CN110761876A - 混合器以及废气后处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合器以及包括该混合器的废气后处理系统。其中，所述混合器包括外壳体、喷射口、第一隔板、第二隔板、导流板、撞击板；所述第一隔板设置有进气口，所述第二隔板设置有出气口，所述第一隔板、第二隔板相对设置，所述第一隔板、第二隔板以及外壳体提供流动空间，以供废气在混合器内流动；所述流动空间内，所述第一隔板、外壳体、导流板、撞击板提供混合空间，所述导流板包括与所述第一隔板相对的第一导流面，所述导流板相邻设置有所述撞击板，所述撞击板与所述喷射口相对设置，用于撞击从喷射口喷入所述混合空间的液体。上述混合器以及废气后处理系统具有结构简单、处理效率高等优点。

Description

混合器以及废气后处理系统

技术领域

本发明涉及一种混合器以及包括该混合器的废气后处理系统。

背景技术

近年来，对于动力系统的排放与油耗的法规日趋严格，严格的油耗法规限制，需要发动机充分燃烧，充分燃烧的代价是排气中氮氧化合物含量增大，这又被严格的排放法规所限制，在欧洲“欧VI”柴油发动机排放标准中，柴油机汽车颗粒排放应低于10mg/kwh、氮氧化物排放应低于460mg/kwh。因此，在日益严格的排放与油耗标准，以及发动机小型化、轻量化的要求下，排气后处理系统也应作出相应改进，如增加发动机废气再循环系统，但这使得发动机的温度降低，部分燃油未充分燃烧，未燃碳氢以及颗粒物排放增多，因此，在日益严格的排放与油耗标准，以及发动机小型化、轻量化的要求下，废气处理系统也必须相应改进，以适应政府法规要求，例如设置混合器，以降低氮氧化物排放处理氮氧化物，。

一般而言，混合器设置在选择性催化还原(SCR)催化器的上游，混合器的喷射器喷射例如包含尿素的液体，混合器位于在SCR催化器的上游，对发动机排出的废气与尿素转化产物进行混合，在SCR催化器上发生还原反应，将氮氧化物转化成无污染的氮气和水蒸气排出，以降低废气中的氮氧化物含量，满足排放法规标准。

在混合器中，喷射器通常将尿素喷射到排气流中。混合器可以减少尿素沉积物的形成，提高氮氧化物处理转化效率。但是现有技术的混合器，其主流的设计方案是设置带有螺旋面的导流板，以废气在混合器中的混合行程，以提高废气与液体的混合均匀性。但是，这种导流隔板结构复杂，不仅对工艺提出了更高的要求；并且，由于废气与尿素的行程较长，两者的混合体系的温度降低，使得尿素结晶率增大。

因此，本领域需要一种结构简单、混合均匀性好、尿素结晶率低的混合器。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种混合器。

本发明的一个目的是提供一种废气后处理系统。

根据本发明一个方面的一种用于废气后处理系统混合器，包括外壳体、喷射口、第一隔板、第二隔板、导流板、撞击板；所述第一隔板设置有进气口，所述第二隔板设置有出气口，所述第一隔板、第二隔板相对设置，所述第一隔板、第二隔板以及外壳体提供流动空间，以供废气在混合器内流动；所述流动空间内，所述第一隔板、外壳体、导流板、撞击板提供混合空间，所述导流板包括与所述第一隔板相对的第一导流面，所述导流板相邻设置有所述撞击板，所述撞击板与所述喷射口相对设置，用于撞击从喷射口喷入所述混合空间的液体。

在所述混合器的实施例中，所述撞击板为圆弧形。

在所述混合器的实施例中，所述导流板还包括分别从第一导流面的两侧端起向所述第一隔板方向延伸的第二导流面、第三导流面。

在所述混合器的实施例中，所述第一导流面为圆弧面，所述第二导流面、第三导流面为相对平行的平面。

在所述混合器的实施例中，所述进气口与所述喷射口设置于相对所述流动空间的轴线的同一侧。

在所述混合器的实施例中，所述撞击板与外壳体内壁之间具有径向间隙，所述径向间隙以及所述第一隔板共同提供加热空间，所述第一隔板开设有进气孔，供废气流入所述加热空间。

在所述混合器的实施例中，所述第一隔板和/或第二隔板具有多个塞焊缝，所述撞击板和/或所述导流板通过所述塞焊缝与所述第一隔板和/或第二隔板连接。

在所述混合器的实施例中，所述喷入混合空间的液体为尿素溶液。

根据本发明的另一方面的一种废气后处理系统，其包括以上任意一项所述的混合器。

本发明的进步效果至少包括：

1.通过导流板的第一导流面与第一隔板相对、与撞击板相邻的设置，使得大部分废气从第一隔板的进气口进入后，废气与第一导流面的碰撞，在喷射入的液体的吸引力以及第一导流面的阻力的共同作用下，强制导向与导流板相邻设置的撞击板，废气的热量充分加热撞击板，使得喷射入的液体受到热与撞击板的撞击后充分雾化，分解成极其细小的液滴，增大其比表面积，与废气充分混合；

2.在有限的混合距离内即可完成废气与液体的混合，使得混合器可以进一步减小轴向尺寸，节省废气后处理系统内部宝贵的布置空间；

3.撞击板的温度足够高，有效地减少了喷入液体的溶质例如尿素液体的结晶，保证混合器工作的稳定可靠；

4.废气与液体的混合效率高，提高了废气后处理系统的处理效率，可以相应地减小废气后处理系统的排气背压，提高动力系统的燃料经济性。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是根据本发明一实施例的混合器的一个角度的立体图。

图2是根据本发明一实施例的混合器的拆除部分外壳的视图。

图3是根据本发明一实施例的混合器的爆炸视图。

图4是废气流入本发明一实施例的混合器的示意图。

图5是废气在本发明一实施例的混合器的内部流动的示意图。

图6A以及图6B是废气与液体在本发明一实施例的混合器的内部混合的示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

如图1至图5所示，在一些实施例中，废气后处理系统的混合器包括外壳体1、第一隔板2、第二隔板3、导流板5、撞击板6。外壳体1是如图1至图5所示的圆筒状，但不以此为限。外壳体1的外壁可以设置喷射口71，其上安装有喷射器座7以及喷射器10，外壳体1的外壁还可以安装传感器8、9，以监测进入混合器的废气温度、压力等参数。

第一隔板2设置有进气口21，供废气101进入混合器，图2、图3中所示的第一隔板2还具有缺口22、23，防止与传感器8、9发生位置干涉导致传感器损坏。第二隔板3设置有出气口31，即废气101在相对设置的第一隔板2、第二隔板3以及外壳体1提供的流动空间内流动。第一隔板2和第二隔板3可以基本上为平面板，以方便加工，第一隔板2和第二隔板3只需要一个冲压设备，先对它们进行冲压，再进行进气口21以及出气口31等的加工。

在所述流动空间内，第一隔板2、外壳体1、导流板5、撞击板6提供混合空间20，在混合空间内，喷射器10喷出的液体102，液体102即指包括有还原剂成分，可与废气101包含的氮氧化物发生还原反应的液体，例如常用的尿素溶液，但不以此为限。导流板5包括与第一隔板2相对的第一导流面51，导流板5相邻设置有撞击板6，撞击板6与所述喷射口71相对设置，即意为撞击板6位于喷射器10的喷射路径，从喷射器10喷出的液体102进入混合空间，与撞击板6撞击，雾化分解成小液滴。

如此设计的混合器结构可以提高废气混合均匀性、提高废气处理效率、降低液体溶质(例如尿素)结晶的原因在于，参考图4至图6B，废气101由进气口21进入混合器后，由于导流板5的第一导流面51与第一隔板2相对、与撞击板6相邻，大部分废气101进入混合器的流动空间后，与喷出的液体102碰撞并在液体102的带动下，带至导流板5相邻设置的撞击板6，未与液体102碰撞或未被液体102带动的废气101，流动至第一导流面51，且受到附近液体102的流速的带动(根据伯努利原理)，也被沿第一导流面51导流至与导流板5相邻设置的撞击板6。因此，废气101经过液体102以及第一导流面51的导流，聚集于撞击板6附近区域，废气101的热量充分加热撞击板6，使得喷射入的液体102充分受热，与撞击板6的撞击后充分雾化，分解成极其细小的液滴，增大其比表面积，使其与废气101充分混合。同时，由于液体102的带动，废气101在撞击板6附近与尿素液滴或尿素液滴分解的氨充分混合后，沿撞击板6快速流出混合空间20，至出气口31排出混合器，进入下游的选择性催化还原(SCR)催化器发生氧化还原反应，废气中的氮氧化物污染物被还原为无污染的氮气与水。可以理解的是，导流板5并非只具有导流废气101的功能，喷射器10喷出的液体102，也可能存在少部分液体撞击至导流板5，同理，撞击板6并非只具有撞击液体102的功能，其也可能对部分废气101起导流作用。

优选地，撞击板6的形状可以是圆弧形，但不以此为限，其有益效果在于，撞击板6易于加工，且可以更好地将废气101的热量聚集。

废气101与液体102无需采用现有技术中为了提高两者的混合效果而采取的结构复杂的螺旋形导流板、或增加混合器的长度的技术方案，简化了导流板的结构，降低了混合器的加工成本。同时，进一步缩短了混合器的长度，使得其在整个废气后处理系统中可灵活布置，也节省了废气后处理系统内部宝贵的布置空间，有利于废气后处理系统的小型化。另外，利用碰撞与喷射液体带动的方法将带有大量热量的废气聚集于撞击板6，使得其温度能够满足尿素分解的要求，有效地减少尿素液体的结晶，保证混合器能够长期稳定可靠地运行。

继续参考图2、图3，在一些实施例中，导流板5的具体结构的例子可以导流板5还包括从第一导流面51的两侧端起向第一隔板2方向延伸的第二导流面52、第三导流面53，如此设计的导流板5可以使得废气101与多个导流面发生多次碰撞，更多地被导送至撞击板6附近的区域，同理，也可以使得更多地液体102在导流板5上发生在第一导流面51、第二导流面52、第三导流面53的多次撞击，如此可以使得液体102在混合空间20内雾化分解为更加细小的液滴，使得废气101与液体102的混合效果更佳。具体地，如图2、图3所示，采用三个导流面的导流板的具体结构可以是第一导流面51为圆弧面，第二导流面52、第三导流面53为相对平行的平面，尽管还有其它具体的结构，例如第一导流面51、第二导流面52、第三导流面53三者构成圆弧形或者其它结构。采用第一导流面51为圆弧面，第二导流面52、第三导流面53为相对平行的平面的设置，不仅导流板结构简单，易于加工，而且废气101与液体102的碰撞次数较多，混合效果更好。

继续参考图2、图3，在一些实施例中，进气口21的具体位置的例子可以是进气口21与喷射口71设置于相对所述流动空间的轴线的同一侧，例如如图2、图3所示的进气口21与喷射口71以及其上安装的喷射器10均位于流动空间的轴线的上侧，如此获得的有益效果在于，废气101从进气口21进入后，即与从喷射器10喷出的尿素液体102发生碰撞、混合，提高废气101与液体102的混合均匀度。

参考图1至图5，在一些实施例中，撞击板6与外壳体1内壁之间的径向间隙以及第一隔板2共同提供加热空间24，第一隔板2开设有进气孔25，供废气101流入加热空间24，需要说明的是，在开设有进气孔25的实施例中，大部分废气101仍从进气口21流入混合器，只有小部分废气104从进气孔25流入，其有益效果在于，如图6A、图6B所示，小部分废气104可以利用自身温度进一步加热撞击板6，优化液体102在撞击板6的撞击效果。具体的进气孔25的数目以及加热空间24的大小等参数可根据实际要求灵活设置，以充分利用废气104的热量的积极效果，同时避免过多比例的废气流入加热空间24，影响废气与液体的混合效果。

继续参考图1至图5，在一些实施例中，第一隔板2和/或第二隔板3具有多个塞焊缝26、36，撞击板6和/或导流板5通过塞焊缝26、36与第一隔板2和/或第二隔板3，如图1至图5所示，第一隔板2、第二隔板3分别具有塞焊缝26、36，导流板5具有凸起部56，与塞焊缝26配合连接，以使得导流板5连接第一隔板2；同样地，撞击板6也具有凸起部66，分别与塞焊缝26、36配合连接，使得撞击板6可以分别与第一隔板2、第二隔板3连接，但不以此为限。尽管还存在其它的连接结构，采用凸起部与塞焊缝配合连接，其结构简单，易于加工装配。

综上，采用上述实施例的混合器以及废气后处理系统的有益效果至少包括：

1.通过导流板的第一导流面与第一隔板相对、与撞击板相邻的设置，使得大部分废气从第一隔板的进气口进入后，废气与第一导流面的碰撞，在喷射入的液体的吸引力以及第一导流面的阻力的共同作用下，强制导向与导流板相邻设置的撞击板，废气的热量充分加热撞击板，使得喷射入的液体受到热与撞击板的撞击后充分雾化，分解成极其细小的液滴，增大其比表面积，与废气充分混合；

2.在有限的混合距离内即可完成废气与液体的混合，使得混合器可以进一步减小轴向尺寸，节省废气后处理系统内部宝贵的空间布置；

3.撞击板的温度足够高，有效地减少了喷入液体的溶质例如尿素液体的结晶，保证混合器工作的稳定可靠；

4.废气与液体的混合效率高，提高了废气后处理系统的处理效率，同时，动力系统可以相应地减小废气后处理系统的排气背压，提高动力系统的燃料经济性。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。例如废气后处理系统除了应用于车辆，也可以用于轮船、潜艇等交通工具的柴油机，以及其它需要降低氮氧化物排放的动力机械的废气后处理；再例如混合器可以适用于多种应用场合，例如端进端出、侧进侧出、侧进端出、端进侧出，也适合生产成不同尺寸，例如5-13英寸；又例如喷射器10的具体位置、撞击板6的数量等等。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于废气后处理系统的混合器，其特征在于，包括：

外壳体、喷射口、第一隔板、第二隔板、导流板、撞击板；

所述第一隔板设置有进气口，所述第二隔板设置有出气口，所述第一隔板、第二隔板相对设置，所述第一隔板、第二隔板以及外壳体提供流动空间，以供废气在混合器内流动；

所述流动空间内，所述第一隔板、外壳体、导流板、撞击板提供混合空间，所述导流板包括与所述第一隔板相对的第一导流面，所述导流板相邻设置有所述撞击板，所述撞击板与所述喷射口相对设置，用于撞击从喷射口喷入所述混合空间的液体。

2.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述撞击板为圆弧形。

3.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述导流板还包括分别从第一导流面的两侧端起向所述第一隔板方向延伸的第二导流面、第三导流面。

4.如权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述第一导流面为圆弧面，所述第二导流面、第三导流面为相对平行的平面。

5.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述进气口与所述喷射口设置于相对所述流动空间的轴线的同一侧。

6.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述撞击板与外壳体内壁之间具有径向间隙，所述径向间隙以及所述第一隔板共同提供加热空间，所述第一隔板开设有进气孔，供废气流入所述加热空间。

7.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述第一隔板和/或第二隔板具有多个塞焊缝，所述撞击板和/或所述导流板通过所述塞焊缝与所述第一隔板和/或第二隔板连接。

8.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述喷入混合空间的液体为尿素溶液。

9.一种废气后处理系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的混合器。

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