CN105298599B - 混合器及其混合组件 - Google Patents

Abstract

一种混合器及其混合组件，用以将尿素液滴与发动机的排气进行混合，所述混合器包括支撑部以及固定于所述支撑部上且层叠设置的若干板片，所述板片包括板状部以及自所述板状部向排气方向的下游倾斜延伸的倾斜部，所述倾斜部用以实现尿素液滴与发动机的排气的充分混合，所述板片还包括自所述倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的尾翼。如此设置，使气流能够平稳的通过混合器，减少了回流，降低了形成液膜的风险，不易形成尿素结晶。

Description

混合器及其混合组件

技术领域

本发明涉及一种混合器及其混合组件，属于发动机排气后处理技术领域。

背景技术

研究表明排气后处理系统（例如选择性催化还原系统，SCR系统）管路中氨分布的均匀程度对系统的整体性能和耐久性能有重要的影响。如果氨分布不均匀会导致局部区域氨过多从而易造成氨泄漏，而在另一些氨稀薄区域造成氮氧化合物（NOx）转化效率过低。长时间氨的不均匀分布会导致催化剂老化不均匀，从而影响催化剂的整体性能。另外，尿素液滴的不均匀分布会造成局部管壁或混合结构温度过低，形成结晶，严重时会堵塞排气管、导致发动机动力性能下降。

为了降低结晶的风险，业界已经提出了增加混合器的方案。2013年12月17日公告的美国专利US 8,607,555 B2揭示了一种混合器，其包括位于外围的环状框体以及固定于所述框体内的若干板片。每一板片包括沿排气方向延伸凸出所述框体的倾斜片。这些倾斜片用以将排气与雾化的尿素溶液进行混合。但是，这种结构的混合器存在某些缺点。例如，当雾化的尿素溶液流过这些倾斜片时，会在倾斜片的背面形成回流。由于回流所产生的低压或者负压将在倾斜片的背面形成液膜。总所周知，液膜与尿素结晶具有密不可分的关系。特别是在大流量的工况下，这种液膜极容易形成尿素结晶。

因此，有必要提供一种新型的混合器及其混合组件，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不易形成尿素结晶的混合器及其混合组件。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种混合器，用以将尿素液滴与发动机的排气进行混合，所述混合器包括支撑部以及固定于所述支撑部上的至少一个板片，所述板片包括向排气方向的下游倾斜延伸的倾斜部，所述倾斜部用以实现尿素液滴与发动机的排气的充分混合，所述板片还包括自所述倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的尾翼。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述板片包括板状部，所述倾斜部是自所述板状部延伸而成；所述板片为层叠设置的若干板片，所述若干板片包括第一板片，所述第一板片包括水平延伸的第一板状部、自所述第一板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第一倾斜部以及自所述第一倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第一尾翼。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一板状部设有向上冲压形成的若干第一翅片，这些第一翅片沿所述排气方向陈列为三排。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一倾斜部完全延伸超出所述支撑部，所述第一尾翼与所述第一板状部平行。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述若干板片包括位于所述第一板片下方的第二板片，所述第二板片包括水平延伸的第二板状部、自所述第二板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第二倾斜部以及自所述第二倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第二尾翼。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第二板状部比所述第一板状部宽，所述第二板状部设有向上冲压形成的若干第二翅片，这些第二翅片沿所述排气方向陈列为两排。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第二倾斜部完全延伸超出所述支撑部，所述第二尾翼与所述第二板状部平行，所述第一尾翼在竖直方向上位于所述第一板状部与所述第二板状部之间。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述若干板片包括位于所述第二板片下方的第三板片，所述第三板片包括水平延伸的第三板状部、自所述第三板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第三倾斜部以及自所述第三倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第三尾翼。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第三板状部未设有翅片，所述第三倾斜部部分延伸超出所述支撑部，所述第三尾翼与所述第三板状部平行；所述第二尾翼沿所述排气方向超出所述第一尾翼，所述第一尾翼沿所述排气方向超出所述第三尾翼。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述若干板片包括位于所述第三板片下方的第四板片，所述第四板片包括水平延伸的第四板状部、自所述第四板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第四倾斜部以及自所述第四倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第四尾翼。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第四板状部未设有翅片，所述第四倾斜部部分延伸超出所述支撑部，所述第四尾翼与所述第四板状部平行；所述第二尾翼沿所述排气方向超出所述第四尾翼，所述第四尾翼沿所述排气方向超出所述第三尾翼。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第三倾斜部与所述第四倾斜部的延伸倾斜方向不同；所述第三倾斜部设有位于中间的开口，所述第四倾斜部延伸穿过所述开口，使所述第三倾斜部与所述第四倾斜部形成交叉。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一倾斜部、所述第二倾斜部以及所述第三倾斜部均向右下角方向延伸，所述第四倾斜部向右上角方向延伸。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述若干板片包括位于所述第四板片下方的第五板片，所述第五板片包括水平延伸的第五板状部、自所述第五板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第五倾斜部以及自所述第五倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第五尾翼，所述第五倾斜部向右上角方向延伸，且平行于所述第四倾斜部。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第五板状部未设有翅片，所述第五倾斜部至少部分延伸超出所述支撑部，所述第五尾翼与所述第五板状部平行。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述混合器还包括固定于所述支撑部上且位于所述第五板片下方的横板，所述横板包括凸出所述支撑部的一侧的第一凸出部以及凸出所述支撑部的另一侧的第二凸出部，所述第一凸出部包括向左下方向凸出的第一倾斜片以及位于所述第一倾斜片的后方且自所述第一凸出部的两侧向上延伸的弯折部；所述第二凸出部包括向右上方向凸出的第二倾斜片。

本发明还涉及一种混合组件，其包括混合管、位于所述混合管内的混合器以及位于所述混合管内且位于所述混合器下游的混合元件，其中，所述混合器为前述的混合器，所述混合元件为另一混合器或者开孔隔板。

相较于现有技术，本发明通过在混合器的板片上增加水平的尾翼，从而使气流能够平稳的通过，减少了回流，降低了形成液膜的风险，不易形成尿素结晶。

附图说明

图1是本发明混合组件在第一实施方式中的立体示意图；

图2是图1的立体分解图；

图3是图2另一角度的立体分解图；

图4是本发明的混合器在第一实施方式中的立体示意图；

图5是图4的主视图；

图6是沿图4中某一角度的剖视图；

图7是图4的左视图；

图8是图4的右视图；

图9是本发明的混合器的部分立体分解图；

图10是本发明的混合器的板片以及横板的分解图；

图11是本发明的混合元件在第一实施方式中的立体示意图；

图12是图11的主视图；

图13是沿图11中某一角度的剖视图；

图14是图11的左视图；

图15是本发明的混合元件的部分立体分解图；

图16是本发明混合组件在第二实施方式中的立体示意图；

图17是图16的立体分解图；

图18是本发明的混合器在第二实施方式中的立体示意图；

图19是本发明的混合器的板片以及横板的分解图；

图20是本发明的混合器的主视图；

图21是沿图18中某一角度的剖视图；

图22是图18的左视图；

图23是图18的右视图；

图24是未添加尾翼以及添加尾翼的对比图。

具体实施方式

请参图1至图3所示，本发明揭示一种混合组件100，其包括混合管1、位于所述混合管1内的混合器2以及位于所述混合管1内且位于所述混合器2下游的混合元件。请参图2及图3所示，在本发明的第一实施方式中，所述混合元件为另一混合器3。所述混合管1上设有尿素喷嘴安装部11用以安装尿素喷嘴（未图示），所述混合器2以及另一混合器3均位于所述尿素喷嘴安装部11的下游。可以理解的是，当将本发明的混合组件100安装于尾气后处理系统中时，在所述混合组件100的上游可以设置有氧化催化器（DOC）及/或柴油颗粒捕集器（DPF），在所述混合组件100的下游可以设置有选择性催化还原（SCR）。

工作时，尿素喷嘴将雾化的尿素溶液喷入混合管，排气与尿素液滴通过混合器2进行第一次混合，并通过混合元件进行第二次混合。作为本发明的一种实施方式，混合之后的均匀的混合物流经选择性催化还原（SCR）使之发生反应，以降低氮氧化物的含量。

请参图4至图10所示，所述混合器2用以将尿素液滴与发动机的排气进行混合。所述混合器2包括支撑部20以及固定于所述支撑部20上的至少一个板片。当本发明的混合器2应用于空气辅助式的尿素喷射系统中时，一个板片是可行的。当然，在本发明图示的实施方式中，所述板片为层叠设置的若干板片，所述板片包括沿竖直方向依次层叠设置的第一板片21、第二板片22、第三板片23、第四板片24以及第五板片25。

所述第一板片21包括位于所述支撑部20内且水平延伸的第一板状部211、自所述第一板状部211向所述排气方向的下游倾斜延伸的第一倾斜部212以及自所述第一倾斜部212进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第一尾翼213。所述第一板状部211设有向上冲压形成的若干第一翅片2111，这些第一翅片2111沿所述排气方向陈列为三排。所述第一倾斜部212完全延伸超出所述支撑部20，所述第一尾翼213与所述第一板状部211平行。

所述第二板片22包括位于所述支撑部20内且水平延伸的第二板状部221、自所述第二板状部221向所述排气方向的下游倾斜延伸的第二倾斜部222以及自所述第二倾斜部222进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第二尾翼223。所述第二板状部221比所述第一板状部211宽，所述第二板状部221设有向上冲压形成的若干第二翅片2211，这些第二翅片2211沿所述排气方向陈列为两排。请参图6所示，所述第二倾斜部222完全延伸超出所述支撑部20，所述第二尾翼223与所述第二板状部221平行，所述第一尾翼213在竖直方向上位于所述第一板状部211与所述第二板状部221之间。

所述第三板片23包括位于所述支撑部20内且水平延伸的第三板状部231、自所述第三板状部231向所述排气方向的下游倾斜延伸的第三倾斜部232以及自所述第三倾斜部232进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第三尾翼233。所述第三板状部231未设有翅片，所述第三倾斜部232部分延伸超出所述支撑部20，所述第三尾翼233与所述第三板状部231平行；所述第二尾翼223沿所述排气方向超出所述第一尾翼213，所述第一尾翼213沿所述排气方向超出所述第三尾翼233。

所述第四板片24包括位于所述支撑部20内且水平延伸的第四板状部241、自所述第四板状部241向所述排气方向的下游倾斜延伸的第四倾斜部242以及自所述第四倾斜部242进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第四尾翼243。所述第四板状部241未设有翅片，所述第四倾斜部242部分延伸超出所述支撑部20，所述第四尾翼243与所述第四板状部241平行；所述第二尾翼223沿所述排气方向超出所述第四尾翼243，所述第四尾翼243沿所述排气方向超出所述第三尾翼233。所述第三倾斜部232与所述第四倾斜部242的延伸倾斜方向不同；所述第三倾斜部232设有位于中间的开口2321，所述第四倾斜部242延伸穿过所述开口2321，使所述第三倾斜部232与所述第四倾斜部242形成交叉。

所述第五板片25包括位于所述支撑部20内且水平延伸的第五板状部251、自所述第五板状部251向所述排气方向的下游倾斜延伸的第五倾斜部252以及自所述第五倾斜部252进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第五尾翼253，所述第五倾斜部252向右上角方向延伸，且平行于所述第四倾斜部242。所述第五板状部251未设有翅片，所述第五倾斜部252至少部分延伸超出所述支撑部20，所述第五尾翼253与所述第五板状部251平行。

请参图6所示，所述第一倾斜部213、所述第二倾斜部222以及所述第三倾斜部232均向右下角方向延伸，所述第四倾斜部242以及所述第五倾斜部252向右上角方向延伸。

另外，请参图4至图6以及图9至图10所示，所述混合器2还包括固定于所述支撑部20上且位于所述第五板片25下方的横板26。所述横板26包括凸出所述支撑部20的一侧（例如左侧）的第一凸出部261以及凸出所述支撑部20的另一侧（例如右侧）的第二凸出部262。所述第一凸出部261包括向左下方向凸出的第一倾斜片2611以及位于所述第一倾斜片2611的后方且自所述第一凸出部261的两侧向上延伸的弯折部2612；所述第二凸出部262包括向右上方向凸出的第二倾斜片2621。

为了便于描述，在本发明中，第一板状部211至第五板状部251统称为板状部；第一倾斜部212至第五倾斜部252统称为倾斜部；第一尾翼213至第五尾翼253统称为尾翼。其中，因为所述板状部呈水平延伸，所以其对排气及/或尿素液滴所形成的扰流较小，在某些实施方式中，可以不设置所述板状部。

使用时，尿素液滴与排气的混合物在所述第一翅片2111、第二翅片2211以及板状部的作用下，将混合物导引到所述倾斜部。所述倾斜部将混合物在倾斜部的后方形成交叉，实现尿素液滴与排气充分混合。

所述倾斜部具有扰流的功能以将混合物混合均匀。所述第一倾斜部212至所述第五倾斜部252的倾斜角度、方向以及相互之间的位置关系是借助于CFD，优化之后得到的。另外，所述第一尾翼213至所述第五尾翼253的方向、长度以及相互之间的位置关系也是本发明区别于现有技术的地方。

将本发明具有尾翼的混合器以及不具有尾翼的混合器在如下工况下进行实验。

实验结果如下：

请参图24所示，本发明通过在混合器1的板片上增加水平的尾翼，从而使气流能够平稳的通过，减少了回流，降低了形成液膜的风险，不易形成尿素结晶。

请参图11至图15所示，另一混合器3与所述混合器2类似，但是没有设置尾翼。另一混合器3包括第二支撑部30以及固定于所述第二支撑部30内的若干板片。所述板片包括沿竖直方向依次层叠的第六板片31、第七板片32、第八板片33、第九板片34以及第十板片35。每一板片设有若干翅片以及延伸出所述第二支撑部的倾斜部。

请参图16至图23所示，本发明还揭示一种混合组件200，其包括混合管1、位于所述混合管1内的混合器4以及位于所述混合管1内且位于所述混合器4下游的混合元件。在本发明的第二实施方式中，所述混合元件为开孔隔板5。在本发明实施方式的描述中，同样的标号代表同样的结构。鉴于混合器4与混合器2大致相同，且本领域技术人员能够通过观察附图清楚的知晓两者之间的差异，在此不再赘述。

另外，以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (16)

1.一种混合器，用以将尿素液滴与发动机的排气进行混合，所述混合器包括支撑部以及固定于所述支撑部上的至少一个板片，所述板片包括向排气方向的下游倾斜延伸的倾斜部，所述倾斜部用以实现尿素液滴与发动机的排气的充分混合，其特征在于：所述板片还包括自所述倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的尾翼，所述板片包括板状部，所述倾斜部是自所述板状部延伸而成；所述板片为层叠设置的若干板片，所述若干板片包括第一板片，所述第一板片包括水平延伸的第一板状部、自所述第一板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第一倾斜部以及自所述第一倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第一尾翼。

2.如权利要求1所述的混合器，其特征在于：所述第一板状部设有向上冲压形成的若干第一翅片，这些第一翅片沿所述排气方向陈列为三排。

3.如权利要求1所述的混合器，其特征在于：所述第一倾斜部完全延伸超出所述支撑部，所述第一尾翼与所述第一板状部平行。

4.如权利要求1所述的混合器，其特征在于：所述若干板片包括位于所述第一板片下方的第二板片，所述第二板片包括水平延伸的第二板状部、自所述第二板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第二倾斜部以及自所述第二倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第二尾翼。

5.如权利要求4所述的混合器，其特征在于：所述第二板状部比所述第一板状部宽，所述第二板状部设有向上冲压形成的若干第二翅片，这些第二翅片沿所述排气方向陈列为两排。

6.如权利要求4所述的混合器，其特征在于：所述第二倾斜部完全延伸超出所述支撑部，所述第二尾翼与所述第二板状部平行，所述第一尾翼在竖直方向上位于所述第一板状部与所述第二板状部之间。

7.如权利要求4所述的混合器，其特征在于：所述若干板片包括位于所述第二板片下方的第三板片，所述第三板片包括水平延伸的第三板状部、自所述第三板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第三倾斜部以及自所述第三倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第三尾翼。

8.如权利要求7所述的混合器，其特征在于：所述第三板状部未设有翅片，所述第三倾斜部部分延伸超出所述支撑部，所述第三尾翼与所述第三板状部平行；所述第二尾翼沿所述排气方向超出所述第一尾翼，所述第一尾翼沿所述排气方向超出所述第三尾翼。

9.如权利要求7所述的混合器，其特征在于：所述若干板片包括位于所述第三板片下方的第四板片，所述第四板片包括水平延伸的第四板状部、自所述第四板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第四倾斜部以及自所述第四倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第四尾翼。

10.如权利要求9所述的混合器，其特征在于：所述第四板状部未设有翅片，所述第四倾斜部部分延伸超出所述支撑部，所述第四尾翼与所述第四板状部平行；所述第二尾翼沿所述排气方向超出所述第四尾翼，所述第四尾翼沿所述排气方向超出所述第三尾翼。

11.如权利要求10所述的混合器，其特征在于：所述第三倾斜部与所述第四倾斜部的延伸倾斜方向不同；所述第三倾斜部设有位于中间的开口，所述第四倾斜部延伸穿过所述开口，使所述第三倾斜部与所述第四倾斜部形成交叉。

12.如权利要求10所述的混合器，其特征在于：所述第一倾斜部、所述第二倾斜部以及所述第三倾斜部均向右下角方向延伸，所述第四倾斜部向右上角方向延伸。

13.如权利要求12所述的混合器，其特征在于：所述若干板片包括位于所述第四板片下方的第五板片，所述第五板片包括水平延伸的第五板状部、自所述第五板状部向所述排气方向的下游倾斜延伸的第五倾斜部以及自所述第五倾斜部进一步向所述排气方向的下游水平延伸的第五尾翼，所述第五倾斜部向右上角方向延伸，且平行于所述第四倾斜部。

14.如权利要求13所述的混合器，其特征在于：所述第五板状部未设有翅片，所述第五倾斜部至少部分延伸超出所述支撑部，所述第五尾翼与所述第五板状部平行。

15.如权利要求13所述的混合器，其特征在于：所述混合器还包括固定于所述支撑部上且位于所述第五板片下方的横板，所述横板包括凸出所述支撑部的一侧的第一凸出部以及凸出所述支撑部的另一侧的第二凸出部，所述第一凸出部包括向左下方向凸出的第一倾斜片以及位于所述第一倾斜片的后方且自所述第一凸出部的两侧向上延伸的弯折部；所述第二凸出部包括向右上方向凸出的第二倾斜片。

16.一种混合组件，其包括混合管、位于所述混合管内的混合器以及位于所述混合管内且位于所述混合器下游的混合元件，其特征在于：所述混合器为权利要求1至15项中任意一项所述的混合器，所述混合元件为另一混合器或者开孔隔板。