WO2013087852A2 - Mischereinrichtung - Google Patents
MischereinrichtungInfo
- Publication number
- WO2013087852A2 WO2013087852A2 PCT/EP2012/075576 EP2012075576W WO2013087852A2 WO 2013087852 A2 WO2013087852 A2 WO 2013087852A2 EP 2012075576 W EP2012075576 W EP 2012075576W WO 2013087852 A2 WO2013087852 A2 WO 2013087852A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- mixer
- region
- blades
- mixing device
- doing
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
- 238000001149 thermolysis Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/4315—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being deformed flat pieces of material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/4316—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor the baffles being flat pieces of material, e.g. intermeshing, fixed to the wall or fixed on a central rod
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/43197—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor characterised by the mounting of the baffles or obstructions
- B01F25/431974—Support members, e.g. tubular collars, with projecting baffles fitted inside the mixing tube or adjacent to the inner wall
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2892—Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
- F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischereinrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit. Die Mischereinrichtung weist eine Mehrzahl von die Strömungsrichtung des Gasstroms beeinflussenden Mischerschaufeln auf, die sich insbesondere von einer Mittenachse der Mischereinrichtung in radialer Richtung erstrecken. Ferner weist die Mischereinrichtung einen in Umfangsrichtung verlaufenden Befestigungsring auf, der einen radial außerhalb des Befestigungsrings liegenden Außenbereich und einen radial innerhalb des Befestigungsrings liegenden Innenbereich der Mischereinrichtung definiert. Sowohl in dem Innenbereich als auch in dem Außenbereich sind Mischerschaufeln angeordnet.
Description
Mischereinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischereinrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit.
Das Problem, eine Flüssigkeit in geeigneter Form zuverlässig in einem Gasstrom zu verdampfen und zu verteilen, um beispielsweise eine chemische Reaktion von Komponenten des Gasstroms mit Komponenten der verdampften Flüssigkeit zu ermöglichen, stellt sich in vielen Anwendungs- bereichen. In der Abgastechnik stellt sich dieses Problem beispielsweise im Zusammenhang mit dem SCR- Verfahren, bei dem eine wässrige Harn- stofflösung in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird, zum Beispiel mittels einer Dosierpumpe oder eines Injektors. Durch Thermolyse und Hydrolyse entstehen aus der Harnstofflösung Ammoniak und CO2. Das so erzeugte Ammoniak kann in einem geeigneten Katalysator mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden reagieren, die so effizient aus dem Abgas entfernt werden.
Bei diesem Verfahren ist es von besonderer Relevanz, dass die Harnstoff- lösung in einem geeigneten Verhältnis zu der im Abgas enthaltenen Stickoxidmenge zugeführt wird. Außerdem ist es von großer Bedeutung, dass die in den Abgasstrom eingebrachte Harnstofflösung möglichst vollständig verdampft und in dem Abgasstrom gleichmäßig verteilt wird. Zu diesem
Zweck ist in Strömungsrichtung hinter dem Einbringungspunkt der Flüssigkeit oftmals eine Mischereinrichtung vorgesehen.
Auch in anderen Bereichen als der Abgastechnik kann das Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom eingebrachten Flüssigkeit von Relevanz sein, um beispielsweise bestimmte chemische Reaktionen effizienter zu gestalten. Mischereinrichtungen der vorstehend genannten Art können ferner auch lediglich zur Durchmischung eines Gasstroms vorgesehen sein, beispielsweise um einen verschiedene gasförmige Komponenten ent- haltenden Gasstrom zu homogenisieren.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass Mischereinrichtungen der genannten Art in einer Vielzahl von Bereichen zur Anwendung gelangen können. In vielen Fällen werden sie in einen Rohrabschnitt oder in ein Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt eingebaut. Derartige Mischereinrichtungen weisen daher zumeist einen zylinderförmigen Außenring auf, an dessen Innenseite Mischerschaufeln angelötet sind, die die Strömung des Gasstroms beeinflussen, um die vorstehend beschriebene Durchmischung eines Gasstroms zu erzielen. In einem Bereich um die Mittenachse der Mischereinrichtung sind die Mischerschaufeln ebenfalls relativ zueinander fixiert.
In einigen Fällen müssen Mischereinrichtungen jedoch in Rohrleitungen oder Gehäuse integriert werden, die keinen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise werden für bestimmte bauraumoptimierte und/oder strömungsmechanisch optimierte motornahe SCR-Systeme Mischereinrichtungen mit nicht-kreisförmigem Querschnitt benötigt, beispielsweise mit ovalem, N-eckigem oder mit beliebigem anderen Querschnitt.
Die bei Mischereinrichtungen mit kreisförmigem Querschnitt herkömmlicherweise verwendeten Fertigungsverfahren lassen sich nur unter hohem finanziellen Aufwand auf Mischereinrichtungen mit beliebiger Querschnittsform übertragen. Dazu müssten nämlich für jede Querschnitts- form ein eigener Außenring geschaffen und die Fertigungsabläufe zum Anlöten der Mischerschaufeln abgewandelt werden. Außerdem sind die Abmessungen der Mischerschaufeln bei Mischereinrichtungen mit nichtkreisförmigem Querschnitt eine Funktion ihrer Position in Umfangsrich- tung. Es müssen daher unterschiedliche Mischerschaufeln mit verschie- denen Abmessungen bereitgehalten und bei der Montage der Mischereinrichtung jeweils an der richtigen Position verbaut werden, was sehr aufwändig ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischerein- richtung der vorstehend beschriebenen Art zu schaffen, die einerseits hohen Anforderungen hinsichtlich mechanischer Stabilität und Durchmischungswirkung gerecht wird, die andererseits aber auch auf einfache Weise mit den unterschiedlichsten Querschnittsgeometrien herstellbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Mischereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß weist die Mischereinrichtung eine Mehrzahl von die Strömungsrichtung des Gasstroms beeinflussenden Mischerschaufeln auf, die sich insbesondere von einer Mittenachse der Mischereinrichtung in radialer Richtung erstrecken. Ferner ist ein in Umfangsrichtung verlaufender Befestigungsring vorgesehen, der einen radial außerhalb des Befestigungsrings liegenden Außenbereich und einen radial innerhalb des Befestigungsrings liegenden Innenbereich der Mischereinrichtung definiert.
Sowohl in dem Innenbereich als auch in dem Außenbereich sind Mischerschaufeln angeordnet.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Mischereinrichtung ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Mischerschaufeln an einem die Geometrie der Mischereinrichtung definierenden Außenring befestigt sind. Der Befestigungsring gemäß der vorstehend angegebenen Definition bietet eine Befestigungsmöglichkeit für die Mischerschaufeln, die im Vergleich zu einem solchen Außenring zumindest abschnittsweise radial nach innen versetzt ist. Dadurch entstehen zwei unterschiedliche Bereiche - nämlich der Innenbereich und der Außenbereich -, die beide mit Mischerschaufeln versehen sind. Um eine Querschnittsgeometrie der Mischereinrichtung an die gewünschte Form anzupassen, können bei der Herstellung der Mischereinrichtung beispielsweise für den Außenbereich in einem ersten Schritt identische Mischerschaufeln des Außenbereichs vorgesehen sein, die anschließend entsprechend zugeschnitten werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Mischerschaufeln des Innenbereichs mit ihrem radial außen liegenden Ende an dem Befestigungsring befestigt. Alternativ oder zusätzlich können die Mischerschaufeln des Außenbereichs mit ihrem radial innen liegenden Ende an dem Befestigungs- ring befestigt sein. Grundsätzlich kann beispielsweise bei einer kreisfömi- gen Ausgestaltung des Befestigungsrings für den Innenbereich dasselbe Fertigungsverfahren zum Einsatz gelangen wie bei herkömmlichen Mischereinrichtungen mit kreisförmiger Querschnittsgeometrie. Die Mischerschaufeln des Außenbereichs können auf einfache Weise von außen an dem Befestigungsring befestigt werden. Diese können bei Bedarf in
geeigneter Weise "gestutzt" werden, sodass die Mischereinrichtung die gewünschte Querschnittsgeometrie erhält.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Mischerschaufeln des Außenbereichs einstückig mit Mischerschaufeln des Innenbereichs ausgebildet ist.
Grundsätzlich kann der Befestigungsring Schlitze aufweisen, sodass er auf die Mischerschaufeln aufgesteckt und - falls erforderlich - dort fixiert werden kann. Fertigungstechnisch einfacher ist es jedoch in vielen Fällen, wenn die Mischerschaufeln jeweils einen zwischen ihrem radial außen liegenden Ende und ihrem radial innen liegenden Ende einen Schlitz aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass der Befestigungsring in die Schlitze der Mischerschaufeln einsetzbar ist, wobei sich die Schlitze insbeson- dere im Wesentlichen parallel zu einer Mittenachse der Mischereinrichtung erstrecken. Mit anderen Worten nehmen die Mischerschaufeln den Befestigungsring auf. Durch eine Fixierung einiger oder aller Mischerschaufeln an dem Befestigungsring stabilisiert dieser die Mischerschaufeln untereinander.
Die Mischereinrichtung kann ein Blechbauteil sein, um den Herstellungs- prozess zu vereinfachen und die damit verbundenen Kosten zu minimieren. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Mischereinrichtung aus einem Innenbauteil und einem separat gefertigten Außenbauteil zusammengesetzt. Das Innenbauteil ist eine Mischereinrichtung mit insbesondere kreisförmigem Außenumfang. Das Außenbauteil weist eine Ausnehmung auf, die zur Aufnahme des Innenbauteils ausgebildet ist und die durch den Befestigungsring begrenzt ist. Das Innenbauteil kann bei-
spielsweise eine herkömmliche Mischereinrichtung sein. Diese wird in die Ausnehmung den Außenbauteils eingesetzt, das wiederum eine beliebige Außenumfangsgeometrie aufweisen kann. Letztlich wird durch das Au- jßenbauteil eine Art Adapter bereitgestellt, der die Verwendung herkömm- licher Mischereinrichtungen in Rohrabschnitten oder Gehäusen mit nichtkreisförmigem Querschnitt gestattet.
Das Außenbauteil kann radial außenseitig durch einen Außenring begrenzt sein und/ oder eine nicht-kreisförmige Umfangsgeometrie aufwei- sen. Die Aufnahme des Außenbauteils kann - aber muss nicht - durch einen Aufnahmering begrenzt sein, sodass ein die Außengeometrie einer herkömmlichen Mischereinrichtung begrenzender Befestigungsring daran befestigt werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Mischerschaufeln des Außenbereichs direkt an dem Befestigungsring der her- kömmlichen Mischereinrichtung zu befestigen oder die Mischerschaufeln des Innenbauteils direkt an dem die Aufnahme des Außenbauteils begrenzenden Aufnahmering zu befestigen.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass das Außenbau - teil im Wesentlichen den Außenbereich bildet, während das Innenbauteil den Innenbereich umfasst. Der Befestigungsring kann dem Innenbauteil und/oder dem Außenbauteil zugeordnet sein.
Das Außenbauteil kann ein Gussbauteil, ein Faltblech-Bauteil oder ein durch einen Tiefziehprozess erzeugtes Bauteil sein. Das Innenbauteil kann ein Blechbauteil sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Erstreckung des Befestigungsrings in einer Richtung parallel zu der Mittenachse der Mischerein- richtung maximal 70 % der Erstreckung der Mischereinrichtung in dieser
Richtung ist. Diese Ausgestaltung der Mischereinrichtung ist hinreichend stabil und gewährleistet gleichzeitig, dass die Durchmischung und Verteilung des Gasstroms durch den Befestigungsring nicht übermäßig behindert wird.
Der Befestigungsring kann zumindest ein Befestigungssegment aufweisen, mit dem der Befestigungsring in einem Gehäuse der Mischereinrichtung befestigt ist, wobei das Befestigungssegment die Mischerschaufeln insbesondere in radialer Richtung überragt. Es versteht sich, dass das Gehäuse der Mischereinrichtung auch ein Abschnitt eines Rohres sein kann, in dem die Durchmischung des Gasstroms erfolgen soll. Der Befestigungsring kann aber auch - zusätzlich oder alternativ - direkt an dem Gehäuse der Mischereinrichtung befestigt sein. Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn die radial außen liegenden Enden der Mischerschaufeln nicht miteinander verbunden sind. Wie vorstehend bereits beschrieben, wird die Mischereinrichtung bereits hinreichend gut durch den Befestigungsring stabilisiert und verstärkt, sodass - außer in bestimmten Anwendungsfällen - keine radial außensei- tige Stabilisierung der Mischerschaufeln erforderlich ist. Ein Verzicht auf eine radial außenseitige Verbindung reduziert die Herstellungskosten der Mischereinrichtung erheblich.
In vielen Fällen ist es ausreichend, wenn die Durchmischung des Gas- Stroms und die Verdampfung einer ggf. in den Gasstrom eingespritzten Flüssigkeit hauptsächlich im Innenbereich der Mischereinrichtung geschieht. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in dem Außenbereich weniger, insbesondere halb so viel Mischerschaufeln vorgesehen sind, wie in dem Innenbereich. Durch diese Maßnahme wird auch
eine Reduzierung des durch die Mischereinrichtung erzeugten Gegendrucks bewirkt.
Grundsätzlich kann eine gute Balance zwischen einer hohen Durchmi- schungs- und Verdampfungseffizienz der Mischereinrichtung bei gleichzeitig möglichst geringer Gegendruckerzeugung erreicht werden, wenn die Mischerschaufeln in einem ersten Bereich derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sich die Mischerschaufeln in dem gesamten ersten Bereich in einer Richtung senkrecht zum Gasstrom überlappen, sodass in dem ersten Bereich keine geradlinige Durchströmung der Mischereinrichtung möglich ist. Die Mischerschaufeln sind in einem zweiten Bereich derart ausgebildet und angeordnet, dass sich zumindest einige der Mischerschaufeln in einer Richtung senkrecht zum Gasstrom zumindest abschnittsweise nicht überlappen.
Konkret kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass einige der Mischerschaufeln in dem zweiten Bereich in Strömungsrichtung des Gasstroms zumindest abschnittsweise kürzer sind als die Mischerschaufeln des ersten Bereichs. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in dem zweiten Bereich weniger Mischerschaufeln vorgesehen sind als in dem ersten Bereich.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Bereich in radialer Richtung der Mischereinrichtung innerhalb des zweiten Bereichs angeordnet. Insbe- sondere umgibt der zweite Bereich den ersten Bereich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung. Der erste Bereich kann um eine Mittenachse der Mischereinrichtung angeordnet sein. Der Außenumfang des ersten Bereichs kann eine kreisförmige Geometrie aufweisen und/ oder der Außenumfang des zweiten Bereichs kann eine nicht kreisförmige Geomet- rie aufweisen.
Kostenvorteile werden erzielt, wenn die Mischerschaufeln des zweiten Bereichs einstückig mit Mischerschaufeln des ersten Bereichs ausgebildet sind.
Es versteht sich, dass der erste Bereich der Innenbereich sein kann und dass der zweite Bereich der Außenbereich sein kann. Bei dieser Ausgestaltung der Mischereinrichtung ist somit vorgesehen, dass der Bereich, in dem sich zumindest einige der Mischerschaufeln in einer Richtung senk- recht zum Gasstrom zumindest abschnittsweise nicht überlappen radial außerhalb des Befestigungsrings liegt. Bildlich gesprochen ist dieser Bereich nicht blickdicht ausgebildet, da man in einer frontalen Sicht zumindest teilweise durch diesen Bereich hindurch sehen kann. Im Gegensatz dazu ist der Innenbereich bei dieser Ausführungsform blickdicht ausgeführt, da sich die Mischerschaufeln in dem gesamten ersten Bereich in einer Richtung senkrecht zum Gasstrom überlappen. In diesem Bereich wird neben einer Erzeugung eines Dralls des Gasstroms eine im Vergleich zum Außenbereich verbesserte Verdampfung von in den Gasstrom eingebrachten Flüssigkeitströpfchen erzielt, da diese dort mit größerer Wahrscheinlichkeit mit der Oberfläche einer der Mischerschaufeln kollidieren.
Ein ausgewogenes und an die jeweils vorliegenden Bedürfnisse angepass- tes Verhältnis von Verdampfungsleistung und Drallerzeugung zu einem durch die Mischereinrichtung erzeugten Gegendruck wird durch die Anpassung der jeweiligen Ausgestaltung des ersten Bereichs bzw. Innenbereichs und des zweiten Bereichs bzw. Außenbereichs erzielt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand teilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: eine erste Ausführungsform der Mischereinrichtung in einer Frontansicht, einer Seitenansicht bzw. einer Perspektivansicht, eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform der Mischereinrichtung,
Darstellungen der Mischerschaufeln der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform der Mischereinrichtung, eine Frontansicht, eine Seitenansicht bzw. eine
Schnittansicht der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform der Mischereinrichtung vor einem Beschneiden der Mischerschaufeln,
Fig. 10 bis 12 eine Frontansicht, eine Seitenansicht bzw. eine
Schnittansicht der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform der Mischereinrichtung nach einem Beschneiden der Mischerschaufeln,
Fig. 13 bis 15 eine Frontansicht, eine Schnittansicht bzw. eine Perspektivansicht einer dritten Ausführungsform der Mischereinrichtung und
Fig. 16 bis 19 eine Frontansicht, eine Schnittansicht, eine Seitenansicht bzw. eine Rückansicht einer vierten Ausführungsform der Mischereinrichtung, Fig. 20 eine Perspektivansicht einer fünften Ausführungsform der Mischereinrichtung,
Fig. 21 und 22 verschiedene Ansichten einer Mischerschaufel der
Mischereinrichtung gemäß der Fig. 20,
Fig. 23 eine Perspektivansicht einer weiteren Mischerschaufel der Mischereinrichtung gemäß der Fig. 20 und
Fig. 24 eine Perspektivansicht einer sechsten Ausführungsform der Mischereinrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Mischereinrichtung 10a mit einer nicht kreisförmigen Außenumfangsgeometrie, die zum Einbau in ein Gehäuse oder einen Rohrabschnitt mit einem entsprechenden Querschnitt vorgesehen ist. Das Gehäuse bzw. der Rohrabschnitt können ein Bestandteil einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs sein.
Die Mischereinrichtung 10a weist Mischerschaufeln 12a auf, die sich von einer Mittenachse M radial nach außen zu einem Innenkäfig 14 erstre- cken. Ferner sind Mischerschaufeln 12a' vorgesehen, die sich von dem
Innenkäfig 14 nach radial außen erstrecken. Die Ausgestaltung der radial äußeren Enden der Mischerschaufeln 12a' definieren letztlich die Geometrie der Mischereinrichtung 10a in einer Ebene senkrecht zur Anströmrichtung des zu durchmischenden Gasstroms.
Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Mischerschaufeln 12a' an ihrem radial äußeren Ende nicht miteinander verbunden. Die notwendige Stabilisierung der Mischerschaufeln 12a, 12a' erfolgt durch den Innenkäfig 14. Zu diesem Zweck sind die Mischerschaufeln 12a, 12a', die grundsätzlich separate Bauteile sein können, an dem Innenkäfig 14 befestigt, beispielsweise durch Löten.
Denkt man sich die Mischerschaufeln 12a' weg, so erhält man eine Mischereinrichtung herkömmlicher Bauweise, deren Mischerschaufeln 12a in bekannter Weise an dem Innenkäfig 14 fixiert sind und die im Bereich der Mittenachse M ebenfalls relativ zueinander fixiert sind, beispielsweise durch Verlöten oder durch einen stromaufwärts im Bereich der Mittenachse M aufgebrachten Schweißpunkt, der die Mischerschaufeln 12a lokalisiert relativ zueinander fixiert. In einem stromabwärtigen Bereich lässt die Fixierung durch eine punktuelle Schweißverbindung Relativbewegungen zwischen den radial innen liegenden Enden der Mischerschaufeln 12a zu, beispielsweise um thermische Spannungen zu kompensieren.
Um die Mischereinrichtung 10a an eine beliebige Geometrie anzupassen, werden die an dem Innenkäfig 14 befestigten Mischerschaufeln 12a' vor oder nach dem Befestigen so zugeschnitten, dass die gewünschte Außen - umfangsgeometrie der Mischereinrichtung 10a erzielt wird. In einem in Fig. 1 oberen und unteren Bereich 16 des Innenkäfigs 14 sind aufgrund der geforderten Geometrie keine Mischerschaufeln 12a' vorgesehen. Die Bereiche 16 können daher von einem die Mischereinrichtung 10a anströmenden Abgasstrom geradlinig durchdrungen werden. Im Gegensatz dazu sind die anderen Bereiche der Mischereinrichtung 10a in einem Querschnitt senkrecht zur Anströmrichtung des Abgasstroms "blickdicht" ausgeführt. D.h. die Mischerschaufeln 12a, 12a' überlappen sich, sodass kein gradliniger Strömungspfad durch diesen Bereich führt.
Mit anderen Worten umfasst die Mischereinrichtung 10a einen Innenbereich X, der radial innerhalb des Innenkäfigs 14 angeordnet ist und der blickdicht ausgeführt ist, und einen radial außerhalb angeordneten Au- ßenbereich Y, der zumindest teilweise nicht-blickdicht ist. Die Bereiche X, Y beeinflussen den anströmenden Abgasstrom daher unterschiedlich stark.
Fig. 2 verdeutlicht die Bedeutung des Begriffs "blickdicht" durch eine DarStellung der Mischereinrichtung 10a in einer Schnittansicht. Pfeile S stellen geradlinige Abgasströme dar, die von links in die Mischereinrichtung 10a eintreten. Die Pfeile S symbolisieren somit die Hauptströmungsrichtung des anströmenden Abgasstroms. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Anströmung in einem schrägen Winkel erfolgt.
An dem austrittsseitigen Ende der Mischereinrichtung 10a treffen die Abgasströme S auf stromabwärtige Enden der Mischerschaufeln 12a', sodass sie abgelenkt werden. Analoges gilt für die in Fig. 2 nicht zu erkennenden Mischerschaufeln 12a. Bildlich gesprochen bedeutet dies auf den Bereich der Optik übertragen, dass mit Ausnahme der nicht-blickdichten Bereiche 16 kein zur Mittenachse paralleler Lichtstrahl durch die Mischereinrichtung 10a treten könnte, wenn man von Beugungs- und Reflexionseffekten absieht. In Zusammenhang mit einer Verwendung der Mischereinrichtung 10a in einem SCR-System wird eine vergleichsweise große Verdampfungseffizienz angestrebt, um in dem Abgasstrom enthaltene Stickoxide möglichst gut neutralisieren zu können. Die überlappende Ausgestaltung der Mischerschaufeln 12a, 12a' erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Flüssigkeitströpf- chen, die vor der Mischereinrichtung 10a in den Abgasstrom eingebracht
werden, mit den Mischerschaufeln 12a, 12a' kollidieren, was die Verdampfung der Flüssigkeit in dem Abgasstrom verbessert und so den Ablauf der eingangs beschriebenen chemischen Reaktionen befördert. Die nicht- blickdichten Bereiche 16 werden in Kauf genommen, da sie vergleichswei- se klein gegenüber den blickdichten Bereichen der Mischereinrichtung 10a sind und zudem nicht im Bereich der Flüssigkeitsbeaufschlagung liegen.
Mit anderen Worten umfasst auch die Mischereinrichtung 10b einen In- nenbereich X, der radial innerhalb des Innenkäfigs 14 angeordnet ist und der blickdicht ausgeführt ist, und einen radial außerhalb angeordneten Außenbereich Y, der zumindest teilweise nicht-blickdicht ist. Die Bereiche X, Y beeinflussen den anströmenden Abgasstrom unterschiedlich stark. Grundsätzlich kann die Mischereinrichtung 10a mit einem Außenkäfig versehen sein, der die Mischerschaufeln 12a' in Umfangsrichtung zumindest teilweise verbindet, obwohl dies aus Stabilitätsgründen nicht zwingend erforderlich ist. Wie bereits erläutert, stellt der Innenkäfig 14 bereits eine ausreichende Stabilisierung bereit. Ein solcher Außenkäfig kann jedoch zur Befestigung der Mischereinrichtung 10a an einem nicht gezeig- ten Gehäuse oder Rohrabschnitt genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Mischereinrichtung 10a auch über den Innenkäfig 14 direkt an dem Gehäuse oder Rohrabschnitt befestigt werden. Ferner können Befestigungselemente, wie beispielsweise Stege mit in Strömungsrichtung schmalem Querschnitt, vorgesehen sein, die die Außenumfangsgeometrie der Mischerschaufeln 12a' überragen und die mit dem Gehäuse oder dem Rohrabschnitt verbunden werden können. Es versteht sich, dass die unterschiedlichen Befestigungsmethoden beliebig miteinander kombinierbar sind.
Fig. 3 zeigt eine Perspektivansicht der Mischereinrichtung 10a, um die Ausgestaltung der Krümmungsmuster der Mischerschaufeln 12a, 12a' zu verdeutlichen. Fig. 3 ist ferner zu entnehmen, dass der Innenkäfig 14 eine Erstreckung in Richtung parallel zur Mittenachse M aufweist, die weniger als die Hälfte der entsprechenden Erstreckung der Mischerschaufeln 12a, 12a' beträgt, was auch gut in Fig. 2 zu sehen ist. Eine entsprechende Ausgestaltung des Innenkäfigs 14 ist ausreichend, um eine hinreichend gute Stabilität der Mischereinrichtung 10a zu erzielen, ohne gleichzeitig den anströmenden Abgasstrom zu stark zu kanalisieren.
Fig. 4 zeigt eine Mischereinrichtung 10b in einer Perspektivansicht. In vielerlei Hinsicht ähnelt die Mischereinrichtung 10b der Mischereinrichtung 10a. Beispielsweise ist der Innenkäfig 14 ringförmig ausgebildet und weist eine deutlich geringere Erstreckung in Strömungsrichtung auf als Mischerschaufeln 12b, 12b' der Mischereinrichtung 10b. Auch sind in einem oberen und unteren Abschnitt des Innenkäfigs 14 keine Mischerschaufelabschnitte vorgesehen, sodass sich auch hier nicht-blickdichte Bereiche 16 ergeben. Allerdings weisen die Mischerschaufeln 12b' jeweils einen Schlitz 18 auf, wie Fig. 5 zu entnehmen ist, die eine Abwicklung einer der Mischerschaufeln 12b' zeigt. Die Schlitze 18 der Mischerschaufeln 12b' ermöglichen ein Einsetzen des Innenkäfigs 14, der anschließend dort fixiert wird, beispielsweise durch Löten. Die Mischerschaufeln 12b sind radial außenseitig ebenfalls an dem Innenkäfig 14 befestigt. Radial innenseitig kann eine gegenseitige Fixierung der Mischerschaufeln 12b, 12b' analog wie bei der Mischereinrichtung 10a erfolgen.
Fig. 5 zeigt außerdem, dass die Mischerschaufeln 12b' in einem Außenbe- reich eine Ausnehmung 20 aufweisen. Die Ausnehmung 20 führt dazu,
dass in diesem Bereich keine Überlappung zwischen einer der Mischerschaufeln 12b' und einer benachbarten Mischerschaufel 12b' vorliegt. Zwar bewirkt dies, dass in diesem Bereich eine weniger effiziente Verdampfung von in dem Abgasstrom mitgeführten Flüssigkeitströpfchen erfolgt. Allerdings reduziert diese Maßnahme den durch die Mischereinrichtung 10b im Abgasstrom erzeugten Gegendruck. D.h. diese Bereiche tragen zwar zur Drallerzeugung des Abgasstroms bei. Sie unterstützen jedoch die Verdampfung der Flüssigkeitströpfchen in geringerem Maß. Der von der Mischereinrichtung 10b erzeugte Gegendruck kann durch Modifi- zierung der Ausgestaltung der Ausnehmungen 20 angepasst werden, um der Mischereinrichtung 10b die jeweils gewünschten Eigenschaften zu verleihen. Fig. 6 zeigt zum Vergleich eine Abwicklung einer der Mischerschaufeln 12b. Anhand der Fig. 7 bis 12 wird nachfolgend erläutert, wie sich die Mischereinrichtung 10b auf einfache Weise herstellen lässt. Zunächst werden die Mischerschaufeln 12b, 12b' an dem in die Schlitze 18 eingesetzten Innenkäfig 14 und miteinander im Bereich um die Mittenachse M fixiert. Es werden sechs Mischerschaufeln 12b und zehn Mischerschaufeln 12b' verwendet. Die Mischerschaufeln 12b sind gleich lang und können im Innenbereich des Innenkäfigs 14 angeordnet werden. Die Mischerschaufeln 12b' weisen zunächst ebenfalls eine gleiche Radialerstreckung auf, sodass ihre äußeren Enden Teilkreise definieren, wie Fig. 7 zu entnehmen ist. Die Fig. 8 und 9 zeigen die Mischereinrichtung 10b in diesem Zustand in einer Seitenansicht bzw. in einer Schnittansicht entlang einer Schnittebene AA, deren Lage in Fig. 7 gezeigt ist.
Um die gewünschte Umfangsgeometrie der Mischereinrichtung 10b zu erhalten, werden anschließend die Mischerschaufeln 12b' zugeschnitten, beispielsweise mittels eines Laserstrahl- oder eines Wasserstrahl-
Schneideverfahrens. Die dadurch erhaltene Ausgestaltung der Mischereinrichtung 10b ist in einer Frontansicht in Fig. 10 gezeigt. Die Fig. 1 1 und 12 zeigen die Mischereinrichtung 10b in diesem Zustand in einer Seitenbzw, einer Schnittansicht entlang einer Schnittebene BB, deren Lage in Fig. 10 angegeben ist.
Fig. 10 ist ferner zu entnehmen, dass die Mischereinrichtung 10b neben den nicht-blickdichten Bereichen 16 aufgrund der Ausnehmungen 20 weitere nicht-blickdichte Bereiche 16' aufweist. Mit anderen Worten wäre der durch die Mischereinrichtung 10b erzeugte Gegendruck größer, wenn die Ausnehmungen 20 nicht vorgesehen wären. Eine zusätzliche Reduktion des Gegendrucks kann erzielt werden, wenn die Anzahl der Mischerschaufeln 12b' reduziert wird. Beispielsweise könnte jede zweite Mischerschaufel 12b' durch eine Mischerschaufel 12b ersetzt werden.
Fig. 13 zeigt eine Mischereinrichtung 10c, die ein Innenbauteil 22 und ein Außenbauteil 24 umfasst. Das Innenbauteil 22 ist eine herkömmliche Mischereinrichtung mit kreisförmigem Querschnitt, die beispielsweise ein kostengünstiges Blechbauteil ist. Alle Mischerschaufeln 12c des Innen - bauteils 22 sind grundsätzlich gleich ausgestaltet und bilden einen blickdichten Innenbereich X. Es versteht sich, dass durch eine entsprechende Ausgestaltung, Anzahl und/ oder Anordnung der Mischerschaufeln 12c auch eine nicht-blickdichte Ausgestaltung des Innenbauteils 22 erzielt werden kann.
Das Innenbauteil 22 ist in das Außenbauteil 24 eingesetzt, das eine entsprechende, zentral angeordnete Ausnehmung 25 aufweist. Die Ausnehmung 25 des Außenbauteils 24 wird durch einen Innenring 26 definiert. Die Außenkontur des Außenbauteils 26 wird durch einen Außenring 28 festgelegt, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 13 im Wesentlichen oval
ist. Zwischen dem Innenring 26 und dem Außenring 28 erstrecken sich Mischerschaufeln 12c', deren Längserstreckung in Strömungsrichtung des anströmenden Abgases - d. h. parallel zur Mittenachse M - vergleichsweise kurz ist, sodass keine Überlappung der Mischerschaufeln 12c' erzielt wird. Außerdem sind weniger Mischerschaufeln 12c' pro Winkelsegment in Um- fangsrichtung vorgesehen, als bei dem Innenbauteil 22. Das Außenbauteil 24 weist daher vergleichsweise große nicht-blickdichte Bereiche 16" auf und trägt folglich relativ wenig zur Verdampfung von in dem Abgasstrom mitgeführten Flüssigkeitströpfchen bei. Das Außenbauteil 24, das bei- spielsweise als Faltblech-, Tiefzieh-, Stanz- oder Gussbauteil ausgeführt sein kann, bewirkt jedoch eine Drallerzeugung im Abgasstrom in Bereichen außerhalb des Innenbauteils 22. Mit anderen Worten definiert das Außenbauteil 24 einen Außenbereich Y, der eine geringere Beeinflussung des Gasstroms verursacht als der Innenbereich X.
Das Außenbauteil 24 dient als eine Art Adapter, um eine herkömmliche Mischereinrichtung - hier das Innenbauteil 22 - in ein Gehäuse oder einen Rohrabschnitt mit ovalem Querschnitt einsetzen und dort befestigen zu können. Neben der Befestigungsfunktion trägt das Außenbauteil 24 zur Drallerzeugung und dazu zur besseren Durchmischung des Abgasstroms bei.
Es versteht sich, dass das Außenbauteil 24 und insbesondere dessen Mischerschaufeln 12c' angepasst werden können, um mehr oder weniger zur Drallerzeugung und/oder mehr oder weniger zur Verdampfung von Flüssigkeitströpfchen beizutragen .
Fig. 14 zeigt einen Querschnitt durch die Mischereinrichtung 10c entlang einer Schnittebene CC, deren Lage in Fig. 13 angegeben ist. Es ist zu er- kennen, dass die Mischerschaufeln 12c des Innenbauteils 22 Fugen 30
aufweisen, die zum Abbau von thermischen Spannungen bei Betrieb und/ oder Herstellung der Mischereinrichtung 10c auftreten.
Fig. 15 zeigt, dass das Außenbauteil 24 in Strömungsrichtung des an- strömenden Abgasstroms deutlich schmäler ausgebildet ist als das Innenbauteil 22. Die Breite des Außenbauteils 24 kann an das jeweils vorliegende Anforderungsprofil angepasst werden, um die gewünschte Strömungsdynamik zu erzeugen. Fig. 16 zeigt eine Mischereinrichtung lOd mit ovaler Außenkontur. Die
Mischereinrichtung lOd ist ein Vollgussbauteil, das einfach zu fertigen ist und ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist. Aus gusstechnischen Gründen sind die radial innen liegenden Übergänge zwischen benachbarten Schaufeln 12d verrundet. Diese Maßnahme verbessert einerseits die Entformbarkeit des Gussbauteils. Andererseits entsteht dadurch um die Mittenachse M ein Zylinder. Um eine Gewichtseinsparung zu erzielen, ist in diesem Zylinder ein Kanal 32 vorgesehen. Durch den Kanal 32 kann zudem Abgas entlang eines geradlinigen Strömungspfades strömen. Die Dimensionierung des Kanals 32 kann variiert werden, um die Strömungs- dynamik des Abgases zu beeinflussen.
In einem im Wesentlichen ringförmigen Bereich X konzentrisch zu der Mittenachse M sind Mischerschaufeln 12d der Mischereinrichtung lOd blickdicht ausgeführt, d.h. sie überlappen sich in diesem Bereich. In radi- al randlichen Bereichen Y liegen aufgrund von Ausnehmungen 20' nicht- blickdichte Bereiche 16"' vor, um den Gegendruck der Mischereinrichtung lOd zu reduzieren.
Fig. 17 zeigt die Mischereinrichtung lOd in einer Schnittansicht entlang einer Schnittebene DD, deren Lage in Fig. 16 angegeben ist, um die Ausgestaltung des Kanals 32 zu verdeutlichen. Fig. 18 zeigt eine Seitenansicht der Mischereinrichtung lOd. Fig. 18 ist zu entnehmen, dass ein Außenring 28' der Mischereinrichtung lOd bis auf Bereiche um die kurze Halbachse der Außenkontur der Mischereinrichtung lOd in Strömungsrichtung des Abgases von stromabwärtigen Enden der Misehersehaufeln 12d überragt wird.
Zur Verdeutlichung der Ausgestaltung der Ausnehmungen 20' zeigt Fig. 19 eine Rückansicht der Mischereinrichtung lOd.
Fig. 20 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausführungsform lOe der Mi- schereinrichtung. Sie ist - wie die Mischereinrichtungen 10a, 10b - mit einem Innenkäfig 14 versehen, der mit Misehersehaufeln 12e, 12e' in Verbindung steht. Die Misehersehaufeln 12e sind radial innenseitig, d.h.
benachbart zu der Mittelachse M der Mischereinrichtung lOe, mit benachbart angeordneten Misehersehaufeln 12e bzw. 12e' verbunden. Radial außenseitig stehen sie mit dem Innenkäfig 14 in Kontakt. Im Gegensatz dazu erstrecken sich die Misehersehaufeln 12e' radial noch weiter nach außen. Der Innenkäfig 14 wird von den Misehersehaufeln 12e' durch entsprechende Schlitze 18 aufgenommen. Eine beispielhafte Variante der Befestigung von Misehersehaufeln im Bereich der Mittenachse M wurde bereits vorstehend in Zusammenhang mit der Mischereinrichtung 10a beschrieben. Die diesbezüglichen Ausführungen gelten für die Mischereinrichtung lOe in analoger Form. Hinsichtlich der Schlitze 18 wird auf die Ausführungen zu den Misehersehaufeln 12b verwiesen (Fig. 5).
Ein Unterschied zwischen den vorstehend beschriebenen Mischereinrichtungen 10a bis lOd und der Mischereinrichtung lOe besteht darin, dass die stromabwärtigen Enden der Mischerschaufeln 12e, 12e' in radialer Richtung variieren. D.h. eine Neigung der stromabwärtigen Enden der Mischerschaufeln 12e, 12e' relativ zu der Hauptströmungsrichtung S des Gasstroms ist in radialer Richtung gesehen nicht konstant, was nachstehend anhand der Fig. 21 bis 23 erläutert wird. Fig. 21 zeigt eine Mischerschaufel 12e', die mit dem Schlitz 18 zur Aufnahme des Innenkäfigs 14 versehen ist. In einem radial innenliegenden Bereich X weist die Mischerschaufel 12e' einen vergleichsweise großen Anstellwinkel ai auf. Mit anderen Worten ist der Winkel ai zwischen einer Hauptstömungsrichtung S des die Mischereinrichtung lOe anströmenden Gasstroms und einer zu der Hauptströmungsrichtung S geneigten Ebene des Bereichs X vergleichsweise groß, beispielsweise beträgt der Winkel ai bis zu 70°. Dies bewirkt, dass die Mischwirkung im Innenbereich X der Mischereinrichtung lOe besonders groß ist. Der Bereich X ist insbesondere der Bereich, der durch die eingebrachten Flüssigkeitströpfchen direkt angeströmt wird, d.h. der in dem in der Regel konisch ausgeführten Sprühkegel der entsprechenden Einspritzvorrichtung liegt. Der vergleichsweise große Anstellwinkel ai bewirkt zudem, dass die eingesprühte Flüssigkeit möglichst rasch nach radial außen getrieben wird, sodass diese auch in Bereiche um die lange Halbachse der im Wesentlichen ova- len Außengeometrie der Mischereinrichtung gelangt. Letztlich sorgt die vergleichsweise starke Anstellung der Mischerschaufeln 12e' somit dafür, dass eine gute Verteilung der eingesprühten Flüssigkeit über den gesamten Querschnitt des die Mischereinrichtung lOe aufnehmenden Gehäuses oder Rohrabschnitts erreicht wird. Mit anderen Worten kann aufgrund der guten Mischwirkung der Mischereinrichtung lOe eine Einspritzvorrich-
tung mit konischer Einspritzgeometrie in einem Rohrabschnitt verwendet werden, der keine Kreisform aufweist.
Der große Anstellwinkel αι des Bereichs X geht mit einem vergleichsweise hohen Gegendruck einher. Um diesen nicht übermäßig ansteigen zu lassen, ist ein radial weiter außen liegender Bereich Y der Mischerschaufel 12e' weniger stark gegenüber der Hauptströmungsrichtung S geneigt. Ein entsprechender Anstellwinkel 012 beträgt beispielsweise in etwa 35° bis 55°, insbesondere 45°. Die Bereiche Y der Mischerschaufeln 12e' sind in radia- 1er Richtung außerhalb des Innenkäfigs 14 angeordnet, d.h. in einem Bereich, der kaum bis gar nicht direkt von dem vorstehend genannten
Sprühkegel erfasst wird. Eine hohe Ablenkung des in dem Bereich Y auf die Mischereinrichtung lOe auftreffenden Abgasstroms ist daher weniger bedeutsam, sodass der Anstellwinkel 012 zur Gegendruckreduzierung klei- ner gewählt wird als der Anstellwinkel αι.
Zwischen dem Innenbereich X und dem Außenbereich Y ist ein Übergangsbereich U vorgesehen, in dem der Anstellwinkel der stromabwärtigen Enden der Mischerschaufeln 12e' von Werten von αι auf werte von 012 line- ar zurückgeführt wird. Der Übergangsbereich U bildet somit eine Ebene, die relativ zu einer radialen Richtung geneigt ist und die die Bereiche X, Y miteinander verbindet. Anstelle einer linearen Reduktion des Anstellwinkels im Übergangsbereich U kann auch ein nicht-linearer und/ oder ein gestufter Verlauf vorgesehen sein, um die gewünschten Mischcharakteris- tika und Gegendruckwerte zu erreichen.
Fig. 22 zeigt die Mischerschaufel 12e' in einer Ansicht in einer radialen Richtung von der Mittenachse M aus gesehen, um die unterschiedlichen Anstellwinkel αι , 012 der Bereiche X und Y zu verdeutlichen. Die Anstell - winkel ai , 012 sind in den Bereichen X, Y im Wesentlichen konstant.
In Zusammenhang mit der Mischereinrichtung lOe ist darauf hinzuweisen, dass diese sowohl im Innenbereich X als auch im Außenbereich Y blickdicht ausgeführt ist.
Fig. 23 zeigt eine der Mischerschaufeln 12e, die radial außenseitig durch den Innenkäfig 14 begrenzt sind, der in Einbaulage in einer Aussparung 18' angeordnet ist. Die Mischerschaufel 12e hat im Bereich X im Wesentlichen den gleichen Anstellwinkel αι wie die Mischerschaufel 12e' im Innen - bereich X. Die Mischerschaufel 12e weist jedoch keinen radial außenliegenden Bereich Y auf, der einen kleineren Anstellwinkel 012 aufweist. Radial außen schließt sich an den Bereich X ein Übergangsbereich U' mit in radialer Richtung linear abnehmenden Anstellwinkel an. Es versteht sich, dass die Bereiche U, U' eben, gekrümmt und/ oder gestuft sein können.
Fig. 24 zeigt eine weitere Ausführungsform lOf der Mischereinrichtung. Diese weist keinen Innenkäfig 14 auf. Mischerschaufeln lOf der Mischer- einrichtung lOf erstrecken sich von einem Außenring 28' - ähnlich wie der der Mischereinrichtung 1 Od - in im Wesentlichen radialer Richtung zu der Mittenachse M hin. Die Mischerschaufeln 12f weisen in radialer Richtung gesehen einen radial innenliegenden Bereich X und einen radial außenliegenden Bereich Y auf, die durch einen Übergangsbereich U voneinander getrennt sind. Die stromabwärtigen Enden der Mischerschaufeln 12f sind im Bereich X stärker gegenüber der Hauptströmungsrichtung S des Abgasstroms geneigt als im Bereich Y. Außerdem sind die Mischerschaufeln 12f im Bereich Y mit Ausnehmungen 20" versehen.
Bezugszeichenliste
10a, 10b, 10c,
lOd, lOe, lOf Mischereinrichtung 12a, 12a', 12b, 12b',
12c, 12c', 12d, , 12e,
12e\ 12f Mischerschaufel
14 Innenkäfig
16, 16', 16", 16'" nicht-blickdichter Bereich 18 Schlitz
18' Aussparung
20, 20', 20" Ausnehmung
22 Innenbauteil
24 Außenbauteil
25 Ausnehmung
26 Innenring
28, 28' Außenring
30 Fuge
32 Kanal
M Mittenachse
S Hauptströmungsrichtung
AA, BB, CC, DD Schnittebene αι , (X2 Anstellwinkel
X Innenbereich
Y Außenbereich
U, U' Übergangsbereich
Claims
Patentansprüche
Mischereinrichtung zum Durchmischen eines Gasstroms, insbesondere zum Verteilen und Verdampfen einer in einen Gasstrom, insbesondere in einen Abgasstrom eingebrachten Flüssigkeit, mit einer Mehrzahl von die Strömungsrichtung des Gasstroms beeinflussenden Mischerschaufeln (12a, 12a', 12b, 12b', 12c, 12c'), die sich insbesondere von einer Mittenachse (M) der Mischereinrichtung in radialer Richtung erstrecken, und mit einem in Umfangrichtung verlaufenden Befestigungsring (14), der einen radial außerhalb des Befestigungsrings (14) liegenden Außenbereich und einen radial innerhalb des Befestigungsrings (14) liegenden Innenbereich der Mischereinrichtung definiert, wobei sowohl in dem Innenbereich als auch in dem Außenbereich Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c') angeordnet sind.
Mischereinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c) des Innenbereichs mit ihrem radial außen liegenden Ende an dem Befestigungsring (14) befestigt sind und/oder dass die Mischerschaufeln (12a, 12b', 12c') des Außenbereichs mit ihrem radial innen liegenden Ende an dem Befestigungsring (14) befestigt sind.
Mischereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest ein Teil der Mischerschaufeln (12a', 12b', 12c') des Außenbereichs einstückig mit Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c) des Innenbereichs ausgebildet ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Teil der Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c') jeweils einen zwischen ihrem radial außen liegenden Ende und ihrem radial innen liegenden Ende einen Schlitz (18) aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass der Befestigungsring (14) in die Schlitze der Mischerschaufeln (12b') einsetzbar ist, wobei sich die Schlitze (18) insbesondere im Wesentlichen parallel zu einer Mittenachse (M) der Mischereinrichtung erstrecken.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mischereinrichtung ein Blechbauteil ist.
Mischereinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Mischereinrichtung aus einem Innenbauteil (22) und einem separat gefertigten Außenbauteil (24) zusammengesetzt ist, wobei das Innenbauteil (22) eine Mischereinrichtung mit insbesondere kreisförmigem Außenumfang ist und wobei das Außenbauteil (24) eine Ausnehmung aufweist, die zur Aufnahme des Innenbauteils (22) ausgebildet ist und die durch den Befestigungsring (14) begrenzt ist.
7. Mischereinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Außenbauteil (24) radial außenseitig durch einen Außenring (28) begrenzt ist.
8. Mischereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Außenbauteil (24) eine nicht-kreisförmige Umfangsgeometrie aufweist.
9. Mischereinrichtung nach Anspruch 6 bis 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Außenbauteil (24) ein Gussbauteil, ein Faltblech-Bauteil oder ein durch einen Tiefziehprozess erzeugtes Bauteil ist.
10. Mischereinrichtung nach Anspruch 6 bis 9,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Innenbauteil (22) ein Blechbauteil ist.
11. Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Erstreckung des Befestigungsrings (14) in einer Richtung parallel zu der Mittenachse (M) der Mischereinrichtung maximal 70% der Erstreckung der Mischereinrichtung in dieser Richtung ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsring (14) zumindest ein Befestigungssegment aufweist, mit dem der Befestigungsring (14) in einem Gehäuse der Mischereinrichtung befestigt ist, wobei das Befestigungssegment die Mischerschaufeln insbesondere in radialer Richtung überragt.
13. Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Befestigungsring direkt an einem Gehäuse der Mischereinrichtung befestigt ist.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die radial außen liegenden Enden der Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c') nicht miteinander verbunden sind.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Außenbereich weniger, insbesondere halb so viel Mischerschaufeln (12a', 12b', 12c') vorgesehen sind, wie in dem Innenbereich.
Mischereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c', 12d) in einem ersten Bereich derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sich die Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c', 12d) in dem gesamten ersten Bereich in einer Richtung senkrecht zum Gasstrom (S) überlappen, so dass in dem ersten Bereich keine geradlinige Durchströmung der Mischereinrichtung möglich ist, und die in einem zweiten Bereich (16, 16', 16", 16"') derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sich zumindest einige der Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c', 12d) in einer Richtung senkrecht zum Gasstrom (S) zumindest abschnittsweise nicht überlappen.
Mischereinrichtung nach Anspruch 16,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest einige der Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c', 12d) in dem zweiten Bereich in Strömungsrichtung des
Gasstroms zumindest abschnittsweise kürzer sind als die Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c, 12a', 12b', 12c', 12d) des ersten Bereichs.
Mischereinrichtung nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
in dem zweiten Bereich weniger Mischerschaufeln (12a, 12b, 12c,
12a', 12b', 12c', 12d) vorgesehen sind als in dem ersten Bereich.
Mischereinrichtung nach Anspruch 16 bis 18,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der erste Bereich in radialer Richtung der Mischereinrichtung innerhalb des zweiten Bereichs angeordnet ist, insbesondere wobei
der zweite Bereich den ersten Bereich zumindest abschnittsweise in Umfangsrichtung umgibt.
20. Mischereinrichtung nach Anspruch 16 bis 19,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der erste Bereich um eine Mittenachse (M) der Mischereinrichtung angeordnet ist.
21. Mischereinrichtung nach Anspruch 16 bis 20,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Außenumfang des ersten Bereichs eine kreisförmige Geometrie aufweist.
22. Mischereinrichtung nach Anspruch 16 bis 21,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Außenumfang des zweiten Bereichs eine nicht-kreisförmige Geometrie aufweist.
23. Mischereinrichtung nach Anspruch 16 bis 22,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Mischerschaufeln (12c', 12d) des zweiten Bereichs einstückig mit Mischerschaufeln des ersten Bereichs ausgebildet sind.
24. Mischereinrichtung nach Anspruch 16 bis 23,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass
der erste Bereich der Innenbereich ist und dass der zweite Bereich der Außenbereich ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE112012003438.4T DE112012003438A5 (de) | 2011-12-14 | 2012-12-14 | Mischereinrichtung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011121248 | 2011-12-14 | ||
DE102011121248.9 | 2011-12-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2013087852A2 true WO2013087852A2 (de) | 2013-06-20 |
WO2013087852A3 WO2013087852A3 (de) | 2013-08-29 |
Family
ID=47358208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2012/075576 WO2013087852A2 (de) | 2011-12-14 | 2012-12-14 | Mischereinrichtung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE112012003438A5 (de) |
WO (1) | WO2013087852A2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150044103A1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Perforated Mixing Pipe With Swirler |
US9410464B2 (en) | 2013-08-06 | 2016-08-09 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Perforated mixing pipe with swirler |
US9534525B2 (en) | 2015-05-27 | 2017-01-03 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Mixer assembly for exhaust aftertreatment system |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1115699A (en) * | 1912-04-30 | 1914-11-03 | Robert D Loose | Auxiliary mixer for internal-combustion engines. |
US2685504A (en) * | 1953-03-26 | 1954-08-03 | Otmar M Ulbing | Fuel mixing device |
US4255124A (en) * | 1978-10-05 | 1981-03-10 | Baranowski Jr Frank | Static fluid-swirl mixing |
US4848920A (en) * | 1988-02-26 | 1989-07-18 | Husky Injection Molding Systems Ltd. | Static mixer |
US5916134A (en) * | 1997-09-10 | 1999-06-29 | Industrial Technology Research Institute | Catalytic converter provided with vortex generator |
DE602004032473D1 (de) * | 2004-02-16 | 2011-06-09 | Anemos Co Ltd | Mischelement und statischer fluidmischer damit |
US7028663B1 (en) * | 2005-01-26 | 2006-04-18 | Kim Jay S | Fluid swirling device |
DE102007012790B4 (de) * | 2007-03-16 | 2009-07-23 | Audi Ag | Statischer Mischer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine |
WO2008118405A2 (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Flodesign Wind Turbine Corporation | Wind turbine with mixers and ejectors |
US8043394B2 (en) * | 2008-03-21 | 2011-10-25 | GM Global Technology Operations LLC | Particulate matter filter assembly with a flow device |
TWM341764U (en) * | 2008-04-10 | 2008-10-01 | Chang-He Jian | Air pressurization and spoiler structure for internal combustion engine |
DE102008029110A1 (de) * | 2008-06-20 | 2009-12-24 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung |
US9909421B2 (en) * | 2009-12-18 | 2018-03-06 | Volvo Truck Corporation | Mixing system for an exhaust gases after-treatment arrangement |
-
2012
- 2012-12-14 WO PCT/EP2012/075576 patent/WO2013087852A2/de active Application Filing
- 2012-12-14 DE DE112012003438.4T patent/DE112012003438A5/de active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
None |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150044103A1 (en) * | 2013-08-06 | 2015-02-12 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Perforated Mixing Pipe With Swirler |
US9410464B2 (en) | 2013-08-06 | 2016-08-09 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Perforated mixing pipe with swirler |
US9435240B2 (en) * | 2013-08-06 | 2016-09-06 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Perforated mixing pipe with swirler |
US9534525B2 (en) | 2015-05-27 | 2017-01-03 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Mixer assembly for exhaust aftertreatment system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE112012003438A5 (de) | 2014-04-30 |
WO2013087852A3 (de) | 2013-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2097625B1 (de) | Mischelement sowie abgasanlage für eine verbrennungskraftmaschine | |
EP2535535B1 (de) | Statischer Mischer | |
EP2865861B2 (de) | Kataylsatoranordnung mit Injektionsabschnitt | |
DE102011111765B4 (de) | Mischereinrichtung | |
WO2008104350A1 (de) | Statisches mischelement sowie verfahren zur herstellung eines statischen mischelements | |
EP2820260B1 (de) | Vorrichtung zur abgasreinigung | |
EP2979750A1 (de) | Mischer und mischeinrichtung für eine abgasanlage | |
EP2921220B1 (de) | Mischer für eine Abgasanlage | |
EP2111917B1 (de) | Statischer Mischer, Verfahren zur Herstellung eines solchen und Mischanordnung | |
DE102008017395B4 (de) | Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren | |
EP2974787A2 (de) | Statischer mischer | |
DE102012224198A1 (de) | Anordnung zum Einbringen eines Zusatzstoffes in einen Gasstrom | |
WO2013087850A1 (de) | Mischereinrichtung | |
WO2013087852A2 (de) | Mischereinrichtung | |
EP2161478A1 (de) | Zahnradanordnung | |
EP3696383B1 (de) | Mischer | |
DE102016102020A1 (de) | Mischereinrichtung | |
DE102020114223A1 (de) | DEF-Mischer | |
DE112015002563T5 (de) | Abgasrührvorrichtung | |
WO2019185838A1 (de) | Mischer | |
DE102014208743A1 (de) | Einrichtung, Abgasnachbehandlungseinrichtung | |
DE102013210804A1 (de) | Mischereinrichtung | |
DE102016111726B4 (de) | Mischvorrichtung | |
DE102008054268B4 (de) | Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung | |
DE102014222395A1 (de) | Abgasanlage und Verfahren zur Herstellung einer solchen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12801590 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 112012003438 Country of ref document: DE Ref document number: 1120120034384 Country of ref document: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12801590 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |