JP3089649B2

JP3089649B2 - ガスシール部材の製造方法

Info

Publication number: JP3089649B2
Application number: JP02167696A
Authority: JP
Inventors: 浩直沼本; 西野　　敦; 次郎鈴木; 之良小野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0461932A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明はガスや石油を触媒燃焼する触媒体とそれを保
持する枠体との隙間に充填する耐熱性のガスシール部材
の製造方法に関する。

従来の技術従来、この種のガスシール部材は、耐熱性無機繊維を
シール状，フェルト状またはブランケット状に加工し、
これらを使用したい場所に圧接した状態で、挟持しなが
ら使用されていた。しかし、このようなガスシール部材
では触媒体とそれを保持する枠体との隙間を充分にガス
シールすることが困難であった。

触媒燃焼装置では高濃度の未燃混合気をハニカム形状
の触媒体に供給し、触媒燃焼させる。その時に、触媒体
とそれを保持する枠体との隙間の密封性が悪くてシール
部からわずかなガス漏れが生じても、未燃ガスは著しい
臭気の発生をもたらす。

そこで、触媒体とそれを保持する枠体との隙間の密閉
には充分な注意を払う必要があり、従来の無機繊維シー
ル部材で、そのシール性を改善するためにはガスシール
部材のかさ密度を大きくし、ち密にするのが一般的な方
法であった。

発明が解決しようとする課題このように、従来の無機繊維シール部材を用いる場合
では、そのかさ密度を大きくし、ち密にする方法が用い
られるが、そうすることによりガスシール部材のクッシ
ョン性は次第に失われてくる。

その結果、触媒燃焼状態が継続して高温になった触媒
体と枠体とはともに膨張するが、熱膨張に差がある。一
般には枠体は金属、触媒体はセラミックで構成されてお
り、枠体の方が触媒体よりも熱膨張係数が大きい。その
結果、クッション性の失われたシール部材で熱膨張の差
によって発生する隙間を補填しきれずに未燃分が漏れ易
くなる。これを従来のガスシール部材で防止しようとす
ることは困難であった。

本発明はこのような課題を解決するもので、ガスシー
ル部材のクッション性を高温の燃焼状態でも適度に維持
することにより触媒体と枠体のシール性を向上させるこ
とができ、かつ未然ガスの浄化を完全に行うことを目的
とするものである。

課題を解決するための手段本発明は、少なくとも耐熱性無機繊維と水溶性金属塩
からなる酸性スラリー中にアルカリ性水溶液を添加し、
ゾルあるいはゲルを生成させた後、抄造法でシート状あ
るいはフェルト状に成形し、乾燥，熱処理して、金属酸
化物をシートあるいはフェルト中に分散担持させ、その
後、前記シートあるいはフェルトに白金族系金属を担持
させたものである。また、上記水溶性金属塩としてアル
ミニウム，チタニウム，ジルコニウムまたは希土類金属
の１種類あるいは複数の金属塩を用いたもので、上記シ
ールあるいはフェルトが2m²/g以上の比表面積を有し、
かつ0.15〜0.50g/c.c.のかさ密度を有するようにしたも
のである。

作用この構成により、ガスシール部材中に侵入してくる未
燃ガスは、ガスシール部材中の白金属触媒により燃焼
し、万一ガスシール中を未燃ガスが通過しても完全に燃
焼するので、未燃ガスとして外部に漏出することはな
い。

また、耐熱性無機繊維で構成されたシート状あるいは
フェルト状の部材に比表面積が大きい金属酸化物を触媒
担体として分散担持し、その金属酸化物に白金触媒を担
持することにより、燃焼時にガスシール部材が高温にな
ってもクッション性を損なわず、良好なシール性を発揮
する。

このように、ガスシール部材中を透過する未燃焼ガス
と、ガスシール部材と触媒体または枠体との間隔を通っ
ての未燃焼ガスの漏出の両者を完全に防止できることと
なる。

実施例本発明で使用する耐熱性無機繊維とは、アルミナシリ
カ繊維，炭化珪素繊維，窒化珪素繊維などの耐熱性を有
する無機繊維であればよいが、コスト的に現在広い用途
に使われているアルミナシリカ繊維がもっとも好まし
い。また、その組成としてはアルミナ40〜95wt％、シリ
カ５〜60wt％ものが好ましい。その理由は耐熱性を考慮
するならばアルミナ分を多くすることが好ましいのであ
るが、アルミナ分を多くし過ぎると繊維が脆くなってく
るためである。また、ガスシール部材のクッション性，
機械的強度を考慮すると、繊維長50mm以上、繊維径５μ
ｍ以下の繊維を使用することが好ましい。

本発明で使用する水溶性金属塩としては、具体的には
硝酸アルミニウム，硫酸アルミニウム，硫酸チタニウ
ム，四塩化チタン，オキシ塩化ジルコニウム，オキシ硝
酸ジルコニウム，硝酸希土類金属塩，酢酸希土類金属
塩，ショウ酸希土類金属塩などが好ましい。

以下本発明の具体的実施例について説明する。

（実施例１）繊維長約50mm,繊維径約３μｍのアルミナ繊維70wt％
とシリカ繊維30wt％からなるアルミナシリカ繊維に第１
表に示す各濃度の硝酸セリウムを配合する。アルミナシ
リカ繊維を0.5wt％含有するpH約４〜５の酸性スラリー
を調整した後、このスラリー中にアンモニアガスをバブ
リングさせながら、水酸化セリウムゾルを生成させた
後、抄造機にて、厚み5mmのフェルト状に成形する。こ
れを100℃で２時間乾燥後、500℃で30分間熱処理した。
その結果、酸化セリウムがアルミナシリカ繊維に対して
それぞれ5,10,20,30,40,50wt％分散担持したフェルトを
得た。その後、このガスシール部材を塩化白金酸の水溶
液に浸漬し、乾燥，熱処理を行い、白金を0.1wt％担持
した。

本実施例で得られたガスシール部材のガスシール性の
評価は第１図のような触媒燃焼装置を使用して行った。

図に示すように、触媒体１はガスシール部材２により
枠体３に密封固着されている。燃焼ガス供給部４から補
給される燃焼ガスは送風機５により予混合気室７で定め
られた空燃比になるよう空気と混合され、ハネカム状の
触媒体１上で燃焼し排出室７に排出される。この評価装
置のシール部から1cm離れたところに2mmφのノズルを設
け、このノズルから漏れたガスを採取し、採取したガス
中の炭化水素（HC）濃度を測定することにより行った。
触媒燃焼装置は空燃比ｍ＝1.70とし、触媒体に6Kcal・h
/cm²の燃焼負荷をかけ、触媒体の温度を約800℃に設定
した。

また、ガスシール部材寿命試験として、上記の燃焼状
態を１時間続けた後、消火し、30分間冷却する工程を１
サイクルとし、1000サイクル後に再度上記燃焼状態での
ガスシール性を評価した。

また、得られたガスシール部材のクッション性（復元
性）については、部材を1cm²に切り出し、プレスで10Kg
/cm²の荷重をかけた後の復元率を式（１）により求めて
評価した。

（比較例１）実施例１におけるアルミナシリカ繊維だけを使用した
厚み5mmのフェルトをガスシール部材とした。このガス
シール部材を用いてガスシール性を実施例１と同様に測
定し、第２表に示すような結果を得た。

（比較例２）比較例１のガスシール部材を塩化白金酸の水溶液に浸
漬し、乾燥，熱処理を行い、白金を0.1wt％担持した。

このガスシール部材のシール性を実施例１と同様な条
件で測定した。結果を第２表に示す。

第１表および第２表に示すように本実施例のガスシー
ル部材は優れたガスシール性を示している。また、比較
例２では初期においては優れたガスシール性を示した
が、サイクル試験後に熱劣化が進み、シール部材に担持
された触媒金属が浄化効果を発揮できなくなった。ま
た、比較例１では最初から充分なガスのシールを行うこ
とができなかった。

（実施例２）実施例１で使用した抄造機を用いて抄造し、抄造工程
後のプレス圧を上げ、かさ密度が大きくなるように設定
し、厚み5mmのフェルト状に成形した。その結果、酸化
セリウムがアルミナシリカ繊維に対してそれぞれ5,10,2
0,30,40,50wt％分散担持したフェルトを得た。これらに
ついてもガスシール部材のシール性を実施例１と同様な
条件で測定した。

その結果を第３表に示す。

第１表および第３表の結果より、ガスシール部材は比
表面積が約2m²/g以上の時、優れたシール性を示すこと
がわかった。そのためには触媒担体となりうる高比表面
積（比表面積が約50m²/g以上）のセラミック粉末を分散
担持する必要がある。また、そのセラミック粉末も量が
多くなってくると、ガスシール部材のクッション性は次
第に悪くなり、触媒燃焼装置で燃焼，消火を繰り返した
時、触媒体とシール部材あるいはシール部材と枠体との
間に隙間ができ易くなる。その結果初期においては優れ
た性能を示していても、寿命試験後にはガス漏れを生じ
易くなる。したがって、ガスシール部材のかさ密度は0.
15〜0.50g/c.c.の範囲にすることが好ましい。ここで、
かさ密度0.15g/c.c.はガスシール部材の強度を考慮した
値であり、これ以下のものでは充分な強度がなく、使用
に耐えない。

（実施例３）実施例１と同様なアルミナシリカ繊維を使用し、硝酸
アルミニウムと硫酸チタニウムの混合水溶液（Al₂O₃/Ti
O₂＝0.5）とアルミナシリカ繊維を混合し、アルミナシ
リカ繊維を0.5wt％含有するpH＝約２の酸性スラリーを
調整した後、このスラリー中にアンモニアガスをバブリ
ングさせながら、水酸化アルミニウム・含水酸化チタン
複合ゾルを生成させる。この複合ゾルから抄造機にて、
厚み5mmのフェルトに成形し、このフェルトを100℃で２
時間乾燥後、500℃で30分間熱処理した。その結果、ア
ルミナ・チタニアをアルミナシリカ繊維に対して20wt％
分散担持したフェルトを得た。さらに、このガスシール
部材を塩化白金酸の水溶液に浸漬し、乾燥，熱処理を行
い、白金を01wt％担持した。

本実施例で得られたガスシール部材の評価も実施例１
と同様に行った。結果を第４表に示す。

（実施例４）実施例１と同様なアルミナシリカ繊維を使用して、硝
酸アルミニウムとオキシ硝酸ジルコニウムの混合水溶液
（Al₂O₃/ZrO₂＝2.0）とアルミナシリカ繊維を混合し、
アルミナシリカ繊維を0.5wt％含有するpH＝約３の酸性
スラリーを調整した後、このスラリー中にアンモニアガ
スをバブリングさせながら、水酸化アルミニウム・含水
酸化ジルコニウム複合ゾルを生成させる。この複合ゾル
から抄造機にて、厚み5mmのフェルトに成形し、このフ
ェルトを100℃で２時間乾燥後、500℃で30分間熱処理し
た。その結果、アルミナ・ジルコニアをアルミナシリカ
繊維に対して20wt％分散担持したフェルトを得た。さら
に、このガスシール部材を塩化白金酸の水溶液に浸漬
し、乾燥，熱処理を行い、白金を01wt％担持した。

本実施例で得られたガスシール部材の評価も実施例１
と同様に行った。結果を表４に示す。

アルミナ・チタニアあるいはアルミナ・ジルコニアを
担持したガスシール部材でも優れたシール性を示すこと
がわかった。この他アルミナ・セリア，アルミナ・ラン
タナ，セリア・ランタナなどを担持したガスシール部材
でも優れたシール性を示した。また、それらを担持する
ための出発塩による差についても検討したがほとんど有
意差はなかった。

発明の効果以上の実施例の説明からも明らかなように本発明によ
れば、触媒体とそれを保持する枠体との隙間をガスシー
ル部材により完全にシールし、未燃ガスの漏洩を完全に
防止できる。特に排気ガス中に高濃度の未燃分が含まれ
る触媒燃焼装置では本発明の効果は著しい。

また、従来に比べ、触媒体とそれを保持する枠体との
間を充填するガスシール部材の気密性が少し悪くなった
としてもガスシール部材に担持された触媒の燃焼作用に
より、部材に浸入してきた未燃ガスが燃焼浄化され、未
燃ガスがシール部から漏れることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスシール部材を評価するための触媒
燃焼装置の断面図である。１……触媒体、２……ガスシール部材、３……枠体、６
……予混合気室、７……排出室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ１６Ｊ 15/00 Ｂ０１Ｊ 23/56 ３０１Ｍ (72)発明者小野之良大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平３−28288（ＪＰ，Ａ) 特開平３−64390（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 C09K 3/10 F16J 15/00 F02F 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも耐熱性無機繊維と水溶性金属塩
からなる酸性スラリー中にアルカリ性水溶液を添加し、
ゾルあるいはゲルを生成させた後、抄造法でシート状あ
るいはフェルト状に成形し、乾燥，熱処理して、金属酸
化物をシートあるいはフェルト中に分散担持させ、その
後、前記シートあるいはフェルトに白金族系金属を担持
させるガスシール部材の製造方法。
【請求項２】水溶性金属塩としてアルミニウム，チタニ
ウム，ジルコニウムまたは希土類金属よりなる単独ある
いは複数の金属塩を用いる請求項１記載のガスシール部
材の製造方法。
【請求項３】シートあるいはフェルトが2m²/g以上の比
表面積を有し、かつ0.15g/c.c.〜0.50g/c.c.のかさ密度
を有する請求項１または２のいずれかに記載のガスシー
ル部材の製造方法。