JPH084104Y2 - 熱交換器を兼ねた発熱反応器 - Google Patents
熱交換器を兼ねた発熱反応器Info
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- JPH084104Y2 JPH084104Y2 JP1990029723U JP2972390U JPH084104Y2 JP H084104 Y2 JPH084104 Y2 JP H084104Y2 JP 1990029723 U JP1990029723 U JP 1990029723U JP 2972390 U JP2972390 U JP 2972390U JP H084104 Y2 JPH084104 Y2 JP H084104Y2
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Description
【考案の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本考案は発熱反応器に関し、特に熱交換器を兼ねた発
熱反応器に関する。
熱反応器に関する。
《従来の技術》 近年、省エネルギーの観点から廃熱を有効利用するこ
とのできるケミカルヒートポンプシステムが注目される
に従い、発熱反応室で発生した熱を効率的に取り出すた
めに、熱交換機能を考慮に入れた反応器が開発されてい
る。この場合、一般には、内管に触媒を充填し触媒の間
に反応物を流すようにして発熱反応を行わせ、発生した
熱を内管と外管の間から取り出すようにしたシェルアン
ドチューブ型熱交換が主流であるが、この種の熱交換に
おいては、内管での伝熱速度が低いために反応熱の取り
出しや供給の速度に限界があるという欠点があった。
とのできるケミカルヒートポンプシステムが注目される
に従い、発熱反応室で発生した熱を効率的に取り出すた
めに、熱交換機能を考慮に入れた反応器が開発されてい
る。この場合、一般には、内管に触媒を充填し触媒の間
に反応物を流すようにして発熱反応を行わせ、発生した
熱を内管と外管の間から取り出すようにしたシェルアン
ドチューブ型熱交換が主流であるが、この種の熱交換に
おいては、内管での伝熱速度が低いために反応熱の取り
出しや供給の速度に限界があるという欠点があった。
このような従来の欠点を解決するために触媒を担持せ
しめたフィンを配置した新たなシェルアンドチューブ型
の熱交換器を兼ねた発熱反応器が提案された（実開昭61
-86439号）。
しめたフィンを配置した新たなシェルアンドチューブ型
の熱交換器を兼ねた発熱反応器が提案された（実開昭61
-86439号）。
この反応器は、第２図に示した如く、内部に受熱流体
を通す伝熱管（２）を有し、該伝熱管（２）の外面と外
胴（３）の内面の間に加熱流体としての反応ガスを通す
シェルアンドチューブ型の熱交換器を兼ねた発熱反応器
であり、前記外胴（３）には、反応ガスを流入させるガ
ス入口（４）と、反応生成ガスを流出させるガス出口
（５）とを有し、前記伝熱管（２）の外面には、多数の
伝熱フィンが設けられると共に該電熱管の外面及びフィ
ンには、触媒としてのニッケル微粒子（７）が固定され
ている。
を通す伝熱管（２）を有し、該伝熱管（２）の外面と外
胴（３）の内面の間に加熱流体としての反応ガスを通す
シェルアンドチューブ型の熱交換器を兼ねた発熱反応器
であり、前記外胴（３）には、反応ガスを流入させるガ
ス入口（４）と、反応生成ガスを流出させるガス出口
（５）とを有し、前記伝熱管（２）の外面には、多数の
伝熱フィンが設けられると共に該電熱管の外面及びフィ
ンには、触媒としてのニッケル微粒子（７）が固定され
ている。
しかしながら、上記の如く改良した反応器も受熱流体
を通す伝熱管が一本のみであるのでその熱伝達量には自
ずから限界があり、高熱出力の熱交換器を製造する場合
には大型になるという欠点を有している。
を通す伝熱管が一本のみであるのでその熱伝達量には自
ずから限界があり、高熱出力の熱交換器を製造する場合
には大型になるという欠点を有している。
また、特開昭59-18102号公報には、板状の反応層と燃
焼層が交互に積層されてなる積層型触媒燃焼反応装置が
開示されている。この装置においては、反応層及び燃焼
層を、ガス流路表面に触媒を担持した耐熱性固体セラミ
ック又は高分子材料で形成させることができると記載さ
れているが、触媒を担持したセラミックを成形すること
はもとより、成形させた後セラミック表面に触媒を担持
させることも極めて困難であり、また、高分子材料の場
合には耐熱性が十分でないという欠点があった。
焼層が交互に積層されてなる積層型触媒燃焼反応装置が
開示されている。この装置においては、反応層及び燃焼
層を、ガス流路表面に触媒を担持した耐熱性固体セラミ
ック又は高分子材料で形成させることができると記載さ
れているが、触媒を担持したセラミックを成形すること
はもとより、成形させた後セラミック表面に触媒を担持
させることも極めて困難であり、また、高分子材料の場
合には耐熱性が十分でないという欠点があった。
更に、特開平1-139137号公報には非接触二流体のため
の種々の形状の装置が開示されているが、その場合に用
いることのできる具体的な材質としては、アルミナ繊維
を基材とするセラミック紙が挙げられているのみであ
り、実施例においては厚紙を用いた模型が使用されてい
るに過ぎない。また、パイプやシートを用いるという記
載はあっても、具体的に金属を使用する場合、その表面
積を十分に大きくする手段については全く開示されてい
ない。
の種々の形状の装置が開示されているが、その場合に用
いることのできる具体的な材質としては、アルミナ繊維
を基材とするセラミック紙が挙げられているのみであ
り、実施例においては厚紙を用いた模型が使用されてい
るに過ぎない。また、パイプやシートを用いるという記
載はあっても、具体的に金属を使用する場合、その表面
積を十分に大きくする手段については全く開示されてい
ない。
このように、加工の容易な金属板を用いる場合につい
て具体的に記載されていないのは、金属板を用いた場合
には、触媒体表面を十分大きくすることが、その出願時
の技術水準では困難であったためであると推定される。
て具体的に記載されていないのは、金属板を用いた場合
には、触媒体表面を十分大きくすることが、その出願時
の技術水準では困難であったためであると推定される。
《考案が解決しようとする課題》 そこで本考案者は、加工の容易な金属板を用いた非接
触二流体のための小型で熱交換効率の優れた発熱反応器
について鋭意検討した結果、熱水処理された多孔質のア
ルミナ層表面を有する金属板を使用することにより、容
易に目的とする触媒反応器を得ることができることを見
出し本考案に到達した。
触二流体のための小型で熱交換効率の優れた発熱反応器
について鋭意検討した結果、熱水処理された多孔質のア
ルミナ層表面を有する金属板を使用することにより、容
易に目的とする触媒反応器を得ることができることを見
出し本考案に到達した。
従って、本考案の目的は、触媒担体として熱水処理さ
れたアルミナ表面を有する金属板を使用した、製造が容
易であると共に、小型で熱交換効率に優れた発熱反応器
を提供することにある。
れたアルミナ表面を有する金属板を使用した、製造が容
易であると共に、小型で熱交換効率に優れた発熱反応器
を提供することにある。
《課題を解決するための手段》 本考案の上記の目的は、反応ガスを通過せしめる流路
中に多くのフィンを有する発熱層と該発熱層から発生す
る熱を回収するための受熱流体を通過せしめる流路を有
する受熱層とを交互に積層せしめてなる熱交換器を兼ね
た金属性の発熱反応器であって、反応ガスと接触する前
記発熱層内の金属板が、その反応ガスと接触する表面
が、熱水処理された多孔質アルミナ層及び該多孔質アル
ミナ層上に担持さた触媒物質からなる、熱伝導性触媒体
であることを特徴とする熱交換器を兼ねた発熱反応器に
より達成された。
中に多くのフィンを有する発熱層と該発熱層から発生す
る熱を回収するための受熱流体を通過せしめる流路を有
する受熱層とを交互に積層せしめてなる熱交換器を兼ね
た金属性の発熱反応器であって、反応ガスと接触する前
記発熱層内の金属板が、その反応ガスと接触する表面
が、熱水処理された多孔質アルミナ層及び該多孔質アル
ミナ層上に担持さた触媒物質からなる、熱伝導性触媒体
であることを特徴とする熱交換器を兼ねた発熱反応器に
より達成された。
以下本考案を図面に基づいて更に詳しく説明する。
第１図（ａ）及び（ｂ）は、本考案の熱交換器を兼ね
た発熱反応器の具体例であり、（ａ）はその全体斜視
図、（ｂ）はフィンの設置形態の他の例を示す部分正面
図である。
た発熱反応器の具体例であり、（ａ）はその全体斜視
図、（ｂ）はフィンの設置形態の他の例を示す部分正面
図である。
図中、符号（１）は、内部に反応ガスを通過せしめる
流路を有する反応室から成る発熱層であり、該内部には
フィン（３）が配置されている。即ち、発熱層（１）の
内部は、フィン（３）により分割されており実質的には
複数の流路の集合体を形成している。フィン（３）は、
第１図（ａ）の如く複数のフィン（３）が完全に隔壁を
形成して、各々独立した複数の反応室を形成するように
しても、例えば第１図（ｂ）の如く、１つの反応室の上
下からフィンが立ち上がる如く、隔壁としては不完全な
ものであっても良い。
流路を有する反応室から成る発熱層であり、該内部には
フィン（３）が配置されている。即ち、発熱層（１）の
内部は、フィン（３）により分割されており実質的には
複数の流路の集合体を形成している。フィン（３）は、
第１図（ａ）の如く複数のフィン（３）が完全に隔壁を
形成して、各々独立した複数の反応室を形成するように
しても、例えば第１図（ｂ）の如く、１つの反応室の上
下からフィンが立ち上がる如く、隔壁としては不完全な
ものであっても良い。
発熱層（１）の内表面には、フィンの表面をも含めて
触媒が担持されており、熱伝導性触媒体が形成されてい
る。上記熱伝導性触媒体によって発熱反応が進行するの
で、発熱反応の効率を高めるためには反応ガスと触媒体
との接触面積を高める必要があり、このために発熱層を
できるだけ細分化したり、フィンを含む反応室内部の表
面に凹凸を持たせることが好ましい。
触媒が担持されており、熱伝導性触媒体が形成されてい
る。上記熱伝導性触媒体によって発熱反応が進行するの
で、発熱反応の効率を高めるためには反応ガスと触媒体
との接触面積を高める必要があり、このために発熱層を
できるだけ細分化したり、フィンを含む反応室内部の表
面に凹凸を持たせることが好ましい。
符号（２）は、内部に発熱層（２）からの熱を回収す
るための受熱流体を通過せしめる流路を有する受熱層で
ある。
るための受熱流体を通過せしめる流路を有する受熱層で
ある。
以下、本考案の熱交換器に使用する熱伝導性触媒体に
ついて詳述する。
ついて詳述する。
本考案の熱伝導性触媒体は、少なくとも10μｍのアル
ミニウム層を有する金属板の前記アルミニウム表面に多
孔質のアルミナ層を形成させ、次いで50℃〜100℃の熱
水又は水蒸気を用いて熱水処理した後、若しくは、熱水
処理を行いながら、触媒物質を前記アルミナ層に担持せ
しめた触媒体である。
ミニウム層を有する金属板の前記アルミニウム表面に多
孔質のアルミナ層を形成させ、次いで50℃〜100℃の熱
水又は水蒸気を用いて熱水処理した後、若しくは、熱水
処理を行いながら、触媒物質を前記アルミナ層に担持せ
しめた触媒体である。
前記多孔質のアルミナ層は、周知の如く、例えば陽極
酸化法によって容易に形成させることができる。
酸化法によって容易に形成させることができる。
触媒物質は数10μｍ以下のいわゆる超微粒子状のもの
が好ましい。
が好ましい。
本考案において使用する、少なくとも10μｍのアルミ
ニウム層を有する金属板は、アルミニウム板の他、鉄等
の単一の金属又はステンレス等の合金の板に、10μｍ以
上のアルミニウム層をクラッド法や容射法によって設け
た金属板を挙げることができる。
ニウム層を有する金属板は、アルミニウム板の他、鉄等
の単一の金属又はステンレス等の合金の板に、10μｍ以
上のアルミニウム層をクラッド法や容射法によって設け
た金属板を挙げることができる。
熱水処理の処理時間は熱水のpHによっても異なるが、
５分以上とすることが好ましく、約２時間処理すること
によりほぼpH値に関係なくBET表面積を顕著に増大させ
ることができる。
５分以上とすることが好ましく、約２時間処理すること
によりほぼpH値に関係なくBET表面積を顕著に増大させ
ることができる。
熱水処理された多孔質アルミナ表面に触媒物質を担持
せしめる方法としては、電着法、化学的付着法、真空蒸
着法、陰極スパッター法、金属スプレー法及び金属クラ
ッド法等の公知の方法の中から適宜選択して使用するこ
とができる。
せしめる方法としては、電着法、化学的付着法、真空蒸
着法、陰極スパッター法、金属スプレー法及び金属クラ
ッド法等の公知の方法の中から適宜選択して使用するこ
とができる。
電着法を使用する場合には、限界担持量以上の超微粒
子を基体表面に担持させるために、所望の超微粒子触媒
と共にアルミナゾルやシリカゾルの如き所謂陽性ゾルを
含有する溶液中で、基体を陰極とし、基体表面に前記超
微粒子触媒を電着させることが好ましい。
子を基体表面に担持させるために、所望の超微粒子触媒
と共にアルミナゾルやシリカゾルの如き所謂陽性ゾルを
含有する溶液中で、基体を陰極とし、基体表面に前記超
微粒子触媒を電着させることが好ましい。
熱伝導性触媒体に担持する触媒物質は、特に限定され
るものではないが、例えば白金族金属、白金族金属の合
金、金、金合金、マンガン、鉄、亜鉛、銅、ニッケル、
ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金の中から選択
することが好ましく、特に白金、パラジウム、ルテニウ
ム、マンガン、亜鉛、鉄、ニッケル、銅及びコバルトの
中から選択することが好ましい。又、これらの触媒物質
を組み合わせることもできる。
るものではないが、例えば白金族金属、白金族金属の合
金、金、金合金、マンガン、鉄、亜鉛、銅、ニッケル、
ニッケル合金、コバルト及びコバルト合金の中から選択
することが好ましく、特に白金、パラジウム、ルテニウ
ム、マンガン、亜鉛、鉄、ニッケル、銅及びコバルトの
中から選択することが好ましい。又、これらの触媒物質
を組み合わせることもできる。
本考案の反応器は、所望の反応に応じて上記の触媒物
質の種類を選択することにより、酸化反応、水素化反
応、脱水素反応、加水分解反応等の発熱反応に対して極
めて有効なものとなる。
質の種類を選択することにより、酸化反応、水素化反
応、脱水素反応、加水分解反応等の発熱反応に対して極
めて有効なものとなる。
《考案の効果》 以上の如く、本考案の熱交換器を兼ねた発熱反応器は
金属製であるので極めて容易に製造することができる
上、熱交換効率が良く、小型で高熱出力の発熱反応器と
することができる。
金属製であるので極めて容易に製造することができる
上、熱交換効率が良く、小型で高熱出力の発熱反応器と
することができる。
また、触媒は、BET表面積の大きい、熱水処理された
多孔質アルミナ表面に担持されているので、触媒反応も
速やかに進行する。
多孔質アルミナ表面に担持されているので、触媒反応も
速やかに進行する。
《実施例》 以下本考案を実施例によって更に詳述するが、本考案
はこれによって限定されるものではない。
はこれによって限定されるものではない。
実施例1. 本考案の発熱反応器をモデル化しシミュレーション解
析を行った。
析を行った。
発熱反応器は、アルミナゾル溶液中に、陽極酸化され
た後熱水処理してなる多孔質アルミナ表面を有するアル
ミニウム板を浸漬し、次いで超微粒子ニッケル触媒を電
着せしめたプレート状のアルミニウムを用いて成形し
た。反応室内には第１図（ａ）の如く多数のフィンを設
けた。フィンは、上記の発熱反応器の場合と同様に、表
面にニッケル触媒を担持せしめたアルミニウム板であ
る。
た後熱水処理してなる多孔質アルミナ表面を有するアル
ミニウム板を浸漬し、次いで超微粒子ニッケル触媒を電
着せしめたプレート状のアルミニウムを用いて成形し
た。反応室内には第１図（ａ）の如く多数のフィンを設
けた。フィンは、上記の発熱反応器の場合と同様に、表
面にニッケル触媒を担持せしめたアルミニウム板であ
る。
この反応器に、反応ガスを170℃で送り込み、熱回収
側は170℃の高圧飽和熱水を通し飽和蒸気として取り出
す場合について計算を行った。ここで、反応流体と触
媒は同一温度とする、軸方向の熱伝導と物質の拡散は
無視する、反応気体の流れは押し出し流れとする及び
熱容量、反応熱、壁境膜伝熱係数並びに有効拡散係数
は層内で一定であるものと仮定した。
側は170℃の高圧飽和熱水を通し飽和蒸気として取り出
す場合について計算を行った。ここで、反応流体と触
媒は同一温度とする、軸方向の熱伝導と物質の拡散は
無視する、反応気体の流れは押し出し流れとする及び
熱容量、反応熱、壁境膜伝熱係数並びに有効拡散係数
は層内で一定であるものと仮定した。
以上のシミュレーションモデルにおいて、反応を２次
元定常モデルとしてとらえ、次式に基づく反応速度を用
いて軸方向、半径方向の温度分布を解析した。
元定常モデルとしてとらえ、次式に基づく反応速度を用
いて軸方向、半径方向の温度分布を解析した。
ここで、ｒは反応速度〔mol・ｇ−cal-・h-1、KI及び
KIIは正方向及び逆方向の反応速度定数〔mol・ｇ−cal
-1・h-1〕、Ka、Kh及びKiは夫々アセトン、水素及び２
−プロパノールの吸着平衡定数（atm-1〕、Pa、Ph及びP
iは夫々アセトン、水素及び２−プロパノールの分圧〔a
tm〕を表す。
KIIは正方向及び逆方向の反応速度定数〔mol・ｇ−cal
-1・h-1〕、Ka、Kh及びKiは夫々アセトン、水素及び２
−プロパノールの吸着平衡定数（atm-1〕、Pa、Ph及びP
iは夫々アセトン、水素及び２−プロパノールの分圧〔a
tm〕を表す。
ただし、この反応速度式は活性炭担持触媒を用いて出
された式であり、この場合の各定数は、 KI＝1.46×107exp（−14.7/RT）、 KII＝3.25×106exp（−18.2/RT）、 Ka＝2.58×10-11exp（19.7/RT）、 Kh＝1.89×10-5exp（13.0/RT）、 Ki＝4.82K×10-9exp（22.5/RT）である。
された式であり、この場合の各定数は、 KI＝1.46×107exp（−14.7/RT）、 KII＝3.25×106exp（−18.2/RT）、 Ka＝2.58×10-11exp（19.7/RT）、 Kh＝1.89×10-5exp（13.0/RT）、 Ki＝4.82K×10-9exp（22.5/RT）である。
アルミニウム担持ニッケル触媒では活性炭担持触媒の
10倍の反応速度があったため、この式に10倍の係数を掛
けて両反応器の反応速度とした。
10倍の反応速度があったため、この式に10倍の係数を掛
けて両反応器の反応速度とした。
又、計算は発熱層を擬連続体として考え、層内の物質
収支及び熱収支をとり、有限差分式に変換して、反応層
入口から逐次的に解析した。この解析に用いた設定デー
タを第１表に示す。
収支及び熱収支をとり、有限差分式に変換して、反応層
入口から逐次的に解析した。この解析に用いた設定デー
タを第１表に示す。
第３図は、ガス流量Ｇを2.0〔kg/m2・Ｓ〕、ガス混合
比θを５とした場合の温度分布を上記の計算により解析
した結果である。
比θを５とした場合の温度分布を上記の計算により解析
した結果である。
第４図は、ガス混合比θを５、反応器の長さ（Ｌ）を
２〔ｍ）とした場合の常圧における反応ガスの流量Ｇ
〔kg/m2・Ｓ〕に対する反応器の熱出力Q/V〔kW/m3〕と
の関係を触媒密度がρＢ＝473〔kg/m3〕、809〔kg/
m3〕、1069〔kg/m3〕の３ケースについて示した図であ
る。
２〔ｍ）とした場合の常圧における反応ガスの流量Ｇ
〔kg/m2・Ｓ〕に対する反応器の熱出力Q/V〔kW/m3〕と
の関係を触媒密度がρＢ＝473〔kg/m3〕、809〔kg/
m3〕、1069〔kg/m3〕の３ケースについて示した図であ
る。
第５図は、フィンの高さ（RW）が1.2×10-2〔ｍ〕の
場合のフィンの厚み（WF）及びフィンの間隔（SF）と触
媒密度（ρＢ）との関係を示した図である。
場合のフィンの厚み（WF）及びフィンの間隔（SF）と触
媒密度（ρＢ）との関係を示した図である。
第６図は、ガス混合比θを５、反応ガス流量XTOを0.2
〔mol/s〕及び触媒密度を1069〔kg/m3〕として常圧にお
ける反応器の長さ（Ｌ）に対する転化率（ｆ）及び熱出
力（Q/V）の関係を示した図である。
〔mol/s〕及び触媒密度を1069〔kg/m3〕として常圧にお
ける反応器の長さ（Ｌ）に対する転化率（ｆ）及び熱出
力（Q/V）の関係を示した図である。
第７図は、ガス混合比θを５、反応ガス流量XTOを0.2
〔mol/s〕、触媒密度を1069〔kg/m3〕及び反応器の長さ
（Ｌ）を2mとした場合の圧力（Ｐ）に対する添加率
（ｆ）及び熱出力（Q/V）の変化を示した図である。
〔mol/s〕、触媒密度を1069〔kg/m3〕及び反応器の長さ
（Ｌ）を2mとした場合の圧力（Ｐ）に対する添加率
（ｆ）及び熱出力（Q/V）の変化を示した図である。
比較例1. 780本の１インチ管を固定層型触媒反応管として、そ
の集合体を外径1mの多管円筒型発熱反応器としたシミュ
レーションモデルを考えた。
の集合体を外径1mの多管円筒型発熱反応器としたシミュ
レーションモデルを考えた。
実施例１と同様の条件及び計算方法で温度分布及び触
媒密度が500kg/m3の場合の反応ガスの流量に対する熱出
力を解析した。その設定データは表１に示した通りであ
り、反応ガスの流量に対する熱出力の関係は第４図、温
度分布の解析結果は第８図に示す通りである。
媒密度が500kg/m3の場合の反応ガスの流量に対する熱出
力を解析した。その設定データは表１に示した通りであ
り、反応ガスの流量に対する熱出力の関係は第４図、温
度分布の解析結果は第８図に示す通りである。
以上の解析結果を以下に詳述する。
両反応器の温度分布を第３図及び第８図に基づき比較
する。比較例の反応器の場合、管中心部と壁部分との間
に最高約15℃の温度差がある。つまり、比較例の反応器
は触媒層が活性炭担持ニッケル触媒のため熱伝導性が悪
く触媒層内が伝熱律速となり、管中心部の高品位の熱が
十分生かされていないことがわかる。
する。比較例の反応器の場合、管中心部と壁部分との間
に最高約15℃の温度差がある。つまり、比較例の反応器
は触媒層が活性炭担持ニッケル触媒のため熱伝導性が悪
く触媒層内が伝熱律速となり、管中心部の高品位の熱が
十分生かされていないことがわかる。
これに対し、本発明の反応器は、触媒層内にニッケル
触媒が担持された熱伝導性の良いフィンを用いているた
め層内の有効熱伝導度が向上し、比較例の反応器のよう
な大きな温度差は生じない。
触媒が担持された熱伝導性の良いフィンを用いているた
め層内の有効熱伝導度が向上し、比較例の反応器のよう
な大きな温度差は生じない。
次に、両反応器の熱出力を第４図に基づき比較する。
比較例の反応器の場合、触媒密度は一定で熱出力は破
線で示す曲線となる。これに対し、本考案の反応器は同
程度の触媒密度では比較例の反応器とほぼ同程度の熱出
力が得られるが、第５図に示したようにフィンの厚みや
フィンの間隔を小さくすることにより触媒密度を増加さ
せることができるので、第４図に示す如く触媒密度の増
加に伴い熱出力を比較例よりも約２倍にあげることがで
きる。
線で示す曲線となる。これに対し、本考案の反応器は同
程度の触媒密度では比較例の反応器とほぼ同程度の熱出
力が得られるが、第５図に示したようにフィンの厚みや
フィンの間隔を小さくすることにより触媒密度を増加さ
せることができるので、第４図に示す如く触媒密度の増
加に伴い熱出力を比較例よりも約２倍にあげることがで
きる。
しかし、このときの反応ガスの転化率は約0.3と低く
未反応ガスの量が大きくなるため転化率をあげる必要が
ある。第７図に示したように、反応器の長さを大きくす
ることにより転化率は多少上がるが、逆に熱出力は大き
く低下する。これは反応器の長さに沿って反応速度が低
下し反応器の中頃から転化率の上昇が緩慢になって、反
応器を平均した単位体積当たりの熱量が低くなるためで
ある。
未反応ガスの量が大きくなるため転化率をあげる必要が
ある。第７図に示したように、反応器の長さを大きくす
ることにより転化率は多少上がるが、逆に熱出力は大き
く低下する。これは反応器の長さに沿って反応速度が低
下し反応器の中頃から転化率の上昇が緩慢になって、反
応器を平均した単位体積当たりの熱量が低くなるためで
ある。
しかしながら、第７図に示すように反応ガスを加圧す
ることにより転化率を約２倍にすることができ、さらに
熱出力も向上せしめることができる。
ることにより転化率を約２倍にすることができ、さらに
熱出力も向上せしめることができる。
以上の解析結果より、ケミカルヒートポンプシステム
における発熱反応系は、反応ガスを加圧して転化率を向
上させることにより未反応ガスの分離操作の負担や循環
量を軽減せしめることができると共に高熱出力が得られ
ることが確認された。
における発熱反応系は、反応ガスを加圧して転化率を向
上させることにより未反応ガスの分離操作の負担や循環
量を軽減せしめることができると共に高熱出力が得られ
ることが確認された。
第１図（ａ）及び（ｂ）は、本考案の熱交換器を兼ねた
発熱反応器の具体例であり、（ａ）はその全体斜視図、
（ｂ）はフィンの設置形態の他の例を示す部分正面図で
ある。 第２図は、従来のシェルアンドチューブ式熱交換器型の
熱交換器の断面図である。 第３図は、発熱反応器の発熱層内の温度分布を示す図で
ある。 第４図は、反応ガスの流量Ｇ〔kg/m2・ｓ〕に対する反
応器の熱出力Q/V〔kW/m3〕及び触媒密度の関係を示した
図である。 第５図は、発熱反応器のフィンの厚み（WF）及びフィン
の間隔（SF）と触媒密度（ρＢ）との関係を示した図で
ある。 第６図は、発熱反応器の長さ（Ｌ）に対する転化率
（ｆ）及び熱出力（Q/V）の関係を示した図である。 第７図は、圧力（Ｐ）に対する添加率（ｆ）及び熱出力
（Q/V）の変化を示した図である。 第８図は、比較例の反応器の反応層内の温度分布を示し
た図である。 １……発熱層 ２……受熱層 ３……フィン
発熱反応器の具体例であり、（ａ）はその全体斜視図、
（ｂ）はフィンの設置形態の他の例を示す部分正面図で
ある。 第２図は、従来のシェルアンドチューブ式熱交換器型の
熱交換器の断面図である。 第３図は、発熱反応器の発熱層内の温度分布を示す図で
ある。 第４図は、反応ガスの流量Ｇ〔kg/m2・ｓ〕に対する反
応器の熱出力Q/V〔kW/m3〕及び触媒密度の関係を示した
図である。 第５図は、発熱反応器のフィンの厚み（WF）及びフィン
の間隔（SF）と触媒密度（ρＢ）との関係を示した図で
ある。 第６図は、発熱反応器の長さ（Ｌ）に対する転化率
（ｆ）及び熱出力（Q/V）の関係を示した図である。 第７図は、圧力（Ｐ）に対する添加率（ｆ）及び熱出力
（Q/V）の変化を示した図である。 第８図は、比較例の反応器の反応層内の温度分布を示し
た図である。 １……発熱層 ２……受熱層 ３……フィン
Claims (1)
- 【請求項１】反応ガスを通過せしめる流路中に多くのフ
ィンを有する発熱層（１）と、該発熱層（１）から発生
する熱を回収するための受熱流体を通過せしめる流路を
有する受熱層（２）とを交互に積層せしめてなる熱交換
器を兼ねた金属製の発熱反応器であって、反応ガスと接
触する前記発熱層（１）内の金属板が、その反応ガスと
接触する表面が、熱水処理された多孔質アルミナ層及び
該多孔質アルミナ層上に担持された触媒物質からなる、
熱伝導性触媒体であることを特徴とする熱交換器を兼ね
た発熱反応器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990029723U JPH084104Y2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 熱交換器を兼ねた発熱反応器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1990029723U JPH084104Y2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 熱交換器を兼ねた発熱反応器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03123532U JPH03123532U (ja) | 1991-12-16 |
| JPH084104Y2 true JPH084104Y2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=31532474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1990029723U Expired - Fee Related JPH084104Y2 (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 熱交換器を兼ねた発熱反応器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH084104Y2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4617557B2 (ja) * | 2000-10-19 | 2011-01-26 | 株式会社Ｉｈｉ | 触媒反応器 |
| JP2007091513A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Toshiba Corp | 水素発生装置及び燃料電池システム |
| US7820725B2 (en) * | 2006-09-05 | 2010-10-26 | Velocys, Inc. | Integrated microchannel synthesis and separation |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5918102A (ja) * | 1982-07-19 | 1984-01-30 | Babcock Hitachi Kk | 積層型触媒燃焼反応装置 |
| JPH01139137A (ja) * | 1987-08-27 | 1989-05-31 | Haldor Topsoe As | 不均一触媒化学プロセスの実施法 |
-
1990
- 1990-03-23 JP JP1990029723U patent/JPH084104Y2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5918102A (ja) * | 1982-07-19 | 1984-01-30 | Babcock Hitachi Kk | 積層型触媒燃焼反応装置 |
| JPH01139137A (ja) * | 1987-08-27 | 1989-05-31 | Haldor Topsoe As | 不均一触媒化学プロセスの実施法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03123532U (ja) | 1991-12-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |