DE102008016761A1 - Vorrichtung zum Vermischen von Abgasen aus Verbrennungsmotoren mit Zusatzstoffen - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung sind Vorrichtungen zum Vermischen von Abgasen aus Verbrennungsmotoren mit in den Abgasstrom eingedüsten Zusatzstoffen. In das abgasführende Rohr (4) sind mehrere abwechselnd angestellte Flügel (10) neben- und/oder hintereinander positioniert. Das Rohr (4) besitzt einen 8-förmigen Querschnitt, die Flügel (10) sind spiegelsymmetrisch angestellt, so dass sich im Rohr (4) zwei gegeneinander rotierende Gasströmungen mit einer gemeinsamen Zone ausbilden.
Description
- Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Vermischen von Abgasen aus Verbrennungsmotoren mit in den Abgasstrom eingedüsten Zusatzstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Zur Verringerung der schädlichen Emissionen werden in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen in den heißen Abgasstrom Zusatzstoffe eingebracht, die auf chemischem oder katalytischem Wege die Abgasreinigung teils verbessern, teils erst möglich machen. Ein Beispiel ist die Eindüsung von Harnstoff, der im heißen Abgas in Ammoniak umgewandelt wird und so die Reduktion der Stickoxide ermöglicht. Je nach System werden die Zusatzstoffe in flüssiger oder fester Form zugegeben.
- Es versteht sich, dass die chemischen oder katalytischen Reaktionen der Zusatzstoffe mit den Abgasen um so schneller und um so vollständiger erfolgen, je besser die Durchmischung ist. Dieser Anforderung werden die aktuellen Anlagen nicht oder nur begrenzt gerecht, da nur ein minimaler Stoffaustausch quer zur Strömungsrichtung stattfindet.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einfache und preiswerte Vorrichtungen anzugeben, die die Durchmischung von Abgasen und Zusatzstoffen fördern.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zum einen ihre Einfachheit, die Möglichkeit, die Baulänge der Mischrohre deutlich zu verringern, die nachgewiesenermaßen gute Mischwirkung, der niedrige Druckverlust und das Fehlen jeglicher Verstopfungsgefahr. Dank der Tatsache, dass die Flügel zu einer Mittelebene des Rohrs spiegelsymmetrisch angestellt sind, wird die Bildung eines einzigen großen, die Abgasströmung stabilisierenden Dralls verhindert, der die Mischwirkung behindern könnte. Vielmehr wird die Strömung in der Mitte ausgelenkt und rollt sich im weiteren Verlauf in mehreren Teilwirbeln auf. Dank der hervorragenden Mischwirkung können die Zusatzstoffe tropfenförmig oder auch schon vorgemischt eingedüst werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besitzt das Rohr einen unrunden Querschnitt. Der Ausdruck "unrund" umfasst einen 8-förmigen, einen doppel-8-förmigen oder auch einen parallelepipedischen Querschnitt. Dank der angestellten Flügel in Verbindung mit dem erwähnten Rohrquerschnitt kommt es nicht zur Ausbildung eines Dralls mit konstanter Winkelgeschwindigkeit über dem Radius, sondern zu mehreren Teilwirbeln mit einer mit dem Radius veränderlichen Winkelgeschwindigkeit. Dadurch entstehen quasi kontinuierliche Scherschichten im Rohr, die eine besonders gute Mischwirkung erzielen. Sind mehrere dieser Mischer nebeneinander angeordnet, so bieten diese durch Verdrehen um einen beliebigen Winkel gegeneinander weitere Anpassungsmöglichkeiten.
- Durch Verändern der Anstellung der Flügel kann die Mischvorrichtung auf niedrigst möglichen Druckverlust bei ausreichender Mischwirkung eingestellt werden.
- Je nach Anwendungsfall und je nach Kompliziertheit der Flügelform bestehen die Flügel aus Blech oder aus Feinguss. Bei Verwendung von Feinguss lassen sich die kompliziertesten Flügelformen herstellen.
- Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung besitzen die Flügel ein Basisteil, ein gegenüber dem Basisteil verdrehtes Mittelteil und ein gegenüber dem Mittelteil weiterhin verdrehtes Endteil.
- Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen jeweils rein schematisch und in isometrischer Darstellung
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung mit zwei nebeneinander angeordneten, abwechselnd angestellten Flügeln, -
2 die Flügel der1 in vergrößertem Maßstab, -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Mischvorrichtung und -
4 einen Schnitt durch die Mischvorrichtung der3 entlang der Linie IV-IV. -
1 zeigt rein schematisch und in isometrischer Darstellung einen Katalysator zur Reinigung von Dieselabgasen in einem Gehäuse1 . Dem Katalysator1 werden die zu reinigenden Abgase über ein Mischrohr2 zugeführt. Das Mischrohr2 besitzt eine Einströmöffnung3 , hinter der zwei Flügel10 nebeneinander positioniert sind. In das Mischrohr2 werden die zur Reinigung der Abgase benötigten Zusatzstoffe mit Hilfe einer Düse (nicht dargestellt) eingedüst, wobei diese Düse vor oder auch hinter den Flügeln10 positioniert sein kann. -
2 zeigt die Flügel10 in vergrößertem Maßstab. Sie bestehen aus einem Basisteil10.1 , dessen Berandung an die Wandung des Rohrs2 angepasst ist. An das Basisteil10.1 schließt sich ein Mittelteil10.2 an, das gegenüber dem Basisteil10.1 verdreht ist. Das Mittelteil10.1 läuft in ein Endteil10.3 aus, welches gegenüber dem Mittelteil10.2 weiter verdreht ist. - Wie
2 erkennen lässt, sind die beiden Flügel10 so angestellt, dass sich im Rohr2 zwei Wirbel ausbilden, die eine mit dem Radius veränderliche Winkelgeschwindigkeit haben. Dadurch entstehen im Rohr2 quasi kontinuierliche Scherschichten, die eine besonders gute Mischwirkung hervorrufen. - Die Flügel
10 können nicht nur wie in der Zeichnung dargestellt parallel sondern unter beliebigen Winkeln gegeneinander verdreht angeordnet werden, so dass es möglich ist, die Mischvorrichtung auf niedrigst möglichen Druckverlust bei ausreichender Mischwirkung einzustellen. - Es hat sich herausgestellt, dass die Verstopfungsgefahr, hervorgerufen durch an den Metallteilen sich abscheidenden Harnstoff, vernachlässigbar klein ist.
-
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier ist das Mischrohr4 mit einem unrunden, hier 8-förmigen Querschnitt ausgeführt. Einzelheiten ergeben sich aus4 , die einen Schnitt durch das Rohr4 entlang der Linie IV-IV zeigt. Die beiden Flügel10 erzeugen aufgrund ihrer Anstellung Strömungswirbel5.1 ,5.2 , die sich in einer Mischzone5.3 treffen und durchmischen. Dank der durch die Formgebung des Mischrohrs4 verstärkten Mischwirkung lässt sich der Abstand zwischen den Flügeln10 und dem Katalysator1 weiter verringern, ohne dass die Vermischung von Abgasen und Zusatzstoffen darunter leidet.
Claims (8)
- Vorrichtung zum Vermischen von Abgasen aus Verbrennungsmotoren mittels in den Abgasstrom eingedüster Zusatzstoffe, umfassend – ein Abgas führendes Rohr (
2 ,4 ), – eine Düse für den Zusatzstoff – und einen Reaktor (1 ), gekennzeichnet durch die Merkmale: – im Rohr (2 ,4 ) sind mehrere abwechselnd angestellte Flügel (10 ) neben- und/oder hintereinander positioniert, – die Flügel (10 ) sind spiegelsymmetrisch zu einer Rohrmittelebene angestellt, so dass sich im Rohr (2 ,4 ) zwei gegensinnig rotierende Gasströmungen (5.1 ,5.2 ) mit einer gemeinsamen Zone (5.3 ) ausbilden. - Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – das Rohr (
4 ) besitzt einen unrunden Querschnitt. - Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – das Rohr (
4 ) besitzt einen 8-förmigen Querschnitt. - Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – das Rohr (
4 ) besitzt einen doppel-8-förmigen Querschnitt. - Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – das Rohr (
4 ) besitzt einen parallelepipedischen Querschnitt. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Flügel (
10 ) bestehen aus Blech. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Flügel (
10 ) bestehen aus Feinguss. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Flügel (
10 ) umfassen – ein Basisteil (10.1 ), – ein Mittelteil (10.2 ), das gegenüber dem Basisteil (10.1 ) verdreht ist, – und ein Endteil (10.3 ), das gegenüber dem Mittelteil (10.2 ) verdreht ist.
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