用于尿素混合室的空氣簾的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及用于尿素混合室的空氣簾。示例性的實施方案包括摻混室，摻混室具有尿素入口、摻混室氣體入口和摻混室出口。尿素源以尿素注入壓力將加壓的尿素溶液提供至尿素入口，并且加壓的氣體源經(jīng)由通路將加壓氣體傳送至摻混室氣體入口。通路被配置成將沿著其長度傳送的加壓氣體的壓力從接收自加壓氣體源的氣體的第一壓力降低至提供至摻混室氣體入口的氣體的第二壓力。接收自加壓氣體源的氣體的第一壓力大于尿素注入壓力，并且提供至摻混室氣體入口的氣體的第二壓力小于尿素注入壓力。
【專利說明】用于尿素混合室的空氣簾
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年8月16日提交的美國申請第13/969,039號的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該美國申請據(jù)此通過引用以其整體并入。
技術領域
[0003]本實用新型大體上涉及但不限于用于尿素混合室的空氣簾。
【背景技術】
[0004]選擇性催化還原(“SCR”)排放后處理系統(tǒng)是用于減少NOx(來自諸如柴油機的內(nèi)燃發(fā)動機的排放物)的重要的技術。SCR系統(tǒng)通常包括尿素溶液的源、用于加壓尿素溶液的栗裝置、用于提供受控制的量或速率的尿素溶液的計量裝置、和將尿素溶液提供至包括SCR催化劑的排放流道的注入器。很多SCR系統(tǒng)還利用加壓氣體來幫助尿素溶液流動到注入器。雖然提供了在NOx(排放物)上的重要減少，但SCR系統(tǒng)遭受許多缺點和問題。在SCR系統(tǒng)中使用尿素溶液可以導致尿素晶體或沉積物在系統(tǒng)的各部件上的生長，這可能使它們的操作中斷。當尿素與熱的注入器噴嘴接觸時，尿素可能經(jīng)歷閃急沸騰(flash-boiling)，這導致壓力波，迫使尿素向后穿過摻混室并進入加壓空氣供應通道中。這可以導致尿素晶體在加壓空氣供應通道內(nèi)形成，這可能阻塞空氣供應通道，并且可能腐蝕或以其他方式劣化空氣供應通道的壁。另外，如果注入器噴嘴變得永久地或間歇地被堵塞，則存在注入的尿素可能流入加壓空氣供應通道中的風險，這可能導致在加壓空氣供應通道內(nèi)的尿素晶體形成。存在對緩和與利用尿素溶液的SCR系統(tǒng)相關聯(lián)的這些和其他缺點的進展的長期需求。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了促進對本實用新型的原理的理解的目的，現(xiàn)在將參考附圖中圖示的實施方案并且將使用特定的語言來描述它們。將理解的是，由此意圖對本實用新型的范圍沒有限制。如本實用新型所屬領域的技術人員通常將想到的所圖示的實施方案中的任何改變和另外的修改以及本實用新型的原理的任何另外的應用在本文中被預期。
[0006]說明性的實施方案包括摻混室，摻混室具有尿素入口、摻混室氣體入口和摻混室出口。尿素源以尿素注入壓力將加壓的尿素溶液提供至尿素入口，并且加壓的氣體源經(jīng)由通路將加壓氣體傳送至摻混室氣體入口。通路被配置成將沿著其長度傳送的加壓氣體的壓力從接收自加壓氣體源的氣體的第一壓力降低至提供至摻混室氣體入口的氣體的第二壓力。接收自加壓氣體源的氣體的第一壓力大于尿素注入壓力，并且提供至摻混室氣體入口的氣體的第二壓力小于尿素注入壓力。
[0007]本實用新型的實施方案提供了以下內(nèi)容:
[0008]I)一種系統(tǒng)，包括:
[0009]摻混室，其具有尿素入口、摻混室氣體入口和摻混室出口 ；
[0010]加壓的尿素溶液的源，其被配置成將加壓的尿素溶液以尿素注入壓力提供至所述尿素入口 ；和
[0011 ] 加壓氣體源，其被配置成經(jīng)由通路將加壓氣體傳送至所述摻混室氣體入口，所述通路沿著長度從所述加壓氣體源延伸至所述摻混室氣體入口，所述通路被配置成將沿著其長度傳送的所述加壓氣體的壓力從接收自所述加壓氣體源的氣體的第一壓力降低至提供至所述摻混室氣體入口的氣體的第二壓力；
[0012]其中接收自所述加壓氣體源的氣體的所述第一壓力大于所述尿素注入壓力，并且提供至所述摻混室氣體入口的氣體的所述第二壓力小于所述尿素注入壓力。
[0013]2)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中當在所述摻混室出口處的壓力大于所述尿素注入壓力時，注入到所述摻混室中的尿素沿著所述通路的長度的一部分行進，在所述部分中氣體壓力低于所述尿素注入壓力。
[0014]3)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中所述通路被配置成將沿著其長度傳送的所提供的所述加壓氣體的速度從在沿著其長度的第一位置處的第一速度降低至提供至所述摻混室的第二速度。
[0015]4)如項目3)所述的系統(tǒng)，其中提供至所述摻混室的所述第二速度是47米每秒或更大。
[0016]5)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中所述通路被界定在噴嘴中，所述噴嘴延伸穿過由所述摻混室的壁形成的空腔，所述噴嘴的外表面界定與多個相反成型的螺紋匹配地接合的多個螺紋，所述多個相反成型的螺紋由所述空腔的內(nèi)表面界定。
[0017]6)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中所述通路具有在所述加壓氣體源的下游的第一位置與在所述第一位置的下游的第二位置之間的均勻的橫截面積、和在所述第二位置與在所述第二位置的下游且在所述摻混室氣體入口的上游的第三位置之間的增加的橫截面積。
[0018]7)如項目6)所述的系統(tǒng)，其中所述增加的橫截面積通過所述通路的截頭圓錐形表面界定。
[0019]8)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中所述摻混室出口流體聯(lián)接于注入器噴嘴，所述注入器噴嘴被配置成將尿素-氣體混合物注入至排放氣體管道中，所述排放氣體管道具有在所述注入器噴嘴的下游位置處布置在其中的選擇性催化還原(SCR)催化劑。
[0020]9)如項目8)所述的系統(tǒng)，其中所述排放氣體管道被配置成接收來自柴油發(fā)動機的排放流，所述排放流包括作為所述柴油發(fā)動機的操作的副產(chǎn)物的成分的NOx。
[0021]10)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中所述加壓氣體的壓力從所述第一壓力至所述第二壓力降低2巴或更大。
[0022]11)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中通路被配置成以至少47米每秒的第一速度將加壓氣體提供至所述摻混室氣體入口，并且在所述摻混室氣體入口的上游位置處以大于所述第一速度的第二速度提供加壓氣體。
[0023]12)如項目I)所述的系統(tǒng)，其中通路被配置成以至少50米每秒的第一速度將加壓氣體提供至所述摻混室氣體入口并且在所述摻混室氣體入口的上游位置處以大于所述第一速度的第二速度提供加壓氣體。
[0024]13)如項目12)所述的系統(tǒng)，其中在所述摻混室氣體入口的上游位置處，所述加壓氣體的速度在50米每秒與60米每秒之間。
[0025]14) 一種裝置，包括:
[0026]摻混室，其具有尿素入口、氣體入口和出口；
[0027]注入器，其被配置成將加壓的尿素溶液以尿素注入壓力提供至所述尿素入口；和
[0028]閥，其被配置成將加壓的氣體提供至與所述閥和所述氣體入口流動連通的氣體流動通道，所述流動通道被配置成將從所述閥流到所述氣體入口的氣體的壓力從第一壓力降低至第二壓力并且將從所述閥流到所述氣體入口的氣體的速度從第一速度降低至第二速度；
[0029]其中所述第一壓力大于所述尿素注入壓力并且所述第二壓力小于所述尿素注入壓力。
[0030]15)如項目14)所述的裝置，其中所述第二速度是至少47米每秒。
[0031]16)如項目14)所述的裝置，其中所述第二速度是至少50米每秒。
[0032]17)如項目14)所述的裝置，其中從所述第一壓力至所述第二壓力降低了 1-2巴表壓。
[0033]18)如項目14)所述的裝置，其中所述第二壓力比所述第一壓力小至少I巴表壓。
【附圖說明】
[0034]圖1是示例性的空氣輔助的尿素注入系統(tǒng)的示意圖。
[0035]圖2是示例性的摻混設備的截面圖。
[0036]圖3是說明性的空氣供應噴嘴的橫截面圖。
[0037]圖4是圖3的說明性的空氣供應噴嘴的自下而上的正視圖。
[0038]圖5是配置成接收空氣供應噴嘴的說明性的空腔的橫截面圖。
[0039]圖6是安裝在帶螺紋的孔中的說明性的空氣供應噴嘴的橫截面圖。
[0040]圖7是SCR后處理系統(tǒng)的示例性的排放流道的側(cè)視截面圖。
【具體實施方式】
[0041]參考圖1，圖示了用于將尿素溶液注入到SCR排放后處理系統(tǒng)中的示例性的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100可以被提供在由諸如柴油發(fā)動機的發(fā)動機提供動力的交通工具上，或被提供在用于諸如發(fā)電或栗送系統(tǒng)的其他應用中的發(fā)動機上。系統(tǒng)100包括栗134，栗134從罐140經(jīng)過濾網(wǎng)138和止回閥136抽吸尿素溶液。優(yōu)選的尿素溶液是柴油機排放流體(dieselexhaust fluid)(DEF)，其包括32.5%高純度尿素和67.5%去離子水的溶液。然而，應理解的是，其他尿素溶液也可以被利用。在優(yōu)選的形式中，栗134是膜片栗，盡管應理解的是，其他類型的栗可以被利用。栗134被控制以輸出以預定壓力的加壓的尿素溶液，該溶液流過止回閥130、脈動緩沖器122、和過濾器124以將加壓的尿素提供至計量閥118。系統(tǒng)100還可以包括旁路閥128，旁路閥128可操作以打開和關閉以允許或阻止尿素溶液流過旁路管線132至網(wǎng)138的下游的位置，在該位置處，尿素溶液可以返回至罐140，例如在凈化操作期間。
[0042]計量閥118可操作以將尿素溶液以可控的速率提供至摻混設備112。在某些實施方案中，摻混設備112可以包括計量閥118。摻混設備112還接收來自空氣供應102的加壓空氣流，并且在出口 116處排出加壓空氣和尿素溶液的混合流?？諝夤?02可以是集成于交通工具的、集成于發(fā)動機的，或可以是系統(tǒng)100專用的空氣供應。應理解的是，另外的實施方案可以利用除了空氣之外的加壓氣體，例如，一種或更多種惰性氣體的組合?？諝夤?02將加壓空氣提供至空氣調(diào)節(jié)器104。加壓空氣從空氣調(diào)節(jié)器104行進至空氣斷流閥106，空氣斷流閥106可以選擇性地被打開以允許加壓空氣流動至止回閥110以及被關閉以阻擋加壓空氣的流動。止回閥110在其入口處的空氣壓力高于閾值壓力時打開，并且在空氣壓力低于該閾值時關閉。加壓空氣從止回閥110流動至摻混設備112。夾帶在加壓空氣中的水性尿素溶液的混合流離開摻混設備出口 116并且被提供至噴嘴113，噴嘴113被配置成將該混合流注入排放后處理系統(tǒng)160中，例如通向SCR催化劑的尿素分解管或排放流通道。在所圖示的實施方案中，出口116經(jīng)由流體管線被流體聯(lián)接于單個噴嘴113。還預期的是，噴嘴113可以被直接聯(lián)接于出口 116，并且出口 116可以例如經(jīng)由多個流體管線被流體聯(lián)接于多個噴嘴。
[0043 ]系統(tǒng)1 O可以通過控制器1I例如發(fā)動機控制模塊(E CM)或劑量裝置控制模塊(doser control module)(DCM)被控制和監(jiān)測。應理解的是，控制器或控制模塊可以以多種形式和構(gòu)型被提供，包括具有儲存計算機可執(zhí)行指令的非暫時性存儲器、處理和通訊硬件的一個或更多個計算設備。還應理解的是，控制器可以是單個設備或分布式的設備(distributed device)，并且控制器的功能可以通過硬件或軟件來實現(xiàn)。
[0044]控制器101可操作地聯(lián)接于存儲器并且被配置成將指令儲存在存儲器中，所述存儲器是通過控制器101可讀的和可執(zhí)行的以控制膜片栗134、空氣斷流閥106、計量閥118和旁路閥128。控制器101還可操作地聯(lián)接于壓力傳感器114、壓力傳感器120和溫度傳感器126并且可以接收來自它們的信號。壓力傳感器114可操作以提供指示在摻混設備112中在尿素入口和加壓空氣入口下游位置處的壓力的信號。在此位置處的壓力可以是加壓空氣和尿素的混合流的壓力、單獨空氣的壓力、單獨尿素的壓力、或不存在尿素和壓縮空氣下的壓力，其取決于計量閥118和空氣斷流閥106的操作狀態(tài)。溫度傳感器126可操作以將指示在膜片栗134與計量閥118之間的位置處的尿素溶液的溫度的信號提供至控制器101。壓力傳感器120可操作以將指示在計量閥118的上游處的尿素溶液的壓力的信號提供至控制器101。
[0045]參考圖2，圖示了示例性的摻混設備200，其可操作以輸出尿素溶液與加壓空氣的混合流。摻混設備200包括具有出口 203的計量閥202，計量閥202以尿素供應壓力將尿素溶液提供至摻混室204。計量閥202可以通過控制器101控制，以便以控制的量、以控制的速率提供尿素溶液。摻混室204還接收來自流動通道330的加壓空氣的流，流動通道330從出口306延伸至底座表面308 ο流動通道330、出口 306和底座表面308各自通過噴嘴300界定。噴嘴300被安裝在空腔中，該空腔在空氣供應室222與摻混室204之間在摻混設備200的壁中形成。應理解的是，圖示的摻混設備200僅是一個實例，并且在另外的實施方案中還可以利用包括不同的構(gòu)型、幾何結(jié)構(gòu)和部件的多種可選的摻混設備。
[0046]流動通道330可以以許多不同的構(gòu)型被提供。
[0047]在圖2中圖示的實施方案中，由噴嘴300的外表面界定的一組螺紋匹配地接合由空腔的表面界定的相應的一組螺紋。還預期的是，噴嘴300可以通過其他方法被聯(lián)接于摻混設備200，或者通道330可以由通道330延伸穿過的壁界定而不使用插入物。加壓空氣穿過流動通道330的流動被控制以具有對于提供空氣簾有效的速度和流動特性，所述空氣簾抵抗尿素晶體的形成和移動并且適應高壓條件，該高壓條件否則將抑制尿素溶液注入到摻混室204 中。
[0048]在圖示的形式中，摻混室204是大體上圓柱形的通道，其被配置成使得接收自計量閥202的尿素被夾帶在接收自流動通道330的加壓空氣的流中，并且加壓空氣和尿素溶液的混合流被提供至出口構(gòu)件230，該出口構(gòu)件230被連接至注入器，該注入器被配置成將混合流提供至排放后處理系統(tǒng)。壓力傳感器207可操作以感測在尿素出口 203和空氣出口 306下游的位置處的混合流的壓力。
[0049]加壓空氣至流動通道330的流動通過被配置成控制空氣至流動通道330的供應的空氣供應和閥部件來控制。優(yōu)選的實施方案的一個實例包括止回閥209和上游的空氣斷流閥。止回閥209包括從柔性膜片223在朝向底座表面308的方向上延伸的關閉構(gòu)件210。在圖2中，關閉構(gòu)件210以關閉位置被圖示，在關閉位置中，其接觸底座表面308以形成密封并且防止從空氣供應室222至流動通道330的流動。偏置構(gòu)件214將力施加于柱塞212，柱塞212將力施加于關閉構(gòu)件210以將止回閥209保持在關閉位置。偏置構(gòu)件214以彈簧的形式被圖示，但可以是可操作以將力在朝向底座表面308的方向上提供至關閉構(gòu)件210的多種其他的偏置構(gòu)件。閥蓋216接觸偏置構(gòu)件214并且將其維持在相對于柱塞212的適當位置。閥蓋216還接觸膜片223并且將其固定至摻混設備200的基底結(jié)構(gòu)(underlying structure)。應理解的是，許多可選的閥和空氣供應實施方案也可以被用于控制空氣至流動通道330的供應。這樣的另外的實施方案可以包括空氣供應控制閥、止回閥或其各種組合。
[0050]膜片223的下表面暴露于空氣供應室222，該空氣供應室222從空氣入口 220接收加壓空氣。如本文使用的，諸如“下部”和“上部”的方向術語被用以指附圖的取向。這樣的術語不限制系統(tǒng)相對于環(huán)境的取向。例如，提及豎直方向的描述在系統(tǒng)處于水平取向或離軸取向時同樣適用。
[0051]在空氣供應室222中的加壓空氣提供抵著與空氣供應室222接觸的膜片223和關閉構(gòu)件210的下表面的部分的力。此力對抗由柱塞212和偏置構(gòu)件214施加于關閉構(gòu)件210的力。當由空氣供應室222中的加壓空氣提供的力大于由偏置構(gòu)件214提供的力時，止回閥209打開并且加壓空氣從空氣供應室222流過止回閥209并且進入流動通道330中。通過偏置構(gòu)件214的預先加載來建立打開/關閉閾值壓力。偏置構(gòu)件214的預先加載優(yōu)選地被調(diào)節(jié)成提供止回閥209在處于或接近閾值壓力的壓力下的快速打開。閾值壓力優(yōu)選地被選擇為處于或接近尿素注入期間的正常操作空氣壓力，例如正常操作空氣壓力的90%或更多。這允許止回閥209僅當存在足夠的用于注入的壓力時打開。如以下進一步描述的，閾值壓力被選擇為高于尿素供應壓力的壓力。
[0052]閾值壓力還優(yōu)選地被選擇以提供對于抑制尿素晶體在流動通道330中的生長和尿素晶體朝向關閉構(gòu)件210移動來說有效的空氣流動特性。
[0053]發(fā)明人已經(jīng)確定，至少47米每秒(m/s)的閾值空氣流動速度對于抑制流動通道330中的尿素晶體生長和移動是有效的。閾值壓力可以被選擇以對閾值速度提供誤差限度;例如，壓力可被選擇以提供在流體通道330中的約50m/ s或在50m/s與60m/ s之間的空氣流動速度。應理解的是，閾值空氣流動速度可以被提供在沿著流動通道330的一部分或在流動通道330的一部分上的一個位置處。
[0054]對于抑制尿素晶體生長有效的空氣流動速度的大小可以根據(jù)流動通道330、止回閥209和摻混室204的特性而改變。另外的實施方案包括具有不同特性的空氣供應通道，并且具有對抑制尿素晶體生長有效的不同的閾值空氣壓力值和相關聯(lián)的空氣流動速度。流動通道330被進一步配置成將提供至摻混室的空氣流的速度降低至低于閾值空氣流動速度。流動通道330的擴散器部分可以被用于提供期望的出口空氣流動速度。出口空氣流動速度可以被選擇以避免對摻混室204的破壞。
[0055]流動通道330被進一步配置成提供沿著其長度的壓力降，使得在流動通道330的入口處的空氣壓力大于進入摻混室204中的尿素注入壓力并且在流動通道330的出口處的空氣壓力小于進入摻混室204中的尿素注入壓力。在所圖示的實施方案中，流動通道330在約6mm的長度上延伸，并且被配置成提供3.45巴表壓(bar gauge)+/-0.4巴表壓的出口壓力。此壓力被選擇，因為標稱尿素注入壓力是4.5巴表壓并且低于標稱尿素注入壓力的約I巴表壓的空氣壓力是期望的。在摻混室中期望的空氣壓力可以被用于確定上游的調(diào)節(jié)壓力和通向流動通道330的標稱孔口尺寸以確保在空氣簾中的空氣速度被維持在閾值速度或高于閾值速度。
[0056]在摻混設備200的正常操作期間，在摻混室204的出口處或出口周圍的壓力被配置為小于在流動通道330的出口處的空氣壓力并且小于進入摻混室204中的尿素注入壓力。異常操作條件可能產(chǎn)生，其中在摻混室204的出口處或出口下游的壓力超過尿素注入壓力。這可能發(fā)生，例如，是由于注入到熱的排放流路徑中的尿素的閃急沸騰，這引起壓力波朝著摻混室204行進。在這樣的異常條件下，沿著流動通道330的壓力降有效地允許尿素注入，該尿素注入否則將被抑制。另外的異常操作條件可能在尿素注入噴嘴變得永久地或間歇地被堵塞時產(chǎn)生。
[0057]在摻混室204與尿素注入噴嘴中間的堵塞表示另外的可能的異常操作條件。
[0058]當異常操作條件存在時，注入到摻混室中的尿素可以當在流動通道330的出口處的壓力小于尿素注入壓力時流入流動通道330的一部分中，但是當在流動通道330的入口處的壓力大于尿素注入壓力時被阻止流到或流過流動通道330的入口。一旦正常操作條件被恢復，則尿素溶液從流動通道330中被放出，返回至摻混室204以用于注入到排放流道中。此操作允許系統(tǒng)200在異常操作條件否則將抑制注入時提供預定量的尿素注入，并且因此避免或緩和期望量的尿素溶液至排放流道的供應的中斷。
[0059]除了圖2外還參考圖3和圖4，示例性的噴嘴300包括頭部310、臺肩312、圓柱體部分314、帶螺紋的部分316、尖端318和流動通道330。流動通道330沿著軸向中心線302從入口304延伸至出口 306，并且包括底座部分332、限制部(restrict1n)334和擴散器336。流動通道330被配置成將加壓空氣從空氣供應通道222經(jīng)由入口 304、底座部分332、限制部334、擴散器336和出口 306傳送至摻混室204。
[0060]頭部310已在其中形成底座表面308，底座表面308從入口 304至限制部334徑向向內(nèi)成錐形，這界定了底座部分332。在圖示的實施方案中，底座表面308與軸向中心線302以偏移角α偏移，這界定了作為截頭圓錐形部分的底座部分332。還預期的是，根據(jù)諸如期望的流動剖面和止動構(gòu)件210的性質(zhì)的設計參數(shù)，可以使用其他幾何結(jié)構(gòu)。例如，底座表面308的一部分可以與軸向中心線302以不同于偏移角α的角度偏移，并且可以是曲線的。還預期的是，底座表面308和底座部分332可以被省略，其示例性實施方案參考圖6被描述。
[0061]在圖示的實施方案中，頭部310是六邊形的，這便于在安裝至摻混設備200中相應的空腔中的期間傳遞扭矩。在其他實施方案中，頭部310可以由另一種幾何形狀界定。臺肩312和圓柱體部分314被配置成使空氣供應通道與噴嘴300所位于的空腔隔絕。臺肩312的半徑稍大于螺紋320的節(jié)圓半徑。在圖示的實施方案中，圓柱體部分314的直徑小于帶螺紋的部分316的大直徑，并且大于帶螺紋的部分316的節(jié)圓直徑。還預期的是，圓柱體部分314可以具有另一直徑，或可以用徑向向內(nèi)成錐形的噴嘴主體部分代替。
[0062]帶螺紋的部分316界定多個螺紋320。如本文使用的，“多個螺紋”表示帶螺紋的部分316的沿著軸向中心線302的橫截面展示多個脊，其當然可以由環(huán)繞帶螺紋的部分316的外圓周的單個脊形成。螺紋320被配置成匹配地接合相應的空腔中形成的相應的一組螺紋。帶螺紋的部分316的下端界定面322。
[0063]尖端318包括將面322連接至噴嘴面324的錐形表面323。錐形表面323以尖端角β徑向向內(nèi)成錐形，并且可以與噴嘴300位于其中的空腔的相應地成型的截頭圓錐形部分緊密接合，使得空腔與摻混室隔絕。尖端318界定出口 306，加壓空氣被經(jīng)過出口 306被排出到摻混室204中。在圖示的實施方案中，出口306通過擴散器336的第二端部界定。在其他實施方案中，出口 306可以經(jīng)由中間的流動通道部分連接于擴散器336。
[0064]底座部分332被配置成在止回閥209打開時接收來自空氣供應室222的加壓空氣。底座部分332具有第一直徑的入口和小于第一直徑的第二直徑的出口。出口的第二直徑被配置成提供超過閾值速度的加壓空氣流。在另外的實施方案中，底座表面308和底座部分332可以被省略，在該情況下，通向限制部334的孔口可以在頭部310的上表面中形成并且被配置有提供滿足或超過閾值速度的加壓空氣流的直徑。
[0065]當?shù)鬃糠?32被包括時，限制部334處于底座部分332的下游。在圖3的實施方案中，底座部分332的出口是限制部334的入口，使得限制部334的直徑是第二直徑。還預期的是，限制部334可以經(jīng)由中間的流動通道部分被流體聯(lián)接于底座部分332，在該情況下，限制部334的直徑可以不等于第二直徑。限制部334的直徑和軸向長度被選擇以按照預定的量降低加壓空氣的壓力和增加加壓空氣的速度。在圖示的實施方案中，限制部334的軸向長度是噴嘴300的總長度的約百分之三十。例如，噴嘴300的軸向長度可以是約8mm，并且限制部334的軸向長度可以是約2.5mm。在其他實施方案中，設想了其他構(gòu)型。此外，雖然限制部334是圓柱形的，但在其他實施方案中，限制部可以具有不同的直徑。
[0066]擴散器336位于限制部334的下游，并且被配置成降低加壓空氣的速度。在圖示的實施方案中，限制部334的出口是擴散器336的入口，使得擴散器336的入口直徑是第二直徑。還預期的是，擴散器336可以經(jīng)由中間的流動通道部分被流體聯(lián)接于限制部334，在該情況下，擴散器336的入口直徑可以不是第二直徑。
[0067]擴散器336以擴散器角度γ從擴散器入口直徑至大于擴散器入口直徑的擴散器出口直徑徑向向外成錐形。在圖3的實施方案中，擴散器入口直徑是第二直徑，擴散器出口直徑是第三直徑，并且擴散器角度γ被選擇成使得擴散器336從限制部334延伸至出口 306。擴散器出口直徑被選擇，使得加壓空氣的速度被降低至出口速度，在該出口速度下，由與摻混室204的壁的高壓沖擊導致的磨損被減少至期望的速度，該期望的速度可以被選擇以緩和來自提供至摻混室的空氣的對摻混室的磨損或破壞。
[0068]如前所述，當在流動通道中的加壓空氣的速度高于閾值速度時，尿素晶體在流動通道330中的移動被抑制。流動通道330的限制部334和擴散器336被配置成在供應有處于閾值壓力的加壓空氣時提供具有大于閾值速度的速度的加壓空氣，從而防止尿素晶體經(jīng)過限制部334向上游移動。流動通道330可以可選擇地被配置成對閾值速度提供誤差限度;例如流動通道330可以被配置成當供應有處于閾值壓力的加壓空氣時提供至少約50m/s或在50m/s與60m/s之間的速度。
[0069]在某些實施方案中，擴散器角度是相對小的，為10°C或更小，并且擴散器可以大體上延伸至噴嘴出口。例如，在圖3的實施方案中，擴散器角度γ小于約5°，并且擴散器336延伸至出口 306。在其他實施方案中，擴散器角度γ可以選自另一范圍，例如小于10°、或30°至15°。在另外的實施方案中，擴散器角度是相對大的，例如，20°或更大，并且擴散器可以經(jīng)由連接通道被連接至噴嘴出口。優(yōu)選地，在流動通道330的不同的孔口直徑和流動通道330的直的/成角度的部分之間的過渡部被配置成自始至終地維持至簾壁的邊界層連接和平滑的層流。如果擴散器角太高，則可能產(chǎn)生不期望的操作，因為在簾中的層流可分開，形成簾中的渦流，這可顯著增加晶體生長并可最終導致故障。
[0070]限制部334和擴散器336被配置成提供沿著它們組合的長度的壓力降，使得在限制部334的入口處的空氣壓力大于進入與噴嘴300連通的摻混室中的尿素注入壓力并且在擴散器336的出口處的空氣壓力小于進入摻混室中的尿素注入壓力。在正常操作期間，在摻混室的出口處或出口周圍的壓力被配置為小于在擴散器336的出口處的空氣壓力并且小于進入摻混室中的尿素注入壓力。異常操作條件可能產(chǎn)生，其中在摻混室的出口處或出口下游的壓力超過尿素注入壓力。這可以發(fā)生，例如，是由于注入熱的排放流路徑中的尿素的閃急沸騰，這引起壓力波朝著摻混室行進。在這樣的異常條件下，沿著限制部334和擴散器336的壓力降有效地允許尿素注入，該尿素注入否則將被抑制。當這樣的異常條件存在時，注入摻混室中的尿素可以流入擴散器336和限制部334的一部分中，一直到壓力超過注入壓力的點。摻混室可以被配置成允許在沿著擴散器336或限制部334的各種距離處的這種尿素流動但是防止尿素流到或流過流動通道330的入口，因為在流動通道330的入口處的壓力大于尿素注入壓力。在正常操作條件被恢復后，尿素溶液從流動通道330中被放出，返回至摻混室用于注入排放流道中。此操作允許包括噴嘴300的系統(tǒng)在異常操作條件否則將抑制注入時提供預定量的尿素注入，并且因此避免或緩和期望量的尿素溶液至排放流道的供應的中斷。
[0071]圖5描繪了空腔500的示例性實施方案。空腔500在空氣供應室551與摻混室552之間在壁550(例如摻混設備200的壁)中形成?？涨?00包括容納臺肩的部分512、容納圓柱體的部分514、帶螺紋的部分516和容納尖端的部分518?？涨?00被描繪有安裝的噴嘴300(以虛線圖示)，使得空腔500和噴嘴300共享公共的軸向中心線502。
[0072]容納臺肩的部分512被配置成緊密接合臺肩部分312。容納臺肩的部分512和臺肩312配合以形成密封，使得空腔500大體上與空氣供應室551隔絕。容納臺肩的部分512的直徑對應于臺肩312的直徑。
[0073]容納圓柱體的部分514被配置成緊密接合圓柱體部分314的至少一部分。容納圓柱體的部分514具有對應于圓柱體部分314的直徑的直徑。容納圓柱體的部分514還界定被設置尺寸以容納噴嘴螺紋320的多個凹進部。凹進部具有對應于螺紋320的節(jié)圓半徑的最大半徑。
[0074]帶螺紋的部分516包括多個空腔螺紋520，該多個空腔螺紋520通過多個交替的凹進部和突出部界定?？涨宦菁y520被配置成匹配地接合噴嘴螺紋320，從而將噴嘴300固定在空腔500內(nèi)。
[0075]容納尖端的部分518被配置成緊密接合噴嘴尖端318。容納尖端的部分518包括配置成緊密接合面322的平坦部分和配置成緊密接合錐形表面323的錐形部分。容納尖端的部分518還界定空腔出口 508，空腔出口 508具有對應于噴嘴面324的直徑的直徑。在圖示的實施方案中，容納尖端的部分518被配置成使得噴嘴面324與壁550的底表面524大體上齊平。在其他實施方案中，容納尖端的部分518可以具有比噴嘴尖端318更小的軸向長度，使得噴嘴尖端318延伸至摻混室552中。在另外的實施方案中，容納尖端的部分518可以具有比噴嘴尖端318更大的軸向長度，使得空腔500包括將噴嘴出口 306連接至摻混室552的連接通路。
[0076]圖6圖示了不包括底座部分的示例性噴嘴600。噴嘴600被定位在空腔601中，該空腔601在空氣供應室651與摻混室652之間在壁650中形成。噴嘴600界定流動通道630，流動通道630包括入口 604、限制部634、擴散器636和出口 604。限制部634在入口 604處流體聯(lián)接于空氣供應通道602且在交界部635處流體聯(lián)接于擴散器636。擴散器636在交界部635處流體聯(lián)接于限制部634且在出口 606處流體聯(lián)接于摻混室603。
[0077]現(xiàn)參考圖7，圖示了用于SCR后處理系統(tǒng)的示例性排放流路徑700。排放流路徑700包括排放源702，排放源702可以是例如柴油發(fā)動機。排放源702提供穿過管道730的包括NOx成分的排放流?；旌掀?20被布置在管道730中。注入噴嘴710在管道730的中心線處或其附近的被布置在混合器720的下游的位置。摻混設備，例如摻混設備200，將加壓的尿素氣體混合物供應至注入噴嘴710，該注入噴嘴710在通過噴射物712和相關聯(lián)的箭頭所示的排放流的方向?qū)⒃摶旌衔镒⑷?。噴射?12在管道730的中心區(qū)域中大體上均勻地分布但在管道730的周邊區(qū)域不均勻地分布。
[0078]混合器720在流過管道730的周邊區(qū)域的排放物中賦予漩渦，同時允許流動穿過管道730的中心部分正常地繼續(xù)行進。以此方式，排放背壓通過提供最小化指令以僅在其被需要的地方獲得排放物漩渦來被最小化。被引入管道730中的尿素溶液的噴射物712沿著管道730的長度在注入噴嘴710的下游分解以形成氨。氨被從出口 742提供至催化劑單元740的SCR催化劑750，SCR催化劑750用于減少排放物中的成分NO的至少一部分。
[0079]現(xiàn)參考圖2和圖3以及圖7，包括噴嘴300和注入噴嘴710的示例性系統(tǒng)的操作的另外的方面被描述。加壓的尿素溶液通過計量閥202以標稱尿素供應壓力(例如約65鎊/平方英寸)被供應至摻混室204。加壓空氣以約50鎊/平方英寸的標稱壓力被供應至摻混室204。尿素注入壓力通常高于空氣壓力1-1.5巴表壓。取決于操作，尿素壓力和空氣壓力可以不同于標稱壓力。
[0080]在圖示的形式中，加壓空氣進入底座部分332，這使速度增加至第一速度并且使壓力降低至第一壓力，同時將加壓空氣向限制部334傳輸。第一壓力優(yōu)選地也大于尿素供應壓力。加壓空氣以第二速度和第二壓力進入限制部334。在包括底座部分332的實施方案中，第二速度和第二壓力對應于第一速度和第一壓力。在其中不包括底座部分332的實施方案中，第二速度和第二壓力對應于入口速度和入口壓力。在任一種情況下，第二壓力小于室壓力，并且在流動通道330的限制部334和擴散器336中的壓縮空氣的速度大于足以抑制尿素晶體生長和移動的閾值速度。作為非限制性實例，閾值速度可以是47m/s、約50m/s、或在50m/s與60m/s之間。
[0081]限制部334進一步降低加壓空氣的壓力。加壓空氣以第三速度和第三壓力離開限制部334并且進入擴散器336。第三壓力可以大于或小于尿素供應壓力，并且第三速度可以大于或等于閾值速度。擴散器336使加壓空氣膨脹并使其減慢，并且通過出口 306將加壓空氣排出至摻混室204。在出口 306處，加壓空氣具有第四速度和第四壓力。第四速度低于閾值速度，并且足夠低以減少磨損，該磨損否則將由與摻混室204的壁的高壓沖擊產(chǎn)生。第四壓力小于尿素供應壓力，并且可以是例如約20鎊/平方英寸。第四壓力比入口壓力小至少最低壓力損失(minimum pressure loss)，并且優(yōu)選地比第一壓力小至少最低壓力損失。最低壓力損失是至少15鎊/平方英寸，并且優(yōu)選地是20鎊/平方英寸或30鎊/平方英寸。
[0082]在系統(tǒng)的正常操作期間，加壓的尿素和加壓空氣進入摻混室204，并且尿素變得夾帶在加壓空氣中。此尿素-空氣混合物經(jīng)由混合物供應管線被傳輸至注入噴嘴710。由于流過管道730的高溫排放物，注入噴嘴710可以變得很熱。當注入噴嘴710處于足夠高的溫度時，尿素-空氣混合物可與注入噴嘴710接觸時經(jīng)歷閃急沸騰。此閃急沸騰向后穿過混合物供應管線并朝向摻混室204發(fā)送壓力波。
[0083]當壓力波使在摻混室204的出口處的壓力增加至高于尿素注入壓力時，加壓的尿素可能不再經(jīng)由出口構(gòu)件230離開，并且代替地，流入空氣流動通道330中。因為在空氣流動通道330的入口處的壓力大于尿素注入壓力，所以加壓的尿素被阻止行進超過入口，在該處，尿素晶體形成可能是成問題的。同時，注入不被抑制，因為在空氣流動通道330的出口處的壓力小于尿素注入壓力。
[0084]一旦壓力波已消散，則加壓的尿素離開流動通道330，并且系統(tǒng)返回至如之前那樣運行。在流動通道330內(nèi)的加壓空氣的高速度產(chǎn)生足以除去可能存在于流動通道的壁上的任何尿素液滴或晶體的剪切力。這緩和了與結(jié)晶化和由于在熱的排放物條件下的閃急沸騰結(jié)晶化造成的空氣流的損失相關聯(lián)的可靠性和保證問題。如上所述，在系統(tǒng)的操作期間，還可能的是，尿素注入噴嘴可以變得永久地或間歇地被堵塞。在這樣的堵塞的情況下，大于尿素注入壓力的在空氣流動通道330的入口處的壓力阻止注入的尿素行進超過入口，在該處，尿素晶體形成可能是成問題的。當堵塞被移除時，注入可以根據(jù)正常操作繼續(xù)進行。
[0085]雖然本實用新型已經(jīng)在附圖和前面的描述中被詳細地圖示和描述，但其應當被視作說明性的并且在性質(zhì)上不是限制性的，其被理解為，僅某些示例性實施方案已被示出和描述并且在本實用新型的精神內(nèi)的所有改變和修改期望被保護。應當理解，雖然在以上描述中利用的詞語(例如優(yōu)選的(preferabIe)、優(yōu)選地、優(yōu)選(preferred)或更優(yōu)選)的使用表示了該如此描述的特征可能是更期望的，但是其可以不是必要的，并且沒有它們的實施方案可以被預期為在本實用新型的范圍內(nèi)，該范圍由以下的權(quán)利要求界定。在閱讀權(quán)利要求時，意圖的是，當諸如“一 (a)”、“一 (an)”、“至少一個”、或“至少一部分”的詞語被使用時，不意圖將該權(quán)利要求限制于僅一個項，除非在該權(quán)利要求中特別地聲明與此相反。當語言“至少一部分”和/或“一部分”被使用時，該項可以包括一部分和/或整個項，除非特別地聲明與此相反。
【主權(quán)項】
1.一種用于尿素混合室的空氣簾，包括: 摻混室，其具有尿素入口、摻混室氣體入口和摻混室出口 ； 加壓的尿素溶液的源，其被配置成將加壓的尿素溶液以尿素注入壓力提供至所述尿素入口；和 加壓氣體源，其被配置成經(jīng)由通路將加壓氣體傳送至所述摻混室氣體入口，所述通路沿著長度從所述加壓氣體源延伸至所述摻混室氣體入口，所述通路被配置成將沿著其長度傳送的所述加壓氣體的壓力從接收自所述加壓氣體源的氣體的第一壓力降低至提供至所述摻混室氣體入口的氣體的第二壓力； 其中接收自所述加壓氣體源的氣體的所述第一壓力大于所述尿素注入壓力，并且提供至所述摻混室氣體入口的氣體的所述第二壓力小于所述尿素注入壓力。2.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中當在所述摻混室出口處的壓力大于所述尿素注入壓力時，注入到所述摻混室中的尿素沿著所述通路的長度的一部分行進，在所述部分中氣體壓力低于所述尿素注入壓力。3.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述通路被配置成將沿著其長度傳送的所提供的所述加壓氣體的速度從在沿著其長度的第一位置處的第一速度降低至提供至所述摻混室的第二速度。4.如權(quán)利要求3所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中提供至所述摻混室的所述第二速度是47米每秒或更大。5.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述通路被界定在噴嘴中，所述噴嘴延伸穿過由所述摻混室的壁形成的空腔，所述噴嘴的外表面界定與多個相反成型的螺紋匹配地接合的多個螺紋，所述多個相反成型的螺紋由所述空腔的內(nèi)表面界定。6.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述通路具有在所述加壓氣體源的下游的第一位置與在所述第一位置的下游的第二位置之間的均勻的橫截面積、和在所述第二位置與在所述第二位置的下游且在所述摻混室氣體入口的上游的第三位置之間的增加的橫截面積。7.如權(quán)利要求6所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述增加的橫截面積通過所述通路的截頭圓錐形表面界定。8.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述摻混室出口流體聯(lián)接于注入器噴嘴，所述注入器噴嘴被配置成將尿素-氣體混合物注入至排放氣體管道中，所述排放氣體管道具有在所述注入器噴嘴的下游位置處布置在其中的選擇性催化還原SCR催化劑。9.如權(quán)利要求8所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述排放氣體管道被配置成接收來自柴油發(fā)動機的排放流，所述排放流包括作為所述柴油發(fā)動機的操作的副產(chǎn)物的成分的 NOx 010.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述加壓氣體的壓力從所述第一壓力至所述第二壓力降低2巴或更大。11.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中通路被配置成以至少47米每秒的第一速度將加壓氣體提供至所述摻混室氣體入口，并且在所述摻混室氣體入口的上游位置處以大于所述第一速度的第二速度提供加壓氣體。12.如權(quán)利要求1所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中通路被配置成以至少50米每秒的第一速度將加壓氣體提供至所述摻混室氣體入口并且在所述摻混室氣體入口的上游位置處以大于所述第一速度的第二速度提供加壓氣體。13.如權(quán)利要求12所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中在所述摻混室氣體入口的上游位置處，所述加壓氣體的速度在50米每秒與60米每秒之間。14.一種用于尿素混合室的空氣簾，包括: 摻混室，其具有尿素入口、氣體入口和出口； 注入器，其被配置成將加壓的尿素溶液以尿素注入壓力提供至所述尿素入口 ；和閥，其被配置成將加壓的氣體提供至與所述閥和所述氣體入口流動連通的氣體流動通道，所述流動通道被配置成將從所述閥流到所述氣體入口的氣體的壓力從第一壓力降低至第二壓力并且將從所述閥流到所述氣體入口的氣體的速度從第一速度降低至第二速度； 其中所述第一壓力大于所述尿素注入壓力并且所述第二壓力小于所述尿素注入壓力。15.如權(quán)利要求14所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述第二速度是至少47米每秒。16.如權(quán)利要求14所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述第二速度是至少50米每秒。17.如權(quán)利要求14所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中從所述第一壓力至所述第二壓力降低了 1-2巴表壓。18.如權(quán)利要求14所述的用于尿素混合室的空氣簾，其中所述第二壓力比所述第一壓力小至少I巴表壓。
【文檔編號】F01N3/20GK205684224SQ201490000945
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2014年7月9日 公開號201490000945.7, CN 201490000945, CN 205684224 U, CN 205684224U, CN-U-205684224, CN201490000945, CN201490000945.7, CN205684224 U, CN205684224U, PCT/2014/45948, PCT/US/14/045948, PCT/US/14/45948, PCT/US/2014/045948, PCT/US/2014/45948, PCT/US14/045948, PCT/US14/45948, PCT/US14045948, PCT/US1445948, PCT/US2014/045948, PCT/US2014/45948, PCT/US2014045948, PCT/US201445948
【發(fā)明人】喬治·L·芒蒂恩, 史蒂夫·霍爾, 喬伊迪普·查克拉巴蒂, 約翰·安西斯, 約書亞·D·亨利, 塞繆爾·約翰遜, 安德魯·邁爾
【申請人】康明斯排放處理公司