CN109356693A - 一种紧凑式混合器组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑式混合器组件，包括外壳体、位于所述外壳体两端的进气前端盖和出气后端盖，以及被所述进气前端盖和出气后端盖限定的中间混合腔，其特征在于所述进气前端盖和出气后端盖之间设有连接挡板；所述的进气前端盖上开设有尾气进气口，所述的出气后端盖上开设有混合气体出气口，所述的尾气进气口和混合气体出气口错开置于所述连接挡板的两侧；所述的中间混合腔顶部设有喷嘴安装座。本发明通过特殊的流道结构设计，所述的混合器组件不但能够在很小的混合空间内，增加尾气与还原剂的混合距离，而且能使混合气体产生复杂的旋转和离心运动，从而达到了提高混合效率和混合均匀性的目的。

Description

一种紧凑式混合器组件

技术领域

本发明涉及尾气后处理技术领域，尤其涉及混合器领域，具体地说是一种紧凑式混合器组件。

背景技术

SCR即选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction）技术，主要用于降低柴油发动机尾气中的氮氧化物（NOx）含量，根据功能不同可分为控制***，喷射***和SCR催化器三部分。SCR技术的工作原理是：控制***首先根据监测到的发动机运行状态数据和氮氧化物的排放情况，计算出***所需的还原剂量，然后控制喷射***将定量的还原剂雾化喷入SCR催化器中，还原剂与尾气中的氮氧化物混合后，在催化剂的作用下发生化学反应，生成无害的氮气和水，从而达到降低尾气中氮氧化物浓度的目的。

SCR中的还原剂为氨气（NH3），主要由质量浓度32.5%的尿素溶液热解产生；由于还原剂的生成过程，以及与尾气的充分混合过程都需要一定的空间距离，因而SCR催化剂载体前端通常需要预留较大的混合空间，这也导致尾气后处理产品的体积增大，对其布置安装造成了极大困扰。随着排放法规要求日益严格，以及各主机厂对零部件小型化和集成化的要求，势必需要进一步缩小尾气后处理产品的体积；由于尾气后处理产品中催化剂载体的体积很难缩减，因而只能缩短还原剂与尾气的混合空间；但如果仅单纯缩短混合空间而不采取其他提高混合效率的技术手段，又可能会导致尿素溶液热解不完全，还原剂与尾气混合不充分，催化剂载体面气流不均匀等问题，并最终导致管道堵塞和催化剂寿命缩短。

因此，如何在较小的混合空间内，提高尿素溶液的热解程度，以及还原剂与尾气的混合效率和混合均匀性，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

为解决上述问题，中国专利CN105545425A公开了一种用于提供给紧凑型混合器的模块化混合器入口和混合器组件。所述的混合器具有上游端和下游端，以及混合器入口本体。所述的混合器入口本体具有封闭端部和开放端部，所述开放端部附接至所述混合器的所述上游端部，所述混合器入口本体包括从所述封闭端部延伸至所述开放端部以围绕中心轴线的外周表面，其中，所述外周表面包括 入口端，并且其中所述封闭端部包括螺旋成形部，所述螺旋成形部使离开所述入口端口的所述排气开始进行漩涡运动。该技术方案使排气在混合器内形成漩涡运动，在满足排气流程的前提下减少了混合器的轴向尺寸。然而，该技术方案需要在混合器上专门设置一个具有封闭端部和开放端部的入口本体，虽然混合器的本体尺寸减小了，然而却增加了入口部件，不但增加了混合器的整体轴向尺寸，同时也增加了制造和装配成本。它的另一个缺陷是排气在入口端口的螺旋成形部转向并形成漩涡运动，在该转折处受阻后速度降低，使排气在该处停留时间过长，影响混合效率。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种紧凑式混合器组件，通过特殊的流道结构设计，所述的混合器组件不但能够在很小的混合空间内，增加尾气与还原剂的混合距离，而且能使混合气体产生复杂的旋转和离心运动，从而达到了提高混合效率和混合均匀性的目的。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种紧凑式混合器组件，包括外壳体、位于所述外壳体两端的进气前端盖和出气后端盖，以及被所述进气前端盖和出气后端盖限定的中间混合腔，其特征在于所述进气前端盖和出气后端盖的主体部分为平板结构，两者之间设有连接挡板；所述的中间混合腔被隔板径向分隔为混合内腔和混合外腔；所述的进气前端盖上开设有尾气进气口和外腔尾气入口，所述的出气后端盖上开设有混合气体出气口和外腔尾气出口，所述的尾气进气口和混合气体出气口错开置于所述连接挡板的两侧，并与所述的混合内腔连通；所述的外腔尾气入口和外腔尾气出口错开布置，并与所述的混合外腔连通；所述的中间混合腔顶部设有喷嘴安装座。

本发明的一种紧凑式混合器组件，尾气通过尾气进气口进入中间混合腔，与喷射进入的还原剂混合，经还原反应后尾气中的主要污染物达到排放法规要求，最后从混合气体出气口排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设计特殊的混合器流道结构，增加尾气与还原剂的混合距离，并促使混合气体在混合器的混合腔内产生复杂的旋转和离心运动，以达到提高混合效率和混合均匀性的目的。

2、本发明结构简单、性能高效、适于量产，能在很大程度上缩小还原剂与尾气的混合空间，从而缩小尾气后处理产品的体积，这将有利于促进产品的小型化和集成化发展，并在一定程度上达到降低尾气后处理产品成本的需求。

3、本发明的进气前端盖和出气后端盖的主体部分为平板结构，尾气沿混合器的中心轴线平行的方向进入混合器，并在连接挡板的一侧处受阻后绕混合器的中心轴线旋转一周，最后从挡板另一侧的混合气体出气口排出。尾气在混合器中滞留时间长，不仅增加了行程，并且使其与还原剂得到充分混合和反应。

4、混合器被分隔成内外腔室，所述的外腔尾气入口和外腔尾气出口错开布置，避免尾气直接流通。混合外腔中只有高温尾气流动，其结构空间由进气前端盖、出气后端盖、隔板与外壳体限定。高温尾气可以提高隔板的表面温度，防止尿素溶液在隔板表面形成沉积物，堵塞通道。

作为本发明的改进，所述的进气前端盖和出气后端盖之间的距离在50mm～90mm范围内。

作为本发明的再进一步改进，所述的进气前端盖上还设有一组进气孔和一个第一中心通孔，所述的出气后端盖上还设有一组出气孔和一个第二中心通孔，所述的进气孔、第一中心通孔、出气孔和第二中心通孔与所述的混合内腔连通；所述的第一中心通孔与第二中心通孔同轴，且大小相等。所述的进气孔和第一中心通孔作为尾气进入混合器组件的次通道，所述的出气孔和第二中心通孔作为混合气体流出混合器组件的次通道。通过主次通道进入混合腔的混合气体，在混合腔内产生更为复杂的旋转和离心运动，进一步提高混合效率和混合均匀性。

作为本发明的再进一步改进，所述的尾气进气口为尾气进入混合器组件的主通道，其开口面积大于所述一组进气孔和一个第一中心通孔的面积之和；所述的混合气体出气口为混合气体流出混合器组件的主通道，其开口面积大于所述一组出气孔和一个第二中心通孔的面积之和。

作为本发明的再进一步改进，所述进气前端盖上开设的尾气进气口、进气孔、外腔尾气入口和第一中心通孔的面积之和是进气前端盖总面积的20%～30%。

作为本发明的再进一步改进，所述出气后端盖上开设的混合气体出气口、出气孔、外腔尾气出口和第二中心通孔的面积之和是后端盖总面积的30%～40%。

混合器的形状与后处理段的结构设计相关，可以是圆形的，有些箱体式或者U型后处理器中间过渡段也可以为其他形状。进气前端盖上的尾气进气孔和进气口、以及出气后端盖上的混合气体出气口和出气孔，其形状、位置和数量可根据实际的模拟和试验结果进行调整，以利于提高混合气体的混合效率和流出混合器组件时的速度均匀性。优先地，所述的混合器组件为圆形结构；所述的外腔尾气入口和外腔尾气出口各为一个，且呈扇形；所述的第一中心通孔和第二中心通孔为圆孔；所述的进气孔和出气孔为多个圆形、弧形孔、腰形孔或扇形孔，且错开布置；所述的外腔尾气入口和外腔尾气出口为多个弧形孔。

作为本发明的再进一步改进，所述的连接挡板一端与隔板相交，另一端与混合器中心轴线相交。

作为本发明的再进一步改进，所述的喷嘴安装座设置在中间混合腔顶部靠近尾气进气口处，使尾气进入混合器后马上与还原剂接触，进一步提高尾气和还原剂的混合和反应效率。所述喷嘴安装座的安装平面与混合器中心轴线平行；喷嘴安装座的喷射孔轴线与连接挡板形成的锐角夹角范围为30°～40°。

作为本发明的更进一步改进，所述的进气前端盖和出气后端盖与连接挡板之间通过挡板安装键槽定位安装，与隔板之间通过隔板安装键槽定位安装。优选地，所述的隔板安装键槽和挡板安装键槽可设计成对称结构，防止装配时出错。

附图说明

图1为本发明紧凑式混合器组件实施例的尾气后处理产品结构示意图；

图2为本发明紧凑式混合器组件实施例的剖视图；

图3为本发明进气前端盖的结构示意图；

图4为本发明出气后端盖的结构示意图；

图5为本发明前后端盖连接挡板的结构示意图；

图6为本发明混合内腔和混合外腔隔板的结构示意图；

图7为本发明外壳体的结构示意图。

图中，1.进气组件；2.DOC组件；3.DPF组件；4.混合器组件；5.隔热罩；6.SCR催化器组件；7.出气组件；8.喷嘴安装座；9.隔板；10.混合外腔；11.外壳体；12.连接挡板；13.尾气进气口；14.进气前端盖；15.第一中心通孔;16.隔板安装键槽；17.进气孔；18.出气后端盖；19.混合内腔；20.第二中心通孔；21.中心轴线；22.出气孔；23.外腔尾气出口；24.进气前端盖翻边；25.外腔尾气入口；26.挡板安装键槽；27.出气后端盖翻边；28.混合气体出气口；29.喷嘴座安装避让孔；30.喷射孔；31.喷射孔轴线；32.喷嘴座安装平面；33.中间混合腔。

具体实施方式

图1示出了包含本发明紧凑式混合器组件的尾气后处理产品总成。尾气中的主要污染物包括碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、颗粒物（PM）和氮氧化物（NOx），尾气首先通过进气组件1进入后处理产品总成，在进气组件1内置的扰流孔板作用下，尾气均匀通过氧化催化器（DOC）组件2，在DOC组件2的催化剂作用下，尾气中的碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）发生氧化反应，从而除去尾气中的HC和CO这两类污染物；而后，尾气通过颗粒过滤器（DPF）组件3，滤去尾气中的颗粒物（PM）。经过DOC组件2和DPF组件3的处理，进入混合器组件4的尾气需要去除的主要污染物只有氮氧化物（NOx）；在混合器组件4的作用下，尾气与混合器组件4上端喷射孔30喷射进入的还原剂充分混合后，进入SCR催化器组件6，在SCR催化器组件6的催化剂作用下，氮氧化物（NOx）与还原剂发生化学反应，生成无害的氮气（N2）和水。经过DOC组件2、DPF组件3和SCR催化器组件6的作用后，尾气中的主要污染物达到排放法规要求，最后通过出气组件7排放进入大气中。

如图2-7所示，本发明的紧凑式混合器组件，包括外壳体11、位于所述外壳体11两端的进气前端盖14和出气后端盖18，以及被所述进气前端盖14和出气后端盖18限定的中间混合腔33。

混合器的形状与后处理段的结构设计相关，在本实施方式中，采用圆形结构。

所述进气前端盖14和出气后端盖18之间设有连接挡板12和隔板9。所述的隔板9为环形结构，将所述的中间混合腔33分隔为混合内腔19和混合外腔10。所述的进气前端盖14上开设有一个较大开口的尾气进气口13、一组进气孔17、一个第一中心通孔15和一组外腔尾气入口25；所述的出气后端盖18上开设有一个较大开口的混合气体出气口28、一组出气孔22、一个第二中心通孔20和一组外腔尾气出口23。所述的尾气进气口13、进气孔17、第一中心通孔15、混合气体出气口28、出气孔22和第二中心通孔20与所述的混合内腔19连通；所述的外腔尾气入口25和外腔尾气出口23与混合外腔10连通；所述的第一中心通孔15与第二中心通孔20同轴，且大小相等。

经过DOC组件2和DPF组件3的作用，尾气中的HC、CO和PM污染物已达到排放法规要求，而且由于DOC组件2和DPF组件3载体的蜂窝状结构，进入混合器组件4的尾气的速度均匀性超过95%。尾气通过进气前端盖14上的尾气进气口13、进气孔17、中心通孔15和外腔尾气入口25分别进入中间混合腔33的混合内腔19和混合外腔10。

具体地，混合内腔19的空间范围由进气前端盖14、出气后端盖18和隔板9限定，大部分尾气通过尾气进气口13，进气孔17和中心通孔15进入混合内腔19，并与喷射孔30喷射进入的还原剂混合。混合外腔10的空间范围由进气前端盖14、出气后端盖18、隔板9和外壳体11限定，其中只有高温尾气流动，用以提高隔板9的表面温度，防止尿素溶液在隔板9表面形成沉积物，堵塞通道。

进一步地，混合外腔10的外腔尾气入口25和外腔尾气出口23应错开布置，避免尾气直接流通。

由于连接挡板12将进气前端盖14的尾气进气口13和出气后端盖18的混合气体出气口28隔开，尾气与还原剂的混合气体必须在混合内腔19中绕转一周后流出混合器组件4，这不但增加了尾气与还原剂的混合距离，而且由于复杂的旋转和离心运动，使得流出混合器组件4的混合气体的流速更为均匀。

如图2所示，进气前端盖14和出气后端盖18之间的距离应在50mm～90mm范围内，这有利于进一步提高混合器组件4的紧凑性，增强尾气与还原剂混合气体的旋转和离心运动，同时还能将混合器组件4的背压控制在合理范围内，实施例中进气前端盖14和出气后端盖18之间的距离为60mm。

进一步地，如图3和图4所示，为保证混合气体流出混合器组件4时的速度均匀性，并能有效降低混合器组件4的背压，进气前端盖14的总开口面积与进气前端盖14面积的比值应在20%～30%范围内，实施例中尾气进气口13，进气孔17，外腔尾气入口25和中心通孔15的面积之和与进气前端盖14的总面积比值为23%；出气后端盖18的开口面积与出气后端盖18面积的比值应在30%～40%范围内，实施例中混合气体出气口28，出气孔22，外腔尾气出口23和中心通孔20的面积之和与出气后端盖18的总面积比值为37%。

更进一步地，出气后端盖18的出气孔23的形状、位置和数量应根据实际的模拟和试验结果调整，以利于提高混合气体的混合效率和流出混合器组件4时的速度均匀性。在本实施方式中，所述的外腔尾气入口25和外腔尾气出口23各为一个，且呈扇形；所述的第一中心通孔15和第二中心通孔20为圆孔；所述的进气孔17为多个圆孔和弧形孔，且靠近尾气进气口13分布；所述的出气孔22为多个呈径向分布的扇形孔，且靠近所述的混合气体出气口28布置；所述的外腔尾气入口25和外腔尾气出口23为多个弧形孔，且沿圆周分布。

如图2-7所示，混合器组件4的进气前端盖14、出气后端盖18和隔板9之间采用隔板安装键槽16定位装配；进气前端盖14、出气后端盖18和连接挡板12之间采用挡板安装键槽26定位装配。

进一步地，隔板9、连接挡板12、隔板安装键槽16和挡板安装键槽26可设计成对称结构，防止装配时出错。

更进一步地，连接挡板12一端1201与隔板9相交，另一端1202与混合器中心轴线21相交，且装配时连接挡板12应将进气前端盖14的尾气进气口13和出气后端盖18的混合气体出气口28隔开，防止尾气直接流通。

如图7所示，外壳体11上端设有喷嘴安装座8的安装平面32，喷嘴安装座8穿过喷射孔30和喷嘴座安装避让孔29，在喷嘴座安装平面32上定位安装。

进一步地，喷嘴座安装平面32与混合器中心轴线21平行，在本实施例中，安装平面32与中心轴线21平行，且二者之间的距离为120mm。

更进一步地，喷射孔30的轴线31与连接挡板12形成的锐角夹角范围为30°～40°，在本实施例中，轴线31与连接挡板12形成的锐角夹角为35°。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种紧凑式混合器组件，包括外壳体（11）、位于所述外壳体（11）两端的进气前端盖（14）和出气后端盖（18），以及被所述进气前端盖（14）和出气后端盖（18）限定的中间混合腔（33），其特征在于所述进气前端盖（14）和出气后端盖（18）的主体部分为平板结构，两者之间设有连接挡板（12）；所述的中间混合腔（33）被隔板（9）径向分隔为混合内腔（19）和混合外腔（10）；所述的进气前端盖（14）上开设有尾气进气口（13）和外腔尾气入口（25），所述的出气后端盖（18）上开设有混合气体出气口（28）和外腔尾气出口（23），所述的尾气进气口（13）和混合气体出气口（28）错开置于所述连接挡板（12）的两侧，并与所述的混合内腔（19）连通；所述的外腔尾气入口（25）和外腔尾气出口（23）错开布置，并与所述的混合外腔（10）连通；所述的中间混合腔（33）上还设有喷嘴安装座（8）。

2.如权利要求1所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的进气前端盖（14）和出气后端盖（18）之间的距离在50mm～90mm范围内。

3.如权利要求1所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的进气前端盖（14）上还设有一组进气孔（17）和一个第一中心通孔（15），所述的出气后端盖（18）上还设有一组出气孔（22）和一个第二中心通孔（20），所述的进气孔（17）、第一中心通孔（15）、出气孔（22）和第二中心通孔（20）与所述的混合内腔（19）连通；所述的第一中心通孔（15）与第二中心通孔（20）同轴，且大小相等。

4.如权利要求3所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的尾气进气口（13）为尾气进入混合器组件（4）的主通道，其开口面积大于所述一组进气孔（17）和一个第一中心通孔（15）的面积之和；所述的混合气体出气口（28）为混合气体流出混合器组件（4）的主通道，其开口面积大于所述一组出气孔（22）和一个第二中心通孔（20）的面积之和。

5.如权利要求4所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述进气前端盖（14）上开设的尾气进气口（13）、进气孔（17）、外腔尾气入口（25）和第一中心通孔（15）的面积之和是进气前端盖（14）总面积的20%～30%。

6.如权利要求4所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述出气后端盖（18）上开设的混合气体出气口（28）、出气孔（22）、外腔尾气出口（23）和第二中心通孔（20）的面积之和是后端盖（18）总面积的30%～40%。

7.如权利要求4所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的连接挡板（12）一端与隔板（9）相交，另一端与混合器中心轴线（21）相交。

8.如权利要求3所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的喷嘴安装座（8）设置在中间混合腔（33）顶部靠近尾气进气口（13）处。

9.如权利要求8所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的所述喷嘴安装座（8）的安装平面（32）与混合器中心轴线（21）平行；喷嘴安装座（8）的喷射孔轴线（31）与连接挡板（12）形成的锐角夹角范围为30°～40°。

10.如权利要求3所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的进气前端盖（14）和出气后端盖（18）与连接挡板（12）之间通过挡板安装键槽（26）定位安装，与隔板（9）之间通过隔板安装键槽（16）定位安装。

11.如权利要求10所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的隔板安装键槽（16）和挡板安装键槽（26）设计成对称结构。

12.如权利要求3~11任何一项所述的一种紧凑式混合器组件，其特征在于所述的混合器组件（4）为圆形结构；所述的外腔尾气入口（25）和外腔尾气出口（23）各为一个，且呈扇形；所述的第一中心通孔（15）和第二中心通孔（20）为圆孔；所述的进气孔（17）和出气孔（22）为多个圆形、弧形孔、腰形孔或扇形孔，且错开布置；所述的外腔尾气入口（25）和外腔尾气出口（23）为多个弧形孔。