[发明专利]排气系统中的流体分布设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分布流体的设备，尤其是，用于内燃机的排气系统中的水-尿素混合物或液体燃料，特别地，该设备有一个开口通向废气管道的注入装置，该废气管道位于所谓的SCR催化转换器之前。 

背景技术

由于内燃机的排放规范变得越来越严格，因此，有必要减少废气中的氮氧化物（NOx）。已知的可能性包括在所谓的选择性催化还原反应（SCR）中将氮氧化物还原为氮和水。当使用注入到废气中的还原剂时，该反应在所谓的SCR催化转化器中进行。水/尿素混合物特别用于此目的，其尿素在废气中与氮氧化物反应分解形成氨。此外，表现形式为不同的烃类化合物（HC）的液体燃料也可被注入到废气中。

通常希望在这种还原过程中，一方面，还原剂与废气尽可能均匀的混合，另一方面，液体还原剂尽可能完全的蒸发或热分解，以在减少残留物和无残留物的操作中获得高效率。 

发明内容

因此，本发明的目的是，改善废气中的流体分布，并在必要的情况下，以尽可能简单的方式保证流体的蒸发完全且无残留物。

该目的通过具有权利要求1的功能的设备实现，特别地，通过由多个独立作业单元组合的部件实现流体和废气的均匀混合以及流体在废气中的完全蒸发。其中，独立作业单元的组合包括至少一个涡流生成装置（swirl-generating device）和/或至少一个混合装置、最好有至少一个催化器、和注入装置的注入喷嘴，注入喷嘴设置于离废气管道的管壁预定间距处。根据本发明可知，只需将多个作业单元彼此以简单方式组合，即可实现流体与废气的良好混合以及废气中流体的无残留蒸发。特别地，对作业单元的选择和配置，决定了注入装置的注入特性或喷射特性、流体分布路径或蒸发路径的长度、温度、以及各个排气系统部分的管道形状和管道横截面。考虑到热力学情况和安装规格以及不同作业单元间的适当配合，从而可以以期望的方式实现流体在废气流中的无残留分布和蒸发。

本发明的其他展开在从属权利要求、说明书和附图中阐述。

根据本发明的一种实施方式，提供至少一个涡流生成装置，其包括以涡轮状排列的多个气体叶片（gas vane）。根据应用的不同，这种涡流生成装置可设置于注入装置的上游或下游。通过气体叶片可在废气流中实现好的涡流生成。而且，气体叶片本身可以作为蒸发器的表面，从而可以增加蒸发的程度。由于气体叶片为涡轮状排列，从而可形成特别大的蒸发器表面。此外，这种涡轮状的实施方式对废气横断面形成很好的阻滞效果，而且排气背压与混合力之间的比率能够通过叶片的长度、宽度及角度配合来进行优化。

混合装置可以进一步包括至少一个涡流生成装置和一个管式蒸发装置（tubular vaporizing device）。优选地，混合装置设置于注入装置的下游，用于将注入的流体，可选地还有未均质化流体，与废气均匀地混合。多个涡流生成装置的组合可以实现特别高的混合程度，相应地，其特别包括形成为涡轮状形式的多个气体叶片和管式蒸发装置，并且这两种部件之间的顺序和间距可以适应于对应的应用。

根据本发明的另一种实施方式，提供水解催化器，特别地，其设置于所谓的SCR催化器的上游。水解催化器可以例如协助将异氰酸转化成氨和二氧化碳，从而减轻SCR催化器的负担。

进一步地，还可设有导流部件，其设置于废气管道的内部，与废气管道的管壁至少部分间隔开，且至少部分伸入废气管道的柔性解耦部（decoupling section），特别地，导流部件的一端位于解耦部的下游部位。特别地，废气管道的柔性解耦部用于对抗传输过程带来的振动或是废气管道各部件的不同热膨胀。解耦部还可设计成例如波纹软管、缠绕式软管或螺旋缠绕式金属软管。根据应用的不同，也可存在所列举的这些类型软管的组合。解耦部设有凹处和不规则的管壁，从而，可沉积不必要的注入流体的沉淀和/或废气和流体的反应产物。通过导流部件引导废气，优选具有光滑的壁的导流部件，所以可避免存在这些沉积，从而，至少部分地阻止了废气流过解耦部的不规则管壁。导流部件可以进一步地以所需方式通过其特殊的形状，例如通过微凹、凹陷、凹口或衬板等，影响废气的流量。

特别地，注入装置可设置于废气管道的柔性解耦部的上游。其优点是，可通过导流部件避免沉积，且特别有效。如果应用需要，则注入装置也可以设置于废气管道的两个柔性解耦部之间。

导流部件可以形成为至少部分地与废气管道同轴的内管。这种内管也可称为“内衬管（inliner）”。优选地，内管具有完全的管壁。