JPH08323201A - 燃焼用触媒及び触媒燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＮＯｘの発生を極力抑制でき、予熱用の燃焼
室を不要として一段燃焼ができ、且つ、耐久性に優れ、
燃料ガス−空気の均一予混合ガスを長時間安定に燃焼で
きる触媒燃焼方法及びその燃焼触媒の提供。 【構成】 ガス流通を可能に形成された炭化珪素成形焼
結体であって、少なくともその表面層の細孔が、Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ及びＰｔの金属群から選
ばれる少なくと１種の触媒金属と珪素からなり所定の電
気抵抗値を有する通電発熱性合金により実質的に閉塞さ
れると共に、通電用手段が付設され通電可能に形成され
てなることを特徴とする燃焼用触媒。燃焼用触媒を通電
により発熱させ燃料ガス希薄な燃料ガス−空気混合ガス
を燃焼室内で着火させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼用触媒及び触媒燃
焼方法に関し、詳しくは、各種加熱装置の熱源とするた
め、ＮＯｘの発生をできるだけ抑制して燃料ガス又は未
燃分を含む排ガスを燃焼させる燃焼用触媒及び触媒燃焼
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン、スチームリフォーマー、
ボイラー、加熱炉等の燃料ガスを熱源とする装置は数多
い。こうした装置に従来用いられている拡散燃焼用バー
ナーは局部的に高温となるため、最終的に得られる燃焼
ガス温度が１５００℃以下でも高温部で発生するＮＯｘ
のため排ガス中のＮＯｘ濃度が著しく高くなることは避
けられない。燃料ガスの燃焼において、理論燃焼温度１
５００℃以下の均一な燃料／空気混合ガスを燃焼させれ
ばＮＯｘの生成は数ｐｐｍ以下に抑え得ることは従来よ
り知られている。しかしながら、理論燃焼温度が１５０
０℃以下の均一予混合ガスを燃焼させようとする場合
は、燃料濃度が希薄となり燃焼限界下限値に近く、その
ような燃料希薄の混合ガスをバーナーで着火させて燃焼
を開始させることは極めて困難である。そのため、従来
から触媒を用いることにより低温で燃焼可能な触媒燃焼
方法が提案され採用されている。しかし、従来提案の触
媒燃焼法においては、燃焼触媒の耐熱性が低く１０００
℃以上では使えなかったため、前後段の２段燃焼方式が
採用されている。即ち、前段で均一予混合ガスを１００
０℃以下で触媒燃焼させ、その前段の燃焼ガスを用い後
段を加熱し、１０００℃以上で気相燃焼させる方式であ
る。この方式の運転開始には、触媒を予め加熱する必要
があり、そのため触媒加熱の高温ガス製造用の予備燃焼
室が必要となる。また前段触媒層は１０００℃以下に抑
えねばならず、燃料ガスの流量調節機構が必要となる。
更に、後段の気相燃焼ゾーンでは、結局不均一混合ガス
の拡散燃焼によるＮＯｘ発生が避けられない。そのため
のＮＯｘ生成を抑える手段を装置上施こさねばならない
こともある。このように２段燃焼方式もＮＯｘの発生を
抑制して燃焼させるためには多くの難点があり、操作上
も煩雑になる等の欠点を有している。

【０００３】また、特公平６−３９９６２号公報では、
特に耐熱衝撃性に優れる炭化珪素及び窒化ケイ素の細孔
に耐熱性の金属または金属酸化物を含有させ気孔率を実
質的ゼロ％とし炭化珪素の欠点である酸化膨張を抑止し
た成形体を蓄熱着火源として充填し、これを燃料ガスの
発火温度以上の高温に加熱した後、これに燃料と空気と
の均一混合ガスを接触させて多少の混合ガス比率の変動
にも対応して燃焼させる方法が提案されている。この燃
焼方式は、燃料希薄の混合ガスの燃焼を比較的安定して
維持できるが、燃焼開始時には触媒の予熱のため、従来
法と同様に２段方式を採らざるを得なく同様の問題が依
然として残る。更に、特開平４−９８００５号公報に
は、上記特公平６−３９９６２号公報と同様の接触燃焼
用セラミック成形体の一部に炭化珪素を用いて、炭化珪
素成形体に通電用電極を付設し通電して発熱させ着火さ
せる方法が提案されている。しかしながら、この方法
は、後記の比較例により明らかなように、燃焼限界付近
又はそれ以下の希薄燃料ガスの燃焼を行わせることがで
きない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
提案の燃焼方法を含め、従来の１０００℃以下でしか適
用できない触媒燃焼法について再検討した。その結果、
耐熱衝撃性に優れる炭化珪素の細孔に所定の触媒成分金
属を充填することにより調製した触媒は、１０００℃以
上の温度での燃焼にも長期間安定に活性を維持できるこ
とを見出し、先に特願平６−２８０１５６号で触媒燃焼
法を提案した。この方法によれば、セラミック成形体に
よる接触燃焼方式より更に燃焼が長期間安定化でき、し
かも、燃焼開始時の空気予熱温度も低くセラミック体の
予備赤熱も必要でなくなり優れた燃焼方式である。しか
し、燃焼ガス着火のための触媒の予熱は従来法と同様に
不可欠である。発明者らは、更に、上記で提案した触媒
燃焼方式において、より簡便に燃焼させる方法について
研究を継続し、特に、開始時における触媒予熱のための
他の燃焼装置を使用しない燃焼方式の開発を目的として
検討を継続した。即ち、本発明は、上記提案の触媒燃焼
法の優れた点をそのまま保持して１０００℃を超える高
温の燃焼条件下においても安定して触媒活性を維持し燃
焼を安定に維持でき、しかも、運転開始時においてもＮ
Ｏｘの発生を極力抑制し低温で均一混合ガスを着火せし
める能力を有する燃焼触媒を提供するとともに、その触
媒を用い混合ガスを一段で燃焼せしめる触媒燃焼方法を
提供することを目的とする。これら目的のため発明者ら
は、上記提案の触媒燃焼法と通電着火方式とを組合わ
せ、希薄燃料ガスでも着火可能でありその後安定した燃
焼を継続させることができるより実用的な燃焼方式につ
いて鋭意検討し、本発明に到った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ガス流
通を可能に形成された炭化珪素成形焼結体であって、少
なくともその表面層の細孔が、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｐｄ及びＰｔの金属群から選ばれる少なくと
１種の触媒金属と珪素からなり所定の電気抵抗値を有す
る通電発熱性合金により実質的に閉塞されると共に、通
電用手段が付設され通電可能に形成されてなることを特
徴とする燃焼用触媒が提供される。上記本発明の燃焼用
触媒において、通電発熱性合金の融点が１２００℃以上
であることが好ましく、また、その電気抵抗値が、通電
により前記通電発熱性合金を発熱させ流通するガスを着
火できる値であることが好ましい。前記流通するガス
は、燃料ガスと酸素含有ガスとの均一混合ガスであるこ
とが好ましい。また、前記炭化珪素成形焼結体が、中空
管あるいは柱体の集合体、発泡体あるいはハニカム構造
体、またはこれらの組合せであることが好ましい。

【０００６】更に、本発明は、上記燃焼用触媒に通電し
て通電発熱性合金を発熱させると同時に、完全燃焼時の
到達ガス温度が予め１５００℃以下に調節された燃料ガ
ス及び酸素含有ガスとの混合ガスを流通させて着火させ
運転を開始し、燃焼用触媒と混合ガスとを接触させて燃
焼することを特徴とする触媒燃焼方法を提供する。

【０００７】

【作用】本発明は上記のように構成され、その細孔中に
発熱体として所定の電気抵抗値を有する触媒成分金属及
び電気抵抗付与のための珪素により構成される合金を充
填閉塞させ、且つ、電極を付設した炭化珪素成形焼結体
を、燃料ガスの燃焼に用い触媒燃焼させることができ、
燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを予め混合した予混
合均一ガスを接触燃焼により燃焼することができること
から、ＮＯｘの発生が抑制できる上、失火等もなく安定
した燃焼を得ることができる。また、本発明の燃焼触媒
は通電することにより、炭化珪素それ自体及びその細孔
内に充填された所定の電気抵抗値を有する合金が発熱
し、外部からの予熱ガスを供給することなく、燃料ガス
と空気等の酸素含有ガスとの均一予混合ガスを流通させ
て着火することができる。従って、他に予熱用燃焼装置
を設ける必要がなく、装置が小型化される。更に、触媒
成分を含有するため着火温度が比較的低く、燃料ガス配
合比率を高める必要もないため、希薄燃料ガスで着火で
き着火時のＮＯｘ発生も著しく低減することができる。
また、着火、消火を繰り返し行っても、燃焼が安定し、
ＮＯｘの発生もない。

【０００８】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明の炭化珪素体は、耐熱性、耐熱衝撃性が高いことは
既によく知られており、着火と消火を度々行う燃焼装置
に組み込んで用いても亀裂や破壊がなく好適のものであ
る。一方、通常の炭化珪素成形体に触媒成分を担持した
ものは、気孔率が高く、そのため高温下における耐酸化
性が低い。更に、燃焼ガス中に生成されるスチームが酸
化を助長し、高温下では酸化が内部まで進行しシリカが
生成し、白変膨張して最終的に成形体の崩壊が起こるお
それがあることも知られる。従って、そのままでは燃焼
触媒に適用することができない。また、多孔性の炭化珪
素にB₄C(炭化ホウ素) のようなシンタリング剤を添加し
て細孔を焼結閉塞せしめたものは高温下での耐久性は大
きいが、触媒成分を担持することができないため触媒燃
焼に適用することはできない。発明者らは、前記したよ
うに特願平６−２８０１５６号において酸化触媒活性の
ある金属により多孔性の炭化珪素の細孔を充填閉塞させ
気孔率を１％以下にして耐酸化性を高めると共に、酸化
触媒活性を有する燃焼触媒を提案した。本発明の触媒担
体的及び燃焼蓄熱接触体的に作用する炭化珪素成形焼結
体は、上記触媒と同様に細孔を充填閉塞させ気孔率１％
以下のものを用いる。前記したように、上記燃焼触媒を
用いた場合でも運転開始時には、セラミック蓄熱体を使
用する場合より低温であるとはいえ予熱が必要である。
本発明は、上記提案の触媒の優れた点を保持すると共
に、予熱のための他の燃焼装置の配設を不要とする方式
の開発を目的としてなされ、触媒自体を発熱体とするも
のである。

【０００９】本発明の通電発熱性合金は、触媒活性を有
すると共に所定の電気抵抗を有するものである。本発明
においては燃焼域に配設する酸化触媒自体が通電発熱性
であって、通電により発熱して担体の炭化珪素成形焼結
体を所定温度に加熱する。上記特願平６−２８０１５６
号で提案の触媒は、炭化珪素の細孔に触媒活性金属を充
填閉塞させたもので、担体の炭化珪素は電気抵抗体であ
るが触媒金属により導電性が著しく高まるため、本発明
の目的を達成できないことが知見された。更に、既に触
媒金属により細孔を充填閉塞した炭化珪素には他の金属
を含有させることができないことも知見された。そのた
め、本発明においては、触媒活性を有し、且つ、自己通
電発熱可能な電気抵抗を有するように２種以上の金属を
組合せ合金として細孔を充填閉塞させるものである。本
発明の通電発熱性合金において、一の金属成分は遷移金
属のＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ及びＰｔの金
属群から選ばれる少なくとも１種であり、触媒金属成分
を構成し、また、他の金属成分としては珪素であり、所
定の電気抵抗値を与える。前記の触媒金属成分はいずれ
も高電導性であり、それらにより細孔を充填閉塞された
炭化珪素成形焼結体は電気の良導体となり、通電発熱体
としての使用には適さない。一方、上記の触媒金属成分
と珪素との組合せからなる合金は電気抵抗値が比較的大
きく、本発明の電熱材料として十分に適用することがで
きる。

【００１０】本発明の燃焼触媒は、担体として高耐熱性
で、機械的強度が大きな炭化珪素成形焼結体を用いてお
りこれが強力な保持体として働くので、細孔に充填する
合金は、融点が多少低くても、また、酸素遮断能力が通
常の電熱素材より多少劣っていても燃焼触媒としての使
用に支障がない。本発明の通電発熱性合金は、その常温
における電気抵抗値が１０^-3〜１０^-11 Ωｃｍの範囲に
あることが望ましい。この電気抵抗値はより高い値のも
のであっても使用できるが、電気抵抗値が高くなるほ
ど、通電による所定温度までの昇温に時間を要するため
着火に長時間かかり実用的でない。本発明において、上
記Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ及びＰｔの少な
くとも１種の触媒金属成分に対し、適量、通常、１：
０．５〜１：２の重量比率の珪素を加えることにより上
記範囲の電気抵抗値の通電発熱性合金を得ることができ
る。上記範囲の電気抵抗値を有する通電発熱性合金は、
一般に燃焼温度以上の融点、即ち、１２００℃以上、好
ましくは１４００℃以上の融点を有する上記合金は、原
則的にすべて使用可能である。燃焼条件下で溶融するも
のでは不都合が生じるためである。また、融点が１９０
０℃より高くなると炭化珪素成形体の細孔内に浸入させ
る溶融含浸の設備及び操作が難しくなる上炭化珪素と金
属の反応が促進されるので好ましくない。但し、本発明
の上記通電発熱性合金は、融点が１９００℃以上となる
ものはないため問題とならない。本発明の上記合金組成
物は、いずれも高温の大気に接触する部分は、触媒金属
酸化物とシリカの複合酸化物となり、これらの複合酸化
物が高温下で燃焼触媒活性を有することは、発明者らが
初めて見出したものである。

【００１１】本発明において、上記合金は大気下、高温
において燃料ガスと接触する表面部分の金属成分だけが
酸化されて複合酸化物となり燃焼触媒として高い性能を
発揮するものと推定できる。一方、内部に浸透充填され
た金属成分は、触媒として機能することなく燃焼条件下
で酸素の炭化珪素内部への拡散を防止し炭化珪素担体の
内部酸化を防止し白変膨張もなく耐久性を大幅に向上さ
せると同時に、表面金属が酸化により徐々に剥離した場
合でも、充填された合金金属成分が順次表面に現出して
触媒活性を発現させることができるものと推定される。
従って、上記通電発熱性合金を多孔性炭化珪素成形焼結
体の細孔に充填閉塞させ気孔率を完全にゼロにできる場
合には、炭化珪素成形焼結体の全細孔に上記合金を充填
する必要はなく、少なくともその炭化珪素体表面から約
２００μｍの深さの細孔が充填閉塞されていればよい。
しかし、気孔率を完全にゼロにすることは実際上不可能
であり、また、含浸充填方法等により、通常、炭化珪素
成形焼結体を溶融した上記合金中に浸漬させ、ほぼ全体
にわたる細孔を合金で充填閉塞させ、気孔率１％以下に
することが好ましい。

【００１２】次に本発明の燃焼用触媒の調製について説
明する。本発明において、燃焼用触媒は、前記通電発熱
性合金を溶融し、その溶融合金中に炭化珪素成形焼結体
を浸漬し、炭化珪素細孔内に溶融合金を含浸させて調製
することができる。先ず合金と高温下でも反応性を有し
ない容器に合金成分を入れ、不活性ガス雰囲気下で加熱
溶融した後、溶融合金内に炭化珪素成形体をその細孔が
完全に閉塞するのに必要な時間浸漬した後、引き上げ大
気中で冷却して得ることができる。含浸に要する時間
は、溶融合金の種類により炭化珪素との接触角が異なる
ため、用いる合金の種類により含浸保持時間を適宜調整
する必要がある。更に、本発明の上記触媒金属成分は、
高温下で炭化珪素（ＳｉＣ）と下式のように反応して、
珪化物またはカーバイトを生成するものがある。下式中
Ｍは金属をさす。 ｘＭ＋ＳｉＣ→Ｍ_x Ｓｉ＋Ｃ （１） Ｍ_y ＋ＳｉＣ→Ｍ_x Ｓｉ＋Ｍ_1-x Ｃ （２） この場合、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＰｄ等は（１）式の
反応を起こし、Ｃｒ及びＭｎ等は（２）式の反応を起こ
す。上記の反応を起こすと表面変性が進みすぎＳｉＣが
構造を弱め脆化し、燃焼触媒として必要な機械的強度、
耐久性に欠けることになり易い。しかしながら、本発明
においては上記触媒金属成分と比較的多い珪素とを合金
として炭化珪素に含浸するため、炭化珪素との反応が殆
ど起こらず脆化するおそれもない。しかも珪素は炭化珪
素との接触角が著しく小さいため、接触角が比較的大き
な触媒金属も珪素との合金を形成することにより炭化珪
素に含浸され易い利点もある。

【００１３】本発明のＳｉＣ成形焼結体は、中空管或い
は柱体の集合体、発泡体或いはハニカム構造体、また
は、これらの組合せの形態で燃焼域に配設することが好
ましい。表面積をできる限り大きくし、燃焼ガスとの接
触面積を大きくすることにより装置を小型化できるため
である。通常の触媒であれば微細粒子や多孔性にするこ
とにより表面積を大きくすることができるが、本発明の
ＳｉＣは上記のように気孔率が１％以下が好ましく、多
孔性にすることができない。また、微細粒子等を燃焼域
に配設する場合は、燃料ガスの流路抵抗が大きくなり、
ガス供給側の負荷が増大したり、ＳｉＣ成形焼結体層が
閉塞し易い等の不都合が生じる。上記のように形成した
ＳｉＣ成形焼結体に通電用手段を付設して通電可能に形
成する。例えば、燃焼域に配設したＳｉＣ成形焼結体の
両端部に単にリード線を配備してもよいし、また、燃焼
室内壁の断熱材中に嵌装できるように導電性部材を両端
部に配備してリード線を接続してもよい。リード線は、
燃焼室を包囲する断熱材内を通じて燃焼装置外部に引き
出し電極と連絡するようにすればよい。この場合、燃焼
装置内は少なくとも８００℃以上の高温となるため、リ
ード線や導電性部材は、耐熱性で、耐熱衝撃性、耐酸化
性に優れたものを用いる。この要求を満たす最適な素材
は、Ｐｔ線またはＮｉ等導電性金属を含浸させた炭化珪
素である。また、ＳｉＣを非導電性単体で細孔を同様に
充填閉塞して形成した非導電性単体含浸型ＳｉＣの管体
等を用い融点が１４００℃以上の導電性金属でできたリ
ード線を保護して用いることもできる。通電用手段は、
ＳｉＣ成形焼結体の全域が発熱し加熱されて燃料ガスの
着火及び燃焼接触体として機能するように付設する。通
常、ＳｉＣ成形焼結体の両端部に付設する。

【００１４】本発明の触媒燃焼は、上記のようにして調
製したＳｉＣ成形焼結体を燃焼装置の燃焼域に配設し、
電極を介して通電し発熱させる。発熱温度は、ＳｉＣ成
形焼結体表面温度で、メタンを主成分とする燃料では１
０００℃程度、それ以外の燃料、例えば、水素（Ｈ2
）、一酸化炭素（ＣＯ）、プロパン、ブタン、灯油等
では８００℃程度である。これらＳｉＣ成形焼結体の表
面到達温度は、印加する電圧で調節することができる。
ＳｉＣ成形焼結体の表面温度が、燃料ガスが充分着火す
る温度になった時点で、燃料−空気混合ガスをＳｉＣ成
形焼結体が配設された燃焼ゾーンへ導入し、着火燃焼さ
せる。混合ガスが着火しＳｉＣ成形焼結体全域が十分加
熱された時点で通電を停止する。この操作は、白金−Ｒ
ｈ熱電対をＳｉＣ成形焼結体表面に接触させ設置して温
度検出することにより自動的に行うことができる。混合
ガスが着火燃焼し、ＳｉＣ成形焼結体が十分に加熱され
た後は、燃焼による発熱により触媒は常時着火温度以上
に加熱されているため燃焼は安定に維持される。本発明
の燃料ガス−酸素含有ガス（空気）均一予混合ガスの着
火及びそれに引き続く燃焼は、上記のようにＮＯｘの発
生が殆ど抑制されて大気汚染物の排出が極めて少ない状
態で行うことができる。本発明において、燃料ガスと酸
素含有ガスとの混合ガスは、燃料濃度の希薄のもので、
一般的に完全燃焼した時の到達ガス温度が１０００〜１
５００℃に調節されたものである。混合ガス中の燃料濃
度は、その燃料の種類及び予め設定された完全燃焼時の
到達ガス温度により適宜選択することができる。燃料
は、上記した水素、一酸化炭素、メタン、エタン、プロ
パン、ブタン、天然ガス、灯油、メタノール、ＬＰＧ、
都市ガス等を用いて燃焼することができる。

【００１５】

【実施例】本発明について実施例に基づき、更に詳細に
説明する。但し、本発明は、下記の実施例に制限される
ものでない。 実施例１ 黒鉛抵抗炉の内部にＮｉ−Ｓｉ合金（Ｎｉ：５３％、Ｓ
ｉ：４７％の合金）のチップ８００ｇを入れた内径６ｃ
ｍφ高さ１０ｃｍのジルコニア製円筒容器を設置し、下
方よりアルゴンガスを流しながら１６００℃に加熱し、
Ｎｉ−Ｓｉ合金を溶融させた。次に上方より、この容器
中に内径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ、長さ３０ｃｍの気孔率
２４％のＳｉＣ製パイプを３本浸漬した。１５分間浸漬
してＳｉＣの細孔内にＮｉ−Ｓｉ合金を含浸せしめ、そ
の後パイプを引き上げ室温にて徐冷した。冷却後Ｎｉ−
Ｓｉ合金の含浸した先端部１０ｃｍを３本共ダイヤモン
ドカッターで切り離して燃焼触媒素材に用いた。これら
の常温での電気抵抗を測定したところ６×１０^-3Ωｃｍ
であった。また、気孔率を、ＪＩＳＲ２２０５に基づき
測定した結果、０．０５％であった。

【００１６】実施例２ Ｐｄ（４０％）−Ｓｉ（６０％）の合金を使用した以外
は実施例１と同様にして、ＳｉＣ製パイプ３本にＰｄ−
Ｓｉ合金を含浸してＳｉＣの細孔を充填閉塞し、同様に
して燃焼触媒素材を調製した。得られた燃焼触媒素材の
電気抵抗と気孔率を同様に測定した結果、それぞれ５×
１０^-3Ωｃｍ、０．０６％であった。

【００１７】実施例３ 図１は、本実施例で用いた燃焼触媒の説明図である。図
２は、図１の形態の燃焼触媒を燃焼室に配設した燃焼試
験装置の説明図である。図１において、実施例２で得た
パイプ状触媒素材１の両端に、燃焼室内壁の凹部に嵌装
できるように形成したＮｉ含浸型ＳｉＣ製通電用導電部
材２と、その通電用導電部材２に接続するＰｔ製リード
線３，３’を付設した。図２において、燃焼試験装置１
０は、断熱材（図面上、斜線部）により包囲された燃焼
室４の内壁の凹部５に、上記で形成した燃焼触媒１を嵌
装設置した。予め内壁の断熱材中には配線６、６’を配
備し、リード線３、３’と接続連絡するようにセットす
ると同時に、燃焼室外部で電極７に接続された。このよ
うに構成した燃焼試験装置１０を用いて、燃焼ガス入口
８からメタン−空気混合ガスを流通させ燃焼試験を行っ
た。先ず、電極７より配線６、６’及びリード線３、
３’を介して燃焼触媒１に通電し、熱電対（図示せず）
が８００℃以上の温度を示したところで、燃焼ガスを入
口８から、マスフローメーターによりメタン濃度が５％
になるよう流量を調節して予め混合したメタン−空気混
合ガスを流入した。メタン−空気混合ガスは燃焼触媒１
部分で着火し、熱電対が１２００℃以上の温度を示した
ところで触媒への通電を停止した。その後もメタン−空
気混合ガスは燃焼し続け、熱電対の温度が１２３０℃に
維持された。次いで、メタン濃度を４％に減少しても、
熱電対の温度が９５０℃で維持でき安定に燃焼が継続さ
れた。この結果、燃焼触媒は、通電時には着火源として
働くと同時に、燃焼触媒として機能することが確認され
た。更に、５％メタン−空気混合ガスを５７時間連続し
て燃焼を行ない、消火後１５時間で再度点火するという
サイクルで燃焼実験を繰り返した。この着火−燃焼−消
火−着火のサイクルで延べ１５００時間の燃焼を行なっ
たが、この間メタンの燃焼率は９９．５％以上、ＮＯｘ
の生成量には２ｐｐｍ以下、出口ガス温度１２００℃以
上に連続的に保持された。運転終了後、燃焼室４の燃焼
触媒１を取り出して目視観察したところ表面が全体的に
白化していたが変形や亀裂は認められなかった。

【００１８】比較例 実施例１で用いたＳｉＣのパイプを金属を含浸させるこ
となく、１０ｃｍに切って用いた以外は、実施例３と同
様にして燃焼試験装置を構成した。この燃焼試験装置
で、同様の燃焼試験を行った。その結果、ＳｉＣパイプ
に通電し、熱電対が８００℃を示したところで５％メタ
ン−空気混合ガスを燃焼ガス入口から流入したが着火し
なかった。次いで、一旦、混合ガスの流入を止め、通電
を続け熱電対が１０００℃を示したところで混合ガスを
流入したところ着火した。熱電対の指示温度が１２００
℃を超えたところで通電を止め、混合ガスを流し続けた
ところ燃焼が不安定となり数分後に失火した。そのため
メタン流量を増やし、７％メタン−空気混合ガスの燃焼
を延べ１５０時間行なった。運転終了後、用いたＳｉＣ
パイプを目視観察したところ、全体が白変膨張してお
り、入口部は破損し、中央にはクラックが生じていた。

【００１９】上記の実施例及び比較例より、本発明の所
定の合金を充填して細孔を閉塞させたＳｉＣ成形焼結体
の燃焼触媒が、通電により所定の抵抗値により発熱して
触媒自体を加熱昇温させると共に、触媒活性も有し、比
較的低温にて燃料濃度が希薄な燃料−空気混合ガスを着
火させ、且つ長時間安定に燃焼を維持することが分か
る。また、長時間の燃焼によっても白色膨張することな
く顕著な耐久性も有することが分かる。一方、ＳｉＣ自
体は電気抵抗で発熱するが、希薄燃料ガスの１０００℃
未満での着火が困難であり、また、安定した燃焼も維持
できないことが分かる。更に、燃焼により白色膨張が起
こり長時間の使用には耐えないことも分かる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の燃焼用触媒は、燃焼用触媒自体
を着火源として用いることができるように触媒全体が通
電発熱体としての機能を持つ炭化珪素と合金で形成さ
れ、自己発熱性を有し、通電により発熱して自己加熱に
より着火温度まで上昇し、且つ、希薄燃料ガスを１００
０℃未満で着火でき、更にその希薄燃料−空気混合ガス
をそのまま安定に燃焼を継続することができる。また、
この燃焼触媒を用いた触媒燃焼燃焼法においては、燃焼
開始にあたり通電による触媒表面の高温化を利用して着
火するため、完全な一段燃焼が可能でありＮＯｘの発生
は著しく低減でき、また、触媒加熱用の燃焼ガスを得る
ための別個の燃焼室が不要となり、一の触媒燃焼室だけ
で着火と燃焼が行えるため構造が簡単で、かつ装置全体
が小型化される上、操作も簡単になり工業上極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例で用いた燃焼触媒の説明図である。

【図２】本実施例で用いた、図１の形態の燃焼触媒を燃
焼室に配設した燃焼試験装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 合金含浸ＳｉＣ燃焼触媒 ２ 通電用導電部材 ３、３’ 通電用リード線 ４ 燃焼室 ５ 燃焼室凹部 ６、６’ 燃焼室内壁配線 ７ 電極 ８ 燃料ガス入口 １０ 燃焼試験装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｊ 23/74 Ｂ０１Ｊ 23/74 Ｍ 23/76 23/76 Ｍ 35/02 35/02 Ｃ 35/04 ３０１ 35/04 ３０１Ｚ Ｆ２３Ｃ 11/00 ＺＡＢ Ｆ２３Ｃ 11/00 ＺＡＢ ３１２ ３１２

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス流通を可能に形成された炭化珪素成
   形焼結体であって、少なくともその表面層の細孔が、Ｃ
   ｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ及びＰｔの金属群か
   ら選ばれる少なくと１種の触媒金属と珪素からなり所定
   の電気抵抗値を有する通電発熱性合金により実質的に閉
   塞されると共に、通電用手段が付設され通電可能に形成
   されてなることを特徴とする燃焼用触媒。
2. 【請求項２】 前記通電発熱性合金の融点が１２００℃
   以上である請求項１記載の燃焼用触媒。
3. 【請求項３】 前記電気抵抗値が、通電により前記通電
   発熱性合金を発熱させ流通するガスを着火できる値であ
   る請求項１または２記載の燃焼用触媒。
4. 【請求項４】 前記流通するガスが、燃料ガスと酸素含
   有ガスとの均一混合ガスである請求項３記載の燃焼用触
   媒。
5. 【請求項５】 前記炭化珪素成形焼結体が、中空管ある
   いは柱体の集合体、発泡体あるいはハニカム構造体また
   はこれらの組合せである請求項１〜４のいずれか記載の
   燃焼用触媒。
6. 【請求項６】 前記請求項１〜５のいずれか記載の燃焼
   用触媒に通電して通電発熱性合金を発熱させると同時
   に、完全燃焼時の到達ガス温度が予め１５００℃以下に
   調節された燃料ガス及び酸素含有ガスとの混合ガスを流
   通させて着火させ運転を開始し、該燃焼用触媒と該混合
   ガスとを接触させて燃焼することを特徴とする触媒燃焼
   方法。