CN104689360A - 一种催化香薰炉组件和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种催化香薰炉组件和其制造方法。催化香薰炉组件，包括：一烧结材料的多孔芯材；一催化剂，该催化剂沉积在该芯材上或其周围；和一灯芯，该灯芯与该多孔芯材联通，并设置成将燃料引导至该芯材。本发明的香薰炉组件启动快，启动时不会有明火，不会导致烧焦或堵塞。

Description

一种催化香薰炉组件和其制造方法
技术领域
本申请涉及一种催化香薰炉组件和一种催化香薰炉组件的制造方法。
背景技术
催化香薰炉用于在室内散发芳香。这种薰炉包括用铂、钯或镧等合适的催化剂浸渍过的陶瓷石。通过一灯芯将一醇基燃料送至该陶瓷石。该灯芯悬挂在一燃料储存器中，以便将燃料引导至该陶瓷石。该薰炉通常通过手持一明火至该陶瓷石来启动。这会点燃燃料，产生一相对高(可能有4至6英寸)的明火。当陶瓷石变热，在其内部和周围发生催化燃烧。大约三分钟以后，该陶瓷石达到约330℃的工作温度，随后可以熄灭该明火。催化燃烧在该陶瓷石的内部和周围继续，该设备继续无焰运作。
图1显示了一典型的催化香薰炉100的截面图。该薰炉100包括一外部陶瓷石102和一内部陶瓷石104。该外部陶瓷石102涂有一催化剂涂层106，该内部陶瓷石104涂有催化剂涂层108，两者均由相同的催化剂制成。该外部陶瓷石106包括一灯芯容置部分110。该香薰炉100还包括一灯芯112，该灯芯是一段绳子，形成一个圈，从而两端部114、116位于该灯芯容置部分110内。该薰炉100还包括一金属外壳118，该金属外壳适配在该外部陶瓷石102的周围。该金属外壳在其底部具有一开口，该开口的直径比该灯芯容置部分略窄，从而轻轻地夹住该灯芯112。该薰炉100还包括一石头锁紧部件120，该石头锁紧部件夹紧该金属外壳118并将该内部陶瓷石104保持在该外部陶瓷石102内的合适位置。整个装置位于一燃料储存器(图中未示出)的颈部上。供替代的设计包括一单块的陶瓷石，而不是两块陶瓷石。
上述的薰炉有很多问题。首先，该陶瓷石有相当低的孔隙率，并且孔隙很小。当燃料燃烧时，不完全燃烧的香料聚积，导致烧焦并导致燃料堵塞孔隙。该陶瓷石难以清洗，因此该陶瓷石必须定期地更换。进一步地，当设备启动时，需要花费多达三分钟使该陶瓷石达到工作温度，而且在此期间内有明火。这不仅对使用者是危险的，而且也是耗费时间的。进一步地，在加热过程中，该燃料以一快得多的速度被消耗。因此，需要一改进的催化香薰炉。
美国专利申请公布文献US 2008/0090188A1公开了一种改进的催化薰炉的例子。该薰炉包括一无孔隙基材，该基材在一合适的催化剂中被涂上涂层。该灯芯与该基材联通。该设备以与前述现有技术相同的方式运作，但通过使用一无孔隙的催化剂基材避免了孔隙堵塞的问题。
本发明提供一供替代的催化香薰炉组件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的香薰炉启动慢，启动时有明火，会导致烧焦和堵塞的缺陷，提供一种启动快、启动时不会有明火、不会导致烧焦或堵塞的催化香薰炉组件和其制造方法。
第一方面，本发明提供一种催化香薰炉组件，包括：一烧结材料的多孔芯材；一催化剂，该催化剂沉积在该芯材上或其周围；和一灯芯，该灯芯与该多孔芯材联通，并设置成将燃料引导至该芯材。
第二方面，本发明提供一种催化薰炉组件，包括：一多孔金属芯材；一催化剂，该催化剂沉积在该芯材上或其周围；和一灯芯，该灯芯与该多孔芯材联通，并设置成将燃料引导至该芯材。烧结材料可以是烧结金属。烧结金属可以是青铜。
第三方面，本发明提供一种催化薰炉组件，包括：一烧结材料的多孔芯材；一催化剂，该催化剂沉积在该芯材上或其周围；和一灯芯，该灯芯与该多孔芯材联通，并设置成将燃料引导至该芯材。
下述优选技术特征可以结合到上述第一、第二和第三方面中的任何一个或全部中。
较佳地，该多孔芯材的孔隙率大于30％，且更优地，在30％到60％之间。
较佳地，该多孔芯材的孔隙大小为15至150微米，且更优地，为30至100微米。
该催化剂可以沉积在该芯材上。
该些熏炉组件可以进一步包括一金属基材，该金属基材位于该多孔芯材上或与其邻接；其中该催化剂沉积在该金属基材上。
该多孔芯材可以大体上为圆柱形，和/或可以包括一空位，该空位位于该芯材的一端，该灯芯的至少一第一端位于该空位内。
该催化剂可以是铂、钯、镧或氧化锰。
该些熏炉组件可以进一步包括：一外罩，该外罩设置成将该芯材和该灯芯结合在一起。每个外罩可以是一空心金属螺栓。
第四方面，本发明提供一种催化香薰炉，包括：本发明第一方面的熏炉组件；一燃料储存器，该燃料储存器具有一开口，其中，在使用时，该熏炉组件位于该开口内，且该灯芯的一端位于该燃料储存器内。
第五方面，本发明提供一种催化香薰炉组件的制造方法，包括：提供一烧结材料的多孔芯材；在该芯材上或其周围提供一催化剂；和提供一灯芯，与该芯材联通。
第六方面，本发明提供一种烧结材料的多孔芯材，适用于一催化香薰炉，该芯材上沉积有一催化剂。
本发明的积极进步效果在于：启动快，启动时不会有明火，不会导致烧焦或堵塞。
附图说明
在此仅通过举例的方式描述附图，并参照附图，其中：
图1为现有技术中的香薰炉组件的截面图；
图2为本发明第一实施例的香薰炉组件的立体图；
图3为图2中的香薰炉组件的截面图；
图4为本发明另一实施例的香薰炉的截面图；
图5为本发明另一实施例的香薰炉组件的立体图。
具体实施方式
在此参照图2和图3描述本发明的第一实施例。图2和图3显示了一香薰炉200。该薰炉200包括一烧结金属材质的多孔芯材202。该多孔金属芯材202最好由烧结青铜制成。该多孔金属芯材202大体上为圆柱形，并具有一近端面204和一远端面206。在该近端204和该远端206之间延伸有一侧面208。该多孔金属芯材202界定一内部空间，该内部空间的主要部分由该多孔金属占据。此外，该多孔金属芯材包括一空位210，该空位在该芯材202的近端面204提供一开口212。
该香薰炉200还包括一灯芯214。该灯芯214最好由一段绳子状织物形成。该灯芯214包括一第一端部216和一第二端部218。该灯芯214的端部216、218位于该多孔金属芯材202的空位210内。该灯芯214的直径使得该灯芯的两端部216、218可以插入该空位210内。该灯芯214因此形成一个圈，在使用时，该圈悬挂在一燃料混合物中。根据实际的香薰炉来相适配地选择该灯芯214的长度。然而，典型的长度约为12cm。
该香薰炉200还包括一金属围绕物220。该金属围绕物220在该多孔金属芯材202周围形成一环。该金属围绕物220位于该侧面208上或与其邻接。该金属围绕物220的宽度约等于该多孔金属芯材202的高度的三分之一。该金属围绕物的内壁之间测得的直径约等于该多孔金属芯材202的圆柱体的直径。在制造过程中，该金属围绕物220环绕在该多孔金属芯材202的周围，并通过针状物(未示出)定位。
该金属围绕物220在一催化剂中被涂上涂层。该催化剂最好是铂、钯、镧或氧化锰，或者它们的混合物。这些材料具有相对高的热活性，意味着可以使用更少量的催化剂。由于催化剂一般是昂贵的金属，这样可以实现更低的成品单位成本。
在此描述将催化剂沉积在该金属围绕物上的过程。该催化剂通过电镀在该金属围绕物220上形成涂层，或者为了实现一更粗糙的表面(因此更大的表面积)，可以用浸涂技术(wash coating)来形成涂层。浸涂技术通常用在汽车催化转换器中。催化剂的颗粒悬浮在液体中，该液体随后被涂覆到金属基材上。涂覆催化剂的过程在其它方面是习知的，在此不再做更具体的描述。
该香薰炉200还包括一金属外罩222。该金属外罩222设置成将该香薰炉200的各个部件结合在一起。该金属外罩222包括一近端板224。该近端板224是一圆盘，该圆盘具有一轴向开口226，该轴向开口的直径略小于该空位210。这使得该近端板能够轻柔地夹住该灯芯214的两个端部。该金属外罩222还包括向上延伸的固定臂228A、228B、228C。这些臂连接于该近端板224的外缘，并相互等距地设置。这些臂的长度等于该多孔金属芯材202的圆柱体的高度加上该多孔金属芯材202的半径。这些臂的端部包括适用于接受一固定针230的针孔。在制造过程中，臂228A、228B、228C向上弯曲与该近端板224的平面形成一90°的角度。这些臂228A、228B、228C因此位于该多孔金属芯材202的侧面208上。然后，这些臂228A、228B、228C再次弯曲，从而它们的端部与该芯材的远端206相抵。随后将该固定针230插入这些臂的所有针孔中，从而将该金属外罩222固定至该多孔金属芯材202。应当理解的是，金属外罩222只是将薰炉200结合在一起的一种方式。如果合适，也可以使用其它机构。
在上述实施例中，该多孔金属芯材202是一烧结金属。较佳地，该金属是青铜。还可以使用其它金属，比如纯铜、不锈钢、镍青铜或锡青铜。还可以使用例如镍等额外镀层，以阻碍腐蚀和/或增加材料的美感。
烧结材料是一种带有熔融颗粒结构的整体材料，其孔隙率由使用的材料颗粒的颗粒大小界定。烧结材料可以由它们的孔隙率表征。典型的烧结不锈钢的孔隙率为35％，典型的烧结青铜的孔隙率为50％。在本发明中，颗粒大小必须足以产生一开放结构(open cell structure)，从中可以流过气体或液体。
通过使材料接近其熔点，从而使得预选尺寸的粉末、颗粒或球体部分地熔融在一起，形成烧结材料。当该材料接近其熔点时，材料中的原子在颗粒的边界间扩散，形成一实体。该扩散及密实化的程度决定了成品的孔隙大小。孔隙大小可以在1至300微米的范围内，而大多数烧结材料一般在5至150微米的范围内。对于该催化薰炉，一理想的大小是在15至150微米的范围内，最佳的大小在30至100微米的范围内。
通过选择合适大小的颗粒以及精确的密实化程度，可以精确控制形成的孔隙大小，这不是其它多孔结构的生产方法所能做到的。这种精确确定孔隙大小的能力，外加材料固有的耐热性，使得烧结材料成为一种用于催化薰炉头部的理想选择。烧结材料尤其适合与催化薰炉使用的芳香的、有时粘稠的油一起使用。催化薰炉的工作温度在230至280℃的范围内，远低于烧结材料的烧结点。
在图2和图3显示的实施例中，催化剂沉积在金属围绕物220上。在供替换的实施例中，该香薰炉不包括金属围绕物220，并且催化剂沉积在该烧结金属的自身上。可以通过使用实际的催化剂，比如Pt/Al2O3，来涂覆一浸涂涂层。此外，也可以使该烧结材料直接接触一贵金属盐(比如Pt或Pd盐)溶液，以沉积相应的催化剂。
图4显示了本发明一实施例的催化薰炉300。该薰炉300包括结合图2和图3描述的该薰炉组件200。该薰炉组件位于一燃料储存器302的颈部上。该燃料储存器302包括燃料304，在使用过程中，该组件200的灯芯悬挂在其中。
在此参照图5描述本发明的另一实施例。图5显示了一香薰炉400。该香薰炉与第一实施例描述的香薰炉的不同在于其不包括金属围绕物220，而且如下所述地，金属外罩222采用不同的形式。该香薰炉400是一种薰炉的举例，在这种薰炉中催化剂沉积在芯材的自身上。该薰炉400包括一烧结金属材质的多孔芯材402。该多孔金属芯材402最好由烧结青铜制成。该多孔金属芯材402大体上为圆柱形，并具有一近端面(未示出)和一远端面404。在该近端和该远端404之间延伸有一侧面(未示出)。该多孔金属芯材402界定一内部空间，该内部空间的主要部分由该多孔金属占据。
该香薰炉400还包括一灯芯406。该灯芯406最好由一段绳子状织物形成。该灯芯406包括一第一端部408和一第二端部410。如下文详细描述的，该灯芯406的该第一端部408与该芯材402联通。该第二端部410设置成悬挂在该燃料储存器(未示出)中。
该香薰炉402还包括一金属外罩412。该金属外罩412设置成将该香薰炉402的各个部件结合在一起。该金属外罩412是一空心螺栓，该多孔金属芯材402和该灯芯406置于该空心螺栓内。该螺栓412具有近端轴向开口和远端轴向开口。该近端开口的直径略小于该灯芯406。这使得该近端部能够轻柔地夹住该灯芯406的端部408。该多孔金属芯材402位于该螺栓412的远端开口内。该灯芯406的直径使得该灯芯的第一端部408可以插入该空心螺栓412内。根据实际的香薰炉来相适配地选择该灯芯406的长度。然而，典型的长度约为6cm。
该多孔金属芯材402在一催化剂中被涂上涂层。该催化剂最好是铂、钯、镧或氧化锰，或者它们的混合物。这些材料具有相对高的热活性，意味着可以使用更少量的催化剂。由于催化剂一般是昂贵的金属，这样可以实现更低的成品单位成本。
在此描述将催化剂沉积在该多孔金属芯材402上的过程。该催化剂通过电镀涂在该多孔金属芯材402上，或者为了实现一更粗糙的表面(因此更大的表面积)，可以用浸涂技术来形成涂层。浸涂技术通常用在汽车催化转换器中。催化剂的颗粒悬浮在液体中，该液体随后被涂覆到金属基材上。涂覆催化剂的过程在其它方面是习知的，在此不再做更具体的描述。
在上述实施例中，该多孔金属芯材202、402是一烧结金属。较佳地，该金属是青铜。还可以使用其它金属，比如纯铜、不锈钢、镍青铜或锡青铜。还可以使用例如镍等额外镀层，以阻碍腐蚀和/或增加材料的美感。
烧结材料是一种带有熔融颗粒结构的整体材料，其孔隙率由使用的材料颗粒的颗粒大小界定。烧结材料可以由它们的孔隙率表征。典型的烧结不锈钢的孔隙率为35％，典型的烧结青铜的孔隙率为50％。在本发明中，颗粒大小必须足以产生一开放结构，从中可以流过气体或液体。
通过使材料接近其熔点，预选尺寸的粉末、颗粒或球体部分地熔融在一起，形成烧结材料。当该材料接近其熔点时，材料中的原子在颗粒的边界间扩散，形成一实体。该扩散及密实化的程度决定了成品的孔隙大小。孔隙大小可以在1至300微米的范围内，而大多数烧结材料一般在5至150微米的范围内。对于该催化薰炉，一理想的大小是在15至150微米的范围内，最佳的大小在30至100微米的范围内。
通过选择合适大小的颗粒以及精确的密实化程度，可以精确控制形成的孔隙大小，这不是其它多孔结构的生产方法所能做到的。这种精确确定孔隙大小的能力，外加材料固有的耐热性，使得烧结材料成为一种用于催化薰炉头部的理想选择。烧结材料尤其适合与催化薰炉使用的芳香的、有时粘稠的油一起使用。催化薰炉的工作温度在230至280℃的范围内，远低于烧结材料的烧结点。
在图2和图3显示的实施例中，催化剂沉积在金属围绕物220上。在供替换的实施例中，该香薰炉不包括金属围绕物220，并且催化剂沉积在该烧结金属的自身上。可以通过使用实际的催化剂，比如Pt/Al2O3，来涂覆一浸涂涂层。此外，也可以使该烧结材料直接接触一贵金属盐(比如Pt或Pd盐)溶液，以沉积相应的催化剂。
上述实施例的一个优点在于该薰炉可以用一火柴或一打火机在约二十秒内启动，或用一射流式(jet-type)打火机在约十秒内启动。这也避免了在陶瓷石薰炉中典型出现的四至六英尺的火焰。典型的陶瓷薰炉需要三分钟以上的时间来启动。这是因为催化剂和金属芯材比一陶瓷石更快地达到一适合的工作温度。
本发明另一优点在于，因为金属薰炉比陶瓷更高效地传热，该薰炉200具有一更稳定的温度。这避免了出现在陶瓷薰炉中的不完全燃烧过程，因此避免了烧焦。进一步地，烧结材料更大的孔隙大小意味着堵塞基本上是不可能的。
在上述实施例中，该芯材描述为是大体上的圆柱形。在供替换的实施例中，该芯材可以是立方形的，或者任何其它合适的形状。
应当理解的是，术语“香薰炉”可以仅仅指该灯芯和该金属芯材的结合。或者，术语“香薰炉”可以指该灯芯、该金属芯材和该燃料储存器的结合。
在上述实施例中，该薰炉包括一多孔金属芯材。在一较佳实施例中，该多孔金属芯材由一烧结金属制成，比如烧结青铜。进一步地，该多孔芯材还可以由非金属烧结材料制成，比如烧结陶瓷。上述结合烧结金属描述的优点非金属烧结材料也同样具有。虽然在上述实施例中，最好采用由烧结材料制成的多孔金属芯材，但在其它实施例中，该多孔金属芯材可以不是烧结的。例如，作为烧结的一种替换方式，该多孔金属芯材可以用电脉冲固结(electricpulse consolidation)或其它类似技术制成。
虽然上述实施例是参照香薰炉描述的，但应当理解的是，本发明不局限于燃烧具有芳香的碳氢化合物。在供替代的实施例中，此处描述的催化薰炉组件可以用于燃烧非芳香的(无气味的)液体，比如纯酒精。本发明的另一个好处在于(芳香的或无气味的)液体的催化燃烧可以净化薰炉附近的空气。因此，此处描述的催化薰炉组件可以通过催化燃烧无气味的液体燃料，从而简单地仅作空气净化器使用，或者作为另一种选择，通过催化燃烧芳香的液体燃料既净化空气又向空气中提供香气。

Claims (15)

1.一种催化香薰炉组件，包括：一烧结材料的多孔芯材；一催化剂，该催化剂沉积在该芯材上或该芯材周围；和一灯芯，该灯芯与该多孔芯材联通，并设置成将燃料引导至该芯材。
2.如权利要求1所述的薰炉组件，其中下述一个或多个适用：
a)该烧结材料是烧结金属；
b)该烧结金属是青铜；
c)该多孔芯材的孔隙率大于30％；
d)该多孔芯材的孔隙率在30％到60％之间；
e)该多孔芯材的孔隙大小为15至150微米；
f)该多孔芯材的孔隙大小为30至100微米；
g)该催化剂沉积在该芯材上。
3.如权利要求1或2所述的薰炉组件，其还包括：一金属基材，该金属基材位于该多孔芯材上或与该多孔芯材邻接；其中该催化剂沉积在该金属基材上。
4.如前述权利要求中任意一项所述的薰炉组件，其中该多孔芯材大体上为圆柱形。
5.如权利要求4所述的薰炉组件，其中该多孔芯材包括一空位，该空位位于该芯材的一端，该灯芯的至少一第一端位于该空位内。
6.如前述权利要求中任意一项所述的薰炉组件，其中该催化剂是铂、钯、镧或氧化锰。
7.如前述权利要求中任意一项所述的薰炉组件，其还包括：一外罩，该外罩设置成将该芯材和该灯芯结合在一起。
8.如权利要求7所述的薰炉组件，其中该外罩是一空心金属螺栓。
9.一种催化薰炉组件，包括：一多孔金属芯材；一催化剂，该催化剂沉积在该芯材上或该芯材周围；和一灯芯，该灯芯与该多孔芯材联通，并设置成将燃料引导至该芯材。
10.如权利要求9所述的薰炉组件，其中该薰炉组件为一香薰炉组件，或者其中该多孔金属芯材由一烧结材料制成。
11.一种催化薰炉组件，包括：一烧结材料的多孔芯材；一催化剂，该催化剂沉积在该芯材上或该芯材周围；和一灯芯，该灯芯与该多孔芯材联通，并设置成将燃料引导至该芯材。
12.一种催化香薰炉，包括：如前述任一项权利要求所述的熏炉组件；一燃料储存器，该燃料储存器具有一开口，其中，在使用时，该熏炉组件位于该开口内，且该灯芯的一端位于该燃料储存器内。
13.一种催化香薰炉组件的制造方法，包括：
提供一烧结材料的多孔芯材；
在该芯材上或该芯材周围提供一催化剂；和
提供一灯芯，与该芯材联通。
14.如权利要求13所述的制造方法，其中在该芯材上或该芯材周围提供一催化剂的步骤包括在该芯材上沉积一催化剂的步骤。
15.一种烧结材料的多孔芯材，适用于一催化香薰炉，该芯材上沉积有一催化剂。
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