专利名称：一种用于柴油机尿素scr系统的混合装置的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及柴油机排气后处理系统领域，更具体的说是涉及一种用于柴油机 尿素SCR系统的混合装置。
背景技术：
随着世界各国对柴油机排放的要求越来越严格，柴油机颗粒物(PM)及NOx排放 控制成为柴油机发展的关键技术。当前针对柴油机满足我国国IV排放法规要求的柴油机 排气后处理技术存在两条不同的路线一条是通过废气再循环(EGR)技术降低发动机缸内 燃烧的NOx排放，然后用柴油机颗粒捕集器(DPF)控制PM;另一条是通过燃油高压喷射技 术降低发动机缸内燃烧的PM排放，然后用选择催化还原技术(SCR)控制NOx。大量研究表 明国IV柴油机采用SCR技术比采用EGR加颗粒捕捉器技术油耗要低5%左右。SCR技术 使得排气中的二氧化碳含量最小，应用SCR技术的国IV柴油机对环境的负面影响最小。选 择SCR技术路线实现国IV时，具有可靠性高、稳定性好、燃油消耗量低、功率密度高、抗硫性 好、换油周期长、散热要求低等优点，而且向更高等级升级时，SCR比EGR技术更容易。尿素 SCR后处理技术在欧洲已经使用数年，是欧洲解决欧IV/V排放要求的主流技术路线；在美 国为了满足更加严格的EPA2010，多数发动机制造商已经开始使用SCR后处理技术；在我国 主要发动机企业已经完成了满足国IV排放法规的尿素SCR系统，并在北京、上海等地已经 有越来越多的搭载SCR后处理系统满足国IV的公交车。虽然尿素SCR系统正在世界范围 内被推广和应用，但仍有很多问题有待解决，例如低温时如何提高NOx的转化效率，如何 降低沉积物生成，混合不均勻等因素造成的转化效率低和氨泄漏等等。大量研究表明混合器能够使尿素喷雾液滴更充分地与排气混合，提高混合均勻 性，加快尿素液滴的蒸发，促进尿素的分解，形成均勻的氨分布，从而提高NOx的转化效率， 减少低温下尿素沉积物的生成量，降低氨泄漏。混合器设计应该考虑尿素水溶液喷雾形态 的特点，如果混合器设计能够根据喷雾形态的特点在喷雾效果最差的喷嘴出口区域和容易 发生结晶的喷雾正对壁面处形成强烈扰流，那么混合器的混合效果将会更好。
发明内容
本发明的为一种用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，其目的是根据喷雾的特 性，通过混合器合理组织排气管中气流运动，在喷嘴出口喷雾最差的地方和容易发生结晶 的喷雾正对壁面处形成形成强烈的扰流，促进还原剂氨的混合效果、提高NOx的转化效率， 并降低沉积物的生成量和氨泄漏。为实现以上目的，本专利采用的技术方案是一种用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，包括管体、混合器翼片装置和喷嘴，其 特征在于所述的喷嘴设置在管体中心轴线上，所述的混合器翼片装置紧靠喷嘴并安装在喷 嘴前端，所述的混合器翼片装置由一组翼片组成，所述的翼片主体为沿着气流方向扭转的 扇形结构，其布置方向与喷雾轴线方向一致，所述的每个翼片中设有一组倾斜导流片。
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本发明通过混合器翼片装置引导气流沿翼片方向向中心流动，并在扇形中心端 (喷嘴喷雾出口处)形成强烈的扰流促进喷嘴出口处喷雾的雾化和混合，同时通过倾斜导 流片引导气流对整束喷雾进行混合。因此，本发明不仅可以使得喷嘴喷射的尿素水溶液和 尾气在进入SCR催化器之前得到充分的混合，减少尿素在壁面的结晶，同时结构紧凑，易于 加工和安装，其效果经专用设计软件计算分析得到验证。作为本发明的进一步改进，靠近排气管壁面的导流片方向朝向排气管壁方向，引 导气流在管壁处形成强烈扰流促进管壁处尿素水溶液的混合，其余的导流片朝中心位置略 倾斜，形式流体通道，同时引导气流对整束喷雾进行混合。根据本发明，所述的管体一端通过连接法兰与排气管道相连，另一端和后端管道 或催化器相连。因而，本发明可以通过可拆卸的方式与排气管道相连。根据本发明，混合器设置在喷嘴前端，避免了在混合器上沉积、结晶，堵塞排气管 道的问题。喷嘴位置设在扰流活跃区，可以让尿素水溶液和尾气充分的混合。根据本发明，所述的流体通道根据喷嘴喷孔数量为3-8个，优选4-6个，且均勻设 置。本发明用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，所述的管体采用304以上不锈钢材 制作。
图1为柴油机排气后处理SCR系统示意图。图2为柴油机排气管路系统结构图。图3为本发明混合器正视图。图4为本发明混合器俯视图。图5为本发明翼片装置的结构示意图。图6本发明为喷孔喷雾形态图。图中1、连接法兰；2、管体；3、混合器翼片装置；4、喷嘴；5、混合器后端管道；6、 催化器；7、催化剂载体；8、催化器后管路；9、连接法兰；10、连接法兰；11、为倾斜导流片， 12、翼片，13、流体通道，14、中央流体通道，15、喷雾形态。
具体实施例方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式
，例如各结构的 形状、构造以及各部分之间的相互位置关系及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进 一步的详细的说明本发明一种用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，利用混合器对汽车排气管中气 体流动进行引导，在喷嘴出口处和喷雾轴线方向上形成强烈扰流，促使尿素水溶液更好地 和汽车尾气混合，提高排气管内氨分布的均勻性和NOxW转化效率，从而进一步降低排气中 NOx的含量，同时可以减少尿素结晶的形成。参照图3，本发明的柴油机尿素选择性催化还原装置的静态混合器，包括管体2、 混合器翼片装置3和喷嘴4，所述的喷嘴4设置在管体2上，所述的混合器翼片装置紧靠喷 嘴并安装在喷嘴前端。所述的管体2两端分别通过连接法兰1，9与排气管道和后端管道5相连。所述的喷嘴4设置在管体3的下游。参照图4、图5，混合器翼片3装置由4个翼片12组成，翼片12主体为沿着气流方 向扭转的扇形结构，通过这一结构引导气流沿翼片方向向中心流动，并在扇形中心端(喷 嘴喷雾出口处)形成强烈的扰流促进喷嘴出口处喷雾的雾化和混合；翼片12布置方向与喷 雾轴线方向一致，在翼片12中开多个倾斜导流片11，其中靠近排气管壁面的导流片11方向 朝向排气管壁方向，引导气流在管壁处形成强烈扰流促进管壁处尿素水溶液的混合，其余 的导流片11朝中心位置略倾斜，形式流体通道13，同时引导气流对整束喷雾进行混合。所述的混合器翼片装置3的4个翼片12焊接在管体2上。4个翼片12与管壁之 间形成4个流体通道区域，且径向均勻分布。每个流体通道区域又被一组倾斜导流片11分 隔成多个流体通道13，所述的流体通道13与喷雾轴向一致。同时，4个翼片12位于中心轴 线的端部围合成一个中央流体通道14。所述管体2采用304以上不锈钢材制作。上述结合附图对本发明进行了示例性的描述，但本发明的具体实现并不受上述方 式的限制。只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进 将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。采用本发明的技术方案，不仅可以使得喷嘴喷射的尿素水溶液和汽车尾气得到充 分的混合，提高了 SCR的转化效率，减少了尿素结晶的形成，又不会产生很大的压降。
权利要求
1.一种用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，包括管体O)、混合器翼片装置(3)和喷 嘴G)，其特征在于所述的喷嘴(4)设置在管体中心轴线上，所述的混合器翼片装置(3)紧 靠喷嘴(4)并安装在喷嘴(4)前端，所述的混合器翼片装置(3)由一组翼片(12)组成，所 述的翼片(12)主体为沿着气流方向扭转的扇形结构，其布置方向与喷雾轴线方向一致，所 述的每个翼片(12)中设有一组倾斜导流片(11)。
2.如权利要求1所述的用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，其特征在于所述的翼片 (12)为 3-8 个。
3.如权利要求1所述的用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，其特征在于所述的混合 器翼片装置(3)均勻分布。
4.如权利要求1-3任何一项所述的用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，其特征在于 所述的一组倾斜导流片(11)，其中靠近排气管壁面的导流片(11)方向朝向排气管壁方向 其余的导流片(11)朝中心位置略倾斜，形式流体通道(13)。
5.如权利要求4所述的用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，其特征在于所述的管体 (2)两端分别通过连接法兰(1、9)与排气管道和后端管道( 或催化器(6)相连。
6.如权利要求5所述的用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，其特征在于所述的混合 器翼片装置C3)焊接在管体上。
7.如权利要求5任何一项所述的用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，其特征在于所 述管体(2)采用304以上不锈钢材制作。
全文摘要
本发明公开了一种用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，包括管体、混合器翼片装置和喷嘴，其特征在于所述的喷嘴设置在管体中心轴线上，所述的混合器翼片装置紧靠喷嘴并安装在喷嘴前端，所述的混合器翼片装置由一组翼片组成，所述的翼片主体为沿着气流方向扭转的扇形结构，其布置方向与喷雾轴线方向一致，所述的每个翼片中设有一组倾斜导流片。本发明通过混合器翼片装置引导气流沿翼片方向向中心流动，并在扇形中心端形成强烈的扰流促进喷嘴出口处喷雾的雾化和混合，不仅可以使得喷嘴喷射的尿素水溶液和尾气在进入SCR催化器之前得到充分的混合，减少尿素在壁面的结晶，同时结构紧凑，易于加工和安装，其效果经专用设计软件计算分析得到验证。
文档编号F01N3/10GK102085453SQ20101058788
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者周小燕, 帅石金, 赵彦光, 陆国栋, 陈镇 申请人:杭州银轮科技有限公司, 浙江银轮机械股份有限公司