CN202031689U - 防止排气管道尿素结晶的汽车scr后处理系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，包括依次连接的排气管道、换热装置、催化器和催化器后管路，在所述的催化器内设有催化剂载体，在所述的催化剂载体上涂覆有催化剂，其特征在于所述的换热装置包括内套管和外套管，在所述内套管的外壁上设置至少一个换热芯片，所述的换热芯片的外表面与所述的外套管之间设有与尾气的流动方向一致的辅助流道，所述的辅助流道与内套管内的主流道导通；所述的换热装置上设有喷嘴。本实用新型有效地防止尿素溶液产生结晶，降低了排气管与外界环境的散热效率，提高尿素溶液的蒸发和热解，达到既能防止尿素溶液结晶又不会增加系统压降的目的。

Description

防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统
技术领域
本实用新型涉及汽车排气系统领域，尤其涉及一种汽车SCR系统，更具体的说是一种防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统。
背景技术
目前，SCR后处理系统在重型柴油机后处理领域的运用越来越广泛。现有的汽车SCR系统如图1所示，包括排气管道3、催化器5和催化器后管路7，各部件之间依次通过法兰连接或焊接，在所述的排气管道3上设有喷嘴2，在所述的催化器5内设有催化剂载体6，在所述的催化剂载体6上涂覆有催化剂。此系统的一个比较突出的失效模式便是从喷嘴喷出的高速低温的尿素溶液在撞击管道壁面时很容易产生结晶。结晶严重时甚至可能堵塞整个排气管道，使得尿素溶液的蒸发和热解受到严重的影响，无法释放出足够多的NH3与尾气进行混合，从而影响整个系统的NOx转化率。因此，防止尿素溶液在排气管道中结晶，进而加速尿素溶液的蒸发和热解，对提高整个系统的催化转化率至关重要。影响尿素结晶的一个重要的因素便是喷射出的尿素溶液与管壁接触点的温度，只有保证尿素溶液喷出后与管壁的接触点具有足够高的温度，使得尿素溶液充分的蒸发，才能防止管道壁面结晶的产生。
为了解决上述问题，改进后的汽车SCR后处理系统如图2所示，在排气管道8外加一层套管9，使排气管道8的温度保持在一个较高的数值，避免尿素溶液在撞击管道壁面时产生结晶。这种结构相当于在管道外加设一保温层，在一定程度上减少了排气管的散热，但其对解决尿素溶液的结晶问题并不显著。
发明内容
本实用新型要解决的是现有SCR后处理系统的排气管道设计上存在的上述问题，旨在提供一种能够防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，使得尿素溶液从喷嘴喷出后不至于在管道的壁面产生结晶的同时，还能提高尿素溶液的蒸发和热解速率，促进尾气和尿素溶液的充分混合，进而提高整个系统的催化转化率。
为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：
防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，包括依次连接的排气管道、换热装置、催化器和催化器后管路，在所述的催化器内设有催化剂载体，在所述的催化剂载体上涂覆有催化剂，其特征在于所述的换热装置包括内套管和外套管，在所述内套管的外壁上设置至少一个换热芯片，所述的换热芯片的外表面与所述的外套管之间设有与尾气的流动方向一致的辅助流道，所述的辅助流道与内套管内的主流道导通；所述的换热装置上设有喷嘴。
本实用新型所采用的换热芯片，可以有效的提高内套管壁面温度，从而有效地防止喷射到管道壁面的尿素溶液产生结晶，提高尿素溶液的蒸发和热解，促进热解出的NH3与尾气进行充分的混合，进而进行充分的反应，以降低汽车尾气中NOx的含量。由于采用了辅助流道并加设了换热芯片，在减少管道外壁面与环境散热的同时，还增加了辅助流道内流体和主流道内流体之间的换热面积，提高了内外套管之间的换热效率，从而使内套管壁面温度提高。同时，由于辅助流道方向与尾气流动主体方向一致，产生的排气背压很小，达到既能防止尿素溶液结晶又不会增加系统压降的目的。
根据本实用新型，所述的换热装置两端通过连接法兰与排气管道和催化器相连。因而，本实用新型可以通过可拆卸的方式与排气管道相连。
根据本实用新型，所述的换热装置的内套管和外套管之间通过支架进行固定，使得一部分尾气可以通畅的流经换热芯片区域的辅助流道，达到强化换热的目的。
根据本实用新型，芯片的内表面与内套管的外壁之间通过钎焊进行连接，以强化外套管区域与内套管区域的换热。而换热芯片的外表面与外套管之间留有一定的空隙，以防止尾气通过换热芯片与外套管之间的换热被加强，从而散失过多的热量。
根据本实用新型，内套管的进出口处分别设置辅助流道上游渐缩管和下游渐缩管，以便使气流产生一定的扰动。其中上游渐缩管促进尿素溶液与内套管内主流道中的尾气的混合，下游渐缩管促进内套管内主流道中的混合气和辅助流道内的尾气的混合。
根据本实用新型，喷嘴布置在上游渐缩管的后端直管段上的换热芯片区域，以便上游渐缩管产生的扰流能使得喷嘴喷出的尿素与尾气进行充分的混合，同时使得喷孔喷出的尿素溶液所撞击的壁面外围处于换热芯片包围的区域。所述的换热芯片在周向包围所述内套管的外壁，所述换热芯片的外表面轴向呈一组平行设置的竖直状、螺旋状或波纹状结构，所述换热芯片的外表面的横截面呈波纹状结构，该波纹状结构可以是正弦波、方波或锯齿波。当所述的换热芯片为两个或多个时，各芯片的构造可以相同，也可不同。
根据本实用新型，芯片的覆盖范围可根据喷嘴的喷孔数量以及喷射角度进行调整，以便尿素溶液充分的蒸发和热解。
根据本实用新型，内外套管截面比例应在75-85％左右，优选80％。
根据本实用新型，整个装置内套管和外套管采用304及以上防腐蚀不锈钢制作。换热芯片由于不与尿素溶液接触，可采用439不锈钢制作。
附图说明
图1为现有的汽车SCR后处理系统的结构示意图；
图2为现有带套管的汽车SCR后处理系统的结构示意图；
图3为本实用新型汽车SCR后处理系统的结构示意图；
图4为本实用新型防结晶换热装置的结构示意图；
图5为本实用新型换热装置的俯视图；
图6为本实用新型换热装置内套管和换热芯片组件的结构示意图；
图7为本实用新型换热芯片的横截面图；
图8为本实用新型换热芯片为两片，且外表面轴向为组合结构的实施方式的结构示意图；
图9为本实用新型换热芯片为两片，且外表面轴向为竖直状结构的实施方式的结构示意图；
图10为本实用新型换热芯片为单片实施方式的结构示意图；
图11为本实用新型换热芯片外表面的横截面呈方波实施方式的结构示意图；
图12为本实用新型支架采用双环结构的实施方式的俯视图；
图13为图12实施方式的支架的轴测图；
图14为本实用新型支架采用单环结构实施方式的结构示意图。
图中标记为：1、连接法兰；2、喷嘴；3、防结晶换热装置；4、连接法兰；5、催化器；6、催化剂载体；7、催化器后管路；8、排气管道；10、主流道；11、辅助流道；31、连接法兰；32、支架；33、上游渐缩管；34、外套管；35、换热芯片组；36、内套管；37、下游渐扩管；39、连接法兰；321、支架内环；322、支架外环；323、支架连接片；351、换热芯片外表面。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利的具体实施方式，例如：各结构的形状、构造以及各部分之间的相互位置关系及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细的说明：
本实用新型是一种防止排气管道尿素结晶的汽车SCR系统，通过在排气管道和催化器之间尿素溶液的喷出区域加设一带有强化换热芯片组的换热装置，使得喷出的尿素溶液能够在外套管尾气的对内套管壁面的换热作用下加速蒸发热解，从而避免内壁面管道内结晶的发生，提高NOx与尾气的混合均匀性，进而达到使整个催化还原后处理系统的催化转化率提高的目的。
如图3所示，本实用新型的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，包括依次连接的排气管道8、换热装置3、催化器5和催化器后管路7，所述的换热装置通过连接法兰1和4与排气管道8和催化器5进行可脱卸连接，在所述的催化器5内设有催化剂载体6，在所述的催化剂载体6上涂覆有催化剂，所述的换热装置3包括内套管34和外套管36，在所述内套管34的外壁上设置至少一个换热芯片35，所述的换热芯片35的外表面与所述的外套管36之间设有与尾气的流动方向一致的辅助流道11，所述的辅助流道11与内套管34内的主流道10导通；所述的换热装置3上设有喷嘴2。
如图4所示，所述的换热装置包括内套管34和外套管36，在所述内套管34的外壁上设置至少一个换热芯片35，所述的换热芯片35的外表面与所述的外套管36之间设有与尾气的流动方向一致的辅助流道11，所述的辅助流道11与内套管34内的主流道10导通；所述的换热装置3上设有喷嘴2。
所述的换热芯片组35的内表面与内套管36的外壁通过钎焊进行连接，以强化外套管34区域与内套管36区域的换热。而换热芯片的外表面与外套管之间留有一定的空隙，以防止尾气通过芯片与外套管34之间的换热被加强，从而散失过多的热量。
参照图5，所述的用于固定换热装置3的内套管34和外套管36的支架32为上下两组，每组支架包括三个在周向均布的焊片32，通过焊接使内套管34和外套管36在顶部和底部进行相互定位，并使内套管34和外套管36之间的辅助流道11与内套管34内的主流道10导通，使得一部分尾气可以通畅的流经换热芯片组区域，达到强化换热的目的。内外套管截面比例应在75-85％左右，优选80％。
所述的内套管36的进出口处分别设置辅助流道上游渐扩管33和下游渐缩管37，以便使气流产生一定的扰动。其中上游渐缩管33促进尿素溶液与内套管34内尾气的混合，下游渐缩管37促进内套管34内混合气和外套管36内尾气的混合。
所述的喷嘴2布置在上游渐缩管33的后端直管段上的换热芯片组35区域，以便使上游渐缩管33产生的扰流能使得喷嘴2喷出的尿素与尾气进行充分的混合，同时使得喷孔喷出的尿素溶液所撞击的壁面外围处于强化换热芯片组35包围的区域。
所述防结晶换热装置3的内、外套管采用304以上防腐蚀不锈钢制作。芯片组3-5由于不与尿素溶液接触，可采用439不锈钢制作。
参照图6、7，本实施例中的换热芯片35为两片，每片换热芯片均在周向包围主的内套管36。所述换热芯片35的外表面351轴向呈一组平行设置的波纹状结构，所述换热芯片35的外表面351的横截面呈正弦波结构。
参照图8，本实用新型的另一种实施方式，所述的换热芯片35为两片，上片的外表面351轴向呈一组平行设置的竖直状结构，下片的外表面351轴向呈一组平行设置的波纹状结构。其余结构与图6、7实施方式相同。
参照图9，本实用新型的又一种实施方式，所述的换热芯片35为两片，每片换热芯片的外表面351轴向呈一组平行设置的竖直状结构，其余结构与图6、7实施方式相同。
参照图10，本实用新型的又一种实施方式，是在图9基础上的改进，与图9实施方式不同之处在于本实施例中的换热芯片35只有一片，其余结构与图9实施方式相同。
本实用新型的换热芯片35的外表面351的横截面也可以呈方波结构，如图11所示。
参照图12、13，本实用新型的支架32还可以包括一个内环321、一个外环322和连接所述内环321和外环322的连接片323。所述的连接片323可以为多个，且周向均布，优选3个。所述的内环321的内径与内套管36的外径相同或略大于内套管36的外径，所述的外环322的外径与外套管34的内径相同或略小于外套管34的内径。所述的支架32可以是一个，其长度与内外套管长度相同，在内外套管的两端通过焊接方式将其固定。所述的支架也可以是两个，分别置于内外套管的两端。采用双环结构的好处是有利于内外套管的同心定位。
参照图14，本实用新型的支架也可以仅包括一个内环321和一组连接片323，其余结构与图12、13结构相同。
上述结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，但本实用新型的具体实现并不受上述方式的限制。只要采用了本实用新型的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
采用本实用新型的技术方案，不仅可以有效的提高管道内壁面的温度，且不会引起系统过大的压降，达到既能防止尿素溶液在管道内壁面结晶又不增加系统压降的目的。

Claims (9)

1.防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，包括依次连接的排气管道(8)、换热装置(3)、催化器(5)和催化器后管路(7)，在所述的催化器(5)内设有催化剂载体(6)，在所述的催化剂载体(6)上涂覆有催化剂，其特征在于所述的换热装置(3)包括内套管(34)和外套管(36)，在所述内套管(34)的外壁上设置至少一个换热芯片(35)，所述的换热芯片(35)的外表面与所述的外套管(36)之间设有与尾气的流动方向一致的辅助流道(11)，所述的辅助流道(11)与内套管(34)内的主流道(10)导通；所述的换热装置(3)上设有喷嘴(2)。
2.按照权利1所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在于所述的换热装置通过连接法兰(1，4)分别与所述的排气管道(8)和催化器(5)相连。
3.按照权利1所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在于所述换热装置的内套管(36)和外套管(34)之间通过支架(32)固定连接。
4.按照权利1所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在于所述的换热芯片(35)的内表面与内套管(36)的外壁之间通过钎焊进行连接，所述的换热芯片(35)的外表面与外套管(34)之间存在一定的空隙。
5.按照权利1所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在于所述内套管(36)的进出口处分别设有辅助通道上游渐扩管(33)和下游渐缩管(37)，分别用于产生扰流，其中上游渐缩管(33)促进尿素溶液与内套管(36)内尾气的混合，下游渐缩管(37)促进内套管(36)内混合气和辅助流道(11)内尾气的混合。
6.按照权利5所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在于所述的喷嘴(2)布置在上游渐扩管(33)的后端直管段上，以便上游渐扩管(33)产生的扰流能使得喷嘴喷出的尿素与尾气进行充分的混合。
7.按照权利6所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在 于所述的喷嘴位于换热芯片(35)区域，使得喷孔喷出的尿素溶液所撞击的壁面外围处于换热芯片包围的区域。
8.按照权利1所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在于所述内套管和外套管截面比例为75-85％。
9.按照权利1-8任何一项所述的防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，其特征在于所述的换热芯片(35)在周向包围所述内套管(34)的外壁，所述换热芯片(35)的外表面(351)轴向呈一组平行设置的竖直状、螺旋状或波纹状结构，所述换热芯片(35)的外表面(351)的横截面呈波纹状结构。 
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