排氣系統(tǒng)中的流體分布設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于分布內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中流體的設(shè)備，尤其是水-尿素混合物或液體燃料，包括用于向廢氣管道進(jìn)行噴射的注入裝置，所述注入裝置尤其設(shè)置于所謂的SCR催化轉(zhuǎn)換器的上游。所述設(shè)備還包括由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件，用于獲得流體與廢氣的均勻混合以及實(shí)現(xiàn)流體在廢氣中的完全蒸發(fā)。所述獨(dú)立作業(yè)單元包括至少一個(gè)渦流生成裝置和/或至少一個(gè)混合裝置，最好有至少一個(gè)催化器，以及注入裝置的噴嘴所述注入噴嘴設(shè)置于離廢氣管道的管壁預(yù)定間距處。
【專(zhuān)利說(shuō)明】排氣系統(tǒng)中的流體分布設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于分布流體的設(shè)備，尤其是，用于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中的水-尿素混合物或液體燃料，特別地，該設(shè)備有一個(gè)開(kāi)口通向廢氣管道的注入裝置，該廢氣管道位于所謂的SCR催化轉(zhuǎn)換器之前。
【背景技術(shù)】
[0002]由于內(nèi)燃機(jī)的排放規(guī)范變得越來(lái)越嚴(yán)格，因此，有必要減少?gòu)U氣中的氮氧化物(NOx)。已知的可能性包括在所謂的選擇性催化還原反應(yīng)(SCR)中將氮氧化物還原為氮和水。當(dāng)使用注入到廢氣中的還原劑時(shí)，該反應(yīng)在所謂的SCR催化轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行。水/尿素混合物特別用于此目的，其尿素在廢氣中與氮氧化物反應(yīng)分解形成氨。此外，表現(xiàn)形式為不同的烴類(lèi)化合物(HC)的液體燃料也可被注入到廢氣中。
[0003]通常希望在這種還原過(guò)程中，一方面，還原劑與廢氣盡可能均勻的混合，另一方面，液體還原劑盡可能完全的蒸發(fā)或熱分解，以在減少殘留物和無(wú)殘留物的操作中獲得高效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的目的是，改善廢氣中的流體分布，并在必要的情況下，以盡可能簡(jiǎn)單的方式保證流體的蒸發(fā)完全且無(wú)殘留物。
[0005]該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1的功能的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，特別地，通過(guò)由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件實(shí)現(xiàn)流體和廢氣的均勻混合以及流體在廢氣中的完全蒸發(fā)。其中，獨(dú)立作業(yè)單元的組合包括至少一個(gè)潤(rùn)流生成裝置(swirl-generating device)和/或至少一個(gè)混合裝置、最好有至少一個(gè)催化器、和注入裝置的注入噴嘴，注入噴嘴設(shè)置于離廢氣管道的管壁預(yù)定間距處。根據(jù)本發(fā)明可知，只需將多個(gè)作業(yè)單元彼此以簡(jiǎn)單方式組合，即可實(shí)現(xiàn)流體與廢氣的良好混合以及廢氣中流體的無(wú)殘留蒸發(fā)。特別地，對(duì)作業(yè)單元的選擇和配置，決定了注入裝置的注入特性或噴射特性、流體分布路徑或蒸發(fā)路徑的長(zhǎng)度、溫度、以及各個(gè)排氣系統(tǒng)部分的管道形狀和管道橫截面?？紤]到熱力學(xué)情況和安裝規(guī)格以及不同作業(yè)單元間的適當(dāng)配合，從而可以以期望的方式實(shí)現(xiàn)流體在廢氣流中的無(wú)殘留分布和蒸發(fā)。
[0006]本發(fā)明的其他展開(kāi)在從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)和附圖中闡述。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，提供至少一個(gè)渦流生成裝置，其包括以渦輪狀排列的多個(gè)氣體葉片(gas vane)。根據(jù)應(yīng)用的不同，這種渦流生成裝置可設(shè)置于注入裝置的上游或下游。通過(guò)氣體葉片可在廢氣流中實(shí)現(xiàn)好的渦流生成。而且，氣體葉片本身可以作為蒸發(fā)器的表面，從而可以增加蒸發(fā)的程度。由于氣體葉片為渦輪狀排列，從而可形成特別大的蒸發(fā)器表面。此外，這種渦輪狀的實(shí)施方式對(duì)廢氣橫斷面形成很好的阻滯效果，而且排氣背壓與混合力之間的比率能夠通過(guò)葉片的長(zhǎng)度、寬度及角度配合來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。
[0008]混合裝置可以進(jìn)一步包括至少一個(gè)渦流生成裝置和一個(gè)管式蒸發(fā)裝置(tubularvaporizing device)。優(yōu)選地,混合裝置設(shè)置于注入裝置的下游,用于將注入的流體,可選地還有未均質(zhì)化流體，與廢氣均勻地混合。多個(gè)渦流生成裝置的組合可以實(shí)現(xiàn)特別高的混合程度，相應(yīng)地，其特別包括形成為渦輪狀形式的多個(gè)氣體葉片和管式蒸發(fā)裝置，并且這兩種部件之間的順序和間距可以適應(yīng)于對(duì)應(yīng)的應(yīng)用。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，提供水解催化器，特別地，其設(shè)置于所謂的SCR催化器的上游。水解催化器可以例如協(xié)助將異氰酸轉(zhuǎn)化成氨和二氧化碳，從而減輕SCR催化器的負(fù)擔(dān)。
[0010]進(jìn)一步地，還可設(shè)有導(dǎo)流部件，其設(shè)置于廢氣管道的內(nèi)部，與廢氣管道的管壁至少部分間隔開(kāi)，且至少部分伸入廢氣管道的柔性解稱部(decoupling section),特別地,導(dǎo)流部件的一端位于解耦部的下游部位。特別地，廢氣管道的柔性解耦部用于對(duì)抗傳輸過(guò)程帶來(lái)的振動(dòng)或是廢氣管道各部件的不同熱膨脹。解耦部還可設(shè)計(jì)成例如波紋軟管、纏繞式軟管或螺旋纏繞式金屬軟管。根據(jù)應(yīng)用的不同，也可存在所列舉的這些類(lèi)型軟管的組合。解耦部設(shè)有凹處和不規(guī)則的管壁，從而，可沉積不必要的注入流體的沉淀和/或廢氣和流體的反應(yīng)產(chǎn)物。通過(guò)導(dǎo)流部件引導(dǎo)廢氣，優(yōu)選具有光滑的壁的導(dǎo)流部件，所以可避免存在這些沉積，從而，至少部分地阻止了廢氣流過(guò)解耦部的不規(guī)則管壁。導(dǎo)流部件可以進(jìn)一步地以所需方式通過(guò)其特殊的形狀，例如通過(guò)微凹、凹陷、凹口或襯板等，影響廢氣的流量。
[0011]特別地，注入裝置可設(shè)置于廢氣管道的柔性解耦部的上游。其優(yōu)點(diǎn)是，可通過(guò)導(dǎo)流部件避免沉積，且特別有效。如果應(yīng)用需要，則注入裝置也可以設(shè)置于廢氣管道的兩個(gè)柔性解耦部之間。
[0012]導(dǎo)流部件可以形成為至少部分地與廢氣管道同軸的內(nèi)管。這種內(nèi)管也可稱為“內(nèi)襯管(inliner)”。優(yōu)選地，內(nèi)管具有完全的管壁。
[0013]導(dǎo)流部件在其下游端部可設(shè)有延長(zhǎng)部，其為例如管在縱向方向上減半的部件，且延長(zhǎng)部的周邊中斷，特別地，延長(zhǎng)部呈半殼形(half-shell shaped)。這種延長(zhǎng)部可用于直接獲取流體的殘留物，以便隨后將其蒸發(fā)。
[0014]根據(jù)一種實(shí)施方式，從廢氣流動(dòng)方向上看，導(dǎo)流部件部分地形成為錐形。優(yōu)選地，錐形位置設(shè)置于混合裝置的下游?？商鎿Q地或另外地，錐形位置還可設(shè)于混合裝置的上游。由于文丘里效應(yīng)(Venturi effect)，錐形將增加流速，從而有利于混合廢氣與流體。
[0015]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方式，導(dǎo)流部件集成到廢氣管道內(nèi)，使得導(dǎo)流部件的外部有廢氣圍繞其流動(dòng)。因此，在這種實(shí)施方式中，導(dǎo)流部件不僅可以引導(dǎo)廢氣，還可以將廢氣向?qū)Я鞑考庖龑?dǎo)。從而，一些廢氣作為次廢氣流，繞過(guò)渦流生成裝置和/或混合裝置流動(dòng)，然后匯集于導(dǎo)流部件。為此，利用多個(gè)支撐網(wǎng)狀物可將導(dǎo)流部件固定于相關(guān)的廢氣管道，從而導(dǎo)流部件的外壁和廢氣管道的內(nèi)壁之間形成空氣間隙。通過(guò)這種方式，導(dǎo)流部件由其外部流過(guò)的熱廢氣流加熱，因此有利于導(dǎo)流部件內(nèi)部的流體蒸發(fā)。
[0016]此外，渦流生成裝置和/或混合裝置可集成到導(dǎo)流部件內(nèi)，和/或注入裝置的開(kāi)口通向?qū)Я鞑考?nèi)。由于導(dǎo)流部件與其它功能部件搭接地設(shè)置于廢氣管道內(nèi)，因此可實(shí)現(xiàn)占用較少結(jié)構(gòu)空間的流體分布設(shè)備。
[0017]根據(jù)另一種實(shí)施方式，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的管壁上。因此，所注入的流體靠近管壁或壁的邊緣，即位于廢氣流的外邊緣。特別地，設(shè)備中設(shè)有這樣布置的注入噴嘴，即注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的彎曲部位或傾斜部位。如果應(yīng)用需要，注入噴嘴還可設(shè)置于離管壁預(yù)定的相對(duì)較小間距處。[0018]根據(jù)一個(gè)備選實(shí)施方式，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的橫截面的中央，即流體被注入廢氣流的中央。這種中央式布置也可以包括這樣的布置，即注入噴嘴設(shè)置于距離相應(yīng)的管道部位的橫截面的中央預(yù)定的小間距處。
[0019]注入噴嘴可用于以空心錐噴嘴(hollow cone)或?qū)嵭腻F噴嘴(solid cone)方式噴射流體。具有空心錐噴嘴特性的注入噴嘴相對(duì)便宜且存在有多種形式。相反地，具有實(shí)心錐噴嘴特性的注入噴嘴可保證所注入的流體與周?chē)鷱U氣流更好地相混合。
[0020]也可以將兩個(gè)注入噴嘴彼此相對(duì)設(shè)置，以平坦模式噴嘴方式(flat-cone manner)噴射流體。這種方式尤其有利于相應(yīng)的排氣系統(tǒng)部分為橢圓線橫截面的情況。
[0021]注入裝置被配置為以預(yù)定的平均液滴粒徑噴射流體。液滴粒徑的參數(shù)可使用索特平均直徑(Sauter mean diameter, SMD)。從而,通過(guò)直接改變液滴粒徑,可以優(yōu)化分布設(shè)備的效率。為此，假設(shè)已知液滴粒徑，則分布設(shè)備所需的部件以及相應(yīng)的各參數(shù)要與液滴粒徑相配。相反地，已知部件和預(yù)定的參數(shù)，可以選出指定的理想液滴粒徑，從而確保分布設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)殘留操作。因此，根據(jù)不同的應(yīng)用，注入裝置的平均液滴粒徑可以是分布設(shè)備待配置的輸入?yún)?shù)或輸出參數(shù)。
[0022]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施方式，由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括至少一個(gè)渦流生成裝置和注入裝置的注入噴嘴，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的橫截面的中央，用于以實(shí)心錐噴嘴方式及液滴粒徑最大為25 μ m索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。即，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用這種在中央以實(shí)心錐噴嘴特性噴射相對(duì)小液滴的方式，僅需要一個(gè)設(shè)置于注入裝置的上游或下游的渦流生成裝置，就可滿足蒸發(fā)為氣相的流體的均勻分布。因此，分布設(shè)備無(wú)需其他昂貴的部件。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括設(shè)置于注入裝置的上游的至少一個(gè)渦流生成裝置、設(shè)置于注入裝置的下游的至少一個(gè)混合裝置、以及注入裝置的注入噴嘴，混合裝置包括至少一個(gè)管式蒸發(fā)裝置，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的橫截面的中央，用于以空心錐噴嘴方式及液滴粒徑最大為25 μ m索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。因此，假設(shè)除了渦流生成裝置外，還設(shè)有設(shè)置于注入裝置的下游的且具有至少一個(gè)管式蒸發(fā)裝置的混合裝置，則可以采用簡(jiǎn)單的空心錐噴嘴方式實(shí)現(xiàn)注入噴嘴。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括設(shè)置于注入裝置的上游的至少一個(gè)渦流生成裝置、設(shè)置于注入裝置的下游的至少一個(gè)混合裝置、以及注入裝置的注入噴嘴，混合裝置包括至少一個(gè)渦流生成裝置，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的橫截面的中央，用于以實(shí)心錐噴嘴方式及液滴粒徑最小為25 μ m索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。因此，在液滴較大的情況下，需要兩個(gè)渦流生成裝置用于使流體均勻分布，其中一個(gè)設(shè)置于注入裝置的上游，另一個(gè)設(shè)置于注入裝置的下游。當(dāng)注入噴嘴以完全錐形噴嘴方式(full-cone manner)注入時(shí)，可避免生成副產(chǎn)品。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括設(shè)置于注入裝置的上游的至少一個(gè)渦流生成裝置、設(shè)置于注入裝置的下游的至少一個(gè)混合裝置、以及注入裝置的注入噴嘴，混合裝置包括至少一個(gè)渦流生成裝置和管式蒸發(fā)裝置，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的橫截面的中央，用于以空心錐噴嘴方式及液滴粒徑最小為25 μ m索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。此組合提供兩個(gè)渦流生成裝置和一個(gè)管式蒸發(fā)裝置。轉(zhuǎn)而，只需要一個(gè)以空心錐噴嘴方式實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單注入噴嘴。[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括設(shè)置于注入裝置的下游的至少一個(gè)混合裝置、以及注入裝置的注入噴嘴，混合裝置包括至少一個(gè)渦流生成裝置，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的管壁上，用于以實(shí)心錐噴嘴方式及液滴粒徑最小為50 μ m索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。因此，在這種注入的流體靠近管壁的情況下，適宜將注入噴嘴設(shè)計(jì)為可噴射較大液滴。此外，可在注入裝置的下游設(shè)有渦流生成裝置。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括設(shè)置于注入裝置的下游的至少一個(gè)混合裝置、以及注入裝置的注入噴嘴，混合裝置包括至少一個(gè)渦流生成裝置和管式蒸發(fā)裝置，注入噴嘴設(shè)置于廢氣管道的管壁上，用于以空心錐噴嘴方式及液滴粒徑最小為50 μ m索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。因此，在這種所注入的流體靠近管壁且注入噴嘴為空心錐噴嘴的情況下，適宜使用設(shè)置在注入裝置下游的混合裝置，且該混合裝置包括至少一個(gè)渦流生成裝置和至少一個(gè)管式蒸發(fā)裝置。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，特別是考慮到確定有利的實(shí)施方式時(shí)，所注入的液滴的蒸發(fā)速度越快，該液滴越小。然而，較小的液滴也更難以被引入到廢氣流中，即，液滴的滲透深度隨著液滴直徑的減小而降低，或是隨著液滴注入頻率的減少而降低。
[0029]以下通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作出說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是集成著根據(jù)本發(fā)明的流體分布設(shè)備的廢氣管道的局部剖視立體圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的集成于傾斜廢氣管道的流體分布設(shè)備的示意
圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方式的流體分布設(shè)備的示意圖；
圖4至圖8是本發(fā)明其它示范性實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1示出了廢氣管道的管部11。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的待純化排放物，圖未示出，沿廢氣流動(dòng)方向A流經(jīng)廢氣管道。作為廢氣混合管道的內(nèi)管12設(shè)置在管部11內(nèi)，下文將更為準(zhǔn)確地描述該廢氣混合管道。在廢氣流動(dòng)方向A上,管部11和內(nèi)管12設(shè)置于同樣未不出的SCR催化器之前。集成到內(nèi)管12的設(shè)備13用于將流體如水-尿素混合物分布到廢氣中。該設(shè)備包括注入裝置15，其具有開(kāi)口通向內(nèi)管12的注入噴嘴17。通過(guò)注入噴嘴17將待注入的流體噴入流動(dòng)的廢氣。從圖1可以看出，注入噴嘴17位于管部11的中間，即處于管部11的縱向中心軸L上。根據(jù)不同的應(yīng)用，可將用于噴射流體的注入噴嘴17配置為空心錐噴嘴或?qū)嵭腻F噴嘴。此外，可調(diào)整注入裝置15，包括注入噴嘴17，以便在噴射過(guò)程中生成預(yù)定的平均液滴粒徑。
[0032]此外，設(shè)備13還包括第一渦流生成裝置19和混合裝置20，在廢氣流動(dòng)方向A上，第一渦流生成裝置設(shè)置于注入裝置15之前，混合裝置設(shè)置于注入裝置15之后?；旌涎b置20包括第二渦流生成裝置21和管式蒸發(fā)裝置23，在廢氣流動(dòng)方向A上，管式蒸發(fā)裝置位于第二渦流生成裝置之后。第一渦流生成裝置19和第二渦流生成裝置21各自包括形成為渦輪狀方式的氣體葉片25。氣體葉片25從管部11的縱向中心軸L基本上呈放射狀向外延伸，但葉片本身是彎曲的以便它們的連接線與管部11沿著螺旋線延伸。這樣，管部11的橫截面形成了很強(qiáng)的阻礙。在流經(jīng)渦流生成裝置19、21時(shí)，廢氣流產(chǎn)生由流體和流動(dòng)的廢氣混合得到的渦流。為進(jìn)一步改善廢氣和流體的混合，可改變氣體葉片25的形狀，以便在第一渦流生成裝置19和第二渦流生成裝置21之間產(chǎn)生反向旋流而使渦流變大。
[0033]管式蒸發(fā)裝置23具有中心管道27和外表面29，外表面形成花朵狀以進(jìn)一步提高流體和廢氣的混合，而且，其還可作為蒸發(fā)器表面和/或作為撞擊板以提高蒸發(fā)效果。
[0034]部件19、21、23的表面可以是結(jié)構(gòu)化或穿孔狀形式，以進(jìn)一步改善流體的蒸發(fā)和分布。
[0035]根據(jù)不同的應(yīng)用，設(shè)備還可設(shè)有水解催化器，圖未示出，為減輕SCR催化器的負(fù)擔(dān)，可將水解催化器設(shè)置在管部11上任意需要的位置。
[0036]操作時(shí)，廢氣按照廢氣流動(dòng)方向A流經(jīng)管部11，在此過(guò)程中，渦流生成裝置19、21和管式蒸發(fā)裝置23被加熱。廢氣從管部11出來(lái)然后進(jìn)入SCR催化器。為在SCR催化器中使氮氧化物減少和/或有利于氮氧化物的減少，通過(guò)注入裝置15將流體如水-尿素混合物注入廢氣流。在所示的實(shí)施方式中，注入裝置15只有一個(gè)注入噴嘴17。然而，在具體的應(yīng)用中，注入裝置15還可以包括多個(gè)注入噴嘴17。由于噴出廢氣過(guò)程中第一渦流生成裝置19生成渦流，使得廢氣與所注入的水-尿素混合物的液滴相混合。因此，混合物繼而與廢氣移動(dòng)進(jìn)入第二渦流生成裝置21，在其中，廢氣和水-尿素混合物環(huán)繞管部11的縱向中心軸L開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。因此，廢氣和水/尿素混合物形成更為良好的混合。另外，渦流生成裝置21的氣體葉片25同時(shí)可作為蒸發(fā)器表面。
[0037]進(jìn)一步地，一部分已蒸發(fā)的水-尿素混合物與廢氣移動(dòng)進(jìn)入管式蒸發(fā)裝置23，在其中，在相應(yīng)的蒸發(fā)器表面，水-尿素混合物和廢氣得到進(jìn)一步的混合，且水-尿素混合物得到進(jìn)一步的蒸發(fā)。
[0038]離開(kāi)管部11之后，廢氣選擇性地進(jìn)入另一個(gè)蒸發(fā)管道。在這里，可能還存在的水-尿素混合物的任何液 體部分可以被蒸發(fā)，以便僅使氣態(tài)的還原劑進(jìn)入SCR催化器。此時(shí)，氮氧化合物還原生成氮和水。
[0039]因此，流體分布設(shè)備13可劃分為多個(gè)功能單元，其設(shè)置于廢氣流動(dòng)方向A上的不同位置。在具體的應(yīng)用中，根據(jù)相應(yīng)的空間和熱力學(xué)情況，確定其需要的位置、這些位置的順序以及各位置之間的距離，從而使得特別是內(nèi)管12內(nèi)的注入流體實(shí)現(xiàn)完全蒸發(fā)。在此過(guò)程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員自然可以嘗試著提供盡可能少的功能單元，或是提供盡可能小且便宜的部件。從而，在無(wú)沉積操作時(shí)，總是需要配置以使用盡可能少且盡可能簡(jiǎn)單的裝置。
[0040]假設(shè)注入噴嘴17配置為實(shí)心錐噴嘴來(lái)噴射流體，且液滴的索特平均直徑最大為25 --m，則對(duì)于內(nèi)管直徑為70mm，以及圖1所示的從中間或靠近軸位置注入，其結(jié)果是只選擇第一渦流生成裝置19或第二渦流生成裝置21，即可滿足實(shí)現(xiàn)完全且無(wú)殘留的蒸發(fā)。相反地，在使用為空心錐噴嘴形式的注入噴嘴進(jìn)行注入時(shí)，設(shè)有第一渦流生成裝置19和管式蒸發(fā)裝置23是有利的。假設(shè)所使用的注入噴嘴為實(shí)心錐噴嘴，且液滴的索特平均直徑至少為25 --m，則最好設(shè)有第一渦流生成裝置19和第二渦流生成裝置21。相反地，假設(shè)所使用的注入噴嘴為空心錐噴嘴，且液滴的索特平均直徑為最少25 --m，則要設(shè)有第一渦流生成裝置19和第二渦流生成裝置21，以及額外的管式蒸發(fā)裝置。上述這些部件的組合非常適合于實(shí)現(xiàn)無(wú)殘留的混合物蒸發(fā)。但是，如果有必要，也可以提供另外的渦流生成裝置和/或蒸發(fā)
>j-U ρ?α裝直。[0041]圖2示出了與圖1相似的設(shè)備13’，但是，該設(shè)備是集成到廢氣管道的傾斜管部11’。注入噴嘴17設(shè)置于管部11’的管壁的彎曲區(qū)域。在圖1所示的實(shí)施方式中，在廢氣流動(dòng)方向A上依次設(shè)有第一渦流生成裝置19、第二渦流生成裝置21和管式蒸發(fā)裝置23。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果用于噴射的注入噴嘴為實(shí)心錐噴嘴且液滴的索特平均直徑最少為50 --m，則只需要第二渦流生成裝置21就可實(shí)現(xiàn)完全蒸發(fā)。相反地，如果注入噴嘴為空心錐噴嘴且液滴的索特平均直徑最少為50 --m,則最好需要設(shè)有第二渦流生成裝置21和管式蒸發(fā)裝置
23。上述這些部件非常適合于實(shí)現(xiàn)無(wú)殘留的混合物蒸發(fā)。內(nèi)管的直徑較大時(shí)，例如內(nèi)管直徑為140mm，則增加液滴粒徑也是有利的，例如增加到100--m。另一方面，設(shè)備的操作方式可根據(jù)圖1變形得到。
[0042]圖3示出了本發(fā)明另一種實(shí)施方式的設(shè)備13"，其集成到廢氣管道11"，類(lèi)似圖1所示的廢氣管道11，廢氣管道11〃基本上為直線。此時(shí)，注入裝置15設(shè)置于廢氣管道11〃的凸起30，從而注入噴嘴17向前注入的流體傾斜地進(jìn)入廢氣流。在這一方面，注入噴嘴17的開(kāi)口通向內(nèi)管12內(nèi)，渦流生成混合裝置20〃集成到內(nèi)管12。從圖3可以看出，內(nèi)管12和廢氣管道11〃的管壁之間存在空氣間隙33，使得一部分廢氣流，如圖3所示的箭頭，流經(jīng)內(nèi)管12的外部。流經(jīng)內(nèi)管12內(nèi)部的廢氣流和流經(jīng)內(nèi)管12外部的這部分廢氣流在內(nèi)管12的下游相結(jié)合。內(nèi)管12的下游端部形成為錐形35，其由于文丘里效應(yīng)，可使流速加大。由于內(nèi)管12受周?chē)膹U氣加熱，因此有利于內(nèi)管12表面上的流體蒸發(fā)以及混合裝置20”中的流體蒸發(fā)。廢氣管道11”在錐形35的直接下游處設(shè)有收縮點(diǎn)(constriction point) 37,從而可實(shí)現(xiàn)流經(jīng)內(nèi)管內(nèi)部的廢氣流即主廢氣流和流經(jīng)內(nèi)管外部的廢氣流即次廢氣流的快速混合。
[0043]廢氣管道11”具有解耦部31，其剛度相對(duì)于廢氣管道11”之前和 之后的部位要小，因此可對(duì)抗傳輸過(guò)程帶來(lái)的振動(dòng)，且可避免張力過(guò)大。解耦部31形成為螺旋纏繞式金屬軟管，由薄金屬板制成的柔性波紋管包圍。內(nèi)管12順著解耦部31的總長(zhǎng)度延長(zhǎng)，并只終止于解耦部31的直接下游。只有在管部11”的剛性構(gòu)件部位，而不是柔性的解耦部31部位，內(nèi)管12才會(huì)固定于廢氣管道11”。換言之，內(nèi)管12可自如地伸入解耦部31，使得廢氣管道11”可能受解耦部31影響而具有可動(dòng)性。同時(shí)，內(nèi)管12使解耦部31的管壁不受主廢氣流影響，從而解耦部31的不規(guī)則表面沉積流體的殘留物。內(nèi)管12上設(shè)有的凹處34可影響廢氣流的直接導(dǎo)向，因此，可以通過(guò)調(diào)整流動(dòng)方向以更好地適應(yīng)于流體的注入方向。
[0044]可以理解，混合裝置可以包括另外的部件，例如多個(gè)不同的渦流生成裝置或管式蒸發(fā)裝置。具有廢氣在內(nèi)管12周?chē)鲃?dòng)的裝置通常也可以結(jié)合上述的用于提高廢氣與流體的混合的方案一起使用。但是，也可以不結(jié)合這些方案使用。
[0045]圖4至圖8示例性地示出了本發(fā)明其它的實(shí)施方式。如圖4所示，內(nèi)管12可形成為供給模塊39的一部分，并可以只有一部分伸入解耦部31，其中供給模塊包含注入裝置15和混合裝置20"。圖5示出的實(shí)施方式中，供給模塊39設(shè)置于兩個(gè)解耦部31之間。由于混合裝置20〃可以說(shuō)是設(shè)置于解耦部31內(nèi)，因此，相對(duì)于設(shè)置于其后的各部件，需要的安裝空間的大小將減少。如圖6所示，與內(nèi)管12相關(guān)的混合裝置20〃也可以設(shè)置于注入裝置15的上游，從而可作為純渦流發(fā)生器。如圖7所示，內(nèi)管12的下游端部設(shè)有半殼形延長(zhǎng)部41，主要用于保護(hù)解耦部31較低位置的使用部位不受從混合裝置20"滴落的液體影響，并可用于蒸發(fā)該滴落的液體。從圖8可以看出，混合裝置20〃也可以設(shè)置于供給模塊39的端部，且混合裝置20〃鄰接有延長(zhǎng)管43。
[0046]附圖標(biāo)記列表
11，11’，11’’管部
12內(nèi)管
13，13’，13’’流體分布設(shè)備
15注入裝置
17注入噴嘴
19第一渦流生成裝置
20，20’ ’混合裝置
21第二渦流生成裝置
23管式蒸發(fā)裝置
25氣體葉片
27管道
29外表面
30凸起
31解耦部
33空氣間隙
34凹處
35錐形
37收縮點(diǎn)39供給模塊
41半殼形延長(zhǎng)部
43延長(zhǎng)管
A廢氣流動(dòng)方向
L縱向中心軸
【權(quán)利要求】
1.一種用于分布內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中流體的設(shè)備(13，13’，13")，尤其是水-尿素混合物或液體燃料，所述設(shè)備具有開(kāi)口通向位于所謂的SCR催化器之前的廢氣管道(11，11’，11")的注入裝置(15)，其特征在于，包括: 由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件，用于實(shí)現(xiàn)流體與廢氣的均勻混合和實(shí)現(xiàn)流體在廢氣中的完全蒸發(fā)，其中，獨(dú)立作業(yè)單元包括: 至少一個(gè)渦流生成裝置(19)和/或至少一個(gè)混合裝置(20，20")； 最好有至少一個(gè)催化器；和 注入裝置(15)的注入噴嘴(17)，所述注入噴嘴設(shè)置于離廢氣管道(11，11’，11")的管壁預(yù)定間距處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)渦流生成裝置(19)包括以渦輪狀排列的多個(gè)氣體葉片(25)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述混合裝置(20)包括至少一個(gè)渦流生成裝置(21)和管 式蒸發(fā)裝置(23)。
4.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，提供水解催化器，特別地，其設(shè)置于所謂的SCR催化器的上游。
5.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，還包括導(dǎo)流部件(12)，設(shè)置于廢氣管道(11〃)的內(nèi)部，并與廢氣管道(11〃)的管壁至少部分分離，且至少部分伸入廢氣管道(11")的柔性解耦部(31)，特別地，所述導(dǎo)流部件(12)的一端位于所述解耦部(31)的下游部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述注入裝置(15)設(shè)置于所述廢氣管道(11〃)的柔性解耦部(31)的上游。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求5、6中至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)流部件(12)形成為至少部分地與所述廢氣管道(11")同軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)流部件(12)在其下游端部設(shè)有周邊中斷且，特別地，呈半殼形的延長(zhǎng)部(41)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，從廢氣流動(dòng)方向(A)看，所述導(dǎo)流部件(12)部分地形成為錐形。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9中至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)流部件(12)集成到所述廢氣管道(11")內(nèi)，使得導(dǎo)流部件的外部有廢氣圍繞其流動(dòng)。
11.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述渦流生成裝置(19)和/或所述混合裝置(20)集成到導(dǎo)流部件(12)內(nèi)；和/或所述注入裝置(15)的開(kāi)口通向?qū)Я鞑考?12)內(nèi)。
12.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11〃)的管壁上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11")的橫截面的中央。
14.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11〃)的傾斜部位。
15.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述注入噴嘴(17)用于以空心錐噴嘴或?qū)嵭腻F噴嘴方式噴射流體。
16.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)所述注入噴嘴彼此相對(duì)設(shè)置，以平坦模式噴嘴方式噴射流體。
17.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，用于噴射流體的所述注入裝置(15)被配置為采用預(yù)定的平均液滴粒徑。
18.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括: 至少一個(gè)渦流生成裝置(19，21);和 注入裝置(15)的注入噴嘴(17)，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11)的橫截面的中央，且用于以實(shí)心錐噴嘴方式及液滴粒徑最大為25mm索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。
19.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括: 設(shè)置于所述注入裝置(15)的上流的至少一個(gè)渦流生成裝置(19)； 設(shè)置于所述注入裝置(15)的下流的至少一個(gè)混合裝置(20)，包括至少一個(gè)管式蒸發(fā)裝置(23);和 注入裝置(15)的注入噴嘴(17)，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11)的橫截面的中央，且用于以空心錐噴嘴方式及液滴粒徑最大為25mm索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。
20.根據(jù)前述至少一 項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括: 設(shè)置于所述注入裝置(15)的上流的至少一個(gè)渦流生成裝置(19)； 設(shè)置于所述注入裝置(15)的下流的至少一個(gè)混合裝置(20)，包括至少一個(gè)渦流生成裝置(21);和 注入裝置(15)的注入噴嘴(17)，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11)的橫截面的中央，且用于以空心錐噴嘴方式及液滴粒徑最大為25mm索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。
21.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括: 設(shè)置于所述注入裝置(15)的上流的至少一個(gè)渦流生成裝置(19)； 設(shè)置于所述注入裝置(15)的下流的至少一個(gè)混合裝置(20)，所述混合裝置包括至少一個(gè)渦流生成裝置(21)和管式蒸發(fā)裝置(23);和 注入裝置(15)的注入噴嘴(17)，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11)的橫截面的中央，且用于以空心錐噴嘴方式及液滴粒徑最大為25mm索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。
22.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括: 設(shè)置于所述注入裝置(15)的下流的至少一個(gè)混合裝置(20)，包括至少一個(gè)渦流生成裝置(21);和 注入裝置(15)的注入噴嘴(17)，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11’)的管壁上，且用于以空心錐噴嘴方式及液滴粒徑最小為50mm索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。
23.根據(jù)前述至少一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述由多個(gè)獨(dú)立作業(yè)單元組合的部件包括:設(shè)置于所述注入裝置(15)的下流的至少一個(gè)混合裝置(20)，包括至少一個(gè)渦流生成裝置和管式蒸發(fā)裝置(23);和 注入裝置(15)的注入噴嘴(17)，所述注入噴嘴(17)設(shè)置于所述廢氣管道(11’)的管壁上，且用于以空心錐噴 嘴方式及液滴粒徑最小為50mm索特平均直徑進(jìn)行流體噴射。
【文檔編號(hào)】F01N3/20GK103429864SQ201180063010
【公開(kāi)日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月27日
【發(fā)明者】邁克爾·菲舍爾, 邁克爾·穆勒, 于爾根·施密特 申請(qǐng)人:波森公司