JPH0586255B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は民生および業務用に使用するに適する
触媒燃焼用触媒体に関するものである。特に熱線
放射（輻射）と触媒燃焼とを組み合せた触媒体に
関するものである。

従来技術 触媒燃焼とは固体触媒の表面で燃料と空気とを
接触させて燃焼（酸化）反応を行わせる燃焼方式
である。触媒燃焼には次に示すような種々の特徴
がある。

１） 燃焼温度が低く燃焼の制御が容易である。

触媒燃焼における燃料／空気比の範囲は炎燃
焼に比較して非常に広いので燃焼の制御範囲が
広くしかも制御が容易である。

２） 燃焼条件の広い範囲で、完全燃焼が可能で
ある。

高性能の触媒を使用することで広い範囲で一
酸化炭素の発生が無く、油煙及びタールの発生
もない。

３） 窒素酸化物の発生を抑制する。

燃焼機器の燃焼温度は350−600℃程度の比較
的低い温度である。この温度範囲では窒素酸化
物の発生は無いといわれているので、灯油のよ
うに窒素分のほとんどない燃料を使用する場合
には窒素酸化物はほとんど発生しない。

４） 無炎であるので燃焼部の形状がある程度任
意である。

炎燃焼と異なり触媒燃焼はあらゆる方向に向
けて燃焼を行なうことができるので球形をはじ
めとする様々な形状の燃焼部を形成できる。

５） 小型で熱効率が高い。

触媒燃焼では熱は固体である触媒表面で発生
するので炎燃焼のように気体である炎から固体
である熱交換パイプの表面への伝熱障害がなく
なる分だけ触媒燃焼の熱効率がよい。

６） 炎がないので燃焼音がない。

以上に述べたように、触媒燃焼には種々の特徴
があるので現在まで種々の研究と提案がなされて
きた。例えば白金族金属を担持したセラミツクフ
アイバー触媒体について特公昭58−35095号公報
および特公昭58−20306号公報がある。

しかしながら、触媒の劣化損耗による取替えが
必要であるとか、触媒価格が高いなどの検討すべ
き課題があつた。

一方、従来熱線放射による加熱装置としては赤
外線電気ストーブおよび赤外線ガスストーブがあ
る。

これらはいずれも熱線として強い熱作用をもつ
電磁波（光）を利用するものであるが、同一温度
の物質であつても放射（輻射）される熱線の量と
波長はそれぞれの物質に固有のものであるので、
目的に合つた放射（輻射）効率のよい放射（輻
射）体の選択が必要である。

熱線放射は、温風暖房方式に比較して身体への
熱の供給効率および速度の点ですぐれており、民
生・業務用燃焼機器特に暖房機器に適しているの
で、例えばセラミツク製熱板を用いた赤外線加熱
装置について特公昭47−25010号公報に見られる
ように種々の提案がなされた。

発明の解決しようとする問題点 以上にのべたように、触媒燃焼は種々の特徴を
有するが、触媒価格が高い欠点があつた。

一方熱線放射による加熱方式では熱板の材質に
問題があつた。

従来のジルコニア系セラミツクスは耐熱性及び
耐食性は良好であるが、熱伝導性は必ずしも満足
すべきものではなかつた。

本発明は触媒体の熱線放射（輻射）効率を高め
ることにより、エネルギー利用効率を向上させ、
総合的な経費の削減を図るものである。

問題点を解決するための手段、作用 本発明者等は、遠赤外線および赤外線（以下熱
線という）を多量に放射（輻射）する機能をそな
えた触媒体の開発を行なつた。

触媒体の熱線放射（輻射）効率を高める方法と
しては、放射（輻射）効率の高い素材を触媒体の
表面に塗布する方法、放射（輻射）効率の高い素
材自体を担体として用いる方法があるが、本発明
では後者の方法を採用した。

すなわち、本発明は重量比においてZrO₂・
SiO₂50％（重量）以上と残部の粘土とからなる
素地混合物の担体をシリカゾル又はアルミナゾル
で被覆した後に白金、パラジウムおよびロジウム
から選ばれた少なくとも１つの白金族金属を担持
させたことを特徴とする燃焼器用触媒体を提供す
るものである。

本発明で使用する熱線放射（輻射）効率の高い
素材は、ケイ酸ジルコニアを主体とするセラミツ
クスである。その組成分析結果の一例を示せば次
のようである（重量％）。

ZrSiO₄56.22％、SiO₂3.93％、Fe₂O₃19.37％、
Mn₃O₄7.94％、Ａ₂O₃7.99％。

上記のセラミツクスはZrO₂・SiO₂50％以上の
ものを使用する。素材混合物の残部の成分は粘土
である。粘土は必ずしも必須成分ではない。
ZrO₂・SiO₂分と鉱化剤（マンガン酸化物、鉄酸
化物）とからセラミツクスを作ることができる。
粘土は素地混合物の可塑性を高めて成型性を良く
するためのものである。

ZrO₂・SiO₂含量50％（重量）以下、粘土30％
（重量）以上あるいは鉱化剤15％（重量）以上を
使用する場合には製品の耐火度が低下したり、燃
成温度幅が減少したりして良好なセラミツクスが
得られない。

一方、ZrO₂・SiO₂50％（重量）以上を使用し、
粘土分を減少するか、あるいは鉱化剤を減少すれ
ば焼成温度を高くすることができ又製品の使用温
度を高くすることができる。上記素材は普通1260
−1450℃の磁器焼成雰囲気内で焼成したものであ
る。

上記の触媒担体は表面がガラス質化しており、
そのまゝでは触媒金属（白金族金属）を担持させ
ることができないので、シリカゾル又はアルミナ
ゾルを用いて担体を被覆した。

触媒担体を被覆するのに使用するコロイド状の
アルミナまたはシリカゾルは水あるいはアルコー
ルを分散媒として１〜100μの微粒子のシリカま
たはアルミナを分散させたコロイド溶液である。
また、水あるいはアルコール溶媒でエチルオルト
シリケートを用い、塩酸などの酸性物質で加水分
解したものを使用することができる。

シリカ又はアルミナの担持量はコロイド状シリ
カ溶液の濃度と浸漬回数とによつて定まる。触媒
担体の形状あるいは大きさなどに応じて担体100
重量部に対して微粒子状シリカの担持量は10−
100重量部の範囲である。

シリカの担持量が10重量部より少ないと触媒体
の表面を均一に覆うことができないので、燃焼面
の表面温度が不均一になり易い。一方、シリカ担
持量が100重量部を越える場合にはシリカまたは
アルミナの増量によるコストの上昇のみならず、
触媒体のガス通過抵抗が大きくなり、供給するガ
ス圧力を上昇させなければならない。また触媒体
が重くなる欠点がある。

上記のようにして得られたシリカまたはアルミ
ナで被覆した触媒担体を250−600℃の温度で焼成
した後、白金、パラジウムおよびロジウムから選
ばれた少なくとも１つの白金族金属を触媒担体の
重量基準で0.1−1.0％（重量）担持させた。

担持量が0.1重量％以下では熱線放射（輻射）
特性の高い触媒体は得られない。一方担持量が
1.0重量％以上では触媒価格が高くなる欠点があ
つた。

実施例 次に実施例を掲げて本発明を説明するが、これ
に限定されるものではない。

触媒担体の調整方法 上記のケイ酸ジルコニア系セラミツクスを32−
24メツシユに砕いたものを担体として用いた。

担体表面をシリカゾル（商品名：cataloid350
触媒化成製：シリカ含量14wt％）を用いて被覆、
乾燥し、空気雰囲気中で約500℃で24時間焼成し
たものを触媒担体とした。シリカゾルの被覆量は
担体の重量基準で約15重量％であつた。

次に上記の如くして得られた触媒担体に白金族
金属例えば白金を担持した。

担持方法は、塩化白金酸水溶液（H₂Ptc₆と
して0.90gr／100ml：白金として0.43gr／100ml）
を用い、この溶液に浸漬した後乾燥した。

次に乾燥体を12％（容量）の水素（残部は窒
素）気流中で400℃にて焼成還元後触媒体とした。
白金の担持量は担体の重量基準で約0.5重量％で
あつた。

触媒体の赤外線発光スペクトル 本発明の触媒体の200℃における空気中の赤外
線発光スペクトルを第１図に示した。

セラミツクフアイバー不織布にシリカをコーテ
イングした担体を用いて調整した白金触媒（特公
昭58−35095号公報記載の従来の触媒体に相当す
るものであつて、担体に担持した白金の量は同一
であつた）と従来の触媒体との赤外線発光スペク
トル比を第２図に示した。

第２図において、放射（輻射）強度比100の点
が従来の触媒体と放射（輻射）強度が等しい点
で、これより放射（輻射）強度比が大きい点では
本発明の触媒体の方が赤外線すなわち熱線の放射
（輻射）強度がすぐれている点である。

なお、第２図では2000cm^-2以上の波数のデータ
を示していない。この部分は第１図に示すよう
に、放射（輻射）強度が小さいことと、本発明の
触媒体と従来の触媒体との放射（輻射）強度ほぼ
等しいのでノイズの影響をうけて、正確な強度比
のデータが得られなかつたからである。

第２図から明らかなように、本発明の触媒体の
熱線放射（輻射）特性は従来の触媒体のものより
すぐれている。

触媒燃焼試験 燃焼試験は市販灯油を燃料として用いて行なつ
た。燃焼装置は電気炉内に設置した外径40mm、内
径14mmのステンレス管を反応管として使用した。
触媒体約1.65grをステンレス製金鋼２枚ではさみ
反応管内に固定した。

反応は、400℃に加熱した反応管中の触媒体へ
灯油蒸気と空気とを送つておこなつた。灯油の供
給量は20℃の液体状態で1.5ml／hrであり、空気
は理論量の３倍量（44.8／hr）を充分に混合し
て供給した。このとき、触媒層を通過した後のガ
ス中の酸素濃度を測定したところ、酸素濃度は約
２／３となつており、対燃料で98％以上の燃焼率を
示した。

この値は、従来の白金触媒体（担体へ担持した
白金の量は同一であつた）を用いて行なつた実験
結果と同一であつた。このことから本発明の触媒
体は燃焼触媒として従来の触媒体と同等の活性を
有することがわかつた。

次に、本発明の触媒体の触媒燃焼時の熱線放射
（輻射）能を従来の触媒体と比較するため次の実
験を行なつた。

上記の燃焼条件で触媒燃焼を行ない、定常状態
に達した時点で触媒体外面の金網から９cm、反応
管の出口端より２cmの位置の反応管の中心部に熱
電対を速やかに挿入した。この熱電対の先端には
炭素粉を多量に含む塗料を塗布して熱線を吸収し
易くした。この操作を本発明の触媒体と従来の触
媒体について行ない、熱電対先端温度の経時変化
を測定した。その結果を第３図に示した。

第３図からわかるように、本発明の触媒体は昇
温速度も速く、しかも平衝温度も高い。供給した
灯油量も燃焼率も同一であることから両触媒体の
熱電対先端温度の経時変化の差は熱線の放射（輻
射）効率の差の基因するものと考えられる。

上記の事実から、本発明の触媒体が熱線放射
（輻射）特性の高いものであることがわかつた。

発明の効果 (1) 本発明の触媒体は熱線放射（輻射）特性と触
媒燃焼性との両特性をそなえた触媒体である。

(2) 本発明の触媒体は従来の触媒体に比較して熱
線放射（輻射）量が非常に大きい触媒体であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の触媒体の赤外線発光スペク
トル線図、第２図は、本発明の触媒体と従来の触
媒体との赤外線発光スペクトル線図、および第３
図は、本発明の触媒体と従来の触媒体との熱電対
先端温度の経時変化を示す図である。 図において、曲線Ａ…本発明の触媒体、曲線Ｂ
…従来の触媒体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重量比においてZrO₂・SiO₂50％（重量）以
   上と残部の粘土とから成る素地混合物の担体をシ
   リカゾル又はアルミナゾルで被覆した後に白金、
   パラジウムおよびロジウムから選ばれた少なくと
   も１つの白金族金属を担持させたことを特徴とす
   る燃焼器用触媒体。