DE102018116831B4

DE102018116831B4 - Rohrmischer für Abgas

Info

Publication number: DE102018116831B4
Application number: DE102018116831.4A
Authority: DE
Inventors: Georg Kraus
Original assignee: Tenneco GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: DE102018116831A1

Abstract

Rohrmischer (1) für Abgas aufweisend ein erstes Mischrohr (2) mit einer Rohrwand (2a), mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Mischerflügeln (2.1) und mit korrespondierenden Ausnehmungen (2.2) sowie ein zweites Mischrohr (3) mit einer Rohrwand (3a), mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Mischerflügeln (3.1) und mit korrespondierenden Ausnehmungen (3.2), wobei die Mischerflügel (2.1, 3.1) in radialer Richtung R über die Rohrwand (2a, 3a) überstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerflügel (3.1) des zweiten Mischrohres (3) zumindest teilweise mit Bezug zur radialen Richtung R zumindest auf Höhe der Rohrwand (2a) des ersten Mischrohres (2) und/oder innerhalb der Ausnehmungen (2.2) des ersten Mischrohres (2) platziert sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrmischer für Abgas aufweisend ein erstes Mischrohr mit einer Rohrwand, mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Mischerflügeln und mit korrespondierenden Ausnehmungen sowie ein zweites Mischrohr mit einer Rohrwand, mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Mischerflügeln und mit korrespondierenden Ausnehmungen, wobei die Mischerflügel in radialer Richtung R über die Rohrwand nach innen und/oder nach außen überstehen. Der Mischerflügel ist in der Regel integraler Bestandteil der Rohrwand. Die Anstellung des Mischerflügels gegenüber der Rohrwand begründet die korrespondierende Ausnehmung in dieser Rohrwand.
Es ist bereits ein Rohrmischer für Abgas aus der WO 2018/040300 A1 bekannt. Der Rohrmischer weist eine Doppelrohranordnung auf, bei der beide Rohrmischer in radialer Richtung einen Abstand zueinander aufweisen.
Die DE 10 2012 008 556 A1 beschreibt einen einteiligen Mischer, bei dem ausgehend von der Mitte in radialer Richtung nach außen die jeweiligen Mischerflügel eine in Umfangsrichtung gegensätzliche Ausrichtung aufweisen.
Die US 2015/0071826 A1 beschreibt eine Mischeranordnung aufweisend eine Mischerhülse mit radial nach außen angeordneten Mischerflügeln, die gegen eine Außenhülse anliegen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel stehen die Mischerflügel radial über die axial anliegende Mischerhülse hervor.
Die JP H10-299 465 A beschreibt ein Mischerrohr mit außerhalb angeordneten Mischerflügeln, die gegenüber der Rohrwand in radialer Richtung angestellt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrmischer derart auszubilden und anzuordnen, dass eine effizientere Vermischung erreicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Mischerflügel des zweiten Mischrohres zumindest teilweise mit Bezug zur radialen Richtung R zumindest auf Höhe der Rohrwand des ersten Mischrohres und/oder innerhalb der Ausnehmungen des ersten Mischrohres platziert sind. Hierdurch wird erreicht, dass vorzugsweise in jeder Ausnehmung des ersten Mischrohres oder in einer Vielzahl der Ausnehmungen des ersten Mischrohres Mischerflügel platziert sind, so dass über den Umfang des Rohrmischers die Anzahl der Mischerflügel vervielfacht bzw. verdoppelt ist. Dies führt zu einer verbesserten Vermischung bzw. Einmischung des Additivs in den Abgasstrom.
Das zweite Mischrohr kann dabei innerhalb des ersten Mischrohres angeordnet sein oder umgekehrt. Die Mischerflügel können gegenüber der jeweiligen Rohrwand nach außen und/oder nach innen umgestellt sein. Die Anstellung der Mischerflügel eines Rohres kann demnach auch variieren. Zudem kann die Anstellung der Mischerflügel zwischen beiden Rohren ebenfalls variieren. Benachbarte Mischerflügel beider Rohre können beide nach innen, beide nach außen oder in entgegengesetzter Richtung angestellt sein. Beide Rohre können auch den gleichen Duchmesser aufweisen. Die Mischerflügel beider Rohre befinden sich dann auf der gleichen Höhe in Bezug auf ihre Lagerstelle an der Rohrwand.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn die Rohrwand gegen die Rohrwand zumindest teilweise anliegt und/oder beide Rohrwände koaxial zueinander ausgerichtet sind. Der Spalt zwischen beiden Rohrwänden kann demnach über den Umfang gleichmäßig sein oder über den Umfang auch variieren. In dem zuletzt genannten Fall sind die Rohrmittelachsen versetzt zueinander angeordnet und die Rohrwände sind beabstandet, wobei wie gesagt der Abstand über den Umfang variiert.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Mischerflügel des zweiten Mischrohres zumindest teilweise in radialer Richtung R einen Überstand s über die Rohrwand aufweisen und dass beide Rohrwände in radialer Richtung R einen Abstand a aufweisen, mit a <= 0,8 s oder a <= 0,5 s. Die Mischerflügel des Innenrohres stehen demnach mindestens 20 % - 50 % ihrer Länge über die Rohrwand des Außenrohres in radialer Richtung hervor. Somit sind die Mischerflügel des Innenrohres bzw. des zweiten Mischrohres sandwichartig zwischen den Mischerflügeln des Außenrohres bzw. ersten Mischrohres platziert.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Anzahl z2 der Ausnehmungen des ersten Mischrohres der Anzahl z3 der Mischerflügel des zweiten Mischrohres entspricht oder ein ganzes Vielfaches davon ist. Es kann in jede Ausnehmung des ersten Mischrohrs ein Mischerflügel des zweiten Mischrohrs platziert sein. Es ist auch möglich, dass nicht alle Ausnehmungen des ersten Mischrohres mit Mischerflügeln besetzt sind, beispielsweise nur jede zweite.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Rohrwand des ersten Mischrohres zwischen der jeweiligen Ausnehmung und einem Rohrende einen Schlitz aufweist, sodass die jeweilige Ausnehmung bis an das Rohrende erweitert ist. Durch Anwendung besagter Ausnehmung am Rohrende können die jeweiligen Mischerflügel in der jeweiligen Ausnehmung platziert werden bzw. in axialer Richtung in die jeweilige Ausnehmung eingeschoben werden.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn der jeweilige Mischerflügel des ersten Mischrohres einseitig an der Rohrwand des zweiten Mischrohres befestigt ist und/oder dass der jeweilige Mischerflügel des zweiten Mischrohres einseitig an der Rohrwand des ersten Mischrohres befestigt ist. Im Bereich der jeweiligen Ausnehmung wird der jeweilige Mischerflügel bzw. das verbleibende Teilsegment des Rohrendes vorzugsweise an dem jeweils anderen Rohr bzw. dessen Rohrwand befestigt. Diese Befestigung kann formschlüssig durch einen Schlitz oder stoffschlüssig durch einen Schweiß- oder Lötprozess erfolgen.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn das erste Mischrohr zweiteilig als Halbschale ausgebildet ist, wobei die jeweilige Ausnehmung in axialer Richtung beidseitig durch die Rohrwand des ersten Mischrohres begrenzt ist. Alternativ zu der vorstehend genannten Ausnehmung ist es auch möglich, dass das äußere Mischrohr zweiteilig als Habschale ausgebildet ist, sodass die Anwendung einer Ausnehmung am Rohrende nicht notwendig wird. Das zweite Mischrohr, mithin das innere Mischrohr, wird demnach in die beiden Halbschalen eingelegt, sodass die Mischerflügel des Innenrohres innerhalb des Ausnehmungen des Außenrohres platziert sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

1 eine perspektivische Darstellung des Rohrmischers in explodierter Form;
2 den Rohrmischer in zusammengesetzter Form;
3a eine Schnittdarstellung des Rohrmischers im Bereich der Mischerflügel;
3b eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Ausführungsform mit beabstandeten Rohren.

Der nach 1 dargestellte Rohrmischer 1 weist ein erstes äußeres Mischrohr 2 mit einer Rohrwand 2a auf, sowie ein zweites inneres Mischrohr 3 mit einer Rohrwand 3a. Das jeweilige Mischrohr 2, 3 weist endseitig jeweils mehrere Mischerflügel 2.1, 3.2 auf, die über den Umfang verteilt angeordnet sind und radial nach außen hervorstehen. Zwischen den Mischerflügeln 2.1, 3.1 besteht jeweils eine Ausnehmung 2.2, 3.2, die der Fläche nach der Form und Größe des ausgestellten Flügels entspricht.
Das erste Mischrohr 2 weist im Bereich des Rohrendes 2.3 jeweils einen Schlitz 2.4 auf, der die jeweilige Ausnehmung 2.2 bis an das Rohrende 2.3 führt. Beim Einschieben des zweiten Mischrohres 3, mithin des Innenrohres, in das erste Mischrohr 2, mithin das Außenrohr, können somit die Mischerflügel 3.1 des zweiten Mischrohres 3 durch besagte Schlitze 2.4 in die jeweilige Ausnehmung 2.2 des ersten Mischrohres 2 geführt werden, wie nach 2 dargestellt. Am Rohrende 3.3 des Mischrohrs 3 sind keine Ausnehmungen notwendig.
In der Schnittdarstellung gemäß 3a ist zu sehen, dass der Außendurchmesser des Innenrohres 3 etwa dem Innendurchmesser des Außenrohres 2 entspricht. Die Mischerflügel 3.1 stehen über den Außendurchmesser des ersten Rohres 2 hervor und sind etwa mittig zwischen den jeweiligen Flügeln 2.1 des ersten Rohres 2 platziert. Der aus dem Inneren nach außen austretende Gasstrom erfährt nun eine Ablenkung nicht nur über die Mischerflügel 2.1 des ersten Rohres 2, sondern ergänzend auch über die Mischerflügel 3.1 des zweiten Rohres 3.
Das Rohrende 2.3 des ersten Rohres 2 liegt wie in 2 zu sehen gegen die Außenoberfläche des zweiten Rohres 3 an. Das Rohrende 2.3 ist dabei reduziert auf die jeweilige Verlängerung des jeweiligen Mischerflügels 2.1, mithin das Rohrende 2.3 abzüglich der vorgenannten Schlitze 2.4, sodass im Bereich jeden Mischerflügels 2.1 ein Teilsegment 2.5 des Rohrendes 2.3 verbleibt. Das jeweilige Teilsegment 2.5 wird an einer Lagerstelle 3.4 mit dem zweiten Rohr 3 verlötet oder verschweißt.
Im Ausführungsbeispiel nach 3b weist das zweite Mischrohr 3 zum ersten Mischrohr 2 einen Abstand a in radialer Richtung R auf und ist koaxial dazu ausgerichtet. Der jeweilige Mischerflügel 3.1 des zweiten Rohres 3 weist einen radialen Überstand s über die Rohrwand 3a auf. Der Überstand s des Mischerflügels 3.1 ist dabei etwa doppelt so groß wie der Abstand a, sodass der Mischerflügel 3.1 - ungeachtet der Wandstärke - über etwa 50 % seiner radialen Höhe über die Außenfläche des ersten Rohres 2.1 in radialer Richtung R hervorsteht.
Das Verhältnis der radialen Länge g des jeweiligen Mischerflügels zu einer radialen Länge u der verbleibenden Rohrwand ist nach 3b für beide Mischrohre 2, 3 gleich. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Verhältnis zwischen beiden Rohren unterschiedlich. Beispielsweise ist bei dem inneren zweiten Mischrohr 3 die Länge u wesentlich kleiner, als die Länge g, so dass die Ausnehmungen 2.2 des ersten Mischrohres 2 nur geringfügig durch die verbleibende Rohrwand 3a des zweiten Mischrohres 3 überdeckt wird. Das genannte Verhältnis zwischen der radialen Länge g des jeweiligen Mischerflügels zu einer radialen Länge u der verbleibenden Rohrwand kann bei dem jeweiligen Rohr auch über den Umfang variieren, um dynamischen Druckverhältnissen des zu mischenden Mediums Rechnung zu tragen.
Die Anzahl z2 der Mischerflügel 2.1 des ersten Rohres 2 entsprechen dabei der Anzahl z3 der Mischerflügel 3.1 des zweiten Mischrohres 3. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass weniger Mischerflügel 3.1 des zweiten Rohres 3 vorgesehen sind als Ausnehmungen 2.2 des ersten Mischrohres 2. Andererseits ist es auch möglich, dass mehr Mischerflügel 3.1 vorgesehen sind als Ausnehmungen 2.2. Wobei dann in der jeweiligen Ausnehmung 2.2 des ersten Mischrohres 2 mehrere Mischerflügel 3.1 des zweiten Mischrohres 3 platziert werden müssen.
Bezugszeichenliste

1: Rohrmischer
2: erstes Mischrohr
2a: Rohrwand
2.1: Mischerflügel
2.2: Ausnehmung
2.3: Rohrende
2.4: Schlitz
2.5: Teilsegment von 2.3
3: zweites Mischrohr
3a: Rohrwand
3.1: Mischerflügel
3.2: Ausnehmung
3.3: Rohrende
3.4: Lagerstelle
a: Abstand
g: Länge
R: radiale Richtung
s: Überstand
u: Länge
z2: Anzahl
z3: Anzahl

Claims

Rohrmischer (1) für Abgas aufweisend ein erstes Mischrohr (2) mit einer Rohrwand (2a), mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Mischerflügeln (2.1) und mit korrespondierenden Ausnehmungen (2.2) sowie ein zweites Mischrohr (3) mit einer Rohrwand (3a), mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Mischerflügeln (3.1) und mit korrespondierenden Ausnehmungen (3.2), wobei die Mischerflügel (2.1, 3.1) in radialer Richtung R über die Rohrwand (2a, 3a) überstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerflügel (3.1) des zweiten Mischrohres (3) zumindest teilweise mit Bezug zur radialen Richtung R zumindest auf Höhe der Rohrwand (2a) des ersten Mischrohres (2) und/oder innerhalb der Ausnehmungen (2.2) des ersten Mischrohres (2) platziert sind.
Rohrmischer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwand (2a) gegen die Rohrwand (3a) zumindest teilweise anliegt und/oder beide Rohrwände (2a, 3a) koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Rohrmischer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerflügel (3.1) des zweiten Mischrohres (3) zumindest teilweise in radialer Richtung R einen Überstand s über die Rohrwand (3a) aufweisen und dass beide Rohrwände (2a, 3a) in radialer Richtung R einen Abstand a aufweisen, mit a <= 0,8 s oder a <= 0,5 s.
Rohrmischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl z2 der Ausnehmungen (2.2) des ersten Mischrohres (2) der Anzahl z3 der Mischerflügel (3.1) des zweiten Mischrohres (3) entspricht oder ein ganzes Vielfaches davon ist.
Rohrmischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwand (2a, 3a) eines der Mischrohre (2, 3) zwischen der jeweiligen Ausnehmung (2.2, 3.2) und einem Rohrende (2.3, 3.3) einen Schlitz (2.4) aufweist, sodass die jeweilige Ausnehmung (2.2, 3.2) bis an das Rohrende (2.3, 3.3) erweitert ist.
Rohrmischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Mischerflügel (2.1) des ersten Mischrohres (2) einseitig an der Rohrwand (3a) des zweiten Mischrohres (3) befestigt ist und/oder dass der jeweilige Mischerflügel (3.1) des zweiten Mischrohres (3) einseitig an der Rohrwand (2a) des ersten Mischrohres (2) befestigt ist.
Rohrmischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mischrohr (2) zweiteilig als Halbschale ausgebildet ist, wobei die jeweilige Ausnehmung (2.2) in axialer Richtung beidseitig durch die Rohrwand (2a) des ersten Mischrohres (2) begrenzt ist.