DE102016112556B4 - Static mixer - Google Patents

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Abstract

Statischer Mischer (1), welcher in einem Abgasrohr (2) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) mindestens ein erstes Strömungsleitelement (6) in einem stromaufwärtigen Bereich (4) des statischen Mischers (1) sowie mindestens ein zweites Strömungsleitelement (7) und mindestens ein drittes Strömungsleitelement (8) in einem stromabwärtigen Bereich (5) des statischen Mischers (1) umfasst, wobei das erste Strömungsleitelement (6) ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in Richtung der Innenwandung (9) des Abgasrohres (2) beeinflussen kann, und wobei das zweite Strömungsleitelement (7) ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in einer Drehrichtung beeinflussen kann, und wobei das dritte Strömungsleitelement (8) ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in Richtung der Längsachse (3) des statischen Mischers (1) beeinflussen kann.Static mixer (1) which is arranged in an exhaust pipe (2) of an internal combustion engine, characterized in that the static mixer (1) has at least one first flow guide element (6) in an upstream region (4) of the static mixer (1) and at least a second flow guide element (7) and at least one third flow guide element (8) in a downstream region (5) of the static mixer (1), the first flow guide element (6) having a flow profile of the exhaust gas mass flow in the direction of the inner wall (9) of the exhaust pipe ( 2), and wherein the second flow guide element (7) can influence a flow profile of the exhaust gas mass flow in one direction of rotation, and the third flow guide element (8) can influence a flow profile of the exhaust gas mass flow in the direction of the longitudinal axis (3) of the static mixer (1) .

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen statischen Mischer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a static mixer according to the preamble of claim 1.

In Abgasanlagen angeordnete statische Mischer dienen zur Vermischung von flüssigem oder gasförmigem Reduktionsmittel im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen mit SCR-Abgasnachbehandlungssystemen (SCR engl. Abkürzung für selective catalytic reduction). Die statischen Mischer dienen zur möglichst homogenen Verteilung des eingebrachten Reduktionsmittels.Static mixers arranged in exhaust systems serve to mix liquid or gaseous reducing agent in the exhaust gas from internal combustion engines with SCR exhaust gas aftertreatment systems (SCR abbreviation for selective catalytic reduction). The static mixers serve to distribute the introduced reducing agent as homogeneously as possible.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2011 111 765 A1 ist eine Mischereinrichtung mit zumindest einer die Strömungsrichtung des Gasstroms beeinflussenden Mischschaufel bekannt.
Die Mischerschaufel weist einen ersten Schaufelabschnitt und einen zweiten Schaufelabschnitt auf, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
Der erste Schaufelabschnitt lenkt den die Mischereinrichtung anströmenden Gasstrom so um, dass dieser eine erste Drallkomponente erhält.
Der zweite Schaufelabschnitt lenkt anschließend den Gasstrom so um, dass dieser eine zweite Drallkomponente erhält, wobei die erste Drallkomponente und die zweite Drallkomponente einander entgegengesetzt sind.
From the DE 10 2011 111 765 A1 a mixer device with at least one mixing blade influencing the direction of flow of the gas flow is known.
The mixer blade has a first blade section and a second blade section, which are arranged one behind the other in the flow direction.
The first blade section deflects the gas flow flowing towards the mixer device in such a way that it receives a first swirl component.
The second blade section then deflects the gas flow in such a way that it receives a second swirl component, the first swirl component and the second swirl component being opposite to one another.

Aus der DE 10 2014 006 491 B3 ist ein statischer Mischer bekannt, welcher in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der statische Mischer sowohl einen inneren Körper, der radial um eine Achse des statischen Mischers angeordnet ist, wobei an einem stromaufwärtigen Ende des inneren Körpers mindestens ein erstes Leitelement angeordnet ist, welches sich in Richtung der Achse des statischen Mischers erstreckt, als auch einen äußeren Körper, der an einem stromaufwärtigen Ende des inneren Körpers radial um die Achse des statischen Mischers angeordnet ist, aufweist.
In Strömungsrichtung des Abgasmassenstroms weist ein stromaufwärtiger Bereich des äußeren Körpers eine Verjüngung von einem ersten Querschnitt hin zu einem zweiten Querschnitt an einem stromabwärtigen Ende des äußeren Körpers auf und bildet ein zweites Leitelement, wobei der erste Querschnitt größer und der zweite Querschnitt kleiner im Vergleich zu einem dritten Querschnitt des inneren Körpers ist.
From the DE 10 2014 006 491 B3 a static mixer is known which is arranged in an exhaust pipe of an internal combustion engine, the static mixer both an inner body which is arranged radially around an axis of the static mixer, with at least one first guide element being arranged at an upstream end of the inner body, which extends in the direction of the axis of the static mixer, as well as an outer body which is arranged at an upstream end of the inner body radially about the axis of the static mixer.
In the flow direction of the exhaust gas mass flow, an upstream region of the outer body has a taper from a first cross section to a second cross section at a downstream end of the outer body and forms a second guide element, the first cross section being larger and the second cross section being smaller compared to one third cross-section of the inner body.

In der DE 10 2010 009 043 A1 wird ein statischer Mischer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine beschrieben, der in einem Abgasrohr der Brennkraftmaschine angeordnet ist, der aus einer Mehrzahl die Strömung eines Fluidstromes beeinflussender Strömungsleitelemente besteht, bei dem die Strömungsleitelemente an einem zentralen Mittelelement angeordnet sind und sich in Richtung der Innenwand des Abgasrohres erstrecken und bei dem die Strömungsleitelemente in Strömungsrichtung des Fluidstromes jeweils einen Abschnitt aufweisen, der gegenüber den Strömungsleitelementen in einem vorgegebenen Winkel geneigt angeordnet ist.In the DE 10 2010 009 043 A1 describes a static mixer for an exhaust system of an internal combustion engine, which is arranged in an exhaust pipe of the internal combustion engine, which consists of a plurality of flow guide elements influencing the flow of a fluid flow, in which the flow guide elements are arranged on a central element and extend in the direction of the inner wall of the exhaust pipe extend and in which the flow guide elements each have a section in the flow direction of the fluid flow which is inclined relative to the flow guide elements at a predetermined angle.

An den jeweiligen Strömungsleitelementen sind die abgewinkelten Abschnitte derart in unterschiedliche Richtung weisend angeordnet, dass abwechselnd der freie Strömungsquerschnitt zwischen den jeweils zwei benachbarten Strömungsleitelementen verringert und der freie Strömungsquerschnitt zwischen den benachbarten Strömungsleitelementen beibehalten wird.
An der entgegen der Richtung des Fluidstromes betrachteten Vorderseite der Abschnitte der Strömungsleitelemente ist jeweils ein Rahmenelement angeordnet.
An dem Rahmenelement sind in Richtung des zentralen Mittelelements weisende und mit dem Mittelelement verbundene Leitelemente derart angeordnet, dass nach jeweils zwei mit ihren in Richtung Mittelelement weisenden Längsseiten verbundenen Leitelementen ein freier Fluiddurchtrittsraum gebildet wird.
On the respective flow guide elements, the angled sections are arranged pointing in different directions in such a way that the free flow cross section between the two adjacent flow guide elements is alternately reduced and the free flow cross section between the adjacent flow guide elements is maintained.
A frame element is arranged in each case on the front side of the sections of the flow guide elements, viewed against the direction of the fluid flow.
Guide elements pointing in the direction of the central element and connected to the middle element are arranged on the frame element in such a way that a free fluid passage space is formed after two guide elements connected with their longitudinal sides pointing in the direction of the middle element.

Die statischen Mischer, die zur Verdunstung und Vermischung von flüssigem oder gasförmigem Reduktionsmittel eingesetzt werden, verursachen teilweise einen hohen Abgasgegendruck bei einer schlechten Mischqualität, die vom Betriebspunkt abhängig ist. Der Zielkonflikt zwischen hoher Mischqualität und geringem Abgasgegendruck ist oftmals nicht im gesamten Motorkennfeld gelöst.
Weiterhin können die statischen Mischer Schwächen hinsichtlich der Überdeckung in Strömungsrichtung des Abgasmassenstromes aufweisen.
The static mixers, which are used for evaporation and mixing of liquid or gaseous reducing agents, sometimes cause a high exhaust gas back pressure with poor mixing quality, which depends on the operating point. The conflict of objectives between high mixing quality and low exhaust back pressure is often not resolved in the entire engine map.
Furthermore, the static mixers can have weaknesses with regard to the overlap in the flow direction of the exhaust gas mass flow.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen statischen Mischer bereitzustellen, welcher eine hohe Mischqualität bei gleichzeitig geringem Abgasgegendruck gewährleistet.The invention is based on the object of providing a static mixer which ensures high mixing quality with a low exhaust gas back pressure.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Erfindung wird durch einen statischen Mischer gemäß Anspruch 1 gelöst.The invention is achieved by a static mixer according to claim 1.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mittels des erfindungsgemäßen statischen Mischers wird der mit Reduktionsmittel versetzte Abgasmassenstrom beim Durchströmen des statischen Mischers zuerst mittels des ersten Strömungsleitelements von innen nach außen gelenkt und anschließend mittels des zweiten Strömungsleitelements in eine Rotationsbewegung versetzt und mittels des dritten Strömungsleitelements von außen nach innen gelenkt.
Beim Austritt aus dem statischen Mischer wird eine hohe Qualität der Vermischung sowie ein geringer Abgasgegendruck innerhalb einer kurzen Mischstrecke ermöglicht.
By means of the static mixer according to the invention, the exhaust gas mass flow mixed with reducing agent when flowing through the static mixer is first directed from the inside to the outside by means of the first flow guide element and then set in a rotational movement by means of the second flow guide element and directed from the outside inwards by means of the third flow guide element.
When exiting the static mixer, a high quality of the mixing as well as a low exhaust gas back pressure is made possible within a short mixing section.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die zweiten Strömungsleitelemente und die dritten Strömungsleitelemente alternierend angeordnet.
Durch die abwechselnde Änderung der Strömungsrichtung entstehen zwischen den zweiten und dritten Strömungsleitelementen freie Scherschichten, welche eine Vermischung verbessern.
In an advantageous embodiment, the second flow guide elements and the third flow guide elements are arranged alternately.
The alternating change in the direction of flow creates free shear layers between the second and third flow guide elements, which improve mixing.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der statische Mischer im stromabwärtigen Bereich mindestens ein viertes Strömungsleitelement auf.
Das vierte Strömungsleitelement erzeugt ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in einer Drehrichtung, die entgegensetzt zu der mittels des zweiten Strömungsleitelements erzeugten Drehrichtung ist.
Hierdurch kann die Verwirbelung der Strömung beeinflusst werden.
In a further advantageous embodiment of the invention, the static mixer has at least one fourth flow guide element in the downstream area.
The fourth flow guiding element generates a flow profile of the exhaust gas mass flow in a direction of rotation which is opposite to the direction of rotation generated by means of the second flow guiding element.
This can influence the turbulence of the flow.

FigurenlisteFigure list

Es zeigen:

  • 1: eine perspektivische Ansicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen statischen Mischers;
  • 2: eine Rückansicht des statischen Mischers gemäß 1;
  • 3: eine Vorderansicht des statischen Mischers gemäß 1.
Show it:
  • 1 : a perspective view of an embodiment of a static mixer according to the invention;
  • 2 : a rear view of the static mixer according to FIG 1 ;
  • 3 : a front view of the static mixer according to FIG 1 .

Die 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen statischen Mischers 1.
Der statische Mischer 1 ist in einem Abgasrohr 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet.
Ein mit Reduktionsmittel versetzter Abgasmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils P1.
The 1 to 3 show an embodiment of a static mixer according to the invention 1 .
The static mixer 1 is in an exhaust pipe 2 arranged an internal combustion engine, not shown.
An exhaust gas mass flow mixed with reducing agent flows in the direction of the arrow P1 .

Eine Längsachse 3 des statischen Mischers 1 stimmt mit der Längsachse des Abgasrohres 2 überein.A longitudinal axis 3 of the static mixer 1 coincides with the longitudinal axis of the exhaust pipe 2 match.

Der statische Mischer 1 weist einen stromaufwärtigen Bereich 4 und einen stromabwärtigen Bereich 5 auf.The static mixer 1 has an upstream area 4th and a downstream area 5 on.

In dem stromaufwärtigen Bereich 4 umfasst der statische Mischer 1 erste Strömungsleitelemente 6.In the upstream area 4th includes the static mixer 1 first flow guide elements 6th .

In dem stromabwärtigen Bereich 5 sind zweite Strömungsleitelemente 7 sowie dritte Strömungsleitelemente 8 des statischen Mischers 1 angeordnet.In the downstream area 5 are second flow guide elements 7th and third flow guide elements 8th of the static mixer 1 arranged.

Der mit dem Reduktionsmittel versetzte Abgasmassenstrom strömt in Richtung des Pfeils P1 durch den statischen Mischer 1.The exhaust gas mass flow to which the reducing agent has been added flows in the direction of the arrow P1 through the static mixer 1 .

Die ersten Strömungsleitelemente 6 leiten einen Teil des Abgasmassenstroms in Richtung einer Innenwandung 9 des Abgasrohres 2 (Pfeil P2).
Hierdurch wird der Abgasmassenstrom von der Längsachse 3 hin zur äußeren Querschnittsfläche verteilt.
The first flow guide elements 6th direct part of the exhaust gas mass flow towards an inner wall 9 of the exhaust pipe 2 (Arrow P2 ).
This causes the exhaust gas mass flow to move away from the longitudinal axis 3 distributed towards the outer cross-sectional area.

Die zweiten Strömungsleitelemente 7 erzeugen bei einem Teil des Abgasmassenstroms eine Strömung in einer Drehrichtung (Pfeil P3).The second flow guide elements 7th generate a flow in one direction of rotation for part of the exhaust gas mass flow (arrow P3 ).

Die dritten Strömungsleitelemente 8 leiten einen Teil des Abgasmassenstroms in Richtung der Längsachse 3 des statischen Mischers 1 (Pfeil P4).The third flow guide elements 8th direct part of the exhaust gas mass flow in the direction of the longitudinal axis 3 of the static mixer 1 (Arrow P4 ).

In dieser Ausführungsform sind die zweiten Strömungsleitelemente 7 und die dritten Strömungsleitelemente 8 alternierend angeordnet.
Zwischen den beiden Teilströmen (Pfeil P3 und P4) bildet sich eine freie Scherschicht, in welcher eine Vermischung stattfindet.
In this embodiment, the second flow guide elements 7th and the third flow guide elements 8th arranged alternately.
Between the two partial flows (arrow P3 and P4 ) a free shear layer forms in which mixing takes place.

Der statische Mischer 1 kann aus gebogenen Blech bestehen.The static mixer 1 can consist of bent sheet metal.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
statischer Mischerstatic mixer
22
AbgasrohrExhaust pipe
33
LängsachseLongitudinal axis
44th
stromaufwärtiger Bereichupstream area
55
stromabwärtiger Bereich downstream area
66th
erstes Strömungsleitelementfirst flow guide element
77th
zweites Strömungsleitelementsecond flow guide element
88th
drittes Strömungsleitelementthird flow guide element
99
Innenwandung Inner wall
P1P1
Pfeilarrow
P2P2
Pfeilarrow
P3P3
Pfeilarrow
P4P4
Pfeilarrow

Claims (3)

Statischer Mischer (1), welcher in einem Abgasrohr (2) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) mindestens ein erstes Strömungsleitelement (6) in einem stromaufwärtigen Bereich (4) des statischen Mischers (1) sowie mindestens ein zweites Strömungsleitelement (7) und mindestens ein drittes Strömungsleitelement (8) in einem stromabwärtigen Bereich (5) des statischen Mischers (1) umfasst, wobei das erste Strömungsleitelement (6) ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in Richtung der Innenwandung (9) des Abgasrohres (2) beeinflussen kann, und wobei das zweite Strömungsleitelement (7) ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in einer Drehrichtung beeinflussen kann, und wobei das dritte Strömungsleitelement (8) ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in Richtung der Längsachse (3) des statischen Mischers (1) beeinflussen kann.Static mixer (1) which is arranged in an exhaust pipe (2) of an internal combustion engine, characterized in that the static mixer (1) at least one first flow guide element (6) in an upstream area (4) of the static mixer (1) and at least one second flow guide element (7) and at least one third flow guide element (8) in a downstream area (5) of the static mixer ( 1), wherein the first flow guide element (6) can influence a flow profile of the exhaust gas mass flow in the direction of the inner wall (9) of the exhaust pipe (2), and wherein the second flow guide element (7) can influence a flow profile of the exhaust gas mass flow in one direction of rotation, and wherein the third flow guide element (8) can influence a flow profile of the exhaust gas mass flow in the direction of the longitudinal axis (3) of the static mixer (1). Statischer Mischer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer mindestens zwei zweite Strömungsleitelemente (7) und mindestens zwei dritte Strömungsleitelemente (8) umfasst, wobei die zweiten Strömungsleitelemente (7) und die dritten Strömungsleitelemente (8) alternierend angeordnet sind.Static mixer (1) according to Claim 1 , characterized in that the static mixer comprises at least two second flow guide elements (7) and at least two third flow guide elements (8), the second flow guide elements (7) and the third flow guide elements (8) being arranged alternately. Statischer Mischer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Mischer (1) in dem stromabwärtigen Bereich (5) mindestens ein viertes Strömungsleitelement umfasst, welches ein Strömungsprofil des Abgasmassenstroms in einer Drehrichtung erzeugt, die entgegensetzt zu der mittels des zweiten Strömungsleitelements (7) erzeugten Drehrichtung ist.Static mixer (1) according to Claim 1 , characterized in that the static mixer (1) in the downstream area (5) comprises at least one fourth flow guide element which generates a flow profile of the exhaust gas mass flow in a direction of rotation that is opposite to the direction of rotation generated by means of the second flow guide element (7).
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