(57)【要約】【課題】低圧力損失かつ高効率での反応を実現することができる長寿命の反応装置を提供する。【解決手段】反応装置１０は、一以上のシート状部材３０が重ねられることによって形成された積層構造体２０を有する。シート状部材は、ベース部３５と、ベース部から立ち上がった複数の突出片４０と、を含む。突出片の基端部４１における幅ｗ１が先端部４２における幅ｗ２よりも狭い。積層構造体において、突出片がその一方の側から立ち上がっているベース部の他方の側の面に、別のベース部から立ち上がった突出片の先端部が接触している。【選択図】図４
2010207753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一以上のシート状部材を含む積層構造体であって、前記シート状部材が重ねられることによって形成された積層構造体を備え、
前記積層構造体は、被処理流体を供給されるようになる入口側と、当該積層構造体内を通過した後に前記流体が排出されるようになる出口側と、を含み、
前記シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、
前記突出片の前記基端部における幅が、前記ベース部から最も離間した前記突出片の先端部における幅よりも狭く、
前記積層構造体において、前記突出片がその一方の側から立ち上がっている前記ベース部の他方の側の面に、別のベース部から立ち上がった突出片の先端部が接触している
ことを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なる第１突出片および第２突出片を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記突出片は平面視台形形状を有し、前記台形形状の平行な二つの辺のうちの短い方の辺によって前記基端部が形成されるとともに、前記台形形状の平行な二つの辺のうちの長い方の辺によって前記先端部が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の反応装置。
【請求項４】
一以上のシート状部材を含む積層構造体であって、前記シート状部材が重ねられることによって形成された積層構造体を備え、
前記積層構造体は、被処理流体を供給されるようになる入口側と、当該積層構造体内を通過した後に前記流体が排出されるようになる出口側と、を含み、
前記シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、
前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なり且つ前記先端部における幅が互いに異なる第１突出片および第２突出片を含み、
前記積層構造体において、前記突出片がその一方の側から立ち上がっている前記ベース部の他方の側の面に、別のベース部から立ち上がった突出片の先端部が接触している
ことを特徴とする反応装置。
【請求項５】
前記複数の突出片は、前記シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、前記シート状部材のシート面上の一方向と平行に延び、
前記積層構造体に組み込まれた前記シート状部材の前記一方向は、前記積層構造体の前記入口側と前記出口側とを結ぶ方向に対し、４５°以上９０°未満の角度で傾斜している
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項６】
前記積層構造体は、第１のシート状部材と、前記第１のシート状部材と隣接して重ねられ第１シート状部材と同一の構成を有する第２のシート状部材と、を含み、
前記第１シート状部材および前記第２シート状部材において、前記複数の突出片は、各シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、各シート状部材のシート面上の一方向と平行に延び、
前記積層構造体において、前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向が、前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向に対して交差するように、前記第１シート状部材は、その法線方向と平行な軸線を中心として前記第２シート状部材に対して回転した状態で、前記第２シート状部材と重ねられている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記積層構造体は、第１のシート状部材と、前記第１のシート状部材と隣接して重ねられ第１シート状部材と異なる構成を有する第２のシート状部材と、を少なくとも含み、
前記第１シート状部材において、前記複数の突出片は、前記第１シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、前記第１シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、
前記第２シート状部材において、前記複数の突出片は、前記第２シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、前記第２シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、
前記積層構造体において、前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向が、前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向に対して交差するように、前記第１シート状部材と前記第２シート状部材とが重ねられている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項８】
前記第１シート状部材と前記第２シート状部材とは鏡面対称に構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の反応装置。
【請求項９】
前記積層構造体に組み込まれた前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向、および、前記積層構造体に組み込まれた前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向は、前記積層構造の前記入口側と前記出口側とを結ぶ方向に対して、同一角度で異なる向きに傾斜している
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１０】
一枚の前記シート状部材、或いは、重ねられた複数枚の前記シート状部材を巻き上げることによって積層構造体が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１１】
前記複数の突出片は、前記シート状部材を巻き上げる際の巻き取り軸線と直交する方向に並べて配置され、
前記複数の突出片の各基端部は、前記シート状部材のシート面上の一方向と平行に延びている
ことを特徴とする請求項１０に記載の反応装置。
【請求項１２】
前記一以上のシート状部材を巻き上げてなる積層構造体の外周面を形成するようになるシート状部材のベース部の外周面形成領域には、前記突出片および前記貫通孔が形成されていない
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の反応装置。
【請求項１３】
筒状部材をさらに備え、
前記一以上のシート状部材は、筒状部材に巻き上げられている
ことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１４】
前記複数の突出片は、前記シート状部材を巻き上げる際の巻き取り軸線に対して０°以上４５°以下の角度をなす方向に延びる互いに平行な複数の仮想列上に並べて配列され、
前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なる第１突出片および第２突出片を含み、
少なくとも一つの前記仮想列について、当該列上に並べられた前記突出片は、すべて、前記第１突出片および前記第２突出片のうちの前記基端部から前記先端部までの長さが長い方の突出片である
ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の反応装置。
【請求項１５】
第１のシート状部材および第２のシート状部材を含む積層構造体であって、前記第１のシート状部材および前記第２のシート状部材が交互に重ねられることによって形成された積層構造体を備え、
前記積層構造体は、被処理流体を供給されるようになる入口側と、当該積層構造体内を通過した後に前記流体が排出されるようになる出口側と、を含み、
前記第１シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、
前記第１シート状部材において、前記複数の突出片は、当該シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、当該シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、
前記第２シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、
前記第２シート状部材において、前記複数の突出片は、当該シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、当該シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、
前記第１シート状部材および前記第２シート状部材のうちの一方のシート状部材の前記ベース部の前記突出片が立ち上がっていない側の面に、前記第１シート状部材および前記第２シート状部材のうちの他方のシート状部材の前記ベース部から立ち上がった突出片の先端部が接触し、
前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向が、前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向に対して交差している
ことを特徴とする反応装置。
【請求項１６】
反応装置の積層構造体の形成に用いられるシート状部材であって、
シート状のベース部と、
前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を備え、
前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、
前記突出片の前記基端部における幅が、前記ベース部から最も離間した前記突出片の先端部における幅よりも狭い
ことを特徴とするシート状部材。
【請求項１７】
反応装置の積層構造体の形成に用いられるシート状部材であって、
シート状のベース部と、
前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を備え、
前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、
前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なり且つ前記先端部における幅が互いに異なる第１突出片および第２突出片を含む
ことを特徴とするシート状部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理流体を反応させる反応装置に係り、低圧力損失かつ高効率での反応を実現することができる長寿命の反応装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、被処理流体を反応させる反応装置に用いられるシート状部材であって、反応装置内における圧力損失を低減するとともに反応を高効率化させることができ、且つ、反応装置の寿命を長くすることができるシート状部材に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、被処理流体（処理されるべき気体や液体等）を触媒により反応させる反応装置（反応器）が、種々の分野において、広く用いられている。一例として、自動車等のエンジンから排気される排気ガスを触媒反応させて無害化させる反応装置がよく知られている。
【０００４】
エンジンからの排気ガスを処理するために現在用いられているほとんどの反応装置においては、セラミック担体またはメタル担体が、触媒作用を及ぼし得る触媒層を保持するため担体として組み込まれている（例えば、非特許文献１）。これらの担体は、ハニカム形状またはモリノス形状と呼ばれる直線状に延びる細孔の集合体として、形成されている。そして、触媒層が各細孔内の壁面にコーティングされており、排気ガス（被処理流体）は細孔内を通過する際に反応を促進されるようになる。
【０００５】
しかしながら、このような反応装置においては、被処理流体は細孔内を直線状にしか流れない。したがって、細孔の内壁に保持された触媒層によって被処理流体の反応を効率的に促進することはできない。細孔を細くすれば、被処理流体の反応を効率的に促進させることができるようになる。ただしこの場合、被処理流体が反応装置の細孔を通過する際の圧力損失が大幅に上昇してしまうという別の問題が発生する。
【０００６】
同様に、被処理流体が細孔の長手方向に流れていくため、細孔内の各位置において反応が均一に行われ得ない。具体的には、細孔の入口側で反応が起こりやすく、細孔の出口側では反応が起こりにくい。このように反応装置内で局所的に反応が起こるようになると、当該局所における触媒層の劣化が進む。この結果、一部分を除き触媒層が十分な触媒作用を発揮し得るにもかかわらず、反応装置全体を交換しなければならなくなる。上述したように反応の促進を目的として細孔を細くすると、細孔に詰まりが生じやすくなり、結果として、反応装置をさらに短寿命化させてしまうことになる。
【０００７】
とりわけ、被処理流体がエンジンからの排気ガスである場合、被処理流体に炭素微粒子からなる粒子状物質（いわゆるＰＭ）が含まれる。この粒子状物質は粘着性を有しているため、上述した不具合がより顕著に生じるようになる。
【０００８】
このような従来の反応装置に対する種々の改良が提案され、且つ、新たな形式の反応装置に関する種々の研究も行われている（例えば、特許文献１および特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】中島泰夫・村中重雄著「新・自動車用ガソリンエンジン」（山海堂）
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３０７９４４
【特許文献２】特開２００７−２７８１５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１には、凹凸を有する金属網と、邪魔板を設けられ微細孔を有する金属板と、を重ねて巻き取ることによって形成された微粒子除去装置が、開示されている。この微粒子除去装置では、二つの金属板間に金属網が配置されるようになるため、金属板間の離間間隔を十分に保つことができる。そして、金属板間に導入された排気ガスは、触媒層を保持した邪魔板に衝突し得るとともに、微細孔を通過して三次元的に移動することもできる。特許文献１によれば、このような構成の微粒子除去装置は、圧力損失を低く保ちながら、触媒層による触媒作用が排気ガスに対して効果的に及ぼされるようにすることができる、とされている。
【００１２】
確かに、この微粒子除去装置によれば、凹凸を有した金属網によって、隣り合う金属板が接触してしまうことを確実に防止することができる。このため、少なくとも使用開始時には、現在使用されているハニカム形状（モリノス形状）の担体と比較して、圧力損失を大幅に低減することができる。しかしながら、本件発明者らが実験を行ったところ、排気ガスに含まれる粘着性を有した粒子状物資（ＰＭ）が金属網に滞積しやすく、隣り合う金属板間に詰まりが使用開始後の短期間で生じてしまった。
【００１３】
一方、特許文献２の段落００３９〜００４３および図３には、切起加工によって切起片および切起開口が形成された薄板材を巻き取ることによって形成された触媒担持体が、開示されている。この触媒担持体には、上述の特許文献１に開示された装置とは異なり、金属網が設けられていない。したがって、金属網に粒子状物資（ＰＭ）が滞積して詰まりが生じるといった原因で、寿命を短期化させることはない。
【００１４】
しかしながら、切起加工を施された薄板材が巻き取られると、薄板材の一部分から突出する突出片が、当該薄板材の一部分に隣り合う薄板材の他の部分に形成された切起開口に入り込んでしまうことがある。このため、触媒担持体の巻き取られた薄板材の離間間隔が不均一となり、これにともなって、触媒担持体内において、粒子状物質を含む排気ガスが流れやすい領域と流れにくい領域とが形成されてしまう。したがって、特許文献２に開示された触媒担持体では、期待した程度に、圧力損失を低下させることができない。また、触媒担持体内の偏った領域において被処理流体の反応が活性化されるようになったり、触媒担持体内の特定の位置に詰まりが生じやすくなったりする。このため、特許文献２に開示された触媒担持体では、期待した程度に、被処理流体を効率的に処理すること、および、長寿命化させることはできない。
【００１５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、低圧力損失かつ高効率での反応を実現することができる長寿命の反応装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような反応装置に用いられるシート状部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による第１の反応装置は、一以上のシート状部材を含む積層構造体であって、前記シート状部材が重ねられることによって形成された積層構造体を備え、前記積層構造体は、被処理流体を供給されるようになる入口側と、当該積層構造体内を通過した後に前記流体が排出されるようになる出口側と、を含み、前記シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、前記突出片の前記基端部における幅が、前記ベース部から最も離間した前記突出片の先端部における幅よりも狭く、前記積層構造体において、前記突出片がその一方の側から立ち上がっている前記ベース部の他方の側の面に、別のベース部から立ち上がった突出片の先端部が接触していることを特徴とする。本発明による反応装置において、前記積層構造体に組み込まれた前記シート状部材の前記複数の突出片の各基端部は、同一の方向に延びていてもよい。
【００１７】
本発明による第１の反応装置において、前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なる第１突出片および第２突出片を含むようにしてもよい。
【００１８】
また、本発明による第１の反応装置において、前記突出片は平面視台形形状を有し、前記台形形状の平行な二つの辺のうちの短い方の辺によって前記基端部が形成されるとともに、前記台形形状の平行な二つの辺のうちの長い方の辺によって前記先端部が形成されていてもよい。
【００１９】
本発明による第２の反応装置は、一以上のシート状部材を含む積層構造体であって、前記シート状部材が重ねられることによって形成された積層構造体を備え、前記積層構造体は、被処理流体を供給されるようになる入口側と、当該積層構造体内を通過した後に前記流体が排出されるようになる出口側と、を含み、前記シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なり且つ前記先端部における幅が互いに異なる第１突出片および第２突出片を含み、前記積層構造体において、前記突出片がその一方の側から立ち上がっている前記ベース部の他方の側の面に、別のベース部から立ち上がった突出片の先端部が接触していることを特徴とする。
【００２０】
本発明による第１または第２の反応装置において、前記複数の突出片は、前記シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、前記シート状部材のシート面上の一方向と平行に延び、前記積層構造体に組み込まれた前記シート状部材の前記一方向は、前記積層構造体の前記入口側と前記出口側とを結ぶ方向に対し、４５°以上９０°未満の角度で傾斜していてもよい。
【００２１】
また、本発明による第１または第２の反応装置において、前記積層構造体は、第１のシート状部材と、前記第１のシート状部材と隣接して重ねられ第１シート状部材と同一の構成を有する第２のシート状部材と、を含み、前記第１シート状部材および前記第２シート状部材において、前記複数の突出片は、各シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、各シート状部材のシート面上の一方向と平行に延び、前記積層構造体において、前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向が、前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向に対して交差するように、前記第１シート状部材は、その法線方向と平行な軸線を中心として前記第２シート状部材に対して回転した状態で、前記第２シート状部材と重ねられていてもよい。
【００２２】
あるいは、本発明による第１または第２の反応装置において、前記積層構造体は、第１のシート状部材と、前記第１のシート状部材と隣接して重ねられ第１シート状部材と異なる構成を有する第２のシート状部材と、を少なくとも含み、前記第１シート状部材において、前記複数の突出片は、前記第１シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、前記第１シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、前記第２シート状部材において、前記複数の突出片は、前記第２シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、前記第２シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、前記積層構造体において、前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向が、前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向に対して交差するように、前記第１シート状部材と前記第２シート状部材とが重ねられていてもよい。このような本発明による第１または第２の反応装置において、前記第１シート状部材と前記第２シート状部材とは鏡面対称に構成されていてもよい。
【００２３】
このような本発明による第１または第２の反応装置において、前記積層構造体に組み込まれた前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向、および、前記積層構造体に組み込まれた前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向は、前記積層構造の前記入口側と前記出口側とを結ぶ方向に対して、同一角度で異なる向きに傾斜していてもよい。
【００２４】
さらに、本発明による第１または第２の反応装置において、一枚の前記シート状部材、或いは、重ねられた複数枚の前記シート状部材を巻き上げることによって積層構造体が形成されていてもよい。
【００２５】
このような本発明による第１または第２の反応装置において、前記複数の突出片は、前記シート状部材を巻き上げる際の巻き取り軸線と直交する方向に並べて配置され、前記複数の突出片の各基端部は、前記シート状部材のシート面上の一方向と平行に延びていてもよい。
【００２６】
また、このような本発明による第１または第２の反応装置において、前記一以上のシート状部材を巻き上げてなる積層構造体の外周面を形成するようになるシート状部材のベース部の外周面形成領域には、前記突出片および前記貫通孔が形成されていないようにしてもよい。
【００２７】
さらに、このような本発明による第１または第２の反応装置が、筒状部材をさらに備え、前記一以上のシート状部材は、筒状部材に巻き上げられていてもよい。
【００２８】
さらに、このような本発明による第１または第２の反応装置において、前記複数の突出片は、前記シート状部材を巻き上げる際の巻き取り軸線に対して０°以上４５°以下の角度をなす方向に延びる互いに平行な複数の仮想列上に並べて配列され、前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なる第１突出片および第２突出片を含み、少なくとも一つの前記仮想列について、当該列上に並べられた前記突出片は、すべて、前記第１突出片および前記第２突出片のうちの前記基端部から前記先端部までの長さが長い方の突出片であってもよい。
【００２９】
本発明による第３の反応装置は、第１のシート状部材および第２のシート状部材を含む積層構造体であって、前記第１のシート状部材および前記第２のシート状部材が交互に重ねられることによって形成された積層構造体を備え、前記積層構造体は、被処理流体を供給されるようになる入口側と、当該積層構造体内を通過した後に前記流体が排出されるようになる出口側と、を含み、前記第１シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、前記第１シート状部材において、前記複数の突出片は、当該シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、当該シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、前記第２シート状部材は、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を含み、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、前記第２シート状部材において、前記複数の突出片は、当該シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、前記複数の突出片の各基端部は、当該シート状部材のシート面上のある方向と平行に延び、前記第１シート状部材および前記第２シート状部材のうちの一方のシート状部材の前記ベース部の前記突出片が立ち上がっていない側の面に、前記第１シート状部材および前記第２シート状部材のうちの他方のシート状部材の前記ベース部から立ち上がった突出片の先端部が接触し、前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向が、前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向に対して交差していることを特徴とする。
【００３０】
本発明による第３の反応装置において、前記第１シート状部材および前記第２シート状部材は同一の構成を有し、前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向が、前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向に対して交差するように、前記第１シート状部材は、その法線方向と平行な軸線を中心として前記第２シート状部材に対して回転した状態で、前記第２シート状部材と重ねられていてもよい。あるいは、本発明による第３の反応装置において、前記第１シート状部材と前記第２シート状部材とは鏡面対称に構成されていてもよい。このような本発明による第３の反応装置において、前記積層構造体に組み込まれた前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向、および、前記積層構造体に組み込まれた前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向は、前記積層構造の前記入口側と前記出口側とを結ぶ方向に対して、同一角度で異なる向きに傾斜していてもよい。
【００３１】
また、本発明による第３の反応装置において、前記第１シート状部材および前記第２シート状部材の少なくともいずれか一方について、前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なる第１突出片および第２突出片を含むようにしてもよい。
【００３２】
さらに、本発明による第３の反応装置において、前記第１シート状部材および前記第２シート状部材の少なくともいずれか一方について、前記突出片は平面視台形形状を有し、前記台形形状の平行な二つの辺のうちの短い方の辺によって前記基端部が形成されるとともに、前記台形形状の平行な二つの辺のうちの長い方の辺によって前記先端部が形成されていてもよい。
【００３３】
さらに、本発明による第３の反応装置において、前記積層構造体に組み込まれた前記第１シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向、および、前記積層構造体に組み込まれた前記第２シート状部材に含まれる前記突出片の前記基端部が延びる方向は、それぞれ、前記積層構造の前記入口側と前記出口側とを結ぶ方向に対して４５°以上９０°未満の角度で傾斜していてもよい。
【００３４】
さらに、本発明による第３の反応装置において、重ねられた一組以上の前記第１シート状部材および前記第２シート状部材を巻き上げることによって積層構造体が形成されていてもよい。
【００３５】
このような本発明による第３の反応装置において、前記第１シート状部材の前記複数の突出片は、前記シート状部材を巻き上げる際の巻き取り軸線と直交する方向に並べて配置され、且つ、前記第１シート状部材の前記複数の突出片の各基端部は、前記第１シート状部材のシート面上の一方向と平行に延び、前記第２シート状部材の前記複数の突出片は、前記シート状部材を巻き上げる際の巻き取り軸線と直交する方向に並べて配置され、且つ、前記第２シート状部材の前記複数の突出片の各基端部は、前記第１シート状部材のシート面上の一方向と平行に延びていてもよい。
【００３６】
また、このような本発明による第３の反応装置において、前記重ねられたシート状部材を巻き上げてなる積層構造体の外周面を形成するようになるシート状部材のベース部の外周面形成領域には、前記突出片および前記貫通孔が形成されていないようにしてもよい。
【００３７】
さらに、このような本発明による第３の反応装置は、筒状部材をさらに備え、前記重ねられたシート状部材は、筒状部材に巻き上げられていてもよい。
【００３８】
さらに、このような本発明による第３の反応装置において、前記複数の突出片は、前記シート状部材を巻き上げる際の巻き取り軸線に対して０°以上４５°以下の角度をなす方向に延びる互いに平行な複数の仮想列上に並べて配列され、前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なる第１突出片および第２突出片を含み、少なくとも一つの前記仮想列について、当該列上に並べられた前記突出片は、すべて、前記第１突出片および前記第２突出片のうちの前記基端部から前記先端部までの長さが長い方の突出片であるようにしてもよい。
【００３９】
本発明による第１のシート状部材は、反応装置の積層構造体の形成に用いられるシート状部材であって、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を備え、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、前記突出片の前記基端部における幅が、前記ベース部から最も離間した前記突出片の先端部における幅よりも狭くてもよい。
【００４０】
本発明による第２のシート状部材は、反応装置の積層構造体の形成に用いられるシート状部材であって、シート状のベース部と、前記ベース部から立ち上がった複数の突出片と、を備え、前記ベース部との接続箇所をなす各突出片の基端部に隣接して前記ベース部に貫通孔が形成され、前記複数の突出片は、前記基端部から前記先端部までの長さが互いに異なり且つ前記先端部における幅が互いに異なる第１突出片および第２突出片を含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、低圧力損失かつ高効率での反応を実現することができるとともに、反応装置の寿命を長期化させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明による反応装置の一実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１の反応装置に組み込まれた積層構造体を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２の積層構造体の製造方法を説明するための斜視図である。
【図４】図４は、図２の積層構造体を形成する前におけるシート状部材を示す斜視図である。
【図５】図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】図７は、図２の積層構造体の各層における作用を説明するための図であって、積層構造体内におけるシート状部材を平らに広げた状態で示す図である。
【図８】図８は、第１の変形例の一例を説明するための図であって、積層構造体の構成を、この積層構造体に用いられるシート状部材の斜視図とともに、示す図である。
【図９】図９は、第１の変形例の他の例を説明するための図であって、積層構造体の構成を、この積層構造体に用いられるシート状部材の斜視図とともに、示す図である。
【図１０】図１０は、図６に対応する断面において、図９の積層構造体を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第２の変形例の一例を説明するための図であって、シート状部材を示す上面図である。
【図１２】図１２は、図６に対応する断面において、図１１のシート状部材を用いて構成された積層構造体を示す断面図である。
【図１３】図１３は、第３の変形例の一例を説明するための図であって、積層構造体に用いられる二つのシート状部材を重ね合わせた状態で示す上面図である。
【図１４】図１４は、第３の変形例の他の例を説明するための図であって、積層構造体に用いられる二つのシート状部材を重ね合わせた状態で示す上面図である。
【図１５】図１５は、図１に対応する図であって、第５の変形例を説明するための図である。
【図１６】図１６は、図５に対応する断面において、積層構造体と、この積層構造体とともに反応装置を構成する筒状部材と、を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態およびその一変形例について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００４４】
なお、以下に説明する実施の形態においては、本発明による反応装置およびシート状部材を、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを反応させて無害化する装置に適用した例を示す。とりわけ、ディーゼルエンジンからの排気ガスに含まれる炭素微粒子からなる粒子状物質（いわゆるＰＭ）を触媒燃焼させて除去するための反応装置に、本発明を適用した例を説明する。ただし、本発明は、ディーゼルエンジンからの排気ガスを処理する装置に適用される例に限定されることなく、排気ガス以外の被処理流体（気体や液体等）を反応させる装置に広く適用され得る。
【００４５】
図１〜図１６は、一実施の形態およびその変形例を説明するための図である。このうち図１〜図７は一実施の形態を説明するための図である。図１は反応装置を示す断面図であり、図２は図１の反応装置に組み込まれた積層構造体を示す斜視図であり、図３は図２の積層構造体の作製方法を概略的に示す斜視図である。また、図４は図２の積層構造体を形成する前のシート状部材を示す斜視図であり、図５および図６は積層構造体を示す断面図であり、図７はシート状部材を示す上面図である。
【００４６】
図１〜図７に示すように、反応装置１０は、層間を流れる被処理流体を反応させるように構成された積層構造体２０と、積層構造体２０を収容するケーシング１５と、を有している。積層構造体２０は、気体や液体等からなる被処理流体がその層間に導入されるようになる入口側と、層間を通過した後に当該流体が排出されるようになる出口側と、を含んでいる。
【００４７】
一方、ケーシング１５は、積層構造体２０を周囲から取り囲んで収容する胴部１７ｂと、胴部１７の上流側に配置された上流側案内部１６と、胴部１７の下流側に配置された下流側案内部１８と、を含んでいる。上流側案内部１６は、エンジン（図示せず）に連結されエンジンからの排気ガスを受ける上流側排気管５ａに連結され、排気ガスを胴部１７ｂ内に収容された積層構造体２０の入口側に誘導する。一方、上流側案内部１６は、大気開放された下流側排気管５ｂに連結され、積層構造体２０の出口側から排出された排気ガスを下流側排気管５ｂに誘導する。このようなケーシング１５は、例えば、ステンレス等の金属から構成され得る。
【００４８】
なお、図１においては、上流側案内部１６が胴部１７に向けて拡径し、下流側案内部１８が胴部１７から縮径していく例を示しているが、これに限られない。後述するように積層構造体２０が十分に高い効率で被処理流体を反応させることができれば、積層構造体２０の断面積を小さくするとともに、上流側案内部１６、胴部１７および下流側案内部１８を、上流側排気管５ａおよび下流側排気管５ｂと同一径に構成することも可能である。
【００４９】
次に、積層構造体２０について詳述する。図２に示すように、本実施の形態における積層構造体２０は円柱状の外輪郭を有している。この円柱形状の二つの端面が、積層構造体２０の入口側の端面２１ａおよび出口側の端面２１ｂをそれぞれ形成している。
【００５０】
図４〜図７によく示されているように、積層構造体２０は、表面上に触媒層２２を形成されたシート状部材３０と、を有している。図４および図６に示すように、積層構造体２０は、一以上の触媒層２２を保持したシート状部材３０を多層化または多重化するように重ね合わせることによって、形成されている。図３に示すように、本実施の形態においては、触媒層２２を保持した一枚のシート状部材３０を巻き上げることによってシート状部材３０を重ね合わせ、積層構造体２０が形成されている。
【００５１】
シート状部材３０は、シート状のベース部３５と、ベース部３５から立ち上がった多数の突出片４０と、を有している。ベース部３５には、多数の貫通孔３６が形成されている。各突出片４０は、いずれか一つの貫通孔３６に隣接する位置において、ベース部３５から立ち上がっている。言い換えると、ベース部３５との接続箇所をなす各突出片４０の基端部４１に隣接して、一つの貫通孔３６がベース部３５に形成されている。
【００５２】
図４に示すように、本実施の形態において、突出片４０はベース部３５と一体的に形成されている。そして、積層構造体２０内で起こる反応に起因した温度上昇に耐え得る材料、例えば、ステンレスやアルミニウム等の金属から構成され得る。
【００５３】
このようなシート状部材３０は、一例として、金属製の板材に切り起こし加工を施すことによって、作製されている。なお、切り起こし加工とは、元材の対象となる部分について、その輪郭の一部分を除いて、元材に切り込みを入れるとともに、さらに、当該切り込まれていない前記輪郭の一部分を曲げ軸線として、切り込まれた対象となる部分を元材に対して折り曲げる加工のことを意味している。また、切り起こし加工は、切り曲げ加工または切り上げ加工とも呼ばれる。切り起こし加工によれば、元材のうちの対象となる部分を、その一部において元材に接続された状態で、元材の元の位置から取り去るとともに元材から立ち上げることができる。
【００５４】
図５および図７に示すように、切り起こし加工によって作製されたシート状部材３０において、突出片４０は、切り起こし加工を施される元材としての金属板と同様に、板状に形成される。また、図４〜７に示すように、突出片４０の平面視形状（すなわち、突出片４０の板面への法線方向から当該突出片４０を観察した場合における突出片４０の形状）は、貫通孔３６の平面視形状（すなわち、シート状からなるベース部３５のシート面への法線方向から当該貫通孔３６を観察した場合における貫通孔３６の形状）と一致するようになる。また、突出片４０の基端部４１は、切り起こし加工における突出片４０の折り曲げ軸線に相当する。
【００５５】
なお、本明細書において、「シート面（板面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状の部材の平面方向と一致する面のことを指す。したがって、本実施の形態において、シート状部材のシート面とベース部のシート面とは平行となる。
【００５６】
図４〜６に示すように、本実施の形態において、全ての突出片４０が、ベース部３５から一方の側に突出している。また、板状からなる各突出片４０は、同様に板状からなるベース部３５に対して略直交するようにして、当該ベース部３５から立ち上がっている。なお、各突出片４０のベース部３５に対する折り曲げ角度は、本実施の形態にように９０°であることが好ましい。シート状部材３０を重ね合わせてなる積層構造体２０内において、突出片４０がベース部３５と平行になる方向に、曲げられ、積層構造体２０の層間を維持することができなくなることを防止するためである。
【００５７】
図４および図７に示すように、本実施の形態において、突出片４０の基端部４１における幅ｗ１は、ベース部３５から最も離間した突出片４０の先端部４２における幅ｗ２よりも狭くなっている。また、突出片４０の基端部４１および先端部４２は互いに並行に延びる直線状に形成されている。すなわち、図４および図６に示すように、本実施の形態において、突出片４０は、平面視台形形状を有している。そして、台形形状の平行な二つの辺のうちの短い方の辺によって突出片４０の基端部４１が形成されるとともに、台形形状の平行な二つの辺のうちの長い方の辺によって突出片４０の先端部４２が形成されている。
【００５８】
図４および図７に示すように、本実施の形態において、全ての突出片４０が同様に構成され、これにともなって、全ての貫通孔３６が同様に構成されている。具体的には、全ての突出片４０が同一の平面視形状を有するように構成され、これにともなって、全ての貫通孔３６が同一の平面視形状を有するように構成されている。
【００５９】
また、本実施の形態において、図４および図７に示すように、多数の突出片４０および多数の貫通孔３６は、シート状からなるベース部３５のシート面上において、互いに異なる第１配列方向および第２配列方向のそれぞれに並べて配列されている。突出片４０および貫通孔３６は、それぞれ、第１配列方向に一定の配列ピッチで並べて配置されるとともに、第２配列方向に一定の配列ピッチで並べて配置されている。とりわけ本実施の形態において、第１配列方向は、シート状部材３０を巻き上げる際の巻き取り軸線ｄ１と直交し、結果として、積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向と直交するようになる。また、第２配列方向は、第１配列方向と直交している。すなわち、第２配列方向は、シート状部材３０を巻き上げる際の巻き取り軸線ｄ１と平行に延び、結果として、積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向と平行となる。
【００６０】
さらに、本実施の形態においては、多数の突出片４０の各基端部４１は、ベース部のシート面上の同一のある一つの方向に延びている。図７に示すように、基端部４１が延びる一方向は、突出片４０が並べられている第１配列方向と平行となっている。すなわち、多数の突出片４０の各基端部４１は、シート状部材３０を巻き上げる際の巻き取り軸線ｄ１と直交する方向に延び、結果として、積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向に直交する方向に延びるようになる。
【００６１】
反応装置１０がディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理するために用いられる場合、上述した構成からなるシート状部材３０の具体例として、最も接近して隣り合う二つの突出片４０の配列ピッチを５００μｍ〜３０００μｍとし、突出片４０の幅および高さを、それぞれ、３００μｍ〜１５００μｍとすることができる。この際、突出片４０の基端部４１における幅ｗ１と先端部４２における幅ｗ２との差を５μｍ〜５０μｍとすることにより、後述する効果を期待することができる。また、ベース部３５の厚みを２０μｍ〜１０００μｍとすることができる。
【００６２】
なお、上述したように、シート状部材３０は、その表面上に、排気ガスの処理を行うための触媒層２２を保持している。触媒層２２は、例えば、シート状部材３０の表面上に形成された多孔質層と、多孔質層に担持された触媒作用を有した粒子と、によって構成される。一例として、多孔質層は、酸化アルミニウムや二酸化ケイ素をシート状部材３０の表面上にウォッシュコートすることにより形成される。また、反応装置１０がディーゼルエンジンから排出される排気ガスを処理するために用いられる場合には、白金を多孔質層に含浸させてなる触媒粒子を採用することができる。ディーゼルエンジンからの排気ガスには、炭素微粒子からなる粒子状物質（いわゆるＰＭ）が多く含まれている。上述した白金粒子からなる触媒は、炭素微粒子からなる粒子状物質の燃焼反応を促進させることができる。
【００６３】
図５および図６に示すように、突出片４０が一方の側の面から立ち上がっているベース部３５の他方の側の面に、異なる層に属するベース部３５から立ち上がった突出片４０の先端部４２が接触するようにして、図５に示すように、触媒層２２を保持したシート状部材３０が巻き上げられて積層構造体２０を形成している。
【００６４】
ところで、図３に示すように、シート状部材３０を巻き上げてなる積層構造体２０の外周面を形成するようになるシート状部材３０の外周面形成領域３１には、切り起こし加工が施されていない。すなわち、シート状部材３０のベース部３５のうちの外周面形成領域３１には、突出片４０および貫通孔３６が形成されていない。このような態様によれば、図２に示すように、例えばスポット溶接や接着剤等の簡易な接合手段を用いて、シート状部材３０を巻き上げた状態に維持することが可能となる。また、作製された円柱状の積層構造体２０の外周面は、凹凸を含まない滑らかな面となる。これにより、積層構造体２０をケーシング１５の胴部１７に収容する作業を簡単かつ短時間で行うことができるようになる。
【００６５】
なお、シート状部材３０の外周面形成領域３１は、積層構造体２０の外周面を形成し、触媒反応を生じさせる積層構造体２０の層を形成しない。したがって、シート状部材３０の外周面形成領域３１には、触媒層２２も形成する必要はない。
【００６６】
次に、以上のような構成からなる反応装置２０によって、被処理流体を反応させる際の作用について説明する。
【００６７】
まず、上流側排気管５ａから反応装置１０のケーシング１５内に被処理流体である排気ガスが流れ込む。排気ガスは、上流側案内部１６を通過して、胴部１７内に収容された積層構造体２０に向かう。被処理流体２０は、入口側端面２１から積層構造体２０の層間に流入して積層構造体２０内を流れる。
【００６８】
被処理流体２０は、積層構造体２０内を流れる際に、触媒層２２によって反応を促進される。被処理流体がエンジンからの排気ガスである場合には、主として、被処理流体に含まれる炭素微粒子からなる粒子状物質が、シート状部材３０に保持された触媒層２２に捕集され、触媒層２２の触媒粒子によって酸化燃焼反応を促進される。粒子状物質は、積層構造体２０内において燃焼反応を複数回繰り返すことにより、排気ガスから完全に燃焼除去されるようになる。このようにして、排気ガスは、反応を促進させられながら積層構造体２０の層間を流れ、無害化されていく。
【００６９】
無害化された排気ガスは、積層構造体２０の出口側端面２１ｂからケーシング１５の下流側案内部１８に流れ込む。その後、排気ガスは、下流側排気管５ｂを介して大気解放される。
【００７０】
以上が、反応装置１０内において被処理流体に及ぼされる概略的な作用である。そして、本実施の形態によれば、上述した反応装置１０の構成、とりわけ積層構造体２０およびシート状部材３０の構成に起因して、以下のような有用な作用効果を期待することができる。
【００７１】
上述したように、切り起こし加工によって形成された突出片４０の基端部４１における幅ｗ１が突出片４０の先端部４２における幅ｗ２よりも狭くなっている。したがって、このシート状部材３０が重ねられて形成された積層構造体２０において、シート状部材３０の一部分から一方の側に立ち上がった突出片４０の幅広の先端部４２が、当該一部分に重ねられたシート状部材３０の他の部分に形成された貫通孔３６に、入り込んでしまう可能性が、大幅に低減されるようになる。これにより、積層構造体２０において層間を形成する隣り合うシート状部材３０の二つの部分は突出片４０によって離間した状態に維持され、その離間間隔は突出片４０の突出量によって決定されるようになる。そして、この突出片４０は、積層構造体２０の入口側から出口側までの種々の位置に配置されている。したがって、積層構造体２０の全領域において、被処理流体が通過し得る領域を、積層構造体２０の層間に期待した通りに形成することができる。これにより、被処理流体が積層構造体２０を入口側から出口側へと進む際に生じる圧力損失を、期待した通りに、低下させることが可能となる。また、積層構造体２０内の偏った領域で被処理流体の反応が促進されること、および、積層構造体２０内に詰まりが生じてしまうこと、を効果的に防止することもできる。
【００７２】
とりわけ本実施の形態においては、積層構造体２０に組み込まれたシート状部材３０の複数の突出片３０の各基端部４１は、同一の方向に延びている。したがって、シート状部材３０の一部分から突出する突出片４０の幅広の先端部４２が、シート状部材３０の他の部分に形成された貫通孔３６に、入り込んでしまう可能性を効果的に低減することができる。さらに、積層構造体２０に組み込まれたシート状部材３０の複数の突出片３０の各基端部４１が同一の方向に延びていることに加え、複数の突出片４０が、シート状部材３０を巻き上げる際の巻き取り軸線ｄ１と直交する方向に並べて配置されている。したがって、シート状部材３０の一部分から突出する突出片４０の幅広の先端部４２が、シート状部材３０の他の部分に形成された貫通孔３６に、入り込んでしまうことを防止することすら可能となる。この結果、被処理流体が通過する領域を、積層構造体２０の層間に期待した通りに安定して確保することができる。
【００７３】
また、積層構造体２０の層間には、触媒層２２を保持した突出片４０が立ちはだかっている。このため、図７に示すように、層間を流れる被処理流体Ｆは、触媒層２２を保持した突出片４０に衝突しやすくなっている。被処理流体は、触媒層２２を保持した突出片４０との衝突時に、触媒反応を起こすようになる。すなわち、触媒層２２から極めて効果的に触媒作用を及ぼして、被処理流体を効率的に反応させることができる。
【００７４】
なお、被処理流体がエンジンから排出される排気ガスである場合には、図７に示すように、炭素微粒子からなる粒子状物質Ｍが排気ガスＦに含まれるが、この粒子状物質Ｍは、排気ガスＦ中に同様に含まれているガス分子等と比較して、極めて大きな質量を有するようになる。具体的には、粒子状物質が直径１μｍの球形状であると仮定すると、その質量は１０-11のオーダーとなる。その一方で、プロピレンＣ6Ｈ6は、１モルで４２ｇであり、一つの分子の質量は１０-22のオーダーとなる。このように粒子状物質の質量はガス分子の質量と比較して極めて大きくなる。したがって、図７に示すように、排気ガスＦが、積層構造体２０内の層間において、突出片４０を滑らかに迂回するような流路が形成されたとしても、当該排気ガスＦに含まれている運動量の大きい粒子状物質Ｍは、直線的に移動して突出片４０へ衝突し、触媒反応を起こすようになる。
【００７５】
また、図７に示すように、質量の大きい物質Ｍが被処理流体に含まれている場合であっても、この質量の大きい物質Ｍが突出片４０に複数回衝突することにより、当該物質を完全に反応させることができる。例えば、被処理流体がエンジンから排出される排気ガスである場合、炭素微粒子を含む粒子状物質（ＰＭ）を数回にわたって触媒燃焼させることにより、粒子状物質をしだいに小さくしていき、最終的には、この粒子状物質を完全に燃焼除去することが可能となる。すなわち、本実施の形態によれば、触媒層２２を効果的に用いることにより、種々の被処理流体を効果的に反応させることができる。
【００７６】
さらに、積層構造体２０内を流れる被処理流体は、層間に突出している突出片４０によって、その流路を曲げられるようになる。そして、上述したように、先端部４２が基端部４１の幅ｗ１よりも広い幅ｗ２を有している突出片４０によって、層間が所定の間隔に維持されていることから、被処理流体が積層構造体２０の層間の全領域を流れることが可能となる。このため、積層構造体２０内の各位置において反応が引き起こされ、被処理流体を効率的に反応させることが可能となる。すなわち、積層構造体２０の上流側の領域だけでなく、下流側の領域においても、触媒層２２によって被処理流体の反応を促進させることが可能となる。この結果、積層構造体２０内に保持された触媒層２２のすべてを有効に利用することができるようになり、これにより、被処理流体を効率的に反応させることができる。また、積層構造体内の各領域において触媒層２２を利用することができるため、局所的な触媒層２２の劣化を防止し、反応装置１０の寿命を適切に長期化させることが可能となる。
【００７７】
さらに、突出片４０は切り起こし加工によって形成され、ベース部３５のうちの、各突出片４０の基端部４１に隣接する位置に貫通孔３６が形成されている。上述したように、突出片４０は被処理流体Ｆの流路を大きく変化させるように作用する（図５および図７参照）。したがって、図５に示すように、突出片４０が立ち上がる側であるベース部３５の一側から貫通孔３６に対面する領域（例えば、図５における貫通孔３６の上方側の領域）と、突出片４０が立ち上がっていない側であるベース部３５の他側から貫通孔３６に対面する領域（例えば、図５における貫通孔３６の下方側の領域）と、では、被処理流体の流れ方、具体的には、被処理流体の流れる方向および流れる速度等が大きく異なるようになる。これにより、貫通孔３６に対面するベース部３５の一方の側の領域と、当該貫通孔３６に対面するベース部３５の他方の側の領域と、の間では圧力差が生じる。この結果、被処理流体が、貫通孔３６を通過して、ベース部３５の一方の側から他方の側へと流れるようになる。すなわち、積層構造体２０内では、被処理流体が、上述したベース部３５のシート面と平行な層間内を流れるだけでなく、貫通孔３６を通過してベース部３５を横断して流れるようになる。したがって、被処理流体が積層構造体２０内の全域を三次元的に流れることが可能となり、これにより、積層構造体２０内の各位置において被処理流体の反応を引き起こし、被処理流体をより効率的に反応させることが可能となる。すなわち、積層構造体２０内に保持された触媒層のすべてをより有効に利用することができるようになり、これにより、反応装置１０の寿命をより長期化させることが可能となる。
【００７８】
以上のような実施の形態によれば、低圧力損失かつ高効率での反応を実現することができるとともに、反応装置１０の寿命を長期化させることもできる。
【００７９】
以上の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について、図８〜図１６を参照しながら、説明する。なお、図８〜図１６は上述した実施の形態に対する変形の一例を示す図であり、図８〜図１６において、上述した実施の形態と同一に構成され得る部分には同一の符号を付している。
【００８０】
（第１の変形例）
上述した実施の形態において、多数の突出片４０が、平面視形状においてすべて同一に構成されている例を示したが、これに限られず、異なる平面視形状を有した複数種類の突出片４０が一枚のシート状部材３０に形成されていてもよい。例えば、図８〜図１０に示すように、シート状部材３０に形成された突出片４０が、互いに異なる平面視形状を有する第１突出片および第２突出片を含むようにしてもよい。第１突出片および第２突出片は、基端部４１から先端部４２までの長さが互いに異なっている。なお、図８および図９は、それぞれ、図３に対応する図であるとともに、積層構造体２０に組み込まれる前のシート状部材の変形例を示す拡大部分斜視図を含む図である。また、図１０は、図６に対応する図であって、図９のシート状部材の変形例を示す図である。
【００８１】
図８に示す変形例において、突出片４０は、基端部４１から先端部４２までの長さが互いに異なる第１突出片４０ａ１および第２突出片４０ｂ１を含んでいる。すなわち、図８に示された変形例において、シート状部材３０は、ベース部３５に対して同一の角度で折り曲げられた際におけるベース部３５からの突出量が互いに異なる第１突出片４０ａ１および第２突出片４０ｂ１を有している。これにともなって、第１突出部４０ａ１に隣接してベース部３５に形成された第１貫通孔３６ａ１と、第２突出部４０ｂ１に隣接してベース部３５に形成された第２貫通孔３６ｂ１と、は異なる平面視形状を有するようになる。
【００８２】
このシート状部材３０が重ねられて形成された積層構造体２０においては、シート状部材３０の一つの領域から一方の側に立ち上がった基端部４１と先端部４２との間の長さが長い一方の突出片（例えば、第２突出片４０ｂ１）が、当該一つの領域に重ねられたシート状部材３０の他の領域に形成された貫通孔３６ａ１，３６ｂ１に、入り込んでしまったとしても、基端部４１と先端部４２との間の長さが短い他方の突出片（例えば、第１突出片４０ａ１）が貫通孔３６ａ１，３６ｂ１に入り込んでいなければ、積層構造体２０の層間を形成する隣り合うシート状部材３０の二つの領域の離間間隔を十分な長さに維持することができる。すなわち、本実施の形態においては、シート状部材３０を重ねた際に、隣り合うシート状部材３０の間に十分な間隔の空間が形成されなくなる可能性を低減することができるようになる。したがって、このような変形例によれば、被処理流体が積層構造体２０内を入口側から出口側へと進む際に生じる圧力損失をより確実に低下させながら、積層構造体２０内の偏った領域で被処理流体の反応が促進されること、および、積層構造体２０内に詰まりが生じてしまうこと、を効果的に防止することができる。
【００８３】
また、シート状部材３０の一つの領域から一方の側に立ち上がった基端部４１と先端部４２との間の長さが長い一方の突出片（例えば、第２突出片４０ｂ１）が、当該一つの領域に重ねられたシート状部材の他の領域に形成された貫通孔３６ａ１，３６ｂ１に、入り込んでしまった状態においては、当該隣り合うシート状部材の二つの領域が、シート面に沿った方向（すなわち、積層構造体２０の巻き取り軸線ｄ１を中心とした円周方向）に、相対移動することを防止することができる。したがって、シート状部材３０を巻き上げてなる積層構造体４０の巻き戻りを効果的に防止することもできる。結果として、さらに他の突出片４０ａ１，４０ｂ１の先端部４２が当接するベース部３５に形成された貫通孔３６ａ１，３６ｂ１に入り込んでしまうことを防止することができる。
【００８４】
なお、図８に示す変形例において、第１突出片４０ａ１は、上述した実施の形態で説明した突出片４０と同様に構成されている。つまり、第１突出片４０ａ１の基端部４１の幅ｗ１は先端部４２の幅ｗ２よりも狭くなっている。しかしながら、上述したように、基端部４１から先端部４２までの長さが、第１突出片４０ａ１と第２突出片４０ｂ１との間で互いに異なるといった構成によって、積層構造体２０の層間を形成する隣り合うシート状部材３０の二つの領域を安定して十分に離間させることが可能となる。したがって、シート状部材３０が、同一の角度でベース部３５に対して折り曲げられた際にベース部３５からの長さが互いに異なる第１突出片４０ａ１および第２突出片４０ｂ１を含んでいる場合には、突出片４０ａ１，４０ｂ１の基端部４１の幅ｗ１を先端部４２の幅ｗ２よりも狭くする必要はない。本変形例において、第１突出片４０ａ１が、第２突出片４０ｂ１と同様に、基端部４１から先端部４２へ向けて一定の幅を有するようにしてもよい。
【００８５】
また、この変形例においては、図９および図１０に示すように、シート状部材３０に形成された多数の突出片４０が、基端部４１から先端部４２までの長さｌａ，ｌｂが互いに異なり且つ先端部４２における幅ｗａ，ｗｂが互いに異なる第１突出片４０ａ２および第２突出片４０ｂ２を含むようにしてもよい。図９および図１０に示す変形において、第１突出片４０ａ２および第２突出片４０ｂ２は、それぞれ、基端部４１から先端部４２まで一定の幅ｗａ，ｗｂを有している。そして、基端部から先端部までの長さｌａが短い第１突出片４０ａ２の幅ｗａは、基端部４１から先端部４２までの長さｌｂが長い第２突出片４０ｂ２の幅ｗｂよりも広くなっている。このような変形例によれば、図１０に示すように、基端部４１から先端部４２までの長さｌｂが長い第２突出片４０ｂ２の先端部４２が、基端部４１から先端部４２までの長さｌａが短い第１突出片４０ａ２に対応する貫通孔３６ａ２に入り込みやすくなる。これにより、上述した重なり合うシート状部材３０の二つの領域が、シート面に沿った方向に互いに相対移動することを、より効果的に防止することができる。
【００８６】
その一方で、図９および図１０に示された例とは逆に、基端部４１から先端部４２までの長さｌａが短い第１突出片４０ａ２の幅ｗａが、基端部４１から先端部４２までの長さｌｂが長い第２突出片４０ｂ２の幅ｗｂよりも狭くなっていてもよい。このような変形例によれば、基端部４１から先端部４２までの長さが長い第２突出片４０ｂ２の先端部４２が、当接するベース部３５に形成された第１突出片４０ａ２に対応する貫通孔３６ａ２に入り込むこと自体を防止することができる。したがって、このような変形例によれば、積層構造体２０の層間に安定して十分な離間間隔を維持することが可能となる。
【００８７】
ところで、以上のような変形例は、図８および図９に示すように、第１突出片４０ａ１，４０ａ２および第２突出片４０ｂ１，４０ｂ２を含む多数の突出片４０が、シート状部材３０を巻き上げる際の巻き取り軸線ｄ１に対して０°以上４５°以下の角度をなす方向に延びる互いに平行な多数の仮想列ｌｘ上に並べて配列され、且つ、多数の仮想列ｌｘのうちの少なくとも一つの仮想列ｌｘ上に並べられた突出片４０が、すべて、基端部４１から先端部４２までの長さｌａが長い方の突出片（本変形例では、第２突出片４０ｂ１，４０ｂ２）となっていることが好ましい。この場合、基端部４１から先端部４２までの長さｌａが長い一方の突出片４０ｂ１，４０ｂ２が、基端部４１から先端部４２までの長さｌａが短い他方の突出片４０ａ１，４０ａ２に対応した貫通孔３６ａ１，３６ａ２に対面しやすくすることができる。これにより、上述してきた本変形例の作用効果を期待することが可能となる。
【００８８】
とりわけ図８および図９に示す例においては、多数の突出部４０は、巻き取り軸線ｄ１と平行な方向（上述した実施の形態の第２配列方向（図４参照））、すなわち、巻き取り軸線ｄ１に対して０°の角度をなす方向に延びる互いに平行な多数の仮想列ｌｘ上に並べて配列されている。このような例によれば、上述してきた本変形例の作用効果がより奏されやすくすることができる。
【００８９】
なお、本変形例において、第１突出片４０ａ１，４０ａ２の基端部４１から先端部４２までの長さと、第２突出片４０ｂ１，４０ｂ２の基端部４１から先端部４２までの長さと、のうちのいずれか長い方の長さの短い方の長さに対する割合が１００％よりも大きく１２０％以下の範囲に設定されていることが好ましい。第１突出片４０ａ１，４０ａ２および第２突出片４０ｂ１，４０ｂ２の基端部４１から先端部４２までの長さをこのような範囲に設定した場合、上述した作用効果を有効にすることができるともに、第１突出片４０ａ１，４０ａ２と第２突出片４０ｂ１，４０ｂ２との間における基端部４１から先端部４２までの長さの相違に起因した、積層構造体２０の層間の離間間隔の変動が、被処理流体の流れに悪影響を及ぼすことを十分に防止することができる。
【００９０】
（第２の変形例）
上述した実施の形態におけるシート状部材３０上における突出片４０の配列および向きは、例示に過ぎず、適宜変更することが可能である。なお、本変形例２は、上述した実施の形態だけでなく、上述した変形例１に対しても適用可能な変形例である。
【００９１】
例えば、上述した実施の形態において、多数の突出片４０の各基端部４１が、シート状部材３０を巻き上げる際の巻き取り軸線ｄ１と直交する方向、言い換えると、積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向と直交する方向に延びている例を、説明した。しかしながら、このような突出片４０の向きを、一例として、図１１に示すように変形してもよい。図１１に示す例において、多数の突出片４０は、シート状部材３０のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、多数の突出片４０の各基端部４１は、シート状部材３０のシート面上の一方向ｄａと平行に延びている。そして、突出片４０の基端部４１と平行に延びる前記一方向ｄａは、積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向に対し、４５°以上９０°未満、より好ましくは、４５°以上８０°以下の角度θａで傾斜している。
【００９２】
このような変形例によれば、図１１に示すように、積層構造体２０の層間に導入された被処理流体を、入口側と出口側とを結ぶ方向に対して傾斜する方向に誘導することができる。これにより、被処理流体が積層構造体２０の層間の全領域を流れわたるようになり、被処理流体をさらに効率的に反応させることが可能となる。すなわち、積層構造体２０内に保持された触媒層２２のすべてをさらに有効に利用することができるようになる。また、突出片４０の基端部４１と平行に延びる前記一方向ｄａが、積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向に対して傾斜していることから、積層構造体２０内での圧力損失を効果的に低減することができるようになる。さらに、突出片４０の基端部４１と平行に延びる前記一方向ｄａの積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向に対する傾斜角度θａが、４５°以上であれば、上述した被処理流体（とりわけ、被処理流体に含まれる粒子状物質）を突出辺４０で捕集する効果を維持することができ、これにより、被処理流体を効率的に反応させることができる。
【００９３】
とりわけ、積層構造体２０が一以上のシート状部材３０を巻き上げることによって形成されている場合には、被処理流体が積層構造体２０の入口側から出口側へ向けて螺旋状の経路をたどって流れるようにし向けることができる。このような積層構造体２０においては、触媒層２２のすべてを有効に利用して、被処理流体を効率的に反応させることができる。
【００９４】
加えて、図１１に示すように、突出片４０の基端部４１が積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向に対して傾斜している場合には、被処理流体が平板状からなる突出片４０の板面に沿って流れるようになる。この変形例において、図１２に示すように、積層構造体２０の出口側に近い側の突出辺４０の基端部４１と先端部４２とを結ぶ端辺４９が、シート状部材３０の法線方向ｎｄに対して傾斜していると、いわゆるシャークフィン効果を期待することができる。すなわち、突出片４０と平行に流れる被処理流体の流れを、当該突出片４０の下流側において安定化させることを期待することができる。これにより、被処理流体が積層構造体２０を入口側から出口側へと進む際に生じる圧力損失を、さらに低下させることが可能となる。
【００９５】
また、上述した実施の形態において、図４に示すように、多数の突出片４０が、入口側と出口側とを結ぶ方向に直交する第１配列方向（巻き取り軸線ｄ１に直交する方向）と、入口側と出口側とを結ぶ方向と平行な第２配列方向（巻き取り軸線ｄ１と平行な方向）と、の二つの方向のそれぞれに並べて配列される例を、説明したがこれに限られない。一例として、図１１に示すように、多数の突出片４０が、入口側と出口側とを結ぶ方向に直交する第１配列方向（巻き取り軸線ｄ１に直交する方向）と、この第１配列方向および入口側と出口側とを結ぶ方向の両方に対して傾斜した第２配列方向と、の二つの方向のそれぞれに並べて配列されるようにしてもよい。
【００９６】
さらには、多数の突出片４０がシート状部材３０のベース部３５上にランダムに配列されるようにしてもよい。また、多数の突出片４０がシート状部材３０のベース部３５上に規則的に配置され、多数の突出片４０の各基端部４１が延びる方向がランダムとなっていてもよい。
【００９７】
（変形例３）
また、上述した実施の形態において、積層構造体２０が一枚のシート状部材３０から形成される例を示したが、これに限られない。なお、本変形例３は、上述した実施の形態に適用可能であるだけでなく、上述した変形例１、変形例２およびこれらの組み合わせとも組み合わせ可能な変形例である。
【００９８】
例えば、図１３および図１４に示すように、第１のシート状部材および第１のシート状部材と隣接して重ねられた第２のシート状部材を含む少なくとも二枚のシート状部材を巻き上げることによって、積層構造体２０が形成されるようにしてもよい。
【００９９】
図１３に示す例においては、積層構造体２０は、互いに異なる構成を有した第１シート状部材３０ａ１および第２シート状部材３０ｂ１を含んでいる。第１シート状部材３０ａ１において、複数の突出片４０は、第１シート状部材のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、複数の突出片４０の各基端部４１は、第１シート状部材３０ａ１のシート面上の第１の方向ｄａ１と平行に延びている。また、第２シート状部材３０ｂ１において、複数の突出片４０は、第２シート状部材３０ｂ１のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、複数の突出片４０の各基端部４１は、第２シート状部材３０ｂ１のシート面上の第２の方向ｄｂ１と平行に延びている。そして、積層構造体２０において、第１シート状部材３０ａ１に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄａ１が、第２シート状部材３０ｂ１に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄｂ１に対して交差するように、第１シート状部材３０ａ１と第２シート状部材３０ｂ１とが重ね合わせられている。
【０１００】
また、図１４に示す例において、積層構造体２０は、互いに同一の構成を有した第１シート状部材３０ａ２および第２シート状部材３０ｂ２を含んでいる。第１シート状部材３０ａ２および第２シート状部材３０ｂ２において、複数の突出片４０は、各シート状部材３０ａ２，３０ｂ２のシート面上の異なる二つの方向に並べて配列されるとともに、複数の突出片４０の各基端部４１は、各シート状部材３０ａ２，３０ｂ２のシート面上の一方向ｄａ２，ｄｂ２と平行に延びている。そして、積層構造体２０において、第１シート状部材３０ａ２に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄａ２が、第２シート状部材３０ｂ２に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄｂ２に対して傾斜するように、第１シート状部材３０ａ２は、その法線方向と平行な軸線を中心として第２シート状部材３０ｂ２に対して回転した状態で、第２シート状部材３０ｂ２と重ねられている。
【０１０１】
図１３および図１４に示すように、突出片４０の向きが隣接する二つのシート状部材間で互いに異なる場合、積層構造体２０の一つの層内における被処理流体の流れと、当該一つの層に隣接する層内における被処理流体の流れと、が異なるようになる。これにより、層間に位置するベース部３５に形成された貫通孔３６の両側における圧力差がより大きくなり、被処理流体の貫通孔３６を通過する移動を活発化させることができる。この結果、積層構造体２０内の各位置において被処理流体の反応を引き起こし、被処理流体をさらに効率的に反応させることが可能となる。すなわち、積層構造体２０内に保持された触媒層２２のすべてをさらに有効に利用することができるようになる。
【０１０２】
また、第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２の多数の突出片４０の基端部４１が第１の方向ｄａ１，ｄａ２に延びるととともに、第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２に隣接する第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２の多数の突出片４０の基端部４１が第２の方向ｄｂ１，ｄｂ２に延びる場合、第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２の一定の領域内から立ち上がった複数の突出片４０の先端部４２が、同時に、当該領域に対面する領域に位置する第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２の貫通孔３６に入り込む可能性は低い。同様に、第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２の一定の領域内から立ち上がった複数の突出片４０の先端部４２が、同時に、当該領域に対面する領域に位置する第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２の貫通孔３６に入り込む可能性は低い。すなわち、突出片４０の向きが隣接する二つのシート状部材間で互いに異なる構成によって、積層構造体２０の層間を形成する二つのシート状部材３０ａ，３０ｂを安定して離間させることが可能となる。
【０１０３】
したがって、第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄａ１，ｄａ２が、第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄｂ１，ｄｂ２に対して傾斜している場合には、上述した実施の形態のように突出片４０の基端部４１の幅ｗ１が先端部４２の幅ｗ２よりも狭くなっている必要はない。したがって、図１３および図１４に示すように、第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２の突出片４０、並びに、第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２の突出片４０が、基端部４１から先端部４２へ向けて一定の幅を有するようにしてもよい。
【０１０４】
なお、突出片４０がランダムな配列またはランダムな向きでベース部３５上に形成されたシート状部材４０を巻き上げることによって積層構造体２０を形成した場合においても、同様に、積層構造体２０の層間を形成する二つのシート状部材を安定して離間させることが或る程度可能となる。しかしながら、突出片４０の配列および向きをベース部３５上においてランダムにすると、積層構造体２０内での被処理流体の流れが乱れ過ぎて、圧力損失を期待した程度に低下させることができない、あるいは、積層構造体２０内での被処理流体が特定の領域内で活発に流れるようになって、すべての触媒層２２を有効に利用することができない、といった可能性がある。とりわけ、被処理流体が質量の大きい粒子状物質を含んでいる場合には、粒子状物質が特定の位置に滞積して、流路に詰まりを生じさせやすくなる可能性もある。
【０１０５】
一方、本変形例では、積層構造体２０の各層を形成するようになる一つのシート状部材において、突出片４０が規則性を持ってベース部３５上に配置されている。したがって、被処理流体は、上述したように積層構造体２０の層間をまたいで活発に流れるようになるだけでなく、或る程度整流化された状態で積層構造体２０の各層内の全領域を流れわたるようにもなる。すなわち、突出片４０の配列または向きをランダムにしたシート状部材を用いる場合と比較して、図１３および図１４に示された変形例によれば、圧力損失を低減しながら、積層構造体２０内に保持された触媒層２２のすべてを有効に利用して被処理流体を効率的に反応させることができる。
【０１０６】
加えて、図１３に示された変形例において、重ね合わせられた二つのシート状部材３０ａ１，３０ｂ１は鏡面対称に構成されている。また、図１４に示された変形例において、同一構成を有した二つのシート状部材３０ａ２，３０ｂ２は、シート状部材３０ａ２，３０ｂ２の法線方向に延びる軸線を中心として、互いに対して１８０°回転させられている。したがって、図１３に示された変形例および図１４に示された変形例の両方において、積層構造体２０に組み込まれた第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄａ１，ｄａ２、および、積層構造体２０に組み込まれた第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２に含まれる突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄｂ１，ｄｂ２は、積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向（巻き取り軸線ｄ１）に対して、同一角度θａ１，θａ２，θｂ１，θｂ２で異なる向きに傾斜している。すなわち、第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２の突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄａ１，ｄａ２と、第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２の突出片４０の基端部４１が延びる方向ｄｂ１，ｄｂ２と、が積層構造体２０の入口側と出口側とを結ぶ方向（巻き取り軸線ｄ１）を対称軸として線対称になっている。このような変形例によれば、積層構造体２０の一つの層内における被処理流体の流れと、当該一つの層に隣接する層内における被処理流体の流れと、が、ベース部３５の法線方向から観察した場合に、概ね、入口側と出口側とを結ぶ直線を対称軸とする線対称となる。この場合、積層構造体２０内における被処理流体の流れを必要以上に乱すことを防止し、圧力損失を低く維持することができる。
【０１０７】
さらに、図１４に示された変形例によれば、積層構造体２０が一種類のシート状部材から構成されている。したがって、この積層構造体２０は安価に作製され得る。
【０１０８】
なお、図１３および図１４に示す変形例において、第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２および第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２が一枚ずつ配置される例を示したが、これに限られない。すなわち、重ね合わせられた第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２および第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２を複数組準備し、複数組の第１シート状部材３０ａ１，３０ａ２および第２シート状部材３０ｂ１，３０ｂ２を巻き取って積層構造体２０を形成してもよい。このようにして得られた積層構造体２０においても、上述した作用効果と同様の作用効果を期待することができる。
【０１０９】
（変形例４）
また、上述した実施の形態でも説明したように、反応装置（反応器）１０は、ディーゼルエンジンからの排気ガスを処理する装置に適用される例に限定されることなく、排気ガス以外の被処理流体（気体や液体等）を処理する装置に広く適用され得る。なお、本変形例４は、上述した実施の形態に適用可能であるだけでなく、上述した変形例１〜３およびこれらの変形例の組み合わせとも組み合わせ可能な変形例である。
【０１１０】
一例として、炭化水素を含む被処理流体を反応装置１０に供給し、反応装置１０の積層構造体２０の層間で炭化水素を部分酸化反応させることによって、水素を生成することができる。生成された水素は、例えば、燃料電池の燃料として使用され得る。ここで、炭化水素を含む被処理流体としては、天然ガス、都市ガス、アルコール類、石油等が挙げられる。具体的には、被処理流体中のメタン（ＣＨ4）を、以下の式（１）のように反応させることができる。この際、触媒層２２の触媒粒子としては、ロジウムが選択され得る。なお、「部分酸化」とは、触媒反応の技術分野において一般的に用いられている用語における意味として解釈され、以下の式（１）のような反応であって、式（２）のような水素が生成されることのない完全な酸化とは区別される。
ＣＨ4  ＋  １／２Ｏ2  →  ＣＯ  ＋  ２Ｈ2      ・・・式（１）
ＣＨ4  ＋  ２Ｏ2  →  ＣＯ2  ＋  ２Ｈ2Ｏ    ・・・式（２）
【０１１１】
（変形例５）
さらに、反応装置４１が筒状部材５０をさらに備え、一枚のシート状部材または複数枚の重ね合わせられたシート状部材が筒状部材５０に巻き取られるようにしてもよい。なお、本変形例５は、上述した実施の形態に適用可能であるだけでなく、上述した変形例１〜４およびこれらの変形例の組み合わせとも組み合わせ可能な変形例である。
【０１１２】
図１５および図１６に示す例においては、筒状部材５０がケーシング１５内を通過しており、シート状部材３０が筒状部材５０に巻き取られている。すなわち、筒状部材５０の外方に積層構造体２０が形成されている。
【０１１３】
このような反応装置（反応器）１０内においては、筒状部材５０と積層構造体２０との間での熱交換が可能となる。一例として、反応装置（反応器）１０内で促進される反応が吸熱反応である場合に、筒状部材５２から積層構造体２０に熱が伝達されるようにすることができる。図１６に示すように、筒状部材５０の内壁には、触媒層５２が保持されている。この触媒層５２によって、筒状部材５０内における発熱反応が促進されるようになっている。このような構成によれば、外部から熱を供給することなく、積層構造体２０内での吸熱反応を促進することが可能となる。
【０１１４】
一例として、炭化水素を水蒸気と反応させる水蒸気改質を積層構造体２０内で行うとともに、筒状部材５０内において発熱反応を行うようにすることができる。この例では、筒状部材５０内にメタンと酸素とが供給され、以下の式（３）に示す発熱反応が促進される。この際、筒状部材５０の内壁に保持された触媒層５２は、酸化アルミニウム等の多孔質体と、多孔質体に担持された、白金属元素（例えば、ルテウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ））、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等の粒子と、から構成され得る。筒状部材５０内での発熱反応により発生した熱は、筒状部材５０の壁面を介して、積層構造体２０に伝達される。したがって、筒状部材５０は、銅やアルミ等の熱を移動させやすい材料から構成されていることが好ましい。
ＣＨ4  ＋  ２Ｏ2  →  ＣＯ2  ＋  ２Ｈ2Ｏ    ・・・式（３）
【０１１５】
一方、積層構造体２０には、天然ガス、都市ガス、アルコール類、石油等の炭化水素を含む被処理流体が、水蒸気とともに送り込まれる。積層構造体２０内で水蒸気と反応する炭化水素がメタンである場合、触媒層２２および筒状部材５０からの熱によって促進される積層構造体２０内での反応は、以下の式（４）のようになる。この際、積層構造体２０に保持された触媒層２２は、酸化アルミニウム等からなる多孔質体と、多孔質体に保持された、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金属元素（例えば、ルテウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ））等の粒子と、から構成され得る。
ＣＨ4  ＋  ２Ｈ2Ｏ（ｇ）  →  ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2      ・・・式（４）
【０１１６】
このようにして、反応装置（反応器）１０から水素が得られるようになる。得られた水素は、例えば、燃料電池の燃料として使用され得る。従来における水蒸気改質の問題点は、エネルギ生成のための燃料となる水素を得るためにエネルギを供給する必要があり、燃料作製を考慮した場合における燃料電池による発電効率が低くなってしまうことだった。図１５および図１６に示された反応装置１０（積層構造体２０）によれば、この問題を解消することができる。
【０１１７】
なお、図１５および図１６に示す例において、積層構造体２０の上流側から下流側へ向けた向きと、筒状部材５０の上流側から下流側へ向けた向きと、が逆方向になっている。このような反応装置１０によれば、筒状部材５０内で発熱反応が活発に起こりやすくなっている筒状部材５０の上流側領域は、積層構造体２０内において幾分反応が活性化しにくくなる積層構造体２０の下流側に、対面している。すなわち、積層構造体２０内において幾分反応が活性化しにくくなる積層構造体２０の領域に、より多量の熱が供給されやすくなっている。したがって、積層構造体２０内の各領域において、反応がより均一に起こりやすくなり、被処理流体をより効率的に反応させることができる。すなわち、積層構造体２０内の触媒層２２のすべてを利用し、積層構造体２０内の各位置にて被処理流体を反応させることができる。
【０１１８】
（変形例６）
さらに、上述した実施の形態および変形例１〜５において、一枚のシート状部材または複数枚のシート状部材を巻き上げることによって、積層構造体を形成する例を示したが、これに限られない。複数枚の枚葉状のシート状部材を重ね合わせることによって、積層構造体を形成してもよい。このような本変形例６は、上述した実施の形態に適用可能であるだけでなく、上述した変形例１〜４およびこれらの変形例の組み合わせとも組み合わせ可能な変形例である。
【０１１９】
また、複数枚の枚葉状のシート状部材を筒状部材とともに重ね合わせて反応装置を構成してもよい。この場合、上述の変形例５のように、反応装置１０内において、積層構造体と筒状部材との間での熱交換等を可能にすることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１０  反応装置（反応器）
１５  ケーシング
２０  積層構造体
２２  触媒層
３０  シート状部材
３０ａ１，３０ａ２  シート状部材（第１シート状部材）
３０ｂ１，３０ｂ２  シート状部材（第２シート状部材）
３１  外周面形成領域
３５  ベース部
３６  貫通孔
３６ａ１，３６ａ２  貫通孔
３６ｂ１，３６ｂ２  貫通孔
４０  突出片
４０ａ１，４０ａ２  突出片（第１突出片）
４０ｂ１，４０ｂ２  突出片（第２突出片）
４１  基端部
４２  先端部
４３  外周面形成領域
４９  端辺
５０  筒状部材
５２  触媒層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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