JPS58139742A - 燃焼用触媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は触媒燃焼装置等に用いられる燃焼用触媒体に関
するものである。

一般に燃焼用触媒体を用いた触媒燃焼装置は、各種の気
体燃料、あるいは気化された液体燃料と燃焼用空気との
予混合気を燃焼用触媒体上に送って接触酸化反応を行わ
せて、発生する熱を利用するために燃焼用触媒体の表面
温度が非常に高くなシ、担体上に担持された酸化触媒に
とっては極めて過酷な条件で使用される。その結果、担
体上に担持されていた微細な酸化触媒の粒子が凝集して
粗大化し、酸化触媒の活性低下を招くことになる。

また、予混気の燃焼用触媒体入口での流速を常に火炎伝
播速度以上に保つことで、触媒燃焼時における逆火防止
を行っているが、予混合気の流速を火炎伝播速度以上に
保っていても、燃焼用触媒体の上流近傍に予混合気の淀
みがあると、燃焼用触媒体の小孔の入口表面が発火点以
上の温度に達し、逆火を引き起すこともあった。

また燃焼用触媒体の担体の表面全体に、担体の表面積低
下を抑制するだめの被覆成分と、酸化触媒の混合物とが
担持されているため、燃焼用触媒体の小孔入口の近傍は
接触酸化反応の発熱で発火温度を超える状態となる。従
って、逆火防止を行うために予混合気の流速を早くしな
ければならず、それに伴って当然高圧力の送風機が必要
となる。

また予混気の流速を早くするとＧｏ、炭化素水等の未然
ガスが排出されるため、燃焼用触媒体の長さを長くする
等の対策が必要であり、結果的に触媒燃焼装置の構成が
大きくなるという欠点があった。

本発明は一定方向に貫通した多数の小孔を有する耐熱性
無機質からなるハニカム構造体を担体とし、この担体の
表面を小孔の開「］部に対して所定の寸法を残して　Ｓ
ｎ　Ｏ，Ｇｒ２０ｓ　、　Ｂａ　Ｏ，Ａ１２０ｓ　。

ＧｅＯ２，ＺｒＯ２，ＴｈＯ２等の酸化物のうち一種類
以上を被覆成分として被覆し、この被覆成分の」−にウ
ラン酸化物、酸化触媒を担持して燃焼用触媒体を構成す
ることにより、上記従来の欠点を解消するものである。

以下本発明の一実施例を第１図から第４図にもとづいて
説明する。

第１図において、１は耐熱性無機質のコーディエライト
を用いて、円筒形のハニカム状に構成した燃焼用触媒体
の担体で、方形の小孔２を多数有している。

第２図において３は第１図に示す担体１を、担体１の表
面積低下を抑制するため被覆したＳｎＯ。

Ｃｒ２Ｏ３，Ｂａｄ、　Ａｌ２Ｏ５，ＣｅＯ２，ＺｒＯ
２，Ｔｈ０２等の複合酸化物からなる被覆成分で、この
被覆成分３の上にウラン酸化物４、更に酸化触媒金属５
を担持して燃焼用触媒体６が構成されている。同図にお
いてａ及びＣは燃焼用触媒体６の小孔２の開口部（端部
）を示すものである。燃焼用触媒体６のＩＬ　％　ｂの
領域は被覆成分３．ウラン酸化物４及び酸化触媒金属６
を担持させていない部分を示し、ｂ　％　Ｃの領域は被
゛覆成分３、ウラン酸化物４、酸化触媒金属５を担持さ
せた部分を示している。

本実施例では担体１として耐熱性無機質からなるコーデ
ィエライトを用いたが、α−アルミナ。

ムライト、シリカ等を用いてもよく、また小孔２の形状
を円形、又は多角形にしても差し支えない。

次に燃焼用触媒体６の製造方法について説明する。

まず、濃度を調節した低重合度の酢酸ビニルアセトン溶
液に、担体１をａ面から所定の寸法すまで浸漬させる。

そしてとの担体１を取シ出し、直ちに約５０’Ｃの温風
で溶媒のアセトンを蒸発させて十分に除去し乾燥するこ
とによシ、担体１のａ〜ｂ間を酢酸ビニルの被膜で被覆
する。

次にＳｎＯ，Ｃｒ２Ｏ５，Ｂａｄ、　　Ａｌ２Ｏ３，Ｃ
ｅＯ２゜Ｚｒ　０２　、　　Ｔｈ　０２等の複合酸化物
の４重量倍の水と、１重量倍の濃硝酸を加えて複合酸化
物を懸濁さ０ せ、この懸濁液をボールミルに移して更にセラミックボ
ールで約１０時間ミＩＪングを行い、前記ＳｎＯ，Ｃｒ
２’３．　　Ｂａｄ、　　Ａ１２０ｘ　　等の複合酸化
物を微粒子に粉砕し、懸濁液をスリラー化させて担体１
の被覆剤のスリラー液とする。このスリラ〜液に担体１
を０面から浸漬してｂ　−ｃ間の表面全体にスリラー液
を十分に付着させる。この時担体１のａ　−、−ｂ開領
域は、酢酸ビニル被膜で被覆されているため、スリラー
液が＆−ｂ間に付着する仁とはない。そして担体１をス
リラー液から取り出して過剰付着分を冷風で除去し、３
０ｏ℃程度の熱風で乾燥する。

このようにして担体１のす、ｃ間を被覆成分３で被覆し
た後、担体１を１００℃で２時間乾燥し、更に６００℃
で２時間空気中で焼成することによシ、ＳｎＯ，Ｃｒ２
Ｏ５，Ｂａｄ、　　Ａｌ２Ｏ３等の複合酸化物からなる
被覆成分３が担体１のｂ　−ｃ間表面及び小孔２０表表
面体に形成される。との担体１に被覆した被覆成分３の
量は担体１の１０重量パーセント程度である。また担体
１のａ−５間に被覆した酢酸ビニル被膜は、被覆成分３
を８００℃で焼成する時に分解、あるいは炭化してＧｏ
、ＣＯ２゜水蒸気として除去される。

次に府記同様担体１のａ　−ｂ間に酢酸ビニル被膜を形
成した後、酢酸ウラニル溶液を担体１の５〜０間の表面
全体に浸漬させる。担体１のａ　％　ｂ開領域には酢酸
ビニルの被膜が形成されているためａ　％　ｂ間の領域
に酢酸ウラニル溶液は付着しない。担体１を酢酸ウラニ
ル溶液に浸漬した抜取υ出して１５０℃で２時間乾燥し
、更に６００℃で２時間空中焼成すると、酢酸ウラニル
は酸化ウラン４として被覆成分３の上に担持される。担
体１のａ　−、−ｂ間に形成した酢酸ビニル被膜は前記
同様酢酸ウラニルを焼成時にＣｏｔ　　ＣＯ２，Ｈ２０
ガスとして除去される。

次に再び前記同様担体１のａ　−ｂ間に酢酸ビニル被膜
を形成し、Ｐｔ、　　Ｐｄあるいは、Ｎｉ、Ｇｏ等の塩
化物又は硝酸塩の水溶液に担体１のｂ　％　０間を浸漬
する。担体１のａ　−％−ｂ間には酢酸ビニル被膜が形
成されているため、このａ〜ｂ間にＰｔ。

Ｐｄ、　　Ｎｉ、　　Ｇｏ　等の塩化物又は硝酸塩の水
溶液が付着することはない。

このようにして相体１に酸化触媒金属塩を付着させた後
、担体１を取り出して１６０℃で２時間乾燥し、更に６
ｏ○℃で２時間空中にて焼成すると、酸化触媒金属塩は
酸化触媒金属６となって酸化ウラン４の」−に担持され
る。担体１のＩＬ　％　ｂ間に形成された酢酸ビニｌし
被膜は酸化触媒金属塩を燃成時にＧ　Ｏ、Ｃ０２、Ｈ２
０ガスとして分解され除去される。

このようにして構成された燃焼用触媒体６は、燃焼用触
媒体６の＆〜ｂ領域の表面全体がコーディエライト（素
地）の状態で、ｂ　％　ｃ領域の表面全体は酸化触媒金
属５で覆われている。

次に本実施例による燃焼用触媒体６を用いだ液体燃料触
媒燃焼装置の一応用例を第３図に示し、その構成と作用
とを説明する。

第３図において７は有底円筒状のファンケースで、底部
には吸気導入口８が設けられている。９はファンケース
７の底部に固定されたファンモータで、このファンモー
タ９のシャフト１ｏは吸気導入口８からファンケース７
の中心線に沼って延出している。１１はファンモータ９
を覆うモータケーヌで、このモータケーヌ１１には吸気
口１２が設けられている。１３はファンモータ９のシャ
フト１ｏに設けられたファンで、ファンケース７に設け
られた案内羽根１４と交互に多段に設けられている。１
６はファンケース７の端部に嵌合された固定板で、中央
に空気口１６が設けられている。１７はパツキン１８を
介して固定板１５及びファンケース７に装着された気化
予混合筒で、固定板１５近傍の側壁にはシーズヒータ１
９が埋設されている。２ｏは気化予混合筒１７に連設さ
れた燃焼筒で、この燃焼筒２０内には金網又はパンチン
グメタ／１４！の抵抗板２１が設けられ、更にヌベーサ
２２を介して前方に整流作用を行う整流板２３、燃焼用
触媒体６が順次設けられている。この燃焼用触媒体６は
、酸化触媒金属５が担持された領域（ｂ−ｃ）を下流側
にして、酸化触媒金属５が担持されていない領域（ａ　
−ｂ　）を上流側にして設けている。２４は固定板１５
と抵抗板２１間に形成された気化予混合室であり、２５
は整流板２３と燃焼用触媒体６との間に設けられた点火
プラグである。２６は気化予混合室２４に位置してファ
ンモータ９のシャフト１ｏに設けられだ円垂台形のコー
ンで、このコーン２６の前方に回転板２７、更に撹拌用
の小羽根を有する混合板２８が設けられている。２９は
ファンケース７の側面を貫通してコーン２６上方に開口
部を設けた給油管である。

このような構成における液体燃料触媒燃焼装置の作用を
説明する。

壕ずシーズヒ□−り１９に通電して気化予混合筒１７の
側壁が所定の温度に達すると、ファンモータ９、電磁ポ
ンプ（図示せず）に通電されて燃焼用空気と液体燃料と
の供給が開始される。液体燃料は給油管２９から回転し
ているコーン２ｅ上に滴下され、コーン２６のテーパー
に沿って回転板２了に達すると、内心力で定温状態を保
っている気化予混合筒１７の側壁に飛散されて気化する
。

一方、ファン１３によって吸気口１２から取シ入れられ
た燃焼用空気は、吸気導入口８を経て空気口１６から気
化予混合室２４内に送られ、混合板２８の作用で気化し
た液体燃料と燃焼用空気とが均一に混合されて予混合気
となる。この予混気は抵抗板２１．整流板２３を通過し
たところで、スパークしている点火プラグ２５で着火さ
れる。

着火初期には整流板２３の前方で青火炎を形成し７て火
炎燃焼を行うが、火炎による輻射熱や燃焼筒２０からの
伝熱によシ燃焼用触媒体６の温度は触媒燃焼に必要な温
度にまで到達する。そして次第に青火炎が消滅し燃焼用
触媒体ｅ上で触媒燃焼が行われる。この時点での燃焼用
触媒体６の温度は７００℃〜１，２ｏｏ℃まで達してお
シ、予混合気は燃焼用触媒体６で触媒燃焼が継続される
。

このように燃焼用触媒体６に担持された酸化触媒金属５
の領域（ｂ　−ｃ　）を下流側に、酸化触媒金属５を担
持しない領域（ａ　−ｂ　）を上流側にして燃焼用触媒
体６を燃焼筒２ｏ内に設けたことにより、触媒燃焼中に
おける燃焼用触媒体６の温度は、酸化触媒金属５を担持
していない領域（２Ｌ〜ｂ）よりも酸化触媒金属５を担
持した領域（ｂ〜Ｃ）の方が高温となるだめ、触媒燃焼
反応速度より早い流速で予混合気を送れば、逆火防止を
行うことができる。

また燃焼用触媒体６による触媒燃焼中、燃焼用触媒体６
の温度は７００　℃〜１，２ｏ○℃に達するため、燃焼
用触媒体６に担持された酸化触媒金属５は凝集の傾向に
あるが、担体１に酸化触媒金属６を担持する前にウラン
酸化物５を担持したことにより、前記酸化触媒金属６の
凝集を大幅に改善することができた。従って酸化触媒金
属５の劣化が遅く、しかも安定した触媒燃焼を永続する
ことができる。

この実施例の効果を第４図にもとづいて説明する。同図
に示すデーターは担持１としてハニカム構造体のコーデ
ィエライトを適当な粒状に粉砕したもので、この担体１
には酢酸ビニルの被覆は行っていない。なおＳｎＯ，Ｃ
ｒ２Ｏ５，ＢａＯ＋Ａｌ２Ｏ５等の被覆成分３である複
合酸化物、ウラン酸化物４、酸化触媒金属６の担持は、
前記と全く同様の方法で行った。また酸化触媒金属５と
してｐｔ　　を用い、その担持量は被覆成分３を担体１
に被覆した時の重量の０．２５重量パーセントとしたも
のを曲線ムに示す。

なお、本実施例の比較対照用の燃焼用触媒体としてウラ
ン酸化物４を担持しないで酸化触媒金属６を担持したも
のを構成し、その特性を曲線Ｂに示す。

これらの燃焼用触媒体は酸化触媒金属５Ｐｔ　を担持し
た後６ｏｏ℃で２時間空気中にて焼成しているが、更に
６００’Ｃ，７００℃、　８００　℃＋９００℃の各温
度で４時間空気中にて焼成したものである。即ちウラン
酸化物４を担持した燃焼用触媒体４種類と、ウラン酸化
物４を担持していない燃焼用触媒体４種類の計８種類で
ある。

酸化触媒金属５Ｐｔの凝集を測定する方法としては、各
燃焼用触媒体６の一定量に水素ガスを吸着させ、水素原
子１個がＰｔ粒子１個に吸着すると仮定した場合、燃焼
用触媒体６に担持されたｐｔ原子数に対する吸着水素原
子数の百分率で表わし、これを分散度と定義した。従っ
て、分散度が大きい程ｐｔ粒子が原子状の微粒子で存在
していることを示す。

第４図から明らかなようにウラン酸化物４の相持の有無
により、燃焼用触媒体６の温度変化でｐｔの分散度に大
幅な差異が見られる。

即ち酸化触媒金属ｓ　ｐｔを６００”Ｃで焼成した場合
に、ウラン酸化物４を担持していない燃焼用触媒体６は
大幅にＰｔ粒子の凝集粗大化が生じ、更に９００℃にお
いてはウラン酸化物４を担持した燃焼用触媒体６が５チ
の分散度を維持しているのに対して、ウラン酸化物４を
担持していない燃焼用触媒体６は○係に近い状態となっ
ている。このように担体１にウラン酸化物４を担持する
ことにより、Ｐｔ粒子の凝集粗大化を抑制することがで
きるため、燃焼用触媒体６の長寿命化と、安定した触媒
燃焼を維持することができる。

以上の説明から明らかな如く、本発明の燃焼用触媒体に
よれば下記の効果が得られる。

（１）耐熱性無機質からなるハニカム構造体を担体とし
、この担体にＳｎ　Ｏ，０ｒ２０ｓ　、　　Ａ１２０３
　　等の複合酸化物を被覆成分として被覆し、更に酸化
触媒金属を担持する前にウラン酸化物を担持して燃焼用
触媒体を構成したことにより、触媒燃焼中における酸化
触媒金属の粒子の凝集粗大化が抑制されるだめ、長寿命
でかつ、安定した触媒燃焼を行うことができる。

（２）担体の小孔の開口部に対し所定の寸法を残して被
覆成分で被覆し、この被覆成分の上にウラン酸化、酸化
触媒金属を担持して構成した燃焼用触媒体を触媒燃焼装
置に用いると、酸化触媒金属を担持していない領域が低
温領域を形成するため、逆火防止の作用を行うなどの効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃焼用触媒体の担体を
示す斜視図、第２図は同燃焼用触媒体の要部を示す断面
図、第３図は同燃焼用触媒体を用いた液体燃料触媒燃焼
装置の側断面図、第４図は燃焼用触媒体の酸化触媒金属
の分散度を示す特性図である。 １・・・・・・担体、３・・・・・・被覆成分、４・・
・・・・ウラン酸化物、６・・・・・酸化触媒金属。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定方向に貫通した多数の小孔を有する耐熱性無
   機質からなるハニカム構造体を担体とし、との担体の小
   孔の開口部に対し所定の寸法を残して　８ｎＯ，Ｃｒ２
   Ｏ５，Ｂａｄ、ム１２０３．　Ｃｅ　０２　、　Ｚｒ０
   ２Ｔｈ０２等の酸化物のうち一種類以上を被覆成分とし
   て被覆し、この被覆成分の上にウラン酸化物、酸化触媒
   を担持した燃焼用触媒体。
2. （２）　　前記８体は、α−アルミナ、コーディエライ
   ト、ムライト、ムライト−ジルコン、ムライト−α−ア
   ルミナ、炭化硅素、窒化硅素、シリマナイト、硅酸アル
   ミナ、硅酸マグシア、ペンタライト、及びアルミニウム
   ーチタネイト等のセラミックからなる特許請求の範囲第
   １項記載の燃焼用触媒体。
3. （３）前記酸化触媒はＰｔ、　Ｍ、　Ｒｈ、　Ｒｕ、　
   Ｉｒ　等の白金属の金属のうち一種類以上組合せたもの
   、あるいはＣｏ、　Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｍｎ、　Ｃｕ、　
   Ｏｒ、　Ｚｎ　　等の遷移金属酸化物とを組合せた特許
   請求の範囲第１項記載の燃焼用触媒体。
4. （４）前記ウラン酸化物の担持量を前記酸化触媒の１〜
   ３重量パーセントとし、酸化触媒を担持する前にウラン
   酸化物を担持した特許請求の範囲第１項記載の燃焼用触
   媒体。