KR20200070858A

KR20200070858A - 차량용 요소수 혼합장치

Info

Publication number: KR20200070858A
Application number: KR1020180158451A
Authority: KR
Inventors: 최윤성
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-06-18

Abstract

본 발명은 차량용 요소수 혼합장치에 관한 것으로, 배기가스(1)와 요소수(2)를 혼합하는 블레이드(11) 및 암모니아가스(3)를 분사하는 파이프(21)와 하우징(22)이 한 개의 바디가 되게 일체로 결합된 구성으로, 질소산화물의 정화를 위해 배기관(4)내에 설치되는 부품의 개수를 크게 줄일 수 있도록 된 것이다.

Description

차량용 요소수 혼합장치{UREA BLENDER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 요소수 혼합장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스와 요소수의 혼합용 블레이드 및 암모니아가스 분사기구가 일체로 구성된 차량용 요소수 혼합장치에 관한 기술이다

차량은 엔진 작동시 배기가스가 발생되고, 특히 디젤 엔진의 경우는 다량의 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 외부로 배출된다.

이와 같은 질소산화물(NOx)은 연소 온도가 높아질수록 양도 증가하고, 외부로 배출시 심각한 대기오염을 유발함에 따라, 통상적으로 질소산화물의 양을 줄이기 위해 엔진의 연소 온도를 제어함은 물론 배기장치쪽에 촉매를 설치하여 정화하는 방식을 실시하고 있다.

차량에서 배출되는 질소산화물의 정화를 위해 선택적 촉매 반응 시스템(SCR System, Selective Catalyst Reduction System)을 사용할 경우, SCR촉매에 공급될 환원제(암모니아, NH3)가 필요하다.

환원제를 공급하기 위한 방안으로는 배기관에 요소수(UREA)를 공급하는 방안과 암모니아가스를 공급하는 방안이 있다.

배기관내에 요소수가 분사되면 분사된 요소수는 배기가스와 혼합되면서 배기가스 열에 의해 열분해되어 암모니아로 변환되고, 변환된 암모니아는 SCR촉매에서 질소산화물과 반응하여 물과 질소로 분해되는 바, 이를 통해 배기가스 중의 질소산화물을 저감시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 배기관내에 요소수를 분사하는 경우 요소수와 배기가스의 혼합율을 높이기 위해 와류를 형성하는 일명 믹서(mixer)가 설치된다.

배기관내에 암모니아가스를 공급하는 방안은 고체 암모니아를 저장하는 탱크로부터 배기관을 연결하는 파이프를 구성하고, 파이프의 끝에 암모니아가스를 분사하는 노즐을 구비한 구성으로, 믹서를 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.

최근에는 질소산화물의 정화율을 높이기 위해 배기관에 요소수(UREA)를 공급하는 방안과 암모니아가스를 공급하는 방안을 함께 사용하는 경우가 있고, 이럴 경우 배기관내에 요소수를 혼합하는 믹서와 암모니아가스를 분사하는 다수개의 노즐 및 노즐플레이트를 각각 별도로 한꺼번에 구성해야 하는 바, 이와 같이 배기관내에 많은 부품이 설치되면 배기관내의 배압이 증가됨에 따라 악영향을 유발할 수 있고, 특히 설치공간을 확보해야 하는 어려움이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 제10-2017-0108191호

본 발명은, 배기관에 요소수가 공급되는 방안과 암모니아가스가 공급되는 방안이 함께 적용된 SCR시스템에서 배기가스와 요소수의 혼합용 블레이드 및 암모니아가스 분사기구가 일체로 구성된 요소수 혼합장치를 제공하는 것으로, 이를 통해 배기관내에 설치되는 부품의 개수를 크게 줄일 수 있게 되고, 특히 배기관내의 배압증가 현상을 예방할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 요소수 혼합장치는, 배기가스와 요소수를 혼합하는 혼합기구; 및 암모니아가스를 분사하는 분사기구를 포함하고; 상기 혼합기구와 분사기구는 한 개의 바디를 이루도록 일체로 구성되면서 배기관내에 고정되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 혼합기구는 분사기구에 일체로 결합되면서 방사상으로 배치된 다수개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 블레이드는 배기가스 흐름방향을 따라 원호모양으로 형성되어서 블레이드를 통과한 후단에서 와류가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 분사기구는 암모니아가스가 공급되는 파이프; 및 상기 파이프와 연결되면서 배기관내에 고정되게 설치되고, 블레이드가 일체로 결합되며, 내부에는 암모니아가스가 이동하는 가스통로가 형성되고, 암모니아가스가 배출되는 다수개의 분사구멍이 가스통로와 연결되게 형성된 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 일면과 타면을 관통하는 중공홀이 중심부에 형성된 원형링모양으로 형성되고; 상기 중공홀내에 블레이드가 위치하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 분사구멍은 배기가스 흐름방향을 따라 하우징의 일면과 타면중에서 어느 한쪽 면에만 형성되거나 또는 하우징의 일면과 타면에 모두 형성되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 다수개의 블레이드를 일체로 연결해서 지지하는 중간링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 요소수 혼합장치는, 배기가스와 요소수를 혼합하는 블레이드 및 암모니아가스를 분사하는 파이프와 하우징이 한 개의 바디가 되게 일체로 결합된 구성으로, 질소산화물의 정화를 위해 배기관내에 설치되는 부품의 개수를 크게 줄일 수 있게 됨에 따라 배기관내의 배압증가 현상을 예방할 수 있으며, 이를 통해 출력저하 현상을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 암모니아가스를 분사하기 위한 하우징의 내부 중공홀속에 다수개의 블레이드가 위치하는 구성으로, 이를 통해 블레이드의 설치공간을 별도로 확보할 필요가 없으며, 특히 혼합기구와 분사기구의 결합체 사이즈를 컴팩트하게 구성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 요소수 혼합장치가 배기관에 설치된 상태의 개략적인 도면,
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 차량용 요소수 혼합장치의 좌측 사시도 및 우측 사시도,
도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 차량용 요소수 혼합장치에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 차량용 요소수 혼합장치는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 배기가스(1)와 요소수(2)를 혼합하는 혼합기구(10); 및 암모니아가스(3)를 분사하는 분사기구(20)를 포함하고; 상기 혼합기구(10)와 분사기구(20)는 한 개의 바디를 이루도록 일체로 구성되면서 배기관(4)내에 고정되게 설치된다.

요소수탱크에 저장된 요소수(2)는 노즐(5)을 통해 배기관(4)내에 분사된다.

배기관(4)내에 요소수(2)가 분사되면 분사된 요소수는 배기가스(1)와 혼합되면서 배기가스 열에 의해 열분해되어 암모니아로 변환된다.

본 발명에 따른 혼합기구(10)는 분사기구(20)에 일체로 결합되면서 방사상으로 배치된 다수개의 블레이드(11)를 포함한다.

그리고, 블레이드(11)는 배기가스 흐름방향(M1)을 따라 소정각도로 굴곡진 원호모양으로 형성된다.

따라서, 배기가스(1)와 요소수(2)는 블레이드(11)를 통과한 후단에서 와류가 형성됨에 따라 배기가스(1)와 요소수(2)의 혼합길이(SCR촉매까지 도달하는데 소요되는 시간)을 증대시킬 수 있게 되고, 이를 통해 배기가스(1)와 요소수(2)의 혼합율을 높일 수 있게 된다.

본 발명에 따른 분사기구(20)는 암모니아가스가 공급되는 파이프(21); 및 배기관(4)으로 암모니아가스(3)를 분사하는 하우징(22)을 포함한다.

상기 파이프(21)는 암모니아고체가 저장된 탱크와 연결되고, 상기 하우징(22)은 파이프(21)와 연결된다.

파이프(21)와 연결된 하우징(22)은 배기관(4)내에 고정되게 설치되고, 블레이드(11)가 일체로 결합되며, 내부에는 암모니아가스가 이동하는 가스통로(23)가 형성되고, 암모니아가스가 배출되는 다수개의 분사구멍(24)이 가스통로(23)와 연결되게 형성된다.

분사구멍(24)은 적어도 1개 이상으로 형성되고, 각각의 지름은 3mm 이상으로 형성된 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

분사기구(20)를 구성하는 하우징(22)은 일면(22a)과 타면(22b)을 관통하는 중공홀(25)이 중심부에 형성된 원형링모양으로 형성되고, 상기 중공홀(25)내에 블레이드(11)가 위치하도록 구성된다.

하우징(22)의 중공홀(25)내에 블레이드(11)가 위치하도록 구성됨에 따라 블레이드(11)의 설치공간을 별도로 확보할 필요가 없으며, 특히 혼합기구(10)와 분사기구(20)의 결합체 사이즈를 컴팩트하게 구성할 수 있게 된다.

하우징(22)은 일면(22a)은 배기가스 흐름방향(M1)과 마주 대하는 면이고, 하우징(22)은 타면(22b)은 배기가스 흐름방향(M1)과 동일한 방향을 향하는 면으로 정의될 수 있다.

분사구멍(24)은 배기가스 흐름방향(M1)을 따라 하우징(22)의 일면(22a)과 타면(22b)중에서 어느 한쪽 면에만 형성될 수 있고, 또는 하우징(22)의 일면(22a)과 타면(22b)에 모두 형성될 수 있다.

분사구멍(24)이 하우징(22)의 일면(22a)과 타면(22b)에 모두 형성되는 경우 암모니아가스의 분사량을 증대시킬 수 있게 됨에 따라 질소산화물의 정화율을 한층 더 높일 수 있게 된다.

본 발명에 따른 실시예는 다수개의 블레이드(11)를 일체로 연결해서 지지하는 중간링(30)을 더 포함할 수 있는 바, 중간링(30)을 이용해서 다수개의 블레이드(11)의 결합력을 견고하게 유지할 수 있게 된다.

다수개의 블레이드(11)는 하우징(22)의 중공홀(25)로 삽입되어서 하우징(22)의 내주면과의 결합을 통해 블레이드(11)와 하우징(22)이 직접 결합될 수 있다.

또는 외곽링(40)속에 다수개의 블레이드(11)를 삽입해서 다수개의 블레이드(11)와 외곽링(40)을 일체로 결합하고, 다수개의 블레이드(11)가 결합된 외곽링(40)을 하우징(22)의 중공홀(25)로 삽입해서 외곽링(40)의 외주면과 하우징(22)의 내주면을 일체로 결합하고, 이를 통해 다수개의 블레이드(11)가 외곽링(40)을 통해 하우징(22)과 일체화를 이루도록 결합된 구조도 가능할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 요소수 혼합장치는, 배기가스(1)와 요소수(2)를 혼합하는 블레이드(11) 및 암모니아가스(3)를 분사하는 파이프(21)와 하우징(22)이 한 개의 바디가 되게 일체로 결합된 구성으로, 질소산화물의 정화를 위해 배기관(4)내에 설치되는 부품의 개수를 크게 줄일 수 있게 됨에 따라 배기관(4)내의 배압증가 현상을 예방할 수 있으며, 이를 통해 출력저하 현상을 예방할 수 있는 장점이 있다.

또한, 암모니아가스(3)를 분사하기 위한 하우징(22)의 내부 중공홀(25)속에 다수개의 블레이드(11)가 위치하는 구성으로, 이를 통해 블레이드(11)의 설치공간을 별도로 확보할 필요가 없으며, 특히 혼합기구(10)와 분사기구(20)의 결합체 사이즈를 컴팩트하게 구성할 수 있는 장점도 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1 - 배기가스 2 - 요소수
3 - 암모니아가스 4 - 배기관
10 - 혼합기구 11 - 블레이드
20 - 분사기구 21 - 파이프
22 - 하우징 22a - 일면
22b - 타면 23 - 가스통로
24 - 분사구멍 25 - 중공홀
30 - 내부링 40 - 외곽링

Claims

배기가스와 요소수를 혼합하는 혼합기구; 및
암모니아가스를 분사하는 분사기구를 포함하고;
상기 혼합기구와 분사기구는 한 개의 바디를 이루도록 일체로 구성되면서 배기관내에 고정되게 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 요소수 혼합장치.
청구항 1에 있어서,
상기 혼합기구는 분사기구에 일체로 결합되면서 방사상으로 배치된 다수개의 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 요소수 혼합장치.
청구항 2에 있어서,
상기 블레이드는 배기가스 흐름방향을 따라 원호모양으로 형성되어서 블레이드를 통과한 후단에서 와류가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 요소수 혼합장치.
청구항 2에 있어서,
상기 분사기구는 암모니아가스가 공급되는 파이프; 및
상기 파이프와 연결되면서 배기관내에 고정되게 설치되고, 블레이드가 일체로 결합되며, 내부에는 암모니아가스가 이동하는 가스통로가 형성되고, 암모니아가스가 배출되는 다수개의 분사구멍이 가스통로와 연결되게 형성된 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 요소수 혼합장치.
청구항 4에 있어서,
상기 하우징은 일면과 타면을 관통하는 중공홀이 중심부에 형성된 원형링모양으로 형성되고;
상기 중공홀내에 블레이드가 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 요소수 혼합장치.
청구항 4에 있어서,
상기 분사구멍은 배기가스 흐름방향을 따라 하우징의 일면과 타면중에서 어느 한쪽 면에만 형성되거나 또는 하우징의 일면과 타면에 모두 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 요소수 혼합장치.
청구항 2에 있어서,
상기 다수개의 블레이드를 일체로 연결해서 지지하는 중간링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 요소수 혼합장치.