WO1999012645A1 - Support de catalyseur - Google Patents

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Tohru Shoji
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Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K.
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Definitions

  • the present invention relates to a catalyst carrier that can be electrically heated.
  • the present invention uses three catalyst foils having a predetermined shape, and entrains each catalyst oil in a vortex shape so as not to come into surface contact with each other, thereby enabling connection to a three-phase AC power supply.
  • the catalyst device can be made larger.
  • the belt-shaped conductive oil made of a heat-resistant alloy is corrugated. Then, three catalyst foils, each of which has an insulating layer and a catalyst support layer on its surface, are spirally wound so that the catalyst foils do not come into surface contact with each other, so that they can be connected to a three-phase AC power supply. A possible catalyst support was used.
  • the cross-sectional shape thereof forms periodic peaks and valleys in the width direction of the band-shaped foil. It also includes a so-called herringbone shape in which sharp peaks and valleys are periodically repeated. If three catalyst foils provided with such a wavy shape are wound so that the respective catalyst foils do not come into surface contact with each other, the wave shapes of the contacting catalyst foils do not enter each other and overlap with each other.
  • a channel that is, a channel for a gas passage is formed.
  • the catalyst foils In order to prevent the catalyst foils from coming into surface contact, they can be achieved by winding the periodic peaks and valleys out of phase in the wave shape imparted to each catalyst foil. For example, simply encasing a plurality of catalyst foils having a corrugated cross section in a straight line, that is, a catalyst foil in which corrugations are formed in the cross section of a foil and the cross section thereof is formed linearly in the width direction of the band-shaped oil, The overlap of the corrugations given to the catalyst oils makes it difficult to form gas channel channels.
  • a corrugated cross section may be simply applied linearly to each of the catalyst oils having a corrugated cross section, and a flat foil serving as a spacer may be interposed between the catalyst oils. No special spacer is required, and the number of oils required for forming by winding can be reduced. '
  • the catalyst carrier is composed of a total of six foils including a catalyst oil simply having a corrugated cross section and a flat oil for a spacer.
  • a catalyst oil simply having a corrugated cross section and a flat oil for a spacer.
  • two pieces of the spacer and the catalyst oil are wired as resistors in one circuit of the three-phase alternating current.
  • the resistance value for one circuit is reduced.
  • one circuit of three-phase alternating current can be constituted by only one catalyst oil, the resistance value becomes larger than when a foil for spacer is required. As a result, even if three-phase alternating current is used, highly efficient energization heating can be performed.
  • one end of the three stacked catalyst oils is
  • the catalyst carrier is wound in a spiral and connected to a three-phase AC power source by connecting the end of each catalyst foil and the center rod located on the outer peripheral side of the spiral to a three-phase AC power supply. is there.
  • a star connection generally used for connection with a three-phase AC power supply can be formed, and a large-sized catalyst device can be easily formed.
  • a catalyst wherein three ends of each catalyst foil are connected to each other so as to be endless by using three catalyst foils, and are connected so as to have a substantially equilateral triangular cross section.
  • a foil is formed, and the center part of the catalyst oil constituting each side is uniformly drawn toward the center of the equilateral triangular cross section, and each connection part is wound around the center perpendicular direction as an axis.
  • This is a catalyst carrier in which three catalyst foils are spirally wound, and each connection located on the outer peripheral side of the spiral is connected to a three-phase AC power supply to form a Dell connection.
  • the gas passage area in the catalyst carrier can be increased because a single port is not required.
  • the center of the equilateral triangular section refers to the position of the center of gravity of the equilateral triangular section.
  • the three catalyst oils are spirally overlapped with each other with the long sides slightly displaced in the short side direction and spirally wound.
  • the electrically heated catalyst foil has an insulating layer on the surface of the catalyst oil to prevent conduction between the catalyst foils.
  • conduction between the long-side ends of the catalyst oil does not occur when the catalyst oil is spirally wound, so that it is possible to efficiently perform energization heating.
  • FIG. 1 shows the entire catalyst device 1 for three-phase alternating current.
  • the catalyst support 6 is formed by stacking the coils 3, 4, and 5 in a rolled-up state.
  • the catalyst foils 3, 4, and 5 are made of a heat-resistant alloy band-shaped metal foil with a herringbone shape as shown in Figs. 2 and 3, and the metal foil is a stainless steel containing aluminum.
  • a heat-resistant alloy material (Fe-20Cr-5A1-0.083 ⁇ 4La) was used.
  • the catalyst foils 3, 4, and 5 are used to form alumina whiskers, form an insulating layer, apply a washcoat, and carry a precious metal as a catalyst on the entire surface of the metal oil provided with the herringbone shape. It is what went. Specifically, the surface was oxidized by heat treatment in a metal oil of about 50 // m thickness of Fe-20—Cr-5% A1-0.08 La with a thickness of about 50 // m for 15 hours. It forms aluminum whiskers. This whisker improves the adhesion strength of the washcoat, crystallized glass and precious metal (catalyst) applied to the surface.
  • the wet coat used had a composition of Si0295% -Zr025%, and was applied using a spray coat.
  • the crystallized glass was applied, for example, by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-198039.
  • platinum was used as a noble metal for the catalyst.
  • the catalyst carrier 6 is formed by stacking three catalyst foils 3, 4, and 5 having a uniform width and length into a spiral shape.
  • the inner ends of the catalyst foils 3, 4, and 5 are connected to a center rod 7 arranged at one position in the center.
  • outer electrodes 8, 9, 10 are provided at the outer ends of the catalyst foils 3, 4, 5, respectively, and the outer electrodes 8, 9, 10 are connected to the center rod 7 at short intervals.
  • Figure 4 shows the state of the star connection. 11 indicates a three-phase load, 12 indicates the first phase, 13 indicates the second phase, and 14 indicates the third phase. Since such a simple connection is made, the method of mounting the electrodes is simplified, and the overall design of the catalyst device is facilitated.
  • an insulating coat 15 is applied to the inner surface of the cylindrical case 2, a pair of left and right insulating stoppers 16 for positioning are provided on the near side, and an insulating bar (not shown) is provided on the other side.
  • An insulating means is composed of the insulating coat 15, the insulating stopper 16, the insulating bar and the like, and the catalyst carrier 6 is housed in the cylindrical case 2 via the insulating means.
  • reference numeral 17 denotes a thermocouple.
  • the three catalyst foils 3, 4, and 5 are entangled with the long sides 18, 18, 19, and 20 displaced by the length L in the short side direction. I have.
  • the three catalyst foils 3, 4, and 5 have the same pattern of herringbone shape. As shown in FIG. 2, this herringbone shape has a wide valley 22 formed between the peaks 21 and 21. Further, each long side is slightly displaced in the short side direction. Since the catalyst foils 3, 4 and 5 are wound in a stacked state and interfere with each other in an adjacent state in which the catalyst foils 3, 4, and 5 are wound and overlapped, a large number of the same-shaped channels C for the gas passage are formed in the gap. Will be formed. In addition, as shown in Fig.
  • the pattern of the peaks and valleys of the catalyst foil 24 in the middle of the three-piece stack is the peak of the catalyst foils 23 and 25 that sandwich the pattern from both sides. If the valley pattern is reversed (the phase is shifted by half), it can be entrained to ⁇ 23
  • Figure 5 shows how the catalyst oil is wound when constructing a delta connection.
  • Fig. 5a the short-side ends of three catalyst foils 31, 3, 32, and 33 of uniform width and length are connected to each other, and from the end of the catalyst foil. Endlessly connected so that it looks almost equilateral triangular in cross section.
  • Fig. 5 (b) the center of the long side of each of the catalyst foils 31, 31, 32, and 33 constituting each side of the equilateral triangle is uniformly distributed in the center (centroid) P direction of the equilateral triangle.
  • connection portions 34, 35, 36 are wound around the vertical axis passing through the center P in the X direction, thereby forming a spiral shape. Further, by providing electrodes at the connection portions 34, 35, and 36 of the spirally formed catalyst carrier, delta connection is performed.
  • Figure 6 shows the state of the Dell connection. 3 7, 3 8,
  • a delta connection can be formed. Also in the case of this delta connection, a catalyst device can be obtained by incorporating it in a cylindrical case in the same manner as in the above-described star connection. In addition, as described in the case of the connection, it is possible to wrap the catalyst foil while displacing the long side of the catalyst foil to the short side. The invention's effect
  • an electric heater may be incorporated upstream of the catalyst carrier.
  • the catalyst carrier of the present invention is used as a deodorizing device, Since the catalyst carrier itself can be electrically heated, there is also an advantage that the space of the electric heater can be omitted.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a catalyst device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which three catalyst foils are spirally wound and electrodes are arranged.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a state in which three catalyst foils are displaced.
  • Fig. 4 is a connection diagram showing the state of the connection.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing how the catalyst oil is wound when forming the Dell connection
  • FIG. 6 is a connection diagram showing the state of the Dell connection).

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Description

明 細 瘺 触媒担体
発明の属する技術分野
本発明は、 通電加熱自在な触媒担体に関する。 発明の背景
従来の触媒装置に用いられる触媒担体としては単相用のものや自動車排ガス用 のものが種々知られている。 ところで大型の触媒装置、 例えば脱臭装置を形成し ようとする場合、 大型機械類に多用されている三相交流を使用したいという要望 が生じるが、 本発明者の知りうる範囲内においては、 従来の単相用や自動車排ガ ス用のもので、 三相交流の使用を考慮した触媒担体は全く知られていない。 三相 交流を使用するには電源に対応する最低三枚の触媒フオイルが必要となるけれど も、 単に波形の断面を直線的に付与した触媒フォイルを卷いたのではガス通路用 の多数のチャンネルを同一に形成することは難しい。 また、 自動車排ガス用の触 媒装置は駆動電源が 1 2 Vと低いものを対象としており、 触媒フオイルの絶縁性 も完全に図られたものが少ないゆえ、 三相交流の標準供給電圧 （ 2 0 0 V ) を使 用するには好適なものといえない。 発明の要約
そこで、 本発明は、 所定の形状を付与した触媒フォイル三枚を用い、 各触媒フ オイル同士が面接触しないように渦形に巻き込むことによって三相交流電源に接 続できるようにした通電加熱可能な触媒担体を提供し、 三相交流電源の使用、 触 媒装置の大型化が可能となるようにした。 発明の詳細な説明
請求項 1記載の発明では、 耐熱合金製で帯状の導電性フオイルに波形状を付与 し、 その表面に絶縁層と触媒担持層を設けた触媒フォイル三枚を、 各触媒フォイ ル同士が面接触しないように渦形に巻き込むことによって三相交流電源に接続で きるようにした通電加熱可能な触媒担体とした。
ここで帯状のメタルフォイルに波形状を付与するとは、 フオイル断面で波形の 凹凸が形成された状態で、 その断面形状が帯状フオイルの幅方向に周期的な山と 谷を形成したことをいい、 いわゆるヘリンボーン形状といわれる鋭角的な山と谷 を周期的に繰り返した形状をも含むものである。 このような波形状が付与された 三枚の触媒フォイルを、 各触媒フォイル同士が面接触しないように巻き込めば接 触する触媒フォイル同士の波形状が互いに入り込んで重なることがなく、 そこに 多数のチャンネル、 即ちガス通路用のチャンネルが構成される。 各触媒フォイル が面接触しないようにするためには、 各触媒フオイルに付与された波形状におけ る周期的な山と谷の位相がずれるようにして卷き込むことによって達せられる。 例えば、 単に波形の断面を直線的に付与した触媒フォイル、 即ち、 フオイル断面 で波形の凹凸が形成され、 その断面形状が帯状フオイルの幅方向に直線的に形成 したもの、 を複数巻き込むだけでは、 各触媒フオイルに付与した波形状同士の重 なりによってガス通路用チヤンネルが形成されずらくなる。 これを防止するため には単に波形の断面を直線的に付与したの各触媒フオイル間にスぺーサとなるよ うな平面状のフォイルを介在させて巻き込めばよいが、 本発明によればそのよう なスぺーサは必要なく、 卷き込んで形成する際に必要なフオイルの枚数を減らす ことができる。 '
さらに、 三相交流を使用するために、 単に波形の断面を直線的に付与された触 媒フオイルとスぺーサ用の平板状フオイルとを含めた計六枚のフォイルで触媒担 体を構成する場合、 三相交流の一回路にスぺーザと触媒フオイルの二枚が抵抗体 として配線されることになる。 これは言い換えれば二枚の導電体が並列接続され た状態と考えられるため一回路に対する抵抗値は小さくなる。 一方、 請求項 1に 記載の発明によれば一枚の触媒フオイルのみで三相交流の一回路を構成できるの で、 スぺーサ用のフォイルを必要とする場合よりも'抵抗値が大きくなり、 結果と して三相交流を使用しても効率の高い通電加熱が可能となる。
請求項 2に記載の発明は、 三枚重ねた触媒フオイルの一端側をセン夕一口ッ ド に接続して渦形に卷き込み、 渦形の外周側に位置する各触媒フォイル端部とセン ターロッドとを三相交流電源に接続することでスタ一結線を構成するようにした 触媒担体である。 このようにすれば、 三相交流電源との接続で一般的に用いられ るスター結線を構成することができ、 大型の触媒装置が容易に形成することがで きる。
請求項 3に記載の発明は、 三枚の触媒フォイルを用い各々の触媒フォイルにお ける両端部を無端状になるよう相互に接続して、 ほぼ正三角形状断面を持つよう に連結された触媒フォイルを形成し、 各辺を構成する触媒フオイルの中央部を正 三角形状断面の中心方向にそれそれ均一に引き寄せた状態にして、 その中心垂直 方向を軸として各接続部を巻回させることで 3枚の触媒フォイルを渦形に巻き込 み、 渦形の外周側に位置する各接続部を三相交流電源に接続することでデル夕結 線を構成するようにした触媒担体である。 このようにすれば、 三相交流電源との 接続で一般的に用いられるデル夕結線を構成することができ、 大型の触媒装置を 容易に形成することができる上、 ス夕一結線の場合のようにセッ夕一口ッドを必 要としないため、 触媒担体におけるガス通過用面積を大きくすることができる。 ここで、 正三角形状断面の中心とは、 正三角形状断面の重心位置をいうものであ る。
請求項 4に記載の発明では、 三枚の触媒フオイルが各長辺を若干短辺方向へ偏 位させた状態で重ねて渦形に巻き込まれたものである請求項 1から請求項 3のい ずれか 1項に記載の触媒担体とした。 通電加熱用触媒フォイルでは、 触媒フォイ ル同士の導通を防止するため、 触媒フオイルの表面に絶縁層を設けている。 しか し、 各触媒フオイルの端部には絶縁層の形成がしずらく、 触媒フォイルを巻き込 んだ際、 特に長辺端部同士での短絡が生じる場合が考えられる。 そのため請求項 4に記載する発明のようにすれば、 渦形に巻き込んだ際の触媒フオイルの各長辺 端部同士の導通が生じないため、 効率よく通電加熱を行うことが可能となる。 発明の実施の形態
以下に本発明の一実施形態について説明する。 図 1にこの三相交流用の触媒装 置 1の全体が示されている。 筒状ケース 2の中に、 渦巻き状に三枚の触媒フォイ ル 3、 4、 5を重ねて巻き込んだ状態にした触媒担体 6が組み込まれている。 この触媒フォイル 3、 4、 5は、 耐熱合金製で帯状のメタルフォイルに、 図 2 及び図 3で示すようにへリンボーン形状を付与したもので、 メタルフオイルとし てはアルミニウムを含むステンレス系の耐熱合金材 （ Fe— 20 Cr— 5 A1— 0.08¾L a) を使用した。 そして、 触媒フォイル 3、 4、 5は、 ヘリンボーン形状が付与さ れたメタルフオイルの全面に、 アルミナウイスカーの生成と、 絶縁層の形成と、 ゥォッシュコートの塗布と、 触媒になる貴金属の担持とを行ったものである。 具 体的には、 Fe— 20¾Cr— 5%A1— 0.08 Laの厚さ約 5 0 // mのメタルフオイルに、 9 0 0 °C x 1 5 h rの雰囲気中で熱処理を行い表面に酸化アルミニウムのウイスカ —を形成したものである。 このウイスカ一は表面に塗布するゥォッシュコ一ト、 結晶化ガラスおよび貴金属 （触媒） などの密着強度を向上させるものである。 ま た、 ゥォッシュコートは、 S i 02 9 5 % - Z r 02 5 % の組成のものを用 い、 スプレーコートを使用して塗布した。 結晶化ガラスは例えば特開平 4ー 1 9 8 0 3 9号公報に開示する方法で施した。 さらに、 触媒の貴金属としては白金を 使用した。
触媒担体 6は幅長さ均一の三枚の触媒フォイル 3、 4、 5を、 三枚重ねて渦卷 き状にしたものである。 そして触媒フォイル 3、 4、 5の各内端はセンタ一位置 に配したセンターロッド 7に接続されている。 さらに触媒フォイル 3、 4、 5の 各外端には各々アウター電極 8、 9、 1 0が設けてあり、 上記センターロッド 7 との間をス夕一結線している。 スター結線の状態を図 4に示す。 1 1は三相負荷 を、 1 2が第一相、 1 3が第二相、 1 4が第三相を各々示す。 このようなス夕一 結線とするため電極の取り方が簡便化され、 触媒装置全体の設計が容易に-なる。 絶縁手段として筒状ケース 2の内面には絶縁コート 1 5が施され、 位置決め用 の左右一対の絶縁ストッパー 1 6が手前側に、 そして絶縁バー （図示せず） が向 こう側に設けてあり、 これら絶縁コート 1 5、 絶縁ストッパー 1 6、 絶縁バーな どで絶縁手段を構成し、 この絶縁手段を介して触媒担体 6が筒状ケース 2に納め てある。 なお図 1において 1 7は熱電対を示す。
三枚の触媒フォイル 3、 4、 5は図 3 ( a ) で示すごとく、 各長辺 1 8 , 1 9， 2 0が短辺方向で長さ Lずつ偏位させられた状態で巻き込まれている。 三枚の触媒フォイル 3 , 4， 5には同一パターンのヘリンボーン形状が付与さ れている。 図 2で示すごとく、 このへリンボーン形状は山部 2 1， 2 1の間に谷 部 2 2が広幅となって形成されており、 しかも各長辺を若干短辺方向に偏位して 三枚重ねた状態で卷き込むため、 各触媒フォイル 3， 4 , 5同士が卷き込まれ重 なるような隣接状態で互いに干渉しあい、 その隙間にガス通路用の多数の同じ形 のチャンネル Cが形成されることになる。 また図 3 ( b ) に示すように、 三枚重 ねのうちの真ん中になる触媒フォイル 2 4の山 ·谷部のパターンを、 両側から挟 むことになる触媒フォイル 2 3， 2 5の山 .谷部パターンと反転したもの （位相 が半分ずれた状態） として、 巻き込むことにすれば、 各触媒フォイル同 ± 2 3，
2 4 , 2 5がより密着することを防げることになる。
次にデルタ結線を構成する際の触媒担体について説明する。 図 5は、 デルタ結 線を構成する際の触媒フオイルの巻き方を示したものである。 先ず、 図 5 aに示 すように幅長さ均一の三枚の触媒フォイル 3 1、 3 2、 3 3における短辺側の各 側端部をそれそれ接続して、 触媒フォイル端部方向から見た場合にほぽ正三角形 状断面となるように無端状に連結する。 そして、 この正三角形の各辺を構成する 各触媒フォイル 3 1、 3 2、 3 3の長辺中央部分を図 5 ( b ) に示すように、 正 三角形の中心 （重心） P方向に均一に引き寄せ、 中心 Pを通る垂直軸に対して、 各接続部 3 4、 3 5、 3 6を矢示 X方向にそれそれ卷回させることで渦形に形成 する。 さらに渦形に形成された触媒担体の接続部 3 4、 3 5、 3 6に電極を設け ることにより、 デルタ結線を柠う。 デル夕結線の状態を図 6に示す。 3 7、 3 8、
3 9は電極を、 4 0は三相負荷を、 4 1が第一相、 4 2が第二相、 4 3が第三相 を各々示す。 このような触媒担体とすることでデルタ結線を構成することができ る。 このデルタ結線を構成する場合においても、 上述したスター結線の場合と同 様にして筒状ケースに組み込みことで触媒装置とすることができる。 また、 ス夕 —結線の場合に説明したように、 各触媒フォイルの長辺を短辺側に偏位させて巻 き込むことも可能である。 発明の効果
以上説明したように本発明によれば、 三相交流の使用が可能となり、 大型の触 媒装置を容易に提供できるという効果がある。 また、 触媒装置において触媒担体 に流入するガスを加熱して触媒反応を促進するため、 電気ヒータ一を触媒担体の 上流に組み込むことも考えられるが、 本発明の触媒担体を脱臭装置として用いれ ば、 触媒担体自体が通電加熱可能となるので、 このような電気ヒーター部のスぺ ースが省略できるという利点もある。 図面の簡単な説明
図 1は、 本実施形態における触媒装置を示す斜視図である。
図 2は、 三枚の触媒フォイルを渦形に巻き込んで電極を配した状態を示す斜視 図である。
図 3は、 三枚の触媒フォイルを偏位させた状態を示す概略説明図である。
図 4は、 ス夕一結線の状態を示す結線図である。
図 5は、 デル夕結線を構成する際の触媒フオイルの巻き方を示す概念図である ( 図 6は、 デル夕結線の状態を示す結線図である。
符号の説明
1 触媒装置
2 筒状ケース
3、 4、 5 触媒フォイル
3 1、 3 2、 3 3 触媒フォイル
7 セン夕一口ッ ド
8、 9 1 0 ァゥ夕一電極
3 7 , 3 8 3 9
1 5 絶縁コート
1 6 絶緣ストッパー
1 7 熱電対
2 1 ヘリンボーン形状の山部
2 2 ヘリンボーン形状の谷部
C ガス通路用チャンネル
L 触媒フオイルの偏位長さ

Claims

請求の範囲
1 . 耐熱合金製で帯状の導電性フオイルに波形状を付与し、 その表面に絶縁層と 触媒担持層を設けた触媒フォイル三枚を、 各触媒フォイル同士が面接触しないよ うに渦形に卷き込むことによって三相交流電源に接続できるようにした通電加熱 可能な触媒担体。
2 . 三枚重ねた触媒フオイルの一端側をセンターロッドに接続して渦形に卷き込 み、 渦形の外周側に位置する各触媒フォイル端部とセン夕一口ッドとを三相交流 電源に接続することでスター結線を構成するようにしたものである請求項 1に記 載の触媒担体。
3 . 三枚の触媒フォイルを用い各々の触媒フォイルにおける両端部を無端状にな るよう相互に接続して、 ほぼ正三角形状断面を持つように連結された触媒フォイ ルを形成し、 各辺を構成する触媒フオイルの中央部を正三角形状断面の中心方向 にそれそれ均一に引き寄せた状態にして、 その中心垂直方向を軸として各接続部 を卷回させることで 3枚の触媒フオイルを渦形に巻き込み、 渦形の外周側に位置 する各接続部を三相交流電源に接続することでデル夕結線を構成するようにした ものである請求項 1に記載の触媒担体。
4 . 三枚の触媒フォイルが、 各長辺を若干短辺方向へ偏位させた状態で重ねて渦 形に巻き込まれたものである請求項 1から請求項 3のいずれか 1項に記載の触媒 担体。
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