WO2019240156A1 - 反応装置 - Google Patents

反応装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2019240156A1
WO2019240156A1 PCT/JP2019/023225 JP2019023225W WO2019240156A1 WO 2019240156 A1 WO2019240156 A1 WO 2019240156A1 JP 2019023225 W JP2019023225 W JP 2019023225W WO 2019240156 A1 WO2019240156 A1 WO 2019240156A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
jig
pipe
flow path
temperature sensor
reaction
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/023225
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佑介 武内
拓哉 吉野谷
角田　大輔
大雅 山本
明久 矢野
俊二 宮嶋
茂樹 坂倉
鎌田　博之
信之 本間
Original Assignee
株式会社Ihi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ihi filed Critical 株式会社Ihi
Priority to JP2020525606A priority Critical patent/JP7103415B2/ja
Priority to CA3103095A priority patent/CA3103095A1/en
Priority to CN201980039307.3A priority patent/CN112292202A/zh
Priority to EP19818989.6A priority patent/EP3808444A4/en
Publication of WO2019240156A1 publication Critical patent/WO2019240156A1/ja
Priority to US17/116,033 priority patent/US11878281B2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/04—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples the object to be measured not forming one of the thermoelectric materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B01J2219/0006—Temperature measurement of the heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B01J2219/00063—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00081—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/0095—Control aspects
    • B01J2219/00952—Sensing operations
    • B01J2219/00954—Measured properties
    • B01J2219/00961—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat exchange type reaction apparatus.
  • the heat exchange type reaction apparatus advances (promotes) the reaction of the reaction fluid by heating or cooling the reaction fluid containing the reaction raw material with a heat medium.
  • a reaction apparatus includes, for example, a heat exchange section having a reaction flow path for flowing a reaction fluid and a heat medium flow path for flowing a heat medium.
  • the reaction apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a detection unit that detects the temperature of a fluid flowing through at least one of a reaction fluid and a heat medium in a heat exchange unit.
  • This disclosure is intended to provide a reaction device in which a temperature sensor can be easily installed in a heat exchange section.
  • One aspect of the present disclosure is a reaction apparatus, which is provided on a side surface of a heat exchange section having a first flow path for flowing a reaction fluid and a second flow path for flowing a heat medium, and the heat exchange section.
  • the temperature sensor introduction path extending from the insertion port to the first flow path or the second flow path, and the temperature sensor connected to the side surface of the heat exchange unit and communicated with the introduction path via the insertion opening
  • a jig provided in the pipe and having a distal end facing the insertion port of the introduction path and a proximal end located on the opposite side of the distal end,
  • a guide hole extending from the base end toward the tip and opening toward the insertion port of the introduction path is provided, and the guide hole includes a tapered hole from the base end toward the tip. The gist.
  • the jig may be movably provided in the pipe.
  • the jig may include a large-diameter portion located on the proximal end side and a small-diameter portion located on the distal end side and having an outer diameter smaller than the large-diameter portion.
  • the pipe may include a thin portion having an inner diameter greater than or equal to the maximum diameter of the jig and a thick portion having an inner diameter less than the maximum diameter of the jig.
  • the thin part may be located at an end of the heat exchange part facing the side surface.
  • the inner diameter of the thick portion may be equal to or smaller than the opening diameter of the tapered hole at the proximal end of the jig.
  • the jig may be fixed in the pipe.
  • FIG. 1 is a side view showing a reaction apparatus according to this embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 4 is a three-dimensional cross-sectional view showing a part of the heat exchange unit according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the introduction path of the temperature sensor according to the present embodiment and its periphery, (a) is a cross-sectional view seen from the extending direction of the first flow path, and (b) is in (a). It is a bb line sectional view.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the jig according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing step by step the process of attaching the temperature sensor to the introduction path.
  • FIG. 8 is a view showing a modification of the jig according to the present embodiment, wherein (a) is a side view showing the first modification, and (b) is a side view showing the second modification.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modification of the piping according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a modification of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a side view showing a reaction apparatus 1 according to this embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • illustration of structures related to the temperature sensor 3 such as the introduction path 5 is omitted.
  • the reaction apparatus 1 heats or cools the reaction fluid by exchanging heat between the reaction fluid containing the reaction raw material and the heat medium to advance (promote) the reaction of the reaction fluid, and is called a chemical reactor. Sometimes.
  • the reaction apparatus 1 includes a heat exchange unit 2.
  • the heat exchange unit 2 includes a plurality of first heat conductors 10, a plurality of second heat conductors 20, and a lid plate 30.
  • the first heat conductor 10, the second heat conductor 20, and the cover plate 30 are flat members formed of a heat conductive material having heat resistance, and can withstand high internal pressure generated when the reaction fluid R flows. It has a sufficient thickness.
  • the first heat conductor 10 has a first flow path 11 through which a reaction fluid flows.
  • the 2nd heat conductor 20 has the 2nd flow path 21 which distribute
  • the 1st heat conductor 10 and the 2nd heat conductor 20 are laminated
  • the heat exchanging unit 2 of the present embodiment has a counter flow structure in which the reaction fluid and the heat medium flow in opposite directions.
  • the heat exchanging unit 2 may have a parallel flow structure in which the reaction fluid and the heat medium flow in the same direction.
  • FIG. A reaction fluid introduction part 34 is attached to the fixing member 32.
  • the reaction fluid introduction part 34 is a concavely curved lid, and forms a space S1 between the reaction fluid introduction part 34 and the heat exchange part 2.
  • the first introduction ports 12 of the plurality of first flow paths 11 are opened in the space S1 (see FIG. 2).
  • the reaction fluid introduction part 34 has a first introduction pipe 36 for introducing the reaction fluid R.
  • the reaction fluid R flows into each first flow path 11 via the first introduction pipe 36.
  • the product discharge part 41 is a box-shaped member having one open surface.
  • the product discharge part 41 is installed in the heat exchange part 2 so that the said open surface may match the 1st discharge port 18 of the 1st heat conductor 10.
  • the product discharge part 41 has a first discharge pipe 42.
  • the first discharge pipe 42 discharges the reaction gas P containing the product derived from the reaction fluid R.
  • the heat medium introducing portion 35 is attached to the fixing member 33.
  • the heat medium introduction part 35 is a cover body that is curved in a concave shape, and forms a space S ⁇ b> 2 with the heat exchange part 2.
  • the second introduction ports 22 of the plurality of second flow paths 21 are opened in the space S2.
  • the heat medium introduction unit 35 includes a second introduction pipe 37 for introducing the heat medium M.
  • the heat medium M flows into each second flow path 21 via the second introduction pipe 37.
  • the heat medium discharge part 43 is a box-shaped member having one open surface, like the product discharge part 41.
  • the heat medium discharge part 43 is installed in the heat exchange part 2 so that the open surface is aligned with the second discharge port 28 of the second heat conductor 20. Further, the heat medium discharge part 43 has a second discharge pipe 44.
  • the second discharge pipe 44 discharges the heat medium M that has circulated through the heat exchange unit 2.
  • the first heat conductor 10 has a plurality of first flow paths 11 including a reaction region.
  • the main reaction region of the first flow path 11 is, for example, an intermediate portion thereof.
  • the first flow path 11 reacts with the reaction fluid R by receiving the heat of the heat medium flowing through the second flow path 21 in the second heat conductor 20 described later, and the product derived from the reaction fluid R is removed.
  • the reaction gas P containing is produced
  • the first flow path 11 is a groove formed on one surface (the upper surface in the present embodiment) of the first heat conductor 10 and having a rectangular cross section.
  • the first flow path 11 extends linearly from the first inlet 12 located on the fixed member 32 side toward the fixed member 33. As shown in FIG. 2, the plurality of first flow paths 11 are arranged in parallel.
  • the first thermal conductor 10 includes a first partition wall 13, two first side walls 14, a plurality of first intermediate walls 15, and a first end wall 16.
  • the first side wall 14, the first intermediate wall 15, and the first end wall 16 are provided on one surface of the first partition wall 13.
  • the first partition 13 is a rectangular wall and defines the overall shape of the first heat conductor 10.
  • the first side wall 14 is a wall portion provided on both sides in the extending direction of the first flow path 11.
  • the plurality of first intermediate walls 15 are wall portions located between the two first side walls 14 and provided in parallel with the first side walls 14.
  • the first end wall 16 is a wall portion provided on the opposite side of the first flow path 11 from the first introduction port 12 and extending in the arrangement direction of the first flow paths 11. The first end wall 16 prevents the reaction gas P from flowing into the space S2.
  • the first heat conductor 10 has a first communication channel 17 extending along the first end wall 16.
  • the first communication channel 17 communicates with all the first channels 11 and also communicates with the first discharge port 18. Similar to the first flow path 11, the first communication flow path 17 is also a flow path through which the reaction fluid R and the reaction gas P are circulated, and there is no substantial difference between the two.
  • the second heat conductor 20 has a plurality of second flow paths 21.
  • the second flow path 21 supplies the heat of the heat medium M to the first heat conductor 10.
  • the second flow path 21 is a groove formed on one surface (the upper surface in the present embodiment) of the second heat conductor 20 and having a rectangular cross section.
  • the second flow path 21 extends linearly from the second introduction port 22 located on the fixed member 33 side toward the fixed member 32. As shown in FIG. 3, the plurality of second flow paths 21 are arranged in parallel.
  • the second heat conductor 20 includes a second partition wall 23, two second side walls 24, a plurality of second intermediate walls 25, and a second end wall 26.
  • the second side wall 24, the plurality of second intermediate walls 25, and the second end wall 26 are provided on one surface of the second partition wall 23. That is, these are provided on the same surface as the surface on which the first side wall 14 and the like are provided with respect to the first partition wall 13.
  • the second partition wall 23 is a rectangular wall part and defines the overall shape of the second heat conductor 20.
  • the second side walls 24 are wall portions provided on both sides of the second flow path 21 in the extending direction.
  • the plurality of second intermediate walls 25 are wall portions located between the two second side walls 24 and provided in parallel with the second side walls 24.
  • the second end wall 26 is a wall portion that is provided on the opposite side of the second introduction port 22 across the second flow path 21 and extends in the arrangement direction of the second flow paths 21.
  • the second end wall 26 prevents the heat medium M from flowing into the space S1.
  • the second heat conductor 20 has a second communication channel 27 extending along the second end wall 26.
  • the second communication channel 27 communicates with all the second channels 21 and also communicates with the second discharge port 28.
  • a catalyst body (not shown) for promoting the reaction may be installed.
  • the catalyst contained in the catalyst body has an active metal effective as a main component for promoting the progress of a chemical reaction as a main component, and a catalyst suitable for promoting the reaction is appropriately selected based on the synthesis reaction performed in the reactor 1.
  • the active metal that is a catalyst component include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe (iron), Pt (platinum), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), and the like.
  • the catalyst body is prepared, for example, by supporting the catalyst on a structural material.
  • the structural material is selected from heat-resistant metals that can be molded and can carry a catalyst.
  • the heat exchange unit 2 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.
  • the reaction fluid and the heat medium may be either gas or liquid.
  • the reaction apparatus 1 of the present embodiment can perform 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 in these reactions is a gas.
  • the heat medium is preferably a substance that does not corrode the constituent materials of the reactor 1.
  • gaseous substances such as combustion gas and heating air can be used.
  • the heat medium may be a liquid substance such as water or oil.
  • FIG. 4 is a three-dimensional cross-sectional view showing a part of the heat exchange unit 2.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing an introduction path 5 and its periphery of a temperature sensor 3 to be described later.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view seen from the extending direction of the first flow path 11 and the second flow path 21.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG.
  • the temperature sensor 3 of the present embodiment is a thermocouple having an outer diameter of about 1 mm to several mm.
  • a resistance temperature detector having the same outer diameter can be applied as the temperature sensor.
  • the heat exchanging unit 2 includes the first heat conductor 10 and the second heat conductor 20 that are alternately stacked, and the cover plate 30 that is installed on the top of the stack.
  • the first channel 11 and the second channel 21 are adjacent to each other through the first partition wall 13 or the second partition wall 23 in a non-contact manner.
  • the heat exchange unit 2 has a rectangular parallelepiped structure having side surfaces 2 a by alternately stacking the first heat conductors 10 and the second heat conductors 20 and installing the cover plate 30.
  • the side surface 2 a is located on both sides of the first flow path 11 and the second flow path 21 in the arrangement direction along the first flow path 11 and the second flow path 21.
  • the side surface 2a is provided with an insertion port 5a of an introduction path 5 into which the temperature sensor 3 is inserted.
  • the edge part of the insertion port 5a may be chamfered (refer FIG. 9).
  • the introduction path 5 communicates with the first flow path 11 or the second flow path 21.
  • a pipe 4 of the temperature sensor 3 is connected to the side surface 2 a.
  • the tip (end) 4a of the pipe 4 is fixed to the side surface 2a so as to surround the insertion port 5a. Moreover, the front-end
  • tip 4a of the piping 4 is fixed to the side surface 2a so that each central axis of the piping 4 and the insertion port 5a may correspond. Accordingly, the pipe 4 communicates with the introduction path 5 through the insertion port 5a.
  • the pipe 4 is fixed to the side surface 2a by welding over the entire circumference.
  • the rear end of the pipe 4 holds the temperature sensor 3 with a known joint 45 and seals the rear end of the pipe 4.
  • the introduction path 5 of the temperature sensor 3 extends from the insertion port 5 a with a twisted positional relationship with respect to the first flow path 11 and the second flow path 21, and communicates with the first flow path 11 or the second flow path 21.
  • the introduction path 5 is formed on the surface of the first partition 13 opposite to the side where the first flow path 11 is provided, or the surface of the second partition 23 opposite to the side where the second flow path 21 is provided.
  • the first partition wall 13 and the second partition wall 23 have sufficient thickness to withstand the high internal pressure generated when the reaction fluid R flows. Therefore, the introduction path 5 can be formed.
  • the introduction path 5 extends from the insertion port 5 a with a twisted positional relationship with respect to the first flow path 11 and the second flow path 21. Therefore, the temperature sensor 3 can be installed at a desired location while suppressing the interference of the temperature sensor 3 with respect to the flow of the reaction fluid R or the heat medium M to be measured.
  • the temperature sensor 3 is inserted into the introduction path 5 through the pipe 4.
  • the inner dimension (inner diameter) of the introduction path 5 including the insertion port 5a is approximately the same as the outer dimension (outer diameter) of the temperature sensor 3 (for example, 1 mm to several mm).
  • the thickness of the pipe 4 has sufficient strength (resistance) against the high pressure generated in the pipe 4, suppresses an excessive increase in weight, and between the pipe 4 and the heat exchanging section 2 by welding or the like. It is set to a value that ensures secure connection and sealing of the internal space. Therefore, the inner dimension (inner diameter) of the pipe 4 is sufficiently larger than the inner dimension (inner diameter) of the introduction path 5, and is set to a value of several times, for example.
  • a step due to such a difference in the internal dimensions is generated around the insertion port 5a. Therefore, in a state where the pipe 4 is fixed to the heat exchanging unit 2, it becomes difficult to insert the temperature sensor 3 into the insertion port 5a. When the length of the temperature sensor 3 reaches several hundred mm, the insertion work (installation work) is hindered. Therefore, in this embodiment, a jig 6 is provided in the pipe 4 as shown in FIG. The jig 6 guides the tip of the temperature sensor 3 inserted into the pipe 4 to the insertion port 5a.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the jig 6 according to this embodiment.
  • the jig 6 is a rod-like body extending in one direction.
  • the jig 6 has an external shape (cross-sectional shape) that matches the internal shape (cross-sectional shape) of the pipe 4.
  • the jig 6 is formed in an axisymmetric columnar shape extending in one direction.
  • the jig 6 has a distal end 6a facing the insertion port 5a of the introduction path 5 and a proximal end 6b located on the opposite side of the distal end 6a.
  • the jig 6 is provided with a guide hole 7 that extends from the base end 6 b toward the tip end 6 a and opens toward the insertion port 5 a of the introduction path 5.
  • the guide hole 7 is formed at the center of the jig 6.
  • the guide hole 7 includes a tapered hole (tapered portion) 7b extending from the proximal end 6b toward the distal end 6a and communicating with the through hole 7a.
  • the guide hole 7 includes a through hole 7a formed on the distal end 6a side and a tapered hole 7b formed on the proximal end 6b side.
  • the through hole 7a has a constant inner diameter, while the tapered hole 7b is located on the same axis as the through hole 7a and extends while reducing the inner diameter to the inner diameter of the through hole 7a.
  • the guide hole 7 may be comprised only from the taper hole 7b.
  • the tapered hole 7b extends from the proximal end 6b to the distal end 6a.
  • the opening diameter d 7b of the tapered hole 7b has a maximum diameter d 6Max or it close values of the jig 6.
  • the jig 6 is movably provided in the pipe 4. That is, the maximum diameter d 6max of the jig 6 is substantially equal to the inner diameter of the pipe 4. In other words, the maximum diameter d6max of the jig 6 is set to a value such that the central axis of the jig 6 is not excessively inclined.
  • the tip 4a of the pipe 4 is fixed to the side surface 2a so that the central axes of the pipe 4 and the insertion port 5a coincide. Therefore, when the pipe 4 has the above-described dimensions, it is possible to maintain a state in which the opening of the guide hole 7 on the tip 6a side faces the insertion port 5a. Moreover, since the jig 6 and the pipe 4 are provided separately from each other, the jig 6 matching the shape (for example, the outer dimension) of the temperature sensor 3 can be easily formed, and unnecessary processing of the pipe 4 can be avoided. .
  • FIG. 7 is a view showing stepwise the process of attaching the temperature sensor 3 to the introduction path 5 in a state where the pipe 4 is fixed to the side surface 2a of the heat exchange unit 2.
  • FIG. 7A shows the initial state of the process, and the process goes through the respective states shown in FIGS. 7B and 7C to reach the final state shown in FIG. 7D.
  • the jig 6 is inserted into the pipe 4 before the pipe 4 is fixed to the side surface 2a of the heat exchange unit 2.
  • the jig 6 is inserted from the rear end of the pipe 4 after the pipe 4 is fixed to the side surface 2 a of the heat exchange unit 2.
  • the temperature sensor 3 is inserted from the rear end of the pipe 4 after the jig 6 is disposed in the pipe 4.
  • the tip of the temperature sensor 3 comes into contact with the tapered hole 7b of the jig 6.
  • the jig 6 is movably provided in the pipe 4. Accordingly, when the temperature sensor 3 is further inserted, the jig 6 also moves toward the side surface 2a (insertion port 5a) of the heat exchange unit 2.
  • the tip of the temperature sensor 3 finally reaches a predetermined location of the introduction path 5 (for example, a location exposed to the first flow path 11). That is, the temperature sensor 3 (the tip of the temperature sensor 3) reaches a predetermined location of the introduction path 5 from the pipe 4 through the guide hole 7 of the jig 6 and the insertion port 5 a of the heat exchange unit 2.
  • the jig 6 assists the insertion of the temperature sensor 3 into the insertion port 5a.
  • a taper hole 7 b is provided on the base end 6 b side of the jig 6, and the opening faces the tip of the temperature sensor 3. Therefore, when the temperature sensor 3 is inserted, the tip of the temperature sensor 3 can be guided to the central axis of the jig 6, in other words, to the position (height) where the insertion port 5 a of the heat exchange unit 2 is provided. Therefore, the insertion work of the temperature sensor 3 becomes easy. That is, the temperature sensor 3 can be easily installed in the heat exchange unit 2.
  • FIG. 8 is a view showing a modification of the jig 6, (a) is a side view showing the first modification, and (b) is a side view showing the second modification.
  • the jig 6 may include a small diameter portion 6c located on the distal end 6a side and a large diameter portion 6d located on the proximal end 6b side.
  • the small diameter part 6c has a smaller outer diameter than the large diameter part 6d.
  • the diameter of the large-diameter portion 6d is set to the maximum diameter d6max of the jig 6.
  • the small diameter portion 6c may have a tapered shape as shown in FIG.
  • the tip 6a of the jig 6 does not contact the inner surface of the pipe 4 near the tip 4a. Therefore, when the pipe 4 is welded to the side surface 2a of the heat exchanging portion 2, the jig 6 can be prevented from being thermally deformed or melted.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modification of the pipe 4.
  • the pipe 4 has a thin portion 4b having a maximum diameter d 6Max more inner diameter d 4b of the jig 6, the thick portion 4c having the inner diameter d 4c less than the maximum diameter d 6Max of the jig 6 And may be included.
  • the thin portion 4 b is located at the tip (end portion) 4 a of the pipe 4 facing the side surface 2 a of the heat exchange unit 2.
  • the jig 6 is not provided in the pipe 4 unless the inner diameter of the pipe 4 is constant and the pipe 4 is not bent extremely. It can move over its entire length. In such a situation, when the jig 6 is located at the rear end of the pipe 4, that is, at a place close to the joint 45 (see FIG. 4), the jig 6 is pushed using a means such as a rod-like member, It is necessary to move to the vicinity of the exchange part 2. When the number of temperature sensors 3 is large, such an increase in moving work hinders efficient work.
  • the movement range of the jig 6 is limited to the range in which the thin part 4b is formed. Therefore, since the position of the jig 6 can be specified in the thin portion 4b, the above-described moving operation can be omitted. Further, when the pipe 4 is bent, an accident in which the jig 6 is positioned between the bent portion and the rear end of the pipe 4 can be avoided.
  • the inner diameter d 4 c of the thick part 4 c may be equal to or smaller than the opening diameter d 7 b of the tapered hole 7 b in the base end 6 b of the jig 6. If the inner diameter d 4c thickness portion 4c following the opening diameter d 7b of the tapered hole 7b, upon insertion of the temperature sensor 3, the tip of the temperature sensor 3, a step formed by the inner surface and the jig 6 of the pipe 4 There is no contact. That is, the temperature sensor 3 can be smoothly inserted, and the installation work of the temperature sensor 3 is improved.
  • FIG. 10 is a sectional view showing a modification of the present embodiment.
  • the jig 6 may be fixed in the pipe 4.
  • the jig 6 is fixed in the pipe 4 by spot welding or press fitting.
  • the pipe 4 is welded to the heat exchanging section 2, when there is no concern about thermal deformation of the jig 6, the position confirmation of the jig 6 and the moving process thereof can be omitted, so that the installation work of the temperature sensor 3 is improved. To do.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

反応装置１は、反応流体を流通させる第１流路１１、及び、熱媒体を流通させる第２流路２１を有する熱交換部２と、熱交換部２の側面に設けられた挿入口５ａから第１流路又は第２流路まで延伸する温度センサの導入路５と、熱交換部２の側面に接続し、挿入口５ａを介して導入路５に連通する温度センサの配管４と、配管４内に設けられる治具６と、を備える。治具６には、基端６ｂから先端６ａに向けて延伸し、導入路５の挿入口５ａに向かって開口するガイド孔７が設けられる。ガイド孔７は、治具６の基端６ｂから先端６ａに向かうテーパ孔７ｂを含む。

Description

反応装置
　本開示は、熱交換型の反応装置に関する。
　熱交換型の反応装置は、熱媒体によって反応原料を含んだ反応流体を加熱又は冷却することで、反応流体の反応を進行（促進）させている。このような反応装置は、例えば、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流路とを有する熱交換部を備えている。
　反応流体と熱媒体との熱収支のバランスは、反応流路内における反応の進行状況に影響を与える。従って、反応流体の反応を効率的に進行させるには、熱収支のバランスを良好に調整することが重要である。そのためには、反応装置内を流通する流体の温度を測定可能であることが望まれる。特許文献１が開示する反応装置は、熱交換部内において反応流体及び熱媒体のうちの少なくとも一方の流路を流通する流体の温度を検出する検出部を備えている。
特開２０１７－１３１７９６号公報
　上述の通り、反応の進行状況を正確に把握するには、熱交換部の様々な箇所に温度センサを設置する必要がある。一方、温度センサの流路への設置に当たっては、流体の流れを阻害せず圧損が生じにくい構造が望まれる。このような状況の下では、熱電対のような細長い形状の温度センサが好適であり、これは反応装置における各流路の流路面積が小さくなるほど効果的となる。しかしながら、このような形状の温度センサは撓み易い一方で、当該温度センサの設置構造も微小なものとなる。また、反応流体の圧力が高い場合、製作や構造上の制約から、温度センサの挿入経路に段差が生じることがある。これらの理由により、その設置作業に膨大な時間を要してしまう。
　本開示は、熱交換部への温度センサの設置が容易な反応装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様は反応装置であって、反応流体を流通させる第１流路、及び、熱媒体を流通させる第２流路を有する熱交換部と、前記熱交換部の側面に設けられた挿入口から前記第１流路又は前記第２流路まで延伸する温度センサの導入路と、前記熱交換部の前記側面に接続し、前記挿入口を介して前記導入路に連通する前記温度センサの配管と、前記配管内に設けられ、前記導入路の前記挿入口に面する先端と、前記先端と反対側に位置する基端とを有する治具と、を備え、　前記治具には、前記基端から前記先端に向けて延伸し、前記導入路の前記挿入口に向かって開口するガイド孔が設けられ、前記ガイド孔は、前記基端から前記先端に向かうテーパ孔を含む、ことを要旨とする。
　前記治具は前記配管内に移動可能に設けられていてもよい。前記治具は、前記基端側に位置する大径部と、前記先端側に位置し且つ前記大径部よりも小さい外径をもつ小径部とを含んでもよい。前記配管は、前記治具の最大径以上の内径をもつ肉薄部と、前記治具の最大径未満の内径をもつ肉厚部とを含んでもよい。前記肉薄部は前記熱交換部の前記側面に面する端部に位置してもよい。前記肉厚部の内径は、前記治具の前記基端における前記テーパ孔の開口径以下でもよい。前記治具は前記配管内に固定されていてもよい。
　本開示によれば、熱交換部への温度センサの設置が容易な反応装置を提供することができる。
図１は、本実施形態に係る反応装置を示す側面図である。 図２は、図１におけるＡ－Ａ線断面図である。 図３は、図１におけるＢ－Ｂ線断面図である。 図４は、本実施形態に係る熱交換部の一部を示す立体断面図である。 図５は、本実施形態に係る温度センサの導入路とその周辺を示す拡大断面図であり、（ａ）は第１流路の延伸方向から見た断面図、（ｂ）は（ａ）におけるｂ－ｂ線断面図である。 図６は、本実施形態に係る治具の断面図である。 図７は、温度センサを導入路に装着する工程を段階的に示した図である。 図８は、本実施形態に係る治具の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例を示す側面図、（ｂ）は第２変形例を示す側面図である。 図９は、本実施形態に係る配管の変形例を示す断面図である。 図１０は、本実施形態の変形例を示す断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本実施形態に係る反応装置１を示す側面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ線断面図である。図３は、図１におけるＢ－Ｂ線断面図である。説明の便宜上、図２及び図３では、導入路５などの温度センサ３に関連する構造の図示を省略している。反応装置１は、反応原料を含む反応流体と熱媒体の間の熱交換により反応流体を加熱又は冷却することで、反応流体の反応を進行（促進）させるものであり、化学反応器と称されることもある。
　反応装置１は熱交換部２を備える。熱交換部２は、複数の第１熱伝導体１０と、複数の第２熱伝導体２０と、蓋板３０とを備える。第１熱伝導体１０、第２熱伝導体２０及び蓋板３０は、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り、反応流体Ｒの流通時に発生する高い内圧に耐えられる十分な厚みを有する。
　第１熱伝導体１０は、反応流体を流通させる第１流路１１を有する。一方、第２熱伝導体２０は、熱媒体を流通させる第２流路２１を有する。第１熱伝導体１０と第２熱伝導体２０は交互に積層され、その最上部（或いは最下部）に蓋板３０が設置される。後述の通り、本実施形態の熱交換部２は、反応流体と熱媒体が互いに反対方向に流れる対向流型の構造を有する。なお、熱交換部２は、反応流体と熱媒体が同方向に流れる並行流型の構造を有していてもよい。
　積層体である熱交換部２の両端は、固定部材３２、３３によって保持される。固定部材３２には、反応流体導入部３４が取り付けられている。反応流体導入部３４は、凹状に湾曲した蓋体であり、熱交換部２との間に空間Ｓ１を形成する。空間Ｓ１には、複数の第１流路１１の第１導入口１２が開口している（図２参照）。反応流体導入部３４は、反応流体Ｒを導入するための第１導入管３６を有する。反応流体Ｒは、第１導入管３６を介して各第１流路１１に流入する。
　生成物排出部４１は、１つの開放面を有する箱状部材である。生成物排出部４１は、当該開放面が第１熱伝導体１０の第１排出口１８に合うように、熱交換部２に設置される。また、生成物排出部４１は第１排出管４２を有する。第１排出管４２は、反応流体Ｒ由来の生成物を含む反応ガスＰを排出する。
　固定部材３３には、熱媒体導入部３５が取り付けられる。熱媒体導入部３５は、反応流体導入部３４と同様に、凹状に湾曲した蓋体であり、熱交換部２との間に空間Ｓ２を形成する。空間Ｓ２には複数の第２流路２１の第２導入口２２が開口している。熱媒体導入部３５は、熱媒体Ｍを導入する第２導入管３７を有する。熱媒体Ｍは、第２導入管３７を介して各第２流路２１に流入する。
　熱媒体排出部４３は、生成物排出部４１と同様に、１つの開放面を有する箱状部材である。熱媒体排出部４３は、当該開放面が第２熱伝導体２０の第２排出口２８に合うように、熱交換部２に設置される。また、熱媒体排出部４３は第２排出管４４を有する。第２排出管４４は、熱交換部２を流通した熱媒体Ｍを排出する。
　図２に示すように、第１熱伝導体１０は、反応領域を含む複数の第１流路１１を有する。第１流路１１主な反応領域は、例えば、その中間部分である。第１流路１１は、後述の第２熱伝導体２０内の第２流路２１を流通する熱媒体の熱を受容することによって反応流体Ｒに反応を起こし、反応流体Ｒ由来の生成物を含む反応ガスＰを生成する。
　第１流路１１は、第１熱伝導体１０の一方の面（本実施形態では上面）に形成され、矩形の断面を有する溝である。第１流路１１は、固定部材３２側に位置する第１導入口１２から、固定部材３３に向けて直線状に延伸している。図２に示すように、複数の第１流路１１は並列に配列する。
　第１熱伝導体１０は、第１隔壁１３と、２つの第１側壁１４と、複数の第１中間壁１５と、第１端壁１６とを含む。第１側壁１４、第１中間壁１５および第１端壁１６は、第１隔壁１３の一方の面に設けられる。第１隔壁１３は矩形の壁部であり、第１熱伝導体１０の全体的な形状を規定する。第１側壁１４は、第１流路１１の延伸方向の両側に設けられる壁部である。複数の第１中間壁１５は、２つの第１側壁１４の間に位置し、各第１側壁１４と並列に設けられる壁部である。
　第１端壁１６は、第１流路１１を挟んで第１導入口１２と反対側に設けられ、第１流路１１の配列方向に延伸する壁部である。第１端壁１６は、空間Ｓ２への反応ガスＰの流入を阻止する。
　第１熱伝導体１０は、第１端壁１６に沿って延伸する第１連絡流路１７を有する。第１連絡流路１７は、全ての第１流路１１に連通するとともに、第１排出口１８に連通する。第１流路１１と同じく、第１連絡流路１７も反応流体Ｒや反応ガスＰを流通させる流路であり、両者に実質的な差異は無い。
　図３に示すように、第２熱伝導体２０は、複数の第２流路２１を有する。第２流路２１は、熱媒体Ｍの熱を第１熱伝導体１０に供給する。
　第２流路２１は、第２熱伝導体２０の一方の面（本実施形態では上面）に形成され、矩形の断面を有する溝である。第２流路２１は、固定部材３３側に位置する第２導入口２２から、固定部材３２に向けて直線状に延伸している。図３に示すように、複数の第２流路２１は並列に配列する。
　第２熱伝導体２０は、第２隔壁２３と、２つの第２側壁２４と、複数の第２中間壁２５と、第２端壁２６とを含む。第２側壁２４、複数の第２中間壁２５および第２端壁２６は、第２隔壁２３の一方の面に設けられる。即ち、これらは、第１隔壁１３に対して第１側壁１４等が設けられる面と同様の面に設けられる。第２隔壁２３は、矩形の壁部であり、第２熱伝導体２０の全体的な形状を規定する。第２側壁２４は、第２流路２１の延伸方向の両側に設けられる壁部である。複数の第２中間壁２５は、２つの第２側壁２４の間に位置し、各第２側壁２４と並列に設けられる壁部である。
　第２端壁２６は、第２流路２１を挟んで第２導入口２２と反対側に設けられ、第２流路２１の配列方向に延伸する壁部である。第２端壁２６は、空間Ｓ１への熱媒体Ｍの流入を阻止する。
　第２熱伝導体２０は、第２端壁２６に沿って延伸する第２連絡流路２７を有する。第２連絡流路２７は、全ての第２流路２１に連通するとともに、第２排出口２８に連通する。
　第１流路１１には、反応を促進させるための触媒体（図示せず）を設置してもよい。触媒体に含まれる触媒は、化学反応の進行促進に有効な活性金属を主成分として有し、反応装置１で遂行する合成反応に基づいて、反応促進に適したものが適宜選択される。触媒成分である活性金属としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられ、１種、又は、反応促進に有効である限り、複数種を組み合わせて使用してもよい。触媒体は、例えば、触媒を構造材に担持することにより調製される。構造材は、耐熱性の金属から、成形加工が可能で、触媒の担持が可能なものが選択される。
　熱交換部２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る。反応流体及び熱媒体は、気体及び液体のいずれであってもよい。また、本実施形態の反応装置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遂行できる。そのような熱的反応による合成として、例えば、式（１）で示すメタンの水蒸気改質反応、式（２）で示すメタンのドライリフォーミング反応のような吸熱反応、式（３）で示すシフト反応、式（４）で示すメタネーション反応、式（５）で示すフィッシャー－トロプシュ（Fischer tropsch）合成反応等の発熱反応による合成がある。なお、これらの反応における反応流体は気体である。
　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）
　熱媒体は、反応装置１の構成素材を腐食させない物質が望ましい。熱媒体として加熱ガスを用いる場合は、燃焼ガス、加熱空気等の気体状物質が使用できる。熱媒体は、例えば、水、油等の液状物質でもよい。
　図４は、熱交換部２の一部を示す立体断面図である。図５は、後述する温度センサ３の導入路５とその周辺を示す拡大断面図であり、図５（ａ）は第１流路１１及び第２流路２１の延伸方向から見た断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるｂ－ｂ線断面図である。本実施形態の温度センサ３は、外径が１ｍｍから数ｍｍ程度の熱電対である。なお、反応装置１の仕様に応じて、同様の外径をもつ測温抵抗体なども温度センサとして適用可能である。
　上述の通り、熱交換部２は交互に積層される第１熱伝導体１０と第２熱伝導体２０の積層体と、この積層体の最上部に設置される蓋板３０とを備える。第１流路１１と第２流路２１とは、第１隔壁１３又は第２隔壁２３を介して非接触で隣り合う。
　図４に示すように、第１熱伝導体１０及び第２熱伝導体２０の交互の積層、並びに、蓋板３０の設置によって、熱交換部２は側面２ａを有する直方体の構造となる。側面２ａは、第１流路１１及び第２流路２１に沿って、第１流路１１及び第２流路２１の各配列方向の両側に位置する。この側面２ａには、温度センサ３が挿入される導入路５の挿入口５ａが設けられる。なお、温度センサ３の挿入を容易にするため、挿入口５ａの縁部は面取りされていてもよい（図９参照）。
　後述の通り、導入路５は第１流路１１又は第２流路２１に連通する。反応流体Ｒや熱媒体Ｍが導入路５から流出することを防止し、且つ、温度センサ３を保護するため、側面２ａには、温度センサ３の配管４が接続する。
　図５（ａ）に示すように、配管４の先端（端部）４ａは、挿入口５ａを囲むように側面２ａに固定される。また、配管４の先端４ａは、配管４と挿入口５ａの各中心軸が一致するように側面２ａに固定される。従って、配管４は挿入口５ａを介して導入路５に連通する。側面２ａと配管４の間からの流体の漏れを防止し、且つ、配管内に生じる高い圧力に耐えるため、配管４は全周に亘る溶接によって側面２ａに固定される。なお、配管４の後端は周知の継手４５により温度センサ３を保持しつつ、配管４の後端を封じている。
　温度センサ３の導入路５は、第１流路１１及び第２流路２１に対してねじれの位置関係をもって挿入口５ａから延伸し、第１流路１１又は第２流路２１に連通する。例えば、導入路５は、第１隔壁１３において第１流路１１が設けられる側と反対側の表面、或いは、第２隔壁２３において第２流路２１設けられる側と反対側の表面に形成される。第１隔壁１３及び第２隔壁２３は、反応流体Ｒの流通時に発生する高い内圧に耐えられるよう十分な厚みを有する。従って、導入路５の形成が可能となる。
　上述の通り、導入路５は、第１流路１１及び第２流路２１に対してねじれの位置関係をもって挿入口５ａから延伸している。そのため、測定対象である反応流体Ｒまたは熱媒体Ｍの流れに対する温度センサ３の干渉を抑えつつ、所望の箇所に温度センサ３を設置できる。
　温度センサ３は、配管４を通じて導入路５に挿入される。ただし、挿入口５ａを含む導入路５の内寸（内径）は、温度センサ３の外寸（外径）と同程度（例えば１ｍｍから数ｍｍ）である。一方、配管４の肉厚は、その内部に生じる高圧に対して十分な強度（耐性）を有し、重量の過剰な増加を抑え、且つ、溶接等による配管４と熱交換部２の間の確実な接続と内部空間の密閉が確保できる値に設定される。従って、配管４の内寸（内径）は、導入路５の内寸（内径）よりも十分に大きく、例えば数倍程度の値に設定される。
　挿入口５ａの周囲には、このような内寸の差による段差が生じる。そのため、配管４が熱交換部２に固定された状態では、温度センサ３を挿入口５ａに挿入することが困難となる。温度センサ３の長さが数百ｍｍに達する場合には、挿入作業（設置作業）に支障が生じてしまう。そこで本実施形態では、図５に示すように、配管４内に治具６が設けられる。治具６は、配管４に挿入された温度センサ３の先端を挿入口５ａに導く。
　図６は、本実施形態に係る治具６の断面図である。この図に示すように、治具６は一方向に延伸する棒状体である。治具６は配管４の内部形状（断面形状）に合わせた外部形状（断面形状）を有する。例えば、治具６は一方向に延伸する軸対称な円柱状に形成される。
　治具６は、導入路５の挿入口５ａに面する先端６ａと、先端６ａと反対側に位置する基端６ｂとを有する。治具６には、基端６ｂから先端６ａに向けて延伸し、導入路５の挿入口５ａに向かって開口するガイド孔７が設けられる。ガイド孔７は治具６の中心に形成される。
　ガイド孔７は、基端６ｂから先端６ａに向かって延伸し、通孔７ａに連通するテーパ孔（テーパ部）７ｂを含む。換言すれば、ガイド孔７は、先端６ａ側に形成される通孔７ａと、基端６ｂ側に形成されるテーパ孔７ｂとから構成される。通孔７ａは一定の内径を有する一方、テーパ孔７ｂは通孔７ａと同一軸上に位置すると共にその内径を通孔７ａの内径まで減少させながら延伸する。なお、ガイド孔７は、テーパ孔７ｂのみから構成されてもよい。この場合、テーパ孔７ｂは基端６ｂから先端６ａまで延伸することになる。また、テーパ孔７ｂの開口径ｄ７ｂは、治具６の最大径ｄ６ｍａｘ或いはそれ近い値を有する。
　治具６は配管４内に移動可能に設けられている。即ち、治具６の最大径ｄ６ｍａｘは、配管４の内径に略等しい。換言すれば、治具６の最大径ｄ６ｍａｘは、治具６の中心軸が過剰に傾斜しない程度の値に設定されている。上述の通り、配管４の先端４ａは、配管４と挿入口５ａの各中心軸が一致するように側面２ａに固定される。従って、配管４が上述の寸法をもつことで、先端６ａ側のガイド孔７の開口が挿入口５ａに対向する状態を維持できる。また、治具６と配管４は互いに別体として設けられているため、温度センサ３の形状（例えば外寸）に合った治具６を容易に形成でき、配管４の余計な加工を回避できる。
　図７は、配管４が熱交換部２の側面２ａに固定された状態において、温度センサ３を導入路５に装着する工程を段階的に示した図である。図７（ａ）は工程の初期状態を示し、同工程は図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示す各状態を経て、図７（ｄ）に示す最終状態に至る。
　図７（ａ）に示すように、治具６は、配管４が熱交換部２の側面２ａに固定される前に、配管４内に挿入されている。或いは、治具６は、配管４が熱交換部２の側面２ａに固定された後に、配管４の後端から挿入される。何れも場合も、温度センサ３は、治具６が配管４内に配置された後に、配管４の後端から挿入される。
　図７（ｂ）に示すように、温度センサ３を配管４に挿入すると、温度センサ３の先端が治具６のテーパ孔７ｂに当接する。上述の通り、治具６は配管４内に移動可能に設けられている。従って、温度センサ３を更に挿入すると、治具６も熱交換部２の側面２ａ（挿入口５ａ）に向けて移動する。
　図７（ｃ）に示すように、温度センサ３を更に挿入すると、治具６の先端６ａが熱交換部２の側面２ａに当接する。これにより治具６の移動が規制される。一方、温度センサ３の先端は、治具６の中心軸に近づくようにテーパ孔７ｂの斜面上を摺動する。その後、温度センサ３はガイド孔７を通過して、熱交換部２の挿入口５ａに進入する。
　図７（ｄ）に示すように、温度センサ３の先端は、最終的に導入路５の所定の箇所（例えば第１流路１１に露出する箇所）に到達する。即ち、温度センサ３（温度センサ３の先端）は、配管４から、治具６のガイド孔７及び熱交換部２の挿入口５ａを介して、導入路５の所定の箇所に到達する。
　このように、治具６は、挿入口５ａへの温度センサ３の挿入を補助する。治具６の基端６ｂ側にはテーパ孔７ｂが設けられており、その開口は温度センサ３の先端に向かっている。従って、温度センサ３の挿入時に、温度センサ３の先端を治具６の中心軸、換言すれば、熱交換部２の挿入口５ａが設けられた位置（高さ）まで、導くことができる。従って、温度センサ３の挿入作業が容易になる。即ち、熱交換部２への温度センサ３の設置が容易になる。
　図８は治具６の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例を示す側面図、（ｂ）は第２変形例を示す側面図である。これらの図に示すように、治具６は、先端６ａ側に位置する小径部６ｃと、基端６ｂ側に位置する大径部６ｄとを含んでもよい。この場合、小径部６ｃは、大径部６ｄよりも小さい外径をもつ。大径部６ｄの直径は、治具６の最大径ｄ６ｍａｘに設定される。一方、小径部６ｃは、図８（ａ）に示すようにテーパ形状を有してもよく、図８（ｂ）に示すように一定の外径を持つ筒形状を有してもよい。何れの場合においても、治具６の先端６ａは、配管４の先端４ａ近傍の内面に接触しない。従って、配管４を熱交換部２の側面２ａに溶接する際に、治具６の熱変形や溶融を防止することができる。
　図９は配管４の変形例を示す断面図である。この図に示すように、配管４は、治具６の最大径ｄ６ｍａｘ以上の内径ｄ４ｂをもつ肉薄部４ｂと、治具６の最大径ｄ６ｍａｘ未満の内径ｄ４ｃをもつ肉厚部４ｃとを含んでもよい。この場合、肉薄部４ｂは、熱交換部２の側面２ａに面する配管４の先端（端部）４ａに位置する。
　配管４の全長が比較的長い場合（例えば１ｍ程度又はそれ以上の場合）でも、配管４の内径が一定で、且つ、配管４が極端に曲げられてない限り、治具６は配管４内の全長に亘って移動できる。このような状況において、治具６が配管４の後端、即ち、継手４５（図４参照）に近い場所に位置していると、棒状部材等の手段を用いて治具６を押し、熱交換部２の近傍まで移動させる必要が生じる。温度センサ３の数が多い場合は、このような移動作業の増加が効率的な作業の妨げとなる。
　配管４に、図８に示すような肉薄部４ｂが設けられている場合、治具６の移動範囲は肉薄部４ｂが形成された範囲内に制限される。従って、治具６の位置は肉薄部４ｂ内に特定できるので、上述の移動作業を省略できる。また、配管４を曲げる場合、その屈曲箇所から配管４の後端までの間に治具６が位置する事故を回避できる。
　なお、肉薄部４ｂが設けられる場合、肉厚部４ｃの内径ｄ４ｃは、治具６の基端６ｂにおけるテーパ孔７ｂの開口径ｄ７ｂ以下でもよい。肉厚部４ｃの内径ｄ４ｃがテーパ孔７ｂの開口径ｄ７ｂ以下であれば、温度センサ３の挿入時、温度センサ３の先端は、配管４の内面と治具６とによって形成される段差に当接することが無い。即ち、温度センサ３の円滑な挿入が可能となり、温度センサ３の設置作業が向上する。
　図１０は本実施形態の変形例を示す断面図である。この図に示すように、治具６は配管４内に固定されていてもよい。治具６は点溶接や圧入などによって配管４内に固定される。配管４が熱交換部２に溶接される際に治具６の熱変形等が懸念されない場合には、治具６の位置確認やその移動工程が省略できるので、温度センサ３の設置作業が向上する。
　なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。

Claims (6)

  1. 　反応流体を流通させる第１流路、及び、熱媒体を流通させる第２流路を有する熱交換部と、
    　前記熱交換部の側面に設けられた挿入口から前記第１流路又は前記第２流路まで延伸する温度センサの導入路と、
    　前記熱交換部の前記側面に接続し、前記挿入口を介して前記導入路に連通する前記温度センサの配管と、
    　前記配管内に設けられ、前記導入路の前記挿入口に面する先端と、前記先端と反対側に位置する基端とを有する治具と、
    を備え、
    　前記治具には、前記基端から前記先端に向けて延伸し、前記導入路の前記挿入口に向かって開口するガイド孔が設けられ、
    　前記ガイド孔は、前記基端から前記先端に向かうテーパ孔を含む、
    反応装置。
  2. 　前記治具は前記配管内に移動可能に設けられている、
    請求項１に記載の反応装置。
  3. 　前記治具は、前記基端側に位置する大径部と、前記先端側に位置し且つ前記大径部よりも小さい外径をもつ小径部とを含む、
    請求項２に記載の反応装置。
  4. 　前記配管は、前記治具の最大径以上の内径をもつ肉薄部と、前記治具の最大径未満の内径をもつ肉厚部とを含み、
    　前記肉薄部は前記熱交換部の前記側面に面する端部に位置する、
    請求項１～３のうちの何れか一項に記載の反応装置。
  5. 　前記肉厚部の内径は、前記治具の前記基端における前記テーパ孔の開口径以下である、
    請求項４に記載の反応装置。
  6. 　前記治具は前記配管内に固定されている、
    請求項１に記載の反応装置。
PCT/JP2019/023225 2018-06-12 2019-06-12 反応装置 WO2019240156A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020525606A JP7103415B2 (ja) 2018-06-12 2019-06-12 反応装置
CA3103095A CA3103095A1 (en) 2018-06-12 2019-06-12 Temperature sensor installation in a heat exchange reactor
CN201980039307.3A CN112292202A (zh) 2018-06-12 2019-06-12 反应装置
EP19818989.6A EP3808444A4 (en) 2018-06-12 2019-06-12 REACTION DEVICE
US17/116,033 US11878281B2 (en) 2018-06-12 2020-12-09 Reactor with jig provided in pipe for temperature measurement

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018111762 2018-06-12
JP2018-111762 2018-06-12

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/116,033 Continuation US11878281B2 (en) 2018-06-12 2020-12-09 Reactor with jig provided in pipe for temperature measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019240156A1 true WO2019240156A1 (ja) 2019-12-19

Family

ID=68842907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/023225 WO2019240156A1 (ja) 2018-06-12 2019-06-12 反応装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11878281B2 (ja)
EP (1) EP3808444A4 (ja)
JP (1) JP7103415B2 (ja)
CN (1) CN112292202A (ja)
CA (1) CA3103095A1 (ja)
WO (1) WO2019240156A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022024179A1 (ja) * 2020-07-27 2022-02-03 株式会社Ihi 反応装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230266074A1 (en) * 2022-02-20 2023-08-24 Molecule Works Inc. Device for mass and/or heat transfer and process for capturing a molecule in a process fluid using the device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5829419U (ja) * 1981-08-22 1983-02-25 鐘淵化学工業株式会社 発泡成形用金型における温度センサ−取付構造
JP2017131796A (ja) 2016-01-25 2017-08-03 株式会社Ihi 反応装置
JP2017146210A (ja) * 2016-02-17 2017-08-24 アイシン精機株式会社 温度センサ取付構造

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB818503A (en) * 1956-09-03 1959-08-19 George Gilbert Raymond Bristow Quick-adjusting g-cramp
US6776524B2 (en) * 2001-10-02 2004-08-17 Ametek, Inc. Rake thermocouple
US20140083666A1 (en) 2012-09-27 2014-03-27 Tai-Her Yang Tri-Piece Thermal Energy Body Heat Exchanger Having Multi-Layer Pipeline and Transferring Heat to Exterior Through Outer Periphery of Pipeline
US9719733B2 (en) 2012-09-27 2017-08-01 Tai-Her Yang Tri-piece thermal energy body heat exchanger having multi-layer pipeline and transferring heat to exterior through outer periphery of pipeline
CN205953540U (zh) 2016-08-25 2017-02-15 新特能源股份有限公司 一种三氯氢硅合成炉余热利用装置
CN206027670U (zh) 2016-09-10 2017-03-22 韶远科技（上海)有限公司 控制微通道反应器反应过程中多通道的装置
CN106423004B (zh) * 2016-10-20 2018-04-24 沈阳化工研究院有限公司 一种层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用
CN206762878U (zh) * 2017-03-31 2017-12-19 江西华明纳米碳酸钙有限公司 一种超微细碳酸钙制备用包覆剂合成釜
CN107583525A (zh) * 2017-09-13 2018-01-16 广州金宗机械有限公司 一种搅拌分散装置
CN109200967A (zh) 2018-10-31 2019-01-15 山东豪迈机械制造有限公司 一种微反应器及流体混合系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5829419U (ja) * 1981-08-22 1983-02-25 鐘淵化学工業株式会社 発泡成形用金型における温度センサ−取付構造
JP2017131796A (ja) 2016-01-25 2017-08-03 株式会社Ihi 反応装置
JP2017146210A (ja) * 2016-02-17 2017-08-24 アイシン精機株式会社 温度センサ取付構造

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3808444A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022024179A1 (ja) * 2020-07-27 2022-02-03 株式会社Ihi 反応装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112292202A (zh) 2021-01-29
CA3103095A1 (en) 2019-12-19
EP3808444A1 (en) 2021-04-21
JPWO2019240156A1 (ja) 2021-07-08
JP7103415B2 (ja) 2022-07-20
US11878281B2 (en) 2024-01-23
EP3808444A4 (en) 2022-02-23
US20210086162A1 (en) 2021-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3409354B1 (en) Heat-exchange-type reactor with in-channel temperature detection
WO2019240156A1 (ja) 反応装置
WO2001051194A8 (en) Catalytic reactor
JP2007204364A (ja) 統合された自己熱改質装置／復熱装置
MX2007008365A (es) Reactor catalitico.
JP7070176B2 (ja) 反応装置
EP3527924A1 (en) Thermal treatment device
JP2020073856A (ja) 熱処理装置
WO2018105588A1 (ja) 反応装置
JP7263833B2 (ja) 熱交換構造
US20220176339A1 (en) Jig for inserting filling member into reactor
CN107427802B (zh) 沸水反应器
JP5198119B2 (ja) 燃料電池用改質装置
JP7263834B2 (ja) 熱交換構造
WO2022024309A1 (ja) 熱交換構造
EP4198438A1 (en) Heat exchange structure
JP5196540B2 (ja) 燃料電池用ガス処理装置
JP2009209003A (ja) 燃料電池用改質装置
WO2020111016A1 (ja) 反応装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19818989

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020525606

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

Ref document number: 3103095

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019818989

Country of ref document: EP

Effective date: 20210112