EA044921B1

EA044921B1 - U-SHAPED DEVICE FOR MIXING WITH EXHAUST GAS

Info

Publication number: EA044921B1
Application number: EA202191934
Authority: EA
Inventors: Джим Элькьер Бебе; Тони Эро Микаэль Корхонен; Каспер Стин Андерсен; Расмус Мёллер Мортенссон
Original assignee: Динекс А/С; Дунфэн Коммершиал Веикл Компани Лимитед
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2023-10-12

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к устройству для испарения струи жидкости и последующего смешивания с выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, настоящее изобретение относится к системе последующей обработки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, в который встроено указанное устройство. Настоящее изобретение также относится к транспортному средству, содержащему устройство по настоящему изобретению, а также систему последующей обработки. Настоящее изобретение также относится к применению устройства по настоящему изобретению для испарения струи жидкости и последующего смешивания с выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания.The present invention relates to a device for evaporating a jet of liquid and subsequently mixing it with the exhaust gases of an internal combustion engine. Moreover, the present invention relates to a system for after-treatment of exhaust gases of an internal combustion engine in which the said device is integrated. The present invention also relates to a vehicle containing the device of the present invention, as well as a post-processing system. The present invention also relates to the use of the device according to the present invention for evaporating a jet of liquid and subsequently mixing with the exhaust gases of an internal combustion engine.

Уровень техникиState of the art

Обеспечение эффективного испарения водного раствора мочевины, поступающего из дозирующих модулей, равномерное примешивание образующихся продуктов-восстановителей, таких как аммиак, к выхлопному газу, а затем их равномерное распределение по каталитическим компонентам является известной проблемой в области систем последующей обработки выхлопных газов. Для достижения этой цели было предложено несколько изобретений, в которых минимизирован риск отложений мочевины, минимизировано возникновение обратного давления и минимизированы требования к пространству. Системы последующей обработки выхлопных газов, содержащие системы избирательного каталитического восстановления (Selective Catalytic Reduction, SCR), могут быть включены ниже по потоку относительно двигателя внутреннего сгорания для удаления или уменьшения выбросов оксидов азота (NOx), поступающих из двигателя. Системы SCR включают введение восстановителя в поток выхлопных газов. Смесители добавляют для содействия смешиванию восстановителя в потоке выхлопных газов. Тщательное перемешивание может позволить улучшить рабочие характеристики, обеспечивая равномерное распределение восстановителя, в результате чего каталитические реакции протекают равномерно по поперечному сечению каталитического нейтрализатора, тем самым минимизируя проскок аммиака и выбросы NOx.Ensuring that the aqueous urea solution supplied from the metering modules is efficiently evaporated, the resulting reducing products such as ammonia are uniformly mixed into the exhaust gas, and then distributed evenly to the catalytic components is a known problem in the field of exhaust aftertreatment systems. To achieve this goal, several inventions have been proposed that minimize the risk of urea deposits, minimize the occurrence of back pressure and minimize space requirements. Exhaust after-treatment systems containing Selective Catalytic Reduction (SCR) systems may be included downstream of the internal combustion engine to remove or reduce nitrogen oxide (NOx) emissions from the engine. SCR systems involve introducing a reducing agent into the exhaust gas stream. Mixers are added to assist in mixing the reducing agent in the exhaust gas stream. Thorough mixing can improve performance by ensuring uniform distribution of the reducing agent, causing catalytic reactions to occur evenly across the cross-section of the catalyst, thereby minimizing ammonia slip and NOx emissions.

Из-за нехватки места в современных транспортных средствах также важно достичь вышеупомянутых эффектов при одновременном обеспечении компактности.Due to the lack of space in modern vehicles, it is also important to achieve the above-mentioned effects while ensuring compactness.

В US 10024217 В1 описан реактор распада для системы смешивания выхлопных газов и, более конкретно, реактор распада для системы примешивания к выхлопным газам, имеющий U-образную форму, т.е. в котором впускное и выпускное отверстия для выхлопных газов образованы с одной стороны наружного компонента или корпуса.US 10024217 B1 describes a decomposition reactor for an exhaust gas mixing system and, more specifically, a decomposition reactor for an exhaust gas mixing system having a U-shape, i.e. wherein an exhaust gas inlet and outlet are formed on one side of the outer component or housing.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Настоящее изобретение позволяет решить многие проблемы систем смешивания из предшествующего уровня техники для систем последующей обработки, при этом отличаясь от существующих систем смешивания. В результате получают систему смешивания, которая отвечает требованиям к функциональности, но также может быть использована с различными типами дозирующих модулей, с множеством дозирующих модулей и может быть масштабирована для различных диаметров каталитического нейтрализатора. Настоящее изобретение относится к новой системе смешивания выхлопных газов, которая является частью системы последующей обработки выхлопных газов транспортного средства. В системе последующей обработки токсичный выхлопной газ из двигателей транспортных средств проходит через каталитический нейтрализатор окисления, такой как дизельный каталитический нейтрализатор окисления (Diesel Oxidation Catalyst, DOC), и/или сажевый фильтр, такой как дизельный сажевый фильтр (Diesel Participate Filter, DPF), а затем в систему смешивания выхлопных газов согласно настоящему изобретению.The present invention solves many of the problems of prior art mixing systems for downstream systems while being different from existing mixing systems. The result is a mixing system that meets functionality requirements, but can also be used with different types of metering modules, with multiple metering modules, and can be scaled to different catalyst diameters. The present invention relates to a new exhaust gas mixing system that is part of a vehicle exhaust gas aftertreatment system. In an after-treatment system, toxic exhaust gas from vehicle engines passes through an oxidation catalytic converter, such as a Diesel Oxidation Catalyst (DOC), and/or a particulate filter, such as a Diesel Participate Filter (DPF), and then into the exhaust gas mixing system according to the present invention.

Как правило, с помощью системы смешивания на небольшом участке обеспечивают испарение водного раствора мочевины с образованием восстановителя (аммиака) и надлежащее смешивание восстановителя с выхлопным газом. Система смешивания обеспечивает испарение капель водного раствора мочевины и равномерное примешивание испаренного аммиака к выхлопному газу, при этом минимизируя риск образования отложений. Аммиак, равномерно примешанный к выхлопному газу, когда он также равномерно распределен и когда обеспечена высокая однородность потока перед каталитическим нейтрализатором избирательного каталитического восстановления (Selective Catalytic Reduction, SCR), обеспечивает максимальное преобразование вредных оксидов азота (NOx) в безвредные азот и воду. Для этого водный раствор мочевины могут впрыскивать под давлением в систему смешивания через модуль дозирования восстановителя для образования струи жидкости, обеспечивая полное формирование этой струи до ее удара о металлические части.Typically, a small area mixing system is used to ensure that the aqueous urea solution evaporates to form the reducing agent (ammonia) and ensures that the reducing agent is properly mixed with the exhaust gas. The mixing system ensures that droplets of the aqueous urea solution evaporate and the evaporated ammonia is evenly mixed into the exhaust gas, while minimizing the risk of deposits. Ammonia mixed evenly into the exhaust gas, when it is also evenly distributed and when the flow is highly uniform before the Selective Catalytic Reduction (SCR) catalyst, ensures maximum conversion of harmful nitrogen oxides (NOx) into harmless nitrogen and water. To do this, an aqueous urea solution can be injected under pressure into the mixing system through the reducing agent dosing module to form a jet of liquid, ensuring that the jet is fully formed before it hits the metal parts.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для испарения струи жидкости и ее последующего примешивания к выхлопным газам из двигателя внутреннего сгорания, содержащего корпус, в котором имеется впускное отверстие для выхлопных газов и выпускное отверстие для выхлопных газов, расположенные с одной стороны корпуса, и дополнительно содержащего:An object of the present invention is to provide a device for evaporating a jet of liquid and subsequently mixing it with exhaust gases from an internal combustion engine, comprising a housing in which there is an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet located on one side of the housing, and further comprising:

коллектор потока для направления выхлопных газов в испарительный модуль;a flow manifold for directing exhaust gases to the evaporator module;

и камеру смешивания, расположенную ниже по потоку относительно испарительного модуля;and a mixing chamber located downstream of the evaporation module;

причем испарительный модуль соединен по текучей среде с внутренней частью камеры смешива- 1 044921 ния и обеспечивает доступ к ее внутренней части;wherein the evaporation module is fluidly connected to the interior of the mixing chamber and provides access to its interior;

камера смешивания обеспечивает доступ к камере последующего смешивания, а камера последующего смешивания;the mixing chamber provides access to the subsequent mixing chamber, and the subsequent mixing chamber;

имеет соединение по текучей среде с выпускным отверстием для выхлопных газов;has a fluid connection with an exhaust outlet;

причем камера смешивания физически расположена между камерой последующего смешивания и выпускным отверстием для выхлопных газов, так что соединение по текучей среде между камерой последующего смешивания и выпускным отверстием окружает наружную часть камеры смешивания.wherein the mixing chamber is physically located between the post-mixing chamber and the exhaust gas outlet such that the fluid connection between the post-mixing chamber and the exhaust opening surrounds the outside of the mixing chamber.

Благодаря относительному расположению камеры смешивания, камеры последующего смешивания и выпускного отверстия для выхлопных газов стенки камеры смешивания снаружи нагреваются выхлопными газами, выходящими из камеры последующего смешивания, что позволяет добиться компактности при минимизации рисков образования отложений и/или закупориваний.Due to the relative positioning of the mixing chamber, post-mix chamber and exhaust gas outlet, the walls of the mixing chamber are heated from the outside by exhaust gases leaving the post-mix chamber, resulting in a compact design while minimizing the risk of deposits and/or plugging.

Система смешивания согласно настоящему изобретению может иметь U-образную форму.The mixing system of the present invention may be U-shaped.

В одном варианте осуществления камера смешивания содержит перегородку для создания вихревого потока, которая содержит множество проемов, обращенных в сторону, обратную направлению к выпускному отверстию для выхлопных газов. Предпочтительно, множество проемов содержит лопатки для отклонения потока в радиальном направлении и лопатки для отклонения потока наружу. Более предпочтительно, лопатки для отклонения потока в радиальном направлении окружают лопатки для отклонения потока наружу. Еще более предпочтительно, лопатки для отклонения потока в радиальном направлении и/или лопатки для отклонения потока наружу расположены по окружности.In one embodiment, the mixing chamber includes a swirl baffle that includes a plurality of openings facing away from the exhaust gas outlet. Preferably, the plurality of openings includes blades for deflecting flow in a radial direction and blades for deflecting flow outward. More preferably, the radial flow deflection vanes surround the outward flow deflection vanes. Even more preferably, the radial flow deflection vanes and/or the outward flow deflection vanes are arranged circumferentially.

В другом варианте осуществления камера смешивания имеет расширяющуюся форму, которая является более узкой около испарительного модуля и более широкой на противоположном конце. Предпочтительно, наружные стенки более узкой части камеры смешивания образуют проточный проход для выхлопных газов между камерой последующего смешивания и выпускным отверстием.In another embodiment, the mixing chamber has a flared shape that is narrower near the evaporation module and wider at the opposite end. Preferably, the outer walls of the narrower portion of the mixing chamber define a flow passage for exhaust gases between the post-mixing chamber and the exhaust port.

Еще в одном варианте осуществления камера смешивания дополнительно содержит выпускной проем в ее нижней части, причем нижнюю часть следует рассматривать как конец, противоположный впускному отверстию в камеру смешивания. Предпочтительно указанный выпускной проем по меньшей мере частично закрыт корпусом, так что выхлопные газы направляются в камеру последующего смешивания. Более предпочтительно, нижняя часть камеры смешивания закрыта корпусом, так что выхлопные газы выходят из камеры смешивания через перегородку для создания вихревого потока.In yet another embodiment, the mixing chamber further includes an outlet opening at its bottom, the bottom being considered as the end opposite the inlet to the mixing chamber. Preferably, said outlet opening is at least partially closed by a housing, so that the exhaust gases are directed into the post-mixing chamber. More preferably, the lower part of the mixing chamber is closed by a housing so that the exhaust gases exit the mixing chamber through a baffle to create a vortex flow.

Еще в одном варианте осуществления внутри камеры смешивания содержится камера предварительного смешивания, расположенная ниже по потоку относительно испарительного модуля и выше по потоку относительно перегородки для создания вихревого потока.In yet another embodiment, a pre-mix chamber is contained within the mixing chamber, located downstream of the evaporator module and upstream of the vortex baffle.

Еще в одном варианте осуществления камера последующего смешивания расположена между камерой смешивания и стенкой корпуса, причем указанная стенка корпуса расположена напротив выпускного отверстия для выхлопных газов.In yet another embodiment, the post-mixing chamber is located between the mixing chamber and a housing wall, said housing wall being located opposite the exhaust gas outlet.

Еще в одном варианте осуществления камера последующего смешивания имеет форму, обеспечивающую прохождение и ускорение потока выхлопных газов вокруг наружной части камеры смешивания.In yet another embodiment, the post-mixing chamber is shaped to allow exhaust gases to flow and accelerate around the outside of the mixing chamber.

Еще в одном варианте осуществления камера смешивания расположена в направлении потока выхлопных газов, выходящих из испарительного модуля, причем камера смешивания наклонена по отношению к корпусу.In yet another embodiment, the mixing chamber is located in the direction of the flow of exhaust gases leaving the evaporator module, and the mixing chamber is inclined relative to the housing.

Еще в одном варианте осуществления испарительный модуль содержит множество параллельных испарительных лопаток для направления потока выхлопных газов к камере смешивания. Предпочтительно указанные испарительные лопатки также выполняют функцию поверхности, о которую ударяются капли струи жидкости, усиливая испарение струи жидкости в выхлопные газы. Предпочтительно испарительные лопатки изогнуты.In yet another embodiment, the evaporator module includes a plurality of parallel evaporator vanes for directing the flow of exhaust gases to the mixing chamber. Preferably, said evaporation vanes also function as a surface against which droplets of the liquid jet impinge, enhancing the evaporation of the liquid jet into the exhaust gases. Preferably the evaporator blades are curved.

Еще в одном варианте осуществления камера смешивания дополнительно содержит V-образную лопатку для распределения струи жидкости и газообразного восстановителя по окружности вдоль первичной оси испарительного модуля. Предпочтительно V-образная лопатка содержит два асимметричных отверстия для обеспечения прохождения через них выхлопного газа, причем указанные отверстия асимметрично размещены на противоположных сторонах V-образной лопатки. В частности, в V-образной лопатке может быть образовано два асимметричных отверстия. Таким образом, в камере смешивания создается более равномерный поток. Более предпочтительно указанные отверстия имеют форму выемок вдоль профиля стороны V-образной лопатки. Еще более предпочтительно V-образная лопатка расположена выше по потоку относительно перегородки для создания вихревого потока.In yet another embodiment, the mixing chamber further includes a V-shaped blade for distributing a stream of liquid and gaseous reducing agent circumferentially along the primary axis of the evaporation module. Preferably, the V-blade includes two asymmetrical openings for allowing exhaust gas to pass through, said openings being asymmetrically located on opposite sides of the V-blade. In particular, two asymmetric holes can be formed in the V-shaped blade. This creates a more uniform flow in the mixing chamber. More preferably, said holes are in the form of recesses along the side profile of the V-blade. Even more preferably, the V-blade is located upstream of the baffle to create a vortex flow.

Еще в одном варианте осуществления корпус имеет U-образную форму.In yet another embodiment, the housing is U-shaped.

Еще в одном варианте осуществления коллектор потока, испарительный модуль, камера смешивания и камера последующего смешивания расположены внутри корпуса устройства.In yet another embodiment, the flow manifold, evaporation module, mixing chamber, and post-mixing chamber are located within the body of the device.

Еще в одном варианте осуществления коллектор потока, испарительный модуль и камера смешивания выполнены в виде единой детали, вставляемой в корпус.In yet another embodiment, the flow manifold, evaporator module, and mixing chamber are formed as a single piece that is inserted into the housing.

Еще в одном варианте осуществления коллектор потока, испарительный модуль и камера смешивания образуют единый путь для потока выхлопных газов.In yet another embodiment, the flow manifold, evaporator module, and mixing chamber form a single path for the flow of exhaust gases.

Еще в одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит выпускную зону, распо- 2 044921 ложенную между камерой смешивания и выпускным отверстием для выхлопных газов.In yet another embodiment, the device further comprises an exhaust zone located between the mixing chamber and the exhaust gas outlet.

Еще в одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит дозирующий модуль для введения жидкости в выхлопные газы, расположенный между впускным отверстием для выхлопных газов и испарительным модулем. Предпочтительно дозирующий модуль расположен выше по потоку относительно коллектора потока. Более предпочтительно указанный дозирующий модуль расположен под углом к впускному отверстию для выхлопных газов. Еще более предпочтительно дозирующий модуль дополнительно содержит приспособление для предотвращения впрыска.In yet another embodiment, the device further comprises a metering module for introducing liquid into the exhaust gases located between the exhaust gas inlet and the evaporation module. Preferably, the metering module is located upstream of the flow manifold. More preferably, said metering module is located at an angle to the exhaust gas inlet. Even more preferably, the metering module further comprises a device for preventing injection.

Еще в одном варианте осуществления дозирующий модуль представляет собой механический распылитель. В качестве альтернативы дозирующий модуль представляет собой пневматический распылитель.In yet another embodiment, the metering module is a mechanical atomizer. Alternatively, the dosing module is a pneumatic spray gun.

Еще в одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный дозирующий модуль. Как правило, могут присутствовать два или более дозирующих модулей.In yet another embodiment, the device further comprises at least one additional dispensing module. Typically, two or more metering modules may be present.

Устройство предпочтительно изготавливают из нержавеющей стали, которая устойчива к коррозии под действием мочевины, имеет низкое тепловое расширение, а также хорошую формуемость и свариваемость. Однако могут быть использованы и другие материалы, обладающие аналогичными свойствами.The device is preferably made of stainless steel, which is resistant to urea corrosion, has low thermal expansion, and good formability and weldability. However, other materials with similar properties can be used.

Во втором аспекте настоящее изобретение относится к системе последующей обработки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, которая содержит по меньшей мере одно устройство согласно настоящему изобретению, а также включает любой из вышеупомянутых вариантов осуществления.In a second aspect, the present invention relates to an internal combustion engine exhaust gas after-treatment system which comprises at least one device according to the present invention and also includes any of the above-mentioned embodiments.

В одном варианте реализации второго аспекта система последующей обработки также содержит сажевый фильтр. Как правило, он представляет собой дизельный сажевый фильтр (Diesel Particulate Filter, DPF).In one embodiment of the second aspect, the after-treatment system also includes a particulate filter. As a rule, it is a diesel particulate filter (Diesel Particulate Filter, DPF).

В другом варианте осуществления согласно второму аспекту система последующей обработки дополнительно содержит каталитический нейтрализатор избирательного каталитического восстановления (Selective Catalytic Reduction, SCR). Обычно катализатор SCR выполнен на фильтре.In another embodiment, according to the second aspect, the after-treatment system further comprises a Selective Catalytic Reduction (SCR) catalyst. Typically the SCR catalyst is mounted on a filter.

Еще в одном варианте осуществления согласно второму аспекту система последующей обработки дополнительно содержит каталитический нейтрализатор окисления, такой как дизельный каталитический нейтрализатор окисления (Diesel Oxidation Catalyst, DOC).In yet another embodiment, according to the second aspect, the after-treatment system further comprises an oxidation catalyst, such as a Diesel Oxidation Catalyst (DOC).

В другом варианте осуществления согласно второму аспекту система последующей обработки дополнительно содержит каталитический нейтрализатор проскока аммиака (Ammonia Slip Catalyst, ASC).In another embodiment, according to the second aspect, the after-treatment system further comprises an ammonia slip catalyst (ASC).

Еще в одном варианте осуществления согласно второму аспекту система последующей обработки имеет обратный отвод или имеет U-образную форму.In yet another embodiment, according to the second aspect, the post-treatment system is diverted or has a U-shape.

В третьем аспекте настоящее изобретение относится к применению по меньшей мере одного устройства согласно настоящему изобретению, а также любого из вышеупомянутых вариантов осуществления для испарения струи жидкости и ее последующего примешивания к выхлопным газам двигателя внутреннего сгорания.In a third aspect, the present invention relates to the use of at least one device according to the present invention, as well as any of the above-mentioned embodiments, for evaporating a liquid stream and subsequently mixing it with the exhaust gases of an internal combustion engine.

В одном варианте реализации двигатель внутреннего сгорания представляет собой дизельный двигатель.In one embodiment, the internal combustion engine is a diesel engine.

В другом варианте реализации двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель Отто.In another embodiment, the internal combustion engine is an Otto engine.

Еще в одном варианте реализации двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель Аткинсона.In yet another embodiment, the internal combustion engine is an Atkinson engine.

В четвертом аспекте настоящее изобретение относится к транспортному средству, которое содержит систему последующей обработки согласно настоящему изобретению, а также включает один из вышеупомянутых вариантов осуществления.In a fourth aspect, the present invention relates to a vehicle that contains an after-treatment system according to the present invention, and also includes one of the above-mentioned embodiments.

В одном варианте реализации транспортное средство приводится в движение дизельным двигателем.In one embodiment, the vehicle is powered by a diesel engine.

В другом варианте реализации транспортное средство приводится в движение двигателем Отто.In another embodiment, the vehicle is driven by an Otto engine.

В другом варианте осуществления транспортное средство приводится в движение с помощью двигателя Аткинсона.In another embodiment, the vehicle is driven by an Atkinson engine.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания и формулы изобретения.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description and claims.

Перечень чертежейList of drawings

На фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация системы последующей обработки, содержащей устройство согласно настоящему изобретению для испарения струи жидкости и последующего примешивания восстановителя к выхлопным газам из двигателя внутреннего сгорания.In fig. 1 is a schematic illustration of an after-treatment system comprising a device according to the present invention for evaporating a liquid stream and subsequently admixing a reducing agent to exhaust gases from an internal combustion engine.

На фиг. 2 представлен вид в перспективе одного варианта осуществления устройства согласно настоящему изобретению для испарения струи жидкости и последующего примешивания восстановителя к выхлопным газам из двигателя внутреннего сгорания.In fig. 2 is a perspective view of one embodiment of an apparatus according to the present invention for evaporating a jet of liquid and then mixing a reducing agent into exhaust gases from an internal combustion engine.

На фиг. 3 представлен вид в перспективе в разрезе одного варианта осуществления устройства для смешивания согласно настоящему изобретению.In fig. 3 is a cross-sectional perspective view of one embodiment of a mixing apparatus according to the present invention.

На фиг. 4 представлен вид в разрезе одного варианта осуществления устройства для смешиванияIn fig. 4 is a cross-sectional view of one embodiment of a mixing apparatus.

- 3 044921 согласно настоящему изобретению.- 3 044921 according to the present invention.

На фиг. 5 представлен покомпонентный вид в перспективе коллектора потока, испарительного модуля и камеры смешивания согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением.In fig. 5 is an exploded perspective view of a flow manifold, an evaporation module, and a mixing chamber according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention.

На фиг. 6 представлено графическое представление гидродинамического вычислительного моделирования одного варианта осуществления устройства для смешивания согласно настоящему изобретению.In fig. 6 is a graphical representation of a fluid dynamics computational simulation of one embodiment of a mixing apparatus according to the present invention.

На фиг. 7 представлен вид в перспективе коллектора потока согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением.In fig. 7 is a perspective view of a flow manifold according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention.

На фиг. 8 представлен вид в перспективе испарительного модуля согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением.In fig. 8 is a perspective view of an evaporation module according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention.

На фиг. 9 представлен вид спереди, сверху, сбоку и в перспективе V-образной лопатки согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением.In fig. 9 is a front, top, side and perspective view of a V-blade according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention.

На фиг. 10 представлен покомпонентный вид в перспективе камеры смешивания согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением.In fig. 10 is an exploded perspective view of a mixing chamber according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention.

На фиг. 11 представлен вид сверху камеры смешивания согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением.In fig. 11 is a top view of a mixing chamber according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention.

Фиг. 12 иллюстрирует узел согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением.Fig. 12 illustrates an assembly according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of implementing the invention

Настоящее изобретение имеет много преимуществ в широком контексте, а также еще более предпочтительные аспекты вариантов осуществления.The present invention has many advantages in a broad context, as well as even more advantageous aspects of the embodiments.

С обеспечением эффективного испарения капель водного раствора мочевины, поступающих из дозирующих модулей, равномерного примешивания этих испаренных компонентов мочевины и получаемых затем продуктов-восстановителей, таких как аммиак, к выхлопному газу, а затем их равномерного распределения по каталитическому компоненту связаны проблемы, известные в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Для решения этих проблем было предложено множество изобретений, в которых минимизирован риск отложений мочевины, минимизировано обратное давление и минимизированы требования к пространству.There are problems known in the art in ensuring that droplets of aqueous urea solution coming from the metering modules are effectively evaporated, that these evaporated urea components and the resulting reducing products such as ammonia are uniformly mixed into the exhaust gas, and then distributed uniformly throughout the catalytic component. , to which the present invention relates. To solve these problems, many inventions have been proposed that minimize the risk of urea deposits, minimize back pressure and minimize space requirements.

Настоящее изобретение позволяет достичь всего вышеперечисленного с помощью устройства, отличного от существующих устройств для смешивания. В результате получают систему смешивания, которая отвечает требованиям к функциональности, но и может быть использована с множеством различных типов дозирующих модулей, с множеством дозирующих модулей, может быть масштабирована для различных диаметров каталитического нейтрализатора и проста в изготовлении.The present invention makes it possible to achieve all of the above using a device different from existing mixing devices. The result is a mixing system that meets the functionality requirements, but can also be used with many different types of metering modules, with a variety of metering modules, can be scaled to different catalyst diameters, and is easy to manufacture.

Используемый в настоящем документе термин жидкость относится к жидкости, подходящей для образования восстановителя, уменьшающего содержание токсичных газов, такой как жидкость для очистки выхлопных газов дизельного двигателя (Diesel Exhaust Fluid, DEF), и водному раствору мочевины.As used herein, the term fluid refers to a liquid suitable for forming a toxic gas reducing agent, such as Diesel Exhaust Fluid (DEF), and an aqueous solution of urea.

Используемый в настоящем документе термин перегородка для создания вихревого потока относится к стенке с проемом для создания вихревого потока газов.As used herein, the term swirl baffle refers to a wall with an opening for creating a swirling flow of gases.

Как упоминалось в настоящем документе, перегородка для создания вихревого потока может содержать множество лопаток для отклонения потока в радиальном направлении. Указанное множество может включать в себя две или более лопаток для отклонения потока в радиальном направлении и, как правило, 5-20 лопаток для отклонения потока в радиальном направлении, например, 12 лопаток для отклонения потока в радиальном направлении. В зависимости от размеров лопаток для отклонения потока в радиальном направлении их может быть применено большее количество.As mentioned herein, the vortex flow baffle may include a plurality of blades to deflect the flow in a radial direction. The plurality may include two or more radial deflection vanes and typically 5-20 radial deflection vanes, for example 12 radial deflection vanes. Depending on the size of the blades, a larger number of them can be used to deflect the flow in the radial direction.

Как упоминалось в настоящем документе, перегородка для создания вихревого потока может содержать множество лопаток для отклонения потока наружу. Указанное множество может включать в себя две или более лопаток для отклонения потока наружу и, как правило, 2-8 лопаток для отклонения потока наружу, например, 6 лопаток для отклонения потока наружу. В зависимости от размеров лопаток для отклонения потока наружу их может быть применено большее количество.As mentioned herein, the vortex flow baffle may include a plurality of blades to deflect the flow outward. The plurality may include two or more outward flow deflection vanes and typically 2-8 outward flow deflection vanes, for example 6 outward flow deflection vanes. Depending on the size of the blades, a larger number of them can be used to deflect the flow outward.

Далее устройство и система согласно настоящему изобретению будут описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые фиг. 1-12. На фигурах показан один из способов реализации настоящего изобретения и его не следует рассматривать как ограничение настоящего изобретения каким-либо образом.The apparatus and system of the present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying FIGS. 1-12. The figures illustrate one mode of implementing the present invention and should not be construed as limiting the present invention in any way.

В качестве материала может быть использована нержавеющая сталь, которая имеет низкое тепловое расширение, устойчива к коррозии под действием мочевины, а также имеет хорошую формуемость и свариваемость. Однако можно использовать и другие подходящие материалы.Stainless steel can be used as a material, which has low thermal expansion, is resistant to corrosion by urea, and also has good formability and weldability. However, other suitable materials can be used.

На фиг. 1 схематично показана система последующей обработки, имеющая впускное отверстие (18) для выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, поступающих в систему последующей обработки, причем стрелка (13) указывает направление потока выхлопных газов. Во время работы выхлопные газы поступают во впускной модуль (6), затем в дизельный каталитический нейтрализатор (1) окисления и, далее, в дизельный сажевый фильтр (2). Устройство (3) для испарения струи жидкости, такой как восстановитель, и последующего примешивания к выхлопным газам из двигателя внутреннего сгорания, расположено после дизельного сажевого фильтра (2) и перед каталитическим нейтрализатором (4) избира- 4 044921 тельного каталитического восстановления, после которого расположена система избирательного каталитического восстановления с зоной (5) каталитического нейтрализатора проскока аммиака. Затем обработанные выхлопные газы покидают систему последующей обработки сначала через выпускной модуль (7), а затем через выпускное отверстие (19) с указанным направлением (13) потока, которое, как показано на фигуре, вследствие U-образного расположения системы последующей обработки противоположно направлению потока во впускном отверстии (18).In fig. 1 schematically shows an after-treatment system having an inlet (18) for exhaust gases from an internal combustion engine entering the after-treatment system, with an arrow (13) indicating the direction of flow of the exhaust gases. During operation, exhaust gases enter the intake module (6), then the diesel oxidation catalyst (1) and then the diesel particulate filter (2). A device (3) for evaporating a jet of liquid, such as a reducing agent, and subsequently mixing it with the exhaust gases from an internal combustion engine, is located after the diesel particulate filter (2) and before the selective catalytic reduction catalytic converter (4), after which there is a selective catalytic reduction system with ammonia slip catalyst zone (5). The treated exhaust gases then leave the after-treatment system first through the exhaust module (7) and then through the outlet (19) with a specified flow direction (13), which, as shown in the figure, due to the U-shaped arrangement of the after-treatment system is opposite to the flow direction in the inlet (18).

На фиг. 2 показан вид в перспективе варианта осуществления устройства (3) для испарения струи жидкости и ее последующего примешивания к выхлопным газам двигателя внутреннего сгорания, или, проще говоря, устройство (3) для смешивания или устройство (3) для примешивания к выхлопному газу. Устройство (3) для смешивания имеет корпус (16), который в показанном варианте осуществления имеет U-образную форму. Указанный корпус (16) имеет впускное отверстие (14) и выпускное отверстие (15), которые в этом случае имеют цилиндрическую форму. В других вариантах осуществления устройства (3) для смешивания впускное отверстие (14) и/или выпускное отверстие (15) могут иметь другие геометрические конфигурации, например, треугольную, прямоугольную, шестиугольную, восьмиугольную и т.д. Через впускное отверстие (14) частично виден коллектор (8) потока и испарительный модуль (9) с его лопатками (10), которые будут описаны ниже.In fig. 2 shows a perspective view of an embodiment of a device (3) for evaporating a jet of liquid and then mixing it with the exhaust gases of an internal combustion engine, or, more simply, a mixing device (3) or a device (3) for mixing with the exhaust gas. The mixing device (3) has a housing (16), which in the illustrated embodiment is U-shaped. Said housing (16) has an inlet (14) and an outlet (15), which in this case have a cylindrical shape. In other embodiments of the mixing device (3), the inlet (14) and/or the outlet (15) may have other geometric configurations, for example, triangular, rectangular, hexagonal, octagonal, etc. Through the inlet (14) the flow manifold (8) and the evaporator module (9) with its blades (10) are partially visible, which will be described below.

На фиг. 3 и 4 показан, соответственно, продольный разрез на виде в перспективе и вид сбоку двух различных вариантов устройства (3) для смешивания в соответствии с настоящим изобретением. Разница между указанными двумя вариантами осуществления заключается в том, что в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, отсутствует V-образная лопатка (28). За исключением V-образной лопатки (28) нижеследующее описание одинаково справедливо для обоих вариантов осуществления. Выхлопной газ (13) поступает в устройство (3) для смешивания через его впускное отверстие (14) и перемещается к коллектору (8) потока, который направляет поток выхлопного газа (13) к испарительному модулю (9), увеличивая скорость этого потока. Коллектор (8) потока вместе с корпусом (16) имеют такую форму, что, когда выхлопной газ (13) поступает в испарительный модуль (9), его направление по существу перпендикулярно направлению на впускном отверстии (14) устройства (3) для смешивания.In fig. 3 and 4 show, respectively, a longitudinal sectional perspective view and a side view of two different embodiments of a mixing device (3) in accordance with the present invention. The difference between the two embodiments is that in the embodiment shown in FIG. 3, the V-shaped blade (28) is missing. With the exception of the V-shaped blade (28), the following description is equally valid for both embodiments. The exhaust gas (13) enters the mixing device (3) through its inlet (14) and moves to the flow manifold (8), which directs the flow of the exhaust gas (13) to the evaporator module (9), increasing the speed of this flow. The flow manifold (8) together with the housing (16) is shaped such that when the exhaust gas (13) enters the evaporator module (9), its direction is substantially perpendicular to the direction at the inlet (14) of the mixing device (3).

В показанных вариантах осуществления пневматический дозирующий модуль (20) восстановителя расположен в корпусе (16) устройства (3) для смешивания выхлопных газов, причем жидкость, такая как водный раствор мочевины, в частности раствор мочевины в воде, вводят в выхлопной газ (13) во время работы таким образом, что по меньшей мере часть выхлопного газа (13), смешанная с раствором мочевины, взаимодействует с лопатками (10) испарительного модуля (9), где он затем испаряется с образованием газообразного аммиака. Приспособление (21) для предотвращения впрыска дозирующим модулем предназначено для предотвращения выхода струи водного раствора мочевины из дозирующего модуля (20). Хотя в этих вариантах осуществления дозирующий модуль (20) представляет собой пневматический распылитель, в других вариантах осуществления он может представлять собой, например, механический распылитель. Как видно из чертежей, в показанных вариантах осуществления дозирующий модуль (20) расположен под углом к впускному отверстию (14) для выхлопного газа (13). Такое расположение является очень предпочтительным. Однако в других вариантах осуществления дозирующий модуль (20) может быть по существу перпендикулярным направлению выхлопного газа (13) при его поступлении в устройство (3) для смешивания через впускное отверстие (14).In the embodiments shown, a pneumatic reducing agent metering module (20) is located in the housing (16) of the exhaust gas mixing device (3), wherein a liquid such as an aqueous solution of urea, in particular a solution of urea in water, is introduced into the exhaust gas (13) at operating time such that at least a portion of the exhaust gas (13), mixed with the urea solution, interacts with the vanes (10) of the evaporator module (9), where it then evaporates to form ammonia gas. The device (21) for preventing injection by the dosing module is designed to prevent a stream of aqueous urea solution from escaping from the dosing module (20). Although in these embodiments the metering module (20) is a pneumatic atomizer, in other embodiments it may be a mechanical atomizer, for example. As can be seen from the drawings, in the illustrated embodiments, the metering module (20) is positioned at an angle to the exhaust gas inlet (14) (13). This arrangement is highly preferred. However, in other embodiments, the metering module (20) may be substantially perpendicular to the direction of the exhaust gas (13) as it enters the mixing device (3) through the inlet (14).

Ниже по потоку относительно испарительного модуля (9) находится камера (11) смешивания, причем камера смешивания соединена по текучей среде с испарительным модулем (9). Как видно из чертежей, выпускные части испарительных лопаток (10) изогнуты таким образом, что поток выхлопных газов (13) проходит по направлению к камере (11) смешивания. Камера (11) смешивания в показанных вариантах осуществления содержит перегородку (12) для создания вихревого потока, обращенную в сторону, обратную направлению к выпускному отверстию (15) для выхлопных газов устройства (3) для смешивания, и дополнительный выпускной проем (32), расположенный в ее нижней части, т.е. в части, противоположной соединению по текучей среде между испарительным модулем (9) и камерой (11) смешивания, которая закрыта корпусом. В этих вариантах осуществления периметр выпускного проема (32) имеет такую форму, что он находится непосредственно вблизи корпуса, таким образом, закрывая указанный выпускной проем (32). Однако в других вариантах осуществления указанный выпускной проем (32) может быть только частично закрыт и, таким образом, выхлопные газы, выходящие из камеры смешивания через указанный выпускной проем (32), направляются в камеру (26) последующего смешивания. В своей верхней зоне, т.е. там, где расположено впускное отверстие, камера (11) смешивания может содержать камеру (33) предварительного смешивания, расположенную ниже по потоку относительно испарительного модуля (9) и выше по потоку относительно перегородки (12) для создания вихревого потока.Downstream of the evaporation module (9) there is a mixing chamber (11), the mixing chamber being fluidly connected to the evaporation module (9). As can be seen from the drawings, the outlet parts of the evaporator blades (10) are curved in such a way that the flow of exhaust gases (13) passes towards the mixing chamber (11). The mixing chamber (11) in the illustrated embodiments comprises a vortex flow baffle (12) facing the direction opposite to the exhaust gas outlet (15) of the mixing device (3), and an additional outlet opening (32) located in its lower part, i.e. in the part opposite the fluid connection between the evaporation module (9) and the mixing chamber (11), which is closed by the housing. In these embodiments, the perimeter of the outlet opening (32) is shaped such that it is immediately adjacent to the housing, thereby covering said outlet opening (32). However, in other embodiments, said outlet opening (32) may be only partially closed and thus the exhaust gases exiting the mixing chamber through said outlet opening (32) are directed to the subsequent mixing chamber (26). In its upper zone, i.e. where the inlet is located, the mixing chamber (11) may include a pre-mixing chamber (33) located downstream of the evaporator module (9) and upstream of the baffle (12) to create a vortex flow.

Хотя это совершенно необязательно, в варианте осуществления, показанном на фиг. 4, камера (11) смешивания дополнительно содержит V-образную лопатку (28), которая обеспечивает распределение струи жидкости, в этом варианте осуществления газообразного аммиака, по окружности вдоль первичной оси испарительного модуля (9), см. фиг. 5. V-образная лопатка (28) представляет собой прямоугольную пластину, изогнутую вдоль своей продольной оси, в которой имеется два асимметричных отверстия, например, в форме углублений или выемок, причем каждое из отверстий образовано на противоположAlthough this is entirely optional, in the embodiment shown in FIG. 4, the mixing chamber (11) further comprises a V-shaped blade (28), which ensures that the liquid stream, in this embodiment ammonia gas, is distributed circumferentially along the primary axis of the evaporation module (9), see FIG. 5. The V-shaped blade (28) is a rectangular plate, curved along its longitudinal axis, in which there are two asymmetrical holes, for example, in the form of recesses or recesses, each of the holes being formed in opposite directions.

- 5 044921 ных сторонах V-образной лопатки (28). Если бы отверстия были образованы м одной стороны Vобразной лопатки (28), поток выхлопных газов по меньшей мере частично обходил бы V-образную лопатку (28) и достигаемый эффект был бы значительно меньшим. Указанные углубления предпочтительно имеют прямоугольную форму. V-образная лопатка (28) предпочтительно расположена выше по потоку относительно перегородки (12) для создания вихревого потока, а точнее, в камере (33) предварительного смешивания. V-образная лопатка (28) лучше показана на фиг. 9. Как указано выше, в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, отсутствует V-образная лопатка (28).- 5 044921 ny sides of the V-shaped blade (28). If the holes were formed on one side of the V-blade (28), the exhaust gas flow would at least partially bypass the V-blade (28) and the effect achieved would be significantly less. Said recesses preferably have a rectangular shape. The V-blade (28) is preferably located upstream of the baffle (12) to create a vortex flow, more specifically in the premix chamber (33). The V-shaped blade (28) is better illustrated in FIG. 9. As stated above, in the embodiment shown in FIG. 3, the V-shaped blade (28) is missing.

Камера (11) смешивания соединена с камерой (26) последующего смешивания, которая соединена по текучей среде с выпускным отверстием (15) для выхлопных газов. Как видно из чертежей, камера (11) смешивания физически расположена между камерой (26) последующего смешивания и выпускным отверстием (15) для выхлопных газов, так что соединение по текучей среде между камерой (26) последующего смешивания и выпускным отверстием (15) окружает наружную часть камеры (11) смешивания. Благодаря относительному расположению камеры (11) смешивания, камеры (26) последующего смешивания и выпускного отверстия (15) стенки камеры (11) смешивания снаружи нагреваются выхлопными газами, выходящими из камеры (26) последующего смешивания без необходимости в каком-либо обходном пути или т.п., что позволяет добиться компактности при минимизации рисков образования отложений, т.е. отложений кристаллизованной мочевины, и/или закупориваний, которые приводят к повышению обратного давления. Кроме того, в этом варианте осуществления камера (11) смешивания наклонена по направлению к выпускному отверстию (15) для выхлопных газов, в результате чего увеличивается ее длина, что способствует смешиванию выхлопных газов с жидкостью, впрыскиваемой дозирующим модулем (20), и образуется пространство для камеры (26) последующего смешивания в компактном корпусе (16).The mixing chamber (11) is connected to the post-mixing chamber (26), which is fluidly connected to the exhaust gas outlet (15). As can be seen from the drawings, the mixing chamber (11) is physically located between the post-mixing chamber (26) and the exhaust gas outlet (15), so that the fluid connection between the post-mixing chamber (26) and the exhaust port (15) surrounds the outer part of the mixing chamber (11). Due to the relative positioning of the mixing chamber (11), the post-mixing chamber (26) and the outlet (15), the walls of the mixing chamber (11) are externally heated by the exhaust gases leaving the post-mixing chamber (26) without the need for any workaround or the like. .p., which makes it possible to achieve compactness while minimizing the risk of deposits, i.e. deposits of crystallized urea, and/or blockages that lead to increased back pressure. Moreover, in this embodiment, the mixing chamber (11) is inclined towards the exhaust gas outlet (15), thereby increasing its length, which helps the exhaust gases mix with the liquid injected by the metering module (20), and creating a space for the subsequent mixing chamber (26) in a compact housing (16).

В показанном варианте осуществления камера (26) последующего смешивания расположена между камерой (11) смешивания и стенкой корпуса (16), а точнее между камерой (11) смешивания и задней стенкой корпуса (16), причем указанная задняя стенка расположена напротив впускного отверстия (14) и выпускного отверстия (15) устройства (3) для смешивания выхлопных газов. Указанная задняя стенка корпуса (16) предпочтительно является неплоской, например, изогнутой. Наличие неплоской задней стенки способствует повышению жесткости конструкции корпуса (16).In the embodiment shown, the post-mixing chamber (26) is located between the mixing chamber (11) and the wall of the housing (16), more specifically between the mixing chamber (11) and the rear wall of the housing (16), said rear wall being located opposite the inlet opening (14). ) and the outlet (15) of the device (3) for mixing exhaust gases. Said rear wall of the housing (16) is preferably non-flat, for example curved. The presence of a non-flat rear wall helps to increase the rigidity of the housing structure (16).

В показанном варианте осуществления корпус (16) образует впускную зону (22) и выпускную зону (23) рядом, соответственно, с впускным отверстием (14) и выпускным отверстием (15) для выхлопных газов.In the illustrated embodiment, the housing (16) defines an inlet area (22) and an outlet area (23) adjacent, respectively, to an inlet (14) and an outlet (15) for exhaust gases.

На фиг. 5 представлен покомпонентный вид в перспективе коллектора (8) потока, испарительного модуля (9) и камеры (11) смешивания согласно одному варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением. Испарительные лопатки (10) и фиксирующее кольцо (27), входящие в состав испарительного модуля (9), хорошо видны на этом покомпонентном виде. Камера смешивания в показанном варианте осуществления имеет расширяющуюся форму, которая является более узкой около испарительного модуля (9) и более широкой на противоположном конце. Перегородка (12) для создания вихревого потока камеры (11) смешивания содержит множество лопаток (24) для отклонения потока в радиальном направлении и множество лопаток (25) для отклонения потока наружу, расположенных по кругу и обращенных в сторону, обратную направлению к выпускному отверстию (15) для выхлопных газов, см. фиг. 3 и 4. Стрелками схематично показано направление потока выхлопного газа (13) при его выходе из камеры (11) смешивания через перегородку (12) для создания вихревого потока, а точнее, при выходе из камеры (11) смешивания через лопатки (24) для отклонения потока в радиальном направлении и лопатки (25) для отклонения потока наружу. Лопатки для отклонения потока наружу направляют выхлопные газы в камеру последующего смешивания, по существу обеспечивая их вихревое перемещение наружу, тогда как лопатки (24) для отклонения потока в радиальном направлении направляют выхлопные газы в камеру последующего смешивания, по существу обеспечивая их вихревое перемещение в радиальном направлении. Комбинирование указанных двух эффектов улучшает смешивание выхлопных газов.In fig. 5 is an exploded perspective view of a flow manifold (8), an evaporation module (9), and a mixing chamber (11) according to one embodiment of a mixing apparatus in accordance with the present invention. The evaporator vanes (10) and retaining ring (27) included in the evaporator module (9) are clearly visible in this exploded view. The mixing chamber in the illustrated embodiment has a flared shape that is narrower near the evaporation module (9) and wider at the opposite end. The partition (12) for creating a vortex flow of the mixing chamber (11) contains a plurality of blades (24) for deflecting the flow in the radial direction and a plurality of blades (25) for deflecting the flow outward, arranged in a circle and facing the direction opposite to the direction of the outlet ( 15) for exhaust gases, see Fig. 3 and 4. The arrows schematically show the direction of the exhaust gas flow (13) as it exits the mixing chamber (11) through the partition (12) to create a vortex flow, or more precisely, as it exits the mixing chamber (11) through the blades (24) to deflection of the flow in the radial direction and blades (25) to deflect the flow outward. The outward deflection vanes direct the exhaust gases into the post-mixing chamber, essentially allowing them to vortex outwards, while the radial deflection vanes (24) direct the exhaust gases into the post-mixing chamber, essentially causing them to vortex in a radial direction . The combination of these two effects improves the mixing of exhaust gases.

Поведение выхлопных газов при их прохождении через устройство (3) для смешивания согласно заявленному изобретению хорошо видно на фиг. 6, на которой показано графическое представление, полученное с применением гидродинамического вычислительного моделирования (Computational Fluid Dynamics, CFD), на виде сбоку (1000А) и виде сзади (1000В). Хотя на обоих указанных видах представлена только камера смешивания, моделирование было выполнено с учетом всех различных элементов, содержащихся в устройстве (3) для смешивания, показанном на фиг. 3. Описание будет представлено со ссылкой на элементы, показанные на фиг. 3. Коллектор (8) потока собирает поток выхлопного газа, поступающий через впускное отверстие (14), и увеличивает его скорость, в то же время направляя его к испарительному модулю (9), в котором испарительные лопатки (10) направляют его внутрь камеры (11) смешивания. Выхлопные газы выходят из камеры (11) смешивания через перегородку (12) для создания вихревого потока, т.е. через множество лопаток (24) для отклонения потока в радиальном направлении и лопаток (25) для отклонения потока наружу, поскольку нижнее выпускное отверстие (32) закрыто корпусом (16). Поток, выходящий из камеры (11) смешивания, направляется в камеру (26) последующего смеThe behavior of the exhaust gases as they pass through the mixing device (3) according to the claimed invention is clearly visible in Fig. 6, which shows a graphical representation obtained using Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling in a side view (1000A) and a rear view (1000B). Although both of these views show only the mixing chamber, the simulation was carried out taking into account all the different elements contained in the mixing device (3) shown in FIG. 3. Description will be provided with reference to the elements shown in FIG. 3. The flow manifold (8) collects the exhaust gas flow entering through the inlet (14) and increases its speed, while at the same time directing it to the evaporator module (9), in which the evaporator vanes (10) direct it into the chamber ( 11) mixing. The exhaust gases exit the mixing chamber (11) through the baffle (12) to create a vortex flow, i.e. through a plurality of blades (24) to deflect the flow in the radial direction and blades (25) to deflect the flow outward, since the lower outlet (32) is closed by the housing (16). The flow leaving the mixing chamber (11) is directed to the subsequent mixing chamber (26).

- 6 044921 шивания. В камере (26) последующего смешивания поток направляется к выпускному отверстию (15), при этом он ускоряется и окружает наружную часть камеры (11) смешивания, что дополнительно способствует смешиванию выхлопного газа. Вихревое перемещение выхлопного газа в камере (26) последующего смешивания обеспечивает лучшее смешивание выхлопного газа и удаление любых возможных отложений кристаллизованной мочевины или т.п. На виде сбоку (1000А) может показаться, что часть потока выходит из камеры (11) смешивания через проем (32). Однако это лишь визуальный эффект. В действительности корпус (16) направляет поток к лопаткам (24) для отклонения потока в радиальном направлении, расположенным в нижней части перегородки (12) для создания вихревого потока камеры (11) смешивания. Это хорошо видно на виде сзади (1000В).- 6 044921 sewing. In the post-mixing chamber (26), the flow is directed to the outlet (15), whereby it accelerates and surrounds the outer part of the mixing chamber (11), which further promotes mixing of the exhaust gas. The vortex movement of the exhaust gas in the post-mixing chamber (26) ensures better mixing of the exhaust gas and removal of any possible deposits of crystallized urea or the like. In the side view (1000A), it may appear that part of the flow exits the mixing chamber (11) through the opening (32). However, this is only a visual effect. In effect, the housing (16) directs the flow to radial deflection vanes (24) located at the bottom of the baffle (12) to create a vortex flow in the mixing chamber (11). This is clearly visible in the rear view (1000V).

На фиг. 7 показан вид в перспективе коллектора (8) потока устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением. Коллектор потока действует как насадка, и хотя в показанном варианте осуществления его впускное отверстие имеет прямоугольную форму, в других вариантах осуществления впускное отверстие может иметь другую геометрическую конфигурацию, например, треугольную, овальную, эллипсоидную, шестиугольную, восьмиугольную и т.д. Выпускное отверстие коллектора (8) потока должно иметь такую же геометрическую конфигурацию, что и испарительный модуль. Указанная конфигурация предпочтительно является цилиндрической. Коллектор (8) потока предпочтительно выпрессовывают, обрезают и приваривают к камере (9) смешивания и испарительному модулю (9) с образованием единой детали, называемой подузлом смешивания.In fig. 7 is a perspective view of a flow manifold (8) of a mixing device in accordance with the present invention. The flow manifold acts as a nozzle, and although in the illustrated embodiment its inlet port is rectangular in shape, in other embodiments the inlet port may have other geometric configurations, such as triangular, oval, ellipsoidal, hexagonal, octagonal, etc. The outlet of the flow manifold (8) must have the same geometric configuration as the evaporator module. Said configuration is preferably cylindrical. The flow manifold (8) is preferably pressed out, cut and welded to the mixing chamber (9) and the evaporation module (9) to form a single piece called the mixing subassembly.

На фиг. 8 показан вид в перспективе испарительного модуля (9) устройства для смешивания согласно настоящему изобретению.In fig. 8 is a perspective view of the evaporation module (9) of the mixing device according to the present invention.

Испарительный модуль (9) содержит фиксирующее кольцо (27), в которое вставлены испарительные лопатки (10). Испарительные лопатки (10) предпочтительно вырезают и запрессовывают в форму. Испарительные лопатки (10) предпочтительно параллельны друг другу.The evaporation module (9) contains a fixing ring (27), into which evaporation blades (10) are inserted. The evaporator blades (10) are preferably cut and pressed into a mold. The evaporation blades (10) are preferably parallel to each other.

На фиг. 9 показан вид сбоку (2000А), спереди (2000В), сверху (2000С) и в перспективе (2000D) Vобразной лопатки (28) устройства (3) для смешивания согласно настоящему изобретению. V-образная лопатка (28) в показанном варианте осуществления представляет собой прямоугольную пластину, изогнутую вдоль ее продольной оси и имеющую две прямоугольных выемки, расположенных на противоположных сторонах V-образной лопатки (28), причем указанные выемки расположены асимметрично, т.е., если, например, смотреть сверху (2000С), одна выемка находится в верхней левой части V-образной лопатки (28), а другая выемка - в ее нижней правой части.In fig. 9 shows a side (2000A), front (2000B), top (2000C) and perspective (2000D) view of a V-shaped blade (28) of a mixing device (3) according to the present invention. The V-blade (28) in the illustrated embodiment is a rectangular plate curved along its longitudinal axis and having two rectangular recesses located on opposite sides of the V-blade (28), said recesses being arranged asymmetrically, i.e. if, for example, viewed from above (2000C), one notch is on the upper left side of the V-blade (28) and the other notch is on the lower right side.

На фиг. 10 показан покомпонентный вид в перспективе камеры (11) смешивания устройства (3) для смешивания в соответствии с настоящим изобретением. Устройство (11) для смешивания в показанном варианте осуществления содержит трубчатую секцию (31), V-образную лопатку (28), заднюю часть (29) и часть (30) со стороны каталитического нейтрализатора. Задняя часть (29), которая обращена к камере (26) последующего смешивания, см. фиг. 3 и 4, содержит перегородку (12) для создания вихревого потока, которая, в свою очередь, содержит множество лопаток (24) для отклонения потока в радиальном направлении и лопаток (25) для отклонения потока наружу.In fig. 10 is an exploded perspective view of the mixing chamber (11) of the mixing device (3) in accordance with the present invention. The mixing device (11) in the illustrated embodiment comprises a tubular section (31), a V-blade (28), a rear portion (29) and a catalytic converter side portion (30). The rear part (29), which faces the post-mixing chamber (26), see FIG. 3 and 4, contains a partition (12) for creating a vortex flow, which, in turn, contains a plurality of blades (24) for deflecting the flow in the radial direction and blades (25) for deflecting the flow outward.

Камера (11) смешивания может быть собрана из двух выпрессованных частей (29, 30) и одной цилиндрической секции (31). Задняя часть (29) может быть выпрессована, а затем отклоняющие лопатки (24, 25) перегородки (12) для создания вихревого потока могут быть вырезаны лазером или вырублены. После вырезания или вырубки лопатки могут быть выпрессованы, а затем обрезаны. Часть (30) со стороны каталитического нейтрализатора может быть выпрессована за один этап прессования. Подобно отклоняющим лопаткам (24, 25) перегородки (12) для создания вихревого потока выемки V-образной лопатки (28) могут быть вырублены или вырезаны лазером. Когда будут подготовлены задняя часть (29), часть (30) со стороны каталитического нейтрализатора и V-образная лопатка (28), V-образная лопатка (28) может быть размещена в любой из указанных двух частей (29, 30) и приварена к ней. Затем Vобразная лопатка (28) может быть приварена к другой части и обе части (29, 30) могут быть приварены друг к другу. После этого к верхней стороне может быть приварена трубчатая секция (31), выполняющая функцию соединительного интерфейса с испарительным модулем (9). После сборки коллектора (8) потока, испарительного модуля (9) и камеры (11) смешивания их можно соединить друг с другом, предпочтительно с применением сварки, с образованием, таким образом, подузла смешивания.The mixing chamber (11) can be assembled from two pressed parts (29, 30) and one cylindrical section (31). The rear section (29) can be pressed out and then the deflector blades (24, 25) of the baffle (12) can be laser cut or punched out to create a vortex flow. After cutting or punching, the blades can be pressed out and then trimmed. The catalytic converter side part (30) can be pressed out in one pressing step. Like the deflector blades (24, 25), the baffles (12) can be punched or laser cut to create a vortex flow. Once the rear section (29), catalytic converter side section (30) and V-blade (28) are prepared, the V-blade (28) can be placed in either of the two sections (29, 30) and welded to her. The V-blade (28) can then be welded to the other part and both parts (29, 30) can be welded to each other. A tubular section (31) can then be welded to the top side to act as a connecting interface to the evaporator module (9). Once the flow manifold (8), evaporation module (9) and mixing chamber (11) have been assembled, they can be connected to each other, preferably by welding, thereby forming a mixing sub-assembly.

На фиг. 11 показан вид сверху собранной камеры (11) смешивания согласно варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением. Как видно из чертежей, Vобразная лопатка (28) расположена диаметрально по отношению к впускному отверстию камеры (11) смешивания.In fig. 11 is a top view of an assembled mixing chamber (11) according to an embodiment of a mixing apparatus according to the present invention. As can be seen from the drawings, the V-shaped blade (28) is located diametrically with respect to the inlet opening of the mixing chamber (11).

На фиг. 12 показан способ сборки согласно варианту осуществления устройства для смешивания в соответствии с настоящим изобретением. Подузел смешивания может быть вставлен в заднюю половину (200) корпуса (16), которая может быть изготовлена путем прессования. Камера (11) смешивания может дополнительно содержать выступы, которые могут проходить через соответствующие прорези в корпусе (16) устройства для смешивания таким образом, чтобы их можно было приварить снаружи. Эти сварные соединения имеют обозначение (W2) на фиг. 10. После того, как задняя половина (200) и подузел смешивания будут приварены друг к другу, передняя половина (100) может быть соединена с задней половинойIn fig. 12 shows an assembly method according to an embodiment of a mixing device according to the present invention. The mixing sub-assembly may be inserted into the rear half (200) of the housing (16), which may be molded. The mixing chamber (11) may further comprise projections that may extend through corresponding slots in the mixing device body (16) so that they can be welded externally. These welds are designated (W2) in FIG. 10. Once the rear half (200) and the mixing sub-assembly are welded together, the front half (100) can be connected to the rear half

--

Claims

(200), preferably using welding. The weld line between the front half (100) and the rear half (200) is indicated by a reference symbol (S). The next step in the assembly process may include performing a weld (W1) to connect the mixing chamber (11) to the front half (100) of the housing (16). Said welded joint (W1) is preferably made through the outlet (15) of the mixing system.

All references, including publications, patent applications and patents, referenced herein are incorporated herein by reference to the same extent as if each reference had been individually and specifically indicated for inclusion by reference and set forth herein in its entirety.

All headings and subheadings are used herein for convenience only and are not intended to limit the present invention in any way.

Moreover, any combination of the above-described elements in all possible embodiments is included in the scope of the invention, unless otherwise indicated herein or clearly contrary to the context.

The presentation of ranges of values herein is intended solely for the purpose of facilitating individual reference to each value within the range unless otherwise indicated, and each individual value is included in the description as if it were presented separately. Unless otherwise stated, all exact values provided herein are representative of the corresponding approximate values (e.g., all exemplary exact values provided for a particular factor or measurement may also be considered to provide the corresponding approximate measurement value, modified approximately, for appropriate cases).

All methods described herein may be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise unless clearly inconsistent with the context.

The grammatical expressions of the singular form used in the context of the description of the present invention are to be construed to include both the singular and the plural unless otherwise indicated herein or unless clearly inconsistent with the context. Thus, the use of the singular may mean at least one or one or more.

The term and/or as used herein should be considered to cover both alternatives as well as each of the alternatives individually. For example, the expression xxx and/or yyy means xxx and yyy; xxx; or yyy, with all three alternatives corresponding to separate embodiments.

The use of any or all examples or citations (eg, such as) herein are intended solely to better disclose the invention and do not limit the scope of the present invention unless otherwise indicated. Nothing in the specification should be construed as indicating that any element is essential to the practice of the invention unless expressly stated otherwise.

The citation and inclusion of patent documents herein are for convenience only and do not reflect any view as to the validity, patentability and/or enforceability of such patent documents.

The description herein of any aspect or embodiment of the invention using terms such as comprising, having, or including by reference to an element or elements is intended to support a similar aspect or embodiment of the invention that consists of, consists essentially of, or essentially contains the specified specific element or elements, unless otherwise indicated or clearly contrary to the context (for example, a description herein of a structure containing a specified element also describes a construction consisting of the specified element, unless otherwise indicated or clearly contrary to the context).

The present invention covers all modifications and equivalents of the subject matter set forth in the aspects or claims set forth herein to the maximum extent permitted by applicable law.

The features disclosed in the above description may, either individually or in any combination thereof, constitute material for practicing the invention in its various forms.

CLAIM

1. A device for evaporating a stream of liquid and subsequently mixing it with exhaust gases from an internal combustion engine, comprising a housing that includes an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet located on one side of the housing, and further comprising:

a flow manifold for directing exhaust gases to the vaporization module and a mixing chamber located downstream of the vaporization module;

wherein the evaporation module is fluidly connected to the interior of the mixing chamber and provides access to its interior;

the mixing chamber provides access to the post-mixing chamber, and the post-mixing chamber has a fluid connection to the exhaust gas outlet;

characterized in that the mixing chamber is physically located between the post-mixing chamber and the exhaust gas outlet such that the fluid connection between the post-mixing chamber and the outlet surrounds the outside of the mixing chamber, the post-mixing chamber being located between the mixing chamber and the wall of the housing, and the mixing chamber is located in the direction of the flow of exhaust gases leaving the evaporator module, and the mixing chamber is inclined relative to the housing.

2. The device according to claim 1, characterized in that the mixing chamber contains a partition for creating a vortex flow, which contains a plurality of openings facing in a direction opposite to the exhaust gas outlet.

3. The device according to claim 2, characterized in that the plurality of openings contain blades for deflecting the flow in the radial direction and blades for deflecting the flow outward.

4. The device according to claim 3, characterized in that the blades for deflecting the flow in the radial direction surround the blades for deflecting the flow outward.

5. A device according to claim 3 or 4, characterized in that the blades for deflecting the flow in the radial direction and/or the blades for deflecting the flow outward are located around the circumference.

6. The device according to any of the preceding claims, characterized in that the mixing chamber has an expanding shape that is narrower near the evaporation module and wider at the opposite end.

7. The apparatus of claim 6, wherein the outer walls of the narrower portion of the mixing chamber define a flow passage for exhaust gases between the post-mixing chamber and the outlet.

8. A device according to any one of claims 2 to 7, characterized in that inside the mixing chamber there is a pre-mixing chamber located downstream of the evaporation module and upstream of the baffle to create a vortex flow.

9. The device according to any of the preceding claims, characterized in that the post-mixing chamber is shaped to allow the passage and acceleration of the flow of exhaust gases around the outside of the mixing chamber.

10. The device according to any of the preceding claims, characterized in that the evaporator module contains a plurality of parallel evaporator blades for directing the flow of exhaust gases to the mixing chamber, as well as for serving as a surface on which droplets of the liquid jet impact, and for enhancing the evaporation of the liquid jet in traffic fumes.

11. The device according to claim 10, characterized in that the evaporation blades are curved.

12. The device according to claim 2, characterized in that the mixing chamber additionally contains a V-shaped blade for distributing a stream of liquid and a gaseous reducing agent around the circumference along the primary axis of the evaporation module.

13. The device according to claim 12, characterized in that the V-shaped blade contains two holes for the passage of exhaust gas through them, and these holes are asymmetrically placed on opposite sides of the V-shaped blade.

14. The device according to claim 13, characterized in that said holes have the form of recesses along the profile of the sides of the V-shaped blade.

15. A device according to any one of claims 12, 13, characterized in that the V-shaped blade is located upstream of the baffle to create a vortex flow.

16. A device according to any of the preceding paragraphs, characterized in that the housing is U-shaped.

17. A device according to any of the preceding paragraphs, characterized in that the flow collector, evaporation module, mixing chamber and post-mixing chamber are located inside the device body.

18. The device according to any of the preceding paragraphs, characterized in that the flow collector, evaporation module and mixing chamber are made in the form of a single part inserted into the housing.

19. A device according to any of the preceding claims, characterized in that the flow collector, evaporation module and mixing chamber form a single path for the flow of exhaust gases.

20. The device according to any of the preceding claims, characterized in that it further comprises an outlet zone located between the mixing chamber and the exhaust gas outlet.

21. The device according to any of the preceding claims, characterized in that it further comprises a metering module for introducing liquid into the exhaust gases located between the exhaust gas inlet and the evaporation module.

22. The device according to claim 21, characterized in that said metering module is located upstream of the flow manifold.

-