JP3261710B2 - 燃焼触媒とその製法 - Google Patents
燃焼触媒とその製法Info
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Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、新規な燃焼触媒とその製法に関
する。とくに本発明は、石油および／またはガス燃焼装
置の燃焼部分の金属部品表面に形成された燃焼触媒とそ
の製法に関する。
する。とくに本発明は、石油および／またはガス燃焼装
置の燃焼部分の金属部品表面に形成された燃焼触媒とそ
の製法に関する。
【０００２】
【従来技術】日本における民生用エネルギー源の主なも
のは石油、ガスおよび電気である。世帯当りのエネルギ
ー消費量に対する石油（灯油）の割合は約３０％で、今
後は横ばいもしくは徐々に減少することが予想されてい
る。これは電気、ガスの熱機器が持つ低公害、高利便
性、安全性およびクリーン性に充分対抗できる石油燃焼
機器が開発されていないためである。石油給湯機器、風
呂釜等の民生用石油燃焼機器は一般的にガス、電気の同
様な商品と比較して５〜１０ｄＢ程度騒音が大きい。ま
た、ＮＯｘ、ＣＯ、未燃炭化水素の排出量も多い。その
ため石油給湯機器、風呂釜等は近隣騒音公害あるいは環
境汚染源の一つとなっており、石油燃焼機器普及の妨げ
となっている。これらの問題を解決して石油燃焼機器の
快適性、安全性を向上させるには消音器あるいは熱交換
器のフィン等の熱機器部品の表面を燃焼触媒とすること
が有効な方法である。触媒燃焼は完全燃焼の達成をはじ
めとして、低温燃焼によるサーマルＮＯｘ生成の阻止等
の様々な特徴を有する新しい燃焼方式である。このよう
な燃焼触媒を燃焼機器部品の表面に設けることができれ
ば石油燃焼機器の大きさを変えることなく触媒燃焼の利
点を石油燃焼機器に備えることができる。また、熱交換
器のフィン等の伝熱面の表面を燃焼触媒とすることがで
きれば、完全燃焼が達成できるとともに、サーマルＮＯ
ｘの生成を著しく減少させることができるうえ、熱の発
生が固体表面で起きるので、気体−固体間の伝熱障壁の
影響を避けることができ熱利用効率を高めることが可能
である。しかも、炎燃焼と異なり触媒燃焼は燃焼音が無
いので燃焼騒音を低減する効果も期待できる。触媒燃焼
は優れた新燃焼技術であるが、民生用に供し得る低廉、
高活性で１０００℃以上の高温に耐える触媒が無いこと
から、燃焼部位単位体積当りの負荷（Ｋｃａｌ／ｃ
ｍ３）は従来の炎燃焼と同等もしくは若干劣ると考えら
れている。そこで、従来の石油燃焼機器の大きさを変え
ないか、あるいは小型化して触媒燃焼技術を利用するた
めには機器部品の表面を燃焼触媒とすることが有効であ
る。これにより触媒設置部の新設を避けることができ、
炎燃焼部の縮小を図ることができる。現在、燃焼触媒は
セラミックス系触媒担体の表面に触媒金属を担持したも
のが用いられており、燃焼機器部品表面を燃焼触媒とす
るためには適さない。また、点火、消火時に高い熱衝撃
および圧力衝撃を受けるような部位に使用すると割れ、
破壊等が生じることも大きな問題である。さらに、燃焼
機器部品に使用されている金属材料の表面を耐熱性の高
い触媒とする技術は現段階では実用化されていなかっ
た。
のは石油、ガスおよび電気である。世帯当りのエネルギ
ー消費量に対する石油（灯油）の割合は約３０％で、今
後は横ばいもしくは徐々に減少することが予想されてい
る。これは電気、ガスの熱機器が持つ低公害、高利便
性、安全性およびクリーン性に充分対抗できる石油燃焼
機器が開発されていないためである。石油給湯機器、風
呂釜等の民生用石油燃焼機器は一般的にガス、電気の同
様な商品と比較して５〜１０ｄＢ程度騒音が大きい。ま
た、ＮＯｘ、ＣＯ、未燃炭化水素の排出量も多い。その
ため石油給湯機器、風呂釜等は近隣騒音公害あるいは環
境汚染源の一つとなっており、石油燃焼機器普及の妨げ
となっている。これらの問題を解決して石油燃焼機器の
快適性、安全性を向上させるには消音器あるいは熱交換
器のフィン等の熱機器部品の表面を燃焼触媒とすること
が有効な方法である。触媒燃焼は完全燃焼の達成をはじ
めとして、低温燃焼によるサーマルＮＯｘ生成の阻止等
の様々な特徴を有する新しい燃焼方式である。このよう
な燃焼触媒を燃焼機器部品の表面に設けることができれ
ば石油燃焼機器の大きさを変えることなく触媒燃焼の利
点を石油燃焼機器に備えることができる。また、熱交換
器のフィン等の伝熱面の表面を燃焼触媒とすることがで
きれば、完全燃焼が達成できるとともに、サーマルＮＯ
ｘの生成を著しく減少させることができるうえ、熱の発
生が固体表面で起きるので、気体−固体間の伝熱障壁の
影響を避けることができ熱利用効率を高めることが可能
である。しかも、炎燃焼と異なり触媒燃焼は燃焼音が無
いので燃焼騒音を低減する効果も期待できる。触媒燃焼
は優れた新燃焼技術であるが、民生用に供し得る低廉、
高活性で１０００℃以上の高温に耐える触媒が無いこと
から、燃焼部位単位体積当りの負荷（Ｋｃａｌ／ｃ
ｍ３）は従来の炎燃焼と同等もしくは若干劣ると考えら
れている。そこで、従来の石油燃焼機器の大きさを変え
ないか、あるいは小型化して触媒燃焼技術を利用するた
めには機器部品の表面を燃焼触媒とすることが有効であ
る。これにより触媒設置部の新設を避けることができ、
炎燃焼部の縮小を図ることができる。現在、燃焼触媒は
セラミックス系触媒担体の表面に触媒金属を担持したも
のが用いられており、燃焼機器部品表面を燃焼触媒とす
るためには適さない。また、点火、消火時に高い熱衝撃
および圧力衝撃を受けるような部位に使用すると割れ、
破壊等が生じることも大きな問題である。さらに、燃焼
機器部品に使用されている金属材料の表面を耐熱性の高
い触媒とする技術は現段階では実用化されていなかっ
た。
【０００３】
【目的】本発明の目的は、燃焼音が小さく、ＮＯｘを発
生しないで完全燃焼が可能な石油燃焼システム中で用い
る新らしいタイプの燃焼触媒とその製法を提供する点に
ある。
生しないで完全燃焼が可能な石油燃焼システム中で用い
る新らしいタイプの燃焼触媒とその製法を提供する点に
ある。
【０００４】
【構成】本発明の第１は、熱交換用フィン、その上に１
５０００〜２００００℃でのプラズマ溶射により形成さ
れた多孔質セラミックス層および多孔質セラミックス層
に担持された酸化触媒よりなることを特徴とする燃焼触
媒に関する。本発明の第２は、粗面化した熱交換用フィ
ン表面にセラミックス系溶射材を１５０００〜２０００
０℃でプラズマ溶射することにより多孔質セラミックス
層を形成した後、該多孔質セラミックス層に酸化触媒を
担持させることを特徴とする燃焼触媒の製法に関する。
本発明の第３は、粗面化した熱交換用フィン表面に、金
属溶射材を１５０００〜２００００℃でプラズマ溶射す
ることによりアンダーコート層を形成し、ついで、その
上にセラミックス系溶射材を１５０００〜２００００℃
でプラズマ溶射することにより多孔質セラミックス層を
形成した後、該多孔質セラミックス層に酸化触媒を担持
させることを特徴とする燃焼触媒の製法に関する。
５０００〜２００００℃でのプラズマ溶射により形成さ
れた多孔質セラミックス層および多孔質セラミックス層
に担持された酸化触媒よりなることを特徴とする燃焼触
媒に関する。本発明の第２は、粗面化した熱交換用フィ
ン表面にセラミックス系溶射材を１５０００〜２０００
０℃でプラズマ溶射することにより多孔質セラミックス
層を形成した後、該多孔質セラミックス層に酸化触媒を
担持させることを特徴とする燃焼触媒の製法に関する。
本発明の第３は、粗面化した熱交換用フィン表面に、金
属溶射材を１５０００〜２００００℃でプラズマ溶射す
ることによりアンダーコート層を形成し、ついで、その
上にセラミックス系溶射材を１５０００〜２００００℃
でプラズマ溶射することにより多孔質セラミックス層を
形成した後、該多孔質セラミックス層に酸化触媒を担持
させることを特徴とする燃焼触媒の製法に関する。
【０００５】前記セラミックス系溶射材の溶射に先立
ち、粗面化した熱交換用フィン表面に金属溶射材を１５
０００〜２００００℃でプラズマ溶射することによりア
ンダーコート層を形成することにより、一層セラミック
スと金属支持体の接着力を強化することができる。高温
部位に用いる民生用熱機器部品の多くは金属が使用され
ている。これ等金属の表面を燃焼触媒とするためには、
表面に耐熱性が高く比表面積も比較的大きい多孔質セラ
ミツクス皮膜を形成して触媒担体とする必要がある。ま
た、金属とセラミックスでは熱膨脹率も異なるので接合
強度が大きく、熱衝撃にも充分に耐えられるものでなけ
ればならない。そこで、本発明では、担体膜の形成にあ
たり、超高温（１５０００〜２００００℃）が得られ、
高融点のセラミックス材料が溶融でき、かつ高速エネル
ギーを与えることができるプラズマ溶射装置を用いるこ
とにより、セラミックス微小球を熱交換用フィン表面に
積層させ、比表面積の大きなセラミックス担体膜を製造
した。プラズマ溶射装置としては、市販のプラズマ溶射
装置を用いた。担体膜を形成させるセラミックス系溶射
材としては、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉ
Ｏ２，Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２，Ｚ
ｒＯ２，ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２−ＭｇＯ，Ｚｒ
Ｏ２−ＣａＯ，ＺｒＯ２−ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３−Ｃｏ
Ｏ，Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ，Ｙ２Ｏ３，ＮｉＯ等の金属酸
化物を用い、また、担体膜の密着強度を増大させるため
の金属系溶射材（アンダーコート材）としては、Ａｌ，
Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ａｌ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎ
ｉＣｒ−Ａｌ，ＣｏＣｒ−Ａｌ等を用いたが、とりわけ
Ｎｉ−Ａｌ，Ｎｉ−Ｃｒが好ましい。以上のようにして
得られた担体表面に金属を担持して燃焼触媒を調整し
た。金属の担持は図１に示した方法により行なった。ま
た、一部のものについてはアルミナによる均一ゲル化法
も適用できる。アルミナによる均一ゲル化法は、金属塩
水溶液中に硝酸アルミニウムの水溶液を混合しておき、
これを担体に含漬した後アンモニア蒸気に触れさせると
ゲル化して、金属塩が均一に分散した状態で固定化す
る。ついで、これを焼成し、アルミニウム化合物をアル
ミナに変換する方法である。
ち、粗面化した熱交換用フィン表面に金属溶射材を１５
０００〜２００００℃でプラズマ溶射することによりア
ンダーコート層を形成することにより、一層セラミック
スと金属支持体の接着力を強化することができる。高温
部位に用いる民生用熱機器部品の多くは金属が使用され
ている。これ等金属の表面を燃焼触媒とするためには、
表面に耐熱性が高く比表面積も比較的大きい多孔質セラ
ミツクス皮膜を形成して触媒担体とする必要がある。ま
た、金属とセラミックスでは熱膨脹率も異なるので接合
強度が大きく、熱衝撃にも充分に耐えられるものでなけ
ればならない。そこで、本発明では、担体膜の形成にあ
たり、超高温（１５０００〜２００００℃）が得られ、
高融点のセラミックス材料が溶融でき、かつ高速エネル
ギーを与えることができるプラズマ溶射装置を用いるこ
とにより、セラミックス微小球を熱交換用フィン表面に
積層させ、比表面積の大きなセラミックス担体膜を製造
した。プラズマ溶射装置としては、市販のプラズマ溶射
装置を用いた。担体膜を形成させるセラミックス系溶射
材としては、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３−Ｔｉ
Ｏ２，Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２，Ｚ
ｒＯ２，ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３，ＺｒＯ２−ＭｇＯ，Ｚｒ
Ｏ２−ＣａＯ，ＺｒＯ２−ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３−Ｃｏ
Ｏ，Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ，Ｙ２Ｏ３，ＮｉＯ等の金属酸
化物を用い、また、担体膜の密着強度を増大させるため
の金属系溶射材（アンダーコート材）としては、Ａｌ，
Ｔｉ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｎｉ−Ａｌ，Ｎｉ−Ｃｒ，Ｎ
ｉＣｒ−Ａｌ，ＣｏＣｒ−Ａｌ等を用いたが、とりわけ
Ｎｉ−Ａｌ，Ｎｉ−Ｃｒが好ましい。以上のようにして
得られた担体表面に金属を担持して燃焼触媒を調整し
た。金属の担持は図１に示した方法により行なった。ま
た、一部のものについてはアルミナによる均一ゲル化法
も適用できる。アルミナによる均一ゲル化法は、金属塩
水溶液中に硝酸アルミニウムの水溶液を混合しておき、
これを担体に含漬した後アンモニア蒸気に触れさせると
ゲル化して、金属塩が均一に分散した状態で固定化す
る。ついで、これを焼成し、アルミニウム化合物をアル
ミナに変換する方法である。
【０００６】
【実施例】実施例１ ステンレス鋼板材よりなる熱交換用フィンを用い、前処
理としてブラスト処理による粗面化を行った後、（ａ）
グレーアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、（ｂ）スピネル（Ａｌ
２Ｏ３−ＭｇＯ）または（ｃ）ムライト（Ａｌ２Ｏ３−
ＳｉＯ２）の微粉末をそれぞれプラズマ溶射した。溶射
条件はいずれの場合もすべて下記のとおりである。 プライマリガス（Ａｒ）流量 ３９リットル／ｍｉｎ セカンダリガス（Ｈ２）流量 ９〜１４．４リットル／ｍｉｎ 電 圧 ７４〜８８Ｖ 電 流 ５００〜６００Ａ 溶射距離 ５０〜３００ｍｍ 溶 射 量 ２５〜７０ｇ／ｍｉｎ 溶射したそれぞれのセラミックス皮膜の物性を密着性
（引張り強さ）、表面粗さ、比表面積および耐熱衝撃性
について試験した。密着性および耐熱衝撃性の試験は、
ＪＩＳ Ｈ８６６６に準拠して行った。試験結果を表１
に示したが、耐熱衝撃性試験において溶射皮膜のふく
れ、剥離、割れ等の生じない密着性の高い皮膜を形成で
きた。
理としてブラスト処理による粗面化を行った後、（ａ）
グレーアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、（ｂ）スピネル（Ａｌ
２Ｏ３−ＭｇＯ）または（ｃ）ムライト（Ａｌ２Ｏ３−
ＳｉＯ２）の微粉末をそれぞれプラズマ溶射した。溶射
条件はいずれの場合もすべて下記のとおりである。 プライマリガス（Ａｒ）流量 ３９リットル／ｍｉｎ セカンダリガス（Ｈ２）流量 ９〜１４．４リットル／ｍｉｎ 電 圧 ７４〜８８Ｖ 電 流 ５００〜６００Ａ 溶射距離 ５０〜３００ｍｍ 溶 射 量 ２５〜７０ｇ／ｍｉｎ 溶射したそれぞれのセラミックス皮膜の物性を密着性
（引張り強さ）、表面粗さ、比表面積および耐熱衝撃性
について試験した。密着性および耐熱衝撃性の試験は、
ＪＩＳ Ｈ８６６６に準拠して行った。試験結果を表１
に示したが、耐熱衝撃性試験において溶射皮膜のふく
れ、剥離、割れ等の生じない密着性の高い皮膜を形成で
きた。
【表１】 ＊８５０℃で１０分熱処理後、水中で急冷する作業を５
回繰り返した。表中の○印は、剥離やふくれが発生しな
かったことを示す。
回繰り返した。表中の○印は、剥離やふくれが発生しな
かったことを示す。
【０００７】実施例２ （イ）塩化白金酸Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏの水溶液と
硝酸パラジウムＰｄ（ＮＯ３）２の水溶液または（ロ）
テトラミンジクロロ白金Ｐｔ（ＮＨ３）４Ｃｌ２とテト
ラミンジクロロパラジウムＰｄ（ＮＨ３）４Ｃｌ２の水
溶液（いずれもＰｔ／Ｐｄの比５／１）を、アルミナを
プラズマ溶射したステンレス鋼板材よりなる熱交換用フ
ィン〔実施例１（ａ）で得られたもの〕に塗布した（な
お、浸漬法によってもよい。）。塗布量は金属量が０．
２ｍｇ／ｃｍ２になるように調整した。これを空気中で
乾燥し（１２０℃、３０分）、空気中で焼成後、水素還
元処理を行い（４００℃、３０分）、触媒Ａおよび触媒
Ｂを作った。このようにして調製した触媒担持ステンレ
ス鋼板材よりなる熱交換用フィンを図２に示すような触
媒活性試験装置の反応器中に装填し、燃料ガスとしてエ
チレン（９９３ｐｐｍ、空気バランス）を使用し、ガス
流量調節器で一定流量に制御して電気炉で加熱した反応
器に供給した。排気分析は全炭化水素計により連続測定
した。試験条件の範囲は下記表２の通りである。
硝酸パラジウムＰｄ（ＮＯ３）２の水溶液または（ロ）
テトラミンジクロロ白金Ｐｔ（ＮＨ３）４Ｃｌ２とテト
ラミンジクロロパラジウムＰｄ（ＮＨ３）４Ｃｌ２の水
溶液（いずれもＰｔ／Ｐｄの比５／１）を、アルミナを
プラズマ溶射したステンレス鋼板材よりなる熱交換用フ
ィン〔実施例１（ａ）で得られたもの〕に塗布した（な
お、浸漬法によってもよい。）。塗布量は金属量が０．
２ｍｇ／ｃｍ２になるように調整した。これを空気中で
乾燥し（１２０℃、３０分）、空気中で焼成後、水素還
元処理を行い（４００℃、３０分）、触媒Ａおよび触媒
Ｂを作った。このようにして調製した触媒担持ステンレ
ス鋼板材よりなる熱交換用フィンを図２に示すような触
媒活性試験装置の反応器中に装填し、燃料ガスとしてエ
チレン（９９３ｐｐｍ、空気バランス）を使用し、ガス
流量調節器で一定流量に制御して電気炉で加熱した反応
器に供給した。排気分析は全炭化水素計により連続測定
した。試験条件の範囲は下記表２の通りである。
【表２】 活性試験結果を図３に示す。図にみられるように、活性
の高いものは１００℃以下で燃焼が開始し、１５０〜２
００℃以上で完全に燃焼している。
の高いものは１００℃以下で燃焼が開始し、１５０〜２
００℃以上で完全に燃焼している。
【０００８】
【効果】以上のように本発明によれば燃焼機器の大きさ
を変えることなく、触媒を装着することができ、また熱
交換器のフィンなどの伝熱面の表面を触媒層とした場合
には、完全燃焼が達成できるとともに、サーマルＮＯｘ
の生成を著しく減少させることができるうえ、熱の発生
が固体表面で起るので、気体・固体間の伝熱障壁の影響
を避けることができ熱利用効率を高めることが可能であ
り、しかも燃焼騒音が低減できる。
を変えることなく、触媒を装着することができ、また熱
交換器のフィンなどの伝熱面の表面を触媒層とした場合
には、完全燃焼が達成できるとともに、サーマルＮＯｘ
の生成を著しく減少させることができるうえ、熱の発生
が固体表面で起るので、気体・固体間の伝熱障壁の影響
を避けることができ熱利用効率を高めることが可能であ
り、しかも燃焼騒音が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】触媒調整のフローシートである。
【図２】実施例１で用いた触媒活性試験装置の概略図で
ある。
ある。
【図３】実施例１における活性試験結果を示すグラフで
ある。
ある。
１ 燃料ガスボンベ ２ ガス流量調節器 ３ 予熱器 ４ 反応器 ５ 全炭化水素分析計 ６ ヒーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 哲也 東京都千代田区霞ヶ関３丁目２番５号 昭和シェル石油株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−36547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−126452（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−506139（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 21/00 - 37/36 F23C 11/00
Claims (3)
- 【請求項１】 熱交換用フィン、その上に１５０００〜
２００００℃でのプラズマ溶射により形成された多孔質
セラミックス層および多孔質セラミックス層に担持され
た酸化触媒よりなることを特徴とする燃焼触媒。 - 【請求項２】 粗面化した熱交換用フィン表面にセラミ
ックス系溶射材を１５０００〜２００００℃でプラズマ
溶射することにより多孔質セラミックス層を形成した
後、該多孔質セラミックス層に酸化触媒を担持させるこ
とを特徴とする燃焼触媒の製法。 - 【請求項３】 粗面化した熱交換用フィン表面に、金属
溶射材を１５０００〜２００００℃でプラズマ溶射する
ことによりアンダーコート層を形成し、ついで、その上
にセラミックス系溶射材を１５０００〜２００００℃で
プラズマ溶射することにより多孔質セラミックス層を形
成した後、該多孔質セラミックス層に酸化触媒を担持さ
せることを特徴とする燃焼触媒の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24271791A JP3261710B2 (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | 燃焼触媒とその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24271791A JP3261710B2 (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | 燃焼触媒とその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0557199A JPH0557199A (ja) | 1993-03-09 |
| JP3261710B2 true JP3261710B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=17093195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24271791A Expired - Fee Related JP3261710B2 (ja) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | 燃焼触媒とその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3261710B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5721188A (en) * | 1995-01-17 | 1998-02-24 | Engelhard Corporation | Thermal spray method for adhering a catalytic material to a metallic substrate |
-
1991
- 1991-08-28 JP JP24271791A patent/JP3261710B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0557199A (ja) | 1993-03-09 |
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| JPH0516307B2 (ja) |
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