SE1050194A1 - Blandare för ett huvudflöde och ett däri injekterat tillsatsflöde - Google Patents

Abstract

SAM I\/IAN D RAG Blandare (10) för ett huvudflöde (M) och ett däri injekterat tillsatsflöde (A) i en fluid-ledning (52, 52') hos en förbränningsmotor (50), innefattande en uppsättning flödes-styrande element (12) fördelade över ett tvärsnitt av blandaren. Enligt uppfinningenär till varandra angränsande element (12) i uppsättningen genomgående utformadeför att alstra virvlar (v) med skilda rotationsaxlar (54) och med inbördes motsatt rota- tionsriktning i ett resulterande flöde i fluidledningen (52). (Flo. 1)

Description

10 15 20 25 30 2 Enligt en betraktelse av uppfinningen utmärks blandaren av att till varandra angrän- sande element i uppsättningen är genomgående utformade för att alstra virvlar med skilda rotationsaxlar och med inbördes motsatt rotationsriktning i ett resulterande flö- de i fluidledningen. Genom att på detta sätt de angränsande virvlarna roterar i mot- satt riktning uppstår ingen skjuvzon som bromsar virvlarna, så att de kan fortsätta och blanda fluiderna över en längre sträcka i ledningen.

Blandaren kan utformas i ett flertal fördelaktiga utföringsformer.

Enligt en utföringsform kan elementen vara förbundna med en gemensam stomme.

Stommen kan dä antingen vara anordnad att direkt förbindas med en insida av fluid- ledningen eller att via en hållare förbindas med fluidledningen.

En enkel och kostnadseffektiv konstruktion kan åstadkommas om elementen är ut- formade i ett stycke med stommen.

Blandaren kan vidare vara fjädrande förspänd mot insidan av fluidledningen. Blanda- ren kan då enkelt monteras utan fästelement i fluidledningen.

Blandaren kan vidare ha en hållare för förbindning av blandaren med en injektor för tillsatsflödet. Därigenom kan blandaren och injektorn bilda en förberedd enhet som kan förenkla monteringen i fluidledningen.

Elementen kan typiskt vara ringformigt koncentriskt fördelade i tvärsnittet, eventuellt nära mitten av tvärsnittet.

Elementen kan vidare innefatta långsträckta bladelement, vridna omkring en längd- axel. De kan då vara bildade exempelvis avi omkretsriktning intilliggande flikar hos ovannämnda gemensamma stomme, vilka flikar är framställda från ett i ena änden slitsat rörstycke och vridna i inbördes motsatta riktningar.

Elementen kan även innefatta olika typer av virvelgeneratorer, s.k. vortex generators. 10 15 20 25 30 3 Andra särdrag och fördelar med uppfinningen framgår av patentkraven och följande beskrivning av utföringsexempel.

KORTFATTAD RITNINGSBESKRIVNING FIG. 1 är en schematisk planvy, delvis i snitt, visande en generell blandare enligt uppfinningen i en avgasledning hos en förbränningsmotor; FIG. 2 är en vy bakifrån av en blandare enligt en utföringsform av uppfinningen; FIG. 3 är en vy snett bakifrån av en blandare enligt FIG. 1; FIG. 4 är en perspektivvy snett framifrån och delvis i snitt av en blandare enligt FIG. 2 och 3 monterad i en avgasledning tillsammans med en injektor för en tillsats- fluid; FIG. 5 är en perspektivvy framifrån av en annan utföringsform av en blandare enligt uppfinningen, monterad i en sektion av en avgasledning; FIG. 6 är en perspektivvy snett bakifrån och delvis i snitt av ytterligare en utförings- form av en blandare enligt uppfinningen, monterad i en avgasledning; FIG. 7 är en vy snett från sidan med bortskurna delar av ett flödesstyrande element hos en blandare av ytterligare en utföringsform enligt uppfinningen; och FIG. 8 är en perspektivvy snett bakifrån av en blandare av ännu en utföringsform en- ligt uppfinningen.

På ritningen används när så är möjligt lika hänvisningstal för delar med lika eller lik- nande funktion.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEIVIPEL I FIG. 1 visas allmänt en blandare 10 införlivad i en fluidledning 52 hos en förbrän- ningsmotor 50 för att blanda ett huvudflöde l\/I med ett tillsatsflöde A. Närmare be- stämt ingår blandaren 10 i FIG. 1 i ett SCR-system där den är anordnad i ett avgasrör 52 hos en dieselmotor i ett motorfordon 80, för att blanda ett huvudflöde M av avga- ser med ett injekterat tillsatsflöde A av urea. Det resulterande blandade flödet ska efterbehandlas i en katalytisk omvandlare 58 för kväveoxider, som kan vara anord- nad i en ljuddämpare 56. Som ovan omnämnts kan en blandare emellertid även an- 10 15 20 25 30 4 vändas för blandning av andra, ej visade kombinationer av gas- och vätskeformiga flöden hos en förbränningsmotor.

Tillsatsflödet A injekteras i huvudflödet genom ett spraymunstycke 72 hos en spridare eller injektor 70, som på ej närmare visat känt sätt är fast monterad inuti avgasröret 52. lnjektorn 70 är förbunden med en ledning 64 som hämtar en tillsatsfluid i form av flytande urea från en behållare 60. I ledningen 64 finns en pump 62 för att trycksätta tillsatsfluiden. Munstycket 72 kan typiskt ha en spraykaraktär med en relativt kort räckvidd och relativt små droppar, och kan vara placerat relativt nära blandaren 10.

Som närmare framgår av FIG. 2-8, har en blandare 10 en uppsättning av ett flertal flödesstyrande element 12, som är fördelade över ett tvärsnitt av blandaren 10 eller avgasröret 52. Som antyds i FIG. 1 och 7, är de flödesstyrande elementen 12 vart och ett utformat för att omkring skilda rotationsaxlar 54 alstra virvlar v som blandar tillsatsflödet med huvudflödet. intilliggande flödesstyrande element 12 i tvärsnittet är dessutom genomgående utformade för att ge virvlarna v en inbördes motsatt rota- tionsriktning omkring de skilda axlarna 54.

Blandaren 10 och de flödesstyrande elementen 12 kan vara utformade på många olika sätt inom ramen för uppfinningen.

I utföringsformen enligt FIG. 2-4 innefattar blandaren 10 ett rörstycke av metall, som från en nedströmsände försetts med ett jämnt antal, t.ex. åtta, längsgående slitsar.

De mellan slitsarna avgränsade flikarna har därefter vridits omkring sina längdaxlari efter varandra omväxlande motsatta riktningar. De på detta sätt vridna flikarna bildar därmed en koaxiell uppsättning virvelbildande element 12 enligt uppfinningen.

Den kvarvarande uppströmsdelen av blandaren 10 bildar en stomme 16 som kan tjäna till att förankra blandaren 10 i avgasröret. I utföringsformen visad i FIG. 4 inne- fattar blandaren 10 ett antal ekrar eller radiella stödflänsar 18 som sträcker sig mellan stommen 16 och en yttre cylindrisk hållare 20. Hållaren 20 i FIG. 4, liksom var och en av hållarna 20 i FIG. 5-7, kan vara fast förbunden med avgasrörets 52 insida med lämpliga, ej visade fästorgan. Den kan även vara fastlödd eller svetsad till avgasröret 52, eller även vara expanderad genom värme eller fjäderkraft för fixering mot avgas- 10 15 20 25 30 5 rörets 52 insida. I det senare fallet kan hållaren 20 även vara upptagen i ett ej visat omkretsspår vid insidan. Som antyds i FIG. 1 är det även möjligt att låta blandare 10 och injektor 70 vara förinstallerade i ett separat rörstycke 52' hos avgasledningen 52.

I utföringsformerna visade i FIG. 5-7 är de flödesstyrande elementen 12 utformade som virvelgeneratorer av typ ”vortex generator”. En sådan virvelgenerator kan be- skrivas som en aerodynamisk yta innefattande ett litet blad som alstrar ett virvelflöde, dvs. ett roterande, ofta turbulent fluidflöde. Virvelflödet alstras genom att bladet bildar en attackvinkel mot det anströmmande flödet.

I utföringsformen enligt FIG. 5 innefattar virvelgeneratorerna en uppsättning av ett jämnt antal radiellt inàtriktade element 12, däri omkretsriktningen intilliggande ele- ment 12 med sina huvudplan är svagt vinklade i motsatta riktningar bort från avgas- ledningens 52 axel. De virvlar som alstras vid de fria ändarna av de intilliggande ele- menten 12, kommer då att ha olika rotationsriktningar.

I utföringsformen enligt FIG. 6 är blandaren 10 formad i ett stycke av ett band av elastiskt material, såsom fjäderstäl. Även i detta fall kan de båda i omkretsriktningen intilliggande virvelgeneratorerna 12 anses vara vinklade i motsatta riktningar från av- gasrörets 52 axel, så att de kommer att alstra varandra motriktade virvlar i ett resulte- rande flöde genom avgasröret 52. Blandarens 10 stomme eller hållare 20 kan fast- hållas mot avgasrörets 52 insida genom inneboende radiellt riktad fjäderkraft.

I utföringsformen enligt FIG. 7 är varje virvelgenerator 12 (endast en visas med hel- dragna linjer) utformad som en dubbel virvelgenerator av triangulär deltatyp, så att den alstrar en virvel v vid varje bakkantshörn. Om stommen eller hållaren 20 resp.16 är anordnad koncentriskt och med avstånd till insidan av det ej visade avgasröret kan virvelgeneratorerna 12 även vara dubblerade i radieli riktning, som antyds med streckprickat utritade linjer i FIG. 7. Ett sådant dubblerat arrangemang av virvelgene- ratorer 12 är naturligtvis även möjligt för den ovan i samband med FIG. 5 beskrivna blandaren 10. 10 15 20 6 Ovan beskrivna virvelgeneratorer 12 kan även ha en ej visad krökt profil, liksom en styrskena (guide vane), och även virvelgeneratorernai FIG. 5 och 6 kan ha delta- eller triangulär form.

I FIG. 8 visas möjligheten att låta blandaren 10 vara fast förbunden med injektorn 70 via en hållare 20. Hållaren 20 kan exempelvis vara utformad som en bur, vilken på lämpligt sätt är fastsatt vid injektorn 70, t.ex. genom ej visade ekrar.

Ovan detaljerade beskrivning är i första hand avsedd att underlätta förståelsen och några onödiga begränsningar av uppfinningen ska inte uttolkas därifrån. De modifika- tioner som blir uppenbara för en fackman vid genomgång av beskrivningen kan genomföras utan avvikelse från uppfinningstanken eller omfånget av efterföljande patentkrav. Som några exempel på modifikationer kan nämnas att blandaren kan på analogt sätt utnyttjas för att i ett EG R-system för en förbränningsmotor blanda avga- ser med friskluft som tillförs motorn. Vidare kan motorn utgöras av andra typer av förbränningsmotorer såsom en ottomotor. I stället för att blanda urea i avgaserna kan det vara fråga om att blanda andra typer av medium i ett SCR-system såsom ammo- niak eller lösningar innehållande ammoniak. I vissa avgasreningssystem ingår ett filter som uppfångar partiklar i avgasströmmen, vilket filter kan rengöras genom in- sprutning av ett kolväte (bränsle) i avgasströmmen för att i likhet med en förbränning höja avgastemperaturen. Även för detta ändamål kan en ovan beskriven blandare utnyttjas.

Claims (10)

10 15 20 25 30 PATENTKRAV

1. Blandare (10) för ett huvudflöde (M) och ett däri injekterat tillsatsflöde (A) i en fluid- ledning (52, 52”) nos en förbränningsmotor (50), innefattande en uppsättning flödes- styrande element (12) fördelade över ett tvärsnitt av blandaren, k ä n n e t e c k - n a d av att till varandra angränsande element (12) i uppsättningen är genomgåen- de utformade för att alstra virvlar (v) med skilda rotationsaxlar (54) och med inbördes motsatt rotationsriktning i ett resulterande flöde i fluidledningen (52).

2. Blandare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av elementen (12) är förbundna med en gemensam stomme (16, 20).

3. Blandare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att stommen (20) är anordnad att förbindas med en insida av fluidledningen (52).

4. Blandare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av en hållare (20) för förbindning av blandaren (10) vid fluidledningen (52).

5. Blandare enligt något av krav 2-4, k ä n n e t e c k n a d av att elementen (12) är utformade i ett stycke med stommen (16, 20).

6. Blandare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den är fjädrande förspänd mot insidan av fluidledningen (52).

7. Blandare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av en hållare (20) för förbindning av blandaren (10) med en injektor (70) för tillsatsflödet.

8. Blandare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att elemen- ten (12) är ringformigt koncentriskt fördelade i tvärsnittet.

9. Blandare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att elemen- ten (12) innefattar långsträckta bladelement, vridna omkring en längdaxel. 8

10. Blandare enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att ele- menten (12) innefattar element av typ vortex generator.