CN102027208B - 用于处理废气的高效催化转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于处理废气流的催化转换器，其包括反应室，包围至少一部分该反应室的加热罩，和围绕该加热罩的冷却剂通道。该反应室可以具有第一端部，废气由其流入该反应室，以及第二端部，废气由其离开该反应室。该加热罩设置为沿着该反应室的外部包含加热气体，该冷却剂通道设置为围绕该加热罩包含冷却剂流。该催化转换器在该反应室中可以进一步包括催化部件。

Description

用于处理废气的高效催化转换器
对相关申请的交叉引用
本申请要求申请日为2007年12月27日的美国临时申请No.61/017,138的优先权，其公开内容完全合并于此。
技术领域
该技术领域涉及用于处理废气，例如如来自内燃机，发电机(例如煤或化石燃料发电机)，以及其它废气源的废气的催化转换器。
背景技术
催化转换器已经多年用于减少内燃机废气排放。例如，在汽油动力车中需要使用催化转换器，以去除碳氢化合物，氧化氮，一氧化碳，以及其它来自废气的污染物。催化转换器也已被改进，以向混合动力车的乘客车厢提供辅助热量。典型的催化转换器包括一催化部件，例如一被包容于外壳内的催化核心。该催化部件可以是具有开孔结构的单片催化剂，其具有不规则和内连接的废气流路，例如多孔金属或陶瓷材料，网状物或者纤维结构。其它催化部件可以是具有规则流路的蜂窝结构，废气通过该规则的流路流动。催化剂可以是铂、钌，或者其它从废气中去除不需要成分的合适的催化剂。通常，催化剂需要一最低温度，以和排放物反应，反应温度越高去除废气排放越好。一些常规的催化转换器相对而言效率低下，因为在催化核中心的温度经常远远超过周边。因此，催化部件的周边部分通常反应速率和效率较低，而降低了催化转换器的整体效率。
虽然催化转换器被要求用于汽车已有多年，它们并不被要求用于装有舷内或船尾驱动引擎的船舶中。然而，在2009年，催化转换器亦将被要求用于新的具有舷内或船尾驱动引擎的船舶中。该要求具有挑战性，因为要保持充分冷却的外部温度用于船舶用途，又要在催化核心的周边区域保持足够高的温度来去除足够的排放物，以符合环境保护机构(EnvironmentalProtectionAgency，EPA)的标准，这是很困难的。常规催化转换器的核心温度通常是1,000-1,400℉。在汽车应用中，催化转换器的外表面为空气冷却，其温度约600-1,000℉。这样高的外部温度显著超过了美国海岸警卫在其船舶规定中设定的200℉的外部温度限制。用于船舶的催化转换器相应地为水冷式，以降低外部温度至可接受的限度内。然而，水冷催化转换器的外部进一步降低了催化核心的周边温度。相应地，水冷式催化转换器的效率通常要低得多，导致更高的碳氢化合物，氧化氮，和一氧化碳排放。
一种用于船用催化转换器的方案提出一被包容于外壳内的核心，用石棉或者其它固体材料的固体绝缘覆盖层围绕该核心，和用水绝热套围绕该绝缘覆盖层。为了抵消在核心周围的热量损失，船用催化转换器可以使用更有效率，更昂贵的钌催化部件。虽然这种方案有所进步，但是其仍然此使用较不昂贵的铂催化核心的汽车用催化转换器效率低下。而且，虽然钌或者其它核心材料可以用于提升效率，船用催化转换器仍然可能不符合EPA的标准。
此外，即使目前的催化转换器降低汽车和其它排放源的排放，数量巨大的使用中的交通工具大气中的碳氢化合物，氧化氮，和一氧化碳含量有极大的贡献。根据许多研究和模型，快速增加的碳氢化合物，氧化氮，和一氧化碳排放水平对空前的可能产生很多反响的全球变暖速率有贡献。已报道的平均温度的快速增长使许多科学家预言除非排放被显著降低，将会有灾难性的结果。因此，提供一种可以从废气中去除更多排放物的高效催化转换器将保护环境，减轻全球变暖的潜在后果。
发明内容
A.综述
以下公开内容描述了在船舶中用于舷内或船尾内燃机的环境下若干催化转换器的实施方式。例如，所描述的催化转换器的具体实施方式很适合用于游船(例如，滑雪船，游艇，钓鱼船等)和个人水上器具(例如，“水上摩托(jet-skis)”和“水上自行车”)。虽然以下描述的催化转换器的实施方式很适合用于船舶，它们也可以用于工业，汽车，或者其它用途，以消除废气排放。若干该催化转换器的实施方式可相应地用于去除碳氢化合物，氧化氮，一氧化碳，和烧煤发电机，其它类型的船用或其它用途的内燃机的其他排放物，或者用于其它能够受益于高效去除气体排放的应用。另外，该催化转换器的几个其它的实施方式可以具有和此部分所描述的不同的构造，部件或者步骤。因此，本领域普通技术人员应当相应理解，本发明公开可以有其它具有附加部件的实施方式，或者该发明公开可以具有其它实施方式而不含若干以下参照图1-9B显示和描述的特征。
用于处理废气流的催化转换器的一个实施方式包括反应室，包住至少一部分反应室的加热罩，以及可选的围绕该加热罩的冷却剂通道。该反应室可以具有第一端部，废气流由其通入该反应室，以及第二端部，废气由其流出该反应室。该加热罩设置为沿着该反应室的外部包含加热的气体，并且该可选的冷却剂通道设置为围绕该加热罩包含冷却剂流。该催化转换器可以进一步在反应室中包含催化部件。
用于处理废气流的催化转换器的另一个实施方式包括具有进口部和出口部的反应室，其设置为废气主流由进口部经过反应室至出口部。该催化转换器还包括围绕该反应室的气室，该反应室和气室之间的第一通路在出口部，该反应室和气室之间的第二通路在进口部。一部分废气主流由第一端口至第二端口通过该气室，以产生通过该气室的加热气体的对流。该催化转换器还可以包括可选的围绕该气室的冷却剂通道，以及位于该反应室中的催化核心。
根据一个实施方式的用于减少来自废气流的排放的方法包括将废气主流以第一方向通过反应室中的催化核心，以及将废气副流通过该反应室周围的加热罩。该方法可以进一步包括，将冷却液流通过该加热罩周围的冷却剂通道。以下参照图1-9B描述了前述实施方式的若干特定实施例，关于催化转换器，气体处理系统，发电系统，以及有关的用于从废气流减少排放和/或发电的方法。
附图说明
图1是根据本发明公开的一个实施方式的高效催化转换器的示意图。
图2是根据本发明公开的另一个实施方式的催化转换器的示意图。
图3是根据本发明公开的又一个实施方式的催化转换器的示意图。
图4是根据本发明公开的还有一个实施方式的催化转换器的示意图。
图5是根据本发明公开的另一个实施方式的催化转换器的截面图。
图6是根据本发明公开的又一个实施方式的催化转换器的截面图。
图7是根据本发明公开的另一个实施方式的图6所示催化转换器的另一种实施方式的截面图。
图8是具有根据本发明公开的另一个实施方式的催化转换器的气体处理系统的示意图。
图9A-B是具有根据本发明公开的实施方式的催化转换器的发电机系统的示意图。
具体实施方式
B.催化转换器特定实施方式的说明
图1是高效催化转换器100的示意图，其非常适于需要限制外部温度和/或较高效率的应用。在此实施方式中，该催化转换器100包括反应室110，至少包围一部分反应室110的加热罩120，以及包住至少一部分加热罩120的冷却通道130。该反应室110具有第一端部112，废气的主流FP由其中通入该反应室110，以及第二端部114，废气的主流FP由其中流出该反应室110。相应地，该第一端部112可以为进口部，以及该第二端部114可以为出口部。该加热罩120可以是一气室，其设置为沿着该反应室110的外部包含加热气体流Fh，该冷却剂通道130可以是冷却套，其设置为围绕该加热罩120包含冷却剂流FC。在图1所示的实施方式中，该加热罩120是同轴地靠近该反应室110中部的内部环状气室，该冷却剂通道130是同轴地靠近该加热罩120的外部环状套。该催化转换器100进一步在反应室110中包括催化部件140。合适的催化部件140包括开孔基质，如多孔金属或者陶瓷，网状物，或者纤维结构，以及催化剂，如铂，钌，或者取决于废气的类型的其它适合的催化剂。该催化部件140可以选择性地为蜂窝状基质或者其它基质结构，其具有所需的一种或多种催化剂。该反应室110，加热罩120，和冷却通道130一起运作，以增加催化部件的效率，而同时在该催化转换器的外部提供低得多的温度。
在此实施方式中，该反应室110进一步包括一个或多个接近出口部114的第一端口115，和一个或多个接近进口部112的第二端口116。该第一端口115和第二端口116可以一起运作，以产生通过该加热罩的高温废气的对流Fh。该加热气流Fh通过第一端口115进入加热罩120，并通过第二端口116离开该加热罩120，以使得再循环流Fr回入废气的主流FP。通过加热罩120的对流Fh非常热，因为它在被催化部件140处理后进入加热室120。更特别地，该催化步骤的热反应将废气的主流FP从约300-600℉的进口温度Ti加热至约1,000-1,400℉的出口温度To。由此，该加热流Fh在该反应室110中的催化部件140和冷却剂通路130中的冷却剂流FC之间提供极热的具有低热传导性的阻障。该加热流Fh主动地加热该反应室的外部，并相应减轻热量自该反应室110损失，以使得该催化部件140的周边区域也具有非常高的接近于中央核心的温度。相此于常规的不主动加热反应室外部的水冷式催化转换器，该催化转换器100效率高，并且从废气的主流FP中去除可观百分比的一氧化碳，氧化氮，碳水化合物和/或其它不需要的成分。
该冷却剂通道130包含充足的冷却剂流，例如水或者另一种合适的流体，以冷却围绕该加热罩120的外部表面150和/或该反应室110的端部。当该催化转换器100在船舶应用中用于舷内或者船尾驱动的船只时，该冷却剂流FC可以是来自支持该船只的水体的天然水流或者是结合热交换器的闭环系统。该冷却剂流FC自该加热罩120向外辐射状去除热量，以使得该外部表面150在适当的为了特别应用的操作范围内。在船舶的情形下，该冷却剂流FC是充足的，使普通操作时该外部表面150的温度低于200℉，通常低于约160℉。例如，一种特定雏形的催化转换器100在45-60℉环境水中测试，其外部表面温度为80-120℉，该催化部件140中的核心温度为约1,100-1,400℉。
图2是根据另一个公开的实施方式的催化转换器200的示意图。图1和图2中，相似的参考标记表示相似的部件。在此实施方式中，该催化转换器200的反应室110包括一个或多个端口201，废气由其中流入和流出该加热罩120。该端口201可以具有勺斗(scoop)202，其引导入流Fi从主流FP进入该加热罩120。出流Fo同样从该加热罩发生并通过端口201。更特别地，当该加热罩120中的压力超过端口201处的压力时，该出流Fo将通过端口201。该催化转换器200类似于催化转换器100，但是该催化转换器200不产生相同的通过该加热罩120的对流。
图3是根据公开的又一个实施方式的催化转换器300的示意图，图1-3中，相似的参考标记表示相似的部件。该催化转换器300具有加热通道或者加热罩320，其完全和反应室110分开。在此实施方式中，加热流Fh可以包括在该催化转换器300的上游从主流FP去除的废气，然后在该催化转换器300的下游再次加入该主流Fp。就其本身而言，通过加热罩320的该加热流Fh不经过催化部件140的处理。因此，该催化转换器300中的加热流Fh不像催化转换器100中的加热流Fh那么热。在此实施方式的另一个实施例中，该加热流Fh可以是被通过排气歧管外部，排气管外部，或者其它的引擎加热部分的天然空气，以达到适当高的温度，而依旧减轻热量从该反应室110转移。
图4是根据公开的另一个实施方式的催化转换器400的示意图，图1-4中，相似的参考数字表示相似的部件。在此实施方式中，该催化转换器400包括反应室410，其具有闭合端412和多个出口端414。该催化转换器400进一步包括加热罩420，其围绕该包括多个出口422的反应室410，以及在该反应室410中的催化部件440。在此实施方式中，该催化部件440具有装载催化剂的基质442，和通过该基质442的中央孔444。冷却剂通道130如前所述围绕加热罩420。运作时，主流FP通过该中央孔444，然后通过该该催化部件440的基质442流入。该主流FP通过出口414离开反应室410，如此则加热罩420中的加热流Fh为离开该反应室410的主流FP中经处理的部分。然后该主流FP通过出口422离开该加热罩420，并被引出船只。相应地，该催化转换器400使用催化部件440来加热该加热罩420中的废气。
图5是根据公开的另一个实施方式的催化转换器500的截面图。在此实施方式中，该催化转换器500包括反应室510，围绕至少一部分反应室510的加热罩520，以及围绕该加热罩520和部分反应室510的冷却剂通道530。该加热罩520为气室，该冷却剂通道530是用于包含冷却剂流(例如水或者另一种合适的流体)的套。在此实施方式中，催化部件540具有如上所述的基质和适当的催化剂。
该反应室510包括第一端部511，第二端部512，和位于该第一端部511和第二端部512之间的中央管513，其中安置催化部件540。该第一端部511包括主进口514，废气的主流FP由其中进入该反应室510。该第一端部还包括分散壁515，其从该主进口514的末端至中央管513具有渐增的横截面尺寸。该第二端部512具有主出口516，废气的主流FP由其中离开该反应室510。该第二端部512还包括会聚壁517，其在离开该中央管513向该主出口516的方向上具有渐降的横截面尺寸。如下所述，该分散壁515和会聚壁517的设置有助于产生稳定的通过该加热罩520的加热对流Fh。例如，不受理论限制，该分散壁515被相信为有助于在该催化部件540的上游产生扩张区，而该会聚壁517相信有助于在该催化部件540的下游产生高压区。
该加热罩520具有内壳522，其第一部分523连着该反应室510的第一端部511，其第二部分524连着该反应室510的第二端部512，以及位于该第一部分523和该第二部分524之间的中间部分525。该中间部分525从该反应室510的中央管513朝外位移，以使得该加热罩520在该内壁522和分散壁515外壳，中央管513外壳及聚合壁517外壳的组合之间具有一闭合空间。此实施方式中的该催化转换器500还包括多个通过该聚合壁517的第一端口541，和多个通过该分散壁515的第二端口542。该第一端口541和第二端口542可以进一步包括延伸入该加热罩520的挡板543。
该反应室510，加热罩520，和催化部件540一起运作，以产生围绕该反应室510的中央管513外部的稳定的热气对流，以减轻热量损失，否则热量损失会降低该催化部件540的效率。更特别地，该聚合壁517和挡板导致一部分来自主流FP的废气通过第一端口541流入加热罩520。相反地，该催化部件540上游的该分散壁515和挡板导致气体流出该加热罩520，使加热的对流Fh以和通过该反应室510的主流FP相反的方向流过该加热罩520。该加热的对流Fh特别有利，因为该催化部件540将废气从第一端部511处的约300-600℉的温度加热至第二端部512处的约1,000-1,400℉。由此，进入该加热罩520的气体接近该催化部件540本身的温度。相应地，此种流经该加热罩520的高温气流减轻了在该催化部件540周边处的热量损失，使得从该催化部件540的中央至周边的温度梯度相对较低。另外，由于通过该加热罩520的气体的加热对流Fh作为再循环流Fr被引入该催化部件540的上游，此部分废气经过该催化部件540的再处理，以进一步降低通过第二端部512的主出口516离开的主流FP中的排放量水平。
该冷却剂通道530可以包括外壳532，其与内壳522的外表面分开，以及流体通道533，其至少部分由该内壁522和外壁532之间的空间限定。在此实施方式中，该外壁532具有第一末端534，其具有进口535，以及第二末端536，其具有进口537。该第一末端534可以在该加热罩520的第一部分523的上游围绕一部分该反应室510的第一端部511，该第二末端536可以在该加热罩520的第二部分524的下游围绕一部分该反应室510的第二端部512。相应地，此种冷凝剂通道530的构造同时在非常热的加热罩520的上游和下游冷却该催化转换器500，以保证该催化转换器500的外部温度对于船舶应用而言足够低。然而，在其它应用中，可能不需要低的外部温度，如此则冷却剂通道530不必要延伸过加热罩520之外的该反应室510。
该流体通道533可以进一步包括流体导向件538，其引导和/或分隔通过通道533的流体，以分配该加热罩520周围的冷却流体。在此实施方式中，该流体导向件538是介于内壳522和外壳532之间的连续的螺旋状壁，其沿该加热罩520的外表面形成螺旋通道。冷却剂流Fc相应地进入该进口535，并围绕该加热罩520的外部螺旋地流动，直至其在出口537离开该冷却剂通道530。该流体导向件538设置为有助于分配围绕该加热罩520外表面的冷却剂流Fc，使冷却剂通道530中较不可能形成气囊和/或使流经该加热罩520的流体大体上一致。该流体导向件538相应地降低从该加热罩520的一部分至另一部分的温度梯度。该流体导向件538是可选的，这取决于特定的应用。此外，在其它实施方式中，该流体导向件538可以是多个单独的壁，其沿该流体通道533的长度，或至少一部分长度纵向延伸。
图6是根据公开的另一个实施方式的催化转换器600的示意图，图7为图6的催化转换器600的另一布置示意图。图5-7中，相似的参考标记表示相似的部件。在此实施方式中，该催化转换器600的反应室510可以包括和图5所示的催化转换器500基本相同的特征。然而，如图6所示，取代了通过会聚壁517的第一端口541和多个通过分散壁515的第二端口542，该催化转换器600包括具有第一端口541的第一套管602a，以及具有第二端口542的第二套管602b。该第一和第二套管602a和602b可以分别装载该第一和第二端口541和542的挡板543。该第一和第二套管602a和602b可以大体上为环形，矩形，和/或其它合适的形状。
即使图6所示的该催化转换器600的第一端口541的挡板543和第二端口的挡板大致上对齐，在其它实施方式中，该第一端口541的挡板543和第二端口的挡板可以互相偏离。例如，如图7所示，该第一端口541的挡板543可以偏离该第二端口542的挡板约90°。在其它实施例中，该第一端口541的挡板543可以偏离该第二端口542的挡板约10°，20°，30°，45°，和/或其它适当的偏离角度。该偏离的第一和第二端口541和542的挡板543可能帮助减少通过加热罩520的气体的加热对流Fh和通过该反应室510的再循环流Fr的支流。
在图6和7中，显示的若干催化转换器600的实施方式具有第一和第二套管602a和602b。在其它实施方式中，可以省略第一和第二套管602a和602b之一。在另外实施方式中，该催化转换器600可以包括第一和第二套管602a和602b中至少一个，它们各自具有单片挡板543，三片挡板543，或者任何其它所需数目的挡板543。在还有一些实施方式中，至少一个第一和第二套管602a可以包括具有完整圆形开口的挡板(未示出)。
图8是根据公开的另一个实施方式的气体处理系统800的示意图。如图8所示，该气体处理系统800可以包括在催化转换器801下游结合流体限制器802的催化转换器801。该催化转换器801可以包括装载催化部件805的反应室803，和围绕该反应室803的冷却通道804。该冷却通道804可以具有冷却剂进口835和冷却剂出口837。在某些实施方式中，该催化转换器801可以和前述的参照图1-7的若干催化转换器的实施方式的结构和功能大致上相同。在其它实施方式中，该催化转换器801也可以具有其它构造和/或特征。例如，该催化转换器801可以大致上和图1的催化转换器100相同，只是该催化转换器800不包括加热罩120。
在示范的实施方式中，该流体限制器802包括止回阀(checkvalve)，其与该冷却通道804的冷却剂出口837成流体连通。在其它实施方式中，该流体限制器802也可以包括孔，喉管(venturi)，喷嘴，和/或其它类型的至少适于减少来自该催化转换器801的冷却剂流或者提高通过该冷却通道804的冷却剂流的压降的流体部件。
当冷却剂的供给压力不足时，该气体处理系统800的若干实施方式至少可以减少使催化转换器801过热的危险。例如，在某些实施方式中，该气体处理系统800可以用于具有船上供水的船舶。在水中时，该船上供水可以提供足够的压力，使水通过该催化转换器801的冷却通道804。当船舶在陆上(例如，在拖车上牵引)时，该催化转换器801中的水趋于从冷却剂出口837排出该冷却通道804。没有水，该催化部件805可能过热和失效，因为催化反应可能由于该反应室803中的残余气体和/或该催化部件的热惯性而仍然是活性的。相应地，通过引入流体限制器802，当船舶离水时，至少一些水可以保留，以至少降低该催化转换器801过热的风险。
即使图8所示的冷却剂出口837位于该催化转换器801的底部，在别的实施方式中，冷却剂出口837可以位于该催化转换器801的顶部，如图8的虚线所示。在进一步的实施方式中，该催化转换器801可以包括位于该催化转换器801顶部的第一冷却剂出口(未示出)和位于该催化转换器801底部的第二冷却剂出口(未示出)。至少一个流体限制器802可以和该第一与第二冷却剂出口流体连通。
图9A-B是根据公开的实施方式的能量产生系统900的示意图。如图9A所示，该能量产生系统900可以包括引擎901，催化转换器902，汽轮机911，和可选的热交换器914，它们彼此连接。该引擎901可以包括汽油机，柴油机，气涡轮机，和/或其它烧气设备。或者，如图9B所示，该能量产生系统900可以包括工业气源903(例如，发电厂，合成气反应器等等等等)来代替引擎901。在进一步的实施方式中，该能量产生系统900可以包括至少至少一个引擎901与工业气源903的组合。
如图9A所示，该催化转换器902可以包括进气口904，其与该引擎901结合，以及出气口906，其向通风口开放。该催化转换器902还可以包括流体进口908与流体出口910。该流体出口910可以结合至该汽轮机911。在某些实施方式中，该催化转换器902通常可以和上述参考图1-7的若干催化转换器的实施方式结构和功能相似。在其它实施方式中，该催化转换器902还可以具有其它其它结构和/或特征。在该示意的实施方式中，汽轮机911可以结合至发电机912。在其它实施方式中，该汽轮机911还可以结合至气体压缩机，泵，驱动轴，和/或其它适宜的动力设备。
在运转中，该引擎901生产具有杂质(例如，一氧化碳，氧化氮等等)的废气。该催化转换器902接收废气，并将杂质与空气，氧气，和/或其它适宜的组合物反应以产生热。然后该催化转换器902在流体进口908接收流体(例如水)，并用杂质反应生成的热提高该流体的能量含量。在示范的实施方式中，该催化转换器902将接收的流体(例如水)转为蒸汽，并将该蒸汽供应至汽轮机911，所述汽轮机911驱动发电机912来产生电。然后可选的热交换器914可以浓缩和/或冷却蒸汽和/或来自汽轮机911的冷凝物。该冷凝物可以返回至催化转换器902，排放至下水道，和/或进行其它处理。
在船舶内使用天然水通过冷却剂通道530，测试催化转换器500的一个具体的实施方式。该天然水的温度接近45-60℉。该催化部件540由其核心中央至周边区域显示小的温降，使得该核心至周边的温度在运转速度下接近1100-1400℉。然而，该冷却剂通道530的外表面温度通常在70-120℉范围内，甚至在高运转速度下通常低于100℉。该催化转换器去除了明显百分率的碳氢化合物(HC)，氧化氮(NOx)，和一氧化碳(CO)。来自该催化转换器500的排放量极低，这是超过常规水冷式催化转换器的明显改进，并且令人惊奇地超过已有的用于汽车的气冷式催化转换器。更特别地，用在RamjetEFI，6.3L，530hp引擎上的该催化转换器500的实施方式的排放测试显示于下表1中。表1
相此于不带有该催化转换器的系统，该催化转换器500还显著降低噪音。不受理论限制，加热罩520冷却剂通道530以在该催化转换器500的下游减少废气的主流FP的噪音强度的方式显著地驱散声能。由此，该催化转换器500可进一步用于船舶和其它噪音污染为考虑因素的应用中。
在不同的发动机条件下，在船舶内使用天然水通过冷却剂通道530，测试催化转换器500的一个具体的实施方式。使用Speedtech提供的大气分析器(机型号码SM-28)测量风速(同时测高和低)，相对湿度，气温，与气压，如下所示：
风速-高 0 mph
风速-低 0 mph
相对湿度 63 ％
气温 44 ℉
气压 1024 mbar
使用Snap-OnEquipmentofConway提供的气体分析器，AR(机型号码EEEA305A)测量碳氢化合物(HC)，二氧化碳(CO2)，一氧化碳(CO)，氧气(O2)，氧化氮(NOx)，和空气-至-燃料比率(A/F)。采用IIMorrow(机型号码430-0265-41)提供的GPS计测量该船舶的每小时英里数(MPH)速度。收集的数据显示于下表中。
根据上述内容，应当了解本发明公开的具体实施方式已经描述于此，其目的在于举例，但是在不偏离本发明公开的精神和范围前提下，可以进行不同的改进。例如，在某些实施方式中，若干显示于图1-7的该催化反应器的实施方式可以不包括用于汽车的和/或其它适宜的用途的冷却通道。相应地，除所附权利要求之外，本发明公开不受限制。

Claims (16)

1.一种用于处理废气流的催化转换器，包括：
反应室，具有第一端部，废气由其流入反应室，以及第二端部，废气由其离开反应室，其中，所述反应室包括定位于所述第一端部和所述第二端部之间的导管，并且其中所述废气在第一轴向方向上自所述第一端部向所述第二端部的流过所述反应室；
催化元件，该催化元件定位在所述反应室内，其中所述导管围绕所述催化元件，以及
包围至少一部分反应室的加热罩，所述加热罩具有向外地与所述导管分开的壳体，其中，所述壳体至少部分地定义所述导管和所述壳体之间的封闭空间，其中所述加热罩包括位于所述反应室下游的端口，所述端口包括在所述反应室和所述加热罩之间的开口，其中所述端口为定义为已加热气体的一部分废气以与所述第一轴向方向呈一角度的方向向外地行进从而离开所述反应室并进入所述加热罩提供路径，并且其中，该加热罩设置为沿着反应室的外部在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上再循环该已加热气体，并在靠近该第一端部处将该已加热气体再引入该废气。
2.根据权利要求1的催化转换器，其中，所述端口为第一端口，其中，所述催化转换器进一步包括位于所述催化元件上游的第二端口，其中所述已加热气体通过所述第二端口流出加热罩，其中，所述反应室包括自所述导管延伸的会聚壁，其中，所述会聚壁位于所述催化元件的下游并且沿所述第一轴向方向会聚，并且其中所述第一端口延伸通过所述会聚壁。
3.一种用于处理废气流的催化转换器，包括：
反应室，具有第一端部，废气由该第一端部流入反应室，催化元件，以及第二端部，废气由该第二端部离开反应室，其中，该反应室在第一端部和第二端部之间具有中央导管，所述废气以自所述第一端部向所述第二端部的第一轴向方向行进通过所述反应室；
包围至少一部分反应室的加热罩，并且包括一端口，该端口包括所述反应室和所述加热罩之间的开口，其中所述端口位于所述催化元件的下游，其中，该加热罩设置为沿着反应室的外部在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上包含并再循环一已加热气体，其中所述已加热气体经由所述端口进入所述加热罩，并且其中所述端口为所述已加热的气体以与所述第一轴向方向呈角度地向外地行进以离开所述反应室并进入所述加热罩提供路径；以及
包括围绕该加热罩的冷却剂通道，该冷却剂通道设置为围着该加热罩含有冷却剂流体。
4.根据权利要求3的催化转换器，其中：
该加热罩具有内壳，其第一部分连着该反应室的第一端部，其第二部分连着该反应室的第二端部，其中部向外远离该中央导管，使该加热罩在该中央导管与内壳之间具有一封闭空间；和
该冷却剂通道具有向外远离该内壳的外壳，以及由该内壳与外壳定义的流体通道。
5.根据权利要求3的催化转换器，其中：
所述端口是第一端口；
该第一端部具有发散壁，所述发散壁的横截面尺寸向该中央导管渐增，该第二端部具有会聚壁，所述会聚壁定位在所述催化元件的下游并且具有沿所述第一轴向方向渐降的横截面尺寸，所述第一端口延伸通过该会聚壁，第二端口延伸通过该发散壁；
该加热罩具有内壳，其第一部分从该第二端口的上游连着该反应室的第一端部，其第二部分从该第一端口的下游连着该反应室的第二端部，其中部向外远离该中央导管，使该加热罩在该中央导管与内壳之间具有一封闭空间；和
该冷却剂通道具有向外远离该内壳的外表面的外壳，以及由该内壳与外壳定义的流体通道。
6.根据权利要求3的催化转换器，其中：
所述端口是第一端口；
该第一端部具有发散壁，所述发散壁的横截面尺寸向该中央导管渐增，和延伸自该发散壁的第一套管，该第二端部具有会聚壁，所述会聚壁的横截面尺寸离开该中央导管渐降，和延伸自该会聚壁的第二套管，其中该第二套管包括所述第一端口，该第一套管包括第二端口；
该加热罩具有内壳，其第一部分从该第二端口的上游连着该反应室的第一端部，其第二部分从该第一端口的下游连着该反应室的第二端部，其中部向外远离该中央导管，使该加热罩在该中央导管与内壳之间具有一封闭空间；和
该冷却剂通道具有向外远离该内壳的外表面的外壳，以及由该内壳与外壳定义的流体通道。
7.根据权利要求5或6的催化转换器，其中该冷却剂通道在该内壳和外壳之间进一步包括螺旋流体导轨，以使得流体通道围绕该内壳的外表面螺旋式延伸。
8.一种用于处理废气流的催化转换器，包括：
具有进口部和出口部的反应室，其中，该反应室在该进口部与出口部之间具有导管；催化核心，其中废气的主流在第一轴向方向上从该进口部至出口部通过该反应室；
围绕该反应室的气室，以及；
在出口部位于该反应室与气室之间的第一通路，和在进口部位于该反应室与气室之间的第二通路，其中该第一通路定位于所述催化核心的下游并且设置为引导废气主流的一部分自所述反应室向外地以与所述第一轴向方向呈角度地进入所述气室，其中，所述气室为所述废气的所述主流的所述部分在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上行进提供路经，并且其中该第二通路设置为将所述废气的所述主流的所述部分再引入该废气主流。
9.根据权利要求8的催化转换器，其中：
该气室具有从该导管向外远离的中间壁，以使得该气室在该中间壁与该导管之间具有一封闭空间；和
其中，该催化转换器进一步包括围绕该气室的冷却剂通道，该冷却剂通道具有从该中间壁向外远离的外壁，以使得该冷却剂通道在该中间壁和外壁之间包含流体通道。
10.根据权利要求9的催化转换器，其中该冷却剂通道在该中间壁和外壁之间包含螺旋分配器，以使得该流体通道围绕该中间壁的外表面螺旋式延伸。
11.根据权利要求8的催化转换器，其中该进口部具有渐增的横截面尺寸，相对于通过催化核心的主流在该催化核心的上游形成一扩张区，其中，所述反应室包括位于所述催化核心下游的会聚壁，其中，所述会聚壁沿所述第一轴向方向会聚而相对于该主流在该催化核心的下游形成一高压区，并且其中所述第一通路通过所述会聚壁。
12.根据权利要求11的催化转换器，其中该第一通路是通过该出口部的孔，该第二通路是通过该进口部的孔，该催化转换器进一步在该第一通路包括第一挡板，在第二通路包括第二挡板，其中该第一和第二挡板伸入该气室。
13.一种从废气流减少排放的方法，包括：
以第一轴向方向将废气的主流通过反应室中的催化核心，其中，所述反应室具有进口部和出口部，且在该进口部与出口部之间具有导管；
将废气的副流在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向通过围绕该反应室的加热罩；其中，废气的所述副流包括废气的所述主流的一部分，其中废气的所述主流的所述部分经由位于所述催化核心的下游的端口进入所述加热罩，并且其中所述端口为所述废气的所述主流的所述部分向外地与所述第一轴向方向呈角度地行进进入所述加热罩提供路径；和
将冷却液流通过围绕该加热罩的冷却剂通道。
14.根据权利要求13的方法，其进一步包括，经由位于所述催化核心下游的会聚壁在所述废气的所述主流内形成高压区，其中所述端口通过所述会聚壁，并相对于该废气的主流在该催化核心的上游将该废气副流引回入该废气的主流。
15.根据权利要求13的方法，其进一步包括，沿着围绕该加热罩的螺旋路线通过该冷却液流。
16.根据权利要求13的方法，其进一步包括：
在废气的主流已经通过该催化核心之后，从该废气的主流提取废气副流；
相对于该废气的主流在该催化核心的上游将该废气的副流引回入该废气的主流；和
沿着绕该加热罩的螺旋路线通过该冷却液流。
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