JP2018171590A - 熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換に用いられる各流体の流路のシール性が緩んだ場合でも、各流体の混合を抑止するのに有利な熱処理装置を提供する。
【解決手段】第１流体Ｍと第２流体ＨＣとの熱交換を利用する熱処理装置１は、第１流体Ｍ，Ｐを流通させる第１流路１７を有する第１伝熱体７と、第２流体ＨＣを流通させる第２流路３１を有し、かつ、第１伝熱体７に積層される第２伝熱体９と、第１伝熱体７と第２伝熱体９との接合面の端部を含む面に接して第２流路３１に連通する空間Ｓ２，Ｓ３を有する筐体５３，５７とを備える。第１伝熱体７は、さらに、第１流路１７と筐体５３，５７の空間Ｓ２，Ｓ３とを隔離する壁部１９，１３に形成される第３流路１８，２４を有する。第１流路１７は、接合面に接する溝であり、第３流路１８，２４は、接合面に接する溝であり、かつ、接合面において第１流路１７と筐体５３，５７の空間Ｓ２，Ｓ３とを結ぶ仮想直線Ｌ１，Ｌ２上を横断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換型の熱処理装置に関する。
熱交換型の熱処理装置として、反応体としての反応原料を含んだ気体又は液体の反応流体を、熱媒体を用いて加熱又は冷却することで、反応体の反応を進行させる反応装置がある。このような反応装置は、反応流体を流通させる反応流路と、熱媒体を流通させる熱媒体流路とを有し、相互の熱交換は、各流路において反応流体及び熱媒体がそれぞれ導入されてから排出されるまでの間に行われる。
ここで、一般的な反応装置では、反応流体又は熱媒体として可燃性ガスが用いられることが多く、その取り扱いには十分な注意を要する。特許文献１は、可燃性ガスを流通させる流路を有する反応器を開示している。この反応器は、１つの流路内に、燃焼反応に触媒作用を有しない部材を有し、この部材の形状を最適化することで、流路内での炎伝播を防止している。
特表２００９−５３６１４３号公報
例えば、反応流体として高圧の可燃性ガスが用いられ、熱媒体として低圧の加熱空気が用いられる場合、万が一、反応流体と熱媒体とが混合されると、発火するおそれがある。そこで、このような流体を用いる反応装置では、反応流体と熱媒体とが混合されないように、各流路ではシール性が維持されている。しかし、なんらかの原因で流路のシール性が緩んだ場合、一方の流体が流通する流路に他方の流体が混入することも考えられる。これに対して、特許文献１に示す反応器では、このような流路のシール性が緩んだ場合の対策は講じておらず、新たな対策が望まれる。
そこで、本発明は、熱交換に用いられる各流体の流路のシール性が緩んだ場合でも、各流体の混合を抑止するのに有利な熱処理装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様としての熱処理装置は、第１流体と第２流体との熱交換を利用する熱処理装置であって、第１流体を流通させる第１流路を有する第１伝熱体と、第２流体を流通させる第２流路を有し、かつ、第１伝熱体に積層される第２伝熱体と、第１伝熱体と第２伝熱体との接合面の端部を含む面に接して第２流路に連通する空間を有する筐体と、を備え、第１伝熱体は、さらに、第１流路と筐体の空間とを隔離する壁部に形成される第３流路を有し、第１流路は、接合面に接する溝であり、第３流路は、接合面に接する溝であり、かつ、接合面において第１流路と筐体の空間とを結ぶ仮想直線上を横断する。
また、上記熱処理装置において、第３流路の一端及び他端は、接合面に位置する第１伝熱体の表面とは異なる側面から開放されていてもよい。上記熱処理装置は、第３流路の一端に連設され、第３流路にパージガスを供給するガス供給部を備えていてもよいし、第３流路の他端に連設され、パージガスに含まれる第１流体又は第２流体を検出可能なガス検出センサーを備えていてもよい。
本発明によれば、熱交換に用いられる各流体の流路のシール性が緩んだ場合でも、各流体の混合を抑止するのに有利な熱処理装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る反応装置の構成を示す側面図である。 第１伝熱体を含む部位の構成及び形状を示す平面図である。 第２伝熱体を含む部位の構成及び形状を示す平面図である。 第３流路の作用を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここで、実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は、例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。また、明細書及び図面において、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本発明に直接関係のない要素は、図示を省略する。さらに、以下の各図では、鉛直方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内において、後述する第１及び第２流路の反応領域における延設方向にＹ軸を取り、かつ、Ｙ軸に垂直な方向にＸ軸を取る。
本発明の熱処理装置は、第１流体と第２流体との熱交換を利用する。以下、本実施形態に係る熱処置装置は、熱交換型の反応装置であるものとする。この場合、反応流体及び反応により生成された生成物が第１流体に相当し、熱媒体が第２流体に相当する。ただし、本発明は、熱交換器などの熱処理装置にも適用可能である。
図１は、本実施形態に係る反応装置１の構成を示す側面図である。反応装置１は、反応処理を行う本体部としての熱交換部３を備え、反応体としての反応原料を含んだ気体又は液体の反応流体を加熱又は冷却することで、反応体の反応を進行させる。
熱交換部３は、反応流体及び生成物が流通する反応流路を有する第１伝熱体７と、熱媒体が流通する熱媒体流路を有する第２伝熱体９と、蓋体３９とを含む。本実施形態では、第１伝熱体７及び第２伝熱体９は、それぞれ複数ある。また、熱交換部３は、反応流体又は生成物と熱媒体とが互いに反対方向に流れる対向流型の構造を有する。第１伝熱体７、第２伝熱体９及び蓋体３９は、それぞれ、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成された平板状部材である。
図２は、図１におけるＡ−Ａ部に対応した、第１伝熱体７を含む部位の構成及び形状を示す平面図である。第１伝熱体７は、反応領域を含む反応流路としての複数の第１流路１７を有する。第１流路１７は、その中間部分を反応領域とし、後述の第２伝熱体９内の第２流路を流通する熱媒体から供給された熱又は冷熱を受容して反応流体Ｍを反応させ、生成物Ｐを生成する。第１流路１７は、それぞれ、Ｚ方向の上方を開として、第１伝熱体７の一方の第１側面で開放され、反応流体Ｍが導入される第１導入口２０から、Ｙ方向に沿って他方の第２側面の直前まで直線状に伸び、流路断面を矩形とした溝である。これらの第１流路１７は、Ｘ方向に等間隔に配設されている。さらに、不図示であるが、第１流路１７には、反応体の反応を促進させるための触媒体を設置してもよい。
第１伝熱体７は、第１基部１１と、２つの第１側壁１３と、複数の第１中間壁１５と、第１隔壁１９とを含む。第１基部１１は、第１伝熱体７のＸＹ平面全体を網羅する矩形板状である。第１側壁１３は、第１基部１１のＺ方向に垂直な主表面の片面上で、第１流路１７の延設方向の左右端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第１中間壁１５は、第１基部１１の主表面の片面上で、２つの第１側壁１３に挟まれ、それぞれ、第１側壁１３と並列に、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第１隔壁１９は、第１基部１１の主表面の片面上の第２側面側で、第１流路１７の延設方向に対して垂直方向となるＸ方向に沿って設けられる。第１流路１７が第２側面まで延伸すると、熱媒体が導入されている後述の第２空間Ｓ２に突き当たってしまう。そこで、第１隔壁１９は、複数の第１流路１７を流通してきた生成物Ｐの進行方向を変化させる。第１側壁１３、第１中間壁１５及び第１隔壁１９の各壁部のＺ方向の高さは、同一である。
また、第１伝熱体７は、第１隔壁１９の内側面に沿って延設された第１連絡流路２３を有する。第１連絡流路２３は、すべての第１流路１７に連通するとともに、一方の端部が第１側壁１３の一方に設けられた、生成物Ｐを第１伝熱体７の外部に排出するための第１排出口２１に連通する。なお、ここでは、流路の形状を明示するために、第１流路１７とは別に第１連絡流路２３を登場させて説明しているが、反応流体Ｍ及び生成物Ｐを流通させるという流路の機能としては、第１連絡流路２３も第１流路１７の一種である。また、図２では、第１流路１７を流通し、第１排出口２１に導かれる流体のすべてが生成物Ｐであるものして描写されているが、実際には、反応に用いられなかった反応流体Ｍも含まれる場合もある。
さらに、第１伝熱体７は、第１隔壁１９に、反応流体Ｍ又は生成物Ｐが流通する第１流路１７及び第１連絡流路２３とは独立した第３流路１８を有する。第３流路１８は、第１隔壁１９に形成され、第１流路１７及び第１連絡流路２３と、後述する熱媒体導入部５３内の第２空間Ｓ２に面する第２側面とを隔離する。第３流路１８は、Ｚ方向の上方を開として、Ｘ方向に沿って、すなわち第１連絡流路２３の延設方向及び第２側面に沿って直線状に伸びる、流路断面を矩形とした溝である。
第１流路１７、第１連絡流路２３及び第３流路１８は、それぞれ、第１伝熱体７の一方の主表面上に形成されている。ここで、主表面とは、第２伝熱体９、又は場合によっては蓋体３９のいずれかと積層される接合面である。第３流路１８の一端と他端は、第１伝熱体７のいずれかの側面から開放されている。例えば、第１伝熱体７の主平面に連接する四側面のうち、上記の第１側面及び第２側面と垂直となる両側面の一方の側面を第３側面とし、他方の側面を第４側面とする。この場合、第３流路１８の一端は、第３側面で開放され、第３流路１８の他端は、第４側面で開放される。
特に、第３流路１８は、図２に示すように、ＸＹ平面において、第１流路１７又は第１連絡流路２３と、第２空間Ｓ２とを結ぶ仮想直線Ｌ１上を横断する。また、第１隔壁１９における、第１連絡流路２３に面する内側面と、第２空間Ｓ２に面する外側面との間の幅をＷ１とし、第３流路１８の幅をＷ２とすると、幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも小さい。また、第３流路１８の断面は、第１流路１７又は第１連絡流路２３の断面よりも小さくてよい。
図３は、図１におけるＢ−Ｂ部に対応した、第２伝熱体９を含む部位の構成及び形状を示す平面図である。第２伝熱体９は、熱媒体流路としての複数の第２流路３１を有する。第２流路３１は、熱媒体ＨＣから供給された熱又は冷熱を、外部すなわち第１伝熱体７に向けて供給する。第２流路３１は、それぞれ、Ｚ方向の上方を開として、第２伝熱体９の一方の第１側面で開放され、熱媒体ＨＣが導入される第２導入口３０から、Ｙ方向に沿って他方の第２側面の直前まで直線状に伸び、流路断面を矩形とした溝である。ただし、第２伝熱体９でいう第１側面は、上述の第１伝熱体７でいう第１側面とは、Ｙ方向で反対となる。これらの第２流路３１も、第１流路１７と同様に、Ｘ方向に等間隔に配設されている。さらに、不図示であるが、第２流路３１には、熱媒体との接触面積を増加させて熱媒体と第２伝熱体９との間の伝熱を促進するための伝熱促進体を設置してもよい。
第２伝熱体９は、第２基部２５と、２つの第２側壁２７と、複数の第２中間壁２９と、第２隔壁３３とを含む。第２基部２５は、第２伝熱体９のＸＹ平面全体を網羅する矩形板状である。第２側壁２７は、第２基部２５のＺ方向に垂直な主表面の片面上で、第２流路３１の延設方向の左右端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第２中間壁２９は、第２基部２５の主表面の片面上で、２つの第２側壁２７に挟まれ、それぞれ、第２側壁２７と並列に、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第２隔壁３３は、第２基部２５の主表面の片面上の第２側面側で、第２流路３１の延設方向に対して垂直方向となるＸ方向に沿って設けられる。第２流路３１が第２側面まで延伸すると、反応流体Ｍが導入されている後述の第１空間Ｓ１に突き当たってしまう。そこで、第２隔壁３３は、複数の第２流路３１を流通してきた熱媒体ＨＣの進行方向を変化させる。第２側壁２７、第２中間壁２９及び第２隔壁３３の各壁部のＺ方向の高さは、同一である。
また、第２伝熱体９は、第２隔壁３３の内側面に沿って延設された第２連絡流路３７を有する。第２連絡流路３７は、すべての第２流路３１に連通するとともに、一方の端部が第２側壁２７の一方に設けられた、熱媒体ＨＣを第２伝熱体９の外部に排出するための第２排出口３５に連通する。
そして、図１に示すように、Ｚ方向の最上部を蓋体３９とし、蓋体３９の下方に向かって第２伝熱体９と第１伝熱体７とを交互に積層し接合することで、接合体又は積層体としての熱交換部３が形成される。熱交換部３の組み立ての際には、各部材間をＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接や拡散接合等のような接合方法を利用して固着させることで、各部材間の接触不良に起因する伝熱性の低下等が抑止される。
熱交換部３を構成する各要素の熱伝導性素材としては、鉄系合金やニッケル合金等の耐熱性金属が好適である。具体的には、ステンレス綱等の鉄系合金、インコネル６２５（登録商標）、インコネル６１７（登録商標）、Ｈａｙｎｅｓ２３０（登録商標）等のニッケル合金のような耐熱合金が挙げられる。これらの熱伝導性素材は、第１流路１７での反応進行や熱媒体として使用し得る可燃性ガスに対する耐久性又は耐食性を有するので好ましいが、これらに限定されるものではない。また、鉄系メッキ鋼や、フッ素樹脂等の耐熱樹脂で被覆した金属、又は、カーボングラファイト等でもよい。
なお、熱交換部３は、少なくとも１つの第１伝熱体７と第２伝熱体９との一対の組で構成可能である。ただし、熱交換性能を向上させる観点から、伝熱体の数は多い方が望ましい。また、１つの第１伝熱体７に形成される第１流路１７及び１つの第２伝熱体９に形成される第２流路３１の数も、特に限定されるものではなく、熱交換部３の設計条件や伝熱効率などを考慮して適宜変更可能である。さらに、本実施形態では、熱交換部３自体を反応装置１の本体部と位置付けているが、熱交換部３からの放熱を抑制して熱損失を抑えるために、ハウジング又は断熱材で熱交換部３の周囲を覆う構成としてもよい。
また、反応装置１は、反応流体導入部４５及び生成物排出部４９と、熱媒体導入部５３及び熱媒体排出部５７とを備える。
反応流体導入部４５は、凹状に湾曲した筐体であり、複数の第１流路１７の第１導入口２０が開放されている熱交換部３の側面を覆い、熱交換部３との間に第１空間Ｓ１を形成する。反応流体導入部４５は、熱交換部３に対して着脱可能又は開閉可能に設置される。この着脱等により、例えば、作業者が第１流路１７に対する触媒体の挿入や抜き出しを行うことができる。また、反応流体導入部４５は、反応流体Ｍを熱交換部３の外部から内部へ導入する第１導入配管４７を有する。第１導入配管４７は、熱交換部３の側面に対して中心、具体的にはＸＺ平面上の中心に位置し、複数の第１導入口２０の開口方向と同一方向に連接されている。このような構成により、１箇所から導入された反応流体Ｍは、複数の第１導入口２０のそれぞれに分配される。
生成物排出部４９は、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、第１伝熱体７の第１排出口２１に開放面が合うように、熱交換部３の第３側面に設置される。また、生成物排出部４９は、その壁部の１箇所に、生成物Ｐを熱交換部３の内部から外部へ排出する第１排出配管５１を有する。第１排出配管５１は、不図示であるが、生成物Ｐに対して後処理等を行う別の処理器に接続されている。このような構成により、複数の第１排出口２１のそれぞれから排出された生成物Ｐは、１箇所の第１排出配管５１から回収される。
熱媒体導入部５３は、反応流体導入部４５と同様に、凹状に湾曲した筐体であり、複数の第２流路３１の第２導入口３０が開放されている熱交換部３の側面を覆い、熱交換部３との間に第２空間Ｓ２を形成する。熱媒体導入部５３は、熱交換部３に対して着脱可能又は開閉可能に設置される。この着脱等により、例えば、作業者が第２流路３１に対する伝熱促進体の挿入や抜き出しを行うことができる。また、熱媒体導入部５３は、熱媒体ＨＣを熱交換部３の外部から内部へ導入する第２導入配管５５を有する。第２導入配管５５は、熱交換部３の側面に対して中心、具体的にはＸＺ平面上の中心に位置し、複数の第２導入口３０の開口方向と同一方向に連接されている。このような構成により、１箇所から導入された熱媒体ＨＣは、複数の第２導入口３０のそれぞれに分配される。
熱媒体排出部５７は、生成物排出部４９と同様に、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、第２伝熱体９の第２排出口３５に開放面が合うように、熱交換部３の第３側面に設置される。この構成により、熱媒体排出部５７は、複数の第２排出口３５が開放されている熱交換部３の側面を覆い、熱交換部３との間に第３空間Ｓ３を形成する。また、熱媒体排出部５７は、その壁部の１箇所に、熱媒体ＨＣを熱交換部３の内部から外部へ排出する第２排出配管５９を有する。第２排出配管５９は、不図示であるが、熱媒体ＨＣを再利用するための別の処理器に接続されている。このような構成により、複数の第２排出口３５のそれぞれから排出された熱媒体ＨＣは、１箇所の第２排出配管５９から回収される。
さらに、反応装置１は、反応処理に関わらない第３流体としてのパージガスを第３流路１８に流通させる第１ガス流通機構を備える。第１ガス流通機構は、ガス供給部６２と、第１ガス導入部６０と、第１ガス排出部６１と、ガス供給部６２と第１ガス導入部６０との間でパージガスを流通させる第３導入配管６３と、一方の端部が第１ガス排出部６１に連通する第３排出配管６４とを含む。
ガス供給部６２は、第３流路１８にパージガスを供給する。パージガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）が好適である。ガス供給部６２は、基本的には、熱交換部３において反応処理が行われている間、常時パージガスを供給し続けることが望ましい。
第１ガス導入部６０は、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、パージガス導入口となる側の第３流路１８の一方の開口に開放面が合うように、熱交換部３の第３側面に設置される。そして、第３導入配管６３は、第１ガス導入部６０の壁部の１箇所に接続される。このような構成により、１箇所から導入されたパージガスは、複数の第３流路１８の一方の開口のそれぞれに分配される。
第１ガス排出部６１は、第１ガス導入部６０と同様に、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、パージガス排出口となる側の第３流路１８の他方の開口に開放面が合うように、熱交換部３の第４側面に設置される。そして、第３排出配管６４は、第１ガス排出部６１の壁部の１箇所に接続される。このような構成により、複数の第３流路１８の他方の開口のそれぞれから排出されたパージガスは、１箇所の第３排出配管６４からさらに排出される。
第３排出配管６４は、反応装置１の外部で開放される。また、第３排出配管６４には、反応流体Ｍ又は生成物Ｐの存在の有無又はその濃度を検出することが可能な第１ガス検出センサー６５が設置されていてもよい。さらに、第１ガス検出センサー６５は、不図示であるが、反応流体Ｍ又は生成物Ｐを検出したときに、作業者等に検出を知らせる表示装置又は警報装置に接続されていてもよい。
熱交換部３は、液−液型熱交換器、気−気型熱交換器及び気−液型熱交換器のいずれとしても使用可能であり、反応装置１に供給する反応流体Ｍ及び熱媒体ＨＣは、気体及び液体のいずれであってもよい。また、反応装置１は、吸熱反応や発熱反応など様々な熱的反応による化学合成を可能とする。そのような熱的反応による合成として、例えば、式（１）で示すメタンの水蒸気改質反応、式（２）で示すメタンのドライリフォーミング反応のような吸熱反応、式（３）で示すシフト反応、式（４）で示すメタネーション反応などによる合成がある。又は、式（５）で示すフィッシャー−トロプシュ（Fischer tropsch）合成反応等の発熱反応による合成もある。なお、これらの反応における反応流体Ｍは、気体状である。
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）
一方、熱媒体ＨＣとしては、反応装置１の構成素材を腐食させない流体物質が好適であり、例えば、水、油等の液状物質や、加熱空気、可燃性ガス等の気体状物質が使用できる。熱媒体ＨＣとして気体状物質を使用する構成は、液体媒体を使用する場合と比較して、取り扱いが容易である。
次に、本実施形態による作用について説明する。
図４は、図２におけるＣ−Ｃ部に対応した、第３流路１８の作用を説明するための概略断面図である。まず、図４（ａ）は、本実施形態における構成で、かつ、第１伝熱体７と第２伝熱体９との間の接合面８０が正常にシールされている状態を示す図である。この場合、第１伝熱体７の第１隔壁１９と、その上方に積層されている第２伝熱体９との間もシールされているから、第１連絡流路２３を流通する生成物Ｐは、すべて正常に第１排出口２１に導かれる。
一方、図４（ｂ）は、本実施形態における構成で、かつ、第１隔壁１９において、第１連絡流路２３と、熱媒体導入部５３内の第２空間Ｓ２とが連通しているような、シール性が緩んだ状態を示す図である。ここで、「シール性が緩んだ」とは、第１隔壁１９と第２伝熱体９との間の接合不良や、第１隔壁１９自体に生じた亀裂などによりシール性の一部が失われた状態をいう。なお、図４（ｂ）及び以下の図４（ｃ）では、接合面８０においてシール性が緩んだ部分を隙間Ｇとして誇張して表現している。
熱交換部３において反応処理が行われている間、ガス供給部６２は、常時パージガスを供給し、第３流路１８内にパージガスを流通させている。ここで、反応処理中、特に第１隔壁１９において図４（ｂ）に示すような隙間Ｇが生じたと想定する。隙間Ｇが存在すると、第１連絡流路２３を流通している生成物Ｐは、隙間Ｇを通じて第２空間Ｓ２側に向かう。しかし、本実施形態では、第１隔壁１９内に第３流路１８が存在するため、第２空間Ｓ２側へ向かおうとする生成物Ｐは、第３流路１８に漏れ出る。このとき、第３流路１８では、上記のとおりパージガスが流通しているため、第３流路１８内に進入してきた生成物Ｐは、パージガスとともに第１ガス排出部６１に導かれ、そして、第３排出配管６４を介して外部の安全かつ常温の場所で大気放出される。特に、第３流路１８は、第１隔壁１９において図２に示すように第１流路１７と第２空間Ｓ２とを結ぶ仮想直線Ｌ１上を横断するように配置されているので、シール性が緩んでも、第２空間Ｓ２側へ向かおうとする生成物Ｐは、第３流路１８に到達することになる。また、第３流路１８の両端は、第１伝熱体７のいずれかの側面から開放されている。したがって、第１に、シール性が緩んだときに、その緩んだ場所が例えば第１伝熱体７の側面近傍であったとしても、第２空間Ｓ２側へ向かおうとする生成物Ｐを第３流路１８に到達させることができる。また、第２に、第１ガス導入部６０及び第１ガス排出部６１のように、パージガスを流通させる配管系統を、単に第１伝熱体７の側面に設置するだけで第３流路１８に連通させることができる。すなわち、このような配管系統を設置することが容易となる。
第３流路１８の幅Ｗ２（図２参照）又は断面の大きさは、このような作用に加え、熱交換部３全体の形状や加工方法、又は反応処理の種類や性質などを総合的に判断して決定される。例えば、上記のような反応処理に適用され、第１流路１７の幅が１０ｍｍ程度で、第１隔壁１９の幅Ｗ１（図２参照）が幅Ｗ２よりも十分に大きく、第１隔壁１９においても十分な接合面積が確保できる場合には、幅Ｗ２は、０．５ｍｍ〜３ｍｍが望ましい。ただし、各種条件によっては、幅Ｗ２は、それ以上となる場合もあり得る。
また、第３排出配管６４に第１ガス検出センサー６５が設置されている場合、第１ガス検出センサー６５は、パージガス内から生成物Ｐを検出することができる。すなわち、作業者は、第１ガス検出センサー６５の出力に基づいて、第１隔壁１９にてシール性が緩んだことを認識することができる。
参考として、図４（ｃ）は、本発明とは異なる構成で、かつ、第１隔壁１９において、第１連絡流路２３と、熱媒体導入部５３内の第２空間Ｓ２とが連通しているような、シール性が緩んだ状態を示す図である。なお、図４（ｃ）において、本実施形態の各構成要素に対応する各構成要素には、便宜上、同一の符号を付し、説明を省略する。
図４（ｃ）に示すように、本発明とは異なる構成では、第１隔壁１９に第３流路１８が存在しない。したがって、隙間Ｇが存在すると、第１連絡流路２３を流通している生成物Ｐは、隙間Ｇを通じて第２空間Ｓ２に漏れ出る。特に、生成物Ｐが高圧可燃性ガスで、熱媒体ＨＣが低圧加熱空気である場合、熱媒体ＨＣへの生成物Ｐの混入は、発火を生じさせるおそれがあるため、このような状況は望ましくない。
ここで、上記説明では、シール性が緩んだ場合に好適に作用する第３流路として、第１隔壁１９に設置される第３流路１８を例示した。ただし、シール性が緩んだ場合に好適な第３流路は、第１隔壁１９に設置されるものに限らない。例えば、図１〜図３において更に記載されているように、第１伝熱体７は、例えば第１側壁１３の一方に、第１流路１７及び第１連絡流路２３とは独立した第３流路２４を有するものとしてもよい。
第３流路２４は、第１側壁１３に接する側の第１流路１７と、熱媒体排出部５７内の第３空間Ｓ３に面する第３側面とを隔離する。第３流路２４は、Ｚ方向の上方を開として、Ｙ方向に沿って、すなわち第１流路１７の延設方向及び第３側面に沿って直線状に伸び、かつ、それぞれの端部から第３側面に向かって伸びる、流路断面を矩形とした溝である。この場合も、第３流路２４は、図２に示すように、ＸＹ平面において、第１流路１７と、第３空間Ｓ３とを結ぶ仮想直線Ｌ２上を横断する。また、第３流路２４の両端は、共に第１伝熱体７の第３側面から開放されている。
反応装置１は、第３流路２４にも、反応処理に関わらない第３流体としてのパージガスを流通させる第２ガス流通機構を備える。第２ガス流通機構は、第２ガス導入部７０と、第２ガス排出部７１と、ガス供給部６２と第２ガス導入部７０との間でパージガスを流通させる第４導入配管７２と、一方の端部が第２ガス排出部７１に連通する第４排出配管７３とを含む。
なお、パージガスを供給するガス供給部６２は、第１ガス流通機構と第２ガス流通機構とで共用としてよい。ただし、それぞれのガス流通機構が独立してガス供給部を備えていてもよい。
第２ガス導入部７０も、第１ガス導入部６０と同様に、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、パージガス導入口となる側の第３流路２４の一方の開口に開放面が合うように、熱交換部３の第３側面に設置される。そして、第４導入配管７２は、第２ガス導入部７０の壁部の１箇所に接続される。このような構成により、１箇所から導入されたパージガスは、複数の第３流路２４の一方の開口のそれぞれに分配される。
第２ガス排出部７１も、第１ガス排出部６１と同様に、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、パージガス排出口となる側の第３流路２４の他方の開口に開放面が合うように、第２ガス導入部７０と同様に、熱交換部３の第３側面に設置される。そして、第４排出配管７３は、第２ガス排出部７１の壁部の１箇所に接続される。このような構成により、複数の第３流路２４の他方の開口のそれぞれから排出されたパージガスは、１箇所の第４排出配管７３からさらに排出される。
第４排出配管７３も、第３排出配管６４と同様に、反応装置１の外部で開放される。また、第４排出配管７３にも、反応流体Ｍ又は生成物Ｐの存在の有無又はその濃度を検出することが可能な第２ガス検出センサー７４が設置されていてもよい。さらに、第２ガス検出センサー７４は、不図示であるが、反応流体Ｍ又は生成物Ｐを検出したときに、作業者等に検出を知らせる表示装置又は警報装置に接続されていてもよい。
熱交換部３において反応処理が行われている間、ガス供給部６２は、常時パージガスを供給し、第３流路２４内にパージガスを流通させている。ここで、反応処理中、図４に示した場合と同様に、第１側壁１３において隙間Ｇが存在すると、第１流路１７を流通している生成物Ｐは、隙間Ｇを通じて熱媒体排出部５７の第３空間Ｓ３側に向かう。しかし、第１側壁１３内にも第３流路２４が存在すれば、熱媒体排出部５７の第３空間Ｓ３側へ向かおうとする生成物Ｐは、第３流路２４に漏れ出る。このとき、第３流路２４では、上記のとおりパージガスが流通しているため、第３流路２４内に進入してきた生成物Ｐは、パージガスとともに第２ガス排出部７１に導かれ、そして、第４排出配管７３を介して外部の安全かつ常温の場所で大気放出される。
一方、上記説明では、シール性が緩んだときに、第１流路１７を流通する第１流体が、第２流体が流通する第２流路３１側に漏れ出ようとするのを検出する場合を例示した。そして、第１ガス検出センサー６５は、パージガス内から、第１流体である生成物Ｐを検出するものと想定した。ただし、本実施形態はこれに限られない。例えば、第２流路３１側を流通する第２流体が、第１流体が流通する第１流路１７に漏れ出ようとするのを検出する場合を想定し、第１ガス検出センサー６５を、パージガス内から第２流体である熱媒体を検出するものとしてもよい。例えば、熱媒体が水蒸気又は加熱空気であるならば、第１ガス検出センサー６５又は第２ガス検出センサー７４としては、酸素（Ｏ２）の存在の有無又はその濃度を検出することが可能なものを採用すればよい。
次に、本実施形態による効果について説明する。
まず、第１流体と第２流体との熱交換を利用する熱処理装置１は、第１流体を流通させる第１流路１７を有する第１伝熱体７と、第２流体を流通させる第２流路３１を有し、かつ、第１伝熱体７に積層される第２伝熱体９とを備える。また、第１伝熱体７と第２伝熱体９との接合面８０の端部を含む面に接して第２流路３１に連通する空間を有する筐体とを備える。第１伝熱体７は、さらに、第１流路１７と筐体の空間とを隔離する壁部に形成される第３流路を有する。第１流路１７は、接合面８０に接する溝である。第３流路は、接合面８０に接する溝であり、かつ、接合面８０において第１流路１７と筐体の空間とを結ぶ仮想直線上を横断する。
ここで、筐体としては、熱媒体導入部５３が相当し得る。この場合、第２流路３１に連通する空間としては、第２空間Ｓ２が相当する。また、この場合の第３流路１８は、接合面８０において第１流路１７と第２空間Ｓ２とを結ぶ仮想直線Ｌ１上を横断する。
一方、筐体としては、熱媒体排出部５７も相当し得る。この場合、第２流路３１に連通する空間としては、第３空間Ｓ３が相当する。また、この場合の第３流路２４は、接合面８０において第１流路１７と第３空間Ｓ３とを結ぶ仮想直線Ｌ２上を横断する。
本実施形態に係る熱処理装置によれば、例えば、第１流路１７と第２空間Ｓ２との間のシール性が緩んでも、第１流路１７から漏れ出た流体は、第３流路１８により外部に排出されるので、第１流体と第２流体との混合を抑止することができる。特に、第１流体として反応流体Ｍ及び反応により生成された生成物Ｐが相当し、第２流体として熱媒体ＨＣが相当する場合には、混合により発火するおそれも考えられるが、そのようなおそれは、大幅に低減される。
特に、第１流路１７を有する第１伝熱体７と、第２流路３１を有する第２伝熱体９とが積層されており、第１流路１７の開放面が第２伝熱体９に面している場合、最もシール性が緩むおそれが高い領域として考えられるのは、接合面８０である。したがって、第３流路も、第１流路１７と同じく接合面８０に接する溝とすることが、第１流路１７から漏れ出た流体を排出する上で最も好適となる。
また、本実施形態に係る熱処理装置では、第３流路の一端及び他端は、接合面８０に位置する第１伝熱体７の表面とは異なる側面から開放されている。
ここで、上記の例で言えば、第１伝熱体７における、接合面８０に位置する表面とは異なる側面とは、第１空間Ｓ１に面する第１側面と第２空間Ｓ２に面する第２側面とのそれぞれに連接する、第３側面又は第４側面をいう。
本実施形態に係る熱処理装置によれば、例えば、第３流路１８に連接する第１ガス導入部６０又は第１ガス排出部６１を、それぞれ、単に熱交換部３の第３側面又は第４側面の一部を覆うように容易に設置可能な筐体とすることができる。換言すれば、第３流路１８にガスを供給したり第３流路１８からガスを排出したりする配管系統を、熱交換部３内に貫通させたり、熱交換部３の外部に複雑に配設させたりする必要がないため、熱処理装置全体としてコンパクト化を実現させることができる。なお、第３流路２４に連接する生成物排出部４９及び熱媒体排出部５７を、それぞれ、単に熱交換部３の第３側面の一部を覆う筐体とすることができる点についても同様である。
また、本実施形態に係る熱処理装置では、第３流路１８，２４の一端に連設され、第３流路１８，２４にパージガスを供給するガス供給部６２を備える。
本実施形態に係る熱処理装置によれば、第１流路１７と第２空間Ｓ２又は第３空間Ｓ３との間のシール性が緩んだ場合でも、第１流路１７から漏れ出た第１流体を、第３流路１８，２４のパージガスとともに外部に迅速に排出することができる。これにより、第１流体と第２流体との混合をより確実に抑止することができる。
さらに、本実施形態に係る熱処理装置では、第３流路１８，２４の他端に連設され、パージガスに含まれる第１流体又は第２流体を検出可能なガス検出センサー６５，７４を備える。
本実施形態に係る熱処理装置によれば、作業者は、第１ガス検出センサー６５又は第２ガス検出センサー７４の出力に基づいて、第１流路１７と第２空間Ｓ２又は第３空間Ｓ３との間のシール性が緩んだことを迅速に認識することができる。
（他の実施形態）
上記実施形態では、第３流路１８が第１伝熱体７の第１隔壁１９に形成されるものとしたが、本発明は、これに限らない。例えば、第２空間Ｓ２に面する熱交換部３の第２側面にある第１伝熱体７と第２伝熱体９との接合面の端部に合うような開放面を有する管状部材を第３流路として設置することもあり得る。この場合、第１伝熱体７と第２伝熱体９との接合面の端部は、Ｘ方向に一直線に伸びているので、第３流路とする管状部材も、接合面の端部に合わせてＸ方向に延設されることになる。第１流路１７と第２空間Ｓ２との間のシール性が緩んだときには、接合面の端部から第１流体が漏れ出ることになるので、このような構成によっても、第１流体の第２空間Ｓ２内への進入を抑止することができる。ただし、上記実施形態と同様に、複数の管状部材の一端のそれぞれにガス供給部６２を連接し、他端のそれぞれに外部にパージガスを排出する第３排出配管６４を連接する必要がある。
また、上記実施形態では、熱交換部３を構成する伝熱体として、第１流体が流通する第１流路１７を有する第１伝熱体７と、第２流体が流通する第２流路３１を有する第２伝熱体９との２種類の伝熱体を例示した。しかし、本発明は、このような構成の熱交換部３だけに適用されるものではない。例えば、熱交換部３を構成する伝熱体が１種類のみで、１つの伝熱体が、第１流体が流通する第１流路と、第２流体が流通する第２流路との双方を有する場合にも、本発明は適用可能である。この場合、第１流路と、第２流路又は第２空間Ｓ２とを隔離する壁部が上記のような第１隔壁１９に相当し、その壁部に、上記の第３流路１８のような流路を設ければよい。このような構成によっても、第１流体の第２流路及び第２空間Ｓ２内への進入を抑止することができる。
また、上記実施形態では、第１ガス検出センサー６５が第３排出配管６４に設置されているものとした。これに代えて、例えば、第１伝熱体７の設置数に合わせた第３流路１８の設置数分だけガス検出センサーを準備し、それぞれの第３流路１８の他端の開口近傍にそれぞれ設置する構成とすることもあり得る。この場合、それぞれのガス検出センサーの設置場所を予め把握しておくことで、シール性が緩んだ第１流路１７と第２空間Ｓ２との間の場所が具体的にどの第１伝熱体７に係る場所なのかを特定することができる。
また、上記実施形態では、熱交換部３が、第１流路１７を流通する第１流体と、第２流路３１を流通する第２流体とが互いに反対方向に流れる対向流型であるものとしたが、互いに同方向に流れる並流型であってもよい。すなわち、本発明では、第１流体と第２流体とが流れる方向についても、なんら限定されるものではない。
さらに、上記実施形態では、熱交換部３を構成する第１伝熱体７と第２伝熱体９とがＺ方向すなわち鉛直方向に積層されるものとしているが、本発明は、これに限らない。例えば、熱交換部３を構成するこれらの伝熱体が、それぞれ接合された状態でＺ方向に立設するような、いわゆる横置きとして使用されるものとしてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
１ 反応装置
７ 第１伝熱体
９ 第２伝熱体
１３ 第１側壁
１７ 第１流路
１８ 第３流路
１９ 第１隔壁
２４ 第３流路
３１ 第２流路
８０ 接合面
ＨＣ 熱媒体
Ｍ 反応流体
Ｐ 生成物
Ｓ２ 第２空間
Ｓ３ 第３空間

Claims (4)

  1. 第１流体と第２流体との熱交換を利用する熱処理装置であって、
    前記第１流体を流通させる第１流路を有する第１伝熱体と、
    前記第２流体を流通させる第２流路を有し、かつ、前記第１伝熱体に積層される第２伝熱体と、
    前記第１伝熱体と前記第２伝熱体との接合面の端部を含む面に接して前記第２流路に連通する空間を有する筐体と、
    を備え、
    前記第１伝熱体は、さらに、前記第１流路と前記筐体の空間とを隔離する壁部に形成される第３流路を有し、
    前記第１流路は、前記接合面に接する溝であり、
    前記第３流路は、前記接合面に接する溝であり、かつ、前記接合面において前記第１流路と前記筐体の空間とを結ぶ仮想直線上を横断する、
    熱処理装置。
  2. 前記第３流路の一端及び他端は、前記接合面に位置する前記第１伝熱体の表面とは異なる側面から開放されている請求項１に記載の熱処理装置。
  3. 前記第３流路の前記一端に連設され、前記第３流路にパージガスを供給するガス供給部を備える請求項２に記載の熱処理装置。
  4. 前記第３流路の前記他端に連設され、前記パージガスに含まれる前記第１流体又は前記第２流体を検出可能なガス検出センサーを備える請求項３に記載の熱処理装置。
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