废气冷却装置的制作方法

废气冷却装置
1.本发明涉及一种用于热气体源的废气冷却装置，该热气体源例如内燃机或燃料电池，该废气冷却装置具有可连接到内燃机或电池的废气管线的具有对称轴线的壳体，和联接到壳体以用于引入废气和环境空气的文丘里组件，以及将废气/环境空气混合物排放到环境中的出口管线，其中文丘里组件具有可以流体方式连接到废气管线的文丘里通道和用于环境空气的入口开口，所述入口开口由文丘里通道和废气管线界定，其中文丘里通道用于引导废气/环境空气混合物，且通过入口开口通向混合室。
2.从us 8,549,850 b2中已知一种废气冷却装置，其具有用于供应环境空气的文丘里布置。该废气冷却装置具有多个废气入口通道和下游文丘里管道。另外，设有用于环境空气的多个入口开口。所获取的废气和环境空气通过文丘里管道混合且传送到环境。
3.本发明的目的是配置和布置废气冷却装置，以确保废气-环境空气混合物的改进混合的方式。
4.根据本发明实现的目的在于，文丘里通道具有出口开口并且出口管线具有流入开口，其中出口开口和流入开口彼此间隔开，其中文丘里通道和出口管线通过其流入开口通向壳体。出口管线用于将废气/环境空气混合物从壳体内部引导到另一废气管线中或引导到环境中。以此方式，可实现：在较长时段内且在壳体内部的较长路径上引导废气/环境空气混合物，从而在废气/环境空气混合物通过出口管线被引导到环境中之前改进了混合。
5.为此目的，还可能有利的是，壳体用腔室壁界定混合室，其中文丘里通道的出口开口具有出口横截面qv，并且用于排出文丘里通道的废气/环境空气混合物的混合室形成流动横截面qm，其中qm》＝f qv，其中2《＝f《＝12，特别是f＝6、f＝7或f＝8。当进入壳体或混合室时，随着流动横截面加宽，流速减小，这伴随着壳体中的的停留时间更长。
6.此外，可能有利的是，文丘里通道的出口开口和出口管线的流入开口布置成不对齐。借助于此不对齐的布置或通过开口的各种对齐实现的偏移，增加了废气/环境空气混合物在壳体内行进的距离。对齐或偏移或定向涉及出口开口和流入开口的相应中心轴线或由相应中心轴线限定的流动向量，例如气体出口a和气体入口e。也可实现不对齐，其中流动向量具有不同定向。
7.还可能有利的是，文丘里通道的出口开口和出口管线的流入开口定位成对齐，其中在出口开口与流入开口之间设置偏转元件，在方向rq上实现偏转，该方向rq的方向分量与出口开口的气体出口a的方向成直角。尽管有前述对齐，但这还伴随着混合室内部流动路径的增加。
8.可以有利地提供，文丘里通道的出口开口产生了在径向方向上向对称轴线引导的气体出口a，其中与流入开口的出口管线产生了一个平行于对称轴线引导的气体入口e。这确保气流的至少90
°
偏转和相关的流动路径的增加。
9.对于本发明可能特别重要的是，混合室至少部分地具有相对于对称轴线的圆形横截面形状q，或在腔室壁上设置涡流装置，其中当气流冲击圆形腔室壁或涡流装置时，气体出口a在混合室中产生至少一个双涡流，该双涡流相对于对称轴线在相反方向上引导。至少一个双涡流还延长了流动路径且因此延长了停留时间。腔室壁的圆形形状可包括圆形、椭
圆形或其它圆形形状。翅片形或翼形的涡流装置还可由腔室壁形成或为腔室壁的组成部分。如果在腔室壁上设有对应的涡流装置，则混合室的横截面形状q也可能是正方形的。
10.结合根据本发明的配置和布置，可能有利的是，文丘里通道形成具有体积vv的混合阶段mv，并且混合室形成具有体积vm的混合阶段mm，并且出口管线形成具有体积va的混合阶段ma，其中对于vm与vv的比率s1：25》＝s1》＝2，特别是16》＝s1》＝12，和/或对于vm与va的比率s2：25》＝s2》＝2，特别是16》＝s2》＝12。混合室的相对大小对于以其它方式封闭的混合室内部可获得的气流的流动路径的长度也是决定性的。相对较大的混合室确保相对较大或较长的流动路径。
11.还可能有利的是，在混合室内部和/或在文丘里组件的上游提供吸音装置。
12.另外，可能有利的是，在混合室内部提供进一步的涡流或偏转装置。以此方式，进一步改进了混合。
13.另外，可能有利的是，在用于环境空气的入口开口的上游或在用于截留环境空气或气流的环境空气入口处设有挡板，以便主动地增加环境空气的供应量。
14.环境空气也可以由用于环境空气的入口开口直接供应。在此情况下，入口开口向环境开放。环境空气入口不需要必须布设成穿过壳体。
15.此外，可能有利的是，提供具有旁通管线的旁通布置，废气可通过该旁通布置被引导经过冷却装置。
16.此外，可能有利的是，文丘里通道和具有流入开口的出口管线通向壳体的同一混合室。废气/环境空气混合物的冷却在混合室中进行，特别是通过将热量传递到腔室壁。废气/环境空气混合物可在冷却后立即被引导，或通过混合室通过出口管线的流入开口被引导离开混合室。
17.出于此目的，可能有利的是，混合室不含分隔壁或壳体分隔壁。这确保了废气/环境空气混合物在一个混合室内部的最佳流动。避免与分隔壁或壳体分隔壁相关联的压力损失。分隔壁或壳体分隔壁被视为混合室内部的壁，该壁设置有一个或多个贯通开口或穿孔。此类壁将混合室划分成流体连通的两个部分混合室。
18.为此目的，可能有利的是，入口开口通过被引导穿过壳体的环境空气通道和环境空气入口联接到环境，其中环境空气入口在径向方向上与对称轴线对齐。因此，流入环境空气经历径向方向分量，该径向方向分量可至少部分地在对称轴线的圆周方向上由圆柱形环境空气通道偏转。环境空气因此在对称轴线在圆周方向和轴向方向上经历方向分量。这确保废气和环境空气在文丘里通道中的第一次混合。
19.本发明进一步的优点和细节在权利要求书和说明书中加以说明，并且在图式中示出。在附图中：
20.图1a示出来自图2的截面视图b-b；
21.图1b示出替代实施例的截面视图；
22.图2示出来自图3的截面视图a-a；
23.图3示出示意性简图；
24.图4示出各种横截面形式；
25.图5示出另一实施例的示意性简图。
26.图1a中以截面视图b-b示出的废气冷却装置1联接到用于废气1.2的废气管线1.1。
废气管线1.1是废气净化系统8.2的出口管道，例如催化转换器壳体。废气冷却装置1具有带腔室壁3.4的壳体3.6，该腔室壁界定混合室3.1。在壳体3.6内部，文丘里组件5设置有文丘里通道5.1，该文丘里通道通过用于废气的入口开口5.4与废气管线1.1流体联接，即，被吹气。另外，文丘里组件5具有用于环境空气9的入口开口5.2，该入口开口一方面由废气管线1.1界定且另一方面由文丘里通道5.1界定。用于环境空气9的入口开口5.2连接到环境空气通道3.2，该环境空气通道周向包围文丘里通道5.1。环境空气通道3.2又经被引导通过壳体3.6的空气入口3.3联接到环境，使得环境空气9通过环境空气入口3.3和环境空气通道3.2被引导到入口开口5.2。环境空气入口3.3可具有挡板(此处未示出)以用于捕获环境空气。
27.因此，文丘里通道5.1在壳体3.6或混合室3.1的对称轴线3.5的方向上引导废气/环境空气混合物，其中文丘里通道5.1在末端处具有90
°
的弯曲部，使得通过文丘里通道5.1的出口开口5.3在对称轴线3.5的径向方向上实现气体出口a。如图2中所示，离开出口开口5.3的废气/环境空气混合物与设置在那里的上腔室壁3.4或涡流装置7相遇，因此，由于图2中所示的圆形横截面形状q，形成了废气/环境空气混合物的反向双涡流。
28.壳体3.6还具有带流入开口2.1的出口管线2，废气/环境空气混合物通过该出口管线被向外引导离开壳体3.6或混合室3.1或进入环境。流入开口2.1确保废气/环境空气混合物的气体入口e在轴向方向上延伸。借助于气体出口a和气体入口e的不对齐或不同且偏移定向，在混合室3.1内部确保适当长的流动路径。由此，文丘里通道的出口开口5.3具有显著小于流动横截面qm的出口横截面qv，该出口横截面qm被制造成用于通过混合室3.1的废气/环境空气混合物。这导致废气/环境空气混合物的流速的对应延迟，且因此增加在混合室3.1内部的停留时间。
29.在混合室3.1内部，还设有另外的偏转器7.1以用于使气流在流向流入开口2.1的途中偏转。在文丘里组件5的上游，设有吸音装置6，废气1.2在离开废气净化系统8.2之后立即碰撞该吸音装置。
30.废气冷却装置1总共有三个混合阶段，即，具有体积vv的文丘里通道5.1的混合阶段mv、具有体积vm的混合室3.1的混合阶段mm，以及具有体积va的出口管线2的混合阶段ma。此处混合阶段mm的体积vm比其它两个混合阶段mv、ma的体积vv、va大14倍s1、s2。
31.在根据图1b的示例性实施例中，气体出口a和气体入口e的方向相同。此外，文丘里通道的出口开口5.3和出口管线2的流入开口2.1的方向一致。为了避免通过文丘里通道5.1直接把气吹入流入开口2.1，提供了偏转元件4，气流通过该偏转元件被径向向外引导到混合室3.1中，以便在那里完成足够长的流动路径以确保废气/环境空气混合物的期望混合。气体出口a由偏转元件4在方向rq上偏转，方向rq具有径向于对称轴线3.5的定向分量。
32.根据图1a、1b中的示例性实施例，混合室3.1不含分隔壁或壳体分隔壁。在替代的未示出示例性实施例中，混合室3.1可具有至少一个分隔壁或一个壳体分隔壁，该分隔壁设置有一个或多个贯通开口或穿孔。因此，混合室划分成流动连接的两个部分混合室。
33.图3示出废气净化系统8.2下游的废气冷却装置1。废气净化系统8.2又通过废气管线段8.1连接到内燃机8。被冷却到此程度的废气1.2通过出口管线2离开排气系统。
34.图2示出来自图3的横截面视图a-a。其还示出用于根据图1a的示例性实施例的部分b-b。
35.环境空气9通过环境空气入口3.3被引导到环境空气通道3.2，该环境空气通道周
向包围文丘里通道5.1，使得环境空气9可通过文丘里通道5.1与废气管线1.1之间的入口开口5.2进入文丘里通道5.1。然后，废气/环境空气混合物径向向上离开文丘里管道5.1，且到达凹形腔室壁3.4或可选择地放置在那里的涡流装置7，从而形成反向双涡流，在废气/环境空气混合物被向外排放或通过出口管线2的流入开口2.1向环境排放之前，这相应地确保了在废气/环境空气混合物在混合室3.1内部的对应流动路径。排放的。
36.在来自文丘里通道5.1的废气/环境空气混合物冲击腔室壁3.4的区域，前述腔室壁3.4的凹形确保了双涡流的形成。凹形通过腔室壁3.4的对应的圆形或椭圆形横截面形状q来实现，如图4中所示。当然，其它横截面形式也是可能的，这可以确保当气流冲击时对应地形成双涡流或单涡流，使得整个流动路径，即气流在混合室3.1内部的停留时间会增加。如图4中所示的方形横截面形状q也需要在腔室壁上有对应的涡流装置。
37.入口开口5.2通过被引穿过过壳体3.6的环境空气通道3.2和空气入口3.3联接到环境或环境空气9。环境空气入口3.3在径向方向上与对称轴线3.5对齐。其由圆柱形环境空气管道3.2在圆周方向上向对称轴线3.5至少部分地偏转，并进入用于环境空气9的入口开口5.2，至少具有对称轴线3.5的轴向方向上的方向分量或与废气1.2平行。
38.图5中所示的废气冷却装置1的实施例直接布置在例如内燃机或燃料电池等热气体源8的下游。另外，废气冷却装置1具有带旁通管线8.4的旁通布置8.3，废气可通过该旁通管线被引导经过废气冷却装置1。