(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路とを有し、コルゲートフィンとセパレートプレートとを積層して構成されたコア部と、
前記第１流路内に配置された粒状触媒と、
前記コア部の端面に密着した状態で前記第１流路の開口部を塞ぐように設置され、前記粒状触媒を通過させずに前記第１流体を通過させる触媒保持部材と、
前記触媒保持部材の外周に沿って全周にわたって設けられ、前記触媒保持部材の周囲を封止するシール材と、
前記触媒保持部材よりも外周側で前記触媒保持部材の周囲に設けられ、前記シール材を前記コア部の端面に接触させた状態で保持するシール材保持部材とを備える、触媒反応器。
【請求項２】
前記触媒保持部材を覆うように前記コア部の端面に設けられたヘッダ部と、
前記触媒保持部材の周縁部に沿って設けられた枠状部材とをさらに備え、
前記シール材は、前記枠状部材と前記ヘッダ部との間で、かつ、前記シール材保持部材と前記コア部の端面との間の位置に保持されている、請求項１に記載の触媒反応器。
【請求項３】
前記シール材保持部材は、前記枠状部材に対して前記コア部とは反対側に配置された梁部を含み、前記梁部が前記コア部側に押圧されることにより、前記シール材を押圧するように構成されている、請求項２に記載の触媒反応器。
【請求項４】
前記枠状部材の前記コア部とは反対側の端部には、前記コア部側に向けて窪んだ凹部が設けられており、
前記梁部は、前記凹部の内側に配置されている、請求項３に記載の触媒反応器。
【請求項５】
前記ヘッダ部は、前記第１流路の開口部と近接する位置に配置された溶接部において前記コア部に接合されており、
前記枠状部材は、前記触媒保持部材の縁部において前記コア部とは反対側の表面上に配置された板状部分を含み、
前記シール材は、前記ヘッダ部の前記溶接部と前記枠状部材の前記板状部分との間に配置されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の触媒反応器。
【請求項６】
前記シール材保持部材を前記コア部側に押圧するとともに、前記触媒保持部材を前記コア部側に押圧する押圧部材をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の触媒反応器。
【請求項７】
前記押圧部材は、複数の柱状部材を介して前記触媒保持部材を押圧するように構成され、
前記複数の柱状部材は、前記触媒保持部材の表面上に略等間隔で並ぶように配置されている、請求項６に記載の触媒反応器。
【請求項８】
前記第１流路の開口部が形成された前記コア部の端面は、前記粒状触媒の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面であり、
前記触媒保持部材は、前記平坦面に密着するように配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の触媒反応器。
【請求項９】
前記第１流路のコルゲートフィンは、前記第１流路の延びる方向において、前記コア部の端面よりも前記第１流路の内部側に配置されている、請求項８に記載の触媒反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、触媒反応器に関し、特に、粒状触媒を用いたプレートフィン型触媒反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、粒状触媒を用いたプレートフィン型触媒反応器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、コルゲートフィンとセパレートプレートとが積層されたプレートフィン型のコア部の流路内部に、粒状触媒を充填させた触媒反応器が開示されている。上記特許文献１の触媒反応器では、流路の開口部を覆うヘッダ部内の中程の位置に、粒状触媒を流路内に保持するためのフィルタ（触媒保持部材）が設けられている。フィルタ（触媒保持部材）は、ヘッダ部の内周面から突出するフランジ状の固定部にねじ止めされることにより、ヘッダ部の内部に固定されている。粒状触媒は粉体であり、上記特許文献１では平均粒径がたとえば０．３ｍｍ〜０．５ｍｍと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９８５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のような従来の触媒反応器では、たとえば、固定部の表面の凹凸や、触媒保持部材自体の湾曲（反り）がある場合、固定部と触媒保持部材との間で微小な隙間が発生し、粒状触媒が隙間を通過して触媒保持部材の外部に漏れてしまう。触媒保持部材の外部の意図しない部位で触媒反応が生じると、触媒反応器全体での反応制御の妨げとなったり、触媒反応器にダメージを与えたりする可能性がある。したがって、従来では、粒状触媒の粒径が小さい場合でも、触媒保持部材の外部への粒状触媒の漏れの発生を抑制することが課題として挙げられる。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、触媒保持部材の外部への粒状触媒の漏れを抑制することが可能な触媒反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による触媒反応器は、第１流体を流通させる第１流路と、第２流体を流通させる第２流路とを有し、コルゲートフィンとセパレートプレートとを積層して構成されたコア部と、第１流路内に配置された粒状触媒と、コア部の端面に密着した状態で第１流路の開口部を塞ぐように設置され、粒状触媒を通過させずに第１流体を通過させる触媒保持部材と、触媒保持部材の外周に沿って全周にわたって設けられ、触媒保持部材の周囲を封止するシール材と、触媒保持部材よりも外周側で触媒保持部材の周囲に設けられ、シール材をコア部の端面に接触させた状態で保持するシール材保持部材とを備える。
【０００８】
この発明の一の局面による触媒反応器では、上記のように、コア部の端面に密着した状態で第１流路の開口部を塞ぐように設置され、粒状触媒を通過させずに第１流体を通過させる触媒保持部材と、触媒保持部材の外周に沿って全周にわたって設けられ、触媒保持部材の周囲を封止するシール材と、触媒保持部材よりも外周側で触媒保持部材の周囲に設けられ、シール材をコア部の端面に接触させた状態で保持するシール材保持部材とを設ける。これにより、触媒保持部材をコア部の端面上に直接設置した状態で、触媒保持部材の周囲とコア部の端面との間をシール材によって封止することができる。そして、シール材保持部材によって、触媒保持部材の周囲を封止するシール材とコア部の端面との接触状態を維持することができる。これらの結果、触媒保持部材と触媒保持部材の周囲のシール材とによって、第１流路の開口部を確実に（第１流体は通過可能な状態で）塞ぐことができるので、粒状触媒の粒径が小さい場合でも、触媒保持部材の外部への粒状触媒の漏れを抑制することができる。
【０００９】
上記一の局面による触媒反応器において、好ましくは、触媒保持部材を覆うようにコア部の端面に設けられたヘッダ部と、触媒保持部材の周縁部に沿って設けられた枠状部材とをさらに備え、シール材は、枠状部材とヘッダ部との間で、かつ、シール材保持部材とコア部の端面との間の位置に保持されている。ここで、大型の触媒反応器では、大量の粒状触媒が使用されるため、触媒保持部材に加わる圧力（粒状触媒の重量）も増大する。これに対して、上記のように構成すれば、枠状部材によって触媒保持部材の機械的強度（剛性）を高めることができるので、触媒保持部材の湾曲（撓み）によって触媒保持部材とコア部の端面との間に隙間が生じることを抑制することができる。さらに、枠状部材と、ヘッダ部と、シール材保持部材と、コア部の端面とによって取り囲む領域を形成し、この領域にシール材を充填するように配置することができるので、より確実に、粒状触媒の漏れを抑制することができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、シール材保持部材は、枠状部材に対してコア部とは反対側に配置された梁部を含み、梁部がコア部側に押圧されることにより、シール材を押圧するように構成されている。このように構成すれば、たとえばシール材保持部材をシール材に対応させて枠状に配置する場合でも、梁部を介して、シール材保持部材を容易に押圧することができる。
【００１１】
上記シール材保持部材が梁部を含む構成において、好ましくは、枠状部材のコア部とは反対側の端部には、コア部側に向けて窪んだ凹部が設けられており、梁部は、凹部の内側に配置されている。ここで、触媒反応器の運用時には、触媒交換のためにヘッダ部を切断して粒状触媒の入れ替えを行い、再度ヘッダ部をコア部に溶接する作業が行われる。ヘッダ部の再溶接を行う際には、前回の溶接時の熱に起因して溶接箇所に生じる熱影響部が溶接の前に削り取られるため、ヘッダ部の切断および溶接が可能な部分は、触媒交換の度に減少していくことになる。そのため、ヘッダ部には、再溶接による減少分を考慮して切断しろが確保される。そこで、上記のように梁部を枠状部材の凹部の内側に配置することによって、梁部（シール材保持部材）をコア部の端面側に近づけることができる。その結果、ヘッダ部の内部でコア部の端面からの梁部（シール材保持部材）の高さが減少する分だけ、ヘッダ部の切断しろを大きく確保することができる。さらに、梁部が凹部の内側に嵌り込むように構成される場合には、コア部の端面と平行な方向における、枠状部材（触媒保持部材）とシール材保持部材との位置合わせおよび位置ずれ抑制を図ることも可能となる。
【００１２】
上記触媒保持部材が枠状部材を含む構成において、好ましくは、ヘッダ部は、第１流路の開口部と近接する位置に配置された溶接部においてコア部に接合されており、枠状部材は、触媒保持部材の縁部においてコア部とは反対側の表面上に配置された板状部分を含み、シール材は、ヘッダ部の溶接部と枠状部材の板状部分との間に配置されている。このように構成すれば、ヘッダ部の溶接部が第１流路の開口部に近接する場合でも、開口部を塞ぐことなく、シール材を配置することができる。すなわち、枠状部材の板状部分を触媒保持部材の外周側ではなく縁部上（開口部上）に配置することにより、ヘッダ部の溶接部と触媒保持部材の縁部（端面）との間にスペースを確保することができ、このスペースにシール材を配置することができる。
【００１３】
上記一の局面による触媒反応器において、好ましくは、シール材保持部材をコア部側に押圧するとともに、触媒保持部材をコア部側に押圧する押圧部材をさらに備える。このように構成すれば、シール材と触媒保持部材との両方を、押圧部材によってコア部の端面に対して密着させることができる。これにより、より効果的に、触媒保持部材の外部への粒状触媒の漏れを抑制することができる。
【００１４】
この場合、好ましくは、押圧部材は、複数の柱状部材を介して触媒保持部材を押圧するように構成され、複数の柱状部材は、触媒保持部材の表面上に略等間隔で並ぶように配置されている。このように構成すれば、複数の柱状部材によって、触媒保持部材の表面を均等に押圧することができる。その結果、大型の触媒反応器などで触媒保持部材の外形寸法（面積）が大きい場合でも、触媒保持部材の局所的な反り（湾曲）によって触媒保持部材とコア部の端面との間に隙間が生じるのを抑制することができる。その結果、触媒保持部材とコア部の端面との密着性をさらに向上させて、粒状触媒の漏れをより一層効果的に抑制することができる。
【００１５】
上記一の局面による触媒反応器において、好ましくは、第１流路の開口部が形成されたコア部の端面は、粒状触媒の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面であり、触媒保持部材は、平坦面に密着するように配置されている。このように構成すれば、粒状触媒の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面上に触媒保持部材を設けることができる。その結果、触媒保持部材とコア部の端面との密着性を向上させることができるので、より効果的に、触媒保持部材の外部への粒状触媒の漏れを抑制することができる。
【００１６】
この場合、好ましくは、第１流路のコルゲートフィンは、第１流路の延びる方向において、コア部の端面よりも第１流路の内部側に配置されている。ここで、一般にプレートフィン型のコア部は、コルゲートフィンおよびセパレートプレートを積層した状態でろう付けを行うことにより、各部を接合した構造体として構成される。このため、コア部の端面を平坦面にするには、別途、機械加工等によりコア部の端面を平坦化する必要がある。この場合に、コルゲートフィンがコア部の端面まで達していると、機械加工の際にフィンの開口部側端部が潰れてしまい、流体的および熱的な性能が設計と異なってしまう。そこで、上記のように構成すれば、平坦化後の状態でコルゲートフィンがコア部の端面（平坦面）よりも第１流路の内部側に位置するため、機械加工の際にフィンの開口部側端部を潰すことなく、コア部に平坦面を形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記のように、触媒保持部材の外部への粒状触媒の漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による触媒反応器の構成を示した分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による触媒反応器の第１流路をＸ方向側から見た模式的な側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による触媒反応器の第２流路をＸ方向側から見た模式的な側面断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による触媒反応器の粒状触媒の保持構造を説明するための斜視図である。
【図５】コア部のＸ方向の端部近傍における保持構造を説明するための拡大断面図（Ｘ−Ｚ方向の断面）である。
【図６】コア部のＹ方向の端部近傍における保持構造を説明するための拡大断面図（Ｙ−Ｚ方向の断面）である。
【図７】隣接するコア部の間の位置における保持構造を説明するための拡大断面図（Ｘ−Ｚ方向の断面）である。
【図８】本発明の一実施形態による触媒反応器のコア部の端面の構造を説明するための模式的な拡大断面図（Ｘ−Ｚ方向の断面）である。
【図９】平坦化加工前のコア部の端面における、加工しろを説明するための模式的な斜視図である。
【図１０】平坦化加工前のコア部の端面の構造を説明するための模式的な拡大断面図（Ｘ−Ｚ方向の断面）である。
【図１１】本発明の一実施形態による触媒反応器の変形例による押圧部材を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
［触媒反応器の構成］
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態による触媒反応器１００の全体構成について説明する。
【００２１】
図１に示すように、触媒反応器１００は、コア部１と、ヘッダ部２（ヘッダ部２ａ〜２ｄ）と、粒状触媒の保持構造３とを備えている。コア部１、ヘッダ部２および保持構造３は、ステンレス鋼などの金属により構成されている。本実施形態では、触媒反応器１００が、並んで配置された２つのコア部１を備える例について説明するが、コア部１は１つまたは３つ以上でもよい。
【００２２】
図１〜図３に示すように、コア部１は、第１流体４（図２参照）を流通させる第１流路１１と、第２流体５（図３参照）を流通させる第２流路１２とを有し、第１流体４と第２流体５との間で熱交換するように構成されている。また、第１流路１１には、粒状触媒６（図２参照）が充填されている。また、コア部１は、直方体形状（平面視において、４つの角部を含む略矩形形状）を有する。以下では、コア部１の長手方向をＺ方向とし、Ｚ方向の端部に位置する端面１ａにおいて、直交する２辺が延びる方向を、それぞれＸ方向およびＹ方向という。
【００２３】
コア部１は、コルゲートフィン１３（以下、フィン１３と言う）とセパレートプレート１４とが交互に積層されたプレートフィン型の熱交換器により構成されている。フィン１３の外周部には、サイドバー１５が配置されている。そして、セパレートプレート１４とサイドバー１５とにより区画され、内部にフィン１３が配置された各層によって、第１流路１１および第２流路１２の各々が構成されている。これらのフィン１３、セパレートプレート１４およびサイドバー１５がろう付けによってそれぞれ接合されることにより、コア部１が構成されている。
【００２４】
コア部１は、第１流路１１の開口部１１ａが形成された端面１ａと、第２流路１２の開口部１２ａが形成された端面１ｂとを含む。図１の構成例では、Ｚ方向の両端面１ａに第１流路１１の開口部１１ａが形成され、端面１ａと直交するＹ方向側の両端面１ｂに、第２流路１２の開口部１２ａが形成されている。
【００２５】
ヘッダ部２（２ａ〜２ｄ）は、ダクト部２１とカバー部２２とを含むタンク構造に管状の流出入口２３が設けられた構造を有し、コア部１に対する流体（第１流体４、第２流体５）の出入り口および集配部として機能する。ヘッダ部２（２ａ〜２ｄ）は、ダクト部２１をコア部１に溶接することにより取り付けられている。
【００２６】
ヘッダ部２ａは、直方体形状のコア部１の上方（Ｚ１方向側）の端面１ａに設けられている。また、ヘッダ部２ｂは、コア部１の下方（Ｚ２方向側）の端面１ａに設けられている。ヘッダ部２ａおよび２ｂが第１流路１１に接続されており、第１流体４の出入り口として機能する。ヘッダ部２ａおよび２ｂは、それぞれ粒状触媒６の保持構造３を内部に収容しており、保持構造３（後述する触媒保持部材３０）を覆うようにコア部１の端面１ａに設けられている。
【００２７】
また、ヘッダ部２ｃは、コア部１の側方（Ｙ１方向側）の端面１ｂに設けられている。また、ヘッダ部２ｄは、コア部１の側方（Ｙ２方向側）の端面１ｂに設けられている。ヘッダ部２ｃおよび２ｄが第２流路１２に接続されており、第２流体５の出入り口として機能する。
【００２８】
保持構造３は、図２に示すように、第１流路１１に充填された粒状触媒６が第１流路１１の外部（ヘッダ部２）に漏れ出さないように、粒状触媒６を保持する機能を有する。保持構造３は、コア部１のうち、第１流路１１の開口部１１ａが設けられた端面１ａ上に配置されている。
【００２９】
以上のような構成により、触媒反応器１００は、コア部１の第１流路１１に第１流体４を流通させ、粒状触媒６を用いて第１流体４に含まれる物質に触媒反応を生じさせるように構成されている。第２流路１２を流通する第２流体５は、触媒反応に伴って発生する熱を除去（冷却）する冷媒、または、反応に必要な熱を供給する熱源として機能する。
【００３０】
第１流体４、第２流体５および粒状触媒６の種類は、触媒反応器１００により生じさせる触媒反応に応じて選択される。すなわち、第１流体４に含まれる物質を出発物質として、粒状触媒６を用いた触媒反応により所望の生成物が得られるように、第１流体４、第２流体５および粒状触媒６の組み合わせが適宜選択される。粒状触媒６には公知の触媒材料の固体触媒を用いることができる。粒状触媒６は、用途に応じて、たとえば０．６ｍｍ程度〜０．１ｍｍ以下までの様々な粒径のものが用いられる。所定の圧力および反応温度で触媒反応を進行させることにより、所望の反応物が得られる。
【００３１】
（粒状触媒の保持構造の詳細構成）
本実施形態では、図４に示すように、保持構造３は、触媒保持部材３０と、シール材保持部材４０と、シール材５０（二点鎖線部）とを備える。また、保持構造３は、押圧部材６０を備えている。なお、図４において、便宜的に、ヘッダ部２についてダクト部２１の一部のみを図示している。また、図４では、Ｘ１側のコア部１では分解状態の保持構造３を示し、Ｘ２側のコア部１では端面１ａ上への設置状態の保持構造３を示している。
【００３２】
触媒保持部材３０は、コア部１の端面１ａに対応させた矩形の平板状形状を有し、コア部１の端面１ａ上に第１流路１１の開口部１１ａを塞ぐように設置されている。触媒保持部材３０は、第１流路１１の開口部１１ａを完全に覆うように開口部１１ａの形成領域よりも大きく形成されており、開口部１１ａの周囲の端面１ａと密着するように端面１ａ上に設置されている。
【００３３】
触媒保持部材３０は、粒状触媒６を通過させずに第１流体４を通過させるように構成されている。具体的には、触媒保持部材３０は、粒状触媒６の粒径よりも小さな通路を備えたフィルタ状構造を有する。フィルタ状構造は、網目状、スリット状、多孔状などの通路を多数備えた構造である。本実施形態では、触媒保持部材３０は、ウェッジワイヤースクリーンにより構成されている。ウェッジワイヤースクリーンは、断面がくさび状（Ｖ字状）のワイヤーを、粒状触媒６の粒径よりも小さな微小間隔を隔てて平行に配列することによりスクリーン状（平面状）に形成したものであり、ワイヤー間の隙間から第１流体４を通過させる。
【００３４】
本実施形態では、触媒保持部材３０は、触媒保持部材３０の周縁部に沿って設けられた枠状部材３１を含む。枠状部材３１は、平板状の触媒保持部材３０に対して垂直に延びる板状の部材を矩形枠状に組み合わせた構造を有し、触媒保持部材３０の湾曲（撓み）を抑制する補強部材として機能する。
【００３５】
枠状部材３１は、触媒保持部材３０を構成する各ワイヤーに沿って設けられた一対の第１板状部分３２と、各ワイヤーの両端に配置された一対の第２板状部分３３とを含む。なお、第１板状部分は、特許請求の範囲の「板状部分」の一例である。一対の第１板状部分３２は、触媒保持部材３０の縁部においてコア部１とは反対側の表面上に配置されている（触媒保持部材３０上に乗っている）。触媒保持部材３０の各ワイヤーの端面と、第１板状部分３２の端面とが、第２板状部分３３の側面に接合されている。そのため、第２板状部分３３は、触媒保持部材３０の端面に接するように隣接して設けられている。また、触媒保持部材３０の背面側（コア部１に対して反対側）には、第２板状部分３３と平行に延びる支持柱３４が複数設けられている。
【００３６】
また、本実施形態では、枠状部材３１のコア部１とは反対側（背面側）の端部には、コア部１側に向けて窪んだ凹部３５が設けられている。具体的には、第１板状部分３２の背面側端部に、切り欠き状の複数の凹部３５が形成されている。各それぞれの凹部３５は所定深さの矩形形状を有する。
【００３７】
シール材保持部材４０は、触媒保持部材３０の周囲に設けられ、シール材５０をコア部１の端面１ａに接触させた状態で保持するように構成されている。具体的には、シール材保持部材４０は、枠状部材３１の各辺（４辺）の外側にそれぞれ隣接し、枠状部材３１の各辺に沿って延びるように設けられている。すなわち、シール材保持部材４０は、矩形枠状の形状を有する。シール材保持部材４０は、矩形枠形状に連続した単一部材であってもよいし、触媒保持部材３０の各辺に沿う直線状の部材を個別に配置した構成でもよい。
【００３８】
本実施形態では、シール材保持部材４０は、枠状部材３１（第１板状部分３２）に対してコア部１とは反対側（背面側）に配置された梁部４１を含む。シール材保持部材４０は、梁部４１がコア部１側に押圧されることにより、シール材５０を押圧するように構成されている。
【００３９】
梁部４１は、シール材保持部材４０のうち、対向する一対の辺同士に架け渡されるように設けられている。梁部４１は、枠状部材３１の第２板状部分３３と略平行に設けられ、一対の第１板状部分３２を跨ぐように設けられている。本実施形態では、梁部４１は、第１板状部分３２の凹部３５の内側に嵌り込む（図７参照）ように配置されている。このため、シール材保持部材４０は、梁部４１が枠状部材３１を跨ぐように設けられていながら、全体が枠状部材３１の上端部よりもコア部１側の位置に配置されている。
【００４０】
シール材５０は、触媒保持部材３０の外周に沿って全周にわたって設けられ、触媒保持部材３０の周囲を封止するように構成されている。具体的には、シール材５０は、枠状部材３１の外周側面に隣接し、かつ、コア部１の端面１ａに密着する（図５〜図７参照）ように配置されている。シール材５０としては、粒状触媒６を通過させない素材であれば特に限定されない。シール材５０は、粒状触媒６を通過させずに気体（第１流体４）を通過させる性質（通気性）を有していてもよい。本実施形態では、シール材５０は、綿状の断熱材などにより構成されている。
【００４１】
本実施形態では、シール材５０は、枠状部材３１とヘッダ部２との間で、かつ、シール材保持部材４０とコア部１の端面１ａとの間の位置に保持されている。詳細には、コア部１のＸ２方向側の端部における断面（Ｘ-Ｚ方向の断面）を示した図５に示すように、シール材５０は、コア部１の端面１ａに沿った方向において、枠状部材３１（第２板状部分３３）とヘッダ部２のダクト部２１との間に配置されている。そして、シール材５０は、コア部１の端面１ａと垂直なＺ方向において、シール材保持部材４０とコア部１の端面１ａとの間に挟み込まれている。つまり、シール材５０は、枠状部材３１、ヘッダ部２（ダクト部２１）、シール材保持部材４０および端面１ａにより囲まれた領域に充填されている。シール材５０は、シール材保持部材４０がコア部１側に押圧されることにより、コア部１の端面１ａに対して圧縮された状態で保持されている。
【００４２】
なお、図６に示すように、第１板状部分３２側の端部では、ヘッダ部２のダクト部２１は、第１流路１１の開口部１１ａと近接する位置に配置された溶接部２１ａにおいてコア部１に接合されている。このため、図５に示した第２板状部分３３側とは異なり、開口部１１ａ（触媒保持部材３０）の端部と溶接部２１ａとの間にほとんどスペースが存在していない。第１板状部分３２が触媒保持部材３０上に配置されることによって、溶接部２１ａと第１板状部分３２との干渉が回避されており、シール材５０は、ヘッダ部２の溶接部２１ａと枠状部材３１の第１板状部分３２との間に配置されている。
【００４３】
また、図７に示すように、触媒保持部材３０同士の間の領域では、シール材５０は、それぞれの（隣接する）枠状部材３１の第２板状部分３３の間に配置され、それぞれの（隣接する）シール材保持部材４０とコア部１の端面１ａとの間に挟まれている。つまり、シール材５０は、隣接する２つの第２板状部分３３およびシール材保持部材４０と、端面１ａとに囲まれた領域に充填されている。
【００４４】
図４に示すように、押圧部材６０は、触媒保持部材３０およびシール材保持部材４０に対して、コア部１とは反対側（背面側）の位置に配置されている。押圧部材６０は、シール材保持部材４０をコア部１側に押圧するとともに、触媒保持部材３０をコア部１側に押圧するように構成されている。
【００４５】
押圧部材６０は、触媒保持部材３０を押圧するための第１部材６１と、シール材保持部材４０を押圧するための第２部材６２とを含んでいる。第１部材６１と第２部材６２とは、それぞれ端面１ａと平行に直線状に延びている。第１部材６１は、端面１ａの一方辺に沿ってＹ方向に延びるとともに、他方辺に沿うＸ方向に間隔を隔てて複数（４つ）配列されている。また、第２部材６２は、コア部１の他方辺に沿ってＸ方向に延びると共に、一方辺に沿うＹ方向に間隔を隔てて一対設けられている。このように、第１部材６１と第２部材６２とは、互いに交差するように設けられており、互いに重なる位置で相互に固定されて一体となっている。
【００４６】
押圧部材６０は、ヘッダ部２の内側表面に固定されている。具体的には、第１部材６１の先端部６１ａ（図６参照）が、ヘッダ部２のダクト部２１の内側表面に溶接されて固定されている。これにより、押圧部材６０は、ヘッダ部２に対して固定された状態で、触媒保持部材３０およびシール材保持部材４０を押圧している。なお、枠状部材３１（第１板状部分３２）の凹部３５は、シール材保持部材４０の梁部４１の位置だけでなく、第１部材６１に対応する位置にも形成されている。第１部材６１は、凹部３５の内側に嵌り込むように配置されている。
【００４７】
本実施形態では、押圧部材６０は、複数の柱状部材６３を介して触媒保持部材３０を押圧するように構成されている。柱状部材６３は、触媒保持部材３０（コア部１の端面１ａ）に対して垂直なＺ方向に延びるように配置され、先端部で触媒保持部材３０およびシール材保持部材４０の表面（背面）を押圧する（図５〜図７参照）ように設けられている。具体的には、柱状部材６３は、外表面にねじが形成されたねじ部材であり、第１部材６１および第２部材６２に形成されたねじ孔に螺合している。柱状部材６３のねじを進ませることにより、第１部材６１または第２部材６２からのコア部１側への突出量（すなわち、押圧力）を調節することができる。
【００４８】
複数の柱状部材６３は、触媒保持部材３０の表面上に略等間隔で並ぶように配置されている。具体的には、４つの第１部材６１には、それぞれ、５本の柱状部材６３が設けられている。これらの５本の柱状部材６３が、第１部材６１の一端から他端にわたって、コア部１の一方辺に沿うＹ方向に略等間隔で配置されている。すなわち、他方辺に沿うＹ方向に間隔を隔てて配列された４つの第１部材６１の各々に、５本の柱状部材６３が一方辺に沿うＸ方向に略等間隔で配置されている。これにより、合計２０本の柱状部材６３が、触媒保持部材３０の全面に渡って略均等に分布するように並んでいる。
【００４９】
第２部材６２には、それぞれ２本の柱状部材６３が設けられている。これらの柱状部材６３は、シール材保持部材４０の梁部４１をコア部１側に押圧する（図５および図７参照）ように設けられている。
【００５０】
（コア部の端面の構造）
次に、触媒保持部材３０が設置されるコア部１の端面１ａの構造について説明する。
【００５１】
図８に示すように、コア部１の端面１ａは、積層されたセパレートプレート１４の端面およびサイドバー１５の端面を含むコア部１の表面部分である。本実施形態では、第１流路１１の開口部１１ａが形成されたコア部１の端面１ａは、粒状触媒６の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面となるように形成されている。粒状触媒６の最小粒径は、粒状触媒６をふるいにかけることにより制御可能である。
【００５２】
粒状触媒６の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面は、たとえば切削加工や研削加工などの機械加工によってコア部１の端面１ａを平坦化することにより、形成される。そして、触媒保持部材３０は、平坦化されたコア部１の端面１ａ（平坦面）に密着するように配置されている。すなわち、平板状の触媒保持部材３０の平坦な表面が、コア部１の端面１ａからなる平坦面に密着した状態で、第１流路１１の開口部１１ａを塞いでいる。
【００５３】
また、本実施形態では、第１流路１１のフィン１３は、第１流路１１の延びる方向（Ｚ方向）において、コア部１の端面１ａよりも第１流路１１の内部側に配置されている。つまり、フィン１３の端部１３ａは、第１流路１１内で、コア部１の端面１ａ（開口部１１ａの端部）よりも手前の位置まで延びるように設けられており、コア部１の端面１ａ（開口部１１ａの端部）の位置には配置されていない。
【００５４】
（触媒反応器の製造方法）
次に、触媒反応器１００の製造方法について説明する。
【００５５】
まず、フィン１３、セパレートプレート１４およびサイドバー１５を含むコア部１の各パーツが、ろう材を含んで組み立てられる。この際、図９に示すように、第１流路１１に配置されるフィン１３は、開口部１１ａ側の端部１３ａが、コア部１の端面位置よりも手前の位置に配置されるように組み付けられる。図１０に示すように、フィン１３の端部１３ａは、組立後のコア部１の加工前端面ＥＦの設計位置から、所定のオフセット量Ｌ１だけ離間した位置に配置される。このオフセット量Ｌ１は、平坦化加工のための加工しろＬ２よりも大きい所定量として設定される。
【００５６】
そして、組立状態（未接合状態）のコア部１が、真空炉内でろう付けされることにより、各部が接合されたコア部１が構成される。ろう付けによる接合では、コア部１の端面１ａを粒状触媒６の最小粒径よりも小さい平面度の平坦面となるように精度よく形成するのは困難である。平坦化前のコア部１の端面である加工前端面ＥＦは、厳密には、図１０のようにセパレートプレート１４の端面やサイドバー１５の端面が少しずつ位置ずれした凹凸のある面となっている。
【００５７】
次に、コア部１の内、第１流路１１の開口部１１ａが形成された加工前端面ＥＦの平坦化加工が行われる。コア部１の端面１ａの部分は、予め設定された加工しろＬ２の分だけ除去される。なお、図１０において、オフセット量Ｌ１の基準位置と加工しろＬ２の始点（平坦化加工の開始位置）とが異なるのは、オフセット量Ｌ１が設計上の加工前端面位置を基準位置としているのに対し、平坦化加工は、平坦化前のコア部１の加工前端面ＥＦのうちで最も突出した部位（通常、設計上の端面位置よりも突出した位置となる）から開始されるためである。
【００５８】
平坦化加工の結果、図８に示したように、コア部１には、粒状触媒６の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面からなる端面１ａが形成される。オフセット量Ｌ１が加工しろＬ２よりも大きく設定されることにより、平坦化加工（除去加工）がフィン１３の端部１３ａまで到達することはない。平坦化加工後では、端面１ａからのフィン１３の端部１３ａまでの距離は、オフセット量Ｌ１よりも小さくなる。
【００５９】
その後、図４に示したように、コア部１の端面１ａには、ダクト部２１が溶接（溶接部２１ａ）により接合されるとともに、第１流路１１の一端側（たとえば、図１のＺ２方向側）の保持構造３が端面１ａ上に設置される。すなわち、触媒保持部材３０が端面１ａ上に設置され、枠状部材３１の周囲の隙間にシール材５０が配置される。そして、枠状部材３１の外周側にシール材保持部材４０が配置されることにより、シール材５０が端面１ａとシール材保持部材４０との間に挟み込まれるように保持される。次に、押圧部材６０が触媒保持部材３０およびシール材保持部材４０上に設置され、溶接によりダクト部２１に接合される。また、各柱状部材６３の突出量（押圧力）が調整される。これにより、保持構造３が取り付けられ、触媒保持部材３０およびシール材保持部材４０がコア部１の端面１ａに向けて押圧された状態で固定される。
【００６０】
第１流路１１の一端側の保持構造３が取り付けられた後、他端側（Ｚ１方向側）の開口部１１ａから第１流路１１内に粒状触媒６が充填される。粒状触媒６の充填後、第１流路１１の他端側の保持構造３が、一端側と同様に取り付けられる。
【００６１】
その後、ダクト部２１に、ヘッダ部２のカバー部２２が溶接により接合される。これにより、コア部１に対するヘッダ部２の取り付けが完了する。第２流路１２側のヘッダ部２についてもそれぞれ溶接により接合される。このようにして、触媒反応器１００が製造される。
【００６２】
（触媒反応器における流体の流れ）
次に、図２および図３を参照して、触媒反応器１００における流体の流れについて説明する。
【００６３】
第１流体４は、図２に示したように、ヘッダ部２ａの流出入口２３に流入される。そして、ヘッダ部２ａから流入された第１流体４は、コア部１を鉛直下方（Ｚ２方向）に流れるとともに、ヘッダ部２ｂの流出入口２３から流出する。また、第２流体５は、図３に示したように、ヘッダ部２ｃの流出入口２３に流入される。そして、ヘッダ部２ｃから流入された第２流体は、コア部１内で折れ曲がりながら、Ｙ１方向側からＹ２方向側に流れるとともに、ヘッダ部２ｄの流出入口２３から流出する。
【００６４】
［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６５】
本実施形態では、上記のように、コア部１の端面１ａ上に第１流路１１の開口部１１ａを塞ぐように設置され、粒状触媒６を通過させずに第１流体４を通過させる触媒保持部材３０と、触媒保持部材３０の外周に沿って全周にわたって設けられ、触媒保持部材３０の周囲を封止するシール材５０と、触媒保持部材３０の周囲に設けられ、シール材５０をコア部１の端面１ａに接触させた状態で保持するシール材保持部材４０とを設ける。これにより、触媒保持部材３０をコア部１の端面１ａ上に直接設置した状態で、触媒保持部材３０の周囲とコア部１の端面１ａとの間をシール材５０によって封止することができる。そして、シール材保持部材４０によって、触媒保持部材３０の周囲を封止するシール材５０とコア部１の端面１ａとの接触状態を維持することができる。これらの結果、触媒保持部材３０と触媒保持部材３０の周囲のシール材５０とによって、第１流路１１の開口部１１ａを確実に（第１流体４は通過可能な状態で）塞ぐことができるので、粒状触媒６の粒径が小さい場合でも、触媒保持部材３０の外部への粒状触媒６の漏れを抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、上記のように、触媒保持部材３０に、触媒保持部材３０の周縁部に沿って設けられた枠状部材３１を設ける。これにより、枠状部材３１によって触媒保持部材３０の機械的強度（剛性）を高めることができるので、触媒保持部材３０の湾曲（撓み）によって触媒保持部材３０とコア部１の端面１ａとの間に隙間が生じることを抑制することができる。さらに、本実施形態では、シール材５０を、枠状部材３１とヘッダ部２との間で、かつ、シール材保持部材４０とコア部１の端面１ａとの間の位置に保持する。これにより、枠状部材３１と、ヘッダ部２と、シール材保持部材４０と、コア部１の端面１ａとによって取り囲む領域を形成し、この領域にシール材５０を充填するように配置することができるので、より確実に、粒状触媒６の漏れを抑制することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、上記のように、シール材保持部材４０に、枠状部材３１に対してコア部１とは反対側に配置された梁部４１を設ける。そして、梁部４１がコア部１側に押圧されることにより、シール材５０を押圧するようにシール材保持部材４０を構成する。これにより、たとえばシール材保持部材４０を枠状に形成した場合でも、梁部４１を介して、シール材保持部材４０を容易に押圧することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、上記のように、枠状部材３１のコア部１とは反対側の端部に、コア部１側に向けて窪んだ凹部３５を設け、梁部４１を、凹部３５の内側に配置する。これにより、梁部４１（シール材保持部材４０）をコア部１の端面１ａ側に近づけることができる。その結果、ヘッダ部２の内部でコア部１の端面１ａからの梁部４１（シール材保持部材４０）の高さが減少する分だけ、触媒交換のためのヘッダ部２の切断しろを大きく確保することができる。また、梁部４１が凹部３５に嵌り込むことによって、コア部１の端面１ａと平行な方向における、枠状部材３１（触媒保持部材３０）とシール材保持部材４０との位置合わせおよび位置ずれ抑制を図ることができる。なお、本実施形態では、上記のように、押圧部材６０の第１部材６１を、梁部４１と同様に、凹部３５の内側に嵌り込むように配置している。これにより、押圧部材６０の第１部材６１についても同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、上記のように、ヘッダ部２を、第１流路１１の開口部１１ａと近接する位置に配置された溶接部２１ａにおいてコア部１に接合する。そして、枠状部材３１に、触媒保持部材３０の縁部においてコア部１とは反対側の表面上に配置された第１板状部分３２を設け、シール材５０を、ヘッダ部２の溶接部２１ａと枠状部材３１の第１板状部分３２との間に配置する。これにより、ヘッダ部２の溶接部２１ａが第１流路１１の開口部１１ａに近接する場合でも、開口部１１ａを塞ぐことなく、シール材５０を配置することができる。すなわち、枠状部材３１の第１板状部分３２を触媒保持部材３０の外周側ではなく縁部上（開口部１１ａ上）に配置することにより、ヘッダ部２の溶接部２１ａと触媒保持部材３０の縁部（端面）との間にスペースを確保することができ、このスペースにシール材５０を配置することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、上記のように、シール材保持部材４０をコア部１側に押圧するとともに、触媒保持部材３０をコア部１側に押圧する押圧部材６０を設ける。これにより、シール材５０と触媒保持部材３０との両方を、押圧部材６０によってコア部１の端面１ａに対して密着させることができる。その結果、より効果的に、触媒保持部材３０の外部への粒状触媒６の漏れを抑制することができる。
【００７１】
また、本実施形態では、上記のように、触媒保持部材３０を押圧する複数の柱状部材６３を、触媒保持部材３０の表面上に略等間隔で並ぶように配置する。これにより、触媒保持部材３０の表面を均等に押圧することができるので、触媒保持部材３０の外形寸法（面積）が大きい場合でも、触媒保持部材３０の局所的な反り（湾曲）によって触媒保持部材３０とコア部１の端面１ａとの間に隙間が生じるのを抑制することができる。その結果、触媒保持部材３０とコア部１の端面１ａとの密着性をさらに向上させて、粒状触媒６の漏れをより一層効果的に抑制することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、上記のように、第１流路１１の開口部１１ａが形成された端面１ａを、粒状触媒６の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面となるように形成する。そして、触媒保持部材３０を、平坦面（端面１ａ）に密着するように配置する。これにより、触媒保持部材３０とコア部１の端面１ａとの密着性を向上させることができるので、より効果的に、触媒保持部材３０の外部への粒状触媒６の漏れを抑制することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、上記のように、第１流路１１のフィン１３を、第１流路１１の延びるＺ方向において、コア部１の端面１ａよりも第１流路１１の内部側に配置する。これにより、コア部１の端面（加工前端面ＥＦ）に平坦化加工を施す場合でも、平坦化後の状態でフィン１３がコア部１の端面１ａ（平坦面）よりも第１流路１１の内部側に位置するため、機械加工の際にフィン１３の開口部１１ａ側の端部１３ａを潰すことなく、コア部１に平坦面を形成することができる。
【００７４】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７５】
たとえば、上記実施形態では、第１流路１１の開口部１１ａと、第２流路１２の開口部１２ａとを、それぞれ異なる端面１ａと１ｂとに設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、開口部１１ａと開口部１２ａとが同じ端面１ａまたは１ｂに設けられてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、触媒保持部材３０を押圧するための第１部材６１と、シール材保持部材４０を押圧するための第２部材６２とを含む押圧部材６０を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図１１に示す変形例による触媒反応器２００のように、第１部材６１および第２部材６２を設ける代わりに、押圧部材１６０にシール材保持部材４０を押圧するための第２部材１６１のみを設けてもよい。第２部材１６１は、ヘッダ部２のダクト部２１の内側表面に溶接されて固定されており、柱状部材６３が装着可能である。押圧部材１６０は、柱状部材６３によりシール材保持部材４０の梁部４１を押圧する。また、押圧部材１６０は、シール材保持部材４０を介して枠状部材３１を押圧することにより、触媒保持部材３０をコア部１側に押圧する。この変形例のように、触媒保持部材３０が、シール材保持部材４０を介してコア部１の端面１ａに押圧されてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、触媒保持部材３０に枠状部材３１を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、粒状触媒６の充填量の少ない小型の触媒反応器に本発明を適用する場合などには、触媒保持部材３０に枠状部材３１を設けなくともよい。なお、上記実施形態では、枠状部材３１の外側面がシール材５０の配置領域を区画する壁面としても機能しているので、シール材５０を保持するために、枠状部材３１に相当する部材を触媒保持部材３０とは別個に配置してもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、シール材保持部材４０に梁部４１を設けて、押圧部材６０によって梁部４１を押圧するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、梁部を設けなくてもよい。その場合、押圧部材６０がシール材保持部材４０を直接押圧すればよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、枠状部材３１（第１板状部分３２）に凹部３５を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、凹部３５を設けなくともよい。
【００８０】
また、上記実施形態では、押圧部材６０が柱状部材６３を介して触媒保持部材３０およびシール材保持部材４０を押圧する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、押圧部材６０が柱状部材６３以外の部材を用いて押圧してもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、第１流路１１の開口部１１ａが形成されたコア部１の端面１ａを、粒状触媒６の最小粒径よりも小さい平面度を有する平坦面となるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。コア部の端面１ａを、粒状触媒６の最小粒径以上の平面度を有するように形成してもよい。ただし、粒状触媒６の漏れをより効果的に抑制するには、端面１ａを平坦にすることが好ましい。
【００８２】
また、上記実施形態では、第１流路１１のフィン１３の端部１３ａを、第１流路１１の延びる方向において、コア部１の端面１ａよりも第１流路１１の内部側に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、フィン１３の端部１３ａを、コア部１の端面１ａまで延ばしてもよい。ただし、この場合に加工前端面ＥＦの平坦化加工を行うと、フィン１３の端部１３ａが潰れる可能性があるため、平坦化加工を行う場合には、端部１３ａを端面１ａよりも第１流路１１の内部側に配置した方が好ましい。
【符号の説明】
【００８３】
１  コア部
１ａ  端面
２（２ａ、２ｂ）  ヘッダ部
４  第１流体
５  第２流体
６  粒状触媒
１１  第１流路
１１ａ  開口部
１２  第２流路
１３  コルゲートフィン
１４  セパレートプレート
２１ａ  溶接部
３０  触媒保持部材
３１  枠状部材
３２  第１板状部分（板状部分）
３５  凹部
４０  シール材保持部材
４１  梁部
５０  シール材
６０、１６０  押圧部材
６３  柱状部材
１００、２００  触媒反応器
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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