DE102013210804A1

DE102013210804A1 - Mixer means

Info

Publication number: DE102013210804A1
Application number: DE102013210804.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Müller
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischereinrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit. Die Mischereinrichtung umfasst einen ersten Mischer und einen zweiten Mischer, die jeweils einen ersten Längsabschnitt und einen zweiten Längsabschnitt aufweisen. Die beiden Längsabschnitte sind in Strömungsrichtung des Gasstroms hintereinander angeordnet. Der erste Längsabschnitt weist in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms eine erste Kontur auf und der zweite Längsabschnitt weist in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms eine zweite Kontur auf. Die zweite Kontur ist in Umfangsrichtung wellenförmig ausgebildet. Der erste und der zweite Mischer sind in Strömungsrichtung des Gasstroms hintereinander angeordnet.The present invention relates to a mixer device for mixing a gas stream, in particular for distributing and evaporating a liquid introduced into a gas stream, in particular into an exhaust gas stream. The mixer device comprises a first mixer and a second mixer, each of which has a first longitudinal section and a second longitudinal section. The two longitudinal sections are arranged one behind the other in the direction of flow of the gas stream. The first longitudinal section has a first contour in a plane perpendicular to the direction of flow of the gas stream and the second longitudinal section has a second contour in a plane perpendicular to the direction of flow of the gas stream. The second contour is wave-shaped in the circumferential direction. The first and the second mixer are arranged one behind the other in the direction of flow of the gas stream.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischereinrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit. The present invention relates to a mixer device for mixing a gas stream, in particular for distributing and evaporating a liquid introduced into a gas stream, in particular into an exhaust gas stream.

Das Problem, eine Flüssigkeit in geeigneter Form zuverlässig in einem Gasstrom zu verdampfen und zu verteilen, um beispielsweise eine chemische Reaktion von Komponenten des Gasstroms mit Komponenten der verdampften Flüssigkeit zu ermöglichen, stellt sich in vielen Anwendungsbereichen. In der Abgastechnik stellt sich dieses Problem beispielsweise im Zusammenhang mit dem SCR-Verfahren, bei dem eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird, zum Beispiel mittels einer Dosierpumpe oder eines Injektors. Durch Thermolyse und Hydrolyse entsteht aus der Harnstofflösung Ammoniak und CO₂. Das so erzeugte Ammoniak kann in einem geeigneten Katalysator mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden reagieren, die so effizient aus dem Abgas entfernt werden. The problem of reliably vaporizing and distributing a liquid in a suitable manner in a gas stream, for example to allow a chemical reaction of components of the gas stream with components of the vaporized liquid, arises in many fields of application. In exhaust gas technology, this problem arises, for example, in connection with the SCR process, in which an aqueous urea solution is introduced into the exhaust gas line of a motor vehicle, for example by means of a metering pump or an injector. Thermolysis and hydrolysis produce ammonia and CO ₂ from the urea solution. The ammonia thus produced can react in a suitable catalyst with the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, which are removed so efficiently from the exhaust gas.

Bei diesem Verfahren ist es von besonderer Relevanz, dass die Harnstofflösung in einem geeigneten Verhältnis zu der im Abgas enthaltenen Stickoxidmenge zugeführt wird. Außerdem ist es von großer Bedeutung, dass die in den Abgasstrom eingebrachte Harnstofflösung möglichst vollständig verdampft und in dem Abgasstrom gleichmäßig verteilt wird. In this method, it is of particular relevance that the urea solution is fed in a suitable ratio to the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust gas. In addition, it is of great importance that the introduced into the exhaust stream urea solution is evaporated as completely as possible and evenly distributed in the exhaust gas stream.

Um in effizientes Verteilen und Verdampfen der in dem Gasstrom eingebrachten Flüssigkeit sicherzustellen, ist in Strömungsrichtung hinter dem Einbringungspunkt der Flüssigkeit oftmals eine Mischereinrichtung vorgesehen. Obwohl herkömmliche Mischereinrichtungen in vielen Fällen einen akzeptablen Homogenisierungsgrad des Gasstroms bewirken, besteht weiterhin Bedarf nach effizienten Mischereinrichtungen, um eine möglichst vollständige und insbesondere schnelle Verteilung der Flüssigkeit in dem Gasstrom zu erreichen, ohne den Abgasstrom übermäßig zu behindern. Mit anderen Worten soll die Mischereinrichtung in dem Abgasstrom möglichst wenig Gegendruck erzeugen. In order to ensure efficient distribution and evaporation of the liquid introduced in the gas flow, a mixing device is often provided in the flow direction behind the point of introduction of the liquid. Although conventional mixing devices in many cases provide an acceptable degree of homogenization of the gas flow, there remains a need for efficient mixing means to achieve as complete and, in particular, rapid distribution of the liquid in the gas flow without unduly hindering the flow of exhaust gas. In other words, the mixer device should generate as little counterpressure in the exhaust gas flow as possible.

Effiziente Mischereinrichtungen sind insbesondere in der Abgastechnik gefragt. Je größer nämlich die Effizienz der Mischereinrichtung ist, desto besser kann die in den Abgasstrom injizierte Harnstoffmenge an die im Abgas enthaltene Menge von Stickoxiden angepasst werden. Letztlich führt dies zu einer verbesserten Abgasreinigung. Efficient mixer devices are in demand especially in the exhaust gas technology. Namely, the greater the efficiency of the mixing device, the better the amount of urea injected into the exhaust gas flow can be adapted to the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas. Ultimately, this leads to an improved emission control.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente Mischereinrichtung zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom eingebrachten Flüssigkeit zu schaffen, mit der eine möglichst geringe Gegendruckerhöhung einhergeht. Die Mischereinrichtung soll überdies einfach und kostengünstig herstellbar sein. It is therefore an object of the present invention to provide an efficient mixing device for distributing and vaporizing a liquid introduced into a gas stream, with which the smallest possible counterpressure increase is associated. The mixer device should also be easy and inexpensive to produce.

Diese Aufgabe wird durch eine Mischereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a mixer device with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß umfasst die Mischereinrichtung zumindest einen ersten Mischer und einen zweiten Mischer, die in Strömungsrichtung des Gasstroms hintereinander angeordnet sind. Der erste Mischer und der zweite Mischer weisen jeweils einen ersten Längsabschnitt und einen zweiten Längsabschnitt auf, die in Strömungsrichtung des Gasstroms hintereinander angeordnet sind. Der erste Längsabschnitt weist in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms eine erste Kontur auf. Der zweite Längsabschnitt weist in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms eine zweite Kontur auf, die in Umfangsrichtung wellenförmig ausgebildet ist. According to the invention, the mixer device comprises at least a first mixer and a second mixer, which are arranged one behind the other in the flow direction of the gas stream. The first mixer and the second mixer each have a first longitudinal section and a second longitudinal section, which are arranged one behind the other in the flow direction of the gas flow. The first longitudinal section has a first contour in a plane perpendicular to the flow direction of the gas flow. The second longitudinal section has in a plane perpendicular to the flow direction of the gas flow to a second contour, which is formed wave-shaped in the circumferential direction.

Mit anderen Worten variiert die Geometrie der beiden Mischer in der Längsrichtung. Die beiden Längsabschnitte können direkt aneinander angrenzen oder ineinander übergehen. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen den beiden Längsabschnitten weitere Komponenten bzw. Mischerabschnitte angeordnet sind. In other words, the geometry of the two mixers varies in the longitudinal direction. The two longitudinal sections can adjoin one another directly or merge into one another. However, it is also conceivable that further components or mixer sections are arranged between the two longitudinal sections.

Zumindest die zweite Kontur ist wellenförmig. Die zweite Kontur kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie in der genannten Ebene an die Form einer Blüte erinnert. Insbesondere sind der erste und der zweite Mischer sogenannte Blütenmischer. Durch die wellenförmige Ausgestaltung des Querschnitts des zweiten Längsabschnitts der beiden Mischer, werden in dem Gasstrom Teilströme erzeugt, die zur besseren Vermischung des Gasstroms führen und die es insbesondere ermöglichen, ein in den Gasstrom eingebrachtes Fluid – insbesondere eine Flüssigkeit – in dem Gasstrom zuverlässig verteilen. At least the second contour is undulating. By way of example, the second contour may be designed so that it is reminiscent of the shape of a flower in said plane. In particular, the first and second mixers are so-called flower mixers. Due to the wave-shaped configuration of the cross section of the second longitudinal section of the two mixers, partial streams are generated in the gas stream, which lead to better mixing of the gas stream and in particular enable a fluid introduced into the gas stream - in particular a liquid - to distribute reliably in the gas stream.

Die Formgebung der Mischer unterstützt zudem das Verdampfen der eingebrachten Flüssigkeit. Wenn die Flüssigkeitströpfchen auf das heiße Material der Mischer auftreffen, verdampfen diese nämlich zumindest nämlich teilweise oder zerplatzen, wodurch kleinere und daher leichter zu verdampfende sekundäre Tröpfchen erzeugt werden. The shape of the mixer also supports the evaporation of the introduced liquid. Namely, when the liquid droplets strike the hot material of the mixers, they at least partially evaporate or burst, producing smaller and therefore easier to evaporate secondary droplets.

Aufgrund der in Umfangsrichtung wellenförmigen Ausgestaltung zumindest eines Längsabschnitts der beiden Mischer wird zudem die Oberfläche der Mischer vergrößert, wodurch die Vermischungs- und Verdampfungswirkung vergrößert wird. Die Anordnung der beiden Mischer in Strömungsrichtung hintereinander unterstützt diese Wirkung, ohne den damit verbundenen Gegendruck übermäßig zu vergrößern. Due to the circumferentially undulating configuration of at least one longitudinal section of the two mixers, moreover, the surface area of the mixers is increased, as a result of which the mixing and evaporation effect is increased. The arrangement of the two mixers in Direction of flow in succession supports this effect, without increasing the associated back pressure excessively.

Die Wellenform der zweiten Kontur kann regelmäßig oder unregelmäßig sein, d.h. beispielweise variiert die Amplitude und/oder Gestalt der Wellenform in Umfangsrichtung. Die ersten Konturen der beiden Mischer können einander gleichen oder unterschiedlich sein. Gleiches gilt für die zweiten Konturen. The waveform of the second contour may be regular or irregular, i. For example, the amplitude and / or shape of the waveform varies in the circumferential direction. The first contours of the two mixers may be the same or different. The same applies to the second contours.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen angegeben. Further embodiments of the invention are indicated in the description, the claims and the attached drawings.

Gemäß einer Ausführungsform oszilliert die zweite Kontur um eine Projektion der ersten Kontur. Anders ausgedrückt, verläuft die regelmäßige oder unregelmäßige Wellenform der zweiten Kontur in einer gemeinsamen Projektionsebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstroms abschnittsweise außerhalb und innerhalb der ersten Kontur. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den zweiten Längsabschnitt so zu gestalten, dass die zweite Kontur – in der Projektionsebene gesehen – vollständig innerhalb oder außerhalb der ersten Kontur verläuft. According to one embodiment, the second contour oscillates around a projection of the first contour. In other words, the regular or irregular waveform of the second contour extends in a common projection plane perpendicular to the flow direction of the gas flow in sections outside and inside the first contour. In principle, however, it is also possible to design the second longitudinal section in such a way that the second contour-viewed in the projection plane-runs completely within or outside the first contour.

Bei einer um die erste Kontur oszillierenden zweiten Kontur kann es vorgesehen sein, dass außerhalb der ersten Kontur verlaufende Abschnitte der zweiten Kontur größere oder kleinere Flächenabschnitte definieren, als radial innerhalb der ersten Kontur verlaufende Abschnitte der zweiten Kontur. In der Regel ist ein 1:1-Verhältnis der Flächenabschnitte vorteilhaft, da eine entsprechende Ausgestaltung der Mischereinrichtung oftmals einen nur vergleichsweise geringen Gegendruck generiert. In the case of a second contour oscillating about the first contour, provision may be made for sections of the second contour running outside the first contour to define larger or smaller area sections than sections of the second contour extending radially within the first contour. As a rule, a 1: 1 ratio of the surface sections is advantageous since a corresponding configuration of the mixer device often generates only a comparatively low counterpressure.

Insbesondere umfasst oder definiert die zweite Kontur Ausbuchtungen und zwischen benachbarten Ausbuchtungen liegende Einschnürungen. Die Ausbuchtungen können in einer radialen Richtung von innen nach außen gesehen zunächst in Umfangsrichtung einen divergierenden Abschnitt aufweisen, so dass sie eine tropfen- oder keulenförmige Form aufweisen. Die in Strömungsrichtung des Gasstroms verlaufenden Scheitellinien der Ausbuchtungen und die entsprechenden Scheitellinien der Einschnürungen sind relativ zu einer Mittelachse der Mischereinrichtung zumindest abschnittsweise geneigt und/oder gekrümmt. Als Scheitellinien sind in diesem Zusammenhang Linien aufzufassen, die die lokalen Maxima bzw. Minima der Ausbuchtungen bzw. der Einschnürungen definieren. Mit anderen Worten verlaufen die Scheitellinien in Längsrichtung entlang der lokalen Maxima bzw. Minima der Ausbuchtungen bzw. der Einschnürungen. Die Scheitellinien der Ausbuchtungen konvergieren beispielsweise zu der ersten Kontur hin. Entsprechend können die Scheitellinien der Einschnürungen divergierend ausgebildet sein, d.h. sie verlaufen in diesem Fall jeweils von einem radial innerhalb der ersten Kontur liegenden Punkt zu der ersten Kontur hin. In particular, the second contour includes or defines protrusions and constrictions located between adjacent protrusions. The bulges can have a diverging section in the circumferential direction in a radial direction from the inside to the outside, so that they have a drop-shaped or club-shaped form. The vertex lines of the bulges extending in the flow direction of the gas flow and the corresponding apex lines of the constrictions are inclined and / or curved at least in sections relative to a center axis of the mixer device. As apex lines in this context lines are to be understood, which define the local maxima or minima of the bulges or the constrictions. In other words, the crest lines extend longitudinally along the local maxima or minima of the bulges or the constrictions. For example, the apex lines of the bulges converge toward the first contour. Accordingly, the apex lines of the constrictions may be divergent, i. In this case, they each extend from a point located radially within the first contour towards the first contour.

Die beiden Mischer können "verdreht" zueinander angeordnet sein. Der erste Mischer und der zweite Mischer sind insbesondere derart angeordnet, dass in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen zumindest eine der Ausbuchtungen der zweiten Kontur des ersten Mischers mit zumindest einer der Einschnürungen der zweiten Kontur des zweiten Mischers fluchtet, oder umgekehrt. Bevorzugt fluchten alle Ausbuchtungen der zweiten Kontur des ersten Mischers mit jeweils einer der Einschnürungen der zweiten Kontur des zweiten Mischers, und umgekehrt. The two mixers can be arranged "twisted" to each other. The first mixer and the second mixer are in particular arranged such that viewed in the flow direction of the gas flow at least one of the bulges of the second contour of the first mixer is aligned with at least one of the constrictions of the second contour of the second mixer, or vice versa. All bulges of the second contour of the first mixer are preferably aligned with one of the constrictions of the second contour of the second mixer, and vice versa.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform bildet ein freies Ende des zweiten Längsabschnitts des ersten Mischers ein stromaufwärtiges Ende des ersten Mischers und ein freies Ende des zweiten Längsabschnitts des zweiten Mischers bildet ein stromabwärtiges Ende des zweiten Mischers. Beispielsweise ist der erste Längsabschnitt des ersten Mischers dem ersten Längsabschnitt des zweiten Mischers zugewandt. According to an advantageous embodiment, a free end of the second longitudinal section of the first mixer forms an upstream end of the first mixer, and a free end of the second longitudinal section of the second mixer forms a downstream end of the second mixer. For example, the first longitudinal section of the first mixer faces the first longitudinal section of the second mixer.

Der erste Mischer und der zweite Mischer können miteinander verbunden sein. Insbesondere sind die beiden Mischer gasdicht miteinander verbunden, um der Mischereinrichtung besondere Stabilität zu verleihen und den Übergang des Gasstroms von dem ersten Mischer in den zweiten Mischer effizienter zu gestalten. The first mixer and the second mixer may be connected to each other. In particular, the two mixers are connected to each other in a gastight manner in order to give the mixing device particular stability and to make the passage of the gas flow from the first mixer into the second mixer more efficient.

Insbesondere sind der erste und/oder der zweite Mischer unterbrechungsfrei ausgebildet, so dass ein Gasdurchtritt durch die jeweilige Wandung des bzw. der Mischer nicht möglich ist. Gleiches kann für eine eventuell vorgesehene Verbindung zwischen den beiden Mischern gelten. In particular, the first and / or the second mixer are formed without interruption, so that a gas passage through the respective wall of the mixer or not is possible. The same may apply to any connection between the two mixers.

Eine besonders kostengünstige Bauweise ergibt sich, wenn der erste Mischer und der zweite Mischer im Wesentlichen Gleichteile sind. Diese können beispielsweise separat gefertigt werden. Anschließend werden sie in der gewünschten Weise in der Mischereinrichtung angeordnet, beispielsweise in einer gegensinnigen Ausrichtung und verdreht zueinander. A particularly cost-effective design results when the first mixer and the second mixer are essentially identical parts. These can be manufactured separately, for example. Subsequently, they are arranged in the desired manner in the mixer device, for example in an opposing orientation and twisted to each other.

Die Mischereinrichtung kann einen Gehäuseabschnitt umfassen, in dem der erste Mischer und der zweite Mischer angeordnet sind, wobei eine Querschnittsfläche des Gehäuseabschnitts in Strömungsrichtung des Gasstroms zu mehr als 70 %, insbesondere zu mehr als 80 % derart durch die Mischer abgedeckt wird, dass in dem abgedeckten Bereich eine gradlinige Durchströmung der Mischereinrichtung verhindert wird. Mit anderen Worten ist die Mischereinrichtung zu zumindest 70 % blickdicht, so dass einströmende Flüssigkeitströpfchen mit hoher Wahrscheinlichkeit abgelenkt werden und/oder mit zumindest einem der beiden Mischer kollidieren, wodurch eine verbesserte Vermischung des Gasstroms und Verdampfung der Tröpfchen erreicht wird. Die Gefahr, dass Flüssigkeitsteilchen in einen stromabwärtigen Bereich der Mischereinrichtung geraten und eventuell sogar in einen stromabwärts gelegenen Katalysator gelangen, wo sie schädigend wirken könnten, wird dadurch reduziert. The mixer device may comprise a housing section in which the first mixer and the second mixer are arranged, wherein a cross-sectional area of the housing section in the flow direction of the gas flow is covered by more than 70%, in particular more than 80%, by the mixer Covered area a straight flow through the Mixer device is prevented. In other words, the mixer device is at least 70% opaque, so that in-flowing liquid droplets are highly likely to be deflected and / or collide with at least one of the two mixers, thereby providing improved mixing of the gas stream and vaporization of the droplets. The risk that liquid particles fall into a downstream region of the mixer device and possibly even get into a downstream catalyst, where they could be harmful, is thereby reduced.

Die ersten Konturen und die zweiten Konturen können so ausgestaltet sein, dass sich in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen ein Bereich ergibt, der weder durch den ersten Mischer noch durch den zweiten Mischer blockiert ist. Dieser Bereich wird insbesondere durch radial innenliegende Endabschnitte von Einschnürungen der zweiten Konturen definiert. Um auch in diesem Bereich eine zumindest teilweise blickdichte Ausgestaltung zu erreichen, kann dort ein strömungsleitendes und/oder strömungsblockierendes Element vorgesehen sein, beispielsweise eine Sperrscheibe und/oder eine Mischereinrichtung herkömmlicher Bauart. The first contours and the second contours may be configured so that, seen in the flow direction of the gas flow, a region results which is blocked neither by the first mixer nor by the second mixer. This area is defined in particular by radially inner end sections of constrictions of the second contours. In order to achieve an at least partially opaque embodiment also in this area, there may be provided a flow-conducting and / or flow-blocking element there, for example a locking disk and / or a mixing device of conventional design.

Die erste Kontur ist vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig oder oval. Die zweite Kontur kann grundsätzlich von beliebiger wellenförmiger Ausgestaltung sein. In vielen Fällen erweist sich jedoch eine Ausgestaltung der zweiten Kontur als vorteilhaft, die symmetrisch zu zumindest einer Symmetrieebene ausgebildet ist und/oder die eine Drehsymmetrie aufweist. Eine Symmetrieachse der Drehsymmetrie ist parallel, insbesondere koaxial zu der Strömungsrichtung des Gasstroms angeordnet. Unter einer Drehsymmetrie ist in dem vorliegenden Kontext eine Symmetrie zu verstehen, bei der die Drehung der zweiten Kontur um einen gewissen Winkel um die Symmetrieachse die zweite Kontur wieder mit sich selbst zur Deckung bringt. Die Symmetrieachse verläuft durch den Flächenschwerpunkt der durch die zweite Kontur gebildeten Form. Beispielsweise ist die Drehsymmetrie dreizählig, wenn die zweite Kontur bei Drehungen um 120° und um 240° wieder auf sich selbst abgebildet wird. Grundsätzlich sind beliebige Drehsymmetrien möglich. Es ist auch denkbar, die vorstehend beschriebenen Ausbuchtungen und Einschnürungen unterschiedlich auszugestalten, so dass komplexe Varianten der zweiten Kontur erzeugt werden können, um die jeweils geforderten Mischereigenschaften zu erzielen. The first contour is preferably substantially circular or oval. The second contour can basically be of any wavy configuration. In many cases, however, an embodiment of the second contour proves to be advantageous, which is symmetrical to at least one plane of symmetry and / or has a rotational symmetry. An axis of symmetry of the rotational symmetry is arranged in parallel, in particular coaxially to the flow direction of the gas flow. In the present context, a rotational symmetry is to be understood as a symmetry in which the rotation of the second contour by a certain angle about the axis of symmetry brings the second contour back into coincidence with itself. The axis of symmetry passes through the centroid of the shape formed by the second contour. For example, the rotational symmetry is threefold when the second contour is imaged onto itself again by rotations of 120 ° and 240 °. Basically, any rotational symmetry is possible. It is also conceivable to design the bulges and constrictions described above differently so that complex variants of the second contour can be generated in order to achieve the respectively required mixing properties.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind der erste Mischer und/oder der zweite Mischer Blechteile. According to a further embodiment, the first mixer and / or the second mixer are sheet metal parts.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Hereinafter, the present invention will be explained purely by way of example with reference to advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 bis 4 verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung und 1 to 4 different views of a first embodiment of the mixing device according to the invention and

5 bis 8 verschiedene Ansichten einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung. 5 to 8th different views of a second embodiment of the mixer device according to the invention.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform 10 der Mischereinrichtung für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem SCR-Abgasreinigungssystem. Die Mischereinrichtung 10 wird in Einbaulage von links angeströmt, was durch den Pfeil G verdeutlicht wird. Die Hauptströmungsrichtung G des Gasstroms ist koaxial zu einer Mittelachse M der Mischereinrichtung 10 angeordnet. 1 shows a perspective view of a first embodiment 10 the mixer device for an exhaust system of a motor vehicle with an SCR exhaust gas purification system. The mixer device 10 is flowed in installation position from the left, which is illustrated by the arrow G. The main flow direction G of the gas flow is coaxial with a center axis M of the mixer device 10 arranged.

Die Mischereinrichtung 10 umfasst einen stromaufwärtigen Mischer 12 und einen stromabwärtigen Mischer 14, die im Wesentlichen Gleichteile aus Blech sind. D.h. die Mischer 12, 14 werden zunächst separat voneinander gefertigt und anschließend miteinander verbunden und in einem geeigneten Gehäuse verbaut, das wiederum in den Abgasstrang eingesetzt wird. The mixer device 10 includes an upstream mixer 12 and a downstream mixer 14 , which are essentially identical parts made of sheet metal. Ie the mixers 12 . 14 are first manufactured separately from each other and then connected together and installed in a suitable housing, which in turn is used in the exhaust system.

Die Mischer 12, 14 sind sogenannte Blütenmischer. Ein erster Längsabschnitt 16 des Mischers 12 weist in Umfangsrichtung eine wellenförmige Formgebung auf, die in einer später noch gezeigten axialen Ansicht des Mischers 12 in ihrer Kontur an eine Blüte erinnert. Ein zweiter Längsabschnitt 18 des Mischers 12 weist an seinem stromabwärtigen Ende eine im Wesentlichen kreisförmige Kontur auf. Die beiden Längsabschnitte 16, 18 gehen kontinuierlich ineinander über. The mixers 12 . 14 are so-called flower mixers. A first longitudinal section 16 of the mixer 12 has in the circumferential direction on a wavy shape, in an axial view of the mixer shown later 12 in its contour reminiscent of a flower. A second longitudinal section 18 of the mixer 12 has at its downstream end a substantially circular contour. The two longitudinal sections 16 . 18 go continuously into each other.

Mit anderen Worten umfasst der Längsabschnitt 16 in Umfangsrichtung abwechselnd Ausbuchtungen 20 und Einschnürungen 22, im vorliegenden Fall jeweils vier davon. An den Ausbuchtungen 20 sind Laschen 24 vorgesehen, mit denen der Mischer 12 an einem umgebenden Gehäuseabschnitt, der beispielsweise rohrförmig ausgebildet ist, befestigt werden kann, insbesondere durch Schweißen. In other words, the longitudinal section comprises 16 in the circumferential direction alternately bulges 20 and constrictions 22 , in the present case four each. At the bulges 20 are tabs 24 provided with which the mixer 12 on a surrounding housing portion, which is for example tubular, can be fixed, in particular by welding.

Der Mischer 12 ist unterbrechungsfrei ausgebildet, d.h. von dem stromabwärtigen freien Ende des Längsabschnitts 16 bis zu dem dem Mischer 14 zugewandten Ende des Längsabschnitts 18 weist der Mischer 12 keine Unterbrechungen oder Löcher auf, so dass er in radialer Richtung von dem Gasstrom nicht durchtreten werden kann. The mixer 12 is formed without interruption, ie from the downstream free end of the longitudinal section 16 up to the mixer 14 facing the end of the longitudinal section 18 points the mixer 12 no interruptions or holes, so that it can not pass in the radial direction of the gas flow.

Die vorstehenden Ausführungen zu dem Mischer 12 gelten in analoger Weise für den Mischer 14, wobei zu beachten ist, dass dieser in Strömungsrichtung G des Gasstroms umgekehrt angeordnet ist. Die beiden einander zugewandten Enden der Längsabschnitte 18 der Mischer 12, 14 sind gasdicht miteinander verbunden. The above remarks on the mixer 12 apply analogously to the mixer 14 , It should be noted that this is arranged in the flow direction G of the gas flow reversed. The two mutually facing ends of the longitudinal sections 18 the mixer 12 . 14 are connected to each other gas-tight.

2 zeigt einen Schnitt durch die Mischereinrichtung 10 in einer Ebene, die die Mittenachse M enthält. In der Schnittebene liegen Scheitellinien S einander gegenüberliegender Einschnürungen 22 des Mischers 12. Da die Mischer 12, 14 um 45° verdreht zueinander angeordnet sind, fluchten die Einschnürungen 22 bzw. deren Scheitellinien S mit den Ausbuchtungen 20 bzw. deren Scheitellinien S' des Mischers 14. Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Scheitellinien S, S' im Wesentlichen in der Schnittebene verlaufende Geraden. Die Scheitellinien S der Einschnürungen 22 des Mischers 12 divergieren ebenso wie die mit ihnen fluchtenden Scheitellinien S' der Ausbuchtungen 20 des Mischers 14 in Strömungsrichtung G des Gasstroms. Umgekehrtes gilt für die entsprechenden Scheitellinien der Ausbuchtungen 20 des Mischers 12 bzw. die Scheitellinien der Einschnürungen 22 des Mischers 14. 2 shows a section through the mixer device 10 in a plane containing the center axis M. In the sectional plane are apex lines S of opposing constrictions 22 of the mixer 12 , Because the mixer 12 . 14 arranged at 45 ° to each other, the constrictions are aligned 22 or their crest lines S with the bulges 20 or their apex lines S 'of the mixer 14 , As in 2 can be seen, the apex lines S, S 'are substantially in the sectional plane extending straight lines. The crests S of constrictions 22 of the mixer 12 diverge as well as aligned with them apex lines S 'of the bulges 20 of the mixer 14 in the flow direction G of the gas flow. The reverse applies to the corresponding apex lines of the bulges 20 of the mixer 12 or the crest lines of the constrictions 22 of the mixer 14 ,

Anstelle im Wesentlichen geradliniger Scheitellinien S, S', die im Bereich der Längsabschnitte 18 der Mischer 12, 14 durch parallel zu der Mittelachse M verlaufende Abschnitte verbunden sind, können diese auch abschnittsweise oder vollständig gekrümmt sein. Instead of substantially rectilinear crests S, S ', which are in the region of the longitudinal sections 18 the mixer 12 . 14 are connected by parallel to the central axis M extending sections, they may also be partially or completely curved.

3 zeigt die Mischereinrichtung 10 in einer axialen Ansicht, wodurch eine Kontur 26 des freien Endes des Längsabschnitts 16 des Mischers 12 zu erkennen ist. Die Kontur 26 verläuft abschnittsweise radial außerhalb einer Projektion einer Kontur 28 des Längsabschnitts 18 in die Bildebene. Zwischen radial außerhalb der Kontur 28 liegenden Abschnitten der Kontur 26 liegen radial innerhalb der Kontur 28 liegende Abschnitte. Wie bereits eingangs erwähnt wurde, bildet die Kontur 26 – bildlich gesprochen – eine vierblättrige Blüte. 3 shows the mixer device 10 in an axial view, creating a contour 26 the free end of the longitudinal section 16 of the mixer 12 can be seen. The contour 26 Sectionally runs radially outside a projection of a contour 28 of the longitudinal section 18 into the picture plane. Between radially outside the contour 28 lying sections of the contour 26 lie radially within the contour 28 lying sections. As already mentioned, forms the contour 26 - Figuratively speaking - a four-petalled flower.

Wie ebenfalls bereits erläutert wurde, ist der Mischer 14 um 45° verdreht zu dem Mischer 12 angeordnet, so dass Ausbuchtungen 20 des Mischers 14 mit Einschnürungen 22 des Mischers 12 fluchten. Ansonsten entsprechen die Konturen 26, 28 des Mischers 14 denen des Mischers 12. Der etwas größere Radius der Segmente der Kontur 28 des Mischers 14 verglichen mit den entsprechenden Segmenten der Kontur 28 des Mischers 12 rührt daher, dass der Außenradius des Längsabschnitts 18 des Mischers 14 zu sehen ist. Bei dem Mischer 12 ist dahingegen der Innenradius des Längsabschnitts 18 dargestellt. Mit anderen Worten entspricht der geringfügige Versatz zwischen den Konturen 28 der Mischer 12, 14 der Dicke der Wandung der Abschnitte 18. As has already been explained, the mixer is 14 turned 45 ° to the mixer 12 arranged so that bulges 20 of the mixer 14 with constrictions 22 of the mixer 12 aligned. Otherwise, the contours correspond 26 . 28 of the mixer 14 those of the mixer 12 , The slightly larger radius of the segments of the contour 28 of the mixer 14 compared to the corresponding segments of the contour 28 of the mixer 12 Stems, therefore, that the outer radius of the longitudinal section 18 of the mixer 14 you can see. At the mixer 12 on the other hand is the inner radius of the longitudinal section 18 shown. In other words, the slight offset between the contours corresponds 28 the mixer 12 . 14 the thickness of the wall of the sections 18 ,

Durch die relative Verdrehung der Mischer 12, 14 erinnern die beiden Mischer 12, 14 mit ihrer jeweils vierzähligen Drehsymmetrie in bildlicher Hinsicht in der gezeigten axialen Ansicht an eine achtblättrige Blüte. In einem zentralen Bereich 30 kann der Gasstrom G die Mischer 12, 14 ungehindert, d.h. in einer geradlinigen Strömung passieren. Der Bereich 30 ist somit nicht-blickdicht. Gleiches gilt für Bereiche 30' zwischen den Ausbuchtungen 20 der Mischer 12, 14 und einem rohrförmigen Gehäuse 32, in dem die Mischer 12, 14 befestigt sind. Das Gehäuse 32 ist lediglich abschnittsweise gestrichelt angedeutet. Due to the relative rotation of the mixer 12 . 14 remember the two mixers 12 . 14 with its fourfold rotational symmetry in visual terms in the axial view shown on an eight-leaved flower. In a central area 30 the gas stream G can be the mixer 12 . 14 unhindered, ie to pass in a straight flow. The area 30 is thus not-opaque. The same applies to areas 30 ' between the bulges 20 the mixer 12 . 14 and a tubular housing 32 in which the mixer 12 . 14 are attached. The housing 32 is only partially indicated by dashed lines.

Die Geometrie der nicht-blickdichten Bereiche 30, 30' ergibt sich aus der Formgebung der Ausbuchtungen 20 und der Einschnürungen 22. Deren Formgebung kann an die jeweils vorliegenden Bedingungen angepasst werden. Insbesondere können die entsprechenden Bereiche "runder" oder "eckiger" ausgebildet werden, um die nicht-blickdichten Bereiche 30, 30' kleiner oder größer auszugestalten. Um den nicht-blickdichten zentralen Bereich 30 zumindest teilweise zu blockieren, kann dort eine Sperrscheibe und/oder eine Mischereinrichtung herkömmlicher Bauart angeordnet sein, um zu verhindern, dass in den Gasstrom eingebrachte Flüssigkeitströpfchen die Mischereinrichtung 10 im Wesentlichen ungehindert passieren können. Die nicht-blickdichten Bereiche 30' können ebenfalls (teilweise) blockiert werden, beispielsweise indem von dem Gehäuse 32 ragende Abschnitte und/oder geneigt oder senkrecht zur Strömungsrichtung G des Gasstroms angeordnete Flügel vorgesehen sind, um eine geradlinige Gasströmung durch die Bereiche 30' zu unterbinden. The geometry of the non-opaque areas 30 . 30 ' arises from the shape of the bulges 20 and the constrictions 22 , Their shape can be adapted to the prevailing conditions. In particular, the corresponding areas "rounder" or "square" can be formed to the non-opaque areas 30 . 30 ' make smaller or larger. Around the non-opaque central area 30 At least partially blocking, there may be arranged a locking disc and / or a mixing device of conventional design to prevent introduced into the gas flow liquid droplets, the mixer device 10 can happen essentially unhindered. The non-opaque areas 30 ' may also be (partially) blocked, for example, by the housing 32 projecting portions and / or inclined or perpendicular to the flow direction G of the gas flow arranged wings are provided to a rectilinear gas flow through the areas 30 ' to prevent.

4 zeigt eine Seitenansicht der Mischereinrichtung 10, wodurch auch die Scheitellinien S', S der Ausbuchtungen 20 bzw. der Einschnürungen 22 der Mischer 12 bzw. 14 zu erkennen sind. 4 shows a side view of the mixer device 10 , whereby also the crest lines S ', S of the bulges 20 or constrictions 22 the mixer 12 respectively. 14 can be seen.

Die 5 bis 8 zeigen Ansichten einer Ausführungsform 10' der Mischereinrichtung, die in wesentlichen Aspekten der Mischereinrichtung 10 ähnelt, so dass die entsprechenden Bezugszeichen verwendet werden. Unterschiede bestehen jedoch in der Anzahl der Ausbuchtungen 20 und Einschnürungen 22 der Mischer 12, 14, die jeweils sechs Ausbuchtungen 20 und sechs Einschnürungen 22 aufweisen. Außerdem sind die Mischer 12, 14 in Strömungsrichtung G des Gasstroms länger als die Mischer 12, 14 der Mischereinrichtung 10. The 5 to 8th show views of an embodiment 10 ' the mixing device, which in essential aspects of the mixing device 10 is similar, so that the corresponding reference numerals are used. However, differences exist in the number of bulges 20 and constrictions 22 the mixer 12 . 14 , each with six bulges 20 and six constrictions 22 exhibit. Besides, the mixers are 12 . 14 in the flow direction G of the gas flow longer than the mixer 12 . 14 the mixer device 10 ,

Ein weiterer Unterschied zwischen den Mischereinrichtungen 10, 10' besteht darin, dass nur jede zweite Ausbuchtung 20 der Mischer 12, 14 der Mischereinrichtung 10' mit Befestigungslaschen 24 versehen ist. Die vorgesehene Anzahl von Laschen 24 ermöglicht eine hinreichend zuverlässige Befestigung der Mischer 12, 14 im dem entsprechenden Gehäuse. Another difference between the mixer devices 10 . 10 ' is that only every second bulge 20 the mixer 12 . 14 the mixer device 10 ' with fastening straps 24 is provided. The intended number of tabs 24 allows a sufficiently reliable attachment of the mixer 12 . 14 in the corresponding housing.

In 6, die eine der 2 vergleichbare Schnittansicht zeigt, ist im Inneren der Mischereinrichtung 10' schematisch ein Mischer 34 herkömmlicher Bauweise eingezeichnet, der den in 7 gezeigten zentralen nicht-blickdichten Bereich 30 der Mischereinrichtung 10' verdeckt, um in diesem Bereich eine geradlinige Durchströmung der Mischereinrichtung 10' zu verhindern. Der 6 ist zu entnehmen, dass im Inneren der Mischereinrichtung 10' hierfür – insbesondere im Bereich um die Längsabschnitte 18 – genügend Raum ist. Es versteht sich, dass die Größe des Mischers 34, dessen Positionierung und dessen Ausgestaltung bzw. Mischeigenschaften an die jeweiligen Anforderung angepasst werden kann. Insbesondere kann der Mischer 34 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen wie die Längsabschnitte 18. Anstelle des Mischers 34 kann auch eine Sperrscheibe vorgesehen sein. In 6 that one of the 2 Comparative sectional view is inside the mixer device 10 ' schematically a mixer 34 drawn conventional construction, the in 7 shown central non-opaque area 30 the mixer device 10 ' obscured, in this area a straight-line flow through the mixer device 10 ' to prevent. Of the 6 it can be seen that inside the mixer device 10 ' for this purpose - especially in the area around the longitudinal sections 18 - there is enough space. It is understood that the size of the mixer 34 whose positioning and its configuration or mixing properties can be adapted to the respective requirement. In particular, the mixer can 34 have substantially the same diameter as the longitudinal sections 18 , Instead of the mixer 34 can also be provided a locking disc.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 10' 10, 10 ': Mischereinrichtung Mixer means
12, 14 12, 14: Mischer mixer
16, 18 16, 18: Längsabschnitt longitudinal section
20 20: Ausbuchtung bulge
22 22: Einschnürung constriction
24 24: Lasche flap
26, 28 26, 28: Kontur contour
30, 30' 30, 30 ': nicht-blickdichter Bereich non-opaque area
32 32: Gehäuse casing
34 34: Mischer mixer
GG: Gasstrom gas flow
MM: Mittelachse central axis
S, S' S, S ': Scheitellinie crest line

Claims

Mixer device for mixing a gas stream, in particular for distributing and vaporizing a liquid introduced into a gas stream, in particular into an exhaust gas stream, with a first mixer ( 12 ) and with a second mixer ( 14 ), each having a first longitudinal section ( 18 ) and a second longitudinal section ( 16 ), which are arranged one behind the other in the direction of flow (G) of the gas flow, the first longitudinal section ( 18 ) in a plane perpendicular to the flow direction (G) of the gas flow, a first contour ( 28 ) and the second longitudinal section ( 16 ) in a plane perpendicular to the flow direction (G) of the gas flow, a second contour ( 26 ), which is wave-shaped in the circumferential direction, and wherein the first mixer ( 12 ) and the second mixer ( 14 ) are arranged one behind the other in the flow direction (G) of the gas stream.

Mixing device according to claim 1, characterized in that the second contour ( 26 ) around a projection of the first contour ( 28 ) oscillates.

Mixing device according to claim 1 or 2, characterized in that radially outside the first contour ( 28 ) extending portions of the second contour ( 26 ) Define surface portions that are substantially as large as surface portions defined by radially inside the first contour (FIG. 28 ) extending portions of the second contour ( 26 ) To be defined.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second contour ( 26 ) Bulges ( 20 ) and between adjacent bulges ( 20 ) constrictions ( 22 ).

Mixing device according to claim 4, characterized in that the apex lines (S ') of the bulges ( 20 ) and the crests (S) of the constrictions ( 22 ) are at least partially inclined and / or curved relative to a central axis (M) of the mixer device.

Mixing device according to claim 4 or 5, characterized in that the first mixer ( 12 ) and the second mixer ( 14 ) are arranged such that in the flow direction (G) of the gas flow seen at least one of the bulges ( 20 ) of the second contour ( 26 ) of the first mixer ( 12 ) with at least one of the constrictions ( 22 ) of the second contour ( 26 ) of the second mixer ( 14 ) flees.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a free end of the second longitudinal section ( 16 ) of the first mixer ( 12 ) an upstream end of the first mixer ( 12 ) and that a free end of the second longitudinal section ( 16 ) of the second mixer ( 14 ) a downstream end of the second mixer ( 14 ).

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first longitudinal section ( 18 ) of the first mixer ( 12 ) the first longitudinal section ( 18 ) of the second mixer ( 14 ) is facing.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first mixer ( 12 ) and the second mixer ( 14 ) are interconnected, in particular gas-tightly connected to each other.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first mixer ( 12 ) and / or the second mixer ( 14 ) are formed without interruption.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first mixer ( 12 ) and the second mixer ( 14 ) are essentially identical parts.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mixing device has a, in particular tubular, housing section ( 32 ), in which the first mixer ( 12 ) and the second mixer ( 14 ) are arranged, wherein a cross-sectional area of the housing portion ( 32 ) in the flow direction (G) of the gas stream to more than 70%, in particular more than 80% in such a way by the mixer ( 12 . 14 ) is covered, so that in the covered area a rectilinear flow through the mixer device is prevented.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first contours ( 28 ) and the second contours ( 26 ) are configured such that, seen in the flow direction (G) of the gas flow, an area ( 30 ), which is not covered by the first mixer ( 12 ) through the second mixer ( 14 ) is blocked.

Mixing device according to claim 13, characterized in that the area ( 30 ) by radially inner end portions of the constrictions ( 22 ) of the second contours ( 26 ) is defined.

Mixing device according to claim 13 or 14, characterized in that in the region ( 30 ) a flow-conducting and / or flow-blocking element ( 16 ) is arranged, in particular a locking disc and / or a mixing device ( 34 ).

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the first contours ( 26 ) is substantially circular or oval.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the second contours ( 26 ) is formed symmetrically to at least one plane of symmetry and / or has a rotational symmetry, wherein the axis of symmetry is arranged parallel, in particular coaxial to the flow direction (G) of the gas stream.

Mixer device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first mixer ( 12 ) and / or the second mixer ( 14 ) Are sheet metal components.