專利名稱：具有整體混合器的可分離的分解反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明揭示內容有關排氣系統(tǒng)領域。具體說，本發(fā)明說明有關一種用在一個排氣系統(tǒng)中的具有整體混合器的可分離的分解反應器。
背景技術：
與內燃機的使用有關聯(lián)的一個共同問題是在排氣系統(tǒng)中自然形成的有害的副產(chǎn)品的形成，具體說，是氧化氮生成物的形成。再處理系統(tǒng)，例如選擇催化反應(SCR)系統(tǒng)采用尿素和還原催化劑來降低在排氣系統(tǒng)中的氧化氮的含量。在一些SCR系統(tǒng)中，一種帶有一個混合器的尿素分解反應器被用來促進尿素分解成氨。雖然在一個SCR系統(tǒng)內的可分離的分解反應器為大家所熟悉，但多數(shù)的傳統(tǒng)的分解反應器典型地是形成為一個與SCR系統(tǒng)成整體的部分或者是一個被直接焊接到SCR系統(tǒng)上的外部的反應器。此外，該反應器本身是通過將噴射器座和混合器兩者直接焊接到該分解反應器的內管上。因此，傳統(tǒng)的分解反應器具有較差的在反應器內的熱量保持性并形成有焊接變形，這導致在反應器內形成還原劑沉積物。

發(fā)明內容
本發(fā)明申請揭示一種用于排氣系統(tǒng)的還原劑分解反應器。在一個實施例中，該反應器包括一個中間的管子部分，該中間的管子部分形成有一個還原劑噴射器座、一個進口管、一個出口管和一個混合器。該進口管是形成在該中間的管子部分的第一端上并設置成建立與一個排氣系統(tǒng)的第一部分的密封連接。該出口管是形成在該自己的管子部分的第二端上并設置成建立與該排氣系統(tǒng)的第二部分密封連接?；旌掀靼惭b在中間的管子部分和出口管之間并設置成分解在排氣流中的還原劑。該噴射器座包括一個管狀部分，該管狀部分在第一端連接于中間的管子部分和在第二端連接于噴射器座的噴射器端口并設置成在噴射器座的內表面上產(chǎn)生高溫、高速的排氣流以減少還原劑沉積物的形成。在另一個實施例中，該反應器包括一個中間的管子部分，該中間的管子部分形成有一個還原劑噴射器座、一個進口管、一個出口管和一個混合器。該進口管是形成在該中間的管子部分的第一端上并設置成建立與一個排氣系統(tǒng)的第一部分的密封連接。該出口管是形成在該中間的管子部分的第二端上并設置成建立與該排氣系統(tǒng)的第二部分的密封連接。 該混合器安裝在中間的管子部分和出口管之間并設置成分解在排氣流中的還原劑。該反應器進一步包括一絕緣層，該絕緣層圍繞中間的管子部分的外表面和進口管的一部分和出口管的一部分。該絕緣層保持在該反應器內的熱量以便促進還原劑的分解和減輕還原劑沉積物的形成。在另一個實施例中，該反應器包括一個中間的管子部分，該中間的管子部分形成有一個還原劑噴射器座、一個進口管、一個出口管和一個混合器。該進口管形成在中間的管子部分的第一端上并設置成建立與一排氣系統(tǒng)的第一部分的密封連接。該出口管形成在中間的管子部分的第二端上并設置成建立與該排氣系統(tǒng)的第二部分的密封連接。該混合器安裝在該中間的管子部分和出口管之間并設置成分解在排氣流中的還原劑。該反應器進一步包括一絕緣層，該絕緣層圍繞該中間的管子部分的外表面和進口管的一部分和出口管的一部分。該絕緣層保持在反應器內的熱量以便促進還原劑的分解并減輕還原劑沉積物的形成。在又一個實施例中，該反應器包括一個中間的管子部分，該中間的管子部分形成有一個還原劑噴射器座、一個進口管、一個出口管和一個混合器。該進口管形成在中間的管子部分的第一端上并設置成建立與排氣系統(tǒng)的第一部分的密封連接。該出口管形成在中間的管子部分的第二端上并設置成建立與該排氣系統(tǒng)的第二部分的密封連接。該混合器安裝在中間的管子部分和出口管之間并設置成分解排氣流中的還原劑。該反應器進一步包括在該噴射器座上的管狀部分，該管狀部分其第一端連接在噴射器端口上和其第二端連接于中間的管子部分上并設置成在噴射器座的內表面上產(chǎn)生高溫、高速的排氣流以減少還原劑沉積物的形成。


圖1是用焊接方法形成的一個可分離的還原劑分解反應器的側視圖。圖2是另一個實施例的可分離的還原劑分解反應器的側視圖。圖3是可分離的還原劑分解反應器的中間管子部分的前視圖。圖4A是用鑄造方法形成的該還原劑噴射器座的橫剖視圖。圖4B是用鑄造方法形成的該噴射器座的內表面的立體圖。圖5是一個現(xiàn)有技術的噴射器座的流速大小的側視示意圖。圖6是一個改進的噴射器座的流速大小的側視示意圖。
具體實施例方式以下將參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明，該附圖構成說明書的一部分并圖示可以實施本發(fā)明的用于說明的具體實施例。這些實施例被描述得足夠詳細以使熟悉本技術的技術人員能夠據(jù)此實施所要求保護的技術方案，并且應理解到在不違背本發(fā)明的精神和不超出所要求保護的發(fā)明方案的范圍的前提下還可以采用其他的具體實施方式
。因此以下的詳細說明不應被理解為是對本發(fā)明的限制。在此呈現(xiàn)的一些實施例是針對一種被置放在一個SCR排氣系統(tǒng)中的具有整體的混合器的可分離的還原劑分解反應器。該反應器包括一個還原劑噴射器座，該還原劑噴射器座被設置成可有效提供還原劑進入SCR排氣系統(tǒng)而可避免在反應器內形成還原劑沉積物。該混合器如此定位在反應器內以致當排氣流流經(jīng)該分解反應器時能夠分解在該排氣流中的氧化氮還原劑。該反應器還包括保持熱量在反應器內的一個絕緣層和多個隔熱屏，以幫助分解還原劑和減輕還原劑沉積物的形成。
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圖1是用焊接方法形成的一個可分離的還原劑分解反應器100的側視圖。反應器 100包括一個中間的管子部分110、一個還原劑噴射器座120、一個進口管140和一個出口管 150。反應器100還包括被安置在該出口管150和該中間的管子部分110的一端之間的一個混合器130中間的管子部分110形成有噴射器座120，由此避免在反應器100上的變形， 該變形是由將一個外部的噴射器座焊接到中間的管子部分110上所產(chǎn)生的。進口管140和出口管150被焊接到中間的管子部分110上以允許反應器100可被設置成滿足任何形式的與SCR排氣系統(tǒng)相連接的連接結構。反應器100包括一個絕緣層160，該絕緣層圍繞中間的管子部分110的外表面、進口管140的一部分和出口管150的一部分。該絕緣層160采用隔熱屏170予以保護。該噴射器座120和混合器130是以彼此相對的理想位置被定位，以便提供最佳的還原劑分解而不會在反應器100內形成還原劑沉積物。具體說，該噴射器座 120和混合器130是被定位成能夠使通過噴射器座120被噴入反應器100的還原劑對準混合器130的中心。中間的管子部分110、混合器130和出口管150是由相同的材料或具有同樣的熱膨脹系數(shù)的材料制成。如上所述，中間的管子部分110、混合器130和出口管150是用相同的材料或具有同樣的熱膨脹系數(shù)的材料制成。這就允許中間的管子部分110、混合器130和出口管150在被用于一個再處理系統(tǒng)中時具有同樣的熱膨脹和收縮。這就允許混合器130可較自由地在反應器100內膨脹和收縮而不會在較冷的還原劑被噴射到較熱的混合器130上時在反應器 100上產(chǎn)生過大的應力?；旌掀?30包括用于將來自流經(jīng)分解反應器110的排氣流的氧化氮還原劑分解的多個刀片(未圖示)。在圖1所示的該實施例中，混合器130和出口管150 是采用16標準規(guī)格(gauge) 904L不銹鋼制成。這種材料具有高含量的合金材料，這些合金材料當被置放在分解反應器或是腐蝕性強和經(jīng)受高溫、循環(huán)溫度等任何類似環(huán)境時可提供優(yōu)良的防腐蝕和抗侵蝕的特性。進口管140包括一個用于建立反應器100和再處理系統(tǒng)的一端之間的密封連接的進口連接頭145。在圖1的實施例中，該進口連接頭145是一個具有倒錐形邊的(marmon) 接頭。在別的實施例中，該進口連接頭145可以是能與再處理系統(tǒng)配合并建立與再處理系統(tǒng)密封連接的其他形式的密封墊接頭。該進口管140由于不會直接與還原劑接觸，因此是由低成本材料例如16標準規(guī)格316L不銹鋼制成。該出口管150包括一個用于建立在反應器100和再處理系統(tǒng)的另一端之間的密封連接的出口連接頭155。在圖1的該實施例中，該出口連接頭155是一種具有倒錐形邊的 (marmon)接頭。在其他實施例中，該出口管155可以是能與再處理系統(tǒng)配合并產(chǎn)生與再處理系統(tǒng)密封連接的其他形式的密封墊接頭。如上所述，出口管150被設置成與被用于形成混合器130的材料相配。由于反應器100是用焊接方法形成，反應器100可以被設置成將不同形式和尺寸的進口管140和出口管150連接到中間的管子部分110上。例如，如圖2中所示，進口管140 是成形為彎肘狀。另外，在一些實施例中反應器100被設置成與一個4英寸直徑的進口管 140和一個5英寸直徑的出口管150相連接。反應器100的中間的管子部分110還可以被設置成任何直徑，以匹配發(fā)動機尺寸或流經(jīng)再處理系統(tǒng)集聚的排氣流速。在圖1中，該絕緣層160被設置成保持在反應器100內的盡可能多的熱量以幫助分解在排氣流中的氧化氮還原劑。該絕緣層160是由一種陶瓷纖維組成，在將反應器100用在再處理系統(tǒng)中時，在該陶瓷纖維中較高溫度的纖維是位于靠近中間的管子部分110、進口管140和出口管150的外表面。絕緣層160的邊緣涂有在反應器100操作使用過程中可防止纖維移動的抗侵蝕材料。絕緣層160進一步用隔熱屏170予以保護。該隔熱屏170圍繞絕緣層160的外表面并被形成為壓縮和保護絕緣層160。隔熱屏170包括兩個阻止任何水到達絕緣層160上的保護端172。如在圖2中所示，隔熱屏170包括將其鎖定成形以在生產(chǎn)過程中確保良好配合的多個肋174。隔熱屏170還包括一個在生產(chǎn)過程中導引隔熱屏170的導引孔176。由于隔熱屏170并不是要與流經(jīng)再處理系統(tǒng)的還原劑直接接觸，該隔熱屏170可以由低等級的、低成本材料制成。在一個實施例中該隔熱屏170是由439號不銹鋼形成。例如在另外的實施例中，該隔熱屏170可以由409或304號不銹鋼形成?；旌掀?30，如圖1中所示，可以類似于在針對一種“還原劑分解混合器及其制造方法”的美國專利申請第12/237574號中所揭示的混合器。該混合器130用浮動配合被容納在反應器100內。如在此所描述的一種浮動配合是被定義為不是以將混合器焊接或鑄造到反應器100內的方式將該混合器置放進該反應器中。如圖3中所示，混合器130在反應器100中的位置和定位方向是由被澆鑄在接近出口管部分150的中間的管子部分110的一端的適當位置上的一個混合器導引功能件來予以固定?；旌掀?30還可包括一個與混合器方位功能件117配對的凸出軛形(poke yoke)的定位功能件(未圖示)，由此可阻止混合器 130向后插入反應器100內并允許混合器安裝在中間的管子部分110內而無需被焊接或澆鑄到適當位置上。圖4A是由鑄造方法形成的該還原劑噴射器座120的橫剖視圖。該噴射器座120 具有一個內表面405和一個外表面410。噴射器座120包括一個噴射器端口 122、一個管狀部分IM和一個包括有一個堅硬邊緣128的噴射器室126。噴射器座120設置成通過噴射器端口 122將還原劑噴入中間的管子部分110(在圖1中顯示)。噴射器座120以相對于中間的管子部分的縱向軸線112成大約35°的角度被定位(見圖1)以確保還原劑流經(jīng)反應器100從而流經(jīng)再處理系統(tǒng)。在其他實施例中，噴射器座120相對于該縱向軸線112的角度可以在0°和45°之間變化以確保還原劑通過反應器100的最佳流動。與將噴射器座焊接到反應器上相比較，由于采用鑄造方法使噴射器座120與中間的管子部分110形成一體， 噴射器座120相對于縱向軸線112的角度可以減小并且可防止在噴射器座120和中間的管子部分110之間因焊接產(chǎn)生的變形。圖4B是還原劑噴射器120的內表面405的立體圖。如在圖4B中所示，該管狀部分 124是一個鑄造型腔，該鑄造型腔具有一個接近噴射器端口 122的第一開孔123和一個進入中間的管子部分110的第二開孔114。該管狀部分IM被形成朝著中間的管子部分110漸漸變細。在一些實施例中，該管狀部分1 是一個具有特定斷面的型腔。該管狀部分1 的直徑可以根據(jù)種種因素(例如，發(fā)動機尺寸、通過再處理系統(tǒng)的排氣集聚流速、反應器100 的直徑、噴射器座相對于縱向軸線112的角度、從噴射器座120到中間的管子部分110的距離、最高的排氣溫度，等等)而變化。在圖1的實施例中，該管狀部分124的直徑是5毫米。 在工作中，該管狀部分1 設置成允許空氣向上流動接近噴射器端口 122以產(chǎn)生高流速的、 向下盤旋流動形式以攜帶還原劑的微粒離開噴射器座120。圖5是一個現(xiàn)有技術的噴射器座500的流速大小的示意圖。如圖5中所示，由于沒有一個管狀部分，噴射器座500會產(chǎn)生一個用于通過噴射器端口 522被噴射的還原劑大的再循環(huán)區(qū)域525。由于還原劑是沿著噴射器座500的內表面505移動，這個大的再循環(huán)區(qū)域525導致還原劑開始靜止，從而導致還原劑沉積物沿著噴射器座500的內表面505形成。圖6是本發(fā)明的噴射器座120的流速大小的示意圖。如圖6中所示，該管狀部分 124產(chǎn)生沿著噴射器座120的內表面405的高溫、高流速的流動，由此防止還原劑沉積物沿著噴射器座120的內表面405形成。而且，該堅硬的邊緣128被設置成可幫助防止該再循環(huán)區(qū)域125使還原劑流回到噴射器端口 122。因此，進入該噴射器端口 122的高百分比的還原劑將通過室126流入中間的管子部分110(未圖示)并通過再處理系統(tǒng)。在本發(fā)明申請中所揭示的這些實施例無論如何應被認為是舉例圖示說明而不是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的范圍應是由所附的權利要求而不是由前面的說明所限定；所有落入權利要求的等同的含義和范圍內的變化均應被確定為是包含在權利要求所限定的范圍內。
權利要求
1.一種可分離的還原劑分解反應器，其特征是包括一個中間的管子部分，形成有一個被配置成將還原劑引入該反應器中的還原劑噴射器座；一個進口管，其形成在該中間的管子部分的第一端上并被配置成建立與一個排氣系統(tǒng)的第一部分的密封連接；一個出口管，其形成在該中間的管子部分的第二端上并被配置成建立與該排氣系統(tǒng)的第二部分的密封連接；以及一個混合器，安裝在該中間的管子部分鄰近該出口管的一端上并被配置成分解排氣系統(tǒng)中的還原劑；其中，該噴射器座包括一個管狀部分并被配置成可減少在該反應器中再循環(huán)流動形式及減少還原劑沉積物的形成。
2.根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征是還包括圍繞該中間的管子部分的外表面和該進口管的一部分及該出口管的一部分的一絕緣層。
3.根據(jù)權利要求2所述的反應器，其特征是還包括圍繞該絕緣層的外表面的一個隔熱屏。
4.根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征是還包括具有一個鄰近噴射器端口的堅硬邊緣的一個噴射器室，該噴射器室被配置成可防止還原劑流回到該噴射器座的噴射器端口。
5.根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征是該中間的管子部分、該噴射器座、該出口管部分和混合器是由904L不銹鋼形成。
6.根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征是該混合器是以浮動配合的方式容納在該反應器內。
7.根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征是該進口管或出口管是成形為彎肘形狀。
8.一種可分離的還原劑分解反應器，其特征是包括一個中間的管子部分，形成有一個被配置成將還原劑引入該反應器中的還原劑噴射器座；一個進口管，其形成在該中間的管子部分的第一端上并被配置成建立與一個排氣系統(tǒng)的第一部分的密封連接；一個出口管，其形成在該中間的管子部分的第二端上并被配置成建立與該排氣系統(tǒng)的第二部分的密封連接；一個混合器，安裝在該中間的管子部分和該出口管之間并被配置成分解排氣系統(tǒng)中的還原劑；以及一絕緣層，其圍繞該中間的管子部分的外表面和該進口管的一部分及該出口管的一部分。
9.根據(jù)權利要求8所述的反應器，其特征是還包括圍繞該絕緣層的外表面的一個隔熱屏。
10.根據(jù)權利要求8所述的反應器，其特征是還包括具有一個鄰近噴射器座的噴射器端口的堅硬邊緣的一個噴射器室，該噴射器室被配置成可防止還原劑流回到該噴射器端
11.根據(jù)權利要求8所述的反應器，其特征是該中間的管子部分、該噴射器座、該出口管部分和混合器是由904L不銹鋼形成。
12.根據(jù)權利要求8所述的反應器，其特征是該混合器是是以浮動配合的方式容納在該反應器內。
13.根據(jù)權利要求8所述的反應器，其特征是該進口管或出口管是成形為彎肘形狀。
14.一種可分離的還原劑分解反應器，其特征是包括一個中間的管子部分，形成有一個被配置成將還原劑引入該反應器中的還原劑噴射器座；一個進口管，其形成在該中間的管子部分的第一端上并被配置成建立與一個排氣系統(tǒng)的第一部分的密封連接；一個出口管，其形成在該中間的管子部分的第二端上并被配置成建立與該排氣系統(tǒng)的第二部分的密封連接；以及一個混合器，安裝在該中間的管子部分和該出口管之間并被配置成分解排氣系統(tǒng)中的還原劑；其中，該噴射器座包括具有一個鄰近該噴射器座的噴射器端口的堅硬邊緣的一個噴射器室，該噴射器室被配置成可防止還原劑流回到該噴射器端口。
15.根據(jù)權利要求14所述的反應器，其特征是該中間的管子部分、該噴射器座、該出口管部分和混合器是由904L不銹鋼形成。
16.根據(jù)權利要求14所述的反應器，其特征是該混合器是是以浮動配合的方式容納在該反應器內。
17.根據(jù)權利要求14所述的反應器，其特征是該進口管或出口管是成形為彎肘形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于排氣系統(tǒng)的還原劑分解反應器，包括有一個形成有一個還原劑噴射器座的中間的管子部分、一個進口管、一個出口管和一個混合器。該進口管形成在該中間的管子部分的第一端上，而該出口管形成在該中間的管子部分的第二端上，以及它們兩者被配置成建立與該排氣系統(tǒng)的不同的部分的密封連接。該混合器配置在該中間的管子部分和該出口管之間并配置成分解排氣流中的還原劑。該噴射器座包括一個管狀部分，該管狀部分其第一端連接于該中間的管子部分，而其第二端連接于噴射器座的噴射器端口，并被配置成可減少在該反應器內的再循環(huán)流動方式，在該噴射器座的內表面上產(chǎn)生高流速的流動，由此減少還原劑沉積物的形成。
文檔編號F01N3/10GK102171423SQ200980148675
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權日2008年10月16日
發(fā)明者A·芒那納, D·布斯, J·德羅斯特, M·奇魯塔, R·謝林 申請人:康明斯過濾Ip公司