DE112017001565T5

DE112017001565T5 - Mischer für abgasnachbehandlungssysteme

Info

Publication number: DE112017001565T5
Application number: DE112017001565.0T
Authority: DE
Inventors: Stefan Fejer-Simon; Yong Yi
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-12-20
Also published as: US20170314443A1; GB2566385A; GB201819441D0; WO2017192266A1; CN109070026A; CN109070026B; US9909478B2; GB2566385B

Abstract

Ein Wirbelmischer (38) für das Mischen eines Reduktionsmittels (28) mit Abgas (16) in einem Nachbehandlungssystem mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) (24) wird beschrieben. Der Wirbelmischer (38) kann eine Basis (54) umfassen, die ein Durchströmen des Reduktionsmittels (28) und des Abgases (16) erlaubt, und drei Felder (56) von Rippen (58), die von der Basis (54) in eine Strömungsrichtung des Abgases (16) hervorstehen. Die drei Felder (56) von Rippen (58) können in einer dreieckigen Konfiguration um ein Zentrum (64) des Mischers (38) angeordnet sein, um eine Wirbelbewegung in dem Reduktionsmittel (28) und dem Abgas (16), die durch den Mischer (38) strömen, zu bewirken. Die Rippen (58) in jedem der Felder (56) können in eine gemeinsame Richtung (62) ausgerichtet sein, die von der gemeinsamen Richtung (62) der Rippen (58) in einem benachbarten Feld (56) um 60° gedreht ist.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Mischer für Abgasnachbehandlungssysteme und insbesondere einen Wirbelmischer für das Mischen eines Reduktionsmittels mit Abgas in einem Nachbehandlungssystem mit selektiver katalytischer Reduktion („Selective Catalytic Reduction, SCR“).
Stand der Technik
Stickoxid (NO_x)-Gase, wie Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂), sind Schadstoffe, die produziert werden können, wenn Brennstoff bei hohen Temperaturen in Verbrennungsmotoren verbrannt wird. Diese können gesundheitsschädliche Effekte haben und an der Bildung von Smog und saurem Regen beteiligt sein. Um die zunehmend anspruchsvollen Vorschriften zu niedrigen NO_x-Emissionen zu erfüllen, können Motorhersteller gezwungen sein, Technologien einzusetzen, die NO_x-Emissionen aus Motorabgasen erheblich verringern. Eine solche Technologie sind Nachbehandlungssysteme mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR), die die Reduktion von NO_x im Abgas zu Stickstoff und Wasser katalysieren, bevor das Abgas aus einem Abgasauslass, wie einem Auspuff, abgegeben wird. In einem SCR-Nachbehandlungssystem wird ein Reduktionsmittel als Flüssigkeit in den Abgasstrom des Abgasrohrs eingespritzt und das Gemisch des Reduktionsmittels und des Abgases wird durch einen nachgeschalteten SCR-Katalysator geleitet, der das Reduktionsmittel verwendet, um die Reduktion des NO_x im Abgasstrom zu katalysieren. Das Reduktionsmittel kann Ammoniak sein, oder es kann Harnstoff sein, das nachfolgend im Abgasstrom zu Ammoniak hydrolisiert wird. Im Zusammenhang mit Dieselmotoren wird ein Reduktionsmittel, das aus Harnstoff und Wasser besteht, als Diesel-Emissions-Fluid (DEF) bezeichnet.
Das Reduktionsmittel sollte vor der Einführung in den SCR-Katalysator verdampft und mit dem Abgas gut gemischt werden, um sicherzustellen, dass die Reduktion des NO_x im SCR-Katalysator effizient verläuft. Die komplette Verdampfung des Reduktionsmittels hilft nicht nur bei der gleichmäßigen Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas, sondern vermeidet auch die unerwünschte Ansammlung von Reduktionsmittelablagerungen im Abgasrohr, die zu verringerten Umwandlungseffizienzen sowie erhöhtem Gegendruck im Abgasrohr führen könnten. Um die Verdampfung des Reduktionsmittels und das Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas zu fördern, kann ein Mischer im Abgasrohr zwischen dem Injektor und dem SCR-Katalysator bereitgestellt werden. US-Patent Nummer 8,607,555 offenbart zum Beispiel ein Mischelement, das ein Raster beinhaltet, das Reihen mit trapezförmigen Umlenkelementen trägt, die in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind. Das Patent offenbart außerdem ein Mischelement, das vier Felder mit Umlenkelementen beinhaltet, die in Bezug aufeinander 90° gedreht sind, um eine Drehbewegung des Abgases und des Reduktionsmittels zu erzeugen, das durch den Mischer strömt.
Obwohl die obigen Mischelemente effektiv sind, besteht trotzdem ein Bedarf für verbesserte Mischerdesigns für Abgasnachbehandlungssysteme, die verhindern, dass Tröpfchen des Reduktionsmittels zu den Abgasrohrwänden gedrängt werden. Außerdem besteht ein Bedarf für Mischerdesigns mit verbesserter struktureller Robustheit.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Wirbelmischer für das Mischen eines Reduktionsmittels mit Abgas in einem Nachbehandlungssystem mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) offenbart. Der Wirbelmischer kann eine Basis umfassen, die ein Durchströmen des Reduktionsmittels und des Abgases erlaubt, und drei Felder von Rippen, die von der Basis in eine Strömungsrichtung des Abgases hervorstehen. Die drei Felder können in einer dreieckigen Konfiguration um ein Zentrum des Mischers angeordnet sein, um eine Wirbelbewegung in dem Reduktionsmittel und dem Abgas, die durch den Mischer strömen, zu bewirken. Die Rippen in jedem der Felder können in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet sein, die von der gemeinsamen Richtung der Rippen in einem benachbarten Feld um 60° gedreht ist. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Wirbelmischer für das Mischen eines Reduktionsmittels mit Abgas in einem Abgasrohr eines Dieselmotors offenbart. Der Wirbelmischer kann eine ebene Basis umfassen, die ein Durchströmen des Reduktionsmittels und des Abgases erlaubt. Die Basis kann radiale Beine beinhalten, die sich jeweils radial von einem Zentrum der Basis erstrecken und voneinander in einer Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet sind. Der Wirbelmischer kann ferner eine Vielzahl von Rippen umfassen, die von jedem der radialen Beine in eine Strömungsrichtung des Abgases hervorstehen, um eine Wirbelbewegung in dem Reduktionsmittel und dem Abgas zu bewirken, die durch den Mischer geleitet werden. Die Rippen, die von jedem der radialen Beine hervorstehen, können in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet sein, die durch einen Winkel in Bezug auf die gemeinsame Richtung der Rippen von einem benachbarten radialen Bein gedreht ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Nachbehandlungssystem mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) für Abgas eines Dieselmotors offenbart. Das SCR-Nachbehandlungssystem kann ein Abgasrohr umfassen, das so konfiguriert ist, dass es das Abgas von dem Dieselmotor zu einem Abgasauslass führt, und einen Reduktionsmittelinjektor, der so konfiguriert ist, dass er ein Reduktionsmittel in das Abgasrohr einspritzt. Das SCR-Nachbehandlungssystem kann ferner einen SCR-Katalysator dem Reduktionsmittelinjektor nachgeschaltet umfassen, der so konfiguriert ist, dass er die Reduktion von NO_x im Abgas mit dem Reduktionsmittel katalysiert. Ein Doppelmischer kann im Abgasrohr dem Reduktionsmittelinjektor nachgeschaltet und dem SCR-Katalysator vorgeschaltet positioniert sein. Der Doppelmischer kann einen ersten Mischer beinhalten, der so konfiguriert ist, dass er das Reduktionsmittel verdampft, und einen Wirbelmischer dem ersten Mischer nachgeschaltet, der so konfiguriert ist, dass er eine Wirbelbewegung in dem Reduktionsmittel und dem Abgas, die ebendort hindurch geleitet werden, bewirkt. Der Wirbelmischer kann Felder von Rippen beinhalten, die von dem Mischer in eine nachgeordnete Richtung hervorstehen. Jedes der Felder kann eine Vielzahl von parallelen Reihen von Rippen beinhalten, die in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet sind, die um etwa 60° von der gemeinsamen Richtung in einem benachbarten Feld gedreht ist.
Diese und andere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung sind besser zu verstehen, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen werden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Abgasnachbehandlungssystems für einen Motor, der einen Doppelmischer für das Mischen eines Reduktionsmittels mit einem Abgas aufweist, konstruiert gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Mischers des Doppelmischers von 1, konstruiert gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt eine Draufsicht eines Wirbelmischers des Doppelmischers von 1, konstruiert gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Wirbelmischers des Doppelmischers, konstruiert gemäß der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt eine Seitenansicht des Wirbelmischers, konstruiert gemäß der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Trägerelements des Wirbelmischers, isoliert dargestellt, konstruiert gemäß der vorliegenden Offenbarung.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines radialen Beins des Wirbelmischers, isoliert dargestellt, konstruiert gemäß der vorliegenden Offenbarung.
8 zeigt eine perspektivische Unteransicht von einer Einheit des Wirbelmischers, die durch Montieren eines radialen Beins mit den Trägerelementen ausgebildet wird, gemäß einem Verfahren der vorliegenden Offenbarung.
9 zeigt eine perspektivische Unteransicht von zwei der Einheiten zusammen montiert, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung.
10 zeigt eine perspektivische Unteransicht von drei der Einheiten zusammen montiert und an Knoten geschweißt, um den Wirbelmischer bereitzustellen, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Unter jetziger Bezugnahme auf die Zeichnungen und unter besonderer Bezugnahme auf 1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem 10 für einen Verbrennungsmotor 12, z. B. eine Dieselmotor 14, dargestellt. Das Abgasnachbehandlungssystem 10 kann Komponenten beinhalten, die mindestens einige der Schadstoffe in einem Abgas 16, das von dem Motor 12 durch ein Abgasrohr 18 abgegeben wird, vor Abgabe des Abgases aus einem Abgasauslass 20, wie z. B. einem Auspuff, entfernen. Das Nachbehandlungssystem 10 kann einen Partikelfilter 22 beinhalten, der im Abgasrohr 18 angeordnet ist, der Partikel aus dem Abgas 16 herausfiltert. Nachgeschaltet vom Partikelfilter 22 im Abgasrohr 18 kann sich ein Nachbehandlungssystem mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) 24 für das Katalysieren des NO_x im Abgas 16 zu Stickstoff und Wasser befinden. Alternativen Anordnungen des Nachbehandlungssystems 10 kann ein Partikelfilter fehlen.
Das SCR-Nachbehandlungssystem 24 kann einen Injektor 26 für das Einspritzen eines Reduktionsmittels 28 von einer Versorgungsquelle 30 in das Abgas 16 beinhalten, das im Abgasrohr 18 strömt. Das Reduktionsmittel 28 kann ein Gemisch aus Harnstoff und Wasser (auch als Diesel-Emissions-Fluid (DEF) bezeichnet, wenn der Motor 12 ein Dieselmotor ist) sein und der Harnstoff kann im Abgasrohr 18 zu Ammoniak hydrolisiert werden. Alternativ kann das Reduktionsmittel 28 Ammoniak sein. Das Reduktionsmittel 28 kann anfangs in das Abgasrohr 18 als Flüssigkeit eingespritzt und später im Abgasrohr 18 verdampft werden (siehe nähere Details unten). Nachgeschaltet vom Injektor 26 kann sich ein Katalysator 32 befinden, der das Reduktionsmittel 28 verwendet, um die Reduktion von NO_x im Abgas 16 zu Stickstoff und Wasser zu katalysieren, bevor das Abgas durch den Auslass 20 abgegeben wird.
Das SCR-Nachbehandlungssystem 24 kann außerdem einen Mischabschnitt 34 zwischen dem Injektor 26 und dem SCR-Katalysator 32 beinhalten, wo das Reduktionsmittel 28 vor der Einführung in den Katalysator 32 verdampft und mit dem Abgas gemischt wird. Der Mischabschnitt 34 kann einen Doppelmischer 36 enthalten, der aus einem ersten Mischer 37 und einem Wirbelmischer 38 dem ersten Mischer 37 nachgeschaltet besteht. Die Strömung des Abgases 16 durch den Doppelmischer 36 kann die Verdampfung des Reduktionsmittels 28 und das Mischen des Reduktionsmittels 28 mit dem Abgas 16 fördern. Insbesondere kann der erste Mischer 37 Flüssigkeitströpfchen des Reduktionsmittels 28 verdampfen, während der Wirbelmischer 38 nicht verdampfte Tröpfchen des Reduktionsmittels auffangen und eine Wirbelbewegung für das verdampfte Reduktionsmittel und das Abgas bewirken kann, um sorgfältiges Mischen zu fördern. Aufgrund der korrodierenden Eigenschaft des Reduktionsmittels 28 und Vibrationen im Abgasrohr 18 können sowohl der erste Mischer 37 als auch der Wirbelmischer 38 aus einem Material ausgebildet sein, das korrosionsbeständig und robust genug ist, um Vibrationen auszuhalten. Der erste Mischer 37 und der Wirbelmischer 38 können zum Beispiel beide aus Edelstahl ausgebildet sein.
Unter jetziger Bezugnahme auf 2 ist der erste Mischer 37 isoliert dargestellt. Der erste Mischer 37 kann ein ebenes Raster 40 beinhalten, das aus einer Vielzahl von ersten Tragelementen 42 ausgebildet ist, die rechtwinklig zu einer Vielzahl von zweiten Tragelementen 44 angeordnet sind und diese schneiden, um Löcher 46 zu definieren, die das Leiten des Reduktionsmittels 28 und des Abgases 16 durch den Mischer 37 ermöglicht. Hervorstehend vom Raster 40 in der Strömungsrichtung des Abgases 16 (d. h. in der nachgeschalteten Richtung im Abgasrohr 18) kann sich eine Vielzahl von Rippen 48 befinden, die die Verdampfung des Reduktionsmittels 28 fördern. Die Rippen 48 können eine Trapezform oder andere alternative Formen aufweisen, wie z. B., aber nicht nur, quadratische, rechteckige, dreieckige, runde, ovale oder andere polygonale und amorphe Konfigurationen. Darüber hinaus können die Rippen 48 in einem festen Winkel in Bezug auf die Ebene des Rasters 40 ausgerichtet sein, der zwischen etwa 10° und etwa 80° variieren kann. Außerdem können die Rippen 48 einstückig mit den ersten Tragelementen 42 ausgebildet sein und sich von diesen erstrecken, um eine Vielzahl von Reihen 50 von Rippen auszubilden. Die Rippen 48 in jeder der Reihen 50 können die Ausrichtungsrichtung abwechseln, wobei eine Rippe 48 in eine Richtung zeigt und eine unmittelbar benachbarte Rippe 48, wie dargestellt, in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Obwohl 2 sieben Rippenreihen und drei bis sieben Rippen in jeder Reihe zeigt, ist selbstverständlich, dass die Anzahl der Reihen und die Anzahl der Rippen in jeder Reihe sich je nach einer Anzahl von Designüberlegungen in der Praxis, wie z. B. den Abmessungen des Abgasrohrs 18, unterscheiden können. Der erste Mischer 37 kann außerdem gekrümmte Laschen 52 enthalten, um die Befestigung des Mischers 37 an den Innenwänden des Abgasrohrs 18, z. B. durch Schweißen, zu ermöglichen.
Der Wirbelmischer 38 ist in 3-4 isoliert dargestellt. Der Wirbelmischer 38 kann eine Basis 54 beinhalten, die ein Durchströmen des Reduktionsmittels 28 und des Abgases 16 erlaubt. Der Wirbelmischer 38 kann außerdem eine Reihe von Feldern 56 von Wirbelrippen 58 beinhalten, die von der Basis 54 in eine Strömungsrichtung des Abgases 16 im Abgasrohr 18 (d. h. in eine nachgeschaltete Richtung im Abgasrohr 18) hervorstehen. Wir hierin verwendet, ist eine „Feld“ eine Gruppe von Wirbelrippen 58, die in parallelen Reihen 60 angeordnet sind, wobei alle der Wirbelrippen 58 im Feld in eine gemeinsame Richtung 62 mit den Oberseiten 59 der Rippen alle in die gemeinsame Richtung 62 zeigend ausgerichtet sind (siehe 3). Außerdem können in jedem der Felder 56 die Reihen 60 gleichmäßig voneinander beabstandet sein, zudem können die Wirbelrippen 58 in jeder der Reihen 60 voneinander gleichmäßig beabstandet sein, um ein regelmäßiges, sich wiederholendes Muster von Wirbelrippen 58 bereitzustellen. Die Felder 56 können miteinander identisch sein und können in Bezug aufeinander so angeordnet sein, dass sie eine Kreiskonfiguration um ein Zentrum 64 des Wirbelmischers 38 bereitstellen, die entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn läuft, um eine Wirbelbewegung in dem Reduktionsmittel und dem Abgas zu bewirken, die durch den Mischer 38 strömen. Der abgebildete Wirbelmischer 38 beinhaltet zum Beispiel drei Felder 56, in der die gemeinsame Richtung 62 jedes der Felder 56 um etwa 60° von der gemeinsamen Richtung 62 eines unmittelbar benachbarten Felds 56 gedreht ist, um eine dreieckige Konfiguration um das Zentrum 64 zu erstellen, obwohl eine andere Anzahl von Feldern mit unterschiedlichen Drehwinkeln in Bezug aufeinander möglich ist. Demgemäß weist in der abgebildeten Ausführungsform der Wirbelmischer 38 eine dreifache Rotationssymmetrie auf. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Wirbelmischer 38 im Abgasrohr 18 stationär gehalten wird und sich nicht dreht und die Wirbelbewegung durch die Kreiskonfiguration der Felder 56 bewirkt wird. In alternativen Konfigurationen des Mischers 38 kann es sein, dass die Felder 38 nicht miteinander identisch sind. Außerdem ist selbstverständlich, dass, obwohl 3-4 vier Reihen 60 von Wirbelrippen 58 in jedem der Felder 56 und drei bis vier Wirbelrippen 58 in jeder der Reihen 60 darstellen, alternative Designs des Wirbelmischers 38 mehr oder weniger Reihen und/oder eine größere oder geringere Anzahl von Rippen in jeder Reihe haben können.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3-4 kann in der abgebildeten Ausführungsform, die drei Felder 56 aufweist, die Basis 54 des Wirbelmischers 38 drei radiale Beine 66 beinhalten, die sich radial vom Zentrum 64 des Mischers 38 erstrecken, und drei radiale Beine 66, die voneinander um etwa 120° in einer Umfangsrichtung 68 gleichmäßig beabstandet sind (siehe 3). Außerdem kann eine Vielzahl von Rippen 58 einstückig mit jedem der radialen Beine 66 ausgebildet (oder anderweitig daran befestigt) sein und sich davon erstrecken, um eine der Reihen 60 von Rippen in einem der Felder 56 auszubilden. Jedes der radialen Beine 66 kann nämlich die letzte Reihe 60 von Rippen in einem Feld 56 tragen, bevor die Ausrichtungsrichtung der Wirbelrippen 58 in einem benachbarten Feld 56 um 60° gedreht wird. Jedes der radialen Beine 66 kann außerdem eine gekrümmte Lasche 70 beinhalten, die sich von dem Wirbelmischer 38 erstreckt, um die Befestigung des Mischers 38 an den Innenwänden des Abgasrohrs 18, z. B. durch Schweißen, zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger radiale Beine eingesetzt werden.
Unter jetziger Bezugnahme auf 4 kann, in der abgebildeten Ausführungsform mit drei radialen Beinen 66, die Basis 54 ferner drei Raster 72 zwischen den radialen Beinen 66 haben, die die Felder 56 tragen und miteinander verbinden. Die Raster 72 können aus einer Vielzahl von Trägerelementen 74 konstruiert sein, die jeweils zwei benachbarte Raster überspannen, um Verbindung und strukturelle Robustheit für den Mischer 38 bereitzustellen. Insbesondere kann jedes der Trägerelemente 74 ein erstes Trägerelement 76 in einem der Raster 72 beinhalten, das mit einem zweiten Trägerelement 78 in einem benachbarten Raster 72 einstückig ausgebildet (oder sonst daran befestigt) ist. In jedem der Raster 72 kann eine Vielzahl von ersten Trägerelementen 76 rechtwinklig zu einer Vielzahl von zweiten Trägerelementen 78 angeordnet sein und diese schneiden, um Löcher 80 zu definieren, die das Leiten des Reduktionsmittels 28 und des Abgases 16 durch den Mischer 38 ermöglichen. Darüber hinaus können die ersten Trägerelemente 76 mit den Wirbelrippen 58 einstückig ausgebildet (oder anderweitig daran befestigt) sein, um eine der Reihen 60 in einem Feld 56 zu definieren. Außerdem können die ersten Trägerelemente 76 in jedem Raster 72 parallel zu dem radialen Bein 66 verlaufen, das Wirbelrippen 58 in demselben Feld 56 trägt, während die zweiten Trägerelemente 78 rechtwinklig zu den ersten Trägerelementen 76 und dem radialen Bein 66 in dem Feld 56 verlaufen und diese verbinden können. Darüber hinaus kann in anderen Ausführungsformen, die eine unterschiedliche Anzahl von radialen Beinen 66 nutzen, eine entsprechende Anzahl von Rastern 72 zwischen den radialen Beinen 66 ausgebildet sein.
Die Basis 54 des Wirbelmischers 38 kann eben sein und sich entlang einer Ebene 81 erstrecken und die Wirbelrippen 58 können, wie in 5 dargestellt, von einer nachgeschalteten Stirnfläche 83 der Basis in einem festen Winkel (α) in Bezug auf die Ebene 81 der Basis 54 hervorstehen. Der Winkel (α) kann etwa 45° betragen, obwohl andere Winkel zwischen etwa 5° und etwa 80° in einigen Umständen ebenfalls verwendet werden können. Außerdem kann, wie in 3-4 dargestellt, jede der Wirbelrippen 58 des Wirbelmischers 38 identische Formen und Abmessungen haben. Insbesondere können die Wirbelrippen 58 trapezförmig sein (siehe 3-4), wobei sich eine Länge (l) von einer Unterseite 82 zu der Oberseite 59 jeder Rippe 58 etwa 30 Millimeter erstreckt (siehe 5). Die Wirbelrippen 58 können jedoch zweifellos andere Formen (z. B. quadratische, rechteckige, dreieckige, kreisförmige, ovale, andere polygonale Formen usw.) und Abmessungen in alternativen Designs des Mischers 38 haben.
Wie in 6 dargestellt, kann jedes der Trägerelemente 74 Schlitze 86 beinhalten, um die Verbindung mit anderen Trägerelementen 74 beim Montieren des Wirbelmischers 38 zu erlauben. Die ersten Trägerelemente 76 können zum Beispiel jeweils Schlitze 86 haben, die an einer vorgeschalteten Seite 88 vorhanden sind, während die zweiten Trägerelemente 78 jeweils Schlitze 86 haben können, die an einer nachgeschalteten Seite 90 vorhanden sind. Demgemäß können die Raster 72 der Wirbelmischer 38 durch Verbinden der Schlitze 86 der ersten Trägerelemente 76 mit den Schlitzen 86 der zweiten Trägerelemente 78 montiert werden. Ähnlich, wie in 7 dargestellt, kann jedes der radialen Beine 66 Schlitze 86 haben, die an einer vorgeschalteten Seite 92 vorhanden sind, sodass die Schlitze 86 der radialen Beine 66 bei der Montage des Wirbelmischers 38 mit den Schlitzen 86 der zweiten Trägerelemente 78 verbunden werden können (siehe nähere Details unten).
Gewerbliche Anwendbarkeit
Allgemein können die Lehren der vorliegenden Offenbarung Anwendbarkeit in vielen Branchen finden, einschließlich, jedoch nicht nur, in Automobil-, Bau-, Landwirtschafts-, Bergbau-, Energieerzeugungs- und Schienentransportanwendungen. Insbesondere kann die hierin offenbarte Technologie Anwendbarkeit in vielen Arten von Motoren und Maschinen finden, die SCR-Nachbehandlungssysteme aufweisen. Sie kann außerdem Anwendbarkeit in anderen Arten von Abgasnachbehandlungssystemen finden, in denen ein Reagens mit dem Abgas gemischt wird.
Unter jetziger Bezugnahme auf 8-10 sind Schritte dargestellt, die an der Montage des Wirbelmischers 38 beteiligt sein können. 8-10 bilden nämlich Schritte ab, die an der Montage des Wirbelmischers 38 mit drei Feldern 56 beteiligt sind, es ist jedoch selbstverständlich, dass die hierin offenbarten Konzepte ähnlich auf Wirbelmischer angewandt werden können, die eine größere oder kleinere Anzahl von Feldern haben. Jedes der drei radialen Beine 66 kann zuerst getrennt mit einer Vielzahl von Trägerelementen 74 montiert werden, um drei Einheiten 102 auszubilden. 8 zeigt zum Beispiel eine der Einheiten 102, die durch Einstecken der Schlitze 86 des radialen Beins 66 in Schlitze 86 von drei der zweiten Trägerelemente 78 ausgebildet werden. Als Nächstes können die drei Einheiten 102, wie in 9-10 dargestellt, durch Verbinden der Schlitze 86 der Trägerelemente 74 zusammen montiert werden. Dies kann insbesondere ausgeführt werden, indem zuerst zwei der Einheiten 102 zusammen montiert werden, indem die Schlitze 86 der ersten Trägerelemente 76 einer der Einheiten 102 in die Schlitze 86 der zweiten Trägerelemente 78 einer anderen Einheit 102 eingesteckt werden, um eines der Raster 72 bereitzustellen, das die zwei radialen Beine 66 verbindet (siehe 9). Die exponierten ersten und zweiten Trägerelemente 76 und 78 der zwei montierten Einheiten 102 können dann mit der dritten Einheit 102 montiert werden, indem die Schlitze 86 der ersten Trägerelemente 76 und der zweiten Trägerelemente 78 verbunden werden (siehe 10).
Nach dem Montieren können die Einheiten 102 an den Knoten 106 (oder Verbindungspunkten zwischen den radialen Beinen 66 und den ersten Trägerelemente 76 mit den zweiten Trägerelemente 78) zusammengeschweißt werden, um den vollständig montierten Wirbelmischer 38 bereitzustellen (siehe 10). Wie in 10 dargestellt, können die Einheiten 102 an einer nachgeschalteten Stirnfläche 109 der Basis 54 zusammengeschweißt werden (siehe auch 5). Es wird hier angemerkt, dass 8-10 ein mögliches Verfahren zum Montieren des Wirbelmischers 38 abbilden, es jedoch zahlreiche alternative Möglichkeiten gibt, den Mischer 38 zu montieren. Die radialen Beine 66 können zum Beispiel zuerst im Zentrum 64 zusammengeschweißt werden, und die Raster 72 können zwischen den radialen Beinen 66 montiert werden, indem die Trägerelemente 74 verbunden und die Trägerelemente 74 an den Knoten 106 zusammengeschweißt werden. Varianten wie diese fallen ebenfalls in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung.
Der hierin offenbarte Wirbelmischer beinhaltet drei Felder von Rippen, die in einer dreieckigen Konfiguration angeordnet sind, um die Wirbelbewegung eines Gemischs aus Reduktionsmittel und Abgas, das durch den Mischer strömt, zu bewirken. Der Wirbelmischer erfasst nicht verdampfte Reduktionsmitteltröpfchen, die von einem vorgeschalteten Mischer hinterlassen wurden, und fördert die gleichmäßige Verteilung von verdampftem Reduktionsmittel im Abgas, um die NO_x-Umwandlung am nachgeschalteten SCR-Katalysator zu verbessern. Die Reihen von Rippen in jedem Feld haben einen kleineren Oberflächenbereich als die massiven Schaufeln, die in manchen Mischern nach Stand der Technik verwendet werden, wodurch das Potenzial des Ansammelns von Reduktionsmittelablagerungen auf den Oberflächen des Mischers verringert und die Aufteilung von Reduktionsmitteltröpfchen verbessert werden. Außerdem üben die drei Felder von Rippen eine moderate Wirbelkraft auf das Gemisch des Reduktionsmittels und des Abgases aus, die stark genug ist, um angemessenes Mischen bereitzustellen, jedoch schwach genug, um unerwünschtes Drängen der Reduktionsmitteltröpfchen zu den Wänden des Abgasrohrs zu vermeiden, das die Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas verringern könnte. Außerdem stellt ein verbundener Rahmen von Rastern mit dreifacher Rotationssymmetrie eine stabilere und strukturell robustere Struktur bereit als Mischer nach Stand der Technik, die weniger miteinander verbunden sind. Die hierin offenbarte Technologie kann breitere gewerbliche Anwendbarkeit in einer Vielzahl von Bereichen finden, wie z. B., jedoch nicht nur, in Bau-, Bergbau-, Landwirtschafts-, Automobil- und Schienentransportanwendungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8607555 [0003]

Claims

Wirbelmischer (38) für das Mischen eines Reduktionsmittels (28) mit Abgas (16) in einem Nachbehandlungssystem mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) (24), umfassend: eine Basis (54), die ein Durchströmen des Reduktionsmittels (28) und des Abgases (16) erlaubt; und drei Felder (56) von Rippen (58), die von der Basis (54) in eine Strömungsrichtung des Abgases (16) hervorstehen und in einer dreieckigen Konfiguration um ein Zentrum (64) des Mischers (38) angeordnet sind, um eine Wirbelbewegung im Reduktionsmittel (28) und Abgas (16) zu bewirken, die durch den Mischer (38) strömen, wobei die Rippen (58) in jedem der Felder (56) in eine gemeinsame Richtung (62) ausgerichtet sind, die um etwa 60° von der gemeinsamen Richtung (62) der Rippen (58) in einem benachbarten Feld (56) gedreht sind.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 1, wobei der Wirbelmischer (38) eine dreifache Rotationssymmetrie aufweist.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 1, wobei jedes der Felder (56) vier parallele Reihen (60) von Rippen (58) beinhaltet, die in die gemeinsame Richtung (62) ausgerichtet sind.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 1, wobei jedes der Felder (56) parallele Reihen (60) von Rippen (58) beinhaltet, die in die gemeinsame Richtung (62) ausgerichtet sind.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 4, wobei die Basis (54) drei radiale Beine (66) beinhaltet, die sich jeweils radial von einem Zentrum (64) des Wirbelmischers (38) erstrecken, und wobei die drei radialen Beine (66) etwa 120° in Bezug zueinander in Umfangsrichtung beabstandet sind.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 5, wobei die Basis (54) ferner drei Raster (72) zwischen den drei radialen Beinen (66) beinhaltet, und wobei jedes der Raster (72) aus sich schneidenden Trägerelementen (74) ausgebildet ist.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 6, wobei jedes der Trägerelemente (74) zwei der Raster (72) überspannt.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 6, wobei jedes Trägerelement (74) ein erstes Trägerelement (76) in einem der Raster (72) beinhaltet, das mit einem zweiten Trägerelement (78) in einem benachbarten Raster (72) einstückig ausgebildet ist.
Wirbelmischer (38) nach Anspruch 6, wobei eine Vielzahl von Rippen (58) von jedem der radialen Beine (66) hervorsteht, um eine der Reihen (60) in jedem der Felder (56) auszubilden.
Wirbelmischer (38) für das Mischen eines Reduktionsmittels (28) mit Abgas (16) in einem Abgasrohr (18) eines Dieselmotors (14), umfassend: eine ebene Basis (54), die ein Durchströmen des Reduktionsmittels (28) und des Abgases (16) erlaubt, wobei die Basis (54) radiale Beine (66) beinhaltet, die sich radial von einem Zentrum (64) der Basis (54) erstrecken und voneinander in einer Umfangsrichtung (68) gleichmäßig beabstandet sind; und eine Vielzahl von Rippen (58), die von jedem der radialen Beine (66) in eine Strömungsrichtung des Abgases (16) hervorstehen, um eine Wirbelbewegung in dem Reduktionsmittel (28) und dem Abgas (16) zu bewirken, die durch den Mischer (38) hindurch geleitet werden, wobei die Rippen (58) von jedem der radialen Beine (66) hervorstehen, die in eine gemeinsame Richtung (62) ausgerichtet sind, die durch einen Winkel in Bezug auf die gemeinsame Richtung (62) der Rippen (58) gedreht sind, die von einem benachbarten radialen Bein (66) hervorstehen.