用于scr后處理系統的靜態混合系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，包括設于柴油內燃機的排氣管內的第一混合器；且第一混合器沿排氣的流向設于噴射器的下游；第一混合器包括芯軸、第一旋片組和第二旋片組；芯軸設于排氣管的中心位置；第一旋片組包括大小和形狀都相同的兩個旋片，該兩個旋片螺旋環繞于芯軸的周圍，且該兩個旋片關于芯軸成軸對稱，第一旋片組的每一個旋片的內側邊緣與芯軸固定連接，其外側邊緣與排氣管的內壁固定連接；第二旋片組的結構、大小和形狀都與第一旋片組相同；第一旋片組的兩個旋片與第二旋片組的兩個旋片交錯排布于所述芯軸上。所述靜態混合系統能夠加速尿素水溶液與柴油內燃機排氣的混合，提高二者的混合均勻度。
【專利說明】用于SCR后處理系統的靜態混合系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及內燃機排氣凈化處理【技術領域】，特別涉及一種用于選擇性催化還原(SCR)后處理系統的靜態混合系統，該靜態混合系統用于加速尿素水溶液與柴油內燃機排氣的混合，從而提高二者的混合均勻度。
【背景技術】
[0002]現有技術中，內燃機尤其是柴油內燃機的排氣中含有大量的顆粒物(PM, Particulate Matter)和氮氧化物,對大氣環境造成嚴重污染。這不符合現行的以及今后將頒布的環境保護相關法律法規的規定。
[0003]現有技術中，用于內燃機排氣處理的方法存在一個缺點，即對PM和氮氧化物的凈化處理無法同時實現，二者之間相互沖突。例如，采用廢氣再循環(EGR，Exhaust GasRecycle)技術凈化處理內燃機排氣，可以實現排氣中氮氧化物的含量大幅度降低，但排氣中PM的含量反而升高，且燃油成本提高；采用高壓噴射技術凈化處理內燃機排氣，有利于降低排氣中PM的含量，但往往會使排氣中氮氧化物的含量升高。
[0004]近年來,技術人員又開始關注柴油機均質混合氣壓燃(HCCI,Homogeneous ChargeCompression Ignition)技術,希望從內燃機內同時降低PM和氮氧化物的含量,但HCCI技術適用的工況范圍有限，內燃機模式切換控制復雜，且降低排氣中PM和氮氧化物含量的效果不明顯。
[0005]隨著人類對大氣保護意識的增強，國內外陸續頒布的環境保護相關法律法規逐步趨于嚴格化。對此，技術人員不得不采用后處理技術來凈化處理內燃排氣。
[0006]SCR后處理技術的基本原理是向內燃機排氣中噴射燃油或者另外添加還原劑，利用合適的催化劑促使還原劑與氮氧化物發生化學反應生成氮氣(N2)，同時抑制還原劑與氧氣的非選擇性氧化反應。例如，以氨(NH3)為還原劑的SCR后處理技術處理排氣時，發生的主要化學反應如下:
[0007]4NH3+4N0+02 — 4N2+6H20 ；
[0008]2NH3+N0+N02 — 2N2+3H20 ；
[0009]8NH3+6N02 — 7N2+12H20 ；
[0010]2N02+2NH3 — NH4N03+N2+H20。
[0011]由于氨具有較高的腐蝕性,液氨和氨水的儲存和運輸都很困難，因而氨不能直接用于車載SCR后處理系統。
[0012]針對氨作為還原劑的上述缺陷，技術人員通常采用尿素水溶液來提供還原劑。實踐表明，濃度為32.5%的尿素水溶液具有最低的凝固點，其凝固點為-1rC，故國際上普遍采用濃度為32.5%的尿素水溶液來提供SCR后處理技術的還原劑，并將其命名為AdBlue。
[0013]采用SCR后處理技術凈化處理內燃機排氣，如果采用尿素水溶液來提供還原劑，既要考慮尿素水溶液的動態的噴射量，又要考慮進入內置催化劑的芯管之前的尿素水溶液與柴油內燃機排氣的混合均勻度，其目的是在氨的泄漏量最高不超過25ppm、平均不超過IOppm的條件下，實現氮氧化物的轉化效率最高。
[0014]現有技術中還沒有用于SCR后處理系統的靜態混合器，該靜態混合器用于加速尿素水溶液與柴油內燃機排氣的混合，從而提高二者的混合均勻度。
實用新型內容
[0015]本實用新型的目的是針對現有技術的上述缺陷，提供一種用于SCR后處理系統的靜態混合系統。
[0016]本實用新型提供的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統包括設于柴油內燃機的排氣管內的第一混合器；且所述第一混合器沿排氣的流向設于噴射器的下游；
[0017]所述第一混合器包括芯軸、第一旋片組和第二旋片組；所述芯軸設于排氣管的中心位置；
[0018]所述第一旋片組包括大小和形狀都相同的兩個旋片，該兩個旋片螺旋環繞于所述芯軸的周圍，且該兩個旋片關于所述芯軸成軸對稱，所述第一旋片組的每一個旋片的內側邊緣與所述芯軸固定連接，其外側邊緣與排氣管的內壁固定連接；
[0019]所述第二旋片組的結構、大小和形狀都與所述第一旋片組相同；所述第一旋片組的兩個旋片與所述第二旋片組的兩個旋片交錯排布于所述芯軸上。
[0020]優選地，該靜態混合器還包括設于喇叭形的外擴張管內的第二混合器；所述第二混合器包括喇叭形的內擴張管和螺旋環繞于內擴張管的外圓周面上的至少三個旋片；所述內擴張管的大端朝向芯管，其小端朝向所述排氣管；所述第二混合器的每一個旋片的內側邊緣都與所述內擴張管的外圓周面固定連接，其外側邊緣都與所述外擴張管的內壁固定連接。
[0021]進一步優選地，所述第一混合器的位置靠近外擴張管與排氣管的連接處。
[0022]進一步優選地，所述第一旋片組的兩個旋片與所述第二旋片組的兩個旋片垂直交錯排布于所述芯軸上。
[0023]進一步優選地，所述第一旋片組的旋片的螺旋環繞方向與所述第二旋片組的旋片的螺旋環繞方向相反。
[0024]進一步優選地，所述第二混合器的至少三個旋片均勻分布于所述內擴張管的外圓周面上。
[0025]進一步優選地，所述第二混合器包括螺旋環繞于所述內擴張管的外圓周面上的三個旋片，且該三個旋片均勻分布于所述內擴張管的外圓周面上。
[0026]進一步優選地，所述第二混合器的旋片的螺旋環繞方向與所述第一混合器的所述第二旋片組的旋片的螺旋環繞方向相反。
[0027]本實用新型具有如下有益效果:
[0028](I)本實用新型的靜態混合系統包括第一混合器和第二混合器；流入第一混合器和第二混合器的尿素水溶液霧滴被旋片切割形成微小的尿素水溶液液滴，流入第一混合器和第二混合器的排氣被旋片切割形成微小排氣流，微小的尿素水溶液液滴吸收排氣的熱量后蒸發形成蒸汽，使尿素水溶液蒸發形成的蒸汽與排氣充分混合，從而加速尿素水溶液與柴油內燃機排氣的混合，同時提高二者的混合均勻度；[0029](2)本實用新型的靜態混合系統的第一混合器包括兩個選片組，該兩個選片組的旋片的螺旋環繞方向被設置為使得經過第一旋片組的排氣的旋轉方向與經過第二旋片組的排氣的旋轉方向相反，故尿素水溶液的微小液滴和微小排氣流在第二旋片組處形成旋渦，有利于尿素水溶液的微小液滴與微小排氣流充分混合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型實施例提供的用于SCR后處理系統的靜態混合系統的結構示意圖；
[0031]圖2為本實用新型實施例提供的用于SCR后處理系統的靜態混合系統的第一混合器的正視圖；
[0032]圖3為本實用新型實施例提供的用于SCR后處理系統的靜態混合系統的第一混合器的側視圖；
[0033]圖4為本實用新型實施例提供的用于SCR后處理系統的靜態混合系統的第二混合器的正視圖；
[0034]圖5為本實用新型實施例提供的用于SCR后處理系統的靜態混合系統的第二混合器的側視圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖及實施例對本實用新型的內容作進一步的描述。
[0036]如圖1所示，本實施例提供的用于SCR后處理系統的靜態混合系統包括第一混合器I和第二混合器2。其中，第一混合器I設于柴油內燃機的排氣管3內，且第一混合器I沿排氣管3內排氣的流向設于噴射器9的下游。第二混合器2設于喇叭形的外擴張管4內。外擴張管4的大端與內置有催化劑的芯管5固定連接。外擴張管4的小端與排氣管3固定連接。優選地，第一混合器I的位置靠近外擴張管4與排氣管3的連接處。
[0037]如圖2和圖3所示，第一混合器I包括芯軸6、第一旋片組7和第二旋片組8。芯軸6設于排氣管3的中心位置。第一旋片組7包括大小和形狀都相同的兩個旋片，該兩個旋片螺旋環繞于芯軸6的周圍,且該兩個旋片關于芯軸6成軸對稱。第一旋片組7的每一個旋片的內側邊緣與芯軸6固定連接，其外側邊緣與排氣管3的內壁固定連接。第二旋片組8的結構、大小和形狀都與第一旋片組7相同。第一旋片組7的兩個旋片與第二旋片組8的兩個旋片交錯排布于芯軸6上。換言之，以芯軸6為中心將第一旋片組7整體旋轉一定角度即可得到第二旋片組8。優選地，第一旋片組7的兩個旋片與第二旋片組8的兩個旋片垂直交錯排布于芯軸6上。換言之，以芯軸6為中心將第一旋片組7整體旋轉90度角即可得到第二旋片組8。在本實施例中，例如第一旋片組7的兩個旋片的始端邊緣線都位于豎直平面內，且第一旋片組7的該兩個旋片的末端邊緣線都位于豎直平面內；第二旋片組8的兩個旋片的始端邊緣線都位于水平面內，且第二旋片組8的該兩個旋片的末端邊緣線都位于水平面內。第一旋片組7的旋片的螺旋環繞方向與第二旋片組8的旋片的螺旋環繞方向相反，使得經過第一旋片組7的排氣的旋轉方向與經過第二旋片組8的排氣的旋轉方向相反。在本實施例中，當沿排氣的流向觀察時，第一旋片組7的旋片的螺旋環繞方向例如為順時針方向，使得經過第一旋片組7的排氣的旋轉方向為順時針方向；第二旋片組8的旋片的螺旋環繞方向例如為逆時針方向，使得經過第二旋片組8的排氣的旋轉方向為逆時針方向；反之亦然。
[0038]需要說明的是，第一旋片組7與第二旋片組8的位置可以互換。如圖3和圖4所示，第二混合器2包括喇叭形的內擴張管10和螺旋環繞于內擴張管10的外圓周面上的至少三個旋片。優選地，第二混合器2的該至少三個旋片均勻分布于內擴張管10的外圓周面上。第二混合器2的每一個旋片的內側邊緣與內擴張管10的外圓周面固定連接，其外側邊緣與外擴張管4的內壁固定連接。內擴張管10的大端朝向芯管5，其小端朝向排氣管3。在本實施例中，第二混合器2包括螺旋環繞于內擴張管10的外圓周面上的三個旋片，且該三個旋片均勻分布于內擴張管10的外圓周面上。第二混合器2的旋片的螺旋環繞方向與第一混合器I的第二旋片組8的旋片的螺旋環繞方向相反，使得經過第二混合器2的排氣的旋轉方向與經過第二旋片組8的排氣的旋轉方向相反。換言之，第二混合器2的旋片的螺旋環繞方向與第一混合器I的第一旋片組7的旋片的螺旋環繞方向相同，使得經過第二混合器2的排氣的旋轉方向與經過第一旋片組7的排氣的旋轉方向相同。在本實施例中，當沿排氣的流向觀察時，第二混合器2的旋片的螺旋環繞方向例如為順時針方向，使得經過第二混合器2的排氣的旋轉方向為順時針方向；反之亦然。
[0039]需要說明的是，本實施例的用于SCR后處理系統的靜態混合系統可以僅包括第一混合器1，而不包括第二混合器2。換言之，包括第一混合器I和第二混合器2的用于SCR后處理系統的靜態混合系統是優選的實施方案。
[0040]本實施例的用于SCR后處理系統的靜態混合系統的工作原理如下:
[0041]由噴射器9噴出的尿素水溶液霧滴與排氣管3內的排氣混合后，尿素水溶液霧滴隨流動的排氣流向第一混合器I ;流入第一旋片組7的尿素水溶液霧滴被第一旋片組7的旋片切割形成尿素水溶液的微小液滴后流向第二旋片組8，流入第一旋片組7的排氣被第一旋片組7的旋片切割形成例如沿順時針方向的微小排氣流后流向第二旋片組8 ;流入第二旋片組8的剩余的尿素水溶液霧滴被第二旋片組8的旋片切割形成尿素水溶液的微小液滴，流入第二旋片組8的排氣被第二旋片組8的旋片切割形成例如沿逆時針方向的微小排氣流，由于經過第二旋片組8的微小排氣流的旋轉方向與經過第一旋片組7的微小排氣流的旋轉方向相反，故尿素水溶液的微小液滴和微小排氣流在第二旋片組8處形成旋渦，使得尿素水溶液的微小液滴與微小排氣流能夠充分混合，與之同時，尿素水溶液的微小液滴吸收排氣的熱量后蒸發形成蒸汽，該蒸汽與微小排氣流充分混合后流向第二混合器2。經過第一混合器I后的尿素水溶液霧滴大部分都蒸發形成蒸汽，僅有一小部分尿素水溶液霧滴殘留下來。
[0042]流入第二混合器2的殘留的尿素水溶液霧滴被第二混合器2的旋片切割形成尿素水溶液的微小液滴，流入第二混合器2的排氣被第二混合器2的旋片切割形成微小排氣流，第二混合器2內的尿素水溶液的微小液滴吸收排氣的熱量后蒸發形成蒸汽，進一步使尿素水溶液蒸發形成的蒸汽與排氣充分混合。經過第二混合器2后的尿素水溶液霧滴全部蒸發形成蒸汽。
[0043]應當理解，以上借助優選實施例對本實用新型的技術方案進行的詳細說明是示意性的而非限制性的。本領域的普通技術人員在閱讀本實用新型說明書的基礎上可以對各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，該靜態混合系統包括設于柴油內燃機的排氣管(3)內的第一混合器(I);且所述第一混合器(I)沿排氣的流向設于噴射器(9)的下游； 所述第一混合器(I)包括芯軸(6)、第一旋片組(7)和第二旋片組(8);所述芯軸(6)設于排氣管(3)的中心位置； 所述第一旋片組(7)包括大小和形狀都相同的兩個旋片，該兩個旋片螺旋環繞于所述芯軸(6)的周圍，且該兩個旋片關于所述芯軸(6)成軸對稱，所述第一旋片組(7)的每一個旋片的內側邊緣與所述芯軸出)固定連接，其外側邊緣與排氣管(3)的內壁固定連接； 所述第二旋片組(8)的結構、大小和形狀都與所述第一旋片組(7)相同；所述第一旋片組(7)的兩個旋片與所述第二旋片組(8)的兩個旋片交錯排布于所述芯軸(6)上。
2.根據權利要求1所述的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，該靜態混合器還包括設于喇叭形的外擴張管(4)內的第二混合器(2); 所述第二混合器(2)包括喇叭形的內擴張管(10)和螺旋環繞于內擴張管(10)的外圓周面上的至少三個旋片；所述內擴張管(10)的大端朝向芯管(5)，其小端朝向所述排氣管(3)； 所述第二混合器(2)的每一個旋片的內側邊緣都與所述內擴張管(10)的外圓周面固定連接，其外側邊緣都與所述外擴張管(4)的內壁固定連接。
3.根據權利要求1或2所述的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，所述第一混合器(I)的位置靠近外擴張管(4)與排氣管(3)的連接處。
4.根據權利要求1或`2所述的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，所述第一旋片組(7)的兩個旋片與所述第二旋片組(8)的兩個旋片垂直交錯排布于所述芯軸(6)上。
5.根據權利要求1或2所述的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，所述第一旋片組(7)的旋片的螺旋環繞方向與所述第二旋片組(8)的旋片的螺旋環繞方向相反。
6.根據權利要求2所述的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，所述第二混合器(2)的至少三個旋片均勻分布于所述內擴張管(10)的外圓周面上。
7.根據權利要求2所述的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，所述第二混合器(2)包括螺旋環繞于所述內擴張管(10)的外圓周面上的三個旋片，且該三個旋片均勻分布于所述內擴張管(10)的外圓周面上。
8.根據權利要求2所述的用于SCR后處理系統的尿素水溶液的靜態混合系統，其特征在于，所述第二混合器(2)的旋片的螺旋環繞方向與所述第一混合器(I)的所述第二旋片組(8)的旋片的螺旋環繞方向相反。
【文檔編號】F01N3/28GK203584530SQ201320792273
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】董紅義, 王長明, 秦國強, 尹升智, 馬燕江 申請人:張家口百通環保科技有限公司