CN101203664B - 一种用于混合尿素和空气的混合装置 - Google Patents

一种用于混合尿素和空气的混合装置 Download PDF

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Abstract

一种将尿素和气体混合的混合装置(1)，包括分别将尿素和气体输入混合装置(1)的混合室(20)的尿素入口(10)和气体入口(12)，和用于从混合室(20)排出尿素和气体混合物的出口(14)；至少用于将空气输入混合室的气体入口(12)设计成避免在所述入口的选定的表面上沉积尿素结晶和/或在所述混合装置使用过程中从所述表面上去除沉积在所述表面上的结晶。所述混合装置还包括在所述气体入口的阀，其中，在所述气体入口的选定的表面上的结晶的去除通过包括在气体入口内的阀提供，所述阀用于执行往复运动，以便于松散沉积在所述混合装置内的尿素结晶，特别是松散沉积在通向所述混合室的阀的出口和/或沉积在通向所述混合室的阀的出口附近的尿素结晶。

Description

一种用于混合尿素和空气的混合装置 
技术领域
本发明涉及将尿素与空气混合，并且把空气和尿素的混合物引进内燃机的排气***，特别是柴油机的排气***。 
背景技术
根据本发明，可以发现，当尿素与压缩空气混合时，溶解在比如水的液体中的尿素可能产生结晶，该结晶通常导致用于混合尿素和空气的混合装置产生堵塞，以致于混合不能进行。还可以发现，结晶会向气流的上游方向增长(甚至在高速下)。 
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种装置，其中使这种堵塞最小化或者避免。 
从这项发明的广义上讲，提供了一种用于混合尿素和一种气体的混合装置，所述尿素更适宜溶解在一种液体里，尤其是水；并且所述气体更适宜是空气。该混合装置优选包括分别将尿素和气体输入所述混合装置的混合室中的尿素入口和气体入口，和用于从所述混合室排出尿素和气体混合物的出口。这些入口和出口优选拥有一个液体状扩张并且优选进入混合室和从混合室优选产生的出口。更可取的是，至少将气体输入所述混合室的气体入口设计成避免在所述入口的选定的表面上沉积尿素结晶和/或在所述混合装置使用过程中从所述表面上去除沉积在所述表面上的结晶。正如在首选的实施例描述中出现的那样，这可以通过把这些表面加工得很光滑或者使用无粘性材料，使结晶不会在被选择的表面上沉积，以优选达到堵塞被避免的程度。 
从另一个方面或总体上讲，此气体入口可以设计成沉积在被选择表面的结晶被除去，比如在混合设备的混合过程中。 
所述混合装置还包括在所述气体入口的阀，其中，在所述气体入口的选定的表面上的结晶的去除通过包括在气体入口内的阀提供，所述阀用于执行往复运动，以便于松散沉积在所述混合装置内的尿素结晶，特别是松散沉积在通向 所述混合室的阀的出口和/或沉积在通向所述混合室的阀的出口附近的尿素结晶。 
按照本发明，提出了诸多不同的实施例，以寻求去除因产生结晶而造成的堵塞影响；并且在附录中可以发现详细的描述，概述了本发明首选实施例的不同细节。 
应该指出的是，尽管本描述着眼于混合溶解于水和空气中的尿素，本发明也是适用的；并且包括其它材料混合以及由于产生或可能产生结晶而发生堵塞的情况。 
附图说明
下面，本发明，特别是其优选实施例将结合附图来描述，其中： 
图1示出了将尿素添加进入内燃机、特别是柴油内燃机的废气的总原理； 
图2示出了本发明的用于混合空气和尿素的混合装置的优选实施例的剖面图； 
图3A-B示出了用于混合空气和尿素的混合装置的另一个实施例的剖面图； 
图4示出了用于混合空气和尿素的混合装置的又一个实施例的剖面图； 
图5示出了图2所示的实施例的一个详细的剖面图； 
图6A-C示出了图5所示的实施例的一个剖面图，一个详细的剖面图和一个分解图； 
图7示出了图3所示的实施例的一个详细的剖面图； 
图8A-C示出了图7所示的实施例的一个剖面图，一个详细的剖面图和一个分解图； 
图9示出了图4所示实施例的一个详细的剖面图；和 
图10A-C示出了图9所示实施例的一个剖面图，一个详细的剖面图和一个分解图。 
具体实施方式
在图1中，一个***，包括优选根据柴油机原理工作的内燃机100；容纳尿素液体溶液箱101(已知为商标名称AdBlue)和催化***(图中标为SCR)102。发动机的排气装置通过排气管道连接于催化***，并且其连接到容纳尿素液体溶液箱。该***还包括计量装置104，用于将液体尿素输入排气***， 以便于其能和废气发生反应，以使NOX气体向环境排放的最小化。该计量装置典型是或者包括用于将压缩空气与液体尿素混合的混合装置和优选提供压缩空气的压缩机105。 
离开内燃机的废气103包含氧化氮。在废气进入催化***以前，在图1表示为106，气体包括氨、水蒸气和氧化氮。在废气进入经过催化***(图1中的107)以后，通常要排入到环境中的气体包括氮和水。 
在本发明的许多优选实施例中，发动机是卡车的柴油机，并且在这些实施例中卡车装备了用于制动装置、悬浮***或类似装置的压缩机，并且在这些实施例中压缩空气由该压缩机提供。为了避免尿素进入制动装置和/或者悬浮***，向用于将尿素与空气混合的混合装置提供的空气通常通过单向阀(未示出)提供，以便空气只能进入混合装置。当卡车行驶过程中(尿素正被混合)和在没有尿素流的情况的停止过程中，该功能是很重要的。 
已经发现，在用于混合尿素和压缩空气的混合装置内的尿素结晶的形成，会妨碍装置执行，导致无法用装置进行混合。该结晶具有向压缩气流的上游方向上增长的趋势。这些问题已由本发明通过设计混合装置解决了，因此其单独包含一个或多个下列特征，或包括其结合： 
1.机械动作，阀的典型的往复运动。该阀的运动包括两个动作，首先阀门对阀座的碰撞将打碎结晶，以便能通过阀门和/或者混合装置利用典型地是空气和/或尿素流的气流，把结晶从阀冲掉。其次，由阀门运动产生的振动可使位于阀门或混合装置表面上的结晶松散，以使结晶可以通过阀和/或混合装置由流体流洗掉。 
2.混合装置的通道和特别是引导空气进入用于混合空气和尿素的混合室的通道可以由不粘材料制成或由不粘材料涂覆，比如聚四氟乙烯(Teflon)。在产生结晶的情况下，不粘材料表面会防止结晶粘于表面，因此它们会被从混合装置冲掉。 
3.该混合装置或者至少其部分被加热，以使尿素结晶熔解，从而通过该混合装置的流体流动就可以将其冲掉。 
4.混合室的尿素入口和空气入口可设置为，使尿素将冲洗空气入口周围的区域，以致使可能形成的尿素结晶将被浸透，并且因此溶解而被冲洗掉。 
下面详细公开包括这些特征中的一个或多个特征的不同的实施例。 
在图2中，示出了本发明的混合装置1的第一个实施例。混合装置1包括外壳2。外壳2作为一个单独的整体部件示出，但也可包括一些零件，如图6所示。混合装置1还包括两个入口：一个引进尿素的入口10和一个将压缩空气引进混合室的入口12。该混合装置还包括出口14，空气和尿素的混合物通过该出口离开混合室并进入排气***。 
在该混合装置内设置有两个阀；一个用于控制尿素流的阀16，和一个用于控制气流进入混合室20的阀18。该混合装置设计成当阀18被加压时，阀18会产生往复运动，从而破坏至少在空气进入混合室的阀附近可能已产生的任何结晶。阀16被故意布置在引入空气的位置的上游。这样布置的原因在于在一些结晶已经产生的情况下，湿尿素流体将有溶解这些形成的结晶的趋势。因此根据图2的混合装置通过两个方法，即通过阀18的往复运动产生的振动和在空气被引进尿素流的位置的下游位置，来防止会堵塞阀和/或混合室的结晶沉积。 
在下面本发明可选择实施例的描述中，相同的参照符号用于相同的部件，尽管细节会有所不同。 
在图3A-B中，揭示了混合装置1的第二个实施例。该混合装置包括含有混合室20的外壳2。该外壳2作为单独的整体部件显示，但也可包括几个零件，如图6所示。 
尿素入口10设置在混合装置1上，以从尿素容器(未示出)将尿素供应至混合室。相应地，空气入口12设置在混合装置1上，以从压缩源(未示出)向混合室20提供压缩空气。阀16优选布置在开向混合室的尿素入口10。这个实施例的尿素入口10相对于混合室20布置在中心。混合室一般优选为圆柱形，并设置成，圆柱形的混合室20的纵轴线基本上是水平布置的。 
出口14设置成离开混合室用来将混合室20连接至排气管，以便于从混合装置1向内燃机的排气装置供应尿素/空气的混合物。空气入口12和出口14优选设置成其正相反地位于圆柱形混合室20的壁上，并且使空气入口位于壁的上部，出口14位于壁的下侧。空气入口12设置于室20的顶部，将减少在入口12区域的结晶的堆积。 
空气入口12设置成使进入混合室20的空气在混合室20内被迫形成气旋运动，以提高清洗效果。这是由设置至少一个空气入口通道来获得，入口12的纵向轴设置成基本与混合室20的圆柱形壁成切线，如可以在图3B中体会到的。混合室内气体的气旋运动会减少混合室20内结晶生成的可能性，因为其将使潮湿的尿素冲洗整个混合室，以致潜在的结晶形成将被浸透(并因此溶解)，并被机械地冲走。 
空气入口12和混合室20的整个内壁或者可选择性的部分优选由不粘材料形成或覆盖，例如聚四氟乙烯(PTFE)。这样减少了结晶形成的危险。 
因为混合物出口14位于混合室20的下部，所以在尿素入口阀16前面的形成混合室20的腔室被排干，以致当关闭发动机并且不需向排气装置添加尿素混合物时，结晶生成物的存在就会远离空气入口12。 
图4揭示了第三个实施例。同样，在这个实施例中混合装置1包括分别输入尿素和空气的两个入口10和12，一个排出混合的尿素和空气的出口14，和一个设置在外壳2内的混合室20。如图2和3所示，外壳2表示为一个单独的整体部件，但可以由几个零件组成，如图10所示。 
混合装置1也包括分别传输尿素和空气的两个阀16和18。阀门16可以是一个常规的阀，而阀18被设计成防止或者限制结晶的增长。阀18包括扁平元件18a，在扁平元件18a的中心具有小渗透口或孔19。当入口12的压力低于一个规定极限时，扁平元件18a就靠在邻接元件18b上。当入口12的压力超过规定压力时，扁平元件18a会向外弯曲，从而使提供在其中心的小渗透口将会揭开，以使气流通过该小渗透口。在图4中，显示了扁平元件18a紧靠在邻接元件18b的位置上，例如在空气入口12处的压力低于上面提到的极限的位置。 
扁平元件18a可以圆盘形，并且最好是很薄的，比如大约0.1mm，以减少在孔19内的形成结晶的危险，因为由于在口/孔19内小的厚度而没有提供用于生成结晶的固体表面。响应于压力的变化的扁平元件的弯曲会松散扁平元件上的结晶组织。扁平元件优选由不锈钢薄板冲压并冲孔。它可用不粘材料覆盖，例如聚四氟乙烯(Teflon)，或者不用覆盖。 
如果结晶组织堵塞孔洞19，那么在扁平元件18a上就会产生压力差，直 到扁平元件18a的弯曲发生为止，这样使结晶组织松散，从而使结晶能被冲洗掉。 
扁平元件18a会发生变形，以致在一个元件上的压力差时它会打开，在另一个不同的较底的压力差时其会关闭，比如其在1.3巴时打开，在0.8巴时关闭。因此，可以知道，由于扁平元件18a上的压力压力差的变化，扁平元件18a不会一直打开和关闭，其将会由于从压力源传送的压力的波动和由于例如发动机的状态引起的扁平元件的排放管侧上的压力波动而自然发生。 
尿素入口10优选设置于混合室20的顶部，在混合室20的空气入口12的上面，以使尿素由于重力会流过空气入口12，这样就可以浸透并溶解在扁平元件18a上产生的结晶。 
形成混合室20的腔室因为混合物出口14位于混合室20的下部而被排空，以使当发动机关闭并且不再需要向排放装置添加尿素混合物时，结晶生成物存在就会远离空气入口12。 

Claims (19)

1.用于将尿素和气体混合的混合装置，所述尿素溶解在流体中，所述装置包括
分别将尿素和气体输入所述混合装置的混合室中的尿素入口和气体入口，和用于从所述混合室排出尿素和气体混合物的出口，其中至少将气体输入所述混合室的气体入口设计成避免在所述入口的选定的表面上沉积尿素结晶和/或在所述混合装置使用过程中从所述表面上去除沉积在所述表面上的结晶；其中
所述混合装置还包括在所述气体入口的阀，和
其中，在所述气体入口的选定的表面上的结晶的去除通过包括在气体入口内的阀提供，所述阀用于执行往复运动，以便于松散沉积在所述混合装置内的尿素结晶。
2.根据权利要求1所述的混合装置，其中所述阀用于执行往复运动，以便于松散沉积在通向所述混合室的阀的出口和/或沉积在通向所述混合室的阀的出口附近的尿素结晶。
3.根据权利要求1或2所述的混合装置，其中所述阀包括通过弹力装置偏压于阀座上的活塞，以便当所述阀上的压力差超过预选的极限时，所述阀打开以使气流进入所述混合室。
4.根据权利要求3所述的混合装置，其中所述弹力装置用于当气体流过阀时引起活塞的往复运动，以使所述活塞接连地坐落于所述阀座和离开所述阀座。
5.根据权利要求1或2所述的混合装置，其中所述阀包括带有渗透口的扁平元件，当所述扁平元件上的压力差低于第一预选极限时，所述扁平元件在渗透口的附近紧靠入口内的上游元件，从而提供气体入口的密封；其中当所述扁平元件上的压力差高于第二预选极限时，所述扁平元件不紧靠所述上游元件，从而使空气通过所述渗透口流入所述混合室。
6.根据权利要求5所述的混合装置，其中，所述扁平元件用于当气体流过所述渗透口时，产生朝向所述上游元件的往复运动，以使所述扁平元件接连地坐落于所述上游元件和离开所述上游元件。
7.根据权利要求1或2所述的混合装置，其中所述气体入口在所述尿素入口延伸进所述混合室的位置的下游延伸进所述混合室。
8.根据权利要求1所述的混合装置，其中至少部分所述气体入口表面是光滑的和/或者是不粘的，以避免结晶在其上沉积。
9.根据权利要求8所述的混合装置，其中所述光滑通过涂覆提供。
10.根据权利要求9所述的混合装置，其中所述涂覆是聚四氟乙烯PTFE涂层的形式，或者至少装置的一部分是由聚四氟乙烯PTFE制成。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的混合装置，其中光滑的表面部分是气体流入所述混合室的孔。
12.根据权利要求1或2所述的混合装置，其中至少所述混合室表面的一部分是光滑的和/或是不粘的，以避免结晶在其上沉积。
13.根据权利要求1或2所述的混合装置，还包括加热装置，用于将至少所述气体入口的一部分和/或所述混合室的一部分加热到尿素结晶的熔点以上。
14.根据权利要求1所述的混合装置，还包括计量装置，用于将液体尿素输入排气***。
15.根据权利要求1所述的混合装置，还包括用于向所述气体入口供应压缩气体的气源。
16.一种发动机，包括权利要求14或15所述的混合装置，其中所述混合装置的所述出口连接到所述发动机的排放***。
17.根据权利要求16所述的发动机，其中所述发动机是柴油机。
18.一种车辆，包括权利要求16所述的发动机。
19.根据权利要求18所述的车辆，其中用于制动装置或悬浮***的压缩机向所述混合装置提供压缩空气。
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