[发明专利]用于处理废气的高效催化转换器

说明书

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(Environmental Protection Agency，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。