TWI666408B - 具有最佳操作性能之由多孔材料製成之催化性燃燒之燃燒器及配置有該燃燒器之瓶 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種具有最佳操作性能之由多孔材料製成之催化性燃燒之燃燒器及配置有該燃燒器之瓶。
Description
本發明大體上係關於催化性燃燒之領域,且更確切言之係關於由多孔材料製成之催化性燃燒之燃燒器之領域。此等燃燒器尤其用於擴散芳香劑及/或活性物質,用於毀壞可能有異味或無異味之分子,及/或用於淨化空氣。
例如,在以申請人名義之專利FR 2610390中描述此一燃燒器。此燃燒器尤其意欲於收納浸於一催化性燃燒瓶中容納之一可燃液體中之一芯,該瓶將燃燒器收納於其頸部上。此一燃燒器(尤其在圖3中表示)係由一多孔材料製成,該材料包括在其上部具有浮現於外部之一空腔且在其下部具有其中接合芯端之一空腔之一端件。端件藉由一套筒而在其下部中延伸。當運作時,由芯輸送之可燃液體穿透燃燒器之多孔材料之孔。此液體中的一些穿過燃燒器之中心區帶且在其中經歷蒸發。 應建議用可燃液體定期地重填瓶。然而,經驗表明:諸多使用忘記停止燃燒器且保持其運作直至可燃液體已被完全消耗。當不存在更多可燃液體時,芯變乾且陷於燃燒器之內部空腔之上部中、與此空腔之熱壁接觸之其上端趨向於在缺乏氧之情況下燃燒且趨向於燒焦,從而產生阻塞燃燒器之孔之無碳顆粒。此同樣適於由芯以一遞減速率輸送之最終可用量可燃液體,該液體不再傳遞通過燃燒器之壁且其不完全燃燒釋放非晶碳顆粒。燃燒器因此損失其效率,變為無用且必須改變。 另外,諸多使用者越來越希望能夠自一滿填狀態繼續使用催化性燃燒瓶,以能夠使用其達更長時間。此需要燃燒器之套筒(或桶)必須更長,通常約20 mm。然而,在其上部中未摻雜有催化劑之此一長桶式燃燒器不適合於在存在一空氣調節裝置(空氣調節、或通風、或氣流)之情況下運作。因此,在特定市場中(尤其在氣候又熱又濕之亞洲或美國)抵制特定長桶式燃燒器,因為其等與此功能異常相關聯(然而並非始終如此,尤其在存在一催化劑之情況下),由此此等裝置係常用的。對於此等國家,一長桶與功能異常同義。
為克服上述缺陷,申請人已開發一種由多孔材料製成之催化性燃燒之燃燒器,其包括: - 一端件,其包括: · 一下部,其具有外徑ϕ1
且界定直徑ϕ2
之一第一空腔,該空腔沿一主軸延伸且經調適以收納能夠用一可燃組合物浸泡該端件之一芯,及 · 一上部,其具有一周邊側壁,該周邊側壁包括基本上呈截頭圓錐形形狀且界定深度P之一第二空腔之一內面及基本上呈圓柱形形狀(且較佳在此基底處呈截頭圓錐形)之一外面,該內面具有大於ϕ2
之直徑ϕ3
之一下端及大於ϕ3
之直徑ϕ4
之一上端,該側壁之該上端與大氣連通且該下端與該空腔連通, - 一套筒,其配置於該端件之該下部之延伸部中且界定使該下部之該第一空腔延伸之一第三空腔, 該燃燒器之特徵在於該多孔材料係自一組合物獲得,該組合物包括占該組合物之總重量之百分比係在0%與5%之間的具有大於60瓦特每米克耳文之一導熱率之至少一種導熱化合物、在30%與70%之間的至少一種耐火化合物、在2%與30%之間的至少一種黏合劑及在5%與40%之間的至少一種成孔劑,且 該燃燒器之特徵在於該內面之該下端終止於與該第一空腔(2)連通之直徑ϕ3
之一埋孔。 出於本發明之目的,術語「埋孔」意謂位於與端件之下部之第一空腔連通的一穿孔周圍之圓柱形加工件。 運用此一組合物,根據本發明之燃燒器之多孔材料具有在57%與63%之間且較佳約59%之一孔度及在8 µm與11 µm之間的互連件。 出於本發明之目的,術語「互連件」意謂多孔互連件之中值直徑。 由於埋孔之存在及(亦)製成燃燒器之多孔材料之性質與孔度,可能達成良好操作效能,如下列實例中所繪示,而不管套筒(或桶)之長度為何(其可像12 mm一樣短),此係迄今無法想像的,尤其係申請人之法國專利申請案FR2905164中所教示之燃燒器。 有利地,考量第一空腔之埋孔之深度P可在2 mm與8 mm之間,較佳在5 mm與7.5 mm之間且更佳係約7 mm。 有利地,端件之下部之外徑ϕ1
可在14 mm與17 mm之間,較佳在15 mm與16 mm之間且更佳係約15.6 mm。 有利地,根據本發明之燃燒器可具有分離端件之下部與套筒之周邊肩部。 有利地,多孔材料係自一組合物獲得,該組合物包括占該組合物之總重量之百分比係在0.5%與2%之間的該導熱化合物、在40%與70%之間的該耐火化合物、在5%與30%之間的該黏合劑及在8%與40%之間的至少一種成孔劑。根據本發明之多孔材料之組合物尤其包括一導熱化合物及一耐火化合物。 作為可在根據本發明之燃燒器之多孔材料中使用之導熱化合物,用料可有利地由碳化矽製成,較佳其重量相對於該組合物之總重量所占之比例係1%。導熱化合物之百分比(在0%與5%之間,且較佳約1%)已被最佳化以獲得理想操作特性。 作為耐火化合物,用料較佳將由具有低於該導熱體之一導熱率之導熱率之一耐火化合物製成。有利地,該耐火化合物可選自由鋁、二氧化矽、多鋁紅柱石、二氧化鋯與堇青石、及其等混合物組成之群組。耐火材料較佳係多鋁紅柱石。例如,多鋁紅柱石可用鋁、二氧化矽、二氧化鋯、堇青石或其等混合物置換,或與鋁、二氧化矽、二氧化鋯、堇青石或其等混合物混合。二氧化矽較佳與另一耐火化合物作為混合物引入至本發明之組合物中。除其在高溫下之良好機械行為外,耐火化合物亦在自根據本發明之組合物獲得之多孔材料中主要起絕緣體之作用。 除導熱化合物及耐火化合物外,根據本發明之多孔材料之組合物亦包括一黏合劑及一成孔劑。 出於本發明之目的,術語「黏合劑」意謂允許在小於或等於1100°C之一溫度下燒結之無機化合物。 黏合劑有利地係具有一可變百分比之二氧化矽之一玻璃,更尤其係氧基無色玻璃(例如包含約70%之二氧化矽及約30%之氧化鈣與氧化鈉)或一特種玻璃(包含各種元素之氧化物,諸如硼或磷酸鹽),例如硼矽玻璃。 黏合劑改良可成形性,對一件提供原機械內聚力且使可能獲得一多孔且機械強度高的材料。黏合劑尤其選自低溫燒結化合物,即,允許其中在小於或等於1100°C之此溫度下包含其等之組合物。例如,在升溫期間,玻璃在燒結本發明之組合物期間軟化且弄濕導熱化合物之顆粒。因此獲得一玻化相。接著,在降溫期間,顆粒在玻化相固化期間黏合在一起。 作為可在根據本發明之燃燒器之多孔材料中使用之成孔劑,可有利地選擇尤其在其製作及其儲藏期間管理且控制其顆粒大小之任何成孔化合物(天然或合成)。例如,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)可有利地用作成孔劑。此劑之重量相對於該組合物之總重量所占之比例可有利地為21%。成孔劑允許在燒結根據本發明之組合物期間形成孔。 因此,較佳地,多孔材料可由一組合物製成,該組合物包括占該組合物之總重量之百分比係約1%的碳化矽、在60%與75%之間的多鋁紅柱石、在5%與15%之間的玻璃及在18%與30%之間的PMMA。 運用此一組合物,根據本發明之燃燒器之多孔材料具有約60%之一孔度及約9.5 µm之互連件。 有利地,燃燒器之該套筒可具有在12 mm與16 mm之間且較佳約14 mm的一長度。如實例中所繪示,具有可像13 mm一樣短之套筒長度之根據本發明之一燃燒器可能達成良好效能。 本發明之一標的物亦係一種催化性燃燒瓶,其適合於容納一可燃液體且適合於將一催化性燃燒之燃燒器收納於其頸部上,該燃燒器收納浸泡於該液體中之一芯,該瓶之特徵在於該瓶配置有如前文界定之根據本發明之一燃燒器。
圖1及圖2分別以截面圖及側面透視圖示意性地展示根據本發明之一燃燒器10之一實例。此兩個圖尤其展示根據本發明之此燃燒器實例10一方面包括具有一下部1a及一上部1b之一端件1且另一方面包括佈置於端件1之下部1a之延伸部中的一套筒7。 更尤其關於端件1,其包括: • 下部1a,其具有外徑ϕ1
且界定直徑ϕ2
之一第一空腔2,此第一空腔2沿一主軸3延伸且經調適以收納能夠用一可燃組合物浸泡端件1之一芯,及 • 一上部1b,其具有一周邊側壁5,該周邊側壁5包括基本上呈截頭圓錐形形狀且界定深度P之一第二空腔6之一內面5a、及呈圓柱形形狀且具有直徑ϕ5
之一外面5b、及在其基底處呈圓柱形形狀且呈稍截頭圓錐形之一內面5c。
內面5a具有大於Φ2之直徑Φ3之一下端61及大於Φ3之直徑Φ4之一上端62,側壁5之上端62與大氣連通且下端61與該第一空腔2連通。第一空腔2及第二空腔6係相連的。內面5a之下端61終止於與空腔2連通之直徑Φ3之一埋孔18。
根據本發明之燃燒器亦可具有分離端件1之下部1a與套筒7之一周邊肩部8。
更尤其關於套筒(亦稱為桶)7,其配置於端件1之下部1a之延伸部中。其界定使下部1a之第一空腔2延伸之一第三空腔2’。此套筒係由相同於端件1之多孔材料組成。
圖3示意性地表示自先前技術得知之一燃燒器10之一實例之一截面圖。圖3之燃燒器10實質上相同於圖1及圖2中所展示之彼燃燒器,但埋孔除外:圖3之燃燒器不具有埋孔,且因而整個內面5a在其兩端61與62之間呈截頭圓錐形。另外,直徑Φ1、Φ3及Φ5亦係不同的。
為測試圖1至圖3中所表示之燃燒器之催化性運作,將此等燃燒器放置於圖4中所展示之一催化性燃燒瓶20中。此一瓶20在運作期間容納一可燃液體30。燃燒器10(如圖1及圖2中所表示之根據本發明之燃燒器、或圖3中所表示之先前技術燃燒器)安裝於瓶之頸部50中(例如,借助於放置於頸部50中之一金屬底座)。一芯40收納於燃燒器10之第一空腔2及第二空腔6內,此催化性燃燒芯40收納浸泡於液體30中之一芯(40)。瓶20可為具有燃燒器10裝進其中之一頸部50之一任何形狀瓶。可燃液體30通常係乙醇(例如異丙醇)或順從此技術領域立法效力之任何其他適合可燃液體。特定言之,此可燃必須使得其蒸發及其燃燒不放出任何難聞氣味。可燃液體30亦可包括一芳香材料及/或一活性材料。芯40係任何已知芯,例如由棉製成之一芯或由無機材料製成(例如由無機纖維製成)之一芯。下列實例結合圖繪示根據本發明但不限制其範疇。 在此等實例中,除非另有指示,否則所有百分比及分量被表示為質量百分比。 實例所使用多孔材料之組合中包含之化合物:
• 導熱化合物:碳化矽, • 耐火化合物:多鋁紅柱石 • 黏合劑:玻璃, • 成孔劑:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。組合物:
實例中使用之燃燒器藉由乾壓而自下文在表1中所指示之組合物C1及C2製成。對於此等組合物之各者,已在表1中指示陶瓷結構之孔度及互連件之中值直徑。表 1 所使用燃燒器:
•對於比較實例:
o 圖3中所表示之燃燒器1C,其上面5c配置/浸漬有一催化劑且由自組合物C1獲得之一多孔材料組成, o 燃燒器2C相同於燃燒器1C,但不含任何催化劑(圖3中所表示)且由自組合物C1獲得之一多孔材料組成。 •對於根據本發明之實例:
o 圖1及圖2中所表示之燃燒器1,其上面5c配置/浸漬有一催化劑且由自組合物C2獲得之一多孔材料組成, o 燃燒器2相同於燃燒器1,但不含任何催化劑(圖1及圖2中所表示)且由自組合物C2獲得之一多孔材料組成。 例如,所使用催化劑係諸如屬於申請人之專利申請案EP 1084267中描述之一催化劑:屬於元素週期表之族9或10之一金屬(根據由IUPAC建議之術語)。 在運作期間,當燃燒器在其圓形周邊部5c (圖2中可見)配置有一催化劑時,到達此部5c之可燃液體之部分在此處經歷催化性燃燒,此保持此部處於一高溫。所使用瓶:
在圖4中針對一方面在圖1及圖2中且另一方面在圖3中所展示之燃燒器展示之瓶。所使用芯:
棉芯。所使用可燃液體:
異丙醇。測試及量測
1) 互連件之孔度(%)及直徑D 藉由汞入侵至Micromeritics Autopore IV 9510品牌孔率計之材料中而量測組成燃燒器之多孔材料之開孔度。在對應於約0.0035 µm之一最小可偵測孔大小之近似414 Mpa之一最大壓力下進行此量測。方法及操作協定:
藉由汞入侵進行之孔度量測基於藉由將一多孔材料浸泡於一非反應性液體中且等靜壓地增大壓力而使液體穿透至該材料中之原理。此外,不與大部分材料起反應之汞歸因於其高接觸角值、其不弄濕大部分材料而成為一理想液體。 自此量測,孔大小係依據直徑D (以µm計)(互連件直徑)判定,接著根據Washburn方程式穿透(其與所施加壓力P成反比): D =其中::汞表面張力,= 0.00485 N/cm (48達因/公分)。 θ:汞接觸角,θ = 140° 2)安裝於瓶 20 中之燃燒器 10 之操作特性
在運作期間,瓶20中之可燃液體30藉由毛細作用而在芯40中上升且穿透燃燒器之多孔材料之孔,以在其已被預熱時確保其催化性燃燒。在所執行測試之背景中,針對各種運作模式測試上述燃燒器。 • 在空置時運作:保持燃燒器運作直至可燃液體30已被完全消耗; • 重新起動:繼續使用燃燒器達一恆定的給定時間,且接著在若干天內定期地熄滅及重新點燃。 下文提出此各種測試,針對各結構設計指定套筒7之長度。實例 1
比較燃燒器2之效能與燃燒器2C之效能(在頂部處無催化劑),其中芯被安裝同時由套筒握持。 在下表2中針對燃燒器2之各種類型多孔材料及套筒7長度指示所使用燃燒器之運作效能及物理化學特性。表 2
根據本發明之燃燒器可能達成等效於自先前技術得知之具有一短得多套筒長度之燃燒器之彼運作效能之運作效能。實例 2
比較燃燒器2之效能與燃燒器2C之效能(在頂部處無催化劑),其中芯在未被握持之情況下直接安裝於套筒中。 在下表3中針對燃燒器之各種類型多孔材料及套筒7長度指示所使用燃燒器之運作效能及物理化學特性。表 3
相較於具有一長得多套筒長度之先前技術燃燒器,運用一短得多套筒長度,根據本發明之燃燒器可能達成良好運作效能。實例 3
比較燃燒器1之效能與燃燒器1C之效能(在頂部處無催化劑),其中芯被安裝同時由套筒握持。 在下表3中針對燃燒器之各種類型多孔材料及套筒7長度指示所使用燃燒器之運作效能及物理化學特性。表 3
根據本發明之燃燒器可能達成等效於自先前技術得知之具有一短得多套筒長度之燃燒器之彼運作效能之運作效能。
1‧‧‧端件
1a‧‧‧下部
1b‧‧‧上部
2‧‧‧第一空腔
2’‧‧‧第三空腔
3‧‧‧主軸
5‧‧‧周邊側壁
5a‧‧‧內面
5b‧‧‧外面
5c‧‧‧內面
6‧‧‧第二空腔
7‧‧‧套筒
8‧‧‧周邊肩部
10‧‧‧燃燒器
18‧‧‧埋孔
20‧‧‧燃燒瓶
30‧‧‧可燃液體
40‧‧‧芯
50‧‧‧頸部
61‧‧‧下端
62‧‧‧上端
P‧‧‧深度
ϕ1‧‧‧外徑
ϕ2‧‧‧直徑
ϕ3‧‧‧直徑
ϕ4‧‧‧直徑
ϕ5‧‧‧直徑
本發明之其他特性及優點將自下文作為指南且無限制地、參考隨附圖式所作之詳細描述清楚地浮現。 圖1示意性地表示根據本發明之一燃燒器之一實例之一截面圖; 圖2係圖1中所繪示之燃燒器之一透視圖; 圖3示意性地表示自先前技術得知之一燃燒器之一實例之一截面圖; 圖4係配置有一方面在圖1及圖2中表示且另一方面在圖3中表示之燃燒之燃燒器的一者之一瓶之一示意性正視圖。 此兩個圖共有之技術特性係各由相關圖中之相同元件符號指定。
Claims (12)
- 一種由多孔材料製成之催化性燃燒之燃燒器(10),其包括:一端件(1),其包括:一下部(1a),其具有外徑Φ1且界定直徑Φ2之一第一空腔(2),該第一空腔(2)沿一主軸(3)延伸且經調適以收納能夠用一可燃組合物浸泡該端件(1)之一芯,及上部(1b),其具有一周邊側壁(5),該周邊側壁(5)包括基本上呈截頭圓錐形形狀且界定深度P之一第二空腔(6)之一內面(5a)及基本上呈圓柱形形狀之一外面(5b),該內面(5a)具有大於Φ2之直徑Φ3之一下端(61)及大於Φ3之直徑Φ4之一上端(62),該側壁(5)之該上端(61)與大氣連通且該下端(62)與該第一空腔(2)連通,一套筒(7),其配置於該端件(1)之該下部(1a)之延伸部中且界定使該下部(1a)之該第一空腔(2)延伸之一第三空腔(2’),該燃燒器之特徵在於該多孔材料係自一組合物獲得,該組合物包括占該組合物之總重量之百分比係在0%與5%之間的具有大於60瓦特每米克耳文之一導熱率之至少一種導熱化合物、在30%與70%之間的至少一種耐火化合物、在2%與30%之間的至少一種黏合劑及在5%與40%之間的至少一種成孔劑,且該燃燒器之特徵在於該內面(5a)之該下端(61)終止於與該空腔(2)連通之直徑Φ3之一埋孔(18)。
- 如請求項1之燃燒器(10),其中該空腔(6)之該深度P係在2mm與8mm之間,較佳在5mm與7.5mm之間且更佳係約7mm。
- 如請求項1或2之燃燒器(10),其中該端件(1)之該下部(1a)之該外徑Φ1係在14mm與17mm之間,較佳在15mm與16mm之間且更佳係約15.6mm。
- 如請求項1或2之燃燒器(10),其中該多孔材料係自一組合物獲得,該組合物包括占該組合物之該總重量之百分比係在0.5%與2%之間的該導熱化合物、在40%與65%之間的該耐火化合物、在5%與30%之間的該黏合劑及在8%與40%之間的至少一種成孔劑。
- 如請求項4之燃燒器(10),其中該導熱化合物係碳化矽,較佳其重量相對於該組合物之該總重量所占之比例係1%。
- 如請求項1或2之燃燒器(10),其中各該耐火化合物選自由鋁、二氧化矽、多鋁紅柱石、二氧化鋯與堇青石、及其等混合物組成之群組,且較佳係多鋁紅柱石。
- 如請求項1或2之燃燒器(10),其中該黏合劑係允許在小於或等於1100℃之一溫度下燒結之無機化合物,較佳係一玻璃,且更佳係硼矽玻璃。
- 如請求項1或2之燃燒器(10),其中該成孔劑係聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
- 如請求項8之燃燒器(10),其中PMMA之重量相對於該組合物之該總重量所占之比例係21%。
- 如請求項9之燃燒器(10),其中該多孔材料係自一組合物獲得,該組合物包括占該組合物之總重量之百分比係約1%的碳化矽、在60%與75%之間的多鋁紅柱石、在5%與15%之間的玻璃及在18%與30%之間的PMMA。
- 如請求項10之燃燒器(10),其中該套筒(7)具有在12mm與16mm之間且較佳約14mm的一長度。
- 一種催化性燃燒瓶(20),其適合於容納可燃液體(30)且適合於將一催化性燃燒之燃燒器(10)收納於其頸部(50)上,該燃燒器(10)收納浸泡於該液體(30)中之一芯(40),該瓶(20)之特徵在於該瓶(20)配置有如根據請求項1至11中任一項界定之一燃燒器(10)。
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