CN112459879A - U型后处理的分流式混合器 - Google Patents

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CN112459879A CN202011635210.XA CN202011635210A CN112459879A CN 112459879 A CN112459879 A CN 112459879A CN 202011635210 A CN202011635210 A CN 202011635210A CN 112459879 A CN112459879 A CN 112459879A
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牛雨飞
徐谦
李江飞
朱海艳
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Wuxi Yili Environmental Protection Technology Co Ltd
Hebei Yili Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种U型后处理的分流式混合器，前外壳与后外壳之间竖直设置有挡板，挡板与后外壳之间设置若干第一导流板、及位于第一导流板下侧的第二导流板；在挡板与后外壳之间，位于第一导流板及第二导流板外侧的环形腔体为进气腔；挡板上部开设进气口，挡板下部开设扰流孔；第一导流板位于进气腔上部，第一导流板上开设上部进气流道；第二导流板上开设下部进气流道。本发明的进气腔为环形通道，尾气气流沿环形通道流动，避免了混合器内部存在气流流动死区，环形通道内尾气气流对其覆盖的挡板、后外壳、第一导流板及第二导流板的各壁面进行充分预热，避免了各壁面存在局部温度过低的区域，降低了尿素结晶的风险。

Description

U型后处理的分流式混合器
技术领域
本发明涉及汽车尾气后处理技术领域，尤其是一种U型后处理的分流式混合器。
背景技术
随着国六排放法规的实施，国家针对发动机排放限值越来越严格。目前，柴油机通常采用DOC（氧化性催化剂）+DPF（颗粒过滤器）+SCR (选择性催化还原)技术对尾气排放进行后处理，其中，SCR部分主要是通过尿素喷射系统喷射出的尿素溶液在一定温度下转化成氨气（NH3），与柴油机尾气中NOx（氮氧化物）混合，在催化剂的作用下还原为对大气无污染的氮气（N2）和水（H2O）。
由于受限于发动机机舱及整车有限的布置空间，对后处理系统的空间尺寸要求严格，因此用于布置混合器的空间有限；现有的混合器为了在有限的空间内实现混合尿素液滴与尾气气流的目的，通常在混合器内设计节流结构，节流结构通过局部流速增大从而加强紊流，使得尿素液滴破碎，达到尿素液滴蒸发并与尾气气流混合的目的。但是，现有具有节流结构的混合器对空间利用率较低，造成局部面预热不够，尿素液滴喷射挥发不够充分，尿素结晶风险较大。
发明内容
本申请人针对上述现有尾气后处理系统的混合器存在空间利用率较低，局部面预热不够，尿素液滴挥发不够充分，尿素结晶风险较大等缺点，提供一种结构合理的U型后处理的分流式混合器，空间利用率高，对各壁面充分预热，尿素液滴充分挥发，尿素结晶风险小。
本发明所采用的技术方案如下：
一种U型后处理的分流式混合器，前外壳固定在后外壳上，前外壳的上部设有进气筒，前外壳下部与进气筒同侧设有出气筒；前外壳与后外壳之间竖直设置有挡板，挡板与后外壳之间设置若干第一导流板、及位于第一导流板下侧的第二导流板，若干第一导流板沿前后向纵截面对称布置；在挡板与后外壳之间，位于第一导流板及第二导流板外侧的环形腔体为进气腔，位于第一导流板内侧及孔板上侧的腔体为喷射腔，位于孔板下侧及第二导流板内侧的腔体为混合腔；
挡板上部开设进气口，挡板下部开设扰流孔，进气口连通进气腔，扰流孔连通混合腔；
第一导流板位于进气腔上部，第一导流板上开设若干第一进气孔，第一进气孔成为上部进气流道、连通进气腔上部腔体与喷射腔；第一进气孔上设置有第一叶片；
第二导流板位于进气腔下部，第二导流板上开设若干第二进气孔，第二进气孔成为下部进气流道、连通进气腔下部腔体与混合腔；第二进气孔上设置有第二叶片。
本发明的进气腔为环形通道，尾气气流沿环形通道流动，避免了混合器内部存在气流流动死区，环形通道内尾气气流对其覆盖的挡板、后外壳、第一导流板及第二导流板的各壁面进行充分预热，避免了各壁面存在局部温度过低的区域，降低了尿素结晶的风险。进气腔内的尾气气流分别通过上部进气流道及下部进气流道分流，部分尾气从上部进气流道进入喷射腔与尿素液滴混合、经孔板进入混合腔，另一部分尾气经下部进气流道进入混合腔、与另一股尾气气流运动汇合，增加了气流的湍流度，使得尿素溶液与尾气的混合速率增加，更进一步对尿素液滴进行分散及预加热，同时也延长了气流对尿素液滴的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素液滴充分吸热挥发，降低了尿素结晶的风险。
作为上述技术方案的进一步改进：
挡板与前外壳之间的中部位置水平横置有隔板；
使用时，进气腔内的尾气气流分别通过上部进气流道及下部进气流道分流，部分尾气从上部进气流道进入喷射腔与尿素液滴混合、经孔板进入混合腔，另一部分尾气经下部进气流道进入混合腔、与另一股尾气气流运动汇合。
本发明的隔板对挡板与前外壳的间隙进行阻隔，避免尾气气流直接从二者之间的间隙流出混合器而影响尾气的转化效率。
挡板从上至下依次为梯形部、收腰部、圆形部；梯形部上小下大，收腰部两侧腰的轮廓尺寸及圆形部的外周轮廓尺寸与后外壳相应的侧壁面轮廓相匹配；梯形部位于进气筒内侧，在梯形部的两腰外侧分别形成有进气口；圆形部位于出气筒内侧，圆形部的板面上开设若干扰流孔。
若干第一导流板设置在挡板的梯形部的两腰内侧，两块第一导流板分别铅垂线向外倾斜布置；两第一导流板之间的夹角与尿素喷雾锥角一致，第一导流板与铅垂线之间的夹角α范围为10～20度。
第一导流板的第一叶片朝向喷射腔向内、斜向下开口，第一叶片的开口方向与尿素喷射方向同向。
本发明的第一叶片引导尾气气流朝斜向下的角度进入喷射腔，使进入喷射腔的气流方向与尿素喷嘴喷射的尿素喷束方向一致，减小了气流对尿素喷束的冲击，防止尿素喷束受气流影响而直接撞击第一导流板的壁面，降低了尿素结晶的风险。
第一导流板的若干第一进气孔的开孔面积从上之下依次减小，对应的第一叶片的面积从上之下也依次减小。
本发明的第一进气孔的开孔面积从上之下依次减小，对应的第一叶片的面积从上之下也依次减小，这样从各第一进气孔进入的气流会存在进气差异，使得喷射腔的气流沿尿素喷射方向依次增多，对喷射的尿素液滴起到有效的分散及预加热作用，同时也延长了气流对尿素液滴的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素液滴充分吸热挥发，避免尿素液滴掉落到对应部件的内壁面上而形成尿素结晶，降低了尿素结晶的风险。
第一导流板的后侧边缘开设有若干缺口，在第一导流板的后侧边缘与后外壳的内壁面之间形成若干气流通道。
本发明的第一导流板的后侧边缘与后外壳的内壁面之间形成若干气流通道，进气腔的部分尾气气流沿着若干后外壳内壁面流动、从若干气流通道进入喷射腔内，对后外壳的壁面进行充分预热，使滴落的尿素液滴充分吸热挥发，降低尿素结晶的风险。
第二导流板的上部为相对的两竖板部、下部为优弧形的弧板部，两竖板部在弧板部上侧形成收腰结构；两竖板部位于后外壳中间收腰的部位内侧，弧板部位于后外壳下部、出气筒内侧；两竖板部的上边缘与两块第一导流板的下边缘连接。
第二导流板的第二叶片朝向进气腔向外开口。
本发明的第二导流板的两竖板部在弧板部上侧形成收腰结构，有利于减小气流的流动分离，更利于尿素液滴充分吸热挥发，同时也提高了气流流经孔板的流速，减小了尿素液滴在孔板处的结晶风险及流动损失。第二叶片朝向进气腔向外开口，第二叶片引导尾气气流向外流向后外壳下部的侧壁面上，对后外壳下部的侧壁面进行预热，避免后外壳局部温度过低，降低了尿素结晶的风险。
第一导流板下部之间水平设置有孔板，孔板上开设若干通孔；孔板为下凹的球面形板；后外壳的顶部设置有喷嘴座，喷嘴座正对喷射腔，喷嘴座内设置尿素喷嘴。
本发明的孔板为下凹的球面形板，加速了尿素大粒径液滴的破碎，更有利于尿素溶液充分吸热挥发，降低尿素结晶的风险。
本发明的有益效果如下：
本发明的进气腔为环形通道，尾气气流沿环形通道流动，避免了混合器内部存在气流流动死区，环形通道内尾气气流对其覆盖的挡板、后外壳、第一导流板及第二导流板的各壁面进行充分预热，避免了各壁面存在局部温度过低的区域，降低了尿素结晶的风险。进气腔内的尾气气流分别通过上部进气流道及下部进气流道分流，部分尾气从上部进气流道进入喷射腔与尿素液滴混合、经孔板进入混合腔，另一部分尾气经下部进气流道进入混合腔、与另一股尾气气流运动汇合，增加了气流的湍流度，使得尿素溶液与尾气的混合速率增加，更进一步对尿素液滴进行分散及预加热，同时也延长了气流对尿素液滴的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素液滴充分吸热挥发，降低了尿素结晶的风险。
本发明的隔板对挡板与前外壳的间隙进行阻隔，避免尾气气流直接从二者之间的间隙流出混合器而影响尾气的转化效率。
本发明的第一叶片引导尾气气流朝斜向下的角度进入喷射腔，使进入喷射腔的气流方向与尿素喷嘴喷射的尿素喷束方向一致，减小了气流对尿素喷束的冲击，防止尿素喷束受气流影响而直接撞击第一导流板的壁面，降低了尿素结晶的风险。
本发明的第一进气孔的开孔面积从上之下依次减小，对应的第一叶片的面积从上之下也依次减小，这样从各第一进气孔进入的气流会存在进气差异，使得喷射腔的气流沿尿素喷射方向依次增多，对喷射的尿素液滴起到有效的分散及预加热作用，同时也延长了气流对尿素液滴的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素液滴充分吸热挥发，避免尿素液滴掉落到对应部件的内壁面上而形成尿素结晶，降低了尿素结晶的风险。
本发明的第一导流板的后侧边缘与后外壳的内壁面之间形成若干气流通道，进气腔的部分尾气气流沿着若干后外壳内壁面流动、从若干气流通道进入喷射腔内，对后外壳的壁面进行充分预热，使滴落的尿素液滴充分吸热挥发，降低尿素结晶的风险。
本发明的第二导流板的两竖板部在弧板部上侧形成收腰结构，有利于减小气流的流动分离，更利于尿素液滴充分吸热挥发，同时也提高了气流流经孔板的流速，减小了尿素液滴在孔板处的结晶风险及流动损失。第二叶片朝向进气腔向外开口，第二叶片引导尾气气流向外流向后外壳下部的侧壁面上，对后外壳下部的侧壁面进行预热，避免后外壳局部温度过低，降低了尿素结晶的风险。
本发明的孔板为下凹的球面形板，加速了尿素大粒径液滴的破碎，更有利于尿素溶液充分吸热挥发，降低尿素结晶的风险。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为图1的爆炸图。
图3为图1的前视图。
图4为图3的A-A截面剖视图。
图5为拆除前外壳、进气筒、出气筒、挡板、隔板后的前视图。
图中：1、前外壳；2、后外壳；3、进气筒；4、出气筒；5、喷嘴座；6、挡板；61、梯形部；62、收腰部；63、圆形部；64、扰流孔；7、隔板；8、第一导流板；81、第一进气孔；82、第一叶片；83、缺口；9、第二导流板；91、竖板部；92、弧板部；93、第二进气孔；94、第二叶片；10、孔板；11、进气口；101、进气腔；102、喷射腔；103、混合腔。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2、图3所示，本发明整体沿纵轴的横截面为花生壳形状，其前外壳1固定在后外壳2上，在前外壳1与后外壳2之间形成内部空腔；前外壳1的上部设有圆筒形的进气筒3，下部与进气筒3同侧设有圆筒形的出气筒4；前外壳1与后外壳2之间沿径向竖直设置有挡板6；挡板6与前外壳1之间的中部位置水平横置有隔板7，对挡板6与前外壳1的间隙进行阻隔，避免尾气气流直接从二者之间的间隙流出混合器而影响尾气的转化效率；挡板6与后外壳2之间沿轴向设置对称的若干第一导流板8、及位于第一导流板8下侧的第二导流板9，本实施例中，沿前后向纵截面对称布置有两块第一导流板8，第一导流板8下侧设置一块第二导流板9，在两块第一导流板8下部之间水平设置有孔板10，孔板10上开设若干通孔；如图4、图5所示，在挡板6与后外壳2之间，位于第一导流板8及第二导流板9外侧的环形腔体为进气腔101，位于第一导流板8内侧及孔板10上侧的腔体为喷射腔102，位于孔板10下侧及第二导流板9内侧的腔体为混合腔103，孔板10上的若干通孔连通喷射腔102与混合腔103；进气腔101为环形通道，尾气气流沿环形通道流动，避免了混合器内部存在气流流动死区，环形通道内尾气气流对其覆盖的挡板6、后外壳2、第一导流板8及第二导流板9的各壁面进行充分预热，避免了各壁面存在局部温度过低的区域，降低了尿素结晶的风险。如图1、图2、图3所示，后外壳2的顶部设置有喷嘴座5，喷嘴座5正对喷射腔102，喷嘴座5内设置尿素喷嘴（图中未示出），尿素喷嘴可以往喷射腔102内喷射尿素液滴。
如图2所示，挡板6从上至下依次为梯形部61、收腰部62、圆形部63；梯形部61上小下大，其两腰沿铅垂线向外倾斜；收腰部62两侧腰的轮廓尺寸及圆形部63的外周轮廓尺寸与后外壳2相应的侧壁面轮廓相匹配、通过焊接固定在后外壳2的侧壁面上。如图1、图3所示，梯形部61位于进气筒3内侧，在梯形部61的两腰外侧分别形成有进气口11，两进气口11连通进气腔101；圆形部63位于出气筒4内侧，圆形部63的板面上开设若干扰流孔64，若干扰流孔64连通混合腔103。
如图1、图2、图4所示，两块第一导流板8位于进气腔101上部、设置在挡板6的梯形部61的两腰内侧，两块第一导流板8分别铅垂线向外倾斜布置，两第一导流板8之间的夹角与尿素喷雾锥角一致，有利于尿素喷雾的自由发展，第一导流板8与铅垂线之间的夹角α范围为10～20度。如图2、图5所示，第一导流板8上从上之下开设若干方形的第一进气孔81，第一进气孔81成为上部进气流道、连通进气腔101上部腔体与喷射腔102，进气腔101内的部分尾气通过若干第一进气孔81进入喷射腔102与尿素液滴混合、热解；第一进气孔81上设置有方形的第一叶片82，第一叶片82朝向喷射腔102向内、斜向下开口，第一叶片82的开口方向与尿素喷射方向同向。第一叶片82引导尾气气流朝斜向下的角度进入喷射腔102，使进入喷射腔102的气流方向与尿素喷嘴喷射的尿素喷束方向一致，减小了气流对尿素喷束的冲击，防止尿素喷束受气流影响而直接撞击第一导流板8的壁面，降低了尿素结晶的风险；第一导流板8开有若干第一进气孔81，第一进气孔81的开孔面积从上之下依次减小，对应的第一叶片82的面积从上之下也依次减小，这样从各第一进气孔81进入的气流会存在进气差异，使得喷射腔102内的气流沿尿素喷射方向依次增多，对喷射的尿素液滴起到有效的分散及预加热作用，同时也延长了气流对尿素液滴的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素液滴充分吸热挥发，避免尿素液滴掉落到对应部件的内壁面上而形成尿素结晶，降低了尿素结晶的风险。第一导流板8的后侧边缘焊接固定在后外壳2的内壁面上，第一导流板8的后侧边缘开设有若干缺口83，如图4所示，在第一导流板8的后侧边缘与后外壳2的内壁面之间形成若干气流通道，进气腔101的部分尾气气流沿着若干后外壳2内壁面流动、从若干气流通道进入喷射腔102内，对后外壳2的壁面进行充分预热，使滴落的尿素液滴充分吸热挥发，降低尿素结晶的风险。
如图2、图4、图5所示，第二导流板9位于进气腔101下部，第二导流板9的上部为相对的两竖板部91、下部为优弧形的弧板部92，两竖板部91位于后外壳2中间收腰的部位内侧，弧板部92位于后外壳2下部、出气筒4内侧。两竖板部91的上边缘与两块第一导流板8的下边缘连接，孔板10设置在第一导流板8的下部、靠近竖板部91与第一导流板8的连接部位；两竖板部91在弧板部92上侧形成收腰结构，有利于减小气流的流动分离，更利于尿素液滴充分吸热挥发，同时也提高了气流流经孔板10的流速，减小了尿素液滴在孔板10处的结晶风险及流动损失。如图2、图4、图5所示，弧板部92，弧板部92相对两侧的弧面上分别开设若干方形的第二进气孔93，第二进气孔93成为下部进气流道、连通进气腔101下部腔体与混合腔103，进气腔101内的部分尾气通过若干第二进气孔93进入混合腔103，与从喷射腔102竖直进入的气流相混合，两股气流流向不同，运动汇合后，增加了气流的湍流度，使得尿素溶液与尾气的混合速率增加，更进一步对尿素液滴进行分散及预加热，同时也延长了气流对尿素液滴的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素液滴充分吸热挥发，降低了尿素结晶的风险；第二进气孔93上设置有方形的第二叶片94，第二叶片94朝向进气腔101向外开口，第二叶片94引导尾气气流向外流向后外壳2下部的侧壁面上，对后外壳2下部的侧壁面进行预热，避免后外壳2局部温度过低，降低了尿素结晶的风险。
如图2、图4、图5所示，孔板10为下凹的球面形板，加速了尿素大粒径液滴的破碎，更有利于尿素溶液充分吸热挥发，降低尿素结晶的风险。
本发明应用于U型后处理器，其进气筒3与DPF（颗粒过滤器）连接，出气筒4与SCR(选择性催化还原)连接。实际使用时，喷嘴座5内的尿素喷嘴往喷射腔102内喷射尿素液滴，经DPF处理后的尾气气流从进气筒3、经两侧的进气口11进入进气腔101内，在进气腔101内经上部进气流道及下部进气流道分流，部分尾气从上部进气流道进入喷射腔102与尿素液滴混合、经孔板10进入混合腔103，另一部分尾气经下部进气流道进入混合腔103、与另一股尾气气流运动汇合，从若干扰流孔64流出至SCR。
本发明的进气腔101为环形通道，对内部各元件的壁面进行充分预热，避免了各壁面存在局部温度过低的区域，降低了尿素结晶的风险。进气腔101内的尾气气流分别通过上部进气流道及下部进气流道分流，增加了气流的湍流度，使得尿素溶液与尾气的混合速率增加，降低了尿素结晶的风险。
以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种U型后处理的分流式混合器，前外壳（1）固定在后外壳（2）上，前外壳（1）的上部设有进气筒（3），前外壳（1）下部与进气筒（3）同侧设有出气筒（4）；其特征在于：前外壳（1）与后外壳（2）之间竖直设置有挡板（6），挡板（6）与后外壳（2）之间设置若干第一导流板（8）、及位于第一导流板（8）下侧的第二导流板（9），若干第一导流板（8）沿前后向纵截面对称布置；在挡板（6）与后外壳（2）之间，位于第一导流板（8）及第二导流板（9）外侧的环形腔体为进气腔（101），位于第一导流板（8）内侧及孔板（10）上侧的腔体为喷射腔（102），位于孔板（10）下侧及第二导流板（9）内侧的腔体为混合腔（103）；
挡板（6）上部开设进气口（11），挡板（6）下部开设扰流孔（64），进气口（11）连通进气腔（101），扰流孔（64）连通混合腔（103）；
第一导流板（8）位于进气腔（101）上部，第一导流板（8）上开设若干第一进气孔（81），第一进气孔（81）成为上部进气流道、连通进气腔（101）上部腔体与喷射腔（102）；第一进气孔（81）上设置有第一叶片（82）；
第二导流板（9）位于进气腔（101）下部，第二导流板（9）上开设若干第二进气孔（93），第二进气孔（93）成为下部进气流道、连通进气腔（101）下部腔体与混合腔（103）；第二进气孔（93）上设置有第二叶片（94）。
2.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：挡板（6）与前外壳（1）之间的中部位置水平横置有隔板（7）；
使用时，进气腔（101）内的尾气气流分别通过上部进气流道及下部进气流道分流，部分尾气从上部进气流道进入喷射腔（102）与尿素液滴混合、经孔板（10）进入混合腔（103），另一部分尾气经下部进气流道进入混合腔（103）、与另一股尾气气流运动汇合。
3.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：挡板（6）从上至下依次为梯形部（61）、收腰部（62）、圆形部（63）；梯形部（61）上小下大，收腰部（62）两侧腰的轮廓尺寸及圆形部（63）的外周轮廓尺寸与后外壳（2）相应的侧壁面轮廓相匹配；梯形部（61）位于进气筒（3）内侧，在梯形部（61）的两腰外侧分别形成有进气口（11）；圆形部（63）位于出气筒（4）内侧，圆形部（63）的板面上开设若干扰流孔（64）。
4.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：若干第一导流板（8）设置在挡板（6）的梯形部（61）的两腰内侧，两块第一导流板（8）分别铅垂线向外倾斜布置；两第一导流板（8）之间的夹角与尿素喷雾锥角一致，第一导流板（8）与铅垂线之间的夹角α范围为10～20度。
5.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：第一导流板（8）的第一叶片（82）朝向喷射腔（102）向内、斜向下开口，第一叶片（82）的开口方向与尿素喷射方向同向。
6.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：第一导流板（8）的若干第一进气孔（81）的开孔面积从上之下依次减小，对应的第一叶片（82）的面积从上之下也依次减小。
7.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：第一导流板（8）的后侧边缘开设有若干缺口（83），在第一导流板（8）的后侧边缘与后外壳（2）的内壁面之间形成若干气流通道。
8.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：第二导流板（9）的上部为相对的两竖板部（91）、下部为优弧形的弧板部（92），两竖板部（91）在弧板部（92）上侧形成收腰结构；两竖板部（91）位于后外壳（2）中间收腰的部位内侧，弧板部（92）位于后外壳（2）下部、出气筒（4）内侧；两竖板部（91）的上边缘与两块第一导流板（8）的下边缘连接。
9.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：第二导流板（9）的第二叶片（94）朝向进气腔（101）向外开口。
10.按照权利要求1所述的U型后处理的分流式混合器，其特征在于：第一导流板（8）下部之间水平设置有孔板（10），孔板（10）上开设若干通孔；孔板（10）为下凹的球面形板；后外壳（2）的顶部设置有喷嘴座（5），喷嘴座（5）正对喷射腔（102），喷嘴座（5）内设置尿素喷嘴。
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