WO2020111016A1 - 反応装置 - Google Patents

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WO2020111016A1
WO2020111016A1 PCT/JP2019/046042 JP2019046042W WO2020111016A1 WO 2020111016 A1 WO2020111016 A1 WO 2020111016A1 JP 2019046042 W JP2019046042 W JP 2019046042W WO 2020111016 A1 WO2020111016 A1 WO 2020111016A1
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flow path
product
reaction
heat transfer
heat
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PCT/JP2019/046042
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大雅 山本
佑介 武内
明久 矢野
茂樹 坂倉
俊二 宮嶋
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株式会社Ihi
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    • 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 reactor.
  • Patent Document 1 discloses a plurality of plates that form a flow path for circulating a gas mixture that is a reaction fluid as a first fluid, and a plurality of tubes that cause a gas mixture that is another reaction fluid to flow as a second fluid.
  • a reactor comprising is disclosed.
  • the plurality of plates includes a plurality of rectangular plates and a plurality of corrugated plates that are alternately stacked.
  • Patent Document 1 as a part of a chemical process, a heat exchanger that heats a gas supplied from the outside before being introduced into the reaction device is shown in addition to the above-mentioned reaction device.
  • the heat source for this heat exchanger is a hot product gas containing the products produced in the reactor. That is, the high temperature fluid containing the product produced in the reactor is used for preheating in a heat exchanger different from the reactor.
  • the present disclosure aims to provide a reactor which is advantageous for effective use of a high temperature fluid containing a product.
  • a reaction device includes a first heat transfer body having a reaction flow path through which a reaction fluid flows, a heat medium flow path that is stacked on the first heat transfer body, and through which a heat medium flows, and a reaction fluid. And a second heat transfer body having a product flow path for circulating the product generated in the reaction flow path by heat exchange between the heat transfer medium and the heat medium, and a communication space for circulating the product from the reaction flow path to the product flow path And a product communication section having.
  • the number of main flow parts of the product flow path may be smaller than the number of main flow parts of the reaction flow path.
  • the mainstream part of the product flow path may be closer to the side surface of the second heat transfer member than the mainstream part of the heat medium flow path in the direction adjacent to the mainstream part of the heat medium flow path.
  • the product flow path may be aligned in parallel with the heat transfer medium flow path.
  • the inlet side opening of the product flow channel may be opened in the same direction as the outlet side opening of the reaction flow channel.
  • the opening on the inlet side of the product flow path may be in the same row as the opening on the outlet side of the reaction flow path along the stacking direction of the first heat transfer body and the second heat transfer body.
  • Part of the inner wall of the product communication part is a part of the side surface of the first heat transfer body including the opening on the outlet side of the reaction flow path, and the side surface of the second heat transfer body including the opening on the inlet side of the product flow path. May be configured with a part of.
  • the opening on the outlet side of the product flow path may be opened in the same direction as the opening on the inlet side of the product flow path.
  • reaction device that is advantageous for effective use of a high temperature fluid containing a product.
  • FIG. 1 is a side view showing a configuration of a reaction device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan sectional view of a portion including the first heat transfer body of the reaction device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a plan sectional view of a portion including the second heat transfer body of the reaction device according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of the reaction device 1 according to the present embodiment.
  • the reaction device 1 produces a product P by utilizing heat exchange between the reaction fluid M and the heat medium HC.
  • the reaction fluid M is a gas or a liquid containing a reaction raw material as a reactant.
  • the reaction fluid M is, for example, a raw material gas.
  • the product P is a substance produced by the thermal reaction of the reaction raw material.
  • the thermal reaction in this embodiment is an endothermic reaction.
  • the heat medium HC is, for example, a high temperature gas.
  • the reaction device 1 includes a heat exchange section 3, a reaction fluid introduction section 45, a product communication section 46, a product recovery section 49, a heat medium introduction section 53, and a heat medium recovery section 57.
  • the heat exchange section 3 causes the reaction fluid M and the heat medium HC to exchange heat with each other, and advances the thermal reaction of the reaction raw material contained in the reaction fluid M.
  • the heat exchange unit 3 includes a first heat transfer body 7, a second heat transfer body 9, and a third heat transfer body 39 that are stacked on each other.
  • Each of the first heat transfer body 7, the second heat transfer body 9, and the third heat transfer body 39 is a flat plate member formed of a heat conductive material having heat resistance.
  • the area of the laminated surface of the 1st heat transfer body 7, the 2nd heat transfer body 9, and the 3rd heat transfer body 39 shall be mutually the same.
  • the first heat transfer body 7 has a reaction flow path 17 through which the reaction fluid M or the product P flows (see FIG. 2).
  • the second heat transfer body 9 has a heat medium flow path 31 through which the heat transfer medium HC flows, and a product flow path 70 through which the product P generated in the reaction flow path 17 of the first heat transfer body 7 flows ( (See FIG. 3).
  • the reaction fluid M flowing in the main stream portion of the reaction flow path 17 and the heat medium HC flowing in the main stream portion of the heat medium flow path 31 flow in opposite directions to each other. It is a type.
  • FIG. 2 is a plan sectional view of the reaction device 1 corresponding to the II-II section shown in FIG. FIG. 2 shows the configuration and shape of the reaction device 1 in the portion including the first heat transfer body 7.
  • the reaction channel 17 includes a plurality of first channels 22 and a first confluent channel 23.
  • the first flow path 22 includes a reaction region in which the reaction raw material contained in the reaction fluid M receives the heat supplied from the heat medium HC flowing through the heat medium flow path 31 to cause an endothermic reaction.
  • the first flow path 22 corresponds to the main flow portion of the reaction flow path 17, and is a groove having a rectangular cross section with the upper side in the Z direction being opened.
  • each of the plurality of first flow paths 22 extends linearly along the Y direction and is arranged at equal intervals along the X direction.
  • One end of the first flow path 22 is open at the first side surface 60 of the heat exchange section 3 including one side surface of the first heat transfer body 7.
  • the end of the first flow path 22 that is open at the first side surface 60 is the first introduction port 20 into which the reaction fluid M is introduced.
  • the other end of the first flow path 22 communicates with the first merging flow path 23 on the side of the second side surface 61 of the heat exchange section 3 including the other side surface of the first heat transfer body 7.
  • the number of the first flow paths 22 is eight as an example.
  • the number of the first flow paths 22 is not particularly limited, and may be further increased by setting the groove width to be smaller, for example.
  • the first heat transfer body 7 includes a first base portion 11, two first side walls 13, a plurality of first intermediate walls 15, and a first partition wall 19.
  • the first base portion 11 is a plate portion that covers the entire XY plane of the first heat transfer body 7.
  • the first side wall 13 is a wall portion provided on one main surface of the first base portion 11 at a side end in the X direction which is a direction perpendicular to the extending direction of the first flow path 22.
  • the plurality of first intermediate walls 15 are sandwiched between two first side walls 13 on one main surface of the first base portion 11, are arranged in parallel to the first side walls 13, and are provided at equal intervals. It is a wall part.
  • the first partition wall 19 is provided on the second side surface 61 side on one main surface of the first base portion 11 along the X direction which is a direction perpendicular to the extending direction of the first flow path 22.
  • the first partition wall 19 changes the traveling direction of the product P or the reaction fluid M flowing through the plurality of first flow paths 22 so that the first flow path 22 does not hit the second introduction space S2. Separated by.
  • the first merging flow passage 23 is a groove having a rectangular flow passage cross section with the upper side in the Z direction being opened, and is provided linearly along the inner side surface of the first partition wall 19.
  • the first side wall 13 has a first communication port 21 for discharging the product P to the outside of the first heat transfer body 7.
  • the first communication port 21 corresponds to the opening on the outlet side of the reaction channel 17.
  • One end of the first merging flow path 23 communicates with the first communication port 21.
  • the first merging flow path 23 includes a first merging flow path 23a and a first merging flow path 23b that are independent of each other.
  • the end portion of the first merging flow path 23a communicates with the first communication port 21a provided in the one first side wall 13.
  • the end of the first confluent flow path 23b communicates with the first communication port 21b provided on the other first side wall 13.
  • the first communication port 21a is opened to the outside from the third side surface 62.
  • the third side surface 62 is one side surface of the YZ plane that is perpendicular to the first side surface 60 and the second side surface 61 of the heat exchange unit 3.
  • the first communication port 21b is opened to the outside from the fourth side surface 63.
  • the fourth side surface 63 is the other side surface of the YZ plane in the heat exchange section 3. That is, the fourth side surface 63 is on the opposite side of the third side surface 62.
  • the heat exchange part 3 is comprised by laminating
  • Corresponding to a part of each of the first side surface 60, the second side surface 61, the third side surface 62, and the fourth side surface 63 which are the four side surfaces.
  • the high-temperature fluid discharged from the first communication port 21a or the first communication port 21b to the outside did not contribute to the production of the product P in addition to the product P produced in the reaction channel 17.
  • the reaction raw material may remain.
  • FIG. 3 is a plan sectional view of the reactor 1 corresponding to the section taken along the line III-III shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the configuration and shape of the reaction device 1 in the portion including the second heat transfer body 9.
  • the heat medium flow path 31 includes a plurality of second flow paths 36 and a second merging flow path 37.
  • the heat medium HC flowing through the second flow path 36 supplies heat to the first heat transfer body 7 stacked on the second heat transfer body 9.
  • the second flow path 36 corresponds to the main flow portion of the heat medium flow path 31, and is a groove having a rectangular cross section with the upper side in the Z direction being opened.
  • each of the plurality of second flow paths 36 linearly extends along the Y direction and is arranged at equal intervals along the X direction.
  • One end of the second flow path 36 is open at the second side surface 61.
  • the end of the second flow path 36, which is open at the second side surface 61, is the second introduction port 30 into which the heat medium HC is introduced.
  • the other end of the second flow path 36 communicates with the second merging flow path 37 on the side of the first side face 60.
  • the number of the second flow paths 36 is six as an example.
  • the number of the second flow paths 36 is not particularly limited, and may be further increased in consideration of the number of the first flow paths 22 formed in the first heat transfer body 7, for example.
  • the second heat transfer body 9 includes a second base portion 25, two second side walls 27, a plurality of second intermediate walls 29, and a second partition wall 33.
  • the second base portion 25 is a plate portion that covers the entire XY plane of the second heat transfer body 9.
  • the second side wall 27 is a wall portion provided on one main surface of the second base portion 25 at a side end in the X direction which is a direction perpendicular to the extending direction of the second flow path 36.
  • the plurality of second intermediate walls 29 are sandwiched between two second side walls 27 on one main surface of the second base portion 25, are arranged in parallel to the second side walls 27, and are provided at equal intervals. It is a wall part.
  • the second partition 33 is provided on the first side face 60 side on one main surface of the second base portion 25 along the X direction which is a direction perpendicular to the extending direction of the second flow path 36.
  • the second partition wall 33 changes the traveling direction of the heat medium HC flowing through the plurality of second flow paths 36, and separates the second flow path 36 so as not to abut the first introduction space S1. ..
  • the second merging flow path 37 is a groove having a rectangular flow path cross section with the upper side in the Z direction being open, and is linearly provided along the inner side surface of the second partition wall 33.
  • the second side wall 27 has a first discharge port 35 for discharging the heat medium HC to the outside of the second heat transfer body 9.
  • One end of the second merging flow path 37 communicates with the first discharge port 35.
  • the second merging flow channel 37 includes a second merging flow channel 37a and a second merging flow channel 37b that are independent of each other.
  • the end of the second merging flow path 37a communicates with the first discharge port 35a provided in the one second side wall 27.
  • the end of the second merging flow path 37b communicates with the first discharge port 35b provided on the other side of the second side wall 27.
  • the first discharge port 35a is opened from the third side face 62 to the outside.
  • the first discharge port 35b is opened to the outside from the fourth side surface 63.
  • the heat exchange part 3 is comprised by laminating
  • the four side surfaces of the 2nd heat transfer body 9 are the heat exchange parts 3.
  • the product flow path 70 includes a third flow path 72, an introduction flow path 74, and a discharge flow path 76.
  • the product P flowing through the third flow path 72 is discharged from the first communication port 21 of the first heat transfer body 7 and introduced through the product communication unit 46.
  • the third flow path 72 corresponds to the main flow portion of the product flow path 70, and is a groove in which the upper side in the Z direction is open and the flow path has a rectangular cross section.
  • the product flow paths 70 are provided at two locations on the second heat transfer body 9.
  • the one product flow path 70 includes a third flow path 72a, an introduction flow path 74a, and a discharge flow path 76a.
  • the other product flow path 70 includes a third flow path 72b, an introduction flow path 74b, and a discharge flow path 76b. These product flow paths 70 are symmetrical to each other with respect to the Y axis.
  • the third flow path 72 is located closer to the side surface of the second heat transfer body 9 than the second flow path 36 of the heat medium flow path 31.
  • the third flow path 72a is closer to the third side surface 62 than the second flow path 36a is.
  • the third flow path 72b is closer to the fourth side surface 63 than the second flow path 36b.
  • the third flow path 72 like the second flow path 36, extends linearly along the Y direction. That is, the third flow path 72 is arranged parallel to the second flow path 36.
  • the distance between the third flow path 72 and the second flow path 36 closest to the third flow path 72 may be the same as the distance between the adjacent second flow paths 36.
  • the number of the third flow paths 72 is smaller than the number of the second flow paths 36.
  • the number of the third flow paths 72 is one for one product flow path 70 as an example.
  • the number of the third flow paths 72 in one product flow path 70 may be at least one, that is, two or more.
  • the flow direction of the product P in the third flow path 72 matches the flow direction of the heat medium HC in the second flow path 36. That is, in the present embodiment, in the third flow path 72, the product P flows along the Y direction from the second side surface 61 side toward the first side surface 60 side.
  • the introduction flow path 74 is a groove whose shape such as a cross section of the flow path is similar to that of the third flow path 72. As described above, the flow direction of the product P in the third flow path 72 is defined as the direction from the second side surface 61 side to the first side surface 60 side. Therefore, the introduction flow path 74 is linearly provided in the vicinity of the second side surface 61 and along the second side surface 61.
  • the second side wall 27 has a second communication port 80 for introducing the product P into the inside of the second heat transfer body 9.
  • the second communication port 80 corresponds to the opening on the inlet side of the product flow path 70.
  • One end of the introduction flow path 74 communicates with the third flow path 72.
  • the other end of the introduction flow path 74 communicates with the second communication port 80.
  • a second communication port 80a that communicates with the introduction flow channel 74a on the one product flow channel 70 side and a second communication port 80b that communicates with the introduction flow channel 74b on the other product flow channel 70 side.
  • the second communication port 80a is opened to the outside from the third side surface 62.
  • the second communication port 80b is opened to the outside from the fourth side surface 63.
  • the side surface of the second heat transfer body 9 in which the second communication port 80 is formed faces the same direction as the side surface of the first heat transfer body 7 in which the first communication port 21 is formed. ..
  • the first communication port 21a and the second communication port 80a are open to the outside from the third side surface 62 of the heat exchange unit 3, they face the same direction.
  • the first communication port 21b and the second communication port 80b are respectively opened to the outside from the fourth side surface 63 of the heat exchange section 3, they face the same direction.
  • the side surface of the first heat transfer body 7 and the side surface of the second heat transfer body 9 face the same direction not only when they are on the same surface such as the third side surface 62 and the fourth side surface 63. If so, they do not necessarily have to be on the same plane. That is, the planar shape of the first heat transfer body 7 and the planar shape of the second heat transfer body 9 may not be the same.
  • the first communication port 21 in the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9 are connected to each other.
  • the certain second communication port 80 is in the same row along the Z direction that is the stacking direction.
  • the plurality of first communication ports 21a and the plurality of second communication ports 80a are in the same row along the Z direction.
  • the plurality of first communication ports 21b and the plurality of second communication ports 80b are in the same row along the Z direction.
  • the discharge flow path 76 is a groove whose flow passage cross-section and the like have the same shape as the third flow path 72.
  • the discharge flow path 76 is a side facing the introduction flow path 74, that is, in the vicinity of the first side surface 60 and along the first side surface 60 due to the regulation of the flow direction of the product P in the third flow path 72. And are provided in a straight line.
  • the second heat transfer body 9 has a second merging passage 37 that is a part of the heat medium passage 31. Therefore, the discharge channel 76 is provided on the second side face 61 side of the second merging channel 37 and parallel to the second merging channel 37 so as not to interfere with the second merging channel 37. ing.
  • the second side wall 27 has a second discharge port 82 for discharging the product P to the outside of the second heat transfer body 9.
  • the second discharge port 82 corresponds to the outlet side opening of the product flow path 70.
  • One end of the discharge flow path 76 communicates with the third flow path 72.
  • the other end of the discharge flow path 76 communicates with the second discharge port 82.
  • the second discharge port 82a that communicates with the discharge flow channel 76a on the one product flow channel 70 side and the second discharge port 82b that communicates with the discharge flow channel 76b on the other product flow channel 70 side.
  • the second outlet 82a is opened from the third side surface 62 to the outside.
  • the second discharge port 82b is opened to the outside from the fourth side surface 63. That is, with respect to the one product flow passage 70, the second discharge port 82a and the second communication port 80a are on the same side surface of the second heat transfer body 9 corresponding to the third side surface 62, respectively.
  • the second discharge port 82b and the second communication port 80b are on the same side surface of the second heat transfer body 9 corresponding to the fourth side surface 63, respectively.
  • the third flow path 72 that is a part of the product flow path 70 and the second flow path 36 that is a part of the heat medium flow path 31 are parallel to each other. Further, the introduction flow path 74 and the discharge flow path 76, which are a part of the product flow path 70, and the second joining flow path 37, which is a part of the heat medium flow path 31, are also parallel to each other. Therefore, the product flow passage 70 and the heat medium flow passage 31 are arranged parallel to each other.
  • the distance between the adjacent third flow paths 72 is the same as the distance between the adjacent second flow paths 36. Good.
  • one end of each of the third flow paths 72 communicates with one introduction flow path 74 and the other end of each of the third flow paths 72. The end portion of may be communicated with one discharge flow path 76.
  • the third heat transfer body 39 is a lid installed on the top of the heat exchange section 3 in the Z direction.
  • the heat exchange section 3 By alternately stacking and joining the second heat transfer body 9 and the first heat transfer body 7 downward of the third heat transfer body 39, the heat exchange section 3 as a bonded body or a stacked body is formed. ..
  • the 1st flow path 22 and the 2nd flow path 36 or the 3rd flow path 72 adjoin in parallel via the 1st base 11 or the 2nd base 25.
  • Heat-resistant metals such as iron-based alloys and nickel alloys are suitable as the heat-conducting material of each element constituting the heat exchange section 3. Specific examples thereof include heat-resistant alloys such as iron-based alloys such as stainless steel, nickel alloys such as Inconel 625 (registered trademark), Inconel 617 (registered trademark), and Haynes 230 (registered trademark). These heat conductive materials are preferable because they have durability or corrosion resistance to reaction progress in the first flow path 22 and fluids that can be used as the heat medium HC, but are not limited thereto.
  • the heat conductive material may be iron-based plated steel, a metal coated with a heat resistant resin such as a fluororesin, or carbon graphite.
  • the heat exchange section 3 is composed of a pair of at least one first heat transfer body 7 and second heat transfer body 9.
  • the number of heat transfer bodies is large as illustrated in each drawing.
  • the number of the first flow paths 22 formed in one first heat transfer body 7 and the number of the second flow paths 36 formed in one second heat transfer body 9 are not limited. Instead, it may be appropriately changed in consideration of the design conditions of the heat exchange unit 3, heat transfer efficiency, and the like.
  • the reaction device 1 may be configured to cover the periphery of the heat exchange part 3 with a housing or a heat insulating material in order to suppress heat dissipation from the heat exchange part 3 and suppress heat loss.
  • the catalyst body 41 may be installed in the first flow path 22.
  • the catalyst contained in the catalyst body 41 is mainly composed of an active metal that is effective in promoting the progress of the endothermic reaction of the reaction raw material, and is appropriately selected based on the synthetic reaction carried out in the heat exchange section 3.
  • the active metal that can be used as the catalyst component include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe (iron), Pt (platinum), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), Pd (palladium), and the like. Be done. In addition, you may combine multiple types of active metals.
  • the catalyst body 41 is prepared, for example, by supporting a catalyst on a structural material.
  • the material of the structural material is selected from heat-resistant metals that can be molded and can carry a catalyst.
  • the shape of the catalyst body 41 may be a corrugated plate shape in which a cross section is curved in a corrugated shape or a shape that is bent in a jagged shape.
  • heat-resistant metals include Fe (iron), Cr (chrome), Al (aluminum), Y (yttrium), Co (cobalt), Ni (nickel), Mg (magnesium), Ti (titanium), Mo (molybdenum).
  • the catalyst body 41 may be formed by molding and processing a thin plate-shaped structural material made of a heat-resistant alloy such as Fecralloy (registered trademark).
  • a method for supporting the catalyst there are a method of directly supporting it on the structural material by surface modification and a method of indirectly supporting it using a carrier, and practically, it is easy to carry the catalyst using the carrier. is there.
  • the carrier is a material which does not hinder the progress of the reaction and has durability and which can favorably support the catalyst to be used, and is appropriately selected.
  • Examples thereof include metal oxides such as Al 2 O 3 (alumina), TiO 2 (titania), ZrO 2 (zirconia), CeO 2 (ceria), and SiO 2 (silica). One kind or a plurality of kinds are selected.
  • Examples of the supporting method using the carrier include a method of forming a mixture layer of the catalyst and the carrier on the surface of the molded structural material, a method of supporting the catalyst by surface modification after forming the carrier layer, and the like. ..
  • the second flow path 36 is a heat transfer member for increasing the contact area with the heat transfer medium HC to promote heat transfer between the heat transfer medium HC and the second heat transfer body 9.
  • a facilitator may be installed.
  • the shape of the heat transfer promoting body may be a corrugated plate shape in order to secure a contact area with the second heat transfer body 9.
  • Examples of the heat conductive material forming the heat transfer accelerator include metals such as aluminum, copper, stainless steel and iron-based plated steel.
  • the reaction fluid introduction part 45 is a first lid body that distributes the reaction fluid M to each of the plurality of first introduction ports 20.
  • the reaction fluid introducing part 45 has a concavely curved shape, covers the first side surface 60 of the heat exchanging part 3 in which the plurality of first introducing ports 20 of the reaction flow path 17 are open, and connects with the heat exchanging part 3.
  • a first introduction space S1 is formed between the two.
  • the reaction fluid introducing part 45 can be attached to and detached from the heat exchange part 3 or opened and closed. The worker can insert or remove the catalyst body 41 into or from the reaction flow path 17, for example, by attaching or detaching the reaction fluid introducing unit 45.
  • reaction fluid introduction unit 45 has a first introduction pipe 47 for introducing the reaction fluid M from the outside to the inside.
  • the first introduction pipe 47 faces approximately the center of the first side surface 60 on the XZ plane and is connected along the opening direction of the plurality of first introduction ports 20.
  • the product communication section 46 is a first conduit section having a communication space S3 for circulating the product P from the reaction flow channel 17 to the product flow channel 70.
  • the product communication portion 46 has a box shape having one surface as an open surface, and has the first communication port 21 of the first heat transfer body 7 and the second communication port of the second heat transfer body 9.
  • Each of the 80 is installed on the side surface of the heat exchange unit 3 so as to be included in the open surface. That is, a part of the side surface of the first heat transfer body 7 including the first communication port 21 and a part of the side surface of the second heat transfer body 9 including the second communication port 80 are respectively formed in the product connection portion 46. It becomes a part of the inner wall.
  • first communication port 21 and the second communication port 80 are on the two sides of the third side face 62 and the fourth side face 63, there are also two product communication sections 46.
  • the product communication part 46a is installed on the third side surface 62 such that each of the plurality of first communication ports 21a and the plurality of second communication ports 80a is included in the open surface.
  • the product communication part 46b is installed on the fourth side surface 63 such that each of the plurality of first communication ports 21b and the plurality of second communication ports 80b is included in the open surface.
  • the product recovery part 49 is a second conduit part having a first recovery space S4 for recovering the product P flowing through the product flow path 70.
  • the product recovery unit 49 has a box shape with one surface as an open surface, and the heat exchange unit is configured so that the second discharge port 82 of the second heat transfer body 9 is included in the open surface. It is installed on the side of 3. That is, a part of the side surface of the second heat transfer body 9 including the second discharge port 82 becomes a part of the inner wall of the product recovery unit 49.
  • the second outlet port 82 is on the two sides of the third side face 62 and the fourth side face 63, there are also two product recovery parts 49.
  • the product recovery unit 49a is installed on the third side surface 62 such that each of the plurality of second outlets 82a is included in the open surface.
  • the product recovery unit 49b is installed on the fourth side surface 63 such that each of the plurality of second outlets 82b is included in the open surface. Further, the product recovery unit 49 has a first discharge pipe 51 for discharging the product P to the outside of the reaction device 1.
  • the heat medium introducing unit 53 is a second lid that distributes the heat medium HC to each of the plurality of second inlets 30.
  • the heat medium introducing unit 53 has a concavely curved shape, covers the second side surface 61 of the heat exchanging unit 3 in which the plurality of second introducing ports 30 of the heat medium passage 31 are open, and the heat exchanging unit 3 A second introduction space S2 is formed between
  • the heat medium introducing unit 53 can be attached to and detached from the heat exchange unit 3 or opened and closed. By attaching and detaching the heat medium introducing portion 53, the operator can insert and remove the heat transfer promoting body from the heat medium flow passage 31, for example.
  • the heat medium introducing unit 53 has a second introduction pipe 59 for introducing the heat medium HC from the outside to the inside.
  • the second introduction pipe 59 faces approximately the center of the second side surface 61 on the XZ plane and is connected along the opening direction of the plurality of second introduction ports 30. According to the heat medium introduction part 53, the heat medium HC introduced from one second introduction pipe 59 is distributed to each of the plurality of second introduction ports 30.
  • the heat medium recovery part 57 is a third conduit part having a second recovery space S5 for recovering the heat medium HC flowing through the heat medium flow path 31.
  • the heat medium recovery unit 57 has a box shape having one surface as an open surface, and the heat exchange unit is configured so that the first discharge port 35 of the second heat transfer body 9 is included in the open surface. It is installed on the side of 3. That is, a part of the side surface of the second heat transfer body 9 including the first discharge port 35 becomes a part of the inner wall of the heat medium recovery unit 57.
  • the first discharge port 35 is on the two sides of the third side face 62 and the fourth side face 63, there are also two heat medium recovery parts 57.
  • the heat medium recovery unit 57a is installed on the third side surface 62 such that each of the plurality of first discharge ports 35a is included in the open surface.
  • the heat medium recovery unit 57b is installed on the fourth side surface 63 such that each of the plurality of first discharge ports 35b is included in the open surface. Further, the heat medium recovery unit 57 has a second discharge pipe 55 that discharges the heat medium HC to the outside of the reaction device 1.
  • the heat exchange unit 3 can be used as any of a liquid-liquid heat exchanger, a gas-gas heat exchanger, and a gas-liquid heat exchanger.
  • the reaction fluid M and the heat medium HC may be either gas or liquid.
  • the reaction fluid in these reactions is gaseous.
  • the heat medium HC a substance that does not corrode the constituent materials of the heat exchange section 3 is suitable, and when it is a high temperature gas as in the present embodiment, a gaseous substance such as combustion gas or heated air is used. it can. Note that, for example, a liquid substance such as water or oil may be used. However, when a gaseous substance is used as the heat medium HC, it is easier to handle than when a liquid medium is used.
  • the reaction fluid M introduced from the first introduction pipe 47 into the reaction fluid introduction unit 45 is distributed to each of the plurality of first introduction ports 20 in the first introduction space S1.
  • the temperature of the reaction fluid M at the time of introduction into the first introduction port 20 is, for example, 600 (°C).
  • the reaction fluid M is introduced into the reaction flow path 17 from each first introduction port 20 and flows in the first flow path 22 along the Y direction.
  • the heat medium HC introduced from the second introduction pipe 59 into the heat medium introduction part 53 is distributed to each of the plurality of second introduction ports 30 in the second introduction space S2.
  • the temperature of the heat medium HC at the time of introduction into the second introduction port 30 is, for example, 870 (°C).
  • the heat medium HC is introduced into the heat medium flow passage 31 from each of the second introduction ports 30 and flows in the second flow passage 36.
  • the second flow path 36 is also formed along the Y direction so as to match the first flow path 22, but the flow direction of the heat medium HC is opposite to the flow direction of the reaction fluid M.
  • the reaction fluid M By the circulation of the reaction fluid M and the heat medium HC, heat exchange is performed between the reaction fluid M and the heat medium HC in the heat exchange section 3, and the reaction fluid M is heated. Then, in the first flow path 22, the reaction fluid M undergoes an endothermic reaction at the reaction temperature due to the reaction promoting action of the catalyst body 41, and the product P is produced.
  • the product P is discharged from the first communication port 21 to the communication space S3 in the product communication unit 46 through the first confluent flow path 23.
  • the temperature of the product P at the time of discharging from the first communication port 21 is, for example, 850 (°C).
  • the temperature of the product P at the time of discharging from the first communication port 21 is specifically synonymous with the temperature of the high-temperature fluid containing the product P discharged from the first communication port 21.
  • the heat medium HC flowing through the second flow path 36 and used for heat exchange is discharged from the first discharge port 35 to the second recovery space S5 in the heat medium recovery section 57 through the second confluent flow path 37.
  • the temperature of the heat medium HC at the time of discharging from the first discharge port 35 is, for example, 630 (°C).
  • the heat medium HC recovered in the second recovery space S5 is discharged to the outside of the reaction device 1 through the second discharge pipe 55.
  • the product P discharged from the first communication port 21 to the communication space S3 passes through a plurality of product flow paths through a plurality of second communication ports 80 that communicate with the communication space S3 similarly to the first communication port 21. Introduced into any of 70. Since the product P discharged from the first communication port 21 is introduced into the second communication port 80 immediately after, the temperature at which the product P is introduced into the second communication port 80 is from the first communication port 21. It is equivalent to the temperature at the time of discharging.
  • the product P introduced into the product flow passage 70 is introduced into the third flow passage 72 through the introduction flow passage 74.
  • the third flow path 72 is formed so as to be parallel to the second flow path 36.
  • the flow direction of the product P in the third flow path 72 is the same as the flow direction of the heat medium HC flowing in the second flow path 36. Then, the product P flowing through the third flow path 72 is discharged from the second discharge port 82 to the first recovery space S4 in the product recovery section 49 through the discharge flow path 76.
  • the temperature of the product P when discharged from the second discharge port 82 is, for example, 600 (°C).
  • the product P recovered in the first recovery space S4 is discharged to the outside of the reaction device 1 through the first discharge pipe 51.
  • the third flow path 72 is formed in the second heat transfer body 9 so as to be aligned in parallel with the second flow path 36, so that the reaction flow path 17 in the first heat transfer body 7 is formed. It is also parallel to the first flow path 22. Further, the number of the third flow paths 72 is smaller than the number of the second flow paths 36. That is, the number of the third flow paths 72 formed in the second heat transfer body 9 is smaller than the number of the first flow paths 22 formed in the first heat transfer body 7. Therefore, the flow rate of the product P flowing through one third flow path 72 is larger than the flow rate of the reaction fluid M flowing through one first flow path 22.
  • the product P immediately after being discharged from the reaction flow path 17 on the first heat transfer body 7 side is introduced into the third flow path 72, the product P flowing through the third flow path 72 is The temperature is kept high. Therefore, in the heat exchange section 3, not only between the heat medium HC flowing through the second flow path 36 and the reaction fluid M flowing through the first flow path 22, but also the product P flowing through the third flow path 72. And the reaction fluid M flowing through the first flow path 22 also exchanges heat.
  • the reaction device 1 includes a first heat transfer body 7 having a reaction channel 17 through which the reaction fluid M flows.
  • the reaction device 1 is formed in the reaction flow passage 17 by heat exchange between the heat medium flow passage 31 that is laminated on the first heat transfer body 7 and circulates the heat medium HC, and the reaction fluid M and the heat medium HC.
  • the second heat transfer body 9 having a product flow path 70 that allows the generated product P to flow therethrough.
  • the reaction device 1 includes a product communication section 46 having a communication space S3 that allows the product P to flow from the reaction flow channel 17 to the product flow channel 70.
  • the high temperature fluid containing the product P generated in the reaction flow path 17 is discharged from the reaction flow path 17 and then introduced into the product flow path 70 through the product communication section 46 while maintaining the high temperature. ..
  • the second heat transfer body 9 having the product flow path 70 is stacked on the first heat transfer body 7 having the reaction flow path 17, the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9 are The laminated body in which the above are combined can be regarded as one heat exchange unit 3 as described above. That is, the product P is temporarily discharged from the heat exchange section 3 after being generated in the reaction flow path 17, but is immediately returned to the same heat exchange section 3 via the product communication section 46.
  • the thermal reaction for producing the product P from the reaction fluid M is an endothermic reaction. Accordingly, the flow direction of the heat medium HC in the heat medium flow path 31 is opposite to the flow direction of the reaction fluid M in the reaction flow path 17, and the flow direction of the product P in the product flow path 70 is heat. It is assumed that the flow direction of the heat medium HC in the medium flow path 31 is the same.
  • the high-temperature fluid containing the product P flowing through the product flow path 70 is the reaction fluid M, specifically, the reaction contained in the reaction fluid M, like the heat medium HC flowing through the heat medium flow path 31. It can be used for heat exchange with the reaction fluid M for causing the raw material to undergo an endothermic reaction.
  • the heat medium HC is used as a heat source for heat exchange with the reaction fluid M, but in addition to the heat medium HC, a high temperature fluid containing the product P is heat-exchanged with the reaction fluid M. Can be used as part of the heat source for.
  • the product flow path 70 is not provided in the second heat transfer body 9, it is assumed that the supply amount of the heat medium HC flowing in the second heat transfer body 9 is specified.
  • the product P flows as a part of the heat source for heat exchange in the second heat transfer body 9.
  • the amount of supply of the heat medium HC mainly used for heat exchange with the reaction fluid M can be suppressed by the amount. That is, according to the reaction device 1, the amount of energy used for the thermal reaction in the reaction device 1 can be suppressed.
  • the reaction apparatus 1 there are a plurality of main flow parts of the reaction flow path 17, and the number of main flow parts of the product flow path 70 may be smaller than the number of main flow parts of the reaction flow path 17.
  • the main flow section of the reaction channel 17 is, for example, the first channel 22.
  • the mainstream part of the product flow path 70 is, for example, the third flow path 72.
  • the flow rate of the product P flowing through the one third flow path 72 is larger than the flow rate of the reaction fluid M flowing through the one first flow path 22. Therefore, heat exchange can be performed more efficiently between the product P flowing in the third flow path 72 and the reaction fluid M flowing in the first flow path 22.
  • the mainstream part of the product flow path 70 is closer to the side surface of the second heat transfer member 9 than the mainstream part of the heat medium flow path 31 in the direction adjacent to the mainstream part of the heat medium flow path 31. May be.
  • the main portion of the heat medium flow passage 31 is, for example, the second flow passage 36.
  • the side surface of the second heat transfer body 9 in the direction adjacent to the mainstream portion of the heat medium flow path 31 corresponds to, for example, a part of the third side surface 62 or the fourth side surface 63.
  • the direction in which the mainstream part of the product flow channel 70 and the mainstream part of the heat medium flow channel 31 are adjacent to each other corresponds to the X direction in the drawings, but the third flow channel 72 and the second flow channel 72 as illustrated in each drawing This includes not only the direction in which the flow paths 36 are arranged in parallel, but also the direction in which they are not completely parallel.
  • the product flow passage 70 is located outside the heat medium flow passage 31 in the second heat transfer body 9, the product flow passage 70 is provided in the second heat transfer body 9. Easy to install. For example, assuming that the product flow path 70 is inside the heat medium flow path 31, the product flow path 70 is generated depending on the position of the opening of the product flow path 70 that is open from the side surface of the second heat transfer body 9 to the outside. There is a possibility that a part of the material flow path 70 may interfere with a part of the heat medium flow path 31. Alternatively, even if such interference between the flow paths does not occur, the arrangement shape of the product flow path 70 or the heat medium flow path 31 in the second heat transfer body 9 may be complicated.
  • the disposition shape of the product flow path 70 is also simplified according to the disposition shape of the heat medium flow path 31.
  • the temperature of the product P flowing through the product flow passage 70 is lower than the temperature of the heat medium HC flowing through the heat medium flow passage 31 as a whole. Therefore, by locating the product flow passage 70 outside the heat medium flow passage 31, the heat radiation from the heat medium HC to the outside of the second heat transfer body 9 is suppressed by the product P flowing through the product flow passage 70. To be done. As a result, according to the reaction device 1, since the heat loss of the heat medium HC flowing through the heat medium flow path 31 can be suppressed, for example, as compared with the case where the product flow path 70 is not installed in the second heat transfer body 9, The flow rate of the heat medium HC can be reduced.
  • the thermal reaction for producing the product P from the reaction fluid M does not need to be limited to the endothermic reaction, and may be an exothermic reaction, for example.
  • the flow direction of the product P in the product flow passage 70 may be opposite to the flow direction of the heat medium HC in the heat medium flow passage 31. Good.
  • the reaction device 1 there may be a plurality of mainstream portions of the heat medium flow passage 31.
  • the number of main parts of the product flow path 70 may be smaller than the number of main parts of the heat medium flow path 31.
  • the heat source that contributes to the thermal reaction in the reaction flow path 17 is the heat medium HC that mainly flows through the heat medium flow path 31, and the product P that flows through the product flow path 70 is It becomes clear that the hot fluid contained therein is positioned as a so-called auxiliary heat source. Therefore, even if the product flow path 70 is installed in the second heat transfer body 9, the same reaction amount or reaction rate can be maintained and the thermal efficiency can be increased as compared with the case where the product flow path 70 is not installed. it can.
  • increasing the thermal efficiency includes, for example, being advantageous in terms of energy saving and suppression of heat radiation as described above.
  • the product flow passages 70 may be arranged in parallel to the heat medium flow passage 31.
  • the case where the product flow passages 70 are arranged parallel to the heat medium flow passage 31 as shown in FIG. 3 is illustrated, but the product flow passages 70 may not be strictly parallel and may be slightly inclined.
  • the flow direction of the high temperature fluid containing the product P flowing through the product flow passages 70 and the heat medium flow passage 31 are The flow direction of the heat medium HC flowing is aligned. Therefore, the high temperature fluid containing the product P flowing through the product flow path 70 is a heat source for heat exchange as compared with the case where the extending direction of the product flow path 70 and the extending direction of the heat medium flow path 31 are not aligned.
  • the second heat transfer body 9 compared with the case where the extending direction of the product flow passage 70 and the extending direction of the heat medium flow passage 31 are not aligned, the case where the mutually extending directions are aligned is better. It becomes easy and can be advantageous in terms of suppressing the manufacturing cost.
  • the opening on the inlet side of the product flow channel 70 may be opened toward the same direction as the opening on the outlet side of the reaction flow channel 17.
  • the opening on the inlet side of the product flow path 70 is, for example, the second communication port 80.
  • the opening on the outlet side of the reaction channel 17 is, for example, the first communication port 21.
  • the communication space S3 communicates with both the opening on the inlet side of the product flow channel 70 and the opening on the outlet side of the reaction flow channel 17. According to such a reaction apparatus 1, the distance between the opening on the inlet side of the product flow channel 70 and the opening on the outlet side of the reaction flow channel 17 can be shortened. Therefore, the contact space S3 can be reduced, and as a result, the shape of the product contact portion 46 can be made compact or simplified. Further, since the high temperature fluid containing the product P discharged from the reaction flow channel 17 can be promptly introduced into the product flow channel 70, the temperature drop of the high temperature fluid is suppressed, and as a result, the heat of the reaction fluid M It is more suitable for use as part of a heat source for exchange.
  • each side surface of both heat transfer bodies is the same as that of the heat exchange part 3. It matches any one of the first side surface 60 to the fourth side surface 63.
  • being opened in the same direction means that the side surface of the first heat transfer body 7 and the side surface of the second heat transfer body 9 on which the respective openings are provided are on the same plane as illustrated. It is intended that not only in the case of the above, but also in the case of not on the same plane.
  • the opening on the inlet side of the product flow passage 70 is aligned with the opening on the outlet side of the reaction flow passage 17 along the stacking direction of the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9. May be there.
  • the product P discharged from the reaction flow channel 17 is reduced. It is possible to more quickly introduce the high temperature fluid containing P into the product flow path 70. Further, since the communication space S3 communicating with both the opening on the inlet side of the product flow channel 70 and the opening on the outlet side of the reaction flow channel 17 can be made smaller, as a result, the product communication section 46.
  • the shape of can be made compact or simplified. In the above example, as shown in FIG. 1, by arranging the plurality of first communication ports 21a and the plurality of second communication ports 80a in line along the Z direction, the product communication portion 46, particularly the Y direction. The size of can be reduced.
  • a part of the inner wall of the product communication part 46 is a part of the side surface of the first heat transfer body 7 including the opening on the outlet side of the reaction flow path 17, and the inlet side of the product flow path 70. And a part of the side surface of the second heat transfer body 9 including the opening.
  • the shape of the product communication portion 46 can be simplified to a housing shape with one surface open.
  • the product communication section 46 can be easily transferred to the first transfer section by connecting the end of the open surface to the heat exchange section 3 by welding or the like. It can be attached to the side surfaces of the heat body 7 and the second heat transfer body 9.
  • the high-temperature fluid in the communication space S3 comes into contact with a part of each side surface of the first heat transfer body 7 and the second heat transfer body 9. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the temperature of the high temperature fluid in the communication space S3.
  • the outlet side opening of the product flow channel 70 may be opened in the same direction as the inlet side opening of the product flow channel 70.
  • the opening on the outlet side of the product flow path 70 is, for example, the second discharge port 82.
  • the product flow path 70 is provided on the outlet side of the product flow path 70. It becomes easy to install the product recovery unit 49 that recovers the product P discharged from the opening.
  • the reaction apparatus 1 includes the heat medium recovery unit 57 that recovers the heat medium HC discharged from the heat medium flow path 31. According to such a reaction apparatus 1, the heat medium recovery is performed.
  • the product recovery unit 49 can be installed at a position where it does not interfere with the unit 57.

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Abstract

反応装置（１）は、反応流体（Ｍ）を流通させる反応流路（１７）を有する第１伝熱体（７）と、第１伝熱体（７）に積層され、熱媒体（ＨＣ）を流通させる熱媒体流路（３１）と、反応流体（Ｍ）と熱媒体（ＨＣ）との間の熱交換により反応流路（１７）で生成された生成物（Ｐ）を流通させる生成物流路（７０）とを有する第２伝熱体（９）と、反応流路（１７）から生成物流路（７０）へ生成物（Ｐ）を流通させる連絡空間（Ｓ３）を有する生成物連絡部（４６）とを備える。

Description

反応装置
　本開示は、熱交換型の反応装置に関する。
　従来、一方又は双方が反応流体である第１流体と第２流体との熱交換により、反応流体に含まれる反応原料の反応を進行させて所望の物質を生成させる反応装置がある。特許文献１は、第１流体として反応流体であるガス混合物を流通させるための流路を構成する複数のプレートと、第２流体として別の反応流体であるガス混合物を流通させる複数のチューブとを備える反応装置を開示している。ここで、複数のプレートは、互いに交互に積層された、複数の長方形プレートと、複数の波形プレートとを含む。
　また、特許文献１には、化学プロセスの一部として、上記のような反応装置とは別に、外部から供給されたガスを反応装置に導入する前に加熱する熱交換器が示されている。この熱交換器の加熱源は、反応装置で生成された生成物を含む高温の生成ガスである。つまり、反応装置で生成された生成物を含む高温流体は、反応装置とは別の熱交換器での予熱に利用されている。
特表２００３－５１９５６３号公報
　積層型の反応装置を含む化学プロセスにおいても、反応装置で生成された生成物を含む高温流体を、反応装置とは別の熱交換器での予熱に利用することが考えられる。しかし、そのように高温流体を予熱に利用したとしても、例えば、予熱に必要な温度が高温流体の温度よりも低い場合には、エクセルギーの観点から高温流体を有効利用することが難しいこともあり得る。
　そこで、本開示は、生成物を含む高温流体の有効利用に有利となる反応装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る反応装置は、反応流体を流通させる反応流路を有する第１伝熱体と、第１伝熱体に積層され、熱媒体を流通させる熱媒体流路と、反応流体と熱媒体との間の熱交換により反応流路で生成された生成物を流通させる生成物流路とを有する第２伝熱体と、反応流路から生成物流路へ生成物を流通させる連絡空間を有する生成物連絡部と、を備える。
　上記の反応装置では、反応流路の本流部は、複数あり、生成物流路の本流部の数は、反応流路の本流部の数よりも少なくてもよい。生成物流路の本流部は、熱媒体流路の本流部と隣り合う方向では、熱媒体流路の本流部よりも第２伝熱体の側面に近くてもよい。熱媒体流路の本流部は、複数あり、生成物流路の本流部の数は、熱媒体流路の本流部の数よりも少なくてもよい。生成物流路は、熱媒体流路に対して平行に並んでもよい。生成物流路の入口側の開口は、反応流路の出口側の開口と同一の方向に向かって開放されていてもよい。生成物流路の入口側の開口は、第１伝熱体と第２伝熱体との積層方向に沿って、反応流路の出口側の開口と同列にあってもよい。生成物連絡部の内壁の一部は、反応流路の出口側の開口を含む第１伝熱体の側面の一部と、生成物流路の入口側の開口を含む第２伝熱体の側面の一部とで構成されてもよい。生成物流路の出口側の開口は、生成物流路の入口側の開口と同一の方向に向かって開放されていてもよい。
　本開示によれば、生成物を含む高温流体の有効利用に有利となる反応装置を提供することができる。
図１は、本開示の実施形態に係る反応装置の構成を示す側面図である。 図２は、本開示の実施形態に係る反応装置の第１伝熱体を含む部位の平断面図である。 図３は、本開示の実施形態に係る反応装置の第２伝熱体を含む部位の平断面図である。
　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、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については、図示を省略する。さらに、以下の各図では、積層方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内において、反応流路及び熱媒体流路の各延伸方向にＹ軸を取り、かつ、Ｙ軸に垂直な方向にＸ軸を取る。
　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、反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとの熱交換を利用して生成物Ｐを生成する。反応流体Ｍとは、反応体としての反応原料を含む気体又は液体である。以下、反応流体Ｍは、一例として原料ガスである。生成物Ｐは、反応原料の熱的反応により生成された物質である。本実施形態における熱的反応は、吸熱反応である。また、熱媒体ＨＣは、一例として高温ガスである。
　反応装置１は、熱交換部３と、反応流体導入部４５と、生成物連絡部４６と、生成物回収部４９と、熱媒体導入部５３と、熱媒体回収部５７とを備える。
　熱交換部３は、反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとで熱交換を行わせて、反応流体Ｍに含まれる反応原料の熱的反応を進行させる。熱交換部３は、互いに積層される、第１伝熱体７と、第２伝熱体９と、第３伝熱体３９とを含む。第１伝熱体７、第２伝熱体９及び第３伝熱体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。また、第１伝熱体７、第２伝熱体９及び第３伝熱体３９の積層面の面積は、互いに同一であるものとする。本実施形態では、第１伝熱体７と第２伝熱体９とは、それぞれ複数ある。
　第１伝熱体７は、反応流体Ｍ又は生成物Ｐが流通する反応流路１７を有する（図２参照）。第２伝熱体９は、熱媒体ＨＣが流通する熱媒体流路３１と、第１伝熱体７の反応流路１７で生成された生成物Ｐを流通させる生成物流路７０とを有する（図３参照）。本実施形態では、熱交換部３は、反応流路１７の本流部を流通する反応流体Ｍと、熱媒体流路３１の本流部を流通する熱媒体ＨＣとが、互いに反対方向に流れる対向流型である。
　図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ断面に相当する、反応装置１の平断面図である。図２では、第１伝熱体７を含む部分の反応装置１の構成及び形状が示されている。
　反応流路１７は、複数の第１流路２２と、第１合流流路２３とを含む。第１流路２２は、反応流体Ｍに含まれる反応原料に、熱媒体流路３１を流通する熱媒体ＨＣから供給された熱を受容させて、吸熱反応を起こさせる反応領域を含む。第１流路２２は、反応流路１７の本流部に相当し、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝である。本実施形態では、複数の第１流路２２は、それぞれ、Ｙ方向に沿って直線状に延伸し、Ｘ方向に沿って等間隔に並んでいる。第１流路２２の一方の端部は、第１伝熱体７の一方の側面を含む熱交換部３の第１側面６０で開放されている。第１側面６０で開放されている第１流路２２の端部が、反応流体Ｍが導入される第１導入口２０である。第１流路２２の他方の端部は、第１伝熱体７の他方の側面を含む熱交換部３の第２側面６１の側で第１合流流路２３に連通する。なお、図２では、第１流路２２の数を一例として８つとしている。ただし、第１流路２２の数は、特に限定されるものではなく、例えば、溝幅をさらに小さく設定することで、さらに多くてもよい。
　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板部である。第１側壁１３は、第１基部１１の一方の主表面上で、第１流路２２の延伸方向に対して垂直方向となるＸ方向の側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の一方の主表面上で、２つの第１側壁１３に挟まれ、それぞれ、第１側壁１３に対して平行に並び、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の一方の主表面上の第２側面６１側で、第１流路２２の延伸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。ここで、仮に第１流路２２が第２側面６１まで延伸すると、第１流路２２は、熱媒体ＨＣが導入されている第２導入空間Ｓ２に突き当たる。そこで、第１隔壁１９は、複数の第１流路２２を流通してきた生成物Ｐ又は反応流体Ｍの進行方向を変化させて、第１流路２２が第２導入空間Ｓ２に突き当たらないように隔てている。
　第１合流流路２３は、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝であり、第１隔壁１９の内側面に沿って直線状に設けられている。第１側壁１３は、生成物Ｐを第１伝熱体７の外部に排出する第１連絡口２１を有する。第１連絡口２１は、反応流路１７の出口側の開口に相当する。第１合流流路２３の一方の端部は、第１連絡口２１に連通する。本実施形態では、第１合流流路２３は、互いに独立した第１合流流路２３ａと第１合流流路２３ｂとを含む。第１合流流路２３ａの端部は、一方の第１側壁１３に設けられた第１連絡口２１ａに連通する。第１合流流路２３ｂの端部は、他方の第１側壁１３に設けられた第１連絡口２１ｂに連通する。
　第１連絡口２１ａは、第３側面６２から外部に向けて開放される。第３側面６２は、熱交換部３における第１側面６０及び第２側面６１とは垂直となるＹＺ平面のうちの一方の側面である。第１連絡口２１ｂは、第４側面６３から外部に向けて開放される。第４側面６３は、熱交換部３におけるＹＺ平面のうちの他方の側面である。つまり、第４側面６３は、第３側面６２の反対側にある。また、熱交換部３は、第１伝熱体７と第２伝熱体９とを積層して構成されるものであるので、第１伝熱体７の四方の側面は、熱交換部３の四方の側面である第１側面６０、第２側面６１、第３側面６２及び第４側面６３のそれぞれ一部に相当する。
　この場合、図２に示すように、複数の第１流路２２のうち第３側面６２側にある半数の第１流路２２ａは、第１合流流路２３ａに連通する。第４側面６３側にある残り半数の第１流路２２ｂは、第１合流流路２３ｂに連通する。
　なお、第１連絡口２１ａ又は第１連絡口２１ｂから外部に排出される高温流体には、反応流路１７内で生成された生成物Ｐのほかに、生成物Ｐの生成に寄与しなかった反応原料が残存している場合もある。
　図３は、図２に示すＩＩＩ－ＩＩＩ断面に相当する、反応装置１の平断面図である。図３では、第２伝熱体９を含む部分の反応装置１の構成及び形状が示されている。
　熱媒体流路３１は、複数の第２流路３６と、第２合流流路３７とを含む。第２流路３６を流通する熱媒体ＨＣは、第２伝熱体９に積層されている第１伝熱体７へ熱を供給する。第２流路３６は、熱媒体流路３１の本流部に相当し、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝である。本実施形態では、複数の第２流路３６は、それぞれ、Ｙ方向に沿って直線状に延伸し、Ｘ方向に沿って等間隔に並んでいる。第２流路３６の一方の端部は、第２側面６１で開放されている。第２側面６１で開放されている第２流路３６の端部が、熱媒体ＨＣが導入される第２導入口３０である。第２流路３６の他方の端部は、第１側面６０の側で第２合流流路３７に連通する。なお、図３では、第２流路３６の数を一例として６つとしている。ただし、第２流路３６の数は、特に限定されるものではなく、例えば、第１伝熱体７に形成されている第１流路２２の数を考慮し、さらに多くてもよい。
　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板部である。第２側壁２７は、第２基部２５の一方の主表面上で、第２流路３６の延伸方向に対して垂直方向となるＸ方向の側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の一方の主表面上で、２つの第２側壁２７に挟まれ、それぞれ、第２側壁２７に対して平行に並び、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の一方の主表面上の第１側面６０側で、第２流路３６の延伸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。ここで、仮に第２流路３６が第１側面６０まで延伸すると、第２流路３６は、反応流体Ｍが導入されている第１導入空間Ｓ１に突き当たる。そこで、第２隔壁３３は、複数の第２流路３６を流通してきた熱媒体ＨＣの進行方向を変化させて、第２流路３６が第１導入空間Ｓ１に突き当たらないように隔てている。
　第２合流流路３７は、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝であり、第２隔壁３３の内側面に沿って直線状に設けられている。第２側壁２７は、熱媒体ＨＣを第２伝熱体９の外部に排出する第１排出口３５を有する。第２合流流路３７の一方の端部は、第１排出口３５に連通する。本実施形態では、第２合流流路３７は、互いに独立した第２合流流路３７ａと第２合流流路３７ｂとを含む。第２合流流路３７ａの端部は、一方の第２側壁２７に設けられた第１排出口３５ａに連通する。第２合流流路３７ｂの端部は、第２側壁２７の他方に設けられた第１排出口３５ｂに連通する。
　第１排出口３５ａは、第３側面６２から外部に向けて開放される。第１排出口３５ｂは、第４側面６３から外部に開放される。また、熱交換部３は、第１伝熱体７と第２伝熱体９とを積層して構成されるものであるので、第２伝熱体９の四方の側面は、熱交換部３の四方の側面である第１側面６０、第２側面６１、第３側面６２及び第４側面６３のそれぞれ一部に相当する。
　この場合、図３に示すように、複数の第２流路３６のうち第３側面６２側にある半数の第２流路３６ａは、第２合流流路３７ａに連通する。第４側面６３側にある残り半数の第２流路３６ｂは、第２合流流路３７ｂに連通する。
　生成物流路７０は、第３流路７２と、導入流路７４と、排出流路７６とを含む。第３流路７２を流通する生成物Ｐは、第１伝熱体７の第１連絡口２１から排出され、生成物連絡部４６を介して導入されたものである。第３流路７２は、生成物流路７０の本流部に相当し、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とした溝である。本実施形態では、生成物流路７０は、第２伝熱体９の２箇所にある。一方の生成物流路７０は、第３流路７２ａと、導入流路７４ａと、排出流路７６ａとを含む。他方の生成物流路７０は、第３流路７２ｂと、導入流路７４ｂと、排出流路７６ｂとを含む。これらの生成物流路７０は、Ｙ軸を基準として互いに対称形状となっている。
　第３流路７２は、熱媒体流路３１の第２流路３６よりも、第２伝熱体９の側面の側にある。例えば、第３流路７２ａは、第２流路３６ａよりも、第３側面６２の側にある。第３流路７２ｂは、第２流路３６ｂよりも、第４側面６３の側にある。また、本実施形態では、第３流路７２は、第２流路３６と同様に、Ｙ方向に沿って直線状に延伸している。つまり、第３流路７２は、第２流路３６に対して平行に並んでいる。第３流路７２と、第３流路７２に最も近い側にある第２流路３６との間隔は、隣り合う第２流路３６同士の間隔と同じでもよい。
　第３流路７２の数は、第２流路３６の数よりも少ない。図３では、１箇所の生成物流路７０につき、第３流路７２の数を一例として１つとしている。ただし、１箇所の生成物流路７０における第３流路７２の数は、少なくとも１つあればよく、つまり、２つ以上あってもよい。
　第３流路７２における生成物Ｐの流通方向は、第２流路３６における熱媒体ＨＣの流通方向と一致する。つまり、本実施形態では、第３流路７２では、生成物Ｐは、Ｙ方向に沿って第２側面６１側から第１側面６０側に向かって流通する。
　導入流路７４は、流路断面等の形状が第３流路７２と同様である溝である。上記のとおり、第３流路７２における生成物Ｐの流通方向は、第２側面６１側から第１側面６０側に向かう方向と規定されている。そこで、導入流路７４は、第２側面６１の近傍で、かつ、第２側面６１に沿って、直線状に設けられている。第２側壁２７は、生成物Ｐを第２伝熱体９の内部に導入する第２連絡口８０を有する。第２連絡口８０は、生成物流路７０の入口側の開口に相当する。導入流路７４の一方の端部は、第３流路７２に連通する。導入流路７４の他方の端部は、第２連絡口８０に連通する。
　本実施形態では、一方の生成物流路７０側の導入流路７４ａが連通される第２連絡口８０ａと、他方の生成物流路７０側の導入流路７４ｂが連通される第２連絡口８０ｂとの２つの第２連絡口８０がある。第２連絡口８０ａは、第３側面６２から外部に向けて開放される。第２連絡口８０ｂは、第４側面６３から外部に開放される。
　ここで、第２連絡口８０が形成されている第２伝熱体９の側面は、第１連絡口２１が形成されている第１伝熱体７の側面と、同一の方向を向いている。例えば、第１連絡口２１ａと第２連絡口８０ａとは、それぞれ、熱交換部３における第３側面６２から外部に向けて開放されているので、同一の方向を向いている。同様に、第１連絡口２１ｂと第２連絡口８０ｂとは、それぞれ、熱交換部３における第４側面６３から外部に向けて開放されているので、同一の方向を向いている。なお、第１伝熱体７の側面と第２伝熱体９の側面とは、互いに第３側面６２や第４側面６３等の同一面上にある場合のみならず、互いに同一の方向を向いていれば、必ずしも同一面上になくてもよい。つまり、第１伝熱体７の平面形状と第２伝熱体９の平面形状とが一致していなくてもよい場合もあり得る。
　また、本実施形態では、第１伝熱体７と第２伝熱体９とが積層された状態では、第１伝熱体７にある第１連絡口２１と、第２伝熱体９にある第２連絡口８０とは、積層方向であるＺ方向に沿って同列にある。例えば、第３側面６２側では、図１に示すように、複数の第１連絡口２１ａと、複数の第２連絡口８０ａとは、それぞれＺ方向に沿って同列である。同様に、第４側面６３側では、複数の第１連絡口２１ｂと、複数の第２連絡口８０ｂとは、それぞれＺ方向に沿って同列である。
　排出流路７６は、導入流路７４と同様に、流路断面等の形状が第３流路７２と同様である溝である。排出流路７６は、第３流路７２における生成物Ｐの流通方向の規定により、導入流路７４とは相対する側、すなわち、第１側面６０の近傍で、かつ、第１側面６０に沿って、直線状に設けられている。ただし、第２伝熱体９には、熱媒体流路３１の一部である第２合流流路３７が存在している。そこで、排出流路７６は、第２合流流路３７と干渉しないように、第２合流流路３７よりも第２側面６１側で、かつ、第２合流流路３７に対して平行に設けられている。第２側壁２７は、生成物Ｐを第２伝熱体９の外部に排出する第２排出口８２を有する。第２排出口８２は、生成物流路７０の出口側の開口に相当する。排出流路７６の一方の端部は、第３流路７２に連通する。排出流路７６の他方の端部は、第２排出口８２に連通する。
　本実施形態では、一方の生成物流路７０側の排出流路７６ａが連通される第２排出口８２ａと、他方の生成物流路７０側の排出流路７６ｂが連通される第２排出口８２ｂとの２つの第２排出口８２がある。第２排出口８２ａは、第３側面６２から外部に向けて開放される。第２排出口８２ｂは、第４側面６３から外部に開放される。つまり、一方の生成物流路７０に関して、第２排出口８２ａと第２連絡口８０ａとは、それぞれ、第３側面６２に対応する第２伝熱体９の同一側面にある。同様に、他方の生成物流路７０に関して、第２排出口８２ｂと第２連絡口８０ｂとは、それぞれ、第４側面６３に対応する第２伝熱体９の同一側面にある。
　また、本実施形態では、生成物流路７０の一部である第３流路７２と、熱媒体流路３１の一部である第２流路３６とは、互いに平行である。また、生成物流路７０の一部である導入流路７４及び排出流路７６と、熱媒体流路３１の一部である第２合流流路３７とも、互いに平行である。したがって、生成物流路７０と熱媒体流路３１とは、互いに平行に並ぶ。
　なお、１箇所の生成物流路７０における第３流路７２の数が２つ以上である場合、隣り合う第３流路７２同士の間隔は、隣り合う第２流路３６同士の間隔と同じでもよい。同様に第３流路７２の数が２つ以上である場合、それぞれの第３流路７２の一方の端部は、１つの導入流路７４に連通し、それぞれの第３流路７２の他方の端部は、１つの排出流路７６に連通してもよい。
　第３伝熱体３９は、熱交換部３のＺ方向の最上部に設置される蓋体である。第３伝熱体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流路２２と、第２流路３６又は第３流路７２とは、第１基部１１又は第２基部２５を介して並行に隣り合う。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２２での反応進行や熱媒体ＨＣとして使用し得る流体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、熱伝導性素材は、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、それぞれ少なくとも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される。ただし、熱交換性能を向上させる観点から、伝熱体の数は、各図に例示しているように多い方が望ましい。また、１つの第１伝熱体７に形成されている第１流路２２、及び、１つの第２伝熱体９に形成されている第２流路３６の数も、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されてもよい。さらに、反応装置１は、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、第１流路２２には、触媒体４１が設置されてもよい。触媒体４１に含まれる触媒は、反応原料の吸熱反応の進行促進に有効な活性金属を主成分とし、熱交換部３で遂行され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。触媒成分として採用され得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）等が挙げられる。なお、複数種の活性金属を組み合わせてもよい。
　触媒体４１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。構造材の材質は、耐熱性の金属から、成形加工でき、触媒の担持ができるものが選択される。触媒体４１の形状は、反応流体Ｍとの接触面積を増加させるために、断面が波状に丸く湾曲したコルゲート板状やギザギザに屈曲した形状などがあり得る。耐熱性の金属としては、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）等の金属の１種又は複数種を主成分とする耐熱合金がある。例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）等の耐熱合金製の薄板状構造材を成形加工して触媒体４１を構成してもよい。触媒の担持方法としては、表面修飾等によって構造材上に直接担持する方法や、担体を用いて間接的に担持する方法などがあり、実用的には、担体を用いた触媒の担持が容易である。担体は、熱交換部３で実施される反応を考慮して、反応の進行を阻害せず耐久性を有する材料であって、使用する触媒を良好に担持し得るものが適宜選択される。例えば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＴｉＯ２（チタニア）、ＺｒＯ２（ジルコニア）、ＣｅＯ２（セリア）、ＳｉＯ２（シリカ）等の金属酸化物が挙げられ、１種又は複数種を選択して担体として使用することができる。担体を用いた担持方法としては、例えば、成形した構造材の表面に触媒と担体との混合物層を形成する方式や、担体層を形成した後に表面修飾等によって触媒を担持させる方式などが挙げられる。
　なお、第２流路３６には、不図示であるが、熱媒体ＨＣとの接触面積を増加させて熱媒体ＨＣ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が設置されてもよい。伝熱促進体の形状は、第２伝熱体９との接触面積を確保するために、コルゲート板状であってもよい。また、伝熱促進体を構成する熱伝導性素材としては、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、鉄系メッキ鋼等の金属が挙げられる。
　反応流体導入部４５は、複数の第１導入口２０のそれぞれに反応流体Ｍを分配する第１蓋体である。反応流体導入部４５は、凹状に湾曲した形状を有し、反応流路１７の複数の第１導入口２０が開放されている熱交換部３の第１側面６０を覆い、熱交換部３との間に第１導入空間Ｓ１を形成する。反応流体導入部４５は、熱交換部３に対して着脱又は開閉できる。作業者は、反応流体導入部４５の着脱等を行うことで、例えば、反応流路１７に対する触媒体４１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、第１側面６０のＸＺ平面上のおおよそ中心に対向し、複数の第１導入口２０の開口方向に沿って連接されている。
　生成物連絡部４６は、反応流路１７から生成物流路７０へ生成物Ｐを流通させる連絡空間Ｓ３を有する第１導管部である。本実施形態では、生成物連絡部４６は、１つの面を開放面とする箱形状を有し、第１伝熱体７の第１連絡口２１及び第２伝熱体９の第２連絡口８０のそれぞれが開放面に含まれるように、熱交換部３の側面に設置される。つまり、第１連絡口２１を含む第１伝熱体７の側面の一部と、第２連絡口８０を含む第２伝熱体９の側面の一部とは、それぞれ生成物連絡部４６の内壁の一部となる。本実施形態では、第１連絡口２１及び第２連絡口８０が第３側面６２と第４側面６３との２つの側にあるので、生成物連絡部４６も２つある。生成物連絡部４６ａは、複数の第１連絡口２１ａ及び複数の第２連絡口８０ａのそれぞれが開放面に含まれるように、第３側面６２に設置される。生成物連絡部４６ｂは、複数の第１連絡口２１ｂ及び複数の第２連絡口８０ｂのそれぞれが開放面に含まれるように、第４側面６３に設置される。
　生成物回収部４９は、生成物流路７０を流通した生成物Ｐを回収する第１回収空間Ｓ４を有する第２導管部である。本実施形態では、生成物回収部４９は、１つの面を開放面とする箱形状を有し、第２伝熱体９の第２排出口８２が開放面に含まれるように、熱交換部３の側面に設置される。つまり、第２排出口８２を含む第２伝熱体９の側面の一部は、生成物回収部４９の内壁の一部となる。本実施形態では、第２排出口８２が第３側面６２と第４側面６３との２つの側にあるので、生成物回収部４９も２つある。生成物回収部４９ａは、複数の第２排出口８２ａのそれぞれが開放面に含まれるように、第３側面６２に設置される。生成物回収部４９ｂは、複数の第２排出口８２ｂのそれぞれが開放面に含まれるように、第４側面６３に設置される。また、生成物回収部４９は、生成物Ｐを反応装置１の外部へ排出する第１排出配管５１を有する。
　熱媒体導入部５３は、複数の第２導入口３０のそれぞれに熱媒体ＨＣを分配する第２蓋体である。熱媒体導入部５３は、凹状に湾曲した形状を有し、熱媒体流路３１の複数の第２導入口３０が開放されている熱交換部３の第２側面６１を覆い、熱交換部３との間に第２導入空間Ｓ２を形成する。熱媒体導入部５３は、熱交換部３に対して着脱又は開閉できる。作業者は、熱媒体導入部５３の着脱等を行うことで、例えば、熱媒体流路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を外部から内部へ導入する第２導入配管５９を有する。第２導入配管５９は、第２側面６１のＸＺ平面上のおおよそ中心に対向し、複数の第２導入口３０の開口方向に沿って連接されている。熱媒体導入部５３によれば、１つの第２導入配管５９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。
　熱媒体回収部５７は、熱媒体流路３１を流通した熱媒体ＨＣを回収する第２回収空間Ｓ５を有する第３導管部である。本実施形態では、熱媒体回収部５７は、１つの面を開放面とする箱形状を有し、第２伝熱体９の第１排出口３５が開放面に含まれるように、熱交換部３の側面に設置される。つまり、第１排出口３５を含む第２伝熱体９の側面の一部は、熱媒体回収部５７の内壁の一部となる。本実施形態では、第１排出口３５が第３側面６２と第４側面６３との２つの側にあるので、熱媒体回収部５７も２つある。熱媒体回収部５７ａは、複数の第１排出口３５ａのそれぞれが開放面に含まれるように、第３側面６２に設置される。熱媒体回収部５７ｂは、複数の第１排出口３５ｂのそれぞれが開放面に含まれるように、第４側面６３に設置される。また、熱媒体回収部５７は、熱媒体ＨＣを反応装置１の外部へ排出する第２排出配管５５を有する。
　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されることができる。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、熱交換部３における吸熱反応による合成としては、例えば、式（１）で示すメタンの水蒸気改質反応、又は、式（２）で示すメタンのドライリフォーミング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、気体状である。
　ＣＨ４　＋　Ｈ２Ｏ　→　３Ｈ２　＋　ＣＯ　　　・・・（１）
　ＣＨ４　＋　ＣＯ２　→　２Ｈ２　＋　２ＣＯ　　・・・（２）
　一方、熱媒体ＨＣとしては、熱交換部３の構成素材を腐食させない物質が好適であり、本実施形態のように高温ガスである場合には、燃焼ガス、加熱空気等の気体状物質が使用できる。なお、例えば、水、油等の液状物質であってもよい。ただし、熱媒体ＨＣとして気体状物質を使用すると、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、本実施形態に係る反応装置１の作用について説明する。
　まず、反応流体Ｍに関して、第１導入配管４７から反応流体導入部４５に導入された反応流体Ｍは、第１導入空間Ｓ１において複数の第１導入口２０のそれぞれに分配される。第１導入口２０への導入時における反応流体Ｍの温度は、例えば６００（°Ｃ）である。反応流体Ｍは、各々の第１導入口２０から反応流路１７に導入されて、第１流路２２内をＹ方向に沿って流通する。
　一方、熱媒体ＨＣに関して、第２導入配管５９から熱媒体導入部５３に導入された熱媒体ＨＣは、第２導入空間Ｓ２において複数の第２導入口３０のそれぞれに分配される。第２導入口３０への導入時における熱媒体ＨＣの温度は、例えば８７０（°Ｃ）である。熱媒体ＨＣは、各々の第２導入口３０から熱媒体流路３１に導入されて、第２流路３６内を流通する。本実施形態では、第２流路３６も第１流路２２に合わせてＹ方向に沿って形成されているが、熱媒体ＨＣの流通方向は、反応流体Ｍの流通方向とは反対である。
　反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとの流通により、熱交換部３では、反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとの間で熱交換が行われ、反応流体Ｍが加熱される。そして、第１流路２２では、触媒体４１の反応促進作用も相まって、反応流体Ｍが反応温度で吸熱反応し、生成物Ｐが生成される。生成物Ｐは、第１合流流路２３を通じて、第１連絡口２１から生成物連絡部４６内の連絡空間Ｓ３に排出される。第１連絡口２１からの排出時における生成物Ｐの温度は、例えば８５０（°Ｃ）である。ここで、第１連絡口２１からの排出時における生成物Ｐの温度とは、具体的には、第１連絡口２１から排出された、生成物Ｐを含む高温流体の温度と同義である。
　一方、第２流路３６を流通して熱交換に利用された熱媒体ＨＣは、第２合流流路３７を通じて、第１排出口３５から熱媒体回収部５７内の第２回収空間Ｓ５に排出される。第１排出口３５からの排出時における熱媒体ＨＣの温度は、例えば６３０（°Ｃ）である。第２回収空間Ｓ５で回収された熱媒体ＨＣは、第２排出配管５５を通じて反応装置１の外部に排出される。
　また、第１連絡口２１から連絡空間Ｓ３に排出された生成物Ｐは、第１連絡口２１と同様に連絡空間Ｓ３に連通している複数の第２連絡口８０を通じて、複数の生成物流路７０のいずれかに導入される。第１連絡口２１から排出された生成物Ｐは、直後に第２連絡口８０に導入されるため、生成物Ｐの第２連絡口８０への導入時の温度は、第１連絡口２１からの排出時の温度と同等である。生成物流路７０に導入された生成物Ｐは、導入流路７４を通じて第３流路７２に導入される。本実施形態では、第３流路７２は、第２流路３６に対して平行に並ぶように形成されている。また、第３流路７２における生成物Ｐの流通方向は、第２流路３６を流通する熱媒体ＨＣの流通方向と同じである。その後、第３流路７２を流通した生成物Ｐは、排出流路７６を通じて、第２排出口８２から生成物回収部４９内の第１回収空間Ｓ４に排出される。第２排出口８２からの排出時における生成物Ｐの温度は、例えば６００（°Ｃ）である。第１回収空間Ｓ４で回収された生成物Ｐは、第１排出配管５１を通じて反応装置１の外部に排出される。
　上記例示したように、第３流路７２は、第２伝熱体９において第２流路３６に対して平行に並ぶように形成されているので、第１伝熱体７における反応流路１７の第１流路２２に対しても平行となる。また、第３流路７２は、第２流路３６の数よりも少なく形成されている。つまり、第２伝熱体９に形成されている第３流路７２の数は、第１伝熱体７に形成されている第１流路２２の数よりも少ない。したがって、１つの第３流路７２を流通する生成物Ｐの流量は、１つの第１流路２２を流通する反応流体Ｍの流量よりも大きくなる。また、第３流路７２には、第１伝熱体７側にある反応流路１７から排出された直後の生成物Ｐが導入されるため、第３流路７２を流通する生成物Ｐの温度は、高温に維持されている。したがって、熱交換部３では、第２流路３６を流通する熱媒体ＨＣと、第１流路２２を流通する反応流体Ｍとの間のみならず、第３流路７２を流通する生成物Ｐと、第１流路２２を流通する反応流体Ｍとの間でも、熱交換が行われる。
　次に、本実施形態に係る反応装置１による効果について説明する。
　反応装置１は、反応流体Ｍを流通させる反応流路１７を有する第１伝熱体７を備える。また、反応装置１は、第１伝熱体７に積層され、熱媒体ＨＣを流通させる熱媒体流路３１と、反応流体Ｍと熱媒体ＨＣとの間の熱交換により反応流路１７で生成された生成物Ｐを流通させる生成物流路７０とを有する第２伝熱体９を備える。さらに、反応装置１は、反応流路１７から生成物流路７０へ生成物Ｐを流通させる連絡空間Ｓ３を有する生成物連絡部４６を備える。
　まず、反応流路１７で生成された生成物Ｐを含む高温流体は、反応流路１７から排出された後、高温を維持した状態で、生成物連絡部４６を通じて生成物流路７０に導入される。ここで、生成物流路７０を有する第２伝熱体９は、反応流路１７を有する第１伝熱体７に積層されているので、第１伝熱体７と第２伝熱体９とを組み合わせた積層体は、上記例示のとおり、１つの熱交換部３とみなすことができる。つまり、生成物Ｐは、反応流路１７で生成された後に熱交換部３から一旦排出されるものの、生成物連絡部４６を介して、すぐさま同一の熱交換部３に戻される。
　ここで、反応流体Ｍから生成物Ｐを生成するための熱的反応が吸熱反応であると想定する。それに合わせて、熱媒体流路３１における熱媒体ＨＣの流通方向が、反応流路１７における反応流体Ｍの流通方向とは反対で、かつ、生成物流路７０における生成物Ｐの流通方向が、熱媒体流路３１における熱媒体ＨＣの流通方向と同じであると想定する。この場合、生成物流路７０を流通する生成物Ｐを含む高温流体は、熱媒体流路３１を流通する熱媒体ＨＣと同様に、反応流体Ｍ、具体的には、反応流体Ｍに含まれる反応原料に吸熱反応を行わせるための反応流体Ｍとの熱交換に利用することができる。つまり、反応装置１では、反応流体Ｍとの熱交換のための熱源として熱媒体ＨＣを利用するが、熱媒体ＨＣに加えて、生成物Ｐを含む高温流体を、反応流体Ｍとの熱交換のための熱源の一部として利用することができる。
　仮に第２伝熱体９に生成物流路７０を設けない場合において、第２伝熱体９内を流通させる熱媒体ＨＣの供給量が規定されているとする。これに対して、本実施形態のように第２伝熱体９に生成物流路７０を設けることで、熱交換のための熱源の一部として生成物Ｐを第２伝熱体９内で流通させる分、反応流体Ｍとの熱交換に主として利用される熱媒体ＨＣの供給量を抑えることができる。つまり、反応装置１によれば、反応装置１において熱的反応に必要なエネルギーの使用量を抑えることができる。
　このように、本実施形態によれば、生成物Ｐを含む高温流体の有効利用に有利となる反応装置１を提供することができる。
　また、反応装置１では、反応流路１７の本流部は、複数あり、生成物流路７０の本流部の数は、反応流路１７の本流部の数よりも少なくてもよい。
　ここで、反応流路１７の本流部は、例えば第１流路２２である。生成物流路７０の本流部は、例えば第３流路７２である。
　このような反応装置１によれば、１つの第３流路７２を流通する生成物Ｐの流量は、１つの第１流路２２を流通する反応流体Ｍの流量よりも大きくなる。したがって、第３流路７２を流通する生成物Ｐと、第１流路２２を流通する反応流体Ｍとの間でより効率的に熱交換を行わせることができる。
　また、反応装置１では、生成物流路７０の本流部は、熱媒体流路３１の本流部と隣り合う方向では、熱媒体流路３１の本流部よりも第２伝熱体９の側面に近くてもよい。
　ここで、熱媒体流路３１の本流部は、例えば第２流路３６である。熱媒体流路３１の本流部と隣り合う方向での第２伝熱体９の側面は、例えば、第３側面６２又は第４側面６３の一部に相当する。また、生成物流路７０の本流部と熱媒体流路３１の本流部とが隣り合う方向とは、図中Ｘ方向に相当するが、各図に例示したような第３流路７２と第２流路３６とが平行に並ぶ方向のみならず、完全には平行に並ばない方向も含む。
　このような反応装置１によれば、生成物流路７０は、第２伝熱体９において熱媒体流路３１よりも外側にあることになるので、第２伝熱体９に生成物流路７０を設置しやすくなる。例えば、生成物流路７０が熱媒体流路３１よりも内側にあると仮定すると、第２伝熱体９の側面から外部に向けて開放されている生成物流路７０の開口の位置によっては、生成物流路７０の一部が熱媒体流路３１の一部と干渉するおそれがある。又は、このような流路同士の干渉が生じないとしても、第２伝熱体９における生成物流路７０又は熱媒体流路３１の配設形状が複雑化するおそれがある。これに対して、本実施形態では、第２連絡口８０や第２排出口８２を第２伝熱体９の同一側面から開放させたとしても、当該側面の近傍に生成物流路７０があるので、生成物流路７０と熱媒体流路３１とが干渉しない。また、生成物流路７０の配設形状も、熱媒体流路３１の配設形状に沿った単純化されたものとなる。
　一方、このような反応装置１によれば、別の観点からの効果も奏し得る。例えば、生成物流路７０を流通する生成物Ｐの温度は、全体として、熱媒体流路３１を流通する熱媒体ＨＣの温度よりも低い。したがって、生成物流路７０を熱媒体流路３１よりも外側に位置させることで、熱媒体ＨＣから第２伝熱体９の外部へ向かう放熱が、生成物流路７０を流通する生成物Ｐで抑制される。結果として、反応装置１によれば、熱媒体流路３１を流通する熱媒体ＨＣの熱損失を抑えることができるので、例えば、第２伝熱体９に生成物流路７０を設置しない場合よりも、熱媒体ＨＣの流量を減らすことができる。
　なお、反応流体Ｍから生成物Ｐを生成するための熱的反応を吸熱反応に限定する必要はなく、例えば発熱反応であってもよい。
　また、熱媒体ＨＣの熱損失を抑えて熱媒体ＨＣの流量を減らす観点からすると、生成物流路７０における生成物Ｐの流通方向は、熱媒体流路３１における熱媒体ＨＣの流通方向と反対でもよい。
　また、反応装置１では、熱媒体流路３１の本流部は、複数あってもよい。この場合、生成物流路７０の本流部の数は、熱媒体流路３１の本流部の数よりも少なくてもよい。
　このような反応装置１によれば、反応流路１７における熱的反応に寄与する熱源は、主として熱媒体流路３１を流通する熱媒体ＨＣであり、生成物流路７０を流通する生成物Ｐを含む高温流体は、いわゆる補助的な熱源としての位置付けであることが明確となる。したがって、第２伝熱体９に生成物流路７０を設置したとしても、生成物流路７０を設置しない場合に比べて、同等の反応量又は反応率を維持し、かつ、熱効率を上昇させることができる。ここで、熱効率を上昇させるとは、例えば、上記説明したような省エネルギーや放熱の抑制の点で有利となることを含む。
　また、反応装置１では、生成物流路７０は、熱媒体流路３１に対して平行に並んでもよい。
　本実施形態では、生成物流路７０は、熱媒体流路３１に対して、図３に示すように平行に並ぶ場合を例示したが、厳密に平行ではなく、若干傾いていてもよい。ただし、生成物流路７０が熱媒体流路３１に対して平行に並ぶ反応装置１によれば、生成物流路７０を流通する生成物Ｐを含む高温流体の流通方向と、熱媒体流路３１を流通する熱媒体ＨＣの流通方向とが揃う。したがって、生成物流路７０を流通する生成物Ｐを含む高温流体は、生成物流路７０の延伸方向と熱媒体流路３１との延伸方向とが揃っていない場合に比べて、熱交換の熱源の一部として効率的に機能しやすくなる。また、第２伝熱体９の製造は、生成物流路７０の延伸方向と熱媒体流路３１の延伸方向とが揃っていない場合に比べて、互いの延伸方向が揃っている場合の方が容易となり、製造コストを抑える点等で有利となり得る。
　また、反応装置１では、生成物流路７０の入口側の開口は、反応流路１７の出口側の開口と同一の方向に向かって開放されていてもよい。
　ここで、生成物流路７０の入口側の開口は、例えば第２連絡口８０である。反応流路１７の出口側の開口は、例えば第１連絡口２１である。
　連絡空間Ｓ３は、生成物流路７０の入口側の開口と、反応流路１７の出口側の開口との双方の開口に連通することになる。このような反応装置１によれば、生成物流路７０の入口側の開口と、反応流路１７の出口側の開口との間の距離を短くすることができる。したがって、連絡空間Ｓ３を小さくすることができるので、結果として、生成物連絡部４６の形状をコンパクト化又は単純化させることができる。また、反応流路１７から排出された生成物Ｐを含む高温流体を迅速に生成物流路７０へ導入させることができるので、高温流体の温度の低下を抑え、結果として、反応流体Ｍとの熱交換のための熱源の一部として利用するのにより好適となる。
　なお、上記例示した熱交換部３では、第１伝熱体７と第２伝熱体９との平面形状が同一であるので、双方の伝熱体の各側面は、熱交換部３の第１側面６０～第４側面６３のいずれかに一致する。ここで、同一の方向に向かって開放されているとは、各開口が設けられている第１伝熱体７の側面と第２伝熱体９の側面とが、例示のように同一面上にある場合のみならず、同一面上にない場合でもよいことを意図している。すなわち、第１伝熱体７と第２伝熱体９との平面形状が同一でなく、第１伝熱体７と第２伝熱体９との各側面に段差が生じていても、生成物流路７０の入口側の開口と、反応流路１７の出口側の開口とが同一の方向に向かって開放されてさえいれば、効果を奏し得る。
　また、反応装置１では、生成物流路７０の入口側の開口は、第１伝熱体７と第２伝熱体９との積層方向に沿って、反応流路１７の出口側の開口と同列にあってもよい。
　このような反応装置１によれば、生成物流路７０の入口側の開口と、反応流路１７の出口側の開口と間の距離が短くなるので、反応流路１７から排出された生成物Ｐを含む高温流体をより迅速に生成物流路７０へ導入させることができる。また、生成物流路７０の入口側の開口と、反応流路１７の出口側の開口との双方の開口に連通する連絡空間Ｓ３をより小さくすることができるので、結果として、生成物連絡部４６の形状をコンパクト化又は単純化させることができる。上記例示では、図１に示すように、複数の第１連絡口２１ａと複数の第２連絡口８０ａとをそれぞれＺ方向に沿って一列に並ばせることで、生成物連絡部４６の特にＹ方向の寸法を小さくすることができる。
　また、反応装置１では、生成物連絡部４６の内壁の一部は、反応流路１７の出口側の開口を含む第１伝熱体７の側面の一部と、生成物流路７０の入口側の開口を含む第２伝熱体９の側面の一部とで構成されてもよい。
　このような反応装置１によれば、生成物連絡部４６の形状を、一方の面が開放された筐体状として簡略化させることができる。生成物連絡部４６の形状がこのような筐体状である場合には、開放面の端部を溶接等により熱交換部３に接続することで、容易に生成物連絡部４６を第１伝熱体７及び第２伝熱体９の側面に取り付けることができる。また、このような生成物連絡部４６の形状によれば、連絡空間Ｓ３内の高温流体は、第１伝熱体７及び第２伝熱体９のそれぞれの側面の一部に接触することになるので、連絡空間Ｓ３内での高温流体の温度の低下を抑えることができる。
　また、反応装置１では、生成物流路７０の出口側の開口は、生成物流路７０の入口側の開口と同一の方向に向かって開放されていてもよい。
　ここで、生成物流路７０の出口側の開口は、例えば第２排出口８２である。
　このような反応装置１によれば、生成物流路７０の配設形状が、生成物流路７０と熱媒体流路３１とが干渉しない形状となることに加えて、生成物流路７０の出口側の開口から排出された生成物Ｐを回収する生成物回収部４９を設置しやすくなる。例えば、上記例示のように、反応装置１は、熱媒体流路３１から排出された熱媒体ＨＣを回収する熱媒体回収部５７を備えるが、このような反応装置１によれば、熱媒体回収部５７と干渉しない位置に生成物回収部４９を設置することができる。
　以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更ができる。
　特願２０１８－２２０４４７号（出願日：２０１８年１１月２６日）の全内容は、ここに援用される。
　１　　反応装置
　７　　第１伝熱体
　９　　第２伝熱体
　１７　反応流路
　３１　熱媒体流路
　７０　生成物流路
　４６　生成物連絡部
　ＨＣ　熱媒体
　Ｍ　　反応流体
　Ｐ　　生成物
　Ｓ３　連絡空間

Claims (9)

  1. 　反応流体を流通させる反応流路を有する第１伝熱体と、
    　前記第１伝熱体に積層され、熱媒体を流通させる熱媒体流路と、前記反応流体と前記熱媒体との間の熱交換により前記反応流路で生成された生成物を流通させる生成物流路とを有する第２伝熱体と、
    　前記反応流路から前記生成物流路へ前記生成物を流通させる連絡空間を有する生成物連絡部と、
    を備える反応装置。
  2. 　前記反応流路の本流部は、複数あり、
    　前記生成物流路の本流部の数は、前記反応流路の前記本流部の数よりも少ない、請求項１に記載の反応装置。
  3. 　前記生成物流路の本流部は、前記熱媒体流路の本流部と隣り合う方向では、前記熱媒体流路の前記本流部よりも前記第２伝熱体の側面に近い、請求項１に記載の反応装置。
  4. 　前記熱媒体流路の前記本流部は、複数あり、
    　前記生成物流路の前記本流部の数は、前記熱媒体流路の前記本流部の数よりも少ない、請求項３に記載の反応装置。
  5. 　前記生成物流路は、前記熱媒体流路に対して平行に並ぶ、請求項１～４のいずれか１項に記載の反応装置。
  6. 　前記生成物流路の入口側の開口は、前記反応流路の出口側の開口と同一の方向に向かって開放されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の反応装置。
  7. 　前記生成物流路の入口側の前記開口は、前記第１伝熱体と前記第２伝熱体との積層方向に沿って、前記反応流路の出口側の前記開口と同列にある、請求項６に記載の反応装置。
  8. 　前記生成物連絡部の内壁の一部は、前記反応流路の出口側の前記開口を含む前記第１伝熱体の側面の一部と、前記生成物流路の入口側の前記開口を含む前記第２伝熱体の側面の一部とで構成される、請求項６又は７に記載の反応装置。
  9. 　前記生成物流路の出口側の開口は、前記生成物流路の入口側の前記開口と同一の方向に向かって開放されている、請求項６～８のいずれか１項に記載の反応装置。
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