CN216617626U - 用于混合排放气体和还原剂的混合器及排气管线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于混合排放气体和还原剂的混合器及排气管线，混合器包括盒体(2)和还原剂喷雾器(3)，其中，入口孔(4)和喷雾孔(6)基本沿第一轴线(X)对齐地设置在盒体(2)的两个相反端部处，并且混合器(1)还包括位于盒体(2)的第一内壁(7)以及包括弯管(12)的管道(8)，第一内壁(7)将盒体(2)分割成包括入口孔(4)和喷雾孔(6)的第一腔室(10)以及包括至少一个出口孔(5)的第二腔室(11)，并且，管道(8)设置在第一腔室(10)中，使得管道的第一端部在内部孔(9)处以密封方式穿述第一内壁(7)并且其第二自由端面对喷雾孔(6)。

Description

用于混合排放气体和还原剂的混合器及排气管线

技术领域

本实用新型涉及一种排放气体还原剂混合器。这种混合器通常设置在内燃机的排气管线中。其功能是将还原流体(通常是氨水或尿素水溶液：AUS 32, DEF)与排放气体进行混合，以准备通过至少一种选择性催化还原剂(英文：“选择性催化还原”或SCR)对混合物进行处理以减少氮氧化物。

背景技术

为了实现这种混合器，已知有不同架构。根据可能的实施例，混合器包括盒体以及喷雾器。除了入口孔、出口孔以及喷雾孔之外，盒体被密封闭合。排放气体从入口孔流动穿过盒体直至出口孔。喷雾器设置在盒体的外壁中以将还原剂穿过喷雾孔喷雾到排放气体流通中。

还已知，为了优化还原剂/排放气体混合物，在尽可能长的气体流中喷雾还原剂以增加两种组分的共同流通时间并因此改善混合。为此，虽然发动机和 /或排气舱室中的可用空间通常是有限的，但仍然已知使用形成偏转器、设置在盒体中并且能够偏转排放气体流的的内壁，以在分配给混合器的受限体积中创建尽可能长的流通路径。

本实用新型通过添加以下限制来解决实现混合器的问题：在盒体的两个相反端部处基本上沿轴线对齐地设置入口孔和喷雾孔。

实用新型内容

为了适应这种限制，本实用新型使用气体、排放气体或排放气体与还原剂混合物的偏转器，其由将盒体分成两个舱室的内壁以及包括弯管的管道组成。

本实用新型涉及一种用于混合排放气体和还原剂的混合器，其包括盒体以及还原剂喷雾器，除了入口孔、至少一个出口孔以及喷雾孔之外，该盒体被密封封闭，排放气体盒体中从入口孔流通直到所述至少一个出口孔，喷雾器设置在盒体的外壁中以便通过喷雾孔将还原剂喷雾到排放气体流通中，其中入口孔和喷雾孔基本上沿第一轴线对齐地设置在盒体的两个相反端部处，并且在于，混合器还包括在盒体内部的第一内壁以及包括弯管的管道，第一内壁除了至少一个内部孔以外以密封方式沿基本平行于第一轴线的第一方向将盒体分割成包括入口孔和喷雾孔的第一腔室以及包括所述至少一个出口孔的第二腔室，并且管道设置在第一腔室中，使其第一端部在内部孔处基本沿垂直于第一轴线的第二轴线以密封方式穿过第一内壁并且使其第二自由端面向喷雾孔。

可以单独或组合使用的特定特征或实施例如下：

-弯管放置成面对入口孔，

-管道在弯管和第二端部之间具有基本上沿第一轴线的直线部分，

-内部孔沿第一轴线设置为尽可能远离喷雾孔，使得直线部分尽可能长，

-弯管的角度介于60°和120°之间，优选地介于60°和95°之间，更优选地在介于80°和90°之间且甚至更优选地等于90°，

-第二端部距喷雾孔的距离为管道8的尺寸的一部分，至少等于0.5，优选至少等于0.75且更优选等于1，

-第二端部包括涡流装置，其包括配备有按角度均匀分布的翅片的纵向切口，

-所述至少一个出口孔基本上沿垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线设置，

-第一内壁呈L形，包括基本上平行于XZ平面的第一平面坯件以及基本上平行于XY平面的第二平面坯件，第一坯件容纳内部孔，

-第一内壁还包括管道的位于第一腔室和第二腔室之间的至少一个旁通钻孔，其优选地设置在第一坯件中并且还优选地设置在内部孔附近，所述至少一个旁通钻孔的总截面优选小于管道的截面的30％且更优选地小于20％，

-混合器还包括在包括沿基本平行于第一轴线的方向将第二腔室分割为包括管道的第一端部的第一子腔室以及包括所述至少一个出口孔的第二子腔室的第二内壁，第二内壁包括基本中心的扩散器孔或基本表面均匀分布的穿孔。

根据第二方面，本实用新型涉及一种包括这种混合器的排气管线。

附图说明

通过阅读以下纯粹作为示例并参考附图的描述，将更好地理解本实用新型，其中：

图1示出了根据本实用新型的混合器的实施例的透视图，

图2示出了图1的实施例的透视图，其中盒体开放，

图3示出了图2的混合器的俯视图，

图4示出了具有锥形涡流装置的变型的俯视图，

图5示出了了变型的俯视图，其中弯管的角度为70°。

附图标记列表

1：混合器，2：盒体，3：喷雾器，4：入口孔，5：出口孔，6：喷雾孔， 7：第一内壁，8：管道9：内部孔，10：第一腔室，11：第二腔室，12：弯管， 13：涡流装置，14：切口，16：直线部分，C：气体流通，D：回折，R：直线部。

具体实施方式

参照图1，用于混合排放气体和还原剂的混合器1包括盒体2和还原剂喷雾器3(未示出)，但由指示其轴线和喷雾方向的箭头示出。根据一种可能的实施例，盒体2可以是如图所示的大致平行六面体。除三个孔外：入口孔4、至少一个(此处为两个)出口孔5以及喷雾孔6，该盒体2被密封封闭。这些孔被连接为使得排放气体在盒体2中从入口孔4流通直到所述至少一个出口孔 5。喷雾器3设置在盒体2的外壁中以在排放气体流通中通过喷雾孔6喷雾还原剂。

如有在图2中更具体可见，排放气体流通由箭头C图示。

在这里，还原剂喷雾发生在流通部C的基本直线分支R中，该分支R跟随回折D之后。

本实用新型的一个目的是提供一种混合器1，使得入口孔4和喷雾孔6基本上沿第一轴线X对齐地设置在盒体2的两个相反端部处。

参照图2，混合器1还包括处于盒体2的第一内壁7以及包括弯管12的管8。第一内壁7除至少一个内部孔9以外沿基本上平行于第一轴线X的方向以密封方式将盒体2分割成第一腔室10和第二腔室11。第一内壁7还在其所有端部边缘上连接到盒体2的外壁的内表面。第一腔室10具有入口孔4和喷雾孔6。第二腔室11具有一个或多个出口孔5。

管道8设置在第一腔室10中。管道的第一端部在内部孔9处以基本上沿着垂直于第一轴线X的第二轴线Y的定向以密封方式穿过第一内壁7。相对于定向所优选的垂直，可能存在+/-30°的角度偏移。管道8通过固定至第一内壁7的固定装置在内部孔9中保持在适当位置。第二端部是自由的，原因在于其没有连接至壁。可替代地，根据未示出的实施例，可以以非密封方式将第二端部连接到喷雾孔6附近的壁以加强组件。第二端部设置为面对喷雾孔6。相对于气体流通部C，第一端部在下游，而第二端部在上游。

管道8通过其形状和设置迫使来自入口孔4的排放气体发生回折D，以便通过第二端部进入管道8中，从而继续其流通部C。将喷雾孔6设置为面对第二端部以及喷雾器3及其轴线与第一轴线X对齐允许在管道8和流通C中进行喷雾，即使该流通部C进入管道8中。

管道8可以具有任何形状的截面。由于成本最低，管道8优选地具有如图所示的圆形截面。可替代地，可以保留卵形或椭圆形截面以便在不增加盒体2 高度的情况下增加气体通道截面以降低整体背压。

根据另一个特征，弯管12设置为面对入口孔4。因此弯管12从管8的外部接收进入盒体2的排放气体热流，该弯管设置穿过该盒体2。这导致无论对于弯管12的外壁还是内壁均对弯管12进行加热。

这种加热是有利的，原因在于预料由喷雾器3喷雾到管道8中的还原剂的基本上位于平行于第一轴线X的直线上的一部分可以影响弯管12的内表面的外部弯转。加热使弯管12中的还原剂及其所含水的蒸发能力最大化。这允许减少在该区域上形成液膜。这允许降低固体沉积的风险，其中液膜是该固体沉积的前体。

根据另一个特征，管道8在第二端部和弯管12之间具有基本上沿着第一轴线X的直线部分16。这种直线部分16在轨迹C的直线部分R中引导气体并且有利地对与喷雾器3所喷雾的还原剂的射流对齐。气体由管道8沿直线流 R进行引导，该直线流R因此平行于所喷雾的还原剂，从而促进排放气体和还原剂之间的混合。部分16是直线的事实同样有利地延迟了壁与气体流的相遇，该流有在壁上沉积还原剂的风险。

根据另一个特征，内部孔9设置为尽可能远离喷雾孔6。这里的距离是沿着第一轴线X测量的。这等效于将内部孔9设置为尽可能靠近入口孔4。这允许对于通常受集成可能性限制的盒体2的给定尺寸而言获得使得直线部分16 尽可能长的构造。这允许最大化延迟气体流(此处为排放气体和还原剂的混合物)与壁的相遇并因此延迟还原剂沉积在壁上的可能性。

如图2-4所示，从相应定向可以得出弯管12具有基本等于90°的角度。与第二端部成一体的部分16基本平行于第一轴线X，而与第一端部成一体的部分基本平行于第二轴线Y。根据另一个特征，弯管12具有介于60°和120°之间的角度，优选地介于60°和95°之间，更优选地在80°和90°之间并且更优选地等于90°。图5显示了角度为120°的设置。

为了允许来自入口孔4的排放气体在从第一腔室10流向管道8时实现回折D，适当的是，管道8的第二端部与喷雾孔6及承载其的壁之间存在最小距离。该距离可以表示为管道8的尺寸的比例。该尺寸在此被理解为横向尺寸，例如在圆柱形管道的情况下的直径。根据另一个特征，该比例至少等于0.5，优选地至少等于0.75且更优选地等于1。

为了促进实现回折D，并在所喷雾的液滴周围产生尽可能均匀的流动，并通过在通过第二端部时引起气体流的加速来促进气体和还原剂的混合，根据另一个特征，第二端部包括涡流装置13。这种涡流装置13能够引起进入管道8 的气流的顺时针或逆时针涡流。其通常包括纵向切口14，这些纵向切口配备有围绕第二端部按角度均匀分布的翅片。涡流装置13可以是圆柱形的，如图 2和图3所示。这种涡流装置13还可以包括锥形帽，如图4和图5所示。配备有翅片的纵向切口可以实施在端部的基本圆柱形部分中和/或从其所延伸的锥形部分中。

在管道8的入口处减少由回折D引起的压力损失的另一种方法是在上游设置相对于管道8的体积大得多的体积。此外，根据另一个特征，第一个腔室 10的体积大于管道8的体积，优选比例至少等于2，还优选地至少等于4。

根据另一特征，所述至少一个出口孔5设置为基本沿垂直于第一轴线X 和第二轴线Y的第三轴线Z。混合器1的出口孔5通常提供通向选择性催化还原器(英文：“选择性催化还原”或SCR)的通路。图1中所示的混合器1显示了两个出口孔5并且供应两个SCR。

根据另一特征，第一内壁7具有L形。根据该特征，第一内壁7包括基本平行于XZ平面，即包含第一轴线X和第三轴线Z的平面的第一平面坯件以及基本上平行于XY平面，即包含第一轴线X和第二轴线Y的平面的第二平面坯件。如图1所示，第一竖直坯件容纳内部孔9并且第二坯件是水平的。

根据另一特征，允许减少压力损失，第一内壁7还包括管道8的位于第一腔室10和第二腔室11之间的至少一个旁通钻孔(未示出)，如果该至少一个旁通钻孔存在，则其优选地设置在第一坯件中，并且还更优选地设置在内部孔9 附近。通过这种旁通钻孔的气体是未与还原剂混合的排放气体。此外，适当的是，限制所述至少一个旁通钻孔的总截面，即所有钻孔的累积截面。管道8 的截面的至多30％的值是令人满意的，至多20％的值是优选的。

根据另一特征，第一坯件与第二坯件的连接，即基本上沿第一轴线X的连接有利地具有最小半径。该半径至少等于2mm，优选地至少等于5mm，更优选地至少等于20mm。通过形成板材，这种半径有利于其材料实现。此外，该半径有利于气体的流动。

根据另一个特征，混合器1还包括第二内壁(未示出)。该第二内壁沿基本平行于第一轴线X的方向将第二腔室11分割为包括管道8的第一端部的第一子腔室以及包括所述至少一个出口孔5的第二子腔室。该第二内壁包括基本上设置在其中心的扩散器孔或者基本上表面均匀分布穿孔。因此，通过内部孔 9，管道8将气体，这里是排放气体和还原剂的混合物，排出到第一子腔室中。气体然后从第一子腔室通往第二子腔室以到达一个或多个出口孔5。该通过经由基本上设置在第二内壁的中心的单个扩散器孔实现。这种设置有利地使得可以在两个出口孔5及其下游SCR之间分配气体。可替代地，在第二内壁的表面上均匀分布的穿孔确保不同出口5之间的平衡分布的等效功能。

本实用新型的另一个目的是一种包括这种混合器1的排气管线。

已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本实用新型。这应该被认为是说明性的并以示例的方式给出，而不是将本实用新型仅限制于该描述。许多变型实施例是可能的。

Claims (12)

1.一种用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其包括盒体(2)以及还原剂喷雾器(3)，除入口孔(4)、至少一个出口孔(5)和喷雾孔(6)以外，所述盒体(2)被密封封闭，所述排放气体在所述盒体(2)中沿从所述入口孔(4)延伸直到所述至少一个出口孔(5)的排放气体流通部(C)流通，所述喷雾器(3)设置在所述盒体(2)的外壁中，以便通过所述喷雾孔(6)将所述还原剂喷雾到排放气体流通部(C)中，

其特征在于，所述入口孔(4)和所述喷雾孔(6)基本沿第一轴线(X)对齐地设置在所述盒体(2)的两个相反端部处，并且其中，所述混合器(1)还包括位于所述盒体(2)的第一内壁(7)以及包括弯管(12)的管道(8)，所述第一内壁(7)除了至少一个内部孔(9)外以密封方式沿基本平行于所述第一轴线(X)的方向将所述盒体(2)分割成包括所述入口孔(4)和所述喷雾孔(6)的第一腔室(10)以及包括所述至少一个出口孔(5)的第二腔室(11)，并且，所述管道(8)设置在所述第一腔室(10)中，使得所述管道的第一端部在所述内部孔(9)处沿垂直于所述第一轴线(X)的第二轴线(Y)以密封方式穿过所述第一内壁(7)并且其第二自由端面对所述喷雾孔(6)。

2.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，所述弯管(12)设置为面对所述入口孔(4)。

3.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，所述管道(8)在所述弯管(12)和第二端部之间具有基本沿所述第一轴线(X)的直线部分(16)。

4.根据权利要求3所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，所述内部孔(9)沿所述第一轴线(X)设置为尽可能远离所述喷雾孔(6)，使得所述直线部分(16)尽可能长。

5.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，所述弯管(12)具有介于60°和120°之间的角度。

6.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，第二端部距所述喷雾孔(6)的距离为所述管道(8)的尺寸的至少等于0.5的一部分。

7.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，第二端部包括涡流装置(13)，所述涡流装置包括纵向切口(14)，所述纵向切口配备有按角度均匀分布的翅片。

8.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，所述至少一个出口孔(5)基本沿着垂直于所述第一轴线(X)和所述第二轴线(Y)的第三轴线(Z)设置。

9.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，所述第一内壁(7)呈L形，包括基本上平行于XZ平面的第一平面坯件以及基本上平行于XY平面的第二平面坯件，所述第一平面坯件容纳所述内部孔(9)。

10.根据权利要求9所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，所述第一内壁(7)还包括所述管道(8)的位于所述第一腔室(10)和所述第二腔室(11)之间设置在所述第一平面坯件中并且靠近所述内部孔(9)的至少一个旁通钻孔，所述至少一个旁通钻孔的总截面小于所述管道(8)的截面的30％。

11.根据权利要求1所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器(1)，其特征在于，其还包括第二内壁，所述第二内壁将所述第二腔室(11)沿平行于所述第一轴线(X)的方向分割为包括所述管道(8)的所述第一端部的第一子腔室以及包括所述至少一个出口孔(5)的第二子腔室，所述第二内壁包括基本上设置在其中心的扩散器孔或基本上表面均匀分布的穿孔。

12.一种排气管线，其特征在于，其包括根据权利要求1-11中任一项所述的用于混合排放气体和还原剂的混合器。

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