CN107131080B - 一种多流体混合器 - Google Patents

Abstract

一种多流体混合器，包括混气座和混合芯，所述混合芯设置于混气座内部；所述混气座包括顶板和底板，所述顶板与底板之间同轴设置有外腔壁、中腔壁和内腔壁，所述外腔壁与中腔壁之间形成有第一流体腔，所述中腔壁与内腔壁之间形成有第二流体腔，所述内腔壁内为混气腔，所述混合芯包括中部支座、第一流体混气叶片和第二流体混气叶片，所述第一流体混气叶片的一端与中部支座的外壁固定连接，所述第一流体混气叶片22的另一端穿过内腔壁后与中腔壁固定连接，所述第二流体混气叶片的一端与中部支座的外壁固定连接，所述第二流体混气叶片的另一端与内腔壁固定连接。本设计不仅能够实现三种流体的混合，而且混合均匀集成度高。

Description

一种多流体混合器

技术领域

本发明涉及一种流体混合器，尤其涉及一种多流体混合器，具体适用于提高混合效率和混合均匀性。

背景技术

目前，面对日趋严峻的环境危机，各国对排放法规的要求越来越严格，低排放是内燃机发展的主要方向。EGR作为降低内燃机NO_x排放的有效机内净化措施，也是燃气发动机实现低排放的重要技术之一。在燃气发动机中，EGR、燃气与新鲜充量的混合均匀性对发动机性能至关重要。因此，通常会增加混合器装置以强化燃气、EGR与新鲜充量的混合效率，达到较好的混合均匀性。

中国专利公开号为CN105003361A，公开日为2015年10月28日的发明专利公开了一种集成EGR混合器，包括：EGR阀座部，其顶端具有EGR阀安装法兰，该EGR 阀座部的侧壁开设有废气入口；以及混合及扰流部，其与所述EGR阀座部一体成型，该混合及扰流部的一侧为燃气混合器进气侧；该混合及扰流部的另一侧为发动机进气接管出气侧；所述燃气混合器进气侧与发动机进气接管出气侧之间设置有混合扰流腔，该混合扰流腔的上游为混合腔，该混合腔内设置有混合芯，混合芯的外周侧具有废气环槽，该废气环槽通过废气流道与EGR阀座部的废气入口连通；该混合扰流腔的下游为扰流腔。虽然该发明能使EGR气体有效混合，但其仍存在以下缺陷：

1、该发明只能实现两种气体的混合，不能够适用于采用EGR的燃气发动机。

2、该发明设置双横梁混合结构虽然在混合腔后设置扰流腔，但是由于其混合不同步，其混合均匀度仍然无法满足燃气发动机的混合需求，而且该发明集成度较低，制造工艺复杂、可靠性低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的集成度低、混合效果差的问题，提供了一种高集成度、混合效果优的多流体混合器。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种多流体混合器，包括混气座和混合芯，所述混合芯设置于混气座内部；

所述混气座包括顶板和底板，所述顶板与底板之间同轴设置有外腔壁、中腔壁和内腔壁，所述外腔壁与中腔壁之间形成有第一流体腔，所述中腔壁与内腔壁之间形成有第二流体腔，所述内腔壁内为混气腔，所述外腔壁上设置有第一流体进气口和第二流体进气口，所述第一流体进气口与第一流体腔相通，所述第二流体进气口与第二流体腔相通；

所述混合芯包括中部支座、第一流体混气叶片和第二流体混气叶片，所述第一流体混气叶片的一端与中部支座的外壁固定连接，所述第一流体混气叶片22的另一端穿过内腔壁后与中腔壁固定连接，所述第二流体混气叶片的一端与中部支座的外壁固定连接，所述第二流体混气叶片的另一端与内腔壁固定连接；

所述第一流体混气叶片为中空结构，第一流体混气叶片内形成有第一流体叶片腔，所述第一流体叶片腔与第一流体腔相通，所述中部支座与内腔壁之间的第一流体叶片腔的腔壁上开设有多个第一混气孔；

所述第二流体混气叶片为中空结构，第二流体混气叶片23内形成有第二流体叶片腔，所述第二流体叶片腔与第二流体腔相通，所述第二流体叶片腔的腔壁上开设有多个第二混气孔。

所述中部支座为圆管结构，所述第一流体混气叶片与第二流体混气叶片均布于中部支座的外圆周上。

所述中部支座的管壁内开设有第一流体中混腔，所述第一流体中混腔通过第一流体叶片腔与第一流体腔相通。

所述第一流体混气叶片与第二流体混气叶片数量的和大于等于三片。

所述第一流体混气叶片与第二流体混气叶片数量的和为六片。

所述第一流体混气叶片与顶板之间的夹角等于第二流体混气叶片与顶板之间的夹角，所述第一流体混气叶片与顶板之间的夹角为30度–80度。

所述第一流体混气叶片与顶板之间的夹角为60度。

所述第一流体混气叶片的横截面形状与第二流体混气叶片的横截面形状相同，所述第一流体混气叶片从顶板侧到底板侧厚度逐渐变厚，所述顶板处为主流体流入处，所述底板处为主流体流出处。

所述第一流体叶片腔的上、下两侧的腔壁均开设有第一混气孔，所述第二流体叶片腔的上、下两侧的腔壁均开设有第二混气孔。

所述第一流体进气口的开口面积大于等于多个第一混气孔开孔总面积的和，所述第二流体进气口的开口面积大于等于多个第二混气孔开孔总面积的和。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种多流体混合器中将三种流体在一个混合器中完成混合，结构紧凑、集成度高，有效提高了混合器的可靠性，能够满足采用ERG的燃气发动机的混气需求。因此，本设计能够在一个混合气中完成三种流体的混合，混合器结构紧凑、集成度高。

2、本发明一种多流体混合器中的混气座采用双层环形进气腔的结构，将第一流体腔套设于第二流体腔外，第二流体腔内设置混气腔，为混气芯的叶片布置提供了良好的基础，使第一流体混气叶片和第二流体混气叶片能够在同一平面内沿圆周均匀布置，有效提高混合器的混合均匀性。因此，本设计的混气座结构设计巧妙，混合均匀性高。

3、本发明一种多流体混合器中的混合芯采用类似于电扇叶片的结构布置，在同一平面圆周上间隔布置第一流体混气叶片与第二流体混气叶片，将主流体分散为几个部分，同时使主流体的气流方向在混合芯处发生变化，然后再使第一混气孔与第二混气孔出来的第一流体、第二流体与主流体三者能够同时混合，使气体混合的均匀更高，有效提高混合效果。因此，本设计的混合芯能够有效分散气流，提高混合效果。

4、本发明一种多流体混合器中的中部支座为圆管结构，能够是流到混合芯中部的流体顺利通过，通过的气流与下方旋转的气流相混合，在减小流体阻力的同时，有效提高混合均匀性。因此，本设计的流体阻力适中，流体混合均匀。

5、本发明一种多流体混合器中中部支座的管壁内开设有第一流体中混腔，第一流体中混腔通过第一流体叶片腔与第一流体腔相通，这样的设计能够均匀第一流体在各腔内的压力使第一流体的输出更加均匀。因此，本设计流体腔内压力均匀，混合可靠性高。

6、本发明一种多流体混合器中所述第一流体混气叶片与顶板之间的夹角等于第二流体混气叶片与顶板之间的夹角，当第一流体混气叶片与顶板之间的夹角角度越大时，叶片导流作用越小，主流体产生的涡流越小，混合效果变差，但是阻力小；当第一流体混气叶片与顶板之间的夹角角度越小时，叶片导流作用越强，产生的涡轮越大，混合效果越好，但是阻力增加；当第一流体混气叶片与顶板之间的夹角为30度–80度时，混合效果较好，最佳混合角度为60度。因此，本设计的叶片设置具有一定的倾斜角度，有利于主流体产生的涡流，提高混合效果。

7、本发明一种多流体混合器中第一流体混气叶片的横截面形状与第二流体混气叶片的横截面形状相同，两者均采用上窄下宽的设计，不仅便于分流，而且能够使主流体产生更大的涡流。因此，本设计的叶片结构设计不仅有利于分流，而且能够增强主流体的旋转。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中混合芯的结构示意图。

图3是图1中混气座的结构示意图。

图4是图1中第一流体混气叶片的剖视图。

图中：混气座1、顶板11、底板12、外腔壁13、中腔壁14、内腔壁15、混合芯2、中部支座21、第一流体混气叶片22、第二流体混气叶片23、第一流体腔3、第一流体进气口31、第一流体叶片腔32、第一混气孔33、第一流体中混腔34、第二流体腔4、第二流体进气口41、第二流体叶片腔42、第二混气孔43、混气腔5。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图4，一种多流体混合器，包括混气座1和混合芯2，所述混合芯2设置于混气座1内部；

所述混气座1包括顶板11和底板12，所述顶板11与底板12之间同轴设置有外腔壁13、中腔壁14和内腔壁15，所述外腔壁13与中腔壁14之间形成有第一流体腔3，所述中腔壁14与内腔壁15之间形成有第二流体腔4，所述内腔壁15内为混气腔5，所述外腔壁13上设置有第一流体进气口31和第二流体进气口41，所述第一流体进气口31与第一流体腔3相通，所述第二流体进气口41与第二流体腔4相通；

所述混合芯2包括中部支座21、第一流体混气叶片22和第二流体混气叶片23，所述第一流体混气叶片22的一端与中部支座21的外壁固定连接，所述第一流体混气叶片22的另一端穿过内腔壁15后与中腔壁14固定连接，所述第二流体混气叶片23的一端与中部支座21的外壁固定连接，所述第二流体混气叶片23的另一端与内腔壁15固定连接；

所述第一流体混气叶片22为中空结构，第一流体混气叶片22内形成有第一流体叶片腔32，所述第一流体叶片腔32与第一流体腔3相通，所述中部支座21与内腔壁15之间的第一流体叶片腔32的腔壁上开设有多个第一混气孔33；

所述第二流体混气叶片23为中空结构，第二流体混气叶片23内形成有第二流体叶片腔42，所述第二流体叶片腔42与第二流体腔4相通，所述第二流体叶片腔42的腔壁上开设有多个第二混气孔43。

所述中部支座21为圆管结构，所述第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23均布于中部支座21的外圆周上。

所述中部支座21的管壁内开设有第一流体中混腔34，所述第一流体中混腔34通过第一流体叶片腔32与第一流体腔3相通。

所述第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23数量的和大于等于三片。

所述第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23数量的和为六片。

所述第一流体混气叶片22与顶板11之间的夹角等于第二流体混气叶片23与顶板11之间的夹角，所述第一流体混气叶片22与顶板11之间的夹角为30度–80度。

所述第一流体混气叶片22与顶板11之间的夹角为60度。

所述第一流体混气叶片22的横截面形状与第二流体混气叶片23的横截面形状相同，所述第一流体混气叶片22从顶板11侧到底板12侧厚度逐渐变厚，所述顶板11处为主流体流入处，所述底板12处为主流体流出处。

所述第一流体叶片腔32的上、下两侧的腔壁均开设有第一混气孔33，所述第二流体叶片腔42的上、下两侧的腔壁均开设有第二混气孔43。

所述第一流体进气口31的开口面积大于等于多个第一混气孔33开孔总面积的和，所述第二流体进气口41的开口面积大于等于多个第二混气孔43开孔总面积的和。

本发明的原理说明如下：

EGR废气再循环系统（Exhaust Gas Recirculation）简称EGR，是将柴油机或汽油机产生的废气的一小部分再送回气缸。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程，也就是说燃烧速度将会放慢从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢，这就是氮氧化合物会减少的主要原因。另外，提高废气再循环率会使总的废气流量（mass flow）减少，因此废气排放中总的污染物输出量将会相对减少。EGR系统的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况，从而使燃烧过程始终处于最理想的情况，最终保证排放物中的污染成份最低。

本设计的主流体、第一流体与、第二流体三者之间的混合存在一定的比例关系，三者按照适当的比例混合才能适合于发动机的燃烧需要。对于比例的调节可以采用一下方式：

1、调节第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23的数量比。第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23尽量间隔分布，这样能够提高混合均匀度。

2、调节第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23上的开孔数量或开孔大小；也可采用渐变孔。

3、在内腔壁15和/或第一流体中混腔34的腔壁上开孔。

本设计的第一流体混气叶片22和第二流体混气叶片23既可以采用双侧开孔的设计，也可以采用单侧开孔的设计，但是双侧开孔混合效果更好。

实施例1：

一种多流体混合器，包括混气座1和混合芯2，所述混合芯2设置于混气座1内部，所述混气座1包括顶板11和底板12，所述顶板11与底板12之间同轴设置有外腔壁13、中腔壁14和内腔壁15，所述外腔壁13与中腔壁14之间形成有第一流体腔3，所述中腔壁14与内腔壁15之间形成有第二流体腔4，所述内腔壁15内为混气腔5，所述外腔壁13上设置有第一流体进气口31和第二流体进气口41，所述第一流体进气口31与第一流体腔3相通，所述第二流体进气口41与第二流体腔4相通；所述混合芯2包括中部支座21、第一流体混气叶片22和第二流体混气叶片23，所述第一流体混气叶片22的一端与中部支座21的外壁固定连接，所述第一流体混气叶片22的另一端穿过内腔壁15后与中腔壁14固定连接，所述第二流体混气叶片23的一端与中部支座21的外壁固定连接，所述第二流体混气叶片23的另一端与内腔壁15固定连接；所述第一流体混气叶片22为中空结构，第一流体混气叶片22内形成有第一流体叶片腔32，所述第一流体叶片腔32与第一流体腔3相通，所述中部支座21与内腔壁15之间的第一流体叶片腔32的腔壁上开设有多个第一混气孔33；所述第二流体混气叶片23为中空结构，第二流体混气叶片23内形成有第二流体叶片腔42，所述第二流体叶片腔42与第二流体腔4相通，所述第二流体叶片腔42的腔壁上开设有多个第二混气孔43；所述第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23数量的和大于等于三片；所述第一流体混气叶片22与顶板11之间的夹角等于第二流体混气叶片23与顶板11之间的夹角，所述第一流体混气叶片22与顶板11之间的夹角为30度–80度。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

所述中部支座21为圆管结构，所述第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23均布于中部支座21的外圆周上；所述第一流体混气叶片22与第二流体混气叶片23数量的和为六片；所述第一流体混气叶片22与顶板11之间的夹角为60度；所述第一流体叶片腔32的上、下两侧的腔壁均开设有第一混气孔33，所述第二流体叶片腔42的上、下两侧的腔壁均开设有第二混气孔43。

实施例3：

实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：

所述中部支座21的管壁内开设有第一流体中混腔34，所述第一流体中混腔34通过第一流体叶片腔32与第一流体腔3相通；所述第一流体混气叶片22的横截面形状与第二流体混气叶片23的横截面形状相同，所述第一流体混气叶片22从顶板11侧到底板12侧厚度逐渐变厚，所述顶板11处为主流体流入处，所述底板12处为主流体流出处。

实施例4：

实施例4与实施例3基本相同，其不同之处在于：

所述第一流体进气口31的开口面积大于等于多个第一混气孔33开孔总面积的和，所述第二流体进气口41的开口面积大于等于多个第二混气孔43开孔总面积的和。

Claims (10)

1.一种多流体混合器，包括混气座（1）和混合芯（2），所述混合芯（2）设置于混气座（1）内部，其特征在于：

所述混气座（1）包括顶板（11）和底板（12），所述顶板（11）与底板（12）之间同轴设置有外腔壁（13）、中腔壁（14）和内腔壁（15），所述外腔壁（13）与中腔壁（14）之间形成有第一流体腔（3），所述中腔壁（14）与内腔壁（15）之间形成有第二流体腔（4），所述内腔壁（15）内为混气腔（5），所述外腔壁（13）上设置有第一流体进气口（31）和第二流体进气口（41），所述第一流体进气口（31）与第一流体腔（3）相通，所述第二流体进气口（41）与第二流体腔（4）相通；

所述混合芯（2）包括中部支座（21）、第一流体混气叶片（22）和第二流体混气叶片（23），所述第一流体混气叶片（22）的一端与中部支座（21）的外壁固定连接，所述第一流体混气叶片（22）的另一端穿过内腔壁（15）后与中腔壁（14）固定连接，所述第二流体混气叶片（23）的一端与中部支座（21）的外壁固定连接，所述第二流体混气叶片（23）的另一端与内腔壁（15）固定连接；

所述第一流体混气叶片（22）为中空结构，第一流体混气叶片（22）内形成有第一流体叶片腔（32），所述第一流体叶片腔（32）与第一流体腔（3）相通，所述中部支座（21）与内腔壁（15）之间的第一流体叶片腔（32）的腔壁上开设有多个第一混气孔（33）；

所述第二流体混气叶片（23）为中空结构，第二流体混气叶片（23）内形成有第二流体叶片腔（42），所述第二流体叶片腔（42）与第二流体腔（4）相通，所述第二流体叶片腔（42）的腔壁上开设有多个第二混气孔（43）。

2.根据权利要求1所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述中部支座（21）为圆管结构，所述第一流体混气叶片（22）与第二流体混气叶片（23）均布于中部支座（21）的外圆周上。

3.根据权利要求2所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述中部支座（21）的管壁内开设有第一流体中混腔（34），所述第一流体中混腔（34）通过第一流体叶片腔（32）与第一流体腔（3）相通。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述第一流体混气叶片（22）与第二流体混气叶片（23）数量的和大于等于三片。

5.根据权利要求4所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述第一流体混气叶片（22）与第二流体混气叶片（23）数量的和为六片。

6.根据权利要求4所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述第一流体混气叶片（22）与顶板（11）之间的夹角等于第二流体混气叶片（23）与顶板（11）之间的夹角，所述第一流体混气叶片（22）与顶板（11）之间的夹角为30度–80度。

7.根据权利要求6所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述第一流体混气叶片（22）与顶板（11）之间的夹角为60度。

8.根据权利要求6所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述第一流体混气叶片（22）的横截面形状与第二流体混气叶片（23）的横截面形状相同，所述第一流体混气叶片（22）从顶板（11）侧到底板（12）侧厚度逐渐变厚，所述顶板（11）处为主流体流入处，所述底板（12）处为主流体流出处。

9.根据权利要求7所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述第一流体叶片腔（32）的上、下两侧的腔壁均开设有第一混气孔（33），所述第二流体叶片腔（42）的上、下两侧的腔壁均开设有第二混气孔（43）。

10.根据权利要求4所述的一种多流体混合器，其特征在于：

所述第一流体进气口（31）的开口面积大于等于多个第一混气孔（33）开孔总面积的和，所述第二流体进气口（41）的开口面积大于等于多个第二混气孔（43）开孔总面积的和。