混合器以及发动机排气后处理系统
技术领域
本实用新型涉及排气处理领域，尤其涉及一种混合器以及发动机排气后处理系统。
背景技术
近年来，对于发动机的排放与油耗的法规日趋严格，严格的油耗法规限制，需要发动机充分燃烧，充分燃烧的代价是排气中氮氧化合物含量增大，这又被严格的排放法规所限制，例如在欧洲“欧VI”柴油发动机排放标准中，柴油机汽车颗粒排放应低于10mg/kwh、氮氧化物排放应低于460mg/kwh。因此，在日益严格的排放与油耗标准，以及发动机小型化、轻量化的要求下，排气后处理系统也应作出相应改进，如增加发动机废气再循环系统，但这使得发动机的温度降低，部分燃油未充分燃烧，未燃碳氢以及颗粒物排放增多，因此，在日益严格的排放与油耗标准，以及发动机小型化、轻量化的要求下，排气后处理系统也必须相应改进，以适应政府法规要求。
发动机排气后处理系统通过各种上游排气部件对由发动机产生的热的排气进行处理以减少排放污染物。各种上游排气部件可包括下述部件中的一个或多个：管、过滤器、阀、催化器、消声器等。例如上游排气部件将排气引导到具有入口和出口的柴油氧化催化器(Diesel Oxidation Catalyst,DOC)中。柴油氧化催化器的下游可设置有柴油颗粒捕获器(Diesel Particulate Filter,DPF)。柴油氧化催化器与可选的柴油颗粒过滤器的下游为具有入口和出口的选择性催化还原(SCR)催化器。出口将排气通至下游排气部件。混合器(mixer)定位在DOC的出口或DPF的下游、SCR催化器的入口的上游。在混合器内，排气形成旋流(swirling)，定量加料器(doser)用于将诸如尿素水溶液之类的还原剂从SCR催化器的上游喷射到排气旋流中使得混合器能够将尿素和排气充分地混合在一起，排出至SCR催化器中进行还原反应生成氮气和水，以降低发动机的氮氧化物排放。
现有技术中，为保证排气旋流与尿素混合的均匀性、例如公开号为CN208106533U的实用新型专利，其在混合器的入口端设置了带有叶片的旋流器，但发明人在实践中发现，当面临排放法规的升级，更低的排气温度，更紧凑的空间，以及更高的尿素喷射量时，现有技术只在入口端设置一个旋流器的设计，很难完全分解较多的尿素水溶液，从而产生结晶，堵塞混合器，增加排气后处理系统的排气背压，从而影响排气后处理系统的性能。
因此，本领域需要一种混合均匀性好、尿素结晶率低的混合器以及排气背压小、氮氧化物排放少的发动机排气后处理系统。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种混合器。
本实用新型的另一个目的是提供一种发动机排气后处理系统。
根据本实用新型一个方面的一种混合器，包括：混合通道，所述混合通道的一端为入口端，另一端为出口端；使得所述发动机排气与所述还原剂溶液从所述入口端进入，在所述混合通道内混合后，从所述出口端排出；第一旋流器；以及第二旋流器；其中，所述第一旋流器以及第二旋流器位于所述混合通道内，所述第一旋流器位于所述入口端，用于将所述发动机排气进行旋流作用形成旋流与所述还原剂溶液混合，形成第一混合流体；所述第二旋流器位于所述第一旋流器的下游，用于将所述第一混合流体经过旋流作用形成第二混合流体。
在所述混合器的一个或多个实施例中，包括第一管体，所述第一管体提供所述混合通道，所述第一管体的一端为入口端，所述第一管体的另一端为出口端；所述第一旋流器包括第一旋流器本体以及位于所述第一旋流器本体的侧壁开口且沿侧壁分布的多个第一旋流叶片，所述第一旋流器本体套设于所述第一管体内部；所述第二旋流器包括多个第二旋流叶片。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述第一管体、所述第一旋流器、所述第二旋流器的轴线重合，所述第一旋流器与所述混合通道的内壁面之间存在第一间隙，所述第一间隙的下游端密封。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述第一旋流器本体为第二管体，所述第一旋流叶片在所述第二管体的轴向以单段或多段分布；所述第二旋流器为风扇结构，所述第二旋流叶片为具有曲面的风扇叶片。
在所述混合器的一个或多个实施例中，在所述第二管体轴向的每段所述第一旋流叶片的数量为2-30片，每个所述第一旋流叶片与所述第二管体的侧壁开口的夹角为0-175°，所述第二旋流叶片的数量为2-30片。
在所述混合器的一个或多个实施例中，每段所述第一旋流叶片的数量为10-20片，每个所述第一旋流叶片与所述第二管体的侧壁开口的夹角为30-60°，所述第二旋流叶片的数量为5-12片。
在所述混合器的一个或多个实施例中，所述第一旋流器本体为第一锥体，所述第一旋流叶片在所述第一锥体的轴向以单段或多段分布；所述第二旋流器为风扇结构，所述第二旋流叶片为具有曲面的风扇叶片。
在所述混合器的一个或多个实施例中，在所述第一锥体轴向的每段所述第一旋流叶片的数量为2-30片，每个所述第一旋流叶片与所述第二管体的侧壁开口的夹角为0-175°，所述第二旋流叶片的数量为2-30片。
在所述混合器的一个或多个实施例中，每段所述第一旋流叶片的数量为10-20片，每个所述第一旋流叶片与所述第二管体的侧壁开口的夹角为30-60°，所述第二旋流叶片的数量为5-12片。
根据本实用新型一个方面的一种发动机排气后处理系统，包括定量加料器，以及如以上任意一项所述的混合器，所述定量加料器喷洒的还原剂溶液为尿素溶液。
本实用新型的进步效果包括但不限于，通过在第一旋流器的下游设置第二旋流器，对排气与还原剂溶液在第一旋流器形成的第一旋流体施加旋流作用，既可以使得排气与还原剂溶液的热交换更为充分，也可以将还原剂溶液通过第二旋流器更进一步地打碎，使得尿素溶液充分地分解，避免尿素结晶而导致堵塞混合器，增加排气后处理系统的排气背压，从而影响排气后处理系统的性能。同时，排气与还原剂溶液的混合均匀性好，也可以使得氮氧化物的处理效率高，排气后处理系统的氮氧化物排放少。
附图说明
本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制，其中：
图1是根据第一实施例的混合器的内部结构示意图。
图2是根据第一实施例的混合器的外部视角的结构示意图。
图3A以及图3B分别是根据第一实施例的混合器从上游侧视角、下游侧视角的结构示意图。
图4是根据第一实施例的混合器内部的流动示意图。
图5A以及图5B分别是根据第一实施例的混合器的第二旋流器的侧视视角、外部某视角的结构示意图。
图6是根据第一实施例的混合器的第二旋流器的流动示意图。
图7是根据第二实施例的混合器的内部结构示意图。
图8A以及图8B分别是根据第二实施例的混合器从上游侧视角、下游侧视角的结构示意图。
图9是根据第二实施例的混合器内部的流动示意图。
附图标记：
100-混合器
10-混合通道
101-入口端
102-出口端
103-第一管体
1-第一旋流器
11-第二管体、
111、112-侧壁开口
12-第一旋流叶片
13-第一锥体
2-第二旋流器
21-第二旋流叶片
210-曲面
20-排气
30-尿素溶液
40-第一混合流体
50-第二混合流体
具体实施方式
下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。
需要注意的是，以下实施例中介绍的上游、下游，指的是排气在排气后处理系统中的流动方向而言的相对位置。
第一实施例
参考图1至图6，在第一实施例中，排气后处理系统的混合器100包括混合通道10，第一旋流器1以及第二旋流器2，混合通道10一端为入口端101，另一端为出口端102，第一旋流器1以及第二旋流器2位于混合通道内10，第一旋流器1位于入口端101，第二旋流器2位于第一旋流器1的下游。如图4所示的，发动机排气20以及从排气后处理系统的定量加料器喷出的还原剂溶液，从入口端101进入，还原剂溶液一般为尿素溶液30，一般以喷雾的形式从定量加料器中喷洒(spray)。排气20在第一旋流器1经过第一旋流器1的旋流作用后形成旋流(swirling)，旋流与尿素溶液30混合，形成第一混合流体40，排气与尿素溶液的第一混合流体40经过位于第一旋流器1下游的第二旋流器2的再次进行旋流作用，形成第二混合流体50，第二混合流体50，从出口端102输出。如此设置的有益效果在于，减少了尿素结晶，避免排气背压的增加。其原理在于，发明人在实践中发现，若混合器100中只在混合通道10的入口端101设置第一旋流器1，当面临排放法规的升级，更低的排气温度，更紧凑的空间，以及更高的尿素喷射量时，在混合通道10的壁面会形成液膜，进而形成尿素结晶。采用本领域一般的减小混合通道的管径以提高排气流速的手段，仍然无法解决该问题。而通过在第一旋流器1的下游设置第二旋流器2，如图6所示，对经过第一旋流器1形成的第一混合流体40进行二次旋流，改变流体的流动方向，在混合通道10的壁面的液膜显著降低，使得混合流体中的排气与尿素溶液的热交换更为充分，也可以将尿素溶液的液滴通过二次旋流作用更进一步地打碎，进一步促进尿素溶液的分解，减少其形成液膜以及结晶的可能。本领域技术人员可以理解到，在一个或多个实施例中，旋流器1的个数不限于图1以及图2所示的两个旋流器，若排放法规更为严格，排气温度，混合空间以及尿素喷射量等混合条件更为苛刻，那么也可以在第二旋流器的下游设置第三旋流器，依次类推，不以图中所示的数量为限。
继续参考图1以及图2，在第一实施例中，混合通道10的具体结构为混合器100包括第一管体103，第一管体103提供混合通道10，第一管体103的一端为入口端101，第一管体103的另一端为出口端102；第一旋流器1的具体结构包括第一旋流器本体，其在第一实施例中的具体结构为第二管体11，以及位于第二管体11的侧壁开口111且沿侧壁分布的多个第一旋流叶片12。第一旋流叶片12的分布形式，可以是图1以及图2的第一实施例所示的沿第二管体11的轴向呈整段地分布，也可以多段地分布，直观而言，例如沿第二管体11的轴向相邻分布多个叶片段，每个叶片段设置有第一旋流叶片12。第二管体11套设于第一管体103内部；第二旋流器2的具体结构可以为风扇结构，但不以此为限，也可以是类似第一旋流器1的结构。第二旋流器2包括多个第二旋流叶片21。设置为风扇结构的有益效果在于，在第一旋流器1的旋流作用阶段，可以让尽可能多的尿素溶液30与排气20混合，第二旋流器2的旋流作用的阶段，可以充分发挥旋流作用尿素溶液30与排气20混合效果好。
继续参考图1以及图2，在第一实施例中，第一管体103、第一旋流器1、第二旋流器2的轴线重合，如此易于组织气流运动，第一旋流器1与混合通道10的内壁面之间存在第一间隙G1，第一间隙G1的下游端密封，防止未经混合的排气或者尿素溶液直接流入第一旋流器2中。
参考图1、图3A、图3B以及图5A、图5B以及图6，在第一实施例中，每段的第一旋流叶片12的数量可以设置为2-30片，每个第一旋流叶片12与第二管体11的侧壁开口111的夹角可以设置为0-175°，第二旋流叶片21也可以设置为数量为2-30片，第二旋流叶片21的结构为具有曲面的210风扇叶片，如此可以使得尿素溶液与排气的混合路径增大，混合更为充分，且更有利于打碎尿素溶液的液滴。优选地，每段第一旋流叶片12的数量为10-20片，每个第一旋流叶片12与第二管体11的侧壁开口的夹角为30-60°，第二旋流叶片21的数量为5-12片，根据实际的工程需要选取。
第二实施例
第二实施例在前述第一实施例的基础上进行变动，以下仅针对所变动的部分进行描述。
如图7至图9所示，在第二实施例中，第一旋流器1的具体结构为第一旋流器本体为第一锥体13，第一旋流叶片12沿第一锥体13的锥面分布，如图8A以及图8B所示，在第二实施例中，每段的第一旋流叶片12的数量可以设置为2-30片，每个第一旋流叶片12与第一锥体13的侧壁开口112的夹角可以设置为0-175°，第二旋流叶片21也可以设置为数量为2-30片。优选地，每段第一旋流叶片12的数量为10-20片，每个第一旋流叶片12与第一锥体13的侧壁开口112的夹角为30-60°，第二旋流叶片21的数量为5-12片，根据实际的工程需要选取。
承上可知，采用上述实施例介绍混合器以及排气后处理系统的有益效果包括但不限于，通过在第一旋流器的下游设置第二旋流器，对排气与还原剂溶液在第一旋流器形成的第一旋流体施加旋流作用，既可以使得排气与还原剂溶液的热交换更为充分，也可以将还原剂溶液通过第二旋流器更进一步地打碎，使得尿素溶液充分地分解，避免尿素结晶而导致堵塞混合器，增加排气后处理系统的排气背压，从而影响排气后处理系统的性能。同时，排气与还原剂溶液的混合均匀性好，也可以使得氮氧化物的处理效率高，排气后处理系统的氮氧化物排放少。
本实用新型虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的通过改变第一混合流体的流动方向优化排气与尿素溶液混合的结构精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，例如以上提到的在第二旋流器下游再设置第三旋流器，旋流器的具体形态也不限于第一实施例、第二实施例介绍的结构，只要是能引发旋流作用即可。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。
