CN115370449A - 一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构 - Google Patents

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李之华
闫小俊
陶泽民
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Abstract

本发明公开了一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，包括混合器本体，混合器本体通过两块隔板沿进气端到出气端依次划分为第一腔体、第二腔体和第三腔体，第一腔体内设有进气管，进气管的进气端沿进气方向依次设有旋流导流器和尿素喷嘴，进气管的出气端通过底板密封，进气管靠近所述底板的侧壁设有多孔区域。本发明具有结构简单、制造容易、成本低及流阻低的特点，对于降低箱式后处理系统的结晶风险，提升箱式后处理系统的污染物转化效率具有显著的效果。

Description

一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构
技术领域
本发明涉及柴油发动机尾气后处理系统技术领域，尤其涉及一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构。
背景技术
选择性催化还原(SCR)可以在保证柴油机动力性和经济性的同时，有效解决NOX排放的问题，满足环保法规的要求，该技术在车用柴油机国IV、国V阶段得到了广泛的应用。SCR的基本工作原理是通过尿素喷射装置往柴油机排气管中喷射还原剂，还原剂在催化剂的作用下与NOX发生反应，将NOX排放控制在法规限值以内。柴油机尾气后处理系统一般由尿素喷射及控制装置、尿素混合装置及催化装置组成。
现有文献：重型柴油机NOx尿素SCR混合器的设计与试验研究，内燃机工程，2012年2月刊，文献中提到的混合器叶片占据较大的流通面积，产生较大的流动阻力，且文献提到混合器布置在尿素喷嘴的下游可增加SCR对尾气污染物的转化效率，但是由于混合器本身容易附着尿素液滴，增加了混合器自身的结晶风险。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，具有结构简单、制造容易、成本低及流阻低的特点，对于降低箱式后处理系统的结晶风险，提升箱式后处理系统的污染物转化效率具有显著的效果。
本发明采取以下技术方案实现上述目的：
一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，包括混合器本体，所述混合器本体通过两块隔板沿进气端到出气端依次划分为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔体内设有进气管，所述进气管的进气端沿进气方向依次设有旋流导流器和尿素喷嘴，所述进气管的出气端通过底板密封，所述进气管靠近所述底板的侧壁设有多孔区域。
优选地，所述旋流导流器包括中心管和间隔设在所述中心管外壁上的旋流叶片，所述旋流叶片远离所述中心管的一端固定在所述进气管内壁上。
优选地，所述旋流叶片的进气端与所述进气管相平行，所述旋流叶片的出气端呈圆弧状。
优选地，两块所述隔板沿进气端到出气端依次为第一隔板和第二隔板，所述第一腔体通过SCR载体连通所述第三腔体，所述第二隔板为多孔隔板，所述第二腔体设有连通所述混合器本体外的出气管。
优选地，所述SCR载体内部为蜂窝状多孔介质结构，且所述SCR载体内设有催化剂涂层。
优选地，所述多孔区域仅设在所述进气管侧壁的其中一侧。
本发明的有益效果是：
本发明的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，通过设置旋流导流器避免旋流混合器本体内发生附着尿素液滴产生尿素结晶的风险。同时，旋流导流器引导产生的旋流配合进气管末端布置的多孔区域的设计，可促进进气管的尿素溶液液滴的蒸发和分解，降低尿素结晶风险，增强尿素分解出的NH3气体与气流的混合程度，提升NH3气体在尾气后处理系统腔体中分布的均匀性。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构的结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构的局部示意图；
图3为本发明实施方式提供的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构中的进气管的俯视图；
图4为本发明实施方式提供的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构的旋流导流器在进气管下游形成的旋流效果图；
图5为本发明实施方式提供的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构的系统液膜质量随时间变化图；
图6为本发明实施方式提供的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构的系统结晶质量随时间变化图；
图7为本发明实施方式提供的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构的SCR载体入口氨浓度分布均匀性图。
附图中，1-混合器本体，2-第一腔体，3-第二腔体，4-第三腔体，5-进气管，6-旋流导流器，61-中心管，62-旋流叶片，7-尿素喷嘴，8-底板，9-多孔区域，10-第一隔板，11-第二隔板，12-SCR载体，13-出气管。
具体实施方式
下面结合附图1～7和具体实施方式对本发明进行详细说明。
请同时参见图1～3，本实施方式提供一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，包括混合器本体1，混合器本体1通过两块隔板沿进气端到出气端依次划分为第一腔体2、第二腔体3和第三腔体4。第一腔体2内设有进气管5，进气管5的进气端沿进气方向依次设有旋流导流器6和尿素喷嘴7，进气管5的出气端通过底板8密封，进气管5靠近底板8的侧壁设有多孔区域9。
本发明的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构在使用时，发动机的废气通过进气管5进入第一腔体2，发动机废气在进入进气管5的过程中，废气由旋流导流器6导入，由于底板8密封了进气管5底端，迫使从进气管5入口流入的气流从多孔区域9流入第一腔体2，同时通过尿素喷嘴7向进气管5内喷射尿素溶液，由于旋流导流器6位于尿素喷嘴7的上方，因此旋流混合器本体1内不会有附着尿素液滴产生尿素结晶的风险。
在本实施方式中，旋流导流器6包括中心管61和间隔设在中心管61外壁上的旋流叶片62，旋流叶片62远离中心管61的一端固定在进气管5内壁上。旋流叶片62的进气端与进气管5相平行，旋流叶片62的出气端呈圆弧状。从侧面看，旋流叶片62进气端走向与进气管5入口的气流方向一致，出气端走向与气流成角度设置，以引导气流改变运动方向。具体地，旋流叶片62的上下两端通过一个大的圆弧进行过渡连接，这样可以引导气流较为平缓地改变运动方向在下游形成旋流，避免气流流动方向的突变造成的流动损失，降低旋流导流器6造成的排气阻力。旋流导流器6引导产生的旋流配合进气管5末端布置的多孔区域9的设计，可促进进气管5的尿素溶液液滴的蒸发和分解，降低尿素结晶风险，增强尿素分解出的NH3气体与气流的混合程度，提升NH3气体在尾气后处理系统腔体中分布的均匀性。在本实施方式中，旋流叶片62设为四个。四个旋流叶片62均匀地布置在中心管61四周的外壁上。中心管61起到支撑作用，旋流叶片62内缘焊接到中心管61外壁面上，旋流叶片62外缘焊接到进气管5的内壁面上，从而将旋流导流器6固定安装在进气管5内。
在本实施方式中，两块隔板沿进气端到出气端依次为第一隔板10和第二隔板11，第一腔体2通过SCR载体12连通第三腔体4。在本实施方式中，SCR载体12内部为蜂窝状多孔介质结构，且SCR载体12内设有催化剂涂层。第二隔板11为多孔隔板。第二腔体3设有连通混合器本体1外的出气管13。具体地，本发明的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构在工作时，发动机废气进入后处理系统，进气管5插入第一腔体2中，其末端通过底板8封闭，废气进气从下部的多孔区域9进入第一腔体2，其中多孔区域9与第一腔体2起到谐振消音的效果。后处理系统中主要通过SCR载体12上的催化剂涂层来实现尾气污染物的净化，SCR载体12横跨第二腔体3而将第一腔体2和第三腔体4相连通。气流从进气管5的多孔区域9进入第一腔体2后流经SCR载体12进入第三腔体4，然后经过第二隔板11的孔洞进入第二腔体3。在这过程中第二隔板11与第二腔体3配合起到二次消音效果。出气管13的进气端跨过第三腔体4伸入第二腔体3内，让气流从第二腔体3经出气管13流出混合器本体1外。布置在进气管5入口处的尿素喷嘴7喷射浓度为32.5％的尿素溶液，尿素液滴在高温排气中热解成氨气和异氰酸(后续在腔体空间中进一步水解成氨气和二氧化碳)，在SCR载体12中的催化剂选择性的将尾气中的氮氧化物与氨气进行反应，生成氮气和水，最终实现污染物的净化。
在本实施方式中，多孔区域9的小孔并非周向均匀分布，而是仅设在进气管5侧壁的其中一侧，以充分利用腔体的空间进行尿素液滴的混合，有助于提升尿素液滴与气流的混合均匀性。
图4～图7显示了本发明的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构的改善效果。其中，设两个实验组，实验组1为本发明的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构未设置旋流导流器6的方案(即原设计)，实验组2为本发明的用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构方案(即旋流混合器)。由图可知，图4显示了旋流导流器6在进气管5下游产生旋流的状况。由图5可知，本方案有利于减少液膜的发生。由图6可知本方案消除了结晶的风险。由图7可知本方案的SCR载体入口氨浓度分布均匀性得到了提升。
可以理解的是，在本实施方式中，旋流叶片62设为四个。在其他实施方式中，旋流叶片62不局限于四个，其可以是大于二的其他自然数。
虽然，上文中已经用具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，其特征在于，包括混合器本体，所述混合器本体通过两块隔板沿进气端到出气端依次划分为第一腔体、第二腔体和第三腔体，所述第一腔体内设有进气管，所述进气管的进气端沿进气方向依次设有旋流导流器和尿素喷嘴，所述进气管的出气端通过底板密封，所述进气管靠近所述底板的侧壁设有多孔区域。
2.根据权利要求1所述的一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，其特征在于，所述旋流导流器包括中心管和间隔设在所述中心管外壁上的旋流叶片，所述旋流叶片远离所述中心管的一端固定在所述进气管内壁上。
3.根据权利要求2所述的一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，其特征在于，所述旋流叶片的进气端与所述进气管相平行，所述旋流叶片的出气端呈圆弧状。
4.根据权利要求1所述的一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，其特征在于，两块所述隔板沿进气端到出气端依次为第一隔板和第二隔板，所述第一腔体通过SCR载体连通所述第三腔体，所述第二隔板为多孔隔板，所述第二腔体设有连通所述混合器本体外的出气管。
5.根据权利要求4所述的一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，其特征在于，所述SCR载体内部为蜂窝状多孔介质结构，且所述SCR载体内设有催化剂涂层。
6.根据权利要求1所述的一种用于箱式后处理系统的进气管旋流混合器结构，其特征在于，所述多孔区域仅设在所述进气管侧壁的其中一侧。
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