JP2002513132A - 触媒用の支持構造体 - Google Patents

触媒用の支持構造体

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カタリティカ コンバスチョン システムズ， インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 反応チャンバおよびその反応チャンバ内に配置されたモノリシック触媒構造体を有する、高温反応用の改良された触媒反応器が開示され、ここで触媒構造体は、高温反応で発生した熱に曝されると膨張する薄い金属基板壁によって形成された、長手軸方向に配置された多数のチャネルを有し、そして反応器はまた、高温耐性金属またはセラミック材料のストリップにより形成された多数の長手軸方向に配置された通路を有する反応チャンバ内に配置されたオープンセル支持構造体を備え、支持構造体は、その外周上で反応チャンバの壁に固定され長手軸に沿った動きを制限され、触媒構造体の出口端部に設置され、そこに当接する。この改良された構造において、触媒構造体の外周と反応チャンバ壁との間に環状空間が形成され、この空間は、反応チャンバ壁を押すことによって触媒構造体が変形することなく、高温反応の間に起こる触媒構造体の熱膨張に適応するような寸法にされる。改良された反応器はさらに、複数の可撓性フランジを備え、これは触媒構造体の外周面から反応チャンバ壁の内表面へと伸長し、この環状空間を通る反応気体混合物の流れを実質的に妨げる。これらのフランジは、触媒構造体が熱膨張を受けた場合の曲げを可能にし、フランジが接触する触媒構造体の局所的な変形を防止するのに十分な可撓性である。改良された反応器に関して半径方向センタリングアセンブリが開示され、これはチャンバ壁および支持構造体上に設置された連動支柱およびスプラインを備え、支持構造体の熱膨張を可能にする。気体の流れによる応力の位置を、触媒構造体の入口側に配置された第２支持構造体に伝達するための、任意のセンタリング支持構造体がまた開示される。さらに支持構造体のための外部金属バンドが開示され、これはその中に形成されたスロットを有し、熱膨張のためのさらなる支持を提供しながら、支持構造体の熱膨張に十分な可撓性を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願） 本出願は、１９９８年４月３０日に出願された米国出願番号０９／０７０，５
５４号に対する優先権を主張する（代理人整理番号Ｐ−１０８１）。
【０００２】 （発明の分野） 本発明は、反応チャンバまたは反応器内での触媒燃焼のような高温の反応で使
用される、モノリシック触媒構造体を固定し、そして半径方向にセンタリングす
るための改良された触媒構造体および支持構造体に関する。さらに、本発明は、
ガスタービン発電装置のための触媒燃焼のような高温触媒燃焼プロセスにおける
改良型触媒および支持構造体を使用する方法に関する。
【０００３】 （発明の背景） 所望の反応（例えば、炭化水素の部分的酸化、排出制御のための炭化水素の完
全な酸化、自動排出制御における触媒消音器、およびガスタービン、炉などでさ
らに使用するための燃料の触媒燃焼）を促進させるためのモノリシック触媒構造
を使用する種々の高温プロセスが公知である。このような触媒システムの代表は
、低排出および高燃焼効率を提供するためのガスタービン用の熱的燃焼ユニット
で使用される触媒である。高いタービン効率を達成するために、典型的に、高い
ガス温度が必要とされる。もちろんのことながら、このことによって、高い熱応
力が、使用される触媒モノリスにかかる。モノリシック触媒構造体の例は、燃焼
ガス混合物の通過のために長手軸方向に配置された多数のチャネルで構成される
、単一式または連結式金属性またはセラミック性構造体である。これらのチャネ
ルの少なくとも一部は、その内部表面上を燃焼触媒でコートされる。
【０００４】 高い熱応力に加えて、ガスタービン中の燃焼ユニットの高いガス流速特性は、
触媒構造体の長手軸方向に配置されたチャネル中でガス流に対する抵抗（すなわ
ち、摩擦）に起因してガス流の方向に触媒構造体を押しつける顕著な軸方向荷重
または力をかける。例えば、Ｄａｌｌａ Ｂｅｔｔａらの米国特許第５，１８３
，４０１号に記載されるような、多段モノリシック触媒構造体が、４ｐｓｉの触
媒の圧力減少での空気／燃料混合物の流速が約５０ ｌｂｓ／秒である、触媒燃
焼反応器中で２０インチの直径の触媒として使用される場合、この触媒上の全軸
方向荷重は約１，２６０ ｌｂｓである。
【０００５】 高温（例えば、１，０００℃付近および１，０００℃をさらに超える高温、こ
の温度で、金属性モノリシスが強度を失い始める）、ならびに上記の大きな軸方
向荷重（速いガス流速）の両方に曝す組み合わせは、触媒支持体のガス流の方向
への著しい動きまたは変形が引き起こされ得る。事実、波形金属箔触媒モノリス
が、波形箔が非入れ子様式で共に丸められ、この箔層が共に連結されていない円
筒状の螺旋構造体を形成することに使用される場合、組み合わせられた高温、お
よび高いガス流由来の大きな軸方向荷重は、特に、軸方向力が、損傷した構造体
における箔から箔の滑動抵抗を超える場合にガス流の方向へ、この構造体全体を
収縮させ（ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ）得る。それゆえ、触媒構造体を、ガス流の方向
でその軸に沿っての動きおよび／または変形から、支持構造体（これは高温で必
要な支持体を提供する（好ましくは、ガスタービンの機動力の供給源としての触
媒燃焼の効率および有効性に干渉することなく））により保護するため、触媒構
造体のための支持体を提供する必要がある。
【０００６】 モノリシック触媒構造体は、触媒構造体の出口端部に隣接して支柱またはバー
を配置することにより支持され得る。Ｄａｌｌａ Ｂｅｔｔａらの米国特許第５
，４６１，８６４号には、内部的に冷却される支持支柱またはバーの触媒構造体
の出口での使用が、触媒を支持するための手段として記載されている。しかしな
がら、このアプローチは、支持支柱が冷却空気供給源を必要とし、そしてこれに
よってより複雑な燃焼システムの設計を生じるか、またはガスタービン機では利
用可能であり得ない高圧縮空気の使用を必要とするという欠点を有する。また、
空気冷却された支柱は触媒の表面にわたってかなり広く間隔を開けられているの
で、高い局所的な接点力または応力が生じ得る。触媒設計の特定の部分で、これ
らの接点力は、比較的薄い箔の触媒構造体の降伏強さを超え得、このことによっ
てこの箔の変形を生じる。これは、明らかに望ましい結果ではなく、そして高い
軸方向の荷重適用の際の空気冷却された支持支柱の使用を減少させる。
【０００７】 この内部的に冷却された支持支柱またはバーの欠点を克服するために、モノリ
シックハニカムまたはモノリシックオープンセル状支持構造体が使用されてモノ
リシック触媒構造体を支持し得る。Ｄａｌｌａ Ｂｅｔｔａらの同時係属中の米
国特許出願第０８／４６２，６３９号（１９９５年６月５日出願）（代理人整理
番号Ｐ−１０７４）は、このようなモノリシックオープン支持構造体を記載する
。この支持構造体は、ハニカム構造に類似する、互いに隣接して配置される多数
の長手軸方向に整列された平行チャネルを備える。この支持構造体は、高温耐性
金属またはセラミック性材料の比較的薄いストリップまたはリブにより形成され
、これらは共に連結されて一体構造を形成する。この支持構造体は触媒構造体の
出口面全体に隣接し、かつ広がる。チャネルは、流れるガス混合物が支持構造体
を通過する通路を提供する。支持構造体の周辺端を反応チャンバ壁に固定し、こ
れによって、例えば、反応チャンバ壁上に形成された半径方向に内向きに伸長す
るリッジにより、支持構造体に作用する軸方向荷重を反応チャンバ壁に伝える。
【０００８】 ガスタービン反応器の作動中に、その中で生じた高温は、比較的に薄い壁をう
けたモノリシックオープンセル状支持構造体および触媒構造体に、比較的厚い壁
に囲まれた反応器チャンバ壁よりも有意により高い程度で熱膨張が引き起こされ
ることが発見されている。この問題を克服し、そして触媒および支持構造体の破
壊または変形を避けるために、この支持構造体および触媒構造体は、その外径が
反応チャンバ壁の内径よりも小さくなるように寸法決めされて、このような高温
作動の間の支持構造体の熱膨張が可能になるべきである。支持構造体の外径が大
きすぎると、この支持構造体は触媒構造体に対して外側に変形するかまたは突き
出て、この触媒構造体の箔に顕著な損傷を起こし得る。
【０００９】 反応器の作動の間、ガス混合物、触媒構造体、支持構造体および反応チャンバ
壁の温度は変化し得、これによって触媒構造体、支持構造体および反応チャンバ
壁の異なる熱膨張が生じる。例えば、この反応器は触媒の上流に配置されたプレ
バーナーを有し得る。このプレバーナーはこの反応器をスタートさせ、そして必
要とされる触媒入口温度を提供するために使用される。最初に、燃料をプレバー
ナーに添加して、触媒中を通ってタービンへと流入してエンジンを始動する高温
のガスを得る。このプレタービンは比較的迅速に応答するので、プレタービンを
出て、そして触媒構造体へと流入するガスの温度は比較的迅速に上昇する。触媒
基質は比較的低い熱容量を有し、そしてまた、迅速に温度が上昇する。同様に、
この支持構造体は、相対的に薄い金属モノリシック構造体に起因して、比較的迅
速に温度が上昇する。この触媒構造体および支持構造体の迅速な温度上昇は、そ
れらの迅速な熱膨張を引き起こす。しかしながら、反応チャンバ壁の薄さ、およ
びその外側がより冷たい空気に曝されていることに起因して、この反応チャンバ
壁は、触媒構造体および支持構造体よりも遅い速度で加熱され、そしてこれらよ
りも遅い速度で熱膨張する。
【００１０】 触媒構造体および支持構造体の変形および破壊を避けるために、触媒および支
持構造体および触媒構造体の外径の寸法、ならびに反応チャンバ壁の内径が寸法
決めされ得、その結果として反応器の初期加熱の間にそれらの間に実質的に隙間
がなくなる。しかし、一旦、この反応器がアイドル状態になり、そして反応チャ
ンバ壁が温度上昇すると、反応チャンバ壁と触媒および支持構造体との間に隙間
が存在する。アイドル状態の後、プレバーナーを弱め、そして触媒構造体および
支持体構造体を冷却し、そして反応チャンバ壁から離して熱的に収縮させ、それ
によってそれらの間の間隔を増加させる。
【００１１】 触媒ならびに支持構造体および触媒構造体の外径は熱膨張を補うために減少さ
れ得るが、このことによって、ガスタービンの種々のサイクルの間に、反応チャ
ンバ壁の内径と触媒および支持構造体の外径との間に比較的大きな環状の隙間ま
たは間隔が生じる。比較的大型の環状の間隔に起因して、顕著な量のガス混合物
が触媒構造体を迂回し得、これによって、触媒構造体の出口で不均一な温度およ
びガス組成物が生じる。次いで、このことによって、顕著に高い望ましくない排
出物（例えば、一酸化炭素（ＣＯ）および不完全燃焼炭化水素（ＵＨＣ））が生
じ得、そして／または触媒の下流の均一な燃焼域下流ではより高い燃焼温度を生
じ、それゆえより高い窒素酸化物（ＮＯX）排出物を生じ得る。支持構造体を反
応チャンバ上に形成された半径方向に内向きに伸びるリッジに対して配置するこ
とによって、その間に適切なシールを提供し得、そして受容不可能な量のガスが
環状間隔を流れることを可能にし得ることが発見された。
【００１２】 触媒構造体および支持構造体が側面方向に不均一な様式で熱的に膨張し得るこ
と（特に、支持構造体が触媒構造体とは異なる熱膨張係数を有する場合）もまた
見出されている。この側面への動きは、触媒構造体の出口面が支持構造体の入口
面をこすり得、このことは触媒箔の損傷を生じることを引き起こす。
【００１３】 （発明の簡単な要旨） 本発明は、一般に、ガスタービン触媒燃焼器に関し、そして特に、燃焼の反応
チャンバ内に配置された触媒構造体の支持のための改良型触媒構造体および支持
構造体に関する。
【００１４】 本発明の触媒反応器は長手軸を定義する管状壁によって規定された反応チャン
バを有する。この反応器は、さらに、反応チャンバ内に配置されたモノリシック
触媒構造体を備える。この触媒構造体は、外周表面および複数の長手軸方向に配
置されたチャネルを有する。これらのチャネルは薄い金属基壁により形成され、
これは反応器内で生じる高温反応において生成された熱に曝されると膨張する。
これらのチャネルは流入する反応ガス混合物の通過のための入口および出口端部
を有する。この反応器はまた、外周および複数の長手軸方向に配置された通路を
有する反応チャンバ内に配置されたモノリシックオープンセル状支持構造体を備
え、ここでこの通路は高温耐性金属またはセラミック性材料のストリップにより
形成される。このセルは、触媒構造体のチャネルの出口端部と流体連絡している
開口部を有する。この支持構造体は、反応チャンバの壁に対して外周上に取り付
けられて長手軸方向に沿った動きを制限し、そして触媒構造体の少なくとも出口
端部に配置され、かつその端部に当接している。例えば、この支持構造体は、チ
ャンバ壁の内表面から延びるシェルフによって固定されている。本発明の触媒構
造体は、その長手軸方向とは垂直に切り取ると、反応チャンバの断面積がより小
さくなるように寸法決めされて、触媒構造の外周と反応チャンバの壁との間に所
定の環状空間が形成されるようにする。この環状空間は、触媒構造体が反応チャ
ンバ壁に押し付けられることにより圧縮および変形が生じることなく、高温燃焼
反応の間に生じる触媒構造体の熱膨張を可能にするように寸法決めされている。
【００１５】 この反応器は、本発明に従う複数の可撓性フランジをさらに備え、これらのフ
ランジは触媒構造体の外周表面から反応チャンバ環状壁の内表面へと延びる。こ
れらのフランジは、環状空間を通る反応ガス混合物の流入を実質的に遮断するか
、そうでなければ逃す。これらのフランジは、触媒構造体が熱膨張を受ける場合
に曲がることが可能であるように、そしてこれらのフランジが触媒構造体と接触
する所の触媒構造体の局所的な変形が防がれるように、十分に可撓性である。
【００１６】 本発明に従う支持構造体の別の実施態様において、複数の協働する支柱および
スプラインにより支持構造体をチャンバ壁に保持する、半径方向のセンタリング
アセンブリが開示される。複数の支柱またはスプラインの一方はチャンバ壁の内
表面上に設けられ、そして他方またはその嵌合部材は支持構造体の外周上に取り
付けられる。対応する支柱と嵌合するスプライン中の溝の深さは、支持構造体の
熱膨張が可能であるために十分なものであると同時に、支持構造体を反応チャン
バの長手軸に関して半径方向にセンタリングする。それゆえ、この支持構造体は
半径方向に外向きに自由に熱膨張すると同時に、円周方向への回転を防止される
。
【００１７】 本発明に従う支持構造体の別の実施態様において、中心支持部材は、触媒構造
体のいずれかの側に配置された入口および出口支持構造体と協働して使用される
。この中心支持部材は、出口支持構造体の中央から触媒構造体の中心を長手軸方
向に通って入口支持構造体の中央まで伸び、ここで、この中心支持部材もまた固
定されている。それにより、流れる反応ガス混合物によってこの支持構造体の出
口端部上に及ばされる力の一部は、中心支持部材を介して入口支持構造体へと移
される。
【００１８】 本発明に従う支持構造体のなお別の実施態様において、この支持構造体は支持
構造体の周囲に連結された外部バンドを備える。この外部バンドは、セルの壁の
厚さよりも大きい厚さを有する。この外部バンドは、その中に形成されたスロッ
トを有し、その外部バンドに、反応器内の高温反応の間に生じる支持構造体セル
の壁の熱膨張を吸収するための十分な可撓性を提供する。この外部バンドは、オ
ープンセル状構造体とそれに連結されたバンドとの間の熱膨張の差異に起因する
オープンセル状支持構造体の変形を引き起こすことなく膨張する。
【００１９】 本発明の他の局面としては、モノリシックオープンセル状支持構造体を使用し
て反応器の反応チャンバ中にモノリシック触媒構造体を保持し、そして本発明の
構造体を支持する方法が挙げられる。
【００２０】 本発明の種々の目的および利点は、添付の図面を参照して読めば、以下の好ま
しい実施態様の詳細な説明から当業者に明らかとなる。
【００２１】 （発明の詳細な説明） ここで図面を参照すると、図１に模式的に例示されるのは典型的な触媒燃焼反
応器であり、これは一般的に（１０）で示される。この反応器は、プレバーナー
（１４）の下流にある反応チャンバ（１２）を備える。この反応器は、さらに、
空気を吸引し、空気を加圧し、次いで加圧された空気を反応チャンバ内に送達す
るコンプレッサー（１６）を備える。燃料インジェクター（１８）を介してこの
反応チャンバ（１２）内に導入される燃料および空気は混合され、そして着火さ
れてその膨張を引き起こされ、その結果として熱ガスが反応チャンバ（１２）を
出てそして駆動タービン（２０）に入る。
【００２２】 触媒構造体（２２）は、反応チャンバ（１２）内に配置される。この触媒構造
体（２２）は酸素含有ガス（例えば、空気）および燃料混合物の流れと平行な長
手軸方向の通路内に配置される。この触媒構造体は、触媒構造体を通して均一な
空気／燃料混合物を得る様式で配置される。この混合物は、触媒構造体中に形成
される長手軸方向通路またはチャネルを通過する。所望される場合、複数の触媒
混合物が連続して反応チャンバ内に配置され得る。触媒混合物を反応器中の安定
な位置に維持するために、触媒構造体を反応器に保持するためにある型の支持手
段または構造体を使用することが必要であり、これには１つの可能性として、触
媒構造体（２２）の出口端部（２４）に当接する支持構造体が挙げられる。
【００２３】 本明細書中で使用される用語「出口端部」とは、部分的にか、または完全に燃
焼される空気／燃料混合物が構成要素を出る場合に記載される構成要素の下流端
部をいう。用語「入口端部」とは、燃焼していない気体／燃料混合物が最初に構
成性要素に導入される場所に記載される構成要素の上流端部をいう。
【００２４】 触媒構造体は、周知の設計（例えば、少なくとも部分的に触媒でコーティング
された複数の平行な長手軸方向チャネルまたは通路を備えるモノリシック触媒構
造体）のいずれかに従って作製され得る。典型的な触媒構造体は、種々の刊行さ
れた参考文献に開示され、これには以下が挙げられる：Ｄａｌｌａ Ｂｅｔｔａ
らの米国特許第５，１８３，４０１号；同第５，２３２，３５１号；同第５，２
４８，２５１号；同第５，２５０，４８９号および同第５，２５９，７５４号、
ならびにＹｏｕｎｇらの米国特許第４，８７０，８２４号。この触媒構造体は、
金属性またはセラミック性基材から、ハニカム、波形シートの螺旋ロール状、円
柱状（または「１束のわら（ｈａｎｄｆｕｌ ｏｆ ｓｔｒａｗ）」）または触
媒構造体を通過する圧力の最小の降下を伴って、高いガス空間速度を可能にする
長手軸方向チャネルまたは通路を有する他の形状で製造され得る。例えば、図２
Ａおよび２Ｂに図示されるようならせん状触媒構造体（２６）が、適切に使用さ
れ得る。触媒構造体（２６）は、金属箔（２８）のシートを谷（３０）および山
（３２）で波形またはウェーブ状パターンにひだをつけることによって製造され
得る。次いで、金属箔の波形シートは平坦金属シート（３４）と共に丸められて
、ほぼ円筒状のユニットとして、波形の箔（２８）および平坦シート（３４）の
交互の層の大型螺旋（３６）を形成する。この箔の谷および山はシートと協働し
て複数の長手軸方向通路またはチャネル（３７）を形成する。触媒構造体を調製
するため、波形および／または平坦シートは、典型的には、共に丸められて螺旋
状触媒構造体（２６）を形成する前に、白金族金属、好ましくは、パラジウムお
よび／または白金で片側または両側をコーティングされる。
【００２５】 例示された触媒構造体（２６）は、平坦状の箔と合わせられて直線状チャネル
構造体に波形状にされた金属箔を備えるが、他の適切な螺旋状触媒構造体は、直
線状またはヘリングボーン波形パターンを有する２つ以上の波形にされた箔が入
れ子状ではない様式でともに丸められる場合に得られるものを包含する。本発明
の触媒支持構造体は、以下に詳細に記載されるように、これらは、金属構造体を
軟化するか、そうでなければ弱めるために十分に高い（例えば、１，０００℃以
上）温度での高いガス流速度に曝された場合にガス流の方向に収縮するかまたは
変形する傾向があるので、金属螺旋状触媒構造体である場合に、特に有用である
。
【００２６】 ここで、図３を参照すると、触媒性反応器の一部が示され、これは一般的に（
４０）で示される。この反応器は、長手軸Ｘを規定するほぼ円柱状または管状の
反応チャンバ壁（４４）により規定される反応チャンバ（４２）を備える。矢印
（４６）で示されるガス状反応混合物またはガス流は、反応チャンバを通って流
れる。ほぼ円筒状のモノリシックオープンセル状またはハニカム様支持構造体（
４８）は、例えば、図２Ａに図示される触媒構造体（２６）のように触媒構造体
を支持するために反応チャンバ内に配置される。触媒構造体（２６）は、入口端
部（５０）および出口端部（５２）を備える。支持構造体（４８）は、入口端部
（５４）および出口端部（５６）を備える。触媒構造体および支持構造体は、反
応チャンバ内に配置され、その結果として触媒構造体の出口端部（５２）は支持
構造体の入口端部（５４）に当接する。支持構造体は、反応チャンバの壁（４４
）から半径方向に内向きに延びる環状リップまたはリッジ（５８）によって、反
応チャンバ内に保持または固定される。この環状リッジ（５８）は、レッジを形
成し、その上に支持構造体の外側または周囲のエッジが座るか、または置かれる
。これによって支持構造体の長手軸方向への動きが制限される。この様式におい
て、触媒構造体を介してガス流（４６）により支持構造体状にかかる軸方向荷重
は、支持構造体から壁（４４）へと移される。以下に詳細に記載されるように、
支持構造体は複数の協働する支柱（６０）およびスプライン（６２）により反応
チャンバ内にセンタリングされる。
【００２７】 支持構造体（４８）は、任意の適切なモノリシックなオープンセル状構造体（
ｏｐｅｎ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であり得、同時係属中の米
国特許出願第０８／４６２，６３９号、表題「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｓｕｐｐｏｒ
ｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｆｏｒ Ａ Ｃａｔａｌｙｓｔ」（これは、本明細書
中、参考として援用される）に記載されるようなものである。この支持構造体は
、モノリシックなハニカム様構造体またはセル状を形成するための任意の従来技
術によって、構築されるか、または作製され得、そして単位構造体を形成するた
めに一緒に結合されるセラミックまたは金属の材料のストリップまたはリブから
作られる。例えば、支持構造体は、適切な型に単一ユニットとして鋳造され得、
または、この構造体は、一連のストリップまたはリブ（これらは、一緒に結合さ
れる場合、所望のセル状開口部構成を生じるように、既に形作られるかまたは曲
げられている）を一緒に結合することによって形成され得る。図４に示すように
、支持構造体（４８）は、気体流（４６）と平行な軸方向に延びる多数のセル状
開口部または通路（６４）を有する。セル状開口部は、六角形形状であるように
示されているが、これらの開口部は、任意の適切な形状（円形、三角形、または
台形）を有し得る。支持構造体は、支持構造体の周辺表面の骨組みを作る円形外
部バンド（６６）を備える。
【００２８】 触媒構造体（２６）の断面積（反応器の長手軸に垂直の方向で切り取られる）
は、反応チャンバ壁（４４）の断面積よりも小さい大きさにされ、その結果、ギ
ャップまたは環状スペース（６８）が、その間に存在する。この環状スペースは
、触媒構造体（２６）および支持構造体（４８）の熱膨張（これは、高温の気体
流との接触で起こる）を収容するような大きさにされる。触媒構造は、複数の可
撓性フランジ（７０）によって、反応チャンバ内に同軸上に配置される。これら
のフランジは、環状溝（７２）から触媒構造体の外部周辺表面へ延びており、環
状溝（７２）は、反応チャンバ壁（４４）の内部表面に形成されている。好まし
くは、複数のフランジが互いに重なりそして触媒構造体の全周径周りに延び、そ
の結果、気体流を実質的に遮断し、そうでなければ気体流が環状スペースを通っ
て触媒構造体を迂回する。
【００２９】 フランジ（７０）は、十分に可撓性であり、従って、これらのフランジは、図
５に示すように、これらのフランジが触媒構造体の外部壁に接触する点で、触媒
構造体の局所変形を引き起こすに十分な圧力をこの触媒構造体に印加することな
しに、触媒構造体が熱膨張する際に屈曲する。フランジは、比較的高い弾性を有
する任意の適切な可撓性材料（例えば、ばね合金鋼、鉄ベース合金、ステンレス
鋼、コバルト−ニッケルベース合金、ならびにアルミニウムまたはニッケルのよ
うな純金属）から作製され得る。高温適用のために、耐酸化合金（例えば、Ｆｅ
ＣｒＡｌ合金）が望ましくあり得る。所望ならば、フランジは、耐高温酸化を提
供するために、アルミニウムでコーティングされ得る。
【００３０】 環状スペースをシールすることに加えて、複数のフランジ（７０）は、ほぼ円
筒形の触媒構造体を円筒形反応チャンバ壁に対して半径方向にセンタリングされ
、その結果、これらのフランジは、通常、共通の軸を共有する。支持構造体がま
た、半径方向にセンタリングされる場合、触媒構造体および支持構造体の両方は
、それぞれの中心から、半径方向に外方向へ、熱膨張する。この同時の半径方向
熱膨張のため、触媒構造体（２６）の出口端部（５２）と支持構造体（４８）の
入口端部（５４）との間の側方移動量が減少し、そのため、その間の移動に関す
る削りまたは摩擦が減少する。このことは、触媒構造体の触媒箔への損傷を防止
するのに役立つ。
【００３１】 複数のフランジは、個々の構成要素であり得るか、または単一のストリップ（
７４）（図６に示す）から形成され得る。このストリップは、ストリップにより
形成される複数のスロット（７６）を有し、それによって、フランジ（７０）と
して機能する複数のタブ（７８）を形成する。好ましくは、スロットは、ストリ
ップの全幅より少しだけ短く延び、その結果、このストリップは、インタクト端
（８０）を有する。ストリップ（７４）は、燃焼チャンバ内に配置され、その結
果、インタクト端（８０）は、触媒構造体の外部周辺表面に付着される。一旦取
り付られると、ストリップは、円錐形状に形成され、その結果、インタクト端の
直径は、タブ端によって形成される直径よりも大きい。
【００３２】 図６に示すように、ストリップ（７４）は、幅Ｗを有し、この幅は、フランジ
（７０）の長さに対応する。ストリップ（７４）の幅Ｗは、反応チャンバの直径
に対して触媒構造体の直径を収容するような大きさにされる。環状スペースが比
較的大きい適用について、幅Ｗは、触媒構造体との接触を維持するために、タブ
（７８）の比較的大きな半径方向移動を提供するに十分な大きさにされるべきで
ある。触媒燃焼において典型的に使用される触媒構造体の場合、ストリップの幅
Ｗは、適切には、約１インチ〜約４インチの範囲内であり、そして好ましくは約
１．５インチ〜約４インチの範囲内である。
【００３３】 タブは幅Ｗtを有し、この幅Ｗtは、好ましくは、触媒構造体との良好なシール
接触を維持するような大きさにされる。例えば、比較的小さな直径の触媒構造体
については、タブの幅Ｗtは、好ましくは、比較的短く、その結果、触媒構造体
の外部直径の湾曲に接触するタブのフラット端は、ほぼ密接したシールを提供す
る。より大きな直径の触媒構造体について、タブの幅Ｗtは、触媒構造体の外部
直径がより小さな湾曲を有するために、より大きくあり得る。３〜５インチの外
部直径を有する触媒構造体については、タブの幅Ｗtは、好ましくは約０．１〜
約０．３インチの範囲内である。１０〜２０インチの外部直径を有する触媒構造
体については、タブの幅Ｗtは、好ましくは約０．２５〜約１．０インチの範囲
内である。
【００３４】 スロット（７６）は、幅Ｗsを有し、この幅Ｗsは、好ましくは、スロット間の
迂回する空気の漏れを最小化するに十分に狭い大きさにされる。スロットの幅Ｗ s の好ましい範囲は、約０．０００１インチ〜約０．０３０インチの範囲内であ
り、そしてより好ましくは約０．００１インチ〜約０．０２０インチの範囲内で
ある。
【００３５】 ストリップおよびタブの厚みは、触媒構造体の外部直径に対して適切なシール
力を提供するように、十分に厚いべきである。しかし、ストリップの厚みはまた
、フランジが触媒構造体の外部壁に接触する点で、この力が触媒構造体の局所変
形を引き起さないように、十分に薄いべきであり、なぜならば、特に、触媒構造
体は、高温で取り扱われ得、そして比較的高い引張り強度を有し得ないからであ
る。
【００３６】 図７Ａ〜７Ｄをここで参照すると、反応チャンバ壁（４４）に形成された環状
溝（７２）は、フランジの端を保持する任意の適切な断面形状を有し得る。例え
ば、図７Ａに示すように、溝（８２）は、フランジの面に接触する曲線形状の接
触プロフィールを有する壁に形成される。この曲線形状は、触媒構造体の熱膨張
の間の、変形されたフランジ上にかかる応力を最小化するに役立つ。図７Ｂに示
すように、より短い長さを有するフランジについて、溝（８４）の曲線形状のプ
ロフィールの弓状の長さは、より短くされ得る。しかし、環状溝の接触プロフィ
ールは、曲線である必要はなく、図７Ｃおよび７Ｄにそれぞれ示すような溝（８
６）および（８８）の接触プロフィールのような直線であっても良い。例えば、
溝（８６）は、触媒構造体の外部表面に関して溝（８８）よりも鋭い角で、フラ
ンジ（７０）を位置付け、その結果、環状スペースのより広い幅を収容すること
に注意する。
【００３７】 図８には、複数のフランジ（９０）を有する触媒構造体（２６）が例示されて
おり、複数のフランジ（９０）は、触媒構造体の外部表面周りに配置されている
。フランジ（９０）は、フランジ（７０）と同一の機能を提供する：例えば、触
媒構造体の熱膨張を収容する機能、反応チャンバ壁に関して触媒構造体を半径方
向にセンタリングする機能、および反応チャンバ壁（４４）の内部表面と触媒構
造体の外部周辺表面との間の環状スペースに対して十分なシールを提供する機能
。図９に示すように、フランジ（９０）は、図６のストリップ（７４）と類似の
ストリップ（９２）から形成され得る。ストリップは、ストリップにより形成さ
れる複数のスロット（９４）を有し、そのため、フランジ（９０）として機能す
る複数のタブ（９６）を形成する。スロットなし部分（９８）を、触媒構造体の
外周の周りで包み、このましくはそこへ固定する。ストリップは、任意の適切な
方法によって固定され得、例えば、スロットなし部分を触媒構造体の外部周辺へ
結合するまたはスポット溶接することによって固定される。しかし、ストリップ
（９２）は、触媒構造体へ必ずしも固定させる必要はない。例えば、スロットな
し部分端は、触媒構造体の外部端に隣接して配置され、その結果、支持構造体が
ストリップ（９２）を支持し得る。
【００３８】 タブ（９６）を、外向きに変形させ、反応チャンバの内部壁に係合させる。タ
ブを外向きに変形させるので、スロットは開き、スロット間にわずかなギャップ
が生じる。改良されたシールを提供するために、一対の重なりストリップ（９２
ａ）および（９２ｂ）（図１０に示す）が使用され得る。これらの重なりストリ
ップを、一方のストリップのタブが他方のストリップのスロット全体に重なるよ
うに、配置する。
【００３９】 タブ（９６）は、触媒構造体と支持構造体との間に良好なシールを提供する任
意の適切な形状へ屈曲され得る。これに関して、図１１Ａ〜１１Ｄは、タブ（９
６）の種々の適切な形状を例示する。図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれ、屈曲
部分（１００ａ）および（１０２ａ）ならびに直線部分（１００ｂ）および（１
０２ｂ）を有する、タブ（１００）および（１０２）を示す。直線部分（１００
ｂ）および（１０２ｂ）は、エッジ（１００ｃ）および（１０２ｃ）でそれぞれ
終端し、これらのエッジは、鋭いライン接触で反応チャンバの内部壁に接触する
。図１１Ｃに示すように、タブ（１０４）は、可能な改良シールのためにより広
い接触表面積を有する軸延長部分（１０４ａ）を備える。また、軸延長部分（１
０４ａ）は、触媒構造体が入口方向に熱膨張する場合、タブ（１００）および（
１０２）のシャープエッジ（１００ｃ）および（１０２ｃ）よりも反応チャンバ
壁において屈曲する傾向が少ない。図１１Ｄに示すように、タブ（１０６）は、
ほば丸い部分を有し、このほば丸い部分は、図１１Ｃのタブ（１０４）よりも広
い接触面積を提供しかつ結合の機会がさらにより少ない。
【００４０】 フランジ（７０）および（９０）は、触媒構造体と協同して使用されるように
説明したが、フランジはまた、支持構造体と協同して使用され得る。
【００４１】 ここで、図１２を参照すると、支持構造体（４８）が示されており、支持構造
体（４８）は、反応チャンバ壁（４４）内に配置されており、そして半径方向セ
ンタリングアセンブリを規定する複数の協同する支柱（６０）およびスプライン
（６２）により保持される。図１２に示す実施態様において、支柱（６０）は、
反応チャンバ壁の内部表面に固定されている。スプライン（６２）は、支持構造
体（４８）に固定され、そして好ましくは支持構造体の周辺表面を構成する円形
バンド（６６）へ接着される。各スプライン（６２）は、関連する支柱を受容す
るためにスプラインに形成される半径方向延長溝（１０８）を有する。これらの
溝および支柱の半径方向高さは、反応チャンバ壁の熱膨張に対して支持構造体の
熱膨張を可能とするような大きさにされる：従って、支持構造体および反応チャ
ンバ壁が高温に暴露されていない場合、図１２に示すように、溝の基部と支柱の
エッジとの間にギャップが存在する。スプラインおよび支柱は、協同して反応チ
ャンバ壁内の支持構造体を半径方向にセンタリングし、支持構造体の外部周辺と
反応チャンバ壁の内部表面との間に環状スペース（１１０）を規定する。従って
、環状スペース（１１０）の幅は、実質的に、支持構造体の全外周の周りと同じ
である。例えば、図１２を参照すると、上方および下方の支柱およびスプライン
は、支持構造体が左方向および右方向へ移動するのをほぼ防止している。同様に
、左手方向および右手方向の支柱およびスプラインは、支持構造体が上方向およ
び下方向へ移動するのをほぼ防止している。換言すると、支柱およびスプライン
は、支持構造体が周径方向に回転するのを防止するが、支持構造体が半径方向に
外向きに熱膨張することを可能とし、その結果、支持構造体が膨張すると、支柱
は、スプラインの溝へさらに進行する。支持構造体ならびに触媒構造体を半径方
向にセンタリングすることは、有利であり、なぜならば、触媒構造体の出口端部
と支持構造体の入口端部との間での相対側方移動の量を減少して、触媒箔を損傷
し得るその間での削りを減少させるのに役立つからである。
【００４２】 図１２に示す支持構造体の実施態様は、４個の協同する支柱およびスプライン
を有するが、１個より多い任意の数の支柱およびスプラインが使用され得ること
が、理解されるべきである。好ましくは、協同する支柱およびスプラインは、支
持構造体の外辺部周りに等しい間隔で配置される。所望であれば、支柱およびス
プラインは逆転され得、図１３に示すように、支柱（６０）は支持構造体（４８
）へ固定され、そしてスプライン（６２）は反応チャンバ壁（４４）へ固定され
る。支柱およびスプラインの配列はまた交互にされ得、その結果、隣接して協同
する支柱およびスプラインは逆方向を有する。
【００４３】 図１４を参照すると、支持構造体（４８）および反応チャンバ壁（４４）の半
径方向センタリングアセンブリの代替の実施態様を示す。支柱またはピン（１１
２）は、支持構造体から外向きに延び、そして反応チャンバ壁に形成されるスロ
ット（１１４）内へ滑動可能に配置される。ピンおよびスロットは、上述したよ
うに、支柱（６０）およびスプライン（６２）と類似の様式で協同し、そしてそ
の等価物であると考えられる。半径方向センタリングアセンブリのなお別の実施
態様を図１５に示す。支柱またはピン（１１６）は、反応チャンバ壁から半径方
向に内向きへ延び、そして支持構造体に形成されるスロット（１１８）内に滑動
可能に配置される。触媒構造体が例えばセラミックである場合、スロット（１１
８）は、セラミック触媒構造体へ切り込まれ得る。
【００４４】 支柱およびスプラインは支持構造体と関連して使用されるように説明したが、
支柱およびスプラインの配置はまた、触媒構造体（２６）と供に使用され得るこ
とが理解されるべきである。
【００４５】 特定の状況において、支持構造体がオープンセル状モノリシック支持構造体の
セルの壁よりも厚い厚みを有する円形外部バンドを有することが、望ましくあり
得る。外部バンドは、任意の適切な材料（例えば、金属）から作製され得る。よ
り厚い金属バンドは、取り付け位置に強度を提供する（例えば、上記の支柱また
はスプラインについて）。より厚い金属バンドはまた、軸方向の強度を複数の触
媒構造体に提供する。しかし、金属バンドは、支持構造体のセル壁より厚い厚み
を有するので、セル壁は、バンドよりも速い速度で熱膨張する。従って、セル壁
の膨張の結果として、セル壁は、変形および損傷され得る。この熱膨張の速度を
補正するために、外部バンドは、外部バンドに形成される複数のスロットを有し
得、外部バンドが収縮することが可能となる。例えば、外部バンドに形成される
複数のスロット（１２２）を有する外部バンド（１２０）を、図１６に示す。ス
ロット（１２２）は、外部バンドの周径の周りで間隔を隔てて配置される交互パ
ターンで形成され得、その結果、隣接するスロットは、図１６に示すように、正
反対のエッジにより形成される。外部バンドは、セル壁を変形させることなく支
持構造体のセル壁の熱膨張を吸収するに十分な可撓性を有するべきであるが、支
持構造体へ剛性を提供するに十分に強い。スロットは、スロットを通る気体流の
漏れを最小化するような大きさにされる。本発明の支持構造体について、スロッ
トの幅は、適切には、約０．００１インチ〜約０．０５０インチの範囲内であり
、そして好ましくは約０．００２インチ〜約０．０２０インチの範囲内である。
スロットは、互いに間隔を隔てて配置されており、外部バンドの一体性を維持す
る間、十分な緩和を提供する。スロット間の弓状の長さは、適切には、約０．５
インチ〜約６インチの範囲内であり、そして好ましくは約１〜３インチの範囲内
である。
【００４６】 外部バンド（１２０）は、支持構造体と協同して説明したが、外部バンド（１
２０）と類似の特徴を有する外部バンドが、本発明の触媒構造体と共に使用され
得る。
【００４７】 ここで、図１７を参照すると、触媒燃焼反応器の代替の実施態様（通常、１３
０を指し示す）が示される。反応器は、ほぼ円筒形反応チャンバ壁（１３４）に
よって規定される反応チャンバ（１３２）を備える。気体反応混合物または気体
流（矢印（１３６）によって指し示される）は、反応チャンバを通って流れる。
反応器は、さらに触媒構造体（１３８）を備え、この触媒構造体は、図３の触媒
構造体（１３２）と類似であり得る。触媒構造体（１３８）は、入口端部（１４
０）および出口端部（１４２）を有する。触媒構造体は、触媒構造体を通って形
成される軸ボア（１４３）を有し、この軸ボア（１４３）は、入口端部と出口端
部との間に延びる。触媒構造体は、入口および出口モノリシックオープンセル状
支持構造体（１４４）および（１４６）によって、チャンバ内に保持される。支
持構造体（１４４）および（１４６）は、図３の支持構造体（４８）と類似であ
り得る。入口および出口支持構造体（１４４）および（１４６）は、それぞれ、
そこに形成される軸ボア（１４８）および（１５０）を有する。入口支持構造体
（１４４）は、入口端部（１５２）および出口端部（１５４）を有する。出口支
持構造体（１４６）は、入口端部（１５６）および出口端部（１５８）を有する
。入口および出口支持構造体（１４４）および（１４６）は、内向きに延びる環
状リッジ（１６０）および（１６２）にそれぞれ接触することによって、反応チ
ャンバ内に保持され、リッジ（１６０）および（１６２）は、反応チャンバの壁
（１３４）から半径方向に内向きに延びる。中心支持部材（１６４）は、触媒構
造体ならびに入口および出口支持構造体の軸ボア内に配置される。中心支持部材
（１６４）は、その端部上に形成される半径方向に外方向に延びるフランジ（１
６６）および（１６８）を有する。フランジ（１６６）は、入口支持構造体の入
口端部の面に接触する。フランジ（１６８）は、出口支持構造体の出口端部の面
に接触する。
【００４８】 中心支持部材（１６４）の主な機能は、出口支持構造体に働く力または軸負荷
の一部を、入口支持構造体へ伝達することである。より詳細には、気体流（１３
６）が、軸負荷を出口支持構造体上に働く。出口支持構造体は、リッジ（１６２
）によって、リッジ（１６２）の外周部周りに支持されるので、出口支持構造体
の中心部分は、この軸方向の力によって外向きに偏向される。出口支持構造体の
中心に働く力は、フランジ（１６８）を介して中心支持部材（１６４）へ伝達さ
れる。この中心支持部材へ働く力は、フランジ（１６６）を介して入口支持構造
体の中心部分へ伝達される。入口支持構造体の外周部へ働く力はリッジ（１６０
）を介して反応チャンバ壁へ伝達されることに、注意すること。従って、入口支
持構造体は、中心支持部材によって、出口支持構造体を支持することを補助する
。
【００４９】 出口支持構造体は、典型的に、入口支持構造体よりも重い負荷を保有しており
、なぜならば、出口支持構造体は、より高い速度の気体流およびより大きい圧力
低下を有する燃焼チャンバのエリアに配置されるからである。さらに、出口支持
部材は、高温を有する燃焼チャンバのエリアに配置され、従って、出口支持構造
体は、入口支持構造体よりも強度が弱い。また、支持構造体は、触媒支持部材を
支持する。中心支持部材を有することの利益は、出口支持構造体が、まさにその
外周部分の代わりに中心で支持され、それによって、出口支持構造体の構造的一
体性が改良されることである。
【００５０】 ここで、図１８を参照すると、触媒燃焼反応器の別の代替の実施態様（通常、
（１７０）で指し示される）が例示され、この触媒燃焼反応器は、図１７の反応
器（１３０）と類似である。反応器（１７０）は、入口端部（１７３）および出
口端部（１７４）を有する触媒構造体を有する。触媒構造体（１７２）は、反応
チャンバ（１７５）の円筒形壁内に配置される。触媒構造体はまた、触媒構造体
に形成される軸ボア（１７６）を有し、この軸ボア（１７６）は、入口端部と出
口端部との間に延びる。触媒構造体は、入口および出口モノリシックオープンセ
ル状支持構造体（１７８）および（１８０）によって、チャンバ内に保持される
。入口および出口支持構造体（１７８）および（１８０）は、それぞれ、そこに
形成される軸ボア（１８２）および（１８４）を有する。入口支持構造体（１７
８）は、入口端部（１８５）および出口端部（１８６）を有する。出口支持構造
体（１８０）は、入口端部（１８８）および出口端部（１９０）を有する。入口
および出口支持構造体（１７８）および（１８０）は、それぞれ、内向きに延び
るショルダー（１９２）および（１９４）に接触することによって、反応チャン
バ内に保持され、ショルダー（１９２）および（１９４）は、反応チャンバの壁
から半径方向に内向きに延びる。触媒支持構造体ならびに入口および出口支持構
造体は、ショルダー（１９２）と（１９４）との間に挟まれ、その結果、触媒構
造体は、入口支持構造体と出口支持構造体との間に配置される。中心支持部材（
１９６）は、触媒構造体ならびに入口および出口支持構造体の軸ボア内に配置さ
れる。中心支持部材（１９６）は、その端上に形成される半径方向に外向きに延
びるフランジ（１９７）および（１９８）を有する。フランジ（１９７）は、入
口支持構造体の入口端部の面に接触する。フランジ（１９８）は、出口支持構造
体の出口端部の面に接触する。
【００５１】 触媒支持構造体ならびに入口および出口支持構造体は、それらの周りに形成さ
れる厚い壁で囲まれる金属の外部金属リングまたはバンド（２００）、（２０２
）、および（２０４）をそれぞれ有し、それらの外周部でさらなる強度を提供し
得る。触媒構造体ならびに入口および出口支持構造体はまた、厚い壁で囲まれる
チューブ（２０６）、（２０８）、および（２１０）（これらのチューブは、軸
ボア（１７６）、（１８２）、および（１８４）をそれぞれ裏打ちする）をそれ
ぞれ有し、これらの領域でさらなる強度を提供し得る。
【００５２】 触媒燃焼反応器（１７０）のこの構成は、正常な気体流（２１２）と反対の方
向で、任意の逆流負荷（これは、反応チャンバ内で生じ得る）のために支持を提
供する。このシナリオにおいて、気体流負荷は、ショルダー（１９２）に対して
、触媒構造体ならびに入口および出口構造体を圧迫する。
【００５３】 上記の本発明の種々の支持部材は、炭化水素系または他の可燃性の燃料（例え
ばメタン、エタン、Ｈ2、またはＣＯ／Ｈ2混合物）の触媒燃焼のためのプロセス
において使用され得る。このプロセスにおいて、酸素含有気体（例えば、空気）
は、炭化水素系燃料と混合され、可燃性の酸素／燃料混合物を形成する。この酸
素／燃料混合物を、流れる気体として、反応チャンバ内に配置されるモノリシッ
クな触媒構造体を通過させ、酸素／燃料混合物を燃焼し、そして熱い、部分的ま
たは完全に燃焼した気体生成物が形成する。
【００５４】 種々の触媒構造体が、このプロセスにおいて使用され得る。例えば、一体型熱
交換表面を有する触媒（米国特許第５，２５０，４８９号（「Ｃａｔａｌｙｓｔ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｈａｖｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈ
ａｎｇｅ」と題される）に記載される）、または勾配（ｇｒａｄｅｄ）パラジウ
ム含有部分燃焼プロセス触媒（米国特許第５，２４８，２５１号および同第５，
２５８，３４９号、「Ｇｒａｄｅｄ Ｐａｌｌａｄｉｕｍ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎ
ｇ Ｐａｒｔｉａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ａｎｄ Ｐｒ
ｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｉｔ」（両方ともの題名）に記載される）は
、本発明に使用され得る。さらに、このプロセスは、燃料の完全燃焼または燃料
の部分的燃焼を包含し得、これらは、同時係属出願の米国出願番号第０８／０８
８，６１４号の題名「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｂｕｒｎｉｎｇ Ｃｏｍｂｕｓ
ｔｉｂｌｅ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」に記載される。さらに、このプロセスは、種々
の段階において特定の触媒および触媒構造体を使用して燃料が段階的に燃焼され
る複数段階プロセスであり得、これは、米国特許第５，２３２，３５７号の題名
「Ｍｕｌｔｉｓｔａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｎｇ Ｆ
ｕｅｌ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｉｎ
Ｔｈｅ Ｈｏｔ Ｓｔａｇｅ」に記載される。上記の６件の特許および１件の
特許出願は、本明細書中で参考として援用される。
【００５５】 このプロセスはまた、触媒構造体およびモノリシックオープンセル支持構造体
の位置を安定化し、そして半径方向にセンタリングする工程を包含し、このプロ
セスは、触媒構造体の軸方向の移動を防止する。触媒構造体は、多数の長手軸方
向に配置されたチャネルから作製され得、ここで通路壁は、高温反応中に発生す
る熱に曝される薄い金属基板により形成される。これらのチャネルは、流れる反
応気体混合物が通過するための入口および出口端部を有する。支持構造体は、高
温耐性金属またはセラミック材料のストリップによって形成される壁を有するセ
ルで構成され得る。セルの開口部は触媒構造体内の通路の出口端部と流体連絡し
ている。支持構造体は、触媒構造体の出口端部に当接するように触媒構造体の出
口端部に設置され、その結果、支持構造体の断面は触媒構造体の端面を本質的に
覆う。第２支持構造体がまた使用され得、これは触媒構造体内の通路の入口端部
に当接するように触媒構造体の入口端部に設置される。
【００５６】 触媒構造体は、反応チャンバの断面積と比べて減少した断面積（これは、触媒
構造体の長手軸に対して垂直方向を取る）を有するような寸法にされ、その結果
、触媒構造体の外周と反応チャンバの内表面との間に、反応チャンバ壁によって
規定されるような環状空間が形成される。この環状空間は、反応チャンバ壁を押
すことによって触媒構造体の圧縮および変形が起こることなく、高温反応の間に
起こる触媒構造体の熱膨張が可能な寸法にされる。
【００５７】 この環状空間を通る反応気体混合物の流れは、触媒構造体の外周表面から反応
チャンバ壁の内表面へと伸長する１つ以上の可撓性フランジを挿入することによ
って妨げられる。好ましくは、これらのフランジは、反応気体混合物の流れを実
質的に妨げ、そうでなければ反応気体混合物は触媒構造体をバイパスする。これ
らのフランジは、十分に可撓性であり、その結果、これらのフランジは、触媒構
造体が熱膨張を受けた場合、触媒構造体壁との接触点で、触媒構造体の局所的な
変形を起こすのに十分な応力を触媒構造体に及ぼすことなく曲がる。
【００５８】 触媒構造体および支持構造体は、反応チャンバ内の安定した位置で放射状にセ
ンタリングされ、その結果、触媒構造体の外周と反応チャンバの内表面との間の
環状空間は、触媒構造体の全外周の周りで実質的に等しくなる。触媒構造体およ
び支持構造体は、３つ以上の接合された放射状のスプラインおよび支柱によって
放射状にセンタリングされ、この放射状のスプラインおよび支柱は、反応チャン
バの内壁表面に隣接したオープンセル支持構造体の周囲面上および／または対応
する雪像スプラインまたは支柱を有する触媒構造体の周囲面上に配置され、この
対応する接合スプラインまたは支柱は、支持構造体および／または触媒構造体上
のスプラインまたは支柱と反対側の反応チャンバ壁の内表面に配置される。支柱
は、スプラインによって形成される対応する溝に接合され、触媒構造体を適所に
保持する。スプライン内の溝の深さおよび／または支柱の高さは、反応チャンバ
内の触媒構造体の中心位置を保持しつつ、高温反応の間に起こるオープンセル支
持構造体および／または触媒構造体の熱膨張が可能な寸法にされる。
【００５９】 支持構造体は、中心支持部材によって流れる反応気体混合物が通過する間、触
媒構造体の長手軸に対して平行な方向の支持構造体の面に及ぼされる軸方向の負
荷によって生じる変形に対して安定化される。中心支持部材は、出口側の支持構
造体の端面の中央に固定され、そしてそこから長手軸方向に触媒構造体の中心を
通り入口側の支持構造体の端面の中央まで伸長し、ここでまた固定される。流れ
る反応気体混合物によって支持構造体の出口側に及ぼされる力は、中心支持部材
を介して入口側の支持構造体まで伝達される。
【００６０】 さらなる構造の一体性がまた、固体の高温耐性外部バンドによって、触媒構造
体の入口および出口端部に配置されたオープンセル支持構造体に提供される。好
ましくは、このバンドは、オープンセル支持構造体の外周面に接合される。この
バンドは、オープンセル支持構造体のセル壁を構成する高温耐性金属またはセラ
ミック材料のストリップより幅が厚い。このバンドは、その外周部分に切り込み
を入れられたスロットを有し、高温反応の間に起こるより薄いオープンセル構造
体の熱膨張を、オープンセル構造体とそこに接合された金属バンドとの熱膨張の
差が原因でオープンセル支持構造体の変形が起こることなく、吸収するのに十分
な可撓性を金属バンドに提供する。
【００６１】 当業者は、上記の特許請求の範囲で見出される装置の等価物を想像し得、これ
らの等価物は本発明の請求の範囲および精神に包含されることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、ガスタービン燃焼器で使用するための触媒燃焼反応器の概略断面図で
ある。
【図２】 図２Ａおよび２Ｂは、本発明の支持構造体要素を使用して反応器内に有効に保
持され得るモノリシック触媒構造体の製造を示す。
【図３】 図３は、本発明に従う、触媒反応器の概略的な断面図である。
【図４】 図４は、図３に示される構造体を保持するハニカムまたはオープンセル状支持
体の概略端面図である。
【図５】 図５は、図３に示される触媒反応器の一部の概略図であり、ここでこの触媒構
造体は外向きに半径方向に反応チャンバ壁に向って熱膨張している。
【図６】 図６は、図３に示されるフランジを形成するために使用されるストリップの正
面立面図である。
【図７】 図７Ａ〜７Ｄは、反応チャンバ壁に形成され、そしてフランジを保持するため
に使用される環状溝の種々の形状の部分断面図を示す。
【図８】 図８は、触媒反応器の概略図であり、これはフランジの異なる形状を示す。
【図９】 図９は、図８に例示されるフランジを形成するために使用されるストリップの
正面立面図である。
【図１０】 図１０は、オーバーラップフランジを形成するために使用され得る、一対のオ
ーバーラップストリップの正面立面図である。
【図１１】 図１１Ａ〜１１Ｄは、図８の触媒的反応器での使用のための種々のプロフィー
ルのフランジの部分的断面図を示す。
【図１２】 図１２は、図３の線１２−１２に沿って切り取った断面図であり、これは構造
体を保持する支持体に対して半径方向センタリングアセンブリを示す。
【図１３】 図１３は、構造体を保持する支持体および触媒構造体の両方に対する半径方向
センタリングアセンブリの代替的な実施態様を示す断面図である。
【図１４】 図１４は、構造体を保持する支持体および触媒構造体の両方に対する半径方向
にセンタリングするアセンブリの代替的な実施態様を示す断面図である。
【図１５】 図１５は、構造体を保持する支持体および触媒構造体の両方に対する半径方向
にセンタリングするアセンブリの代替的な実施態様を示す断面図である。
【図１６】 図１６は、構造体を保持するモノリシックオープンセル状支持体を枠組みする
ための外部バンドの斜視図である。
【図１７】 図１７は、本発明に従う、中心支持部材を有する触媒性反応器の代替的な実施
態様の概略図である。
【図１８】 図１８は、本発明に従う、中心支持部材を有する触媒性反応器の、別の代替的
な実施態様の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ (72)発明者 シュラッター， ジェイムズ キャメロン アメリカ合衆国 カリフォルニア 94303， パロ アルト， エヌ． カリフォルニ ア アベニュー 1052 (72)発明者 ニコラス， サレント ジョージ アメリカ合衆国 カリフォルニア 95118， サン ノゼ， パーク リッジ ドライ ブ 1569 (72)発明者 ウィリー， ウォルター アメリカ合衆国 フロリダ 33410， サ ウス パーム ビーチ ガーデンズ， ヒ アシンス サークル 4243 Ｆターム(参考） 3G091 AA19 GA08 GB17W HA26 【要約の続き】 流れを実質的に妨げる。これらのフランジは、触媒構造 体が熱膨張を受けた場合の曲げを可能にし、フランジが 接触する触媒構造体の局所的な変形を防止するのに十分 な可撓性である。改良された反応器に関して半径方向セ ンタリングアセンブリが開示され、これはチャンバ壁お よび支持構造体上に設置された連動支柱およびスプライ ンを備え、支持構造体の熱膨張を可能にする。気体の流 れによる応力の位置を、触媒構造体の入口側に配置され た第２支持構造体に伝達するための、任意のセンタリン グ支持構造体がまた開示される。さらに支持構造体のた めの外部金属バンドが開示され、これはその中に形成さ れたスロットを有し、熱膨張のためのさらなる支持を提 供しながら、支持構造体の熱膨張に十分な可撓性を提供 する。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流れる反応気体混合物を用いる、連続高温反応に使用するた
    めの触媒反応器であって、該反応器は以下： ａ）長手軸を規定する管状壁により規定される、反応チャンバ； ｂ）該反応チャンバ内に配置されるモノリシック触媒構造体であって、該触媒
    構造体は、外周表面および多数の長手軸方向に配置されたチャネルを有し、ここ
    で該チャネルは、高温反応で発生した熱に曝すと膨張する薄い金属基板壁によっ
    て形成され、該チャネルは、該流れる反応気体混合物が通過するための入口端部
    および出口端部を有する、モノリシック触媒構造体；ならびに ｃ）該反応チャンバ内に配置されたモノリシックオープンセル支持構造体であ
    って、該支持構造体は、外周および多数の長手軸方向に配置された通路を有し、
    ここで該通路は、高温耐性金属またはセラミック材料のストリップにより形成さ
    れ、該セルは、該触媒構造体の該通路の該出口端部と流体連絡する開口部を有し
    、該支持構造体は、その外周上で、長手軸に沿った移動を制限するために、該反
    応チャンバの該壁に固定され、該触媒構造体の該出口端部で、これに当接して位
    置され、その結果、該支持構造体は該触媒構造体の該出口を本質的に覆い、該触
    媒構造体は、その長手軸に垂直な方向を取る、該反応チャンバの断面積より小さ
    い断面積を有するような大きさにされ、その結果、環状の空間が、該触媒構造体
    の外周と該反応チャンバの該壁との間に形成される、モノリシックオープンセル
    支持構造体、 を備え、 該環状空間は、該反応チャンバ壁を押すことによる該触媒構造体の圧縮または
    変形が起こることなく、該高温反応の間に起こる該触媒構造体の熱膨張を可能に
    するような寸法にされる、 触媒反応器。
  2. 【請求項２】 流れる反応気体混合物を用いる、連続高温反応に使用するた
    めの触媒反応器であって、該反応器は以下： ａ）長手軸を規定する管状壁により規定される、反応チャンバ； ｂ）該反応チャンバ内に配置されるモノリシック触媒構造体であって、該触媒
    構造体は、外周表面および多数の長手軸方向に配置されたチャネルを有し、ここ
    で該チャネルは、高温反応で発生した熱に曝すと膨張する薄い金属基板壁によっ
    て形成され、該チャネルは、該流れる反応気体混合物が通過するための入口端部
    および出口端部を有し、該触媒構造体は、その長手軸に垂直な方向を取る、該反
    応チャンバの断面積より小さい断面積を有するような大きさにされ、その結果、
    環状空間が、該触媒構造体の外周と該反応チャンバの該壁との間に形成される、
    モノリシック触媒構造体； ｃ）該反応チャンバ内に配置されたモノリシックオープンセル支持構造体であ
    って、該支持構造体は、外周および多数の長手軸方向に配置された通路を有し、
    ここで該通路は、高温耐性金属またはセラミック材料のストリップにより形成さ
    れ、該セルは、該触媒構造体の該通路の該出口端部と流体連絡する開口部を有し
    、該支持構造体は、その外周上で、長手軸に沿った移動を制限するために、該反
    応チャンバの該壁に固定され、該触媒構造体の該出口端部で、そしてこれに当接
    して位置され、その結果、該支持構造体は該触媒構造体の該出口端部を本質的に
    覆う、モノリシックオープンセル支持構造体；ならびに ｄ）複数の接合スプラインおよび支柱であって、該複数の接合スプラインおよ
    び支柱は、該反応チャンバの該壁の内表面に隣接した該支持構造体の外表面上、
    および／または該触媒構造体の周囲表面上に装着され、該対応する接合スプライ
    ンまたは支柱は、該支持構造体および／または該触媒構造体上の該スプラインま
    たは支柱と反対の該反応チャンバ壁の内面上に装着され、該支柱は、該触媒構造
    体の円周回転運動を抑制するために該スプライン中に形成された溝に配置され、
    ここで該スプライン中の該溝の深さおよび／または該支柱の高さは、該触媒構造
    体および／または支持構造体を、該反応チャンバ内の半径の中心位置に保持した
    ままにしながら、高温反応中に起こる該支持構造体および／または該触媒構造体
    の熱膨張を可能にするような寸法にされ、その結果、該触媒構造体の外周と該反
    応チャンバの内表面との間の該環状空間が、該触媒構造体の全周囲の周りで実質
    的に等しくなる、複数の接合スプラインおよび支柱、 を備える、触媒反応器。
  3. 【請求項３】 流れる反応気体混合物を用いる、連続高温反応に使用するた
    めの触媒反応器であって、該反応器は以下： ａ）長手軸を規定する管状壁により規定される、反応チャンバ； ｂ）該反応チャンバ内に配置されるモノリシック触媒構造体であって、該触媒
    構造体は、外周表面および多数の長手軸方向に配置されたチャネルを有し、該チ
    ャネルは、該流れる反応気体混合物が通過するための入口端部および出口端部を
    有する、モノリシック触媒構造体； ｃ）該反応チャンバ内に配置された入口および出口モノリシックオープンセル
    支持構造体であって、該入り口および出口支持構造体は、外周および多数の長手
    軸方向に配置された通路を有し、ここで該通路は、高温耐性金属またはセラミッ
    ク材料のストリップにより形成され、該セルは、該触媒構造体の該通路と流体連
    絡する開口部を有し、該入口および出口支持構造体は、それらの外周上で長手軸
    に沿った移動を制限するために、該反応チャンバの該壁に固定され、該入口支持
    構造体は、該触媒構造体の入口端部に隣接して位置され、該出口支持構造体は、
    該触媒構造体の該出口端部に隣接しかつ当接して位置され、該触媒構造体の出口
    端部の端に当接し、その結果、該支持構造体は、該触媒構造体の該出口端部を本
    質的に覆う、入口および出口モノリシックオープンセル支持構造体；ならびに ｄ）複数の可撓性フランジであって、該フランジは、該触媒構造体の該外周面
    から反応チャンバの管状壁の内表面まで伸長し、該環状空間を通る反応気体混合
    物の流れを実質的に妨げ、該フランジは、該触媒構造体が熱膨張を受けた場合、
    曲げを可能にし、かつ該触媒構造体の局所的な変形を防止するのに十分に可撓性
    であり、該フランジは該触媒構造体と接触する、可撓性フランジ、 を備える、触媒反応器。
  4. 【請求項４】 流れる反応気体混合物を用いる、連続高温反応に使用するた
    めの触媒反応器であって、該反応器は以下： ａ）長手軸を規定する管状壁により規定される、反応チャンバ； ｂ）該反応チャンバ内に配置されるモノリシック触媒構造体であって、該触媒
    構造体は、多数の長手軸方向に配置されたチャネルを有し、ここで該チャネルは
    、高温反応で発生した熱に曝すと膨張する薄い金属基板壁によって形成され、該
    通路は、該流れる反応気体混合物が通過するための入口端部および出口端部を有
    する、モノリシック触媒構造体； ｃ）該反応チャンバ内に配置されたモノリシックオープンセル支持構造体であ
    って、該支持構造体は、外周および多数の長手軸方向に配置された通路を有し、
    ここで該通路は、高温耐性金属またはセラミック材料のストリップにより形成さ
    れ、該セルは、該触媒構造体の該通路の該出口端部と流体連絡する開口部を有し
    、該支持構造体は、該支持構造体の周囲に結合された高温耐性金属の外部バンド
    を有し、ここで、該外部バンドは、該セルの壁厚より大きい厚さを有し、該外部
    バンドは、その中に形成されたスロットを有し、高温反応の間に起こる該セル壁
    の熱膨張を、該オープンセル構造体とそこに結合された金属バンドとの間の熱膨
    張の差が原因で該オープンセル支持構造体の変形が起こることなく、吸収するの
    に十分な可撓性を、該外部金属バンドに提供する、モノリシックオープンセル支
    持構造体、 を備える、触媒反応器。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の触媒反応器であって、ここで、前記触媒構
    造体の外周と前記反応チャンバ壁の内表面との間で形成される環状空間を通る反
    応気体混合物の流れが、１つ以上の可撓性金属フランジによって妨害され、該フ
    ランジは、該触媒構造体の外周または該反応チャンバ壁の内表面のいずれかと接
    続され、そして該フランジは、該触媒構造体の外周表面から該反応チャンバ壁の
    内表面まで伸長して該反応気体混合物の流れを実質的に妨げ、該反応気体混合物
    はそうでなければ該触媒構造体をバイパスし、該金属フランジは、十分に可撓性
    であり、該金属フランジは、該触媒構造体が熱膨張を受けた場合、該金属フラン
    ジが該触媒構造体壁と接触する位置にて、該触媒構造体の局所的な変形を起こす
    のに十分な応力を該触媒構造体に与えることなく曲がる、触媒反応器。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の触媒反応器であって、ここで、前記触媒構
    造体および該触媒構造体に当接する前記オープンセル支持構造体は、２つ以上の
    接合された放射状スプラインおよび支柱によって前記反応チャンバ内の安定位置
    にセンタリングされ、その結果、前記触媒構造体の外周と前記反応チャンバの内
    表面との間の前記環状空間が、該触媒構造体の全周囲の周りで実質的に等しくな
    り、該スプラインおよび支柱は、該反応チャンバの内壁表面に隣接したオープン
    セル支持構造体の周囲面上、および／または該触媒構造体の周囲面上に配置され
    、対応する接合するラインまたは支柱は、該支持構造体および／または該触媒構
    造体上のスプラインまたは支柱と反対側の反応チャンバ壁の内表面上に配置され
    、該支柱は、該スプラインによって形成された溝に噛み合って該触媒構造体を適
    所に保持し、該スプライン中の該溝の深さおよび／または該支柱の高さは、該触
    媒構造体の中心位置を該反応チャンバに保持したまま、前記高温反応の間に起こ
    る該オープンセル支持構造体および／または該触媒構造体の熱膨張を可能にする
    ような寸法にされる、触媒反応器。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の触媒反応器であって、ここで、前記オープ
    ンセル支持構造体は、中心支持部材によって前記流れる反応気体混合物が通過す
    る間に、前記触媒構造体の長手軸に対して平行な方向の前記支持構造体の面上に
    及ぼされる軸方向の負荷により引き起こされる変形に対して安定であり、該中心
    支持部材は、出口側の支持構造体の端面の中央に固定され、そしてそこから該触
    媒構造体の中心を通って入口側の支持構造体の端面の中心まで、長手軸方向に伸
    長し、該中心支持部材はまた、該入口側の支持構造体の端面の中心に固定され、
    それにより、該流れる反応基体混合物によって該出口側の支持構造体に及ぼされ
    る力は、該中心支持部材を介して該入口側の支持構造体に伝達される、触媒反応
    器。
  8. 【請求項８】 請求項８に記載の触媒反応器であって、ここで、前記オープ
    ンセル支持構造体の周囲面に結合された固体の高温耐性金属バンドによって、さ
    らなる構造の完全性が、前記触媒構造体の入口および出口端部に設置された該オ
    ープンセル支持構造体に提供され、該金属バンドは、オープンセル支持構造体の
    セル壁を構成する高温耐性金属またはセラミック材料のストリップより幅が厚く
    、そして該金属バンドは、その外周部分に切り込みを入れられたスロットを有し
    、高温反応の間に起こるより薄い該オープンセル構造体の熱膨張を、該オープン
    セル構造体とそこに接合された該金属バンドとの熱膨張の差が原因で該オープン
    セル支持構造体の変形が起こることなく吸収するのに十分な可撓性を、該金属バ
    ンドに提供する、触媒反応器。
  9. 【請求項９】 連続高温反応に使用するための触媒反応器において、該触媒
    反応器は、支持構造体によって反応チャンバ内に固定された、流れる反応気体混
    合物が通過するための入口および出口端部を有する長手軸方向に配置された多数
    のチャネルから構成されるモノリシック触媒構造体を備え、該モノリシック触媒
    構造体はモノリシックオープンセル構造体を備え、ここで該セルの壁は、該触媒
    構造体中のチャネルの入口端部および出口端部と流体連絡したセル開口部を有す
    る、高温耐性金属またはセラミック材料のストリップにより形成され、該オープ
    ンセル支持構造体は、該触媒構造体の入口および出口端部に位置され、該触媒構
    造体の端部に当接し、そして該オープンセル支持構造体は、該触媒構造体の端面
    を本質的に覆う断面を有し、改良点は以下： ａ）該触媒構造体が、該反応チャンバの断面積と比較して減少した、該触媒構
    造体の長手軸に対して垂直な方向を取る断面積を有するように該触媒構造体をサ
    イズ決めし、その結果、該反応チャンバ壁によって規定されるように、環状空間
    が、該触媒構造体の外周と該反応チャンバの内表面との間に形成され、該環状空
    間は、該反応チャンバ壁を押すことによる該触媒構造体の圧縮および変形が起こ
    ることなく、高温反応の間に起こる該触媒構造体の熱膨張を可能にするような寸
    法にされる点； ｂ）該環状空間を通る反応気体混合物の流れを妨げ、１つ以上の可撓性金属フ
    ランジを挿入することによって、該触媒構造体の外周と該反応チャンバ壁の内表
    面との間に形成され、該可撓性フランジは、該触媒構造体の外周表面から該反応
    チャンバ壁の内表面へと伸長して該反応気体混合物の流れを実質的に妨げ、該反
    応気体混合物はそうでなければ、該触媒構造体をバイパスし、該金属フランジは
    、該触媒構造体が熱膨張を受けた場合、該触媒構造体壁と接触する位置で、該触
    媒構造体の局所的な変形を起こすのに十分な応力を該触媒構造体に及ぼすことな
    く、該金属フランジが曲がるのに十分な可撓性である点； ｃ）該触媒構造体の外周と該反応チャンバの内表面との間の該環状空間が、該
    触媒構造体の全外周の周りで実質的に等しくなるように、３つ以上の放射状に接
    合されたスプラインおよび支柱を用いて、該触媒構造体および該反応チャンバ内
    の安定位置にある該触媒構造体に当接している該オープンセル支持構造体をセン
    タリングし、該スプラインおよび支柱は、該反応チャンバの内壁面に隣接した該
    オープンセル支持構造体の外周面上、および／または対応する接合スプラインま
    たは支柱を有する該触媒構造体の外周面上に配置され、該対応する接合スプライ
    ンまたは支柱は、該支持構造体および／または該触媒構造体上のスプラインまた
    は支柱と反対側の該反応チャンバ壁の内表面に配置され、該支柱は、該スプライ
    ンによって形成された溝にかみ合わされて該触媒構造体を適所に保持し、該スプ
    ライン内の溝の深さおよび／または該支柱の高さは、該触媒構造体の中心位置を
    該反応チャンバ内に保持したまま、該高熱反応の間に起こる該オープンセル支持
    構造体および／または該触媒構造体の熱膨張を可能にするような寸法にされる点
    ； ｄ）該流れる反応気体混合物が通過している間、中心支持部材によって、該触
    媒構造体の長手軸に対して平行な方向の該支持構造体の面に及ぼされる軸方向の
    負荷により引き起こされる変形に対して、該オープンセル支持構造体を安定化し
    、該中心支持部材は、出口側の支持構造体の端面の中央に固定され、そしてそこ
    から該触媒構造体の中心を通って入口側の支持構造体の端面の中心まで、長手軸
    方向に伸長し、該中心支持部材はまた、該入口側の支持構造体の端面の中心に固
    定され、それにより、該流れる反応気体混合物によって該出口側の支持構造体に
    及ぼされる力は、該中心支持部材を介して該入口側の支持構造体に伝達される点
    ；ならびに ｅ）該オープンセル支持構造体の周囲面に結合された固体の高温耐性金属バン
    ドによって、さらなる構造の一体性を、該触媒構造体の入口および出口端部に設
    置された該オープンセル支持構造体に提供し、該金属バンドは、該オープンセル
    支持構造体のセル壁を構成する高温耐性金属またはセラミック材料のストリップ
    より幅が厚く、そして該金属バンドは、その外周部分に切り込みを入れられたス
    ロットを有し、高温反応の間に起こるより薄い該オープンセル構造体の熱膨張を
    、該オープンセル構造体とそこに接合された該金属バンドとの間の熱膨張の差が
    原因で該オープンセル支持構造体の変形が起こることなく吸収するのに十分な可
    撓性を、該金属バンドに提供する点、 を包含する、触媒反応器。
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