專利名稱：排氣混合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及排氣混合系統(tǒng)，更具體地，本發(fā)明涉及與選擇性催化 還原系統(tǒng)一起使用的混合系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
選擇性催化還原(SCR)提供一種用于從發(fā)動機、工廠和發(fā)電廠的礦 物燃料動力系統(tǒng)中除去氮氧化物(NOx)排放物的方法。在SCR期間，催 化器促進排氣中NOx和氨之間的反應(yīng)以便產(chǎn)生水和氮氣，從而除去排氣中 的NOx。供SCR系統(tǒng)使用的氨可以由液體尿素產(chǎn)生，上述液體尿素噴射到排氣 中并轉(zhuǎn)變成氨。氨和排氣流之間的充分混合可以改善氨與NOx之間的反 應(yīng)，因而減少NOx排放，并防止高度反應(yīng)性氨釋放到大氣中。在2004年4月20日授權(quán)給Pawson的美國專利No. 6722124 (下文簡 稱"，124專利")中公開了一種用于混合排氣流的系統(tǒng)。，124專利的系統(tǒng) 包括一多孔管狀封閉物，所述多孔管狀封閉物可以在排氣流中產(chǎn)生高度湍 動區(qū)域。所述系統(tǒng)還包括用于把尿素直接噴射到高度湍動的區(qū)域中以便使 尿素與排氣流混合的噴射器。盡管，124專利的系統(tǒng)可以將尿素與排氣流混合，但，124專利有幾個缺 點。例如，，124專利的系統(tǒng)可能增加高度湍動區(qū)域上游排氣的壓力。這種 增加的壓力對其它機械部件可能有嚴重影響。例如，增加的排氣壓力可能 降低某些發(fā)動機的功率輸出和燃料利用效率。本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)排氣混合系統(tǒng)中存在的一個或多個問題或缺點
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面包括一種用于混合排氣組分的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包 括排氣通道和設(shè)置在所述排氣通道內(nèi)的基本上是封閉的分配室，分配室可 以包括外壁和至少一個設(shè)置在所述外壁中的開口 ，上述外壁限定分配室體 積，而上述開口構(gòu)造成提供在分配室體積和排氣通道之間的流體連通。添 加劑供應(yīng)裝置可以構(gòu)造成向分配室體積中供應(yīng)至少一種排氣添加劑。本發(fā)明的第二方面包括一種用于混合排氣組分的方法。該方法可以包 括供應(yīng)排氣到排氣通道，并通過將添加劑供應(yīng)到設(shè)置在排氣通道內(nèi)的基本 上封閉的分配室中而使排氣與至少一種添加劑混合。本發(fā)明的第三方面包括工作機。工作機可以包括發(fā)動機、排氣通道、 和排氣混合系統(tǒng)，上述排氣通道構(gòu)造成接收由發(fā)動機產(chǎn)生的排氣流。排氣 混合系統(tǒng)可以包才封殳置在排氣通道內(nèi)的基本上是封閉的分配室。分配室包 括外壁和至少一個設(shè)置在所述外壁內(nèi)的開口 ，上述外壁限定分配室體積， 而上述開口構(gòu)造成提供分配室體積和排氣通道之間的流體連通。添加劑供 應(yīng)裝置可以構(gòu)造成向分配室體積中供應(yīng)至少一種排氣添加劑。


圖1示出按照示例性公開的實施例的包括排氣混合系統(tǒng)的工作機； 圖2示出按照示例性公開的實施例的排氣混合系統(tǒng)； 圖3A-3C示出按照示例性公開的實施例的排氣混合系統(tǒng)的分配室； 圖4A-4C提供按照示例性公開的實施例的排氣混合系統(tǒng)的混合葉片組 的側(cè)向端視圖；圖5提供按照示例性公開的實施例的排氣混合系統(tǒng)的混合葉片組的側(cè) 向透視圖；圖6A-6B提供按照示例性公開的實施例的排氣混合系統(tǒng)的多個混合葉 片組的側(cè)向端視圖。
具體實施方式
圖1示出本發(fā)明的工作機IO。如圖所示，工作機10包括用于產(chǎn)生電 功率的發(fā)電機組。工作機10可以包括任何具有發(fā)動機12和排氣系統(tǒng)14 的工作機10,該工作機10包括例如抽油裝置、公路卡車、挖掘機、越野 車、火車、飛機、和/或遠洋船。排氣系統(tǒng)14可以包括排氣通道16、排氣 混合系統(tǒng)18、和催化器20。發(fā)動機12由于燃燒燃料如柴油、汽油、和/或煤而可能產(chǎn)生排氣流22。 排氣通道16可以構(gòu)造成接收由發(fā)動機12產(chǎn)生的排氣流22?；旌舷到y(tǒng)18 可以將一種或多種添加劑供應(yīng)到排氣流22中，并可以構(gòu)造成促進一種或多 種添加劑與排氣流22的混合，以便形成混合的排氣流24。催化器20可以 設(shè)置在混合系統(tǒng)18的下游，并可以促進一種或多種添加劑與混合的排氣流 24中其它組分的反應(yīng)。圖2更詳細示出按照示例性公開的實施例所述的排氣混合系統(tǒng)的視 圖?；旌舷到y(tǒng)18可以包括添加劑供應(yīng)裝置26，所述添加劑供應(yīng)裝置26構(gòu) 造成將一種或多種添加劑供應(yīng)到基本上封閉的分配室28中。任選地，混合 系統(tǒng)18可以包括至少一個混合葉片組30、 32,所述混合葉片組設(shè)置在添 加劑供應(yīng)裝置26和分配室28的下游。添加劑供應(yīng)裝置26可以從多個合適的供應(yīng)裝置中選定。例如，供應(yīng)裝 置26可以包括一個或多個噴射器、閥、泵、噴嘴、和/或出口。供應(yīng)裝置 可以構(gòu)造成根據(jù)各種工作機特點來控制一種或多種添加劑的流速、壓力、 和/或溫度，上述工作機的特點包括例如發(fā)動機工作特點、排氣通道16的 尺寸、發(fā)動機12所產(chǎn)生的排氣量、及所希望的一種或多種添加劑的作用。供應(yīng)裝置26可以構(gòu)造成將任何合適的添加劑供應(yīng)到排氣流22中。例 如，供應(yīng)裝置26可以構(gòu)造成供應(yīng)各種不同的化學(xué)藥品，所述化學(xué)藥品包括 氧化劑、還原劑、排氣系統(tǒng)清洗劑、排氣富集添加劑、和/或一種或多種可 以有利于控制排氣排放的添加劑。在另一個實施例中， 一種或多種添加劑 可以包括氨。一種或多種添加劑可以用多個合適的形式提供。例如， 一種或多種添 加劑可以包括液體、氣體、和/或液體與氣體的組合物。供應(yīng)裝置26可以 構(gòu)造成將例如與壓縮氣體結(jié)合的液體如尿素供應(yīng)到分配室28中。分配室28可以包括外壁34，所述外壁34可以限定分配室體積36.外 壁34可以包括至少一個開口 38，所述開口 38可以提供分配室體積36與 排氣通道16之間的流體連通。供應(yīng)裝置26可以構(gòu)造成供應(yīng)一種或多種添 加劑到分配室體積36中。 一種或多種添加劑可以通過至少一個開口 38流 入排氣流22中，從而將一種或多種添加劑分配在排氣通道16內(nèi)。另外，分配室28可以包括多個不同的形狀和/或尺寸。分配室28的形 狀和/或尺寸可以根據(jù)排氣通道16的尺寸和/或形狀選定。例如，在一個實 施例中，分配室28可以具有圓筒形狀，如圖2所示。圓筒形分配室28可 以有一端位于供應(yīng)裝置26附近，且分配室28可以橫跨排氣通道16的直徑 延伸。另外，分配室28可以在其一端或兩端處可選地接觸排氣通道16。如上所述，分配室28可以包括至少一個在外壁34中的開口 38。開口 38的數(shù)量、尺寸和/或位置可以才艮據(jù)多個因素選定，這些因素包括例如分配 室28和/或排氣通道16的尺寸、由供應(yīng)裝置26供應(yīng)的具體添加劑、和/或 分配室28的形狀。在一個實施例中，分配室28可以包括1至200個開口 38。在另一實施例中，分配室可以包括40至60個開口 38。開口 38可以用多個方式設(shè)置在外壁34上，以提供一種或多種添加劑 與排氣流22的合適混合。圖3A-3C示出幾個包括不同位置的開口 38的實 施例。例如，在一個實施例中，各開口 38可以在外壁34上均勻間隔開(圖 3A)。在另 一個實施例中，各開口 38可以分成一個或多個排和列(圖3B)。 在又一實施例中，外壁34可以包括在一側(cè)比另一側(cè)上多的開口 38(圖3C), 以在上游或下游使一種或多種添加劑流入排氣通道16。任何合適的開口模 式都可以用來使一種或多種添加劑與排氣流22混合。如圖3A-3C所示，開口 38可以包括多個圓孔，然而，開口38可以包 括多個不同形狀，以提供一種或多種添加劑與排氣流22的合適混合。例如， 開口 38可以包括一些具有矩形、圓形和/或方形形狀的孔。在另一實施例 中，開口 38可以包括一個或多個細長的狹縫，所述細長的狹縫在外壁34 上可以有多個合適的長度、形狀和/或位置.任何合適的形狀都可以選定用于開口 38。分配室28的外壁34可以用多種不同的材料生產(chǎn)。具體材料可以根據(jù) 成本、可制造性、耐磨性、耐熱性和耐腐蝕性選定。在一個實施例中，用 于外壁34的具體材料可以選定為在排氣流22和一種或多種添加劑如尿素 和/或氨的存在下具有高耐腐蝕性?；旌舷到y(tǒng)還可以包括至少一個混合葉片組30、32，所述混合葉片組30、 32設(shè)置在分配室28的下游，混合葉片組30、 32可以構(gòu)造成使位于周邊的 排氣偏轉(zhuǎn)，并促進位于周邊的排氣與一種或多種添加劑的混合。如圖2所 示，混合系統(tǒng)18包括兩個葉片組30、 32。然而，混合系統(tǒng)18可以包括任 何合適數(shù)量的葉片組30、 32,例如，混合系統(tǒng)18可以包括在0和10個之 間的葉片組30、 32。葉片組30、 32可以相對于分配室28設(shè)置在多個合適的位置處。葉片 組30、 32的具體位置可以根據(jù)多個因素選定，這些因素包括例如排氣通道 16的尺寸、排氣壓力、和所希望的混合程度。例如，在一個實施例中，葉 片組30可以設(shè)置在分配室28的下游一距離處，所^J 巨離等于排氣通道16 直徑的五分一之一和3倍之間。另外，葉片組32可以設(shè)置在葉片組30下 游一距離處，所i^巨離等于排氣通道16直徑的五分之一和3倍之間。葉片 組30、 32可以選用任何合適的位置?；旌先~片組30、 32可以包括多個合適的葉片構(gòu)造。例如，葉片組30、 32可以各包括2-10個葉片40、 42,上述葉片40、 42可以用多個合適方式 沿著排氣通道16的圓周分布。例如，在一個實施例中，各葉片40、 42可 以圍繞排氣通道16的圓周均勻間隔開。在另一實施例中，各葉片40、 42 可以不均勻地間隔開。在還有另一實施例中，各葉片40、 42可以在一個葉 片組30中均勻間隔開，而在第二葉片組32中不均勻間隔開?？梢葬娪萌?何合適的葉片40、 42的數(shù)量和分布。圖4A-4C示出一個葉片組30的多個實施例，然而，這些實施例也可 以適合于多個葉片組30、 32。在這些實施例中，各葉片40圍繞排氣通道
16的圓周均勻間隔開。在一個實施例中，如圖4A中所示，葉片組30可以 包括3個間隔約120度設(shè)置的葉片40A。在另一實施例中，如圖4B中所 示，葉片組30可以包括4個間隔約卯度設(shè)置的葉片40B。在又一實施例 中，如圖4C中所示，葉片組30可以包括5個間隔約72度設(shè)置的葉片42C。 可以采用各種不同的葉片形狀和尺寸。例如，每個葉片40、 42都可以 具有基本上是梯形的形狀(如圖4A-4C中所示)?？晒┻x擇地，各葉片40、 42可以具有卵形、圓形、三角形、方形、或矩形形狀。任何合適的葉片形 狀都可以使用，只要葉片40、 42能使排氣流從排氣通道16偏轉(zhuǎn)流向排氣 通道的中心就行。另夕卜，葉片40、 42可以相對于排氣通道16成一定角度44定向，如圖 5中所示?？梢赃x定任何合適的角度，以使排氣從排氣通道16的周邊偏轉(zhuǎn) 朝向排氣通道16的中心。角度44可以根據(jù)排氣通道16的尺寸、葉片40、 42的尺寸和/或?qū)ε艢馔ǖ?6中壓力的控制來選定。在一個實施例中，角 度44可以在約IO度和卯度之間，在另一實施例中，葉片40、 42與排氣 通道16的夾角可以在約20度和40度之間。此外， 一個外片組30的葉片40可以與另一葉片組32的葉片42進行 特殊的對準。例如，圖6A-6B示出葉片組30、 32各種可能的對準。在一 個實施例中，如圖6A所示，葉片組30、 32可以各具有4個葉片40、 42， 所述4個葉片40、 42在同一組中各葉片間隔開卯度，而一個葉片組30 的各葉片40可以偏離笫二葉片組32的各葉片42約45度。在另一實施例 中，如圖6B所示， 一個葉片組30的各葉片40可以與第二葉片組32的各 葉片42對準?？梢赃x定任何對準，以提供所希望的排氣流22與一種或多 種添加劑混合的程度?；旌舷到y(tǒng)18可以設(shè)計用于控制排氣通道16中從混合系統(tǒng)18的一邊到 另一邊的壓降。從混合系統(tǒng)18的一邊到另一邊的壓降可以通過測量混合系 統(tǒng)18上游的排氣壓力與混合系統(tǒng)18下游的排氣壓力的差值確定。在一個 實施例中，混合系統(tǒng)18可以構(gòu)造成產(chǎn)生小于約1英寸水柱的壓降(約249 帕斯卡)。特別地，在一個實施例中，混合系統(tǒng)18可以構(gòu)造成產(chǎn)生小于約0.5英寸水柱(約124.5帕斯卡)的壓降?？梢酝ㄟ^選定一定尺寸和形狀的分配室28和葉片組30、 32來控制壓 降。例如，在一個實施例中，排氣通道16可以有直徑約IO英寸的圓形橫 截面幾何形狀?；旌舷到y(tǒng)18可以包括分配室28及兩組混合葉片30、 32， 上述分配室28具有圓筒形狀并橫跨排氣通道16的直徑延伸。分配室28 可以具有約0.6至0.8英寸的圓筒直徑，并可以包括約40-60個直徑在約0.1 至0.3英寸的圓形開口 38。葉片組30、 32可以各包括4個葉片40、 42， 所述4個葉片40、 42間隔開卯度，并具有約4-5英寸的長度和約3-4英 寸的寬度。 一個葉片組30可以相對于第二葉片組32偏置約45度。分配室28和混合葉片40、 42的具體尺寸和形狀可以根據(jù)其它機械特 點改變。例如，分配室28和葉片40、 42可以根據(jù)排氣通道的尺寸制得較 大或較小。另外，某些機械可以包括產(chǎn)生低排氣壓力的發(fā)動機?？蛇x地或 此外，某些機械可以用其它部件如壓力感應(yīng)系統(tǒng)、通風孔、和/或減壓閥來 控制排氣壓力。在這些機械中，可以使用較大或較小的分配室28和/或混 合葉片40、 42。催化器20可以包括多個合適的催化器類型。例如，催化器20可以包 括SCR催化器、三效催化器、和/或氧化催化器。另外，在排氣通道16中 可以包括多個催化器20，并且這些催化器可以設(shè)置在混合系統(tǒng)18的上游 和/或下游。在一個實施例中，催化器20可以包括SCR催化器，而供應(yīng)裝 置26可以構(gòu)造成將尿素和氨的其中至少一種供應(yīng)到分配室體積36中，工業(yè)實用性本發(fā)明提供一種排氣混合系統(tǒng)。該混合系統(tǒng)可以用來將一種或多種添 加劑如尿素或氨與排氣流混合。該混合系統(tǒng)可以與其中需要使一種或多種 添加劑與排氣流混合的任何機械一起^f吏用。系統(tǒng)18可以包括設(shè)置在排氣通道16中SCR催化器系統(tǒng)20上游的分 配室28。氨和/或尿素可以噴入分配室28中，以促進與排氣流22的混合。 混合系統(tǒng)18可以具有若千優(yōu)于其它合系統(tǒng)的優(yōu)點?；旌舷到y(tǒng)18可以在 排氣通道16的包括中心和周邊區(qū)域的所有區(qū)域中充分混合。充分混合可以 促進氨在SCR催化器20處與NOx完全反應(yīng)，從而減少NOx排放并防止 氨流走.應(yīng)該注意，盡管混合系統(tǒng)18特別說明供與SCR催化器一起使用，但 混合系統(tǒng)18可以與任何催化器系統(tǒng)一起使用。例如，混合系統(tǒng)18可以構(gòu) 造成使一種或多種排氣富集劑和/或還原劑與排氣流22混合。這些富集劑 和/或還原劑可以與排氣流22混合，以促進需要不同催化器類型的多個排 氣系統(tǒng)的操作。這些操作可以包括例如排氣系統(tǒng)脫硫、機上氨生產(chǎn)、診斷 測試等。本發(fā)明的混合系統(tǒng)18可以在不犧牲發(fā)動機性能的情況下提供充分的 混合。排氣通道16流路的任何改變，包括增加混合系統(tǒng)18，都可能影響 排氣通道16內(nèi)排氣的壓力。特別地，某些混合系統(tǒng)可能在上游機械部件， 包括發(fā)動機12，上產(chǎn)生高的背壓。高的背壓可能嚴重影響這些部件的運轉(zhuǎn)， 同時減少功率輸出并使燃料利用效率變差。本發(fā)明的混合系統(tǒng)18可以在不 顯著改變排氣壓力的情況下提供排氣流22與添加劑的充分混合。對該領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然的是，可以對上述系統(tǒng)和方法進行各種 修改和變型，而不會脫離本發(fā)明的范圍。對該領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，通過 考慮說明書和文中公開的實施例的應(yīng)用，所公開的系統(tǒng)和方法的另一些實 施例將變得顯而易見。說明書和實施例僅應(yīng)看作是示例性的，本發(fā)明的實 際范圍由下面的權(quán)利要求書及其等效物指出。
權(quán)利要求
1.一種用于混合排氣組分的系統(tǒng)(18)，包括排氣通道(16)；設(shè)置在排氣通道內(nèi)的基本上封閉的分配室(28)，所述分配室包括限定分配室體積(36)的外壁(34)；和設(shè)置在外壁中的至少一個開口(38)，該開口構(gòu)造成在分配室體積和排氣通道之間提供流體連通；以及構(gòu)造成將至少一種排氣添加劑供應(yīng)到分配室體積中的添加劑供應(yīng)裝置(26)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng) 室下游的至少一組葉片(30)。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng) 室下游的至少一個催化器(20)
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng) 的排氣壓降小于l英寸水柱。
6. —種用于混合排氣組分的方法，包括 將排氣(22)供應(yīng)到排氣通道(16);和通過將添加劑供應(yīng)到設(shè)置在排氣通道內(nèi)的基本封閉的分配室(28)中 而使排氣與至少 一種添加劑混合。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括用至少一組 葉片(30)在分配室的下游混合排氣流。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，排氣添加劑包括尿素。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括使至少一部 分排氣和至少一種添加劑接觸催化器(20).
10. —種工作機(IO)，包括權(quán)利要求l-5所述的排氣混合系統(tǒng)(18)。，其特征在于，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在分配,其特征在于，排氣添加劑包括尿素。 ，其特征在于，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在分配，其特征在于，從該系統(tǒng)的一邊到另一邊
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于混合排氣組分的系統(tǒng)(18)。該系統(tǒng)可以包括排氣通道(16)和設(shè)置在所述排氣通道內(nèi)的基本上封閉的分配室(28)。分配室可以包括外壁(34)和設(shè)置在外壁中的至少一個開口(38)，上述外壁(34)限定分配室體積，而上述開口(38)構(gòu)造成在分配室體積和排氣通道之間提供流體連通。添加劑供應(yīng)裝置(26)可以構(gòu)造成向分配室體積中供應(yīng)至少一種排氣添加劑。
文檔編號F01N3/28GK101128653SQ200680006336
公開日2008年2月20日 申請日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月28日
發(fā)明者B·蒂茹那夫卡拉蘇, S·C·比斯瓦斯, Y·T·布伊 申請人:卡特彼勒公司