一种电加热尿素混合器以及SCR系统的制作方法

本实用新型涉及发动机排放污染物处理技术领域，尤其涉及一种电加热尿素混合器以及SCR系统。

背景技术：

SCR技术的基本原理是向排气中喷射尿素或者添加其他还原剂，选择合适的催化剂，促进还原剂与NOx反应，同时抑制还原剂被排气中的氧气氧化。现有SCR技术按照还原剂的种类可以分为以尿素分解产生的NH3作为还原剂的尿素SCR技术和以碳氢作为还原剂的碳氢 SCR技术两类。目前碳氢SCR技术仍在进一步的研究当中，实际应用不多；而尿素SCR技术较为成熟，实际应用较多。

在尿素SCR系统中，尿素水溶液经尿素喷嘴喷入排气管，需要经过蒸发、热解、水解等物理化学过程形成还原剂(NH3、HNCO)来与发动机排放污染物NOx发生氧化还原反应，最终达到降低NOx排放的目的。其中，尿素SCR系统中一般采用尿素混合器来组织气流的运动，尿素混合器一般设置在尿素喷嘴与催化剂载体之间。尿素混合器可以促进尿素和排气混合，优化尿素分布，还能减少氨泄漏，但是在排气温度较低工况下，尿素水溶液会由于接触到低温壁面、雾化质量差等原因出现不能完全分解的现象，反应过程中生成三聚氰酸二酰胺和三聚氰胺等成分复杂的络合物，这些络合物聚集到一定程度就会形成结晶体。这种结晶体绝大多数出现在尿素混合器表面，呈白色块状，质地坚硬，且能随着尿素溶液的持续喷射不断增大，结晶体增大到一定程度会堵塞发动机排气管路，使排气背压迅速升高，进而导致整机性能恶化。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供一种电加热尿素混合器以及SCR系统，以解决尿素结晶体堵塞发动机排气管路，使排气背压迅速升高，进而导致整机性能恶化的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型一方面提供了一种电加热尿素混合器包括混合器本体，所述混合器本体包括液体分散器，所述液体分散器为圆柱形壳体，所述液体分散器的一端设置有用于通入还原剂的还原剂进口，所述液体分散器的另一端设置有多个用于分散还原剂的还原剂分散通孔，其中，所述液体分散器设置有还原剂分散通孔的一端设置有电加热组件。

进一步地，所述电加热组件包括设置在液体分散器上的电阻丝，所述电阻丝缠绕在所述液体分散器设置有还原剂分散通孔的一端。

进一步地，所述电加热组件设置在所述液体分散器设置有还原剂分散通孔的一端的底端面上。

进一步地，所述电加热组件包括电阻丝，所述电阻丝成螺旋环状平铺在所述液体分散器设置有还原剂分散通孔的一端的底端面上。

进一步地，所述电加热组件还包括设置在所述电阻丝外侧的用于支撑所述电阻丝的电阻丝支架，

所述电阻丝连接有电极，所述电阻丝支架的外侧设置有接地线。

进一步地，所述液体分散器设置有还原剂进口一端的壳体外周壁上设置有影响气体流向的多个旋流叶片，所述多个旋流叶片沿所述液体分散器的壳体周向均布。

进一步地，所述多个旋流叶片相对于所述液体分散器的圆周切线方向的倾斜角能够调节。

进一步地，所述液体分散器设置有还原剂进口的一端端面上设置有与所述还原剂进口连通的还原剂喷嘴座。

进一步地，所述混合器本体还包括气体旋流器，所述气体旋流器的形状为壳体，所述气体旋流器包括进气口，所述气体旋流器在与进气方向垂直的方向上设置有相对的第一孔和第二孔；

所述液体分散器设置有还原剂进口的一端穿过所述第二孔与所述气体旋流器垂直连接，所述还原剂进口与所述第一孔连通，所述第一孔用于导入喷嘴喷出的还原剂。

为解决上述技术问题，本实用新型的另一方面还提供了一种SCR 系统，包括如上述所述的电加热尿素混合器，所述电加热尿素混合器设置在排气管或SCR催化转化器中，所述排气管或所述SCR催化转化混合器上设置有分别检测电加热尿素混合器前、后压力的压力传感器，所述压力传感器与控制组件连接，所述控制组件还与所述电加热尿素混合器的电路连接；

所述压力传感器将压力传输给所述控制组件，所述控制组件根据前、后压力传感器的压差控制所述电加热尿素混合器的电源是否接通。

(三)有益效果

本实用新型的电加热尿素混合器在液体分散器设置有还原剂分散通孔的一端设置有电加热组件，通过电加热组件产生的高温能够有效去除容易产生尿素结晶体的通孔部分的尿素结晶体，解决了尿素结晶体堵塞发动机排气管路，使排气背压迅速升高，进而导致整机性能恶化的问题。

本实用新型的SCR系统包括电加热尿素混合器，并通过压力传感器判断电加热尿素混合器前后的压差，根据压差智能控制电加热尿素混合器的开启或关闭，实现了电加热尿素混合器的智能控制，并且仅在压差超过预定值时，开启电加热尿素混合器，有效节约了电加热尿素混合器的能源消耗。

除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本实用新型的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例电加热尿素混合器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例电加热尿素混合器倾斜放置时的结构示意图；

图3是本实用新型实施例电加热尿素混合器的电加热组件示意图；

图4是本实用新型实施例SCR系统的示意图；

图5是本实用新型实施例SCR系统的行车加热控制流程图；

图6是本实用新型实施例SCR系统的停车加热控制流程图。

图中:1：电加热尿素混合器，11：还原剂喷嘴座，11a：还原剂进口，12：旋流叶片；13：还原剂分散通孔；14：电加热组件，14a：电极，14b：电阻丝支架，14c：电阻丝，14d：接地线；2：尿素喷嘴；3：排气管；4：压力传感器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1-3所示，本实用新型实施例提供的电加热尿素混合器1包括混合器本体，所述混合器本体包括液体分散器，所述液体分散器为圆柱形壳体，所述液体分散器的一端设置有用于通入还原剂的还原剂进口11a，所述液体分散器的另一端设置有多个用于分散还原剂的还原剂分散通孔13，其中，所述液体分散器设置有还原剂分散通孔13的一端设置有电加热组件14。

在实际应用中发现，尿素结晶体最容易出现在尿素混合器表面，其中在上述结构合理的尿素混合器中，由于液体分散器的还原剂分散通孔13用于将尿素还原剂进行分散，所以尿素结晶体一般出现在液体分散器的还原剂分散通孔13段，本实用新型通过在液体分散器设置有还原剂分散通孔13的一端设置有电加热组件14，可以通过电加热的热量促使尿素结晶体融化，解决了尿素结晶体堵塞发动机排气管路，使排气背压迅速升高，进而导致整机性能恶化的问题；同时，仅选择在液体分散器设置有还原剂分散通孔13的一端设置电加热组件14，相比整个尿素混合器均设置加热组件的方案，可以有效减小设备的布置空间、提供加热组件的利用效率。

如图1所示，所述液体分散器设置有还原剂进口11a的壳体外周壁上设置有影响气体流向的多个旋流叶片12，所述多个旋流叶片12 均布在所述液体分散器的壳体的周向上。作为一种优选方案，所述多个旋流叶片12相对于所述液体分散器的圆周切线方向的倾斜角能够调节。

在实际应用中，所述混合器本体的所述液体分散器需配合气体旋流器使用，所述气体旋流器的形状为壳体，所述气体旋流器包括进气口，所述气体旋流器在与进气方向垂直的方向上设置有相对的第一孔和第二孔；所述液体分散器设置有还原剂进口的一端穿过所述第二孔与所述气体旋流器垂直连接，所述还原剂进口与所述第一孔连通，所述第一孔用于导入喷嘴喷出的还原剂。

本实施例的电加热尿素混合器1在工作时，喷嘴通过第一孔向混合器喷射尿素还原剂。旋流叶片12对混合器迎风平面倾斜一个角度，混合器叶片的导流作用较大，使气流形成大的涡流；混合器与尿素喷嘴垂直安装放置，喷雾的喷射方向与排气流动方向垂直，混合器首先对排气造成强烈的扰流，再通过气流带动尿素喷雾来产生促进混合的作用，混合的动力来源是气流的扰动。气体旋流器大大促进了混合器固体壁面附近气体流速，涡流的行程与液体分散器的结合，大大降低尿素沉积形成结晶的风险，并促使即使产生尿素结晶也仅仅限于在液体分散器的还原剂分散通孔13段。同时尿素喷雾在气体旋流器与液体分散器的作用下，在混合器中均匀分布，并通过液体分散器上的通孔被进一步分散、混合，减少结晶，提高了选择性催化还原反应的效率。

本实施例提出的电加热尿素混合器1，通过提高混合器壁面附近内外两侧的气体流速，使尿素还原剂均匀分布，降低了壁面附近结晶风险；通过提高空气流速，增加了空气中液滴的蒸发速度，提高蒸发率及还原剂利用率，提高了选择性催化还原反应的效率。

如图1所示，为了方便尿素喷嘴2与所述液体分散器连接，所述液体分散器设置有还原剂进口11a的一端端面上设置有与所述还原剂进口11a连通的还原剂喷嘴座11。

作为一种可选方案，所述电加热组件14包括设置在液体分散器上的电阻丝14c，所述电阻丝14c缠绕在所述液体分散器设置有还原剂分散通孔13的一端。

如图2、3所示，所述电加热组件14设置在所述液体分散器设置有还原剂分散通孔13的一端的底端面上，所述电加热组件14包括电阻丝14c，所述电阻丝14c成螺旋环状平铺在所述液体分散器设置有还原剂分散通孔13的一端的底端面上。

容易理解，电加热组件的电阻丝14c直接设置在液体分散器的底端面上，并选择螺旋环状平铺的方式，可以在最小的空间内设置相对较多的加热电阻丝，并且能够不影响混合器还原剂分散通孔13的工作，在电加热组件14加热时，可以迅速产生大量热量将尿素结晶体融化。

如图3所示，所述电加热组件14还包括设置在所述电阻丝14c外侧的用于支撑所述电阻丝的电阻丝支架14b，电加热组件14的具体设置方式是所述电阻丝连接有电极14a，所述电阻丝支架14b的外侧设置有接地线14d，其中所述电极14a通过控制开关可选择与车体内部电源连接或者可以与连接外部电源的接口相连。

如图4所示，本实用新型实施例还提供了一种SCR系统，包括如上述所述的电加热尿素混合器1，所述电加热尿素混合器1可以设置在排气管或SCR催化转化器中，相应的所述排气管或所述SCR催化转化混合器上设置有分别检测电加热尿素混合器前后压力的压力传感器。图4中给出了设置在排气管3中的形式，所述排气管3在所述电加热尿素混合器1的前、后分别设置一个压力传感器4，所述压力传感器4 与控制组件连接，所述控制组件还与所述电加热尿素混合器1的电路、监控汽车尾气排放温度的温度传感器连接；所述压力传感器4将压力传输给所述控制组件，所述控制组件根据前、后压力传感器4的压差控制所述电加热尿素混合器的电源是否接通。其中图4中，箭头A表示来自增压器的排气的进入走向，箭头B表示还原催化剂分散后的载体催化剂的流动方向，尿素喷嘴2设置在排气一侧并与电加热尿素混合器1连接。

本实用新型实施例SCR系统，当尿素结晶体积逐渐增大时，电加热尿素混合器前后的压差值逐渐增大，当达到设定的压差值后，通过控制组件对电加热尿素混合器进行加热，使结晶在高温下进行热分解，达到智能消除结晶的目的。

本实用新型实施例SCR系统的使用流程如图5、6所示。图5、6 中的Y表示“是”的意思，N表示“否”的意思。

图5为行车过程中电加热尿素混合器加热控制方法示意图，行车过程中，首先控制组件通过压力传感器4判断压差是否超过第一标定量(第一标定量在图5中以标定量1表示)，如果没超过第一标定量SCR 系统不执行加热操作；如果压力传感器4判断压差超过了第一标定量，控制组件进一步通过温度传感器分析排气温度是否满足非加热需求 (非加热需求，指的是排气温度大于尿素结晶温度，也即不需要额外加热就可以使尿素结晶体融化)，如果满足非加热要求，SCR系统电加热尿素混合器的电加热组件不工作；如果不满足非加热要求，则使用车辆内部电源进行加热(加热模式1)，同时检测压差是否超过第二标定量(第二标定量在图5中以标定量2表示)，超过第二标定量则继续进行加热，一旦低于第二标定量则结束加热。

图6为停车时利用外部电源进行加热的控制方法示意图。停车过程中的加热靠记忆状态及标定加热时间来进行判断：具体的过程为，首先接入外部电源，并选择外部电源加热模式(加热模式2)，根据记忆状态判断压差是否超过第二标定量(第二标定量与图6中标定量2 意思相同)，如果没有超过第二标定量，SCR系统电加热尿素混合器的电加热组件不开启；如果压差超过第二标定量，则启动电加热组件，电加热组件加热到预定时间后，停止加热。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。