CN115875113A - 一种u型后处理装置的混合器及u型后处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种U型后处理装置的混合器，其优化了混合器的结构，进一步延长混合器的混合行程，同时加速气流的旋转速度，使得尿素与氨气充分反应，降低尿素结晶风险，进气口处设有竖向设置的进气导向板，从进气口进入的气流经进气导向板分流成两股气流进入内筒体和外筒体之间的气流通道，气流通道内设有通道分隔板，进气导向板延伸入气流通道中，进气导向板和通道分隔板将气流通道分隔成两部分，内筒体上设有旋流翅片，旋流翅片与外筒体之间留有空隙，内筒体上对应旋流翅片设有气流进口，内筒体上对应通道分隔板设有尿素气流进口，外筒体上设有朝向尿素气流进口设置的尿素喷嘴。

Description

一种U型后处理装置的混合器及U型后处理装置

技术领域

本发明涉及柴油机的尾气后处理装置技术领域，具体涉及一种U型后处理装置的混合器及U型后处理装置。

技术领域

国六排放标准是国家第六阶段机动车污染物排放标准，是为防治燃油发动机汽车排气对环境的污染，保护生态环境，保障人体健康而制定的标准。国六排放标准对发动机排放限值的要求越来越严格。目前大多数柴油机的U型后处理由于整车布置空间有限，对整个后处理的外型结构及空间尺寸要求非常严格，后处理装置的混合器更是被重点设计以节约后处理的布置空间，同时还要求节约空间设计后的混合器应具有很好的尿素混合效果。

目前针对于DOC进气端位于催化器下方的大排量U型后处理，尿素喷嘴的布置方式主要有两种：第一种如图1所示，尿素喷嘴位置布于前置的DPF单元的出气端，混合行程长，但其气流流速慢，对尿素混合效果差，主要缺点就是尿素容易结晶；

第二种如公开号为CN113446092A的中国发明专利所公开的用于U型尾气后处理装置的混合器，其中设计尿素喷嘴位于混合器进口的上方，适用空间紧凑的混合器布置，缺点是混合器的混合行程较短，只有内筒体和外筒体之间的环形通道的半周长，混合不够充分。

发明内容

针对现有技术的缺点进行优化改进，本发明提供了一种U型后处理装置的混合器，其优化了混合器的结构，进一步延长混合器的混合行程，同时加速气流的旋转速度，使得尿素与氨气充分反应，降低尿素结晶风险。

其技术方案是这样的：一种U型后处理装置的混合器,包括混合器壳体，所述混合器壳体上设有连接后处理装置前置处理单元的进气口和连接后处理装置后置处理单元的出气口，所述混合器壳体内设有混合腔，所述混合腔包括呈同心圆设置的内筒体和外筒体，其特征在于：所述进气口处设有竖向设置的进气导向板，从所述进气口进入的气流经所述进气导向板分流成两股气流进入所述内筒体和外筒体之间的气流通道，所述气流通道内设有通道分隔板，所述进气导向板延伸入所述气流通道中，所述进气导向板和所述通道分隔板将所述气流通道分隔成两部分，所述内筒体上设有旋流翅片，所述旋流翅片与所述外筒体之间留有空隙，所述内筒体上对应所述旋流翅片设有气流进口，所述内筒体上对应所述通道分隔板设有尿素气流进口，所述外筒体上设有朝向所述尿素气流进口设置的尿素喷嘴。

进一步的，所述混合器壳体上盖装有蚌壳盖板，所述蚌壳盖板与所述混合器壳体之间构成进气通道。

进一步的，所述蚌壳盖板上设有加强筋，所述蚌壳盖板上还设有蚌壳外盖板，所述蚌壳外盖板包括一平整侧面。

进一步的，所述尿素喷嘴的尿素喷射方向平行于所述通道分隔板布置，所述旋流翅片与尿素喷嘴的尿素喷射方向呈90°夹角设置。

进一步的，单个所述气流进口的进气面积与所述尿素气流进口的进气面积之比为1：2。

进一步的，所述进气导向板设置在进气通道横截面宽度的2/3位置处，进气导向板将两股气流的进气通道横截面大小划分成2:1。

进一步的，进气通道横截面大小为2:1的两个气流通道分别为位于左侧的第一气流通道和右侧的第二气流通道，所述第一气流通道内设有第一旋流翅片，所述第二气流通道内设有第二旋流翅片，所述第一旋流翅片的高度占第一气流通道宽度的1/2，所述第二旋流翅片的高度占第二气流通道宽度的2/3。

进一步的，所述内筒体与出气口相连通，所述内筒体的内侧设有导向叶片。

进一步的，所述出气口位置处设有扩散板，所述扩散板上均布有若干扩散通孔。

进一步的，所述蚌壳盖板和所述外筒体上对应所述进气导向板和所述通道分隔板以及所述旋流翅片设有插销孔，所述进气导向板和所述通道分隔板以及所述旋流翅片上分别对应所述插销孔设有连接插板，所述进气导向板和所述通道分隔板以及所述旋流翅片分别与所述蚌壳盖板和所述外筒体焊接连接。

一种U型后处理装置，至少包括DPF单元和SCR单元，其特征在于：所述DPF单元和SCR单元之间设有上述的U型后处理装置的混合器。

本发明的U型后处理装置的混合器，通过设置竖向设置的进气导向板，改变进气气流的流向，并将进气气流分隔成进气导向板左侧和右侧的两路，通过导向板的布置改变排气气流的方向并有效提高气体流速，避免气流在混合器内存在流动死区；通过内外筒体同心设计的混合腔结构增加混合腔内的行程，延长了气流对尿素的加热路径，提高了尾气的热利用效率；通过合理布置旋流翅片加速气流的旋转速度，左侧气流先有旋流翅片导向加速流动，然后再经过旋流翅片和通道分隔板迂回经过内筒体上的气流进口进入内筒体，右侧气流一部分直接经过内筒体上的气流进口进入内筒体，右侧气流另一部分先由旋流翅片导向加速流动，再从尿素气流进口与尿素碰撞一起进入内筒体，再依次通过左侧进入内筒体的一股气流和右侧直接进入内筒体的一股气流加速，气流在内筒体内产生旋流，使得尿素进一步撞击破碎，本发明的U型后处理装置的混合器中尿素与气流混合的行程是至少是内筒体的整个内周，在不改变整体结构和大小的情况下，混合行程相对于现有技术的混合器大大延长，可以使得尿素和废气充分反应，有效降低尿素结晶风险。

附图说明

图1为现有技术中的一种混合器的示意图；

图2为实施例中的一种U型后处理装置的混合器的立体图；

图3为实施例中的一种U型后处理装置的混合器的分离盖板后的示意图；

图4为实施例中的一种U型后处理装置的混合器的示意图；

图5为实施例中的一种U型后处理装置的混合器的主视示意图；

图6为实施例中的一种U型后处理装置的混合器的后视图；

图7为实施例中的一种U型后处理装置的示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，鉴于现有的两种混合器都存在缺点，或存在但气流流速慢，或是尿素与气流混合行程较短，均会导致尿素混合效果差的问题，为了使得尿素和废气充分反应，有效降低尿素结晶风险，且还要求节约空间，满足外型结构及空间严格的尺寸要求，设计如下的一种U型后处理装置的混合器。

如图2至图7所示，本发明的一种U型后处理装置的混合器，包括混合器壳体1，混合器壳体1上设有连接后处理装置前置处理单元的进气口2和连接后处理装置后置处理单元的出气口3，在本实施例中，连接的后处理装置前置处理单元是DPF单元，连接的后处理装置后置处理单元是SCR单元；

混合器壳体1内设有混合腔，混合腔包括呈同心圆设置的内筒体4和外筒体5，进气口处设有竖向设置的进气导向板6，从进气口2进入的气流经进气导向板6分流成两股气流进入内筒体4和外筒体5之间的气流通道，进气导向板5的设置改变排气气流的方向，有效提高气体流速，避免部分区域温度过低，有效的降低了结晶风险；

气流通道内设有通道分隔板8，进气导向板6延伸入气流通道中一并起到分隔气流通道的作用，进气导向板6和通道分隔板8将气流通道分隔成两部分，如图5所示，气流通道包括位于图中左侧的第一气流通道701和右侧的第二气流通道702，内筒体4上设有旋流翅片9，第一气流通道701内设有第一旋流翅片901，第二气流通道701内设有第二旋流翅片902，旋流翅片9与外筒体5之间留有空隙，内筒体4上对应旋流翅片9设有气流进口10，内筒体3上对应通道分隔板8设有尿素气流进口11，外筒体5上设有朝向尿素气流进口设置的尿素喷嘴12，废气经进气导向板6沿左右两个方向快速进入到内、外筒体同心的混合腔内；同时尿素从喷嘴喷入到内筒体内侧的混合部位中，内筒体上根据气流方向合理布置两个旋流翅片9和一个通道分隔板8，两个旋流翅片9和一个通道分隔板8与进气导向板6沿内筒体壁圆周均布。

具体在本发明的一个实施例中，进气导向板6与第二旋流翅片902之间的旋转气流流出面积为L1，进气导向板6与第一旋流翅片901之间旋转气流流出面积也为L1，通道分隔板8与第二旋流翅片902之间的旋转气流流出面积为2L1，从而满足单个气流进口的进气面积与尿素气流进口的进气面积之比为1：2。尿素喷嘴12的尿素喷射方向平行于通道分隔板布置，两个旋流翅片9与尿素喷嘴12的尿素喷射方向呈90°夹角设置。

具体在本发明的一个实施例中，通道分隔板8的高度等于气体通道的宽度，第二旋流翅片902的高度占气体通道宽度的2/3、第一旋流翅片901的高度占气体通道宽度的1/2，两个旋流翅片9和一个通道分隔板8及进气导向板6左右均与蚌壳端盖13相连接。翅片及导向板的合理布置加速气流的旋转速度、使得雾化后的尿素和废气充分反应，降低结晶风险。整个混合腔内的行程接近内筒体一周，延长了气流对尿素的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素充分吸热发挥。

在一个实施例中，混合器壳体1上盖装有蚌壳盖板13，蚌壳盖板13与混合器壳体1之间构成进气通道。蚌壳盖板13上设有加强筋14，加强筋14的设置可以加强蚌壳盖板13的结构，此外，蚌壳盖板13上还设有蚌壳外盖板15，蚌壳外盖板15包括一平整侧面16，蚌壳外盖板15的设置可以让产品外形更加美观简洁。

具体在本发明的一个实施例中，蚌壳盖板13和外筒体5上对应进气导向板5、通道分隔板6、第一旋流翅片901、第二旋流翅片902设有插销孔21，进气导向板5和通道分隔板6和第一旋流翅片901、第二旋流翅片902上对应插销孔21设有连接插板22，进气导向板和通道分隔板分别与蚌壳盖板和外筒体焊接连接，进气导向板6、第一旋流翅片901、第二旋流翅片902、通道分隔板8与蚌壳盖板13通过插销孔21和连接插板22配合固定，焊接方式满焊，减少插接缝隙对气流分布及流速的影响。

具体在一个实施例中，还将进气导向板设置在进气通道横截面宽度的2/3位置处，进气导向板将两股气流的进气通道横截面大小划分成2:1，即图5中，进气导向板6左侧的进气通道横截面是左侧的进气通道横截面的面积的两倍，通过合理划分气流流量，有效提高气体流速，避免部分区域温度过低，有效的降低了结晶风险；

具体在一个实施例中，内筒体4与出气口3相连通，内筒体4的内侧设有导向叶片17；并且出气口4位置处设有扩散板18，扩散板18上均布有若干扩散通孔，出气端设置有导向叶片17和扩散板18，提高了SCR载体端面的气流均匀性及NH3分布均匀性，从而提高了后端的SCR载体的转化效率。

本发明在背景技术中的第二种现有技术的喷嘴布置位置的基础上，针对上述两种现有技术的缺点进行优化改进：1、利用进气导向板6合理划分气流流量及方向；2、通过内外筒划分两个气体通道设计延长了气流对尿素的加热路径，提高了尾气的热利用效率，使得尿素充分吸热发挥；3、在内筒体上合理布置旋流翅片来加速气流的旋转速度，使得尿素与氨气充分反应，降低尿素结晶风险。

本技术方案与现有的技术相对照，效果是积极且明显的。本发明喷嘴置于混合器上部，充分利用后处理装置前后两个处理单元之间的蚌壳结构，通过进气导向板的布置改变排气气流的方向并有效提高气体流速，避免气流在蚌壳内存在流动死区；通过内外筒同心设计的混合腔结构、内外筒划分两个气体通道增加混合腔内的行程，延长了气流对尿素的加热路径，提高了尾气的热利用效率；通过合理布置开口翅片位置加速气流的旋转速度，能够使得尿素进一步撞击破碎，使得尿素和废气充分反应，有效降低尿素结晶风险。

见图7，在本发明的实施例中，还提供了一种U型后处理装置，包括DPF单元19和SCR单元20，DPF单元19和SCR单元20之间设有上述的U型后处理装置的混合器，此外，还可以设置有DOC单元。

在本发明中，还将实施例提供的混合器与现有技术的混合器进行排放测试，表1是背景技术中公开号为CN113446092A的混合器在同款发动机上的排放测试数据，表2是采用本发明实施例中提供的混合器在同款发动机上的排放测试数据，表1和表2中NOX、THC、CO分别为检测项目，WHSC和WNTE、ColdWHTC、HotWHTC分别是柴油发动机排气污染物的测试方法，原排为输入前的尾气排放污染物的排放量，尾排为处理后的排放量，对比表1和表2的数据可知，采用本发明实施例提供的混合器，尿素和尾气排放污染物可以更好的反应，残留的NOX、THC、CO更少。

表1

表2

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种U型后处理装置的混合器,包括混合器壳体，所述混合器壳体上设有连接后处理装置前置处理单元的进气口和连接后处理装置后置处理单元的出气口，所述混合器壳体内设有混合腔，所述混合腔包括呈同心圆设置的内筒体和外筒体，其特征在于：所述进气口处设有竖向设置的进气导向板，从所述进气口进入的气流经所述进气导向板分流成两股气流进入所述内筒体和外筒体之间的气流通道，所述气流通道内设有通道分隔板，所述进气导向板延伸入所述气流通道中，所述进气导向板和所述通道分隔板将所述气流通道分隔成两部分，所述内筒体上设有旋流翅片，所述旋流翅片与所述外筒体之间留有空隙，所述内筒体上对应所述旋流翅片设有气流进口，所述内筒体上对应所述通道分隔板设有尿素气流进口，所述外筒体上设有朝向所述尿素气流进口设置的尿素喷嘴。

2.根据权利要求1所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：所述混合器壳体上盖装有蚌壳盖板，所述蚌壳盖板与所述混合器壳体之间构成进气通道。

3.根据权利要求2所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：所述蚌壳盖板上设有加强筋，所述蚌壳盖板上还设有蚌壳外盖板，所述蚌壳外盖板包括一平整侧面。

4.根据权利要求1所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：所述尿素喷嘴的尿素喷射方向平行于所述通道分隔板布置，所述旋流翅片与尿素喷嘴的尿素喷射方向呈90°夹角设置。

5.根据权利要求1所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：单个所述气流进口的进气面积与所述尿素气流进口的进气面积之比至少为1：2。

6.根据权利要求1所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：所述进气导向板设置在进气通道横截面宽度的1/2至2/3位置处，进气导向板将两股气流的进气通道横截面大小划分成1:1至2:1。

7.根据权利要求6所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：两个气流通道分别为位于左侧的第一气流通道和右侧的第二气流通道，所述第一气流通道内设有第一旋流翅片，所述第二气流通道内设有第二旋流翅片，所述第一旋流翅片的高度至少为第一气流通道宽度的1/2，所述第二旋流翅片的高度至少为第二气流通道宽度的2/3。

8.根据权利要求1所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：所述蚌壳盖板和所述外筒体上对应所述进气导向板和所述通道分隔板以及所述旋流翅片设有插销孔，所述进气导向板和所述通道分隔板以及所述旋流翅片上分别对应所述插销孔设有连接插板，所述进气导向板和所述通道分隔板以及所述旋流翅片分别与所述蚌壳盖板和所述外筒体焊接连接。

9.根据权利要求1所述的一种U型后处理装置的混合器,其特征在于：所述内筒体与出气口相连通，所述内筒体的内侧设有导向叶片，所述出气口位置处设有扩散板，所述扩散板上均布有若干扩散通孔。

10.一种U型后处理装置，至少包括DPF单元和SCR单元，其特征在于：所述DPF单元和SCR单元之间设有权利要求1至9任一项所述的U型后处理装置的混合器。

Images