(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、
前記熱媒流路及び前記反応流路の少なくとも一方の流路を対象流路として、前記対象流路を流通する流体の温度を検出する検出部と
を有し、前記熱交換体は、
前記対象流路に連通する開口部を有するように前記対象流路とねじれの位置に延伸して形成されて、前記検出部が前記対象流路を流通する流体に接触可能なように前記開口部に前記検出部が設置される設置孔と、
前記対象流路を流通する流体の一部が流入するように、前記設置孔の前記開口部から前記対象流路に沿って形成される流体誘導孔であって、前記対象流路を流通する流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記流体誘導孔と
を有する反応装置。
【請求項２】
前記検出部には伝送線が接続され、前記設置孔は、前記開口部から外部へ直線状に延伸して形成されて、前記伝送線が設置される請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記設置孔は、前記対象流路に対して垂直方向に延伸する請求項１又は２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記流体誘導孔は、前記開口部と反対側において幅が狭まる先端部を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記流体誘導孔は、前記設置孔の前記開口部と段差を生じずに接続され、前記開口部から二方向へ延伸する請求項１〜４の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項６】
熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、
前記熱媒流路及び前記反応流路の少なくとも一方の流路を流通する流体の温度を検出する複数の検出部と
を有し、前記少なくとも一方の流路は、分岐する複数の支流路を有するように形成され、前記熱交換体は、
前記少なくとも一方の流路の前記複数の支流路の一つを対象流路として、前記対象流路に連通する開口部を有するように前記対象流路とねじれの位置に延伸して各々形成される複数の設置孔であって、前記複数の検出部の各々が前記対象流路を流通する流体に接触可能なように前記開口部に前記複数の検出部が各々設置される前記複数の設置孔と、
前記対象流路を流通する流体の一部が流入するように、前記複数の設置孔の各々の前記開口部から前記対象流路に沿って各々形成される複数の流体誘導孔であって、前記対象流路を流通する流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記複数の流体誘導孔と
を有する反応装置。
【請求項７】
熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、
前記熱媒流路を流通する熱媒流体の温度を検出する第１検出部と、
前記反応流路を流通する反応流体の温度を検出する第２検出部と
を有し、前記熱交換体は、
前記熱媒流路に連通する開口部を有するように前記熱媒流路とねじれの位置に延伸して形成されて、前記第１検出部が前記熱媒流路を流通する熱媒流体に接触可能なように前記開口部に前記第１検出部が設置される第１設置孔と、
前記熱媒流路を流通する流体の一部が流入するように、前記第１設置孔の前記開口部から前記熱媒流路に沿って形成される第１流体誘導孔であって、前記熱媒流路を流通する熱媒流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記第１流体誘導孔と、
前記反応流路に連通する開口部を有するように前記反応流路とねじれの位置に延伸して形成されて、前記第２検出部が前記反応流路を流通する反応流体に接触可能なように前記開口部に前記第２検出部が設置される第２設置孔と、
前記反応流路を流通する反応流体の一部が流入するように、前記第２設置孔の前記開口部から前記反応流路に沿って形成される第２流体誘導孔であって、前記反応流路を流通する反応流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記第２流体誘導孔と
を有する反応装置。
【請求項８】
熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、
前記熱媒流路及び前記反応流路の少なくとも一方の流路を対象流路として、前記対象流路を流通する流体の温度を検出する複数の検出部と
を有し、前記熱交換体は、
前記対象流路の異なる位置に連通する開口部を有するように前記対象流路とねじれの位置に各々延伸して形成される複数の設置孔であって、前記複数の検出部の各々が前記対象流路を流通する流体に異なる位置で接触可能なように前記複数の検出部が各々前記開口部に設置される前記複数の設置孔と、
前記対象流路を流通する流体の一部が流入するように、前記複数の設置孔の各々の前記開口部から前記対象流路に沿って各々形成される複数の流体誘導孔であって、前記対象流路を流通する流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記複数の流体誘導孔と
を有する反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応体（反応原料）を含んだ流体である反応流体を、熱媒流体との熱交換を利用して加熱又は冷却することによって、反応体の化学反応を進行させる熱交換型の反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換型の反応装置は、反応体（反応原料）を含んだガス状又は液状の流体を加熱又は冷却して反応体の反応を進行させる化学反応装置として知られている。このような反応装置は、反応流体を流通させる反応流路と熱媒流体を流通させる熱媒流路とを装置内部に有する。反応流体及び熱媒流体は、各々が入口から供給されて出口から排出され、その間に相互の熱交換が進行する。反応装置内に設けられる反応流路及び熱媒流路は、概して、熱交換を容易にするために、各々、複数の流路に分岐して伝熱面積が増加するように形成される。又、化学反応の進行は、触媒の使用によって促進されるので、反応流路内に触媒を設置すると、反応流路内での反応効率を向上させることが可能である。
【０００３】
又、熱交換型の反応装置は、熱又は冷熱を供給する熱媒流体の代わりに、反応によって生じる反応熱を供給可能な流体を用いるように構成することも可能である。この場合、熱媒流路には燃焼ガス等の反応性の流体が供給されて、反応により生成する熱又は冷熱が反応流路内の反応流体に伝達される。例えば、下記特許文献１には、触媒燃焼室と改質室とが交互に積層された構造のプレートフィン型反応器が記載され、触媒燃焼室及び改質室は、各々、燃焼触媒又は改質触媒が担持されたフィンを有することが記載される。特許文献１の反応器においては、熱供給側と熱需要側の両方において反応が進行し、従って、触媒燃焼と改質の熱収支をバランスさせる必要がある。これに対応するために、性状の異なる触媒化フィンを用いて反応速度を制御することが記載される。
【０００４】
反応流体が反応流路を流れる間の温度変化は、反応流体における反応進行や反応装置の耐熱構造において重要な項目である。下記特許文献２は、マイクロリアクタデバイスの流体の入力側及び／又は出力側で流体の状態量を計測するセンサユニットを記載する。この文献においては、計測位置における流路壁面の周方向に複数のセンサ設置孔が設けられて、複数種類のセンサの感応部が設置され、流体の状態量が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４３６７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
反応流体と熱媒流体との熱収支のバランスは、反応流路内における反応の進行状況に影響を与える。従って、反応流体の反応を効率的に進行させるには、熱収支のバランスを良好に調整することが重要である。そのためには、反応装置内を流通する流体の温度を測定可能であることが望まれる。又、反応装置内において熱応力による歪みが発生すると反応装置の耐久性は低下するので、装置内の温度状況を詳細に知ることが可能であれば、装置の設計及び改良においても有用である。このように、反応装置内の温度状況を正確且つ詳細に知ることが可能であれば、反応装置の反応効率や操業費用、装置の耐久性等を向上させる上で極めて有用である。
【０００７】
本発明は、流体の流通抵抗を増加させずに流体の温度を良好な精度で測定可能な測定機構を有し、内部の温度を的確に調べることが可能な熱交換型の反応装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願発明者等は、反応装置内部に設置される温度検出部と流体との接触を促進する流体誘導孔を設けて、流体の流通抵抗を増加させずに流体の温度を高精度で測定可能な構成を見出して、的確な内部温度の測定を実現し、本発明を成すに至った。
【０００９】
本発明の一態様によれば、反応装置は、熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、前記熱媒流路及び前記反応流路の少なくとも一方の流路を対象流路として、前記対象流路を流通する流体の温度を検出する検出部とを有し、前記熱交換体は、前記対象流路に連通する開口部を有するように前記対象流路とねじれの位置に延伸して形成されて、前記検出部が前記対象流路を流通する流体に接触可能なように前記開口部に前記検出部が設置される設置孔と、前記対象流路を流通する流体の一部が流入するように、前記設置孔の前記開口部から前記対象流路に沿って形成される流体誘導孔であって、前記対象流路を流通する流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記流体誘導孔とを有することを要旨とする。
【００１０】
上記反応装置において、前記検出部には伝送線が接続され、前記設置孔は、前記開口部から外部へ直線状に延伸するように形成されて前記伝送線が設置されるように構成することができ、前記熱交換体の外部へ検出結果が送られる。前記設置孔は、前記少なくとも一方の流路に対して垂直方向に延伸するように形成されるとよい。
【００１１】
更に、上記反応装置において、前記流体誘導孔は、前記開口部と反対側において幅が狭まる先端部を有するように形成することができる。又、前記流体誘導孔は、前記設置孔の前記開口部と段差を生じずに接続されて前記開口部から二方向へ延伸するように形成されると好適である。
【００１２】
又、本発明の他の態様によれば、反応装置は、熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、前記熱媒流路及び前記反応流路の少なくとも一方の流路を流通する流体の温度を検出する複数の検出部とを有し、前記少なくとも一方の流路は、分岐する複数の支流路を有するように形成され、前記熱交換体は、前記少なくとも一方の流路の前記複数の支流路の一つを対象流路として、前記対象流路に連通する開口部を有するように前記対象流路とねじれの位置に延伸して各々形成される複数の設置孔であって、前記複数の検出部の各々が前記対象流路を流通する流体に接触可能なように前記開口部に前記複数の検出部が各々設置される前記複数の設置孔と、前記対象流路を流通する流体の一部が流入するように、前記複数の設置孔の各々の前記開口部から前記対象流路に沿って各々形成される複数の流体誘導孔であって、前記対象流路を流通する流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記複数の流体誘導孔とを有することを要旨とする。
【００１３】
更に、本発明の他の態様によれば、反応装置は、熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、前記熱媒流路を流通する熱媒流体の温度を検出する第１検出部と、前記反応流路を流通する反応流体の温度を検出する第２検出部とを有し、前記熱交換体は、前記熱媒流路に連通する開口部を有するように前記熱媒流路とねじれの位置に延伸して形成されて、前記第１検出部が前記熱媒流路を流通する熱媒流体に接触可能なように前記開口部に前記第１検出部が設置される第１設置孔と、前記熱媒流路を流通する流体の一部が流入するように、前記第１設置孔の前記開口部から前記熱媒流路に沿って形成される第１流体誘導孔であって、前記熱媒流路を流通する熱媒流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記第１流体誘導孔と、前記反応流路に連通する開口部を有するように前記反応流路とねじれの位置に延伸して形成されて、前記第２検出部が前記反応流路を流通する反応流体に接触可能なように前記開口部に前記第２検出部が設置される第２設置孔と、前記反応流路を流通する反応流体の一部が流入するように、前記第２設置孔の前記開口部から前記反応流路に沿って形成される第２流体誘導孔であって、前記反応流路を流通する反応流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記第２流体誘導孔とを有することを要旨とする。
【００１４】
又、本発明の他の態様によれば、反応装置は、熱媒流体を流通させる熱媒流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有する熱交換体と、前記熱媒流路及び前記反応流路の少なくとも一方の流路を対象流路として、前記対象流路を流通する流体の温度を検出する複数の検出部とを有し、前記熱交換体は、前記対象流路の異なる位置に連通する開口部を有するように前記対象流路とねじれの位置に各々延伸して形成される複数の設置孔であって、前記複数の検出部の各々が前記対象流路を流通する流体に異なる位置で接触可能なように前記複数の検出部が各々前記開口部に設置される前記複数の設置孔と、前記対象流路を流通する流体の一部が流入するように、前記複数の設置孔の各々の前記開口部から前記対象流路に沿って各々形成される複数の流体誘導孔であって、前記対象流路を流通する流体が前記開口部に向かって次第に広がるように、幅及び深さの少なくとも一方が前記開口部から先端に向かって減少する前記複数の流体誘導孔とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流体の流通抵抗を増加させずに流体の温度を好適な精度で測定可能な測定機構によって内部の温度を的確に測定できる熱交換型の反応装置を提供することができる。従って、反応装置内の温度分布の測定や、測定結果を用いた反応効率の適正化及び耐久性の維持が可能となるので、反応装置の耐久性及び使用寿命の向上、メンテナンス費用の削減、目的とする反応生成物の安定供給及び製造コストの削減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る反応装置の基本的な構成を概略的に説明するための説明図。
【図２】反応装置の熱交換体を構成する２種類の平板の平面図。
【図３】設置孔及び流体誘導路の構成を説明するための、熱交換体の要部の断面図であり、図３（ａ）は、図３（ｂ）におけるＢ−Ｂ線断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図。
【図４】流体誘導路の変形例（ａ），（ｂ）を示す平板の要部の平面図。
【図５】流体誘導路の他の変形例を示す平板の要部の断面図。
【図６】反応装置の熱交換体を構成する平板の変形例（ａ），（ｂ）を示す平面図。
【図７】熱交換体を用いて構成される反応装置の一実施形態を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
熱交換型の反応装置において、熱媒流路及び反応流路の入口から出口迄の温度分布は、熱媒流路から反応流路への熱伝導の状態によって変化するが、それ以外の要素によっても変化する。具体的には、熱媒流体の供給温度や、反応流体の温度と反応速度との関係によっても温度分布は変化する。熱を利用する装置においては、反応流体における反応の進行状況やエネルギー効率を検討する上でも、反応装置内部の温度を知ることは重要である。又、耐久性の観点から、熱応力による歪みの発生を抑制するために、局所的な過大な温度差、特に高温での著しい温度差が生じないことが望ましい。このように、反応装置内部における温度状況を知ることによって、様々な利益が得られる。
【００１８】
熱交換型の反応装置は、その主要部として、熱媒流体が流通する熱媒流路と反応流体が流通する反応流路とを内部に有する熱交換体を有する。熱伝導効率を高めるために、熱媒流路及び反応流路の各々を複数の支流路に分岐させて、多数の並行する支流路が多層状に積層されるように構成した形態の熱交換体が広く利用されている。このような内部構造が複雑な熱交換体に対して、内部の流体の温度を検出するために熱交換体の外周から流路中へ検出用プローブ等を挿入すると、外側に位置する流路については測定が可能である。しかし、内側の流路についてはこの方法で検出することは構造的に難しい。又、流路中に突出する検出用プローブは、流体の流通抵抗を高め、圧損によるエネルギー効率の低下を引き起こすため好ましくない。しかも、熱交換体の流路内には、屡々、反応を促進するための触媒体や熱伝導効率を高めるためのフィンが配置される。このような場合、流路中へ検出用プローブを突出させると、組み立て作業が繁雑になったり破損が生じ易くなる。故に、検出用プローブを流路中に突出させることは困難である。一方、流路中に突出しない検出用プローブは、流体との良好な接触が得られないので、流体の温度変化を俊敏に検出することが難しく、的確な測定結果が得られない。
【００１９】
本発明では、流体の温度を検出する検出部を設置するための設置孔を熱交換体に形成する際に、測定対象の流路に連通する開口部を有するように流路とねじれの位置に延伸する設置孔を形成する。それと共に、設置孔の開口部から流路に沿った流体誘導孔を形成し、検出部を開口部に設置して流体に接触させる。検出部は、ねじれの位置にある設置孔の開口部に位置するので流路中には突出しない。流体誘導孔が無ければ、流路中の流体は検出部の側面を掠めるように流れるのみで、流体と検出部との接触が不足する。しかし、流体誘導孔が形成されることによって、流路を流れる流体の一部は、流路に沿って流体誘導孔に流入して開口部に至り、検出部に衝突する流体の流れが形成される。従って、検出部は、流体の流通抵抗を高めることなく、流路を流通する流体に常に良好に接触するので、流体の温度変化を的確に捉えることができる。
【００２０】
設置孔は、流路とねじれの位置に延伸する。故に、多数の分岐した支流路が並行する構造においても、設置孔は、他の支流路を貫通せずに目的の支流路と連通することが可能である。従って、熱交換体内の内側及び外側の何れの流路についても流体の温度を的確に検出することが可能である。複数の検出部を適切に配置することによって、熱交換体内部の温度分布を詳細に知ることが可能である。例えば、複数の検出部を用いて、並行する多数の支流路の幾つかについて流通する流体の温度を検出すると、その測定結果から、並行する支流路間の温度差や温度分布を知ることができる。或いは、１つの流路の異なる位置に連通するように複数の設置孔を設けて複数の検出部を設置すると、流路の流れ方向における温度変化を知ることができる。
【００２１】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、実施形態において示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。又、本願明細書及び図面において、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、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２２】
先ず、反応装置の基本的な構成を概略的に記載する図１を参照して、本発明における反応装置内の温度を測定するシステムを大まかに説明する。本発明における反応装置は、熱媒流体と反応流体との熱交換を利用して反応流体における反応を進行させる熱交換型の反応装置であり、その主要部として図１に例示するような熱交換体１を有する。熱交換体１は、熱媒流体を流通させる熱媒流路２と、反応流体を流通させる反応流路３とを内部に有する。流体との接触面積を大きくして熱伝導を促進するために、熱媒流路２及び反応流路３は、各々、並行する複数の支流路２ａ，３ａに分岐される。熱交換体１は、熱媒流路２と反応流路３とが交互に配置された多段構造に構成される。図１の熱交換体１においては、６列×５段の支流路２ａ，３ａが形成され、上下方向における奇数段の支流路２ａが熱媒流路２であり、これらの間の偶数段の支流路３ａが反応流路３である。しかし、勿論、本発明はこれに限定されない。尚、図１においては、熱媒流路２及び反応流路３の配置を明示するために、熱交換体１に関して、分岐した支流路２ａ，３ａを含む部分のみを記載しているので、支流路２ａ，３ａが熱交換体１を貫通するように描かれる。しかし、本発明に係る反応装置の熱交換体は、図２を参照して後述するように、支流路が統合される部分を含む熱媒流路２及び反応流路３を有する熱交換体として構成可能である。勿論、図１に示されるような支流路２ａ，３ａが貫通する熱交換体１を熱交換体中心部として用いて、支流路２ａ及び支流路３ａの各々を熱媒流路２及び反応流路３に統合するための別体の熱交換体端部を両側に接続しても、図２以降で説明される熱交換体と同様の構造に構成可能である。
【００２３】
本発明において、温度測定システムは、熱交換体１内部の温度を測定するための温度センサー４を有し、温度センサー４の検出部は、熱媒流路２及び反応流路３の少なくとも一方の流路を流通する流体の温度を検出する。検出部において検出された検出結果（温度情報）を電気・電子信号等として外部に取り出すために、温度情報を送信する伝送線が検出部に接続された温度センサーが使用される。例えば、図１に示すように、先端に検出部を有し、伝送線が保護管で被覆されたプローブ型の温度センサーを熱交換体１に嵌入して、検出部が目的の流路の流体に接するように位置決めされる。これにより、検出部において得られる検出結果が、プローブ中の伝送線を通じて前記熱交換体の外部へ送られる。温度センサー４は、使用条件を考慮して一般的に使用されるものから適宜選択して使用可能である。例えば、測温抵抗体（ＲＴＤ）、リニア抵抗器、サーミスタ、熱電対、ＩＣ温度センサー等のような、接触式の検出素子を用いた温度センサーを利用することができる。温度センサー４は、必要に応じて適宜選定されるＣＰＵ等の処理装置５の入力線６に接続され、検出結果は、所望の形態の温度情報に処理加工することができる。温度センサー４の伝送線と処理装置５の入力線６との接合に、気密性の継ぎ手、特に高圧用管継ぎ手を用いることによって、熱交換体１内の圧力維持及び漏れ防止は良好である。これにより、熱交換体１での反応や熱処理が高圧又は低圧状態で実施可能である。気密性の継ぎ手には、差し込み溶接型、ねじ込み型等の各種継ぎ手があり、メタルガスケットを用いたシール継ぎ手等が挙げられる。使用する継ぎ手は、反応装置で取り扱う圧力及び温度等の条件を考慮して、入手可能なものから適宜選択すればよい。
【００２４】
図１に示す熱交換体１においては、温度センサー４は、上から１段目及び３段目の熱媒流路２の支流路２ａを流れる熱媒流体の温度を測定するように位置決めされている。しかし、勿論、本発明はこれに限定されず、熱媒流路を有する全ての段に温度センサー４を設けたり、反応流路３の支流路３ａ、或いは、熱媒流路２及び反応流路３の両方の支流路２ａ，３ａの流体を測定するように、必要に応じて設置位置を変更することができる。
【００２５】
図１のような多段構造の熱交換体１は、流路用の溝を一側に形成した平板を用いた組み立て体として構成することができる。図１においては、熱媒流路２用の溝を形成した平板Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５と、反応流路３用の溝を形成した平板Ｐ２，Ｐ４とを交互に重ね、溝がない平板Ｐ０（蓋体）で最上部の平板Ｐ１の溝を覆うように組み立てることによって熱交換体１が形成される。このような平板積層型の熱交換体１は、本発明における温度センサー４の設置孔を形成する加工が容易である。エンドミル等の切削工具を用いて平板に溝を形成することによって、平板を組み立てた熱交換体には設置孔及び流体誘導路が形成される。このような平板積層型の熱交換体における温度センサーの設置孔について、図２を参照して説明する。
【００２６】
図２は、熱交換体を構成する平板における溝の形態を説明する平面図である。図２(ａ)は、反応流路３用の溝８が形成された平板ＰＡの上面（溝が形成された面）を、図２(ｂ)は、熱媒流路２用の溝９が形成された平板ＰＢの下面（平板ＰＡ上に積層した時に平板ＰＡと接触する面）を各々記載する。尚、図２に記載される実施形態は、反応流路３に流通する反応流体の温度を測定するように構成される。平板ＰＡ及び平板ＰＢに形成される溝８及び溝９は、各々、反応流路３又は熱媒流路２の支流路２ａ又は支流路３ａ用の溝８ａ又は９ａと、支流路が統合された合流路２ｂ又は合流路３ｂ用の溝８ｂ又は９ｂとを含んでいる。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、平板ＰＡは、基部１１、側壁部１３、間壁部１５及び端壁部１７を有する。平板ＰＡ上に平板ＰＢを積層することによって、平板ＰＡの溝８が反応流路３を構成する。基部１１は、反応流路３の底面を規定する。側壁部１３、間壁部１５及び端壁部１７は、基部１１上に立設されて反応流路３の側面を規定する。平板ＰＢの下面が反応流路３の上面となる。側壁部１３及び端壁部１７は、平板ＰＡの三方の端部に沿って設けられる。間壁部１５は、両側の側壁部１３の間に平行で等間隔に形成される。溝８ａは、間壁部１５を介して等間隔で並行する。溝８ａの一端は、各々、溝８ｂに垂直に接続し、他端は、各々外部に開放されて、平板ＰＢを積層した状態において反応流路３の導入口３ｃを各々形成する。溝８ｂの一端は、側壁部１３を貫通して外部に開放され、平板ＰＢを積層した状態において反応流路３の排出口３ｄを形成する。平板ＰＡに平板ＰＢを重ねて熱交換体を構成した状態では、流れ方向に対する垂直断面が矩形である複数（この実施形態では６つ）の支流路３ａ及び合流路３ｂを有する反応流路３が、溝８ａ，８ｂによって形成される。反応流体が複数の導入口３ｃから導入されると、反応流体は、支流路３ａ及び合流路３ｂを順次流通して、排出口３ｄから流出する。
【００２８】
熱媒流路２用の溝９が形成された平板ＰＢも、平板ＰＡと同様の構成を有する。即ち、図２(ｂ)に示すように、基部２１、側壁部２３、間壁部２５及び端壁部２７を有する。平板ＰＢ上に平板ＰＡ又は溝のない平板Ｐ０を積層することによって、平板ＰＢの溝９が熱媒流路２を構成する。基部２１は、熱媒流路２の底面を規定する。側壁部２３、間壁部２５及び端壁部２７は、基部２１上に立設されて熱媒流路２の側面を規定する。平板ＰＡ又は平板Ｐ０の下面が熱媒流路２の上面となる。側壁部２３及び端壁部２７は、平板ＰＢの三方の端部に沿って設けられる。間壁部２５は、両側の側壁部２３の間に平行で等間隔に形成される。溝９ａは、間壁部２５を介して等間隔で並行する。溝９ａの一端は、各々、溝９ｂに垂直に接続し、他端は、各々外部に開放されて、平板ＰＡ又は平板Ｐ０を積層した状態において熱媒流路２の導入口２ｃを各々形成する。溝９ｂの一端は、側壁部２３を貫通して外部に開放され、平板ＰＡ又は平板Ｐ０を積層した状態において熱媒流路２の排出口２ｄを形成する。従って、平板ＰＢに平板ＰＡ又は平板Ｐ０を重ねて熱交換体を構成した状態では、流れ方向に対する垂直断面が矩形である複数（この実施形態では６つ）の支流路２ａ及び合流路２ｂを有する熱媒流路２が、溝９ａ，９ｂによって形成される。熱媒流体が複数の導入口２ｃから導入されると、熱媒流体は、支流路２ａ及び合流路２ｂを順次流通して、排出口２ｄから流出する。熱媒流路２の導入口２ｃは、反応流路３の導入口３ｃとは反対側に位置し、組み立てられた熱交換体の両側から熱媒流体及び反応流体が供給される。又、熱媒流路２の排出口２ｄ及び反応流路３の排出口３ｄは、組み立てられた熱交換体の一側面の両端に各々位置する。つまり、熱交換体の一側面の両端において、多層状に積層された平板ＰＡ，ＰＢから流出する熱媒流体及び反応流体の各々を個別に収集し易く構成されている。
【００２９】
平板ＰＢの下面には、図２（ｂ）に示すように、プローブ型の温度センサーを設置するための設置孔３１用の溝３２と、流体誘導孔３３用の溝３４とが形成される。この実施形態では、１０個の温度センサーを設置するために１０個の設置孔３１が設けられる。設置孔３１用の各溝３２は、支流路２ａ，３ａの流れ方向に対して垂直方向に直線状に延伸して形成される。平板ＰＡに平板ＰＢを重ねた状態において、設置孔３１は、反応流路３の支流路３ａとねじれの位置にあり（図３参照）、設置孔３１の先端に、支流路３ａの一つと連通する開口部を有する。設置孔３１は、開口部から外部へ延伸し、設置孔３１の長さは、設置される温度センサーの検出部が開口部において目的の支流路３ａを流通する反応流体に接触可能なように設定される。つまり、設置孔３１の長さは、温度センサーによる測定位置によって適宜調整される。設置孔３１に設置される温度センサーのプローブ中の伝送線は、開口部から外部へ延伸して、処理装置５に電気的に接続される。
【００３０】
設置孔３１の開口部から反応流路３の支流路３ａに沿って、流体誘導孔３３が形成される。この実施形態においては、流体誘導孔３３は、設置孔３１の開口部から両側に向かって二方向に延伸してＴ字状に設置孔３１と交差するように形成される。しかし、流体誘導孔３３は、反応流体の流れに対向する方向（上流方向）に延伸するように少なくとも一側に形成すればよい。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、平板ＰＡに平板ＰＢを重ねた状態において、設置孔３１に設置された温度センサー４の検出部４ａは、設置孔３１の開口部において反応流路３の支流路３ａを流通する反応流体と接触する。反応流路３の支流路３ａは、図３(ｂ)に示すように、検出部４ａ付近において流体誘導孔３３によって拡張される。従って、支流路３ａを流れる反応流体の流れは流体誘導孔３３に沿って広がり、反応流体は検出部４ａに衝突又は接触し易くなる。流体誘導孔３３は、図２(ｂ)に示すように、設置孔３１の開口部と反対側において先端部の幅が狭まるように形成される。従って、反応流路３の支流路３ａから流体誘導孔３３に流入する反応流体は、設置孔３１の開口部に向かって次第に広がり、流体の乱流や淀みを抑制する上で有効である。この実施形態では、流体誘導孔３３の先端部は、円柱側面形状に湾曲する。しかし、流体誘導孔３３及びその先端の形状は、流体の流れを考慮して適宜決定することができる。例えば、図４（ａ）に示すように先端部が角張った先細になるように流体誘導孔３３ａ用の溝３４ａを形成したり、図４（ｂ）のように流体誘導孔３３ｂの横幅が開口部から先端に向かって線形的に減少するように溝３４ｂを形成しても良い。
【００３２】
又、図５のように、流体誘導孔３３ｃ用の溝３４ｃを、深さが開口部から先端に向かって次第に減少するように形成すると、開口部へ誘導する反応流体の流れをより滑らかにする点で好ましい。図５においては、流体誘導孔３３ｃ用の溝３４ｃの深さは、設置孔３１の開口部から溝３４ｃの先端に向かって線形的に減少するように形成される。しかし、深さが曲線的に減少するように変形したり、溝の先端部分のみにおいて深さが減少するように変形しても良い。又、溝３４の軸方向中心部が深く、両側が浅くなるように形成しても良い。更に、図２〜図４に記載するような流体誘導孔３３用の溝３４の横幅が先端又は全体において減少する形態を、図５に記載するような流体誘導孔３３用の溝３４の深さが先端又は全体において減少する形態と組み合わせてもよい。これにより、反応流体の流れを更に滑らかにすることができる。このような流体誘導孔の形状は、溝を形成する切削工具の切刃形状の選択や、切刃の交換、切削動作の制御によって適宜設定及び変更することができる。
【００３３】
図２〜図５に記載される実施形態においては、設置孔の開口部における溝の深さは、流体誘導孔用の溝における開口部側の深さと同じである。つまり、流体誘導孔と設置孔の開口部との間に段差が生じず、滑らかに接続するように形成される。流体誘導孔用の溝が設置孔用の溝の深さより深いと、検出部へ誘導される流体の流通抵抗や検出部にかかる負荷が増加する虞がある。従って、流体誘導孔用の溝の深さは、設置孔用の溝の深さ以下であることが好ましい。流体誘導孔３３が設置孔３１の開口部から両側に向かって二方向に延伸する形態は、流体力学的に好適である。設置孔３１の開口部を含めて流体誘導孔３３の全長が１０mm程度になるように溝３４を形成すると、流体の滑らかな流れ、及び、検出部との良好な接触を達成する上で好適である。
【００３４】
温度センサー４の設置孔３１への設置は、平板ＰＡ，ＰＢを熱交換体に組み立てる前後の何れにおいても可能である。組立後に温度センサー４を設置孔３１に嵌入する手順は、組立作業中の損傷を回避する点で好適である。この場合、挿入された温度センサー４の検出部４ａが測定位置に位置することを確認できるように、例えば温度センサー４のプローブに目印を記すと、確実に検出部４ａを位置決めできる。又、設置作業中の破損防止の点でも有用である。挿入した温度センサー４の先端（検出部）が設置孔３１の先端に当接した状態において検出部４ａが好適に測定位置にあるように設置孔の長さを設定することによって、位置決め用の目印を用いずに検出部を位置決めすることは可能である。この場合、検出部４ａの長さが支流路の横幅より短ければ、検出部４ａの位置を支流路の中央上方に位置させるために、形成される設置孔の先端は、図２（ｂ）及び図４のように、支流路の側面の位置とは一致しない。つまり、流体誘導孔用の溝の横幅は、支流路の横幅より小さくなる。設置孔３１の先端への温度センサー４の当接を位置決めに利用しない場合には、このような制限はなく、流体誘導孔用の溝の横幅と支流路の横幅とが同じであっても良い。
【００３５】
上述のように、設置孔３１と反応流路３の支流路３ａとはねじれの位置にある。従って、温度センサー４の検出部４ａが良好に反応流体と接触して温度を検出するには、プローブ先端の側面において検出素子が測定対象と接触するように検出部４ａが構成された温度センサーを使用するとよい。又、プローブ型ではなく、検出素子を含む検出部に可撓性の耐熱被覆を有する伝送線が接続された温度センサーを利用することも可能である。この場合、予め、温度センサーを平板ＰＡ及び／又は平板ＰＢの設置孔に設置した後に、熱交換体を組み立てるとよい。
【００３６】
図２（ｂ）においては、６つの支流路３ａのうちの最も外側に位置する一つの支流路３ａの異なる位置に連通する開口部を有するように５つの設置孔が等間隔で設けられる。１０個の温度センサー４のうちの５個は、これらの設置孔に各々設置されて、この支流路３ａを流通する反応流体に異なる位置で接触可能なように、検出部４ａが等間隔で配置される。従って、一つの支流路３ａを流通する反応流体の温度を流れ方向に沿って複数の位置で検出することができる。他方、残りの５個の温度センサー４は、上記の支流路とは反対側の三つの支流路３ａの異なる位置に連通する開口部を有するように等間隔で設けられる５つの設置孔に設置される。つまり、三つの支流路３ａを流通する反応流体に異なる位置で接触可能なように、検出部４ａが等間隔で配置される。従って、三つの支流路３ａを流通する反応流体の温度が検出される。これらの温度センサー４による測定結果を用いて、平板ＰＡ中の６つの支流路３ａを流通する反応流体の二次元的な温度分布を得ることができる。従って、支流路中の温度変化や、熱交換体の外周部と中央部との温度差等を知ることができる。
【００３７】
温度センサー４の検出部４ａの配置は、図２（ｂ）に示す設置孔に基づいた配置に限定されない。例えば、図６（ａ）に示す平板ＰＢ’のように設置孔３１用の溝３２を変更しても良い。図６（ａ）の形態では、６つの支流路３ａのうちの最も外側に位置する一つの支流路３ａと、中央部に位置する一つの支流路３ａとについて、流通する反応流体の温度を流れ方向に沿って複数の異なる位置で検出するように検出部４ａが配置される。この場合は、並行する支流路３ａの対称性を利用して、外側及び中央部における測定結果から反応流路３全体における反応流体の二次元的な温度分布を得ることができる。又、図６（ｂ）に示す平板ＰＢ”のように設置孔３１用の溝３２を変更しても良い。この場合は、６つの支流路３ａの各々について少なくとも１箇所で反応流体の温度を検出するように検出部４ａが配置される。このように、検出位置の配置を均等配置に近づけることによって、得られる温度分布の精度が高まる。図２（ｂ）及び図６（ａ），（ｂ）においては、１０個の温度センサーを用いて温度を測定するように設置孔３１用の溝３２が形成される。しかし、使用する温度センサーの数は、必要に応じて適宜増減すればよい。つまり、必要とする温度情報の内容（流れ方向の温度変化、支流路間の温度差、流路閉塞の有無及びその影響等）や求められる情報精度に応じて、温度センサーの設定数を変更すればよい。温度センサー４及び検出部４ａの数は、支流路２ａ又は支流路３ａの数と同じである必要はなく、必要に応じて適宜設定することができる。従って、設置孔も温度センサーの数に応じて形成すればよい。
【００３８】
図２〜図６においては、熱媒流路２用の溝９が形成される平板ＰＢの下面に設置孔３１用の溝３２及び流体誘導孔３３用の溝３４を形成して、反応流路３の支流路３ａを流通する反応流体の温度を温度センサー４によって測定する構成を示している。これに対し、設置孔３１用の溝３２及び流体誘導孔３３用の溝３４を、反応流路３用の溝８が形成される平板ＰＡの下面に形成すれば、熱媒流路２の支流路２ａを流通する熱媒流体の温度を温度センサー４によって測定することができる。同様に、平板ＰＡ及び平板ＰＢの両方の下面に設置孔３１用の溝３２及び流体誘導孔３３用の溝３４を形成すれば、熱媒流体及び反応流体の両方について温度測定が可能である。つまり、平板ＰＡの下面に形成される設置孔（第１設置孔）用の溝の開口部に設置される検出部（第１検出部）は、熱媒流路２を流通する熱媒流体の温度を検出し、平板ＰＢの下面に形成される設置孔（第２設置孔）用の溝の開口部に設置される検出部（第２検出部）は、反応流路３を流通する反応流体の温度を検出する。更に、第１設置孔及び第２設置孔の各々の開口部から熱媒流路２又は反応流路３に沿って延伸する流体誘導孔（第１流体誘導孔又は第２流体誘導孔）が形成され、流体と検出部との接触が強化される。
【００３９】
設置孔３１用の溝３２及び流体誘導孔３３用の溝３４を、複数の平板ＰＡ又は平板ＰＢ（その１つは最上部の平板Ｐ０に代えてもよい）の下面に形成すると、熱媒流路２又は反応流路３を流れる熱媒流体又は反応流体の三次元的な温度分布を得ることができる。例えば、図１の熱交換体１において、最上部の平板Ｐ０及び平板Ｐ２（平板ＰＡに相当）の下面に設置孔３１用の溝３２及び流体誘導孔３３用の溝３４を形成すると、温度センサー４は、上から１段目及び３段目の熱媒流路２の支流路２ａを流通する反応流体の温度を測定できる。
【００４０】
上述の実施形態においては、溝３２は、設置孔３１の断面が矩形（正方形）になるように形成されるが、他の形状であっても良い。例えば、溝３２の底面をプローブ側面に沿って湾曲させて、設置される温度センサー４の円柱状のプローブとの密接度が高まるようにしてもよい。つまり、温度センサー４のプローブの形状に応じて溝３２の形状を適宜変更することができる。又、溝３２の先端部における深さが次第に減少するように形成して、設置孔３１の先端面を傾斜させてもよい。この場合、組立後の熱交換体の設置孔３１に温度センサーを外部から挿入した時に、傾斜した先端面に当接した検出部が開口部から支流路へ僅かに露出するように温度センサー４を撓ませて設置することができる。但し、この構成は、検出部の露出が流体の流れを阻害しない範囲であるのがよく、支流路内に触媒体又は伝熱部材が挿入される場合には、これらの部材の障害にならないように配慮される。
【００４１】
上述の実施形態においては、設置孔３１は、熱媒流路２又は反応流路３の支流路に対して垂直な方向に延伸するが、支流路に対して垂直でない直線状に形成しても良い。測定位置が互いに近い時は、設置孔の延伸方向が異なるように溝を形成することが有効である。例えば、隣接する複数の支流を流れる流体の温度を、支流の分岐点（又は、合流路）から等距離の位置において測定するなどの場合に、設置孔の延伸方向が少しずつ異なるように溝を形成すると良好である。
【００４２】
設置孔３１は、熱媒流路２又は反応流路３の支流に対してねじれの位置にある。しかし、熱交換体の内側に位置する支流路の流体温度を測定するように長く延伸した設置孔は、それより外側に位置する支流路とも連通する。つまり、温度センサーのプローブと設置孔との間の僅かな隙間を介して、並列する支流路同士が連通し得る。しかし、これによる温度測定への影響は実質的に生じない。流体の外部への漏出が懸念される場合には、必要に応じて耐熱封止材を用いて、熱交換体の外周部において温度センサーと設置孔との隙間を封止するとよい。或いは、温度センサー４のプローブ形状を変更又は選択可能である場合には、溝３２の形状に対応したプローブ形状の温度センサー４を設置するとよく、これによって、プローブと設置孔との隙間をなくすことができる。例えば、上述の実施形態においては、プローブの断面形状が溝３２の形状に対応した矩形である温度センサーを設置するとよい。又、プローブ側面の複数箇所に検出部を有するように温度センサーを構成すると、一つの設置孔が複数の支流路と連通し得る構造を利用して、１つの温度センサーで複数の支流における流体の温度を測定することが可能になる。
【００４３】
上述した実施形態においては、熱媒流路２及び反応流路３は、各々、同一幅の支流路を有するように形成しているが、必要に応じて異なる幅を有するように変更してもよい。又、熱交換体は、平板状の伝熱体を積層した積層体として説明しているが、熱交換体がこのような積層体ではない場合においても、本発明の構成を利用することは可能である。つまり、熱媒流体又は反応流体が流通する流路に連通する開口部を有するように、流路に対してねじれの位置に延伸する設置孔が形成できればよい。開口部から流路に沿って流体誘導孔を形成して温度センサーを設置孔に設置することにより、開口部に位置する温度センサーの検出部は、流路内に突出させなくても流体と良好に接触し、流体の温度測定が可能である。つまり、上述の実施形態は、適宜応用又は変形して、プラント用大型反応装置やマイクロリアクタ等を含む様々な反応装置に適用することが可能である。それにより、流体の流通抵抗及び圧損の増加によるエネルギー効率の低下を防止しつつ、的確に熱交換体内の温度を測定でき、測定精度及び即時性が高い温度情報を得ることができる。
【００４４】
本発明においては、上述したような熱交換体を用いて反応装置を構成することができ、熱媒流体と反応流体との熱交換を利用して熱又は冷熱を反応流体に供給することによって、反応流体における反応が進行する。図７は、反応装置の一例を示す概略構成図である。反応装置は、反応流体を他の流体に代えて、熱処理装置として利用することも可能である。
【００４５】
反応装置４０は、その主要部として熱交換体４１を有する。熱交換体４１は、強度を有する断熱性の支柱４３によって支持される。図７に示すように、熱交換体４１は、複数の平板ＰＡ及び平板ＰＢと、平板Ｐ０（蓋体）とを有する。平板ＰＡ、平板ＰＢ及び平板Ｐ０は、耐熱性を有する熱伝導性素材で構成される長方形の平板状部材である。平板ＰＡ及び平板ＰＢは、各々、一側の面（上面）に熱媒流路又は反応流路を構成するための溝が形成される。又、平板Ｐ０、平板ＰＡ及び平板ＰＢ（但し、最下部の平板ＰＢを除く）の他側の面（下面）には、各々、図２，図６を参照して説明したように、設置孔及び流体誘導路を構成する溝が形成され、設置孔の各々に温度センサー４が設置される。従って、熱媒流体及び反応流体の両方について温度測定が可能であり、熱交換体４１の全体的な温度分布を三次元的に捉えることができる。温度センサー４の伝送線は、各々、図１と同様に、継ぎ手によって接続される入力線を介して、処理装置と電気的に接続される（図示省略）。
【００４６】
平板ＰＡ及び平板ＰＢは、水平に配置して鉛直方向に交互に積層され、最上部に平板Ｐ０が載置される。これによって直方体形の積層体が形成される。積層体の両端は、四角環状の固定部材４５に嵌合される。外周を周回する固定部材４５によって、積層された各部材が密接固定されて、積層構造が保持される。積層体の組立時に各部材間を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と、各部材間の接触不良に起因する伝熱性の低下等が防止される。尚、熱交換体４１は、少なくとも１つの平板ＰＡ及び少なくとも１つの平板ＰＢを用いて構成可能であるが、平板ＰＡ及び平板ＰＢの数が多い方が熱交換性能が良い。この実施形態においては、複数の平板ＰＡ及び平板ＰＢが使用され、平板ＰＢの数は平板ＰＡの数より１つ多く、最上位及び最下位に平板ＰＢが位置して平板ＰＡが平板ＰＢの間に挟持される。熱交換体４１からの放熱を抑制するように、ハウジング又は断熱材を用いて熱交換体４１の周囲を覆うと、反応装置４０の熱損失を抑制する点で好ましい。複数の熱交換体４１を１つのハウジングで覆って、反応装置４０が複数の熱交換体４１を有するように構成しても良い。
【００４７】
熱交換体４１の各部を構成する熱伝導性素材としては、鉄合金やニッケル合金等の耐熱性金属がある。具体的には、ステンレス綱（ＳＵＳ３１０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）や炭素鋼のような鉄合金、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、チタニウムなどが挙げられる。これらの熱伝導性素材は、反応流路での反応進行や熱媒流体として使用し得る燃焼ガスに対する耐久性（耐食性）を有するので好ましい。しかし、これらに限定されるものではない。又、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、或いは、カーボングラファイト等でもよい。積層体を固定する固定部材４５は、耐熱性及び強度を有する素材で構成され、放熱による熱損失を抑制するために熱伝導性が低い素材であることが好ましい。固定部材４５を熱交換体４１と同様の素材で形成する場合は、断熱素材で被覆することが望ましい。両側の固定部材４５に接続するようにハウジングを構成すると、放熱抑制の点で好ましい。
【００４８】
平板ＰＡ及び平板ＰＢに形成される熱媒流路及び反応流路は、各々、図２と同様に、並行する複数の支流路と合流路とを有する。熱媒流路の支流路の一端は、これらと垂直な合流路によって接続され、支流路の他端は積層体の外部に開放されて導入口を構成する。合流路の一端は、積層体の外部に開放されて排出口２ｄを構成する。同様に、反応流路の支流の一端は積層体の外部に開放されて導入口を構成し、合流路の一端は、積層体の外部に開放されて排出口３ｄを構成する。
【００４９】
熱媒流路及び反応流路は、図７に示すように、熱媒流路の排出口２ｄと反応流路の排出口３ｄとが熱交換体４１の一側面において互いに反対側の端部に位置するように形成される。熱交換体４１は、反応流路の導入孔が開放される側の側面に、凹状に湾曲した鏡板４７が着脱可能又は開閉可能に取り付けられる。鏡板４７が熱交換体４１の側面を覆う状態で、熱交換体４１と鏡板４７との間に空間が形成される。鏡板４７の中央には導入管４９が設けられる。従って、導入管４９から反応流体を供給すると、鏡板４７と熱交換体４１との間の空間から反応流路の支流路へ分流した後に合流路で合流して、排出口３ｄから排出される。同様に、熱交換体４１は、熱媒流路２の支流路が開放される側、つまり、鏡板４７と反対側の側面にも、凹状に湾曲した鏡板５１が着脱可能又は開閉可能に取り付けられる。鏡板５１が熱交換体４１の側面を覆う状態で、熱交換体４１と鏡板５１との間に空間が形成される。鏡板５１の中央には導入管５３が設けられ、導入管５３から熱媒流体を供給すると、鏡板５１と熱交換体４１との間の空間から熱媒流路の支流路へ分流した後に合流路で合流して、排出口２ｄから排出される。従って、熱媒流路及び反応流路は、熱媒流体及び反応流体が、各支流路において平行に対向方向に流通する対向流型に形成されている。
【００５０】
更に、長手方向の開口を有する縦長で中空の導出部材５５が、反応流路の排出口３ｄを覆うように熱交換体４１の側面に付設される。これにより、排出口３ｄを接続する鉛直方向の合流路が形成される。従って、反応流路内の反応流体は、排出口３ｄを通って導出部材５５内で合流し、導出部材５５の中央に設けられる管状の導出口５７から排出される。同様に、熱交換体４１の同じ側面において、長手方向の開口を有する縦長で中空の導出部材５９が、熱媒流路の排出口２ｄを覆うように付設される。これにより、排出口２ｄを接続する鉛直方向の合流路が形成される。従って、熱媒流路内の熱媒流体は、排出口２ｄを通って合流し、導出部材５９の中央に設けられる管状の導出口６１から排出される。尚、反応流体の導入管４９から導出部材５５への流通方向、及び、熱媒流体の導入管５３から導出部材５９への流通方向は、各々、逆方向に変更することも可能である。
【００５１】
反応流体は、反応原料である反応体を含んだ流体であり、反応流路を流通する間に、熱媒流路を流通する熱媒流体の熱又は冷熱を受けて加熱又は冷却されて反応が進行し、反応体が生成物に変換される。図２、図３及び図５において符号Ｒで示される矢印は、反応体が流れる方向を示し、図２において符号Ｍで示される矢印は、熱媒流体が流れる方向を示す。
【００５２】
熱交換体４１内の熱媒流路及び反応流路は、流れ方向に垂直な断面が長方形の中空部として形成される。これらの支流路の数は、特に限定されず、熱交換体４１の設計条件及び伝熱効率等を考慮して適宜決定される。熱伝導の観点から、概して、数十本程度の支流路を、流路幅の１．０倍程度の間隔で各々設けると好ましい。又、反応流路と熱媒流路の上下の間隔（高さ方向）が、これらの流路の横方向の間隔の０．２〜５．０倍程度となるように設けると好ましい。更に、平板ＰＡ及び平板ＰＢの積層数は、特に限定されず、積層体（熱交換体４１）の高さを幅に近づけて、流れ方向に垂直な断面が正方形に近似するように構成すると好ましい。
【００５３】
反応効率及び伝熱効率を向上するために、反応流路の支流路の各々に、反応体の反応を促進するための触媒体を配置し、熱媒流路の支流路の各々に、熱媒流体から熱交換体への熱又は冷熱の伝達を促進する伝熱促進体を配置することができる。
【００５４】
触媒体は、反応体の反応を促進する触媒を構造材の表面に担持させた部材であり、担体を用いて触媒を構造材に担持したものでもよい。触媒は、反応装置において進行させる反応に応じて適宜選択される。触媒体（構造材）は、反応流体との接触面積を増加させるために、概して、波状に丸く湾曲したコルゲート板状に成形されるが、ギザギザに屈曲する形状などであってもよい。又、触媒体は、反応流路の支流路に対応した長さであると好ましいが、これに限定されるわけではない。伝熱促進体は、熱媒流体との接触面積を増加させて熱媒流体と熱交換体との間の伝熱を促進するための熱伝導性の部材であり、熱交換体への伝熱面積（接触面積）を確保するために、角張ったコルゲート板状であると好ましい。一般的に放熱フィン又はヒートシンクとして使用されるコルゲート板を利用することができる。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、ステンレス綱、鉄系メッキ鋼等の金属が挙げられ、アルミニウムや銅は特に熱伝導性がよいので好ましい。冷媒による冷熱交換用の場合には、ネーバル銅やアルミニウム黄銅等も好適である。
【００５５】
上述のような伝熱促進体の一部又は全部を交換して伝熱効率を変化させることが可能である。触媒体の変更によっても、反応の進行を調整することが可能であり、反応状況によって温度は変動し得る。従って、温度センサーを用いて得られる温度分布を参照して、上述の構造的な変更や稼動条件の変更を行うことにより、熱交換体中の流れ方向の温度勾配や全体的な温度分布が好適な状態になるように調整することが可能である。又、触媒体の表面に炭素の析出（コーキング）などが発生して触媒の活性低下や劣化を引き起こした場合や、反応流体にダストが混入して閉塞による反応効率の低下が生じた場合に、温度センサーによって得られる熱交換体内部の温度分布に生じる変化として検知することができる。これにより、触媒体の交換を適時に行って、反応装置の性能調整やメンテナンスに要するコストの増加を防止することが可能となる。
【００５６】
上述のような熱交換体は、液−液型熱交換器、気−気型熱交換器及び気−液型熱交換器の何れとしても使用可能である。従って、本発明の反応装置に供給する反応流体及び熱媒流体は、気体及び液体の何れであっても良い。又、本発明の反応装置の構成は、反応流路の単位体積当たりの比表面積が大きい反応装置、所謂コンパクトリアクタに適用することができ、様々な熱的反応（吸熱反応、発熱反応）による化学合成を、反応装置を用いて実施可能である。そのような熱的反応による合成として、例えば、下記式（１）で示すメタンの水蒸気改質反応、下記式（２）で示すメタンのドライリフォーミング反応のような吸熱反応や、下記式（３）で示すシフト反応、下記式（４）で示すメタネーション反応、下記式（５）で示すフィッシャー−トロプシュ（Fischer tropsch）合成反応等の発熱反応による合成がある。これらの反応における反応流体は、気体状である。
【００５７】
ＣＨ4  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ３Ｈ2  ＋  ＣＯ      ----式（１）
ＣＨ4  ＋  ＣＯ2  →  ２Ｈ2  ＋  ２ＣＯ    ----式（２）
ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2  ＋  Ｈ2        ----式（３）
ＣＯ  ＋  ３Ｈ2  →  ＣＨ4  ＋  Ｈ2Ｏ      ----式（４）
（２ｎ＋１）Ｈ2  ＋  ｎＣＯ  →  ＣnＨ2n+2  ＋  ｎＨ2Ｏ  ----式（５）
【００５８】
又、上記反応以外に、アセチル化反応、付加反応、アルキル化反応、脱アルキル化反応、水素脱アルキル化反応、還元性アルキル化反応、アミン化反応、芳香族化反応、アリール化反応、自熱式改質反応、カルボニル化反応、脱カルボニル化反応、還元性カルボニル化反応、カルボキシル化反応、還元性カルボキシル化反応、還元性カップリング反応、縮合反応、分解（クラッキング）反応、水素分解反応、環化反応、シクロオリゴマー化（cyclooligomerization）反応、脱ハロゲン化反応、二量体化反応、エポキシ化反応、エステル化反応、交換反応、ハロゲン化反応、水素化反応、水素ハロゲン化反応、同族体形成（homologation）反応、水和反応、脱水反応、水素化反応、脱水素化反応、水素カルボキシル化反応、水素ホルミル化反応、水添分解反応、水素金属化反応、ヒドロシリル化反応、加水分解反応、水素化処理反応、異性体化反応、メチル化反応、脱メチル化反応、メタセシス（置換）反応、ニトロ化反応、酸化反応、部分酸化反応、重合反応、還元反応、逆水性ガスシフト（reverse water gas shift）反応、スルホン化反応、短鎖重合反応、エステル交換反応、三量体化反応等の実施に本発明を適用してもよい。
【００５９】
上記のような化学反応に参加する原料などの物質（反応体）を有する流体を反応流体として反応装置に供給して、目的生成物を合成することができる。反応流体は、反応に関与しないキャリアを含有しても良い。キャリアは、実施する化学反応を考慮して、反応の進行に影響を与えない物質から適宜選択することができ、気体状の反応流体に使用可能なキャリアとして、不活性ガスや低反応性の気体状物質（反応装置内の温度において）等の気体キャリアが挙げられる。
【００６０】
又、熱媒流体として、反応装置の構成素材を腐食させない流体物質が好適に使用でき、例えば、水、油等の液状物質や、燃焼ガス等の気体状物質が使用できる。熱媒流体として気体状物質を使用する構成は、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。
【００６１】
触媒体を構成する触媒は、上述のような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、反応装置４０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、１種、又は、反応促進に有効である限り、複数種を組み合わせて使用してもよい。触媒体は、実施する反応に応じて選択される触媒を構造材に担持することによって調製される。構造材は、入手可能な耐熱性の金属から、成形加工が可能で、触媒の担持が可能なものが選択され、前述のような触媒体に対応した波形薄板形状に成形される。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り、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を構成すると好ましい。成形されたコルゲート板の市販品を入手して使用しても良い。触媒の担持方法については、既存の技術を利用して行うことができ、使用する触媒に応じて適切な方法を周知の手法から適宜選択すればよい。具体的には、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、反応装置４０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は、公知の方法から適宜選択することができる。例えば、成形した構造材表面に、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。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範疇において、当業者が想到し得る各種の変更例又は修正例についても当然に本発明の技術的範囲に属するものと理解される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、熱媒流体との熱交換を利用して発熱又は吸熱を伴う熱的反応を進行させる熱交換型の反応装置に適用して、流路を流通する流体の流体抵抗を増加させることなく流体の温度測定を可能とする。熱交換体内部の温度分布や、流路内の流れ方向に沿った温度変化の測定が容易な反応装置が提供されるので、熱応力による歪みの減少による反応装置の耐久性や使用寿命の向上が可能であり、メンテナンス費用の削減や、目的とする反応生成物の安定供給及び製造コストの削減に寄与することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１，４１  熱交換体
２  熱媒流路
３  反応流路
２ａ，３ａ  支流路
２ｂ，３ｂ  合流路
２ｃ，３ｃ  導入口
２ｄ，３ｄ  排出口
４  温度センサー
４ａ  検出部
５  処理装置
６  入力線
７  継ぎ手
８，８ａ，８ｂ，９，９ａ，９ｂ  溝
３１  設置孔
３２，３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ  溝
３３，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ  流体誘導孔
４０  反応装置
ＰＡ，ＰＢ，ＰＢ’，ＰＢ”，Ｐ０，Ｐ１〜Ｐ５  平板
【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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