CN104321507B - 具有紧凑结构的集成废气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种废气处理装置。所述废气处理装置具有紧凑的结构，包括一体的反应物加料、反应物混合和杂质去除/处理。混合可至少部分通过涡流结构实现，并且杂质去除可包括NOx还原。

Description

具有紧凑结构的集成废气处理装置
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2012年4月19日的美国临时专利申请Serial no.61/635,677的优先权，该申请在此以其全文形式被援引加入本文。
背景技术
装有柴油机的车辆通常包括排气系统，所述排气系统具有后处理部件，例如选择性的催化还原催化剂装置、稀燃NOx催化剂装置、或稀燃NOx捕集装置，以降低废气中不希望的气体例如氮氧化物(NOx)的量。为了使这些类型的后处理装置正常工作，加料器(doser)将反应物例如尿素、氨、或碳氢化合物注入废气中。随着废气和反应物流过后处理装置，废气和反应物将不希望的气体例如NOx转换成更为可接受的气体，例如氮和氧。不过，后处理系统的效率取决于反应物与废气的均匀混合的程度。示例废气处理装置披露于美国专利申请公开号为：US2011/0167810；US2010/0212301和US2009/0000287的文献中。还需要废气处理装置是紧凑的并且提供高效和有效的反应物的混合。
发明内容
本发明总体涉及紧凑的废气处理装置，包括一体化的反应物给料、反应物混合和杂质去除/处理。本发明还涉及混合结构，所述混合结构在较短的长度上在废气流中混合反应物。
本发明还涉及废气处理装置，所述废气处理装置具有外部外壳，所述外部外壳包括相对的第一和第二端壁和在第一和第二端壁之间延伸的长度。外部外壳还包括侧壁，所述侧壁沿着从第一端壁到第二端壁的长度延伸。外部外壳限定内部空间。废气处理装置还具有在外部外壳的内部空间中的分隔壁。分隔壁位于沿外部外壳的长度的中间位置。分隔壁将外部外壳的内部空间分成第一区域和第二区域。第一区域被限定在分隔壁与第一端壁之间，而第二区域被限定在分隔壁与第二端壁之间。废气处理装置包括装置入口，所述装置入口与内部空间的第一区域流体相通。废气处理装置具有装置出口，所述装置出口与内部空间的第二区 域流体相通；和，废气处理基板，所述废气处理基板安装在内部空间的第二区域。废气处理装置具有废气处理和混合组件，所述废气处理和混合组件包括位于邻近外部外壳的第一端壁的涡流腔(swirl chamber)，由沿着外部外壳的长度延伸的内部管道限定的混合通道。混合通道在涡流腔与内部空间的第二区域之间提供流体相通。
废气处理和混合组件还包括排气通道，所述排气通道环绕内部管道。排气通道被设置为引导废气流入涡流腔。废气处理和混合组件还包括涡流结构(swirl structure)，用于使从排气通道被引导入涡流腔的废气流旋转。废气处理装置包括分配器安装位置，设置在外部外壳的第一端壁处，用于安装用于将反应物分配到涡流腔内的分配器。
本发明还涉及废气处理装置，所述废气处理装置具有外部外壳，所述外部外壳包括相对的第一和第二端壁以及在第一和第二端壁之间延伸的长度。外部外壳还包括圆柱形侧壁，所述圆柱形侧壁沿着从第一端壁到第二端壁的长度延伸。圆柱形侧壁限定沿着外部外壳的长度延伸的外部外壳的中心纵轴。外部外壳限定内部空间。废气处理装置还具有分隔壁，所述分隔壁位于外部外壳的内部空间内。分隔壁位于沿着外部外壳的长度的中间位置。分隔壁将外部外壳的内部空间分成第一区域和第二区域。第一区域被限定在分隔壁与第一端壁之间，而第二区域被限定在分隔壁与第二端壁之间。废气处理装置还具有装置入口，所述装置入口被限定穿过圆柱形侧壁。装置入口与内部空间的第一区域流体相通。废气处理装置具有装置出口，所述装置出口与内部空间的第二区域流体相通；和NOx处理基板，所述处理基板被安装在内部空间的第二区域。废气处理装置还具有废气处理和混合组件，所述废气处理和混合组件包括位于邻近外部外壳的第一端壁的涡流腔和由与外部外壳的中心纵轴同轴对准的内部管道限定的混和通道。混合通道从涡流腔伸向分隔壁。混合通道提供涡流腔与内部空间的第二区域之间的流体相通。废气处理和混合组件还具有环状排气通道，所述环状排气通道被限定在内部管道与环绕内部管道的外部管道之间。环状排气通道被设置成引导废气流进入涡流腔。另外，废气处理和混合组件包括第一涡流结构，用于使从环状排气通道被引入涡流腔的废气流旋转；和环状废气处理基板，位于环状排气通道内，用于处理流过环状排气通道的废气。废气处理装置具有分配器安装位置，用于安装用于将反应 物分配到废气处理和混合组件中的分配器。
本发明还涉及废气处理装置，所述废气处理装置具有外部外壳，引导废气进入外部外壳的入口，和引导废气从外部外壳排出的出口。废气处理装置还具有环形废气处理基板，所述基板具有中空的内部和限定混合通道的管道。管道位于外部外壳内。管道伸过环形废气处理基板的中空的内部。此外，废气处理装置具有分配器，用于将反应物分配入外部外壳。反应物与管道的混合通道内的废气混合。废气在入口进入外部外壳，流过伸过环形废气处理基板的管道，在通过管道后反向并流过废气处理结构的介质，以便在到达装置出口之前进行处理。
本发明还涉及混合结构，所述混合结构具有管道，限定中心纵轴和用于绕中心纵轴使废气旋转的涡流结构。混合结构还具有旋流器，用于增强管道内的旋转。旋流器限定与中心纵轴对准的流口(flow opening)。流口具有截面尺寸CD1，所述截面尺寸CD1小于管道的通道的相应截面尺寸CD2。涡流结构位于旋流器的上游。混合结构具有反应物分配器，位于旋流器的上游。反应物分配器被设置成沿着中心纵轴并穿过流口喷洒反应物。反应物分配器被安置和设置成使得反应物喷洒不会影响到旋流器的上游侧。
多种其它方面将在下文的说明书中进行陈述。这些方面可能涉及各特征和特征的组合。应当理解，前述的总体描述和下文的详细说明均是示例性的并仅是说明性的，而不应限制本文所披露实施例所基于的更为宽泛的范围。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明原理的废气处理系统。
图2是根据本发明原理的废气处理装置的透视图。
图3是图2所示废气处理装置的端视图。
图4是沿图3的剖线4-4剖开的剖视图。
图5是沿图4的剖线5-5剖开的剖视图。
图6是沿图4的剖线6-6剖开的剖视图。
图7示出了用于图2-6的废气处理装置的废气流路径。
图8示出了图2-6的废气处理装置被改动以包括额外的涡流结构。
图9示出了图2-6的废气处理装置被改动以包括额外的流体分配结构。
图10是根据本发明原理的第二废气处理装置的端视图。
图11是沿图10的剖线11-11剖开的剖视图。
图12是根据本发明原理的第三废气处理装置的透视图。
图13是图12的废气处理装置的端视图。
图14是沿图13的剖线14-14剖开的剖视图。
图15是沿图14的剖线15-15剖开的剖视图。
图16是沿图14的剖线16-16剖开的剖视图。
图17是沿图14的剖线17-17剖开的剖视图。
图18是沿图14的剖线18-18剖开的剖视图。
图19是根据本发明原理的第四废气处理装置的端视图。
图20是沿图19的剖线20-20剖开的剖视图。
图21是沿图20的剖线21-21剖开的剖视图。
图22是根据本发明原理的第五废气处理装置的端视图。
图23是沿图22的剖线23-23剖开的剖视图。
图24是沿图23的剖线24-24剖开的剖视图。
图25是根据本发明原理的第六废气处理装置的透视图。
图26是图25的废气处理装置的端视图。
图27是沿图26的剖线27-27剖开的剖视图。
图28是图25的废气处理装置的相对端端视图。
图29是沿图27的剖线29-29剖开的剖视图。
图30是沿图27的剖线30-30剖开的剖视图。
图31是沿图27的剖线31-31剖开的剖视图。
图32是沿图27的剖线32-32剖开的剖视图。
图33是根据本发明原理的第七废气处理装置的透视图。
图34是图33的废气处理装置的端视图。
图35是沿图34的剖线35-35剖开的剖视图。
图36是沿图35的剖线36-36剖开的剖视图。
图37是沿图35的剖线37-37剖开的剖视图。
图38是沿图35的剖线38-38剖开的剖视图。
图39是根据本发明原理的第八废气处理装置的透视图。
图40是图39的废气处理装置的端视图。
图41是沿图40的剖线41-41剖开的剖视图。
图42是沿图41的剖线42-42剖开的剖视图。
图43是沿图41的剖线43-43剖开的剖视图。
图44是沿图41的剖线44-44剖开的剖视图。
图45是沿图41的剖线45-45剖开的剖视图。
图46是根据本发明原理的第九废气处理装置的端视图。
图47是沿图46的剖线47-47剖开的剖视图。
图48是图表，示出了混合量(混合体积)、湍流度与NOx转换效率之间的关系。
图49示出了图11的实施例的混合空间/混合体积和膨胀区域。
图50是根据本发明原理的第十废气处理装置。
图51是根据本发明原理的第十一废气处理装置。
图52示出了根据本发明原理的混合结构。
具体实施方式
现在将结合附图详细描述本发明的示例性方面。只要有可能，贯穿所有的附图会使用相同的附图标记，以表示相同或相似的结构。
本发明的一个方面涉及适用于处理由发动机例如柴油机所产生废气的废气处理装置。在某些示例中，根据本发明原理的废气处理装置可用于处理由车辆例如长途运输卡车、越野车(例如，农用车辆例如拖拉机、施工车辆例如平路机、推土机、前置式装载机、或其它车辆)的柴油机产生的废气。本发明的某些方面使得废气处理装置较为紧凑并可容易地安装在车罩下、车辆驾驶室下、邻近车罩、邻近车辆驾驶室或车辆的其它地方。在某些示例中，根据本发明原理的废气处理装置可以水平安装、垂直安装或以一角度安装。
现参见图1，示出了发动机排气系统，总体以标记11表示。发动机排气系统11包括发动机13、用于向发动机13提供燃料(例如柴油)的油箱15、进气口17、空气过滤器19、和用于将废气输送离开发动机13的排气管道21。发动机排气系统11还包括废气处理装置23，与排气管道21流体相通。废气处理装置23包括装置入口30，所述装置入口接收来自排气管道21的废气；和，装置出口32，所述装置出口将已处理的废气引向排气管道34。排气管道34将已处理的废气运送到排气出口36，与大气流体相通。废气处理装置例如柴油颗粒过滤器(例如，直通式过滤器(flow-through filter)、壁流过滤器，等等)或柴油氧化催化剂可选地被设置在废气处理装置23的上游或下游。此外，噪声治理结构例如消音器可沿着排气管道34设置。
废气处理装置23优选地被设置成降低存在于排气流中的NOx(或其它杂质/污染物)的浓度。在优选的实施例中，废气处理装置23包括用于杂质的处理基板，尤其的，NOx处理基板50(例如，SCR基板、稀燃NOx催化剂基板、稀燃NOx捕集(结构)或其它结构、SCR涂层过滤器(例如，SCR涂层的DPF或直通式过滤器(flow-through filter))，等等)，用于从排气流中除去NOx(或其它杂质，例如SO2、CO、VOCs，等等)。废气处理装置23还包括加料器52(例如，注射器、喷嘴、或其它分配结构)，在NOx处理基板50处供应适于与NOx(或其它杂质， 例如SO2、CO、VOCs，等等)反应的反应物(例如，尿素(例如，水性尿素)、氨水、碳氢化合物或其它还原剂)，以降低排气流中杂质例如NOx的总体浓度。加料器52位于NOx处理基板50的上游。废气处理装置23还包括混合结构54，所述混和结构产生湍流(例如，旋流)，用于在反应物到达NOx处理基板50之前辅助混合和挥发来自加料器52的反应物。在某些示例中，基板50可包括在装置23内多个串联设置的基板，位于加料器52和混合结构54(例如，DPF、SCR基板、和可选的DOC(例如，用于氧化过量的反应物的反应物氧化催化剂)串联设置)的下游。在某些实施例中，废气处理装置23包括可选的废气处理基板56，位于混合结构54的上游。举例来说，废气处理基板56可包括催化转换器或直通式过滤器(示例直通式过滤器披露于美国专利号7,340,888和7,862,640，所述文献的公开内容在此以其全文形式被援引加入本文)。在其它示例中，废气处理基板56可从装置23去除和/或由设置在装置23的上游的单独的装置提供。废气处理装置23还包括杂质传感器58(例如，NOx传感器)和温度传感器60。在所示的实施例中，一组传感器58、60被设置成邻近装置入口30，而第二组传感器58、60被设置成邻近装置出口32。端口58’为杂质传感器端口，而端口60’为温度传感器端口。
应当理解，废气处理装置23的不同部件相对设置以提供紧凑的结构。尽管结构是紧凑的，部件被设置成使得来自加料器52的反应物在到达NOx处理基板50之前被有效混合和挥发，以便NOx处理基板50有效地从排气流中除去NOx(或其它杂质，例如SO2、CO、VOCs，等等)。在某些实施例中，废气处理装置23的体积小于或等于24升(liter)，并适于处理在额定功率下可达到每小时650千克的废气流。在其它实施例中，废气处理装置的体积小于或等于95升(liter)，并适于处理在额定功率下可达到每小时1700千克的废气流。在其它实施例中，废气处理装置的体积小于或等于135升(liter)，并适于处理在额定功率下可达到每小时2000千克的废气流。在另外的其它实施例中，废气处理装置的体积(升，liter)与废气处理装置待处理的废气流(在额定功率下千克/每小时)的比率在0.03-0.07的范围。在某些实施例中，NOx处理基板50的上游面与加料器52的间距小于750毫米。在其它实施例中，NOx处理基板50的上游面与加料器52的间距在230-750毫米的范围内。仍参见图1，废气处理装置23包括外部外壳62，所述外部外壳62 包括在外部外壳62的第一和第二相对的端壁64、66之间延伸的长度L。外部外壳62还包括侧壁68，所述侧壁沿着从第一端壁64到第二端壁66的长度L延伸。在一个实施例中，侧壁68是圆柱形，但也可以采用椭圆形、卵形、矩形或其它形状。侧壁68限定外部外壳62的中心纵轴70。中心纵轴70沿着外部外壳62的长度L延伸。外部外壳62限定废气处理装置23的内部空间72。
废气处理装置23还包括分隔壁74，所述分隔壁位于外部外壳62的内部空间72中。分隔壁74被设置在沿着外部外壳62的长度L的中间位置。分隔壁74将外部外壳62的内部空间72分成第一区域76和第二区域78。第一区域76被限定在第一端壁64与分隔壁74之间。第二区域78被限定在第二端壁66与分隔壁74之间。加料器52位于第一区域76，NOx处理基板50位于第二区域78，而混合结构54位于加料器52与NOx处理基板50之间。
装置入口30与内部空间72的第一区域76流体相通，而装置出口32与内部空间72的第二区域78流体相通。在优选的实施例中，装置入口30被限定成通过外部外壳62的侧壁68，并被设置成用于引导废气流进入第一区域76。应当理解，装置入口30可具有径向结构、切向结构或成角度结构。此外，在其它实施例中，装置入口30可以是轴向入口，被限定成通过第一端壁64。装置出口32示出被限定成通过(穿过)侧壁68并被设置成用于接收来自第二区域78的废气流并用于引导废气流流出外部外壳62。类似于装置入口，装置出口32可具有径向结构、切向结构或成角度结构。此外，在其它实施例中，装置出口32可具有轴向结构，其中装置出口32被限定成通过(穿过)第二端壁66。
混合结构54是废气处理和混合组件80的一部分，位于内部空间72中。废气处理和混合组件80包括内部管道82(例如，混合管)，限定混合通道84，与外部外壳62的中心纵轴70同轴对准。内部管道82提供内部空间72的第一区域76与第二区域78之间的流体相通。如图1所示，内部管道82从混合结构54的涡流腔86伸向分隔壁74。内部管道82提供涡流腔86与内部空间72的第二区域78之间的流体相通。内部管道82连接至邻近内部管道82的端部83的分隔壁74。在一个实施例中，分隔壁74将内部空间72的第一区域76与内部空间72的第二区域78分开，使得仅有混合通道84提供第一区域和第二区域76、78之间的流体相通。
废气处理和混合组件80还包括外部管道88，所述外部管道环绕内部管道82。外部管道88的一端90连接至外部外壳62的第一端壁64。排气通道92被限定在内部管道82与外部管道88之间。在一个实施例中，内部管道82和外部管道88是圆柱形，而排气通道92是环状。在其它实施例中，内部和外部管道82、88可以是卵形、矩形、椭圆形或其它形状。排气通道92被设置成引导废气流流向涡流腔86。排气通道92包括第一端94和相对的第二端96。第一端94与分隔壁74间隔的间距为间隙G，所述间隙G形成第一端94与分隔壁74之间的轴向间距。第二端96位于邻近涡流腔86处。内部空间72的第一区域76的外部部分98环绕外部管道88。外部部分98被示出为环形。内部空间72的第一区域76的外部部分98限定用于将废气流从装置入口30引导/转到间隙G的区域。从间隙G，废气通过第一端94流入排气通道92。废气随后流过排气通道92并通过第二端96流出排气通道92进入涡流腔86。
废气处理基板56位于排气通道92内。在一个实施例中，废气处理基板56是催化转换器基板。在另一实施例中，废气处理基板56是直通式过滤器基板。在包括废气处理基板56的实施例中，应当理解，废气处理基板56在废气被引向涡流腔86之前提供对废气的一些最初的处理。
废气处理和混合组件80的混合结构54包括涡流结构102，位于排气通道92的第二端96。涡流结构102优选包括适于引起离开排气通道92的第二端96的废气流绕外部外壳62的中心纵轴70旋转的结构。在某些实施例中，涡流结构102可包括勺状物、挡板、叶片、偏转器/导流板、弯管、斜管(成角度的管)、或其它结构，适于引起废气流在涡流腔86内绕中心纵轴70转动或旋转。示例涡流结构披露于美国专利公开号为：US2011/0167810；US2010/0212301和US2009/0000287的专利文献中，所述文献的公开内容在此以其全文形式被援引加入本文。
废气处理和混合组件80还包括加料器52。如图1所示，加料器52被安装至第一端壁64。在一个实施例中，加料器52与外部外壳62的中心纵轴70对准。在使用加料器52时，反应物从反应物源53被分配(例如，喷洒、注入等)入涡流腔86内的旋流排气中。涡流腔86内的旋流排气提供湍流，以便均匀混合排气/废气中的反应物。旋转作用由涡流腔86带入内部管道82的混合通道84。因此，反应物与废气的混合随废气流通过内部管道82而继续。旋转随废气离开内部管道 92并进入内部空间72的第二区域78持续。在内部管道82与NOx处理基板50之间限定排气膨胀区域ER。反应物的均匀混合优选进行到废气到达NOx处理基板50的上游面104为止。通过在排气流中均匀分配反应物，通过确保使用NOx处理基板50的最大表面积可使发生在NOx处理基板50的化学反应的效率最优化。在废气通过NOx处理基板50的下游面106之后，废气通过装置出口32流出外部外壳62。
参见图2-6，示出了废气处理装置23的更为详细的附图。如图4所示，参考平分面108将外部外壳62分成第一半110和第二半112。装置入口30和装置出口32优选位于平分面108的相对侧。例如，装置入口30示出在外部外壳62的第一半110，而装置出口32示出在外部外壳62的第二半112。在一个实施例中，装置入口30相对于平分面108更靠近第一端壁64。
参见图4，装置入口30示出包括入口管114，所述入口管伸过侧壁68。入口管114包括内端116，与内部空间72的第一区域76的外部部分98直接流体相通。入口管114还包括外端118，适于连接至另一管，例如排气管道21(图1)。
装置出口32示出包括出口管120，所述出口管伸过侧壁68。出口管120具有内端122，所述内端是斜切的(斜接，即以一角度切)。出口管120还包括外端124，适于连接至管道，例如排气管道34。
参见图4-6，第一端壁64、第二端壁66和侧壁68优选是绝缘的。例如，壁64、66和68的每一个具有多层结构，包括夹在内层或壁和外层或壁之间的绝缘层。
参见图4，入口管114具有中心线126，所述中心线与废气处理基板56和内部管道82相交。在示出的实施例中，中心线126沿着平分内部和外部管道82、88的平面P对准并且与外部外壳的中心纵轴70相交(见图6)。在示出的实施例中，入口管114位于至少部分轴向重叠外部管道88的轴向位置。更具体的说，入口管114示出在与外部管道88的轴向位置完全轴向重叠的轴向位置。在某些实施例中，至少一部分的入口管114位于轴向在排气通道92的第一端94与第一端壁64之间的轴向位置。在某些实施例中，至少一部分的入口管114相对于所示实施例的排气通道92的第一端94更轴向接近于第一端壁64。入口管114的中心线126 示出位于距离第一端壁64在第一间距S1的位置，比限定在第一端壁64与排气通道92的第一端94之间的第二间距S2小。由于这种结构，通过入口管114输入第一区域76的至少一部分的废气流在进入间隙G并反向沿朝着第一端壁64的方向流过排气通道92之前最初沿着朝向第二端壁66的方向沿流动路径FP在外部部分98内流动。
图7示出了废气处理装置23的流动路线路径FP。如图7所示，废气通过入口管114进入外部外壳62的内部空间72。具体地说，从入口管114的内端116，废气流入内部空间72的第一区域76的外部部分98。在外部部分98内，废气沿流动路径FP至少部分沿定向朝向外部外壳62的第二端壁66的方向128流动。因此，外部部分98内的流动朝向分隔壁74。分隔壁74将流体引向间隙G。从间隙G，废气流过排气通道92并从第一端94流向第二端96。通道92内的废气流过废气处理装置56并至少部分沿定向朝向第一端壁64的方向129流动。在第二端96，涡流结构102导致废气流出排气通道92，以便在涡流腔86内绕中心纵轴70旋转。
加料器(doser)52将反应物注入涡流腔86内的旋流废气中。涡流腔86内的旋流废气流入混合通道84并至少部分沿方向128朝着第二端壁66回流。随着废气在混合通道84中流动，由涡流结构102产生的旋流运动被保持。旋流废气流过混合通道84并流出内部管道82的端部83进入由内部空间72的第二区域78限定的膨胀区域ER。其中含有反应物的废气随后流过NOx处理基板50，在这里废气中的至少一部分NOx被从废气流中除去。在通过NOx处理基板50之后，废气流过限定在NOx处理基板50的下游面106与外部外壳62的第二端壁66之间的过渡空间137。从过渡空间137，废气进入出口管120的内端122并通过出口管120流出废气处理装置23。
图8示出了图2-6的废气处理装置23，另外有额外的涡流结构131位于分隔壁74与NOx处理基板50的上游面104之间。涡流结构131适于为废气提供分隔壁74与NOx处理基板50的上游面104之间的膨胀区域ER中的额外的旋流作用。如图所示，涡流结构131包括板133，限定用于产生旋流作用(涡流作用)的涡流元件130。应当理解，涡流元件130可包括百叶板、勺状物或任何上述其它的涡流结构。
图9示出了图2-6的废气处理装置23被改动以包括在分隔壁74与NOx处理基板50的上游面104之间的额外的混合结构140。混合结构140包括外壳142，所述外壳具有环绕中心纵轴70的穿孔的侧壁144和包围外壳142的轴向端的端盖146。混合结构140还包括延伸部分147，所述延伸部分沿着中心纵轴70从内部管道82向外延伸。延伸部分147的第一端148接收来自内部管道82的流体，而相对的第二端149引导废气流入外壳142的内部。延伸部分147的第二端149可具有钟口状结构。在使用混合结构140时，废气从内部管道82流过延伸部分147并通过延伸部分147的钟形口进入外壳142。流体随后反向并通过穿孔的侧壁144流出外壳142。穿孔的侧壁144上的穿孔帮助将流体均匀分配在NOx处理基板50的上游面104上。穿孔可包括开口、槽、百叶板或其它结构。
图10和11示出了根据本发明原理的第二废气处理装置23A。废气处理装置23A包括外部外壳62A，所述外部外壳包围NOx处理基板50A、分隔壁74A、内部管道82A、环绕内部管道82A的废气处理基板56A、涡流腔86A和涡流结构102A。外部外壳62A包括第一端壁64A和第二端壁66A。加料器安装位置被设置在第一端壁64A的中心处。出口管120A被设置在第二端壁66A的中心处。出口管120A为废气处理装置提供轴向出口。入口管114A被安装穿过外壳62A的侧壁68A。入口管114A的中心线126A与内部管道82A相交，还与限定在分隔壁74A与废气处理基板56A之间的间隙G相交。入口管114A被设置在分隔壁74A与废气处理基板56A之间对准的轴向位置。如图11所示，入口管114A从废气处理基板56A完全轴向偏离并与间隙G对准。仍参见图11，线FPA示出了通过废气处理装置23A的示例流动路径。
图12-18示出了根据本发明原理的第三废气处理装置23B。废气处理装置23B具有大体同废气处理装置23的结构，除了与分隔壁74相比，分隔壁74B具有更为圆顶的结构。分隔壁74B的凹侧面向NOx处理装置。
图19-21示出了根据本发明原理的第四废气处理装置23C。应当理解，废气处理装置23C具有与废气处理装置23相似的结构。不过，与入口管114和第一端壁64之间的间距相比，废气处理装置23C具有更接近于第一端壁64C的入口管114C。此外，入口管114C在邻近入口管114C的内端116C处具有锥形结构。如图20所示，随着入口管114C伸向废气处理装置23C的内部，入口管114C朝向入 口管114C的中心轴126C向内成锥形。此外，如图21所示，随着入口管114C伸向废气处理装置23C的内部，入口管114C从中心轴126C向外成锥形。该入口管114C的锥形结构为入口管114C提供了伸长的横向截面形状。还应当指出，废气处理装置23C包括非斜切(斜接)的出口管120C。而是，出口管120C具有穿孔部分49，用于接收来自废气处理装置23C的内部的废气流。
图22-24示出了根据本发明原理的第五废气处理装置23D。废气处理装置23D具有与废气处理装置23C相同的结构，除了废气处理装置23D具有轴向出口管120D(图23)。
图25-32示出了根据本发明原理的第六废气处理装置23E。废气处理装置23E在很多方面与前述的实施例相似。不过，废气处理装置包括分隔壁74E，所述分隔壁提供从内部管道82E的一端到NOx处理基板50E的上游面104E的渐变直径过渡部分。此外，废气处理装置23E包括具有弯曲或成角度的结构的入口管114E。入口管114E被安装在轴向位置，仅部分重叠废气处理装置23E的废气处理基板54E。此外，废气处理装置23E包括出口管120E，所述出口管相对于废气处理装置23E的侧壁68E成一角度，并通过加强支架150E加固(图28和32)。出口管120E具有锥形和分段的外端。大体矩形的安装凸缘154用于将出口管120E固定至废气处理装置23E的外部外壳62E的侧壁68E。
图33-38示出了根据本发明原理的第七废气处理装置23F。废气处理装置23F具有许多与前述实施例相同的特征。不过，废气处理装置23F包括用于增加混合空间的结构，废气必须在到达NOx处理基板50F的上游面104F之前通过所述结构。例如，废气处理装置包括分隔壁74F，所述分隔壁连接至限定混合通道84F的内部管道82F的端部83F。挡板160安装在分隔壁74F的下游。挡板160将来自混合通道84F的流体径向向外转向蜿蜒通道结构162。这里所用的“蜿蜒通道(serpentine passage)”表示沿自身原路折回至少一次的路径。蜿蜒通道结构162包括外环状通道163，所述通道163从挡板160伸向废气处理装置23F的第二端壁66F。外环状通道163部分由圆柱形壁164限定。圆柱形壁164限定多个开口165，所述开口提供外部通道163与内部通道166之间的流体相通。端壁168阻塞通道163、166的端部，以阻止流体绕过NOx处理基板50F。
如流体路径FPF所示，在使用中，离开内部管道82F的废气流由挡板160引导向外流向外部通道163。流体沿着外部通道163朝向第二端壁66F前进。流体随后前进通过开口165进入内部通道166。一旦到内部通道166中，流体返回朝向废气处理装置23F的第一端壁64F前进。一旦离开内部通道166，废气流通过NOx处理基板50F的上游面104F进入NOx处理基板50F。流体随后前进通过NOx处理基板50F并随后通过出口管120F流出废气处理装置23F。
图39-45示出了根据本发明原理的第八废气处理装置23G。废气处理装置23G具有许多与前述的实施例相同的特征。不过，与前述实施例不同的是，装置23G的外部外壳62G具有阶梯状结构，包括增大直径部分180和缩小直径部分182。入口管和出口管114G和120G安装穿过增大直径部分180。第一端壁64G被安装至缩小直径部分182，而第二端壁66G被安装至增大直径部分180。加料器安装位置被设置在第一端壁64G处。废气处理基板56G、内部管道82G和涡流结构102G被安装在缩小直径部分182内。相似地，涡流腔86G被设置在缩小直径部分182内。NOx处理基板50G被安装在增大直径部分180内。出口管120G具有径向结构并从增大直径部分180横向向外伸出。出口管120G的中心轴与废气处理装置23G的纵向中心线70G相交。入口管114G具有切向结构。入口管114G的中心线126G从废气处理装置23G的中心纵轴70G横向偏离。入口管114G的中心线126G不与废气处理基板56G或废气处理装置23G的内部管道82G相交。入口管114G安装的位置与废气处理基板56G部分轴向重叠。入口管114G的中心线与限定在废气处理基板56G和分隔壁74G之间的间隙G相交。
图46和47示出了根据本发明原理的第九废气处理装置23H。废气处理装置23H具有许多与前述的实施例相同的特征和结构。不过，废气处理装置23H包括的入口管114H具有相对于废气处理装置23H的侧壁68H成角度的内端116A。入口管114H还是弯曲的，使得入口管114H的外端限定的轴300平行于废气处理装置23H的中心纵轴70H。废气处理装置23H还包括出口管120H，所述出口管安装至废气处理装置23H的第二端壁66H。出口管120H具有斜切/斜接(mitered)的内端122H，所述内端连接至第二端壁66H。此外，出口管120H是直的并限定相对于第二端壁66H成角度的中心线。
已经确定，NOx处理基板的NOx转换效率取决于混合/湍流(例如，涡 流比)的程度和限定在分配器安装位置和NOx处理基板的上游面之间的混合空间/混合体积。从这点来说，增加的紊流率/湍流率提供了在NOx处理基板的改进的NOx转换。此外，更大的混合体积/空间和/或停留时间(混合体积/额定流量)还提供了NOx处理基板的改进的NOx转换。图48是演示该关系的图表。实线对应正常的湍流(例如，旋流)，而虚线对应增大的湍流(例如，旋流)。测试数据为对6.6L重型柴油发动机使用具有设置在混合空间和NOx处理基板上游的DOC的处理系统。NRSC表示Non Road Stationary Cycle(非道路固定周期)测试协议。NRTC表示Non Road Transient Cycle(非道路瞬态循环)测试协议。LT表示在230-250摄氏度的四个低温模式。
应当理解，本发明实施例提供的紧凑结构还具有有竞争力的混合/湍流/涡流结构和较大的混合空间/停留时间。例如，图49示出了对于图11的废气处理装置23A的混合空间MV。如图49所示，分隔板74A与NOx处理基板50A之间的膨胀区域ERA大大增加了混合空间MV，而不对废气处理装置23A的整体长度有明显量的增加。通过使用如图8和9所示类型的补充混合器，可以更为有效地使用对应膨胀区域ERA的空间。此外，图35的实施例所示类型的混合空间扩展部分可进一步增大混合空间，以便提高NOx处理基板的NOx转换效率。
图50示出了根据本发明原理的第十废气处理装置23I。废气处理装置23I具有许多与前述的实施例相同的特征和结构。装置23I包括第一区域76I，与第二区域78I通过分隔物74I分开。环形排气通道92I限定在内部管道82I与外部管道88I之间。内部管道82I的第一部分提供涡流腔86I与限定在内部管道82I的第二部分内的膨胀区域ER之间的流体相通。NOx处理基板50I被设置在膨胀区域ER的下游，并且反应物分配器52I(即，加料器、注射器、喷雾器、喷嘴，等等)适于将反应物注入膨胀区域ER上游的废气处理装置23I。可选的基板56I(例如，DOC或直通式滤器)被设置在通道92I内。第一区域76I包括空间V，所述空间径向限定在膨胀区域ER与外部管道88I之间。空间V环绕膨胀区域ER并伸向分隔物74I。空间V是环形的(例如，圆形环或长圆形环)。相对较热的废气通过入口管114I进入第一区域76I，并且一部分的热废气占据空间V，从而将膨胀区域ER的壁加热到一温度，其中反应物被抑制沉积(即，形成液态膜)在限定膨胀区域ER的壁的内表面上。废气从第一区域76I流过排气通道92I并在涡流腔86I内 通过涡流结构102I旋转。在涡流腔86I内，流体绕装置的中心轴70I旋转并且同时反向(例如，转向约180度)以便被引导入内部管道82I。分配器52I引导反应物进入并沿朝向内部管道82I的方向通过涡流腔86I。当废气在到达NOx处理基板之前在内部管道82I和膨胀区域ER内旋转时反应物与废气混合。如上文所述，膨胀区域ER的壁通过空间V加热，以抑制反应物被沉积在其上。
图51示出了根据本发明原理的第十一废气处理装置23J。废气处理装置23J具有许多与前述的实施例相同的特征和结构。装置23J包括第一区域76J，与第二区域78J通过分隔物74J分开。环形排气通道92J被限定在内部管道82J与外部管道88J之间。内部管道82J提供涡流腔86J与膨胀区域ER之间的流体相通。废气处理基板结构50J被设置在膨胀区域ER的下游，并且反应物分配器52J(即，加料器、注射器、喷洒器、喷嘴，等等)适于将反应物注入膨胀区域ER上游的废气处理装置23J。废气处理基板结构可包括设置成串联的多个基板。基板可包括废气处理介质，为具有中空内部的环形(例如，圆形环或长圆形环)。在一个示例中，环形基板可包括环形直通式过滤器400、环形DPF 401、环形SCR基板402和环形DOC 403。内部管道82J伸过环形基板400-403的中空内部。可选的环形基板56J(例如，DOC或直通式过滤器)被设置在通道92J内。较热的废气通过入口管114J进入第一区域76J。废气从第一区域76J流过排气通道92J并在涡流腔86J内通过涡流结构102J旋转。在涡流腔86J内，流体绕装置23J的中心轴70J旋转并且同时反向(例如，转向约180度)以便被引入内部管道82J。分配器52J将反应物引导入涡流腔86J并沿朝向内部管道82J的方向通过涡流腔86J。当废气在内部管道82J内旋转时反应物与废气混合。在内部管道82J内旋转的废气流过基板400-403的中空内部到膨胀区域ER。在膨胀区域ER，流体反向并流过基板400-403以供处理。在基板400-403被处理之后，废气在出口管120J排出废气处理装置23J。
图52示出了可以与本申请的任何废气处理装置一起使用的混合系统523。混合系统523包括环形(例如，圆形环或长圆形环)排气通道592，被限定在内部管道582(即，混合管)与外部管道588(例如，外壳壁)之间。内部管道582限定中心纵轴570。涡流腔586提供排气通道592与内部管道582的内部之间的流体相通。前文所述类型的涡流结构502可用于使废气流绕轴570在涡流腔586内旋转。反应物分配器552邻近涡流腔586安装。在一个示例中，分配器552与 轴570对准。分配器552引导反应物进入涡流腔586并沿朝向内部管道582的方向通过涡流腔586。在一个示例中，分配器552以具有锥角B的锥形喷洒方式注入反应物。旋流器591连接至内部管道582。旋流器591是环形的(例如，圆形环或长圆形环)并限定中心流体开口593，所述流体开口的截面尺寸CD1(例如，直径)小于由内部管道582限定的对应的截面尺寸CD2(例如，内径)。中心流体开口593可与轴570对准，并且可以是圆形、卵形、长圆形、多边形或具有其它横截面形状。旋流器591被示出为沿着面P对准的平挡板或板。在其它示例中，旋流器可以是弧形的。旋流器591具有上游侧595和下游侧597。分配器552被安置和设置成使液态反应物对旋流器591的上游侧595的冲击/影响最小化。例如，选择分配器552的锥角B和分配器552与旋流器591的间距S，使得在旋流器591的喷洒锥的截面尺寸CD3小于或等于截面尺寸CD1。此外，喷洒锥可与轴570同轴。还可以使用提供截面尺寸缩小(例如，在内部管道、venture插入或其它结构变形)的其它结构，以形成旋流器。
旋流器591通过产生湍流/紊流增强混合。在某些示例中，反应物喷洒基本上不影响流体集中器/旋流器，因此明显局部的潮湿不会发生在流体集中器591的上游侧595。在使用中，较大的反应物喷洒液滴具有足够的动力由注射通过旋流腔586和流体集中器591，而不会在涡流腔586内限定的回流区中被夹带在旋流中。较小的液滴可能被夹带在涡流腔586的旋流中。不过，所述液滴小到足以快速蒸发而不会导致沉积或以液态形式影响流体集中器591。最初的旋流在流体集中器之前并在反应物注入的点之前产生。由旋流器591提供的在截面通道面积上的缩小放大了旋转，从而增大旋流强度。湍流/紊流和增大的旋流强度的组合提供了反应物与废气的有效的局部混合。
在使用混合系统523时，废气流过排气通道592并在涡流腔586内旋转。在涡流腔586内，流体绕轴570旋转并同时反向(例如，转向约180度)，以便通过旋流器591被引入内部管道582。旋流器591产生湍流/紊流并增强内部管道582内的旋流。分配器552引导反应物进入涡流腔586并沿朝向内部管道582的方向通过涡流腔586。较大的液滴被携带通过旋流器591并在内部管道582中与废气混合。较小的液滴可在涡流腔586内蒸发。自内部管道582，废气与反应物的混合物向下游方向被运送到后处理基板，例如NOx处理基板。
选择性催化还原(SCR)催化剂装置通常用于排气系统，以便从车辆排放物中除去不希望的气体例如氮氧化物(NOx)。SCR能够在富氧环境通过反应物例如尿素或氨(通过加料器52注入SCR上游的废气流)的辅助将NOx转化成氮和氧。
稀燃NOx催化剂装置也能够将NOx转化为氮和氧。与SCR相比，稀燃NOx催化剂使用碳氢化合物作为还原剂/反应物，用于将NOx转化为氮和氧。碳氢化合物被注入稀燃NOx催化剂上游的废气流。在稀燃NOx催化剂处，NOx通过催化剂的辅助与注入的碳氢化合物反应，以便将NOx还原成氮和氧。尽管废气处理系统被描述为包括SCR，但应当理解，本发明的范围并不限于SCR，因为有多种催化剂装置例如下文所述的装置可根据本发明的原理使用。
稀燃NOx捕集器使用材料例如氧化钡在稀燃作业条件下吸收NOx。在富燃料作业过程中，NOx通过在捕集器内存在催化剂(贵金属)的情况下与碳氢化合物反应来解吸并转化为氮和氧。
催化转换器(柴油氧化催化剂或DOC)通常用于排气系统，以便将来自车辆排气的不希望的气体例如一氧化碳和碳氢化合物转换为二氧化碳和水。DOC可具有多种已知的结构。示例性结构包括限定完全延伸通过的通道的基板。具有波纹金属和多孔陶瓷基板/芯的示例性催化转换器结构披露于美国专利US5,355,973中，该文献的公开内容在此以其全文形式被援引加入本文。基板优选包括催化剂。例如，基板可由催化剂、浸渍有催化剂或涂层有催化剂制成。示例性催化剂包括贵金属例如铂、钯和铑，以及其它类型的成分例如贱金属或沸石。
柴油机排气包含颗粒物质，其排放物因为环境和健康的原因受到监管。该颗粒物质一般由可溶有机成分(“SOF”)和剩余的硬碳部分构成。可溶有机成分可能部分或完全地通过氧化在氧化催化剂装置例如催化转换器中被去除；不过，这通常导致仅有总颗粒物排放的约20％或更少还原。
在一个非限制性实施例中，催化转换器可具有至少200单元/每平方英寸的单元密度，或在每平方英寸200-400单元的范围内。用于催化转换器的优选催化剂是铂，具有的负载水平大于30克/立方英尺的基板。在其它实施例中，贵金属负载水平在30-100克/立方英尺的基板的范围内。在某些实施例中，催化转换器的大 小可使得在使用中，催化转换器的空间速率(通过DOC/DOC的空间的容积流率)小于150,000/小时或在50,000-150,000/小时的范围内。
直通式过滤器部分拦截排气中的固态PM颗粒。一些直通式过滤器可展示的过滤效率为50％或更少。某些直通式过滤器不需要所有行进通过过滤器的废气穿过过滤介质，所述过滤介质具有的孔径尺寸足够小以捕集颗粒物质。直通式过滤器的一个实施例包括多个直通通道，所述通道纵向从直通式过滤器的入口端伸向出口端。直通式过滤器还包括过滤介质，所述过滤介质被设置在至少一些直通通道之间。过滤器还包括流体转向结构，在直通通道中产生湍流/紊流。流体转向结构还用于将至少一些废气流从一个直通通道转向另一直通通道。随着废气流从一个直通通道转向另一个直通通道，转向的流体穿过过滤介质，导致一些颗粒物质被捕集在过滤介质内。该直通型过滤器产生适中的过滤效率，通常每个过滤器可达到50％，具有较低的反压力。
催化剂涂层(例如，贵金属涂层)可被设置在直通式过滤器的直通通道上，以促进废气中颗粒物的可溶有机成分(SOF)的氧化或促进某些气体的氧化。为了增强在过滤介质的碳的燃烧，过滤介质还可涂有催化剂(例如，贵金属例如铂)。
柴油颗粒过滤器(DPF)被设置成通过机械过滤从排气流中除去颗粒物质，使得颗粒物(例如，硬碳)被收集在柴油颗粒过滤器中。柴油颗粒过滤器可被催化以促进SOF或其它杂质的氧化。柴油颗粒过滤器通常需要通过收集在其内的物质通过燃烧过程被除去的工艺来再生。一个示例柴油颗粒还原装置是壁流过滤器，所述壁流过滤器具有整体(独石)陶瓷基板，包括“蜂巢”结构的堵塞通道，如同美国专利US4,851,015中所述，该文献的公开内容在此以其全文形式被援引加入本文。用于制造基板的示例材料包括堇青石、莫来石、矾土、SiC、难熔金属氧化物、或传统用作催化基板的其它材料。所述过滤器一般具有的颗粒过滤效率大于75％并通常大于90％。
在许多上述的实施例中，没有示出加料器。而是，大体三角形加料器安装位置被设置在所述实施例的第一端壁处。应当理解，在使用中加料器被安装在所述位置。
尽管位于混合结构和加料器下游的废气处理基板被反复称作NOx处理基板，应当理解，所述基板还可被一般称作“废气处理基板”，因为在根据本发明原理的其它实施例中，基板可适用于除去/还原除NOx外的杂质，并且加料器52可适用于输送适于促进除去所述其它杂质的反应物。
在其它实施例中，位于加料器下游的废气处理基板可包括位于DPF上游的DOC的组合。在所述实施例中，加料器可分配在DOC燃烧的反应物例如燃料，从而产生热量，通过燃烧收集在DPF上的颗粒物质使DPF再生。在不背离本发明的范围和精神的情况下，对本发明的多种修改和改动对于本领域技术人员来说会变得显而易见，并且应当理解，本发明的范围不应不适当地受限于本文所述的说明性实施例。

Claims (56)

1.一种废气处理装置，包括：
外部外壳，所述外部外壳包括相对的第一端壁和第二端壁以及在所述第一和第二端壁之间延伸的长度，所述外部外壳还包括侧壁，所述侧壁沿着从第一端壁到第二端壁的长度延伸，所述外部外壳限定内部空间；
分隔壁，所述分隔壁在外部外壳的内部空间中，所述分隔壁被设置在沿着外部外壳的长度的中间位置，所述分隔壁将外部外壳的内部空间分成第一区域和第二区域，所述第一区域被限定在所述分隔壁与所述第一端壁之间，而所述第二区域被限定在所述分隔壁与所述第二端壁之间；
装置入口，所述装置入口与内部空间的第一区域流体相通；
装置出口，所述装置出口与内部空间的第二区域流体相通；
废气处理基板，所述废气处理基板安装在内部空间的第二区域；
废气处理和混合组件，包括：
涡流腔，所述涡流腔被设置成邻近外部外壳的第一端壁；
混合通道，所述混合通道由沿着外部外壳的长度延伸的内部管道限定，所述混合通道提供涡流腔与内部空间的第二区域之间的流体相通；
排气通道，所述排气通道环绕内部管道，所述排气通道被设置成引导废气流进入涡流腔；
涡流结构，所述涡流结构用于使被引导从排气通道进入涡流腔的废气流旋转；和
分配器安装位置，所述分配器安装位置被设置在外部外壳的第一端壁处，用于安装用于将反应物分配入涡流腔的分配器。
2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中所述装置入口被限定成穿过外部外壳的侧壁。
3.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中环绕内部管道的排气通道具有入口端，所述入口端通过轴向间隙与分隔壁间隔。
4.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中所述分配器被安装在分配器安装位置，所述分配器被设置成用于将反应物分配到涡流腔内。
5.根据权利要求4所述的废气处理装置，其中处理基板的上游面距离分配器安装位置的间距小于750毫米。
6.根据权利要求4所述的废气处理装置，其中处理基板的上游面距离分配器安装位置的间距在230-750毫米。
7.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中以升为单位计量的废气处理装置的体积与以在额定功率千克每小时为单位计量的废气处理装置的设计排气流的比率在0.03-0.07的范围内。
8.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中流体膨胀区域被限定在内部管道与废气处理基板的上游侧之间。
9.根据权利要求8所述的废气处理装置，其中在流体膨胀区域设置流体分配装置。
10.根据权利要求9所述的废气处理装置，其中流体分配装置包括第二涡流结构。
11.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中装置入口被设置在至少部分轴向重叠内部管道的轴向位置。
12.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中参考面将外部外壳平分为第一半和第二半，其中所述参考面相对于外部外壳的中心纵轴垂直，并且其中装置入口位于外部外壳的第一半，而装置出口位于外部外壳的第二半。
13.根据权利要求12所述的废气处理装置，其中装置入口相对于参考面更靠近第一端壁。
14.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中蜿蜒通道被设置成增大废气处理装置的反应物混合空间。
15.根据权利要求14所述的废气处理装置，其中蜿蜒通道至少部分重叠废气处理基板。
16.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中装置出口包括出口管，并且其中出口管的内端是斜切的。
17.根据权利要求1-16中任一权利要求所述的废气处理装置，其中废气处理基板是NOx处理基板。
18.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中混合通道包括膨胀区域，并且其中第一区域包括环绕膨胀区域并填充有废气的空间，使得膨胀区域的壁被废气加热。
19.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中废气处理结构是环形的并限定中空内部，其中内部管道伸过废气处理基板的中空内部，并且其中废气在通过内部管道之后反向并流过废气处理结构的介质以供在到达装置出口之前进行处理。
20.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中废气处理基板包括设置成串联的多个基板。
21.根据权利要求20所述的废气处理装置，其中多个基板包括至少一个过滤器和至少一个SCR基板。
22.根据权利要求1所述的废气处理装置，还包括旋流器，所述旋流器用于增强内部管道中的旋流，所述旋流器被连接至内部管道并限定流体开口，所述流体开口的截面尺寸CD1小于内部管道的相应截面尺寸CD2。
23.根据权利要求22所述的废气处理装置，其中流体开口沿着内部管道的中心轴对准。
24.根据权利要求22所述的废气处理装置，其中旋流器包括环形板，所述环形板限定流体开口。
25.根据权利要求22所述的废气处理装置，其中分配器被安装在分配器安装位置，其中旋流器具有上游侧，并且其中分配器被安置和设置成抑制反应物喷洒影响旋流器的上游侧。
26.根据权利要求25所述的废气处理装置，其中分配器以喷洒型式喷洒反应物，其中喷洒型式是喷洒穿过流体开口，并且其中喷洒型式在旋流器具有的直径小于或等于截面尺寸CD1。
27.根据权利要求26所述的废气处理装置，其中喷洒型式是锥形的。
28.一种废气处理装置，包括：
外部外壳，所述外部外壳包括相对的第一和第二端壁以及在第一和第二端壁之间延伸的长度，所述外部外壳还包括圆柱形侧壁，所述圆柱形侧壁沿着从第一端壁到第二端壁的长度延伸，所述圆柱形侧壁限定沿着外部外壳的长度延伸的外部外壳的中心纵轴，所述外部外壳限定内部空间；
分隔壁，所述分隔壁在外部外壳的内部空间中，所述分隔壁被设置在沿着外部外壳的长度的中间位置，所述分隔壁将外部外壳的内部空间分成第一区域和第二区域，所述第一区域被限定在分隔壁与第一端壁之间，而第二区域被限定在分隔壁与第二端壁之间；
装置入口，所述装置入口被限定成穿过圆柱形侧壁，所述装置入口与内部空间的第一区域流体相通；
装置出口，所述装置出口与内部空间的第二区域流体相通；
NOx处理基板，所述NOx处理基板被安装在内部空间的第二区域；
废气处理和混合组件，包括：
涡流腔，所述涡流腔位于邻近外部外壳的第一端壁；
混合通道，所述混合通道由与外部外壳的中心纵轴同轴对准的内部管道限定，所述混合通道从涡流腔伸向分隔壁，所述混合通道提供涡流腔与内部空间的第二区域之间的流体相通；
环状排气通道，所述环状排气通道被限定在内部管道和环绕内部管道的外部管道之间，所述环状排气通道被设置成将废气流引入涡流腔；
第一涡流结构，所述第一涡流结构使从环状排气通道被引入涡流腔的废气流旋转；
环状废气处理基板，所述环状废气处理基板位于环状排气通道内，用于处理流过环状排气通道的废气；和
分配器安装位置，所述分配器安装位置用于安装用于将反应物分配到废气处理和混合组件中的分配器。
29.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中所述装置入口包括入口管，所述入口管从外部外壳的侧壁径向向外伸出。
30.根据权利要求29所述的废气处理装置，其中所述入口管包括中心线，所述中心线与外部外壳的纵向中心线相交。
31.根据权利要求29所述的废气处理装置，其中所述入口管包括中心线，所述中心线与内部管道相交。
32.根据权利要求31所述的废气处理装置，其中所述入口管的中心线与环状废气处理基板相交。
33.根据权利要求29所述的废气处理装置，其中所述入口管被设置在至少部分轴向重叠内部管道的轴向位置。
34.根据权利要求33所述的废气处理装置，其中所述入口管被设置在完全重叠内部管道的轴向位置。
35.根据权利要求29所述的废气处理装置，其中参考面将外部外壳平分成第一半和第二半，其中所述参考面相对于外部外壳的中心纵轴垂直，并且其中所述入口管相对于参考面更接近第一端壁。
36.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中所述装置出口包括出口管，所述出口管伸过外部外壳的侧壁。
37.根据权利要求36所述的废气处理装置，其中所述出口管的内端是斜切的。
38.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中环状外部空间被限定在外部管道与外部外壳的侧壁之间，其中环状排气通道具有入口端和出口端，其中环状排气通道的入口端通过环状间隙与分隔壁间隔开，其中环状排气通道的出口端与涡流腔流体相通，并且其中环状外部空间被设置成将废气流从入口引向环状间隙。
39.根据权利要求29所述的废气处理装置，其中入口管限定中心线，所述中心线与外部外壳的中心纵轴相交。
40.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中流体膨胀部分被限定在内部管道与NOx处理基板的上游侧之间。
41.根据权利要求40所述的废气处理装置，其中流体分配装置被设置在流体膨胀部分。
42.根据权利要求41所述的废气处理装置，其中流体分配装置包括第二涡流结构。
43.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中环状排气通道具有入口端，所述入口端通过轴向间隙与分隔壁间隔开，并且其中装置入口位于至少部分重叠轴向间隙的轴向位置。
44.根据权利要求43所述的废气处理装置，其中装置入口的中心线与轴向间隙和内部管道相交。
45.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中装置入口包括入口管，所述入口管具有锥形部分，所述锥形部分沿着平行于外部外壳的中心纵轴的平面向内成锥形和沿着垂直于外部外壳的中心纵轴的平面向外成锥形。
46.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中分隔壁是圆顶形状。
47.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中锥形结构从内部管道的出口端伸向NOx处理基板的上游端，所述锥形结构在NOx处理基板的上游端具有较大直径，而在内部管道的上游端具有较小直径。
48.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中蜿蜒通道被限定在内部管道的出口端与NOx处理基板的上游端之间。
49.根据权利要求48所述的废气处理装置，其中蜿蜒通道至少部分重叠NOx处理基板。
50.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中装置入口限定中心线，所述中心线从外部外壳的纵向中心线偏离。
51.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中装置入口包括入口管，所述入口管具有限定平行于外部外壳的中心纵轴的轴的外端和限定相对于外部外壳的中心纵轴成角度的中心轴的内端，并且其中装置出口包括出口管，所述出口管具有连接至第二端壁的斜切端部。
52.根据权利要求28所述的废气处理装置，其中分配器安装位置被设置在外部外壳的第一端壁，并且其中分配器引导反应物进入涡流腔并朝向内部管道通过涡流腔。
53.一种废气处理装置，包括：
外部外壳；
入口，所述入口用于引导废气进入外部外壳；和，出口，所述出口用于引导废气从外部外壳排出；
环形的废气处理基板，所述基板具有中空内部；
管道，所述管道限定混合通道，所述管道位于外部外壳内，所述管道伸过环形的废气处理基板的中空内部；
分配器，所述分配器用于将反应物分配入外部外壳，所述反应物在管道的混合通道内与废气混合；和
其中废气在入口进入外部外壳，流过延伸通过环形的废气处理基板的管道，在通过管道之后反向并流过废气处理结构的介质以便在到达装置出口之前进行处理。
54.一种混合结构，包括：
管道，所述管道限定中心纵轴；
涡流结构，所述涡流结构使废气绕中心纵轴旋转；
旋流器，所述旋流器用于增强管道内的旋流，所述旋流器限定与中心纵轴对准的流体开口，所述流体开口的截面尺寸CD1小于管道的通道的相应截面尺寸CD2；
所述涡流结构位于旋流器的上游；和
反应物分配器，所述反应物分配器位于旋流器的上游，所述反应物分配器被设置成沿着中心纵轴并穿过流体开口喷洒反应物，所述反应物分配器被安置和设置成使得反应物喷洒不影响旋流器的上游侧。
55.根据权利要求54所述的混合结构，其中分配器以喷洒型式喷洒反应物，其中喷洒型式是喷洒穿过流体开口，并且其中喷洒型式在旋流器具有的直径小于或等于截面尺寸CD1。
56.根据权利要求55所述的混合结构，其中喷洒型式是锥形的。
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