KR20120130603A - Ｓｃｒ시스템의 환원제 믹싱장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키는 SCR시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR촉매의 상류 측에서 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시켜 환원제를 배기가스 내에 균일하게 혼합시키는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 SCR시스템의 환원제 믹싱장치는, SCR의 상류 측에 설치되는 환형의 몸체; 및 상기 몸체의 일단에서 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점을 향해 방사형으로 연장되는 복수의 블레이드;를 포함하고, 상기 복수의 블레이드는 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점을 향해 만곡되어 돌출하며, 상기 블레이드들의 각 자유단부들은 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점에 인접하여 부분적으로 중첩되고, 상기 블레이드들의 각 자유단부들이 인접한 상기 프레임의 중심선 상의 일측지점에는 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＳＣＲ시스템의 환원제 믹싱장치{APPARATUS FOR MIXING REDUCING AGENT OF SCR SYSTEM}

본 발명은 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키는 SCR시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR촉매의 상류 측에서 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시켜 환원제를 배기가스 내에 균일하게 혼합시키는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치에 관한 것이다.

디젤엔진은 엔진 내부로 분사된 연료가 피스톤의 압축으로 인한 온도상승으로 자기 착화를 일으켜 연소된다. 이와 같은 과정에서 연료와 공기의 불균일성 등으로 불완전 연소가 일어나며, 이때 미연 탄소와 같은 입자상물질(PM)이 발생된다. 이와 같은 매연은 호흡을 통하여 인체에 심각한 질병을 유발시킬 수가 있으며, 특히 디젤차량의 증가와 함께 사회적인 문제로 대두되고 있으며, 이러한 디젤 차량은 배기가스 중에 포함된 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 입자상물질(PM), 질소산화물(NOx) 등을 처리하여 배기가스를 정화시키는 다양한 배기가스 후처리장치가 개발되고 있다.

이러한 배기가스 후처리장치에는 배기가스 중 포함된 탄화수소와 일산화탄소의 성분을 각각 촉매에 의한 산화반응으로 물과 이산화탄소로 변환시켜 주는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst: 디젤산화촉매), 배기가스 중 포함된 매연 등과 같은 입자상물질을 포집하였다가 배기가스의 열에 의해 재생 연소시키는 DPF(Diesel Particulate Filter; 입자상물질 필터), 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 촉매를 이용하여 물과 질소로 환원시켜 주는 SCR(Selective Catalytic Reduction: 선택적 촉매 환원장치) 등이 개발되고 있다.

특히, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 열효율이 높고 이산화탄소의 배출량이 적지만, 입자상물질(PM)과 질소산화물(NOx)의 배출량이 가솔린엔진 보다 많은 단점이 있었다. 최근에는 디젤엔진의 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키기 위하여 LNT(Lean NOx Trap) 또는 SCR시스템 등과 같은 배기가스 후처리시스템이 활발하게 연구 개발되고 있다.

SCR시스템은 SCR의 전방단 즉, 상류 측에 요소(UREA)수용액 등과 같은 환원제를 분무하는 인젝터가 설치되고, 이러한 인젝터에 의해 분무되는 환원제가 암모니아로 분해되어 배기가스 내의 질소산화물이 환원반응을 통해 물과 질소로 분해 정화된다.

한편, 인젝터를 통해 분사되는 환원제는 SCR에서 반응에 필요한 암모니아로 분해되어 배기가스 내의 질소산화물과 선택적으로 반응하기 때문에 환원제의 분해를 위한 거리 확보 및 배기가스와의 균일한 혼합이 매우 중요한 요소가 된다. 하지만, 종래의 SCR시스템은 그 한정된 레이아웃 내에서 분사되는 환원제의 분무 균일도를 향상시키는데 한계가 큰 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 배기관의 배기가스 측으로 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시킴으로써 환원제를 배기가스측에 보다 효율적으로 혼합시킬 수 있고, 이를 통해 SCR에 의한 질소산화물의 정화효율을 대폭 높일 수 있는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 SCR시스템의 환원제 믹싱장치는,

SCR의 상류 측에 설치되는 환형의 몸체; 및

상기 몸체의 일단에서 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점을 향해 방사형으로 연장되는 복수의 블레이드;를 포함하고,

상기 복수의 블레이드는 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점을 향해 만곡되어 돌출하며, 상기 블레이드들의 각 자유단부들은 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점에 인접하여 부분적으로 중첩되고, 상기 블레이드들의 각 자유단부들이 인접한 상기 프레임의 중심선 상의 일측지점에는 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 각 블레이드의 만곡되는 경사각은 30~60°인 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 블레이드는 8~15개인 것을 특징으로 한다.

상기 몸체의 측면길이와 블레이드의 측면길이를 합한 전체 측면길이는 40~60mm인 것을 특징으로 한다.

상기 몸체의 외주면에는 복수의 탄성아암이 원주방향으로 이격되어 형성되고, 상기 복수의 탄성아암이 상기 환형의 몸체가 설치되는 배기관의 내벽면에 탄성적으로 지지됨에 따라 상기 몸체의 외주면과 상기 배기관의 내벽면은 서로 일정틈새로 이격되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 배기관의 배기가스 측으로 분무되는 환원제의 분무 균일도를 향상시킴으로써 환원제를 배기가스측에 보다 효율적으로 혼합시킬 수 있고, 이를 통해 SCR에 의한 질소산화물의 정화효율을 대폭 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 탄성아암(13)을 통해 몸체(11)의 외주면과 배기관(1)의 내벽면이 이격되고, 이러한 이격틈새를 통과하는 고온의 배기가스는 배기관(1)의 내벽면에 인접한 부분에서 층류(laminar flow, 4)를 형성하며, 이에 배기관(1)의 내벽면 측에서 층류의 흐름이 생성됨에 따라 환원제 즉, 요소수용액의 액적이 벽면 상에서 웨팅(wetting)됨을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치가 적용된 SCR시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선을 따라 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR시스템의 환원제 믹싱장치를 도시한 도면이다.

도 1은 본 발명에 의한 환원제 믹싱장치가 SCR시스템에 적용된 상태를 도시한 도면으로, SCR시스템은 배기관(1)의 일측에 SCR(2)이 설치되고, SCR(2)의 전방측 즉, SCR(2)의 상류 측에는 요소(UREA)수용액 등과 같은 환원제를 분무하는 인젝터(3)가 설치되어 있다.

인젝터(3)로부터 분무되는 환원제는 본 발명의 환원제 믹싱장치(10)에 의해 그 분무 균일도가 향상되어 환원제는 배기관(1)을 통과하는 배기가스와의 혼합이 매우 균일하게 이루어질 수 있다.

본 발명의 환원제 믹싱장치(10)는 SCR(2)의 상류 측에 설치되는 환형의 몸체(11), 몸체(11)의 일단에서 몸체의 중심선 상의 일측지점을 향해 방사형으로 연장되는 복수의 블레이드(15)를 포함한다.

몸체(11)는 배기관(1)의 내경면에 대응하도록 환형으로 형성되고, 이에 몸체(11)는 배기관(1)의 내경면에 용이하게 설치된다. 또한, 몸체(11)의 외주면에는 복수의 탄성아암(13)이 원주방향으로 이격되어 형성되고, 각 탄성아암(13)은 "U"자형 단면 구조로 구성되며, 이에 각 탄성아암(13)의 일측이 배기관(1)의 내벽면에 탄성적으로 지지되고, 이러한 복수의 탄성아암(13)에 의해 환형의 몸체(11)가 배기관(1)의 내면에 일정틈새로 이격되어 설치된다.

이러한 탄성아암(13)을 통해 몸체(11)의 외주면과 배기관(1)의 내벽면이 이격되고, 이러한 이격틈새를 통과하는 고온의 배기가스는 배기관(1)의 내벽면에 인접한 부분에서 층류(laminar flow, 4)를 형성한다(도 1 참조). 이와 같이 본 발명은 배기관(1)의 내벽면 측에서 층류의 흐름이 생성됨에 따라 환원제 즉, 요소수용액의 액적이 벽면 상에서 웨팅(wetting)됨을 효과적으로 방지할 수 있다.

복수의 블레이드(15)는 몸체(11)의 일측에서 몸체(11)의 중심선(K) 상의 일측지점을 향해 방사형으로 연장된다. 특히, 복수의 블레이드(15)는 몸체(11)의 중심선(K) 상의 일측지점을 향해 일정한 경사각(θ)으로 만곡되어 돌출하고, 블레이드(15)들의 각 자유단부(15a)들은 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점에 인접하여 부분적으로 중첩한다. 그리고, 블레이드(15)들의 각 자유단부(15a)들이 인접한 프레임(11)의 중심선 상의 일측지점에는 개구(12)가 형성된다.

한편, 각 블레이드(15)의 경사각(θ)이 30°이하가 되면 환원제의 분산이 적절히 이루어지지 못하고, 각 블레이드(15)의 경사각(θ)이 60°이상이 되면 환원제가 배기관(1)의 내벽면 측으로 너무 치우쳐 분포될 수 있으므로, 각 블레이드(15)의 경사각(θ)은 30~60°임이 바람직하다.

이러한 구성에 의해, 배기관(1)을 통과하는 배기가스 측에 인젝터(3)를 통해 환원제가 분무되고, 이렇게 환원제가 분무된 상태의 배기가스는 블레이드(15)와 충돌한 후에 블레이드(15)들의 자유단부(15a)에 인접한 개구(12)를 통과하면서 소용돌이 난류(5)를 생성하며(도 1 참조), 이러한 소용돌이 난류(5)에 의해 환원제와 배기가스의 혼합 균일도가 대폭 향상되는 장점이 있다.

또한, 환원제의 분무 균일도를 향상시키기 위하여 복수의 블레이드부재(15)는 8~15개인 것이 바람직하다.

그리고, 도 5와 같이 몸체(11)의 폭(L1)과 블레이드(15)의 폭(L2)을 합한 전체 폭의 길이(L1+L2)는 40~60mm임이 바람직하다.

10: 환원제 믹싱장치 11: 몸체
12: 개구 13: 탄성아암
15: 블레이드

Claims (5)

1. SCR의 상류 측에 설치되는 환형의 몸체; 및
   상기 몸체의 일단에서 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점을 향해 방사형으로 연장되는 복수의 블레이드;를 포함하고,
   상기 복수의 블레이드는 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점을 향해 만곡되어 돌출하며, 상기 블레이드들의 각 자유단부들은 상기 몸체의 중심선 상의 일측지점에 인접하여 부분적으로 중첩되고, 상기 블레이드들의 각 자유단부들이 인접한 상기 프레임의 중심선 상의 일측지점에는 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 각 블레이드의 만곡되는 경사각은 30~60°인 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 블레이드는 8~15개인 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 몸체의 측면길이와 블레이드의 측면길이를 합한 전체 측면길이는 40~60mm인 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 몸체의 외주면에는 복수의 탄성아암이 원주방향으로 이격되어 형성되고, 상기 복수의 탄성아암이 상기 환형의 몸체가 설치되는 배기관의 내벽면에 탄성적으로 지지됨에 따라 상기 몸체의 외주면과 상기 배기관의 내벽면은 일정틈새로 이격되는 것을 특징으로 하는 SCR시스템의 환원제 믹싱장치.

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