DE102014013260A1

DE102014013260A1 - System und Verfahren zum Mischen von Strömungsmitteln

Info

Publication number: DE102014013260A1
Application number: DE102014013260.9A
Authority: DE
Inventors: Yung T. Bui
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2014-09-08
Publication date: 2015-03-19
Also published as: US20150078976A1; CN104514600B; US8999276B1; CN104514600A

Abstract

Es wird ein Mischelement vorgesehen, das an einem Abgasauslass eines Moduls zur selektiven, katalytischen Reduktion bzw. eines SCR-Moduls (SCR = Selective Catalytic Reduction) vorgesehen ist. Das Mischelement weist eine Basisplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite auf. Die Basisplatte ist konfiguriert, um einen Teil eines Stroms eines Strömungsmittels um die Oberseite davon herum abzulenken. Das Mischelement weist auch eine Vielzahl von Flügeln auf, die an der Unterseite der Basisplatte in einer voneinander beabstandeten Anordnung angebracht sind. Die Vielzahl von Flügeln ist konfiguriert, um einen Verwirbelungseffekt in einem Strom des Strömungsmittels, der dazwischen aufgenommen wird, zu erzeugen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Mischen eines oder mehrerer Strömungsmittel und insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf ein Mischelement zum Homogenisieren eines Stroms des einen oder der mehreren Strömungsmittel.
Hintergrund
Üblicherweise wird ein Nachbehandlungssystem in einem Motor zum Behandeln eines Abgasstroms des Motors eingesetzt. Das Nachbehandlungssystem verringert Bestandteile, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Stickoxide und so weiter, die in dem Abgasstrom vorliegen und/oder wandelt diese in andere Komponenten um, wie beispielsweise H₂O und N₂, und zwar gemäß Emissionsanforderungen. Das Nachbehandlungssystem nutzt einen oder mehrere Sensoren, die an unterschiedlichen Stellen entlang des Nachbehandlungssystems angeordnet sind. Zum Beispiel kann ein Stickoxidsensor, der auch als NOx-Sensor bezeichnet wird, stromaufwärts und/oder stromabwärts eines Moduls zur selektiven, katalytischen Reduktion bzw. eines SCR-Moduls (SCR = selective catalytic reduction) zum Messen einer Konzentration von Stickoxiden, die in dem Abgasstrom vorliegt, der jeweils in das SCR-Modul eintritt und/oder aus diesem austritt, angeordnet sein.
Das SCR-Modul kann einen oder mehrere SCR-Katalysatoren enthalten. Sobald er den einen oder die mehreren SCR-Katalysatoren verlässt, kann der Abgasstrom örtlich begrenzte Bereiche einer relativ höheren und niedrigeren NOx-Konzentration aufweisen. Der NOx-Sensor, der stromabwärts des SCR-Moduls positioniert ist, kann eine Region dieses nicht einheitlichen Abgasstroms abtasten, die für die Gesamt-NOx-Konzentration des Abgasstroms, der das SCR-Modul verlässt, nicht repräsentativ ist. Dies kann ungenaue Stickoxidgehaltsablesungen liefern.
In bekannten Systemen ist ein Mischelement stromaufwärts des SCR-Moduls angeordnet, um ein Mischen eines Reduktionsmittels oder Dieselabgasströmungsmittels bzw. DEF (DEF = diesel exhaust fluid) mit dem Abgasstrom zu gestatten. Diese Anordnung sieht jedoch nicht ein Mischen des Abgasstroms stromabwärts des SCR-Moduls vor, um die ungleiche Verteilung der Stickoxide zu homogenisieren, die in dem Abgasstrom vorliegen, der von dem NOx-Sensor aufgenommen wird, welcher nach dem SCR-Modul positioniert ist.
Das US-Patent Nr. 8,141,353 offenbart eine solche Abgasmischvorrichtung zur Verwendung in einem Motorabgassystem stromabwärts einer Additiveinspritzvorrichtung. Die Mischvorrichtung weist eine erste scheibenförmige Wandstruktur mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Stromöffnungen auf. Die Mischvorrichtung weist auch eine zweite Wandstruktur auf, die einen Satz von Mischflügeln trägt. Die zweite Wandstruktur weist eine Kegelform auf, die sich radial nach außen von der ersten Wandstruktur erstreckt und diese schneidet, so dass die erste Wandstruktur kegelstumpfförmig ist.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Mischelement, das an einem Abgasauslass eines Moduls zur selektiven, katalytischen Reduktion bzw. eines SCR-Moduls (SCR = Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, vorgesehen. Das Mischelement weist eine Basisplatte mit einer Oberseite einer Unterseite auf. Die Basisplatte ist konfiguriert zum Ablenken eines Teils eines Stroms von Strömungsmittel um dessen Oberseite. Das Mischelement weist auch eine Vielzahl von Flügeln bzw. Lamellen auf, die an der Unterseite der Basisplatte in einer voneinander beabstandeten Anordnung angebracht sind. Die Vielzahl von Flügeln ist konfiguriert, um einen Verwirbelungseffekt in einem Strom des Strömungsmittels, der zwischen diesen aufgenommen wird, zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Nachbehandlungssystemgehäuse vorgesehen. Das System weist einen Abgaseinlass auf, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms konfiguriert ist. Das System weist ein SCR-Modul auf, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, so dass das SCR-Modul ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom einführen kann. Das System weist einen Stickoxidsensor auf, der stromabwärts des SCR-Moduls angeordnet ist. Der Stickoxidsensor ist konfiguriert um einen Stickoxidgehalt des Abgasstroms zu messen, der das Gehäuse verlässt. Das System weist auch einen Abgasauslass auf, der konfiguriert ist, um den Abgasstrom aus dem Gehäuse zu emittieren bzw. auszustoßen. Das System weist weiter ein Mischelement auf, das zwischen dem SCR-Modul und dem Stickoxidsensor angeordnet ist. Das Mischelement ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Abgasauslass angeordnet. Das Mischelement ist konfiguriert, um im Wesentlichen den Abgasstrom stromaufwärts des Stickoxidsensors zu homogenisieren. Das Mischelement weist eine Basisplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite auf. Die Platte ist konfiguriert, um einen Teil eines Stroms eines Strömungsmittels um die Oberseite davon abzulenken. Das Mischelement weist eine Vielzahl von Flügeln auf, die an der Unterseite der Basisplatte in einer voneinander beabstandeten Anordnung angebracht sind. Die Vielzahl von Flügen ist konfiguriert, um einen Verwirbelungseffekt in einem Strom des Strömungsmittels, der zwischen diesen aufgenommen wird, zu erzeugen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren vorgesehen. Das Verfahren führt einen Abgasstrom in einen Abgaseinlass eines Gehäuses ein. Das Verfahren weist das Aufnehmen des Abgasstroms in einen Katalysator zur selektiven, katalytischen Reduktion bzw. einen SCR-Katalysator auf, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Verfahren weist das Einführen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators auf. Das Verfahren weist das Aufnehmen des Abgasstroms aus dem SCR-Katalysator in eine Ausgangskammer des Gehäuses auf. Das Verfahren weist das Leiten des Abgasstroms in Richtung eines Abgasauslasses des Gehäuses auf. Das Leiten des Abgasstroms weist das Ablenken eines Teils des gerichteten Abgasstroms weg von dem Abgasauslass auf. Das Leiten des Abgasstroms weist auch das Aufnehmen des abgelenkten Abgasstroms in ein Mischelement auf, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Leiten des Abgasstroms weist weiter das Einführen eines Verwirbelungseffekts in den aufgenommenen Abgasstrom auf.
Andere Merkmale und Aspekte dieser Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein beispielhaftes Modul eines Nachbehandlungssystems;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Mischelements;
3 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Mischelements, das einen Strom eines Strömungsmittels durch dieses zeigt; und
4 und 5 sind Flussdiagramme von beispielhaften Verfahren, die das beispielhafte Ausführungsbeispiel des Mischelementes aus 2 nutzen.
Detaillierte Beschreibung
Wann immer dies möglich ist, werden dieselben Bezugszeichen über die Zeichnungen hinweg verwendet, um dieselben oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Mit Bezug auf 1 ist ein beispielhaftes Modul 100 eines Nachbehandlungssystems veranschaulicht. Insbesondere ist das Modul 100 als ein SCR-Modul (SCR = Selective Catalytic Reduction) veranschaulicht, obwohl ein Fachmann erkennen würde, dass die vorliegende Offenbarung auf eine Vielzahl unterschiedlicher Module angewandt werden kann. Das Modul 100 ist konfiguriert, um ein Reduktionsmittel in ein Strömungsmittel, wie beispielsweise einen Abgasstrom eines (nicht gezeigten) Motors, einzuführen. Der Abgasstrom kann einen oder mehrere Bestandteile enthalten, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Stickoxide und so weiter, und zwar in einem gasförmigen Zustand. In einem Ausführungsbeispiel kann das Modul 100 ein geeignetes Reduktionsmittel einführen, um eine Menge an Stickoxiden (NOx), die in dem Abgasstrom vorliegen, zu reduzieren und/oder in andere Verbindungen unter Nutzung einer oder mehrerer chemischer Reaktionen und/oder Prozesse umzuwandeln.
Das Modul 100 weist ein Gehäuse 102 auf. Das Gehäuse 102 weist ein erstes Ende 104 und ein zweites Ende 106 auf. Das Gehäuse 102 ist konfiguriert, um ein oder mehrere Elemente des Moduls 100 zu umschließen und/oder zu tragen. Das erste Ende 104 des Gehäuses 102 weist einen Abgaseinlass 108 auf. Der Abgaseinlass 108 ist zum Aufnehmen des Abgases in das Gehäuse 102 von dem Motor oder anderen Nachbehandlungskomponenten, wie beispielsweise Dieseloxidationskatalysatoren, Dieselpartikelfiltern und so weiter, jedoch nicht eingeschränkt auf diese, konfiguriert. Es sei bemerkt, dass die Lage des Moduls 100 in dem Nachbehandlungssystem mit der Systemkonstruktion und den Systemanforderungen variieren kann.
Das Modul 100 weist eine Bank von SCR-Katalysatoren 110 auf, die innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet sind. Die Bank von SCR-Katalysatoren 110 kann eine Vielzahl von individuellen SCR-Katalysatoren 112 aufweisen. Jeder der Vielzahl von SCR-Katalysatoren 112 kann ähnliche Abmessungen und Eigenschaften haben. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Bank von SCR-Katalysatoren 110 drei zylindrisch geformte SCR-Katalysatoren 112 auf. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Vielzahl von SCR-Katalysatoren 112 basierend auf der Anwendung variieren kann. Darüber hinaus hat jeder der Vielzahl von SCR-Katalysatoren 112 einen entsprechenden SCR-Einlass 114 und einen SCR-Auslass 116.
Die Bank von SCR-Katalysatoren 110 ist konfiguriert, um das Abgas durch den Abgaseinlass 108 aufzunehmen. Jeder der Vielzahl von SCR-Katalysatoren 112 kann ein im Allgemeinen zylindrisches Substrat aufweisen, das aus einem keramischen Material wie beispielswiese Titanoxid, einem Basismetalloxid, wie beispielsweise Vanadium oder Wolfram, Zeolithen und/oder einem Edelmetall hergestellt oder auf andere Weise damit beschichtet ist. Die SCR-Katalysatoren 112 können das Reduktionsmittel in das Abgas einführen. Das Reduktionsmittel und/oder Zerlegungsnebenprodukte davon, die auf den SCR-Katalysatoren 112 abgelagert werden, können mit dem NOx reagieren, das in dem Abgas vorliegt, um Wasser (H₂O) und zweiatomigen Stickstoff (N₂) zu bilden. Das Abgas kann aus der Bank von SCR-Katalysatoren 110 über den SCR-Auslass 116 austreten.
Das Abgas kann aus dem SCR-Auslass 116 strömen und in eine Ausgangskammer 117 eintreten, die innerhalb des Gehäuses 102 definiert ist. Die Ausgangskammer 117 kann strömungsmittelmäßig mit einem Abgasauslass 118 verbunden sein, der an dem zweiten Ende 106 des Gehäuses 102 vorgesehen ist. Der Abgasauslass 118 ist konfiguriert, um das Abgas, das die Bank von SCR-Katalysatoren 110 verlässt, aus dem Modul 100 auszugeben. Es sei bemerkt, dass das Gehäuse 102 zusätzlich eine Anzahl von Abteilungen oder Unterteilungen aufweisen kann, um das Leiten des Abgases innerhalb des Gehäuses 102 zu unterstützen. Weiter wird ein NOx-Sensor 120 in dem Abgasauslass 118 und stromabwärts der Bank von SCR-Katalysatoren 110 vorgesehen. Der NOx-Sensor 120 ist konfiguriert, um eine Konzentration an Stickoxiden oder einen NOx-Gehalt in dem Abgas zu detektieren, das aus der Bank von SCR-Katalysatoren 110 durch die SCR-Auslässe 116 austritt. Die Lage des NOx-Sensors 120 innerhalb des Abgasauslasses 118 kann mit der Systemkonfiguration und Systemanforderungen variieren. Zum Bei spiel kann, wie in den begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, der NOx-Sensor 120 in dem Abgasauslass 118 in einem geeigneten Abstand von dem Gehäuse 102 angeordnet sein. Alternativ kann der NOx-Sensor 120 in dem Abgasauslass 118 und in einer Ebene entsprechend der einer Wand des Gehäuses 102 mit dem Abgasauslass 118 angeordnet sein.
Es sei bemerkt, dass das Abgas, das aus den SCR-Auslässen 116 austritt, eine ungleichmäßige Verteilung von NOx enthalten kann. Dies kann daran liegen, dass jeder der Vielzahl von SCR-Katalysatoren 112 eine variierende Menge an Abgas und/oder Reduktionsmittel aufnimmt. Zum Beispiel kann der SCR-Katalysator 112, der vergleichsweise näher an dem Abgaseinlass 108 angeordnet ist, eine größere Menge des Abgases aufnehmen im Vergleich zu dem SCR-Katalysator 112, der weiter weg von dem Abgaseinlass angeordnet ist oder umgekehrt. Dementsprechend kann das Abgas, das aus jedem der Vielzahl von SCR-Katalysatoren 112 austritt eine variierende Konzentration von Rest-NOx nach einer katalytischen Reduktion in dem jeweiligen SCR-Katalysator 112 enthalten.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Abgas entlang der Leitung, an der der NOx-Sensor 120 angeordnet ist, laminarisiert werden. Das Abgas bei unterschiedlichen Distanzen von der Abgasleitung kann unterschiedliche NOx-Konzentrationen haben. Eine Laminarisierung des Abgases kann durch die vorliegende Offenbarung verhindert werden.
Mit Bezug auf 1 weist das Modul 100 auch ein Mischelement 122 mit einer Längsachse X-X auf. Das Mischelement 122 ist zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet. Das Mischelement 122 wird in Strömungsmittelverbindung mit dem Abgasauslass 118 vorgesehen. Das Mischelement 122 ist konfiguriert, um Mischen und Homogenisierung des Abgases, das aus jedem der Vielzahl von SCR-Katalysatoren 112 austritt, vorzusehen, bevor das Abgas in den NOx-Sensor 120 eintritt. Entsprechend ist das Mischelement 122 stromabwärts der SCR-Auslässe 116 und stromaufwärts des NOx-Sensors 120 relativ zur Abgasrichtung vorgesehen.
2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht des Mischelementes 122. Das Mischelement 122 weist eine Basisplatte 202 mit einer Oberseite 204 und einer Unterseite 206 auf. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel hat die Basisplatte 202 eine kreisförmige plattenähnliche Konfiguration mit einem Durchmesser. Der Durchmesser der Basisplatte 202 kann im Wesentlichen gleich oder geringer sein als ein Durchmesser des Abgasauslasses 118. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Basisplatte 202 eine rechteckige oder dreieckige Konfiguration mit geeigneten Abmessungen haben. Es sei bemerkt, dass die Konfiguration und die Abmessungen der Basisplatte 202 mit den Systemanforderungen variieren können. Die Basisplatte 202 ist konfiguriert, um einen Teil des Abgases, das aus den SCR-Auslässen 116 austritt, von dem Mischelement 122 weg und in die Ausgangskammer 11 abzulenken, die innerhalb des Gehäuses 102 definiert ist. Wie in 3 gezeigt, lenkt die Basisplatte 202 das Abgas im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse X-X des Mischelementes 122 ab.
Mit Bezug auf 2 weist die Basisplatte 202 eine Vielzahl von Flügeln 208 auf, die fest an der Unterseite 206 der Basisplatte 202 angebracht sind. Die Vielzahl von Flügeln 208 wird senkrecht zu der Basisplatte 202 und in einer Anordnung, die in Bezug auf die Basisplatte 202 in Umfangsrichtung beabstandet ist, vorgesehen. Jeder der Vielzahl von Flügeln 208 hat eine im Wesentlichen gebogene Konfiguration. Die gebogene Konfiguration jedes der Vielzahl von Flügeln 208 definiert einen Flügelwinkel ”V” in Bezug auf die Längsachse X-X und/oder einen Umfang der Basisplatte 202. Die gebogene Konfiguration jedes der Vielzahl von Flügeln 208 wird vorgesehen, um einen Verwirbelungseffekt in einem Teil des Abgases, der zwischen ihnen aufgenommen wird, zu erzeugen. Der Verwirbelungseffekt, der in dem Abgas erzeugt wird, kann zu der Homogenisierung des Abgases führen, so dass das Abgas nun eine gleichmäßige Verteilung des NOx-Gehalts enthalten kann. Es sei bemerkt, dass das Mischelement 122 zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 102 positioniert ist, um so den Teil des Abgases aus der Ausgangskammer 117 des Gehäuses 102 aufzunehmen.
Wie in 2 gezeigt, sind in einem Ausführungsbeispiel die Vielzahl von Flügeln 208 so angeordnet, dass eine vordere Kante jedes der Vielzahl von Flügeln 208 zu einem Äußeren der Basisplatte 202 weist. Auch kann die Vielzahl von Flügeln 208 im Wesentlichen im gleichen Abstand voneinander entlang eines Umfangs der Basisplatte 202 positioniert sein. Eine Anzahl von Fenstern 210 ist zwischen jedem der Vielzahl von Flügeln 208 definiert. Wie in 3 gezeigt, ist jedes der Fenster 210 konfiguriert, um wenigstens einen Teil des Abgases aufzunehmen, das von der Basisplatte 202 abgelenkt wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Vielzahl von Flügeln 208 einen tragflächenförmigen Querschnitt haben. in einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Vielzahl von Flügeln 208 eine teilweise C-förmige Konfiguration oder eine Konfiguration ähnlich einer gebogenen Platte haben. Es sei bemerkt, dass die Querschnittsform der Vielzahl von Flügeln 208 mit der Systemkonstruktion und den Systemanforderungen variieren kann.
Abmessungsparameter der Vielzahl von Flügeln 208, wie beispielsweise ein Flügelwinkel ”V”, der mit jedem der Vielzahl von Flügeln 208 assoziiert ist, ein Abstand zwischen benachbarten Flügeln 208, eine Höhe ”H” jedes der Vielzahl von Flügeln 208, Kurvenlängen ”A”, ”B” und ”C”, die mit jedem der Vielzahl von Flügeln 208 assoziiert sind, und/oder die Form des Querschnittes jedes der Vielzahl von Flügeln 208 können mit der Systemkonfiguration variieren. Diese Abmessungsparameter können basierend auf einer erforderlichen Intensität des Verwirbelungseffekts, der in dem Abgas erzeugt werden soll, ausgewählt werden und auch basierend auf dem Nachbehandlungssystem, mit dem das Mischelement 122 assoziiert ist. Zum Beispiel kann die Vielzahl von Flügeln 208 den Flügelwinkel ”V” haben, der in einem Bereich von ungefähr 5 bis 5 Grad liegt, die Höhe ”H” innerhalb eines Bereichs von 3 bis 5,5 Inch, die Kurvenlänge ”A” innerhalb eines Bereichs von ungefähr 50 bis 180 Millimetern, die Kurvenlänge ”B” innerhalb eines Bereichs von ungefähr 7 bis 10 Millimetern und die Kurvenlänge ”C” innerhalb eines Bereichs von ungefähr 20 bis 30 Millimetern. Es sei bemerkt, dass die Abmessungsbereiche, die hierin erwähnt sind, beispielhaft sind und mit der Systemkonstruktion und -konfiguration variieren können.
Weiter ist die Vielzahl von Flügeln 208 fest an dem Abgasauslass 118 und/oder einem Auslass des Gehäuses 102, das zum Abgasauslass 118 führt, angebracht, um das Mischelement 122 jeweils an dem Abgasauslass 118 und/oder dem Gehäuse 102 anzubringen. Das homogenisierte Abgas kann so geleitet werden, dass es in den Abgasauslass 118 eintritt. Die Vielzahl von Flügeln 208 kann an dem Abgasauslass 118 und/oder dem Gehäuse 102 durch irgendwelche Befestigungsmittel, die in der Technik bekannt sind, angebracht werden, wie beispielsweise Schweißen, Hartlöten, Weichlöten, Verschrauben, Nieten und so weiter.
Mit Bezug auf 2 kann die Basisplatte 202 mit einer Vielzahl von Perforationen 212 versehen sein. Ein Teil des Abgases kann direkt in das Mischelement 122 durch die Vielzahl von Perforationen 212 aufgenommen werden. Dies kann eine Verringerung im Rückdruck im Abgas gestatten, das in Richtung des Abgasauslasses 118 oder des NOx-Sensors 120 strömt. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird die Vielzahl von Perforationen auf eine Weise vorgesehen, so dass die Perforationen 212 mit der Positionierung der Flügel 208 auf der Basisplatte 202 ausgerichtet sind. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel hat jede der Vielzahl von Perforationen 212 eine kreisförmige Konfiguration. Alternativ kann die Vielzahl an Perforationen 212 als vertikale oder horizontale Schlitze, Quadrate, Rechtecke, Kreuze und so weiter geformt sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein zentrales Loch auf der Basisplatte 202 vorgesehen sein. Es sollte klar sein, dass die Form, Größe, Lage und Anordnung der Vielzahl von Perforationen 212 auf der Basisplatte 202 mit der Systemkonstruktion und -konfiguration variieren kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Der NOx-Sensor, der stromabwärts der SCR-Katalysatoren angeordnet ist wird zum Messen der Konzentration von Stickoxiden in dem Abgas verwendet. Die Konzentration von Stickoxiden kann wiederum verwendet werden, um eine Menge der Dosierung des Dieselabgasströmungsmittels bzw. DEF (DEF = diesel exhaust fluid) zu bestimmen, die in dem Abgas durch das DEF-Modul des Nachbehandlungssystems vorgesehen werden soll. Damit das DEF-Modul effizient arbeitet, ist es erforderlich, dass eine Ausgabe des NOx-Sensors, der stromabwärts des SCR-Moduls vorgesehen ist konsistent ist, ohne nennenswertes Rauschen und/oder plötzliche Anstiege bzw. Wellen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Abgas mit einer im Wesentlichen homogenisierten Konzentration an Stickoxiden an den NOx-Sensor, der stromabwärts des SCR-Moduls angeordnet ist, geliefert wird.
Bekannte Systeme weisen das Vorsehen des Mischelementes stromabwärts des Moduls für Dieselabgasströmungsmittel und stromaufwärts des SCR-Moduls auf. Diese Lage des Mischelementes sieht ein Mischen des Abgases vor, bevor das Abgas in die SCR-Katalysatoren eintritt.
Das Mischelement 122, das hierin offenbart wird, kann zum Mischen und Homogenisieren des Abgasstroms der SCR-Katalysatoren 112 genutzt werden. Das Mischelement 122 sieht eine effektive Mischung und Homogenisierung des Abgases innerhalb eines abgegrenzten Raums des Moduls 100 vor. Weiter verhindert die Konstruktion und Konfiguration des Mischelementes 122 einen beträchtlichen Rückdruck im Abgas.
4 und 5 veranschaulichen beispielhafte Verfahren 400, 500 zum Mischen des Abgases stromabwärts der SCR-Katalysatoren 112. Wie in 4 gezeigt, wird bei Schritt 402 das Abgas in den Abgaseinlass 108 des Gehäuses 102 eingeführt. Bei Schritt 404 wird das Abgas in den SCR-Einlass 114 des SCR-Katalysators 112 aufgenommen, der innerhalb des Gehäuses 102 angeordnet ist. Bei Schritt 406 wird das Reduktionsmittel in das Abgas stromaufwärts des SCR-Auslasses 116 eingeführt. Einem Fachmann wird klar sein, dass das Strömungsmittel unter Verwendung von jeglichem in der Technik bekannten Verfahren eingeführt werden kann. Bei Schritt 408 wird das Abgas von dem SCR-Auslass 116 in die Ausgangskammer 117 des Gehäuses 102 aufgenommen. Bei Schritt 410 wird das Abgas in Richtung des Abgasauslasses 118 des Gehäuses 102 geleitet.
5 veranschaulicht das Verfahren 500 zum Leiten des Abgases in Richtung des Abgasauslasses 118 im Detail. Bei Schritt 502 wird der Teil des Abgases von dem Abgasauslass 118 weg abgelenkt. Insbesondere kann sich das Abgas gegen die Basisplatte 202 des Mischelementes 122 verdichten, was bewirkt, dass das verdichtete Abgas im Wesentlichen quer zu der Längsachse X-X des Mischelementes 122 abgelenkt wird. In einem Ausführungsbeispiel kann ein gewisser Teil des abgelenkten Abgases in die Auslasskammer 117 erneut eintreten.
Bei Schritt 504 kann zumindest der Teil des abgelenkten Abgases in das Mischelement 122 aufgenommen werden. Die Ablenkung des Abgases beim Verdichten oder Auftreffen gegen die Basisplatte 202 des Mischelementes 122 kann eine Richtungsänderung des abgelenkten Abgases bewirken, was dazu führt, dass das abgelenkte Abgas in die Fenster 210 aufgenommen wird, die zwischen jedem der Vielzahl von Flügeln 208 definiert sind. In einem Ausführungsbeispiel kann ein gewisser Teil des Abgases direkt in das Mischelement 122 durch die Vielzahl von Perforationen 212 aufgenommen werden, die auf der Basisplatte 202 vorgesehen sind.
Bei Schritt 506 wird der Verwirbelungseffekt in das aufgenommene Abgas eingeführt. Der Verwirbelungseffekt sieht eine Mischung und Homogenisierung des Abgases vor, das in das Mischelement 122 aufgenommen wurde. Das homogenisierte Abgas kann aus dem Abgasauslass 118 des Gehäuses 102 ausgestoßen werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der homogenisierte Abgasstrom in den NOx-Sensor 120 aufgenommen werden.
Obwohl das Mischelement 122, das hierin offenbart wird, in Bezug auf das Nachbehandlungssystem des Motors beschrieben wird, sollte klar sein, dass das Mischelement 122 für alternative Anwendungen eingesetzt werden kann. Die alternativen Anwendungen können Industriezweige aufweisen, die Chemie, Öl und Gas, Arzneimittel, Milchprodukte und Lebensmittel und so weiter aufweisen, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Die alternativen Anwendungen können die Vermischung und Homogenisierung von Mischungen aufweisen, die zwei oder mehr Kombinationen von Gas-Gas-Komponenten, Gas-Flüssigkeit-Komponenten und/oder Flüssigkeit-Flüssigkeit-Komponenten enthalten.
Während Aspekte der vorliegenden Offenbarung speziell gezeigt und mit Bezug auf die obigen Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, wird dem Fachmann klar sein, dass zahlreiche zusätzliche Ausführungsbeispiele durch Modifikation der offenbarten Maschinen, Systeme und Verfahren in Betracht gezogen werden können, ohne vom Kern und Umfang des Offenbarten abzuweichen. Solche Ausführungsbeispiele sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie er basierend auf den Ansprüchen und ihren äquivalenten Ausführungen bestimmt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8141353 [0005]

Claims

Mischelement, das an einem Abgasauslass eines Moduls zur selektiven, katalytischen Reduktion bzw. eines SCR-Moduls (SCR = selective catalytic reduction) positioniert ist, wobei das Mischelement Folgendes aufweist: eine Basisplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei die Basisplatte konfiguriert ist, um einen Teil eines Stroms eines Strömungsmittels um die Oberseite herum abzulenken; und eine Vielzahl von Flügeln, die an der Unterseite der Basisplatte angebracht ist, wobei die Vielzahl von Flügeln in einer voneinander beabstandeten Anordnung vorgesehen ist, wobei die Vielzahl von Flügeln konfiguriert ist, um einen Verwirbelungseffekt in einem Strom des Strömungsmittels, das dazwischen aufgenommen wird, einzuführen.
Mischelement nach Anspruch 1, wobei jeder der Vielzahl von Flügeln einen tragflächenförmigen Querschnitt hat.
Mischelement nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Flügeln so angeordnet ist, dass eine vordere Kante jedes der Vielzahl von Flügeln einem Äußeren der Basisplatte zugewandt ist, wobei die Vielzahl von Flügeln im Wesentlichen in gleichem Abstand voneinander um einen Umfang der Basisplatte angeordnet ist und dazwischen Fenster zum Aufnehmen des Stroms des Strömungsmittels darin definiert.
Mischelement nach Anspruch 1, das weiter eine Vielzahl von Perforationen aufweist, die auf der Basisplatte ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Perforationen konfiguriert ist, um zu gestatten, dass ein Teil des Stroms des Strömungsmittels, in das Mischelement aufgenommen wird.
Mischelement nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Perforationen in Ausrichtung mit der Vielzahl von Flügeln vorgesehen wird.
Mischelement nach Anspruch 1, wobei ein Loch zentral auf der Basisplatte vorgesehen wird.
Nachbehandlungssystemgehäuse, das Folgendes aufweist: einen Abgaseinlass, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms konfiguriert ist; ein Modul zur selektiven, katalytischen Reduktion bzw. ein SCR-Moduls (SCR = selective catalytic reduction), das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das SCR-Modul zum Einführen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom konfiguriert ist; einen Stickoxidsensor, der stromabwärts des SCR-Moduls angeordnet ist, wobei der Stickoxidsensor zum Messen eines Stickoxidgehalts des Abgasstroms, der das Gehäuse verlässt, konfiguriert ist; einen Abgasauslass, der konfiguriert ist, um den Abgasstrom aus dem Gehäuse auszustoßen bzw. zu emittieren; und ein Mischelement, das zwischen dem SCR-Modul und dem Stickoxidsensor angeordnet ist, wobei das Mischelement in Strömungsmittelverbindung mit dem Abgasauslass angeordnet ist, wobei das Mischelement konfiguriert ist, um im Wesentlichen den Abgasstrom stromaufwärts des Stickoxidsensors zu homogenisieren, wobei das Mischelement Folgendes aufweist: eine Basisplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei die Basisplatte konfiguriert ist, um einen Teil eines Stroms eines Strömungsmittels um die Oberseite davon herum abzulenken; und eine Vielzahl von Flügeln, die an der Unterseite der Basisplatte angebracht ist, wobei die Vielzahl von Flügeln in einer voneinander beabstandeten Anordnung angebracht ist, wobei die Vielzahl von Flügeln konfiguriert ist, um einen Verwirbelungseffekt in einem Fluss des Strömungsmittels, das dazwischen aufgenommen wird, einzuführen.
System nach Anspruch 7, wobei das Mischelement wenigstens teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei jeder der Vielzahl von Flügeln einen tragflächenförmigen Querschnitt hat.
System nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Flügeln so angeordnet ist, dass eine vordere Kante jedes der Vielzahl von Flügeln einem Äußeren der Basisplatte zugewandt ist, wobei die Vielzahl von Flügeln im Wesentlichen in gleichem Abstand voneinander um einen Umfang der Basisplatte positioniert ist und dazwischen Fenster zum Aufnehmen des Teils des Stroms des Strömungsmittel darin definiert.
System nach Anspruch 7, das weiter eine Vielzahl von Perforationen aufweist, die auf der Basisplatte ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Perforationen konfiguriert ist, um zu gestatten dass ein Teil des Stroms des Strömungsmittels, in das Mischelement aufgenommen wird.
System nach Anspruch 11, wobei die Vielzahl von Perforationen in Ausrichtung mit der Vielzahl von Flügeln vorgesehen ist.
System nach Anspruch 11, wobei ein Loch zentral auf der Basisplatte vorgesehen ist.
Verfahren, das Folgendes aufweist: Einleiten eines Abgasstroms in einen Abgaseinlass eines Gehäuses; Aufnehmen des Abgasstroms in einen Katalysator zur selektiven, katalytischen Reduktion bzw. in einen SCR-Katalysator (SCR = selective catalytic reduction), der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; Einleiten eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators; Aufnehmen des Abgasstroms von dem SCR-Katalysator in eine Ausgangskammer des Gehäuses; und Leiten des Abgasstroms zu einem Abgasauslass des Gehäuses, wobei das Leiten des Abgasstroms Folgendes aufweist: Ablenken eines Teils des gerichteten Abgasstroms weg von dem Abgasauslass; Aufnehmen des abgelenkten Abgasstroms in ein Mischelement, das in dem Gehäuse angeordnet ist; und Einführen eines Verwirbelungseffekts in den aufgenommenen Abgasstrom.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Leiten des Abgasstroms weiter Ausstoßen des Abgasstroms aus dem Abgasauslass aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiter Aufnehmen des Abgasstroms aus dem Abgasauslass in einen Stickoxidsensor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, das weiter aufweist, es einem Teil des Abgasstroms zu gestatten, direkt in das Mischelement aufgenommen zu werden.