CN101528331A - 优选用来产生用于机动车的合成气的、用于混合第一气体、第二气体和流体尤其是可燃烧的液体的混合物形成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合物形成装置，用于混合具有第一温度的第一气体(2)、具有第二温度的第二气体(3)和流体(4)，该第二温度比该第一气体的第一温度低，该混合物形成装置包括：计量装置(5)，用于将该流体(4)输送到第一混合区域(10)中，该第一气体(2)也输送到该第一混合区域中，以便在该第一气体与该流体之间产生第一混合物；第一通道(6)，用于将由第一气体(2)和流体(4)构成的第一混合物输送到第二混合区域(11)；第二通道(7)，该第二通道与该第一通道(6)相邻地设置，该第二通道将该第二气体(3)输送到该第二混合区域(11)；以及用于产生涡流的装置(15)，以便使由第一气体(2)和流体(4)构成的第一混合物和该第二气体(3)在该第二混合区域(11)中彼此混合成最终混合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于混合第一气体、第二气体和流体尤其是液体的混合物形成装置。
背景技术
在多种技术应用例如化学反应和方法技术、燃烧技术等中存在使不同物质流均匀混合的要求。此外存在应用领域，在这些应用领域中，不同物态的物质流、尤其是液态和气态的物质流必须混合并且液态组分必须转化到气态状态。不同物质流的这种混合例如可借助于静力学的混合器、可电加热的汽化器或雾化喷嘴来实施。但公知的混合物形成装置具有相对大的结构体积。其原因首先在于，待混合的介质的、汽化和混合所需的停留时间相对大。
发明内容
与此相比，根据本发明的具有权利要求1特征的混合物形成装置具有优点：该混合物形成装置构造得非常紧凑并且简单。根据本发明的混合物形成装置尤其是使不同温度的第一气体和第二气体以及流体尤其是液体彼此混合，其中，当流体是液体时，液体汽化。该混合物形成装置在此可被成本特别低廉地提供并且提供至少两个物质流的出色的均匀的混合。这根据本发明这样来实现：该混合物形成装置包括用于输送流体的计量装置和用于使流体与高温的第一气体混合的第一混合区域，以便产生第一气体-流体混合物。此外，设置有用于将第一气体-流体混合物输送到第二混合区域的第一通道，在该第二混合区域中进行与第二气体的混合，该第二气体具有比第一气体的温度低的温度。此外，设置有第二通道，该第二通道与第一通道相邻地设置并且该第二通道将第二气体引导到第二混合区域，并且设置有用于产生涡流的装置，以便支持第一气体-流体混合物和第二气体彼此间在第二混合区域处混合。由此，根据本发明进行两级混合，在该两级混合中，首先流体与高温的第一气体混合并且被引导到第二混合区域，在该第二混合区域处，这种所产生的气体-流体混合物与第二气体混合，由此可实现三种物质流的均匀混合。需要注意的是，三种单个物质流本身可以分别是一种混合物或者可仅由一种单个的物质构成。流体在此可以是气体或液体。
从属权利要求表明了本发明的优选进一步构型。
优选第二通道呈螺旋状构成并且第一通道通到第二通道中。第二通道在此进一步优选设置在第一通道的外侧，由此，该第二通道包围该第一通道。因为第一通道中的第一混合物的温度高于第二通道中的气体的温度，所以由此得到热力学优点，其中，较冷的第二气体通过由较热的第一气体和流体构成的混合物而变热并且另一方面可实现相对于外部区域的热屏蔽。由此，到环境的热量损失可最小化。此外，螺旋状构型可实现特别紧凑的结构。
特别优选用于产生涡流的装置设置在第一通道到第二通道的通入区域处。由此使这些流中的至少一个产生紊流，由此可实现在第一通道和第二通道中被引导的物质流非常良好地混合。
进一步优选用于第一气体的输送管路和用于第二气体的输送管路相对于第一通道垂直地设置。由此，该混合物形成装置可构造得非常紧凑。此外还可保证，在第一混合区域中实现物质流的偏转——在该第一混合区域中流体输送到第一气体。一个输送通道和一个排出通道在此特别优选平行地彼此相邻设置。
优选用于由三种物质流产生的混合物的排出通道相对于第二通道垂直地设置。由此也可实现非常紧凑的结构。
进一步优选排出通道基本上这样设置，使得第二通道中的流围绕排出通道被引导。由此，排出通道基本上设置在中心。
根据本发明的另一个优选构型，排出通道是管，由三种物质流产生的混合物切向地输送给该管。由此可产生涡旋。该涡旋例如可在排出通道的管横截面在进一步的延伸中扩宽并且例如设置有催化器的应用中是有利的，因为混合物于是均匀地在催化器的横截面上分布。
优选第二通道这样构造，使得第二通道直到用于产生涡流的装置连续扩宽。
进一步优选第一通道在第一混合区域中在第一气体与流体之间形成混合物之后具有一个收缩区域，在该收缩区域上连接着一个扩宽区域。由此可首先产生由第一气体和流体构成的混合物的加速并且使得第一气体与流体之间继续进行良好的混合。此外，当流体例如是液体时，由此可支持液体在第一气体中汽化。
此外，根据本发明的另一个优选构型，该混合物形成装置还包括冷却装置，该冷却装置设置在计量装置处，以便冷却计量装置。由此可使用简单地构造的计量装置例如喷射阀或类似装置来输送流体。
优选流体是液体，尤其是燃料，例如汽油或柴油。
进一步优选高温的第一气体是发动机的废气或单独的燃烧器的废气，具有比第一气体低的温度的第二气体是环境温度的空气或氧。
进一步优选该混合物形成装置具有这样的结构：第一通道在约180°的角度上围绕排出通道设置并且第二通道在约360°的角度上围绕排出通道设置。由此可实现物质流的非常良好的流动引导，以便可实现充分混合物质流并且还实现所形成的混合物被非常良好地引入到排出通道中。此外，通过选择用于排出通道中的弧形区域的开口角度可调整在排出通道中产生的涡旋，第一通道通到该弧形区域中。
本发明的混合物形成装置特别优选用于重整液态碳氢化合物以便产生用于机动车的富含H2和CO的合成气。在该应用中，第一气体是具有高温的、发动机废气或单独的燃烧器的废气，流体是液态燃料，例如汽油或柴油，具有低温的第二气体是空气。作为替换方案，根据本发明的混合物形成装置在车辆中可在废气后处理中用于产生用来使NOx储存催化器或微粒过滤器再生的空气-废气-燃料混合物。
附图说明
下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。附图表示：
图1根据本发明第一实施例的混合物形成装置的示意性剖面视图。
具体实施方式
下面参照图1对根据本发明第一实施例的混合物形成装置1进行详细描述。
如从图1中可看到的那样，混合物形成装置1包括一个计量装置5，该计量装置将流体4输送到第一混合区域10中。流体4是液态燃料，例如汽油或柴油，计量装置5是喷射阀。通过计量装置5输送流体4用箭头A表示。此外，与计量装置5相邻地设置有一些冷却管路13a、13b，以便可实现计量装置5的简单构型。作为冷却手段例如可以是燃烧器的供给空气、内燃发动机的冷却水或也可以是在喷射之前引过处于压力下的流体4。
此外，根据本发明的混合物形成装置1包括一个第一输送管8a，通过该第一输送管输送高温的第一气体2。第一气体2例如是发动机的或单独的燃烧器的热废气。第一气体2的热函在此必须这样高，使得当流体4是液态介质时该液态介质可在第一混合区域10中汽化。
此外，混合物形成装置1包括一个第一通道6和一个第二通道7，该第一通道与第一混合区域10相连接，该第二通道与一个第二输送管8b相连接，通过该第二输送管输送第二气体3。如从图1中可看到的那样，第一通道6在第二通道7以内被引导，其中，第二通道7基本上呈螺旋状设置。第一通道6通到一个第二混合区域11中，在该第二混合区域中，通过第一通道6输送的物质流与通过第二通道7输送的物质流即第二气体3混合。第一通道6在此以约180°的角度围绕一个排出管9形成，第二通道7以约360°的角度围绕排出管9形成并且在排出管9的开口区段12中通到该排出管中。开口区段12是排出管9的在角度α上形成的敞开区域。将由第一气体2和流体4构成的第一混合物从第一混合区域10输送到第一通道6中用箭头B表示，将第二气体3输送到第二通道7中用箭头C表示。在第一通道6与第二通道7之间形成一个公共的壁16，该壁具有良好的传热特性。第一通道6具有一个收缩区域6a和一个连接在该收缩区域上的扩宽区域6b。第一通道6中具有最小横截面的区域通过参考标号6c标记。
此外，在第一通道6到第二通道7的通入区域中设置有一个用于产生涡流的装置15。用于产生涡流的装置15在该实施例中仅仅是第一通道6与第二通道7之间的壁16的一个弯折的端部区域，该弯折的端部区域使得第二气体3由于第二通道7中的随之发生的横截面收缩而经历强烈的紊流，由此，在第二混合区域11中在第一通道6到第二通道7的通入部附近在输送到第二混合区域11的物质流之间发生非常良好的混合。现在由三种物质流构成的混合物如用箭头D所表示的那样通过开口区段12输送到排出管9中。根据开口区段12的开口角度α，在排出管9中产生一个涡旋E，该涡旋尤其是对于混合物的后续使用来说意义重大。通过改变开口角度α可使涡旋变强或变弱，其中，例如，如果在排出管9后面设置有一个催化器，排出管9的横截面扩宽，混合物可均匀地分布在催化器的横截面上。
混合物形成装置1例如可作为铸件来制造，其中，壳体14在纵向方向上分成两部分，如通过图1中的剖面所示。第一输送管8a、第二输送管8b和排出管9在此相对于一个平面垂直地设置，在该平面中进行三种物质流的混合。需要注意的是，输送管和排出管的布置也可不同，例如倾斜。根据本发明的混合物形成装置尤其是可在车辆中用于重整液态碳氢化合物以便产生富含H2和CO的合成气以及用于废气后处理。通过根据本发明螺旋状地布置第一通道6和第二通道7并且基本上在中心布置排出管9，可实现非常紧凑的结构。此外，紧凑的结构通过相对于流动平面垂直地布置第一输送管和第二输送管8a、8b以及排出管9得到增强。此外，根据本发明的混合物形成装置1适用于混合极其不同的物质，而无需改装措施。混合物形成装置在此不仅可使不同物态的流、尤其是气态-液态的流或者使相同物态的物质流、尤其是仅气态的物质流彼此均匀地混合。另一个应用可能性例如是燃料电池设备或其它化学系统。
根据本发明的混合物形成装置1的功能在此如下。高温的第一气体2通过第一输送管8输送到第一混合区域10中。借助于计量装置5将液体喷射到第一混合区域10中。由于第一气体2的高温，该液体在喷射时汽化，由此，两种气态的物质在第一混合区域10中混合。该第一混合物如用箭头B所示的那样输送到第一通道6中并且在收缩区域6a中加速。由此实现第一混合物的进一步混合。第二气体通过第二输送管8b输送并且在第二混合区域11处遇到来自第一通道6的物质流。在此，通过在第一通道6中相邻地引导较热的物质流，具有比第一气体低的温度的第二气体3在输送到第二混合区域11期间已经部分地变热。用于产生涡流的装置15保证所输送的第二气体3作为涡流输送到第二混合区域11，以便可实现与来自第一通道6的第一混合物非常良好地混合。现在由三种介质构成的最终混合物如用箭头D所表示的那样输送到排出管9中，其中，该壳体区域的外壁相切地过渡到排出管9。由此可在排出管9中产生涡旋E，该涡旋可用于接着利用最终混合物。
根据本发明的混合物形成装置在此可放弃用于使物质流混合的回弹体或类似装置，由此可实现较小的压力损失。此外，在该混合物形成装置内部的较热的物质流的流动引导保证降低热量损失。该混合物形成装置的壳体14例如可作为铸铁构件成本低廉地成系列地制造。此外，高温的第一气体2用于使液体4汽化。此外，通过产生涡旋E，还可实现混合物的改善的均匀化。
Claims (12)
1.混合物形成装置，用于混合具有第一温度的第一气体(2)、具有第二温度的第二气体(3)和流体(4)，该第二温度比该第一气体的第一温度低，该混合物形成装置包括
-计量装置(5)，用于将该流体(4)输送到第一混合区域(10)中，该第一气体(2)也输送到该第一混合区域中，以便在该第一气体与该流体之间产生第一混合物，
-第一通道(6)，用于将由第一气体(2)和流体(4)构成的第一混合物输送到第二混合区域(11)，
-第二通道(7)，该第二通道与该第一通道(6)相邻地设置，该第二通道将该第二气体(3)输送到该第二混合区域(11)，以及
-用于产生涡流的装置(15)，以便使由第一气体(2)和流体(4)构成的第一混合物和该第二气体(3)在该第二混合区域(11)中.彼此混合成最终混合物。
2.根据权利要求1的混合物形成装置，其特征在于：该第一通道(6)通到该第二通道(7)中并且该第二通道(7)基本上呈螺旋状构成。
3.根据上述权利要求之一的混合物形成装置，其特征在于：该用于产生涡流的装置(15)设置在该第一通道(6)到该第二通道(7)的通入区域处。
4.根据上述权利要求之一的混合物形成装置，其特征在于：该第二通道(7)从第二输送管(8b)起直到该用于产生涡流的装置(15)连续扩宽。
5.根据上述权利要求之一的混合物形成装置，其特征在于：该第一通道(6)具有一个收缩区域(6a)，由第一气体(2)和流体(4)构成的第一混合物输送给该收缩区域，在该收缩区域(6a)上连接着一个扩宽区域(6b)。
6.根据上述权利要求之一的混合物形成装置，其特征在于：用于该第一气体(2)的第一输送管路(8a)相对于该第一通道(6)垂直地设置，用于该第二气体(3)的第二输送管路(8b)相对于该第二通道(7)垂直地设置。
7.根据上述权利要求之一的混合物形成装置，其特征在于：用于排出由第一气体(2)、第二气体(3)和流体(4)构成的最终混合物的排出通道(9)相对于该第一通道和该第二通道(6，7)垂直地设置。
8.根据权利要求7的混合物形成装置，其特征在于：该第一通道(6)在约180°的角度上围绕该排出通道(9)设置并且该第二通道(7)在约360°的角度上围绕该排出通道(9)设置。
9.根据权利要求7的混合物形成装置，其特征在于：该第二通道(7)围绕该排出通道(9)设置。
10.根据权利要求7至9之一的混合物形成装置，其特征在于：该排出通道(9)是管，所产生的最终混合物带有涡旋(E)地被输送给该排出通道(9)。
11.根据上述权利要求之一的混合物形成装置，该混合物形成装置还包括冷却装置(13a，13b)，该冷却装置与该计量装置(5)相邻地设置，以便冷却该计量装置(4)。
12.根据上述权利要求之一的混合物形成装置，其特征在于：该流体(4)是液体，尤其是液态燃料，该第一气体(2)是热废气，该第二气体(3)是具有环境温度的空气。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090909 |