CN112292202A - 反应装置 - Google Patents

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Abstract

反应装置(1)具备：具有使反应流体流通的第一流路(11)、以及使传热介质流通的第二流路(21)的热交换部(2)；从设于热交换部(2)的侧面的插入口(5a)延伸到第一流路或第二流路的温度传感器的导入路(5)；与热交换部(2)的侧面连接，且经由插入口(5a)连通于导入路(5)的温度传感器的配管(4)；以及设于配管(4)内的夹具(6)。在夹具(6)设有从基端(6b)向前端(6a)延伸且朝向导入路(5)的插入口(5a)开口的导向孔(7)。导向孔(7)包括从夹具(6)的基端(6b)朝向前端(6a)的锥形孔(7b)。

Description

反应装置
技术领域
本发明涉及热交换型的反应装置。
背景技术
热交换型的反应装置通过利用传热介质将含有反应原料的反应流体加热或冷却，使反应流体的反应进行(促进)。这样的反应装置例如具备热交换部，该热交换部具有使反应流体流通的反应流路和使传热介质流通的传热介质流路。
反应流体与传热介质的热收支的平衡对反应流路内的反应的进行状况产生影响。因此，为了有效地进行反应流体的反应，良好地调整热收支的平衡是重要的。因此，期望可以测量在反应装置内流通的流体的温度。专利文献1公开的反应装置在热交换部内具备检测部，该检测部检测流通于反应流体及传热介质中的至少一方的流路的流体的温度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－131796号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述，为了准确掌握反应的进行状况，需要在热交换部的各个部位设置温度传感器。另一方面，向流路设置温度传感器时，期望不阻碍流体的流动且难以产生压损的构造。在这样的状况下，如热电偶那样的细长的形状的温度传感器比较合适，且反应装置的各流路的流路面积越小，效果越显著。但是，这样的形状的温度传感器容易挠曲，另一方面，该温度传感器的设置构造也微小。另外，在反应流体的压力高的情况下，由于制作、构造上的限制，有时在温度传感器的插入路径产生台阶。由于这些理由，其设置作业耗费大量的时间。
本发明的目的在于提供一种容易向热交换部设置温度传感器的反应装置。
用于解决课题的方案
本发明的一方案为反应装置，其主旨在于，具备：热交换部，其具有使反应流体流通的第一流路、以及使传热介质流通的第二流路；温度传感器的导入路，其从设于上述热交换部的侧面的插入口延伸至上述第一流路或上述第二流路；上述温度传感器的配管，其连接于上述热交换部的上述侧面，且经由上述插入口连通于上述导入路；以及夹具，其设于上述配管内，且具有面向上述导入路的上述插入口的前端和位于与上述前端相反的侧的基端，在上述夹具设有导向孔，该导向孔从上述基端向上述前端延伸，且朝向上述导入路的上述插入口开口，上述导向孔包括从上述基端朝向上述前端的锥形孔。
上述夹具也可以能够移动地设于上述配管内。也可以是，上述夹具包括位于上述基端侧的大径部和位于上述前端侧且具有比上述大径部小的外径的小径部。也可以是，上述配管包括具有上述夹具的最大径以上的内径的薄壁部和具有小于上述夹具的最大径的内径的厚壁部。也可以是，上述薄壁部位于面向上述热交换部的上述侧面的端部。也可以是，上述厚壁部的内径为上述夹具的上述基端的上述锥形孔的开口径以下。也可以是，上述夹具固定于上述配管内。
发明的效果
根据本发明，能够提供容易向热交换部设置温度传感器的反应装置。
附图说明
图1是表示本实施方式的反应装置的侧视图。
图2是图1的A－A线剖视图。
图3是图1的B－B线剖视图。
图4是表示本实施方式的热交换部的一部分的立体剖视图。
图5是表示本实施方式的温度传感器的导入路及其周边的放大剖视图，(a)是从第一流路的延伸方向观察的剖视图，(b)是(a)的b－b线剖视图。
图6是本实施方式的夹具的剖视图。
图7是阶段性地表示将温度传感器装配于导入路的工序的图。
图8是表示本实施方式的夹具的变形例的图，(a)是表示第一变形例的侧视图，(b)是表示第二变形例的侧视图。
图9是表示本实施方式的配管的变形例的剖视图。
图10是表示本实施方式的变形例的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。此外，在各图中，对共通的部分标注同一符号，并省略重复的说明。
图1是表示本实施方式的反应装置1的侧视图。图2是图1的A－A线剖视图。图3是图1的B－B线剖视图。为了便于说明，在图2及图3中省略了导入路5等与温度传感器3关联的构造的图示。反应装置1通过利用含有反应原料的反应流体与传热介质之间的热交换将反应流体加热或冷却，使反应流体的反应进行(促进)，有时也称为化学反应器。
反应装置1具备热交换部2。热交换部2具备多个第一热传导体10、多个第二热传导体20、以及盖板30。第一热传导体10、第二热传导体20以及盖板30是由具有耐热性的热传导性原料形成的平板状部件，且具有可耐受反应流体R的流通时产生的高的内压的充分的厚度。
第一热传导体10具有使反应流体流通的第一流路11。另一方面，第二热传导体20具有使传热介质流通的第二流路21。第一热传导体10和第二热传导体20交替层叠，且在其最上部(或最下部)设有盖板30。如后述地，本实施方式的热交换部2具有反应流体和传热介质彼此沿相反方向流动的逆流型的构造。此外，热交换部2也可以具有反应流体和传热介质沿同方向流动的顺流型的构造。
作为层叠体的热交换部2的两端由固定部件32、33保持。在固定部件32安装有反应流体导入部34。反应流体导入部34是弯曲成凹状的盖体，且在与热交换部2之间形成空间S1。在空间S1开设有多个第一流路11的第一导入口12(参照图2)。反应流体导入部34具有用于导入反应流体R的第一导入管36。反应流体R经由第一导入管36流入各第一流路11。
生成物排出部41是具有一个开放面的箱状部件。生成物排出部41以该开放面与第一热传导体10的第一排出口18对准的方式设置于热交换部2。另外，生成物排出部41具有第一排出管42。第一排出管42排出含有来自于反应流体R的生成物的反应气体P。
在固定部件33安装有传热介质导入部35。传热介质导入部35与反应流体导入部34同样地为弯曲成凹状的盖体，且在与热交换部2之间形成空间S2。在空间S2开设有多个第二流路21的第二导入口22。传热介质导入部35具有导入传热介质M的第二导入管37。传热介质M经由第二导入管37流入各第二流路21。
传热介质排出部43与生成物排出部41同样地为具有一个开放面的箱状部件。传热介质排出部43以该开放面与第二热传导体20的第二排出口28对准的方式设置于热交换部2。另外，传热介质排出部43具有第二排出管44。第二排出管44排出流通于热交换部2的传热介质M。
如图2所示，第一热传导体10具有含有反应区域的多个第一流路11。第一流路11主要的反应区域例如是其中间部分。第一流路11通过接受后述的第二热传导体20内的流通于第二流路21的传热介质的热而使反应流体R引起反应，生成含有来自于反应流体R的生成物的反应气体P。
第一流路11是形成于第一热传导体10的一方的面(本实施方式中，上表面)且具有矩形的截面的槽。第一流路11从位于固定部件32侧的第一导入口12向固定部件33以直线状延伸。如图2所示，多个第一流路11并列排列。
第一热传导体10包括第一隔壁13、两个第一侧壁14、多个第一中间壁15、以及第一端壁16。第一侧壁14、第一中间壁15以及第一端壁16设于第一隔壁13的一方的面。第一隔壁13是矩形的壁部，规定第一热传导体10的整体的形状。第一侧壁14是设于第一流路11的延伸方向的两侧的壁部。多个第一中间壁15是位于两个第一侧壁14之间且与各第一侧壁14并列设置的壁部。
第一端壁16是夹着第一流路11设于与第一导入口12相反的侧且沿第一流路11的排列方向延伸的壁部。第一端壁16阻止反应气体P向空间S2流入。
第一热传导体10具有沿第一端壁16延伸的第一联络流路17。第一联络流路17与全部的第一流路11连通，并且与第一排出口18连通。与第一流路11相同地，第一联络流路17也是使反应流体R、反应气体P流通的流路，两者没有实质性的差别。
如图3所示，第二热传导体20具有多个第二流路21。第二流路21将传热介质M的热供给至第一热传导体10。
第二流路21是形成于第二热传导体20的一方的面(本实施方式中，上表面)且具有矩形的截面的槽。第二流路21从位于固定部件33侧的第二导入口22向固定部件32以直线状延伸。如图3所示，多个第二流路21并列排列。
第二热传导体20包括第二隔壁23、两个第二侧壁24、多个第二中间壁25、以及第二端壁26。第二侧壁24、多个第二中间壁25以及第二端壁26设于第二隔壁23的一方的面。即，它们相对于第一隔壁13设于与设有第一侧壁14等的面同样的面。第二隔壁23是矩形的壁部，规定第二热传导体20整体的形状。第二侧壁24是设于第二流路21的延伸方向的两侧的壁部。多个第二中间壁25是位于两个第二侧壁24之间且与各第二侧壁24并列设置的壁部。
第二端壁26是夹着第二流路21设于与第二导入口22相反的一侧，且沿第二流路21的排列方向延伸的壁部。第二端壁26阻止传热介质M向空间S1流入。
第二热传导体20具有沿第二端壁26延伸的第二联络流路27。第二联络流路27与全部的第二流路21连通，并且与第二排出口28连通。
在第一流路11也可以设置用于促进反应的催化剂体(未图示)。催化剂体含有的催化剂具有有效促进化学反应的进行的活性金属作为主成分，基于在反应装置1进行的合成反应适当选择适于促进反应的催化剂。作为催化剂成分的活性金属例如可以列举Ni(镍)、Co(钴)、Fe(铁)、Pt(铂)、Ru(钌)、Rh(铑)、Pd(钯)等，只要能够有效促进反应，可以使用一种或者组合使用多种。催化剂体例如通过将催化剂担载于构造材料而配制。构造材料从耐热性的金属中选择可进行成形加工且可进行催化剂的担载的金属。
热交换部2可以用作液－液型热交换器、气－气型热交换器以及气－液型热交换器的任一种。反应流体及传热介质也可以是气体及液体的任一种。另外，本实施方式的反应装置1能够进行基于吸热反应、发热反应等各种热学反应的化学合成。作为这样的基于热学反应的合成，例如具有基于如式(1)表示的甲烷的水蒸气改性反应、式(2)表示的甲烷的干重整反应的吸热反应、式(3)表示的变换反应、式(4)表示的甲烷化反应、式(5)表示的费托(Fischertropsch)合成反应等发热反应的合成。此外，这些反应的反应流体是气体。
CH4+H2O→3H2+CO…(1)
CH4+CO2→2H2+2CO…(2)
CO+H2O→CO2+H2…(3)
CO+3H2→CH4+H2O…(4)
(2n+1)H2+nCO→CnH2n+2+nH2O…(5)
传热介质优选不腐蚀反应装置1的构成原料的物质。在作为传热介质使用加热气体的情况下，能够使用燃气、加热空气等气体状物质。传热介质例如也可以是水、油等液状物质。
图4是表示热交换部2的一部分的立体剖视图。图5是表示后述的温度传感器3的导入路5及其周边的扩大剖视图，图5(a)是从第一流路11及第二流路21的延伸方向观察的剖视图，图5(b)是图5(a)的b－b线剖视图。本实施方式的温度传感器3是外径为1mm～几mm左右的热电偶。此外，根据反应装置1的规格，也可以将具有相同的外径的测温电阻体等用作温度传感器。
如上述地，热交换部2具备交替层叠的第一热传导体10与第二热传导体20的层叠体和设于该层叠体的最上部的盖板30。第一流路11和第二流路21隔着第一隔壁13或第二隔壁23非接触地相邻。
如图4所示，通过第一热传导体10及第二热传导体20的交替的层叠以及盖板30的设置，热交换部2为具有侧面2a的长方体的构造。侧面2a沿第一流路11及第二流路21位于第一流路11及第二流路21的各排列方向的两侧。在该侧面2a设有供温度传感器3插入的导入路5的插入口5a。此外，为了使温度传感器3的插入容易，插入口5a的缘部也可以进行倒角(参照图9)。
如后述地，导入路5与第一流路11或第二流路21连通。为了防止反应流体R、传热介质M从导入路5流出且保护温度传感器3，在侧面2a连接有温度传感器3的配管4。
如图5(a)所示，配管4的前端(端部)4a以包围插入口5a的方式固定于侧面2a。另外，配管4的前端4a以配管4和插入口5a的各中心轴一致的方式固定于侧面2a。从而，配管4经由插入口5a与导入路5连通。为了防止从侧面2a与配管4之间的流体的泄漏且可耐受在配管内产生的高的压力，配管4通过遍及全周的焊接固定于侧面2a。此外，配管4的后端通过公知的接头45保持温度传感器3，并且将配管4的后端封闭。
温度传感器3的导入路5相对于第一流路11及第二流路21具有扭曲的位置关系，且从插入口5a延伸，并连通于第一流路11或第二流路21。例如，导入路5在第一隔壁13形成于与设有第一流路11的侧相反的侧的表面，或者在第二隔壁23形成于与设有第二流路21的侧相反的侧的表面。第一隔壁13及第二隔壁23具有可耐受反应流体R的流通时产生的高的内压的充分的厚度。因此，可形成导入路5。
如上述地，导入路5相对于第一流路11及第二流路21具有扭曲的位置关系，且从插入口5a延伸。因此，能够既抑制温度传感器3对作为测量对象的反应流体R或传热介质M的流的干涉，又在期望的部位设置温度传感器3。
温度传感器3穿过配管4插入到导入路5。但是，包括插入口5a的导入路5的内部尺寸(内径)与温度传感器3的外部尺寸(外径)同程度(例如，1mm～几mm)。另一方面，配管4的壁厚设为以下值：相对于在其内部产生的高压具有充分的强度(耐性)，抑制重量的过度增加，并且能够确保基于焊接等的配管4与热交换部2之间的可靠的连接和内部空间的密闭。因此，配管4的内部尺寸(内径)设定为比导入路5的内部尺寸(内径)充分大，例如几倍左右的值。
在插入口5a的周围产生由这样的内部尺寸的差而引起的台阶。因此，在配管4固定于热交换部2的状态下，难以将温度传感器3插入插入口5a。在温度传感器3的长度达到几百mm的情况下，插入作业(设置作业)产生障碍。因此，在本实施方式中，如图5所示地在配管4内设置夹具6。夹具6将插入到配管4的温度传感器3的前端引导至插入口5a。
图6是本实施方式的夹具6的剖视图。如该图所示，夹具6是沿一个方向延伸的杆状体。夹具6具有与配管4的内部形状(截面形状)一致的外部形状(截面形状)。例如，夹具6形成为沿一个方向延伸的轴对称的圆柱状。
夹具6具有面向导入路5的插入口5a的前端6a和位于与前端6a相反的侧的基端6b。在夹具6设有从基端6b朝向前端6a延伸且朝向导入路5的插入口5a开口的导向孔7。导向孔7形成于夹具6的中心。
导向孔7包括从基端6b向前端6a延伸且连通于通孔7a的锥形孔(锥形部)7b。换言之，导向孔7由形成于前端6a侧的通孔7a和形成于基端6b侧的锥形孔7b构成。通孔7a具有恒定的内径，另一方面，锥形孔7b与通孔7a位于同一轴上，并且一边使其内径减少至通孔7a的内径一边延伸。此外，导向孔7也可以仅由锥形孔7b构成。该情况下，锥形孔7b从基端6b延伸到前端6a。另外，锥形孔7b的开口径d7b具有夹具6的最大径d6max或区域接近的值。
夹具6可移动地设于配管4内。即，夹具6的最大径d6max与配管4的内径大致相等。换言之，夹具6的最大径d6max设定为使夹具6的中心轴不过度地倾斜的倾斜的程度的值。如上述地，配管4的前端4a以配管4和插入口5a的各中心轴一致的方式固定于侧面2a。因此，通过配管4具有上述的尺寸，能够维持前端6a侧的导向孔7的开口与插入口5a对置。另外，夹具6和配管4彼此设为分体，因此能够容易地形成与温度传感器3的形状(例如外部尺寸)一致的夹具6，能够避免配管4的多余的加工。
图7是阶段性地示出在配管4固定于热交换部2的侧面2a的状态下将温度传感器3装配于导入路5的工序的图。图7(a)表示工序的初始状态，该工序经过图7(b)及图7(c)所示的各状态而到达图7(d)所示的最终状态。
如图7(a)所示，夹具6在配管4固定于热交换部2的侧面2a之前插入到配管4内。或者，夹具6在配管4固定于热交换部2的侧面2a之后，从配管4的后端插入。在任意情况下，温度传感器3均在夹具6配置于配管4内之后从配管4的后端插入。
如图7(b)所示，当将温度传感器3插入配管4时，温度传感器3的前端抵接于夹具6的锥形孔7b。如上述地，夹具6可移动地设于配管4内。因此，当进一步插入温度传感器3时，夹具6也向热交换部2的侧面2a(插入口5a)移动。
如图7(c)所示，当进一步插入温度传感器3时，夹具6的前端6a抵接于热交换部2的侧面2a。由此，夹具6的移动被限制。另一方面，温度传感器3的前端以靠近夹具6的中心轴的方式在锥形孔7b的斜面上滑动。之后，温度传感器3通过导向孔7插入热交换部2的插入口5a。
如图7(d)所示，温度传感器3的前端最终到达导入路5的预定地部位(例如，露出于第一流路11的部位)。即，温度传感器3(温度传感器3的前端)从配管4经由夹具6的导向孔7及热交换部2的插入口5a到达导入路5的预定的部位。
这样，夹具6辅助温度传感器3向插入口5a的插入。在夹具6的基端6b侧设有锥形孔7b，其开口朝向温度传感器3的前端。因此，在温度传感器3的插入时，能够将温度传感器3的前端引导至夹具6的中心轴，换言之，热交换部2的设有插入口5a的位置(高度)。因此，温度传感器3的插入作业变得容易。即，温度传感器3向热交换部2的设置变得容易。
图8是表示夹具6的变形例，(a)是表示第一变形例的侧视图，(b)是表示第二变形例的侧视图。如这些图所示地，夹具6也可以包括位于前端6a侧的小径部6c和位于基端6b侧的大径部6d。该情况下，小径部6c具有比大径部6d小的外径。大径部6d的直径设定为夹具6的最大径d6max。另一方面，小径部6c也可以如图8(a)所示地具有锥形状，也可以如图8(b)所示地具有恒定的外径的筒形状。在任意的情况下，夹具6的前端6a均与配管4的前端4a附近的内表面不接触。因此，在将配管4焊接于热交换部2的侧面2a时，能够防止夹具6的热变形、熔融。
图9是表示配管4的变形例的剖视图。如该图所示，配管4也可以包括具有夹具6的最大径d6max以上的内径d4b的薄壁部4b和具有不足夹具6的最大径d6max的内径d4c的厚壁部4c。该情况下，薄壁部4b位于面向热交换部2的侧面2a的配管4的前端(端部)4a。
即使在配管4的全长较长的情况下(例如，1m左右或其以上的情况)，配管4的内径也恒定，且只要配管4不极端地弯曲，夹具6就能够遍及配管4内的全长移动。在这样的状况下，若夹具6位于配管4的后端、即靠近接头45(参照图4)的场所，则需要使用杆状部件等方法推压夹具6，使其移动至热交换部2的附近。在温度传感器3的数量多的情况下，这样的移动作业的增加成为高效作业的妨碍。
在配管4设有如图8所示的薄壁部4b的情况下，夹具6的移动范围被限制于形成有薄壁部4b的范围内。因此，由于夹具6的位置能够特定在薄壁部4b内，因此能够省略上述的移动作业。另外，在将配管4弯曲的情况下，能够避免夹具6位于从该屈曲部位到配管4的后端之间的事故。
此外，在设有薄壁部4b的情况下，厚壁部4c的内径d4c也可以为夹具6的基端6b的锥形孔7b的开口径d7b以下。如果厚壁部4c的内径d4c为锥形孔7b的开口径d7b以下，则插入温度传感器3时，温度传感器3的前端就不会与由配管4的内表面和夹具6形成的台阶抵接。即，温度传感器3可以顺滑地插入，温度传感器3的设置作业提高。
图10是表示本实施方式的变形例的剖视图。如该图所示，夹具6也可以固定于配管4内。夹具6通过点焊、压入等固定于配管4内。在配管4焊接于热交换部2时不用担心夹具6的热变形等的情况下，能够省略夹具6的位置确认、其移动工序，因此温度传感器3的设置作业提高。
此外，本发明不限于上述的实施方式，包括由权利要求书的记载示出，而且与权利要求书的记载均等的意思及范围内的全部的变更。

Claims (6)

1.一种反应装置，其特征在于，具备：
热交换部，其具有使反应流体流通的第一流路、及使传热介质流通的第二流路；
温度传感器的导入路，其从设于上述热交换部的侧面的插入口延伸至上述第一流路或上述第二流路；
上述温度传感器的配管，其连接于上述热交换部的上述侧面，且经由上述插入口连通于上述导入路；以及
夹具，其设于上述配管内，且具有面向上述导入路的上述插入口的前端和位于与上述前端相反的侧的基端，
在上述夹具设有导向孔，该导向孔从上述基端向上述前端延伸，且朝向上述导入路的上述插入口开口，
上述导向孔包括从上述基端朝向上述前端的锥形孔。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，
上述夹具能够移动地设于上述配管内。
3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，
上述夹具具有位于上述基端侧的大径部和位于上述前端侧且具有比上述大径部小的外径的小径部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的反应装置，其特征在于，
上述配管包括具有上述夹具的最大径以上的内径的薄壁部和具有小于上述夹具的最大径的内径的厚壁部，
上述薄壁部位于面向上述热交换部的上述侧面的端部。
5.根据权利要求4所述的反应装置，其特征在于，
上述厚壁部的内径为上述夹具的上述基端的上述锥形孔的开口径以下。
6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，
上述夹具固定于上述配管内。
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