CN111886068A - 用于将来自喷射器的喷雾混入气体中的混合装置、以及包括混合装置的系统 - Google Patents

用于将来自喷射器的喷雾混入气体中的混合装置、以及包括混合装置的系统 Download PDF

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Abstract

一种用于将来自喷射器的喷雾(180)混入穿过基本上管状的腔室(202)从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置(310)，所述混合装置包括：在所述喷雾(180)的上游一侧上的部分开放的壁(312)；以及在所述喷雾(180)的下游一侧上的封闭的壁(313)。所述封闭的壁(313)和所述部分开放的壁(312)一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体。所述混合腔体包括：喷雾入口开口(311)，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的圆锥形喷雾(180)；以及出口开口(314)，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上。一种用于处理排气气体的系统，所述系统包括：接收要处理的排气气体流的基本上管状的腔室；所述混合装置(310)；以及喷射器，所述喷射器被布置成将所述喷雾(180)喷射到所述喷雾入口开口(311)中。

Description

用于将来自喷射器的喷雾混入气体中的混合装置、以及包括 混合装置的系统
本申请于2019年1月25日作为PCT国际专利申请提交并且要求于2018年1月26日提交的欧洲专利申请序列号18153775.4的权益，所述欧洲专利申请的全部披露内容通过援引并入。
技术领域
本发明涉及用于将液体喷雾混入气体流中的系统、尤其是出于选择性催化还原(SCR)NOx残留物的目的而将尿素溶液的喷雾混入内燃发动机的排气流中的系统的领域。
背景技术
配备有柴油发动机的车辆通常包括具有诸如选择性催化还原催化装置、稀NOx催化装置、或稀NOx捕集装置等后处理部件的排气系统，以减少排气中诸如氮氧化物(NOx)等所不希望的气体的量。为了使这些类型的后处理装置正常工作，配量器将反应物(诸如尿素、氨或碳氢化合物)喷射到排气气体中。在排气气体和反应物流动穿过后处理装置时，所述排气气体和反应物将诸如NOx等所不希望的气体转化成更可接受的气体(诸如氮气、氧气或二氧化碳)或转化成水。然而，后处理系统的效率取决于反应物与排气气体的混合均匀度。
在唐纳森公司(Donaldson Company,Inc.)名下的国际专利申请公开号WO 2015/130789 A1披露了一种用于处理排气的后处理布置，所述后处理布置包括主体：所述主体限定了内部、入口开口、以及出口；入口布置，所述入口布置被布置在入口开口处；后处理基材，所述后处理基材被布置在入口开口与出口之间；限流器布置，所述限流器布置被布置在主体内部的第一封闭端与后处理基材之间；以及配量布置，所述配量布置被配置成将反应物喷射到排气中。在WO 2015/130789A1中披露的示例中，挡板限定了与限流通路对准的实心区域并且限定了在与限流通路径向偏离的位置处的开口。在一些特定示例中，挡板限定了多个勺状物、管道、遮板、或者促进排气的涡旋或其他混合移动的其他方向调节构件。
授予Noren等人的美国专利号9,784,163披露了一种混合器组件，所述混合器组件可以包括混合器壳体或管道、喷射器壳体、混合碗状物、第一混合板、以及第二混合板。所述混合器壳体可以是大致圆柱形的并且可以直接或间接地连接至SCR催化器的壳体。所述混合器壳体可以包括喷射器开口，喷射器壳体和/或还原剂喷射器可以延伸穿过所述喷射器开口。所述混合碗状物可以是大致碗状的结构，例如可以由金属片冲压而成和/或以其他方式形成。混合碗状物可以包括协作以限定混合腔室的上游端部分、套环部分、台阶或凸缘部分、以及下游边沿。凸缘部分可以布置在上游端部分与套环部分之间，并且可以包括喷射器壳体延伸穿过的孔口。边沿的外直径表面例如可以与混合器壳体的内直径表面焊接、紧固或压入接合。
仍需要紧凑的、并且提供反应物的更高效和有效混合的排气处理装置。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于将来自喷射器的喷雾混入穿过基本上管状的腔室从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置，所述混合装置包括：在所述喷雾的上游一侧上的部分开放的壁；以及在所述喷雾的下游一侧上的封闭的壁；所述封闭的壁和所述部分开放的壁一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体，所述混合腔体包括：喷雾入口开口，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的喷雾；以及出口开口，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上。所述混合装置的下游侧被成形成限定螺旋状凹槽，所述螺旋状凹槽用于在下游方向上周向地引导来自所述出口开口的所述气体。
本发明尤其基于发明人的见识，即合理成形的混合腔体改善了反应物喷雾到要处理的排气气体流中的混合，因此提高了处理过程的效率。本发明进一步基于发明人的见识，即单个装置提供非常高效且紧凑的方式来实现所期望程度的混合，所述单个装置限定了具有开放的上游侧和封闭的下游侧的半开式包壳、以及在横向于上游-下游轴线的方向上的用于喷雾锥的通路。
混合装置(包括(视情况而定)封闭的壁和延伸封闭的壁的任何表面)的形状在同一管状腔室中、具体地在外围区域中在混合装置与在所述混合装置下游的任何装置之间创建额外的空间。虽然已知迫使气体流(喷雾混合在其中)在管状腔室内部进行涡旋运动会促进混合，但是发明人已经发现，这还将致使气体在离心力的影响下朝向外围区域移动，并且因此在此外围区域中设置额外的空间会促进所期望的涡旋运动。这进一步促进气体从出口开口移向布置在混合装置下游的涡旋促进器件的环形入口区。
在根据本发明的混合装置的实施例中，所述部分开放的壁是气体可透过的。
这个实施例的优点在于，装置基本上形成限定混合腔体的包壳，同时允许气体从上游侧穿过可透过的部分开放的壁进入混合腔体。
在根据本发明的混合装置的实施例中，所述部分开放的壁包括具有穿孔的壁。
在特定实施例中，所述穿孔中的至少一些穿孔设有遮板。
在根据本发明的混合装置的实施例中，所述部分开放的壁至少部分地遵循与所述喷雾的外边界平行的圆锥形表面。
这个实施例的优点在于，提供了特别紧凑的混合装置，因为混合腔体的形状限于反应物喷雾将出现的区。
在根据本发明的混合装置的实施例中，所述出口开口基本上垂直于所述喷射器的喷射轴线。
这个实施例的优点在于，使撞击出口开口、尤其是放置在其中的任何分散器的喷雾的密度最均匀。
在实施例中，根据本发明的混合装置进一步包括布置在所述出口开口中的喷雾分散器。
喷雾分散器可以是适用于使喷雾液滴分解成更小单元以促进汽化的任何结构。这个实施例的优点在于，通过使喷雾液滴分解、使得它们更容易地蒸发成气体流，从而确保了将喷雾适当地分散到排气气体中。另外，最初的圆锥形喷雾图案通过穿过喷雾分散器而转变成更均匀的流图案。
在特定实施例中，所述喷雾分散器是网。
发明人已经发现，网、尤其是金属网是分散喷雾液滴的特别有效的器件。在另一特定实施例中，网包括金属丝和/或金属板或片状物。
在根据本发明的混合装置的实施例中，所述封闭的壁沿背离喷雾入口开口的方向朝向下游侧弯曲或渐缩。
封闭的壁(以及可选的延伸所述封闭的壁的任何表面)的这种形状在同一管状腔室中、具体地在外围区域中在混合装置与在所述混合装置下游的任何装置之间创建额外的空间。这个空间与下游部件是基本上环形的，并且因此形成螺旋状引导通道。虽然已知迫使气体流(喷雾混合在其中)在管状腔室内部进行涡旋运动会促进混合，但是发明人已经发现，这还将致使气体在离心力的影响下朝向外围区域移动，并且因此在此外围区域中设置额外的空间会促进所期望的涡旋运动。这进一步促进气体从出口开口移向布置在混合装置下游的涡旋促进器件的环形入口区。
根据本发明的一方面，提供了一种用于将来自喷射器的喷雾混入穿过基本上管状的腔室从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置，所述混合装置包括：混合腔体和混合碗状物，所述混合腔体包括：喷雾入口开口，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的喷雾；以及出口开口，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上；其中，所述混合腔体被布置成使得其出口开口与所述混合碗状物的对应的出口开口处于流体连通。所述混合碗状物的下游侧被成形成限定螺旋状凹槽，所述螺旋状凹槽用于在下游方向上周向地引导来自所述出口开口的所述气体。
根据本发明的这方面的混合碗状物的形状在同一管状腔室中、具体地在外围区域中在混合装置与在所述混合装置下游的任何装置之间创建额外的空间。如以上指示的，在外围区域中提供额外的空间促进所期望的涡旋运动。这进一步促进气体从出口开口移向布置在混合碗状物下游的涡旋促进器件的环形入口区。
在根据本发明的混合装置的实施例中，所述混合腔体由混合管形成。
在特定实施例中，所述混合管被成形为至少在其遮罩物的上游部分具有穿孔的圆柱形或截头圆锥形管道，或被成形为圆柱形或截头圆锥形的网状表面。
根据本发明的一方面，提供了一种用于将来自喷射器的喷雾混入穿过基本上管状的腔室从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置，所述混合装置包括：在所述喷雾的上游一侧上的部分开放的壁；以及在所述喷雾的下游一侧上的封闭的壁；所述封闭的壁和所述部分开放的壁一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体，所述混合腔体包括：喷雾入口开口，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的圆锥形喷雾；以及出口开口，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上。所述部分开放的壁和所述封闭的壁是两个单独形成的件、与所述基本上管状的腔室的任何壁不同、并且连结在一起，以便形成所述自身闭合的表面，从而限定所述混合腔体。
根据本发明的一方面，提供了一种用于将来自喷射器的喷雾混入穿过基本上管状的腔室从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置，所述混合装置包括：在所述喷雾的上游一侧上的部分开放的壁；以及在所述喷雾的下游一侧上的封闭的壁；所述封闭的壁和所述部分开放的壁一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体，所述混合腔体包括：喷雾入口开口，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的圆锥形喷雾；以及出口开口，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上。所述封闭的壁是较大件的组成部分，所述较大件还存在在所述混合腔体两侧上的挡板部分、以及直接布置在所述出口开口下方的空间上游的裙部部分。
根据本发明的一方面，提供了一种用于处理排气气体的系统，所述系统包括接收要处理的排气气体流的基本上管状的腔室；上述混合装置；以及喷射器，所述喷射器被布置成将所述喷雾喷射到所述喷雾入口开口中。
根据本发明的系统的实施例的技术效果和优点经必要修改后对应于根据本发明的混合装置的对应实施例的那些技术效果和优点。
在根据本发明的系统的实施例中，所述喷雾的轴线与所述基本上管状的腔室的纵向轴线不相交。
在这个实施例中，反应物喷雾沿其喷射到管状腔室中的轴线相对于管状腔室的纵向轴线偏离中心。这个实施例的优点在于，促进了气体-喷雾混合物的涡旋运动。
在根据本发明的系统的实施例中，所述混合装置被布置成除了穿过所述部分开放的壁进入所述混合装置并且穿过所述出口开口离开所述混合装置的流之外，基本上阻挡了从所述混合装置的上游侧到所述混合装置的下游侧的任何气体流。
这个实施例的优点在于，通过迫使基本上所有的气体穿过喷射喷雾的混合装置优化了喷雾到排气气体流中的分散。术语“基本上阻挡”是指涵盖了一下两种情况：即混合装置被布置成完全阻挡从混合装置的上游侧到混合装置的下游侧的任何气体流；以及气体仍然可以以可忽略程度(例如，穿过由于生产公差而留下的间隙或出于脱模目的而设置的孔)或以受控的方式(例如，穿过专用旁通孔口)绕过混合装置。
在实施例中，根据本发明的系统进一步在所述混合装置下游的涡旋促进器件，并且，所述封闭的壁的离所述基本上管状的腔室的纵向轴线更远的部分与所述涡旋促进器件相距的距离大于所述封闭的壁的离所述基本上管状的腔室的所述纵向轴线更近的部分。
在实施例，根据本发明的系统进一步包括在所述混合装置下游的涡旋促进器件，所述涡旋促进器件具有环形入口区，其中，所述混合装置被成形成在所述混合装置与所述涡旋促进器件之间开设有螺旋状空间，所述螺旋状空间用作从所述出口开口到所述环形入口区的流动通道。涡旋促进器件可以是基本上平面的。
附图说明
将参照附图更详细地描述本发明的实施例的这些和其他特征和优点，在附图中：
-图1表示了根据现有技术的混合器组件；
-图2表示了根据本发明的第一实施例的用于处理排气气体的系统的截面；
-图3表示了如图2中包括的根据本发明的实施例的混合装置的细节；
-图4表示了根据本发明的第二实施例的用于处理排气气体的系统的截面；
-图5表示了根据本发明的第二实施例的用于处理排气气体的系统的分解视图；
-图6表示了如图4和图5中包括的根据本发明的实施例的混合装置的细节；
-图7表示了根据本发明的第三实施例的混合装置的细节；
-图8表示了根据本发明的第四实施例的用于处理排气气体的系统的分解视图；以及
-图9表示了如图8中包括的根据本发明的实施例的混合装置的细节。
在所有附图中，同样的附图标记用于指代同样的要素。
具体实施方式
在对附图的整个描述中，诸如“上方”和“下方”等术语用于表示系统要素在附图中描绘的取向下的相对位置。使用这些术语并不意味着将本发明限于在使用时具有以此方式定向的上侧和下侧的布置。
在以下整个描述中，术语“混合碗状物”用于表示与美国专利号9,784,163中的“混合碗状物”类似的结构。如在此出版物中陈述的，混合碗状物可以是大致碗状的结构，例如可以由金属片冲压而成和/或以其他方式形成。混合碗状物可以通过任何合适的工艺形成以及由任何合适的材料形成。混合碗状物可以包括协作以限定混合腔室的上游端部分、套环部分、台阶或凸缘部分、以及下游边沿。
图1表示了根据现有技术的混合器组件。所述混合器组件包括混合器壳体或管道232、喷射器壳体234、混合碗状物236、第一混合板238、以及第二混合板240。喷射器壳体234包括联接至涡旋装置247的凸缘246。涡旋装置247包括圆柱形部分248和截头圆锥形部分250。盖252固定至凸缘246和圆柱形部分248。混合碗状物236包括与遮板292相关联的孔口290，所述遮板延伸跨过管道232的约管道的内直径的一半的距离。孔口290和遮板292在管道232的圆形截面内居中地定位。排气气体流动穿过孔口290并且被遮板292改向。排气气体还流动穿过延伸穿过圆柱形部分248、截头圆锥形部分250的孔口，以穿过混合碗状物236的孔口264。
现有技术的混合碗状物236没有限定在下游侧封闭并且在上游侧部分开放的单个腔体。特别地，现有技术的混合碗状物236不包括在上游侧上、在入口开口246与出口开口264之间的部分开放的壁。喷射器壳体234的截头圆锥形部分250界定了主混合区，所述截头圆锥形部分是在所有侧上具有竖直遮板的开放布置。虽然混合碗状物236的外表面阻止气体在不穿过出口开口264或孔口290的情况下穿过到达下游侧，但是它不利于形成混合腔体。
图2表示了用于处理排气气体流的系统的截面，所述系统包括根据本发明的第一实施例的混合装置。
在一般性的实施例中，所述系统包括接收要处理的排气气体流的基本上管状的腔室、混合装置310、以及喷射器，所述喷射器被布置成将喷雾180喷射到混合装置310的喷雾入口开口311中。术语“基本上管状的腔室”表示以下任何通道：所述通道被配置成包含在入口侧与出口侧之间流动的气体，并且不限于轴对称腔室、具有恒定截面的腔室、或具有其他特定形式属性的腔室。然而，在特定实施例中，如果应用的需求提出期望或适当的特定形式，则可以选择这种形式属性的腔室。
在不失一般性的情况下，喷雾180被展示为如下的圆锥形图案；本领域技术人员应理解，其他喷雾形状是可能的。特别地，由于制造缺陷、万有引力、或由于喷雾从若干小间距的孔口喷射的事实，源于设计成产生圆锥形喷雾的喷射器的喷雾的实际形状可能偏离完美的圆锥形形式。
所展示的系统包括主体100，所述主体限定了内部101，主体内部从第一端110延伸至第二端120。技术人员应理解的是，出于保持附图清晰的目的，主体100已经被赋予了一定长度，第二端120实际上可以与第一端110相距更短或更长的距离。主体100限定了在第一端与第二端之间延伸的圆周壁130；即，主体内部具有中空管或腔体的性质。在所展示的情况下，第一端110限定了入口开口140(在未展示的变体中，圆周壁130限定了入口开口)。主体100还限定了出口150。
入口布置被布置在入口开口140处。所述入口布置限定了通向主体100的内部101的入口通道145。穿过此入口通道145，要与液体喷雾混合的气体流进入所述系统。在所展示的情况下，在一部分入口通道145中存在可选的预处理基材165(例如，柴油机氧化催化器或柴油机颗粒过滤器)。
反应区160布置在主体100的内部101内、在入口开口140与出口150之间。反应区160与第一端110间隔开，以在主体内部101内限定混合区域200。这个混合区域200是在充分混合的汽化气溶胶进入反应区160之前、液体喷雾与气体流将进行混合的地方。
限流器布置(图2中未示出)可以布置在主体100的内部101内、在第一端110与反应区160之间。下文在图5的描述中给出可选的限流器布置的细节。
混合区域200包括：混合装置310；配量布置(未示出)，所述配量布置被配置成将喷雾180喷射到所述混合装置310中；以及涡旋促进器件320，所述涡旋促进器件布置在混合装置310和配量布置180的下游。
配量布置被配置成接收喷射器，以将反应物(例如，尿素水溶液)喷射到气体(例如，内燃发动机的排气气体)中，使得反应物与气体在混合区域200中混合。在所展示的情况下，喷雾180的轴线S与基本上管状的腔室的纵向轴线L不相交。
混合装置310被布置成迫使进入主体内部101的气体流在接收液体喷雾之前进行涡旋运动。所述混合装置除了穿过混合装置310的上游侧上的部分开放的壁312进入所述混合装置并且穿过混合装置310的出口开口(图2中不可见)离开所述混合装置的流之外，基本上阻挡了从所述混合装置310的上游侧到所述混合装置310的下游侧的任何气体流。部分开放的壁312还起到喷雾保护器的作用。
部分开放的壁312和封闭的壁313可以是两个单独形成的件、与基本上管状的腔室202的任何壁不同、并且连结在一起，以便形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体。这些单独形成的件可以由相同的材料形成，或者它们可以由不同的材料形成。例如，部分开放的壁312可以由一种类型的金属形成，而封闭的壁313可以由另一种类型的金属形成。这些单独形成的件可以通过任何合适的手段(考虑它们的材料属性)连结在一起。这些单独形成的件可以通过以适合于固定单独形成的件的相对位置的方式将每个分开的件与一个或多个其他的件连结而间接地连结。
涡旋促进器件320布置在配量布置与可选的限流器布置之间，使得穿过第二涡旋促进器件320的气体流在可选地进入限流通路之前环绕着涡旋(由此液滴由于离心力而被迫径向地向外)。
涡旋促进器件320可以包括挡板，所述挡板限定了多个勺状物、管道、遮板、或其他方向调节构件。在不失一般性的情况下，图2的涡旋促进器件320被成形为限定了多个遮板的挡板。优选地，由所述挡板限定的多个开口的组合开放面积至少和所述可选的限流通路的横向面积一样大。在不失一般性的情况下，图2的涡旋促进器件320布置在与主体100的轴线L垂直的平面上，但是技术人员应理解的是，借助于成某一角度放置的元件可以获得类似的效果。
优选地，混合装置310和涡旋促进器件320被布置成分别在第一角方向和第二角方向上促进涡旋，第一角方向和第二角方向相互相反。已经示出的这种布置使喷射的尿素更好地混合。
混合装置310的下游侧上的封闭的壁312的离基本上管状的腔室的纵向轴线L更远的部分与涡旋促进器件320相距的距离(如附图指示的，这例如指代d2和d3)大于所述封闭的壁312的离所述基本上管状的腔室的纵向轴线L更近的部分(d1)。因此，就在混合装置310下游的空间的外围区(d2，d3)比中心区(d1)更宽，以便容纳由于离心力而趋于积累在外围区域中的涡旋气体。
在图2所展示的系统中，主体内部101沿纵向轴线L从第一端110延伸至第二端120。配量布置被配置成使得安装至配量布置的任何喷射器的喷射轴线S与主体100的纵向轴线L不同轴。然而，发明人已经发现，这种线性布置对于获得本发明的优点并非严格必需的。
根据本发明的系统的实施例可以进一步包括布置在混合区域200中的定向流膨胀装置(未示出)。此定向流膨胀装置可以包括限定了多个开口的挡板。可以在唐纳森公司(Donaldson Company,Inc.)名下的国际专利申请公开号WO 2015/130789 A1中发现流膨胀装置的另外的细节，为此目的，所述国际专利申请的内容通过援引并入。
图3表示了图2展示的作为系统的一部分的、根据本发明的实施例的混合装置310的另外的细节。图3表示了用于将来自喷射器的喷雾混入穿过基本上管状的腔室(图3中未示出)从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置310；术语“上游”和“下游”指代要处理的气体在基本上管状的腔室内部的流动方向，如图3中由“流”标记的箭头指示的。
混合装置310包括用于接收来自喷射器(未示出)的喷雾(未示出)的喷雾入口开口311。
混合装置310包括在喷雾的上游一侧上的部分开放的壁312。在所展示的情况下，部分开放的壁312包括具有穿孔的壁，例如金属片。所述穿孔中的一些或所有穿孔可以设有遮板(未示出)，以引导气体沿特定方向流入腔体中，从而产生涡旋运动。
在所展示的情况下，部分开放的壁312至少部分地遵循与喷雾的外边界平行的圆锥形表面。实际上，除了小的平整的上游部分315和缺少的下游部分以外，用作部分开放的壁312的穿孔金属板总体上限定了截头圆锥形表面，所述缺少的下游部分通过布置在喷雾的下游一侧上的封闭的壁313封闭。封闭的壁313沿接近所述喷雾入口开口311的方向朝向上游侧弯曲或渐缩，如由间隙标识□示意性地指示的，所述间隙在封闭的壁313从中心位置开始的切线(虚线)与封闭的壁313的表面在更靠近入口开口311的点处的位置之间。
混合装置310进一步包括出口开口314，所述出口开口在与所述喷射器的轴线S相交的平面上；图3中由竖直的点划线指示轴线S。在所展示的情况下，出口开口314基本上垂直于所述喷射器的喷射轴线S。喷雾分散器(未示出)(诸如，网(优选地为金属网))可以布置在出口开口314中。
封闭的壁313和部分开放的壁312一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体。喷射的喷雾穿过入口开口311进入混合腔体，并且与要处理的气体混合、穿过出口开口314离开混合腔体。要处理的气体穿过混合腔体的上游侧上的部分开放的壁312的开口进入混合腔体，并且经由出口开口314离开富含喷射的喷雾的混合腔体。
在所展示的实施例(并且在以下实施例)中，与部分开放的壁312组合以限定混合腔体的封闭的壁313是较大件的组成部分，所述较大件还存在在混合腔体两侧上的挡板部分313’、以及直接布置在出口开口314下方的空间上游的裙部部分313”。在这种布置下，较大件充当了现有技术的混合碗状物的角色，所以不需要单独的混合碗状物。虽然这是实现本发明的特别有利的方式，但是本发明不限于这种集成方法。
由于部分开放的壁312和混合腔体远离基本上管状的腔室的中心定位并且不覆盖所述基本上管状的腔室的整个宽度，因此一部分到来的气体流将撞击混合腔体两侧上的挡板部分313’的表面，并且将被所述表面朝向混合腔体引导(由“A”和“B”标记的箭头示意性地指示)。如此引导，气体将到达部分开放的壁312靠近封闭的壁313的部分并且经由部分开放的壁312中的穿孔进入混合腔体。
图4表示了根据本发明的第二实施例的用于处理排气气体的系统的截面。所展示的系统与图2的系统类似；同样的附图标记用于表示相同或类似的要素。图4的系统与图2的系统的不同之处在于混合装置310的部分开放的壁312的形状。如前文，部分开放的壁312的形状部分地遵循喷射的喷雾的圆锥形边界。然而，在本情况下，部分开放的壁312在离喷射器的轴线S更远的点处连结封闭的壁313。已经发现这种与第一实施例的圆柱形对称性偏离的布置引起气体流中更大的湍流量，这有助于将喷雾液滴更好地混入气体流中。
图5表示了根据本发明的第二实施例的用于处理排气气体的系统的分解视图。除了具体考虑的部分开放的壁312的形状之外，结合图5描述的任何特征、选项、和优点同样适用于本发明的上述第一实施例。
为了清楚起见，未示出主体。读者应了解的是，只有当所展示的部件被适当地布置在包含在入口侧与出口侧之间流动的气体的基本上管状的腔室中时，这些部件才实现其所描述的功能。如上，术语“上游”和“下游”指代要处理的气体在基本上管状的腔室内部的流动方向(即，在所展示的取向下为从左向右)。
配量布置优选地被配置成使得安装至配量布置的任何喷射器的喷射轴线S与主体的纵向轴线L不同轴。
未示出可能存在在混合区域中的可选的定向流膨胀装置。
图5的左侧示出的部件组合以形成用于将来自喷射器的喷雾180混入穿过基本上管状的腔室从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置310。在不失一般性的情况下，喷雾180被展示为圆锥形喷雾。
当组装好时，混合装置310包括用于接收来自喷射器(未示出)的喷雾180的喷雾入口开口311。
混合装置310包括在喷雾180的上游一侧上的部分开放的壁312。在所展示的情况下，部分开放的壁312包括具有穿孔的壁，例如金属片。所述穿孔中的一些或所有穿孔可以设有遮板(未示出)，以引导气体沿特定方向流入腔体中，从而产生涡旋运动。
在所展示的情况下，部分开放的壁312至少部分地遵循与预期喷雾图案的外边界平行的基本上圆锥形的表面。实际上，除了缺少的下游部分以外，用作部分开放的壁312的穿孔金属板总体上限定了截头圆锥形表面，所述缺少的下游部分通过布置在喷雾180的下游一侧上的封闭的壁313封闭。
混合装置310进一步包括出口开口314，所述出口开口(当组装好时)在与喷射器的轴线S相交的平面上。在所展示的情况下，出口开口314基本上垂直于所述喷射器的喷射轴线S。在所展示的情况下，喷雾分散器325(诸如，网(优选地为金属网))布置在出口开口314中。
封闭的壁313和部分开放的壁312一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体。喷射的喷雾180穿过入口开口311进入混合腔体，并且与要处理的气体混合、穿过出口开口314离开混合腔体。要处理的气体穿过混合腔体的上游侧上的部分开放的壁312的开口进入混合腔体，并且经由出口开口314离开富含喷射的喷雾的混合腔体。
如以上所描述的，涡旋促进器件320布置在混合装置310的下游。在所展示的示例中，所述涡旋促进器件具有带有环形入口区的基本上平面的本体，所述环形入口区由可以设有遮板的开口构成。在根据本发明的混合装置的一些实施例中，混合装置的下游侧被成形成限定螺旋状凹槽，所述螺旋状凹槽用于在下游方向上周向地引导来自出口开口的气体。在所展示的示例中，混合装置310(尤其是封闭的壁313和延伸所述封闭的壁的挡板部分313’)沿接近所述喷雾入口开口311的方向朝向上游侧弯曲或渐缩。这种形式方面限定了在混合装置310与就布置在所述混合装置下游的涡旋促进器件320之间的基本上螺旋状的开放空间，所述基本上螺旋状的开放空间用作引导通道400，所述引导通道允许气体从出口开口314流向涡旋促进器件320的环形入口区。
所展示的示例包括另外可选的特征，即混合碗状物318的表面的上部部分背离大致渐缩的方向向后(朝向下游侧)折叠，从而在形成螺旋状凹槽的一部分(如从下游侧所见)的同时形成围绕入口开口的漏斗部(如从上游侧所见)，所述螺旋状凹槽限定了用于在下游方向上周向地引导来自出口开口的气体的螺旋状空间。在本发明的变体中，这个向后折叠的部分可以再进一步向下(朝向主体的轴线L)延伸，甚至延伸至螺旋状凹槽采取自身闭合的表面的形式的程度(即，在其轴向端部处卷起开口)，从而限定界定螺旋状空间的管状结构。更一般地，单独考虑或结合另一个适当地布置在封闭的壁313下游的元件(诸如所展示的涡旋促进器件320)考虑，螺旋状空间可以由封闭的壁313内的或所述封闭的壁的一部分的任何适当的结构(即，实际凹槽本身或任何其他适当形成的特征)界定。
在没有协作元件时，螺旋状空间可以存在在封闭的壁313的下游侧的形式特征(即，实际凹槽本身或任何其他适当形成的特征)与穿过所述下游侧的最下游点、横向于管状腔室的轴线L的平面之间。因此，在这种情况下，封闭的壁313的下游侧包括诸如凹槽等形式特征，所述凹槽相对于与所述下游侧相切的横向表面界定螺旋状空间。
在所展示的情况下，限流器布置330设置在混合装置310和涡旋促进器件320的下游。限流器布置330可以是设有一个或多个开口的横向板。在示例中，限流器布置330是设有圆形中心开口和围绕中心开口布置的多个较小的开口的横向板。所述开口或每个开口可以是仅孔口，其轴向范围与板的厚度相同，或其周边可以替代性地设有选定长度的轴向突起，所述轴向突起因此形成从板的表面突出的管(未示出)。开口或开口的图案使板的环状径向外部部分保留在位，以阻挡气体流沿主体内部的边缘穿过限流器布置330。可以使用限流器布置330的其他形状来获得相同或基本上相同的效果，诸如(不限于)多个向内指向的外围齿。
图6表示了如图4和图5中包括的根据本发明的实施例的混合装置的细节。图6的混合装置310与图3的混合装置310的不同之处在于部分开放的壁312的形状。如前文，部分开放的壁312的形状部分地遵循喷射的喷雾的圆锥形边界。然而，在本情况下，部分开放的壁312在离喷射器的轴线S更远的点处连结封闭的壁313。由于部分开放的壁312和混合腔体远离基本上管状的腔室的中心定位并且不覆盖所述基本上管状的腔室的整个宽度，因此一部分到来的气体流将撞击混合腔体两侧上的挡板部分313’的表面，并且将被所述表面朝向混合腔体引导。如此引导，气体将到达部分开放的壁312靠近封闭的壁313的部分并且经由部分开放的壁312中的开口进入混合腔体。本实施例的部分未折叠的布置存在用于气体流的更多数量的穿孔，因此促进气体流进入混合腔体。
图7表示了根据本发明的第三实施例的混合装置的细节。图7的混合装置310与图3的混合装置310的不同之处在于部分开放的壁312的形状。如前文，部分开放的壁312的形状部分地遵循喷射的喷雾的圆锥形边界。然而，在这种情况下，部分开放的壁312在接近封闭的壁313的区中设有附加的遮板316。由于部分开放的壁312和混合腔体远离基本上管状的腔室的中心定位并且不覆盖所述基本上管状的腔室的整个宽度，因此一部分到来的气体流将撞击混合腔体两侧上的挡板部分313’的表面，并且将被所述表面朝向混合腔体引导。如此被引导，气体将到达部分开放的壁312靠近封闭的壁313的部分并且经由有遮板的狭缝316进入混合腔体。
图8和图9呈现了根据本发明的第四实施例的混合装置的细节，在这些实施例的示例中，混合装置包括混合腔体和混合碗状物，其中，混合碗状物的下游侧被成形成限定螺旋状凹槽，所述螺旋状凹槽用于在下游方向上周向地引导来自出口开口的气体。
图8表示了根据本发明的第四实施例的用于处理排气气体的系统的分解视图。
如图5，为了清楚起见，图8中未示出主体。读者应了解的是，只有当所展示的部件被适当地布置在包含在入口侧与出口侧之间流动的气体的基本上管状的腔室中时，这些部件才实现其所描述的功能。如上，术语“上游”和“下游”指代要处理的气体在基本上管状的腔室内部的流动方向(即，在所展示的取向下为从左向右)。
配量布置优选地被配置成使得安装至配量布置的任何喷射器的喷射轴线S与主体的纵向轴线L不同轴。
未示出可能存在在混合区域中的可选的定向流膨胀装置。
图8的左侧示出的部件组合以形成用于将来自喷射器的喷雾180混入穿过基本上管状的腔室从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置310。在不失一般性的情况下，喷雾180被展示为圆锥形喷雾。
当组装好时，混合装置310包括用于接收来自喷射器(未示出)的喷雾180的喷雾入口开口311。
混合装置310包括混合腔体317和混合碗状物318。在所展示的情况下，混合腔体317包括具有穿孔的壁，例如金属片。所述穿孔中的一些或所有穿孔可以设有遮板(未示出)，以引导气体沿特定方向流入腔体中，从而产生涡旋运动。
在所展示的情况下，混合腔体317至少部分地遵循与预期喷雾图案的外边界平行的基本上圆锥形的表面。实际上，用作混合腔体317的穿孔金属板总体上限定了截头圆锥形表面。穿孔可以存在在混合腔体317的整个表面的一部分或全部上。混合腔体的其他形状以及开口或穿孔在遮罩物中的其他分布也在本发明的范围内。
在所展示的示例中，穿孔存在在遮罩物的面向混合碗状物318的上部挡板部分(图9中的附图标记318’)的那部分，从而确保混合腔体317主要接收已经被所述上部挡板部分偏转的气体。因此，混合碗状物318充当了先前实施例的封闭的壁的角色，即其阻挡了气体流在不穿过混合腔体和设置在混合碗状物318中的出口开口314的情况下进一步向下游移动，并且朝向混合腔体317引导气体。出口开口314优选地设置在混合碗状物318的台阶部分(图9中的附图标记318”’)中、(当组装好时)在与喷射器的轴线S相交的平面上。在所展示的情况下，出口开口314基本上垂直于所述喷射器的喷射轴线S。在所展示的情况下，喷雾分散器325(诸如，网(优选地为金属网))布置在出口开口314中。
喷射的喷雾180穿过入口开口311进入混合腔体317并且与要处理的气体混合、穿过腔体的出口开口离开混合腔体317(在所展示的情况下，宽的开放端在截头圆锥形管的底部)，所述腔体的出口开口与混合碗状物318的出口开口314对准。要处理的气体穿过遮罩物中的穿孔进入混合腔体317，并且经由腔体的出口开口离开富含喷射的喷雾的混合腔体，所述腔体的出口开口与混合碗状物318的出口开口314对准。
如以上所描述的，涡旋促进器件320布置在混合装置310的下游。在所展示的示例中，所述涡旋促进器件具有带有环形入口区的基本上平面的本体，所述环形入口区由可以设有遮板的开口构成。在根据本发明的混合装置的一些实施例中，混合装置的下游侧被成形成限定螺旋状凹槽，所述螺旋状凹槽用于在下游方向上周向地引导来自出口开口的气体。在所展示的示例中，混合装置310(尤其是混合碗状物318)沿接近所述喷雾入口开口311的方向朝向上游侧弯曲或渐缩。这种形式方面限定了在混合装置310与就布置在所述混合装置下游的涡旋促进器件320之间的基本上螺旋状的开放空间，所述基本上螺旋状的开放空间用作引导通道400，所述引导通道允许气体从出口开口314流向涡旋促进器件320的环形入口区。
在所展示的情况下，限流器布置330设置在混合装置310和涡旋促进器件320的下游。限流器布置330可以是设有一个或多个开口的横向板。在示例中，限流器布置330是设有圆形中心开口和围绕中心开口布置的多个较小的开口的横向板。所述开口或每个开口可以是仅孔口，其轴向范围与板的厚度相同，或其周边可以替代性地设有选定长度的轴向突起，所述轴向突起因此形成从板的表面突出的管(未示出)。开口或开口的图案使板的环状径向外部部分保留在位，以阻挡气体流沿主体内部的边缘穿过限流器布置330。可以使用限流器布置330的其他形状来获得相同或基本上相同的效果，诸如(不限于)多个向内指向的外围齿。
图9表示了如图8中包括的根据本发明的实施例的混合装置的细节。由于混合腔体317远离基本上管状的腔室的中心定位并且不覆盖所述基本上管状的腔室的整个宽度，因此一部分到来的气体流将撞击混合腔体317两侧上的上部挡板部分318’的表面，并且将被所述表面朝向混合腔体317引导。如此引导，气体将到达混合腔体317的遮罩物的穿孔部分并且穿过穿孔进入。
类似于图3、图6和图7的封闭的壁313，碗状物318沿接近所述喷雾入口开口311的方向朝向上游侧弯曲或渐缩，如由间隙标识□示意性地指示的，所述间隙在从碗状物318的台阶部分318”’的下游侧开始的竖直平面(虚线)与碗状物318的表面在更靠近入口开口311的点处的位置之间。这种渐缩有助于产生前述螺旋状凹槽。
图9进一步示出了另外可选的特征，即混合碗状物318的表面的上部部分背离大致渐缩的方向向后(朝向下游侧)折叠，从而在形成螺旋状凹槽的一部分(如从下游侧所见)的同时形成围绕混合腔体317的入口开口311的漏斗部(如从上游侧所见)，所述螺旋状凹槽限定了前述螺旋状空间。在本发明的变体中，这个向后折叠的部分可以再进一步向下(朝向主体的轴线L)延伸，甚至延伸至螺旋状凹槽采取自身闭合的表面的形式的程度(即，在其轴向端部处卷起开口)，从而限定界定螺旋状空间的管状结构。更一般地，单独考虑或结合另一个适当地布置在混合碗状物318下游的元件(诸如所展示的涡旋促进器件320)考虑，螺旋状空间可以由混合碗状物318内的或所述混合碗状物的一部分的任何适当的结构(即，实际凹槽本身或任何其他适当形成的特征)界定。
在没有协作元件时，螺旋状空间可以存在在混合碗状物318的下游侧的形式特征(即，实际凹槽本身或任何其他适当形成的特征)与穿过所述下游侧的最下游点、横向于管状腔室的轴线L的平面之间。因此，在这种情况下，混合碗状物318的下游侧包括诸如凹槽等形式特征，所述凹槽相对于与所述下游侧相切的横向表面界定螺旋状空间。
本发明还涉及一种用于处理排气的排气处理装置，所述排气处理装置包括上述用于处理排气气体的系统，其中，后处理基材(例如柴油机颗粒过滤器、过滤器上的选择性催化还原、或常规选择性催化还原基材)布置在反应区160中，并且其中，入口布置被适配成接收内燃发动机的排气流。液体喷雾可以由尿素溶液(例如可以名称AdBlue和DEF商购的共晶尿素/水溶液)构成。
本发明还涉及一种机动车辆，所述机动车辆包括上述排气处理装置，所述排气处理装置被布置用于处理车辆的内燃发动机产生的排气的目的。
虽然上文已经参照特定实施例描述了本发明，但是这样做是为了阐明而不是限制本发明，本发明的范围将参照所附权利要求来确定。特别地，仅在特定实施例的背景下描述的变体和要素可以与其他实施例的特征相组合，以获得相同的技术效果。

Claims (20)

1.一种用于将来自喷射器的喷雾(180)混入穿过基本上管状的腔室(202)从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置(310)，所述混合装置(310)包括：
-在所述喷雾(180)的上游一侧上的部分开放的壁(312)；以及
-在所述喷雾(180)的下游一侧上的封闭的壁(313)；
所述封闭的壁(313)和所述部分开放的壁(312)一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体，所述混合腔体包括：
-喷雾入口开口(311)，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的圆锥形喷雾(180)；以及
-出口开口(314)，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上；
其特征在于，所述混合装置(310)的下游侧被成形成限定螺旋状凹槽，所述螺旋状凹槽用于在下游方向上周向地引导来自所述出口开口(314)的所述气体。
2.根据权利要求1所述的混合装置(310)，其中，所述部分开放的壁(312)是气体可透过的。
3.根据权利要求1所述的混合装置(310)，其中，所述部分开放的壁(312)包括具有穿孔的壁。
4.根据权利要求3所述的混合装置(310)，其中，所述穿孔中的至少一些穿孔设有遮板。
5.根据前述权利要求中任一项所述的混合装置(310)，其中，所述部分开放的壁(312)至少部分地遵循与所述喷雾(180)的外边界平行的圆锥形表面。
6.根据前述权利要求中任一项所述的混合装置(310)，其中，所述出口开口(314)基本上垂直于所述喷射器的喷射轴线。
7.根据前述权利要求中任一项所述的混合装置(310)，进一步包括布置在所述出口开口中的喷雾分散器。
8.根据权利要求5所述的混合装置(310)，其中，所述喷雾分散器是网。
9.根据前述权利要求中任一项所述的混合装置(310)，其中，所述封闭的壁(313)沿接近所述喷雾入口开口(311)的方向朝向所述上游侧弯曲或渐缩。
10.一种用于将来自喷射器的喷雾(180)混入穿过基本上管状的腔室(202)从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置(310)，所述混合装置(310)包括：
-混合腔体(317)；以及
-混合碗状物(318)，
所述混合腔体包括：
-喷雾入口开口(311)，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的圆锥形喷雾(180)；以及
-出口开口，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上；
其中，所述混合腔体(317)被布置成使得其出口开口与所述混合碗状物的对应的出口开口(317)处于流体连通；
其特征在于，所述混合碗状物的下游侧被成形成限定螺旋状凹槽，所述螺旋状凹槽用于在下游方向上周向地引导来自所述出口开口(314)的所述气体。
11.根据权利要求10所述的混合装置(310)，其中，所述混合腔体由混合管形成。
12.根据权利要求11所述的混合装置(310)，其中，所述混合管被成形为至少在其遮罩物的上游部分具有穿孔的圆柱形或截头圆锥形管道，或被成形为圆柱形或截头圆锥形的网状表面。
13.一种用于将来自喷射器的喷雾(180)混入穿过基本上管状的腔室(202)从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置(310)，所述混合装置(310)包括：
-在所述喷雾(180)的上游一侧上的部分开放的壁(312)；以及
-在所述喷雾(180)的下游一侧上的封闭的壁(313)；
所述封闭的壁(313)和所述部分开放的壁(312)一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体，所述混合腔体包括：
-喷雾入口开口(311)，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的圆锥形喷雾(180)；以及
-出口开口(314)，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上；
其特征在于，所述部分开放的壁(312)和所述封闭的壁(313)是两个单独形成的件、与所述基本上管状的腔室(202)的任何壁不同、并且连结在一起，以便形成所述自身闭合的表面，从而限定所述混合腔体。
14.一种用于将来自喷射器的喷雾(180)混入穿过基本上管状的腔室(202)从上游侧流向下游侧的气体中的混合装置(310)，所述混合装置(310)包括：
-在所述喷雾(180)的上游一侧上的部分开放的壁(312)；以及
-在所述喷雾(180)的下游一侧上的封闭的壁(313)；
所述封闭的壁(313)和所述部分开放的壁(312)一起形成自身闭合的表面，从而限定混合腔体，所述混合腔体包括：
-喷雾入口开口(311)，所述喷雾入口开口用于接收来自所述喷射器的圆锥形喷雾(180)；以及
-出口开口(314)，所述出口开口在与所述喷射器的轴线相交的平面上；
其特征在于，所述封闭的壁(313)是较大件的组成部分，所述较大件还存在在所述混合腔体两侧上的挡板部分(313’)、以及直接布置在所述出口开口(314)下方的空间上游的裙部部分(313”)。
15.一种用于处理排气气体的系统，所述系统包括：
-接收要处理的排气气体流的基本上管状的腔室(202)；
-根据前述权利要求中任一项所述的混合装置(310)；以及
-喷射器，所述喷射器被布置成将所述喷雾(180)喷射到所述喷雾入口开口(311)中。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述喷雾(180)的轴线与所述基本上管状的腔室的纵向轴线不相交。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，其中，所述混合装置(310)被布置成除了穿过所述部分开放的壁(312)进入所述混合装置(310)并且穿过所述出口开口(314)离开所述混合装置(310)的流之外，基本上阻挡了从所述混合装置(310)的上游侧到所述混合装置(310)的下游侧的任何气体流。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的系统，进一步包括在所述混合装置(310)下游的涡旋促进器件(320)，其中，所述封闭的壁(312)的离所述基本上管状的腔室的纵向轴线更远的部分与所述涡旋促进器件(320)相距的距离大于所述封闭的壁(312)的离所述基本上管状的腔室的所述纵向轴线更近的部分。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的系统，进一步包括在所述混合装置(310)下游的基本上平面的涡旋促进器件(320)，所述基本上平面的涡旋促进器件(320)具有环形入口区，其中，所述混合装置(310)被成形成在所述混合装置(310)与所述基本上平面的涡旋促进器件(320)之间开设有螺旋状空间，所述螺旋状空间用作从所述出口开口(314)到所述环形入口区的流动通道。
20.一种后处理装置，包括：
-限定主体(100)的导管，所述导管具有纵向轴线(L)和横截面面积；
-涡旋挡板(320)，所述涡旋挡板布置在所述主体(100)内；以及
-混合装置(310)，所述混合装置布置在所述主体(100)内、在所述涡旋挡板(320)的上游，所述混合装置(310)延伸跨过所述主体(100)的横截面面积，所述混合装置(130)包括至少部分开放的壁(312)以及在所述至少部分开放的壁(312)下游的封闭的壁(313)，所述封闭的壁(313)和所述至少部分开放的壁(312)一起限定了从在所述混合装置(130)上游的第一区域通向在所述混合装置(130)下游并且在所述涡旋挡板(320)上游的第二区域的混合腔体，所述混合腔体相对于所述主体(100)的纵向轴线(L)成一定角度延伸，所述混合装置(310)被成形成使得所述第二区域的外围区(d2，d3)比所述第二区域的中心区(d1)更宽。
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