CN114135370A - 一种旋流混合器及尾气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，公开了一种旋流混合器及尾气净化装置。该旋流混合器包括筒体、导气板、喷嘴安装座、栅板旋流管和叶片旋流管，导气板倾斜设置于筒体的内腔中将所述内腔分为前腔与后腔；导气板上的通气孔、导气孔和导气槽将进气口的气流分为三股并从出气口排出；栅板旋流管设置于前腔，叶片旋流管位于后腔，栅板旋流管和叶片旋流管同轴连接于第二板上，并通过通气孔连通。通过导气板的三股气流能将尿素和气流充分混合，两层旋流管增强旋流作用，促进尿素快速蒸发和分解形成氨气，有效降低尿素结晶风险。

Description

一种旋流混合器及尾气净化装置

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，公开了一种旋流混合器及尾气净化装置。

背景技术

随着汽车污染物排放标准的逐渐严格，柴油车尾气后处理技术是必须采用的排放控制技术措施，特别是选择性催化还原(SCR)技术，其还原剂一般选用满足GB29518-2013标准的车用尿素溶液。目前的重型柴油机的主流技术路线为氧化催化单元(DOC)+颗粒捕集单元(DPF)+选择性催化还原转化单元(SCR)和氨氧化催化单元(ASC)串联组合而成。尤其是轻型车，结构布置要求紧凑，尿素混合距离较短。随着柴油汽车污染物排放标准的升级，其尾气后处理装置相比之前的混合结构更为复杂，对于抗尿素结晶的要求更高。为满足现有标准下柴油车的需求，需要设计一种结构体积相对更小、尿素混合更均匀的混合结构。

现有技术中，为了降低结晶风险，采用可拆卸式尿素混合结构进行处理，其实质上是为了方便后期的维护，尿素结晶的问题并未充分解决，结晶问题依然存在。为进一步解决现有结构中存在的尿素容易结晶、氨气混合不均匀、混合器结构排气背压过大、混合器尺寸过大等问题，现有技术还提供一种多旋流结构的混合装置，但由于过分单纯依赖旋流，混合器流动阻力增加明显，背压较大；与此同时，在旋流叶片上的尿素结晶问题也由此产生，喷束在多孔部件上碰壁，初期容易发生结晶，导致堵塞旋流部件，造成失效问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋流混合器，不仅排气背压小，还能有效地利用气流施加旋转动能，加快尿素液滴蒸发，显著降低喷束在初始阶段的尿素结晶问题，抗结晶效果显著。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

该旋流混合器包括筒体、导气板、喷嘴安装座、栅板旋流管和叶片旋流管，筒体为两端开口的结构，一端为进气口，另一端为出气口；喷嘴安装座斜插于筒体的筒壁上；导气板倾斜设置于筒体的内腔中将内腔分为前腔与后腔；导气板包括上下相连的第一板和第二板，第一板和第二板分别连接于筒体的内壁，第一板上开设有通气孔，第二板上开设有导气孔，且第二板的底部与筒体的筒壁之间设有导气槽；栅板旋流管连接于第一板并位于前腔，叶片旋流管连接于第一板并位于后腔，栅板旋流管、叶片旋流管与喷嘴安装座同轴设置且栅板旋流管和叶片旋流管通过通气孔连通。

可选地，第一板与筒体母线的夹角为α，第二板与筒体母线的夹角为γ，第一板与第二板的夹角为β，β＝α+γ，且γ≤90°，β≥90°。

可选地，喷嘴安装座的轴线与筒体的轴线的夹角η不大于90°。

可选地，叶片旋流管的内径大于栅板旋流管的内径。

可选地，导气孔位于叶片旋流管40的出口位置。

可选地，叶片旋流管的旋流叶片与叶片旋流管的管壁母线的夹角δ不大于30°。

优选地，导气孔与叶片旋流管的出口相对应，以使导气孔中出来的气流能够从侧面直接吹向从叶片旋流管流出的喷雾。

可选地，叶片旋流管的外周管壁为封闭式结构或开设有多个出气孔。

可选地，通气孔的导流面积大于导气孔和导气槽的导流面积之和。

可选地，还包括位于叶片旋流管出口下方的导流斜板，导流斜板的一端固连于筒体的内壁，另一端朝出气口方向倾斜设置。

可选地，导气槽正对导流斜板60设置。

可选地，导流斜板与筒体母线的夹角θ不大于30°。

可选地，导流斜板与筒体的内壁连接的一端位于叶片旋流管的轴线延长线上，另一端延伸第一预设长度。

可选地，还包括位于导流斜板正上方的气流压板，气流压板的一端连接于筒体的内壁，另一端向下延伸第二预设长度。

可选地，气流压板与筒体的内壁垂直连接。

本发明的另一个目的在于提供一种尾气净化装置，该尾气净化装置中尿素与空气混合更加均匀，污染物处理效率更高，对空气的污染大大减小。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

该尾气净化装置包括如上述任一方案所述的旋流混合器。

有益效果：

该旋流混合器利用导气板上的通气孔、导气孔和导气槽，不仅可增大气流流速，降低排气背压，还能将气流分为上、中、下三层气流，流经通气孔的气流为上层气流，该上层气流流经栅板旋流管和叶片旋流管，并参与尿素喷射雾化；流经导气孔的气流为中层气流，吹散从叶片旋流管出来的喷雾，促进雾化；流经导气槽的下层气流对降落到筒壁上的喷雾进行吹扫，防止喷雾在筒壁上堆积形成结晶；同时采用双层旋流管的结构，使得气流先通过栅板旋流管引导旋流后紧接着再通过叶片旋流管，进一步增强旋流作用，增强气流与尿素的混合效果，促进尿素快速蒸发和分解出氨气，有效降低尿素结晶风险。使用该旋流器的尾气净化装置，其排气管中的污染物的处理效率大大提高，降低了对空气的污染。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种旋流混合器的剖视图；

图2本发明具体实施方式提供的一种旋流混合器内的气流流动方向的示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的另一种旋流混合器的剖视图；

图4是本发明具体实施方式提供的另一种旋流混合器内的气流流动方向的示意图；

图5是本发明具体实施方式提供的导气板的结构示意图；

图6是本发明具体实施方式提供的另一种导气板的结构示意图；

图7是本发明具体实施方式提供的叶片旋流管部分结构的示意图。

图中：

100、筒体；

10、喷嘴安装座；

20、栅板旋流管；

30、导气板；31、连接板；32、第一板；33、第二板；321、通气孔；322、安装槽；331、导气孔；332、导气槽；

40、叶片旋流管；41、旋流叶片；

50、气流压板；

60、导流斜板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

请参考图1至图4，本实施例提供了一种旋流混合器，该旋流混合器包括筒体100、导气板30、喷嘴安装座10、栅板旋流管20和叶片旋流管40，筒体100为两端开口的结构，一端为进气口，另一端为出气口。喷嘴安装座10斜插于筒体100的筒壁上。导气板30倾斜设置于筒体100的内腔中将内腔分为前腔与后腔，可以想到的是，靠近气流进口方向的为前腔，靠近气流出口方向的为后腔。导气板30包括上下相连的第一板32和第二板33，第一板32和第二板33分别连接于筒体100的内壁，第一板32上开设有通气孔321，第二板33上开设有导气孔331，且第二板33的底部与筒体100的筒壁之间设有导气槽332。栅板旋流管20连接于第一板32并位于前腔，叶片旋流管40连接于第一板32并位于后腔，栅板旋流管20、叶片旋流管40与喷嘴安装座10的喷孔同轴设置且栅板旋流管20和叶片旋流管40通过通气孔321连通。

该旋流混合器利用导气板30上的通气孔321、导气孔331和导气槽332，将气流分为上、中、下三层气流，不仅可增大气流流速，还能降低排气背压。具体地，流经通气孔321的气流为上层气流，该股气流流经栅板旋流管20，对喷嘴安装座10中喷射的尿素进行雾化，随后流经通气孔321进入叶片旋流管40对尿素进行进一步的混合；流经导气孔331的气流为中层气流，中层气流可进一步吹散喷雾，促进喷雾的雾化和蒸发；贴近筒壁的下层气流通过导气槽332后，该导气槽332对通过的气流进行加速，加速后的气流对降落到筒体100上的喷雾进行吹扫，防止喷雾在筒体100上堆积形成结晶；同时双层旋流管，使得上层气流通过栅板旋流管20引导旋流后紧接着再通过叶片旋流管40，优选地,栅板旋流管20和叶片旋流管40的旋流方向一致,可进一步增强旋流作用，增强气流与尿素的混合效果，促进尿素快速蒸发和分解出氨气，有效降低尿素结晶风险。

优选地，导气孔331位于叶片旋流管40的出口位置，以引导中层气流从侧面直接吹向从叶片旋流管40喷出的喷雾，进一步吹散喷雾，促进喷雾的雾化和蒸发。

具体地，如图5和图6所示，上述导气板30还包括连接板31，连接板31连接于第一板32远离第二板33的一端并连接于筒体100的内壁。优选地，连接板31、第一板32和第二板33为一体成型的结构，且连接板31和第二板33分别位于第一板32的两侧面，其形状近似于Z型。可选地，连接板31垂直连接于筒体100的内壁，第一板32与筒体100的母线的夹角为α，第一板32与第三板33的夹角为β，第二板33与筒体100的母线的夹角为γ，其中β＝α+γ，γ不超过90°，β不小于90°。进一步地，连接板31与第一板32的连接处、第一板32与第二板33的连接处均设置有连接圆角，以使气流低阻力地流过该导气板30。使用上述导气板30可将流向通气孔321的气流加速，进一步提升气流和尿素的混合效果。

具体地，上述栅板旋流管20、叶片旋流管40与喷嘴安装座10的喷孔三者同轴斜插于筒体100上，栅板旋流管20、叶片旋流管40与喷嘴安装座10的喷孔三者的轴线与筒体100的轴线的夹角η不大于90°，以保证喷雾在叶片旋流管40中均匀分布。

可选地，栅板旋流管20的内径与通气孔321内径相同。进一步地，叶片旋流管40的内径大于栅板旋流管20的内径。该渐扩式结构能够适应具有不同喷雾锥角的喷嘴，降低喷雾直接碰撞筒壁并形成尿素结晶的风险。

请参考图1和图3，进一步地，该旋流混合器还包括位于叶片旋流管40出口下方的导流斜板，导流斜板的一端固连于筒体100的内壁，另一端朝出气口方向倾斜设置，整体呈现上扬式的“舌”形斜坡结构，用于承接随旋流而下的喷雾液滴，并且将气流和喷雾液滴一起向下游的筒体中部抛洒。优选地，该导流斜板60沿着气流方向呈前低后高设置，导流斜板与筒体100母线的夹角为θ，优选的倾斜角度θ不超过30°，以便于气流带动喷雾沿导流斜板60向筒体100的中部吹去。上层气流流经上述叶片旋流管40后，连同叶片旋流管40喷出的喷雾吹向上述导流斜板60。进一步优选地，上述导气槽332正对该导流斜板60设置，能够增大通过导流斜板60的气流流速，引导通过导气槽332的下层气流沿着筒壁迅速冲向导流斜板60，对落在导流斜板60上的喷雾进行吹扫，形成强有力的冲刷作用，并将尿素顺着导流斜板60吹向下游筒体100的轴心方向，促进喷雾与气流的混合效果，促进尿素蒸发，并防止喷雾在导流斜板60和筒体100上堆积而形成结晶。

可选地，导流斜板与筒体100的内壁连接的一端位于叶片旋流管40的轴线延长线上，另一端延伸第一预设长度，第一预设长度设计为超出随气流从叶片旋流管40喷出的喷雾的最外围轮廓。上述结构的导流斜板60沿气流流动方向的前端位于叶片旋流管40轴线延长线与筒体100相交的位置，后端延伸到能够包含从叶片旋流管40吹出的喷雾的最外围轮廓，确保在导流斜板60的尺寸范围内能够承接住绝大部分甚至全部来自叶片旋流管40的喷雾，使得气流能够吹散该喷雾，并能防止尿素结晶和堆积。

优选地，该旋流混合器还包括位于导流斜板60正上方的气流压板50，气流压板50的一端连接于筒体100的内壁，另一端向下延伸第二预设长度。可选地，上述第二预设长度根据叶片旋流管40吹出的气流大小和方向设计，只要能将气流向下压向导流斜板60以及导流斜板60与气流压板50之间的开口即可。进一步地，气流压板50向下的延长线交于导流斜板60，也即导流斜板60沿筒体100轴线的尾端位置超出气流压板50的位置。可选地，气流压板50与筒体100的内壁垂直连接。该气流压板50能够对从叶片旋流管40吹出的平行于筒体100轴线方向的气流进行遮挡，将气流向下压向导流斜板60以及导流斜板60与气流压板50之间的开口，促使气流裹挟着喷雾顺着导流斜板60吹向下游筒体100的中心轴线方向，促进气流和尿素进一步混合，促使尽可能多的气流参与喷雾雾化和蒸发，并防止喷雾在导流斜板60和筒体100上堆积而形成结晶。

在一个可选的实施例中，如图2所示，上述叶片旋流管40的外周管壁为封闭式结构，它能够促使进入叶片旋流管40的气流全部从底部顺着旋流叶片41流出，从而形成强有力的旋流；另一方面能够增强对旋流叶片41的冲刷作用，防止喷雾在旋流叶片41上的沉积。在另一可选的实施例中，如图4所示，上述叶片旋流管40外周壁面上均匀开设有多个出气孔。这种结构能够使部分喷雾随气流从叶片旋流管40外周壁面上的出气孔喷出，从而减小旋流叶片41雾化的压力，促进气流和尿素混合的均匀性。

请参考图5和图6，可选地，通气孔321的导流面积远大于导气孔331和导气槽332的导流面积之和，以使通过通气孔321的流量远大于通过导气孔331和导气槽332的流量之和，也即上层气流流量大于中层气流和下层气流流量之和。将流经通气孔321的流量设置的大于流经导气孔331和导气槽332的流量之和，可使得栅板旋流管20和叶片旋流管40的进气流畅，保证了雾化尿素所需的气流流量。

在一个可选的实施例中，如图5所示，上述导气槽332的切口为直线，该导气槽332由第二板33自底部平直切削掉少许部分而形成。在另一可选实施例中，如图6所示，上述导气槽332的切口为与第二板33外弧线同心的弧形，该导气槽332由第二板33的底部平行于外弧线等宽度地切削掉少许部分而形成。优选地，上述两种结构的导气槽332均相对于第二板33的中心线成轴对称结构。

优选地，上述导气孔331为多个，多个导气孔331在第二板33上等高度地间隔分布。该结构能够确保导气孔331的进气流畅，保证吹向叶片旋流管40的气流量的需求，进一步促进气流和尿素的混合，防止尿素结晶。

进一步地，上述第一板32上，通气孔321外周均匀开设有多个安装槽322，用于安装上述栅板旋流管20和叶片旋流管40，增强了安装的稳定性，提升了该旋流混合器的使用寿命与可靠性。

请参考图7，可选地，叶片旋流管40的旋流叶片41与叶片旋流管40的管壁母线的夹角δ不大于30°。在上述叶片旋流管40的底部管内壁上，设置有多个以管轴为中心呈放射状分布的且与管体母线呈夹角δ的倾斜的旋流叶片41，该夹角δ不超过30°。上述旋流叶片41能强使叶片旋流管40中通过的气流不断旋转，气流的旋转方向与其上方的栅板旋流管20中气流的旋流方向保持一致，两者一起构成分层旋流，增大气流的旋流强度，促进喷雾与排气的混合，促进蒸发。

本实施例提供的旋流混合器结构简单紧凑，成本低，易于制造和维护，能够形成强有力的双层旋流，促进气液两相的充分混合、雾化和蒸发，能显著降低尿素结晶的风险。

本实施例还提供了一种尾气净化装置，该尾气净化装置包括上述任一方案的旋流混合器。使用该旋流器的尾气净化装置，其排气管中的污染物的处理效率大大提高，降低了尾气对空气的污染。本实施例提供的旋流混合器及尾气净化装置用于柴油汽车的尾气催化，同时，在本实施例中，该旋流混合器使用的催化剂为尿素。本领域技术人员可以想到的是，该旋流混合器及尾气净化装置还可用于柴油机及其它需要对尾气进行催化净化的设备。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种旋流混合器，其特征在于，包括：

筒体(100)，所述筒体(100)为两端开口的结构，一端为进气口，另一端为出气口；

喷嘴安装座(10)，所述喷嘴安装座(10)斜插于所述筒体(100)的筒壁上；

导气板(30)，所述导气板(30)倾斜设置于所述筒体(100)的内腔中将所述内腔分为前腔与后腔；所述导气板(30)包括上下相连的第一板(32)和第二板(33)，所述第一板(32)和所述第二板(33)分别连接于所述筒体(100)的内壁，所述第一板(32)上开设有通气孔(321)，所述第二板(33)上开设有导气孔(331)，且所述第二板(33)的底部与所述筒体(100)的筒壁之间设有导气槽(332)；

栅板旋流管(20)和叶片旋流管(40)，所述栅板旋流管(20)连接于所述第一板(32)并位于所述前腔，所述叶片旋流管(40)连接于所述第一板(32)并位于所述后腔，所述栅板旋流管(20)、所述叶片旋流管(40)与所述喷嘴安装座(10)同轴设置且所述栅板旋流管(20)和所述叶片旋流管(40)通过所述通气孔(321)连通。

2.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，所述第一板(32)与所述筒体(100)母线的夹角为α，所述第二板(33)与所述筒体(100)母线的夹角为γ，所述第一板(32)与所述第二板(33)的夹角为β，β＝α+γ，且γ≤90°，β≥90°。

3.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，所述喷嘴安装座(10)的轴线与所述筒体(100)的轴线的夹角η不大于90°。

4.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，所述导气孔(331)位于所述叶片旋流管(40)的出口位置。

5.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，所述叶片旋流管(40)的内径大于栅板旋流管(20)的内径。

6.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，所述叶片旋流管(40)的旋流叶片(41)与所述叶片旋流管(40)的管壁母线的夹角δ不大于30°。

7.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，所述叶片旋流管(40)的外周管壁为封闭式结构或开设有多个出气孔。

8.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，所述通气孔(321)的导流面积大于所述导气孔(331)和所述导气槽(332)的导流面积之和。

9.根据权利要求1所述的旋流混合器，其特征在于，还包括位于所述叶片旋流管(40)出口下方的导流斜板(60)，所述导流斜板(60)的一端固连于所述筒体(100)的内壁，另一端朝所述出气口方向倾斜设置。

10.根据权利要求9所述的旋流混合器，其特征在于，所述导气槽(332)正对所述导流斜板(60)设置。

11.根据权利要求9所述的旋流混合器，其特征在于，所述导流斜板(60)与所述筒体(100)母线的夹角θ不大于30°。

12.根据权利要求9所述的旋流混合器，其特征在于，所述导流斜板(60)与所述筒体(100)的内壁连接的一端位于所述叶片旋流管(40)的轴线延长线上，另一端延伸第一预设长度。

13.根据权利要求9-12任一项所述的旋流混合器，其特征在于，还包括位于所述导流斜板(60)正上方的气流压板(50)，所述气流压板(50)的一端连接于所述筒体(100)的内壁，另一端向下延伸第二预设长度。

14.根据权利要求13所述的旋流混合器，其特征在于，所述气流压板(50)与所述筒体(100)的内壁垂直连接。

15.一种尾气净化装置，其特征在于，所述尾气净化装置包括如权利要求1-14任一项所述的旋流混合器。

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