. 왕복 피스톤 내연 엔진의 배기 가스를 정화하기 위한 배기 가스 정화 시스템 (6) 을 위한 방법으로서,
    - 유동 유닛 (1) 은 가이드 요소 (3) 및 브레이크 요소 (2) 를 포함하고,
    - 상기 가이드 요소 (3) 는 가이드 요소 입구 (31) 및 가이드 요소 출구 (32) 를 갖는 중공 본체로서 구성되고 상기 가이드 요소 (3) 의 재킷 표면은 가이드 표면 (33) 으로서 구성되고;
    - 상기 브레이크 요소 (2) 는 브레이크 입구 (21) 및 브레이크 출구 (22) 를 갖는 중공 본체로서 구성되고 상기 브레이크 요소 (2) 의 재킷 표면은 브레이크 표면 (23) 으로서 구성되고,
    - 배기 가스는 상기 가이드 요소 입구 (31) 내로 유동하고 상기 브레이크 출구 (22) 를 통해 외부로 유동하고,
    상기 가이드 표면 (33) 은, 상기 배기 가스가 사전 규정된 각도 (α>0) 로 상기 브레이크 표면 (23) 상으로 입사하고 상기 배기 가스의 전단 층이 상기 브레이크 출구 (22) 에서 형성되도록, 상기 배기 가스를 편향시키는, 배기 가스 정화 시스템을 위한 방법.
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