用于尿素混合室的空气帘的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于尿素混合室的空气帘。示例性的实施方案包括掺混室，掺混室具有尿素入口、掺混室气体入口和掺混室出口。尿素源以尿素注入压力将加压的尿素溶液提供至尿素入口，并且加压的气体源经由通路将加压气体传送至掺混室气体入口。通路被配置成将沿着其长度传送的加压气体的压力从接收自加压气体源的气体的第一压力降低至提供至掺混室气体入口的气体的第二压力。接收自加压气体源的气体的第一压力大于尿素注入压力，并且提供至掺混室气体入口的气体的第二压力小于尿素注入压力。
【专利说明】用于尿素混合室的空气帘
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年8月16日提交的美国申请第13/969,039号的权益和优先权，该美国申请据此通过引用以其整体并入。
技术领域
[0003]本实用新型大体上涉及但不限于用于尿素混合室的空气帘。
【背景技术】
[0004]选择性催化还原(“SCR”)排放后处理系统是用于减少NOx(来自诸如柴油机的内燃发动机的排放物)的重要的技术。SCR系统通常包括尿素溶液的源、用于加压尿素溶液的栗装置、用于提供受控制的量或速率的尿素溶液的计量装置、和将尿素溶液提供至包括SCR催化剂的排放流道的注入器。很多SCR系统还利用加压气体来帮助尿素溶液流动到注入器。虽然提供了在NOx(排放物)上的重要减少，但SCR系统遭受许多缺点和问题。在SCR系统中使用尿素溶液可以导致尿素晶体或沉积物在系统的各部件上的生长，这可能使它们的操作中断。当尿素与热的注入器喷嘴接触时，尿素可能经历闪急沸腾(flash-boiling)，这导致压力波，迫使尿素向后穿过掺混室并进入加压空气供应通道中。这可以导致尿素晶体在加压空气供应通道内形成，这可能阻塞空气供应通道，并且可能腐蚀或以其他方式劣化空气供应通道的壁。另外，如果注入器喷嘴变得永久地或间歇地被堵塞，则存在注入的尿素可能流入加压空气供应通道中的风险，这可能导致在加压空气供应通道内的尿素晶体形成。存在对缓和与利用尿素溶液的SCR系统相关联的这些和其他缺点的进展的长期需求。
【实用新型内容】
[0005]为了促进对本实用新型的原理的理解的目的，现在将参考附图中图示的实施方案并且将使用特定的语言来描述它们。将理解的是，由此意图对本实用新型的范围没有限制。如本实用新型所属领域的技术人员通常将想到的所图示的实施方案中的任何改变和另外的修改以及本实用新型的原理的任何另外的应用在本文中被预期。
[0006]说明性的实施方案包括掺混室，掺混室具有尿素入口、掺混室气体入口和掺混室出口。尿素源以尿素注入压力将加压的尿素溶液提供至尿素入口，并且加压的气体源经由通路将加压气体传送至掺混室气体入口。通路被配置成将沿着其长度传送的加压气体的压力从接收自加压气体源的气体的第一压力降低至提供至掺混室气体入口的气体的第二压力。接收自加压气体源的气体的第一压力大于尿素注入压力，并且提供至掺混室气体入口的气体的第二压力小于尿素注入压力。
[0007]本实用新型的实施方案提供了以下内容:
[0008]I)一种系统，包括:
[0009]掺混室，其具有尿素入口、掺混室气体入口和掺混室出口 ；
[0010]加压的尿素溶液的源，其被配置成将加压的尿素溶液以尿素注入压力提供至所述尿素入口 ；和
[0011 ] 加压气体源，其被配置成经由通路将加压气体传送至所述掺混室气体入口，所述通路沿着长度从所述加压气体源延伸至所述掺混室气体入口，所述通路被配置成将沿着其长度传送的所述加压气体的压力从接收自所述加压气体源的气体的第一压力降低至提供至所述掺混室气体入口的气体的第二压力；
[0012]其中接收自所述加压气体源的气体的所述第一压力大于所述尿素注入压力，并且提供至所述掺混室气体入口的气体的所述第二压力小于所述尿素注入压力。
[0013]2)如项目I)所述的系统，其中当在所述掺混室出口处的压力大于所述尿素注入压力时，注入到所述掺混室中的尿素沿着所述通路的长度的一部分行进，在所述部分中气体压力低于所述尿素注入压力。
[0014]3)如项目I)所述的系统，其中所述通路被配置成将沿着其长度传送的所提供的所述加压气体的速度从在沿着其长度的第一位置处的第一速度降低至提供至所述掺混室的第二速度。
[0015]4)如项目3)所述的系统，其中提供至所述掺混室的所述第二速度是47米每秒或更大。
[0016]5)如项目I)所述的系统，其中所述通路被界定在喷嘴中，所述喷嘴延伸穿过由所述掺混室的壁形成的空腔，所述喷嘴的外表面界定与多个相反成型的螺纹匹配地接合的多个螺纹，所述多个相反成型的螺纹由所述空腔的内表面界定。
[0017]6)如项目I)所述的系统，其中所述通路具有在所述加压气体源的下游的第一位置与在所述第一位置的下游的第二位置之间的均匀的横截面积、和在所述第二位置与在所述第二位置的下游且在所述掺混室气体入口的上游的第三位置之间的增加的横截面积。
[0018]7)如项目6)所述的系统，其中所述增加的横截面积通过所述通路的截头圆锥形表面界定。
[0019]8)如项目I)所述的系统，其中所述掺混室出口流体联接于注入器喷嘴，所述注入器喷嘴被配置成将尿素-气体混合物注入至排放气体管道中，所述排放气体管道具有在所述注入器喷嘴的下游位置处布置在其中的选择性催化还原(SCR)催化剂。
[0020]9)如项目8)所述的系统，其中所述排放气体管道被配置成接收来自柴油发动机的排放流，所述排放流包括作为所述柴油发动机的操作的副产物的成分的NOx。
[0021]10)如项目I)所述的系统，其中所述加压气体的压力从所述第一压力至所述第二压力降低2巴或更大。
[0022]11)如项目I)所述的系统，其中通路被配置成以至少47米每秒的第一速度将加压气体提供至所述掺混室气体入口，并且在所述掺混室气体入口的上游位置处以大于所述第一速度的第二速度提供加压气体。
[0023]12)如项目I)所述的系统，其中通路被配置成以至少50米每秒的第一速度将加压气体提供至所述掺混室气体入口并且在所述掺混室气体入口的上游位置处以大于所述第一速度的第二速度提供加压气体。
[0024]13)如项目12)所述的系统，其中在所述掺混室气体入口的上游位置处，所述加压气体的速度在50米每秒与60米每秒之间。
[0025]14) 一种装置，包括:
[0026]掺混室，其具有尿素入口、气体入口和出口；
[0027]注入器，其被配置成将加压的尿素溶液以尿素注入压力提供至所述尿素入口；和
[0028]阀，其被配置成将加压的气体提供至与所述阀和所述气体入口流动连通的气体流动通道，所述流动通道被配置成将从所述阀流到所述气体入口的气体的压力从第一压力降低至第二压力并且将从所述阀流到所述气体入口的气体的速度从第一速度降低至第二速度；
[0029]其中所述第一压力大于所述尿素注入压力并且所述第二压力小于所述尿素注入压力。
[0030]15)如项目14)所述的装置，其中所述第二速度是至少47米每秒。
[0031]16)如项目14)所述的装置，其中所述第二速度是至少50米每秒。
[0032]17)如项目14)所述的装置，其中从所述第一压力至所述第二压力降低了 1-2巴表压。
[0033]18)如项目14)所述的装置，其中所述第二压力比所述第一压力小至少I巴表压。
【附图说明】
[0034]图1是示例性的空气辅助的尿素注入系统的示意图。
[0035]图2是示例性的掺混设备的截面图。
[0036]图3是说明性的空气供应喷嘴的横截面图。
[0037]图4是图3的说明性的空气供应喷嘴的自下而上的正视图。
[0038]图5是配置成接收空气供应喷嘴的说明性的空腔的横截面图。
[0039]图6是安装在带螺纹的孔中的说明性的空气供应喷嘴的横截面图。
[0040]图7是SCR后处理系统的示例性的排放流道的侧视截面图。
【具体实施方式】
[0041]参考图1，图示了用于将尿素溶液注入到SCR排放后处理系统中的示例性的系统100。系统100可以被提供在由诸如柴油发动机的发动机提供动力的交通工具上，或被提供在用于诸如发电或栗送系统的其他应用中的发动机上。系统100包括栗134，栗134从罐140经过滤网138和止回阀136抽吸尿素溶液。优选的尿素溶液是柴油机排放流体(dieselexhaust fluid)(DEF)，其包括32.5%高纯度尿素和67.5%去离子水的溶液。然而，应理解的是，其他尿素溶液也可以被利用。在优选的形式中，栗134是膜片栗，尽管应理解的是，其他类型的栗可以被利用。栗134被控制以输出以预定压力的加压的尿素溶液，该溶液流过止回阀130、脉动缓冲器122、和过滤器124以将加压的尿素提供至计量阀118。系统100还可以包括旁路阀128，旁路阀128可操作以打开和关闭以允许或阻止尿素溶液流过旁路管线132至网138的下游的位置，在该位置处，尿素溶液可以返回至罐140，例如在净化操作期间。
[0042]计量阀118可操作以将尿素溶液以可控的速率提供至掺混设备112。在某些实施方案中，掺混设备112可以包括计量阀118。掺混设备112还接收来自空气供应102的加压空气流，并且在出口 116处排出加压空气和尿素溶液的混合流。空气供应102可以是集成于交通工具的、集成于发动机的，或可以是系统100专用的空气供应。应理解的是，另外的实施方案可以利用除了空气之外的加压气体，例如，一种或更多种惰性气体的组合。空气供应102将加压空气提供至空气调节器104。加压空气从空气调节器104行进至空气断流阀106，空气断流阀106可以选择性地被打开以允许加压空气流动至止回阀110以及被关闭以阻挡加压空气的流动。止回阀110在其入口处的空气压力高于阈值压力时打开，并且在空气压力低于该阈值时关闭。加压空气从止回阀110流动至掺混设备112。夹带在加压空气中的水性尿素溶液的混合流离开掺混设备出口 116并且被提供至喷嘴113，喷嘴113被配置成将该混合流注入排放后处理系统160中，例如通向SCR催化剂的尿素分解管或排放流通道。在所图示的实施方案中，出口116经由流体管线被流体联接于单个喷嘴113。还预期的是，喷嘴113可以被直接联接于出口 116，并且出口 116可以例如经由多个流体管线被流体联接于多个喷嘴。
[0043 ]系统1 O可以通过控制器1I例如发动机控制模块(E CM)或剂量装置控制模块(doser control module)(DCM)被控制和监测。应理解的是，控制器或控制模块可以以多种形式和构型被提供，包括具有储存计算机可执行指令的非暂时性存储器、处理和通讯硬件的一个或更多个计算设备。还应理解的是，控制器可以是单个设备或分布式的设备(distributed device)，并且控制器的功能可以通过硬件或软件来实现。
[0044]控制器101可操作地联接于存储器并且被配置成将指令储存在存储器中，所述存储器是通过控制器101可读的和可执行的以控制膜片栗134、空气断流阀106、计量阀118和旁路阀128。控制器101还可操作地联接于压力传感器114、压力传感器120和温度传感器126并且可以接收来自它们的信号。压力传感器114可操作以提供指示在掺混设备112中在尿素入口和加压空气入口下游位置处的压力的信号。在此位置处的压力可以是加压空气和尿素的混合流的压力、单独空气的压力、单独尿素的压力、或不存在尿素和压缩空气下的压力，其取决于计量阀118和空气断流阀106的操作状态。温度传感器126可操作以将指示在膜片栗134与计量阀118之间的位置处的尿素溶液的温度的信号提供至控制器101。压力传感器120可操作以将指示在计量阀118的上游处的尿素溶液的压力的信号提供至控制器101。
[0045]参考图2，图示了示例性的掺混设备200，其可操作以输出尿素溶液与加压空气的混合流。掺混设备200包括具有出口 203的计量阀202，计量阀202以尿素供应压力将尿素溶液提供至掺混室204。计量阀202可以通过控制器101控制，以便以控制的量、以控制的速率提供尿素溶液。掺混室204还接收来自流动通道330的加压空气的流，流动通道330从出口306延伸至底座表面308 ο流动通道330、出口 306和底座表面308各自通过喷嘴300界定。喷嘴300被安装在空腔中，该空腔在空气供应室222与掺混室204之间在掺混设备200的壁中形成。应理解的是，图示的掺混设备200仅是一个实例，并且在另外的实施方案中还可以利用包括不同的构型、几何结构和部件的多种可选的掺混设备。
[0046]流动通道330可以以许多不同的构型被提供。
[0047]在图2中图示的实施方案中，由喷嘴300的外表面界定的一组螺纹匹配地接合由空腔的表面界定的相应的一组螺纹。还预期的是，喷嘴300可以通过其他方法被联接于掺混设备200，或者通道330可以由通道330延伸穿过的壁界定而不使用插入物。加压空气穿过流动通道330的流动被控制以具有对于提供空气帘有效的速度和流动特性，所述空气帘抵抗尿素晶体的形成和移动并且适应高压条件，该高压条件否则将抑制尿素溶液注入到掺混室204 中。
[0048]在图示的形式中，掺混室204是大体上圆柱形的通道，其被配置成使得接收自计量阀202的尿素被夹带在接收自流动通道330的加压空气的流中，并且加压空气和尿素溶液的混合流被提供至出口构件230，该出口构件230被连接至注入器，该注入器被配置成将混合流提供至排放后处理系统。压力传感器207可操作以感测在尿素出口 203和空气出口 306下游的位置处的混合流的压力。
[0049]加压空气至流动通道330的流动通过被配置成控制空气至流动通道330的供应的空气供应和阀部件来控制。优选的实施方案的一个实例包括止回阀209和上游的空气断流阀。止回阀209包括从柔性膜片223在朝向底座表面308的方向上延伸的关闭构件210。在图2中，关闭构件210以关闭位置被图示，在关闭位置中，其接触底座表面308以形成密封并且防止从空气供应室222至流动通道330的流动。偏置构件214将力施加于柱塞212，柱塞212将力施加于关闭构件210以将止回阀209保持在关闭位置。偏置构件214以弹簧的形式被图示，但可以是可操作以将力在朝向底座表面308的方向上提供至关闭构件210的多种其他的偏置构件。阀盖216接触偏置构件214并且将其维持在相对于柱塞212的适当位置。阀盖216还接触膜片223并且将其固定至掺混设备200的基底结构(underlying structure)。应理解的是，许多可选的阀和空气供应实施方案也可以被用于控制空气至流动通道330的供应。这样的另外的实施方案可以包括空气供应控制阀、止回阀或其各种组合。
[0050]膜片223的下表面暴露于空气供应室222，该空气供应室222从空气入口 220接收加压空气。如本文使用的，诸如“下部”和“上部”的方向术语被用以指附图的取向。这样的术语不限制系统相对于环境的取向。例如，提及竖直方向的描述在系统处于水平取向或离轴取向时同样适用。
[0051]在空气供应室222中的加压空气提供抵着与空气供应室222接触的膜片223和关闭构件210的下表面的部分的力。此力对抗由柱塞212和偏置构件214施加于关闭构件210的力。当由空气供应室222中的加压空气提供的力大于由偏置构件214提供的力时，止回阀209打开并且加压空气从空气供应室222流过止回阀209并且进入流动通道330中。通过偏置构件214的预先加载来建立打开/关闭阈值压力。偏置构件214的预先加载优选地被调节成提供止回阀209在处于或接近阈值压力的压力下的快速打开。阈值压力优选地被选择为处于或接近尿素注入期间的正常操作空气压力，例如正常操作空气压力的90%或更多。这允许止回阀209仅当存在足够的用于注入的压力时打开。如以下进一步描述的，阈值压力被选择为高于尿素供应压力的压力。
[0052]阈值压力还优选地被选择以提供对于抑制尿素晶体在流动通道330中的生长和尿素晶体朝向关闭构件210移动来说有效的空气流动特性。
[0053]发明人已经确定，至少47米每秒(m/s)的阈值空气流动速度对于抑制流动通道330中的尿素晶体生长和移动是有效的。阈值压力可以被选择以对阈值速度提供误差限度;例如，压力可被选择以提供在流体通道330中的约50m/ s或在50m/s与60m/ s之间的空气流动速度。应理解的是，阈值空气流动速度可以被提供在沿着流动通道330的一部分或在流动通道330的一部分上的一个位置处。
[0054]对于抑制尿素晶体生长有效的空气流动速度的大小可以根据流动通道330、止回阀209和掺混室204的特性而改变。另外的实施方案包括具有不同特性的空气供应通道，并且具有对抑制尿素晶体生长有效的不同的阈值空气压力值和相关联的空气流动速度。流动通道330被进一步配置成将提供至掺混室的空气流的速度降低至低于阈值空气流动速度。流动通道330的扩散器部分可以被用于提供期望的出口空气流动速度。出口空气流动速度可以被选择以避免对掺混室204的破坏。
[0055]流动通道330被进一步配置成提供沿着其长度的压力降，使得在流动通道330的入口处的空气压力大于进入掺混室204中的尿素注入压力并且在流动通道330的出口处的空气压力小于进入掺混室204中的尿素注入压力。在所图示的实施方案中，流动通道330在约6mm的长度上延伸，并且被配置成提供3.45巴表压(bar gauge)+/-0.4巴表压的出口压力。此压力被选择，因为标称尿素注入压力是4.5巴表压并且低于标称尿素注入压力的约I巴表压的空气压力是期望的。在掺混室中期望的空气压力可以被用于确定上游的调节压力和通向流动通道330的标称孔口尺寸以确保在空气帘中的空气速度被维持在阈值速度或高于阈值速度。
[0056]在掺混设备200的正常操作期间，在掺混室204的出口处或出口周围的压力被配置为小于在流动通道330的出口处的空气压力并且小于进入掺混室204中的尿素注入压力。异常操作条件可能产生，其中在掺混室204的出口处或出口下游的压力超过尿素注入压力。这可能发生，例如，是由于注入到热的排放流路径中的尿素的闪急沸腾，这引起压力波朝着掺混室204行进。在这样的异常条件下，沿着流动通道330的压力降有效地允许尿素注入，该尿素注入否则将被抑制。另外的异常操作条件可能在尿素注入喷嘴变得永久地或间歇地被堵塞时产生。
[0057]在掺混室204与尿素注入喷嘴中间的堵塞表示另外的可能的异常操作条件。
[0058]当异常操作条件存在时，注入到掺混室中的尿素可以当在流动通道330的出口处的压力小于尿素注入压力时流入流动通道330的一部分中，但是当在流动通道330的入口处的压力大于尿素注入压力时被阻止流到或流过流动通道330的入口。一旦正常操作条件被恢复，则尿素溶液从流动通道330中被放出，返回至掺混室204以用于注入到排放流道中。此操作允许系统200在异常操作条件否则将抑制注入时提供预定量的尿素注入，并且因此避免或缓和期望量的尿素溶液至排放流道的供应的中断。
[0059]除了图2外还参考图3和图4，示例性的喷嘴300包括头部310、台肩312、圆柱体部分314、带螺纹的部分316、尖端318和流动通道330。流动通道330沿着轴向中心线302从入口304延伸至出口 306，并且包括底座部分332、限制部(restrict1n)334和扩散器336。流动通道330被配置成将加压空气从空气供应通道222经由入口 304、底座部分332、限制部334、扩散器336和出口 306传送至掺混室204。
[0060]头部310已在其中形成底座表面308，底座表面308从入口 304至限制部334径向向内成锥形，这界定了底座部分332。在图示的实施方案中，底座表面308与轴向中心线302以偏移角α偏移，这界定了作为截头圆锥形部分的底座部分332。还预期的是，根据诸如期望的流动剖面和止动构件210的性质的设计参数，可以使用其他几何结构。例如，底座表面308的一部分可以与轴向中心线302以不同于偏移角α的角度偏移，并且可以是曲线的。还预期的是，底座表面308和底座部分332可以被省略，其示例性实施方案参考图6被描述。
[0061]在图示的实施方案中，头部310是六边形的，这便于在安装至掺混设备200中相应的空腔中的期间传递扭矩。在其他实施方案中，头部310可以由另一种几何形状界定。台肩312和圆柱体部分314被配置成使空气供应通道与喷嘴300所位于的空腔隔绝。台肩312的半径稍大于螺纹320的节圆半径。在图示的实施方案中，圆柱体部分314的直径小于带螺纹的部分316的大直径，并且大于带螺纹的部分316的节圆直径。还预期的是，圆柱体部分314可以具有另一直径，或可以用径向向内成锥形的喷嘴主体部分代替。
[0062]带螺纹的部分316界定多个螺纹320。如本文使用的，“多个螺纹”表示带螺纹的部分316的沿着轴向中心线302的横截面展示多个脊，其当然可以由环绕带螺纹的部分316的外圆周的单个脊形成。螺纹320被配置成匹配地接合相应的空腔中形成的相应的一组螺纹。带螺纹的部分316的下端界定面322。
[0063]尖端318包括将面322连接至喷嘴面324的锥形表面323。锥形表面323以尖端角β径向向内成锥形，并且可以与喷嘴300位于其中的空腔的相应地成型的截头圆锥形部分紧密接合，使得空腔与掺混室隔绝。尖端318界定出口 306，加压空气被经过出口 306被排出到掺混室204中。在图示的实施方案中，出口306通过扩散器336的第二端部界定。在其他实施方案中，出口 306可以经由中间的流动通道部分连接于扩散器336。
[0064]底座部分332被配置成在止回阀209打开时接收来自空气供应室222的加压空气。底座部分332具有第一直径的入口和小于第一直径的第二直径的出口。出口的第二直径被配置成提供超过阈值速度的加压空气流。在另外的实施方案中，底座表面308和底座部分332可以被省略，在该情况下，通向限制部334的孔口可以在头部310的上表面中形成并且被配置有提供满足或超过阈值速度的加压空气流的直径。
[0065]当底座部分332被包括时，限制部334处于底座部分332的下游。在图3的实施方案中，底座部分332的出口是限制部334的入口，使得限制部334的直径是第二直径。还预期的是，限制部334可以经由中间的流动通道部分被流体联接于底座部分332，在该情况下，限制部334的直径可以不等于第二直径。限制部334的直径和轴向长度被选择以按照预定的量降低加压空气的压力和增加加压空气的速度。在图示的实施方案中，限制部334的轴向长度是喷嘴300的总长度的约百分之三十。例如，喷嘴300的轴向长度可以是约8mm，并且限制部334的轴向长度可以是约2.5mm。在其他实施方案中，设想了其他构型。此外，虽然限制部334是圆柱形的，但在其他实施方案中，限制部可以具有不同的直径。
[0066]扩散器336位于限制部334的下游，并且被配置成降低加压空气的速度。在图示的实施方案中，限制部334的出口是扩散器336的入口，使得扩散器336的入口直径是第二直径。还预期的是，扩散器336可以经由中间的流动通道部分被流体联接于限制部334，在该情况下，扩散器336的入口直径可以不是第二直径。
[0067]扩散器336以扩散器角度γ从扩散器入口直径至大于扩散器入口直径的扩散器出口直径径向向外成锥形。在图3的实施方案中，扩散器入口直径是第二直径，扩散器出口直径是第三直径，并且扩散器角度γ被选择成使得扩散器336从限制部334延伸至出口 306。扩散器出口直径被选择，使得加压空气的速度被降低至出口速度，在该出口速度下，由与掺混室204的壁的高压冲击导致的磨损被减少至期望的速度，该期望的速度可以被选择以缓和来自提供至掺混室的空气的对掺混室的磨损或破坏。
[0068]如前所述，当在流动通道中的加压空气的速度高于阈值速度时，尿素晶体在流动通道330中的移动被抑制。流动通道330的限制部334和扩散器336被配置成在供应有处于阈值压力的加压空气时提供具有大于阈值速度的速度的加压空气，从而防止尿素晶体经过限制部334向上游移动。流动通道330可以可选择地被配置成对阈值速度提供误差限度;例如流动通道330可以被配置成当供应有处于阈值压力的加压空气时提供至少约50m/s或在50m/s与60m/s之间的速度。
[0069]在某些实施方案中，扩散器角度是相对小的，为10°C或更小，并且扩散器可以大体上延伸至喷嘴出口。例如，在图3的实施方案中，扩散器角度γ小于约5°，并且扩散器336延伸至出口 306。在其他实施方案中，扩散器角度γ可以选自另一范围，例如小于10°、或30°至15°。在另外的实施方案中，扩散器角度是相对大的，例如，20°或更大，并且扩散器可以经由连接通道被连接至喷嘴出口。优选地，在流动通道330的不同的孔口直径和流动通道330的直的/成角度的部分之间的过渡部被配置成自始至终地维持至帘壁的边界层连接和平滑的层流。如果扩散器角太高，则可能产生不期望的操作，因为在帘中的层流可分开，形成帘中的涡流，这可显著增加晶体生长并可最终导致故障。
[0070]限制部334和扩散器336被配置成提供沿着它们组合的长度的压力降，使得在限制部334的入口处的空气压力大于进入与喷嘴300连通的掺混室中的尿素注入压力并且在扩散器336的出口处的空气压力小于进入掺混室中的尿素注入压力。在正常操作期间，在掺混室的出口处或出口周围的压力被配置为小于在扩散器336的出口处的空气压力并且小于进入掺混室中的尿素注入压力。异常操作条件可能产生，其中在掺混室的出口处或出口下游的压力超过尿素注入压力。这可以发生，例如，是由于注入热的排放流路径中的尿素的闪急沸腾，这引起压力波朝着掺混室行进。在这样的异常条件下，沿着限制部334和扩散器336的压力降有效地允许尿素注入，该尿素注入否则将被抑制。当这样的异常条件存在时，注入掺混室中的尿素可以流入扩散器336和限制部334的一部分中，一直到压力超过注入压力的点。掺混室可以被配置成允许在沿着扩散器336或限制部334的各种距离处的这种尿素流动但是防止尿素流到或流过流动通道330的入口，因为在流动通道330的入口处的压力大于尿素注入压力。在正常操作条件被恢复后，尿素溶液从流动通道330中被放出，返回至掺混室用于注入排放流道中。此操作允许包括喷嘴300的系统在异常操作条件否则将抑制注入时提供预定量的尿素注入，并且因此避免或缓和期望量的尿素溶液至排放流道的供应的中断。
[0071]图5描绘了空腔500的示例性实施方案。空腔500在空气供应室551与掺混室552之间在壁550(例如掺混设备200的壁)中形成。空腔500包括容纳台肩的部分512、容纳圆柱体的部分514、带螺纹的部分516和容纳尖端的部分518。空腔500被描绘有安装的喷嘴300(以虚线图示)，使得空腔500和喷嘴300共享公共的轴向中心线502。
[0072]容纳台肩的部分512被配置成紧密接合台肩部分312。容纳台肩的部分512和台肩312配合以形成密封，使得空腔500大体上与空气供应室551隔绝。容纳台肩的部分512的直径对应于台肩312的直径。
[0073]容纳圆柱体的部分514被配置成紧密接合圆柱体部分314的至少一部分。容纳圆柱体的部分514具有对应于圆柱体部分314的直径的直径。容纳圆柱体的部分514还界定被设置尺寸以容纳喷嘴螺纹320的多个凹进部。凹进部具有对应于螺纹320的节圆半径的最大半径。
[0074]带螺纹的部分516包括多个空腔螺纹520，该多个空腔螺纹520通过多个交替的凹进部和突出部界定。空腔螺纹520被配置成匹配地接合喷嘴螺纹320，从而将喷嘴300固定在空腔500内。
[0075]容纳尖端的部分518被配置成紧密接合喷嘴尖端318。容纳尖端的部分518包括配置成紧密接合面322的平坦部分和配置成紧密接合锥形表面323的锥形部分。容纳尖端的部分518还界定空腔出口 508，空腔出口 508具有对应于喷嘴面324的直径的直径。在图示的实施方案中，容纳尖端的部分518被配置成使得喷嘴面324与壁550的底表面524大体上齐平。在其他实施方案中，容纳尖端的部分518可以具有比喷嘴尖端318更小的轴向长度，使得喷嘴尖端318延伸至掺混室552中。在另外的实施方案中，容纳尖端的部分518可以具有比喷嘴尖端318更大的轴向长度，使得空腔500包括将喷嘴出口 306连接至掺混室552的连接通路。
[0076]图6图示了不包括底座部分的示例性喷嘴600。喷嘴600被定位在空腔601中，该空腔601在空气供应室651与掺混室652之间在壁650中形成。喷嘴600界定流动通道630，流动通道630包括入口 604、限制部634、扩散器636和出口 604。限制部634在入口 604处流体联接于空气供应通道602且在交界部635处流体联接于扩散器636。扩散器636在交界部635处流体联接于限制部634且在出口 606处流体联接于掺混室603。
[0077]现参考图7，图示了用于SCR后处理系统的示例性排放流路径700。排放流路径700包括排放源702，排放源702可以是例如柴油发动机。排放源702提供穿过管道730的包括NOx成分的排放流。混合器720被布置在管道730中。注入喷嘴710在管道730的中心线处或其附近的被布置在混合器720的下游的位置。掺混设备，例如掺混设备200，将加压的尿素气体混合物供应至注入喷嘴710，该注入喷嘴710在通过喷射物712和相关联的箭头所示的排放流的方向将该混合物注入。喷射物712在管道730的中心区域中大体上均匀地分布但在管道730的周边区域不均匀地分布。
[0078]混合器720在流过管道730的周边区域的排放物中赋予漩涡，同时允许流动穿过管道730的中心部分正常地继续行进。以此方式，排放背压通过提供最小化指令以仅在其被需要的地方获得排放物漩涡来被最小化。被引入管道730中的尿素溶液的喷射物712沿着管道730的长度在注入喷嘴710的下游分解以形成氨。氨被从出口 742提供至催化剂单元740的SCR催化剂750，SCR催化剂750用于减少排放物中的成分NO的至少一部分。
[0079]现参考图2和图3以及图7，包括喷嘴300和注入喷嘴710的示例性系统的操作的另外的方面被描述。加压的尿素溶液通过计量阀202以标称尿素供应压力(例如约65镑/平方英寸)被供应至掺混室204。加压空气以约50镑/平方英寸的标称压力被供应至掺混室204。尿素注入压力通常高于空气压力1-1.5巴表压。取决于操作，尿素压力和空气压力可以不同于标称压力。
[0080]在图示的形式中，加压空气进入底座部分332，这使速度增加至第一速度并且使压力降低至第一压力，同时将加压空气向限制部334传输。第一压力优选地也大于尿素供应压力。加压空气以第二速度和第二压力进入限制部334。在包括底座部分332的实施方案中，第二速度和第二压力对应于第一速度和第一压力。在其中不包括底座部分332的实施方案中，第二速度和第二压力对应于入口速度和入口压力。在任一种情况下，第二压力小于室压力，并且在流动通道330的限制部334和扩散器336中的压缩空气的速度大于足以抑制尿素晶体生长和移动的阈值速度。作为非限制性实例，阈值速度可以是47m/s、约50m/s、或在50m/s与60m/s之间。
[0081]限制部334进一步降低加压空气的压力。加压空气以第三速度和第三压力离开限制部334并且进入扩散器336。第三压力可以大于或小于尿素供应压力，并且第三速度可以大于或等于阈值速度。扩散器336使加压空气膨胀并使其减慢，并且通过出口 306将加压空气排出至掺混室204。在出口 306处，加压空气具有第四速度和第四压力。第四速度低于阈值速度，并且足够低以减少磨损，该磨损否则将由与掺混室204的壁的高压冲击产生。第四压力小于尿素供应压力，并且可以是例如约20镑/平方英寸。第四压力比入口压力小至少最低压力损失(minimum pressure loss)，并且优选地比第一压力小至少最低压力损失。最低压力损失是至少15镑/平方英寸，并且优选地是20镑/平方英寸或30镑/平方英寸。
[0082]在系统的正常操作期间，加压的尿素和加压空气进入掺混室204，并且尿素变得夹带在加压空气中。此尿素-空气混合物经由混合物供应管线被传输至注入喷嘴710。由于流过管道730的高温排放物，注入喷嘴710可以变得很热。当注入喷嘴710处于足够高的温度时，尿素-空气混合物可与注入喷嘴710接触时经历闪急沸腾。此闪急沸腾向后穿过混合物供应管线并朝向掺混室204发送压力波。
[0083]当压力波使在掺混室204的出口处的压力增加至高于尿素注入压力时，加压的尿素可能不再经由出口构件230离开，并且代替地，流入空气流动通道330中。因为在空气流动通道330的入口处的压力大于尿素注入压力，所以加压的尿素被阻止行进超过入口，在该处，尿素晶体形成可能是成问题的。同时，注入不被抑制，因为在空气流动通道330的出口处的压力小于尿素注入压力。
[0084]一旦压力波已消散，则加压的尿素离开流动通道330，并且系统返回至如之前那样运行。在流动通道330内的加压空气的高速度产生足以除去可能存在于流动通道的壁上的任何尿素液滴或晶体的剪切力。这缓和了与结晶化和由于在热的排放物条件下的闪急沸腾结晶化造成的空气流的损失相关联的可靠性和保证问题。如上所述，在系统的操作期间，还可能的是，尿素注入喷嘴可以变得永久地或间歇地被堵塞。在这样的堵塞的情况下，大于尿素注入压力的在空气流动通道330的入口处的压力阻止注入的尿素行进超过入口，在该处，尿素晶体形成可能是成问题的。当堵塞被移除时，注入可以根据正常操作继续进行。
[0085]虽然本实用新型已经在附图和前面的描述中被详细地图示和描述，但其应当被视作说明性的并且在性质上不是限制性的，其被理解为，仅某些示例性实施方案已被示出和描述并且在本实用新型的精神内的所有改变和修改期望被保护。应当理解，虽然在以上描述中利用的词语(例如优选的(preferabIe)、优选地、优选(preferred)或更优选)的使用表示了该如此描述的特征可能是更期望的，但是其可以不是必要的，并且没有它们的实施方案可以被预期为在本实用新型的范围内，该范围由以下的权利要求界定。在阅读权利要求时，意图的是，当诸如“一 (a)”、“一 (an)”、“至少一个”、或“至少一部分”的词语被使用时，不意图将该权利要求限制于仅一个项，除非在该权利要求中特别地声明与此相反。当语言“至少一部分”和/或“一部分”被使用时，该项可以包括一部分和/或整个项，除非特别地声明与此相反。
【主权项】
1.一种用于尿素混合室的空气帘，包括: 掺混室，其具有尿素入口、掺混室气体入口和掺混室出口 ； 加压的尿素溶液的源，其被配置成将加压的尿素溶液以尿素注入压力提供至所述尿素入口；和 加压气体源，其被配置成经由通路将加压气体传送至所述掺混室气体入口，所述通路沿着长度从所述加压气体源延伸至所述掺混室气体入口，所述通路被配置成将沿着其长度传送的所述加压气体的压力从接收自所述加压气体源的气体的第一压力降低至提供至所述掺混室气体入口的气体的第二压力； 其中接收自所述加压气体源的气体的所述第一压力大于所述尿素注入压力，并且提供至所述掺混室气体入口的气体的所述第二压力小于所述尿素注入压力。2.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中当在所述掺混室出口处的压力大于所述尿素注入压力时，注入到所述掺混室中的尿素沿着所述通路的长度的一部分行进，在所述部分中气体压力低于所述尿素注入压力。3.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述通路被配置成将沿着其长度传送的所提供的所述加压气体的速度从在沿着其长度的第一位置处的第一速度降低至提供至所述掺混室的第二速度。4.如权利要求3所述的用于尿素混合室的空气帘，其中提供至所述掺混室的所述第二速度是47米每秒或更大。5.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述通路被界定在喷嘴中，所述喷嘴延伸穿过由所述掺混室的壁形成的空腔，所述喷嘴的外表面界定与多个相反成型的螺纹匹配地接合的多个螺纹，所述多个相反成型的螺纹由所述空腔的内表面界定。6.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述通路具有在所述加压气体源的下游的第一位置与在所述第一位置的下游的第二位置之间的均匀的横截面积、和在所述第二位置与在所述第二位置的下游且在所述掺混室气体入口的上游的第三位置之间的增加的横截面积。7.如权利要求6所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述增加的横截面积通过所述通路的截头圆锥形表面界定。8.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述掺混室出口流体联接于注入器喷嘴，所述注入器喷嘴被配置成将尿素-气体混合物注入至排放气体管道中，所述排放气体管道具有在所述注入器喷嘴的下游位置处布置在其中的选择性催化还原SCR催化剂。9.如权利要求8所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述排放气体管道被配置成接收来自柴油发动机的排放流，所述排放流包括作为所述柴油发动机的操作的副产物的成分的 NOx 010.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述加压气体的压力从所述第一压力至所述第二压力降低2巴或更大。11.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中通路被配置成以至少47米每秒的第一速度将加压气体提供至所述掺混室气体入口，并且在所述掺混室气体入口的上游位置处以大于所述第一速度的第二速度提供加压气体。12.如权利要求1所述的用于尿素混合室的空气帘，其中通路被配置成以至少50米每秒的第一速度将加压气体提供至所述掺混室气体入口并且在所述掺混室气体入口的上游位置处以大于所述第一速度的第二速度提供加压气体。13.如权利要求12所述的用于尿素混合室的空气帘，其中在所述掺混室气体入口的上游位置处，所述加压气体的速度在50米每秒与60米每秒之间。14.一种用于尿素混合室的空气帘，包括: 掺混室，其具有尿素入口、气体入口和出口； 注入器，其被配置成将加压的尿素溶液以尿素注入压力提供至所述尿素入口 ；和阀，其被配置成将加压的气体提供至与所述阀和所述气体入口流动连通的气体流动通道，所述流动通道被配置成将从所述阀流到所述气体入口的气体的压力从第一压力降低至第二压力并且将从所述阀流到所述气体入口的气体的速度从第一速度降低至第二速度； 其中所述第一压力大于所述尿素注入压力并且所述第二压力小于所述尿素注入压力。15.如权利要求14所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述第二速度是至少47米每秒。16.如权利要求14所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述第二速度是至少50米每秒。17.如权利要求14所述的用于尿素混合室的空气帘，其中从所述第一压力至所述第二压力降低了 1-2巴表压。18.如权利要求14所述的用于尿素混合室的空气帘，其中所述第二压力比所述第一压力小至少I巴表压。
【文档编号】F01N3/20GK205684224SQ201490000945
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2014年7月9日 公开号201490000945.7, CN 201490000945, CN 205684224 U, CN 205684224U, CN-U-205684224, CN201490000945, CN201490000945.7, CN205684224 U, CN205684224U, PCT/2014/45948, PCT/US/14/045948, PCT/US/14/45948, PCT/US/2014/045948, PCT/US/2014/45948, PCT/US14/045948, PCT/US14/45948, PCT/US14045948, PCT/US1445948, PCT/US2014/045948, PCT/US2014/45948, PCT/US2014045948, PCT/US201445948
【发明人】乔治·L·芒蒂恩, 史蒂夫·霍尔, 乔伊迪普·查克拉巴蒂, 约翰·安西斯, 约书亚·D·亨利, 塞缪尔·约翰逊, 安德鲁·迈尔
【申请人】康明斯排放处理公司