JP2000297903A - Catalytic combustion heat source equipment - Google Patents

Catalytic combustion heat source equipment

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JP2000297903A
JP2000297903A JP11105148A JP10514899A JP2000297903A JP 2000297903 A JP2000297903 A JP 2000297903A JP 11105148 A JP11105148 A JP 11105148A JP 10514899 A JP10514899 A JP 10514899A JP 2000297903 A JP2000297903 A JP 2000297903A
Authority
JP
Japan
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catalyst
combustion chamber
combustion
catalytic combustion
heat source
Prior art date
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Pending
Application number
JP11105148A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Terajima
徹生 寺島
Tatsuo Fujita
龍夫 藤田
Yoshitaka Kawasaki
良隆 川崎
Motohiro Suzuki
基啓 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒燃焼を開始する際に必要とされる触媒の
予熱時間を短縮化し、温度制御性に対する安定性を向上
させた触媒燃焼式熱源機器を提供を目的とする。 【解決手段】 燃焼室5に設けられた燃料と空気からな
る混合気を供給する混合気入口4と、燃焼室5内に設け
られた白金族系金属とZrまたはCeの酸化物の少なく
とも一つを主体とした担体から構成される触媒被覆層1
1が多数の連通孔を有する基材上に形成された触媒体6
と、燃焼室5の外部に接触させた熱伝達部8と、燃焼室
5に設けられた排気口9からなる。
(57) [Problem] To provide a catalytic combustion type heat source device in which the preheating time of a catalyst required at the start of catalytic combustion is shortened and stability with respect to temperature controllability is improved. SOLUTION: A mixture inlet 4 provided in a combustion chamber 5 for supplying a mixture comprising fuel and air, and at least one of a platinum group metal and an oxide of Zr or Ce provided in the combustion chamber 5 Coating layer 1 composed of a carrier mainly composed of
1 is a catalyst body 6 formed on a substrate having a large number of communication holes
And a heat transfer portion 8 in contact with the outside of the combustion chamber 5 and an exhaust port 9 provided in the combustion chamber 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒上で気体燃料
や液体燃料などを燃焼させて、加熱、暖房や乾燥などを
行うことを目的とする触媒燃焼式熱源機器に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalytic combustion type heat source device for heating, heating or drying by burning a gaseous fuel or a liquid fuel on a catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気ヒータの代わりに触媒燃焼を利用し
た熱源機器が開発され、近年、スチーマ等のコードレス
機器として一部実用化されている。触媒燃焼は、触媒の
作用により燃料を触媒表面に接触・活性化させ、無炎か
つ低温で燃焼させる燃焼方式である。燃焼式熱源機器で
は、燃焼室をコンパクトにし、かつ反応熱を効率よく発
熱部に伝えるため、熱伝達部を有する燃焼室内壁面に触
媒体を接触させた構成とされている。また、機器の温度
制御は燃料ガスの供給量を変化させることによって行わ
れている。このような触媒燃焼式熱源に用いられる触媒
には、一般的に燃焼による劣化を抑制するために、主と
して活性アルミナ等の100g/m2程度の比表面積が
大きな担体に白金族系金属を高分散担持したものを、コ
ージライト等の耐熱性多孔質セラミックス基材上に塗布
形成して用いていた。
2. Description of the Related Art Heat source devices utilizing catalytic combustion instead of electric heaters have been developed, and in recent years, some have been put to practical use as cordless devices such as steamers. Catalytic combustion is a combustion method in which fuel is brought into contact with and activated on the catalyst surface by the action of a catalyst, and is burned at a low temperature and without flame. The combustion-type heat source device has a configuration in which a catalyst body is brought into contact with a wall surface of a combustion chamber having a heat transfer section in order to make the combustion chamber compact and efficiently transmit reaction heat to the heat generation section. Further, the temperature control of the equipment is performed by changing the supply amount of the fuel gas. The catalyst used in such a catalytic combustion type heat source generally contains a platinum-group-based metal with high dispersion, mainly on activated alumina or the like, having a large specific surface area of about 100 g / m 2 in order to suppress deterioration due to combustion. The support was used by coating and forming on a heat-resistant porous ceramic base material such as cordierite.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の触
媒燃焼式熱源機器で課題となることは、触媒燃焼を開始
するまでに要する触媒の予熱時間の短縮化と、予熱温度
の低温化すなわち低温活性化であった。触媒上で燃焼反
応を開始するために活性温度以上に昇温されなければな
らないが、一般的に担体に用いられていた活性アルミナ
などの高比表面積の触媒担体や、コージライトなどの基
材を用いた場合は、触媒を予熱する際に時間を要してい
た。上記従来の担体・基材では、未使用時すなわち室温
に保持されている時に水分等の環境雰囲気中の成分を吸
着しており、吸着成分を脱離させるのに時間を要するた
めであった。触媒の吸水量の低減には、担体の比表面積
を低下させるか、あるいは白金族系金属のみの層を形成
して吸着水量等を減少させる必要があるが、充分な活性
および耐久性が得られなかった。また、機器の温度制御
に対して、失火などを生じることなく燃焼を維持するた
めにも、触媒上で燃焼を開始する温度はより低温化され
ることが好ましく、触媒活性の向上が課題となってい
た。
Problems to be solved by the conventional catalytic combustion type heat source equipment as described above are to shorten the preheating time of the catalyst required to start catalytic combustion and to reduce the preheating temperature, that is, to reduce the preheating temperature. Low temperature activation. In order to start the combustion reaction on the catalyst, the temperature must be raised to the activation temperature or higher.However, a catalyst support having a high specific surface area such as activated alumina generally used as a support or a base material such as cordierite is used. When used, it took time to preheat the catalyst. This is because the conventional carrier / substrate adsorbs components in the environmental atmosphere such as moisture when not used, that is, when kept at room temperature, and it takes time to desorb the adsorbed components. In order to reduce the water absorption of the catalyst, it is necessary to reduce the specific surface area of the carrier or to form a layer of only platinum group metal to reduce the amount of water absorbed, etc., but sufficient activity and durability can be obtained. Did not. In addition, in order to maintain combustion without causing misfiring, etc. in controlling the temperature of the equipment, it is preferable that the temperature at which combustion is started on the catalyst be lowered, and improvement of the catalyst activity becomes an issue. I was

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の触媒燃焼式熱源
機器は、上記課題を解決するために、燃焼室に設けられ
た燃料と空気からなる混合気を供給する混合気入口と、
燃焼室内に設けられた白金族系金属とZrまたはCeの
酸化物の少なくとも一つを主体とした担体から構成され
る触媒被覆層が多数の連通孔を有する基材上に形成され
た触媒体と、燃焼室の外部に接触させた熱伝達部と、燃
焼室に設けられた排気口からなることを特徴とする。こ
のとき、基材がAl含有フェライト系金属であるのが好
ましく、また、触媒被覆層は、AlまたはSiの酸化物
微粒子を1〜10重量%含んでいるのが好ましい。
In order to solve the above-mentioned problems, a catalytic combustion type heat source device according to the present invention comprises: a mixture inlet provided in a combustion chamber for supplying a mixture comprising fuel and air;
A catalyst body in which a catalyst coating layer composed of a carrier mainly composed of at least one of a platinum group metal and an oxide of Zr or Ce provided in a combustion chamber is formed on a substrate having a large number of communication holes; And a heat transfer portion contacting the outside of the combustion chamber, and an exhaust port provided in the combustion chamber. At this time, the base material is preferably an Al-containing ferrite-based metal, and the catalyst coating layer preferably contains 1 to 10% by weight of Al or Si oxide fine particles.

【0005】また、本発明の触媒燃焼式熱源機器は、燃
焼室に設けられた燃料と空気からなる混合気を供給する
混合気入口と、燃焼室内に設けられた白金族系金属とZ
rまたはCeの酸化物の少なくとも一つを主体とした担
体から構成される触媒被覆層が多数の連通孔を有する基
材上に形成された触媒体と、燃焼室の外部に接触させた
熱伝達部と、燃焼室に設けられた排気口からなり、触媒
被覆層の燃料供給方向に対して下流側に、V、Mo、Wの
うち少なくとも一つと、白金族系金属と、Zr、Ce、
Ti酸化物のうち少なくとも一つから構成される触媒層
を設けたことを特徴とする。このとき、触媒被覆層と触
媒層が同一基材上に積層して設けられているのが好まし
い。
Further, the catalytic combustion type heat source equipment of the present invention comprises a mixture inlet provided in the combustion chamber for supplying a mixture comprising fuel and air, a platinum group metal provided in the combustion chamber,
a catalyst body in which a catalyst coating layer composed of a carrier mainly composed of at least one of r and Ce oxides is formed on a substrate having a large number of communication holes, and heat transfer in contact with the outside of a combustion chamber And an exhaust port provided in the combustion chamber, and at least one of V, Mo, W, a platinum group metal, and Zr, Ce, on the downstream side in the fuel supply direction of the catalyst coating layer.
A catalyst layer comprising at least one of Ti oxides is provided. At this time, it is preferable that the catalyst coating layer and the catalyst layer are provided so as to be laminated on the same base material.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】図1は本発明第一の実施の形態の
要部断面図である。燃料供給バルブ1から供給された燃
料ガスは、空気供給バルブ2より供給された空気と混合
室3で混合され、混合気入口4から燃焼室5内に位置し
た触媒体6に供給される。混合気は、点火装置7により
点火され、触媒体6の下流側に火炎を形成する。火炎に
より触媒体6の下流側が燃料に対する活性化温度以上に
昇温されると触媒体6の下流側から触媒燃焼を開始し、
次いで下流側での燃焼熱は、触媒体6の上流側に熱伝達
され、そこで触媒燃焼を開始するようになっている。触
媒燃焼で生じた熱は、燃焼室と接触した熱伝達部8を経
由して熱源として利用され、排気ガスは排気口9を経由
して外部に排出される。また、熱源機器の温度制御は、
燃焼室外壁面に設けられた温度センサ10によって、所
定温度以上になると燃料の供給が停止されることによっ
て行われる。したがって燃料供給バルブ1の開閉によっ
て供給停止が繰り返されることになる。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a first embodiment of the present invention. The fuel gas supplied from the fuel supply valve 1 is mixed with the air supplied from the air supply valve 2 in the mixing chamber 3, and supplied from the mixture inlet 4 to the catalyst 6 located in the combustion chamber 5. The air-fuel mixture is ignited by the ignition device 7 and forms a flame downstream of the catalyst body 6. When the temperature of the downstream side of the catalyst body 6 is raised to the activation temperature for fuel or higher by the flame, catalytic combustion starts from the downstream side of the catalyst body 6,
Next, the heat of combustion on the downstream side is transferred to the upstream side of the catalyst body 6, where catalytic combustion is started. The heat generated by the catalytic combustion is used as a heat source via a heat transfer section 8 in contact with the combustion chamber, and the exhaust gas is discharged to the outside via an exhaust port 9. In addition, temperature control of heat source equipment
This is performed by stopping the supply of fuel when the temperature exceeds a predetermined temperature by a temperature sensor 10 provided on the outer wall surface of the combustion chamber. Therefore, the supply stop is repeated by opening and closing the fuel supply valve 1.

【0007】本発明では、燃焼用触媒として機能する触
媒体6に白金族系金属を担持したZr、Ce酸化物を主
成分とする触媒被覆層11を耐熱性金属基材12上に形
成して用いていることを特徴とする。触媒被覆層のZr
2には、Pt等の白金族系金属が分散担持されてお
り、触媒燃焼の活性点として機能する。ZrO2を白金
族系金属の担体として用いることにより、白金族系金属
を適度に分散し、活性を高めると同時に凝集を抑制して
長寿命化を促進する。また、同様の効果は、CeO
2や、CeとZrの複合酸化物を用いた場合にも発揮さ
れる。また、活性アルミナなどに比べると比表面積が小
さいため、非使用時の水の吸着量が減少することにな
り、触媒の予熱時に水分蒸発に要する熱量を軽減するこ
とができる。したがって触媒の予熱時間を短縮させ、よ
り速やかに定常状態の触媒燃焼を開始させることができ
る。
In the present invention, a catalyst coating layer 11 composed mainly of a Zr or Ce oxide carrying a platinum group metal is formed on a heat-resistant metal substrate 12 on a catalyst body 6 functioning as a combustion catalyst. It is characterized by using. Zr of catalyst coating layer
A platinum group metal such as Pt is dispersed and supported on O 2 , and functions as an active point of catalytic combustion. By using ZrO 2 as a carrier of the platinum group metal, the platinum group metal is appropriately dispersed, the activity is increased, and at the same time, the aggregation is suppressed to promote a longer life. Further, the same effect can be obtained by using CeO
2 and also when a composite oxide of Ce and Zr is used. In addition, since the specific surface area is smaller than that of activated alumina or the like, the amount of water adsorbed when not used is reduced, and the amount of heat required for evaporating water during preheating of the catalyst can be reduced. Therefore, the preheating time of the catalyst can be reduced, and the steady state catalytic combustion can be started more quickly.

【0008】さらに、基材にはFe20Cr5Alフェラ
イト系金属を使用することにより、基材の吸水量もほと
んど無視され、かつ上流側に燃焼熱が熱伝達されるた
め、より効果的に予熱時間を抑制できる。また、同時に
前記担体の改良の効果がより明瞭に発揮されることにな
る。いくつかのステンレス綱を検討した中で、Fe20
5Alフェライト系金属は、加熱により表面にアルミ
酸化被膜が形成されるため耐熱・耐酸化性に優れるとと
もに、触媒との密着性も比較的よく、触媒基材として最
も好ましい。
Further, since the base material is made of a Fe 20 Cr 5 Al ferrite-based metal, the amount of water absorbed by the base material is almost ignored, and the combustion heat is transferred to the upstream side. Preheating time can be suppressed. At the same time, the effect of improving the carrier is more clearly exhibited. In reviewing the several stainless steel, Fe 20 C
The r 5 Al ferrite-based metal is excellent in heat resistance and oxidation resistance because an aluminum oxide film is formed on the surface by heating, and has relatively good adhesion to a catalyst, and is most preferable as a catalyst base material.

【0009】また、本発明では、AlまたはSiの酸化
物微粒子を1〜10重量%の範囲から選択される最低限
量を含み、ZrやCe酸化物を主成分とする触媒被覆層
の膜強度を高め、長期使用による触媒被覆層の剥離を防
止している。
Further, in the present invention, the film strength of the catalyst coating layer containing Zr or Ce oxide as a main component containing a minimum amount of Al or Si oxide fine particles selected from the range of 1 to 10% by weight. This prevents the catalyst coating layer from peeling off due to long-term use.

【0010】また、本発明では、図2に示す積層型触媒
被覆層のように、V、Mo、Wのうち少なくとも一つと、
白金族系金属と、Zr、Ce、Ti酸化物のうち少なく
とも一つから構成される触媒層が、白金族系金属を担持
したZrまたはCeの酸化物の少なくとも一つから構成
される触媒被覆層の燃料供給方向に対して下流側に積層
して設けられている。V、Mo、Wを添加したZr、C
e、およびTi酸化物担体、あるいはこれらの複合酸化
物は、白金族系金属触媒のブタン等の炭素-炭素結合を
有する燃料の酸化に対する低温活性を向上させる効果を
有する。このような効果は白金族系金属の中でも特にP
tの場合に著しい。V、Mo、Wを添加した場合は、使用温
度が高くなるのに伴い分解や昇華が生じ、劣化しやすく
なる。そこで本発明では、触媒燃焼を開始する触媒体の
下流側に設け、燃焼開始時のみに作用し、常時主燃焼位
置(燃焼により最高温度を示す位置)にならないように
し、触媒の劣化を軽減している。積層される部分は、使
用条件によって異なるが、本実施例では、下流側3mm
程度まで積層すると十分であった。
Further, in the present invention, at least one of V, Mo, and W is used as in the laminated catalyst coating layer shown in FIG.
A catalyst layer composed of a platinum group metal and at least one of Zr, Ce and Ti oxides is a catalyst coating layer composed of at least one of a Zr or Ce oxide carrying a platinum group metal. Are provided on the downstream side with respect to the fuel supply direction. Zr, C with V, Mo, W added
The e and Ti oxide carriers, or their composite oxides, have the effect of improving the low-temperature activity for the oxidation of fuels having a carbon-carbon bond, such as butane, of a platinum group metal catalyst. Such an effect is particularly high among Pt metals.
Significant in the case of t. When V, Mo, and W are added, decomposition and sublimation occur with an increase in the use temperature, and deterioration is likely to occur. Therefore, in the present invention, the catalyst is provided downstream of the catalyst body that starts catalytic combustion, acts only at the start of combustion, and does not always come to the main combustion position (the position that indicates the highest temperature due to combustion) to reduce catalyst deterioration. ing. Although the portion to be laminated differs depending on the use conditions, in the present embodiment, the downstream side is 3 mm.
It was sufficient to stack to the extent.

【0011】[0011]

【実施例】(実施例1)金属製ハニカム(材質Fe20
5Al鋼、400セル/inch2相当、壁厚0.0
5、20φ、長さ10)を、1000℃で1時間予備焼
成したZrO2粉末90g、水40g、Ptジニトロジ
アンミン塩水溶液をPt換算で4g、20wt%Al2
3ゾルを固形分で5g加えてなるウォッシュコートス
ラリーAに含浸し、乾燥後、500℃で焼成して、Pt
3g/L相当担持することにより触媒被覆層を形成し、
触媒体6を得た。次に、図1に示す触媒燃焼装置に上記
で得た触媒体6を装着した。燃焼試験は、燃料にイソブ
タンガスを用い、燃焼室に供給される予混合気は空気過
剰率λ(実供給空気量と理論空気量の比)=1.1、燃
焼量60kcal/hとした。触媒燃焼を開始するまで
の時間を調べるために、触媒体下流末端に火炎を形成し
て予熱し、触媒燃焼を開始して火炎が消滅するまでの時
間「火炎消滅時間」と、全面が赤熱するまでの時間「燃
焼開始時間」を調べた。また、15分間程度安定燃焼さ
せた後、強制的に燃料供給バルブ1を閉じ、触媒下流温
度が所定温度になった時に再び開くことによって触媒燃
焼再開の有無を調べることにより、低温活性の指標であ
る「再燃焼開始温度」を調べた。さらに、燃焼寿命試験
として燃焼量80kcal/h、空気過剰率λ=1.1
条件下で触媒燃焼を1000時間行った。
(Example 1) Metal honeycomb (material Fe 20 C)
r 5 Al steel, 400 cells / inch 2 equivalent, wall thickness 0.0
90 g of ZrO 2 powder, 40 g of water, 4 g of Pt dinitrodiammine salt aqueous solution, 4 g of Pt conversion, 20 wt% Al 2
The impregnated washcoat slurry A obtained by adding 5 g of O 3 sol as a solid content is dried, baked at 500 ° C.
A catalyst coating layer is formed by carrying 3 g / L equivalent,
Catalyst body 6 was obtained. Next, the catalyst body 6 obtained above was mounted on the catalytic combustion apparatus shown in FIG. In the combustion test, isobutane gas was used as the fuel, and the premixed gas supplied to the combustion chamber was an excess air ratio λ (the ratio of the actual supply air amount to the theoretical air amount) = 1.1 and the combustion amount was 60 kcal / h. In order to check the time to start catalytic combustion, a flame is formed at the downstream end of the catalyst body and preheated, the time from the start of catalytic combustion to the extinguishing of the flame `` flame extinguishing time '', and the entire surface glows red The time until the "burning start time" was examined. Further, after the fuel is stably burned for about 15 minutes, the fuel supply valve 1 is forcibly closed, and when the catalyst downstream temperature reaches a predetermined temperature, the fuel supply valve 1 is reopened. A certain "reburning start temperature" was examined. Further, as a combustion life test, a combustion amount of 80 kcal / h, an excess air ratio λ = 1.1
The catalytic combustion was performed under the conditions for 1000 hours.

【0012】(実施例2)金属製ハニカム(材質Fe20
Cr5Al鋼、400セル/inch2相当、壁厚0.0
5、20φ、長さ10)を、1000℃で1時間予備焼
成したCeO2粉末90g、水40g、Ptジニトロジ
アンミン塩水溶液をPt換算で4g、20wt%Al2
3ゾルを固形分で5g加えてなるウォッシュコートス
ラリーA'に含浸し、乾燥後、500℃で焼成して、P
t3g/L相当担持することにより触媒被覆層を形成
し、触媒体6を得た。図1に示す触媒燃焼装置に上記で
得た触媒体6を装着し、実施例1と同様の試験を行っ
た。
(Example 2) Metal honeycomb (material Fe 20
Cr 5 Al steel, 400 cells / inch 2 equivalent, wall thickness 0.0
90 g of CeO 2 powder, 40 g of water, 4 g of Pt-dinitrodiammine salt aqueous solution, 4 g of Pt-equivalent, 20 wt% Al 2
The impregnated washcoat slurry A ′ containing 5 g of O 3 sol in solid content is dried, baked at 500 ° C.
A catalyst coating layer was formed by carrying t3 g / L equivalent, and catalyst body 6 was obtained. The same test as in Example 1 was performed by mounting the catalyst body 6 obtained above in the catalytic combustion apparatus shown in FIG.

【0013】(実施例3)金属製ハニカム(材質Fe20
Cr5Al鋼、400セル/inch2相当、壁厚0.0
5、20φ、長さ10)を、1000℃で1時間予備焼
成したZrO2粉末90g、水40g、Ptジニトロジ
アンミン塩水溶液をPt換算で4g、20wt%Al2
O3ゾルを固形分で5g加えてなるウォッシュコートス
ラリーAに含浸し、乾燥後、500℃で焼成して、Pt
3g/L相当担持することにより触媒被覆層を形成し
た。次に、500℃で焼成した5wt%Wを含むZrO
2粉末90g、水40g、Ptジニトロジアンミン塩水
溶液をPt換算で4g、20wt%Al23ゾルを固形
分で5g加えてなるウォッシュコートスラリーBに上記
触媒体の一端部を含浸し、Ptを0.5g/L相当担持
することにより触媒体6を得た。図1に示す触媒燃焼装
置に上記で得た触媒体6を、ウォッシュコートスラリー
Bが付着した面を下流として装着し、実施例1と同様の
試験を行った。
(Embodiment 3) Metal honeycomb (material Fe 20
Cr 5 Al steel, 400 cells / inch 2 equivalent, wall thickness 0.0
90 g of ZrO 2 powder, 40 g of water, 4 g of an aqueous solution of Pt dinitrodiammine salt in terms of Pt, 4 g of 20 wt% Al 2
Wash coat slurry A containing 5 g of O3 sol in solid content is impregnated, dried and calcined at 500 ° C. to form Pt.
A catalyst coating layer was formed by carrying 3 g / L equivalent. Next, ZrO containing 5 wt% W fired at 500 ° C.
2 powder 90 g, water 40 g, 4g of Pt dinitrodiammine salt solution in terms of Pt, the 20 wt% Al 2 O 3 sol made by adding 5g of solid content washcoat slurry B was impregnated with one end of the catalyst, the Pt The catalyst body 6 was obtained by carrying 0.5 g / L equivalent. The same test as in Example 1 was performed by mounting the catalyst body 6 obtained above on the catalytic combustion apparatus shown in FIG. 1 with the surface to which the washcoat slurry B was attached facing downstream.

【0014】(比較例1)金属製ハニカム(材質Fe20
Cr5Al鋼、400セル/inch2相当、壁厚0.0
5、20φ、長さ10)を、1000℃で1時間予備焼
成したγ−Al23粉末90g、水100g、Ptジニ
トロジアンミン塩水溶液をPt換算で4g、20wt%
Al23ゾルを固形分で5g加えてなるウォッシュコー
トスラリーCに含浸し、乾燥後、500℃で焼成して、
Pt3g/L相当担持することにより触媒被覆層を形成
し、触媒体6を得た。図1に示す触媒燃焼装置に上記で
得た触媒体6を装着し、実施例1と同様の試験を行っ
た。
(Comparative Example 1) Metal honeycomb (material Fe 20
Cr 5 Al steel, 400 cells / inch 2 equivalent, wall thickness 0.0
5, 20φ, length 10) were prefired at 1000 ° C. for 1 hour, 90 g of γ-Al 2 O 3 powder, 100 g of water, 4 g of a Pt dinitrodiammine salt aqueous solution in terms of Pt, 20 wt%
The impregnated washcoat slurry C obtained by adding 5 g of Al 2 O 3 sol as a solid content is dried, baked at 500 ° C.,
A catalyst coating layer was formed by carrying Pt equivalent to 3 g / L, and a catalyst body 6 was obtained. The same test as in Example 1 was performed by mounting the catalyst body 6 obtained above in the catalytic combustion apparatus shown in FIG.

【0015】(比較例2)セラミックス製ハニカム(材
質コージライト、400セル/inch2相当、壁厚
0.15、20φ、長さ10)を、1000℃で1時間
予備焼成したZrO 2粉末90g、水40g、Ptジニ
トロジアンミン塩水溶液をPt換算で4g、20wt%
Al23ゾルを固形分で5g加えてなるウォッシュコー
トスラリーAに含浸し、乾燥後、500℃で焼成して、
Pt3g/L相当担持することにより触媒被覆層を形成
し、触媒体6を得た。図1に示す触媒燃焼装置に上記で
得た触媒体6を装着し、実施例1と同様の試験を行っ
た。
Comparative Example 2 Ceramic Honeycomb (Material)
Quality cordierite, 400 cells / inchTwoEquivalent, wall thickness
0.15, 20φ, length 10) at 1000 ° C for 1 hour
Pre-fired ZrO Two90g powder, 40g water, Pt gini
4 g of Pt equivalent, 20 wt%
AlTwoOThreeWash co with 5 g of sol added as solid
Impregnated in the slurry A, dried and calcined at 500 ° C.
A catalyst coating layer is formed by supporting Pt equivalent to 3 g / L
Thus, a catalyst body 6 was obtained. The catalytic combustion device shown in FIG.
The same test as in Example 1 was performed with the obtained catalyst body 6 attached.
Was.

【0016】(比較例3)金属製ハニカム(材質Fe20
Cr5Al鋼、400セル/inch2相当、壁厚0.0
5、20φ、長さ10)を、1000℃で1時間予備焼
成したZrO2粉末90g、水40g、Ptジニトロジ
アンミン塩水溶液をPt換算で4g、20wt%Al2
3ゾルを固形分で5g加えてなるウォッシュコートス
ラリーAに含浸し、乾燥後、500℃で焼成して、Pt
3g/L相当担持することにより触媒被覆層を形成し、
触媒体を得た。さらに、ウォッシュコートスラリーAに
上記触媒体の一端部を含浸し、Ptを0.5g/L相当
担持し、触媒体6を得た。図1に示す触媒燃焼装置に上
記で得た触媒体6を装着し、実施例1と同様の試験を行
った。
Comparative Example 3 Metal Honeycomb (Material Fe 20
Cr 5 Al steel, 400 cells / inch 2 equivalent, wall thickness 0.0
90 g of ZrO 2 powder, 40 g of water, 4 g of Pt dinitrodiammine salt aqueous solution, 4 g of Pt conversion, 20 wt% Al 2
The impregnated washcoat slurry A obtained by adding 5 g of O 3 sol as a solid content is dried, baked at 500 ° C.
A catalyst coating layer is formed by carrying 3 g / L equivalent,
A catalyst body was obtained. Further, one end of the catalyst body was impregnated with the washcoat slurry A, and Pt was supported at a rate of 0.5 g / L to obtain a catalyst body 6. The same test as in Example 1 was performed by mounting the catalyst body 6 obtained above in the catalytic combustion apparatus shown in FIG.

【0017】実施例1〜3および比較例1〜3で、触媒
体6の下流端部に形成した火炎により、触媒下流部が活
性化され、下流側が部分的に触媒燃焼を開始して消炎す
る時間「火炎消滅時間」と、燃焼位置が定常の触媒上流
全面で行われるまでの時間「燃焼開始時間」について調
べた結果を(表1)に示す。
In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the flame formed at the downstream end of the catalyst body 6 activates the downstream portion of the catalyst, and the downstream side partially starts catalytic combustion to extinguish the flame. Table 1 shows the results obtained by examining the time “flame extinguishing time” and the time “combustion start time” until the combustion position is performed on the entire upstream surface of the catalyst.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】実施例1では比較例1に比べて火炎消滅時
間が短縮した。図3に示すように、ZrO2担体を用い
ることによりブタンの低温燃焼活性がやや向上している
ためである。同様の効果は実施例2のCeO2担体で
も、ZrO2とCeO2を複合化して用いた場合でも認め
られた。また、燃焼開始時間については、本実施例1、
2では比較例1に比べて大幅に短縮した。図4に示す昇
温脱離プロファイルのように、ZrO2担体の場合は昇
温時の脱離水分量が比較例2に用いたγ-Al23より
極端に少ないことがわかる。燃焼開始時間には、吸着水
を蒸発させるのに熱量も含まれるため、高表面積のAl
23では多く時間を必要とするものと考えられる。
In Example 1, the flame quenching time was shorter than in Comparative Example 1. This is because, as shown in FIG. 3, the use of the ZrO 2 carrier slightly improves the low-temperature combustion activity of butane. Similar effects were observed with the CeO 2 carrier of Example 2 and with the use of a composite of ZrO 2 and CeO 2 . Further, with respect to the combustion start time, in Example 1,
In the case of No. 2, it was significantly shortened as compared with the comparative example 1. As can be seen from the thermal desorption profile shown in FIG. 4, in the case of the ZrO 2 carrier, the amount of desorbed water at the time of temperature elevation is extremely smaller than that of γ-Al 2 O 3 used in Comparative Example 2. Since the combustion start time includes the amount of heat for evaporating the adsorbed water, the high surface area Al
It is considered that 2 O 3 requires much time.

【0020】実施例1と比較例2の比較から明らかなよ
うに、基材を金属にすることにより、さらに燃焼開始時
間を短縮化することができる。セラミックス基材自体も
吸水するためであり、よりZrO2担体の効果は明瞭に
発揮することができた。また、金属基材を用いることに
より、熱は均一化されやすいため、燃焼による触媒温度
の局所高温化を抑制できるため、より高い燃焼量で予熱
操作を行うことが可能となる。なお、ZrO2やCeO2
の塗膜形成補助剤であるAl23微粒子量は、10wt
%程度以内であれば性能に大きく影響しなかった。ま
た、SiO2微粒子を用いても同様の効果が得られた。
As is clear from the comparison between Example 1 and Comparative Example 2, the use of metal as the base material can further shorten the combustion start time. This is because the ceramic substrate itself also absorbs water, and the effect of the ZrO 2 carrier was more clearly exhibited. Further, by using a metal base material, heat can be easily made uniform, so that a local increase in catalyst temperature due to combustion can be suppressed, so that a preheating operation can be performed with a higher combustion amount. Note that ZrO 2 and CeO 2
The amount of fine particles of Al 2 O 3, which is a film forming aid, is 10 wt.
% Did not significantly affect the performance. Similar effects were obtained by using SiO 2 fine particles.

【0021】また、実施例3と比較例3の比較からわか
るように、実施例3では、触媒体6の下流側にW/Zr
2に担持したPtを積層して設けることにより、単純
なZrO2に担持したPtを積層するよりも、燃焼開始
時間が短縮化された。また、火炎消滅時間も特に短縮化
され、火炎予熱によるNOxの生成を抑制する効果も付
随的に発揮される。図5に示すように、WのZrO2
の添加により、Ptのイソブタン酸化活性が大幅に向上
するためである。同様の効果は、担体の固体酸性に関係
するものと考えられ、MoやVを添加した場合、あるい
は同様の処理をCeO2やTiO2に対して行った場合に
も発揮された。
Further, as can be seen from the comparison between Example 3 and Comparative Example 3, in Example 3, W / Zr
By providing the Pt supported on O 2 in a stacked manner, the combustion start time was shortened as compared with a simple stack of Pt supported on ZrO 2. Further, the flame extinction time is also particularly shortened, and the effect of suppressing the generation of NOx due to the flame preheating is also exhibited. This is because, as shown in FIG. 5, the addition of W to ZrO 2 significantly improves the isobutane oxidation activity of Pt. The same effect was considered to be related to the solid acidity of the carrier, and was also exhibited when Mo or V was added or when the same treatment was performed on CeO 2 or TiO 2 .

【0022】次に、一度燃料供給を停止し、再供給した
場合に燃焼が可能な温度「再燃焼開始温度」を調べた結
果を(表2)に示す。
Next, Table 2 shows the results of examining the temperature at which combustion can be performed when fuel supply is stopped and re-supplied, ie, "reburning start temperature".

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】(表2)から明らかなように、実施例3の
触媒構成をとることにより、再燃焼開始温度も大幅に低
下しており、機器の温度制御をより余裕度を持たして行
うことができる。
As is clear from Table 2, by adopting the catalyst configuration of the third embodiment, the recombustion start temperature is also greatly reduced, and the temperature control of the equipment can be performed with more margin. Can be.

【0025】本実施例と比較例では、燃焼寿命試験中の
主燃焼面(触媒上流)温度変化は、同様の傾向を示し、
ZrO2やCeO2を担体とした場合や、積層型触媒を用
いた場合でも定常燃焼時の性能変化には影響しないこと
が明らかになった。実施例1、3と比較例1について
の、火炎消滅時間の経時変化を図6(a)に、燃焼開始
時間の経時変化を図6(b)に示す。ZrO2担体では
γ−Al23より比表面積が小さいのにも関わらず、短
い予熱時間を維持することが可能であった。一方、実施
例3では、初期より性能低下が認められたが、実施例
1、2および比較例1〜3と比較しても短い火炎消滅時
間を維持することが可能となった。なお本実施例3で
は、V、Mo、Wのうち少なくとも一つと、白金族系金属
と、Zr、Ce、Ti酸化物のうち少なくとも一つから
構成される触媒層をPt/ZrO2などの触媒体上の下
流側に積層して設け触媒体6としたが、触媒体6の下流
側に近接して別途同様の金属ハニカムや耐熱性繊維など
に担持して触媒体として用いても良い。
In this example and the comparative example, the temperature change of the main combustion surface (upstream of the catalyst) during the combustion life test shows the same tendency.
It has been clarified that even when ZrO 2 or CeO 2 is used as a carrier, or when a stacked catalyst is used, the change in performance during steady combustion is not affected. FIG. 6A shows the change over time of the flame extinction time, and FIG. 6B shows the change over time of the combustion start time in Examples 1 and 3 and Comparative Example 1. Although the ZrO 2 support had a smaller specific surface area than γ-Al 2 O 3 , it was possible to maintain a short preheating time. On the other hand, in Example 3, although a performance decrease was recognized from the beginning, it was possible to maintain a short flame quenching time even in comparison with Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3. In the third embodiment, a catalyst layer composed of at least one of V, Mo, and W, a platinum group metal, and at least one of Zr, Ce, and Ti oxide is formed of a catalyst such as Pt / ZrO 2. Although the catalyst body 6 is provided by being laminated on the downstream side of the medium, the catalyst body 6 may be supported on a similar metal honeycomb or a heat-resistant fiber separately in the vicinity of the downstream side of the catalyst body 6 and used as the catalyst body.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上の実施例の説明より明かなように、
本発明によれば、触媒燃焼開始に必要な予熱時間を大幅
に短縮し、温度制御性に対する安定性が良好な触媒燃焼
装置の提供が可能となる。
As is clear from the above description of the embodiment,
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the preheating time required for the start of catalytic combustion can be shortened greatly, and the stability with respect to temperature controllability can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の触媒燃焼装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a catalytic combustion device of the present invention.

【図2】本発明の積層型触媒断面を示す図FIG. 2 is a view showing a cross section of a laminated catalyst of the present invention.

【図3】本発明の実施例1および比較例1に用いた触媒
の酸化活性を示す図
FIG. 3 is a diagram showing the oxidation activity of the catalyst used in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の一実施例に用いた触媒の空気中放置後
の昇温脱離プロファイルを示す図
FIG. 4 is a graph showing a temperature-removed desorption profile of a catalyst used in one embodiment of the present invention after being left in air.

【図5】本発明の実施例3に用いた触媒の酸化活性を示
す図
FIG. 5 is a diagram showing the oxidation activity of a catalyst used in Example 3 of the present invention.

【図6】(a)本発明の実施例および比較例における燃
焼寿命時間に伴う主燃焼面温度の経時変化を示す図 (b)同燃焼開始時間の経時変化を示す図
FIG. 6 (a) is a diagram showing a change over time of a main combustion surface temperature with a combustion life time in Examples and Comparative Examples of the present invention. (B) A diagram showing a change over time in the combustion start time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料供給バルブ 2 空気供給バルブ 3 混合室 4 混合気入口 7 燃焼室 6 触媒体 7 点火装置 8 熱伝達部 9 排気口 10 温度センサ 11 触媒被覆層 12 耐熱性金属基材 13 V、Mo、Wのうち少なくとも一つと、白金族系金
属と、Zr、Ce、Ti酸化物のうち少なくとも一つか
ら構成される触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel supply valve 2 Air supply valve 3 Mixing chamber 4 Mixture inlet 7 Combustion chamber 6 Catalyst 7 Ignition device 8 Heat transfer part 9 Exhaust port 10 Temperature sensor 11 Catalyst coating layer 12 Heat resistant metal base material 13 V, Mo, W , A platinum group metal, and at least one of Zr, Ce, and Ti oxides

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 良隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 基啓 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 3K065 TA13 TB09 TC05 TD04 TD05 TK02 TK04 TK06  ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Yoshitaka Kawasaki 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 3K065 TA13 TB09 TC05 TD04 TD05 TK02 TK04 TK06

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室に設けられた燃料と空気からなる
混合気を供給する混合気入口と、前記燃焼室内に設けら
れた白金族系金属とZrまたはCeの酸化物の少なくと
も一つを主体とした担体から構成される触媒被覆層が多
数の連通孔を有する基材上に形成された触媒体と、前記
燃焼室の外部に接触させた熱伝達部と、前記燃焼室に設
けられた排気口からなることを特徴とする触媒燃焼式熱
源機器。
1. A mixture inlet provided in a combustion chamber for supplying a mixture comprising fuel and air, and at least one of a platinum group metal and an oxide of Zr or Ce provided in the combustion chamber. A catalyst body formed on a base material having a large number of communication holes formed by a catalyst coating layer composed of a carrier, a heat transfer unit brought into contact with the outside of the combustion chamber, and exhaust gas provided in the combustion chamber A catalytic combustion type heat source device comprising a mouth.
【請求項2】 基材がAl含有フェライト系金属である
ことを特徴とする請求項1記載の触媒燃焼式熱源機器。
2. The catalytic combustion heat source device according to claim 1, wherein the base material is an Al-containing ferritic metal.
【請求項3】 触媒被覆層は、AlまたはSiの酸化物
微粒子を1〜10重量%含んでいることを特徴とする請
求項1または2記載の触媒燃焼式熱源機器。
3. The catalytic combustion heat source device according to claim 1, wherein the catalyst coating layer contains 1 to 10% by weight of Al or Si oxide fine particles.
【請求項4】 燃焼室に設けられた燃料と空気からなる
混合気を供給する混合気入口と、前記燃焼室内に設けら
れた白金族系金属とZrまたはCeの酸化物の少なくと
も一つを主体とした担体から構成される触媒被覆層が多
数の連通孔を有する基材上に形成された触媒体と、前記
燃焼室の外部に接触させた熱伝達部と、前記燃焼室に設
けられた排気口からなり、前記触媒被覆層の燃料供給方
向に対して下流側に、V、Mo、Wのうち少なくとも一つ
と、白金族系金属と、Zr、Ce、Ti酸化物のうち少
なくとも一つから構成される触媒層を設けたことを特徴
とする触媒燃焼式熱源機器。
4. A mixture inlet provided in the combustion chamber for supplying a mixture comprising fuel and air, and at least one of a platinum group metal and an oxide of Zr or Ce provided in the combustion chamber. A catalyst body formed on a base material having a large number of communication holes formed by a catalyst coating layer composed of a carrier, a heat transfer unit brought into contact with the outside of the combustion chamber, and exhaust gas provided in the combustion chamber And at least one of V, Mo, and W, a platinum group metal, and at least one of Zr, Ce, and Ti oxide on the downstream side in the fuel supply direction of the catalyst coating layer. A catalytic combustion type heat source device comprising a catalyst layer to be provided.
【請求項5】 触媒被覆層と触媒層が同一基材上に積層
して設けられていることを特徴とする請求項4記載の触
媒燃焼式熱源機器。
5. The catalytic combustion type heat source device according to claim 4, wherein the catalyst coating layer and the catalyst layer are provided on the same base material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016103200A (en) * 2014-11-28 2016-06-02 富士通フロンテック株式会社 Automatic transaction device, automatic transaction system, and automatic transaction method

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