(57)【要約】【課題】二つ以上の金属部材を当接してなる反応器本体の該当接面に反応流路が配置されている反応装置において、反応終了後に該当接面を介して両金属部材を容易に分離することができ、反応流路の内面の状態の確認や、そこに付着した生成物の検証、流路のメンテナンス等が煩雑な操作等を介さずに可能な反応装置を提供する。【解決手段】二つ以上の金属部材が互いに面で当接した反応器本体を筐体に挿入してなる反応装置であって、前記金属部材が当接した面には反応流路が形成され、かつ、その当接した面には融着防止処理が施されていることを特徴とする反応装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つ以上の金属部材が互いに面で当接した反応器本体を筐体に挿入してなる反応装置であって、前記金属部材が当接した面には反応流路が形成され、かつ、その当接した面には融着防止処理が施されていることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記反応器本体を前記筐体に隙間無く挿入してなる請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記反応器本体は前記両金属部材の当接面に直交する方向から押圧されている請求項１又は２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記反応流路内を加熱した条件下で反応をおこなう請求項１〜３のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記反応流路内を加圧した条件下で反応をおこなう請求項１〜４のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項６】
前記反応器本体が挿抜可能とされた請求項１〜５のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項７】
前記金属部材の当接面は、前記反応流路以外の当接部分において気密性を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項８】
前記融着防止処理が、酸素含有雰囲気に前記金属部材の当接面を露出して加熱する処理であること特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置に関し、特に金属触媒を用いて反応を行う流通式反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの燃料電池の燃料源や各種化学原料として、水素を製造する技術の開発が進められている。とりわけ、二酸化炭素等の地球温暖化ガスの発生がなく、また、エネルギー効率が高いことから、水素燃料電池に関する技術が地球環境保護の観点で注目を集めいている。そこでは水素を直接電力に変換できることや、発生する熱を利用するコジェネレーションシステムにおいて高いエネルギー変換効率が可能なことから、最近では家庭用分散電源用途への開発も進んでいる。
【０００３】
水素を製造する技術として、石油化学原料等の有機化合物を利用した反応改質による方法が知られている。例えば、ニッケル等の触媒の存在下、気相においてアルコール化合物と水とを反応させることにより水素ガス及び炭酸ガスを含有する反応ガスを生成する方法がある。具体的に、特許文献１及び２は、グリセリンのような多価アルコールの分解反応とそれに続く水性ガスシフト反応とにより、水素と一酸化炭素との混合ガスである水性ガスを生成する方法を開示する。そこでは、触媒を設けた反応場に、多価アルコールと水と水素とを含む原料流体を導入して流動させるといった手段が採用され、反応過程におけるすす（炭素）の生成を抑制する技術が提案されている。
【０００４】
他方、水蒸気改質反応に用いうる反応装置として、二つ以上の金属部材が当接面で接合された接合体をなし、そこに原料導入口およびガス排出口につながるトンネル状流路が形成されたマイクロリアクターが開示されている（特許文献３参照）。そのトンネル状流路には触媒担持層が形成され、また前記接合体の少なくとも１つの面にはセラミックス絶縁層を介して配設された発熱体が設けられている。このリアクターによれば、前記接合体の当接面が所定の表面粗さ以下になるように研磨処理され上記二つ以上の金属部材が接合一体化されたため、その界面における高い気密性を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０５１７０３号公報
【特許文献２】特開２００９−０５１７０４号公報
【特許文献３】特開２００８−１００１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、特許文献３に開示されたように金属部材の当接面を研磨して鏡面処理を施し、これによってその接合性を高めれば、両者を当接した界面はその融着により強く接合し、水蒸気改質反応のような高温（例えば６００℃）の加熱流通反応において高い気密性を発揮し、合成ガスの製造に好適に対応することができる。ところが、上記のようにして融着接合した金属部材は、その接合力が極めて強く逆に分解することができず、反応流路内部の確認やメンテナンスが極めて困難となることがある。特に、反応流路がマイクロメートルオーダーともなると内部に清浄器具や洗浄媒体を挿入することが難しくなり、例えば所定の金属表面を触媒面として利用するような場合には、一回的な使用しかできないことともなる。そうなると製造効率及び製造コスト等の面で見合わないものとなってしまう。
【０００７】
以上の点に鑑み、本発明は、二つ以上の金属部材を当接してなる反応器本体の該当接面に反応流路が配置されている反応装置において、反応終了後にその当接面で両金属部材を容易に分離することができ、反応流路の内面の状態の確認や、そこに付着した生成物の検証、流路のメンテナンス等が煩雑な操作等を介さずに可能な反応装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、二つ以上の金属部材が互いに面で当接した反応器本体を筐体に挿入してなる反応装置であって、前記金属部材が当接した面には反応流路が形成され、かつ、その当接した面には融着防止処理が施されていることを特徴とする反応装置によって解決された。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の反応装置は、二つ以上の金属部材を当接してなる反応器本体の該当接面に反応流路が配置され、反応終了後にその当接面で両金属部材を容易に分離することができ、反応流路の内面の状態の確認や、そこに付着した生成物の検証、流路のメンテナンス等が煩雑な操作等を介さずに可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における一実施形態としての流通式反応装置を模式的に示した一部切欠斜視図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面の断面図である。
【図３】図１に示した流通反応装置の分解斜視図である。
【図４】本発明における別の実施形態としての流通式反応装置の図２に対応する断面における、反応機本体のうち金属部材の断面を示した模式図であり、（ａ）は断面において四角形状流路を有するもの、（ｂ）は断面において六角形状流路を有するものである。
【図５】本発明におけるまた別の実施形態としての流通式反応装置の図２に対応する断面における、反応機本体のうち金属部材の断面を示した模式図であり、（ａ）は断面において片側の金属部材側に半円形状流路が施されたもの、（ｂ）は断面において四角形状流路が施されたもの、（ｃ）は断面において三角形状流路が施されたものである。
【図６】本発明におけるさらにまた別の実施形態としての流通式反応装置内の反応器本体のうち一つの金属部材の当接面を模式的に示したものであり、一つの流路範囲の途中で流路が二つに分岐後に集約するものの模式図である（（ａ）は当接面からみた平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。）。
【図７】本発明におけるさらにまた別の実施形態としての流通式反応装置内の反応器本体のうち一つの金属部材の当接面を模式的に示したものであり、それぞれ独立した二つの並行する流路を有するものの模式図である（（ａ）は当接面からみた平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。）。
【図８】実施例１で作製した金属材料（研磨処理、６００℃−１０時間加熱処理）の当接面におけるＳＥＭ−ＥＤＸにより観察した顕微鏡像を示す図面代用写真であり、（ａ）が光学顕微鏡像、（ｂ）が二次電子像、（ｃ）が反射電子像である。
【図９】実施例１で作製した金属材料（研磨処理、６００℃−１０時間加熱処理）の当接面におけるＳＥＭ−ＥＤＸ測定により得た特性Ｘ線スペクトルである。
【図１０】実施例２で作製した金属材料（研磨処理、６００℃−１時間加熱処理）の当接面におけるＳＥＭ−ＥＤＸにより観察した顕微鏡像を示す図面代用写真であり、（ａ）が光学顕微鏡像、（ｂ）が二次電子像、（ｃ）が反射電子像である
【図１１】実施例２で作製した金属材料（研磨処理、６００℃−１時間加熱処理）の当接面におけるＳＥＭ−ＥＤＸ測定により得た特性Ｘ線スペクトルである。
【図１２】比較例で作製した金属材料（研磨処理、加熱処理なし）の当接面におけるＳＥＭ−ＥＤＸにより観察した顕微鏡像を示す図面代用写真であり、（ａ）が光学顕微鏡像、（ｂ）が二次電子像、（ｃ）が反射電子像である。
【図１３】比較例で作製した金属材料（研磨処理、加熱処理なし）の当接面におけるＳＥＭ−ＥＤＸ測定により得た特性Ｘ線スペクトルである。
【図１４】実施例１で実施した気密性テストに用いた各種機器及び装置を接続した状態を示す装置説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明における一実施形態としての流通式反応装置を模式的に示した一部切欠斜視図であり、図２は図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面の断面図であり、図１に示した流通反応装置の分解斜視図である。
【００１２】
本実施形態の反応装置１０は、金属部材１２と金属部材１３とが互いにそれらの当接面１２ａ，１３ａで当接し反応器本体１をなしている。そして、該反応器本体１は支持板１１，１４により前記当接面に直交する方向から挟持されて筐体２の挿入孔２ｂに隙間無く挿入されている。本発明において隙間無くとは全く隙間無く当接していることのほか、反応装置の組付け作業時の挿抜性を考慮した若干の隙間や加工誤差による隙間があることを含む。隙間の値は特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ〜３.０ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍがより好ましい。また、反応器本体が単独で隙間無く挿入されていても、さらに支持板等の他の部材を介して隙間無く挿入されていてもよい。さらに、上記筐体２の上面には１２個のネジ穴２ｍが設けられており、そこに同数のネジ３を螺合されている。該ネジの先端３ａが支持板１１に当接するまでネジが締められ、反応器本体１を筐体２内部でしっかりと固定し、反応装置１０が構成されている。
【００１３】
本実施形態の反応器本体においては、前記金属部材１２，１３の当接面１２ａ，１３ａに、入口ｍ１から出口ｍ２に連絡する反応流路６をなす溝１２ｎ，１３ｎがそれぞれ形成されている（図２及び図３を併せて参照）。したがって、この当接面１２ａ，１３ａで断面において略長方形の両金属部材１２，１３を当接させることにより、断面において円形であり長手方向に直線的に延びる反応流路６が形成される。そして、この反応器本体１においては、金属部材１２，１３が対面してなす入口ｍ１及び出口ｍ２には雌ネジ部が設けられており、この入口及び出口がなすネジ穴にジョイント４の雄ネジ部４ａを螺合して取り付けることができる。このジョイントにはパイプ５がそれぞれ連繋されており、これによりパイプ５から入口ｍ１に原料物質を送り込み、反応流路６で所望の反応を進行させ、出口ｍ２から反応生成物を排出させパイプ５を介して回収することができる。
【００１４】
本発明の反応装置においては、反応流路をなす二つ以上の金属部材の当接面が予め融着防止処理されているという特徴を有する。この点について、上記実施形態の流通反応式装置１０を例に詳しく説明する。本実施形態においては、上記のように２つの金属部材１２，１３が当接面１２ａ，１３ａで当接し、この当接面において形成された溝１２ｎ，１３ｎが反応流路６をなすようにされている。さらに、金属部材は筐体の挿入孔２ｂに挿設され支持板１１，１４を介して筐体２とネジ３とで挟持押圧されている。したがって、上記金属部材の当接面１２ａ，１３ａは相当程度の面圧を受け互いに密接している。特に、反応流路から反応流体が漏れ出さない気密性を考慮すると十分な密閉性が要求され、通常、当接面は十分に研磨され鏡面状態に仕上げられ、かつ上述のように面圧を受け押圧されている。
このように金属部材の当接面の表面粗さが極めて小さく、かつ高面圧で密接した状態とされ、さらに高温加熱条件化におかれると、その当接面における金属の拡散接合が進行して、両者が接合した状態となる。つまり、金属材料を溶融させなくても、所定の条件で加熱ないし加圧保持すると、当接界面を越えて原子が拡散し、完全ないし十分な接合状態が得られることとなる。このような拡散接合ないし加熱により部分的に溶融が生じ接合すると、それらの部材は金属の切断加工もしくは破壊をさせなければ分割できないこととなる。本発明においては、上述の拡散接合と溶融による接合、さらには常温接合（典型的には真空状態における清浄面の金属同士の接合）等を含め「融着」という。
これに対し、本発明によれば、上記金属部材の当接面に融着防止処理が施されているため、当該表面に研磨等により鏡面処理を施し、強く押圧して密接させ、さらに所定の加熱環境下においても当接面が融着せず、容易にそこで分割可能である。つまり本発明においては、反応時には当接面において形成された反応流路の気密性を十分に維持しつつ、それと従来相反する問題を克服し、その反応終了後には特殊な器具やシビアな加工を行わずに金属部材をその当接面で分割することができる。
【００１５】
（金属部材）
本実施形態の金属部材１２，１３をなす材料は特に限定されないが、使用対象反応に対して触媒活性を有する金属を用いることが好ましく、当該触媒活性金属からなる材料であっても、内部を他の金属部材で構成し表面にめっき、溶射、スパッタリング、蒸着などの表面処理加工により上記触媒活性金属を付したものでもよい。高温に加熱したのちに、表面を清浄したり研磨したりして繰り返し用いることを考慮すると、上記触媒活性金属からなる材料であることが好ましい。金属材料としては特に限定されないが、加熱流通反応で活性のある金属としていえば８〜１２族の金属、好ましくは第８族の鉄、ルテニウム、オスミウムなど、第９族のコバルト、ロジウム、イリジウムなど、第１０族のニッケル、パラジウム、白金など、もしくはこれらの合金などが挙げられる。水蒸気改質反応に用いることを考慮すれば、工業的なコストや機械的強度及び成形性に優れるニッケルが挙げられ、なかでも純度の高い例えば純度９９％以上の純ニッケルであることが好ましい。なお本発明において金属材料とは、上記のような所定の金属が作用する範囲に適用されていれば、金属以外の材料、例えば所定の無機材料を組み合わせて適用した複合体であってもよい。
【００１６】
本実施形態において金属部材の形状は特に限定されないが、ここで示したもののように筐体の挿入孔に隙間無く挿設することを考慮すると、直方体状であることが好ましく、二つ以上の金属部材において両者が同形状であることが好ましい。
【００１７】
（反応流路）
本実施形態の反応装置においては、２つの金属材料１２，１３の当接面側にそれぞれ断面において半円形の溝１２ｎ，１３ｎが形成されており、これらを対面させることにより断面円形であり長手方向に直線的に延びる流路６が構成されている。該流路の形成方法は特に限定されず、例えば切削加工、研削加工、放電加工などの機械加工仕上げ、サンドブラスト加工やエッチング加工などを適宜採用することができる。流路の形態も特に上記実施形態のものに限定されず、使用対象反応に合わせて適宜設計することができる。例えば流路の断面形状では、図４のような２つの金属部材を跨ぐ断面において（ａ）四角形状流路、（ｂ）六角形形状流路、さらには楕円や六角形状以上の多角形状流路であってもよい。また、図５のような金属部材の一方にのみ溝を施した、断面において（ａ）半円形状流路、（ｂ）四角形状流路、（ｃ）三角形状流路、さらにまたは四角以上の多角形状流路であってもよい。さらに、上記の変形例として、当接面側から見た流路形態は、図６のような流路入口ｍ１と流路出口ｍ２からなり、流路６が、入口から流路６１に入り、分岐点６ｐで二つに分岐された流路６２に続き、その後に分岐点６ｐで集約された流路６３で構成されたものであってもよい。さらなる変形例として図７のような流路入口ｍ１と流路出口ｍ２を結ぶそれぞれの二つの流路６ａと流路６ｂとからなる流路６のように、一つの当接面へ複数の流路が独立して平行する状態で形成されてあってもよい。また分岐及び集約や独立する流路の数は前記二つ以上であっても特に問題はない。その他、途中に貫通孔を介した３次元的な流路としたり、これを応用して金属部材を３つ以上重ねた多段式の反応器本体としたりしてもよい。なお、上記図６，７では片側の金属部材のみを示しているが、同じもしくは異なる形状の流路を付した別の金属部材を対応する位置で対面させた構成、あるいは流路の形成されていない金属部材を対面させた構成において流路が形成されているものとして説明している。
【００１８】
流路の寸法も特に限定されないが、水蒸気改質反応に用いる流通式反応装置としての利用を考慮すると、断面の円相当直径を０．１ｍｍ〜５．０ｍｍとすることが好ましく、１．０ｍｍ〜３．０ｍｍとすることがより好ましい。反応流路の長さも特に限定されることは無いが、上記水蒸気改質反応に適した長さであることを考慮すると、１０ｍｍ〜３００ｍｍとすることが好ましく、５０ｍｍ〜１５０ｍｍとすることがより好ましい。
【００１９】
流路内面には触媒が露出していることが好ましく、金属材料自体が触媒活性を有する金属で構成されている場合には上述した加工により反応流路を形成することにより、その金属面が露出し触媒として機能する。他方、所定の金属触媒層を流路内面に形成する場合には、めっき、溶射、スパッタリング、蒸着などの表面処理加工などによりこれを形成することができる。
【００２０】
（融着防止処理）
本実施形態の反応装置において、金属部材の当接面に対する融着防止処理の条件は特に限定されないが、金属部材を所定の雰囲気下で加熱処理することが好ましく、酸素含有雰囲気下で行うことがより好ましく、処理効率を考慮すれば大気中で加熱処理することがより好ましい。加熱温度は材料金属に限定されないが、例えばニッケルを金属部材とした場合では、１００℃〜１０００℃で処理することが好ましく、５００℃〜７００℃で処理することがより好ましい。また前記加熱処理のほかに、モリブデン、スズ、タンタル、クロム、タングステン、チタン、窒素、ケイ素、シリカ、カーボン、アルミナ、コバルトなどを、めっき、溶射、スパッタリング、蒸着などの表面処理加工などにより形成されてもよい。
【００２１】
本実施形態においては、上記融着防止処理により、金属材料１２，１３の当接面１２ａ，１３ａに傾斜的な酸化膜７（図２の円内参照）が形成されている。酸素濃度は特に限定されないが、例えば、後記実施例に記載のＥＳＣＡ測定によって、主要金属元素の原子数比が２８ａｔｏｍ％以上であることが好ましく、３０ａｔｏｍ％以上であることがより好ましい。本発明において上記のような優れた融着防止性を奏する理由のひとつとして、上記酸素等の元素濃度が高まり単に研磨して露出した金属表面とは異なる金属組織状態が形成されたことによると推定される。
【００２２】
（研磨）
金属材料の当接面における研磨方法は特に限定されず定法を採用することができ、例えば、研削砥石加工、ラップ加工、放電加工等の機械加工仕上げ、ＥＬＩＤ研削等の電解加工仕上げなどで仕上げられる。研磨後の当接面の表面粗さ特に限定されないが、気密性を考慮すると、中心線平均粗さ（Ｒa）を０．００１μｍ〜０．１００μｍの範囲とすることが好ましく、０．００２μｍ〜０．０１０μｍの範囲とすることがより好ましい。また１０点平均粗さ（Ｒz）を１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．１μｍ以下とすることがより好ましい。
【００２３】
（支持板）
本実施形態において支持板１１，１４は部材の熱膨張係数より特に限定されず、例えばその材料として、工業的なコストや、機械的強度及び成形性に優れる、ステンレスが好ましい。また、この材料の熱膨張係数（Ｋ２）として、金属部材１２，１３に用いた材料の熱膨張係数（Ｋ１）より小さいもの（Ｋ１＞Ｋ２）を用いることが好ましい。代表的な材料の熱膨張係数の値は例えば、０〜１００℃における熱膨張係数を例示すると、ニッケル（１３．３×１０−６／℃）、ＳＵＳ４３０（１０．４×１０−６／℃）、ＳＵＳ３０４（１７．３×１０−６／℃）、ＳＵＳ３１６（１５．９×１０−６／℃）であり、上記の関係を考慮するとこの中では金属部材にニッケルを用い支持板にＳＵＳ４３０を用いることが好ましい。
【００２４】
このような熱膨張係数の関係は後述する筐体についても同様であり、筐体の熱膨張係数（Ｋ３）を、金属部材１２，１３に用いた材料の熱膨張係数（Ｋ１）より小さいもの（Ｋ１＞Ｋ３）を用いることが好ましい。上記のように気密性を確保するための各種加工が金属部材の当接面に施されていれば、その部分での必要以上の面圧はなくてもよい。また、ここで規定するように金属部材の熱膨張係数（Ｋ１）より大きい熱膨張係数をもつ材料を、金属部材を包囲する材料（本実施形態においては支持板及び筐体）に用いることで、加熱したときの二つ以上の金属部材の当接面における面圧を適度に和らげることができ、当接面での融着防止効果が期待できる。
【００２５】
支持板の形状は特に限定されないが、金属部材との適合性及び筐体への好適な挿入形態を考慮し、金属部材を当接面に直交する方向にみたときに同一形状となるものが好ましい。厚さは特に限定されないが、５ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。この範囲の厚さとすることにより、機械加工時の材料保持が適切に行え、加工による加工歪みの抑制などが図れる。また必要以上に厚くしないことで、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００２６】
（筐体）
本実施形態において筐体２を構成する材料は特に限定されないが、好ましく用いられる材料の範囲は上記支持板と同様である。筐体の構造については挿入孔２ｂが施された中空構造からなり、筐体の機械的強度や挿入孔２ｂの各内面の平面度や平行度の精度を保つため、ブロック材料からの削り出しによる取付け面のない一体化とした構造が好ましい。挿入孔２ｂの加工方法は特に限定されることはなく、例えばワイヤカット放電加工などで仕上げられる。筐体の挿入孔２ｂの大きさは用いる反応器本体１ないし支持板の寸法によって適宜定めることが好ましく、反応器本体１を支持板で挟持したものと同一寸法の孔であるか、あるいは挿抜性を考慮して微小なクリアランスを設けた寸法としてもよい。本実施形態においては挿入孔２ｂが２つ設けられているが、反応流路のナンバリングアップとの関係でさらに増やしてもよい。筐体の天面には１２個のネジ穴２ｍが設けられており、ここにネジ３が螺合される。ネジ穴２ｍは貫通しており、その深さはネジ３を螺合して最も深く挿し込んだときにネジ先端３ａが挿入孔２ｂに多少突出するようにされている。換言すれば、筐体のネジ穴２ｍのネジ溝に対して、そのような深さに螺合して挿入しうる長さのネジ山をもつネジ３を用いることが好ましい。このネジ３の螺合によりネジ先端３ａが反応器本体１の支持板１１を強く押圧し、反応器本体の安定した固定状態を実現することができる。このとき、上述したような金属部材の当接面１２ａ，１３ａにおける気密性及び融着防止性を考慮してネジ３を締め付けるトルクを調節することが好ましい。
【００２７】
（その他）
ジョイント４には適宜市販のもの等を用いることができ、例えば、チューブ継手、管継手などを用いることができる。本実施形態においてジョイント４にはその先端に突出する雄ネジ部４ａが設けられており、金属部材１２、１３が当接面で当接するよう組み合わされてその端部になす雌ネジ部（入口、出口）ｍ１，ｍ２に螺合するようにされている。つまり、上記ジョイントの雄ネジ部４ａのネジ山と金属部材のネジ溝１３ｍ，１２ｍ（図３参照）とが対応するようにされている。
パイプ５には適宜市販のもの等を用いることができ、例えば、ステンレスパイプ、炭素鋼パイプ、銅パイプ、チタニウムパイプなどを用いることができる。原料化合物の種類や供給量、ないし生成物の種類や回収量等に応じて適宜材質や管径を選定することができる。
【００２８】
本実施形態の反応装置１０はその作用効果を奏する範囲でどのような反応に適用してもよく特に制限なく用いることができるが、特に加熱流通反応に用いることが好ましく、反応装置ごと加熱し反応流路を所定の温度に維持した状態で流通反応を行うことが好ましい。反応装置を加熱する方法は特に限定されないが、シーズヒーター、カートリッジヒーター、スペースヒーター等の加熱手段を反応装置１０に取り付けて加熱してもよく、あるいは加熱炉の中に反応装置を設置して加熱してもよい。加熱温度としては特に限定されず使用対象反応に対応して設定すればよいが、反応装置を金属材料で構成した場合には、例えば１００℃〜１０００℃に加熱することが好ましい。加熱流通反応としては、例えば、有機化合物を用いた水蒸気改質反応が挙げられる。以下に、その１つである多価アルコールの改質反応について例示する。
【００２９】
下記化学反応式（１）は、触媒が共存する反応場に、多価アルコールと水とを含む原料流体を導入して流動させることにより進行する反応を示している。すなわち、多価アルコールの分解反応によって、原料流体が反応して水素と一酸化炭素との混合ガスである水性ガス（合成ガス）を生成する。そして通常、この反応とともに、下記化学反応式（２）の水性ガスシフト反応によって、その生成した一酸化炭素が水と反応して水素を二次的に生成するものである。これらの反応を効率良く進行させる反応温度としては、例えば３００℃〜１０００℃が好ましく、５００℃〜７００℃がより好ましい。この反応に特に好適に用いられる金属触媒としてニッケルが挙げられる。
【００３０】
上記の水蒸気改質反応においては、さらに、生成した一酸化炭素の２分子が結合し、二酸化炭素と炭素（固体）を生成させる副反応が進行することがある（化学反応式（３））。この反応が進行すると、炭素（固体）が生成するためこれがすすとなり反応容器の内面に付着することとなる。
【００３１】
【化１】
2011104484.tif 000003
【００３２】
上記例示した多価アルコールの水蒸気改質反応にも本実施形態の反応装置１０は好適に使用することができ、上記反応温度における加熱にも不具合なく対応することができる。しかも、反応終了後には軽便に反応器本体１を分解して内部の反応流路を露出させることができる。そのため、容易に金属部材の反応流路を清浄し触媒活性を示す金属面を露出させ、かつ当接面の研磨及び融着防止処理等の適宜のメンテナンスを施し、再度、速やかに合成ガスの製造の用に供することができる。
【００３３】
上記実施形態の反応装置によれば、必要に応じて構成材料等を選定することにより水蒸気改質反応に求められる約６００℃といった高温加熱条件での反応にも適合しうるという利点を有する。このとき高温時の材料膨張による反応器と筐体に生ずる圧力でお互いが加圧される構造（自己加圧型構造）とすることで、上記反応器本体をなす金属部材の当接面での気密性を極めて高いものとすることができる。このため高温または高温高圧反応の後であっても、冷却した後には、金属部材の当接界面における分離性が極めて良好となる。
【実施例】
【００３４】
以下に、実施例に基づき本発明についてより具体的な説明するが本発明はこれに基づき限定して解釈されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
＜反応装置の作製＞
図１に示した反応装置を以下の手順で準備した。金属部材として縦×横×長さ：１０ｍｍ×１５ｍｍ×１１５ｍｍの金属ニッケル（純度９９．６質量％以上）からなる材料を２つ準備した。金属部材の幅方向中央に長手方向に延びる断面半円形（直径３ｍｍ）の溝を、数値制御フライス盤で切削加工を行い、サンドブラスト加工で仕上げてそれぞれ形成した。この溝の長手方向の両端には、金属部材を精度良く重ね合わせて保持し、ネジ溝を切削加工により同時形成した。二つの金属部材の上記溝を設けた当接面をそれぞれ、平面研削盤で研削砥石加工を行い、ラップ盤で研磨仕上げを行って形成した。研磨した後の中心線表面粗さ（Ｒa）および１０点平均粗さ（Ｒz）を下記の測定方法で測定した結果、中心線平均粗さ（Ｒa）が０．００１μｍ、１０点平均粗さ（Ｒz）が０．００７μｍであった。
（表面粗さの測定方法）
非接触式表面形状粗さ測定機（アメテック（株）製、タリサーフＣＣＩ３０００［商品名］）を使用し、測定長：０．３５ｍｍでの表面凹凸を測定（２回）し、測定結果の平均値から中心線平均粗さ（Ｒa）、１０点平均粗さ（Ｒz）を求める。
【００３６】
次いで、上記の二つの金属部材をその溝を形成した面が空気中に露出するようにして、６００℃で１０時間加熱処理を行った。この加熱処理後の金属材料の当接面の状態を下記ＳＥＭ−ＥＤＸ測定の項に記載の顕微鏡により観察した結果を図８に示した。図８の（ａ）が光学顕微鏡像であり、その四角で囲んだ領域の二次電子像が（ｂ）、反射電子像が（ｃ）である。また、併せて、下記の条件でＥＳＣＡ測定及びＳＥＭ−ＥＤＸ測定を行った。これらの測定結果に基づく金属材料の当接面における金属組成の結果は、まとめて下表１に示した。また、ＳＥＭ−ＥＤＸ測定で得られた特性Ｘ線スペクトルを図９に示しており、同図に示した測定位置（ｓｐｏｔ１〜３）は、図８（ｂ），（ｃ）中に四角で囲んだ数字で示している。なお、以下の実施例及び比較例において顕微鏡観察及び分析機器測定は上記と同様にして行った。
【００３７】
（ＥＳＣＡ測定条件）
装置：ＰＨＩ  Ｑｕａｎｔｅｒａ  ＳＸＭ（アルバック・ファイ）［商品名］
Ｘ線源：単色化Ａｌ  Ｋα（２５Ｗ、１５ｋＶ）
Ｐａｓｓ  Ｅｎｅｒｇｙ：１１２ｅＶ    Ｓｔｅｐ：０．２ｅＶ    
測定角度：４５゜  
測定面積：５００×５００μｍ
【００３８】
（ＳＥＭ−ＥＤＸ測定条件）
ＳＥＭ装置：Ｓ４３００ＳＥ／Ｎ［商品名］
ＥＤＸ装置：ＨＯＲＩＢＡ  ＥＭＡＸ  ＥＮＥＲＧＹ［商品名］
加速電圧：１５ｋＶ  
Ｘ線取り出し角度：３０゜
Ｘ線取り込み時間：６０ｓｅｃ
【００３９】
その後、互いの微細溝が対向するように金属部材を当接して反応器本体を組み立て、さらに溝を形成したのとは反対側の面に支持部材（ＳＵＳ４３０製、縦×横×長さ：５ｍｍ×１５ｍｍ×１１５ｍｍ）を当てた。この反応器本体を支持板で挟持したものを筐体（ＳＵＳ４３０製、縦×横×長さ：６０ｍｍ×７５ｍｍ×１１５ｍｍ）の挿入孔に挿入した。このとき、上記筐体の挿入孔は上記反応器本体と支持板を組み合わせたものの断面と同じ形状の断面をもつようにされ、これらが孔のなかで隙間無く固定されるようにした。
【００４０】
さらに上記筐体の上面にある１２個のネジ穴に同数のネジを螺合し、ネジの先端が反応器本体の支持板に当接するまで締め、ネジ１本あたりの締めトルクを３０Ｎ・ｍで反応器本体を筐体内部で固定した。次いで、反応器本体において二つ以上の金属部材端部のネジ山が対面して形成されたネジ穴ｍ１、ｍ２にジョイント４を螺合して、パイプ５を反応器本体に連繋した。
【００４１】
＜反応装置の気密測定方法＞
水蒸気改質反応の圧力はほぼ常圧で行われるため、６００℃における反応装置内の流路気密性の目標値は、窒素ガスを用いて流路内を０．３ＭＰａに加圧設定し、その後通気している栓を全閉して０．５時間における圧力降下の割合を目標５％以下とした。これら気密測定方法を行うため図１４のように各機器を接続した。窒素ガスの通気方法は、窒素ガス元栓１５からバルブ１６ａ、１次圧力調整弁１７ａ、２次圧力調整弁１７ｂ、バルブ１６ｂを通り、Ｔ字継手１８で分岐され、一方は反応装置１０、バルブ１６ｃへ流れ、一方は分岐後に圧力計１９へ流れ、圧力計で計測された電圧値をデータ収集システム２０で変換し、パソコン２１でモニタリングを行った。なお、窒素ガスの各接続方法はステンレスパイプを使用し、各パイプと各機器はチューブ継手で接続を行った。
【００４２】
＜反応装置の加熱方法（６００℃）＞
上記の反応装置１０を水蒸気改質反応で使用する温度まで加熱するため、反応装置１０と接続するパイプの一部を電気炉２２へ設置し、電気炉内を６００℃まで昇温した。
【００４３】
＜６００℃加熱時の気密性テスト＞
反応装置２が６００℃となった後、全バルブを開けて窒素ガスを通気させて流路及びパイプ内のガスの置換をした。その後バルブ１６ｃを閉め、２次圧力調整バルブ１７ｂで窒素ガス圧力を０．３ＭＰａに調整し、バルブ１６ａと１６ｂを閉めて、データ収集システムを稼動させて反応流路内の圧力値を０．５時間にわたり計測を行った。その結果、漏れ率は０．９６％となり目標の漏れ率５％以下であることを確認した。なお、漏れ率の結果は表２に示した。
【００４４】
＜６００℃加熱後の分解性＞
水蒸気改質反応の反応時間は１０時間を予定しているため、上記の気密性テスト終了後に連続して９．５時間を保持し、合計１０時間を６００℃で加熱継続を行った。その後反応装置２を常温（２８℃）に戻し、電気炉２２から取り出した後、大気中で反応装置の分解を行った。分解は前記の装置を組み立てる手順の逆であり、筐体から反応器本体及び支持板を取り出し、そこから支持板を取り外して、金属部材を当接面で引き離し分離した。このとき、二つの金属部材はその当接面で全く融着しておらず、特に力を入れることなく速やかに分離することが可能であった。
【００４５】
この結果より、本発明によれば、二つ以上の金属部材を当接面で当接しそこに流路を設けた反応装置において、加熱流通反応における当接面での十分な気密性を保ちながら、しかも該当接面での融着を防ぎ簡便に上記金属部材を分割することができることが予測される。また、上記分割後の流路内面における生成物の確認も特別な器具や迂遠な操作によらず容易におこなうことができ、また速やかにメンテナンスを施し再利用可能であることが予測される。
【００４６】
（実施例２）
融着防止処理としての加熱処理を１時間行った以外、実施例１と同様に分析機器による測定を行った。その結果、比較例に比べて加熱処理を行うことで酸化膜が多く形成されていることが確認された。ＳＥＭ−ＥＤＸ測定に関しては、図１０、１１に示し、ＥＳＣＡによる表面元素分析結果は表１に示した。
【００４７】
（実施例３）
金属材料をＳＵＳ４３０を基材とし、その表面に無電解ニッケル−りんめっき（Ｎｉ‐Ｐ）を施した後、融着防止処理としての加熱処理を１０時間行った以外、実施例２と同様に分析機器による測定を行った。その結果、比較例に比べて加熱処理を行うことで酸化膜が多く形成されていることが確認された。ＥＳＣＡによる表面元素分析結果は表１に示した。
【００４８】
（比較例）
融着防止処理としての加熱処理を行わなかった以外、実施例１と同様にして反応装置の作製、分析機器による測定、水蒸気改質反応を行った。この結果本比較例においては、反応終了後、金属材料が当接面で強固に融着しており、金槌などで衝撃を与えたが分割不可能であった。なお、金属材料の当接面（研磨処理のみを行い、加熱処理を行っていない）のＳＥＭ−ＥＤＸ測定に関しては図１２、１３に示し、ＥＳＣＡによる表面元素分析結果は表１に示した。
【００４９】
（参考例）
融着防止処理としての加熱処理を１０時間実施して、実施例１同様に反応装置の作製を行い、加熱温度を２８℃で行った以外、上記と同様にして常温での気密性テストを行った。この結果、６００℃の加熱時に比較して常温時では漏れが多いことから、上記実施例１採用された材料による反応装置２は高温時の材料膨張による自己加圧型構造であった。なお、漏れ率の結果は表２に示した。
【００５０】
【表１】
2011104484.tif 000004
（注）SEM-EDX測定の結果は各測定点（spot）の平均値として示している。また、酸素（Ｏ）とニッケル（Ｎｉ）との和が100%になるようして示しており、他の元素は含まれない。−は測定しなかったことを意味し、0はその元素が検出されなかったことを意味する。
【００５１】
【表２】
2011104484.tif 000005
（注）反応装置は参考例を行った後に実施例１で使用した同一のものであり、装置毎の製作による加工誤差などの不具合については、極めて少ないものとなっている。
【符号の説明】
【００５２】
１  反応器本体
２  筐体
３  ネジ
４  ジョイント
５（５ａ、５ｂ）  パイプ
６  流路
７  融着防止処理部（酸化膜）
１０  反応装置
１１、１４  支持板
１２、１３  金属部材
１５  窒素ガス元栓
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  バルブ
１７ａ、１７ｂ  圧力調整バルブ
１８  Ｔ字継手
１９  圧力計
２０  データ収集システム
２１  パソコン
２２  電気炉
【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９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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