CN106237913A - 一种scr尿素溶液混合器及其内层管组件 - Google Patents

一种scr尿素溶液混合器及其内层管组件 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开的一种SCR尿素溶液混合器内层管组件，包括内层管，还包括挡流罩；所述内层管的气流入口包括位于所述内层管一端的端部孔，和开设于所述内层管的侧壁上的侧壁孔，所述侧壁孔靠近所述端部孔，所述侧壁孔的一侧设置有用于产生旋流的旋流片；所述挡流罩设置于所述内层管的外侧，以阻挡气流，使得气流仅能由所述端部孔和所述侧壁孔进入所述内层管内。本发明由于进入内层管的气流经过旋流片的旋流作用，流速更高，使得尾气和尿素溶液混合更加均匀，促进尿素溶液的充分利用，最终实现降低尿素过度沉积的问题。本发明还公开了一种SCR尿素溶液混合器。

Description

一种SCR尿素溶液混合器及其内层管组件
技术领域
本发明涉及混合器技术领域，更具体地说，涉及一种SCR尿素溶液混合器及其内层管组件。
背景技术
SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原技术)技术的基本原理是向排气中喷射燃油或者添加其他还原剂，选择合适的催化剂，促进还原剂与NOx反应，同时抑制还原剂被排气中的氧气氧化。现有SCR技术按照还原剂的种类可以分为以尿素分解产生的NH3作为还原剂的尿素SCR技术和以碳氢作为还原剂的碳氢SCR技术两类。目前碳氢SCR技术仍在进一步的研究当中，实际应用不多；而尿素SCR技术较为成熟，实际应用较多。
尿素SCR系统主要包括催化器、尿素喷射泵、尿素箱、喷射控制单元、混合器等。SCR系统的柴油车在低负荷条件下运行时，容易生成尿素结晶结石等沉积物，该问题一直是影响车辆稳定运行的主要因素。车辆运行过程中，由于尿素雾化不良、混合不均匀或者分解不充分，导致喷射的尿素液滴不能实时转化为NH3，而是生成副产物，导致还原反应不稳定，从而影响到NOx排放的一致性和转化效率。尿素沉积物根据形成过程可分为尿素结晶和尿素结石，尿素结晶是由于尿素溶液中的水分流失导致尿素溶液过饱和尿素析出产生的，是物理反应过程的产物，随着温度的升高可以继续分解；而尿素结石是由于尿素分解过程中的副反应产生的副产物所致，属于化学反应产物，需要较高的温度才能分解。由于尿素液滴质量比气体大得多，因此在气流流动滞止区存留下来形成的结晶，如果不能及时完全分解，则会以此为原核不断生长，由于不能完全分解，最终形成尿素结晶结石，累积到一定程度有可能堵塞尿素流动通道。
因此，如何提高尿素溶液的混合均匀性，促进尿素溶液的充分利用，最终实现降低尿素过度沉积的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种SCR尿素溶液混合器内层管组件，以提高尿素溶液的混合均匀性，促进尿素溶液的充分利用，最终实现降低尿素过度沉积的问题；
本发明的另一个目的在于提供一种SCR尿素溶液混合器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种SCR尿素溶液混合器内层管组件，包括内层管，还包括挡流罩；
所述内层管的气流入口包括位于所述内层管一端的端部孔，和开设于所述内层管的侧壁上的侧壁孔，所述侧壁孔靠近所述端部孔，所述侧壁孔的一侧设置有用于产生旋流的旋流片；
所述挡流罩设置于所述内层管的外侧，以阻挡气流，使得气流仅能由所述端部孔和所述侧壁孔进入所述内层管内。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，所述侧壁孔为沿所述内层管的侧壁分布的多个，所述旋流片与其对应的侧壁孔所在的表面的夹角为旋流片的安装角，各个所述旋流片的安装角均为锐角。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，各个所述旋流片的安装角均相等。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，多个侧壁孔沿所述内层管的侧壁均匀分布。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，所述侧壁孔为矩形孔，所述旋流片为与所述侧壁孔外形尺寸相同的矩形板。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，所述挡流罩包括筒体和环形挡板，所述环形挡板的外壁与所述筒体一端连接；
所述环形挡板的内壁与所述内层管的外壁连接，且所述端部孔和所述侧壁孔位于所述环形挡板的一侧，以使得挡流罩将所述内层管的气流入口和气流出口隔开。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，还包括一端插入所述内层管的端部孔内的锥形导流装置，所述锥形导流装置沿气流流入方向上，直径逐渐缩小。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，所述锥形导流装置包括依次连接的插入部和敞开部，所述敞开部上开设有供气流穿过的豁口，由所述豁口穿过的气流能够进入所述侧壁孔内，所述插入部插入所述内层管的端部孔内。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器内层管组件中，所述豁口为沿所述敞开部的周向均匀布置的多个。
一种SCR尿素溶液混合器，包括外层管和设置于所述外层管内的内层管组件，所述内层管组件为如上任一项所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的SCR尿素溶液混合器内层管组件，将内层管的气流入口设计为端部孔和侧壁孔，并增加了挡流罩，以阻挡气流，使得气流仅能由端部孔和侧壁孔进入内层管内，防止气流不经过内层管直接进入外层管内。
一部分气流端部孔进入内层管内部，另一部分气流进入挡流罩与内层管上的侧壁孔之间的空间内，气流被挡流罩阻挡而必须由侧壁孔处进入内层管中。旋流片部分为尿素喷束的落点，气流流经旋流片时产生强烈的扰动，使得尿素喷束落点位置的尿素不易沉积，极大的降低该处的尿素结晶的风险。由于进入内层管的气流经过旋流片的旋流作用，流速更高，使得尾气和尿素溶液混合更加均匀，促进尿素溶液的充分利用，最终实现降低尿素过度沉积的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的SCR尿素溶液混合器的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的锥形导流装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的内层管的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的外层管的结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的挡流罩的结构示意图。
其中，101为尾气入口段，102为偏锥结构，103为锥形导流装置，104为挡流罩，105为外层管，106为内层管，107为底部碗型罩，108为尿素喷嘴座，1031为豁口，1032为敞开部，1033为插入部，1041为筒体，1042为环形挡板，1051为外层管出气孔，1061为侧壁孔，1062为旋流片，1063为侧壁出气孔，1064为内壁出气孔。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种SCR尿素溶液混合器内层管组件，以提高尿素溶液的混合均匀性，促进尿素溶液的充分利用，最终实现降低尿素过度沉积的问题；
本发明的另一个核心在于提供一种SCR尿素溶液混合器。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
请参阅图1和图3，图1为本发明实施例提供的SCR尿素溶液混合器的结构示意图；图3为本发明实施例所提供的内层管的结构示意图。
本发明实施例公开的SCR尿素溶液混合器内层管组件包括内层管106和挡流罩104。其中，内层管106的气流入口包括位于内层管106一端的端部孔，和开设于内层管106的侧壁上的侧壁孔1061。与现有技术相比，本发明实施例增加了侧壁孔1061，使得部分气流(指尾气和尿素溶液的混合气流)能够由该侧壁孔1061流入内层管106内。
侧壁孔1061靠近端部孔设置，侧壁孔1061的一侧设置有用于产生旋流的旋流片1062，在气流即将进入侧壁孔1061内时，会受到旋流片1062的导风作用，使得进入侧壁孔1061内的气流会产生旋转。
请参阅图4，图4为本发明实施例所提供的外层管的结构示意图。
由于气流若越过内层管106的端部孔，会进入内层管106和外层管105之间的空间，为了避免气流直接由外层管的外层管出气孔1051流出，增加了挡流罩104。挡流罩104设置于内层管106的外侧，以阻挡气流，使得气流仅能由端部孔和侧壁孔1061进入内层管106内，同时挡流罩104还具有防止气流由内层管106的侧壁出气孔1063和内壁出气孔1064流入内层管106内的作用。
本发明提供的SCR尿素溶液混合器内层管组件，将内层管106的气流入口设计为端部孔和侧壁孔1061，并增加了挡流罩104，以阻挡气流，使得气流仅能由端部孔和侧壁孔1061进入内层管106内，防止气流不经过内层管106直接进入外层管105内。
一部分气流经端部孔进入内层管106内部，另一部分气流进入挡流罩104与内层管106上的侧壁孔1061之间的空间内，气流被挡流罩104阻挡而必须由侧壁孔1061处进入内层管106中。旋流片1062为尿素喷束的落点，气流流经旋流片1062时产生强烈的扰动，使得尿素喷束落点位置的尿素不易沉积，极大的降低该处的尿素结晶的风险。由于进入内层管106的气流经过旋流片1062的旋流作用，流速更高，使得尾气和尿素溶液混合更加均匀，促进尿素溶液的充分利用，最终实现降低尿素过度沉积的问题。
在本发明一具体实施例中，侧壁孔1061为沿内层管106的侧壁分布的多个，旋流片1062与其对应的侧壁孔1061所在的表面的夹角为旋流片1062的安装角，若侧壁孔1061所在的表面为平面，则旋流片1062的安装角为旋流片1062与侧壁孔1061所在的表面的夹角；若侧壁孔1061所在的表面为曲面，则旋流片1062的安装角为侧壁孔1061所在的表面与旋流片1062连接处的切面与旋流片1062的夹角。
各个旋流片1062的安装角均为锐角，即各个旋流片1062在内层管106的外部呈辐射状分布，使得由各个侧壁孔1061进入的气流在对应的旋流片1062向同一方位流动形成旋流。
为了保证由各个侧壁孔1061进入的气流形成更加稳定的旋流，在本发明一具体实施例中，各个旋流片1062的安装角均相等。多个侧壁孔1061沿内层管106的侧壁均匀分布。具体地，侧壁孔1061为矩形孔，旋流片1062为与侧壁孔1061外形尺寸相同的矩形板，可通过在内层管106上冲压形成侧壁孔1061和旋流片1062。需要说明的是，侧壁孔1061的形状不局限于矩形，还可为其它形状如圆形、三角形、不规则图形。
请参阅图5，图5为本发明实施例所提供的挡流罩的结构示意图。
在本发明一具体实施例中，挡流罩104包括筒体1041和环形挡板1042，筒体1041与外层管105的内壁贴合。环形挡板1042的外壁与筒体1041一端连接，环形挡板1042的内壁与内层管106的外壁连接，且端部孔和侧壁孔1061位于环形挡板1042的一侧，以使得挡流罩104将内层管106的气流入口和气流出口隔开。需要说明的是，挡流罩104并不局限于上述结构形式，还可为其它结构。
在本发明一具体实施例中，本发明还包括一端插入内层管106的端部孔内的锥形导流装置103，锥形导流装置103沿气流流入方向上，直径逐渐缩小。锥形导流装置103为缩口结构，因此由该锥形导流装置103流入端部孔内的气流流速更高，进一步降低了尿素结晶的风险。
请参阅图2，图2为本发明实施例所提供的锥形导流装置的结构示意图。
进一步地，锥形导流装置103包括依次连接的插入部1033和敞开部1032，敞开部1032上开设有供气流穿过的豁口1031，豁口1031优选为沿敞开部1032的周向均匀布置的多个。由豁口1031穿过的气流能够进入侧壁孔1061内，插入部1033插入内层管106的端部孔内。插入部1033可为圆筒结构，敞开部1032向插入部1033的方向上为缩口结构。
一部分气流经锥形导流装置103的中部进入端部孔内，并通过端部孔进入内层管106内部，另一部分气流通过豁口1031进入挡流罩104与内层管106上的侧壁孔1061之间的空间内，气流被挡流罩104阻挡而必须由侧壁孔1061处进入内层管106中。
本发明实施例还公开了一种SCR尿素溶液混合器，包括外层管105和设置于外层管105内的内层管组件，其中，内层管组件为如上实施例公开的SCR尿素溶液混合器内层管组件。因此兼具上述内层管组件的所有技术效果，本文在此不再赘述。
在本发明一具体实施例中，内层管106的侧壁上开设有供气流流出的侧壁出气孔1063，外层管105的侧壁上开设有供气流流出的外层管出气孔1051，侧壁出气孔1063和外层管出气孔1051错开设置，优选地错开180°。
本发明提供的SCR尿素溶液混合器，将内层管106上的侧壁出气孔1063和外层管105上的外层管出气孔1051错开设置，使得气流由内层管106的侧壁出气孔1063流出后，需要流到内层管106的另一侧经外层管105的外层管出气孔1051流到SCR内部，这样使得内外层管之间的气流流动情况更加复杂，进一步提高了尿素溶液的混合均匀性，促进了尿素溶液的充分利用，最终实现避免尿素过度沉积的目的。
在本发明一具体实施例中，侧壁出气孔1063和外层管出气孔1051均为多个。其中，多个侧壁出气孔1063占内层管106的周向区域的一半；同理，多个外层管出气孔1051占外层管105的周向区域的一半，侧壁出气孔1063所占区域与外层管出气孔1051所占区域相对布置。
在本发明一优选方案中，外层管105的远离SCR尿素溶液混合器的气流入口的一端设置有底部碗型罩107，内层管106的伸入底部碗型罩107的一端具有内壁出气孔1064，由内壁出气孔1064流出的气流能够对底部碗型罩107进行冲刷，可避免有尿素溶液沿内层管壁留到底部碗型罩107产生结晶。
SCR尿素溶液混合器还包括偏锥结构102和尾气入口段101。偏锥结构102与外层管105相连通，尾气入口段101与偏锥结构102，偏锥结构102设置有用于安装尿素喷嘴的尿素喷嘴座108。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种SCR尿素溶液混合器内层管组件，包括内层管(106)，其特征在于，还包括挡流罩(104)；
所述内层管(106)的气流入口包括位于所述内层管(106)一端的端部孔，和开设于所述内层管(106)的侧壁上的侧壁孔(1061)，所述侧壁孔(1061)靠近所述端部孔，所述侧壁孔(1061)的一侧设置有用于产生旋流的旋流片(1062)；
所述挡流罩(104)设置于所述内层管(106)的外侧，以阻挡气流，使得气流仅能由所述端部孔和所述侧壁孔(1061)进入所述内层管(106)内。
2.如权利要求1所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，所述侧壁孔(1061)为沿所述内层管(106)的侧壁分布的多个，所述旋流片(1062)与其对应的侧壁孔(1061)所在的表面的夹角为旋流片的安装角，各个所述旋流片(1062)的安装角均为锐角。
3.如权利要求2所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，各个所述旋流片(1062)的安装角均相等。
4.如权利要求2所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，多个所述侧壁孔(1061)沿所述内层管(106)的侧壁均匀分布。
5.如权利要求1所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，所述侧壁孔(1061)为矩形孔，所述旋流片(1062)为与所述侧壁孔(1061)外形尺寸相同的矩形板。
6.如权利要求1所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，所述挡流罩(104)包括筒体(1041)和环形挡板(1042)，所述环形挡板(1042)的外壁与所述筒体(1041)一端连接；
所述环形挡板(1042)的内壁与所述内层管(106)的外壁连接，且所述端部孔和所述侧壁孔(1061)位于所述环形挡板(1042)的一侧，以使得挡流罩(104)将所述内层管(106)的气流入口和气流出口隔开。
7.如权利要求1-6任一项所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，还包括一端插入所述内层管(106)的端部孔内的锥形导流装置(103)，所述锥形导流装置(103)沿气流流入方向上，直径逐渐缩小。
8.如权利要求7所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，所述锥形导流装置(103)包括依次连接的插入部(1033)和敞开部(1032)，所述敞开部(1032)上开设有供气流穿过的豁口(1031)，由所述豁口(1031)穿过的气流能够进入所述侧壁孔(1061)内，所述插入部(1033)插入所述内层管(106)的端部孔内。
9.如权利要求8所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件，其特征在于，所述豁口(1031)为沿所述敞开部(1032)的周向均匀布置的多个。
10.一种SCR尿素溶液混合器，包括外层管(105)和设置于所述外层管(105)内的内层管组件，其特征在于，所述内层管组件为如权利要求1-9任一项所述的SCR尿素溶液混合器内层管组件。
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