BR102013018004B1 - dispositivo de mistura para tratamento posterior de gases de descarga - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE MISTURA PARA TRATAMENTO POSTERIOR DE GASES DE DESCARGA. A invenção referese a um dispositivo de mistura (2) para tratamento posterior de gases de descarga em um equipamento de gás de descarga de um motor de combustão interna, que compreende um alojamento (4) com uma abertura de entrada (24) apresentando uma seção transversal de entrada e um tubo interno (6) disposto dentro do alojamento (4) com uma região de mistura (8) executada no interior do tubo interno (6), sendo que em um lado frontal do alojamento (4) está disposta uma instalação de dosagem (10) para adução de um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás (14), e sendo que o tubo interno (6) apresenta então em sua área lateral (16) aberturas de acesso (18), pelas quais os gases de descarga podem ser conduzidos para dentro da região de mistura (8), sendo que o alojamento (4) apresenta um segmento de alojamento (22) em forma de espiral, sendo que o segmento de alojamento (22) em forma de espiral se estende ao menos ao longo de todas as aberturas de acesso (18). Além disso, a invenção se refere a um processo para a mistura de gás de descarga com um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás com emprego de um dispositivo de mistura (2) anteriormente mencionado.
Description
[001] A invenção refere-se a um dispositivo de mistura para tra tamento posterior de gases de descarga em um equipamento de gás de descarga de um motor de combustão interna, que compreende um alojamento com uma abertura de entrada apresentando uma seção transversal de entrada e um tubo interno disposto dentro do alojamento com uma região de mistura executada no interior do tubo interno, sendo que em um lado frontal do alojamento está disposta uma instalação de dosagem para adução de um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás.O tubo interno apresenta então em sua área lateral aberturas de acesso, pelas quais os gases de descarga podem ser conduzidos para dentro da região de mistura. A invenção refere-se ainda a um processo para mistura de um gás de descarga com um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás com emprego desse dispositivo de mistura.
[002] O emprego de um catalisador de hidrólise para redução de óxidos nítricos em um fluxo de gás de descarga especialmente de um veículo automotor é em geral conhecido. No âmbito da redução (SCR) catalítica seletiva, realizada por exemplo, com um catalisador SCR, ao fluxo de gás de descarga é aduzida uma substância de ação diretamente redutora, como por exemplo amoníaco ou um pré-produto, como por exemplo uma solução de ureia aquosa, que libera substâncias redutoras apenas no gás de descarga. Usualmente, o pré-produto é então injetado no fluxo de gás de descarga antes do catalisador SCR.
[003] Além disso, para minimizar a ejeção de partículas sólidas finíssimas em um veículo automotor é empregado via de regra um assim chamado filtro de partículas. O gás de descarga flui então usualmenteatravés do meio de filtro. Pode então ocorrer "entupimento" do filtro de partículas e, por conseguinte, um aumento da contrapressão do gás de descarga. Isso, por sua vez, tem um efeito negativo sobre o desempenho do motor e o consumo de combustível do motor de combustão interna. Por isso, via de regra, é executada uma regeneração do filtro de partículas, que é executada especialmente por um aumento ativo da temperatura de gás de descarga de um fluxo de gás de descarga, que é depois aduzido ao filtro de partículas. Usualmente, então, para o aquecimento do fluxo de gás de descarga a montante do filtro de partículas são adicionados hidrocarbonetos ao fluxo de gás de descarga. Essa mistura, em seguida, é aduzida a um catalisador de oxidaçãode HC, cujo componente ativo produz com os hidrocarbonetos por reação exotérmica um fluxo de gás de descarga aquecido. Esse fluxo de gás de descarga quente flui para o filtro de partículas, onde as partículas de negro de fumo contendo carbono, depositadas no filtro de partículas, são convertidas para CO, CO2, N2 e NO, com o que o filtro de partículas é regenerado.
[004] A substância presente em estado líquido via de regra, a ser respectivamente introduzida no gás de descarga, usualmente é injetada por um bocal de um dispositivo de dosagem no fluxo de gás de descarga. Para obtenção de um grau de eficácia tão elevado quanto possível é então de importância essencial especialmente uma distribuição uniforme do líquido introduzido no gás de descarga.
[005] Um dispositivo de mistura do tipo mencionado no início é descrito por exemplo, na DE 42 03 807 A1. Aí, é apresentada uma disposição executada como dispositivo para tratamento posterior de gases de descarga em um equipamento de gás de descarga de um motor de combustão interna, que possibilita uma misturação de gases de descarga com uma solução de ureia antes da entrada em um catalisador de hidrólise. Para tanto, em um alojamento está disposta uma chapa condutoracônica, configurada como tubo interno. A chapa condutora apresenta como aberturas de acesso em uma região de mistura executada dentro da chapa condutora uma pluralidade de perfurações. No alojamentoestá disposta no lado frontal uma instalação de dosagem executada como bocal de pulverizador a pressão, pela qual uma solução de ureia é aduzida como jato à região de mistura. O gás de descarga é introduzido por uma abertura de entrada no alojamento e flui através das perfurações da chapa condutora para a região de mistura, em que o gás de descarga é mistura com o jato. Mas a desvantagem aí é que sobre jato introduzido, visto em direção periférica, pelo gás de descarga introduzido pelas perfurações atuam forças de distinta intensidade, o que leva a um desvio e, com isso, a uma difusão assimétrica do jato. Assim, o jato não é homogeneamente misturado com a ureia.
[006] A invenção tem como primeiro objetivo disponibilizar um dispositivo de mistura, que garanta uma misturação tão homogênea quanto possível de um líquido e/ou de uma mistura de líquido-gás com o gás de descarga independentemente ou apenas sob pequena influência de um fluxo de volume de gás de descarga afluente. Além disso, a invenção tem como segundo objetivo disponibilizar um processo para misturação tão homogênea quanto possível de um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás com o gás de descarga.
[007] Esse primeiro objetivo é alcançado por um dispositivo de mistura para tratamento posterior de gases de descarga em um equipamento de gás de descarga de um motor de combustão interna, que compreende um alojamento com uma abertura de entrada apresentando uma seção transversal de entrada e um tubo interno disposto dentro do alojamento com uma região de mistura executada no interior do tubo interno, sendo que em um lado frontal do alojamento está disposta uma instalação de dosagem para adução de um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás, e sendo que o tubo interno apresenta então em sua área lateral aberturas de acesso, pelas quais os gases de descarga podem ser conduzidos para dentro da região de mistura. O alojamento apre- senta então um segmento de alojamento em forma de espiral, sendo que o segmento de alojamento em forma de espiral se estende ao menos ao longo de todas as aberturas de acesso do tubo interno.
[008] A invenção parte então, em uma primeira etapa, da consi deração de que para uma homogênea mistura do líquido introduzido especialmente em forma de um jato e/ou da mistura de líquido-gás introduzida com o gás de descarga é necessária uma homogênea difusão do jato na região de mistura. Em uma segunda etapa, a invenção parte da consideração de que para uma homogênea difusão do jato devem predominar sobre o mesmo forças de corrente uniformes em direção periférica em torno do eixo de corrente principal central do jato. Em outras palavras, deve haver condições de corrente e pressão uniformes em direção periférica. Por isso, prevê a invenção que o alojamento apresente um segmento de alojamento em forma de espiral, que se estende ao menos ao longo de todas as aberturas de acesso do tubo interno. Pela forma em espiral é garantido que na área lateral situada externamente ao longo do segmento provido de aberturas de acesso do tubo interno predominem condições de corrente e de pressão aproximadamente iguais, de modo que especialmente visto em direção periférica ocorra uma adução uniforme do gás de descarga pelas aberturas de acesso à região de mistura e possam se formar na região de mistura condições de corrente simétricas em rotação.
[009] A abertura de entrada do alojamento serve, especialmente, à adução de gás de descarga ao alojamento. O tubo interno apresenta como corpo de base especialmente um corpo oco alongado com uma seção transversal circular redonda, oval, retangular ou poligonal. Dentro do tubo interno está formada a região de mistura, em que o gás de descarga é misturado com líquido e/ou uma mistura de líquido-gás aduzida pela instalação de dosagem. O líquido contém especialmente ureia e/ou hidrocarboneto.
[010] O segmento de alojamento em forma de espiral conduz es pecialmente o gás de descarga afluindo pela abertura de entrada ao tubo interno e em direção periférica ao longo do tubo interno. Pela forma de espiral ocorre nesse segmento de alojamento em direção periférica uma redução de volume entre a área lateral do tubo interno e a parede de alojamento e a um fluxo de gás de descarga atravessando o segmento de alojamento em forma de espiral é conferida uma certa rotação devido à forma de espiral. Esse segmento de alojamento em forma de espiral se estende então ao menos ao longo de todas as aberturas de acesso, isto é, todas as aberturas de acesso do tubo interno ficam dispostas dentro desse segmento de alojamento.
[011] A invenção tem a vantagem de que é disponibilizado um dispositivo de mistura, que garante uma misturação tão homogênea quanto possível de um líquido e/ou de uma mistura de líquido-gás com o gás de descarga ou apenas sob pequena influência do fluxo volumétrico de gás afluindo. Pelo segmento de alojamento em forma de espiral se estendendo ao longo das aberturas de acesso se ajustam na área lateral situada externamente condições de corrente e pressão aproximadamente iguais, de modo que, visto especialmente em direção periférica, ocorre uma adução uniforme do gás de descarga pelas aberturas de acesso à região de mistura e na região de mistura podem se estabelecer condições de corrente simétricas em rotação. Um gás de descarga fluindo para dentro do alojamento da direção axial, que flui dentro do alojamento axialmente para a extremidade axial oposta à instalação de dosagem, pode se acumular ao menos parcialmente nessa região extrema do alojamento, com o que o fluxo volumétrico de gás de descarga pelas aberturas de acesso, que se encontram nessa região, seria maior do que o fluxo volumétrico de gás de descarga que flui pelas aberturas de acesso de uma região mais próxima da instalação de dosagem. Para, não obstante, se obter fluxos volumétricos de gás de descarga tanto quanto possível iguais, vantajosamente uma seção transversal de passagem formada pelas aberturas de acesso diminui para a extremidade axial do tubo interno oposta à instalação de dosagem. A seção transversal de passagem é então a área de seção transversal, que está disponível para o gás de descarga devido às aberturas de acesso para entrada na região de mistura. Essa seção transversal de passagem pode diminuir continuamente por exemplo, para a extremidade oposta à instalação de dosagem. A seção transversal de passagem pode, contudo, também diminuir parcialmente por exemplo, para a extremidade oposta à instalação de dosagem. Em outras palavras, a seção transversal de passagem em uma região próximaà instalação de dosagem é maior do que a seção transversal de passagem em uma região mais distante da instalação de dosagem. As distintas regiões são entre si essencialmente de igual dimensão. Uma região é formada por uma área periférica definida do tubo interno, sendo que essa área periférica resulta da soma da área do material pleno e da área transversal das aberturas de acesso. Isto é, a relação da área do material pleno para a área de seção transversal das aberturas de acesso em uma região próxima à instalação de dosagem é menor do que a relação da área do material pleno para a área transversal das aberturas de acesso em uma região mais distante da instalação de dosagem.
[012] Para realizar uma diminuição da seção transversal de pas sagem, o número das aberturas de acesso diminui convenientemente para a extremidade axial do tubo interno oposta à instalação de dosagem ao menos parcialmente. Assim, de modo relativamente simples, pode ser realizada a diminuição da seção transversal formada pelas aberturas de acesso no sentido da extremidade do tubo interno oposta à instalação de dosagem. Com isso, especialmente com um gás de descarga fluindo para o alojamento de direção axial, se consegue que o gás de descarga fluindo para dentro do tubo interno flua tão homo-geneamente quanto possível para dentro da região de mistura ao longo de todo o segmento do tubo interno provido de aberturas de acesso. Para tanto, a distância de duas aberturas de acesso vizinhas aumenta em direção axial e/ou em direção periférica para a extremidade axial do tubo interno oposta à instalação de dosagem. O número das aberturas de acesso pode então diminuir continuamente para a extremidade oposta à instalação de dosagem. O número das aberturas de acesso pode diminuir, contudo, também parcialmente para a extremidade oposta à instalação de dosagem. Em outras palavras, o número das aberturas de acesso em uma região distante da instalação de do-sagemé menor do que o número das aberturas de acesso em uma região mais próxima da instalação de dosagem.
[013] Para obter uma diminuição da seção transversal de passa gem, vantajosamente a área de seção transversal das aberturas de acesso diminui ao menos parcialmente para a extremidade axial opostaà instalação de dosagem. A área de seção transversal das distintas aberturas de acesso pode então diminuir continuamente para a extremidade oposta à instalação de dosagem. A área de seção transversal das distintas aberturas de acesso pode, no entanto, também diminuir parcialmente para a extremidade oposta à instalação de dosagem. Isso significa que a área de seção transversal das distintas aberturas de acesso em uma região distante da instalação de dosagem é menor do que a área de seção transversal das distintas aberturas de acesso em uma região mais próxima da instalação de dosagem.
[014] Em uma forma de execução vantajosa, um tubo de entrada de gás de descarga se estende ao menos parcialmente para dentro do alojamento, sendo que o eixo central longitudinal do tubo de entrada de gás de descarga e o eixo central longitudinal do tubo interno ficam alinhados essencialmente paralelos entre si. Por essa entrada de gás de descarga o gás de descarga pode ser aduzido especificamente a uma região determinada dentro do alojamento. O tubo de entrada da gás de descarga se estende então pela abertura e entrada no alojamento, isto é, o tubo de entrada de gás de descarga é conduzido pela abertura de entrada no alojamento. O tubo de entrada do gás de descargaé executado especialmente em forma circular cilíndrica ou em forma de cone. Com uma abertura de entrada circular redonda, o diâmetro externo do tubo de entrada de gás de descarga na região da abertura de entrada corresponde essencialmente ao diâmetro da abertura de entrada.
[015] Vantajosamente, o tubo de entrada de gás de descarga se estende dentro do alojamento ao menos ao longo do segmento de alojamento em forma de espiral, sendo que o tubo de entrada de gás de descarga apresenta aberturas de saída na área periférica se estendendo ao longo do segmento de alojamento em forma de espiral. Por essas aberturas de saída pode fluir um fluxo de gás de descarga aduzido ao tubo de entrada de gás de descarga especialmente para dentro do segmento de alojamento em forma de espiral. As aberturas de saída estão dispostas especialmente em plena periferia na área periférica do tubo de entrada de gás de descarga e apresentam, por exemplo, uma geometria em forma de círculo ou de fenda. Assim também um fluxo de gás de descarga aduzido de uma direção axial ao tubo de entrada do gás de descarga quando da saída do tubo de entrada de gás de descarga pelas aberturas de saída pode ser "desviado" em uma direção radial ou a ele pode ser conferida ao menos uma componente de velocidade radial. Com isso é também contribuído para que o gás de descarga flua tão homogeneamente quanto possível para o segmento de alojamento em forma de espiral ao longo de todo o segmento do tubo de entrada de gás de descarga provido de aberturas de saída.
[016] Como o gás de descarga fluindo para dentro do tubo de en trada de gás de descarga pode se acumular ao menos parcialmente na extremidade axial do tubo de entrada de gás de descarga oposta à abertura de saída e, com isso, o fluxo volumétrico de gás de descarga das aberturas de saída, que se encontram nessa região, pode ser maior do que o fluxo volumétrico de gás de descarga das aberturas de saída de uma região mais próxima da abertura de entrada de preferência diminui ao menos parcialmente o número das aberturas de saída no sentido da extremidade axial do tubo de entrada de gás de descarga oposta à abertura de entrada. Com isso se consegue que o gás de descarga fluindo para dentro do tubo de entrada de gás de descarga de todo o segmento do tubo de entrada de gás de descarga provido de aberturas de saída flua tão homogeneamente quanto possível para dentro do segmento de alojamento em forma de espiral. Para tanto, aumenta a distância de duas aberturas de saída vizinhas em direção axial e/ou em direção periférica para com a extremidade axial do tubo de entrada de gás de descarga oposta à abertura de entrada. O número das aberturas de saída pode então diminuir continuamente no sentido da extremidade oposta à abertura de entrada. O número das aberturas de saída pode, contudo, também diminuir parcialmente no sentido da extremidade oposta à abertura de entrada. Em outras palavras, as aberturas de saída em uma região de instalação de dosagem é menor do que o número das aberturas de acesso em uma região mais próxima da instalação de dosagem. As distintas regiões são então es-sencialmente de igual dimensão entre si. Uma região é formada por uma área periférica definida do tubo de entrada de gás de descarga, sendo que essa área periférica resulta da soma da área do material pleno e da área de seção transversal das aberturas de saída. Isso significa que a relação da área do material pleno para a área de seção transversal das aberturas de saída em uma região próxima à instala- ção de dosagem é menor do que a relação da área do material pleno para a área de seção transversal das aberturas de saída em uma região mais distante da instalação de dosagem.
[017] Alternativamente e cumulativamente à diminuição do núme ro das aberturas de saída, de preferência diminui continuamente a área de seção transversal das distintas aberturas de saída no sentido da extremidade oposta à instalação de dosagem. A área de seção transversal das distintas aberturas de saída pode, contudo, diminui também parcialmente no sentido da extremidade oposta à instalação de dosagem. Isso significa que a área de seção transversal das distintas aberturas de saída em uma região distante da instalação de dosagemé menor do que a área de seção transversal das distintas aberturas de saída em uma região mais próxima à instalação de dosagem.
[018] Convenientemente, o tubo interno é executado em forma de cilindro circular ou em forma de cone. Essas formas, dependendo da instalação de dosagem empregada e da difusão do líquido e/ou da mistura de líquido-gás a isso associada, têm ainda um efeito positivo sobre uma difusão homogênea do líquido e/ou da mistura de líquido- gás na região de mistura. Com um tubo interno em forma de cone, o diâmetro do tubo interno se alarga para a extremidade oposta à instalação de dosagem.
[019] As aberturas de acesso são providas, vantajosamente, de elementos condutores de gás de descarga, que se salientam da extensão principal da área lateral. Esses elementos condutores de gás de descarga, especialmente, de um lado, servem à condução de corrente do gás de descara e, de outro lado, impedem a saída do líquido e/ou da mistura de líquido-gás da região de mistura. Além disso, aos fluxos parciais de gás de descarga fluindo pelas aberturas de acesso é conferida uma rotação pelos elementos condutores de gás de descarga e/ou reforçado o movimento de rotação produzido pelo segmento de alojamento em forma de espiral. A geometria dos elementos condutores de gás de descarga deve ser selecionada ajustada ao respectivo caso individual e, por exemplo, em função da característica de difusão do líquido introduzido e/ou da mistura de líquido-gás introduzida na região de mistura bem como nos fluxos volumétricos de gás de descarga que ocorrem.
[020] Os elementos condutores de gás de descarga se estendem então convenientemente ao menos para a região de mistura. Ao lado disso, contudo, em uma abertura de acesso pode também adicionalmente ser provido um elemento condutor de gás de descarga, que se estende no espaço intermediário entre área lateral do tubo interno e parede de alojamento. De preferência, o elemento condutor de gás de descarga é de tal maneira formado ou ambos os elementos condutores de gás de descarga são de tal maneira formados que, vistos pelo eixo central longitudinal do tubo interno, "vedam" radialmente para fora a abertura de acesso; isto é, um jato (imaginário) partindo do eixo central longitudinal e radialmente para fora perpendicularmente ao mesmo pode atravessar tanto quanto possível a abertura de acesso.
[021] Vantajosamente, os elementos condutores de gás de des cargasão executados em uma só peça na área lateral do tubo interno. Isso possibilita uma fabricação simples e a baixo custo.
[022] Em uma forma de execução vantajosa, a projeção de um eixo de abertura do elemento condutor de gás de descarga em um plano lon-gitudinal central do tubo interno, se estendendo pela abertura de acesso do elemento condutor de gás de descarga, forma com o eixo central longitudinal do tubo interno um ângulo de inclinação de 5 o a 90 o, de preferência de 30 o a 50 o, especialmente de preferência de 35 o a 40 o. Com uma inclinação dos elementos condutores de gás de descarga a esse ângulo especialmente a saída do líquido e/ou da mistura de líquido-gás da região de mistura pode ser impedida de modo particularmente eficaz. O plano longitudinal central se estende então, de um lado, pelo ponto central da respectiva abertura de acesso e, de outro lado, pelo eixo central longitudinal do tubo interno e ao longo desse eixo central longitudinal. Em outras palavras, trata-se no ângulo de inclinação do ângulo em torno do qual se projeta o elemento condutor de gás de descarga da área lateral de base do tubo interno, portanto da área lateral sem consideração dos elementos condutores de gás de descarga.
[023] Convenientemente, um eixo de abertura do elemento con dutor de gás de descarga forma com um plano longitudinal central se estendendo pela abertura de acesso do elemento condutor de gás de descara do tubo interno um ângulo de alinhamento de 0 o a 90 o, de preferência de 10 o a 90 o, particularmente de preferência de 20 o a 90 o. O plano longitudinal central se estende então, de um lado, pelo ponto central da respectiva abertura de acesso e, de outro lado, pelo eixo central longitudinal do tubo interno e ao longo desse eixo central longitudinal. Em outras palavras, o ângulo de alinhamento indica o ângulo em que a abertura de acesso é "torcida" para fora de um curso alinhado em direção do eixo central longitudinal do tubo interno. Com um alinhamento dos elementos condutores de gás de descarga conforme um ângulo de alinhamento inferior a 90 o, os elementos condutores de gás de descarga produzem um desvio parcial do fluxo parcial de gás de descarga para com a direção de injeção principal. Assim é especialmente conseguido que o gás de descarga afluindo do segmento de alojamento em forma de espiral seja desviado pelas aberturas de acesso e pelos elementos condutores de gás de descarga aí dispostos em fluxos parciais de gás de descarga, que apresentam uma certa componente de velocidade se estendendo em direção de injeção principal da instalação de dosagem, o que por sua vez contribui para uma homogênea misturação de líquido e/ou mistura e líquido-gás com o gás de descarga.
[024] Em uma forma de execução conveniente, a instalação de dosagem fica disposta coaxial ao eixo central longitudinal do tubo interno. Assim é possibilitada uma dosagem centrada na região de mistura, o que tem ainda efeito positivo sobre a difusão uniforme do líquido e/ou do líquido-gás e, com isso, sobre a homogênea misturação com o gás de descarga.
[025] Vantajosamente, a seção transversal de passagem formada pelas aberturas de acesso corresponde a 80% até 300% da seção transversal de entrada da abertura de entrada, de preferência 90% a 250%. Essa relação de seção transversal de entrada para seção transversal de passagem tem ainda efeito positivo sobre o afluxo homogêneo do gás de descara na região de mistura.
[026] De preferência, a área lateral do tubo interno apresenta, adicionalmente às aberturas de acesso, especialmente na região de uma extremidade axial do segmento de alojamento em forma de espiral, uma fenda anular ao menos parcialmente contínua, que serve como um tipo de "bypass" para o gás de descarga. Na região da fenda anular pode então estar opcionalmente disposto um elemento condutor, que produz um desvio de um fluxo parcial de gás de descarga fluindo pela fenda anular ao menos parcialmente em direção de injeção principal da instalação de dosagem.
[027] De preferência, o tubo interno está de tal maneira disposto no segmento de alojamento em forma de espiral que em direção periférica entre o tubo interno e a parede de alojamento é sempre formada uma distância dependente do decurso da forma em espiral. Com isso, entre tubo interno e parede de alojamento, vista em direção periférica, há sempre um espaço intermediário e não se forma uma "via sem saída" em que o gás de descarga entrando se acumularia. Isso contribui ainda positivamente para um decurso de corrente homogêneo pelo segmento de alojamento em forma de espiral.
[028] O segundo objetivo é alcançado por um processo para mistura de um gás de descarga com um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás com emprego de um dispositivo de mistura anteriormente descrito.
[029] Com esse processo é possibilitada uma misturação tão homogênea quanto possível de um líquido e/ou uma mistura de líquido-gáscom o gás de descarga independentemente ou com influência apenas pequena do fluxo volumétrico de gás de descarga. Devido ao fato de que o gás de descarga aflui por um segmento de alojamento em forma de espiral, se estendendo ao longo das aberturas de acesso do tubo interno, na área lateral situada externamente do tubo interno se ajustam condições de corrente e de pressão aproximadamente iguais, de modo que especialmente visto em direção periférica ocorre um acesso uniforme do gás de descarga pelas aberturas de acesso na região de mistura e podem se formar na região de mistura condições de corrente simétricas em rotação.
[030] Exemplos de execução da invenção serão detalhadamente explicadas a seguir com base em um desenho. Nele mostram:
[031] Fig. 1 - em uma representação esquemática, um dispositivo de mistura,
[032] Fig. 2 - em uma representação em corte longitudinal esque máticaconforme linha de corte A-A o dispositivo de mistura da fig. 1,
[033] Fig. 3 - em uma representação em seção transversal es quemáticaconforme linha de corte B-B o dispositivo de mistura da fig. 2,
[034] Fig. 4 - em uma representação esquemática, um segmen to de alojamento em forma de espiral de uma forma de execução alternativa,
[035] Fig. 5 - em uma representação esquemática, um tubo inter no em outra forma de execução,
[036] Fig. 6 - em uma representação em corte longitudinal es quemáticoconforme linha de corte E-E, um recorte ampliado do tubo interno da fig. 5,
[037] Fig. 7 - em uma representação em corte longitudinal es quemática,diversas formas de execução de um elemento condutor de gás de descarga,
[038] Fig. 8 - em uma representação em corte longitudinal es quemática,um dispositivo de mistura em uma forma de execução alternativa,
[039] Figuras 9 a - 9c - em representações em corte longitudinal esquemáticas de um recorte C ampliado, diversas formas de execução de um elemento condutor e de um tubo interno da fig. 8.
[040] Na fig. 1, em uma representação esquemática, está repre sentado um dispositivo de mistura 2 para o tratamento posterior de gases de descarga em um equipamento de gás de descarga de um motor de combustão interna 15. O dispositivo de mistura 2 está pré- conectado a um catalisador SCR em técnica hidráulica. O dispositivo de mistura 2 compreende um alojamento 4 e um tubo interno 6 em forma de cilindro circular, disposto dentro do alojamento 4. No interior do tubo interno 6 está executada uma região de mistura 8.
[041] A fig. 2 mostra em uma representação em corte longitudinal esquemática conforme linha de corte A-A o dispositivo de mistura 2 da fig. 1. Por sua vez se pode identificar então o tubo interno 6 disposto no alojamento 4 com a região de mistura 8 executada em seu interior. Coaxialmente ao eixo central longitudinal do tubo interno 6 está disposta uma instalação de dosagem 10 em um lado frontal do alojamento 4. A instalação de dosagem 10 serve para a adução de uma mistura de líquido-gás à região de mistura 8 por um bocal 12 em forma de um jato 14. O líquido é então uma solução de ureia.
[042] O tubo interno 6 apresenta em sua área lateral 16 aberturas de acesso 18, pelas quais gases de descarga podem ser conduzidos para a região de mistura 8. As aberturas de acesso 18 são providas de elementos condutores de gás de descarga 20, que se salientam da extensão principal da área lateral 16. Esses elementos condutores de gás de descarga 20, especialmente, de um lado, servem à condução de corrente do gás de descara e, de outro lado, impedem a saída do jato 14 da região de mistura 8. Os elementos condutores de gás de descarga 10 são então executados em uma só peça na área lateral 16 do tubo interno 6, o que possibilita uma fabricação simples e a baixo custo.
[043] O número das aberturas de acesso 18 diminui então conti nuamente no sentido da extremidade axial, oposta à instalação de dosagem 10, do tubo interno 6. Para tanto, a distância de duas aberturas de acesso 18 vizinhas aumenta em direção axial e em direção periférica no sentido axial, oposto à disposição de dosagem 10, do tubo interno 6. Assim, é obtida uma redução da seção transversal de passagem formada pelas aberturas de acesso 18 no sentido da extremidade 10 axial, oposta à instalação de dosagem 10, do tubo interno 6. Na fig. 2 se pode identificar ainda que as abertura de acesso 18 são „torcidas para fora" em um curso alinhado em direção do eixo central longitudinal do tubo interno 6.
[044] Além disso, o alojamento 4 compreende um segmento de alojamento 20 em forma de espiral, que se estende ao longo de todas as aberturas de acesso 18 do tubo interno 6; isto é, todas as aberturas de acesso 18 do tubo interno 6 estão dispostas dentro desse segmento de alojamento 20 em forma de espiral.
[045] Por uma abertura de entrada 24 se estende para dentro do alojamento 4 um tubo de entrada de gás de descarga 26 executado em forma de cilindro circular. Em outras palavras, o tubo de entrada de gás de descarga 26 está guiado pela abertura de entrada 24 para den- tro do alojamento 4. Para tanto, o diâmetro externo do tubo de entrada de gás de descarga 26 corresponde essencialmente ao diâmetro da abertura de entrada 24. O eixo central longitudinal do tubo de entrada de gás de descarga 16 e o eixo central longitudinal do tubo interno 6 estão alinhados paralelamente entre si e o tubo de entrada de gás de descarga 26 se estende axialmente ao longo de todo o segmento de alojamento 22 em forma de espiral. Ao longo do segmento de alojamento 22 em forma de espiral o tubo de entrada de gás de descarga 26 apresenta, ainda, aberturas de saída 28. As aberturas de saída 28 estão dispostas em plena periferia na área periférica 30 do tubo de entrada de gás de descarga 26 e apresentam uma geometria em forma de círculo.
[046] Em operação, um afluxo de gás de descarga 32 aduzido ao dispositivo de mistura 2 flui inicialmente pelo tubo de entrada de gás de descarga 26 em direção do alojamento 4 e flui então pelas aberturas de saída 28 para dentro do segmento de alojamento 22 em forma de espiral. O afluxo de gás de descarga 32 é, portanto, „desviado" quando da saída do tubo de entrada de gás de descarga 26 pelas abertura de saída 28 de uma direção axial para uma direção radial ou a ele é conferida ao menos uma componente de velocidade radial. Além disso, o afluxo de gás de descarga 32 ao longo de todo o segmento do tubo de entrada de gás de descarga 26 provido de aberturas de saída é aduzido de modo relativamente homogêneo ao segmento de alojamento 22 em forma de espiral.
[047] Devido ao fato de que o segmento de alojamento 22 em forma de espiral se estende ao longo de todas as aberturas de saída 28 e especialmente ao longo de todas as aberturas de acesso 18, é garantido que na área lateral 16 do tubo interno 6, ao longo do segmento provido de aberturas de acesso 18, predominam condições de corrente e pressão aproximadamente iguais. Ocorre assim, visto espe- cialmente em direção periférica, uma adução uniforme de fluxos parciais de gás de descarga pelas aberturas de acesso 18 à região de mistura 8 e podem se formam na região de mistura condições de corrente simétricas em rotação. Assim, o jato 14 pode se difundir homogeneamente na região de mistura 8, pois especialmente em direção periférica em torno do eixo de corrente principal do jato 14, que corresponde nessa disposição essencialmente ao eixo central longitudinal do tubo interno 6, há condições de corrente e pressão aproximadamente uniformes. Isso provê uma misturação homogênea do jato 14 com o gás de descarga aduzido pelas aberturas de acesso 18 em forma de fluxos parciais de gás de descarga. Como o afluxo de gás de descarga 32 fluindo da direção axial para o tubo de entrada de gás de descarga 26, que flui axialmente para a extremidade axial oposta à instalação de dosagem 10, pode se acumular ao menos parcialmente nessa região extrema do tubo de entrada de gás de descarga 26, a corrente volumétricade gás de descarga, que flui pelas aberturas de saída 28, que se encontram nessa região, é ao menos temporariamente maior do que a corrente de volume de gás de descarga, que flui pelas aberturas de saída 28 de uma região mais próxima da instalação de dosagem.
[048] Pela contínua diminuição do número das aberturas de acesso 18 no sentido da extremidade do tubo interno 6 axial, oposta à instalação de dosagem 10, não obstante é conseguido que o gás de descarga fluindo para dentro do tubo interno 6 também flua axialmente ao longo de todo o segmento provido de aberturas de acesso 18, de modo extremamente homogêneo, para dentro da região de mistura 8. Isso tem ainda efeito positivo sobre condições de corrente e pressão uniformes na região de mistura 8 e, com isso, sobre a misturação homogênea do jato 14 com o gás de descarga.
[049] Além disso, pelo alinhamento representado das aberturas de acesso 18 e, com isso, especialmente dos respectivos elementos condutores de gás de descarga 20 é produzido parcialmente um desvio dos fluxos parciais de gás de descarga fluindo pelas aberturas de acesso 18 no sentido da direção de injeção principal do jato 14. Aos fluxos parciais de gás de descarga especialmente desviados na região próxima à instalação de dosagem é portanto conferida uma certa componente de velocidade se estendendo em direção de injeção principal da instalação de dosagem 10. Isso contribui adicionalmente para uma homogênea misturação do jato 14 com o gás de descarga, pois especialmente na região próxima à instalação de dosagem não ocorre ou ocorre apenas um desvio muito pequeno do jato 14.
[050] Do tubo interno 6 e finalmente do alojamento 4 flui em dire ção axial, assim, uma mistura de jato-gás de descarga homogeneamente misturada para o catalisador SCR.
[051] A fig. 3 mostra, em uma representação em seção transver sal esquemática, conforme linha de corte B-B, o dispositivo de mistura da fig. 2. Aí se pode identificar especialmente a disposição do tubo interno 6 no segmento de alojamento 22 em forma de espiral. Devido à redução de volume do espaço intermediário entre tubo interno 6 e parede de alojamento em direção periférica, condicionada pela forma em espiral, isso contribui para que na área lateral 8 do tubo interno situada externamente ao longo da periferia predominem condições de pressão e corrente aproximadamente iguais, com o que pode ocorrer uma adução tão uniforme quanto possível do gás de descarga na região de mistura 8.
[052] Na fig. 4 está representado em uma representação esque máticaum segmento de alojamento 22 em forma de espiral de uma forma de execução alternativa. Pode verificar então que o tubo interno 6 está de tal maneira disposto no segmento de alojamento 22 em forma de espiral que em direção periférica entre o tubo interno 6 e a parede de alojamento se estabelece sempre uma distância s dependente do curso da forma em espiral. Assim, entre tubo interno 6 e parede de alojamento, visto em direção periférica, há sempre um espaço intermediário e não se forma uma „via sem saída", na qual o gás de descarga entrando poderia se acumular. Isso contribui ainda positivamente para um decurso de corrente homogêneo pelo segmento de alojamento 22 em forma de espiral. O raio de curvatura do segmento de alojamento 22 em forma de espiral se comporta conforme a seguinte equação de espiral:
[053] Nessa equação significam r o raio de curvatura, D o diâme tro do tubo interno 6, s a distância da área lateral 8 do tubo interno 6 da parede de alojamento do alojamento 22 em forma de espiral e A a seção transversal da abertura de afluxo do alojamento em forma de espiral.
[054] Na fig. 5, em uma representação esquemática, é mostrado um tubo interno 6 em outra forma de execução. Aí se veem as aberturas de acesso 18 dispostas na área lateral 16 do tubo interno 6 e os elementos condutores de gás de descarga executados em uma só peça nas aberturas de acesso 18. As aberturas de acesso 18 e os elementos condutores de gás de descarga 20 estão "torcidos para fora" de um curso alinhado em direção do eixo central longitudinal do tubo interno 6 em torno de um ângulo de alinhamento α. O ângulo de alinhamento α é então formado entre um eixo de abertura 36 de um elemento condutor de gás de descarga 20 e um plano longitudinal central 38 do tubo interno 6 se estendendo pela abertura de acesso 18 do elemento condutor de gás de descarga 20. Com isso, o plano longitu-dinal central 38 se estende, de um lado, pelo ponto central da respectiva abertura de acesso 18 e, de outro lado, pelo eixo central longitudinal do tubo interno 6 e ao longo desse eixo central longitudinal. Quando de um alinhamento dos elementos condutores de gás de descarga 20 conforme um ângulo de alinhamento α de menos de 90 o, as aberturas de acesso 18 e especialmente os elementos condutores de gás de descarga 20 produzem um certo desvio do fluxo parcial de gás de descarga fluindo pelas aberturas de acesso 18 no sentido da direção de injeção principal de uma instalação de dosagem 10. O ângulo de alinhamento α aumenta então axialmente para a direita, isto é, axialmente para uma extremidade oposta à instalação de dosagem 10. A dimensão do ângulo de alinhamento α e especialmente o aumento axial para a direita são então especialmente dependentes da instalação de dosagem empregada no caso individual e do bocal 12, bem como dos fluxos volumétricos de gás de descarga, que fluem pelas aberturas de acesso 18 para dentro da região de mistura 8 do tubo in-terno 6.
[055] A fig. 6 mostra, em uma representação em corte longitudi nal esquemática, conforme linha de corte E-E um recorte ampliado do tubo interno da fig. 5. Podem-se ver as aberturas de acesso dispostas na área lateral 16 do tubo interno 6 e especialmente os elementos condutores de gás de descara 20 formados em uma só peça nas aberturas de acesso 18. Em cada abertura de acesso 18 se estende um elemento condutor de gás de descarga 20 em uma região de mistura 8 e um outro elemento condutor de gás de descarga 20 se estende em um espaço intermediário entre área lateral 16 do tubo interno e uma parede de alojamento de um alojamento 4, em que fica disposto o tubo interno 6. Os respectivamente dois elementos condutores de gás de descarga 20 de uma abertura de acesso 18 são de tal maneira formados que, vistos de um eixo central longitudinal do tubo interno 6, "vedam" visualmente tanto quanto possível radialmente para fora. Dessa maneira, é impedida de modo particularmente eficaz uma saída por uma instalação de dosagem 10 em uma região de mistura 8 formada no interior do tubo interno. Os elementos condutores de gás de descarga 20 representados se projetam então sob um ângulo de inclinação β da área lateral básica do tubo interno 6, portanto da área lateral 8 sem consideração dos elementos condutores de gás de descarga 20.
[056] Na fig. 7 estão representadas, em uma representação em corte longitudinal esquemática, diversas formas de execução de um elemento condutor de gás de descarga 20, que ficam dispostos em aberturas de acesso 18 de uma área lateral 16 de um tubo interno 6, que está montado em um alojamento 4. Em V1 está disposto apenas um elemento condutor de gás de descarga 20 em uma abertura de acesso 18, que se estende em um espaço intermediário entre a área lateral 16 e uma parede de alojamento do alojamento 4. V2 mostra uma abertura de acesso 18, em que está disposto um elemento condutor de gás de descarga 20, que se estende em uma região de mistura 8 formada dentro de um tubo interno 6. V3 corresponde à forma de execução representada na fig. 6.
[057] A fig. 8 mostra em uma representação em corte longitudinal esquemática um dispositivo de mistura 2 em uma forma de execução alternativa. Aí o dispositivo de mistura 2 corresponde essencialmente ao dispositivo de mistura mostrado nas figs. 1 a 3. Diferentemente, a distância de duas aberturas de saída 28 vizinhas do tubo de entrada de gás de descarga 26 aumenta em direção axial no sentido da extremidade axial do tubo de entrada de gás de descarga 26 oposta à abertura de entrada 24. Por conseguinte, o número das aberturas de saída 28 diminui no sentido da extremidade oposta à abertura de entrada 24. Consegue-se, assim, que o fluxo de gás de descarga 32 fluindo para dentro do tubo de entrada de gás de descarga 26 flua tão homogeneamente quanto possível para dentro do segmento de alojamento 22 em forma de espiral ao longo de todo o segmento do tubo de entrada de gás de descarga 26 provido de aberturas de saída 28.
[058] Ademais, a área lateral 16 do tubo interno 6 na região próxima à instalação de dosagem apresenta uma fenda anular contínua, que serve como canal de contorno 40 para o gás de descarga. Um elemento condutor 42 está disposto coaxialmente à instalação de dosagem 10 e se projeta axialmente para dentro da região de mistura 8 do tubo interno 6. O elemento condutor 42 impede uma ativação do jato 14 com o fluxo parcial de gás de descarga passando pelo canal de contorno 40 na região próxima à instalação de dosagem. O elemento condutor 42 desvia ainda esse fluxo parcial de gás de descarga na direção de injeção principal axial. Para tanto, o elemento condutor 42 é executado anular e de preferência simétrico em rotação e executado em sua seção transversal em sua área externa 15 afilada no sentido da extremidade oposta à instalação de dosagem 10.
[059] As figuras 9 a - 9c mostram, em representações em corte longitudinal esquemáticas, diversas formas de execução de um elemento condutor 42 e de um tubo interno 6 de um recorte C ampliado da fig. 8. Aí, de um lado, se podem identificar as aberturas de acesso 18 diversamente configuradas. De outro lado, os elementos condutores 42 estão distintamente configurados especialmente com relação a sua extensão axial e/ou radial.
[060] A extensão axial da região extrema 44, oposta à instala ção de dosagem 10, do elemento condutor 42 mostrado na fig. 9b é selecionada relativamente grande. Com isso pode ser estabelecido um contato ou uma umectação com o jato 14 da região extrema 44 do elemento condutor 42 radialmente no lado interno, oposta à instalação de dosagem 10. Uma umectação ligeira e/ou temporária da parede interna 46 do elemento condutor 42 é especialmente vantajosa no estado atravessado pelo gás de descarga. Devido ao fato de que uma pequena parte do jato 14 adere ao menos temporariamente à parede interna 46 do elemento condutor 42, é obtida uma certa armazenagem de líquido. A instalação de dosagem 10 opera, via regra, temporariamente. Com isso, durante os períodos de não injeção pode ser obtida uma "decomposição"do líquido que se encontra na parede interna 46 do elemento condutor 42. Esse efeito é favorecido pelo fato de que o elemento condutor 42 é de parede fina e/ou aquecido no lado externo pelo fluxo parcial de gás de descarga fluindo pelo canal de contorno 40, de modo que também é aquecido o líquido que se encontra nos segmentos de parede da parede interna 46. Esse calor facilita o efeito de separação e o efeito de decomposição (ruptura secundária) das gotículas de líquido situadas no lado interno no elemento condutor 42. Em outras palavras, pelo ligeiro contato temporário específico do jato 14 é ainda favorecida a função de mistura do dispositivo de mistura 2.
[061] Pela projeção da extensão axial do elemento condutor 42 e especialmente de sua região extrema 44 oposta à instalação de dosagem 10, de modo construtivamente simples e eficaz pode ser ajustado o grau da aderência temporária do líquido. Via de regra, a instalação de dosagem 10 e, com isso, o ângulo do jato bem como a densidade do líquido são predeterminados. Esses parâmetros influenciam as propriedades de difusão do jato 14 em função do fluxo volumétrico de gás de descarga. Devendo então ser empregado um líquido com uma outra densidade e/ou uma instalação de dosagem 10 com um outro ângulo de jato, então basta que o dispositivo de mistura 2 seja adaptado mediante variação da extensão axial do elemento condutor 42 e especialmente de sua região extrema 44 oposta à instalação de dosagem 10, para ajustar o efeito (ruptura secundária) acima descrito. Isso possibilita uma construção modular e/ou um sistema de reequipagem mediante correspondente seleção de um elemento condutor 42 da extensão axial preferida. LISTA DE REFERÊNCIAS 2 dispositivo de mistura 4 alojamento 6 tubo interno 8 região de mistura 10 instalação de dosagem 12 bocal 14 jato 16 área lateral 18 abertura de acesso 20 elemento condutor de gás 22 segmento de alojamento em forma de espiral 24 abertura de entrada 26 tubo de entrada de gás de descarga 28 abertura de saída 30 área periférica 32 afluxo de gás de descarga 34 mistura de jato-gás 36 eixo de abertura 38 plano longitudinal central 40 canal de contorno 42 elemento condutor 44 região extrema 46 parede interna V1 variante 1 V2 variante 2 V3 variante 3 α ângulo de alinhamento β ângulo de inclinação s distância
Claims (15)
1. Dispositivo de mistura (2) para tratamento posterior de gases de descarga em um equipamento de gás de descarga de um motor de combustão interna, que compreende um alojamento (4) com uma abertura de entrada (24) apresentando uma seção transversal de entrada e um tubo interno (6) disposto dentro do alojamento (4) com uma região de mistura (8) executada no interior do tubo interno (6), sendo que em um lado frontal do alojamento (4) está disposta uma instalação de dosagem (10) para adução de um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás (14), e sendo que o tubo interno (6) apresenta então em sua área lateral (16) aberturas de acesso (18), pelas quais os gases de descarga podem ser conduzidos para dentro da região de mistura (8), caracterizado pelo fato de que o alojamento (4) apresenta um segmento de alojamento (22) em forma de espiral, sendo que o segmento de alojamento (22) em forma de espiral se estende ao menos ao longo de todas as aberturas de acesso (18) do tubo interno (6).
2. Dispositivo de mistura (2) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma seção transversal de passagem formada pelas aberturas de acesso (18) diminui no sentido da extremi-dade axial do tubo interno (6) oposta à instalação de dosagem (10).
3. Dispositivo de mistura (2) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o número das aberturas de acesso (18) diminui ao menos parcialmente no sentido da extremidade axial do tubo interno (6) oposta à instalação de dosagem (10).
4. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a área de seção transversal das aberturas de acesso (18) diminui ao menos parcialmente no sentido da extremidade axial oposta à instalação de dosagem (10).
5. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um tubo de entrada de gás de descarga (26) se estende ao menos parcialmente para dentro do alojamento (4), sendo que o eixo central longitudinal do tubo de entrada de gás de descarga (26) e o eixo central longitudinal do tubo interno (6) estão alinhados paralelos entre si.
6. Dispositivo de mistura (2) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o tubo de entrada de gás de descarga (26) se estende dentro do alojamento (4) ao menos ao longo do segmento de alojamento (22) em forma de espiral, sendo que o tubo de entrada de gás de descarga (26) apresenta aberturas de saída (28) em sua área periférica (30) se estendendo ao longo do segmento de alojamento (22) em forma de espiral.
7. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o tubo interno (6) é executado em forma de cilindro circular ou em forma de cone.
8. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que as aberturas de acesso (18) são providas de elementos condutores de gás de descarga (20), que se salientam da extensão principal da área lateral (16).
9. Dispositivo de mistura (2) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os elementos condutores de gás de descarga (20) se estendem ao menos para a região de mistura (8).
10. Dispositivo de mistura (2) de acordo com reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que os elementos condutores de gás de descarga (20) são executados em uma só peça na área lateral (16) do tubo interno (6).
11. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a projeção de um eixo de abertura (36) do elemento condutor de gás de descarga (20) em um plano longitudinal central (38) do tubo interno (6), se estendendo pela abertura de acesso (18) do elemento condutor de gás de descarga (20), forma com o eixo central longitudinal do tubo interno (6) um ângulo de inclinação (β) de 5 o a 90 o, de preferência de 30 o a 50 o, especialmente de preferência de 35 o a 40 o.
12. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, caracterizado pelo fato de que um eixo de abertura (36) do elemento condutor de gás de descarga (20) forma com um plano longitudinal central (38) se estendendo pela abertura de acesso (18) do elemento condutor de gás de descara (20) do tubo interno (6) um ângulo de alinhamento (α) de 0 o a 90 o, de preferência de 10 o a 90 o, particularmente de preferência de 20 o a 90 o.
13. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a instalação de dosagem (10) fica disposta coaxial ao eixo central longitudinal do tubo interno (6).
14. Dispositivo de mistura (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a seção transversal de passagem formada pelas aberturas de acesso (18) corresponde a 80% até 300% da seção transversal de entrada da abertura de entrada (24), de preferência 90% a 250%.
15. Processo para mistura de um gás de descarga com um líquido e/ou uma mistura de líquido-gás, caracterizado pelo fato de empregar um dispositivo de mistura (2) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.
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