JPH0557199A - 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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- JPH0557199A JPH0557199A JP3242717A JP24271791A JPH0557199A JP H0557199 A JPH0557199 A JP H0557199A JP 3242717 A JP3242717 A JP 3242717A JP 24271791 A JP24271791 A JP 24271791A JP H0557199 A JPH0557199 A JP H0557199A
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Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 金属支持体、その上に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。
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。 【構成】 金属支持体、その上に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。
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、完全燃焼およびサーマルＮＯｘの生成を著しく
減少させることができるのみならず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１０
００℃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／cm3）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、完全燃焼およびサーマルＮＯｘの生成を著しく
減少させることができるのみならず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１０
００℃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／cm3）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、金属支持体、その上に形成さ
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。前記金属支持体としては、燃焼機器金属部
品であることができ、とくに熱交換用フィンであること
ができる。本発明の第２は、粗面化した金属表面にセラ
ミックス系溶射材を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。
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。前記金属支持体としては、燃焼機器金属部
品であることができ、とくに熱交換用フィンであること
ができる。本発明の第２は、粗面化した金属表面にセラ
ミックス系溶射材を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、粗面化した金属表面に金属溶射材をプラズマ溶射す
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（15,000〜20,000℃）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金属表面に積層
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-ＴｉＯ2，Ａ
ｌ2Ｏ3-ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3-ＳｉＯ2，ＺｒＯ2，ＺｒＯ2-
Ｙ2Ｏ3，ＺｒＯ2-ＭｇＯ，ＺｒＯ2-ＣａＯ，ＺｒＯ2-Ｓ
ｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3-ＣｏＯ，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-Ａ
ｌ，Ｎｉ-Ｃｒ，ＮｉＣｒ−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、粗面化した金属表面に金属溶射材をプラズマ溶射す
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（15,000〜20,000℃）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金属表面に積層
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-ＴｉＯ2，Ａ
ｌ2Ｏ3-ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3-ＳｉＯ2，ＺｒＯ2，ＺｒＯ2-
Ｙ2Ｏ3，ＺｒＯ2-ＭｇＯ，ＺｒＯ2-ＣａＯ，ＺｒＯ2-Ｓ
ｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3-ＣｏＯ，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-Ａ
ｌ，Ｎｉ-Ｃｒ，ＮｉＣｒ−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１ ステンレス鋼板材を用い、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（Ａｌ
2Ｏ3）、(b)スピネル（Ａｌ2Ｏ3-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、
ＪＩＳＨ８６６６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。
よる粗面化を行った後、(a)グレーアルミナ（Ａｌ
2Ｏ3）、(b)スピネル（Ａｌ2Ｏ3-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、
ＪＩＳＨ８６６６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)4C
l2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〔実施例１(a)
でに得られたもの〕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。
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)4C
l2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〔実施例１(a)
でに得られたもの〕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】 表２ 触媒活性試験条件範囲 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 混合ガス エチレン（993ppm、空気バランス） 加熱炉温度 １００〜５００℃ 反応管温度 ９０〜４３０℃ ガス流量 １１８ ml/min/cm2 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耐熱衝撃性に優
れ、活性の高い燃焼触媒を提供することができる。
れ、活性の高い燃焼触媒を提供することができる。
【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 東京都千代田区霞ケ関３丁目２番５号 昭 和シエル石油株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 金属支持体、その上に形成された多孔質
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】 前記金属支持体が燃焼機器金属部品であ
る請求項１記載の燃焼触媒。 - 【請求項３】 前記燃焼機器金属部品が熱交換用フィン
である請求項２記載の燃焼触媒。 - 【請求項４】 粗面化した金属表面にセラミックス系溶
射材を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５】 粗面化した金属表面に、金属溶射材をプ
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 true JPH0557199A (ja) | 1993-03-09 |
| JP3261710B2 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008200675A (ja) * | 1995-01-17 | 2008-09-04 | Basf Catalysts Llc | 触媒材料を金属基質に接着させる熱噴霧方法 |
-
1991
- 1991-08-28 JP JP24271791A patent/JP3261710B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008200675A (ja) * | 1995-01-17 | 2008-09-04 | Basf Catalysts Llc | 触媒材料を金属基質に接着させる熱噴霧方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3261710B2 (ja) | 2002-03-04 |
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