(57)【要約】【課題】予熱器を併用することなく反応流体を予熱可能とする反応装置を提供する。【解決手段】反応装置１は、反応流体を流通させる第１流路１７と、第１流路１７に対して並行に積層され、熱媒体を流通させる第２流路と、第２流路とは交差する方向に開口し、熱媒体を導入する導入口と、第１流路１７に設置され、反応流体の発熱反応を促進させる触媒体４１とを有する。導入口の第２流路に向けて折れ曲がる側の第１開口端と接し、第２流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第１基準位置ＰＲ１と、導入口の第１開口端とは反対側の第２開口端と接し、第２流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第２基準位置ＰＲ２とを想定する。触媒体４１の少なくとも一部は、第１基準位置ＰＲ１と第２基準位置ＰＲ２とで区切られた領域、又は、第２基準位置ＰＲ２と第１流路１７の入口位置ＡＰとで区切られた領域の少なくともいずれかに存在する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応流体を流通させる第１流路と、
前記第１流路に対して並行に積層され、熱媒体を流通させる第２流路と、
前記第２流路とは交差する方向に開口し、前記熱媒体を導入する導入口と、
前記第１流路に設置され、前記反応流体の発熱反応を促進させる触媒体と、
を有し、
前記導入口の前記第２流路に向けて折れ曲がる側の第１開口端と接し、前記第２流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第１基準位置と、
前記導入口の前記第１開口端とは反対側の第２開口端と接し、前記第２流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第２基準位置と、を想定すると、
前記触媒体の少なくとも一部は、前記第１基準位置と前記第２基準位置とで区切られた領域、又は、前記第２基準位置と前記第１流路の入口位置とで区切られた領域の少なくともいずれかに存在する、
反応装置。
【請求項２】
前記第１流路に対して並行に積層され、及び、前記第２流路の前記熱媒体の導入側に同列かつ非接触で対向する、冷媒を流通させる第３流路を有し、
前記第２流路の前記熱媒体の導入側と対向する前記第３流路の端部と接し、前記第３流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第３基準位置を想定すると、
前記触媒体は、前記第３基準位置と前記第１流路の入口位置とで区切られた領域に存在する、
請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記第１流路に対して並行に積層され、及び、一端が冷媒を導入する導入口に連通し、他端が前記第２基準位置を規定した前記直線の位置で前記第２流路の前記熱媒体の導入側に同列に連通する、前記冷媒を流通させる第４流路を有する、請求項１に記載の反応装置。
【請求項４】
前記触媒体は、１つの前記第１流路に対して複数ある、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記複数の触媒体の少なくとも１つは、前記第１基準位置から一方の側にある領域に存在し、
前記複数の触媒体の少なくとも他の１つは、前記第１基準位置から他方の側にある領域に存在する、
請求項４に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱交換型の反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反応体としての反応原料を含んだ気体又は液体の反応流体を、熱媒体を用いて加熱又は冷却することで、反応体の反応を進行させる熱交換型の反応装置がある。特許文献１は、反応流体を流通させる反応流路を有する第１の構造体と、熱媒体を流通させる熱媒体流路を有する第２の構造体とを交互に複数積層させた反応装置を開示している。このような反応装置では、熱媒体流路に対して反応流路が並行となる領域の少なくとも一部を反応領域とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１９９７９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される反応装置では、より純度の高い生成物を得るために、反応領域に導入される反応流体は、反応温度近くまで予熱されていることが望ましい。そのため、例えば、反応流路の上流側に連設されている配管系には、反応流体を所望の温度まで予熱する予熱器を設置する必要があった。このような予熱器の併用は、反応装置を含むシステム全体のコストアップの要因となる。
【０００５】
そこで、本開示は、予熱器を併用することなく反応流体を予熱可能とする反応装置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】
【０００６】
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第１流路と、第１流路に対して並行に積層され、熱媒体を流通させる第２流路と、第２流路とは交差する方向に開口し、熱媒体を導入する導入口と、第１流路に設置され、反応流体の発熱反応を促進させる触媒体と、を有し、導入口の第２流路に向けて折れ曲がる側の第１開口端と接し、第２流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第１基準位置と、導入口の第１開口端とは反対側の第２開口端と接し、第２流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第２基準位置と、を想定すると、触媒体の少なくとも一部は、第１基準位置と第２基準位置とで区切られた領域、又は、第２基準位置と第１流路の入口位置とで区切られた領域の少なくともいずれかに存在する。
【０００７】
上記の反応装置は、第１流路に対して並行に積層され、及び、第２流路の熱媒体の導入側に同列かつ非接触で対向する、冷媒を流通させる第３流路を有し、第２流路の熱媒体の導入側と対向する第３流路の端部と接し、第３流路と交差する方向に延びる直線に基づいて規定される第３基準位置を想定すると、触媒体は、第３基準位置と第１流路の入口位置とで区切られた領域に存在するものとしてもよい。上記の反応装置は、第１流路に対して並行に積層され、及び、一端が冷媒を導入する導入口に連通し、他端が第２基準位置を規定した直線の位置で第２流路の熱媒体の導入側に同列に連通する、冷媒を流通させる第４流路を有するものとしてもよい。触媒体は、１つの第１流路に対して複数あってもよい。また、複数の触媒体の少なくとも１つは、第１基準位置から一方の側にある領域に存在し、複数の触媒体の少なくとも他の１つは、第１基準位置から他方の側にある領域に存在するものとしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、予熱器を併用することなく反応流体を予熱可能とする反応装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の第１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】図１のＩＩ−ＩＩ断面に対応する第１伝熱体の形状等を示す断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面に対応する第２伝熱体の形状等を示す断面図である。
【図４】触媒体を示す斜視図である。
【図５】本開示の第１実施形態に係る反応装置を含む熱交換システムの概念図である。
【図６】図２に対応した、触媒体を設置した状態の第１伝熱体を示す断面図である。
【図７】第２伝熱体の他の形状を示す平断面図である。
【図８】第１伝熱体の他の形状を示す平断面図である。
【図９】本開示の第２実施形態における第２伝熱体の形状を示す平断面図である。
【図１０】本開示の第２実施形態における第１伝熱体の形状を示す平断面図である。
【図１１】本開示の第３実施形態における触媒体の形状を示す平断面図である。
【図１２】本開示の第４実施形態における第２伝熱体の形状を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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、各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、鉛直方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内において、第１流路の反応領域の延設方向にＹ軸を取り、かつ、Ｙ軸に垂直な方向にＸ軸を取る。
【００１１】
また、各実施形態に係る反応装置は、反応流体と熱媒体との熱交換を利用し、反応流体の発熱反応を進行させることで生成物を生成する。反応流体とは、反応体としての反応原料を含む気体又は液体である。各実施形態では、反応流体は、主として原料ガスＭを示すが、生成物を含み、反応処理後に熱交換部３から排出される生成ガスＰをも含む。一方、熱媒体は、高温ガスＨＣである。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、本開示の第１実施形態に係る反応装置について説明する。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、熱交換部３と、反応流体導入部４５及び生成物排出部４９と、熱媒体導入部５３及び熱媒体排出部５７とを備える。
【００１３】
熱交換部３は、原料ガスＭから生成物を生成する反応処理を行う。熱交換部３は、反応流体が流通する反応流路を有する複数の第１伝熱体７と、熱媒体が流通する熱媒体流路を有する複数の第２伝熱体９と、蓋体３９とを含む。また、熱交換部３は、反応流体と熱媒体とが互いに同一方向に流れる並行流型の構造を有する。第１伝熱体７、第２伝熱体９及び蓋体３９は、それぞれ、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成される平板状部材である。
【００１４】
図２は、第１伝熱体７を水平方向で切断し、反応装置１の第１伝熱体７を含む部位の構成及び形状を示す断面図である。第１伝熱体７は、反応領域を含む反応流路としての複数の第１流路１７を有する。反応領域とは、第１流路１７内にあり、第２伝熱体９の第２流路３１を流通する高温ガスＨＣに吸熱させて原料ガスＭを反応させることで、生成物を生成する領域をいう。第１流路１７は、それぞれ、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とする溝である。本実施形態では、第１流路１７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配設されている。第１流路１７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、原料ガスＭが導入される第１導入口２０となる。第１側面６０は、第１空間Ｓ１に面する側面である。これに対して、第１流路１７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の直前に位置し、後述する第１連絡流路２３に連通する。第２側面６１は、第２空間Ｓ２に面する側面をいう。
【００１５】
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１７の延伸方向の左右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と並列に、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１７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。もし、第１流路１７が第２側面６１まで延伸すると、第１流路１７は、高温ガスＨＣが導入されている第２空間Ｓ２に突き当たってしまう。それを回避するために、第１隔壁１９は、複数の第１流路１７を流通してきた生成ガスＰの進行方向を変化させる。
【００１６】
また、第１伝熱体７は、第１隔壁１９の内側面に沿って延設された第１連絡流路２３を有する。ここで、本実施形態では、１つの第１連絡流路２３が、すべての第１流路１７に連通するものとする。第１連絡流路２３の一方の端部は、第１側壁１３の一方に設けられた、生成物を第１伝熱体７の外部に排出するための第１排出口２１に連通する。なお、第１連絡流路２３は、原料ガスＭ及び生成ガスＰを流通させるという機能としては、第１流路１７の一部とも言える。また、第１排出口２１から排出される生成ガスＰには、第１流路１７内で生成された生成物が含まれるが、反応に用いられなかった原料ガスＭが残存する場合もある。
【００１７】
図３は、第２伝熱体９を水平方向で切断し、反応装置１の第２伝熱体９を含む部位の構成及び形状を示す断面図である。第２伝熱体９は、熱媒体流路としての複数の第２流路３１を有する。第２流路３１は、それぞれ、Ｚ方向の上方を開として、流路断面を矩形とする溝である。本実施形態では、第２流路３１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配設されている。第２流路３１の一方の端部は、第２伝熱体９の一方の側面を含む熱交換部３の第２側面６１で開放され、高温ガスＨＣが排出される第２排出口３０となる。これに対して、第２流路３１の他方の端部は、第２伝熱体９の他方の側面を含む熱交換部３の第１側面６０の直前に位置し、後述する第２連絡流路３７に連通する。
【００１８】
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３１の延伸方向の左右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と並列に、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３１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。本実施形態では、第２流路３１では、高温ガスＨＣの流通方向を、第１流路１７を流通する原料ガスＭの流通方向に合わせる。また、第１側面６０に面する第１空間Ｓ１は、原料ガスＭが導入される空間である。そのため、第２隔壁３３は、複数の第２流路３１が第１空間Ｓ１に突き当たってしまうことを回避させる。
【００１９】
また、第２伝熱体９は、第２隔壁３３の内側面に沿って延設された第２連絡流路３７を有する。ここで、本実施形態では、１つの第２連絡流路３７が、すべての第２流路３１に連通するものとする。第２連絡流路３７の一方の端部は、第２側壁２７の一方に設けられた、高温ガスＨＣを導入するための第２導入口３５に連通する。なお、第２連絡流路３７は、高温ガスＨＣを流通させるという機能としては、第２流路３１の一部とも言える。
【００２０】
蓋体３９は、熱交換部３のＺ方向の最上部に設置される。蓋体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１７と第２流路３１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。
【００２１】
なお、本実施形態では、第１伝熱体７と第２伝熱体９とがＺ方向すなわち鉛直方向に積層されるものとしているが、本発明は、これに限らない。例えば、熱交換部３を構成するこれらの伝熱体が、それぞれ接合された状態でＺ方向に立設するような、いわゆる横置きとして使用されるものであってもよい。
【００２２】
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１７での反応進行や熱媒体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。また、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が採用されてもよい。
【００２３】
なお、熱交換部３は、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可能である。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に形成される第１流路１７、及び、１つの第２伝熱体９に形成される第２流路３１の数も、特に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可能である。さらに、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。
【００２４】
図４は、第１流路１７の内壁に沿って設置される触媒体４１を示す斜視図である。触媒体４１は、原料ガスＭの反応を促進させる。触媒体４１に含まれる触媒は、化学反応の進行促進に有効な活性金属を主成分として有し、熱交換部３で遂行する合成反応に基づいて反応促進に適したものが適宜選択される。触媒成分である活性金属としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられる。なお、複数種の活性金属を組み合わせてもよい。
【００２５】
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。構造材は、耐熱性の金属から、成形加工が可能で、触媒の担持が可能なものが選択される。触媒体４１の形状は、全長がＬとなる棒状である。また、触媒体４１の断面は、反応流体との接触面積を増加させるために、波状に丸く湾曲したコルゲート板状（図４参照）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で実施する反応を考慮して、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。
【００２６】
さらに、不図示であるが、第２流路３１には、熱媒体との接触面積を増加させて、熱媒体と第２伝熱体９との間の伝熱を促進するための伝熱促進体を設置してもよい。伝熱促進体は、第２伝熱体９との接触面積を確保するために、コルゲート板状とし得る。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。
【００２７】
反応流体導入部４５は、凹状に湾曲した筐体であり、複数の第１流路１７の第１導入口２０が開放されている熱交換部３の側面を覆い、熱交換部３との間に第１空間Ｓ１を形成する。反応流体導入部４５は、熱交換部３に対して着脱可能又は開閉可能に設置される。この着脱等により、例えば、作業者が第１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、原料ガスＭを導入する第１導入配管４７を有する。第１導入配管４７は、熱交換部３の第１側面６０に対して中心、具体的にはＸＺ平面上の中心に位置し、複数の第１導入口２０の開口方向と同一方向に連接されている。このような構成により、１箇所から導入された原料ガスＭは、複数の第１導入口２０のそれぞれに分配される。
【００２８】
生成物排出部４９は、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、第１伝熱体７の第１排出口２１に開放面が合うように、熱交換部３の第３側面６２に設置される。なお、第３側面６２は、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。また、生成物排出部４９は、その壁部の１箇所に、生成物を含む生成ガスＰを熱交換部３の外部へ排出する第１排出配管５１を有する。第１排出配管５１は、不図示であるが、生成ガスＰに対して後処理等を行う別の処理器に接続されている。このような構成により、複数の第１排出口２１のそれぞれから排出された生成ガスＰは、１箇所の第１排出配管５１を通じて回収される。
【００２９】
熱媒体導入部５３は、１つの開放面を有する箱状の筐体であり、第２伝熱体９の第２導入口３５に開放面が合うように、熱交換部３の第４側面６３に設置される。なお、第４側面６３は、Ｘ方向で第３側面６２に対向する他方の側面である。また、熱媒体導入部５３は、高温ガスＨＣを導入する第２導入配管５５を有する。このような構成により、１箇所から導入された高温ガスＨＣは、複数の第２導入口３５のそれぞれに分配される。
【００３０】
熱媒体排出部５７は、凹状に湾曲した筐体であり、複数の第２流路３１の第２排出口３０が開放されている熱交換部３の側面を覆い、熱交換部３との間に第２空間Ｓ２を形成する。熱媒体排出部５７は、熱交換部３に対して着脱可能又は開閉可能に設置される。この着脱等により、例えば、作業者が第２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、熱媒体排出部５７は、その壁部の１箇所に、高温ガスＨＣを熱交換部３の外部へ排出する第２排出配管５９を有する。第２排出配管５９は、熱交換部３の第２側面６１に対して中心、具体的にはＸＺ平面上の中心に位置し、複数の第２排出口３０の開口方向と同一方向に連接されている。このような構成により、複数の第２排出口３０のそれぞれから排出された高温ガスＨＣは、１箇所の第２排出配管５９を通じて回収される。
【００３１】
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可能であり、熱交換部３に供給する反応流体及び熱媒体は、気体及び液体のいずれであってもよい。また、熱交換部３は、少なくとも、発熱反応による化学合成を可能とする。発熱反応による合成としては、例えば、式（１）で示すシフト反応、式（２）で示すメタネーション反応、式（３）で示すフィッシャー−トロプシュ（Fischer tropsch）合成反応等がある。なお、これらの反応における反応流体は、気体状である。
【００３２】
ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2  ＋  Ｈ2        ・・・（１）
ＣＯ  ＋  ３Ｈ2  →  ＣＨ4  ＋  Ｈ2Ｏ      ・・・（２）
（２ｎ＋１）Ｈ2  ＋  ｎＣＯ  →  ＣnＨ2n+2  ＋  ｎＨ2Ｏ  ・・・（３）
【００３３】
一方、熱媒体としては、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。また、熱媒体として気体状物質を使用すれば、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。
【００３４】
図５は、本実施形態に係る反応装置１を含む熱交換システム２００の概念図である。図５では、反応流体と熱媒体との流通経路と、流通経路の各部における各流体の温度とに焦点を当てている。そのため、特に反応装置１では、各構成要素の描画を簡略化している。
【００３５】
反応装置１は、熱交換部３内に反応領域ＲＲを含む。反応領域ＲＲは、上記のとおり原料ガスＭを反応させる領域であり、第１流路１７内の特に第２流路３１と並行となる領域に相当する。すなわち、反応領域ＲＲは、第１流路１７の入口位置ＡＰから、第２流路３１と並行となっていない予備領域ＲＡを空けて、存在する。以下、予備領域ＲＡと接する反応領域ＲＲの入口位置としての第１基準位置をＰＲ１と表記し、反応領域ＲＲの出口位置をＰＲ０と表記する。また、第１流路１７内には、上記のとおり、触媒体４１が設置される。以下、触媒体４１が設置される領域を触媒領域ＲＣとする。なお、触媒領域ＲＣの範囲については、以下で詳説する。
【００３６】
熱交換システム２００は、反応装置１に加えて、例えば熱交換器２１０を含む。熱交換器２１０は、反応装置１に導入する前の原料ガスＭと、反応装置１から排出された後の高温ガスＨＣとの間で熱交換を行う。熱交換器２１０は、原料ガスＭが通過する第１流路２１２と、高温ガスＨＣが通過する第２流路２１４とを含む。第１流路２１２の出口側の開口端は、第１配管系２２０を介して、反応装置１の第１導入配管４７に接続されている。第２流路２１４の入口側の開口端は、第２配管系２３０を介して、反応装置１の第２排出配管５９に接続されている。なお、熱交換器２１０の熱交換方式は、特に限定されるものではない。
【００３７】
反応流体に関して、反応装置１に原料ガスＭを供給する不図示の第１ガス供給部は、原料ガスＭを熱交換器２１０の第１流路２１２に導入する。以下、第１流路２１２に導入される直前の原料ガスＭの温度をＴｅ１と表記し、第１流路２１２から排出された直後の原料ガスＭの温度をＴｅ２と表記する。熱交換器２１０を通過した原料ガスＭは、第１配管系２２０を介して反応装置１の第１流路１７に導入され、反応領域ＲＲ内で生成ガスＰが生成される。以下、反応領域ＲＲ内に導入される直前の原料ガスＭの温度をＴｅ３と表記し、第１流路１７から排出された直後の生成ガスＰの温度をＴｅ４と表記する。
【００３８】
一方、熱媒体に関して、反応装置１に高温ガスＨＣを供給する不図示の第２ガス供給部は、反応装置１の第２導入配管５５を通じて、高温ガスＨＣを反応装置１の第２流路３１に導入する。第２流路３１に導入された高温ガスＨＣは、反応領域ＲＲ内の原料ガスＭから吸熱し、反応装置１の第２排出配管５９を通じて排出される。以下、第２流路３１に導入される直前の高温ガスＨＣの温度をＴｅ５と表記し、第２流路３１から排出された直後の高温ガスＨＣの温度をＴｅ６と表記する。反応装置１から排出された高温ガスＨＣは、第２配管系２３０を介して、熱交換器２１０の第２流路２１４に導入され、熱交換後、排出される。以下、熱交換後に第２流路２１４から排出された直後の高温ガスＨＣの温度をＴｅ７と表記する。なお、不図示であるが、第２流路２１４から排出された高温ガスＨＣが流通する配管系は、第２ガス供給部に連接され、高温ガスＨＣが熱交換システム２００内を循環するものとしてもよい。
【００３９】
複数の第１流路１７のそれぞれに設定されている反応領域ＲＲの寸法は、例えば、以下のようになる。反応領域ＲＲの流路断面は、第１流路１７の流路断面に相当し、Ｚ方向に相当する高さ方向の寸法は５（ｍｍ）であり、Ｘ方向に相当する幅方向の寸法は１２（ｍｍ）である。なお、複数の第１流路１７に対して非接触で並設されている複数の第２流路３１の流路断面も、それぞれ第１流路１７の流路断面と同一である。また、Ｙ方向に相当する反応領域ＲＲの長さは、１０００（ｍｍ）である。
【００４０】
ここで、上記の各温度Ｔｅ１〜Ｔｅ７を例示する。このとき、反応装置１における構成条件としては、以下のように設定する。第１の条件として、反応領域ＲＲの寸法は、上記例示したものとする。第２の条件として、反応領域ＲＲには、ここでは比較例として、図５に示すものとは異なり、反応領域ＲＲと同一の領域に触媒体４１が設置されている、すなわち、反応領域ＲＲと触媒領域ＲＣとが一致しているものとする。第３の条件として、反応領域ＲＲでは、上記の式（１）〜式（３）に例示したような、発熱反応による化学合成が行われるものとする。
【００４１】
この場合、反応領域ＲＲにおいて効率よく反応を行わせるためには、反応領域ＲＲ内に導入される直前の原料ガスＭの温度Ｔｅ３が３４５（°Ｃ）となり、第１流路１７から排出された直後の生成ガスＰの温度Ｔｅ４が３５０（°Ｃ）となることが望ましい。これらのＴｅ３及びＴｅ４の温度を基準として考えると、まず、反応流体に関して、原料ガスＭの温度Ｔｅ１は１００（°Ｃ）であり、温度Ｔｅ２は３００（°Ｃ）である。すなわち、熱交換器２１０では、原料ガスＭの温度を３００（°Ｃ）までしか上昇させることができないので、その下流側にある反応領域ＲＲの第１基準位置ＰＲ１において必要とされる温度Ｔｅ３にまで、原料ガスＭを予熱することができない。そのため、従来、第１配管系２２０には、原料ガスＭの温度を３００（°Ｃ）から３４５（°Ｃ）まで上昇させるための予熱器が設置されていた。
【００４２】
一方、熱媒体に関して、温度Ｔｅ５は２５０（°Ｃ）である。その後、第２流路３１内を流通する高温ガスＨＣは、第１流路１７内を流通している原料ガスＭから吸熱し、徐々に温度が上昇する。結果的に、温度Ｔｅ６は３２０（°Ｃ）となる。３２０（°Ｃ）となった高温ガスＨＣは、第２配管系２３０を介して、熱交換器２１０の第２流路２１４に導入されて、原料ガスＭの加熱に再利用される。結果的に、温度Ｔｅ７は２９０（°Ｃ）となる。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、原料ガスＭの温度をＴｅ２からＴｅ３まで上昇させるのに、予熱器を用いない。そして、本実施形態では、予熱器を用いないことに代えて、図５に示すように、予備領域ＲＡにまで触媒領域ＲＣを拡大させる。
【００４４】
図６は、複数の第１流路１７のそれぞれに触媒体４１を設置した状態を示す断面図である。まず、反応領域ＲＲは、第１基準位置ＰＲ１と出口位置ＰＲ０との間で規定される。
【００４５】
第１基準位置ＰＲ１は、図３に示される直線Ｌ１に基づいて規定される。直線Ｌ１は、熱媒体の導入口である第２導入口３５の位置を基準とすると、第２導入口３５の第２流路３１に向けて折れ曲がる側の第１開口端３５ａと接し、第２流路３１と交差する方向に延びる。なお、図３に示す例では、直線Ｌ１は、第１開口端３５ａと複数の第２流路３１の始端とをそれぞれＸ方向に沿って結んだ直線となる。そして、第１基準位置ＰＲ１は、図６に示すように、このように定義された直線Ｌ１を、第１伝熱体７と第２伝熱体９とが積層されている状態で第１伝熱体７上に投影させることで生じる位置である。
【００４６】
出口位置ＰＲ０は、生成ガスＰの排出口である第１排出口２１の位置を基準とすると、第１排出口２１の第１流路１７から折れ曲がってくる側の第１開口端２１ａと接し、第１流路１７と交差する方向に延びる。なお、図６に示す例では、出口位置ＰＲ０は、第１開口端２１ａと複数の第１流路１７の終端とをそれぞれＸ方向に沿って結んだ直線となる。
【００４７】
予備領域ＲＡは、図５を用いて説明したとおり、第１流路１７のうち、第１基準位置ＰＲ１と入口位置ＡＰとで区切られた領域である。したがって、予備領域ＲＡは、第１伝熱体７と第２伝熱体９とが積層されている状態では、第２流路３１に対して並行となっていない。
【００４８】
触媒領域ＲＣは、触媒体４１が存在する領域である。まず、触媒体４１の設置基準として、触媒体４１の下流側の端部４１ｂは、出口位置ＰＲ０に合っている。一方、本実施形態では、触媒体４１の上流側の端部４１ａは、第１基準位置ＰＲ１よりも上流側へ超えるものとする。すなわち、図６中の触媒領域ＲＣ１で示されるように、触媒領域ＲＣ１の延伸方向の長さは、反応領域ＲＲの延伸方向の長さよりも、上流側に向かって長い。したがって、触媒体４１の全長Ｌは、反応領域ＲＲの延伸方向の長さよりも長くなるように、予め設定される。
【００４９】
次に、本実施形態による作用について説明する。
【００５０】
まず、反応装置１における構成条件として、上記提示した第１及び第３の各条件を採用するものとする。加えて、本実施形態では、触媒領域ＲＣ１の延伸方向の長さ、すなわち触媒体４１の全長Ｌが、反応領域ＲＲの第１基準位置ＰＲ１よりも上流側へ、例えば１６（ｍｍ）長いものとする。
【００５１】
この場合、図５を参照すると、熱交換器２１０から温度Ｔｅ２＝３００（°Ｃ）で排出された原料ガスＭは、本実施形態では第１配管系２２０に予熱器を設置していないので、そのまま反応装置１内のそれぞれの第１流路１７に導入される。ここで、上記のとおり、反応領域ＲＲでは、温度Ｔｅ３が３４５（°Ｃ）となった状態から反応が開始されることが望ましい。しかし、従来は、反応領域ＲＲにのみ触媒体４１が存在していたため、予熱器を利用しなければ、温度Ｔｅ３が３００（°Ｃ）の状態から反応が開始されることになり望ましくない。
【００５２】
これに対して、本実施形態では、予備領域ＲＡにも触媒体４１が存在する。そして、本実施形態での反応は、発熱反応を想定している。そのため、予備領域ＲＡに導入されてきた原料ガスＭは、予備領域ＲＡ内の触媒体４１の作用により、発熱反応による反応熱が生じ、反応領域ＲＲに導入される前に温度が上昇する。したがって、反応領域ＲＲを含む第１流路１７等の各部の寸法や反応の種類などから、予め予備領域ＲＡ内に存在させる触媒体４１の寸法を決定しておけば、予熱器を用いなくても、温度Ｔｅ３が所望の値となるまで原料ガスＭを予熱することができる。例えば、上記の各条件下では、触媒体４１の全長Ｌを、第１基準位置ＰＲ１よりも上流側へ１６（ｍｍ）長いものとした結果、温度Ｔｅ３を３４５（°Ｃ）まで上昇させることができる。
【００５３】
なお、触媒体４１の全長Ｌを第１基準位置ＰＲ１からどの程度上流側へ超えるように設定するかについては、所望の温度Ｔｅ３が得られることができれば、様々な長さに設定可能である。例えば、上記説明では、触媒領域ＲＣ１を規定するために第１基準位置ＰＲ１を基準としたが、図６にさらに例示するように、別の基準位置である第２基準位置ＰＲ２を採用することも可能である。
【００５４】
第２基準位置ＰＲ２は、図３に示される直線Ｌ２に基づいて規定される。直線Ｌ２は、熱媒体の導入口である第２導入口３５の位置を基準とすると、第２導入口３５の第１開口端３５ａとは反対側の第２開口端３５ｂと接し、第２流路３１と交差する方向に延びる。なお、図３に示す例では、直線Ｌ２は、第２隔壁３３に連続する第２開口端３５ｂから第２隔壁３３の壁面に沿った直線となる。そして、第２基準位置ＰＲ２は、図６に示すように、このように定義された直線Ｌ２を、第１伝熱体７と第２伝熱体９とが積層されている状態で第１伝熱体７上に投影させることで生じる位置である。この場合、触媒体４１′の上流側の端部４１ａ′は、第２基準位置ＰＲ２よりも上流側へ超え、第２基準位置ＰＲ２と入口位置ＡＰとで区切られた領域に位置する。すなわち、この場合の触媒領域ＲＣ２の延伸方向の長さも、反応領域ＲＲの延伸方向の長さよりも上流側に向かって長くなる。
【００５５】
また、上記説明では、例えば第２伝熱体９について見ると、第２導入口３５から、第２流路３１の延伸方向に対して交差するように延設された１つの第２連絡流路３７が、すべての第２流路３１に連通するものとした。しかし、本開示では、第１伝熱体７や第２伝熱体９の形状は、このようなものに限定されない。本開示は、例えば、第２導入口３５に連接する第２連絡流路３７が、複数の第２流路３１のそれぞれに対して個別に存在するものにも適用可能である。
【００５６】
図７は、上記説明した第２伝熱体９とは形状の異なる他の第２伝熱体１０９の形状を示す平断面図である。第２伝熱体１０９が複数の第２流路３１ａ〜３１ｉを有する点は、上記の第２伝熱体９と同様である。しかし、第２伝熱体１０９は、高温ガスＨＣを導入する第２導入口３５には、複数の第２流路３１ａ〜３１ｉに個別に連通する複数の第２連絡流路３７ａ〜３７ｉが集合する形状を有する。
【００５７】
図８は、上記説明した第１伝熱体７とは形状の異なる他の第１伝熱体１０７の形状と、この場合の第１流路１７ａ〜１７ｉのそれぞれに設置される触媒体４１とを示す平断面図である。第１伝熱体１０７が複数の第１流路１７ａ〜１７ｉを有する点は、上記の第１伝熱体７と同様である。しかし、第１伝熱体１０７は、生成ガスＰを排出する第１排出口２１には、複数の第１流路１７ａ〜１７ｉに個別に連通する複数の第１連絡流路２３ａ〜２３ｉが集合する形状を有する。
【００５８】
第１伝熱体１０７及び第２伝熱体１０９が図７又は図８に示されるような形状を有する場合には、第１基準位置ＰＲ１及び第２基準位置ＰＲ２は、以下のように規定される。
【００５９】
第１基準位置ＰＲ１は、図７に示される直線Ｌ１に基づいて規定される。この場合も、直線Ｌ１は、第２導入口３５の第２流路３１に向けて折れ曲がる側の第１開口端３５ａと接し、第２流路３１と交差する方向に延びる。特に、図７に示す例では、直線Ｌ１は、第１開口端３５ａと、第２連絡流路３７ｉに連通する第２流路３１ｉの始端とをそれぞれＸ方向に沿って結んだ直線となる。そして、第１基準位置ＰＲ１は、図８に示すように、このように定義された直線Ｌ１を、第１伝熱体１０７と第２伝熱体１０９とが積層されている状態で第１伝熱体１０７上に投影させることで生じる位置である。
【００６０】
第２基準位置ＰＲ２は、図７に示される直線Ｌ２に基づいて規定される。この場合も、直線Ｌ２は、第２導入口３５の第１開口端３５ａとは反対側の第２開口端３５ｂと接し、第２流路３１と交差する方向に延びる。特に、図７に示す例では、直線Ｌ２は、第２連絡流路３７ａに接し、第２隔壁３３に連続する第２開口端３５ｂから第２隔壁３３の壁面に沿った直線となる。そして、第２基準位置ＰＲ２は、図８に示すように、このように定義された直線Ｌ２を、第１伝熱体１０７と第２伝熱体１０９とが積層されている状態で第１伝熱体１０７上に投影させることで生じる位置である。
【００６１】
次に、本実施形態による効果について説明する。
【００６２】
本実施形態に係る反応装置１は、反応流体を流通させる第１流路１７と、第１流路１７に対して並行に積層され、熱媒体を流通させる第２流路３１と、第２流路３１とは交差する方向に開口し、熱媒体を導入する第２導入口３５とを有する。また、反応装置１は、第１流路１７に設置され、反応流体の発熱反応を促進させる触媒体４１を有する。ここで、第２導入口３５の第２流路３１に向けて折れ曲がる側の第１開口端３５ａと接し、第２流路３１と交差する方向に延びる第１直線Ｌ１に基づいて規定される第１基準位置ＰＲ１を想定する。同様に、第２導入口３５の第１開口端３５ａとは反対側の第２開口端３５ｂと接し、第２流路３１と交差する方向に延びる第２直線Ｌ２に基づいて規定される第２基準位置ＰＲ２を想定する。そして、触媒体４１は、第１基準位置ＰＲ１と第２基準位置ＰＲ２とで区切られた領域、又は、第２基準位置ＰＲ２と第１流路１７の入口位置ＡＰとで区切られた領域の少なくともいずれかに存在する。
【００６３】
本実施形態に係る反応装置１によれば、反応領域ＲＲに限らず上記の各領域にも触媒体４１を設置しているので、反応領域ＲＲに導入される直前の反応流体を、所望の温度になるまで予熱することができる。したがって、反応領域ＲＲに導入される直前の反応流体の温度を所望の温度にまで上昇させるための予熱器等を用いる必要がない。これにより、反応装置１を含む熱交換システム２００全体で見れば、予熱器を不要とすることによるコスト削減を実現し得る。
【００６４】
また、本実施形態では、触媒体４１を利用した発熱反応による反応熱により、反応領域ＲＲに導入される直前の反応流体の温度を所望の温度にまで上昇させるので、予熱器に代わる新たな熱源を準備する必要もない。
【００６５】
さらに、例えば図３を参照すると、上記の各領域を含む第１伝熱体７上の予備領域ＲＡに対応する第２伝熱体９の位置には、第２隔壁３３と第２連絡流路３７とが存在する。第２隔壁３３及び第２連絡流路３７は、本実施形態の採用の如何に関わらず、反応装置の構造上必要とされる部位である。つまり、予備領域ＲＡは、本実施形態を採用するために反応装置１に新たに追加された領域ではなく、特に熱交換部３の構造上、従来の反応装置から変更された点はない。したがって、本実施形態では、反応装置の構造を大きく変更したり、反応装置のサイズを大型化させたりする必要がない。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態に係る反応装置について説明する。第１実施形態では、反応領域ＲＲだけでなく、予備領域ＲＡにまで、触媒体４１を設置する触媒領域ＲＣを拡大させている。ここで、予備領域ＲＡに相当する第２伝熱体９又は第２伝熱体１０９上の部位は、第２隔壁３３である。また、第１実施形態では、一例として、第２隔壁３３は、単なる壁部である。これに対して、本実施形態では、第２隔壁３３は、このような単なる壁部ではなく、第２流路３１とは異なる第３流路を有する。
【００６７】
図９は、本実施形態に係る反応装置が備える第２伝熱体１１９の形状を示す平断面図である。なお、第２伝熱体１１９は、一例として、第１実施形態における第２伝熱体１０９を変形したものである。したがって、第２伝熱体１０９の部位と同一部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６８】
第２伝熱体１１９は、後述する本実施形態の場合の第１伝熱体１１７にある第１流路１７に対して並行に積層され、及び、第２流路３１の熱媒体の導入側に同列でかつ非接触で対向する第３流路３６を有する。第３流路３６を流通させる流体は、例えば冷媒ＲＥである。本実施形態では、第２伝熱体１１９には、一例として９つの第２流路３１ａ〜３１ｉが形成されている。そのため、第２伝熱体１１９には、第２流路３１ａ〜３１ｉのそれぞれに合わせた９つの第３流路３６ａ〜３６ｉが形成されている。また、第２伝熱体１１９は、外部から第３流路３６に流体を導入する第３導入口３８ａと、第３流路３６から外部に流体を排出する第３排出口３８ｂとを有する。例えば、第３導入口３８ａは、第２側壁２７の一方に設けられ、第３排出口３８ｂは、第２側壁２７の他方に設けられる。
【００６９】
なお、第３導入口３８ａ又は第３排出口３８ｂが設けられる場所は、図９に示す場所に限定されない。例えば、第３導入口３８ａ及び第３排出口３８ｂが、共に一方の第２側壁２７の側に設けられてもよい。この場合、図９に示す例を参照すれば、第３導入口３８ａが図９に示す場所と同じ場所にあると想定すると、第３排出口３８ｂは、第３導入口３８ａが設けられている側の第２側壁２７における、図９に示す場所とは正反対の場所に設けるものとしてもよい。反対に、第３排出口３８ｂが図９に示す場所と同じ場所にあると想定すると、第３導入口３８ａは、第３排出口３８ｂが設けられている側の第２側壁２７における、図９に示す場所とは正反対の場所に設けるものとしてもよい。更に、図９に示す例では、第３流路３６の延伸方向であるＹ方向について、第３導入口３８ａが第２流路３１に近い側から、一方、第３排出口３８ｂが第２流路３１から遠い側から、それぞれ第３流路３６に連設されている。これに対して、第３導入口３８ａ及び第３排出口３８ｂは、共に第２流路３１に近い側から第３流路３６に連接されていてもよいし、反対に、共に第２流路３１から遠い側から第３流路３６に連接されていてもよい。
【００７０】
また、第３流路３６における冷媒ＲＥの流通経路及び流通方向は、図９に示す流通経路又は流通方向に限定されない。例えば、図９に示す例を参照すれば、冷媒ＲＥの流通経路は、図９に示す流通経路と同一であっても、流通方向は反対となってもよい。また、上記例示したように、第３導入口３８ａ及び第３排出口３８ｂが設けられる場所が、図９に示す例とは異なる場合には、それらの場所に合わせて考えられる流通経路に対して、流通経路をいかなる方向にも設定可能である。
【００７１】
また、第３導入口３８ａと第３排出口３８ｂとは、不図示の冷媒循環装置に冷媒配管を介して接続されている。冷媒循環装置は、所望の温度、流量又はタイミングで、冷媒ＲＥを第３流路３６内に循環させることができる。
【００７２】
図１０は、本実施形態に係る反応装置が備える第１伝熱体１１７の形状と、第１流路１７に設置される触媒体４２の形状とを示す平断面図である。なお、第１伝熱体１１７の形状自体は、第１実施形態における第１伝熱体１０７と同様である。したがって、第１伝熱体１０７の部位と同一部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７３】
ここで、第２流路３１の熱媒体の導入側と対向する第３流路３６の端部３８ｃと接し、第３流路３６と交差する方向に延びる第３直線Ｌ３（図９参照）に基づいて規定される第３基準位置ＰＲ３を想定する。このとき、触媒体４２を設置する触媒領域ＲＣ３は、反応領域ＲＲだけでなく、予備領域ＲＡにまで拡大されていてもよい。本実施形態では、一例として、触媒体４２は、第３基準位置ＰＲ３と第１流路１７の入口位置ＡＰとで区切られた領域に存在する。
【００７４】
このような構成によれば、予備領域ＲＡにまで触媒体４２を設置したことで、想定よりも発熱反応が進み、例えば原料ガスＭの温度Ｔｅ３が過剰に上昇することも考えられる。このような場合に、第３流路３６に冷媒ＲＥを流すことで、規定を超える温度上昇を抑えることができる。
【００７５】
（第３実施形態）
上記の各実施形態では、１つの第１流路１７内に設置される触媒体４１又は触媒体４２は、図４に示すような１本で構成されている。しかし、本開示では、１つの第１流路１７内に設置される触媒体４１又は触媒体４２は、必ずしも１本で構成されていなくてもよく、複数の短い触媒体をつなぎ合わせることで、最終的に全長がＬとなるように構成されてもよい。
【００７６】
図１１は、本実施形態における第１の触媒体４２ａ及び第２の触媒体４２ｂの形状を示す平断面図である。なお、ここでは一例として、第２実施形態において例示した第１伝熱体１１７に設置される触媒体４２との比較とする。
【００７７】
１つの第１流路１７内に設置される触媒体は、全長は第２実施形態における触媒体４２と同様であるが、例えば、直列に並ぶ第１の触媒体４２ａと第２の触媒体４２ｂとで構成されてもよい。これにより、もし第１の触媒体４２ａの一部に不具合が生じたとしても、第１の触媒体４２ａのみを交換することができるので、その都度、第１の触媒体４２ａ及び第２の触媒体４２ｂを全交換する必要がなく、有効利用することができる。
【００７８】
また、図１１に示すように、複数の触媒体の少なくとも１つ、例えば第１の触媒体４２ａは、第１基準位置ＰＲ１から一方の側にある領域に存在するものとしてもよい。この場合、複数の触媒体の少なくとも他の１つ、例えば第２の触媒体４２ｂは、第１基準位置ＰＲ１から他方の側にある領域に存在するものとしてもよい。ここで、第１基準位置ＰＲ１から一方の側にある領域とは、反応領域ＲＲをいう。また、第１基準位置ＰＲ１から他方の側にある領域とは、予備領域ＲＡをいう。反応領域ＲＲと予備領域ＲＡとでは、触媒体４２の劣化速度が異なることも考えられる。この場合、早く劣化した方の触媒体、例えば第１の触媒体４２ａのみを交換することができるので、その都度、第１の触媒体４２ａ及び第２の触媒体４２ｂを全交換する必要がなく、有効利用することができる。
【００７９】
（第４実施形態）
次に、本開示の第４実施形態に係る反応装置について説明する。第２実施形態では、第２伝熱体１１９が、第２隔壁３３に、冷媒ＲＥを流通させる第３流路３６を有する場合を例示した。これに対して、本実施形態では、第３流路３６の変形例として、第２伝熱体１１９は、流通させた冷媒ＲＥを最終的に第２流路３１内に導入させる第４流路を有する。
【００８０】
図１２は、本実施形態に係る反応装置が備える第２伝熱体１２９の形状を示す平断面図である。なお、第２伝熱体１２９は、一例として、第２実施形態における第２伝熱体１１９を変形したものである。したがって、第２伝熱体１１９の部位と同一部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８１】
第２伝熱体１２９は、第１流路１７に対して並行に積層される第４流路７０を有する。第２伝熱体１２９は、第４流路７０に冷媒ＲＥを導入する導入口として、第４導入口７１を有する。つまり、第４流路７０の一端は、第４導入口７１に連通する。一方、第４流路７０の他端は、第２基準位置ＰＲ２を規定した直線Ｌ２の位置で、第２流路３１の熱媒体の導入側に同列に連通する。第２伝熱体１２９には、第２実施形態における第２伝熱体１１９と同様に、一例として９つの第２流路３１ａ〜３１ｉが形成されている。そのため、第２伝熱体１２９には、第２流路３１ａ〜３１ｉのそれぞれに合わせた９つの第４流路７０ａ〜７０ｉが形成されている。一方、第２導入口３５から導入された冷媒ＲＥを、第４流路７０ａ〜７０ｉを通じるものとしてもよい。この場合、第４導入口７１は、冷媒ＲＥを排出する排出口として設けられる。
【００８２】
ここで、図１２に示す例では、最終的にすべての冷媒ＲＥが第２流路３１内に導入されるため、第４流路７０には、例えば図９に示す形態に例示されるような冷媒ＲＥを外部へ排出するための排出口が設けられていない。しかし、本実施形態は、このような構成に限らず、第４流路７０に、更に冷媒ＲＥを外部へ排出するための排出口を設けることも可能である。この場合、例えば、第４流路７０の延伸方向であるＹ方向について、冷媒ＲＥを第４流路７０に導入する導入口を、熱媒体ＨＣを導入する第２導入口３５の近い側に設ける。一方、冷媒ＲＥを第４流路７０から排出する排出口を、第２導入口３５から遠い側に設ける。ここで、遠い側とは、例えば、図１２に示されている第４導入口７１の位置に相当する。このような構成によれば、第４流路７０に導入された冷媒ＲＥは、第２流路３１内に導入されるものと、別途設けられた排出口から外部に排出されるものとに分岐する。つまり、第４流路７０に対して冷媒ＲＥの導入口又は排出口を設ける場所によっては、第４流路７０での冷媒ＲＥの流通方向が、図１２において矢印で示される方向とは反対となる場合もあり得る。
【００８３】
また、第４導入口７１は、不図示の冷媒供給装置に冷媒配管を介して接続されている。冷媒供給装置は、所望の温度、流量又はタイミングで、冷媒ＲＥを第４流路７０内に供給させることができる。
【００８４】
このような構成によっても、予備領域ＲＡにまで、上記各実施形態で示したような触媒体を設置することで、例えば原料ガスＭの温度Ｔｅ３が過剰に上昇した場合には、第４流路７０に冷媒ＲＥを流すことで、規定を超える温度上昇を抑えることができる。ただし、第２実施形態と異なる点として、第４流路７０を流通した冷媒ＲＥは、第２流路３１にそのまま導入されることになる。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、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可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１      反応装置
１７    第１流路
３１    第２流路
３５    導入口（第２導入口）
３５ａ  第１開口端
３５ｂ  第２開口端
３６    第３流路
３８ｃ  第３流路の端部
４１，４２    触媒体
４２ａ  第１の触媒体
４２ｂ  第２の触媒体
７０    第４流路
７１    第４導入口
ＡＰ    第１流路の入口位置
ＰＲ１  第１基準位置
ＰＲ２  第２基準位置
ＰＲ３  第３基準位置
Ｌ１    第１直線
Ｌ２    第２直線
Ｌ３    第３直線
【図１】
2019198830.tif 000003
【図２】
2019198830.tif 000004
【図３】
2019198830.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019198830.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019198830.tif 000009
【図８】
2019198830.tif 000010
【図９】
2019198830.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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