WO2013103169A1 - 중장비용 배기가스 저감장치 - Google Patents

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Volvo Construction Equipment AB
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • a diesel engine is a device that converts thermal energy into mechanical energy by using a mixture of external air and diesel fuel gas as a working fluid, and the mixed gas exploded and burned in a cylinder becomes exhaust gas and is discharged to the outside.
  • a pipe connected to the exhaust port of the engine corresponds to the exhaust pipe so that the exhaust gas is discharged to the outside of the engine.
  • Exhaust gases include substances such as carbon dioxide, carbon monoxide, hydrocarbons, sulfur oxides, hydrogen sulfide, nitrogen oxides, ammonia, ozone, and oxidants, so if they are released into the atmosphere, they cause environmental pollution.
  • the emission of these harmful gases has been significantly reduced in recent years.
  • a diesel filtration filter (DPF :) equipped with a diesel oxidation catalyst (DOC) to satisfy Tier-4 Interim and Stage-IIIB, which are diesel engine emission regulations.
  • a diesel particulate filter is connected to the exhaust of a diesel engine to oxidize CO (hydrocarbon) and HC (hydrocarbon), and collect particulate matter (PM) to meet hazardous gas emission standards.
  • the conventional diesel filtration filter (DPF) is not only heavy, unlike the muffler of a general vehicle, but also mounted directly on the engine, even though the filter provided therein is very vulnerable to vibration, the diesel filtration filter (DPF) ) Welds, etc. are directly affected by vibrations and work loads caused by engine driving, which causes problems such as cracking and damage.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and further includes a selective catalytic reduction (SCR) device in a diesel filtration filter (DPF) to meet the enhanced diesel engine emission requirements (nitrogen oxide reduction). It is an object of the present invention to provide an apparatus for reducing exhaust gas for heavy equipment.
  • SCR selective catalytic reduction
  • DPF diesel filtration filter
  • the purpose of the present invention is to provide a diesel exhaust filter (DPF) and selective catalytic reduction (SCR) device on the cowl frame to provide an exhaust gas reduction device for heavy equipment that can minimize the impact from vibration caused by the engine driving.
  • DPF diesel exhaust filter
  • SCR selective catalytic reduction
  • the cowl frame is mounted on one side of the main frame adjacent to the engine to reduce the influence of the vibration of the engine;
  • a diesel filtration filter (DPF) having one end connected to the other end of the exhaust pipe and mounted at an upper end of the cowl frame, having a diesel oxidation catalyst (DOC) inside, and collecting particulate matter;
  • a mixing pipe whose one end is in communication with the other end of a diesel filtration filter (DPF), and one side is in communication with an injection device for injecting a reducing agent;
  • a selective catalytic reduction (SCR) device in communication with the other end of the mixing pipe, mounted on the upper end of the cowl frame, and promoting a reduction reaction between the injected reducing agent and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas.
  • SCR selective catalytic reduction
  • diesel filtration filter (DPF) and the selective catalytic reduction (SCR) device is made of a cylindrical shape, but both ends are formed in a hemispherical shape facing each other, each of which is mounted side by side on the cowl frame.
  • At least one side of the exhaust pipe and the mixing pipe is characterized in that the connection is provided by one or more flexible joints.
  • the diesel filtration filter (DPF) and the selective catalytic reduction (SCR) device are manufactured in a hemispherical cylindrical shape whose opposite ends face each other, the shock caused by the exhaust gas flowing into the high temperature and high pressure can be effectively buffered to increase durability. It is effective.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the mounting state of the exhaust gas reducing device for heavy equipment according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the mounting state of the exhaust gas reducing device for heavy equipment according to the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the exhaust gas reducing device for heavy equipment according to the present invention.
  • the apparatus for reducing exhaust gas for heavy equipment 1 may include a cowl frame 100, a diesel filtration filter (DPF) 200, a mixing pipe 300, and an optional catalytic reduction (SCR) device 400. have.
  • DPF diesel filtration filter
  • SCR catalytic reduction
  • the cowl frame 100 may be mounted by a method such as bolting or welding with the main frame (4).
  • a diesel filtration filter (DPF) 200 and a selective catalytic reduction (SCR) device 400 to be described later may be mounted.
  • DPF diesel filtration filter
  • SCR selective catalytic reduction
  • Diesel filter (DPF) (200) is configured to replace the conventional muffler by oxidizing the HC and CO in the exhaust gas through the diesel oxidation catalyst (DOC) provided on the inside and to collect particulate matter (PM) Corresponds to an element. Since the diesel filtration filter (DPF) 200 has one end connected to the other end of the exhaust pipe 10 and mounted at the upper end of the cowl frame 100, the exhaust gas emitted from the engine 2 passes through for the first time. Corresponds to the device.
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • PM particulate matter
  • the diesel filtration filter (DPF) 200 is not mounted to the engine 2, but is installed at an upper end of the cowl frame 100 mounted to one side of the main frame 4 adjacent to the engine 2, It is hardly affected by vibration and working load. Therefore, deformations such as cracks or damages that may occur due to the vibration of the diesel filtration filter (DPF) 200, the welded portion or the connection with the exhaust pipe 10 can be prevented.
  • the upper portion of the diesel filtration filter (DPF) 200 and the cowl frame 100 may be coupled by the fixing part 500.
  • the fixing part 500 supports the lower end of the diesel filtration filter (DPF) 200 and the support member 510 which is an elastic body fixed to the upper end of the cowl frame 100 (specifically, the fixing bracket 110).
  • the fastening band 520 may be provided at both ends of the support member 510 to surround and fix the outer circumferential surface of the diesel filtration filter (DPF) 200.
  • the support member 510 is formed in a shape corresponding to the outer peripheral surface of the lower end of the diesel filtration filter (DPF) 200 to be supported is in close contact with the diesel filtration filter (DPF) 200, to reduce the vibration caused by the engine driving It may be formed of a heat-resistant synthetic resin and the like so as to be elastic. At least two support members 510 are provided to stably support the diesel filtration filter (DPF) 200.
  • the fastening band 520 is made of a pair to wrap and secure the outer peripheral surface of the diesel filtration filter (DPF) (200), so as to rotate through the hinge coupling with both ends of the support member (510), Coupling between the fastening bands 520 can be applied to various coupling methods such as screw coupling.
  • the diesel filtration filter (DPF) 200 may be firmly fixed on the support member 510.
  • one side of the exhaust pipe 10 may be provided with a connection portion connected to at least one or more flexible joints (11).
  • the flexible joint 11 is preferably provided with an appropriate number in consideration of the length of the exhaust pipe 10 and the degree of engine vibration. Meanwhile, the flexible joint 11 may be made of a metal or a heat resistant elastic body.
  • the diesel oxidation catalyst (DOC) provided inside the diesel filtration filter (DPF) 200 may be made of platinum (Pt), palladium (Pd) or a metal containing them at a predetermined ratio, and the diesel filtration filter (DPF) ( 200)
  • the inner surface may be coated to promote oxidation of HC and CO.
  • the diesel oxidation catalyst (DOC) is coated on a honeycomb porous member (catalyst carrier) having a plurality of through holes formed in parallel with the flow of the exhaust gas to be provided inside the diesel filtration filter (DPF) 200,
  • the contact area with the exhaust gas can be greatly increased.
  • the catalytic function is improved, and the oxidation reaction of HC and CO occurs in a wide range, and as a result, HC and CO can be effectively reduced.
  • the diesel filtration filter (DPF) 200 collects particulate matter (PM) contained in exhaust gas discharged from the engine 2 by a filter, and the collected particulate matter (PM) is periodically burned and then removed. do.
  • the exhaust gas passing through the diesel filtration filter (DPF) 200 is introduced into the mixing pipe 300.
  • the mixing pipe 300 is a component that communicates between the diesel filtration filter (DPF) 200 and the selective catalytic reduction (SCR) device 400 and one side of the mixing pipe 300 is in communication with the injector 310. Where the reducing agent is injected inward, one end is in communication with the other end of the diesel filter (DPF) 200 and the other end is a pipe-shaped member in communication with the selective catalytic reduction (SCR) device 400.
  • the reducing agent is injected to reduce the nitrogen oxides by chemical reaction with the nitrogen oxide contained in the exhaust gas passed through the diesel filtration filter (DPF) 200, mainly urea (Urea) or ammonia (NH 3 ) is used Can be.
  • DPF diesel filtration filter
  • the urea When the urea is injected into the mixing pipe 300 by controlling the injector 310, the injected urea is converted into ammonia and water, and the ammonia and water are exhausted through the diesel filtration filter (DPF) 200. The gas is mixed in the mixing pipe 300.
  • DPF diesel filtration filter
  • a vortex generating structure (not shown) may be formed in the mixing pipe 300, and the injector 310 may be connected to the vortex generating structure to allow the reducing agent to be injected.
  • the reducing agent and the exhaust gas mixed in the mixing pipe 300 are introduced into the selective catalytic reduction (SCR) apparatus 400 which will be described later.
  • SCR selective catalytic reduction
  • a reducing agent mixed with the exhaust gas in the mixing pipe 300 reacts with nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas, thereby providing nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O).
  • a device that selectively activates only a chemical reaction to be converted to promote the reaction rate, and is connected to the other end of the mixing pipe 300 is mounted on the cowl frame 100 upper end.
  • the selective catalytic reduction (SCR) device 400 is a secondary filter for removing nitrogen oxides contained in exhaust gas in which HC, CO, and particulate matter (PM) are reduced through the diesel filtration filter (DPF) 200. Corresponds to the abatement device.
  • the selective catalytic reduction (SCR) device 400 may be manufactured in various sizes and shapes according to the engine output and the exhaust gas amount, similar to the diesel filtration filter (DPF) 200, but due to the exhaust gas introduced at high temperature and high pressure. It is preferably formed in a cylindrical shape so as to effectively cushion the impact, both ends are preferably formed in a hemispherical shape facing each other. That is, the cross section is to be elliptical.
  • the selective catalytic reduction (SCR) device 400 is not mounted to the engine 2, but is installed at an upper portion of the cowl frame 100 mounted to one side of the main frame 4 adjacent to the engine 2, thereby driving the engine. It is hardly affected by vibration and working load. Therefore, deformations such as cracks or damages that may occur due to vibrations, such as welds or connections with the mixing pipe 300 of the selective catalytic reduction (SCR) device 400 may be prevented.
  • the selective catalytic reduction (SCR) device 400 may be fixed to the upper end of the cowl frame 100 through the fixing part 500, similar to the diesel filtration filter (DPF) (200).
  • the diesel filtration filter (DPF) 200 and the selective catalytic reduction (SCR) device 400 are horizontal in the longitudinal direction (up and down direction in FIG. 1) of the cowl frame 100. Parallel to each other to be mounted in parallel form can effectively utilize the space of the upper portion of the cowl frame (100).
  • the arrangement of the selective catalytic reduction (SCR) device 400 and the diesel filtration filter (DPF) 200 shown in Figure 1 can be changed to the arrangement rotated at right angles on the horizontal plane.
  • the support member 510 is made of a shape corresponding to the outer peripheral surface of the lower end of the selective catalytic reduction (SCR) device 400 that is supported, and is in close contact with a heat-resistant synthetic resin having elasticity to reduce vibrations caused by engine driving Can be formed.
  • the support member 510 is provided with at least two or more in order to stably support the selective catalytic reduction (SCR) device 400.
  • such a catalyst is coated on a honeycomb-shaped porous member (catalyst carrier) having a plurality of through holes formed in parallel with the flow of exhaust gas, like a diesel oxidation catalyst (DOC), so that the selective catalytic reduction (SCR) device 400 inside
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • SCR selective catalytic reduction
  • the selective catalytic reduction (SCR) device 400 is to discharge the exhaust gas is reduced nitrogen oxide to the outside through the discharge pipe 410.
  • the discharge pipe 410 is preferably provided on the opposite side of the side of the selective catalytic reduction (SCR) device 400 and the mixing pipe 300 is connected.
  • the selective catalytic reduction (SCR) device 400 promotes a reduction reaction of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas through the reducing agent to reduce harmful gases such as nitrogen oxides.
  • NOx nitrogen oxides
  • the exhaust gas reduction device 1 for heavy equipment further includes a selective catalytic reduction (SCR) device 400 in a diesel filtration filter (DPF) 200 which is a reduction device generally used. Therefore, by effectively suppressing NOx, it is possible to meet the enhanced diesel engine emission requirements and to prevent environmental pollution.
  • SCR selective catalytic reduction
  • DPF diesel filtration filter
  • organically coupled components such as a support member 510 made of an elastic body, it is possible to minimize the influence from vibration caused by the engine driving. As a result, the durability of the abatement device 1 can be greatly increased.
  • the diesel filtration filter (DPF) 200 and the selective catalytic reduction (SCR) device 400 are each manufactured in a hemispherical cylindrical shape whose opposite ends face each other, the shock caused by the exhaust gas introduced at high temperature and high pressure can be effectively buffered. This can increase the durability.
  • the exhaust gas reduction device for heavy equipment by further comprising a selective catalytic reduction (SCR) device in the diesel filtration filter (DPF) to meet the enhanced diesel engine exhaust gas regulatory requirements, It is possible to minimize the impact from vibration caused by engine driving by providing various dustproof devices such as a diesel filtration filter (DPF) and a selective catalytic reduction (SCR) device mounted on a cowl frame.
  • SCR selective catalytic reduction

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Description

중장비용 배기가스 저감장치
본 발명은 중장비용 배기가스 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤여과필터(DPF)에 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 더 구비하여 강화된 디젤 엔진 배기가스 규제요건을 충족시키고, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 카울프레임 상에 장착하여 엔진 구동에 따른 진동으로부터의 영향을 최소화할 수 있는 중장비용 배기가스 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 엔진은 외부공기와 연료인 경유의 혼합기체를 작동 유체로 하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로, 실린더 내에서 폭발 연소된 혼합기체는 배기가스가 되어 외부로 배출된다. 이때, 배기가스가 엔진 외부로 배출될 수 있도록 엔진의 배기구와 연결된 관이 배기파이프에 해당한다. 배기가스에는 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 황산화물, 황화수소, 질소산화물, 암모니아, 오존 및 옥시던트 등의 물질이 포함되므로 이를 그대로 대기중에 방출할 경우 환경오염을 유발하게 된다. 다만, 디젤 엔진 및 배기가스 저감장치의 기술진보에 따라 최근에는 이러한 유해가스의 배출량이 현저히 감소되고 있다.
하지만, 지구 온난화, 대기중 오존 농도 등과 관련된 환경 문제의 해결을 위해 차량이 배출하는 유해가스에 대한 환경기준을 점점 강화하고 있으며, 특히 중장비의 경우 유해가스 배출기준을 더욱 강화하고 있는 실정이다.
따라서, 종래의 굴삭기를 포함한 중장비의 경우, 디젤 엔진 배기가스 규제인 Tier-4 Interim과 Stage-ⅢB를 만족하기 위해 디젤산화촉매(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)를 내부에 구비한 디젤여과필터(DPF:Diesel Particulate Filter)를 디젤 엔진 배기구에 연결하여 CO(일산화탄소), HC(탄화수소)를 산화시키고, 입자상 물질(PM:Particulate Matter)을 포집하는 방식으로 유해가스 배출기준을 충족시키고 있다.
그러나 향후 강화되는 Tier-4 Final과 Stage-Ⅳ의 경우, 질소산화물(NOx)에 대한 규제가 보다 강화되기 때문에 현재의 디젤여과필터(DPF)만으로는 이를 충족시키기 어렵게 되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 디젤여과필터(DPF)는 일반 차량의 머플러(muffler)와 달리 무게가 무거울 뿐만 아니라 내부에 구비된 필터 등이 진동에 매우 취약함에도 불구하고 엔진에 직접 장착됨으로써, 디젤여과필터(DPF)의 용접부위 등은 엔진 구동에 따른 진동과 작업 하중에 직접적인 영향을 받아 크랙이나 파손 등의 변형이 야기되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 디젤여과필터(DPF)에 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 더 구비하여 강화된 디젤 엔진 배기가스 규제요건(질소산화물 저감)을 충족시킬 수 있는 중장비용 배기가스 저감장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 카울프레임 상에 장착하여 엔진 구동에 따른 진동으로부터의 영향을 최소화할 수 있는 중장비용 배기가스 저감장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 중장비용 배기가스 저감장치는, 엔진과 인접하는 메인프레임 일측에 장착되어 엔진의 진동에 따른 영향을 저감시키는 카울프레임; 일단부가 배기파이프의 타단부와 연통되어 카울프레임 상단부에 장착되고, 디젤산화촉매(DOC)를 내측에 구비하며, 입자상 물질을 포집하는 디젤여과필터(DPF); 일단부가 디젤여과필터(DPF) 타단부와 연통되고, 일측이 환원제를 분사하는 분사장치와 연통되는 믹싱파이프; 및 믹싱파이프의 타단부와 연통되어 카울프레임 상단부에 장착되고, 분사된 환원제와 배기가스 내의 질소산화물(NOx) 간의 환원반응을 촉진하는 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치는, 원통형으로 이루어지되 양단부는 서로 대향하는 반구형상으로 형성되며, 각각은 카울프레임 상에서 서로 나란하게 장착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 배기파이프 및 믹싱파이프 중 적어도 어느 한측에는 하나 이상의 플렉시블 조인트로 연결되는 연결부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 카울프레임과 디젤여과필터(DPF) 및 선택적 촉매환원(SCR) 장치와의 결합은, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치의 하단부를 지지하고 카울프레임 상단부에 고정되는 탄성체인 받침부재와, 받침부재 양단부에 구비되어 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치의 외주면을 감싸 고정하는 체결밴드를 포함하는 고정부를 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 중장비용 배기가스 저감장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
저감장치인 디젤여과필터(DPF)에 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 더 구비하여 질소산화물(NOx)을 효과적으로 제거함으로써, 강화된 디젤 엔진 배기가스 규제요건을 충족시킴과 아울러 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 엔진과 인접한 메인프레임 상에 설치된 카울프레임 상단부에 장착함으로써, 엔진 구동에 따른 진동으로부터의 영향을 최소화할 수 있게 됨에 따라 저감장치의 내구성을 증대할 수 있는 효과가 있다.
또한, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 각각 양단부가 서로 대향하는 반구형상의 원통형으로 제작함으로써, 고온, 고압으로 유입되는 배기가스로 인한 충격을 효과적으로 완충시킬 수 있어 내구성이 증대되는 효과가 있다.
또한, 배기파이프와 믹싱파이프의 일측에 각각 적어도 하나 이상의 플렉시블 조인트를 형성하고, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치의 하단부에 탄성체인 받침부재를 각각 구비함으로써, 엔진 구동에 따른 진동을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중장비용 배기가스 저감장치의 장착상태를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 중장비용 배기가스 저감장치의 분해사시도.
<도면의 주요부에 대한 참조 부호의 설명>
1: 중장비용 배기가스 저감장치 2: 엔진
4: 메인프레임 5: 엔진실
6: 펌프실 10: 배기파이프
11: 플렉시블 조인트 100: 카울프레임
110: 고정브래킷 200: 디젤여과필터(DPF)
300: 믹싱파이프 310: 분사장치
400: 선택적 촉매환원(SCR) 장치 410: 배출파이프
500: 고정부 510: 받침부재
520: 체결밴드
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 중장비용 배기가스 저감장치의 장착상태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중장비용 배기가스 저감장치의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중장비용 배기가스 저감장치(1)는 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 유해가스를 저감시켜 대기 중에 배출하기 위한 장치로, 중장비의 메인프레임(4)에 장착되는 엔진(2)과 일단부가 연결되는 배기파이프(10)의 타단부에 구비될 수 있다.
이러한 중장비용 배기가스 저감장치(1)는 대략 카울프레임(100), 디젤여과필터(DPF)(200), 믹싱파이프(300) 및 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서 카울프레임(100)은 중장비의 엔진실(5)과 펌프실(6)을 구획하고, 후술할 디젤여과필터(DPF)(200) 및 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 등이 상단부에 장착될 수 있도록 공간을 제공하는 구성요소로, 엔진(2)과 인접하는 메인프레임(4) 일측에 설치된다. 이로 인해 엔진(2) 구동에 따른 진동은 카울프레임(100)에 직접적으로 전달되지 않게 된다.
이러한 카울프레임(100)은 상기와 같은 기능을 수행할 수 있는 구조로 메인프레임(4) 상에 장착될 수 있는 것이라면, 다양하게 변형가능함은 물론이다.
이때, 카울프레임(100)은 메인프레임(4)과 볼트체결 또는 용접 등에 의한 방법으로 장착될 수 있다.
그리고 카울프레임(100) 상단부에는 고정브래킷(110)이 결합된 후, 후술할 디젤여과필터(DPF)(200) 및 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)가 장착될 수 있다. 이때, 카울프레임(100)의 상단부를 덮을 수 있도록 고정브래킷(110)을 설치하게 되면, 하측에 구비되는 펌프실(6)과 엔진실(5)은 서로 밀폐되므로 펌프실(6)의 오작동이나 고장으로 인해 작동유가 누출되더라도 엔진(2)과 접촉이 차단되어 화재가 방지될 수 있다.
디젤여과필터(DPF)(200)는 내측에 구비되는 디젤산화촉매(DOC)를 통해 배기가스 내의 HC와 CO를 산화시키고 입자상 물질(PM)을 포집하는 방식으로 작동하여 종래의 머플러를 대체하는 구성요소에 해당한다. 디젤여과필터(DPF)(200)는 일단부가 상기 배기파이프(10)의 타단부와 연통되어 상기 카울프레임(100) 상단부에 장착되므로, 엔진(2)에서 방출되는 배기가스가 처음으로 거치게 되는 저감장치에 해당한다.
이러한 디젤여과필터(DPF)(200)는 엔진 출력 및 배기가스량에 따라 다양한 크기와 형상으로 제작될 수 있지만, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 고온, 고압으로 유입되는 배기가스로 인한 충격을 효과적으로 완충시킬 수 있도록 원통형상으로 형성하되, 양단부는 서로 대향하는 반구형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉 단면이 타원형태가 되도록 하는 것이다.
그리고 디젤여과필터(DPF)(200)는 엔진(2)에 장착되는 것이 아니고, 엔진(2)과 인접하는 메인프레임(4) 일측에 장착되는 카울프레임(100) 상단부에 설치되므로, 엔진 구동에 따른 진동 및 작업 하중으로 인한 영향을 거의 받지 않게 된다. 따라서, 진동으로 인하여 디젤여과필터(DPF)(200)의 용접부 또는 배기파이프(10)와의 연결부 등에 발생할 수 있는 크랙이나 파손과 같은 변형이 방지될 수 있다.
이러한 디젤여과필터(DPF)(200)와 카울프레임(100) 상단부는 고정부(500)에 의해 결합될 수 있다. 이러한 고정부(500)는 상기 디젤여과필터(DPF)(200)의 하단부를 지지하고 상기 카울프레임(100) 상단부(구체적으로 고정브래킷(110) 상면)에 고정되는 탄성체인 받침부재(510)와, 상기 받침부재(510) 양단부에 구비되어 상기 디젤여과필터(DPF)(200)의 외주면을 감싸 고정하는 체결밴드(520)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 받침부재(510)는 지지되는 상기 디젤여과필터(DPF)(200) 하단부의 외주면과 대응하는 형상으로 이루어져 디젤여과필터(DPF)(200)와 밀착되며, 엔진 구동에 따른 진동을 저감할 수 있도록 탄성을 갖는 내열성 합성수지 등으로 형성될 수 있다. 이러한 받침부재(510)는 디젤여과필터(DPF)(200)를 안정적으로 지지하기 위해 적어도 2개 이상이 구비되도록 한다.
그리고 체결밴드(520)는 상기 디젤여과필터(DPF)(200)의 외주면을 감싸 고정할 수 있도록 한 쌍으로 이루어지되, 상기 받침부재(510) 양단부와 힌지결합을 통해 회동하도록 하며, 한 쌍의 체결밴드(520) 상호 간의 결합은 나사결합 등의 다양한 결합방식이 적용될 수 있다. 이러한 체결밴드(520)를 통해 디젤여과필터(DPF)(200)는 받침부재(510) 상에 단단히 고정될 수 있다.
한편, 엔진 구동에 따른 진동을 보다 효과적으로 저감시키고, 열팽창에 따른 변형을 방지하기 위해 상기 배기파이프(10)의 일측에는 적어도 하나 이상의 플렉시블 조인트(11)로 연결되는 연결부가 구비되도록 할 수 있다. 이러한 플렉시블 조인트(11)는 배기파이프(10)의 길이와 엔진 진동의 정도 등을 고려하여 적정한 수가 구비되도록 함이 바람직하다. 한편, 플렉시블 조인트(11)는 금속이나 내열성의 탄성체로 제작될 수 있다.
디젤여과필터(DPF)(200) 내측에 구비되는 디젤산화촉매(DOC)는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 또는 이들을 소정비율로 포함하는 금속 등으로 이루어질 수 있으며, 디젤여과필터(DPF)(200) 내측면에 코팅처리되어 HC와 CO의 산화를 촉진하도록 할 수 있다.
또한, 디젤산화촉매(DOC)는 배기가스의 흐름과 나란하게 형성된 다수의 관통홀이 형성된 벌집 형상의 다공성 부재(촉매담체)에 코팅되어 디젤여과필터(DPF)(200) 내부에 구비되도록 함으로써, 배기가스와의 접촉면적을 크게 증대할 수 있다. 이로 인해, 촉매기능이 향상되어 HC와 CO의 산화반응은 광범위한 범위에서 일어나게 되고, 그 결과 HC와 CO는 효과적으로 저감될 수 있다.
그리고 디젤여과필터(DPF)(200)는 엔진(2)에서 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질(PM)을 필터로 걸러 포집하며, 이렇게 포집된 입자상 물질(PM)은 주기적으로 연소된 후 제거된다. 이렇게 디젤여과필터(DPF)(200)를 통과한 배기가스는 믹싱파이프(300) 내로 유입된다.
믹싱파이프(300)는 디젤여과필터(DPF)(200)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 상호 간을 연통하는 구성요소이자 믹싱파이프(300)의 일측이 분사장치(310)와 연통되어 환원제가 내측으로 분사되는 곳으로, 일단부가 디젤여과필터(DPF)(200)의 타단부와 연통하고 타단부는 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)와 연통하는 파이프 형상의 부재이다.
이때, 분사되는 환원제는 디젤여과필터(DPF)(200)를 통과한 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 화학반응을 일으켜 질소산화물을 환원시키는 것으로, 주로 요소(Urea) 또는 암모니아(NH3)가 사용될 수 있다.
분사장치(310)의 제어하여 요소를 믹싱파이프(300) 내측으로 분사하는 경우, 분사된 요소는 암모니아와 물로 변환되고, 이러한 암모니아와 물은 상기 디젤여과필터(DPF)(200)를 통과한 배기가스와 믹싱파이프(300) 내에서 혼합된다.
환원제와 배기가스의 균일한 혼합을 위해 믹싱파이프(300) 내에 와류발생 구조물(미도시)을 형성하고 분사장치(310)를 상기 와류발생 구조물 근처에 연결하여 환원제가 분사되도록 할 수 있다.
이렇게 믹싱파이프(300) 내에서 혼합된 환원제와 배기가스는 후술할 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 내로 유입된다.
한편, 믹싱파이프(300)도 전술한 배기파이프(10)와 마찬가지로, 엔진 구동에 따른 진동을 보다 효과적으로 저감시키고, 열팽창에 따른 변형을 방지하기 위해 일측에 적어도 하나 이상의 플렉시블 조인트(11)에 의해 연결되는 연결부를 구비할 수 있다. 이러한 플렉시블 조인트(11)는 금속이나 내열성의 탄성체로 제작될 수 있다.
선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 상기 믹싱파이프(300) 내에서 배기가스와 혼합된 환원제가 상기 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 반응하여 질소(N2)와 물(H2O)로 변환되는 화학반응만을 선택적으로 활성화시켜 반응속도를 촉진하는 장치로, 상기 믹싱파이프(300)의 타단부와 연통되어 상기 카울프레임(100) 상단부에 장착되게 된다. 이러한 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 상기 디젤여과필터(DPF)(200)를 통해 HC, CO 및 입자상 물질(PM)이 저감된 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 제거하기 위한 2차적인 저감장치에 해당한다.
이러한 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 디젤여과필터(DPF)(200)와 마찬가지로 엔진 출력 및 배기가스량에 따라 다양한 크기와 형상으로 제작될 수 있지만, 고온, 고압으로 유입되는 배기가스로 인한 충격을 효과적으로 완충시킬 수 있도록 원통형상으로 형성하되, 양단부는 서로 대향하는 반구형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉 단면이 타원형태가 되도록 하는 것이다.
그리고 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 엔진(2)에 장착되는 것이 아니고, 엔진(2)과 인접하는 메인프레임(4) 일측에 장착되는 카울프레임(100) 상단부에 설치되므로, 엔진 구동에 따른 진동 및 작업 하중으로 인한 영향을 거의 받지 않게 된다. 따라서, 진동으로 인하여 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)의 용접부 또는 믹싱파이프(300)와의 연결부 등에 발생할 수 있는 크랙이나 파손과 같은 변형이 방지될 수 있다.
이러한 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 디젤여과필터(DPF)(200)와 마찬가지로 고정부(500)를 통해 카울프레임(100) 상단부에 고정될 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 것처럼, 디젤여과필터(DPF)(200)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 상기 카울프레임(100)의 길이방향(도 1의 상하방향)과 수평상태에서 서로 나란하게 병렬형태로 장착되도록 하여 카울프레임(100) 상단부의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다. 이렇게 도 1에 도시된 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 및 디젤여과필터(DPF)(200)의 배치는 수평면상에서 직각으로 회전된 배치로 변경할 수 있음은 물론이다.
한편, 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)와 카울프레임(100) 상단부는 고정부(500)에 의해 결합될 수 있다. 고정부(500)는 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)의 하단부를 지지하고 상기 카울프레임(100) 상단부(구체적으로 고정브래킷(110) 상면)에 고정되는 탄성체인 받침부재(510)와, 상기 받침부재(510) 양단부에 구비되어 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)의 외주면을 감싸 고정하는 체결밴드(520)로 이루어질 수 있다.
이때, 받침부재(510)는 지지되는 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 하단부의 외주면과 대응하는 형상으로 이루어져 밀착되며, 엔진 구동에 따른 진동을 저감할 수 있도록 탄성을 갖는 내열성 합성수지 등으로 형성될 수 있다. 이러한 받침부재(510)는 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)를 안정적으로 지지하기 위해 적어도 2개 이상이 구비되도록 한다.
그리고 체결밴드(520)는 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)의 외주면을 감싸 고정할 수 있도록 한 쌍으로 이루어지되, 상기 받침부재(510) 양단부와 힌지결합을 통해 회동하도록 하며, 한 쌍의 체결밴드(520) 상호 간의 결합은 나사결합 등의 다양한 결합방식이 적용될 수 있다. 이러한 체결밴드(520)를 통해 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 받침부재(510) 상에 단단히 고정될 수 있다.
선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 내측에 구비되는 촉매는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium) 또는 이들을 소정비율로 포함하는 혼합물 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 촉매는 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 내측면에 코팅처리됨으로써 배기가스 중 질소산화물의 환원반응을 촉진할 수 있다.
또한, 이러한 촉매는 디젤산화촉매(DOC)와 마찬가지로 배기가스의 흐름과 나란하게 형성된 다수의 관통홀이 형성된 벌집 형상의 다공성 부재(촉매담체)에 코팅되어 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400) 내부에 구비되도록 함으로써, 배기가스와의 접촉면적을 크게 증대할 수 있다. 이로 인해, 촉매기능이 향상되어 배기가스 중 질소산화물의 환원반응은 광범위한 범위에서 일어나게 되고, 그 결과 배기가스 중 질소산화물은 보다 효과적으로 저감될 수 있다.
그리고 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 이렇게 질소산화물이 저감된 배기가스를 배출파이프(410)를 통해 외부로 방출하게 된다. 이때, 배출파이프(410)는 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)와 믹싱파이프(300)가 연결되는 측의 반대 측에 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)는 상기 환원제를 매개로 한 배기가스 내 질소산화물(NOx)의 환원반응을 촉진하여 질소산화물과 같은 유해가스를 감소시키게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 중장비용 배기가스 저감장치(1)는 일반적으로 사용되는 저감장치인 디젤여과필터(DPF)(200)에 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)를 더 구비하여 질소산화물(NOx)을 효과적으로 억제함으로써, 강화된 디젤 엔진 배기가스 규제요건을 충족시킴과 아울러 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
그리고 카울프레임(100) 상단부에 장착된 디젤여과필터(DPF)(200)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400), 배기파이프(10)와 믹싱파이프(300) 일측에 각각 형성된 플렉시블 조인트(11) 및 탄성체로 이루어진 받침부재(510) 등의 구성요소를 유기적으로 결합함으로써, 엔진 구동에 따른 진동으로부터의 영향을 최소화할 수 있게 된다. 이로 인해 저감장치(1)의 내구성은 대폭 증대될 수 있다.
그리고 디젤여과필터(DPF)(200)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치(400)를 각각 양단부가 서로 대향하는 반구형상의 원통형으로 제작함으로써, 고온, 고압으로 유입되는 배기가스로 인한 충격을 효과적으로 완충시킬 수 있어 내구성의 증대를 도모할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 중장비용 배기가스 저감장치에 의하면, 디젤여과필터(DPF)에 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 더 구비함으로써 강화된 디젤 엔진 배기가스 규제요건을 충족시키고, 디젤여과필터(DPF)와 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 카울프레임 상에 장착하는 등의 다양한 방진 장치를 구비함으로써 엔진 구동에 따른 진동으로부터의 영향을 최소화할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 중장비의 메인프레임에 장착되는 엔진과 일단부가 연결되는 배기파이프의 타단부에 구비되는 배기가스 저감장치에 있어서,
    상기 엔진과 인접하는 메인프레임 일측에 장착되어 상기 엔진의 진동에 따른 영향을 저감시키는 카울프레임;
    일단부가 상기 배기파이프의 타단부와 연통되어 상기 카울프레임 상단부에 장착되고, 디젤산화촉매(DOC)를 내측에 구비하며, 입자상 물질을 포집하는 디젤여과필터(DPF);
    일단부가 상기 디젤여과필터(DPF) 타단부와 연통되고, 일측이 환원제를 분사하는 분사장치와 연통되는 믹싱파이프; 및
    상기 믹싱파이프의 타단부와 연통되어 상기 카울프레임 상단부에 장착되고, 상기 분사된 환원제와 배기가스 내의 질소산화물(NOx) 간의 환원반응을 촉진하는 선택적 촉매환원(SCR) 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중장비용 배기가스 저감장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디젤여과필터(DPF)와 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치는, 원통형으로 이루어지되 양단부는 서로 대향하는 반구형상으로 형성되며, 각각은 상기 카울프레임 상에서 서로 나란하게 장착되는 것을 특징으로 하는 중장비용 배기가스 저감장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기파이프 및 상기 믹싱파이프 중 적어도 어느 한측에는 하나 이상의 플렉시블 조인트로 연결되는 연결부가 구비되는 것을 특징으로 하는 중장비용 배기가스 저감장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 카울프레임과 상기 디젤여과필터(DPF) 및 선택적 촉매환원(SCR) 장치와의 결합은,
    상기 디젤여과필터(DPF)와 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치의 하단부를 지지하고 상기 카울프레임 상단부에 고정되는 탄성체인 받침부재와, 상기 받침부재 양단부에 구비되어 상기 디젤여과필터(DPF)와 상기 선택적 촉매환원(SCR) 장치의 외주면을 감싸 고정하는 체결밴드를 포함하는 고정부를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 중장비용 배기가스 저감장치.
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