专利名称：用于发动机和燃烧设备的烃加工装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及烃加工装置和系统，并具体涉及构建成改善烃类燃料燃烧特性和针对减排目的改善排放物并提高发动机总体工作特性的催化装置和系统。
背景技术：
有毒尾气排放物，如一氧化碳、未燃燃料、未燃碳、煤烟和油蒸气通常存在于从内燃机排出的废气中。这些有毒化合物一般是不完全燃烧的结果，这种不完全燃烧可能是燃料品质与需要的燃烧过程不相容、燃料和空气未充分混合或者提供燃料分解的热量不足等等所导致的。大多数燃料含有多种对应的气化速度、分解和燃烧反应烈度不同的异质(dissimilar)烃类化合物。某些燃料汽化快，容易分解且燃烧平稳，而其它的则汽化很慢，分解不完全，以致于形成燃烧极快并甚至爆炸的不稳定化合物。再其它一些则简单聚集成簇，吸收热能并仅以污染物的形式选出排气装置。
从而理想地，对内燃机或燃烧设备而言，为了在有毒排放物最少并且效率尽可能最大，同时维护保养减少、颤动和工作温度降低的情况下发挥其最佳潜力，必须使燃料易于汽化和分解，而且必须在冲击波绝对最小的情况下以受控、稳定的速度传播燃烧反应。
燃料，例如航空燃料、汽油、柴油、丙烷和天然气均由相同的结构单元，氢和碳组成。天然气和柴油间的差异，例如仅是在每个燃料分子中有多少碳和氢原子彼此连接。例如，天然气的分子非常小而轻，因为它们仅含一个碳原子和四个氢原子。这意味着天然气的每一个分子簇仅含有一个碳原子和四个氢原子。它是如此轻，以致于室温下它是一种气体。燃烧时，其基本上分解成碳原子和氢原子，接着与氧分别键合形成二氧化碳气体CO2和水蒸汽H2O。在燃烧中，每分子的燃料生成一个二氧化碳分子和两个水分子，它们是天然气完全燃烧的最终排放产物。
然而，柴油具有多得多的团聚在一起的碳原子和氢原子，例如C15H32。在此例中，这意味着每个分子含有键合成为一个分子簇的15个碳原子和32个氢原子。这些分子如此之大，以致于它们在室温下形成了稠密的液体。为了燃烧，确切点说，为了与氧化合以产生热量，15个碳原子和32个氢原子中的每一个原子必须彼此分开，从而每一个碳原子能与氧形成二氧化碳CO2，并且每个氢原子能与氧形成水蒸汽H2O。这与天然气CH4的燃烧过程完全一样，但由于每个分子由多得多的原子聚集而成，所以把所有原子彼此分开有大得多的困难。当这些原子未完全并容易地分开时，它们就不能全部形成CO2和H2O。反而许多碳原子在无氧的情况下形成它们自己的簇，从而形成煤烟，它就是通常看到的从许多大型柴油机的排气系统排出的黑烟。同样，部份分解的燃料的许多分子没有完全燃烧就离开了排气装置，从而解释了柴油机所熟知的刺鼻气味。
人们的观念是，天然气可以清洁燃烧是因为其是由连接在一起的仅一个碳原子和四个氢原子的轻质分子构成，而柴油燃烧差是因为其是由连接在一起的例如15个碳原子和32个氢原子的重质分子构成。在本例中，忽略燃烧速度和燃烧反应时间，燃烧过程本身未发生变化，仅是由于分子裂成原子的复杂性使得所有原子燃尽更加困难。非常清楚的是，为了使任意给定的燃料中所有原子燃烧，必须破坏燃料分子。
可完全燃烧的高性能液体燃料，例如高辛烷值的航空燃料，是由与柴油和天然气相同的组分组成的。然而，它们的分子结构以使分子键变弱的方式进行精炼，这使它们容易并快速地分解。取决于所需的分子键接结构，精炼过程可很简单或可越来越复杂。对精炼燃料而言，了解以下事实是有益的原油含有可以想到的每种类型的烃簇，从非常轻的液体到重油甚至焦油，全都混合在一起。炼油者理想地希望分出每一组，从而轻液可用于航空(高辛烷值性能)，而较重的中间组将作为柴油等使用。蒸馏工艺有助于把这些燃料中的某一些归入与它们分子量类似的类别中，但这比较慢，而且不是精密科学。蒸馏法基本上依从以下原理当低温加热时，轻质分子由于它们仅结合了少量的碳原子和氢原子，所以变成气体并随后上升到蒸馏塔顶部而被提取。当温度稍微升高，烃簇中接下来更重的组就会升至顶部而被提取，等等。但是，当烃簇变得更大时，彼此之间就不容易分离或分开。分子越大，将它们聚集在一起的吸引力越强。20世纪30年代，炼油者认识到，如果他们让烃流体通过金属催化剂，则烃簇与催化剂中的金属之间的电化学反应引起烃分子断裂成更小的簇。这是因为原子簇之间共有的电子轨道受到拉伸，或者甚至彼此分离，从而有效地断开把它们固定在一起的键。这些键有点像链，它们随机地分裂，而且通常分子变得更轻更小，但其簇中具有任何给定数目的原子，即分子量更小，然而每簇中可有任何随机数量的原子。人们将这看作是非选择性的催化反应，因为这些分子受影响并减小，但并非选择性地变为某种大小或结构。
基于烃的燃料燃烧并不一定产生有毒污染。燃烧中涉及的这些化学反应产生热能。这些热能尽管是需要的燃料燃烧产物，但是它难于操纵和转变为受控制的能量。内燃机中，烃燃料的灼烧或燃烧产生广谱电磁辐射，其仅一部分能够转化为有用的热量，确切地说压力。其余的通常浪费了，因为燃烧室中的气态分子不能吸收燃烧反应中产生的某些强辐射。被有效吸收的能量中有些加速了气态分子的振动水平，使它们对其周围施加更大的压力。内燃机中，这种压力变为机械运动或动力。但是，燃烧中产生的热能仅有约三分之一转变为有用的压力。这种能量的其余部分未完全损失，但不幸的是成为产生NO-x排放物、燃烧设备其它部分过度振动、过热的原因，甚至成为过度噪声的原因。同样，自发的、不完全的燃烧反应也产生其它类型的不期望的有毒排放物，例如一氧化碳和煤烟。
燃料的组成或燃烧设备所造成的燃烧反应矛盾，使燃料不能完全燃烧，是形成有毒排放物的主要原因。但是，另一个原因是内燃机不能容纳气体燃烧热量所产生的全部压力，使压力和污染物进入曲轴箱空腔。这些污染物在曲轴箱中与汽化的润滑油结合，产生了泄漏排放物和压力，而它们必须从发动机的这部分排放出去。泄漏排放物含不同分子量和构型的杂合烃化合物。如果不允许这些有害、有毒气体排掉，则通风不足的系统会降低发动机的使用寿命。这些有毒烟气或者直接返回到发动机的进气系统中，在这里它们的复杂分子构型阻碍氧化-还原过程，引起动力损失，排出的排出物增多，并以使基于碳的残留物污染发动机内部构件，或者由于这些原因，这些有毒烟气被简单地排放到大气中。
即使使用了恰当发挥功能的设备和进行完全燃烧的正确的空气-燃料比，燃料的不良燃烧特性也可导致形成NO-x排放物。当燃料不容易气化和分解时，一旦开始燃烧，反应时间将延时且相应的燃烧烈度增加。燃烧区可几乎在瞬间从较慢速加速到极高速。速度的极度不平衡会导致明显更高的能量水平、更短光子发射的幅射，其最终变成光化学性的。术语“光分解”用于描述通过电磁幅射的化学分解。光分解可在燃烧反应加速到一定范围时发生，在该范围中释放出来的光子发射有助于进一步的化学反应，而不是平常受控燃烧的正常热分解。在非均匀、强烈的燃烧反应期间产生的光化学性幅射趋于不仅使燃料分子簇分解，而且使另外的惰性的氮分子也分解，最终促进多种不期望的化学反应和产生不希望的有毒NOX排放物。为了减少不希望的、有毒的排放物，理想的是要能操纵燃烧过程。
燃烧是一种化学过程，该过程涉及原子间的电子转移，即所谓的氧化-还原。在该过程中，必须汽化液体燃料，并在它们能与氧结合形成新物质前，分解为原子或自由基。在理想条件下，释放大量的能量并形成二氧化碳和水。燃烧是未被完全理解的过程，但是看起来自由基是促进和传播受控化学反应的关键因素。自由基是一些活性中间体，这些活性中间体有助于构成燃料分子化合物的大簇离解为这时仅能接着被氧化而产生热量的单个原子。这是一种链分支瓦解的过程，在整个燃烧室中进行，直至燃料耗尽。在理想条件下，使用高质量的燃料，反应速率即化学反应性迅速，并且燃烧区在整个燃烧室稳步推进。最终确定所释放电磁能量强度的反应区强度明显影响给予燃烧室内分子的振动能量，该振动能量显著影响它们的热释放潜力。在理想燃烧反应下，燃烧室内气态分子获得的振动能量转化为有组织的分子运动，它接着产生最大动量，更确切地说最大的机械潜能。工作流体，即燃烧室内氮和燃烧产物的有组织分子运动，能使燃烧过程中产生的电磁能量转化为具有最小熵的受控压力。熵或废热能主要是不受控的、极快速燃烧反应过程中释放的无规、混乱振动能量的结果。
理想地，对于发动机或燃烧设备而言，为了在有毒排放物最少且效率最高的情况下以最大潜力发挥功能，并且维护更少、振动和操作温度(最小熵)更低，燃料必须能容易分解，并能在冲击波绝对最小的情况下以受控、稳定的速度传播燃烧反应。同样地，有毒的曲轴箱排放物不应在未对其分子结构做相当大修改的情况下就排放到大气中或进气系统中。
已有许多不同的催化装置等试图在燃料与氧气于燃烧空间中混合之前，先对燃料进行处理。一种这样的燃料催化剂可购自Rentar EnvironmentalSolutions Inc.，并将其构建成在催化装置中发生一种使成簇的分子分离的反应，从而在燃烧时，更多的燃料分子表面区域暴露在氧气中。
Rentar催化剂属于非选择性催化剂类，因为其含有多种在燃料通过它时无规地断开燃料分子结构的异质金属的混合物。该燃料分子可能变得更小，但未必更平稳或更好地燃烧，这是选择性催化剂能实现的。这就是航空燃料贵得多的原因，因为该燃料分子的分子结构以一种不仅能容易且能完全断开，而且可平稳燃烧的方式安排。选择性催化剂很难设计，因为为了获得所期望的重构分子，必须谨慎选择温度、压力和反应性。
其它用于解决上述问题的排放设备和相关装置也有某些不足和缺陷。具体地，以下列出不同类型的排放设备及其相关缺陷(a)PCV(曲轴箱正压通风装置)-污染，燃烧不良，排放物差；(b)EGR(废气再循环)-污染和动力损失；(c)催化变换器-增加背压，动力损失，产生热量；(d)粒子物质捕集器-增加背压，动力损失，定期维护，积碳问题；(e)延迟定时，以减少NO-X排放物-积碳，动力损失，更多的烃排放；(f)过滤器等，用于曲轴箱排放物-要求定期做清洁，无催化性，需要金属线或电连接，对于大多数柴油机而言，液体或过滤介质太受限，气液分离器通常很大而且不通用；(g)燃料催化剂-通常由不寻常的金属制成，难于获得或难于制造，昂贵，限制流体流动，对曲轴箱排放物无用，装配工序不一致产生不一致的反应，安装位置敏感，由于热、振动或增加反应性需要靠近发动机安装，许多要求用于流体流动、搅动、紊流、电刺激、摩擦的特定曲折通道，或者甚至专门的外壳材料，以便产生需要的反应。
因此，期望制造广泛用于不同领域的选择性催化剂(催化装置)，包括用于燃料管线和燃料系统，在燃料燃烧之前加工和处理燃料，用于曲轴箱通风系统，处理和加工从曲轴箱排出的有害排放物，以及用于其它发动机的相关位置，排放物和/或燃料在这些位置于排放和燃烧前得到加工。
发明内容
本发明涉及催化装置和系统，所述催化装置和系统构建成用于改变基于烃的排放物和流体燃料的分子构型，以便改进这些材料的燃烧性能，提高与发生在这些位置的燃烧有关的能量转换，减少排放物水平等。
根据一个示例性实施方案，加工含烃流体的催化装置包括用排列为层状结构(layered structure)的至少三种金属材料形成的催化主体(catalytic body)。该层状结构具有沿着层状结构的纵向长度形成的一个压缩区域。
另一方面，一种含烃流体的催化装置，包括排列为层状结构的多种材料形成的反应主体。该多种材料由至少两种不同的催化材料形成。该反应主体具有内芯件和至少一个形成于该主体中的内腔。另外，该层状结构具有不同密度的区域，并且流体可沿着其长度渗透，允许流体流过该层状结构，包括流过该内芯件。
本发明还涉及加工含烃燃料的系统，其包括燃料源和与燃料源流体性连通的燃料管线，以及布置在燃料源内并与燃料管线流体性连通的催化主体，使得燃料在被吸入燃料管线以便传输到其它位置时，它被吸入与催化主体接触。该催化主体用多种金属材料形成，这些金属材料排列成层状结构，该层状结构卷成预定形状并允许流体渗透流过。这种卷状层状结构具有沿着其纵长方向形成的压缩区域。
在另一方面，用于加工含烃排放物的系统包括排放物源和布置在排放物流动途径内的催化主体，从而在排放物从一个位置流向另一个位置时，排放物被吸入与催化主体接触。催化主体由至少三种金属材料形成，这些金属材料排列成层状结构，该层状结构卷成预定形状并允许流体渗透流过。这种卷状层状结构具有沿着纵长方向形成的压缩区域，其中由至少两种不同材料构成多种金属材料。该催化主体进一步存在一个具有第一密度的内芯件和一个具有小于第一密度的第二密度的区域，其中在内芯件具有最大密度的部位形成该压缩区域。
在一个实施方案中，排放物源是与内燃机相连的曲轴装置的元件，排放物流的流动途径穿过布置有该催化主体的曲轴通风管。
在再一个方面，本发明涉及含烃燃料和来自曲轴箱通风系统的含烃排放物的加工方法，包括步骤(a)使燃料通过第一催化装置；和(b)使含烃排放物通过布置在该曲轴箱通风系统中的第二催化装置。
以下本发明说明性实施方案的详述和附图将更容易显示出本发明的上述及其它特征，其中在所有图中，同样的附图标记指代类似元件，并且这些图中
图1是用于形成第一实施方案的烃催化加工系统的各材料层的透视图；图1A是沿着图1中1A-1A线获取的横截面图；图2是卷成圆柱状的图1材料层的透视图；图3是沿着图2中3-3线获取的圆柱状卷制材料层的横截面图；图4是部分拆除后的，安放在外壳中形成本发明第一实施方案的烃催化加工系统的圆柱状卷制层的透视图；图5是用于形成第二实施方案的烃催化加工系统的各材料层的透视图；图5A是沿着图5中5A-5A线获取的横截面图；图6是卷成圆柱状的图5中材料层的透视图；图7是沿着图6中7-7线获取的、且在其一端压缩后的圆柱状卷制材料层的横截面图；图8是图解说明在液体燃料箱内部放置图4烃催化加工系统的横截面图；图9是图解说明在曲轴箱通风管道内部放置图4烃催化加工系统的横截面图；图10是用于形成第三实施方案的烃催化加工系统的各材料层的透视图；图10A是沿着图10中10A-10A线获取的横截面图；图11是卷成圆柱状的、且包括在一端形成的用于限定支承结构的多个凹口的图12中材料层的透视图；图12是图11卷状催化圆柱的透视图；图13是沿着图12中13-13线获取的卷状催化圆柱的横截面图；图14是部分拆除后的透视图，其图解说明了外壳内的图12卷状催化圆柱；图15是用于形成第四实施方案的烃催化加工系统的各材料层的透视图；图15A是沿着图15中15A-15A线获取的横截面图；图16是卷成用作催化装置的圆柱的图15材料层的透视图；图17是沿着图16中17-17线获取的横截面的透视图，其图解说明了卷制圆柱的密实内芯；和图18是部分拆除后的透视图，其图解说明了放入外壳中的卷制圆柱。
具体实施例方式
本发明的一个目的是，获得一种改变烃类燃料燃烧特性和改变排放物的催化加工系统和方法，以便燃烧期间和燃烧后，减少排放物并对赋予给占据燃烧室或区域的分子的振动能量提供更大控制。根据本发明制造的催化装置和系统优选通过电化学方法改变烃排放物和流体燃料的分子结构，以便改进燃烧过程中的化学反应和燃烧烈度，以减少排放物并改进能量转换。
鉴于上文以及与常规装置有关的问题，根据本发明的一个示例性实施方案，本发明烃催化加工系统构建成用重复利用的曲轴箱排放物产生化学活性中间体。在不希望受任何具体理论束缚的情况下，认为这些通常有毒、燃烧不良的化合物被转变成活性片段，不仅在进入燃烧室内时燃烧得更好，而且它们明显加强了烃燃料的燃烧特性。这有效消除了与重复利用的未处理的有毒曲轴箱排放物有关的、通常会恶化和破坏燃烧过程的常规问题。这是含氢化和酸性组分的双官能催化剂。尽管不受任何特定理论约束，但是对内部的材料进行特别的选择，以便它们具有能够借助酸官能中的质子形成烃组分的正碳离子(带正电的分子片段)从而分裂烃组分的能力。这些离子的反应性强至能使其自发改变它们内部的分子结构，断裂成更小的、反应性的片段。将游离基或反应性中间体化合物直接加入燃烧室中，与空气和燃料混合，这对氧化-还原过程有深刻的影响。不再是仅通过热扰动和无规分子碰撞进行燃烧过程，而是这些新引入的反应性粒子立刻将大的燃料分子离解成为片段，然后立刻将它们暴露在氧中和较低温度下。游离基活性增强的作用和其随后的链分支离解反应马上变换成更平稳、更慢而且更可控制的燃烧过程。当燃烧过程平稳而且更可控制时，电磁能更完全地转化为统一的热能，其明显更有用，并且更重要的是，产生明显更低的有毒排放物。
同样，这一处理系统可适应于烃流体燃料，方法是将此装置简单拼接和安装在所欲的燃烧设备的燃料管线上。在这一适应性变化中，简单地控制燃料通过催化系统，燃料被加工并变为分子结构的燃烧特性得到改良的燃料。但是，与将曲轴箱排放物加工成反应性中间体不同，这些燃料的分子结构被改变或重排成为具有更可控分解特性，改善的化学反应性和稳定的燃烧反应传播特性的分子结构。分子构型得到这种改变的燃料最终产生更一致水平的电磁能释放量，从而提供改善的能量或功转换，并且最重要的是，有毒排放物释放量更少。
在本发明的一个替换实施方案中，用催化装置处理过的烃燃料是低分子量的烃燃料。可用的低分子量烃燃料包括，例如天然气、乙烯、乙炔、丙烷、丁烷以及其它燃烧领域中已知的低分子量烃。因此，本发明的催化装置也考虑用低分子量烃作为炉子、锅炉、甚至烤肉架的燃料源。典型地，当催化装置用于这一能力范围时，可将它连接到所需设备的燃料管线上。
正如下面将详述的，本发明的催化装置和系统基于由异质金属材料形成的并制成具体形状的层状结构。异质金属材料彼此一次覆盖一层直至达到任何实际所需的厚度，这种布置为许多早先经历的不理想特性提供了解决方案，例如易于制造、异质元件的密度有完全可重复的一致性、流量，而且当然还有性能改善。筛网形式的每一种优选材料仅需要为一定厚度的一层，而且当与另一层交叠时，形成可作为电解电容描述的结构。在不希望受任何特定理论约束的情况下，认为液体或蒸汽形式的烃流体、排放物或燃料，可以起到电解质的作用，有效激活进行电子转移过程所必需的电化学反应。电化学反应产生的离子的反应性强至自发改变曲轴箱排放物或燃料的分子结构，将它们分解成更小的反应性片段。当加工从曲轴箱排放物通风管排出的烃时，这些烃被分解成反应性片段，当这些片段被导入燃烧室时，它们通过游离基链反应，将燃料分子离解成它们的构成元素。这显著影响了燃烧过程。
当烃燃料通过催化元件时，电子转移反应引起燃料分子进行任意数量的结构重组反应。这些反应可包括异构化、芳构化、脱氢作用甚至聚合转化过程。任何数目的这些反应都是可能的，而且它们导致燃料的燃烧性能改变和改善。通常，燃料新改换的分子结构抗自发爆炸反应，使燃烧过程更平稳、更可控制。担负本催化反应器中产生电子转移反应的活性位点可能出现在特定的异质金属元件间的接触表面，以及出现在这些元件的其它金属表面。
由于使用异质金属材料，在催化装置如何构建和如何造型方面有很大的变动范围，而且在一个示例性实施方案中，把这些异质金属材料切成长条或更长的条，其宽度和长度由其应用确定。当卷制在一起时，这种层状结构提供更多的反应位点(reactive site)，并且更宽的条提供适于更大型应用的更大表面积。这些异质金属材料能彼此覆盖地平整放置，形成具有相似厚度和密度的异质金属筛网的特定交替层，这些筛网一起卷制，其卷制方式使得形成具有这些异质元件的多重交替接触位点的圆柱。这一方法允许烃流体有效通过这些元件的交替层，在金属元件与烃之间的每个接触点提供多重反应位点。这种方法允许完全调整本催化反应器预期应用所需的反应位点希望数量。这种灵活性很重要，因为某些烃化合物燃料和排放物，以及它们的潜在应用比其它的要求更多加工。许多燃料，例如柴油，需要更多的反应位点，以便有效地将它们的分子结构加工成具有改进的燃烧特性的分子结构。而其它燃料，例如汽油要求较少的反应位点，以避免最终会降低燃烧效率的过度加工。同样地，曲轴箱排放物也对过度加工敏感，因此可能要求某一水平的反应性，这也可由调整金属筛网元件交替层的数量来决定。
这种可调整性允许最终应用可从最小的发动机燃料管线直至最大的柴油机曲轴箱通风管，调整仅要求将催化筛网材料切割为适应所需应用的更宽的条带和/或更长长度。
下述是数个实施方案，其体现本发明，且作用是如附图中图解说明的改进的催化装置/催化加工系统。
按照本发明的一个方面，根据第一实施方案的催化烃加工系统100图解说明于图1-图4。如图4中的最佳显示，催化烃加工系统100包括用按照预定形状成形的多种单独的材料形成，并放入外壳120中的第一催化主体(催化装置)110。按照图1至图4显示的一个实施方案，第一催化主体110是用三种单独的、不同的材料(异质材料)形成，这三种材料即第一材料112、第二材料114和第三材料116，它们彼此层合在一起，并按照预定形状经卷制或控制结构而形成。然而，应领会的是，可用两种或四种或更多种材料形成主体110。
为了形成图1所示的层状结构，将第一材料112切成第一条带，将第二材料114切成第二条带，将第三材料116切成第三条带。可形成有预定宽度的条带112、114、116；但是，优选各条带112、114、116的宽度相同。然而，优选条带112、114、116的长度不同，第一条带112的长度大于其它两条条带114、116的长度，后两者在所示的实施方案中长度大致相同。如下述，由于形成的第一条带112的长度大于其它长度，当将三种材料112，114，116卷成图2所示的圆柱形结构时，第一条带形成并完成一个最终的缠绕层。
安排三种材料112，114，116，使得第一材料(条带)112为最外材料，第三材料116为最内材料，而第二材料114为中间材料，因为它的位置介于第一和第三材料112，116之间。这三条条带112，114，116是用适于所需应用和环境(例如对含烃流体(燃料、排放物等)中的烃的分子结构进行化学改性)的催化材料制造的，而且根据一个示例性实施方案，材料112，114，116是三种不同的金属材料(用于本申请时，“金属材料”是指如下一些材料金属或金属合金或其组合)。例如并根据一个实施方案，第一条带112可以是不锈钢层，第二条带114可以是铜层，且第三条带116可以是铝层。通过具有由多种金属筛网材料所限定的层状结构，异质金属彼此接触的表面积的总量与金属不为层状结构而是布置成两个分开的金属区域的其它设计相比大大增加。通过使用由多种催化材料形成的层状结构，待由本发明催化装置(系统100)处理的含烃流体(如燃料或气体)与提供反应位点的相邻的异质金属在大表面积内接触，在所述反应位点中烃可按上述方式加工成更安全的反应性片段。在不受限于任何具体理论的情况下，本申请人认为各金属筛网具有不同的催化性能，其导致当接触一块金属筛网时，特定的流体以特定的方式催化改性，因此，组合不同金属催化材料使流体在与这些不同的异质金属筛网接触时，被以不同方式催化加工。本装置的层制特性表现为一种紧凑设计。
如上述，在实施本发明时，可使用任意数量的不同异质催化材料，包括金属、金属合金以及它们的组合。例如，催化材料的一种或多种可以是选自以下的过渡金属钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、鈩(104号元素)、 (106号元素)、铍(Bohrium，105号元素)、 (109号元素)、Ununnilium(110号元素)、Unununium(111号元素)、Ununbium(112号元素)；或它们可为元素周期表中通称为“其它金属”的一种或多种材料，且包括铝、镓、铟、铊、锡和铅。可用于本发明催化系统制造的一种示例性催化材料是不锈钢。正如所知的，不锈钢材料是指许多这样的钢中的任何一种所述钢与至少10％或12％铬形成合金，而且其有时含有其它元素，并且能抵抗与暴露于水或潮湿空气有关的腐蚀或生锈。应当理解，上面所列举的并不是合适催化材料的穷举罗列，而只是举出适合某些预期应用的示例性材料。
为装配第一催化主体110，将三种材料112、114、116按照上述顺序布置成重叠的材料条带并且各条带具有相同的宽度。第一条带112的长度大于第二和第三条带114、116的长度，而且在一个实施方案中，第二和第三条带114、116的长度等于或小于第一条带112长度的。结果，当三层/三条112、114、116彼此覆盖时，层状结构的一端或一边111就包含均匀放置的全部三个层112、114、116，而相对的一端或一边113仅含第一层112的边。在端111处，将三层结构(催化主体110)沿着非平行方式排布的两条线，即第一切割线117和第二切割线119切割。换言之，第一和第二切割线117、119沿着彼此相交的轴形成。这些切割线117、119的长度和准确位置可根据具体应用改变；但是，第一和第二切割线117、119均延伸到端111处，从而形成一对位于内部部分或内部层状结构134各侧的外部条带或层状结构130、132。外部层状条带130、132和内部部分134彼此分开，从而各自独立于另一个并与其分开，且可独立地折叠和/或卷制。
将会理解的是，第一和第二切割线117、119的长度和位置决定着内部层状结构134的宽度，并因此决定了主体110的内芯密度，如下详述。另外，第一和第二切割线117、119的长度决定了反应性材料(层112、114、116)所成内芯的外径。该尺寸一般由系统100的预期应用所决定。例如，小内芯直径一般用于汽车应用、锅炉、马弗炉系统(排放系统)、或烤肉架或其它类似的应用，而较大的内芯用于柴油机或炉子等。另外，与通风曲轴箱排放物应用所需的内芯相比，液体燃料加工装置通常需要更密实的内芯。
两条切割线117、119之间形成的内部部分134非常紧密地向第二端113卷曲一段预定的距离。具体而言，内部部分134卷至卷状内部部分134到达一个点或一条线139为止。一对外部层状条带130、132分别沿着第一和第二折叠线136、138向第二端113方向折叠，从而将外部层状条带130、132折叠到它们自己之上。在所示的实施方案中，线139和折叠线136、138沿着穿过层状主体110宽度的相同横轴形成。但是，线139和折叠线136、138不必共线，而彼此可以不重合。
外部层状条带130、132一经折叠并在其余的层状材料上压平之后，整个层状结构即接着以形成图2所示的卷状催化结构的方式紧紧卷制，并概括地标记为140。卷状结构140部分中空，因为其两端142、144是一对中空圆柱的形式，这些中空圆柱界定了内部端隔间或腔146，它们是外部层状条带130、132折叠后再卷制整个层状结构而形成的，如图3所示。本构造的另一个结果是密实的内芯(内部部分134)构成了卷状结构140的内部。
图3是卷状结构140的横截面图，并图解说明了密实内芯(内部部分134)、以及中空圆柱端142、144的形成。另外，图示了112、114、116这三个一般材料层。
端部142、144处形成的中空圆柱的实际直径可变，而且将取决于系统100的准确预期应用。例如，在450hp柴油机的曲轴箱通风管上，中空圆柱的直径可为约一英寸，而在小燃料管线应用中，这一直径可仅为约英寸。在另一些应用中，这一直径可超出上述各值。
应理解，在将材料112、114、116彼此重叠地卷起，以形成圆柱结构140时，112、114、116各层均代表化学反应性接触位点。卷制圆柱催化结构140仅用较小的努力或花费，就可调整到适合给定应用的任意所需直径和/或反应性。材料112、114、116的密度对确定异质材料交替的次数有影响，而且在一个示例性实施方案中，材料112、114、116以筛网形式提供，其密度用材料厚度和每平方英寸中的开孔数计算。在一个示例性实施方案中，材料112、114、116每个均是约0.010至0.040英寸厚并在每平方英寸筛网上形成约20个开孔的筛网材料形式。但是，这只是一个适于系统100的某些预期应用的示例性筛网类型。非常精细的材料，例如每平方英寸有60或更多个开孔的材料有可能用于燃料应用，但可能会过分限制曲轴箱通风。需要在所必需的最小空间里产生最大数量的反应性位点，但是同样非常重要的是，尽可能保持限制最少。当从大的柴油机曲轴箱排气道中排出时，烃排放物可能堵塞过小的通道，而且当设置结构140的密度时必须考虑的一个因素是其预期应用。
一旦反应性材料卷的总直径确定下来，即将最终层(图1至图4实施方案中的第一层112)包缠到该卷上，形成这种材料的一个外壳(即，一个外包绕层(winding))，如图2至3所示。然后，沿着外直径的圆周在结构140的中部区域141并垂直于结构140的纵轴L轻微压缩整卷材料(卷状结构140)。中部区域141处的压缩有效地增加了内芯134所处的中部区域141内的材料密度。
正如以下将描述的，在烃流体进入卷状结构140的一端142、144并通过压缩的中心部分时，流体受到轻微约束，因压缩产生的阻碍引起流体在反应元件112、114、116的其它区域增加流动。这使得能够更多地利用材料卷内的反应位点，而不用插入限制板(restrictive plate)或者其它附件以使流体的流动转向或控制流体的流动。一旦用这种方式压缩，材料112、114、116即保持这种形状，并且对于装配系统100的反应性组件而言，无需其他工序或材料。
图3的箭头显示了该流体的大体流动，而且可以看出，存在两个截然不同的过滤区或区域102、104，流体在这些区域通过由卷状结构140所界定的过滤元件。更具体地，流体首先进入结构140的一端，在中空端142内纵向流动，直至流体与密实的芯134接触，该芯134起着渗透性阻挡层的作用，因为它使一些但并非全部的流体通过圆柱形卷状结构140沿径向流出。这种通过筛网112、114、116的流动使得流体能够与多重反应位点(催化反应表面)接触，因为流体必须从卷状结构140的内部开孔流向外部位置。然而可以理解，密实的芯134用一种流体可渗透的材料(即，紧密压缩筛网112、114、116)制成，这种材料允许某些流体经密实芯134沿着结构140的纵轴连续流过，并到达另一端144。流过第一区域102涉及的反应性元件的流体接着必须经第二区域104(密实芯134对面的区域)涉及的反应性元件112、114、116流回。以这种方式，使流体与元件112、114、116界定的催化反应位点或表面再次接触，在这些地方可发生进一步的催化反应，并且可在离开出口之前进一步加工基于烃的流体。为了使流体离开外壳120，流体必须流回端部144处的中空圆柱空腔146中，这是造成流动路径这种结果的原因，因为正是该区域与外壳120的出口流体连通，而流体为了流出必须流过该出口。人们将会理解到，上述流动路径还受到整个系统100上和外壳120内存在的压差的支配和控制，而且在一个实施方案中，泵机构驱使流体沿着这一流动路径流动。如在大多数系统中那样，流体希望沿着阻力最小的路径流动，并因此流向压力较小的位置，这就是为什么密实芯134起流动导向器作用的原因，它使流体沿径向向外的方向流向外壳120。
即使不是绝大多数，也是在许多应用中，使卷制圆柱结构140位于外壳120之内是便利的，将会理解外壳120不是系统100的必需组件，系统100可视为起电解电容器的作用。换言之，通过简单地将卷状结构140置于预期应用的环境中系统100可无需外壳120发挥作用，这些环境可以是燃料管线、曲轴排放设备，或者产生排放物并可获得该排放物以便用本发明系统100改性为更加环境友好的其它组合物的任何其它状况。
外壳120具有界定内部隔间或腔124的中空体122，该隔间或腔接纳并固定第一催化主体110。中空体122的入口126形成于其一端，并在相对的一端处形成出口128。入口126可为使外壳120与第一外部元件流体性连通的入口接头形式，而出口128可为使外壳120与第二外部元件流体性连通的出口接头形式，这取决于采用系统100的准确应用。
选择外壳120使其具有许多特性，以在使用其的环境中确定提供可靠的功能。例如，优选制造这样的外壳120，以使其包括一种或多种以下特性耐燃料和耐油性、抗至少250的耐热性、轻质性、有足够的强度支持布置于其中的材料112、114、116，等等。外壳120能具有任何数量的不同形状，只要该形状不妨碍它的预期功能。一种优选材料是薄壁不锈钢管材，因为其耐腐蚀、有延展性、不要求涂漆或涂层，而且其耐用。还优选外壳120的端部可密封，如图示，并优选具有所示的带螺纹的入口接头126和带螺纹的出口接头128，使流体进入外壳120并接触卷状结构140，流过反应性元件，并流出结构140和流出外壳120，同时没有泄漏或其它不必要的约束。
所选定的用于形成催化主体110(烃催化剂)的特定材料能够改变液态或蒸汽形式的烃化合物。同样地，这些材料在发动机、燃烧设备、烤肉架或者不希望产生排放物的任何其它设置的预期应用中未产生已知的不利或有害的影响。用于形成层112、114、116的金属材料均使用安全并有可延展性，而且通过选用筛网形式的材料，使材料的密度以及可成形性和密实性具有极宽的范围和多样性。这些特征还让人们有可能在几乎任何可能要求烃加工和改性的系统中使用这种催化加工结构140。在本申请所公开的各种布置中，用这些特定材料改性烃化合物将产生电化学反应，这些反应对催化剂或者其所装入的设备无害。另外，没有积热或者辐射的危险，而且会在热或冷的大多数温度下发生催化反应。用于提高反应性的外部热源不是必需的，同样，无需用电或振动影响系统100中发生的电化学反应。而且，系统100能逐渐使大多数烃流体发生电化学反应。这些特征使得有可能用系统100加工蒸汽或液态形式的烃类排放物、燃料和润滑剂。
通常，方便而且实际的是，将系统100安装在需要为了燃烧或其它目的而改变烃化合物的设备之上或附近。这种设备可包括炉子或燃烧设备的燃料供应管线或内燃机上的曲轴箱排放物通风管。装置100仅需要以这样一种方式安装即可，即引导烃燃料或排放物进入外壳120上带螺纹的接头126、128的一端，并使其进入并通过加工流体的卷状结构140，然后引导流体离开结构140，到燃烧室或吸入系统或视具体应用的一些其它元件中。外壳120各端上带螺纹的接头126、128使其在采用正确的适配器的情况下可适应于事实上任何燃料管线或曲轴箱通风管，并具有安全防漏的连接。与设备的距离并不重要，因为已经发现，从系统100排出的新加工的烃能在相当长的时间内保持活性。可将这一单元安装在任何位置，水平、垂直或倾斜，而均不会产生不利影响。本发明系统100不要求维护，而且没有流体溢出、冷冻或改变或者甚至为了清洁而过滤。尽管将系统100设计得尽可能轻和紧凑，但是在对于所需的安装是方便的或必要时，希望确保单元能支撑元件或者支架等也是合情合理的。
当在曲轴通风管上安装系统100时，尤其是在大的柴油机上时，优选使发动机排出的有毒气体轻微上升以如通过流入入口126进入系统100。这允许过量的冷凝流体在发动机不运作时流回到发动机内。大多数应用和安装是直接和较简单的，但是仍然需要仔细、明智的思考，以进行可靠、有作用的和安全的安装。再一次地，基于申请人的知识，本催化加工系统尚不存在危险或负面的副作用。一次安装应当可数年无故障并发挥作用。
将会理解，以上实例和列举的预期应用仅仅是示例性的，而不限制本发明，因为本申请中公开的催化装置具有多种多样的可能应用。通常，本发明装置适合于希望或需要对例如燃料或排放物的流体中的烃结构做化学改性的场合，以便提高性能，减少不希望的副产物，等等。
现在转到图5-9，其图解说明了根据第二实施方案的催化烃加工系统200。系统200类似于系统100，其包括一个由多种按照预定形状成形的单独材料形成的催化主体210。按照一个实施方案，这种催化主体210由三种单独的、不同材料(异质材料)，即，第一材料212、第二材料214和第三材料216形成，它们彼此层合并按照预定形状成形，这如同第一实施方案中的情形。类似于第一实施方案，三种材料212、214、216均是金属，而且在一个实施方案中，这些材料是与第一个实施方案相同的材料。换言之，第一材料212是不锈钢，第二材料214是铜而第三材料216是铝。
这三种材料212、214、216优选为筛网形式，而且为了所需应用，被切成均匀的、具有预定宽度和长度的条带，并平整地彼此交叠。尽管这个图解说明的实施方案显示三种材料212、214、216具有相同宽度，而且第一材料212的长度更长，但是人们将领会所有三种材料212、214、216的长度可以是相同的。如上参考第一实施方案所述，通过将第一材料212的层切成更长的长度，由这个第一材料212限定卷状结构的最终缠绕层(外包绕层)。然而，三种材料的长度可能是一样的。在该图解的实施方案中，第二和第三材料214、216的长度小于第一材料212的长度。
三种材料212、214、216呈筛网形式，而且全部是由异质金属材料形成，但它们在厚度、密度和每单位面积上的开孔方面较类似。例如这些筛网可具有约0.010至约0.040英寸的厚度，而且这些筛网每平方英寸可具有约10至60个开孔，例如，每平方英寸20个开孔。
这种三层结构(催化主体210)具有第一端211和相对的第二端213，全部三种材料212、214、216在第一端211处以层合的方式存在，而在相对的第二端213，仅有第一材料212存在。然后在第一端211处开始并朝着第二端213方向卷制这种层状结构，形成带有具有预定直径的中心孔215的圆柱，该预定直径取决于给定的应用。在一个实施方案中，孔215的直径沿着卷状结构的纵向长度从第一端211到第二端213一致均匀。当这些材料212、214、216卷在一起时，形成一个由异质金属筛网的交替层界定的、卷制的柱状结构220。一旦这种材料卷达到依据确切应用而变的预定直径，则第一材料212(例如不锈钢)的末端包缠住卷状结构220的外圆周。换句话说，而且如前所述，第一材料212可具有更大长度，从而形成第一材料212的外部包绕层或缠绕层。第一材料212延伸超出叠置的第二和第三材料214、216的端边的长度可加以选择，从而使第一材料212围绕卷状结构220的外圆周形成一个完整的圆周包绕层。
从而，卷状结构220包含第一开口端222和一个相对的第二开口端224，中心孔215从第一端222完全穿过卷状结构向第二端224延伸。根据一个示例性实施方案，通过在一端224并沿着垂直于卷状结构220纵轴的方向施加压缩力F，将222、224端中的一个封闭。力F足够将224端处的卷状结构220压缩，使得压缩区域中的中心孔215在这一端224处收紧并封闭。沿着纵轴的压缩度可根据力F的性质而改变，因此，卷状结构220压缩和收紧的程度和长度可不同。在这个图解说明的实施方案中，施加压缩力F，力度使得卷状结构220长度的约1/2被压缩，从而收紧并封闭中心孔215约1/2的长度。因此，压缩的卷状结构220限定了一种仅在一端，即222端开口的催化组件/过滤装置。
当在开口端222(中心孔215在此处仍然开口)处加工烃流体时，可将导管件230在222端处插入开口的中心孔215中。导管件230是一种开端的伸长空心元件，例如如下的管，其外径约等于中心孔215的直径，从而在导管件230插入其中时，导管件230和卷状结构220之间产生摩擦配合。从而导管件230提供一种经过压缩卷状结构220中心并终止于压缩端224的路径。导管件230和这些卷状材料可使用任何数量的常规技术固定在适当位置。例如，可在222端处或附近围绕卷状结构220的外圆周布置一种夹持器250。当第一材料212形成外部包绕时，夹持器250则围绕这一外部包绕布置。或者，可通过围绕卷状结构220外直径的压配合将导管件230和卷状材料固定在适当位置。可使用固定这种结构的其它方式，例如钩型或环型带，等等；但是按照某些实施方案，这种结构在其卷状时无需采用措施将其固定在适当位置。
图8图解说明了系统200的一种具体应用，该系统呈图7所示的圆柱状卷制结构220的形式，而且具体地，系统200显示为与概括地记为260的液体燃料箱结合使用。液体燃料箱260包括带一个或多个开口264的主体或外壳262，开口264用于插入导管等。外壳262界定了一个内部隔室266。系统200被安放在内室266中，在一个实施方案中从开口264插入的导管为导管件230的延长长度，或者可为另一个导管件，例如燃料管线270，其接在导管件230的末端。
可通过过滤元件(卷状结构220的层212、214、216)吸取存在于内室266中的燃料并将其吸入到插入卷状结构220中心的中空导管件230内，并接着输送到与导管件230连接的燃料管线270中，然后经燃料管线270输送到燃烧源，概括地标记为272。在这一实施方案中，催化装置(系统200)不需要外壳而且其容易调整和适应于各种油箱系统。如前所述，由于含烃流体与卷状结构220的表面之间有接触，从而发生烃的改性和处理。
流体(例如燃料或气体排放物)的流动路径概括地用图7横截面图中的箭头表示。由于导管件230和燃料管线270与泵等可操作性地连接，流体因压差被吸入卷状结构220的内部。具体地，由于泵的作用，导管件230和中心孔215内的压力小于外部压力，从而待处理的含烃流体经过反应元件(层212、214、216)被吸取，并被吸入到中心孔215内，接着流体可从该处被吸入导管件230中，并接着例如采用燃料管线270等，输送到另一个位置。
卷状结构220沿着其纵向长度的压缩性的结果是，卷状结构220沿着其长度具有不同密度，而且尤其是，中心孔215收紧和封闭处的压缩区域界定了密度最大的区域，而相对端处的结构220的开口区域具有较小的密度。但是，应当理解，流体可沿着卷状结构220的整个长度渗透，所以，流体可从外部沿径向经反应性元件向内流动，并流入卷状结构220的内部，从而暴露于反应位点。尽管流体可流过卷状结构220的压缩区域，但是这一流动路径的阻力更大，因此，更大量的流体会流过卷状结构220的其它非压缩区域中的反应性元件。不管怎样，含烃流体为了经导管件230流出的确流过了反应性材料。
在再另一个示例性应用中，系统200又可用于曲轴箱排放物加工中，无需使用图9所示的外壳。使曲轴箱通风管280在空气过滤器(filer)和涡轮加压机(如果这样配备的话)之间的一个位置，或者如果未配备涡轮的话，在空气过滤器和歧管之间的一个位置，简单指向沿着所连接的进气系统的一个方便位置。将催化系统200(卷状结构220)直接安装到进气管内，并使其在概括表示为282的位置处连接到曲轴箱通风管。这使得曲轴箱排放物能被抽出发动机并导入进气系统且通过对排放物进行处理的催化元件(层212、214、216)，并立刻送入吸气流中，在燃烧室内燃烧。这种实施方案的好处是，不需要外壳，从而最终减轻了重量，节约了安装时间和制造成本，这仅列出了少数相关优点。
正如第一实施方案的情况，根据这一实施方案的催化系统200可用于各种各样的应用，不止是上述的那些，而且更具体地，催化系统200适用于希望以最小的流体流动阻力对烃排放物进行处理的环境。
现在转到图10-14，其图解说明了根据第三实施方案的烃催化加工系统300。系统300类似于系统100和200，其含有一个由多种按照预定形状成形的单独材料形成的催化主体310。根据一个实施方案，催化主体310由三种彼此层合的单独的、不同材料，即，第一材料312、第二材料314和第三材料316形成。
类似于以前的实施方案，这三种材料312、314、316是金属，并且在某一实施方案中，这些材料与前述实施方案的材料相同。换句话说，第一材料312是不锈钢，第二材料314是铜，第三材料316是铝。
这三种材料312、314、316优选为筛网形式，而且为了所需应用，被切成均匀的、具有预定宽度和长度的条带，并平整地彼此交叠。尽管这个图解说明的实施方案显示三个材料312、314、316具有相同宽度，而且第一材料312的长度更长，但是人们将领会所有三种材料312、314、316的长度可以是相同的。如上参考第一个实施方案所述，通过将第一材料312的层切成更长的长度，由这个第一材料312限定卷状结构的最终缠绕层(外包绕层)。然而，三种材料的长度可能是一样的。在该图解说明的实施方案中，第二和第三材料314、316的长度小于第一材料312的长度。
三种材料312、314、316呈筛网形式，而且全部由异质金属材料形成，但它们在厚度、密度和每单位面积上的开孔方面较类似。例如这些筛网可具有约0.010至约0.040英寸的厚度，而且这些筛网每平方英寸可具有约10至约60个开孔，例如，每平方英寸20个开孔。一个不同是，这一实施方案中，不锈钢筛网材料最终缠绕层具有足够的强度，能在其环境中支承反应性材料的整个卷制部件。
这种三层结构(催化主体310)具有第一端311和相对的第二端313，全部三种材料312、314、316在第一端311处以层合的方式存在，而在相对的第二端313，仅有第一材料312存在。然后如下述，在数个位置切割层制的催化主体310，从而形成一种固有(built-in)基座结构320和位于一端处的一个密实中芯322，即由多个可调整催化材料层312、314、316界定的一个成形的中空的中心圆柱形卷制催化结构330。中心部分(中芯322)专门设计成形成收紧的，但非实心的催化材料芯，使得接触它的流体转向，从而有效改进通过反应元件(材料312、314、316)主体310的流体循环，同时仍然允许流体通过它。这有效解决了其它装置中曲轴排放物冷凝成液体的问题，在其它装置中，液体接触在许多现有设计中采用的固体限制板。另外，非固体中芯322有效地使流体在需要的场合通过它。例如，当过量流体累积，需要排出时，或当流体燃料需要通过它增加催化反应性时。这有效地实现了多用途，而无需针对各个具体应用做内部改变。
形成层状结构310，从而第一端311处的三层结构具有从第一端311向点315延伸一段预定距离的一致的第一宽度，在点315处，层状结构310的宽度增加到大于第一宽度的第二宽度。这导致在点315处形成肩317，在该处结构310的宽度增加，并且在这一图解说明的实施方案中，肩317与具有较小第一宽度的那部分层状结构310形成直角。可以改变第一和第二宽度数值之间的精确关系；然而，在一个实施方案中，第二宽度可以为第一宽度值的约两倍。在这一说明性实施方案中，层状结构310在点315到点319之间具有均匀的第二宽度，第二和第三材料314、316在点319处终了，而仅有第一材料312存在于点319到第二端313之间。形成外部缠绕层的第一材料312的层(即第一材料312从点319延伸到末端313的一段)可以具有变化的宽度。具体地，第一材料312的该层在从点319到另一点321之间可以具有第二宽度，而在点321处第一材料层的宽度增加到大于第一和第二宽度的第三宽度。优选第一材料的层从点321到第二端313具有一致的宽度(第三宽度)。
在从点321到第二端313的这一第一材料312层的区域内，在沿着材料一条侧边321的材料上形成多个线性侧切口(side cut)324，这些侧切口324彼此以一定距离间隔并且彼此平行，每个侧切口324的长度通常是第二和第三宽度的差，从而使切口324之间形成的片段或舌片(tab)326能沿着通常与边321共线的折叠线折起。
然后在第一端311处开始并朝着第二端313方向卷制这种层状结构。在卷制过程的开始，在从第一端311到点319(层状结构具有第一宽度的位置)的较狭窄的区域内紧密卷制层状结构310时，形成异质金属筛网312、314、316的紧密中芯322。从第一端311到点319之间的预定距离最终确定在卷制层状结构310时形成的密实芯322的总直径。
层状结构310在卷过点319后，进一步朝着第二端313方向卷制。当该层状结构310从点319朝第二端313卷制时，由于第一宽度和第二宽度的差而使该卷状结构的宽度增加。因为层状结构310用这种方式卷制，并且碰到重叠材料的更宽部分，因此在中心区域形成与密实芯322平行且共线的中空圆柱323。继续进行这一卷制工序，直到达到所期望的预定层数或密度。一旦由于结构具有预定层数或密度而获得所期望的预定潜在反应性，则围绕反应元件主体以这样的方式形成最终层(外部最终缠绕层)，该方式使得材料圆柱带开口中芯的一端保持平齐，并在具有密实内芯322的另一材料卷端下延伸预定的距离。
在催化结构330的一端形成基座结构320，用于形成支承结构，以在装配系统300时，将卷状结构330的主体固定在距离罩壳端盖一段预定距离。该基座结构320通过沿着与边321共线的折叠线折叠选定的舌片326形成，从而形成环绕布置在卷状结构330圆柱端周围的多个支承腿(leg)。人们将领会沿着折叠线折叠的每个舌片326形成凹口或窗327，准备处理的输入流体能通过它从卷状结构330的内部沿径向向外流到外部位置。在一个实施方案中，每隔一个地折叠舌片326，形成一个凹口327，从而限定了凹口和支承腿的交替模式。因此，界定支承腿的未折叠舌片326起到间隔物的作用，因为这些舌片326用于分隔密实内芯322与外壳端。
这种设计和装配方法使得不再需要限制板、支承管或附件将催化材料卷固定或定位在距离端盖一段给定距离处，从而有效地使烃流体不受限地进出卷状结构330(催化装置)。由于这种装置是可逆的，所以本实施方案允许烃流体在卷状结构330所形成的中空的中心部分(即密实内芯322中的中心开口)中扩展，和在反应性元件/材料的结构330另一端处形成的中空圆柱323中，或者在通过基座320的舌片326使卷状结构330定位在离开外壳端盖所形成的小室中扩展。这些流体在上述两部分中的扩展改进了循环，并允许冷凝的流体容易地通过装置(卷状结构330)而不干扰正在反应性元件之间进行的化学反应。另外，第一材料312的最终层(外缠绕层)确保了反应性元件(层312、314、316)卷处于适当位置，而不会破裂或变得松开，从而有效地使此催化组件能与外壳分开来运输或存储。
还将会明白，通过简单地将两个相似的材料卷(例如卷状结构330)共线放置同时使它们的密实内芯彼此接触有可能消除开槽并使第一材料312的层弯曲以形成使反应性元件定位在离开端盖位置处的支撑件(基座结构320)的工序。当用这种交替排布方式定位于外壳中时，中空的中心圆柱323均与端盖开口共线，而结果是，允许进出该装置(卷状结构330)的流体在圆柱开口(腔323)中扩展。一旦安装到一个合适的外壳中，这些设计使它们的应用几乎潜力无限，并有安全有效加工大多数烃流体、排放物或燃料的能力。烃流体的流动仅需要接上外壳端盖接头的一端(入口126或出口128)并且其能够通过本装置流动，烃在该装置中可通过布置好的元件激活电化学反应，并发生重组和转变。然后，烃流体简单地流出另一端盖接头并继续流到预期的燃烧设备或需要的使用端(end use)。这一实施方案，类似于其它实施方案，可根据所需应用安装在任何需要的位置，或者沿着燃料管线或曲轴箱通风管的优选的或者方便的位置，所需应用例如内燃机、炉子、涡轮机等，或者可将其安装在任何其它的、希望以本申请所述方式处理烃流体的设置中。
图13和14中用箭头大致表示了烃流体的流动路径。在这一实施方案中，烃流体通过入口接头126进入外壳120中，在本情形下，该接头仅为了方便和举例说明的目的，显示在底部。如其它实施方案那样，流体将按照多个不同路径流动，优选流向阻力最小的路径。就本实施方案而言，这些流体朝密实内芯322的方向流入基座结构320中。一些流体在纵向上继续其轴向流动，并流入更密实的内芯322中；然而该区域中的密度使该流动路径阻力更大，因此流体一般会沿着阻力较小的流动途径流动。例如，流体可经过凹口327产生的窗径向流出到卷状结构330外部(最终缠绕层)与外壳120内侧之间的外部空间。另外，流体可流过围绕这些凹口327的筛网，到达这一外部空间。然后，按照这种方式行进的流体经过反应性材料(卷状结构330的层312、314、316)流回，使得这些烃流体暴露于这些反应性材料，并使流体流入卷状结构330末端处形成的圆柱形开口323中。使圆柱形开口323布置在外壳120的出口接头附近，并且与出口接头流体性连通，从而流体通过这个开口或隔间323，以便流出外壳120。由于某些类型的泵等通过如出口导管等可操作地连接到出口接头上，隔间323成为外壳120内的低压区域，并因此，当流体位于卷状结构330和外壳120之间的外部空间中时，流体流向此位置。
现在转到图15-图18，其图解说明了根据第四实施方案的一个烃催化加工系统400。系统400类似于其他前述系统，类似之处在于它含有由多种根据预定形状成形、并按照预定方式布置的单独材料形成的催化主体410。根据一个实施方案，催化主体410由彼此层合的三种单独的、不同材料，即，第一材料412、第二材料414和第三材料416形成。
类似于以前的实施方案，这三种材料412、414、416是金属，例如，一种上述的过渡金属或其它金属，或者合金或其它金属材料。在一个实施方案中，这些材料与前述实施方案的材料相同。换句话说并且按照一个示例性实施方案，第一材料412是不锈钢，第二材料414是铜，第三材料416是铝。但是，在本发明范围内，清楚的是可使用其它材料，而且在一个替换实施方案中，仅使用铜和铝材料；但是如本申请所提到的，本申请人已经发现，系统100、200、300、400的催化性能在使用三种金属时，特别是在使用上述三种金属时得到了加强。
这三种材料412、414、416优选为可实施限度内的它们纯元素密度的筛网形式，或者替换地，可用金属元素及其氧化物涂布合适的材料，以产生需要的筛网材料。当材料414、416是铜和铝时，这些材料可广泛地以它们纯元素密度或接近纯元素密度的筛网形式获得，并有通过筛网丝径和单位面积开孔测得的、适于本申请的数种厚度和密度。当第一材料412是不锈钢时，它显然是不同金属的混合物，并且等级或类型并不关键，只要它是不锈钢并为具有与其它两种材料类似密度和厚度的筛网形式。
在一个实施方案中，将材料412、414、416按这样的方式切割和定位，该方式使得在这些层卷制成圆柱形层状结构420时，在流体流动(其可为液体或蒸汽流体流动)的纵面(vertical plane)和横面(horizontal plane)内，形成交替异质金属元件的多重接触位点。在所示的实施方案中，用第一材料412(例如不锈钢)形成基层(base layer)，而第二和第三材料414、416针对所需应用切成了具有预定宽度和长度的条带，并叠放在第一材料412的基层之上。尽管所举出的实施方案显示三种材料412、414、416具有同样的宽度，而且第一材料412的长度更长，但是将领会所有三种材料412、414、416的长度可以是相同的。如上述参考第一实施方案，通过将第一材料412的层切成更长的长度，由这个第一材料412限定卷状结构的最终缠绕层(外包绕层)。然而，三种材料的长度可以相同。在本图解说明的实施方案中，第二和第三材料414、416的长度小于第一材料412的长度。
这种层状结构(催化主体410)具有第一端411和相对的第二端413，在第一端411处全部三种材料412、414、416以层合的方式存在，而在相对的第二端413，仅有第一材料412存在。层状催化主体410包括一个通常在端411和413之间的卷状结构420的中心区域形成的密实中芯430，它具有一对在密实中芯330两侧的端部411、413处形成的圆柱形隔间或腔432。
切割并构造这一层状结构，从而第一端411具有从第一端411延伸到点431的第一宽度，层状结构430的宽度在点431处增加到大于第一宽度的第二宽度。从而在点431处形成肩433，其勾画出结构中具有第一和第二宽度的区域。在这一图解的实施方案中，结构430从点431至第二端413始终具有第二宽度，同时第二和第三材料414、416的条带终止于第二端413之前的点435。第一材料412从点435到第二端413的距离足够形成卷状结构420的外包绕层或缠绕层。将领会这类布置导致在卷状结构420的中间或中心的内部区域形成密实的内中芯430，同时在密实中芯430两侧的端部422、424处形成圆柱形隔间或空腔432。圆柱形隔间432以及中芯430的直径和深度根据具体的预期应用而改变。但是，无论这些尺寸如何变化，上述装配方法总是产生一致的异质元件交替比率。
当材料412、414、416在这一布置中卷在一起时，异质元件交替的数量和潜在催化反应性增加，直至达到预期应用的期望预定直径。最终的外层仅由第一材料(例如不锈钢)筛网形成，而且可被简单地绕其外圆周卷到卷状结构420的适当位置。如果要求增加中芯区域430的密度，则整个材料卷(卷状结构420)可在中心沿着外直径的圆周并垂直于纵轴轻微压缩(于位置421)。这一点处的压缩，如图17所示，有助于将材料紧紧固定成它们的卷状构型。另外，这使中芯对某些应用而言，例如对燃料加工而言变得限制性更强。中芯430的密度限制流体流动，正如先前的实施方案，从而最终增加反应性元件的圆柱420中其它区域内的流体循环。另外，在这一构型中，圆柱420的异质材料交替发生在流体流过这些材料的横面和纵面内，从而有效增加潜在的反应性。催化材料的卷状结构420可放入外壳120中，如图18所示，外壳120还有接头126、128和端盖，使烃流体流入并通过催化材料412、414、416，在该处将它们适当地加工并排放出外壳120的另一端。这种设计是可逆的，而且在外壳120的每一端均有带螺纹的接头，其适于大多数燃料管线或内燃机上的曲轴箱排放物通风管。
图15-18的构造对需要更多烃加工和转化反应的应用，例如某些液体燃料燃烧设备所需要的而言，相当多地增加了异质金属的反应位点。本装配方法是快速的，而且不要求装配车间改变加工工具，它不过多地限制流体流动，而且为扩充其增加的反应性占用的空间非常小。每一端411、413上的开口中心(开口腔432)使流体在进出卷状结构420时扩展。这有助于以最小的空间利用材料更大的表面积，而且更重要的是，使阻力最小。另外，材料条带按照错列的、非一致的顺序排列，以使反应性更大，这是异质材料处于线性面(linear plane)以及正交面中的结果。换言之，第二和第三材料414、416布置在彼此平行的两层中，而且布置在第一层412上，因此，在卷制或以其它方式使层状结构变为希望的形状之前，第一层412处于平行于另外两层的平面内。在这两个平面的各平面内，条带414、416彼此交替在第一层412的整个宽度上。
本发明构造允许以最小空间和最少的限制完成更多化学反应。催化材料圆柱420的两个外端411、413是中空的，而且限定出具有预定直径的腔432，且中心区域或中心部分是密实的芯430，其使流体有效通过全部催化材料。这种设计不需要限制板或阻滞筛，并能非常一致且快速的制造。
烃流体流过系统400(即，其卷状结构420)的流动路径与烃流体流过系统100的流动路径基本相同，而且概括的用图17中的箭头表示。和第一系统100中一样，密实芯430至少部分限制烃流体的流动，进入最靠近入口接头的腔432的流体沿径向流过反应性元件(筛网412、414、416)，因为在沿着卷状结构420的长度方向纵向延伸的流动路径中存在密实芯430。
在再另一个实施方案中，层状催化装置涉及的两种金属元件均为筛网形式，例如每平方英寸有20-30个开孔，厚度约0.020英寸的铝和铜，而第三金属元件是不锈钢筛网形式，其薄、无孔(non-perforated)而且切得比其它两种材料宽度更窄。对于大多数机动车应用、燃料或曲轴箱排放物的加工应用而言，将这些金属材料切成供选定应用使用的预定长度和宽度的条带，例如，2英寸宽的铝和铜及1英寸宽的无孔不锈钢，并且均具有足够的长度以在彼此平整叠置并一起卷制时，形成约2英寸外径的圆柱。切割这些金属材料并以任意优选的顺序彼此叠置，但无孔不锈钢材料应以使两侧的其他材料露出相等边缘的方式均匀放置在中心。用这样一种的方式切割这些金属材料并将它们卷制在一起，该方式使得形成预定深度的紧实中芯，该深度可针对不同应用而改变。例如，小型发动机的曲轴箱通风管可要求深度英寸的密实中芯，而较大的柴油机燃料管线应用中，可要求深度约3英寸的密实中芯。由于通过将事先切好的层状材料的窄部分卷在一起而形成中芯，所以当卷到层状材料的较宽部分时圆柱的外端在密实中芯的各端形成中空圆柱。这些中空圆柱端对于选定的应用具有预定直径和深度，例如，对于大多数机动车应用而言直径为3/8英寸且深度为英寸，而对于大型柴油机曲轴箱应用而言直径为约1英寸，深度为约1英寸。当卷制在一起时，异质金属元件形成具有中空中心端和密实芯的、平整放置的交替层圆柱。
本实施方案中的无孔材料，比其它筛网材料更窄，它平整且均匀地放置在圆柱内的整个异质、交替筛网层上。这使得进入金属元件圆柱的烃流体在它们通过排列好的该材料圆柱并与其平行时，能被分开并隔开。这有效提供了隔开烃流体流动的手段。异质元件圆柱的进出区域，平行于烃流体的流动路径，不限制流体侧向的或者垂直的流动，因为它们是多孔的。这允许进入或离开的烃流体能在很少的限制下自由流遍整个排列好的元件。但是，无孔材料将有效消除这些流体的任何侧向通道，只要流体遇到这一区域。在这一区域中，流体与三种异质金属元件长时间间隔地接触，使分子有更大可能获得改性。在通过含无孔元件的中芯区域后，烃流体可再次侧向通过整个排列的金属筛网材料，并可进入从排列材料的圆柱的中芯区域延伸出来的中空部分，以便经端盖上的接头离开本装置。本实施方案的这种布置能更多地分隔烃流体的流动，从而在与异质金属元件接触时提供更多的分子改性机会。流量无明显减少，而且无需板或其它组件使流体完全分布在整个装置中。同样，这种装配方法提供廉价和快速的制造过程，同时在生产期间有效提供材料排布和密度方面的一致性，并能满足各种应用需求和布置方式而无需改进生产设备。
对于不同应用，将这些材料简单切成较宽和/或较长的条带，以差不多满足从小型发动机的燃料或曲轴箱通风管，到非常大的工业用炉燃料管线的任何希望的应用要求。一旦形成了异质材料的圆柱，即将它们针对于需要的应用放置在合适的容器中。该外壳优选用不锈钢管制造，该不锈钢管在各端处具有可密封到外壳主体上的端盖以及带螺纹的接头，用于让流体进出装置。这将使此单元以这样的方式连接到发动机曲轴箱通风管或液体或蒸汽燃料管线上，该方式使得这些流体进入外壳带螺纹端盖的一端，流体在该处能够通过装置内的整个异质金属元件，并能够从另一个端盖接头排出，并进入各应用所需的期望使用端，例如燃烧室或进气系统。选出的用于包含异质金属元件圆柱的外壳的长度和直径可变，以便适应放置在其中的材料卷，而材料卷又由需要的应用决定。例如，典型的六缸汽车发动机可能需要一种尺寸大致为直径1.5英寸、长度2英寸的燃料或者曲轴箱通风排放物加工用的装置。大型的柴油机可能需要更大的装置，例如外径约3英寸且长度约5英寸的装置。材料圆柱一旦放置到容器内，则可用焊接上端盖，使它们带螺纹或者在适当位置对它们施压，将其密封在外壳中，只要单元在其应用中是防泄漏的即可，而不论它位于高压燃料管线或者是位于负压曲轴箱通风管上。端盖优选配备带螺纹的接头，例如一种机动车应用中可能需要英寸的国家标准管道螺纹接头，而大型柴油机可能需要1英寸的国家标准管道螺纹接头。这些带螺纹的接头允许使用适当的适配器将本装置连接到需要的应用中，无论其是燃料管线还是曲轴箱通风管。
正如本装置的其它实施方案，安装是简单易懂和合理的。燃料管线安装的要求简单地为将本装置与所需设备的燃料管线连接，不论该设备是发动机、炉子或甚至烤肉架，连接方式应使得燃料供应管线在通过燃烧设备前连接到本装置上。这可能涉及在燃料供应箱和燃烧设备之间的任何方便和符合实际的位置简单地切割燃料供应管线。将燃料管线以这样的方式连接到本装置使得蒸汽或液体形式的燃料进入本装置，并流遍反应元件，而且允许流出本装置并继续沿着其燃料管线流至该燃烧应用处。燃料管线与本装置可用适当的接头和夹具连接确保一个防漏环境。燃烧设备到本装置的距离并不重要，因为催化后新改性的燃料所必须经历的时间长度或者距离对其新改变的反应性的影响很小。外部过热和振动对本装置的这一功能影响也很小，只要安装位置对通过本装置的燃料不产生危险环境即可。这可能包括到过热燃烧器或歧管等的距离不够安全。根据安全性等，这些简单的准则与燃烧设备制造商的燃料管线布线准则并无区别。重要的是应注意到，本装置不要求外部加热、振动、电刺激或其它工序帮助其发挥作用。其安装是双向的，并且其可安装在所需安装必需的任何方便位置，垂直、倾斜或者水平等等均可。
当在发动机曲轴箱的通风管上安装本装置时，仅需要使放出的排放物进入和通过使它们改性的装置，并离开该装置而引入空气过滤器之后且在涡轮加压机(如果安装了的话)之前的发动机的新鲜空气进气系统。方便时，优选以这样的方式安装本装置，该方式使得发动机不运转时，任何冷凝的液体排放流回到发动机内。通过将本装置简单安装在某一位置，例如在允许偶而排放的、略高于排出的曲轴箱排放物输出连接的位置，能实现这一点。本装置是双向的，而且能安装在任何方便所需应用的位置上。没有液体或过滤介质要清洁或更换。无需维护，而且本装置的使用寿命预计为数年，而不论工作多少小时。选择将曲轴箱排放物从发动机输送到本装置以及从本装置到进气系统的软管以便适于各种给定的应用。大型发动机可能需要1英寸内径的软管，而小型发动机可能仅需要3/8直径的软管。仅用合适的夹具把软管连接到本装置的入口和出口接头，以提供防泄漏连接。在许多不重复利用曲轴箱排放物的柴油机上，接头可能必须安装在发动机空气过滤器和涡轮加压机(如果安装了的话)之间的方便位置上。这种接头允许新改性的曲轴箱排放物离开本装置吸入发动机的燃烧室。针对所需应用选择接头和软管的尺寸，以使限制最少而又不过大。本装置在其运行期间不产生过量的热，而且不受冷或热的极端环境温度的影响。
在再另一个实施方案中，按照上述实施方案中任一个制造的催化装置可用于二冲程消声器环境中。更具体地，可沿着排放物被送入消声器本身进行烃化学改性(分解)之前的排放物流动路径布置本催化装置。本发明催化装置的优点之一是，催化装置不产生热，因为其中发生的反应不是放热的，而是吸热的。这在使用二冲程消声器的摩托车环境中是需要的，由于摩托车驾驶者的身体位于消声器系统附近，因此驾驶者身体(腿)附近包括放热的催化装置会不受欢迎，并可能导致伤害或者最少也会因积热而导致不适。
本申请人还发现，按照上述实施方案制造的催化装置中，用铝形成最内层(例如第三层116)获得提高的效果和性能，因为这种最内层通常是流体排出催化装置之前接触到的最后的层或者表面。因此，人们将领会这一最内层除了用铝形成外，还可用周期表中含铝的同一族元素形成的金属形成。具体地，在某些应用中可用镓、铟和铊作为最内层。
以下实施例举例说明与本发明催化装置相关的、如上体现并描述的一些可能的应用和优点。因此，以下实施例仅是示例性和说明性的，并且不以任何方式起到限制本发明范围的作用。
实施例1把按照本发明制造的催化装置安装到一台1998年的一吨运货车上，其装备了6.5升涡轮柴油机。这一车辆装备了CDR阀(封闭的曲轴箱)，而且如通常所知的一样，CDR阀由于阀上的积泥每30000公里即需要进行例行更换。
2003年7月当这辆卡车的行驶里程为70000公里时，安装了这一催化装置。作为连续运输作业的一部分，这辆卡车每天跑约12小时，每星期跑5天，而且每天行驶约300公里。2005年2月，在运转20个月，即这辆卡车行驶了130000公里后，取出催化装置，进行检查和测试。目测检查和测试的结果为，此催化装置具有和安装在CDR阀中之前的新装置一样的流动特性。这一催化装置不含任何累积物或流动未受限制。未进行保养，并且催化装置未被油泥污染。
安装一个新的催化装置，并试驾驶该车辆，没有清晰可辨的声音或性能改变，这表明长期使用以后，最初的装置功能没有下降。
在车辆中装入本发明的催化装置，结果实现了以下有益效果和优点发动机功率增强，驾驶性能改善(加速更快、振动更少)，尾气排放减少，并且运行更安静从而生产的驾驶疲劳更少。
实施例22005年2月，把按照本发明制造的催化装置安装到一台挖掘机上。此挖掘机用8缸Detroit Diesel(底特律柴油机)2冲程300马力发动机驱动，发动机是1976年装机的。这台发动机具有二个敞开的曲轴箱排气口(公路管道)，其在操作员座舱正下方排出致癌的气体。座舱不是气密的，因此，这些毒气上升直接进入操作员的座舱，导致操作员头痛、咽喉疼痛、眼睛灼伤和咳嗽。
这种挖掘机还接到旅游观光区中挖掘机用于移动水滨上的沙子的场所附近位置处的许多业主的投诉。特别是，这种柴油机尾气排放物过多而且刺激。使用燃料添加剂以及雇佣柴油机专家调整发动机主要参数和操作条件，均未改善这种状况。
本申请人将一个曲轴催化装置装入通风管，并沿着燃料管线安装一个催化装置，各催化装置均为前述装置之一。通过在这些选定位置使用根据本发明的催化装置，导致观察到显著的提高。更具体地说，不再存在这些排放物问题，而且邻居和操作员也不再经受健康问题。不再需要使用昂贵的减排性燃料添加剂。
将本发明的催化装置装入曲轴箱通风管和燃料管线中结果已经获得了以下有益效果和优点发动机功率增强(操作员每天能多移动25％的沙子)，运行更安静，振动更少而且机油在更长时间内保持更清洁。
实施例3作为加工厂日常操作的一部分，在室内使用柴油机设备，在数名工人被送入医院后，这一设备产生的排放物成为工人主要的健康顾虑，总的感觉是室内通风系统不足。
为了应对这一问题，该公司配备了三台带有催化系统的室内使用的柴油机，该催化系统包括一个或多个本申请公开的催化装置，且安装在燃料管线和/或通风管中。此举的结果是，完全消除了柴油机排放物问题，而且安装本发明催化系统后为Workers Compensation Board进行的空气质量检测显示，柴油机排放物仅为最大允许极限的1/7。
实施例4将根据本发明一个实施方案制造的催化装置作为曲轴箱排放物系统的一部分安装在已经行驶110000公里的4.3升V6 Chevrolet汽车中。在汽车带着安装在曲轴箱装置中的本发明催化装置行驶60000公里后，检查发动机，特别是取出化油器，观察进气歧管，其非常清洁。另外，后面的主轴承未显示异常磨损，并且油盘内部无比的干净，特别是考虑到发动机是10年的老发动机。总之，本发明催化装置的效果是，发动机的内部工作组件和区域非常干净，该催化装置的作用是加工烃并使其化学改性为片段，这些片段更干净而且导致更有效且更清洁的发动机操作，这导致改善的排放物和发动机性能。
实施例5在另一应用中，将根据本发明一个实施方案制造的催化装置安装在一台3.5马力割草机发动机中，而且更明确地，把催化装置作为曲轴箱通风管的一部分进行安装。在本发明的催化装置安装之前，观察到割草机的火花塞具有大量残渣并变黑，这是使用4年而未做清洁所引起的。在安装了催化装置并使用一小时后，当取出火花塞并观察时，看到了明显的改善。在运行2小时后，然后是数月以后观察该火花塞。
利用本发明催化装置的效果显著在火花塞阀上没有碳的累积，而且火花塞组件的整体清洁性得到大的改善，并且火花塞上残留物的量大大减少。
本申请所公开的并且根据本发明制造的催化剂(催化装置)可以称为选择性的催化剂。为了描述为什么选择性催化剂如此有用并且令人想望，理解燃烧过程的错综复杂性会有帮助。例如，已知向燃料中添加添加剂，以便使燃料化学改性，产生燃烧更清洁的燃料，而且特别是，炼油厂的标准作法是添加四乙基铅做为航空燃料的添加剂。铅只不过是反应性很高的乙基自由基的载体。这些反应性片段引发燃烧中的链式反应，使点火更容易，更快，更平稳而且更可操控。所有这些因素相当于功率更高，工作温度更低，振动更小，而且排放水平更低。
本发明的这些选择性催化剂产生与航空燃料添加剂以及精练类似的反应性化合物和积极效果，但是不需要铅载体。这带来了安全性和多样性，因为不仅可将它用于高性能的航空发动机，而且可将它用于所有发动机和燃烧设备。本发明的催化装置显著不同于其它已知的催化剂，因为它们产生安全的反应中间产物。这种催化装置起到吸热反应器的作用，并有无限的使用寿命。
根据本发明任何公开的实施方案以及根据本发明教导制造的催化装置，提供以下许多优点全烃流体燃料改进的可燃性，更易于启动，爆燃性更小，降低柴油机的点火滞后，减缓火焰传播，降低点火温度，可燃限的范围更大，空气-燃料比的重要性下降，过多氧不再对燃烧设备有害-火焰不是氧化性的，所有燃烧设备中火焰稳定性增加，爆轰减少，降低环波动(ring fluctuation)，因火焰稳定而振动减小，燃烧室中分子振动能更受控制，燃烧室中分子能量损失增加，燃烧的声音降低，扭矩和加速度增加，压缩压力增加，排气装置和燃烧设备中碳簇引起的不透明度更低，排气中的一氧化碳CO浓度更低，排气中的烃浓度更低，排气中氮氧化物NO-x排放物浓度更低，二氧化碳CO-2的浓度更低，燃料更少、燃油的清洁度提高，——碳、燃料、水、酸污染更少，排气的温度降低，冷却剂的温度降低，润滑油的温度降低，自动变速装置的温度降低，阀和阀座的温度降低，这里仅列出了少数优点。
本发明与以前催化装置和系统之间相比的优点和不同之处之一是，本发明在催化加工过程中产生安全的反应性中间体，该催化过程里，含烃流体与本发明催化装置的反应位点接触并得到加工和处理，使得烃分子结构发生化学性改变。使用本发明催化装置形成反应性中间体提供以下优点(1)提高化学反应性，这种提高的化学反应性(a)帮助燃料分解；(b)帮助液体燃料气化；并(c)帮助碳簇分解；(2)使提高燃烧化学反应性所需的热减少；(3)去除碳，其导致(a)减少活塞环粘结；(b)减少阀粘结；(c)减少阀座污染；(4)减少歧管中的碳累积；(5)减少或消除从再循环排放物吸入的油泥和(6)清洁和消除喷油嘴、火花塞、排放物控制设备等上的碳沉积物形成。
如上述，本发明催化装置的一个特别有利的应用是曲轴箱通风罩壳。当本发明催化装置装到曲轴箱通风设施中时，实现了以下优点消除了所有内燃机上的开放曲轴箱通风系统；允许发动机曲轴箱真空，而不考虑油污染；产生使水和碳油泥从曲轴箱除去的离子场；消除曲轴箱排放物再循环所带来的燃烧污染问题；消除大型柴油机上的开放曲轴箱通风管使外部污染物无法进入发动机的曲轴箱腔；曲轴箱腔内的真空有助于各环更完全地密封，使压缩压力无法传入曲轴箱腔；消除与曲轴箱排放物有关的维护；曲轴箱腔内的真空减少垫圈泄漏；曲轴箱腔内真空减少润滑油气蚀(cavitation)；而且当较轻的油馏分气化并被抽出发动机的曲轴箱腔时，润滑油保持其粘度。
但是，人们将领会这些催化装置和系统可用于本申请所公开的以外的多种多样的环境和应用。通常，这些催化装置可用于即使不是全部，也是大多数的下述设施中，在这些设施中存在烃流体，而且人们需要或者期望使这些烃发生分子水平上的化学变化和改变，以改进操作效率和/或减少排放物，等等。这样的设施包括从车辆(卡车、重型设备、摩托车)到其中有发动机、锅炉或其它设备运行的封装结构，到小的发动机驱动的机械，如割草机等等。
因此，尽管已经显示、描述并指出了如应用于其优选实施方案的本发明基本的新颖性特征，但是应当理解，本领域技术人员无需背离本发明的精神和范围，就可作出所例举装置的形式和细节上以及它们操作上的各种省略、取代和改变。例如，很明确，以基本相同的方式完成基本相同功能以取得同样效果的这些元件和/或步骤的所有组合，均属于本发明的范围。从一个所述实施方案到另一个的要素取代也完全是有意而为和经过考量的。还应当明白，附图不必按照比例关系绘制，而本身仅是概念性的。因此，本发明仅受所附权利要求的范围限制。
所有引文、出版物、未确权和授权专利，将其全部内容均经引用纳入本申请。
权利要求
1.一种加工含烃流体的催化装置，其包括由以层状结构排列的多种材料形成的反应主体，该多种材料由至少两种不同的催化材料形成，该主体具有在主体内形成的一个内芯件和至少一个内腔，其中该层状结构具有密度不同的区域，并且沿着其长度对于流体是可渗透的，从而允许流体流动通过该层状结构，包括流动通过该内芯件。
2.权利要求1的催化装置，其中该多种材料包含两种或更多种不同的金属材料。
3.权利要求2的催化装置，其中金属材料选自金属、金属合金、及其组合。
4.权利要求1的催化装置，其中该多种材料包含至少一种过渡金属。
5.权利要求1的催化装置，其中该多种材料包含第一金属材料、第二金属材料和第三金属材料，其全部彼此不同。
6.权利要求1的催化装置，其中该层状结构包含第一金属筛网、第二金属筛网和第三金属筛网，各个筛网均用不同的金属材料形成。
7.权利要求6的催化装置，其中将第二金属筛网布置在第一和第三金属筛网之间，第一金属筛网的长度大于第二和第三金属筛网的长度，从而当将层状结构卷成圆柱体时，第一金属筛网限定外包绕层。
8.权利要求6的催化装置，其中该内芯件包括呈卷状的第一、第二和第三金属筛网。
9.权利要求1的催化装置，其中该主体具有压缩区域，在沿着该层状结构的纵向长度测量时，该压缩区域与内芯件在同一区域中。
10.权利要求1的催化装置，其中该至少一个内腔包括在卷制成预定形状的层状结构的一端形成并敞开且邻接该内芯件布置的中空的腔。
11.权利要求1的催化装置，其中该至少一个内腔包括第一和第二内腔，第一内腔在卷制成预定形状的层状结构的一端形成并敞开，第二内腔在该卷制层状结构的另一端形成并敞开，其中该内芯件布置在第一和第二内腔之间，从而第一和第二内腔的深度至少部分地由这个内芯件限定。
12.权利要求1的催化装置，其中该内芯件至少部分地，从卷成预定形状的层状结构的一端到另一端延伸，该至少一个内腔包括第一和第二环状腔，且该第一环状腔在卷制层状结构的一端形成并敞开，并限定在内芯件与该卷制层状结构的外部环绕部分之间，该第二环状腔在卷制层状结构的另一端形成并敞开，并限定在内芯件与该卷制层状结构的该外部环绕部分之间，该内芯件具有沿着其长度变化的直径，这导致第一和第二环状腔中每个腔具有可变的直径。
13.权利要求1的催化装置，其中该内芯件包括该卷成预定形状的层状结构的压缩区域，并且至少一个内腔在该卷制层状结构与其中形成压缩区域的一端相对的一端处敞开。
14.权利要求13的催化装置，其中该压缩区域的密度大于沿着卷制层状结构的其余纵向长度的卷制层状结构的密度。
15.权利要求13的催化装置，其中该压缩区域封闭并限定内腔的一端。
16.权利要求13的催化装置，进一步包括布置在端部敞开的内腔中的管道件，该管道件的一端贴近压缩区域终止。
17.权利要求1的催化装置，其中该层状结构包括第一金属筛网，第二金属筛网和第三金属筛网，各个筛网由不同的金属材料形成，其中第一、第二和第三金属筛网中的至少一个第一尺寸相同，且至少一个第二尺寸不同。
18.权利要求17的催化装置，其中该至少一个第一尺寸是该筛网的宽度，并且该至少一个第二尺寸是该筛网的长度。
19.权利要求1的催化装置，其中该主体具有在其一端形成的整体基座结构。
20.权利要求19的催化装置，其中该基座结构包括多个用卷成预定形状的层状结构形成的间隔性舌片，这些间隔性舌片围绕卷制层状结构的外周边切向布置。
21.权利要求20的催化装置，其中将多个舌片沿着径向向内的方向折叠，从而限定在一个间隔性舌片的各侧形成的凹口。
22.权利要求1的催化装置，其中该多种材料包括第一金属层和横过在第一金属层一面上以交替方式布置的第二及第三金属层，各层均用不同材料形成。
23.权利要求22的催化装置，其中该第一金属层的表面积大于第二和第三金属层的组合表面积，第一金属层由金属合金形成，而第二和第三金属层基本上由纯金属形成。
24.一种加工含烃流体的催化装置，其包括由以层状结构排列的多种金属材料形成的反应主体，该多种金属材料由至少两种不同的材料形成，该主体含有具有第一密度的内芯件和沿着卷制层状结构纵向长度形成的、具有小于第一密度的第二密度的另一个区域。
25.权利要求24的催化装置，其中将该层状结构卷成预定形状。
26.权利要求25的催化装置，其中该层状结构，包括该内芯件，是流体可渗透性的，从而允许烃流体沿着卷制层状结构的长度流动通过卷制层状结构，导致该烃流体与不同金属材料所限定的反应位点接触。
27.权利要求24的催化装置，其中该层状结构具有在具有第二密度的另一区域内形成的并与该内芯件邻接的内腔。
28.权利要求24的催化装置，其中该内芯件在卷成预定形状的该层状结构的压缩区域中形成，导致该层状结构在该压缩区域具有更大的第一密度。
29.权利要求24的催化装置，其中具有第二密度的区域是包括形成于该卷制层状结构之内的中空内部空间的区域，而压缩区域形成于限定内芯件与该内部空间之间界面的位置处。
30.一种加工含烃流体的催化装置，其包括催化主体，其由以层状结构排列的至少三种金属材料形成，这种层状结构具有沿着层状结构纵向长度形成的压缩区域。
31.权利要求30的催化装置，其中层状结构由卷成预定形状的交叠筛网形成，这些筛网允许流体流动通过交叠筛网所限定的间隙。
32.权利要求30的催化装置，其中该层状结构包含第一金属筛网、第二金属筛网和第三金属筛网，各个筛网均用不同的金属材料形成。
33.权利要求32的催化装置，其中将第二金属筛网布置在第一和第三金属筛网之间，第一金属筛网的长度大于第二和第三金属筛网的长度，从而当将层状结构卷制成圆柱体时，第一金属筛网限定外包绕层，而该第三金属筛网由铝形成，并限定形成于圆柱体中的中心开口，从而铝层成为流体通过中心开口从催化主体排出时接触的最终层。
34.权利要求32的催化装置，其中布置第一、第二和第三筛网，使得在初始位置，它们布置在彼此基本平行的平面内，第二金属筛网布置在第一和第三金属筛网之间。
35.权利要求32的催化装置，其中布置第一、第二和第三筛网，使得在初始位置，它们布置在彼此基本平行的平面内，同时将第二和第三金属筛网以交替方式布置在横过第一金属筛网的一个面上。
36.权利要求30的催化装置，其中该多种金属材料由至少两种不同材料形成，该主体存在具有第一密度的内芯件和具有小于第一密度的第二密度的区域，其中该层状结构，包括该内芯件，具有流体可渗透的构造，从而允许烃流体沿着层状结构的长度流动通过该层状结构，导致该烃流体与不同金属材料所限定的反应位点接触，该层状结构被卷成预定形状。
37.权利要求30的催化装置，其中该压缩区域在其中内芯件具有最大密度的区域中形成。
38.权利要求30的催化装置，其中将该层状结构卷成预定形状，并在至少与沿卷制层状结构纵向长度延伸的轴基本垂直的方向上压缩。
39.权利要求38的催化装置，其中该卷制层状结构呈圆柱状。
40.权利要求30的催化装置，进一步包括沿着纵向长度形成，并由内部入口区与内部出口区之间的密实材料芯限定的中间限流器，该限流器用于使流体在内部入口区内以径向向外的方式流动，从而它流动通过可渗透的层状结构，到达外部位置，在该外部位置将其通过下游位置处的可渗透层状结构吸入，并进入内部出口区。
41.一种加工含烃燃料的加工系统，其包括燃料源；与燃料源流体性连通的燃料管线；和布置在燃料源内并与燃料管线流体性连通的催化主体，使得燃料在被吸入燃料管线以便传输到其它位置时，它被吸入与催化主体接触，这种催化主体用以层状结构排列的多种金属材料形成，该层状结构卷成预定形状并允许流体渗透流过，这种卷制层状结构具有沿着其纵向长度形成的压缩区域。
42.权利要求41的系统，其中该燃料管线与催化主体内形成的内部空间流体性连通，从而流体经该卷制层状结构吸入到该内部空间，流体在该处流动到该内部空间的一端，并进入该燃料管线。
43.权利要求41的系统，其中该层状结构包括第一金属筛网、第二金属筛网和第三金属筛网，各个筛网用不同的金属材料形成。
44.权利要求41的系统，其中该多种金属材料由至少两种不同材料形成，该主体存在具有第一密度的内芯件和具有小于第一密度的第二密度的区域，其中该层状结构，包括该内芯件，具有流体可渗透的构造，从而允许烃流体沿着层状结构的长度流动通过该层状结构，导致该烃流体与不同金属材料所限定的反应位点接触，该层状结构被卷成预定形状。
45.权利要求41的系统，其中该压缩区域在其中内芯件具有最大密度的区域中形成。
46.权利要求41的系统，其中将该层状结构卷成预定形状，并在至少与沿卷制层状结构纵向长度延伸的轴基本垂直的方向上压缩。
47.一种加工含烃排放物的加工系统，其包括排放物源；和布置在排放物流动途径内的催化主体，从而在排放物从一个位置流向另一个位置时，排放物被吸入与催化主体接触，该催化主体由以层状结构排列的至少三种金属材料形成，该层状结构卷成对于流体流动是可渗透的预定形状，这种卷制层状结构具有沿着其纵向长度形成的压缩区域，其中该多种金属材料由至少两种不同的材料形成，该主体存在具有第一密度的内芯件和具有小于第一密度的第二密度的区域，其中该压缩区域在其中内芯件具有最大密度的区域中形成。
48.权利要求47的系统，其中该排放物源包括与内燃机相联系的曲轴装置组件，排放物流的流动途径穿过其中布置有催化主体的曲轴通风管。
49.权利要求47的系统，其中该内芯件在卷成预定形状的该层状结构的压缩区域中形成，导致该层状结构在该压缩区域具有更大的第一密度。
50.权利要求47的系统，其中具有第二密度的区域是包括形成于该卷制层状结构之内的中空内部空间的区域，压缩区域形成于限定内芯件与该内部空间之间界面的位置处。
51.一种加工来自曲轴箱通风系统的含烃燃料和含烃排放物的方法，包括以下步骤引导燃料通过第一催化装置；和引导含烃排放物通过布置在该曲轴箱通风系统中的第二催化装置。
52.权利要求51的方法，其中第一和第二催化装置中的每一个均是由卷成预定形状的两种或更多种金属筛网材料形成的层状筛网结构。
53.权利要求51的方法，其中引导燃料通过该催化装置的步骤包括如下各步骤引导燃料进入在卷制层状结构内部形成的第一空间中；使流体沿径向朝外通过层状筛网结构流到第一催化装置外部的位置；并从第一催化装置外部的该位置，沿径向向内方向通过层状筛网结构吸入流体，并将其吸入到在卷制层状结构内部形成的第二空间中，流体经该处从第一催化装置排出。
54.权利要求52的方法，进一步包括以下步骤在卷制层状结构中形成比该卷制层状结构周围区域材料密度高的区域。
55.权利要求54的方法，其中形成材料密度较高区域的步骤包括如下步骤在沿着卷制层状结构纵向长度的位置处压缩该卷制层状结构。
56.权利要求55的方法，其中压缩该卷状结构，在该卷制层状结构的末端处形成一对较低密度的区域，且本方法进一步包括以下步骤将燃料和含烃排放物之一引入较低密度区域中的一个；并且从另一较低密度区域排出燃料和含烃排放物之一，较高密度的区域使配置到一个较低密度区域的燃料和含烃排放物中之一通过卷制层状结构径向地向外流动，然后经卷制层状结构吸入，并进入另一个较低密度的区域，从而使燃料或含烃排放物流过两个反应位点区域。
57.权利要求54的方法，其中形成材料密度较高区域的步骤包括如下步骤在层状结构卷制之前，在多个金属材料的边缘对齐的一端处的层状结构中通过制造选定的切口而形成内芯件，这些切口限定内部部分，此内部部分通过位于其两侧的一对外部部分界定该内芯件；且在被卷制形成卷制层状结构之前，折叠这些外部部分，使其平齐于剩余的层状结构。
58.权利要求51的方法，进一步包括以下步骤在与第一催化装置有关的层状结构内形成第一内部空间；使燃料管线和第一内部空间流体性连接，从而已经通过接触该层状筛网结构而进行了加工的燃料被引导到该燃料管线中；和在与曲轴箱通风系统相关的通风管内放置第二催化装置，从而含烃排放物流过第二催化装置的层状筛网结构的表面。
全文摘要
将烃加工装置和系统构造成改进烃燃料的燃烧特性和针对减排目的改善排放物，并提高发动机的整体性能特性。按照一个示例性的实施方案，加工含烃流体的一个催化装置包括由以层状结构排列的多种金属材料形成的反应性主体。该多个金属材料由至少两种不同的材料形成。该反应性主体具有一个具有第一密度的内芯件和沿着卷制层状结构的纵向长度形成的、具有小于第一密度的第二密度的另一个区域。
文档编号B01D53/94GK101060921SQ200580039302
公开日2007年10月24日 申请日期2005年9月19日 优先权日2004年9月17日
发明者杰弗里·A·斯蒂芬森 申请人:0783963不列颠哥伦比亚有限公司