流攪拌器的制造方法
【專利摘要】一種流體輸送系統(tǒng)，其包括流攪拌器，該流攪拌器連接氣體管道并且在相對于流體噴嘴的上游位置布置在所述管道內(nèi)腔內(nèi)。所述流攪拌器操作而將在操作過程中流過所述管道的氣流分離成旁路流、控制流和主要流，使得在所述流攪拌器的下游的所述旁路流、所述控制流和所述主要流的重新組合在所述氣流中產(chǎn)生振蕩，所述氣流還包含由所述噴嘴輸送到所述內(nèi)腔內(nèi)的流體。
【專利說明】
流攪拌器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及與發(fā)動機(jī)排放控制系統(tǒng)聯(lián)合地使用的柴油機(jī)尾氣處理流體輸送系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用于增強尿素計量給料率的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]減少某些柴油發(fā)動機(jī)尾氣成分的一種已知方法是使用尾氣后處理系統(tǒng)，該尾氣后處理系統(tǒng)利用氧化氮的選擇性催化還原(SCR)。在典型的SCR系統(tǒng)中，可能包含尿素或基于尿素的水溶液的柴油機(jī)尾氣處理流體(DEF)在被提供給適當(dāng)?shù)拇呋瘎┲芭c尾氣混合。在一些應(yīng)用中，DEF通過專門的噴嘴裝置直接噴射到尾氣通路內(nèi)。在尿素的情況下，被噴射的DEF與尾氣混合并且分解以在尾氣流中提供氨(NH3)。氨然后在催化劑處與尾氣中的氧化氮(NOx)發(fā)生反應(yīng)以提供氮氣(N2)和水(H2O)。
[0003]如能夠認(rèn)識到的，SCR系統(tǒng)需要充分接近發(fā)動機(jī)系統(tǒng)提供某種形式的DEF，從而使得在操作過程中能夠連續(xù)地供應(yīng)發(fā)動機(jī)。在發(fā)動機(jī)應(yīng)用中已知并使用各種DEF輸送系統(tǒng)。在已知的DEF噴射系統(tǒng)中，將存儲器安裝在車輛上以容納DEF，DEF被從該存儲器以計量的量抽取并輸送到發(fā)動機(jī)尾氣系統(tǒng)。這種存儲器具有有限的尿素容量，因此需要在該存儲器中周期性地補充DEF。
[0004]在存在以穩(wěn)定或準(zhǔn)穩(wěn)定尾氣流條件長時間操作的一些發(fā)動機(jī)應(yīng)用中，例如在操作發(fā)電機(jī)、固定應(yīng)用、機(jī)車、混合驅(qū)動車輛等的發(fā)動機(jī)中，尿素混合器的某些區(qū)域中的尿素沉積物和沉積生長率傾向于特別是在混合器的有限區(qū)域集中。這種沉積物限制了以更高速率計量給料沒有沉積物的尿素的能力，從而本質(zhì)上限制了系統(tǒng)的尿素輸送能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個方面中，本發(fā)明描述了一種用于管道的流體輸送系統(tǒng)。該管道包括氣體入口、氣體出口和內(nèi)腔。在該管道中，對于通過所述氣體入口進(jìn)入所述管道并通過所述氣體出口退出所述管道的氣流限定流動方向。該流體輸送系統(tǒng)還包括:流體存儲器，該流體存儲器適合于在其中裝入流體;流體栗，該流體栗經(jīng)由供應(yīng)管道流體地連接至所述流體存儲器并且被布置成從所述流體存儲器內(nèi)抽取流體;和流體噴嘴，該流體噴嘴與所述流體栗相關(guān)聯(lián)并且被布置成從所述流體栗接收加壓流體。所述流體噴嘴連接至所述管道的外壁并且被構(gòu)造成用于將流體輸送到所述管道的內(nèi)腔內(nèi)。流攪拌器連接至所述管道并且在相對于所述流體噴射嘴的上游位置布置在所述內(nèi)腔內(nèi)。所述流攪拌器操作而將操作過程中的氣流分離成旁路流、控制流和主要流，使得在操作過程中在所述流攪拌器的下游的所述旁路流、所述控制流和所述主要流的重新組合在所述氣流中產(chǎn)生振蕩，所述氣流還包含由所述流體噴嘴輸送到所述內(nèi)腔內(nèi)的流體。
[0006]在另一個方面中，本發(fā)明描述了一種方法，該方法用于增加在布置于與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)相關(guān)的尾氣管道內(nèi)的尿素蒸發(fā)器和混合器裝置上的尿素沉積面積的足跡。該發(fā)動機(jī)可以以穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)操作條件操作。該方法包括相對于通過所述尾氣管道的尾氣流的方向在所述尿素蒸發(fā)器和混合器裝置的上游將尿素噴嘴放置在所述尾氣管道中，并且在所述尾氣管道中在所述尿素噴嘴的上游放置流攪拌器。當(dāng)所述尾氣流在所述流攪拌器周圍流過所述流攪拌器時將排氣流分離成包括旁路流、控制流和主要流的三個部分。該方法還包括將所噴射的尿素流混入到被分離的尾氣流中，并且在所述旁路流、所述控制流、所述主要流和噴射的尿素被重新組合時在所述尾氣流中引發(fā)振蕩，從而使得所噴射的尿素在蒸發(fā)器和混合器裝置上的沉積區(qū)域關(guān)于空間和時間而改變。
[0007]在又一個方面中，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的尿素分配系統(tǒng)。該尿素分配系統(tǒng)包括:流體存儲器，該流體存儲器適合于在其中裝入柴油機(jī)尾氣處理流體(DEF)，該DEF是含有尿素的水溶液;DEF栗，該DEF栗經(jīng)由供應(yīng)管道流體地連接至所述流體存儲器并且被布置成從所述流體存儲器內(nèi)抽取DEF;和DEF噴嘴，該DEF噴嘴與流體栗相關(guān)聯(lián)并且被布置成從所述DEF栗接收加壓DEF。所述DEF噴嘴連接至管道的外壁并且被構(gòu)造成用于將DEF輸送到所述管道的內(nèi)腔內(nèi)。流攪拌器連接至所述管道并且在相對于所述DEF噴嘴的上游位置布置在所述內(nèi)腔內(nèi)。所述流攪拌器操作而將操作過程中流過所述管道的尾氣流分離成旁路流、控制流和主要流，使得在操作過程中在所述流攪拌器的下游的所述旁路流、所述控制流和所述主要流的重新組合在所述尾氣流中產(chǎn)生振蕩，所述尾氣流還包含由所述噴嘴輸送到所述內(nèi)腔內(nèi)的DEF。針對所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)操作條件，所述振蕩改變所述DEF在布置于所述管道內(nèi)的DEF蒸發(fā)和混合結(jié)構(gòu)上的沉積面積。
[0008]在再一個方面中，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的尿素分配系統(tǒng)。該尿素分配系統(tǒng)包括:流體存儲器，該流體存儲器適合于在其中裝入柴油機(jī)尾氣處理流體(DEF)，該DEF是含有尿素的水溶液。DEF栗經(jīng)由供應(yīng)管道流體地連接至所述流體存儲器并且被布置成從所述流體存儲器內(nèi)抽取DEF AEF噴嘴與流體栗相關(guān)聯(lián)并且被布置成從所述DEF栗接收加壓DEF。所述DEF噴嘴連接至管道的外壁并且被構(gòu)造成用于將DEF輸送到所述管道的內(nèi)腔內(nèi)。混合器布置在所述管道的所述內(nèi)腔內(nèi)。所述混合器包括托盤式蒸發(fā)器和階梯式蒸發(fā)器，其中所述托盤式蒸發(fā)器通過三個平坦面板以鈍角相交而形成具有U形的通道，其中所述階梯式蒸發(fā)器包括大體平行布置并且相對于彼此位于偏移距離的多個板，每個板形成形成了大體平坦的中央本體，該中央本體在任一端處側(cè)面與翼部連接，每個翼部相對于所述本體成角度地傾斜。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有SCR系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)的框圖。
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的流體輸送系統(tǒng)的框圖。
[0011]圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明的混合管的不同角度的局部視圖。
[0012]圖4和5是根據(jù)本發(fā)明的流攪拌器的不同角度的輪廓圖。
[0013]圖6是根據(jù)本發(fā)明的在管中通過攪拌器和混合器的流動的建模速度圖。
[0014]圖7是根據(jù)本發(fā)明的流體混合器上的流體碰撞位置分布。
[0015]圖8是根據(jù)本發(fā)明的流混合器和流體蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)的輪廓圖。
[0016]圖9是根據(jù)本發(fā)明的流混合器和流體蒸發(fā)器翅片的輪廓圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明涉及用于機(jī)器的排放控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及用在用于靜止或移動機(jī)器上使用的柴油發(fā)動機(jī)的基于SCR的后處理系統(tǒng)上的DEF分配系統(tǒng)。在本發(fā)明中想到的機(jī)器可以在各種應(yīng)用和環(huán)境中使用。例如，可以想到執(zhí)行與工業(yè)(例如，采礦、建筑、耕種、運輸、海運或本領(lǐng)域中已知的任何其他工業(yè))相關(guān)的一些類型操作的機(jī)器。例如，這里想到的機(jī)器的類型可以是運土機(jī)械，例如輪式裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自卸卡車、反鏟挖土機(jī)、材料處理機(jī)、機(jī)車、鋪路機(jī)等。除了移動機(jī)器之外，想到的機(jī)器可以是靜止或便攜式機(jī)器，諸如發(fā)電機(jī)組、驅(qū)動氣體壓縮機(jī)或栗的發(fā)動機(jī)等。而且，該機(jī)器可以包括作業(yè)工具或與作業(yè)工具相關(guān)，所述作業(yè)工具諸如各種任務(wù)所利用和采用的那些，所述作業(yè)例如包括裝載、壓實、舉起、刷涂，并且所述機(jī)器包括例如鏟車、壓實機(jī)、叉車裝置、刷子、抓斗、切割機(jī)、剪切機(jī)、刀片、破碎器/錘子、螺旋鉆等等。
[0018]圖1是與機(jī)器100的發(fā)動機(jī)102相關(guān)聯(lián)的尾氣后處理系統(tǒng)101的框圖。系統(tǒng)101可以如在圖示實施方式中所示那樣模塊化包裝以在現(xiàn)有機(jī)器上進(jìn)行改進(jìn)或者用于安裝在新的機(jī)器。在圖示實施方式中，系統(tǒng)101包括第一模塊104，該第一模塊104流體地連接至發(fā)動機(jī)102的尾氣管道106。在發(fā)動機(jī)操作過程中，第一模塊104被布置成在內(nèi)部從尾氣管道106接收發(fā)動機(jī)尾氣。第一模塊104可以包含各種尾氣處理裝置，諸如柴油氧化催化劑(DOC)1S和柴油顆粒過濾器(DPF)llO，但是可以使用其它裝置。第一模塊104及其中的部件是可選的，并且對于不需要由第一模塊104提供的尾氣處理功能的各種發(fā)動機(jī)應(yīng)用來說可以將該第一模塊104及其中的部件省略。在圖示實施方式中，由發(fā)動機(jī)102提供給第一模塊104的尾氣可以首先經(jīng)過DOC 108，然后在進(jìn)入轉(zhuǎn)移管道112之前經(jīng)過DPF 110。
[0019]轉(zhuǎn)移管道112將第一模塊104與第二模塊114流體相連，從而使得來自發(fā)動機(jī)102的尾氣可以在由連接至第二模塊的煙囪120釋放出之前連續(xù)地經(jīng)過第一和第二模塊104和114。在圖示實施方式中，第二模塊114包圍SCR催化劑116和氨氧化催化劑(AMOX) 118 ACR催化劑116和氨氧化催化劑118操作而在存在氨的情況下對來自發(fā)動機(jī)102的尾氣進(jìn)行處理，該氨是在被噴射到轉(zhuǎn)移管道112中的尾氣內(nèi)的含有尿素的溶液降解之后提供的。
[0020]在圖2中示出了一個框圖，該框圖示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的用于含有尿素的溶液的流體輸送系統(tǒng)200的另外的細(xì)節(jié)。該流體輸送系統(tǒng)200可以是在車輛中用于存儲和輸送DEF的系統(tǒng)，并且包括能夠從系統(tǒng)有效地去除雜質(zhì)、冰和其它顆粒的各過濾級。在圖示的示例性實施方式中，該流體輸送系統(tǒng)200包括在操作過程中關(guān)閉或無出口的存儲器202。存儲器202形成內(nèi)部腔室204，該內(nèi)部腔室204用于裝入通常被稱為柴油機(jī)尾氣處理流體(DEF)的含有尿素的水溶液。三個流體管道或通路與該內(nèi)腔204連通，以方便DEF經(jīng)過該系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)和輸送。圖示的通路包括用于填充該存儲器的入口管道206、用于將流體從該存儲器排空或抽出的出口或供應(yīng)管道208、和用于使未用流體返回到該存儲器的返回管道210。
[0021]該系統(tǒng)還包括安裝在栗殼體214中的栗212，該栗殼體214形成入口開口216、出口開口218和返回開口220。栗212可以是栗126(圖1)。在圖示實施方式中，栗入口開口216通過供應(yīng)通路222連接至供應(yīng)管道208。類似地，返回開口 220通過返回通路224連接至返回管道210。在操作過程中，栗212可以從存儲器202抽取工作流體，該工作流體可以被計量和/或加壓并提供給出口開口 218以輸送到一個或多個噴嘴238，例如，DEF噴嘴122(圖1)，所述一個或多個噴嘴238布置為流體連通發(fā)動機(jī)尾氣。在圖示的實施方式中，該栗212被構(gòu)造成計量給料栗，使得只向噴嘴238輸送計量的量。任何沒有使用的從存儲器抽取的流體都通過返回通路224返回到存儲器。為了補充存儲器中的流體，可以從填充開口 226周期性地增添流體至經(jīng)由填充通路228連接到填充開口 226的存儲器。為了簡單起見，沒有示出流體輸送系統(tǒng)200中可能包括的其他部件，諸如過濾器、加熱器、粗濾器等。
[0022]返回來參照圖1，在操作過程中，可以由DEF噴嘴122在預(yù)定時間向轉(zhuǎn)移管道112內(nèi)噴射預(yù)定的、期望的或命令的量的DEF 121并且持續(xù)預(yù)定時間。DEF 121被容納在存儲器128內(nèi)并且由栗126提供給DEF噴嘴122。當(dāng)DEF 121被噴射到轉(zhuǎn)移管道112內(nèi)時，其與由此經(jīng)過的尾氣混合并被帶到第二模塊114。為了促進(jìn)DEF與尾氣的混合，可以沿著轉(zhuǎn)移管道112布置混合器124。
[0023]在圖3A和3B中示出了穿過轉(zhuǎn)移管道112的橫截面。在圖示中被實現(xiàn)為筆直管段的該管道112包括限定了經(jīng)過管的內(nèi)腔308的流動方向306的入口開口302和出口開口304。被圓筒狀管壁310圍繞的內(nèi)腔308包圍混合器124，在圖示實施方式中，該混合器124包括各種結(jié)構(gòu)，包括托盤式蒸發(fā)器312、階梯式蒸發(fā)器314和兩個翅片式混合器316。階梯式蒸發(fā)器314包括如也在圖8和圖9中示出的沿著管道112的流動的橫截面以階梯式構(gòu)造布置的多個板318?；旌掀?24和316在蒸發(fā)設(shè)置在管道112中的液體DEF和將蒸發(fā)的DEF與周圍空氣混合方面協(xié)作，以形成諸如SCR催化劑116之類的提供給下游部件的大體均勻混合物。每個翅片型混合器316包括具有大體圓形形狀和形成一系列翅片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)349，這些翅片與經(jīng)過管道112的流接觸。翼片352將內(nèi)部結(jié)構(gòu)349同心地安裝在壁310內(nèi)，從而使得沿著壁310在內(nèi)部結(jié)構(gòu)周圍周向地形成間隙354。在操作過程中，附加的旁路流在每個翅片型混合器316周圍經(jīng)過該間隙以保持液體或者未蒸發(fā)的噴霧液滴遠(yuǎn)離混合壁，以進(jìn)一步阻止在混合器上形成沉積。應(yīng)該認(rèn)識到，可以在管道112中使用更少、更多、相同或不同的混合和/或蒸發(fā)元件。在圖示實施方式中，DEF通過三個DEF噴嘴(未示出)提供給管道112的內(nèi)腔308，每個DEF噴嘴在對應(yīng)的噴嘴安裝凸臺320(示出了兩個安裝位置)連接至圓筒狀管壁310。
[0024]流攪拌器322在噴嘴安裝凸臺320和混合器124的上游位置的布置在內(nèi)腔308內(nèi)。在圖4至6中還以各種角度示出的該流攪拌器322通過三個安裝翼片324(例如，通過使用焊接、粘合劑或其它緊固方法和/或結(jié)構(gòu))連接至圓筒狀管壁310。
[0025]在圖示實施方式中，流攪拌器322包括由四個平板328形成的主體板326。主體板326是扁平的并且相對于管道的縱向中心線垂直地布置。每個平板328大體成形為等腰梯形，該等腰梯形具有通過兩個等腰邊334連接的長底邊330和短底邊332。每對等腰邊334以大約36的角α布置。這樣，四個鄰接平板328相對于中心點336在大約144度的總角度上延伸，如圖4所示。通常，主體板326可以相對于中心點336在120度和180度之間延伸。兩個彎管(offset)338將主體板326連接至布置在圓筒狀管壁311的直徑相對側(cè)的兩個翼片324，而第三翼片324被直接連接在主體板326和圓筒狀管壁310之間。
[0026]另如圖5所示，四個平板328中的每個平板都形成了相對于所述等腰梯形大體居中布置的矩形窗口 340 ο每個矩形窗口 340在每個相應(yīng)平板328中形成了開口，該開口具有覆蓋相應(yīng)平板328的大約1/3的總表面面積的開口表面面積。與相應(yīng)的窗口 340具有相同形狀的矩形平板折片342沿著徑向外邊緣連接至窗口 340的相應(yīng)邊緣并且相對于由主體板326限定的平面在下游方向上以大約25度的角β延伸。
[0027]當(dāng)流攪拌器322被安裝在管道112中并且連接至圓筒狀管壁310時，如圖4所示，在主體板326的徑向向外邊緣346和圓筒狀管壁310的徑向向內(nèi)表面348之間形成徑向向外間隙344。該徑向向外間隙344在每兩個相鄰的翼片324之間延伸。大體分段的環(huán)狀形狀的主體板326也形成中央開口 350，從而使得總共形成用于在流攪拌器322周圍流過該流攪拌器322空氣流的三條路徑，這三條路徑包括徑向向外間隙344、窗口 340和中央開口 350。
[0028]在操作過程中，流攪拌器322操作而在進(jìn)入流體流(在這種情況下為尾氣)在流攪拌器322周圍流過該流攪拌器322時使進(jìn)入流體流產(chǎn)生振蕩作用。采取模仿瞬變氣體流方式的該振蕩作用使攜帶DEF的流體在管道112內(nèi)來回移動，因而使得DEF在混合結(jié)構(gòu)上的撞擊區(qū)域移動，并且還增加了 DEF在布置在管道112內(nèi)的混合器裝置上的總共撞擊面積?？梢韵胫罥J，流攪拌器322用作重新引導(dǎo)進(jìn)入流體流并使該流體流形成漩流，且將該流體流分成三個部分的門架，所述三個部分為:旁路流，該旁路流被引導(dǎo)通過徑向向外間隙344(圖4);控制流，該控制流被整體地引導(dǎo)經(jīng)過窗口340的開口 ；和噴溢流(shedding flow)或主要流，該噴溢流或主要流由沒有經(jīng)過間隙344和窗口 340而是經(jīng)過中央開口 350和管道112的其余空的(free)橫截面的剩余流體流構(gòu)成。需要指出的是，經(jīng)過徑向向外間隙344的旁路流是可選的，并且可以在其中流攪拌器322連接為與壁310鄰近即占據(jù)間隙344并且翼片324是環(huán)狀的并且在主體板326周圍延伸從而覆蓋間隙344的實施方式以及其它實施方式中省略。
[0029]在所示實施方式中，門架或流攪拌器322包括諸如主體板326的形狀和尺寸、平板328的數(shù)量和形狀、窗口 340的數(shù)量、尺寸和位置、折片342的尺寸、取向和位置之類的特征以及其它特征，這些特征被選擇和構(gòu)造成設(shè)置或管理由流攪拌器322在管道內(nèi)的進(jìn)入流體流中引起的流振蕩的頻率和幅度。為此，將該門架在DEF噴射點之前放置在初級混合器的入口處，這提供了這樣的流振蕩，該流振蕩在尿素液滴蒸發(fā)到與不存在該門架時不同的空間和時間內(nèi)時將這些尿素液滴破碎并輸送。這樣，即使在穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)操作條件下，也能夠增加尿素在混合結(jié)構(gòu)上的足跡(footprint)或沉積面積，因而減少了沉積物在混合結(jié)構(gòu)上的濃度和沉積率，并且增加了尿素蒸發(fā)的效率。
[0030]工業(yè)適用性
[0031]本發(fā)明可應(yīng)用于用于發(fā)動機(jī)的排放控制系統(tǒng)，更具體地說，可應(yīng)用于使用需要將基于尿素的水溶液噴射到發(fā)動機(jī)尾氣流內(nèi)的SCR過程的排放控制系統(tǒng)。在本發(fā)明的實施方式中，使用流攪拌器或門架來引發(fā)氣流中的振蕩、漩流或湍流，該氣流用來將液體尿素混入到位于尾氣處理裝置上游位置的混合器和蒸發(fā)器內(nèi)并通過該混合器和蒸發(fā)器，該尾氣處理裝置利用尿素蒸汽來降低發(fā)動機(jī)排放。
[0032]在一個實施方式中，在尾氣管的位于結(jié)構(gòu)的尿素噴嘴和尿素蒸發(fā)器以及混合器裝置的上游的位置的區(qū)段中使用該流攪拌器。在圖6中示出了流過沿著管段400的區(qū)段布置的根據(jù)本發(fā)明的流攪拌器的氣體的速度曲線圖，該速度曲線圖是使用計算機(jī)建模方法創(chuàng)建的。如能從該曲線圖看到的，在該流中存在各種氣體速度區(qū)域。攪拌器402布置在圖的左側(cè)，該側(cè)是氣體進(jìn)入管段400的一側(cè)。該攪拌器(例如，流攪拌器322(圖3A))將進(jìn)入流分離成如上所述的三個主要區(qū)域，這三個主要區(qū)域包括旁路流406、控制流404和噴溢流或主要流408。當(dāng)關(guān)于時間執(zhí)行計算機(jī)模擬時，可以注意到，在各種流在攪拌器402的下游的位置處交匯以及在混合器/蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)412(諸如混合器124(圖3A))周圍的區(qū)域410中存在漩流和位于橫截面中的大體振蕩運動。如圖所示，控制流404是相比于旁路流406和主要流408的緩慢移動的區(qū)域。在所示的實施方式中，還可以看到較黑陰影的循環(huán)區(qū)域410。對于各種流部分所能預(yù)期的具體流速可以取決于多種因素，包括管道的尺寸和形狀、流攪拌器的各個特征的尺寸、形狀和位置，等等。
[0033]為了說明由根據(jù)本發(fā)明的流攪拌器產(chǎn)生的氣流的振蕩特性得到尿素的擴(kuò)散，在圖7中示出了尿素沉積圖500，該尿素沉積圖500是使用計算機(jī)建模方法創(chuàng)建的。如該圖所示，在較大區(qū)域504中的操作過程中在不同的時間用于尿素的成形沉積區(qū)域被潤濕，該較大區(qū)域504具有由點劃線的圓表示的大體圓形形狀并且包圍較小區(qū)域502，該較小區(qū)域502被較小圓包圍。這兩個區(qū)域中的每個區(qū)域都被確定為點集，該點集代表使用基本蒸發(fā)和混合結(jié)構(gòu)(例如，結(jié)構(gòu)412(圖6))的尿素的建模沖擊。當(dāng)沒有使用任何攪拌器時，獲得了作為基準(zhǔn)的構(gòu)成較小或中央?yún)^(qū)域502的點。使用與繪制中央?yún)^(qū)域502中的點相同的氣流和尿素沉積率但是在增加了攪拌器的情況下獲得構(gòu)成較大或外部區(qū)域504(在表面區(qū)域中，該較大或外部區(qū)域504還包括中央?yún)^(qū)域502)的點，該攪拌器在流上的振蕩作用將該流擴(kuò)散到由外部區(qū)域504表示的較大足跡。根據(jù)基于該數(shù)據(jù)進(jìn)行的估計，在各種操作條件下，可以表示為黑色區(qū)域(502+504)與較淺區(qū)域(502)的比的沉積表面面積增加表示大約90%的沉積面積的增加，或換言之，大約為沉積表面面積的兩倍。在計算機(jī)建模模擬中，攪拌器折片指向下游方向，并且攪拌器被放置在尿素噴嘴的上游。類似測試表明，系統(tǒng)的計量給料能力即有效地蒸發(fā)最大量尿素的能力比沒有攪拌器的基準(zhǔn)系統(tǒng)增加30%到60%之間。
[0034]圖8中示出了用于混合器124(圖1)的一個實施方式。在該視圖中，混合器124包括在圖3的討論中參照的托盤式蒸發(fā)器312和階梯式蒸發(fā)器314。托盤式蒸發(fā)器312通過三個面板602以鈍角相交而形成具有U形的溝槽或通道。每個面板602形成了多個開口 604，每個開口 604都被折片606覆蓋，折片606連接在相應(yīng)的開口的上游邊緣上并且朝向溝槽中心以銳角傾斜。
[0035]階梯式蒸發(fā)器包括多個板608，所述多個板608具有偏移距離或間隙地彼此大體平行布置，并且沿著由托盤式蒸發(fā)器312形成的溝槽的縱向軸線的長度呈交錯布置。每個板608形成了大體平坦的中央本體610，該中央本體610在任一端處側(cè)面都與翼部612連接。本體610和翼部612形成了開口 614，每個開口 614被折片616覆蓋。在每個開口 614處，折片616朝向溝槽底部以銳角沿著該開口的下游邊緣連接。為了給板608提供結(jié)構(gòu)剛度，每個翼部612相對于本體610以角度γ傾斜。在圖示實施方式中，角度γ為大約5度。每個翼部具有裝配在混合器124中的狹槽620中的翼片618。
[0036]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上描述提供了本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的示例。然而，可以想到，本發(fā)明的其它實現(xiàn)在細(xì)節(jié)上可能與上述示例不同。對本發(fā)明或其示例的所有參考都是旨在參照此時正在討論的具體示例，而并不用于更一般地暗示對本發(fā)明范圍的任何限制。關(guān)于一些特征的區(qū)別和輕視性的所有語言旨在表明這些特征缺少優(yōu)選性，但不是為了將其從本發(fā)明的范圍完全排除，除非另有說明。
[0037]這里對數(shù)值范圍的敘述僅僅是為了用作為對落入該范圍內(nèi)的每個分離值進(jìn)行個別引用的快捷方法，除非這里另有說明，并且將每個分離值都結(jié)合在說明書中，就像它們在這里被個別地記載一樣。這里描述的所有方法都可以以任何適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行，除非這里另有說明或者在下文中明顯矛盾。
【主權(quán)項】
1.一種用于管道的流體輸送系統(tǒng)，該管道具有氣體入口、氣體出口和內(nèi)腔，其中對于通過所述氣體入口進(jìn)入所述管道并通過所述氣體出口流出所述管道的氣流限定流動方向，該流體輸送系統(tǒng)還包括: 流體存儲器，該流體存儲器適合于在其中裝入流體； 流體栗，該流體栗經(jīng)由供應(yīng)管道流體地連接至所述流體存儲器并且被布置成從所述流體存儲器內(nèi)抽取流體； 流體噴嘴，該流體噴嘴與所述流體栗相關(guān)聯(lián)并且被布置成從所述流體栗接收加壓流體，所述流體噴嘴連接至所述管道的壁并且被構(gòu)造成用于將流體輸送到所述管道的內(nèi)腔內(nèi)； 流攪拌器，該流攪拌器連接至所述管道并且在相對于所述流體噴嘴的上游位置布置在所述內(nèi)腔內(nèi)； 其中所述流攪拌器操作而將操作過程中的所述氣流分離成旁路流、控制流和主要流，使得在操作過程中在所述流攪拌器的下游的所述旁路流、所述控制流和所述主要流的重新組合在所述氣流中產(chǎn)生振蕩，所述氣流還包含由所述流體噴嘴輸送到所述內(nèi)腔內(nèi)的流體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體輸送系統(tǒng)，其中所述管道是發(fā)動機(jī)尾氣系統(tǒng)的一部分，并且其中所述氣流是所述發(fā)動機(jī)的尾氣流，并且其中所述流體是含有尿素的柴油機(jī)尾氣流體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體輸送系統(tǒng)，該流體輸送系統(tǒng)還包括在所述流體噴嘴的下游的位置布置在所述管道的內(nèi)腔內(nèi)的蒸發(fā)和混合結(jié)構(gòu)布置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體輸送系統(tǒng)，其中所述流攪拌器包括連接至所述管道的壁的內(nèi)表面的主體板，該主體板將所述內(nèi)腔封閉。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體輸送系統(tǒng)，其中所述主體板大體成形為一段環(huán)狀板，該段環(huán)狀板相對于管道中心點在120和180度之間的角度上延伸。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體輸送系統(tǒng)，其中所述主體板還包括布置在所述主體板的直徑相對端上的兩個彎管，并且其中所述主體板通過三個翼片連接至所述管道的所述壁，所述三個翼片中的兩個翼片將所述彎管與所述壁互連，而第三個翼片直接連接在所述主體板和所述壁之間。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體輸送系統(tǒng)，其中所述主體板由四個平板形成，所述四個平板中的每個平板都大體成形為等腰梯形，該等腰梯形具有由兩個等腰側(cè)邊緣連接的長底邊緣和短底邊緣。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體輸送系統(tǒng)，其中每對等腰側(cè)邊緣都以大約36度的角α布置。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體輸送系統(tǒng)，所述四個平板中的每個平板都形成矩形窗口，該矩形窗口相對于對應(yīng)平板的等腰梯形形狀大體居中地布置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體輸送系統(tǒng)，其中每個矩形窗口在每個相應(yīng)平板中都形成開口，該開口具有覆蓋相應(yīng)平板的大約1/3的總表面面積的開口表面面積。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體輸送系統(tǒng)，其中每個平板還包括矩形的平板折片，該折片具有與相應(yīng)窗口基本匹配的形狀，其中每個相應(yīng)折片沿著徑向外邊緣連接至窗口的相應(yīng)邊緣。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流體輸送系統(tǒng)，其中每個相應(yīng)折片相對于所述主體板以第二角度β延伸。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流體輸送系統(tǒng)，其中所述角度β相對于由所述主體板限定的平面在下游方向上大約為大約25度。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體輸送系統(tǒng)，其中在所述主體板的徑向向外邊緣和所述壁的徑向向內(nèi)表面之間形成有徑向向外間隙。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的流體輸送系統(tǒng)，其中所述主體板的大體分段的環(huán)狀形狀還形成了中央開口，從而在操作過程中所述旁路流由所述氣流的經(jīng)過所述徑向向外間隙的第一部分形成，所述控制流由所述氣流的經(jīng)過所述平板中的所述開口的第二部分形成，而所述主要流部分地由所述氣流的經(jīng)過所述中央開口的第三部分形成。16.—種方法，該方法用于增加在布置于與以穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)操作條件操作的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)相關(guān)的尾氣管道內(nèi)的尿素蒸發(fā)器和混合器裝置上的尿素沉積面積的足跡，該方法包括: 在所述尾氣管道中，相對于通過所述尾氣管道的尾氣流的方向在所述尿素蒸發(fā)器和混合器裝置的上游放置尿素噴嘴； 在所述尾氣管道中在所述尿素噴嘴的上游放置流攪拌器； 當(dāng)所述尾氣流在所述流攪拌器周圍流過所述流攪拌器時將尾氣流分離成包括控制流和主要流的至少兩個部分； 將所噴射的尿素流混入到被分離的尾氣流中；以及 在所述控制流、所述主要流和所噴射的尿素被重新組合時在所述尾氣流中引發(fā)振蕩，從而使得所噴射的尿素在蒸發(fā)器和混合器裝置上的沉積區(qū)域關(guān)于空間和時間而改變。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，該方法還包括將所述尾氣流分離成旁路流，其中將所述尾氣流分離成三個部分是通過利用所述流攪拌器的主體板阻擋所述尾氣流的一部分完成的，該主體板形成有一個或多個窗口開口并且被放置在所述尾氣管道的壁的偏移距離處，從而使得所述氣流流過由所述偏移距離形成的間隙，所述控制流流過所述一個或多個窗口開口，而所述主要流流過所述流攪拌器周圍。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述旁路流和所述主要流相對于進(jìn)入所述尾氣管道的所述尾氣流被加速。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述控制流由相應(yīng)的折片重新引導(dǎo)，該折片被連接至所述主體板并且從相應(yīng)的窗口開口的邊緣相對于所述主體板成角度地延伸。20.—種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的尿素分配系統(tǒng)，該尿素分配系統(tǒng)包括: 流體存儲器，該流體存儲器適合于在其中裝入柴油機(jī)尾氣處理流體(DEF)，該DEF是含有尿素的水溶液； DEF栗，該DEF栗經(jīng)由供應(yīng)管道流體地連接至所述流體存儲器并且被布置成從所述流體存儲器內(nèi)抽取DEF; DEF噴嘴，該DEF噴嘴與流體栗相關(guān)聯(lián)并且被布置成從所述DEF栗接收加壓DEF，所述DEF噴嘴連接至管道的外壁并且被構(gòu)造成用于將DEF輸送到所述管道的內(nèi)腔內(nèi)； 流攪拌器，該流攪拌器連接至所述管道并且在相對于所述DEF噴嘴的上游位置布置在所述內(nèi)腔內(nèi)； 其中所述流攪拌器操作而將操作過程中流過所述管道的尾氣流分離成旁路流、控制流和主要流，使得在操作過程中在所述流攪拌器的下游的所述旁路流、所述控制流和所述主要流的重新組合在所述尾氣流中產(chǎn)生振蕩，所述尾氣流還包含由所述DEF噴射嘴輸送到所述內(nèi)腔內(nèi)的DEF; 其中針對所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)操作條件，所述振蕩改變所述DEF在布置于所述管道內(nèi)的DEF蒸發(fā)和混合結(jié)構(gòu)上的沉積面積。21.—種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的尿素分配系統(tǒng)，該尿素分配系統(tǒng)包括: 流體存儲器，該流體存儲器適合于在其中裝入柴油機(jī)尾氣處理流體(DEF)，該DEF是含有尿素的水溶液； DEF栗，該DEF栗經(jīng)由供應(yīng)管道流體地連接至所述流體存儲器并且被布置成從所述流體存儲器內(nèi)抽取DEF; DEF噴嘴，該DEF噴嘴與流體栗相關(guān)聯(lián)并且被布置成從所述DEF栗接收加壓DEF，所述DEF噴嘴連接至管道的外壁并且被構(gòu)造成用于將DEF輸送到所述管道的內(nèi)腔內(nèi)； 混合器，該混合器布置在所述管道的所述內(nèi)腔內(nèi)，所述混合器包括托盤式蒸發(fā)器和階梯式蒸發(fā)器； 其中所述托盤式蒸發(fā)器通過使三個平坦面板以鈍角相交而形成具有U形的通道;并且 其中所述階梯式蒸發(fā)器包括大體平行布置并且相對于彼此偏移一定距離的多個板，每個板形成形成了大體平坦的中央本體，該中央本體在任一端處側(cè)面與翼部為連接，每個翼部相對于所述本體成角度地傾斜。
【文檔編號】B01F5/02GK105822400SQ201610048458
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】J·文卡塔拉加萬
【申請人】卡特彼勒公司