《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》是濰柴動力股份有限公司於2013年12月4日申請的專利，該專利的公布號為CN103711552A，授權公布日為2014年4月9日，發明人是劉偉達、王奉雙、王遠景、李俊普。
《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》公開一種箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置，進氣管裝置包括外管以及插裝於所述外管內的進氣椎管和直筒管，所述進氣椎管的大徑端與箱式SCR催化消聲器的進氣口連線，所述進氣椎管的小徑端與所述直筒管的一端相接；所述外管的管壁開設有外穿孔。該裝置有效地延長了排氣的流動路徑，且進氣的截面積變化使得聲阻抗會發生變化，一部分聲能會被反射回進氣管裝置，從而消耗聲能。可見，該進氣管裝置提高了消聲效果。而且，進氣管裝置進口處設計為錐形的進氣椎管，可增加氣流擾動，從而避免尿素結晶；同時，該進氣管裝置可直接套用於原有的箱式SCR催化消聲器上，無需作其他改動。
2020年7月14日，《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置
- 申請人：濰柴動力股份有限公司
- 申請日：2013年12月4日
- 申請號：201310647437X
- 公布號：CN103711552A
- 公布日：2014年4月9日
- 發明人：劉偉達、王奉雙、王遠景、李俊普
- 地址：山東省濰坊市高新技術產業開發區福壽東街197號甲
- Int. Cl.：F01N3/28(2006.01)I、F01N13/00(2010.01)I
- 代理機構：北京集佳智慧財產權代理有限公司
- 代理人：羅滿、魏曉波
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,技術效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
SCR技術是消除發動機排氣中氮氧化物的主要後處理技術之一。根據功能，SCR系統主要包括控制單元、尿素劑量單元和催化反應單元三部分。SCR系統的控制單元與發動機的控制單元（ECU）集成在一起，主要是用來執行SCR控制策略，並根據環境溫度、排氣溫度、尿素液位、尿素溫度、尿素壓力、NOx濃度等感測器信號控制尿素劑量單元，尿素劑量單元則根據需求定時定量地將尿素溶液噴射到排氣氣流中。
尿素溶液經尿素噴嘴噴入排氣管或者直接噴入SCR催化消聲器內，通常在溫度200℃以上發生熱解反應，產生氨氣（NH3），氨氣在催化劑的作用下在SCR催化消聲器內與尾氣中的氮氧化物（NOx）反應，達到消除柴油機尾氣氮氧化物（NOx）的目的。
參考圖1-2，圖1為一種典型的箱式SCR催化消聲器的結構示意圖，該圖部分剖視以示出消聲器內部結構；圖2為圖1中消聲器內進氣管的結構示意圖。
該催化消聲器包括器體，器體設有進氣口和出氣口，如圖1所示，器體的左上端設有進氣接管，右下端設有出氣接管13，器體內部則設有一層進氣管12，進氣管12的管壁在其周向上設有若干穿孔121。進氣管12的一端用於連線進氣接管，如圖1所示，進氣接管包括進氣連線管111和變徑偏心管112，進氣連線管111連線發動機的排氣管，則進氣連線管111的進口即為消聲器的進氣口，變徑偏心管112的兩端分別連線進氣連線管111和器體內部的進氣管12。
箱式SCR催化消聲器的噴嘴向器體內的進氣管12噴射尿素溶液，尿素溶液與排入的氣流在進氣管12內混合，進氣管12的穿孔121加強二者的霧化效果，以便二者充分混合後參與還原反應，最終由出口接管的出氣口排出。
然而，上述技術方案存在下述技術問題：箱式SCR催化消聲器的進氣管12結構單一，氣體流線較短，氣體在流動過程中不能有效地摩擦消耗聲能，消音作用有限。有鑒於此，如何提高箱式SCR催化消聲器的消音效果，是該領域技術人員亟待解決的技術問題。
發明內容
專利目的
《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》的目的為提供一種箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置。該進氣管裝置能夠顯著地提高箱式SCR催化消聲器的消音效果。
技術方案
《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》提供的箱式SCR催化消聲器的進氣管裝置，包括外管和插裝於所述外管內的進氣椎管和直筒管，所述進氣椎管的大徑端與箱式SCR催化消聲器的進氣口連線，所述進氣椎管的小徑端與所述直筒管的一端相接；所述外管的管壁開設有外穿孔。
優選地，所述直筒管的管壁開設有內穿孔。
優選地，所述內穿孔設於所述直筒管上遠離所述進氣椎管的一端，且所述內穿孔沿所述直筒管的周向布置。
優選地，所述外穿孔的設定位置與所述內穿孔的位置在軸向上錯開。
優選地，所述內穿孔布置於所述直筒管的整個管壁。
優選地，還包括設於所述外管內腔的碗型導流板，所述碗型導流板的開口朝向所述直筒管上遠離所述進氣椎管的一端。
優選地，所述碗型導流板的開口邊緣焊接於所述外管的管壁。
《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》還提供一種箱式SCR催化消聲器，包括器體，所述器體外部設有進氣口和出氣口，所述器體內部設有進氣管裝置，排氣經所述進氣口進入所述進氣管裝置，並由所述出氣口排出，所述進氣管裝置為上述任一項所述的進氣管裝置。
該箱式SCR催化消聲器具有上述的進氣管裝置，故具有上述進氣管裝置相同的技術效果。
優選地，所述器體內設有支撐所述進氣管裝置的前擋板和後擋板，所述前擋板和所述後擋板之間形成中腔，所述中腔內設有反應載體；所述前擋板和所述後擋板分別與所述器體內壁形成前腔、後腔；由所述外管排出的氣體依次進入所述中腔、所述前腔、所述反應載體、所述後腔並經所述出氣口排出。
技術效果
如此設定的進氣管裝置，發動機的排氣進入進氣管裝置後，先經進氣椎管增速進入直筒管，再進入直筒管和外管之間，然後排出外管。可達到下述技術效果：
第一、上述流動路徑有效地延長了排氣的流動路徑，聲能摩擦損失變大；另外，直筒管和外管的嵌套設計，相當於在外管內加設一個擴張腔，而且，當排氣的入射聲波進入外管內部後，由於進氣管裝置的進口處設定進氣椎管，使得進氣的截面積產生變化，聲阻抗會發生變化，一部分聲能會被反射回進氣管裝置，從而消耗聲能。可見，該進氣管裝置提高了消聲效果。
第二、進氣管裝置進口處設計為錐形的進氣椎管，可增加氣流擾動，從而避免尿素結晶。
第三、雙層管結構的進氣管裝置在外徑、長度等可設計與原有的單層進氣管相等，故該進氣管裝置可直接套用於原有的箱式SCR催化消聲器上，無需作其他改動。
附圖說明
圖1為一種典型的箱式SCR催化消聲器的結構示意圖，該圖部分剖視以示出消聲器內部結構；
圖2為圖1中消聲器內混合管進氣管的結構示意圖；
圖3為《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》所提供箱式SCR催化消聲器一種具體實施例的結構示意圖；
圖4為圖3中混合管進氣管裝置的結構示意圖；
圖5為圖3的部分剖視圖，以示出消聲器內部結構；
圖6為圖5中前擋板的結構示意圖；
圖7為圖5中後擋板的結構示意圖。
圖1-2中：111進氣連線管、112變徑偏心管、12進氣管、121穿孔、13出氣接管；
圖3-7中：211進氣連線管、211a進氣口、212變徑偏心管、221外管、221a外穿孔、222進氣椎管、223直筒管、223a內穿孔、224碗型導流板、225支撐板、23出氣接管、23a出氣口、24前擋板、24a通孔、25後擋板、26前腔、27後腔、28中腔、29反應載體。
技術領域
《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》涉及排氣後處理技術領域，特別涉及一種箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置。
權利要求
1.一種箱式SCR催化消聲器的進氣管裝置，其特徵在於，包括外管（221）以及插裝於所述外管（221）內的進氣椎管（222）和直筒管（223），所述進氣椎管（222）的大徑端與箱式SCR催化消聲器的進氣口（211a）連線，所述進氣椎管（222）的小徑端與所述直筒管（223）的一端相接；所述外管（221）的管壁開設有外穿孔（221a）。
2.如權利要求1所述的進氣管裝置，其特徵在於，所述直筒管（223）的管壁開設有內穿孔（223a）。
3.如權利要求2所述的進氣管裝置，其特徵在於，所述內穿孔（223a）設於所述直筒管（223）上遠離所述進氣椎管（222）的一端，且所述內穿孔（223a）沿所述直筒管（223）的周向布置。
4.如權利要求3所述的進氣管裝置，其特徵在於，所述外穿孔（221a）的設定位置與所述內穿孔（223a）的位置在軸向上錯開。
5.如權利要求2所述的進氣管裝置，其特徵在於，所述內穿孔（223a）布置於所述直筒管（223）的整個管壁。
6.如權利要求1-5任一項所述的進氣管裝置，其特徵在於，還包括設於所述外管（221）內腔的碗型導流板（224），所述碗型導流板（224）的開口朝向所述直筒管（223）上遠離所述進氣椎管（222）的一端。
7.如權利要求6所述的進氣管裝置，其特徵在於，所述碗型導流板（224）的開口邊緣焊接於所述外管（221）的管壁。
8.一種箱式SCR催化消聲器，包括器體，所述器體外部設有進氣口（211a）和出氣口（23a），所述器體內部設有進氣管裝置，排氣經所述進氣口（211a）進入所述進氣管裝置，並由所述出氣口（23a）排出，其特徵在於，所述進氣管裝置為權利要求1-6任一項所述的進氣管裝置。
9.如權利要求8所述的箱式SCR催化消聲器，其特徵在於，所述器體內設有支撐所述進氣管裝置的前擋板（24）和後擋板（25），所述前擋板（24）和所述後擋板（25）之間形成中腔（28），所述中腔（28）內設有反應載體（29）；所述前擋板（24）和所述後擋板（25）分別與所述器體內壁形成前腔（26）、後腔（27）；由所述外管（221）排出的氣體依次進入所述中腔（28）、所述前腔（26）、所述反應載體（29）、所述後腔（27）並經所述出氣口（23a）排出。
實施方式
參考3-4，圖3為《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》所提供箱式SCR催化消聲器一種具體實施例的結構示意圖；圖4為圖3中進氣管裝置的結構示意圖。
該實施例中的SCR催化消聲器為箱式催化消聲器，其外形可呈方形設計，尤其適用於卡車。催化消聲器的工作原理可參考背景技術以及2013年之前的技術理解，此處不再贅述。
箱式SCR催化消聲器包括器體，和連線於器體的進氣口211a、出氣口23a，與背景技術相似，器體的外部可設有出氣接管23，以及依次連線的進氣連線管211和變徑偏心管212，進氣連線管211的進口可形成進氣口211a，出氣接管23的出口可形成出氣口23a。且，消聲器的器體內部設有進氣管裝置，發動機排氣管內的廢氣經進氣口211a進入進氣管裝置內，與尿素充分混合後，經器體內腔流向出氣口23a，然後排出。
該實施例箱式SCR催化消聲器內的進氣管裝置，包括外管221和插裝於外管221內的進氣椎管222以及直筒管223。進氣椎管222呈錐形設定，且進氣椎管222的大徑端為進氣端，與消聲器的進氣口211a連線，進氣椎管222的小徑端與直筒管223的一端相接，如圖4所示。如此，自消聲器進氣口211a進入的排氣經進氣椎管222進入，即進氣椎管222相當於進氣管裝置的進氣接口，經進氣椎管222流入的排氣繼而流向直筒管223，直筒管223內的排氣能夠流向外管221與直筒管223之間的空間，並經外管221流出。
此處，外管221的管壁開設有外穿孔221a，排氣經外穿孔221a排出進氣管裝置，外穿孔221a可用於加強排氣和尿素溶液的霧化混合效果，外管221可設計為圓柱形，以增強排氣混合或流動的均勻性；而且，氣流經外穿孔221a時能夠消耗聲能，從而起到一定的消聲作用。進氣椎管222設於進氣管裝置的進口處，其錐形設計可以使得排氣增速，以迅速進入直筒管223內。
如此設計的進氣管裝置以及具有該進氣管裝置的箱式SCR催化消聲器，均具有下述技術效果：
第一、直筒管223和外管221形成雙層管結構的進氣管裝置，排氣首先經進氣椎管222進入直筒管223內，再流向外管221和直筒管223之間，則有效地延長了排氣的流動路徑，聲能摩擦損失變大；另外，直筒管223和外管221的嵌套設計，相當於在外管221內加設一個擴張腔，而且，當排氣的入射聲波進入外管221內部後，由於進氣管裝置的進口處設定進氣椎管222，使得進氣的截面積產生變化，聲阻抗會發生變化，一部分聲能會被反射回進氣管裝置，從而消耗聲能。可見，該實施例中進氣管裝置的消音效果相較於背景技術，得以進一步改善。
第二、進氣管裝置進口處設計為錐形的進氣椎管222，可增加氣流擾動，從而避免尿素結晶。
第三、雙層管結構的進氣管裝置在外徑、長度等可設計與原有的單層進氣管相等，故該實施例中的進氣管裝置可直接套用於原有的箱式SCR催化消聲器上，無需作其他改動。
進一步地，直筒管223的管壁可開設內穿孔223a，如圖3、4所示。與外穿孔221a的作用相似，內穿孔223a也可消耗聲能，提高消聲效果，並可用於加強排氣和尿素溶液的霧化混合效果。實際上設定內穿孔223a後，排氣和尿素溶液在內穿孔223a處進行一次霧化混合，經外穿孔221a後，又進行一次霧化混合，二次霧化混合顯然大大提高了排氣和尿素溶液的混合效果，為後續的還原反應創造有利條件；而且，霧化混合效果好也有助於阻止尿素液滴粘附、聚集在進氣管裝置或器體的壁面，阻止尿素結晶。另外，兩層穿孔設計，進一步加長了排氣氣流的行程，有效地降低噪聲、減弱不同頻率段上的噪聲。
在此基礎上，內穿孔223a可設於直筒管223上遠離進氣椎管222的一端，且內穿孔223a沿直筒管223的周向布置。如圖4所示，直筒管223的左端與進氣椎管222相接，直筒管223的右端設有內穿孔223a，且內穿孔223a沿其周向360度布置。排氣自左端進入直筒管223內，行進一段路徑後經右端的內穿孔223a流向外管221和直筒管223之間。如此，排氣進入直筒管223後，需流動一段路徑後再流出直筒管223，流動路線較長，可以加強消音效果。周向布置內穿孔223a，則排氣流動的均勻性較好。
優選的方案是，外穿孔221a的設定位置與內穿孔223a的位置可以在軸向上錯開，軸向即外管221、直筒管223的軸向。如圖4所示，外穿孔221a靠近外管221的左端設定，外管221的左端則靠近進氣椎管222，而內穿孔223a則靠近直筒管223的右端設定。如此，排氣經內穿孔223a排出後，還需朝進氣椎管222的方向再運行一段距離，才能經外穿孔221a流出，可見，排氣的流動路徑進一步加長，消音效果也更好。
可以根據流體力學原理、背壓、混合均勻度等因素計算，並結合試驗驗證，設計出內穿孔223a、外穿孔221a的最佳孔徑、開孔長度以及錯開長度等，以獲得最佳的消聲效果。
當然，內穿孔223a也不限於上述設定方式，比如，內穿孔223a可以布置於直筒管223的整個管壁。雖然，排氣在該種設計結構下的流動路徑小於上述實施例，但使得排氣和尿素溶液的霧化混合效果更好。
針對上述各實施例，還可以在外管221內腔設定碗型導流板224，碗型導流板224的開口朝向直筒管223上遠離進氣椎管222的一端。請繼續參考圖4，碗型導流板224的開口朝向直筒管223的右端，直筒管223的右端可以抵接於碗型導流板224，此時，碗型導流板224對直筒管223還可以起到一定的支撐作用，進一步地，直筒管223的端部可以與碗型導流板224焊接。當然，直筒管223也可以與碗型導流板224具有適當距離。
排氣進入進氣管裝置後，隨著流動路徑的增長，在進氣管裝置的底部（圖4中進氣管裝置的右端，與進氣椎管222相對）可能存在流動滯止的現象，而碗型導流板224結構能夠有效增強進氣管裝置底部的排氣氣流的擾動，從而改善流動滯止現象，促進尿素溶液液滴的二次破碎和混合，從而防止尿素形成尿素結晶，增強與排氣的混合效果。
該實施例中，碗型導流板224的開口邊緣可焊接於外管221的管壁，以使碗型導流板224牢靠地固定於外管221內，且保證氣流擾動效果。當然，碗型導流板224也可以採用其他常規連線方式固定於外管221，比如，卡接、螺紋連線等方式。
上述實施例中，在外管221內可設定支撐直筒管223的支撐板225，以確保直筒管223能夠穩定地嵌套於外管221內，如圖4所示，支撐板225固定於外管221的內壁，直筒管223直接貫穿該支撐板225，則支撐板225較為可靠地支撐起直筒管223。進氣椎管222的進氣端與外管221的端部焊接固定，另一端與直筒管223相接，則進氣椎管222、直筒管223均穩定地固定於外管221內。
另外，該實施例提供的箱式SCR催化消聲器，其器體內可設定支撐進氣管裝置的外管221的前擋板24和後擋板25，如圖5-7所示，圖5為圖3的部分剖視圖，以示出消聲器內部結構；圖6為圖5中前擋板的結構示意圖；圖7為圖5中後擋板的結構示意圖。
前擋板24和後擋板25之間形成中腔28，中腔28內設有反應載體29，前擋板24和後擋板25分別與器體內壁形成前腔26、後腔27，後腔27靠近出氣口23a設定。前擋板24設有連通中腔28和前腔26的通孔24a，由外管221排出的氣體先進入中腔28，然後通過前擋板24的通孔24a進入前腔26。反應載體29的進口插裝於前擋板24，則前腔26內的氣體可進入反應載體29進行參與催化反應，反應載體29的出口連通後腔27，則反應後的氣體可進入後腔27，再經出氣口23a排出。即氣體的流動路徑為外管221-中腔28-前腔26-反應載體29-後腔-出氣口23a。
如此，排氣經外管221排出後，其流動路徑也得以增長，進一步提高消音效果。而且，前擋板24、後擋板25在形成三個腔室的情況下，還起到支撐外管221的作用，實際上支撐了整個進氣管裝置，確保進氣管裝置能夠穩定地安裝於消聲器的器體內。
榮譽表彰
2020年7月14日，《箱式SCR催化消聲器及其進氣管裝置》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
