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 1A gezeigt, wird eine Harnstofflösung 103 typischerweise in einen Abgaskanal gespritzt, nachdem die Abgase von der Kraftmaschine 101 durch einen Dieseloxidationsfilter (DOC) 102 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 104 hindurchgeströmt sind. Nachdem die Abgase mit der Harnstofflösung vermischt wurden, wird das Gemisch 107 zum SCR 106 bewegt, wo die Gase auf weniger schädliche Gase und Wasser reduziert werden und danach an die Atmosphäre 105 abgegeben werden. Das Abgassystem kann auch Ammoniakschlupfkatalysatoren (ASC) nach dem SCR umfassen.As in 1A As shown, a urea solution 103 is typically injected into an exhaust passage after the exhaust gases from the engine 101 have passed through a diesel oxidation filter (DOC) 102 and a diesel particulate filter (DPF) 104 . After the exhaust gases are mixed with the urea solution, the mixture 107 is moved to the SCR 106 where the gases are reduced to less noxious gases and water and then released to the atmosphere 105 . The exhaust system may also include ammonia slip catalysts (ASC) after the SCR.

Wie in 1 B gezeigt, umfasst eine herkömmliche Anordnung 100 zur Verdampfung und zum Mischen der Harnstofflösung ein Mischrohr 108, das die Abgase führt, und eine Düse 110, um die Harnstofflösung in das Mischrohr 108 einzuspritzen zu spritzen. Obwohl das Mischrohr 108 dazu eingerichtet ist, eine ausreichende Mischlänge bereitzustellen, bevor dieses Gemisch zum SCR 106 geleitet wird, schafft es die Harnstofflösung in der Nähe der inneren Oberfläche des Mischrohrs 108 aufgrund der kalten Oberfläche des Mischrohrs 108 nicht zu verdampfen und wird an den Wänden davon abgeschieden.As in 1 B 1, a conventional arrangement 100 for evaporating and mixing the urea solution comprises a mixing tube 108 that carries the exhaust gases and a nozzle 110 for injecting the urea solution into the mixing tube 108. Although the mixing tube 108 is configured to provide a sufficient mixing length before this mixture is directed to the SCR 106, the urea solution near the inner surface of the mixing tube 108 fails to vaporize due to the cold surface of the mixing tube 108 and will stick to the walls separated from it.

2 zeigt eine andere herkömmliche Anordnung 200 für das Harnstofflösungsverdampfen und -mischen mit einem Rohr in einer Rohrgestaltung. Die Anordnung umfasst ein inneres Rohr 202 und ein äußeres Rohr 204 mit einem ringförmigen Raum 208 dazwischen. Die Strömung der Abgase wird zwischen dem inneren Rohr 202 und dem ringförmigen Raum 208 zwischen dem äußeren Rohr 204 und dem inneren Rohr 202 aufgeteilt. Eine Düse 206 ist nahe einem stromaufseitigen Ende des inneren Rohrs 202 gestaltet, um die Harnstofflösung in das innere Rohr 202 einzuspritzen. Die Abgase, die durch den ringförmigen Raum 208 strömen, erhitzen das innere Rohr 202, um die Verdampfung der Harnstofflösung, die in das innere Rohr 202 eingespritzt wird, für verbesserte Ergebnisse zu verbessern. 2 FIG. 2 shows another conventional arrangement 200 for urea solution evaporation and mixing with a tube in a tube design. The assembly includes an inner tube 202 and an outer tube 204 with an annular space 208 therebetween. The flow of exhaust gases is split between the inner tube 202 and the annular space 208 between the outer tube 204 and the inner tube 202 . A nozzle 206 is configured near an upstream end of the inner tube 202 to inject the urea solution into the inner tube 202 . The exhaust gases flowing through the annular space 208 heat the inner tube 202 to enhance vaporization of the urea solution injected into the inner tube 202 for improved results.

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 DE102018103368A1 offenbart eine Einrichtung zum Mischen eines Abgasstroms mit einem Additiv, insbesondere einem Reduktionsmittel. Die Einrichtung umfasst ein Mischrohr zum Mischen des Abgasstroms mit dem Additiv; und ein erstes Ablenkrohr zum Ablenken der Abgasströmung um 180°. Die Abgasströmung über das erste Ablenkrohr zum Mischrohr wird zur Vorderseite zugeführt. Das erste Ablenkrohr weist einen Befestigungsbereich zum Anbringen einer Additiveinspritzdüse am ersten Ablenkrohr auf; und das erste Ablenkrohr weist einen Wirbelerzeugungswandbereich auf, der an der Endfläche des Mischrohrs angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, der Abgasströmung einen Wirbel zu verleihen.The patent document DE102018103368A1 discloses a device for mixing an exhaust gas flow with an additive, in particular a reducing agent. The device includes a mixing tube for mixing the exhaust gas stream with the additive; and a first deflection tube for deflecting the flow of exhaust gas by 180°. The exhaust gas flow via the first deflection tube to the mixing tube is fed to the front. The first deflection pipe has a mounting portion for attaching an additive injector to the first deflection pipe; and the first deflection pipe has a vortex generation wall portion which is arranged on the end face of the mixing pipe and is adapted to impart a vortex to the flow of exhaust gas.

Ein anderes Patentdokument US2019112962A1 offenbart eine Mischeinrichtung für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit einem Mischabschnitt mit einem Mischabschnittseinlassbereich, der stromabwärts in Bezug auf eine Reaktionsmitteleinführungseinrichtung positioniert ist; einem Mischabschnittsauslassbereich, der stromaufwärts in Bezug auf eine Katalysatoreinrichtung positioniert ist. Der Mischabschnitt umfasst eine Innenwand, die ein Innenvolumen umgibt, durch das das Abgas und/oder Reaktionsmittel strömt, und eine Außenwand, die die Innenwand umgibt. Ein Außenvolumen umgibt das Innenvolumen in einer Ringform, die zwischen der Innenwand und der Außenwand ausgebildet ist. Eine Heizeinrichtung ist an der Innenwand vorgesehen oder/und ein Wärmeübertragungsrippengebilde ist an der Innenwand vorgesehen.Another patent document US2019112962A1 discloses a mixing device for an exhaust system of an internal combustion engine having a mixing section with a mixing section inlet area positioned downstream with respect to a reactant introduction device; a mixing section outlet area located upstream relative to a catalyst device tion is positioned. The mixing section includes an inner wall surrounding an inner volume through which the exhaust gas and/or reactant flows and an outer wall surrounding the inner wall. An outer volume surrounds the inner volume in an annular shape formed between the inner wall and the outer wall. A heater is provided on the inner wall and/or a heat transfer fin formation is provided on the inner wall.

Noch ein anderes Patentdokument EP3141719A1 offenbart ein Verfahren zum Verbessern der Verdampfung einer Lösung auf Harnstoffbasis in einem Dosiermodul für einen SCR-Katalysator, das Dosiermodul umfasst ein Mittel zum Spritzen der Flüssigkeit auf Harnstoffbasis in einen Abgasstrom. Das Verfahren umfasst das Aufteilen der Abgasströmung in zwei Gasströme, die physikalisch voneinander getrennt sind, mittels der Scheidewand und Spritzen einer Reinigungsflüssigkeit direkt in nur einen der zwei Gasströme und Ausnutzen des anderen Gasstroms, um die Scheidewand zu erhitzen, während die Lösung auf Harnstoffbasis gespritzt wird, um Tröpfchen zu verdampfen, die mit der Scheidewand zusammenstoßen. Die Scheidewand umfasst Rippen, um Wärme von dem anderen Gasstrom zu gewinnen.Yet another patent document EP3141719A1 discloses a method for enhancing vaporization of a urea-based solution in a dosing module for an SCR catalyst, the dosing module includes means for injecting the urea-based liquid into an exhaust gas stream. The method includes dividing the flow of exhaust gas into two gas streams that are physically separated from each other using the septum and injecting a cleaning liquid directly into only one of the two gas streams and utilizing the other gas stream to heat the septum while the urea-based solution is sprayed to vaporize droplets that collide with the septum. The septum includes fins to extract heat from the other gas flow.

Noch ein anderes Patentdokument WO2016062395A1 offenbart eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem internen Rohr, durch das eine interne Strömung der Abgase stattfindet, und einem externen Rohr, das mindestens einen Längsbereich des internen Rohrs umgibt, um einen externen Kanal zu bilden, durch den eine externe Strömung der restlichen Abgase stattfindet. Ein Dosierelement, das in den internen Kanal mündet, ist vorgesehen, durch das ein Reduktionsmittel in den ersten Teil der Abgase dosiert wird. Während des Betriebs entspricht die externe Abgasströmung der internen Abgasströmung oder ist größer als die interne Abgasströmung.Yet another patent document WO2016062395A1 discloses an exhaust aftertreatment device for an internal combustion engine having an internal tube through which internal flow of exhaust gases occurs and an external tube surrounding at least a longitudinal portion of the internal tube to form an external passage through which external flow of residual exhaust gases occurs . A dosing element, which opens into the internal channel, is provided, through which a reducing agent is dosed into the first part of the exhaust gases. During operation, the external exhaust flow is equal to or greater than the internal exhaust flow.

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.

  • 1A und 1B 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.
The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the present disclosure and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings represent exemplary exhibitions embodiments of the present disclosure and together with the description serve to explain the principles of the present disclosure.
  • 1A and 1B 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 3 bis 5B kann die vorgeschlagene Vorrichtung 300 zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium einen Strömungskanal 302 mit einem Einlassseitenende 304 und einem Auslassseitenende 306 umfassen, der für die Strömung des gasförmigen Mediums vom Einlassseitenende 304 zum Auslassseitenende 306 gestaltet ist. Ein Strömungsteiler 308 kann im Strömungskanal 302 vom Einlassseitenende 304 zum Auslassseitenende 306 vorgesehen sein, um die Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende 304 empfangen wird, zwischen einem ersten Teil 310 und einem zweiten Teil 312 aufzuteilen. Eine Düse 314 kann nahe dem Einlassseitenende 304 vorgesehen sein, um die Flüssigkeit in den ersten Teil 310 oder in den zweiten Teil 312, beispielsweise in den ersten Teil 310, wie in 3 gezeigt, einzuspritzen.Referring now to 3 until 5B For example, the proposed device 300 for mixing a liquid in a gaseous medium can comprise a flow channel 302 having an inlet side end 304 and an outlet side end 306, which is designed for the flow of the gaseous medium from the inlet side end 304 to the outlet side end 306. A flow divider 308 may be provided in the flow channel 302 from the inlet side end 304 to the outlet side end 306 to split the flow of the gaseous medium received at the inlet side end 304 between a first part 310 and a second part 312 . A nozzle 314 may be provided near the inlet side end 304 to inject the liquid into the first part 310 or into the second part 312, for example into the first part 310 as in FIG 3 shown to inject.

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 3 gezeigt, auslässt, wobei die dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. in einer parallelen Gestaltung übereinander gestapelt gezeigt sind.In one aspect, the flow divider 308 is designed such that the cross-section of the flow channel at the outlet side end separates the first part 310 and the second part 312 of the gaseous medium into thin layers, such as thin layers. B. Layers 310-1, 310-2 ... etc. and 312-1, 312-2 ... etc. arranged alternately adjacent to each other as in FIG 3 shown, wherein the laminae 310-1, 312-1, 310-2, 312-2...etc. are shown stacked on top of each other in a parallel configuration.

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 3 gezeigt.In one aspect, the thin layers 310-1, 312-1, 310-2, 312-2...etc. of the first part 310 and the second part 312 of the gaseous medium are achieved by shaping the outlet side end of the flow divider 308 in a meander shape , as in 3 shown.

Es soll erkannt werden, dass der Strömungskanal 302 nicht auf eine kreisförmige Form begrenzt ist, die in 3 gezeigt ist, und ebenso irgendeinen anderen Querschnitt annehmen kann, wie z. B. einen ovalen Querschnitt, einen elliptischen Querschnitt und einen quadratischen Querschnitt. 4A zeigt eine beispielhafte Implementierung des Konzepts des mäanderförmigen Strömungsteilers 308 in einem Strömungskanal 302 mit elliptischem/ovalem Querschnitt. In verschiedenen Implementierungen kann der Strömungskanal 302 eine Kombination von verschieden geformten Querschnitten sein, wie z. B. mit einer unterschiedlichen Querschnittsform am Einlassseitenende 304 und am Auslassseitenende 306 mit einem allmählichen Übergang dazwischen.It should be appreciated that the flow channel 302 is not limited to a circular shape as shown in 3 is shown, and can also take on any other cross-section, such as e.g. B. an oval cross section, an elliptical cross section and a square cross section. 4A 12 shows an exemplary implementation of the concept of the meandering flow divider 308 in a flow channel 302 with an elliptical/oval cross section. In various implementations, the flow channel 302 can be a combination of differently shaped cross-sections, such as B. having a different cross-sectional shape at the inlet side end 304 and the outlet side end 306 with a gradual transition therebetween.

In einer Ausführungsform, die in 4B gezeigt ist, kann der mäanderförmige Strömungsteiler 308 winzige Mäander/Wellen 402 umfassen, die über größere Mäander überlagert/überdeckt sind. Die winzigen Mäander 402 können zum Erzeugen von weiteren winzigen Schichten führen, wie z. B. winzigen Schichten 404-1, 404-2 ... usw., die von den abwechselnd angeordneten Schichten 310-1, 312-1 ... usw. abzweigen. Die winzigen Mäander 402 erhöhen die Turbulenz in der Strömung für ein verbessertes Mischen, wenn die zwei Teile vom Auslassseitenende 306 austreten. Die winzigen Mäander 402 erhöhen auch den Oberflächeninhalt des Strömungsteilers 308, um eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen den zwei Teilen 310, 312 zu unterstützen.In an embodiment defined in 4B As shown, the meandering flow divider 308 may include tiny meanders/ripples 402 superimposed/overlapping over larger meanders. The tiny meanders 402 can be used to generate lead from other tiny layers, such. B. minute layers 404-1, 404-2 ... etc., which branch off from the alternately arranged layers 310-1, 312-1 ... etc. The minute meanders 402 increase turbulence in the flow as the two parts exit the outlet side end 306 for improved mixing. The minute meanders 402 also increase the surface area of the flow divider 308 to promote improved heat transfer between the two parts 310,312.

In einer Ausführungsform, die in 5A und 5B gezeigt ist, kann der Strömungsteiler 308 irgendeine oder eine Kombination von einer Vielzahl von Ausstülpungen 504 und Löchern/Schlitzen 502 umfassen, die nahe dem Auslassseitenende 306 angeordnet sind, um die Turbulenz zu erhöhen und das effiziente Mischen des ersten Teils 310 und des zweiten Teils 312 des gasförmigen Mediums zu unterstützen, das durch die benachbarten Schichten 310-1, 312-2 ... usw. strömt.In an embodiment defined in 5A and 5B As shown, flow divider 308 may include any one or combination of a plurality of protuberances 504 and holes/slots 502 located near outlet side end 306 to increase turbulence and efficient mixing of first portion 310 and second portion 312 of the gaseous medium flowing through the adjacent layers 310-1, 312-2...etc.

In einer Implementierungsausführungsform, die in 3 gezeigt ist, kann der Strömungsteiler 308 eine Form, die am Einlassseitenende 304 im Allgemeinen flach ist, mit einem allmählichen Übergang von der flachen Form zur Mäanderform aufweisen, so dass die abwechselnd angeordneten dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. im Allgemeinen zueinander parallel sind.In an implementation embodiment included in 3 As shown, the flow divider 308 may have a shape that is generally flat at the inlet side end 304 with a gradual transition from the flat shape to the meander shape such that the alternately arranged laminae 310-1, 312-1, 310-2, 312-2...etc. are generally parallel to each other.

6A und 6B zeigen eine alternative Ausführungsform einer Implementierung des Konzepts in einer Vorrichtung 600, wobei der Strömungskanal 602 einen zylindrischen Querschnitt mit einem Einlassseitenende 604 und einem Auslassseitenende 606 aufweisen kann und der Strömungsteiler 608 innerhalb des Strömungskanals 602 gestaltet sein kann, um einen ringförmigen Raum 612 dazwischen zu erzeugen, so dass ein innerer Hohlraum 610 des Strömungsteilers 308 und der ringförmige Raum 612 die zwei Teile der Strömung des gasförmigen Mediums führen. Der Strömungsteiler 608 kann in Richtung des Einlassseitenendes 304 zylinderförmig und am Auslassseitenende 606 mäanderförmig mit einem allmählichen Übergang von der Zylinderform zur Mäanderform sein. Die Mäanderform am Auslassseitenende 606 kann dazu eingerichtet sein, dünne Schichten 610-1, 612-1, 610-2, 612-2 ... usw. bereitzustellen, die sich radial vom Zentrum des Strömungskanals 602 erstrecken. Die Düse 614 kann dazu eingerichtet sein, die Flüssigkeit in den inneren Hohlraum 610 des Strömungsteilers 608 einzuspritzen. 6A and 6B Figure 12 shows an alternative embodiment of an implementation of the concept in a device 600, wherein the flow channel 602 may have a cylindrical cross-section with an inlet side end 604 and an outlet side end 606, and the flow divider 608 may be configured within the flow channel 602 to create an annular space 612 therebetween , so that an internal cavity 610 of the flow divider 308 and the annular space 612 guide the two parts of the gaseous medium flow. The flow divider 608 may be cylindrical in shape towards the inlet side end 304 and meander-shaped at the outlet side end 606 with a gradual transition from cylindrical shape to meander shape. The meander shape at the outlet side end 606 may be configured to provide thin layers 610 - 1 , 612 - 1 , 610 - 2 , 612 - 2 . . . The nozzle 614 can be configured to inject the liquid into the interior cavity 610 of the flow divider 608 .

Es soll erkannt werden, dass die Anordnung des Strömungsteilers 608, der in 6A und 6B gezeigt ist, andere Merkmale, wie z. B. winzige Mäander/Wellen 402, die über die Mäanderform überlagert/überdeckt sind, Löcher/Schlitze wie z. B. Löcher/Schlitze 502 und Ausstülpungen wie z. B. Ausstülpungen 504, die in 4B bis 5B gezeigt sind, ohne irgendwelche Begrenzungen jeglicher Art umfassen kann.It should be appreciated that the arrangement of the flow divider 608 shown in 6A and 6B is shown, other features such. B. tiny meanders / waves 402, which are superimposed / covered over the meander shape, holes / slots such. B. holes / slots 502 and protuberances such. B. Protuberances 504, which in 4B until 5B are shown without any limitations of any kind.

7 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Mischen einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium. Das Verfahren 700 ermöglicht in Schritt 702, dass das gasförmige Medium von einem Einlassseitenende wie z. B. Einlassseitenenden 304 und 604, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, zu einem Auslassseitenende wie z. B. Auslassseitenenden 306 und 606, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, eines Strömungskanals wie z. B. des Strömungskanals 302 und 602, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, strömt. In Schritt 704 des Verfahrens 700 kann die Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende 304, 604 des Strömungskanals 302, 602 empfangen wird, zwischen einem ersten Teil wie z. B. dem ersten Teil 310 und 610, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, und einem zweiten Teil wie z. B. dem zweiten Teil 312 und 612, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, aufgeteilt werden. Die Strömung kann zwischen dem ersten Teil 310, 610 und dem zweiten Teil 312, 612 durch Bereitstellen eines Strömungsteilers wie z. B. des Strömungsteilers 308 und 608, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, aufgeteilt werden. Schritt 706 kann das Einspritzen des flüssigen und/oder gasförmigen Fluids in den ersten Teil 310, 610 oder in den zweiten Teil 312, 612 unter Verwendung einer Düse wie z. B. der Düse 314 und 614, die in 3 bzw. 6 gezeigt sind, die nahe dem Einlassseitenende 303 angeordnet ist, beinhalten. 7 shows a flow chart of a method for mixing a liquid in a gaseous medium. The method 700 allows in step 702 that the gaseous medium from an inlet side end such. B. Inlet side ends 304 and 604, which are in 3 or. 6 are shown, to an outlet side end such. B. Outlet side ends 306 and 606, which in 3 or. 6 are shown, a flow channel such. B. the flow channel 302 and 602, the in 3 or. 6 are shown flows. In step 704 of the method 700, the flow of the gaseous medium received at the inlet side end 304, 604 of the flow channel 302, 602 can be diverted between a first part, e.g. B. the first part 310 and 610, which in 3 or. 6 are shown, and a second part such as e.g. B. the second part 312 and 612, which in 3 or. 6 are shown. The flow can be divided between the first part 310, 610 and the second part 312, 612 by providing a flow divider such as. B. the flow divider 308 and 608, which in 3 or. 6 are shown. Step 706 may include injecting the liquid and/or gaseous fluid into the first portion 310, 610 or into the second portion 312, 612 using a nozzle such as a nozzle. B. the nozzle 314 and 614, which in 3 or. 6 shown, located near the inlet side end 303.

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 3 bzw. 6 gezeigt sind, des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind, bereitstellt. Die dünnen Schichten 310-1, 312-1, 310-2, 312-2 ... usw. und 610-1, 612-1, 610-2, 612-2 ... usw. des ersten Teils und des zweiten Teils des gasförmigen Mediums, die abwechselnd zueinander angeordnet sind, ermöglichen ein effizientes Mischen der zwei Teile, von denen in einen die Flüssigkeit nahe dem Einlassseitenende 304, 604 des Strömungskanals 302, 602 eingespritzt wird.In one aspect, the method 700 may include, at step 708, shaping the flow divider 308, 608 into a meandering shape such that the outlet side end 306, 606 contains thin layers such as e.g. B. laminas 310-1, 312-1, 310-2, 312-2...etc. and laminas 610-1, 612-1, 610-2, 612-2...etc 3 or. 6 are shown, the first part and the second part of the gaseous medium, which are alternately arranged adjacent to each other. The thin layers 310-1, 312-1, 310-2, 312-2...etc. and 610-1, 612-1, 610-2, 612-2...etc. of the first part and the second Portions of the gaseous medium arranged alternately to each other enable efficient mixing of the two portions, one of which is injected with the liquid near the inlet side end 304,604 of the flow channel 302,602.

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 4A gezeigt sind, die über die Mäanderform überlagert/überdeckt sind, von Löchern/Schlitzen wie z. B. Löchern/Schlitzen 502, die in 5A gezeigt sind, und Ausstülpungen wie z. B. Ausstülpungen 504, die in 5B gezeigt sind, um die Turbulenz für ein verbessertes Mischen zu erhöhen, umfassen.The method 700 may further include the step of providing any one or a combination of minute meanders/waves such as e.g. B. tiny meanders/waves 402, which in 4A are shown superimposed over the meander shape/ are covered by holes/slits such as e.g. B. Holes/slots 502 cut in 5A are shown, and protuberances such. B. Protuberances 504, which in 5B shown to increase turbulence for improved mixing.

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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Claims (10)

Vorrichtung (300, 600) für das Verbessern eines Mischens einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium, wobei die Vorrichtung (300, 600) umfasst: einen Strömungskanal (302, 602) mit einem Einlassseitenende (304, 604) und einem Auslassseitenende (306, 606), damit das gasförmige Medium vom Einlassseitenende (304, 604) zum Auslassseitenende (306, 606) strömt; einen Strömungsteiler (308, 608), der vom Einlassseitenende (304, 604) zum Auslassseitenende (306, 606) vorgesehen ist, um die Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende (304, 604) des Strömungskanals (302, 602) empfangen wird, zwischen einem ersten Teil (310, 610) und einem zweiten Teil (312, 612) aufzuteilen; und eine Düse (314, 614), die nahe dem Einlassseitenende (304, 604) angeordnet ist, um die Flüssigkeit in den ersten Teil (310, 610) oder in und den zweiten Teil (312, 612) einzuspritzen; wobei der Strömungsteiler (308, 608) derart gestaltet ist, dass der Querschnitt des Strömungskanals (302, 602) am Auslassseitenende (306, 606) den ersten Teil (310, 610) und den zweiten Teil (312, 612) des gasförmigen Mediums in dünnen Schichten (310-1, 312-1, 310-2, 312-2, 610-1, 612-1, 610-2, 612-2) auslässt, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.A device (300, 600) for enhancing mixing of a liquid in a gaseous medium, the device (300, 600) comprising: a flow channel (302, 602) having an inlet side end (304, 604) and an outlet side end (306, 606) for the gaseous medium to flow from the inlet side end (304, 604) to the outlet side end (306, 606); a flow divider (308, 608) provided from the inlet side end (304, 604) to the outlet side end (306, 606) to flow the gaseous medium received at the inlet side end (304, 604) of the flow channel (302, 602). , divided between a first part (310, 610) and a second part (312, 612); and a nozzle (314, 614) located near the inlet side end (304, 604) for injecting the liquid into the first part (310, 610) or into the second part (312, 612); wherein the flow divider (308, 608) is designed such that the cross section of the flow channel (302, 602) at the outlet side end (306, 606) divides the first part (310, 610) and the second part (312, 612) of the gaseous medium into thin layers (310-1, 312-1, 310-2, 312-2, 610-1, 612-1, 610-2, 612-2) alternately arranged adjacent to each other. Vorrichtung (300, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (308, 608) am Auslassseitenende (306, 606) mäanderförmig ausgestaltet ist, wobei eine Mäanderform dazu eingerichtet ist, dünne Schichten (310-1, 312-1, 310-2, 312-2, 610-1, 612-1, 610-2, 612-2) des ersten Teils (310, 610) und des zweiten Teils (312, 612) des gasförmigen Mediums bereitzustellen, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.Device (300, 600) according to claim 1 , characterized in that the flow divider (308, 608) is designed in a meandering shape at the outlet side end (306, 606), a meandering shape being set up to form thin layers (310-1, 312-1, 310-2, 312-2, 610 -1, 612-1, 610-2, 612-2) of the first part (310, 610) and the second part (312, 612) of the gaseous medium, which are alternately arranged adjacent to each other. Vorrichtung (300) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (302) einen zylindrischen Querschnitt, einen ovalen Querschnitt, einen elliptischen Querschnitt oder einen quadratischen Querschnitt oder eine Kombination aus diesen Querschnittsformen aufweist.Device (300) according to claim 2 , characterized in that the flow channel (302) has a cylindrical cross-section, an oval cross-section, an elliptical cross-section or a square cross-section or a combination of these cross-sectional shapes. Vorrichtung (300) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (308) eine Form, die am Einlassseitenende (304) grundsätzlich flach ist, mit einem allmählichen Übergang von der flachen Form zur Mäanderform aufweist, und wobei die abwechselnd angeordneten dünnen Schichten (310-1, 312-1, 310-2, 312-2) zueinander parallel sind.Device (300) according to claim 3 , characterized in that the flow divider (308) has a shape which is basically flat at the inlet side end (304) with a gradual transition from the flat shape to the meander shape, and wherein the alternately arranged thin layers (310-1, 312-1 , 310-2, 312-2) are parallel to each other. Vorrichtung (300, 600) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (308, 608) winzige Mäander/Wellen (402) aufweist, die über die Mäanderform überlagert sind.Device (300, 600) according to claim 2 , characterized in that the flow divider (308, 608) has minute meanders/waves (402) superimposed over the meander shape. Vorrichtung (300, 600) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (308, 608) eine oder eine Kombination aus einer Vielzahl von Ausstülpungen (504) und Löchern/Schlitzen (502) nahe dem Auslassseitenende (306, 606) umfasst, um die Turbulenz zu erhöhen und das effiziente Mischen des ersten Teils (310, 610) und des zweiten Teils (312, 612) zu unterstützen.Device (300, 600) according to claim 2 characterized in that the flow divider (308, 608) includes one or a combination of a plurality of protuberances (504) and holes/slots (502) near the outlet side end (306, 606) to increase turbulence and efficient mixing of the first part (310, 610) and the second part (312, 612). Vorrichtung (600) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (602) einen zylindrischen Querschnitt aufweist und der Strömungsteiler (608) innerhalb des Strömungskanals (602) gestaltet ist, um einen ringförmigen Raum (612) dazwischen zu erzeugen, so dass ein innerer Hohlraum (610) des Strömungsteilers (608) und der ringförmige Raum (612) die zwei Teile der Strömung des gasförmigen Mediums führen.Device (600) according to claim 2 , characterized in that the flow channel (602) has a cylindrical cross-section and the flow divider (608) is configured within the flow channel (602) to create an annular space (612) therebetween such that an internal cavity (610) of the flow divider (608) and the annular space (612) guiding the two parts of the flow of the gaseous medium. Vorrichtung (600) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsteiler (608) in Richtung des Einlassseitenendes (604) zylinderförmig und am Auslassseitenende (606) mäanderförmig ausgestaltet ist, mit einem allmählichen Übergang von der Zylinderform zur Mäanderform, und wobei die Mäanderform am Auslassseitenende (606) dazu eingerichtet ist, dünne Schichten (610-1, 612-1, 610-2, 612-2) bereitzustellen, die radial orientiert sind.Device (600) according to claim 7 , characterized in that the flow divider (608) is cylindrical in the direction of the inlet side end (604) and meandering at the outlet side end (606), with a gradual transition from the cylindrical shape to the meandering shape, and the meandering shape at the outlet side end (606) is set up for this purpose to provide thin layers (610-1, 612-1, 610-2, 612-2) that are radially oriented. Vorrichtung (600) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (614) dazu eingerichtet ist, die Flüssigkeit in den inneren Hohlraum (610) des Strömungsteilers (608) einzuspritzen.Device (600) according to claim 7 , characterized in that the nozzle (614) is adapted to inject the liquid into the internal cavity (610) of the flow divider (608). Verfahren (700) zum Verbessern eines Mischens einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ermöglichen (702), dass das gasförmige Medium von einem Einlassseitenende (304, 604) zu einem Auslassseitenende (306, 606) eines Strömungskanals (302, 602) strömt; Aufteilen (704) der Strömung des gasförmigen Mediums, das am Einlassseitenende (304, 604) des Strömungskanals (302, 602) empfangen wird, in einen ersten Teil (310, 610) und einen zweiten Teil (312, 612) unter Verwendung eines Strömungsteilers (308, 608); und Einspritzen (706) der Flüssigkeit in den ersten Teil (310, 610) oder in den zweiten Teil (312, 612) unter Verwendung einer Düse (314, 614), die nahe dem Einlassseitenende (304, 604) angeordnet ist; wobei der Strömungsteiler (308, 608) am Auslassseitenende (306, 606) mäanderförmig ist, wobei die Mäanderform dazu eingerichtet ist, dünne Schichten des ersten Teils (310, 610) und des zweiten Teils (312, 612) des gasförmigen Mediums bereitzustellen, die abwechselnd benachbart zueinander angeordnet sind.A method (700) for enhancing mixing of a liquid in a gaseous medium, the method comprising the steps of: allowing (702) the gaseous medium to flow from an inlet side end (304, 604) to an outlet side end (306, 606) of a flow channel ( 302, 602) flows; dividing (704) the flow of gaseous medium received at the inlet side end (304, 604) of the flow channel (302, 602) into a first part (310, 610) and a second part (312, 612) using a flow splitter (308, 608); and injecting (706) the liquid into the first portion (310, 610) or into the second portion (312, 612) using a nozzle (314, 614) located near the inlet side end (304, 604); wherein the flow divider (308, 608) is meander-shaped at the outlet side end (306, 606), the meander-shape being adapted to separate laminas of the first part (310, 610) and the second part (312, 612) of the gaseous medium provide, which are arranged alternately adjacent to each other.
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