JP2006010174A - Method of manufacturing heat exchanger, heat exchanger, sulfuric acid resolver and hydrogen manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器の製造方法、熱交換器、硫酸分解器、及び、水素製造装置に関し、特にプレート型の熱交換器の製造方法、熱交換器、硫酸分解器、及び、水素製造装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heat exchanger manufacturing method, a heat exchanger, a sulfuric acid decomposer, and a hydrogen production apparatus, and more particularly to a plate type heat exchanger manufacturing method, a heat exchanger, a sulfuric acid decomposer, and a hydrogen production apparatus. About.
ヨウ素と二硫化硫黄と水とを用いて熱化学的に水素を製造する方法が知られている。図１は、その方法を用いた従来の水素製造装置を示すブロック図である。 A method for thermochemically producing hydrogen using iodine, sulfur disulfide and water is known. FIG. 1 is a block diagram showing a conventional hydrogen production apparatus using the method.
水素製造装置は、反応器１１０、分離器１２０、濃縮器１３０、分解器１４０、冷却分離器１５０、濃縮器１６０、分解器１７０、冷却分離器１８０を具備する。
The hydrogen production apparatus includes a
反応器１１０は、ヨウ素（Ｉ２）と二酸化硫黄（ＳＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とをブンゼン反応させて硫酸（Ｈ２ＳＯ４）及びヨウ化水素（ＨＩ）を生成する。当該反応により生成された硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液の流通する配管で分離器１２０に接続されている。分離器１２０は、硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液を比重差により分離する。ヨウ化水素水溶液の流通する配管で濃縮器１３０に接続されている。硫酸水溶液の流通する配管で濃縮器１６０に接続されている。
In the
濃縮器１３０は、ヨウ化水素水溶液を、水分を減少させて濃縮する。除去された水分の流通する配管で反応器１１０に接続されている。濃縮されたヨウ化水素水溶液の流通する配管で分解器１４０に接続されている。分解器１４０は、濃縮されたヨウ化水素水溶液を加熱してヨウ素（Ｉ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスと水蒸気とに分解する。ヨウ素ガス、水素ガス及び水蒸気の流通する配管で冷却分離器１５０に接続している。冷却分離器１５０は、分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却してヨウ素を液化させることによりヨウ素と水素ガスとを分離する。水素ガスは、水素回収容器１０１に回収される。水素ガスの流通する配管で水素回収装置１０１に接続されている。ヨウ素及び水の流通する配管で反応器１１０に接続されている。
The
濃縮器１６０は、硫酸水溶液を、水分を減少させて濃縮する。除去された水分の流通する配管で反応器１１０に接続されている。濃縮された硫酸水溶液の流通する配管で分解器１７０に接続されている。分解器１７０は、濃縮された硫酸水溶液を加熱して二酸化硫黄（ＳＯ２）ガスと酸素（Ｏ２）ガスと水蒸気とに分解する。二酸化硫黄ガス、酸素ガス及び水蒸気の流通する配管で冷却分離器１８０に接続されている。冷却分離器１８０は、分解生成した二酸化硫黄ガス、酸素ガス及び水蒸気を冷却して水蒸気を液化させることにより水と二酸化硫黄ガス及び酸素ガスとを分離する。二酸化硫黄ガス及び酸素ガスの流通する配管で反応器１１０に接続されている。水（一部硫酸水溶液）の流通する配管で、濃縮器１６０と接続されている。反応器１１０の酸素ガスは、酸素回収容器１０２に回収される。
The
分解器１７０について、詳細に説明する。図２は、従来の分解器１７０を示す斜視図である。分解器１７０は、セラミックスのような材料からなるブロック状の本体１７１を有する。本体１７１は、第１面とそれに対向する第２面との間を連通する複数の流通路１７１ａと、第３面とそれに対向する第４面との間を連通する複数の流通路１７１ｂとを形成されている。流通路１７１ａの方向と流通路１７１ｂの方向とは直交している。
The
一方の流通路１７１ａ内に加熱ガス（例示：ヘリウム）を流通させ、他方の流通路１７１ｂに濃縮された硫酸水溶液を流通させる。それにより、その硫酸水溶液を加熱して、二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解することができる。
A heated gas (eg, helium) is circulated in one
このような従来の水素製造装置を使用する水素製造方法を次に説明する。 Next, a hydrogen production method using such a conventional hydrogen production apparatus will be described.
反応器１１０内に水を供給すると共に、ヨウ素及び二酸化硫黄を供給して反応させると、ブンゼン反応により、下記の式（１）に示す発熱反応（約１００℃）を生じて硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液が生成する。
When water is supplied into the
２Ｈ２０（Ｌ）＋Ｉ２（Ｌ）＋ＳＯ２（Ｇ）→Ｈ２ＳＯ４（ａｑ）＋２ＨＩ（ａｑ）…（１） 2H 2 0 (L) + I 2 (L) + SO 2 (G) → H 2 SO 4 (aq) + 2HI (aq) (1)
上記反応により生成した液分（硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液）を反応器１１０から分離器１２０に送給する。分離器１２０では、下方に位置するヨウ化水素水溶液を濃縮器１３０に送給し、上方に位置する硫酸水溶液を濃縮器１６０に送給する。
The liquid produced by the above reaction (aqueous sulfuric acid solution and aqueous hydrogen iodide solution) is fed from the
ヨウ化水素水溶液を濃縮器１３０で加熱（約１００〜２５０℃）して水分を蒸発留去することにより、ヨウ化水素水溶液を濃縮する。その後、濃縮されたヨウ化水素水溶液を分解器１４０に供給する。なお、留去された水分は、反応器１１０に戻されて、原料として再利用される。
The aqueous solution of hydrogen iodide is concentrated by heating the aqueous solution of hydrogen iodide with the concentrator 130 (about 100 to 250 ° C.) to distill off the water. Thereafter, the concentrated aqueous hydrogen iodide solution is supplied to the
濃縮されたヨウ化水素水溶液を分解器１４０で加熱（約２５０℃）する。そうすると、下記の式（２）に示すように、ヨウ化水素がヨウ素ガスと水素ガスとに分解する。 The concentrated aqueous solution of hydrogen iodide is heated by the decomposer 140 (about 250 ° C.). Then, as shown in the following formula (2), hydrogen iodide is decomposed into iodine gas and hydrogen gas.
２ＨＩ（Ｌ）→Ｈ２（Ｇ）＋Ｉ２（Ｃ）…（２） 2HI (L) → H 2 (G) + I 2 (C) (2)
分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却分離器１５０に供給して冷却（約１００〜２００℃）する。それにより、ヨウ素ガスが液化され、水素ガスとヨウ素とが分離される。水素ガスは、水素凹収容器１０１に回収される。分離されたヨウ素は、付随していた水分と共に反応器１１０に再び供給されて、再利用される。
The decomposed iodine gas and hydrogen gas are supplied to the
他方、濃縮器１６０に送給された硫酸水溶液を加熱（約１００〜４５０℃）して水分を蒸発留去することにより、硫酸水溶液を濃縮する。その後、濃縮された硫酸を分解器１７０に供給する。なお、留去された水分は、反応器１１０に戻されて、原料として再利用される。
On the other hand, the sulfuric acid aqueous solution fed to the
濃縮された硫酸を分解器１７０で加熱（約４５０〜８５０℃）する。そうすると、下記の式（３）に示すように、硫酸が二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解する。
The concentrated sulfuric acid is heated (about 450 to 850 ° C.) in the
Ｈ２ＳＯ４（Ｌ）→ＳＯ３（Ｇ）＋Ｈ２０（Ｇ）
→ＳＯ２（Ｇ）＋１／２Ｏ２（Ｇ）＋Ｈ２Ｏ（Ｇ）…（３）
H 2 SO 4 (L) → SO 3 (G) + H 2 0 (G)
→ SO 2 (G) + 1 / 2O 2 (G) + H 2 O (G) (3)
分解生成した上記ガスを冷却分離器１８０に供給して冷却（約１００℃）する。それにより、水蒸気が液化される。二酸化硫黄ガスと酸素ガスとは、反応器１１０に供給される。二酸化硫黄は、再利用される。酸素ガスは、酸素回収容器１０２に回収される。水は、濃縮器１６０に供給され、残存する硫酸が再分解される。
The gas generated by decomposition is supplied to the
したがって、上述したような水素製造装置は、ヨウ素及び二酸化硫黄を利用することにより、水のみを原料として水素を製造することができる。 Therefore, the hydrogen production apparatus as described above can produce hydrogen using only water as a raw material by using iodine and sulfur dioxide.
前述したようなヨウ素及び二酸化硫黄を利用する水素製造装置において、熱交換により硫酸を濃縮、気化、分解する装置（熱交換器）は、高温、高濃度硫酸中で使用される。そのため、セラミックスのような耐熱性、耐食性を有する材料で製造される必要がある。セラミックスを用いて複数の流通路を有する構造を製造するには、非常にコストと労力とを必要とする。加えて、設計変更に柔軟に対応することが難しい。 In the hydrogen production apparatus using iodine and sulfur dioxide as described above, an apparatus (heat exchanger) that concentrates, vaporizes, and decomposes sulfuric acid by heat exchange is used in high-temperature and high-concentration sulfuric acid. Therefore, it is necessary to manufacture with the material which has heat resistance and corrosion resistance like ceramics. Manufacturing a structure having a plurality of flow passages using ceramics is very costly and labor intensive. In addition, it is difficult to respond flexibly to design changes.
また、水素製造装置において、効率の向上のために、熱エネルギをできるだけ有効に利用することが求められる。特に、分解器による硫酸のガス化エネルギ効率の向上が強く求められる。 Moreover, in a hydrogen production apparatus, it is required to use thermal energy as effectively as possible in order to improve efficiency. In particular, there is a strong demand for improving the gasification energy efficiency of sulfuric acid by a cracker.
本発明の目的は、コストを抑制しつつ、設計変更に柔軟に対応できる熱交換器、熱交換器の製造方法、その熱交換器を用いた硫酸分解器、及び、水素製造装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the heat exchanger which can respond to a design change flexibly while suppressing cost, the manufacturing method of a heat exchanger, the sulfuric acid decomposer using the heat exchanger, and the hydrogen production apparatus. It is in.
本発明の他の目的は、複雑な流路形成や流路の最適化が可能な熱交換器、熱交換器の製造方法、その熱交換器を用いた硫酸分解器、及び、水素製造装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of forming a complicated flow path and optimizing the flow path, a method for manufacturing the heat exchanger, a sulfuric acid decomposer using the heat exchanger, and a hydrogen production apparatus. It is to provide.
本発明の別の目的は、硫酸のガス化エネルギ効率が高い熱交換器、熱交換器の製造方法、その熱交換器を用いた硫酸分解器、及び、水素製造装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a heat exchanger with high gasification energy efficiency of sulfuric acid, a method for producing the heat exchanger, a sulfuric acid decomposer using the heat exchanger, and a hydrogen production apparatus.
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the best mode for carrying out the invention. These numbers and symbols are added in parentheses in order to clarify the correspondence between the description of the claims and the best mode for carrying out the invention. However, these numbers and symbols should not be used for interpreting the technical scope of the invention described in the claims.
従って、上記課題を解決するために、本発明の熱交換器の製造方法は、（ａ）ステップ〜（ｅ）ステップを具備する。（ａ）ステップは、第1マニホールド（７３）と、第２マニホールド（７４）と、少なくとも一つの第１板（４７２）と、少なくとも一つの第２板（４７１）とを準備する。ここで、第１マニホールド（７３）は、第１供給口（８２）と、第１供給口（８２）に連通する第１送出口（８４）とを有する。第１板（４７２）は、第１面と第２面と第３面と第４面とを含み、その第１面からその第２面へ貫通する第１穴（４７２ｄ）及び第２穴（４７２ｅ）と、その第１面に形成され第１穴（４７２ｄ）と第２穴（４７２ｅ）の間をつなぐ第１溝（４７２ｆ）と、その第２面に形成されその第３面からその第４面へ達する第２溝（４７２ｂ、４７２ａ、４７２ｃ）とを有する。第２板（４７１）は、第５面と第６面とを含み、その第５面からその第６面へ貫通する第３穴（４７１ｂ）及び第４穴（４７１ａ）と、を有する。第２マニホールド（７４）は、第２供給口（８５）と、第２供給口（８５）に連通する第２送出口（８６）とを有する。（ｂ）ステップは、第１板（４７２）及び第２板（４７１）のいずれか一方としての第１積層板（４７２／４７１）を、第１マニホールド（７３）上に接着層を介して配置する。（ｃ）ステップは、第１積層板（４７２／４７１）とは異なる第１板（４７２）及び第２板（４７１）のいずれか一方としての第２積層板（４７１／４７２）を、第１積層板（４７２／４７１）上に接着層を介して配置する。（ｄ）ステップは、第２マニホールド（７４）を、第２積層板（４７１／４７２）上に接着層を介して配置し、構造体とする。（ｅ）ステップは、その構造体に所定の熱処理を施して、その接着層を、シール性を有する接合層にする。その第１面とその第５面又はその第６面とは実質的に同じ方向を向く。第１送出口（８４）と第１穴（４７２ｄ）と第３穴（４７１ｂ）とは連通する。第２穴（４７２ｅ）と第４穴（４７１ａ）と第２供給口（８５）とは連通する。 Therefore, in order to solve the above-mentioned subject, the manufacturing method of the heat exchanger of the present invention comprises (a) step-(e) step. (A) The step prepares a first manifold (73), a second manifold (74), at least one first plate (472), and at least one second plate (471). Here, the first manifold (73) has a first supply port (82) and a first delivery port (84) communicating with the first supply port (82). The first plate (472) includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, and the first hole (472d) and the second hole (through the first surface to the second surface) 472e), a first groove (472f) formed on the first surface and connecting between the first hole (472d) and the second hole (472e), and formed on the second surface from the third surface to the first And second grooves (472b, 472a, 472c) reaching the four surfaces. The second plate (471) includes a fifth surface and a sixth surface, and has a third hole (471b) and a fourth hole (471a) penetrating from the fifth surface to the sixth surface. The second manifold (74) has a second supply port (85) and a second delivery port (86) communicating with the second supply port (85). (B) In the step, the first laminated plate (472/471) as one of the first plate (472) and the second plate (471) is disposed on the first manifold (73) via an adhesive layer. To do. (C) The step is to change the first laminated plate (471/472) as either the first plate (472) or the second plate (471) different from the first laminated plate (472/471) to the first It arrange | positions through a contact bonding layer on a laminated board (472/471). (D) Step arrange | positions a 2nd manifold (74) on a 2nd laminated board (471/472) via an contact bonding layer, and is set as a structure. In step (e), the structure is subjected to a predetermined heat treatment so that the adhesive layer becomes a bonding layer having a sealing property. The first surface and the fifth surface or the sixth surface face substantially the same direction. The first delivery port (84), the first hole (472d), and the third hole (471b) communicate with each other. The second hole (472e), the fourth hole (471a), and the second supply port (85) communicate with each other.
上記課題を解決するために、本発明の熱交換器の製造方法は、（ａ）ステップ〜（ｅ）ステップを具備する。（ａ）ステップは、第1マニホールド（７３）と、第２マニホールド（７４）と、少なくとも一つの第１板（７１）と、少なくとも一つの第２板（７２）とを準備する。ここで、第１マニホールド（７３）は、第１供給口（８２）と、第１供給口（８２）に連通する第１送出口（８４）とを有する。第１板（７１）は、第１面と第２面とを含み、その第１面からその第２面へ貫通する第１穴（７１ｂ）及び第２穴（７１ｃ）と、その第１面に形成され第１穴（７１ｂ）と第２穴（７１ｃ）の間をつなぐ第１溝（７１ａ）とを有する。第２板（７２）は、第３面と第４面と第５面と第６面とを含み、その第３面からその第４面へ貫通する第３穴（７２ｄ）及び第４穴（７２ｅ）と、その第３面に形成されその第５面からその第６面へ達する第２溝（７２ｂ、７２ａ、７２ｃ）とを有する。第２マニホールド（７４）は、第２供給口（８５）と、第２供給口（８５）に連通する第２送出口（８６）とを有する。（ｂ）ステップは、第１板（７１）及び第２板（７２）のいずれか一方としての第１積層板（７１／７２）を、第１マニホールド（７３）上に接着層を介して配置する。（ｃ）ステップは、第１積層板（７１／７２）とは異なる第１板（７１）及び第２板（７２）のいずれか一方としての第２積層板（７２／７１）を、第１積層板（７１／７２）上に接着層を介して配置する。（ｄ）ステップは、第２マニホールド（７４）を、第２積層板（７２／７１）上に接着層を介して配置し、構造体とする。（ｅ）ステップは、その構造体に所定の熱処理を施して、その接着層を、シール性を有する接合層にする。その第１面とその第３面とは実質的に同じ方向を向く。第１送出口（８４）と第１穴（７１ｂ）と第３穴（７２ｄ）とは連通する。第２穴（７１ｃ）と第４穴（７２ｅ）と第２供給口（８５）とは連通する。 In order to solve the above problems, the method for manufacturing a heat exchanger of the present invention includes steps (a) to (e). (A) The step prepares a first manifold (73), a second manifold (74), at least one first plate (71), and at least one second plate (72). Here, the first manifold (73) has a first supply port (82) and a first delivery port (84) communicating with the first supply port (82). The first plate (71) includes a first surface and a second surface, a first hole (71b) and a second hole (71c) penetrating from the first surface to the second surface, and the first surface. And a first groove (71a) connecting the first hole (71b) and the second hole (71c). The second plate (72) includes a third surface, a fourth surface, a fifth surface, and a sixth surface. The third hole (72d) and the fourth hole (through the third surface to the fourth surface) 72e) and a second groove (72b, 72a, 72c) formed on the third surface and reaching the sixth surface from the fifth surface. The second manifold (74) has a second supply port (85) and a second delivery port (86) communicating with the second supply port (85). (B) In the step, the first laminated plate (71/72) as one of the first plate (71) and the second plate (72) is arranged on the first manifold (73) via an adhesive layer. To do. (C) The step is to change the first laminated plate (72/71) as one of the first plate (71) and the second plate (72) different from the first laminated plate (71/72) to the first. It arrange | positions through a contact bonding layer on a laminated board (71/72). In step (d), the second manifold (74) is disposed on the second laminated plate (72/71) via an adhesive layer to form a structure. In step (e), the structure is subjected to a predetermined heat treatment so that the adhesive layer becomes a bonding layer having a sealing property. The first surface and the third surface face substantially the same direction. The first outlet (84), the first hole (71b), and the third hole (72d) communicate with each other. The second hole (71c), the fourth hole (72e), and the second supply port (85) communicate with each other.
上記の熱交換器の製造方法において、（ｄ）ステップの前に、（ｆ）他の第１積層板（７１／７２）を、接着層を介して第２積層板（７２／７１）上に配置するステップをさらに具備する。（ｄ）ステップは、第２積層板（７２／７１）の代わりに、他の第１積層板（７１／７２）上に接着層を介して第２マニホールド（７４）を配置する。 In the above heat exchanger manufacturing method, before step (d), (f) another first laminated plate (71/72) is placed on the second laminated plate (72/71) via an adhesive layer. And further comprising the step of arranging. In the step (d), the second manifold (74) is disposed on the other first laminated plate (71/72) via an adhesive layer instead of the second laminated plate (72/71).
上記の熱交換器の製造方法において、（ｃ）ステップの前に、（ｇ）別の第２積層板（７２／７１）を、第１積層板（７１／７２）上に接着層を介して配置するステップと、（ｈ）別の第１積層板（７１／７２）を、第２積層板（７２／７１）上に接着層を介して配置するステップとを更に具備する。（ｂ）及び（ｃ）ステップを、第１板及（７１）び第２板（７２）が所定の枚数となるまで繰り返す。 In the above heat exchanger manufacturing method, before step (c), (g) another second laminated plate (72/71) is placed on the first laminated plate (71/72) via an adhesive layer. And (h) further comprising a step of arranging another first laminated plate (71/72) on the second laminated plate (72/71) via an adhesive layer. Steps (b) and (c) are repeated until the first plate (71) and the second plate (72) reach a predetermined number.
上記の熱交換器の製造方法において、（ｅ）ステップは、（ｅ１）その接着層を加熱処理して焼結させるステップと、（ｅ２）焼結されたその接着層にシール材を付与するステップとを具備する。 In the above heat exchanger manufacturing method, (e) step includes (e1) a step of heating and sintering the adhesive layer, and (e2) a step of applying a sealing material to the sintered adhesive layer. It comprises.
上記の熱交換器の製造方法において、第１マニホールド（７３）、第１板（７１）、第２板（７２）及び第２マニホールド（７４）は、第１セラミックス材料及び炭素材料のうちの少なくとも一つを材料として含む。 In the above heat exchanger manufacturing method, the first manifold (73), the first plate (71), the second plate (72), and the second manifold (74) are at least one of the first ceramic material and the carbon material. One included as a material.
上記の熱交換器の製造方法において、その接着層は、第２セラミックス材料を含むスラリを塗布して形成される。 In the above heat exchanger manufacturing method, the adhesive layer is formed by applying a slurry containing the second ceramic material.
上記の熱交換器の製造方法において、その第１セラミックス材料及びその第２セラミックス材料は、炭化ケイ素を含む。そのシール材は、溶融したシリコンを含む。 In the above heat exchanger manufacturing method, the first ceramic material and the second ceramic material contain silicon carbide. The sealing material contains molten silicon.
上記の熱交換器の製造方法において、第１マニホールド（７３）、第１板（７１）、第２板（７２）及び第２マニホールド（７４）は、第１マニホールド（７３）、第１板（７１）、第２板（７２）及び第２マニホールド（７４）の四隅を貫通する四つの棒（９１）を利用して一体化される。 In the above heat exchanger manufacturing method, the first manifold (73), the first plate (71), the second plate (72), and the second manifold (74) are the first manifold (73), the first plate ( 71), the second plate (72) and the second manifold (74) are integrated using four bars (91) penetrating the four corners.
上記課題を解決するために、本発明の熱交換器は、第１流体と第２流体とを供給され、その第１流体とその第２流体との間で熱交換を行う熱交換器本体（４７１，４７２）と、熱交換器本体（４７１，４７２）に結合された第１マニホールド（７３）と、熱交換器本体（４７１，４７２）に結合された第２マニホールド（７４）とを具備する。第１マニホールド（７３）は、その第１流体が流入する第１供給口（８２）と、その第１流体が流出する第１送出口（８４）とを有する。第２マニホールド（７４）は、その第１流体が流入する第２供給口（８５）と、その第１流体が流出する第２送出口（８６）とを有する。熱交換器本体（４７１，４７２）は、複数の第１板（４７２）と複数の第２板（４７１）とを備える。第１板（４７２）と第２板（４７１）とは所定の順番で積層される。第１板（４７２）は、第１面と第２面と第３面と第４面とを含み、その第１面からその第２面へ貫通する第１穴（４７２ｄ）及び第２穴（４７２ｅ）と、その第１面に形成され第１穴（４７２ｄ）と第２穴（４７２ｅ）の間をつなぐ第１溝（４７２ｆ）と、その第２面に形成されその第３面からその第４面へ達する第２溝（４７２ｂ、４７２ａ、４７２ｃ）とを有する。第２板（４７１）は、第５面と第６面とを含み、その第５面からその第６面へ貫通する第３穴（４７１ｂ）及び第４穴（４７１ａ）とを有する。その第１面とその第５面又はその第６面とは実質的に同じ方向を向く。第１供給口（８４）と第１穴（４７２ｄ）と第３穴（４７１ｂ）とは連通する。第２穴（４７２ｅ）と第４穴（４７２ａ）と第２供給口（８５）とは連通する。 In order to solve the above-described problems, a heat exchanger according to the present invention is supplied with a first fluid and a second fluid, and performs heat exchange between the first fluid and the second fluid ( 471, 472), a first manifold (73) coupled to the heat exchanger body (471, 472), and a second manifold (74) coupled to the heat exchanger body (471, 472). . The first manifold (73) has a first supply port (82) through which the first fluid flows and a first delivery port (84) through which the first fluid flows out. The second manifold (74) has a second supply port (85) through which the first fluid flows and a second delivery port (86) through which the first fluid flows out. The heat exchanger body (471, 472) includes a plurality of first plates (472) and a plurality of second plates (471). The first plate (472) and the second plate (471) are laminated in a predetermined order. The first plate (472) includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, and the first hole (472d) and the second hole (through the first surface to the second surface) 472e), a first groove (472f) formed on the first surface and connecting between the first hole (472d) and the second hole (472e), and formed on the second surface from the third surface to the first And second grooves (472b, 472a, 472c) reaching the four surfaces. The second plate (471) includes a fifth surface and a sixth surface, and has a third hole (471b) and a fourth hole (471a) penetrating from the fifth surface to the sixth surface. The first surface and the fifth surface or the sixth surface face substantially the same direction. The first supply port (84), the first hole (472d), and the third hole (471b) communicate with each other. The second hole (472e), the fourth hole (472a), and the second supply port (85) communicate with each other.
上記課題を解決するために、本発明の熱交換器は、第１流体と第２流体とを供給され、その第１流体とその第２流体との間で熱交換を行う熱交換器本体（７１，７２）と、熱交換器本体（７１、７２）に結合された第１マニホールド（７３）と、熱交換器本体（７１，７２）に結合された第２マニホールド（７４）とを具備する。第１マニホールド（７３）は、その第１流体が流入する第１供給口（８２）と、その第１流体が流出する第１送出口（８４）とを有する。第２マニホールド（７４）は、その第１流体が流入する第２供給口（８５）と、その第１流体が流出する第２送出口（８６）とを有する。熱交換器本体（７１、７２）は、複数の第１板（７１）と複数の第２板（７２）とを備える。第１板（７１）と第２板（７２）とは所定の順番で積層される。第１板（７１）は、第１面と第２面とを含み、その第１面からその第２面へ貫通する第１穴（７１ｂ）及び第２穴（７１ｃ）と、その第１面に形成され、第１穴（７１ｂ）と第２穴（７１ｃ）の間をつなぐ第１溝（７１ａ）とを有する。第２板（７２）は、第３面と第４面と第５面と第６面とを含み、その第３面からその第４面へ貫通する第３穴（７２ｄ）及び第４穴（７２ｅ）と、その第３面に形成され、その第５面からその第６面へ達する第２溝（７２ｂ、７２ａ、７２ｃ）とを有する。その第１面とその第３面とは実質的に同じ方向を向く。第１供給口（８４）と第１穴（７１ｂ）と第３穴（７２ｄ）とは連通する。第２穴（７１ｃ）と第４穴（７２ｅ）と第２供給口（８５）とは連通する。 In order to solve the above-described problems, a heat exchanger according to the present invention is supplied with a first fluid and a second fluid, and performs heat exchange between the first fluid and the second fluid ( 71, 72), a first manifold (73) coupled to the heat exchanger body (71, 72), and a second manifold (74) coupled to the heat exchanger body (71, 72). . The first manifold (73) has a first supply port (82) through which the first fluid flows and a first delivery port (84) through which the first fluid flows out. The second manifold (74) has a second supply port (85) through which the first fluid flows and a second delivery port (86) through which the first fluid flows out. The heat exchanger body (71, 72) includes a plurality of first plates (71) and a plurality of second plates (72). The first plate (71) and the second plate (72) are laminated in a predetermined order. The first plate (71) includes a first surface and a second surface, a first hole (71b) and a second hole (71c) penetrating from the first surface to the second surface, and the first surface. And a first groove (71a) connecting the first hole (71b) and the second hole (71c). The second plate (72) includes a third surface, a fourth surface, a fifth surface, and a sixth surface. The third hole (72d) and the fourth hole (through the third surface to the fourth surface) 72e) and a second groove (72b, 72a, 72c) formed on the third surface and reaching the sixth surface from the fifth surface. The first surface and the third surface face substantially the same direction. The first supply port (84), the first hole (71b), and the third hole (72d) communicate with each other. The second hole (71c), the fourth hole (72e), and the second supply port (85) communicate with each other.
上記の熱交換器において、第１マニホールド（７３）、第１板（７１）、第２板（７２）及び第２マニホールド（７３）は、セラミックス材料、及び炭素材料のうちの少なくとも一つを材料として含む。 In the above heat exchanger, the first manifold (73), the first plate (71), the second plate (72), and the second manifold (73) are made of at least one of a ceramic material and a carbon material. Include as.
上記の熱交換器において、そのセラミックス材料は、炭化ケイ素を含む。 In the heat exchanger described above, the ceramic material includes silicon carbide.
上記課題を解決するために、本発明の硫酸分解器（７０）は、上記のいずれか一項に記載の熱交換器（７０Ａ）と、熱交換器（７０Ａ）の第１マニホールド（７３）へ硫酸を含む流体としての第１流体を供給する第１供給配管と、熱交換器（７０Ａ）の第２マニホールド（７４）にからその第１流体を送出する第１送出配管と熱交換器（７０Ａ）の第２板（７２）の第２溝（７２ｂ、７２ａ、７２ｃ）へ熱媒としての第２流体を供給する第２供給配管と、第２溝（７２ｂ、７２ａ、７２ｃ）からその第２流体を送出する第２送出配管とを具備する。 In order to solve the above problems, the sulfuric acid decomposer (70) of the present invention is connected to the heat exchanger (70A) according to any one of the above and the first manifold (73) of the heat exchanger (70A). A first supply pipe for supplying a first fluid as a fluid containing sulfuric acid, a first delivery pipe for delivering the first fluid from the second manifold (74) of the heat exchanger (70A), and a heat exchanger (70A). ) Of the second plate (72) of the second plate (72) for supplying a second fluid as a heating medium to the second groove (72b, 72a, 72c) and the second groove (72b, 72a, 72c) And a second delivery pipe for delivering a fluid.
上記課題を解決するために、本発明の水素製造装置は、反応器（１０）と、分離器（２０）と、ハロゲン化水素濃縮器（３０）と、ハロゲン化水素分解器（４０）と、ハロゲン再利用器（５０）と、硫酸濃縮器（６０）と、硫酸分解器（７０）と、二酸化硫黄再利用器（８０）とを具備する。反応器（１０）は、ヨウ素又は臭素のハロゲンと二酸化硫黄と水とを反応させて硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを生成させる。分離器（２０）は、硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを比重差により分離する。ハロゲン化水素濃縮器（３０）は、分離されたハロゲン化水素水溶液を濃縮する。ハロゲン化水素分解器（４０）は、濃縮されたハロゲン化水素水溶液をハロゲンと水素とに分解する。ハロゲン再利用器（５０）は、分解された水素を単離し、分解されたハロゲンを反応部（１０）に供給する。硫酸濃縮器（６０）は、分離された硫酸水溶液を濃縮する。硫酸分解器（７０）は、濃縮された硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに分解する。上記の各項に記載されている。二酸化硫黄再利用器（８０）は、分解された二酸化硫黄、酸素、水のうち、少なくとも二酸化硫黄を反応器（１０）に供給する。 In order to solve the above problems, a hydrogen production apparatus of the present invention comprises a reactor (10), a separator (20), a hydrogen halide concentrator (30), a hydrogen halide decomposer (40), A halogen recycler (50), a sulfuric acid concentrator (60), a sulfuric acid decomposer (70), and a sulfur dioxide recycler (80) are provided. The reactor (10) reacts a halogen of iodine or bromine with sulfur dioxide and water to produce an aqueous sulfuric acid solution and an aqueous hydrogen halide solution. The separator (20) separates the sulfuric acid aqueous solution and the hydrogen halide aqueous solution by the specific gravity difference. The hydrogen halide concentrator (30) concentrates the separated aqueous hydrogen halide solution. The hydrogen halide decomposer (40) decomposes the concentrated aqueous hydrogen halide solution into halogen and hydrogen. The halogen recycler (50) isolates the decomposed hydrogen and supplies the decomposed halogen to the reaction section (10). The sulfuric acid concentrator (60) concentrates the separated sulfuric acid aqueous solution. The sulfuric acid decomposer (70) decomposes the concentrated sulfuric acid into sulfur dioxide, oxygen and water. It is described in each item above. The sulfur dioxide reuser (80) supplies at least sulfur dioxide out of the decomposed sulfur dioxide, oxygen, and water to the reactor (10).
本発明により、コストを抑制しつつ、設計変更に柔軟に対応できる。複雑な流路形成や流路の最適化が可能となる。硫酸のガス化エネルギ効率を高くすることができる。 According to the present invention, it is possible to flexibly cope with a design change while suppressing cost. Complex channel formation and channel optimization are possible. The gasification energy efficiency of sulfuric acid can be increased.
以下、本発明の熱交換器、熱交換器の製造方法、その熱交換器を用いた硫酸分解器、及び、水素製造装置の実施の形態に関して、水素製造装置の硫酸分解器に熱交換器を適用した例を用いて、添付図面を参照して説明する。ただし、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, regarding the embodiment of the heat exchanger of the present invention, the heat exchanger manufacturing method, the sulfuric acid decomposer using the heat exchanger, and the hydrogen producing apparatus, the heat exchanger is provided in the sulfuric acid decomposer of the hydrogen producing apparatus. An applied example will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment.
（第１の実施の形態）
本発明の熱交換器を適用した硫酸分解器及び水素製造装置の第１の実施の形態について説明する。
まず、本発明の熱交換器を適用した硫酸分解器及び水素製造装置の実施の形態の構成について説明する。図３は、本発明の水素製造装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。水素製造装置は、反応器１０、分離器２０、濃縮器３０、分解器４０、冷却分離器５０、濃縮器６０、分解器７０、冷却分離器８０を具備する。
(First embodiment)
A first embodiment of a sulfuric acid cracker and a hydrogen production apparatus to which a heat exchanger of the present invention is applied will be described.
First, the configuration of an embodiment of a sulfuric acid cracker and a hydrogen production apparatus to which the heat exchanger of the present invention is applied will be described. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the hydrogen production apparatus of the present invention. The hydrogen production apparatus includes a reactor 10, a separator 20, a
反応器１０は、ヨウ素（Ｉ２）と二酸化硫黄（ＳＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とをブンゼン反応させて硫酸（Ｈ２ＳＯ４）及びヨウ化水素（ＨＩ）を生成する。生成された硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液の流通する配管で分離器２０に接続されている。分離器１２０は、硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液を比重差により分離する。分離されたヨウ化水素水溶液の流通する配管で濃縮器３０に接続されている。分離された硫酸水溶液の流通する配管で濃縮器６０に接続されている。
In the reactor 10, iodine (I 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ), and water (H 2 O) are subjected to a Bunsen reaction to generate sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen iodide (HI). The generated sulfuric acid aqueous solution and hydrogen iodide aqueous solution are connected to the separator 20 by piping. The separator 120 separates the sulfuric acid aqueous solution and the hydrogen iodide aqueous solution by the specific gravity difference. The separated hydrogen iodide aqueous solution is connected to the
濃縮器３０は、ヨウ化水素水溶液を、水分を減少させて濃縮する。除去された水分の流通する配管で反応器１０に接続されている。濃縮されたヨウ化水素水溶液の流通する配管で分解器４０に接続されている。分解器４０は、濃縮されたヨウ化水素水溶液を加熱してヨウ素（Ｉ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスと水蒸気とに分解する。ヨウ素ガス、水素ガス及び水蒸気の流通する配管で冷却分離器５０に接続している。冷却分離器５０は、分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却してヨウ素を液化させることによりヨウ素と水素ガスとを分離する。水素ガスは、水素回収容器１に回収される。水素ガスの流通する配管で水素回収装置１に接続されている。ヨウ素及び水の流通する配管で反応器１０に接続されている。
The
濃縮器６０は、硫酸水溶液を、水分を減少させて濃縮する。除去された水分の流通する配管で反応器１０に接続されている。濃縮された硫酸の流通する配管で分解器７０に接続されている。分解器７０は、濃縮された硫酸を加熱して二酸化硫黄（ＳＯ２）ガスと酸素（Ｏ２）ガスと水蒸気とに分解する。二酸化硫黄ガス、酸素ガス及び水蒸気の流通する配管で冷却分離器８０に接続されている。冷却分離器８０は、分解生成した二酸化硫黄ガス、酸素ガス及び水蒸気を冷却して水蒸気を液化させることにより水と二酸化硫黄ガス及び酸素ガスとを分離する。二酸化硫黄ガス及び酸素ガスの流通する配管で反応器１０に接続されている。水（一部硫酸）の流通する配管で、濃縮器６０と接続されている。反応器１０の酸素ガスは、酸素回収容器２に回収される。
The
分解器７０について、詳細に説明する。
図４は、硫酸分解器としての分解器７０を示す斜視図である。分解器７０は、本体部７０Ａを備える。本体部７０Ａは、第１流通プレート７１と第２流通プレート７２とが交互に複数積層され、その積層方向の一方の側の端部に供給マニホールド７３が、他方の側の端部に送出マニホールド７４がそれぞれ配設されたプレート積層型である。
The
FIG. 4 is a perspective view showing a
第１流通プレート７１は、第１流体の流れる連絡穴及び流通路（後述）を有する。第２流通プレート７２は、第１流体の流れる連絡穴及び第２流体の流れる流通路（７２ｂなど、後述）を有する。供給マニホールド７３は、供給マニホールド部材７３ａ及び７３ｂを含み、第１流体の供給口及び流通路（後述）、貫通穴（８７）を有する。送出マニホールド７４は、送出マニホールド部材７４ａ、７４ｂ及び７４ｃを含み、第１流体の流通路及び送出口（８６など、後述）、貫通穴８８を有する。
The
第１流通プレート７１、第２流通プレート７２、供給マニホールド７３及び送出マニホールド７４は、その内部又は外部に高濃度の硫酸が流通するので、化学的に安定で耐食性の高い材料で形成されることが好ましい。また、熱交換に関与する高温の流体と低温の流体とが混ざることがないように緻密性の高い材料で形成されることが好ましい。そのような材料は、炭化ケイ素やシリコン−炭化ケイ素のようなセラミックス材料に例示される。
The
第１流通プレート７１及び第２流通プレート７２について、詳細に説明する。
図５は、第１流通プレート及び第２流通プレートの構成の詳細を示す正面図である。図５（ａ）は第１流通プレート、図５（ｂ）は第２流通プレートを示す。
The
FIG. 5 is a front view showing details of the configuration of the first flow plate and the second flow plate. FIG. 5A shows the first flow plate, and FIG. 5B shows the second flow plate.
図５（ａ）を参照して、第１流通プレート７１は、窪（溝）状を成す流通路７１ａが、一方の面に形成されている。加えて、一方の面から他方の面へ貫通し、流通路７１ａと連通する連絡穴７１ｂ及び７１ｃがそれぞれ複数設けられている。連絡穴７１ｂは一方の辺の側に、連絡穴７１ｃは対向する他方の辺の側に沿って、それぞれ並んで配置されている。
第１流体は、連絡穴７１ｂ及び７１ｃを通りつつ、流通路７１ａを介して連絡穴７１ｂ−連絡穴７１ｃ間を移動する。
With reference to Fig.5 (a), as for the 1st distribution |
The first fluid moves between the
図５（ｂ）を参照して、第２流通プレート７２は、蛇行型の溝状を成す流通路７２ａが、一方の面に形成されている。流通路７２ａの一方の端部は連通溝７２ｂの一方の端に接続され、他方の端部は連通溝７２ｃの一方の端に接続されている。連通溝７２ｂの他方の端は、第２流通プレート７２の一つの辺縁に達している。連通溝７２ｃの他方の端は、第２流通プレート７２の対向する他の一つの辺縁に達している。第２流通プレート７２は、更に、一方の面から他方の面へ貫通する連絡穴７２ｄ及び７２ｅがそれぞれ複数設けられている。連絡穴７２ｄは一方の辺の側に、連絡穴７２ｅは対向する他方の辺の側にそれぞれ並んで配置されている。
第１流体は、連絡穴７２ｄ及び７２ｅを通る。第２流体は、連通溝７２ｂ−流通路７２ａ−連通溝７２ｃ間を移動する。
Referring to FIG. 5B, the
The first fluid passes through the
第１流通プレート７１と第２流通プレート７２とを積層したとき、第１流通プレート７１の連絡穴７１ｂ及び７１ｃと、第２流通プレート７２の連絡穴７２ｄ及び７２ｅとがそれぞれ連通するように、各連絡穴（７１ｂ、７１ｃ、７２ｄ及び７２ｅ）が形成されている。そこを第１流体が移動する。
When the
供給マニホールド７３について、詳細に説明する。
図６は、供給マニホールド７３の構成の詳細を示す正面図である。図６（ａ）は供給マニホールド部材７３ａ、図６（ｂ）は供給マニホールド部材７３ｂを示す。
The
FIG. 6 is a front view showing details of the configuration of the
図６（ａ）を参照して、供給マニホールド７３の供給マニホールド部材７３ａは、複数の連通溝８２が一方の辺の側に沿って、並んで配置されている。連通溝８２の一方の端は辺縁に達し、他方の端は途中で閉止している。中央には、重量を低減するための貫通穴８７ａが設けられている。
With reference to FIG. 6A, the
図６（ｂ）を参照して、供給マニホールド７３の供給マニホールド部材７３ｂは、複数の連絡穴８４が一方の辺の側に沿って、並んで配置されている。中央には、重量を低減するための貫通穴８７ｂが設けられている。供給マニホールド部材７３ａと供給マニホールド部材７３ｂとを積層して供給マニホールド７３を形成するとき、連絡穴８４は連通溝８２と連通する。
Referring to FIG. 6B, the
供給マニホールド７３と第１流通プレート７１又は第２流通プレート７２とを積層したとき、連絡穴８４は、連絡穴７１ｂ又は連絡穴７２ｃと連通する。そして、連通溝８２の辺縁側から第１流体が供給されたとき、第１流体は連絡穴８４を通り、連絡穴７１ｂ又は連絡穴７２ｃへ供給される。
When the
送出マニホールド７４について、詳細に説明する。
図７は、送出マニホールド７４の構成の詳細を示す正面図である。図７（ａ）は送出マニホールド部材７４ａ、図７（ｂ）は送出マニホールド部材７４ｂを示す。
The
FIG. 7 is a front view showing details of the configuration of the
図７（ａ）を参照して、送出マニホールド７４の送出マニホールド部材７４ａは、中央に、重量を低減するための貫通穴８８ａが設けられている。
Referring to FIG. 7 (a), the
図７（ｂ）を参照して、送出マニホールド７４の送出マニホールド部材７４ｂは、複数の連通溝８６が一方の辺の側に沿って、並んで配置されている。連通溝８６の一方の端は辺縁に達し、他方の端は途中で閉止している。中央には、重量を低減するための貫通穴８８ｂが設けられている。
Referring to FIG. 7B, in the
図７（ｃ）を参照して、送出マニホールド７４の送出マニホールド部材７４ｃは、複数の連絡穴８５ａが一方の辺の側に沿って、及び、複数の連絡穴８５ｂが一方の辺に対向する他方の辺の側に沿って、それぞれ並んで配置されている。送出マニホールド部材７４ａと送出マニホールド部材７４ｂと送出マニホールド部材７４ｃとを積層して送出マニホールド７４を形成するとき、連絡穴８５ａは連通溝８６と連通する。
Referring to FIG. 7C, the
送出マニホールド７４と第１流通プレート７１又は第２流通プレート７２とを積層したとき、連絡穴８５ａは、連絡穴７１ｃ又は連絡穴７２ｅと連通する。連絡穴８５ｂは、連絡穴７１ｂ又は連絡穴７２ｄと連通する。そして、連絡穴７１ｃ又は連絡穴７２ｅを介して第１流体が供給されたとき、第１流体は連絡穴８５ａを通り連通溝８６の辺縁側から送出される。
When the
図４に示すように、供給マニホールド７３は、前述の第１流通プレート７１の連絡穴７１ｂ及び第２流通プレート７２の連絡穴７２ｄのいずれか一方と連絡（連通）している。一方、送出マニホールド７４は、前述の第１流通プレート７１の連絡穴７１ｃ及び第２流通プレート７２の連絡穴７２ｅのいずれか一方と連絡（連通）している。
As shown in FIG. 4, the
貫通穴８７（ａ、ｂ）、８８（ａ、ｂ）を設けることで、部材間を隙間無く確実に接着させ易くなる（接着性の向上）ことや、接着剤の材料が少なくて済むこと、部材が軽量化して取り扱い易く製造が容易となること（製作性の向上）等の効果がある。ただし、貫通穴８７（ａ、ｂ）、８８（ａ、ｂ）は無くても良い。 By providing the through holes 87 (a, b), 88 (a, b), it becomes easy to reliably adhere between the members without any gap (improvement of adhesion), and less adhesive material is required. There are effects such as the weight of the member being reduced and easy to handle and easy to manufacture (improving manufacturability). However, the through holes 87 (a, b) and 88 (a, b) may not be provided.
分解器７０には、本体部７０Ａの供給マニホールド７３に連通溝８２を介して濃縮された硫酸（第１流体）が供給される。その硫酸は、連絡穴８４を介して、第１流通プレート７１の連絡穴７１ｂに流入する。第１流通プレート７１の連絡穴７１ｂに流入した硫酸は、一部が第２流通プレート７２の連絡穴７２ｄへ供給される。残りの硫酸は流通路７１ａを通る。このとき、第２流通プレート７２の連通溝７２ｂ−流通路７２ａ−連通溝７２ｃを通るヘリウム等の加熱ガス（第２流体）との熱交換により、硫酸が熱分解される。分解され生成した熱分解ガスは、連絡穴７１ｃへ達し、第２流通プレート７２の連絡穴７２ｅへ供給される。第２流通プレート７２の連絡穴７２ｄ及び７２ｅに流入した硫酸又は熱分解ガスは、次の第１流通プレート７１の連絡穴７１ｂ及び７１ｃへそれぞれ供給される。最終的に、硫酸又は分解生成物は、第１流通プレート７１の連絡穴７１ｃ又は第２流通プレート７２の連絡穴７２ｅから連絡穴８５ａを介して送出マニホールド７４へ送出される。
The
このように、第１流通プレート７１の流通路７１ａを流通する硫酸と、隣接する第２流通プレート７２の流通路７２ａを流通する加熱ガスとの熱交換により、硫酸が加熱され、分解されて、二酸化硫黄ガス、酸素ガス及び水蒸気が生成する。第１流通プレート７１、第２流通プレート７２、供給マニホールド７３及び送出マニホールド７４は耐食性が高く、緻密性の高い材料で形成されているので、硫酸や二硫化硫黄ガスなどで腐食されず、また、それらがリークすることは無い。分解により生成した各ガスは、本体部７０Ａから次工程に送出される。
Thus, the sulfuric acid is heated and decomposed by heat exchange between the sulfuric acid flowing through the
第１流通プレート７１の流通路７１ａでの厚みや第２流通プレート７２の流通路７２ａの厚みは薄いので、硫酸と加熱ガスとが効率的に熱交換を行うことができる。また、薄い第１流通プレート７１や第２流通プレート７２を積層しているので、熱交換を行う単位部材（第１流通プレート７１と第２流通プレート７２の一組）の体積あたりの数が多くなる。すなわち、単位体積当たりの熱交換の断熱面積が多くなることも、効率的な熱交換に寄与している。
Since the thickness of the
第１流通プレート７１、第２流通プレート７２、供給マニホールド７３及び送出マニホールド７４としてセラミックス材料を用いる場合、このようなプレート状の形状とすることは、製造や加工のしやすさの面で好ましい。溝や穴を有するセラミックスのプレートを形成することは比較的行いやすい。それにより、セラミックスのような材料を用いても、プレートの組み合わせで所望の（複雑な）流路を形成することができる。そして、熱エネルギーの授受を考慮した熱交換用の流路の最適化を行うことが可能となる。
When a ceramic material is used for the
本発明における図５〜図７に説明した第１マニホールド７３、第１流通プレート７１、第２流通プレート７２及び第２マニホールド７４の有する各穴や各溝の形状、全体形状は、図の例に限定されるものではない。
The shapes of the holes and grooves of the
なお、第２流通プレート７２の流通路７２ａを流通して熱交換により温度の下がった加熱ガスは、連通溝７２ｃから本体部７０Ａの外部へ送出された後、所定の加熱（熱交換）工程で加熱され、再び本体部７０Ａの第２流通プレート７２の連通溝７２ｂに供給される。
The heated gas that has flowed through the
このような水素製造装置を使用する水素製造方法を次に説明する。 Next, a hydrogen production method using such a hydrogen production apparatus will be described.
反応器１０内に水を供給すると共に、ヨウ素及び二酸化硫黄を供給して反応させると、ブンゼン反応により、下記の式（１）に示す発熱反応（約１００℃）を生じて硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液が生成する。 When water is supplied into the reactor 10 and iodine and sulfur dioxide are supplied and reacted, an exothermic reaction (about 100 ° C.) shown in the following formula (1) is caused by the Bunsen reaction to produce an aqueous sulfuric acid solution and iodination. An aqueous hydrogen solution is formed.
２Ｈ２０（Ｌ）＋Ｉ２（Ｌ）＋ＳＯ２（Ｇ）→Ｈ２ＳＯ４（ａｑ）＋２ＨＩ（ａｑ）…（１） 2H 2 0 (L) + I 2 (L) + SO 2 (G) → H 2 SO 4 (aq) + 2HI (aq) (1)
上記反応により生成した液分（硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液）を反応器１０から分離器２０に送給する。分離器２０では、下方に位置するヨウ化水素水溶液を濃縮器３０に送給し、上方に位置する硫酸水溶液を濃縮器６０に送給する。
The liquid produced by the above reaction (aqueous sulfuric acid solution and aqueous hydrogen iodide solution) is fed from the reactor 10 to the separator 20. In the separator 20, the hydrogen iodide aqueous solution located below is fed to the
ヨウ化水素水溶液を濃縮器３０で加熱（約１００〜２５０℃）して水分を蒸発留去することにより、ヨウ化水素水溶液を濃縮する。その後、濃縮されたヨウ化水素水溶液を分解器４０に供給する。なお、留去された水分は、反応器１０に戻されて、原料として再利用される。
The hydrogen iodide aqueous solution is concentrated by heating the hydrogen iodide aqueous solution with the concentrator 30 (about 100 to 250 ° C.) to evaporate and distill off the water. Thereafter, the concentrated aqueous hydrogen iodide solution is supplied to the
濃縮されたヨウ化水素水溶液を分解器４０で加熱（約２５０℃）する。そうすると、下記の式（２）に示すように、ヨウ化水素がヨウ素ガスと水素ガスとに分解する。 The concentrated aqueous hydrogen iodide solution is heated by the decomposer 40 (about 250 ° C.). Then, as shown in the following formula (2), hydrogen iodide is decomposed into iodine gas and hydrogen gas.
２ＨＩ（Ｌ）→Ｈ２（Ｇ）＋Ｉ２（Ｃ）…（２） 2HI (L) → H 2 (G) + I 2 (C) (2)
分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却分離器５０に供給して冷却（約１００〜２００℃）する。それにより、ヨウ素ガスが液化され、水素ガスとヨウ素とが分離される。水素ガスは、水素凹収容器１に回収される。分離されたヨウ素は、付随していた水分と共に反応器１０に再び供給されて、再利用される。 The cracked iodine gas and hydrogen gas are supplied to the cooling separator 50 and cooled (about 100 to 200 ° C.). Thereby, iodine gas is liquefied and hydrogen gas and iodine are separated. Hydrogen gas is recovered in the hydrogen recess container 1. The separated iodine is supplied again to the reactor 10 together with the accompanying water and reused.
他方、濃縮器１６０に送給された硫酸水溶液を加熱（約１００〜４５０℃）して水分を蒸発留去することにより、硫酸水溶液を濃縮する。その後、濃縮された硫酸を分解器７０に供給する。なお、留去された水分は、反応器１０に戻されて、原料として再利用される。
On the other hand, the sulfuric acid aqueous solution fed to the
濃縮された硫酸を分解器７０で加熱（約４５０〜８５０℃）する。そうすると、下記の式（３）に示すように、硫酸が二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解する。 The concentrated sulfuric acid is heated by the decomposer 70 (about 450 to 850 ° C.). Then, as shown in the following formula (3), sulfuric acid is decomposed into sulfur dioxide gas, oxygen gas, and water vapor.
Ｈ２ＳＯ４（Ｌ）→ＳＯ３（Ｇ）＋Ｈ２０（Ｇ）
→ＳＯ２（Ｇ）＋１／２Ｏ２（Ｇ）＋Ｈ２Ｏ（Ｇ）…（３）
H 2 SO 4 (L) → SO 3 (G) + H 2 0 (G)
→ SO 2 (G) + 1 / 2O 2 (G) + H 2 O (G) (3)
分解生成した上記ガスを冷却分離器８０に供給して冷却（約１００℃）する。それにより、水蒸気が液化される。二酸化硫黄ガスと酸素ガスとは、反応器１０に供給される。二酸化硫黄は、再利用される。酸素ガスは、酸素回収容器２に回収される。水は、濃縮器６０に供給され、残存する硫酸が再分解される。
The gas generated by decomposition is supplied to the
したがって、上述したような水素製造装置は、ヨウ素及び二酸化硫英を利用することにより、水のみを原料として水素を製造することができる。 Therefore, the hydrogen production apparatus as described above can produce hydrogen using only water as a raw material by using iodine and sulfur dioxide.
次に、分解器７０の製造方法について説明する。図８は、分解器７０の製造方法のフローを示す図である。図９（ａ）〜（ｆ）、図１０（ａ）〜（ｃ）は、分解器７０の製造過程を示す斜視図である。
Next, a method for manufacturing the
（１）ステップＳ０１
分解器７０を構成するセラミックスの各部品を準備（製造）する。各部品は、複数の第１流通プレート７１（図５（ａ））、複数の第２流通プレート７２（図５（ｂ））、供給マニホールド部材７３ａ及び７３ｂ（図６（ａ）及び（ｂ））、送出マニホールド部材７４ａ、７４ｂ及び７４ｃ（図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ））、複数の炭素棒９１である。なお、溝や穴の形状、数は、設計により種々に変更可能である。ここでは、炭素棒９１を除く各部材の四隅に炭素棒９１を通す貫通穴を設けることとする。また、各マニホールドの部材（マニホールド部材）及び流通プレートの部材（流通プレート部材）は、同じ材料（例示：炭化ケイ素）を用いることとする。
(1) Step S01
Prepare (manufacture) ceramic parts constituting the
（２）ステップＳ０２
供給マニホールド部材７３ａを連通溝８２が上になるように静置する。供給マニホールド部材７３ａの四隅の穴に炭素棒９１を取り付ける（図９（ａ））。
その後、供給マニホールド部材７３ａ上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、マニホールド部材と同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、供給マニホールド部材７３ｂの四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、供給マニホールド部材７３ｂを供給マニホールド部材７３ａ上に積層する（図９（ｂ））。炭素棒９１と供給マニホールド部材７３ａ、７３ｂとの接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。
(2) Step S02
The
Thereafter, slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the manifold member is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
（３）ステップＳ０３
供給マニホールド部材７３ｂ上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、マニホールド部材と同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、第１流通プレート７１の四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、第１流通プレート７１を流通路７１ａが上になるように供給マニホールド部材７３ｂ上に積層する（図９（ｃ））。炭素棒９１と第１流通プレート７１との接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。なお、供給マニホールド部材７３ａと供給マニホールド部材７３ｂとが一体となった部材を用いても良い。
(3) Step S03
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as that of the manifold member is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
（４）ステップＳ０４
第１流通プレート７１上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、流通プレートと同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、第２流通プレート７２の四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、第２流通プレート７２を第１流通プレート７１上に積層する（図９（ｄ））。炭素棒９１と第２流通プレート７２との接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。
(4) Step S04
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the flow plate is applied as an adhesive to a predetermined position on the first flow plate 71 (for example, the entire surface excluding grooves and holes). And the
（５）ステップＳ０５
所定の枚数の第１流通プレート７１及び第２流通プレート７２を積層したか否かを判定する。Ｙｅｓの場合、ステップＳ０６へ進む。Ｎｏの場合、ステップＳ０３に戻って、ステップＳ０３、Ｓ０４を繰り返す。ただし、必ずしもステップＳ０４まで行う必要はなく、ステップＳ０３で止めても良い。
(5) Step S05
It is determined whether or not a predetermined number of
図９の例では、更に（ｅ）（ｆ）（Ｓ０３、Ｓ０４）を行っている。ただし、図９（ｅ）の場合、第２流通プレート７２上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、流通プレート部材と同じセラミックス材料を用いたスラリを接着剤として塗布し、第１流通プレート７１を流通路７１ａが上になるように供給マニホールド部材７３ｂ上に積層する。
In the example of FIG. 9, (e), (f) (S03, S04) are further performed. However, in the case of FIG. 9E, a slurry using the same ceramic material as the flow plate member is applied as an adhesive to a predetermined position on the second flow plate 72 (for example, the entire surface excluding grooves and holes). The one
（６）ステップＳ０６
第２流通プレート７２上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、流通プレート部材と同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、送出マニホールド部材７４ｃの四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、送出マニホールド部材７４ｃを第２流通プレート７２上に積層する（図１０（ａ））。
送出マニホールド部材７４ｃ上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、マニホールド部材と同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、送出マニホールド部材７４ｂの四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、送出マニホールド部材７４ｂを連通溝８６が上になるように送出マニホールド部材７４ｃ上に積層する（図１０（ｂ））。
送出マニホールド部材７４ｂ上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、マニホールド部材と同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、送出マニホールド部材７４ａの四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、送出マニホールド部材７４ａを送出マニホールド部材７４ｂ上に積層する（図１０（ｃ））。炭素棒９１と送出マニホールド部材７４ｃ、７４ｂ、７４ａとの接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。なお、送出マニホールド部材７４ａと送出マニホールド部材７４ｂと送出マニホールド部材７４ｃとが一体となった部材を用いても良い。
(6) Step S06
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as that of the flow plate member is applied to a predetermined position on the second flow plate 72 (for example, the entire surface excluding grooves and holes) as an adhesive. Then, the
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the manifold member is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the manifold member is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
（７）ステップＳ０７
熱処理装置において、出来上がった本体部７０Ａを所定の温度で熱処理する。それにより、各部材の間の接着剤（塗布されたスラリ）が焼結して、接着層が形成される。接着層により、接着層を挟んだ両部材が密着することができる。接着層は、各部材と同じセラミックス（炭化ケイ素）を含む材料を用いているので、熱処理により強固な接着力を持たせることができる。
炭素棒９１と各部材との接着も同様に、各部材と同じセラミックス（炭化ケイ素）を含む接着剤の焼結により行われる。それにより、炭素棒９１と各部材との接合面に炭化ケイ素が形成され強固な接着力を持たせることができる。
ただし、焼結の際の焼き締りにより、接着層に微細な隙間や穴が出来ている可能性がある。そのため、熱処理後の本体部７０Ａの接着層の隙間や穴に、毛細管現象を利用してシール材を充填する。例えば、各部材及び接着層が炭化ケイ素の場合、開口部分を目張りした本体部７０Ａを、溶融したシリコンが入ったバスの中に浸す。そうすることで、溶融したシリコンが微細な隙間や穴に含浸し、隙間や穴をふさぐことができる。それにより、リークにより加熱ガスと硫酸とが反応することを防止することが可能となる。本体部７０Ａを浸す材料としては、シリコン−アルミ合金のようなシリコンを含む材料でも良い。合金を使用すると、その取り扱いが容易となる場合がある。例えば、シリコン−アルミ合金の場合、融点が下がり、装置コストを低く抑えることができるほか、材料の取り扱いが容易である。
(7) Step S07
In the heat treatment apparatus, the completed main body 70A is heat treated at a predetermined temperature. As a result, the adhesive (applied slurry) between the members is sintered to form an adhesive layer. With the adhesive layer, both members sandwiching the adhesive layer can be in close contact with each other. Since the adhesive layer uses a material containing the same ceramics (silicon carbide) as each member, it can have a strong adhesive force by heat treatment.
Similarly, adhesion between the
However, there is a possibility that fine gaps or holes are formed in the adhesive layer due to baking during sintering. Therefore, the sealing material is filled into gaps and holes in the adhesive layer of the main body 70A after the heat treatment using a capillary phenomenon. For example, when each member and the adhesive layer are made of silicon carbide, the main body portion 70A with the opening portion marked is immersed in a bath containing molten silicon. By doing so, the melted silicon is impregnated into fine gaps and holes, and the gaps and holes can be closed. This makes it possible to prevent the heated gas and sulfuric acid from reacting due to leakage. The material for immersing the main body 70A may be a material containing silicon such as a silicon-aluminum alloy. If an alloy is used, it may be easy to handle. For example, in the case of a silicon-aluminum alloy, the melting point is lowered, the apparatus cost can be kept low, and the material is easy to handle.
以上のようにして、分解器７０が形成される。分解器７０は所定の配管が施され、水素製造装置に用いられる。
As described above, the
ここでは、炭素棒を用いているが、本発明がそれに限定されるものではない。例えば、炭化ケイ素の棒を用いることも可能である。また、ここでは、各部材の位置決めを、炭素棒を用いて行っているが、本発明がそれに限定されるものではない。例えば、外側に枠を設け、その枠にはめ込むように製造（最後に枠をはずすしても良い）することも可能である。また、塗布された接着剤の層（接着層）は、他のプレートを含んでいてもよい。 Here, a carbon rod is used, but the present invention is not limited thereto. For example, a silicon carbide rod can be used. Moreover, although positioning of each member is performed here using the carbon rod, this invention is not limited to it. For example, a frame can be provided on the outside and manufactured so as to be fitted into the frame (the frame may be finally removed). In addition, the applied adhesive layer (adhesive layer) may include other plates.
ここでは、各部材として同一の材料のものを用いて製造しているが、本発明がそれに限定されるものではない。硫酸分解器としての使用に耐えうる耐食性、ガスシール性、機械的強度、化学的安定性を有している材料であって、互いの熱膨張係数の相違が所定の範囲内であるような材料であれば、互いに異なっていても良い。 Here, each member is manufactured using the same material, but the present invention is not limited thereto. A material that has corrosion resistance, gas sealability, mechanical strength, and chemical stability that can withstand use as a sulfuric acid decomposer, and that has a difference in coefficient of thermal expansion within a predetermined range. If so, they may be different from each other.
本実施の形態では、プレート積層型の分解器７０により濃縮された硫酸を分解ガス化するようにしている。その際、複数の流通プレートを用い、その各々において熱交換により分解を行っている。それにより、硫酸と加熱ガスとの間の隔壁の厚みを薄くすることができる。このため、従来のようなブロック型の分解器７０により硫酸を分解ガス化する場合よりも、硫酸のガス化エネルギ効率を向上させることができる。すなわち、熱エネルギ効率を向上させることができる。
In the present embodiment, the concentrated sulfuric acid is decomposed and gasified by the plate
また、例えば、第１流通プレート７１の流通路７１ａや第２流通プレートの流通路７２ａの形状、各流通プレートの枚数、並べる順番、並べる周期を様々に変えることができる。それにより、熱交換する部分での硫酸や加熱ガスの流量、全体の硫酸や加熱ガスの流量などを所望の値に調整することができる。それにより、所望の熱エネルギ変換率を得ることができる。積層する第１流通プレート７１や第２流通プレート７２の種類を、本体部７０Ａの場所ごとに変更すことができ、温度分布や硫酸や加熱ガスの流量の分布等の調整を自在に行うことができる。
Further, for example, the shape of the
（第２の実施の形態）
本発明の熱交換器を適用した硫酸分解器及び水素製造装置の第２の実施の形態について説明する。図１１は、硫酸分解器としての分解器を示す斜視図である。なお、前述した第１の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第１の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of a sulfuric acid cracker and a hydrogen production apparatus to which the heat exchanger of the present invention is applied will be described. FIG. 11 is a perspective view showing a decomposer as a sulfuric acid decomposer. In addition, about the part similar to the case of 1st Embodiment mentioned above, the description similar to the code | symbol used in description of 1st Embodiment mentioned above is used, and the description is abbreviate | omitted.
本実施の形態における分解器４７０は、第１の実施の形態の本体部とは異なる第３流通プレート及び第４流通プレートを用いている点が第１の実施の形態と異なる。第４流通プレートの一方の面には第１流通プレートが、他方の面には第２流通プレートがそれぞれ設けられている。それらは、薄い第３流通プレートを介して積層されている。それにより、体積当たりの熱交換効率を向上させることができる。 The decomposer 470 in the present embodiment is different from the first embodiment in that a third flow plate and a fourth flow plate that are different from the main body portion of the first embodiment are used. A first flow plate is provided on one surface of the fourth flow plate, and a second flow plate is provided on the other surface. They are stacked via a thin third distribution plate. Thereby, the heat exchange efficiency per volume can be improved.
分解器４７０について、詳細に説明する。
分解器４７０は、本体部４７０Ａを備える。本体部４７０Ａは、第３流通プレート４７１と第４流通プレート４７２とが交互に複数積層され、その積層方向の一方の側の端部に供給マニホールド７３が、他方の側の端部に送出マニホールド７４がそれぞれ配設されたプレート積層型である。
The decomposer 470 will be described in detail.
The decomposer 470 includes a main body 470A. In the main body 470A, a plurality of
第３流通プレート７１は、第１流体の流れる連絡穴（後述）を有する。第４流通プレート４７２は、第１流体の流れる連絡穴及び第２流体の流れる流通路（４７２ｂなど、後述）を有する。供給マニホールド７３は、供給マニホールド部材７３ａ、７３ｂ及び送出マニホールド部材７４ｃを含み、第１流体の供給口及び流通路（後述）、貫通穴（８７）を有する。送出マニホールド７４は、送出マニホールド部材７４ａ、７４ｂ及び７４ｃを含み、第１流体の流通路及び送出口（８６など、後述）、貫通穴８８を有する。
The
第３流通プレート４７１、第４流通プレート４７２は、その内部又は外部に高濃度の硫酸が流通するので、化学的に安定で耐食性の高い材料で形成されることが好ましい。また、熱交換に関与する高温の流体と低温の流体とが混ざることがないように緻密性の高い材料で形成されることが好ましい。そのような材料は、炭化ケイ素やシリコン−炭化ケイ素のようなセラミックス材料に例示される。
The
第４流通プレート４７２について、詳細に説明する。
図１２は、第４流通プレートの構成の詳細を示す正面図である。図１２（ａ）は第４流通プレートの一方の面（表面）、図１２（ｂ）は第４流通プレートの他方の面（裏面）を示す。
The
FIG. 12 is a front view showing details of the configuration of the fourth flow plate. FIG. 12A shows one surface (front surface) of the fourth flow plate, and FIG. 12B shows the other surface (back surface) of the fourth flow plate.
図１２（ａ）を参照して、第４流通プレート４７２の一方の面（表面）は、蛇行型の溝状を成す流通路４７２ａが形成されている。流通路４７２ａの一方の端部は連通溝４７２ｂの一方の端に接続され、他方の端部は連通溝４７２ｃの一方の端に接続されている。連通溝４７２ｂの他方の端は、第４流通プレート４７２の一つの辺縁に達している。連通溝４７２ｃの他方の端は、第４流通プレート４７２の対向する他の一つの辺縁に達している。第４流通プレート４７２は、更に、一方の面（表面）から他方の面（裏面）へ貫通する連絡穴４７２ｄ及び４７２ｅがそれぞれ複数設けられている。連絡穴４７２ｄは一方の辺の側に、連絡穴４７２ｅは対向する他方の辺の側にそれぞれ並んで配置されている。
第１流体は、連絡穴４７２ｄ及び４７２ｅを通る。第２流体は、連通溝４７２ｂ−流通路４７２ａ−連通溝４７２ｃ間を移動する。
Referring to FIG. 12A, a
The first fluid passes through the communication holes 472d and 472e. The second fluid moves between the
図１２（ｂ）を参照して、第４流通プレート４７２の他方の面（裏面）は、窪（溝）状を成す流通路４７２ｆが形成されている。加えて、一方の面（表面）から他方の面（裏面）へ貫通する連絡穴４７２ｄ及び連絡穴４７２ｅが、それぞれ流通路４７２ｆと連通する。
第１流体は、連絡穴４７２ｄ及び４７２ｅを通りつつ、流通路４７２ｆを介して連絡穴４７２ｄ−連絡穴４７２ｅ間を移動する。
Referring to FIG. 12B, the other surface (back surface) of the
The first fluid moves between the
第３流通プレート４７１について、詳細に説明する。
図１３は、第３流通プレートの構成の詳細を示す正面図である。第３流通プレート４７１は、複数の連絡穴４７１ａが一方の辺の側に沿って、及び、複数の連絡穴４７１ｂが一方の辺に対向する他方の辺の側に沿って、それぞれ並んで配置されている。
The
FIG. 13 is a front view showing details of the configuration of the third distribution plate. In the
第３流通プレート４７１と第４流通プレート４７２とを積層したとき、第３流通プレート４７１の連絡穴４７１ｂ及び４７１ａと、第４流通プレート４７２の連絡穴４７２ｄ及び４７２ｅとがそれぞれ連通するように、各連絡穴（４７１ｂ、４７１ａ、４７２ｄ及び４７２ｅ）が形成されている。そこを第１流体が移動する。
When the
分解器４７０には、本体部４７０Ａの供給マニホールド４７３に連通溝４８２を介して濃縮された硫酸（第１流体）が供給される。その硫酸は、連絡穴４８４−連絡穴８５ｂ（送出マニホールド７４ｃ）を介して、第４流通プレート４７２（裏面）の連絡穴４７２ｄに流入する。第４流通プレート４７２の連絡穴４７２ｄに流入した硫酸は、一部が第３流通プレート４７１の連絡穴４７１ｂへ供給される。残りの硫酸は流通路４７２ｆを通る。このとき、この流通路４７２ｆを通る硫酸と、第４流通プレート４７２（表面）の連通溝４７２ｂ−流通路４７２ａ−連通溝４７２ｃを通るヘリウム等の加熱ガス（第２流体）と、次の第４流通プレート４７２（裏面）の流通路４７２ｆを通る硫酸との熱交換により、硫酸が熱分解される。分解され生成した熱分解ガスは、連絡穴４７２ｅへ達する。
The decomposer 470 is supplied with concentrated sulfuric acid (first fluid) via the communication groove 482 to the supply manifold 473 of the main body 470A. The sulfuric acid flows into the
その後、第４流通プレート４７２（表面）の連絡穴４７２ｄ及び４７２ｅに流入した硫酸又は熱分解ガスは、次の第３流通プレート４７１の連絡穴４７１ｂ及び４７１ａへそれぞれ供給される。第３流通プレート４７１の連絡穴４７１ｂ及び４７１ａへ供給された硫酸又は熱分解ガスは、次の第４流通プレート４７２（裏面）の連絡穴４７２ｄ及び４７２ｅへ供給される。最終的に、硫酸又は分解生成物は、第４流通プレート４７２（表面）の連絡穴４７２ｅから連絡穴８５ａを介して送出マニホールド７４へ送出される。
Thereafter, sulfuric acid or pyrolysis gas that has flowed into the communication holes 472d and 472e of the fourth flow plate 472 (surface) is supplied to the communication holes 471b and 471a of the next
このように、第４流通プレート４７２（裏面）の流通路４７２ｆを流通する硫酸と、第２流通プレート４７２（表面）の流通路４７２ａを流通する加熱ガスと、次の第４流通プレート４７２（裏面）の流通路４７２ｆを流通する硫酸との熱交換により、硫酸が加熱され、分解されて、二酸化硫黄ガス、酸素ガス及び水蒸気が生成する。第３流通プレート４７１、第４流通プレート４７２、供給マニホールド７３及び送出マニホールド７４は耐食性が高く、緻密性の高い材料で形成されているので、硫酸や二硫化硫黄ガスなどで腐食されず、また、それらがリークすることは無い。分解により生成した各ガスは、本体部４７０Ａから次工程に送出される。
Thus, the sulfuric acid flowing through the flow passage 472f of the fourth flow plate 472 (back surface), the heated gas flowing through the
第３流通プレート４７１の厚み、第２流通プレート４７２の流通路４７２ａと流通路４７２ｆとの間の厚みは薄いので、硫酸と加熱ガスとが効率的に熱交換を行うことができる。また、薄い第３流通プレート４７１や第４流通プレート４７２を積層しているので、熱交換を行う単位部材（第３流通プレート４７１と第４流通プレート４７２の一組）の体積あたりの数が多くなる。すなわち、単位体積当たりの熱交換の断熱面積が多くなることも、効率的な熱交換に寄与している。
Since the thickness of the
第３流通プレート４７１、第４流通プレート４７２、供給マニホールド７３及び送出マニホールド７４としてセラミックス材料を用いる場合、このようなプレート状の形状とすることは、製造や加工のしやすさの面で好ましい。溝や穴を有するセラミックスのプレートを形成することは比較的行いやすい。それにより、セラミックスのような材料を用いても、プレートの組み合わせで所望の（複雑な）流路を形成することができる。そして、熱エネルギーの授受を考慮した熱交換用の流路の最適化を行うことが可能となる。
When ceramic materials are used for the
本発明における図１２〜図１３に説明した第３流通プレート４７１、及び第４流通プレート４７２の有する各穴や各溝の形状、全体形状は、図の例に限定されるものではない。
The shapes and overall shapes of the holes and grooves of the
なお、第４流通プレート４７２の流通路４７２ａを流通して熱交換により温度の下がった加熱ガスは、連通溝４７２ｃから本体部４７０Ａの外部へ送出された後、所定の加熱（熱交換）工程で加熱され、再び本体部４７０Ａの第４流通プレート４７２の連通溝４７２ｂに供給される。
The heated gas that has flowed through the
次に、分解器４７０の製造方法について説明する。図１４は、分解器４７０の製造方法のフローを示す図である。図１５（ａ）〜（ｆ）、図１６（ａ）〜（ｃ）は、分解器４７０の製造過程を示す斜視図である。 Next, a method for manufacturing the decomposer 470 will be described. FIG. 14 is a diagram showing a flow of a method for manufacturing the decomposer 470. 15 (a) to 15 (f) and FIGS. 16 (a) to 16 (c) are perspective views showing the manufacturing process of the decomposer 470. FIG.
（１）ステップＳ１１
分解器４７０を構成するセラミックスの各部品を準備（製造）する。各部品は、複数の第３流通プレート４７１（図１３）、複数の第４流通プレート４７２（図１２）、供給マニホールド部材７３ａ及び７３ｂ（図６（ａ）及び（ｂ））、送出マニホールド部材７４ａ、７４ｂ及び７４ｃ（図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ））、複数の炭素棒９１である。なお、溝や穴の形状、数は、設計により種々に変更可能である。ここでは、炭素棒９１を除く各部材の四隅に炭素棒９１を通す貫通穴を設けることとする。また、各マニホールドの部材（マニホールド部材）及び流通プレートの部材（流通プレート部材）は、同じ材料（例示：炭化ケイ素）を用いることとする。
(1) Step S11
Prepare (manufacture) ceramic parts constituting the decomposer 470. Each component includes a plurality of third flow plates 471 (FIG. 13), a plurality of fourth flow plates 472 (FIG. 12),
（２）ステップＳ１２
供給マニホールド部材７３ａを連通溝８２が上になるように静置する。供給マニホールド部材７３ａの四隅の穴に炭素棒９１を取り付ける（図１５（ａ））。
その後、供給マニホールド部材７３ａ上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、マニホールド部材と同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、供給マニホールド部材７３ｂの四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、供給マニホールド部材７３ｂを供給マニホールド部材７３ａ上に積層する（図１５（ｂ））。
更に、供給マニホールド部材７３ｂ上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、マニホールド部材と同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、送出マニホールド部材７４ｃの四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、送出マニホールド部材７４ｃを供給マニホールド部材７３ｂ上に積層する（図１５（ｃ））。炭素棒９１と供給マニホールド部材７３ａ、７３ｂ及び送出マニホールド部材７４ｃとの接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。
なお、供給マニホールド部材７３ａと供給マニホールド部材７３ｂとが一体となった部材を用いても良い。
(2) Step S12
The
Thereafter, slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the manifold member is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
Further, a slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the manifold member is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
A member in which the
（３）ステップＳ１３
送出マニホールド部材７４ｃ上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、流通プレートと同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、第４流通プレート４７２の四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、第４流通プレート４７２を送出マニホールド部材７４ｃ上に積層する（図１５（ｄ））。炭素棒９１と第４流通プレート４７２との接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。
(3) Step S13
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as that of the flow plate is applied to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
（４）ステップＳ１４
第４流通プレート４７２上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、流通プレートと同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、第３流通プレート４７１の四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、第３流通プレート４７１を第４流通プレート４７２上に積層する（図１５（ｅ））。炭素棒９１と第３流通プレート４７１との接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。
(4) Step S14
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the distribution plate is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
（５）ステップＳ１５
第３流通プレート４７１上の所定の位置（例えば溝や穴を除く全面）に、流通プレートと同じセラミックス材料（例示：炭化ケイ素）を用いたスラリを接着剤として塗布する。そして、第４流通プレート４７２の四隅の穴に炭素棒９１を通しつつ、第４流通プレート４７２を第３流通プレート４７１上に積層する（図１５（ｆ））。炭素棒９１と第４流通プレート４７２との接合も、炭化ケイ素を含むセラミック系接着剤を用いる。
(5) Step S15
A slurry using the same ceramic material (eg, silicon carbide) as the distribution plate is applied as an adhesive to a predetermined position (for example, the entire surface excluding grooves and holes) on the
（６）ステップＳ１６
所定の枚数の第４流通プレート４７２及び第３流通プレート４７１を積層したか否かを判定する。Ｙｅｓの場合、ステップＳ１７へ進む。Ｎｏの場合、ステップＳ１４に戻って、ステップＳ１４、Ｓ１５を繰り返す。ただし、必ずしもステップＳ１５まで行う必要はなく、ステップＳ１４で止めても良い。
(6) Step S16
It is determined whether or not a predetermined number of
以下、ステップＳ１７及びＳ１８については、第１の実施の形態のステップＳ０６及びステップＳ０７と同じであるので、その説明を省略する。 Hereinafter, steps S17 and S18 are the same as steps S06 and S07 in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
以上のようにして、分解器４７０が形成される。分解器４７０は所定の配管が施され、水素製造装置に用いられる。 As described above, the decomposer 470 is formed. The decomposer 470 is provided with predetermined piping and is used in a hydrogen production apparatus.
ここでは、炭素棒を用いているが、本発明がそれに限定されるものではない。例えば、炭化ケイ素の棒を用いることも可能である。また、ここでは、各部材の位置決めを、炭素棒を用いて行っているが、本発明がそれに限定されるものではない。例えば、外側に枠を設け、その枠にはめ込むように製造（最後に枠をはずすしても良い）することも可能である。また、塗布された接着剤の層（接着層）は、他のプレートを含んでいてもよい。 Here, a carbon rod is used, but the present invention is not limited thereto. For example, a silicon carbide rod can be used. Moreover, although positioning of each member is performed here using the carbon rod, this invention is not limited to it. For example, a frame can be provided on the outside and manufactured so as to be fitted into the frame (the frame may be finally removed). In addition, the applied adhesive layer (adhesive layer) may include other plates.
ここでは、各部材として同一の材料のものを用いて製造しているが、本発明がそれに限定されるものではない。硫酸分解器としての使用に耐えうる耐食性、ガスシール性、機械的強度、化学的安定性を有している材料であって、互いの熱膨張係数の相違が所定の範囲内であるような材料であれば、互いに異なっていても良い。 Here, each member is manufactured using the same material, but the present invention is not limited thereto. A material that has corrosion resistance, gas sealability, mechanical strength, and chemical stability that can withstand use as a sulfuric acid decomposer, and that has a difference in coefficient of thermal expansion within a predetermined range. If so, they may be different from each other.
本発明により、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。加えて、第３流通プレート４７１の厚み、第２流通プレート４７２の流通路４７２ａと流通路４７２ｆとの間の厚みは薄いので、硫酸と加熱ガスとがより効率的に熱交換を行うことができる。加えて、熱交換を行う単位部材（第３流通プレート４７１と第４流通プレート４７２の一組）の体積あたりの数がより多くなる。すなわち、単位体積当たりの熱交換の断熱面積がより多くでき、より効率的な熱交換が可能となる。
According to the present invention, an effect similar to that of the first embodiment can be obtained. In addition, since the thickness of the
（第３の実施の形態）
本発明の熱交換器を適用した硫酸分解器及び水素製造装置の第３の実施の形態について説明する。図１７は、硫酸分解器としての分解器の概略構成図である。なお、前述した第１、２の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第１、２の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of a sulfuric acid decomposer and a hydrogen production apparatus to which the heat exchanger of the present invention is applied will be described. FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a cracker as a sulfuric acid cracker. In addition, about the part similar to the case of 1st, 2nd embodiment mentioned above, the description similar to the code | symbol used in description of 1st, 2nd embodiment mentioned above is used, and the description is abbreviate | omitted. To do.
本実施の形態における分解器２７０は、第１の実施の形態の本体部を直列に複数個連結した構成を有する。形状的には上方に複数段積み重ねている。ここでは、三つの本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを有する。このように連結することで、分解器をコンパクトに形成することが出来、体積当たりのエネルギー効率を向上させることができる。 The decomposer 270 in the present embodiment has a configuration in which a plurality of main body portions of the first embodiment are connected in series. In terms of shape, a plurality of layers are stacked above. Here, it has three main-body parts 270A-270C. By connecting in this way, a decomposer can be formed compactly and the energy efficiency per volume can be improved.
具体的には、本体部２７０Ａの送出マニホールド２７４の送出口を本体部２７０Ｂの供給マニホールド２７３の受入口に連絡させる。本体部２７０Ｂの送出マニホールド２７４の送出口を本体部２７０Ｃの供給マニホールド２７３の受入口に連絡させる。更に、本体部２７０Ｃの第２流通プレート７２の連通溝７２ｃを本体部２７０Ｂの第２流通プレート７２の連通溝７２ｂに連絡させる。本体部２７０Ｂの第２流通プレート７２の流通溝７２ｃを本体部２７０Ａの第２流通プレート７２の流通溝７２ｂに連絡させる。
Specifically, the delivery port of the delivery manifold 274 of the main body 270A is communicated with the reception port of the supply manifold 273 of the main body 270B. The delivery port of the delivery manifold 274 of the main body part 270B is connected to the reception port of the supply manifold 273 of the main body part 270C. Further, the
さらに、直列に連結されて隣り合う本体部２７０Ｃの第２流通プレート７２と本体部２７０Ｂの第２流通プレート７２との間、及び、本体部２７０Ｂの第２流通プレート７２と本体部２７０Ａの第２流通プレート７２との間には、流通する加熱ガスの温度分布を均一にする混合空間部２７０ａがそれぞれ介在している。この混合空間２７０ａは、２枚の補助プレート２７６で外部から遮断されている。また、本体部２７０Ａ、２７０Ｂの送出マニホールド２７４の送出口周辺部分には、流通する硫酸の温度分布を均ーにする混合空間部２７４ａが形成されている。
Furthermore, the
個々の本体部２７０Ａ、２７０Ｂ及び２７０Ｃは、第１の実施の形態における製造方法により製造することができる。これらの本体部を一体化する製造方法としては、まず、本体部２７０Ａ及び本体部２７０Ｂの所定の位置に、流通プレート部材と同じセラミックス材料を用いたスラリを接着剤として塗布された補助プレート２７６を取り付ける。次に、本体部２７０Ａの送出マニホールド２７４と本体部２７０Ｂの供給マニホールド２７３との接触面、本体部２７０Ａの供給マニホールド２７３と本体部２７０Ｂの送出マニホールド２７４との接触面、本体部２７０Ｂの送出マニホールド２７４と本体部２７０Ｃの供給マニホールド２７３との接触面、本体部２７０Ｂの供給マニホールド２７３と本体部２７０Ｃの送出マニホールド２７４との接触面、のそれぞれに、マニホールド部材と同じセラミックス材料を用いたスラリを接着剤として塗布し、それらを重ねて一体化する。その後、一体化された各本体部について、第１の実施の形態における製造方法のステップＳ０７のような熱処理を行う。それにより、分解器２７０を製造することができる。
なお、熱処理に関しては、個々の本体部の熱処理と、それらを一体化する熱処理とを一度に行っても良い。
Individual body portions 270A, 270B, and 270C can be manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment. As a manufacturing method for integrating these main body portions, first, an
In addition, regarding heat processing, you may perform the heat processing of each main-body part, and the heat processing which integrates them at once.
このような本実施の形態に係る上記分解器２７０においては、本体部２７０Ａの供給マニホールド２７３に濃縮された硫酸が供給きれると共に、本体部２７０Ｃの各第２流通プレート７２の連通溝７２ｂにヘリウムのような加熱ガスが供給される。そして、濃縮された硫酸が、第１の実施の形態の場合と同様にして本体部２７０Ａ、２７０Ｂ、２７０Ｃの順にその内部を流通する。一方、加熱ガスが、第１の実施の形態の場合と同様にして本体部２７０Ｃ、２７０Ｂ、２７０Ａの順にその内部を流通する。それにより、濃縮された硫酸が加熱ガスとの熱交換で加熱されて分解ガスとなり、本体部２７０Ｃの送出マニホールド２７４から当該ガスが次工程に送出される。また、加熱ガスが本体部２７０Ａから送出されて、加熱された後に本件部２７０Ｃに再び供給される。
In the above-described decomposer 270 according to the present embodiment, concentrated sulfuric acid can be supplied to the supply manifold 273 of the main body 270A, and helium can be introduced into the
このとき、本体部２７０Ｃ、２７０Ｂの各第２流通プレート７２の連通溝７２ｃから送出した加熱ガスは、混合空間部２７０ａで一旦混合された後、本体部２７０Ｂ、２７０Ａの各第２流通プレート７２の連通溝７２ｂ内に流入するので、本体部２７０Ｃ、２７０Ｂ内で流通した各第２流通プレート７２ごとに温度ムラを生じたとしても、混合空間部２７０ａで混合されて温度分布を均一にされてから次の本体部２７０Ｂ、２７０Ａに供給される。
At this time, the heated gas sent from the
また、本体部２７０Ｂ、２７０Ｃの供給マニホールド２７３に流入する硫酸が混合空間部２７４ａで一旦混合されるため、当該硫酸は、本件部２７０Ａ、２７０Ｂで流通した各第１流通プレート７１ごとに温度ムラを生じたとしても、上記混合空間部２７４ａで混合されてから次の本体部２７０Ｂ、２７０Ｃに供給される。
In addition, since sulfuric acid flowing into the supply manifold 273 of the main body portions 270B and 270C is once mixed in the mixing
第１の実施の形態では、単一の本体部７０を揃えた分解器７０を用いるようにした。しかし、本実施の形態では、複数の本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを直列に連結している。すなわち、複数に分割して本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを構成し、これら本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを分岐して流通する硫酸や加熱ガスを当該本体部２７０Ａ〜２７０Ｃの間の混合空間部２７０ａ、２７４ａで一旦集合させて混合することにより硫酸や加熱ガスの温度ムラを極力少なくするようにした。
In the first embodiment, the
このため、上記分解器２７０においては、各本体部２７０Ａ〜２７０Ｃ内に生じる温度差を非常に小さく抑えることができ、各本体部２７０Ａ〜２７０Ｃにそれぞれ生じる熱歪みを極力抑えることができる。 For this reason, in the decomposer 270, the temperature difference generated in each of the main body portions 270A to 270C can be suppressed to be extremely small, and the thermal distortion generated in each of the main body portions 270A to 270C can be suppressed as much as possible.
したがって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるとともに、分解器２７０に生じる熱応力を極力抑えることができ、分解器２７０の長寿命化を図ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, the thermal stress generated in the decomposer 270 can be suppressed as much as possible, and the life of the decomposer 270 can be extended. Can be achieved.
なお、本実施の形態では、本体部２７０Ａ、２７０Ｂの送出マニホールド２７４の送出口周辺部分に混合空間部２７４ａを形成した。しかし、これに代えて、本件部２７０Ｂ、２７０Ｃの供給マニホールド２７３の受入口周辺部分に混合空間部を形成することも可能である。さらに、送出マニホールド２７４及び供給マニホールド２７３の両方に混合空間部を形成することも可能である。
In the present embodiment, the mixing
また、本実施の形態では、３つの本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを連結するようにしたが、種々の条件に応じて、２つの本体部を連結したり、４つ以上の本体部を連結するようにすることも可態である。 Further, in the present embodiment, the three main body portions 270A to 270C are connected, but according to various conditions, the two main body portions are connected, or four or more main body portions are connected. It is also possible to do.
ただし、第２の実施の形態の本体部を直列に複数個連結して、図１７のように構成することも可能である。その場合、第２及び第３の実施の形態の効果を得ることができる。 However, it is also possible to connect a plurality of main body portions of the second embodiment in series and configure as shown in FIG. In that case, the effects of the second and third embodiments can be obtained.
（第４の実施の形態）
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第４の実施の形態を図１８、１９に基づいて説明する。図１８は、硫酸分解器としての分解器７０を示す斜視図である。図１９は、第１流通プレート及び第２流通プレートの構成の詳細を示す正面図である。図１９（ａ）は第１流通プレート、図１９（ｂ）は第２流通プレートを示す。
なお、第１、２の実施の形態の場合と同様な部分については、第１、２、３の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、第１、２、３の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of a sulfuric acid decomposer and a hydrogen production apparatus using the sulfuric acid decomposer according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a perspective view showing a
In addition, about the part similar to the case of 1st, 2nd embodiment, by using the code | symbol similar to the code | symbol used in description of 1st, 2nd, 3rd embodiment, 1st, 2nd, 3rd. The description which overlaps with the description in the embodiment is omitted.
分解器３７０について、詳細に説明する。図１８を参照して、分解器３７０は、本体部３７０Ａを備える。本体部３７０Ａは、第２流通プレート３７２を用いている点で第１、２、３の実施の形態と異なる。
The decomposer 370 will be described in detail. Referring to FIG. 18, decomposer 370 includes a
図１９（ｂ）を参照して、第２流通プレート３７２は、蛇行型の溝状を成す流通路３７２ａが、一方の面に形成されている。流通路３７２ａの一方の端部は連通溝３７２ｂの一方の端に接続され、他方の端部は連通溝７２ｃの一方の端に接続されている。連通溝７２ｃの他方の端は、第２流通プレート７２の一つの辺縁に達している。連通溝３７２ｂの他方の端は、連通溝７２ｃを形成された辺と交差する辺縁に達している。第２流通プレート３７２は、更に、一方の面から他方の面へ貫通する連絡穴７２ｄ及び７２ｅがそれぞれ複数設けられている。連絡穴７２ｄは一方の辺の側に、連絡穴７２ｅは対向する他方の辺の側にそれぞれ並んで配置されている。第２流通プレート３７２は、耐食性の高い材料で形成されている。そのような材料は、炭化ケイ素やシリコン−炭化ケイ素のようなセラミックス材料に例示される。
Referring to FIG. 19B, the second flow plate 372 has a
この場合、本体部３７０Ａは、第２流通プレートの種類が異なるほかは、第１の実施の形態と同様の方法で製造することができる。
In this case, the
このような本実施の形態に係る分解器３７０においては、第１、２、３の実施の形態と同様に、本体部３７０Ａの供給マニホールド７３に濃縮された硫酸が供給される。それと共に、本体部３７０Ａの各第２流通プレート３７２の連通溝３７２ｂに加熱ガスが供給される。それにより、濃縮された硫酸が加熱ガスとの熱交換で加熱されてガス化する。
In the decomposer 370 according to this embodiment, concentrated sulfuric acid is supplied to the
このとき、図１９に示すように、第１流通プレート７１の流通路７１ａを流通する硫酸の液面が、第２流通プレート３７２の流通路３７２ａと連結穴７２ｅとの間に位置するように設定される。すなわち、第２流通プレート３７２の流通路３７２ａが、第１流通プレート７１の流通路７１ａの硫酸分解ガスの流通する部分と重ならないように設定されている。したがって、加熱ガスの熱のほとんどは、硫酸の加熱のみに用いられることになり、硫酸の分解効率が向上する。加えて、加熱により生成した分解ガスが第２流通プレート３７２の他方の面と接触することにより生じる熱衝撃を大幅に緩和することができる。
At this time, as shown in FIG. 19, the level of sulfuric acid flowing through the
なお、本実施の形態の本体部３７０を第３の実施の形態のように直列に連結して用いることも可能である。 Note that the main body 370 of the present embodiment can also be connected in series as in the third embodiment.
したがって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができると共に、硫酸の分解効率の向上や、分解器３７０の本体部３７０Ａの第２流通プレート３７２に加わる熱衝撃の低減を図ることができる。それにより、分解器３７０の本体部３７０Ａの長寿命化を図ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, the sulfuric acid decomposition efficiency can be improved, and the second flow plate 372 of the
なお、第２の実施の形態の第３流通プレートの一方の面を図１９（ａ）のように、他方の面を図１９（ｂ）のようにすることも可能である。その場合、第２及び第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 In addition, it is also possible to make one surface of the third flow plate of the second embodiment as shown in FIG. 19A and the other surface as shown in FIG. 19B. In that case, the same effects as those of the second and fourth embodiments can be obtained.
１０、１１０ 反応器
２０、１２０ 分離器
３０、１３０ 濃縮器
４０、１４０ 分解器
５０、１５０ 冷却分離器
６０、１６０ 濃縮器
７０、１７０、２７０、３７０ 分解器
８０、１８０ 冷却分離器
７０Ａ、２７０Ａ、２７０Ｂ、２７０Ｃ、３７０Ａ 本体部
７１ 第１流通プレート
７２、３７２ 第２流通プレート
７３、２７３ 供給マニホールド
７４、２７４ 送出マニホールド
９１ 炭素棒
１７１ 本体
７１ａ、７２ａ、１７１ａ、１７１ｂ、３７２ａ、４７２ａ、４７２ｆ 流通路
７１ｂ、７１ｃ、７２ｄ、７２ｅ、８４、８５ａ、８５ｂ、４７１ａ、４７１ｂ、４７２ｄ、４７２ｅ 連絡穴
７２ｂ、７２ｃ、８２、８６、３７２ｂ、４７２ｂ、４７２ｃ 連通溝
７３ａ、７３ｂ 供給マニホールド部材
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ 送出マニホールド部材
８７ａ、８７ｂ 貫通穴
２７０ａ 混合空間部
２７４ａ 混合空間部
２７６ 補助プレート
４７１ 第３流通プレート
４７２ 第４流通プレート
10, 110 Reactor 20, 120
Claims (15)
ここで、
第１マニホールドは、第１供給口と、前記第１供給口に連通する第１送出口とを有し、
前記第１板は、第１面と第２面と第３面と第４面とを含み、前記第１面から前記第２面へ貫通する第１穴及び第２穴と、前記第１面に形成され前記第１穴と前記第２穴の間をつなぐ第１溝と、前記第２面に形成され前記第３面から前記第４面へ達する第２溝とを有し、
前記第２板は、第５面と第６面とを含み、前記第５面から前記第６面へ貫通する第３穴及び第４穴を有し、
前記第２マニホールドは、第２供給口と、前記第２供給口に連通する第２送出口とを有し、
（ｂ）前記第１板及び前記第２板のいずれか一方としての第１積層板を、前記第１マニホールド上に接着層を介して配置するステップと、
（ｃ）前記第１積層板とは異なる前記第１板及び前記第２板のいずれか一方としての第２積層板を、前記第１積層板上に接着層を介して配置するステップと、
（ｄ）前記第２マニホールドを、前記第２積層板上に接着層を介して配置し、構造体とするステップと、
（ｅ）前記構造体に所定の熱処理を施して、前記接着層を、シール性を有する接合層にするステップと
を具備し、
前記第１面と前記第５面又は前記第６面とは実質的に同じ方向を向き、前記第１送出口と前記第１穴と前記第３穴とは連通し、前記第２穴と前記第４穴と前記第２供給口とは連通する
熱交換器の製造方法。 (A) providing a first manifold, a second manifold, at least one first plate, and at least one second plate;
here,
The first manifold has a first supply port and a first delivery port communicating with the first supply port,
The first plate includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, a first hole and a second hole penetrating from the first surface to the second surface, and the first surface. A first groove formed between the first hole and the second hole, and a second groove formed on the second surface and reaching the fourth surface from the third surface;
The second plate includes a fifth surface and a sixth surface, and has a third hole and a fourth hole penetrating from the fifth surface to the sixth surface,
The second manifold has a second supply port and a second delivery port communicating with the second supply port,
(B) arranging the first laminated plate as one of the first plate and the second plate on the first manifold via an adhesive layer;
(C) disposing a second laminated plate as one of the first plate and the second plate different from the first laminated plate on the first laminated plate via an adhesive layer;
(D) disposing the second manifold on the second laminated plate via an adhesive layer to form a structure;
(E) performing a predetermined heat treatment on the structure to form the adhesive layer as a bonding layer having a sealing property,
The first surface and the fifth surface or the sixth surface face substantially the same direction, the first delivery port, the first hole and the third hole communicate with each other, the second hole and the The fourth hole and the second supply port are in communication with each other.
ここで、
第１マニホールドは、第１供給口と、前記第１供給口に連通する第１送出口とを有し、
前記第１板は、第１面と第２面とを含み、前記第１面から前記第２面へ貫通する第１穴及び第２穴と、前記第１面に形成され前記第１穴と前記第２穴の間をつなぐ第１溝とを有し、
前記第２板は、第３面と第４面と第５面と第６面とを含み、前記第３面から前記第４面へ貫通する第３穴及び第４穴と、前記第３面に形成され前記第５面から前記第６面へ達する第２溝とを有し、
前記第２マニホールドは、第２供給口と、前記第２供給口に連通する第２送出口とを有し、
（ｂ）前記第１板及び前記第２板のいずれか一方としての第１積層板を、前記第１マニホールド上に接着層を介して配置するステップと、
（ｃ）前記第１積層板とは異なる前記第１板及び前記第２板のいずれか一方としての第２積層板を、前記第１積層板上に接着層を介して配置するステップと、
（ｄ）前記第２マニホールドを、前記第２積層板上に接着層を介して配置し、構造体とするステップと、
（ｅ）前記構造体に所定の熱処理を施して、前記接着層を、シール性を有する接合層にするステップと
を具備し、
前記第１面と前記第３面とは実質的に同じ方向を向き、前記第１送出口と前記第１穴と前記第３穴とは連通し、前記第２穴と前記第４穴と前記第２供給口とは連通する
熱交換器の製造方法。 (A) providing a first manifold, a second manifold, at least one first plate, and at least one second plate;
here,
The first manifold has a first supply port and a first delivery port communicating with the first supply port,
The first plate includes a first surface and a second surface, a first hole and a second hole penetrating from the first surface to the second surface, and the first hole formed in the first surface; A first groove connecting between the second holes,
The second plate includes a third surface, a fourth surface, a fifth surface, and a sixth surface, a third hole and a fourth hole penetrating from the third surface to the fourth surface, and the third surface. And a second groove reaching the sixth surface from the fifth surface,
The second manifold has a second supply port and a second delivery port communicating with the second supply port,
(B) arranging the first laminated plate as one of the first plate and the second plate on the first manifold via an adhesive layer;
(C) disposing a second laminated plate as one of the first plate and the second plate different from the first laminated plate on the first laminated plate via an adhesive layer;
(D) disposing the second manifold on the second laminated plate via an adhesive layer to form a structure;
(E) performing a predetermined heat treatment on the structure to form the adhesive layer as a bonding layer having a sealing property,
The first surface and the third surface face substantially the same direction, the first delivery port, the first hole, and the third hole communicate with each other, the second hole, the fourth hole, and the A method of manufacturing a heat exchanger that communicates with the second supply port.
前記（ｄ）ステップの前に、
（ｆ）他の前記第１積層板を、接着層を介して前記第２積層板上に配置するステップをさらに具備し、
前記（ｄ）ステップは、前記第２積層板の代わりに、前記他の第１積層板上に接着層を介して前記第２マニホールドを配置する
熱交換器の製造方法。 In the manufacturing method of the heat exchanger of Claim 1 or 2,
Before step (d),
(F) further comprising the step of disposing the other first laminate on the second laminate via an adhesive layer;
In the step (d), the second manifold is disposed on the other first laminated plate via an adhesive layer instead of the second laminated plate.
前記（ｃ）ステップの前に、
（ｇ）別の前記第２積層板を、前記第１積層板上に接着層を介して配置するステップと、
（ｈ）別の前記第１積層板を、前記第２積層板上に接着層を介して配置するステップと
を更に具備し、
前記（ｂ）及び前記（ｃ）ステップを、前記第１板及び前記第２板が所定の枚数となるまで繰り返す
熱交換器の製造方法。 In the manufacturing method of the heat exchanger as described in any one of Claims 1 thru | or 3,
Before step (c),
(G) disposing another second laminated plate on the first laminated plate via an adhesive layer;
(H) further comprising disposing another first laminate on the second laminate via an adhesive layer,
The manufacturing method of the heat exchanger which repeats said (b) and said (c) step until said 1st board and said 2nd board become a predetermined number of sheets.
前記（ｅ）ステップは、
（ｅ１）前記接着層を加熱処理して焼結させるステップと、
（ｅ２）焼結された前記接着層にシール材を付与するステップと
を具備する
熱交換器の製造方法。 In the manufacturing method of the heat exchanger as described in any one of Claims 1 thru | or 4,
The step (e) includes:
(E1) heat-treating and sintering the adhesive layer;
(E2) A step of applying a sealing material to the sintered adhesive layer. A method of manufacturing a heat exchanger.
前記第１マニホールド、前記第１板、前記第２板及び前記第２マニホールドは、第１セラミックス材料及び炭素材料のうちの少なくとも一つを材料として含む
熱交換器の製造方法。 In the manufacturing method of the heat exchanger as described in any one of Claims 1 thru | or 5,
The method of manufacturing a heat exchanger, wherein the first manifold, the first plate, the second plate, and the second manifold include at least one of a first ceramic material and a carbon material as a material.
前記接着層は、第２セラミックス材料を含むスラリを塗布して形成される
熱交換器の製造方法。 In the manufacturing method of the heat exchanger of Claim 6,
The said adhesive layer is a manufacturing method of the heat exchanger formed by apply | coating the slurry containing a 2nd ceramic material.
前記第１セラミックス材料及び前記第２セラミックス材料は、炭化ケイ素を含み、
前記シール材は、溶融したシリコンを含む
熱交換器の製造方法。 In the manufacturing method of the heat exchanger of Claim 6 or 7,
The first ceramic material and the second ceramic material include silicon carbide,
The said sealing material is a manufacturing method of the heat exchanger containing molten silicon.
前記第１マニホールド、前記第１板、前記第２板及び前記第２マニホールドは、前記第１マニホールド、前記第１板、前記第２板及び前記第２マニホールドの四隅を貫通する四つの棒を利用して一体化される
熱交換器の製造方法。 In the manufacturing method of the heat exchanger as described in any one of Claims 1 thru | or 8,
The first manifold, the first plate, the second plate, and the second manifold utilize four bars that pass through four corners of the first manifold, the first plate, the second plate, and the second manifold. The manufacturing method of the heat exchanger integrated.
前記熱交換器本体に結合された第１マニホールドと、
前記熱交換器本体に結合された第２マニホールドと
を具備し、
第１マニホールドは、前記第１流体が流入する第１供給口と、前記第１流体が流出する第１送出口とを有し、
前記第２マニホールドは、前記第１流体が流入する第２供給口と、前記第１流体が流出する第２送出口とを有し、
前記熱交換器本体は、複数の第１板と複数の第２板とを備え、前記第１板と前記第２板とは所定の順番で積層され、
前記第１板は、第１面と第２面と第３面と第４面とを含み、前記第１面から前記第２面へ貫通する第１穴及び第２穴と、前記第１面に形成され前記第１穴と前記第２穴の間をつなぐ第１溝と、前記第２面に形成され前記第３面から前記第４面へ達する第２溝とを有し、
前記第２板は、第５面と第６面とを含み、前記第５面から前記第６面へ貫通する第３穴及び第４穴と、を有し、
前記第１面と前記第５面又は前記第６面とは実質的に同じ方向を向き、前記第１供給口と前記第１穴と前記第３穴とは連通し、前記第２穴と前記第４穴と前記第２供給口とは連通する
熱交換器。 A heat exchanger body which is supplied with the first fluid and the second fluid and exchanges heat between the first fluid and the second fluid;
A first manifold coupled to the heat exchanger body;
A second manifold coupled to the heat exchanger body,
The first manifold has a first supply port through which the first fluid flows, and a first delivery port through which the first fluid flows out,
The second manifold has a second supply port through which the first fluid flows and a second delivery port through which the first fluid flows out,
The heat exchanger body includes a plurality of first plates and a plurality of second plates, and the first plate and the second plate are laminated in a predetermined order,
The first plate includes a first surface, a second surface, a third surface, and a fourth surface, a first hole and a second hole penetrating from the first surface to the second surface, and the first surface. A first groove formed between the first hole and the second hole, and a second groove formed on the second surface and reaching the fourth surface from the third surface;
The second plate includes a fifth surface and a sixth surface, and has a third hole and a fourth hole penetrating from the fifth surface to the sixth surface,
The first surface and the fifth surface or the sixth surface face substantially the same direction, the first supply port, the first hole and the third hole communicate with each other, the second hole and the The fourth hole and the second supply port communicate with each other.
前記熱交換器本体に結合された第１マニホールドと、
前記熱交換器本体に結合された第２マニホールドと
を具備し、
第１マニホールドは、前記第１流体が流入する第１供給口と、前記第１流体が流出する第１送出口とを有し、
前記第２マニホールドは、前記第１流体が流入する第２供給口と、前記第１流体が流出する第２送出口とを有し、
前記熱交換器本体は、複数の第１板と複数の第２板とを備え、前記第１板と前記第２板とは所定の順番で積層され、
前記第１板は、第１面と第２面とを含み、前記第１面から前記第２面へ貫通する第１穴及び第２穴と、前記第１面に形成され、前記第１穴と前記第２穴の間をつなぐ第１溝とを有し、
前記第２板は、第３面と第４面と第５面と第６面とを含み、前記第３面から前記第４面へ貫通する第３穴及び第４穴と、前記第３面に形成され、前記第５面から前記第６面へ達する第２溝とを有し、
前記第１面と前記第３面とは実質的に同じ方向を向き、前記第１供給口と前記第１穴と前記第３穴とは連通し、前記第２穴と前記第４穴と前記第２供給口とは連通する
熱交換器。 A heat exchanger body which is supplied with the first fluid and the second fluid and exchanges heat between the first fluid and the second fluid;
A first manifold coupled to the heat exchanger body;
A second manifold coupled to the heat exchanger body,
The first manifold has a first supply port through which the first fluid flows, and a first delivery port through which the first fluid flows out,
The second manifold has a second supply port through which the first fluid flows and a second delivery port through which the first fluid flows out,
The heat exchanger body includes a plurality of first plates and a plurality of second plates, and the first plate and the second plate are laminated in a predetermined order,
The first plate includes a first surface and a second surface, and is formed in the first surface, the first hole and the second hole penetrating from the first surface to the second surface, and the first hole. And a first groove connecting between the second holes,
The second plate includes a third surface, a fourth surface, a fifth surface, and a sixth surface, a third hole and a fourth hole penetrating from the third surface to the fourth surface, and the third surface. And a second groove reaching the sixth surface from the fifth surface,
The first surface and the third surface face substantially the same direction, the first supply port, the first hole, and the third hole communicate with each other, the second hole, the fourth hole, and the A heat exchanger that communicates with the second supply port.
前記第１マニホールド、前記第１板、前記第２板及び前記第２マニホールドは、セラミックス材料、及び炭素材料のうちの少なくとも一つを材料として含む
熱交換器。 The heat exchanger according to claim 11,
The first manifold, the first plate, the second plate, and the second manifold include at least one of a ceramic material and a carbon material as a material.
前記セラミックス材料は、炭化ケイ素を含む
熱交換器。 The heat exchanger according to claim 12,
The ceramic material includes a silicon carbide heat exchanger.
前記熱交換器の第１マニホールドへ硫酸を含む流体としての第１流体を供給する第１供給配管と、
前記熱交換器の第２マニホールドにから前記第１流体を送出する第１送出配管と
前記熱交換器の第２板の第２溝へ熱媒としての第２流体を供給する第２供給配管と、
前記第２溝から前記第２流体を送出する第２送出配管と
を具備する
硫酸分解器。 A heat exchanger according to any one of claims 10 to 13,
A first supply pipe for supplying a first fluid as a fluid containing sulfuric acid to the first manifold of the heat exchanger;
A first delivery pipe for delivering the first fluid from a second manifold of the heat exchanger; a second supply pipe for delivering a second fluid as a heat medium to a second groove of the second plate of the heat exchanger; ,
A sulfuric acid decomposer comprising: a second delivery pipe for delivering the second fluid from the second groove.
硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを比重差により分離する分離器と、
分離されたハロゲン化水素水溶液を濃縮するハロゲン化水素濃縮器と、
濃縮されたハロゲン化水素水溶液をハロゲンと水素とに分解するハロゲン化水素分解器と、
分解された水素を単離し、分解されたハロゲンを前記反応部に供給するハロゲン再利用器と、
分離された硫酸水溶液を濃縮する硫酸濃縮器と、
濃縮された硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに分解する請求項１４に記載の硫酸分解器と、
分解された二酸化硫黄、酸素、水のうち、少なくとも二酸化硫黄を前記反応器に供給する二酸化硫黄再利用器と
を具備する
水素製造装置。 A reactor for reacting a halogen of iodine or bromine with sulfur dioxide and water to produce an aqueous sulfuric acid solution and an aqueous hydrogen halide solution;
A separator for separating a sulfuric acid aqueous solution and a hydrogen halide aqueous solution by a specific gravity difference;
A hydrogen halide concentrator for concentrating the separated aqueous hydrogen halide solution,
A hydrogen halide decomposer that decomposes the concentrated aqueous hydrogen halide solution into halogen and hydrogen;
A halogen recycler for isolating the decomposed hydrogen and supplying the decomposed halogen to the reaction section;
A sulfuric acid concentrator for concentrating the separated sulfuric acid aqueous solution;
The sulfuric acid decomposer according to claim 14, wherein the concentrated sulfuric acid is decomposed into sulfur dioxide, oxygen, and water.
A hydrogen production apparatus comprising: a sulfur dioxide recycler that supplies at least sulfur dioxide out of decomposed sulfur dioxide, oxygen, and water to the reactor.
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