(57)【要約】  【課題】反応流体流に触媒反応を発生させ、かつ冷却流体流に熱を移すための改良された触媒反応器／熱交換装置を提供すること。  【解決手段】触媒反応器／熱交換装置（１０）は、撹拌器（３０）を内部に有する反応流チャネル（２０）を含む。撹拌器（３０）は、最初の部分（４０）と選択部分（３４）とを含む。選択部分（３４）は、最初の部分（４０）から下流に設けられた位置（３８）で所望の触媒反応を開始させるように触媒層すなわち触媒コーティング（３６）を含む。ある好ましい形態において、撹拌器（３０）の各選択部分（３４）は、少なくとも一つの下流区域（１０３、１２０）を含み、下流区域では、始動状態中に装置（１０）の性能を改善するため、熱伝達性能が意図的に低減される。【選択図】図１
2006150355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応流体流に触媒反応を発生させ、かつ熱を冷却流体流に移すための触媒反応器／熱交換装置であって、
反応流入口と、
反応流出口と、
反応流体流を当該装置に誘導するために反応流入口と反応流出口との間に延びる反応流チャネルの組と、
反応流体流と熱交換逆流関係に冷却流体流を誘導するために反応流チャネルと交互配置される冷却流チャネルの組と、
各反応流チャネルにおける撹拌器とを備え、
各撹拌器の選択部分が反応流入口から下流に離隔した位置で触媒反応を開始するための触媒層を含み、触媒層は、前記位置で始まり、かつ反応流出口に向かって延在し、各撹拌器の最初の部分が反応流入口と前記位置との間に延在し、かつ反応流体流が前記位置に達するまで触媒反応を遅らせるために触媒層が無い触媒反応器／熱交換装置。
【請求項２】
前記各撹拌器の選択部分は、各撹拌器の最初の部分とは別部材である請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項３】
前記各撹拌器の前記選択部分及び最初の部分は単一構造体である請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項４】
前記各反応流チャネルは、一組の離隔したほぼ平面の熱伝達面が境界をつけ、各撹拌器は、壁区域が接合する複数の交互の頂部及び谷部を含み、各頂部は、一組の熱伝達面の一方と隣接し、各谷部は、一組の熱伝達面の他方と隣接し、各選択部分は、前記壁区域の面が一組の熱伝達面とほぼ平行に延びる長手長さを有するルーバーによって断絶される下流区域を含む請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項５】
前記撹拌器は、切開オフセットフィンである請求項４の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項６】
前記各反応流チャネルは、一組の離隔したほぼ平面の熱伝達面が境界をつけ、各撹拌器は、壁区域が接合する複数の交互の頂部及び谷部を含み、各頂部は、一組の熱伝達面の一方と隣接し、各谷部は、一組の熱伝達面の他方と隣接し、各選択部分は下流区域を含み、下流区域において頂部と谷部が、選択部分の残りの部分の頂部と谷部よりも一組の熱伝達面の両面を横断する方向に互いに近づいて離隔すると共に、一組の熱伝達面から離隔して、下流区域から一組の熱伝達面への熱の伝達を最小にする請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項７】
前記撹拌器は、切開オフセットフィンである請求項６の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項８】
前記各反応流チャネルは、一組の離隔したほぼ平面の熱伝達面が境界をつけ、各撹拌器は、壁区域が接合する複数の交互の頂部及び谷部を含み、各頂部は、一組の熱伝達面の一方と隣接し、各谷部は、一組の熱伝達面の他方と隣接し、各選択部分は、頂部及び谷部が一組の熱伝達面に鑞付けされる上流区域と、頂部及び谷部が一組の熱伝達面に鑞付けされない下流区域とを含み、下流区域から一組の熱伝達面への熱の伝達を最小にする請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項９】
前記撹拌器は、切開オフセットフィンである請求項８の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項１０】
前記各反応流チャネルは、一組の離隔したほぼ平面の熱伝達面が境界をつけ、各撹拌器は、壁区域が接合する複数の交互の頂部及び谷部を含み、各頂部は、一組の熱伝達面の一方と隣接し、各谷部は、一組の熱伝達面の他方と隣接し、各選択部分は下流区域を含み、該下流区域において頂部及び谷部が除去されて、下流区域から一組の熱伝達面への熱の伝達を最小にする請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項１１】
前記撹拌器は、切開オフセットフィンである請求項１２の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項１２】
前記反応流チャネルは、各反応流チャネル間に配置される板と、該各板間に配置されるバーとによって規定される請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項１３】
前記反応流及び冷却流チャネルは、各反応流チャネル及び冷却流チャネル間に配置される、浮き出しを有する延伸カップ板によって規定され、浮き出しは、各延伸カップ板から突出して隣り合う延伸カップ板に接して反応流チャネル及び冷却流チャネルに境界をつける請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項１４】
前記各延伸カップ板は、前記反応流入口と流体連通する反応流入口開口と、前記反応流出口と流体連通する反応流出口開口と、冷却流入口開口と、冷却流出口開口とを含み、
各反応流チャネルは、一組の流れ誘導インサートを含み、該流れ誘導インサートの一方は、冷却流出口開口の整列した組を囲み、かつ、反応流体流を反応流入口開口から反応流チャネルにわたって誘導するために反応流入口開口の整列した組から反応流チャネルを横切って延びる側面を含み、該流れ誘導インサートの他方は、冷却流入口開口の整列した組を囲み、かつ、反応流体流を反応流チャネルにわたって反応流出口開口の整列した組へと誘導するために反応流出口開口の整列した組から反応流チャネルを横切って延びる側面を含み、
各冷却流チャネルは、別の一組の流れ誘導インサートを含み、該流れ誘導インサートの一方は、反応流出口開口の整列した組を囲み、かつ、冷却流体流を冷却流入口開口から冷却流チャネルにわたって誘導するために冷却流入口開口の整列した組から冷却流チャネルを横切って延びる側面を含み、該流れ誘導インサートの他方は、反応流入口開口の整列した組を囲み、かつ、冷却流体流を冷却流チャネルにわたって冷却流出口開口の整列した組へと誘導するために冷却流出口開口の整列した組から冷却流チャネルを横切って延びる側面を含む請求項１３の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項１５】
前記各最初の部分は、対応する反応流チャネルの約２５％〜５０％を占める請求項１の触媒反応器／熱交換装置。
【請求項１６】
前記各最初の部分は、対応する反応流チャネルの約２５％を占める請求項１５の触媒反応器／熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒反応器／熱交換器装置に関し、より詳しい用途において、水素を製造するシステム等の燃料処理システムに使用されるような装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの形式の触媒反応器が知られている。例えば、触媒反応器は、水素を製造するシステム等の燃料処理システムもしくはサブシステムにおいて一般的である。例えば、固体高分子（ＰＥＭ）型燃料電池システムは、水素を製造する燃料処理サブシステムを一般的に含んでいる。
【０００３】
更に詳しくは、多くのＰＥＭ燃料電池システムにおいて、メタノール、メタンもしくは同様の炭化水素燃料等の燃料は、燃料電池のアノード側に対する水素リッチ流へと転化される。多くのシステムにおいて、加湿されたメタノールもしくは天然ガス（メタン）と空気が、燃料電池システムの燃料処理サブシステムにより、リフォーメートとして知られている水素リッチ流へと化学的に転化される。この転化は、水素が炭化水素燃料から触媒作用によって解放される改質装置において生じる。一般的な型式の改質装置は、自熱式反応器（Auto-thermal Reactor（ＡＴＲ））であり、これは、酸化反応物質として空気及び蒸気を用いる。水素が遊離されるにつれ、相当量の一酸化炭素（ＣＯ）が作り出される。この一酸化炭素は、ＰＥＭ膜の毒作用を防ぐため、低レベル（一般に１０ｐｐｍ未満）まで低下されなければならない。
【０００４】
許容できるレベル内へとＣＯ濃度を減らすため、燃料処理サブシステムにおいて、リフォーメート流中のＣＯを除去するためのいくつかの触媒反応が一般的に用いられる。リフォーメート流中のＣＯの低減のための典型的な反応は、水性ガスシフトを含むと共に、一般に選択酸化器と呼ばれる装置における貴金属触媒（酸素を供給するために少量の空気がリフォーメート流に加えられる）に対する選択酸化反応を含む。一般に、ＣＯ除去のいくつかの段階が、許容できるＣＯレベルのリフォーメート流を得るために要求される。ＣＯ除去の各段階は、望ましいｃａ触媒反応が起こり、かつ貴金属触媒の装入量が最小にされ得るように、リフォーメート温度が比較的正確な温度範囲へと低下することを要求する。
【０００５】
例えば、選択酸化プロセス中の望ましい反応は、［２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2＋２８３ＫＪ／ｍｏｌ］である。しかしながら、リフォーメート流からのＣＯの除去に有害な他の競合反応が存在する。特に、該他の競合反応は、望ましい水素ガスを水に転化する水素酸化［Ｈ2＋1／2Ｏ2→Ｈ2Ｏ＋２４２ＫＪ／ｍｏｌ］と、追加の有害ＣＯを作り出すと共に水素ガス量を枯渇させる逆水性ガスシフト［ＣＯ2＋Ｈ2＋４１ＫＪ／ｍｏｌ→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ］と、これもリフォーメート流中の水素ガス量を枯渇させるメタン生成［ＣＯ＋３Ｈ2→ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ＋２０６ＫＪ／ｍｏｌ］及び［ＣＯ2＋４Ｈ2→ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ＋１６５ＫＪ／ｍｏｌ］とである。触媒及び初期温度は、水性ガスシフト及びメタン生成に比べてＣＯ酸化に有利に働くように選択される。しかしながら、温度の変動は、競合反応にＣＯ除去性能を妨げさせ得る。更に、選択酸化に最適な温度は、リフォーメート中の一酸化炭素濃度によって変化する。更に詳しくは、選択酸化に対する最適温度は、一般に、リフォーメートの一酸化炭素濃度が低下するにつれて下がる傾向にある。加えて、触媒の活性、すなわち望ましい反応が生じる割合は、反応物質（ＣＯ及びＯ2）の濃度と温度の関数である。
【０００６】
ＣＯ酸化反応、Ｈ2酸化反応、並びにメタン生成反応は、すべて発熱性であり、各反応が進行するにつれ熱を放出する。従って、リフォーメート流体流の温度は、たとえ望ましい選択酸化反応が最初は優勢であっても、該流体流が選択酸化反応器を通過する際、１００℃程度にも上昇し得る。温度が高まるにつれ、ＣＯ酸化に対する反応選択性は競合反応に比べて低減し、これにより、全体的なＣＯ除去効率を低下させる。従って、リフォーメート流が反応する際、反応の選択性を失わないようにリフォーメート流から熱を除去することが望ましい。しかしながら、低温始動状況中の触媒反応領域におけるリフォーメート流体流の冷却は、これが、既に低い触媒反応の活性を下げるので望ましくないであろう。実際、低温始動中にリフォーメートを冷却しないことは、触媒がより迅速に温度に達することを可能にするので、有利であり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主目的は、改良された触媒反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面によれば、反応流体流に触媒反応を発生させ、かつ熱を冷却流体流に移すための触媒反応器／熱交換装置が提供される。触媒反応器／熱交換装置は、反応流入口と、反応流出口と、反応流体流を該装置に誘導するため、反応流入口と反応流出口との間に延びる反応流チャネルの組と、冷却流体流を反応流体流と熱交換逆流関係で誘導するため、反応流チャネルと交互配置される冷却流チャネルの組と、各反応流チャネル内の撹拌器とを含む。各撹拌器の選択部分は、反応流入口から下流に離隔した位置で触媒反応を開始させる触媒層を含み、該触媒層は、上記位置から始まり、反応流出口に向かって延在する。撹拌器の最初の部分は、反応流入口から上記位置へと延在し、かつ触媒層は無く、反応流体流が上記位置に到達するまで触媒反応を遅らせる。
【０００９】
本発明の一側面において、各撹拌器の選択部分は、各撹拌器の最初の部分とは別個の部材である。
【００１０】
別の側面において、各撹拌器の選択部分と最初の部分は、単一の構成体である。
【００１１】
一側面によれば、各反応流チャネルは、一組の離隔した一般に平面の伝達面によって境界付けられ、各撹拌器は、壁区域で接合された複数の交互の頂部と谷部を含む。各頂部は一組の熱伝達面の一方と隣接し、各谷部は一組の熱伝達面の他方と隣接する。更なる側面において、各選択部分は、上記壁区域面が一組の熱伝達面とおおむね平行に延びる長手長さを有するルーバーによって断絶される下流区域を含む。別の側面において次の下流区域を含む。すなわち、該下流区域において、各選択部分は、頂部と谷部が選択部分の残部の頂部と谷部に比べて一組の熱伝達面の両面を横断する（該面と交差する）方向に互いに近づいて離隔し、かつ一組の熱伝達面から離隔して、下流区域から一組の熱伝達面への熱の伝達を最小とする。更に別の側面において、各選択部分は、頂部及び谷部が一組の熱伝達面に鑞付けされている上流区域と、頂部及び谷部が一組の熱伝達面に鑞付けされていない下流区域とを含み、該下流区域から一組の熱伝達面への熱の伝達を最小にする。別の側面によれば、各選択部分は下流区域を含み、該下流区域から一組の熱伝達面への熱の伝達を最小にするため、頂部及び谷部が除去されている。
【００１２】
本発明の一側面において、撹拌器は切開オフセットフィン（lanced-and-offset fins）である。
【００１３】
一側面によれば、反応流チャネルは、各チャネル間に配置された板と各該板間に配置されたバーとによって規定される。
【００１４】
一側面において、上記チャネルは、浮き出しを有する、各チャネル間に配置された延伸カップ板によって規定される。該浮き出しは、各該板から突出して隣り合う板と接触してチャネルに境界をつける。
【００１５】
一側面によれば、上記各板は、反応流入口と流体連通する反応流入口開口と、反応流出口と流体連通する反応流出口開口と、冷却流入口開口と、冷却流出口開口とを含む。各反応流チャネルは、一組の流れ誘導インサートを該チャネル内に含む。インサートの一方は、整列した組の冷却流出口開口を囲み、また、整列した組の反応流入口開口から反応流チャネルを横切って延びて、反応流体流を反応流入口開口から反応流チャネルに向ける側面（輪郭を描く面）を含む。他方のインサートは、整列した組の冷却流入口開口を囲み、また、整列した組の反応流出口開口から反応流チャネルを横切って延びて、反応流体流を反応流チャネルに向けて整列した組の反応流出口開口へと誘導する側面を含む。各冷却流チャネルは、別の組の流れ誘導インサートを該チャネル内に含む。インサートの一方は、整列した組の冷却流出口開口を囲み、また、整列した組の冷却流入口開口から冷却流チャネルを横切って延びて、反応流体流を冷却流入口開口から冷却流チャネルに向ける側面を含む。他方のインサートは、整列した組の反応流入口開口を囲み、また、整列した組の冷却流出口開口から冷却流チャネルを横切って延びて、冷却流体流を冷却流チャネルに向けて整列した組の冷却流出口開口へと誘導する側面を含む。
【００１６】
本発明の一側面によれば、各最初の部分は、対応する反応流チャネルの約２５％〜５０％を占める。更なる側面において、各最初の部分は、対応する反応流チャネルの約２５％を占める。
【００１７】
本発明の他の目的、利点及び側面は、添付特許請求の範囲及び図面を含む明細書全体を完全に考察することによって明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１及び２に示すように、本発明を使用する触媒反応器／熱交換装置１０は、反応流体流（矢印線１２でやや概略的に示す）に触媒反応を引き起し、かつ熱を冷却流体流（矢印線１４でやや概略的に示す）へと移すために提供される。装置１０の一つの可能性のある好ましい用途は、本発明の背景技術欄でより詳しく述べたような水素を生成する燃料処理システムの選択的酸化装置としての使用である。しかしながら、当業者は、触媒反応を必要とするかなり多くの他のシステムでの利用を見出すことができることを認識するであろう。従って、燃料処理システム又は燃料電池システムでの使用に限定することは、特許請求の範囲に特に明記しない限り、全く企図されない。
【００１９】
装置１０は、反応流入口１６と、反応流出口１８と、反応流体流１２を装置１０に通すように誘導するため、入口１６と出口１８との間に延びる一セットの反応流チャネル２０（図２に露出した一つを示す）と、冷却流体流１４を反応流体流１２と熱交換逆流（向流）関係に誘導するため、反応流チャネル２０と交互配置された一セットの冷却流チャネル２２（これも図２に露出した一つを示す）とを含む。冷却流チャネル２２は、冷却流体流１４を装置１０に通すように誘導するため、冷却流入口２４と冷却流出口２６との間に延びる。
【００２０】
装置１０は、各反応流チャネル２０に撹拌器３０（図２に単一撹拌器板３０の形態で示す）を更に含む。撹拌器３０の好ましい一形態は、切開オフセット撹拌器フィンの形態で図３の部分斜視図に示される。図２に戻って、各撹拌器３０の選択部分３４は、反応流入口１６から下流に離隔した図２の破線３８で示す位置で所望の触媒反応を開始するため、撹拌器３０の両面上に触媒層すなわち触媒コーティング３６を含む。触媒層３６は、位置３８で始まり、反応流出口１８に向かって延びる。触媒層３６はまた、図２に示す実施形態において、撹拌器３０の位置３８と後縁３９との間の撹拌器３０の残りの長さ全体にわたって延びる。各撹拌器３０の最初の部分４０は、反応流入口１６から位置３８まで、好ましくは、撹拌器３０の前縁４２から位置３８まで延びる。最初の部分４０はまた、反応流体流１２が位置３８に到達するまで触媒反応を遅らせるため、触媒層３６が無い。最初の部分４０を設けることにより、流れチャネル２０及び撹拌器３０を通って流れる反応流体流１２は、流れチャネル２２を通って流れる冷却流体１４によって、所望の触媒反応にとって最適な温度範囲まで冷却され得ることが認識されるはずである。従って、撹拌器３０の最初の部分４０は、反応流体流１２が位置３８に到達して触媒層３６に接触し、これによって触媒反応を開始する際、反応流体流１２を所望の触媒反応にとっての最適温度範囲にする予冷器として機能し得る。これは、従来の燃料処理システムで要求された別個の熱交換器もしくは冷却器を省き得る点で望ましい。
【００２１】
触媒コーティング３６は、装置１０の組立て及び鑞付けの前又は装置１０の組立て及び鑞付けの後に適当な手段を用いて選択部分３４に適用され得る。例えば、鑞付け後に装置１０に触媒コーティング３６を適用するためにフラッドコーティング法が用いられ得る。
【００２２】
今度は図１及び２に示す構成の細部に目を向ければ、該装置のこの実施形態は、縁フランジ５４の形態の浮き出し（隆起部）を有する入れ子（ネスト化）延伸カップ型板５２のスタック（積み重ね体）５０から形成される。縁フランジ５４は、各板５２から突出して隣接する板５２に接触し、スタック５０中の板５２間の交互形式で配置された流れチャネル２０及び２２に境界をつける。各板５２は、一般に平面の熱伝達面５６を含み、板５２の隣り合う組の離隔した一組の面５６によって各流れチャネル２０及び２２に境界がつけられるようにされる。
【００２３】
図３を参照して、各撹拌器３０は、壁区域６２で接合された複数の交互の頂部５８及び谷部６０を含む。各頂部５８は、流れチャネル２０の境界をなす熱伝達面の一方と隣接し、各谷部６０は、対応する流れチャネル２０の境界をなす他方の熱伝達面５６（図３に示さず）と隣接する。好ましくは、頂部５８及び谷部６０は、それぞれの熱伝達面５６への熱伝達を高めるため、熱伝達面５６に対し鑞付け等により結合される。切開オフセットフィンが好ましいが、ある用途において、その多くは知られている他の適当な撹拌器を利用することが望ましいかもしれない点が理解されるであろう。例えば、ルーバー付きの波形フィンもしくはサーペンタインフィンが使用され得、又は、型押撹拌器が平面５６に形成され得る。
【００２４】
冷却流１４への熱伝達を高めるため、適切な熱伝達フィンもしくは撹拌器６４が各冷却流チャネル２２に設けられることも好ましい。この点に関し、任意の適切な熱伝達フィンもしくは撹拌器が、所要の用途の特定のパラメータの要求に応じ、使用され得る。
【００２５】
再び各板５２に戻り、この種の構成には一般的であるように、各板５２は、四つの流れ開口６６、６８、７０、７２を含む。図２から最も良く分かるように、開口６６は反応流入口開口として機能し、開口６８は反応流出口開口として機能し、開口７０は冷却流入口開口として機能し、かつ、開口７２は冷却流出口開口として機能する。開口６６は、反応流体流１２を各流れチャネル２０に分配する反応流入口マニホルド７４を形成するように整列する。流れ開口６８は、各流れチャネル２０から反応流体流１２を集めて該反応流体流１２を出口１８へと向ける反応流出口マニホルド７６を形成するように互いに整列する。開口７０は、入口２４からの冷却流体流１４を各流れチャネル２２へと分配する冷却流入口マニホルド７８を形成するように整列する。更に、開口７２は、各流れチャネル２２から冷却流体流１４を集めてこれを出口２６へと向ける冷却流出口マニホルド８０を形成するように整列する。
【００２６】
スタック５０は端板５２Ａと別の端板５２Ｂとを更に含む。端板５２Ａは、開口６８及び７０を含まないが、開口６６及び７２を含む。端板端板５２Ｂは、開口６８及び７０を含み、また、流れチャネル２２をバイパスして冷却流出口マニホルド８０において冷却流１４と結合する冷却流バイパス連結部８２が冷却流にとって望ましい場合、開口７２を付随的に含み得る。
【００２７】
図１及び２に示す装置１０の実施形態の一つの特徴は、各流れチャネル２０及び２２に一組の流れ誘導インサート９０を設ける点である。各インサート９０は、対応する開口６６、６８、７０もしくは７２の整列した組を囲み、また、側面（輪郭面）９２を含む。側面９２は、対応する流れチャネル２０又は２２に対して開放する反対側の開口６６、６８、７０もしくは７２の整列した組から関連した流れチャネル２０又は２２を横切って延びる。側面９２は、対応する流れチャネル２０又は２２にわたるそれぞれの流体流１２又は１４の良好な分配を得るため、対応する流体流１２又は１４を、反対側の開口６６、６８、７０もしくは７２の整列した組から対応する流れチャネル２０又は２２に対して誘導する役割を果たす。好ましくは、インサート９０の厚さは、インサート９０に囲まれた開口６６、６８、７０もしくは７２の組からの漏れを防ぐため、対応する流れチャネル２０又は２２に設けられた撹拌器３０又は６４の厚さに一致し、そのため、各インサートの両面９４及び９６と、対応する流れチャネル２０又は２２の境界をなす対応する熱伝達面５６との間に良好な接触が存在し、面９４及び９６がそれら熱伝達面に鑞付け等により接合することを可能にする。換言すれば、各インサート９０は、開口６６、６８、７０もしくは７２の整列した組の一つを、対応する流れチャネル２０又は２２からシール（封止）すると共に、関連する流体流１２又は１４を、対応するマニホルド７４、７６、７８もしくは８０から対応する流れチャネル２０又は２２内へ、又は、対応する流れチャネル２０又は２２から対応するマニホルド７４、７６、７８もしくは８０へと誘導するという二重の機能を提供する。
【００２８】
装置１０は、装置１０に対する取付け箇所を与えるために板５２Ａの外側面に固定される一組の取付けフランジ９８を更に含む。フランジ９８は、本発明にとって重要ではなく、どのような取付け形式もしくは取付けフランジをも使用できることが理解されるであろう。
【００２９】
好ましくは、板５２は適切な鑞付け合金で被覆され、これにより、装置１０の構成要素は、組み立てられたスタックとして鑞付けされ得る。
【００３０】
本出願の背景技術欄で述べたように、触媒の活性、すなわち、反応が生じる割合（速度）は、反応物質（ＣＯ2）の濃度と温度との関数である。濃度及び温度が上がる程、活性は高くなる。通常の稼働条件下において、反応の大部分は、総触媒長すなわち選択部分３４の全長の最初の２５〜４０％で完了し（注入酸素は消費される）、残りの下流部分すなわち下流区域は本質的に活動しない。しかしながら、始動期間中等、流れチャネル２０の温度が低い場合、触媒層３６の触媒は活性がより低く、触媒層３６及び撹拌器３０の下流部分は、反応が完了することを保証する点でより重要となる。この点に関し、低温始動中、リフォーメート流１２を冷却しないことが有利であろう。これは、触媒層３６及びリフォーメート流１２を含む流れチャンネル２０がより素早く温度に達することを可能にするであろうためである。他方、これも背景技術欄で述べたように、触媒反応が選択性を失わないように、通常の稼働状況中、リフォーメート流１２を冷却することが重要である。図４及び５に示す実施形態は、上述した目的、すなわち、通常稼働でのリフォーメート流１２の冷却、及び始動でのリフォーメート流１２の冷却の緩和の両方を満たすことに向けられる。
【００３１】
図４を参照すれば、図１に示す装置の別の実施形態が分解斜視図で示され、同じ参照番号は、図２に示す既述した実施形態と同様の特徴（機能）を示す。この実施形態において、撹拌器３０と熱伝達面５６の関連する各組との間における各撹拌器３０の両側の各流れチャンネル２０内に一組の同一の鑞付けシート１００が設けられる。鑞付けシート１００は、板５２の熱伝達面５６上に被覆鑞付け合金を有するのではなく、所要の鑞付け合金を提供する。一又は複数の切除部１０２（図４に八つ示す）が、各鑞付けシート１００に設けられる。これは、切除部１０２の下にある撹拌器３０の下流部分もしくは下流区域１０３と対応する熱伝達面５６との間のいかなる鑞付け合金をも除去するためである。これは、関連する熱伝達面５６と、各切除部１０２の下にある撹拌器３０の各区域１０３との間の鑞付け接合部を除去する目的に応え、これにより、撹拌器３０の区域１０３と関連する面５６との間の熱伝導を低減し、各撹拌器３０の下流区域１０３から関連する熱伝達面５６への熱の移動を最小にする。
【００３２】
切除部１０２を有する鑞付けシート１００に代わるものとして、鑞付け合金の浸透を防ぐ材料（「絶縁塗料（stop-off）」）で面５６をマスキングすることにより、切除部１０２に相当する領域が作り出され得る。
【００３３】
図４から分かるように、八つの切除部１０２が存在し、これらは、比較的細い鑞付け境界部１０４によって整然と囲まれる。これは、境界部１０４の下にある撹拌器３０部分に面５６を接合させることにより、面５６の支持されていない部分の拡大を最小にするためである。下流区域１０２の境界部１０４の正確な形状は、十分な構造的な一体性（完全性もしくは保全性）を維持するため、内部圧力及び板５０に選択される材料を含む、各用途の特定のパラメータに大いに依存する。
【００３４】
図４の実施形態はまた、図２に示すインサート９０の変更形態９０Ａを含む。インサート９０Ａは、側面９２の縁から外側に拡張する拡張部分１１０を含む点でインサート９０とは異なっている。拡張部分１１０は開口１１２を含み、開口１１２は、６６、６８、７０もしくは７２のうちの関連する一つと位置合わせされる。拡張部１１０は、浮き出し案内羽根もしくは隆起部１１４を更に含み、隆起部１１４は、開口１１２を出る流体流の対応する流れチャネル２０、２２にわたる該流体流の分配（分散）を援助する。拡張部１１０はまた位置決め縁１１６を含み、位置決め縁１１６は、対応する流れチャネル２０、２２に配置された関連する撹拌器３０、６４の後縁３９及び前縁４２と隣接する。
【００３５】
図１の装置１０の別の実施形態の分解図が図５に示され、ここでも同じ参照番号は図２及び４に関連して前述したものと同じ構成要素を示す。この実施形態は、各流れチャネル２０に少なくとも一つの下流区域を含み、かつ該下流区域では、熱伝達性能が選択部分３４の残りの部分（残部）に比べて意図的に低減されている点で図４の実施形態と同様である。この実施形態において、各流れチャネル２０における各撹拌器３０の構造を変更することにより、低い熱伝達性能が実現した。更に詳しくは、下流区域は、各撹拌器３０における一又は複数の区域１２０（図５に八つ示す）によって規定され、ここで、撹拌器３０の構造は、ブロック１２０と対応する表面５６の組との間の熱伝達伝導流路を低減するように変更されている。この低減は、三つの方法のうちの少なくとも一つにおいて実現され得、その一方法は図６〜８に関連して説明され、別の一方法は図９〜１１に関連して説明され、第３の方法は図１２〜１４に関連して示される。
【００３６】
図６を参照すれば、切開オフセット撹拌器３０の一部が斜視図にて示される。図６及び７に見られるように、ブロック１２０撹拌器構造の各壁６２は、熱伝達面５６及び撹拌器３０の平面と（標準製造交差内で）平行に延びる長手長さを有するルーバ１２２を該壁に形成することによって変形されている。ルーバー１２２は、各壁６２における熱伝導流路を最小にする働きをし、これは、撹拌器３０のブロック１２０から関連する熱伝達面５６の組への熱伝達を低減する。図８から分かるように、選択部分３４における残りの撹拌器構造１２６は変形されておらず、従って、ブロック１２０における構造に比べて各面５６に対しより高い熱伝達率（熱伝達係数）を有する。
【００３７】
図９は、撹拌器３０の別の実施形態を示し、該実施形態において、各区域１２０は、各区域１２０における頂部５８と谷部６０間の間隔Ｓを、選択部分３４の残りの部分１２６の頂部５８と谷部６０間の間隔Ｓと比べて短縮することによって与えられる。換言すれば、各区域１２０における頂部５８と谷部６０は、選択部分３４の残部の頂部５８と谷部６０よりも、熱伝達面５６の組の平面及び撹拌器３０を横断（交差）する方向に互いに近づくように離隔される。これは、熱伝達面５６の組から離隔される、各区域１２０の頂部５８及び谷部６０をもたらし、更にこれは、各区域１２０における撹拌器構造と面５６との間の熱伝導流路の長さを、選択部分３４の残部１２６に比べて増長する。区域１２０は、区域１２０における頂部５８及び谷部６０を叩くかもしくは押しつぶすこと、又は、区域１２０をより短い壁区域６２で起伏させることによって形成され得る。
【００３８】
図５の実施形態の撹拌器３０の更に別の形態が図１２〜１４に示される。この実施形態において、下流区域１２０における頂部５８及び谷部６０の過半が撹拌器３０から除去されており、組立て中の撹拌器３０の構造的一体性を維持するため、まばらに存在する頂部５８Ａ及び谷部６０Ａのみがそのまま保たれている。各区域１２０における頂部５８及び谷部６０の除去は、下流区域１２０における撹拌器構造と面５６との間の熱伝達伝導流路の長さを伸長し、これにより、好ましくは頂部５８及び谷部６０が全く除去されていない選択区域３４の残部１２６に比べて熱伝達を低減する。
【００３９】
図４の実施形態と同様に、図５の実施形態のための撹拌器３０の前述の各実施形態は、境界部１２８の構造的一体性を維持することにより、面５６の支持されていない部分の拡張を最小にするため、比較的狭い境界部１２８を含み、該境界部１２８は残部１２６の一部である（すなわち、撹拌器構造は変形されていない）。また、図４の実施形態同様、境界部１２８の正確な形状は、十分な構造的一体性を維持するため、各用途の特定のパラメータに大いに依存する。
【００４０】
図４及び５の上記各実施形態における下流区域１０３、１２０は、反応を完全なものにするには上流触媒の活性が十分でない始動中のみ本質的に活性であるので、下流区域１０３、１２０からの熱伝達を最小にすることは、次の好ましい効果を有する。すなわち、下流区域１０３、１２０上の触媒層３６と下流区域１０３、１２０を通過するリフォーメート流１２とを含む該下流区域１０３、１２０が、下流区域１０３、１２０に生じる触媒反応からの熱の大部分を保持することにより、始動状態中に比較的迅速に加熱することを可能にし、これにより、始動状況下、特に低温始動状況下において望ましい触媒反応を促進させる。他方、下流区域１０３、１２０は始動中のみ本質的に活性なので、下流区域１０３、１２０における熱伝達性能の低減は、通常稼働にはほとんど影響しない。これは、反応物質であるＣＯ及びＯ2が枯渇しているため下流触媒コーティング３６に熱がほとんどもしくは全く発生しないためである。下流区域１０３、１２０の熱伝達性能が乏しい一方、下流区域１０３、１２０は、依然として、触媒コーティング３６に対する大きい表面積と、始動時に反応物質を触媒層３６へと到達させるための良好な混合とを与える。
【００４１】
図１〜１４に例示した実施形態は、延伸カップ型板５２と関連して示したが、撹拌器３０に対する上述したすべての実施形態は、バー−プレート型熱交換器構成に使用することもできる。該熱交換器構造において、同じ参照番号が同じ機能を示す図１５、１６及び１７から最も良く分かるように、熱伝達面５６は平坦分離板１３０によって与えられ、また、浮き出し縁フランジ５４は輪郭バー１３２によって与えられる。板１３０とバー１３２との間に鑞付けシート１３４が設けられる。既述の実施形態と図１５〜１７に示す実施形態との別の一相違点は、輪郭バーが、必要の側面（輪郭面）９２、並びに関連する開口６６、６８、７０及び７２をシールする機能を与えることができるため、インサート９０がもはや使用されていない点である。
【００４２】
図１８及び１９は、装置１０のためのバー−プレート構成の別の例を示し、ここでも同じ番号は同じ機能を示す。この実施形態は、上述した実施形態と次の点で異なっている。すなわち、単一構造ではなく多部品構造として与えられる撹拌器３０の選択部分の挿入を可能にするため、バー１３２が、各流れチャネル２０における該バーの長手側に沿う中断部１４０を含む点である。この点に関連し、バー１３２に一組のシールフランジ１４２が鑞付けもしくは溶接され、シールフランジ１４２は、ねじ穴１４４とシールグランド溝１４６とを含む。各フランジ１４２はカバー板１４８を受けて固定し、カバー板１４８は、ねじ穴１４４に受け入れられる複数のボルト１４９で所定位置に保持される。カバー板は、多部品撹拌器３０の選択部分３４の挿入を可能にするために取り外すことができる。多部品撹拌器３０は、次のようないくつかのオプションを可能にする。第一に、選択部分３４上の触媒層３６は、組み立てた装置１０を鑞付けした後、該組立体の選択部分３４に対して塗られ得る。第二に、撹拌器３０の最初の部分４０は、選択部分３４とは全く異なるタイプの撹拌器構成であり得、又は異なる寸法パラメータを有し得る。更に、入口及び出口区域１５０及び１５２は、それぞれの入口開口６６及び出口開口６８に隣接して設けられ得る。入口及び出口区域１５０及び１５２はまた、他の部分３４及び４０の撹拌器フィンとは全く異なるタイプの撹拌器フィンであり得、また、他の部分３４、４０とは異なる寸法パラメータを有し得、又は、切開オフセット撹拌器に対して図１９に示されるように全く異なる配向を有し得、これは、流れチャネル２０にわたる分配を改善するようにより大きい入口圧力低下を与える。最後に、多部品撹拌器３０は、触媒反応を経た後でかつ装置１０から出る前に反応流体流を更に冷却するため、選択区域３４の下流である後冷却区域１５４を準備することができ、これにより、場合によっては装置１０より下流の熱交換器の必要性を除去する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を具現化する触媒反応器／熱交換装置の斜視図である。
【図２】図１の装置の分解斜視図である。
【図３】図１の装置に使用可能な撹拌器フィンの拡大部分斜視図である。
【図４】図１の装置の別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図５】図１の装置の更に別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図６】図５の装置に使用するための撹拌器フィンの一部を示す斜視図である。
【図７】図６の線７−７から見た部分図である。
【図８】図６の線８−８から見た部分図である。
【図９】図５の装置に使用可能な別の撹拌器の一部を示す斜視図である。
【図１０】図９の線１０−１０から見た部分図である。
【図１１】図９の線１１−１１から見た部分図である。
【図１２】図５の装置に使用可能な撹拌器フィンの一部を示す斜視図である。
【図１３】図１２の線１３−１３から見た部分図である。
【図１４】図１２の線１４−１４から見た部分図である。
【図１５】図１に示す装置の部分分解側面形態である。
【図１６】図１５の線１６−１６から見た図である。
【図１７】図１５の線１７−１７から見た図である。
【図１８】本発明を具現化する触媒反応器／熱交換装置の別のバージョンの斜視図である。
【図１９】図１８の線１９−１９から見た図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  触媒反応器／熱交換装置
１２  反応流体流
１４  冷却流体流
１６  反応流入口
１８  反応流出口
２０  反応流チャネル
２２  冷却流チャネル
２４  冷却流入口
２６  冷却流出口
３０  撹拌器
３４  選択部分
３６  触媒層
４０  最初の部分
５２  板
５４  縁フランジ
５６  熱伝達面
５８  頂部
６０  谷部
１０３  下流区域
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【外国語明細書】
2006150355000001.pdf