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Die Erfindung betrifft eine Injektions- und Mischvorrichtung für eine Abgasleitung, die bereitgestellt ist, um eine Flüssigkeit, die ein Stickoxidreduktionsmittel oder einen Vorläufer eines solchen Reduktionsmittels enthält, in die Abgasleitung zu injizieren.
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Die Abgasleitungen können SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction) umfassen. Diese Katalysatoren wandeln die im Abgas enthaltenen Stickoxide in Anwesenheit des Reduktionsmittels in gasförmigen Stickstoff um.
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Das Reduktionsmittel ist normalerweise Ammoniak.
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Die Abgasleitung enthält dann einen Injektor, mit dem das Stickoxidreduktionsmittel in das Abgas vor dem SCR-Katalysator injiziert werden kann. Alternativ injiziert der Injektor einen Vorläufer des Stickoxidreduktionsmittels, z. B. Harnstoff, der nach Hydrolyse und Thermolyse gasförmiges Ammoniak erzeugt.
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Das Stickoxidreduktionsmittel wird normalerweise in flüssiger Form injiziert.
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Wenn es sich bei der Injektor um einen Typ mit niedrigem SMD (Sauter Mean Diameter) handelt, ist die Verteilung der Flüssigkeitströpfchen im Abgas nicht zufriedenstellend.
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Solche Injektoren erzeugen einen Strahl von Tröpfchen mit einem geringen mittleren Durchmesser, der normalerweise zwischen 20 und 30 Mikrometern liegt.
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Diese Tröpfchen sind klein und weisen daher eine geringe Masse und eine reduzierte kinetische Energie auf. Infolgedessen werden sie leicht von dem Abgasstrom abgelenkt.
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Somit können die Tröpfchen durch das Abgas leicht gegen eine sogenannte kalte Wand gedrückt werden. in diesem Fall können sie sich dort absetzen und eine Ablagerung bilden, die das ursprüngliche Gasströmungsmuster stört und den Gegendruck erhöht.
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In diesem Zusammenhang besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Injektions- und Mischvorrichtung bereitzustellen, die bei Injektoren des Typs mit niedrigem SMD zufriedenstellend funktioniert.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Injektions- und Mischvorrichtung für eine Abgasleitung, die Vorrichtung umfassend:
- - ein Gehäuse, das einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass aufweist, wobei das Gehäuse innen einen Durchgang für das Abgas von dem Abgaseinlass zu dem Abgasauslass begrenzt, wobei der Abgaseinlass in einen Einlassbereich des Durchgangs mündet;
- - einen Injektor einer Flüssigkeit, umfassend ein Reduktionsmittel für Stickoxide oder einen Vorläufer eines solchen Reduktionsmittels, wobei der Injektor an einer Wand des Gehäuses montiert ist, die zu dem Abgasauslass gerichtet ist;
- - einen Deflektor, der im Inneren des Gehäuses untergebracht ist und in dem Durchgang einen ersten Durchgang definiert, der den Einlassbereich mit dem Abgasauslass verbindet, in dem das Abgas mit einer ersten Durchschnittsgeschwindigkeit strömt, und einen zweiten Durchgang, der den Einlassbereich mit dem Abgasauslass verbindet, in dem das Abgas mit einer zweiten Durchschnittsgeschwindigkeit strömt, die geringer ist als die erste Durchschnittsgeschwindigkeit, wobei der Injektor die Flüssigkeit in den zweiten Durchgang injiziert.
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Somit kann der Deflektor den Abgasstrom, der durch den Durchgang strömt, in einen Strom mit niedriger Geschwindigkeit und einen Strom mit hoher Geschwindigkeit aufteilen. Der Injektor injiziert die Flüssigkeit, die das Reduktionsmittel oder den Vorläufer des Reduktionsmittels enthält, mit niedriger Geschwindigkeit in den Strom.
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Der Flüssigkeitsstrahl wird durch den Gasstrom bei niedriger Geschwindigkeit nur wenig oder überhaupt nicht abgelenkt.
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Wenn der Injektor von dem Typ mit niedrigem SMD ist, ist die Injektion und Vermischung der Reduktionsmitteltröpfchen in den Abgasstrom zufriedenstellend.
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Außerdem fließt nur ein Abschnitt des Abgasstroms durch den zweiten Durchgang. Der andere Abschnitt des Abgasstroms fließt durch den ersten Durchgang und erfährt daher nur eine geringe Geschwindigkeitsreduzierung.
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Infolgedessen erzeugt die Injektions- und Mischvorrichtung einen geringeren Gegendruck, als wenn der gesamte Abgasstrom abgebremst würde und mit niedriger Geschwindigkeit strömen würde.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, einzeln betrachtet oder in jeder technisch möglichen Kombination:
- - der Deflektor umfasst eine Lochplatte, durch die der zweite Durchgang mit dem Einlassbereich in Verbindung ist;
- - die Lochplatte bildet mit einer Mittelachse des Abgaseinlasses einen Winkel zwischen 0° und 60°, vorteilhafterweise zwischen 30° und 45°;
- - die Lochplatte weist einen Lochungsgrad zwischen 10 % und 70 %, vorteilhafterweise zwischen 40 % und 55 %, auf;
- - der Deflektor umfasst eine Impaktorplatte, wobei der Injektor die Flüssigkeit in eine Injektionsrichtung injiziert, die auf den Abgasauslass gerichtet ist, wobei die Impaktorplatte zwischen dem Injektor und dem Abgasauslass angeordnet ist;
- - die Impaktorplatte ist im Wesentlichen eben und weist eine Normale auf, die mit der Injektionsrichtung einen Winkel von weniger als 25° bildet;
- - das Gehäuse umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt, die aneinander angesetzt sind, wobei die Lochplatte fest mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbunden ist, die Impaktorplatte fest mit dem zweiten Gehäuseabschnitt verbunden ist und die Lochplatte und die Impaktorplatte frei zueinander sind;
- - das Gehäuse umfasst einen rohrförmigen Gehäuseabschnitt, der den Abgasauslass definiert, wobei der Deflektor einen rohrförmigen Deflektorabschnitt umfasst, der mit dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt in Eingriff ist und einen stromabwärtigen Abschnitt des zweiten Durchgangs bildet;
- - der rohrförmige Deflektorabschnitt ist koaxial zu dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt;
- - der rohrförmige Deflektorabschnitt und der rohrförmige Gehäuseabschnitt begrenzen untereinander einen ringförmigen Kanal, der einen stromabwärtigen Abschnitt des ersten Durchgangs bildet;
- - eine flexible Leitung ist an dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt montiert ist, wobei sich der rohrförmige Deflektorabschnitt über den rohrförmigen Gehäuseabschnitt hinaus in die flexible Leitung erstreckt;
- - der erste Durchgang weist einen Durchgangseinlass auf, der in den Einlassbereich mündet, wobei der Einlassbereich einen Durchgangsquerschnitt aufweist, der sich von dem Abgaseinlass zu dem Einlass des ersten Durchgangs verjüngt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Abgasleitung, umfassend eine Injektions- und Mischvorrichtung, die die oben genannten Merkmale aufweist, wobei der Abgasauslass fluidisch mit dem Abgaseinlass eines SCR-Katalysators verbunden ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren, das die oben genannten Merkmale aufweist, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
- - Erlangen des ersten Abschnitts des Gehäuses;
- - Erlangen des zweiten Abschnitts des Gehäuses;
- - Befestigen der Lochplatte an dem ersten Gehäuseabschnitt;
- - Befestigen der Impaktorplatte an dem zweiten Gehäuseabschnitt;
- - Befestigen des ersten Gehäuseabschnitts und des zweiten Gehäuseabschnitts aneinander.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die als Hinweis und keineswegs einschränkend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gegeben wird, darunter:
- - [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Abgasleitung gemäß der Erfindung;
- - [2] 2 ist eine Seitenansicht der Injektions- und Mischvorrichtung von 1 für eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei die Deflektorplatte durch das Gehäuse hindurch durchsichtig zu sehen ist;
- - [3] 3 ist eine perspektivische Ansicht der Injektions- und Mischvorrichtung von 2, wobei die Deflektorplatte durch das Gehäuse hindurch durchsichtig erscheint; und
- - [4] 4 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Injektions- und Mischvorrichtung.
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Die in 1 dargestellte Abgasanlage 1 umfasst eine Injektions- und Mischvorrichtung 3, die bereitgestellt ist, um eine Flüssigkeit, die ein Reduktionsmittel für Stickoxide oder einen Vorläufer eines solchen Reduktionsmittels enthält, in das Abgas zu injizieren. Nach der Injektions- und Mischvorrichtung 3 umfasst die Abgasleitung 1 einen SCR-Katalysator 5 (Selective Catalytic Reduction, selektive katalytische Reduktion).
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Der SCR-Katalysator reduziert in Anwesenheit eines Stickoxidreduzierers NOx zu gasförmigem N2.
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Stromaufwärts ist die Injektions- und Mischvorrichtung 3 fluidisch mit einem Krümmer 7 verbunden, der das Abgas sammelt, die aus den Brennkammern des Motors 9 austritt. Stromabwärts ist der SCR-Katalysator mit einer Kanüle 11 verbunden, durch die die gereinigten Abgase wieder in die Atmosphäre abgegeben werden.
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Geräte wie ein Turbokompressor sind zwischen dem Krümmer 7 und der Injektions- und Mischvorrichtung 3 angeordnet.
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Andere Geräte, z. B. Schalldämpfer, sind zwischen dem SCR-Katalysator 5 und der Kanüle 11 eingefügt.
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Die Injektionsvorrichtung 3 ist in 2 und 3 genauer dargestellt.
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Sie umfasst ein Gehäuse 13, das einen Abgaseinlass 15 und einen Abgasauslass 17 aufweist.
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Das Gehäuse 13 begrenzt innen einen Durchgang 19 für das Abgas von dem Abgaseinlass 15 zu dem Abgasauslass 17.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung 3 umfasst noch einen Injektor 21 für eine Flüssigkeit, umfassend ein Stickoxidreduktionsmittel oder einen Vorläufer eines solchen Reduktionsmittels.
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Normalerweise ist die Flüssigkeit eine wässrige Harnstofflösung. Harnstoff ist ein Vorläufer eines Reduktionsmittels für Stickoxide, die nach Hydrolyse und Thermolyse im Kontakt mit den Abgasen zu gasförmigem Ammoniak zerfallen.
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Als Variante ist die Flüssigkeit flüssiges Ammoniak oder ist eine andere geeignete Flüssigkeit.
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Wie es in 2 zu sehen ist, weist das Gehäuse 13 einen Boden 23 auf.
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Das Gehäuse 13 umfasst auch einen rohrförmigen Gehäuseabschnitt 25, der den Abgasauslass 17 definiert. Der rohrförmige Gehäuseabschnitt 25 verbindet sich mit dem Boden 23 und steht von dem Boden 23 zur Außenseite des Gehäuses hervor.
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Der rohrförmige Gehäuseabschnitt 25 weist eine Mittelachse CE auf.
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Senkrecht zu der Mittelachse weist der rohrförmige Gehäuseabschnitt 25 kreisförmige Abschnitte auf.
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Normalerweise ist eine flexible Leitung 27 mit dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt 25 verbunden.
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Die flexible Leitung 27 verbindet normalerweise den Auslass 17 mit dem Einlass des SCR-Katalysators 5.
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Die Injektor 21 ist an einer Wand 29 des Gehäuses 13 montiert, die zu dem Abgasauslass 17 gerichtet ist.
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Auf den Auslass gerichtet bedeutet, dass der Injektor 21 in einem Winkel von bis zu 60°, idealerweise 30° und vorzugsweise gegenüberliegend, d. h. in einem Winkel von im Wesentlichen 0°, auf den Auslass gerichtet ist.
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Die Wand 29 befindet sich entlang einer Erhebungsrichtung E gegenüber dem Abgasauslass 17.
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Die Erhebungsrichtung E ist normalerweise parallel zu der Mittelachse CE.
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Genauer gesagt weist das Gehäuse 13 gegenüber dem Boden 23 einen weiteren Boden 31 auf.
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In dem dargestellten Beispiel ist der andere Boden 31 abgestuft. Es umfasst neben der Wand 29 noch eine weitere Wand 33. Der Abgaseinlass 15 ist in der anderen Wand 33 angeordnet.
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Die Wand 29 ist entlang der Erhebungsrichtung E relativ näher an dem Boden 23 als die andere Wand 33. Die Wände 29 und 33 sind durch eine Zwischenwand 35 miteinander verbunden, die in dem dargestellten Beispiel im Wesentlichen parallel zu der Erhebungsrichtung E ist.
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Die Wand 29 ist im Wesentlichen parallel zu dem Boden 23.
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Ebenso ist die andere Wand 33 im Wesentlichen parallel zu dem Boden 23.
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Der Boden 23 und der andere Boden 31 sind durch eine seitliche Umfangswand 37 miteinander verbunden. Die seitliche Umfangswand 37 ist von geschlossener Kontur.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung 3 umfasst noch einen Deflektor 39, der im Inneren des Gehäuses 13 untergebracht ist und in dem Durchgang 19 einen ersten Durchgang 41 und einen zweiten Durchgang 43 definiert.
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Wie es in 2 zu sehen ist, mündet der Abgaseinlass 15 in einen Einlassbereich 45, der zu dem Durchgang 19 gehört. Der Einlassbereich 45 entspricht dem stromaufwärtigen Ende des Durchgangs 19.
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Der erste Durchgang 41 verbindet den Einlassbereich 45 mit dem Auslass 17.
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Er ist angeordnet, sodass das Abgas mit einer ersten Durchschnittsgeschwindigkeit entlang des ersten Durchgangs 41 strömt.
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Auch der zweite Durchgang 43 verbindet den Einlassbereich 45 mit dem Auslass 17. Er ist angeordnet, sodass das Abgas mit einer zweiten Durchschnittsgeschwindigkeit entlang des zweiten Durchgangs 43 strömt.
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Die zweite Durchschnittsgeschwindigkeit ist niedriger als die erste Durchschnittsgeschwindigkeit.
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Die erste Durchschnittsgeschwindigkeit kann berechnet werden, indem die Geschwindigkeiten aller Gasmoleküle, die durch den ersten Durchgang verlaufen, gemittelt werden. Die hier betrachtete Geschwindigkeit von jedem Gasmolekül ist die durchschnittliche Geschwindigkeit des Gasmoleküls während des gesamten ersten Durchgangs.
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Die zweite Durchschnittsgeschwindigkeit wird auf die gleiche Weise berechnet, wobei es wichtig ist, ein ähnliches Berechnungsverfahren für die erste und die zweite Durchschnittsgeschwindigkeit beizubehalten
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Das Gas, das durch den ersten Durchgang strömt, fließt daher mit hoher Geschwindigkeit, normalerweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 60 m/s. Das Gas, das den zweiten Durchgang durchströmt, fließt daher mit niedriger Geschwindigkeit, normalerweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 m/s. An dem Abgaseinlass 15 und am Abgasauslass 17 strömt das Gas normalerweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 80 m/s.
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Der Injektor 21 ist normalerweise ein Injektor mit niedrigem SMD.
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Mit anderen Worten, der Injektor 21 ist von dem Typ, der Flüssigkeitströpfchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 10 und 50 Mikrometern, vorzugsweise zwischen 20 und 30 Mikrometern, injiziert.
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Als Variante ist der Injektor von einem anderen Typ.
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Der Injektor injiziert die Flüssigkeit entlang einer Injektionsrichtung I, die in 2 und 3 materialisiert ist.
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Die Injektionsrichtung I entspricht hier der allgemeinen Richtung, in der die Flüssigkeitströpfchen in das Gehäuse 13 injiziert werden.
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Wenn der Injektor 21 von einem Kegelstrahl-Typ ist, entspricht die Injektionsrichtung I der Mittelachse des Kegels. Wenn der Injektor 21 von einem Typ ist, der mehrere Kegelstrahlen erzeugt, entspricht die Injektionsrichtung I der Richtung, die in der Mitte der jeweiligen Achsen der Kegel liegt.
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Die Injektionsrichtung I fällt beispielsweise mit der Mittelachse CE des rohrförmigen Gehäuseabschnitts 25 zusammen. In dem dargestellten Beispiel ist die Injektionsrichtung I nicht streng parallel zu der Mittelachse CE. Der Injektor 21 ist nicht in der Verlängerung der Mittelachse CE angeordnet, sondern leicht zur Seite versetzt. Die Injektionsrichtung I bildet dann mit der Mittelachse CE einen Winkel von weniger als 25°, vorzugsweise weniger als 15°.
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Der Injektor 21 injiziert die Flüssigkeit in den zweiten Durchgang 43.
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Zu diesem Zweck gehört der Abschnitt des Durchgangs 19, der an die Wand 29 angrenzt, zu dem zweiten Durchgang 43.
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Im Gegensatz dazu gehört der Abschnitt des Durchgangs 19, der an den Boden 23 angrenzt, zu dem ersten Durchgang 41.
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Die Deflektorplatte 39 umfasst eine Lochplatte 47, durch die der zweite Durchgang 43 mit dem Einlassbereich 45 in Verbindung ist. Wie es in 2 zu sehen ist, sind in diese Platte mehrere Löcher 49 gebohrt. Die Löcher 49 sind im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Lochplatte 47 verteilt, vorzugsweise gleichförmig verteilt.
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Die Lochplatte 47 begrenzt also den zweiten Durchgang 43 stromaufwärts.
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In diesem Antrag werden die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ in Bezug auf die normale Richtung des Abgasstroms verstanden.
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Die Lochplatte 47 bildet mit einer Mittelachse E des Abgaseinlasses 15 einen Winkel zwischen 0° und 60°, vorteilhafterweise zwischen 30° und 45°.
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Die Mittelachse E entspricht der Achse, die senkrecht zu der Ebene des Abgaseinlasses 15 ist und durch dessen Mitte verläuft.
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Die Lochplatte 47 weist einen Lochungsgrad zwischen 10 % und 70 %, vorteilhafterweise zwischen 40 % und 55 % auf.
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Der Lochungsgrad entspricht dem Verhältnis von gelochter Fläche zu voller Fläche in der Lochplatte.
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Der Deflektor 39 umfasst noch eine Platte 51, die einen Impaktor bildet.
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Die Impaktorplatte 51 ist zwischen der Injektor 21 und dem Abgasauslass 17 angeordnet.
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Genauer gesagt ist sie entlang der Injektionsrichtung I zwischen der Injektor 21 und dem Abgasauslass 17 angeordnet.
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Die Impaktorplatte 51 ist normalerweise im Wesentlichen parallel zu dem Boden 23.
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Die Normale N zu der Impaktorplatte 51 bildet einen Winkel α von weniger als 25°, vorzugsweise weniger als 15°, mit der Injektionsrichtung I.
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Der Deflektor 39 umfasst noch einen rohrförmigen Deflektorabschnitt 53, der in den rohrförmigen Mantelabschnitt 25 eingreift und einen stromabwärtigen Abschnitt des zweiten Durchgangs 43 bildet.
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Der rohrförmige Deflektorabschnitt 53 ist normalerweise koaxial zu dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt 25. Er weist eine Mittelachse auf, die normalerweise mit der Mittelachse CE des rohrförmigen Gehäuseabschnitts zusammenfällt.
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Senkrecht zu seiner Mittelachse weist der rohrförmige Deflektorabschnitt 53 kreisförmige Abschnitte mit gleichen Durchmessern auf.
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Der rohrförmige Deflektorabschnitt 53 ist fest mit der Impaktorplatte 51 verbunden. Er steht von der Platte 51 in eine Richtung weg von der Injektor 21 hervor.
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Genauer gesagt weist die Impaktorplatte 51 eine Öffnung 55 auf, wobei ein Ende des rohrförmigen Deflektorabschnitts 53 an den Rand der Öffnung 55 anschließt. Das besagte Ende des rohrförmigen Abschnitts 53 weitet sich nach außen hin auf und weist eine allgemeine Vierteltorus-Form auf. Eine solche Form wird als Tulpenform bezeichnet.
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Der rohrförmige Deflektorabschnitt 53 erstreckt sich normalerweise bis zu dem Abgasauslass 17. Vorteilhafterweise erstreckt er sich über den Abgasauslass 17 hinaus, und sein Ende greift in die flexible Leitung 27 ein.
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Somit begrenzen der rohrförmige Deflektorabschnitt 53 und der rohrförmige Gehäuseabschnitt 25 untereinander einen ringförmigen Kanal, der einen stromabwärtigen Abschnitt des ersten Durchgangs 41 bildet.
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Die Lochplatte 47 wird von eine ersten Längskante 57, einer zweiten Längskante 59 und zwei Seitenkanten 61 begrenzt, die die Längskanten 57, 59 miteinander verbinden.
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Die Längsrichtung L ist senkrecht zu der Erhebungsrichtung E.
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Die erste Längskante 57 ist in der Nähe der anderen Wand 33 starr an der Zwischenwand 35 befestigt.
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Die zweite Längskante 59 befindet sich im Wesentlichen auf Ebene der Impaktorplatte 51.
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Die Seitenkanten 61 werden gegen die Umfangswand 37 gedrückt und starr daran befestigt.
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Die Lochplatte 47 ist in Bezug auf die Erhebungsrichtung E geneigt. Bei Folgen der Lochplatte 47 von der ersten Längskante 57 zu der zweiten Längskante 59, entfernt sich diese Platte weg von der Zwischenwand 35 und der anderen Wand 33. Somit befindet sich die erste Längskante 57 entlang der Erhebungsrichtung E nicht unter dem Abgaseinlass 15, während die zweite Längskante 59 unter dem Einlass 33 angeordnet ist.
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Der Bereich 63 der seitlichen Umfangswand 37, der der Lochplatte 47 entlang einer Querrichtung T gegenüberliegt, ist ebenfalls geneigt.
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Die Querrichtung T ist senkrecht zu der Erhebungsrichtung E und senkrecht zu der Längsrichtung L.
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Genauer gesagt, wenn bei Folgen des Bereichs 63 von der anderen Wand 33 zu dem Boden 23, nähert sich dieser Bereich 63 in Querrichtung der Lochplatte 47 an.
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Mit anderen Worten, im Querschnitt senkrecht zu der Längsrichtung L betrachtet, wie es in 2 veranschaulicht ist, laufen die Lochplatte 47 und der Bereich 63 aufeinander zu.
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Somit weist der Einlassbereich 45 einen Durchgangquerschnitt auf, der sich von dem Abgaseinlass 15 bis zu dem Einlass 64 des ersten Durchgangs 41 verjüngt.
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Dadurch kann der Abgasstrom, der auf den ersten Durchgang 41 zuströmt, eine im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit beibehalten, obwohl ein Teil des Stroms in den zweiten Durchgang 43 strömt.
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Die Impaktorplatte 51 ist von zwei Querkanten 65 und zwei Längskanten 67, 69 begrenzt.
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Die Querkanten 65 und die Längskante 67, die der Lochplatte 47 gegenüberliegt, sind entlang der seitlichen Umfangswand 37 angeordnet und berühren diese normalerweise.
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Die Längskante 69 erstreckt sich gegenüber und entlang der Längskante 59 der Lochplatte 47. Ein Spalt 71 trennt die Kanten 59 und 69.
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Die Impaktorplatte 51 ist im Wesentlichen eben, mit Ausnahme der Kante 69, die gekrümmt ist und zu der Wand 29 hin aufsteht.
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Wie bereits erwähnt, steht die Impaktorplatte 51 im Wesentlichen senkrecht zu der Erhebungsrichtung E. In dieser Erhebungsrichtung E ist sie relativ näher an dem Boden 23 als an der Wand 29. Beispielsweise liegt der Abstand zwischen der Impaktorplatte 51 und dem Boden 23 entlang der Erhebungsrichtung E zwischen 30 % und 50 % des Abstands, der die Impaktorplatte 51 und die Wand 29 trennt.
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Das Gehäuse 13 umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt 71 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 73, die übereinander angebracht sind.
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Der erste Gehäuseabschnitt 71 umfasst normalerweise die Wand 29, die andere Wand 31, die Zwischenwand 35 und einen Abschnitt 75 der seitlichen Umfangswand 37.
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Der zweite Gehäuseabschnitt 73 umfasst den Boden 23, den rohrförmigen Gehäuseabschnitt 25 und einen weiteren Abschnitt 77 der seitlichen Umfangswand 37.
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Der erste Gehäuseabschnitt 71 und der zweite Gehäuseabschnitt 71 berühren einander entlang einer Linie mit geschlossener Kontur 79, die in 2 und 3 veranschaulicht ist.
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Die zwei Gehäuseabschnitte 71, 73 berühren sich über die Abschnitte 75, 77 der seitlichen Umfangswand, wobei diese zwei Abschnitte an der Linie mit geschlossener Kontur 79 aufeinandertreffen.
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Die zwei Gehäuseabschnitte 71, 73 sind normalerweise miteinander verschweißt.
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Vorteilhafterweise ist die Lochplatte 47 fest mit dem ersten Gehäuseabschnitt 71 verbunden. Die Impaktorplatte 51 ist fest mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 73 verbunden.
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Außerdem sind, wie es in den Figuren zu sehen ist, die Lochplatte 47 und die Impaktorplatte 51 frei zueinander. Mit anderen Worten, sie sind nicht direkt miteinander verbunden. In den Figuren ist zu sehen, dass sie durch den Spalt 71 voneinander getrennt sind.
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Eine solche Anordnung ermöglicht eine einfache Montage der Injektions- und Mischvorrichtung.
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Der Niedriggeschwindigkeit-Zirkulationsdurchgang 43 umfasst ein erstes Volumen 81, in das die Flüssigkeitsinjektion erfolgt. Dieses erste Volumen 81 ist entlang der Erhebungsrichtung E zwischen der Impaktorplatte 51 und der Wand 29 abgegrenzt. Entlang der Querrichtung T ist es zwischen der Lochplatte 47 und der seitlichen Umfangswand 37 begrenzt. Entlang der Längsrichtung L ist es zwischen zwei Bereichen der seitlichen Umfangswand 37 abgegrenzt.
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Der zweite Durchgang 43 geht in das Innenvolumen des rohrförmigen Deflektorabschnitts 53 über, der, wie oben beschrieben, den stromabwärtigen Abschnitt des zweiten Durchgangs bildet.
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Der erste Durchgang 41 umfasst das Volumen 83, das zwischen der Impaktorplatte 51 und dem Boden 23 begrenzt ist. Dieses erste Volumen 83 wird durch einen ringförmigen Kanal 85 verlängert, der zwischen dem rohrförmigen Deflektorabschnitt 53 und dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt 25 begrenzt ist. Dieser ringförmige Kanal 85 bildet den stromabwärtigen Abschnitt des ersten Durchgangs 41.
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Nun wird die Funktionsweise der Injektions- und Mischvorrichtung beschrieben.
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Das Abgas tritt durch den Abgaseinlass 15 in das Gehäuse 13 ein.
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Von diesem Einlass 15 aus strömt es in den Einlassbereich 45.
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Ein Abschnitt des Abgasstroms durchquert die Lochplatte 47 durch die Öffnungen 49.
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Dadurch wird die Geschwindigkeit des Abgases verringert.
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Dieser Niedriggeschwindigkeitsanteil des Abgasstroms folgt dem zweiten Durchgang 43. Es durchströmt zunächst das Volumen 81 und strömt dann innerhalb des rohrförmigen Deflektorabschnitts 53 bis zu dem Abgasauslass 17.
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Der Injektor 21 injiziert die Flüssigkeit in das Volumen 81. Ein Teil des Flüssigkeitsstrahls trifft um die Öffnung 55 herum auf die Impaktorplatte 51. Ein weiterer Teil wird direkt in das Volumen injiziert, das von dem rohrförmigen Deflektorabschnitt 53 begrenzt ist. Er wird nicht von der Impaktorplatte 51 abgefangen.
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Der Teil des Abgasstroms, der nicht die Lochplatte 47 durchquert, strömt durch den Einlassbereich 45 bis zu dem Einlass 64 des ersten Durchgangs 41. Dadurch, dass sich der Durchgangquerschnitt von dem Abgaseinlass 15 bis zu dem Einlass 64 des ersten Durchganges 41 verjüngt, wird die Geschwindigkeit des Abgases nicht verringert. Dieser Hochgeschwindigkeitsanteil des Abgases folgt dem ersten Durchgang 41. Er strömt zunächst in das Volumen 83, wird dann in den Ringkanal 85 geleitet und strömt um den rohrförmigen Deflektorabschnitt 53.
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Der Hochgeschwindigkeitsanteil des Abgases erfährt keine ausgeprägte Beschleunigung oder Verzögerung, sodass der Gasstrom keinen oder nur einen sehr geringen Gegendruck erzeugt.
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Der Hochgeschwindigkeitsstrom, der aus dem ringförmigen Kanal 85 austritt, und der Niedriggeschwindigkeitsstrom, der aus dem rohrförmigen Deflektorabschnitt 23 austritt, sind im Wesentlichen parallel zueinander. Dadurch kann der Gegendruck verringert werden.
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Normalerweise liegt der Anteil des Abgasstroms, der auf den zweiten Durchgang 43 gerichtet ist, zwischen 30 % und 70 % des Gesamtstroms, noch bevorzugter zwischen 40 und 60 %, und ist beispielsweise 50 %.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird wie folgt montiert.
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Die Lochplatte 47 wird zunächst an dem ersten Gehäuseabschnitt 71 befestigt.
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Die Impaktorplatte 51, die den rohrförmigen Deflektorabschnitt 53 trägt, wird an dem zweiten Gehäuseabschnitt 73 befestigt.
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Der erste und der zweite Gehäuseabschnitt werden dann aneinander befestigt, wobei die Impaktorplatte und die Lochplatte, wie es in den 2 und 3 veranschaulicht ist, ineinander greifen.
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Nun wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf 4 beschrieben. Im Folgenden werden nur die Punkte näher erläutert, in denen sich diese zweite Ausführungsform von der ersten unterscheidet. Identische Elemente oder Elemente, die dieselbe Funktion erfüllen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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In der zweiten Ausführungsform nimmt die Impaktorplatte 51 den gesamten Innenquerschnitt der Gehäuse 13 ein.
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Mit anderen Worten, die Außenkante der Impaktorplatte 51 erstreckt sich in unmittelbarer Nähe der seitlichen Umfangswand 37 über ihren gesamten Umfang.
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Die Lochplatte 47 ist durch ein perforiertes Rohr 87 ersetzt. Das perforierte Rohr 87 erstreckt sich von dem Abgaseinlass 15 bis zu einer Öffnung 89 in der Impaktorplatte 51.
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Das perforierte Rohr 87 ist im Wesentlichen geradlinig und über seine gesamte Länge und seinen gesamten Umfang perforiert.
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Die Öffnung 89 ist in Längsrichtung von der Öffnung 55 versetzt. Sie befindet sich entlang der Erhebungsrichtung E in Verlängerung des Abgaseinlasses 15.
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Der Einlassbereich 45 entspricht hier dem Innenvolumen des perforierten Rohrs 87.
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Der zweite Durchgang 43 umfasst das gesamte Volumen, das zwischen der Impaktorplatte 51 und dem anderen Boden 31 begrenzt ist, mit Ausnahme des Einlassbereichs 45. Der erste Durchgang 41 umfasst das gesamte Volumen zwischen dem Boden 23 und der Impaktorplatte 51.
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In dieser Ausführungsform ist das perforierte Rohr 87 fest mit der Impaktorplatte 51 verbunden.
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Der gesamte Deflektor 39, d. h. die Impaktorplatte 51, das perforierte Rohr 87 und der rohrförmige Deflektorabschnitt 53, ist fest mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 73 verbunden.
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Abgas, das durch den Abgaseinlass 15 in das Innere der Gehäuse 13 eintritt, strömt in den Einlassbereich 45, d. h. den Bereich, der innerhalb des perforierten Rohrs 87 begrenzt ist. Ein Teil dieses Stroms durchquert das perforierte Rohr 87 und folgt dem zweiten Durchgang 43. Ein weiterer Teil des Abgasstroms strömt entlang des perforierten Rohrs 87 bis zu der Öffnung 89 und dann in den ersten Durchgang 41.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform wird wie folgt montiert.
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Zunächst werden die Impaktorplatte 51, das perforierte Rohr 87 und der rohrförmige Abschnitt des Deflektors 53 miteinander verbunden. Diese Unterbaugruppe ist starr an dem zweiten Gehäuseabschnitt 73 befestigt. Schließlich werden der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt aneinander befestigt. Das Rohr 87 kommt gegenüber und in Verlängerung des Abgaseinlasses 15 zu liegen.
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Nun wird eine Variante der ersten Ausführungsform beschrieben. Diese Variante ist in den Figuren nicht dargestellt.
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Im Folgenden werden nur die Punkte näher erläutert, in denen sich diese Variante von den Varianten in 2 und 3 unterscheidet.
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Bei dieser Variante sind die Lochplatte 47 und die Impaktorplatte 51 fest miteinander verbunden. Mit anderen Worten, die untere Längskante 59 der Lochplatte ist mit der Längskante 69 der Impaktorplatte 51 verbunden. Im Gegensatz dazu ist die Lochplatte 47 nicht starr an der seitlichen Umfangswand 37 des Gehäuses befestigt. Zwischen der oberen Längskante 57 und den Kanten 61 der Platte einerseits und der seitlichen Umfangswand 37 andererseits besteht ein leichter Spalt.
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Bei dieser Variante wird zunächst der Deflektor 39 gefertigt. Der Deflektor 39 umfasst die Lochplatte 47, die Impaktorplatte 51 und den rohrförmigen Deflektorabschnitt 53. Diese verschiedenen Komponenten sind fest miteinander verbunden.
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Der Deflektor 39 wird dann an dem zweiten Gehäuseabschnitt 73 befestigt.
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Schließlich werden der erste Gehäuseabschnitt 71 und der zweite Gehäuseabschnitt 73 aneinander befestigt. Die Lochplatte 47 wird dann innerhalb des ersten Gehäuseabschnitts 71 untergebracht, wobei ein kleiner Spalt zwischen der Lochplatte 47 und diesem ersten Gehäuseabschnitt 71 verbleibt.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung weist mehrere Vorteile auf.
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Durch geeignete Wahl des Winkels der Lochplatte und/oder des Lochungsgrads wird die Verteilung des Abgasstroms zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang beeinflusst. Die Strömung in dem zweiten Durchgang wird so gewählt, dass sie den Flüssigkeitsstrahl nur geringfügig ablenkt. Die Ablenkung des Flüssigkeitsstrahls so gering wie möglich zu halten, bewirkt, dass die Flüssigkeit tief in den zweiten Durchgang zu dem Auslass eindringt.
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Wenn das Gehäuse aus einem ersten Gehäuseabschnitt und einem zweiten Gehäuseabschnitt besteht, die aneinandergefügt sind, wird die Montage der Injektions- und Mischvorrichtung erleichtert.
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Die Montage ist besonders einfach, wenn die Impaktorplatte fest mit dem zweiten Gehäuseabschnitt und die Lochplatte fest mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbunden ist, wobei die Lochplatte und die Impaktorplatte frei zueinander sind.
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Dadurch, dass der Deflektor einen rohrförmigen Deflektorabschnitt umfasst, der einen stromabwärtigen Abschnitt des zweiten Durchgangs bildet, wird der Niedriggeschwindigkeitsanteil des Abgases am Auslass des zweiten Durchgangs wieder beschleunigt. Denn der Querschnitt, der dem Abgas durch den rohrförmigen Abschnitt des Deflektors geboten wird, ist im Vergleich zu dem Volumen des zweiten Durchgangs, in dem die Injektor erfolgt, reduziert.
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Wie bereits erwähnt, sorgt die Tatsache, dass der rohrförmige Deflektorabschnitt koaxial zu dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt ist, dafür, dass am Auslass des ersten Durchgangs und am Auslass des zweiten Durchgangs Ströme entstehen, die parallel zueinander sind. Dies trägt dazu bei, den Gegendruck zu begrenzen.
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Der erste Durchgang und der zweite Durchgang befinden sich auf beiden Seiten der Impaktorplatte. Diese wird also durch das Abgas auf hoher Temperatur gehalten, was das Risiko der Bildung einer festen Ablagerung auf der Impaktorplatte verringert.
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Die Tatsache, dass der rohrförmige Deflektorabschnitt und der rohrförmige Gehäuseabschnitt untereinander einen ringförmigen Kanal begrenzen, der einen stromabwärtigen Abschnitt des ersten Durchgangs bildet, bewirkt, dass auch der rohrförmige Deflektorabschnitt auf hoher Temperatur gehalten wird. Das Risiko einer Ablagerung wird verringert.
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Außerdem weist das Abgas, das durch die Impaktorplatte strömt und im Inneren des rohrförmigen Deflektorabschnitts strömt, eine Strömung auf, die nicht durch den Gasstrom hoher Geschwindigkeit gestört wird.
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Die Tatsache, dass sich der rohrförmige Deflektorabschnitt über den rohrförmigen Gehäuseabschnitt hinaus in die flexible Leitung erstreckt, bewirkt, dass die Befestigung der flexiblen Leitung an dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt nicht der injizierten Flüssigkeit ausgesetzt ist. Dies ist günstig für die Haltbarkeit dieser Befestigung über die Zeit.
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Das Vorhandensein des rohrförmigen Deflektorabschnitts ermöglicht es, im Inneren dieses rohrförmigen Deflektorabschnitts einen Impaktor oder ein Mischorgan anzuordnen.
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Ein solches Organ könnte in der flexiblen Leitung nicht befestigt werden, da diese nicht starr genug ist, um eine solche Befestigung zu ermöglichen.
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Die Tatsache, dass der Einlassbereich einen sich von dem Abgaseinlass bis zu dem Eintritt in den ersten Durchgang verjüngenden Durchgangquerschnitt aufweist, trägt dazu bei, die Strömungsgeschwindigkeit beizubehalten, und verhindert somit, dass die Strömung später wieder beschleunigt werden muss, was einen zusätzlichen Energieaufwand bedeutet.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung kann mehrere Varianten aufweisen.
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Der Abgaseinlass befindet sich möglicherweise nicht an einer Wand des Gehäuses, die dem Abgasauslass gegenüberliegt. Dieser Einlass könnte seitlich oder sogar an dem Boden des Gehäuses sein.
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Die Injektions- und Mischvorrichtung ist konfiguriert, sodass es nicht notwendig ist, den Injektor direkt vor dem Abgasauslass zu platzieren. Wie oben erläutert, kann diese Injektor leicht versetzt sein, wobei die Injektionsrichtung nicht unbedingt streng parallel zu der Mittelachse ist.
