DE102021003111A1 - DEVICE FOR IMPROVING A MIXING - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung 300 zum Verbessern eines Mischens eines flüssigen Additivs in einem gasförmigen Medium mit einem Strömungsteiler 308, der in einem Strömungskanal 302 des gasförmigen Mediums angeordnet ist, um das gasförmige Medium in einen ersten Teil 310 und einen zweiten Teil 312 aufzuteilen, wird offenbart. Eine Düse 314 ist nahe einem Einlassseitenende 304 angeordnet, um die Flüssigkeit in einen der zwei Teile einzuspritzen. Der Strömungsteiler 308 ist derart gestaltet, dass der Querschnitt des Strömungskanals am Auslassseitenende 306 den ersten Teil und den zweiten Teil des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten 310-1, 312-1 ... usw. auslässt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind. Der Strömungsteiler 308 ist am Einlassseitenende 304 im Allgemeinen flach mit einem allmählichen Übergang von der flachen Form zu einer Mäanderform, um abwechselnd angeordnete dünne Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils zu erzeugen.An apparatus 300 for enhancing mixing of a liquid additive in a gaseous medium having a flow divider 308 disposed in a gaseous medium flow channel 302 to divide the gaseous medium into a first portion 310 and a second portion 312 is disclosed. A nozzle 314 is positioned near an inlet side end 304 to inject the liquid into one of the two parts. The flow divider 308 is designed such that the cross section of the flow channel at the outlet side end 306 discharges the first part and the second part of the gaseous medium in thin layers 310-1, 312-1...etc. which are alternately arranged adjacent to each other. The flow divider 308 is generally flat at the inlet side end 304 with a gradual transition from the flat shape to a meander shape to create alternating laminae of the first part and the second part.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium oder in zwei gasförmigen Medien. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung, um die Verdampfung und das Mischen von Flüssigkeiten wie z. B. einer Harnstofflösung und von Kohlenwasserstoffen in gasförmigen Medien wie z. B. Abgasen einer Brennkraftmaschine zu verbessern.The present disclosure generally relates to mixing a liquid in a gaseous medium or in two gaseous media. In particular, the present disclosure relates to an apparatus for evaporating and mixing liquids such as. B. a urea solution and hydrocarbons in gaseous media such. B. exhaust gases from an internal combustion engine.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Es gibt viel Anwendungen, bei denen eine Flüssigkeit mit einem Strom eines gasförmigen Mediums gemischt werden muss. Das gasförmige Medium liegt typischerweise auf einer Temperatur, die die Verdampfung der Flüssigkeit erleichtert. Herkömmlich wird das Mischen durch Spritzen der Flüssigkeit in den Strom des gasförmigen Mediums unter Verwendung einer Düse erreicht, die dazu eingerichtet ist, feine Tröpfchen der Flüssigkeit zu erzeugen, die, nachdem sie mit dem gasförmigen Medium bei höherer Temperatur in Kontakt kommen, verdampfen, um das Mischen zu erleichtern.There are many applications where a liquid needs to be mixed with a flow of a gaseous medium. The gaseous medium is typically at a temperature that facilitates vaporization of the liquid. Conventionally, mixing is achieved by spraying the liquid into the flow of gaseous medium using a nozzle arranged to produce fine droplets of liquid which, after coming into contact with the gaseous medium at higher temperature, evaporate to to facilitate mixing.
Eine beispielhafte Anwendung der obigen Methodologie für das Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium ist in Kraftfahrzeugen, die mit einer Dieselkraftmaschine ausgestattet sind und mit selektiven katalytischen Reduktionsmitteln (SCR) versehen sind, um Emissionen von Stickoxiden aus dem Abgas von Dieselfahrzeugen zu reduzieren. Ein SCR verwendet typischerweise eine wässerige Harnstofflösung als Verbrauchsstoff, um Emissionen von Stickoxiden aus dem Abgas von Dieselfahrzeugen zu reduzieren.An exemplary application of the above methodology for mixing a liquid in a gaseous medium is in automotive vehicles equipped with a diesel engine and equipped with selective catalytic reductants (SCR) to reduce emissions of nitrogen oxides from diesel vehicle exhaust. An SCR typically uses an aqueous urea solution as a consumable to reduce emissions of nitrogen oxides from diesel vehicle exhaust.
Wie in
Wie in
Solche herkömmlichen Anordnungen erfordern jedoch eine beträchtliche Länge des Mischrohrs für die Ausbreitung von Wärme vom ringförmigen Raum zum Mischrohr, wodurch mehr Unterbringungsraum erforderlich ist. Bei Abwesenheit einer angemessenen Ausbreitungslänge für das angemessene Erhitzen der Tröpfchen kann es die Flüssigkeit nicht schaffen zu verdampfen.However, such conventional arrangements require a significant length of mixing tube for the propagation of heat from the annular space to the mixing tube, thereby requiring more packaging space. In the absence of an adequate propagation length for the droplets to be adequately heated, the liquid may fail to vaporize.
Das Patentdokument
Ein anderes Patentdokument
Noch ein anderes Patentdokument
Noch ein anderes Patentdokument
Obwohl die zitierten Patentdokumente verschiedene Typen von Anordnungen zum Mischen des flüssigen Additivs in einem gasförmigen Medium offenbaren, besteht ein Spielraum für eine Weiterverbesserung in der Effizienz von bekannten Anordnungen zum Verdampfen und Mischen der Additivflüssigkeit im gasförmigen Medium.Although the cited patent documents disclose various types of arrangements for mixing the liquid additive in a gaseous medium, there is room for further improvement in the efficiency of known arrangements for evaporating and mixing the additive liquid in the gaseous medium.
Daher besteht ein Bedarf, eine effiziente und kosteneffiziente Lösung bereitzustellen, die die vorstehend erwähnte Begrenzung von herkömmlichen Anordnungen zum Verdampfen und Mischen einer Lösungsflüssigkeit in dem entsprechenden gasförmigen Medium vermeiden kann.There is therefore a need to provide an efficient and cost-effective solution that can avoid the aforementioned limitation of conventional arrangements for evaporating and mixing a solvent liquid in the corresponding gaseous medium.
AUFGABEN DER ERFINDUNGOBJECTS OF THE INVENTION
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein einfaches, effizientes und kosteneffizientes Verfahren und eine einfache, effiziente und kosteneffiziente Vorrichtung für die Verdampfung und das Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium bereitzustellen.A general object of the present disclosure is to provide a simple, efficient, and cost-effective method and apparatus for vaporizing and mixing a liquid with a gaseous medium.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdampfung und zum Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium bereitzustellen, die die vorstehend erwähnte Begrenzung der herkömmlichen Anordnungen vermeiden.An object of the present disclosure is to provide a method and an apparatus for vaporizing and mixing a liquid with a gaseous medium, which avoids the above-mentioned limitation of the conventional arrangements.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Verdampfung und das Mischen verbessert, die kompakt und leicht in einem begrenzten Raum unterzubringen ist.Another object of the present disclosure is to provide an apparatus that improves vaporization and mixing that is compact and easy to pack in a limited space.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Verdampfung und das Mischen verbessert, die nicht zu einer Erhöhung des Gegendrucks an dem gasförmigen Medium führt.Yet another object of the present disclosure is to provide an apparatus that improves vaporization and mixing that does not result in an increase in back pressure on the gaseous medium.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Verdampfung und das Mischen verbessert, die in existierenden Systemen ohne irgendwelche wesentlichen Modifikationen implementiert werden kann.Yet another object of the present disclosure is to provide an apparatus that improves evaporation and mixing that can be implemented in existing systems without any significant modifications.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf das Mischen eines flüssigen Additivs in einem gasförmigen Medium. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern der Verdampfung und des Mischens einer Flüssigkeit wie z. B. einer Harnstofflösung und von Kohlenwasserstoffen in einem gasförmigen Medium wie z. B. Abgasen einer Brennkraftmaschine. Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren basieren auf einem mäanderförmigen Strömungsteiler, der zu dünnen Schichten der verschiedenen Teile des gasförmigen Mediums führt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind. Die dünnen Schichten, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, ermöglichen ein effizientes Mischen der verschiedenen Teile, von denen in einen das flüssige Additiv früher eingespritzt wird.Aspects of the present disclosure relate to mixing a liquid additive in a gaseous medium. In particular, the present disclosure relates to an apparatus and method for enhancing vaporization and mixing of a liquid such as a liquid. B. a urea solution and hydrocarbons in a gaseous medium such. B. exhaust gases from an internal combustion engine. The proposed device and the proposed method are based on a meandering flow divider leading to thin layers of the different parts of the gaseous medium being arranged alternately adjacent to each other. The thin layers, which are alternately arranged adjacent to each other, allow efficient mixing of the different parts, into one of which the liquid additive is injected earlier.
In einem Aspekt schafft die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium, wobei die Vorrichtung einen Strömungskanal mit einem Einlassseitenende und einem Auslassseitenende, damit das gasförmige Medium vom Einlassseitenende zum Auslassseitenende strömt; und einen Strömungsteiler, der vom Einlassseitenende zum Auslassseitenende vorgesehen ist, um die Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende empfangen wird, zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil aufzuteilen, aufweist. Eine Düse ist nahe dem Einlassseitenende vorgesehen, um die Flüssigkeit in den ersten Teil oder in den zweiten Teil einzuspritzen.In one aspect, the present disclosure provides a device for mixing a liquid in a gaseous medium, the device having a flow channel with a inlet side end and an outlet side end so that the gaseous medium flows from the inlet side end to the outlet side end; and a flow divider provided from the inlet-side end to the outlet-side end for dividing the flow of the gaseous medium received at the inlet-side end between a first part and a second part. A nozzle is provided near the inlet side end to inject the liquid into the first part or into the second part.
In einem Aspekt ist der Strömungsteiler derart gestaltet, dass der Querschnitt des Strömungskanals am Auslassseitenende den ersten Teil und den zweiten Teil des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten auslässt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.In one aspect, the flow divider is designed such that the cross section of the flow channel at the outlet side end discharges the first part and the second part of the gaseous medium in thin layers that are alternately arranged adjacent to each other.
In einem Aspekt ist der Strömungsteiler am Auslassseitenende mäanderförmig, so dass der Strömungsteiler dünne Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums bereitstellt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.In one aspect, the flow divider is meandered at the outlet side end such that the flow divider provides laminas of the first portion and the second portion of the gaseous medium alternately disposed adjacent to each other.
In einer Ausführungsform kann der Strömungskanal irgendeinen von einem zylindrischen Querschnitt, einem ovalen Querschnitt, einem elliptischen Querschnitt und einem quadratischen Querschnitt oder eine Kombination von diesen Formen aufweisen, so dass er verschiedene Querschnittsformen am Einlassseitenende und am Auslassseitenende mit einem allmählichen Übergang dazwischen aufweist.In one embodiment, the flow channel may have any one of a cylindrical cross-section, an oval cross-section, an elliptical cross-section and a square cross-section, or a combination of these shapes such that it has different cross-sectional shapes at the inlet side end and the outlet side end with a gradual transition therebetween.
In einer Ausführungsform kann der Strömungsteiler winzige Mäander umfassen, die über die Mäanderform überlagert sind.In one embodiment, the flow divider may include minute meanders superimposed over the meander shape.
In einer Ausführungsform kann der Strömungsteiler irgendeine oder eine Kombination einer Vielzahl von Ausstülpungen und Löchern/Schlitzen umfassen, die nahe dem Auslassseitenende angeordnet sind, um die Turbulenz zu erhöhen und das effiziente Mischen des ersten Teils und des zweiten Teils, die durch die benachbarten Schichten strömen, zu unterstützen.In one embodiment, the flow divider may include any one or combination of a plurality of protuberances and holes/slots located near the outlet side end to increase turbulence and efficient mixing of the first portion and second portion flowing through the adjacent layers , to support.
In einer Implementierungsausführungsform kann der Strömungsteiler eine Form, die am Einlassseitenende im Allgemeinen flach ist, mit einem allmählichen Übergang von der flachen Form zur Mäanderform aufweisen, und die abwechselnd angeordneten dünnen Schichten können zueinander parallel sein.In an implementation embodiment, the flow divider may have a shape that is generally flat at the inlet side end with a gradual transition from the flat shape to the meander shape, and the alternately arranged laminae may be parallel to each other.
In einer alternativen Implementierungsausführungsform kann der Strömungskanal einen zylindrischen Querschnitt aufweisen und der Strömungsteiler kann innerhalb des Strömungskanals gestaltet sein, um einen ringförmigen Raum dazwischen zu erzeugen, so dass ein innerer Hohlraum des Strömungsteilers und der ringförmige Raum die zwei Teile der Strömung des gasförmigen Mediums führen. Der Strömungsteiler kann in Richtung des Einlassseitenendes zylinderförmig und am Auslassseitenende mäanderförmig mit einem allmählichen Übergang von der Zylinderform zur Mäanderform sein. Die Mäanderform am Auslassseitenende kann dazu eingerichtet sein, dünne Schichten bereitzustellen, die radial orientiert sind. Die Düse kann dazu eingerichtet sein, die Flüssigkeit in den inneren Hohlraum des Strömungsteilers einzuspritzen.In an alternative implementation embodiment, the flow channel may have a cylindrical cross-section and the flow divider may be shaped within the flow channel to create an annular space therebetween such that an internal cavity of the flow divider and the annular space guide the two parts of the gaseous medium flow. The flow divider can be cylindrical in the direction of the inlet side end and meander-shaped at the outlet side end with a gradual transition from the cylindrical shape to the meander shape. The meander shape at the outlet side end can be configured to provide thin layers that are radially oriented. The nozzle can be arranged to inject the liquid into the internal cavity of the flow divider.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (i) Ermöglichen, dass das gasförmige Medium von einem Einlassseitenende zu einem Auslassseitenende eines Strömungskanals strömt; (ii) Aufteilen der Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende des Strömungskanals empfangen wird, zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil, wobei die Strömung durch Bereitstellen eines Strömungsteilers aufgeteilt wird; und (iii) Einspritzen der Flüssigkeit in den ersten Teil oder in den zweiten Teil unter Verwendung einer Düse, die nahe dem Einlassseitenende angeordnet ist.One aspect of the present disclosure relates to a method of mixing a liquid in a gaseous medium, the method comprising the steps of: (i) allowing the gaseous medium to flow from an inlet side end to an outlet side end of a flow channel; (ii) dividing the flow of the gaseous medium received at the inlet side end of the flow channel between a first part and a second part, the flow being divided by providing a flow divider; and (iii) injecting the liquid into the first part or into the second part using a nozzle located near the inlet side end.
In einem Aspekt ist der Strömungsteiler am Auslassseitenende mäanderförmig, der dünne Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums bereitstellt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.In one aspect, the flow divider is meander-shaped at the outlet side end, providing thin layers of the first part and the second part of the gaseous medium, which are alternately arranged adjacent to each other.
Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den zugehörigen Zeichnungsfiguren besser ersichtlich, in denen gleiche Zahlen gleiche Komponenten darstellen.Various objects, features, aspects and advantages of the subject invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments taken together with the accompanying drawing figures, in which like numbers represent like components.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bleibt die Strömungsquerschnittsfläche sowohl des ersten Teils als auch des zweiten Teils vom Einlassseitenende zum Auslassseitenende der Vorrichtung jeweils konstant. Dieser Aspekt der Erfindung ist vorteilhaft, da der Gegendruck der erfindungsgemäßen Vorrichtung verringert werden kann.In one aspect of the present invention, the flow cross-sectional area of each of the first part and the second part remains constant from the inlet side end to the outlet side end of the device. This aspect of the invention is advantageous because the back pressure of the device according to the invention can be reduced.
Figurenlistecharacter list
Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um für ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu sorgen, und sind in diese Patentbeschreibung eingegliedert und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen stellen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.
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1A und1B stellen ein herkömmliches Harnstofflösungsverdampfungs- und -mischsystem mit einem einzelnen Harnstoffmischrohr dar. -
2 stellt ein herkömmliches Harnstofflösungsverdampfungs- und -mischsystem mit einem Rohr in einer Rohrgestaltung dar. -
3 stellt eine beispielhafte schematische Anordnung der vorgeschlagenen Vorrichtung mit einem mäanderförmigen Strömungsteiler, der zu zwei Teilen des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten führt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. -
4A stellt eine beispielhafte Implementierung des mäanderförmigen Strömungsteilers in einem elliptischen Strömungskanal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. -
4B stellt eine beispielhafte Darstellung eines mäanderförmigen Strömungsteilers mit überlagerten winzigen Mäandern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. -
5A stellt eine beispielhafte Darstellung eines mäanderförmigen Strömungsteilers mit Löchern nahe dem Auslass, um das Mischen zu verbessern, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. -
5B stellt eine beispielhafte Darstellung eines mäanderförmigen Strömungsteilers mit Strömungsunterbrechern nahe dem Auslass, um eine Turbulenz zu erzeugen, um das Mischen zu verbessern, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. -
6A stellt eine beispielhafte Implementierung eines zylindrischen mäanderförmigen Strömungsteilers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. -
6B stellt einen beispielhaften zylindrischen mäanderförmigen Strömungsteiler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. -
7 ist ein beispielhaftes Verfahrensablaufdiagramm für das offenbarte Verfahren für die Verdampfung und das Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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1A and1B represent a conventional urea solution evaporation and mixing system with a single urea mixing tube. -
2 Figure 12 illustrates a conventional one-pipe urea solution evaporation and mixing system in a pipe design. -
3 12 illustrates an exemplary schematic arrangement of the proposed device with a meandering flow divider leading to two parts of the gaseous medium in thin layers, which are arranged alternately adjacent to each other, according to an embodiment of the present disclosure. -
4A 12 illustrates an exemplary implementation of the meandering flow divider in an elliptical flow channel, according to an embodiment of the present disclosure. -
4B 12 illustrates an exemplary representation of a meander flow divider with superimposed minute meanders, according to an embodiment of the present disclosure. -
5A 12 illustrates an exemplary representation of a meandering flow divider with holes near the outlet to improve mixing, according to an embodiment of the present disclosure. -
5B 12 illustrates an exemplary representation of a meandering flow divider with flow breakers near the outlet to create turbulence to improve mixing, according to an embodiment of the present disclosure. -
6A 12 illustrates an exemplary implementation of a cylindrical meander flow divider according to an embodiment of the present disclosure. -
6B 12 illustrates an exemplary cylindrical meander flow divider according to an embodiment of the present disclosure. -
7 1 is an exemplary process flow diagram for the disclosed method for vaporizing and mixing a liquid with a gaseous medium according to an embodiment of the present disclosure.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Das Folgende ist eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung, die in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind. Die Ausführungsformen liegen in solchen Details vor, um die Offenbarung deutlich zu übermitteln. Das Ausmaß an angebotenem Detail soll jedoch nicht die erwarteten Variationen von Ausführungsformen begrenzen; im Gegenteil besteht die Absicht darin, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, abzudecken.The following is a detailed description of embodiments of the disclosure that are illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are provided in such detail in order to clearly convey the disclosure. However, the level of detail provided is not intended to limit the expected variations of embodiments; on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.
Ausführungsformen, die hierin erläutert werden, beziehen sich auf eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Verdampfen und Mischen eines flüssigen Additivs in ein gasförmiges Medium. Einige beispielhafte Anwendungen einer solchen Vorrichtung zum Mischen einer Harnstofflösung in einem Strom von Abgasen von einer Dieselkraftmaschine in Abgasbehandlungssystemen und Mischen eines Kohlenwasserstoffs in einem Strom von Abgasen vor einem Dieseloxidationsfilter (DOC). Folglich kann die vorgeschlagene Vorrichtung, wenn sie in einem Abgasbehandlungssystem implementiert wird, vor dem DOC angeordnet sein oder kann sich außerhalb des ATS-Kastens wie z. B. im Einlassrohr oder in einem Durchgang der Abgase, nachdem die Abgase von der Kraftmaschine durch den DOC und den DPF hindurchgetreten sind, befinden.Embodiments discussed herein relate to an improved apparatus and method for vaporizing and mixing a liquid additive into a gaseous medium. Some example applications of such a device for mixing a urea solution in a flow of exhaust gases from a diesel engine in exhaust treatment systems and mixing a hydrocarbon in a flow of exhaust gases before a diesel oxidation filter (DOC). Consequently, the proposed device, when implemented in an exhaust gas treatment system, can be located before the DOC or can be located outside the ATS box such as e.g. B. in the intake pipe or in a passage of the exhaust gases after the exhaust gases from the engine have passed through the DOC and the DPF.
Es sollte erkannt werden, dass, obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Implementierung der offenbarten Vorrichtung in Abgasbeschleunigungssystemen beschrieben wurden, das offenbarte Konzept auch in anderen Anwendungen verwendet werden kann, wie z. B. Mischen eines flüssigen Kraftstoffs, wobei die Verbrennung in einem Brenner stattfindet, und alle solchen Anwendungen durchaus innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung ohne irgendwelche Begrenzungen jeglicher Art liegen.It should be appreciated that although the embodiments of the present disclosure have been described with respect to implementing the disclosed device in exhaust gas acceleration systems, the disclosed concept can also be used in other applications, such as e.g. B. Mixing a liquid fuel, where combustion takes place in a combustor, and all such applications are well within the scope of the present disclosure without any limitations of any kind.
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren zum Verdampfen und Mischen arbeiten auf der Basis des Aufteilens eines gasförmigen Stroms/einer gasförmigen Strömung in einen ersten Teil und einen zweiten Teil und des Einspritzens der Flüssigkeit in einen der zwei Teile durch eine Düse. Die Gasströmung wird in den ersten Teil und den zweiten Teil durch einen Strömungsteiler aufgeteilt, der in einem Strömungskanal des gasförmigen Mediums von einem Einlassseitenende zu einem Auslassseitenende des Strömungskanals vorgesehen ist, wobei der Strömungsteiler derart gestaltet ist, dass der Querschnitt des Strömungskanals am Auslassseitenende den ersten Teil und den zweiten Teil des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten auslässt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind. Die dünnen Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, ermöglichen ein effizientes Mischen der zwei Teile, von denen in einen die Flüssigkeit nahe dem Einlassseitenende des Strömungskanals eingespritzt wird. In einem Aspekt kann das effiziente Mischen der Flüssigkeit mit dem gasförmigen Medium zu einer verringerten Länge der Vorrichtung führen.The proposed device and method for vaporization and mixing works on the basis of dividing a gaseous stream/flow into a first part and a second part and injecting the liquid into one of the two parts through a nozzle. The gas flow is divided into the first part and the second part by a flow divider provided in a flow channel of the gaseous medium from an inlet side end to an outlet side end of the flow channel, the flow divider being designed such that the cross section of the flow channel at the outlet side end becomes the first part and the two th part of the gaseous medium in thin layers which are alternately arranged adjacent to each other. The thin layers of the first part and the second part of the gaseous medium, which are arranged alternately adjacent to each other, enable an efficient mixing of the two parts, into one of which the liquid is injected near the inlet side end of the flow channel. In one aspect, efficient mixing of the liquid with the gaseous medium can result in a reduced length of the device.
Der erste Teil und der zweite Teil können in dünnen Schichten, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, durch Bereitstelle eines Strömungsteilers, der mäanderförmig ist, am Auslassseitenende des Strömungskanals geformt werden. Der Strömungsteiler kann am Einlassseitenende des Strömungskanals im Allgemeinen flach sein und geht allmählich in die Mäanderform am Auslassseitenende über. Die Mäanderform kann winzige Mäander/Wellen umfassen, die über größere Mäander überlagert oder überdeckt sind, um weitere winzige Schichten zu erzeugen, die von den abwechselnd angeordneten Schichten abzweigen.The first part and the second part can be formed in thin layers alternately arranged adjacent to each other by providing a flow divider which is meander-shaped at the outlet-side end of the flow channel. The flow divider may be generally flat at the inlet side end of the flow channel and gradually transitions to the meander shape at the outlet side end. The meander shape may include tiny meanders/ripples superimposed or blanketed over larger meanders to create further tiny layers branching off from the alternating layers.
In einem anderen Aspekt besteht der Strömungsteiler aus einem wärmeleitenden Material für eine effiziente Wärmeübertragung zwischen den zwei Teilen des gasförmigen Mediums, was die Verdampfung der eingespritzten Flüssigkeit ermöglicht. Insbesondere ermöglicht es die Verdampfung von Tröpfchen der eingespritzten Flüssigkeit, die auf der Oberfläche des Strömungsteilers abgeschieden werden können.In another aspect, the flow divider is made of a thermally conductive material for efficient heat transfer between the two portions of gaseous medium, allowing vaporization of the injected liquid. In particular, it allows the evaporation of droplets of the injected liquid, which can be deposited on the surface of the flow divider.
In verschiedenen Implementierungen kann der Strömungsteiler derart gestaltet sein, dass die dünnen Schichten des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums zueinander parallel sind oder in radialer Richtung von einem Zentrum des Strömungskanals orientiert sind.In various implementations, the flow divider may be designed such that the laminas of the first part and the second part of the gaseous medium are parallel to each other or oriented in a radial direction from a center of the flow channel.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Strömungskanal irgendeinen von einem kreisförmigen Querschnitt, einem ovalen Querschnitt, einem elliptischen Querschnitt und einem quadratischen Querschnitt oder eine Kombination dieser Formen aufweisen, so dass er verschiedene Querschnittsformen am Einlassseitenende und am Auslassseitenende mit einem allmählichen Übergang dazwischen aufweist.In various embodiments, the flow channel may have any one of a circular cross-section, an oval cross-section, an elliptical cross-section and a square cross-section, or a combination of these shapes such that it has different cross-sectional shapes at the inlet side end and the outlet side end with a gradual transition therebetween.
Der Strömungsteiler kann irgendeine oder eine Kombination einer Vielzahl von Ausstülpungen und Löchern/Schlitzen nahe dem Auslassseitenende umfassen, um die Turbulenz zu erhöhen und das effiziente Mischen des ersten Teils und des zweiten Teils zu unterstützen.The flow divider may include any one or combination of a plurality of protuberances and holes/slots near the outlet side end to increase turbulence and aid in the efficient mixing of the first part and the second part.
Mit Bezug nun auf
In einem Aspekt ist der Strömungsteiler 308 derart gestaltet, dass der Querschnitt des Strömungskanals am Auslassseitenende den ersten Teil 310 und den zweiten Teil 312 des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten, wie z. B. Schichten 310-1, 310-2 ... usw. und 312-1, 312-2 ... usw., die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, wie in
In einem Aspekt werden die dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. des ersten Teils 310 und des zweiten Teils 312 des gasförmigen Mediums durch Gestalten des Auslassseitenendes des Strömungsteilers 308 in einer Mäanderform erreicht, wie in
Es soll erkannt werden, dass der Strömungskanal 302 nicht auf eine kreisförmige Form begrenzt ist, die in
In einer Ausführungsform, die in
In einer Ausführungsform, die in
In einer Implementierungsausführungsform, die in
Es soll erkannt werden, dass die Anordnung des Strömungsteilers 608, der in
In einem Aspekt kann das Verfahren 700 in Schritt 708 das Gestalten des Strömungsteilers 308, 608 in eine Mäanderform umfassen, so dass das Auslassseitenende 306, 606 dünne Schichten wie z. B. dünne Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. und dünne Schichten 610-1, 612-1, 610-2, 612-2 ... usw., die in
Das Verfahren 700 kann ferner den Schritt des Bereitstellens von irgendeinem oder einer Kombination von winzigen Mäandern/Wellen wie z. B. winzigen Mäandern/Wellen 402, die in
Folglich stellt die vorliegende Offenbarung eine einfache, effiziente und kosteneffiziente Vorrichtung und ein einfaches, effizientes und kosteneffizientes Verfahren zum Verdampfen und Mischen eines flüssigen Additivs in einem gasförmigen Medium wie z. B. in einem Abgasbehandlungssystem für Brennkraftmaschinen bereit. Die verbesserte Vorrichtung und das verbesserte Verfahren vermeiden die vorstehend identifizierte Begrenzung der herkömmlichen Anordnungen für das Verdampfen und Mischen, Insbesondere können die offenbarte Vorrichtung und das offenbarte Verfahren zu einer verringerten Länge der Vorrichtung führen.Accordingly, the present disclosure provides a simple, efficient, and cost-effective apparatus and method for evaporating and mixing a liquid additive in a gaseous medium such as e.g. B. ready in an exhaust gas treatment system for internal combustion engines. The improved apparatus and method avoids the limitation of conventional vaporizing and mixing arrangements identified above. In particular, the disclosed apparatus and method may result in a reduced length of the apparatus.
Obwohl das Vorangehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom Grundschutzbereich davon abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche, die folgen, definiert. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Versionen oder Beispiele begrenzt, die enthalten sind, um zu ermöglichen, dass ein gewöhnlicher Fachmann auf dem Gebiet die Erfindung herstellt und verwendet, wenn sie mit Informationen und Kenntnis kombiniert wird, die dem üblichen Fachmann auf dem Gebiet zur Verfügung stehen.Although the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof. The scope of the invention is defined by the claims that follow. The invention is not limited to the described embodiments, versions or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge available to a person of ordinary skill in the art area are available.
VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenbarung stellt ein einfaches, effizientes und kosteneffizientes Verfahren und eine einfache, effiziente und kosteneffiziente Vorrichtung zur Verdampfung und zum Mischen eines flüssigen mit einem gasförmigen oder eines gasförmigen mit einem gasförmigen Medium bereit.The present disclosure provides a simple, efficient, and cost-effective method and apparatus for vaporizing and mixing a liquid with a gaseous or a gaseous with a gaseous medium.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdampfung und zum Mischen einer Flüssigkeit mit einem gasförmigen Medium bereit, die die vorstehend erwähnte Begrenzung der herkömmlichen Anordnungen vermeiden.The present disclosure provides a method and apparatus for vaporizing and mixing a liquid with a gaseous medium that avoids the aforementioned limitation of conventional arrangements.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, um ein Mischen zu verbessern, die kompakt und leicht in einem begrenzten Raum unterzubringen ist.The present disclosure provides an apparatus to enhance mixing that is compact and easy to pack in a limited space.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, um das Mischen zu verbessern, die nicht zu einer Erhöhung des Gegendrucks am gasförmigen Medium führt.The present disclosure provides a device to improve mixing that does not result in an increase in back pressure on the gaseous medium.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, um das Mischen zu verbessern, die in existierenden Systemen ohne irgendwelche wesentlichen Modifikationen implementiert werden kann.The present disclosure provides an apparatus to improve mixing that can be implemented in existing systems without any significant modifications.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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