CN110192065B

CN110192065B - 由多孔材料构成的具有优化的操作性能的催化燃烧式燃烧器以及设置有这种燃烧器的瓶

Info

Publication number: CN110192065B
Application number: CN201780081558.9A
Authority: CN
Inventors: 科琳娜·热拉尔; 利蒂希娅·帕若; 马蒂厄·塞利耶
Original assignee: Berg Products Co ltd
Current assignee: Berg Products Co ltd
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: FR3061544B1; FR3061544A1; CN110192065A; EP3563087B1; WO2018122501A1; EP3563087A1; ES2864038T3; TW201829963A; TWI666408B; JP2020503489A

Abstract

本发明涉及由多孔材料构成的具有优化的操作性能的催化燃烧式燃烧器，并且涉及配备有这种燃烧器的瓶。

Description

由多孔材料构成的具有优化的操作性能的催化燃烧式燃烧器以及设置有这种燃烧器的瓶

技术领域

本发明总体上涉及催化燃烧领域，更具体地，涉及由多孔材料制成的催化燃烧式燃烧器。这些燃烧器特别地用于扩散香味和/或活性物质，以用于破坏可能有气味或没有气味的分子和/或用于净化空气。

背景技术

例如，在申请人名下的专利FR2610390中描述了这种燃烧器。其尤其是用于接收浸在被容纳在催化燃烧瓶中的可燃液体中的芯(mèche，灯芯、油芯)，该催化燃烧瓶在其颈部上接收燃烧器。这种燃烧器(尤其在图3中示出)由多孔材料制成，该燃烧器包括端部件，该端部件在其上部中具有暴露于外部的腔体，并且在其下部中具有其中接合芯的端部的腔体。端部件在其下部中通过套筒延伸。当运行时，由芯输送的可燃液体渗透燃烧器的多孔材料的孔。这些液体中的一些穿过燃烧器的中心区域并在其中经历蒸发。

建议的是定期用可燃液体重新填装瓶。然而，经验表明，许多用户忘记停止燃烧器并让其运行，直到可燃液体被完全消耗为止。当不再有可燃液体时，芯干透，并且芯上端——被截留在燃烧器的内部腔体的上部中的与该腔体的热壁接触——倾向于在缺少氧气的情况下燃烧并烧焦，产生游离碳颗粒，该游离碳颗粒堵塞燃烧器的孔。对于最终可用量的以降低的速率由芯输送的可燃液体，情况同样如此，其不再通过燃烧器的壁并且其不完全燃烧释放无定形碳颗粒。因此，燃烧器失去其效率，变得无法使用并且必须更换。

此外，许多用户越来越希望能够从完全填装状态连续使用催化燃烧瓶，以便能够更长时间地使用它。这需要燃烧器的套筒(或筒)必须更长，通常约20mm。然而，这种在其上部中未掺杂催化剂的长筒燃烧器不适合在存在空气调节装置(空气调节或通风或空气流)的情况下运行。因此，某些长筒燃烧器在某些市场(特别是在气候炎热潮湿的亚洲或美国)中被拒绝，因为它们与常用的这种装置的这种功能障碍相关联(而这并非总是正确的，特别是在存在催化剂的情况下)。对于这些国家来说，长筒是功能障碍的同义词。

发明内容

为了克服上述缺点，申请人已经研发出一种由多孔材料制成的催化燃烧式燃烧器，该催化燃烧式燃烧器包括：

-端部件，包括：

·下部，该下部的外直径为φ₁并界定直径为φ₂的第一腔体，所述腔体沿着主轴线延伸并适于接收能够用可燃组合物浸润端部件的芯，以及

·上部，该上部具有周缘侧壁，该周缘侧壁包括内部面和外部面，该内部面呈基本上截头圆锥形形状并界定深度为P的第二腔体，该外部面具有基本上柱形形状(并且优选地在其基部为截头圆锥形)，所述内部面具有下端和上端，所述内部面的下端的直径φ₃大于φ₂，所述内部面的上端的直径φ₄大于φ₃，所述侧壁的上端与大气连通，并且下端与所述腔体连通，

-套筒，该套筒布置在所述端部件的下部的延伸部中，并且界定延伸所述下部的第一腔体的第三腔体，

所述燃烧器的特征在于，所述多孔材料从一组合物获得，以占所述组合物的总重量的百分比计，该组合物包括：0％至5％之间且导热率大于60瓦特每米开尔文的至少一种导热化合物、30％至70％之间的至少一种耐火化合物、2％至30％之间的至少一种粘合剂、以及5％至40％之间的至少一种成孔剂，并且

其中，所述内部面的下端以直径为φ₃的埋头孔终止，该埋头孔与所述第一腔体(2)连通。

出于本发明的目的，术语“埋头孔”是指围绕与端部件的下部的第一腔体连通的穿孔进行的柱形加工。

利用这种组合物，根据本发明的燃烧器的多孔材料具有57％至63％之间并且优选约59％的孔隙率，以及8μm至11μm之间的互连。

出于本发明的目的，术语“互连”是指多孔互连的中值直径。

由于埋头孔的存在以及制成燃烧器的多孔材料的性质和孔隙率，可以实现良好的操作性能，如下面的实施例所示，而不管套筒(或筒)的长度如何，其可以短至12mm，这是迄今为止尚未设想的，特别是在申请人的法国专利申请FR2905164中教导的燃烧器中。

有利地，注意第一腔体的埋头孔的深度P可以在2mm至8mm之间，优选地在5mm至7.5mm之间，并且更好的是约7mm。

有利地，端部件的下部的外直径为φ₁可以在14mm至17mm之间，优选地在15mm至16mm之间，并且更好的是约15.6mm。

有利地，根据本发明的燃烧器可以具有将端部件的下部与套筒分开的周缘肩部。

有利地，多孔材料从一组合物获得，以占所述组合物的总重量的百分比计，该组合物包括：0.5％至2％之间的所述导热化合物、40％至70％之间的所述耐火化合物、5％至30％之间的所述粘合剂、以及8％至40％之间的至少一种成孔剂。根据本发明的多孔材料的组合物特别地包括导热化合物和耐火化合物。

作为可以用于根据本发明的燃烧器的多孔材料中的导热化合物，可以有利地使用碳化硅，优选地，以按重量计相对于所述组合物的总重量占1％的比例存在。已经优化了导热化合物的百分比(在0％至5％之间，并且优选约1％)以获得理想的操作特性。

作为耐火化合物，将优选使用导热率低于所述导热体的导热率的耐火化合物。有利地，所述耐火化合物可以选自由下述组成的组：氧化铝、二氧化硅、莫来石、氧化锆和堇青石、以及它们的混合物。耐火材料优选的是莫来石。莫来石可以例如用代替，或者与氧化铝、二氧化硅、氧化锆、堇青石或它们的混合物混合。优选地，将二氧化硅引入本发明的组合物中，作为与另一种耐火化合物的混合物。除了其在高温下良好的机械性能外，耐火化合物还在从根据本发明的组合物获得的多孔材料中作为绝缘体起主要作用。

除了导热化合物和耐火化合物之外，根据本发明的多孔材料的组合物包括粘合剂和成孔剂。

出于本发明的目的，术语“粘合剂”是指允许在小于或等于1100℃的温度下烧结的矿物化合物。

粘合剂有利地是具有可变百分比的二氧化硅的玻璃，更特别地是例如包括约70％的二氧化硅和约30％的钙和钠氧化物的基于氧化物的平面玻璃，或者包括不同元素诸如硼或磷酸盐的氧化物的特殊玻璃，例如硼硅酸盐玻璃。

粘合剂改进了可成型性，赋予了件的原始机械内聚力，并且使得可以获得多孔且机械上坚固的材料。粘合剂特别地选自低温烧结化合物，即下述化合物：该化合物允许在该小于或等于1100℃的温度下烧结包括该化合物的组合物。例如，在本发明的组合物的烧结期间的温度上升期间，玻璃软化并润湿导热化合物颗粒。由此获得玻璃相。接下来，在温度下降期间，颗粒在玻璃相的固化期间结合在一起。

作为可以用于根据本发明的燃烧器的多孔材料中的成孔剂，可以有利地选择尤其是在其制造和其储存期间其颗粒大小受管理和控制的任何成孔化合物(天然或合成的)。例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可以有利地用作成孔剂。该剂可以有利地按重量计以相对于所述组合物的总重量占21％的比例存在。成孔剂允许在根据本发明的组合物的烧结期间形成孔。

因此，优选地，多孔材料可以从一组合物制成，以占所述组合物的总重量的百分比计，该组合物包括：约1％的碳化硅、60％至70％之间的莫来石、5％至15％之间的玻璃以及18％至30％之间的PMMA。

利用这种组合物，根据本发明的燃烧器的多孔材料具有约60％的孔隙率和约9.5μm的互连。

有利地，燃烧器的所述套筒可以具有12mm至16mm之间的长度，并且优选为约14mm。如实施例中所示，使用根据本发明的具有可以短至13mm的套筒长度的燃烧器可以实现良好的性能。

本发明的主题还是一种催化燃烧瓶，其适于容纳可燃液体并且适合于在其颈部接收催化燃烧式燃烧器，该催化燃烧式燃烧器接收浸润在所述液体中的芯，其特征在于，所述瓶配备有如前所限定的根据本发明的燃烧器。

附图说明

本发明的其他特性和优点将从其在下文中参考附图所进行的作为指导且没有任何限制的详细描述中清楚地显现出来，其中：

·图l示意性地表示根据本发明的燃烧器的实施例的截面；

·图2是图l中所示的燃烧器的透视图；

·图3示意性地表示现有技术中已知的燃烧器的实施例的截面；

·图4是配备有一方面为图1和图2中所示的燃烧式燃烧器以及另一方面为图3中所示的燃烧式燃烧器中的一个燃烧式燃烧器的瓶的的示意性前视图。

这两种图中共同的技术特性在相关的图中都由相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1和图2分别以截面和侧面透视示意性地示出了根据本发明的燃烧器10的实施例。这两个图特别地示出了根据本发明的该燃烧器实施例10包括一方面为具有下部la和上部1b的端部件1，以及为另一方面布置在端部件1的下部1a的延伸部中的套筒7。

关于端部件l更具体地，其包括：

·下部la，该下部的外直径为φ₁并界定直径为φ₂的第一腔体2，沿着主轴线3延伸的该第一腔体2适于接收能够用可燃组合物浸润端部件l的芯，以及

·具有周缘侧壁5的上部lb，该周缘侧壁包括：内部面5a，该内部面呈基本上截头圆锥形形状并界定深度为P的第二腔体6；外部面5b，该外部门具有柱形形状且直径为φ₅；以及上部面5c，该上部面具有柱形形状且其底部处呈略微截头圆锥形。

内部面5a具有下端6l和上端62，内部面的下端的直径φ₃大于φ₂，内部面的上端的直径φ₄大于φ₃，侧壁5的上端62与大气连通，并且下端6l与所述第一腔体2连通。第一腔体2和第二腔体6连接。内部面5a的下端6l以直径为φ₃的埋头孔18终止，该埋头孔与腔体2连通。

根据本发明的燃烧器还可以具有将端部件1的下部1a与套筒7分开的周缘肩部8。

关于套筒(也称为筒)7，更具体地，其布置在端部件1的下部la的延伸部中。套筒界定了延伸下部1a的第一腔体2的第三腔体2′。该套筒由与端部件l相同的多孔材料构成。

图3示意性地表示现有技术中已知的燃烧器10的实施例的截面。除了埋头孔之外，图3的燃烧器10与图1和图2中所示的燃烧器基本上相同：图3的燃烧器没有埋头孔，并且因此内部面5a在其两个端部6l和62之间完全是截头圆锥形的。另外，直径φ₁、φ₃和φ₅也不同。

为了测试图l至图3中所示的燃烧器的催化功能，将这些燃烧器放置在催化燃烧瓶20上，如图4中所示。这样的瓶20在运行期间容纳可燃液体30。燃烧器10(如图l和图2中所示的根据本发明的燃烧器，或者图3中所示的现有技术的燃烧器)安装在瓶的颈部50中(例如借助于放置在颈部50中的金属座)。芯40被接收在燃烧器10的第一腔体2和第二腔体24的内部，该催化燃烧芯40接收浸润在液体30中的芯(40)。瓶20可以是具有其中装入燃烧器10的颈部50的任何形状的瓶。可燃液体30通常是醇，例如异丙醇，或者与本领域的现行法规相符的任何其它合适的可燃液体。特别地，这种可燃物必须使得其蒸发及其催化燃烧不会散发出任何令人不快的气味。可燃液体30还可包括香味材料和/或活性材料。芯40是任何已知的芯，例如由棉制成的芯，或者由矿物材料制成的芯，例如由矿物纤维制成的芯。以下实施例结合附图说明本发明，但不限制其范围。

在这些实施例中，除非另有说明，否则所有百分比和份数都被表示为质量百分比。

实施例

包括在所使用的多孔材料组合物中的化合物：

·导热化合物：碳化硅，

·耐火化合物：莫来石，

·成孔剂：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

组合物

实施例中使用的燃烧器是由下面表1中所示的组合物C1和C2通过干压制成的。对于这些组合物中的每一种，已经在表l中表示出了陶瓷结构的孔隙率和互连的中值直径。

表1

所使用的燃烧器：

·对于比较实施例：

ο图3中所示的燃烧器1C，其上部面5c配备/浸渍有催化剂，并且由从组合物C1获得的多孔材料构成，

ο燃烧器2C，其与燃烧器1C相同，但不包含任何催化剂(图3中所示)，并且由从组合物C1获得的多孔材料构成。

·对于根据本发明的实施例：

ο图1和图2中所示的燃烧器1，其上部面5c配备/浸渍有催化剂，并且由从组合物C2获得的多孔材料构成，

ο燃烧器2，其与燃烧器1相同，但不包含任何催化剂(图1和图2中所示)，并且由从组合物C2获得的多孔材料构成。

所使用的催化剂是例如诸如属于本申请人的专利申请EP 1084267中所描述的催化剂：属于元素周期表第9族或第10族的金属(根据IUPAC推荐的术语)。

在运行期间，当燃烧器在其环形的周缘部分5c中配备有催化剂时(图2中可见)，可燃液体的到达该部分5c的部分在那里经历催化燃烧，这使该部分保持处于高温。

所使用的瓶：图4中所示的瓶，用于一方面图l和图2中所示的燃烧器，以及另一方面图3中所示的燃烧器。

所使用的芯：棉芯。

所使用的可燃液体：异丙醇。

测试和测量

1)互连的孔隙率(％)和直径D

通过将汞压入Micromeritics Autopore IV 9510牌孔隙率计的材料中来测量构成燃烧器的多孔材料的开孔孔隙率。该测量在大约414MPa的最大压力下进行，其对应于约0.0035μm的最小可检测孔径。

方法和操作协议：

借助于压汞法的孔隙率测量是基于下述原理：通过将多孔材料浸在非反应性液体中并且等静态地(isostatique，等静力地、均衡地)增加压力，使该液体渗透到所述材料中。此外，与大多数材料不发生反应的汞由于其接触角的高值所以是理想的液体，它不会弄湿大多数材料。

根据该测量，按照以μm为单位的直径D(互连直径)来确定孔隙大小，然后进行渗透，根据Washburn方程式，该直径与施加的压力P成反比：

其中：γ：汞的表面张力，

γ＝0.00485N/cm(485dynes/cm)

θ：汞的接触角，θ＝140°

2)安装在瓶20上的燃烧器10的操作特性

在运行期间，瓶20中的可燃液体30通过毛细管作用在芯40中上升并且渗透燃烧器的多孔材料的孔，这在该燃烧器已经被预热时，确保了它的催化燃烧。在所执行的测试的背景下，针对各种运行模式对上述燃烧器进行了测试：

·空瓶时运行：让燃烧器运行直到可燃液体30完全消耗为止；

·重新点燃：连续使用燃烧器恒定给定时间，然后过几天定期熄灭并重新点燃。

下面呈现了这些各种测试，套筒7的长度是针对每种配置指定的。

实施例l

比较了燃烧器2和2C(顶部没有催化剂)的性能，芯安装在所述燃烧器中同时由套筒夹住。

对于各种类型的多孔材料和用于燃烧器2的套筒7长度，所使用的燃烧器的功能性能和物理化学特性如下表2中所指示。

表2

根据本发明的燃烧器使得能够以短得多的套筒长度实现与现有技术已知的燃烧器的功能性能相当的功能性能。

实施例2

比较了燃烧器2和2C(顶部没有催化剂)的性能，其中芯直接安装在套筒中而没有被夹住。

对于用于燃烧器的各种类型的多孔材料和套筒7长度，所使用的燃烧器的功能性能和物理化学特性如下表3中所指示。

表3

与具有长得多的套筒长度的现有技术燃烧器相反，根据本发明的燃烧器使得能够以短得多的套筒长度实现良好的功能性能。

实施例3

比较了燃烧器l和1C(顶部有催化剂)的性能，芯安装在所述燃烧器中同时由套筒夹住。

表3

Claims

1.由多孔材料制成的催化燃烧式燃烧器(10)，包括：

-端部件(1)，包括：

·下部(1a)，所述下部的外直径为φ₁并界定直径为φ₂的第一腔体(2)，所述第一腔体(2)沿着主轴线(3)延伸并适于接收能够用可燃液体浸润所述端部件(1)的芯，以及

·上部(1b)，所述上部具有周缘侧壁(5)，所述周缘侧壁包括内部面(5a)和外部面(5b)，所述内部面呈截头圆锥形形状并界定深度为P的第二腔体(6)，所述外部面具有柱形形状，所述内部面(5a)具有下端(61)和上端(62)，所述内部面的下端的直径φ₃大于φ₂，所述内部面的上端的直径φ₄大于φ₃，所述周缘侧壁(5)的所述上端(62)与大气连通，并且所述下端(61)与所述第一腔体(2)连通，

-套筒(7)，所述套筒布置在所述端部件(1)的所述下部(1a)的延伸部中，并且界定延伸所述下部(1a)的所述第一腔体(2)的第三腔体(2′)，

所述燃烧器的特征在于，所述多孔材料从一组合物获得，以占所述组合物的总重量的百分比计，所述组合物包括：0％至5％之间的导热率大于60瓦特每米开尔文的至少一种导热化合物、30％至70％之间的至少一种耐火化合物、2％至30％之间的至少一种粘合剂、以及5％至40％之间的至少一种成孔剂，并且

其中，所述内部面(5a)的所述下端(61)以直径为φ₃的埋头孔(18)终止，所述埋头孔与所述第一腔体(2)连通。

2.根据权利要求l所述的燃烧器(10)，其中，所述第二腔体(6)的深度P为2mm至8mm之间。

3.根据权利要求1所述的燃烧器(10)，其中，所述第二腔体(6)的深度P为5mm至7.5mm之间。

4.根据权利要求1所述的燃烧器(10)，其中，所述第二腔体(6)的深度P为7mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述端部件(1)的所述下部(1a)的外直径φ₁为14mm至17mm之间。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述端部件(1)的所述下部(1a)的外直径φ₁为l5mm至16mm之间。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述端部件(1)的所述下部(1a)的外直径φ₁为15.6mm。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器(10)，根据所述燃烧器，所述多孔材料从一组合物获得，以占所述组合物的总重量的百分比计，所述组合物包括：0.5％至2％之间的所述导热化合物、40％至65％之间的所述耐火化合物、5％至30％之间的所述粘合剂、以及8％至40％之间的至少一种成孔剂。

9.根据权利要求8所述的燃烧器(10)，其中，所述导热化合物是碳化硅。

10.根据权利要求8所述的燃烧器(10)，其中，所述导热化合物以按重量计相对于所述组合物的总重量占1％的比例存在。

11.根据权利要求l至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，每种所述耐火化合物选自由氧化铝、二氧化硅、莫来石、氧化锆和堇青石、以及它们的混合物构成的组。

12.根据权利要求l至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述耐火化合物为莫来石。

13.根据权利要求l至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述粘合剂是允许在小于或等于1100℃的温度烧结的无机化合物。

14.根据权利要求l至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述粘合剂为玻璃。

15.根据权利要求l至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述粘合剂为硼硅酸盐玻璃。

16.根据权利要求l至4中任一项所述的燃烧器(10)，其中，所述成孔剂是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

17.根据权利要求16所述的燃烧器(10)，其中，PMMA以按重量计相对于所述组合物的总重量占21％的比例存在。

18.根据权利要求17所述的燃烧器(10)，根据所述燃烧器，所述多孔材料从一组合物获得，以占所述组合物的总重量的百分比计，所述组合物包括：1％的碳化硅、60％至70％之间的莫来石、5％至15％之间的玻璃、以及18％至30％之间的PMMA。

19.根据权利要求18所述的燃烧器(10)，其中，所述套筒(7)的长度为12mm至16mm之间。

20.根据权利要求18所述的燃烧器(10)，其中，所述套筒(7)的长度为14mm。

21.催化燃烧瓶(20)，所述催化燃烧瓶适合于容纳可燃液体(30)，并且适合于在其颈部(50)上接收催化燃烧式燃烧器(10)，所述催化燃烧式燃烧器接收浸润在所述可燃液体(30)中的芯(40)，其特征在于，所述瓶(20)配备有根据权利要求1至20中任一项限定的燃烧器(10)。