CN203584530U - 用于scr后处理***的静态混合*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，包括设于柴油内燃机的排气管内的第一混合器；且第一混合器沿排气的流向设于喷射器的下游；第一混合器包括芯轴、第一旋片组和第二旋片组；芯轴设于排气管的中心位置；第一旋片组包括大小和形状都相同的两个旋片，该两个旋片螺旋环绕于芯轴的周围，且该两个旋片关于芯轴成轴对称，第一旋片组的每一个旋片的内侧边缘与芯轴固定连接，其外侧边缘与排气管的内壁固定连接；第二旋片组的结构、大小和形状都与第一旋片组相同；第一旋片组的两个旋片与第二旋片组的两个旋片交错排布于所述芯轴上。所述静态混合***能够加速尿素水溶液与柴油内燃机排气的混合，提高二者的混合均匀度。
Description
技术领域
本实用新型涉及内燃机排气净化处理技术领域，特别涉及一种用于选择性催化还原(SCR)后处理***的静态混合***，该静态混合***用于加速尿素水溶液与柴油内燃机排气的混合，从而提高二者的混合均匀度。
背景技术
现有技术中，内燃机尤其是柴油内燃机的排气中含有大量的颗粒物(PM,Particulate Matter)和氮氧化物，对大气环境造成严重污染。这不符合现行的以及今后将颁布的环境保护相关法律法规的规定。
现有技术中，用于内燃机排气处理的方法存在一个缺点，即对PM和氮氧化物的净化处理无法同时实现，二者之间相互冲突。例如，采用废气再循环(EGR,Exhaust Gas Recycle)技术净化处理内燃机排气，可以实现排气中氮氧化物的含量大幅度降低，但排气中PM的含量反而升高，且燃油成本提高；采用高压喷射技术净化处理内燃机排气，有利于降低排气中PM的含量，但往往会使排气中氮氧化物的含量升高。
近年来，技术人员又开始关注柴油机均质混合气压燃(HCCI，HomogeneousCharge Compression Ignition)技术，希望从内燃机内同时降低PM和氮氧化物的含量，但HCCI技术适用的工况范围有限，内燃机模式切换控制复杂，且降低排气中PM和氮氧化物含量的效果不明显。
随着人类对大气保护意识的增强，国内外陆续颁布的环境保护相关法律法规逐步趋于严格化。对此，技术人员不得不采用后处理技术来净化处理内燃排气。
SCR后处理技术的基本原理是向内燃机排气中喷射燃油或者另外添加还原剂，利用合适的催化剂促使还原剂与氮氧化物发生化学反应生成氮气(N2)，同时抑制还原剂与氧气的非选择性氧化反应。例如，以氨(NH3)为还原剂的SCR后处理技术处理排气时，发生的主要化学反应如下：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；
8NH3+6NO2→7N2+12H2O；
2NO2+2NH3→NH4NO3+N2+H2O。
由于氨具有较高的腐蚀性，液氨和氨水的储存和运输都很困难，因而氨不能直接用于车载SCR后处理***。
针对氨作为还原剂的上述缺陷，技术人员通常采用尿素水溶液来提供还原剂。实践表明，浓度为32.5%的尿素水溶液具有最低的凝固点，其凝固点为-11℃，故国际上普遍采用浓度为32.5%的尿素水溶液来提供SCR后处理技术的还原剂，并将其命名为AdBlue。
采用SCR后处理技术净化处理内燃机排气，如果采用尿素水溶液来提供还原剂，既要考虑尿素水溶液的动态的喷射量，又要考虑进入内置催化剂的芯管之前的尿素水溶液与柴油内燃机排气的混合均匀度，其目的是在氨的泄漏量最高不超过25ppm、平均不超过10ppm的条件下，实现氮氧化物的转化效率最高。
现有技术中还没有用于SCR后处理***的静态混合器，该静态混合器用于加速尿素水溶液与柴油内燃机排气的混合，从而提高二者的混合均匀度。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于SCR后处理***的静态混合***。
本实用新型提供的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***包括设于柴油内燃机的排气管内的第一混合器；且所述第一混合器沿排气的流向设于喷射器的下游；
所述第一混合器包括芯轴、第一旋片组和第二旋片组；所述芯轴设于排气管的中心位置；
所述第一旋片组包括大小和形状都相同的两个旋片，该两个旋片螺旋环绕于所述芯轴的周围，且该两个旋片关于所述芯轴成轴对称，所述第一旋片组的每一个旋片的内侧边缘与所述芯轴固定连接，其外侧边缘与排气管的内壁固定连接；
所述第二旋片组的结构、大小和形状都与所述第一旋片组相同；所述第一旋片组的两个旋片与所述第二旋片组的两个旋片交错排布于所述芯轴上。
优选地，该静态混合器还包括设于喇叭形的外扩张管内的第二混合器；所述第二混合器包括喇叭形的内扩张管和螺旋环绕于内扩张管的外圆周面上的至少三个旋片；所述内扩张管的大端朝向芯管，其小端朝向所述排气管；所述第二混合器的每一个旋片的内侧边缘都与所述内扩张管的外圆周面固定连接，其外侧边缘都与所述外扩张管的内壁固定连接。
进一步优选地，所述第一混合器的位置靠近外扩张管与排气管的连接处。
进一步优选地，所述第一旋片组的两个旋片与所述第二旋片组的两个旋片垂直交错排布于所述芯轴上。
进一步优选地，所述第一旋片组的旋片的螺旋环绕方向与所述第二旋片组的旋片的螺旋环绕方向相反。
进一步优选地，所述第二混合器的至少三个旋片均匀分布于所述内扩张管的外圆周面上。
进一步优选地，所述第二混合器包括螺旋环绕于所述内扩张管的外圆周面上的三个旋片，且该三个旋片均匀分布于所述内扩张管的外圆周面上。
进一步优选地，所述第二混合器的旋片的螺旋环绕方向与所述第一混合器的所述第二旋片组的旋片的螺旋环绕方向相反。
本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型的静态混合***包括第一混合器和第二混合器；流入第一混合器和第二混合器的尿素水溶液雾滴被旋片切割形成微小的尿素水溶液液滴，流入第一混合器和第二混合器的排气被旋片切割形成微小排气流，微小的尿素水溶液液滴吸收排气的热量后蒸发形成蒸汽，使尿素水溶液蒸发形成的蒸汽与排气充分混合，从而加速尿素水溶液与柴油内燃机排气的混合，同时提高二者的混合均匀度；
(2)本实用新型的静态混合***的第一混合器包括两个选片组，该两个选片组的旋片的螺旋环绕方向被设置为使得经过第一旋片组的排气的旋转方向与经过第二旋片组的排气的旋转方向相反，故尿素水溶液的微小液滴和微小排气流在第二旋片组处形成旋涡，有利于尿素水溶液的微小液滴与微小排气流充分混合。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的用于SCR后处理***的静态混合***的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的用于SCR后处理***的静态混合***的第一混合器的正视图；
图3为本实用新型实施例提供的用于SCR后处理***的静态混合***的第一混合器的侧视图；
图4为本实用新型实施例提供的用于SCR后处理***的静态混合***的第二混合器的正视图；
图5为本实用新型实施例提供的用于SCR后处理***的静态混合***的第二混合器的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型的内容作进一步的描述。
如图1所示，本实施例提供的用于SCR后处理***的静态混合***包括第一混合器1和第二混合器2。其中，第一混合器1设于柴油内燃机的排气管3内，且第一混合器1沿排气管3内排气的流向设于喷射器9的下游。第二混合器2设于喇叭形的外扩张管4内。外扩张管4的大端与内置有催化剂的芯管5固定连接。外扩张管4的小端与排气管3固定连接。优选地，第一混合器1的位置靠近外扩张管4与排气管3的连接处。
如图2和图3所示，第一混合器1包括芯轴6、第一旋片组7和第二旋片组8。芯轴6设于排气管3的中心位置。第一旋片组7包括大小和形状都相同的两个旋片，该两个旋片螺旋环绕于芯轴6的周围，且该两个旋片关于芯轴6成轴对称。第一旋片组7的每一个旋片的内侧边缘与芯轴6固定连接，其外侧边缘与排气管3的内壁固定连接。第二旋片组8的结构、大小和形状都与第一旋片组7相同。第一旋片组7的两个旋片与第二旋片组8的两个旋片交错排布于芯轴6上。换言之，以芯轴6为中心将第一旋片组7整体旋转一定角度即可得到第二旋片组8。优选地，第一旋片组7的两个旋片与第二旋片组8的两个旋片垂直交错排布于芯轴6上。换言之，以芯轴6为中心将第一旋片组7整体旋转90度角即可得到第二旋片组8。在本实施例中，例如第一旋片组7的两个旋片的始端边缘线都位于竖直平面内，且第一旋片组7的该两个旋片的末端边缘线都位于竖直平面内；第二旋片组8的两个旋片的始端边缘线都位于水平面内，且第二旋片组8的该两个旋片的末端边缘线都位于水平面内。第一旋片组7的旋片的螺旋环绕方向与第二旋片组8的旋片的螺旋环绕方向相反，使得经过第一旋片组7的排气的旋转方向与经过第二旋片组8的排气的旋转方向相反。在本实施例中，当沿排气的流向观察时，第一旋片组7的旋片的螺旋环绕方向例如为顺时针方向，使得经过第一旋片组7的排气的旋转方向为顺时针方向；第二旋片组8的旋片的螺旋环绕方向例如为逆时针方向，使得经过第二旋片组8的排气的旋转方向为逆时针方向；反之亦然。
需要说明的是，第一旋片组7与第二旋片组8的位置可以互换。如图3和图4所示，第二混合器2包括喇叭形的内扩张管10和螺旋环绕于内扩张管10的外圆周面上的至少三个旋片。优选地，第二混合器2的该至少三个旋片均匀分布于内扩张管10的外圆周面上。第二混合器2的每一个旋片的内侧边缘与内扩张管10的外圆周面固定连接，其外侧边缘与外扩张管4的内壁固定连接。内扩张管10的大端朝向芯管5，其小端朝向排气管3。在本实施例中，第二混合器2包括螺旋环绕于内扩张管10的外圆周面上的三个旋片，且该三个旋片均匀分布于内扩张管10的外圆周面上。第二混合器2的旋片的螺旋环绕方向与第一混合器1的第二旋片组8的旋片的螺旋环绕方向相反，使得经过第二混合器2的排气的旋转方向与经过第二旋片组8的排气的旋转方向相反。换言之，第二混合器2的旋片的螺旋环绕方向与第一混合器1的第一旋片组7的旋片的螺旋环绕方向相同，使得经过第二混合器2的排气的旋转方向与经过第一旋片组7的排气的旋转方向相同。在本实施例中，当沿排气的流向观察时，第二混合器2的旋片的螺旋环绕方向例如为顺时针方向，使得经过第二混合器2的排气的旋转方向为顺时针方向；反之亦然。
需要说明的是，本实施例的用于SCR后处理***的静态混合***可以仅包括第一混合器1，而不包括第二混合器2。换言之，包括第一混合器1和第二混合器2的用于SCR后处理***的静态混合***是优选的实施方案。
本实施例的用于SCR后处理***的静态混合***的工作原理如下：
由喷射器9喷出的尿素水溶液雾滴与排气管3内的排气混合后，尿素水溶液雾滴随流动的排气流向第一混合器1；流入第一旋片组7的尿素水溶液雾滴被第一旋片组7的旋片切割形成尿素水溶液的微小液滴后流向第二旋片组8，流入第一旋片组7的排气被第一旋片组7的旋片切割形成例如沿顺时针方向的微小排气流后流向第二旋片组8；流入第二旋片组8的剩余的尿素水溶液雾滴被第二旋片组8的旋片切割形成尿素水溶液的微小液滴，流入第二旋片组8的排气被第二旋片组8的旋片切割形成例如沿逆时针方向的微小排气流，由于经过第二旋片组8的微小排气流的旋转方向与经过第一旋片组7的微小排气流的旋转方向相反，故尿素水溶液的微小液滴和微小排气流在第二旋片组8处形成旋涡，使得尿素水溶液的微小液滴与微小排气流能够充分混合，与之同时，尿素水溶液的微小液滴吸收排气的热量后蒸发形成蒸汽，该蒸汽与微小排气流充分混合后流向第二混合器2。经过第一混合器1后的尿素水溶液雾滴大部分都蒸发形成蒸汽，仅有一小部分尿素水溶液雾滴残留下来。
流入第二混合器2的残留的尿素水溶液雾滴被第二混合器2的旋片切割形成尿素水溶液的微小液滴，流入第二混合器2的排气被第二混合器2的旋片切割形成微小排气流，第二混合器2内的尿素水溶液的微小液滴吸收排气的热量后蒸发形成蒸汽，进一步使尿素水溶液蒸发形成的蒸汽与排气充分混合。经过第二混合器2后的尿素水溶液雾滴全部蒸发形成蒸汽。
应当理解，以上借助优选实施例对本实用新型的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本实用新型说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，该静态混合***包括设于柴油内燃机的排气管(3)内的第一混合器(1)；且所述第一混合器(1)沿排气的流向设于喷射器(9)的下游；
所述第一混合器(1)包括芯轴(6)、第一旋片组(7)和第二旋片组(8)；所述芯轴(6)设于排气管(3)的中心位置；
所述第一旋片组(7)包括大小和形状都相同的两个旋片，该两个旋片螺旋环绕于所述芯轴(6)的周围，且该两个旋片关于所述芯轴(6)成轴对称，所述第一旋片组(7)的每一个旋片的内侧边缘与所述芯轴(6)固定连接，其外侧边缘与排气管(3)的内壁固定连接；
所述第二旋片组(8)的结构、大小和形状都与所述第一旋片组(7)相同；所述第一旋片组(7)的两个旋片与所述第二旋片组(8)的两个旋片交错排布于所述芯轴(6)上。
2.根据权利要求1所述的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，该静态混合器还包括设于喇叭形的外扩张管(4)内的第二混合器(2)；
所述第二混合器(2)包括喇叭形的内扩张管(10)和螺旋环绕于内扩张管(10)的外圆周面上的至少三个旋片；所述内扩张管(10)的大端朝向芯管(5)，其小端朝向所述排气管(3)；
所述第二混合器(2)的每一个旋片的内侧边缘都与所述内扩张管(10)的外圆周面固定连接，其外侧边缘都与所述外扩张管(4)的内壁固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，所述第一混合器(1)的位置靠近外扩张管(4)与排气管(3)的连接处。
4.根据权利要求1或2所述的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，所述第一旋片组(7)的两个旋片与所述第二旋片组(8)的两个旋片垂直交错排布于所述芯轴(6)上。
5.根据权利要求1或2所述的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，所述第一旋片组(7)的旋片的螺旋环绕方向与所述第二旋片组(8)的旋片的螺旋环绕方向相反。
6.根据权利要求2所述的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，所述第二混合器(2)的至少三个旋片均匀分布于所述内扩张管(10)的外圆周面上。
7.根据权利要求2所述的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，所述第二混合器(2)包括螺旋环绕于所述内扩张管(10)的外圆周面上的三个旋片，且该三个旋片均匀分布于所述内扩张管(10)的外圆周面上。
8.根据权利要求2所述的用于SCR后处理***的尿素水溶液的静态混合***，其特征在于，所述第二混合器(2)的旋片的螺旋环绕方向与所述第一混合器(1)的所述第二旋片组(8)的旋片的螺旋环绕方向相反。
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