用于废气后处理系统的双混合器技术方案

本发明专利技术公开了一种用于在选择性催化还原(SCR)后处理系统(24)的混合段(34)中将还原剂(28)与废气(16)混合的双混合器(36)。双混合器(36)包括第一混合器(37)，第一混合器(37)包括栅格(40)和沿废气(16)的流动方向从栅格(40)伸出的多个梯形翅片(48)。双混合器(36)还进一步包括旋流混合器(38)，旋流混合器(38)位于第一混合器(37)的下游并且与第一混合器(37)隔开一定距离。旋流混合器(38)可包括基部(54)和沿废气(16)的流动方向从基部(54)伸出的旋流翅片(58)的三个阵列(56)。每个阵列(56)中的旋流翅片(58)可以沿共同方向(62)定位，共同方向(62)为从相邻阵列(56)中的旋流翅片(58)的共同方向(62)旋转大约60°。

Double Mixer for Waste Gas Post-treatment System

The invention discloses a double mixer (36) for mixing reductant (28) and waste gas (16) in the mixing section (34) of the selective catalytic reduction (SCR) post-processing system (24). The double mixer (36) comprises a first mixer (37), a first mixer (37) comprises a grid (40) and a plurality of trapezoidal fins (48) extending from the grid (40) along the flow direction of the exhaust gas (16). The dual mixer (36) further comprises a swirl mixer (38), which is located downstream of the first mixer (37) and is separated from the first mixer (37) by a certain distance. The swirl mixer (38) may comprise three arrays (56) of the base (54) and the swirl fins (58) extending from the base (54) along the flow direction of the exhaust gas (16). The swirling fins (58) in each array (56) can be positioned in the common direction (62), which rotates about 60 degrees from the common direction (62) of the swirling fins (58) in the adjacent array (56).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于废气后处理系统的双混合器
本专利技术总体上涉及用于废气后处理系统的混合器，具体涉及在选择性催化还原(SCR)后处理系统中用于混合还原剂与废气的双混合器。
技术介绍
燃料在内燃机中高温燃烧时可能产生污染物氮氧化物(NOx)气体，如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。这些气体可能对健康不利，并且可参与形成烟雾和酸雨。为符合日益严苛的低NOx排放法规，发动机制造商可能不得不采用各种技术来显著减少来自发动机废气中的NOx排放。其中一种技术是选择性催化还原(SCR)后处理系统，该系统将废气中的NOx催化还原为氮和水后，再将废气从排气出口例如尾管排出。在SCR后处理系统中，还原剂以液体形式喷射到排气管的废气流中，然后还原剂和废气的混合物通过下游SCR催化剂，该下游SCR催化剂使用还原剂来催化还原废气流中的NOx。还原剂可以是氨，或者可以是随后在废气流中水解成氨的尿素。在使用柴油机的情况下，由尿素和水组成的还原剂被称为柴油机排气处理液(DEF)。在引入SCR催化剂之前，还原剂应蒸发并与废气充分混合，以确保SCR催化剂处的NOx被有效还原。还原剂的蒸发不仅有助于还原剂在废气中的均匀分布，而且避免了排气管中还原剂沉积物的不良积聚，这种不良积聚会降低转换效率，并且增加排气管中的背压。为了促进还原剂的蒸发以及还原剂与废气的混合，可在喷射器和SCR催化剂之间的排气管中设置混合器。然而，就将还原剂与废气混合和通过促进还原剂蒸发来减少沉积物积聚而言，提供满足性能标准的混合器可能是个挑战。美国专利8,607,555中描述了还原剂混合器的一个实例。该专利公开了一种混合元件，其包括支撑多排梯形偏转元件的栅格，梯形偏转元件沿不同方向定位。专利还公开了一种混合元件，混合元件包括四个偏转器元件区域，这些偏转器元件区域彼此相对转动90°以使流经混合器的废气和还原剂产生旋转运动。尽管上述混合元件有效，但仍然需要改进混合系统，以在引入SCR催化剂之前促进还原剂蒸发以及还原剂与废气的混合。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，公开了一种用于在选择性催化还原(SCR)后处理系统的混合段中将还原剂与废气混合的双混合器。双混合器包括位于混合段中的第一混合器，其包括允许还原剂和废气从中流过的栅格。第一混合器还可包括多个梯形翅片，梯形翅片沿废气流动方向从栅格伸出。此外，双混合器还可包括旋流混合器位置，旋流混合器位置位于混合段中第一混合器下游并与第一混合器隔开一定距离。旋流混合器可以包括允许还原剂和废气从中流过的基部，以及沿废气流动方向从基部伸出的旋流翅片的三个阵列。旋流翅片围绕混合器的中心布置成三角形构型，以在流经旋流混合器的还原剂和废气中引起旋流运动。每个阵列中的旋流翅片可沿共同方向定位，该共同方向为从相邻阵列中旋流翅片的共同方向旋转约60°。根据本专利技术的另一方面，公开了一种用于在选择性催化还原(SCR)催化剂上游的排气管中将还原剂和废气混合的双混合器。双混合器可包括第一混合器，第一混合器包括平面栅格和沿废气流动方向从平面栅格伸出的多个平行梯形翅片。每个平行排中的梯形翅片可沿定位方向交替，并且相对于平面栅格成大约20°的角度。双混合器还可以包括旋流混合器，该旋流混合器位于第一混合器下游且与第一混合器隔开一定距离。旋流混合器可包括平面基部，该平面基部具有从基部的中心径向延伸并且沿圆周方向彼此等距间隔开的多个径向支腿。旋流混合器还可包括多个梯形旋流翅片，这些旋流翅片沿废气流动方向从每个径向支腿伸出。从每个径向支腿伸出的梯形旋流翅片可沿共同方向定位，该共同方向为相对于从相邻径向支腿伸出的梯形旋流翅片的共同方向旋转一定角度。根据本专利技术的另一方面，公开了一种用于柴油机的废气选择性催化还原(SCR)后处理系统。SCR后处理系统可包括：排气管，能够将废气从柴油机输送到排气出口；喷射器，能够将柴油机排气处理液(DEF)喷射到排气管中；以及位于喷射器下游的SCR催化剂，能够催化还原废气中的NOx。SCR后处理系统还可包括双混合器，其位于喷射器下游和SCR催化剂上游的排气管中。双混合器可包括第一混合器，其能够促进通过其中的DEF蒸发。第一混合器可以包括平面栅格和沿下游方向从平面栅格伸出的翅片的多个平行排。第一混合器的翅片相对于平面栅格成约20°的角度。双混合器还可以包括在第一混合器下游的旋流混合器，其能够促进通过其中的DEF与废气混合。旋流混合器可包括沿下游方向伸出旋流混合器的旋流翅片阵列。旋流混合器的每个阵列可包括旋流翅片的多个平行排，旋流翅片的多个平行排沿共同方向定位，从相邻阵列的共同方向旋转约60°。结合附图阅读时，本专利技术的这些和其它方面和特征将更容易理解。附图说明图1是根据本专利技术构造的用于发动机的废气后处理系统的示意图，该发动机具有用于将还原剂与废气混合的双混合器。图2是根据本专利技术构造的图1中双混合器的第一混合器的透视图。图3是根据本专利技术构造的单独示出的第一混合器的一个梯形翅片的平面图。图4是根据本专利技术构造的图1中双混合器的旋流混合器的平面图。图5是根据本专利技术构造的旋流混合器的侧面透视图。图6是根据本专利技术构造的旋流混合器的侧视图。图7是根据本专利技术构造的单独示出的旋流混合器的支撑元件的透视图。图8是根据本专利技术构造的单独示出的旋流混合器的径向支腿的透视图。图9是根据本专利技术的方法、通过将径向支腿与支撑元件装配而形成的一个旋流混合器单元的仰视透视图。图10是根据本专利技术的方法、装配在一起的两个单元的仰视透视图。图11是根据本专利技术的方法的三个单元的仰视透视图，这三个单元装配在一起并在节点处焊接以提供旋流混合器。具体实施方式现参照附图，具体参照图1，示出了用于内燃机12(例如柴油机14)的废气后处理系统10。废气后处理系统10可以包括在废气从排气出口20排出之前，去除由发动机12通过排气管18排放的废气16中的至少一些污染物的部件。特别地，后处理系统10可以包括设置在排气管18中的微粒过滤器22，其从废气16中滤出微粒。排气管18中的微粒过滤器22的下游可以是选择性催化还原(SCR)后处理系统24，用于将废气16中的NOx催化还原为氮和水。后处理系统10的可选布置可没有微粒过滤器。SCR后处理系统24可以包括喷射器26，用于将还原剂28从供应源30喷射到排气管18中流动的废气16中。还原剂28可以是尿素和水的混合物(如果发动机12是柴油机，也称为柴油机排气处理液(DEF))，并且尿素可在排气管18中水解为氨。或者，还原剂28可以是氨。还原剂28最初以液体形式注入排气管18中，并且随后在排气管18中蒸发(参见下文进一步的细节)。喷射器26的下游可以是催化剂32，在通过出口20排放废气之前，催化剂32使用还原剂28将废气16中的NOx催化还原成氮和水。SCR后处理系统24还可包括混合段34，例如混合管35，其是在喷射器26和SCR催化剂32之间延伸的排气管18的一部分。在混合段34中，还原剂28能够蒸发和/或分解为较小的液滴，并在引入至催化剂32之前与废气混合。为此，混合段34可包含双混合器36，双混合器36由第一混合器37和第一混合器37下游的旋流混合器38组成。具体地，第一混合器37可使还原剂28的液滴蒸发和/或将还原剂液体分解为更小的液滴，而旋流混合器38可进一步增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在选择性催化还原后处理系统(24)的混合段(34)中将还原剂(28)与废气(16)混合的双混合器(36)，包括：第一混合器(37)，定位在所述混合段(34)中，并且包括栅格(40)，所述栅格允许还原剂(28)和废气(16)从中流过，所述第一混合器(37)进一步包括沿所述废气(16)的流动方向从所述栅格(40)伸出的多个梯形翅片(48)；以及旋流混合器(38)，定位在所述混合段(34)中的第一混合器(37)的下游并且与所述第一混合器(37)隔开一定距离，所述旋流混合器(38)包括允许还原剂(28)和废气(16)从中流过的基部(54)，所述旋流混合器(38)进一步包括沿所述废气(16)的流动方向从所述基部(54)伸出并且围绕所述旋流混合器(38)的中心(64)以三角形构型布置的旋流翅片(58)的三个阵列(56)，以在从所述旋流混合器(38)流过的还原剂(28)和废气(16)中引起旋流运动，每个阵列(56)中的所述旋流翅片(58)沿共同方向(62)定位，所述共同方向(62)从相邻阵列(56)中的所述旋流翅片(58)的共同方向(62)旋转约60°。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.07 US 15/2045491.一种用于在选择性催化还原后处理系统(24)的混合段(34)中将还原剂(28)与废气(16)混合的双混合器(36)，包括：第一混合器(37)，定位在所述混合段(34)中，并且包括栅格(40)，所述栅格允许还原剂(28)和废气(16)从中流过，所述第一混合器(37)进一步包括沿所述废气(16)的流动方向从所述栅格(40)伸出的多个梯形翅片(48)；以及旋流混合器(38)，定位在所述混合段(34)中的第一混合器(37)的下游并且与所述第一混合器(37)隔开一定距离，所述旋流混合器(38)包括允许还原剂(28)和废气(16)从中流过的基部(54)，所述旋流混合器(38)进一步包括沿所述废气(16)的流动方向从所述基部(54)伸出并且围绕所述旋流混合器(38)的中心(64)以三角形构型布置的旋流翅片(58)的三个阵列(56)，以在从所述旋流混合器(38)流过的还原剂(28)和废气(16)中引起旋流运动，每个阵列(56)中的所述旋流翅片(58)沿共同方向(62)定位，所述共同方向(62)从相邻阵列(56)中的所述旋流翅片(58)的共同方向(62)旋转约60°。2.根据权利要求1所述的双混合器(36)，其中所述第一混合器(37)能够用于促进从中流过的所述还原剂(28)的蒸发，并且所述旋流混合器(38)能够用于促进所述还原剂(28)与所述废气(16)的混合。3.根据权利要求2所述的双混合器(36)，其中所述第一混合器(37)的栅格(40)是平面的，并且其中所述梯形翅片(48)相对于所述栅格(40)成大约20°的角度。4.根据权利要求3所述的双混合器(36)，其中所述第一混合器(37)的栅格(40)由多个第一支撑元件(42)形成，所述多个第一支撑元件(42)与多个第二支撑元件(44)垂直并且相交布置，并且其中所述梯形翅片(48)与所述第一支撑元件(42)一体地形成并且从所述第一支撑元件(42)伸出。5.根据权利要求4所述的双混合器(36)，其中所述第一混合器(37)包括梯形翅片(48)的多个平行排(50)，并且其中每个所...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·伊，S·费耶尔西蒙，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US