СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ И U-ОБРАЗНАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК F01N3/20 F01N3/28 

[0001] Эта заявка заявляет приоритет Патентной Заявки Китая № 202110677711.2, озаглавленной «СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ И U-ОБРАЗНАЯ СИСТЕМА ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЯ», поданной 18 июня 2021 года в Национальную администрацию Китая по интеллектуальной собственности, которая включена здесь ссылкой во всей своей полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящая заявка относится к технической области обработки выхлопных газов двигателя, и, в частности, к смесителю для дополнительной обработки и U-образной системе дополнительной обработки двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Смеситель для дополнительной обработки (SCR-смеситель (смеситель селективного каталитического восстановления)) применяют для улучшения однородности смешения мочевины и отходящего газа и улучшения эффективности преобразования NOx. Стандартный смеситель имеет следующие недостатки. Под действием потока отходящего газа некоторые из капель мочевины в струе мочевины с трудом распыляются и разлагаются, приводя к неоднородному смешению NH₃, выделенного из жидкой мочевины и потока отходящего газа, и не может быть обеспечена равномерность скорости течения газовой смеси. Ухудшение однородности NH₃ и равномерности скорости обусловливают необходимость во впрыскивании большего количества мочевины для полного преобразования NOx в отходящем газе, и становится более вероятным протекание кристаллизации мочевины при низкой температуре выхлопа и низкой скорости течения отходящего газа.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Чтобы преодолеть недостатки вышеуказанной традиционной технологии, цель настоящей заявки состоит в создании смесителя для дополнительной обработки и системы дополнительной обработки двигателя, которые могут улучшить однородность смешения потока отходящего газа и NH₃ на впуске SCR-блока и равномерность скорости течения потока смешанного газа, могут сокращать количество вводимой мочевины, и могут эффективно избегать явления кристаллизации мочевины, которая происходит при низкой температуре выхлопа и низкой скорости течения отходящего газа.

[0005] Чтобы разрешить проблемы, существующие в вышеуказанной традиционной технологии, представлен смеситель для дополнительной обработки согласно одному варианту осуществления настоящей заявки. Смеситель для дополнительной обработки включает несущую опору, вихревой миксер, установленный на верхнем конце несущей опоры, длиннотрубчатый миксер, который установлен на нижнем конце несущей опоры и находится в сообщении с вихревым миксером, и уравнивающую расход потока перфорированную пластину, которая установлена на нижнем конце несущей опоры и размещена у боковой части длиннотрубчатого миксера.

[0006] Вихревой миксер включает корпус, который имеет вихревую форму изнутри наружу, где в корпусе сформирован вихревой канал для текучей среды, и вихревой канал для текучей среды выполнен с возможностью проведения потока отходящего газа для его поступления по спирали в центральную область промешивания мочевины вихревого канала для текучей среды снаружи; и у нижнего конца корпуса предусмотрена уплотняющая пластина, где уплотняющая пластина снабжена выпуском для текучей среды, который сообщается с центральной областью промешивания мочевины.

[0007] Длиннотрубчатый миксер включает трубчатый корпус, и на периферийной стенке нижнего конца трубчатого корпуса выполнено множество выхлопных отверстий.

[0008] В одном варианте осуществления несущая опора включает неподвижную пластину, на которой предусмотрен коммуникационное отверстие, через которое вихревой миксер сообщается с длиннотрубчатый миксером.

[0009] В одном варианте осуществления на периферийной стенке внутреннего слоя и/или периферийной стенке наружного слоя корпуса может быть выполнено множество отверстий для снижения противодавления.

[0010] В одном варианте осуществления множество отверстий для снижения противодавления могут быть предусмотрены на части уплотняющей пластины, вокруг выпуска для текучей среды.

[0011] В одном варианте осуществления каждое из выхлопных отверстий представляет собой круглое отверстие. В альтернативном варианте, каждое из выхлопных отверстий представляет собой удлиненное отверстие, протяженное вдоль направления оси трубчатого корпуса.

[0012] В одном варианте осуществления смеситель для дополнительной обработки включает кожух смесителя, имеющий отверстие на боковой части и торцевую крышку, размещенную на открытом конце кожуха смесителя. Несущая опора, вихревой миксер, длиннотрубчатый миксер и уравнивающая расход потока перфорированная пластина в каждом случае размещены в кожухе смесителя, и впуск для раствора мочевины, который сообщается с центральной областью промешивания мочевины, предусмотрен у части кожуха смесителя, у верха вихревого миксера.

[0013] Торцевая крышка образована с впуском для текучей среды соответственно боковой части вихревого миксера, и с выпуском для текучей среды соответственно уравнивающей расход потока перфорированной пластине.

[0014] В одном варианте осуществления в части кожуха смесителя, ниже трубчатого корпуса, предусмотрена отбойная волнистая пластина.

[0015] В одном варианте осуществления отбойная волнистая пластина снабжена отверстиями для снижения противодавления.

[0016] Согласно одному варианту осуществления настоящей заявки, дополнительно представлена U-образная система дополнительной обработки двигателя. U-образная система дополнительной обработки двигателя включает блок дизельного катализатора окисления (DOC), блок дизельного сажевого фильтра (DPF), соединенный с концом DOC-блока ниже по потоку, и блок селективного каталитического восстановления (SCR). Кроме того, U-образная система дополнительной обработки двигателя включает смеситель для дополнительной обработки. Впуск для текучей среды соединен с DPF-блоком, и выпуск для текучей среды соединен с SCR-блоком.

[0017] DOC-блок, DPF-блок, смеситель для дополнительной обработки и SCR-блок размещены в U-образной форме.

[0018] Посредством вышеуказанных технических решений достигнутые полезные результаты настоящей заявки являются следующими.

[0019] Смеситель для дополнительной обработки согласно настоящей заявке включает несущую опору, вихревой миксер, установленный на верхнем конце несущей опоры, длиннотрубчатый миксер, который установлен на нижнем конце несущей опоры и находится в сообщении с вихревым миксером, и уравнивающую расход потока перфорированную пластину, которая установлена на нижнем конце несущей опоры и размещена у боковой части длиннотрубчатого миксера. Вихревой миксер включает корпус, который имеет вихревую форму изнутри наружу, где в корпусе сформирован вихревой канал для текучей среды, и вихревой канал для текучей среды выполнен с возможностью проведения потока отходящего газа для его поступления по спирали в центральную область промешивания мочевины вихревого канала для текучей среды снаружи; и у нижнего конца корпуса предусмотрена уплотняющая пластина, где уплотняющая пластина снабжена выпуском для текучей среды, который сообщается с центральной областью промешивания мочевины. Длиннотрубчатый миксер включает трубчатый корпус, и на периферийной стенке нижнего конца трубчатого корпуса выполнено множество выхлопных отверстий. U-образная система дополнительной обработки двигателя включает вышеуказанный смеситель для дополнительной обработки.

[0020] Вихревой миксер на верхнем конце сначала направляет поток отходящего газа входящим по спирали в центральную область промешивания мочевины в вихревом канале для текучей среды снаружи, что препятствует протеканию потока отходящего газа непосредственно к нижней части, продлевает период времени, в течение которого поток отходящего газа контактирует с раствором мочевины, и стимулирует быстрое испарение, распыление и разложение раствора мочевины. Интенсивное перемешивание, вызываемое спиральным течением потока отходящего газа, обеспечивает возможность полного смешения NH₃, образованного распылением и разложением раствора мочевины, с потоком отходящего газа, и содействует более легкому удалению раствора мочевины со стенки корпуса, предотвращая возникновение кристаллизации мочевины. Длиннотрубчатый миксер у нижнего конца может дополнительно расширять область смешения, усиливать перемешивание потока отходящего газа, продлевать время смешения потока отходящего газа и NH₃, и дополнительно улучшать однородность смешения NH₃ и потока отходящего газа у впуска SCR-блока. Посредством выхлопных отверстий на длиннотрубчатом миксере и уравнивающей расход потока перфорированной пластины может быть улучшена равномерность скорости течения потока отходящего газа на впуске SCR-блока.

[0021] В порядке обобщения, посредством настоящей заявки могут быть улучшены однородность смешения потока отходящего газа и NH₃ у впуска SCR-блока и равномерность скорости течения потока отходящего газа, может быть сокращено количество вводимой мочевины, и может быть эффективно предотвращено явление кристаллизации мочевины, которая происходит при низкой температуре выхлопа и низкой скорости течения отходящего газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0022] ФИГ. 1 представляет схематический вид конструкции смесителя для дополнительной обработки согласно одному варианту осуществления настоящей заявки;

[0023] ФИГ. 2 представляет вид в разобранном состоянии конструкции смесителя для дополнительной обработки, показанного в ФИГ. 1;

[0024] ФИГ. 3 представляет вид конструкции несущей опоры, вихревого миксера, длиннотрубчатого миксера и уравнивающей расход потока перфорированной пластины в ФИГ. 2;

[0025] ФИГ. 4 представляет схематический вид конструкции вихревого миксера в ФИГ. 3 в еще одном перспективном изображении;

[0026] ФИГ. 5 представляет вид сверху вихревого миксера, показанного в ФИГ. 3;

[0027] ФИГ. 6 представляет схематический вид конструкции системы дополнительной обработки двигателя согласно одному варианту осуществления настоящей заявки;

[0028] ФИГ. 7 представляет вид в разрезе системы дополнительной обработки двигателя в ФИГ. 6;

[0029] Ссылочные позиции в чертежах перечислены следующим образом:

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0030] Чтобы более четко проиллюстрировать цели, технические решения и преимущества настоящей заявки, настоящая заявка будет дополнительно подробно описана ниже в сочетании с чертежами и вариантами осуществления. Должно быть понятно, что описываемые здесь варианты осуществления представлены только для разъяснения, но не для ограничения настоящей заявки.

[0031] Первый вариант осуществления

[0032] Как показано в фигурах от ФИГ. 1 до ФИГ. 5, представлен смеситель «b» для дополнительной обработки согласно первому варианту осуществления. Смеситель «b» для дополнительной обработки конкретно включает несущую опору 1, вихревой миксер 2, установленный у верхнего конца несущей опоры 1, длиннотрубчатый миксер 3, который размещен у нижнего конца несущей опоры 1 и находится в сообщении с вихревым миксером 2, и уравнивающую расход потока перфорированную пластину 4, которая установлена у нижнего конца несущей опоры 1 и размещена у боковой части длиннотрубчатого миксера 3. Вихревой миксер 2 включает корпус 21, который имеет форму в виде вихря изнутри наружу, и является протяженным вдоль направления оси длиннотрубчатого миксера 3. Корпус 21 может быть сформирован изгибанием и наматыванием единственного листа, или сваркой многих листов в последовательности с концом одного из листов, будучи приваренными к оголовью последующего одного из листов, следуя линии завихрения. Вихревой канал 22 текучей среды предназначен для направления потока отходящего газа по спирали для поступления в центральную область 23 промешивания мочевины вихревого канала 22 текучей среды снаружи. Уплотняющая пластина 24 размещена у нижнего конца корпуса 21, где уплотняющая пластина 24 снабжена выпуском 25 для текучей среды, который сообщается с центральной областью 23 промешивания мочевины. Длиннотрубчатый миксер 3 включает трубчатый корпус 31, и на периферийной стенке нижнего конца трубчатого корпуса 31 размещено множество выхлопных отверстий 32.

[0033] Поток отходящего газа поступает в вихревой миксер 2 из боковой части, и входит в центральную область 23 промешивания мочевины, будучи направляемым вихревым каналом 22 текучей среды так, чтобы полностью смешиваться с раствором мочевины.

[0034] Поток отходящего газа, выходящий через выхлопные отверстия 32, поступает в SCR-блок после прохода через уравнивающую расход потока перфорированную пластину 4.

[0035] В этом варианте осуществления каждое из выхлопных отверстий 32 представляет собой круглое отверстие, и в некоторых вариантах осуществления каждое из выхлопных отверстий 32 представляет собой удлиненное отверстие, протяженное вдоль направления оси трубчатого корпуса 31.

[0036] В этом варианте осуществления несущая опора 1 включает неподвижную пластину 11, на которой размещен коммуникационное отверстие 12, через которое вихревой миксер 2 сообщается с длиннотрубчатый миксером 3.

[0037] Чтобы снизить противодавление и обеспечить равномерность течения потока отходящего газа, в этом варианте осуществления на периферийной стенке внутреннего слоя и/или периферийной стенке наружного слоя корпуса 21 необязательно может быть предусмотрено множество отверстий «а» для снижения противодавления. В альтернативном варианте, множество отверстий «а» для снижения противодавления необязательно могут быть предусмотрены на части уплотняющей пластины 24, вокруг выпуска 25 для текучей среды. Каждое из отверстий «а» для снижения противодавления не является уникальным по форме, и может представлять собой круглое отверстие, отверстие с сужающейся формой, или удлиненное отверстие. Положение и число отверстий «а» для снижения противодавления не является ограниченным, пока противодавление может быть снижено, и может быть обеспечено равномерное течение потока отходящего газа.

[0038] Уравнивающая расход потока перфорированная пластина 4 не является уникальной по форме, и может быть круглой, полукруглой или квадратной. Сквозные отверстия в уравнивающей расход потока перфорированной пластине 4 не являются уникальными по форме, и могут быть круглыми отверстиями, отверстиями с сужающейся формой, или удлиненными отверстиями.

[0039] Смеситель «b» для дополнительной обработки в этом варианте осуществления дополнительно включает кожух 5 смесителя, имеющий отверстие у боковой части, и торцевую крышку 6, размещенную у открытого конца кожуха 5 смесителя. Несущая опора 1, вихревой миксер 2, длиннотрубчатый миксер 3 и уравнивающая расход потока перфорированная пластина 4 в каждом случае размещены в кожухе 5 смесителя, и впуск 51 для раствора мочевины, который сообщается с центральной областью 23а промешивания мочевины, предусмотрен у верха кожуха 5 смесителя (то есть, у части кожуха 5 смесителя, у верха вихревого миксера 2). Торцевая крышка 6 образована с впуском 61 для текучей среды соответственно боковой части вихревого миксера 2, и с выпуском 62 для текучей среды соответственно уравнивающей расход потока перфорированной пластине 4.

[0040] Чтобы дополнительно улучшить однородность смешения NH₃ и потока отходящего газа, в этом варианте осуществления предусмотрена отбойная волнистая пластина 52 у части кожуха 5 смесителя, ниже трубчатого корпуса 31, для буферизации и направления потока отходящего газа, протекающего через нижний порт трубчатого корпуса 31. Отбойная волнистая пластина 52 снабжена отверстиями «а» для снижения противодавления, чтобы обеспечивать равномерное протекание потока отходящего газа.

[0041] На основе описания вышеуказанной конструкции, ниже будет описан принцип действия этого варианта осуществления.

[0042] Вихревой канал для текучей среды 22 в вихревом миксере 2 у верхнего конца направляет поток отходящего газа входящим по спирали в центральную область 23 промешивания мочевины снаружи, что препятствует протеканию потока отходящего газа непосредственно к нижней части, продлевает период времени, в течение которого поток отходящего газа контактирует с раствором мочевины (который по вертикали поступает в центральную область 23 промешивания мочевины через впуск 51 для раствора мочевины), и стимулирует быстрое испарение, распыление и разложение раствора мочевины. Интенсивное перемешивание, вызываемое спиральным течением потока отходящего газа, обеспечивает возможность полного смешения NH₃, образованного распылением и разложением раствора мочевины, с потоком отходящего газа, и содействует более легкому удалению раствора мочевины с периферийной стенки корпуса 21, предотвращая возникновение кристаллизации мочевины. В дополнение, длиннотрубчатый миксер 3 у нижнего конца может дополнительно расширять область смешения, усиливать перемешивание потока отходящего газа, продлевать время смешения потока отходящего газа и NH₃, и дополнительно улучшать однородность смешения NH₃ и потока отходящего газа у впуска SCR-блока. Посредством выхлопных отверстий 32 на длиннотрубчатом миксере 3 и уравнивающей расход потока перфорированной пластины 4 может быть улучшена равномерность скорости течения потока отходящего газа на впуске SCR-блока.

[0043] Второй вариант осуществления

[0044] Как показано в ФИГ. 6 и ФИГ. 7, представлена U-образная система дополнительной обработки двигателя согласно второму варианту осуществления. U-образная система дополнительной обработки двигателя включает DOC-блок 7, DPF-блок 8, соединенный с концом DOC-блока 7 ниже по потоку, и SCR-блок 9. Кроме того, U-образная система дополнительной обработки двигателя включает смеситель «b» для дополнительной обработки согласно первому варианту осуществления. Впуск 61 для текучей среды соединен с DPF-блоком 8, и выпуск 62 для текучей среды соединен с находящимся выше по потоку концом (впуском) SCR-блока. DOC-блок 7, DPF-блок 8, смеситель «b» для дополнительной обработки и SCR-блок 9 размещены в U-образной форме.

[0045] Конкретные принципы описаны в первом варианте осуществления и не будут здесь повторены.

[0046] В этом описании может быть сделана ссылка на эти варианты осуществления в отношении одинаковых или сходных частей.

[0047] В порядке обобщения, посредством настоящей заявки могут быть улучшены однородность смешения потока отходящего газа и NH₃ у впуска SCR-блока и равномерность скорости течения потока отходящего газа, может быть сокращено количество вводимой мочевины, и может быть эффективно предотвращено явление кристаллизации мочевины, которая происходит при низкой температуре выхлопа и низкой скорости течения отходящего газа.

[0048] Вышеизложенное представляет только предпочтительные варианты осуществления настоящей заявки, и не предполагается быть ограничивающим настоящую заявку. Любые модификации, эквивалентные замены и усовершенствования, выполненные в пределах смысла и принципов настоящей заявки, должны быть включены в область правовой защиты настоящей заявки.

Группа изобретений относится к обработке выхлопных газов двигателя. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя содержит несущую опору, вихревой миксер, установленный на верхнем конце несущей опоры, длиннотрубчатый миксер, который установлен на нижнем конце несущей опоры и находится в сообщении с вихревым миксером, и уравнивающую расход потока перфорированную пластину, которая установлена на нижнем конце несущей опоры и размещена у боковой части длиннотрубчатого миксера. Вихревой миксер содержит корпус, который имеет вихревую форму изнутри наружу. В корпусе сформирован вихревой канал для текучей среды. Вихревой канал для текучей среды выполнен с возможностью проведения потока отходящего газа для его поступления по спирали в центральную область примешивания мочевины вихревого канала для текучей среды снаружи. У нижнего конца корпуса предусмотрена уплотняющая пластина, снабженная выпуском для текучей среды, который сообщается с центральной областью примешивания мочевины. Длиннотрубчатый миксер содержит трубчатый корпус, причем на периферийной стенке нижнего конца трубчатого корпуса выполнено множество выхлопных отверстий. U-образная система обработки выхлопных газов двигателя содержит блок дизельного катализатора окисления (DOC), блок дизельного сажевого фильтра (DPF), соединенный с концом DOC-блока ниже по потоку, блок селективного каталитического восстановления (SCR) и смеситель для обработки выхлопных газов двигателя. Впуск для текучей среды соединен с DPF-блоком, а выпуск для текучей среды соединен с SCR-блоком; и DOC-блок, DPF-блок, смеситель для обработки выхлопных газов двигателя и SCR-блок размещены в U-образной форме. Техническим результатом является повышение однородности смешения потока отходящего газа и NH₃ и равномерности скорости течения потока отходящего газа, сокращение количества вводимой мочевины, исключение эффекта кристаллизации мочевины. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя, содержащий:

несущую опору, вихревой миксер, установленный на верхнем конце несущей опоры;

длиннотрубчатый миксер, который установлен на нижнем конце несущей опоры и находится в сообщении с вихревым миксером; и

уравнивающую расход потока перфорированную пластину, которая установлена на нижнем конце несущей опоры и размещена у боковой части длиннотрубчатого миксера; причем

вихревой миксер содержит корпус, который имеет вихревую форму изнутри наружу, причем в корпусе сформирован вихревой канал для текучей среды, и вихревой канал для текучей среды выполнен с возможностью проведения потока отходящего газа для его поступления по спирали в центральную область примешивания мочевины вихревого канала для текучей среды снаружи; и у нижнего конца корпуса предусмотрена уплотняющая пластина, причем уплотняющая пластина снабжена выпуском для текучей среды, который сообщается с центральной областью примешивания мочевины; и

длиннотрубчатый миксер содержит трубчатый корпус, причем на периферийной стенке нижнего конца трубчатого корпуса выполнено множество выхлопных отверстий.

2. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по п. 1, в котором несущая опора содержит неподвижную пластину, на которой предусмотрено коммуникационное отверстие, через которое вихревой миксер сообщается с длиннотрубчатым миксером.

3. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по п. 1, в котором на периферийной стенке внутреннего слоя и/или периферийной стенке наружного слоя корпуса выполнено множество отверстий для снижения противодавления.

4. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по п. 1, в котором на части уплотняющей пластины, вокруг выпуска для текучей среды, выполнено множество отверстий для снижения противодавления.

5. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по п. 1, в котором каждое из выхлопных отверстий представляет собой круглое отверстие или каждое из выхлопных отверстий представляет собой удлиненное отверстие, протяженное вдоль осевого направления трубчатого корпуса.

6. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по п. 1, причем смеситель для обработки выхлопных газов двигателя содержит кожух смесителя, имеющий отверстие на боковой части и торцевую крышку, размещенную на открытом конце кожуха смесителя; причем несущая опора, вихревой миксер, длиннотрубчатый миксер и уравнивающая расход потока перфорированная пластина в каждом случае размещены в кожухе смесителя; причем у части кожуха смесителя, у верха вихревого миксера, предусмотрен впуск для раствора мочевины, который сообщается с центральной областью примешивания мочевины; причем торцевая крышка снабжена впуском для текучей среды соответственно боковой части вихревого миксера и выпуском для текучей среды соответственно уравнивающей расход потока перфорированной пластине.

7. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по п. 6, в котором в части кожуха смесителя, ниже трубчатого корпуса, предусмотрена отбойная волнистая пластина.

8. Смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по п. 7, в котором отбойная волнистая пластина снабжена отверстием для снижения противодавления.

9. U-образная система обработки выхлопных газов двигателя, содержащая:

блок дизельного катализатора окисления (DOC), блок дизельного сажевого фильтра (DPF), соединенный с концом DOC-блока ниже по потоку, и блок селективного каталитического восстановления (SCR), причем

U-образная система обработки выхлопных газов двигателя дополнительно содержит смеситель для обработки выхлопных газов двигателя по любому из пп. 6-8, причем впуск для текучей среды соединен с DPF-блоком, а выпуск для текучей среды соединен с SCR-блоком; и

DOC-блок, DPF-блок, смеситель для обработки выхлопных газов двигателя и SCR-блок размещены в U-образной форме.