还原剂分解和混合系统的制作方法
【专利说明】还原剂分解和混合系统
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求申请号为61/660，532，申请日为2012年6月15日的美国临时专利申请的权益，在这里通过引用将其包括到本申请中。
技术领域
[0003]本实用新型涉及用于内燃机的排气系统，具体地，涉及用于进行还原剂分解以及在废气再处理系统的选择性催化还原(SCR)催化剂中进行还原剂和废气混合的系统。
【背景技术】
[0004]废气再处理系统接收并处理产生自内燃机的废气。典型的废气再处理系统包括任意不同种类的组件，这些组件用于降低废气中有害废气排放物的含量。例如，用于以柴油为动力的内燃机的一些废气再处理系统包括各种组件，例如，柴油机氧化催化剂(DOC)、粒状物质过滤器或柴油机微粒过滤器(DPF)以及选择性催化还原(SCR)催化剂。在一些废气再处理系统中，废气首先通过柴油机氧化催化剂，然后再通过柴油机微粒过滤器，接着通过SCR催化剂。
[0005]DOC,DPF以及SCR催化剂组件中的每一种组件用于对通过组件的废气执行一种特定的废气排放物处理操作。通常情况下，通过氧化作用，DOC可降低废气中出现的一氧化碳和碳氢化合物。DPF可对废气中出现的有害柴油机粒状物质和煤烟进行过滤。最后，SCR催化剂可降低废气中出现的氧化氮(NOx)的含量。
[0006]SCR催化剂用于在氨(NH3)的参与下，将NOx还原为低有害排放物，例如，N2以及H2O0由于氨不是燃烧过程的天然副产品，因此必须在废气进入SCR催化剂之前将氨导入到废气中。典型情况下，由于考虑到与液氨存储相关的安全因素，氨不会被直接喷射到废气中。因此，传统的系统被设计成将尿素水溶液喷射到废气中，该尿素水溶液在废气中可被分解为氨。典型情况下，SCR系统包括尿素源和与尿素源连接的尿素喷射器或定量给料器，该尿素喷射器或定量给料器设置在SCR催化剂的上游。
[0007]通常情况下，尿素水溶液分解为气态氨包括三个阶段。第一阶段，尿素蒸发或尿素与废气混合。第二阶段，废气的温度使得尿素中发生相态变化，将尿素分解为异氰酸(HNCO)和水。第三阶段，在水解作用过程中，在特定的压力和温度密度下，异氰酸与水反应，以分解为氨和二氧化碳(C02)。然后，在SCR催化剂的入口面，氨被导入并流经所述SCR催化剂，并在NCV/肖除过程中被消耗。通过使用氨氧化催化剂，从SCR系统排出的任何未被消耗的氨可被分解为N2和其他低害或少害组件。
[0008]为了充分地分解为氨，喷射的尿素必须给予足够的时间，以完成前述的三个阶段。一般情况下，完成所述三个阶段以及在进入SCR催化剂之前将尿素分解为氨的时间被称为停留时间。一些现有的废气再处理系统利用固定直线分解长度的长管，该长管在尿素喷射器和SCR催化剂入口面之间延伸。现有系统的固定直线分解长度必须足够长，以提供必需的停留时间。用于尿素分解的长管通常会占用宝贵的空间，占用的这些空间可用于其它汽车零部件，从而会影响到废气再处理系统的设计。然而，与一端入、一端出以及一端入、一侧出的SCR系统关联的更短的分解管则不能提供足够长的停留时间，以恰当地对喷射的尿素进行蒸发。
[0009]另外，一些现有的废气再处理系统(特别是利用或需要轴向的或端到端的或端到侧组件的废气再处理系统)不能将尿素/氨和废气进行充分的混合。不充分混合会产生低氨蒸气均匀度指数，从而导致在SCR催化剂或其它SCR系统组件内部产生结晶/聚合、氨局部聚集、穿过SCR催化剂表面时氨的不适当分布、低NOx转化效率以及其他缺点。
[0010]而且，许多具有端到端或端到侧的SCR系统的废气再处理系统在通过SCR催化剂的入口面时不能适当地分布废气。在SCR催化剂中废气的不均匀分布会导致大量的氨溜走，达不到最优的NOx转化效率。例如，在SCR催化剂入口的低废气流分布指数会导致SCR催化剂表面区域与废气接触的区域较小。SCR催化剂表面区域与废气接触的区域越小，SCR催化剂的NOx的还原效率越低。
【实用新型内容】
[0011]针对现有技术的发展状态，具体地，针对现有技术中目前可用的利用SCR系统的废气再处理系统尚未完全解决的问题及需求，本申请主题被提出。因此，本申请的主题在于提供一还原剂分解和混合系统，以及对应的设备，以克服现有还原剂混合和分解技术和装置中的至少一些下列或其他缺陷。
[0012]根据一实施例，一选择性催化还原(SCR)系统包括混合器，所述混合器具有多个刀片，所述多个刀片围绕一中心管被分隔。所述混合器可用于接收还原剂和废气混合物。所述SCR系统还包括位于所述混合器下游的端封闭管，以用于接收来自所述混合器的还原剂和废气混合物。所述端封闭管包括与一开口端相对的封闭端。所述封闭端几乎与一废气流动方向垂直。所述端封闭管进一步包括在所述开口和封闭端之间延伸的侧壁。所述侧壁可包括多个穿孔。所述SCR系统的凸缘板包括环形盘，该环形盘具有多个开口，从所述端封闭管接收的还原剂和废气混合物可通过所述多个开口。所述凸缘板连接并支撑所述端封闭管。
[0013]在某些实施方式中，所述SCR系统为轴向式系统、端到端系统或端到侧系统中的一种。所述SCR系统可进一步包括直线排气导管，该导管在一还原剂定量给料器和一 SCR催化剂入口之间延伸。所述混合器、端封闭管以及所述凸缘板可以被设置在所述还原剂定量给料器和所述SCR催化剂入口之间的所述直线排气导管中。所述直线排气导管可包括一分解管和一 SCR催化剂外壳。所述混合器可被设置在所述分解管中。所述端封闭管的至少一部分可以被设置在所述SCR催化剂外壳中，所述凸缘板可以被设置在所述SCR催化剂外壳中。所述混合器可以是一副混合器，所述SCR系统可进一步包括一主混合器，该主混合器设置在所述还原剂定量给料器下游和所述副混合器上游的所述直线排气导管中。
[0014]根据一些实施方式，所述多个刀片会产生旋涡旋动排气流模式，所述中心管会在所述排气旋涡旋动流模式中产生直线排气流模式。所述端封闭管的所述多个穿孔可产生一径向向外的定向排气流模式。所述凸缘板的所述多个开口可产生废气的多个集中径向外区域。所述SCR系统可被配置，以使得通过所述混合器的全部废气被所述端封闭管接收，并通过所述端封闭管的多个穿孔。进一步地，所述SCR系统可以被配置，以使得通过所述端封闭管多个穿孔的全部废气通过所述凸缘板的多个开口。
[0015]在另一实施例中，一排气混合器包括一内管，该内管定义了一中心导管。所述排气混合器还可以包括一外管，所述外管围绕所述内管设置、与所述内管同轴对齐。另外，所述排气混合器可包括多个刀片，所述多个刀片连接并设置在所述内部和外管之间。
[0016]根据某些实施方式，所述内管的半径等于或大于所述外管半径的一半。
[0017]根据所述排气混合器的一些实施方式，每个刀片可包括固定在所述内圈上的径向内缘以及固定在所述外圈上的径向外缘。所述径向内缘和径向外缘不与所述内管的中心轴平行。所述径向内缘与所述中心轴之间可定义一第一角度，所述径向外缘与所述中心轴之间可定义一第二角度。所述第一和第二角度可以不同。所述第一角度可位于30°到50°之间，所述第二角度可位于50°到70°之间。每个刀片可包括前缘和后缘，每个刀片在从所述前缘和后缘之间的延伸方向上被弯曲。
[0018]在另一实施例中，用于接收流动方向上流动的废气流的排气管包括上游开口端以及下游封闭端，所述上游开口端用于接收所述流动方向上流动的废气流，所述下游封闭端定义了一排气冲击面，该排气冲击面几乎垂直于所述流动方向。所述排气冲击面在一重定向方向上对所述废气流进行重定向，所述重定向方向几乎垂直于所述流动方向。所述排气管还包括在上游开口端和下游封闭端之间延伸的侧壁。所述侧壁包括多个穿孔，所述重定向废气可通过所述多个穿孔。
[0019]根据排气管的一些实施方式，所述