DE602004002037T2 - Brenner mit katalytischer Verbrennung in porösem Material und mit einem solchen Brenner ausgerüstete Flasche - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für eine katalytische Verbrennung aus einem porösen Material, der so ausgebildet ist, dass er mit einem Dacht zusammenwirkt, der dem Brenner eine brennbare Zusammensetzung zuführen soll, die in die Poren des porösen Materials eindringt, wobei der Brenner eine Umfangszone umfasst, die einen Katalysator trägt und die eine katalysatorfreie Zentralzone umgibt, die eine Verdampfungszone bildet, wobei die Umfangszone und die Zentralzone in dem oberen Teil des Brenners angeordnet sind.
  • Solche Brenner zur katalytischen Verbrennung, insbesondere in der Anmeldung WO 99/6326 beschrieben, weisen in klassischer Weise eine im Wesentlichen zylindrische Umfangsfläche auf.
  • Gleichwohl ist die Herstellung von Brennern, die mit einer solchen Umfangsfläche von zylindrischer Form versehen sind, relativ schwierig.
  • Denn beim Schritt der Formgebung müssen zahlreiche Teile weggeworfen werden, da sie einige zerbrechliche Zonen aufweisen, insbesondere am Umfang des Brenners.
  • Sogar eine leichte, sich nach oben erweiternde Konizität, in der Größenordnung von 1° oder 2°, die der Umfangsfläche des Brenners üblicherweise verliehen wird, ermöglicht nicht, in voll zufriedenstellender Weise auf die oben erwähnten, bei der Formgebung begegneten Schwierigkeiten zu reagieren.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher, den vorgenannten Nachteil von bekannten Brennern zu beseitigen und einen Brenner der vorgenannten Bauart vorzuschlagen, dessen Formgebung erleichtert wird und der ferner verbesserte funktionelle Eigenschaften aufweist.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist dieser Brenner zur katalytischen Verbrennung eine Umfangsfläche in Form eines Kegelstumpfes auf, die sich nach oben erweitert.
  • Es handelt sich natürlich um eine gegenüber der vorgenannten leichten Konizität deutlich bemerkbare Kegelstumpfform.
  • So ermöglicht die kegelstumpfförmige Struktur eine vereinfachte Formgebung des Brenners ohne Zerstörung der Umfangsfläche des Brenners.
  • Ferner hat die Anmelderin bei Vergleichsversuchen zur Funktionsweise eines Brenners gemäß der Erfindung mit den Brennern von zylindrischer Struktur des Standes der Technik feststellen können, dass sie bessere Resultate hinsichtlich der Geruchsvernichtung mit einem Kolben zur katalytischen Verbrennung erhält, der mit einer kegelstumpfförmigen Brennerstruktur versehen ist.
  • Denn es ist verständlich, dass durch die Konstruktion und bei einer vergleichbaren Höhe des Brenners der kegelstumpfförmige Brenner der Erfindung eine umfängliche Austauschfläche von viel größerer Abmessung aufweist, als diejenige eines Brenners des Standes der Technik, der eine Umfangsfläche von im Wesentlichen zylindrischer Form aufweist.
  • Im Falle eines Brenners mit einer Umfangsfläche von im Wesentlichen zylindrischer Form, erwärmt sich die Luft, die in unmittelbarer Nähe der Umfangsfläche des Brenners zirkuliert, bei Kontakt mit dieser Fläche und steigt vertikal und parallel zu der Oberfläche des Brenners hoch. Es ergibt sich somit nur ein geringer Kontakt zwischen dieser warmen Luft und der Umfangsfläche des Brenners und dies selbst in dem Fall, in welchem eine leichte Konizität in der Größenordnung von 1° oder 2° zu beobachten ist, die eine sehr geringe Erweiterung zur Höhe bei einem solchen Brenner verleiht. Die thermischen und chemischen Austauschvorgänge zwischen der Umfangsfläche des Brenners und der Luft sind somit begrenzt.
  • Im Gegensatz dazu begünstigt im Falle eines Brenners von gleicher Höhe aber mit einer kegelstumpfförmigen Umfangsfläche, bei dem vertikal in der Nähe des Brenners zirkulierende warme Luft sehr stark in Kontakt mit der kegelstumpfförmigen Umfangsfläche des Brenners in Kontakt gelangt, somit die thermischen und chemischen Austauschvorgänge und somit die katalytische Zersetzung von Rauch und anderen flüchtigen Bestandteilen durch diese warme Luft, was somit eine bessere Reinhaltung der Umgebungsluft ermöglicht.
  • Ferner steigt aufgrund des sehr viel stärkeren Wärmeaustausches beim Einsatz eines Brenners gemäß der Erfindung die in der Nähe des Brenners vorhandene Luft, die stärker erhitzt wird, schneller nach oben und erzeugt folglich dynamischere Konvektionsströme.
  • Man beobachtet daher eine bessere Konvektion der Gasströme, sowohl der Luft als auch der sich aus der Verdampfung der verbrennbaren Zusammensetzung ergebenden Gase in unmittelbarer Umgebung der kegelstumpfförmigen Umfangsfläche des Brenners.
  • Vorzugsweise liegt der halbe Kegelwinkel der kegelstrumpfförmigen Umfangsfläche des Brenners zwischen 10° und 40°, insbesondere zwischen 15° und 25° und vorzugsweise zwischen 18° und 23°.
  • Gemäß einer vorteilhaften Version der Erfindung weist die kegelstumpfförmige Umfangsfläche des Brenners wenigstens eine umfängliche und nach innen und nach unten gerichtete erste Schulter auf, um den Durchmesser zwischen einem unteren Teil und einem oberen Teil des Brenners zu vergrößern.
  • Eine solche Struktur ermöglicht, auch die Austauschfläche zwischen heißer Luft und dem Brenner zu vergrößern und verstärkt den Kontakt zwischen der aufsteigen den heißen Luft und wenigstens einem Bereich der Umfangsfläche des Brenners und somit die thermischen und chemischen Austauschvorgänge.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft auch einen Kolben zur katalytischen Verbrennung, der so ausgebildet ist, dass dieser eine brennbare flüssige Zusammensetzung enthält und an seinem Hals einen Brenner zur katalytischen Verbrennung aufnehmen kann, der so ausgebildet ist, dass dieser mit einem Docht zusammenwirkt, der in diese Zusammensetzung eingetaucht ist.
  • Gemäß der Erfindung ist dieser Kolben mit einem Brenner gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgestattet.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich.
  • In den beigefügten Zeichnungen, die nur beispielhaft und nicht beschränkend gegeben werden, ist:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Kolbens, der mit einem Brenner zur katalytischen Verbrennung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
  • 2 eine vergrößerte schematische Ansicht in axialem Schnitt des in 1 dargestellten Brenners;
  • 3 eine Ansicht des in 2 dargestellten Brenners mit einem Stutzen;
  • 4 eine Ansicht ähnlich 2 einer zweiten Ausführungsform des Brenners gemäß der vorliegenden Erfindung und mit zwei Halbansichten, welche zwei Positionierungsvarianten der ersten Schulter zeigen; und
  • 5 eine Ansicht ähnlich 2 einer dritten Ausführungsform des Brenners gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die in den 1 und 5 gemeinsamen Elemente werden durch identische numerische Bezugszeichen identifiziert.
  • In 1 ist ein Kolben 1 zur katalytischen Verbrennung dargestellt, der so ausgebildet ist, dass dieser eine brennbare flüssige Zusammensetzung 2 aufnehmen kann und in seinem oberen Bereich einen Brenner 3 zur katalytischen Verbrennung gemäß der Erfindung aufnehmen kann.
  • Dieser Kolben 1 kann eine beliebige Form haben und einen Hals 4 aufweisen, der so ausgebildet ist, dass dieser den Brenner 3 zur katalytischen Verbrennung aufnehmen kann.
  • Der Brenner 3 zur katalytischen Verbrennung ist aus einem porösen Material hergestellt, das dazu geeignet und dafür ausgelegt ist, Temperaturen von wenigstens 400°C auszuhalten, die in der den Katalysator tragenden Zone während des Betriebs des Brenners 3 erreicht werden. Dieses Material kann insbesondere ein keramisches Material sein und zum Beispiel aus Kaolin oder Cordierit hergestellt sein.
  • Der Brenner 3 zur katalytischen Verbrennung ist so ausgebildet, dass dieser mit einem Docht 5 zusammenwirkt, der in die Zusammensetzung 2 eingetaucht ist. Dieser Docht 5 ist dazu bestimmt, dem Brenner 3 die brennbare Zusammensetzung 2 zuzuführen, die in die Poren des porösen Materials eindringt.
  • Die brennbare Zusammensetzung 2 ist eine geeignete brennbare Flüssigkeit, die den geltenden Reglementierungen entspricht und für die katalytische Verbrennung und Verdampfung ausgelegt ist.
  • Diese brennbare Zusammensetzung 2 kann insbesondere ein Alkohol, insbesondere ein Isopropylalkohol sein und kann ferner ein Duftmaterial und/oder ein Aktivmaterial umfassen.
  • Der Docht 5 ist ein beliebiger bekannter Docht, zum Beispiel ein Docht aus Baumwolle.
  • Der Docht 5 kann auch ein Docht aus einem Mineralstoff sein, zum Beispiel ein Docht aus Mineralfasern oder ein Docht aus porösem Material.
  • Der Brenner 3 zur katalytischen Verbrennung kann in seinem inneren Bereich mit einer Abstützung (nicht dargestellt) versehen sein, die seine Einführung entweder direkt in den Hals 4 des Kolbens 1 oder in das Zentralloch eines Ansatzes (nicht dargestellt) ermöglicht, wobei Letzteres so ausgebildet ist, dass dieses am Hals 4 des Kolbens 1 befestigt ist.
  • Die Abstützung und der Ansatz, die zur Befestigung auf dem Kolben 1 eines solchen Brenners 3 geeignet sind, wurden insbesondere in der Anmeldung WO 99/63267 beschrieben.
  • Wie in 2 dargestellt ist, weist der Brenner zur katalytischen Verbrennung 3 eine Vollstruktur auf sowie eine Umfangsfläche 3a in Kegelstumpfform, die sich nach oben erweitert.
  • Dieser Brenner 3 umfasst an seinem oberen Bereich 3b eine Umfangszone 6, zum Beispiel in Ringform, der einen Katalysator 7 abstützt und der eine Zentralzone 8 ohne Katalysator umschließt und die Verdampfungszone bildet.
  • Der Katalysator 7 ist zum Beispiel ein Metall aus der Gruppe VIII der Tabelle der periodischen Klassifikation der Elemente.
  • Der halbe Kegelwinkel A der kegelstumpfförmigen Umfangsfläche 3a des Brenners 3 liegt zwischen 10° und 40°, insbesondere zwischen 15° und 25° und vorzugsweise zwischen 18° und 23°.
  • Der Brenner 3 zur katalytischen Verbrennung aus 2 kann mit einem Stutzen 9 kombiniert sein, so dass ein System zur katalytischen Verbrennung gebildet wird, wie das in 3 dargestellte System 10 zur katalytischen Verbrennung.
  • Dieser Stutzen 9 ist in Verlängerung des unteren Bereichs 3c des Brenners 3 angeordnet.
  • Dieser Stutzen 9 ist auch aus einem porösen Material hergestellt, das insbesondere ein keramisches Material sein kann, zum Beispiel aus Kaolin oder Cordierit hergestellt.
  • Der Stutzen 9 umfasst einen im Wesentlichen axialen Hohlraum 11, der so ausgebildet ist, dass dieser den Docht 5 einspannt, derart, dass die brennbare Zusammensetzung 2 aus den Poren des oberen Bereichs 9a des Stutzens 9 zu den Poren des unteren Bereichs 3c des Brenners 3 migrieren kann.
  • Die Verbindung zwischen den unteren Bereichen 3c des Brenners 3 und dem oberen Bereich 9a des Stutzens 9 muss derart vorgesehen sein, dass die Migration der brennbaren Zusammensetzung 2 des Stutzens 9 zum Brenner 3 sichergestellt ist. Es kann somit eine mechanische Einfügung und/oder ein Zusammenbau mit Hilfe einer porösen Umschließung vorgesehen sein.
  • Es kann auch vorgesehen sein, das System 10 zur katalytischen Verbrennung aus einem einzigen Stück, umfassend den Brenner 3 und den Stutzen 9, herzustellen.
  • In 4 sind zwei Halbansichten eines Brenners 13 zur katalytischen Verbrennung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
  • Dieser Brenner 13 weist eine kegelstumpfförmige Umfangsfläche 13a auf, die sich nach oben erweitert.
  • Jede Halbansicht zeigt, dass diese Umfangsfläche 13a wenigstens eine im Wesentlichen umfängliche und nach innen und nach unten des Brenners 13 gerichtete erste Schulter 14a, 14b aufweist.
  • Diese erste Schulter 14a, 14b hat den Zweck, den Durchmesser zwischen einem unteren Bereich 13c und einem oberen Bereich 13b des Brennen 13 zu vergrößern.
  • In der linken Halbansicht ist die erste Schulter 14a in dem im Wesentlichen mittleren Bereich des Brenners 13 ausgebildet.
  • In der rechten Halbansicht ist die erste Schulter 14b in den unteren Bereich 13c des Brenners 13 ausgebildet.
  • Die erste Schulter kann natürlich auf einer anderen Höhe angeordnet sein, als demjenigen, die in den beiden Halbansichten der 4 dargestellt sind.
  • Wie in der linken Halbansicht dargestellt ist, wurde die Lagerung des Katalysators bis zur ersten Schulter 14a ausgeführt, welche somit die den Katalysator 7 tragende Umfangszone 16 von dem unteren Bereich 13c des Brenners 13 ohne Katalysator an der Umfangsfläche 13a des Brenners 13 trennt.
  • Im Gegensatz korrespondiert in der rechten Halbansicht die erste Schulter 14b nicht mit einer Demarkationszone für die Lokalisierung des Katalysators 7 an der Umfangsfläche 13a des Brenners 13. Diese erste Schulter 14b ist in einem Bereich des Brenners 13 angeordnet, der keinen Katalysator umfasst.
  • Der Brenner 13 umfasst wenigstens an seinem unteren Bereich 13c einen im Wesentlichen axialen Hohlraum 15, der nach unten offen ist und so ausgebildet ist, dass dieser ganz oder in einem Bereich seiner Höhe das obere Ende 5a des Dochts 5 aufnehmen kann, der dazu bestimmt ist, dem Brenner 13 die brennbare Zusammensetzung 2 zuzuführen.
  • Wie in 4 dargestellt ist, füllt das Ende 5a des Dochts 5 nur teilweise des Volumen des Hohlraums 15 des Brenners 13. Es ist dennoch ebenso möglich, vorzusehen, dass dieses Ende 5a den Hohlraum 15 im Wesentlichen vollständig füllt, wie in dem Falle des Brenners 23, der in 5 dargestellt ist.
  • In der Darstellung der 4 erstreckt sich der Hohlraum 15, der am unteren Ende 3d des Brenners 13 mündet, axial über einen großen Bereich der axialen Dimension des Brenners 13.
  • Dieser Hohlraum 15 ist an dem unteren Bereich 13b des Brennen 13 durch eine Wand 17 verschlossen.
  • Wie in 4 dargestellt ist und in üblicher Weise weist der Brenner 13 einen im Wesentlichen axialen ringförmigen Hals 19 auf, der sich von der oberen Oberfläche 13e des Brenners 13 nach unten erstreckt und die im Wesentlichen ringförmige Umfangszone 16, welche den Katalysator 7 trägt, von der Zentralzone 18 des oberen Bereichs 13b des Brenners 13 trennt.
  • Diese spezielle Struktur des oberen Bereichs 13b eines solchen, mit einem ringförmigen Hals 19 versehenen Brenners 13 wurde insbesondere in dem Patent EP 0 277 875 B1 in Namen der Anmelderin beschrieben.
  • In der 5 ist ein Brenner zur katalytischen Verbrennung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
  • Wie in den vorher gehenden Figuren, weist dieser Brenner 23 zur katalytischen Verbrennung eine kegelstumpfförmige Umfangsfläche 23a auf, die sich nach oben erweitert.
  • Der obere Bereich 23b des Brenners 23 umfasst eine ringförmige Umfangszone 26, welche den Katalysator 7 trägt und eine Zentralzone 28 ohne Katalysator sowie einen Hohlraum 25 umschließt.
  • Der obere Bereich 25a des Hohlraums 25 kommuniziert mit der Atmosphäre durch das Vorhandensein wenigstens eines offenen Kanals 29, der zum Beispiel in dem oberen Bereich 23b des Brenners 23 ausgebildet ist.
  • In der vorliegenden 5 ist der Kanal 29 im Zentrum der Zentralzone 28 angeordnet und im Wesentlichen axial ausgebildet. Dennoch steht dem nichts entgegen, andere Anordnungen für den Kanal 29 in Betracht zu ziehen, insbesondere die spezielle Anordnung, die in 8 der Druckschrift WO 99/63267 dargestellt ist.
  • Dieser Kanal 29 weist einen viel schmaleren Querschnitt auf als der Querschnitt des Hohlraums 25 des Brenners 23, derart, dass der Hohlraum 25 wenigstens teilweise am oberen Bereich 23b des Brenners 23 durch eine Wand 27 verschlossen ist, die in der Zentralzone 28 angeordnet ist.
  • Die Umfangsfläche 23a umfasst eine erste, im Wesentlichen umfängliche Schulter 24 sowie eine zweite im Wesentlichen umfängliche Schulter 30.
  • Jede Schulter 24, 30 trennt einen Bereich des Brenner 23, der unmittelbar über diesem liegt und der einen Größendurchmesser aufweist, von einem anderen Bereich des Brenners 23 ab, der unmittelbar unter diesem liegt und der einen geringeren Durchmesser hat.
  • Wie in 5 dargestellt ist, trennt diese erste Schulter 24 an der Umfangsfläche 23a des Brenners 23 die den Katalysator 7 fragende ringförmige Umfangszone 26 von dem unteren Bereich 23c des Brenners 23 ohne Katalysator 7.
  • Eine solche strukturelle Anordnung ermöglicht, die Zone des Brenners 23 genau zu bestimmen, auf welcher der Katalysator 7 angeordnet werden muss.
  • Es könnte auch vorgesehen werden, den Katalysator 7 bis an die zweite Zone 30 anzuordnen.
  • Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen des Brenners beschränkt, die beschrieben wurden, und es können diesem zahlreiche Veränderungen und Modifikationen zugefügt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
  • Es können insbesondere in beliebiger Weise die oben beschriebenen unterschiedlichen strukturellen Eigenschaften der Brenner kombiniert werden.
  • Es können insbesondere die Brenner 13 und 23, die in den 4 und 5 dargestellt sind, mit einem Stutzen versehen sein, wie dem in 3 dargestellten Stutzen 9.
  • Es kann auch ein ringförmiger Hals vorgesehen sein, wie der ringförmige Hals 19 der 2, um die Ringförmigen Umfangszonen 6 und 26 der Zentralzonen 8 und 28 der Brenner 3 und 23 zu trennen, die jeweils in den 2 und 3 einerseits und 5 andererseits dargestellt sind.
  • Ebenso kann vorgesehen sein, dass der obere Bereich des Hohlraums 15 des Brenners 13 der 4 durch einen Kanal mit der Atmosphäre verbunden ist, wie derjenige, der in 5 dargestellt ist und das Bezugszeichen 29 trägt.
  • Es kann auch den unteren Bereichen 3c, 13c und 23c der Brenner 3, 13 und 23 jede geeignete Form verliehen werden, welche ihre Anordnung und ihre Selbsthaltung auf dem Hals 4 des Kolbens 1 erleichtert, entweder mit Hilfe einer Abstützung oder ohne und/oder mit Hilfe einer Sitzfläche oder ohne.
  • Es sei daran erinnert, dass die Abstützung und die Sitzfläche, die für die Befestigung auf dem Kolbens 1 eines solchen Brennen 3, 13, 23 geeignet sind, insbesondere in der Anmeldung WO 99/63267 beschrieben wurden.

Claims (8)

  1. Brenner für eine katalytische Verbrennung aus einem porösem Material, der so ausgebildet ist, dass er mit einem Docht (5) zusammen wirkt, der dem Brenner (3, 13, 23) eine brennbare Zusammensetzung (2) zuführen soll, die in die Poren des porösen Materials eindringt, wobei der Brenner (3, 13, 23) eine Umfangszone (6, 16, 26) umfasst, die einen Katalysator (7) trägt und die eine Zentralzone (8, 18, 28) ohne Katalysator, die eine Verdampfungszone bildet, umgibt, wobei die Umfangszone (6, 16, 26) und die Zentralzone (8, 18, 28) in dem oberen Teil (3b, 13b, 23b) des Brenners (3, 13, 23) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (3, 13, 23) eine Umfangsfläche (3a, 13a, 23a) in Form eines Kegelstumpfes aufweist, die sich nach oben ausweitet.
  2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Kegelwinkel (A) der kegelstumpfförmigen Umfangsfläche (3a, 13a, 23a) zwischen 10° Grad und 40° Grad, vorteilhafter Weise zwischen 15° Grad und 25° Grad und vorzugsweise zwischen 18° und 23° liegt.
  3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (13a, 23a) des Brenners (13, 23) wenigstens eine erste Schulter (14a, 14b, 24), im Wesentlichen am Umfang und nach innen und nach unten gerichtet, aufweist, um den Durchmesser zwischen einem unteren Teil und einem oberen Teil des Brenners (13, 23) zu vergrößern.
  4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schulter (14a, 24) die Umfangszone (16, 26), welche den Katalysator (7) trägt, von dem unteren Teil (13c, 23c) des Brenners (13, 23) ohne Katalysator trennt.
  5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (13) ferner eine im Wesentlichen axiale Ringkehle (19) aufweist, die sich bis zu der oberen Oberfläche (13e) des Brenners (13) erstreckt und die Umfangszone (16) von der Zentralzone (18) trennt.
  6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (13, 23) an seinem unteren Teil (13c, 23c) einen im Wesentlichen axialen Hohlraum (15, 25) aufweist, der nach unten offen ist und so ausgebildet ist, dass dieser über seine ganze oder teilweise Höhe das obere Ende (5a) des Dochts (5) aufnimmt und an dem oberen Teil (13, 23b) des Brenners (13, 23) durch eine Wand (17, 27) wenigstens teilweise geschlossen ist.
  7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (25a) des Hohlraumes (25) durch das Vorhandensein wenigstens eines offenen Kanals (29), der zum Beispiel in dem oberen Teil (23b) des Brenners (23) ausgebildet ist, mit der Atmosphäre kommuniziert.
  8. Kolben für eine katalytische Verbrennung, der so ausgebildet ist, dass er eine flüssige brennbare Zusammensetzung (2) enthalten kann und an seinem Hals (4) einen Brenner (3, 13, 23) für eine katalytische Verbrennung aufnehmen kann, der so ausgebildet ist, dass dieser mit einem Docht (5) zusammen wirkt, der in diese Zusammensetzung (2) eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mit einem Brenner (3, 13, 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestattet ist.
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