JP2000510039A - オゾン分解用の触媒反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空気中のオゾンを分解するための触媒反応器が提供される。この反応器は、オゾン含有空気の流れを受け入れるのに有効な入口端部と、そこからオゾン含有空気を排出するのに有効な出口端部とを有するコア構造体を含む。このコア構造体は、コア構造体の入口端部と出口端部との間を流れるオゾン含有空気中に存在するオゾンの少なくとも一部を分解するのに有効である触媒的に活性な合金から作られる。この触媒的に活性な合金は銀含有合金を含み、主成分として銀及び銅を有する合金を含むことができる。この触媒的に活性な合金は、低温用途で使用するために、熱的に活性化することができる。コア構造体は、そのコア構造体の入口端部と出口端部との間に複数の曲がりくねった流路を提供するように配置され、オゾン含有空気の曲がりくねった流れを促進する。

Description

【発明の詳細な説明】 オゾン分解用の触媒反応器 発明の背景 １.０ 発明の分野 本発明は、一般に、触媒反応器（catalytic reactor）、更に詳しくは空気中 オゾンの分解用触媒反応器に関する。本発明の触媒反応器の用途に、航空機の客 室に供給される状態調節済みの空気中に存在するオゾンの分解があるが、これに 限定される訳ではない。 ２.０ 関連技術 航空機の環境制御システムは、加圧され、状態調節された空気を航空機の客室 に供給するものである。航空機内の搭乗員及び乗客を快適にするためには、温度 、圧力及び相対湿度を制御しなければならない。 当今の商業ジェット機は、典型的には、空気のオゾン含有量が比較的高い海抜 ２５,０００フィート以上の比較的高い高度で燃料効率よく飛行操作が行われる ように設計されている。従って、高高度での飛行操作中は、環境制御システムか ら航空機の客室に供給される空気は、オゾンを１〜３ｐｐｍｖのレベルで含有し ている可能性がある。航空機の客室内の空気にオゾンが存在すると、それは肺及 び目に対する刺激、頭痛、疲労及び／又は呼吸困難を引き起こす可能性がある。 その結果、現在の連邦航空局（Federal Aviation Agency：FAA）の規則は、商業 運航でのオゾン濃度を３時間の期間中は０.１ｐｐｍｖに、その他の時間では最 大０.２５ｐｐｍｖに制限している。 比較的高いオゾンレベルが予想される場合に、航空機の客室に供給される空気 中の望ましくないオゾンを減少させるか、又は排除するのに触媒反応用コンバー ター（catalytic converter）を用いることは、この技術分野で公知である。一 般的に知られているタイプの触媒反応用コンバーターの一例が、米国特許第４, ４０５,５０７号明細書で説明されている。この米国特許明細書には、高表面積 の薄め塗膜（washcoat）がモノリシック支持体に適用されているセラミック（コ ージーライト）製モノリシック支持構造体が開示される。ここで、薄め塗膜は触 媒（この場合、白金族金属と、非貴金属である第III族金属の酸化物又はアルミ ン 酸塩）を担持するために用いられている。このタイプの触媒反応用コンバーター 又は同反応器には広範な用途が見いだされているが、それらには次の制限が付け られている。まず第一に、薄め塗膜は、それが連続振動及び熱サイクル、例えば コンバーターが航空機用途に用いられるときに経験されることがあるそのような ものに曝露されるときに、摩滅作用に付されることである。第二に、薄め塗膜と それが担持する触媒は日常の保守洗浄中にセラミック製モノリシック支持構造体 から洗い落とされることがあることである。更に、このタイプの触媒反応器は、 一般に、オゾン含有空気が層流条件下で流通する、その支持構造体に軸方向に延 びる軸に沿って形成されている複数の離間した流路を含む。このタイプの触媒反 応器は、一般に、物質移動が制限される；即ちその反応器の効率がオゾン分子の 触媒表面に対する拡散能によって制限されることがあるのである。これには、オ ゾン含有空気を反応器に乱流で通す方式を用い得る反応器よりはるかに大きい、 従って重い層流反応器が必要とされる。 本願と共通に譲渡された出願中の米国特許出願第０８／２７１,９２２号及び 同第０８／４９４,６５６号の各明細書には、大きさがコンパクトで軽量構成の 改善された触媒反応用オゾンコンバーターが開示される。出願中のこの両米国特 許出願には、各々、コンバーターハウジング内に配置された１つ以上の板状フィ ン（plate-fin）要素を含んで成るアルミニウム又はアルミニウム合金製支持構 造体が開示される。板状フィン要素の各々は複数のフィンを含み、それらフィン は、上記ハウジングの入口端と出口端との間に、ずれフィン列の軸方向連続体（ an axial succession of off-set fin rows）として配置されている。この板状 フィン要素の構成で、オゾン含有空気と、オゾンを分解するための板状フィン要 素によって担持されたオゾンとの間に比較的大きい物質移動がもたらされる。上 記各米国特許出願の開示において、その板状フィン要素は厚さが少なくとも２ミ クロンの一体陽極酸化（integral anodized）表面層を有し、触媒はその陽極酸 化表面層の層上及び層内に配置されている。米国特許出願第０８／２７１,９２ ２号明細書では、１種以上の第VIII族貴金属と、場合によっては第VII族、第III ａ族及び第VIIａ族からの卑金属が板状フィン要素の陽極酸化表面層の層上及び 層内に配置されている。米国特許出願第０８／４９４,６５６号明細書の開示さ れた 態様の１つでは、板状フィン要素の陽極酸化表面層の層上及び層内に銀が配置さ れており、この態様が比較的低温の用途に好ましい。上記で参照した出願中の米 国特許出願の各々に開示される触媒反応用コンバーターは、当時の従来技術を越 えた著しい改善に当たるものである。それは、その一体陽極酸化表面層が従来の セラミック製モノリシックコンバーターのウォッシュコートとは違って、摩滅作 用には付されず、またその板状フィン要素構成で（そのずれフィン列で作り出さ れる曲がりくねった流路に因り）促進される、得られる高物質移動速度がコンバ ーターを従来のデザインよりコンパクトなものにするのを可能にするからである 。開示されたコンバーターのコンパクトさは、アルミニウム又はアルミニウム合 金製支持体を使用することと相俟って、セラミック製モノリスを使用しているコ ンバーターと比較してより軽量のコンバーターをもたらしている。しかし、上記 で参照した出願中の米国特許出願に開示される発明の上記利点にもかかわらず、 各開示で必要とされる陽極酸化工程は比較的コストのかかる工程である。更に、 一体陽極酸化表面層は摩滅作用には付されないけれども、その表面層の層上及び 層中に配置されている触媒は日常の保守洗浄中に少なくとも部分的に除去される 可能性がある。 以上は、現存する触媒反応用コンバーター又は同反応器に存在することが知ら れている限界を説明するものである。しかして、以上述べた説明の１つ又は２つ 以上を克服することに向けられた代替装置を提供することができれば有利であろ うことは明白である。従って、以下に更に十分に開示される特徴を含む適した代 替装置が提供される。 発明の要旨 本発明の一側面においては、これは、空気中のオゾンを分解するための触媒反 応器を提供することによって達成される。好ましい態様では、この触媒反応器は 、触媒的に活性な合金から構成されるコア構造体を含む。このコア支持構造体は 、オゾン含有空気の流れを受け入れるのに有効な入口端部と、そこからオゾン含 有空気を排出するのに有効な出口端部とを有する。この触媒的に活性な合金は、 コア構造体の入口端部と出口端部との間を流れるオゾン含有空気中に存在するオ ゾンの少なくとも一部を分解するのに有効である。 他の態様では、触媒的に活性な合金は、銀含有金属合金を含み、銀及び銅を含 む組成を有していてもよい。更に特定的には、この触媒的に活性な合金は、重量 に基づいて、約５５％の銀、約３９％の銅、約５％の亜鉛及び約１％のニッケル を含む組成を有していてもよい。この触媒的に活性な合金は、その合金を約３０ ０°Ｆから約４２０°Ｆの範囲の温度に約３０分から約６０分の範囲の時間加熱 することにより、熱的に活性化することができる。 他の態様では、コア支持構造体は、コア構造体の入口端部と出口端部との間の オゾン含有空気の流れのための複数の曲がりくねった（tortuous）流路を画定す るように構成され、これにより、オゾン含有空気の流れは入口端部と出口端部と の間で実質的に乱流となる。このコア構造体は、少なくとも１の板状フィン（pl ate-fin）要素を有してもよく、この板状フィン要素の各々は複数のフィンを有 しており、その複数のフィンは、コア構造体の入口端部と出口端部との間でその フィンの列が軸方向に連続するように配置されている。フィンの列の各々が複数 の流れチャンネルを画定し、そして列の各々のフィンが軸方向に隣接する列のフ ィンに対して横方向にずれている結果、コア構造体の入口端部と出口端部との間 のオゾン含有空気の流れのための複数の曲がりくねった流路を画定している。各 々のフィンがほぼ長方形の断面を有していてもよい。 本発明の第二の側面によれば、先行技術の触媒反応器の代替物が、空気中のオ ゾンを分解するための方法を提供することによって達成される。好ましい態様に よれば、この方法は、単一の触媒的に活性な合金から入口端部と出口端部とを有 するコア構造体を構築する工程；該コア構造体の該入口端部と該出口端部との間 にオゾン含有空気を流して、該オゾン含有空気の少なくとも一部を該触媒的に活 性な合金に直接接触させる工程を含む。 他の態様によれば、この方法は、更に、該触媒的に活性な合金を約３００°Ｆ から約４２０°Ｆの範囲の温度に約３０分から約６０分の範囲の時間加熱する工 程を含む活性化工程で、該触媒的に活性な合金を熱的に活性化する工程を含むこ とができる。この加熱工程は、合金を既述の温度で既述の時間か焼する工程を含 む。この方法は、コア構造体の入口端部と出口端部との間のオゾン含有空気の流 れのための複数の曲がりくねった流路を画定するように、そのコア構造体を配置 する工程を含むことができる。この触媒的に活性な合金は、本発明の第一の側面 に関して記載した通りのものであってもよい。 本発明の装置及び方法の主な利点は、軽量でコンパクトでコスト効率がよい、 空気中のオゾン分解用触媒コンバーターであって、該反応器が実質的に物質移動 が制限されているコンバーターを提供できることである。 図面の簡単な説明 本発明の前述した側面及び他の側面は、添付する図面との関係を考慮したとき に、後述する発明の詳細な説明からより明らかになるであろう。 図１は、本発明の触媒コンバーター中に取り込まれることができる板状フィン 要素を含むコア構造体の一部を示す断片的等角図である。 図２は、図１の線２−２に沿った正面図である。 図３は、本発明の触媒的に活性な合金のオゾン分解曲線であり、熱的に活性化 された合金の効果を示すものである。 図４は、本発明の触媒的に活性な合金の表面組成への温度の効果を示す一連の グラフである。 図５は、受け入れたときの状態での本発明の触媒的に活性な合金の表面の顕微 鏡写真である。 図６は、熱的に活性化した後の本発明の触媒的に活性な合金の表面の顕微鏡写 真である。 図７は、二酸化硫黄で汚染されたオゾン含有供給空気に一時的に曝された後に 回復する本発明の触媒的に活性な合金の能力を示すオゾン分解グラフである。 詳細な説明 ここで図面を参照すると、図１は、本発明の好ましい態様による、空気中のオ ゾンの分解のための触媒反応器のコア構造体１０の一部を示す断片的等角図であ る。コア構造体１０は、少なくとも１の板状フィン要素１２を含み、該板状フィ ン要素１２の一つの一部は図１及び図２に示されている。好ましい態様において は、コア構造体１０は、一般的に円筒形のハウジング（図示されていない）内に 搭載された複数の板状フィン要素１２を含み、該板状フィン要素は、複数の一般 的に同心環状の環として、緊密に詰められた円筒形状で配置されている。ハウジ ングによって画定された円筒形空間の中心は、短い板状フィン要素ストリップを 含む小径の支持体チューブによって占められていてもよい。好ましい触媒反応器 の上記した構造上の形状のさらなる詳細については、１９９６年４月２４日に付 与されたヨーロッパ特許第６５３,９５６号を参照することができ、この内容は 全て本明細書中に参照により明白に取り込まれる。コア構造体１２は、流れ矢印 １６によって示される、オゾン含有空気の流れを受け取るのに有効な入口末端１ ４と、オゾン含有空気１６をコア構造体１０から排出するのに有効な出口末端１ ８とを含む。本発明の触媒反応器は、オゾン含有空気１６内のオゾン含量を減少 するための比較的軽量かつコンパクトな装置を提供するものであり、これは航空 機のキャビンの加圧及び／又は調節のための環境調節システムに供給できる。そ のような航空機用途で使用する場合、本発明の触媒反応器は、航空機環境調節シ ステムと一連の流れ関係にある導管内に搭載することができる。オゾン含量空気 １６は、航空機のガスタービンエンジンの圧縮機段階から触媒反応器に供給され ても、ラム空気及び／又はエンジン圧縮機抽気とラム空気との組み合わせなどの 他の供給源から供給されてもよい。典型的な航空機用途では、オゾン含有空気１ ６の温度は、約３００°Ｆ（１４９℃）から約４２０°Ｆ（２１６℃）の範囲で あろう。しかしながら、一定の航空機用途では、オゾン含有空気１６の温度はず っと低い場合もあるので、より低い温度での触媒活性が必要となる場合もあるが 、これは以下により詳細に述べる本発明の触媒反応器によって達成可能である。 板状フィン要素１２の各々は複数のフィン２０を含み、コア構造体１０の入口 末端１４と出口末端１８との間の列２２のフィン２０が軸方向に連続するように 配置されている。３個のフィン２０の列２２が図１に示され、２２Ａ、２２Ｂ及 び２２Ｃとして示されている。列２２Ａと２２Ｂが図２に示す正面図にさらに示 されている。列２２の各々は複数のフィン２０を含み、複数の流れチャンネル２ ４を画定する。列２２の各々のフィン２０は、軸方向に隣接した列２２のフィン ２０に対して距離ｘ（図２）だけ横にずれている。例えば、列２２Ｂのフィン２ ０は列２２Ａと２２Ｃのフィン２０に関して横にずれている。その結果、コア構 造体１０の各々の板状フィン要素１２は、コア構造体１０の入口末端１４と出口 末端１８との間のオゾン含有空気１６の流れのための複数の曲がりくねった流路 を画定するように配置される。これにより、コア構造体１０の入口末端１４と出 口末端１８との間にオゾン含有空気１６の実質的に曲がりくねった流れが生じ、 今度はこれがオゾン含有空気１６と、次に記載する触媒であってそれから各々の 板状フィン要素１２が構築される触媒との間の比較的高い物質伝達を生じる。図 ２に示すように、フィン２０の各々は、軸方向の図に見られるように、好ましい 態様においては概して長方形の断面を有し、高さＨ、厚さｔ、一対のフラットＦ 、及び軸方向の奥行きを有する。各フィン４８は、図２の括弧中に示すような完 全な正弦波形状に近い。フィン２０のずれｘ及び全体のサイズを変化させて、特 定の用途のために各板状フィン要素１２を貫く所望の流れ特性を達成することが できる。各フィンの列２２は、横方向のフィン密度を有し、これも用途により変 化させることができる。各フィン２０は、好ましくは概して長方形の形状を有す るが、また、概して三角形断面又は概して台形断面などのような他の幾何形状を 有してもよい。 各々の板状フィン要素１２を、本発明の中心的特徴を有する触媒的に活性な合 金から構築するか又は製造する。触媒的に活性な合金は、複数のフィン２０を形 成するように、打ち抜きのような通常の手段によって成形することができる。こ の触媒的に活性な合金は、銀含有合金を含み、好ましい態様においては、主成分 として銀及び銅を含む組成を有する。本発明者らが本発明において用いることが 許容されると判断した合金の例は、重量基準で、約５５％の銀、約３９％の銅、 約５％の亜鉛及び約１％のニッケルを含む組成を有する。この組成は、以下の原 子比に相当する：Ａｇ：Ｃｕ：Ｚｎ：Ｎｉ＝３０：３６：４．５：１。以下によ り詳細に説明するように、本発明者らは銀を活性触媒として特定しており、した がって、本発明の触媒的に活性な合金は、銀含有合金を含まなければならない。 しかしながら、銀と組み合わせる主成分として銅以外の金属を用いることは本発 明の範囲内であると考えられる。 上記の３０：３６：４．５：１の原子比を有する触媒的に活性な合金を用いて 構築した板状フィン要素１２の一つの一部の初期試験において、本発明者らは、 図３の上昇勾配（ramp-up）部において示されるように、銀含有金属合金が、低 温において触媒的に活性でないことを観察した。しかしながら、更なる試験によ り、本発明者らは、図３の下降勾配（ramp-down）部において示されるように、 銀含有合金は、熱的に活性化された後は、オゾン分解に関して触媒的に活性にな ることを確認した。図３に示される試験結果が２.３６ｐｐｍｖのオゾン濃度及 び１,０００,０００ＧＨＳＨＶ（ＳＴＰ）の流速に相当することが注目される。 図３に示されるように、銀含有合金を熱的に活性化した後は、その合金はオゾン 分解に関して極めて活性であり、２１２°Ｆ（１００℃）程度の低い温度におい て、物質移動制限性能を与える。したがって、低温用途、即ちオゾン含有空気１ ６が約３００°Ｆ（１４９℃）未満である温度での用途のためには、銀含有合金 は、約３００°Ｆ（１４９℃）〜約４２０°Ｆ（２１６℃）の範囲の温度に約３ ０分〜約６０分の範囲の時間空気中でか焼又は加熱することによって活性化され なければならない。より高い温度、即ち、オゾン含有空気１６が少なくとも３０ ０°Ｆ（１４９℃）である温度での用途のためには、熱活性化工程を省略するこ とができる。 この現象をよりよく理解するために、温度の関数としての、板状フィン要素１ ２の表面組成の詳細な熱力学分析を行った。やはり、銀含有合金の組成は、３０ ：３６：４.５：１のの原子比に相当していた。図４にグラフとして示される熱 力学分析の結果から（空気に曝露された）銀含有合金の表面組成が温度と共に変 化することが分かる。周囲温度においては、平衡表面組成は、ＣｕＯ、Ａｇ₂Ｏ 、ＺｎＯ及びＮｉＯの混合物である。図４に示されるように、この組成は、温度 と共に変化する。温度が上昇するにつれて、Ａｇ₂Ｏが分解して、Ａｇ⁰及びＯ₂ が形成される。高いオゾン分解活性を得るのに必要な活性化温度と、平衡表面組 成における予期される変化との間には、強い相関関係がある。図４に示される結 果によって、Ａｇ⁰金属はオゾン分解のための触媒的に活性な種であることが確 認される。これらの結果は、下記に示される実施例、及び受け入れたときの銀含 有合金表面及び活性化された銀含有合金表面を、種々の温度においてオゾン空気 給気中で３００時間以上運転した関連試験において更に確認された。 以下の実施例は、本発明の教示に従うことによって達成することのできる利点 の幾つかを示すために与えられる。 実施例１ 実験室スケール反応器を、各々の列が８フィンを含む２列のフィンを有する板 状フィン要素の切片を包含するように組み立てた（図１及び図２を参照のこと） 。測定したフィンの直径は、およそ次のようであった：フィンの高さ（図２にお けるＨ）は０.１８１インチ（４.６０ｍｍ）であり；フィンの厚さは０.００３ ６インチ（０.９１ｍｍ）であり；そしてフィンの軸方向の奥行きは０.１７７イ ンチ（４.５０ｍｍ）であった。各々の列の横方向のフィン密度は１６フィン／ インチであった。この板状フィン切片を、約５５％Ａｇ、約３９％ＣＵ、約５％ Ｚｎ及び約１％Ｎｉを含む組成を有する銀含有合金から構築した。この板状フィ ン要素の切片を、実験室スケール反応器内に搭載して、２.３容量ｐｐｍオゾン を含有する空気を、この銀含有合金の複数の表面に接触するように、この板状フ ィン要素に１×１０⁶ＧＨＳＶ＠ＳＴＰで次の５種の温度で流した：１２２°Ｆ 、２１２°Ｆ、３０２°Ｆ、３９２°Ｆ及び４８２°Ｆ（５０℃、１００℃、１ ５０℃、２００℃及び２５０℃）。６０時間の運転の後、ＰＣＩオゾンモニター （モデルＬＣ）を使用して、実験室反応器の前と後でオゾンの転化率を測定した 。結果を表１に示す。更に、銀含有合金の“受け入れたとき”のサンプルの表面 上で、並びに時間経過サンプルの表面上でＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行った。“受け 入れたとき”及び時間経過若しくは活性化された銀含有フィン表面の低倍率（５ ００×）ＳＥＭ画像をそれぞれ図５及び６に示す。表 １ オゾン分解性能 １,０００,０００ＧＨＳＶ（ＳＴＶ）；２.３ｐｐｍｖオゾン ^*物質移動制限計算値は、この範囲で±３％転化率程度の大きな誤差を有し 得る。 表１に示した“予測物質移動制限転化率”と表題を付した欄は、実験的に測定 した実際の転化率と比較するための参照値を提供するものである。この計算値は 、触媒はそれと反応するあらゆるオゾンを転化することができる、即ち、化学反 応が制限されないと推定したものである。次いで、この計算値は、触媒への及び 触媒からの反応体及び生成物の物質移動が制限されると観察される筈である反応 速度に基づいている（L．Hegedus．American Chemical Society，Chicago Meeti ng，August，1973，pp．487-502）。この方法は、直線チャンネルモノリス用の ものであるので、ずれたフィンのデザインに合うように本発明者らにより変更を 加えられたものである。測定された現実の転化率が物質移動制限計算値が予測す るものと同じであるなら、物質移動は実際に制限されており、触媒活性は制限さ れていないということになる。逆に、転化率が物質移動制限転化率よりも低いな ら、触媒活性は制限されている。物質移動は、１２２°Ｆ（５０℃）の温度を除 いては制限されていることが表１に示した結果から分かる。 銀含有合金の“受け入れたとき”の表面は、“白い銅”の光沢を有した。図５ に示すように、“受け入れたとき”の合金表面は、サブミクロンサイズの表面線 条を有したが（おそらく合金の製造中の平削りのためであろう）外観は比較的滑 らかであった。対照的に、活性化された銀含有合金表面は鈍い灰色の外観を有し 、これは熱活性化の直後に観察された。図６に示すように、活性化された銀含有 合金の表面は、直径が約１〜１０ミクロンの粒子で粗くなっている。“受け入れ たとき”及び活性化されたフィンの両方のサンプルのＥＤＸを使用する更なる分 析で、活性化された銀含有合金の表面上に観察された“粒子”が高濃度の銀を含 有することが確認された。対照的に、銅及び酸素は、極端に低い濃度で見出され ただけであった。この結果は、金属銀がオゾン分解の活性部位であることを証明 している図４との関係で先に議論した熱力学的分析を支持するものである。 実施例２ 実験室スケール反応器を、実施例１に記載したのと同じ数の列とフィンを有し かつ同じ合金から作られた板状フィン要素の試験切片に組み立てた。ＳＯ₂での 一時的毒作用から回復する銀含有合金の能力を確認するために、次のような耐久 性試験を行った。最初に、２.３容量ｐｐｍのオゾンを含有する“清浄な”供給 空気をこの板状フィン要素に１×１０⁶ＧＨＳＶ＠ＳＴＰで次の５種の温度で流 した：２１２°Ｆ、３０２°Ｆ、３９２°Ｆ、４８２°Ｆ（１００℃、１５０℃ 、２００℃及び２５０℃）。“清浄な”供給空気での２０時間の試験の後、１容 量ｐｐｍのＳＯ₂をこのオゾン含有空気に５時間加え、その後、前述の“清浄な ”給気を更に７５時間各々の温度で使用した。オゾン転化率を１時間、５時間、 ２０時間、及び６０時間のオゾン含有空気への暴露の後に測定した。この試験の 結果を表２及び図７に示す。比較のために被毒合金のＳＥＭ−ＥＤＸ分析を行っ た。本発明者らの顕微鏡分析は、触媒的に活性な部位は銀で被毒されるという仮 説と一致した。被毒触媒のＳＥＭ−ＥＤＸは、硫黄が銀の多い領域に結合するの とは対照的に、銅が多い領域は比較的硫黄がないことを示した。表 ２ オゾン分解性能 １,０００,０００ＧＨＳＶ（ＳＴＶ）；２.３ｐｐｍｖオゾン 硫黄が、部位を“マスキング”するか又は活性物質を不活性化合物に転化する ことにより性能を希釈化する触媒毒として作用し得ることがよく示されている。 本銀含有合金を用いると、ＳＯ₂をＡｇ粒子の表面上に吸着するか（部位のマス キング）又はＡｇとＳＯ₂がこの酸化性環境で反応して触媒的に不活性なＡｇ₂Ｓ Ｏ₄を形成することができる。このＡｇ₂ＳＯ₄は極端に安定である。表２及び図 ７（３９２°Ｆ試験に対応する）で説明したように、性能の劇的な希釈化がＳＯ₂ を導入してまもなく観察された。しかしながら、表２及び図７の両方に示され るように、物質移動制限性能への急速な回復が観察された。この挙動は、それぞ れの温度範囲について観察された。ＳＯ₂の表面吸着による触媒毒作用は、触媒 吸着結合の強さに依存して可逆的であり得る。表２及び図７に示したＳＯ₂除去 後の触媒性能の急速な回復は、この毒作用が試験した温度範囲にわたって可逆的 であることを証明している。従って、観察された一時的な性能希釈化は、ＳＯ₂ による触媒部位の“マスキング”のためであった。これら結果は、オゾン含有空 気給気中の硫黄汚染物により非可逆的に被毒されないことを示している。 本発明の触媒反応器中での銀含有合金の使用は、コスト効率がよく、かつ比較 的メンテナンスが不要な、空気中のオゾンの分解のための触媒反応器を提供する 。本発明の反応器は、金属支持体に薄め塗膜を塗布することも、薄膜で保護する ことも要しないので、先行技術の反応器に比べてコストが削減されている。更に 、合金そのものが活性触媒を含むので、日常のメンテナンスクリーニングの間に 触媒が脱落することがない。板状フィン要素を組み入れた好ましい態様に関連す る本発明の銀含有合金の使用は、オゾンとその銀触媒の間に比較的高い物質移動 を提供するので、コンパクトで軽量な反応器の使用を可能にする。 上記の説明では、本発明の好ましい態様を特に詳細に記載してきたが、請求の 範囲により規定された本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、多数の 修飾、置換及び変更を行い得ることが理解されなければらない。例えば、本発明 の触媒反応器を、好ましい態様において、少なくとも１の板状フィン要素を含め るように説明したが、本発明の銀含有合金から作られることを前提として、他の 乱流生成構造体も用いることができる。更には、乱流生成構造体の使用が好まし いが、本発明の銀含有合金を、層流状態が形成される構造体内でのオゾン分解用 に利用することも有利である。従って、本発明は、上記の特定の好ましい態様に 限定されず、請求の範囲により規定した通りに限定されるに過ぎない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウエストレイケン，ウィリアム アメリカ合衆国カリフォルニア州90266, マンハッタン・ビーチ，マシューズ・アベ ニユー 1514 (72)発明者 ホマイヤー，スティーブン・ティー アメリカ合衆国イリノイ州60005，アーリ ントン・ハイツ，ノース・カスパー 15 (72)発明者 ミコライチク，サラー・ジェイ アメリカ合衆国イリノイ州60187，ホイー トン，ストーンブリッジ・ドライブ 1422

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．触媒的に活性な合金から構築されたコア構造体を含む、空気中のオゾンを 分解するための触媒反応器であって：前記コア構造体が、オゾン含有空気の流れ を受け入れるのに有効な入口端部とそこから該オゾン含有空気を排出するのに有 効な出口端部とを有し；前記触媒的に活性な合金が、前記コア構造体の前記入口 端部と前記出口端部との間を流れる該オゾン含有空気中に存在するオゾンの少な くとも一部を分解するのに有効である触媒反応器。 ２．前記触媒的に活性な合金が銀含有合金を含む、請求項１記載の触媒反応器 。 ３．前記触媒的に活性な合金が銀と銅を含む組成を有する、請求項１記載の触 媒反応器。 ４．前記触媒的に活性な合金が、重量基準で、約５５％の銀、約３９％の銅、 約５％の亜鉛、及び約１％のニッケルを含む組成を有する、請求項１記載の触媒 反応器。 ５．前記触媒的に活性な合金が、前記合金を約３００°Ｆから約４２０°Ｆの 範囲の温度に約３０分から約６０分の範囲の時間加熱することにより、熱的に活 性化される、請求項１記載の触媒反応器。 ６．前記コア構造体が、前記コア構造体の前記入口端部と前記出口端部との間 のオゾン含有空気の流れのための複数の曲がりくねった流路を画定するように構 成され、これにより、該オゾン含有空気の流れが前記コア構造体の前記入口端部 と前記出口端部との間で実質的に乱流となる、請求項１記載の触媒反応器。 ７．前記コア構造体が、少なくとも１の板状フィン要素を含み、前記板状フィ ン要素の各々が、前記コア構造体の前記入口端部と前記出口端部との間で前記フ ィンの列が軸方向に連続するように配置されている複数のフィンを有しており； 前記フィンの前記列の各々が複数の流れチャンネルを画定し； 前記列の各々の前記フィンが軸方向に隣接する前記列の前記フィンに対して横 方向にずれているおり、これにより、前記コア構造体の前記入口端部と前記出口 端部との間のオゾン含有空気の流れのための前記複数の曲がりくねった流路を画 定している、請求項６記載の触媒反応器。 ８．前記フィンの各々が概して長方形の断面を有する、請求項７記載の触媒反 応器。