KR102008216B1 - 우레아 농도 측정 센서 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 우레아 농도 측정 센서 구조체는, 초음파 센서에서 발생된 신호를 반사시키는 반사판을 지지부재로부터 수평으로 직각되게 구부리면서 초음파 센서측으로 볼록하게 만곡 형성하여 반사파 방향의 지향성을 완화시킨 구조이기 때문에 반사판의 미세한 조립 편차(오차)로 인한 초음파 센서의 수신 감도 저하 및 오동작을 미연에 방지하여 제품 신뢰도를 높일 수 있는 것임.
Description
본 발명은 우레아 농도 측정 센서 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파 센서와 반사판을 이용하여 우레아 탱크에 저장된 우레아 수용액의 농도 및 이물질(우레아 수용액 외의 용액)을 측정할 수 있는 우레아 농도 측정 센서 구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤엔진에서 배출되는 배기가스에는 NOx가 포함되어 있으며, 이는 심각한 대기오염을 유발하는 원인이 되어 왔다. 따라서 이러한 NOx를 제거하기 위한 방법이 다양하게 제안되고 있으며, 그 중 하나가 촉매적환원방법이다.
촉매적 환원방법의 대표적인 것이 SCR(Selective catalytic reduction) 시스템이며, 이러한 SCR 시스템은 우레아(UREA, CO(NH₂)₂)를 환원제로 사용하여 SCR 촉매에 공급하도록 하는 것으로서, NOx가 효과적으로 감소하는 것으로 알려져 있다.
SCR 시스템은 통상적으로 디젤엔진, SCR 촉매, 환원제 분사장치, 환원제 압송펌프, 환원제 보관탱크, 보관탱크 내부의 환원제 수위를 감지하는 수위 센서 및 각종 센서가 구비된 제어장치, 엔진제어장치와 같은 장치들로 구성되어 있다.
SCR 시스템은 NOx를 정화하기 위한 환원제로 우레아 분사에 의해 발생되는 NH₃(암모니아)를 사용하며, 암모니아는 NOx에 대한 선택도가 매우 우수할 뿐만 아니라 산소가 존재하는 경우에도 NOx와 NH₃사이의 반응이 촉진되는 장점이 있다.
SCR 시스템의 NOx 정화성능을 일정수준으로 이상으로 유지하기 위해 우레아 수용액을 분사하고, 우레아 수용액의 증발 및 분해에 따라 생성되는 NH₃를 취득하여 SCR촉매의 내부에 NH₃의 흡착량을 유지시킨다. 통상적으로 우레아 수용액의 주입량을 증가시키게 되면 NOx 정화율도 증가하는 경향을 보이나, 일정량 이상의 우레아 수용액을 주입하게 되면 생성된 NH₃가 분해되지 않거나 반응하지 않고 남게 되어 대기중으로 배출되어 더 심각한 환경오염을 유발시키게 되는 문제점이 발생한다.
특히, 과도한 NH₃의 생성으로 인하여 배기관을 통해 배출되는 경우 악취를 유발시키게 되어 차량의 품질을 저하시키는 문제점을 발생시킨다. 따라서 우레아 수용액의 주입량을 적정하게 유지시키면서 NOx의 정화율을 높이는 것이 매우 중요하다.
반대로 우레아 수용액의 분사량이 모자라는 경우에는 NOx 정화효율의 저하로 연결되어 배출가스의 안정화를 제공하지 못하는 문제점을 발생시킨다.
결과적으로 SCR 시스템은 배출가스 상류에 우레아를 분무하여 NOx성분과 우레아가 선택적으로 반응하여, NOx를 N₂와 H₂O로 환원시키도록 되어 있으며, 적절한 양의 우레아를 분무하는 것이 필요하다.
또한, 환원제인 우레아(요소수)가 농도에 맞게 사용되지 않고, 물과 같은 이물질이나 불순물 등이 섞인 불량 요소수를 환원제로 사용하는 경우 SCR 시스템이 NOx를 정화시킬 수 없게 되어, 결과적으로 대기오염에 심각한 영향을 주게 된다.
결론적으로, 우레아의 농도가 최적인 상태를 유지하여야만 SCR 시스템의 효율이 최상이 되며, 이를 위해서는 우레아의 농도를 측정하는 것이 매우 중요하다 할 것이다.
종래의 경우에는 우레아 탱크의 내부에 초음파 센서가 반사되어 다시 초음파 센서쪽으로 되돌아가도록 초음파 센서의 발신자 중심선상에 2개의 반사판을 배치하고, 이들 반사판이 초음파의 이동경로와 수직이 되도록 구성하여 왔었다.
그러나 이 경우, 초음파 센서와 반사판이 수직이 되지 않을 경우 정확한 초음파 신호를 수신할 수 없기 때문에 센서정확도가 떨어진다는 문제점이 있었다.
또한, 반사판이 우레아 탱크의 내부에 조립될 때나 반사판의 제작이 일정치 않을 경우 조립 편차(오차)로 인하여 초음파 센서의 수신 감도 저하 및 오동작 원인이 될 뿐만 아니라 애프터 서비스 비용을 증가시키는 등의 제품 신뢰도를 저하시킨다는 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로서, 만곡형 반사판에 의해 반사파 방향의 지향성을 완화시킴으로써 반사판의 미세한 조립 편차(오차)로 인한 초음파 센서의 수신 감도 저하 및 오동작을 미연에 방지하여 제품 신뢰도를 높일 수 있는 우레아 농도 측정 센서 구조체를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체는, 우레아 수용액을 저장하는 우레아 탱크와, 상기 우레아 탱크의 내부 바닥에 설치되는 초음파 센서 및 측정보조부재를 포함하며, 상기 측정보조부재는, 상기 초음파 센서의 상면 일측 가장자리에 설치되는 지지부재와, 상기 지지부재의 상부 및 하부에 돌출되어 초음파 센서에서 발생된 신호를 각각 반사시키는 제1 및 제2 만곡형 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 제1 및 제2 만곡형 반사판은 상기 지지부재의 상부 및 하부에 대해 상기 초음파 센서의 발신자 중심선상과 일치하도록 만곡되게 수직으로 각각 형성된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 제1 및 제2 만곡형 반사판은 상기 지지부재로부터 각각 일부 절개되어 수평으로 직각되게 각각 구부러질 때 하부로 볼록하도록 만곡 형성된 것을 특징으로 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 제1 만곡형 반사판의 수평 길이보다 제2 만곡형 반사판의 수평 길이가 1.5 ~ 2배 정도 짧게 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 우레아 농도 측정 센서 구조체는, 초음파 센서에서 발생된 신호를 반사시키는 반사판을 지지부재로부터 수평으로 직각되게 구부리면서 초음파 센서측으로 볼록하게 만곡 형성하여 반사파 방향의 지향성을 완화시킨 구조이기 때문에 반사판의 미세한 조립 편차(오차)로 인한 초음파 센서의 수신 감도 저하 및 오동작을 미연에 방지하여 제품 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체가 우레아 탱크의 내부에 설치된 상태를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체가 우레아 탱크의 우레아 수용액에 침수된 상태를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체가 우레아 탱크의 우레아 수용액에 침수된 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체가 우레아 탱크의 내부에 설치된 상태를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체가 우레아 탱크의 우레아 수용액에 침수된 상태를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체(100)는 우레아 탱크(90)는 내부에 설치되는 초음파 센서(110) 및 측정보조부재(120)를 포함한다.
즉, 상기 우레아 탱크(90)는 내부에 우레아 수용액을 저장하며, 우레아 수용액의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해 열전도율이 낮은 합성수지 등으로 제작될 수 있다. 이와 같이 우레아 탱크(90)는 합성수지로 제작됨으로써 우레아 수용액이 어느점 이하의 저온에서 동결되는 것을 억제할 수 있다.
상기 초음파 센서(110)는 상기 우레아 탱크(90)의 바닥면에 설치된다.
상기 측정보조부재(120)는 상기 초음파 센서(110)에서 발생되는 신호에 의해 우레아 탱크(90)에 저장된 우레아 수용액의 농도 및 이물질(우레아 수용액 외의 용액)을 측정하게 한다.
즉, 상기 측정보조부재(120)는, 상기 초음파 센서(110)의 상면 일측 가장자리에 설치되는 지지부재(122)와, 상기 지지부재(122)의 상부 및 하부에 상기 지지부재로부터 수직으로 돌출되어 초음파 센서(110)에서 발생된 신호를 각각 반사시키는 제1 및 제2 만곡형 반사판(24a)(124b)을 포함한다.
상기 지지부재(122)는 상기 초음파 센서(110)의 상면 일측 가장자리에 일정 높이로 세워진 평판으로 형성된다.
상기 제1 및 제2 만곡형 반사판(124a)(124b)은 상기 지지부재(122)의 상부 및 하부에 대해 상기 초음파 센서(110)의 발신자 중심으로부터의 연장선 상에 위치하도록 만곡부를 형성하면서 지지부재로부터 수직으로 각각 형성된다.
이때, 상기 제1 및 제2 만곡형 반사판(124a)(124b)은 상기 지지부재(122)로부터 각각 일부가 수평으로 절개되어 지지부재에 대해 직각되게 각각 구부러져, 하부로 볼록하도록 만곡 형성되어진다.
상기 제1 만곡형 반사판(124a)의 수평 길이보다 제2 만곡형 반사판(124b)의 수평 길이가 1.5 ~ 2배 정도 짧게 형성하는 것이 바람직하다.
다음은, 이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 우레아 농도 측정 센서 구조체(100)의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
우레아 탱크(90)의 바닥면에는 초음파 센서(110)가 설치되고, 이 초음파 센서(110)의 상면 일측 가장자리에는 측정보조부재(120)가 설치된다.
즉, 초음파 센서(110)에서 발생된 신호를 각각 반사시키는 제1 및 제2 만곡형 반사판(124a)(124b)을 지지부재(122)로부터 상하 일정 간격을 두고 수평으로 직각되게 각각 구부리면서 초음파 센서(110)측으로 볼록하게 만곡 형성하여 반사파 방향의 지향성을 완화시킨 구조이기 때문에 제1 및 제2 만곡형 반사판(124a)(124b)의 미세한 조립 편차(오차)로 인한 초음파 센서(110)의 수신 감도 저하 및 오동작을 미연에 방지하여 제품 신뢰도를 높일 수 있다.
특히 제1 및 제2 만곡형 반사판(124a)(124b)은 우레아 탱크(90)의 내부에 조립될 때나 반사판의 제작이 일정치 않을 경우에 발생될 수 있는 조립 편차(오차)를 보정해 주기 때문에 초음파 센서(110)의 수신 감도 저하 및 오동작을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 애프터 서비스로 인한 비용 증가를 없앨 수 있다.
상기와 같이 설치된 우레아 농도 측정 센서 구조체(100)의 우레아 탱크(90)에 저장된 우레아 수용액의 농도는 물론 이물질(우레아 수용액 외의 용액)을 측정할 수 있다.
즉, 초음파 센서(110)에서 발생한 신호가 도 2에 표시한 점선과 같이 지지부재(122)의 제1 및 제2 만곡형 반사판(124a)(124b)에 각각 반사되어 다시 초음파 센서(110)로 도달함으로써 우레아 탱크(90)의 바닥면에서부터 제1 및 제2 만곡형 반사판(124a)(124b)까지의 거리와 신호의 도달시간에 의해 우레아 수용액의 농도 및 이물질(우레아 수용액 외의 용액)을 측정할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
90 : 우레아 탱크 100 : 우레아 농도 측정 센서 구조체
110 : 초음파 센서 120 : 측정보조부재
122 : 지지부재 124a : 제1 만곡형 반사판
124b : 제2 만곡형 반사판
110 : 초음파 센서 120 : 측정보조부재
122 : 지지부재 124a : 제1 만곡형 반사판
124b : 제2 만곡형 반사판
Claims (4)
- 우레아 수용액을 저장하는 우레아 탱크와,
상기 우레아 탱크의 내부 바닥에 설치되는 초음파 센서 및 측정보조부재를 포함하며,
상기 측정보조부재는,
상기 초음파 센서의 상면 일측 가장자리에 설치되는 지지부재와,
상기 지지부재의 상부 및 하부에 돌출되어 초음파 센서에서 발생된 신호를 각각 반사시키는 제1 및 제2 만곡형 반사판을 포함하되,
상기 제1 및 제2 만곡형 반사판은 상기 지지부재의 상부 및 하부에 대해 상기 초음파 센서의 발신자 중심으로부터 연장선 상에 위치하면서 하부로 볼록하도록 만곡 형성하도록, 각각 상기 지지부재로부터의 일부가 수평으로 절개되어 상기 지지부재에 대해 직각되게 형성되고,
상기 제1 만곡형 반사판의 수평 길이보다 제2 만곡형 반사판의 수평 길이가 1.5 ~ 2배 정도 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 우레아 농도 측정 센서 구조체. - 삭제
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20190121 Patent event code: PE09021S01D |
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