[go: up one dir, main page]

CN111206977A - 通道式还原剂混合装置 - Google Patents

通道式还原剂混合装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111206977A
CN111206977A CN201911129343.7A CN201911129343A CN111206977A CN 111206977 A CN111206977 A CN 111206977A CN 201911129343 A CN201911129343 A CN 201911129343A CN 111206977 A CN111206977 A CN 111206977A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nozzle
pin
longitudinal axis
impingement
disposed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911129343.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111206977B (zh
Inventor
Y·易
S·V·沙
I·阿奎尔
Y·T·布伊
A·尤亚勒
E·雷姆
A·C·罗德曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of CN111206977A publication Critical patent/CN111206977A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111206977B publication Critical patent/CN111206977B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • B05B7/0441Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of liquid surrounded by an external conduit of gas upstream the mixing chamber
    • B05B7/0466Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of liquid surrounded by an external conduit of gas upstream the mixing chamber with means for deflecting the central liquid flow towards the peripheral gas flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F01N3/206Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B11/00Single-unit hand-held apparatus in which flow of contents is produced by the muscular force of the operator at the moment of use
    • B05B11/01Single-unit hand-held apparatus in which flow of contents is produced by the muscular force of the operator at the moment of use characterised by the means producing the flow
    • B05B11/06Gas or vapour producing the flow, e.g. from a compressible bulb or air pump
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/08Adding substances to exhaust gases with prior mixing of the substances with a gas, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1486Means to prevent the substance from freezing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

一种还原剂冲击装置,包括具有带凸面的冲击销的近端;以及具有与冲击销的纵向轴线同心的主体的远端。远端包括第一表面和与第一表面相对的第二表面。多个内通道连接第一表面和第二表面,并且多个外通道连接第一表面和第二表面,其中多个内通道以与冲击销的纵向轴线相距第一径向距离的圆形阵列设置,并且多个外通道以与冲击销的纵向轴线相距第二距离的圆形阵列设置。

Description

通道式还原剂混合装置
技术领域
本发明涉及一种排气处理系统,更具体地,涉及一种将还原剂溶液喷射到排气处理系统内的流体路径中的喷嘴。
背景技术
内燃机,例如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机和本领域已知的其它发动机,将复杂的组分混合物排放到环境中。这些组分可以包括氮氧化物(NOx),例如NO和NO2。由于越来越关注避免环境污染,废气排放标准变得更加严格,并且在一些情况下,可以根据发动机尺寸、发动机类别和/或发动机类型来调节从发动机排放的NOx的量。为了确保符合这些部件的规定,以及减少环境影响,一些发动机制造商实施称为选择性催化还原(SCR)的策略。选择性催化还原是其中使用一个或多个喷嘴将气态和/或液态还原剂,最常为尿素((NH2)2CO))选择性地添加到发动机排气中的工艺。注入的还原剂分解成氨(NH3),与废气中的NOx反应,并形成水(H2O)和双原子氮(N2)。
2013年1月22日授予Blomquist的美国专利第8,356,473号(以下称为'473参考文献)描述了一种注射装置,其具有用于供应压缩气体的第一导管和布置在第一导管外部用于供应液体试剂的第二导管。至少一个孔在第一导管和第二导管之间延伸。如在'473参考文献中讨论的,液体试剂通过至少一个孔流入压缩空气中。液体剂被压缩气体雾化,与压缩气体混合,并经喷射装置的出口输送以分散到排气管线中。
虽然'473参考文献的注射装置可能试图增加液体试剂的雾化,但注射装置的操作可能不是最佳的。例如,'473参考文献中描述的注射装置尺寸相对较小,并且由于低湍流度和混合特征,可能难以实现液体试剂的有效混合。此外,'473参考文献描述了一种具有多个不同且组装好的零件的注射装置,并且这种装置配置可以增加喷嘴的尺寸、复杂性、组装时间和/或制造成本。这种多零件装置通常也难以清洁并且可能变得容易堵塞。
本发明的示例性实施例旨在克服上述一个或多个缺陷。
发明内容
根据本发明的一个实施例,描述了一种包括喷嘴主体的喷嘴。喷嘴主体包括近端和第二入口,近端具有沿喷嘴的纵向轴线的方向设置的第一入口,第二入口具有以垂直于喷嘴的纵向轴线的角度设置的第一空气入口通道。喷嘴包括沿着喷嘴的纵向轴线与近端相对设置的远端,远端具有出口。喷嘴的内部设置在近端和远端之间,并且包括与第一入口和第二入口流体连接的流体冲击室,以及与远端处的出口流体连接的混合室。喷嘴还包括流体连接流体冲击室和混合室的冲击装置。冲击装置包括冲击销,冲击销具有销主体和设置在冲击销端部的凸面。凸面与喷嘴的纵向轴线同心。
根据本发明的另一实施例,冲击装置包括冲击销和与冲击销的纵向轴线同轴的装置主体。装置主体设置在冲击装置的远端处的冲击销上。冲击销包括位于装置近端的凸面。装置主体包括第一表面、与第一表面相对的第二表面以及连接第一表面和第二表面的多个内通道。多个内通道以第一圆形阵列设置在距冲击销的纵向轴线第一径向距离处。装置主体进一步包括连接第一表面和第二表面的多个外通道。多个外通道以第二圆形阵列设置在距冲击销的纵向轴线第二径向距离处。
根据又一个实施例,描述了一种排气系统。排气系统包括配置成接收来自发动机排气的排气管、压缩空气源、还原剂源和与排气管流体连接的喷嘴。喷嘴配置成接收来自压缩空气源的空气和来自还原剂源的还原剂。喷嘴包括冲击销和与冲击销的纵向轴线同轴的装置主体。装置主体设置在冲击装置的远端处的冲击销上。冲击销包括位于装置近端的凸面。装置主体包括第一表面、与第一表面相对的第二表面以及连接第一表面和第二表面的多个内通道。多个内通道以第一圆形阵列设置在距冲击销的纵向轴线第一径向距离处。装置主体进一步包括连接第一表面和第二表面的多个外通道。多个外通道以第二圆形阵列设置在距冲击销的纵向轴线第二径向距离处。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的排气系统的还原剂喷嘴的透视图。
图2示出了根据本发明的实施例的用于图1的还原剂喷嘴中的还原剂冲击装置的透视图。
图3示出了根据本发明的实施例的图2所示的还原剂冲击装置的俯视图。
图4是根据本发明的实施例的图2所示的还原剂冲击装置的前视图。
图5描绘了根据本发明的实施例的图2-4的还原剂冲击装置的内通道的截面图。
图6描绘了根据本发明的实施例的图2-4的还原剂冲击装置的外通道的截面图。
图7是根据本发明的实施例的具有还原剂喷嘴的排气系统的示意图。
具体实施方式
本发明总体上涉及用于将还原剂和空气的混合物喷射到排气流中的喷嘴。在任何可能的情况下,在所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的特征件。在附图中,附图标记最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。
图1示出了示例性喷嘴100。为了本发明的目的,示出并描述了与柴油燃料内燃机一起使用的喷嘴100。然而,喷嘴100可实施为还原剂喷嘴,其可操作为可与任何其它类型的燃烧发动机(例如汽油或气体燃料动力发动机,或以压缩或液化天然气、丙烷或甲烷为燃料的发动机)一起使用的任何排气系统的一部分。
选择性催化还原是主动排放物控制技术系统,其通过催化剂将液体还原剂喷射到柴油发动机的排气流中。还原剂源通常是汽车级尿素,或者称为柴油机排气流体(DEF)。在一些实施方案中,还原剂可包括DEF、氨气、液化无水氨、碳酸铵、氨盐溶液、烃如柴油燃料或另一种溶液。在DEF反应中,DEF产生化学反应,该化学反应将氮氧化物转化为氮气、水和少量二氧化碳(CO2),我们吸入的空气的天然组分,然后通过车辆尾管排出。本发明的实施例可以减少排放物,从而提高选择性催化还原系统在柴油发动机的排放物控制中的效率。
发动机(图1中未示出)可以产生排气流102。喷嘴100可以将还原剂喷射到排气流102中。喷嘴100配置成将还原剂溶液(或其它化合物)喷洒到排气流102中。喷嘴100可包括近端104和与近端104相对设置的远端106。喷嘴100可流体连接供应管线(图1中未示出),其在喷嘴100的近端104处并且经由一个或多个配件或联接器(未示出)将还原剂(未示出)供应到第一入口108,该第一入口108可以是用于还原剂的入口。喷嘴100可以包括压缩空气入口通道142,其可以流体连接到压缩空气源,用于将压缩空气116供应到第二入口110。如在下文中更详细地解释的,喷嘴100可配置成在极端热环境中混合还原剂溶液114和压缩空气116,使得还原剂保持操作温度而不会有可能堵塞喷嘴的还原剂结晶。
在一些实施例中,喷嘴100可以使用3D印刷技术或其他类型的增材制造(例如,铸造模制)来制造并且包括单件材料。然而,可以设想,上述和这里讨论的喷嘴100的一个或多个部件可以替代地由包括手动加工、计算机数控(CNC)加工或其它方法的其它工艺制造。另外,喷嘴100可由多种材料制成,包括铬、镍、不锈钢、合金、陶瓷等。这些材料还可以是抗腐蚀和防粘的,以防止还原剂在喷嘴100上和/或喷嘴100内积聚。
在喷嘴100的近端104处,喷嘴100可包括配置成接收来自第一空气入口通道142的还原剂和/或空气的一个或多个入口。例如,喷嘴100可包括用于将还原剂溶液114供应到喷嘴100的第一入口108和用于将压缩空气116供应到喷嘴100的第二入口110。
在一些示例中,在喷嘴100的远端106处,喷嘴100可以包括一个或多个喷洒通道出口112。根据本文描述的实施例,还原剂/空气溶液120可以通过一个或多个喷洒通道出口112进入排气流102。
如本文详细讨论的,喷嘴100可以促进还原剂溶液114和压缩空气116的混合以混合、充气、分离和/或雾化还原剂溶液114。根据一个实施例,喷嘴100的内部118包括喷嘴100的结构,其中该结构包括至少部分地由喷嘴100的主体形成的各种通路和通道。更具体地,在喷嘴100的喷嘴内部118内,空气和还原剂可混合在一起以形成还原剂/空气溶液120。该过程可使还原剂溶液114在喷嘴内部118的内部第一端122处破碎成细颗粒或液滴,并在喷嘴内部118的内部第二端124处与压缩空气116混合。如上所述,喷嘴100可以通过设置在喷嘴100的远端106处的一个或多个喷洒通道出口112将还原剂/空气溶液120分散和/或以其他方式引导到排气流102中。因此,当还原剂/空气溶液120分散到排气流102中时,还原剂/空气溶液120可与NOx(例如NO和/或NO2)反应以形成水(H2O)和元素氮(N2)。
根据一个实施例,喷嘴内部118可以通过冲击装置130分成两个或更多个主室(例如,流体冲击室426和混合室128)。在一些方面,冲击装置130可以经由多个孔口138流体连接流体冲击室426和混合室128,这些孔口提供用于还原剂/空气溶液120从流体冲击室426通向混合室128的通道。更具体地,冲击装置主体132可配置成在冲击装置主体132的中心处具有冲击销134的基本平坦的盘或板,其中冲击装置主体132密封抵靠一个或多个更多配合面,使得还原剂溶液114、压缩空气116和/或还原剂/空气溶液120除了穿过多个孔口138之外,可以不从流体冲击室426穿过冲击装置130到达混合室128。
如下文更详细解释的,冲击销134包括在冲击装置130的近端处的凸面136。在操作中,还原剂溶液114可以被泵送或以其他方式输送到第一入口108中。因此,当被泵送到喷嘴100中时,还原剂溶液114行进通过第一入口108并撞击凸面136,其中还原剂溶液114的层流(还原剂溶液114和还原剂溶液114的层流,如图1中箭头所示)的近似中心(近似地)在凸面136的顶点处撞击凸面136。
凸面136的形状和位置使得当冲击凸面136时,还原剂溶液114分散到环境空气和还原剂溶液的混合物中。在一些方面,连接流体冲击室(其中流体被冲击销134破碎)和混合室128的孔口138配置成进一步将还原剂和压缩空气溶液分散成较小的离散液滴。例如,孔口138可以配置成用于将还原剂/空气混合物破碎成液滴,部分地雾化还原剂和空气溶液,或以其他方式将还原剂和溶液还原成气溶胶/液滴混合物。如在下文中详细解释的,孔口138还可以配置成在混合室128中产生湍流以进一步组合压缩空气116和还原剂溶液114,并且形成还原剂/空气溶液120。
当还原剂溶液是尿素或含有尿素时,在一些情况下,尿素可与热反应,使得还原剂溶液的结晶可在高于某些温度下发生。因为喷嘴100可以作为内燃机的排气系统的一部分来操作,所以喷嘴100可以达到范围在大约200℃至大约500℃间的温度。在一些实例中,当水从溶液中蒸发时,还原剂溶液的尿素水溶液可以在这些高温(例如,在大约200℃与大约500℃之间)下结晶。当尿素在高温下结晶时,可能形成尿素沉积物,这会妨碍排气系统的性能。例如,从废气流中除去颗粒的选择性催化反应可能受到尿素晶体沉积物的阻碍,喷嘴出口或其它流体端口可能被堵塞等。
根据一个实施例,为了防止还原剂溶液114结晶,喷嘴100可以引导压缩空气116通过第一空气入口通道142。在与还原剂溶液114混合时,压缩空气116可冷却系统并防止尿素在还原剂溶液114中结晶。因此,第一空气入口通道142将第二入口110流体连接到流体冲击室426。第二入口通道110可以相对于纵向轴线140以预定角度将压缩空气116引导到流体冲击室426中。压缩空气116相对于冲击销134的预定入射角可在流体冲击室126内产生湍流气流。例如,第一空气入口通道142的轴线与纵向轴线140之间的预定角度可以是约90°(基本上垂直)。如图1所示,第一空气入口通道142可以设置成与冲击销134的销主体表面相对,使得第一空气入口通道142的纵向中心基本上垂直于冲击销134的弯曲外表面,并且基本上垂直于纵向轴线140。当压缩空气116以预定角度打击冲击销134的侧面时,可以迫使压缩空气116以组合并冷却冲击销134、流体冲击室126和还原剂溶液114的方式与还原剂溶液116混合。
在一些方面,喷嘴100可以包括两个或更多个空气入口通道。例如,喷嘴100可以包括与冲击销134的销主体135相对设置的第二空气入口通道144,使得第二空气入口通道的纵向中心可以基本上垂直于冲击销134的销主体135的外表面,并且基本上垂直于纵向轴线140。在又一个实施例中,可以以与纵向轴线140基本上垂直的角度包括两个以上的空气入口通道,使得它们配置成与销主体135相对。如本文所使用的,短语“与销主体135相对”意味着销主体135可以配置成直接处于与销主体135相互作用的流体的层流和/或湍流中。
通过以垂直于纵向轴线140的角度喷射压缩空气116,压缩空气116的流可以与冲击销134的弯曲外表面相互作用,使得压缩空气116以反射角分散在流体冲击室426内。例如,当空气流与冲击销134相互作用时,线性流动的压缩空气116的流的入射角等于压缩空气116的流的反射角。因此,当径向弯曲销主体135与压缩空气116的流的层流相互作用时,压缩空气116的反射角遍布流体冲击室126。由与弯曲销主体135f相互作用的压缩空气116引起的湍流将压缩空气116与还原剂溶液114在流体冲击室426内混合。与分散的还原剂溶液114(在打击凸面136之后分散)结合,还原剂溶液114可以由压缩空气116冷却,压缩空气116可以更湍急并且与还原剂溶液114均匀混合。由于第一空气入口通道142和还原剂溶液114与凸面136相互作用的组合/配置所产生的湍流,喷嘴内部118的内表面也可被冷却到低于尿素结晶阈值的温度。
喷嘴100可以直接安装在排气系统的排气流102中(例如,如图7所示,在下文中更详细地讨论),在常规选择性催化还原催化剂系统中。因此,在传统的排放系统中,喷洒柴油机排放流体(DEF)的喷嘴会形成尿素的结晶沉积物,这会淤塞排气系统。在常规系统中,喷嘴可超过还原剂溶液114中尿素的结晶温度阈值。根据一个或多个实施例,元件的组合可以提供最佳的冷却和混合特性:第一,压缩空气116可以相对于冲击销134以产生湍流的角度被压入冲击销134中,第二,还原剂溶液114可通过流体冲击室426内的凸面136散布有湍流空气,使得冲击销134的销主体的外表面可直接与压缩空气116的流相对。根据实施例,喷嘴100的配置可冷却还原剂溶液114和喷嘴内部118两者。
图2示出了根据本发明的实施例的用于图1的还原剂喷嘴中的示例性冲击装置130的透视图。图3示出了根据本发明的实施例的图2所示的冲击装置130的俯视图。图4是根据本发明的实施例的图2所示的冲击装置130的前视图。
参见图3,根据一个或多个实施例,冲击装置130可包括冲击装置主体132和设置到冲击装置主体132的冲击销134。冲击装置主体132包括孔口138,其可以围绕喷嘴的纵向轴线140(图1)周向设置,并且更具体地,围绕冲击装置130的第二纵向轴线(纵向轴线150,如图4所示)设置。当冲击销134配置成与喷嘴100的组件时(例如,如图1所示),纵向轴线140和第二纵向轴线150共线。
如图2所示,孔口138可配置成围绕第二纵向轴线150周向设置的贯通通道。在一个方面,多个孔口138围绕喷嘴100的纵向轴线140基本上等周向分布(并且围绕第二纵向轴线150基本上等周向分布)。
在另一方面中,孔口138可配置成两个径向组,使得一组通道可位于第一径向距离154处,且第二组通道可位于第二径向距离158处。例如,多个内通道152可以在距第二纵向轴线150的第一径向距离154处以圆形阵列设置,并且多个外通道156在距冲击销134的第二纵向轴线150的第二径向距离158处以圆形阵列设置。在一个方面,第一径向距离可以是冲击装置主体132从第二纵向轴线150到冲击装置主体132的外边缘的径向距离的大约1/3。在另一方面,第二径向距离可以是冲击装置主体132从第二纵向轴线150到冲击装置主体132的外边缘的径向距离的大约2/3。在其他示例中,该距离可以大于或小于冲击装置主体132的径向距离,例如径向距离的1/2,径向距离的11/16等。
参见图4中冲击销134的前视图,冲击销134的销主体135示出为在销主体135的近端146处具有凸面136。冲击装置130的凸面136可配置成与喷嘴100的第一入口108的流体流的流动方向相反(图1)。根据一个实施例,凸面136可以基本上是半球形的。半球形显示为以使还原剂溶液114与压缩空气116的混合导致还原剂/空气溶液120最佳冷却的方式分散还原剂溶液114(图1)。
凸面136的另一个优点是易于制造冲击装置130。在一些实施例中,冲击销134可相对于冲击装置主体132机加工而成或以其它方式制造成一体件。在另一个实施例中,冲击销134可以是与冲击装置主体132分离的零件,并且使用机械紧固件(未示出)可拆卸地设置到冲击装置主体132。在任一情况下,凸面136可提供最佳的分散效果,而不引入多个机加工步骤或额外的零件来组装。
继续参见图4,第一表面147可以配置成密封抵靠喷嘴内部118的内部边缘,使得流体冲击室426可以与混合室128流体分离,除了孔口138(其包括多个内通道152和多个外通道156)之外。参见图3,示出了孔口138的局部俯视图(更具体地,示出了孔口138的内通道160和外通道162)。为了简化说明,图3中的顶视图仅示出了一个内通道160和一个外通道162,但是应当理解,多个通道(孔138)可以包括任何数量的通道。
内通道160可配置成沿大致与通道方向164一致的方向引导流体(例如还原剂溶液114,压缩空气116和/或还原剂/空气溶液120)。外通道162可配置成沿大致与示出通道方向166的方向箭头一致的方向引导流体(例如还原剂溶液114,压缩空气116和/或还原剂/空气溶液120)。内通道160可以代表围绕第二纵向轴线150周向设置的多个孔口138的所有内通道的通道方向。内通道160流体连接第一表面147和第二表面149。
根据另一实施例,通道方向164和通道方向166可配置成另一模式,使得方向在相同径向距离内在每两个通道、每三个通道等处改变。也可考虑其它配置。
图5描绘了根据本发明的实施例的图2-4的还原剂冲击装置的内通道的截面图。通道方向164表示通过内部通道160的任何流体的一般轨迹。内通道160可配置成具有两个相对的内通道壁的狭缝。在一个实施例中,两个内通道壁可以包括第一内通道壁168,该第一内通道壁168可以设置成基本上平行于第二内通道壁170。两个相对的通道壁形成内通道160的两侧。在一个方面,第一内通道壁168和第二内通道壁170相对于冲击销134的纵向轴线(例如,第二纵向轴线150)以第一预定角度172设置。在一个方面,第一预定角度可以是大约30°;在另一个方面,第一预定角度可以是另一个角度例如,如25°或35°;或大于或小于25°或35°。
图6描绘了根据本发明的实施例的图2-4的还原剂冲击装置的外通道的截面图。冲击装置主体132示出了根据一个实施例的外通道162的截面图(截面B)。通道方向166表示通过外通道162的任何流体的一般轨迹。外通道162可配置成具有两个相对的内通道壁的狭缝。在一个实施例中,两个外通道壁可以包括第一外通道壁174,该第一外通道壁174可以设置成基本上平行于第二外通道壁176。两个相对的通道壁形成外通道162的两侧。在一个方面,第一外通道壁174和第二外通道壁176相对于冲击销134的纵向轴线(例如,第二纵向轴线150)以第二预定角度178设置。在一个方面,第二预定角度可以是大约30°。在另一个方面,第一预定角度可以是另一个角度例如,如25°或35°;或大于或小于25°或35°。值得注意的是,示出了穿过多个内通道152的流体的流体轨迹的通道方向164(图5)可以与示出了穿过多个外通道156的流体的流体轨迹的通道方向166相反。
图7是根据本发明实施例的用于包括喷嘴100的发动机188的排气系统180的示意图。排气系统180可以进一步包括配置成经由压缩空气供应管线190供应压缩空气116的空气压缩机或其他压缩空气源182,以及配置成还原剂源184的一个或多个储器和泵。还原剂源184可以是例如DEF罐,其配置成经由还原剂溶液供应管线186供应还原剂溶液114。还原剂溶液供应管线186可以与第一入口108(图1)流体连接。
在一些实施例中,供应至该系统的压缩空气116的量和/或还原剂溶液114的量可以与排气流102的流速、发动机188的运行状态(例如,rpm)、排气流102的温度、排气流102中的特定气体的浓度和/或排气系统180的一个或多个其他操作条件相关。例如,随着排气流102的流速降低,可操作地连接到空气压缩机和/或还原剂泵的控制器或其它控制部件(未示出)可控制泵相应地降低供应到喷嘴100(并由此引入排气流102)的还原剂溶液114和/或压缩空气116的量。可替代地,随着排气流102的流速增加,控制器或其他控制部件(未示出)可以增加和/或减少供应到喷嘴100的还原剂溶液114和/或压缩空气116的量。因此,引入到排气流102中的还原剂/空气溶液120的量可由控制器控制。
在一些实施例中,喷嘴100可以位于选择性催化还原系统的下游,或者可以作为排气管192和/或其他处理系统内的选择性催化还原系统的一部分来操作。排气系统180还可以包括一个或多个氧化催化剂、混合特征件、颗粒过滤器(例如,柴油颗粒过滤器(DPF))、选择性催化还原底物、氨还原催化剂以及配置成进一步增强还原NOx的效率的其他装置(装置未示出)。另外,虽然仅示出了一个喷嘴100,但是在一些实施例中,排气系统180可以包括多于一个喷嘴100。此外,排气系统180可以包括其中定位有一个或多个喷嘴100的任意数量的排气管192。
工业实用性
喷嘴100、冲击装置130和排气系统180可以通过减少和/或消除由于对排气系统热的不利响应而引起的尿素化合物或其他反应物的结晶来增加排气系统效率和可操作性。本文所述的实施例可增加喷嘴100内的湍流和混合,使得还原剂溶液114可在处理内燃机的排气系统中的排气流102时保持在可操作温度。
虽然已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面,但是本领域技术人员应理解,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以通过对所公开的机器、系统和方法进行修改来设想各种附加实施例。这些实施例应被理解为落入基于权利要求书及其任何等价物所确定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种喷嘴,包括:
喷嘴主体,其包括:
近端,所述近端包括沿所述喷嘴的纵向轴线的方向设置的第一入口和第二入口,所述第二入口包括以垂直于所述喷嘴的所述纵向轴线的角度设置的第一空气入口通道;
远端,所述远端设置成沿所述喷嘴的所述纵向轴线与所述近端相反,所述远端包括出口;以及
内部,所述内部设置在所述近端与所述远端之间,所述内部包括:
流体冲击室,所述流体冲击室与所述第一入口和所述第二入口流体连接,以及
混合室,所述混合室在所述远端与所述出口流体连接;以及
冲击装置,所述冲击装置流体连接所述流体冲击室和所述混合室,所述冲击装置包括:
冲击销,所述冲击销包括销主体和设置在所述冲击销的端部的凸面,其中所述凸面与所述喷嘴的所述纵向轴线同心。
2.根据权利要求1所述的喷嘴,其中,所述第一入口是还原剂流体入口,所述第二入口是压缩空气入口。
3.根据权利要求1所述的喷嘴,其中所述凸面是基本上半球形的并且设置在所述冲击销的末端处,其中所述凸面配置成对穿过所述第一入口的流体的流体流进行冲击。
4.根据权利要求1所述的喷嘴,其中所述冲击装置包括冲击装置主体,所述冲击装置主体具有第一表面和第二表面,其中所述第一表面和所述第二表面中的一个或多个配置成产生与所述内部的表面配合的连接件,使得所述连接件流体密封所述流体冲击室和所述混合室,其中流体可通过设置在所述冲击装置主体中的多个孔口基本上穿过所述冲击装置主体。
5.根据权利要求1所述的喷嘴,其中所述第一空气入口通道设置成与所述冲击销的所述销主体相反,使得所述第一空气入口通道的中心纵向轴线基本上垂直于所述冲击销的所述销主体的外表面,并且基本上垂直于所述纵向轴线。
6.根据权利要求5所述的喷嘴,进一步包括第二空气入口通道,所述第二空气入口通道设置成与所述冲击销的所述销主体相对,使得所述第二空气入口通道的中心纵向轴线基本上垂直于所述冲击销的所述销主体的外表面,并且基本上垂直于所述纵向轴线。
7.根据权利要求1所述的喷嘴,其中所述冲击装置进一步包括与所述喷嘴的所述纵向轴线同轴的第二纵向轴线,所述冲击装置进一步包括:
围绕所述第二纵向轴线周向设置的多个孔口。
8.根据权利要求7所述的喷嘴,其中所述多个孔口是围绕所述喷嘴的所述纵向轴线基本上等周向分布的。
9.根据权利要求8所述的喷嘴,其中,所述多个孔口包括相对于所述冲击装置的第一表面具有第一预定角度的第一多个孔口和相对于所述冲击装置的所述第一表面具有第二角度的第二多个孔口。
10.冲击装置,其包括:
冲击销和装置主体,所述装置主体与所述冲击销的纵向轴线同轴,并且在所述冲击装置的远端处设置到所述冲击销上;
其中所述冲击销包括:
在所述装置的近端处的所述冲击销的凸面;以及
其中所述装置主体包括:
第一表面;
与所述第一表面相对的第二表面;以及
多个内通道,所述多个内通道连接所述第一表面和所述第二表面,所述多个内通道以第一圆形阵列设置在距所述冲击销纵向轴线的第一径向距离处;以及
多个外通道,所述多个外通道连接所述第一表面和所述第二表面,所述多个外通道以第二圆形阵列设置在距所述冲击装置的所述纵向轴线的第二径向距离处。
11.根据权利要求10所述的冲击装置,进一步包括多个狭缝,所述多个狭缝形成连接所述第一表面和所述第二表面的所述多个内通道。
12.根据权利要求11所述的冲击装置,
其中所述多个内通道中的第一内通道包括两个相对的内通道壁,
其中所述两个相对的内通道壁包括第一内通道壁,所述第一内通道壁设置成基本上平行于第二内通道壁,并且
其中所述第一内通道壁和所述第二内通道壁设置成相对于所述冲击销的所述纵向轴线成第一预定角度。
13.根据权利要求11所述的冲击装置,其中,所述多个外通道的第一外通道包括两个相对的外通道壁,
其中所述两个相对的外通道壁包括第一外通道壁,所述第一外通道壁设置成基本上平行于第二外通道壁,并且
其中所述第一外通道壁和所述第二外通道壁设置成相对于所述冲击销的所述纵向轴线成第二预定角度。
14.根据权利要求11所述的冲击装置,其中所述凸面是基本上半球形的并且设置在所述冲击销的所述末端处,其中所述凸面设置成冲击流体的流体流。
15.排气系统,包括:
排气管,所述排气管配置成接收来自发动机的排气;
压缩空气源;
还原剂源;以及
与所述排气管流体连接的喷嘴,所述喷嘴配置成接收来自所述压缩空气源的压缩空气和来自所述还原剂源的还原剂,所述喷嘴具有喷嘴主体,所述喷嘴主体包括:
近端,所述近端包括沿所述喷嘴的纵向轴线的方向设置的第一入口和第二入口,所述第二入口包括以垂直于所述喷嘴的纵向轴线的角度设置的第一空气入口通道;
远端,所述远端设置成沿所述喷嘴的所述纵向轴线与所述近端相反,所述远端包括出口;
内部,所述内部设置在所述近端与所述远端之间,所述内部包括:
流体冲击室,所述流体冲击室与所述第一入口和所述第二入口流体连接,以及
混合室,所述混合室在所述远端与所述出口流体连接;以及
冲击装置,所述冲击装置流体连接所述流体冲击室和所述混合室,所述冲击装置包括:
冲击销,所述冲击销包括销主体和设置在所述冲击销的端部的凸面,其中所述凸面与所述喷嘴的所述纵向轴线同心。
16.根据权利要求15所述的排气系统,其中,所述第一入口是还原剂流体入口,所述第二入口是压缩空气入口。
17.根据权利要求15所述的排气系统,其中所述凸面是基本上半球形的并且设置在所述冲击销的所述末端处,其中所述凸面配置成对穿过所述第一入口的流体的流体流进行冲击。
18.根据权利要求15所述的排气系统,冲击装置包括冲击装置主体,所述冲击装置主体具有第一表面和第二表面,其中所述第一表面和所述第二表面中的一个或多个配置成产生连接件,所述连接件是与所述内部的表面配合,使得所述连接件流体密封所述流体冲击室和所述混合室,其中流体可通过设置在所述冲击装置主体中的多个孔口基本上穿过所述冲击装置主体。
19.根据权利要求15所述的排气系统,其中所述第一空气入口通道设置成与所述销主体相反,使得所述第一空气入口通道的中心纵向轴线基本上垂直于所述冲击销的所述销主体的外表面,并且基本上垂直于所述纵向轴线。
20.根据权利要求19所述的排气系统,进一步包括第二空气入口通道,所述第二空气入口通道设置成与所述销主体相对,使得所述第二空气入口通道的中心纵向轴线基本上垂直于所述冲击销的所述销主体的所述外表面,并且基本上垂直于所述纵向轴线。
CN201911129343.7A 2018-11-21 2019-11-18 通道式还原剂混合装置 Active CN111206977B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/198045 2018-11-21
US16/198,045 US10766044B2 (en) 2018-11-21 2018-11-21 Channeled reductant mixing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111206977A true CN111206977A (zh) 2020-05-29
CN111206977B CN111206977B (zh) 2024-12-13

Family

ID=70546355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911129343.7A Active CN111206977B (zh) 2018-11-21 2019-11-18 通道式还原剂混合装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10766044B2 (zh)
CN (1) CN111206977B (zh)
DE (1) DE102019131540A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114412619A (zh) * 2022-02-09 2022-04-29 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 尿素喷嘴

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109909086B (zh) * 2018-12-25 2020-12-18 江苏大学 一种气液两相流雾化喷嘴及其设计方法
US20220364490A1 (en) * 2021-05-11 2022-11-17 Caterpillar Inc. Exhaust fluid injector assembly
USD1008981S1 (en) 2022-05-16 2023-12-26 Caterpillar Inc. Wire cover
US12209524B2 (en) 2022-08-23 2025-01-28 Caterpillar Inc. Exhaust fluid injector assembly
US20240288014A1 (en) * 2023-02-24 2024-08-29 V-Stax, L.L.C. High helix, high mass-flow device and method

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996036797A1 (de) * 1995-05-19 1996-11-21 Siemens Aktiengesellschaft Vormischkammer für eine abgas-reinigungsanlage
US20040098971A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Devesh Upadhyay Diesel aftertreatment systems
CN1652876A (zh) * 2002-05-07 2005-08-10 喷洒系统公司 内混合式空气雾化喷射喷嘴组件
US20080022663A1 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Dodge Lee G System and method for dispensing an aqueous urea solution into an exhaust gas stream
JP2009062860A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Hitachi High-Technologies Corp エンジン用排気処理装置
CN102905795A (zh) * 2010-05-20 2013-01-30 莱特塞德股份有限公司 多物理燃料雾化器和方法
WO2013191134A1 (ja) * 2012-06-21 2013-12-27 ヤンマー株式会社 尿素水噴射ノズル
US20140154142A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Claude M. Johnson Diesel exhaust fluid injector assembly
US20140363357A1 (en) * 2013-06-06 2014-12-11 Cummins Emission Solutions Inc. Systems and techniques for nozzle cooling of diesel exhaust fluid injection systems
WO2014196456A1 (ja) * 2013-06-04 2014-12-11 ヤンマー株式会社 尿素水噴射ノズル
CN204357539U (zh) * 2014-12-05 2015-05-27 天津思凯汽车环保科技有限公司 气体辅助式内燃机用scr带雾化效果的喷头

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4815665A (en) 1984-04-19 1989-03-28 Spraying Systems Air assisted nozzle with deflector discharge means
BRPI0514582B1 (pt) 2004-08-23 2018-06-26 Spraying Systems Co. Conjunto de bocal de atomização de ar de mistura interna melhorada
SE529591C2 (sv) 2006-02-08 2007-09-25 Stt Emtec Ab Insprutningsanordning
JP5730024B2 (ja) 2011-01-12 2015-06-03 三菱日立パワーシステムズ株式会社 噴霧ノズル及び噴霧ノズルを有する燃焼装置
US9168545B2 (en) 2013-07-24 2015-10-27 Spraying Systems Co. Spray nozzle assembly with impingement post-diffuser
CN204710601U (zh) 2015-05-27 2015-10-21 上海守望者喷雾智能系统有限公司 一种三流体喷枪喷头

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996036797A1 (de) * 1995-05-19 1996-11-21 Siemens Aktiengesellschaft Vormischkammer für eine abgas-reinigungsanlage
CN1652876A (zh) * 2002-05-07 2005-08-10 喷洒系统公司 内混合式空气雾化喷射喷嘴组件
US20040098971A1 (en) * 2002-11-21 2004-05-27 Devesh Upadhyay Diesel aftertreatment systems
US20080022663A1 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Dodge Lee G System and method for dispensing an aqueous urea solution into an exhaust gas stream
JP2009062860A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Hitachi High-Technologies Corp エンジン用排気処理装置
CN102905795A (zh) * 2010-05-20 2013-01-30 莱特塞德股份有限公司 多物理燃料雾化器和方法
WO2013191134A1 (ja) * 2012-06-21 2013-12-27 ヤンマー株式会社 尿素水噴射ノズル
US20140154142A1 (en) * 2012-12-05 2014-06-05 Claude M. Johnson Diesel exhaust fluid injector assembly
WO2014196456A1 (ja) * 2013-06-04 2014-12-11 ヤンマー株式会社 尿素水噴射ノズル
US20140363357A1 (en) * 2013-06-06 2014-12-11 Cummins Emission Solutions Inc. Systems and techniques for nozzle cooling of diesel exhaust fluid injection systems
CN204357539U (zh) * 2014-12-05 2015-05-27 天津思凯汽车环保科技有限公司 气体辅助式内燃机用scr带雾化效果的喷头

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘磊等: "柴油机SCR系统车用尿素喷雾特性仿真与试验研究", 《车用发动机》, no. 5, pages 8 - 13 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114412619A (zh) * 2022-02-09 2022-04-29 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 尿素喷嘴

Also Published As

Publication number Publication date
CN111206977B (zh) 2024-12-13
DE102019131540A1 (de) 2020-05-28
US10766044B2 (en) 2020-09-08
US20200156093A1 (en) 2020-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111206977B (zh) 通道式还原剂混合装置
JP5600787B2 (ja) 混合および/または蒸発装置を備えた排気システム
US8627649B2 (en) Device and method for metering liquid pollutant-reducing media into an exhaust gas duct of an internal combustion engine
KR101686365B1 (ko) 임팩터를 구비한 배기 시스템 혼합기
US11313266B2 (en) Compact mixer with flow diverter
JP4044896B2 (ja) 排ガス浄化装置のための混合装置
US20120124983A1 (en) Exhaust system having reductant nozzle flow diverter
CN111188672B (zh) 具有螺旋通道设计的还原剂喷嘴
EP1878887B1 (en) Fluid dosing device
KR20130098882A (ko) 역 배기 가스 처리 인젝터
EP1712753A2 (en) Module and method for introducing a urea solution into the exhaust gas of an engine
CN111185315A (zh) 旋流喷射模式还原剂喷嘴
CN111188671A (zh) 具有径向空气注入的还原剂喷嘴
CN113302384A (zh) 还原剂喷嘴
JP5791489B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
CN109958512A (zh) 用于发动机的排气处理系统
US10273849B2 (en) Injection module and exhaust system having an injection module
US20180142596A1 (en) Injection module and exhaust system having an injection module
CN120094372A (zh) 烟气脱硝用喷氨混合设备
US9896984B2 (en) Orifice plate flow path stabilizer
JP2007040118A (ja) 尿素水ノズル装置
EP3992442B1 (en) Exhaust gas purification device, flow path forming member, and tubular member
US20080163616A1 (en) Apparatus for Mixing a Liquid Medium Into a Gaseous Medium
HK40068756A (zh) 废气净化装置、流路形成构件和管状构件
JP2021025527A (ja) 排気浄化装置、流路形成部材、及び筒状部材

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant