專利名稱：通過流體流相互撞擊的流體霧化法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體的霧化法，特別是從噴嘴排出的流體的霧化法。
背景技術(shù)：
流體的霧化法例如是通過把要霧化的流體與氣體混合來實(shí)現(xiàn)的。用于霧化 法的氣體的使用不可避免地將該氣體引入到霧化的流體流中，并且在很多實(shí)際 設(shè)備中這種流體的混合是非常不希望有的。關(guān)于涉及尿素霧化法的本發(fā)明的一 方面，霧化法已于之前通過利用壓縮空氣實(shí)施。在此背景下，已發(fā)現(xiàn)空氣的存 在將引起易于堵塞流道的結(jié)晶的增長。另一個(gè)缺點(diǎn)是大的空氣消耗量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是將一種或多種流體霧化，所述流體優(yōu)選液體，并是一種或 多種流體流的形式。這一目的已經(jīng)通過本發(fā)明的各個(gè)方案及優(yōu)選實(shí)施例得以達(dá) 到，通過本發(fā)明， 一個(gè)或多個(gè)流體流流動(dòng)以便產(chǎn)生提供流體的霧化的流體流的 撞擊。優(yōu)選地霧化意味著流體流分裂成較小的單元，比如液滴。該流體流在撞
擊前可以例如具有約為O.lmm的橫截面，而流體流之間發(fā)生撞擊之后產(chǎn)生的 液滴具有約為0.01mm的橫截面。但是，所述較小和較大值的尺寸都在本發(fā)明 的范圍之內(nèi)。
流體優(yōu)選地指液體或氣體。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例也可以用來將固體 顆粒分解成車交小的顆粒。對(duì)于這種實(shí)施例，"流體流，，可以理解成包括被分解 成較小單元的"固體顆粒流"的意思。
本發(fā)明第一方面關(guān)于對(duì)一種或多種流體霧化作用的方法，該方法包括引導(dǎo) 增壓流體通過每一個(gè)都具有定向的一個(gè)或多個(gè)出口 ，以便從一個(gè)或多個(gè)出口排 出的流體流在離所述一個(gè)或多個(gè)出口 一段距離處撞擊來提供所述流體的霧化。 應(yīng)該注意該4晉詞也覆蓋了產(chǎn)生圓錐形并沿順流方向漸細(xì)的流體流以使流體流
流經(jīng)出口4童擊的出口。
優(yōu)選地， 一個(gè)或多個(gè)所述出口連接到包括一個(gè)或多個(gè)截止閥的流動(dòng)系統(tǒng)
上。
優(yōu)選地，流體間歇地、以脈動(dòng)的方式、以連續(xù)的方式或其結(jié)合的方式通過 一個(gè)或多個(gè)出口 。這具有可以容易控制霧化的流體數(shù)量的優(yōu)勢(shì)。
在一優(yōu)選實(shí)施例中間歇地和/或脈動(dòng)地引導(dǎo)流體通過所述的一個(gè)或多個(gè)出 口是通過打開和關(guān)閉 一個(gè)或多個(gè)截止閥提供的。
流體優(yōu)選地以同步的方式通過一個(gè)或多個(gè)出口 ，因?yàn)檫@樣可以確保撞擊并 產(chǎn)生霧化作用。
優(yōu)選地，彼此碰撞的流體流具有基本上相等的動(dòng)能，因?yàn)檫@可以保證不失 衡的霧化的流體噴霧。另外，或與之結(jié)合，彼此碰撞的流體流優(yōu)選地具有基本 上相等的質(zhì)量流量和速度。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，至少兩個(gè)流體流在一個(gè)平面內(nèi)從一個(gè)或多個(gè)出 口射出。由于流體流在中心彼此撞擊，這可以提供一種有效的霧化作用。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以優(yōu)選地包括引導(dǎo)增壓液體有選擇性的通過多個(gè)出 口的一些或全部，比如四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、九個(gè)、十個(gè)或更多出 口 ，用這種方式通過引導(dǎo)流體通過部分或全部出口來改變霧化的流體的數(shù)量。 由此可以控制霧化的流體的數(shù)量。
該一個(gè)或多個(gè)出口優(yōu)選地布置成至少提供兩個(gè)霧化噴霧。至少兩個(gè)噴霧優(yōu) 選地由所述出口的定向提供，以便其以平行或交叉的方向行進(jìn)。
在本發(fā)明的一個(gè)特殊優(yōu)選實(shí)施例中，霧化在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中進(jìn)行，優(yōu) 選的是柴油內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)，且在這種情況下被霧化的流體優(yōu)選為尿素。
尿素的霧化比當(dāng)尿素以例如流體或較大的液滴等其它形成供應(yīng)時(shí)能產(chǎn)生
更好的尿素與廢氣的混合。該霧化意味著尿素和NOx氣體之間的化學(xué)反應(yīng)得 以改善，并且排到環(huán)境中的NOx氣體會(huì)因此而減到最小。
本發(fā)明的第一方面通過#4居本發(fā)明第二方面的一個(gè)或多個(gè)噴嘴有利地實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明第二方面涉及對(duì)一個(gè)或多個(gè)流體流的霧化的噴嘴，所述噴嘴包括一 個(gè)入口和一個(gè)或多個(gè)出口 ，所述一個(gè)或多個(gè)出口布置成^f吏從一個(gè)或多個(gè)出口排
出的流體流撞擊。應(yīng)該注意該措詞也覆蓋了產(chǎn)生圓錐形并沿順流方向漸細(xì)的流 體流以便流過出口的流體流撞擊的出口 。流體流可以從一個(gè)或多個(gè)流體線供
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應(yīng)，且一個(gè)或多個(gè)流體可以是被增壓的。流體流在霧化期間或霧化之后混合是 流體流之間撞擊的另外目的。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，噴嘴包括至少兩個(gè)出口，該兩個(gè)出口布置成使從其中一 個(gè)所述出口排出的流體流與從另一個(gè)所述出口排出的流體流相撞擊?？蛇x擇 的，噴嘴可以包括至少三個(gè)，比如至少四個(gè)、比如至少五個(gè)出口、比如至少六 個(gè)出口 。
所有出口優(yōu)選地通過中間流動(dòng)通道連接到入口上，該中間流體通道分隔并 引導(dǎo)流體進(jìn)入噴嘴到達(dá)出口。優(yōu)選地，中間流體通道以基本上相同的方式引導(dǎo) 并分隔流體到達(dá)出口。
該流體通道的橫截面可以具有任何形狀，比如圓形或方形。此外該橫截面 可以沿整個(gè)流動(dòng)路徑是相同的，或在形狀和/或尺寸上有變化。該流動(dòng)通道的 橫截面可以設(shè)計(jì)成通過在噴嘴的入口比出口端具有較大的總流動(dòng)通道橫截面 來建立流體中壓力的累積。
出口優(yōu)選地布置成使從至少兩個(gè)出口排出的流體流以介于30和100。之 間比如70和95。之間的角度彼此撞擊，優(yōu)選為90° 。但是，所有確保流體流 的撞擊的角度都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。對(duì)于噴嘴的所有排出流動(dòng)通道該角度可以 是相同的，但該排出流通通道也可以布置成有些流體流以一個(gè)角度撞擊且其它 流體流以至少另一角度撞擊。而且，該角度可以是固定的，或是變化的，例如 通過使噴嘴包括能堵塞某些排出流通通道的關(guān)閉裝置而建立的可變角度。
一個(gè)或多個(gè)出口優(yōu)選地由形成與所述入口流體連通的排出流動(dòng)通道的孔 的終端限定。這些排出通道優(yōu)選地通過中間流動(dòng)通道與入口或噴嘴的空腔連 通，該空腔與進(jìn)入通道流體連通。
優(yōu)選地，從出口排出的流體流的橫截面積在0.005 mn^到0.05 mm2的范圍 內(nèi)，比4口在0.01 mm 到0.03mm2的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.02mm2。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，該噴嘴包括至少四個(gè)出口，其中兩個(gè)出口布置成使從 其中排出的流體以第一角度撞擊，而另個(gè)兩個(gè)出口布置成使從其中排出的流體 以第二角度撞擊，第一和第二角度彼此不同。然而，該噴嘴可以包括任意多個(gè) 排出流動(dòng)通道，布置成從其排出的流體流以任意多個(gè)角度成對(duì)地或三個(gè)或更多 成組的撞擊。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)出口包括布置成使從噴嘴射出的流體 將以沿順流方向上具有漸細(xì)的圓錐形排出的槽。該槽可以設(shè)置成圓錐孔和布置 在孔內(nèi)的對(duì)應(yīng)的圓錐形構(gòu)件。該圓錐形構(gòu)件可以可調(diào)整地布置成使得構(gòu)件的縱 向位置能被調(diào)整，由此槽的尺寸能被調(diào)整。這提供了調(diào)整排出噴嘴的流體的數(shù) 量的可能。該構(gòu)件還可以包括另外的排出流動(dòng)通道。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的噴嘴可以包括過濾裝置和/或加熱裝置。這些裝置 可以用來過濾和/或加熱引入噴嘴的一個(gè)或多個(gè)流體。
根據(jù)本發(fā)明的噴嘴還可以包括一個(gè)或多個(gè)閥裝置。這樣的閥裝置可以用于 切斷通過一個(gè)或多個(gè)出口的流體流以便控制被霧化的流體的數(shù)量，和/或完全 切斷流過噴嘴的流體。因此可以提供一種脈動(dòng)的和/或間歇地通過噴嘴的流體流。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于混合液體尿素與從內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨?機(jī)排出的廢氣的系統(tǒng)。在根據(jù)這方面的實(shí)施例中，通過利用如上所述的噴嘴， 尿素在廢氣中被添加并霧化。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴可以布置在內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)排氣系統(tǒng)的 管的中心位置。在另一實(shí)施例中，多個(gè)噴嘴可以沿內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的管壁環(huán) 向分布。 一個(gè)或多個(gè)噴嘴可以布置成沿廢氣的順流方向或任何其它方向釋放霧 化流體的形式，比如垂直于順流方向。在本發(fā)明范圍內(nèi)，該一個(gè)或多個(gè)噴嘴可 以設(shè)置相對(duì)于排氣系統(tǒng)的管的任何位置上。


下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明，其中 圖1示意性地示出了通過使兩束流體流撞擊來霧化流體的一般原理； 圖2示意性地示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中由兩個(gè)獨(dú)立噴嘴提供兩束撞擊 的流體流；
圖3示意性地示出了本發(fā)明實(shí)施例的橫截面視圖，其中由單個(gè)噴嘴提供兩 束撞擊的流體流；
圖4a和圖4b示意性地示出了在間歇流動(dòng)狀態(tài)的期間兩束撞擊的流體流； 圖5示意性地示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中流體流過兩個(gè)以上通道； 圖6示出了噴嘴出口端上的流道出口的不同的可能位置。該視圖朝向根據(jù)
本發(fā)明的不同實(shí)施例的噴嘴出口端；
圖7示意性地示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中流體流在距離噴嘴的出口端表 面的不同距離處撞擊；
圖8示意性地示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中出口設(shè)置成環(huán)形槽；
和
圖9示意性地示出了本發(fā)明的一種可能的應(yīng)用，其中它被用于添加到內(nèi)燃 機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的排入氣體中尿素的霧化。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地示出了通過使兩束流體流撞擊來霧化流體的一般原理。依據(jù) 該一般原理把流體分成若干流體流，在圖1所示的例子中分成了兩束流體流， 每一束流體流被給予動(dòng)能。給予流體流的動(dòng)能的量使得當(dāng)具有流體流的相當(dāng)大 的反向速度分量的條件下撞擊時(shí)，流體流分裂成具有附圖中的點(diǎn)所示的小的液 滴大小的噴霧。這就是本文中所指的霧化。如果要提供一種盡可能最好的霧化 法，在每一束流體流在中心彼此"撞擊"對(duì)霧化過程是必要的，例如在圖1 的例子中兩束流體流在一個(gè)平面內(nèi)。此外，應(yīng)提供流體流的質(zhì)量流量和速度之 間的平衡，以便提供不失衡的噴霧。
該反向速度分量的數(shù)值取決于流體流之間的角度等其它因素。如果該角度 較小，例如為60° ，流體流的霧化較少且產(chǎn)生的噴霧沿流體流速度矢量和的 方向具有相當(dāng)大的速度。如果該角度較大，例如為120° ,小液滴向流體流的 方向的上游猛烈沖出-如圖1中所示。在由噴嘴提供流體流的情況下，液滴的 向后猛沖會(huì)導(dǎo)致流體以液膜和/或液滴沉積在噴嘴上。
圖2示意性地示出了圖1中公開的的方案，其中由兩個(gè)獨(dú)立但相似的，比 如完全相同的，噴嘴1提供兩束流體流。兩個(gè)噴嘴由一個(gè)壓縮源(未示出)供 應(yīng)流體，這樣就很容易確保兩個(gè)噴嘴1提供的流體流具有比如相等的相似的質(zhì) 量流量、比如相等的相似的速度。
圖3示意性地示出了通過兩個(gè)通道引導(dǎo)流體流動(dòng)來霧化流體的一般原理， 兩個(gè)通道布置成使得射出的流體流彼此撞擊，從而流體被霧化。所示流體從同 一個(gè)流體管線供給，且流體管線一^1經(jīng)過增壓。然而，本發(fā)明也可用來霧化且 同時(shí)混合從不同的流體源導(dǎo)向噴嘴的兩種或更多不同的流體。
參照?qǐng)D3，所述噴嘴1包括進(jìn)入通道2，通過該進(jìn)入通道待霧化的流體供 給到噴嘴1。進(jìn)入通道2在圖3中的位置a分支成引導(dǎo)流體進(jìn)入兩個(gè)不同的排 出流體通道4a和4b的兩個(gè)中間流體通道3a和3b。所述通道2, 3和4構(gòu)成 了流動(dòng)通道，形成從噴嘴1的入口 5到噴嘴的出口 6a和6b的流動(dòng)路徑。如圖 3所示，排出流體通道4a和4b是中間流體通道3a和3b的延續(xù)。根據(jù)本發(fā)明， 一般來說，排出流體通道4a和4b被限定為提供流體流方向以便彼此撞擊的流 體通道。
如上所述，為了提供不會(huì)失衡的噴霧，兩個(gè)流體流之間應(yīng)該存在平衡。為 了確保圖3中公開實(shí)施例的這一點(diǎn)，兩個(gè)流通路徑的歧點(diǎn)a與出口 6a和6b之 間的流阻以及其中相應(yīng)的尺寸都做成相同大小。因此，兩個(gè)流體流的速度和質(zhì) 量流量將變得相似，例如相等。
射出出口 6a和6b的流體在圖3中以細(xì)線表示，并表示出了流體在離噴嘴 一定距離處撞擊，該撞擊導(dǎo)致主要在下游方向延伸的如扇形點(diǎn)云狀物所示的霧 化。
噴嘴內(nèi)的流體通道的橫截面可以具有與用來制造噴嘴的實(shí)際制造工藝有 關(guān)的任何形狀。橫斷面優(yōu)選為圓形，那么在下文中提到的尺寸指的是該橫斷面 的直徑。對(duì)于其它形狀，所述尺寸指的是特征尺寸，比如方形橫斷面的邊長。
流體通道2, 3和4的尺寸根據(jù)噴嘴的實(shí)際用途以及按此待霧化流體的數(shù) 量來選擇。在典型的實(shí)施例中，所述通道的橫截面是直徑約為O.lmm的圓形。
然而，噴嘴射出流體的數(shù)量在很大程度上由出口 6a和6b的尺寸以及通過 出口 6a和6b的壓差決定。因此可以預(yù)測(cè)，通道2， 3和4可以具有比出口大 的橫斷面且提供由通過出口 6a和6b的壓差和其橫截面積來確定的等霧化的流 體量。
如上所述的流體流碰撞應(yīng)該具有足夠的動(dòng)能以便被霧化。在本發(fā)明的 一些 應(yīng)用中，被霧化的質(zhì)量流量一般會(huì)變化至少一個(gè)數(shù)量級(jí)，以使最小質(zhì)量流量可 能低至最大質(zhì)量流量的1%。低質(zhì)量流量時(shí)動(dòng)能會(huì)很小以致于沒有或僅僅存在 微乎其微的霧化。特別是，在質(zhì)量流量以最大值的1 %連續(xù)供給噴嘴的情況下， 存在于流體流中的每質(zhì)量單位的能量值將小于最大質(zhì)量流量時(shí)存在于流體流 中的能量值的0.01%。如此少的能量值將不足以霧化流體。該問題已經(jīng)由本發(fā)明通過僅提供間歇的高流速同步流體流解決。在這樣的情況下，兩個(gè)流動(dòng)路徑
的歧點(diǎn)a與出口 6a和6b之間的流動(dòng)阻力以及其相應(yīng)的尺寸都做成相同大小也 不足夠。為了避免在流體流脈沖的開始和停止形成大的液滴，應(yīng)該進(jìn)一步的設(shè) 法保證限制在比如歧點(diǎn)a與出口 6a和6b之間的兩個(gè)流體線的質(zhì)量相近，比如 說完全相同。否則， 一個(gè)流體線會(huì)比另一個(gè)流體線更快的加速和減速，并且可 能會(huì)發(fā)生如圖4所示的流體線的一端不能被另一流體線撞擊的情況。
在某些實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)噴嘴通過閥， 一般為電磁閥， 連接于流體的壓縮源。或者閥包括在噴嘴中。所述源和噴嘴出口之間的流動(dòng)路 徑由于管、接頭、密封等的彈性而一般不會(huì)有理論上那么硬，且在流動(dòng)路徑中 存在有小氣泡。如果彈性太大，比如是由于軟連接和較大的氣泡引起的，流動(dòng) 路徑中的壓力在關(guān)閉流體流動(dòng)時(shí)降低得太慢，從而流體將繼續(xù)流動(dòng)，但具有太 小的動(dòng)能以致不能提供霧化，這將導(dǎo)致在靠近噴嘴出口的噴嘴表面上生成液 滴。如果彈性較大，流動(dòng)將快速停止并且由減速產(chǎn)生的低壓能將積累在噴嘴外 部的流體吸回噴嘴內(nèi)，這樣就避免了液滴的形成。
作為圖l所示實(shí)施例的替代方案，進(jìn)入通道2不包括歧點(diǎn)，而由通過與圖 3所示類似的進(jìn)入通道與入口 5流體連通的噴嘴內(nèi)的空腔組成。該空腔2a的 例子在圖8中示出。該空腔還與與圖3所示的類似的流體通道出口流體連通。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中所述流體通道設(shè)置在一個(gè)固體塊狀材料上。在另 一個(gè)實(shí)施例中流體通道通過連接兩個(gè)或更多的構(gòu)件來建立，其中 一個(gè)或多個(gè)構(gòu) 件包含形成通道的凹槽。
所述噴嘴可以4艮據(jù)實(shí)際應(yīng)用由鋼、鋁、塑料或陶瓷制成，并且任何一種可 能的材料都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。材料的選擇取決于若干參數(shù)，包括噴嘴的工作 溫度，用來制造噴嘴的制造工藝，相對(duì)流體的耐化學(xué)性，和流速及其產(chǎn)生的磨 損率。
流體流撞擊的位置至少由兩個(gè)因素決定，即圖3中出口 6a和6b的距離以 及圖3中的角度a。當(dāng)排出流動(dòng)通道為圓柱形時(shí)，該角度一般等于各排出流動(dòng) 通道的對(duì)稱軸線之間的角度。然而，該排出流動(dòng)通道也可以沿流動(dòng)路徑具有變 動(dòng)截面，比如為具有沿流體流引導(dǎo)方向橫截面積遞增或遞減的圓錐形。當(dāng)排出 流動(dòng)通道的橫截面為圓形時(shí)，其直徑等于從其排出的流體流的直徑。然而，當(dāng)
流動(dòng)通道為圓錐形時(shí)，排出流動(dòng)通道端部的直徑不同于從其排出的流體流。
在圖3中排出流動(dòng)通道4之間的角度ct圖示為大約90。，但也可以^f吏用其 它角度，比如30°、 60°或120。。該角度要么是銳角要么是鈍角。此外該角度可 是固定的也可以是變化的?？勺兘嵌瓤梢岳缤ㄟ^使噴嘴1包括具有不同角度 的排出流動(dòng)通道4并進(jìn)一步地包括用于堵塞一些通道的關(guān)閉設(shè)備(未示出)來 獲得。
噴嘴1可能另外的包括其它裝置，比如過濾裝置和/或用于加熱流體的加 熱裝置。這種加熱的目的可以是為改善霧化，但也可以與流體的實(shí)際應(yīng)用有關(guān)。 例如，如果加熱的流體能改善流體和比如氣體或流體的另 一成分之間的化學(xué)過 程，那么就會(huì)需要對(duì)流體進(jìn)行加熱。
此外，噴嘴1可以包括用于切斷通過一個(gè)或多個(gè)出口 6的流動(dòng)的一個(gè)或多 個(gè)閥-或供應(yīng)給噴嘴的流體通過一個(gè)或多個(gè)閥供應(yīng)。圖7所示的實(shí)施例包括用 于在離噴嘴的第 一距離處霧化流體的第 一組出口和用于在離噴嘴的第二距離 處霧化流體的第二組出口 ，閥可用于獨(dú)立于通過另 一組出口的流動(dòng)而切斷通過 其中一組出口的流動(dòng)。因此可以很容易地控制被霧化流體的數(shù)量。
還可以通過操作閥提供流體脈動(dòng)流和/或通過由噴嘴間歇地供給流體來控 制被霧化流體的數(shù)量。這可以通過連續(xù)地打開和關(guān)閉閥以便連續(xù)地允許和阻止 流體流過噴嘴來完成。4艮多情況下，脈動(dòng)需要閥是不完全關(guān)閉的。當(dāng)有少量流 體要被霧化時(shí)這樣的控制尤為有用，因?yàn)檫@樣的脈動(dòng)將產(chǎn)生具有足夠能量的流 體流以使撞擊會(huì)產(chǎn)生霧化(參見以上這個(gè)問題的前述論述)。當(dāng)噴嘴在對(duì)霧化 流體的需求不持續(xù)的情況下工作時(shí)，利用這種方式是有利的，且在此情況下， 通過保持閥打開的狀態(tài)提供大量的霧化流體并通過連續(xù)地打開和關(guān)閉閥提供 少量的霧化流體。
如上所述，當(dāng)采用間歇地流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，必須確保從不同排出流動(dòng)通道4 排出的流體仍能撞擊。如果將要撞擊的流體被導(dǎo)入的流動(dòng)通道3、 4具有相同 的截面尺寸，可以比如通過具有相同長度的這些流動(dòng)通道3、 4確保^童擊。然 而，可能需要具有將要撞擊的流體導(dǎo)入其中的不同長度的流動(dòng)通道3、 4。于 是可以通過選擇適當(dāng)?shù)慕孛娉叽缫源_保撞擊的發(fā)生。例如，當(dāng)兩種不同流體撞 擊，而其中一種流體在通過流動(dòng)通道的同時(shí)要加熱時(shí)，可能要求具有不同長度
的流動(dòng)通道3、 4。
圖5示意性地說明了包括本發(fā)明的四個(gè)流動(dòng)通道3的實(shí)施例。然而，任意 數(shù)目的流動(dòng)通道都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在圖5所示的實(shí)施例中，流體流彼此成 對(duì)地撞擊，但從三個(gè)或更多排出流動(dòng)通道4排出的流體流也能撞擊。也可以使 一些流體流成對(duì)地撞擊，而其它的流體流以三個(gè)或更多成組地撞擊。在本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例中，除一個(gè)之外的所有流體流撞擊該一個(gè)流體流。包括流動(dòng)通道 3、 4的噴嘴1可以這樣設(shè)計(jì)，使得通道的出口 6定位成能夠使霧化發(fā)生在比 僅有兩個(gè)出口通道時(shí)更大的面積上。兩種可能的設(shè)計(jì)和排出流動(dòng)通道的數(shù)量示 意性地顯示在圖6中，圖6示出了噴嘴的端面。這對(duì)其中只有一種流體要被霧 化時(shí)是有利的，但該實(shí)施例還可以用來對(duì)兩種或更多流體在其混合之前或混合 的同時(shí)進(jìn)行霧化。
噴嘴可以這樣設(shè)計(jì)，如圖5所示，使得所有的流體流與一個(gè)或多個(gè)其它流 體流在離噴嘴1的端面7相同的距離發(fā)生撞擊。然而，也可以設(shè)計(jì)成確保流體 流以離噴嘴端面7不同的距離發(fā)生撞擊，如圖7示意性地示出的。這都可以通 過圖7中示意性地示出的流體流從其撞擊的排出流動(dòng)通道4之間具有不同的角 度或不同的距離獲得。因此可以改善霧化和/或流體流的混合。
取代利用兩個(gè)或更多個(gè)不同出口 6，出口可以由如圖8示意性地示出的環(huán) 形/圓槽8形成。槽8可以設(shè)置成布置圓錐孔9，并且相應(yīng)的圓錐形構(gòu)件10設(shè) 置在該孔內(nèi)。在本實(shí)施例中，槽8排出的流體將以漸細(xì)的圓錐形排出噴嘴1。 該圓錐形構(gòu)件IO可以可調(diào)整的布置成使得構(gòu)件的縱向位置能被調(diào)整，由此槽 8的尺寸能被調(diào)整。這提供了調(diào)整排出噴嘴1的流體量的可能。
在另一未示出的實(shí)施例中，噴嘴用撓性材料制成。撓性材料的使用將會(huì)帶 來出口的橫截面積取決于噴嘴內(nèi)壓力的效果。結(jié)果是相對(duì)較高的壓力將提供允 許相對(duì)較大量的流體流出出口的大的橫截面積。噴嘴中相對(duì)小的壓力將提供允 許相對(duì)較小數(shù)量的流體流出出口的相對(duì)較小的橫截面積。這樣的噴嘴優(yōu)選地用 如硅樹酯的耐熱材料制成。
在未示出的優(yōu)選實(shí)施例中，排出流動(dòng)通道由套管構(gòu)成。這些套管嵌入在比 如塑性材料中，或者焊接或粘結(jié)在金屬片上，并連接到將待霧化流體供給到套 管的供給通路系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的噴嘴可以應(yīng)用在許多方面。特別是一個(gè)以上的噴嘴被用來實(shí) 現(xiàn)關(guān)于待霧化流體和霧化的流體的分布的特定需求。比如兩個(gè)噴嘴可以布置成 使來自每一個(gè)噴嘴霧化的流體流入彼此之中。而且，可以用兩個(gè)或更多噴嘴通 過在最大需求時(shí)使用所有噴嘴、在對(duì)霧化的流體的需求減小時(shí)關(guān)閉噴嘴和在對(duì) 霧化的流體的需求增加時(shí)開啟噴嘴來控制待霧化流體的數(shù)量。在這種情況下， 從每一個(gè)噴嘴能夠提供的霧化的流體的數(shù)量可以在包含的噴嘴和噴嘴之間是 不同的意義上說，噴嘴可以是不同的-然而，噴嘴也可能完全相同的。
若干噴嘴的使用可以提高流體霧化的可靠性，比如在噴嘴被塞住的情況 下。在這樣的情況下，剩余噴嘴中的壓力增加(假定噴嘴連接到相同的流體源 上)導(dǎo)致剩余噴嘴將釋放大量的霧化流體。
本發(fā)明可以在要求對(duì)流體進(jìn)行霧化的若干應(yīng)用中得到使用。 一個(gè)這樣的應(yīng)
用是向內(nèi)燃機(jī)的廢氣中添加尿素，例如圖9示意性地示出的柴油機(jī)。該圖示出
了包括優(yōu)選地根椐柴油機(jī)原理運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)燃機(jī)11、容納尿素的液體溶液(例如
已知的商標(biāo)名AdBlue下)的容器12和催化系統(tǒng)13的系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)11的排氣 裝置通過排氣管14連"^妻于催化系統(tǒng)13，所述排氣管一般具有120mm的直徑， 并連接于容納尿素液體溶液的容器12。該系統(tǒng)還包括計(jì)量裝置15,用于將尿 素輸入排氣系統(tǒng)供給，以便其可以與廢氣反應(yīng)，來使釋放到環(huán)境中的NOx氣 體達(dá)到最少。當(dāng)才艮據(jù)本發(fā)明的噴嘴1用來對(duì)加入到廢氣中之前的尿素進(jìn)行霧化 時(shí)，該噴嘴可以包含在設(shè)置于管16上的計(jì)量裝置15之后的任何位置的獨(dú)立裝 置(未示出)中，該管16—般具有4mm直徑并把尿素引導(dǎo)到廢氣中?；蛘咂?可以與計(jì)量裝置15結(jié)合。
該裝置優(yōu)選地放置成使霧化的尿素在離開噴嘴1之后直接與廢氣混合，且 該噴嘴一般地布置成使從噴嘴排出的流體沿順流方向或沿廢氣的任何其它方 向噴射進(jìn)廢氣流中，所述方向不必平行于廢氣的順流方向，比如可以垂直于順 流方向。噴嘴可以布置在內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的排氣系統(tǒng)的管中央和/或排氣系 統(tǒng)的管道壁上。多個(gè)噴嘴可以沿內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)管壁環(huán)向分布。在本發(fā)明的 范圍內(nèi)，該一個(gè)或多個(gè)噴嘴可以設(shè)置在相對(duì)于排氣系統(tǒng)的管的任何位置上。
噴嘴1典型地在排氣系統(tǒng)中以提供廢氣中霧化氣體的均勻分布的方式布 置，以保證霧化的流體會(huì)在催化系統(tǒng)13中均勻分布。因此，噴嘴以其出口面
對(duì)廢氣順流的方向(并不一定平行)布置在圖9所示的管道14的中心。
為了提高霧化的流體均勻分布性，可以在排氣系統(tǒng)中布置多個(gè)噴嘴。這樣
的多個(gè)噴嘴優(yōu)選地環(huán)向布置且有時(shí)均勻分布。然而，該噴嘴也可沿廢氣的順流 方向分布。這種噴嘴的出口優(yōu)選地布置成使出口面向廢氣的順流方向(并不一 定平行)。
應(yīng)該注意沿順流方向、環(huán)向布置的噴嘴，和/或布置在管道中心的一個(gè)或 多個(gè)噴嘴的組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
以上公開針對(duì)尿素的霧化。但是，本發(fā)明也適用于霧化其它流體，在霧化 進(jìn)入排氣系統(tǒng)中的尿素時(shí)，能以與尿素以類似的方式和NOx反應(yīng)來提供選擇 性催化還原的任何流體均能使用。
本發(fā)明能安裝在或改裝在已有的卡車、公共汽車、火車、采礦設(shè)備、建筑 設(shè)備、船泊和飛機(jī)上的重型柴油機(jī)或汽油機(jī)上。
權(quán)利要求
1.一種霧化一種或多種流體的方法，所述方法包括引導(dǎo)增壓流體通過一個(gè)或多個(gè)出口，每一個(gè)所述出口都具有定向，以便從所述一個(gè)或多個(gè)出口排出的流體流在離所述一個(gè)或多個(gè)出口一段距離處撞擊，以提供所述流體的霧化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 一個(gè)或多個(gè)所述出口連接 到包括一個(gè)或多個(gè)截止閥的流動(dòng)系統(tǒng)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流體間歇地通過 所述的一個(gè)或多個(gè)出口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流體以脈動(dòng)的方 式通過所述一個(gè)或多個(gè)出口 。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流體以連續(xù)的方 式通過所述一個(gè)或多個(gè)出口 。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流體以間歇地、 脈動(dòng)地和/或連續(xù)地將將所述流體供給到所述出口的相結(jié)合的方式被排出到所 述的一個(gè)或多個(gè)出口 (6)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3、 4或6所述的方法，其特征在于，所述間歇地和/或 脈動(dòng)地引導(dǎo)流體通過所述的一個(gè)或多個(gè)出口是通過打開和關(guān)閉所述一個(gè)或多 個(gè)截止閥提供的。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述流體以同 步方式通過所述一個(gè)或多個(gè)出口。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，彼此撞擊的流 體流具有基本上相等的動(dòng)能。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，彼此撞擊的流 體流具有基本上相等的質(zhì)量流量和速度。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少兩個(gè)流體 流在一個(gè)平面內(nèi)排出所述的一個(gè)或多個(gè)出口。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，包括引導(dǎo)增壓液體選擇性地 通過多個(gè)出口的部分或全部出口，比如四個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)、九個(gè)、 十個(gè)或更多出口，用這種方式通過引導(dǎo)流體通過部分或全部出口來改變霧化的 流體的數(shù)量。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多 個(gè)出口布置成提供至少兩個(gè)霧化的噴霧。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的至少兩個(gè)噴霧由 所述出口的定向提供，以便其沿平行或交叉的方向行進(jìn)。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述霧化在內(nèi) 燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的排氣系統(tǒng)中進(jìn)行，優(yōu)選的是柴油內(nèi)燃機(jī)。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述流體是尿素。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述一個(gè)或多 個(gè)出口設(shè)置在根據(jù)權(quán)利要求18-31中任一項(xiàng)所述的噴嘴中。
18. —種霧化一種或多種流體的噴嘴，所述噴嘴包括一個(gè)入口和一個(gè)或多 個(gè)出口 ，所述一個(gè)或多個(gè)出口布置成使從所述一個(gè)或多個(gè)出口排出的流體流在 離所述的一個(gè)或多個(gè)出口 一段距離處撞擊。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴包括至少兩個(gè) 出口 ，所述至少兩個(gè)出口布置成使從其中一個(gè)所述出口排出的流體流與從另一 個(gè)所述出口排出的流體流撞擊。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的噴嘴，所述噴嘴包括至少三個(gè)出口，比如至 少四個(gè)出口、比如至少五個(gè)出口、比如至少六個(gè)出口。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的噴嘴，其特征在于，所有出口通過中間 流動(dòng)通道連接到所述入口 ，所述中間流體通道優(yōu)選地以基本上相同的方式分隔 并引導(dǎo)所述流體進(jìn)入所述噴嘴到達(dá)所述出口 。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18-21中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，所述出口布 置成使從至少兩個(gè)出口排出的流體流以介于30°和100°之間的角度彼此撞 擊。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18-22中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于， 一個(gè)或多個(gè) 所述出口由形成與所述進(jìn)入通道流體連通的排出流動(dòng)通道的孔的終端限定。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18-23中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，從所述出口 排出的流體流的橫截面積在0.005 mm2到0.05 mm2的范圍內(nèi)，比如在0.01 mm2 到0.03mm2的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.02mm2。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18-24中任一項(xiàng)所述的噴嘴，包括至少四個(gè)出口，其中， 所迷出口中的兩個(gè)布置成使從其中排出的流體流以第 一角度撞擊，而另外兩個(gè) 出口布置成使從其中排出的流體流以第二角度撞擊，所述第一和第二角度彼此 不同。
26. 根據(jù)權(quán)利要求18-25中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，所述一個(gè)或 多個(gè)出口包括槽，所述槽布置成使從所述噴嘴排出的流體流以沿順流方向漸細(xì) 的圓錐形的流體流排出。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的噴嘴，其特征在于，所述槽由圓錐孔和布置 所述圓錐孔中的圓錐形構(gòu)件提供，其中所述圓錐形構(gòu)件優(yōu)選地在縱向上是可移 置的以便改變所述槽的橫截面積。
28. 根據(jù)權(quán)利要求18-27中任一項(xiàng)所述的噴嘴，所述噴嘴還包括過濾設(shè)備 和/或加熱i殳備。
29. 根據(jù)權(quán)利要求18-28中任一項(xiàng)所述的噴嘴，所述噴嘴還包括布置成控 制通過所述噴嘴的流動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)閥，比如用于切斷所述噴嘴和/或^提供通 過所述噴嘴的脈動(dòng)和/或間歇的流體流動(dòng)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的噴嘴，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)閥布置 成用于控制通過一個(gè)或多個(gè)出口的流動(dòng)，而獨(dú)立于通過一個(gè)或多個(gè)其它出口的 流動(dòng)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求18-30中任一項(xiàng)所述的噴嘴，其特征在于，包括所述一 個(gè)或多個(gè)出口的所述噴嘴的至少一個(gè)區(qū)域由比如硅樹酯的撓性材料制成。其特征在于，通過利用根據(jù)權(quán)利要求18-31任一項(xiàng)所述的一個(gè)或多個(gè)噴嘴將所 述尿素在所述廢氣中添加并霧化。
32.<image>image see original document page 4</image>
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其特征在于， 一個(gè)噴嘴布置在內(nèi)燃機(jī) 排氣系統(tǒng)的管的中心。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)噴嘴沿內(nèi)燃機(jī) 的排氣系統(tǒng)的管壁環(huán)向分布。
35.根據(jù)權(quán)利要求32-34中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴布置成使沿廢氣的順流方向或沿與所述順流方向不平行的另一方向， 比如垂直于所述順流方向，釋放霧化的流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及霧化一種或多種流體的領(lǐng)域。本發(fā)明已經(jīng)公開了多個(gè)實(shí)施例，其中一種或多種流體流流動(dòng)以便產(chǎn)生提供流體霧化的流體流的撞擊。提供霧化的多種裝置和方法已被公開，其中那些裝置或方法中的至少一部分提供了介于最大值和最小值之間的大范圍的被霧化的流體的數(shù)量。該流體流在撞擊前可以例如具有約為0.1mm的橫截面，且撞擊之后產(chǎn)生的液滴具有約為0.01mm的橫截面。
文檔編號(hào)B05B1/26GK101189069SQ200680017160
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者克里斯蒂安·博 申請(qǐng)人:格蘭富Nonox公司