CN106731932A - 一种scr尿素溶液混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开的一种SCR尿素溶液混合器，包括尿素混合管和设置于所述尿素混合管一端内部的混合组件，所述混合组件包括：内层管，所述内层管上开设有侧壁孔，所述侧壁孔的一侧设置有用于产生旋流的旋流片；套设于所述内层管外侧的外层管，所述外层管的外壁与所述尿素混合管之间设置有螺旋片。本发明通过螺旋片的作用，加快了尿素混合管壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片的强旋流作用甩在尿素混合管壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。本发明可针对不同排量、不同用途的发动机，通过调整旋流片及螺旋片的叶片角度、长度及数量实现对气流量的合理分配。

Description

一种SCR尿素溶液混合器
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。
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。
为了提高尿素溶液的混合均匀性，促进尿素溶液的充分利用，现有技术中公开了一种SCR尿素溶液混合器，如图1所示，该SCR尿素溶液混合器包括尿素混合管101以及挡流罩102，尿素喷嘴103用于向尿素混合管101内喷射尿素。
尿素混合管101的气流入口包括位于尿素混合管101一端的端部孔，和开设于尿素混合管101的侧壁上的侧壁孔，部分尾气能够由该侧壁孔流入尿素混合管101内。
侧壁孔靠近端部孔设置，侧壁孔的一侧设置有用于产生旋流的旋流片104，在气流即将进入侧壁孔内时，会受到旋流片104的导风作用，使得进入侧壁孔内的气流会产生旋转。挡流罩102设置于尿素混合管101的外侧，以阻挡气流，使得气流仅能由端部孔和侧壁孔进入尿素混合管101内。
尽管上述技术方案通过增加旋流片的方式，可以提高尿素溶液的混合均匀性，但是，不可避免的，由尿素喷嘴103喷出的尿素，会在尿素混合管101的内壁上出现沉积现象。
因此，如何进一步降低尿素沉积现象，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，以进一步降低尿素沉积现象。
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，包括尿素混合管和设置于所述尿素混合管一端内部的混合组件，所述混合组件包括：
内层管，所述内层管上开设有侧壁孔，所述侧壁孔的一侧设置有用于产生旋流的旋流片；
套设于所述内层管外侧的外层管，所述外层管的外壁与所述尿素混合管之间设置有螺旋片。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述内层管为锥形管，且靠近所述尿素混合管的端部的一端直径较小。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述外层管为锥形管，且靠近所述尿素混合管的端部的一端直径较大，所述外层管的大径端与所述尿素混合管之间具有供气流通过的缝隙。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述内层管的大径端与所述外层管的小径端密封连接。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述内层管包括锥形管体和与所述锥形管体连通的圆柱形管体，所述旋流片设置于所述锥形管体上。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述螺旋片为一根螺旋盘绕于所述外层管的外壁上的螺旋片。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述外层管上开设有贯通壁厚的第一通风孔。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述第一通风孔为多个，且布置于所述外层管的靠近所述尿素混合管端部的一端。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述内层管上开设有贯通壁厚的第二通风孔。
优选地，在上述SCR尿素溶液混合器中，所述第二通风孔为多个，且布置于所述内层管的靠近所述尿素混合管端部的一端。
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，在内层管上设置旋流片，在外层管上设置螺旋片，一部分气流通过端部孔进入内层管内部，第二部分气流进入外层管与内层管之间的空间，并通过侧壁孔进入内层管中。旋流片处为尿素喷束的落点，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。第三部分气流通过外层管与尿素混合管之间的空间进入尿素混合管内部，并通过螺旋片的作用，加快了尿素混合管壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片的强旋流作用甩在尿素混合管壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。本发明可针对不同排量、不同用途的发动机，通过调整旋流片及螺旋片的叶片角度、长度及数量实现对气流量的合理分配。
此外，本发明一具体方案中，将内层管设计为锥形管，且靠近所述尿素混合管的端部的一端直径较小。本发明通过将旋流片设置在锥形管上，能够将进入内层管的尾气高速旋转，包裹并带走喷射出的尿素，尿素液滴在高速旋转的气流的作用下快速蒸发雾化，减少了与尿素混合管壁面的接触，进一步防止尿素结晶生成。
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为现有技术中的SCR尿素溶液混合器的结构示意图；
图2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外层管的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的外层管的侧视图；
图5为本发明实施例所提供的内层管的侧视图；
图6为本发明实施例所提供的后处理装置整体结构示意图。
其中，101为尿素混合管，102为挡流罩，103为尿素喷嘴，104为旋流片；
201为尿素混合管，202为内层管，203为外层管，204为尿素喷嘴，205为DOC，206为DPF，207为SCR催化装置，2031为锥形管，2032为螺旋片，2033为第一通风孔，2021为锥形管体，2022为圆柱形管体，2023为旋流片，2024为第二通风孔。
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，以进一步降低尿素沉积现象。
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2和图5，图2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5为本发明实施例所提供的内层管的侧视图。
本发明实施例公开了一种SCR尿素溶液混合器，包括尿素混合管201和设置于尿素混合管201一端内部的混合组件。其中，混合组件包括内层管202和外层管203。尿素喷嘴204用于向混合组件内喷射尿素，从而与喷入尿素混合管201内的尾气进行混合。
其中，内层管202上开设有侧壁孔，侧壁孔的一侧设置有用于产生旋流的旋流片2023，以使得由侧壁孔进入的气流在旋流片2023的作用下，能够产生旋转。
外层管203套设于内层管202的外侧，外层管203的外壁与尿素混合管201之间设置有螺旋片2032。螺旋片2032优选地设置于外层管203的外壁上，这样更便于螺旋片2032的安装。需要说明的是，也可将螺旋片2032设置于尿素混合管201的内壁上，当然也可将螺旋片2032分别与尿素混合管201和外层管203固定连接，本发明对螺旋片2032的固定方式不做限定。
本发明提供的SCR尿素溶液混合器，在内层管202上设置旋流片2023，在外层管203上设置螺旋片2032，从而产生双旋流的作用，一部分气流通过端部孔进入内层管202内部，第二部分气流进入外层管203与内层管202之间的空间，并通过侧壁孔进入内层管202中。
旋流片2023处为尿素喷束的落点，气流流经旋流片2023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202的气流经过旋流片2023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。
第三部分气流通过外层管203与尿素混合管201之间的空间进入尿素混合管201内部，并通过螺旋片2032的作用，加快了尿素混合管201壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片2023的强旋流作用甩在尿素混合管201壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。本发明可针对不同排量、不同用途的发动机，通过调整旋流片2023及螺旋片2032的叶片角度、长度及数量实现对气流量的合理分配。
如图5所示，在本发明一具体实施例中，内层管202为锥形管，且靠近尿素混合管201的端部的一端直径较小。本发明通过将旋流片2023设置在锥形管上，能够将进入内层管202的尾气高速旋转，包裹并带走喷射出的尿素，尿素液滴在高速旋转的气流的作用下快速蒸发雾化，减少了与尿素混合管201壁面的接触，进一步防止尿素结晶生成。需要说明的是，内层管202也可为圆柱形管，只要其上设置旋流片2023均可使得尾气告诉旋转，并加快与尿素液滴的混合。
请参阅图3和图4，图3为本发明实施例所提供的外层管的结构示意图；图4为本发明实施例所提供的外层管的侧视图。
在本发明一具体实施例中，外层管203为锥形管，且靠近尿素混合管201的端部的一端直径较大，以使得大量的气流进入外层管203与内层管202之间的空间，从而保证足够的气流通过旋流片2023的高速旋转后进入内层管202内部，以加速尾气与尿素液滴的混合。
由于外层管203为圆锥形结构，因此在螺旋片2032没有满铺外层管203时，存在外层管203的大径端与尿素混合管201的内壁贴合无缝隙的风险，而外层管203为圆柱形管时，则通过螺旋片2032的支撑，可保证外层管203与尿素混合管201的内壁之间肯定存在缝隙。
基于上述理由，优选地保证外层管203的大径端与尿素混合管201之间具有供气流通过的缝隙，从而使得尾气可通过外层管203的大径端与尿素混合管201之间的缝隙进入尿素混合管201内，通过螺旋片2032的作用，加快了尿素混合管201壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片2023的强旋流作用甩在尿素混合管201壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。
如图2所示，内层管202的大径端与外层管203的小径端密封连接，通过该密封端阻挡气流，保证通过内层管202和外层管203之间进入的气流仅能由内层管202上旋流片2023附近的侧壁孔进入内层管202内，防止气流不经过内层管202直接进入尿素混合管201内。
如图5所示，内层管202包括锥形管体2021和与锥形管体2021连通的圆柱形管体2022，旋流片2023设置于锥形管体2021上。本发明通过将内层管202设计为锥形管体2021和圆柱形管体2022组合的方式，不能能够通过锥形管体2021增加气流的流速，还可通过圆柱形管体2022方便内层管202的安装。
如图3所示，螺旋片2032为一根螺旋盘绕于外层管203的外壁上的螺旋片。需要说明的是，螺旋片2032也可为多个呈螺旋分布的布置于外层管203的外壁上的螺旋片。
进一步地，外层管203上开设有贯通壁厚的第一通风孔2033。第一通风孔2033优选为多个，且布置于外层管203的靠近尿素混合管201端部的一端。
在本实施例中，一部分气流通过端部孔进入内层管202内部，第二部分气流进入外层管203与内层管202之间的空间，并通过侧壁孔进入内层管202中。旋流片2023处为尿素喷束的落点，气流流经旋流片2023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202的气流经过旋流片2023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。
第三部分气流通过外层管203与尿素混合管201之间的空间进入尿素混合管201内部，并通过螺旋片2032的作用，加快了尿素混合管201壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片2023的强旋流作用甩在尿素混合管201壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。
第四部分气流通过第一通风孔2033进入外层管203与尿素混合管201之间的空间，并通过螺旋片2032的作用，进一步加快了尿素混合管201壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片2023的强旋流作用甩在尿素混合管201壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。
如图5所示，内层管202上开设有贯通壁厚的第二通风孔2024，优选地，第二通风孔2024为多个，且布置于内层管202的靠近尿素混合管201端部的一端。
在本实施例中，一部分气流通过端部孔进入内层管202内部，第二部分气流进入外层管203与内层管202之间的空间，并通过侧壁孔进入内层管202中。旋流片2023处为尿素喷束的落点，气流流经旋流片2023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202的气流经过旋流片2023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。
第三部分气流通过外层管203与尿素混合管201之间的空间进入尿素混合管201内部，并通过螺旋片2032的作用，加快了尿素混合管201壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片2023的强旋流作用甩在尿素混合管201壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。
第四部分气流通过第一通风孔2033进入外层管203与尿素混合管201之间的空间，并通过螺旋片2032的作用，进一步加快了尿素混合管201壁面处的气体流动及旋转，及时带走由于旋流片2023的强旋流作用甩在尿素混合管201壁面位置的尿素液膜，进一步降低尿素结晶风险，并提高了尿素与气流的混合。
第五部分气流通过第二通风孔2024进入外层管203与内层管202之间的空间，并通过侧壁孔进入内层管202中，气流流经旋流片2023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202的气流经过旋流片2023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，侧壁孔为沿尿素混合管101的侧壁分布的多个，旋流片2023与其对应的侧壁孔所在的表面的夹角为旋流片2023的安装角。若侧壁孔所在的表面为平面，则旋流片2023的安装角为旋流片2023与侧壁孔所在的表面的夹角；若侧壁孔所在的表面为曲面，则旋流片2023的安装角为侧壁孔所在的表面与旋流片2023连接处的切面与旋流片2023的夹角。
各个旋流片2023的安装角均为锐角，即各个旋流片2023在尿素混合管101的外部呈辐射状分布，使得由各个侧壁孔进入的气流在对应的旋流片2023向同一方位流动形成旋流。
为了保证由各个侧壁孔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2023的安装角均相等。多个侧壁孔沿尿素混合管101的侧壁均匀分布。具体地，侧壁孔为矩形孔，旋流片2023为与侧壁孔外形尺寸相同的矩形板，可通过在尿素混合管101上冲压形成侧壁孔和旋流片2023。需要说明的是，侧壁孔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。
综上所述，本发明的主要优点如下：
(1)可实现结构的模块化设计，应用于不同排量的发动机，根据发动机的运行工况进行结构的微调，实现与发动机的合理匹配，无复杂连接安装结构，可靠性高；
(2)双旋流的结构设计，混合均匀性好，有效避免尿素在管壁的沉积。
请参阅图6，图6为本发明实施例所提供的后处理装置整体结构示意图。
本发明的总体结构如图3所示，发动机排出的尾气依次经过DOC(DieselOxidationCatalyst，柴油氧化催化剂)205、DPF(Diesel Particulate Filter柴油颗粒过滤器)206、和SCR催化装置207，其中SCR尿素溶液混合器放置在DPF206之后，尿素喷嘴204喷出的尿素经过SCR尿素溶液混合器与尾气充分的混合分解后进入SCR催化装置207，与尾气中的NOx反应。采用双旋流结构的SCR尿素溶液混合器可以提高尿素分解效率，提高载体前端面NH3的分布均一性，降低尿素结晶风险，本发明可以满足欧VI、Tier 4F等排放限值。
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，其特征在于，包括尿素混合管(201)和设置于所述尿素混合管(201)一端内部的混合组件，所述混合组件包括：
内层管(202)，所述内层管(202)上开设有侧壁孔，所述侧壁孔的一侧设置有用于产生旋流的旋流片(2023)；
套设于所述内层管(202)外侧的外层管(203)，所述外层管(203)的外壁与所述尿素混合管(201)之间设置有螺旋片(2032)。
2.如权利要求1所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述内层管(202)为锥形管，且靠近所述尿素混合管(201)的端部的一端直径较小。
3.如权利要求2所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述外层管(203)为锥形管，且靠近所述尿素混合管(201)的端部的一端直径较大，所述外层管的大径端与所述尿素混合管(201)之间具有供气流通过的缝隙。
4.如权利要求3所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述内层管(202)的大径端与所述外层管(203)的小径端密封连接。
5.如权利要求2所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述内层管(202)包括锥形管体(2021)和与所述锥形管体(2021)连通的圆柱形管体，所述旋流片(2023)设置于所述锥形管体(2021)上。
6.如权利要求1-5任一项所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述螺旋片(2032)为一根螺旋盘绕于所述外层管(203)的外壁上的螺旋片。
7.如权利要求1-5任一项所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述外层管(203)上开设有贯通壁厚的第一通风孔(2033)。
8.如权利要求7所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述第一通风孔(2033)为多个，且布置于所述外层管(203)的靠近所述尿素混合管(201)端部的一端。
9.如权利要求1-5任一项所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述内层管(202)上开设有贯通壁厚的第二通风孔(2024)。
10.如权利要求9所述的SCR尿素溶液混合器，其特征在于，所述第二通风孔(2024)为多个，且布置于所述内层管(202)的靠近所述尿素混合管(201)端部的一端。
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