JP6957857B2

JP6957857B2 - 流体分散装置及び熱処理装置

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Publication number: JP6957857B2
Application number: JP2016201655A
Authority: JP
Inventors: 角田　大輔; 茂樹坂倉; 信之本間; 敏之坂田; 高平鶴ヶ谷
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2036-10-13
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Description

本発明は、流体分散装置及び熱処理装置に関する。

熱交換型の反応装置は、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。このような反応装置では、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が設けられており、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相互の熱交換が進行する。ここで、反応流路及び熱媒体流路は、熱交換をより容易に行うために、伝熱面積が増加するよう各々複数設けられる。

このような反応装置では、例えば、複数の反応流路のそれぞれの開口が同一面上で開放されている。そこで、同一面上で設置位置が異なる複数の開口に対してバランスよく反応流体を導入するために、外部から導入される反応流体は、これらの開口に面する空間内で分散される。特許文献１は、散気板を備えた気相流動層反応器を開示している。この散気板は、中央穴と、複数の縦割りスリットとを有し、供給管から供給された流体を、これらの穴やスリットを介して反応器内に分散させる。

特開２００４−２７４５号公報

特許文献１に示す構成では、散気板の中央穴は、供給された流体が向かう下面に形成されている。したがって、この中央穴を通過する流体は、通過前に比べて通過後の流速が増加するので、流速が増加した流体に、その回りの流体が巻き込まれる現象が生じる。このような流体の巻き込みは、散気板の周囲に、本来ならば不要な環流を引き起こすおそれがあり、所望の分散を生じさせる上で望ましくない。

そこで、本発明は、流体が効率よく、かつ、バランスよく導入先に導入されるよう流体を分散させるのに有利な流体分散装置及び熱処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、流体分散装置は、第１方向に延伸する軸を中心軸とする管状の第１壁部と、第１壁部から下流側に空間を隔てて離間する第２壁部と、第２壁部を支持する棒状の支持部材と、を有し、第２壁部は、第１壁部の内部空間を流れてきた流体を衝突させる平面を有する少なくとも１つの環状部材及び円板状部材を含み、円板状部材は、環状部材から下流側に空間を隔てて離間し、棒状の支持部材は、一端が第１壁部の下流側外周縁部に固定され、他端が円板状部材の外周縁部に固定され、一端と他端との間の領域の少なくとも一部が環状部材の外周縁部に固定されることで、第１壁部の下流側で環状部材を支持し、第２壁部のうち、棒状の支持部材と、第１壁部の下流側外周縁部と、環状部材の外周縁部と、で囲まれた領域の全ては、流体を流通させるように開口され、第２壁部のうち、棒状の支持部材と、環状部材の外周縁部と、円板状部材の外周縁部と、で囲まれた領域の全ては、流体を流通させるように開口され、環状部材の外径は、第２壁部から空間を隔てて離間する第１壁部の内径よりも小さく、環状部材から空間を隔てて離間する円板状部材の外径は、直近の環状部材の外径と同一又はそれよりも小さく、第１壁部は、被設置部である配管に固定可能となるように、配管の内壁面に接触する外壁面を有する。

上記流体分散装置において、環状部材は、第１外径及び第１内径を有する第１の環状部材と、第２外径及び第２内径を有し、第１の環状部材から第１方向の下流側へ空間を隔てて離間する第２の環状部材と、を含み、第１外径は、第２壁部から空間を隔てて離間する第１壁部の内径よりも小さく、第２外径は、第１外径よりも小さく、第２内径は、第１内径と同一又はそれよりも小さいものとしてもよい。

また、本発明の一態様によれば、流体分散装置は、第１方向に延伸する軸を中心軸とする管状の第１壁部と、第１壁部から下流側に離間する第２壁部と、第２壁部を支持する支持部材と、を有し、第２壁部は、第１壁部の内部空間を流れてきた流体を衝突させる平面を有する環状部材及び円板状部材を含み、環状部材は、中心軸を基準として周を描きながら上流側から下流側に向かうにつれて、外径及び内径が小さくなる形状を有し、円板状部材は、環状部材よりも下流側にあり、支持部材は、一端が第１壁部に固定され、他端が円板状部材に固定され、一端と他端との間の領域の少なくとも一部が環状部材に固定されることで、第１壁部の下流側で環状部材を支持する。

上記流体分散装置において、第１壁部は、被設置部である配管に固定可能となるように、配管の内壁面に接触する外壁面を有するものとしてもよい。

さらに、本発明の一態様によれば、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流体を流通させる複数の第１流路を含む第１伝熱体と、第２流体を流通させる複数の第２流路を含む第２伝熱体とが積層された熱交換部と、熱交換部における複数の第１流路の開口が開放されている面を開放面とした空間を有し、外部から導入された第１流体を複数の第１流路に導入させる流体導入部と、を備え、流体導入部は、外部から導入された第１流体を空間に分散させる上記の流体分散装置を有する。

本発明によれば、流体効率よく、かつ、バランスよく導入先に導入されるよう流体を分散させるのに有利な流体分散装置及び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図である。本発明の一実施形態に係る流体分散装置の構成を示す図である。本発明の他の実施形態に係る流体分散装置の構成を示す図である。

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、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。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。なお、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、熱交換部内の反応流路及び熱媒体流路の延設方向にＸ軸を取り、かつ、Ｘ軸に垂直な方向にＹ軸を取る。

本発明の実施形態に係る流体分散装置が適用される熱処理装置は、第１流体と第２流体との熱交換を利用する。以下、本発明の実施形態に係る熱処置装置が反応装置であるものとして説明するが、例えば熱交換器であってもよい。また、各実施形態に係る流体分散装置は、このような熱処理装置に限らず、例えば圧力容器にも用いられ得る。また、第１流体と第２流体とは、本発明が適用される熱処理装置の種類によっては、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。例えば、本発明が適用される熱処理装置が熱交換器であるならば、第１流体及び第２流体ともに熱媒体となる。また、以下の説明では、第１流体が反応流体又は生成物で、第２流体が熱媒体であるものとするが、それぞれ反対となる場合もあり得る。

（反応装置）
図１は、本実施形態に係る反応装置１００の構成の一部を示す概略断面図である。反応装置１００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１００は、本体部としての熱交換部１０１に加え、反応流体導入部１５０及び生成物排出部と、熱媒体導入部及び熱媒体排出部とを備える。ここで、本実施形態に係る流体分散装置を以下で詳説するに際し、理解を容易とするために、熱交換部１０１及び反応流体導入部１５０を拡大して図示し、その他の流体導入部及び流体排出部については不図示とする。

熱交換部１０１は、第１流体としての反応流体又は生成物が流通する第１流路としての反応流路と、第２流体としての熱媒体が流通する第２流路としての熱媒体流路とを含み、第１流体と第２流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。

熱交換部１０１は、複数の伝熱体Ｐ１〜Ｐ６と、蓋体１２０とを備える。ここで、本実施形態では、一例として、鉛直方向の最上部に位置する第１伝熱体Ｐ１から最下部に位置する第６伝熱体Ｐ６までの計６つの伝熱体が存在するものとする。６つの伝熱体Ｐ１〜Ｐ６は、それぞれ、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成される平板状部材である。

第１伝熱体Ｐ１は、それぞれＸ方向に沿って延設され、かつ、Ｙ方向に並列された複数の第１熱媒体流路ＦＨ１を有する。第１熱媒体流路ＦＨ１は、熱媒体から供給された熱又は冷熱を、他の伝熱体に形成されている反応流路に向けて供給する。第１熱媒体流路ＦＨ１は、鉛直方向上方を開とし、一方が不図示であるが、Ｘ方向で互いに対向する２つの壁部１１０と、不図示であるが、Ｙ方向で互いに対向する２つの壁部とで側面四方を囲まれる溝である。

第２伝熱体Ｐ２は、鉛直方向の上部で第１伝熱体Ｐ１に接合される伝熱体である。第２伝熱体Ｐ２は、それぞれＸ方向に沿って延設され、かつ、Ｙ方向に並列された複数の第１反応流路ＦＲ１を有する。第１反応流路ＦＲ１は、他の伝熱体に形成されている熱媒体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を反応させ、生成物を生成する。第１反応流路ＦＲ１は、鉛直方向上方を開とし、第２伝熱体Ｐ２の一方の端部から他方の端部までＸ方向に一直線で貫通する溝である。なお、不図示であるが、第１反応流路ＦＲ１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。

なお、第２伝熱体Ｐ２の下部に接合される第３伝熱体Ｐ３、及び、第４伝熱体Ｐ４の下部に接合される第５伝熱体Ｐ５は、第１伝熱体Ｐ１と同様の形状を有する。また、第３伝熱体Ｐ３の下部に接合される第４伝熱体Ｐ４、及び、第５伝熱体Ｐ５の下部に接合される第６伝熱体Ｐ６は、第２伝熱体Ｐ２と同様の形状を有する。

蓋体１２０は、第１伝熱体Ｐ１の鉛直方向の上部に設置される平板部材である。図１に示すように、平板面を水平面として、鉛直方向に第６伝熱体Ｐ６から順にそれぞれの伝熱体と蓋体１２０とを接合することで、積層体としての熱交換部１０１が形成される。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。

ここで、各反応流路ＦＲ１〜ＦＲ３は、反応流体を熱交換部１０１の外部から導入する開口１３０と、不図示であるが、生成物を熱交換部１０１の外部に放出する開口とを、直接的に有している。一方、各熱媒体流路ＦＨ１〜ＦＨ３は、熱交換部１０１の外部に直接的に開放されている開口を有していない。そこで、第１伝熱体Ｐ１、第３伝熱体Ｐ３及び第５伝熱体Ｐ５は、例えば、不図示であるが、各伝熱体の側面方向すなわちＹ方向から各熱媒体流路に貫通した連通路を有し、連通路を介して熱交換部１０１の外部との熱媒体の導入と排出とを行ってもよい。

なお、熱交換部１０１は、放熱を抑制して熱損失を抑えるために、図１に示すようなハウジング１４０や、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１５０は、開放面と、凹状に湾曲した湾曲壁面１５０ａとを有する筐体であり、反応流体を熱交換部１０１の外部から内部へ導入可能とする流体導入部である。反応流体導入部１５０が対象とする反応流体の導入先は、熱交換部１０１における各反応流路ＦＲ１〜ＦＲ３の開口１３０である。そこで、開放面は、複数の開口１３０が開放されている熱交換部１０１の第１側面１０１ａに面する。反応流体導入部１５０は、第１側面１０１ａとの間に空間Ｓを形成しつつ覆う。ただし、反応流体導入部１５０は、熱交換部１０１に対して着脱可能又は開閉可能である。この着脱等により、例えば、作業者が各反応流路ＦＲ１〜ＦＲ３に対する触媒体の挿入や抜き出しを容易に行うことができる。また、湾曲壁面１５０ａの湾曲の中心点は、ＹＺ平面である第１側面１０１ａの中心位置に対向していることが望ましい。

また、反応流体導入部１５０は、反応流体を外部から導入するための導入配管１５０ｂを有する。導入配管１５０ｂは、図１に示すように、内壁面１５０ｂ１を有する配管であり、湾曲壁面１５０ａの湾曲の中心点の近傍に設置され、複数の開口１３０のそれぞれの開口方向と同一方向に延設されていることが望ましい。

さらに、反応流体導入部１５０は、空間Ｓ内に突出するように配置され、導入配管１５０ｂに連接される流体分散装置１を有する。なお、流体分散装置１については、以下で詳説する。

生成物排出部は、反応流体導入部１５０と同様の形状を有し、熱交換部１０１を介して反応流体導入部１５０の反対側に設置される。反応流体が第１反応流路ＦＲ１から第３反応流路ＦＲ３までの各反応流路を通過する間に反応により生成された生成物は、生成物排出部１２２で回収され、生成物排出部１２２に連接されている排出配管から生成物を外部に排出する。

熱媒体導入部及び熱媒体排出部は、例えば、熱交換部１０１の第１側面１０１ａとは異なる側面に設置され、第１伝熱体Ｐ１、第３伝熱体Ｐ３及び第５伝熱体Ｐ５の各熱媒体流路に貫通した連通路に接続される。このうち、熱媒体導入部は、熱交換部１０１の外部から熱媒体を導入する導入配管に接続され、熱媒体排出部は、熱交換部１０１の外部へ熱媒体を排出する排出配管に接続される。

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１００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。反応装置１００では、各種化学反応に関与する原料などの物質を反応体とし、反応体を有する流体を反応流体とする。反応流体は、各反応流路ＦＲ１〜ＦＲ３を流通する間に、各熱媒体流路ＦＨ１〜ＦＨ３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。一方、熱媒体としては、反応装置１００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。

（流体分散装置）
図２は、本発明の一実施形態に係る流体分散装置１の構成を示す図である。特に、図２（ａ）は、流体分散装置１の外観を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、側面図である。流体分散装置１は、ある方向から流れてきた流体を分散させることで、流体の進行方向を変化させる。本実施形態では、流体分散装置１は、上記の導入配管１５０ｂに設置され、導入配管１５０ｂ内を流れてきた反応流体を反応流体導入部１５０の空間Ｓ内で所望の方向に分散させる。流体分散装置１は、第１壁部２と、第２壁部３と、支持部４とを有する。

第１壁部２は、第１方向に延伸する軸Ｌ０を中心軸とする管状の部材である。ここで、本実施形態では、Ｘ方向を第１方向と規定する。流体分散装置１は、被設置部である配管に対して挿入される形で固定され得る。具体的には、第１壁部２は、被設置部である導入配管１５０ｂに固定可能となるように、導入配管１５０ｂの内壁面１５０ｂ１に接触する外壁面２ａを有する。または、第１壁部２の端部にフランジを設け、一方、導入配管１５０ｂの開口の周囲にこのフランジ径に合ったねじ穴を予め形成しておくことで、フランジを介したねじ締結により第１壁部２を固定してもよい。

第２壁部３は、第１壁部２から下流側に離間し、第１壁部２の内部空間を流れてきた反応流体を衝突させて第２壁部３の外部空間に分散させる平面を有する環状部材及び円板状部材３ｆを含む。なお、ここでの外部空間は、反応流体導入部１５０の空間Ｓである。ここで、環状部材の「環状」とは、全体的に環状であることをいい、完全な環形状のみならず、例えば製造上生じ得る継ぎ目のような若干の隙間や切り欠きが存在する環形状を許容する。また、環状部材は、少なくとも１つあれば、本実施形態の効果を奏し得るが、本実施形態では、第１環状部材３ａから第５環状部材３ｅまでの５つの環状部材が存在するものとする。

各環状部材３ａ〜３ｅの形状又は配置位置は、以下の条件を満たす。第１条件として、各環状部材３ａ〜３ｅは、互いに第１方向に離間している。なお、図２（ｂ）に示すように、後述する分散効率を考慮すれば、各環状部材の外径の設定に併せて、各環状部材間の距離も、一定のＴ_１となるように設定することが望ましい。ただし、各環状部材間の距離は、厳密に規定されるものではなく、若干異なるものであっても、本実施形態の効果を奏し得る。

第２条件として、各環状部材３ａ〜３ｅの各外径は、第１壁部２の内径ｄ０と同一か又はそれよりも小さい。ここで、第１壁部２の内径ｄ０と同一となる外径を有する環状部材としては、第１壁部２に最も近い位置に配置される第１環状部材３ａに適用され得る。ただし、本実施形態の例では、第１環状部材３ａの外径ｄ１についても、他の環状部材と同様に、第１壁部２の内径ｄ０よりも小さいものとしている。

第３条件として、第１外径及び第１内径を有する一の環状部材と、第２外径及び第２内径を有し、一の環状部材から下流側へ離間している他の環状部材との関係では、さらに以下の条件を満たす。（１）第１外径は、第１壁部２の内径ｄ０と同一か又はそれよりも小さい。（２）第２外径は、第１外径よりも小さい。（３）第２内径は、第１内径と同一か又はそれよりも小さい。

第３条件について、第１環状部材３ａと第２環状部材３ｂとを例に具体的に説明する。この２つの環状部材を第３条件に適用すると、一の環状部材が第１環状部材３ａであり、他の環状部材が第２環状部材３ｂである。ここで、図２（ｂ）を参照すると、第３条件の（１）について、第１環状部材３ａの第１外径ｄ１は、第１壁部２の内径ｄ０よりも小さくなっている。なお、この第１環状部材３ａについてのみ、第１外径ｄ１が、第１壁部２の内径ｄ０と同一となる場合もあり得る。次に、第３条件の（２）について、第２環状部材３ｂの第２外径ｄ３は、第１環状部材３ａの第１外径ｄ１よりも小さくなっている。さらに、第３条件の（３）について、第２環状部材３ｂの第２内径ｄ４は、第１環状部材３ａの第１内径ｄ２よりも小さくなっている。なお、第２環状部材３ｂの第２内径ｄ４と第１環状部材３ａの第１内径ｄ２とは、同一であってもよい。このような関係は、その他の２つの環状部材間でも成り立つ。

円板状部材３ｆは、各環状部材３ａ〜３ｅから下流側に離間する。円板状部材３ｆの外径は、直近の環状部材、すなわち本実施形態では第５環状部材３ｅの外径よりも小さい。なお、円板状部材３ｆの外径は、直近の環状部材と同一であってもよい。このように、第１壁部２から最も離間した第２壁部３の構成要素は、環状部材ではない。すなわち、第２壁部３の構成によれば、第１壁部２を流れてきた反応流体が、直線的かつ直接的に、換言すれば、一度も進行方向を変化させずに第２壁部３から流出することはない。

支持部４は、一端が第１壁部２に固定され、その他の領域が各環状部材３ａ〜３ｅの外径部分に固定されることで、第１壁部２よりも下流側で各環状部材３ａ〜３ｅを支持する棒状部材である。なお、支持部４の設置数は、本実施形態では４本としているが、反応流体の流通を極力妨げないものであれば、特に限定するものではない。

第２壁部３は、上記の各条件を満たすものとすると、図２に示すように、全体的に下流側に向かって鋭となる略円錐形状となる。また、第２壁部３には、それぞれ、隣り合う環状部材の間で、第１方向に対して垂直となる第２方向に向かって放射状に複数の開口が形成されることになる。

本実施形態に係る流体分散装置１によれば、第２壁部３が、第１壁部２の内部空間を流れてきた反応流体を衝突させて外部空間に分散させる平面を有する各環状部材３ａ〜３ｅの少なくとも１つを含む。これにより、第２壁部３から放出された反応流体は、流れの経路がそれぞれ異なる複数の流体群となるので、第１側面１０１ａにある複数の開口１３０のそれぞれに対して効率よく、かつ、バランスよく導入されるように反応流体を分散させることができる。なお、ここでいう「効率」とは、反応流体が空間Ｓ内で滞留することを極力避けることを意味し、具体的には、空間Ｓ内で環流を極力繰り返すことなく、反応流体を可能な限り迅速に複数の開口１３０に向かわせることを意味する。

また、環状部材の外径は、第１壁部２の内径ｄ０と同一か又はそれよりも小さいので、環状部材に向けて流れる反応流体が、その上流側で流れを遮られることが抑止される。これにより、流体分散装置１は、第２壁部３内に導入された反応流体を、環状部材で形成される開口領域からスムーズに放出することができる。

さらに、第２壁部３は、環状部材よりも下流側に円板状部材３ｆを有するので、第１壁部２を流れてきた反応流体は、直線的かつ直接的に第２壁部３から流出しない。ここで、第２壁部３を構成する部材のうち、例えば、最も下流側に位置する部材が環状部材であると、その環内を通過する反応流体は、通過前に比べて通過後の流速が増加する。したがって、この流速が増加した反応流体に、その回りの反応流体が巻き込まれることで、第２壁部３近傍で反応流体の環流が生じるおそれがある。これに対して、本実施形態では、直線的かつ直接的に第２壁部３から流出する反応流体、すなわち、流速が増加する反応流体が生じないので、反応流体をよりスムーズに放出することができる。

また、本実施形態に係る流体分散装置１では、第２壁部３が、環状部材３ａ〜３ｅの少なくとも２つを含むので、それらを適宜組み合わせることで、形成される複数の流路群をより所望の経路で流れる流路群に調整することができる。また、各環状部材３ａ〜３ｅの形状を上記の条件を満たすように規定することで、下流側の環状部材に向けて流れる反応流体が、その上流側の環状部材で流れを遮られることが抑止される。これにより、流体分散装置１は、第２壁部３内に導入された反応流体を、各環状部材３ａ〜３ｅ又は円板状部材３ｆで形成されるいずれかの開口領域からスムーズに放出することができる。

（他の実施形態）
上記説明では、流体分散装置１を構成する第２壁部３の形状として、少なくとも１つの環状部材を含む場合を例示した。しかし、本発明は、これに限らず、環状部材に代えて、例えば螺旋状部材を含むものであってもよい。

図３は、本発明の他の実施形態に係る流体分散装置１０の構成を示す図である。特に、図３（ａ）は、流体分散装置１０の外観を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、側面図である。この場合、流体分散装置１０は、第１壁部１１と、第２壁部１２と、支持部１３とを有する。なお、第１壁部１１、第２壁部１２に含まれる円板状部材１２ｂ、及び、支持部１３は、既出の流体分散装置１の対応構成要素と同一であるため、説明を省略する。

第２壁部１２も、流体分散装置１の第２壁部３と同様に、第１壁部１１よりも下流側に位置し、第１壁部１１の内部空間を流れてきた反応流体を衝突させて第１壁部１１の外部空間に分散させる平面を有する環状部材を含む。ただし、流体分散装置１０における第２壁部１２に含まれる環状部材１２ａは、中心軸Ｌ０を基準として周を描きながら上流側から下流側に向かうにつれて、外径及び内径が小さくなる形状を有する。ここで、環状部材１２ａは、図３に示す例では１つの部材として一繋がりに形成されているが、全体として上記のような螺旋状であれば、複数の部材に分割されていてもよい。このとき、複数の部材間の接続部は、必ずしも完全に接合されている必要はなく、若干の隙間が存在していてもよい。また、円板状部材１２ｂは、環状部材１２ａに対して必ずしも離間している必要はなく、図３（ｂ）に示すように、環状部材１２ａの下流端と接触していてもよい。

環状部材１２ａにおいて、第２壁部１２側の第１壁部１１の端面からの距離Ｘ_１の位置を参照する。この位置における第１外径はｄ２／２で表され、第１内径はｄ１／２で表される。一方、距離Ｘ_１の位置よりも下流側である、第２壁部１２側の第１壁部１１の端面からの距離Ｘ_２の位置を参照すると、この位置における第２外径はｄ４／２で表され、第２内径はｄ３／２で表される。２つの位置を比較すると、図３（ｂ）に示すように、距離Ｘ_２の位置における第２外径は、距離Ｘ_１の位置における第１外径よりも小さい。また、距離Ｘ_２の位置における第２内径は、距離Ｘ_１の位置における第１内径よりも小さい。

第２壁部１２は、上記の各条件を満たすものとすると、図３に示すように、全体的に下流側に向かって鋭となる略円錐形状となる。また、第２壁部１２には、軸Ｌ０を中心に一回りした環状部材１２ａの２つの位置における各平面間で、第１方向とは異なる第２方向に向かう、全体として旋回状の開口が形成されることになる。この場合、軸Ｌ０を中心に一回りした環状部材１２ａの２つの位置のＸ方向の間隔は、図３（ｂ）に示すＴ_２及びＴ_３の比較でわかるように、下流側に行くにつれて短くなる。

本実施形態に係る流体分散装置１０によれば、流体分散装置１と同様に、第２壁部１２から放出された反応流体は、流れの経路がそれぞれ異なる複数の流体群となる。したがって、第１側面１０１ａにある複数の開口１３０のそれぞれに対して効率よく、かつ、バランスよく導入されるように反応流体を分散させることができる。

また、環状部材１２ａは、中心軸Ｌ０を基準として周を描きながら上流側から下流側に向かうにつれて、外径及び内径が小さくなる形状を有するので、環状部材１２ａに向けて流れる反応流体が、その上流側で流れを遮られることが抑止される。これにより、流体分散装置１０は、第２壁部１２内に導入された反応流体を、環状部材１２ａで形成される開口領域からスムーズに放出することができる。

また、各実施形態に係る流体分散装置１，１０では、管状の第１壁部２の外壁面２ａ又は外壁面１１ａが、被設置部である導入配管１５０ｂの内壁面１５０ｂ１に接触するように挿入されることで、導入配管１５０ｂに対して固定される。

各実施形態に係る流体分散装置１，１０によれば、ねじによる取り付け等を要しないため、被設置部に対する設置が容易となる。これは、流体分散装置１，１０を、反応流体導入部１５０の導入配管１５０ｂに設置するときのみならず、周囲に固定用のねじ穴等が形成されていない各種配管内に設置することも容易であるので、採用され得る用途が広くなるという利点もある。

また、各実施形態に係る熱処理装置によれば、反応流体導入部１５０に、各実施形態に係る流体分散装置１，１０を採用するので、各反応流路ＦＲ１〜ＦＲ３に、効率よく、かつ、バランスよく反応流体を導入することができる。これにより、各反応流路ＦＲ１〜ＦＲ３にて生成される生成物の生成量を流路ごとに均一化が図れるため、より効率よく生成物を生成することができる。一方、各実施形態に係る流体分散装置を採用する熱処理装置が熱交換器である場合には、流路ごとの流れが均一化されることから、装置全体として熱交換効率を向上させることができる。

なお、上記説明では、第２壁部３を構成する各環状部材３ａ〜３ｅが有する平面が、第１壁部２の中心軸である軸Ｌ０に対して垂直であるものとしている。しかし、本発明は、これに限定するものではなく、例えば、各環状部材３ａ〜３ｅが有する平面は、軸Ｌ０に対して若干傾いていてもよい。

また、上記説明では、反応流体導入部１５０が、凹状に湾曲した湾曲壁面１５０ａを有する筐体であるものとしている。しかし、本発明は、これに限定するものではなく、反応流体導入部１５０の筐体形状は、例えば、開放面を有する矩形であってもよい。

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流体分散装置
２第１壁部
３第２壁部
３ａ〜３ｅ環状部材
３ｆ円板状部材

Claims

第１方向に延伸する軸を中心軸とする管状の第１壁部と、
前記第１壁部から下流側に空間を隔てて離間する第２壁部と、
前記第２壁部を支持する棒状の支持部材と、を有し、
前記第２壁部は、前記第１壁部の内部空間を流れてきた流体を衝突させる平面を有する少なくとも１つの環状部材及び円板状部材を含み、
前記円板状部材は、前記環状部材から下流側に空間を隔てて離間し、
前記棒状の支持部材は、一端が前記第１壁部の下流側外周縁部に固定され、他端が前記円板状部材の外周縁部に固定され、前記一端と前記他端との間の領域の少なくとも一部が前記環状部材の外周縁部に固定されることで、前記第１壁部の下流側で前記環状部材を支持し、
前記第２壁部のうち、前記棒状の支持部材と、前記第１壁部の下流側外周縁部と、前記環状部材の外周縁部と、で囲まれた領域の全ては、前記流体を流通させるように開口され、
前記第２壁部のうち、前記棒状の支持部材と、前記環状部材の外周縁部と、前記円板状部材の外周縁部と、で囲まれた領域の全ては、前記流体を流通させるように開口され、
前記環状部材の外径は、前記第２壁部から空間を隔てて離間する前記第１壁部の内径よりも小さく、
前記環状部材から空間を隔てて離間する前記円板状部材の外径は、直近の前記環状部材の外径と同一又はそれよりも小さく、
前記第１壁部は、被設置部である配管に固定可能となるように、前記配管の内壁面に接触する外壁面を有する、
流体分散装置。
前記環状部材は、第１外径及び第１内径を有する第１の環状部材と、
第２外径及び第２内径を有し、前記第１の環状部材から前記第１方向の下流側へ空間を隔てて離間する第２の環状部材と、を含み、
前記第１外径は、前記第２壁部から空間を隔てて離間する前記第１壁部の内径よりも小さく、
前記第２外径は、前記第１外径よりも小さく、
前記第２内径は、前記第１内径と同一又はそれよりも小さい、
請求項１に記載の流体分散装置。
第１方向に延伸する軸を中心軸とする管状の第１壁部と、
前記第１壁部から下流側に離間する第２壁部と、
前記第２壁部を支持する支持部材と、を有し、
前記第２壁部は、前記第１壁部の内部空間を流れてきた流体を衝突させる平面を有する環状部材及び円板状部材を含み、
前記環状部材は、前記中心軸を基準として周を描きながら上流側から下流側に向かうにつれて、外径及び内径が小さくなる形状を有し、
前記円板状部材は、前記環状部材よりも下流側にあり、
前記支持部材は、一端が前記第１壁部に固定され、他端が前記円板状部材に固定され、前記一端と前記他端との間の領域の少なくとも一部が前記環状部材に固定されることで、前記第１壁部の下流側で前記環状部材を支持する、
流体分散装置。
前記第１壁部は、被設置部である配管に固定可能となるように、前記配管の内壁面に接触する外壁面を有する請求項３に記載の流体分散装置。
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流体を流通させる複数の第１流路を含む第１伝熱体と、前記第２流体を流通させる複数の第２流路を含む第２伝熱体とが積層された熱交換部と、
前記熱交換部における前記複数の第１流路の開口が開放されている面を開放面とした空間を有し、外部から導入された前記第１流体を前記複数の第１流路に導入させる流体導入部と、を備え、
前記流体導入部は、外部から導入された前記第１流体を前記空間に分散させる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流体分散装置を有する、
熱処理装置。