KR20220113351A - 플로우 리액터 - Google Patents

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KR20220113351A
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reaction
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flow path
heat transfer
cylinder
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KR1020227011735A
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마사카즈 에노무라
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엠. 테크닉 가부시키가이샤
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Abstract

적정한 온도 관리 하에서 반응을 진행시킬 수 있고, 전열부에 반응용 유체나 발생 가스가 체류하는 것을 억제할 수 있고, 분해가능하며 세정성이 좋고, 코팅이나 라이닝의 시공도 가능한 플로우 리액터의 제공을 도모한다. 동심의 내통(10)과 외통(20) 사이에 형성되는 공간 내에 반응용 유로(11)와 제 2 유로(21)의 2개의 유로가 설치된 플로우 리액터이다. 내통(10)과 외통(20) 사이에 나선 형상 전열체(41)가 배치되고, 나선 형상 전열체(41)는 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이 대략 삼각형이다. 나선 형상 전열체(41)에 의해 상기 공간이 반응용 유로(11)와 제2 유로(21)로 구획되고, 반응용 유로(11) 내를 흐르는 반응용 유체(F1)와 제 2 유로(21) 내를 흐르는 열매(F2) 사이에서 나선 형상 전열체(41)를 통해 열교환이 행해진다.

Description

플로우 리액터
본원 발명은 플로우 리액터, 특히 반응용 유체를 흐르게 하기 위한 나선 형상으로 주회하는 반응용 유로를 구비한 플로우 리액터에 관한 것이다.
화학 및 의약품 제조의 공정이나 토너나 잉크젯 등의 반응 공정에는 급랭이나 고속 가열 또는 정밀 온도 제어 등의 요구가 많다. 또한, 가능한 한 필요한 설치 스페이스를 작게 하고, 기기 자체의 크기도 소형화하는 요구가 있고, 열교환기의 고성능화가 요구되고 있다. 그리고, 부착이 적어 세정성이 우수하고, 내압성, 내식성, 또한 저비용인 플로우 리액터가 요구된다.
종래, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 복수의 스테이지를 가지는 셸 앤드 튜브 리액터가 알려져 있다. 이 리액터는 적어도 2개의 타입의 영역을 구비하고, 양자는 시스템의 요구에 따라 시스템으로부터 열을 제거 또는 시스템에 열을 공급하는 데 기여한다. 리액터는 반응 영역의 그룹을 구비하고, 이것은 반응을 촉진하기 위한 촉매가 구비되고, 또한 동시에 열을 제거 또는 공급하는 튜브를 구비한다.
그런데, 이 특허문헌 1의 어느 하나에 기재된 것에 있어서는 튜브 내에 부착 등이 발생했을 경우, 세정하기 어렵고, 세정할 수 있었는지의 여부 등 세정 상태가 간단하게는 확인될 수 없다.
또한, 셸측의 열매의 보유량이 많고, 오버슈트나 언더슈트의 발생이 일어나기 쉽고 기본적으로는 고전적인 열교환기이기 때문에 총괄 전열 계수를 획기적으로 늘리는 것이 어렵다. 또한 튜브 시트에 튜브가 부착되어 있기 때문에 열에 대한 팽창과 신축을 반복하는 반응에는 채용하기 어렵다. 또한, 세관 형상의 전열관의 내부에 코팅이나 라이닝의 시공은 실질적으로 불가능하고, 그 구조상 다른 유로에 있어서도 내식재의 코팅이나 라이닝의 시공이 어려워 내식성 등의 관점으로부터도 개선이 요구되고 있다. 특히 상기 전열관 내를 내식재에 의해 코팅이나 라이닝하는 것은 실질적으로 불가능하며, 가령 할 수 있었다고 해도 양산성이 나쁘고 비용면으로부터 실용성이 없는 것이 될 수밖에 없다.
특허문헌 2에는 복수의 공급로량을 통해 1개의 반응 유로에 합류하고, 이들 유체를 유통시키면서 반응을 행하는 마이크로 리액터이며, 반응 유로는 둥근 봉 상의 심 부재의 외주면과 단면 원형인 내주면을 갖는 외통 부재의 내주면 중 어느 일방에 나선 나사를 형성해서 심 부재의 외주면과 외통 부재의 내주면을 밀착 감합시킴으로써 나선 형상 유로로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 전열 면적이 너무나 작아 애써 형성한 나사 형상 벽면이 직접적인 열교환면에 사용되지 않고, 플로우 리액터로서 필수 전열 저항을 가능한 한 줄여서 총괄 전열 계수를 증가시키는 관점을 가지고 있지 않다. 또한, 미소량의 반응에 사용되는 마이크로 리액터에 특화되어 있고, 대형화를 행하는 장치로서 설계되어 있지 않다. 스케일업은 어렵지만, 이대로 대형화된다고 해도 분해성이나 세정성 등의 문제가 많고, 정밀 온도 제어 등을 실현할 수 없다.
특허문헌 3에는 나선 특징을 가지는 적어도 2개의 동심 튜브를 구비하고 있는 튜브 형상 흐름 모듈이며, 내측 튜브는 외측 튜브의 내측에 동축에 배치되어 있고, 내측 튜브의 최대 직경은 외측 튜브의 최소 직경보다도 크고, 내측 튜브와 외측 튜브 사이의 공간이 유체의 흐름 경로가 되는 튜브 형상 흐름 모듈이 기재되어 있다. 나선 특징을 갖고 있는 외측 및 내측 튜브는 스크류와 너트와 같이 맞물리고, 나선 특징은 나사와 같이 작용하는 점에서, 즉 나사 형상 감합을 가지고 있는 튜브 형상 흐름 모듈이다. 이 튜브 형상 흐름 모듈은 평균 흐름방향은 축방향에 있으며 개량 플러그 흐름 상황을 만들어 내는 것이다(특허문헌 단락 00018 참조). 따라서, 특허문헌 3의 튜브 형상 흐름 모듈은 나선류의 향류 흐름이 가능한 것이 아니며, 특허문헌 2와 같이 대형화에는 적합하지 않고, 정밀 온도 제어도 어렵다.
일본특허공표 2012-529626호 공보 일본특허공개 2005-46652호 공보 일본특허공표 2015-502842호 공보
상기를 감안하여 본 발명의 과제는 적정한 온도 관리 하에서, 즉 반응용 유체가 온도 제어된 상태에서 반응용 유체의 반응 처리를 진행시킬 수 있는 플로우 리액터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 과제는 반응을 촉진시켜서 반응 시간의 단축을 도모할 수 있는 플로우 리액터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 과제는 전열부에 반응용 유체나 발생 가스가 체류하는 것을 억제하는 데 알맞은 구조를 갖는 플로우 리액터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 과제는 세정성이 좋은 플로우 리액터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 과제는 분해가능한 플로우 리액터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 코팅이나 라이닝의 시공도 가능한 플로우 리액터를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 반응용 유체를 흐르게 하기 위한 나선 형상으로 주회하는 반응용 유로를 구비한 플로우 리액터에 있어서, 동심의 내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 전열체가 배치되고, 상기 전열체는 나선 형상으로 주회하고 있음과 아울러 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이 대략 삼각형이며, 상기 전열체에 의해 상기 공간이 상기 반응용 유로와 제 2 유로로 구획됨과 아울러, 상기 반응용 유로 내를 흐르는 상기 반응용 유체와 상기 제 2 유로 내를 흐르는 열매 사이에서 상기 전열체를 통해 열교환이 행해지는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 반응용 유체를 흐르게 하기 위한 나선 형상으로 주회하는 반응용 유로를 구비한 플로우 리액터에 있어서, 동심의 내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 나선 형상으로 주회하는 전열체가 배치되고, 상기 전열체에 의해 상기 공간이 상기 반응용 유로와 제 2 유로로 구획됨과 아울러, 상기 반응용 유로 내를 흐르는 반응용 유체와 상기 제 2 유로 내를 흐르는 열매 사이에서 상기 전열체를 통해 열교환이 행해지도록 구성되고, 상기 내통과 상기 외통과 상기 전열관은 상기 외통의 측과 상기 내통의 측으로 분리가능하게 조립되어 있고, 상기 외통의 측과 상기 내통의 측으로 분리된 상태에서, 상기 반응용 유로를 규정하는 유로 구성면은 상기 외통의 측과 상기 내통의 측으로 분리됨과 아울러, 상기 반응용 유로를 규정하는 상기 유로 구성면의 모든 표면이 축방향과 직교하는 반경방향으로부터 보아 다른 부분에 숨겨지는 일 없이 직접 노출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 내통과 상기 외통 중 적어도 어느 일방은 축방향 단면도에 있어서 원형의 통체로 하는 것이 적당하다. 이것에 의해, 단면 형상이 대략 삼각형인 상기 전열체와,
상기 내통 또는 상기 외통에 의해 규정되는 반응용 유로를 흐르는 반응용 유체에 나선류의 향류 흐름을 발생시킬 수 있다.
또한, 반경방향에 있어서의 상기 반응용 유로의 최대 유로폭(λ)과 상기 반 반응용 유로의 최소 유로폭(μ)의 비율(λ/μ)이 2 이상인(2＜λ/μ＜∞)것으로 하는 것도 적당하다. 이것에 의해, 상기 내통 또는 상기 외통의 축방향을 향하는 흐름보다도 나선방향을 향하는 흐름을 크게 할 수 있고, 반응용 유체의 전체로서의 흐름의 방향을 나선방향으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전열체는 상기 외통의 측과 상기 내통의 측 중 어느 일방에 고정되고, 상기 외통의 측과 상기 내통의 측 중 어느 타방에는 고정되어 있지 않음과 아울러, 적어도 하나의 굴곡 부분을 가져서 그 내면측과 외면측의 쌍방에 유체를 흐르게 할 수 있는 공간을 형성할 수 있는 입체 형상부를 구비한 것이며, 상기 반응용 유로를 규정하는 상기 유로 구성면에 나타나는 모든 상기 굴곡 부분의 외각이 90도 이상인 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응용 유로는 상기 반응용 유체가 고일 가능성이 있는 수평부를 구비하고 있지 않은 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로는 각각 나선 형상으로 주회하고 있는 것이며, 축방향에 있어서 이웃하는 주회와 주회 사이에 간극을 구비하지 않거나 또는 반경방향으로 4mm 이하의 간극을 구비하는 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로는 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이, 그 정각(頂角) θ가 30도 이상 125도 이하인 대략 삼각형인 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 내통의 측과 상기 외통의 측은 축방향으로의 이동만으로 회전시키지 않아도 분리가능하게 조립되어 있고, 상기 전열체는 상기 축방향으로의 이동 시에 다른 부분과 간섭하지 않도록 구성된 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로는 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이, 2개의 경사면과 저면과 정상부를 구비한 대략 삼각형이며, 상기 정상부의 축방향 길이(a)가 상기 경사면의 축방향 길이(b)보다도 짧은 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로 중 적어도 어느 일방의 상기 정상부가 상기 축방향으로 길이(a)를 구비하고 있음으로써, 상기 정상부가 상기 축방향으로 길이(a)가 없는 정점인 경우에 비해 유로의 단면적이 확대되어 있는 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 동심에 배치된 상기 내통과 상기 외통 사이에 형성되는 상기 공간이 동심 상에 복수 있는 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 반응용 유로를 포함하는 상기 반응용 유체가 흐르는 통과 유로와 상기 제 2 유로를 포함하는 열매가 흐르는 통과 유로 중 적어도 어느 일방이 내식 재료에 의한 코팅이 이루어져 있는 것으로 하여 실시할 수 있고, 상기 내식 재료에 의한 코팅이 유리 라이닝 또는 불소 수지 코팅, 세라믹 코팅 중 하나인 것이 바람직하다.
본 발명은 적정한 온도 관리 하에서, 즉 반응용 유체가 온도 제어된 상태에서 반응용 유체의 반응 처리를 진행시킬 수 있는 플로우 리액터를 제공할 수 있었던 것이다.
본 발명은 반응을 촉진시켜서 반응 시간의 단축을 도모할 수 있는 플로우 리액터를 제공할 수 있었던 것이다.
본 발명은 전열부에 반응용 유체나 발생 가스가 체류하는 것을 억제하는 데 알맞은 구조를 갖는 플로우 리액터를 제공할 수 있었던 것이다.
본 발명은 세정성이 좋은 플로우 리액터를 제공할 수 있었던 것이다.
본 발명은 분해하기 쉬운 구조를 구비한 플로우 리액터를 제공할 수 있었던 것이다.
본 발명은 코팅이나 라이닝의 시공도 가능한 플로우 리액터를 제공할 수 있었던 것이다.
보다 구체적으로 설명하면, 화학 및 의약품 제조의 공정이나 토너나 잉크젯 등의 반응 공정에는 급랭이나 고속 가열 또는 정밀 온도 제어 등의 요구가 많다. 그 대상물, 즉 반응용 유체는 고점도 액체나 미립자를 포함하는 슬러리, 부착 물질도 많이 포함된다. 또한, 반응 공정에 있어서 증발을 수반하는 가열 조작을 행하는 것은 발생 가스가 체류하면 열전도율이 발생 가스 기단상류(氣單相流)와 같은 정도의 낮은 오더로까지 저하한다. 이 현상은 드라이 아웃이라고 불리고, 전열면을 따라 흐르고 있던 액막이 증발하여 소실되고, 기상이 직접 전열면에 접함으로써 일어나 버린다. 또한, 플로우 리액터는 확실하게 스케일업이 필요로 되고, 고성능화는 물론, 대형이 되어도 계산대로 처리되지 않으면 안 된다.
이들을 해결하기 위해서, 반응용 유체의 유속과 압력 손실의 관계를 재검토하여 반응용 유체의 유속을 올려도 압력 손실이 지나치게 커지지 않는 구조를 갖는 플로우 리액터를 제공할 수 있었던 것이다. 특히 반응용 유체가 고점도 액체나 침강하기 쉬운 슬러리인 경우, 효과가 크고, 오염이나 부착이 적은 것이다.
또한, 전열면의 단면 형상을 대략 삼각형으로 함으로써 액 고임이나 발생 가스의 고임이 없고, 또한 전열 면적을 크게 취할 수 있고, 반응용 유체의 물리적 성질로부터 전열체의 단면으로서 대략 삼각형의 형상을 선택하여 설계의 자유도도 갖고 있다.
또한, 반응용 유체의 보유량도 적어 급속 가열이나 급속 냉각에도 대응하기 쉽고, 동시에 열매나 냉매도 마찬가지로 보유량이 적기 때문에 기기의 소형화나 고성능화, 제어의 용이화를 실현할 수 있었다.
또한, 반응용 유체의 흐름의 장도 그 이송량을 제어함으로써 난류 흐름이나 층류 흐름도 자유롭게 결정되고, 열매나 냉매의 유로는 난류 흐름으로 하여 레이놀즈수를 대폭적으로 상승시키고, 총괄 전열 계수의 증가에 의해 반응 속도를 현저히 향상시키는 것이 가능하다.
본 구조상, 매우 간단하기 때문에 분해나 조립이 용이하며, 내식 재료에 의해 코팅이나 라이닝도 가능하게 한다.
도 1은 본원 발명의 제 1 실시형태에 의한 플로우 리액터의 축방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 내통과 외통을 분리한 상태의 요부 확대 단면도이다.
도 3은 본원 발명의 제 2 실시형태에 의한 플로우 리액터의 축방향 단면도이다.
도 4의 (A)∼(F)는 각각 본원 발명의 실시형태에 의한 플로우 리액터의 변경예를 나타내는 요부의 축방향 단면도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 의한 플로우 리액터에 대해 설명한다. 또한, 도 2, 도 4(A)∼(F)에 기재된 중심선은 축방향을 나타내고 있다.
(유체)
실시형태에서는 반응의 처리 대상이 되는 물질이 포함되어 있는 유체를 반응용 유체(F1)로서 설명한다. 반응용 유체(F1)가 예를 들면 2 유체로 구성되는 경우, 각각의 유체를 반응용 유체(F1(A))와 반응용 유체(F1(B))로서 설명하고, 양자가 합류하고 있는 경우는 합류 후의 유체를 반응용 유체(F1)로서 설명한다. 이하, 반응용 유체(F1)는 1 유체로 구성되어 있거나, 2 유체 이상으로 구성되는 경우에는 2 유체 이상이 합류한 합류 후의 유체를 말한다. 또한, 반응용 유체(F1)에 대해 열교환을 행하는 열매체를 제 2 유체(F2)로서 설명한다. 또한, 반응용 유체(F1)에 대해 열교환을 행하는 다른 열매체를 제 3 유체(F3)로서 설명한다.
이 반응용 유체(F1)로서는 기체나 액체나 슬러리나 고점성 액체 등 여러가지 유체를 예시할 수 있다. 제 2 유체(F2) 및 제 3 유체(F3)에는 수증기나 온수 등의 가온용의 열매체를 예시할 수 있지만, 냉각용의 열매체이어도 상관없다.
(제 1 실시형태의 개요)
도 1에 나타내는 제 1 실시형태에 의한 플로우 리액터는 동심에 배치된 내통(10)과 외통(20)을 구비한 것이며, 필요에 따라 내통(10)의 더 내측에 동심에 배치된 제 3 통(30)을 구비하고 있다.
외통(20)의 내주면에는 나선 형상으로 주회하도록 설치된 전열체(41)가 배치되어 있다.
내통(10)과 외통(20) 사이의 공간은 전열체(41)에 의해 2개의 공간으로 구획된다. 구획된 2개의 공간 중 전열체(41)의 내측(반경방향의 내측)이, 반응용 유체(F1)의 유로인 반응용 유로(11)를 구성하고, 구획된 2개의 공간 중 전열체(41)의 외측(반경방향의 외측)이, 제 2 유체(F2)의 유로인 제 2 유로(21)를 구성한다.
전열체(41)는 외통(20)의 내주면에 대해 용접 등에 의해 기밀성 및 액밀성을 유지한 상태에서 고정됨으로써 반응성 유체(F1)와 제 2 유체(F2)가 혼합되지 않도록 내통(10)과 외통(20) 사이의 공간을 반응용 유로(11)와 제 2 유로(21)로 구획하고, 반응용 유로(11)와 제 2 유로(21)가 나선 형상으로 주회하는 유로가 된다. 이 전열체(41)를 통해 반응용 유체(F1)와 제 2 유체(F2) 사이에서 열교환이 행해진다.
내통(10)과 외통(20)은 분리가능하게 조립되어 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이 분리한 상태에서 전열체(41)는 외통(20)과 함께 내통(10)과 분리된다. 이 분리 상태에서, 반응용 유로(11)를 규정하는 유로 구성면은 내통(10)의 측과 외통(20)의 측으로 분리된다.
또한, 이 예에서는 내통(10)과 제 3 통(30) 사이의 공간이 제 3 유체(F3)를 위한 제 3 유로(31)를 구성하고, 내통(10)을 통해 반응용 유체(F1)와 제 3 유체(F3) 사이에서 열교환이 행해진다. 또한, 제 3 통(30)의 외주면에는 유로체(42)가 나선 형상으로 주회하여 고정되어 있기 때문에 제 3 유로(31)도 나선 형상으로 주회한 유로가 된다.
(통의 고정과 분리)
내통(10), 외통(20) 및 제 3 통(30)은 통 상단의 플랜지부(40)로 서로 분리가능하게 고정되어 있다. 이 예에서는 2매의 플랜지부(40)가 시일 부재를 사이에 두고 상하로 포개어지고, 볼트 등의 착탈가능한 고정 부재(도시하지 않음)에 의해 분리가능하게 조립되어서 일체화되어 있다. 상부의 플랜지부(40)에는 내통(10)과 제 3 통(30)의 상단이 (필요에 따라 착탈가능하게) 고정되고, 하부의 플랜지부(40)에는 외통(20)의 상단이 (필요에 따라 착탈가능하게) 고정되고, 상하 2매의 플랜지부(40, 40)를 분리함으로써 내통(10)과 외통(20)을 분리할 수 있다. 또한, 내통(10)과 제 3 통(30) 중 적어도 어느 일방을 상부의 플랜지부(40)에 대해 착탈가능하게 해 둠으로써 내통(10)과 제 3 통(30)을 분리할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 전열체(41)는 외통(20)의 내주면에 용접 등에 의해 고정되어 있다. 따라서, 플랜지부(40)로의 조립을 풀어 열교환기를 분해하면 내주면에 전열체(41)가 고정된 채의 외통(20)과, 내통(10) 및 외주면에 유로체(42)를 구비한 제 3 통(30)으로 분리된다. 그 때, 전열체(41)에 대해 간섭하는 일이 없기 때문에 전열체(41)가 부착된 외통(20)을 하부의 플랜지부(40)와 함께 도면의 하방으로 빼낼 수 있다.
(전열체(41)에 대해)
전열체(41)는 나선 형상으로 주회하면서 내통(10)과 외통(20) 사이를 축방향으로 진행시키는 것이며, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이 대략 삼각형이다. 이 실시형태에서는 전열체(41)는 외통(20)의 내주면에 용접 등에 의해 고정되어 있다.
상기 전열체(41)의 축방향 단면도에 있어서의 대략 삼각형의 정각 θ는 이것이 커짐에 따라 반응용 유로(11) 및 제 2 유로(21)의 단면적(유로 면적)이 커지지만, 내통(10)과 외통(20)의 일정 축방향 길이 단위에 있어서의 나선의 주회수가 감소한다. 또한, 정각 θ가 90도로부터 멀어짐에 따라 반응용 유로(11)와 제 2 유로(21)에 있어서의 협애한 부분이 늘어나기 때문에 유체의 막힘이 생길 우려가 높아지므로 이들을 감안하면 정각 θ는 30도 이상 125도 이하인 것이 적당하다.
또한, 상기 대략 삼각형의 정각 θ에 대한 외각(360-θ)은 90도 이상이며, 235도 이상 330도 이하인 것이 적당하다.
삼각형은 수학적인 의미에서는 정점에서 두 사변이 교차하지만, 금속판의 가공 등 공업적인 생산을 전제로 하면 정점에는 아르가 부여되거나, 축방향으로 길이가 있는 단면 형상이 되는 것이 일반적이다. 따라서, 대략 삼각형이란, 수학적인 삼각형의 의미뿐만 아니라 이들의 공업적 생산을 전제로 한 형상을 포함시켜 이해되어야 한다. 따라서, 대략 삼각형의 정각 θ는 2개의 경사변의 교점뿐만 아니라 그들의 연장선의 교점을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 또한, 축방향으로 길이가 있는 단면 형상이 되는 경우, 그 축방향 길이가 길어짐에 따라 전열체(41)와 내통(10)의 외주면 사이에 반응용 유체(F1)가 막힐 우려가 높아지기 때문에 그 축방향 길이는 1개의 경사변의 축방향 길이보다도 짧은 것이 적당하다.
이어서, 전열체(41)의 두께(t)는 전열체(41)를 통해 반응용 유체(F1)와 제 2 유체(F2) 사이에서 열교환이 행해지므로 열교환의 효율을 고려하여 0.2mm∼3mm인 것이 바람직하고, 0.5mm∼2mm인 것이 보다 바람직하다. 내통(10)이나 외통(20), 제 3 통(30)의 두께도 마찬가지로 해도 좋다. 단, 내통(10)이나 외통(20), 제 3 통(30)이 구조체로서 작용하는 강도를 고려하여 변경해도 좋고, 이것에 한정되지 않는다.
이 전열체(41)는 적어도 하나의 굴곡 부분(직선이 각도를 가지고 구부러져 있는 것 외, 호 형상으로 만곡되어 있는 만곡 부분을 포함시켜 굴곡 부분이라고 함)을 갖는 입체 형상부(43)로 구성되어 있다고도 말할 수 있다. 입체 형상부(43)는 적어도 하나의 굴곡 부분을 가져서 그 내면측과 외면측의 쌍방에 유체를 흐르게 할 수 있는 공간(반응용 유로(11)와 제 2 유로(21))을 형성할 수 있는 형상을 구비한 것이다. 구체적으로는 입체 형상부(43)는 다각형의 각통이나 원통을 그 축방향을 따라 나눈 것 같은 형상을 구비한 장척 형상체이며, 이 예에서는 입체 형상부(43)는 사각통을, 그 축방향을 따라 단면 사각형의 대각선 상에서 나눈 것 같은 형상을 구비한 장척 형상체이다. 입체 형상부(43)는 외통(20)의 내주면에 감겨져서 그 상하의 끝변(46)이 외통(20)의 내주면에 고정되어 있다. 상하의 끝변(46) 각각에 있어서의 입체 형상부(43)와 외통(20)의 내주면이 이루는 외각 θo는 90도 이상인 것이 적당하며, 105≤θo≤160이 보다 바람직하다. 또한, 끝변(46)에 있어서의 입체 형상부(43)가 만곡되어 있는 경우에는 그 접선과 외통(20)의 내주면이 이루는 각도로 한다.
또한, 입체 형상부(43)의 굴곡 부분의 외각이란, 상기 대략 삼각형의 정각 θ에 대한 외각(360-θ)과 상하의 끝변(46) 각각에 있어서의 입체 형상부(43)와 외통(20)의 내주면이 이루는 외각 θo을 말한다.
(반응용 유로(11)에 대해)
반응용 유로(11)는 단면 형상이 대략 삼각형인 유로를 구성하는 것이며, 외통(20)의 내주면에서 나선 형상으로 주회하는 전열체(41)와, 내통(10)의 외주면 사이의 공간이며, 열교환의 주된 대상이 되는 반응용 유체(F1)의 유로가 된다.
이 반응용 유로(11)는 내통(10)의 외주면으로 구성되는 저면(12)과, 제 1 경사면(13) 및 제 2 경사면(14)의 2개의 경사면과, 제 1 경사면(13)과 제 2 경사면(14) 사이의 정상부(15)에 의해 규정된다. 정상부(15)는 외통(20)의 내주면으로 구성되어 있고, 이 부분에서는 전열체(41)의 나선의 주회 사이에 있어서의 축방향의 공간으로 되어 있다. 또한, 이 축방향의 공간이 생기지 않도록 전열체(41)를 조밀한 나선 형상으로 했을 경우에는 정상부(15)는 축방향 단면 형상에 있어서 길이가 없는 점 형상의 정점이 된다.
이 실시형태에서는 내통(10)은 축방향 단면도에 있어서 원형의 원통체이며, 그 외주면은 요철이 없는 원통 형상의 외주면으로 되어 있다. 또한, 이 예에서는 외통(20)도 축방향 단면도에 있어서 원형의 원통체이며, 그 내주면은 요철이 없는 원통 형상의 원통면으로 되어 있다.
이 정상부(15)의 축방향 길이(a)를 길게 하면 반응용 유로(11)의 단면적(유로 면적)을 늘릴 수 있지만, 길게 해도 열교환에 직접 관계되는 전열체(41)의 면적은 바뀌지 않기 때문에 전체적인 열교환율은 저하해 버릴 우려가 있다. 그 때문에 정상부(15)의 축방향 길이(a)는 경사면(13, 14)의 축방향 길이(b)보다도 짧은 쪽이 바람직하다.
제 1 경사면(13)과 제 2 경사면(14)은 축방향 단면도에 있어서 직선 형상인 것이 적당하지만, 활 형상 등으로 만곡한 곡선이어도 상관없다. 단, 상기 단면 형상이 대략 삼각형인 유로(반응용 유로(11)와 제 2 유로(21))는 반응용 유체(F1)나 제 2 유체(F2)의 피처리 유체 또는 기체가 고일 가능성이 없는 형상인 것이 바람직하다. 예를 들면, 평탄한 수평부나 오목부를 유로의 일부에 형성하는 것은 특별한 목적이 없는 한 피하는 쪽이 바람직하다.
또한, 이 예에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 전열체(41)는 반응용 유로(11)를 구성하는 축방향의 단면 대략 삼각형의 기저부측에 간극(μ)을 구비하는 것이다. 바꿔 말하면, 제 1 경사면(13)의 내주측의 단부와 저면(12) 사이에 공간을 구비함과 아울러, 제 2 경사면(14)의 내주측의 단부와 저면(12) 사이에 공간을 구비한다. 이 간극(μ)을 형성하지 않고 실시해도 상관없고, 이 간극(μ)을 형성하는 경우에는 4mm 이하로 하는 것이 적당하다. 또한 바꿔 말하면, 나선 형상으로 주회하는 반응용 유로(11)의 축방향에 있어서 이웃하는 주회와 주회 사이, 즉 축방향에 있어서 이웃하는 대략 삼각형의 단면 형상과 대략 삼각형의 단면 형상 사이에 간극(μ)을 구비한다. 이 간극(μ)을 형성하지 않고 실시해도 상관없고, 간극(μ)을 형성하는 경우에는 반경방향으로 4mm 이하로 하는 것이 적용이다.
이 간극(μ)을 형성함으로써 열교환기를 분해하는 경우, 외통(20)과 내통(10)의 분리를 원활하게 행할 수 있다. 그런데, 지나치게 큰 간극으로 했을 경우에는 반응용 유체(F1)가 나선 형상으로 흐르는 일 없이 축방향으로 쇼트패스해서 흐르는 유체의 양이 많아져 열교환의 효율을 저하시킬 우려가 생긴다.
이 간극(μ)은 반경방향에 있어서의 반응용 유로(11)의 최대 유로폭(μ)이라고 이해할 수 있음과 아울러, 반응용 유로(11)의 정상부(15)와 저부(18) 사이의 길이가 반경방향에 있어서의 반응용 유로(11)의 최대 유로폭(λ)을 규정한다고 이해할 수 있다. 여기서, 반응용 유로(11)의 최대 유로폭(λ)과 최소 유로폭(μ)의 비율(λ/μ)은 2 이상인 것이 적당하며, 10 이상인 것이 바람직하다. 상기 간극(μ)이 없는 경우(바꿔 말하면, 전열체(41)와 내통(10)이 접촉하고 있는 경우)는 μ=0이 되고, λ/μ＝∞가 된다.
또한, 축방향 단면도에 있어서의 대략 삼각형의 정각 θ 등의 상술의 전열체(41)에 대한 설명은 반응용 유로(11)에도 적용된다.
이 반응용 유로(11)에는 반응용 유체(F1)로서 기체나 액체나 슬러리나 고점성 액체 등 여러가지 유체가 흐르는 것이 상정된다. 그 때, 유체의 종류에 따라서는 반응용 유로(11) 중에 고점도의 물질(고점조물)이나 침강하기 쉬운 슬러리가 부착될 우려가 있다. 이 실시형태에서는 반응용 유로(11)가 축방향의 단면 대략 삼각형을 이루고 있음과 아울러, 막혀진 협애 부분이 존재하지 않기 때문에 고점도의 물질(고점조물)이나 침강하기 쉬운 슬러리가 부착될 발생을 억제할 수 있는 구조로 되어 있다.
또한, 분해 청소를 행하는 경우에도 내통(10)과 외통(20)을 분리하면 내통(10)의 외주면이 노출되는 것은 물론, 축방향의 단면 대략 삼각형의 전열체(41)의 전체가 외통(20)의 내주면과 함께 노출된다.
바꿔 말하면, 반응용 유로(11)를 규정하는 유로 구성면은 외통(20)의 측에서는 외통(20)의 내주면과 전열체(41)의 반경방향 내측의 표면이며, 내통(10)의 측에서는 내통(10)의 외주면이다. 이들 모든 표면은 축방향과 직교하는 반경방향으로부터 보아 다른 부분에 숨겨지는 일 없이 직접 노출되도록 구성되어 있다.
따라서, 반응용 유로(11)를 구석구석까지 청소할 수 있고, 청소 완료 시의 상태도 확인하기 쉽다. 이것에 대해, 상술의 특허문헌 1에 기재된 셸 앤드 튜브 리액터에 있어서는 세정이 곤란하고, 세정 상태가 간단하게는 확인될 수 없다.
반응용 유로(11) 등의 반응용 유체(F1)의 통과 경로를 규정하는 각 면의 소재는 금속 등 반응용 유체(F1)의 종류에 따라 선택해서 실시할 수 있다. 또한, 그 표면을 내식 재료에 의해 코팅해 두는 것이 바람직하다. 내식 재료에 의한 코팅으로서는 유리 라이닝 또는 불소 수지 코팅, 세라믹 코팅을 예시할 수 있다. 그 때, 외통(20)의 내주면에 전열체(41)를 용접 등으로 고정한 후에 내식 재료에 의한 코팅을 행함과 아울러, 내통(10)의 외주면에 마찬가지의 코팅을 행한 후, 내통(10)을 외통(20) 내에 삽입해서 조립하면 반응용 유로(11)의 내면 전체, 즉 반응용 유로(11)를 규정하는 유로 구성면 전체를 확실하게 코팅할 수 있다.
(제 2 유로(21)에 대해)
전열체(41)의 반경방향의 외측의 공간(바꿔 말하면, 전열체(41)와 외통(20)의 내주면 사이의 공간)이 축방향 단면 형상 대략 삼각형의 제 2 유로(21)를 구성한다. 이 제 2 유로(21)는 외통(20)의 내주면으로 구성되는 저면(22)과, 제 1 경사면(23) 및 제 2 경사면(24)의 2개의 경사면과, 제 1 경사면(23)과 제 2 경사면(24) 사이의 정상부(25)에 의해 규정된다. 정상부(25)는 축방향 단면 형상에 있어서 길이가 없는 점 형상의 정점이어도 상관없고, 축방향 단면 형상에 있어서 길이가 있는 직선 형상이나 곡선 형상의 정상부이어도 상관없다. 정상부(25)를 축방향 단면 형상에 있어서 길이가 있는 직선 형상이나 곡선 형상의 정상부로 했을 경우, 정상부(25)의 축방향 길이(a)는 경사면(23, 24)의 축방향 길이(b)보다도 짧은 것이 바람직하다. 제 1 경사면(23)과 제 2 경사면(24)은 축방향 단면도에 있어서 직선 형상인 것이 적당하지만, 활 형상 등으로 만곡한 곡선이어도 상관없다.
또한, 축방향 단면도에 있어서의 대략 삼각형의 정각 θ 등의 상술의 전열체(41)에 대한 설명은 제 2 유로(21)에도 적용된다.
이 제 2 유로(21)는 반응용 유로(11)와 달리 축방향 단면도에 있어서 닫힌 공간이기 때문에 내통(10)과 외통(20)을 분리한 것만으로는 닫힌 상태가 유지된다. 그런데, 제 2 유로(21)는 통상 수증기나 온수나 냉수나 질소 가스 등의 열매체가 제 2 유체(F2)로서 통과되기 때문에 반응용 유로(11)와는 달리 유체 등의 부착이 생길 우려가 적다.
(제 3 유로(31)에 대해)
제 3 통(30)의 외주면에는 나선 형상으로 신장하는 판 형상의 유로체(42)가 용접 등에 의해 고정되어 있고, 이것에 의해 제 3 유로(31)는 나선 형상의 공간이 된다. 제 3 유로(31)의 주회방향은 반응용 유로(11), 제 2 유로(21)의 주회방향과 같아도 상관없고, 상이한 것(예를 들면, 시계방향과 반시계방향)이어도 상관없다.
이 제 3 유로(31)는 내통(10)과 제 3 통(30)을 분리하지 않으면 닫힌 상태가 유지된다. 그런데, 제 3 유로(31)는 통상 수증기나 온수나 냉수나 질소 가스 등의 열매체가 제 3 유체(F3)로서 통과되기 때문에 반응용 유로(11)와는 달리 유체 등의 부착이 생길 우려가 적다.
(유입부 및 유출부에 대해)
내통(10), 외통(20) 및 제 3 통(30)은 각각 돔 형상의 저부(18), 저부(28) 및 저부(34)를 구비하고 있다. 내통(10)의 저부(18)와 외통(20)의 저부(28) 사이의 공간은 나선 형상의 반응용 유로(11)의 하부에 연결되어 있고, 내통(10)의 저부(18)와 제 3 통(30)의 저부 사이의 공간은 나선 형상의 제 3 유로(31)의 하부에 연결되어 있다.
도 1에 있어서의 반응용 유로(11)의 하단은 유입부(16)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유입부(16)는 외통(20)의 저부(28)에 개구된 관통 구멍에 T자형의 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. T자형의 접속관은 지관과 지관이 합류하는 합류부로 이루어지고, 도 1에 나타내는 바와 같이 T자형의 접속관의 합류부에 스태틱 믹서나 각종 연속식 믹서 등의 혼합기(101)를 배치해도 좋다. 반응용 유로(11)의 상단은 유출부(17)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유출부(17)는 플랜지부(40)에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 반응용 유체(F1(A) 및 F1(B))는 유입로(16)를 구성하는 T자형의 접속관의 지관으로부터 각각 도입되고, 합류부에서 동일 유로에 합류하고, 합류 후의 반응용 유체(F1)가 나선 형상의 반응용 유로(11) 내에 유입되어 나선 형상으로 선회하면서 상승해서 유출부(17)로부터 외부로 유출된다.
이어서, 제 2 유로(21)의 상단은 유입부(26)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유입부(26)는 외통(20)에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 제 2 유로(21)의 하단은 유출부(27)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유출부(27)는 외통(20)에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 제 2 유체(F2)는 유입부(26)로부터 나선 형상의 제 2 유로(21) 내로 유입되어 나선 형상으로 하강해서 유출부(27)로부터 외부로 유출된다.
이어서, 제 3 유로(31)의 상단은 유입부(32)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유입부(32)는 플랜지부(40)에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 제 3 유로(31)의 하단은 유출부(33)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유출부(33)는 저부(34)의 중앙에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있지만, 이 접속관은 반응용 유로(11)의 유출부(17)나 제 2 유로(21)의 유입부(26)와 축방향의 위치가 대략 같은 높이가 될 때까지 제 3 통(30)의 내부의 통 형상 공간 내를 신장하고 있다. 제 3 유체(F3)는 유입부(32)로부터 나선 형상의 제 3 유로(31) 내로 유입되어 나선 형상으로 하강해서 유출부(33)로부터 외부로 유출된다.
또한, 각 유로의 유입부와 유출부는 반대로 해서 실시할 수도 있다.
제 2 유로(21), 제 3 유로(31) 등 제 2 유체(F2), 제 3 유체(F3)의 통과 경로를 규정하는 각 면의 소재는 금속 등 제 2 유체(F2)와 제 3 유체(F3)의 종류에 따라 선택해서 실시할 수 있지만, 그 표면을 내식 재료에 의해 코팅해 두는 것도 바람직하다. 내식 재료에 의한 코팅으로서는 유리 라이닝 또는 불소 수지 코팅, 세라믹 코팅을 예시할 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 3에 제 2 실시형태에 의한 플로우 리액터의 축방향 단면도를 나타낸다. 이 실시형태에 의한 플로우 리액터는 제 3 통(30)이 외통(20)의 외측에 배치되어 있는 점이 제 1 실시형태에 의한 플로우 리액터와 상위하다. 이하의 설명에서는 상위한 점에 대해 중심으로 설명하고, 설명을 실시하지 않은 사항에 대해서는 앞선 제 1 실시형태에 관한 설명을 적용할 수 있다.
이 제 2 실시형태에 의한 플로우 리액터에서는 반경방향의 외측을 향해 내통(10), 외통(20), 제 3 통(30)의 3개의 통이 동심 형상으로 배치되어 있다. 상부의 플랜지(40)에는 내통(10)과 전열체(41)의 상단이 (필요에 따라 착탈가능하게) 부착되고, 하부의 플랜지(40)에는 외통(20)의 상단이 (필요에 따라 착탈가능하게) 부착되고, 양 플랜지부(40, 40)가 상하로 분리 분해가능하게 접합되어 있다. 제 3 통(30)의 상단은 외통(20)의 상단 근처의 외주면에 용접 등에 의해 접합되고, 제 3 통(30)의 하단은 외통(20)의 저부(28)의 외주면에 용접 등에 의해 접합되어 있다.
전열체(41)의 내면측의 공간, 바꿔 말하면 전열체(41)와 내통(10) 사이의 공간이 제 2 유로(21)로 되어 있고, 전열체(41)의 외면측의 공간, 바꿔 말하면 전열체(41)와 외통(20) 사이의 공간이 반응용 유로(11)로 되어 있고, 외통(20)과 제 3 통(30) 사이가 제 3 유로(31)로 되어 있다.
전열체(41)는 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이 대략 삼각형인 입체 형상부(43)끼리가, 평판 형상을 이루는 통 형상 부분(44)을 통해 접속되어서 일체화되어 있다. 바꿔 말하면, 전체적으로 전열체(41)도 통 형상을 이루고 있으며, 통 형상의 벽면의 형상이 입체 형상부(43)와 평탄 부분(44)을 구비한 요철 형상을 이루고 있는 것이며, 입체 형상부(43)와 평탄 부분(44)은 나선 형상으로 주회하면서 축방향으로 진행하는 것이다.
(각 유로에 대해)
반응용 유로(11)는 외통(20)의 내주면에 의해 구성되는 저면(12)과, 제 1 경사면(13) 및 제 2 경사면(14)의 2개의 경사면과, 제 1 경사면(13)과 제 2 경사면(14) 사이의 정상부(15)에 의해 규정된다. 정상부(15)는 평탄 부분(44)에 의해 구성되어 있고, 축방향 단면 형상에 있어서 길이가 있는 선 형상의 정상부이지만, 길이가 없는 점 형상의 정점이어도 상관없다.
제 2 유로(21)는 내통(10)의 외주면에 의해 구성되는 저면(22)과, 제 1 경사면(23) 및 제 2 경사면(24)의 2개의 경사면과, 제 1 경사면(23)과 제 2 경사면(24) 사이의 정상부(25)에 의해 규정된다. 정상부(25)는 축방향 단면 형상에 있어서 길이가 없는 점 형상의 정점이어도 상관없고, 길이가 있는 선 형상의 정상부이어도 상관없다.
제 3 통(30)의 내주면에는 나선 형상으로 신장하는 판 형상의 유로체(42)가 용접 등에 의해 고정되어 있고, 이것에 의해 제 3 유로(31)는 나선 형상의 공간이 된다. 제 3 유로(31)의 주회방향은 반응용 유로(11), 제 2 유로(21)의 주회방향과 같아도 상관없고, 상이한 것(예를 들면, 시계방향과 반시계방향)이어도 상관없다.
(유입부 및 유출부에 대해)
외통(20), 제 3 통(30) 및 전열체(41)는 각각 돔 형상의 저부(28), 저부(34) 및 저부(45)를 구비하고 있지만, 내통(10)은 돔 형상의 저부를 구비하고 있지 않고, 그 저단이 전열체(41)의 저부(45)의 내면측에 용접 등에 의해 고정되어 있다.
반응용 유로(11)는 그 하단이 유입부(16)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유입부(16)는 외통(20)의 저부(28)에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이 반응용 촉매(200)를 촉매 유지판(201)과 함께 돔 형상 저부에 배위해도 좋다. 이 경우, 반응용 촉매(200)의 교체 등의 조작이 용이한 효과도 있다. 또한, 촉매 유지판(201)에 의해 반응용 촉매(200)의 유출을 방지한다.
반응용 유로(11)의 상단은 유출부(17)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유출부(17)는 플랜지부(40)에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 반응용 유체(F1)는 유입부(16)로부터 나선 형상의 반응용 유로(11) 내로 유입되어 나선 형상으로 상승해서 유출부(17)로부터 외부로 유출된다.
이어서, 제 2 유로(21)는 그 상단이 유입부(26)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유입부(26)는 내통(10)의 상단 근처의 내벽면에 개구된 관통 구멍에 L 형상의 굴곡 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 제 2 유로(21)의 하단은 유출부(27)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유출부(27)는 내통(10)의 하단 근처의 내벽면에 개구된 관통 구멍에 L 형상의 굴곡 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있지만, 이 굴곡 접속관은 유입부(26)와 축방향의 위치가 대략 같은 높이가 될 때까지 내통(10)의 내부의 통 형상 공간 내를 신장하고 있다.
제 2 유체(F2)는 유입부(26)로부터 나선 형상의 제 2 유로(21) 내로 유입되어 나선 형상으로 선회하면서 하강해서 유출부(27)로부터 외부로 유출된다.
이어서, 제 3 유로(31)는 그 상단이 유입부(32)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유입부(32)는 제 3 통(30)의 상단 근처의 외주면에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 제 3 유로(31)의 하단은 유출부(33)를 통해 외부 유로와 도통하고 있다. 이 예에서는 유출부(33)는 제 3 통(30)의 저부(34)의 하단 근처에 개구된 관통 구멍에 접속관을 부착한 것으로 하여 실시되어 있다. 제 3 유체(F3)는 유입부(32)로부터 나선 형상의 제 3 유로(31) 내로 유입되어 나선 형상으로 하강해서 유출부(33)로부터 외부로 유출된다. 또한, 각 유로의 유입부와 유출부는 반대로 해서 실시할 수도 있다.
(통의 분리)
상하의 플랜지부(40, 40)의 볼트 등의 착탈가능한 접합 부재(도시하지 않음)에 의한 접합을 해제해서 열교환기를 분해하면 제 3 통(30)이 접합된 외통(20)과, 내통(10) 및 전열체(41)로 분리할 수 있고, 제 3 통(30)이 접합된 외통(20)을 하부의 플랜지부(40)와 함께 도면의 하방으로 빼낼 수 있다. 이것에 의해 반응용 유로(11)는 안팎 2개로 분리된 상태가 되고, 반응용 유로(11)를 규정하는 유로 구성면은 내통(10)의 측과 외통(20)의 측으로 분리된다. 반응용 유로(11)를 규정하는 유로 구성면은 외통(20)의 측에서는 외통(20)의 내주면이며, 내통(10)의 측에서는 전열체(41)의 반경방향 외측의 표면이다. 이들 모든 표면은 축방향과 직교하는 반경방향으로부터 보아 다른 부분에 숨겨지는 일 없이 직접 노출되도록 구성되어 있다. 따라서, 제 1 실시형태와 같이 반응용 유로(11)는 청소가 매우 간단한 상태가 된다.
제 1 실시형태에 있어서는 외각 θo는 입체 형상부(43)와 외통(20)이 이루는 각도이었지만, 이 실시형태에 있어서는 외각 θo는 입체 형상부(43)와 평탄 부분(44)이 이루는 각도가 된다. 어느 경우이어도 외각 θo가 90도 이상의 둔각이기 때문에 분리한 상태에서는 협애한 부분이 없는 상태로 해방되므로 반응용 유로(11)의 청소가 매우 간단하고, 청소 상태의 확인도 용이해진다.
(도 4에 대해)
본 발명은 상술의 실시형태의 다른 여러가지 변경하여 실시할 수 있다. 이들 변경예를 도 4를 참조하면서 설명한다.
전열체(41)는 도 4(A)에 나타내는 바와 같이 내통(10)의 외주면에 배치해도 상관없고, 도 4(B)에 나타내는 바와 같이 외통(20)의 내주면에 배치해도 상관없다. 또한, 전열체(41)는 평탄 부분(44)을 구비하지 않고 입체 형상부(43)를 통의 둘레면에 고정해도 상관없고, 입체 형상부(43)와 평탄 부분(44)을 구비하여 전체적으로 통 형상을 이루는 것으로 해도 상관없다.
도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 내통(10)과 외통(20) 사이의 공간에 있어서의 반경방향의 폭(S)은 4mm∼75mm인 것이 바람직하고, 10mm∼50mm인 것이 보다 바람직하다.
이 도 4(B)는 제 2 실시형태의 변형예라고도 말할 수 있다. 제 2 실시형태에 있어서는 전열체(41)의 정상부(25)와 내통(10)의 외주면이 마주 보는 것인 것에 대해 이 변형예에 있어서는 전열체(41)의 정상부(25)가 외통(20)의 내주면과 마주 보는 것이다. 이 예에서는 전열체(41)의 평탄 부분(44)의 외주면과 외통(20)의 내주면 사이에 간극(d)을 구비하는 것이며, 바꿔 말하면 입체 형상부(43)의 끝변(46)과 외통(20)의 내주면 사이에 공간을 구비한다. 이 간극(d)을 형성하지 않고 실시해도 상관없지만, 이 간극(d)은 3mm 이하로 하는 것이 적당하다. 또한 바꿔 말하면, 나선 형상으로 주회하는 제 2 유로의 축방향에 있어서 이웃하는 주회와 주회 사이, 즉 축방향에 있어서 이웃하는 대략 삼각형의 단면 형상과 대략 삼각형의 단면 형상 사이에 간극(d)을 구비한다. 이 간극(d)을 형성하지 않고 실시해도 상관없고, 간극(d)을 형성하는 경우에는 반경방향으로 3mm 이하로 하는 것이 적용이다. 이 간극(d)을 형성함으로써 제 2 유로(21)를 확대할 수 있는 반면, 지나치게 큰 간극으로 했을 경우에는 제 2 유체(F2)가 나선 형상으로 흐르는 일 없이 축방향으로 쇼트패스해서 흐르는 유체의 양이 많아져 열교환의 효율을 저하시킬 우려가 생긴다.
이어서, 제 3 통(30)은 도 4(C)에 나타내는 바와 같이 외통(20)의 외측에 배치하여 고정해도 좋고, 도 4(D)에 나타내는 바와 같이 내통(10)의 내측에 배치하여 고정해도 좋고, 또한 제 3 통(30)을 설치하지 않고 반응용 유로(11)와 제 2 유로(21)만으로 실시해도 상관없다.
도 4(E)에 나타내는 바와 같이, 전열체(41)를 2세트 사용해도 상관없다. 이 경우, 일방의 전열체(41)는 내통(10)의 외주면에 고정되고, 타방의 전열체(41)는 외통(20)의 내주면에 고정된 형태를 나타낼 수 있다. 2세트의 전열체(41, 41) 사이의 공간이, 반응용 유체(F1)가 흐르는 반응용 유로(11)를 구성하도록 하면, 내통(10)과 외통(20)을 분리시키면 반응용 유로(11)는 안팎 2개로 분리된 상태가 되고, 반응용 유로(11)를 규정하는 유로 구성면은 내통(10)의 측과 외통(20)의 측으로 분리된다. 반응용 유로(11)를 규정하는 유로 구성면은 외통(10)의 측에서는 전열체(41)의 반경방향 내측의 표면이며, 내통(20)의 측에서는 전열관(41)의 반경방향 외측의 표면이다. 이들 면은 축방향과 직교하는 반경방향으로부터 보아 다른 부분에 숨겨지는 일 없이 직접 노출되도록 구성되어 있다.
일방의 전열체(41)와 내통(10) 사이의 공간과, 타방의 전열체(41)와 외통(20) 사이의 공간이 제 2 유로, 제 3 유로를 구성한다. 또한, 도 4(E)에서는 2세트의 전열체(41)는 축방향 단면의 대략 삼각형의 정상부끼리가 마주 보도록 배치되어 있지만, 양자의 피치를 비켜 놓는 등 해도 상관없다.
도 4(F)는 제 2 실시형태의 변형예이며, 내통(10)의 더 내측에 동심에 제 4 통(50)을 배치하고, 내통(10)과 제 4 통(50) 사이의 공간에 전열체(41)를 배치해도 좋고, 이렇게 복수의 전열체(41)를 배치할 수 있다. 동심에 배치된 내통(10)과 제 4 통(50)에 있어서는 반경방향의 안팎의 관계에서 보면 내통(10)은 제 4 통(50)보다도 외측에 배치되고, 제 4 통(50)은 내통(10)보다도 내측에 배치되어 있는 점에서 내통(10)은 외통(20), 제 4 통(50)은 내통(10)에 상당한다. 이 점에서 도 4(F)는 동심에 배치된 내통(10)과 외통(20) 사이에 형성되는 공간이 동심 상에 2개 있는 것이며, 동심에 배치된 내통과 외통 사이에 형성되는 공간을 동심 상에 복수 구비할 수 있는 것이다.
이상, 어느 예에 있어서도 내통(10)의 측과 외통(20)의 측은 축방향(상하방향)으로의 이동만으로 회전시키지 않아도 분리할 수 있도록 조립가능한 형태를 구비하는 것이며, 전열체(41)는 축방향(상하방향)으로의 이동 시에 다른 부분과 간섭하지 않는 크기를 구비하고 있다. 구체적으로는 그 반경이 일정한 원통형의 내통(10) 및 외통(20)의 경우, 전열체(41)가 내통(10)의 측에 고정되어 있다고 하면 전열체(41)의 최대 외경이 외통(20)의 내경보다도 작게 설정된다. 또한, 전열체(41)가 외통(20)의 측에 고정되어 있다고 하면 전열체(41)의 최소 내경이 내통(20)의 외경보다도 크게 설정된다. 또한, 본 발명은 내통(10) 및 외통(20)이 축방향을 향함에 따라 그 반경이 변화하는 대략 원뿔통형의 것으로 해도 실시할 수 있다. 이 경우, 도면의 상방향으로 내통(10)을 이동시킴으로써 외통(20)과 분리할 수 있다고 하면 전열체(41)가 내통(10)의 측에 고정되어 있는 경우에는 축방향과 직교하는 각 단면에 있어서의 전열체(41)의 최대 외경이 상기 단면보다 상방의 외통(20)의 내경보다도 작게 설정된다. 또한, 전열체(41)가 외통(20)의 측에 고정되어 있다고 하면 축방향과 직교하는 각 단면에 있어서의 전열체(41)의 최소 내경이 상기 단면보다 상방의 내통(20)의 외경보다도 크게 설정된다.
F1 반응용 유체 F2 제 2 유체
F3 제 3 유체 10 내통
11 반응용 유로 12 저면
13 제 1 경사면 14 제 2 경사면
15 정상부 16 유입부
17 유출부 18 저부
20 외통 21 제 2 유로
22 저면 23 제 1 경사면
24 제 2 경사면 25 정상부
26 유입부 27 유출부
28 저부 30 제 3 통
31 제 3 유로 32 유입부
33 유출부 34 저부
40 플랜지부 41 전열체
42 유로체 43 입체 형상부
44 평탄 부분 45 저부
λ 반응용 유로의 최대 유로폭
μ 간극(반응용 유로의 최소 유로폭)
d 간극

Claims (12)

  1. 반응용 유체를 흐르게 하기 위한 나선 형상으로 주회하는 반응용 유로를 구비한 플로우 리액터에 있어서,
    동심의 내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 전열체가 배치되고,
    상기 내통과 상기 외통 중 적어도 어느 일방은 축방향 단면도에 있어서 원형의 통체이며,
    상기 전열체는 나선 형상으로 주회하고 있음과 아울러 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이 대략 삼각형이며,
    상기 전열체에 의해 상기 공간이 상기 반응용 유로와 제 2 유로로 구획됨과 아울러, 상기 반응용 유로 내를 흐르는 상기 반응용 유체와 상기 제 2 유로 내를 흐르는 열매 사이에서 상기 전열체를 통해 열교환이 행해지는 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  2. 반응용 유체를 흐르게 하기 위한 나선 형상으로 주회하는 반응용 유로를 구비한 플로우 리액터에 있어서,
    동심의 내통과 외통 사이에 형성되는 공간 내에 나선 형상으로 주회하는 전열체가 배치되고,
    상기 전열체에 의해 상기 공간이 상기 반응용 유로와 제 2 유로로 구획됨과 아울러, 상기 반응용 유로 내를 흐르는 반응용 유체와 상기 제 2 유로 내를 흐르는 열매 사이에서 상기 전열체를 통해 열교환이 행해지도록 구성되고,
    상기 내통과 상기 외통과 상기 전열관은 상기 외통의 측과 상기 내통의 측으로 분리가능하게 조립되어 있고,
    상기 외통의 측과 상기 내통의 측으로 분리된 상태에서, 상기 반응용 유로를 규정하는 유로 구성면은 상기 외통의 측과 상기 내통의 측으로 분리됨과 아울러, 상기 반응용 유로를 규정하는 상기 유로 구성면의 모든 표면이 축방향과 직교하는 반경방향으로부터 보아 다른 부분에 숨겨지는 일 없이 직접 노출되도록 구성되고,
    상기 반응용 유로는 나선 형상으로 주회하는 유로이며,
    반경방향에 있어서의 상기 반응용 유로의 최대 유로폭(λ)과 상기 반응용 유로의 최소 유로폭(μ)의 비율(λ/μ)이 2 이상인(2＜λ/μ＜∞) 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전열체는 상기 외통의 측과 상기 내통의 측 중 어느 일방에 고정되고, 상기 외통의 측과 상기 내통의 측 중 어느 타방에는 고정되어 있지 않음과 아울러, 적어도 하나의 굴곡 부분을 가져서 그 내면측과 외면측의 쌍방에 유체를 흐르게 할 수 있는 공간을 형성할 수 있는 입체 형상부를 구비한 것이며,
    상기 반응용 유로를 규정하는 상기 유로 구성면에 나타나는 모든 상기 굴곡 부분의 외각이 90도 이상인 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응용 유로는 상기 반응용 유체가 고일 가능성이 있는 수평부를 구비하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로는 각각 나선 형상으로 주회하고 있는 것이며, 축방향에 있어서 이웃하는 주회와 주회 사이에 간극을 구비하지 않거나 또는 반경방향으로 4mm 이하의 간극을 구비하는 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로는 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이, 그 정각 θ가 30도 이상 125도 이하인 대략 삼각형인 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내통의 측과 상기 외통의 측은 축방향으로의 이동만으로 회전시키지 않아도 분리가능하게 조립되어 있고, 상기 전열체는 상기 축방향으로의 이동 시에 다른 부분과 간섭하지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로는 축방향 단면도에 있어서 단면 형상이, 2개의 경사면과 저면과 정상부를 구비한 대략 삼각형이며, 상기 정상부의 축방향 길이(a)가 상기 경사면의 축방향 길이(b)보다도 짧은 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응용 유로와 상기 제 2 유로 중 적어도 어느 일방의 상기 정상부가 상기 축방향으로 길이(a)를 구비하고 있음으로써, 상기 정상부가 상기 축방향으로 길이(a)가 없는 정점인 경우에 비해 유로의 단면적이 확대되어 있는 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동심에 배치된 상기 내통과 상기 외통 사이에 형성되는 상기 공간이 동심 상에 복수 있는 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응용 유로를 포함하는 상기 반응용 유체가 흐르는 통과 유로와 상기 제 2 유로를 포함하는 열매가 흐르는 통과 유로 중 적어도 어느 일방이 내식 재료에 의한 코팅이 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내식 재료에 의한 코팅이 유리 라이닝 또는 불소 수지 코팅, 세라믹 코팅 중 하나인 것을 특징으로 하는 플로우 리액터.
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