JPS63165744A - 触媒劣化診断用センサ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は触媒劣化診断用センサに係り、特にハニカム状
燃焼触媒の劣化度を診断するのに好適なセンサに関する
。

（従来の技術） 触媒燃焼方法は、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等
の貴金属触媒を用いてガス中の可燃物を燃焼する方法で
あり、従来の気相燃焼に比べて低カロリー、低０２ガス
で燃焼でき、またＮＯｘが少ないなどの特徴を有するた
めに、省エネルギー、無公害といった観点から各方面で
注目されている。

このことから触媒バーナ、ガスタービン、家庭用ファン
ヒータ等への応用が検討されている。

触媒燃焼用の触媒坦体の構造としては、幾何学的比表面
積が大きく、圧損の小さな薄肉セルから構成されるハニ
カム型が代表的なものであり、これに触媒成分（Ｐｄ他
）を含浸により均一担持して使用している。

触媒燃焼装置は、予めハニカム触媒を数百塵に予熱して
おき、そこにメタンやプロパンなどの可燃ガスを通して
触媒内で接触燃焼させるものであるが、ハニカム内の温
度が上昇し過ぎると触媒が劣化することがある。

（発明が解決しようとする問題点） このような触媒の劣化が進行していくと燃焼が極めて不
安定になって、触媒燃焼の特徴である省エネルギー、無
公害燃焼が達成できなくなる。特に家庭用ファンヒータ
などに通用する場合には、いかに確実に、かつ簡便に触
媒の劣化を予知し得るかが一つの大きな課題であった。

触媒の劣化は現象的には触媒内の経時的な温度分布の変
化や着火温度の変化として捉えることができるが、これ
は他の条件（燃焼ガス量、空気量等）を一定にしたり、
条件を変化させるなどにより実験室的に可能であるとい
うことであり、条件を問わずに触媒が劣化しているかど
うかを判定、評価できる方法は知られていなかった。

本発明の目的は、条件を問わずに触媒が劣化しているか
どうかを確実に判定することができる触媒劣化診断用セ
ンサを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、貴金属を用いた触媒燃焼用触媒の劣化は
触媒成分の凝集、粗大化または蒸散による触媒量の減少
が原因であり、この劣化度（触媒成分の分散状態の変化
）が電気抵抗を測定することにより評価できることを見
出した。

すなわち、前述のように触媒燃焼用触媒はハニカム構造
のような多数の貫通孔を有する一体構造型担体にパラジ
ウム（Ｐｄ）や白金（Ｐｔ）などの貴金属触媒を担持さ
せ、可燃ガスを通して触媒内で接触反応させるものであ
り、層内には第２図（Ａ）に示すような温度分布が生じ
、中央部の温度の高い部分で触媒成分の凝集、粗大化お
よび蒸散を生じて経時的に（ｔｏ、ｔｌ、ｔ２、ｔ３の
順に）触媒成分が減少することにより劣化が進行ること
が、触媒の微視的な観察結果により明らかとなった。

そこで、実験的に触媒層内に電極を埋め込み、触媒内の
抵抗値を測定した。その触媒成分の断面形状の経時変化
（前記のｔ１〜ｔ３の触媒量変化に対応）を第２図（Ｂ
）に示した。この図に示すように、使用前触媒成分は微
細で均一に担体中に分散していることから、抵抗は低い
。しかし燃焼時間を増加させていくと、高温部では徐々
に粒子が再熔融（シンタリング）を起こし粗大化してい
き、−万機粒子から順に蒸散していくことから、抵抗値
が増加し、次第に粒子間の接点がなくなって、抵抗値が
大幅に増大し、最後には導通がなくなる。この抵抗の増
大する時点では必しも触媒成分が完全になくなっている
わけではなく、まだ一定の余寿命を残した状態にある（
触媒寿命の約６０〜７０％程度）。

一方、このようなハニカム内に担持させた触媒成分の高
温での劣化挙動（凝集、粗大化）は他の耐熱基材に形成
させた同じ触媒成分の薄膜（例えば蒸着１１＊）でも同
じように再現できることを確認し、この薄膜を有する基
材をセンサとしてハニカム多孔質内に挿入することによ
り間接的にハニカムに担持した触媒の劣化度を評価でき
ることが明らかとなった。

すなわち、本発明は、多数の貫通孔を有する担体に触媒
成分を担持してなる燃焼用触媒の貫通孔内に挿入するこ
とができる棒状基材と、該基材上に設けられた触媒ｖｓ
ｌＩ５！と、該基材の両端部に設けられた電極端子と、
該電極端子間の抵抗値を測定する手段とを有することを
特徴とする。

上記センサをハニカム孔に挿入し、運転中当該センサの
抵抗値または導通をチェックすることにより触媒の劣化
度を測定することができる。

（実施例） 本発明の具体的実施例を図面によって説明する。

第１図は、本発明による触媒劣化診断用センサｌの最も
基本的な構成を示す斜視図、第１Ａ図は、ハニカム触媒
における使用状態を示す斜視図、第１Ｂ図は、そのＢ部
の拡大断面図である。

Ｍ［劣化診断用センサ１は、ハニカム２のセル内に挿入
できるような断面積の小さな棒状基材３と、基材３の上
に例えば蒸着により設けられた触媒金属薄膜４と、該基
材の両端部に設けられた電極端子５とから構成される。

当該センサ１をハニカム孔２内に挿入し、両端に電圧を
加え、抵抗値の測定または導通するか否かの判定により
触媒劣化程度を評価することができる。

本発明に用いるセンサの基材の材質は、耐熱性絶縁材で
あればよいが、ハニカム触媒を構成する担体と同材質（
例えばコーディエライト、ムライト、アルミナ（Ｔｏ）
が望ましい。しかしハニカム担体と同等か、これより耐
熱性があり、また絶縁体であればどのような材料でも通
用可能である。該基材（担体）に触媒を成分３膜を形成
するには、従来の触媒担体に触媒を担持させる方法でよ
く、例えば真空蒸着等のＰＶＤやＣＶＤ法など各種ある
が、膜厚等の制御ができるものであればいずれの方法で
もよい。

基材への電極端子の取付けはＮｉ−Ｃｒ合金などの耐熱
金属の蓋を基材の両端に嵌合させる等の方法が好適であ
る。

耐熱絶縁基材の表面に形成させる金属触媒膜の厚さは５
００〜１０．０００人の範囲が好ましい。

金属膜部の長さは少なくとも触媒の燃焼範囲をカバーす
る必要がある。膜厚は後述のように厚さを変えることに
より、触媒のある一定の劣化度の状態を通値に検知でき
るため重要である。上述の膜厚の範囲で大部分の範囲の
劣化度を検知することができる。厚膜の決定については
、予めハニカム触媒の劣化度との対応を実験的に調べて
おく必要がある。

触媒成分の薄膜を基材表面に形成し、劣化度診断用セン
サとして用いることの利点は、例えば蒸着法など薄膜形
成法が比較的容易で安定した性質の膜が形成できること
、また第３図に示すように膜厚を変えた基材を一定温度
で加熱保持すると、膜厚を厚くするほど、各膜厚で抵抗
値が増大するまでの時間は長くなり、このため膜厚を変
えることにより、触媒劣化度の異なる状態を検知できる
ことである。例えば膜厚を変えた複数個のセンサをハニ
カム触媒に取付け、センサ間の導通がなくなる時点で警
報を表示するようにすれば、劣化度（寿命消費量）に応
じて警報を次々と出すことが可能になる。また膜厚を変
えたセンサにより、触媒成分の寿命消費に関連した熱的
な条件（温度、時間）も推定することができる。

以上、本発明の最も基本的なシステムとして、センサの
導通の有無の判定で劣化度の評価を実施したが、抵抗値
を計測し、その経時的な変化を追跡して劣化の進行速度
を推定することもできる。

一方、センサ基材としてはアルミナ繊維のような耐熱繊
維を用いることも可能である。この場合繊維に薄膜を形
成させるのは少し回能になるが、このような繊維センサ
を用いることにより、取付けが極めて容易になるという
利点がある。

（発明の効果） 本発明によれば、触媒の劣化を簡単なセンサで容易に検
知することができ、触媒劣化に伴うＮＯｘ、Ｃｏの発生
や不安定燃焼を事前に知り、これに対処することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の触媒劣化診断用センサを使用したハ
ニカム触媒の斜視図、第１Ａ図は、本発明の触媒劣化診
断用センサの斜視図、第１Ｂ図は第１Ａ図のＢ部の拡大
断面図、第２図（Ａ）、（Ｂ）および第３図は、それぞ
れ本発明の原理および作用を示す説明図である。 １・・・触媒劣化診断用センサ、２・・・ハニカム（触
媒）、３・・・センサ基材、４・・・触媒成分薄膜、５
・・・電極端子、８・・・リード線。 代理人　弁理士　川　北　武　長 第１図 第１Ａ図　７ｊｆＪ１Ｂ図 ６・・リード線 時間 相対寿命比（劣化度）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の貫通孔を有する担体に触媒成分を担持して
   なる燃焼用触媒の貫通孔内に挿入することができる棒状
   基材と、該基材上に設けられた触媒薄膜と、該基材の両
   端部に設けられた電極端子と、該電極端子間の抵抗値を
   測定する手段とを有することを特徴とする触媒劣化診断
   用センサ。