JP2741153B2 - 非平衡反応用プレートフィン型反応器 - Google Patents
非平衡反応用プレートフィン型反応器Info
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Classifications
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- C01—INORGANIC CHEMISTRY
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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-
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
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-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、熱回収、熱輸送を可
能にする非平衡反応用プレートフィン型反応器に係り、
プレートフィン型熱交換器において、通路内に触媒を充
填した反応物質通路内に表面にガス分離膜を有するメン
ブレンパイプを配置したり、メンブレンプレートあるい
はメンブレンフィンを介して分解生成ガス通路を設ける
ことにより、メンブレンリアクターを形成し、メタノー
ルなどのエネルギー輸送用反応物質を２００℃程度の低
温廃熱を用いて、分解反応させて熱回収可能にした非平
衡反応用プレートフィン型反応器に関する。
能にする非平衡反応用プレートフィン型反応器に係り、
プレートフィン型熱交換器において、通路内に触媒を充
填した反応物質通路内に表面にガス分離膜を有するメン
ブレンパイプを配置したり、メンブレンプレートあるい
はメンブレンフィンを介して分解生成ガス通路を設ける
ことにより、メンブレンリアクターを形成し、メタノー
ルなどのエネルギー輸送用反応物質を２００℃程度の低
温廃熱を用いて、分解反応させて熱回収可能にした非平
衡反応用プレートフィン型反応器に関する。
【０００２】
【従来の技術】工場や発電所などで排出された廃熱等を
回収利用するため、あるいはこの廃熱を所要の需要地ま
で熱輸送して有効利用するために、回収した熱エネルギ
ーを化学反応物質の改質、分解吸熱反応を利用して化学
エネルギーとして熱移送するシステムの開発が種々進め
られている。
回収利用するため、あるいはこの廃熱を所要の需要地ま
で熱輸送して有効利用するために、回収した熱エネルギ
ーを化学反応物質の改質、分解吸熱反応を利用して化学
エネルギーとして熱移送するシステムの開発が種々進め
られている。
【０００３】メタノールは比較的高温を要することなく
分解が可能であることから、エネルギーの輸送や貯蔵用
の反応物質として適しており、特に、上記の工場や発電
所などで排出された廃熱等を化学エネルギーに変換して
熱移送するシステムに最適な化学反応物質である。すな
わち、メタノールはその分解（改質）反応により効率よ
く熱回収することが可能であり、得られた分解（改質）
ガスを新たなエネルギー源として貯蔵あるいは輸送する
ことができる。
分解が可能であることから、エネルギーの輸送や貯蔵用
の反応物質として適しており、特に、上記の工場や発電
所などで排出された廃熱等を化学エネルギーに変換して
熱移送するシステムに最適な化学反応物質である。すな
わち、メタノールはその分解（改質）反応により効率よ
く熱回収することが可能であり、得られた分解（改質）
ガスを新たなエネルギー源として貯蔵あるいは輸送する
ことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるメタノ
ールの分解（改質）反応には、３００℃〜３５０℃程度
が必要であり、工場や発電所などで排出される１５０℃
〜２５０℃程度の低レベルの廃熱を有効利用するために
は反応物質としてメタノールを使用することができな
い。
ールの分解（改質）反応には、３００℃〜３５０℃程度
が必要であり、工場や発電所などで排出される１５０℃
〜２５０℃程度の低レベルの廃熱を有効利用するために
は反応物質としてメタノールを使用することができな
い。
【０００５】また、メタノールの分解（改質）反応温度
を低温化させるための触媒として、Ｐｔなどの貴金属系
触媒やＣｕ−Ｃｒ系触媒が開発されており、該反応温度
を２５０℃程度に引き下げることができる。ところが、
上記触媒にて反応温度を引き下げることが可能であって
も、２００℃〜２５０℃程度の低温で十分なメタノール
の分解率を確保でき、分解反応の熱力学的平衡関係を低
温側にシフトさせることができる非平衡型反応器が必要
となる。
を低温化させるための触媒として、Ｐｔなどの貴金属系
触媒やＣｕ−Ｃｒ系触媒が開発されており、該反応温度
を２５０℃程度に引き下げることができる。ところが、
上記触媒にて反応温度を引き下げることが可能であって
も、２００℃〜２５０℃程度の低温で十分なメタノール
の分解率を確保でき、分解反応の熱力学的平衡関係を低
温側にシフトさせることができる非平衡型反応器が必要
となる。
【０００６】この発明は、回収した熱エネルギーを化学
反応物質の改質、分解吸熱反応を利用して化学エネルギ
ーとして熱移送するシステムに使用できる反応器の提供
を目的とし、メタノール等の化学反応物質の分解（改
質）反応を１５０℃〜２５０℃程度の低レベルの廃熱に
より効率よく実施するため、伝熱性にすぐれ、かつ分解
反応の熱力学的平衡関係を低温側にシフトさせることが
できる非平衡型反応器の提供を目的としている。
反応物質の改質、分解吸熱反応を利用して化学エネルギ
ーとして熱移送するシステムに使用できる反応器の提供
を目的とし、メタノール等の化学反応物質の分解（改
質）反応を１５０℃〜２５０℃程度の低レベルの廃熱に
より効率よく実施するため、伝熱性にすぐれ、かつ分解
反応の熱力学的平衡関係を低温側にシフトさせることが
できる非平衡型反応器の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者らは、メタノール
等の化学反応物質の分解（改質）反応を１５０℃〜２５
０℃程度の低レベルの廃熱により効率よく実施できる反
応器の構成を目的に種々検討した結果、高効率で低温熱
を回収するためにプレートフィン型熱交換器を用いて、
触媒を通路内に充填した反応物質通路に熱媒体通路を積
層し、反応物質通路内に表面にガス分離膜を有するメン
ブレンパイプを配置するか、メンブレンプレートを介し
て分解生成ガス通路を積層配置した構成あるいはメンブ
レンフィンを用いて通路内に分解生成ガス通路を分割配
置することにより、分解反応の熱力学的平衡関係を低温
側にシフトさせた非平衡型反応器が得られることを知見
し、この発明を完成した。
等の化学反応物質の分解（改質）反応を１５０℃〜２５
０℃程度の低レベルの廃熱により効率よく実施できる反
応器の構成を目的に種々検討した結果、高効率で低温熱
を回収するためにプレートフィン型熱交換器を用いて、
触媒を通路内に充填した反応物質通路に熱媒体通路を積
層し、反応物質通路内に表面にガス分離膜を有するメン
ブレンパイプを配置するか、メンブレンプレートを介し
て分解生成ガス通路を積層配置した構成あるいはメンブ
レンフィンを用いて通路内に分解生成ガス通路を分割配
置することにより、分解反応の熱力学的平衡関係を低温
側にシフトさせた非平衡型反応器が得られることを知見
し、この発明を完成した。
【０００８】すなわち、この発明は、フィンをプレート
で挟みスペーサーバーで閉塞する通路を積層したプレー
トフィン型熱交換器の構成からなり、例えば、焼結金属
やセラミックス多孔質材料または孔明き材からなり表面
にガス分離膜をコーティングしたメンブレンプレート、
メンブレンフィンまたはメンブレンパイプを用いたこと
を特徴とし、触媒を通路内に充填あるいは通路内のフィ
ン及び／又はプレートに触媒をコーティングした反応物
質通路を挟み、一方に熱媒体通路、他方にメンブレンプ
レートを介して分解生成ガス通路を積層配置した構成、
通路内に触媒を充填した反応物質通路と熱媒体通路を積
層配置し、通路壁が多孔質材料または孔明き材からなり
表面にガス分離膜をコーティングしたメンブレンパイプ
からなる分解生成ガス通路を反応物質通路内に配置した
構成、熱媒体通路と反応用通路を積層配置し、反応用通
路内に配置されたメンブレンフィンにて隔てられた所要
方向に流れる２通路を設け、一方を触媒を通路内に充填
あるいは通路内のメンブレンフィン及び／又はプレート
に触媒をコーティングして反応物質通路となし、他方を
分解生成ガス通路となした構成からなる非平衡反応用プ
レートフィン型反応器である。
で挟みスペーサーバーで閉塞する通路を積層したプレー
トフィン型熱交換器の構成からなり、例えば、焼結金属
やセラミックス多孔質材料または孔明き材からなり表面
にガス分離膜をコーティングしたメンブレンプレート、
メンブレンフィンまたはメンブレンパイプを用いたこと
を特徴とし、触媒を通路内に充填あるいは通路内のフィ
ン及び／又はプレートに触媒をコーティングした反応物
質通路を挟み、一方に熱媒体通路、他方にメンブレンプ
レートを介して分解生成ガス通路を積層配置した構成、
通路内に触媒を充填した反応物質通路と熱媒体通路を積
層配置し、通路壁が多孔質材料または孔明き材からなり
表面にガス分離膜をコーティングしたメンブレンパイプ
からなる分解生成ガス通路を反応物質通路内に配置した
構成、熱媒体通路と反応用通路を積層配置し、反応用通
路内に配置されたメンブレンフィンにて隔てられた所要
方向に流れる２通路を設け、一方を触媒を通路内に充填
あるいは通路内のメンブレンフィン及び／又はプレート
に触媒をコーティングして反応物質通路となし、他方を
分解生成ガス通路となした構成からなる非平衡反応用プ
レートフィン型反応器である。
【０００９】また、発明者らは、上記の各構成におい
て、反応物質がメタノール、分解生成ガスが水素、触媒
が貴金属系又はＣｕ−Ｃｒ系、ガス分離膜がパラジウム
系であることを特徴とする非平衡反応用プレートフィン
型反応器を提案する。
て、反応物質がメタノール、分解生成ガスが水素、触媒
が貴金属系又はＣｕ−Ｃｒ系、ガス分離膜がパラジウム
系であることを特徴とする非平衡反応用プレートフィン
型反応器を提案する。
【００１０】この発明において、触媒は反応物質がメタ
ノールの場合、公知の貴金属系又はＣｕ−Ｃｒ系が使用
でき、反応物質や化学反応に応じて適宜選定でき、反応
物質通路に充填するために貴金属系アルミナペレット化
したものなど、その形態も適宜選定でき、さらに、必要
に応じてプレートフィン型反応器の通路を形成するフィ
ンあるいはプレートなどにコーティングすることもでき
る。また、ガス分離膜には、水素ガスの場合はパラジウ
ム系が有効であり、ガス種類に応じて適宜選定でき、焼
結金属またはセラミックスなどの多孔質材料あるいは所
要の小径孔を多数設けた種々材質の孔明き材からなるプ
レートまたはパイプの表裏面（外周、内周面）のいずれ
かの表面あるいは全面にコーティングするとよく、さら
に必要に応じて、例えば、２枚の多孔質材料プレートで
ガス分離膜を挟むように配置した構成を採用することが
できる。
ノールの場合、公知の貴金属系又はＣｕ−Ｃｒ系が使用
でき、反応物質や化学反応に応じて適宜選定でき、反応
物質通路に充填するために貴金属系アルミナペレット化
したものなど、その形態も適宜選定でき、さらに、必要
に応じてプレートフィン型反応器の通路を形成するフィ
ンあるいはプレートなどにコーティングすることもでき
る。また、ガス分離膜には、水素ガスの場合はパラジウ
ム系が有効であり、ガス種類に応じて適宜選定でき、焼
結金属またはセラミックスなどの多孔質材料あるいは所
要の小径孔を多数設けた種々材質の孔明き材からなるプ
レートまたはパイプの表裏面（外周、内周面）のいずれ
かの表面あるいは全面にコーティングするとよく、さら
に必要に応じて、例えば、２枚の多孔質材料プレートで
ガス分離膜を挟むように配置した構成を採用することが
できる。
【００１１】
【作用】この発明による非平衡反応用プレートフィン型
反応器は、触媒を通路内に充填あるいは通路内のフィン
やプレートに触媒をコーティングした反応物質通路を挟
み、一方に熱媒体通路、他方に表面にガス分離膜を有す
るメンブレンプレートを介して分解生成ガス通路を積層
配置した構成、通路内に触媒を充填した反応物質通路内
に表面にガス分離膜を有するメンブレンパイプを配置す
る構成、あるいは通路内に配置されたメンブレンフィン
にて反応用通路を触媒を充填した反応物質通路と分解生
成ガス通路の２通路を設けた構成により、反応物質がメ
タノールの場合、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）が反応物質
通路に入ると、熱媒体通路からの熱を受けかつＰｔなど
の触媒の作用により、平衡関係に左右されず２００℃程
度で分解反応（ＣＨ3ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2）が進行し、分
解反応生成物であるＣＯは反応物質通路を通ってＣＯガ
スとして回収され、また分解反応生成物であるＨ2は多
孔質材料からなるプレート、パイプ、フィンを構成する
多孔質材料等並びにその表面にコーティングされたガス
分離膜を通って分解生成ガス通路に入りＨ2ガスとして
回収される。この発明による反応器は、触媒とメンブレ
ンプレート、フィン、パイプにより分解反応の熱力学的
平衡関係を低温側にシフトさせて十分に実行させること
が可能になり、高効率で低温熱を回収することができ
る。
反応器は、触媒を通路内に充填あるいは通路内のフィン
やプレートに触媒をコーティングした反応物質通路を挟
み、一方に熱媒体通路、他方に表面にガス分離膜を有す
るメンブレンプレートを介して分解生成ガス通路を積層
配置した構成、通路内に触媒を充填した反応物質通路内
に表面にガス分離膜を有するメンブレンパイプを配置す
る構成、あるいは通路内に配置されたメンブレンフィン
にて反応用通路を触媒を充填した反応物質通路と分解生
成ガス通路の２通路を設けた構成により、反応物質がメ
タノールの場合、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）が反応物質
通路に入ると、熱媒体通路からの熱を受けかつＰｔなど
の触媒の作用により、平衡関係に左右されず２００℃程
度で分解反応（ＣＨ3ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2）が進行し、分
解反応生成物であるＣＯは反応物質通路を通ってＣＯガ
スとして回収され、また分解反応生成物であるＨ2は多
孔質材料からなるプレート、パイプ、フィンを構成する
多孔質材料等並びにその表面にコーティングされたガス
分離膜を通って分解生成ガス通路に入りＨ2ガスとして
回収される。この発明による反応器は、触媒とメンブレ
ンプレート、フィン、パイプにより分解反応の熱力学的
平衡関係を低温側にシフトさせて十分に実行させること
が可能になり、高効率で低温熱を回収することができ
る。
【００１２】この発明による非平衡反応用プレートフィ
ン型反応器は、上述のメタノールの分解（改質）反応の
ほか、硫化水素の分解促進、シクロヘキサンの脱水素反
応、ヨウ化水素の分解、エチルベンゼンの脱水素反応等
の種々の反応に適用できる。
ン型反応器は、上述のメタノールの分解（改質）反応の
ほか、硫化水素の分解促進、シクロヘキサンの脱水素反
応、ヨウ化水素の分解、エチルベンゼンの脱水素反応等
の種々の反応に適用できる。
【００１３】
実施例１ 図１に示すプレートフィン型反応器１は、反応物質通路
２を挟み、一方に熱媒体通路３、他方に分解生成ガス通
路４を積層配置する積層単位となるように、各通路を複
数積層した構成からなる。熱媒体通路３はプレート５，
５間にフィン６を挟みスペーサーバー７にて周囲を閉塞
して通路を形成してあり、反応物質通路２と分解生成ガ
ス通路４も同様構成であるが、反応物質通路２と分解生
成ガス通路４間のプレートには、セラミックス板８から
なり反応物質通路２側にパラジウム系ガス分離膜９を有
するメンブレンプレート１０を配置してある。さらに、
反応物質通路２内のフィン６ａには触媒を構成するＰｔ
がコーティングしてある。
２を挟み、一方に熱媒体通路３、他方に分解生成ガス通
路４を積層配置する積層単位となるように、各通路を複
数積層した構成からなる。熱媒体通路３はプレート５，
５間にフィン６を挟みスペーサーバー７にて周囲を閉塞
して通路を形成してあり、反応物質通路２と分解生成ガ
ス通路４も同様構成であるが、反応物質通路２と分解生
成ガス通路４間のプレートには、セラミックス板８から
なり反応物質通路２側にパラジウム系ガス分離膜９を有
するメンブレンプレート１０を配置してある。さらに、
反応物質通路２内のフィン６ａには触媒を構成するＰｔ
がコーティングしてある。
【００１４】プレートフィン型反応器１の熱媒体通路３
には熱媒体入口ヘッダー１１からの低温廃熱ガスが後述
する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口ヘッ
ダー１２より排出される。また、反応物質入口ヘッダー
１３から反応物質通路２内に流入したメタノールは、向
流関係にある隣接の熱媒体通路３からの入熱を受けてフ
ィン６ａにコーティングされた触媒により、メタノール
の分解反応の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が
促進されてＣＯとＨ2とに分解生成され、分解反応生成
物であるＣＯは反応物質通路２を通ってＣＯガス出口ヘ
ッダー１４からＣＯガスとして回収され、また分解反応
生成物であるＨ2はメンブレンプレート９の表面にコー
ティングされたガス分離膜９及び多孔質材料のセラミッ
クス板８を通って分解生成ガス通路４に入り、分解生成
ガス通路４内に分離収集されたＨ2ガスはＨ2ガス出口ヘ
ッダー１５より回収される。
には熱媒体入口ヘッダー１１からの低温廃熱ガスが後述
する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口ヘッ
ダー１２より排出される。また、反応物質入口ヘッダー
１３から反応物質通路２内に流入したメタノールは、向
流関係にある隣接の熱媒体通路３からの入熱を受けてフ
ィン６ａにコーティングされた触媒により、メタノール
の分解反応の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が
促進されてＣＯとＨ2とに分解生成され、分解反応生成
物であるＣＯは反応物質通路２を通ってＣＯガス出口ヘ
ッダー１４からＣＯガスとして回収され、また分解反応
生成物であるＨ2はメンブレンプレート９の表面にコー
ティングされたガス分離膜９及び多孔質材料のセラミッ
クス板８を通って分解生成ガス通路４に入り、分解生成
ガス通路４内に分離収集されたＨ2ガスはＨ2ガス出口ヘ
ッダー１５より回収される。
【００１５】図１では熱媒体通路３の低温廃熱ガス流れ
と反応物質通路２内のメタノール流れが双方に逆向きと
なる、図４のＡに示す向流型熱交換器を構成した例を示
したが、この発明によるプレートフィン型反応器は、図
４のＢに示すような熱媒体通路の低温廃熱ガス流れと反
応物質通路内のメタノール流れが同方向となる並流型熱
交換器を構成するほか、図４のＣに示すような熱媒体通
路の低温廃熱ガス流れと反応物質通路内のメタノール流
れが直交方向となる直交流型熱交換器を構成する等、種
々の構成を採用することができる。
と反応物質通路２内のメタノール流れが双方に逆向きと
なる、図４のＡに示す向流型熱交換器を構成した例を示
したが、この発明によるプレートフィン型反応器は、図
４のＢに示すような熱媒体通路の低温廃熱ガス流れと反
応物質通路内のメタノール流れが同方向となる並流型熱
交換器を構成するほか、図４のＣに示すような熱媒体通
路の低温廃熱ガス流れと反応物質通路内のメタノール流
れが直交方向となる直交流型熱交換器を構成する等、種
々の構成を採用することができる。
【００１６】実施例２ 図２に示すプレートフィン型反応器２０は、プレート２
１，２１間にフィン２２を挟みスペーサーバー２３にて
周囲を閉塞して通路を形成した熱媒体通路２４と反応物
質通路２５を交互に積層配置した構成からなり、各反応
物質通路２５内には、焼結金属製パイプからなり表面に
パラジウム系ガス分離膜を有するメンブレンパイプにて
形成される分解生成ガス通路２６がフィン２２ａに貫通
させて複数本配置してある。また、各反応物質通路２５
内には、図示しないアルミナぺレット表面にＰｔをコー
ティングした触媒を充填してある。
１，２１間にフィン２２を挟みスペーサーバー２３にて
周囲を閉塞して通路を形成した熱媒体通路２４と反応物
質通路２５を交互に積層配置した構成からなり、各反応
物質通路２５内には、焼結金属製パイプからなり表面に
パラジウム系ガス分離膜を有するメンブレンパイプにて
形成される分解生成ガス通路２６がフィン２２ａに貫通
させて複数本配置してある。また、各反応物質通路２５
内には、図示しないアルミナぺレット表面にＰｔをコー
ティングした触媒を充填してある。
【００１７】プレートフィン型反応器２０の熱媒体通路
２４には熱媒体入口ヘッダー２７からの低温廃熱ガスが
後述する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口
ヘッダー２８より排出される。また、反応物質入口ヘッ
ダー２９から反応物質通路２５内に流入したメタノール
は、向流関係にある隣接の熱媒体通路２４からの入熱を
受けて、分解生成ガス通路２６、すなわちメンブレンパ
イプにコーティングされた触媒により、メタノールの分
解反応の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が促進
されてＣＯとＨ2とに分解生成され、分解反応生成物で
あるＣＯは反応物質通路２５を通ってＣＯガス出口ヘッ
ダー３０からＣＯガスとして回収され、また分解反応生
成物であるＨ2はメンブレンパイブ表面にコーティング
されたガス分離膜及び多孔質材料の焼結金属製パイプを
通って分解生成ガス通路２６に入り、各分解生成ガス通
路２６内に分離収集されたＨ2ガスはＨ2ガス出口ヘッダ
ーパイプ３１より回収される。
２４には熱媒体入口ヘッダー２７からの低温廃熱ガスが
後述する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口
ヘッダー２８より排出される。また、反応物質入口ヘッ
ダー２９から反応物質通路２５内に流入したメタノール
は、向流関係にある隣接の熱媒体通路２４からの入熱を
受けて、分解生成ガス通路２６、すなわちメンブレンパ
イプにコーティングされた触媒により、メタノールの分
解反応の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が促進
されてＣＯとＨ2とに分解生成され、分解反応生成物で
あるＣＯは反応物質通路２５を通ってＣＯガス出口ヘッ
ダー３０からＣＯガスとして回収され、また分解反応生
成物であるＨ2はメンブレンパイブ表面にコーティング
されたガス分離膜及び多孔質材料の焼結金属製パイプを
通って分解生成ガス通路２６に入り、各分解生成ガス通
路２６内に分離収集されたＨ2ガスはＨ2ガス出口ヘッダ
ーパイプ３１より回収される。
【００１８】実施例３ 図３に示すプレートフィン型反応器４０は、プレート４
１，４１間にフィン４２を挟みスペーサーバー４４にて
周囲を閉塞して通路を形成した熱媒体通路４５を反応用
通路４６にて挟むように積層配置した構成からなる。反
応用通路４６は、プレート４１，４１間にメンブレンフ
ィン４３を挟んで構成されるが、メンブレンフィン４３
は小孔を多数穿孔したパンチングメタルからなり、その
表面にパラジウム系ガス分離膜を積層しさらに触媒を構
成するＰｔがコーティングされたラミネート構造であ
り、触媒側すなわち、図でメンブレンフィン４３上面側
が反応物質通路４７となり、その反対側が分解生成ガス
通路４８となっている。また、下流側の反応用通路４６
は熱媒体通路４５始端より長く延ばされており、延長部
のプレート４１面に小孔を多数穿孔して、反応用通路４
６間の通路幅方向に形成したＣＯガス出口通路５０と反
応物質通路４７、Ｈ2ガス出口通路５１と分解生成ガス
通路４８をそれぞれ連通させ、さらにＣＯガス出口通路
５０はＣＯガス出口ヘッダー５２に、Ｈ2ガス出口通路
５１はＨ2ガス出口ヘッダー５３に連通している。
１，４１間にフィン４２を挟みスペーサーバー４４にて
周囲を閉塞して通路を形成した熱媒体通路４５を反応用
通路４６にて挟むように積層配置した構成からなる。反
応用通路４６は、プレート４１，４１間にメンブレンフ
ィン４３を挟んで構成されるが、メンブレンフィン４３
は小孔を多数穿孔したパンチングメタルからなり、その
表面にパラジウム系ガス分離膜を積層しさらに触媒を構
成するＰｔがコーティングされたラミネート構造であ
り、触媒側すなわち、図でメンブレンフィン４３上面側
が反応物質通路４７となり、その反対側が分解生成ガス
通路４８となっている。また、下流側の反応用通路４６
は熱媒体通路４５始端より長く延ばされており、延長部
のプレート４１面に小孔を多数穿孔して、反応用通路４
６間の通路幅方向に形成したＣＯガス出口通路５０と反
応物質通路４７、Ｈ2ガス出口通路５１と分解生成ガス
通路４８をそれぞれ連通させ、さらにＣＯガス出口通路
５０はＣＯガス出口ヘッダー５２に、Ｈ2ガス出口通路
５１はＨ2ガス出口ヘッダー５３に連通している。
【００１９】プレートフィン型反応器４０の熱媒体通路
４５には熱媒体入口ヘッダー５４からの低温廃熱ガスが
後述する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口
ヘッダー５５より排出される。反応用通路４６内の分解
生成ガス通路４８の上流側にある反応物質入口ヘッダー
５６に面した部分は閉塞され、反応物質通路４７内にの
みメタノールが導入され、向流関係にある隣接の熱媒体
通路４５からの入熱を受けて、メンブレンフィン４３に
コーティングされた触媒により、メタノールの分解反応
の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が促進されて
ＣＯとＨ2とに分解生成され、分解反応生成物であるＣ
Ｏは反応物質通路４７を通ってＣＯガス出口通路５０と
ＣＯガス出口ヘッダー５２からＣＯガスとして回収さ
れ、また分解反応生成物であるＨ2は表面にコーティン
グされたガス分離膜及びパンチングメタルを通って分解
生成ガス通路４８に入り、各分解生成ガス通路４８内に
分離収集されたＨ2ガスはＨ2ガス出口通路５１を介して
Ｈ2ガス出口ヘッダー５３より回収される。
４５には熱媒体入口ヘッダー５４からの低温廃熱ガスが
後述する反応物質とは逆方向に流入通過して熱媒体出口
ヘッダー５５より排出される。反応用通路４６内の分解
生成ガス通路４８の上流側にある反応物質入口ヘッダー
５６に面した部分は閉塞され、反応物質通路４７内にの
みメタノールが導入され、向流関係にある隣接の熱媒体
通路４５からの入熱を受けて、メンブレンフィン４３に
コーティングされた触媒により、メタノールの分解反応
の熱力学的平衡関係より低温側で分解反応が促進されて
ＣＯとＨ2とに分解生成され、分解反応生成物であるＣ
Ｏは反応物質通路４７を通ってＣＯガス出口通路５０と
ＣＯガス出口ヘッダー５２からＣＯガスとして回収さ
れ、また分解反応生成物であるＨ2は表面にコーティン
グされたガス分離膜及びパンチングメタルを通って分解
生成ガス通路４８に入り、各分解生成ガス通路４８内に
分離収集されたＨ2ガスはＨ2ガス出口通路５１を介して
Ｈ2ガス出口ヘッダー５３より回収される。
【００２０】
【発明の効果】この発明による非平衡反応用プレートフ
ィン型反応器は、伝熱性にすぐれたプレートフィン型熱
交換器を用いて、例えば、通路内に触媒を充填した反応
物質通路内に表面にガス分離膜を有するメンブレンパイ
プを配置するか、メンブレンプレートまたはメンブレン
フィンを介して分解生成ガス通路を設けることにより、
メンブレンリアクターを形成し、メタノールなどのエネ
ルギー輸送用反応物質を１５０℃〜２５０℃程度の低温
廃熱を用いて、分解反応の熱力学的平衡関係を低温側に
シフトさせて分解反応させ、高効率で熱回収し、かつガ
ス分離膜にて分離回収した各分解ガスを輸送可能にし、
回収した熱エネルギーを化学反応物質の改質、分解吸熱
反応を利用して化学エネルギーとして熱移送するシステ
ムに使用できる。
ィン型反応器は、伝熱性にすぐれたプレートフィン型熱
交換器を用いて、例えば、通路内に触媒を充填した反応
物質通路内に表面にガス分離膜を有するメンブレンパイ
プを配置するか、メンブレンプレートまたはメンブレン
フィンを介して分解生成ガス通路を設けることにより、
メンブレンリアクターを形成し、メタノールなどのエネ
ルギー輸送用反応物質を１５０℃〜２５０℃程度の低温
廃熱を用いて、分解反応の熱力学的平衡関係を低温側に
シフトさせて分解反応させ、高効率で熱回収し、かつガ
ス分離膜にて分離回収した各分解ガスを輸送可能にし、
回収した熱エネルギーを化学反応物質の改質、分解吸熱
反応を利用して化学エネルギーとして熱移送するシステ
ムに使用できる。
【図１】Ａはこの発明による非平衡反応用プレートフィ
ン型反応器の外観を示す斜視説明図であり、Ｂは通路構
成を示す斜視説明図である。
ン型反応器の外観を示す斜視説明図であり、Ｂは通路構
成を示す斜視説明図である。
【図２】Ａはこの発明による他の構成からなる非平衡反
応用プレートフィン型反応器の外観を示す斜視説明図で
あり、Ｂは通路構成を示す斜視説明図である。
応用プレートフィン型反応器の外観を示す斜視説明図で
あり、Ｂは通路構成を示す斜視説明図である。
【図３】Ａはこの発明による他の構成からなる非平衡反
応用プレートフィン型反応器の外観を示す斜視説明図で
あり、Ｂは通路構成を示す斜視説明図である。
応用プレートフィン型反応器の外観を示す斜視説明図で
あり、Ｂは通路構成を示す斜視説明図である。
【図４】Ａ，Ｂ，Ｃはこの発明による非平衡反応用プレ
ートフィン型反応器の熱交換流体の流れを示す斜視説明
図である。
ートフィン型反応器の熱交換流体の流れを示す斜視説明
図である。
１，２０，４０ プレートフィン型反応器 ２，２５，４７ 反応物質通路 ３，２４，４５ 熱媒体通路 ４，２６，４８ 分解生成ガス通路 ５，２１，４１ プレート ６，６ａ，２２，２２ａ，４２ フィン ７，２３，４４ スペーサーバー ８ セラミックス板 ９ ガス分離膜 １０ メンブレンプレート １１，２７，５４ 熱媒体入口ヘッダー １２，２８，５５ 熱媒体出口ヘッダー １３，２９，５６ 反応物質入口ヘッダー １４，３０，５２ ＣＯガス出口ヘッダー １５，５３ Ｈ2ガス出口ヘッダー ３１ Ｈ2ガス出口ヘッダーパイプ ４３ メンブレンフィン ４６ 反応用通路 ５０ ＣＯガス出口通路 ５１ Ｈ2ガス出口通路
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 35/04 ３１１ Ｃ０１Ｂ 3/22 Ａ Ｃ０１Ｂ 3/22 3/56 Ａ 3/56 Ｆ２８Ｆ 3/08 ３０１Ａ Ｆ２８Ｆ 3/08 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ (72)発明者 高谷 芳明 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 堀江 哲次 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密 工業株式会社内 (72)発明者 岩田 克雄 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−84630（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−311301（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−337255（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−325402（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−105901（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−119094（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−232701（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 フィンをプレートで挟みスペーサーバー
で閉塞する通路を積層したプレートフィン型熱交換器の
構成からなり、触媒を通路内に充填あるいは通路内のフ
ィン及び／又はプレートに触媒をコーティングした反応
物質通路を挟み、一方に熱媒体通路、他方に多孔質材料
または孔明き材からなり表面にガス分離膜をコーティン
グしたメンブレンプレートを介して分解生成ガス通路を
積層配置した非平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項２】 フィンをプレートで挟みスペーサーバー
で閉塞する通路を積層したプレートフィン型熱交換器の
構成からなり、通路内に触媒を充填した反応物質通路と
熱媒体通路を積層配置し、通路壁が多孔質材料または孔
明き材からなり表面にガス分離膜をコーティングしたメ
ンブレンパイプからなる分解生成ガス通路を反応物質通
路内に配置した非平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項３】 フィンをプレートで挟みスペーサーバー
で閉塞する熱媒体通路と反応用通路を積層配置したプレ
ートフィン型熱交換器の構成からなり、多孔質材料また
は孔明き材からなり一方表面側にガス分離膜をコーティ
ングしたメンブレンフィンにて前記反応用通路内に所要
方向に流れる２通路を設け、メンブレンフィンのガス分
離膜側の通路内に触媒を充填するかあるいはメンブレン
フィン及び／又はプレートに触媒をコーティングして反
応物質通路となし、他方を分解生成ガス通路となした非
平衡反応用プレートフィン型反応器。 - 【請求項４】 請求項３において、多孔質材料または孔
明き材からなるプレートを介して反応用通路に隣接する
生成ガス出口通路を設けた非平衡反応用プレートフィン
型反応器。 - 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかにおい
て、反応物質がメタノール、分解生成ガスが水素、触媒
が貴金属系又はＣｕ−Ｃｒ系、ガス分離膜がパラジウム
系である非平衡反応用プレートフィン型反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5157854A JP2741153B2 (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 非平衡反応用プレートフィン型反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5157854A JP2741153B2 (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 非平衡反応用プレートフィン型反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06345404A JPH06345404A (ja) | 1994-12-20 |
| JP2741153B2 true JP2741153B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=15658828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5157854A Expired - Fee Related JP2741153B2 (ja) | 1993-06-02 | 1993-06-02 | 非平衡反応用プレートフィン型反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2741153B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE19936276A1 (de) * | 1999-08-02 | 2001-02-08 | Basf Ag | Vorrichtung und Verfahren zur isothermen Durchführung von heterogen katalysierten Dreiphasenreaktionen |
| JP4815668B2 (ja) * | 2000-05-15 | 2011-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | 水素生成装置 |
| JP4639472B2 (ja) * | 2001-01-05 | 2011-02-23 | 日産自動車株式会社 | 反応器 |
| JP2003035400A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Masaru Ichikawa | 水素発生・貯蔵装置 |
| FR2865027B1 (fr) * | 2004-01-12 | 2006-05-05 | Air Liquide | Ailette pour echangeur de chaleur et echangeur de chaleur muni de telles ailettes |
| EP1747061A4 (en) * | 2004-04-06 | 2008-03-19 | CHEMICAL REACTORS AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR | |
| ES2319285T3 (es) * | 2004-08-05 | 2009-05-06 | Saudi Basic Industries Corporation | Proceso con un intercambiador de calor recubierto con un catalizador. |
| JP5174602B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2013-04-03 | 株式会社日立製作所 | 水素貯蔵システム |
| JP5581028B2 (ja) * | 2009-09-16 | 2014-08-27 | 住友精密工業株式会社 | 触媒反応器 |
| WO2014208646A1 (ja) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | 株式会社Ihi | リアクタ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62105901A (ja) * | 1985-11-01 | 1987-05-16 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 高純度水素の製造法 |
| JPS6384630A (ja) * | 1986-09-29 | 1988-04-15 | Nippon Steel Corp | 水素の発生を伴う反応を行わせるために用いる熱交換器型反応装置 |
| JP2755685B2 (ja) * | 1989-05-25 | 1998-05-20 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池用水素製造方法 |
| JP2662529B2 (ja) * | 1989-10-02 | 1997-10-15 | 三菱化学エンジニアリング株式会社 | 無電解めっきによる改質ガス製造装置および方法 |
| JP2659841B2 (ja) * | 1990-02-08 | 1997-09-30 | 三菱重工業株式会社 | メタノール改質装置 |
| JPH04325402A (ja) * | 1991-04-25 | 1992-11-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 |
| JP3021082B2 (ja) * | 1991-05-14 | 2000-03-15 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池システム |
-
1993
- 1993-06-02 JP JP5157854A patent/JP2741153B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06345404A (ja) | 1994-12-20 |
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