JP5936624B2 - 反応装置および積み重ね可能な構造の反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、効率および生産性を向上させるように改良された積み重ね可能な構造の反応装置に関し、特に、熱の移送および反応効率を増加させるような部品配置有する積み重ね可能な反応装置に関する。

水素を生産するために使用されるような改質装置は、一般に、吸熱反応を持続させるために、熱源、例えば、加熱炉に晒される反応管を含んでいる。発熱反応などの他のタイプの反応では、冷却ジャケットのような冷却源に晒すことが求められる。反応管には、反応を生じさせるために触媒を含浸させたセラミック粒を充填するか、または、触媒をコーティングすることができる。セラミック粒は、破損し、時間と共に損傷を受け、反応管の内部に、ガスの望ましくない滞留を生じさせ、熱の移送に悪影響を与える粉を生じさせる。さらに、セラミック粒は、反応管のコアを通過して移送可能な熱量において制限を受ける。反応管の外側に位置する熱源からの熱の移送が低下すれば、高温加熱が必要となり、エネルギーコストを増加させる。そして、反応管の壁を厚くすることが必要となり、その寿命を短くし、あるいは、損なう。反応管のコアにおけるセラミック粒の不均衡な分布は、反応特性の劣る部分や、反応管中の特異点を作り出し、特性または寿命の劣化、または、その両方につながる。反応効率および生産性は、セラミック粒に固有の特性、および、構造的な制約に起因する熱移送の制限およびガス流の遮断により大幅に減少する。

反応管内で使用されるセラミック粒を改善する製造者による試みは、熱の移送および劣化を少しばかり改善したが、結果として、熱の移送を促進し、大きな表面積与え、圧力損を下げ、低コストで容易に実施できる触媒の保持性に対する改善の要請を残している。以下に、管状の反応装置に用いる金属ホイルに保持される触媒の様々な実施形態を論ずる。

触媒反応を実施するための反応装置が提供される。反応装置は、反応管のセンターロッドに沿って配置されるファン（fan）を備える。そのファンは、反応装置を通過する流体を方向づけるための放射状の流路を有することができる。その流路は、熱の移送を補助するために、反応管に向かって流体を放射状にガイドすることに効果的である。ファンは、上面と、底面と、外周面を有する。放射状の流路は、ファンの内部における波状面（corrugation）により形成され、ファンの外周面に沿った流路の開口を形成するように終端される。それは、例えば、反応管の壁に向き合う三角形の開口であり、反応管から反応装置の内部への熱の移送を促進する。

積み重ねが可能な構造の反応装置（stackable structural reactor：ＳＳＲ）が提供される。ＳＳＲは、上面と、底面と、円形の外周面と、を有する反応部品を含む。その部品は、反応管の内部に配置可能であり、例えば、反応管の内部に設けられるセンターロッドに沿って配置される。反応部品の上面もしくは底面に接触させて、内径と外径とを有するワッシャ（washer）を配置できる。ワッシャは、ワッシャの外周を反応管に接触させないように、反応部品の円形の外周面から径方向に外に向けて延出させることができ、その結果、反応管と、ワッシャの円形の外周と、の間に環状のギャップが形成される。

以下の図面は、１以上の実施形態の様々な態様を表わしているが、本発明をその態様に限定する意図はない。

交互に配置したファンとコアとを装荷したリアクタスリーブを有する反応装置の断面を示す。 反応管中で使用するためにセンターロッドに沿って交互にファンとコアとを配置した装荷済みのリアクタスリーブの側面を示す。 反応管中で使用するためにセンターロッドに沿って配置されたコアを表わす斜視図である。 反応管中で使用するためにそれぞれのリアクタファンの間にワッシャを配置して積み重ねたファンを表わす斜視図である。 ワッシャを上面に取り付けたファンを示す斜視図である。 スペーサタブを有するワッシャを上面に取り付けたファンを示す斜視図である。 波面状のワッシャを底面に取り付けたファンの一部を示す斜視図である。 リアクタ部品と共に用いられるキャステレートワッシャ（castellated washer）の一部を示す上面図である。 リアクタ部品の上面に取り付けられたキャステレートワッシャを示す上面図である。 スペーサタブを有し、リアクタ部品と共に用いられるキャステレートワッシャを示す斜視図である。 キャステレートワッシャを隣接させたリアクタ部品の一部を示す上面図である。 スペーサタブを付設したキャステレートワッシャを有するリアクタ部品の一部を示す斜視図である。 キャステレートワッシャまたはリアクタ部品を形成するためのノッチを有するブランク基板の一部を示す上面図である。 図１３の無地基板から形成されたキャステレートワッシャの一部を示す。 図１５Ａは、センターロッドに沿って縦方向に配置されたファンを装荷したリアクタスリーブの側面を示す。それぞれのファンは、その外周に１つのノッチを有する。図１５Ｂは、センターロッドに沿って縦方向に配置されたファンを装荷したリアクタスリーブの側面を示す。それぞれのファンは、その外周に多重のノッチを有する。 センターロッドに沿って縦方向に配置されたファンを装荷したリアクタスリーブの側面を示す。それぞれのファンは、その外周に１つのノッチを有する。 センターロッドに沿って縦方向に配置されたファンを装荷したリアクタスリーブの側面を示す。それぞれのファンは、その外周に１つのノッチを有する。 センターロッドに沿って縦方向に交互に配置されたファンを装荷したリアクタスリーブの側面を示す。１つのセンターロッドは、直下の他のセンターロッドにフィットする空洞部を有する。 直下の別のセンターロッドにフィットするセンターロッドの支持体、およびブッシングの組合せの上に、縦方向に交互に配置されたファンとコアとを装荷したリアクタスリーブの側面を示す。 反応管の内部で使用するためにセンターロッドに沿って配置された螺旋ファンの側面を示す。 反応管の内部で使用するためにセンターロッドに沿って配置された螺旋ファンの側面を示す。

以下に用いられるように、５〜２５の範囲が与えられた場合、少なくとも５、もしくは、５よりも多く、個々に独立して２５よりも少ないこと、もしくは、２５よりも多くないことを意味する。全てのリアクタ部品、または、その部分を構成する材料は、以下に論ずるように、例えば、金属、非鉄金属、金属ホイル、鋼鉄、ステンレス鋼、合金、ホイル、プラスチックやガラスなどの非金属、セラミック、もしくはそれらの組合せのようなその分野において良く知られている材料を含むことができる。

ここに説明される反応装置は、しばしば積み重ね可能な構造のリアクタ（ＳＳＲ）と表現され、反応装置を通過して流体が流れる方向に見た場合に一般的な環状の断面を有するモノリスを形成するために、センターロッドもしくは芯棒、パイプ,柱などの中心支持体の周りに配置される多数の部品を含むことができる。ここに説明するように、反応装置および関連するリアクタ部品の様々な変形例や実施形態を用いることができる。

反応装置１の構造例を図１に示す。改質チューブのような内壁面２ａおよび外壁面２ｂを有する反応管２は、センターロッドに沿って配置されたファン３またはコア４、もしくは、その両方のようなリアクタ部品を収容する。反応管２は、一般にその分野では良く知られており、好ましくは、鋼鉄、ステンレス、アルミニウムもしくはインコネル（Inconel）、または、ＨＰ５０のようなスパンキャスト合金（spun-cast alloy）のような金属を用いて製作される。これらに代えて（ＣＯからＣＯ２を生成するような低温反応であれば）、ポリマーもしくはプラスチック材を用いても良い。管は、円形、長方形、楕円または他の断面を有することが好ましい。反応管２は、少なくとも０．６、１、２、４、６、８、１０または１２メートル（ｍ）にすることができ、好ましくは、０．６から２ｍもしくは６から１５ｍの範囲にある。反応管２は、少なくとも２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５または２５０ミリメートル（ｍｍ）、好ましくは、８０から１４０ｍｍの範囲の内径を有することができる。反応管２の直径は、好ましくは、全長に対して一定である。

ファン３およびコア４のようなリアクタ部品は、これらの部品がセンターロッド５に沿ってスライド可能なように、センターロッド５を挿入する中央の孔または開口を有し、反応管に入るように作られる。センターロッド５の長さは、反応管２の長さに適合する。例えば、反応管２の長さに適合するように２から１０のロッドを重ね、部品の熱膨張を緩和できる多重ロッドを用いることもできる。センターロッド５は、少なくとも５、１０、２５、５０、７５、１００、１２５、または１５０ｍｍ、好ましくは、６から４０ｍｍの範囲の直径の円形断面を有する。リアクタ部品は、目的に合わせて、センターロッド５の円形断面の直径と同じ、または、円形断面の直径よりも少し大きい中央の穴もしくは開口を有する。センターロッド５は、さらに、部品３、４がスライドして外れないように、ブラケット、軸受、ベースプレートなどを含むことができる。センターロッド５には、反応管２に挿入する前に、予め任意の数のリアクタ部品３、４またはワッシャを装荷しても良い。図示したように、ファン３およびコア４は、それぞれのファン３が、ファン３の上下に位置する２つのコア４に接触し、その間に配置されるように、一方を他方の上に縦方向に積層し、リアクタ部品が交互に配置された層を形成することができる。以下に説明するワッシャは、要望に応じて１以上のリアクタ部品の間に挿入され、例えば、ワッシャが部品間に開空間を作り出すように、それぞれのファンとコアとをワッシャにより分離させることができる。また、リアクタ部品３、４は、交互に配置された層とは対照的に、任意の態様に配置できる。例えば、コア４を含まず、ファン３だけをセンターロッド５に装荷しても良い。

一般に、反応管２の内部に位置するリアクタ部品のそれぞれを介した流体の流れに適合するように、２４から４００もしくはそれ以上のリアクタ部品を、反応管２の内部に、任意の態様で交互に配置、もしくは、積み重ねることが可能である。１つの例として、燃料電池用の反応管は、２４から７２の縦方向に積み重ねたリアクタ部品を含むことができる。別の例では、水素改質装置用の反応管は、２００から４００もしくはそれ以上の縦方向に積み重ねられたリアクタ部品を含むことができる。ここでは、リアクタ部品を縦方向に積み重ねるように示すが、部品は任意の方法で配置することができ、反応装置の向き、または、技術的な要請に適合するように水平であっても良い。

気体または液体のような流体は、反応させるために、通常、反応管２およびセンターロッドに沿って配置されたそれぞれの部品３、４を介して縦方向、すなわち、要望に応じて上方または下方の縦方向に流れる。リアクタ部品３、４は、熱の移送を増やすために流体の流れを縦方向ではない他の方向に向ける。例えば、ファン３は、流体の流れを反応管の壁に向かう（全体的な縦方向に流れに垂直な）径方向に向けるか、その方向にガイドする。図示するように、流体は、開口あるいは入口７ａから反応管２に入り、縦方向に配置されたファン３およびコア４を通過して流れ、開口７ｂから排出される。ファン３およびコア４は、好ましくは、それぞれの部品３、４が、全体として、または、実質的に反応管の断面領域を塞ぐような横方向の寸法を有する。ファン３およびコア４は、反応管２の内壁２ａに接し、反応装置の外側からリアクタ部品３、４およびそこの含まれる流体に熱が効率的に移動される。ファン３の断面の径は、円形であるとすれば、少なくとも、２０、５０、１００、１５０、２００または２５０ｍｍ、好ましくは、８０から１３５ｍｍの範囲にすることができる。ファン３の高さは、少なくとも、７、１５、３０、４５、６０または６５ｍｍ、好ましくは、２０から４０ｍｍの範囲にすることができる。コア４の断面の径は、円形であるとすれば、少なくとも、２０、５０、１００、１５０、２００または２３０ｍｍ、好ましくは、１０から３０ｍｍの範囲にすることができる。

好ましくは、反応管２の中に位置するファン３は、その外周または外周面３ａと、反応管２の内壁２ａと、の間に、ギャップ８もしくは空間を作り出すように、反応管２の内径よりも小さい直径を有する。ファン３の外周面３ａと、反応管２の内壁２ａと、の間のギャップ８は、少なくとも、１、２、３、５、１０または１５ｍｍ、好ましくは、１から８ｍｍの範囲にすることができる。以下に議論するように、ギャップ８は、熱の移送を促進し、反応管２の内壁２ａに向けて移動する流体の流れを反応装置の内部に戻るように仕向ける。言い換えれば、ギャップ８は、流体が反応管２の内壁２ａに接した時に、その流れを１８０度反転させる役割を果たす。

反応管２を通過する流体の流れは、コア４などのリアクタ部品の外周にシール６を付けることにより、それぞれのコア４の外周と、反応管２の内壁２ａと、の間を流体が流れないように、さらに変化させることができる。そして、シール６は、流体の流れがコア４を外周においてバイパスすることを防ぐ。シール６は、流体がコア４を通過するように仕向け、流体に流れに依存して、コア４の下または上に位置するファン３のような他の部品に向かわせる。好ましくは、シール６は、それぞれのコア４の外周に位置し、コア４の外周の縦方向全体と、外周近傍の上面および底面と、を包み込むリング形状を有する。図示するように、ファン３は、それぞれの外周３ａと、反応管２の内壁２ａと、の間を流体が流れることを防ぐシールを含まない。シールは、ファンには用いられず、流体の流れは、反応装置の内部への熱の移送を促進するように反応管の壁に向けられる。別の構造部品の例は、別の実施形態において以下に説明される。

ファン３またはコア４、もしくは、その両方を積み重ねた配置は、触媒反応を実施するために熱の移送を促進するように設計される。そのような反応装置１の部品、ファン３またはコア４、もしくはその両方、および、ワッシャには、触媒をコートすることができる。そして、触媒を効果的に分布させ、反応装置を通過して流れる流体の大部分に接触させることができる。好ましくは、シールには触媒をコートしない。触媒は、その分野において知られたものであり、ニッケル、パラジュウム、ジルコニウム、ロジュウム、ルテニウム、イリジュウム、コバルトおよび酸化アルミニウムを含む。部品３、４は、膨張および収縮により粉を形成しないように積み重ねて配置し、充填層を形成するセラミック粒の1つの粒塊が生じさせない。また、ここで議論する配置を用いれば、反応管の膨張および収縮が触媒に影響を及ぼすこともない。

反応装置１では、効率化のために、異なる触媒反応および過程が、異なる好適な温度で実施される。したがって、反応管２、ファン３、コア４などは、それらが晒される環境（温度、圧力、速度、気体または液体の組成）に基づいて選択される。好適な材料は、好ましくは、少なくとも、−２０、−１０、０、４、１０、１５、２０、２５、３０、５０、８０、１００、１５０、２００、２５０、３００または３５０℃のプロセス温度、および、１０００、９００、７００、５００、４００、３５０、３００、２５０、２００、１５０、１００、８０、５０、３０または２７℃を超えないプロセス温度において、効果的に、あるいは、最も効果的に、また、効率的に、あるいは、最も効率的に実施し、その温度を許容するものである。

図２は、例えば、図１に示す反応管に挿入するために、センターロッドに沿って縦方向に交互に配置した複数のファン３およびコア４を装荷したリアクタスリーブ１０を模式的に表わしている。センターロッド５は、その上に縦に並べられた一組のファン３およびコア４を支持するために、その底部の近傍に位置するベースプレート９を有する。図示したように、ベースプレート９は、ディスクまたは板のようであり、センターロッド５にフィットする開口を有する。その上面もしくは下面から見れば、その板９は、一体のディスク、または、流体が通り抜け可能であって、ファンなどのリアクタ部品の中央に流入させることが可能な別の開口を有する。例えば、板９は、ハブ（hub）とスポーク（spoke）とを有する構造を形成する貫通孔、チャネルまたは三角形の開口を有することができる。円形の板は、ファン３またはコア４の底面が直接ベースプレート９の上面に乗ることができるように、センターロッド５から横方向に延在する。ベースプレート９は、反応管の内径を超えない任意の直径を有する。

ベースプレート９は、その直下に位置する軸受１０に固定またはセットされる。軸受１０は、ベースプレート１０の係止具として機能し、ベースプレートがセンターロッド５に沿って挿入されると、固定された軸受１０に接触して係止される。軸受１０は、センターロッド５の上に積み重ねられるリアクタ部品の数に依存して、ベースプレート９の望ましい位置を変更するように調整可能である。好ましくは、ベースプレート９は、センターロッド５の望ましい位置に取り外しできないように取り付けられる。例えば、ベースプレート９は、センターロッド５に溶接しても良いし、センターロッド５の一体化された構造の一部であっても良い。

１つの実施形態として、図３は、反応管の内部で使用するためにセンターロッド５の上に位置する渦巻状のコア４を例示している。コア４は、センターロッド５に適切にフィットする中心筒もしくは支持筒１１の周りに、平坦、リップル状もしくは波状の金属ホイルを渦巻状に巻き付けることにより形成される。例えば、金属ホイルは、溶接などの方法で支持筒１１に固定され、コア４の望ましい直径となるまで、支持筒１１に巻き付けることができる。フィッティングを目的として、コア４もしくはファンの内壁と、センターロッド５の外周と、の間の任意のボイドスペースを満たすために、任意の支持筒１１を、コアに固定するか、もしくは、非固定で（ルーズに取り付けて）使用することができる。コアの渦巻は、流体がコア４の一方の端１２ａへ流入し、チャネルを通過してコア４の他方の端１２ｂから流出するように、１以上の環状のフローチャネルを画する。

環状のフローチャネルの数および密度は、その分野で知られているように、中心筒もしくは支持筒１１の周りに金属ホイルを固く巻くか、緩く巻くかにより制御可能である。コア４を形成するための金属ホイルの厚さは、チャネル数を最適化するために選択することができる。例えば、薄い金属ホイルは、厚い金属ホイルよりも多くの流体の流れに適したチャネルを与える。コア４は、好ましくは、高密度の表面領域を含む。その結果、触媒がコートされた場合に、触媒反応を促進する。任意の好ましい数のコア４を、センターロッド５に沿って１以上のファンと交互に重ねることが可能である。

他の実施形態として、図４は、図示しないセンターロッド上で使用するために、縦方向に相互に積み重ねた多重ファンを示している。それぞれのファン３は、上面と底面とを有し、１つのファン３の底面は、直下に位置する他のファンの上面に近接するか、または、直接接触する。すなわち、ファン３の上面または底面は、その不規則性、もしくは、概して平坦であるトポグラフィに依存し、ファンの上面または底面の全体、もしくは、不規則であればその一部に、他のファンの直上または直下の位置に応じて、その上面もしくは底面に直接接する。ワッシャがファンを隔離させる例では、ファンの上面もしくは底面の少なくとも１部は、ワッシャの上面もしくは底面に直接接する。

支持筒１１の上に配置された場合、ファン３は、反応装置を通過する流体の流れを方向付ける多数の径方向の流路１３ａおよび１３ｂを有する。図示したように、径方向の流路は、近似的に三角形の形状であり、ファン３の上面から見た時に、円形の断面を形成するように支持筒１１から外方向に広がる。径方向の流路は、それぞれのファンの外周面に沿って終端され、反応管の内壁に向かい合う三角の開口を形成する。流体の流れの下流方向を見た時、流体は、重なったファン３の一方の端１４ａに流入し、上方に開いた三角形の形状の流路１３ａをファン３の外周に向かって径方向に通過し、反応管に接触する。そして、ファン３の外周面の周りにおいて下方に開いた三角形の形状の流路に流入し、ファン３の中心に向かって径方向に戻り、重なったファン３の他方の端から流体が流出するまで、次のファンまたはコア、もしくはその両方において、同じように流れる。図４に示すように、例えば、１つの配置において、ファン３は、１つのファンの上方に開いた近似的に三角の形状の流路を、直上もしくは直下に位置するファン３の下方に開いた近似的に三角の形状の流路に一致させるように縦方向に重ねて配置することができる。

平ワッシャ１５は、好ましくは、それぞれのファン３の上面と底面との間に配置される。フィッティングと組み立てを目的として、以下に説明するように、ワッシャは、ファンに取り付けられるか、または、それぞれのファンの間にルーズに（貼り付けられることなく）配置される。図４は、ファン３の底面に貼り付けられた平ワッシャ１５を示している。一方、図５は、ファン３の上面に貼り付けられた平ワッシャ１５を示している。平ワッシャ１５は、ファン３に付加的な構造強度を与えることができる。以下に説明する様々なワッシャと同じように、平ワッシャ１５は、リアクタ部品の上面もしくは底面の沿って様々に位置することが可能なサイズにすることができる。例えば、ワッシャ１５の外径は、ファン３の外周面の内側、外周面に一致、または、外周面を超えて延在することができる。図示したように、ワッシャ１５の外径は、ファン３の外周面に一致する。

動作状態では、積み重ねたファン３は、平ワッシャ１５を有し、センターロッドに沿って位置する。それを装荷したリアクタスリーブは、反応管の内部に挿入される。平ワッシャ１５は、上記のように、反応管の内径と同じ径、または、わずかに小さい径を有するように構成される。例えば、平ワッシャ１５の外径は、少なくとも、２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５または２５０ｍｍ、好ましくは、８０から１４０ｍｍの範囲にすることができる。平ワッシャ１５は、少なくとも、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５または４０ｍｍ、好ましくは、６から１２ｍｍの範囲のリングの幅を有することができる。平ワッシャ１５の内径は、２０から２４５ｍｍの範囲、または、上記のように、必要に応じて、その望ましい幅および外径にすることができる。ファンの上面上もしくは底面上、またはその近傍に位置するように、平ワッシャ１５の外径は、ファンの外周における流体の流れを阻害しないことを確実にするために、ファンの外径よりも小さく、少なくとも、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５または４０ｍｍにすることができる。また、ワッシャは、その外周と、反応管の内壁と、の間にギャップを作り出すために、ファンの外周面を超えて外側に広がっても良い。そのギャップは、少なくとも、１、２、３、５、１０または１５ｍｍ、好ましくは、１から８ｍｍの範囲にすることができる。ワッシャにより作り出されるギャップのサイズに依存して、圧力低下を制御、または、望ましい圧力低下に調整することができる。そのギャップは、反応装置を通過して流れる流体のいくらかは、ワッシャを超えてギャップを通過し、その周辺においてワッシャをバイパスする。ワッシャの周りの流体のバイパスは、通常、熱の移送を促進するものではないく、ファンの波状面による乱流、および、流路から径方向に外に向かう流体の流れにより、ファンの外周面を超える流体の流れは、熱の移送を大きく促進する。

平ワッシャ１５は、流体の流れの大部分がファン３の上向きの三角形の流路を径方向に移動して反応管に接し、その一部は、ファン３の隣接する下向きの三角形の流路を通過するか、または、ワッシャの外周の周りに向けられるように、反応管の内壁の近傍に位置することができるが、内面には接しない。平ワッシャ１５は、流れの大部分がファンの中心領域に浸透することを確実にする。平ワッシャ１５は、図示するように、実質的に中央が開き、流体の一部が向きを変えられ、反応装置を通過する流体の流れの方向に依存して上または下に位置するファン３の三角形の流路に戻るようにすることが好ましく、ファンの中心を流体で満たす。流体が、反応管に向かって径方向に戻る時、ワッシャの外周を超えて移動する流体の一部と混合される。図４および５に示すファン３は、最初に、波状（もしくは、フィン状（finned））の金属ホイルの細片を選択することにより準備することができる。金属ホイルの細片の波状面は、実質的に平面、あるいは、図示したようにリップルもしくは不均一性を有することができる。金属ホイルの波状の細片は、センターロッドが挿入される開口を画する内径を有するリングまたは環状のディスクを形成するために扇状に広げられる。ファンの内周面は、ファンを構造的に支持し、実装を目的としたセンターロッドの挿入に適合するように、例えば、溶接により、支持筒１１に随意に貼り付けることができる。支持筒は、ファンをセンターロッドにフィットさせた時に形成される任意のボイドを埋めるように、ファン３の内部に緩く配置されても良い。扇状に広げられたリングは、ファンの外周面に沿って見た場合に、上記の三角形の流路面の輪郭を表わす外周面を有する。

図６は、ワッシャの他の実施形態を示しており、スペーサタブ１５ａがワッシャの外周に付加されている。図示したように、スペーサタブ１５ａは、ワッシャ１５の外周から径方向に外に向かって延在する。ワッシャ１５の外周から測定したスペーサタブ１５ａは、径方向に外に向かって、少なくとも、１、２、３、５、１０、１５、２０、２５または３０ｍｍ、好ましくは、１から８ｍｍの範囲で延出させることができる。スペーサタブ１５ａは、望ましい幅に調整できる。スペーサタブ１５ａは、例えば、溶接などによりワッシャ１５の外周に取り付けることができる。また、そのタブは、ワッシャに一体化された部分であっても良い。

ワッシャ１５は、１以上のスペーサタブ１５ａを有し、例えば、ワッシャは、少なくとも、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上のスペーサタブ１５ａを有することができる。スペーサタブ１５ａは、リアクタ部品の外周面が反応管の内壁に接することを防ぐ。例えば、図示したようにワッシャ１５の外周がファン３の外周面に一致する位置にあれば、スペーサタブ１５ａの長さは、ファンの外周面が反応管の内壁から隔離された最小間隔を維持する。他の例では、ワッシャは、ファンとの関係において、ファンよりも小さい外径を有することができる。そのような場合は、スペーサタブは、ファンの外周面と反応管との間のギャップを確保するために長くなる。両方の例において、ワッシャは、ファンが動作中にスライドし反応管の内壁に接触することを防ぐように取り付けられる。

図７は、反応管の内部で使用するために、ファン３の底面に取り付けられた波状のワッシャ１６を示している。また、波状のワッシャ１６は、例えば、溶接により、ファン３の上面に取り付けることができる。図示したように、波状のワッシャ１６は、ファン３の外周を超えて径方向に広がっている。波状のワッシャ１６の好ましい寸法は、平ワッシャ１５に関して列挙した寸法と同じか、実質的に同じである。波状のワッシャ１６は、図４〜６に示す平ワッシャ１５のように、流体がワッシャをバイパスして流れ、圧力低下を望ましい状態に制御することができるように、ファンの上面上または底面上に位置し、ワッシャ１６の外周面と、反応管の内壁と、の間に所定のギャップを設ける。

図示しないが、他の実施形態では、波状のワッシャ１６の、例えば、波面の頂点または谷間にスペーサを取り付けることができる。スペーサは、ワイヤ、金属片、長方形のタブのようなもの等であっても良い。例えば、金属のワイヤ片は、スペーサがワッシャ１６およびそのワッシャが取り付けられたリアクタ部品の外周から反応管の内壁に向けて外方向または径方向に延出するような配置でワッシャ１６に溶接することができる。スペーサの延出しない残りの部分は、任意の望ましい長さ、好ましくは、ワッシャ１６の内周を超えて内側に突出しないように、ワッシャ１６のリング幅よりも大きくならないように調整できる。金属ワイヤの長さは、ワッシャ１６と反応管との間のギャップを制御するために、ワッシャ１６またはリアクタ部品、もしくは、その両方から延出するワイヤが望ましい長さとなるように調整することができる。好ましくは、スペーサは、少なくとも、１、２、３、５、１０または１５ｍｍ、好ましくは、そのワッシャの外周面から１から８ｍｍの範囲で延出することができる。

図８は、ファン３のようなリアクタ部品と共に用いられるキャステレートワッシャ１８の一部を示している。好ましくは、キャステレートワッシャ１８は、反応管の内径と同じか、少し小さい直径を有するように構成される。例えば、キャステレートワッシャ１８の外径は、少なくとも、２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５または２４５ｍｍ、好ましくは、８０から１４０ｍｍの範囲にすることができる。キャステレートワッシャ１８は、少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５または４０ｍｍ、好ましくは、６から１２ｍｍの範囲のリング幅を有することができる。キャステレートワッシャ１８の内径は、２０から２４５ｍｍの範囲にあれば良く、上述した望ましい幅および外径に対して適合する幅であれば良い。キャステレートワッシャ１８は、その外縁の周りを流体が流れるように、その外周にノッチまたは溝１９を有することができる。ノッチ１９は、正角形、長方形、円弧もしくはその組み合わせのような任意の形状をとることができ、任意の寸法であって良い。例えば、ノッチ１９の幅および深さは、任意に調整できる。例えば、ノッチ１９の深さは、少なくとも、１、２、３、５、１０または１５ｍｍ、好ましくは、１から８ｍｍの範囲であれば良い。図８に示すように、ノッチ１９は、通常、三角形である。

キャステレートワッシャ１８は、好ましくは、ノッチ全体、または、その部分がリアクタ部品の外周面を超えて径方向に広がるように、リアクタ部品上に位置する。例えば、ノッチ１９は、ファン３の外周面を超えて、少なくとも、１、２、５、１０または１５ｍｍ広がることができる。ファンに取り付けられると、キャステレートワッシャ１８のノッチ１９の深さは、流体が流れ、圧力低下を制御できるように、ファン３の外周面と、反応管の内面と、の間に所定のギャップを与える。ノッチ１９は、流体が溝１９の間を流れ、流体の流れる方向に依存して、キャステレートワッシャ１８の上もしくは下のファンの流路に流れ込むことを可能とする。ノッチ１９の深さおよび幅は、圧力低下、および、ワッシャの外周を超えて流れる流体の量を制御するために調整することができる。

図示したように、キャステレートワッシャ１８は、三角の面を有する流路のような、ファンの流路を画する頂点または溝に適合するため、または、フィットすることを目的としてリアクタ部品に適合するために、波状であっても良い。例えば、図９は、ファン３の上面に取り付けられたキャステレートワッシャ１８を示している。キャステレートワッシャ１８の波状面は、そのカスタマイズされた適合性を確保するために、ファン３の下向きの三角流路の波状の上面に一致するよう調整されている。ファン３の形状、または、リアクタ部品の流路に適合させるために、キャステレートワッシャ１８の波は、少なくとも、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または１３ｍｍ、好ましくは、２から７ｍｍの範囲にすることができる。

他の実施形態として、図１０は、リアクタ部品と共に、好ましくは、フィン状の金属ホイルであるファン３と共に用いられるキャステレートワッシャ２０の一部を示している。例えば、キャステレートワッシャ２０は、図４〜７に示すようにファン３に取り付けることができ、また、渦巻状のフィン形状の金属ホイルと共に使用できる。キャステレートワッシャ２０は、好ましくは、図８及び９に示す上述したワッシャ１８と同じ外径、内径およびリング幅を有する。

キャステレートワッシャ２０は、ファン３の外周面と、反応管の内壁と、の間に所定のギャップを作りだすために、その外側の端が、直接、反応管の内壁に接触するように、スペーサタブ２２を有することができる。キャステレートワッシャ２０の三角の波２４の外周面から測定した場合、スペーサタブ２２は、少なくとも、１、２、３、５、１０または１５ｍｍであり、好ましくは、１から８ｍｍの範囲にあれば良い。スペーサタブは、例えば、溶接によりキャステレートワッシャ２０に取り付けるか、または、ワッシャと一体の部分であっても良い。図示したように、スペーサタブ２２は、ワッシャ２０の平坦部２３に位置する。平坦部２３は、ファン３のようなリアクタ部品にキャステレートワッシャ２０を取り付けるための接触面を与える。例えば、１以上の平坦部２３は、図４〜７に示した配置と同じように、ファン３の上面または底面に溶接することができる。

波面のピーク２５は、キャステレートワッシャ２０の平坦部２３の間に位置する。波面のピーク２５は、特定のリアクタ部品の配置に柔軟に適合するように、キャステレートワッシャ２０に自由度を与える。動作状態において、波面のピーク２５は、リアクタ部品の径方向の流路にフィットする。図１１に示すように、波面のピーク２５は、反応管内で使用されるフィン状の金属ホイル２７の流路の中に位置する。

図１１は、反応管の内壁に向き合う方向から見たフィン状の金属ホイルの一部を示す。フィン状の金属ホイルは、反応装置を通る流体の流れを方向付けるために、隔離された流路２８および２９を与えるように波打っている。キャステレートワッシャ２０は、平坦部２３を流路２８または２９の端に溶接することにより、フィン状の金属ホイルに取り付けることができる。好ましくは、ワッシャ２０は、スペーサタブ２２の基部がフィン状の金属ホイルの外周面から始まる配置に取り付けられ、スペーサタブは、フィン状の金属ホイルの外周面から反応管の内壁の方向に延出し、好ましくは、その内壁に接する。例えば、図１２は、その外周面から外側もしくは径方向に延出するスペーサタブ２２を有する図１１のフィン状金属ホイル２７の一部を表わす斜視図である。図２０および２１に関して、以下に論じるように、リアクタ部品もしくはフィン状の金属ホイルは、反応管に挿入するために、キャステレートワッシャ２０と一緒に渦状に巻き付けることができる。

以下に論じるように、リアクタ部品と共に使用する様々な実施形態が説明される。キャステレートワッシャを形成するための方法は、キャステレートワッシャの寸法に適合する長さおよび幅を有する平らな金属ホイル片のような金属ホイルのシートの選択を含む。１つの例では、金属ホイルの幅は、上記の単一のキャステレートワッシャの望ましいリング幅の少なくとも２倍である。穿孔された金属ホイル３０を形成するために、金属ホイルの全長にそって直線状に穴の列を開けることができる。穴３２は、最終的な波状のワッシャにおける波およびノッチの間隔および寸法に依存して、隔離されるか、または、相互に近接する。穴３２の直径は、動作時にリアクタ部品の外周面と反応管との間の間隔に一致する所定のギャップを与えるように選択できる。穿孔された金属ホイル３０は、２つのノッチを有する金属ホイルの細長い片３０ａおよび３０ｂに分離または切断される。好ましくは、穿孔された金属ホイル３０は、連なった穴３２の中心を通る線で分離される。

ノッチを有する金属ホイル片３０ａおよび３０ｂは、図１４に示すように、波状に形成しても良い。ノッチを有する金属ホイル片は、様々な程度の波の密度を有する波面にすることができる。例えば、波の頂点を1つのノッチ３６の両側に位置させることができる。図示するように、ノッチを有する金属ホイル片３０ｂは、それぞれのノッチ３６の中央と、ノッチの両側と、に波の頂点を有するが、ノッチ１９およびその密度は、ワッシャの外側を超えて流れる流体の割合を決定するので、そのような波面の構造的配置は必然ではない。波状およびノッチを有する金属ホイル片は、ファンまたはフィン状のホイルのようなリアクタ部品に取り付けるために、キャステレートワッシャを形成するようにリング状に形成される。

別の実施形態では、金属ホイルは、ファンもしくはフィン状のホイルの望ましい径の２倍の幅を有するように選択できる。ワッシャの形成法と同じように、そのホイルを２つのノッチを有する細片に分離する前に、より広い金属ホイルに、その中心および長さ方向に沿って連なった穴を打ち抜くことができる。ノッチを有する細片を波状に形成し、ノッチの深さまたは中央の孔の半径を含めた細片の幅の２倍の直径を有するファンを形成するためにリング状に広げることができる。金属ホイルに打ち抜かれた穴の直径により決定されるノッチの深さに依存して、キャステレート形のファンが形成され、そのファンの外周面は、キャステレート形のギャップを制御する外縁を作り出すファンの外周面の全高に沿ったノッチを含む。キャステレート形のファンは、ワッシャに随意にフィットさせることができる。しかしながら、ファンのノッチは、その外周面と、反応管と、の間に望ましいギャップを作り出すために十分である。

図１５〜１７に示す反応管の内部におけるリアクタ部品の積み重ねの態様に関して、様々な実施形態を以下に説明する。ここで説明するように、対向する部分は、交換可能に使用される。図１５Ａは、反応管４２の内部において、センターロッド４４の上に縦に積み重ねられたファン４０を示している。ファン４０の外周面は、ファンの周囲に沿って均一に延在する1つのノッチ４５を有する。ノッチ４５は、ファン４０の外周面と、反応管４２と、の間にギャップを作り出す。ノッチ４５は、少なくとも、１、２、３、５、１０または１５ｍｍ、好ましくは、１から８ｍｍの径方向の深さを有することができる。ノッチ４５の深さは、ファン４０の外周面と、反応管４２の内壁と、の間に作り出されるギャップの長さに対応する。ノッチ４５は、ファン４０の全体の高さよりも低い、任意の高さを有することができる。好ましくは、ノッチ４５の高さは、４、１０、２０、３０、４０または５０ｍｍであり、好ましくは、１０から３０ｍｍとすることができる。

縦方向に見れば、ファン４０は、上下に突出部４６ａおよび４６ｂをそれぞれ有する。上下の突出部４６ａおよび４６ｂは、ファン４０の外周に沿って径方向に延出し、ノッチ４５の高さを画する。好ましくは、図示したように、ファン４０の突出部４６ａ、４６ｂは、反応管４２の内壁面に接する。反応管４２の内壁面に接することにより、ファン４０の突出部４６ａ、４６ｂは、ファンの凹部もしくはノッチ部４５と、反応壁との間に、反応装置を通過する流体が、それぞれのファンに流入し、ファンの外周面を超えて流れるギャップを確報する。流体の流れは、反応装置のコア領域に戻される前に、熱の移送を促進するために、ノッチ４５の部分において反応管４２に接触することができる。また、突出部は、反応管４２から隔離されても良い。上下の突出部４６ａ、４６ｂは、少なくとも、２、４、８、１０、１５、２０、３０または３５ｍｍ、好ましくは、５から２０ｍｍの範囲の高さを有することができる。

図１５Ａの積み重ねられた態様では、ワッシャ４１は、それぞれのファン４０の上面または底面のいずれかに、もしくは、その部分は、ワッシャ４１に接するように、それぞれのファン４０の間に位置する。図示したように、ワッシャ４０の外径は、それぞれのファンの最も内側の直径、または、それぞれのノッチの最も内側の凹部の直径に一致する。また、ワッシャ４１は、ワッシャ４１の外径が、ノッチ４５の最も内側の凹部、または、その内側を超えて延出するように、位置することができる。

図１５Ｂは、反応管４２の内部において、センターロッド４４に沿って縦方向に積み重ねられたファン４０を示している。ファン４０の外周面は、ファンの周囲に均一に延在する４つのノッチ４５を有している。ファン４０は、４つのノッチを有するように示されているが、使用されるファンの高さ、および、反応装置の全長に渡る利用可能な圧力の低下量に依存して、任意の数のノッチを含むことができる。例えば、ファン４０は、少なくとも、１、２、３、３、５、６、７、８またはそれ以上のノッチを有することができる。ノッチ４５は、図１５Ａに示すノッチに関して説明した高さおよび深さを有することができる。

図１５Ｂのファン４０は、上、中間、下の突起４６ａ、４６ｃおよび４６ｂをそれぞれ有している。突起４６ａ、４６ｃ、４６ｂは、窪んだファンの周囲、または、ノッチ４５と、反応壁と、の間に、それぞれのファン４０の周囲を流体が流れることを可能とするギャップを確保するために、反応管４２に接することが好ましい。突起４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、図１５Ａに示す突起に関し説明した高さを有する。突起４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、ノッチ４５を画するために、それぞれのファン４０の外周の周りにおいて径方向に延出し、３つの中間の突出部４６ｃは、それぞれのファンの上下のノッチ４６ａ、４６ｂの間に位置する。図１５Ｂは、縦方向に配置された４つのノッチを有するファン４０だけを示しているが、それよりも多く、もしくは、少ないノッチを有するファンを、所望の順で縦方向に積み重ねることができる。ワッシャ４１は、それぞれのファン４０を分離する。

別の実施形態として、図１６は、ワッシャ４１により分離され、反応管４２の内部においてセンターロッド４４に沿って積み重ねられたファン４０を示している。ファン４０は、それぞれのファン４０の上端に位置する1つの突起４８を有している。突起４８から離れたファン４０の外周面の一部は、それぞれのファン４０の周囲に径方向のギャップを画するノッチ４９を形成するために窪んでいる。縦方向に配置され、1つのファン４０の突起４８は、直上のファン４０のノッチ４９の底部に隣接する。そして、突起４８を有する別のファン４０の次に積み重ねられた時、1つのファン４０の突起４８は、図示したように1つのノッチ４９の高さを画する。ファン４０のノッチ４９および突起４８は、図１５Ａに関し、列挙した上記の寸法を有することができる。他の選択肢として、図１６のファン４０は、任意の順で異なるファンを積み重ねた配置を与えるように、図１５Ａおよび１５Ｂのノッチを有するファンと共に使用することができる。

さらなる別の実施形態として、図１７は、反応管４２の内部においてセンターロッド４４に沿って積み重ねられたファン４０を示している。ファン４０は、それぞれのファン４０の底部に位置する1つの突起５０を有している。突起５０から離れたファン４０の外周面の残りの部分は、それぞれのファン４０の外周の周りに径方向のギャップを画するノッチ５１を形成するように窪んでいる。それぞれのファン４０の底面には、ワッシャ５２が取り付けられている。ワッシャ５２は、後退した位置に設けられ、反応管４２に接しない。一方、突起５０は、反応管４２に接し、反応装置を通過する流体の流れを方向付ける。図１５から１６のワッシャ４１のように、ワッシャ５２は、ファン４０の間に、０．１から５ｍｍの範囲とすることができるワッシャの高さと同じ縦方向のギャップ５４を作り出す。図示したように、ワッシャ５２は、平らなリングであるが、波面を有するワッシャを使用しても良い。また、ワッシャ５２は、それぞれのファン４０の上面に取り付けても良い。ワッシャ５２は、組み立て前にファンに取り付けずに、ファン４０の間に緩く配置しても良い。

上記のように、それぞれのファン４０の底部の突起５０は、それに取り付けられたワッシャ５２を有し、１つのファンの突起５０は、ノッチ５１の上の境界を画し、下のファン４０の突起５０は、ノッチ５１の下の境界を画する。ファン４０のノッチ５１および突起５０は、図１５Ａに関し、上に列挙した寸法と同じにすることができる。ワッシャの有無にかかわらず、任意の順で異なるファンを積み重ねた配置を与えるために、図１７のファン４０を、図１５Ａ、１４ｂおよび１５のノッチを有するファンと共に使用することもできる。

図１８〜１９に示すように、センターロッドとブッシングの構成、および、部品に関し、以下に、様々な実施形態を説明する。図１８は、反応管６３の内部において交互に積み重ねられたコア６４およびファン６６を支持する目的で、縦方向に積み重ねた配置に軸合わせされた２つのセンターロッド６０、６２を示している。センターロッド６０は、図示したように、シリンダ状のキャビティ６１をその底部に有しており、６２のようなキャビティ６１の内側にフィットする別のセンターロッドを受け入れる。シリンダ状のキャビティ６１は、別のセンターロッド６２をフィットさせるように、その外径よりも小さいか、同じ、もしくは、大きい内径を有する。例えば、シリンダ状のキャビティ６１は、少なくとも、５、１０、２５、５０、７５、１００、１２５または１５０ｍｍ、好ましくは、６から４０ｍｍの範囲の内径を有することができる。キャビティ６１の内径は、ロッド６２の上端と、キャビティの底面と、の間にギャップまたはクリアランスを有するように調整することができる。そのクリアランスは、少なくとも、２、４、８、１０、１５、２０、３０または３５ｍｍ、好ましくは、５から２０ｍｍの範囲とすることができる。シリンダ状のキャビティ６１は、望ましい高さに調整することができる。例えば、その高さは、少なくとも、１００、２００、３００、４００または５００ｍｍにすることができる。

反応管６３の内部においてリアクタ部品６４、６６を支持するためのベースプレート６８は、センターロッド６０から径方向に延出する。ベースプレート６８は、例えば、溶接によりセンターロッド６０に取り付けられるか、または、ロッド６０に一体化された部分である。ベースプレート６８は、図示したように、センターロッド６０の下端、に位置する。または、センターロッド６０の下端から長さ方向に沿った任意の望ましい場所に位置することができる。ベースプレート６８は、一体の底部と、リアクタ部品に接する上面と、を有することができる。また、プレート６８は、流体が通過して流れるように穿孔されていても良い。ベースプレート６８は、キャビティ６１の直径よりも大きく、反応管６３の直径よりも小さい望ましい任意の直径を有する。動作状態において、反応管の内部でコアとファンとを交互に配置するために、１以上のロッドが一体に配列されフィットするように、底部のシリンダ状のキャビティのような同じ構造的特徴を全てが有して連なったロッドを用いることができる。１つのロッドの先端を他のロッドのキャビティに挿入して縦方向に積み重ねられたロッドは、リアクタ部品間の過剰なギャップを取り除くか、または、防ぐ。リアクタ部品の分解は、例えば、センターロッドの上端をつかみ引き上げて反応管からセンターロッドを引出すことにより実施できる。それぞれのセンターロッドのベースプレートは、反応装置の組み立ておよび分解の過程において、リアクタ部品がセンターロッドから外れることを防ぐ。

図１９は、反応管７３の内部で別のセンターロッド７２の上に縦方向に配列されたセンターロッド７０を示している。センターロッド７０は、ロッドの沿って縦方向に積み重ねられるファン７６とコア７４とを支持するために、ロッド７０ａの下端の上に位置するベースプレート７８を有する。ベースプレート７８は、ロッド７０の長さ方向に沿った任意の望ましい場所に位置することができる。好ましくは、ベースプレート７８は、少なくとも、下端７０ａの５、１０、１５、２０、２５、３０、３５または４０ｍｍ上方に位置することができる。図１８のベースプレートと同じように、ベースプレート７８は、一体または穿孔されても良い。

図示したように、両方のセンターロッドの一部の周りを囲んだブッシング７１の内部において、センターロッド７０の下端７０ａは、センターロッド７２の上端７２ａから隔離している。その間隔は、図１８に関して説明した上記のクリアランスと同じである。ブッシング７１は、少なくとも、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４または２６ｍｍの直径と、少なくとも、１０、２０、３０、４０または５０ｍｍの高さを有することができる。ブッシング７１は、センターロッド７０の底部、または、センターロッド７２の上部のいずれか望ましい方に取り付けることができる。また、ブッシング７１は、リアクタ部品の一体化された部分であっても良い。例えば、ブッシングは、コア７４またはファン７６の中央の開口部に取り付けても良い。図示したように、ブッシング７１は、センターロッド７２に沿って配列されたリアクタストリングの上端に位置するコア７４の中央に位置する。コア７４の中央に位置して、ブッシング７１は、ブッシングおよびコアの組合せがセンターロッド７２に沿ってスライドするように、コア７４の構造に一体化された部分であっても良い。ブッシング７１を所定の位置に保持し、センターロッド７２からスライドして外れないようにする返し部７５をブッシング７１の下端の直下に用いることができる。センターロッド７０のテーパ形状の底部は、装荷されたリアクタスリーブを形成するためにブッシング７１に挿入される。

上記のように、多重のリアクタ部品は、リアクタスリーブを装荷するために、ロッド上に積み重ねることができ、リアクタスリーブは、反応装置内においてさらに配列させることができる。図２０および２０に示すように、反応管の内部で用いる１つのリアクタ部品に関する様々な実施形態を、以下に説明する。ファン、もしくは、フィン状ホイルのようなリアクタ部品であって、渦巻状、または、螺旋状のリアクタ部品は、多重に積み重ねられたリアクタ部品を削減できる。例えば、螺旋状のファンは、反応管の内部で使用するためにセンターロッド上に位置する単一のリアクタ部品である。他の選択肢として、１以上の螺旋状のファンもしくはフィン状ホイルを一体に積み重ねても良いし、ファンおよびコア、もしくは、フィン状のホイルおよびコアの２重螺旋構造を用いることができる。図２０は、反応管の内部で使用するために、センターロッドにフィットさせた螺旋ファン１００を示している。螺旋ファン１００は、平面、もしくは、波状の金属ホイルの細片を、流体の流路として用いるために、実質的に３角形の波面を作るように波打たせることにより形成できる。ホイルの波状の細片は、リングを形成するように広げられ、波状の細片は、さらに、図示した螺旋構造を得るために渦状に広げられる。螺旋は、時計周りの方向、もしくは、反時計回りの方向のいずれかにねじることができる。螺旋の内周は、螺旋構造に強度を持たせ、実装のためにセンターロッドに適合させるために支持筒に随意に貼り付けることができる。好ましくは、螺旋構造は、全長に渡って一定の外径を有する。螺旋ファン１００の外周面は、反応管の内壁から隔離し、例えば、その間隔は、少なくとも、１、２、３、５、１０または１５ｍｍ、好ましくは、１から８ｍｍの範囲にすることができる。螺旋ファン１００の外周面は、ノッチを有しても良いし、キャステレート状であっても良く、その面の最大外径部、突起部は、反応管の内壁面に接する。螺旋ファン１００は、反応装置を通過する流体の流れを受け入れ方向付けるための上記の三角形の流路面の輪郭を表わす外周面を有する。

螺旋ファンを形成するために使用されるホイルの金属細片は、螺旋ファン１００の外周面１００ａに沿ってノッチまたは突起を構造的に配置するために、一方の端にノッチまたは切り欠きを有する。例えば、螺旋ファン１００の外周面１００ａには、図８および１５〜１７に示すようにノッチとギャップが配置される。螺旋ファン１００の外周面におけるノッチまたはギャップ、もしくはその両方の配置に依存して、全面もしくはその一部は、反応管の内壁面に接することができる。以下に説明するように、ワッシャまたはスペーサは、反応管に接するために使用され、螺旋ファンがその管に接することを防ぐことができる。

螺旋ファン１００は、少なくとも、２５、５０、７５、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５または２５０ｍｍ、好ましくは、８０から１４０ｍｍの外径を有することができる。単一のリアクタ部品として用いられる場合、螺旋ファンは、少なくとも、０．６、１、２、４、６、８、１０または１５ｍ、好ましくは、０．６から２ｍ、もしくは、６から１２ｍの長さを有することができる。螺旋ファンは、少なくとも、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５または４０度、好ましくは、５から４０度の範囲、より好ましくは、１０から３５度の範囲のねじりまたは傾斜角を有するように形成することができる。

螺旋ファン１００の長さ、および、ねじりもしくは傾斜角に依存して、任意の数のスパイラルを用いることができる。１つのスパイラルは、1つの完結した外周を形成する螺旋の一部と考えられる。螺旋ファン１００は、少なくとも、２４、４８、７２、９６、１５０、２００、２５０、３００、３５０または４００、このましくは、２４から９６の範囲のスパイラルを有することができる。螺旋ファン１００には、望ましい触媒を塗布する。好ましくは、螺旋ファンの全面に塗布する。

螺旋ファン１００は、平面、波状面もしくはキャステレート状の螺旋ワッシャ１０４を有しても良い。波面による自由度が大きいことから、波状の螺旋ワッシャが好ましい。さらに、螺旋ワッシャ１０４の波面、または、頂点および谷間、もしくは、その両方を、螺旋ファン１００の波面に一致させることができる。螺旋ワッシャ１０４の自由度は、螺旋ファン１００を取り付ける間において、連続した円弧を形成するために望ましい。螺旋ワッシャ１０４は、螺旋ファン１００の上面または底面、もしくは、その両方に取り付けることができる。好ましくは、螺旋ワッシャ１０４は、螺旋ファン１００の全長に渡って延在する。上記のワッシャに類似した配置において、螺旋ワッシャ１０４は、好ましくは、螺旋ファン１００の外縁に位置するリングである。螺旋ワッシャ１０４は、螺旋ファンの外周面から内向きもしくは外向きに延在するか、それに一致する。螺旋ファン１００の外周面１００ａから外向きに延在するとすれば、螺旋ワッシャ１０４は、好ましくは、反応管の内壁面には接触せず、螺旋ワッシャ１０４の外周と、反応管と、の間にギャップを残す。螺旋ワッシャ１０４により作り出されるギャップは、例えば、図５〜７において説明したギャップと同じである。同様に、螺旋ワッシャの内径、外径およびリング幅は、例えば、図５〜７において列挙した寸法と同じである。別の態様として、螺旋ワッシャは、図８〜１４に示し説明したキャステレート状、または、スペーサもしくはスペーサタブを有しても良い。また、その両方であっても良い。

別の実施形態として、螺旋ファン１００は、二重螺旋状のリアクタ部品を形成するために、コアのような他のリアクタ部品に重ねることができる。例えば、横からみればファンおよびコアを交互に積み重ねた層を含む二重螺旋を形成するために、コアは、渦巻状、または、螺旋ファン１００を作るために用いられる波状のホイルと共に扇状に広げられる。他の選択肢として、二重の螺旋配置は、ワッシャの外周と、反応管の内壁と、の間にギャップを作り出すために１以上の螺旋ワッシャを有することができる。ファンまたはコア、もしくは、その両方の外周面は、螺旋ファン１００に関して同様に論じたように、好ましくは、反応管の内壁から隔離される。

図２１は、反応管の内部に配置された螺旋ファンを示す断面図である。螺旋ファン１１０は、その中央の開口部に対応した内径を有するため、ボイドスペース１１６が作り出される。螺旋ファン１１０の中央のボイド１１６には、粒子１１８の凝集体を充填することができる。粒子１１８は、その分野で知られた、セラミック、金属もしくはその組み合わせにより作ることができる。粒子１１８は、好ましくは、球体、回転楕円体、実質的に回転楕円体、おおよそ、もしくは、やや回転楕円体、また、丸みのある、もしくは、変形した回転楕円体である。また、楕円形、長円形、不均一な形状、もしくは、ペレット、砂粒、小石、丸い石、海岸もしくは河床で見られる丸石のような石に似た成形体であっても良い。

粒子１１８は、螺旋ファン１１０の最小内径を維持するように機能することができ、その結果、反応管１１４の内壁に対して螺旋ファン１１０または螺旋ワッシャ１１２の外周面を確保するように機能する。中央のスペースを充填しながら、反応管１１４の内壁面に対する接触を維持することは、流体の多くが螺旋ファン１１０の中心に集中することを防ぐ。螺旋ファン１１０のボイドスペース１１６を充填する前に、螺旋ファン１１０の内周面と、ルーズな凝集体と、の間のバリアとして機能するシール管１１９を挿入することができる。シール管１１９は、螺旋ファン１１０に貼り付けても良いし、貼り付けなくても良い。好ましくは、シール管１１９は、螺旋ファン１１０と同じ高さを有する。シール管は、要望により、螺旋ファン１１０の内周面に直接接しても良いし、その内面から隔離されても良い。

図２０および２１に示す単一の螺旋状のリアクタ部品は、多数の部品を含むリアクタ配置に対して明らかな利点を有する。例えば、単一の部品だけにコートすれば良く、製造の時間およびコストを削減する。さらに、単一のリアクタ部品を用いることにより、一定の外径が維持され、外径の異なる多数のリアクタ部品に比べて、より一貫した流れを与える。

本発明に従った様々な実施形態を示し説明したが、発明はこれらに限定されるものではなく、当業者にとって数値の変更や変形が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、ここに示し説明した詳細に限定されることはなく、添付したクレームの範囲に包含される全ての変更や変形を含む。

Claims (15)

1. 反応管の内部においてセンターロッドに沿って配置される静止したファンであって、流体の流れを方向づける径方向の流路を有し、前記反応管に接触するように前記流体の流れを前記径方向にガイドし、前記反応管との間の熱の移送を促進するファンを備え、
   前記ファンは、上面と、底面と、外周面と、を有し、前記反応管に向き合う流路の開口を形成するように、前記径方向の流路は、前記外周面に沿って終端された反応装置。
2. 前記センターロッドに沿って配置され、渦巻状に設けられたコアをさらに備えた請求項１記載の反応装置。
3. 前記ファンは、波状のディスクであり、前記センターロッドを通す中央の開口部を有する請求項１記載の反応装置。
4. 前記ファンとは別のファンと、前記ファンと、の間に設けられ、前記ファンの前記上面または前記底面、および、前記別のファンの底面または上面に接し、内径と外径とを有するリング形状のワッシャをさらに備え、
   前記ワッシャの前記外径は、前記ファンの外周面から外に向かって径方向に延出した請求項１記載の反応装置。
5. 前記ワッシャは、その前記外径から外に向けて延在するスペーサタブをさらに有する請求項４記載の反応装置。
6. 前記ワッシャまたは前記スペースタブは、前記反応管に接触し、前記ファンの外周面は、前記反応管に接触しない請求項４または５に記載の反応装置。
7. 前記センターロッドに沿って配置された前記ファンを支持するベースプレートをさらに備え、
   前記ベースプレートは、前記センターロッドから外向きに延出した請求項１記載の反応装置。
8. 前記センターロッドは、上端と、下端と、前記上端または前記下端に設けられたシリンダ状のキャビティと、を有し、
   前記キャビティは、別のセンターロッドの一部を受け入れる請求項１記載の反応装置。
9. 前記ファンは、螺旋ファンである請求項１記載の反応装置。
10. 前記螺旋ファンは、５から４０度の傾斜角を有する請求項９記載の反応装置。
11. 前記螺旋ファンは、螺旋ワッシャをさらに有し、
    前記螺旋ワッシャは、前記螺旋ファンの長手方向に沿った周縁のエッジにおいて、前記螺旋ファンの上面または底面に取り付けられ、前記螺旋ファンの外周面から外に向かって延出し、前記螺旋ワッシャの一部は、前記反応管に接触する請求項９記載の反応装置。
12. 前記螺旋ファンの外周面は、前記反応管に接触せず、前記螺旋ワッシャは、前記螺旋ファンの外周面と、前記反応管と、の間に、少なくとも１ｍｍのギャップを作り出す請求項１１記載の反応装置。
13. 前記ファンは、その外周に沿って延在するノッチを有し、前記ノッチは、前記ファンの外周面の周りに環状のチャネルである請求項１記載の反応装置。
14. 前記ファンは、その外周面に１以上の突起部を有し、前記１以上の突起部のうちの1つは、ノッチを画し、前記１以上の突起部は、前記反応管に接触するクレーム１３記載の反応装置。
15. 上面と、底面と、円形の外周面と、を有し、反応管の内部においてセンターロッドの周りに配置される静止したリアクタ部品であって、前記反応管中の流体の流れを前記反応管に向かう径方向に方向づけ、前記反応管との間の熱の移送を促進させるリアクタ部品と、
    内径と、外径と、を有し、前記リアクタ部品の前記上面または前記底面に接し、前記リアクタ部品の前記円形の外周面を超えて外向きに径方向に延出したワッシャと、
    を備え、
    前記ワッシャの外径は、前記反応管に接触しない積み重ね可能な構造の反応装置。

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