WO2018070427A1 - 熱処理装置 - Google Patents

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WO2018070427A1
WO2018070427A1 PCT/JP2017/036825 JP2017036825W WO2018070427A1 WO 2018070427 A1 WO2018070427 A1 WO 2018070427A1 JP 2017036825 W JP2017036825 W JP 2017036825W WO 2018070427 A1 WO2018070427 A1 WO 2018070427A1
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heat
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fluid
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大雅 山本
明久 矢野
辰哉 岡
俊二 宮嶋
茂樹 坂倉
隆仁 秋田
秀志 渋谷
佑介 武内
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株式会社Ihi
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Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchange type heat treatment apparatus.
  • a reaction apparatus that advances a reaction of a reactant by heating or cooling a gaseous or liquid reaction fluid containing a reaction raw material as a reactant using a heat medium.
  • a reaction apparatus includes a heat transfer body having a reaction flow path through which a reaction fluid flows and a heat medium flow path through which a heat medium flows. At this time, mutual heat exchange is performed between the time when the reaction fluid and the heat medium are introduced and discharged from each flow path.
  • JP-T-2007-534457 Patent Document 1 discloses an apparatus in which a heat exchanger including a heat exchange channel as a heat medium flow path and a process microchannel as a reaction flow path are stacked.
  • the reaction fluid may be corrosive.
  • the members forming the reaction flow path are thinned by corrosion. Therefore, when designing the heat transfer body, a corrosion allowance that matches the expected service life is added to determine the dimensions of each part of the heat transfer body, particularly between the flow paths.
  • the more the corrosion allowance is set the more the distance between the channels is increased.
  • the overall size of the heat transfer body is increased. This is undesirable because it causes an increase in cost or a decrease in heat exchange performance with an increase in the distance between the flow paths.
  • no countermeasure is taken to add such a corrosion allowance.
  • an object of the present disclosure is to provide a heat treatment apparatus that is advantageous in suppressing an increase in cost or a decrease in heat exchange performance due to an increase in thickness between flow paths.
  • a heat treatment apparatus that circulates a first fluid and a second fluid, the first flow path that circulates the first fluid, and the first flow path are adjacent to each other in a non-contact manner.
  • a tubular member installed detachably with respect to the first flow path.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a reaction device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration and a shape of a portion including the first heat transfer body.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration and a shape of a portion including the second heat transfer body.
  • FIG. 4 is a diagram showing a shape of a tubular member in one embodiment.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an installation state of the tubular member when the protrusion is viewed from the Y direction.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an installation state of the tubular member when the tube wall is cut perpendicular to the Y direction.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an installation state of the tubular member when the protrusion is viewed from the Y direction.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an installation state of the tubular member when the tube wall is cut perpendicular to the Y direction.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a first installation example of the tubular member in the first flow path.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a second installation example of the tubular member in the first flow path.
  • FIG. 6C is a diagram illustrating a third installation example of the tubular member in the first flow path.
  • FIG. 7 is a view for explaining the operation and the like by the tubular member in the embodiment.
  • the heat treatment apparatus of the present disclosure uses the heat exchange between the fluids by circulating the first fluid and the second fluid.
  • the heat treatment apparatus according to the present embodiment is assumed to be a heat exchange type reaction apparatus.
  • the reaction fluid and the product generated by the reaction correspond to the first fluid
  • the heat medium corresponds to the second fluid.
  • the present disclosure can also be applied to a heat treatment apparatus such as a heat exchanger.
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of the reaction apparatus 1 according to this embodiment.
  • the reaction apparatus 1 includes a heat exchange unit 3 as a main body unit that performs a reaction process. And the reaction apparatus 1 advances reaction of a reactant by heating or cooling the gaseous or liquid reaction fluid containing the reaction raw material as a reactant.
  • the heat exchanging unit 3 includes a plurality of first heat transfer bodies 7 having reaction flow paths through which the reaction fluid and products flow, a plurality of second heat transfer bodies 9 having heat medium flow paths through which the heat medium flows, And a lid 39.
  • the heat exchanging unit 3 has a counter flow structure in which the reaction fluid or product and the heat medium flow in opposite directions.
  • the first heat transfer body 7, the second heat transfer body 9, and the lid body 39 are each a flat plate member formed of a heat conductive material having heat resistance.
  • FIG. 2 is a plan view showing a configuration and a shape of a portion including the first heat transfer body 7 corresponding to the AA portion in FIG.
  • the first heat transfer body 7 has a plurality of first flow paths 17 as reaction flow paths including a reaction region.
  • the first channel 17 has a middle portion as a reaction region.
  • the first flow path 17 receives heat or cold supplied from a heat medium flowing through a second flow path in the second heat transfer body 9 to be described later, and reacts the reaction fluid M to react the product P. Generate.
  • Each of the first flow paths 17 is a groove opened on one first side surface of the first heat transfer body 7 with the upper side in the Z direction being open.
  • the first flow path 17 extends linearly from the first inlet 20 through which the reaction fluid M is introduced to the position immediately before the other second side surface along the Y direction.
  • the channel cross section of the first channel 17 is rectangular. Moreover, these 1st flow paths 17 are arrange
  • the first heat transfer body 7 includes a first base 11, two first side walls 13, a plurality of first intermediate walls 15, and a first partition wall 19.
  • the first base 11 is a rectangular plate-like wall that covers the entire XY plane of the first heat transfer body 7.
  • the first side wall 13 is a wall portion provided on each of the left and right ends in the extending direction of the first flow path 17 on one side of the main surface perpendicular to the Z direction of the first base portion 11.
  • the plurality of first intermediate walls 15 are sandwiched between the two first side walls 13 on one side of the main surface of the first base portion 11, and are each provided in parallel with the first side walls 13 at equal intervals. It is.
  • the first partition wall 19 is provided on the second side surface on one side of the main surface of the first base 11 along the X direction which is perpendicular to the extending direction of the first flow path 17.
  • the first flow path 17 hits a second space S2 to be described later in which the heat medium is introduced. Therefore, the first partition wall 19 changes the traveling direction of the product P that has circulated through the plurality of first flow paths 17.
  • the heights in the Z direction of the wall portions of the first side wall 13, the first intermediate wall 15, and the first partition wall 19 are the same.
  • the first heat transfer body 7 has a first communication flow path 23 extending along the inner surface of the first partition wall 19.
  • the first communication flow path 23 communicates with all the first flow paths 17 and discharges the product P provided at one end of the first side wall 13 to the outside of the first heat transfer body 7.
  • the first discharge port 21 for communication is communicated.
  • the first communication flow path 23 is introduced separately from the first flow path 17, but this is a difference in name, and the reaction fluid M and the generation As a function of the flow path for distributing the material P, the first communication flow path 23 is also a kind of the first flow path 17.
  • FIG. 2 although all the fluid which distribute
  • the reaction fluid M may also be included.
  • FIG. 3 is a plan view showing a configuration and a shape of a portion including the second heat transfer body 9 corresponding to the BB portion in FIG.
  • the second heat transfer body 9 has a plurality of second flow paths 31 as heat medium flow paths.
  • the second flow path 31 supplies heat or cold supplied from the heat medium HC toward the outside, that is, the first heat transfer body 7.
  • Each of the second flow paths 31 is a groove that is opened on one first side surface of the second heat transfer body 9 with the upper side in the Z direction being open.
  • the second flow path 31 extends linearly from the second introduction port 30 into which the heat medium HC is introduced to the position immediately before the other second side surface along the Y direction.
  • the cross section of the second flow path 31 is rectangular.
  • the first side surface referred to as the second heat transfer body 9 is opposite to the first side surface referred to as the first heat transfer body 7 in the Y direction. Similar to the first flow path 17, these second flow paths 31 are also arranged at equal intervals in the X direction. Further, although not shown, the second flow path 31 increases the contact area with the heat medium to promote heat transfer between the heat medium and the second heat transfer body 9. May be installed.
  • the second heat transfer body 9 includes a second base 25, two second side walls 27, a plurality of second intermediate walls 29, and a second partition wall 33.
  • the second base 25 is a rectangular plate-like wall that covers the entire XY plane of the second heat transfer body 9.
  • the second side wall 27 is a wall portion provided on each of the left and right ends of the second flow path 31 in the extending direction on one side of the main surface perpendicular to the Z direction of the second base 25.
  • the plurality of second intermediate walls 29 are sandwiched between two second side walls 27 on one side of the main surface of the second base 25, and are each provided in parallel with the second side walls 27 at equal intervals. It is.
  • the second partition wall 33 is provided along the X direction that is perpendicular to the extending direction of the second flow path 31 on the second side surface on one side of the main surface of the second base 25.
  • the second partition wall 33 changes the traveling direction of the heat medium HC that has circulated through the plurality of second flow paths 31.
  • the heights of the wall portions of the second side wall 27, the second intermediate wall 29, and the second partition wall 33 in the Z direction are the same.
  • the second heat transfer body 9 has a second communication channel 37 extending along the inner surface of the second partition wall 33.
  • the second communication channel 37 communicates with all the second channels 31.
  • the second communication channel 37 communicates with the second discharge port 35 for discharging the heat medium HC to the outside of the second heat transfer body 9, one end of which is provided on one of the second side walls 27. To do.
  • the uppermost portion in the Z direction is a lid body 39, and the second heat transfer body 9 and the first heat transfer body 7 are alternately stacked and bonded toward the lower side of the lid body 39.
  • the heat exchange part 3 as a joined body or a laminated body is formed.
  • the first flow path 17 of the first heat transfer body 7 and the second flow path 31 of the second heat transfer body 9 are adjacent to each other through the first base portion 11 or the second base portion 25 without contact.
  • a heat resistant metal such as an iron-based alloy or a nickel alloy is suitable.
  • heat-resistant alloys such as iron alloys such as stainless steel, nickel alloys such as Inconel 625 (registered trademark), Inconel 617 (registered trademark), Haynes 230 (registered trademark), and the like can be given.
  • These heat conductive materials are preferable because they have durability or corrosion resistance against the combustion progress that can be used as the reaction progress and the heat medium in the first flow path 17, but are not limited thereto. Further, it may be iron-plated steel, metal coated with a heat-resistant resin such as fluororesin, or carbon graphite.
  • the heat exchanging unit 3 can be composed of a pair of at least one first heat transfer body 7 and second heat transfer body 9. However, from the viewpoint of improving the heat exchange performance, it is desirable that the number of heat transfer bodies is large. In addition, the number of the first flow paths 17 formed in one first heat transfer body 7 and the number of the second flow paths 31 formed in one second heat transfer body 9 are not particularly limited. The design can be appropriately changed in consideration of the design conditions of the exchange unit 3 and the heat transfer efficiency. Furthermore, in this embodiment, although the heat exchange part 3 itself is positioned as the main body part of the reaction apparatus 1, in order to suppress the heat dissipation by suppressing the heat radiation from the heat exchange part 3, heat exchange is performed with a housing or a heat insulating material. It is good also as a structure which covers the circumference
  • the reaction apparatus 1 includes a plurality of tubular members that are detachably installed in the plurality of first flow paths 17.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the shape of one tubular member 60.
  • the tubular member 60 includes a tube wall 60a that extends in accordance with the extending direction of the first flow path 17, and a protruding portion 60b that is connected to one opening of the tube wall 60a.
  • Wall 60a is (Fig having an outer wall surface 60a 1 tailored to the shape of the wall surface forming the first passage 17 in the first heat transfer body 7, an inner wall surface 60a 2 of the reaction fluid M or product P is in contact 6).
  • Protrusion 60b is a portion than the outer wall surface 60a 1 of the wall 60a projecting outwardly.
  • the shape of the projecting portion 60b in the present embodiment is a flange shape having an opening having the same shape as that of the cross section of the flow path surrounded by the four inner walls of the tube wall 60a at the center.
  • the shape of the protrusions 60b may, for example, from only a part of the outer wall surface 60a 1 at the opening of the wall 60a a rod-shaped or plate-shaped projecting outward.
  • the direction of the protruding portion 60b protrudes not only outward in a direction perpendicular to the outer wall surface 60a 1, may be a direction toward the outer side inclined relative to the outer wall surface 60a 1.
  • the protrusion 60b may be formed integrally with the tube wall 60a, or may be a member separate from the tube wall 60a and joined to the tube wall 60a by welding or the like. Good.
  • FIG. 5A corresponds to a part of the CC portion of FIG. 1, and is a side view showing a state of the plurality of tubular members 60 installed in the first flow path 17 when the protruding portion 60b is viewed from the Y direction.
  • FIG. 5B corresponds to a part of the DD section of FIG. 1, and shows a plurality of tubular members 60 installed in the first flow path 17 when the tube wall 60a is cut perpendicularly to the Y direction. It is sectional drawing which shows a state.
  • the cross-sectional shape of the first flow path 17 is a rectangle.
  • the outer wall surface 60a 1 of the wall 60a of the tubular member 60 so matched to the cross-sectional shape of the wall surface of the shaped or first passage 17 forming a first flow path 17, also the outer peripheral shape of the tube wall 60a, a rectangular.
  • the outer wall surface 60a 1 of the wall 60a in order to maintain the heat exchange efficiency, it is desirable to contact a wide range relative to the square of the wall surface constituting the first flow path 17.
  • the outer wall surface 60a of the tube wall 60a is such that the tube wall 60a can be moved with respect to the wall surface constituting the first flow path 17.
  • the length of the tube wall 60a in the extending direction only needs to include at least the reaction region in the first flow path 17. Specifically, for example, when the tubular member 60 is installed in the first flow path 17, the length of the tube wall 60a in the extending direction is changed from the first introduction port 20 to the first communication flow path 17. It may be a length that is located between the portion connected to the portion 23 and the portion connected to the portion 23. Further, although not shown, a catalyst body for promoting the reaction of the reactants may be installed inside the tube wall 60a.
  • FIGS. 6A to 6C show a protrusion 60b of the tubular member 60 corresponding to a part of the EE part of FIG. 5A, and the first heat transfer body 7 and the first heat transfer body 7 and the protrusion 60b in direct or indirect contact with each other. It is sectional drawing which shows a part of 2 heat-transfer body 9.
  • FIG. 6A shows a protrusion 60b of the tubular member 60 corresponding to a part of the EE part of FIG. 5A, and the first heat transfer body 7 and the first heat transfer body 7 and the protrusion 60b in direct or indirect contact with each other. It is sectional drawing which shows a part of 2 heat-transfer body 9.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a first installation example of the tubular member 60 with respect to the first flow path 17.
  • a part of the surface of the protrusion 60 b is the side surface 7 a of the first heat transfer body 7 or the second heat transfer. It contacts the side surface 9a of the body 9.
  • the tubular member 60 is positioned with respect to the inserted first flow path 17 and does not cause a positional shift in the first flow path 17 even during the reaction process.
  • the operator can easily attach and detach the tubular member 60 while holding the protruding portion 60b.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a second installation example of the tubular member 60 with respect to the first flow path 17.
  • the basic installation configuration of the tubular member 60 is the same as in the first installation example.
  • a part of the surface of the protruding portion 60b is interposed through the sealing material 62 with respect to the side surface 7a of the first heat transfer body 7 or the side surface 9a of the second heat transfer body 9.
  • Abut. As the sealing material 62, various materials such as an elastic member such as rubber, a resin material, a metal member, or an inorganic fiber material (for example, a non-asbestos gasket) can be employed.
  • an elastic member such as rubber, a resin material, a metal member, or an inorganic fiber material (for example, a non-asbestos gasket)
  • an inorganic fiber material for example, a non-asbestos gasket
  • FIG. 6C is a diagram illustrating a third installation example of the tubular member 60 with respect to the first flow path 17.
  • the first heat transfer body 7 includes a first groove portion 7b that accommodates a part of the protruding portion 60b.
  • the 2nd heat transfer body 9 has the 2nd groove part 9b which accommodates the other part of the protrusion part 60b.
  • the reaction apparatus 1 includes a reaction fluid introduction unit 45 and a product discharge unit 49, and a heat medium introduction unit 53 and a heat medium discharge unit 57.
  • the reaction fluid introduction part 45 is a housing curved in a concave shape.
  • the reaction fluid introduction unit 45 covers the side surface of the heat exchange unit 3 in which the first introduction ports 20 of the plurality of first flow paths 17 are opened, and forms a first space S ⁇ b> 1 with the heat exchange unit 3.
  • the reaction fluid introduction unit 45 is detachably attached to the heat exchange unit 3 or can be opened and closed. By attaching and detaching, for example, an operator can insert and remove the catalyst body from the first flow path 17.
  • the reaction fluid introduction unit 45 includes a first introduction pipe 47 that introduces the reaction fluid M from the outside to the inside of the heat exchange unit 3.
  • the first introduction pipe 47 is positioned at the center, specifically, the center on the XZ plane with respect to the side surface of the heat exchange unit 3, and is connected in the same direction as the opening direction of the plurality of first introduction ports 20. With such a configuration, the reaction fluid M introduced from one place is distributed to each of the plurality of first introduction ports 20.
  • the product discharge part 49 is a box-shaped housing having one open surface.
  • the product discharge part 49 is installed in the 3rd side surface of the heat exchange part 3 so that an open surface may match the 1st discharge port 21 of the 1st heat exchanger 7.
  • the product discharge part 49 has the 1st discharge piping 51 which discharges
  • the first discharge pipe 51 is connected to another processing device that performs post-processing or the like on the product P. With such a configuration, the product P discharged from each of the plurality of first discharge ports 21 is collected from one first discharge pipe 51.
  • the heat medium introducing portion 53 is a housing curved in a concave shape, like the reaction fluid introducing portion 45.
  • the heat medium introduction unit 53 covers the side surface of the heat exchange unit 3 in which the second introduction ports 30 of the plurality of second flow paths 31 are opened, and forms a second space S ⁇ b> 2 with the heat exchange unit 3.
  • the heat medium introduction unit 53 is installed to be detachable or openable / closable with respect to the heat exchange unit 3. By this attachment and detachment or the like, for example, an operator can insert and extract the heat transfer promoting body with respect to the second flow path 31.
  • the heat medium introduction unit 53 includes a second introduction pipe 55 that introduces the heat medium HC from the outside to the inside of the heat exchange unit 3.
  • the second introduction pipe 55 is located at the center, specifically the center on the XZ plane, with respect to the side surface of the heat exchange unit 3, and is connected in the same direction as the opening direction of the plurality of second introduction ports 30. With such a configuration, the heat medium HC introduced from one place is distributed to each of the plurality of second introduction ports 30.
  • the heat medium discharge unit 57 is a box-shaped housing having one open surface, like the product discharge unit 49.
  • the heat medium discharge unit 57 is installed on the third side surface of the heat exchange unit 3 so that the open surface of the second heat transfer body 9 matches the second discharge port 35.
  • the heat medium discharge part 57 has the 2nd discharge piping 59 which discharges the heat medium HC from the inside of the heat exchange part 3 to the exterior in one place of the wall part.
  • the second discharge pipe 59 is connected to another processor for reusing the heat medium HC. With such a configuration, the heat medium HC discharged from each of the plurality of second discharge ports 35 is collected from one second discharge pipe 59.
  • the heat exchanging unit 3 can be used as any of a liquid-liquid type heat exchanger, a gas-gas type heat exchanger, and a gas-liquid type heat exchanger, and the reaction fluid M and heat medium supplied to the reaction apparatus 1 HC may be either gas or liquid.
  • the reaction apparatus 1 enables chemical synthesis by various thermal reactions such as endothermic reaction and exothermic reaction. Examples of the synthesis by such a thermal reaction include an endothermic reaction such as a steam reforming reaction of methane represented by Formula (1), a dry reforming reaction of methane represented by Formula (2), and a shift represented by Formula (3). There is a synthesis by exothermic reaction such as a reaction, a methanation reaction represented by formula (4), and a Fischer-tropsch synthesis reaction represented by formula (5). In addition, the reaction fluid M in these reactions is gaseous.
  • the heat medium HC a fluid substance that does not corrode the constituent materials of the reactor 1 is suitable, and for example, a liquid substance such as water or oil, or a gaseous substance such as heated air or combustion gas can be used.
  • a gaseous substance such as heated air or combustion gas.
  • the configuration using a gaseous substance as the heat medium HC is easier to handle than the case where a liquid medium is used.
  • the tubular member 60 is installed in the 1st flow path 17 through which the reaction fluid M or the product P distribute
  • the operation when such materials are selected with reference to the materials of the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9 constituting the first flow path 17 and the material of the tubular member 60, respectively. explain.
  • first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9 and the tubular member 60 are made of the same material.
  • these materials are stainless steel.
  • stainless steel is also a material with high corrosion resistance.
  • the first heat transfer body 7 has a first flow path 17 that is in a high temperature atmosphere in which the reaction fluid M or the product P circulates and continues in such a state for a long time, It is necessary to add an oxidation corrosion allowance for the first flow path 17.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the operation and effect when the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9 and the tubular member 60 are made of the same material and the tubular member 60 is employed. is there.
  • the upper part of FIG. 7 is an example as a comparison target, and the third heat transfer body 70 and the third flow path 71 formed in the third heat transfer body 70 when the tubular member 60 is not employed.
  • the third heat transfer body 70 corresponds to the first heat transfer body 7 in the present embodiment
  • the third flow path 71 corresponds to the first flow path 17 in the present embodiment.
  • FIG. 7 is a cross section showing the first heat transfer body 7 and the first flow path 17 formed in the first heat transfer body 7 when the tubular member 60 of the present embodiment is employed.
  • FIG. the dimensions of the cross sections of the first flow path 17 and the third flow path 71 are both width W ⁇ height D.
  • the thickness of each part of the heat transfer body is set to (“structurally sufficient thickness” + “corrosion allowance for the service life”) in order to ensure sufficient strength even when the service life has passed. It is common. Therefore, here, it is assumed that the thickness considered to be sufficient in terms of the structure of the width of the first intermediate wall 15 shown in FIG. The useful life is assumed to be 15 years.
  • the reaction fluid M or the product P does not contact the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9. It is not necessary to provide a corrosion allowance as described above. Therefore, the thickness at the time of manufacture between the two adjacent first flow paths 17 is a thickness L 1 itself that is structurally sufficient between the two adjacent first flow paths 17. Further, assuming that the replacement frequency of the tubular member 60 in contact with the reaction fluid M or the product P is, for example, once every three years, including the replacement of the catalyst, the thickness T of the tubular member 60 is, for example, 0.15 mm (> 0). .04 mm ⁇ 3 years).
  • the distance between two adjacent first flow paths 17 is 5.3 mm even when the thickness T ⁇ 2 minutes of the tubular member 60 is added.
  • a distance d 3 obtained by subtracting the thickness T of the tubular member 60 between the second heat transfer bodies 9 facing below the first flow path 17 is approximately equal to the thickness L 1 .
  • the dimensions of the second heat transfer body 9 stacked on the first heat transfer body 7 can be adjusted to that. Therefore, when the tubular member 60 is employed, the entire heat transfer body including the plurality of first heat transfer bodies 7 and the second heat transfer bodies 9 is compared with the case where the tubular member 60 is not employed in FIG. As shown, it is possible to reduce the size. Specifically, in the example in which the above various numerical values are assumed, the amount of material of the entire heat transfer body can be reduced by about 15%.
  • the material of the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9 is stainless steel and the material of the tubular member 60 is high corrosion resistance steel having higher corrosion resistance than stainless steel will be described.
  • the material of the heat transfer body itself is made of high corrosion resistance steel, or the reaction fluid M or the product P Measures such as performing anti-corrosion treatment on the wall surface portion of the channel in contact are required.
  • the tubular member 60 is employed as in the present embodiment, only the material of the tubular member 60 can be made the required high corrosion resistance steel under pressure and temperature conditions, thereby reducing the use of high-grade materials. As a result, the cost of the entire reactor 1 can be reduced.
  • the material of the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9 is stainless steel and the material of the tubular member 60 is low corrosion resistance steel having lower corrosion resistance than stainless steel will be described.
  • Low corrosion resistant steel is less expensive than ordinary stainless steel. Assuming that the low corrosion resistant steel corrodes twice as fast as stainless steel, if the thickness T of the tubular member 60 is set to double, the replacement frequency of the tubular member 60 is the same as in the above case. Once every three years. Therefore, if the dimension of the tubular member 60 is not particularly limited, the cost of the entire reaction apparatus 1 can be suppressed even by adopting such an inexpensive material as the material of the tubular member 60.
  • a heat treatment apparatus that uses heat exchange between the first fluid and the second fluid, which corresponds to the reaction apparatus 1 described above, is in contact with the first flow path 17 through which the first fluid flows, and the first flow path 17.
  • the heat transfer bodies 7 and 9 including the second flow path 31 through which the second fluid flows adjacent to each other are provided.
  • the heat treatment apparatus includes a tube wall 60 a having an outer wall surface 60 a 1 matched with the shape of the wall surface forming the first flow path 17 and an inner wall surface 60 a 2 in contact with the first fluid.
  • a tubular member 60 is provided which is detachably installed.
  • the corrosion allowance that is expected to be caused by the highly corrosive first fluid is provided on the tubular member 60 side instead of the heat transfer bodies 7 and 9 side.
  • the heat bodies 7 and 9 are designed in advance so as to ensure a necessary thickness.
  • the tubular member 60 can be replaced as appropriate. Therefore, an increase in thickness between the flow paths can be suppressed. If the increase in thickness between each flow path can be suppressed, the heat transfer bodies 7 and 9 can be particularly reduced in size, and as a result, the material cost can be particularly suppressed. Therefore, an increase in cost can be suppressed as the entire heat treatment apparatus. . On the other hand, if the increase in thickness between each flow path can be suppressed, the distance between flow paths where heat exchange is performed can be further shortened, and as a result, a decrease in heat exchange performance can be suppressed.
  • the tubular member 60 has at one opening has a protruding portion 60b that protrudes outward from the outer wall surface 60a 1 of the wall 60a.
  • a part of the surface of the projecting portion 60 b abuts on the side surfaces 7 a and 9 a of the heat transfer bodies 7 and 9. Therefore, no positional deviation occurs in the first flow path 17 during the reaction process. Moreover, since the operator can hold
  • the heat treatment apparatus includes the sealing material 62 that seals between the protruding portion 60 b and the heat transfer bodies 7 and 9 when the tubular member 60 is installed in the first flow path 17. .
  • the heat treatment apparatus of the present embodiment for example, even if there is a gap between the outer wall surface 60a 1 of the wall surface and the wall 60a which constitutes the first flow path 17, the first fluid into the gap It is possible to suppress entry.
  • the heat transfer bodies 7 and 9 have groove portions 7b and 9b that accommodate the protruding portions 60b when the tubular member 60 is installed in the first flow path 17.
  • the heat treatment apparatus for example, since the entire protrusion 60b is hidden in the side surfaces 7a and 9a of the heat transfer bodies 7 and 9, for example, the flow of the first fluid in the first space S1 is performed. There is an advantage that it is hard to disturb.
  • the 1st heat exchanger 7 which has the 1st flow path 17 through which a 1st fluid distribute
  • the present disclosure is not applied only to the heat exchange unit 3 having such a configuration.
  • the present disclosure can also be applied to a case where Even with such a configuration, the thickness between the first flow path and the second flow path adjacent in a non-contact manner in the same heat transfer body is smaller than when the tubular member 60 is not used. The same effect as the embodiment is achieved.
  • the cross-sectional shape of the 1st flow path 17 shall be a rectangle, this indication is not restricted to this, For example, a circle may be sufficient.
  • the outer wall surface 60a 1 of the wall 60a of the tubular member 60, to match the shape of the wall surface forming the first flow path 17, the outer peripheral shape of the case, the tube wall 60a is a circular.
  • the heat exchange part 3 is a counterflow type in which the 1st fluid which distribute
  • it may be a parallel flow type that flows in the same direction. That is, in the present disclosure, the direction in which the first fluid and the second fluid flow is not limited at all.
  • the 1st heat exchanger 7 and the 2nd heat exchanger 9 which comprise the heat exchange part 3 shall be laminated
  • this indication is not restricted to this. Absent.
  • these heat transfer bodies constituting the heat exchanging unit 3 may be used as so-called horizontal installations such that they are erected in the Z direction while being joined.

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Abstract

第１流体と第２流体とを流通させる熱処理装置（１）であって、第１流体を流通させる第１流路（１７）と、該第１流路（１７）と非接触で隣り合う、第２流体を流通させる第２流路（３１）とを含む伝熱体（７，９）と、第１流路（１７）を形成する壁面の形状に合わせた外壁面（６０ａ１）と、第１流体が接する内壁面（６０ａ２）とを有する管壁（６０ａ）を含み、第１流路（１７）に対して着脱可能に設置される管状部材（６０）とを備える。

Description

熱処理装置
　本開示は、熱交換型の熱処理装置に関する。
　熱交換型の熱処理装置として、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反応装置がある。このような反応装置は、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を有する伝熱体を含む。このとき、相互の熱交換は、各流路において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行われる。特表２００７－５３４４５７号公報（特許文献１）は、熱媒体流路としての熱交換チャネルを含む熱交換器と、反応流路としてのプロセスマイクロチャネルとが積層された装置を開示している。
特表２００７－５３４４５７号公報
　反応流路を形成する伝熱体の材料としては、一般にステンレス鋼などの金属が用いられる。一方、反応流体は、腐食性を持つ場合がある。その場合は、例えば１５年程度の長期に渡って反応装置が使用され続けると、腐食により反応流路を形成する部材が減肉する。そこで、伝熱体を設計する際には、想定される耐用年数に合わせた腐食代を付加して、伝熱体の各部、特に流路間の寸法が決定される。ここで、腐食代を多く設定すればするほど、流路間距離を増大させ、その結果、伝熱体全体のサイズアップにつながる。これは、流路間距離の増大に伴うコストの増加又は熱交換性能の低下を引き起こすので、望ましくない。これに対して、特表２００７－５３４４５７号公報に開示されている技術では、このような腐食代を付加した対策がなされていない。
　そこで、本開示は、流路間の厚み増大に伴うコストの増加又は熱交換性能の低下を抑えるのに有利な熱処理装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、第１流体と第２流体とを流通させる熱処理装置であって、第１流体を流通させる第１流路と、該第１流路と非接触で隣り合う、第２流体を流通させる第２流路とを含む伝熱体と、第１流路を形成する壁面の形状に合わせた外壁面と、前記第１流体が接する内壁面とを有する管壁を含み、第１流路に対して着脱可能に設置される管状部材と、を備える。
　本開示によれば、流路間の厚み増大に伴うコストの増加又は熱交換性能の低下を抑えるのに有利な熱処理装置を提供することができる。
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図である。 図２は、第１伝熱体を含む部位の構成及び形状を示す図である。 図３は、第２伝熱体を含む部位の構成及び形状を示す図である。 図４は、一実施形態における管状部材の形状を示す図である。 図５Ａは、突出部をＹ方向から見た場合の、管状部材の設置状態を示す図である。 図５Ｂは、管壁をＹ方向に対して垂直に切断した場合の、管状部材の設置状態を示す図である。 図６Ａは、第１流路への管状部材の第１の設置例を示す図である。 図６Ｂは、第１流路への管状部材の第２の設置例を示す図である。 図６Ｃは、第１流路への管状部材の第３の設置例を示す図である。 図７は、一実施形態における管状部材による作用等を説明するための図である。
　以下、本開示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、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。さらに、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、後述する第１及び第２流路の反応領域の延設方向にＹ軸を取り、かつ、Ｙ軸に垂直な方向にＸ軸を取る。
　本開示の熱処理装置は、第１流体と第２流体とを流通させて、流体間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、熱交換型の反応装置であるものとする。この場合、反応流体及び反応により生成された生成物が第１流体に相当し、熱媒体が第２流体に相当する。ただし、本開示は、熱交換器などの熱処理装置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の構成を示す側面図である。反応装置１は、反応処理を行う本体部としての熱交換部３を備える。そして、反応装置１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加熱又は冷却することで、反応体の反応を進行させる。
　熱交換部３は、反応流体及び生成物が流通する反応流路を有する複数の第１伝熱体７と、熱媒体が流通する熱媒体流路を有する複数の第２伝熱体９と、蓋体３９とを含む。また、熱交換部３は、反応流体又は生成物と熱媒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。第１伝熱体７、第２伝熱体９及び蓋体３９は、それぞれ、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成された平板状部材である。
　図２は、図１におけるＡ－Ａ部に対応した、第１伝熱体７を含む部位の構成及び形状を示す平面図である。第１伝熱体７は、反応領域を含む反応流路としての複数の第１流路１７を有する。第１流路１７は、その中間部分を反応領域とする。また、第１流路１７は、後述の第２伝熱体９内の第２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Ｍを反応させ、生成物Ｐを生成する。第１流路１７は、それぞれ、Ｚ方向の上方を開として、第１伝熱体７の一方の第１側面で開放される溝である。第１流路１７は、反応流体Ｍが導入される第１導入口２０から、Ｙ方向に沿って他方の第２側面の直前まで、直線状に伸びる。第１流路１７の流路断面は、矩形である。また、これらの第１流路１７は、Ｘ方向に等間隔に配設されている。
　第１伝熱体７は、第１基部１１と、２つの第１側壁１３と、複数の第１中間壁１５と、第１隔壁１９とを含む。第１基部１１は、第１伝熱体７のＸＹ平面全体を網羅する矩形板状の壁部である。第１側壁１３は、第１基部１１のＺ方向に垂直な主表面の片面上で、第１流路１７の延伸方向の左右端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第１中間壁１５は、第１基部１１の主表面の片面上で、２つの第１側壁１３に挟まれ、それぞれ、第１側壁１３と並列に、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第１隔壁１９は、第１基部１１の主表面の片面上の第２側面側で、第１流路１７の延設方向に対して垂直方向となるＸ方向に沿って設けられる。第１流路１７が第２側面まで延伸すると、熱媒体が導入されている後述の第２空間Ｓ２に突き当たってしまう。そこで、第１隔壁１９は、複数の第１流路１７を流通してきた生成物Ｐの進行方向を変化させる。第１側壁１３、第１中間壁１５及び第１隔壁１９の各壁部のＺ方向の高さは、同一である。
　また、第１伝熱体７は、第１隔壁１９の内側面に沿って延設された第１連絡流路２３を有する。第１連絡流路２３は、すべての第１流路１７に連通するとともに、一方の端部が第１側壁１３の一方に設けられた、生成物Ｐを第１伝熱体７の外部に排出するための第１排出口２１に連通する。なお、ここでは、流路の形状を明示するために、第１流路１７とは別に第１連絡流路２３を登場させているが、これは呼び名の差であって、反応流体Ｍ及び生成物Ｐを流通させるという流路の機能としては、第１連絡流路２３も第１流路１７の一種である。また、図２では、第１流路１７を流通し、第１排出口２１に導かれる流体のすべてが生成物Ｐであるものして描写されているが、実際には、反応に用いられなかった反応流体Ｍも含まれる場合もある。
　図３は、図１におけるＢ－Ｂ部に対応した、第２伝熱体９を含む部位の構成及び形状を示す平面図である。第２伝熱体９は、熱媒体流路としての複数の第２流路３１を有する。第２流路３１は、熱媒体ＨＣから供給された熱又は冷熱を、外部すなわち第１伝熱体７に向けて供給する。第２流路３１は、それぞれ、Ｚ方向の上方を開として、第２伝熱体９の一方の第１側面で開放される溝である。第２流路３１は、熱媒体ＨＣが導入される第２導入口３０から、Ｙ方向に沿って他方の第２側面の直前まで、直線状に伸びる。第２流路３１の流路断面は、矩形である。ただし、第２伝熱体９でいう第１側面は、上述の第１伝熱体７でいう第１側面とは、Ｙ方向で反対となる。これらの第２流路３１も、第１流路１７と同様に、Ｘ方向に等間隔に配設されている。さらに、不図示であるが、第２流路３１には、熱媒体との接触面積を増加させて熱媒体と第２伝熱体９との間の伝熱を促進するための伝熱促進体を設置してもよい。
　第２伝熱体９は、第２基部２５と、２つの第２側壁２７と、複数の第２中間壁２９と、第２隔壁３３とを含む。第２基部２５は、第２伝熱体９のＸＹ平面全体を網羅する矩形板状の壁部である。第２側壁２７は、第２基部２５のＺ方向に垂直な主表面の片面上で、第２流路３１の延伸方向の左右端にそれぞれ設けられる壁部である。複数の第２中間壁２９は、第２基部２５の主表面の片面上で、２つの第２側壁２７に挟まれ、それぞれ、第２側壁２７と並列に、かつ、等間隔で設けられる壁部である。また、第２隔壁３３は、第２基部２５の主表面の片面上の第２側面側で、第２流路３１の延設方向に対して垂直方向となるＸ方向に沿って設けられる。第２流路３１が第２側面まで延伸すると、反応流体Ｍが導入されている後述の第１空間Ｓ１に突き当たってしまう。そこで、第２隔壁３３は、複数の第２流路３１を流通してきた熱媒体ＨＣの進行方向を変化させる。第２側壁２７、第２中間壁２９及び第２隔壁３３の各壁部のＺ方向の高さは、同一である。
　また、第２伝熱体９は、第２隔壁３３の内側面に沿って延設された第２連絡流路３７を有する。第２連絡流路３７は、すべての第２流路３１に連通する。また、第２連絡流路３７は、一方の端部が第２側壁２７の一方に設けられた、熱媒体ＨＣを第２伝熱体９の外部に排出するための第２排出口３５に連通する。
　そして、図１に示すように、Ｚ方向の最上部を蓋体３９とし、蓋体３９の下方に向かって第２伝熱体９と第１伝熱体７とを交互に積層し接合することで、接合体又は積層体としての熱交換部３が形成される。このとき、第１伝熱体７の第１流路１７と、第２伝熱体９の第２流路３１とは、第１基部１１又は第２基部２５を介して非接触で隣り合う。熱交換部３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３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、第１流路１７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３は、少なくとも１つの第１伝熱体７と第２伝熱体９との一対の組で構成可能である。ただし、熱交換性能を向上させる観点から、伝熱体の数は多い方が望ましい。また、１つの第１伝熱体７に形成される第１流路１７及び１つの第２伝熱体９に形成される第２流路３１の数も、特に限定されるものではなく、熱交換部３の設計条件や伝熱効率などを考慮して適宜変更可能である。さらに、本実施形態では、熱交換部３自体を反応装置１の本体部と位置付けているが、熱交換部３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３の周囲を覆う構成としてもよい。
　また、反応装置１は、複数の第１流路１７のそれぞれに対して着脱可能に設置される複数の管状部材を備える。
　図４は、１つの管状部材６０の形状を示す斜視図である。管状部材６０は、第１流路１７の延設方向に合わせて延伸する管壁６０ａと、管壁６０ａの一方の開口部に連設される突出部６０ｂとを含む。管壁６０ａは、第１伝熱体７における第１流路１７を形成する壁面の形状に合わせた外壁面６０ａ１と、反応流体Ｍ又は生成物Ｐが接する内壁面６０ａ２とを有する（図６参照）。突出部６０ｂは、管壁６０ａの外壁面６０ａ１よりも外側に突出する部位である。本実施形態にける突出部６０ｂの形状は、管壁６０ａの四方の内壁部で囲まれた流路断面と同じ形状の開口を中心部に有するフランジ状である。ただし、突出部６０ｂの形状は、例えば、管壁６０ａの開口部における外壁面６０ａ１の一部のみから外側に突出する棒状又は板状であってもよい。また、突出部６０ｂが突出する方向は、外壁面６０ａ１に対して垂直方向に外側に向かうのみならず、外壁面６０ａ１に対して傾斜して外側に向かう方向であってもよい。さらに、突出部６０ｂは、管壁６０ａと一体成形されるものであってもよいし、管壁６０ａとは別部材で、管壁６０ａに対して溶接等により接合されているものであってもよい。
　図５Ａは、図１のＣ－Ｃ部の一部に対応し、突出部６０ｂをＹ方向から見た場合の、第１流路１７に設置されている複数の管状部材６０の状態を示す側面図である。図５Ｂは、図１のＤ－Ｄ部の一部に対応し、管壁６０ａをＹ方向に対して垂直に切断した場合の、第１流路１７に設置されている複数の管状部材６０の状態を示す断面図である。
　上記のとおり、第１流路１７の断面形状は、矩形である。管状部材６０の管壁６０ａの外壁面６０ａ１は、第１流路１７を形成する壁面の形状すなわち第１流路１７の断面形状に合わせるので、管壁６０ａの外周形状も、矩形となる。ここで、管壁６０ａの外壁面６０ａ１は、熱交換効率を維持するために、第１流路１７を構成する四方の壁面に対して広い範囲で接することが望ましい。ただし、管状部材６０は、第１流路１７に対して着脱可能であるので、第１流路１７を構成する壁面に対して管壁６０ａを移動可能とする程度に管壁６０ａの外壁面６０ａ１との間の隙間を許容する。なお、第１流路１７を構成する壁面と管壁６０ａの外壁面６０ａ１との間に、ある程度の隙間が存在する場合には、例えば、第１伝熱体７又は管状部材６０の少なくともいずれかと同一又は類似の熱伝導性素材からなるシムを挟み込んでもよい。また、管壁６０ａの延伸方向の長さは、少なくとも第１流路１７内の反応領域を含む程度であればよい。具体的には、例えば、管壁６０ａの延伸方向の長さを、管状部材６０を第１流路１７に設置したときに、第１導入口２０から第１流路１７が第１連絡流路２３に連接する部分までの間に位置する程度の長さとし得る。さらに、不図示であるが、管壁６０ａの内部には、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。
　図６Ａ～図６Ｃは、図５ＡのＥ－Ｅ部の一部に対応した、管状部材６０の突出部６０ｂと、突出部６０ｂが直接的又は間接的に接触する第１伝熱体７及び第２伝熱体９の一部を示す断面図である。
　図６Ａは、第１流路１７に対する管状部材６０の第１の設置例を示す図である。ある１つの第１流路１７に対して管状部材６０を第１導入口２０から挿入していくと、突出部６０ｂの一部の面が第１伝熱体７の側面７ａ又は第２伝熱体９の側面９ａに当接する。これにより、管状部材６０は、挿入された第１流路１７に対して位置決めされ、反応処理中でも第１流路１７内で位置ズレを生じさせることがない。また、作業者にとっても、突出部６０ｂを保持しながら、容易に管状部材６０の着脱を行うことができる。
　図６Ｂは、第１流路１７に対する管状部材６０の第２の設置例を示す図である。管状部材６０の基本的な設置構成は、第１の設置例と同様である。これに対して、第２の設置例では、第１伝熱体７の側面７ａ又は第２伝熱体９の側面９ａに対して、突出部６０ｂの一部の面が封止材６２を介して当接する。封止材６２としては、ゴム等の弾性部材、樹脂材、金属部材又は無機繊維材（例えば、ノンアスベストガスケットなど）など種々の材料が採用可能である。この封止材を採用することにより、第１流路１７を構成する壁面と管壁６０ａの外壁面６０ａ１との間に隙間が存在している場合、その隙間に反応流体Ｍが進入することを抑えることができる。
　図６Ｃは、第１流路１７に対する管状部材６０の第３の設置例を示す図である。第３の設置例では、第１伝熱体７が突出部６０ｂの一部を収容する第１溝部７ｂを有する。同様に、第２伝熱体９が突出部６０ｂの他の一部を収容する第２溝部９ｂを有する。この構成により、突出部６０ｂの全体が第１伝熱体７又は第２伝熱体９の側面内に隠れるため、例えば、第１空間Ｓ１内での反応流体Ｍの流れを妨げにくいという利点がある。
　さらに、反応装置１は、反応流体導入部４５及び生成物排出部４９と、熱媒体導入部５３及び熱媒体排出部５７とを備える。
　反応流体導入部４５は、凹状に湾曲した筐体である。反応流体導入部４５は、複数の第１流路１７の第１導入口２０が開放されている熱交換部３の側面を覆い、熱交換部３との間に第１空間Ｓ１を形成する。反応流体導入部４５は、熱交換部３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、作業者が第１流路１７に対する触媒体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４５は、反応流体Ｍを熱交換部３の外部から内部へ導入する第１導入配管４７を有する。第１導入配管４７は、熱交換部３の側面に対して中心、具体的にはＸＺ平面上の中心に位置し、複数の第１導入口２０の開口方向と同一方向に連接されている。このような構成により、１箇所から導入された反応流体Ｍは、複数の第１導入口２０のそれぞれに分配される。
　生成物排出部４９は、１つの開放面を有する箱状の筐体である。生成物排出部４９は、第１伝熱体７の第１排出口２１に開放面が合うように、熱交換部３の第３側面に設置される。また、生成物排出部４９は、その壁部の１箇所に、生成物Ｐを熱交換部３の内部から外部へ排出する第１排出配管５１を有する。第１排出配管５１は、不図示であるが、生成物Ｐに対して後処理等を行う別の処理器に接続されている。このような構成により、複数の第１排出口２１のそれぞれから排出された生成物Ｐは、１箇所の第１排出配管５１から回収される。
　熱媒体導入部５３は、反応流体導入部４５と同様に、凹状に湾曲した筐体である。熱媒体導入部５３は、複数の第２流路３１の第２導入口３０が開放されている熱交換部３の側面を覆い、熱交換部３との間に第２空間Ｓ２を形成する。熱媒体導入部５３は、熱交換部３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、作業者が第２流路３１に対する伝熱促進体の挿入や抜き出しを行うことができる。また、熱媒体導入部５３は、熱媒体ＨＣを熱交換部３の外部から内部へ導入する第２導入配管５５を有する。第２導入配管５５は、熱交換部３の側面に対して中心、具体的にはＸＺ平面上の中心に位置し、複数の第２導入口３０の開口方向と同一方向に連接されている。このような構成により、１箇所から導入された熱媒体ＨＣは、複数の第２導入口３０のそれぞれに分配される。
　熱媒体排出部５７は、生成物排出部４９と同様に、１つの開放面を有する箱状の筐体である。熱媒体排出部５７は、第２伝熱体９の第２排出口３５に開放面が合うように、熱交換部３の第３側面に設置される。また、熱媒体排出部５７は、その壁部の１箇所に、熱媒体ＨＣを熱交換部３の内部から外部へ排出する第２排出配管５９を有する。第２排出配管５９は、不図示であるが、熱媒体ＨＣを再利用するための別の処理器に接続されている。このような構成により、複数の第２排出口３５のそれぞれから排出された熱媒体ＨＣは、１箇所の第２排出配管５９から回収される。
　熱交換部３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Ｍ及び熱媒体ＨＣ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Ｍは、気体状である。
　ＣＨ4　＋　Ｈ2Ｏ　→　３Ｈ2　＋　ＣＯ　　　・・・（１）
　ＣＨ4　＋　ＣＯ2　→　２Ｈ2　＋　２ＣＯ　　・・・（２）
　ＣＯ　＋　Ｈ2Ｏ　→　ＣＯ2　＋　Ｈ2　　　　・・・（３）
　ＣＯ　＋　３Ｈ2　→　ＣＨ4　＋　Ｈ2Ｏ　　　・・・（４）
　（２ｎ＋１）Ｈ2　＋　ｎＣＯ　→　ＣnＨ2n+2　＋　ｎＨ2Ｏ　・・・（５）
　一方、熱媒体ＨＣ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、加熱空気、燃焼ガス等の気体状物質が使用できる。熱媒体ＨＣ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。
　次に、本実施形態による作用について説明する。本実施形態では、反応流体Ｍ又は生成物Ｐが流通する第１流路１７に、管状部材６０が設置されている。以下、第１流路１７を構成する第１伝熱体７及び第２伝熱体９の材質と、管状部材６０の材質とを基準項目として、そのような材質を選択した場合の作用をそれぞれ説明する。
　第１に、第１伝熱体７及び第２伝熱体９と管状部材６０とが同一の材質からなる場合について説明する。ここでは、これらの材質がステンレス鋼であると想定する。一般に、ステンレス鋼も耐食性が高い材料である。しかし、第１伝熱体７が、特に反応流体Ｍ又は生成物Ｐが流通するような高温度雰囲気で、かつ、長期に渡りそのような状態が続く第１流路１７を有する場合には、第１流路１７の酸化腐食代を付加する必要がある。
　図７は、第１伝熱体７及び第２伝熱体９と管状部材６０とが同一の材質からなると想定し、管状部材６０を採用した場合における作用及び効果を説明するための概念図である。図７の上段部分は、比較対象としての一例であって、管状部材６０を採用しない場合における、第３伝熱体７０と、第３伝熱体７０に形成されている第３流路７１とを示す断面図である。ここで、第３伝熱体７０は、本実施形態における第１伝熱体７に対応し、第３流路７１は、本実施形態における第１流路１７に対応する。一方、図７の下段部分は、本実施形態の管状部材６０を採用する場合における、第１伝熱体７と、第１伝熱体７に形成されている第１流路１７とを示す断面図である。ここで、第１流路１７及び第３流路７１の流路断面の寸法は、ともに幅Ｗ×高さＤである。また、伝熱体の各部の厚みは、耐用年数が経過した時点でも十分な強度を確保するために、（「構造上十分な厚み」＋「耐用年数期間の腐食代」）とされるのが一般的である。そこで、ここでは、２つの隣接する流路間、すなわち、図２に示す第１中間壁１５の幅の構造上十分と考えられる厚みを５ｍｍと想定する。また、耐用年数を１５年と想定する。
　まず、図７の上段を参照すると、２つの隣接する第３流路７１間の構造上十分な厚みＬ１が５ｍｍである。また、１年で生じる腐食代を０．０４ｍｍと想定すると、耐用年数１５年では、片面で０．６ｍｍの腐食代ｄ１を要する。したがって、２つの隣接する第３流路７１間の製作時点での厚みＬ２としては、少なくとも（Ｌ１＋ｄ１×２）＝６．２ｍｍを要することになる。なお、この場合、第３流路７１の下方で対向する第２伝熱体９間の腐食代ｄ１分を差し引いた距離ｄ２は、おおよそ厚みＬ２と同等である。
　一方、図７の下段を参照すると、本実施形態では、反応流体Ｍ又は生成物Ｐは、第１伝熱体７及び第２伝熱体９に接しないため、第１伝熱体７には、上記のような腐食代を設ける必要がない。そのため、２つの隣接する第１流路１７間の製作時点での厚みは、２つの隣接する第１流路１７間の構造上十分な厚みＬ１それ自体となる。また、反応流体Ｍ又は生成物Ｐと接する管状部材６０の交換頻度を、例えば、触媒の交換と合わせて３年に１回と想定すると、管状部材６０の厚みＴを例えば０．１５ｍｍ（＞０．０４ｍｍ×３年）とすることができる。この場合、２つの隣接する第１流路１７間の距離は、管状部材６０の厚みＴ×２分を加えても、５．３ｍｍである。なお、この場合、第１流路１７の下方で対向する第２伝熱体９間の管状部材６０の厚みＴ分を差し引いた距離ｄ３は、おおよそ厚みＬ１と同等である。
　上記のような寸法で第１伝熱体７を構成可能であれば、第１伝熱体７に積層される第２伝熱体９の寸法も、それに合わせることが可能である。したがって、管状部材６０を採用する場合には、管状部材６０を採用しない場合と比較して、複数の第１伝熱体７及び第２伝熱体９を含む伝熱体全体を、図７に示すように小型化することが可能となる。具体的には、上記の各種数値を想定した例では、伝熱体全体の材料の量を１５％程度低減することができる。
　第２に、第１伝熱体７及び第２伝熱体９の材質がステンレス鋼であり、管状部材６０の材質がステンレス鋼よりも高い耐食性を有する高耐食性鋼である場合について説明する。管状部材６０を採用せず、また、反応流体Ｍ又は生成物Ｐが腐食性の高い場合には、伝熱体自体の材質を高耐食性鋼とするか、又は、反応流体Ｍ又は生成物Ｐと接する流路の壁面部分に耐食化処理を行うなどの対策を要する。一方、本実施形態のように管状部材６０を採用する場合には、管状部材６０の材質のみを圧力温度条件下で必要な高耐食性鋼とすることができるため、高級材の使用を低減することができ、ひいては、反応装置１全体のコストを抑えることができる。
　第３に、第１伝熱体７及び第２伝熱体９の材質がステンレス鋼であり、管状部材６０の材質がステンレス鋼よりも低い耐食性を有する低耐食性鋼である場合について説明する。低耐食性鋼は、通常のステンレス鋼と比較して安価である。低耐食性鋼がステンレス鋼と比較して２倍の速さで腐食すると想定した場合、管状部材６０の厚みＴを２倍に設定すれば、管状部材６０の交換頻度は、上記の場合と同様に３年に１回でよい。したがって、管状部材６０の寸法に特に制限がなければ、管状部材６０の材質としてこのような廉価材料を採用することでも、反応装置１全体のコストを抑えることができる。
　次に、本実施形態による効果について説明する。
　まず、上記の反応装置１に相当する、第１流体と第２流体との熱交換を利用する熱処理装置は、第１流体を流通させる第１流路１７と、第１流路１７と非接触で隣り合う、第２流体を流通させる第２流路３１とを含む伝熱体７，９を備える。また、熱処理装置は、第１流路１７を形成する壁面の形状に合わせた外壁面６０ａ１と、第１流体が接する内壁面６０ａ２とを有する管壁６０ａを含み、第１流路１７に対して着脱可能に設置される管状部材６０を備える。
　本実施形態に係る熱処理装置によれば、腐食性の高い第１流体に起因して生じると予測される腐食代を伝熱体７，９側ではなく管状部材６０側に設けた上で、伝熱体７，９が必要な肉厚を確保するよう予め設計されている。さらに、管状部材６０は、適宜交換可能である。したがって、各流路間の厚み増大を抑えることができる。各流路間の厚み増大を抑えることができれば、特に伝熱体７，９を小型化し、結果的に特に材料費を抑えることができるので、熱処理装置全体としてもコストの増加を抑えることができる。一方、各流路間の厚み増大を抑えることができれば、熱交換がなされる流路間距離をより短くすることができるので、結果的に熱交換性能の低下を抑えることができる。
　また、本実施形態に係る熱処理装置では、管状部材６０は、一方の開口部に、管壁６０ａの外壁面６０ａ１よりも外側に突出する突出部６０ｂを有する。
　本実施形態に係る熱処理装置によれば、突出部６０ｂの一部の面が伝熱体７，９の側面７ａ，９ａに当接するので、例えば、管状部材６０は、第１流路１７に対して位置決めされ、反応処理中に第１流路１７内で位置ズレを生じさせることがない。また、作業者は、突出部６０ｂを保持することができるので、容易に管状部材６０の着脱を行うことができる。
　また、本実施形態に係る熱処理装置では、管状部材６０が第１流路１７に設置されているときに突出部６０ｂと伝熱体７，９との間を封止する封止材６２を有する。
　本実施形態に係る熱処理装置によれば、例えば、第１流路１７を構成する壁面と管壁６０ａの外壁面６０ａ１との間に隙間が存在していても、その隙間に第１流体が進入することを抑えることができる。
　さらに、本実施形態に係る熱処理装置では、伝熱体７，９は、管状部材６０が第１流路１７に設置されているときに突出部６０ｂを収容する溝部７ｂ、９ｂを有する。
　本実施形態に係る熱処理装置によれば、例えば、突出部６０ｂの全体が伝熱体７，９の側面７ａ，９ａ内に隠れるため、例えば、第１空間Ｓ１内での第１流体の流れを妨げにくいという利点がある。
　（他の実施形態）
　上記実施形態では、熱交換部３を構成する伝熱体として、第１流体が流通する第１流路１７を有する第１伝熱体７と、第２流体が流通する第２流路３１を有する第２伝熱体９との２種類の伝熱体を例示した。しかし、本開示は、このような構成の熱交換部３だけに適用されるものではない。例えば、熱交換部３を構成する伝熱体が１種類のみで、１つの伝熱体が、第１流体が流通する第１流路と、第２流体が流通する第２流路との双方を有する場合にも、本開示は適用可能である。このような構成によっても、第１流路と、同一伝熱体内にて非接触で隣り合う第２流路との間の厚みは、管状部材６０を採用しない場合に比べて薄くなるので、上記実施形態と同様の効果を奏する。
　また、上記実施形態では、第１流路１７の断面形状が矩形であるものとしたが、本開示はこれに限らず、例えば円形であってもよい。管状部材６０の管壁６０ａの外壁面６０ａ１は、第１流路１７を形成する壁面の形状に合わせるため、この場合、管壁６０ａの外周形状は、円形となる。
　また、上記実施形態では、熱交換部３が、第１流路１７を流通する第１流体と、第２流路３１を流通する第２流体とが互いに反対方向に流れる対向流型であるものとしたが、互いに同方向に流れる並流型であってもよい。すなわち、本開示では、第１流体と第２流体とが流れる方向についても、なんら限定されるものではない。
　さらに、上記実施形態では、熱交換部３を構成する第１伝熱体７と第２伝熱体９とがＺ方向すなわち鉛直方向に積層されるものとしているが、本開示は、これに限らない。例えば、熱交換部３を構成するこれらの伝熱体が、それぞれ接合された状態でＺ方向に立設するような、いわゆる横置きとして使用されるものとしてもよい。
　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請求の範囲に係る事項によってのみ定められる。

Claims (4)

  1. 　第１流体と第２流体とを流通させる熱処理装置であって、
    　前記第１流体を流通させる第１流路と、該第１流路と非接触で隣り合う、前記第２流体を流通させる第２流路とを含む伝熱体と、
    　前記第１流路を形成する壁面の形状に合わせた外壁面と、前記第１流体が接する内壁面とを有する管壁を含み、前記第１流路に対して着脱可能に設置される管状部材と、
    を備える熱処理装置。
  2. 　前記管状部材は、一方の開口部に、前記管壁の前記外壁面よりも外側に突出する突出部を有する請求項１に記載の熱処理装置。
  3. 　前記管状部材が前記第１流路に設置されているときに前記突出部と前記伝熱体との間を封止する封止材を有する請求項２に記載の熱処理装置。
  4. 　前記伝熱体は、前記管状部材が前記第１流路に設置されているときに前記突出部を収容する溝部を有する請求項２又は３に記載の熱処理装置。
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