JP2008247683A

JP2008247683A - 反応装置

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Publication number: JP2008247683A
Application number: JP2007092403A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Saito; 智行齊藤; Atsushi Hitomi; 篤志人見; Takeshi Urano; 武浦野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP5018179B2

Abstract

【課題】高温での耐久性を向上することができる反応装置を提供すること。
【解決手段】酸素ガスを含有する酸素含有ガスを流通させる酸素ガス管１０と、燃料ガスを流通させる燃料ガス管２０とを備え、酸素ガスと燃料ガスとを反応させる反応装置１００であって、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０が互いに交差し、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０がそれぞれ、中間部１１０Ａとその中間部１１０Ａの両側から突出する突出部１１０Ｂとで構成され、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０の中間部１１０Ａ、中間部１２０Ａ同士が接触し、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０が単一の酸素ガス選択透過性材料で構成されている反応装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素ガスと燃料ガスとを反応させる反応装置に関する。

地球温暖化や資源枯渇の問題が現実味を帯びる中、エネルギーの効率的利用の観点から資源として豊富に埋蔵されている天然ガス等炭化水素燃料を合成ガスに転換し、多様化を図ることが重要な課題となっている。このような合成ガスの製造法として、スチームリフォーミングによる合成ガスの製造法が一般的に利用されているが、この製造法で用いる反応は大きな吸熱反応であるためエネルギーの投入量が大きくなりすぎるなどの問題点がある。そこで、発熱反応で合成ガスを得ることができるＣＨ_４の部分酸化反応（ＣＨ_４＋１／２Ｏ_２→ＣＯ＋２Ｈ_２）が注目されている。

この反応プロセスを行う反応装置として、例えば燃料ガスを流通させる管状の酸素分離エレメントを、酸素ガスを供給するケーシングに貫通させた酸化反応モジュールが提案されている（下記特許文献１参照）。この酸化反応モジュールでは、酸素分離エレメントが膜状セラミックと、膜状セラミックを支持する多孔質支持体とで構成されている。
特開２００５−２７０８９５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の酸化反応モジュールでは、例えば膜状セラミックが酸素ガス透過性材料で構成され、多孔質支持体が酸素ガス透過性材料で構成され、ケーシングがムライトで構成されている。このため、酸化反応モジュールが例えば８００〜１０００℃という高温環境下で使用されると、異材質間の線膨張係数差による応力がかかって割れや欠けが生じることがあり、高温での耐久性の点で改良の余地があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高温での耐久性を向上することができる反応装置を提供することを目的とする。

本発明は、酸素ガスを含有する酸素含有ガスを流通させる少なくとも１本の酸素ガス管と、燃料ガスを流通させる少なくとも１本の燃料ガス管とを備えており、前記酸素ガスと前記燃料ガスとを反応させる反応装置であって、前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が互いに交差しており、前記酸素ガス管及び燃料ガス管がそれぞれ、中間部とこの中間部から両側に突出する突出部とで構成され、前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管の前記中間部同士が接触し、前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が単一の酸素ガス選択透過性材料で構成されている反応装置である。

この反応装置によれば、８００℃〜１０００℃の高温において酸素ガス管に酸素ガス含有ガスが流通され、燃料ガス管に燃料ガスが流通されると、酸素含有ガス中の酸素ガスが、酸素ガス管の中間部及び燃料ガス管の中間部を選択的に透過し、燃料ガス管を流れる燃料ガスと混合されて反応する。このとき、反応による熱で反応装置内に温度分布を生じても、酸素ガス管及び燃料ガス管が単一の酸素ガス選択透過性材料で構成されているため、線膨張係数差による応力の発生が十分に抑制され、割れやクラックの発生が十分に防止される。また、燃料ガス管と酸素ガス管とが交差している交差部分からは、酸素ガス管の突出部、及び燃料ガス管の突出部が突出している。このため、この突出部へのガス管又はガスマニホールドの接続が容易となる。

上記反応装置が前記酸素ガス管を複数本有し、前記酸素ガス管の前記中間部から両側に突出する突出部のうち、少なくとも一方の側に突出する突出部において、隣り合う突出部同士が接触していることが好ましい。

この場合、複数本の酸素ガス管に接続するガスマニホールドの構造を簡素化できるとともに、複数の突出部へのガスマニホールドの接続作業も容易となる。

上記反応装置が前記燃料ガス管を複数本有し、前記燃料ガス管の前記中間部に対して少なくとも一方の側に突出している複数の突出部のうち隣り合う突出部同士が接触していることが好ましい。

この場合、複数本の燃料ガス管に接続するガスマニホールドの構造を簡素化できるとともに、複数の突出部へのガスマニホールドの接続作業も容易となる。

上記反応装置において、前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が相互に食い込んでいることが好ましい。

この場合、酸素ガス管及び燃料ガス管が相互に食い込んでいない場合に比べて、反応装置を低背化することができる。また、酸素ガス管及び燃料ガス管が相互に食い込むことで、燃料ガスと酸素ガス管との接触面積を増加させることが可能となる。さらに、酸素ガス管が燃料ガス管に対して強固に固定されるため、酸素ガス管に衝撃が加わっても、燃料ガス管から脱落しにくく、耐衝撃性に優れる。

上記反応装置において、前記燃料ガス管の前記中間部に切欠きが形成され、その切欠きに前記酸素ガス管の前記中間部が嵌め込まれることによって前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が相互に食い込んでいることが好ましい。

この場合、燃料ガス管の中間部に切欠きが形成されず、中間部に設けた凹部に酸素ガス管が嵌め込まれる場合に比べて、酸素ガス管のガス流路と燃料ガス管のガス流路との間の酸素ガス選択透過性材料の厚さを小さくすることが可能となり、酸素ガス管から燃料ガス管への酸素透過率を向上することができる。

上記反応装置において、前記酸素ガス管の前記中間部が、前記燃料ガス管のガス流路を狭めるように嵌め込まれていることが好ましい。

この場合、燃料ガス管を流れる燃料ガスと、酸素ガス管との接触面積が増加するため、酸素ガスと燃料ガスとの反応効率を向上させることができる。

本発明によれば、高温での耐久性を向上することができる反応装置が提供される。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係る反応装置の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１の反応装置を示す分解斜視図、図３は、図１の反応装置にガスマニホールド及び配管を装着した状態を示す平面図、図４は、図１の反応装置を示す正面図、図５は、図１の反応装置を示す断面図である。

本実施形態の反応装置１００は、酸素ガスと燃料ガス（ＣＨ_４ガス）とを反応させるものであり、図１及び図２に示すように、酸素ガスを含有する空気などの酸素含有ガスを流通させる４本の扁平状の酸素ガス管１０と、燃料ガスを流通させる３本の扁平状の燃料ガス管２０とを備えている。なお、４本の酸素ガス管１０をそれぞれ、必要に応じて、酸素ガス管１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ，１０Ｄと呼ぶこととする。また３本の燃料ガス管２０をそれぞれ必要に応じて、燃料ガス管２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと呼ぶこととする。

図３に示すように、４本の酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄの一方の端部にはガスマニホールド１１及び配管１２を介して酸素供給源（図示せず）が接続される。ガスマニホールド１１は、配管１２から供給される空気を、各酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄに分配させるものである。４本の酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄのもう一方の端部にはガスマニホールド１３を介して配管１４が接続されている。ガスマニホールド１３は、４本の酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄから供給される空気を集めて配管１４に合流させるものである。

３本の燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃの一方の端部にはガスマニホールド１５及び配管１６を介して燃料ガス供給源（図示せず）が接続されている。ガスマニホールド１５は、配管１６から供給されるＣＨ_４ガスを、各燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃに分配させるものである。３本の燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃのもう一方の端部にはガスマニホールド１７を介して配管１８が接続されている。ガスマニホールド１７は、３本の燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃ内で酸素ガスと燃料ガスとの反応によって生成されるＨ_２ガス及びＣＯガスを集めて配管１８に合流させるものである。

図１、図２及び図４に示すように、４本の酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄは、互いに離間しながら一定方向に沿って積み重ねられている。３本の燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃは、互いに離間しながら、酸素ガス管１０と同一方向に積み重ねられている。

図３に示すように、各酸素ガス管１０は、中間部１１０Ａと、その中間部１１０Ａを挟むように設けられる一対の突出部１１０Ｂとで構成されている。各燃料ガス管２０も、中間部１２０Ａと、その中間部１２０Ａを挟むように設けられる突出部１２０Ｂとで構成されている。

そして、図１及び図４に示すように、酸素ガス管１０の中間部１１０Ａと燃料ガス管２０の中間部１２０Ａとは互いに接触しており、酸素ガス管１０と燃料ガス管２０とが交互に積層されている。別言すると、各燃料ガス管２０は、酸素ガス管１０によって挟まれている。

そして、隣り合う酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０は互いに直交するように交差している。言い換えると、隣り合う酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０は、酸素ガス管１０の中間部１１０Ａから突出部１１０Ｂが突出する方向と、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａから突出部１２０Ｂが突出する方向とが互いに直交するように交差している。なお、本実施形態では、酸素ガス管１０と燃料ガス管２０とは互いに直交するように交差しているが、斜めに交差していてもよい。

ここで、４本の酸素ガス管１０及び３本の燃料ガス管２０は単一の酸素ガス選択透過性材料で構成されている。４本の酸素ガス管１０及び３本の燃料ガス管２０は酸素ガスを選択的に透過する材料で構成されていればよく、かかる材料としては、例えばＣｅ_0.85Ｓｍ_０．１５Ｏ_２−δ（ＳＤＣ）とＭｎＦｅ_２Ｏ_４（ＭＦＯ）から成る酸素イオン・電子混合伝導材料が挙げられる。

この反応装置１００によれば、図１及び図５に示すように、８００〜１０００℃の高温において酸素ガス管１０に空気が流通され、燃料ガス管２０にＣＨ_４ガスが流通される。この状態において、酸素ガス管１０において空気中の酸素が酸素イオン化する。この酸素イオンは、酸素分圧の高い酸素ガス管１０内から、酸素分圧の低い燃料ガス管２０へと移送される。燃料ガス管２０へと移送された酸素イオンは、燃料ガス管２０内にて酸素イオン同士の結合を生じて酸素分子となるか、燃料ガスと反応して電子を放出する。このようにして、酸素ガス管１０内から移送された酸素が、燃料ガス側で燃料ガスとの部分酸化反応に供される。

このとき、ＣＨ_４ガスと酸素ガスとが部分酸化反応を起こすと、この反応は発熱反応であるため、反応に応じて熱を発生する。こうしてこの反応による熱で反応装置１００内に温度分布を生じても、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０が単一の酸素ガス選択透過性材料で構成されているため、線膨張係数差による応力の発生が十分に抑制され、割れやクラックの発生が十分に防止される。

また、酸素ガス管１０の中間部１１０Ａ，燃料ガス管２０の中間部１２０Ａからはそれぞれ、突出部１１０Ｂ及び突出部１２０Ｂが突出している。このため、この突出部１１０Ｂ，１２０Ｂへのガスマニホールド１１，１３，１５，１７の接続が容易となる。

本実施形態の反応装置１００についてより具体的に説明する。図２に示すように、４本の酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄのうち最上部の酸素ガス管１０Ｄを除く３本の酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｃの中間部１１０Ａには切欠き１１が形成され、その切欠き１１には、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａが嵌め込まれている。即ち、酸素ガス管１０の中間部１１０Ａが燃料ガス管２０の中間部１２０Ａに食い込まれている（図４参照）。

ここで、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａは、酸素ガス管１０のガス流路１２が、その断面形状及び面積がその延在方向に沿って一定の矩形状となるように酸素ガス管１０の中間部１１０Ａに食い込まれている（図５参照）。

３本の燃料ガス管２０の中間部１２０Ａにはそれぞれ、図２に示すように、酸素ガス管１０と反対側に切欠き２１が形成され、その切欠き２１には酸素ガス管１０が嵌め込まれている。即ち、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａが酸素ガス管１０の中間部１１０Ａに食い込まれている（図４参照）。

ここで、酸素ガス管１０の中間部１１０Ａは、燃料ガス管２０のガス流路２２が、その断面形状及び面積がその延在方向に沿って一定の矩形状となるように燃料ガス管２０の中間部１２０Ａに食い込まれている（図５参照）。

このように、燃料ガス管２０と酸素ガス管１０とは相互に食い込み合っている。このため、酸素ガス管１０と燃料ガス管２０とが相互に食い込んでいない場合に比べて、反応装置１００を低背化することができる。さらに、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０同士の強固な固定が可能となるため、例えば酸素ガス管１０に衝撃が加わっても、燃料ガス管２０から脱落しにくく、耐衝撃性に優れる。

特に、反応装置１００では、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａに切欠き２１が形成され、その切欠き２１に酸素ガス管１０が嵌め込まれることによって燃料ガス管２０に酸素ガス管１０が食い込んでいる。このため、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａに切欠き２１が形成されず、中間部１２０Ａに設けた凹部に酸素ガス管１０が嵌め込まれる場合に比べて、酸素ガス管１０のガス流路１２と燃料ガス管２０のガス流路２２との間の酸素ガス選択透過性材料の厚さを小さくすることが可能となり、酸素ガス管１０から燃料ガス管２０への酸素透過率を向上することができる。

次に、上述した反応装置１００の製造方法について図６〜図９を参照しながら説明する。

まず、酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄ及び燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃを作製するための３種類のガス管製造用シートを準備する。図６〜図８は、３種類のガス管製造用シートをそれぞれ示す斜視図である。図６に示すガス管製造用シート３０は、シート状の支持体３３上に形成されており、支持体３３の中央部上に設けられる帯状で且つ未焼成の混合伝導部３１と、支持体３３の縁部であって混合伝導部３１の両側にそれぞれ設けられる消失可能部３２とで構成されている。混合伝導部３１は、酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄ及び燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃの一部を構成することとなるものであり、焼成されると酸素イオンを伝導する性質および電子を伝導する性質を有すると共に気密性が生じる材料で構成される。混合伝導部３１は、例えばＣｅ_0.85Ｓｍ_０．１５Ｏ_２−δ（ＳＤＣ）とＭｎＦｅ_２Ｏ_４（ＭＦＯ）のの複合材料及びアクリル系バインダーの混合物で構成することができる。ここで、ＭＦＯのＳＤＣに対する体積比率は１５vol％程度とすることが好ましい。混合伝導部３１は、例えば、上記材料を含むペーストを支持体３１の中央部上に印刷し、乾燥することによって得ることができる。

消失可能部３２は、熱処理または化学的処理による完全燃焼や熱分解あるいは揮散（昇華）などによって消失させることが可能な材質からなり、例えばポリエチレンやカーボンブラックのような材料で構成される。消失可能部３２も、上記材料を含むペーストを支持体３３のうち混合伝導部３１の両側にそれぞれ印刷し、乾燥することによって得ることができる。支持体３３は、例えばＰＥＴから構成されている。

図７に示すガス管製造用シート４０は、シート状の支持体４３上に形成されており、支持体４３上に設けられ互いに離間して配置される一対の線状の混合伝導部４１と、支持体４３上にあって混合伝導部４１の内側及び外側にそれぞれ配置される消失可能部４２とで構成されている。混合伝導部４１も、酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄ及び燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃの一部を構成することとなるものであり、一対の混合伝導部４１の間隔は、帯状の混合伝導部３１の幅と略同一となっている。ここで、混合伝導部４１は混合伝導部３１と同一材料で構成され、消失可能部４２は、消失可能部３２と同様の材料で構成されている。混合伝導部４１及び消失可能部４２は、上記ガス管製造用シート３０と同様に印刷法によって形成することができる。

図８に示すガス管製造用シート５０は、支持体５３上に形成されており、支持体５３上に設けられる十字状の混合伝導部５１と、支持体５３の四隅であって混合伝導部５１が設けられていない部分に設けられる消失可能部５２とで構成されている。混合伝導部５１は、酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄ及び燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃの一部を構成することとなるものであり、混合伝導部５１の中央にある交差部から突出する部分は、混合伝導部３１の幅と略同一となっている。ここで、混合伝導部５１は混合伝導部３１、４１と同一材料で構成され、消失可能部５２は、消失可能部３２、４２と同様の材料で構成されている。混合伝導部５１及び消失可能部５２は、上記ガス管製造用シート３０と同様に印刷法によって形成することができる。

次に、上記３種類のガス管製造用シート３０〜５０を用いた反応装置１００の製造方法ついて説明する。

まず３種類のガス管製造用シート３０，４０，５０を用意する。これらはそれぞれ、反応装置１００の製造時においては、支持体３３，４３，５３から剥離して使用する。

次に、ガス管製造用シート３０を台（図示せず）の上に載置し、その上に、ガス管製造用シート４０及びガス管製造用シート５０を交互に積層する。このとき、ガス管製造用シート４０は６枚、ガス管製造用シート５０は６枚積層する。また、ガス管製造用シート４０は、積層するたびに、９０度ずつ回転させるようにする。そして、最上部のガス管製造用シート５０の上にガス管製造用シート４０及びガス管製造用シート３０を積層する。

次に、こうして得られた積層成形体に対し、焼成前に３００〜９００℃程度の温度で脱バインダ工程を施す。このとき、脱バインダ工程での数１００℃での加熱によって、消失可能部３２，４２，５２を消失させる。その消失可能部３２，４２，５２が消失したことによって生じた空間が酸素ガス管１０Ａ〜１０Ｄ及び燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃのガス流路１２，２２となる。

こうして脱バインダ工程を施した後は、混合伝導部３１，４１，５１の焼成工程を施す。焼成工程では１０００〜１６００℃の高温で焼き上げることになるので、遅くとも焼成工程では消失可能部３２，４２，５２を完全に消失させることができる。またこの焼成により、混合伝導部３１，４１，５１は、酸素イオンを伝導する性質および電子を伝導する性質を有すると共に気密性が生じることとなる。

以上のようにして反応装置１００が得られる。例えば最下部のガス管製造用シート３０、その上のガス管製造用シート４０、更にその上のガス管製造用シート５０によって、反応装置１００の酸素ガス管１０Ａが形成されることになる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る反応装置の第２実施形態について図１０〜図１２を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１０は、本発明に係る反応装置の第２実施形態を示す斜視図、図１１は、図１０の反応装置を示す正面図、図１２は、図１０の反応装置を示す断面図である。

図１０に示すように、本実施形態の反応装置２００は、まず酸素ガス管１０の中間部１１０Ａから両側に突出する突出部１１０Ｂにおいて、隣り合う突出部１１０Ｂ同士が接触している点で第１実施形態の反応装置１００と相違する。また、反応装置２００は、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａから両側に突出する突出部１２０Ｂにおいて、互いに隣り合う突出部１２０Ｂ同士が接触している点でも第１実施形態の反応装置１００と相違する。

このため、４本の酸素ガス管１０及び３本の燃料ガス管２０に接続するガスマニホールド（図示せず）の構造を簡素化できるとともに、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０へのガスマニホールド（図示せず）の接続作業も容易となる。

また、図１１及び図１２に示すように、反応装置２００は、３本の燃料ガス管２０Ａ〜２０Ｃの中間部１２０Ａにはそれぞれ、酸素ガス管１０Ｂ〜１０Ｄの中間部１１０Ａが食い込んでおり、燃料ガス管２０のガス流路２２を狭めている点で反応装置１００と相違する。ここで、酸素ガス管１０Ｂ〜１０Ｄの中間部１１０Ａはより具体的には、燃料ガス管２０Ａ〜Ｃに埋設されている。より具体的に述べると、酸素ガス管１０の中間部１１０Ａは、各燃料ガス管２０を貫通している。

このように、燃料ガス管２０の中間部１２０Ａには、酸素ガス管１０の中間部１１０Ａが食い込んでおり、燃料ガス管２０のガス流路２２を狭めると、燃料ガス管２０を流れる燃料ガスと、酸素ガス管１０との接触面積が増加するため、燃料ガスと酸素ガスとの反応効率を向上させることができる。

また本実施形態の反応装置２００は、１つの平板状部材を、隣り合う酸素ガス管１０の共通の管壁としており、酸素ガス選択透過材料の厚さを小さくすることが可能であるため、酸素ガス管１０から燃料ガス管２０へ酸素ガスを容易に送り込むことが可能となる。

次に、上述した反応装置２００の製造方法について図６〜図８、図１３〜図１５を参照しながら説明する。

まず、反応装置２００を作製する場合、図６〜図８に示すガス管製造用シート３０，４０，５０のほか、図１３に示すガス管製造用シート２４０、２３０を用意する。

図１３に示すガス管製造用シート２４０は、一対の混合伝導部４１のそれぞれの外側に、消失可能部４２を横切り互いに離間して配置される一対の混合伝導部２４１をさらに有する点でガス管製造用シート４０と相違する。ここで、混合伝導部２４１は、混合伝導部４１と接触しており、一対の混合伝導部２４１の間隔は、一対の混合伝導部４１の間隔と略同一となっている。

図１４に示すガス管製造用シート２３０は、混合伝導部３１の両側にそれぞれ、消失可能部３２を横切り互いに離間して配置される一対の混合伝導部２３１をさらに有する点でガス管製造用シート３０と相違する。ここで、混合伝導部２３１は、混合伝導部３１と接触しており、一対の混合伝導部２３１の間隔は、混合伝導部３１の幅と略同一となっている。なお、図１３〜図１５において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素には同一符号を付してある。

次に、上記図１３及び図１４に示すガス管製造用シート２４０，２３０及び図６〜図８に示すガス管製造用シート３０〜５０を用いた反応装置２００の製造方法ついて説明する。

まずガス管製造用シート３０，４０，５０については、第１実施形態と同様、支持体３３，４３，５３から剥離して使用する。同様に、ガス管製造用シート２３０，２４０についても、支持体３０，４０から剥離して使用する。

次に、図１５に示すように、ガス管製造用シート３０を台（図示せず）の上に載置し、その上に、ガス管製造用シート４０を積層する。

次に、ガス管製造用シート２３０，２４０を交互に積層する。このとき、ガス管製造用シート２３０は６枚、ガス管製造用シート５０は６枚積層する。また、また、ガス管製造用シート２４０及びガス管製造用シート２３０はそれぞれ、積層するたびに、９０度ずつ回転させるようにする。

そして、最上部のガス管製造用シート２３０の上にガス管製造用シート５０を積層する。

こうして脱バインダ工程を施した後は、混合伝導部３１，４１，５１の焼成工程を施す。焼成工程では１０００〜１６００℃の高温で焼き上げることになるので、遅くとも焼成工程では消失可能部３２，４２，５２を完全に消失させることができる。またこの焼成により、混合伝導部３１，４１，５１，２３１，２４１は、酸素イオンを伝導する性質および電子を伝導する性質を有すると共に気密性が生じることとなる。

以上のようにして反応装置２００が得られる。例えば最下部のガス管製造用シート３０、その上のガス管製造用シート４０、ガス管製造用シート２３０、ガス管製造用シート２４０、ガス管製造用シート２３０によって酸素ガス管１０Ａが形成され、最下部から３番目のガス管製造用シート２３０、その上のガス管製造用シート２４０、ガス管製造用シート２３０、ガス管製造用シート２４０、ガス管製造用シート２３０によって燃料ガス管２０Ａが形成されることになる。

本発明は、上記第１及び第２実施形態に限定されるものではない。例えば上記第１及び第２実施形態では、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０が相互に食い込んでいるが、必ずしも互いに食い込んでいる必要はない。例えば上記第１実施形態において、酸素ガス管１０に切欠き１１を設けず、燃料ガス管２０に切欠き２１を設けないで、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０を互いに接触して交差するように積み重ねる構成であってもよい。

また、上記第１実施形態では酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０が扁平状となっているが、これらは円管状等であってもよい。

さらに、上記第１及び第２実施形態では、反応装置１００，２００が酸素ガス管１０、燃料ガス管２０を複数本有しているが、酸素ガス管１０及び燃料ガス管２０は１本ずつであってもよい。
また、上記第１及び第２実施形態では、脱バインダ工程時に、混合伝導部３１，４１，５１，２３１，２４１中のアクリル系バインダを除去するとともに、消失可能部３２，４２，５２も同時に除去しているが、焼成時における混合伝導部３１，４１，５１，２３１，２４１のつぶれをより確実に防止する観点からは、脱バインダ工程時には、酸素透過層中のアクリル系バインダのみを除去し、消失可能部３２，４２，５２については焼成工程後も残すようにし、焼成工程後に消失可能部３２，４２，５２を除去するための熱処理を行うことが好ましい。この場合、混合伝導部３１，４１，５１，２３１，２４１中のアクリル系バインダと、消失可能部３２，４２，５２に用いる材料とは、互いに分解温度が異なるものを選択する必要がある。

本発明に係る反応装置の第１実施形態を示す斜視図である。図１の反応装置を示す分解斜視図である。図１の反応装置にガスマニホールド及び配管を装着した状態を示す平面図である。図１の反応装置を示す正面図である。図１の反応装置を示す断面図である。図１の反応装置を構成するガス管製造用シートの第１例を示す斜視図である。図１の反応装置を構成するガス管製造用シートの第２例を示す斜視図である。図１の反応装置を構成するガス管製造用シートの第３例を示す斜視図である。図１の反応装置の製造工程で製造される積層成形体を示す分解斜視図である。本発明に係る反応装置の第２実施形態を示す斜視図である。図１０の反応装置を示す正面図である。図１０の反応装置を示す断面図である。図１０の反応装置を構成するガス管製造用シートの一例を示す斜視図である。図１０の反応装置を構成するガス管製造用シートの他の例を示す斜視図である。図１０の反応装置の製造工程で製造される積層成形体を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…酸素ガス管、１１…切欠き、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…燃料ガス管、２２…ガス流路、１００，２００…反応装置、１１０Ａ，１２０Ａ…中間部、１１０Ｂ、１２０Ｂ…突出部。

Claims

酸素ガスを含有する酸素含有ガスを流通させる少なくとも１本の酸素ガス管と、燃料ガスを流通させる少なくとも１本の燃料ガス管とを備えており、前記酸素ガスと前記燃料ガスとを反応させる反応装置であって、
前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が互いに交差しており、
前記酸素ガス管及び燃料ガス管がそれぞれ、中間部とこの中間部から両側に突出する突出部とで構成され、
前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管の前記中間部同士が接触し、
前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が単一の酸素ガス選択透過性材料で構成されている、反応装置。
前記酸素ガス管を複数本有し、前記酸素ガス管の前記中間部から両側に突出する突出部のうち、少なくとも一方の側に突出する突出部において、隣り合う突出部同士が接触している、請求項１に記載の反応装置。
前記燃料ガス管を複数本有し、前記燃料ガス管の前記中間部から両側に突出する突出部のうち、少なくとも一方の側に突出する突出部において、隣り合う突出部同士が接触している、請求項１又は２に記載の反応装置。
前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が相互に食い込んでいる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反応装置。
前記燃料ガス管の前記中間部に切欠きが形成され、その切欠きに前記酸素ガス管の前記中間部が嵌め込まれることによって前記酸素ガス管及び前記燃料ガス管が相互に食い込んでいる、請求項４に記載の反応装置。
前記酸素ガス管の前記中間部が、前記燃料ガス管のガス流路を狭めるように前記切欠きに嵌め込まれている、請求項５に記載の反応装置。