專利名稱：優(yōu)選用來產(chǎn)生用于機(jī)動車的合成氣的、用于混合第一氣體、第二氣體和流體尤其是可燃燒 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于混合第一氣體、第二氣體和流體尤其是液體的混 合物形成裝置。
背景技術(shù)：
在多種技術(shù)應(yīng)用例如化學(xué)反應(yīng)和方法技術(shù)、燃燒技術(shù)等中存在使不同 物質(zhì)流均勻混合的要求。此外存在應(yīng)用領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，不同物 態(tài)的物質(zhì)流、尤其是液態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)流必須混合并且液態(tài)組分必須轉(zhuǎn)化 到氣態(tài)狀態(tài)。不同物質(zhì)流的這種混合例如可借助于靜力學(xué)的混合器、可電 加熱的汽化器或霧化噴嘴來實施。但公知的混合物形成裝置具有相對大的 結(jié)構(gòu)體積。其原因首先在于，待混合的介質(zhì)的、汽化和混合所需的停留時 間相對大。

發(fā)明內(nèi)容
與此相比，根據(jù)本發(fā)明的具有權(quán)利要求1特征的混合物形成裝置具有 優(yōu)點(diǎn)該混合物形成裝置構(gòu)造得非常緊湊并且簡單。根據(jù)本發(fā)明的混合物 形成裝置尤其是使不同溫度的第一氣體和第二氣體以及流體尤其是液體彼 此混合，其中，當(dāng)流體是液體時，液體汽化。該混合物形成裝置在此可被
成本特別低廉地提供并且提供至少兩個物質(zhì)流的出色的均勻的混合。這根 據(jù)本發(fā)明這樣來實現(xiàn)該混合物形成裝置包括用于輸送流體的計量裝置和 用于使流體與高溫的第一氣體混合的第一混合區(qū)域，以便產(chǎn)生第一氣體-流 體混合物。此外，設(shè)置有用于將第一氣體-流體混合物輸送到第二混合區(qū)域 的第一通道，在該第二混合區(qū)域中進(jìn)行與第二氣體的混合，該第二氣體具 有比第一氣體的溫度低的溫度。此外，設(shè)置有第二通道，該第二通道與第 一通道相鄰地設(shè)置并且該第二通道將第二氣體引導(dǎo)到第二混合區(qū)域，并且設(shè)置有用于產(chǎn)生渦流的裝置，以便支持第一氣體-流體混合物和第二氣體彼 此間在第二混合區(qū)域處混合。由此，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行兩級混合，在該兩級 混合中，首先流體與高溫的第一氣體混合并且被引導(dǎo)到第二混合區(qū)域，在 該第二混合區(qū)域處，這種所產(chǎn)生的氣體-流體混合物與第二氣體混合，由此 可實現(xiàn)三種物質(zhì)流的均勻混合。需要注意的是，三種單個物質(zhì)流本身可以 分別是一種混合物或者可僅由一種單個的物質(zhì)構(gòu)成。流體在此可以是氣體 或液體。
從屬權(quán)利要求表明了本發(fā)明的優(yōu)選進(jìn)一步構(gòu)型。
優(yōu)選第二通道呈螺旋狀構(gòu)成并且第一通道通到第二通道中。第二通道 在此進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)置在第一通道的外側(cè)，由此，該第二通道包圍該第一通 道。因為第一通道中的第一混合物的溫度高于第二通道中的氣體的溫度， 所以由此得到熱力學(xué)優(yōu)點(diǎn)，其中，較冷的第二氣體通過由較熱的第一氣體 和流體構(gòu)成的混合物而變熱并且另一方面可實現(xiàn)相對于外部區(qū)域的熱屏 蔽。由此，到環(huán)境的熱量損失可最小化。此外，螺旋狀構(gòu)型可實現(xiàn)特別緊 湊的結(jié)構(gòu)。
特別優(yōu)選用于產(chǎn)生渦流的裝置設(shè)置在第一通道到第二通道的通入?yún)^(qū)域 處。由此使這些流中的至少一個產(chǎn)生紊流，由此可實現(xiàn)在第一通道和第二 通道中被引導(dǎo)的物質(zhì)流非常良好地混合。
進(jìn)一步優(yōu)選用于第一氣體的輸送管路和用于第二氣體的輸送管路相對 于第一通道垂直地設(shè)置。由此，該混合物形成裝置可構(gòu)造得非常緊湊。此 外還可保證，在第一混合區(qū)域中實現(xiàn)物質(zhì)流的偏轉(zhuǎn)——在該第一混合區(qū)域 中流體輸送到第一氣體。 一個輸送通道和一個排出通道在此特別優(yōu)選平行 地彼此相鄰設(shè)置。
優(yōu)選用于由三種物質(zhì)流產(chǎn)生的混合物的排出通道相對于第二通道垂直 地設(shè)置。由此也可實現(xiàn)非常緊湊的結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步優(yōu)選排出通道基本上這樣設(shè)置，使得第二通道中的流圍繞排出 通道被引導(dǎo)。由此，排出通道基本上設(shè)置在中心。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選構(gòu)型，排出通道是管，由三種物質(zhì)流產(chǎn)生的 混合物切向地輸送給該管。由此可產(chǎn)生渦旋。該渦旋例如可在排出通道的 管橫截面在進(jìn)一步的延伸中擴(kuò)寬并且例如設(shè)置有催化器的應(yīng)用中是有利的，因為混合物于是均勻地在催化器的橫截面上分布。
優(yōu)選第二通道這樣構(gòu)造，使得第二通道直到用于產(chǎn)生渦流的裝置連續(xù) 擴(kuò)寬。
進(jìn)"步優(yōu)選第一通道在第一混合區(qū)域中在第一氣體與流體之間形成混 合物之后具有一個收縮區(qū)域，在該收縮區(qū)域上連接著一個擴(kuò)寬區(qū)域。由此 可首先產(chǎn)生由第一氣體和流體構(gòu)成的混合物的加速并且使得第一氣體與流 體之間繼續(xù)進(jìn)行良好的混合。此外，當(dāng)流體例如是液體時，由此可支持液 體在第一氣體中汽化。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選構(gòu)型，該混合物形成裝置還包括冷卻 裝置，該冷卻裝置設(shè)置在計量裝置處，以便冷卻計量裝置。由此可使用簡 單地構(gòu)造的計量裝置例如噴射閥或類似裝置來輸送流體。
優(yōu)選流體是液體，尤其是燃料，例如汽油或柴油。
進(jìn)一步優(yōu)選高溫的第一氣體是發(fā)動機(jī)的廢氣或單獨(dú)的燃燒器的廢氣， 具有比第一氣體低的溫度的第二氣體是環(huán)境溫度的空氣或氧。
進(jìn)一步優(yōu)選該混合物形成裝置具有這樣的結(jié)構(gòu)第一通道在約180°的
角度上圍繞排出通道設(shè)置并且第二通道在約360。的角度上圍繞排出通道設(shè) 置。由此可實現(xiàn)物質(zhì)流的非常良好的流動引導(dǎo)，以便可實現(xiàn)充分混合物質(zhì) 流并且還實現(xiàn)所形成的混合物被非常良好地引入到排出通道中。此外，通 過選擇用于排出通道中的弧形區(qū)域的開口角度可調(diào)整在排出通道中產(chǎn)生的 渦旋，第一通道通到該弧形區(qū)域中。
本發(fā)明的混合物形成裝置特別優(yōu)選用于重整液態(tài)碳?xì)浠衔镆员惝a(chǎn)生 用于機(jī)動車的富含H2和C0的合成氣。在該應(yīng)用中，第一氣體是具有高溫 的、發(fā)動機(jī)廢氣或單獨(dú)的燃燒器的廢氣，流體是液態(tài)燃料，例如汽油或柴 油，具有低溫的第二氣體是空氣。作為替換方案，根據(jù)本發(fā)明的混合物形 成裝置在車輛中可在廢氣后處理中用于產(chǎn)生用來使NOx儲存催化器或微粒 過濾器再生的空氣-廢氣-燃料混合物。


下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。附圖表示
圖1 根據(jù)本發(fā)明第一實施例的混合物形成裝置的示意性剖面視圖。
具體實施例方式
下面參照圖1對根據(jù)本發(fā)明第一實施例的混合物形成裝置1進(jìn)行詳細(xì) 描述。'
如從圖1中可看到的那樣，混合物形成裝置1包括一個計量裝置5，該 計量裝置將流體4輸送到第一混合區(qū)域10中。流體4是液態(tài)燃料，例如汽 油或柴油，計量裝置5是噴射閥。通過計量裝置5輸送流體4用箭頭A表 示。此外，與計量裝置5相鄰地設(shè)置有一些冷卻管路13a、 13b，以便可實 現(xiàn)計量裝置5的簡單構(gòu)型。作為冷卻手段例如可以是燃燒器的供給空氣、 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的冷卻水或也可以是在噴射之前引過處于壓力下的流體4。
此外，根據(jù)本發(fā)明的混合物形成裝置l包括一個第一輸送管8a，通過 該第一輸送管輸送高溫的第一氣體2。第一氣體2例如是發(fā)動機(jī)的或單獨(dú)的 燃燒器的熱廢氣。第一氣體2的熱函在此必須這樣高，使得當(dāng)流體4是液 態(tài)介質(zhì)時該液態(tài)介質(zhì)可在第一混合區(qū)域10中汽化。
此外，混合物形成裝置1包括一個第一通道6和一個第二通道7，該第 一通道與第一混合區(qū)域10相連接，該第二通道與一個第二輸送管8b相連 接，通過該第二輸送管輸送第二氣體3。如從圖1中可看到的那樣，第一通 道6在第二通道7以內(nèi)被引導(dǎo)，其中，第二通道7基本上呈螺旋狀設(shè)置。 第一通道6通到一個第二混合區(qū)域11中，在該第二混合區(qū)域中，通過第一 通道6輸送的物質(zhì)流與通過第二通道7輸送的物質(zhì)流即第二氣體3混合。 第一通道6在此以約180。的角度圍繞一個排出管9形成，第二通道7以約 360。的角度圍繞排出管9形成并且在排出管9的開口區(qū)段12中通到該排出 管中。開口區(qū)段12是排出管9的在角度a上形成的敞開區(qū)域。將由第一氣 體2和流體4構(gòu)成的第一混合物從第一混合區(qū)域10輸送到第一通道6中用 箭頭B表示，將第二氣體3輸送到第二通道7中用箭頭C表示。在第一通 道6與第二通道7之間形成一個公共的壁16，該壁具有良好的傳熱特性。 第一通道6具有一個收縮區(qū)域6a和一個連接在該收縮區(qū)域上的擴(kuò)寬區(qū)域 6b。第一通道6中具有最小橫截面的區(qū)域通過參考標(biāo)號6c標(biāo)記。
此外，在第一通道6到第二通道7的通入?yún)^(qū)域中設(shè)置有一個用于產(chǎn)生 渦流的裝置15。用于產(chǎn)生渦流的裝置15在該實施例中僅僅是第一通道6與第二通道7之間的壁16的一個彎折的端部區(qū)域，該彎折的端部區(qū)域使得 第二氣體3由于第二通道7中的隨之發(fā)生的橫截面收縮而經(jīng)歷強(qiáng)烈的紊流， 由此，在第二混合區(qū)域11中在第一通道6到第二通道7的通入部附近在輸 送到第二混合區(qū)域11的物質(zhì)流之間發(fā)生非常良好的混合?，F(xiàn)在由三種物質(zhì) 流構(gòu)成的混合物如用箭頭D所表示的那樣通過開口區(qū)段12輸送到排出管9 中。根據(jù)開口區(qū)段12的開口角度ct，在排出管9中產(chǎn)生一個渦旋E,該渦 旋尤其是對于混合物的后續(xù)使用來說意義重大。通過改變開口角度a可使渦 旋變強(qiáng)或變?nèi)?，其中，例如，如果在排出?后面設(shè)置有一個催化器，排 出管9的橫截面擴(kuò)寬，混合物可均勻地分布在催化器的橫截面上。
混合物形成裝置1例如可作為鑄件來制造，其中，殼體14在縱向方向 上分成兩部分，如通過圖1中的剖面所示。第一輸送管8a、第二輸送管8b 和排出管9在此相對于一個平面垂直地設(shè)置，在該平面中進(jìn)行三種物質(zhì)流 的混合。需要注意的是，輸送管和排出管的布置也可不同，例如傾斜。根 據(jù)本發(fā)明的混合物形成裝置尤其是可在車輛中用于重整液態(tài)碳?xì)浠衔镆?便產(chǎn)生竄含H2和CO的合成氣以及用于廢氣后處理。通過根據(jù)本發(fā)明螺旋 狀地布置第一通道6和第二通道7并且基本上在中心布置排出管9，可實現(xiàn) 非常緊湊的結(jié)構(gòu)。此外，緊湊的結(jié)構(gòu)通過相對于流動平面垂直地布置第一 輸送管和第二輸送管8a、 8b以及排出管9得到增強(qiáng)。此外，根據(jù)本發(fā)明的 混合物形成裝置1適用于混合極其不同的物質(zhì)，而無需改裝措施。混合物 形成裝置在此不僅可使不同物態(tài)的流、尤其是氣態(tài)-液態(tài)的流或者使相同物 態(tài)的物質(zhì)流、尤其是僅氣態(tài)的物質(zhì)流彼此均勻地混合。另一個應(yīng)用可能性 例如是燃料電池設(shè)備或其它化學(xué)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的混合物形成裝置1的功能在此如下。高溫的第一氣體2 通過第一輸送管8輸送到第一混合區(qū)域10中。借助于計量裝置5將液體噴 射到第一混合區(qū)域10中。由于第一氣體2的高溫，該液體在噴射時汽化， 由此，兩種氣態(tài)的物質(zhì)在第一混合區(qū)域10中混合。該第一混合物如用箭頭 B所示的那樣輸送到第一通道6中并且在收縮區(qū)域6a中加速。由此實現(xiàn)第 一混合物的進(jìn)一步混合。第二氣體通過第二輸送管8b輸送并且在第二混合 區(qū)域11處遇到來自第一通道6的物質(zhì)流。在此，通過在第一通道6中相鄰 地引導(dǎo)較熱的物質(zhì)流，具有比第一氣體低的溫度的第二氣體3在輸送到第二混合區(qū)域11期間已經(jīng)部分地變熱。用于產(chǎn)生渦流的裝置15保證所輸送 的第二氣體3作為渦流輸送到第二混合區(qū)域11，以便可實現(xiàn)與來自第一通 道6的第一混合物非常良好地混合?，F(xiàn)在由三種介質(zhì)構(gòu)成的最終混合物如 用箭頭'D所表示的那樣輸送到排出管9中，其中，該殼體區(qū)域的外壁相切 地過渡到排出管9。由此可在排出管9中產(chǎn)生渦旋E，該渦旋可用于接著利 用最終混合物。
根據(jù)本發(fā)明的混合物形成裝置在此可放棄用于使物質(zhì)流混合的回彈體 或類似裝置，由此可實現(xiàn)較小的壓力損失。此夕卜，在該混合物形成裝置內(nèi) 部的較熱的物質(zhì)流的流動引導(dǎo)保證降低熱量損失。該混合物形成裝置的殼 體14例如可作為鑄鐵構(gòu)件成本低廉地成系列地制造。此外，高溫的第一氣 體2用于使液體4汽化。此外，通過產(chǎn)生渦旋E，還可實現(xiàn)混合物的改善 的均勻化。
權(quán)利要求
1.混合物形成裝置，用于混合具有第一溫度的第一氣體(2)、具有第二溫度的第二氣體(3)和流體(4)，該第二溫度比該第一氣體的第一溫度低，該混合物形成裝置包括-計量裝置(5)，用于將該流體(4)輸送到第一混合區(qū)域(10)中，該第一氣體(2)也輸送到該第一混合區(qū)域中，以便在該第一氣體與該流體之間產(chǎn)生第一混合物，-第一通道(6)，用于將由第一氣體(2)和流體(4)構(gòu)成的第一混合物輸送到第二混合區(qū)域(11)，-第二通道(7)，該第二通道與該第一通道(6)相鄰地設(shè)置，該第二通道將該第二氣體(3)輸送到該第二混合區(qū)域(11)，以及-用于產(chǎn)生渦流的裝置(15)，以便使由第一氣體(2)和流體(4)構(gòu)成的第一混合物和該第二氣體(3)在該第二混合區(qū)域(11)中.彼此混合成最終混合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的混合物形成裝置，其特征在于該第一通道(6) 通到該第二通道(7)中并且該第二通道(7)基本上呈螺旋狀構(gòu)成。
3. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的混合物形成裝置，其特征在于該用于產(chǎn)生 渦流的裝置(15)設(shè)置在該第一通道(6)到該第二通道(7)的通入?yún)^(qū)域 處。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的混合物形成裝置，其特征在于該第二通道 (7)從第二輸送管(8b)起直到該用于產(chǎn)生渦流的裝置(15)連續(xù)擴(kuò)寬。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的混合物形成裝置，其特征在于該第一通道 (6)具有一個收縮區(qū)域(6a),由第一氣體(2)和流體(4)構(gòu)成的第一混合物輸送給該收縮區(qū)域，在該收縮區(qū)域(6a)上連接著一個擴(kuò)寬區(qū)域(6b)。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的混合物形成裝置，其特征在于用于該第一氣體(2)的第一輸送管路(8a)相對于該第一通道(6)垂直地設(shè)置，用 于該第二氣體(3)的第二輸送管路(8b)相對于該第二通道(7)垂直地 設(shè)置。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的混合物形成裝置，其特征在于用于排出由 第一氣體(2)、第二氣體(3)和流體(4)構(gòu)成的最終混合物的排出通道(9)相對于該第一通道和該第二通道(6， 7)垂直地設(shè)置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的混合物形成裝置，其特征在于該第一通道(6) 在約180。的角度上圍繞該排出通道(9)設(shè)置并且該第二通道(7)在約360° 的角度上圍繞該排出通道(9)設(shè)置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的混合物形成裝置，其特征在于該第二通道(7) 圍繞該排出通道(9)設(shè)置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9之一的混合物形成裝置，其特征在于該排出 通道(9)是管，所產(chǎn)生的最終混合物帶有渦旋(E)地被輸送給該排出通 道(9)。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的混合物形成裝置，該混合物形成裝置還包 括冷卻裝置(13a， 13b)，該冷卻裝置與該計量裝置(5)相鄰地設(shè)置，以 便冷卻該計量裝置(4)。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的混合物形成裝置，其特征在于該流體(4) 是液體，尤其是液態(tài)燃料，該第一氣體(2)是熱廢氣，該第二氣體(3) 是具有環(huán)境溫度的空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合物形成裝置，用于混合具有第一溫度的第一氣體(2)、具有第二溫度的第二氣體(3)和流體(4)，該第二溫度比該第一氣體的第一溫度低，該混合物形成裝置包括計量裝置(5)，用于將該流體(4)輸送到第一混合區(qū)域(10)中，該第一氣體(2)也輸送到該第一混合區(qū)域中，以便在該第一氣體與該流體之間產(chǎn)生第一混合物；第一通道(6)，用于將由第一氣體(2)和流體(4)構(gòu)成的第一混合物輸送到第二混合區(qū)域(11)；第二通道(7)，該第二通道與該第一通道(6)相鄰地設(shè)置，該第二通道將該第二氣體(3)輸送到該第二混合區(qū)域(11)；以及用于產(chǎn)生渦流的裝置(15)，以便使由第一氣體(2)和流體(4)構(gòu)成的第一混合物和該第二氣體(3)在該第二混合區(qū)域(11)中彼此混合成最終混合物。
文檔編號B01F3/04GK101528331SQ200780039374
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日
發(fā)明者F·伊爾格納, M·巴賴斯 申請人:羅伯特·博世有限公司