(57)【要約】  本発明は、改良されたリアクタを開示するものである。本発明によるリアクタは、複数の二次チャネルによって互いに連結された複数の一次チャネルを備えている。一次チャネルおよび二次チャネルの向きおよび寸法は、一次チャネルおよび二次チャネルを通しての流体の流れが誘起されるような、向きおよび寸法とされている。二次チャネルの内壁上には、触媒をコーティングすることができる。本発明による典型的なリアクタは、導入口と；導出口と；リアクタ壁と；モノリスと；を具備し、モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備えている。
2008505753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つが、他の少なくとも３つの一次チャネルの各々に対して平行であり、
前記少なくとも１つの一次チャネルが、前記二次チャネルの少なくともいくつかを介して、前記他の少なくとも３つの一次チャネルの各々に対して、連結され、
前記少なくとも１つの一次チャネルの軸線が、リアクタ壁の一部に対して、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さいような角度を形成しており、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つが、両端部において開口しており、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記二次チャネルのうちの少なくとも１つの二次チャネルの水圧直径が、１μｍ〜１００μｍという範囲内にあることを特徴とするリアクタ。
【請求項３】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記二次チャネルの合計表面積が、前記一次チャネルの合計表面積よりも大きいことを特徴とするリアクタ。
【請求項４】
請求項３記載のリアクタにおいて、
少なくとも１つの二次チャネルの水圧直径が、前記一次チャネルのうちの、前記二次チャネルが貫通している壁部分の厚さの２倍よりも小さいことを特徴とするリアクタ。
【請求項５】
請求項１記載のリアクタにおいて、
さらに、触媒を具備し、
この触媒が、少なくとも１つの前記二次チャネルの壁に対して取り付けられていることを特徴とするリアクタ。
【請求項６】
請求項５記載のリアクタにおいて、
前記触媒が、自動車排ガス内における少なくとも１つの汚染物質の濃度を低減するのに適したものであることを特徴とするリアクタ。
【請求項７】
請求項５記載のリアクタにおいて、
前記触媒が、水蒸気改質に適したものであることを特徴とするリアクタ。
【請求項８】
請求項５記載のリアクタにおいて、
さらに、燃焼チャンバを具備し、
この燃焼チャンバが、前記リアクタ壁を少なくとも部分的に囲んでいることを特徴とするリアクタ。
【請求項９】
請求項８記載のリアクタにおいて、
さらに、少なくとも１つのバーナーを具備し、
前記バーナーが、オキシダントとして２０％よりも大きな酸素濃度を有したガスを使用し得るよう構成され、
前記バーナーが、前記リアクタ壁を加熱し得るよう構成されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１０】
請求項８記載のリアクタにおいて、
前記燃焼チャンバが、１気圧よりも大きな圧力で動作し得るよう構成されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１１】
請求項５記載のリアクタにおいて、
さらに、バイパスバルブおよびバイパスパイプを具備し、
これらバイパスバルブおよびバイパスパイプが、前記リアクタ内に導入された流体の少なくとも一部を、前記モノリスの初期部分を超えたところへとバイパスし得るよう構成されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１２】
請求項５記載のリアクタにおいて、
さらに、バイパスバルブと、バイパスパイプと、触媒を備えた少なくとも１つの他の構造と、を具備し、
前記バイパスバルブおよび前記バイパスパイプが、前記リアクタ内に導入された流体の少なくとも一部を、前記モノリスまたは前記少なくとも１つの他の構造のいずれか一方を超えたところへとバイパスし得るよう構成されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１３】
請求項１２記載のリアクタにおいて、
前記少なくとも１つの他の構造が、マイクロリスとされ、
このマイクロリスが、前記モノリスの上流側に配置され、
前記バイパスバルブおよび前記バイパスパイプが、流体の一部を、前記マイクロリスを超えたところにおいて前記モノリス内へとバイパスし得るよう構成されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１４】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記一次チャネルの少なくとも一部が、金属製の折り曲げられた部材を引き伸ばすことによって形成された壁を備えていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１５】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記二次チャネルの開口部分の合計が、５０％よりも大きいことを特徴とするリアクタ。
【請求項１６】
軸線を有したリアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つが、他の少なくとも３つの一次チャネルの各々に対して平行であり、
前記少なくとも１つの一次チャネルが、前記二次チャネルの少なくともいくつかを介して、前記他の少なくとも３つの一次チャネルの各々に対して、連結され、
前記少なくとも１つの一次チャネルの軸線が、前記リアクタ軸線に対して、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さいような角度を形成しており、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つが、両端部において開口しており、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１７】
軸線を有したリアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルの壁が、コーティング膜を備え、このコーティング膜の厚さが、前記一次チャネルの壁上における厚さの方が前記二次チャネルの壁上における厚さよりも厚いものとされ、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１８】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルのうちの少なくとも３つが、互いに平行であり、
前記少なくとも３つの一次チャネルの各々が、前記二次チャネルの少なくともいくつかを介して、前記少なくとも３つの一次チャネルの他のものに対して、連結され、
前記少なくともいくつかの前記二次チャネルの捻れ度合いが、２よりも小さいものとされ、
少なくとも１つの前記一次チャネルの軸線が、リアクタ軸線に対して、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さいような角度を形成しており、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１９】
軸線を有したリアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
少なくとも１つの前記一次チャネルの軸線が、前記リアクタ軸線に対して、以下の値とされた角度を形成し、
【数１】
2008505753.tif 000006
ここで、Ｋ１ が、０．２〜２０という範囲内の値とされ、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２０】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
Ｋ１ が、０．５〜１０という範囲内の値とされていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２１】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
Ｋ１ が、２とされていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２２】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
少なくとも１つの前記一次チャネルの軸線が、リアクタ軸線に対して、以下の値とされた角度を形成し、
【数２】
2008505753.tif 000007
ここで、Ｋ２ が、３〜５０という範囲内の値とされ、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２３】
請求項２２記載のリアクタにおいて、
Ｋ２ が、５〜２５という範囲内の値とされていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２４】
請求項２２記載のリアクタにおいて、
Ｋ２ が、１５とされていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２５】
リアクタを使用して流体を反応させる方法であって、
流体を、前記リアクタの導入口を通して前記リアクタ内へと導入し、この場合、前記リアクタを、
前記導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つが、他の少なくとも３つの一次チャネルの各々に対して平行であり、
前記少なくとも１つの一次チャネルが、前記二次チャネルの少なくともいくつかを介して、前記他の少なくとも３つの一次チャネルの各々に対して、連結され、
前記少なくとも１つの一次チャネルの軸線が、リアクタ壁の一部に対して、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さいような角度を形成しており、
前記少なくともいくつかの前記二次チャネルの捻れ度合いが、２よりも小さいものとされ、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されている
ようなものとし；
前記流体を、前記リアクタの前記導出口を通して導出する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法において、
前記流体と前記リアクタとの間の前記反応を、熱伝導を備えたものとし、
前記リアクタ内へと導入される前記流体の温度を、前記リアクタ壁の温度とは異なるものとすることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法において、
前記流体と前記リアクタとの間の前記反応を、化学反応を備えたものとし、
前記二次チャネルの少なくとも１つを、触媒を備えたものとし、
この触媒を、この触媒が無い場合と比較して前記化学反応の速度を加速または減速させるものとすることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、
前記流体を、自動車からの排ガスを備えているものとすることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、
前記流体を、メタンと、水蒸気と、を備えたものとし、
前記化学反応を、水蒸気改質を備えたものとすることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２５記載の方法において、
前記モノリスを、流体の一部が少なくとも１つの二次チャネルを通して一方向的に流れるような寸法のものとすることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２５記載の方法において、
さらに、燃焼生成物によって前記リアクタを加熱することを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法において、
前記燃焼生成物を、燃料と、２０％よりも大きな濃度でもって酸素を含有したガスと、の反応によって生成されたものとすることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３１記載の方法において、
前記燃焼生成物の圧力を、１気圧よりも大きなものとすることを特徴とする方法。
【請求項３４】
軸線を有したリアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルのうちの第１組をなす少なくとも２つが、互いに平行とされ、これにより、第１平面を形成しており、
前記一次チャネルのうちの第２組をなす少なくとも２つが、互いに平行とされ、これにより、第２平面を形成しており、
前記一次チャネルのうちの第３組をなす少なくとも２つが、互いに平行とされ、これにより、第３平面を形成しており、
前記第１組をなす少なくとも２つの一次チャネルが、前記第２組をなす少なくとも２つの一次チャネルと、前記第３組をなす少なくとも２つの一次チャネルと、の間に配置され、
前記前記第１組をなす少なくとも２つの一次チャネルのいずれもが、すべての前記第２組をなす少なくとも２つの一次チャネルと、すべての前記第３組をなす少なくとも２つの一次チャネルと、に対して平行ではなく、
前記前記第１組をなす少なくとも２つの一次チャネルの少なくとも第１部分が、少なくとも第１の前記二次チャネルを介して、前記第２組をなす少なくとも２つの一次チャネルの少なくとも一部に対して、連結され、
前記前記第１組をなす少なくとも２つの一次チャネルの少なくとも第２部分が、少なくとも第２の前記二次チャネルを介して、前記第３組をなす少なくとも２つの一次チャネルの少なくとも一部に対して、連結され、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項３５】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルのうちの少なくとも第１の一次チャネルの横断面積が、前記導入口からの距離に応じて単調に増大するものとされ、
前記一次チャネルのうちの少なくとも第２の一次チャネルの横断面積が、前記導入口からの距離に応じて単調に減少するものとされ、
前記少なくとも第１の一次チャネルが、少なくとも第１の前記二次チャネルを介して、前記少なくとも第２の一次チャネルに対して、連結され、これにより、前記リアクタ内へと導入された流体の少なくとも第１部分を、前記少なくとも第１の一次チャネルから、前記少なくとも第２の一次チャネルへと、流すことができ、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項３６】
請求項３５記載のリアクタにおいて、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つの一次チャネルの小さい方の端部が、多孔性材料によってまたは非多孔性材料によって閉塞されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項３７】
軸線を有したリアクタであって、
導入口と；
導入面と；
導出口と；
導出面と；
リアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、一次チャネルおよび二次チャネルを備え、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つの一次チャネルの前記導入面または少なくとも１つの前記導出面が、前記少なくとも１つの一次チャネルの軸線に対して、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さいような角度を形成しており、
前記一次チャネルのうちの少なくとも１つが、両端部において開口しており、
前記モノリスが、前記リアクタの前記導入口内へと流入する流体の一部が前記モノリスを通過しその後前記導出口から導出されるようにして、前記リアクタの内部に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年７月７日付けで出願された“Reactor with Primary and
Secondary Channels”と題する予備出願無しの特許文献１の出願日を優先権として主張するものである。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、触媒リアクタの分野に属するものである。
【背景技術】
【０００３】
触媒リアクタは、公知のものであり、触媒リアクタは、導入口と、導出口と、リアクタチャンバと、モノリシック構造と、を備えている。モノリシック構造は、リアクタチャンバの内部に配置される。触媒材料が、モノリシック構造上をコーティングしている。
【０００４】
図１は、従来技術による１つのリアクタ１００を示す断面図である。この例は、特許文献２の図３に見出すことができる。
【０００５】
リアクタは、モノリスからなる一次チャネル壁１０２と、リアクタチャンバ壁１０４と、を備えている。一次チャネル壁は、互いに対して平行であるとともに、リアクタ壁に対して平行である。一次チャネル壁は、複数の一次チャネル１０３を形成している。
【０００６】
一次チャネル壁は、各一次チャネルが正方形横断面形状を有したモノリシック構造を形成している。
【０００７】
一次チャネル壁は、触媒によってコーティングされている。
【０００８】
動作時には、反応流体１１０が、一次チャネル内へと導入され、一次チャネル壁上の触媒と反応し、その後、導出される。特に断らない限り、本明細書においては、二重線矢印は、流体の流れを示す。
【０００９】
この従来技術における欠点の１つは、様々な一次チャネル内へと流入する流体を混合するための手段が、一切設けられていないということである。よって、１つのチャネル内における流体の流量が大きな流量１２２となった場合には、流体の滞留時間が短いものとなる。これにより、平均的な流量の場合と比較して、触媒との反応時間が短いものとなる。同様に、１つのチャネル内における流体の流量が小さな流量１２４となった場合には、流体は、平均的な流量の場合と比較して、触媒に対してより多く反応することとなる。よって、リアクタは、様々なチャネルを通しての流体の流れの違いを補償し得るよう、過大なサイズのものとされなければならない。
【００１０】
この従来技術における他の欠点は、流体が、多くの場合、一次チャネルを流れる際に、層流を形成するということである。このため、一次チャネルの中央を通過する流体１５０は、チャネル壁に隣接して流れる流体１５４と比較して、より大きな速度とより小さな滞留時間とを有している。よって、リアクタは、一次チャネル壁に隣接して流れる流れや一次チャネルの中央を通過する流れも含めて層流内の様々な流れに関しての様々な滞留時間の違いを補償し得るよう、過大なサイズのものとされなければならない。
【００１１】
さらに、この従来技術においては、モノリスの中心からリアクタ壁に対しての対流的熱伝導手段が設けられていない。
【００１２】
図２は、代替的な従来技術によるリアクタ構成２００を示す断面図である。この従来例は、特許文献３における図２に図示されている。
【００１３】
このリアクタは、一次チャネル壁２０２と、リアクタ壁２０４と、を備えている。一次チャネル壁は、互いに平行であるとともに、リアクタを横断している。一次チャネル壁は、複数の一次チャネル２０３を形成している。すべての一次チャネルの両端は、リアクタ壁によって閉塞されている。
【００１４】
複数の二次チャネル２０６が、一次チャネル壁に設けられている。これにより、導入流体２１０を通過させることができる。
【００１５】
一次チャネル壁は、編込ワイヤメッシュとすることができ、この場合、二次チャネルは、メッシュの開口部とされる。触媒は、ワイヤメッシュを形成するワイヤの壁上に配置される。これにより、触媒は、一次チャネル壁と二次チャネル壁との双方をコーティングしている。
【００１６】
この従来技術における欠点の１つは、ある一次チャネル壁から次なる一次チャネル壁へと流体が進行する際に比較的大きな圧力降下が存在することである。
【特許文献１】米国特許出願シリアル番号第１０／８８６２３７号明細書
【特許文献２】Michael Foster 氏による米国特許第５，３３０，７２８号明細書
【特許文献３】William Prefferle 氏による米国特許第５，０５１，２４１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の要約は、本発明を理解するためのガイドとして提供される。要約には、本発明の最も一般的な実施形態が必ずしも記載されているわけではなく、本発明のすべての種類を必ずしも記載されているわけでもない。
【００１８】
本発明は、触媒支持体のところにおいて流体の反応を引き起こす装置に関するものであり、一次チャネルが、リアクタ壁に対して角度を形成しており、これにより、少なくとも１つの一次チャネルが、導入端または導出端のうちの一方の端部において開口しており、かつ、他方の端部において閉塞されている。一次チャネルを穴開けすることにより、二次チャネルが形成されている。これにより、導出口が閉塞されている一次チャネル内へと流体を流入させることができる、あるいは、導入口が閉塞されている一次チャネル内から流体を導出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の詳細な説明においては、本発明の例示としての様々な実施形態や様々な特徴点について、記載する。これら例示としての様々な実施形態や様々な特徴点は、本発明を何ら限定するものではない。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態３００を示す長手方向断面図である。この実施形態３００は、リアクタ壁３０４と、一体型の触媒支持体３０１と、を備えている。一体型の触媒支持体は、複数の一次チャネル３０６を形成する複数の一次チャネル壁３０２を備えている。一次チャネル壁は、リアクタ壁に対して、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さい角度３１２でもって、傾斜している。これにより、少なくとも１つの一次チャネル３０７は、その一端が、リアクタ壁３０４によって閉塞されている。少なくとも１つの一次チャネル３０７の反対側の端部は、開口している。例えばプラグといったような他の従来的手段を使用することにより、一次チャネルの端部を閉塞することができる。
【００２１】
一次チャネル壁は、二次チャネル３０８を備えている。二次チャネルにより、流体３１０の少なくとも一部３５０は、モノリス内へと流入することができ、これにより、ある一次チャネルから隣接した一次チャネルへと流れることができる。
【００２２】
触媒が、二次チャネルの壁上をコーティングしている。これにより、モノリス内における反応の実質的な部分は、二次チャネルの内部において起こる。一次チャネル壁も、また、触媒によってコーティングすることができる。
【００２３】
適切な導入流体は、内燃機関からの排気ガスを備えている。適切な触媒は、白金グループの金属も含めた貴金属触媒を備えている。モノリスのための適切な材料は、例えばアルミナまたはコーディエリートといったようなセラミクスや、例えばステンレススチールといったような金属、を備えている。
【００２４】
適切な導入流体は、水蒸気改質によって水素を生成するために使用される天然ガスと水との混合物を備えることもできる。水蒸気改質のためには、公知の触媒や公知の構成材料や公知の動作温度や公知の圧力を、使用することができる。
【００２５】
『説明』
この説明に限定されることなく、一次チャネル壁の一側部から同じ一次チャネル壁の他側部までにわたって圧力差が存在している状況で一次チャネル壁の内部において二次チャネルによって互いに連結された一次チャネルどうしの組合せにより、流体３１０の少なくとも一部３５０が、モノリス内へと流入することができ、これにより、ある一次チャネルから隣接した一次チャネルへと優先的に流れ得るものと、考えられる。よって、流体のこの交差した流れは、一次チャネル壁に沿った境界層を崩壊させ、これにより、一次チャネル内における安定した流体反応の増大化を補助し得るとともに、一次チャネル内において十分に混合された流体を形成することを補助することができる。この混合は、リアクタ内における流体の滞留時間の均一な分布の確保を補助することができ、これにより、リアクタ効率を増大させることができる。リアクタ壁上における二次チャネルからの流体のジェット衝突は、リアクタ壁のところにおける熱伝導を増大させる。
【００２６】
十分に混合された流れが、比較的短い二次チャネルを通過する際には、二次チャネル内における触媒との反応速度は、境界層が相対的に低減していることのために、より大きい。二次チャネルは、実質的に、プラグフローリアクタとして作用する。
【００２７】
導入流体が、１つの十分に混合された一次チャネルから他のチャネルへと優先的に流れる場合には、対応する二次チャネル内の触媒との反応が、より効率的なものとなる。システムは、一連をなす代替可能なプラグフローリアクタとして作用するとともに、十分に攪拌されたリアクタとして作用する。
【００２８】
複数の一次チャネルの少なくともいくつかの端部を開口状態に維持することにより、リアクタを通しての流れの圧力降下が、最小限に維持される。
【００２９】
流体の流れを、リアクタ壁に向けて流れるようにあるいはリアクタ壁から流れるように、優先的に向けさせることにより、壁のところにおける熱伝導を、増大させることができる。このより大きな熱伝導は、吸熱反応をより高温に維持することを補助し得るとともに、発熱反応をより低温に維持することを補助することができる。リアクタの内部における温度がより一様となることにより、触媒の選択性を増強することができる。
【００３０】
『代替可能な実施形態』
図４は、代替可能な実施形態４００を示す横断面図である。少なくとも１つの一次チャネル４０６が、リアクタの導入口４０２とリアクタの導出口４０４との双方のところにおいて、開口している。
【００３１】
図５は、代替可能な実施形態５００を示す横断面図である。少なくとも１つの一次チャネル５０６が、リアクタの導入口５０２とリアクタの導出口５０４とのいずれかのところにおいて、開口している。加えて、少なくとも１つの一次チャネル５０８が、双方の端部のところにおいて、閉塞されている。
【００３２】
図６は、代替可能な実施形態６００を示す横断面図である。少なくとも１つの一次チャネル６０６が、リアクタ壁の少なくとも一部６０４に対して、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さい角度でもって、配置されている。
【００３３】
図７は、代替可能な実施形態７００を示す横断面図である。少なくとも１つの一次チャネル７０６が、リアクタ壁のうちの、一次チャネル壁７０４に対して所定の角度とされている部分７０２によって、閉塞されている。この角度は、９０°とすることができる。
【００３４】
図８は、代替可能な実施形態８００を示す横断面図である。モノリスの、少なくとも、導入面８０２または導出面８０６が、リアクタ壁の部分８０４に対して、９０°以外の角度とされている。
【００３５】
図９は、代替可能な実施形態９００を示す横断面図である。すべての一次チャネル９０２が、導入口と導出口との双方のところにおいて開口しているとともに、リアクタ壁９０４に対して平行ではないものとされており、さらに、導入面９１２または導出面９１４に対して直交していないものとされている。
【００３６】
図１０は、代替可能な実施形態１０００を示す横断面図である。リアクタ壁の一部１００２が、リアクタ壁の他の部分１００４とは平行でないものとされている。
【００３７】
図１１は、代替可能な実施形態１１００を示す横断面図である。リアクタ壁１１０２が、円錐形状を有するものとされている。
【００３８】
図１２は、代替可能な実施形態１２００を示す横断面図である。一次チャネル１２０６が、リアクタ壁１２０４に対して平行なものとされている。モノリスの面１２０２は、リアクタ壁１２０４に対しておよびリアクタ軸線１２１０に対して。９０°以外の角度とされている。リアクタ軸線１２１０は、少なくとも１つの一次チャネルの軸線１２１２に対して平行なものとされている。リアクタの軸線は、すべての一次チャネルの軸線に対して平行なものとすることができる。
【００３９】
図１３は、代替可能な実施形態１３００を示す横断面図である。すべての一次チャネル１３０２の双方の端部が、リアクタ壁１３０４によって閉塞されている。リアクタ壁１３０４は、一次チャネル壁に対して直交しないものとされており、一次チャネル壁の内部において湾曲部を有している。
【００４０】
『二次チャネル』
図１４は、二次チャネルの実施形態１４００を図示している。図１４Ａは、二次チャネルを示す平面図である。図１４Ｂは、二次チャネルを示す断面図である。
【００４１】
図１４Ａに示すように、二次チャネルは、最大幅Ｗを有しているような、一次チャネル壁１４０８内の円筒形状穴とされている。穴の内部は、触媒１４０６によってコーティングされている。一次チャネル壁の部分も、また、触媒によってコーティングすることができる。
【００４２】
図１４Ｂに示すように、穴の長さＴは、一次チャネル壁の厚さに等しい。
【００４３】
穴の幅Ｗは、一次チャネル壁１４０８の厚さＴの２倍の値以下とされることが好ましい。これにより、穴の形成によって、一次チャネルおよび二次チャネルの合計表面積を実質的に増大させることができる。一次チャネル壁と二次チャネル壁との双方が触媒によってコーティングされている場合には、一次チャネル壁の厚さＴの２倍以下という値の幅Ｗを有した穴を追加することにより、モノリスの単位容積あたりにおける触媒表面積を、より大きなものとすることができる。
【００４４】
穴は、壁を直線的に貫通するものとすることができ、また、壁に対して所定の角度を有しつつ貫通するものとすることができ、また、蛇行した態様でもって貫通するものとすることができる。ここで使用されているように、二次チャネルの捻れ度合いを、一次チャネルの厚さに対しての穴の長さの比率として、定義する。一次チャネル壁に対して直交した直線状貫通穴は、１という捻れ度合いを有している。焼結金属またはセラミック粉末または多孔性発泡体の多孔性は、５以上とすることができる。
【００４５】
適切な捻れ度合いは、２未満である。二次チャネルを通して流れる流体の圧力降下を最小化し得ることにより、小さな捻れ度合いが好ましい。加えて、より短い穴は、境界層の形成に関して、より短い長さを有している。よって、モノリスに向けてのおよびモノリスからのより大きな質量伝導および熱伝導を有しているとともに、触媒に対してのより大きな反応速度を有している。
【００４６】
図１５は、二次チャネルの代替可能な構成を図示している。
【００４７】
図１５Ａは、一次チャネル壁を貫通して穿孔された穴に関しての、平面図１５０２と断面図１５０４とを図示している。穴は、機械的穿孔やエッチングやレーザー穿孔も含めた従来的手段によって、形成することができる。
【００４８】
図１５Ｂは、一次チャネル壁を貫通して穿孔された複数の穴に関しての、平面図１５１２と断面図１５１４とを図示している。穿孔操作により、穴の周囲には、バリ１５１６が形成されている。バリは、与えられた穴直径に対して、より大きな二次チャネル表面積を形成することのために、好ましいものとすることができる。
【００４９】
図１５Ｃは、一次チャネル壁に形成されたスリットに関しての、平面図１５２２と断面図１５２４とを図示している。スリットは、例えばスタンピングといったような従来的手段によって形成することができる。スリットは、最大幅Ｗ１５２６と、液圧的直径ｄ２ １５２８と、によって特徴づけられる。
【００５０】
ここで使用されているように、開口の水圧直径は、開口の開口面積を開口の周縁長さによって割算した値の４倍と等しいものとされている。
【００５１】
図１５Ｃおよび図１５Ｄにおけるドット円は、示された開口と同じ水圧直径を有した円形穴がどれくらい大きいかを示している。ドット円は、本発明の一部を形成するものではない。
【００５２】
図１５Ｄは、一次チャネル壁を横断して形成された穴に関しての、平面図１５３２と断面図１５３４とを図示している。交差穴は、例えばパンチといったような従来的手段によって形成することができる。交差穴は、最大幅Ｗ１５３６と、油圧直径ｄ２ １５３８と、によって特徴づけられる。
【００５３】
図１６は、リアクタと、一次チャネルと、一次チャネル壁内に形成された二次チャネルと、の関係の一般的な詳細を図示している。ハニカム形状のモノリス１６００が、リアクタ１６０４内に配置されている。リアクタは、円筒形横断面を有している。モノリスは、複数の一次チャネル１６０６を備えている。１つの一次チャネルだけが図示されている。他の一次チャネルは、図示の一次チャネルに対して隣接して、なおかつ、図示の一次チャネルに対して平行に配置されている。複数の一次チャネルは、リアクタの断面全体にわたって充填されている。
【００５４】
一次チャネル１６０６は、軸線１６１０を有している。この軸線は、リアクタの軸線１６１２に対して、角度θでもって傾斜している。
【００５５】
図１６に示す一次チャネルは、部分的に破断した態様で図示されている。これにより、一次チャネルの内部で終端している複数の二次チャネルが図示されている。
【００５６】
『リアクタの構成基準』
与えられた外形寸法を有したリアクタに関し、本発明は、最小のリアクタ圧力降下が得られるような、あるいは、比較的大きなリアクタ圧力降下のところにおいては増強された混合および熱伝導が得られるような、構成を提供する。
【００５７】
リアクタに関して小さな圧力降下を得るためには、適切な構成が以下の式によって与えられることが見出された。
【００５８】
【数３】
2008505753.tif 000003
【００５９】
ここで、θは、リアクタの軸線に対しての、一次チャネルの軸線の、傾斜角度である。Ｐは、一次チャネル壁のうちの、二次チャネルによって穴開けされた部分の割合である。ＧＳＡは、一次チャネル壁が穴開けされていないと仮定した場合の、一次チャネル壁の表面積である。ｄ１ は、一次チャネルの水圧直径である。ｄ２ は、二次チャネルの水圧直径である。Ｋ１ は、０．２〜２０という範囲の定数である。Ｋ１ は、好ましくは．５〜１０という範囲とされる。Ｋ１ は、より好ましくは、およそ２とされる。τは、二次チャネルの捻れ度合いである。Ｔは、一次チャネルの壁の厚さである。
【００６０】
流体とリアクタ壁の間における熱伝導を増強するためには、適切な構成が以下の式によって与えられることが見出された。
【００６１】
【数４】
2008505753.tif 000004
【００６２】
ここで、Ｋ２ は、０．０１〜１．５という範囲の定数である。Ｋ２ は、好ましくは、０．０５〜０．５という範囲とされる。Ｋ２ は、より好ましくは、およそ０．２とされる。
【００６３】
表１は、θの計算に際してのこれら式の使用を示している。表１においては、データは、実施例１および実施例５に関して示されている。
【００６４】
【表１】
2008505753.tif 000005
【００６５】
『実施例１』
例示としてのリアクタは、水蒸気改質のための触媒リアクタを備えている。この触媒リアクタは、上モノリスと、下モノリスと、を備えている。各モノリスは、図１７に図示されているモノリスと同様にして構成されている。しかしながら、中央カラム１７２０またはスペーサ１７２６を備えてはいない。図１７のモノリスに関するより詳細な説明に関しては、下記の実施例２を参照されたい。
【００６６】
双方のモノリスは、ワイヤクロスから構成される。ワイヤは、ステンレススチールまたは水蒸気改質という用途における使用に関して適切であるような他の材質から形成されている。ワイヤクロスのいくつかの部分は、正弦波パターンでもって波打っている。円滑なものとされたコーティング済みワイヤクロスと、波打ち形状とされたコーティング済みワイヤクロスとが、交互に積層され、図１７に示すのと同様に、リアクタ導出口に向けて収束するような円錐台形状でもって形成される。円滑な円錐部分は、頂点からリアクタ壁に向けて延出されている。波打ち形状の円錐部分は、リアクタ壁から、リアクタ軸線からおよそ５ｍｍの距離のところにまで、延在しているとともに、リアクタ壁に対して面一となるようにトリミングされている。円錐の頂点は、リアクタの導出口の方を向いている。
【００６７】
リアクタ壁は、円形横断面形状のチューブとされている。材料は、水蒸気改質という用途において使用するのに好適であることが公知であるような高温用の金属合金である。リアクタは、１００ｍｍという内径と、１２０ｍｍという外径と、１２ｍという長さと、を有している。
【００６８】
上モノリスは、２３０μｍ直径のワイヤを使用している。ワイヤクロスの縦糸および横糸の間隔は、双方とも、１ｃｍあたりにつき２８本のワイヤであるようなものとされている。水蒸気改質に好適な触媒が、熱スプレーによって、ワイヤクロスに対して適用されている。これにより、コーティングは、ワイヤのうちの、ワイヤクロスの表面に対して平行な両側面上においては、およそ５０μｍ厚さとされ、ワイヤのうちの、ワイヤクロスの表面に対して直交する両側面上においては、およそ５μｍよりも薄い厚さとされている。クロス表面のうちのおよそ１４％が、開口している。クロスの厚さおよび二次チャネルの長さは、およそ３３０μｍであると考えられる。二次チャネルは、およそ１３４μｍという水圧直径を有している。
【００６９】
上モノリスは、一次チャネルおよび二次チャネルに関しての合計表面積が１，５００ｍ２／ｍ３であるように、構成されている。θは、水蒸気改質器の頂部を通しての圧力降下を最小化し得るように、選択されている。上モノリスは、山と谷との高さの差が４．５ｍｍでありかつ波長が４．５ｍｍであるような正弦波波打ち形状を有している。一次チャネルの水圧直径は、５．４ｍｍである。一次チャネルのＧＳＡは、およそ７３４ｍ２／ｍ３である。Ｋ１ として２という値を使用し、さらに、１という捻れ度合いを使用した場合、リアクタ軸線に対しての円錐台形状の傾斜角度θは、２５°となる。
【００７０】
下モノリスは、二次チャネルに沿っての流体速度を増大させることによって、および、二次チャネルから導出されるジェットの向きをリアクタ壁へと向かわせることによって、リアクタ壁に対してのジェット衝突冷却を提供し得るように、構成されている。一次チャネルおよび二次チャネルの合計表面積は、３７０ｍ２／ｍ３であるように構成されている。
【００７１】
下モノリスは、３．８ｍｍ直径のワイヤを使用している。ワイヤクロスの縦糸および横糸の間隔は、双方とも、１ｃｍあたりにつき１．４本のワイヤであるようなものとされている。水蒸気改質に好適な触媒が、熱スプレーによって、ワイヤクロスに対して適用されている。これにより、コーティングは、ワイヤのうちの、ワイヤクロスの表面に対して平行な両側面上においては、およそ１００μｍ厚さとされ、ワイヤのうちの、ワイヤクロスの表面に対して直交する両側面上においては、およそ５μｍよりも薄い厚さとされている。クロス表面積のうちのおよそ２３％が、開口している。クロスの厚さおよび二次チャネルの長さは、およそ４．０ｍｍであると考えられる。二次チャネルは、およそ３．４５ｍｍという水圧直径を有している。
【００７２】
下モノリスは、正弦波という波打ち形状を有したシートを備えている。波打ち形状は、山と谷との高さの差が１０ｍｍでありかつ波長が２５ｍｍであるものとされている。一次チャネルの水圧直径は、１７．２ｍｍである。一次チャネルのＧＳＡは、およそ２３２ｍ２／ｍ３である。Ｋ２ として０．２という値を使用し、さらに、１という捻れ度合いを使用した場合、リアクタ軸線に対しての円錐台形状の傾斜角度θは、５５°となる。二次チャネルから導出されてリアクタ壁へと衝突するジェットは、一次チャネルに沿って流れる流体の速度と比較して、５倍大きな初速を有している。初期ジェットの水圧直径は、３．４５ｍｍであり、ジェットは、０ｍｍ〜１０ｍｍにわたって噴出し、これにより、平均でおよそ１０ｍｍという中心間間隔のところにおいて、リアクタ壁に対して衝突する。
【００７３】
動作時には、リアクタ壁の外面が、燃焼によって加熱される。壁の外面に対しての熱伝導は、燃焼エア内の容量での酸素濃度を少なくとも３５％へと増大させることによって、増強される。燃焼オキシダントは、酸素含有量が１００容量％と同じくらい大きなものとすることができる。燃料は、メタンまたは他の炭化水素とすることができる。
【００７４】
エアよりも酸素含有量の大きなオキシダントは、より大きな放射火炎温度を生成することにより、また、リアクタが内部に配置されている燃焼チャンバ内において燃焼製品に関しての滞留時間をより長いものとすることにより、エアの場合よりも、熱伝導を増大させる。多段式のリアクタを、同じ燃焼チャンバ内に配置することができる。
【００７５】
燃焼チャンバは、１気圧よりも大きな圧力で動作させることができる。
【００７６】
『実施例２』
図１７は、本発明の第２実施例１７００を示す長手方向のおよび横方向の断面図である。この実施例は、触媒コンバータであって、導入口１７５０と、導出口１７５２と、一体型の基板１７６０と、円筒形のリアクタ壁１７０８と、を備えている。一体型の基板１７６０は、正弦波的な波打ち形状シート１７０４と、円滑なシート１７０２と、から構成されている。正弦波的なシートは、リアクタ軸線に対して傾斜角度を有したような、円滑な円錐部分と波打ち形状の円錐部分とが交互に積層された態様のものとすることも、また、円滑な螺旋部分と波打ち形状の螺旋部分とが交互に積層された態様のものとすることも、できる。波打ち形状のシートと円滑なシートとの間の間隔は、一次チャネル１７０６を規定する。
【００７７】
波打ち形状シートおよび円滑なシートは、コンバータ軸線１７６２に対しての傾斜角度を有して、傾斜している。よって、少なくとも１つの一次チャネル１７１６は、リアクタ壁１７０８によって、一端部が閉塞されている。
【００７８】
実施例１７００は、さらに、付加的な中央カラム１７２０を備えている。中央カラム１７２０は、中央ロッド１７２４と、円錐台形状のスペーサ１７２６と、を備えている。スペーサは、円滑なシートを挟んでおり、これにより、モノリスを、流体の流れ１７８０に付随する軸線方向力に対して、支持することができる。波形シート（あるいは、波打ち形状シート）は、スペーサに挟まれていない。
【００７９】
円滑なシートと波形シートとの双方は、穴開けされており、これにより、複数の二次チャネル（図示せず）が形成されている。穴は、円形形状とされ、２０〜３０μｍという範囲の直径を有している。
【００８０】
円滑なシートおよび波形シートは、金属箔から形成されている。これらシートは、触媒によってコーティングされている。
【００８１】
波形シートは、中央ロッドからの距離で増大するにつれて増大するような波長を有している。波長は、中央ロッドからの離間距離に対して比例するよりも少ない程度でもって、増大する。
【００８２】
代替可能な実施形態においては、中央カラム１７２０が設けられない。円滑なシートは、リアクタの軸線のところに収束する。波形シートは、リアクタの軸線のところにおいて開口している。
【００８３】
リアクタは、導入口１７５０または導出口１７５２に流入する流体に対して機能する。
【００８４】
リアクタは、リアクタ壁に対して固定されており、かつ、モノリスを所定位置に保持するように機能するような、バスケットを備えることができる。
【００８５】
『実施例３』
図１８は、代替可能な実施例によるリアクタ１８００を示す長手方向のおよび横方向のの断面を図示している。リアクタは、導入口１８５０と、導出口１８５２と、円筒形のリアクタ壁１８０８と、モノリス１８１０と、を備えている。モノリスは、互いに交互に配置されたような、円滑なシート１８０２と、波形シート１８０４と、を備えている。円滑なシートおよび波形シートの各々の一部だけが、明瞭さのために、破断図によって図示されている。破断は、本発明の一部を形成するものではない。複数のシートからなる複数の層は、径方向に配置されており、中央コア１８０６のところにおいてはあるいはその近傍において互いに遭遇している。シートどうしの間のスペースは、一次チャネルを規定する。
【００８６】
中空コンジット１８４０は、モノリスの中央に存在することができる。中空コンジットに関しては、本発明の『追加的な特徴点』という項において、詳細に後述する。
【００８７】
複数の一次チャネルは、リアクタ壁に対して所定角度でもって傾斜している。これにより、少なくともいくつかの一次チャネルは、一方の端部が閉塞されなおかつ他方の端部が開口しているようなものとされている。一次チャネルとリアクタ壁の軸線１８０６との間の傾斜角度は、およそ３０°である。傾斜角度は、０°よりも大きくかつ９０°よりも小さいような範囲のものとすることができる。
【００８８】
円滑なシートおよび波形シートは、直径がおよそ３０μｍという穴でもって穴開けされており、これにより、複数の二次チャネル（図示せず）を形成している。一次チャネル壁のうちの、開口している部分は、３０％である。
【００８９】
図２０は、この実施例におけるモノリスの形成方法を、より詳細に示している。図２０Ａにおいては、円滑なシート２００２が、波形シート２００４に隣接して配置され、折曲ライン２００６に対して波打ち形状が傾斜角度を有するようにして折曲ライン２００６回りに折り曲げられ、これにより、リーフアセンブリ２０００が形成される。図２０Ｂにおいては、第１リーフアセンブリ２０１２は、第２リーフアセンブリ２０１４の内部に配置される。これにより、入れ子型のリーフアセンブリ２０１０が形成される。入れ子型のリーフアセンブリが十分なものとなるまで、追加的なリーフアセンブリが、入れ子型のリーフアセンブリに対して追加される。すべての入れ子型のアセンブリの与えられたサイド上における波打ち形状は、互いに平行なものとされる。
【００９０】
入れ子型のリーフアセンブリの各々の中央に、波打ち形状を有することなく円滑な基体だけからなる単一のシート（図示せず）を、挿入することができる。このシートは、逆向きに傾斜した波形シートどうしを分離する。この単一の非穴開きシートは、他のシートよりも大きな厚さのものとすることができる。これにより、入れ子型のリーフアセンブリの剛性を強化することができる。単一の非穴開きシートは、触媒と触媒支持材料とによってコーティングすることができる。
【００９１】
その後、いくつかの入れ子型のリーフアセンブリどうしを、折曲ライン２００６のところにおいてサイドバイサイドで連結し、これにより、モノリスを形成する。折曲ライン２００６は、リアクタ軸線１８０６に沿って、または、中央中空コンジット１８４０（図１８）に隣接して、延在する。
【００９２】
すべてのシートおよびすべてのアセンブリは、半田付けによって、互いに対して、または、リアクタ壁に対して、連結することができる。半田付け材料は、アセンブリの形成前に、シート材料上において、コーティングすることができる。
【００９３】
図２１は、波形シートの形成方法を図示している。図２１Ａは、アコーディオン形状へと最初に折り曲げられたシート材料２１００を示している。図２１Ｂは、次工程において最終形状となるように部分的に引き伸ばされた後において、シート材料を示している。図２１Ｃは、最終工程において最終形状となるように完全に引き伸ばされた後において、シート材料を示している。
【００９４】
図２３は、図２１Ｃに示すものと同様の波形シート２３００を示す平面図である。シートは、メッシュ材料から形成されており、これにより、多数の二次チャネル２３０６を形成している。複数の一次チャネル２３０８の軸線２３０４は、折曲ライン２３０２に対して、傾斜した角度θを有している。壁のところにおける一次チャネルの最大幅は、Ｗである。
【００９５】
複数の二次チャネルは、シート内に形成することができ、触媒は、シートが円滑シートや波形シートへと成形される前に、二次チャネル内に配置することができる。触媒支持体に対しての基体コーティングは、スラリー内への浸漬や熱スプレーや他の公知手段によって、適用することができる。
【００９６】
モノリスおよびリアクタ壁は、例えばステンレススチールといったような高温用金属合金から形成することができる。
【００９７】
モノリスは、また、押出成形物とすることができる。モノリスは、例えばコーディエリートやアルミナといったようなセラミックから形成することができる。
【００９８】
図２２は、リアクタ軸線に対しての一次チャネルの傾斜によって、二次チャネルを通過する流体に一方向性の流れが引き起こされる態様を、示している。図２２は、リアクタ１８００（図１８）と同様のリアクタの長手方向断面の小さな一部２２００を示している。リアクタは、円滑なシート２２１２と、尖鋭な角度の波形シート２２１０と、から形成されている。全体的な流れ方向は、矢印２２０２によって示されている。リアクタ軸線に対しての一次チャネルの傾斜角度により、少なくとも部分的には、二次チャネル内の流れ２２０４は、ある一次チャネル２２２２から、隣接した一次チャネル２２２４へと、進行する。二次チャネル内に触媒だけしか存在していないリアクタに関しては、被処理流体は、二次チャネル内においてプラグフローとして触媒との順次的な反応を経験し、一次チャネル内へと混合される。よって、リアクタは、プラグフローリアクタと十分に攪拌されたミキサーとが交互的に連接されてなるものとして、記述することができる。流体の与えられた部分が通過する一次チャネルの数は、流体が通過する反応ステージの数と混合ステージの数との合計数として考えることができる。
【００９９】
『実施例４』
図１９は、本発明の代替可能な実施形態１９００を示す斜視図である。この実施形態１９００は、テーパー形状の波形シート１９１０と、円滑なシート１９１２と、からなる交互積層を備えている。一次チャネルは、両シート間でスペースによって形成されている。二次チャネル（図示せず）は、円滑なシート１９１２と波形シート１９１０との双方を穴開けすることによって、形成されている。二次チャネルは、また、波形シートだけをまたは円滑なシートだけを穴開けすることによっても、形成することができる。
【０１００】
図１９においては、明瞭さのために、１枚の波形シートと、１枚の円滑なシートと、だけが示されている。
【０１０１】
この実施形態においては、二次チャネルを通しての流れは、いくつかの一次チャネルの比較的大きな導入口１９０２と、同じ一次チャネルの比較的小さな導出口１９０４と、によって、もたらされている。よって、一次チャネルは、断面積が単調に減少するものとされている。
【０１０２】
二次チャネルを通しての流れは、大きな導入口と小さな導出口とを有した一次チャネルに隣接して配置された一次チャネルの比較的小さな導入口１９０６と比較的大きな導出口１９０８とによって、さらに促進される。よって、これら一次チャネルは、断面積が単調に増大するものとされている。
【０１０３】
この実施形態を有効なものとするに際しては、いずれの一次チャネルも、完全に閉塞された一端部を有している必要はない。実施形態１９００においては、一次チャネルの収束端部が閉塞されている場合には、本発明は、粒子トラップとして有効である。例えば、ディーゼルエンジン排気後処理のための触媒コンバータにおいて、粒子トラップとして有効である。端部は、多孔性材料または非多孔性材料によって閉塞することができる、あるいは、一次チャネルの収束性において端部の断面積をゼロとすることによって、閉塞することができる。
【０１０４】
『実施例５』
触媒コンバータは、図１８に図示されている実施形態に基づいて形成される。触媒コンバータは、ＣＯや炭化水素やＮＯｘを含有しているような内燃機関排気ガスの処理に関して、好適なものである。内燃機関は、車両用の動力源とすることができる。
【０１０５】
一次チャネル壁は、ワイヤクロスから構成されている。ワイヤクロスは、５１μｍ直径のステンレススチール製ワイヤを使用したものであり、ワイヤクロスの縦糸および横糸の間隔は、双方とも、１ｃｍあたりにつき１３０本のワイヤであるようなものとされている。触媒、および、関連する支持体は、内燃機関排気ガスの後処理に好適なものとされる。触媒支持体が、熱スプレーによって、ワイヤクロスに対して適用される。これにより、コーティングは、ワイヤのうちの、ワイヤクロスの表面に対して平行な両側面上においては、およそ１５μｍ厚さとされ、ワイヤのうちの、ワイヤクロスの表面に対して直交する両側面上においては、およそ５μｍよりも薄い厚さとされている。クロス表面のうちのおよそ１２％が、開口している。クロスの厚さおよび二次チャネルの長さは、およそ８１μｍであると考えられる。二次チャネルは、およそ２７μｍという水圧直径を有している。
【０１０６】
ワイヤクロスのいくつかの部分は、正弦波パターンでもって波打っている。円滑なものとされたコーティング済みワイヤクロスと、波打ち形状とされたコーティング済みワイヤクロスとが、交互に積層され、６個の入れ子型のリーフアセンブリが形成されている。入れ子型のリーフアセンブリの各々は、６０°という角度を形成している。リアクタ壁は、円形横断面形状のチューブとされており、１２５ｍｍという内径と、１２５ｍｍという長さと、を有している。
【０１０７】
リアクタは、圧力降下を最小化しつつ、一次チャネルおよび二次チャネルに関しての合計表面積が３，７００ｍ２／ｍ３であるように、構成されている。波打ち形状の山と谷との高さの最大の差は、２ｍｍであり、波打ち形状の波長は、リアクタ壁のところにおいて、２ｍｍである。二次チャネルが存在しないものと仮定した場合の一次チャネルのＧＳＡは、およそ１，６５０ｍ２／ｍ３であり、一次チャネルの平均的な水圧直径は、およそ２．４ｍｍである。Ｋ１ として２という値を使用し、さらに、１という捻れ度合いを使用した場合、リアクタ軸線に対しての波打ち形状の傾斜角度θは、２３°となる。
【０１０８】
６個の入れ子型のリーフアセンブリの各々は、それらの中央位置においては、単一の中実シートであるように、形成されている。単一の中実シートは、８０μｍ厚さとされ、触媒支持体からなる１５μｍ厚さのコーティングを有している。
【０１０９】
入れ子型のリーフアセンブリの隣接側部は、互いに平行な複数の一次チャネルを備えている。
【０１１０】
６個の入れ子型のアセンブリは、共通の折曲ライン回りにおいてサイドバイサイドで互いに連結されており、これにより、モノリスを形成することができる。モノリスは、わずかに撓むまたは回転することができる。これにより、モノリスを、コンバータ壁の内部に圧縮的に取り付けることができる。モノリスは、リアクタの断面を充填する。
【０１１１】
リアクタ断面のうちの、開口している部分は、ここでは『開口面積比率』またはＯＦＡと称するものであって、およそ９５％である。
【０１１２】
微粒化された貴金属からなる触媒は、従来的手段を使用して、触媒支持体に対して堆積される。内燃機関からの排気ガスは、リアクタを通過する。排気ガスの炭化水素やＮＯｘやＣＯは、二酸化炭素と窒素と水とに変換される。
【０１１３】
『実施例６』
リアクタは、上記実施例５におけるリアクタと同様にして、構成される。ただし、相違点は、８０μｍ厚さの中実シートに穴を開けて、複数の二次チャネルを形成することである。穴は、両端部において、長さ１０μｍのバリを有している。
【０１１４】
『実施例７』
実施例５のリアクタは、自動車排気系内においてバイパスバルブと組み合わされる。バイパスバルブは、モノリスの中間部分に対して、バイパスパイプを通して、入力ガスを迂回させる。モノリスの導入口の温度が特定の最大しきい値へと到達した時点で、バイパスが起動され、これにより、流体が、モノリスの初期部分を迂回する。これに代えて、バイパスは、自動車の始動後に所定時間が経過した後に、起動することができる。
【０１１５】
例えば熱交換器といったような冷却手段を、バイパスパイプ内に設けることができる。これにより、排気ガスがモノリスの中間部分内へと流入する前に、排気ガスを冷却することができる。このようにして、モノリスの温度を、例えば触媒または触媒支持体の焼結温度といったような特定のしきい値以下に、維持することができる。
【０１１６】
リアクタとバイパスパイプとの同様の組合せは、リアクタの長さに対してのリアクタの幅の比率を１以下としつつ、構成することができる。
【０１１７】
リアクタは、少なくとも１つの他の構造を備えることができる。この少なくとも１つの他の構造は、モノリスとこの少なくとも１つの他の構造との間へとバイパスパイプがガスを導入している場所に、触媒を備えている。この構造は、本発明によるモノリスとすることができる。この構造は、また、触媒ビーズの容器とすることができる。
【０１１８】
構造は、上記特許文献３に記載されているようなマイクロリスとすることができる。この文献の記載内容は、参考のため、その全体がここに組み込まれる。リアクタは、バイパスバルブおよびバイパスパイプを備えることができる。これにより、マイクロリスを迂回させ得るとともに、直接的に流体を本発明によるモノリスを通して流すことができる。
【０１１９】
『実施例８』
実施例５によるリアクタが、モノリス上に触媒が設けられないことを相違点として、構成される。リアクタは、内部に流入した流体を効率的にかつ一様に加熱するように機能する。これに代えて、リアクタ内の流体は、周囲雰囲気よりも高温のものとすることができ、この場合、リアクタは、流体を冷却するように機能する。
【０１２０】
『追加的な特徴点』
本発明は、有効な効果を引き起こし得るよう、様々な手法でもって修正することができる。
【０１２１】
一実施形態においては、二次チャネルを、一次チャネルの壁上にわたって非一様に分散させることができる。これにより、プロセス流体の流れを、様々な場所において、リアクタ壁へと向かうようにあるいはリアクタ壁から離間するように、配向させることができる。例えば、一列でもって配置された複数のマルチチューブ水蒸気改質器においては、リアクタチューブのいくつかの側面を、燃焼源に対して対向させる。これにより、リアクタチューブのそれら側面を、他の側面と比較して、より大きな熱流を有したものとすることができる。傾斜した一次チャネルに対して組み合わされる二次チャネルは、リアクタうちの、１つまたは複数の他の側面よりも高温とされたある側面に対して流れを案内し得るように、構成することができる。よって、リアクタのうちの、大きな対流的熱流を有した側面のところにおける対流熱伝導係数を、他の側面における対流熱伝導係数よりも、大きなものとすることができる。
【０１２２】
他の実施形態においては、一次チャネルおよび二次チャネルの組合せを、プロセス流体がコンバータ内において螺旋経路または他の所望経路に沿って流れるように、構成することができる。
【０１２３】
二次チャネルの分布は、プロセス流体がリアクタ壁に向けて流れることとプロセス流体がリアクタ壁から離間するように流れることとが交互的に起こるように、調節することができる。例えば、特に明示されていないものの図１７に示すように、波形シート１７０４または円滑なシート１７０２のうちの少なくとも一方の第１シリーズは、例えばリアクタ壁１７０８の近傍における二次チャネルの密度を大きくするといったような手法でもって、流れに対する抵抗性をより小さなものとすることができる。よって、リアクタ内のプロセス流体の比較的大量のものを、リアクタ壁の近傍を流れるものとすることができる。この場合、大量のプロセス流体が、円滑なシートまたは波形シートの少なくともいずれか一方からなる第１シリーズを、衝撃することとなる。同様に、波形シート１７０４または円滑なシート１７０２のうちのいずれか少なくとも一方の第２シリーズを、例えばコンバータ軸線１７６２の近傍における二次チャネルの密度を大きくするといったような手法でもって、流れに対する抵抗性をより小さなものとすることができる。よって、リアクタ内のプロセス流体の比較的大量のものを、コンバータ軸線の近傍を流れるものとすることができる。この場合、大量のプロセス流体が、円滑なシートまたは波形シートの少なくともいずれか一方からなる第２シリーズを、衝撃することとなる。第１シリーズをなすシートと第２シリーズをなすシートとを交互に配置することによって、プロセス流体を、リアクタ壁の近傍と、リアクタ軸線の近傍と、を交互的に流れるものとすることができる。この流れパターンは、リアクタ壁に対しての熱伝導を大幅に増大させる。残りの一次チャネル内における二次チャネルの濃度と比較して、リアクタ軸線の近傍におけるまたはリアクタ壁の近傍における二次チャネルの濃度を調節することによって、大きな熱伝導（リアクタ壁およびリアクタ軸線の近傍における二次チャネルの濃度を大きなものとする）と、低圧力降下（一次チャネルに沿っての二次チャネルの一様な濃度）と、の所望の組合せを調節するようにして、構成することができる。ある極端な例においては、二次チャネルが、リアクタ壁またはリアクタ軸線の近傍においてのみ形成される。他の極端な例においては、二次チャネルが、一次チャネルに沿って一様に分布したものとされる。
【０１２４】
同様の効果は、二次チャネルの直径を変えることによって、得ることができる。
【０１２５】
代替可能な実施形態においては、モノリスの触媒活性コーティングの厚さを、局所的反応速度の関数として、変化させることができる。例えば、本発明を、水蒸気改質器内のリアクタとして使用することができる。触媒は、多孔質支持構造上における微粒材料として、少なくとも二次チャネルの壁に対して、適用される。水蒸気改質器のリアクタの導入口における流体は、比較的低温である。これにより、活性触媒の活性度および表面積が、全体的な反応動力学を支配するものとすることができる。そのような状況下においては、触媒活性材料は、その支持構造のポア内におけるより深い深さのところにおいて望ましい反応に寄与する。したがって、リアクタの導入口の近傍においては、モノリスに対して、５０〜３００μｍといったような、より厚い触媒支持材料を適用することが好ましい。上記リアクタの下流側の場所においては、温度は、より高温である。これにより、触媒支持構造の外面のところにおいて、触媒を、より活性なものとすることができる。これにより、１０〜１００μｍといったような触媒のより薄いコーティングを、リアクタの熱プロファイルの関数として、適用することができる。同様に、コーティングの厚さは、リアクタ壁のうちの、より高温であるような壁の近傍において、より薄いものとすることができる。より厚いコーティングを、リアクタ軸線の近傍のところに適用することができる。
【０１２６】
他の代替可能な実施形態においては、触媒支持材料を通しての熱伝導と、触媒支持材料に沿って熱伝導とを、独立に変化させ得るようにして、触媒支持材料が適用される。大きな熱伝導率を有したようなさらにコンバータ壁からコンバータ軸線に向けての実質的に直接的な熱経路を有したような比較的厚い基板を、小さな熱伝導率を有した比較的薄い触媒支持材料によってコーティングすることは、触媒壁とコンバータの内部との間におけるより良好な熱伝導の点から、好ましい。内燃機関の排気ガスを処理するための本発明によるリアクタに関しては、この構成は、リアクタ内における温度をより一様に維持することを補助し、これにより、リアクタ軸線のところにおける過熱を最小化することができる。
【０１２７】
水蒸気改質において使用される本発明によるリアクタに関しては、リアクタ壁からリアクタのより中央の部分への熱伝導は、カーボンを沈殿させ得る炭化水素の過熱を局所的に防止する。カーボンは、触媒を汚染し得る。
【０１２８】
逆に言えば、小さな熱伝導率を有したような比較的薄い基板を、熱伝導に対して比較的大きな抵抗を有した触媒支持材料によってコーティングすることは、リアクタ壁とリアクタ壁の近傍のプロセス流体との間における局所的な熱伝導の点から、好ましい。
【０１２９】
他の代替可能な実施形態においては、リアクタ軸線に対しての一次チャネルの角度を、調節することができ、これにより、リアクタ壁とモノリス内部との間における放射熱伝導に対してのビューファクターを変更することができる。例えば比較的大きな角度によってといったようにして、ビューファクターが大きければ、モノリスの内部に対しての放射による熱伝導が改良される。
【０１３０】
他の代替可能な実施形態においては、本発明に基づいて構成されるリアクタは、中空カラムを備えることができる。この中空カラムは、モノリスの内方部分に対して、比較的未反応の導入流体を搬送する。中空カラムは、また、モノリスの内方部分から、反応済み流体を除去し得るように、構成することもできる。
【０１３１】
例えば、特に明示していないものの図１８に示すように、リアクタ１８００と同様のリアクタは、内部に追加的な中央コンジット１８４０を備えて構成される。コンジットは、リアクタ軸線１８０６に対して一致したものとされる。リアクタは、水蒸気改質のために使用される。
【０１３２】
コンジットは、炭化水素を含有した導入流体の少なくとも一部を、触媒コンバータの長手方向に沿った１つまたは複数の指定位置へと、搬送する。これにより、導入流体のその一部を、比較的高温のリアクタ壁への直接的な露出から、保護することができる。炭化水素の一部を加熱チューブ壁に対して露出させないことにより、導入流体の残部は、カーボンに対しての水蒸気の比率としてより大きな比率を有している。このため、チューブ壁を通してのより大きな熱流を、カーボン沈澱を起こすことなく、受領することができる。モノリスの下流位置に、炭化水素を保持した導入流体を導入することにより、蒸気に対してのカーボンの比率を、全体にわたって大きくすることができ、好ましい。これにより、スループットを増大させ得るとともに、水蒸気の持ち出しを低減させることができる。
【０１３３】
中央コンジットは、この中央コンジットに形成された複数の横穴を通して、周囲のモノリス内へと、導入流体を分配することができる。導入流体は、モノリス内に存在する水蒸気と反応する。これにより、リアクタの下流側部分における熱負荷を増大させることができる。
【０１３４】
リアクタ導入口のところにおいて、モノリスに対して炭化水素の一部を与えないことにより、リアクタは、導入口のところにおけるより小さな熱負荷と、導入口から導出口にわたってのより一様な熱プロファイルと、を有しており、このことは、最適な動作温度のために好ましい。さらに、中央コンジットによって搬送された導入流体は、分散した触媒表面を通して搬送されたと仮定した場合と比較して、より小さな圧力降下しか受けない。これにより、圧縮エネルギーが節約される。
【０１３５】
中央コンジットを通して導入された導入流体は、モノリスよりも低温のものとすることができる。コンジットは、また、モノリスから搬送する流体を熱的に絶縁することができる。これにより、導入流体を低温のまま保存するのことを補助することができ、これにより、リアクタの熱負荷を均一化することを補助し得るとともに、一様な温度プロファイルを維持することを補助することができる。
【０１３６】
中央コンジットを使用することにより、プロセス流体から水素を除去することができ、水素に対しての炭化水素のより完全な反応を可能とする。中央コンジットは、例えばパラジウムや白金からなるものといったような、水素透過性メンブランを備えることができる。
【０１３７】
他の代替可能な実施形態においては、円滑なシートと波形シートとを交互的に備えているような本発明によるリアクタは、それらシートを様々な厚さのシートとして備えることができる。例えば、円滑なシートは、波形シートと比較して、より厚いものとすることができる、あるいは、より強いものとして形成することができる。
【０１３８】
本発明が、ミキサーまたは乳化器として使用することができる。
【０１３９】
本発明における導入流体は、液体とガスとの混合物、あるいは、非混合性の液体どうしの混合物、とすることができる。
【０１４０】
本発明によるモノリスが、粗な表面あるいは不規則な表面を有したチューブ内へと挿入される場合には、また、放射熱伝導が要望される場合には、一次チャネル壁は、チューブに隣接した部分に、スリットを有したものとすることができる。これにより、モノリスを、チューブの形状に合わせて変形させることができ、これにより、良好な放射熱伝導（あるいは、径方向熱伝導）を引き起こすことができる。
【０１４１】
本発明のモノリスは、チューブ内へのモノリスの取付または改造に際し、圧縮性スリーブの内部において圧縮することができる。圧縮性スリーブは、使用時に揮発する材料とすることができる。これにより、モノリスを膨張させることができ、リアクタ壁に対して適合させることができる。圧縮性スリーブは、また、半田付け材料とすることもできる。半田付け材料は、流動性材料によってコーティングすることができる。流動性材料が、スリーブの外面上において使用されている場合には、スリーブは、穴開きシートや、ネットや、メッシュや、粉末金属や、あるいは、浸透性表面、とすることができる。使用前には、リアクタを加熱し、これにより、半田付け材料を溶融させ、これにより、モノリスをリアクタ壁に対して取り付ける。
【０１４２】
リアクタ軸線と一次チャネルとの間の傾斜角度が大きい場合に、なおかつ、上述のような圧縮されたモノリスの場合には、一次チャネルは、ますます、負荷を背負う梁として作用し、これにより、モノリスに対して、リアクタ壁に対する圧縮性を提供する。モノリスの圧縮は、製造時や保管時や使用時においてリアクタが曝されると予想された温度に関して、基体の曲げ強度またはクリープ強度を超えるものであってはならない。
【０１４３】
本発明のいくつかの実施形態を特に参照して本発明について上述したけれども、特許請求の範囲によって規定されているような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それら実施形態に対して、様々な修正や変形を加え得ることは、明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】従来技術の一実施例を示す断面図である。
【図２】従来技術の他の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明によるリアクタの一実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明の他の代替可能な実施形態を示す断面図である。
【図１４】二次チャネルを示す図である。
【図１５】いくつかの代替可能な二次チャネルを示す図である。
【図１６】本発明の一部を示す断面図であって、一次チャネルおよび二次チャネルを示している。
【図１７】円錐台形状を有している複数の波打ち層からなるモノリスを備えてなる本発明の一実施形態の一部を示す斜視断面図である。
【図１８】所定角度で傾斜しかつ径方向に延在する波打ち層を有しているモノリスを備えてなる本発明の一実施形態の一部を示す斜視断面図である。
【図１９】制限されているものの閉塞はされていない複数の一次チャネルを備えてなる本発明の一実施形態を示す斜視図である。
【図２０】図１８のモノリスのための製造技術を示す平面図である。
【図２１】図２０の波打ちシートのための形成技術を示す平面図である。
【図２２】モノリスの一部を示す長手方向断面図であって、二次チャネルを通しての流体の流れを示している。
【図２３】図２０において使用される波打ちシートを示す平面図である。
【符号の説明】
【０１４５】
３００  リアクタ
３０１  触媒支持体
３０４  リアクタ壁
３０６  一次チャネル
３０８  二次チャネル
３１０  流体
４００  リアクタ
４０２  導入口
４０４  導出口
４０６  一次チャネル
５００  リアクタ
５０６  一次チャネル
５０８  一次チャネル
【図１】
2008505753.tif 000008
【図２】
2008505753.tif 000009
【図３】
2008505753.tif 000010
【図４】
2008505753.tif 000011
【図５】
2008505753.tif 000012
【図６】
2008505753.tif 000013
【図７】
2008505753.tif 000014
【図８】
2008505753.tif 000015
【図９】
2008505753.tif 000016
【図１０】
2008505753.tif 000017
【図１１】
2008505753.tif 000018
【図１２】
2008505753.tif 000019
【図１３】
2008505753.tif 000020
【図１４】
2008505753.tif 000021
【図１５】
2008505753.tif 000022
【図１６】
2008505753.tif 000023
【図１７】
2008505753.tif 000024
【図１８】
2008505753.tif 000025
【図１９】
2008505753.tif 000026
【図２０】
2008505753.tif 000027
【図２１】
2008505753.tif 000028
【図２２】
2008505753.tif 000029
【図２３】
2008505753.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月6日(2007.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ軸線と；
このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、前記リアクタ壁および前記リアクタ軸線のうちの少なくとも一方に対して傾斜した複数の一次チャネルを備え、
これら複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置され、かつ、螺旋的に配置されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記モノリスが、さらに、前記複数の一次チャネルに対して流体連通可能に連結された複数の二次チャネルを備え、
これら複数の二次チャネルが、前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項３】
請求項２記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の一次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、複数の二次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、前記一次チャネル壁を貫通する穴によって形成され、これにより、前記複数の一次チャネルのうちの互いに隣接する一次チャンバどうしの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項４】
請求項３記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネル壁が、穴を有したワイヤクロスを備え、
これらワイヤクロスの前記穴が、前記二次チャネルを構成していることを特徴とするリアクタ。
【請求項５】
請求項３記載のリアクタにおいて、
さらに、前記リアクタ内へと前記導入口から延出されたコンジットを具備し、
このコンジットが、前記導入口と、前記リアクタの内部領域と、を流体連通可能に連結していることを特徴とするリアクタ。
【請求項６】
請求項５記載のリアクタにおいて、
前記コンジットを介して、反応対象物が、前記リアクタの前記内部領域へと導入されるようになっていることを特徴とするリアクタ。
【請求項７】
請求項３記載のリアクタにおいて、
さらに、前記リアクタ内へと前記導出口から延出されたコンジットを具備し、
このコンジットが、前記導出口と、前記リアクタの内部領域と、を流体連通可能に連結していることを特徴とするリアクタ。
【請求項８】
請求項７記載のリアクタにおいて、
前記コンジットを介して、前記リアクタによって生成されたプロセス流体が、前記リアクタから除去されるようになっていることを特徴とするリアクタ。
【請求項９】
請求項８記載のリアクタにおいて、
前記コンジットが、水素透過性メンブランを備えてなる壁によって規定され、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質のために使用され、
触媒的水蒸気改質プロセス時に生成された水素が、前記コンジットを介して、前記リアクタから除去されるようになっていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１０】
請求項３記載のリアクタにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁と前記二次チャネル壁との少なくとも一方上に配置された触媒を具備していることを特徴とするリアクタ。
【請求項１１】
請求項１０記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質のために、あるいは、内燃機関の排ガス処理のために、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項１２】
請求項１記載のリアクタにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁の表面上に配置された触媒を具備していることを特徴とするリアクタ。
【請求項１３】
請求項１２記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質のために、あるいは、内燃機関の排ガス処理のために、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項１４】
請求項１３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質器として使用される際には、
前記触媒的水蒸気改質器が、オキシダントによる燃料の燃焼によって外部から加熱され、
前記オキシダントが、少なくとも３５容積％にまで酸素濃度が濃縮されたエアを備えていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１５】
請求項１３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質器として使用される際には、
前記触媒的水蒸気改質器が、オキシダントによる燃料の燃焼によって外部から加熱され、
前記燃焼が、１気圧よりもおきな圧力下で行われることを特徴とするリアクタ。
【請求項１６】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、熱交換器として使用される、あるいは、ミキサーとして使用される、あるいは、乳化器として使用される、あるいは、熱交換器の内部で使用される、あるいは、ミキサーの内部で使用される、あるいは、乳化器の内部で使用される、ことを特徴とするリアクタ。
【請求項１７】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置され、
前記複数の一次チャネルが、前記リアクタ軸線に対して傾斜角度を有して傾斜した複数のシートを備えていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１８】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置され、
前記複数の一次チャネルが、複数の波形シートと、複数の非波形シートと、を備え、
前記波形シートの波形形状が、前記リアクタ軸線に対して傾斜角度を有して傾斜していることを特徴とするリアクタ。
【請求項１９】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ軸線と；
このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、複数の一次チャネルおよび複数の二次チャネルを備え、
これら複数の二次チャネルが、前記複数の一次チャネルに対して流体連通可能に連結されているとともに、前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２０】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の一次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、複数の二次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、前記一次チャネル壁を貫通する穴によって形成され、これにより、前記複数の一次チャネルのうちの互いに隣接する一次チャンバどうしの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２１】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁と前記二次チャネル壁との少なくとも一方上に配置された触媒を具備していることを特徴とするリアクタ。
【請求項２２】
請求項２１記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネル壁が、穴を有したワイヤクロスを備え、
これらワイヤクロスの前記穴が、前記二次チャネルを構成していることを特徴とするリアクタ。
【請求項２３】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルの各々が、導入口および導出口を備え、
前記複数の一次チャネルの少なくともいくつかが、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において断面積が減少するものとされているとともに、それらの導出口が閉塞されており、
前記複数の一次チャネルの少なくとも他のいくつかが、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において断面積が増大するものとされているとともに、それらの導入口が閉塞されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２４】
請求項２３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、前記導入口から前記導出口までにわたって前記流体内に存在する粒子に関するトラップとして、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項２５】
請求項２３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、内燃機関からの排ガスの触媒的処理のために、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項２６】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、ミキサーとして使用される、あるいは、乳化器として使用される、あるいは、ミキサーの内部で使用される、あるいは、乳化器の内部で使用される、ことを特徴とするリアクタ。
【請求項２７】
リアクタを形成するための方法であって、
前記リアクタが、導入口と；導出口と；リアクタ軸線と；このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；複数の一次チャネルを備えたモノリスと；を具備するものである場合に、
この方法においては、
前記複数の一次チャネルが前記リアクタ壁および前記リアクタ軸線のうちの少なくとも一方に対して傾斜しているようにして、前記複数の一次チャネルを配置し；
前記複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置され、かつ、螺旋的に配置されるようにして、前記複数の一次チャネルを配置する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
リアクタを形成するための方法であって、
前記リアクタが、導入口と；導出口と；リアクタ軸線と；このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；複数の一次チャネルおよび複数の二次チャネルを備えたモノリスと；を具備するものである場合に、
この方法においては、
前記複数の二次チャネルと前記複数の一次チャネルとを流体連通可能に連通させ；
前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらし；
前記複数の一次チャネルのうちの少なくともいくつかの一次チャネルの横断面積が、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において減少するように、前記複数の一次チャネルを構成し；
前記少なくともいくつかの一次チャネルに対して隣接している他の一次チャネルの横断面積が、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において増大するように、前記複数の一次チャネルを構成する；
ことを特徴とする方法。
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月25日(2007.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ軸線と；
このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、複数の一次チャネルを備え、
これら複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置されておりあるいは螺旋的に配置されており、
前記複数の一次チャネルが、前記リアクタ壁および前記リアクタ軸線のうちの少なくとも一方に対して傾斜していることを特徴とするリアクタ。
【請求項２】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記モノリスが、さらに、前記複数の一次チャネルに対して流体連通可能に連結された複数の二次チャネルを備え、
これら複数の二次チャネルが、前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項３】
請求項２記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の一次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、複数の二次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、前記一次チャネル壁を貫通する穴によって形成され、これにより、前記複数の一次チャネルのうちの互いに隣接する一次チャンバどうしの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項４】
請求項３記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネル壁が、穴を有したワイヤクロスを備え、
これらワイヤクロスの前記穴が、前記二次チャネルを構成していることを特徴とするリアクタ。
【請求項５】
請求項３記載のリアクタにおいて、
さらに、前記リアクタ内へと前記導入口から延出されたコンジットを具備し、
このコンジットが、前記導入口と、前記リアクタの内部領域と、を流体連通可能に連結していることを特徴とするリアクタ。
【請求項６】
請求項５記載のリアクタにおいて、
前記コンジットを介して、反応対象物が、前記リアクタの前記内部領域へと導入されるようになっていることを特徴とするリアクタ。
【請求項７】
請求項３記載のリアクタにおいて、
さらに、前記リアクタ内へと前記導出口から延出されたコンジットを具備し、
このコンジットが、前記導出口と、前記リアクタの内部領域と、を流体連通可能に連結していることを特徴とするリアクタ。
【請求項８】
請求項７記載のリアクタにおいて、
前記コンジットを介して、前記リアクタによって生成されたプロセス流体が、前記リアクタから除去されるようになっていることを特徴とするリアクタ。
【請求項９】
請求項８記載のリアクタにおいて、
前記コンジットが、水素透過性メンブランを備えてなる壁によって規定され、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質のために使用され、
触媒的水蒸気改質プロセス時に生成された水素が、前記コンジットを介して、前記リアクタから除去されるようになっていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１０】
請求項３記載のリアクタにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁と前記二次チャネル壁との少なくとも一方上に配置された触媒を具備していることを特徴とするリアクタ。
【請求項１１】
請求項１０記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質のために、あるいは、内燃機関の排ガス処理のために、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項１２】
請求項１記載のリアクタにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁の表面上に配置された触媒を具備していることを特徴とするリアクタ。
【請求項１３】
請求項１２記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質のために、あるいは、内燃機関の排ガス処理のために、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項１４】
請求項１３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質器として使用される際には、
前記触媒的水蒸気改質器が、オキシダントによる燃料の燃焼によって外部から加熱され、
前記オキシダントが、少なくとも３５容積％にまで酸素濃度が濃縮されたエアを備えていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１５】
請求項１３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、触媒的水蒸気改質器として使用される際には、
前記触媒的水蒸気改質器が、オキシダントによる燃料の燃焼によって外部から加熱され、
前記燃焼が、１気圧よりもおきな圧力下で行われることを特徴とするリアクタ。
【請求項１６】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、熱交換器として使用される、あるいは、ミキサーとして使用される、あるいは、乳化器として使用される、あるいは、熱交換器の内部で使用される、あるいは、ミキサーの内部で使用される、あるいは、乳化器の内部で使用される、ことを特徴とするリアクタ。
【請求項１７】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、前記リアクタ軸線に対して傾斜角度を有して傾斜した複数のシートを備えていることを特徴とするリアクタ。
【請求項１８】
請求項１記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の波形シートと、複数の非波形シートと、を備え、
前記波形シートの波形形状が、前記リアクタ軸線に対して傾斜角度を有して傾斜していることを特徴とするリアクタ。
【請求項１９】
リアクタであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ軸線と；
このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；
モノリスと；
を具備し、
前記モノリスが、複数の一次チャネルおよび複数の二次チャネルを備え、
これら複数の二次チャネルが、前記複数の一次チャネルに対して流体連通可能に連結されているとともに、前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２０】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の一次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、複数の二次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、前記一次チャネル壁を貫通する穴によって形成され、これにより、前記複数の一次チャネルのうちの互いに隣接する一次チャンバどうしの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２１】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁と前記二次チャネル壁との少なくとも一方上に配置された触媒を具備していることを特徴とするリアクタ。
【請求項２２】
請求項２１記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネル壁が、穴を有したワイヤクロスを備え、
これらワイヤクロスの前記穴が、前記二次チャネルを構成していることを特徴とするリアクタ。
【請求項２３】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
前記複数の一次チャネルの各々が、導入口および導出口を備え、
前記複数の一次チャネルの少なくともいくつかが、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において断面積が減少するものとされているとともに、それらの導出口が閉塞されており、
前記複数の一次チャネルの少なくとも他のいくつかが、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において断面積が増大するものとされているとともに、それらの導入口が閉塞されていることを特徴とするリアクタ。
【請求項２４】
請求項２３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、前記導入口から前記導出口までにわたって前記流体内に存在する粒子に関するトラップとして、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項２５】
請求項２３記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、内燃機関からの排ガスの触媒的処理のために、使用されることを特徴とするリアクタ。
【請求項２６】
請求項１９記載のリアクタにおいて、
前記リアクタが、ミキサーとして使用される、あるいは、乳化器として使用される、あるいは、ミキサーの内部で使用される、あるいは、乳化器の内部で使用される、ことを特徴とするリアクタ。
【請求項２７】
リアクタを形成するための方法であって、
前記リアクタが、導入口と；導出口と；リアクタ軸線と；このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；複数の一次チャネルを備えたモノリスと；を具備するものである場合に、
この方法においては、
前記複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置されているようにして、あるいは、螺旋的に配置されているようにして、前記複数の一次チャネルを配置し；
前記複数の一次チャネルが径方向において非環状で配置されている場合には、前記複数の一次チャネルが前記リアクタ壁および前記リアクタ軸線のうちの少なくとも一方に対して傾斜しているようにして、前記複数の一次チャネルを配置する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
リアクタを形成するための方法であって、
前記リアクタが、導入口と；導出口と；リアクタ軸線と；このリアクタ軸線回りに配置されたリアクタ壁と；複数の一次チャネルおよび複数の二次チャネルを備えたモノリスと；を具備するものである場合に、
この方法においては、
前記複数の二次チャネルと前記複数の一次チャネルとを流体連通可能に連通させ；
前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらし；
前記複数の一次チャネルのうちの少なくともいくつかの一次チャネルの横断面積が、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において減少するように、前記複数の一次チャネルを構成し；
前記少なくともいくつかの一次チャネルに対して隣接している他の一次チャネルの横断面積が、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において増大するように、前記複数の一次チャネルを構成する；
ことを特徴とする方法。
【請求項２９】
リアクタ内において使用するためのモノリスであって、
導入口と；
導出口と；
軸線と；
複数の一次チャネルと；
を具備し、
これら複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置されておりあるいは螺旋的に配置されており、
前記複数の一次チャネルが、リアクタ壁およびリアクタ軸線のうちの少なくとも一方に対して傾斜していることを特徴とするモノリス。
【請求項３０】
請求項２９記載のモノリスにおいて、
さらに、前記複数の一次チャネルに対して流体連通可能に連結された複数の二次チャネルを備え、
これら複数の二次チャネルが、前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするモノリス。
【請求項３１】
請求項３０記載のモノリスにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の一次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、複数の二次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、前記一次チャネル壁を貫通する穴によって形成され、これにより、前記複数の一次チャネルのうちの互いに隣接する一次チャンバどうしの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするモノリス。
【請求項３２】
請求項３１記載のモノリスにおいて、
前記複数の一次チャネル壁が、穴を有したワイヤクロスを備え、
これらワイヤクロスの前記穴が、前記二次チャネルを構成していることを特徴とするモノリス。
【請求項３３】
請求項３１記載のモノリスにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁と前記二次チャネル壁との少なくとも一方上に配置された触媒を具備していることを特徴とするモノリス。
【請求項３４】
請求項２９記載のモノリスにおいて、
さらに、前記モノリス内へと前記導入口から延出されたコンジットを具備し、
このコンジットが、前記導入口と、前記モノリスの内部領域と、を流体連通可能に連結していることを特徴とするモノリス。
【請求項３５】
請求項３４記載のモノリスにおいて、
前記コンジットを介して、反応対象物が、前記モノリスの前記内部領域へと導入されるようになっていることを特徴とするモノリス。
【請求項３６】
請求項３１記載のモノリスにおいて、
さらに、前記リアクタ内へと前記導出口から延出されたコンジットを具備し、
このコンジットが、前記導出口と、前記リアクタの内部領域と、を流体連通可能に連結していることを特徴とするモノリス。
【請求項３７】
請求項３６記載のモノリスにおいて、
前記コンジットを介して、前記モノリスによって生成されたプロセス流体が、前記モノリスから除去されるようになっていることを特徴とするモノリス。
【請求項３８】
請求項３７記載のモノリスにおいて、
前記コンジットが、水素透過性メンブランを備えてなる壁によって規定され、
前記モノリスが、触媒的水蒸気改質のために使用され、
触媒的水蒸気改質プロセス時に生成された水素が、前記コンジットを介して、前記モノリスから除去されるようになっていることを特徴とするモノリス。
【請求項３９】
請求項２９記載のモノリスにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁の表面上に配置された触媒を具備していることを特徴とするモノリス。
【請求項４０】
請求項２９記載のモノリスにおいて、
前記複数の一次チャネルが、リアクタ軸線に対して傾斜角度を有して傾斜した複数のシートを備えていることを特徴とするモノリス。
【請求項４１】
請求項２９記載のモノリスにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の波形シートと、複数の非波形シートと、を備え、
前記波形シートの波形形状が、前記モノリスの軸線に対して傾斜角度を有して傾斜していることを特徴とするモノリス。
【請求項４２】
リアクタ内において使用するためのモノリスであって、
導入口と；
導出口と；
リアクタ内において使用するための軸線と；
を具備し、
前記モノリスが、複数の一次チャネルおよび複数の二次チャネルを備え、
これら複数の二次チャネルが、前記複数の一次チャネルに対して流体連通可能に連結されているとともに、前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらしており、
前記リアクタの導入口から導出口へと向かう方向においては、前記複数の一次チャネルの少なくとも一部は、その断面積が、増大するものとされているとともに、前記複数の一次チャネルの前記少なくとも一部に隣接したチャネルの断面積が、減少するものとされていることを特徴とするモノリス。
【請求項４３】
請求項４２記載のモノリスにおいて、
前記複数の一次チャネルが、複数の一次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、複数の二次チャネル壁によって規定され、
前記複数の二次チャネルが、前記一次チャネル壁を貫通する穴によって形成され、これにより、前記複数の一次チャネルのうちの互いに隣接する一次チャンバどうしの間にわたっての流体連通をもたらしていることを特徴とするモノリス。
【請求項４４】
請求項４２記載のモノリスにおいて、
さらに、前記一次チャネル壁と前記二次チャネル壁との少なくとも一方上に配置された触媒を具備していることを特徴とするモノリス。
【請求項４５】
請求項４４記載のモノリスにおいて、
前記複数の一次チャネル壁が、穴を有したワイヤクロスを備え、
これらワイヤクロスの前記穴が、前記二次チャネルを構成していることを特徴とするモノリス。
【請求項４６】
請求項４２記載のモノリスにおいて、
前記複数の一次チャネルの各々が、導入口および導出口を備え、
前記複数の一次チャネルの少なくともいくつかが、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において断面積が減少するものとされているとともに、それらの導出口が閉塞されており、
前記複数の一次チャネルの少なくとも他のいくつかが、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において断面積が増大するものとされているとともに、それらの導入口が閉塞されていることを特徴とするモノリス。
【請求項４７】
モノリスを形成するための方法であって、
前記モノリスが、導入口と；導出口と；リアクタ内において使用するための軸線と；この軸線回りに配置された壁と；を具備するものである場合に、
この方法においては、
前記モノリス内に、複数の一次チャネルを設け；
前記複数の一次チャネルが、径方向において非環状で配置されているようにして、あるいは、螺旋的に配置されているようにして、前記複数の一次チャネルを配置し；
前記複数の一次チャネルが径方向において非環状で配置されている場合には、前記リアクタ内に組み込まれた際に前記複数の一次チャネルが前記リアクタの壁および前記リアクタの軸線のうちの少なくとも一方に対して傾斜しているようにして、前記複数の一次チャネルを配置する；
ことを特徴とする方法。
【請求項４８】
モノリスを形成するための方法であって、
前記モノリスが、導入口と；導出口と；リアクタ内において使用するための軸線と；この軸線回りに配置された壁と；を具備するものである場合に、
この方法においては、
前記モノリス内に、複数の一次チャネルおよび複数の二次チャネルを設け；
前記複数の二次チャネルと前記複数の一次チャネルとを流体連通可能に連通させ；
前記複数の一次チャネルの間にわたっての流体連通をもたらし；
前記モノリスが前記リアクタの内部に配置された際に、前記複数の一次チャネルのうちの少なくともいくつかの一次チャネルの横断面積が、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において減少するように、前記複数の一次チャネルを構成し；
前記モノリスが前記リアクタの内部に配置された際に、前記少なくともいくつかの一次チャネルに対して隣接している他の一次チャネルの横断面積が、前記リアクタの前記導入口から前記導出口へと向かう方向において増大するように、前記複数の一次チャネルを構成する；
ことを特徴とする方法。