ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО СЖИГАНИЯ ГАЗА, СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ И НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, ПИТАЕМОЕ ЭНЕРГИЕЙ ГАЗА
ELEMENT FOR CATALYTICALLY ASSISTED GAS COMBUSTION, ITS OPERATING METHOD AND HEATING DEVICE POWERED BY GAS ENERGY

Настоящее изобретение относится к элементу для каталитического сжигания газа для использования в нагревательном устройстве, питаемом энергией газа, и к нагревательному устройству, питаемому энергией газа. Изобретение также относится к способу работы элемента для каталитического сжигания газа для поддержания температуры части элемента для каталитического сжигания газа при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа.
Хорошо известны нагревательные устройства, питаемые энергией газа, посредством которых топливный газ превращается в тепло посредством каталитической реакции с элементом для каталитического сжигания газа. Обычно, такие нагревательные устройства, питаемые энергией газа, используются как паяльники, пистолеты для склеивания, щипцы для завивки волос, фены и другие устройства, где требуется портативность устройства, хотя, как хорошо известно специалистам в этой области техники, устройства, в которых топливный газ превращается в тепло посредством каталитической реакции, не обязательно должны быть портативными. В основном такие нагревательные устройства, питаемые энергией газа, которые предусматриваются в форме паяльников или пистолетов для склеивания, содержат корпус из теплопроводного материала, внутри которого образована камера сгорания, и элемент для каталитического сжигания газа размещен в камере сгорания. Смесь топливный газ/воздух подается в камеру сгорания, где она реагирует с элементом для каталитического сжигания газа и превращается посредством каталитической реакции в элементе для каталитического сжигания газа в тепло. Корпус нагревается посредством радиации, конвекции и теплопроводности от элемента для каталитического сжигания газа и действует как термическая масса, которая может поддерживаться в пределах относительно узкого диапазона температур, несмотря на относительно широкие колебания температуры элемента для каталитического сжигания газа, которые происходят в результате периодических прерываний подачи смеси топливный газ/воздух в элемент для каталитического сжигания, что требуется для поддержания температуры корпуса по существу постоянной.
Если желательно управлять температурой корпуса в пределах относительно узкого диапазона температур, то регулятор температуры прямого действия обычно размещают на корпусе или в теплопроводном контакте с ним, и топливный газ или смесь топливный газ/воздух проходит через регулятор температуры прямого действия для управления этим потоком в камеру сгорания. Если корпус должен работать в диапазоне температур, который близок к температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или ниже нее, обычно подача топливного газа в камеру сгорания периодически прерывается для поддержания температуры корпуса в пределах желаемого диапазона температур. Поскольку термическая масса элемента для каталитического сжигания газа является относительно небольшой, в течение периодов прерывания подачи топливного газа температура элемента для каталитического сжигания газа падает относительно быстро, и если диапазон температур, в пределах которого поддерживается корпус, близок к температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа, температура элемента для каталитического сжигания газа может упасть ниже его температуры воспламенения в течение периодов прерывания подачи топливного газа.
Дополнительно, если диапазон температур, в пределах которого поддерживается корпус, ниже или значительно ниже температуры воспламенения элемента для каталитического сжигания, поскольку элемент для каталитического сжигания газа вообще находится в контакте с корпусом, температура элемента для каталитического сжигания газа быстро падает ниже его температуры воспламенения при прерывании подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа. Соответственно, когда регулятор температуры прямого действия восстанавливает подачу топливного газа в камеру сгорания, элемент для каталитического сжигания газа, находящийся ниже его температуры воспламенения, окажется не в состоянии повторно зажигать и таким образом окажется не в состоянии превращать смесь топливный газ/воздух в тепло. В таких случаях смесь топливный газ/воздух просто проходит через камеру сгорания и выпускается из нее без превращения в тепло. Соответственно, смесь топливный газ/воздух должна быть зажжена вручную, чтобы сгорать в пламени посредством, например, искровой зажигалки, пьезоэлектрической зажигалки или другой такой ручной зажигалки для того, чтобы повысить температуру элемента для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения. Это является неудовлетворительным.
Нагревательные устройства, питаемые энергией газа, которые предусматриваются в форме питаемых энергией газа щипцов для завивки волос и фенов и т.п., которые также питаются энергией при превращении топливного газа в тепло посредством элемента для каталитического сжигания газа, обычно содержат удлиненный цилиндр, внутри которого размещен элемент для каталитического сжигания газа. В таких случаях элемент для каталитического сжигания газа вообще не находится в непосредственном теплопроводном контакте с цилиндром. В щипцах для завивки волос элемент для каталитического сжигания газа размещен внутри цилиндра, отделенный промежутком от стенки цилиндра, и тепло излучается от элемента для каталитического сжигания газа на стенку цилиндра. В случае фена элемент для каталитического сжигания газа размещен в воздушном канале внутри цилиндра и отделен промежутком от стенки канала. Тепло передается потоку воздуха, продуваемого через канал, посредством излучения и конвекции. Регулятор температуры прямого действия реагирует на температуру цилиндра в случае щипцов для завивки волос и на поток воздуха в случае фена и управляет подачей топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа, чтобы, в свою очередь, управлять температурой цилиндра или потока воздуха, подаваемого от цилиндра, в зависимости от обстоятельств.
В основном подача топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа периодически прерывается посредством регулятора температуры прямого действия для того, чтобы поддерживать температуру цилиндра или потока воздуха при желаемой температуре. Из-за относительно небольшой термической массы элементов для каталитического сжигания газа при прерывании подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа температура элемента для каталитического сжигания газа начинает падать относительно быстро. Соответственно, если подача топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа не будет восстановлена в пределах относительно короткого периода времени, температура элемента для каталитического сжигания газа упадет ниже его температуры воспламенения, и таким образом он окажется не в состоянии зажигать, когда подача топливного газа восстанавливается, и смесь топливный газ/воздух проходит через элемент для каталитического сжигания газа незажженной и без превращения в тепло. Это также нежелательно.
Соответственно, имеется потребность в нагревательном устройстве, питаемом энергией газа, которое обеспечивает управление температурой устройства или частью известных нагревательных устройств, питаемых энергией газа. Имеется также потребность в элементе для каталитического сжигания газа, который подобным образом обращен к этим проблемам, и имеется потребность в способе работы элемента для каталитического сжигания газа для поддержания температуры части элемента для каталитического сжигания газа при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа.
Настоящее изобретение направлено на создание нагревательного устройства, питаемого энергией газа, элемента для каталитического сжигания газа и способа работы элемента для каталитического сжигания газа для поддержания температуры элемента для каталитического сжигания газа при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа, который обращен к проблемам устройств и способов согласно известному уровню техники.
В соответствии с изобретением создан элемент для каталитического сжигания газа для превращения топливного газа в тепло, причем элемент для каталитического сжигания газа имеет термическую массу, соединенную с ним, причем термическая масса имеет такой размер, чтобы сохранять достаточное тепло для поддержания части элемента для каталитического сжигания газа, примыкающей к термической массе, при его температуре воспламенения или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа, чтобы, когда подача топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа восстанавливается, часть элемента для каталитического сжигания газа, примыкающая к термической массе, начинала превращать топливный газ в тепло посредством каталитического воздействия для подъема температуры оставшейся части элемента для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения.
В одном варианте осуществления изобретения термическая масса находится в таком теплопередающем взаимодействии с ним, чтобы тепло передавалось от него к термической массе в течение периодов, когда сам элемент для каталитического сжигания газа превращает топливный газ в тепло, и чтобы тепло передавалось от термической массы к элементу для каталитического сжигания газа в течение периодов прерывания подачи топливного газа.
Предпочтительно термическая масса размещена внутри элемента для каталитического сжигания газа.
В другом варианте осуществления изобретения термическая масса находится в теплопроводном контакте с элементом для каталитического сжигания газа.
В одном варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа представляет собой удлиненный элемент для каталитического сжигания газа, и термическая масса размещена в промежутке между его концами.
В другом варианте осуществления изобретения в элементе для каталитического сжигания газа образовано отверстие.
Преимущественно, чтобы термическая масса была размещена относительно элемента для каталитического сжигания газа для облегчения прохода топливного газа между термической массой и элементом для каталитического сжигания газа.
В одном варианте осуществления изобретения термическая масса прижата к элементу для каталитического сжигания газа, примыкая к части, температура которой должна поддерживаться при температуре воспламенения или выше нее.
В другом варианте осуществления изобретения часть элемента для каталитического сжигания газа, к которой прижата термическая масса, образована посредством части в форме язычка элемента для каталитического сжигания газа. Предпочтительно часть в форме язычка элемента для каталитического сжигания газа проходит в отверстие, образованное в нем, и преимущественно, чтобы часть в форме язычка элемента для каталитического сжигания газа проходила в поперечном направлении в отверстие, образованное в нем.
В одном варианте осуществления изобретения термическая масса содержит винт, имеющий головку и стержень с резьбой, проходящей от нее, и на стержне имеется гайка для зажима части элемента для каталитического сжигания газа между головкой и гайкой.
Предпочтительно термическая масса размещена внутри отверстия элемента для каталитического сжигания газа.
Как вариант, термическая масса содержит пробку.
В одном варианте осуществления изобретения пробка имеет такое поперечное сечение, чтобы входить в контакт с элементом для каталитического сжигания газа в отстоящих местоположениях по периферии пробки.
В другом варианте осуществления изобретения пробка находится в теплопроводном контакте с элементом для каталитического сжигания газа в отстоящих местоположениях и взаимодействует с элементом для каталитического сжигания газа для размещения прохода топливного газа между пробкой и элементом для каталитического сжигания газа в местоположениях между разделенными промежутками местоположениями, в которых пробка входит в контакт с элементом для каталитического сжигания газа.
Преимущественно, чтобы поперечное сечение пробки отличалось от поперечного сечения отверстия, образованного в элементе для каталитического сжигания газа, внутри которого размещена термическая масса.
В одном варианте осуществления изобретения пробка имеет круглое сечение.
В альтернативном варианте осуществления изобретения пробка имеет многоугольное сечение.
В одном варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа имеет многоугольное поперечное сечение.
В другом варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа имеет квадратное поперечное сечение.
В дальнейшем варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа имеет прямоугольное поперечное сечение.
В еще дополнительном варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа имеет круглое поперечное сечение.
Предпочтительно термическая масса состоит из теплопроводного материала. Преимущественно, чтобы термическая масса состояла из металла, и в одном варианте осуществления изобретения термическая масса состоит из стали.
В другом варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа представляет собой трубчатую конструкцию, имеющую удлиненное отверстие, проходящее через него в осевом направлении.
В одном варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа содержит подложку и каталитический материал, нанесенный на подложку.
В одном варианте осуществления изобретения подложка содержит материал в виде металлической сетки.
В другом варианте осуществления изобретения подложка содержит волокнистый материал.
В дополнительном варианте осуществления изобретения подложка содержит керамический материал.
В одном варианте осуществления изобретения каталитический материал содержит благородный металл.
В альтернативном варианте осуществления изобретения термическая масса образована частью подложки.
Согласно изобретению также создано нагревательное устройство, питаемое энергией газа, содержащее элемент для каталитического сжигания газа в соответствии с изобретением.
Далее, согласно изобретению создано нагревательное устройство, питаемое энергией газа, содержащее элемент для каталитического сжигания газа для превращения топливного газа в тепло и термическую массу, соединенную с элементом для каталитического сжигания газа, причем термическая масса имеет такой размер, чтобы сохранять достаточное тепло для поддержания части элемента для каталитического сжигания газа, примыкающей к термической массе, при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или выше нее в течение периодов прерывания подачи в него топливного газа, чтобы, когда подача топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа восстанавливается, часть элемента для каталитического сжигания газа, примыкающая к термической массе, начинала превращать топливный газ в тепло посредством каталитического воздействия для подъема температуры оставшейся части элемента для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения.
В одном варианте осуществления изобретения термическая масса находится в таком теплопередающем взаимодействии с элементом для каталитического сжигания газа, чтобы тепло передавалось от элемента для каталитического сжигания газа к термической массе в течение периодов, когда элемент для каталитического сжигания газа превращает топливный газ в тепло, и чтобы тепло передавалось от термической массы к элементу для каталитического сжигания газа в течение периодов прерывания подачи топливного газа.
В одном варианте осуществления изобретения элемент для каталитического сжигания газа размещен в камере сгорания, образованной внутри корпуса.
В другом варианте осуществления изобретения термическая масса размещена внутри элемента для каталитического сжигания газа, чтобы термическая масса не находилась в прямом соотношении теплопередачи с корпусом.
В другом варианте осуществления изобретения термическая масса размещена в элементе для каталитического сжигания газа, чтобы термическая масса была по существу теплоизолирована от корпуса.
Предпочтительно элемент для каталитического сжигания газа размещен в камере сгорания для облегчения прохода топливного газа между элементом для каталитического сжигания газа и корпусом.
В одном варианте осуществления изобретения камера сгорания образована посредством удлиненного отверстия, проходящего в корпус, причем поперечное сечение отверстия, образующего камеру сгорания, отличается от поперечного сечения элемента для каталитического сжигания газа для сведения к минимуму контакта между элементом для каталитического сжигания газа и корпусом. Предпочтительно отверстие, образующее камеру сгорания, имеет круглое поперечное сечение.
В одном варианте осуществления изобретения корпус состоит из теплопроводного материала, и элемент для каталитического сжигания газа размещен в камере сгорания для облегчения теплопередачи от элемента для каталитического сжигания газа к корпусу.
Преимущественно, чтобы элемент для каталитического сжигания газа был размещен в камере сгорания для облегчения теплопередачи от элемента для каталитического сжигания газа к корпусу посредством теплопередачи излучением.
Преимущественно, чтобы камера сгорания определяла проходящую в продольном направлении центральную ось и элемент для каталитического сжигания газа определял проходящую в продольном направлении центральную ось, которая совпадает с центральной осью камеры сгорания.
В одном варианте осуществления изобретения устройство представляет собой пистолет для склеивания, и удлиненная трубчатая камера для размещения клея образована в корпусе для размещения стерженька из плавкого клея для плавления в ней стерженька из клея.
В одном варианте осуществления устройство представляет собой паяльник, и корпус заканчивается жалом паяльника.
Дополнительно, согласно изобретению создан способ работы элемента для каталитического сжигания газа для поддержания температуры части элемента для каталитического сжигания газа при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или выше нее в течение периодических периодов прерывания подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа, при котором обеспечивают термическую массу, соединенную с элементом для каталитического сжигания газа, причем термическая масса имеет такой размер, чтобы сохранять достаточное тепло для поддержания части элемента для каталитического сжигания газа, примыкающей к термической массе, при его температуре воспламенения или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа, чтобы, когда подача топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа восстанавливается, часть элемента для каталитического сжигания газа, примыкающая к термической массе, начинала превращать топливный газ в тепло для подъема температуры оставшейся части элемента для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения.
Преимущества изобретения являются многочисленными. Благодаря тому факту, что температура части элемента для каталитического сжигания газа поддерживается при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа, температура элемента для каталитического сжигания газа может быть быстро поднята до его температуры воспламенения при восстановлении подачи топливного газа, без необходимости сгорания в пламени, или других средств для подъема температуры элемента для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения. Таким образом, элемент для каталитического сжигания газа в соответствии с изобретением особенно подходит для использования в устройствах, в которых температура части устройства должна управляться при относительно низких температурах и в особенности в пределах относительно узких диапазонов температур, и для управления температурой требуется, чтобы подача топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа периодически прерывалась. Элемент для каталитического сжигания газа в соответствии с изобретением особенно подходит для использования в нагревательных устройствах, питаемых энергией газа, в которых температура нагревательного устройства, питаемого энергией газа, должна поддерживаться при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или ниже нее и действительно значительно ниже температуры воспламенения элемента для каталитического сжигания газа. Соответственно, элемент для каталитического сжигания газа и нагревательное устройство, питаемое энергией газа, в соответствии с изобретением особенно подходят для использования в пистолете для склеивания или в качестве такового, где типично температура плавления клея составляет порядка 140°С или менее. В таких случаях корпус, в котором размещена камера для плавления клея, должен сохраняться при температуре, приблизительно равной температуре плавления клея или слегка выше нее. Такие температуры в основном значительно ниже температуры воспламенения элемента для каталитического сжигания газа. Таким образом, благодаря тому факту, что часть элемента для каталитического сжигания газа поддерживается при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа, при восстановлении подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа элемент для каталитического сжигания газа автоматически начинает превращать топливный газ в тепло посредством каталитического воздействия без необходимости вручную повторно зажигать топливный газ.
Изобретение будет более ясно понято из следующего описания его некоторых предпочтительных вариантов осуществления, которые даются только посредством примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе части пистолета для склеивания, питаемого энергией газа в соответствии с изобретением,
Фиг.2 - вид в перспективе в разрезе части пистолета для склеивания, питаемого энергией газа, с фиг.1,
Фиг.3 - вид сбоку в поперечном разрезе части пистолета для склеивания с фиг.1 по линии III-III с фиг.1,
Фиг.4 - вид с торца в поперечном разрезе части с фиг.3 пистолета для склеивания с фиг.1, по линии IV-IV с фиг.3,
Фиг.5 - графическое изображение температур, развиваемых пистолетом для склеивания, питаемым энергией газа, с фиг.1, в течение его работы,
Фиг.6 - вид, подобный виду с фиг.3, части пистолета для склеивания в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения,
Фиг.7 - вид с торца в поперечном разрезе, подобный виду с фиг.4, пистолета для склеивания с фиг.6.
Обратимся сначала к фиг.1-4, на которых проиллюстрирована часть нагревательного устройства, питаемого энергией газа, в соответствии с изобретением, которое в этом случае представляет собой портативный ручной пистолет для склеивания, обозначенный в целом ссылочной позицией 1. Пистолет 1 для склеивания по существу подобен пистолету для склеивания согласно WO 02/48591, и его раскрытие включено сюда посредством ссылки. Однако только те части пистолета 1 для склеивания, которые относятся к изобретению, будут описаны подробно. Вкратце, пистолет 1 для склеивания содержит корпус 3 из теплопроводного материала, в этом варианте осуществления выполненный из штампованного цинка. Удлиненная камера 4 для размещения и плавления клея образована посредством удлиненного конического отверстия 5 круглого поперечного сечения, проходящего через корпус 3 для размещения стерженька плавкого клея для плавления в ней. Отверстие 5 проходит от расположенного выше по потоку конца 6, в который вставляется стерженек клея, к расположенному ниже по потоку концу 7, через который экструдируется расплавленный клей. Удлиненная камера 10 сгорания образована посредством удлиненного параллельного отверстия 11 круглого поперечного сечения, проходящего внутрь корпуса 3 параллельно отверстию 5, и камера 10 сгорания определяет продольно проходящую основную центральную ось 12.
Удлиненный трубчатый элемент 14 для каталитического сжигания газа также в соответствии с изобретением для превращения смеси топливный газ/воздух в тепло посредством каталитической реакции размещен в камере 10 сгорания (см. фиг.3 и 4). Элемент 14 для каталитического сжигания газа имеет квадратное поперечное сечение, имеющее проходящее в продольном направлении отверстие 15 также квадратного поперечного сечения, проходящее через него в осевом направлении, и определяет центральную ось, которая совпадает с основной центральной осью 12, определяемой камерой 10 сгорания. Топливный газ подается из резервуара (не показан), который прикреплен к пистолету 1 для склеивания, в смеситель 16 Вентури, размещенный на расположенном выше по потоку конце 17 камеры 10 сгорания, где топливный газ смешивается с воздухом. Смесь топливный газ/воздух подается из смесителя 16 Вентури через сопло (не показано) в камеру 10 сгорания на расположенный выше по потоку ее конец 17 и, в свою очередь, проходит вдоль внутренней и наружной поверхностей элемента 14 для каталитического сжигания газа, где она превращается в тепло посредством каталитической реакции. Выпускное отверстие 19 на расположенном ниже по потоку конце 20 камеры 10 сгорания выпускает сгоревший топливный газ из камеры 10 сгорания.
Топливный газ подается в смеситель 16 Вентури через регулятор 25 температуры прямого действия, который находится в теплопроводном контакте с корпусом 3, и регулятор 25 температуры прямого действия управляет подачей топливного газа в смеситель 16 Вентури и, в свою очередь, в камеру 10 сгорания для того, чтобы управлять температурой корпуса 3. Регулятор 25 температуры прямого действия подобен регулятору температуры прямого действия, который описан в WO 02/48591 и раскрытие которого включено сюда посредством ссылки. В этом варианте осуществления изобретения регулятор 25 температуры прямого действия установлен с возможностью управления потоком топливного газа в смеситель 16 Вентури, чтобы, в свою очередь, поддерживать температуру корпуса 3 при температуре 140°С в пределах диапазона приблизительно от +5°С до -20°С, которая значительно ниже, чем температура воспламенения элементов для каталитического сжигания газа вообще, которая обычно составляет приблизительно от 200°С до 400°С. В этом варианте осуществления изобретения температура воспламенения элемента 14 для каталитического сжигания газа составляет приблизительно 275°С. Для того чтобы поддерживать корпус 3 при желаемой температуре 140°С, подача топливного газа в смеситель 16 Вентури и, в свою очередь, в камеру 10 сгорания периодически временно прерывается посредством регулятора 25 температуры прямого действия.
Термическая масса 26, которая в этом варианте осуществления изобретения снабжена винтом 27, размещена в отверстии 15 элемента 14 для каталитического сжигания газа, в промежутке между его концами 28 и 29. Термическая масса 26 находится в теплопроводном контакте с частью, а именно с частью 30 в форме язычка элемента 14 для каталитического сжигания газа, чтобы тепло передавалось к термической массе 26 от элемента 14 для каталитического сжигания газа, когда элемент 14 для каталитического сжигания газа превращает смесь топливный газ/воздух в тепло, и чтобы тепло передавалось от термической массы 26 к элементу 14 для каталитического сжигания газа в течение периодов прерывания подачи топливного газа в камеру 10 сгорания. Винт 27, который образует термическую массу 26, содержит головку 31, стержень 32 с резьбой, проходящий от головки 31, и гайку 33 в зацеплении со стержнем 32 с резьбой. Часть 30 в форме язычка зажата между головкой 31 и гайкой 33, чтобы винт 27 находился в теплопроводном контакте с частью 30 в форме язычка.
В этом варианте осуществления изобретения часть 30 в форме язычка образована из отрезка материала 34 для каталитического сжигания газа, который подобен материалу элемента 14 для каталитического сжигания газа и имеет температуру воспламенения, подобную той, которую имеет элемент 14 для каталитического сжигания газа. Отрезок материала 34 для каталитического сжигания газа изогнут у 35, чтобы образовать часть 30 в форме язычка, которая проходит в поперечном направлении в отверстие 15 элемента 14 для каталитического сжигания газа, и колено 36, которое проходит вдоль элемента 14 для каталитического сжигания газа и находится в теплопроводном контакте с ним. Термическая масса 26, которая включает головку 31 и стержень 32 винта 27, а также гайку 33, имеет такой размер, чтобы ее теплоемкость сохраняла достаточное тепло в течение периодов, во время которых элемент 14 для каталитического сжигания газа превращает топливный газ в тепло, чтобы в течение периодов прерывания подачи топливного газа, когда тепло передается от термической массы 26 к элементу 14 для каталитического сжигания газа, температура части 30 в форме язычка поддерживалась при температуре, равной температуре воспламенения приблизительно 275°С элемента 14 для каталитического сжигания газа или выше нее, чтобы, когда подача топливного газа восстанавливается посредством регулятора 25 температуры прямого действия, часть 30 в форме язычка начинала превращать смесь топливный газ/воздух в камере 10 сгорания в тепло посредством каталитической реакции, которая, в свою очередь, быстро поднимает температуру колена 36 и, в свою очередь, элемента 14 для каталитического сжигания газа до температуры воспламенения, и посредством этого смесь топливный газ/воздух превращается в тепло посредством элемента 14 для каталитического сжигания газа.
Элемент 14 для каталитического сжигания газа содержит подложку, которая в этом варианте осуществления изобретения содержит носитель из металлической сетки из сплава стали и алюминия, который покрыт подходящим каталитическим материалом, который в этом случае содержит благородный металл, а именно платину. Часть 30 в форме язычка и колено 36, от которого проходит часть 30 в форме язычка, состоят из подобного материала в виде металлической сетки и покрыты подобным каталитическим материалом.
Как было описано выше, элемент 14 для каталитического сжигания газа имеет квадратное поперечное сечение и образует четыре проходящие в продольном направлении периферийные угловые кромки 38, которые контактируют с внутренней поверхностью 39 корпуса 3, которая образует камеру 10 сгорания, и таким образом элемент 14 для каталитического сжигания газа контактирует с корпусом 3 только вдоль четырех линий контакта, определяемых посредством угловых кромок 38. Благодаря тому факту, что элемент 14 для каталитического сжигания газа контактирует с корпусом 3 только вдоль четырех линий контакта, определяемых посредством угловых кромок 38, теплопередача посредством проводимости между корпусом 3, который поддерживается при температуре приблизительно 140°С, и элементом для каталитического сжигания газа, температура воспламенения которого составляет приблизительно 275°С, посредством этого сводится к минимуму в течение периодов прерывания подачи топливного газа. Дополнительно, термическая масса 26 не находится в прямом теплопроводном контакте с корпусом 3, и поскольку здесь имеется небольшая потеря тепла посредством проводимости между элементом 14 для каталитического сжигания газа и корпусом 3, небольшое тепло теряется от термической массы 26 к корпусу 3 в течение периодов прерывания подачи топливного газа. Таким образом, размер термической массы 26, совместимый с поддержанием температуры части 30 в форме язычка при температуре воспламенения 275°С или выше нее, сводится к минимуму.
Дополнительно, посредством того, что конфигурации поперечного сечения элемента 14 для каталитического сжигания газа и поперечного сечения камеры 10 сгорания являются различными, в данном случае квадратной и круглой соответственно, проход смеси топливный газ/воздух между элементом 14 для каталитического сжигания газа и внутренней поверхностью 39 корпуса 3, определяющей камеру 10 сгорания, облегчается, посредством чего дополнительно повышается эффективность превращения в тепло посредством элемента 14 для каталитического сжигания газа. Размеры термической массы 26 и части 30 в форме язычка являются такими, чтобы разместить проход смеси топливный газ/воздух через отверстие 15 элемента 14 для каталитического сжигания газа между элементом 14 для каталитического сжигания газа и термической массой 26.
При использовании стерженек клея размещается в камере 4 для размещения и плавления клея и выталкивается в камеру 4 для размещения и плавления клея, при этом топливный газ из резервуара (не показан) подается через регулятор 25 температуры прямого действия в смеситель 16 Вентури, где он смешивается с воздухом, и смесь топливный газ/воздух подается из смесителя 16 Вентури через сопло (не показано) в камеру 10 сгорания. Сначала смесь топливный газ/воздух воспламеняется, чтобы сгорать в пламени для подъема температуры элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения. Обычно смесь топливный газ/воздух сначала может проходить через выпускное отверстие 19 и воспламеняется, сгорая в пламени, причем основание пламени находится на части элемента 14 для каталитического сжигания газа, примыкающей к выпускному отверстию 19. Когда основание пламени поднимет температуру примыкающей части элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения, часть элемента 14 для каталитического сжигания газа, примыкающая к выпускному отверстию 19, начинает превращать топливный газ в тепло посредством каталитической реакции, быстро поднимая температуру оставшейся части элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения. Когда температура элемента 14 для каталитического сжигания газа поднимется до его температуры воспламенения, пламя топливного газа истощается и гаснет.
Альтернативно, система зажигания, обычно пьезоэлектрическая зажигалка, может быть предусмотрена для воспламенения смеси топливный газ/воздух таким образом, чтобы она сгорала в пламени в камере 10 сгорания, в свою очередь, поднимая температуру элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения, причем при подъеме температуры элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения пламя гаснет. Работа таких пьезоэлектрических зажигалок хорошо известна специалистам в этой области техники, и такая конфигурация пьезоэлектрической зажигалки для воспламенения смеси топливный газ/воздух, чтобы она сгорала в пламени в камере сгорания для подъема температуры элемента для каталитического сжигания газа, размещенного в камере сгорания, до его температуры воспламенения, описана в WO 97/38265, раскрытие которой включено сюда посредством ссылки.
При подъеме температуры элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения элемент 14 для каталитического сжигания газа продолжает превращать смесь топливный газ/воздух в тепло посредством каталитической реакции. Температура корпуса повышается, и при достижении 140°С температура поддерживается при 140°С, в пределах диапазона температур от приблизительно +5°С до -20°С, регулятором 25 температуры прямого действия посредством периодического прерывания подачи топливного газа в камеру 10 сгорания. В то время как в элемент 14 для каталитического сжигания газа подается смесь топливный газ/воздух, смесь топливный газ/воздух превращается в тепло посредством каталитической реакции и температура элемента 14 для каталитического сжигания газа поднимается значительно выше его температуры воспламенения, таким образом поднимая температуру термической массы 26 значительно выше температуры воспламенения. В течение периодов прерывания подачи топливного газа тепло передается от термической массы 26 к части 30 в форме язычка, поддерживая температуру части 30 в форме язычка при температуре воспламенения элемента 14 для каталитического сжигания газа или выше нее. Таким образом, когда подача топливного газа восстанавливается посредством регулятора 25 температуры прямого действия, часть 30 в форме язычка немедленно начинает превращать смесь топливный газ/воздух в тепло, таким образом быстро поднимая температуру элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения, что снова начинает превращать смесь топливный газ/воздух в тепло, и таким образом работа пистолета 1 для склеивания продолжается.
На фиг.5 показаны линии в форме волны, иллюстрирующие графики температуры корпуса 3, части 30 в форме язычка и части элемента 14 для каталитического сжигания газа, удаленной от части 30 в форме язычка, построенные в зависимости от времени от запуска пистолета для склеивания. В этом случае пистолет для склеивания идентичен пистолету 1 для склеивания, описанному со ссылкой на фиг.1-4, за исключением того, что, в то время как конструкция и форма элемента для каталитического сжигания газа являются идентичными конструкции и форме элемента 14 для каталитического сжигания газа для пистолета 1 для склеивания, описанного со ссылкой на фиг.1-4, температура воспламенения элемента для каталитического сжигания газа является более высокой и в этом случае составляет приблизительно 380°С. Элемент для каталитического сжигания газа с температурой воспламенения 380°С был выбран для того, чтобы показать, что даже работа в экстремальном режиме, в котором температура воспламенения элемента для каталитического сжигания газа на 240° выше, чем температура, при которой должен поддерживаться корпус 3 пистолета для склеивания, пистолет для склеивания в соответствии с изобретением и элемент для каталитического сжигания газа в соответствии с изобретением все еще функционируют в соответствии с изобретением. Температура в °С нанесена по оси Y, а время в секундах нанесено по оси X. Линия в форме волны А представляет собой температуру корпуса, построенную на графике в зависимости от времени. Линия в форме волны В представляет собой температуру части элемента 14 для каталитического сжигания газа, которая удалена от части 30 в форме язычка, построенную на графике в зависимости от времени. Линия в форме волны С представляет собой температуру части 30 в форме язычка, примыкающей к термической массе 26, построенную на графике в зависимости от времени. Датчик температуры (не показан), от которого получена температура, представленная линией в форме волны А и представляющая температуру корпуса 3, был размещен вблизи конца 7 ниже по потоку корпуса 3. Поскольку нижний по потоку конец 7 корпуса 3 расположен дальше от камеры 10 сгорания, чем регулятор 25 температуры прямого действия, в течение начального периода от запуска, температура корпуса 3, примыкающего к нижнему по потоку концу 7, отстает от температуры корпуса 3, примыкающего к регулятору 25 температуры прямого действия. Таким образом, в то время как в течение первых 200 секунд от запуска линии в форме волны А, В и С будут показывать, что регулятор 25 температуры прямого действия прерывает подачу топливного газа в элемент 14 для каталитического сжигания газа перед тем, как температура корпуса 3 достигнет его рабочей температуры 140°С. Фактически это не так, поскольку температура регулятора 25 температуры прямого действия, который находится ближе к камере 10 сгорания, чем нижний по потоку конец 7 корпуса 3, достигнет рабочей температуры 140°С быстрее, чем нижний по потоку конец 7 корпуса 3. Датчик температуры (не показан) для мониторинга общей температуры элемента для каталитического сжигания газа, от которого была получена температура, представленная линией в форме волны В, был прикреплен к элементу 14 для каталитического сжигания газа по направлению к нижнему по потоку концу 29 элемента 14 для каталитического сжигания. Таким образом, линия в форме волны В дает относительно точное представление об общей температуре элемента 14 для каталитического сжигания газа. Датчик температуры (не показан), от которого была получена температура, представленная линией в форме волны С, был зажат между головкой 31 термической массы 26 и язычком 30.
Сначала температура элемента 14 для каталитического сжигания газа была поднята до его температуры воспламенения приблизительно 380°С посредством соответствующего средства для зажигания, как было описано выше. Когда температура элемента 14 для каталитического сжигания газа была поднята до его температуры воспламенения, он начал каталитическое превращение смеси топливный газ/воздух в тепло и температура элемента 14 для каталитического сжигания газа быстро поднялась до температуры приблизительно 650°С, при которой он оставался до тех пор, пока не произошло первое прерывание подачи топливного газа посредством регулятора 25 температуры прямого действия. Как можно увидеть из линии в форме волны С, термическая масса 26 замедляет подъем температуры части 30 в форме язычка; однако благодаря тому факту, что часть 30 в форме язычка размещена внутри элемента 14 для каталитического сжигания газа, температура части в форме язычка поднялась сначала до температуры, превышающей 700°С.
После приблизительно 125 секунд температура корпуса 3, примыкающего к регулятору 25 температуры прямого действия, достигла верхнего предела 145°С рабочей температуры корпуса 14 и регулятор 25 температуры прямого действия прервал подачу топливного газа в камеру 10 сгорания. Немедленно температура элемента 14 для каталитического сжигания газа начала падать относительно быстро до его температуры воспламенения и затем более медленно ниже его температуры воспламенения. Однако температура части 30 в форме язычка падала значительно менее быстро, чем общая температура элемента 14 для каталитического сжигания газа, в связи с тем, что тепло передавалось от термической массы 26 в часть 30 в форме язычка. Как можно увидеть из фиг.5, при времени 165 секунд от запуска, когда подача топливного газа была восстановлена посредством регулятора 25 температуры прямого действия, температура части 30 в форме язычка была приблизительно 500°С, что было значительно выше его температуры воспламенения. Таким образом, при восстановлении подачи топливного газа часть 30 в форме язычка начала превращать смесь топливный газ/воздух, подаваемую в камеру 10 сгорания, в тепло. Воздействие превращения в тепло от части 30 в форме язычка быстро подняло температуру элемента 14 для каталитического сжигания газа до его температуры воспламенения, что затем также начало превращать смесь топливный газ/воздух в тепло, и температура элемента 14 для каталитического сжигания газа поднялась выше, чем 600°С. При времени 175 секунд от запуска подача топливного газа была снова прервана посредством регулятора 25 температуры прямого действия и была восстановлена при времени 195 секунд от запуска. Однако в течение периода от времени 175 секунд до 195 секунд, когда подача топливного газа была прервана посредством регулятора 25 температуры прямого действия, температура части 30 в форме язычка не опускалась ниже 430°С, что значительно выше температуры воспламенения 380°С элемента 14 для каталитического сжигания газа.
При времени 200 секунд от запуска пистолет для склеивания начал работать в установившемся режиме, при температуре корпуса 3, включающего его нижний по потоку конец 7, работающий при рабочей температуре приблизительно 140°С. В течение работы в установившемся режиме общая температура элемента для каталитического сжигания газа колебалась между 200°С и выше 600°С, в то время как температура части 30 в форме язычка колебалась между приблизительно 400°С и 500°С и никогда не опускалась ниже температуры воспламенения 380°С элемента 14 для каталитического сжигания газа и части 30 в форме язычка. Соответственно, в течение периодов прерывания подачи топливного газа температура части 30 в форме язычка оставалась выше ее температуры воспламенения и была готова немедленно превращать смесь топливный газ/воздух в тепло при восстановлении подачи топливного газа, чтобы поднять температуру оставшейся части элемента 14 для каталитического сжигания газа до температуры воспламенения.
Тот факт, что температура части 30 в форме язычка отстает от общей температуры элемента 14 для каталитического сжигания газа, связан с эффектом гистерезиса, сообщаемого посредством термической массы 26 части 30 в форме язычка.
На фиг.6 и 7 иллюстрирована часть пистолета 40 для склеивания в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Пистолет 40 для склеивания по существу подобен пистолету 1 для склеивания, и подобные компоненты идентифицированы теми же ссылочными позициями. Основное различие между пистолетом 40 для склеивания и пистолетом 1 для склеивания заключается в термической массе. В этом варианте осуществления изобретения термическая масса снабжена твердой круглой пробкой 42 из теплопроводного материала, причем в этом варианте осуществления изобретения из меди, которая размещена внутри отверстия 15 элемента 14 для каталитического сжигания газа. Элемент 14 для каталитического сжигания газа в этом случае имеет также квадратное поперечное сечение. Периферийная круговая поверхность 43 пробки 42 находится в теплопроводном контакте с частями 45 элемента 14 для каталитического сжигания газа в расположенных по окружности с промежутками интервалах вокруг поверхности 43 для поддержания температуры частей 45 элемента 14 для каталитического сжигания газа выше его температуры воспламенения, в течение периодов прерывания подачи топливного газа в камеру 10 сгорания. В других отношениях пистолет 40 для склеивания подобен пистолету 1 для склеивания, и его работа также является подобной.
В обоих вариантах осуществления пистолета для склеивания согласно изобретению, а именно в пистолете 1 для склеивания и в пистолете 40 для склеивания, термические массы 26 и 42 соответственно размещены в отверстии трубчатого элемента 14 для каталитического сжигания газа, чтобы облегчался проход смеси топливный газ/воздух вдоль внутренней поверхности элемента 14 для каталитического сжигания газа. Дополнительно, термические массы 26 и 42 размещены в отверстии 15 элементов 14 для каталитического сжигания газа для сведения к минимуму теплопередачи между корпусом 3 и термическими массами 26 и 42, чтобы температура корпуса имела небольшое влияние на температуру термических масс 26 и 42 или вовсе не имела никакого влияния.
В то время как были описаны конкретные конфигурации термических масс в теплопроводном контакте с элементами для каталитического сжигания газа, для специалистов в этой области техники будет очевидно, что могут быть использованы любые другие подходящие конфигурации, посредством которых обеспечивается теплопроводный контакт термической массы с элементом для каталитического сжигания газа. Действительно следует также оценить, что термическая масса может быть в других формах соотношения теплопередачи с элементом для каталитического сжигания газа, помимо теплопроводного соотношения. Например, термическая масса может быть размещена так, чтобы она находилась в соотношении теплопередачи посредством излучения с элементом для каталитического сжигания газа.
Дополнительно, вместо обеспечения отдельной термической массой термическая масса может быть образована за одно целое с подложкой элемента для каталитического сжигания газа. Например, в некоторых случаях предусматривается, что часть подложки элемента для каталитического сжигания газа может быть образована так, чтобы образовать термическую массу. Например, часть подложки может быть выполнена более толстой, чем остальная часть подложки, и более толстая часть подложки будет образовывать термическую массу.
В то время как элемент для каталитического сжигания газа в соответствии с изобретением был описан как размещенный в камере сгорания, предусматривается, что в некоторых случаях устройство, питаемое энергией газа, может быть такого типа, который не снабжен камерой сгорания, причем в этом случае элемент для каталитического сжигания газа будет соответственно размещен, и термическая масса будет размещена относительно элемента для каталитического сжигания газа так, чтобы быть в соответствующем соотношении теплопередачи между ними для того, чтобы поддерживать, по меньшей мере, часть элемента для каталитического сжигания газа, примыкающую к термической массе, при его температуре воспламенения или выше нее в течение периодов прерывания подачи топливного газа в элемент для каталитического сжигания газа.
В то время как нагревательное устройство было описано как пистолет для склеивания, специалистам в этой области техники будет очевидно, что нагревательное устройство может быть любым типом нагревательного устройства, питаемого энергией газа, например паяльником, щипцами для завивки волос, феном или любым другим нагревательным устройством, питаемым энергией газа. Также предусматривается, что нагревательное устройство может быть выполнено в виде нагревательного устройства для выпаривания испаряющегося вещества из трав и т.п. для облегчения вдыхания таких паров человеком. В частности, предусматривается, что нагревательное устройство может быть выполнено в виде нагревательного устройства для нагрева табака для выпаривания испаряющегося вещества в табаке для его вдыхания.
В то время как элемент для каталитического сжигания газа был описан как имеющий квадратное поперечное сечение, элемент для каталитического сжигания газа может иметь любое подходящее поперечное сечение; однако желательно, чтобы поперечное сечение элемента для каталитического сжигания газа отличалось от поперечного сечения камеры сгорания для сведения к минимуму контакта между элементом для каталитического сжигания газа и корпусом, в котором образована камера сгорания, особенно там, где корпус должен поддерживаться при температуре воспламенения элемента для каталитического сжигания газа или ниже нее и в особенности ниже нее. Дополнительно, в то время как элемент для каталитического сжигания газа был описан как содержащий подложку в форме материала сетки из сплава стали и алюминия, элемент для каталитического сжигания газа может иметь любую другую подходящую форму подложки для несения материала катализатора, и в то время как материал катализатора был описан как содержащий благородный металл, а именно платину, может быть использован любой другой подходящий материал катализатора. Предусматривается, что подложка вместо снабжения носителем из металлической сетки может быть выполнена в форме волокнистого материала или керамического материала. Обычно, если элемент для каталитического сжигания газа состоял из керамического материала, он должен был иметь конструкцию в виде сот, и термическая масса должны была быть размещена в соответствующем местоположении относительно элемента для каталитического сжигания газа и обычно внутри элемента для каталитического сжигания газа, например в одном из отверстий, образованных конструкцией в виде сот из керамического материала. Также предусматривается, что вообще термическая масса будет размещена внутри элемента для каталитического сжигания газа.
В то время как термическая масса была описана как снабженная гайкой и винтом, термическая масса может быть также снабжена заклепкой, которая будет приклепана на элемент для каталитического сжигания газа и обычно на его язычок.