用于廢氣處理的靜態(tài)混合器及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】用于廢氣處理的靜態(tài)混合器(11)，包括環(huán)形的支承部分(13)和徑向布置的多個(gè)基本共面的徑向葉片(15)，所述葉片的后部或者基部(17)與所述支承部分(13)相關(guān)聯(lián)且前部或者徑向末端(19a)朝著混合器的中心(“G”)會(huì)聚，其中葉片(15)的主體包括至少三個(gè)彎折線，其限定布置在不平行平面上并限定用于廢氣的相應(yīng)沖擊表面(A，B，C)的相應(yīng)部分(15a，15b，15c)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于廢氣處理的靜態(tài)混合器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于廢氣處理的靜態(tài)混合器及其制造方法。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣處理的靜態(tài)混合器，該混合器可結(jié)合在用于氮氧化物的選擇性催化還原(SCR)的系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0003]為了促進(jìn)廢氣與以氣態(tài)或液態(tài)引入內(nèi)燃機(jī)的廢氣系統(tǒng)的還原劑的混合，通常使用靜態(tài)混合器。
[0004]在這種情況下，靜態(tài)混合器主要用來(lái)促進(jìn)高度均勻混合物的形成并且造成引入廢氣系統(tǒng)的還原劑盡可能多地蒸發(fā)。
[0005]為了滿(mǎn)足這個(gè)要求，目前生產(chǎn)包括一組葉片的靜態(tài)混合器，所述葉片在廢氣與還原劑混合物流動(dòng)的管道內(nèi)具有各種不同取向。
[0006]葉片通常與意圖附著到容納混合器的管道的內(nèi)壁上的環(huán)形框架相關(guān)聯(lián)，其通常橫向地布置在管道中使得廢氣流被所述葉片攔截。
[0007]靜態(tài)混合器總的由于廢氣流內(nèi)的湍流現(xiàn)象的增加促進(jìn)氣體與還原劑的混合。
[0008]然而，靜態(tài)混合器布置在氣體流動(dòng)的區(qū)域中造成廢氣系統(tǒng)內(nèi)壓力增加。這種壓力增加是不利條件，因?yàn)樗恋K廢氣的排放并且通常會(huì)根據(jù)混合器和廢氣系統(tǒng)的布置而或多或少顯著。
[0009]而且，混合器的表面會(huì)造成還原混合物凝結(jié)，從而形成附著到葉片的液體膜，由此造成相同混合器的效率降低。
[0010]因此，當(dāng)設(shè)計(jì)上述種類(lèi)的混合器時(shí)，兩種現(xiàn)象形成對(duì)照。
[0011]第一種現(xiàn)象是由容納混合器的廢氣系統(tǒng)中的過(guò)度壓力增加決定的。第二種現(xiàn)象是由還原劑在混合器表面上形成凝結(jié)造成的混合能力的降低決定的。
[0012]為了試圖實(shí)現(xiàn)達(dá)到良好混合和防止發(fā)生上述不利條件的相反要求之間的最佳折中，這里提出不同的解決方案。
[0013]一些解決方案使用葉片矩陣，其密度、傾斜和尺寸通過(guò)考慮上述要求來(lái)選擇。US2007/0204751公開(kāi)了這種混合器的一個(gè)例子。
[0014]其他解決方案使用一組葉片，其通常徑向布置在氣體流動(dòng)的管道內(nèi)并定向成造成所述氣體與還原劑混合物混合。這第二種類(lèi)型的靜態(tài)混合器例如在US7533520、US2009/0320453 和 US2009/0266064 中公開(kāi)。
[0015]在所有的上述解決方案中，在廢氣的混合和自由流動(dòng)要求之間找到最佳折中的努力顯而易見(jiàn)。
[0016]盡管有這些努力，但現(xiàn)有技術(shù)的混合器未完全解決如何獲得最佳混合，同時(shí)使上述不利條件最小的問(wèn)題。
[0017]而且，至今為止進(jìn)行的努力得到了制造起來(lái)越來(lái)越精細(xì)、復(fù)雜和昂貴的解決方案。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]因此，在本領(lǐng)域中仍對(duì)具有可供應(yīng)用的靜態(tài)混合器具有強(qiáng)烈需求，這種混合器高度有效，不會(huì)造成顯著的壓力增加，并且不容易促進(jìn)凝結(jié)形成并且不具有與制造復(fù)雜性和成本有關(guān)的上述缺點(diǎn)。
[0019]因此，本發(fā)明的第一目的是通過(guò)提供用于廢氣處理的靜態(tài)混合器裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這種結(jié)果，該靜態(tài)混合器裝置相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)更好的混合，并且造成壓力增加減小且形成凝結(jié)的能力減小。
[0020]本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述種類(lèi)的靜態(tài)混合器，其可以以比現(xiàn)有技術(shù)混合器更簡(jiǎn)單的方式和更低的成本工業(yè)化制造。
[0021]本發(fā)明的另一但不是最后的目的在于提供一種上述種類(lèi)的混合器，其基本上可以在采用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)的任何廢氣系統(tǒng)中采用。
[0022]上述和其他目的通過(guò)如權(quán)利要求所述的用于廢氣處理的靜態(tài)混合器及其制造方法實(shí)現(xiàn)。
[0023]本發(fā)明的第一優(yōu)點(diǎn)源自于設(shè)置多個(gè)徑向葉片，其布置在環(huán)形周邊內(nèi)，朝著混合器的中心會(huì)聚并包括至少三個(gè)彎折線，它們限定布置在不平行平面上并限定用于廢氣的相應(yīng)沖擊表面的同等數(shù)量的葉片部分。
[0024]由于所述布置，混合器能夠造成在氣體流和流經(jīng)它的尿素中形成具有漩渦的湍流，因此造成尿素與廢氣的有效混合。
[0025]因此形成在混合器葉片上的多個(gè)彎折線和相應(yīng)沖擊表面有利地輔助增加尿素噴霧所沖擊的總體表面，因此確定高霧化。而且，這種布置有助于減少在混合器下游形成液體膜的現(xiàn)象，而這種膜如已知的會(huì)降低混合器性能。
[0026]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)源自于在混合器中設(shè)置自由中心部分，即對(duì)于廢氣的自由流動(dòng)不具有障礙的部分，徑向葉片朝著該部分會(huì)聚。由于這種自由中心部分和徑向葉片的形狀，可以獲得廢氣與還原劑混合物的有效混合效果。這種混合效果通過(guò)所述中心孔的存在來(lái)促進(jìn)，這另一方面有助于防止由于混合器的設(shè)置造成的過(guò)度壓力增加。實(shí)際上，對(duì)應(yīng)于中心孔，發(fā)生氣體速度增加和隨之氣體的強(qiáng)烈向前推力，造成混合器下游有利的湍流運(yùn)動(dòng)。
[0027]本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)由通過(guò)一系列簡(jiǎn)單切割和彎折操作來(lái)制造混合器的可能性得到。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]以下將參考附圖對(duì)本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，其中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的混合器的前透視圖；
[0030]圖2是圖1中所示的混合器的平面圖；
[0031]圖3是圖1中所示的混合器的側(cè)視圖；
[0032]圖4是沿著圖2中的線IV-1V截取的截面圖；
[0033]圖5是結(jié)合有混合器的廢氣系統(tǒng)的示意圖；
[0034]圖6是處于第一工作步驟的混合器的平面圖；
[0035]圖7是沿著處于第二工作步驟的混合器的縱向平面截取的截面圖；
[0036]圖8是處于第三工作步驟的混合器的前透視圖。【具體實(shí)施方式】
[0037]參考圖1-4，總體上用附圖標(biāo)記11表示根據(jù)本發(fā)明的用于廢氣處理的靜態(tài)混合器。
[0038]混合器11包括環(huán)形的支承部分13和多個(gè)基本上共面的徑向葉片15，葉片徑向布置并且其后端或者基部17與所述支承部分13相關(guān)聯(lián)，其前端或者徑向末端19朝著混合器的中心“G”會(huì)聚。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)葉片15的主體包括至少三個(gè)彎折線11、12、13，它們限定布置在不平行平面上且限定用于廢氣的相應(yīng)沖擊表面A、B、C的同等數(shù)量的部分15a、15b、15c。而且，優(yōu)選地，所述沖擊表面A、B、C是基本上平的。
[0040]仍根據(jù)本發(fā)明，葉片15的徑向末端19圍繞混合器的中心部分21。在所示例子中為基本圓形的所述部分21是自由的，即，它不被葉片或者混合器的其他部分占據(jù)并且為廢氣限定不受干擾的通道。
[0041]還是根據(jù)本發(fā)明，用于廢氣的沖擊表面A、B、C位于相對(duì)于混合器所處的且基本上對(duì)應(yīng)于包括圖2的紙片平面的橫向平面“P”不平行的平面上。沖擊表面所處的所述平面因此與廢氣流經(jīng)混合器的流動(dòng)方向不垂直，所述方向由圖3中的箭頭“F”表示。而且，沖擊表面A、B、C所處的平面彼此不平行并且根據(jù)不同角度攔截氣體流和還原混合物。優(yōu)選地，所述角度從葉片基部17朝著周邊減小。
[0042]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，與葉片15的基部17相鄰的第一沖擊表面A相對(duì)于混合器的所述橫向平面P傾斜范圍在30°到60°的角度。而且，在所示的實(shí)施方式中，第一沖擊表面A具有基本上長(zhǎng)梯形的形狀。
[0043]還是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，與第一沖擊表面A相鄰的第二沖擊表面B相對(duì)于第一沖擊表面A傾斜范圍在40°到70°的角度。而且在所示的實(shí)施方式中，第二沖擊表面B基本上是矩形的。
[0044]還是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，與第二沖擊表面B相鄰的第三沖擊表面C相對(duì)于第二沖擊表面B傾斜范圍在20°到50°的角度。而且在所示的實(shí)施方式中，第三沖擊表面C基本上是三角形,并且限定朝著混合器11的前方區(qū)域縱向指向的軸向末端19b,廢氣從這里到達(dá)。
[0045]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，沖擊表面A、B、C整個(gè)限定用于每個(gè)葉片的凹入部分，凹度相對(duì)于氣流方向“F”轉(zhuǎn)向相反方向。
[0046]環(huán)形的支承部分13包括冠部13a，優(yōu)選閉合以形成環(huán)，在所示例子中它為混合器11限定圓形的內(nèi)部周邊13b和圓形的外部周邊13c。但是，其他實(shí)施方式也是可行的，其中內(nèi)部周邊13b和/或外部周邊13c具有不同于圓形的形狀，例如是八角形、六角形、方形或者矩形形狀。在另一些實(shí)施方式中，葉片15可與容納混合器的廢氣系統(tǒng)的管道的內(nèi)壁直接相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，環(huán)形支承13將是管道的一體部分。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，葉片15沿著環(huán)形支承部分13的內(nèi)部周邊13b以規(guī)則方式成角度地間隔開(kāi)。
[0048]還是指本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，設(shè)置8個(gè)徑向葉片15。但是，葉片15的最佳數(shù)量可根據(jù)要含有混合器的廢氣系統(tǒng)的特征來(lái)選擇，總體上可設(shè)置任何數(shù)量的葉片。因此，其他實(shí)施方式的混合器是可行的，其中葉片的數(shù)量不同于8個(gè)。范圍在4到16個(gè)的葉片數(shù)量被證明能提供最佳性能。
[0049]而且，在優(yōu)選實(shí)施方式中，圓形中心部分21的直徑是混合器的內(nèi)部周邊13b的直徑的大約1/4。
[0050]總體上，在內(nèi)部周邊13b內(nèi)側(cè)，混合器11具有被攔截廢氣和還原劑混合物的多個(gè)葉片15占據(jù)的區(qū)域和由葉片之間所包括的并由附圖標(biāo)記23表示的區(qū)域以及中心部分21形成的自由區(qū)域。
[0051]參考圖5，示意性顯示了用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣處理的單元111，其中使用了 SCR技術(shù)。所述單元111包括用于廢氣的容納在殼體113內(nèi)的一組管道。根據(jù)本發(fā)明的靜態(tài)混合器11容納在圖中用附圖標(biāo)記115表示的其中一個(gè)管道中，廢氣在其中沿著箭頭“F”指示的方向流動(dòng)。在所示的例子中，混合器11橫向地布置在管道115內(nèi)，在還原劑混合物被引入的區(qū)域117的緊下游。參考所示的例子，還原劑混合物通過(guò)用裝置119噴射來(lái)引入，裝置119優(yōu)選包括噴嘴或者合適的閥并在廢氣流動(dòng)的方向上軸向布置在管道115的起點(diǎn)處。所述管道115在裝置119和混合器11之間進(jìn)一步包括徑向取向的廢氣入口 121，由管道115的設(shè)置徑向孔123的相應(yīng)部分形成。
[0052]根據(jù)上面的對(duì)應(yīng)于優(yōu)選但不排他的布置的構(gòu)造，廢氣徑向進(jìn)入管道115并且被在相對(duì)于廢氣入口方向成90°的軸向上到達(dá)的還原劑攔截。因此，廢氣流在混合器11處沿軸向到達(dá)，即相對(duì)于到管道115中的入口方向偏轉(zhuǎn)大約90°，其基本上占據(jù)管道115的整個(gè)橫截面。
[0053]有利地，根據(jù)本發(fā)明，混合器11可通過(guò)一系列簡(jiǎn)單的工作操作來(lái)制造。
[0054]根據(jù)優(yōu)選制造方法，混合器由厚度優(yōu)選在0.8至2.0mm范圍、更優(yōu)選為1.5mm的金屬主體片獲得。因此，葉片15將基本上具有層壓一致性。
[0055]優(yōu)選地，如下面將會(huì)解釋的，混合器通過(guò)機(jī)械切割和彎折操作制造。替代地，混合器也可通過(guò)其他機(jī)械工作，例如銑削或者電子放電加工制造。
[0056]在將在下面公開(kāi)的制造混合器的方法的優(yōu)選實(shí)施方式中，對(duì)平的層壓金屬主體、例如金屬片箔進(jìn)行加工。
[0057]參考圖6，顯示了包括例如通過(guò)切割或者剪切金屬片的平箔獲得的平主體11’的起始廣品。
[0058]在所示例子中，主體11’是盤(pán)形的，外直徑為大約140mm并包括以規(guī)則方式成角度間隔開(kāi)的8個(gè)葉片15’。在混合器的這個(gè)工作步驟，始終參考所示的例子，葉片15’具有基本平的、三角形形狀，其其中一個(gè)頂點(diǎn)指向盤(pán)形主體的中心“G”。更精確地，還是參考所示的例子，葉片15’成形為等腰三角形，底角為大約70°，頂角為大約45°。
[0059]原始葉片15’接著例如通過(guò)機(jī)器人化的操縱器沿著彎折線11、12、13彎折，由此獲得對(duì)應(yīng)于參考圖1至4公開(kāi)的混合器11的最終產(chǎn)品。
[0060]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，為了使葉片15’更易彎折、減小混合器結(jié)束時(shí)葉片的沖擊表面的延伸并因此限制將容納混合器的管道內(nèi)的壓力增加，主體11’在圍繞葉片的或多或少寬度帶中經(jīng)歷材料去除。所述帶在圖6中用附圖標(biāo)記10表示，并且它繞著葉片延伸，除了附屬物17’將葉片聯(lián)接到支承部分13’。
[0061]圖7顯示了制造混合器的接下來(lái)的步驟，其中葉片15’已經(jīng)通過(guò)圖6所示的圍繞第一彎折線Il彎折葉片15’獲得。沿著第二彎折線12的第二彎折允許獲得圖8所示的主體11”’，沿著第三彎折線13的第三彎折允許獲得圖1至4所示的最終形狀的混合器11。
[0062]將會(huì)理解，混合器的支承部分13也可進(jìn)行工作，例如從平部分13’開(kāi)始抽拉，以便獲得圖4所示的“L”形截面。
[0063]總體上，根據(jù)本發(fā)明的方法包括步驟:
[0064]-提供基本平的層壓金屬主體11’；
[0065]-例如通過(guò)切割金屬片在金屬片的主體上形成徑向布置并基本共面的多個(gè)徑向葉片 15，；
[0066]-圍繞第一彎折線Il彎折葉片15’，由此獲得彎折的葉片15”；
[0067]-圍繞第二彎折線12彎折葉片15”，由此獲得雙彎折的葉片15”’；
[0068]-圍繞第三彎折線13彎折雙彎折的葉片15”’，由此獲得混合器11。
[0069]可以對(duì)所描述和顯示的靜態(tài)混合器進(jìn)行包括在相同發(fā)明原理內(nèi)的多種改變和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種用于廢氣處理的靜態(tài)混合器(11)，包括環(huán)形的支承部分(13)和徑向布置的多個(gè)基本共面的徑向葉片(15)，所述葉片的后部或者基部(17)與所述支承部分(13)相關(guān)聯(lián)且前部或者徑向末端(19a)朝著混合器的中心(“G”)會(huì)聚，其特征在于，所述葉片(15)的主體包括至少三個(gè)彎折線，其限定布置在不平行平面上并限定用于廢氣的相應(yīng)沖擊表面(A, B，C)的相應(yīng)部分(15a，15b，15c)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合器，其中，用于廢氣的所述沖擊表面(A，B,C)位于相對(duì)于所述混合器(11)的中間橫向平面不平行的平面上，因此與經(jīng)過(guò)混合器的廢氣的流動(dòng)方向(“F”)不垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合器，其中，與葉片的基部相鄰的第一沖擊表面(A)相對(duì)于混合器的中間橫向平面傾斜包括在30°和60°之間的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合器，其中，與第一沖擊表面(A)相鄰的第二沖擊表面(B)相對(duì)于第一沖擊表面(A)傾斜包括在40°和70°之間的角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合器，其中，與第二沖擊表面相鄰的第三沖擊表面(C)相對(duì)于第二沖擊表面傾斜包括在20°和50°之間的角度。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合器，其中，所述沖擊表面限定用于每個(gè)葉片(15)的凹入部分。
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合器，其中，所述葉片(15)的徑向末端(19a)圍繞混合器的自由中心部分(21)以便氣體通過(guò)。
8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合器，其中，所述葉片(15)以規(guī)則方式成角度地間隔開(kāi)。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合器，其中，所述葉片(15)的數(shù)量為4到16個(gè)。
10.制造根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)混合器的方法，其中提供以下步驟: 提供由金屬制成的基本平的層壓主體(11’); 例如通過(guò)切割所述層壓主體，在所述金屬主體上提供徑向布置并且相互基本共面的多個(gè)徑向葉片(15’)； 使葉片(15’ )沿著第一彎折線(11)受到彎折操作，由此獲得彎折的葉片(15”)； 使彎折的葉片(15’ )沿著第二彎折線(12)受到彎折操作，由此獲得雙彎折的葉片(15，，)； 使所述葉片(15”)沿著第三彎折線(13)受到彎折操作，由此獲得混合器(11)。
【文檔編號(hào)】F01N3/28GK103688034SQ201280030311
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月20日
【發(fā)明者】P·M·科爾納利亞, G·維拉塔 申請(qǐng)人:科爾納利亞冶金股份公司