CN103470349B - 具有整体混合器的可分离的分解反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于排气系统的还原剂分解反应器，包括有：一个形成有一个还原剂喷射器座的中间的管子部分、一个进口管、一个出口管和一个混合器。该进口管形成在该中间的管子部分的第一端上，而该出口管形成在该中间的管子部分的第二端上，以及它们两者被配置成建立与该排气系统的不同的部分的密封连接。该混合器配置在该中间的管子部分和该出口管之间并配置成分解排气流中的还原剂。该喷射器座包括一个管状部分，该管状部分其第一端连接于该中间的管子部分，而其第二端连接于喷射器座的喷射器端口，并被配置成可减少在该反应器内的再循环流动方式，在该喷射器座的内表面上产生高流速的流动，由此减少还原剂沉积物的形成。

Description

具有整体混合器的可分离的分解反应器
本申请是申请日为2009年10月14日，申请号为2009801486758，发明名称为“具有整体混合器的可分离的分解反应器”的中国专利申请的分案申请。
优先权信息
本发明专利申请是以康明斯过滤IP有限公司名义作为PCT国际申请被提交，并要求于2009年10月16日提交的发明名称为“具有整体混合器的可分离的分解反应器”的美国专利申请第12/252689号的优先权利益，其揭示的内容一并援引于此。
技术领域
本发明揭示内容有关排气系统领域。具体说，本发明说明有关一种用在一个排气系统中的具有整体混合器的可分离的分解反应器。
背景技术
与内燃机的使用有关联的一个共同问题是在排气系统中自然形成的有害的副产品的形成，具体说，是氧化氮生成物的形成。再处理系统，例如选择催化反应(SCR)系统采用尿素和还原催化剂来降低在排气系统中的氧化氮的含量。在一些SCR系统中，一种带有一个混合器的尿素分解反应器被用来促进尿素分解成氨。
虽然在一个SCR系统内的可分离的分解反应器为大家所熟悉，但多数的传统的分解反应器典型地是形成为一个与SCR系统成整体的部分或者是一个被直接焊接到SCR系统上的外部的反应器。此外，该反应器本身是通过将喷射器座和混合器两者直接焊接到该分解反应器的内管上。因此，传统的分解反应器具有较差的在反应器内的热量保持性并形成有焊接变形，这导致在反应器内形成还原剂沉积物。
发明内容
本发明申请揭示一种用于排气系统的还原剂分解反应器。在一个实施例中，该反应器包括一个中间的管子部分，该中间的管子部分形成有一个还原剂喷射器座、一个进口管、一个出口管和一个混合器。该进口管是形成在该中间的管子部分的第一端上并设置成建立与一个排气系统的第一部分的密封连接。该出口管是形成在该中间的管子部分的第二端上并设置成建立与该排气系统的第二部分密封连接。混合器安装在中间的管子部分和出口管之间并设置成分解在排气流中的还原剂。该喷射器座包括一个管状部分，该管状部分在第一端连接于中间的管子部分和在第二端连接于喷射器座的喷射器端口并设置成在喷射器座的内表面上产生高温、高速的排气流以减少还原剂沉积物的形成。
在另一个实施例中，该反应器包括一个中间的管子部分，该中间的管子部分形成有一个还原剂喷射器座、一个进口管、一个出口管和一个混合器。该进口管是形成在该中间的管子部分的第一端上并设置成建立与一个排气系统的第一部分的密封连接。该出口管是形成在该中间的管子部分的第二端上并设置成建立与该排气系统的第二部分的密封连接。该混合器安装在中间的管子部分和出口管之间并设置成分解在排气流中的还原剂。该反应器进一步包括一绝缘层，该绝缘层围绕中间的管子部分的外表面和进口管的一部分和出口管的一部分。该绝缘层保持在该反应器内的热量以便促进还原剂的分解和减轻还原剂沉积物的形成。
在另一个实施例中，该反应器包括一个中间的管子部分，该中间的管子部分形成有一个还原剂喷射器座、一个进口管、一个出口管和一个混合器。该进口管形成在中间的管子部分的第一端上并设置成建立与一排气系统的第一部分的密封连接。该出口管形成在中间的管子部分的第二端上并设置成建立与该排气系统的第二部分的密封连接。该混合器安装在该中间的管子部分和出口管之间并设置成分解在排气流中的还原剂。该反应器进一步包括一绝缘层，该绝缘层围绕该中间的管子部分的外表面和进口管的一部分和出口管的一部分。该绝缘层保持在反应器内的热量以便促进还原剂的分解并减轻还原剂沉积物的形成。
在又一个实施例中，该反应器包括一个中间的管子部分，该中间的管子部分形成有一个还原剂喷射器座、一个进口管、一个出口管和一个混合器。该进口管形成在中间的管子部分的第一端上并设置成建立与排气系统的第一部分的密封连接。该出口管形成在中间的管子部分的第二端上并设置成建立与该排气系统的第二部分的密封连接。该混合器安装在中间的管子部分和出口管之间并设置成分解排气流中的还原剂。该反应器进一步包括在该喷射器座上的管状部分，该管状部分其第一端连接在喷射器端口上和其第二端连接于中间的管子部分上并设置成在喷射器座的内表面上产生高温、高速的排气流以减少还原剂沉积物的形成。
附图说明
图1是用焊接方法形成的一个可分离的还原剂分解反应器的侧视图。
图2是另一个实施例的可分离的还原剂分解反应器的侧视图。
图3是可分离的还原剂分解反应器的中间管子部分的前视图。
图4A是用铸造方法形成的该还原剂喷射器座的横剖视图。
图4B是用铸造方法形成的该喷射器座的内表面的立体图。
图5是一个现有技术的喷射器座的流速大小的侧视示意图。
图6是一个改进的喷射器座的流速大小的侧视示意图。
具体实施方式
以下将参照附图对本发明进行详细说明，该附图构成说明书的一部分并图示可以实施本发明的用于说明的具体实施例。这些实施例被描述得足够详细以使熟悉本技术的技术人员能够据此实施所要求保护的技术方案，并且应理解到在不违背本发明的精神和不超出所要求保护的发明方案的范围的前提下还可以采用其他的具体实施方式。
因此以下的详细说明不应被理解为是对本发明的限制。
在此呈现的一些实施例是针对一种被置放在一个SCR排气系统中的具有整体的混合器的可分离的还原剂分解反应器。该反应器包括一个还原剂喷射器座，该还原剂喷射器座被设置成可有效提供还原剂进入SCR排气系统而可避免在反应器内形成还原剂沉积物。该混合器如此定位在反应器内以致当排气流流经该分解反应器时能够分解在该排气流中的氧化氮还原剂。该反应器还包括保持热量在反应器内的一个绝缘层和多个隔热屏，以帮助分解还原剂和减轻还原剂沉积物的形成。
图1是用焊接方法形成的一个可分离的还原剂分解反应器100的侧视图。反应器100包括一个中间的管子部分110、一个还原剂喷射器座120、一个进口管140和一个出口管150。反应器100还包括被安置在该出口管150和该中间的管子部分110的一端之间的一个混合器130中间的管子部分110形成有喷射器座120，由此避免在反应器100上的变形，该变形是由将一个外部的喷射器座焊接到中间的管子部分110上所产生的。进口管140和出口管150被焊接到中间的管子部分110上以允许反应器100可被设置成满足任何形式的与SCR排气系统相连接的连接结构。反应器100包括一个绝缘层160，该绝缘层围绕中间的管子部分110的外表面、进口管140的一部分和出口管150的一部分。该绝缘层160采用隔热屏170予以保护。该喷射器座120和混合器130是以彼此相对的理想位置被定位，以便提供最佳的还原剂分解而不会在反应器100内形成还原剂沉积物。具体说，该喷射器座120和混合器130是被定位成能够使通过喷射器座120被喷入反应器100的还原剂对准混合器130的中心。中间的管子部分110、混合器130和出口管150是由相同的材料或具有同样的热膨胀系数的材料制成。
如上所述，中间的管子部分110、混合器130和出口管150是用相同的材料或具有同样的热膨胀系数的材料制成。这就允许中间的管子部分110、混合器130和出口管150在被用于一个再处理系统中时具有同样的热膨胀和收缩。这就允许混合器130可较自由地在反应器100内膨胀和收缩而不会在较冷的还原剂被喷射到较热的混合器130上时在反应器100上产生过大的应力。混合器130包括用于将来自流经分解反应器110的排气流的氧化氮还原剂分解的多个刀片（未图示）。在图1所示的该实施例中，混合器130和出口管150是采用16标准规格(gauge)904L不锈钢制成。这种材料具有高含量的合金材料，这些合金材料当被置放在分解反应器或是腐蚀性强和经受高温、循环温度等任何类似环境时可提供优良的防腐蚀和抗侵蚀的特性。
进口管140包括一个用于建立反应器100和再处理系统的一端之间的密封连接的进口连接头145。在图1的实施例中，该进口连接头145是一个具有倒锥形边的(marmon)接头。在别的实施例中，该进口连接头145可以是能与再处理系统配合并建立与再处理系统密封连接的其他形式的密封垫接头。该进口管140由于不会直接与还原剂接触，因此是由低成本材料例如16标准规格316L不锈钢制成。
该出口管150包括一个用于建立在反应器100和再处理系统的另一端之间的密封连接的出口连接头155。在图1的该实施例中，该出口连接头155是一种具有倒锥形边的(marmon)接头。在其他实施例中，该出口管155可以是能与再处理系统配合并产生与再处理系统密封连接的其他形式的密封垫接头。如上所述，出口管150被设置成与被用于形成混合器130的材料相配。
由于反应器100是用焊接方法形成，反应器100可以被设置成将不同形式和尺寸的进口管140和出口管150连接到中间的管子部分110上。例如，如图2中所示，进口管140是成形为弯肘状。另外，在一些实施例中反应器100被设置成与一个4英寸直径的进口管140和一个5英寸直径的出口管150相连接。反应器100的中间的管子部分110还可以被设置成任何直径，以匹配发动机尺寸或流经再处理系统集聚的排气流速。
在图1中，该绝缘层160被设置成保持在反应器100内的尽可能多的热量以帮助分解在排气流中的氧化氮还原剂。该绝缘层160是由一种陶瓷纤维组成，在将反应器100用在再处理系统中时，在该陶瓷纤维中较高温度的纤维是位于靠近中间的管子部分110、进口管140和出口管150的外表面。绝缘层160的边缘涂有在反应器100操作使用过程中可防止纤维移动的抗侵蚀材料。
绝缘层160进一步用隔热屏170予以保护。该隔热屏170围绕绝缘层160的外表面并被形成为压缩和保护绝缘层160。隔热屏170包括两个阻止任何水到达绝缘层160上的保护端172。如在图2中所示，隔热屏170包括将其锁定成形以在生产过程中确保良好配合的多个肋174。隔热屏170还包括一个在生产过程中导引隔热屏170的导引孔176。由于隔热屏170并不是要与流经再处理系统的还原剂直接接触，该隔热屏170可以由低等级的、低成本材料制成。在一个实施例中该隔热屏170是由439号不锈钢形成。例如在另外的实施例中，该隔热屏170可以由409或304号不锈钢形成。
混合器130，如图1中所示，可以类似于在针对一种“还原剂分解混合器及其制造方法”的美国专利申请第12/237574号中所揭示的混合器。该混合器130用浮动配合被容纳在反应器100内。如在此所描述的一种浮动配合是被定义为不是以将混合器焊接或铸造到反应器100内的方式将该混合器置放进该反应器中。如图3中所示，混合器130在反应器100中的位置和定位方向是由被浇铸在接近出口管部分150的中间的管子部分110的一端的适当位置上的一个混合器导引功能件来予以固定。混合器130还可包括一个与混合器方位功能件117配对的凸出轭形(pokeyoke)的定位功能件（未图示），由此可阻止混合器130向后插入反应器100内并允许混合器安装在中间的管子部分110内而无需被焊接或浇铸到适当位置上。
图4A是由铸造方法形成的该还原剂喷射器座120的横剖视图。该喷射器座120具有一个内表面405和一个外表面410。喷射器座120包括一个喷射器端口122、一个管状部分124和一个包括有一个坚硬边缘128的喷射器室126。喷射器座120设置成通过喷射器端口122将还原剂喷入中间的管子部分110(在图1中显示)。喷射器座120以相对于中间的管子部分的纵向轴线112成大约35°的角度被定位（见图1）以确保还原剂流经反应器100从而流经再处理系统。在其他实施例中，喷射器座120相对于该纵向轴线112的角度可以在0°和45°之间变化以确保还原剂通过反应器100的最佳流动。与将喷射器座焊接到反应器上相比较，由于采用铸造方法使喷射器座120与中间的管子部分110形成一体，喷射器座120相对于纵向轴线112的角度可以减小并且可防止在喷射器座120和中间的管子部分110之间因焊接产生的变形。
图4B是还原剂喷射器120的内表面405的立体图。如在图4B中所示，该管状部分124是一个铸造型腔，该铸造型腔具有一个接近喷射器端口122的第一开孔123和一个进入中间的管子部分110的第二开孔114。该管状部分124被形成朝着中间的管子部分110渐渐变细。在一些实施例中，该管状部分124是一个具有特定断面的型腔。该管状部分124的直径可以根据种种因素（例如，发动机尺寸、通过再处理系统的排气集聚流速、反应器100的直径、喷射器座相对于纵向轴线112的角度、从喷射器座120到中间的管子部分110的距离、最高的排气温度，等等）而变化。在图1的实施例中，该管状部分124的直径是5毫米。在工作中，该管状部分124设置成允许空气向上流动接近喷射器端口122以产生高流速的、向下盘旋流动形式以携带还原剂的微粒离开喷射器座120。图5是一个现有技术的喷射器座500的流速大小的示意图。如图5中所示，由于没有一个管状部分，喷射器座500会产生一个用于通过喷射器端口522被喷射的还原剂大的再循环区域525。由于还原剂是沿着喷射器座500的内表面505移动，这个大的再循环区域525导致还原剂开始静止，从而导致还原剂沉积物沿着喷射器座500的内表面505形成。
图6是本发明的喷射器座120的流速大小的示意图。如图6中所示，该管状部分124产生沿着喷射器座120的内表面405的高温、高流速的流动，由此防止还原剂沉积物沿着喷射器座120的内表面405形成。而且，该坚硬的边缘128被设置成可帮助防止该再循环区域125使还原剂流回到喷射器端口122。因此，进入该喷射器端口122的高百分比的还原剂将通过室126流入中间的管子部分110（未图示）并通过再处理系统。
在本发明申请中所揭示的这些实施例无论如何应被认为是举例图示说明而不是对本发明的限制。本发明的范围应是由所附的权利要求而不是由前面的说明所限定；所有落入权利要求的等同的含义和范围内的变化均应被确定为是包含在权利要求所限定的范围内。

Claims (17)

1.一种可分离的还原剂分解反应器，其特征是包括：
一个中间的管子部分，形成有一个被配置成将还原剂引入该反应器中的还原剂喷射器座；
一个进口管，其形成在该中间的管子部分的第一端上并被配置成建立与一个排气系统的第一部分的密封连接；
一个出口管，其形成在该中间的管子部分的第二端上并被配置成建立与该排气系统的第二部分的密封连接；以及
一个混合器，安装在该中间的管子部分邻近该出口管的一端上并被配置成分解排气系统中的还原剂；
其中，该喷射器座包括一个管状部分并被配置成可减少在该反应器中再循环流动形式及减少还原剂沉积物的形成，所述管状部分包括连接于所述中间的管子部分的第一端和连接于喷射器端口的第二端，以及
该管状部分被形成朝着该中间的管子部分渐渐变细。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征是还包括围绕该中间的管子部分的外表面和该进口管的一部分及该出口管的一部分的一绝缘层。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征是还包括围绕该绝缘层的外表面的一个隔热屏。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征是该中间的管子部分、该喷射器座、该出口管部分和混合器是由904L不锈钢形成。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征是该混合器是以浮动配合的方式容纳在该反应器内。
6.根据权利要求1所述的反应器，其特征是该进口管或出口管是成形为弯肘形状。
7.一种可分离的还原剂分解反应器，其特征是包括：
一个中间的管子部分，一体形成有一个被配置成将还原剂引入该反应器中的还原剂喷射器座；
一个进口管，其形成在该中间的管子部分的第一端上并被配置成建立与一个排气系统的第一部分的密封连接；
一个出口管，其形成在该中间的管子部分的第二端上并被配置成建立与该排气系统的第二部分的密封连接；
一个混合器，安装在该中间的管子部分和该出口管之间并被配置成分解排气系统中的还原剂；以及
一绝缘层，其围绕该中间的管子部分的外表面和该进口管的一部分及该出口管的一部分。
8.根据权利要求7所述的反应器，其特征是还包括围绕该绝缘层的外表面的一个隔热屏。
9.根据权利要求7所述的反应器，其特征是该中间的管子部分、该喷射器座、该出口管部分和混合器是由904L不锈钢形成。
10.根据权利要求7所述的反应器，其特征是该混合器是是以浮动配合的方式容纳在该反应器内。
11.根据权利要求7所述的反应器，其特征是该进口管或出口管是成形为弯肘形状。
12.一种可分离的还原剂分解反应器，其特征是包括：
一个中间的管子部分，形成有一个被配置成将还原剂引入该反应器中的还原剂喷射器座；
一个进口管，其形成在该中间的管子部分的第一端上并被配置成建立与一个排气系统的第一部分的密封连接；
一个出口管，其形成在该中间的管子部分的第二端上并被配置成建立与该排气系统的第二部分的密封连接；
一个混合器，安装在该中间的管子部分邻近该出口管的一端上并被配置成分解排气系统中的还原剂；以及
具有一个邻近喷射器端口的坚硬边缘的一个喷射器室，该坚硬边缘被配置成可防止还原剂流回到该喷射器座的喷射器端口。
13.根据权利要求12所述的反应器，其特征是还包括围绕该中间的管子部分的外表面和该进口管的一部分及该出口管的一部分的一绝缘层。
14.根据权利要求13所述的反应器，其特征是还包括围绕该绝缘层的外表面的一个隔热屏。
15.根据权利要求12所述的反应器，其特征是该中间的管子部分、该喷射器座、该出口管部分和混合器是由904L不锈钢形成。
16.根据权利要求12所述的反应器，其特征是该混合器是以浮动配合的方式容纳在该反应器内。
17.根据权利要求12所述的反应器，其特征是该进口管或出口管是成形为弯肘形状。
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