CN203856551U

CN203856551U - 混合器模块以及排放清洁模块

Info

Publication number: CN203856551U
Application number: CN201420128685.3U
Authority: CN
Inventors: A·基恩; C·佩特
Original assignee: Perkins Engines Co Ltd
Current assignee: Perkins Engines Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2024-03-21
Also published as: GB201306517D0; GB2512896B; GB2512896A

Abstract

本实用新型提供了一种混合器模块以及排放清洁模块，其可以形成排放清洁模块（1）的一部分，其使得添加剂、例如尿素能够混合进入排放气流中。混合器模块包括外导管（10）和内导管（20）的同轴布置。外导管的上游端（11）包括入口（13），用于接收液流。外导管（10）的下游端（11）流动地连接至内导管（20），并且混合器模块构造为，随着排放气流在外和内导管之间的传输而反转其方向。混合器模块可包括流量调节器（14）和/或漩涡发生器（16），用于促进已知的液流。混合器模块可以围绕其纵轴对称。

Description

混合器模块以及排放清洁模块

技术领域

本实用新型涉及一种用于在内燃机操作期间清洁排出的排放流体的装置。特别地，其涉及一种混合器模块，以及包括这一混合器模块的排放清洁模块。

背景技术

发动机，例如燃烧汽油、柴油或生物燃料的IC发动机，输出多种有害物质，它们必须被处理从而满足当前和未来的排放法规。最常见的这些物质包括碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、单氮氧化物（NOx）和构成烟尘的特定元素，例如碳（C）。一些的这物质可通过发动机操作条件的仔细控制而降低，但是这通常需要在发动机的下游提供例如排放清洁模块的装置，来处理排放气体中的至少一些的这些物质。用于降低和/或消除排放中的成分的多种装置是已知的。例如，已知的是提供一种氧化装置，例如柴油氧化催化剂（DOC），来降低和/或消除碳氢化合物（HC）和/或一氧化碳（CO）氧化装置通常包括催化剂，用于将那些物质转化为二氧化碳和水，它们显然具有更小的害处。作为进一步示例，排放清洁模块可以包括过滤器，例如柴油微粒过滤器（DPF），来防止排放气体中存在的微粒被输出至大气。

此外，已知的是，通过与夹带于排放气体中的例如氨水（NH₃）的化合物的接触反应，将二价氮（N₂）转换至水（H₂O），从而降低或消除柴油器排放中的单氮氧化物（NOx）。通常，氨水不存在于排放气体中，并因而必须被引入催化剂的上游，典型地，通过向排放气体中喷射尿素溶剂，其在足够高温处分解为氨水。

通过这些方法，排放气体可被清洁，意味着可被释放至大气的一部分有害物质被转化至二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）和水（H₂O）。

还已知的是，包括排放混合器来辅助喷射的尿素与排放气体的混合。例如，De Rudder（De Rudder, K., "Tier 4 High Efficiency SCR for Agricultural Applications" SAE Int. J. Commer. Veh. 5(1):386-394, 2012, doi:10.4271/2012-01-1087）描述了一种排放后处理系统，其中，DOC具有在中间具有管子的环形形状。在进入环形DOC的内管之前，排放气体流经环形DOC的外部和布置在DOC出口的涡流片。这一布置可以导致排放后处理系统变得庞大且需要相对大的DOC。DOC的复杂结构还可以导致增加制造费用。

基于这一背景，提供了一种包括改进的混合器模块的排放清洁模块。

实用新型内容

本实用新型提供了一种混合器模块以及排放清洁模块，其可以改进混合添加剂、例如尿素进入排放流体、例如排放气体的气流中的效率。

本实用新型提供了一种混合器模块，包括：

外导管；以及内导管，在外导管内轴向地延伸；

所述外导管具有：

上游端，包括入口，用于接收来自上游柴油氧化催化剂的液流；以及外导管的下游端，流动地连接至内导管的入口，使得液流离开外导管且进入相反方向的内导管；

混合器模块进一步包括，喷射器模块，定位来向内导管的入口中喷射添加剂。

在本实用新型的技术方案中，还具有以下附加技术特征：

外导管包括流量调节器，用于增加外导管中的液流的流动一致性。

流量调节器包括一个或多个穿孔挡板或多个翅片。

外导管包括漩涡发生器，用于引起围绕外导管的纵轴的液流的旋转。

一个或多个穿孔挡板定位在或朝向外导管的上游端，并且漩涡发生器位于或朝向外导管的下游端，从而在它们之间确定延长的环形空间。

内导管包含混合元件。

混合元件包含水解催化器。

进一步包括，第一流罩，连接至外导管的上游端。

内导管的外端延伸经过第一流罩中的孔。

进一步包括，混合器流罩，连接至外导管的下游端。

喷射器模块安装在混合器流罩中。

外导管和内导管围绕通常的纵轴旋转地对称。

本实用新型还提供了一种排放清洁模块，包括如上所述技术方案的混合器模块。

进一步包括，上游导管，流动地连接至外导管的入口，其中，所述上游导管包含柴油氧化催化模块。

进一步包括，下游导管，流动地连接至内导管的出口，其中，所述下游导管包含选择性催化剂减少模块。

附图说明

现在将描述本实用新型的实施方式，仅通过示例的方式，参见附图，其中：

附图1示出了包括依照本实用新型的第一实施方式的混合器模块排放清洁模块的一部分的示意性表现；

附图2示出了包括依照本实用新型的第二实施方式的混合器模块排放清洁模块的一部分的示意性表现；

附图3示出了附图2的一部分的放大视图；以及

附图4示出了包括依照本实用新型的第三实施方式的混合器模块排放清洁模块的一部分的示意性表现。

具体实施方式

依照本实用新型的混合器模块2可以形成排放清洁模块1的一组成部分，其本身可以形成发动机排放系统的一部分。

排放清洁模块可以包括柴油氧化催化（DOC）模块、选择性催化还原（SCR）模块和氨氧化催化（AMOX）模块。排放清洁模块1可以包括多个相互连接的导管，安置所述模块。DOC模块3可被安置在第一导管4中，其可以具有入口45，用于接收排放气体所需处理。第一导管4还可以包括柴油微粒过滤器（DPF）模块（附图1中未示出），其可以是DOC模块3的下游。第一导管4的出口46可通过第一流罩40的方式被连接至第二导管5。第二导管5可以形成一部分混合器模块2，其将在下文更详细地描述。混合器模块2的出口可通过第二流罩而被连接至第三导管，其可以安置SCR模块和AMOX模块。为了清晰，第二流罩和第三导管在附图1省略。

第一导管4和第二导管5可被延长，具有延长轴，并且可以具有沿着延长轴基本上不变的横截面。第一导管4和第二导管5可基本上是圆柱的且可相互平行布置。

DOC模块3可位于第一导管4的第一部分。DOC模块3可包括一种或多种催化剂，例如钯或铂。这些材料用作催化剂，来引起存在于液流中的碳氢化合物（[HC]）和一氧化碳的氧化，从而产生二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）。催化剂可以以一种方式分布，从而最大化催化剂材料的表面区域，从而增加在催化反应中的催化剂效果。

附图1中示出了混合器模块2的第一实施方式。混合器模块2包括外导管10以及在外导管10中轴向延伸的内导管20。

外导管10的上游端11可以包括入口13，用于接收来自上游DOC模块3经过第一流罩40的液流。第一流罩40可被构造为使得经过其中的液流反向，使得第一导管4中的液流方向与第二导管5的外导管10中的液流方向相反。

外导管10的下游端12流动地连接至内导管20的入口21，使得液流离开外导管10且进入相反方向的内导管20。混合器模块2进一步包括，喷射器模块30，定位得向内导管20的入口21中喷射添加剂。外导管10的下游端12可通过混合器流罩50的方式被连接至内导管20的入口21。混合器流罩50可以包括碗形末端，具有环形凹区域51，围绕中间定位的提升部52，其形成了用于喷射器模块30的安装点。混合器流罩50可通过安装凸缘53、54安装至外导管10的下游端12。

内导管20的出口26可位于内导管20的出口端24。第二流罩（未示出）可被流动地连接至出口26。

外导管10和内导管20可围绕通常的纵轴旋转地对称。外导管10可以是圆柱形的，且可以沿着其大部分长度具有不变的直径。内导管20可以是圆柱形的，且可以具有不变的直径。

内导管20可以沿着大于外导管10的50%长度而延伸。内导管20可以沿着大于外导管10的75%长度而延伸。内导管20的外端24可以超过外导管10而突起。内导管20的外端24可以延伸经过第一流罩40中的孔41。第一流罩40可以作为用于内导管20的结构支撑，与外导管10呈间隔关系。

外导管10可以包括流量调节器14，用于增加外导管10中的液流的流动一致性。流量调节器14可以包括一个或多个穿孔挡板或多个翅片。在示出的示例中，提供了单一穿孔挡板。如附图1所示，流量调节器14可被定位在或朝向外导管10的上游端11。流量调节器14可以是环形的，且尺寸可以是配合外导管10和内导管20之间的环形间隙，使得经过外导管10的全部液流都经过流量调节器14。流量调节器14也可以用作保持内导管20的结构支撑，与外导管10呈间隔关系。

外导管10可以包括漩涡发生器16，用于引起围绕外导管10的纵轴的液流的旋转。漩涡发生器16可被定位在或朝向外导管10的下游12。延长的环形空间因而可被确定在流量调节器14和漩涡发生器16之间。漩涡发生器16可以包括一个或多个叶片。漩涡发生器16可以包括多个叶片，围绕外导管10的圆周间隔布置。叶片可以围绕外导管10的圆周等间距间隔。在一个示例中，漩涡发生器16可以包括5或6个叶片。漩涡发生器16也可以用作保持内导管20的结构支撑，与外导管10呈间隔关系。

除了漩涡发生器16之外或作为替代，结构支撑可以位于或接近内导管20的入口21，从而将内导管20保持在与外导管10的间隔关系。结构支撑可以是多个支撑元件，在内导管20和外导管10之间延伸。

如附图1所示，喷射器模块30可直接位于入口21的上游。喷射器模块30的出口31可被构造为喷射添加剂，例如尿素，作为具有沿着或平行于内导管20的纵轴25对中的喷雾式样的喷雾。喷射的添加剂流体可被喷射为具有基本上圆锥体喷雾式样的喷雾。

喷射器模块30可相关于或可连接至泵电子箱单元（PETU）。泵电子箱单元可以包括箱体，用于提供用于将由喷射器喷射的添加剂流体的容器。该添加剂流体可以包括尿素或氨水。PETU可以进一步包括控制器，构造为控制由喷射器从箱体喷射的添加剂流体的量。控制器可以具有作为输入的、例如温度信息和NOX量的信息，其可以从SCR模块中的传感器得到。

混合元件22可以位于内导管20中、喷射器模块30的下游。混合元件22可以是水解催化器。混合元件22可以位于或朝向入口21。

在使用中，排放气体可以经过入口45进入排放清洁模块1。排放气体随后经过第一导管4中的DOC模块3，并且通过第一流罩40经过入口13进入混合器模块2。随着排放气体经过第一流罩40，其流动方向可以反向。进入的流体可以冲击在内导管20的外侧，并因而被转向，使得液流经内导管20和外导管10之间的全部环形。排放气体随后可以经过流量调节器14和漩涡发生器16。流量调节器14可以作用来调节排放气体的流动，并且可以在外导管10中产生更一致式样的流动。漩涡发生器16，在存在的地方，可以在排放气体到达喷射器模块之前向其引起漩涡。

接下来，排放气体经过混合器流罩50而排出外导管10的下游端12，，并且进入内导管20的入口21。排放气体从外导管10向内导管20的传送引起了排放气体流动方向的反向。此外，内导管20的入口21和外导管10的下游端12的横截面区域的差可被构造为，随着排放气体进入内导管20，带来流速的增加。

随着排放气体经过混合器流罩50，其通过喷射器模块30的出口31。添加流体，例如尿素，可在排放气体到达内导管20的入口21之前被喷射进入排放气流中，并且排放气体和添加流体的合成混合物随后可通过入口21穿入内导管20。

排放气体和添加流体的混合物随后可以经过混合元件22。排放气体随后可以经过出口通行进入第三导管，其可以包含SCR和/或AMOX模块，用以进一步的处理。

附图2和附图3中示出了依照本实用新型的混合器模块2的第二实施方式。在第一实施方式中已经表述过的相似部件使用相似的附图标记。在下文中，将仅讨论第一和第二实施方式之间的不同。在一个方面，混合器模块2的结构、特征和应用正如在上文参考第一实施方式所描述的。

如前，混合器模块2包括外导管10以及在外导管10中轴向延伸的内导管20。然而，在这一实施方式中，外导管10的长度相比起第一实施方式显著降低。

如前，外导管10的上游端11可以包括入口13，用于接收来自上游DOC模块3经过的液流。然而，第一导管4相对于第二导管5的方位可被反转，使得第一导管4的出口可定位为更接近导管5容纳喷射器模块30的端部，而不是更接近内导管20的出口26。

第一流罩40可以与第一导管4和外导管10的入口13相互连接。第一流罩40可以包括弯如狗腿的形状，构造为偏转经过其中的液流经过90°的角度。例如，流体从第一导管4进入第一流罩40的流动方向可以在轴向方向中，与第一导管4的中轴对齐，但是流体进入外导管10的流动方向可以在与第一导管4中的流动方向垂直的径向方向。外导管的入口13可以是在第二导管5的壁的截面中的孔。

如前，外导管10的下游端12流动地连接至内导管20的入口21，使得液流离开外导管10且进入相反方向的内导管20。

外导管10的下游端12可通过如前所述的混合器流罩的方式被连接至内导管20的入口21。替代地，如在附图2中所示，外导管10的下游端12可由一端板56封闭。如在附图3中更清晰示出的，端板56可以包括扁平外截面57和和圆锥形突起58，其形成了用于前述类型的喷射器模块30的安装点。圆锥形突起58可以允许喷射器模块30的出口31定位得更接近内导管20的入口21。端板56可通过安装凸缘或通过焊接而安装至外导管10的下游端12。

正如第一实施方式，内导管20的出口26可位于内导管20的出口端24。第二流罩（未示出）可被流动地连接至出口26。

内导管20可以沿着大于外导管10的50%长度而延伸。内导管20可以沿着大于外导管10的75%长度而延伸。内导管20的外端24可以超过外导管10而突起。内导管20突起超过外导管10的部分可以大于50%且比起第一实施方式显著更大。内导管20的外端24可以延伸经过第一流罩40中的孔41。安装凸缘可以围绕孔41。第一流罩40可以作用为保持内导管20的结构支撑，与外导管10呈间隔关系。

可以是前述的通常类型的流量调节器14可以位于外导管10中且可以包括一个或多个有孔挡板。在示出的示例中，提供了两个穿孔挡板。由于第二导管5的截短长度，流量调节器14可位于近似外导管10的轴向长度的中间。特别地，正如示出的，一个穿孔挡板可以位于接近外导管10的入口13，并且另一穿孔挡板可以位于接近内导管20最接近其中的入口21的端部。流量调节器14也可以用作保持内导管20的结构支撑，与外导管10呈间隔关系。

外导管10可以不需要包含漩涡发生器。

前述类型的混合元件22可以位于内导管20中、喷射器模块30的下游。

附图4中示出了依照本实用新型的混合器模块的第三实施方式。在第一和第二实施方式中已经表述过的相似部件使用相似的附图标记。在下文中，将仅讨论第二和第三实施方式之间的不同。在一个方面，混合器模块2的结构、特征和应用正如在上文参考第二实施方式所描述的。

依照第三实施方式，流量调节器14可以位于外导管10中，且可以包括多个直翅片17。如前面描述的,流量调节器14可以是环形的，且尺寸可以是配合外导管10和内导管20之间的环形间隙，使得经过外导管10的全部液流都经过流量调节器14。每个翅片可以包括一致厚度的类似矩形板的元件，并且可以从内导管20向外导管10径向延伸。翅片17可以围绕外导管10的圆周间隔。翅片17可以围绕外导管10的圆周等间距间隔。翅片17可被独立安装至内导管20和/或外导管10。翅片17可被安装至壳体，其可以随机被安装至内导管20和/或外导管10。

外导管10的外径在第二实施方式中更大，从而在内导管20和外导管10之间提供更大的环形间隙。

如前所述，由于第二导管5的截短长度，流量调节器14可位于近似外导管10的轴向长度的中间。特别地，正如示出的，翅片17可位于接近外导管10的入口13。

流量调节器14也可以用作保持内导管20的结构支撑，与外导管10呈间隔关系。外导管10可以不需要包含漩涡发生器。

外导管10的下游端12可通过如前所述的混合器流罩的方式被连接至内导管20的入口21。替代地，如在附图4中所示，外导管10的下游端12可由一端板56封闭。端板56可以包括扁平外截面57和和圆锥形突起58，其形成了用于前述类型的喷射器模块30的安装点。圆锥形突起58可以允许喷射器模块30的出口31定位得更接近内导管20的入口21。替代地，喷射器模块30可被安装得使得出口31接近端板56。喷射器模块30可被使用V带夹而安装。端板56可通过安装凸缘或通过焊接而安装至外导管10的下游端12。

工业应用

在使用中，排放气体可以经过入口45进入排放清洁模块1。排放气体随后经过第一导管4中的DOC模块3，并且通过第一流罩40经过入口13进入混合器模块2。随着排放气体经过第一流罩40，其流动方向可以90°偏移。进入的流体可以冲击在内导管20的外侧，并因而被转向，使得液流经内导管20和外导管10之间的全部环形。排放气体随后可以经过流量调节器14的穿孔挡板。流量调节器14可以作用来调节排放气体的流动，并且可以在外导管10中产生更一致式样的流动。

接下来，排放气体排出外导管10的下游端12，并且可由端板56偏离而进入内导管20的入口21。排放气体从外导管10向内导管20的传送引起了排放气体流动方向的反向。此外，内导管20的入口21和外导管10的下游端12的横截面区域的差可被构造为，随着排放气体进入内导管20，带来流速的增加。

随着排放气体在外导管10和内导管20之间传送，其通过喷射器模块30的出口31。添加流体，例如尿素，可在排放气体到达内导管20的入口21之前被喷射进入排放气流中，并且排放气体和添加流体的合成混合物随后可通过入口21穿入内导管20。

尿素不完全混合，并因而足够分解尿素至氨水，当其被喷射入混合导管中时，可以导致固体尿素沉积在混合导管内表面的积聚，包括在那里存在的任何排放混合器。还发现的是，喷射添加剂喷雾在混合导管的相对较冷的壁上的冲击还可以促使这样的沉积积聚。这样可以导致对于过度频繁分解和排放清洁模块或排放清洁模块再生策略的需求。

喷射器模块的位置允许添加剂喷射进入内导管的入口。这样可以带来添加剂喷在外导管相对较冷表面上的影响的降低。这样可以帮助避免可能影响性能的固态添加剂沉积在混合器模块中的积聚。

此外，内导管在外导管中的同轴布置可以有利地帮助保持可以与添加剂喷雾接触的内导管表面的升高温度，由于外导管可以作用为隔热层。

当前的混合器模块还可以提供更紧凑的布置，用于使用在排放清洁模块中，通过与混合器模块独立地容纳DOC模块。混合器模块因而可以制造得更小。这样可以允许在发动机排放布置中排放清洁模块的更简单集成。此外，不需要环形DOC模块。因此，DOC模块可以更小且较不复杂。

混合器模块可以围绕其纵轴旋转地对称。这样可以有利地促进增加排放气体的流动一致性，并且，此外，流动一致性可以更不敏感于液流速度的改变和/或排放清洁模块的发动机几何上游中的改变。

混合器模块可以包括翅片形式的流量调节器，与使用有孔挡板相比，其可以有利地降低穿过混合器模块的整体压降。

混合器模块可以有利地利用在一种布置中，其中，喷射器模块的出口可以仅喷射小距离、称为近似6mm，进入模块。流量调节器的使用和排放气体流动方向的反转可以补偿且仍然产生喷射流体和排放气体的一致混合。

混合模块和排放清洁模块可被用在燃烧汽油、柴油或生物燃料的IC发动机中。

Claims

1.混合器模块，其特征在于，包括：

外导管；以及

内导管，在外导管内轴向地延伸；

所述外导管具有：

上游端，包括入口，用于接收来自上游柴油氧化催化剂的液流；以及

外导管的下游端，流动地连接至内导管的入口，使得液流离开外导管且进入相反方向的内导管；

混合器模块进一步包括，喷射器模块，用于定位来向内导管的入口中喷射添加剂。

2.根据权利要求1所述的混合器模块，其特征在于，外导管包括流量调节器，用于增加外导管中的液流的流动一致性。

3.根据权利要求2所述的混合器模块，其特征在于，流量调节器包括一个或多个穿孔挡板或多个翅片。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合器模块，其特征在于，外导管包括漩涡发生器，用于引起围绕外导管的纵轴的液流的旋转。

5.根据权利要求4当其引用权利要求3时所述的混合器模块，其特征在于，一个或多个穿孔挡板定位在或朝向外导管的上游端，并且漩涡发生器位于或朝向外导管的下游端，从而在它们之间确定延长的环形空间。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的混合器模块，其特征在于，内导管包含混合元件。

7.根据权利要求6所述的混合器模块，其特征在于，混合元件包含水解催化器。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的混合器模块，其特征在于进一步包括，第一流罩，连接至外导管的上游端。

9.根据权利要求8所述的混合器模块，其特征在于，内导管的外端延伸经过第一流罩中的孔。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的混合器模块，其特征在于进一步包括，混合器流罩，连接至外导管的下游端。

11.根据权利要求10所述的混合器模块，其特征在于，喷射器模块安装在混合器流罩中。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的混合器模块，其特征在于，外导管和内导管围绕通常的纵轴旋转地对称。

13.一种排放清洁模块，其特征在于，包括如前述权利要求1至12中任一项所述的混合器模块。

14.根据权利要求13所述的排放清洁模块，其特征在于进一步包括，上游导管，流动地连接至外导管的入口，其中，所述上游导管包含柴油氧化催化模块。

15.根据权利要求13或14所述的排放清洁模块，其特征在于进一步包括，下游导管，流动地连接至内导管的出口，其中，所述下游导管包含选择性催化剂减少模块。