CN102979603A - 翅板混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种翅板混合器，其特性在于：混合器导管为圆筒状，混合器导管的厚度为2~3mm，高度为300mm，筒的直径小于发动机排气管内径2~4mm；混合器导管的一端拉延后焊接或直接焊接上圆环形的连接法兰，连接法兰的直径大于发动机排气管内径6~8mm；混合器导管另一端为分剪的混合器翅板，分剪的长度等于半径的黄金分割点0.618倍；分剪段交替折弯与管轴线成45^o角度，端头指向轴心，构成一个同心圆的混合器翅板，混合器导管设在排气管中的喷嘴下游。其位于尿素还原剂的喷嘴下游，可在不产生排气背压的前提下具有更直接和有效的混合效果；结构简单，高效耐用，应用于国4以上后处理装置中。

Description

翅板混合器

技术领域

本发明涉及一种翅板混合器，可以应用到汽车尾气的后处理行业。

背景技术

全球的汽车生产商在排放法规的压力下，一方面国外的车用重负荷柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR (Selective Catalytic Reduction)催化转化还原技术等。

SCR技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH₃，作为还原剂的NH₃和发动机排气中的NO_x在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N₂和H₂O，从而达到净化的目的。

SCR具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550oC的范围内具有50~85%的NO_x去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；目前达到欧4采用的SCR技术，发动机的燃油耗可降低3~6％；SCR催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。

如果在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好尿素还原剂供应、尿素还原剂的剂量、尿素还原剂的雾化喷射、SCR催化剂转换效率、氨气泄露量等至关重要的技术难点。

上述难点中涉及到尿素还原剂的喷射和雾化效果的问题。当尿素还原剂从喷嘴喷射出来后，随发动机排气的气流前进，自然的混合效果差，尿素颗粒水分蒸发慢，水解和热解速度慢，到达SCR前端时仍不能有效的分解出NH3，致使NOX去除效果下降，NH3逃逸量加大，因此，喷嘴前端或后端的尿素还原剂的混合是其中的一个关键。

检索发现，申请号为‘CN201010587875.8’的专利发明公开了一种用于柴油机尿素选择性催化还原装置的静态混合器，包括管体、混合器翼片和喷嘴，其特征在于所述的混合器翼片紧靠喷嘴并安装在喷嘴前端，混合器翼片为整体碗式结构，中部沿气流反方向凸起；申请号为‘CN201010587881.3’的发明公开了一种用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，包括管体、混合器翼片装置和喷嘴，其特征在于所述的混合器翼片装置紧靠喷嘴并安装在喷嘴前端，所述的混合器翼片装置由一组翼片组成，所述的翼片主体为沿着气流方向扭转的扇形结构，其布置方向与喷雾轴线方向一致，所述的每个翼片中设有一组倾斜导流片；申请号为‘CN201010588290.8’的发明公开了一种车用尿素SCR系统的混合装置，包括管体、混合器翼片装置和喷嘴，所述的喷嘴斜置在管体壁面上，所述的混合器翼片装置紧靠喷嘴并安装在喷嘴前端；申请号为‘CN201020536943.3’的实用新型涉及一种加强尾气旋流流动及消除尿素溶液喷射结晶的排气管，包括管内依次装有尿素溶液雾化喷嘴和SCR催化器的排气管，其特征是：所述排气管内的尿素溶液雾化喷嘴前端设有旋流器；申请号为‘CN201020198744.6’实用新型公开了一种汽车排气管道静态混合器，包括管体、翼片和喷嘴，其特征在于所述的喷嘴设置在管体上，所述的翼片为整体式结构，其中部具有圆形通道，四周为弯弧型倒流板并布置有流体通道。

以上6个专利所述的混合器均设置在尿素喷嘴的前端，利用扰动的气流来混合尿素还原剂，扰动效果较差时尿素混合的效果不好，如果扰动的效果很好，势必引起排气背压问题。

检索发现，申请号为‘CN201020198714.5’的实用新型公开了一种汽车排气管道静态混合器，包括管体、翼片和喷嘴，其特征在于所述的喷嘴设置在管体上，所述的翼片截面呈“V”字形排列，多个长短不同的翼片交替径向设置在管体内；申请号为‘CN201010226366.2’的发明涉及一种尿素混合装置，其特征在于：它包括至少两组叶片对，每组所述叶片对包括两个折起方向相对设置的蝶形叶片；申请号为‘CN200910252809.2’的发明涉及用于选择性催化还原系统的混合装置，包括带孔主体的第一混合元件具有第一表面、第二表面和从第一表面延伸到第二表面的多个孔道；申请号为‘CN200920227898.0’的一种发动机尾气扰流混合器，所述管道(1)两端的外壁与排气管(7)滑动配合，管道(1)的下游一端设置有叶片装置(4)，管道(1)的中段为内径小于管道(1)内径的喉口管(2)，

检索发现，申请号为‘CN200720018679.2’的实用新型公开了一种大排量发动机SCR后处理管路装置，包括喷射管路内位于喷嘴喷射方向上分别设有混合器。该混合器为带有较大筛孔筛网，并在筛网上设置了扰流挡片；

上述5个专利的混合单元虽然设置在尿素喷嘴后端，但其形状和结构不同于本发明，也没有在翅片表面进行任何的处理和涂层，也不同于本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种翅板混合器，其位于尿素还原剂的喷嘴下游，可以直接放入到排气管中，不会影响安装位置和连接尺寸；可在不产生排气背压的前提下具有更直接和有效的混合效果。

本发明的技术方案是这样实现的：一种翅板混合器，由排气管，喷嘴，连接法兰，焊点，混合器导管，混合器翅板，催化剂涂层组成；其特性在于：混合器导管为圆筒状，混合器导管的厚度为2~3mm，高度为300mm，筒的直径小于发动机排气管内径2~4mm；混合器导管的一端拉延后焊接或直接焊接上圆环形的连接法兰，连接法兰的直径大于发动机排气管内径6~8mm；混合器导管另一端为分剪的混合器翅板，分剪的长度等于半径的黄金分割点0.618倍；分剪段交替折弯与管轴线成45^o角度，端头指向轴心，构成一个同心圆的混合器翅板，混合器导管设在排气管中的喷嘴下游。

所述的混合器翅板的形状为平板的或平板扭曲成麻花状的、或平板上打孔、或边沿成锯齿状，或与混合器导管一体或分体固定焊接。

所述的混合器导管和混合器翅板上涂敷有助于尿素还原剂分解的催化剂，其工艺如下：

（1）把混合器翅板整体在水喷砂机中喷砂处理5min，去离子水冲洗干净，放入0.1N的磷酸和0.1N的硫酸混合酸液中，处理温度为25~45℃，处理时间40~50 min，自来水冲洗2遍，然后用去离子水冲洗2遍，晾干。

（2）选用工业的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶60~76份（质量，下同），工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉20~38份，酒精2~6份，球磨机中湿法球磨10~20min，

（3）混合器翅板在其中浸沾1次，空气吹扫，90~120℃干燥箱内干燥40~60min，移入的高温炉内，随炉升温500~600℃并保温烧结40~60min，在混合器翅板沉淀并烧结上均匀的二氧化钛涂层。

本发明的积极效果在于：从机械、物理、材料、化学以及气动传输方面出发，设计一种简便的翅板混合器，成本低廉，可以改善混合和均化的效果，具有一定的实用价值；提高耐腐蚀介质的腐蚀性、耐热性和耐冲刷性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的A-A结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步描述，实施例为进一步阐明本发明的特点，不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1、2所示，一种翅板混合器，由排气管1，喷嘴2，连接法兰3，焊点4，混合器导管5，混合器翅板6，催化剂涂层7组成；其特性在于：混合器导管5为圆筒状，混合器导管5的厚度为2~3mm，高度为300mm，筒的直径小于发动机排气管内径2~4mm；混合器导管5的一端拉延后焊接或直接焊接上圆环形的连接法兰3，连接法兰3的直径大于发动机排气管1内径6~8mm；混合器导管5另一端为分剪的混合器翅板6，分剪的长度等于半径的黄金分割点0.618倍；分剪段交替折弯与管轴线成45^o角度，端头指向轴心，构成一个同心圆的混合器翅板6，混合器导管5设在排气管1中的喷嘴2下游。

所述的混合器翅板6的形状为平板的或平板扭曲成麻花状的、或平板上打孔、或边沿成锯齿状，或与混合器导管一体或分体固定焊接。

由于尿素在高温下不完全的分解物异氰酸具有较强的腐蚀性，在混合器导管5和混合器翅板6上涂敷了涂层7，该涂层的主要成分是纳米二氧化钛，可以改善尿素分解的效率，防止结焦现象的发生。涂敷前的混合器要整体的在水喷砂机中喷砂处理5min，充分的毛化，去离子水冲洗干净，放入0.1N的磷酸和0.1N的硫酸混合酸液中，处理温度为25~45℃，处理时间40~50 min，充分的微坑化，在此处理条件下，SEM微观检测的效果显示板面上95%分布微坑点，前处理完毕后采用自来水冲洗2遍，然后用去离子水冲洗2遍，晾干；选用工业销售的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶60~76份，掺入工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉20~38份，以及酒精2~6份，球磨机中湿法球磨10~20min，成乳浊状悬浮液体，其中，纳米二氧化钛溶胶加入量的多少和纳米二氧化钛粉有一定的比例，以能调和成流体状为宜，加入酒精的目的是改善流体的润湿效果，便于流体浸入微坑，可以混合器整体浸入到该流体中，注意焊接部位不能浸涂，首先浸沾1次，淋干多余的液体，空气吹扫放入90~120℃干燥箱内干燥40~60min，移入的高温炉内，随炉升温500~600℃并保温烧结40~60min，在混合器翅板上沉淀并烧结上均匀的二氧化钛的涂层；

实施例1

选取宽度330mm，长度300mm，壁厚2mm的SUS304不锈钢板，采用线切割或激光切割，在该板的一端均匀切割出16个板条缝，板条缝的切割长度为32mm，从一端开始交替去掉8个板条，剩余下8个板条，以330mm宽度方向卷制成外径106mm的圆筒，并焊接成筒，筒的另一端焊接上一个厚度为2mm、内径为102mm、外径为112mm圆环，把剩余8个板条向轴心的方向弯曲成45 ^o角度，制备成混合器的主体；

将该混合器在水喷砂机中喷砂处理5min，充分的毛化，去离子水冲洗干净，放入0.1N的磷酸和0.1N的硫酸混合酸液中，处理温度为45℃，处理时间40 min，充分的微坑化，前处理完毕后采用自来水冲洗2遍，然后用去离子水冲洗2遍，晾干。

实施例2

选用工业销售的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶70份，掺入工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉25份，以及酒精5份，球磨机中湿法球磨20min，成乳浊状悬浮液体，把混合器整体浸入到该流体中，焊接部位不能浸涂，首先浸沾1次，淋干多余的液体，空气吹扫后放入90℃干燥箱内干燥60min，移入的高温炉内，随炉升温到600℃并保温烧结40min，在混合器翅板沉淀并烧结上均匀的二氧化钛的涂层；将混合器称重W1，采用0.2Mpa的清洁空气吹扫5min，称重W2，W1-W2重量损失小于0.5%；然后，把本发明混合器重新放入高温炉内，保温600℃下40min，立即投入1000mL的室温下市售的32.5%wt尿素还原剂中，5min后取出，自来水洗涤1次，在90℃干燥箱内干燥40min，称重W3，W2-W3重量损失小于2%。

安装在9L柴油发动机台架上的排气管内，混合器安装的位置在尿素还原剂喷嘴之后，距离喷嘴出口点约5mm，混合器的末端距离喷嘴的距离约302mm；启动发动机，在不同工况下测试，混合器加装前后的NOX去除率对比，NOX的去除率改善1~3%。

Claims (3)

1.一种翅板混合器，由排气管，喷嘴，连接法兰，焊点，混合器导管，混合器翅板，催化剂涂层组成；其特性在于：混合器导管为圆筒状，混合器导管的厚度为2~3mm，高度为300mm，筒的直径小于发动机排气管内径2~4mm；混合器导管的一端拉延后焊接或直接焊接上圆环形的连接法兰，连接法兰的直径大于发动机排气管内径6~8mm；混合器导管另一端为分剪的混合器翅板，分剪的长度等于半径的黄金分割点0.618倍；分剪段交替折弯与管轴线成45^o角度，端头指向轴心，构成一个同心圆的混合器翅板，混合器导管设在排气管中的喷嘴下游。

2.根据权利要求1所述的一种翅板混合器，其特征在于所述的混合器翅板的形状为平板的或平板扭曲成麻花状的、或平板上打孔、或边沿成锯齿状，或与混合器导管一体或分体固定焊接。

3.根据权利要求1所述的一种翅板混合器，其特征在于所述的混合器导管和混合器翅板上涂敷有助于尿素还原剂分解的催化剂，其工艺如下：

（1）把混合器翅板整体在水喷砂机中喷砂处理5min，去离子水冲洗干净，放入0.1N的磷酸和0.1N的硫酸混合酸液中，处理温度为25~45℃，处理时间40~50 min，自来水冲洗2遍，然后用去离子水冲洗2遍，晾干；

（2）选用工业的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶60~76份（质量，下同），工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉20~38份，酒精2~6份，球磨机中湿法球磨10~20min；

（3）混合器翅板在其中浸沾1次，空气吹扫，90~120℃干燥箱内干燥40~60min，移入的高温炉内，随炉升温500~600℃并保温烧结40~60min，在混合器翅板沉淀并烧结上均匀的二氧化钛涂层。

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