JP6304250B2 - リアクタ - Google Patents

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Description

本発明は、反応対象となる流体である反応流体の反応を促進させる触媒構造体を用いて反応を遂行するリアクタに関する。
流路断面の少なくとも１辺が数ｍｍ程度のリアクタや、１ｍｍ未満のマイクロリアクタ（microreactor）等の微小な空間を反応場とするリアクタ（コンパクトリアクタ）は、単位体積あたりの比表面積が大きいため、伝熱効率が高く、反応速度や収率を向上させることができる。また、対流や拡散態様を任意に設定することが可能であるため、迅速混合や濃度分布を能動的に設定する制御が可能である。従って、上述のリアクタでは、反応を厳密に制御することが可能となる。
このようなリアクタでは、反応側流路内（反応場）に触媒を配し、その反応側流路に反応対象としての流体（以下、反応流体と称する）を流通させて反応を促進する。特許文献１は、反応側流路内に触媒を配する技術を開示している。この技術では、波板形状（コルゲート形状）の金属板に触媒を担持させておき、反応側流路全域に亘って触媒が均一に配されるように、当該触媒を担持した金属板を反応側流路に設置する。
特開２０００−１５４００１号公報
上記特許文献１に記載された技術では、反応側流路内が金属板によって区画されて複数の流路が形成されることとなり、当該流路を流通する反応流体の流れは層流となる。
このため、金属板によって区画された流路を流通する反応流体のバルク（反応流体のうち界面に触れていない部分）から触媒表面への物質移動係数が小さくなり、触媒表面での拡散抵抗が大きくなってしまう。したがって、反応流体と触媒との接触効率が律速となり、反応効率が抑制されてしまうおそれがある。
また、反応側流路が金属板によって区画された複数の流路で形成されていることから、反応流体は、反応側流路の入口の流量分布がそのまま維持されて出口まで導かれる。この場合、入口の流量分布に偏りがあると、流量の大きい箇所での反応効率が、流量の小さい箇所よりも低下し、リアクタ全体の反応効率が低下してしまうおそれがある。
本発明は、このような課題に鑑み、反応対象としての流体と触媒との接触効率を向上させることができ、流体の反応効率の向上を図ることが可能なリアクタを提供することを目的としている。
本発明の一態様はリアクタであって、反応対象としての流体を流通させる反応側流路と、前記反応側流路を構成する壁部材とは別体に形成され、前記反応側流路内に設置される触媒構造体と、を備え、 前記触媒構造体は、隆起した箇所および陥没した箇所が交互に繰り返される板形状に形成され、前記反応側流路内の空間を、前記流体の流通方向に直交する方向に並列した複数の流路に区画する本体部と、前記本体部に担持され前記流体の反応を促進させる触媒と、前記本体部における隆起した箇所および陥没した箇所のうちの少なくとも一方に設けられ、前記本体部によって区画された複数の流路のうち、前記本体部における隆起した箇所或いは陥没した箇所を挟む２つの流路を連通する１または複数の溝とを有することを要旨とする。
前記触媒構造体は、前記本体部における隆起した箇所および陥没した箇所のうちの少なくとも一方に接触する平板をさらに備えてもよい。前記平板は、前記平板における前記本体部の隆起した箇所に接触する箇所および陥没した箇所に接触する箇所のうちの少なくとも一方に設けられ、前記本体部における隆起した箇所或いは陥没した箇所を挟む２つの流路を連通する溝を有してもよい。
前記溝の大きさは、前記本体部によって区画された流路の流路断面積より小さくてもよい。
前記反応側流路外から前記流体を加熱または冷却する温度制御部をさらに備えてもよい。
前記温度制御部は、伝熱隔壁を介して前記反応側流路と並行して設けられ、前記反応側流路を流通する前記流体と熱交換を行う熱媒体を流通させる熱媒体側流路を含んでもよい。
前記熱媒体は気体であってもよい。
前記反応側流路と、前記熱媒体側流路とが交互に積層されていてもよい。
本発明によれば、反応対象としての流体と触媒との接触効率を向上させることができ、流体の反応効率の向上を図ることが可能となる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係るリアクタを説明するための図である。 図２（ａ）は本発明の実施形態に係る熱媒体側流路を説明するための図、図２（ｂ）は本発明の実施形態に係る反応側流路を説明するための図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本発明の実施形態に係る触媒構造体の構成を説明するための図であり、図３（ｄ）は、比較例としての触媒構造体の構成を説明するための図である。 図４は、本発明の実施形態に係る触媒構造体の製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図５は、本発明の実施形態の変形例に係る触媒構造体を説明するための図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、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。また、以下の説明において、反応対象としての流体を反応流体と称する。
（リアクタ１００）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態にかかるリアクタ１００を説明するための図である。図２（ａ）は、熱媒体側流路２２０を説明するための図である。図２（ｂ）は、反応側流路２１０を説明するための図である。垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、各図に示すように定義されている。また、図１（ａ）及び図１（ｂ）中、理解を容易にするために触媒構造体３００の記載を省略する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すようにリアクタ１００は、複数の伝熱隔壁１１０が予め定められた間隔で離隔して積層された構造を有する。また、リアクタ１００は、上面１０２、伝熱隔壁１１０（１１０ａ、１１０ｂで示す場合もある）、反応流体導入部１２０、反応流体排出部１２２、熱媒体導入部１３０、熱媒体排出部１３２を備える。これらはすべて金属材料（例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０、Ｈａｙｎｅｓ（登録商標）２３０）等の耐熱金属）で形成されている。
リアクタ１００を製造する場合、伝熱隔壁１１０を積層してそれぞれを接合し、上面１０２を最上段の伝熱隔壁１１０に接合する。そして、反応流体導入部１２０、反応流体排出部１２２、熱媒体導入部１３０、熱媒体排出部１３２を、積層された伝熱隔壁１１０にそれぞれ接合する。リアクタ１００を製造する際に用いる接合方法に限定はないが、例えば、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接や拡散接合が利用できる。
伝熱隔壁１１０によって区画される空間のうち、反応流体導入部１２０および反応流体排出部１２２側に形成された孔２１０ａを介して、反応流体導入部１２０および反応流体排出部１２２と連通した空間が反応側流路２１０となる。また、伝熱隔壁１１０によって区画される空間のうち、熱媒体導入部１３０および熱媒体排出部１３２側に形成された孔２２０ａを介して、熱媒体導入部１３０および熱媒体排出部１３２と連通した空間が熱媒体側流路２２０となる。本実施形態のリアクタ１００では、反応側流路２１０と熱媒体側流路２２０とが伝熱隔壁１１０に区画されて並行して設けられ、反応側流路２１０と熱媒体側流路２２０とが交互に積層されている。
図２（ａ）に示すように、熱媒体側流路２２０は、底面が伝熱隔壁１１０（図２（ａ）中、１１０ａで示す）で構成される。また、熱媒体側流路２２０の上面は上面１０２もしくは後述する伝熱隔壁１１０（図２（ｂ）中、１１０ｂで示す）で構成される。伝熱隔壁１１０ａには、伝熱隔壁１１０間の間隙を保持するためのリブ１１２が複数立設されている。伝熱隔壁１１０ａには、リアクタ１００の側壁を構成する側壁部１１４と、反応流体導入部１２０からの反応流体の混入を防止するためのサイドバー１１６とが立設されている。また、両側にある側壁部１１４のうち、熱媒体導入部１３０および熱媒体排出部１３２が接合される側壁部１１４には、切り欠き１１４ａが設けられている。伝熱隔壁１１０が積層されたとき、この切り欠き１１４ａが孔２２０ａを形成する。この孔２２０ａの形成により、熱媒体導入部１３０から孔２２０ａを介して熱媒体側流路２２０内へ熱媒体が導入される。あるいは、熱媒体側流路２２０内から孔２２０ａを介して熱媒体排出部１３２へ熱媒体が排出される。
反応側流路２１０は、図２（ｂ）に示すように、底面が伝熱隔壁（壁部材）１１０ｂで構成される。また、反応側流路２１０の上面は、伝熱隔壁（壁部材）１１０ａで構成される。伝熱隔壁１１０ｂにも、上記伝熱隔壁１１０ａと同様に伝熱隔壁１１０間の間隙を保持するための複数のリブ（壁部材）１１２と、側壁部（壁部材）１１４が複数立設されている。なお、伝熱隔壁１１０ｂには、伝熱隔壁１１０ａと異なり、サイドバー１１６が設けられていない。そのため、両側の壁部１１４の間に間隙１１４ｂが形成される。間隙１１４ｂは、伝熱隔壁１１０が積層されたときに、孔２１０ａを形成する。この孔２１０ａの形成によって、反応流体導入部１２０から孔２１０ａを介して反応側流路２１０内へ反応流体が導入される。あるいは、反応側流路２１０内から孔２１０ａを介して反応流体排出部１２２へ反応生成物が排出される。
反応側流路２１０内には、反応流体の反応を促進させる触媒構造体３００が設けられている。触媒構造体３００の具体的な構成については後に詳述する。
図１（ａ）において実線の矢印で示すように、熱媒体は、熱媒体導入部１３０から導入され、熱媒体側流路２２０を流通し、熱媒体排出部１３２から排出される。一方、図１（ｂ）中破線の矢印で示すように、反応流体は反応流体導入部１２０から導入され、反応側流路２１０を流通し、反応流体排出部１２２から排出される。なお、図１に示すように、本実施形態において、反応流体と熱媒体とは、対向流の関係となっている。
このように、反応側流路２１０と熱媒体側流路２２０とが伝熱隔壁１１０に区画されて並行して設けられる。この構成により、熱媒体は、熱媒体側流路２２０を流通する際に、伝熱隔壁１１０を介して、反応側流路２１０を流通する反応流体と熱交換する。すなわち、反応側流路２１０において吸熱反応が遂行される場合、熱媒体側流路２２０および熱媒体は、反応側流路２１０を流通する反応流体に熱を供給（加熱）し、反応側流路２１０において発熱反応が遂行される場合、熱媒体側流路２２０および熱媒体は、反応側流路２１０を流通する反応流体を除熱（冷却）する温度制御部として機能する。
吸熱反応は、例えば、下記化学式（１）に示すメタンの水蒸気改質反応や、化学式（２）に示すメタンのドライリフォーミング反応が挙げられる。
ＣＨ４ ＋ Ｈ２Ｏ → ３Ｈ２ ＋ ＣＯ…化学式（１）
ＣＨ４ ＋ ＣＯ２ → ２Ｈ２ ＋ ２ＣＯ…化学式（２）
また、発熱反応は、例えば、下記化学式（３）に示すシフト反応や、化学式（４）に示すメタネーション反応、化学式（５）に示すＦＴ（Fischer Tropsch）合成反応が挙げられる。
ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ２ ＋ Ｈ２…化学式（３）
ＣＯ ＋ ３Ｈ２ → ＣＨ４ ＋ Ｈ２Ｏ…化学式（４）
（２ｎ＋１）Ｈ２ ＋ ｎＣＯ → ＣｎＨ２ｎ＋２ ＋ ｎＨ２Ｏ…化学式（５）
なお、本実施形態において、熱媒体側流路２２０には、熱媒体として気体が流通する。この場合、熱媒体を液体で構成する場合と比較して、リアクタの取り扱いが容易になる。
以上説明したように、反応流体は反応場として設けられた反応側流路２１０を流通し、反応流体と熱交換を行う熱媒体は熱媒体側流路２２０を流通する。本実施形態にかかるリアクタ１００では、熱媒体側流路２２０が、伝熱隔壁１１０を隔てて反応側流路２１０と並行して設けられている。従って、反応側流路２１０において効率よく反応（吸熱反応、発熱反応）を遂行することができる。
以下、リアクタ１００の反応側流路２１０内に設けられ、反応流体の反応を促進させる触媒構造体３００について詳述する。
（触媒構造体３００）
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、触媒構造体３００の具体的な構成を説明するための図である。図３（ａ）は、触媒構造体３００の斜視図である。図３（ｂ）は触媒構造体３００の分解斜視図である。図３（ｃ）は触媒構造体３００が反応側流路２１０に設置された際の図３（ａ）におけるＩＩＩ（ｃ）−ＩＩＩ（ｃ）線のＹＺ断面図である。図３（ｄ）は比較例の触媒構造体３０を説明するための図である。垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図に示すように定義している。また、図３（ａ）では、反応流体の流通方向を白抜きの矢印で示す。
図３（ａ）に示すように、触媒構造体３００は、反応側流路２１０を複数の流路に区画する本体部３１０と、平板３５０とを備える。本体部３１０は、隆起および陥没した板形状の金属、すなわち、波板形状（コルゲート形状）の金属板で構成される。具体的には、本体部３１０は、隆起部３２２（隆起した箇所）と、陥没部３２４（陥没した箇所）と、隆起部３２２から図３中Ｚ軸方向に延伸した側壁部３２６と、図３中Ｚ軸方向に延伸し隆起部３２２と陥没部３２４とを接続する区画壁部３２８とを備える。
本体部３１０は、反応側流路２１０を、反応流体の流通方向に直交する方向に並列した複数の流路に区画する。具体的には、図３（ｃ）に示すように、本体部３１０の隆起部３２２と、区画壁部３２８（または、区画壁部３２８および側壁部３２６）と、反応側流路２１０を構成する伝熱隔壁１１０と、リブ１１２（または、リブ１１２および側壁部１１４）とに囲繞された空間によって、流路Ａが形成される。また、図３（ｃ）に示すように、本体部３１０の陥没部３２４と、区画壁部３２８と、反応側流路２１０を構成する伝熱隔壁１１０に囲繞された空間によって流路Ｂが形成される。
また、本体部３１０における隆起部３２２には、複数の溝３３０が設けられている。本実施形態において溝３３０は、複数の隆起部３２２に亘って、図３中、Ｙ軸方向に直線的に延伸して形成されている。しかしながら、溝３３０は、Ｙ軸方向に延伸していれば、隆起部３２２ごとにＸ軸方向の位置が異なっていてもよい。
平板３５０は、金属で構成される。平板３５０は、本体部３１０における陥没部３２４に接触して設けられる。平板３５０における本体部３１０の陥没部３２４と接触する箇所には、複数の溝３７０が設けられている。
本実施形態において溝３７０は、平板３５０のＹ軸方向の幅全体に亘って、Ｙ軸方向に直線的に延伸して形成されている。ただし、必ずしも平板３５０の幅全体に亘って形成されていなくてもよい。
本体部３１０の陥没部３２４に平板３５０を接触させた状態で、ろう付け、溶接等の接合をすることで、構造体が形成される。そして、形成された構造体の表面に触媒を担持させることで、触媒構造体３００となる。
図３（ｄ）に示すように、比較例の触媒構造体３０は、溝が設けられていない波板形状の本体部と、本体部に担持された触媒とで構成される。この触媒構造体３０を反応側流路２１０に設置した場合、隆起部３２と、区画壁部３６と、反応側流路２１０を構成する伝熱隔壁１１０との間に流路Ａが形成され、陥没部３４と、区画壁部３６と、伝熱隔壁１１０との間に流路Ｂが形成される。触媒構造体３０は、熱媒体側流路２２０との伝熱効率向上の観点から伝熱隔壁１１０と当接することが好ましい。そのため、Ｚ軸方向における触媒構造体３０の高さは、Ｚ軸方向における反応側流路２１０（リブ１１２で区画された反応側流路２１０）の高さと大凡等しい。また、Ｙ軸方向における触媒構造体３０の長さは、Ｙ軸方向における反応側流路２１０（リブ１１２で区画された反応側流路２１０）の長さと大凡等しい。
したがって、触媒構造体３０を反応側流路２１０に設置すると、流路Ａを流通する反応流体と、流路Ｂを流通する反応流体とが混合されることがない。また、流路Ａ、Ｂには、反応流体の流れを阻害する物体が存在しないため、流路Ａ、Ｂを流通する反応流体は層流となり易い。このため、流路Ａ、Ｂを流通する反応流体のバルクから触媒表面への物質移動係数が小さくなり、触媒表面での拡散抵抗が大きくなってしまう。
また、反応側流路２１０が金属板（触媒構造体３０）によって区画された複数の流路Ａ、Ｂで形成されているので、反応流体は、反応側流路２１０の入口における流量分布がそのまま維持されて出口まで導かれる。この場合、入口の流量分布に偏りがあると、流量が大きい箇所での反応効率が、流量が小さい箇所よりも低下する可能性がある。つまり、リアクタ全体の反応効率が低下してしまうおそれがある。
そこで、本実施形態にかかる触媒構造体３００は、本体部３１０および平板３５０に溝３３０、３７０を備える。従って、図３（ｃ）に示すように、溝３３０が、隆起部３２２と伝熱隔壁１１０との間に形成され、流路Ｂ同士を連通する連通孔として機能する。また、溝３７０が、陥没部３２４と平板３５０との間に形成され、流路Ａ同士を連通する連通孔として機能する。
このように、触媒構造体３００が溝３３０、３７０を備えている。従って、触媒構造体３００を反応側流路２１０内に設置した際に、流路Ａを流通する流体が溝３７０（連通孔）を通じて混合され、流路Ｂを流通する流体が溝３３０（連通孔）を通じて混合される。その結果、反応側流路２１０（触媒構造体３００内）を流通する反応流体の流れを乱流とすることができる。
これにより、反応側流路２１０を流通する反応流体のバルクから触媒表面への物質移動係数を大きくすることができ、触媒表面での拡散抵抗を小さくすることが可能となる。したがって、反応流体と触媒との接触効率を向上させることができ、反応効率を向上させることが可能となる。
また、反応側流路２１０を流通する反応流体の流れが乱流となることから、反応流体は、反応側流路２１０を流通する間に混合される。したがって、反応側流路２１０の入口の流量分布（濃度分布）に偏りがあったとしても、反応側流路２１０を流通する間に流量分布が均一化される。これにより、反応側流路２１０内での反応効率のバラツキを低減することができ、リアクタ１００全体の反応効率が低下してしまう事態を抑制することが可能となる。
また、溝３３０、３７０以外の隆起部３２２、平板３５０は、反応側流路２１０を構成する伝熱隔壁１１０と接触するため、熱媒体側流路２２０との伝率効率を維持したまま、反応流体の流れを乱流とすることが可能となる。
なお、触媒構造体３００を構成する本体部３１０、平板３５０は、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）を主成分とする耐熱合金、例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の金属で構成される。また、触媒の担体は、リアクタ１００で遂行する反応によって適宜選択され、例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＴｉＯ２（チタニア）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、ＣｅＯ２（セリア）、ＳｉＯ２（シリカ）の群から選択される１または複数である。また、触媒（活性金属）は、リアクタ１００で遂行する反応によって適宜選択され、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）の群から選択される１または複数である。
本発明を限定するものではないが、触媒構造体３００の寸法について説明する。触媒構造体３００の本体部３１０および平板３５０を構成する金属板の厚みは、１００μｍ程度である。Ｙ軸方向（図３（ａ）参照）における触媒構造体３００の幅は、例えば、１２ｍｍである。Ｚ軸方向における触媒構造体３００の高さは、例えば、４ｍｍである。また、溝３３０、３７０の大きさは、本体部３１０によって区画された流路Ａ、Ｂの流路断面積より小さい。すなわち、Ｚ軸方向における溝３３０、３７０の高さ（深さ）、およびＸ軸方向の長さは、例えば、本体部３１０のピッチＤ（図３（ｃ）参照）より短く、１００μｍ〜１ｍｍ程度である。
（触媒構造体３００の製造方法）
続いて、上記触媒構造体３００の製造方法について説明する。図４は、触媒構造体３００の製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図４に示すように、触媒構造体３００の製造方法は、構造体製造工程Ｓ１１０、前処理工程Ｓ１２０、下塗り工程Ｓ１３０、触媒担体形成工程Ｓ１４０、第１焼成工程Ｓ１５０、触媒担持工程Ｓ１６０、第２焼成工程Ｓ１７０を含んで構成される。以下、各工程について詳述する。
（構造体製造工程Ｓ１１０）
構造体製造工程Ｓ１１０では、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）を主成分とする耐熱合金、例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の金属板を波板形状に加工し、溝３３０を形成する加工を施して、本体部３１０を作成する。また、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）を主成分とする耐熱合金、例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の金属板に溝３７０を形成する加工を施して、平板３５０を作成する。
そして、本体部３１０の陥没部３２４と平板３５０とを接触させ、接触部分に対して、ろう付け、溶接等の接合をして構造体を形成する（図３参照）。
（前処理工程Ｓ１２０）
前処理工程Ｓ１２０では、アセトンを用いて構造体を脱脂し、その後、構造体を予め定められた気体雰囲気下に曝し、予め定められた温度で、予め定められた時間熱処理を行う。これにより、構造体の表面にＡｌ２Ｏ３を主成分とする針状の結晶を析出させることができる。
（下塗り工程Ｓ１３０）
前処理工程Ｓ１２０を行った後、針状の結晶を析出させた構造体を、下塗り剤（例えば、ベーマイト）と、硝酸とを含む懸濁液に浸漬し、その後、懸濁液から引き上げ、余分なスラリーを除去する。そして、懸濁液から引き上げた構造体を乾燥させる。こうして、構造体に下塗り剤が塗布される。
（触媒担体形成工程Ｓ１４０）
下塗り工程Ｓ１３０を行った後、下塗り剤が塗布された構造体を、触媒の担体（例えば、γ相のＡｌ２Ｏ３）と、ベーマイトと、硝酸とを含む懸濁液に浸漬し、その後、懸濁液から引き上げ、余分なスラリーを除去する。そして、懸濁液から引き上げた構造体を乾燥させる。続いて、予め定められた気体雰囲気下に曝し、予め定められた温度で、予め定められた時間熱処理を行う。
触媒担体形成工程Ｓ１４０を複数回繰り返し行うことで、所望される量の触媒担体を構造体の表面に付着させることができる。
（第１焼成工程Ｓ１５０）
触媒担体形成工程Ｓ１４０を行った後、触媒担体が付着した構造体を、予め定められた気体雰囲気下に曝し、予め定められた温度で、予め定められた時間熱処理を行い、触媒担体を焼成する。これにより、構造体の表面に多孔質の触媒担体が形成される。
（触媒担持工程Ｓ１６０）
第１焼成工程Ｓ１５０を行った後、表面に多孔質の触媒担体が形成された構造体を、活性金属（例えば、Ｎｉ）の塩が溶解された溶液に浸漬し、その後、溶液から引き上げ、溶液から引き上げた構造体を乾燥させる。
触媒担持工程Ｓ１６０を複数回繰り返し行うことで、所望される量の触媒を構造体の表面に担持させることができる。
（第２焼成工程Ｓ１７０）
触媒担持工程Ｓ１６０を行った後、触媒が担持された構造体を、予め定められた気体雰囲気下に曝し、予め定められた温度で、予め定められた時間熱処理を行い、触媒を焼成する。これにより、構造体の表面に多孔質の触媒が形成される。
以上説明したように、本実施形態にかかる触媒構造体３００、触媒構造体３００を備えたリアクタ１００、触媒構造体３００の製造方法によれば、反応流体と触媒との接触効率を向上させることができ、反応流体の反応効率の向上を図ることが可能となる。
（変形例）
図５は、変形例にかかる触媒構造体４００を説明するための図である。垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図に示すように定義している。また、図５では、反応流体の流通方向を白抜きの矢印で示す。
図５に示すように、触媒構造体４００は、反応側流路２１０を複数の流路に区画する本体部４１０を備える。本体部４１０は、隆起および陥没した板形状の金属、すなわち、波板形状（コルゲート形状）の金属板で構成される。変形例において本体部４１０には、貫通孔４１２が形成されており、貫通孔４１２が、本体部４１０によって区画された複数の流路を連通する連通孔として機能する。
変形例にかかる触媒構造体４００を備えたリアクタ１００によっても、触媒構造体４００を反応側流路２１０内に設置した際に、流路Ａを流通する流体が貫通孔４１２（連通孔）を通じて流路Ｂを流通する反応流体に混合される。また、流路Ｂを流通する流体が貫通孔４１２（連通孔）を通じて流路Ａを流通する反応流体に混合される。したがって、反応側流路２１０（触媒構造体４００内）を流通する反応流体の流れを乱流とすることができる。
また、貫通孔４１２の大きさは、本体部４１０によって区画された流路Ａ、Ｂの流路断面積より小さい。すなわち、貫通孔４１２の直径は、本体部４１０のピッチより短い。この直径は、例えば、１００μｍ〜１ｍｍ程度である。なお、ここでは、貫通孔４１２が円形状である場合を例に挙げて説明したが、貫通孔４１２の形状に限定はない。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態において、本体部３１０の隆起部３２２に溝３３０が形成される場合を例に挙げて説明したが、本体部３１０の陥没部３２４に溝３３０が形成されてもよいし、隆起部３２２および陥没部３２４に溝３３０が形成されてもよい。
また、本体部３１０の陥没部３２４と平板３５０とを接合する構成について説明したが、本体部３１０の隆起部３２２に平板３５０を接合してもよい。また、平板３５０を２組用意し、隆起部３２２および陥没部３２４の双方に接合してもよい。この場合、２組の平板３５０のうち、いずれか一方に溝３７０を設けてもよいし、双方ともに溝３７０を設けてもよい。
また、上記実施形態において、温度制御部として熱媒体側流路２２０を例に挙げて説明した。しかし、反応側流路２１０外から反応流体を加熱したり、冷却したりすることができれば、温度制御部はヒータやクーラであってもよい。
また、上記実施形態において、熱媒体側流路２２０を流通する熱媒体が気体の場合を例に挙げて説明したが、液体であってもよい。
また、上記実施形態において、反応側流路２１０と熱媒体側流路２２０とが交互に積層されたリアクタ１００について説明したが、必ずしも積層される必要はない。
また、上記実施形態において、反応側流路２１０を流通する反応流体と熱媒体側流路２２０を流通する熱媒体とが対向流の関係にある場合を例に挙げて説明したが、反応流体と熱媒体とが平行流の関係にあってもよい。
また、上記実施形態において説明した、触媒構造体の製造方法（構造体への触媒の担持方法）は、単なる例示にすぎず、他の方法を利用することもできる。
本発明は、反応対象となる流体である反応流体の反応を促進させる触媒構造体を用いて反応を遂行するリアクタに利用することができる。

Claims (7)

  1. 反応対象としての流体を流通させる反応側流路と、
    前記反応側流路を構成する壁部材とは別体に形成され、前記反応側流路内に設置される触媒構造体と、
    を備え、
    前記触媒構造体は、
    隆起した箇所および陥没した箇所が交互に繰り返される板形状に形成され、前記反応側流路内の空間を、前記流体の流通方向に直交する方向に並列した複数の流路に区画する本体部と、
    前記本体部に担持され前記流体の反応を促進させる触媒と、
    前記本体部における隆起した箇所および陥没した箇所のうちの少なくとも一方に設けられ、前記本体部によって区画された複数の流路のうち、前記本体部における隆起した箇所或いは陥没した箇所を挟む２つの流路を連通する１または複数の溝とを有することを特徴とするリアクタ。
  2. 前記触媒構造体は、前記本体部における隆起した箇所および陥没した箇所のうちの少なくとも一方に接触する平板をさらに備え、
    前記平板は、前記平板における前記本体部の隆起した箇所に接触する箇所および陥没した箇所に接触する箇所のうちの少なくとも一方に設けられ、前記本体部における隆起した箇所或いは陥没した箇所を挟む２つの流路を連通する溝を有することを特徴とする請求項１に記載のリアクタ。
  3. 前記溝の大きさは、前記本体部によって区画された流路の流路断面積より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のリアクタ。
  4. 前記反応側流路外から前記流体を加熱または冷却する温度制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリアクタ。
  5. 前記温度制御部は、
    伝熱隔壁を介して前記反応側流路と並行して設けられ、前記反応側流路を流通する前記流体と熱交換を行う熱媒体を流通させる熱媒体側流路を含むことを特徴とする請求項４に記載のリアクタ。
  6. 前記熱媒体は気体であることを特徴とする請求項５に記載のリアクタ。
  7. 前記反応側流路と、前記熱媒体側流路とが交互に積層されていることを特徴とする請求項５または６に記載のリアクタ。
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