JP3800747B2

JP3800747B2 - 触媒ヒータおよびこの触媒ヒータを使用した触媒装置

Info

Publication number: JP3800747B2
Application number: JP22782997A
Authority: JP
Inventors: 忠視鈴木; 利光胡桃沢; 修三徳満
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-08-25
Also published as: JPH1157490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厨芥処理機器等から発生する臭気成分や油煙などを浄化する触媒ヒータと、この触媒ヒータを冷房装置などに装着して室内空気を浄化する触媒装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、調理機器・厨芥処理機などから発生する臭いや油煙は、排ガス経路に配置したセラミックス担体を用いたハニカム状の酸化触媒を、外部から加熱することによって酸化分解して、室内の空気を清浄に保つようにしているものである。また、冷房装置等には吸着剤と前記酸化触媒とを取り付け、冷房中は室内空気に含まれるタバコの煙や臭気成分を一旦吸着材に吸着させ、間欠的に加熱して吸着成分を酸化分解して、室内の空気を浄化しているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の方法は、酸化触媒の温度上昇が遅く、分解温度に達するまでに時間が長くかかるという課題を有している。例えば、セラミックス担体を用いた酸化触媒の場合には、触媒の熱容量が大きいということ、セラミックスの熱伝導率が低いということが原因しているものである。また、触媒をハニカム形状とした場合には温度分布が不均一となって、排ガスと触媒との接触効率が悪くなるものである。また、異物によってハニカムが詰まった場合には、その部分の浄化能力が低下し、耐久性も低下するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エキスパンドメタル基材の表面に触媒層を形成し、エキスパンドメタル基材を通電した時の発熱を利用して触媒層を加熱して、温度上昇が早く、排ガスの浄化能力が大きく、異物が詰まっても浄化性能が低下しない触媒ヒータとしている。また、この触媒ヒータを使用することによって、圧力損失が小さく、効率の優れた触媒装置としているものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、エキスパンドメタルの基材の表面に触媒層を形成し、前記触媒層は、基材の表面に形成したセルフクリーニング触媒層と、前記セルフクリーニング触媒層の表面に形成した再生触媒層とからなり、前記セルフクリーニング触媒層は、ホーローフリットとアルミナとマンガン酸化物を主成分としたスラリーを焼成して形成し、前記再生触媒層は、非加熱時に作用し加熱時に再活性化する吸着剤と加熱時に作用する貴金属触媒とを組み合わせた構成とし、エキスパンドメタルを通電した時の発熱を利用して触媒層を加熱するようにすることにより、セルフクリーニング触媒層の表面は、凹凸を有したホーローフリットによるガラス層が形成され、この凹凸によるアンカー効果と化学的結合とを併用してエキスパンドメタル基材と触媒層との密着性は高く強固な触媒層を形成でき、さらにこのセルフクリーニング触媒層の表面の凹凸部に再生触媒層が強固に結合され、表面部分が貴金属濃度の高い状態となり、セルフクリーニング触媒と再生触媒の相乗効果により、従来に比べて触媒の浄化能力が高く、かつ耐久性に優れた触媒ヒータを実現できるものである。
【０００６】
また、再生触媒層は、吸着剤と貴金属触媒を有して、常時は排ガス中の有害成分を吸着し、定期的に触媒ヒータに通電して吸着した有害成分を分解し、同時に吸着剤を活性化でき、メンテナンスフリーの触媒ヒータを実現できるものである。
【０００７】
そしてさらに、エキスパンドメタル基材を通電した時の発熱を利用して触媒層を加熱することによって、温度上昇が早く、排ガスの浄化能力が大きく、異物が詰まっても浄化性能が低下しない触媒ヒータを実現できるものである。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、吸着剤は、シリカゲルまたはゼオライトの少なくとも一方を含む構成として、特に吸着性能が高くメンテナンスフリーの触媒ヒータを実現できるものである。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、前記触媒ヒータを排ガスの吸気口と排気口を備えた触媒ケースに収容して、圧力損失が小さく、効率の優れた触媒装置を実現できるものである。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１１】
（実施例１）
図１は本実施例で使用している触媒ヒータを構成する素材を示す平面図である。１は表面に触媒層を形成したエキスパンドメタルで、両端に給電端子２を設けている。（以下エキスパンドメタルの各部を示す用語は、ＪＩＳＧ３３５１に準拠して使用する。）エキスパンドメタル１は、図２に示す構成となっている。すなわち、フープ状の基材４を刻み幅Ｋに応じて順送し、かまぼこ型の刃物で打ち抜いているものである。このためアヤメ３は押し広げられるものであり、前記順送の条件を調整することによって短目方向の中心間距離ＳＷと長目方向の中心間距離ＬＷを所定の寸法としているものである。本実施例では、ＬＷは３ｍｍ、ＳＷは２ｍｍ、Ｌは８００ｍｍ、Ｓは２０ｍｍの設定としている。また基材４としては、ＦｅーＣｒーＡｌ系耐熱鋼、ＮｉーＣｒ系耐熱鋼のいずれかが適している。この理由は、固有抵抗が大きく、従って触媒ヒータとしてのサイズを小さくできるためである。本実施例では、基材４の表面に形成する触媒層の熱膨張係数と整合するために、相対的に熱膨張係数が小さいＦｅーＣｒーＡｌ系耐熱鋼（ＮＴＫＮＯ．４Ｌ（日本金属工業製））を材厚０．１ｍｍで使用している。
【００１２】
前記したアヤメ３を形成する加工時に基材４は加工硬化を生じ、このため折り曲げ等の二次加工によって折れたりするものである。そこで、本実施例では加工硬化を緩和するために焼鈍処理を施している。焼鈍処理は本実施例では大気中で行っているが、もちろん不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。この焼鈍温度は、発明者らの試験結果によれば９００〜１０００℃が適切である。この理由は、９００℃未満では酸化皮膜の形成量が不十分であり、１０００℃を越えると結晶粒が成長して脆くなってくるためである。
【００１３】
こうして焼鈍を終了した基材４の表面に、触媒として使用しているマンガン酸化物を含むセルフクリーニングホーロー（以後ＳＣホーローと称す）を塗布・乾燥した後、焼成するものである。なお、本実施例ではＳＣホーローを触媒として用いているが特にＳＣホーローに限定されるものではない。
【００１４】
こうして完成したエキスパンドメタル１を、図３に示しているように複数枚積層して触媒ヒータ５としているものである。なお図３中の２は、給電端子である。
【００１５】
以下本実施例の動作を説明する。給電端子２間に図示していない商用交流電源を接続すると、触媒ヒータ５は動作を開始する。すなわち、素材であるエキスパンドメタル１は通電によって発熱し、表面に形成した触媒層が活性化する。この状態で、排ガスが触媒ヒータ５を通過すると、排ガス中に含まれているタバコの煙や臭気成分は、基材４の表面に形成している触媒層によって吸着され、分解されるものである。こうして、浄化された排ガスが外部に流れるものである。
【００１６】
このとき本実施例によれば、基材４の表面に触媒層を形成し、エキスパンドメタル１を通電した時の発熱を利用して触媒層を加熱するようにしているため、触媒層の温度上昇が早く、触媒層の活性化までの時間が非常に短くなるものである。また、エキスパンドメタル１を素材として使用しているため、異物が詰まることが無く、浄化性能が低下しない触媒ヒータを実現している。
【００１７】
発明者らの実験では、同一容量で加熱した場合には、本実施例の触媒ヒータの表面温度は従来の構成の酸化物触媒の表面温度の約２倍に達するものである。また３００℃に達するまでの時間は本実施例のものでは１００Ｗで４０秒であるが、従来のものでは３００Ｗで７分を要している。つまり、触媒活性温度に達するために必要となるエネルギーは従来の１／２でよいものである。
【００１８】
またこのとき、エキスパンドメタル１を触媒層を加熱するヒータとして使用しているため、抵抗値の設定を自由に行え、任意の電力を触媒層に供給できるものである。すなわち、エキスパンドメタル１の基材４の板厚・幅Ｓ・長さＬ・きざみ幅Ｋ・ＬＷ・ＳＷのいずれを調整することによっても抵抗値を変えることが出来るものである。
【００１９】
また本実施例では、エキスパンドメタル１は、アヤメ３の数を一定とするように切断加工しているものである。このため、抵抗値のばらつきが小さく、量産したときに特性が一定となるものである。外形寸法を一定にしたときにエキスパンドメタル１をランダムに切断して制作したものと、アヤメの数を一定に揃えて切断して制作したものとを比較すると、前者の抵抗値のバラツキは±２１％で、後者の抵抗値のバラツキは±２％であった。
【００２０】
また本実施例では、エキスパンドメタル１は、ＬＷ／ＳＷの比を１〜５に設定しているものである。発明者らの試験結果によれば、ＬＷ／ＳＷの比が１以下になると、ボンドの強度が弱くなり二次加工ができなくなるものである。またこの比が５以上になると、エキスパンドメタル１の平坦度が極端に悪くなるものである。従って実用的にはＬＷ／ＳＷの比は１〜５が適切であり、２〜３とする方がより好ましいものである。
【００２１】
また、基材４として、Ｎｉ−ＣｒまたはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌのいずれかを使用しているため、耐久性に優れた、また固有抵抗が大きいため触媒ヒータ５を小型に形成できるものである。
【００２２】
またエキスパンドメタル１は、９００〜１０００℃の雰囲気中で焼鈍するようにしているため、表面に酸化物の緻密な不働態皮膜を形成でき、耐熱性・耐食性が高く、かつ強度の高い触媒ヒータを実現しているものである。
【００２３】
また本実施例では、触媒層は、基材４の表面に形成したＳＣ触媒層と、ＳＣ触媒層の表面に担持した再生触媒層とから形成しているものである。図４は、この触媒層の構成を示す断面図である。基材４にＳＣ触媒のスラリーを７．０ｇ塗布した後、１３０℃で２０分乾燥し、８５０℃で２分焼成してＳＣ触媒層８を形成する。
【００２４】
前記ＳＣ触媒のスラリーはガラスフリットと耐火成分としてのアルミナと触媒成分としてのマンガン酸化物を主成分として有し、懸濁剤として粘土などを少量有している。粘土には懸濁効果と乾燥塗膜の強度を高める作用がある。またガラス成分として本実施例ではステンレス用のホーローフリットを使用している。このスラリーを焼成したＳＣ触媒層８は、多孔質な塗膜であり、触媒作用を有している。また、ＳＣ触媒層８によって形成した塗膜は、表面に凹凸を有するものであり、アンカー効果を有している。
【００２５】
こうして形成したＳＣ触媒層８の表面に、少なくとも吸着剤と貴金属触媒を有する再生触媒のスラリーを７．０ｇ塗布し、１３０℃で２０分乾燥し、５００℃で５分焼成する。前記吸着剤として本実施例では、シリカゲルまたはゼオライトの少なくとも一方を含むものである。
【００２６】
こうして形成した触媒層は、焼鈍処理によって基材４の表面に形成されている緻密な酸化物層に、アンカー効果を有するＳＣ触媒層８が強固に結合し、ＳＣ触媒層８の表面の凹凸部に再生触媒層９が強固に結合されるものとなっている。表面部分が貴金属濃度の高い状態となって、従来に比べて触媒の浄化能力が高く、また耐久性に優れた触媒装置を実現できるものである。このため、触媒層は基材４との密着性が非常に高く、耐久性に優れた触媒ヒータを実現しているものである。
【００２７】
このとき本実施例では、ＳＣ触媒層８として、ガラスフリットに少なくともマンガン酸化物を含むスリップを塗布・焼成して形成しているものである。このため、再生触媒層９との密着性を確保でき、さらに、再生触媒層９を補完して排ガスの浄化能を向上できる触媒ヒータを実現するものである。
【００２８】
また、ＳＣ触媒層８を構成するガラスフリットとして、ステンレス用のホーローフリットを使用しているものである。ステンレス用のホーローフリットは、一般のガラス粉末に対して融点が低く、従って焼成温度を低く設定できるものであり製造が容易にできる。また形成したガラス層が凹凸を有したものとなっており、触媒ヒータとして非常に適しているものである。
【００２９】
また本実施例では、再生触媒層９として、吸着剤と貴金属触媒を使用しているものである。このため、例えば本実施例の触媒ヒータを冷房装置や空気清浄機等に使用した場合には、非常に都合の良いものである。つまり冷房装置や空気清浄機では、運転中は熱の放出を極力抑える必要がある。従って触媒層を常時加熱する構成は避ける必要がある。本実施例では、再生触媒層９をゼオライト等の吸着剤と、貴金属触媒とを組み合わせた構成としているものである。このため、常時は排ガス中の有害成分を吸着材によって吸着し、定期的に触媒ヒータに通電することによって吸着した有害成分を貴金属触媒によって分解し、同時に吸着剤を活性化できるものである。従って、メンテナンスフリーの触媒ヒータを実現するものである。
【００３０】
また本実施例では前記吸着剤として、シリカゲルまたはゼオライトの少なくとも一方を含む構成としており、有害成分に対する吸着力が高く、メンテナンスフリーの触媒ヒータを実現している。
【００３１】
（実施例２）
続いて本発明の第２の実施例について説明する。図５は本実施例の構成を示す一部切り欠き斜視図である。１５は、排ガスの吸気口１５ａと排ガスの排気口１５ｂを備えている触媒ケースであり、内部に実施例１で説明した触媒ヒータ５を収容している。以上の構成の触媒装置は、例えば冷房装置や空気清浄機中に組み込まれているものである。
【００３２】
以下本実施例の動作について説明する。図示していない冷房装置あるいは空気清浄機のスイッチをオンして、室内を冷房あるいは室内空気の清浄化運転を実行すると、同時に触媒装置が駆動するものである。つまり、吸気口１５ａから吸気した室内の空気を浄化して排気口１５ｂから清浄な空気として排気するものである。すなわち、室内の空気に含まれているタバコの煙や臭気成分を吸着し、酸化分解して清浄化するものである。この触媒装置の動作は、例えば冷房装置に使用している場合には、冷房装置に付属しているスイッチによって冷房運転とは独立して制御することもできるようになっている。
【００３３】
以上のように本実施例によれば、実施例１で説明した触媒ヒータ５を排ガスの吸気口１５ａと排気口１５ｂを備えた触媒ケースに収容して、圧力損失が小さく、効率の優れた触媒装置を実現するものである。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明は、エキスパンドメタルの基材の表面に触媒層を形成し、前記触媒層は、基材の表面に形成したセルフクリーニング触媒層と、前記セルフクリーニング触媒層の表面に形成した再生触媒層とからなり、前記セルフクリーニング触媒層は、ホーローフリットとアルミナとマンガン酸化物を主成分としたスラリーを焼成して形成し、前記再生触媒層は、非加熱時に作用し加熱時に再活性化する吸着剤と加熱時に作用する貴金属触媒とを組み合わせた構成とし、エキスパンドメタルを通電した時の発熱を利用して触媒層を加熱するようにすることにより、セルフクリーニング触媒層の表面は、凹凸を有したホーローフリットによるガラス層が形成され、この凹凸によるアンカー効果と化学的結合とを併用してエキスパンドメタル基材と触媒層との密着性は高く強固な触媒層を形成でき、さらにこのセルフクリーニング触媒層の表面の凹凸部に再生触媒層が強固に結合され、表面部分が貴金属濃度の高い状態となり、セルフクリーニング触媒と再生触媒の相乗効果により、従来に比べて触媒の浄化能力が高く、かつ耐久性に優れた触媒ヒータを実現できるものである。
【００３５】
また、再生触媒層は、吸着剤と貴金属触媒を有して、常時は排ガス中の有害成分を吸着し、定期的に触媒ヒータに通電して吸着した有害成分を分解し、同時に吸着剤を活性化でき、メンテナンスフリーの触媒ヒータを実現できるものである。
【００３６】
そしてさらに、エキスパンドメタル基材を通電した時の発熱を利用して触媒層を加熱することによって、温度上昇が早く、排ガスの浄化能力が大きく、異物が詰まっても浄化性能が低下しない触媒ヒータを実現できるものである。
【００３７】
請求項２に記載した発明は、吸着剤は、シリカゲルまたはゼオライトの少なくとも一方を含む構成として、特に吸着性能が高くメンテナンスフリーの触媒ヒータを実現するものである。
【００３８】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した触媒ヒータを、排ガスの吸気口と排気口を備えた触媒ケースに収容した構成として、圧力損失が小さく、効率の優れた触媒装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である触媒ヒータの素材であるエキスパンドメタルの構成を示す平面図
【図２】同、エキスパンドメタルの詳細な構成を説明する平面図
【図３】同、触媒ヒータの構成を説明する側面図
【図４】同、触媒層の構成を説明する断面図
【図５】本発明の第２の実施例である触媒装置の構成を示す一部切り欠き斜視図
【符号の説明】
１エキスパンドメタル
４基材
５触媒ヒータ
８ＳＣ触媒層
９再生触媒層
１５触媒ケース
１５ａ吸気口
１５ｂ排気口

Claims

エキスパンドメタルの基材の表面に触媒層を形成し、前記触媒層は、基材の表面に形成したセルフクリーニング触媒層と、前記セルフクリーニング触媒層の表面に形成した再生触媒層とからなり、前記セルフクリーニング触媒層は、ホーローフリットとアルミナとマンガン酸化物を主成分としたスラリーを焼成して形成し、前記再生触媒層は、非加熱時に作用し加熱時に再活性化する吸着剤と加熱時に作用する貴金属触媒とを組み合わせた構成とし、エキスパンドメタルを通電した時の発熱を利用して触媒層を加熱する触媒ヒータ。
吸着剤は、シリカゲルまたはゼオライトの少なくとも一方を含む請求項１に記載した触媒ヒータ。
請求項１または２に記載した触媒ヒータを、排ガスの吸気口と排気口を備えた触媒ケースに収容した触媒装置。