DE102014112004A1

DE102014112004A1 - Mischereinrichtung

Info

Publication number: DE102014112004A1
Application number: DE102014112004.3A
Authority: DE
Inventors: Heinz Kornherr; Jürgen Schmidt
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischervorrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einem Gasstrom, insbesondere in einem Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit. Die Mischereinrichtung weist einen Rahmen auf, an dem geneigt zu einer Hauptströmungsrichtung eines die Mischereinrichtung anströmenden Gasstroms angeordnete Mischerschaufeln einer einen ersten Teilstrom erzeugenden erster Mischerschaufelgruppe und einer einen zweiten Teilstrom erzeugenden zweiten Mischerschaufelgruppe befestigt sind. Die Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe sind in Strömungsrichtung des Gasstroms seitlich versetzt oder neben der zweiten Mischerschaufelgruppe angeordnet. Die Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe und die Mischerschaufeln der zweiten Mischerschaufelgruppe sind derart ausgestaltet, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischereinrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einem Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit.
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 in Zusammenhang mit dem SCR-Verfahren, bei dem eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird, z.B. 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 Gasstrom entfernt werden.
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.
Um ein effizientes Verteilen und Verdampfen der in den 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 schnellere 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.
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. Aber auch in vielen Bereichen der chemischen Verfahrenstechnik spielen Mischereinrichtungen eine große Rolle.
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 einher geht. Die Mischereinrichtung soll überdies einfach und kostengünstig herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird durch eine Mischereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst die Mischereinrichtung einen Rahmen, an dem geneigt zu einer Hauptströmungsrichtung des die Mischereinrichtung anströmenden Gasstroms angeordnete Mischerschaufeln einer einen ersten Teilstrom erzeugenden ersten Mischerschaufelgruppe und einer einen zweiten Teilstrom erzeugenden zweiten Mischerschaufelgruppe befestigt sind. Die Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe sind in Strömungsrichtung des Gasstroms seitlich versetzt oder neben der zweiten Mischerschaufelgruppe angeordnet. Die Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe und die Mischerschaufeln der zweiten Mischerschaufelgruppe sind derart angeordnet und ausgestaltet, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden.
Mit anderen Worten wird durch die zwei Mischerschaufelgruppen erreicht, dass der die Mischereinrichtung anströmende Gasstrom in zumindest, insbesondere genau zwei Teilströme aufgeteilt wird, die in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden. Die Mischerschaufeln der beiden Mischerschaufelgruppen sind dabei in Strömungsrichtung gesehen nicht hintereinander sondern nebeneinander angeordnet. "Nebeneinander" bedeutet in diesem Zusammenhang nicht nur, dass die Mischerschaufelgruppen in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung des die Mischereinrichtung anströmenden Gasstroms angeordnet sind. Sondern es ist auch möglich, dass die Mischerschaufeln der beiden Mischerschaufelgruppen in Hauptströmungsrichtung des Gasstroms versetzt und seitlich versetzt angeordnet. Insbesondere überlappen sich die Mischerschaufelgruppen in Hauptströmungsrichtung gesehen nicht.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Mischerschaufeln der ersten und der zweiten Mischerschaufelgruppe so ausgestaltet und angeordnet, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom des Gasstroms nach außen abgelenkt werden, d.h. voneinander weg.
Bevorzugt werden die Teilströme in einer Ebene abgelenkt, die durch die Hauptströmungsrichtung und eine senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung ausgerichtete Längserstreckung des Rahmens definiert ist. Oder anders ausgedrückt, findet im Wesentlichen eine zweidimensionale Ablenkung des Gasstroms statt, so dass Strömungskomponenten in einer Richtung senkrecht zu der genannten Ebene nur in geringem oder vernachlässigbarem Maße auftreten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Mischerschaufelgruppen symmetrisch ausgestaltet. D.h. die Mischerschaufeln der beiden Mischerschaufelgruppen sind im Wesentlichen gleich stark geneigt relativ zu der Hauptströmungsrichtung des Gasstroms und/oder weisen im Wesentlichen gleiche Geometrien auf. Es ist aber auch möglich, asymmetrische Mischerschaufelkonfigurationen zu schaffen, bei denen die Mischerschaufeln z.B. unterschiedlich stark geneigt relativ zu der Hauptströmungsrichtung des Gasstroms sind und/oder unterschiedliche Geometrien aufweisen. Die Neigung der Mischerschaufeln relativ zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms (Anstellwinkel) kann in Abhängigkeit der Position der Mischerschaufeln individuell angepasst werden, um die gewünschten Strömungsverhältnisse zu schaffen. Bevorzugt beträgt die Neigung der Mischerschaufeln zwischen etwa 30° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50°. In bestimmten Fällen erweisen sich auch hohe Anstellwinkel von bis zu 70° als vorteilhaft. Bei der Wahl der geeigneten Anstellwinkel – ob für alle Mischerschaufeln gleich oder individuell optimiert – ist neben der Erzeugung des gewünschten Strömungsmusters auch zu berücksichtigen, dass der von der Mischereinrichtung erzeugte Gegendruck möglichst gering ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die beiden Mischerschaufelgruppen unterschiedliche Anzahlen von Mischerschaufeln umfassen. Insbesondere ist die Anordnung und/oder Ausgestaltung der Mischerschaufeln der beiden Mischerschaufelgruppen so gewählt, dass der erste und der zweite Teilstrom asymmetrisch ausgestaltet sind. D.h. es liegt somit keine Spiegelsymmetrie zwischen den beiden Teilströmen in Bezug auf eine die Mittelachse des Gasstroms aufweisende Ebene vor. Insbesondere ist die Mischereinrichtung asymmetrisch in Bezug auf eine senkrecht zur Längserstreckung der Mischereinrichtung angeordnete Mittelebene der Mischereinrichtung ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind einige der Mischerschaufeln, insbesondere die Mehrzahl der oder alle Mischerschaufeln planar. Dies erleichtert die Herstellung und reduziert die Herstellungskosten der Mischereinrichtung. Für bestimmte Anwendungen können jedoch einige oder alle Mischerschaufeln eine Krümmung oder gekrümmte Abschnitte aufweisen.
Zwischen den Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe und den Mischerschaufeln der zweiten Mischerschaufelgruppe kann ein Trennelement angeordnet sein, das insbesondere einen parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Abschnitt aufweist. Diese Maßnahme wirkt unterstützend zur Aufteilung des Gasstroms in zwei Gasströme, die beim Verlassen der Mischeinrichtung im Wesentlichen unabhängig voneinander sind.
Das Trennelement kann ein, insbesondere V-förmig ausgebildetes Leitelement aufweisen, das die das Trennelement anströmenden Gasströme voneinander weg lenkt. Das Trennelement wirkt dann in etwa wie ein Strömungsteiler. Zur Ausbildung einer Bypass-Strömung kann das Leitelement mit zumindest einer Öffnung – z. B. ein Loch oder ein Schlitz – versehen sein. Bei Bedarf kann stromäbwärts des Leitelements ein, insbesondere V-förmig ausgebildetes Ablenkelement angeordnet sein. Das Ablenkelement kann die Bypass-Strömung wieder in voneinander divergierende Teilströme aufteilen. Insbesondere weist das Leitelement einen größeren Öffnungswinkel auf als das Ablenkelement. Eine zweistufige Ausgestaltung des Trennelements mit einem Leitelement und einem nachgeschalteten Ablenkelement führt im Vergleich zu einer einstufigen Ausgestaltung mit lediglich einem Leitelement zu einer Reduktion des Totwassergebiets stromabwärts des Trennelements.
Stromaufwärts der Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe und/oder der zweiten Mischerschaufelgruppe können Mischerschaufelelemente angeordnet sein. Diese sind insbesondere auch an dem Rahmen befestigt. Die Mischerschaufelelemente fungieren als strömungsleitende Elemente, die den Mischerschaufeln der ersten und/oder der zweiten Mischerschaufelgruppe vorgeschaltet sind, um die Anströmung der Mischerschaufeln der Mischerschaufelgruppen zu optimieren.
Beispielsweise sind die Mischerschaufelelemente im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, die den Mischerschaufeln in Strömungsrichtung des Gasstroms vorgeschaltet ist. Es ist für bestimmte Anwendungen auch denkbar, mehrere "Mischerschaufelelementebenen" vorzusehen, d.h. mehrere, insbesondere in Hauptströmungsrichtung des Gasstroms parallel versetzte Reihen von Mischerschaufelelementen.
Zumindest eine der Mischerschaufeln kann durch einen, insbesondere gekrümmten strömungsleitenden Übergangsabschnitt mit einem der Mischerschaufelelemente verbunden sein, um die Strömungsverhältnisse zu verbessern und letztlich den durch die Einrichtung erzeugten Gegendruck zu minimieren. Vorzugsweise ist jede der Mischerschaufeln mit einem der vorgeschalteten Mischerschaufelelemente verbunden.
Beispielsweise sind die Mischerschaufelelemente im Wesentlichen planar und geneigt zur Hauptströmungsrichtung angeordnet. Die Neigung der Mischerschaufelelemente relativ zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms (Anstellwinkel) kann in Abhängigkeit der Position der Mischerschaufelelemente individuell angepasst werden, um die gewünschten Strömungsverhältnisse zu schaffen. Bevorzugt beträgt die Neigung der Mischerschaufelelemente zwischen etwa 30° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50°. In bestimmten Fällen erweisen sich auch hohe Anstellwinkel von bis zu 70° als vorteilhaft. Bei der Wahl der geeigneten Anstellwinkel – ob für alle Mischerschaufelelemente gleich oder individuell optimiert – ist neben der Erzeugung des gewünschten Strömungsmusters auch zu berücksichtigen, dass der von der Mischereinrichtung erzeugte Gegendruck möglichst gering ist. Sie können dazu dienen, eine zusätzliche Strömungsumkehr zu bewirken, die die Durchmischungs- und Verdampfungseigenschaften der Mischereinrichtung weiter verbessert. Auch – abschnittsweise – gekrümmte Mischerschaufelelemente sind denkbar.
Insbesondere sind die Mischerschaufelelemente derart angeordnet und ausgebildet, dass sie den sie anströmenden Teil des Gasstroms in einer Richtung auslenken, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in die der Gasstrom durch die Mischerschaufeln der jeweils stromabwärts angeordneten Mischerschaufelgruppe abgelenkt wird. Die Mischerschaufelelemente sind insbesondere derart angeordnet und ausgebildet, dass die Teilströme nach innen abgelenkt werden, d.h. aufeinander zu strömen.
Vorzugsweise weisen die Mehrzahl, insbesondere alle der durch die Mischerschaufeln und die Mischerschaufelelemente gebildeten Gasströmungskanäle einen im Wesentlichen gleichen Strömungsquerschnitt auf. Die Strömungskanäle erzeugen in diesem Fall zum Großteil oder alle den im Wesentlichen gleichen Gegendruck, was die Strömungsverhältnisse insgesamt positiv beeinflusst.
Zumindest einer der Mischerschaufeln und/oder zumindest einem der Mischerschaufelelemente kann ein stromaufwärtiger Anströmabschnitt vorgeschaltet und insbesondere einstückig mit dieser bzw. diesem ausgestaltet sein. Der Anströmabschnitt ist bezüglich dem die Mischerschaufel bzw. das Mischerschaufelelement anströmenden Gastrom weniger geneigt ist als die jeweilige Mischerschaufel bzw. das jeweilige Mischerschaufelelement. Durch eine geeignete Ausbildung des Anströmabschnitts kann ein Strömungsabriss und damit die Bildung von Gegendruck erzeugenden Totwassergebieten verringert oder sogar vermieden werden. Mit anderen Worten wird der Gasstrom durch den Anströmabschnitt "sanfter" aufgenommen und dann der Mischerschaufel bzw. dem Mischerschaufelelement zugeleitet.
Der Anströmabschnitt kann zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet sein und/oder einen ebenen Abschnitt umfassen. Insbesondere ist der Anströmabschnitt in einem Bereich einer Gasanströmkante im Wesentlichen parallel zu dem die Mischerschaufel bzw. das Mischerschaufelelement anströmenden Gastrom angeordnet oder ausgebildet.
Eine weitere optionale Maßnahme zur Vermeidung von Strömungsabrissen besteht darin, dass zumindest einem der Mischerschaufelelemente ein gekrümmter stromabwärtigen Abströmabschnitt nachgeschaltet und insbesondere einstückig mit diesem ausgestaltet ist. Der Abströmabschnitt lenkt den Gasstrom zu einer stromabwärtig gelegenen Mischerschaufel hin um. Untersuchungen haben ergeben, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn der Krümmungsradius des Abströmabschnitts nicht kleiner als die Hälfte des Abstands der Mischerschaufeln oder der Mischerschaufelelemente ist.
Insbesondere ist der Abströmabschnitt in einem Bereich einer Gasabströmkante im Wesentlichen parallel zu der entsprechenden stromabwärtig gelegenen Mischerschaufel angeordnet oder ausgebildet. Vorzugsweise umfasst der Bereich einen planaren Abschnitt, der parallel zu einem planaren Abschnitt der Mischerschaufel angeordnet ist.
Eine besonderes gute und den Gegendruck reduzierende Strömungsführung wird erreicht, wenn sich der einem der Mischerschaufelelemente zugeordnete Abströmabschnitt und der einem der Mischerschaufeln zugeordnete Anströmabschnitt in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen überlappen.
Gemäß einer Ausführungsform der Mischereinrichtung umgreift der Rahmen die Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe und der zweiten Mischerschaufelgruppe in Umfangsrichtung. Er kann eine in einer Richtung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms längliche Grundform aufweisen, wobei eine Längserstreckung des Rahmens in der genannten Ebene mindestens doppelt, insbesondere zumindest dreimal so groß ist, wie eine senkrecht zur Längserstreckung gesehene Quererstreckung des Rahmens. Beispielsweise weist der Rahmen in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezoidale Grundform auf. Dies schließt nicht aus, dass Ecken des Rahmens gerundet ausgeführt sein können und/oder gekrümmte Abschnitte vorhanden sind.
Eine einfach herzustellende und daher kostengünstige Bauweise des Rahmens sieht vor, dass dieser zwei einander gegenüber liegende lange Seitenwände und zwei einander gegenüber liegende kurze Seitenwände umfasst, die jeweils bevorzugt in etwa die gleiche Längserstreckung aufweisen. Der Rahmen kann aus zwei miteinander verbundenen Bauteilen gebildet sein, die jeweils eine der langen Seitenwände und zwei Seitenwandabschnitte umfasst, die jeweils einen Teil der kurzen Seitenwände bilden. Die kurzen Seitenwände des Rahmens können in einem montierten Zustand durch zumindest teilweise überlappende Seitenwandabschnitte der beiden Bauteile gebildet sein. Es ist auch möglich, den Rahmen aus Bauteilen zusammenzusetzen, die jeweils eine der langen Seitenwände und eine der kurzen Seitenwände umfassen. Die beiden Bauteile werden dann beispielsweise an einem Eckbereich miteinander verbunden.
Eine der langen Seitenwände kann in Längsrichtung – d.h. in einer Richtung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms – zumindest abschnittsweise gekrümmt sein. Gleiches gilt analog für die kurzen Seitenwände.
Eine kompakte Bauform ergibt sich, wenn der Rahmen im Bereich der kurzen Seitenwände – in Hauptströmungsrichtung des Gasstroms gesehen – eine kürzere Erstreckung aufweist als die langen Seitenwände im Mittel bzw. Durchschnitt. Es ist also nicht ausgeschlossen, dass auch den kurzen Seitenwänden benachbarte Bereiche der langen Seitenwände in Gasströmungsrichtung gesehen etwas niedriger sein können als andere Bereiche.
Die Erfindung betrifft ferner eine Mischereinheit zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit mit einer in einem Gehäuse angeordneten Mischereinrichtung, die zur Beeinflussung des Gasstroms vorgesehene Mischerschaufeln einer ersten und einer zweiten Mischerschaufelgruppe umfasst. Die Mischereinrichtung kann eine der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen aufweisen. Die Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe sind derart angeordnet und ausgebildet, dass im Zusammenwirken mit einem ersten Wandabschnitt des Gehäuses ein erster Gasstromwirbel erzeugbar ist. Die Mischerschaufeln der zweiten Mischerschaufelgruppe sind derart angeordnet und ausgebildet, dass in Zusammenwirken mit einem zweiten Wandabschnitt des Gehäuses ein relativ zu dem Gasstromwirbel gegensinniger, zweiter Gasstromwirbel erzeugbar ist. Eine jeweilige Wirbelachse des ersten und des zweiten Gasstromwirbels sind relativ zu der Strömungsrichtung des Gasstroms nebeneinander angeordnet. Die Wirbelachsen sind zudem senkrecht zu der Strömungsrichtung des Gasstroms angeordnet.
Mit anderen Worten werden durch die beiden Mischerschaufelgruppen jeweils Gasstromwirbel erzeugt, die nebeneinander liegen, wenn man sie in Strömungsrichtung betrachtet. Der Begriff "nebeneinander" ist dabei in der vorstehend bereits erläuterten Weise zu verstehen. D.h. es ist nicht ausgeschlossen, dass die Wirbelachsen in Gasstromrichtung gesehen nicht auf gleicher Höhe liegen. Außerdem sollen die Wirbelachsen nicht parallel zur Hauptströmungsrichtung des Gasstroms liegen, wie es beispielsweise bei herkömmlichen Drallturbinen der Fall ist, sondern die Wirbelachsen sollen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sein. Insbesondere verlaufen die Wirbelachsen im Wesentlichen parallel zueinander.
Bevorzugt erzeugen die Mischerschaufeln der ersten Mischerschaufelgruppe einen ersten Teilstrom des Gasstroms, während die Mischerschaufeln der zweiten Mischerschaufelgruppen einen zweiten Teilstrom erzeugen. Die Mischerschaufeln können derart angeordnet und ausgebildet sein, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom nach außen und/oder voneinander weg abgelenkt werden.
Insbesondere wird der gesamte Gasstrom auf die beiden Teilströme aufgeteilt. Mit anderen Worten entspricht die Summe der beiden Teilströme dem Gesamtstrom. In bestimmten Anwendungsbereichen kann aber auch eine Bypass-Strömung gewünscht sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Wirbelachsen in Strömungsrichtung des Gasstroms versetzt zueinander angeordnet. D.h. sie liegen in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen nicht nur nebeneinander, sondern auch nicht auf gleicher Höhe.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Gasstromwirbel in einer Ebene angeordnet.
Die Mischerschaufeln der ersten und der zweiten Mischerschaufelgruppe können derart angeordnet und ausgebildet sein, dass der jeweilige Drehsinn der beiden Gasstromwirbel derart ist, dass die beiden Teilströme im Bereich einer Mittelachse des Gasstroms aufeinander zulaufen. Beispielsweise wird der Gasstrom durch die Mischereinrichtung in zwei divergierende Teilströme aufgeteilt, die durch eine entsprechende Wahl der Gehäuseform in gegensinnige Wirbelströme umgewandelt werden. Diese Wirbel führen dazu, dass die beiden Teilströme stromabwärts der Mischereinrichtung wieder aufeinander zu strömen und eventuell sogar ineinandergreifen, um einen möglichst effizienten Mischeffekt zu erzielen.
Insbesondere sind der erste und der zweite Gasstromwirbel asymmetrisch ausgebildet. Beispielsweise weisen sie unterschiedliche Ausdehnungen und/oder Krümmungsradien auf.
Der erste und der zweite Wandabschnitt können in von der Mischereinrichtung aus gesehen stromabwärtiger Richtung zunächst einen divergierenden und anschließend einen konvergierenden Verlauf aufweisen. Insbesondere sind der erste und der zweite Wandabschnitt zumindest abschnittsweise gekrümmt. Beispielsweise sind die Wandabschnitte so ausgebildet, dass die zwei die Mischereinrichtung verlassenden divergierenden Teilströme sie anströmen und durch geeignet gekrümmte Wandabschnitte eine einen Wirbel erzeugende Rotationskomponente aufgeprägt bekommen.
Insbesondere bilden der erste und der zweite Wandabschnitt in einer Blickrichtung senkrecht zur Hauptströmungsrichtung eine U-Form. Die Schenkel der U-Form können relativ zueinander geneigt sein und zu der Mischereinrichtung hin konvergieren.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung,
2 eine Schnittansicht durch die Mischereinrichtung der 1,
3 und 4 die erfindungsgemäße Mischereinrichtung der 1 in ihrer Einbaulage in verschiedenen Ansichten und
5 bis 9 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung.
1 zeigt eine Ausführungsform 10 der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung. Diese umfasst einen Rahmen 12, der ein erstes Rahmenbauteil 12a und ein zweites Rahmenbauteil 12b umfasst. Der Rahmen 12 ist im Wesentlichen rechteckig, wobei eine lange Seitenwand 14a, die an dem Rahmenbauteil 12a ausgebildet ist, einen leicht gekrümmten Verlauf aufweist. Eine der Rahmenseitenwand 14a gegenüber liegende lange Seitenwand 14b weist einen im Wesentlichen geraden Verlauf auf.
Die langen Seitenwände 14a, 14b werden durch kurze Seitenwände 16a, 16b miteinander verbunden. Im Gegensatz zu den langen Seitenwänden 14a, 14b sind die kurzen Seitenwände 16a, 16b jedoch nicht als Ganzes an einem der Rahmenbauteile 12a, 12b ausgebildet. Die kurzen Seitenwände 16a, 16b setzen sich aus Seitenwandabschnitten 16a', 16a" bzw. 16b' und 16b" zusammen. Die Seitenwandabschnitte 16a' und 16b' sind an dem Rahmenbauteil 12a ausgebildet, während die Seitenwandabschnitte 16a" und 16b" an dem Rahmenbauteil 12b ausgebildet sind. Die Seitenwandabschnitte 16a', 16a" bzw. 16b', 16b" überlappen sich abschnittsweise etwas, um eine zuverlässige Verbindung der Rahmenbauteile 12a, 12b zu gewährleisten.
1 ist ferner zu entnehmen, dass die kurzen Seitenwände 16a, 16b etwas niedriger sind als die langen Seitenwände 14a, 14b im Durchschnitt. Dies ermöglicht eine einfachere Anströmung von randlichen Bereichen der Mischereinrichtung 10.
In 1 ist die von dem Abgasstrom eines Kraftfahrzeugs angeströmte Seite der Mischereinrichtung 10 zu erkennen. Der im Wesentlichen geradlinig anströmende Abgasstrom wird durch Mischerschaufeln 18a, 18b von außen zu einer Trennwand 20 gelenkt. Die Trennwand 20 definiert somit zwei Anströmbereiche A, B, in denen der jeweilige Teil des anströmenden Abgasstroms auf unterschiedliche Weise abgelenkt wird.
Die Mischerschaufeln 18a, 18b sind im Wesentlichen planare strömungsleitende Elemente, die relativ zur Strömungsrichtung des anströmenden Abgases geneigt angeordnet sind. Der Neigungswinkel der Mischerschaufeln 18a, 18b kann an die jeweils vorliegenden Bedingungen angepasst werden, auch für jede Mischerschaufel 18a, 18b individuell. Grundsätzlich ist es auch möglich, einige der oder alle Mischerschaufeln 18a, 18b zumindest abschnittsweise gekrümmt auszugestalten und/oder unterschiedliche Neigungswinkel zu wählen. Neigungs-/Anstellwinkel im Bereich von 30° bis 60°, in Einzelfällen bis 70°, haben sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere Winkel von 40° bis 50°.
Die Mischerschaufeln 18a, 18b können grundsätzlich von im Wesentlichen gleicher Bauart sein. Durch die Geometrie des Rahmenteils 12a ergibt es sich jedoch, dass die Mischerschaufeln 18a, 18b je nach ihrer Lage eine unterschiedliche Breite aufweisen. Ferner sind unterschiedliche Anzahlen von Mischerschaufeln 18a, 18b vorgesehen. Mit anderen Worten wird der die Mischereinrichtung 10 anströmende Gasstrom nicht in zwei gleich große Teilströme aufgeteilt, sondern der Bereich B, dem die Mischerschaufeln 18b zugeordnet sind, weist eine größere Querschnittsfläche auf als der Bereich A des Rahmens, dem die Mischerschaufeln 18a zugeordnet sind.
Deutlich sichtbarer wird dies in der in 2 gezeigten Schnittansicht. 2 zeigt einen Schnitt durch die Mischereinrichtung 10 parallel zu seiner Längserstreckung. Deutlich zu erkennen sind die im Wesentlichen ebenen Mischerschaufeln 18a, 18b. Die vorstehend bereits beschriebenen Anströmbereiche A, B werden durch die Trennwand 20, die im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung H des die Mischereinrichtung 10 anströmenden Gasstroms ausgerichtet ist, voneinander abgeschirmt. Die Hauptströmungsrichtung H verläuft parallel zu einer Mittelebene M, die äquidistant zu den beiden kurzen Seitenwänden 16a, 16b angeordnet ist. Die Trennwand 20 verhindert, dass die durch die Mischerschaufeln 18a, 18b abgelenkten Teilströme im Inneren der Mischereinrichtung 10 interagieren können. Am stromabwärtigen Ende der Trennwand 20 ist ein V-förmiges Leitelement 22 angeordnet, das gegen die Trennwand 20 strömendes Abgas wieder nach außen ablenkt.
2 verdeutlicht, dass die Trennwand 20 nicht in der Mitte der Mischereinrichtung 10 angeordnet ist, sondern in 2 etwas nach rechts versetzt ist. Der links davon liegende angeströmte Bereich B der Mischereinrichtung 10 ist daher größer als der rechte angeströmte Bereich A der Mischereinrichtung 10, was zur Folge hat, dass auch die entsprechenden Teilströme unterschiedlich groß sind.
Stromabwärts der Mischerschaufeln 18a, 18b sind Mischerschaufeln 24a, 24b vorgesehen, die eine erneute Umkehrung des jeweiligen Teilstroms bewirkt. Die Mischerschaufeln 24a bilden eine erste Mischerschaufelgruppe 26a. Die Mischerschaufeln 24b bilden eine zweite Mischerschaufelgruppe 26b. Das für die Mischerschaufeln 18a, 18b in Zusammenhang mit ihrer Ausgestaltung und Anordnung (z.B. Neigungswinkel) Gesagte gilt in analoger Form auch für die Mischerschaufeln 24a, 24b. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, die Ausgestaltung und/oder Anordnung der Mischerschaufeln 24a, 24b anders zu wählen als die der stromaufwärts liegenden Mischerschaufeln 18a, 18b. Die Mischerschaufeln 24a, 24b sind im vorliegenden Fall (spiegel)symmetrisch zu einer durch die Trennwand 20 aufgespannten Ebene angeordnet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. In bestimmten Anwendungsfällen kann auch eine bezüglich der Trennwand 20 asymmetrische Anordnung und/oder Ausgestaltung der Mischerschaufeln 24a, 24b vorgesehen sein.
Abweichend von der in 2 gezeigten Bauform können zusätzliche Mischerschaufeln stromaufwärts der Mischerschaufeln 18a, 18b vorgesehen sein, wenn entsprechender Bauraum vorhanden ist. Insbesondere können eine oder mehrere Ebenen/Reihen von zusätzlichen Mischerschaufeln vor den Mischerschaufeln 18a, 18b angeordnet sein.
Die Mischerschaufeln 24a, 24b lenken die in Richtung zu der Trennwand 20 hin abgelenkten Teilströme des die Mischereinrichtung 10 anströmenden Gasstroms wieder nach außen. Durch diese Umkehrung der Strömungsrichtung wird einerseits eine Vermischung der stromaufwärts der Mischereinrichtung 10 in den Abgasstrom eingespritzten Flüssigkeit unterstützt. Andererseits bewirkt diese Umkehrung, dass die noch in dem Gasstrom befindlichen Flüssigkeitströpfchen mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit auf die Mischerschaufeln 20a, 20b prallen und zerplatzen, wodurch sie schneller verdampfen.
Randbereiche R1, R2 mit den erniedrigten Seitenwänden 16a, 16b gestatten den seitlichen Eintritt von Teilen des Gasstroms in die Mischereinrichtung 10 und erleichtern zudem deren bestimmungsgemäßen Einbau in die Abgasanlage.
3 zeigt die Mischereinrichtung 10 in einer Einbaulage zwischen zwei Reinigungselementen 28, 34 einer Abgasanlage. Das aus dem oberen Reinigungselement 28 ausströmende Abgas wird durch einen nicht gezeigten Injektor mit einem Reduktionsmittel beaufschlagt. Im vorliegenden Fall erzeugt der Injektor zwei separate Einspritzkegel 30, die jeweils auf einen der Bereiche A, B gerichtet sind. Durch die Wirkung der Mischerschaufelgruppen 26a, 26b verlässt der mit der eingespritzten Flüssigkeit vermischte Abgasstrom die Mischereinrichtung 10 in zwei separaten Teilströmen, die zunächst divergieren. Die divergierenden Teilströme werden dabei gegen die Seitenwände 36a, 36b eines Gehäuses 32 gedrängt, das die Austrittsseite des Reinigungselements 28 mit der Eintrittsseite des als SCR-Katalysator ausgebildeten Reinigungselements 34 verbindet. Die Seitenwände 36a, 36b des Gehäuses 32 bilden stromabwärts der Mischereinrichtung 10 bildlich gesprochen die Form eines U's mit zu der Mischereinrichtung 10 hin konvergierenden Schenkeln. Das die Seitenwände 36a, 36b des Gehäuses 32 anströmende Gas der beiden die Mischereinrichtung 10 verlassenden Teilströme wird durch deren gekrümmte Ausgestaltung derart umgelenkt, dass zwei gegensinnige Gasstromwirbel 38a, 38b erzeugt werden, die im Gehäuseinneren aufeinander zu strömen. In 3 sind diese Wirbel stark schematisiert dargestellt. Die Wirbel 38a, 38b weisen nicht nur einen unterschiedlichen Drehsinn auf, sondern sie unterscheiden sich auch in ihrer Ausdehnung und/oder ihrer Krümmung. Gemeinsam ist beiden, dass sie im Wesentlichen ebene Wirbel sind, die durch die Mischereinrichtung 10 und die Seitenwände 36a, 36b lediglich eine rotatorische Bewegungskomponente aber keine relevante Drallkomponente mit einer Helizität erhalten haben. Aufgrund der unterschiedlichen Ausprägung der Wirbel 38a, 38b liegen auch die entsprechenden Wirbelachsen – in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung H gesehen – zwar nebeneinander aber nicht auf gleicher Höhe.
Durch das Ineinandergreifen der beiden Wirbel 38a, 38b wird der Gasstrom und die von ihm aufgenommene Flüssigkeit auf effiziente Weise homogenisiert, so dass das den SCR-Katalysator 34 anströmende Abgas von diesem zuverlässig gereinigt werden kann.
4 zeigt eine weitere Ansicht der Einbaulage der Mischereinrichtung 10 in Einbaulage, wodurch deren gekrümmte lange Seitenwand 14a erkennbar ist, die einer entsprechenden Krümmung einer Stirnwand des Gehäuses 32 geschuldet ist. Die Pfeile deuten wiederum die durch die Mischereinrichtung 10 erzeugten gegensinnigen Wirbel 38a, 38b an, wobei sie zur Verdeutlichung hier stärker ineinandergreifend dargestellt sind.
5 zeigt eine Ausführungsform 10a der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung, die – wie die Mischereinrichtung 10 – Mischerschaufeln 18a, 18b und stromabwärts von diesen angeordnete Mischerschaufeln 24a und 24b aufweist, die an einem Rahmen 12 befestigt sind. Die Mischereinrichtung 10a ist im Gegensatz zu der Mischereinrichtung 10 symmetrisch bezüglich der Mittelebene M aufgebaut. In der Mittelebene M liegt auch eine Trennwand 20, an deren stromabwärtigen Ende ein Leitelement 22 angeordnet ist, um den die Trennwand 20 anströmenden Gasstrom wieder von dieser weg zu leiten.
Um den durch die Mischereinrichtung 10a erzeugten Gegendruck zu minimieren, sind den Mischerschaufeln 18a, 18b Anströmabschnitte 42 vorgeschaltet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Anströmabschnitte 42 einstückig mit den Mischerschaufeln 18a, 18b ausgestaltet, sodass diese aus einem einzigen Blechteil hergestellt werden können. Gleiches gilt für nachstehend noch zu beschreibende Abströmabschnitte 48 und auch für Anströmabschnitte 40 der Mischerschaufeln 24a, 24b.
Die Anströmabschnitte 42 weisen im Bereich einer Gasanströmkante 44, die dem anströmenden Gasstrom ausgesetzt ist, einen kleineren Anstellwinkel auf als die Mischerschaufeln 18a, 18b. Anschließend gehen die Anströmabschnitte 42 gekrümmt in die Mischerschaufeln 18a, 18b über, sodass das anströmende Gas allmählich und "sanft" aus der Hauptströmungsrichtung H ausgelenkt und zu den Mischerschaufeln 18a, 18b hin geleitet wird. Dadurch wird ein Strömungsabriss im Bereich der Gasanströmkanten 44 verringert bzw. vollständig vermieden, was letztlich zu einer Minimierung des durch die Mischereinrichtung 10a erzeugten Gegendrucks führt. Bevorzugt ist ein sich unmittelbar an die Gasanströmkante 44 anschließender Bereich des Anströmabschnitts 42 im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrichtung H des anströmenden Gasstroms ausgerichtet.
Den Mischerschaufeln 18a, 18b sind Abströmabschnitte 48 nachgeordnet, die ebenfalls einstückig mit den Mischerschaufeln 18a, 18b ausgebildet sind. Analog wie die Anströmabschnitte 42 sorgen die Abströmabschnitte 48 dafür, dass das durch die Mischereinrichtung 10a strömende Gas möglichst unter Vermeidung von Strömungsabrissen den Mischerschaufeln 24a, 24b zugeleitet wird. Sie weisen daher eine Krümmung auf, sodass das Gasstrom stromabwärts der Mischerschaufeln 18a, 18b zu den jeweils nachfolgenden Mischerschaufeln 24a bzw. 24b hin umgelenkt wird. Letztlich definieren die Mischerschaufeln 18a und 24a sowie 18b und 24b somit Gasstromkanäle, die möglichst frei von Strömungsabrissen und dadurch entstehenden Totwassergebieten sind.
Zu diesem Zweck sind auch den Mischerschaufeln 24a, 24b Anströmbereiche 40 vorgeschaltet, die den von den Mischerschaufeln 18a, 18b umgelenkten Gasstrom "empfangen" und zu den Mischerschaufeln 24a, 24b umlenken. Vorzugsweise sind die Anströmabschnitte 40 im Bereich der jeweiligen Gasanströmkante 44 so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass sie parallel zu den Mischerschaufeln 18a, 18b verlaufen.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform 10b der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung, bei der besonders Wert darauf gelegt wurde, dass die einzelnen, durch die Mischerschaufeln 18a, 18b, 24a, 24b definierten Gasströmungskanäle im Wesentlichen einen gleichen Strömungsquerschnitt aufweisen, sodass sich eine gleichmäßige Strömungsverteilung in der Mischereinrichtung 10b einstellt. Außerdem sind den Mischerschaufeln 18a, 18b, die benachbart zu der Trennwand 20 angeordnet sind, Anströmabschnitte 42' zugeordnet, die jeweils einen ebenen Abschnitt aufweisen, der parallel zu der Hauptströmungsrichtung H angeordnet ist, um eine noch bessere Strömungsführung zu erzielen. Ferner weisen die den Mischerschaufeln 18a, 18b zugeordneten Abströmabschnitte 48 jeweils einen ebenen Bereich 52 auf, sodass – in Strömungsrichtung des Gases gesehen – eine Überlappung der Abströmabschnitte 48 mit den Anströmabschnitten 40 der Mischerschaufeln 24a, 24b erzielt wird.
7 zeigt eine Ausführungsform 10c der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung, bei der verschiedene Ausgestaltungen der Anströmabschnitte 40, 42, 42' und der Abströmabschnitte 48 der in den 5 und 6 gezeigten Mischereinrichtungen 10a, 10b miteinander kombiniert wurden, um zu verdeutlichen, dass je nach Bedarf bestimmte Aspekte der Mischerschaufelgeometrien angepasst werden können, um optimale Resultate zu erzielen. Ein wesentlicher Unterschied zu den Mischereinrichtungen 10a, 10b besteht in der Ausgestaltung des Leitelements 22. Bei der Mischereinrichtung 10c weist das Leitelement 22 Öffnungen 54 auf – z.B. Löcher oder Schlitze –, wodurch eine Bypass-Strömung erzeugt wird, die das Leitelement 22 durchtritt. Diese Bypass-Strömung wird durch ein Ablenkelement 56 wieder in zwei divergierende Teilströme aufgeteilt. Das Ablenkelement 56 weist einen kleineren Öffnungswinkel auf als das Leitelement 22. Durch diesen zweistufigen Aufbau wird der Totwasserbereich im Bereich um die Mittelachse M verringert, was wiederum zu einer Gegendruckreduktion führt.
8 zeigt eine Ausführungsform 10d der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung, bei der die Mischerschaufeln 18a und 24a bzw. 18b und 24b jeweils durch einen gekrümmten Übergangsabschnitt 58 miteinander verbunden sind. Die Mischerschaufeln 18a, 24a bzw. 18b, 24b sind somit einstückig ausgeführt. Vorgeschaltet sind die ebenfalls einstückig damit verbundenen Anströmabschnitte 42'', die vergleichsweise lang ausgeführt sind. D.h. der ebene Bereich 50 erstreckt sich recht weit in Strömungsrichtung des Gasstroms, bevor dieser über einen gekrümmten Abschnitt der entsprechenden Mischerschaufel 18a, 18b zugeleitet wird, die wiederum über den in entgegengesetzter Richtung gekrümmten Übergangsabschnitt 58 mit der Mischerschaufel 24a bzw. 24b in Verbindung steht. Die genannten Komponenten bilden somit ein einstückiges Blechteil, das in dem Rahmen 12 derart befestigt ist, dass die Gasanströmkanten 44 in etwa mit der Oberkante des Rahmens 12 abschließen, während in etwa die Hälfte des Übergangsbereichs 58 und die Mischerschaufeln 24a, 24b in stromabwärtiger Richtung über den Rahmen 12 hinaus ragen. Auch das Leitelement 22 und ein Teil der Trennwand 20 ragen in stromabwärtiger Richtung aus dem Rahmen 12 hervor. Es ist aber auch möglich, die strömungsleitenden Komponenten bei Bedarf in anderer Weise in dem Rahmen 12 zu positionieren, d.h. in Hauptströmungsrichtung H gesehen bedarfsgerecht zu verschieben. Dies gilt auch für die anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung.
Bei der Mischereinrichtung 10d werden Strömungsabrisse weitgehend vermieden. Abweichend von der dargestellten Form kann auch eine mehrstufige Ablenkung am stromabwärtigen Ende der Trennwand 22 vorgesehen sein, wie sie beispielsweise anhand der 7 beschrieben wurde.
9 zeigt eine Ausführungsform 10e der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung, die durch eine Kombination mehrere Einzelelemente, die jeweils die Mischerschaufeln 18a, 24a bzw. 18b, 24b sowie die Abschnitte 42'' und 58 umfassen, erzeugt wird. Beispielsweise wird eine Mehrzahl solcher Elemente nebeneinander angeordnet. In einer darüber oder darunter liegenden Ebene, d.h. in einer Ebene oberhalb oder unterhalb der Bildebene, werden die Einzelelemente in umgedrehter Stellung angeordnet, so dass die Übergangsabschnitte 58 in dieser Ebene in die entgegengesetzte Richtung weisen, als in der darüber bzw. darunter liegenden Ebene. Mit anderen Worten können Pakete der vorstehend beschriebenen Einzelelemente in beliebiger Form miteinander kombiniert werden und auch in mehreren Ebenen übereinander angeordnet werden, um eine das gewünschte Mischungsergebnis erzielende Mischereinrichtung zu erhalten. Es ist auch möglich, die anhand der 1 bis 8 beschriebenen Mischerschaufelkonfigurationen – mit oder ohne Trennwand 20, Leitelement 22 und Ablenkelement 56 – in verschiedenen Ebenen zu replizieren, um die Mischereinrichtung in einer Richtung senkrecht zu der jeweiligen Bildebene zu ergänzen. Die Mischerschaufelkonfigurationen können in verschiedenen Ebenen versetzt und/oder gespiegelt bzw. verdreht (wie bei der Mischereinrichtung 10e) zueinander angeordnet sein.
Einzelne Aspekte oder Merkmale der gezeigten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mischereinrichtung können mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden, um die gewünschte Mischcharakteristik zu erzielen.
Bezugszeichenliste

10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e: Mischereinrichtung
12: Rahmen
12a, 12b: Rahmenbauteil
14a, 14b: lange Seitenwand
16a, 16b: kurze Seitenwand
16a', 16a", 16b', 16b": Seitenwandabschnitt
18a, 18b, 24a, 24b: Mischerschaufeln
20: Trennwand
22: Leitelement
26a, 26b: Mischerschaufelgruppe
28: Reinigungselement
30: Einspritzkegel
32: Gehäuse
34: SCR-Katalysator
36a, 36b: Seitenwand
38a, 38b: Gasstromwirbel
40, 42, 42', 42'': Anströmabschnitt
44: Gasanströmkante
46: Gasabströmkante
48: Abströmabschnitt
50, 52: Bereich
54: Öffnung
56: Ablenkelement
58: Übergangsabschnitt
A, B: Anströmbereich
H: Hauptströmungsrichtung
M: Mittelebene
R1, R2: Randbereich

Claims

Mischereinrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit, mit einem Rahmen (12), an dem geneigt zu einer Hauptströmungsrichtung (H) eines die Mischereinrichtung anströmenden Gasstroms angeordnete Mischerschaufeln (24a, 24b) einer einen ersten Teilstrom erzeugenden ersten Mischerschaufelgruppe (26a) und einer einen zweiten Teilstrom erzeugenden zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) befestigt sind, wobei die Mischerschaufeln (24a) der ersten Mischerschaufelgruppe (26a) in Strömungsrichtung des Gasstroms seitlich versetzt oder neben der zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) angeordnet sind und wobei die Mischerschaufeln (24a) der ersten Mischerschaufelgruppe (26a) und die Mischerschaufeln (24b) der zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) derart angeordnet und ausgestaltet sind, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden.
Mischereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom der nach außen abgelenkt werden.
Mischereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme in einer Ebene abgelenkt werden, die durch die Hauptströmungsrichtung und eine senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung ausgerichtete Längserstreckung des Rahmens (12) definiert ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerschaufelgruppen (26a, 26b) symmetrisch ausgestaltet sind.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Teilstrom asymmetrisch ausgestaltet sind.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischereinrichtung asymmetrisch in Bezug auf eine senkrecht zur Längserstreckung der Mischereinrichtung angeordnete Mittelebene (M) der Mischereinrichtung ausgebildet ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Mischerschaufeln (24a, 24b), insbesondere die Mehrzahl der oder alle Mischerschaufeln (24a, 24b) planar sind.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Mischerschaufeln (24a) der ersten Mischerschaufelgruppe (26a) und den Mischerschaufeln (24b) der zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) ein Trennelement (20, 22) angeordnet ist, das insbesondere einen parallel zur Hauptströmungrichtung (H) verlaufenden Abschnitt (20) aufweist.
Mischereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (20, 22) ein, insbesondere V-förmig ausgebildetes Leitelement (22) aufweist, das die das Trennelement (20, 22) anströmenden Gasströme voneinander weg lenkt.
Mischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (22) mit zumindest einer Öffnung (54) versehen ist.
Mischeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Leitelements (22) ein, insbesondere V-förmig ausgebildetes Ablenkelement (56) angeordnet ist.
Mischeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (22) einen größeren Öffnungswinkel aufweist als das Ablenkelement (56).
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Mischerschaufeln (24a, 24b) der ersten Mischerschaufelgruppe (26a) und/oder der zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) Mischerschaufelelemente (18a, 18b) angeordnet sind.
Mischereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Mischerschaufeln (24a, 24b) durch einen, insbesondere gekrümmten strömungsleitenden Übergangsabschnitt (58) mit einem der Mischerschaufelelement (18a bzw. 18b) verbunden ist.
Mischereinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerschaufelelemente (18a, 18b) im Wesentlichen planar sind und geneigt zu der Hauptströmungsrichtung (H) angeordnet sind.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerschaufelelemente (18a, 18b) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie den sie anströmenden Teil des Gasstroms in eine Richtung ablenken, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in die der Gasstrom durch die Mischerschaufeln (24a, 24b) der jeweils stromabwärts angeordneten Mischerschaufelgruppe (26a, 26b) abgelenkt wird.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerschaufelelemente (18a, 18b) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass der erste Teilstrom und der zweite Teilstrom nach innen abgelenkt werden.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl, insbesondere alle der durch die Mischerschaufeln und die Mischerschaufelelemente gebildeten Gasströmungskanäle einen im Wesentlichen gleichen Strömungsquerschnitt aufweisen.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Mischerschaufeln (24a, 24b) und/oder zumindest einem der Mischerschaufelelemente (18a, 18b) ein stromaufwärtiger Anströmabschnitt (40 bzw. 42, 42') vorgeschaltet und insbesondere einstückig mit dieser bzw. diesem ausgestaltet ist, der bezüglich dem die Mischerschaufel (24a, 24b) bzw. das Mischerschaufelelement (18a, 18b) anströmenden Gastrom weniger geneigt ist als die jeweilige Mischerschaufel (24a, 24b) bzw. das jeweilige Mischerschaufelelement (18a, 18b).
Mischereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Anströmabschnitt (40, 42, 42') zumindest abschnittsweise gekrümmt ausgebildet ist.
Mischereinrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Anströmabschnitt (40, 42, 42') in einem Bereich (50) einer Gasanströmkante (44) im Wesentlichen parallel zu dem die Mischerschaufel (24a, 24b) bzw. das Mischerschaufelelement (18a, 18b) anströmenden Gasstrom angeordnet oder ausgebildet ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem der Mischerschaufelelemente (18a, 18b) ein gekrümmter stromabwärtigen Abströmabschnitt (48) nachgeschaltet und insbesondere einstückig mit diesem ausgestaltet ist, der den Gasstrom zu einer stromabwärtig gelegenen Mischerschaufel (24a, 24b) hin umlenkt.
Mischereinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmabschnitt (48) in einem Bereich (52) einer Gasabströmkante (46) im Wesentlichen parallel zu der entsprechenden stromabwärtig gelegenen Mischerschaufel (24a, 24b) angeordnet oder ausgebildet ist, insbesondere wobei der Bereich (52) einen planaren Abschnitt umfasst, der parallel zu einem planaren Abschnitt der Mischerschaufel (24a, 24b) angeordent ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich der einem der Mischerschaufelelemente (18a, 18b) zugeordnete Abströmabschnitt (48) und der einem der Mischerschaufeln (24a, 24b) zugeordnete Anströmabschnitt (40) in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen überlappen.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) die Mischerschaufeln (24a, 24b) der ersten Mischerschaufelgruppe (26a) und der zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) in Umfangsrichtung umgreift.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (H) des Gasstroms eine längliche Grundform aufweist, wobei eine Längserstreckung des Rahmens (12) in der Ebene mindestens doppelt, insbesondere zumindest dreimal so groß ist, wie eine senkrecht zur Längserstreckung gesehene Quererstreckung des Rahmens (12).
Mischereinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung (H) des Gasstroms eine im Wesentlichen rechteckige oder trapezoidale Grundform aufweist.
Mischereinrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) zwei einander gegenüber liegende lange Seitenwände (14a, 14b) und zwei einander gegenüber liegende kurze Seitenwände (16a, 16b) umfasst.
Mischereinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) aus zwei miteinander verbundenen Bauteilen (12a, 12b) gebildet ist, die jeweils eine der langen Seitenwände (14a, 14b) und zwei Seitenwandabschnitte (16a', 16a'', 16b', 16b'') umfassen, die jeweils einen Teil der beiden kurzen Seitenwände (16a, 16b) bilden.
Mischereinrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der langen Seitenwände (14a, 14b) in Längsrichtung zumindest abschnittsweise gekrümmt ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (12) im Bereich der kurzen Seitenwände (16a, 16b) in Hauptströmungsrichtung (H) des Gasstroms eine kürzere Erstreckung aufweist als die langen Seitenwände (14a, 14b) im Mittel.
Mischereinheit zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit mit einer in einem Gehäuse (32) angeordneten Mischereinrichtung, insbesondere gemäß zumindest einer der vorstehenden Ansprüche, die zur Beeinflussung des Gasstroms vorgesehene Mischerschaufeln (24a, 24b) einer ersten und einer zweiten Mischerschaufelgruppe (26a, 26b) umfasst, wobei die Mischerschaufeln (24a) der ersten Mischerschaufelgruppe (26a) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass in Zusammenwirken mit einem ersten Wandabschnitt (36a) des Gehäuses (32) ein erster Gasstromwirbel (38a) erzeugbar ist, wobei die Mischerschaufeln (24b) der zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass in Zusammenwirken mit einem zweiten Wandabschnitt (36b) des Gehäuses (32) ein relativ zu dem ersten Gastromwirbel (38a) gegensinniger, zweiter Gasstromwirbel (38b) erzeugbar ist, und wobei eine jeweilige Wirbelachse des ersten und des zweiten Gasstromwirbels (38a, 38b) relativ zu der Strömungsrichtung nebeneinander und/oder seitlich versetzt und im Wesentlichen senkrecht der Hauptströmungsrichtung (H) angeordnet sind.
Mischereinheit nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerschaufeln (24a) der ersten Mischerschaufelgruppe (26a) einen erster Teilstrom erzeugen und dass die Mischerschaufeln (24b) der zweiten Mischerschaufelgruppe (26b) einen zweiten Teilstrom erzeugen, wobei die Mischerschaufeln (24a, 24b) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass der erste und der zweite Teilstrom des Gasstroms nach außen und/oder voneinander weg abgelenkt werden.
Mischereinheit nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerschaufeln (24a, 24b) der ersten und der zweiten Mischerschaufelgruppe (26a, 26b) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass der jeweilige Drehsinn der beiden Gasstromwirbel (38a, 38b) derart ist, dass die beiden Gasstromwirbel (38a, 38b) im Bereich einer Mittelachse des Gasstroms aufeinander zu strömen.
Mischereinheit nach zumindest einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelachsen in Hauptströmungsrichtung (H) des Gasstroms versetzt zueinander angeordnet sind.
Mischereinheit nach zumindest einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Gasstromwirbel (38a, 38b) im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.
Mischereinheit nach zumindest einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Gasstromwirbel (38a, 38b) asymmetrisch ausgebildet sind, insbesondere unterschiedliche Ausdehnungen aufweisen.
Mischereinheit nach zumindest einem der Ansprüche 32 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wandabschnitt (36a, 36b) von der Mischereinrichtung aus gesehen in stromabwärtiger Richtung zunächst einen divergierenden und anschließend einen konvergierenden Verlauf aufweisen und/oder zumindest abschnittsweise gekrümmt sind.