(57)【要約】  少なくとも１つの挿入体（２０）を多数の反応器流路（１７）の各々に挿入する自動挿入装置（３０）が提供される。該装置は、供給位置において多数の挿入体（２０）を保持するように構成されたマガジン（３８）を支持するための手段（５７）と、各々が単一の挿入体（２０）を保持するように構成された少なくとも２つの支持チャンネル（６０）と、各支持チャンネル（６０）を供給位置に隣接する搬入地点と搬出地点（５２）との間で繰り返し搬送するための手段とを構成する搬送機構（５０）と、１つの挿入体（２０）を供給位置にあるマガジン（３８）から搬入地点にある搬送機構（５０）の支持チャンネル（６０）に供給するための手段とを備える。装置は更に、挿入体（２０）を反応器流路（１７）に押し込むための移送機構（５６）と、挿入される挿入体を反応器流路と確実に整合させるための整合機構（３２、３４）とを含む。移送機構（５６）は、搬出地点に隣接する。搬送機構（５０）は、回転ドラムとすることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの挿入体を多数の反応器流路の各々に挿入するための挿入装置であって、該装置は、
多数の挿入体を位置決めするように構成されたマガジンを供給位置において支持するための手段と、
各々が単一の挿入体を保持するように構成された少なくとも２つの支持チャンネルと、各支持チャンネルを前記供給位置に隣接する搬入地点と搬出地点との間で繰り返し搬送するための手段とを構成する搬送機構と、
１つの挿入体を前記供給位置にあるマガジンから前記搬入地点にある搬送機構の支持チャンネルに供給するための供給機構と、
前記挿入体を前記搬送機構の搬出地点から前記反応器流路の中に移送するための移送機構と、
前記反応器流路の中に移送される挿入体を前記反応器流路と確実に整合させるための整合機構と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記搬送機構は、前記搬入地点と前記搬出地点との間の少なくとも１つの中間地点を通過するように配置された複数の支持チャンネルを構成し、前記挿入体を保持する支持チャンネルが一連の地点間を段階的に移動するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記搬送機構は、回転軸を有し、各々が単一の挿入体を保持するように構成された複数の支持チャンネルを構成する回転支持構造を備え、前記支持チャンネルは、横断面において回転軸に中心合わせされた正多角形を規定する位置にある、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記回転支持構造は、該回転支持構造の周囲に等間隔に離間した複数の支持チャンネルを備える円筒形ドラムである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ドラムには、該ドラムの回転時に前記挿入体が前記支持チャンネルから落ちないことを保証するカバーが設けられている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記支持チャンネルは、前記挿入体が前記流路に沿って容易に摺動できることを保証するような寸法である、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記挿入体が前記反応器流路内に挿入される際に該挿入体の移動を案内する案内要素を更に備える、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記案内要素は、前記挿入体が通過するように配置された開口部を備え、該開口部は、その長さ方向に沿って先細になっている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記移送機構は、挿入進行中に変化する挿入速度で前記挿入体を前記流路の中に移送するように構成される、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記挿入速度は、前記挿入体の前端部が前記反応器流路内に到達すると増加する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記反応器流路から前記挿入体を除去するための機構を更に備える、請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記挿入体を除去する前記機構は、前記挿入体を案内要素内に固定するクランプを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記クランプはカムを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記挿入体を除去する機構は、一端にセルフタッピングネジを含む取り付けバーと、テーパー状のマウス部を有し前記挿入体の端部を嵌合するソケットを構成するフレームとを備え、該フレームはその反対側の端部に開口部を構成し、前記セルフタッピングネジは、前記開口部を貫通して延びて前記ソケットの中に又は超えて突出するようになっている、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
１つ又はそれより多いセンサからデータを受信するように構成されたマイクロプロセッサと、前記移送機構を制御するように構成されたアクチュエータと、前記移送機構と前記反応器流路とを整合させるように構成されたアクチュエータとを含む制御システムを更に備える、請求項１から１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の挿入装置を使用して、挿入体を化学反応器流路内に挿入する方法。
【請求項１７】
第２の挿入体を各流路の中に押し込む段階を更に備える、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、挿入体を触媒反応器の流路内に挿入するための改善された装置及び方法に関する。このような挿入体は、触媒材料を担持することができる。
【背景技術】
【０００２】
触媒反応器は、触媒を使用して化学反応の速度及び効率を改善できる環境を提供する。多様な種類の反応、例えば、燃焼、水蒸気メタン改質、及びフィッシャー・トロプシュ合成に触媒作用を及ぼすことができ、これらの反応は全て、気体を液体に変換するプロセスで使用することができる。ＧＴＬ変換プロセスについての様々な種類の触媒反応器、例えば、スラリー床反応器、固定床反応器及び小型（ｃｏｍｐａｃｔ）反応器が公知である。小型反応器は、反応器ブロックを通って延び、様々な容積の反応器内で熱交換のための広い表面積を提供する多数の流路を備える。小型反応器において、触媒が表面上に設けられ、反応物がこの表面と接触する。流路は触媒材料を有する被覆壁を備えることができ、触媒と接触する反応物の容積を最大にするためには流路を非常に小さくする必要がある。従って、各反応器流路内に挿入される触媒担持挿入体として用いることができる一つ又はそれより多い金属構造体に触媒を設けることが提案されている。各挿入体は、この挿入体が挿入される流路と実質的に同じ長さとすることができる。
【０００３】
例えば、このような挿入体は、ハニカム構造体、フィン付き構造体とすること、或いは１つ又はそれより多い波形ホイルを備えることができる。このような挿入体は、小さな容積内で触媒のための広い表面積を提供し、流路を通る反応物の流れを必要以上に妨げないように十分に高い空隙率を有することができる。それに加えて、使用時に触媒が使い尽くされる危険性がある場合、反応器全体の寿命は、単純に触媒挿入体を交換することよって容易に延ばすことができる。
【０００４】
大型反応器は、数千の反応器流路を備えることができ、挿入体の挿入には時間がかかる可能性がある。また、挿入は、挿入体が損傷しないように、及び流路を詰まらせる危険性がないように注意深く行う必要がある。このことは、反応物が挿入体を迂回できる範囲を最小限にするために一般的に挿入体の断面積は流路自体の断面積よりもわずかに小さいので、問題となる可能性がある。更に、セラミック被覆挿入体は、研磨性が高く取り扱いが困難である。製作公差により、挿入体は必然的に挿入時に詰まる危険性があり、挿入体を挿入するための自動システムは、この問題に対処できることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際特許公開２０１０／０４６７００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
触媒担体を反応器流路内に挿入するための装置は、特許文献１の明細書（ＣｏｍｐａｃｔＧＴＬ  ｐｌｃ）に開示されているが、より迅速に作動可能であり、しかも詰まった全ての挿入体をより確実に対処できる改善された装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、少なくとも１つの挿入体を多数の反応器流路の各々に挿入するための挿入装置が提供され、該装置は、
多数の挿入体を位置決めするように構成されたマガジンを供給位置において支持するための手段と、
各々が単一の挿入体を保持するように構成された少なくとも２つの支持チャンネルと、各支持チャンネルを供給位置に隣接する搬入地点と搬出地点との間で繰り返し搬送するための手段とを構成する搬送機構と、
１つの挿入体を供給位置にあるマガジンから搬入地点にある搬送機構の支持チャンネルに供給するための供給機構と、
挿入体を搬送機構の搬出地点から反応器流路の中に移送するための移送機構と、
反応器流路に移送される挿入体を反応器流路と確実に整合させるための整合機構とを備える。
【０００８】
搬送機構は、搬入地点と搬入地点との間の少なくとも１つの中間地点を通過するように配置された複数の支持チャンネルを構成し、挿入体を保持する支持チャンネルが一連の地点の間を段階的に移動するように構成することができる。
【０００９】
搬送機構は搬入地点と搬出地点とを切り離し、挿入体を反応器流路に挿入すると同時に挿入体を支持チャンネルの１つに供給できるので、迅速な動作が可能になる。搬送機構が、このような中間地点を通過する複数の支持チャンネルを有する場合、搬送機構は、各中間地点の挿入体によって、搬入地点での挿入体の供給遅れに対するバッファを提供し、例えば空のマガジンを満杯のマガジンと交換する場合、搬送機構は、次の挿入体が搬出地点に到達するまで、停止することなく複数のステップの間中に前方に進むように作動させることができるので、交換に必要な時間が挿入プロセスに影響を与えることはない
【００１０】
本発明は、挿入体、例えば、触媒担持挿入体が挿入される多数の反応器流路が存在する任意の反応器ブロックに適用可能である。反応器ブロック自体は、スタック状プレートを備えることができる。例えば、第１及び第２の流路は、積み重ねられて相互に接合されたそれぞれのプレートの溝により形成することができる。代替的に、流路は、胸壁のような凹凸状で平坦なシートと交互に積み重ねられた薄い金属シートで形成することができ、流路の縁部は、密閉ストリップで規定することができる。第１及び第２の流路の性質は、反応器ブロックで生じる一つ又はそれより多い反応に依存する。例えば、発熱化学反応用の流路は、吸熱反応用の流路と交互に積み重ねて配置することができ、この場合、適切な触媒を各流路に挿入することが必要とされる。例えば、発熱反応は燃焼反応、吸熱反応は水蒸気メタン改質反応とすることができる。その他の場合では、化学反応用の流路（第１の流路）は、例えばクーラントといった熱伝達媒体用の流路と交互に積み重ねて配置することができる。この場合、挿入体は第１の流路でのみ必要とされる。例えば、第１の流路は、フィッシャー・トロプシュ反応を行うための流路とすることができ、この場合、熱伝達媒体はクーラントである。
【００１１】
一実施形態において、搬送機構は、回転軸を有し、各々が単一の挿入体を保持するように構成された複数の支持チャンネルを構成する回転支持構造を備え、該支持チャンネルは、横断面において回転軸に中心合わせされた正多角形を形成する位置にある。一実施形態において、搬入地点の支持チャンネルは、搬出地点の支持チャンネルと直径方向の反対側にある。例えば、回転軸は水平方向にあり、搬入地点は回転軸の上方、搬出地点は回転軸の下方とすることができる。回転支持構造は、その周囲に等間隔に離間した８個の支持チャンネルを備える円筒形ドラムとすることができる。ドラムはカバー内で回転し、これによりドラムの回転時に挿入体が支持チャンネルから落ちないことが保証される。支持チャンネルの寸法は、挿入体が該チャンネルに沿って容易に摺動できることを保証するように選択でき、例えば支持チャンネルの幅は、挿入体の幅より少なくとも０．２ｍｍ広いことが好ましい。
【００１２】
装置は、挿入体が反応器流路内に移送されるように、この挿入体の移動を案内するための案内要素を備えることができる。従って、整合機構は、案内要素を反応器流路と整合させるための手段を含むことができる。追加的に、装置は、案内要素と反応器流路との整合状態を監視する手段を更に含むことができる。監視手段はカメラ、好ましくはデジタルカメラとすることができる。このようなデジタル撮像デバイスは光源と組み合わせることができる。代替的に、監視手段は、案内要素の整合状態を監視するためのレーザ又は超音波技術を使用することができる。
【００１３】
案内要素は、使用時に挿入体が通過するように配置された開口部を備えることができる。開口部は、その長さ方向に沿ってテーパー付けすること、及び／又はローラを備えることができて、挿入体は、案内要素を通過中にわずかに押し付けられる。
【００１４】
マガジンは多数の溝又はチャンバを備え、各溝又は各チャンバは、１つの挿入体を位置決めするような寸法とするか、又はそのように構成することができる。代替的に、マガジンは、複数の挿入体が端部と端部を向き合わせて位置することができる１つの細長い溝を備えることができる。各挿入体を押し込んで反応器内に挿入する必要がある距離を最小限にするので、各々が単一の挿入体用の寸法とされた複数の溝を備えるマガジンが好ましいであろう。挿入体は研磨性が高い場合があるので、挿入体上の任意の触媒の一体性にとっても、マガジンにとっても各挿入体を押し込む必要がある距離を最小限にすることが好ましい。
【００１５】
別の代替例では、挿入体が挿入前に単一の要素の形態である場合、マガジンは重なり合ったスタック状の挿入体を収容することができ、挿入装置の動作毎に、１つの挿入体がマガジンから供給され、搬入地点において支持チャンネルに挿入される。
【００１６】
移送機構は、挿入体を反応器流路に押し込む押し込み部材を備えることができる。押し込み部材は、搬出地点における又はその近くの挿入体に作用する。例えば、移送機構は、押し込み部材を移動させるリニアアクチュエータを備えることができる。
【００１７】
移送機構は、挿入体を移送するための別の手段を備えることができ、例えば挿入体と接触して弾性的に取り付けられた１つ又はそれより多いローラを回転させて挿入体を移送することができる。搬送機構の搬出地点において挿入体を支持チャンネルから外に移送する最初のステップは、挿入体が支持チャンネルから、その後反応器の流路内に移送される位置へ落下する。代替的に、支持チャンネルの搬出地点は、反応器流路と上手く整合させることができ、挿入体を直接支持チャンネルから押し出して、例えば案内要素を通って反応器流路に挿入することができる。
【００１８】
移送機構は、挿入体を流路内に一定の挿入速度で、又は挿入進行中に変化する挿入速度で移送するように構成することができる。例えば、挿入速度は、挿入体の前端部が反応器流路の開放端部に移される際に遅くして、挿入体の前端部が反応器流路の内部に達した時点で増加させることができる。挿入速度は、連続的に又は段階的に増加させることができる。追加的に又は代替的に、移送機構は、挿入過程で、挿入体に可変力を加えるように構成することができる。具体的には、この力は、挿入体の流路内の長さが長くなるにつれて連続的に又は段階的に漸増させることができる。
【００１９】
押し込み部材は、使用時に挿入体に当接するように構成できる端面を備える押し込みロッドを備えることができる。端面は、弾性プラスチックで作ることができる。挿入機構は、挿入体に作用する力を監視するセンサを組み込むことができる。これにより詰まった挿入体を検出できる。
【００２０】
更に、本発明によれば、前述の挿入装置を制御するための制御システムが提供され、この制御システムは、１つ又はそれより多いセンサからデータを受信するように構成されたマイクロプロセッサと、押し込み部材を制御するように構成されたアクチュエータと、装置の少なくとも一部を移動させて反応器流路と整合させるように構成されたアクチュエータとを含む。
【００２１】
センサの１つは、押し込み部材に配置された圧力センサとすることができる。センサの１つは、流路の位置を特定するように構成された光センサとすることができる。更に、アクチュエータは、装置の少なくとも一部を移動させて、触媒挿入体と案内要素とを整合させるように構成することができる。センサの１つは、流路が正しい寸法であり、塞がれていないことを確認するように構成することができる。流路が塞がれていると特定された場合、制御システムはその流路への挿入体の挿入を試みない。これにより、塞がれた又は誤ったサイズの流路の中に挿入体を部分的に挿入することに起因する装置の故障の発生回数が少なくなる。更に、制御システムは、反応器の配置情報を記憶し、塞がれた流路を特定するセンサからのデータを格納するように構成された手段を備えることができる。反応器の配置情報を記憶するための手段は、反応器内の流路の状態に関する別の関連データによって更新可能なメモリとすることができる。
【００２２】
更に、本発明の別の態様によれば、反応器流路から挿入体を除去するための装置が提供される。この除去装置は前述の挿入装置と関連させることができ、挿入体が完全に挿入される前に詰まった場合に作動する。一部分のみが挿入された挿入体を除去するのに適した除去装置は、駆動された場合に案内要素内の挿入体の位置を固定するカムを備え、該カムは案内要素を反応器から後退させるための手段と共に動作することができ、それによって挿入体を反応器流路から引き出す。
【００２３】
挿入体が２０ｍｍ未満又は１０ｍｍ未満のようなわずかな長さだけ残して突出して詰まった場合の使用に適する別の除去装置は、一端にセルフタッピングネジを含む取り付けバーと、テーパー付けされたマウス部を有し挿入体の端部に嵌合するソケットを規定するフレームとを備え、フレームは該フレームの反対側の端部に開口部を規定し、セルフタッピングネジは、開口部を貫通して延びてソケット内に突出するようになっている。挿入体が部分的に突出している場合、後退したネジと共にフレームが前進し、挿入体の端部がソケット内に嵌合し、次に、ネジが、回転しながら挿入体の端部に押し付けられて挿入体と係合する。次に、ネジ及びフレームが後退して一緒に挿入体を引き出す。更に、この除去機構は、挿入体が流路の中に完全に挿入されたような場合の使用にも適する。この場合、ソケットが流路の端部に隣接し整合するまで、後退したネジと共にフレームが前進し、次に、ネジが、回転しながら挿入体の端部に押し付けられて挿入体と係合し、次に、ネジが後退して挿入体の端部をソケット中に引き出し、次に、ネジ及びフレームが一緒に後退して挿入体を引き出す。
【００２４】
前述したように、挿入体は、ハニカム構造、フィン付き構造を備え、或いは１つ又はそれより多い波形ホイルを備えることができる。スタック状の波形ホイル及び平坦ホイルからなる挿入体は、挿入前に、例えばスポット溶接で一緒に接合されることが好ましい。挿入体は、流路の長さの大部分又は全てを占めるが、代替的に、流路の長さの一部のみを占めることができる。このような挿入体は、長さが典型的には少なくとも５０ｍｍ、より好ましくは少なくとも１５０ｍｍであり、断面の形状及びサイズは流路に適合するものである。このような挿入体は、小さな容積内で触媒のための広い表面積を提供し、流路を通る反応物の流れを必要以上に妨げないように十分に高い空隙率を有することができる。本発明は、例えば金属フォーム又は金属メッシュのような異なる構造の挿入体にも同様に適用することができる。いずれの場合でも、このような金属構造体は、一般的にセラミック担体被覆と一緒に触媒材料で被覆することができる。
【００２５】
本発明は、別の態様において、このような挿入装置を使用して、挿入体を化学反応器の流路内に挿入する方法を提供する。この方法は更に、第２の挿入体を案内要素によって同じ流路に押し込む段階を備えることができ、流路は、端部と端部を向き合わせて２つの挿入体を収容する必要がある。この場合の例示的に、流路は、触媒を含む挿入体及び触媒を含まない挿入体の両方を収容する。
【００２６】
押し込み部材は、触媒挿入体に当接する端面を有し、この端面は、挿入体の端部を損傷しないように、硬質金属の端面ではなく、例えばポリプロピレンのような弾性プラスチック材料で形成することができる。押し込み部材は、力センサを組み込むことができ、閾値を超える力が測定された場合、挿入機構の動作は停止する。閾値は、各挿入体の挿入時に変化させることができる。
ここで添付図面を参照しながら、例示的に本発明を更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】反応器の端面図を示す。
【図２】挿入装置の簡略的な平面図を示す。
【図３ａ】図２の挿入装置の挿入機構及びカメラ機構の作動時の一連の位置における簡略的な平面図を示す。
【図３ｂ】図２の挿入装置の挿入機構及びカメラ機構の作動時の一連の位置における簡略的な平面図を示す。
【図４】図３ａ及び図３ｂの挿入機構の一部を形成する挿入体用の供給機構の端面図を示す。
【図５】図３ａ及び図３ｂの挿入機構の一部の側面図を示す。
【図６】図１の挿入装置の一部をなす除去機構を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、小型触媒反応器として用いることができる種類のうち、２つの異なる流体のための多数の流路を備える様々な反応器の幅広い領域に適用できることを理解されたい。例示的に、図１は、フィッシャー・トロプシュ合成を行うのに適する反応器ブロック１０を示し、この反応器ブロック１０は、断面で一部のみが示されている。反応器ブロック１０は、クーラント流体用の流路１５及びフィッシャー・トロプシュ合成用の流路１７を交互に規定するように離間した厚さ１ｍｍのスタック状平板１２からなる。クーラント流路１５は、更に、中実の縁部ストリップ１６と共に、厚さが０．７５ｍｍで平坦な上端の鋸歯状波形シート１４によって規定される。フィッシャー・トロプシュ合成用の流路１７は、中実の縁部バー１８によって密閉され、更に、高さが典型的に４ｍｍから１２ｍｍの範囲、例えば５ｍｍの胸壁のような凹凸状に形作られた、厚さが１．０ｍｍのシート１９によって規定される。この実施例における流路１７は、幅が１０ｍｍで高さが５ｍｍであり、代替例の流路１７は、幅が７ｍｍかつ高さが６ｍｍである。流路１７は、反応器ブロック１０を貫通して一方の面から反対側の面まで真っ直ぐに延びる。各フィッシャー・トロプシュ合成用流路１７内に、触媒挿入体２０が設けられる。例として、この挿入体２０は、各々の厚さが典型的に２０μｍから１５０μｍ、例えば５０μｍであり、触媒材料用の担体として作用するセラミック被膜を有するスタック状の平坦ホイル２１及び波形ホイル２２を備えることができる（このような挿入体２０を３つのみ示す）。図面において、各挿入体２０は、長さ方向に波形状の３つのホイル２２を分離させる、概して平坦な２つのホイル２１（これは実際には、剛性を向上させるために振幅が約０．１ｍｍの波形を規定することができる）からなる。代替的な挿入体２０は、波形部が実質的に流路１７の高さとされた単一の波形ホイルから構成すること、或いは代替的に平坦ホイルで隔てられた２つの波形ホイルから構成することができる。
【００２９】
ホイルは、加熱された場合に酸化アルミニウムの付着性表面被膜を形成する合金鋼、例えば、クロムを１５％、アルミニウムを４％、及びイットリウムを０．３％含有する鉄等のアルミニウム含有フェライト鋼（例えばフェクラロイ（Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（商標））で形成することができる。この合金は、空気中で加熱されると、アルミナの付着性酸化物被膜を形成し、これにより合金は更なる酸化及び腐蝕から保護される。セラミック被膜がアルミナから形成される場合、これは表面上の酸化物被膜と結合して現れる。
【００３０】
図示していない代替例において、触媒用の基体を提供するホイルは、波形にすること、くぼみを付けること、又はひだを付けることができる金属メッシュ又はフェルトシートで置き換えることができる。触媒反応が発生する反応器流路１７の全長にわたり、一つ又はそれより多い触媒挿入体２０が設けられることを理解されたい。反応器流路１７は、例えば、長さが１５０ｍｍ又はそれより長く、最大１ｍ、例えば６００ｍｍとすることができ、挿入体２０は、例えば各々が長さ３００ｍｍの２つの挿入体２０のように反応器流路１７と適合する長さとされ、端部と端部を向き合わせて長さが６００ｍｍの流路に挿入することができる。
【００３１】
図１において、反応器流路１７は、幅（平板１２と平行な方向）が高さより大きいが、代わりに正方形断面とすること、又は代替的に、高さが幅よりも大きいものとすることができる。前述の触媒挿入体２０は、中心面が平板１２と平行な一つ又はそれより多い波形ホイルからなるが、代替的に、波形ホイルは、その中心面が平板１２と直交するように配置できる。反応器流路１７の幅（平板１２と平行な方向）が高さよりも小さい場合、波形ホイルは、その中心面が平板１２と直交するように配置することが好都合であろう。
【００３２】
図１は反応器ブロック１０の一部だけを示すことに留意されたい。挿入体２０を挿入する流路１７の数は反応器ブロック１０のサイズによって決まるが、反応器ブロック１０の端面が０．３６ｍ×０．３６ｍである場合、このような流路１７が１００個より多く存在することができる。前述した構造では、挿入体２０は、幅及び高さが流路の幅及び高さ（例えば幅が１０ｍｍで高さが５ｍｍ、又は代替的に幅が７ｍｍで高さが６ｍｍ）よりもわずかに小さく、各方向の間隔は、典型的に０．３ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下であり、前述したように、各挿入体の長さは３００ｍｍとすることができる。厚さがわずか約５０μｍの各ホイル２１及び２２は、剛性の物体ではないので、例えばスポット溶接によって一緒に接合され、これにより挿入体２０の剛性が向上する。このように多数の触媒挿入体２０を挿入するのは単純なことではない。
【００３３】
図２において、矢印Ｘで示すように構台３４に沿って移動可能なロボットアーム３２を備える自動挿入装置３０が示され、構台３４自体は、矢印Ｙで示すようにその長さ方向と直交する方向に移動可能である。ロボットアーム３２は、以下に説明する構成要素を支持し、これらの構成要素を上昇及び下降させることができる。ロボットアーム３２は安全なエンクロージャ３６内に収容され、このエンクロージャの外側に制御パネル３７が設けられる。制御パネル３７は、挿入装置３０の動作を制御するコンピュータ３５を含む。触媒挿入体２０が挿入される反応器ブロック１０は、エンクロージャ３６内にロボットアーム３２と平行に据え付けられる。挿入体２０は、各々が幾つかのスタック状の挿入体２０を収容するマガジン３８内に設けられる。構台３４に設けられた通路の一端に隣接する引き出し４０により、作業者は、エンクロージャ３６に入ることなく空のマガジン３８を満杯のマガジン３８と交換することができる。
【００３４】
ここでロボットアーム３２の幾つかの特徴を平面図で詳細に示す図３ａを参照すると、この実施例において、反応器ブロック１０は、該反応器ブロック１０の表面を越えて８０ｍｍ突出した外周壁２５を含む。ロボットアーム３２は、挿入機構４２及びデジタルカメラ４３を含み、カメラ４３は、反応器ブロック１０の表面を確実に照明するように、該カメラ４３のレンズの周りにリングライト４４を備える。挿入装置３０は、反応器ブロック１０を全幅にわたって繰り返しスキャンし、触媒挿入体２０を各流路１７内に挿入するように構成され、すなわち（図１を参照すると）、触媒挿入体２０は、第１のシート１９で規定される各流路１７内に挿入され、次に、スタック状の次のシート１９で規定される流路１７内に挿入され、次に、スタック状の次のシート１９で規定される流路１７内に挿入され、このような挿入が続けられる。更に、カメラ４３は、挿入機構４２と同じ高さにあるので、反応器ブロック１０の全幅にわたって同様にスキャンされる。
【００３５】
図３ａに示す開始位置において、カメラ４３は、反応器ブロック１０の表面に焦点が合うようにされた反応器ブロック１０の表面から距離Ｐにあり、距離Ｐは８０ｍｍより長く、カメラは外周壁２５から離れている。挿入機構４２もまた外周壁２５から離れている。ロボットアーム３２は、構台３４に沿って移動し、挿入機構４２及びデジタルカメラ４３を矢印Ｑで示す方向に移動させ、同時にカメラ４３からの画像がコンピュータ３５に供給され、これによってコンピュータ３５は、各流路１７の位置情報を収集し、このデータを格納する。
【００３６】
図３ｂに示すように、挿入機構４２が第１の流路１７と整合した位置にロボットアーム３２が到達すると、構台３４は、矢印Ｒで示すように反応器ブロック１０の表面に向かって移動し、同時にカメラ４３は後退する。これにより、カメラ４３から反応器ブロック１０までの距離がＰに保たれ、挿入機構４２の前端部が流路１７に隣接することが保証される。ロボットアーム３２は、コンピュータ３５からの位置情報を使用して挿入機構４２を第１の流路１７と整合させ、次に、構台３４に沿って次の流路１７まで矢印Ｑの方向に更に移動する。カメラ４３は、その列の最後の流路１７に到達するまで引き続き各流路１７の位置情報を収集し、このデータをコンピュータ３５に供給し、その後、外周壁２５を通過すると位置情報の収集を中止する。ロボットアーム３２は、引き続き構台３４に沿ってスキャンし、挿入機構４２を列内の各流路１７と整合させる。
【００３７】
必要な挿入体２０が列内の各流路１７に挿入されと、構台３４は反応器ブロック１０の表面から後退し、カメラ４３は前進し、次に、ロボットアーム３２は、構台３４に沿って図３ａに示す出発位置に戻り、次に、下方（又は上方）に移動して、カメラ４３及び挿入機構４２が、次の列の流路１７と同じ高さになる。次に、全ての列に挿入されるまで前述の工程が繰り返される。このようして、反応器ブロック１０の全ての流路１７に挿入体２０を挿入することができる。
【００３８】
ここで、図４及び図５を参照すると、挿入機構４２が詳細に示されている。マガジン３８からの挿入体２０は、案内チャンネル５４と整合した搬出地点５２に回転ドラム５０によって供給される。ロボットアーム３２は、搬出地点５２及び案内チャンネル５４が次の空の流路１７と整合し、案内チャンネル５４の端部が反応器ブロック１０の表面に隣接することを保証するように動作する。この整合位置において、挿入体２０の端部を押し込むように構成された挿入ロッド５６は、案内チャンネル５４を通して反応器ブロック１０の流路１７の中に触媒挿入体２０の端部を押し込む。
【００３９】
図４を更に詳細に参照すると、マガジン３８の配列（３つのマガジンのみ示す）が、回転ドラム５０の上方で支持プレート５７上に配置される。各マガジン３８は最初、数個の、典型的には少なくとも２０個（左側のマガジン３８に５個のみを示す）の挿入体２０を収容し、各マガジン３８の最下部の挿入体２０は、バネ付勢された保持ブロック５８で固定される。０．７５ｍｍの深さまで焼入れされ熱処理された焼入れ材料で作られた回転ドラム５０は、スピンドル軸受に支持され、回転ドラム５０は、その周囲に等間隔で離間した８個の平行な浅い矩形状スロット６０を規定し、各スロット６０は、挿入体２０の１つを収容できるサイズのものであり、少なくとも０．２ｍｍの間隔を提供して、挿入体２０が、確実にスロット６０に沿って自由に摺動できるようになっている。回転ドラム５０は、４５度ずつ段階的に回転し、停止すると必ず、上端に１つの矩形状スロット６０があり底部に１つの矩形状スロット６０があり（図示する）、前述したように底部の位置に搬出地点５２がある。
【００４０】
挿入体２０が底部の位置から流路１７内に挿入されるのと同時に、別の挿入体２０が回転ドラムの上端で矩形状スロット６０の中に押し込まれる。これによりバネ付勢された保持ブロック５８が解除され、空気圧作動式の押し込みブレード６２がマガジン３８において矢印Ｓで示すように挿入体２０を押し下げ、確実に、挿入体２０が矩形状スロット６０内に完全に位置決めされる。回転ドラム５０の右半分（図示）は、きっちり閉まるカバー６４で取り囲まれ、それによって回転ドラム５０の回転時に挿入体２０が矩形状スロット６０から落ちないことが保証される。
【００４１】
回転ドラム５０の回転軸の直上のマガジン３８が空の場合、押し込みブレード６２が後退し、マガジン３８が右方向に（図示のように）進み、次の満杯のマガジン３８が回転ドラム５０の回転軸の直上の位置となる。
【００４２】
図５を参照すると、挿入ロッド５６は、回転ドラム５０の底部で挿入体２０を矩形状スロット６０から押し出し、案内チャンネル５４を通り抜けて流路１７内に挿入するように構成される。回転ドラム５０、案内チャンネル５４及び反応器ブロック１０の表面は、離間して示されているが、実際には非常に近接している。この実施例の案内チャンネル５４は、矩形状断面のチャンネルを規定し、チャンネルは反応器ブロック１０の表面に隣接する端部に向かってわずかにテーパー付けされ、最も狭い端部は反応器流路１７の寸法よりわずかに小さい。案内チャンネル５４は、ポリテトラフルオロエチレン等の低摩擦性のプラスチック材料、又はステンレス鋼等の硬質材料からなることができる。挿入体２０は弾力材からなり、案内チャンネル５４には、挿入体２０を十分に絞り、挿入時に流路１７の縁部に挟まれないことを保証する効果がある。
【００４３】
挿入ロッド５６は、コンピュータ３５に信号を供給する圧力センサ６６を含む。この圧力センサにより、コンピュータ３５は、流路１７が塞がれているか又は流路１７が挿入時に詰まったかどうかを検出できる。挿入ロッド５６は、挿入体２０の先端が流路１７に挿入されるまでは低速で、その後増速して、挿入体を移動させるように構成することができる。問題が検出された場合、コンピュータ３５は挿入動作を中止し、挿入ロッド５６を後退させる。圧力センサ６６からの信号が増加することにより、問題が検出できる。更に、このような問題を示すために用いられる閾値は、挿入中に変化させることができ、流路内の挿入体の長さが長くなる程、大きくなる。このような問題が発生せず、挿入体２０が完全に挿入された場合、挿入ロッド５６は最高速度で後退を行うことができる。その後、装置は次の反応器流路１７に移動することができる。
【００４４】
図５に示すように、案内チャンネル５４の上方に枢動可能に取り付けられたスネイルカム７０は、その最初の位置が破線で示され、向きが変わると案内チャンネル５４の上端にあるスロット７２を通って突出する。スネイルカム７０は、わずかに鋸歯状とされた表面を有する。スネイルカム７０は、空気圧作動式シリンダ７４で作動するアクチュエータロッド７３に連結される。
【００４５】
塞ぎ又は詰まりが検知された場合、挿入体２０の一部がスネイルカム７０の下方にある案内チャンネル５４の部分内にあれば、挿入体２０は除去することができる。最初に、空気圧作動式シリンダ７４がアクチュエータロッド７３を移動させて、スネイルカム７０が矢印Ｔで示すように旋回し、それによって、スネイルカム７０の鋸歯状表面が、挿入体２０と接触し、その上に押し付けられる。次に、構台３４は、後退し、ロボットアーム３２及びそれと一緒に案内チャンネル５４を反応器ブロック１０の表面から遠ざける。スネイルカム７０は、挿入体２０を案内チャンネル５４に固定し、挿入体２０の張力が大きい程固定力が増加するような形状である。従って、挿入体２０は流路１７から引き出される。次に、空気圧作動式シリンダ７４が伸長し、スネイルカム７０は、反対方向に向きが変わり、もはや挿入体２０と接触せず、次に、挿入ロッド５６が駆動され案内チャンネル５４から挿入体２０を押し出し、不良挿入体２０用の格納スペースに格納することができる。次に、ロボットアーム３２は作動位置に戻り、次の流路１７について挿入工程を継続する。
【００４６】
図６を参照すると、ロボットアーム３２は更に、除去装置８０を備え、この除去装置８０が利用できるのは、挿入体２０が詰まって、例えばわずか１０ｍｍ未満又は２０ｍｍ未満の短い長さだけ流路１７の端部から突出し、スネイルカム７０が挿入体２０を把持できないような場合である。除去装置８０は、テーパー付けされたマウス部を有し挿入体２０の端部を嵌合するソケット８３を含むフレーム８２を備え、該フレーム８２は更に、フレーム８２の反対側の端部において、ソケット８３の後部に通じる円筒形開口部８４を含み、除去装置８０は更に、円筒形開口部８４を通過可能なセルフタッピングネジ８６を一端部に含む制御ロッド８５を備える。ネジ８６の長さはソケット８３の長さよりも数ミリメートル長い。ネジ８６は、回転でき、後退位置（図示する）と、ネジ８６の全長がソケット内にある又はソケット８３のマウス部を越える係合位置と、ネジ８６の全長がソケット８３のマウス部を越えて突出する突出位置との間で移動可能である。
【００４７】
部分的に突出した挿入体２０を流路１７から除去する場合、フレーム８２は後退位置（図示する）にあるネジ８６と共に前進し、挿入体２０の端部がソケット８３の中に嵌合される。次に、制御ロッド８５は、ネジ８６が回転しながらネジ８６を挿入体２０の端部に押し付けるように動作して、ネジ８６は挿入体２０と係合する。ネジ８６が係合位置に達すると、除去装置８０は挿入体２０にしっかり固定される。次に、除去装置８０は後退し、挿入体２０を流路１７から引き出す。次に、ネジ８６を緩めて後退位置に戻すことにより挿入体２０は除去装置８０から切り離されて、もはやソケット８３に固定されないようになる。
【００４８】
更に、除去装置８０は、挿入体２０が流路１７内に完全に挿入されているが除去されることになる場合の使用に適する。この場合、ソケット８３が流路１７の端部に隣接し整合するまで、フレーム８２が前進する。次に、ネジ８６が回転し挿入体２０の端部を押し付けて、ネジ８６が、挿入体２０と係合しソケット８３のマウス部を越えて突出する。ネジ８６が突出位置となっている場合、ネジ８６は、挿入体２０にしっかり係合する。次に、ネジ８６が、係合位置に後退し、挿入体２０の端部を流路１７から引き抜きソケット８３に挿入する。除去装置８０は、前述したように後退し、挿入体２０を流路１７から完全に引き抜く。
【００４９】
コンピュータ３５は、最初に、ホイルを挿入する必要がある流路の数を含む反応器の配置に関する情報を保有することを理解されたい。この反応器の配置情報は、メモリ又はその他の適切な記憶手段内に記憶することができる。動作の過程において、コンピュータ３５は、挿入体２０が挿入された流路１７の記録を保持し、更に挿入体２０を挿入できなかった流路１７の記録を保持する。従って、反応器ブロック１０内の残りの流路１７を自動的に満杯にする場合に手作業による配慮を必要とする、塞がれた又は誤まったサイズの流路に関する詳細を、操作者に提供することができる。次に、この情報は別の操作者に提示することができる。
【００５０】
前述した挿入装置３０は、単なる一例に過ぎず、本発明の範囲内にある様々な方法で変更できることを理解されたい。例えば、挿入装置３０は、供給位置に隣接する搬入地点と搬出地点との間で支持チャンネル（矩形状スロット６０）を繰り返し移動させる搬送機構のような回転ドラム５０を使用し、この回転ドラム５０は、ローラに巻き付けて支持チャンネルを運搬して挿入体２０を位置決めできるベルト又はチェーン等の別の搬送機構に置き換えることができる。
【００５１】
装置は、触媒挿入体を新しい反応器内に導入するため、又は反応器の修理時に触媒挿入体を交換するために使用できる。反応器の寿命は１０年間、触媒の寿命は３年間に過ぎない場合がある。従って、反応器の寿命期間内に挿入体２０の新しいセットを３回又は４回提供することによって反応器を修理することが必要となる。
【００５２】
反応器内で、発熱反応及び吸熱反応の両方が別個の流路内で発生する、例えば、燃焼用の反応器流路及び水蒸気メタン改質用の反応器流路を有する水蒸気メタン改質反応器の場合、別の組の流路には、反応器の反対側からアクセス可能とすることができる。従って、前述した２つの自動挿入装置３０は、一方の触媒挿入体は発熱反応用に、他方の触媒挿入体は吸熱反応用に、反応器ブロックのいずれかの側面に１つずつ一緒に使用することができる。
【００５３】
同様に、例えばフィッシャー・トロプシュ反応器のように全ての反応器流路が同じ触媒挿入体を必要とする場合でも、反応器流路１７の両端部にアクセスでき、この場合、触媒挿入体は、反応器ブロックのいずれの側面からも挿入することができる。この場合、２組の装置３０を同時に使用し、触媒挿入体を同じ反応器流路内に挿入することができる。これは、反応器流路の長さが触媒挿入体の長さの２倍である場合に特に利点をもたらす。この場合、各装置は、各流路に１つの触媒挿入体を挿入することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１７  反応器流路
２０  触媒挿入体
３０  挿入装置
３８  マガジン
５０  回転ドラム
５２  搬出地点
５６  挿入ロッド
５７  支持プレート
６０  支持チャンネル
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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