JPH10272318A - 自己発熱型フィルタ及び自己発熱型触媒体の製造方法 - Google Patents
自己発熱型フィルタ及び自己発熱型触媒体の製造方法Info
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Abstract
自己発熱型フィルタ及び自己発熱型触媒体の製造方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 抵抗発熱性を有する金属多孔体からな
り、該金属多孔体に電気を流すことにより発熱させるこ
とが可能な自己発熱型フィルタの製造方法であって、金
属多孔体を所定方向に向かって連続する波形に加工し、
その後該金属多孔体の自由端に電極3を取り付けた後
に、金属多孔体の表面をCr酸化物、Al酸化物、Si
酸化物、Ti酸化物のうち、1種あるいは2種以上の酸
化物で被覆するようにして自己発熱型フィルタ1を製造
する。或いは、金属多孔体を所定方向に向かって連続す
る波形に加工し、その後該金属多孔体の自由端に電極3
を取り付けた後に、金属多孔体の表面をCr酸化物、A
l酸化物、Si酸化物、Ti酸化物のうち、1種あるい
は2種以上の酸化物で被覆し、更にその後該金属多孔体
に触媒を担持して自己発熱型触媒体2を製造する。
Description
流して発熱させることが可能な自己発熱型フィルタ及び
自己発熱型触媒体の製造方法に関する。
り、該金属多孔体に電気を流すことにより発熱させるこ
とが可能な自己発熱型フィルタや、前記金属多孔体に触
媒を担持して形成した自己発熱型触媒体が提案されてい
る。
フィルタ及び自己発熱型触媒体にあっては、例えば平板
形状であるため、容器内等に設置したときに機械強度の
不足、温度変化による伸縮による変形や溶断等が発生し
易い。又、平板形状では、単位体積当たりのフィルタ及
び触媒体の表面積が少なく、装置体積が大きくなり、更
に、所定形状に加工して成形するのが困難であるという
問題点がある。
に電極を取り付ける構成にあっては、従来、金属多孔体
と電極との接触不良が発生し、通電時のこの部分が発熱
して、金属多孔体の溶損や破損が発生する虞がある。こ
のように従来の自己発熱型フィルタ及び自己発熱型触媒
体にあっては、耐久性と加工性、コンパクト性等に問題
があった。
するためなされたものであり、優れた耐久性と加工性の
向上や、装置体積のコンパクト化等を図れる自己発熱型
フィルタ、自己発熱型触媒体及びこれらの製造方法を提
供することを目的とする。
め、請求項1に係る発明は、請求項1に係る発明は、抵
抗発熱性を有する金属多孔体からなり、該金属多孔体に
電気を流すことにより発熱させることが可能な自己発熱
型フィルタの製造方法であって、金属多孔体を所定方向
に向かって連続する波形に加工し、その後該金属多孔体
の自由端に電極を取り付けた後に、金属多孔体の表面に
Cr酸化物、Al酸化物、Si酸化物、Ti酸化物のう
ち、1種あるいは2種以上の酸化物を被覆したことを特
徴とする。
る金属多孔体に触媒を担持した触媒担持金属多孔体から
なり、該触媒担持金属多孔体に電気を流すことにより発
熱させることが可能な自己発熱型触媒体の製造方法であ
って、金属多孔体を所定方向に向かって連続する波形に
加工し、その後該金属多孔体の自由端に電極を取り付け
た後に、金属多孔体の表面にCr酸化物、Al酸化物、
Si酸化物、Ti酸化物のうち、1種あるいは2種以上
の酸化物を被覆し、更にその後触媒を担持するようにし
たことを特徴とする。
説明する。本発明の金属多孔体の平均孔径の下限値は1
0μm、好ましくは20μmであり、一方、その上限値
は500μm、好ましくは200μmである。本発明に
おいて、金属多孔体の平均孔径が10μm未満の場合は
差圧が大きくなる虞があり、一方、500μmを越える
場合は、フィルタとしての捕集効率が低くすぎたり、触
媒体と被処理ガスとの接触効率が低くなりすぎるので、
それぞれ好ましくない。
は任意であり、これらを任意に変化させて、フィルタと
しての捕集効率や触媒体としての反応効率を最適設計す
ることができる。また、本発明の金属多孔体は、通電に
より抵抗発熱性を有するものであれば良く、その材質は
任意であるが、通常、Fe、Cr、Ni、Co、Wから
選ばれる1つ以上の金属を主材料とするものが好ましく
用いられる。また、Al、Si、Tiなどの金属を含有
するものであることが一層好ましい。
ニッケルクロム系の材料を用いることができ、さらには
好ましくは、Fe-Cr-Al-REM系の材料を用いることができ
る。具体的には、Fe-Cr-Al-REM系の材料では、重量比で
Cr15〜23%、Al2.5 〜6.0 、REMとしては、L
a,Y,Ceの一種または2種以上が用いられ、添加量
は0.02〜1%である。他の組成として不可避成分を含ん
でも良い。
あるが、具体的には例えば、a)Fe、Cr、Ni、C
o、Wから選ばれる1つを主材料する金属より作られる
金属粉体、短繊維、長繊維、ウィスカーなどから選ばれ
る1種あるいは2種以上を加圧成形した後、あるいは樹
脂バインダーと混合し、射出成形、押出成形、流動成形
などによって成形した後、焼結する方法、b)Fe、C
r、Ni、Co、Wから選ばれる1つを主材料する金属
を高温または化学反応などによって気化する物質と混合
し、焼結する方法、c)Fe、Cr、Ni、Co、Wか
ら選ばれる1つを主材料する金属のイオンを含有するメ
ッキ液を用いて多孔質体を析出させる方法、d)Fe、
Cr、Ni、Co、Wから選ばれる1つを主材料する金
属よりなる多孔質粒子を成形、熱処理する方法、e)F
e、Cr、Ni、Co、Wから選ばれる1つを主材料す
る金属と溶解し易いあるいは上記該金属中を拡散し易い
金属等を混合または析出させて合金を作製した後、その
金属を除去する方法、f)可燃性物質・可溶性物質など
からなる多孔体にFe、Cr、Ni、Co、Wから選ば
れる1つを主材料する金属の1種あるいは2種以上を1
層あるいは2層以上メッキあるいは蒸着することにより
コーティングし、焼結時に該物質を燃焼・溶解除去して
多孔質化する方法、また、さらにその多孔体に上記該金
属の1種あるいは2種以上をメッキあるいは蒸着するこ
とによりコーティングする方法、g)可燃性物質・可溶
性物質などからなる多孔体に石膏あるいは精密鋳造用流
動成形鋳型材を注入し、焼成し、多孔性の鋳型を製造
し、そこにFe、Cr、Ni、Co、Wから選ばれる1
つを主材料する金属の溶融体あるいは粉末流動体を注入
し、固化・結合させる方法うち、1種あるいは2種以上
を用いることができる。
型触媒体においては、上記の金属多孔体に給電するた
め、その自由端に電極を取り付ける。電極の材質は任意
であり、例えば、Cu、ステンレス鋼なども用いること
ができるが、金属多孔体と同材質のものを用いるのが好
ましい。本発明の金属多孔体においては、さらに耐熱性
と耐蝕性を付与するため、その表面がCr酸化物、Al
酸化物、Si酸化物、Ti酸化物のうち、1種あるいは
2種以上の酸化物で被覆される。
法は任意であるが、具体的には例えば、上記金属多孔体
がCr、Al、Si、Tiから選ばれる1種以上の金属
を含有するものである場合には、金属多孔体を空気など
の酸化性雰囲気中で、500〜1200°C、好ましく
は600〜1100°Cで酸化熱処理することにより、
容易にそれらの金属の酸化物被膜を表面に形成させるこ
とができる。
被覆処理を行う場合は、上述した金属多孔体の自由端へ
電極を取り付ける工程は当該被覆処理工程の前に行う。
本発明の金属多孔体を作製する方法として好適な方法と
して、例えば、発熱性を有する金属より、引抜き法、溶
融紡糸法、ワイヤ切削法、コイル材切削法、びびり振動
切削法、コーティング法、ウイスカー法などの加工法で
金属繊維を製造し、フィルタ状に成形する方法を用いる
ことができる。
値は5μm、好ましくは10μmであり、一方、その上
限値は500μm、好ましくは100μmであるのが望
ましい。金属繊維の平均直径が5μm未満の場合は差圧
が大きくなる虞があり、一方、500μmを越える場合
は、フィルタとしての捕集効率が低くなりすぎたり、触
媒体としての接触効率が低くなりすぎたりする。
限値は30%、好ましくは70%であり、一方、その上
限値は95%、好ましくは93%であるのが望ましい。
フィルタの空隙率が30%未満の場合は差圧が大きくな
る虞があり、一方、95%を越える場合は、フィルタと
しての捕集効率が低くなりすぎたり、触媒体としての接
触効率が低くなりすぎたりする。
理を施すことが好ましい。焼結処理の条件は任意である
が、具体的には、例えば、真空若しくは非酸化性雰囲気
中で、800〜1500°C、好ましくは900〜13
00°Cの範囲で、10分〜10時間、好ましくは1〜
6時間加熱することで行う。焼結時には、荷重をかける
ことも好適である。
該金属繊維フィルタの表面にCr酸化物、Al酸化物、
Si酸化物、Ti酸化物のうち、1種あるいは2種以上
の酸化物で被覆し、金属繊維フィルタに高温耐熱性及び
耐蝕性を付与することも好適である。これらの酸化物を
被覆する方法は任意であるが、酸化熱処理することが好
ましい。
は、例えば、空気などの酸化性雰囲気中にて、600〜
1200°C、好ましくは、800〜1100°Cの範
囲で、1〜20時間、好ましくは、2〜10時間加熱す
ることで行う。上記の金属多孔体は、焼結と同時にある
いは焼結後に波形に加工する。この場合、図6に示すよ
うに、高温耐熱性金属多孔体11を、一対の歯車10に
通すことにより、波形あるいは凹凸形に加工する方法
や、荷重をかけながら型に嵌めて焼結する方法を用いる
ことができる。歯車10を用いる場合には、モジュール
1〜5の歯車を使用する。
あるいは焼結後に波形あるいは凹凸形に加工することに
よって、垂直方向の機械強度が向上し、温度が加わった
ときに、波部分や凹凸部分で「伸び」を吸収することが
できるため、強度が向上し、装置体積当たりの表面積が
増加する。本発明の自己発熱型触媒体は、上記の金属多
孔体に触媒を担持することにより得ることができる。
由端に電極を接続し、必要に応じて酸化熱処理等の処理
により金属多孔体表面をCr酸化物、Al酸化物、Si
酸化物、Ti酸化物のうち、1種或いは2種以上の酸化
化合物で被覆した後に行うのが好ましい。これは、電極
接続前に触媒を担持すると、金属多孔体と電極の間に触
媒が入り、通電したときに抵抗となり、発熱するため
に、金属多孔体が溶損もしくは断線するためである。
酸化物、Si酸化物、Ti酸化物のうち、1種或いは2
種以上の酸化化合物で被覆されているので、触媒の担持
性が向上する。触媒担体は、特に限定されるものではな
いが、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ZS
M−5、USY、SAPO、Y型ゼオライトなどのゼオ
ライト類、シリカーアルミナ、アルミナージルコニア、
アルミナーチタニア、シリカチタニア、シリカージルコ
ニア、チタニアージルコニアから選ばれる少なくとも1
種類が好ましい。
が、通常、その下限値は0.01μm、好ましくは、
0.1μmであり、一方、その上限値は20μm、好ま
しくは、10μmであるのが望ましい。触媒担体粒子の
平均粒子径が0.01μm未満の場合は製造に大きな困
難を伴い、一方、20μmを越える場合は金属多孔体の
孔を閉塞させ、或いは金属多孔体からの剥離が生じ易く
なる虞がある。
意であるが、通常、Pt,Pd,Cu,K,Rb,C
s,Mo,Cr,Mn,Rh,Ag,Ba,Ca,Z
r,Co,Fe,La,Ceから選ばれる1種もしくは
2種以上の金属であるのが好ましく、Pt,Pd,R
h,Cu,K,Mo、Mn,Fe,Ceから選ばれる1
種もしくは2種以上の金属であるのがより好ましい。
金属の形で、あるいはその酸化物、炭酸塩、硝酸塩、臭
化物等のハロゲン化物、カルボン酸塩、硫酸塩、亜硫酸
塩、リン酸塩、複合酸塩などの形で使用される。これら
の金属あるいは金属化合物の触媒担体への担持量も任意
であるが、通常、それぞれの金属分に換算して、担体1
g当たりその下限値は0.01g、好ましくは、0.0
5gであり、一方、その上限値は2.0g、好ましく
は、1.0gであるのが望ましい。金属分に換算しての
担持量が担体1g当たり0.01g未満の場合は、触媒
の活性が発現しない虞があり、一方、2.0gを越える
場合は、金属多孔体の閉塞を起こす虞がある。
へ担持する方法は、限定されるものではないが、ウォッ
シュコート法、含浸法、ノズルを用いた吹き付け法など
の方法を用いることができる。このような条件で触媒を
担持した後、例えば80〜200°C、好ましくは10
0〜130°Cで乾燥し、さらに、例えば300〜10
00°C、好ましくは、500〜800°Cで焼成する
ことによって、本発明の自己発熱型触媒体を得ることが
できる。
熱型触媒体2は、図1に示すように、金属多孔体の自由
端に電極3をボルト・ナット4、ワッシャ4A等で取り
付け、この電極3を介して電源からの電気を直接フィル
タ1及び触媒体2に電気を流すことで、それ自体を均一
に発熱させることができる。尚、高温耐熱性金属多孔体
を所定方向に向かって連続する波形をなす波形形状に加
工した例として図1の形状のものを示したが、本発明の
波形形状としては、図2〜図4に示したものも含まれ
る。
己発熱型触媒体の具体的な実施例と従来技術による具体
的な実施例(比較例)について説明する。 (実施例1)Cr:20.02 %、Al:4.9 %La:0.08
%、残部Fe及び不可避的不純物からなる高温耐熱性金
属からコイル材切削法により作製した断面が50×10μm
の高温耐熱性金属繊維を長さ70mmに切断し、空隙率
85%になるようにフィルタ状に集積し、高温耐熱性金
属多孔体を作製した。
長さ800 mmの形状に成形した後に、不活性ガス雰囲気
下で1100°C、2時間焼結した後に、モジュール
1.5の歯車を用いて波形加工した。このフィルタの両
端にステンレス鋼で製作した電極を取り付けて、100
0°C、6時間熱処理して表面にアルミナを析出させ
て、自己発熱型フィルタを得た。 (実施例2)粒子径0.1 μmのチタニア粒子に硝酸銅3
水和塩3.8 g、硝酸カリウム2.6 gモリブテン酸アンモ
ニウム4水和塩1.8 gを順次含浸担持し、110°Cで
乾燥、500°Cで焼成した触媒10gを純度99%の
エタノール溶液90mlと混合させる。その混合溶液をボ
ールミルで24時間粉砕混合して触媒スラリーを調整し
た。このスラリーを、実施例1のようにして作製した自
己発熱型フィルタにウォッシュコートして110°Cで
1時間乾燥した後、500°Cで2時間焼成する操作を
フィルタ1g当たり50mgの触媒粒子が担持されるまで
繰り返し、自己発熱型触媒体を得た。 (比較例1;従来技術)実施例1及び2の手法で作製し
た高温耐熱性金属多孔体を幅25mm、長さ800 mmの
形状に成形した後に、不活性ガス雰囲気下で1100°
C、2時間焼結、1000°C、6時間熱処理した後
に、両端にステンレス鋼で製作した電極を取り付けて、
平板の自己発熱型フィルタを得た。 (比較例2;従来技術)実施例1及び2の手法で作製し
た高温耐熱性金属多孔体を幅250 mm、長さ800 mmの
形状に成形した後に、不活性ガス雰囲気下で1100°
C、2時間焼結、1000°C、6時間熱処理した後
に、両端にステンレス鋼で製作した電極を取り付けて、
平板の自己発熱型フィルタを得た。
g、硝酸カリウム2.6 gモリブテン酸アンモニウム4水
和塩1.8 gより調製した水溶液200ml中に混合し、
この混合溶液を攪拌しながら、水分を蒸発させ、110
°Cで乾燥、500°Cで焼成し、触媒を調製した。こ
の触媒10gを純度99%のエタノール溶液90mlと混
合させる。ボールミルで24時間粉砕混合して触媒スラ
リーを調整した。このスラリーをフィルタにウォッシュ
コートして110°Cで1時間乾燥した後、500°C
で2時間焼成する操作をフィルタ1g当たり50mgの触
媒粒子が担持されるまで繰り返し、平板の自己発熱型触
媒体を得た。
に、実施例1の自己発熱型フィルタ、実施例2の自己発
熱型触媒体、比較例1の自己発熱型フィルタ、比較例2
の自己発熱型触媒体を、空気が流通される空気配管6に
介装したそれぞれ別々の容器(ハウジング)5のなかに
設置し、それぞれの容器5に、300°Cに加熱した1
0Nm3 /hの空気を加熱して通過させながら、電源7
から1200Wの電力を2分間電極間にかけ、2分間電
力をかけない操作を繰り返し行った。尚、図5におい
て、8は流量計、9は空気を所定温度に加熱するヒータ
である。
例2の自己発熱型触媒体は、1000回繰り返し行っても金
属多孔体の変形が起こらなかったが、比較例1のフィル
タおよび比較例2の触媒体は、両方共に変形が起こり、
容器5とフィルタ或いは触媒体間からのガス漏れが発生
した。
型フィルタの製造方法及び自己発熱型触媒体の製造方法
によると、金属多孔体を所定方向に向かって連続する波
形をなす波形形状に加工する工程並びに金属多孔体の自
由端に電極を取り付ける工程を、熱処理の前に行うよう
にしたから、加工が容易に行えると共に、熱処理により
生じたCr2O3 やAl2 O3 等の被膜により電極と金属
多孔体間に抵抗が生じることがなく、通電した際に発熱
するのを阻止でき、金属多孔体が溶損もしくは断線する
のを防止することができ、又、電極を取り付け熱処理し
た後に触媒を担持するようにしたから、金属多孔体と電
極の間に触媒が入ることになくなり、通電したときに抵
抗とならずに済むため、発熱せず、金属多孔体が溶損も
しくは断線するのを防止でき、かつ熱により触媒の劣化
を生じることもない。
発熱型フィルタ及び自己発熱型触媒体によると、機械強
度の向上、温度変化による伸縮による割れ等の発生防止
を図れると共に、単位体積当たりのフィルタ及び触媒体
表面積の増大化を図れ、フィルタ及び触媒体による捕集
能力等が高く、更に、所定形状に加工して成形するのが
容易となる利点がある。
触媒体の電極取付部の説明図
触媒体の他の実施形態を示す図
触媒体の他の実施形態を示す図
触媒体の他の実施形態を示す図
媒体の実験装置図
に加工する方法の一例を示す斜視図
Claims (2)
- 【請求項1】抵抗発熱性を有する金属多孔体からなり、
該金属多孔体に電気を流すことにより発熱させることが
可能な自己発熱型フィルタの製造方法であって、 金属多孔体を所定方向に向かって連続する波形に加工
し、その後該金属多孔体の自由端に電極を取り付けた後
に、金属多孔体の表面にCr酸化物、Al酸化物、Si
酸化物、Ti酸化物のうち、1種あるいは2種以上の酸
化物を被覆したことを特徴とする自己発熱型フィルタの
製造方法。 - 【請求項2】抵抗発熱性を有する金属多孔体に触媒を担
持した触媒担持金属多孔体からなり、該触媒担持金属多
孔体に電気を流すことにより発熱させることが可能な自
己発熱型触媒体の製造方法であって、 金属多孔体を所定方向に向かって連続する波形に加工
し、その後該金属多孔体の自由端に電極を取り付けた後
に、金属多孔体の表面にCr酸化物、Al酸化物、Si
酸化物、Ti酸化物のうち、1種あるいは2種以上の酸
化物を被覆し、更にその後触媒を担持するようにしたこ
とを特徴とする自己発熱型触媒体の製造方法。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP08166497A JP4094082B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 自己発熱型フィルタ及び自己発熱型触媒体の製造方法 |
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