JP6860102B2 - 熱処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、熱交換型の熱処理装置に関する。

流体間の熱交換を利用する熱交換器や反応装置などの熱処理装置では、処理効率向上のために、流体の流れの均等化を図る整流板が設けられている。特開２０１０−２１６７４９号公報（特許文献１）は、ダクト拡張部に、多孔板からなる複数の整流板を設けた熱交換器を開示している。

特開２０１０−２１６７４９号公報

例えば、流体の流量配分を変化させたい場合や、流体が腐食性を有するものであることに起因して整流板の状態が変化してしまう場合には、整流板の交換や点検を要する。特許文献１に示すような熱処理装置では、伝熱管バンドルを収容する装置本体部からダクト拡張部を開放可能な場合には、作業者は、ダクト拡張部を開放後、内部に設置されている整流板の交換等を行うことができる。

これに対して、熱交換部において化学反応を進行させる反応装置としての熱処理装置では、熱交換部の下流側にある空間形成部としての流体溜まりを介して生成物を外部へ流出させる。このような反応装置では、流体溜まり内の流体の背圧を調整して上流側での複数の流路に対する流量配分を所望のものとするために、流体溜まりに適宜適切な整流板を設置することが望ましい。しかしながら、反応装置は、流体の漏出を抑えるために気密性が重要視されるなどの理由から、一般に装置全体が一体的な構造を有し、熱交換部に対して流体溜まり部分を開放することができない。したがって、流体溜まりに一旦設置された整流板をその後交換等することは難しい。また、整流板の交換等を可能とするために、流体溜まり部分を熱交換部から開放可能な構成とすることは、装置構造の複雑化を招く。

そこで、本開示は、装置構造の複雑化を抑えつつ、整流部の取り外しを容易とする点で有利な熱処理装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る熱処理装置は、第１の流体と第２の流体との熱交換を利用する熱処理装置であって、第１の流体を流通させる複数の第１の流路を構成する複数の溝を含む平板としての第１伝熱体と、第２の流体を流通させる第２の流路を構成する複数の溝を含む平板としての第２伝熱体とが互いに積層された熱交換部と、複数の第１の流路の各々の流路開口部に面する空間を有する筐体であり、熱交換部の側面に固定される空間形成部と、空間形成部に設けられ、第１の開口を有する第１の開口部と、空間形成部の空間に配置され、第１の流体を整流する整流部と、第１の開口を通じて整流部を取り外し可能に取り付ける取付部と、を有し、空間形成部の空間は、各々の流路開口部から流出した第１の流体が合流する空間、又は、合流している第１の流体を各々の流路開口部へ流入させる空間であり、整流部は、空間形成部に取り付けられている状態で、複数の流路開口部に対向し、第１の流体又は第２の流体の少なくともいずれか一方は、反応流体である。

図１は、本開示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。 図２は、本開示の一実施形態に係る反応装置の構成を示す平面図である。 図３は、一実施形態における熱交換部の構成を示す断面図である。 図４は、第１実施形態における整流部及びその取付部を示す図である。 図５は、第２実施形態における整流部及びその取付部を示す図である。

以下、本開示の各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、各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、本開示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、本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。更に、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、後述する反応流路１５０の複数の支流路１５０ａの延設方向にＸ軸を取り、かつＸ軸に垂直な方向にＹ軸を取っている。

（第１実施形態）
まず、本開示の第１実施形態に係る熱処理装置について説明する。本開示の熱処理装置は、第１の流体と第２の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反応装置であるものとして説明するが、例えば熱交換器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の構成を示す概略側面図である。図２は、反応装置１の構成を示す概略平面図である。反応装置１は、熱交換型であり、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。反応装置１は、本体部としての熱交換部１０１と、反応流体導入部１２０及び生成物排出部１２２と、熱媒体導入部１３０及び熱媒体排出部１３２とを備える。

図３は、熱交換部１０１の構成を示す断面図である。特に、図３（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ断面図を示し、図３（ｂ）はＢ−Ｂ断面図を、図３（ｃ）はＣ−Ｃ断面図をそれぞれ示す。熱交換部１０１は、複数の第１伝熱体２１０と、複数の第２伝熱体２２０と、蓋体２３０とを含む。熱交換部１０１は、第１の流体としての反応流体又は生成物と、第２の流体としての熱媒体とが反対方向に流れる対向流型の構造を有する。第１伝熱体２１０及び第２伝熱体２２０は、それぞれ耐熱性を有する熱伝導性素材で形成される矩形の平板状部材である。

第１伝熱体２１０は、熱媒体又は第２伝熱体２２０から供給される熱又は冷熱を受容して反応流体へ供与する部材である。第１伝熱体２１０は、反応流路１５０、具体的には第１の流路である支流路１５０ａ及び合流路１５０ｂを構成する複数の溝を有する。支流路１５０ａは、反応流体を反応させ、生成物を生成する反応領域を含む。なお、反応領域は、具体的には、支流路１５０ａにおける図１に示した熱交換部１０１内の範囲、すなわち、支流路１５０ａの延設方向において、後述する熱媒体排出部１３２と生成物排出部１２２との間の領域に相当する。一方、合流路１５０ｂは、以下で図４を用いて詳説するが、複数の支流路１５０ａが下流側で連設する領域である。また、支流路１５０ａには、反応体の反応を促進させるための触媒体１４０が設置されている。

第２伝熱体２２０は、熱媒体によって供給される熱又は冷熱を反応流体へ直接的に、かつ第１伝熱体２１０を介して間接的に供給する部材である。第２伝熱体２２０は、熱媒体流路１６０、具体的には第２の流路である支流路１６０ａ及び合流路を構成する複数の溝を有する。なお、本実施形態のように第１伝熱体２１０に複数の支流路１５０ａが存在する場合には、第２伝熱体２２０においても、複数の支流路１６０ａを反応流路１５０の支流路１５０ａの設置位置に合わせて平行で等間隔に設置することが望ましい。また、熱媒体流路１６０には、熱媒体との接触面積を増加させて熱媒体と熱交換部１０１との間の伝熱を促進するための伝熱促進体１４１が設置されている。伝熱促進体１４１は、熱交換部１０１との接触面積を確保するために、例えば、図３（ｂ）等に示すような角張ったコルゲート板状とし得る。また、伝熱促進体１４１を構成する熱伝導性素材としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、鉄系メッキ鋼等の金属が挙げられる。

第１伝熱体２１０、第２伝熱体２２０及び蓋体２３０が平板面を水平として鉛直方向に交互に積層されることにより、積層体としての熱交換部１０１が形成される。また、熱交換部１０１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１０１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、反応流路１５０での反応進行や熱媒体として使用し得る燃焼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１０１は、単にそれぞれ１つの第１伝熱体２１０と第２伝熱体２２０とを用いても構成可能であるが、第１伝熱体２１０及び第２伝熱体２２０の数が多い方が、熱交換性能が良い。そこで、本実施形態では、熱交換部１０１にそれぞれ複数の第１伝熱体２１０と第２伝熱体２２０とが用いられる。ただし、第２伝熱体２２０の数は、第１伝熱体２１０の数よりも１つ多い。また、熱交換部１０１における鉛直方向の両端である最上位及び最下位に第２伝熱体２２０を位置させることで、第１伝熱体２１０が第２伝熱体の間に挟持される。また、１つの第１伝熱体２１０に対する支流路１５０ａの形成数は、特に限定されず、熱交換部１０１の設計条件及び伝熱効率等を考慮して適宜決定される。更に、反応流路１５０及び熱媒体流路１６０を構成する溝を第１伝熱体２１０及び第２伝熱体２２０の鉛直方向の両側に各々設け、積層状態において上下の溝の合体として反応流路１５０及び熱媒体流路１６０を構成してもよい。また、本実施形態では、熱交換部１０１自体が反応装置１の本体部であるが、熱交換部１０１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１０１の周囲を覆う構成としてもよい。

反応流体導入部１２０は、半球状の筐体であり、第１伝熱体２１０に形成されている複数の支流路１５０ａが上流側で開放されている側の熱交換部１０１の側面を覆い、熱交換部１０１との間に空間を形成する。反応流体導入部１２０は、熱交換部１０１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、作業者が反応流路１５０の複数の支流路１５０ａに対する触媒体１４０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１２０は、反応流体を熱交換部１０１の外部から内部へ導入する導入配管１２０ａを有する。導入配管１２０ａは、図１等に示すように、熱交換部１０１の側面に対して略中心、具体的にはＹＺ平面上の中心に位置し、複数の支流路１５０ａの開口方向と同一方向に連接されている。これにより、導入配管１２０ａは、図３（ａ）に示すように開放されている複数の支流路１５０ａのそれぞれに、反応流体をバランス良く分配することができる。

図４は、図１におけるＤ−Ｄ断面図である。第１伝熱体２１０に形成されている支流路１５０ａは、反応領域を過ぎた下流側で、支流路１５０ａと直交しＹ軸方向に向かう合流路１５０ｂに連接される。合流路１５０ｂは、熱交換部１０１の外部に開放されて生成物を流出する流路開口部としての流出部１５０ｃを有する。

生成物排出部１２２は、縦長の箱状の筐体であり、複数の流出部１５０ｃが存在する熱交換部１０１の側面の一部を鉛直方向に覆い、熱交換部１０１との間に空間を形成する空間形成部である。ただし、この筐体形状は一例であり、例えば、半円筒形やそれに類似した凹状に湾曲したものであってもよい。生成物排出部１２２は、熱交換部１０１の側面に一体的に固定されている。また、生成物排出部１２２は、その壁部に、生成物を装置外部へ排出するための開口を有する開口部１２２ａを設置している。開口部１２２ａが有する開口の中心軸の延伸方向は、流出部１５０ｃの開口方向とは異なる方向に延びている。なお、本実施形態では、開口部１２２ａの本体が配管であるものとするが、配管部分を伴わない単なるフランジ部であってもよい。開口部１２２ａは、装置外部の設備に連通し、生成物を導入する外部配管３００に接続される。具体的には、外部配管３００は、接続部としてのフランジ部３００ａを連設しており、一方、開口部１２２ａは、フランジ部３００ａに対して接続及び開放を可能とする第１の接続部としてのフランジ部１８０ｂを連設している。開口部１２２ａが配管部分を伴わない場合には、開口部１２２ａ自体がフランジ部となる。生成物排出部１２２と熱交換部１０１との間に形成される空間では、複数の流出部１５０ｃからそれぞれ流出した生成物が開口部１２２ａに導入される前に合流する。すなわち、生成物排出部１２２の内部の空間は、いわゆる流体溜まりを構成する。

更に、反応装置１は、生成物排出部１２２内に設置される整流部１７０と、整流部１７０を生成物排出部１２２に取り付ける取付部１８０とを有する。

整流部１７０は、複数の支流路１５０ａに流入する反応流体の流量配分をより均等化させるために、支流路１５０ａの下流側にある生成物排出部１２２において反応流体の背圧を均等化させる。また、整流部１７０は、軸状であり、軸方向に延び、生成物を導入する側周部と、側周部から導入した生成物を開口部１２２ａの開口に向かって軸方向に導出する端部とを含む。例えば、整流部１７０は、製作が容易で、かつ、良好な整流効果を発揮することができることから、側周部の全面に生成物を貫流可能とする複数の孔が形成されている抵抗体としての多孔部材とし得る。本実施形態では、一例として、整流部１７０の形状を、軸方向の断面形状が円形である円筒形としている。整流部１７０の材質は、耐熱性に優れるとともに、生成物が腐食を引き起こしやすい物質である場合には耐腐食性に優れた金属とすることが望ましい。

また、整流部１７０は、生成物排出部１２２に取り付けられている状態では、開口部１２２ａと同軸状に位置する。ここで、同軸とは、図４中の一点鎖線で示す、開口部１２２ａの開口１８０ｇの中心軸１９０と同じ軸という意味であるが、これは厳密な同一のみならず、下記の作用及び効果を奏することができる範囲内において若干のずれが生じるものであっても構わない。また、整流部１７０の外径は、開口１８０ｇの内径よりも小さい。したがって、整流部１７０は、開口１８０ｇを通じて互いの軸方向を合わせながら生成物排出部１２２内に進入可能である。

更に、整流部１７０は、上記のとおり、開口１８０ｇの中心軸１９０の延伸方向が複数の流出部１５０ｃの開口方向とは異なる方向に延びている。そして、整流部１７０は、図４に示すように、生成物排出部１２２に取り付けられている状態では、側周部の全体が空間に囲まれ、かつ、側周部の少なくとも一部は、複数の流出部１５０ｃに対向する。したがって、整流部１７０は、Ｚ軸方向に並ぶ複数の流出部１５０ｃからそれぞれ流出された生成物について、全体として生成物のＺ軸方向の流れを整流することができる。さらに、整流部１７０は、側周部に対して垂直となるＸＹ平面に沿った放射方向の生成物の流れも整流することができる。これにより、各々の流出部１５０ｃから流出した生成物を、効率良く整流部１７０に向かわせることができる。

整流部１７０は、より効率的には、複数の流出部１５０ｃの配列方向に対して軸方向が平行となり、かつ、すべての流出部１５０ｃに対向し得る長さを有することが望ましい。これにより、すべての生成物は、図４中の矢印で示すように、複数の流出部１５０ｃから整流部１７０の側周部に向かって流出するので、直接的に側周部に到達する。ここで、直接的な到達とは、流出部１５０ｃから流出した生成物が生成物排出部１２２内で可能な限り循環せずに、言い換えれば流れを乱さずに整流部１７０に到達することをいい、複雑に循環してしまう場合に比べて背圧を効率良く均等化するのに好適である。なお、直接的な到達の確実性を向上させるために、整流部１７０は、一方の端部が開口部１２２ａ内にあり、他方の端部が、開口部１２２ａと対向する側の生成物排出部１２２の内壁に接触する程度の長さを有することが望ましい。

取付部１８０は、整流部１７０の一方の端部に連設される係止部１８０ａと、開口部１２２ａ側のフランジ部１８０ｂに設けられている係合部１８０ｄとを含む。係止部１８０ａは、整流部１７０側から外側に向かって突出している。具体的には、整流部１７０が生成物排出部１２２に取り付けられている状態で、整流部１７０の中心軸からの長さは、開口部１２２ａの開口１８０ｇの半径よりも長い。係止部１８０ａの具体的形状は、軸方向から見た形状が環状であってもよいし、複数の突起が放射状に突出するものであってもよい。また、係止部１８０ａは、整流部１７０と同等の径を有する円筒部材１８０ｃを介して連設させてもよい。この場合、円筒部材１８０ｃは、整流部１７０とは別部材とし、整流部１７０の端部と溶接等で接続するものとしてもよいし、整流部１７０と一体とする、すなわち孔が形成されていない側周部としてもよい。

上記流量配分をより効率良く均等化させるために、整流部１７０を介さずに開口部１２２ａの開口１８０ｇに抜ける生成物をなくすか又は可能な限り減らすことが望ましい。また、上記のとおり、生成物は、生成物排出部１２２内で可能な限り循環しないことが望ましい。そこで、円筒部材１８０ｃ若しくは整流部１７０の側周部と開口部１２２ａの内壁との間の隙間は、可能な限り小さいものとする。また、係止部１８０ａは、複数の突起が放射状に突出するものよりも環状のものとする方が、上記隙間を塞ぐことができる分、望ましい。

係合部１８０ｄは、整流部１７０が開口部１２２ａの開口を通して装置外部から生成物排出部１２２に挿入された状態で、係止部１８０ａと係合可能とする溝又は切り欠き部である。

一方、熱媒体導入部１３０は、半球状の筐体であり、第２伝熱体２２０に形成されている複数の支流路１６０ａが上流側で開放されている側の熱交換部１０１の側面を覆い、熱交換部１０１との間に空間を形成する。熱媒体導入部１３０は、熱交換部１０１に対して着脱可能又は開閉可能に設置されてもよいが、伝熱促進体１４１を装置組み立て時に熱媒体流路１６０の複数の支流路１６０ａ内に設置していれば、本実施形態のように必ずしも着脱等を要するものではない。また、熱媒体導入部１３０は、熱媒体を熱交換部１０１の外部から内部へ導入する導入配管１３０ａを有する。導入配管１３０ａは、図１等に示すように、熱交換部１０１の側面に対して略中心、具体的にはＹＺ平面上の中心に位置し、複数の支流路１６０ａの延設方向と同一方向に連接されている。これにより、導入配管１３０ａは、図３（ｃ）に示すように開放されている複数の支流路１６０ａのそれぞれに、熱媒体をバランス良く分配することができる。

熱媒体排出部１３２は、縦長の箱状の筐体であり、熱媒体を流出する複数の流出部が存在する熱交換部１０１の側面の一部を覆い、熱交換部１０１との間に空間を形成する空間形成部である。ただし、この筐体形状も、半円筒形等であってもよい。ここで、第２伝熱体２２０に形成されている支流路１６０ａは、第１伝熱体２１０と同様に、反応領域に対応する部分を過ぎた下流側で、支流路１６０ａと直交しＹ軸方向に向かう不図示の合流路に連接される。これらの合流路は、それぞれ不図示の流路開口部としての流出部から熱交換部１０１の外部に開放されている。熱媒体排出部１３２も、熱交換部１０１の側面に一体的に固定されており、その壁部に、熱媒体を装置外部へ排出するための開口を有する開口部１３２ａを設置している。本実施形態では、開口部１３２ａの本体が配管であるものとするが、配管部分を伴わない単なるフランジ部であってもよい。また、熱交換部１０１との間に形成される空間では、第２伝熱体２２０の複数の流出部からそれぞれ放出された熱媒体が、開口部１３２ａに導入される前に合流する。すなわち、熱媒体排出部１３２の内部の空間は、いわゆる流体溜まりを構成する。

熱交換部１０１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及び熱媒体は、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、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がある。なお、これらの反応における反応流体は、気体状である。

ＣＨ_４ ＋ Ｈ_２Ｏ → ３Ｈ_２ ＋ ＣＯ ----式（１）
ＣＨ_４ ＋ ＣＯ_２ → ２Ｈ_２ ＋ ２ＣＯ ----式（２）
ＣＯ ＋ Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２ ----式（３）
ＣＯ ＋ ３Ｈ_２ → ＣＨ_４ ＋ Ｈ_２Ｏ ----式（４）
（２ｎ＋１）Ｈ_２ ＋ ｎＣＯ → Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２ ＋ ｎＨ_２Ｏ ----式（５）

また、上記反応以外に、アセチル化反応、付加反応、アルキル化反応、脱アルキル化反応、水素脱アルキル化反応、還元性アルキル化反応、アミン化反応、芳香族化反応、アリール化反応、自熱式改質反応、カルボニル化反応、脱カルボニル化反応、還元性カルボニル化反応、カルボキシル化反応、還元性カルボキシル化反応、還元性カップリング反応、縮合反応、分解（クラッキング）反応、水素分解反応、環化反応、シクロオリゴマー化（cyclooligomerization）反応、脱ハロゲン化反応、二量体化反応、エポキシ化反応、エステル化反応、交換反応、ハロゲン化反応、水素化反応、水素ハロゲン化反応、同族体形成（homologation）反応、水和反応、脱水反応、水素化反応、脱水素化反応、水素カルボキシル化反応、水素ホルミル化反応、水添分解反応、水素金属化反応、ヒドロシリル化反応、加水分解反応、水素化処理反応、異性体化反応、メチル化反応、脱メチル化反応、メタセシス（置換）反応、ニトロ化反応、酸化反応、部分酸化反応、重合反応、還元反応、逆水性ガスシフト（reverse water gas shift）反応、スルホン化反応、短鎖重合反応、エステル交換反応、三量体化反応等の実施に、反応装置１を適用してもよい。

反応装置１では、上記のような化学反応に関与する原料などの物質を反応体とし、その反応体を有する流体を反応流体とする。反応流体は、支流路１５０ａを流通する間に、熱媒体流路１６０を流通する熱媒体の熱又は冷熱を受けて加熱又は冷却されて反応が進行して、反応体が目的生成物に変換される。なお、反応流体は、反応に関与しないキャリアを含有してもよい。キャリアは、実施する化学反応を考慮して、反応の進行に影響を与えない物質から適宜選択することができる。特に気体状の反応流体に使用可能なキャリアとしては、不活性ガスや低反応性の気体状物質等の気体キャリアが挙げられる。一方、熱媒体としては、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、燃焼ガス等の気体状物質が使用できる。熱媒体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。

触媒体１４０に含まれる触媒は、上述したような化学反応の進行促進に有効な活性金属を主成分として有し、反応装置１で遂行する合成反応に基づいて、反応促進に適したものが適宜選択される。触媒成分である活性金属としては、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）等が挙げられ、１種、又は、反応促進に有効である限り、複数種を組み合わせて使用してもよい。触媒体１４０は、例えば、触媒を構造材に担持することによって調製される。構造材は、耐熱性の金属から、成形加工が可能で、触媒の担持が可能なものが選択される。構造体、すなわち触媒体１４０は、反応流体との接触面積を増加させるために、断面が波状に丸く湾曲したコルゲート板状やギザギザに屈曲した形状などがあり得る。耐熱性の金属としては、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の金属の１種又は複数種を主成分とする耐熱合金がある。例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の耐熱合金製の薄板状構造材を成形加工して触媒体１４０を構成してもよい。触媒の担持方法としては、表面修飾等によって構造材上に直接担持する方法や、担体を用いて間接的に担持する方法などがあり、実用的には、担体を用いた触媒の担持が容易である。担体は、反応装置１で実施する反応を考慮して、反応の進行を阻害せず耐久性を有する材料であって、使用する触媒を良好に担持し得るものが適宜選択される。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＴｉＯ_２（チタニア）、ＺｒＯ_２（ジルコニア）、ＣｅＯ_２（セリア）、ＳｉＯ_２（シリカ）等の金属酸化物が挙げられ、１種又は複数種を選択して担体として使用することができる。担体を用いた担持方法としては、例えば、成形した構造材の表面に触媒と担体との混合物層を形成する方式や、担体層を形成した後に表面修飾等によって触媒を担持させる方式などが挙げられる。

次に、整流部１７０の取り付け及び取り外しについて説明する。開口部１２２ａ側のフランジ部１８０ｂと、外部配管３００側のフランジ部３００ａとは、通常、Ｏリング１８０ｅを介してボルト１８０ｆにて締結されている。取り付け作業として、作業者は、ボルト１８０ｆを外して締結を解除した後、外部配管３００をずらして開口部１２２ａの開口１８０ｇを開放する。次に、作業者は、整流部１７０を開口１８０ｇから生成物排出部１２２内に進入させる。このとき、整流部１７０は、係止部１８０ａが係合部１８０ｄに係合することで一定の位置で停止する。そして、作業者は、外部配管３００を戻してボルト１８０ｆを締結すれば、係止部１８０ａが開口部１２２ａの軸方向に２つのフランジ部１８０ｂ，３００ａで挟み込まれて固定され、整流部１７０の取り付け作業が完了する。一方、作業者は、上記と逆の手順で進めれば、生成物排出部１２２から整流部１７０を容易に取り外すことができる。反応装置１では、複数の支流路１５０ａに流入する反応流体の流量配分が可能な限り均等であることが望ましいが、流量配分にばらつきが生じ、複数の支流路１５０ａのそれぞれの流出部１５０ｃから流速分布の不均等な流れが流出する場合がある。これに対して、整流部１７０を生成物排出部１２２に設置しておけば、当初、生成物排出部１２２内に流速分布の不均等な流れが流入していても、整流部１７０に衝突している間に徐々に背圧が均等化される。これにより、複数の支流路１５０ａに流入する反応流体の流量配分も徐々に均等化していく。特に本実施形態では、整流部１７０を上記のような構成とし、かつ、開口部１２２ａと同軸状に設置する。これにより、生成物排出部１２２内での生成物の循環を可能な限り抑えることができ、背圧を均等化する、すなわち反応流体の流量配分を効率良く均等化することができる。

一方、反応流体の流量配分のばらつきの程度によっては、設置されている整流部１７０の整流性能が十分ではなく、所望の流量配分に調整できない場合もあり得る。これに対して、本実施形態によれば、整流部１７０の取り外しが容易であるため、作業者は、整流性能が適切な整流部１７０に適宜交換することができる。例えば、整流部１７０が上記のように多孔部材であれば、孔径が異なる整流部１７０に交換すればよい。更に、当初、整流部１７０が上記流量配分を適切に調整することができていても、経時劣化や反応流体の腐食性等により、整流性能が次第に低下する場合もあり得る。このような場合も、上記と同様に新たな整流部１７０に適宜交換することができる。

以上のように、本実施形態によれば、装置構造の複雑化を抑えつつ、整流部の取り外しを容易とする点で有利な熱処理装置を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態に係る熱処理装置について説明する。第１実施形態に係る反応装置１は、整流部１７０を、開口部１２２ａの開口１８０ｇを通じて生成物排出部１２２に取り外し可能に設置する。ここで、整流部１７０を挿入し固定する部分の開口部を第１の開口部とするならば、第１実施形態では、生成物を装置外部へ排出する開口部１２２ａが第１の開口部に相当する。これに対して、本実施形態に係る反応装置の特徴は、開口部１２２ａではなく、生成物を装置外部へ排出しない別の開口部を第１の開口部とする点にある。

図５は、本実施形態における整流部１７１及びその取付部１８１を示す図であり、図４に示した第１実施形態に係るＤ−Ｄ断面図に対応して図示している。整流部１７１の構成は、第１実施形態における整流部１７０と同様である。一方、取付部１８１は、第１実施形態と同様に、整流部１７１の一方の端部に連設する係止部１８１ａを含む。また、生成物排出部１２２は、該生成物排出部１２２の内部と外部とで貫通する開口１８１ｇを有する開口部１２２ｂを有する。したがって、生成物排出部１２２は、第１実施形態で説明した装置外部と連通する開口部１２２ａを第２の開口部とすれば、第１の開口部としての開口部１２２ｂと、第２の開口部としての開口部１２２ａとの少なくとも２つの開口部を有することになる。また、開口部１２２ｂは、開口部１２２ａに同軸状に対向する。すなわち、第１の開口１８１ｇと第２の開口１８０ｇとの中心軸は、ほぼ一致する。この場合も、整流部１７１の外径は、開口部１２２ｂの開口１８１ｇの径よりも小さい。

開口部１２２ｂには、開口１８１ｇを遮蔽可能とする遮蔽板３０１が接続される。すなわち、開口部１２２ｂは、遮蔽板３０１に対して接続及び開放を可能とする第２の接続部としてのフランジ部１８１ｂを連設している。なお、本実施形態でも、開口部１２２ｂの本体が短い配管であるものとするが、配管部分を伴わない単なるフランジ部であってもよい。また、本実施形態における取付部１８１も、フランジ部１８１ｂに形成されている係合部１８１ｄを含む。係合部１８１ｄは、整流部１７１が開口部１２２ｂの開口１８１ｇを通して装置外部から生成物排出部１２２に挿入された状態で、係止部１８１ａと係合可能とする溝又は切り欠き部である。また、円筒部材１８１ｃ、Ｏリング１８１ｅ及びボルト１８１ｆについても、第１実施形態における対応箇所と同様である。このような構成により、整流部１７１は、第１実施形態と同様、フランジ部１８１ｂと遮蔽板３０１とに挟み込まれて固定される。

なお、上記の構成を採用する場合には、整流部１７１は、図５に示すように、他方の端部、すなわち生成物を流出させる側の端部が開口部１２２ａの開口１８０ｇ内に進入することが可能な軸方向長さを有することが望ましい。これにより、整流部１７０を通過しない生成物を可能な限り減らすことができる。結果として、第１実施形態と同様に、整流部１７０への生成物の直接的な到達の確実性を向上させることができる。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏し、特に開口部１２２ａと外部配管３００との接続を容易に解除できない場合などに好適である。生成物排出部１２２に開口部１２２ｂを設ける必要はあるが、生成物排出部１２２を熱交換部１０１から開放可能とする機構を設けるよりは、簡易な構成となる。また、整流部の取り外し作業は、作業者が外部配管３００を移動させることなく、代わって遮蔽板３０１を取り外すのみであるので、第１実施形態よりも容易である。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、整流部１７０が円筒形であるものとした。これは、整流部１７０の断面形状すなわち生成物を流出させる端部の外形を開口１８０ｇの形状に合わせることが、整流部１７０を通過しない生成物を可能な限り減らしつつ、生成物排出部１２２内での生成物の循環を可能な限り減らす観点から望ましいからである。しかしながら、本開示は、整流部１７０の形状を円筒に限るものではなく、背圧を均等化する上で許容できる範囲であれば、端部の外形が多角形、すなわち断面形状が多角形である筒状の整流部を採用してもよい。その場合、整流部の端部の最長対角線は、開口部１２２ａの内径よりも小さくする必要がある。

また、上記各実施形態では、整流部１７０が多孔部材であるものとしたが、本開示はこれに限定されず、例えば、同様の素材の細線を編んでフィルター状に製作された部材等であってもよい。

また、上記各実施形態では、熱処理装置として反応装置１を例示した。これらの反応装置１では、下流側で背圧を好適に均等化させることで、結果的に上流側での反応流体の流量配分を効率良く均等化させるために、反応流体又は生成物の流れの下流側に位置する生成物排出部１２２内に軸状の整流部１７０を設置するものとしている。しかしながら、本開示は、これに限定されるものではない。

具体的には、例えば、同様に熱処理装置が反応装置である場合を考えると、上流側で直接的に整流作用を生じさせることで、反応流体の流量配分を効率良く均等化させることが望まれる場合もあり得る。特に、この場合の反応流体の上流側が、上記各実施形態とは逆に開口部１２２ａ側となる構成もあり得る。一方、例えば、本開示の熱処理装置が熱交換器である場合を考えると、第１の流体と第２の流体とが熱交換部に導入する部分及び熱交換器から導出する部分が、共に上記各実施形態でいう生成物排出部１２２のような構成となる場合もあり得る。このように、本開示の熱処理装置では、整流部が取付部を用いて配置される空間形成部が各流体の流れの上流側に位置するのか下流側に位置するのかは限定されない。換言すれば、上記例示した反応装置１のような構成において、各流体の導入方向及び導出方向は限定されない。

このように、上記の他の実施形態も考慮すれば、本開示における第１の流体と第２の流体とは、適用される熱処理装置により、それぞれ異なる物質となる場合も、同一の物質となる場合もあり得る。特に、上記の第１及び第２の各実施形態においても、整流部１７０に求める作用によっては、第１の流体としている方の流体を熱媒体とし、第２の流体としている方の流体を反応流体又は生成物として捉えることも可能である。また、本開示が適用される熱処理装置が熱交換器であるならば、第１及び第２の流体ともに熱媒体となる場合もあり得る。

さらに、上記各実施形態では、熱交換部１０１は、平板状の２種の伝熱体を積層した積層体としたが、熱交換部がこのような積層体である必要はなく、円管等で直線的な反応流路を有する熱交換部を含む反応装置に適用することができる。

このように、本開示は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本開示の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る事項によってのみ定められる。

１ 反応装置
１０１ 熱交換部
１２２ 生成物排出部
１２２ａ 開口部
１５０ 反応流路
１５０ｃ 流出部
１６０ 熱媒体流路
１７０ 整流部
１８０ 取付部
１８０ｇ 開口

Claims (9)

1. 第１の流体と第２の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の流体を流通させる複数の第１の流路を構成する複数の溝を含む平板としての第１伝熱体と、前記第２の流体を流通させる複数の第２の流路を構成する複数の溝を含む平板としての第２伝熱体とが互いに積層された熱交換部と、
   前記複数の第１の流路の各々の流路開口部に面する空間を有する筐体であり、前記熱交換部の側面に固定される空間形成部と、
   前記空間形成部に設けられ、第１の開口を有する第１の開口部と、
   前記空間形成部の前記空間に配置され、前記第１の流体を整流する整流部と、
   前記第１の開口を通じて前記整流部を取り外し可能に取り付ける取付部と、
   を有し、
   前記空間形成部の前記空間は、前記各々の流路開口部から流出した前記第１の流体が合流する空間、又は、合流している前記第１の流体を前記各々の流路開口部へ流入させる空間であり、
   前記整流部は、前記空間形成部に取り付けられている状態で、前記複数の流路開口部に対向し、
   前記第１の流体又は前記第２の流体の少なくともいずれか一方は、反応流体である、熱処理装置。
2. 前記第１の開口の中心軸の延伸方向は、前記流路開口部の開口方向とは異なる請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記整流部は、円筒形である請求項１又は２に記載の熱処理装置。
4. 前記整流部は、前記第１の流体を貫流可能とする複数の孔が形成されている多孔部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
5. 前記第１の開口部は、前記第１の流体を流通させる装置外部の配管の接続及び開放を可能とする第１の接続部を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
6. 前記取付部は、前記整流部の一方の端部に連設され、前記整流部の中心軸からの長さが前記第１の開口の半径よりも長い係止部と、
   前記第１の接続部に設けられ、前記係止部と係合する係合部と、を含み、
   前記係止部が前記係合部に係合している状態で前記第１の接続部と装置外部の前記配管とを接続することで、前記整流部を取り付ける請求項５に記載の熱処理装置。
7. 前記第１の流体を流通させる装置外部の配管の接続及び開放を可能とする第１の接続部を含む第２の開口部と、
   前記第１の開口を遮蔽可能な遮蔽板と、を有し、
   前記第１の開口部は、前記遮蔽板を接続及び開放を可能とする第２の接続部を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
8. 前記取付部は、前記整流部の一方の端部に連設され、前記整流部の中心軸からの長さが前記第１の開口の半径よりも長い係止部と、
   前記第２の接続部に設けられ、前記係止部と係合する係合部と、を含み、
   前記係止部が前記係合部に係合している状態で前記第２の接続部と前記遮蔽板とを接続することで、前記整流部を取り付ける請求項７に記載の熱処理装置。
9. 前記第１の開口部は、前記第２の開口部に同軸状に対向し、
   前記整流部の他方の端部は、該整流部が前記空間形成部に取り付けられている状態で、前記第２の開口部の第２の開口に進入している請求項７に記載の熱処理装置。

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