(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に注入された流体を排気流に混合するためのミキサーであって、
管状ハウジングであって、前記管状ハウジングの開口端から軸線方向に延在する、周方向に相隔たる数対のスロットを含む管状ハウジングと、
第１のフランジと前記第１のフランジから離隔された第２のフランジとを相互連結する基部を含む第１の混合要素であって、前記第１のフランジは前記数対のスロットのうちの１対のスロットにおける片方のスロットの内側に位置付けられ、前記第２のフランジは、前記１対のスロットのうちのもう片方のスロットの内側に位置付けられ、前記第１および第２のフランジは前記管状ハウジングに固定される、第１の混合要素と、
相隔たる第３および第４のフランジを相互連結する基部を含む第２の混合要素であって、前記第３および第４のフランジは、前記数対のスロットのうちの他の対のスロットの内側に位置付けられて前記ハウジングに固定される、前記第１の混合要素から離隔された第２の混合要素と、を備え、
前記ハウジングは、内向きに突出する第１および第２のリップを含み、前記第１のリップは、前記１対のスロットのうちの片方のスロットの一方の側に沿って延在して前記第１のフランジに固定され、前記第２のリップは、前記１対のスロットの内のもう片方のスロットの一方の側に沿って延在して前記第２のフランジに固定される、ミキサー。
【請求項２】
前記第１および第２の混合要素の前記基部はほぼ平面状であり、互いにほぼ平行に延在する、請求項１に記載のミキサー。
【請求項３】
前記ミキサーの加熱中において、前記第１の混合要素が屈曲して混合要素の熱膨張による前記ハウジングに加わる応力を減らすように、前記第１の混合要素は、前記基部の中央の平面部から半径方向外向きに位置付けられた屈曲部または幾何学的形状を含む、請求項１に記載のミキサー。
【請求項４】
前記第１および第２のフランジは、前記第１の混合要素の前記基部と同一平面にある、請求項１に記載のミキサー。
【請求項５】
前記ハウジングは、前記ミキサーの加熱中において、熱膨張による前記第１の混合要素のサイズの増大に応じて曲がるように位置およびサイズが決められたバネ部分を複数含む、請求項４に記載のミキサー。
【請求項６】
前記第１の混合要素は、前記ハウジングの外面の円筒形状を越えて突出しない、請求項１に記載のミキサー。
【請求項７】
前記第１および第２のフランジは、前記第１の混合要素の前記基部に対してほぼ垂直に延在する、請求項１に記載のミキサー。
【請求項８】
前記第１のリップは前記第１のフランジに重なる、請求項１に記載のミキサー。
【請求項９】
前記第１および第２のフランジは、前記第３および第４のフランジとは反対方向外向きに延在する、請求項１に記載のミキサー。
【請求項１０】
前記ハウジングは、周方向に相隔たる複数の凹部を含み、前記数対のスロットは前記複数の凹部の内部に位置付けられる、請求項１に記載のミキサー。
【請求項１１】
前記ハウジングは、第１および第２の対向する端面を前記１対のスロットのうちの片方のスロットの両側に含み、前記第１のフランジは前記第１および第２の端面の間に位置付けられる、請求項９に記載のミキサー。
【請求項１２】
前記第１および第２の混合要素の各々は金属薄板を含む、請求項１に記載のミキサー。
【請求項１３】
前記ハウジングは、前記排気管の内部に少なくとも部分的に位置付けられて前記排気管に固定されるようになっている、請求項１に記載のミキサー。
【請求項１４】
前記第１の混合要素の前記基部は、前記軸線方向に延在するリブを含む、請求項１に記載のミキサー。
【請求項１５】
前記第１の混合要素を収容する前記１対のスロットは止め面に終端し、前記第１および第２のフランジの位置は前記止め面によって限定される、請求項１に記載のミキサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミキサーの使用方法およびミキサー自体に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの一段型ミキサーは、最も密接に関連する従来技術から公知である。
【０００３】
特許文献１には、流れ誘導面のための壁構造が設けられたミキサーが記載されている。この壁構造は、ハウジングのプロファイルを基本的に占め、ひいては相対的に高い動圧損失を引き起こす。この壁構造は、流れ方向に平行に位置合わせされた波状に起伏する条片材から成るいくつかの層から成る。個々の層は、流れ方向を横切る方向にそれぞれ延在し、流れ方向を横切る方向に位置合わせされて互いに上下に積み重ねられる。ここで、個々の層の条片材は、隣接し合う層の条片材の間に複数のセルが形成されてこれらのセルの各々を流れ方向に通過できるように、積み重ねられる。
【０００４】
丸みのある波状起伏に加え、条片材の波状起伏を矩形または台形形状で設計することも可能である。この結果として、個々のセルのプロファイルを矩形または六角形で、あるいはハニカム形状で、実現できる。条片材は支持体を形成し、その上に複数の流れ誘導面が混合フィンとして対で形成される。この目的のために、支持体は、混合フィンを有する領域と、これに連結された、混合フィンの無い領域とを交互に備えるので、１つの混合フィンが各セルに入り込む。
【０００５】
特許文献２には、互いに前後に直接配置された複数のフィンから成るフィンユニットによって排気ガスの混合を引き起こす排気ガス混合装置が記載されている。これらフィンユニットは、流れ方向を横切る方向に互いに隣接して、流れ方向に前後に配置される。複数のフィンは、支持体なしに互いに直接連結され、中心平面に対して鏡面対称に配置される。
【０００６】
特許文献３には、特に、窒素酸化物を含有する排気ガスに還元剤を追加するために、ガス流路に流入する大量のガス流に流体を混合するための装置が記載されている。この目的のために、流体送達用のノズルを有するノズルランスが用いられる。その軸線は、大量のガス流の流れ方向に対して傾斜している。平坦なミキサー要素が、空間を置いて、ノズルに割り当てられる。ミキサー要素は、大量のガス流の流れ方向に対して傾斜している。ミキサー要素上で流れ渦が複数形成され、流体の少なくとも一部がこれらの流れ渦に入る。被膜の形成を防ぐために、液体が流体として用いられる場合は、大量のガス流の流れ方向に対して傾斜した、互いに反対方向に向いた少なくとも２つのアトマイザノズルがノズルランスに設けられる。両アトマイザノズルは、気化した気体状部分と気化していない飛沫部分との分離が可能であるように、ディスク式ミキサー要素に割り当てられる。
【０００７】
特許文献４には、排気ガスを誘導する排気ガスラインと、この排気ガスラインに液体を注入する注入装置とを有する、燃焼機用の排気ガスプラントが記載されている。この排気ガスラインには、排気ガスラインの長手方向に延在する管状板体を少なくとも１つ備えた気化ユニットが注入装置の下流に設けられ、これによって注入された液体の気化を向上させる。更に、気化装置を排気ガスライン内に取り付ける、または前記排気ガスラインに対して気化装置を緊張させる、バネ式クランプ装置が設けられる。
【０００８】
特許文献５には、最も密接に関連する従来技術として、還元剤の注入装置を有する排気ガスシステムが記載されている。この排気ガスシステムにおいては、排気ガスラインの長手方向に延在する壁を少なくとも１つ備えた板体が注入装置の下流に配置される。この壁はその両側が排気ガス流に暴露される。この壁の少なくとも一部に還元剤が噴射されることにより、液状の還元剤が蒸気または気体状態に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公告第１０  ２００６  ０２４  ７７８（Ｂ３）号
【特許文献２】独国実用新案第２０  ２００６  ０１７  ８４８（Ｕ１）号
【特許文献３】独国特許出願公開第１０  ２００５  ０５９  ９７１（Ａ１）号
【特許文献４】独国特許出願公開第１０  ２００６  ０４３  ２２５（Ａ１）号
【特許文献５】独国特許出願公開第１０  ２００５  ０５２  ０６４（Ａ１）号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の概念は、排気ガス管の形状に応じて排気ガスと流体との混合度を上げる方法を提供することである。
【００１１】
本解決策は、注入装置によって排気ガスシステムの排気ガス管に注入された流体を排気ガス管内の排気ガス流に混合する方法である。本方法は、以下の方法段階を特徴とする。
ａ）排気ガス流は、注入装置の領域において、排気ガス管に平行な流れ方向に排気ガス管内を誘導されている。
ｂ）流体は、上記流れ方向から角度ｓｅだけ逸れる中心注入方向に注入され、排気ガス管内に配置された偏向要素に直接衝突する。
ｃ）上記偏向要素に設けられた、上記流れ方向に対して角度ｓｖで少なくとも部分的に立ち上がる少なくとも１つの金属薄板部材によって、排気ガス流の一部が、上記流れ方向を基準として、その流れ方向から中心分散方向に方向転換される。
ｄ）当該流体の少なくとも一部は、偏向要素に衝突する前および後に、方向転換された排気ガス流部分によって分散方向に運ばれ、立ち上がった金属薄板部材によって分散方向に方向転換される。ここで不可欠なことは、排気ガス流がミキサーの前で金属薄板部材によって、上記流れ方向から著しく逸れた分散方向に方向転換されていることである。ここで、流体を注入可能な方向の角度ｓｅは、２７０°と３６０°の間で可変である。
【００１２】
結果として、一方の側で注入された流体は、中心の方向に排気ガス管のプロファイル全体にわたって運ばれ、従ってミキサーに、ミキサーのプロファイル全体にわたって衝突し、その後、排気ガス流に混合可能である。据え付けスペースにより、排気ガス管が直線状ではなく湾曲している場合でも、偏向要素によって排気ガス管の進行方向に対する流体の移動方向に影響を及ぼすことができる。
【００１３】
別の概念は、金属薄板部材の前に注入方向を基準として配置された修正板に流体の少なくとも一部が衝突し、少なくとも部分的に流れ方向に方向転換され、その後に、少なくとも１つの混合要素を有するスタティックミキサーによっていくつかの混合方向に方向転換されることによって更に混合される。修正板は、金属薄板部材に基本的に平行に金属薄板部材の上方に配置され、金属薄板部材の流体注入側に分散される。流体流の他の複数の部分が、金属薄板部材に到達する前に、修正板によって注入方向から流れ方向に既に方向転換されていると、ミキサーの前の流体の分散を向上させることができる。
【００１４】
金属薄板部材の立ち上がりは、この金属薄板部材に設けられた、同じ、またはそれぞれ異なる、角度ｓｖで立ち上がるいくつかのフィンによって実現されると好都合である。角度ｓｖは０°と８５°の間である。各フィンが立ち上がるという事実により、金属薄板部材自体を流れ方向に平行に配置可能であり、排気ガス流の、ひいては流体の、必要な方向転換をフィンのみによって引き起こすことができる。
【００１５】
穿孔方向に延びるいくつかの穿孔穴が修正板に設けられると更に都合がよい。この穿孔方向は、流れ方向を基準として４５°と１３５°の間の角度ｂｓである。結果として、１つ以上の修正板を介して流体の一部をミキサーのプロファイルにわたって更に分散できる。したがって、流体の一部は注入装置内を更に流れることができ、修正板によって部分的に方向転換される。流れの貯留部分は更に方向転換されて流れ方向に運ばれる一方で、穿孔穴を貫通する流れの非貯留部分は注入方向に次の修正板に達するか、または金属薄板部材に達する。
【００１６】
修正板は流れ方向に平行に配置され、流れ方向を基準として角度ｓｋで立ち上がる修正フィンをいくつか備える。角度ｓｋは９５°と２６５°の間である。これら修正フィンは修正板から打ち抜かれるので、非貯留流体は、打ち抜きによって形成された複数の開口部を通って、修正板を通過できる。同時に、流体は各修正フィンによって安定化されるので、上記の流れ状態と異なり、排気ガス流によってより緩慢に流れ方向に方向転換される。
【００１７】
いくつかの混合フィンが混合要素に設けられる。これら混合フィンは、流れ方向を基準として角度ｍｓで立ち上がり、分散方向を基準として角度ｍｖで立ち上がる。角度ｍｓは最大７０°であり、角度ｍｖは１°より大きい。混合プロセスのためには、流体はこれら混合フィンによって更に方向転換され、当該フィンまたは修正フィンによって決められた同じ方向に更に誘導されないことが都合がよい。
【００１８】
この方法のためには、排気ガスシステムの排気ガス管内に配置される偏向要素は、排気ガス流を誘導する一方で、注入装置によって排気ガスシステムに注入された流体を保持すると都合がよい。この場合、偏向要素は、流れ方向において、少なくとも１つの混合要素を有するスタティックミキサーの前に位置付け可能であり、排気ガス流内に位置付け可能な金属薄板部材を少なくとも１つ備える。この金属薄板部材は、流れ方向を基準として角度ｓｖで分散方向に少なくとも部分的に立ち上がる。この結果として、排気ガス流は、流体と共に、少なくともその一部が流れ方向から分散方向に方向転換される。この金属薄板部材には、角度ｓｖで立ち上がるフィンが形成される。金属薄板部材は、排気ガス管のプロファイルにわたって、ひいてはミキサープロファイル全体にわたって、その一部が既に気体状態に変換された流体の対称的な分散を実現するために、流れ方向においてミキサーの直前に配置される。気体状部分が小さいほど、ミキサーによる混合プロセスに対する偏向要素の影響が大きい。金属薄板部材は、フィンによって流れ方向に対して分散方向に角度ｓｖで少なくとも部分的に立ち上がる。この結果として、排気ガス流は、流体と共に、流れ方向から分散方向に少なくとも部分的に方向転換される。流れ方向に平行に配置された金属薄板部材自体の方向転換に対する影響は無視できる。
【００１９】
金属薄板部材には、角度ｓｖで立ち上がるフィンがいくつか形成される。いくつかのフィンによって、排気ガス管のプロファイルにわたって分散される流体の方向転換が実現される。いくつかのフィンを流れ方向に前後に配置することによって、これらのフィンによって実現される流れ方向における方向転換が部分的に累積するので、流れ要素の方向転換がより大きくなる。
【００２０】
流体の大部分が偏向要素の方向に大きく衝突するように、偏向要素を排気ガス管内に位置付けることができる。結果として、流体の速度が偏向要素によって最初に低減されるので、その結果として、流れ方向をより容易に変えることができる。
【００２１】
排気ガスの質量流量および排気ガスの温度に応じて、排気ガス管内への流体の進入深さと偏向要素への流体の衝突面積とが変わる。
【００２２】
偏向要素は、流れ方向に平行に、または金属薄板部材に平行に、配置された修正パネルを１つまたはいくつか備える。これら修正板は、流体を減速させ、排気ガス流による流体の早期方向転換を可能にする。これら修正板は、それぞれ長さが異なってもよく、または全て同じ長さで設計されてもよい。
【００２３】
修正板は、９５°と２６５°の間の角度ｓｋで立ち上がる１つまたはいくつかの修正フィンと、これら修正フィンによって流れ方向を横切る方向に形成されるいくつかの開口部、および／または穿孔方向に延びるいくつかの穿孔穴、を備える。穿孔方向は、流れ方向を基準として４５°と１３５°の間の角度ｂｓである。あるいは、流れ方向に対して４５°と１３５°の間の角度ｂｓの穿孔方向に延びる穿孔穴がいくつか設けられる。結果として、流体の一部はその注入方向に開口部または穿孔穴を通って直接流れることができ、減速されない。修正板によって流れの修正および安定化が実現される。
【００２４】
金属薄板部材は、流れの反対方向を基準として全ての修正板を越えて突出する。金属薄板部材は、中心注入方向を基準として最後の修正板の後方に配置される。このように金属薄板部材が注入点に対向する排気ガス管の壁に直接隣接して配置されるという事実により、金属薄板部材は、流体の全注入量に影響を及ぼすことができる。
【００２５】
偏向要素は、流れ方向に対して直角に向いた中心平面を基準として鏡面対称に設計される。あるいは複数のフィンおよび／または複数の修正フィンは、中心平面を基準として鏡面対称に配置される。この対称性の結果として、中央の混合要素または流れ要素が同じ位置合わせとなるので、流体も注入された排気ガス管内の流れの中心領域により大きな影響を及ぼすことができる。
【００２６】
上記の説明による偏向要素と、この偏向要素に取り付けられた、またはこの偏向要素の後方に間接的に配置されたスタティックミキサーとで構成される多段分散装置が好都合である。このスタティックミキサーは、１つの流れ要素または複数の混合フィンのための支持体を少なくとも１つ備える混合要素を少なくとも１つ有する。偏向要素とミキサーとの組み合わせにより、極めて有効な混合方法が可能である。
【００２７】
金属薄板部材または修正板は、流れ方向に平行な、または斜めの、流れ要素または支持体に配置される。結果として、ミキサーと偏向要素とは、少なくともその一部または全体が、一体として設計され、同一材料で製造される。
【００２８】
各混合フィンまたは各流れ要素は、流れ方向を基準として最大７０°の角度ｍｓで立ち上がり、分散方向を基準として１°より大きい角度ｍｖで立ち上がる。
【００２９】
混合要素は、流れ方向に対して直角に配置された中心平面を基準として鏡面対称に設計される。あるいは、各混合フィンおよび／または各支持体は、中心平面を基準として鏡面対称に配置される。
【００３０】
用途によっては、混合要素が流れ方向を基準として点対称に設計される、あるいは混合フィンおよび／または支持体が流れ方向を基準として点対称に配置されると好都合であり得る。この配置により、排気ガス管内のミキサーの後ろに逆回転する渦が生成される。
【００３１】
組み立てまたは改造のためには、排気ガス管に平行な、かつ排気ガスの流れ方向に平行な、ハウジングが更に設けられ、そこに支持体または流れ要素が配置され、ハウジングが排気ガス管に、またはその内部に、位置付け可能であると好都合であり得る。結果として、ミキサーの混合要素または流れ要素をハウジング内に事前に組み付けてから、排気ガス管に挿入することができる。
【００３２】
スタティックミキサーは、流れ方向を横切る方向に互いに隣接して配置されたいくつかの混合要素を排気ガス用に備えると都合がよい。この場合、各混合要素はいくつかの混合フィンを備え、各混合フィンは、流れ方向を基準として１つの後縁領域と２つの側縁領域とを備える。あらゆる混合要素は、流れ方向に平行に位置合わせされた支持体を備え、そこに複数の混合フィンがそれぞれの後縁領域を介して配置され、支持体に対して立ち上がる。あらゆる支持体は、２つの末端領域を備え、これら末端領域を介してそれぞれの支持体が排気ガス管に取り付けられる。少なくとも３つの混合要素が設けられる。これら混合要素の支持体は、末端領域間の領域に流れ方向を横切る方向に、互いに少なくとも５ｍｍの距離を隔てて、互いに隣接して配置される。全ての混合フィンは、全ての側縁領域および前縁領域が排気管から距離を置いて配置される。好ましくは、隣接し合う支持体は、５ｍｍと１００ｍｍの間の、好ましくは１２ｍｍと１５．５ｍｍの間の、距離を置いて相隔たる。結果として、混合要素は、排気ガス管に、または別個のハウジングに、支持体を介して溶接可能であり、混合要素の安定性は、排気ガス流と入熱とが大きい間でも、各支持体とそこに配置された各混合フィンとによって保たれる。各混合要素の絶縁取り付けにより、および各混合フィンが相隔てられて、かつ管壁に面して、それぞれの支持体に配置されることにより、各フィンによって流通が向上され、ひいては混合が向上される。
【００３３】
スタティックミキサーがいくつかの混合要素を備え、これらの混合要素が流れ方向を横切る方向に互いに隣接して配置され、それぞれの混合要素が流れ方向に平行に位置合わせされた支持体と、この支持体に配置された、この支持体に対して立ち上がるいくつかの混合フィンとを備える場合は、スタティックミキサーまたは分散装置も好都合であり得る。各支持体は、２つの末端領域と、この２つの末端領域の間に、各末端領域から距離を置いて、支持体の方向に互いに向かい合わせに配置された２つの連結領域とを備える。それぞれの支持体の第１の連結領域と末端領域とは互いに連結されるので、支持体の部分領域は閉じたセルを形成し、このセルを取り囲む支持体の部分領域に、少なくとも２つの混合フィンが配置される。結果として、それぞれのセルは、混合フィンが設けられない支持体の部分領域によっては閉じられず、セルに入り込む混合フィンの前に位置付けられる。
【００３４】
スタティックミキサーまたは分散装置にとっては、このミキサーが排気ガス用の流れ要素をいくつか備え、これら流れ要素が流れ方向を横切る方向に互いに隣接して配置されると好都合であり得る。それぞれの流れ要素は、波形断面プロファイルを有する金属薄板から形成される。この断面プロファイルは、プロファイル軸線に平行な方向に互いに隣接して延びるいくつかの流路を備える。それぞれの流れ要素のプロファイル軸線は、流れ方向を基準として最大７０°の角度ｍｓに、または最大−７０°の角度ｍｓに、向けられる。これらプロファイル軸線は、方向および大きさの点で等しい角度ｍｓで互いに隣接して配置された少なくとも２つの流れ要素によって位置合わせされる。結果として、流れ方向を横切る方向に流れてミキサーの中心に達した流体の流れは、同じ位置合わせを有する２つの中心流れ要素によって基本的に捕捉されるので、別の方向に方向転換させることができる。断面プロファイルは好ましくは規則的に波状に起伏し、全てのプロファイル軸線が平行に配置される。
【００３５】
排気管に注入された流体を排気流に混合するためのミキサーは、第１の側壁とこの第１の側壁から離隔された第２の側壁とを相互連結する基部を含む第１の混合要素を含む。第１および第２の側壁は、両側壁が排気管に固定されるべく適合化されるように、排気管の内面を補完するサイズと形状とを有する。第１の混合要素は、注入された流体が衝突するべく位置付けされた偏向要素と、注入された流体を排気ガスに混合するために偏向要素の下流に位置付けされた混合フィンとを含む。第２の混合要素は、相隔たる第１および第２の取り付けフランジを相互連結する基部を含む。第１および第２の取り付けフランジは、第１および第２の側壁の内面に固定される。第２の混合要素は、排気流の方向を変えるための混合フィンを含む。
【００３６】
排気管に注入された流体を排気流に混合するための別のミキサーは管状ハウジングを含み、このハウジングは、ハウジングの開口端から軸線方向に延在する、周方向に相隔たる複数のスロットを含む。第１の混合要素は、第１の周囲部分とこの第１の周囲部分から離隔された第２の周囲部分とを相互連結する中央部分を含む。第１の周囲部分は、複数のスロットのうちの１つの内側に位置付けられる。第２の周囲部分は、複数のスロットのうちの別の１つの内側に位置付けられる。各フランジはハウジングに固定される。第２の混合要素は、相隔たる第３および第４の周囲部分を相互連結する中央部分を含む。第３および第４の周囲部分は、複数のスロットのうちの他のスロットの内側に位置付けられて、ハウジングに固定される。第２の混合要素は、第１の混合要素から離隔される。
【００３７】
本発明の更なる利点および詳細は、特許請求の範囲および本願明細書に説明され、図面に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】排気ガス管と注入装置とを有する排気ガスシステムの、流れ方向に対して立ち上がる偏向要素と共にミキサーが配置された部分の図を示す。
【図２】ミキサーと修正板付き偏向要素とを有する、図１による図を示す。
【図３】ミキサーと、ミキサーと同様に設計された偏向要素とを有する、図１による図を示す。
【図４】鏡面対称ミキサーを示す。
【図５】セル付き混合要素を有する点対称ミキサーを示す。
【図６】排気ガス管内の図４によるミキサーを示す。
【図７】複数の支持体が距離を置いて配置された点対称ミキサーを示す。
【図８】交互に立ち上がる複数の混合フィンを有する支持体の側面図を示す。
【図９】修正フィン付き偏向要素を有する、図７によるミキサーの側面図を示す。
【図９ａ】穿孔穴付き偏向要素を有する、図７によるミキサーの側面図を示す。
【図１０】互いに接触する複数の流れ要素を有するミキサーの図を示す。
【図１１】それぞれのプロファイル軸線に対する配置が異なる、図１０によるミキサーのための３つの流れ要素を示す。
【図１２】偏向要素が事前に作動された排気管内の図１０によるミキサーの側面図を示す。
【図１３】偏向要素および注入装置についての角線図を示す。
【図１４】偏向要素に対する混合フィンについての角線図を示す。
【図１５】一代替ミキサーの斜視図である。
【図１６】当該代替ミキサーの別の斜視図である。
【図１７】当該代替ミキサーの端面図である。
【図１８】図１７の線１８−１８に沿ったミキサーの断面図である。
【図１９】図１８の線１９−１９に沿った部分断面図である。
【図２０】当該ミキサーの側面図である。
【図２１】別の代替ミキサーの斜視図である。
【図２２】別の代替ミキサーの斜視図である。
【図２３】別の代替ミキサーの部分斜視図である。
【図２４】図２３に示されているミキサーの部分端面図である。
【図２５】別の代替ミキサーの斜視図である。
【図２６】図２５に示されているミキサーを別の角度から見た斜視図である。
【図２７】図２５および図２６に示されているミキサーの分解斜視図である。
【図２８】別の代替ミキサーを含む排気処理システムの一部分の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、排気ガスシステム４の一部としての排気管４０を示す。排気ガス管４０の外面に配置されたフランジ５０と、フランジ５０に位置付けられた注入装置５とを介して、還元剤としての流体が注入方向Ｅに排気管４０に注入される。分かり易くするために、各図は、注入の中心方向Ｅを示しており、図３にｖ字形状を形成する２本の点線によって示されている実際の円錐形状の流れの状態を示してはいない。
【００４０】
排気ガス管４０内で、排気ガスは、基本的に排気ガス管４０に平行に流れ方向Ｓに流れる。本発明の説明に関して、簡略化のために、流れ方向Ｓは、偏向要素６の前では、排気ガス管４０の管断面全体にわたって平行に延びていると想定する。
【００４１】
還元剤は注入方向Ｅに排気ガス管４０に流入し、排気ガス流によって方向転換される。方向転換される程度は、還元剤の質量流量に応じて異なる。流れ方向Ｓにおいて注入装置５の後に、偏向要素６付きミキサー１で構成される分散装置が設けられる。分散装置は、ミキサー１とフランジ連結部４１とを介して排気ガス管４０内に位置付けられる。
【００４２】
還元剤は大部分が偏向要素６に衝突するので、還元剤の流れの衝撃が緩和される。偏向要素６は流れ方向Ｓに対して角度ｓｖで立ち上がっているので、排気ガス流は偏向要素６によって流れ方向Ｓから分散方向Ｖに方向転換される。この方向転換された排気ガス流により、還元剤は、偏向要素６に衝突する前に、およびとりわけ後に、分散方向Ｖに沿って部分的に押し流され、排気ガス管４０の管中心に誘導される。
【００４３】
図２は、図１を参照して説明したような排気ガスシステム４の一部を示す。ただし、この図では、図４〜７に全体が詳細に示されているように、混合フィン３１付きミキサー１が組み込まれている。このような混合フィン３１付きミキサー１のための偏向要素６は、図９に詳細に示されており、角度ｓｖで立ち上がったフィン６１を有する、流れ方向に平行に配置された金属薄板部材６０と修正フィン６４付きの更なる修正板６２とを偏向要素６の一部として備える。
【００４４】
図４、図６、および図７によるミキサー１は、流れ方向Ｓを横切る方向に配置された、互いに隣接する３つの混合要素３と、１乃至２つの更なる混合要素３ａとを有する。混合要素３、３ａは、基本的に、支持体３０、３０ａと、そこに配置された１つまたはいくつかの混合フィン３１、３１ａとで構成される。それぞれの混合フィン３１、３１ａは、流れ方向Ｓを基準として、その後縁領域ｈＲを介して、支持体３０、３０ａに取り付けられる。流れ方向Ｓを基準として側縁領域ｓＲと前縁領域ｖＲとは自由流動縁を形成し、別の混合フィン３１、３１ａにも、ハウジング２または排気管４０にも連結されない。
【００４５】
支持体３０は、その両端に末端領域３４を１つずつ備える。末端領域３４は、混合フィン３１を備えず、図７によると傾斜している。支持体３０は、図７の例に示されているように、２つの末端領域３４を介してハウジング２に取りつけられるか、あるいは図６によると、排気ガス管４０に取り付けられる。支持体３０は、ハウジング２内で、または排気ガス管４０内で、２つの末端領域３４の間に自由に吊り下がる。すなわち、別の構成要素によって支持または保持されることも、別の構成要素を支持または保持することもない。更に、各支持体３０は、末端領域３４の間の領域において基本的に互いに平行に配置される。相互間の距離３５は、約１３．５ｍｍである。
【００４６】
ハウジング２は、円筒状の管部材であり、そのシース内面２０に、複数の混合要素３が、例示的実施形態によっては更なる混合要素３ａも、取り付けられる。この種のミキサー１は、図２に示されているように、ハウジング２と共に排気ガスシステム４の排気ガス管４０に挿入される。排気ガスは、ハウジング２の中心軸線２３に平行な流れ方向Ｓにミキサー１を通過する。
【００４７】
支持体３０は、図８に規定されている幅３２を有する条片形状の金属薄板材から成り、流れ方向Ｓに平行に位置合わせされる。流れ方向Ｓとは、ミキサー１内の排気ガス流の主方向を指し、ミキサー１の中心軸線１２およびハウジング２の中心軸線２３に平行に延びる。支持体３０が流れ方向Ｓに平行に、ひいては排気ガス管４０の壁に平行に、延びるという事実により、ミキサー１は排気ガス管４０内の流れ方向を横切る方向に簡単に取り付け可能である。
【００４８】
３つの混合要素３が基本的に互いに隣接して点対称で平行に配置された、図７による例示的実施形態においては、各混合要素３は支持体３０と４つの混合フィン３１とによって形成される。したがって、混合要素３全体は、支持体３０と４つの混合フィン３１とで構成される。
【００４９】
支持体３０は、両末端領域３４の間で、３つの部分領域３６〜３８に分割可能である。外側の部分領域３７、３８は、中心の部分領域３６の両側にそれぞれ隣接する。外側の部分領域３７、３８の各々は、中心の部分領域３６に対して傾斜している。すなわち、中心の部分領域３６は、外側の２つの部分領域３７、３８の各々に対して角度αを成す。したがって、流れ方向Ｓに平行に延びる第１の軸線１１を基準として、外側の２つの部分領域３７、３８は中心の部分領域３６に約１２°の角度αで交わる。外側の部分領域３７、３８は中心の部分領域３６を基準として逆に傾斜するので、支持体３０は、流れ方向Ｓに平行な中心軸線１２を基準として点対称に設計される。すなわち、支持体３０および混合フィン３１は互いに点対称に形成されて配置される。
【００５０】
３つの混合要素３に加え、２つの更なる混合要素３ａが、混合要素３に隣接する領域に更に設けられる。更なる混合要素３ａは、支持体３０ａと混合フィン３１ａとによって形成される。更なる混合要素３ａは、その２つの末端領域３４ａを介して、ハウジング２のシース内面２０に、２つの末端領域３４ａの間で自由に支持されるように、取り付けられる。
【００５１】
図４による例示的実施形態では、支持体３０は、図７による例示的実施形態に従って、３つの部分領域３６〜３８に分割可能である。外側の部分領域３７、３８は、中心の部分領域３６の両側にそれぞれ隣接する。外側の部分領域３７、３８の各々は、中心の部分領域３６に対して傾斜している。すなわち、中心の部分領域３６は外側の２つの部分領域３７、３８の各々に対して角度αを成す。したがって、流れ方向Ｓに平行に延びる第１の軸線１１を基準として、外側の２つの部分領域３７、３８は中心の部分領域３６に約９°の角度γで交わる。外側の部分領域３７、３８は中心の部分領域３６を基準として同じ方向に傾斜するので、支持体３０は、流れ方向Ｓに平行な中心平面１０を基準として鏡面対称に設計される。
【００５２】
点対称の結果として、中心平面１０の一方の側の流れは、上方および外方へ方向転換され、中心平面１０のもう一方の側の流れは、この逆に流れ方向Ｓを横切る方向に方向転換される。この流れは、図７に複数の矢印で示されている。
【００５３】
図４〜９ａによる各例示的実施形態において、各混合フィン３１は、支持体３０の方向に対して角度βを成し、流れ方向Ｓに対して角度ｍｓを成す。各混合フィン３１が交互に示されている。図８および図９に詳細に示されているように、角度βは＋１３５°または−１３５°であり、角度ｍｓは＋４５°または−４５°である。更に、直接隣接し合う混合フィン３１同士は、特に図７に示されているように、少なくとも１ｍｍの一定距離３３で互いに部分的に離れている。
【００５４】
図示されていない一例示的実施形態において、隣接し合う末端領域３４は、互いに隣接配置された２つの支持体３０によって互いに連結される。また、更なる混合要素３ａのそれぞれ一方の末端領域３４ａが、隣接する混合要素３のそれぞれ一方の末端領域３４に連結される。これは、３つの混合要素３と２つの更なる混合要素３ａとが単一の金属薄板条片から製作されるという事実によって実現される。
【００５５】
図７および図９に示されているように、留め付け要素２４がハウジング２の外側面２１に設けられる。留め付け要素２４はこぶとして設計され、外側面２１の反対側に突出する。留め付け要素２４により、ミキサー１を排気ガス管４０内に固締して中心軸線２３周りの回転を防止できる。更に、留め付け要素２４は、その固締時に、中心軸線２３を基準とした排気ガスシステム４内のミキサー１の回転姿勢を指定する目的にも同時に役立つ。この目的のために、対応する保持装置（詳細には不図示）が特定の位置に設けられ、そこに留め付け要素２４が中心軸線２３の方向に押し込まれる。
【００５６】
図９によると、ミキサー１は、ハウジング２と共に、２つの排気ガス管４０、４０’の間に取り付けられる。この目的のために、２つの排気ガス管４０、４０’は、ハウジング２の両側に取り付けられる。２つの排気ガス管４０、４０’を溶接するために、および排気ガス管４０、４０’にミキサー１を溶接接合するために、排気ガス管４０、４０’の間に間隙４２が設けられる。間隙４２の形成は、分散された複数の調節要素２２から成る円周によって排気ガス管４０、４０’が中心軸線１２の方向に互いに相隔てられる結果である。それぞれの排気ガス管４０、４０’は、中心軸線１２の方向に間隙４２の一方の側にそれぞれ隣接する。
【００５７】
図４および図６によるミキサー１は、流れ方向Ｓに平行に向けられた中心平面１０に対して鏡面対称に設計されている。すなわち、支持体３０と複数の混合フィン３１とは互いに鏡面対称に形成されて配置される。このようなミキサー１は、互いに平行に隣接配置された３つの混合要素３を備える。各混合要素３は、支持体３０と、支持体３０に配置された１つまたは３つの混合フィン３１とによって形成される。
【００５８】
支持体３０は、末端領域３４の間で３つの部分領域３６〜３８に分割可能である。外側の部分領域３７、３８は、中心の部分領域３６の両側にそれぞれ隣接する。外側の部分領域３７、３８は、中心の部分領域３６に対して傾斜している。すなわち、中心の部分領域３６は、外側の２つの部分領域３７、３８の各々に対して角度γを成す。したがって、外側の２つの部分領域３７、３８は、流れ方向Ｓに平行に延びる第１の軸線１１を基準として、中心の部分領域３６に約９°の角度γで交わる。外側の部分領域３７、３８は、中心の部分領域３６を基準として同じ方向に傾斜するので、支持体３０は、流れ方向Ｓに平行な中心軸線１２を基準として、鏡面対称に設計される。
【００５９】
中心の混合フィン３１は、その中心にスリット３９を備える。スリット３９の長さＬＳは、混合フィン３１の長さＬＭの５０％と８０％の間である。スリット３９により、中心領域の流れが方向転換される程度が下がるので、渦の形成が低減される。更に、質量流量が最大であるミキサー１の正に中心領域において、ミキサー１の動的流動抵抗が低減される。
【００６０】
３つの混合要素３に加え、更なる混合要素３ａが３つの混合要素３の下方に設けられる。更なる混合要素３ａは、１つの支持体３０ａと１つの混合フィン３１ａとによって形成される。混合フィン３１ａもスリット３９を備える。更なる混合要素３ａは、その２つの末端領域３４ａを介してハウジング２のシース内面２０に、２つの末端領域３４ａの間で自由に支持されるように、取り付けられる。
【００６１】
図５は、同一の混合要素３、３’を２つ有する点対称ミキサー１を示す。それぞれの混合要素３、３’は、２つの末端領域３４、３４０と、これら末端領域３４、３４０の間に設けられた２つの連結領域３７０、３８０とをそれぞれ備える。それぞれの支持体３０の末端領域３４と第１の連結領域３７０とは互いに連結されるので、支持体３０の部分領域３０１は閉じたセル３００を形成する。セル３００を囲む支持体３０の部分領域３０１においては、２つの混合フィン３１が支持体３０に配置される。混合要素３は、末端領域３４０と第２の連結領域３８０とを介して、排気ガス管４０に取り付けられる。
【００６２】
図５および図７による例示的実施形態による点対称ミキサー１にも、図４および図６による例示的実施形態による鏡面対称ミキサー１と同じように偏向要素６を組み合わせることができる。偏向要素６は、図９および図９ａに示されているように、約２０°の角度ｓｖで立ち上がる１つまたはいくつかのフィン６１を有する金属薄板部材６０を備える。これらのフィン６１により、排気ガス流は分散方向Ｖに上方に方向転換され、ひいては還元剤も上方に押し流される。金属薄板部材６０は、支持体３０、３０ａの表面に直接配置され、図示の各例示的実施形態によると、混合要素３、３ａと共に、同一材料製の一体型構成要素を形成する。
【００６３】
偏向要素６は、流れ方向Ｓに平行に、かつ金属薄板部材６０に平行に、配置されたいくつかの修正板６２、６２’、６２”を備える。修正板６２、６２’、６２”は、還元剤をミキサー１の直前で分散させる。修正板６２は、支持体３０、３０ａの表面に直接配置され、図示の各例示的実施形態によると、混合要素３、３ａと共に、同一材料製の一体型構成要素を形成する。
【００６４】
修正板６２、６２’、６２”は、図９によると、流れ方向Ｓを基準として１５５°の角度ｓｋで立ち上がる修正フィン６４をいくつか備える。これら修正フィン６４は、図１４に詳細に示されているように、修正板６２から部分的に打ち抜かれ、修正板６２から、隣接する修正板６２の方向に、および／または金属薄板部材６０の方向に、突出する。結果として、修正板６２から突出する修正フィン６４の面積に相当する開口部６３がそれぞれの修正板６２の修正フィン６４の下方に形成される。修正フィン６４は、修正板６２の一方または両方の面から突出可能である。
【００６５】
同様に、金属薄板部材６０のフィン６１も打ち抜かれるので、金属薄板部材６０は、金属薄板部材６０から突出するフィン６１の面積に相当する開口部６３をそれぞれのフィン６１の下方に備える。図１４に示されているように、修正フィン６４は修正板６２の両面から突出し、フィン６１は金属薄板部材６０の一方の面から突出する。
【００６６】
図９ａによる修正板６２、６２’、６２”は、修正フィンの代わりに、流れ方向Ｓに対して９０°の角度ｂｓで延びる穿孔方向Ｂに向けられた穿孔穴６５をいくつか備える。これらの穿孔孔を通って、排気ガス流は、還元剤と共に、少なくとも部分的に偏向要素６を通って、中心軸線１２の方向に流れることができる。
【００６７】
図３は、図１および図２で説明したような排気ガスシステム４の一部を更に示す。ただし、この例示的実施形態において、ミキサー１には、ミキサー１自体と同様に構成された偏向要素６が組み合わされる。この種のミキサー１は、図１０によると、互いに隣接して当接し合ういくつかの流れ要素７、７’から形成される。
【００６８】
図１１は、ミキサー１が互いに隣接して当接し合ういくつかの流れ要素７、７’、７”から構成されることを詳細に示す。流れ要素７、７’、７”は、波形断面プロファイル７１を有する金属薄板７０でそれぞれ形成される。断面プロファイル７１は、前面７３といくつかの流路７２とを備え、これら流路７２は、複数の平行なプロファイル軸線７４の方向に互いに隣接して延びる。隣接する２つの流れ要素７、７’のプロファイル軸線７４、７４’は、流れ方向Ｓを基準として＋４０°および−４０°の角度ｐｓで交互に立ち上がる。結果として、流れは、２つの流れ要素７、７’によって形成された複数の流路内で上方および下方に同時に方向転換される。
【００６９】
ただし、本発明によると、中心平面１０を基準として隣接する２つの中心流れ要素７、７’のプロファイル軸線７４、７４’は平行に、すなわち、その方向および大きさの点で同じである−４０°の角度ｐｓで、延びるので、流れ要素７、７’は互いに当接しない。結果として、図１０の複数の矢印から分かるように、２つの流れ要素７、７’によって形成された流路内の流れは、上方にのみ、すなわち同じ方向に、方向転換される。上記の各例示的実施形態において、角度ｐｓは角度ｍｓに相当する。
【００７０】
中心平面１０を基準として両側に、および同時に互いに隣接して、配置された２つの流れ要素７、７’のプロファイル軸線７４、７４’は同じ位置合わせであるので、ミキサー１の鏡面対称形状が中心平面１０を基準として実現される。したがって、ミキサー１の中心を流れる排気ガス流および還元剤の部分は、これら２つの流れ要素７、７’の内部で一方向に方向転換される。
【００７１】
図１２は、プロファイル軸線７４、７４’が±３０°の角度で立ち上がるミキサー１の断面を示す。ミキサー１の前に、ミキサー１と同様に構成された偏向要素６が配置される。偏向要素６と共に、断面プロファイル６６を有するいくつかの金属薄板部材６０も互いに直接隣接して配置される。隣接し合う金属薄板部材６０の偏向要素６のプロファイル軸線６７、６７’は、流れ方向Ｓに対して立ち上がらない。すなわち、プロファイル軸線６７、６７’は、流れ方向Ｓに平行に延びる。したがって、偏向要素６は、ミキサー１の中心の２つの流れ要素７、７’に対応して個々の流路を個々の金属薄板部材６０の間に形成する。これら流路において、排気ガス流と還元剤とは、流れ方向Ｓに平行な方向にのみ誘導される。
【００７２】
図１３は、上記の修正フィン６４の角度および角度比と注入方向Ｅとを、分散方向Ｖおよび流れ方向Ｓと共に、表す角線図を示す。図１４は、混合フィン３１と金属薄板７０とを基準とした、および分散方向Ｖと流れ方向Ｓとを基準とした、このような概観を示す。
【００７３】
図１５〜２０は、参照符号４００で識別される一代替ミキサーを示す。ミキサー４００は、第１の混合要素４０２と、第２の混合要素４０４と、第３の混合要素４０６と、第４の混合要素４０８とを含む。ミキサー４００を一体型組立体として設けるために、各混合要素４０２、４０４、４０６、４０８は相互に固定される。第１の混合要素４０２は、ホルダまたはハウジングとして、ならびに混合要素として、機能する。この機能を実現するために、第１の混合要素４０２は、第１の弓状側壁４１２とそこから離隔した第２の弓状側壁４１４とを含む。ほぼ平面状の基部４１６が第１の側壁４１２と第２の側壁４１４とを相互連結して「Ｕ」字形状を画成する。各図に示されているように、屈曲する変曲点４１５、４１７を設けるために、基部４１６を屈曲させても、または小さな屈曲部を複数含めてもよい。第１の側壁４１２は、第２の側壁４１４の遠位端４１９から離隔した遠位端４１８を含む。ミキサー４００は、端部４１８、４１９間の間隙が注入装置５に位置合わせされるように、排気ガス管４０の内部に位置付けられる。管４０の内面上方に沿って流れ得る還元剤は、ミキサー壁の存在によって制限されることはなく、代わりに端部４１８、４１９間を下流に流れることになる。
【００７４】
一体に形成された偏向要素４２０は、基部４１６から軸線方向に、流れ方向Ｓにほぼ平行に、延在する。偏向要素４２０は、流れ方向に対して３０°の角度Ａで立ち上がる修正フィン４２２を複数含む。混合フィン４２６が流れ方向Ｓに対して４５°の角度Ｂで延在する。スリット４２８が混合フィン４２６に入り込んでフィンの一部を二岐にする。
【００７５】
第２の混合要素４０４は、第１のフランジ４３０とこれから離隔された第２のフランジ４３２とを含む。基部４３４が第１のフランジ４３０と第２のフランジ４３２とを相互連結する。基部４３４は、基部４１６にほぼ平行に、基部４１６から離れて延在する。第１のフランジ４３０は、第１の側壁４１２の内面４４０に位置付けられて係合する外面４３８を含む。第１のフランジ４３０は第１の側壁４１２に、溶接、打鋲、または他の何らかの機械的締結手法などの方法を用いて、固定される。同様に、第２のフランジ４３２は、第２の側壁４１４の内面４４４に位置付けられて係合する外面４４２を含む。
【００７６】
第２のフランジ４３２は、第２の側壁４１４に固定される。第２の混合要素４０４も修正フィン４５０を１つ以上含む。修正フィン４５０は、流れ方向Ｓに対して４０°の角度Ｃで延在する。修正フィン４５０とは反対方向に、混合フィン４５２が４０°の角度Ｄで延在する。図１５〜２０に示されている実施形態においては、横方向に相隔たる２つの混合フィン４５２より上流に単一の修正フィン４５０が位置するものとして示されている。部分的に二叉になった別の混合フィン４５４が、フィン４２６に平行に延在する。外側の混合フィン４５６および４５８が、流れ方向Ｓに対して４５°の角度Ｅで延在する。角度Ｅは角度Ｂに等しい必要はなく、混合フィン４５４がフィン４２６に対して非平行に延在することが、多くの場合、好都合であることを理解されたい。特定のシステム内で還元剤の一様な分散を最適に実現するために、上記の両角度を変えることによってミキサー４００を「調整」し得る。
【００７７】
第３の混合要素４０６は、第２の混合要素４０４とほぼ同様である。第３の混合要素４０６は、第１および第２のフランジ４６４、４６８を含む。基部４７０が第１のフランジ４６４と第２のフランジ４６８とを相互連結する。基部４７０は、流れ方向Ｓおよび基部４３４にほぼ平行に延在するべく位置付けられる。第１のフランジ４６４および第２のフランジ４６８は、第１の混合要素４０２の内面４４０、４４４に固定されるべく形作られて位置付けられる。第２の混合要素４０４と同様に、第３の混合要素４０６は修正フィン４７４と、横方向に相隔たる一対の混合フィン４７６と、二叉になった混合フィン４７８と、外側の混合フィン４８０、４８２とを含む。この混合要素４０６の各フィンは、第２の混合要素４０４の同様のフィンにほぼ平行に延在する。この関係は単なる例示であり、他の角度も画成され得ることを理解されたい。
【００７８】
第４の混合要素４０８は、第２の混合要素４０４および第３の混合要素４０６とほぼ同様である。第４の混合要素４０８は、第１および第２のフランジ４８６、４８８を含む。基部４９０が第１のフランジ４８６と第２のフランジ４８８とを相互連結する。基部４９０は、流れ方向Ｓおよび基部４７０にほぼ平行に延在するべく位置付けられる。第１のフランジ４８６および第２のフランジ４８８は、第１の混合要素４０２の内面４４０、４４４に固定されるべく形作られて位置付けられる。第２の混合要素４０４と同様に、第４の混合要素４０８は修正フィン４９４と、横方向に相隔たる一対の混合フィン４９６と、二叉になった混合フィン４９８と、外側の混合フィン５００、５０２とを含む。
【００７９】
第５の混合要素６１０は、第９および第１０のフランジ６８４、６８６を含む。フランジ６８４、６８６は、スロット６８８、６９０内に位置付けられ、第７および第８のリップ６９２、６９４に固定される。
【００８０】
第２の混合要素４０４、第３の混合要素４０６、および第４の混合要素４０８の各々を第１の混合要素４０２に固定した後、ミキサー組立体４００を上記の排気ガス管４０などの排気導管内に位置付け得る。第１の側壁４１２および第２の側壁４１４は、排気ガス管４０の内面に接触する、または至近距離で近接する、サイズおよび形状を有することを理解されたい。ミキサー４００は、排気ガス管４０内に、所望の軸線方向位置に、所望の角度方向で配置され、その後、溶接、機械的締結、圧締などを含む任意の数のプロセスによって排気ガス管４０に固定される。
【００８１】
図２１は、参照符号４００ａで識別される一代替ミキサーを示す。ミキサー４００ａは、第１の側壁４１２ａが弓状部分４１５と４１７との間に位置付けられたほぼ平面状の部分４１３を含む以外は、上記のミキサー４００とほぼ同様である。ほぼ平面状の部分４１３が排気ガス管４０の内面から離隔されるのに対し、部分４１５および４１７は排気ガス管４０の内面に適合し、溶接などの方法によって排気ガス管４０の内面に固定される。同様に、第２の側壁４１４ａは、湾曲部分４２１と別の湾曲部分４２３との間に位置付けられたほぼ平面状の中央部分４１９を含む。ほぼ平面状の中央部分４１９は、排気ガス管４０の内面から離隔される。
【００８２】
図２２〜２４は、参照符号６００で識別される別の代替ミキサーを示す。ミキサー６００は、横方向に相隔たる複数の混合要素６０２、６０４、６０６、６０８、および６１０を含む。ミキサー６００は、混合要素６０２〜６１０の各々を収容するハウジング６１２を含む。ハウジング６１２を別個の要素とし、排気ガス管の内側に位置付けてもよく、あるいは、要素６１２が排気ガス管自体を表してもよい。
【００８３】
ハウジング６１２は開口端６１４を含み、そこから数対のスロットが軸線方向に延在する。第１の対のスロット６１６、６１８は、開口端６１４から軸線方向に互いに平行に所定の距離だけ延在し、止め面６１７、６１９に終端する。スロット６１６、６１８は、打ち抜き加工の一部として形成され得る。この打ち抜き加工では、ハウジング６１２を通って延在する複数の切れ目が作成され、第１のリップ６２０および第２のリップ６２２など、内向きに突出するリップが工具によって形成される。第１のリップ６２０は、第２のリップ６２２にほぼ平行に延在する。
【００８４】
第１の混合要素６０２は、第１の周囲部分すなわちフランジ６２４と、離隔した、ほぼ平行な第２の周囲部分すなわちフランジ６２６とを含む。基部６２８が第１および第２のフランジ６２４、６２６を相互連結する。第１のフランジ６２４は、第１のリップ６２０に隣接するスロット６１８に入り込む。同様に、第２のフランジ６２６は、スロット６１６に入り込み、第２のリップ６２２に隣接して位置付けられる。第１および第２のフランジ６２４、６２６は、第１および第２のリップ６２０、６２２に、溶接または蝋付けによって固定される。フランジ６２４、６２６の末端は、ハウジング６１２の大部分によって画成される円筒面６３２より下に引っ込んでいる。これにより、ミキサー６００は、円形断面を有する排気導管の内部に容易に挿入され得る。基部６２８は、ほぼ平面状であり、軸線方向に延在する一対のリブ６３６、６３８を含むものとして図示されている。リブ６３６、６３８は、熱膨張係数に基づく要素サイズの増大に対応するために第１の混合要素６０２を屈曲させ得る変曲点をもたらす。所望の流れおよび混合特性を実現するために、任意の数の幾何学的特徴が含まれ得ることを理解されたい。例えば、混合要素６０２、６０４、６０６、６０８、６１０の何れか１つに、修正フィン４５０および／または混合フィン４７６、４７８、または４８０と同様の突出するタブまたは屈曲部が１つ以上含まれ得ることが考えられる。
【００８５】
第２の混合要素６０４は、第１の混合要素６０２とほぼ同様であり、軸線方向に延在する第３および第４のフランジ６４２、６４４を有する。第２の対のスロット６４６、６４８は、ハウジング６１２を通って延在し、第３および第４のフランジ６４２、６４４をそれぞれ収容する。第２の混合要素６０４は、ハウジング６１２の第３および第４のリップ６４７、６４９に固定される。
【００８６】
一対の対向する凹部６５０、６５２がハウジング６１２に形成される。スロット６５４、６５６が凹部６５０、６５２内でハウジング６１２を通って延在する。スロット６５４、６５６に隣接するハウジング６１２からは、リップ６２０、６２２のような内向きに延在するリップが形成されない。代わりに、スロット６５４は、ハウジング６１２の、互いに向かい合った、相隔たる端面６５７、６５９の間に位置付けられる。第３の混合要素６０６は、ほぼ半径方向に延在してスロット６５４、６５６に入り込む第５および第６のフランジ６６０および６６２を含む。
【００８７】
第３の混合要素６０６は、半径方向に延在する周囲部分すなわちフランジ６６０、６６２から離れた基部６６４を含む。ミキサー６００が加熱および冷却の繰り返しの事象に耐えられ、各混合要素の熱膨張率によって構造的に損なわれ得ないことを保証するために、基部６６４は、半径方向に延在するフランジ６６０、６６２に傾斜壁６６８、６７０によって相互連結される。各混合要素は、屈曲する変曲点を設けるために、中央の平面状基部から半径方向外向きに位置付けられた屈曲部または何らかの幾何学的形状を含む。加熱中、中央のほぼ平面状の基部の幅が増加するに伴い、必要であれば、各混合要素が屈曲することによって、応力を軽減し、ハウジング６１２に加わる力を最小化する。１つ以上の混合要素の中央の基部と周囲部分とが同一平面にあることも考えられる。この場合、ハウジングは、熱膨張を吸収するためのバネ要素を凹部６５０の一部分として含むことになる。この構成においては、変曲点が混合要素に設けられない。
【００８８】
図２２〜２４の実施形態に戻り、周囲部分すなわちフランジ６６０、６６２は上向きではなく、基部６６４にほぼ平行に延在することに注目されたい。そのため、フランジ６６０の一方の表面は端面６５７に隣接して位置付けられ、フランジ６６０の反対側の表面は端面６５９に隣接して位置付けられる。同様の配置は、フランジ６６２にも、およびスロット６５６を限定する両端面にも存在する。
【００８９】
第４の混合要素６０８は、その相隔たる第７および第８のフランジ６７４、６７６が第３および第４のフランジ６４２、６４４とは反対方向外向きに延在すること以外は、第２の混合要素６０４とほぼ同様である。この配置に対応するために、第５および第６のリップ６７８、６８０は、第３および第４のリップ６４７、６４９に向かって内向きに延在する。
【００９０】
各混合要素は、金属薄板に対する打ち抜きまたは成形加工を用いて構成され得る。各混合要素のサイズおよび形状は、標準化されてもよく、あるいは特定の用途に合わせて個々に調整されてもよい。また、各図は５つの混合要素を有するミキサーを示しているが、図示のものより混合要素の数が多いか少ない他のミキサーも複数考えられることを理解されたい。例えば、図２３および図２４は、ミキサー６００ａを示す。ミキサー６００ａは、ミキサー６００とほぼ同様である。そのため、同様の要素は、小文字の「ａ」を接尾文字として付けた同様の参照符号によって識別される。ミキサー６００ａは、第１の混合要素６０４ａと、第２の混合要素６０６ａと、第３の混合要素６０８ａとを含む。ハウジング６１２ａは、これらの混合要素を収容するために必要な数のスロットのみを含む。
【００９１】
図２５〜２７は、第１〜第６の各混合要素７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、および７１２を含む代替ミキサー７００を示す。ミキサー７００の各混合要素は、ミキサー４００の混合要素およびミキサー６００の混合要素６０６とほぼ同様であるが、各混合要素の本体部分がほぼ平面状の平板として形作られ、この平板に対して斜めに延在する複数のフィンを有する点が異なる。各混合要素７０２〜７１０は、接尾文字「ａ」付きで識別される上向きの混合フィンを複数含む。混合要素７１２は、混合フィン７０２ａ〜７１０ａとは反対の方向に向いた複数の修正フィン７１２ａを有する、外側に延在する偏向要素７１６を含む。各混合要素７０４〜７１２は、各混合要素の中央部分に配置された、接尾文字「ｂ」付きで識別される複数の後端混合フィンを更に含む。各要素７０４〜７１０は、小文字の接尾文字「ｃ」付きで識別される、横方向に相隔たる外側の後端混合フィンを更に含む。注入された還元剤を特定の排気処理システム内で最適に分散させるために、各種の混合フィンの数と、ほぼ平面状の基部から延在する各フィンの角度とを専用に調整し得ることを理解されたい。
【００９２】
各混合要素は、幅の狭いタング部分を含む。このタング部分は、混合要素の参照符号に接尾文字「ｄ」を付けて識別され、接尾文字「ｅ」で識別される全幅の本体部分と同一平面に延在する。タングの幅は、リング７２０のほぼ円筒形状の内面７１８を通過するために狭められている。
【００９３】
リング７２０は、半径方向内向きに延在する凹部７２４を複数含む。各凹部は、そこを通って延在するスロット７２６を含む。これら凹部およびスロットは対で設けられ、接尾文字「ａ」〜「ｌ」で識別される。各スロットも、対になる位置に応じて対応する接尾文字によって識別される。接尾文字「ｄ」を有する幅が狭いタング部分が最初にリング７２０に挿入される。接尾文字「ｅ」を有する幅が広い本体部分の周囲部分は、対応する一対のスロットに入り込む。例えば、本体部分７０２ｅの周囲部分は、横方向にスロット７２６ａおよび７２６ｂに入り込む。第３の混合要素６０６に関して上述したように、各混合要素７０２〜７１２の軸線方向位置は、対応するスロットの長さと、接尾文字「ｄ」を有するタング部分と接尾文字「ｅ」で識別される本体部分との間の移行部の軸線方向位置とによって規定される。
【００９４】
各スロット７２６の一方の側にバネ要素７３０が位置付けられ、スロット７２６の反対の側に別のバネ要素７３２が位置付けられる。分かり易いように、図２６および図２７には、バネ要素７３０ｂおよび７３２ｂのみが識別されている。混合要素７０２の温度が上昇し、その幅が線形熱膨張係数により相応に増加する熱事象中、バネ要素７３０、７３２は半径方向外側に曲がる。その他のバネ要素も、温度の変化に伴い、それぞれに対応付けられた混合要素の寸法が変わると、同様に機能する。
【００９５】
図２８に、一代替ミキサー８００が示されている。ミキサー８００は、上記のミキサーのうちの１つ、すなわちミキサー１、ミキサー４００、ミキサー６００、またはミキサー７００、とほぼ同様のミキサー８０２を含む。排気管４０内での還元剤の分散を向上させるために、ミキサー８００においては、ミキサー８０２に二次ミキサー８０４が組み合わされる。
【００９６】
ミキサー８０２は、図１８に示されている混合フィン５００、または図３９ａに示されているような混合フィン３１とほぼ同様の混合フィン８０６を後方最上部に含む。注入された還元剤が排気管４０の上面８１０またはその近傍を流れる問題に対処するために、ミキサー８００においては、ミキサー８０２の混合用の諸特徴に二次ミキサー８０４が組み合わされる。上面８１０は、下流に延在する排気管４０の内面の、注入装置５の角位置に近い部分として規定される。下流への還元剤の分散を向上させるために、二次ミキサー８０４は排気流の流れを変化させる。
【００９７】
二次ミキサー８０４は、上面８１０から半径方向内向きに突出するほぼ球状の突起８１４として示されている。突起８１４は、排気管４０の直径の約１０パーセントまで凹んでいる最大半径方向内向き位置の点８１６を含む。二次ミキサー８０４は、ミキサー８０２からの出力に作用するべく位置付けられる。特に、下流に延在する混合フィン８０６から延びる構成ライン８２０が描かれている。構成ライン８２０は、突起８１４が半径方向内向きに延在し続けている位置で二次ミキサー８０４に交差する。換言すると、構成ライン８２０は、点８１６より上流の位置で突起８１４に交差する。この図に示されている特定の例では、構成ライン８２０が突起８１４に交差する位置において、突起８１４の２５パーセントが交点の上流にあり、突起８１４の７５パーセントが構成ライン８２０と突起８１４との間の交点より下流にある。
【００９８】
好都合なことに、二次ミキサー８０４は、その内向き突起が最小であることにより、背圧に全く、または殆ど、寄与しない。排気速度の分散はほぼ同じままであるのに対し、還元剤の均一性は、ミキサー８０２のみを用いた配置に比べ、７〜１２パーセントの向上を示す。コンピュータによる流体力学モデリングは、ミキサー８０２を二次ミキサー８０４と組み合わせて使用することにより、還元剤の濃度ならびに種の分散勾配が広がることを示す。構成ライン８２０が二次ミキサー８０４に交差する位置が突起の軸線方向長さの１０パーセントから５０パーセントの範囲内の位置になるように、突起８１４が軸線方向に位置付けられ得ることが考えられる。これにより、上面８１０に沿って移動する排気および還元剤が半径方向内向きに偏向される一方で、混合フィン８０６を越えて移動する排気および還元剤は半径方向外向きに向けられる。
【００９９】
上の説明は、本開示の複数の例示的実施形態を単に開示および説明したものに過ぎない。当業者は、このような説明から、および添付の図面および特許請求の範囲から、添付の特許請求の範囲に定義されている本開示の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更、改造、および変形を行い得ることを容易に認識されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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