用于至少两个流体流的均化设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于至少两个流体流，特别用于气体发动机中的均匀气体/空气混合的均化设备。
【背景技术】
[0002]此类型的均化设备的众所周知的基本设置由作为混合区域的中心均化空间构成，在每一情况下传输不同流体流的两个流体供给管线和传输均化流体的一个流体流出管线连接到均化空间。两个流体流的尽可能彻底的混合将发生在均化空间中。
[0003]为了这个目的，EP I 908 932 Al已经公开了一种用于柴油车辆的排气系统，该排气系统具有能够在出口侧上连接到内燃发动机的第一平行段和第二平行段，所述平行段经由它们的指向下游的端部连接到SCR催化转化器。在平行段上设置了用于还原剂的注射装置。在连接到催化转化器上游的均化设备中，具有添加到其的还原剂的排出气体流与没有还原剂的排出气体流混合。在此，具有和不具有孔结构的导向板安装在混合腔中以便促进充分混合，以及/或者排出气体流经由弯曲腔横截面形状改变方向。排出气体流在混合腔上游的连接区域内的供给以直线方式进行，且用于促进充分混合的设备在此分配到混合腔。用于促进充分混合的在此使用的手段以及另外众所周知的手段，诸如导向板、挡板表面、穿孔板、扩散装置等，会以不期望的方式导致相对高的压力损失，该相对高的压力损失通常是不受欢迎的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是以以下方式开发一种通用型的均化设备:即以尽可能低的压力损失实现两个流体流的彻底充分混合。
[0005]此目的经由独立专利权利要求的特征来实现。回引所述独立专利权利要求的从属权利要求的主题是有优势的改进。
[0006]根据本发明提供了，在均化空间的连接区域内，流体供给管线在每一情况下都具有一个管线段，该管线段沿着一个方向具有流偏转部，沿着另一方向具有跟在下游的流偏转部，该流体供给管线连接为使得流体流切向地供给到均化空间并且将涡流运动赋予所述流体流，该涡流运动优选地在相反的表面上，使得有助于均化过程的旋转的紊流在均化空间中形成。由此，在此利用流体流的流体动力学产生促进充分混合的紊流。利用如根据本发明的规则，可以省掉在开始部分处提到的经由导向板、穿孔结构、复杂腔内表面等的已知的复杂费力的手段。由此，根据本发明经由对空间要求较低的相对简单且成本低的设备以相对低的压力损失实现了高效均化。
[0007]就这点而言，在具体的均化设备中，在三通、Y形流体管线的设置中，流体供给管线的中心线以及可选的流体流出管线的中心线限定了基准平面。紧靠均化空间上游和待混合的两个流体流的结合点上游，两个流体供给管线中的第一流体供给管线具有相对于基准平面向上弯曲离开的弯管部，且另一第二流体供给管线具有相对于基准平面向下弯曲离开的弯管部以及在每一情况下都沿着另一方向跟在下游的一个偏转部。由于此呈“S形”的弯管部的导向，利用沿相反方向另外赋予的促进在均化空间中进行充分混合的涡流运动来实现两个流体流的切向结合。
[0008]取决于条件，弯管部的形状可以具有接近长型Z形或长型S形以及位于之间的过渡形状。呈Z形的弯管部在到均化空间的流入开口处向下游变直，该流入开口近似平行于基准平面偏移，使得流体供给管线的两个流入开口相对于基准平面在两侧都偏移。在弯管部呈S形的情况下，它在每一情况下都在相关的流入开口上游再次朝向基准平面弯曲离开，使得两个流入开口就位在基准平面中或关于所述基准平面相对于彼此仅略微地偏移。
[0009]在具体的第一实施例中，均化空间构造为混合段，两个流体供给管线设置且连接在混合段的入口处，使得两个流体供给管线以利用S形弯管部的缠绕方式在每一情况下都彼此上下就位。该缠绕结构以如内螺纹部的管状内螺旋结构在混合段中继续，用于在结合的流体中进一步赋予涡流运动。由此，以相对低的压力损失在混合段中促进进一步彻底充分混合。此处使用内螺纹部的盘旋网状结构，用于沿流出方向伴随流体的同时进一步运动产生涡流。
[0010]如果内螺纹部的正如切角的接近角为从15°至20°，则会实现具有相对低的压力损失的特别有效的充分混合。为了此目的，混合段的内螺纹部应具有从2至6个螺旋匝(screw turn)，优选地是3个螺旋0L
[0011]在均化设备的功能上令人满意的第二实施例中，均化空间构造为具有圆顶状内部容积的混合腔，该混合腔以圆形的横截面汇合到流体出口管线中。两个流体供给管线连接到具有呈长型Z形的弯管部的混合腔，从而彼此相邻就位且相对于基准平面相对于彼此竖向地偏移。以此方式，随着沿相反方向另外赋予涡流运动而将两个流体流切向和竖向偏移地供给到混合腔中。如果切角为从20°至30°，则会实现具有相对低的压力损失的特别令人满意的混合结果。另外，相对于基准平面的竖向偏移在每一情况下应为从1mm至20mm。
[0012]进一步的第三实施例构造为类似于第二实施例，但是混合腔的圆顶状内部整体上是球形构造，具有大部分是圆形的横截面。两个流体供给管线在此处以弯管形状连接到混合腔，使得两个流体流相对于基准平面没有竖向偏移或仅少量地竖向偏移而切向地供给到混合腔中。如果切角为从20°至30°，则在第三实施例中也会实现具有相对低的压力损失的特别令人满意的混合。
[0013]在功能上令人满意的第四实施例中，均化空间构造为具有接近椭圆形横截面和扁平腔形状的混合腔。两个流体供给管线经由弯管部在每一情况下以这样的方式连接到混合腔，即两个弯管部在混合腔的平面图中在具有弯管弯曲部分的端部侧上朝向彼此定向，弯管部在所述平面图中在彼此相反地就位的流入开口处连接到混合腔。另外，两个弯管部在每一情况下利用相对于该平面的进一步的弯管弯曲部分连接到混合腔，从而竖向偏移且与扁平部分相反地就位，使得两个流体流切向竖向偏移地结合且沿相反方向赋予涡流运动。此处，切角应为从5°至15°。
[0014]经由收窄均化空间的流出区域，特别地如流体流出管线处的收缩部，在此处能增大流速，由此帮助待混合的两个流体均匀分布。但是，用此手段也会增加压力损失。特别地，在实施例2、3和4中可以使用此手段。由此，特别是如果流体流出管线的限定的横截面的局部收缩部是所述横截面的0.8±0.1倍，实现了混合率的提高同时避免过高的压力损失。
[0015]上述均化设备中的一个作为燃烧腔上游的气体发动机的进气系统的构成部分特别优选地用于混合燃烧气体和空气。
【附图说明】
[0016]本发明的示例性实施例将使用附图更详细地进行解释，在附图中:
图1示出了第一实施例的图示，图1a至Id和If示出了从不同方向的视图，且图1e和图1g示出了横截面，
图2示出了第二实施例的图示，图2a至2d和2f示出了从不同方向的视图，且图2e和图2g示出了横截面，
图3示出了第三实施例的图示，图3a至3d和3f示出了从不同方向的视图，且图3e和图3g示出了横截面，以及
图4示出了第四实施例的图示，图4a至4d和4f示出了从不同方向的视图，且图4e和图4g示出了横截面。
【具体实施方式】
[0017]图1示出了均化设备I的第一实施例。根据图1a的平面图示出了呈Y形的三通流体管线设置，其中中心均化空间作为混合段2，第一流体供给管线3和第二流体供给管线4在入口侧上连接到混合段2，且流体流出管线5在出口侧连接到混合段2。特别是从沿着流体供给管线3、4的方向观看的图1c可以看出，中心线6’、6’ ’、6’ ’ ’限定了基准平面7，在下文中会描述的管线路段参照该基准平面7:
紧接在混合段2的上游，第一流体供给管线3在区域8中具有弯管部，该弯管部相对于基准平面7向上弯曲离开，然后跟在下游的偏转部沿着另一方向到混合段2中。相应地，在区域9中，第二流体供给管线4具有弯管部，该弯管部相对于基准平面7向下弯曲离开，跟在下游的偏转部沿着另一方向。流体供给管线3、4的这些弯管部路段也能够从图1b(沿着流体流出管线5的方向的视图)清楚地看到，同样地，从根据图1g的截面图示也能看到。另夕卜，在图1c中切角图示为20° ±5°。
[0018]根据图lc，两个流体供给管线3、4彼此上下就位，使得它们在具有S形弯管区域的每一情况下缠绕，所述缠绕结构以如同具有三个螺旋匝的内螺纹部10的管状内螺旋结构在混合段2中继续，如从根据图1e的横截面能够看到的。
[0019]由于混合段2的入口处或上游的流体供给管线的所示出的弯管形构造，在其中流动的两个流体流的切向结合伴随另外赋予的涡流运动而进行，该涡流运动促进充分混合。所述涡流运动在盘旋的内螺纹部10中继续，用于进一步彻底充分混合。由此，在混合段2的内壁上的螺旋结构是关键的。从图1a和Id的视图以及从下文的根据图1f的视图可以看到，混合段2构造为整体上具有相同的壁厚，从而也使得它从外侧缠绕。特别地，由于以铸造或压制工艺来制造，使得这能够以此方式来构造。但是，具有三个螺纹匝的内侧螺旋结构和螺纹部的20° ±5°的接近角对于赋予涡流的功能来说是关键的。
[0020]图2示出了均化设备11的第二实施例，这里也有呈Y形的三通流体管线设置，且第一流体供给管线13、第二流体供给管线14和流体流出管线15连接到作为混合腔12的中心均化空间。流体供给管线13、14的中心线16’、16’’以及流体流出管线15的中心线16’’’限定了基准平面17，在连接区域中的弯管形管线路段参照该基准平面17:
如从图2c可以看到，第一流体供给管线13相对于基准平面17 (向上)弯曲，且沿着另一方向以长型Z形进一步延伸，使得中心线20在混合腔12的流入开口处相对于基准平面17偏移图示的间隙15mm±5mm。同样从图2c也可以看到，第二流体供给管线14在区域19中定路径使得沿着另一方向弯曲远离，且相应地伴随沿着另一方向的偏转部连接到混合腔，用于随着沿相反方向另外赋予涡流运动而切向和竖向偏移地供给两个流体流。合适的切角在此处图示为20° ±5°。从图2b结合根