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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium oder in zwei gasförmigen Medien. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung, um die Verdampfung und das Mischen von Flüssigkeiten wie z. B. einer Harnstofflösung und von Kohlenwasserstoffen in gasförmigen Medien wie z. B. Abgasen einer Brennkraftmaschine zu verbessern.
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HINTERGRUND
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Es gibt viel Anwendungen, bei denen eine Flüssigkeit mit einem Strom eines gasförmigen Mediums gemischt werden muss. Das gasförmige Medium liegt typischerweise auf einer Temperatur, die die Verdampfung der Flüssigkeit erleichtert. Herkömmlich wird das Mischen durch Spritzen der Flüssigkeit in den Strom des gasförmigen Mediums unter Verwendung einer Düse erreicht, die dazu eingerichtet ist, feine Tröpfchen der Flüssigkeit zu erzeugen, die, nachdem sie mit dem gasförmigen Medium bei höherer Temperatur in Kontakt kommen, verdampfen, um das Mischen zu erleichtern.
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Eine beispielhafte Anwendung der obigen Methodologie für das Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium ist in Kraftfahrzeugen, die mit einer Dieselkraftmaschine ausgestattet sind und mit selektiven katalytischen Reduktionsmitteln (SCR) versehen sind, um Emissionen von Stickoxiden aus dem Abgas von Dieselfahrzeugen zu reduzieren. Ein SCR verwendet typischerweise eine wässerige Harnstofflösung als Verbrauchsstoff, um Emissionen von Stickoxiden aus dem Abgas von Dieselfahrzeugen zu reduzieren.
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Wie in 1A gezeigt, wird eine Harnstofflösung 103 typischerweise in einen Abgaskanal gespritzt, nachdem die Abgase von der Kraftmaschine 101 durch einen Dieseloxidationsfilter (DOC) 102 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 104 hindurchgeströmt sind. Nachdem die Abgase mit der Harnstofflösung vermischt wurden, wird das Gemisch 107 zum SCR 106 bewegt, wo die Gase auf weniger schädliche Gase und Wasser reduziert werden und danach an die Atmosphäre 105 abgegeben werden. Das Abgassystem kann auch Ammoniakschlupfkatalysatoren (ASC) nach dem SCR umfassen.
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Wie in 1 B gezeigt, umfasst eine herkömmliche Anordnung 100 zur Verdampfung und zum Mischen der Harnstofflösung ein Mischrohr 108, das die Abgase führt, und eine Düse 110, um die Harnstofflösung in das Mischrohr 108 einzuspritzen zu spritzen. Obwohl das Mischrohr 108 dazu eingerichtet ist, eine ausreichende Mischlänge bereitzustellen, bevor dieses Gemisch zum SCR 106 geleitet wird, schafft es die Harnstofflösung in der Nähe der inneren Oberfläche des Mischrohrs 108 aufgrund der kalten Oberfläche des Mischrohrs 108 nicht zu verdampfen und wird an den Wänden davon abgeschieden.
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2 zeigt eine andere herkömmliche Anordnung 200 für das Harnstofflösungsverdampfen und -mischen mit einem Rohr in einer Rohrgestaltung. Die Anordnung umfasst ein inneres Rohr 202 und ein äußeres Rohr 204 mit einem ringförmigen Raum 208 dazwischen. Die Strömung der Abgase wird zwischen dem inneren Rohr 202 und dem ringförmigen Raum 208 zwischen dem äußeren Rohr 204 und dem inneren Rohr 202 aufgeteilt. Eine Düse 206 ist nahe einem stromaufseitigen Ende des inneren Rohrs 202 gestaltet, um die Harnstofflösung in das innere Rohr 202 einzuspritzen. Die Abgase, die durch den ringförmigen Raum 208 strömen, erhitzen das innere Rohr 202, um die Verdampfung der Harnstofflösung, die in das innere Rohr 202 eingespritzt wird, für verbesserte Ergebnisse zu verbessern.
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Solche herkömmlichen Anordnungen erfordern jedoch eine beträchtliche Länge des Mischrohrs für die Ausbreitung von Wärme vom ringförmigen Raum zum Mischrohr, wodurch mehr Unterbringungsraum erforderlich ist. Bei Abwesenheit einer angemessenen Ausbreitungslänge für das angemessene Erhitzen der Tröpfchen kann es die Flüssigkeit nicht schaffen zu verdampfen.
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Das Patentdokument
DE102018103368A1 offenbart eine Einrichtung zum Mischen eines Abgasstroms mit einem Additiv, insbesondere einem Reduktionsmittel. Die Einrichtung umfasst ein Mischrohr zum Mischen des Abgasstroms mit dem Additiv; und ein erstes Ablenkrohr zum Ablenken der Abgasströmung um 180°. Die Abgasströmung über das erste Ablenkrohr zum Mischrohr wird zur Vorderseite zugeführt. Das erste Ablenkrohr weist einen Befestigungsbereich zum Anbringen einer Additiveinspritzdüse am ersten Ablenkrohr auf; und das erste Ablenkrohr weist einen Wirbelerzeugungswandbereich auf, der an der Endfläche des Mischrohrs angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, der Abgasströmung einen Wirbel zu verleihen.
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Ein anderes Patentdokument
US2019112962A1 offenbart eine Mischeinrichtung für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit einem Mischabschnitt mit einem Mischabschnittseinlassbereich, der stromabwärts in Bezug auf eine Reaktionsmitteleinführungseinrichtung positioniert ist; einem Mischabschnittsauslassbereich, der stromaufwärts in Bezug auf eine Katalysatoreinrichtung positioniert ist. Der Mischabschnitt umfasst eine Innenwand, die ein Innenvolumen umgibt, durch das das Abgas und/oder Reaktionsmittel strömt, und eine Außenwand, die die Innenwand umgibt. Ein Außenvolumen umgibt das Innenvolumen in einer Ringform, die zwischen der Innenwand und der Außenwand ausgebildet ist. Eine Heizeinrichtung ist an der Innenwand vorgesehen oder/und ein Wärmeübertragungsrippengebilde ist an der Innenwand vorgesehen.
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Noch ein anderes Patentdokument
EP3141719A1 offenbart ein Verfahren zum Verbessern der Verdampfung einer Lösung auf Harnstoffbasis in einem Dosiermodul für einen SCR-Katalysator, das Dosiermodul umfasst ein Mittel zum Spritzen der Flüssigkeit auf Harnstoffbasis in einen Abgasstrom. Das Verfahren umfasst das Aufteilen der Abgasströmung in zwei Gasströme, die physikalisch voneinander getrennt sind, mittels der Scheidewand und Spritzen einer Reinigungsflüssigkeit direkt in nur einen der zwei Gasströme und Ausnutzen des anderen Gasstroms, um die Scheidewand zu erhitzen, während die Lösung auf Harnstoffbasis gespritzt wird, um Tröpfchen zu verdampfen, die mit der Scheidewand zusammenstoßen. Die Scheidewand umfasst Rippen, um Wärme von dem anderen Gasstrom zu gewinnen.
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Noch ein anderes Patentdokument
WO2016062395A1 offenbart eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem internen Rohr, durch das eine interne Strömung der Abgase stattfindet, und einem externen Rohr, das mindestens einen Längsbereich des internen Rohrs umgibt, um einen externen Kanal zu bilden, durch den eine externe Strömung der restlichen Abgase stattfindet. Ein Dosierelement, das in den internen Kanal mündet, ist vorgesehen, durch das ein Reduktionsmittel in den ersten Teil der Abgase dosiert wird. Während des Betriebs entspricht die externe Abgasströmung der internen Abgasströmung oder ist größer als die interne Abgasströmung.
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Obwohl die zitierten Patentdokumente verschiedene Typen von Anordnungen zum Mischen des flüssigen Additivs in einem gasförmigen Medium offenbaren, besteht ein Spielraum für eine Weiterverbesserung in der Effizienz von bekannten Anordnungen zum Verdampfen und Mischen der Additivflüssigkeit im gasförmigen Medium.
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Daher besteht ein Bedarf, eine effiziente und kosteneffiziente Lösung bereitzustellen, die die vorstehend erwähnte Begrenzung von herkömmlichen Anordnungen zum Verdampfen und Mischen einer Lösungsflüssigkeit in dem entsprechenden gasförmigen Medium vermeiden kann.
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein einfaches, effizientes und kosteneffizientes Verfahren und eine einfache, effiziente und kosteneffiziente Vorrichtung für die Verdampfung und das Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium bereitzustellen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdampfung und zum Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium bereitzustellen, die die vorstehend erwähnte Begrenzung der herkömmlichen Anordnungen vermeiden.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Verdampfung und das Mischen verbessert, die kompakt und leicht in einem begrenzten Raum unterzubringen ist.
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Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Verdampfung und das Mischen verbessert, die nicht zu einer Erhöhung des Gegendrucks an dem gasförmigen Medium führt.
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Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Verdampfung und das Mischen verbessert, die in existierenden Systemen ohne irgendwelche wesentlichen Modifikationen implementiert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf das Mischen eines flüssigen Additivs in einem gasförmigen Medium. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern der Verdampfung und des Mischens einer Flüssigkeit wie z. B. einer Harnstofflösung und von Kohlenwasserstoffen in einem gasförmigen Medium wie z. B. Abgasen einer Brennkraftmaschine. Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren basieren auf einem mäanderförmigen Strömungsteiler, der zu dünnen Schichten der verschiedenen Teile des gasförmigen Mediums führt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind. Die dünnen Schichten, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, ermöglichen ein effizientes Mischen der verschiedenen Teile, von denen in einen das flüssige Additiv früher eingespritzt wird.
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In einem Aspekt schafft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium, wobei die Vorrichtung einen Strömungskanal mit einem Einlassseitenende und einem Auslassseitenende, damit das gasförmige Medium vom Einlassseitenende zum Auslassseitenende strömt; und einen Strömungsteiler, der vom Einlassseitenende zum Auslassseitenende vorgesehen ist, um die Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende empfangen wird, zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil aufzuteilen, aufweist. Eine Düse ist nahe dem Einlassseitenende vorgesehen, um die Flüssigkeit in den ersten Teil oder in den zweiten Teil einzuspritzen.
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In einem Aspekt ist der Strömungsteiler derart gestaltet, dass der Querschnitt des Strömungskanals am Auslassseitenende den ersten Teil und den zweiten Teil des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten auslässt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.
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In einem Aspekt ist der Strömungsteiler am Auslassseitenende mäanderförmig, so dass der Strömungsteiler dünne Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums bereitstellt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.
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In einer Ausführungsform kann der Strömungskanal irgendeinen von einem zylindrischen Querschnitt, einem ovalen Querschnitt, einem elliptischen Querschnitt und einem quadratischen Querschnitt oder eine Kombination von diesen Formen aufweisen, so dass er verschiedene Querschnittsformen am Einlassseitenende und am Auslassseitenende mit einem allmählichen Übergang dazwischen aufweist.
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In einer Ausführungsform kann der Strömungsteiler winzige Mäander umfassen, die über die Mäanderform überlagert sind.
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In einer Ausführungsform kann der Strömungsteiler irgendeine oder eine Kombination einer Vielzahl von Ausstülpungen und Löchern/Schlitzen umfassen, die nahe dem Auslassseitenende angeordnet sind, um die Turbulenz zu erhöhen und das effiziente Mischen des ersten Teils und des zweiten Teils, die durch die benachbarten Schichten strömen, zu unterstützen.
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In einer Implementierungsausführungsform kann der Strömungsteiler eine Form, die am Einlassseitenende im Allgemeinen flach ist, mit einem allmählichen Übergang von der flachen Form zur Mäanderform aufweisen, und die abwechselnd angeordneten dünnen Schichten können zueinander parallel sein.
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In einer alternativen Implementierungsausführungsform kann der Strömungskanal einen zylindrischen Querschnitt aufweisen und der Strömungsteiler kann innerhalb des Strömungskanals gestaltet sein, um einen ringförmigen Raum dazwischen zu erzeugen, so dass ein innerer Hohlraum des Strömungsteilers und der ringförmige Raum die zwei Teile der Strömung des gasförmigen Mediums führen. Der Strömungsteiler kann in Richtung des Einlassseitenendes zylinderförmig und am Auslassseitenende mäanderförmig mit einem allmählichen Übergang von der Zylinderform zur Mäanderform sein. Die Mäanderform am Auslassseitenende kann dazu eingerichtet sein, dünne Schichten bereitzustellen, die radial orientiert sind. Die Düse kann dazu eingerichtet sein, die Flüssigkeit in den inneren Hohlraum des Strömungsteilers einzuspritzen.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (i) Ermöglichen, dass das gasförmige Medium von einem Einlassseitenende zu einem Auslassseitenende eines Strömungskanals strömt; (ii) Aufteilen der Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende des Strömungskanals empfangen wird, zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil, wobei die Strömung durch Bereitstellen eines Strömungsteilers aufgeteilt wird; und (iii) Einspritzen der Flüssigkeit in den ersten Teil oder in den zweiten Teil unter Verwendung einer Düse, die nahe dem Einlassseitenende angeordnet ist.
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In einem Aspekt ist der Strömungsteiler am Auslassseitenende mäanderförmig, der dünne Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums bereitstellt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.
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Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den zugehörigen Zeichnungsfiguren besser ersichtlich, in denen gleiche Zahlen gleiche Komponenten darstellen.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bleibt die Strömungsquerschnittsfläche sowohl des ersten Teils als auch des zweiten Teils vom Einlassseitenende zum Auslassseitenende der Vorrichtung jeweils konstant. Dieser Aspekt der Erfindung ist vorteilhaft, da der Gegendruck der erfindungsgemäßen Vorrichtung verringert werden kann.
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Figurenliste
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Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um für ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu sorgen, und sind in diese Patentbeschreibung eingegliedert und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen stellen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
- 1A und 1B stellen ein herkömmliches Harnstofflösungsverdampfungs- und -mischsystem mit einem einzelnen Harnstoffmischrohr dar.
- 2 stellt ein herkömmliches Harnstofflösungsverdampfungs- und -mischsystem mit einem Rohr in einer Rohrgestaltung dar.
- 3 stellt eine beispielhafte schematische Anordnung der vorgeschlagenen Vorrichtung mit einem mäanderförmigen Strömungsteiler, der zu zwei Teilen des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten führt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 4A stellt eine beispielhafte Implementierung des mäanderförmigen Strömungsteilers in einem elliptischen Strömungskanal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 4B stellt eine beispielhafte Darstellung eines mäanderförmigen Strömungsteilers mit überlagerten winzigen Mäandern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 5A stellt eine beispielhafte Darstellung eines mäanderförmigen Strömungsteilers mit Löchern nahe dem Auslass, um das Mischen zu verbessern, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 5B stellt eine beispielhafte Darstellung eines mäanderförmigen Strömungsteilers mit Strömungsunterbrechern nahe dem Auslass, um eine Turbulenz zu erzeugen, um das Mischen zu verbessern, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 6A stellt eine beispielhafte Implementierung eines zylindrischen mäanderförmigen Strömungsteilers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 6B stellt einen beispielhaften zylindrischen mäanderförmigen Strömungsteiler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
- 7 ist ein beispielhaftes Verfahrensablaufdiagramm für das offenbarte Verfahren für die Verdampfung und das Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Das Folgende ist eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung, die in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen liegen in solchen Details vor, um die Offenbarung deutlich zu übermitteln. Das Ausmaß an angebotenem Detail soll jedoch nicht die erwarteten Variationen von Ausführungsformen begrenzen; im Gegenteil besteht die Absicht darin, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzudecken.
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Ausführungsformen, die hierin erläutert werden, beziehen sich auf eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Verdampfen und Mischen eines flüssigen Additivs in ein gasförmiges Medium. Einige beispielhafte Anwendungen einer solchen Vorrichtung zum Mischen einer Harnstofflösung in einem Strom von Abgasen von einer Dieselkraftmaschine in Abgasbehandlungssystemen und Mischen eines Kohlenwasserstoffs in einem Strom von Abgasen vor einem Dieseloxidationsfilter (DOC). Folglich kann die vorgeschlagene Vorrichtung, wenn sie in einem Abgasbehandlungssystem implementiert wird, vor dem DOC angeordnet sein oder kann sich außerhalb des ATS-Kastens wie z. B. im Einlassrohr oder in einem Durchgang der Abgase, nachdem die Abgase von der Kraftmaschine durch den DOC und den DPF hindurchgetreten sind, befinden.
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Es sollte erkannt werden, dass, obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Implementierung der offenbarten Vorrichtung in Abgasbeschleunigungssystemen beschrieben wurden, das offenbarte Konzept auch in anderen Anwendungen verwendet werden kann, wie z. B. Mischen eines flüssigen Kraftstoffs, wobei die Verbrennung in einem Brenner stattfindet, und alle solchen Anwendungen durchaus innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung ohne irgendwelche Begrenzungen jeglicher Art liegen.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren zum Verdampfen und Mischen arbeiten auf der Basis des Aufteilens eines gasförmigen Stroms/einer gasförmigen Strömung in einen ersten Teil und einen zweiten Teil und des Einspritzens der Flüssigkeit in einen der zwei Teile durch eine Düse. Die Gasströmung wird in den ersten Teil und den zweiten Teil durch einen Strömungsteiler aufgeteilt, der in einem Strömungskanal des gasförmigen Mediums von einem Einlassseitenende zu einem Auslassseitenende des Strömungskanals vorgesehen ist, wobei der Strömungsteiler derart gestaltet ist, dass der Querschnitt des Strömungskanals am Auslassseitenende den ersten Teil und den zweiten Teil des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten auslässt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind. Die dünnen Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, ermöglichen ein effizientes Mischen der zwei Teile, von denen in einen die Flüssigkeit nahe dem Einlassseitenende des Strömungskanals eingespritzt wird. In einem Aspekt kann das effiziente Mischen der Flüssigkeit mit dem gasförmigen Medium zu einer verringerten Länge der Vorrichtung führen.
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Der erste Teil und der zweite Teil können in dünnen Schichten, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, durch Bereitstelle eines Strömungsteilers, der mäanderförmig ist, am Auslassseitenende des Strömungskanals geformt werden. Der Strömungsteiler kann am Einlassseitenende des Strömungskanals im Allgemeinen flach sein und geht allmählich in die Mäanderform am Auslassseitenende über. Die Mäanderform kann winzige Mäander/Wellen umfassen, die über größere Mäander überlagert oder überdeckt sind, um weitere winzige Schichten zu erzeugen, die von den abwechselnd angeordneten Schichten abzweigen.
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In einem anderen Aspekt besteht der Strömungsteiler aus einem wärmeleitenden Material für eine effiziente Wärmeübertragung zwischen den zwei Teilen des gasförmigen Mediums, was die Verdampfung der eingespritzten Flüssigkeit ermöglicht. Insbesondere ermöglicht es die Verdampfung von Tröpfchen der eingespritzten Flüssigkeit, die auf der Oberfläche des Strömungsteilers abgeschieden werden können.
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In verschiedenen Implementierungen kann der Strömungsteiler derart gestaltet sein, dass die dünnen Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums zueinander parallel sind oder in radialer Richtung von einem Zentrum des Strömungskanals orientiert sind.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann der Strömungskanal irgendeinen von einem kreisförmigen Querschnitt, einem ovalen Querschnitt, einem elliptischen Querschnitt und einem quadratischen Querschnitt oder eine Kombination dieser Formen aufweisen, so dass er verschiedene Querschnittsformen am Einlassseitenende und am Auslassseitenende mit einem allmählichen Übergang dazwischen aufweist.
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Der Strömungsteiler kann irgendeine oder eine Kombination einer Vielzahl von Ausstülpungen und Löchern/Schlitzen nahe dem Auslassseitenende umfassen, um die Turbulenz zu erhöhen und das effiziente Mischen des ersten Teils und des zweiten Teils zu unterstützen.
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Mit Bezug nun auf 3 bis 5B kann die vorgeschlagene Vorrichtung 300 zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium einen Strömungskanal 302 mit einem Einlassseitenende 304 und einem Auslassseitenende 306 umfassen, der für die Strömung des gasförmigen Mediums vom Einlassseitenende 304 zum Auslassseitenende 306 gestaltet ist. Ein Strömungsteiler 308 kann im Strömungskanal 302 vom Einlassseitenende 304 zum Auslassseitenende 306 vorgesehen sein, um die Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende 304 empfangen wird, zwischen einem ersten Teil 310 und einem zweiten Teil 312 aufzuteilen. Eine Düse 314 kann nahe dem Einlassseitenende 304 vorgesehen sein, um die Flüssigkeit in den ersten Teil 310 oder in den zweiten Teil 312, beispielsweise in den ersten Teil 310, wie in 3 gezeigt, einzuspritzen.
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In einem Aspekt ist der Strömungsteiler 308 derart gestaltet, dass der Querschnitt des Strömungskanals am Auslassseitenende den ersten Teil 310 und den zweiten Teil 312 des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten, wie z. B. Schichten 310-1, 310-2 ... usw. und 312-1, 312-2 ... usw., die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, wie in 3 gezeigt, auslässt, wobei die dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. in einer parallelen Gestaltung übereinander gestapelt gezeigt sind.
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In einem Aspekt werden die dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. des ersten Teils 310 und des zweiten Teils 312 des gasförmigen Mediums durch Gestalten des Auslassseitenendes des Strömungsteilers 308 in einer Mäanderform erreicht, wie in 3 gezeigt.
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Es soll erkannt werden, dass der Strömungskanal 302 nicht auf eine kreisförmige Form begrenzt ist, die in 3 gezeigt ist, und ebenso irgendeinen anderen Querschnitt annehmen kann, wie z. B. einen ovalen Querschnitt, einen elliptischen Querschnitt und einen quadratischen Querschnitt. 4A zeigt eine beispielhafte Implementierung des Konzepts des mäanderförmigen Strömungsteilers 308 in einem Strömungskanal 302 mit elliptischem/ovalem Querschnitt. In verschiedenen Implementierungen kann der Strömungskanal 302 eine Kombination von verschieden geformten Querschnitten sein, wie z. B. mit einer unterschiedlichen Querschnittsform am Einlassseitenende 304 und am Auslassseitenende 306 mit einem allmählichen Übergang dazwischen.
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In einer Ausführungsform, die in 4B gezeigt ist, kann der mäanderförmige Strömungsteiler 308 winzige Mäander/Wellen 402 umfassen, die über größere Mäander überlagert/überdeckt sind. Die winzigen Mäander 402 können zum Erzeugen von weiteren winzigen Schichten führen, wie z. B. winzigen Schichten 404-1, 404-2 ... usw., die von den abwechselnd angeordneten Schichten 310-1, 312-1 ... usw. abzweigen. Die winzigen Mäander 402 erhöhen die Turbulenz in der Strömung für ein verbessertes Mischen, wenn die zwei Teile vom Auslassseitenende 306 austreten. Die winzigen Mäander 402 erhöhen auch den Oberflächeninhalt des Strömungsteilers 308, um eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen den zwei Teilen 310, 312 zu unterstützen.
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In einer Ausführungsform, die in 5A und 5B gezeigt ist, kann der Strömungsteiler 308 irgendeine oder eine Kombination von einer Vielzahl von Ausstülpungen 504 und Löchern/Schlitzen 502 umfassen, die nahe dem Auslassseitenende 306 angeordnet sind, um die Turbulenz zu erhöhen und das effiziente Mischen des ersten Teils 310 und des zweiten Teils 312 des gasförmigen Mediums zu unterstützen, das durch die benachbarten Schichten 310-1, 312-2 ... usw. strömt.
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In einer Implementierungsausführungsform, die in 3 gezeigt ist, kann der Strömungsteiler 308 eine Form, die am Einlassseitenende 304 im Allgemeinen flach ist, mit einem allmählichen Übergang von der flachen Form zur Mäanderform aufweisen, so dass die abwechselnd angeordneten dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. im Allgemeinen zueinander parallel sind.
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6A und 6B zeigen eine alternative Ausführungsform einer Implementierung des Konzepts in einer Vorrichtung 600, wobei der Strömungskanal 602 einen zylindrischen Querschnitt mit einem Einlassseitenende 604 und einem Auslassseitenende 606 aufweisen kann und der Strömungsteiler 608 innerhalb des Strömungskanals 602 gestaltet sein kann, um einen ringförmigen Raum 612 dazwischen zu erzeugen, so dass ein innerer Hohlraum 610 des Strömungsteilers 308 und der ringförmige Raum 612 die zwei Teile der Strömung des gasförmigen Mediums führen. Der Strömungsteiler 608 kann in Richtung des Einlassseitenendes 304 zylinderförmig und am Auslassseitenende 606 mäanderförmig mit einem allmählichen Übergang von der Zylinderform zur Mäanderform sein. Die Mäanderform am Auslassseitenende 606 kann dazu eingerichtet sein, dünne Schichten 610-1, 612-1, 610-2, 612-2 ... usw. bereitzustellen, die sich radial vom Zentrum des Strömungskanals 602 erstrecken. Die Düse 614 kann dazu eingerichtet sein, die Flüssigkeit in den inneren Hohlraum 610 des Strömungsteilers 608 einzuspritzen.
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Es soll erkannt werden, dass die Anordnung des Strömungsteilers 608, der in 6A und 6B gezeigt ist, andere Merkmale, wie z. B. winzige Mäander/Wellen 402, die über die Mäanderform überlagert/überdeckt sind, Löcher/Schlitze wie z. B. Löcher/Schlitze 502 und Ausstülpungen wie z. B. Ausstülpungen 504, die in 4B bis 5B gezeigt sind, ohne irgendwelche Begrenzungen jeglicher Art umfassen kann.
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7 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium. Das Verfahren 700 ermöglicht in Schritt 702, dass das gasförmige Medium von einem Einlassseitenende wie z. B. Einlassseitenenden 304 und 604, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, zu einem Auslassseitenende wie z. B. Auslassseitenenden 306 und 606, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, eines Strömungskanals wie z. B. des Strömungskanals 302 und 602, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, strömt. In Schritt 704 des Verfahrens 700 kann die Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende 304, 604 des Strömungskanals 302, 602 empfangen wird, zwischen einem ersten Teil wie z. B. dem ersten Teil 310 und 610, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, und einem zweiten Teil wie z. B. dem zweiten Teil 312 und 612, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, aufgeteilt werden. Die Strömung kann zwischen dem ersten Teil 310, 610 und dem zweiten Teil 312, 612 durch Bereitstellen eines Strömungsteilers wie z. B. des Strömungsteilers 308 und 608, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, aufgeteilt werden. Schritt 706 kann das Einspritzen des flüssigen und/oder gasförmigen Fluids in den ersten Teil 310, 610 oder in den zweiten Teil 312, 612 unter Verwendung einer Düse wie z. B. der Düse 314 und 614, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, die nahe dem Einlassseitenende 303 angeordnet ist, beinhalten.
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In einem Aspekt kann das Verfahren 700 in Schritt 708 das Gestalten des Strömungsteilers 308, 608 in eine Mäanderform umfassen, so dass das Auslassseitenende 306, 606 dünne Schichten wie z. B. dünne Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. und dünne Schichten 610-1, 612-1, 610-2, 612-2 ... usw., die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, bereitstellt. Die dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. und 610-1, 612-1, 610-2, 612-2 ... usw. des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums, die abwechselnd zueinander angeordnet sind, ermöglichen ein effizientes Mischen der zwei Teile, von denen in einen die Flüssigkeit nahe dem Einlassseitenende 304, 604 des Strömungskanals 302, 602 eingespritzt wird.
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Das Verfahren 700 kann ferner den Schritt des Bereitstellens von irgendeinem oder einer Kombination von winzigen Mäandern/Wellen wie z. B. winzigen Mäandern/Wellen 402, die in 4A gezeigt sind, die über die Mäanderform überlagert/überdeckt sind, von Löchern/Schlitzen wie z. B. Löchern/Schlitzen 502, die in 5A gezeigt sind, und Ausstülpungen wie z. B. Ausstülpungen 504, die in 5B gezeigt sind, um die Turbulenz für ein verbessertes Mischen zu erhöhen, umfassen.
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Folglich stellt die vorliegende Offenbarung eine einfache, effiziente und kosteneffiziente Vorrichtung und ein einfaches, effizientes und kosteneffizientes Verfahren zum Verdampfen und Mischen eines flüssigen Additivs in einem gasförmigen Medium wie z. B. in einem Abgasbehandlungssystem für Brennkraftmaschinen bereit. Die verbesserte Vorrichtung und das verbesserte Verfahren vermeiden die vorstehend identifizierte Begrenzung der herkömmlichen Anordnungen für das Verdampfen und Mischen, Insbesondere können die offenbarte Vorrichtung und das offenbarte Verfahren zu einer verringerten Länge der Vorrichtung führen.
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Obwohl das Vorangehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom Grundschutzbereich davon abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche, die folgen, definiert. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele begrenzt, die enthalten sind, um zu ermöglichen, dass ein gewöhnlicher Fachmann auf dem Gebiet die Erfindung herstellt und verwendet, wenn sie mit Informationen und Kenntnis kombiniert wird, die dem üblichen Fachmann auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein einfaches, effizientes und kosteneffizientes Verfahren und eine einfache, effiziente und kosteneffiziente Vorrichtung zur Verdampfung und zum Mischen eines flüssigen mit einem gasförmigen oder eines gasförmigen mit einem gasförmigen Medium bereit.
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdampfung und zum Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium bereit, die die vorstehend erwähnte Begrenzung der herkömmlichen Anordnungen vermeiden.
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, um ein Mischen zu verbessern, die kompakt und leicht in einem begrenzten Raum unterzubringen ist.
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, um das Mischen zu verbessern, die nicht zu einer Erhöhung des Gegendrucks am gasförmigen Medium führt.
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, um das Mischen zu verbessern, die in existierenden Systemen ohne irgendwelche wesentlichen Modifikationen implementiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018103368 A1 [0008]
- US 2019112962 A1 [0009]
- EP 3141719 A1 [0010]
- WO 2016062395 A1 [0011]