CN219366140U - 一种混合器及尾气后处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合器及尾气后处理装置，所述混合器包括混合筒和引流板，所述混合筒的内部形成混合腔；所述混合筒的后侧具有向内凹进的后进气部位，所述后进气部位的两侧为对称的弧形筒壁，所述后进气部位设有后进气孔，所述混合筒的前侧设有前进气孔，两个所述弧形筒壁分别设有左进气孔和右进气孔；所述引流板呈弧形并位于所述后进气孔的后侧，所述引流板与所述混合筒之间形成从前侧分左右通向所述左进气孔、所述右进气孔以及所述后进气孔的弧形通道。该装置可以使还原剂与废气充分混合、蒸发分解，并提高混合均匀性及抗结晶性能。

Description

一种混合器及尾气后处理装置

技术领域

本实用新型涉及柴油发动机技术领域，尤其是柴油发动机排气系统中的混合器。本实用新型还涉及设有所述混合器的尾气后处理装置。

背景技术

选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction,SCR)是指在一定的温度范围和催化剂作用下，还原剂(氨、尿素及碳氢化合物等)有选择性的把烟气中的NOx还原为无毒害的N₂和H₂O。

SCR反应过程发生的反应包括：尿素的分解，NO₃的吸附、脱附，NO₃的氧化、标准SCR反应，快速SCR反应、慢速SCR反应等。

车辆运行过程中，由于尿素雾化不良、混合不均匀或者分解不充分，导致喷射的尿素液滴不能实时转化为NH₃，而是生成副产物，导致还原反应不稳定，从而影响到NOx排放的一致性和转化效率。

传统的混合器使用多片式、单旋向、单旋流管等的技术方法实现单向、单旋流的气体混合，无法通过旋流之间的互斥作用保证气旋形态的稳定和对中性，气流通过时，多种气流混合后集中在局部区域，气流裹挟尿素混合时不可避免的会偏向一侧，容易导致尿素结晶问题，且NH₃分布的均匀性较差，同时存在较高的压力损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种混合器及尾气后处理装置。该处理装置的混合器可以使还原剂与废气充分混合、蒸发分解，并提高混合均匀性及抗结晶性能。

本实用新型的另一目的在于提供一种设有所述混合器的尾气后处理装置。

为实现上述目的，本实用新型提供一种混合器，包括混合筒和引流板，所述混合筒的内部形成混合腔；所述混合筒的后侧具有向内凹进的后进气部位，所述后进气部位的两侧为对称的弧形筒壁，所述后进气部位设有后进气孔，所述混合筒的前侧设有前进气孔，两个所述弧形筒壁分别设有左进气孔和右进气孔；所述引流板呈弧形并位于所述后进气孔的后侧，所述引流板与所述混合筒之间形成从前侧分左右通向所述左进气孔、所述右进气孔以及所述后进气孔的弧形通道。

可选地，所述混合筒和引流板设置为引导气流通过所述前进气孔、左进气孔、所述右进气孔以及所述后进气孔进入所述混合腔，且气流通过所述混合腔时在所述混合筒的作用下能够产生两个对冲漩涡。

可选地，所述混合筒和引流板的底部设有空心隔板，所述空心隔板的下方设有导流板，所述导流板具有向气流来气方向拱起的弧形部位和位于所述弧形部位两侧的侧翼部位。

可选地，所述引流板的后侧布置有均流板，所述均流板上设有T型整流结构。

可选地，所述均流板呈圆形，所述T型整流结构包括与所述均流板的圆形形状相适应的T形头部和T形主干，所述T形头部开设有若干第一通气孔，所述T形主干的左右边沿与所述T形头部的下边沿以及所述均流板的局部弧形内边沿形成单独的第二通气孔。

可选地，所述第一通气孔分布于所述T形头部的左上角区域、中间区域以及右上角区域

可选地，所述混合筒的前进气孔为若干竖向的长条形孔或点阵分布圆形孔；和/或，所述混合筒的后进气部位为竖向的平面部位，其上的后进气孔为若干竖向的长条形孔，所述左进气孔、右进气孔为点阵分布的圆形孔。

可选地，所述混合筒、引流板与导流板在轴向方向上的投影在整体上具有呈圆形的外轮廓。

可选地，所述引流板的前侧边缘呈外翻的形状，与所述导流板的侧翼部位的位置相对应。

为实现上述另一目的，本发明提供一种尾气后处理装置，包括沿排气方向依次布置的氧化型催化器、颗粒过滤器、混合器以及选择性催化还原器，所述混合器为上述任一项技术方案所述的混合器。

本实用新型所提供的混合器在运行时，一部分气流从混合筒的前进气孔进入混合腔，另一部分气流经过混合筒与引流板形成的弧形通道，从后进气孔、左进气孔和右进气孔进入混合腔，汇聚在一起产生两个对冲的漩涡，同时尿素在垂直气流方向从尿素喷嘴进入混合腔内，与废气充分混合后进入蒸发器，通过蒸发器进一步混合尿素液滴及废气，同时加快尿素液滴的破碎及蒸发分解形成NH₃，与单旋流结构相比，通过在垂直气流方向形成两个旋流对冲的流场，可以大大削弱尿素被吹偏的问题，保证尿素喷束居中落在蒸发器表面，从而达到抵抗尿素结晶的目的，相比同类产品混合效果更高，抗结晶能力更强，并使NH₃分布的均一性有大幅提升，可有效减少压力损失。

本发明所提供的尾气后处理装置设有所述混合器，由于所述混合器具有上述技术效果，则设有该混合器的尾气后处理装置也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供的一种混合器的结构示意图。

图2为图1所示混合器的侧视图；

图3为图1中所示均流板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种尾气后处理装置的结构示意图。

图中：

10.氧化型催化器20.颗粒过滤器30.混合器31.混合筒311.后进气部位312.弧形筒壁313.后进气孔314.左进气孔315.右进气孔316.前进气孔32.引流板33.导流板331.弧形部位332.侧翼部位34.均流板341.T形头部342.T形主干343.第一通气孔344.第二通气孔35.空心隔板40.选择性催化还原器

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种混合器的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施例中，本实用新型所提供的混合器主要由混合筒31、引流板32、导流板33以及均流板34等组成，混合筒31呈周向封闭的套筒形状，其内部形成混合腔，混合筒31的后侧具有向内凹进的后进气部位311，后进气部位311为竖向的平面部位，后进气部位311的两侧为对称的弧形筒壁312，后进气部位311设有后进气孔313，两个弧形筒壁312分别设有左进气孔314和右进气孔315。

混合筒31的前进气孔316可以是竖向的长条形孔或点阵分布的圆形孔；后进气部位311上的后进气孔313可以是竖向的长条形孔，左进气孔314、右进气孔315为点阵分布的圆形孔。通过将不同的孔型进行组合，可以获得多个不同的实施例，例如，前进气孔316为长条形孔，后进气孔313为长条形孔，左进气孔314、右进气孔315为圆形孔；或者，前进气孔316为圆形孔，后进气孔313为长条形孔，左进气孔314、右进气孔315为圆形孔，等等。

在本实施例中后进气孔313为若干竖向的长条形孔，两组长条形孔分别位于混合筒31后侧的上半部分和下半部分。

左进气孔314、右进气孔315为点阵分布的圆形孔，混合筒31的前侧设有前进气孔316，前进气孔316为若干竖向的长条形孔，两组长条形孔分别位于混合筒31前侧的上半部分和下半部分。

引流板32呈弧形并位于后进气孔313的后侧，引流板32与混合筒31之间形成从前侧分左右通向所述左进气孔314、右进气孔315以及后进气孔313的弧形通道，气流能够通过前进气孔316、左进气孔314、右进气孔315以及后进气孔313进入混合腔，且气流通过混合腔时在混合筒31两个弧形筒壁312的作用下能够高速旋转，产生两个对冲漩涡。

通过这种特殊的导流结构，可以合理的分配气流保证气流通过流道后形成两个对称分布的漩涡，保证尿素喷束居中落在蒸发器(例如钢丝绒)表面，显著增强尿素与废气混合能力及抗结晶能力。

混合筒31和引流板32的底部设有空心隔板35，空心隔35板的下方设有导流板33，空心隔板35的下方可设置位于导流板33后侧的蒸发器，例如钢丝绒等。

导流板33具有向气流来气方向拱起的弧形部位331和位于弧形部位两侧的侧翼部位332。

引流板32的前侧边缘呈外翻的形状，与导流板33的侧翼部位332的位置相对应，混合筒31、引流板32与导流板33在轴向方向上的投影在整体上具有呈圆形的外轮廓，以便于封装在圆筒部件的内部，封装后在轴向长度方向更紧凑，所需布置空间更小。当然，根据外部构件的不同，也可以设计成其他形状。

请一并参考图3，图3为图1中所示均流板的结构示意图。

如图所示，引流板32的后侧布置有均流板34，均流板34呈圆形，其上设有T型整流结构。

示例性地，T型整流结构具有与均流板34的圆形形状相适应的T形头部341和T形主干342，T形头部341开设有若干第一通气孔343，第一通气孔343分布于T形头部341的左上角区域、中间区域以及右上角区域，T形主干342的左右边沿与T形头部341的下边沿以及均流板5的局部弧形内边沿形成单独的第二通气孔344，从图中可以看出，第一通气孔53是直径相对较小的圆形孔，而第二通气孔54则是占据面积相对较大且类似于腰型孔的异形孔。

根据气流的流量、温度以及压力损失，结合排放关键指标，通过在均流板34上设置不同数量、形状和尺寸的第一通孔53和第二通孔54，可以维持系统压力损失，结晶和NH₃分布均匀性等综合性能的平衡，从而提高后处理转化效率。

尿素沉积物根据形成过程可分为尿素结晶和尿素结石，尿素结晶是由于尿素溶液中的水分流失导致尿素溶液过饱和尿素析出产生的，是物理反应过程的产物，随着温度的升高可以继续分解；而尿素结石是由于尿素分解过程中的副反应产生的副产物所致，属于化学反应产物，需要较高的温度才能分解。

NH₃分布的均匀性是指为评价NH₃分布均匀程度定义分布均匀指数，定义分布均匀指数U_vapor，公式如下所示：

式中：m″_i为某平面上各单元网格上的NH₃质量分数值

m″_mean为某平面上NH₃质量分数平均值

A_i为某平面上各单元网格的面积

A为某平面的面积

气体速度均匀性指数公式如下所示：

式中：w_i为某平面上各单元网格上的气体速度值

w_mean为某平面上气体速度的平均值

由于尿素液滴质量比气体大得多，因此在气流流动滞止区存留下来形成的结晶，如果不能及时完全分解，则会以此为原核不断生长，由于不能完全分解，最终形成尿素结晶结石，累积到一定程度有可能堵塞尿素流动通道。

如图2所示，工作时，当气流沿箭头方向进入混合器30之后，一部分气流从混合筒31的前进气孔316进入混合腔，另一部分从混合筒31的两侧沿弧形通道流至后侧，然后从后进气孔313、左进气314孔和右进气孔315进入混合腔，在混合筒31、引流板32、以及导流板33的共同作用下，能够高速旋转，形成两个对冲旋流，在旋流的作用下，还原剂液滴在混合空间内有足够的时间和条件与废气充分混合，气流沿箭头向下经过蒸发器之后，尿素和废气混合气经过再次的扰动和蒸发，进一步增加多种气体的混合程度，提高尿素气化转化的效率，加强气流的混合均匀性。

经过蒸发器混合之后的混合气体，进入空心隔板35下层空间，沿箭头向后转向，被引入下游布置的均流板34，均流板34按照发动机不同排量相应调整与混合管距离，混合气体通过均流板34的不同孔位后能够均匀分布在SCR载体前各位置，提高SCR前NH₃混合均匀性，避免发动机排放超限，由于尿素喷束不会被吹偏引起液膜集聚，因此能有效减少结晶的发生，提升氨分布的均一性。

上述实施例仅是本实用新型的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，混合筒31的前进气孔316为点阵分布圆形孔，或者，在导流板33的弧形部位331和侧翼部位332也开设导气孔，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本实用新型所提供的混合器，能够使发动机排放的尾气与尿素分解生成的氨气充分混合，在尾气的高温作用下在SCR箱中进行催化转化，起到净化尾气的作用，其混合筒31、引流板32、导流板33以及均流板34相互配合，所起到的效果远大于各自单独使用的效果，使四者的作用发挥到最优，能够使经过的气流充分旋转混合，提高转化效率并减少尿素结晶风险，而且，氨分布的均一性有大幅提升。此外，还具有结构紧凑、工艺制造方便、成本更低等优点。

除了上述混合器，本实用新型还提供一种尾气后处理装置，其主要由氧化型催化器10、颗粒过滤器20、混合器30以及选择性催化还原器40组成，以上各组成部件沿轴向方向依次设置，其中，混合器30为上文所描述的混合器，工作时，发动机尾气依次流经氧化型催化器10、颗粒过滤器20、混合器30以及选择性催化还原器40，与尿素分解生成的氨气充分混合，在尾气的高温作用下在SCR箱中进行催化转化，起到净化尾气的作用，使尾气排放满足环保要求。

以上对本实用新型所提供的混合器和尾气后处理装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种混合器，其特征在于，包括混合筒(31)和引流板(32)，所述混合筒(31)的内部形成混合腔；所述混合筒(31)的后侧具有向内凹进的后进气部位(311)，所述后进气部位(311)的两侧为对称的弧形筒壁(312)，所述后进气部位(311)设有后进气孔(313)，所述混合筒(31)的前侧设有前进气孔(316)，两个所述弧形筒壁(312)分别设有左进气孔(314)和右进气孔(315)；所述引流板(32)呈弧形并位于所述后进气孔(313)的后侧，所述引流板(32)与所述混合筒(31)之间形成从前侧分左右通向所述左进气孔(314)、所述右进气孔(315)以及所述后进气孔(313)的弧形通道。

2.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述混合筒(31)和引流板(32)设置为引导气流通过所述前进气孔(316)、所述左进气孔(314)、所述右进气孔(315)以及所述后进气孔(313)进入所述混合腔，且气流通过所述混合腔时在所述混合筒(31)的作用下能够产生两个对冲漩涡。

3.根据权利要求2所述的混合器，其特征在于，所述混合筒(31)和引流板(32)的底部设有空心隔板(35)，所述空心隔板(35)的下方设有导流板(33)，所述导流板(33)具有向气流来气方向拱起的弧形部位(331)和位于所述弧形部位两侧的侧翼部位(332)。

4.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述引流板(32)的后侧布置有均流板(34)，所述均流板(34)上设有T型整流结构。

5.根据权利要求4所述的混合器，其特征在于，所述均流板(34)呈圆形，所述T型整流结构包括与所述均流板(34)的圆形形状相适应的T形头部(341)和T形主干(342)，所述T形头部(341)开设有若干第一通气孔(343)，所述T形主干(342)的左右边沿与所述T形头部(341)的下边沿以及所述均流板(34)的局部弧形内边沿形成单独的第二通气孔(344)。

6.根据权利要求5所述的混合器，其特征在于，所述第一通气孔(343)分布于所述T形头部(341)的左上角区域、中间区域以及右上角区域。

7.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述混合筒(31)的前进气孔(316)为若干竖向的长条形孔或点阵分布圆形孔；和/或，所述混合筒(31)的后进气部位(311)为竖向的平面部位，其上的后进气孔(313)为若干竖向的长条形孔，所述左进气孔(314)、右进气孔(315)为点阵分布的圆形孔。

8.根据权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述混合筒(31)、引流板(32)与导流板(33)在轴向方向上的投影在整体上具有呈圆形的外轮廓。

9.根据权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述引流板(32)的前侧边缘呈外翻的形状，与所述导流板(33)的侧翼部位(332)的位置相对应。

10.一种尾气后处理装置，包括沿排气方向依次布置的氧化型催化器(10)、颗粒过滤器(20)、混合器(30)以及选择性催化还原器(40)，其特征在于，所述混合器(30)为上述权利要求1至9中任一项所述的混合器。