TWI648073B - 催化香氣燃燒器組合及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種催化香氣燃燒器組合，包括：一燒結材料多孔核心；一催化劑，沉積於該核心上或周圍；及一芯，連通該多孔核心，且配置成將燃料引至該核心。

Description

催化香氣燃燒器組合及其製造方法
本申請案係關於一種催化香氣燃燒器組合，及一種催化香氣燃燒器組合製造方法。
催化香氣燃燒器係用於在室內散播香氣。此種燃燒器包含一陶瓷石，其以譬如鉑、鈀、或鑭之一適當催化劑浸漬。可使用一芯將一含酒精燃料進給至該陶瓷石。該芯係配置成懸掛於一燃料貯器內，以將燃料引至該陶瓷石。典型地藉保持一裸火至該陶瓷石以啟動該燃燒器。這將造成該燃料著火，如此將產生一相對較高(或許4至6英吋)之裸火。該陶瓷石加熱時，該石中及周圍將發生催化燃燒。大約三分鐘左右後，該陶瓷石將到達一大約330℃操作溫度，此後該裸火可熄滅。催化燃燒將在該石中及周圍持續，且該裝置將在無火焰下持續作動。
一典型催化香氣燃燒器100係以剖面顯示於第1圖中。燃燒器100包含一外陶瓷石102及一內陶瓷石104。外石102塗佈有一催化劑塗層106，且內石104塗佈有一催化劑塗層108，其二者皆由相同催化劑製成。外石106包含一芯收容部110。香氣燃燒器100亦包含一芯112，其係一段繩索， 形成為一環圈，使末端114、116二者位於芯收容部110中。燃燒器100亦包含一金屬覆套118，其環繞外石102裝配。該金屬覆套在其基部中具有一開口，該開口具有較該芯收容部者略窄之一直徑，以輕輕地夾住芯112。燃燒器100亦包含一石固鎖機構120，其夾入金屬覆套118中，且將內石104固持於外石102中之適當位置。整個配置係座落於一燃料貯器(未顯示)頸部上方。另一選擇設計包含一單件式陶瓷石，而非二件式陶瓷。
上述燃燒器具有一些問題。首先，陶瓷石具有一相當低之孔隙率，且孔隙非常小。當燃料燃燒時，不完全燃燒之香氣將增生，造成炭化且造成該燃料堵住該等孔隙。陶瓷石不易清潔，且因此必須定期更換該石。更，當該裝置啟動時，其可耗費達三分鐘，使該石達操作溫度，且一明火將在此期間出現。這對使用者而言危險且耗時。更，當加熱時，燃料將以一更高速率消耗。緣是，需要改良之催化香氣燃燒器。
美國專利申請公開案第US 2008/0090188A1號揭露一種此類改良催化燃燒器範例。該燃燒器包含一非多孔基板，其在一適當催化劑中塗佈。芯係定位成連通該基板。該裝置係依相同於前述先前技藝者之方式作動，但藉使用一非多孔催化劑基板而避免孔隙阻塞之問題。
本發明提供另一選擇之催化香氣燃燒器組合。
在一第一構想中，本發明提供一種催化香氣燃燒器組合，其包括：一燒結材料多孔核心；一催化劑，沉積於該 核心上或周圍；及一芯，連通該多孔核心，且配置成將燃料引至該核心。
在一第二構想中，本發明提供一種催化燃燒器組合，其包括：一多孔金屬核心；一催化劑，沉積於該核心上或周圍；及一芯，連通該多孔核心，且配置成將燃料引至該核心。該燒結材料可為燒結金屬。該燒結金屬可為青銅。
在一第三構想中，本發明提供一種催化燃燒器組合，其包括：一燒結材料多孔核心；一催化劑，沉積於該核心上或周圍；及一芯，連通該多孔核心，且配置成將燃料引至該核心。
以下之選用特點可併入任一或所有之上述第一、第二、及第三構想中。
該多孔核心較佳地具有一大於30%、且更佳地介於30%與60%間之孔隙率。
該多孔核心較佳地具有15至150微米、且更佳地30至100微米之孔隙尺寸。
該催化劑可沉積於該核心上。
該等燃燒器組合可尚包括一金屬基板，定位於該多孔核心上或鄰近處；其中該催化劑係沉積於該金屬基板上。
該多孔核心可大致呈圓柱形，及/或可包括位於該核心之一末端處的一空洞，該芯之至少一第一末端係定位於該空洞內。
該催化劑可為鉑、鈀、鑭、或氧化錳。
該等燃燒器組合可尚包括：一外殼，配置成使該 核心與該芯相互固持。每一外殼可為一中空金屬螺栓。
在一第四構想中，本發明提供一種催化香氣燃燒器，其包括：本發明第一構想之燃燒器組合；一燃料貯器，具有一開口，其中當使用時，該燃燒器組合係定位於該開口中，且該芯之一末端係定位於該燃料貯器內。
在一第五構想中，本發明提供一種製造催化香氣燃燒器組合之方法，其包括：提供一燒結材料多孔核心；提供一催化劑於該核心上或周圍；及提供一芯，連通該核心。
在一第六構想中，本發明提供一種燒結材料多孔核心，適合用於一催化香氣燃燒器中，該核心具有沉積於其上之一催化劑。
可由隨附申請專利範圍明白本發明之其他特點與優點。
100‧‧‧催化香氣燃燒器
102‧‧‧外陶瓷石
104‧‧‧內陶瓷石
106‧‧‧催化劑塗層
108‧‧‧催化劑塗層
110‧‧‧芯收容部
112‧‧‧芯
114‧‧‧末端
116‧‧‧末端
118‧‧‧金屬覆套
120‧‧‧石固鎖機構
200‧‧‧香氣燃燒器
202‧‧‧燒結金屬多孔核心
204‧‧‧近端表面
206‧‧‧遠端表面
208‧‧‧側表面
210‧‧‧空洞
212‧‧‧開口
214‧‧‧芯
216‧‧‧第一末端
218‧‧‧第二末端
220‧‧‧金屬圍繞件
222‧‧‧金屬外殼
224‧‧‧近端板
226‧‧‧軸向開口
228A‧‧‧緊固臂
228B‧‧‧緊固臂
228C‧‧‧緊固臂
230‧‧‧固定銷
300‧‧‧催化燃燒器
302‧‧‧燃料貯器
304‧‧‧燃料
400‧‧‧香氣燃燒器
402‧‧‧燒結金屬多孔核心
404‧‧‧遠端表面
406‧‧‧芯
408‧‧‧第一末端
410‧‧‧第二末端
412‧‧‧金屬外殼
以下將僅作為範例且參考隨附圖式來說明具體實施例，其中：第1圖係顯示橫截由先前技藝獲知之一香氣燃燒器組合的一剖面；第2圖係顯示依據本發明一第一具體實施例之一香氣燃燒器組合的透視圖；第3圖係顯示橫截第2圖中所示香氣燃燒器組合的一剖面；第4圖係顯示橫截依據本發明又一具體實施例之一香氣燃燒器的一剖面；及 第5圖係顯示依據本發明又一具體實施例之一香氣燃燒器組合的透視圖。
現在請參考第2圖及第3圖來說明本發明之一第一具體實施例。第2圖及第3圖係顯示一香氣燃燒器200。燃燒器200包含一燒結金屬多孔核心202。多孔金屬核心202較佳地係由燒結青銅製成。多孔金屬核心202大體上呈圓柱形外型，且具有一近端表面204及一遠端表面206。一側表面208係延伸於近端表面204與遠端表面206之間。多孔金屬核心202界定出一內部體積，其主要部份由多孔金屬佔據。此外，該多孔金屬核心包含一空洞210，配置成在核心202近端表面204中提供一開口212。
香氣燃燒器200包含一芯214。芯214較佳地由一段繩索狀織物形成。芯214包含一第一末端216及一第二末端218。芯214之末端216、218係位於多孔金屬核心202之空洞210中。芯214之直徑係使該芯之末端216、218二者皆可插入空洞210中。芯214因此形成一環圈，其可在使用時懸掛於一燃料混合物中。可選擇芯214之長度，以適應在此討論之香氣燃燒器。然而，一典型之長度為大約12公分。
香氣燃燒器200亦包含一金屬圍繞件220。金屬圍繞件220形成出，環繞多孔金屬核心202之一環。金屬圍繞件220定位於側表面208之上或鄰近處。金屬圍繞件220具有一寬度，其近乎等於多孔金屬核心202高度之三分之一。在該金屬圍繞件內表面之間量測得之直徑與多孔金屬核心202之圓柱 直徑近乎相等。在製造程序期間，金屬圍繞件220係纏繞多孔金屬核心202，且使用銷(未顯示)固持於適當位置中。
金屬圍繞件220係在一催化劑中塗佈。該催化劑較佳地係鉑、鈀、鑭、或氧化錳、或其混合物。該等材料具有相對較高熱活性，意謂可使用一較少量催化劑。當催化劑傾向為昂貴金屬時，這將允許達成較低之最終產品單位成本。
以下將說明沉積催化劑於金屬圍繞件上之程序。該催化劑係藉電鍍而塗佈於金屬圍繞件220上，或為達成一較粗糙表面(及因此較大表面積)時可使用洗滌塗佈。洗滌塗佈通常用於汽車催化轉化器中。催化顆粒係懸浮於，將塗佈至金屬基板上之一液體中。塗佈一催化劑之程序已可另外得知，且在此不再對其作任何進一步說明。
香氣燃燒器200亦包含一金屬外殼222。金屬外殼222係配置成，將香氣燃燒器200之各組件相互固持。金屬外殼222包含一近端板224。近端板224係具有一軸向開口226之一圓盤，該軸向開口之直徑較空洞210者略小。如此將允許該近端板在芯214之末端上提供一輕微夾握。金屬外殼222亦包含複數朝上延伸緊固臂228A、228B、228C。該等臂係連接至近端板224之一外緣，且定位成相互等距。該等臂之長度係與多孔金屬核心202之圓柱高度加上多孔金屬核心202半徑相等。該等臂之末端包含銷孔，適合於接收一固定銷230。在製造程序期間，臂228A、228B、228C係朝上彎曲，以形成相對近端板224平面之一90°角。臂228A、228B、228C因此定位於多孔金屬核心202之側表面208上。臂228A、228B、228C 再次彎曲，使其末端定位成緊靠該核心之遠端表面206。固定銷230接著插穿通過該等臂之所有銷孔，以將金屬外殼222固定至多孔金屬核心202。請理解到，金屬外殼222僅為相互固持燃燒器200之一種方式。可適當地使用其他機構。
在上述具體實施例中，多孔金屬核心202係一燒結金屬。較佳地，該金屬係青銅。可使用譬如銅、不鏽鋼、鎳青銅、或錫青銅之其他金屬。可使用譬如鎳之額外鍍覆，以防腐蝕及/或增加材料之美觀性。
一燒結材料係一單體材料，具有一熔凝粒狀結構，可造成由所使用材料晶粒之粒子大小界定出的一孔隙率。燒結材料係以其孔隙率為特徵。典型地，燒結不銹鋼具有一35%孔隙率，及青銅具有一50%孔隙率。本發明中，粒子大小必須適當，以建立氣體或液體可流通過之一通孔結構。
燒結材料係由具一預先選定大小之粉末、細粒、或球體形成，藉由使材料接近其熔點，可使該等粉末、細粒、或球體部份地相互熔凝。當材料接近其熔點時，該材料中之原子將擴散橫越顆粒之邊界，而生成單一固體物件。此擴散與緻密化之程度將決定最終物件之孔隙尺寸。孔隙尺寸之範圍介於1至300微米，大多數燒結材料典型地在5至150微米範圍內。催化燃燒器之一理想尺寸係在15至150微米範圍內，最佳尺寸係在30至100微米範圍中。
經由選擇適當地調整大小之細粒及藉由精確之緻密化，可精確地控制合成之孔隙尺寸，在其他多孔結構之生產方法中則並非如此。此精確地決定孔隙尺寸之能力、結合該等 材料之固有耐熱性，將使燒結材料為用於催化燃燒器頭中之一理想選擇。燒結材料特別適於催化燃燒器所用之芳香族、及有時呈黏性之油加以使用。一催化燃燒器之操作溫度在230至280℃範圍中，遠低於燒結材料之燒結點。
在第2圖及第3圖中所顯示之具體實施例中，催化劑係沉積於金屬圍繞件220上。在另一選擇具體實施例中，該香氣燃燒器並未包含金屬圍繞件220，且催化劑係沉積於燒結金屬本身上。可能使用譬如鉑三氧化二鋁(Pt/Al2O3)之實際催化劑塗覆一洗滌塗層。額外地，可能使燒結金屬與一貴金屬鹽(譬如鉑或鈀鹽)溶液直接接觸，以沉積各別催化劑。
第4圖係顯示依據本發明一具體實施例之一催化燃燒器300。燃燒器300包含有結合第2圖及第3圖說明於上之燃燒器組合200。該燃燒器組合定位於一燃料貯器302之頸部中。燃料貯器302包含燃料304，組合200之芯在使用期間係懸掛於其中。
以下請參考第5圖來說明本發明之又一具體實施例。第5圖係顯示一香氣燃燒器400。該香氣燃燒器不同於第一具體實施例中所述者之處在於，其未包含金屬圍繞件220，且金屬外殼222係呈一不同形式，以下將對此作說明。香氣燃燒器400係一燃燒器之範例，其中催化劑係沉積於該核心本身上。燃燒器400包含一燒結金屬多孔核心402。多孔金屬核心402較佳地係由燒結青銅製成。多孔金屬核心402大體上呈圓柱形外型，且具有一近端表面(未顯示)及一遠端表面404。一側表面(未顯示)係延伸於該近端表面與遠端表面404之間。多 孔金屬核心402界定出一內部體積，其主要部份由多孔金屬佔據。
香氣燃燒器400包含一芯406。芯406較佳地由一段繩索狀織物形成。芯406包含一第一末端408及一第二末端410。芯406之第一末端408係定位成連通核心402，這將於以下更詳細說明。第二末端410係配置成懸掛於燃料貯器(未顯示)中。
香氣燃燒器400亦包含一金屬外殼412。金屬外殼412係配置成，將香氣燃燒器402之各組件相互固持。金屬外殼412係一中空螺栓，多孔金屬核心402及芯406係置於其中。螺栓412具有近端與遠端軸向開口。該近端開口之直徑略小於芯406者。如此將允許近端在芯406之末端408上提供一輕微夾握。多孔金屬核心402座落於螺栓412之末端開口內。芯406之直徑係使該芯之第一末端408可插入中空螺栓412中。可選擇芯406之長度，以適應在此討論之香氣燃燒器。然而，一典型長度大約6公分。
多孔金屬核心402係在一催化劑中塗佈。該催化劑較佳地係鉑、鈀、鑭、或氧化錳、或其混合物。該等材料具有相對較高熱活性，意謂可使用一較少量催化劑。當催化劑傾向為昂貴金屬時，這將允許達成較低之最終產品單位成本。
以下將說明沉積催化劑於多孔金屬核心402上之程序。該催化劑係藉電鍍而塗佈於多孔金屬核心402上，或為達成一粗糙表面(及因此較大表面積)時可使用洗滌塗佈。洗滌塗佈通常用於汽車催化轉化器中。催化顆粒係懸浮於，將塗佈 至金屬基板上之一液體中。塗佈一催化劑之程序已可另外得知，且在此不再對其作任何進一步說明。
在上述具體實施例中，多孔金屬核心202、402係一燒結金屬。較佳地，該金屬係青銅。可使用譬如銅、不鏽鋼、鎳青銅、或錫青銅之其他金屬。可使用譬如鎳之額外鍍覆，以防腐蝕及/或增加材料之美觀性。
一燒結材料係一單體材料，具有一熔凝粒狀結構，可造成由所使用材料晶粒之粒子大小界定出的一孔隙率。燒結材料係以其孔隙率特徵。典型地，燒結不銹鋼具有一35%孔隙率，及青銅具有一50%孔隙率。本發明中，粒子大小必須適當，以建立氣體或液體可流通過之一通孔結構。
燒結材料係由具一預先選定大小之粉末、細粒、或球體形成，藉由將材料使接近其熔點，可使該等粉末、細粒、或球體部份地相互熔凝。當材料接近其熔點時，該材料中之原子將擴散橫越顆粒之邊界，而生成單一固體物件。此擴散與緻密化之程度將決定最終物件之孔隙尺寸。孔隙尺寸之範圍介於1至300微米，大多數燒結材料典型地在5至150微米範圍內。催化燃燒器之一理想尺寸係在15至150微米範圍內，最佳尺寸係在30至100微米範圍中。
經由選擇適當地調整大小之細粒及藉由精確之緻密化，可精確地控制合成之孔隙尺寸，在其他多孔結構之生產方法中則並非如此。此精確地決定孔隙尺寸之能力、結合該等材料之固有耐熱性，將使燒結材料為用於催化燃燒器頭中之一理想選擇。燒結材料特別適於催化燃燒器所用之芳香族、及有 時呈黏性之油加以使用。一催化燃燒器之操作溫度在230至280℃範圍中，遠低於燒結材料之燒結點。
在第2圖及第3圖中所顯示之具體實施例中，催化劑係沉積於金屬圍繞件220上。在另一選擇具體實施例中，該香氣燃燒器並未包含金屬圍繞件220，且催化劑係沉積於燒結金屬本身上。可能使用譬如鉑三氧化二鋁(Pt/Al2O3)之實際催化劑塗覆一洗滌塗層。額外地，可能使燒結材料與一貴金屬鹽(譬如鉑或鈀鹽)溶液直接接觸，以沉積各別催化劑。
上述具體實施例之一優點在於，可使用一火柴或打火機在大約二十秒內、或使用一噴射打火機在大約十秒內，啟動該燃燒器。這亦可避免出現典型地結合陶瓷石燃燒器存在之一四至六英吋火焰。典型之陶瓷燃燒器費時超過三分鐘才啟動。這係因催化劑及金屬核心較一陶瓷石更快速地到達一適當操作溫度。
本發明之又一優點在於，因金屬燃燒器較陶瓷更有效率地傳導熱，以致燃燒器200具有一更穩定之溫度。如此將避免可在陶瓷燃燒器中發現之不完全燃燒程序，及因此避免炭化。更，較大之燒結金屬孔隙尺寸意味著實質上不可能堵住。
在上述具體實施例中，核心係描述為大體上呈圓柱形。在另一選擇具體實施例中，該核心可呈一立方體、或任何其他適當外型。
請理解到，「香氣燃燒器」一詞可指僅芯及金屬核心之結合。另一選擇為，「香氣燃燒器」一詞可指芯、金屬核心、及燃料貯器之結合。
在上述具體實施例中，該燃燒器包含一多孔金屬核心。在一較佳具體實施例中，該多孔金屬核心係由譬如燒結青銅之一燒結金屬製成。更，該多孔核心亦可由譬如一燒結陶瓷之一非金屬燒結材料製成。以上結合燒結金屬說明之優點亦存在於非金屬燒結材料中。儘管在上述具體實施例中，最好具有由燒結材料製成之一多孔金屬核心，然在其他具體實施例中，該多孔金屬核心可為非燒結。例如，替代燒結之另一選擇為，可使用電脈衝凝固或其他相似技術來製造該多孔金屬核心。
儘管以上具體實施例係參考香氣燃燒器作說明，然請理解到，本發明並非以燃燒含香氣碳氫化合物為限。在另一選擇具體實施例中，此中說明之催化燃燒器組合可用於燃燒非芳香(無味)液體，例如純酒精。本發明之又一優勢在於，液體(芳香或無味)催化燃燒係作為，淨化該燃燒器附近空氣之用。緣是，此中說明之催化燃燒器組合可藉催化燃燒無味液體燃料而僅用作為空氣淨化器，或另一選擇為藉催化燃燒芳香液體燃料而淨化該空氣且提供其香氣。

Claims (12)

  1. 一種催化燃燒器組合，包括：一多孔燒結金屬核心；一催化劑，沉積於該核心上或周圍；及一芯，連通該核心，且配置成將燃料引至該核心。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒器組合，其中以下一個或更多係適用：a)該燒結金屬係青銅；b)該多孔燒結金屬核心具有一介於30至60%間之孔隙率；c)該多孔燒結金屬核心具有15至150微米之孔隙尺寸；d)該多孔燒結金屬核心具有30至100微米之孔隙尺寸；e)該催化劑係沉積於該核心上。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之燃燒器組合，其尚包括：一金屬基板，定位於該多孔燒結金屬核心上或鄰近處；其中該催化劑係沉積於該金屬基板上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒器組合，其中該多孔燒結金屬核心係大致呈圓柱形。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之燃燒器組合，其中該多孔燒結金屬核心包括位於該核心之一末端處的一空洞，該芯之至少一第一末端係定位於該空洞內。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒器組合，其中該催化劑係鉑、鈀、鑭、或氧化錳。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒器組合，其尚包括：一外殼，配置成使該多孔燒結金屬核心與該芯相互固持。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之燃燒器組合，其中該外殼係一中空金屬螺栓。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒器組合，其中該催化燃燒器組合係一香氣燃燒器組合。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒器組合，更包括一燃料貯器，具有一開口，其中當使用時，該燃燒器組合係定位於該開口中，且該芯之一末端係定位於該燃料貯器內。
  11. 一種製造催化燃燒器組合之方法，包括：提供一多孔燒結金屬核心；提供一催化劑於該核心上或周圍；及提供一芯，連通該核心。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之製造方法，其中該提供一催化劑於該多孔燒結金屬核心上或周圍之步驟包含一沉積一催化劑於該核心上之步驟。
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