Some content of this application is unavailable at the moment.
If this situation persist, please contact us atFeedback&Contact
1. (WO2015126034) COOLING DEVICE OF REDUCING-AGENT INJECTION MODULE AND SELECTIVE CATALYST REDUCTION SYSTEM HAVING SAME
Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

4   5  

과제 해결 수단

6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21  

발명의 효과

22   23   24  

도면의 간단한 설명

25   26   27   28   29  

발명의 실시를 위한 최선의 형태

30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

도면

1   2   3   4a   4b   5  

명세서

발명의 명칭 : 환원제 분사 모듈의 냉각 장치 및 이를 갖는 선택적 촉매 환원 시스템

기술분야

[1]
본 발명은 환원제 분사 모듈의 냉각 장치 및 이를 갖는 선택적 촉매환원 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 배기가스 후처리를 위한 환원제 분사 모듈의 냉각 장치 및 이를 갖는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.

배경기술

[2]
선택적 촉매 환원 장치는 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 함유된 공해 물질들을 감소시키기 위한 배기가스 후처리 장치로서 제공될 수 있다. 상기 선택적 촉매 환원 장치는 환원제를 배기가스의 유동 방향으로 분사하기 위한 환원제 분사 모듈을 포함할 수 있다. 엔진 냉각수는 상기 환원제 분사 모듈에 연결된 냉각수 순환 라인을 통해 순환하여 상기 환원제 분사 모듈이 고온의 배기가스에 의해 가열되는 것을 방지할 수 있다.
[3]
그러나, 엔진이 정지할 때 냉각수 펌프도 정지하여 상기 냉각수가 순환하지 않게 된다. 이 경우에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈은 고온의 배기 파이프로부터 계속 가열되어, 상기 환원제 분사 모듈이 열에 의해 변형되거나 상기 환원제 분사 모듈의 분사구가 요소수로부터 증발된 고형물로 인해 막히는 문제점이 있다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[4]
본 발명의 일 과제는 저비용의 향상된 냉각 성능을 갖는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치를 제공하는 데 있다.
[5]
본 발명의 다른 과제는 상술한 냉각 장치를 갖는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공하는 데 있다.

과제 해결 수단

[6]
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 환원제 분사 모듈의 냉각 장치는, 환원제 분사 모듈을 냉각하기 위해 모듈 냉각 채널에 연결되며 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 순환 라인, 상기 모듈 냉각 채널의 전방 및 후방의 냉각수 순환 라인에 접속되어 상기 냉각수 순환 라인이 선택적으로 폐회로가 형성되도록 연결하는 폐회로 순환 라인, 및 상기 폐회로에 구비되고 상기 모듈 냉각 채널로부터 자연대류로 전달된 열을 방출하기 위한 적어도 하나의 방열부를 포함한다.
[7]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈의 냉각 장치는, 상기 폐회로 순환 라인에 구비되어 상기 냉각수의 흐름 방향을 제어하는 폐회로 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
[8]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈은 상기 냉각수가 상기 폐회로 순환 라인을 통해 자연대류가 되도록 상기 방열부보다 수직 방향으로 낮은 위치에 설치될 수 있다.
[9]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 폐회로 제어 밸브는 상기 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 펌프가 정지할 때 상기 폐회로 순환 라인을 개방하여 상기 냉각수를 상기 폐회로를 통해 자연대류 시킬 수 있다.
[10]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각수 순환 라인은 상기 모듈 냉각 채널의 유입부에 연결된 냉각수 공급 라인 및 상기 모듈 냉각 채널의 유출부에 연결되는 냉각수 회수 라인을 포함할 수 있다.
[11]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 냉각수 회수 라인에는 제1 방열부가 배치되고, 상기 냉각수 공급 라인에는 제2 방열부가 배치될 수 있다.
[12]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 폐회로 순환 라인의 일단부는 상기 모듈 냉각 채널의 유출부에 연결된 냉각수 회수 라인에 접속되고, 상기 폐회로 순환 라인의 타단부는 상기 모듈 냉각 채널의 유입부에 연결된 냉각수 공급 라인에 접속될 수 있다.
[13]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방열부는 열 파이프 또는 열 저장고를 포함할 수 있다.
[14]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈은 배기 파이프에 설치되어 상기 배기 파이프 내부로 환원제를 분사할 수 있다.
[15]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 배기 파이프 내에는 선택적 환원촉매가 설치되고, 상기 환원제 분사 모듈은 상기 선택적 환원 촉매의 전방에 설치될 수 있다.
[16]
상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 선택적 촉매 환원 시스템은, 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기 파이프에 설치되고 상기 배기가스 내의 질소산화물을 환원시키기 위하여 상기 배기 파이프 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사 모듈, 상기 환원제 분사 모듈의 모듈 냉각 채널에 연결되는 냉각수 순환 라인, 상기 냉각수 순환 라인에 설치되어 냉각수를 상기 모듈 냉각 채널로 공급하기 위한 냉각수 펌프, 상기 냉각수 순환 라인에 상기 모듈 냉각 채널의 전후방에 접속되고 상기 모듈 냉각 채널을 통과하는 폐회로를 구성하기 위한 폐회로 순환 라인, 및 상기 폐회로에 구비되고 상기 모듈 냉각 채널로부터 자연대류로 전달된 열을 방출하기 위한 적어도 하나의 방열부를 포함한다.
[17]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 선택적 촉매 환원 시스템은, 상기 냉각수 순환 라인에 상기 폐회로 순환 라인을 접속시키고 상기 냉각수의 흐름 방향을 제어하는 폐회로 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
[18]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 폐회로 제어 밸브는 상기 냉각수 펌프가 정지할 때 상기 폐회로 순환 라인을 개방하여 상기 냉각수를 상기 폐회로를 통해 자연대류 시킬 수 있다.
[19]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방열부는 상기 냉각수 순환 라인의 냉각수 회수 라인에 배치된 제1 방열부 및 상기 냉각수 순환 라인의 냉각수 공급 라인에 배치된 제2 방열부를 포함할 수 있다.
[20]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방열부는 파이프 또는 저장고를 포함할 수 있다.
[21]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 배기 파이프 내에서 상기 환원제 분사 모듈의 후방에 설치되는 선택적 환원 촉매를 더 포함할 수 있다.

발명의 효과

[22]
예시적인 실시예들에 따르면, 냉각수 펌프가 동작 중일 때에는 냉각수가 냉각수 순환 라인을 통해 순환하여 환원제 분사 모듈을 냉각시키고, 상기 냉각수 펌프가 정지 중일 때에는 상기 냉각수 순환 라인과 독립적인 별도의 폐회로가 구성되고 상기 냉각수는 상기 폐회로를 통해 자연대류하여 상기 환원제 분사 모듈을 냉각시킬 수 있다.
[23]
따라서, 엔진이 정지한 후에 상기 환원제 분사 모듈을 냉각시키기 위하여 별도의 고가의 전기 펌프와 같은 장비를 사용하지 않고도 단순한 폐회로를 구성하여 자연 대류 현상을 통해 상기 환원제 분사 모듈을 원하는 온도 범위로 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 원가를 절감하고 엔진 시스템의 장비 설치 공간을 증가시킬 수 있다.
[24]
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

도면의 간단한 설명

[25]
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 도면이다.
[26]
도 2는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 블록도이다.
[27]
도 3은 도 1의 환원제 분사 모듈의 냉각 장치를 나타내는 단면도이다.
[28]
도 4a 및 도 4b는 도 3의 냉각 장치의 방열부의 다양한 구조들을 나타내는 도면들이다.
[29]
도 5는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템에서의 환원제 분사 모듈의 냉각 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

[30]
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
[31]
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
[32]
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
[33]
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
[34]
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
[35]
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
[36]
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
[37]
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 1의 환원제 분사 모듈의 냉각 장치를 나타내는 단면도이다. 도 4a 및 도 4b는 도 3의 냉각 장치의 방열부의 다양한 구조들을 나타내는 도면들이다.
[38]
도 1 내지 도 4b를 참조하면, 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스 내의 질소산화물을 환원시키기 위하여 환원제를 분사하는 환원제 분사 모듈(60)을 구비하는 선택적 촉매 환원(selective catalyst reduction, SCR) 장치, 및 환원제 분사 모듈(60)을 냉각시키기 위한 환원제 분사 모듈의 냉각 장치를 포함할 수 있다.
[39]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 SCR 장치는 배기 파이프(50) 내에 설치되는 선택적 환원 촉매(44) 및 선택적 환원 촉매(52)의 전방에서 배기 파이프(50) 내에 환원제를 분사하기 위한 환원제 분사 모듈(60)을 포함할 수 있다. 또한, 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst, DOC) 장치(42)가 상기 SCR 장치의 전방에 구비될 수 있다.
[40]
환원제 분사 모듈(60)은 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스 내의 질소산화물을 환원시키기 위하여 우레아와 같은 환원제를 분사할 수 있다. 엔진(10)으로부터 배출된 배기가스의 온도는 수백 ℃에 이르는 고온이므로, 배기 파이프(50) 내에 분사된 상기 환원제는 곧바로 기화될 수 있다. 기화된 환원제는 배기가스와 혼합되고, 상기 환원제와 상기 질소산화물을 선택적 환원 촉매(52)를 이용하여 촉매 반응시켜 상기 질소산화물을 질소 가스와 물로 환원시킬 수 있다.
[41]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈의 냉각 장치는 환원제 분사 모듈(60)의 모듈 냉각 채널(62)에 연결되는 냉각수 순환 라인(80), 냉각수 순환 라인(80)에 설치되어 냉각수를 모듈 냉각 채널(62)로 공급하기 위한 냉각수 펌프(70), 냉각수 순환 라인(80)에 접속되고 모듈 냉각 채널(62)을 통과하는 폐회로(100)를 구성하기 위한 폐회로 순환 라인(102), 및 폐회로(100)에 구비되고 모듈 냉각 채널(62)로부터 폐회로(100) 내의 상기 냉각수에 의한 자연대류로 전달된 열을 방출하기 위한 적어도 하나의 방열부(100)를 포함할 수 있다.
[42]
냉각수 순환 라인(80)은 냉각수 펌프(70)를 환원제 분사 모듈(60)의 모듈 냉각 채널(62)의 유입부(64)로 연결시키기 위한 냉각수 공급 라인(82) 및 모듈 냉각 채널(62)의 유출부(66)를 냉각수 펌프(70)로 연결시키기 위한 냉각수 회수 라인(84)를 포함할 수 있다.
[43]
폐회로 순환 라인(102)은 냉각수 순환 라인(80)에 모듈 냉각 채널(62)의 전후방에서 접속될 수 있다. 구체적으로, 폐회로 순환 라인(102)의 일단부는 냉각수 회수 라인(84)에 접속되고 폐회로 순환 라인(102)의 타단부는 냉각수 공급 라인(82)에 접속되어 폐회로(100)를 구성할 수 있다. 예를 들면, 냉각수 순환 라인(80) 및 폐회로 순환 라인(102)은 호스, 파이프 등을 포함할 수 있다.
[44]
방열부(110)는 냉각수 공급 라인(82)에 배치된 제1 방열부(110A) 및 냉각수 회수 라인(84)에 배치된 제2 방열부(110B)를 포함할 수 있다. 제1 방열부(110A)는 냉각수 공급 라인(82)의 일부분(82a)에 배치되고 제2 방열부(110B)는 냉각수 회수 라인(84)의 일부분(84a)에 배치되어 환원제 분사 모듈(60)로부터 전달된 열을 냉각시키는 역할을 수행할 수 있다. 제3 방열부(도시되지 않음)가 폐회로 순환 라인(102)에 추가적으로 배치될 수 있다.
[45]
이와 다르게, 하나의 방열부가 냉각수 공급 라인(82) 및 냉각수 회수 라인(84) 중 어느 하나에 배치되거나 상기 방열부는 폐회로 순환 라인(102)에만 배치될 수 있다.
[46]
도 3에 도시된 바와 같이, 폐회로(100)는 환원제 분사 모듈(60)의 모듈 냉각 채널(62), 제2 방열부(110B)가 배치된 냉각수 회수 라인(84)의 일부분(84a), 폐회로 순환 라인(102), 및 제1 방열부(110A)가 배치된 제2 냉각수 공급 라인(82)의 일부분(82a)를 포함할 수 있다.
[47]
폐회로(100)는 환원제 분사 모듈(60)의 모듈 냉각 채널(62)을 포함하며 냉각수 순환 라인(80)으로부터 독립적인 폐회로일 수 있다. 폐회로(100) 내부의 밀폐 공간은 냉각수에 의해 채워질 수 있다. 상기 냉각수는 우수한 열 전달 특성을 갖는 유체일 수 있다.
[48]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈의 냉각 장치는 냉각수 순환 라인(80)에 폐회로 순환 라인(102)을 접속시키고 상기 냉각수의 흐름 방향을 제어하는 폐회로 제어 밸브(120)를 더 포함할 수 있다. 폐회로 순환 라인(102)의 일단부는 폐회로 제어 밸브(120)에 의해 냉각수 회수 라인(84)에 접속될 수 있다. 예를 들면, 폐회로 제어 밸브(120)는 3방향 제어 밸브일 수 있다.
[49]
냉각수 펌프(70)가 작동 중일 때에는, 폐회로 제어 밸브(120)는 폐회로 순환 라인(102)을 폐쇄시키고 상기 냉각수를 냉각수 순환 라인(80)을 통해 순환시킬 수 있다. 냉각수 펌프(70)가 정지 중일 때에는, 폐회로 제어 밸브(120)는 폐회로 순환 라인(102)을 개방시키고 상기 냉각수를 폐회로(100)를 통해 자연대류 시킬 수 있다.
[50]
예를 들면, 냉각수 펌프(70)가 정지 중일 때에는 냉각수 순환 라인(80)을 통한 냉각수의 흐름이 정지될 수 있다. 이 경우에 있어서, 폐회로 제어 밸브(120)의 작동에 의해 폐회로 순환 라인(102)이 개방되어 폐회로(100)가 형성될 수 있다. 환원제 분사 모듈(60)은 고온의 배기 파이프(50)에 의해 계속 가열되고, 환원제 분사 모듈(60) 내의 모듈 냉각 채널(62)로부터의 열은 폐회로(100) 내의 냉각수에 의한 자연대류를 통해 제2 방열부(110B) 및 제1 방열부(110A)로 전달된 후, 제1 및 제2 방열부들(110A, 110B)는 전달된 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 따라서, 냉각수 펌프(70)가 정지 중 일 때에도, 폐회로(100) 내의 자연대류를 통해 환원제 분사 모듈(60)을 냉각시킬 수 있다.
[51]
예시적인 실시예들에 있어서, 폐회로(100)에는 체크 밸브(도시되지 않음)가 추가적으로 구비되어 폐회로(100) 내의 유체의 흐름 방향성을 제공할 수 있다. 즉, 상기 체크 밸브에 의해 폐회로(100) 내의 냉각수는 일방향으로 흐를 수 있다. 또한, 폐회로(100)에는 가압부(도시되지 않음)가 추가적으로 구비되어 폐회로(100)의 밀폐 공간의 압력을 상승시킬 수 있다.
[52]
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 환원제 분사 모듈의 냉각 장치는 하나의 냉각수 펌프(70)를 이용하여 환원제 분사 모듈(60)과 함께 엔진(30), 터보 차저(도시되지 않음) 등을 함께 냉각시킬 수 있다. 이와 다르게, 상기 냉각 장치는 환원제 분사 모듈(60)만을 냉각시키고, 상기 엔진, 상기 터보 차저 등은 별도의 냉각수 펌프를 이용하여 냉각시킬 수 있다.
[53]
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 방열부는 다양한 형태의 냉각 구조물들을 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 방열부는 열 파이프(112)를 포함할 수 있다. 열 파이프(112)는 지그재그 형상으로 연장할 수 있다. 열 파이프(112)는 우수한 열 전달율을 갖는 금속이나 합성 수지를 포함할 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 방열부는 열 저장고를 포함할 수 있다. 상기 열 파이프 및 상기 열 저장고의 재질, 열 용량 및 냉각 성능 등은 환원제 분사 모듈(60)의 가열 온도, 동작 온도 범위 등을 고려하여 결정될 수 있다.
[54]
이하에서는, 상기 선택적 촉매 환원 시스템의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
[55]
도 5는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템에서의 환원제 분사 모듈의 냉각 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
[56]
도 1 내지 도 5를 참조하면, 엔진(10)에 연료 가스가 공급되어 엔진(10)을 동작시키고, 엔진(10)으로부터 배출된 배기가스는 배기가스 후처리 장치를 통해 배출될 수 있다.
[57]
먼저, 연료 가스는 연료 공급부(도시되지 않음)으로부터 공급되고 터보 차저(20)를 지나 공급되는 공기와 믹서(16)에서 혼합된 후, 엔진(10)의 흡기 매니폴드(12)에 공급될 수 있다. 이 때, 터보 차저(20)를 지나 엔진(10)으로 공급되는 공기는 인터쿨러(22)에 의해 냉각될 수 있다. 한편, 엔진(10)의 배기 매니폴드(14)로부터 배출된 배기가스는 터보 차저(20)를 지나 배기 파이프(50)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
[58]
터보 차저(20)를 통과한 배기가스는 디젤 산화 촉매(DOC) 장치(42) 및 선택적 환원 촉매(44)를 통과하여 외부로 배출될 수 있다. 환원제 분사 모듈(60)은 선택적 환원 촉매(44)의 전방에서 배기 파이프(50) 내에 환원제를 분사할 수 있다. 엔진(10)으로부터 배출된 배기가스의 온도는 수백 ℃에 이르는 고온이므로, 배기 파이프(50) 내에 분사된 상기 환원제는 곧바로 기화될 수 있다. 기화된 환원제는 배기가스와 혼합되고, 상기 환원제와 상기 질소산화물을 선택적 환원 촉매(44)를 이용하여 촉매 반응시켜 상기 질소산화물을 질소 가스와 물로 환원시킬 수 있다.
[59]
상기 환원제 분사 모듈의 냉각 장치는 냉각수 순환 라인(80)을 통해 냉각수를 순환시켜 환원제 분사 모듈(60)이 고온의 배기가스에 의해 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다.
[60]
예시적인 실시예들에 있어서, 엔진(10)의 동작 여부에 따른 냉각수 펌프(70)의 동작 여부를 검출한 후(S100), 냉각수 펌프(70)의 동작 여부에 따라 폐회로 제어 밸브(120)의 동작 여부를 결정할 수 있다(S110). 냉각수 펌프(70)는 엔진(10)에 연결되고, 엔진(10)이 동작할 때 냉각수 펌프(70)도 역시 동작하는 반면, 엔진(10)이 정지하며 냉각수 펌프(70)도 정지할 수 있다.
[61]
엔진(10)이 시동되면 엔진(10)에 연결된 냉각수 펌프(70) 역시 동작을 개시하여 냉각수를 냉각수 순환 라인(80)을 통해 순환시킬 수 있다. 콘트롤러(도시되지 않음)는 폐회로 제어 밸브(120)의 동작을 제어하고, 폐회로 제어 밸브(120)는 냉각수 회수 라인(84)을 개방하여 냉각 순환 회로를 구성할 수 있다(S120). 이 때, 폐회로 순환 라인(102)은 폐회로 제어 밸브(120)에 의해 폐쇄된다. 따라서, 냉각수는 냉각수 순환 라인(80)만을 통해 순환하여 환원제 분사 모듈(60)을 냉각시킬 수 있다(S140).
[62]
한편, 부하운전 직후에 엔진(10)이 정지하면, 냉각수 펌프(70) 역시 동작을 정지하게 되어 냉각수 순환 라인(80)을 통한 냉각수의 순환이 정지하게 된다. 이 때, 폐회로 제어 밸브(120)는 폐회로 순환 라인(102)을 개방시켜 자연대류 폐회로(100)를 구성할 수 있다(S130). 이 때, 냉각수 회수 라인(84)은 폐회로 제어 밸브(120)에 의해 폐쇄된다. 따라서, 냉각수는 자연대류 폐회로(100)만을 통해 순환하여 자연대류를 이용하여 환원제 분사 모듈(60)을 냉각시킬 수 있다(S140).
[63]
예를 들면, 냉각수 펌프(70)가 정지하면 환원제 분사 모듈(60)의 온도는 계속 증가할 수 있다. 폐회로 제어 밸브(120)에 의해 폐회로 순환 라인(102)이 개방되지 않을 경우, 환원제 분사 모듈(60)은 약 150℃ 이상의 온도까지 가열될 수 있다. 폐회로 제어 밸브(120)에 의해 폐회로 순환 라인(102)이 개방되어 폐회로(100)가 형성된 후, 환원제 분사 모듈(60)로부터의 열은 폐회로(100) 내의 냉각수에 의한 자연대류를 통해 제1 및 제2 방열부들(110A, 110B)로 전달된 후, 제1 및 제2 방열부들(110A, 110B)는 전달된 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 상기 제1 및 제2 방열부들이 지그재그 형상이 열 파이프를 가질 경우, 환원제 분사 모듈(60)은 약 110℃ 이하의 온도 범위로 냉각 및 유지될 수 있다.
[64]
상술한 바와 같이, 냉각수 펌프(70)가 동작 중일 때에는 냉각수가 냉각수 순환 라인(80)을 통해 순환하여 환원제 분사 모듈(60)을 냉각시키고, 냉각수 펌프(70)가 정지 중일 때에는 냉각수 순환 라인(80)과 독립적인 별도의 폐회로(100)가 구성되고 상기 냉각수는 폐회로(100)를 통해 자연 대류하여 환원제 분사 모듈(60)을 냉각시킬 수 있다.
[65]
상기 냉각수의 자연대류는 환원제 분사 모듈(60)과 같은 열원이 상기 방열부보다 수직 방향으로 낮은 위치에 설치될 때 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다. 냉각수가 열원에 의해 가열됨에 따라 냉각수는 기화되거나 냉각수의 밀도가 낮아지게 된다. 기화되거나 밀도가 낮아진 냉각수는 상기 폐회로 순환 라인을 따라 상대적으로 높은 위치의 방열부로 상승 이동하여 냉각되고, 이와 함께 상대적으로 높은 밀도의 냉각수는 다시 상대적으로 낮은 위치의 환원제 분사 모듈(60)로 이동함으로써 상기 냉각수는 상기 폐회로 순환 라인을 따라 순환하게 된다. 이러한 자연대류는 환원제 분사 모듈(60)의 냉각이 완료될 때까지 지속될 수 있다.
[66]
따라서, 엔진(10)이 정지한 후에 환원제 분사 모듈(60)을 냉각시키기 위하여 별도의 고가의 전기 펌프와 같은 장비를 사용하지 않고도 단순한 폐회로를 구성하여 자연 대류 현상을 통해 환원제 분사 모듈(60)을 원하는 온도 범위로 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 원가를 절감하고 엔진 시스템의 장비 설치 공간을 증가시킬 수 있다.
[67]
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
[68]
* 부호의 설명
[69]
10: 엔진 12: 흡기 매니폴드
[70]
14: 배기 매니폴드 16: 믹서
[71]
20: 터보 차저 30: 라디에이터
[72]
32: 흡기 매니폴드 34: 배기 매니폴드
[73]
42: 디젤 산화 촉매 장치 44: 선택적 환원 촉매
[74]
50: 배기 파이프 60: 환원제 분사 모듈
[75]
62: 모듈 냉각 채널 70: 냉각수 펌프
[76]
72: 서모 스탯 80: 냉각수 순환 라인
[77]
82: 냉각수 공급 라인 84: 냉각수 회수 라인
[78]
100: 폐회로 102: 폐회로 순환 라인
[79]
110, 110A, 110B: 방열부 120: 폐회로 제어 밸브

청구범위

[청구항 1]
환원제 분사 모듈을 냉각하기 위해 모듈 냉각 채널에 연결되며 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 순환 라인; 상기 모듈 냉각 채널의 전방 및 후방의 상기 냉각수 순환 라인에 접속되어 상기 냉각수 순환 라인이 선택적으로 폐회로가 형성되도록 연결하는 폐회로 순환 라인; 및 상기 폐회로에 구비되고, 상기 모듈 냉각 채널로부터 자연대류로 전달된 열을 방출하기 위한 적어도 하나의 방열부를 포함하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 2]
제 1 항에 있어서, 상기 폐회로 순환 라인에 구비되어 상기 냉각수의 흐름 방향을 제어하는 폐회로 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 3]
제 2 항에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈은 상기 냉각수가 상기 폐회로 순환 라인을 통해 자연대류가 되도록 상기 방열부보다 수직 방향으로 낮은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 4]
제 3 항에 있어서, 상기 폐회로 제어 밸브는 상기 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 펌프가 정지할 때 상기 폐회로 순환 라인을 개방하도록 설치된 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 5]
제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 순환 라인은 상기 모듈 냉각 채널의 유입부에 연결된 냉각수 공급 라인 및 상기 모듈 냉각 채널의 유출부에 연결되는 냉각수 회수 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 6]
제 5 항에 있어서, 상기 냉각수 회수 라인에는 제1 방열부가 배치되고, 상기 냉각수 공급 라인에는 제2 방열부가 배치된 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 7]
제 1 항에 있어서, 상기 방열부는 열 파이프 또는 열 저장고를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 8]
제 1 항에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈은 배기 파이프에 설치되어 상기 배기 파이프 내부로 환원제를 분사하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.
[청구항 9]
제 8 항에 있어서, 상기 배기 파이프 내에는 선택적 환원 촉매가 설치되고, 상기 환원제 분사 모듈은 상기 선택적 환원 촉매의 전방에 설치되는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 냉각 장치.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4a]

[도4b]

[도5]