(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス調理器における赤外線放射調理に有用な赤外放射ガス燃焼触媒の提供。【解決手段】三次元網目構造の金属の表面にPtを担持したアルミナ触媒層を設けてなる、ガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。三次元網目構造の金属をコロイド状アルミナ溶液に浸漬し、３００〜１３００℃で焼成して得られる金属構造物をPt塩又はPt錯塩の水溶液に浸漬して３００〜１０００℃で焼成することを特徴とする上記のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒の製造方法。【選択図】図３
2007050348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元網目構造の金属の表面にPtを担持したアルミナ触媒層を設けてなる、ガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
【請求項２】
三次元網目構造の金属がNi-Cr合金製スポンジであることを特徴とする請求項１に記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
【請求項３】
アルミナ触媒層中のアルミナにおいてγアルミナの含有率が２０〜７０重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
【請求項４】
アルミナ触媒層中のアルミナの含有量が、三次元網目構造の金属に対し１〜１０重量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
【請求項５】
アルミナ触媒に担持されたPtの量がアルミナ量に対し、０．１〜５重量％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
【請求項６】
三次元網目構造の金属をコロイド状アルミナ溶液に浸漬し、３００〜１３００℃で焼成して得られる構造物をPt塩又はPt錯塩の水溶液に浸漬して３００〜１０００℃で焼成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒の製造方法。
【請求項７】
三次元網目構造の金属がNi-Cr合金製スポンジであることを特徴とする請求項６に記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒の製造方法。
【請求項８】
空気と混合した燃料ガスを、請求項１〜５のいずれかに記載の赤外放射ガス燃焼触媒の三次元網目構造内に流通させて該ガスを触媒燃焼させることを特徴とするガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元網目構造の金属成型物の表面に触媒層を設けた構造を有する、ガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス調理器具などの大気に開放されているガス燃焼器に於いては、ガス燃焼熱はその殆どが高温の燃焼排ガスの生成に消費され、その高温排ガスからの伝導伝熱で被加熱物が熱せられる。このため調理器具などの熱効率は低く、同時に焼き物調理などの加熱調理に於いては表面が過度に乾燥され、被調理物内部が加熱されるまでのあいだに表面が焦げる現象が生じやすい。そのため、金属多孔板や金網を石綿セメントで被覆した板を高温の燃焼排ガスで赤熱し、高温の燃焼排ガスの披調理物への接触を低減しつつ、板から発生する赤外線を焼き物などに放射・加熱して焦げの発生を抑制する各種ガス調理器具が開発・実用化されている。
【０００３】
しかしながら、石綿被覆金網などは赤外線放射率は比較的高いものの短時間の使用で被覆物がはげ落ちるなど耐久性に問題があり、また、近年、石綿の発ガン性が問題とされ殆ど使用されていない。また、ガス燃焼炎に面する部分が強く赤熱し、放射赤外の過半はガス炎に向かって放射され、被調理物への放射は少なく効率的でない。
【０００４】
金属板（多孔）をガス炎で加熱し赤外放射させる方式（例えば特許文献１）は、金属表面が酸化されると極端に赤外放射効率が低下するので、多くの場合耐熱・耐食コートされているが、そのコートが短時間で剥離したりクラックを発生したりし、耐久性に問題がある。また、鉄を主体とする金属は赤外放射率が全体に低く効率的でない。同時に過半の赤外がガス炎に向かって放射されるなど石綿被覆金網と同様の問題がある。
【０００５】
一方、ガス燃焼を触媒方式とし、燃焼熱によって赤熱した触媒より赤外線を放射する加熱調理器が考案されている。使用する触媒はガス燃焼に有効な触媒活性を有し、赤外線の外部への放射率が高い材質・構造であることが求められる。たとえば、セラミクスハニカム構造体をアルミナでコートしそれにPtを担持させた触媒は有効な活性を示す。しかし、発生した赤外線はハニカム内部の活性面相互で交換されることが多く、触媒温度が過度に高くなる一方外部への赤外放射は比較的少なく、高温の触媒から熱を受けた高温の排ガスを媒介して、被調理物に伝熱する。この伝熱性能は、通常の火炎燃焼調理器と大差なく理想的な焼き物調理は行えない。
【特許文献１】特開平０７−２８０２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような問題は以下のように整理される。
・焼き物調理には赤外加熱が望ましいが、ガス燃焼炎からは殆ど赤外線は放射されない。
・ガス炎と被調理物の間に赤外放射物を置くと熱効率が悪化する。
・赤外放射物は烈しい熱変動を繰り返すので、耐久性に乏しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
Ni-Cr耐熱鋼三次元網目構造物の表面にアルミナをコートし、それにPtイオンを吸着させた触媒は有効な活性を示すと同時に外部、特にガス流れ出口面から多量の赤外線を放射する。これは、Ni-Cr合金は伝熱線に使用されており、公知のように高い耐熱性と赤外放射率を有すると同時に、ハニカム構造触媒のように活性面が互いに向き合い、活性面相互で赤外放射熱を交換する様な構造ではないため、殆ど全ての赤外エネルギーが外部に放射されるためである。
【０００８】
本発明者は、この触媒に着目し、鋭意検討を重ねた結果、上記の三次元網目構造の金属成型物の表面にPtを担持したアルミナ触媒層を形成した燃焼触媒をガス調理器に適用すると調理に適度な赤外線を放射することを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、リクレームを提供するものである。
項１．三次元網目構造の金属の表面にPtを担持したアルミナ触媒層を設けてなる、ガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
項２．三次元網目構造の金属がNi-Cr合金製スポンジであることを特徴とする項１に記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
項３．アルミナ触媒層中のアルミナにおいてγアルミナの含有率が２０〜７０重量％であることを特徴とする項１又は２に記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
項４．アルミナ触媒層中のアルミナの含有量が、三次元網目構造の金属に対し１〜１０重量％であることを特徴とする項１〜３のいずれかに記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
項５．アルミナ触媒に担持されたPtの量がアルミナ量に対し、０．１〜５重量％であることを特徴とする項１〜４のいずれかに記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒。
項６．三次元網目構造の金属をコロイド状アルミナ溶液に浸漬し、３００〜１３００℃で焼成して得られる構造物をPt塩又はPt錯塩の水溶液に浸漬して３００〜１０００℃で焼成することを特徴とする、項１〜５のいずれかに記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒の製造方法。
項７．三次元網目構造の金属がNi-Cr合金製スポンジであることを特徴とする項６に記載のガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒の製造方法。
項８．空気と混合した燃料ガスを、項１〜５のいずれかに記載の赤外放射ガス燃焼触媒の三次元網目構造内に流通させて該ガスを触媒燃焼させることを特徴とするガス調理器用の赤外放射ガス燃焼触媒の使用方法。
【００１０】
図１に本発明の触媒を示す。三次元網目構造の下方から空気を混合した燃料ガスを供給すると、燃料ガスは網目構造の中を流通しながら燃焼する。この際、触媒出口（触媒上部）付近で触媒温度は最も高くなり、赤外線の放出量も多くなる。ガス供給面（触媒下部）は供給されるガスによって冷却され比較的低温に保たれるため赤外線の放射は少ない。このように、本発明の触媒は、触媒上部において、ガスの燃焼熱の多くを赤外放射熱に変換する。
【００１１】
一定量の燃焼熱に対して赤外放射比率が高いという事は、それだけ燃焼排ガスの温度ならびに触媒温度が低下することを意味する。このため、触媒の熱劣化低減と同時に、比較的少ないエネルギーで赤外線調理が可能となる。
【００１２】
本発明のガス調理器用の触媒は、三次元網目構造の金属の表面が、Ptを担持したアルミナ触媒でコーティングされたものである。アルミナ量は通常、三次元網目構造の金属の重量の１〜１０重量％、好ましくは３〜６重量％である。アルミナ量がこの範囲内にある、金属と一体的に熱変形することが可能であり、赤熱→水中投下を繰り返しても、アルミナ触媒層の剥離が抑制される。
【００１３】
三次元網目構造（スポンジ金属）の製法は公知であり、例えば、メッキ方式、スラリー塗布方式、スラリー発泡方式などが知られている。本発明の触媒における三次元網目構造の金属は製法により限定されないが、スポンジ内の空間の均一性、連結性、空間形状の制御性の観点から、メッキ方式、スラリー塗布方式が好ましい。
【００１４】
メッキ方式及びスラリー塗布方式は、共通に、直径１〜２ｍｍ程度の可燃性球形粒子を層状に敷き、その粒子間空隙を金属で満たした後に可燃性粒子を焼却除去してスポンジ金属を得るもので、代表的には、粒子径に相当する球形の空間が４−６方向に連結した空間構造を持ち、内部空隙率は７０％以上と非常に高い。すなわち、可燃性粒子が占めていた空間が０．１〜０．４ｍｍ径（可燃性球形粒子径の１／５〜１／１０）の線状の金属で囲われている構造のスポンジ金属が得られる。線状の金属は、交差部で相互に連結しており、熱膨張などの変化には完全に一体物として応答し線相互のずれを生ずる事がない。この点は細線のメッシュ或いは短線の集積物と異なる特性と言える。
【００１５】
このようなスポンジ金属は市販されており、本発明では市販のスポンジ金属も使用できる。スポンジ金属はNi-Cr合金製のものが好ましい。Ni-Cr合金製のスポンジ金属は市販されているものを使用することができる。スポンジ金属の形状はガス器具の種類、調理目的等に応じて適宜選択されるが、板状が一般的である。スポンジ金属の孔径、厚みなどのプロフィールもガス器具の種類、調理目的等に応じて適宜選択される。なお、市販のスポンジ金属は油分をほとんど含んでいないが、より効率の高い燃焼触媒を得るためには有機溶剤（例えばメチルエチルケトン）で脱脂洗浄されたスポンジ金属が好ましい。さらに、脱脂後希硝酸に浸漬処理して、さらなる脱脂を行うと同時に金属表面の酸化物を除去することがより好ましい。
【００１６】
スポンジ金属を、アルミナを含有するコロイド溶液（好ましくはアルミナ分を２〜１０重量％含有するコロイド溶液）に浸漬して、スポンジ金属にしみこませ、次いで乾燥することによって、アルミナにコートされたスポンジ金属が得られる。コロイド溶液に、必要に応じて、ＣＭＣ、ショ糖、各種デンプン質、タンパク質などの増粘剤を加えることができる。増粘剤の添加によって、乾燥時の液だれや液の偏在を抑制することができる。スポンジ金属浸漬後のコロイド溶液の保持量をより均一にするためには、空気ブローなどが行われることが好ましい。
【００１７】
次いで、乾燥されたスポンジ金属を焼成しアルミナを活性化させる。焼成温度及び時間は、アルミナコロイドゲルが活性化されて活性アルミナになる条件であれば特に制限されず、アルミナの種類、焼成時間などに応じて適宜選択できる。通常３００〜１３００℃、好ましくは７００〜８５０℃である。活性アルミナは物理的強度が比較的低いため、必要に応じて、非晶質のアルミナを混在させて強度を向上させることができる。非晶質のアルミナを混在させる方法は、例えば日産化学工業（株）製アルミナゾル１００の様な安定なアルミナをコロイド溶液に混入させ、焼成を１０００℃以下で行うことによって可能である。非晶質アルミナの含有率は、通常、アルミナ全量の３０〜８０重量％、好ましくは５０〜６０重量％である。
【００１８】
また、アルミナ中のγアルミナの含有率が高いほど、全体としての触媒反応活性が向上する。アルミナ中のγアルミナの含有率は通常２０〜７０重量％、好ましくは４０〜６０重量％である。
【００１９】
次に、活性アルミナでコートされたスポンジ金属をPt塩又はPt錯塩溶液（特に水溶液）に浸漬し、活性アルミナ表面にPtイオンを担持させる。Pt塩としては、H2PtCl6、PtCl2, PtCl4などが例示され、好ましくはH2PtCl6である。Pt錯塩としては、ヘキサアンミン白金水酸塩（H2Pt(NH2)6）などが例示される。なお、Pt塩水溶液としてH2PtCl６水溶液を使用し、アルミナ触媒層がγアルミナを含有する場合、γアルミナは非常に多量のPtイオンを吸着できる。アルミナ触媒層に担持されるPt量は特に制限されないが、アルミナ１００ｇに対し、通常０．１〜５ｇ、好ましくは０．５〜２．０ｇであるが、これらの上限はPtが高価であることを鑑みて設定されたものであって、経済性を無視できる場合には上限は７〜８ｇとすることも可能である。Pt塩水溶液及びPt錯塩水溶液のPt濃度、液量は特に制限されないが、担持されるPt量が上記の範囲内となるような濃度及び液量が好ましい。また、浸漬時間、温度等の浸漬における条件も担持されるPt量が上記の範囲内となるような条件が好ましい。
【００２０】
浸漬処理されたスポンジ金属は、通常１００〜１５０℃で乾燥され、次いで３００〜１０００℃、好ましくは５００〜６００℃で通常１〜５時間、好ましくは２〜３時間焼成し、水分を除去する。また、焼成により、Pt塩水溶液由来の陰イオンを除去できる。
【００２１】
このようにして本発明のガス調理器用触媒を製造することができる。なお、本発明の触媒は上記の方法だけでなく、燃焼触媒分野で知られる製法によって製造された触媒も包含される。
【００２２】
次に、本発明の触媒の使用方法（加熱調理方法）を説明する。既存のガス調理器は図２に示すように、通常、通常燃料ガスを所定量の空気と混合しておき、それをガス噴出口（火口）又は噴出スリットを構成する金具より噴出させる構成であり、噴出ガスに着火することにより燃焼炎を発生させるシステムである。この噴出口、噴出スリットを構成する金具に代えて、本発明の板状の金属スポンジ触媒を設置しガスを流すと、スポンジ網目からほぼ均等に空気が混合した燃料ガスが流出する。流出した燃料ガスに着火すると、触媒表面から噴出する状態で燃焼炎が形成され、触媒中での火炎燃焼はほぼ認めらなかった。燃焼炎からの伝熱で触媒が加熱されると、触媒が機能し始め、燃焼炎が消失し急速に触媒が赤熱し、赤外線を発し、被加熱物（図示せず）を調理する。なお、一旦燃料ガスの供給を停止し燃料ガスを再供給した場合、再供給時の触媒の温度が約２００℃以上であれば燃焼炎を発生することなく触媒が迅速に赤熱し、赤外線を発する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のガス調理器用の触媒は耐久性優れ、多量の赤外線を放射できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【実施例】
【００２５】
実施例１：
（１）アルミナコート金属スポンジ板の製造
１１３０ｇの日産化学社製アルミナゾル２００を６３５ｍｌの水で希釈し、さらに３００ｇの同社製アルミナゾル５２０を添加して１時間以上撹拌し、アルミナ混合液を調製した。別に市販の片栗粉１５ｇを１５００ｇの水に溶かし、８０℃で加熱し糊状とした。これの９６７ｇを上記アルミナ混合液に加え、室温で更に３０分以上撹拌し、アルミナコロイド溶液を調製した。金属スポンジ板（昭和電鍍（株）製６００×４５０ｍｍ）をブタノンで脱脂、水洗、乾燥処理した後、アルミナコロイド溶液に３０分浸漬し、スポンジから気泡を完全に除去した。金属スポンジ板を引き上げ、軽く振動してタレ切りした後、ペーパータオルに挟んで数分間放置し、余分なアルミナコロイド溶液を除去し、乾燥機により１２０℃で乾燥した。次いで、７５０℃で１時間焼成してアルミナコート金属スポンジ板を製造した。アルミナコート量は金属スポンジ重量に対し、４．３重量％であった。また、γアルミナ含有率はアルミナの３５重量%とした。
【００２６】
（２）触媒製造
６塩化白金酸６水和物１ｇを水１００ｍｌに溶かし、これに水を加えて全量２００ｍｌとし、白金液を調製した（Pt濃度約１ｇ／ｌ）。
【００２７】
白金液２．７ｇを分取し水で３倍量に希釈した液に、上記で得られたアルミナコート金属スポンジ板（５０×５０×３ｍｍ）を１５分間浸漬した。スポンジ板を引き上げ、１２０℃で乾燥し、４５０℃で１時間焼成し、触媒を製造した。
【００２８】
試験例１
イソブタンガスと空気との混合ガス（空燃比約２．３）の噴出口（３０ｍｍφ）に触媒を乗せ、ガスを供給し（線速度約０．３ｍ／秒）、触媒上にて点火し、赤外線温度計で表面温度を計測した。
【００２９】
なお、点火当初触媒上部に火炎を生ずるが、触媒が反応温度（約２００℃）まで昇温すると、急速に触媒温度が上昇し、燃焼炎は消失し赤熱状態で安定した。
図４に点火直後から、赤熱安定時までの触媒温度の推移を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の触媒は赤外線調理の分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１左は本発明の触媒（赤熱状態）を示す模式図であり、図１右は触媒の垂直方向の位置（縦軸）と温度（横軸）の関係を表す簡単なグラフである。
【図２】図２は、既存のガスコンロの構造を示す概念図である。
【図３】図３は、図２に示したガスコンロの火口を構成する金具に代えて本発明の触媒を設置したガスコンロであって、着火直後の状態を示す概念図である。
【図４】図４は、試験例１において試験された触媒の昇温特性を示すグラフである。横軸は着火後時間（秒）を示し、縦軸は触媒温度（℃）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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