CN102985654B - 用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器。上述静态混合器的特征在于，包括：外管（2），其一端部与柴油发动机的排气歧管连接，另一端部与SCR（Selective？Catalytic？Reduction）连接，且在局部配置有尿素水溶液喷射器适配器（5）；以及通道部（10），其配置在上述外管（2）内，沿着长度包括多数引导通道（11），具有与上述尿素水溶液喷射器适配器（5）的下端部相对的入口部（12）。本发明使经过SCR之前的尾气和尿素水溶液通过上述通道部的入口部和多数引导通道，形成细致而均匀的混合气体，从而提高上述SCR中的催化还原反应率，能够大大地减少氮氧化物（NOx）的大气排出量。

Description

用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器
技术领域
本发明涉及用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，更详细地说，涉及如下所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器：为了减少伴随在柴油发动机的混合气体燃烧过程中产生的尾气而排出的氮氧化物（NOx）的大气排出量，很好地实现从柴油发动机的排气歧管向排气管的SCR（SelectiveCatalyticReduction）的入口部侧排出的尾气与从上述排气管的尿素水溶液喷射器供给到上述SCR的入口部侧的尿素水溶液之间的细致而均匀的混合。
背景技术
在柴油发动机中，通过与活塞的连杆连接的曲轴的旋转力来产生输出，该活塞是在以高温高压压缩从外部供给到燃烧室内的空气的状态下，通过在向上述燃烧室内喷射轻油等燃料而使空气与燃料的混合气体燃烧爆炸的过程中产生的爆炸力而进行上下运动。
一般而言，在柴油发动机中，燃比根据供给到燃烧室的空气与燃料的混合比（例如，空燃比）而大不同。如果供给到燃烧室的空气量比供给到燃烧室的燃料量多，则虽然输出变得非常好但不仅污染大气且对人体有害，引发酸雨、光学烟雾现象等的氮氧化物（NOx）的产生量增加。与此相反，如果供给到燃烧室的空气量比供给到燃烧室的燃料量少，则输出降低，PM（ParticulateMatter）或煤烟（soot）增加。
由于柴油发动机的如上所述的燃烧特性，最近的柴油发动机的趋势是采用如下所述的尾气后处理方式：使供给到燃烧室的空气量比供给到燃烧室的燃料量多而大幅提高输出，与此相应地向SCR的入口部侧喷射尿素水溶液而使尿素水溶液和尾气的混合气体通过上述SCR，从而将伴随上述尾气的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮（N2）。
一般来说，起到为了进行尾气后处理而使尿素水溶液与尾气混合的作用的柴油发动机的混合器，只是简单构成为包括：排气管，其具有安装尿素水溶液喷射器的尿素水溶液喷射器适配器；以及通道部，其设置在上述排气管内，具有多数引导通道。
因此，在柴油发动机的工作时，在燃烧室产生的尾气和从上述尿素水溶液喷射器喷射的尿素水溶液，在经过上述通道部的多数引导通道的同时相互混合而引导到配置在上述混合器的后侧的SCR，伴随上述尾气的氮氧化物（NOx）在经过上述SCR的同时与尿素水溶液产生催化还原反应而转换为无害的水和氮。
但是，由于现有的柴油发动机的混合器，具有如上所述将具有上述多数引导通道的通道部简单地收纳在排气管内的结构，因此不容易实现从发动机的排气歧管排出到混合器的尾气与供给到上述尿素水溶液喷射器的尿素水溶液之间的细致而均匀的混合，因此存在不能大幅减少氮氧化物（NOx）的大气排出量的问题。
另外，现有技术的柴油发动机的混合器，由于收纳上述通道部的排气管构为单管（singleduct）形状，因此存在如下所述的问题：在尿素水溶液与直接露出到外气的上述排气管的内壁面直接接触时，尿素水溶液不会蒸发而以液态沿着上述排气管的内壁面流下，从而不能很好地应用于氮氧化物（NOx）的减少，而直接排出到外部。
发明内容
技术课题
对此，本发明是为了解决上述的问题而完成的，本发明的目的在于，提供用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其能够很好地实现经过SCR之前的尾气与尿素水溶液之间的细致而均匀的混合，以大幅减少氮氧化物（NOx）的大气排出量。
本发明的其他目的在于，提供用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其改善从尿素水溶液喷射器供给到SCR的入口部的尿素水溶液的蒸发环境，以更好地实现尾气与尿素水溶液之间的细致而均匀的混合，从而减少氮氧化物（NOx）的大气排出量，并且消除尿素水溶液的浪费。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明提供用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其包括：
外管，其一端部与柴油发动机的排气歧管连接，另一端部与SCR（SelectiveCatalyticReduction，选择性催化还原器）连接，且该外管在局部配置有尿素水溶液喷射器适配器；
内管，其以外壁面的至少一部分相对于上述外管的内壁面具有一定游隙的方式设置在上述外管内；以及
通道部，其配置在上述内管内，沿着长度包括多数引导通道，且该通道部具有与上述尿素水溶液喷射器适配器的下端部相对的入口部。
另外，本发明对于上述本发明的一实施例，还提供如下的具体实施例。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述内管在外周部具有至少一个以上的突起部。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述通道部由如下部分构成：多个第1通道板，其在上述内管彼此隔开一定间隔来配置；以及多个第2通道板，其相对于上述多个第1板倾斜一定角度并彼此隔开一定间隔而交叉配置。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述多个第1通道板和第2通道板中的至少任意一个的露出部分具有至少一个以上的通孔，以实现尾气与尿素水溶液之间的细致而均匀的混合作用。
根据本发明的一实施例，其特征在于，在上述多个第1通道板和第2通道板中的至少任意一个出口侧端部配置有多数叶片，以实现尾气与尿素水溶液之间的细致而均匀的混合作用。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述多数叶片按照上述第1通道板和第2通道板的层，向彼此相反的方向倾斜配置。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述通道部的入口部由相对于上述内管的长度方向具有一定角度的第1倾斜部和相对于上述第1倾斜部具有一定角度的第2倾斜部构成。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述第1倾斜部的配向角相对于与上述内管的长度方向垂直的虚拟轴线向外侧方向呈0～30°。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述第1倾斜部和第2倾斜部的入口侧端部面分别为直线或曲线形状、或者是组合直线和曲线形状而得到的形状。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述多个第1通道板和第2通道板分别构成为3个，以在一方向和另一方向上分别形成4格空间。
根据本发明的一实施例，其特征在于，上述内管与上述外管之间的游隙为5mm～10mm。
发明效果
本发明提供在包括隔着一定游隙包围内管的外管的双重管形状的上述内管内具有多数引导通道和入口部的通道部，使经过SCR之前的尾气和尿素水溶液通过上述通道部的入口部和多数引导通道，从而能够形成细致而均匀的混合气体，提高上述SCR中的催化还原反应率，能够大大减少氮氧化物（NOx）的大气排出量。
另外，在本发明中，在上述双重管形状的内管内，提供具有上述多数引导通道和入口部的通道部，使上述内管对于直接露出到外气的上述外管实现隔热，从而提高从尿素水溶液喷射器供给到上述通道部的入口部和多数引导通道的尿素水溶液的蒸发率，能够减少氮氧化物（NOx）的大气排出量，而且能够消除尿素水溶液的浪费。
附图说明
图1是示出本发明的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器的概略立体图。
图2是示出本发明的静态混合器的出口侧端部的概略立体图。
图3是示出本发明的静态混合器的内管和在该内管内配置的通道部的概略立体图。
图4是示出本发明的在静态混合器的通道部配置的入口部的第1倾斜部与外管之间的角度配向关系的概略剖视图。
*标号说明*
1：静态混合器2：外管
3：内管3a：突起部
5：尿素水溶液喷射器适配器10：通道部
11：引导通道12：入口部
12a：第1倾斜部12b：第2倾斜部
13：第1通道板14：第2通道板
15：通孔16：叶片
具体实施方式
以下，参照图1至图4，对本发明的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器的实施例进行说明。
首先，上述“静态混合器（Staticmixer）”的用语是在相应业界中广泛使用的用语，是与动态混合器对应的概念，意味着没有动作部分而能够使尾气与尿素水溶液细致而均匀地混合的混合器（或混合装置）。
另外，在对于本发明的说明中，虽然将“多个”和“多数”这两个用语分别区分来使用，但是上述“多个”的用语是为了在相应结构要素为两个以上时开始强调技术性意义大的情况，上述“多数”的用语是只是为了示出相应的结构要素很多的情况。
如图1至图3所示，本发明的静态混合器（1）包括外管（2）、内管（3）以及通道部（10）。
此处，上述外管（2）的一端部与柴油发动机的排气歧管（未图示）连接，另一端部与SCR（未图示）连接，在局部配置有尿素水溶液喷射器适配器（5）。上述外管（2）能够通过焊接方式或可装卸的方式与排气管（未图示）连接。
上述内管（3）是以外壁面的至少一部分相对于上述外管（2）的内壁面具有一定游隙的方式收纳在上述外管（2）内而固定。
上述通道部（10）配置在上述内管（3）内，沿着长度包含多数引导通道（11），具有与上述尿素水溶液喷射器适配器（5）的下端部相对的入口部（12）。
根据如上所述的本发明的静态混合器（1），从柴油发动机的排气歧管排出到上述静态混合器（1）的尾气和从设置在上述静态混合器（1）的尿素水溶液喷射器适配器（5）上的尿素水溶液喷射器（未图示）供给到上述静态混合器（1）的尿素水溶液，经过具有上述入口部（12）和上述多数引导通道（11）的通道部（10）而能够细致而均匀地彼此混合良好。
另外，根据如上所述的本发明的静态混合器（1），使从设置在上述尿素水溶液喷射器适配器（5）上的尿素水溶液喷射器（未图示）供给到上述静态混合器（1）的尿素水溶液能够喷射到上述内管（3）内的通道部（10），因此能够解决以往上述尿素水溶液直接与上述外管（2）的内壁面接触而变为液态，从而沿着上述外管（2）的内壁面流下的问题。
因此，本发明的静态混合器（1），在经过上述静态混合器细致而均匀地混合良好的尾气与尿素水溶液的混合气体经过上述SCR（未图示）时，很好地实现催化还原反应，从而最终能够很大地减少氮氧化物（NOx）的大气排出量，而且能够减少尿素水溶液的浪费。
另外，本发明的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，能够以在如上所述的基本结构上进一步以如下的具体实施例限定的方式来实现。
作为一实施例，上述内管（3）能够以在外周部具有至少一个以上的突起部（3a）的方式来配置，以相对于上述外管（2）维持一定游隙。上述突起部（3a）能够在上述内管（3）的外表面的一处、两处、三处，或其以上之处彼此隔着一定间隔来形成。这种内管的突起部的结构能够在上述内管（3）与上述外管（2）之间容易地形成游隙。上述内管（3）与上述外管（2）之间的游隙也可以隔着另外的绝缘性间隔物（未图示）来形成。
作为一实施例，上述通道部（10）能够由在上述内管（3）上彼此隔开一定间隔来配置的多个第1通道板（13）、和相对于上述多个第1板（13）倾斜一定角度并彼此具有一定间隔交叉配置的多个第2通道板（14）构成。这种多个第1、2通道板结构，能够容易地形成引导尾气或尿素水溶液、或者混合这些而成的混合气体的多数引导通道（11）。
作为一实施例，上述多个第1、2通道板（13、14）中的至少任意一个的露出部分，能够以具有至少一个通孔（15）的方式来配置，以实现尾气与尿素水溶液的均匀混合。此时，上述通孔（15）可以是圆形或椭圆形、或者缝隙（slit）或槽隙（slot）等各种形状。这种多个第1、2通道板的通孔结构增大引导到上述多数引导通道（11）中彼此邻接的通道的尾气与尿素水溶液之间的旺盛的混合作用。
作为一实施例，在上述多个第1、2通道板（13、14）中的至少一个的出口侧端部配置有多数叶片（16），以实现尾气与尿素水溶液之间的细致而均匀的混合作用。此时，上述多数叶片（16）优选按照上述第1、2通道板（13、14）的层向彼此相反的方向倾斜配置。这是因为，在沿着上述多数引导通道（11）经过上述多个第1、2通道板（13、14）的出口侧端部的尾气和尿素水溶液上引起涡流现象，增大尾气与尿素水溶液之间的旺盛的混合作用。
作为一实施例，上述内管（3）能够以相对于上述外管（2）为同心或偏心地固定。此时，上述内管（3）相对于上述外管（2）同心地配置的结构，具有能够使上述内管（3）与上述外管（2）之间的游隙均匀地形成的优点。上述内管（3）相对于上述外管（2）偏心地配置的结构，具有能够简单且容易地将上述内管（3）固定在上述外管（2）上的优点。
另外，上述内管（3）与上述外管（2）之间的游隙优选构成为5mm～10mm。其理由是因为，在上述内管（3）与上述外管（2）之间的游隙小于5mm时，存在上述内管（3）对于上述外管（2）的隔热效果降低的缺点，在上述内管（3）与上述外管（2）之间的游隙超过10mm时，尾气中的一部分没有与尿素水溶液之间的混合作用而直接排出到SCR侧的可能性大。
作为一实施例，上述通道部（10）的入口部（12）能够由相对于上述内管（3）的长度方向具有一定角度的第1倾斜部（12a）、和相对于上述第1倾斜部（12a）具有一定角度的第2倾斜部（12b）构成。此时，如图4所示，上述第1倾斜部（12a）的配向角优选相对于与上述内管（3）的长度方向垂直的虚拟轴线向外侧方向呈0～30°。其理由是因为，在上述第1倾斜部（12a）的配向角小于0°（换句话说，在向上述内管的垂直轴线的内侧形成的情况）或、超过30°时，存在尾气与尿素水溶液的混合率相比于上述范围的情况显著降低的缺点。另外，上述第1、2倾斜部（12a，12b）能够构成为入口侧端部面分别为直线或曲线形状，或者组合直线和曲线形状而得到的形状。
作为一实施例，上述多个第1、2通道板（13、14）能够以在一方向和另一方向分别形成4格空间的方式各构成三个。具有如上所述排列的多个第1、2通道板结构，比少于或超过的情况更进一步增大尾气与尿素水溶液之间的混合作用。这是因为，按照上述多个第1、2通道板（13、14）的紧凑的排列或稀疏的排列，尾气的排出压力和/或尾气与尿素水溶液之间的混合力产生变化。
以下，参照图1至图4对如上所述构成的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器的工作进行说明。
如果在上述SCR的入口侧设置本发明的静态混合器（1），以构成连接柴油发动机的排气歧管（未图示）与SCR（未图示）的排气管的一部分之后，使柴油发动机工作，则在柴油发动机工作的期间，在柴油发动机的燃烧室进行燃烧爆炸时产生的尾气通过排气歧管而向静态混合器（1）的通道部（10）的入口部侧排出。
另外，与此同时，从设置在上述静态混合器（1）的外管（2）的尿素水溶液喷射器适配器（5）上的尿素水溶液喷射器（未图示）向上述静态混合器（1）的通道部（10）的入口部侧喷射尿素水溶液。
此时，上述尾气和尿素水溶液通过上述通道部（10）的入口部（12）而流入到多数引导通道（11）内，并且一次性地细致而均匀地彼此混合。另一方面，在上述通道部（10）的第1、2通道板（13、14）的露出部分还形成有通孔（15）的实施例的情况下，能够更旺盛地实现经过上述多数引导通道（11）的尾气与尿素水溶液之间的混合作用。
接着，经过上述通道部（10）的多数引导通道（11）而排出到上述通道部（10）的出口侧端部的尾气和尿素水溶液与上述通道部（10）的多数叶片（16）相撞并产生涡流而二次性地进一步细致而均匀地混合。
如上所述，在经过本发明的静态混合器（1）的通道部（10）的同时以细致而均匀化成最佳状态的尾气与尿素水溶液的混合气体被引导到SCR。之后，伴随上述尾气的氮氧化物（NOx）在经过上述SCR的同时与上述尿素水溶液引起催化还原反应，从而转换为无害的水（H2O）和氮（N2）而排出到大气。
以上说明的本发明不限定于上述的实施例和附图，对于本领域技术人员而言，能够想到在本发明的技术思想内的单纯置换、变形以及变更。
工业上的可利用性
本发明的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，在柴油发动机上设置在排气管侧，能够在将伴随尾气的氮氧化物（NOx）转换为无害的水（H2O）和氮（N2），从而能够应用于大气环境污染的减少。

Claims (10)

1.一种用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其包括：
外管(2)，其一端部与柴油发动机的排气歧管连接，另一端部与SCR即选择性催化还原器连接，且该外管(2)在局部配置有尿素水溶液喷射器适配器(5)；
内管(3)，该内管(3)以外壁面的至少一部分相对于上述外管(2)的内壁面具有一定游隙的方式设置在上述外管(2)内；以及
通道部(10)，其配置在上述内管(3)内，并沿着长度包括多数引导通道(11)，且该通道部(10)具有与上述尿素水溶液喷射器适配器(5)的下端部相对的入口部(12)，
上述通道部(10)的入口部(12)由如下部分构成：第1倾斜部(12a)，其相对于上述内管(3)的长度方向具有一定角度；以及第2倾斜部(12b)，其相对于上述第1倾斜部(12a)具有一定角度。
2.根据权利要求1所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述内管(3)在外周部具有至少一个以上的突起部(3a)。
3.根据权利要求1所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述通道部(10)由如下部分构成：多个第1通道板(13)，其在上述内管(3)内彼此隔开一定间隔来配置；以及多个第2通道板(14)，其相对于上述多个第1通道板(13)倾斜一定角度并彼此隔开一定间隔而交叉配置。
4.根据权利要求3所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述多个第1通道板和第2通道板(13、14)中的至少任意一个的露出部分具有至少一个以上的通孔(15)，以实现尾气与尿素水溶液之间的细致而均匀的混合作用。
5.根据权利要求3所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
在上述多个第1通道板和第2通道板(13、14)中的至少任意一个的出口侧端部配置有多数叶片(16)，以实现尾气与尿素水溶液之间的细致而均匀的混合作用。
6.根据权利要求5所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述多数叶片(16)按照上述第1通道板和第2通道板(13、14)的层，向彼此相反的方向倾斜配置。
7.根据权利要求1所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述第1倾斜部(12a)的配向角相对于与上述内管(3)的长度方向垂直的虚拟轴线向外侧方向呈0～30°。
8.根据权利要求1所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述第1倾斜部和第2倾斜部(12a，12b)的入口侧端部面分别为直线或曲线形状、或者是组合直线和曲线形状而得到的形状。
9.根据权利要求3所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述多个第1通道板和第2通道板(13、14)各构成为3个，以在一方向和另一方向上分别形成4格空间。
10.根据权利要求1所述的用于混合尿素水溶液和发动机尾气的静态混合器，其中，
上述内管(3)与上述外管(2)之间的游隙为5mm～10mm。
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