(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を流通させる熱媒体流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有し、前記熱媒体と前記反応流体とを熱交換する熱交換体と、
前記熱媒体と前記熱交換体との間の伝熱を促進するために、前記熱媒体流路内に設けられて前記熱交換体に密接する伝熱促進体であって、種類によって互いに異なる伝熱性能を有する複数種類の部分伝熱促進体が流れ方向に連接された組み換え可能な集合体によって構成される前記伝熱促進体と
を有する反応装置。
【請求項２】
前記複数種類の部分伝熱促進体は、流れ方向に同じ長さを有し、組み換えにより伝熱促進体の伝熱性能を局所的に変更して反応装置の温度分布を変更可能である請求項１に記載の反応装置。
【請求項３】
前記複数種類の部分伝熱促進体は、フィンを含む請求項１又は２に記載の反応装置。
【請求項４】
前記複数種類の部分伝熱促進体は、各々、屈曲した板状部材によって構成される請求項１〜３の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項５】
前記複数種類の部分伝熱促進体は、各々、前記熱交換体と面接触するように屈曲したコルゲート板の形状を有する請求項４に記載の反応装置。
【請求項６】
前記複数種類の部分伝熱促進体は、各々、実質的に直角に屈折するコルゲート板の形状を有する請求項４に記載の反応装置。
【請求項７】
前記複数種類の部分伝熱促進体は、各々、引っかけ可能な小片、穴、切り欠き、ルーバー及びスリットのうちの少なくとも一つを有する請求項１〜６の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項８】
前記複数種類の部分伝熱促進体は、構成素材の熱伝導性及び前記熱媒体との接触面積のうちの少なくとも一方において互いに異なる請求項１〜７の何れか一項に記載の反応装置。
【請求項９】
前記複数種類の部分伝熱促進体のコルゲート板の形状は、種類によってピッチ及び高さのうちの少なくとも一方において互いに異なる請求項５又は６に記載の反応装置。
【請求項１０】
更に、前記反応流路内に、前記反応流体の反応を促進する触媒を有する請求項１〜９の何れか一項に記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応体（反応原料）を含んだ流体である反応流体を、熱媒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ための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では、反応流体を流通させる反応流路と熱媒体流体を流通させる熱媒体流路とが装置内に設けられ、反応流体及び熱媒体が各々入口から供給されて出口から排出される迄の間に相互の熱交換が進行するように構成される。反応装置内に設けられる反応流路及び熱媒体流路は、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体の代わりに、反応によって生じる反応熱を供給する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、熱媒体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。
【０００４】
特許文献１の反応器においては、熱供給側と熱需用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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４３６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基本的な熱交換型の反応装置では、反応流体へ供給される熱又は冷熱は、熱媒体の熱又は冷熱のみであって反応熱を含まないので、熱収支のバランスは、熱媒体の流量制御によって容易に調節できる。しかし、熱収支のバランスが適正であっても、反応流路内の流れ方向に沿った温度プロフィールは、屡々、局所的に急激な変動を示す。例えば、低温の熱媒体を用いた冷却を行って反応体の発熱反応を進行させる場合、熱媒体流路を形成する伝熱壁の温度は、入口側から出口側へ向かって上昇する。これに対応して、熱媒体と対向流動する反応流体の温度は、入口側から出口側へ流動するにつれて下降するが、反応進行によって発熱による温度上昇が起こる。上昇した温度が再び低下する迄、反応流体の反応は衰退し、反応進行による温度上昇が著しいと、より長い反応流路が必要になる。このため、発熱反応の進行においては、一般的に除熱が最優先課題であり、最も除熱が必要な箇所に適合する高い伝熱性能のフィンが選定されて熱媒体流路に配置される。しかし、伝熱性能が高いフィンの使用は、熱媒体の流動圧損を増大させ、エネルギー効率の点で好ましくない。圧損を減少させるために伝熱性能を抑えると、反応装置の小型化の妨げとなり、反応効率の点でも好ましくない。高温の熱媒体を用いた加熱を行って吸熱反応を進行させる場合でも、温度プロフィールに極端な温度低下が生じる時は、同様のことが言える。又、熱交換体の構造材に対する熱的影響の点でも、局所的な著しい温度差が長時間維持されることは避けることが望ましい。
【０００７】
熱交換型の反応装置におけるこのような問題を解消するには、装置内における温度分布が好適な状態になるように調整可能であることが望ましい。しかし、反応流路の温度プロフィールは、反応装置を使用する際の条件設定等によって変化するので、装置内部の温度分布が好適な状態にある反応装置を提供するには、使用状況に配慮して反応装置内の熱移動に関する調整を予め施す必要がある。従来の反応装置においては、このような調整は困難であり、熱移動に関する局所的変更を可能にする改良が望まれる。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決し、反応装置内の熱媒体から反応流体への熱移動についての使用状況に対応した調節によって、温度分布が好適な状態になるように予め調整され、必要に応じて容易に温度分布を再調整可能な熱交換型の反応装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本願発明者等は、熱媒体流路から反応流路への熱移動について鋭意研究を行い、反応装置を構成する部材を利用して、局所的な熱移動の調節によって反応流路の温度分布を容易に調整可能な簡便な構成を見出し、本発明を成すに至った。本発明の構成は、伝熱を促進する伝熱促進体を利用した、反応装置内の温度分布を容易に調整可能な簡便なシステムとして提供することも可能であり、これを既存の反応装置に適用して、温度分布を実施状況に応じて適正に再調整することが可能である。
【００１０】
本発明の一態様によれば、反応装置は、熱媒体を流通させる熱媒体流路と、反応流体を流通させる反応流路とを内部に有し、前記熱媒体と前記反応流体とを熱交換する熱交換体と、前記熱媒体と前記熱交換体との間の伝熱を促進するために、前記熱媒体流路内に設けられて前記熱交換体に密接する伝熱促進体であって、種類によって互いに異なる伝熱性能を有する複数種類の部分伝熱促進体が流れ方向に連接された組み換え可能な集合体によって構成される前記伝熱促進体とを有することを要旨とする。前記複数種類の部分伝熱促進体は、フィンを含むとよい。又、複数種類の部分伝熱促進体は、屈曲した板状部材によって構成可能である。前記複数種類の部分伝熱促進体の少なくとも１つを別種類の部分伝熱促進体で置換することによって、前記伝熱促進体の伝熱性能を局所的に変更して装置内の温度分布を調整することが可能である。
【００１１】
上記反応装置において、前記複数種類の部分伝熱促進体は、各々、前記熱交換体と面接触するように屈曲したコルゲート板の形状、或いは、実質的に直角に屈折するコルゲート板の形状を有するように構成したり、引っかけ可能な小片、穴、切り欠き、ルーバー及びスリットのうちの少なくとも一つを有するように構成しても良い。前記複数種類の部分伝熱促進体は、構成素材の熱伝導性及び前記熱媒体との接触面積のうちの少なくとも一方において互いに異なり、前記複数種類の部分伝熱促進体のコルゲート板の形状は、種類によってピッチ及び高さのうちの少なくとも一方において互いに異なるように構成することができる。上記反応装置は、更に、前記反応流路内に、前記反応流体の反応を促進する触媒体を有するように構成したり、或いは、前記熱交換体の前記熱媒体流路及び前記反応流路は、各々、平行な複数の支流路を有し、前記熱媒体と前記反応流体とが対向方向に前記複数の支流路を流通するように形成されるものであってよい。
【００１２】
又、本発明においては、熱媒体流路と反応流路とを内部に有する熱交換体を介した熱媒体と反応流体との熱交換を利用して前記反応流体の反応を進行させるための反応装置において、前記熱交換体内の温度分布を調整可能にする温度分布調整システムを提供可能であり、熱媒体から反応流体へ熱量が好適に供給されるように調整できる。温度分布調整システムは、前記熱媒体と前記熱交換体との間の伝熱を促進するために、前記熱媒体流路内に着脱可能に固定されて前記熱交換体に密接する伝熱促進体であって、組み換え可能な複数の部分伝熱促進体の集合体によって構成される前記伝熱促進体と、前記複数の部分伝熱促進体とは異なる伝熱性能を有し、前記複数の部分伝熱促進体の各々と置換可能な少なくとも１つの置換体とを有し、前記複数の部分伝熱促進体の少なくとも１つを前記置換体で置換して前記伝熱促進体の伝熱性能を局所的に変更することによって前記熱交換体内の温度分布が変化する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、局所的な伝熱性能の調節によって、容易且つ簡便に反応装置内における温度分布を適正な状態に調節することができるので、反応条件や使用状況等に応じて好適な温度分布に調整された反応装置の提供が可能であり、再調整が容易であることにより、メンテナンス費用の削減を可能にし、エネルギー効率及び反応効率が良好な反応装置の提供により、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】
【００１４】
【図１】本発明における反応装置の一実施形態を示す側面図。
【図２】反応流路の構成を説明するための、図１の反応装置のＡ−Ａ線断面図。
【図３】熱媒体流路の構成を説明するための、図１の反応装置のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】反応流路及び熱媒体流路内の構成を説明するための、図１の反応装置のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】伝熱促進体及び触媒体を説明するための、図４の断面の部分拡大図。
【図６】本発明における伝熱促進体の一実施形態の構成を示すための説明図。
【図７】本発明における部分伝熱促進体の構成例（ａ），（ｂ）及び（ｃ）を示すための説明図。
【図８】伝熱促進体の作用を説明するための、反応流路側における温度分布（ａ）及び熱媒体流路側における温度分布（ｂ）を示す温度分布図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
熱交換型の反応装置において、熱媒体流路及び反応流路の入口から出口迄の温度分布、つまり、温度プロフィールは、熱媒体流路から反応流路への伝熱状態によって変化し、又、それ以外の要素によっても変化する。具体的には、熱媒体の供給温度及び流量や、反応流体の反応速度及び反応熱、使用する反応触媒の種類及び反応特性等によっても温度プロフィールは変化する。
【００１６】
低温の熱媒体（冷媒）を用いた冷却を行って反応体の発熱反応を進行させる場合、反応進行による理論発熱量と除熱量との収支がとれても、反応流路における温度分布では、入口付近で発熱反応の開始による急激な温度上昇が生じる場合がある。温度上昇が著しいと、冷却による温度回復が遅くなるので、反応時間及び反応流路を長く設定する必要が生じる。高温熱媒体による加熱下で吸熱反応を進行させる場合にも、同様に、急激な温度低下による反応進行の遅延は生じ得る。又、局所的な過大な温度差は、熱交換体の構造材料に対して部分的な熱変性を生じる虞れもある。従って、温度プロフィールにおける極端な変動は解消することが望ましい。この急激な温度変動を緩和するには、温度変動が生じる部分における反応流体への伝熱を局所的に強化する必要がある。つまり、熱媒体流路から反応流路への熱移動量を局所的に変更可能なように構成することで、反応流路における温度プロフィールは好適に調整し得る。
【００１７】
熱媒体流路から反応流路への熱移動は、熱媒体流路に伝熱促進体を設けることによって改善することが可能である。伝熱促進体は、熱媒体流路内に取り付けることによって熱媒体との接触面積（伝熱面積）を増加して、より多くの熱を熱媒体から反応流体へ供給するための部材、つまり、ヒートシンクであり、熱伝導性が高い素材で構成される。例えば、気液熱交換器において使用されるフィンがヒートシンクに該当し、様々な形状のものが市販される（尚、「フィン」は、板状やピン状の突起物を意味するが、このような突起物をベース状に設けた製品もフィンと称される）。ヒートシンクの性能、つまり、伝熱性能を表す代表的な要素は、熱抵抗及び流体の圧力損失であり、熱抵抗値及び圧力損失が小さい状態において伝熱性能は高い。伝熱促進体の伝熱面積が増加するに従って、熱媒体−熱交換体間の熱伝達における熱抵抗が低下するので、伝熱性能が高まり、移動する熱量が増加する。但し、伝熱面積の増加によって圧力損失が増大すると、熱媒体−ヒートシンク間の熱伝達を減少させるので、通常、構造設計において伝熱面積の増加による圧力損失が過大にならないように配慮される。従来の熱交換型の反応装置においては、伝熱促進体として、単一種類のフィンが装着されるので、伝熱促進効果は、装置全体において均等である。つまり、入口側から出口側まで伝熱性能は均等であり、流路の一部における局所的な変更は行われない。
【００１８】
この点に関して、本発明においては、組み換え可能な複数の部分伝熱促進体の集合体によって構成される伝熱促進体を利用する。伝熱促進体の基本構成においては、複数の部分伝熱促進体は同種であり、つまり、伝熱促進体の全体において、等しい伝熱性能により実質的に同等の伝熱増加をもたらすが、それらの少なくとも１つを別の異なる種類の部分伝熱促進体で置換することによって、置換した部分において伝熱促進体の伝熱性能を局所的に変更して伝熱量を調整することが可能である。従って、試験的な反応における測定やシミュレーションによって得られる温度分布に基づいて、反応流路を囲む伝熱壁の流れ方向の温度プロフィールにおいて急激な温度変動を示す箇所付近（反応開始領域等）の温度変化が滑らかになるように、部分伝熱促進体の置換によって伝熱を調節することができる。又、温度プロフィールの線が所望の勾配になるように伝熱性能のバランスを調節して、熱量の過不足がないように熱収支を最適化することができ、効率的な反応装置を提供できる。伝熱促進体の伝熱性能を変更する位置を変えることによって、反応装置内の温度分布は様々に変化し得るので、温度変動の抑制や温度勾配の改善に限らず、必要に応じて反応装置内の温度分布を適宜調節することができる。つまり、伝熱促進体の伝熱性能の変更は、反応装置内の様々な熱的な問題を解消する手段として利用可能であり、反応条件の変更や反応装置の特性に応じて、何時でも温度分布を適宜調節して反応装置を良好な状態に調整することができる。
【００１９】
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。反応装置における熱媒体及び反応流体の流通は、図１〜図３を参照して説明し、熱媒体流路及び反応流路内に配置される伝熱促進体及び触媒体を、図４及び図５を用いて説明する。又、伝熱促進体を構成する部分伝熱促進体の説明には、図６及び図７を参照する。尚、図１〜図３においては、伝熱促進体及び触媒体の記載は省略する。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。
【００２０】
図面に示す反応装置１は、熱交換型の反応装置であり、その主要部として熱交換体３を有する。下記の実施形態では、熱交換体３は、流路用の溝が形成された平板状の伝熱体の積層体によって構成されるプレート型の熱交換体として説明している。しかし、本発明において、熱交換体はこのような積層体で構成する必要はなく、他の形態の熱交換体であってもよい。例えば、溝を有する伝熱体の代わりに、溝がない平板上に流路を規定するための壁板を並設した伝熱体を積層して熱交換体を形成したり、穿設又は成型によって流路用の空孔を有するように加工した一体構造のハニカム型熱交換体、複数の管を用いて構成した二重管式又は多管式の熱交換体などを使用してもよい。熱交換体３は、強度を有する断熱性の支柱５によって支持される。図１に示す熱交換体３は、複数の第１伝熱体７及び第２伝熱体９と、蓋体８とを有する。第１伝熱体７、第２伝熱体９及び蓋体８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り、第１伝熱体７及び第２伝熱体９には、各々、一側の面に反応流路又は熱媒体流路を構成するための溝が形成される。第１伝熱体７及び第２伝熱体９は、水平に配置して鉛直方向に交互に積層され、最上部に蓋体８が載置されること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１０に嵌合され、外周を周回する固定部材１０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３は、単に、少なくとも１つの第１伝熱体７及び少なくとも１つの第２伝熱体９を用いて構成可能であるが、第１伝熱体７及び第２伝熱体９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、複数の第１伝熱体７及び第２伝熱体９が使用され、第２伝熱体９の数は第１伝熱体７の数より１つ多く、最上位及び最下位に第２伝熱体９が位置して第１伝熱体７が第２伝熱体の間に挟持される。反応装置１は、熱交換体３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３の周囲を覆うと、熱損失を抑制する点で好ましい。複数の熱交換体３を１つのハウジングで覆って、反応装置１が複数の熱交換体３を有するように構成しても良い。
【００２１】
熱交換体３の各部を構成する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、反応流路での反応進行や熱媒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が、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１０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く、熱交換体３と同様の素材で形成され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１０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。
【００２２】
図２に示すように、溝が形成された第１伝熱体７は、基部１１、側壁部１３、間壁部１５及び端壁部１９を有し、第１伝熱体７上に第２伝熱体９を積層することによって、第１伝熱体７の溝が反応流路１７を構成する。基部１１は、反応流路１７の底面を規定し、側壁部１３、間壁部１５及び端壁部１９は、基部１１上に立設されて反応流路１７の側面を規定し、第２伝熱体９の下面が反応流路１７の上面となる。側壁部１３及び端壁部１９は、第１伝熱体７の三方の端部に沿って設けられ、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。反応流路１７は、複数の支流路１７ａと、合流路１７ｂと、排出孔１７ｃとを有する。支流路１７ａは、間壁部１５を介して等間隔で並行し、支流路１７ａの一端は、これらと垂直な合流路１７ｂによって接続され、支流路１７ａの他端は外部に開放される。排出孔１７ｃは、合流路１７ｂを伸長するように第１伝熱体７の側壁部１３の一端部を貫通する。
【００２３】
他方、図３に示すように、溝が形成された第２伝熱体９も、基部２５、側壁部２７、間壁部２９及び端壁部３３を有し、第２伝熱体９上に第１伝熱体７又は蓋体８を積層することによって、第２伝熱体９の溝が熱媒体流路３１を構成する。基部２５は、熱媒体流路３１の底面を規定し、側壁部２７、間壁部２９及び端壁部３３は、基部２５上に立設されて熱媒体流路３１の側面を規定し、第１伝熱体７又は蓋体８の下面が熱媒体流路３１の上面となる。側壁部２７及び端壁部３３は、第２伝熱体９の三方の端部に沿って設けられ、間壁部２９は、両側の側壁部２７の間に平行で等間隔に形成される。熱媒体流路３１は、複数の支流路３１ａと、合流路３１ｂと、排出孔３１ｃとを有する。支流路３１ａは、間壁部２９を介して等間隔で並行し、支流路３１ａの一端は、これらと垂直な合流路３１ｂによって接続され、支流路３１ａの他端は外部に開放される。排出孔１７ｃは、合流路１７ｂを伸長するように第１伝熱体７の側壁部１３の一端部を貫通する。
【００２４】
上述のように、熱交換体３は、第１伝熱体７、第２伝熱体９及び蓋体８の積層体によって構成され、図４に示すように、熱媒体を流通させる熱媒体流路３１と、反応流体を流通させる反応流路１７とを内部に有する。第１伝熱体７は、熱媒体又は第２伝熱体９から供給される熱又は冷熱を受容して反応流体へ供与するための部材として機能し、第２伝熱体９は、熱媒体によって供給される熱又は冷熱を反応流体へ直接、及び、第１伝熱体７を介して間接的に供給する部材として機能する。
【００２５】
反応流路１７及び熱媒体流路３１は、図１に示すように、熱交換体３の一側面において熱媒体流路３１の排出孔３１ｃが反応流路１７の排出孔１７ｃとは反対側の端部に位置するように形成される。熱交換体３は、反応流路１７の支流路１７ａが開放される側の側面に、凹状に湾曲した鏡板２１が着脱可能又は開閉可能に取り付けられ、鏡板２１が熱交換体３の側面を覆う状態で、熱交換体３と鏡板２１との間に空間が形成される。鏡板２１には導入口２３が設けられる。従って、導入口２３から反応流体を供給すると、鏡板２１と熱交換体３との間の空間から反応流路１７の支流路１７ａへ分流した後、合流路１７ｂで合流して排出孔１７ｃから排出される。同様に、熱交換体３は、熱媒体流路３１の支流路３１ａが開放される側、つまり、鏡板２１と反対側の側面にも、凹状に湾曲した鏡板３５が着脱可能又は開閉可能に取り付けられ、鏡板３５が熱交換体３の側面を覆う状態で、熱交換体３と鏡板３５との間に空間が形成される。鏡板３５の中央には導入口３７が設けられ、導入口３７から熱媒体を供給すると、鏡板３５と熱交換体３との間の空間から熱媒体流路３１の支流路３１ａへ分流した後、合流路３１ｂで合流して排出孔３１ｃから排出される。従って、熱媒体流路３１及び反応流路１７は、熱媒体及び反応流体が、支流路１７ａ及び支流路３１ａにおいて平行に対向方向に流通するように形成されている。
【００２６】
更に、長手方向の開口を有する縦長で中空の導出部材３９が、反応流路１７の排出孔１７ｃを覆うように熱交換体３の側面に付設されて、排出孔１７ｃを鉛直方向に接続する合流路が形成される。従って、反応流路１７内の反応流体は、排出孔１７ｃを通って導出部材３９内で合流し、導出部材３９の中央に設けられる管状の導出口４１から排出される。同様に、熱交換体３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４３が、熱媒体流路３１の排出孔３１ｃを覆うように付設されて、排出孔３１ｃを鉛直方向に接続する合流路が形成される。従って、熱媒体流路３１内の熱媒体は、排出孔３１ｃを通って合流し、導出部材４３の中央に設けられる管状の導出口４５から排出される。尚、反応流体の導入口２３から導出口４１への流通方向、及び、熱媒体の導入口３７から導出口４５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。
【００２７】
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１７の支流路１７ａを流通する間に、熱媒体流路３１を流通する熱媒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、符号Ｐで示される矢印は、生成物が流れる方向を示す。図３において符号Ｍで示される矢印は、熱媒体が流れる方向を示し、熱交換体３は、反応流体と熱媒体とが反対方向に流れる対向流型の構造を有する。
【００２８】
図４及び図５に示すように、熱交換体３内の反応流路１７及び熱媒体流路３１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。この実施形態では、１つの第１伝熱体７又は第２伝熱体９に８本の支流路１７ａ又は支流路３１ａが形成されるが、支流路１７ａ及び支流路３１ａの数は、これに限定されず、熱交換体３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１７ａ又は支流路３１ａを、流路幅の１．０倍程度の間隔で設けると好ましい。又、反応流路１７と熱媒体流路３１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、この実施形態では、６つの第１伝熱体７及び７つの第２伝熱体９を積層しているが、これに限定されず、積層体（熱交換体３）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。尚、図示される実施形態において、反応流路１７及び熱媒体流路３１を構成するための溝は、第１伝熱体７及び第２伝熱体９の一側にのみ設けられるが、第１伝熱体７及び第２伝熱体９の両側に溝を各々設けて、積層状態において上下の溝の合体として反応流路１７及び熱媒体流路３１を構成するように変更することも可能である。
【００２９】
反応流路１７の支流路１７ａには、各々、反応体の反応を促進するための触媒体５１が挿入されて挿脱可能に密接固定される。熱媒体流路３１の支流路３１ａには、各々、熱媒体から熱交換体３への熱又は冷熱の伝達を促進する伝熱促進体５３が挿入されて挿脱可能に密接固定される。尚、図４，５においては、反応流路１７及び熱媒体流路３１の触媒体５１及び伝熱促進体５３は、その構造を描写せずにハッチングで示し、図４においては、反応流路１７及び熱媒体流路３１の一部における触媒体５１及び伝熱促進体５３の描写を省略している。
【００３０】
触媒体５１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１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５１（構造材）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のようなものや、ギザギザに屈折する形状のものなどであってよい。又、触媒体５１は、反応流路１７の支流路１７ａ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。
【００３１】
一方、伝熱促進体５３は、熱媒体と熱交換体３との間の伝熱を促進するための熱伝導性の部材、つまり、ヒートシンクであり、フィン（流体中へ突出する、板状やピン状等の突起）を有する。フィンは、熱媒体との接触面積（伝熱面積）を増加させて熱抵抗を低下させ、熱媒体からの熱伝達率を高めるように作用する。ヒートシンクは、概して、複数のフィンがべースに一体的に接続する形態に構成され、熱媒体からフィンへ伝達される熱量は、ベースを介して熱交換体へ供給される。市販品として入手可能なヒートシンクとして、例えば、板状、ピン状又は管状等の多数のフィンを並列させてベース板上に接合したものや、コルゲート板状のもの等がある。このような様々なヒートシンクから、熱媒体流路３１の支流路３１ａの寸法及び形状に適したものを適宜選択して伝熱促進体５３として使用することができる。コルゲート板状のものは、伝熱量の計算が容易であり、伝熱性能の調整に有利であり、又、流路への挿脱作業において破損し難い構造である。伝熱促進体５３は、熱交換体３への伝熱を確保するために、支流路３１ａを囲む伝熱壁と密接するものが使用される。この点において、例えば、図６に示す角張ったコルゲート板状の伝熱促進体５３Ａなどのように、熱交換体３に面接触する伝熱促進体５３は、熱交換体３との間の伝熱において好ましい。図６の伝熱促進体５３Ａは、角張ったコルゲート板状、つまり、隆起及び溝が交互に並行するように屈折した薄板状に形成され、隆起部分及び溝部分に平面を有する。従って、支流路３１ａに挿着された伝熱促進体５３は、隆起部分及び溝部分の平面において第１伝熱体７（又は蓋体８）及び第２伝熱体９と各々密接し、これらの部分はベースとして作用し、他の部分はフィンとして作用する。このように熱交換体３に面接触するベース部分を有する伝熱促進体５３は、フィンと熱交換体３との間の熱抵抗が低い構造であり、熱交換体３へ熱を容易に伝達する。従って、波形コルゲート板状のものに比べて伝熱性能が良い。又、図６に一実施形態として示すように、伝熱促進体５３Ａを熱伝導性の薄い平板５５に載せて熱媒体流路３１の支流路３１ａへ挿着すると、第１伝熱体７及び第２伝熱体９との密接性が向上する。但し、平板５５の使用は任意であり、平板５５を省略して構造を簡略してよい。伝熱促進体５３及び平板５５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なども好適である。
【００３２】
伝熱促進体５３は、長手方向（流れ方向）に連接する組み換え可能な複数の部分伝熱促進体の集合体として構成され、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ものを利用して作成可能である。例えば、図６に示す実施形態の伝熱促進体５３Ａは、支流路３１ａと同じ程度の長さのコルゲート板を用意して、同じ長さ（流れ方向）の複数の部分コルゲート板５３ａ’（図７（ａ）参照）に均等に分割し、これらを部分伝熱促進体５３ａとして連接した集合体を構成することによって作成できる。これを、図１〜図５において伝熱促進体５３として使用することができる。コルゲート板は、構成素材の熱伝導性や熱媒体との接触面積によって伝熱性能が異なる。従って、幅、長さ及び高さが同じで、ピッチ又は板厚が異なる別のコルゲート板を同じ長さに分割することによって、伝熱面積が異なり、部分伝熱促進体と置換可能な別種の部分伝熱促進体(置換体)が得られる。同様に、異なる素材で作成された同一形状のコルゲート板によっても置換体が得られる。このような置換体を用いて、少なくとも１つの部分伝熱促進体を置換体で置換することによって、伝熱促進体５３は、複数種類の部分伝熱促進体で構成され、置換した位置において伝熱促進体５３の伝熱性能は局所的に変更される。伝熱性能が異なる多種類の置換体を用意することによって、伝熱性能の調節における柔軟性が高まる。従って、同じ伝熱性能の部分伝熱促進体を支流路３１ａへ挿入し連接させた伝熱促進体５３の構成に基づいて、試験的な測定又はシミュレーションを行って、第１伝熱体７及び第２伝熱体９の反応流路１７及び熱媒体流路３１に面する壁部（伝熱壁）における流れ方向の温度分布を調べ、その結果に基づいて、部分伝熱促進体の一部又は全部を置換体で適切に置換することによって、伝熱性能の変更による温度分布の調節が可能である。このような操作によって、反応流路１７に面する壁部の温度分布において温度勾配（温度変化）が好適になるように調節することができる。
【００３３】
尚、コルゲート板は、薄板材の一側から曲げ加工を繰り返して行って折り畳むことによって得られる。従って、前述のような熱伝導性素材から適宜選択される素材の薄板を用意し、熱媒体流路３１の支流路３１ａに密接固定される寸法になるように、支流路３１ａの長さ、幅及び高さに応じて曲げ幅を設定し、垂直に屈折させる曲げ加工を行うことにより、必要に応じて好適な形状のコルゲート板が用意できる。支流路３１ａと同じ長さの薄板材を用いて曲げ加工した後にコルゲート板を部分伝熱促進体の長さに切断分割しても、或いは、部分伝熱促進体の長さに加工した薄板材を曲げ加工してもよい。
【００３４】
部分伝熱促進体を置換体で置換するには、鏡板２１の取り外し（又は開放）によって開放された支流路１７ａから部分伝熱促進体を引き出す必要がある。この点に関して、コルゲートの位相がずれて切り欠きがあるオフセット型のコルゲート板を分割した部分コルゲート板５３ｂ’（図７（ｂ）参照）を用いて部分伝熱促進体及び伝熱促進体５３を構成すると、図６に示すような真っ直ぐで先端が屈曲した抜き差し棒５７を用いて、部分伝熱促進体の切り欠き部分に引っかけて、容易に部分伝熱促進体を引き出せる。オフセット型のものに限らず、ルーバーを形成したルーバー型コルゲート板やスリットを設けたスリット型のコルゲート板を用いた場合も、このような置換作業が容易である。更に、図６のような基本的なコルゲート板による伝熱促進体やウェービング型のコルゲート板によるものについても、抜き差し棒５７の引っかけが可能な小片、穴、切り欠き等を設けることによって、置換作業が容易な伝熱促進体５３を構成可能である。
【００３５】
伝熱促進体５３を構成する部分伝熱促進体の数が増加する（流れ方向の長さが短くなる）につれて、伝熱性能の調節精度が高くなり、求められる調節精度に応じて部分伝熱促進体の数（流れ方向の長さ）を適宜決定することができる。又、熱媒体から供給される熱と温度分布との関係に関するデータの蓄積によって、置換を要する頻度が高い部分が特定領域に限定されるような場合には、伝熱促進体５３を同じ長さ（流れ方向）の部分伝熱促進体で構成する必要はなく、例えば、短い部分伝熱促進体と長い部分伝熱促進体とを用いて伝熱促進体５３を構成することも可能である。この場合、特定領域には短い部分伝熱促進体を配置し、他の領域（置換頻度が低い）には長い部分伝熱促進体を配置するように連接して伝熱促進体５３を構成するとよく、置換体は短い部分伝熱促進体と同じ長さに形成される。
【００３６】
又、図６においては、伝熱促進体５３Ａ及び部分伝熱促進体５３ａは、二段重ねの同種のコルゲート板によって構成されるが、一段で構成してもよく、また、三段以上に重ねたものでもよい。異なる種類のコルゲート板を複数段重ねたものであってもよい。コルゲート板の段数を増やす（１つのコルゲート板の高さを低くする）ことによって、伝熱促進体５３の熱媒体との接触面積が増加して伝熱性能が高まる。上下に重ねたコルゲート板が同じ位相状態であると不安定になり易いが、図６のように上下のコルゲート板の間に熱伝導性の薄い平板５９を挟んで介在させると安定し、熱媒体流路３１の支流路３１ａへの挿着が容易である。この場合、平板５９による熱媒体との接触面積が増加するので、前述した平板５５と同様の熱伝導性材料で平板５９を形成することにより伝熱促進体５３の伝熱性能が高まる。平板５９の長さ（流れ方向）が部分伝熱促進体５３ａと同じであると、置換作業が容易である。
【００３７】
図７は、伝熱性能が異なる部分伝熱促進体について具体的に例示する。図７（ａ）は、一例として、図６の部分伝熱促進体５３ａを構成する部分コルゲート板５３ａ’を示し、平板５９を介して部分コルゲート板５３’を二段重ねにして部分伝熱促進体５３ａが構成できる。図７（ｂ）は、オフセット型コルゲート板を利用する場合の一例を示し、オフセット型コルゲート板を分割して得られる部分コルゲート板５３ｂ’を、平板５９を介して重ねることで、部分伝熱促進体が構成される。部分コルゲート板５３ｂ’は、ピッチ及び高さは図７（ａ）の部分コルゲート板５３ａ’と同じであるが、流れ方向に沿って規則的に位相が１／４ずれている。この場合、位相がずれた位置において乱流を生じるので、圧損は若干増加するが、熱伝達が向上する。従って、位相ずれのない部分コルゲート板５３ａ’より伝熱性能が高い。つまり、位相ずれの頻度によっても伝熱性能は変化する。更に、図示は省略するが、ピッチ及び高さが小さいコルゲート板、例えば、ピッチ及び高さは部分コルゲート板５３ａ’の１／２のものを用いると、平板５９を介して四段に重ねて同様に部分伝熱促進体が構成できる。このように、ピッチ又は高さが小さいコルゲート板を用いることによって、伝熱促進体５３の伝熱性能を高められるので、ピッチ及び高さのうちの少なくとも一方を減少させることで、伝熱性能が増加した様々な部分伝熱促進体を得ることができる。逆に、ピッチ及び高さのうちの少なくとも一方を増加させて伝熱性能が低下した部分伝熱促進体が得られる。他方、図７（ｃ）は、図７（ｂ）と同じ部分コルゲート板５３ｂ’を使用した部分伝熱促進体５３ｃであるが、上段のコルゲート板のピッチが下段のコルゲートと１／２ずれており、コルゲート板間には平板を介在させないので、部分伝熱促進体５３ｃの伝熱性能は、平板５９を介在させた場合より低い。従って、図７（ｃ）のような積層形態では、同じコルゲート板を用いても伝熱性能が低下した部分伝熱促進体を構成可能であり、平板を介在させない状態でも安定性がある。尚、図４〜図７において、伝熱促進体及び部分伝熱促進体を構成する部分コルゲート板は、その屈折角度が実質的に直角であるが、９０度未満又は９０度超の屈折角度であってもよい。その場合、支流路３１ａの断面は、伝熱促進体５３によって台形に区画され、屈折内角が９０度未満ではピッチの減少によって伝熱性能が増加し、９０度超ではピッチの増加によって伝熱性能が減少する。９０度未満の屈折内角において、支流路の断面が三角形に区画されるコルゲート板の形成も可能である。
【００３８】
図７に示すように、使用するコルゲート板の形状の違いや介在する平板の有無による熱媒体との接触面積の変更によって、同一素材で、伝熱性能が異なる部分伝熱促進体（置換体）の提供が可能である。或いは、部分伝熱促進体の伝熱性能は、それを構成する素材の熱伝導性によっても変化し得るので、異なる構成素材を利用して伝熱性能が異なる部分伝熱促進体（置換体）を形成しても良い。
【００３９】
同じ伝熱性能を有する複数の部分伝熱促進体を熱媒体流路３１の支流路３１ａに順次挿着すると、支流路３１ａ内で部分伝熱促進体が直線状に連接されて伝熱促進体５３を構成し、熱媒体から第１伝熱体７及び第２伝熱体９へ熱又は冷熱を伝達する伝熱性能は、支流路３１ａの全域において均等になる。この時の反応流路１７に面する第１伝熱体７又は第２伝熱体９の壁部（伝熱壁）における流れ方向に沿った温度分布を標準状態として、部分伝熱促進体の１つを伝熱性能が異なる別種の部分伝熱促進体（置換体）で置換すると、置換位置における第１伝熱体７及び第２伝熱体９への伝熱量が伝熱性能に応じて変化するので、置換位置付近の第１伝熱体７及び第２伝熱体９の温度は変化し、壁部の温度分布曲線が変化する。例えば、高温熱媒体を使用する加熱系において、部分伝熱促進体を伝熱性能が相対的に高い置換体で置換すると、置換位置における壁部の温度は上昇し、伝熱性能が相対的に低い置換体で置換すると、置換位置の壁部の温度は低下する。従って、標準状態の温度分布曲線に基づいて、目標とする温度分布曲線との比較によって、伝熱性能を変更する位置（置換位置）及び変更程度を決定し、伝熱性能の変更程度に応じて置換体を選定して、置換位置における部分伝熱促進体を置換体で置換する。これにより、目標とする温度分布曲線に近づけることができ、伝熱促進体は、複数種類の部分伝熱促進体によって構成される。置換体で置換される部分伝熱促進体の数は、１つに限定されず、全てを置換してもよい。このようにして、温度勾配が好適で極端な温度変化が抑制される温度分布曲線となるように調節することで、反応進行の好適化を図ることが可能である。
【００４０】
上述のような温度分布曲線の調節の一例を、図８を参照して以下に記載する。図８は、図１〜図３に示される構造を有する反応装置１において、反応流体及び熱媒体を供給した熱交換体３の反応流路側の温度分布（ａ）及び熱媒体流路側の温度分布（ｂ）をシミュレーションによって算出したグラフである。図８の温度分布において、横軸には、流路の流れ方向に沿った位置を、反応流路１７の支流路１７ａの入口側の端からの距離［単位：ｍ］によって示し、縦軸には、熱交換体３における反応流路側（図８（ａ））及び熱媒体流路側（図８（ｂ））の温度［℃］を各々示す。反応流路側の温度は、第１伝熱体７の基部１１及び第２伝熱体９の基部２５において反応流路１７に面する壁部の温度として、熱媒体流路側の温度は、第１伝熱体７の基部１１及び第２伝熱体９の基部２５において熱媒体流路３１に面する壁部の温度として、各々、算出している。又、反応条件として、予備改質済み原料（メタン（主原料）、水、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む、温度：６３０℃）を反応流体とし、燃焼ガス（温度：８７５℃）を熱媒体として供給する場合を想定して計算している。尚、反応流路１７の支流路１７ａには、波形構造材の表面に触媒を担持させた触媒体が挿着されているものとする。
【００４１】
図８においては、符号Ｄ１，Ｄ２は、伝熱促進体５３として、平板５９を介して図７（ｂ）の部分コルゲート板５３ｂ’を二段に重ねて構成される部分伝熱促進体が０．６ｍの長さに連接する集合体を熱媒体流路３１の支流路３１ａに挿着した場合（設定１）を想定した温度分布曲線を示し、符号Ｄ３，Ｄ４は、図７（ｂ）の部分コルゲート板５３ｂ’と同じ長さで、ピッチ及び高さはその１／２である部分コルゲート板を４段に重ねて構成される部分伝熱促進体が０．４ｍの長さに連接し、その後続に図７（ｃ）の部分伝熱促進体５３ｃが０．２ｍの長さに連接する０．６ｍの長さの集合体を熱媒体流路３１の支流路３１ａに挿着した場合（設定２）を想定した温度分布曲線を示す。
【００４２】
設定１においては、伝熱促進体５３が流路全体に亘って均等に伝熱を促進し、熱媒体流路側の温度分布は、線形的な温度分布に近いが、０．４ｍを超える位置（上流側１／３の領域）で温度勾配が大きくなる（図８（ｂ）の符号Ｄ１の曲線）。反応流路側の温度は、これに対応した伝熱による温度上昇と反応進行による吸熱とのバランスによって、図８（ａ）の符号Ｄ２の曲線のようになり、０．４ｍを超える位置（下流側１／３）で温度勾配が大きくなる。これに比べて、設定２では、熱媒体流路の上流側１／２における伝熱性能が設定１より低く、下流側２／３における伝熱効率が設定１より高くなるように伝熱促進体５３が構成されるので、熱媒体流路の上流側では熱伝導が抑制され、熱媒体の熱は、熱媒体流路の下流側（＝反応流路の上流側）において集中的に伝達される。従って、熱媒体流路側の温度分布では、符号Ｄ３の曲線のように、０〜０．４ｍの範囲（下流側２／３）における温度勾配が設定１より大きくなり、０．４ｍを超える範囲（上流側１／３）における温度勾配が設定１より小さくなる。これに対応して、反応流路側の温度分布でも、符号Ｄ４の曲線のように、０〜０．４ｍの範囲（上流側２／３）における温度勾配が設定１より大きくなり、０．４ｍを超える範囲（下流側１／３）における温度勾配が設定１より小さくなる。この結果、熱媒体流路側における位置０．４ｍと０．６ｍとの温度差は、約１０６℃（設定１）から約７８℃（設定２）に減少し、反応流路側における温度差は、約９５℃（設定１）から約７６℃（設定２）に減少する。
【００４３】
このように、熱交換体３内における流路に沿った温度分布を調べて、伝熱促進体５３を構成する部分伝熱促進体の一部又は全部を交換して熱媒体流路３１から熱交換体３への伝熱性能を部分伝熱促進体単位で変更することによって、熱媒体流路及び反応流路における温度分布を理想的な温度分布曲線に近づける調節が可能である。反応条件や熱媒体の供給条件、触媒特性等によって温度分布は変化するので、これらの条件に応じて予め温度分布を好ましい状態に調節した反応装置を提供することが可能であり、これによって、反応装置の性能が好適に発揮され、稼働時の負荷やエネルギー消費を低減し、使用寿命を確保することができる。概して、伝熱促進体５３の長さが熱媒体流路３１の支流路３１ａの長さに対応するように部分伝熱促進体が連接されるが、伝熱性能を最小にする形態は、部分伝熱促進体を使用しないことであるので、このような形態を利用する設定では、伝熱促進体５３の全長は支流路３１ａに対応せず、支流路３１ａの長さより短くなる。尚、流動抵抗の過度な増加は、伝熱性能のみならず、流体の供給動力の点でも好ましくないので、伝熱促進体５３の選定に当たって、熱媒体との接触表面の増加による流動抵抗の増加等を考慮することが好ましい。この点は、触媒体５１についても同様である。
【００４４】
上述のような熱交換体３は、液−液型熱交換器、気−気型熱交換器及び気−液型熱交換器の何れとしても使用可能である。従って、本発明の反応装置１に供給する反応流体及び熱媒体は、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１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１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。
【００４５】
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）
【００４６】
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。
【００４７】
上記のような化学反応に関与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１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。
【００４８】
又、熱媒体として、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。反応流体及び熱媒体の熱交換体への供給は、対向流型及び並行流型の何れでも良く、必要に応じて任意に変更可能である。
【００４９】
触媒体５１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１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５１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５１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５１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１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、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。
【００５０】
本発明において使用する触媒体５１についても、伝熱促進体５３と同様に、組み換え可能な複数の部分触媒体の集合体によって構成してもよい。反応流路１７においては、反応体の導入量が相対的に多い場合に、触媒体５１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易くなる可能性がある。又、反応流体にダストが混入した場合、反応流路１７の支流路１７ａがダストによって閉塞されて反応効率が低下する可能性がある。このような場合に、複数の部分触媒体の集合体によって構成される触媒体は、触媒体のうちの劣化又は閉塞した部分のみを交換することが可能であり、触媒体全体の交換を回避できる。従って、触媒体を交換する量を最小限に抑えることが可能であり、反応装置の性能調整やメンテナンスに要するコストの低減が可能となる。
【００５１】
本発明において、局所的に伝熱効率を変更可能な伝熱促進体は、直線状に伸長して一端が開放された熱媒体流路であれば脱着が可能であるので、直線的な反応流路及び熱媒体流路が並行する構造の熱交換体を有する反応装置に適用することができる。又、上記実施形態においては、流れ方向に垂直な断面が長方形である熱媒体流路について説明しているが、熱媒体流路の断面は他の形状である場合にも本発明を適用可能である。特に、熱媒体流路を構成するための溝を第１伝熱体及び第２伝熱体の両面に形成して合体させる場合には、半円柱形又は半楕円柱形の溝の形成によって円柱状又は楕円柱状の熱媒体流路を容易に形成できるので、このような形状に対応した伝熱促進体を複数の部分伝熱促進体に分割すれば、上述したような温度分布の調節が可能となる。
【００５２】
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】
【００５３】
本発明は、熱媒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、伝熱性能の局所的な変更を可能にすることにより、温度分布の適正化によってエネルギー効率及び反応効率が良好な反応装置が提供され、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】
【００５４】
１  反応装置
３  熱交換体
５  支柱
７  第１伝熱体
９  第２伝熱体
１１，２５  基部
１３，２７  側壁部
１５，２９  間壁部
１９，３３  端壁部
１７  反応流路
３１  熱媒体流路
１７ａ，３１ａ  支流路
１７ｂ，３１ｂ  合流路
１７ｃ，３１ｃ  排出孔
２１，３５  鏡板
２３，３７  導入口
３９，４３  導出部材
４１，４５  導出口
５１  触媒体
５３，５３Ａ  伝熱促進体
５３ａ，５３ｃ  部分伝熱促進体
５３ａ’，５３ｂ’  部分コルゲート板
５５  平板
５７  抜き差し棒
５９  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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【図８】
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