(57)【要約】 【課題】  反応器本体１の内面５から剥離した反応触媒が、反応生成物を排出する排出孔２を塞ぎ、反応収率を低下させ、あるいは反応を阻害することを防止することができる反応器を提供する。【解決手段】  排出孔２の周囲に壁部３を設け、排出孔２への反応触媒の浸入を阻害する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間に反応触媒が収容される反応器本体と、
前記反応器本体の前記内部空間に臨む内面から突出し、かつ前記反応器本体の内外に連通する排出孔に近接して設けられる壁部と、
を含むことを特徴とする反応器。
【請求項２】
前記壁部は、前記排出孔の周囲を取り囲むように設けられることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記壁部は、空隙を有する部材から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の反応器。
【請求項４】
前記壁部は、下方に向かって空隙率が低くなることを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記壁部は、外側部位の空隙率よりも内側部位の空隙率の方が低いことを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項６】
前記壁部の空隙の内径は、反応触媒の粉体の粒径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の反応器。
【請求項７】
前記排出孔から軸線方向に予め定める距離だけ離間し、前記排出孔を覆うように配置される遮蔽板を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、精密加工技術の進歩発展により、マイクロテクノロジと呼ばれる新しい概念が登場してきた。すなわち、マイクロな微小空間を活用して、液体や気体を高速、高精度で制御し反応させるマイクロ化学システムは、反応・分析の効率化・高速化のための革新的な技術としてだけでなく、新反応系の場としても注目を集めている。
【０００３】
特に、前記マイクロ化学システムを用いて構築されるマイクロ化学プラントは、従来の工業的物質生産の方式を変革するものとして、化学産業だけでなく、関連する医療、製薬、バイオ関連、食品産業などからも大きな期待が寄せられている。
【０００４】
このマイクロ化学システムは、マイクロ加工技術によって作製された幅数μｍ〜数百μｍマイクロ流路を基本に、各種のマイクロ反応器（マイクロリアクタ等）の機能デバイスから構成される。そして、このマイクロ化学システムは、熱移動や物質移動速度が格段に高く、化学反応の効率を飛躍的に増大させる可能性が指摘されている。
【０００５】
このような反応器内での化学反応の反応速度を高めるために、反応触媒を反応器内に担持させることが提案されている。反応触媒は、反応速度を高めるために、原料物質との接触を高める必要があり、そのために被表面積を高める必要がある。その被表面積を高めるために、反応触媒の空隙率を高めると同時に、反応触媒の粒子径を小さくしている。（たとえば、特許文献１参照。）
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、反応触媒の粒子径を小さくすることによって、反応器内との接触面積も小さくなり、反応触媒と反応器との接合強度が低下することがおき、その結果、触媒が担体から剥離し易かった。
【０００８】
その際、剥離した触媒は、反応器の排出孔の入口を塞いだり、排出孔の内部を塞いでしまうおそれがあった。この場合、反応生成物の排出が阻害されることによって、原料物質の反応器への供給も滞り、その結果、反応生成が阻害されるというおそれがある。
そこで、長期に安定して反応生成物を生成できる反応器が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態にかかる反応器は、内部空間に反応触媒が収容される反応器本体と、前記反応器本体の前記内部空間に臨む内面から突出し、かつ前記反応器本体の内外に連通する排出孔に近接して設けられる壁部と、を備える。
【００１０】
本発明に従えば、反応触媒を内部空間に有する反応器本体には排出孔が形成され、この排出孔に近接して、内面から突出する壁部が設けられるので、反応器本体内の反応によって生成された反応生成物または反応器本体の内面から剥離した反応触媒が排出孔へ導かれることが、壁部によって抑制できる。
【００１１】
これによって、前記反応生成物および剥離した反応触媒が排出孔から系外へ排出されることを抑制できる。また、剥離した反応触媒が排出孔内に堆積したり、排出孔内に付着して、排出孔を塞ぐことを抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
本実施形態にかかる反応器によれば、排出孔に近接して設けられた壁部により、反応器内部から剥離した反応触媒が排出孔を塞ぐことを抑制できるので、長期に安定して反応生成物を生成できる反応器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態の反応器１０を示す断面図である。
本実施形態の反応器１０は、内部空間４に臨む内面５に反応触媒が担持される。また、底部６にその厚み方向に貫通する排出孔２が形成される反応器本体１と、反応器本体１の内面５の一部を成す底部６の底面７から突出し、排出孔２に近接して設けられる壁部３と、を有する。
【００１４】
このような反応器１０は、たとえば中空でかつ略直方体状に形成されている。
反応器本体１は、反応器１０を形成する容器として機能し、たとえばＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金などのＦｅ系合金、または無酸素銅等の金属材料、もしくは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体、またはガラスセラミックスなどのセラミック材料、もしくはポリイミドなどの高耐熱の樹脂材料によって形成されている。
【００１５】
たとえば、反応器本体１が酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体から成る場合、まず酸化アルミニウム粉末に、希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等の焼結助剤を添加、混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調製する。次いで、この原料粉末に有機バインダおよび分散媒を添加、混合してペースト化し、このペーストをドクターブレード法によって、あるいは原料粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等によって、所定の厚みのグリーンシートを作製する。その後、所定枚数のシート状成形体を位置合わせして積層圧着した後、この積層体を、たとえば非酸化性雰囲気中、焼成最高温度が１２００℃〜１５００℃の温度で焼成して、目的とするセラミック製の反応器本体１を得る。なお、粉末成形プレス法であってもよい。
【００１６】
反応器本体１に適用可能なガラスセラミックスとしては、ガラス成分とフィラー成分とが挙げられる。ガラス成分としては、たとえばＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭＯ系（但し、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は同一または異なってＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ１Ｏ−Ｍ２Ｏ系（但し、Ｍ１およびＭ２は前記と同じである）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｍ３２Ｏ系（但し、Ｍ３は前記と同じである）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。
【００１７】
また、フィラー成分としては、たとえばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（たとえばスピネル、ムライト、コージェライト）等が挙げられる。
【００１８】
一方、反応器本体１が金属材料から成る場合は、切削法、プレス法、ＭＩＭ（Metal 
Injection Mold）法等によって所定の形状に形成される。
【００１９】
また、反応器本体１は、反応器１０の小型化および低背化を図るために、厚さを薄くするのが好ましいが、強度を維持するため、機械的強度である曲げ強度は２００ＭＰａ以上とするのが好ましい。たとえば、曲げ強度が２００ＭＰａ以上の場合には、反応器本体１の機械的強度が充分となり、反応器本体１に荷重が加わった際に破壊することを抑制できる。
【００２０】
反応器本体1は、排出孔２を形成し、壁部３および触媒（図示せず）を収納することができればよく、たとえば、凹部を有するベース体と板状体とを接合した構造であってもよく、あるいは板状体と断面凹状のベース体とを接合した構造であってもよい。
【００２１】
たとえば、反応器本体１が全て金属部材から成る場合、反応器本体１を構成するため、他の板状体を重ねた構成であってもよい。また、図２の断面図に示すように、断面凹状の蓋体８と板状の基体９とを接合する場合には、内部空間４を気密に封止するため、半田または金属ロウ材等で接合する方法を用いてもよく、シームウェルド、電子ビーム溶接またはレーザ溶接などのその他の方法が採用されてもよい。
【００２２】
ロウ材によって接合する場合は、基体９および蓋体８のいずれかに予めロウ材を溶着させておくか、あるいは金型等を用いて打ち抜き加工等で枠状に形成したロウ材を基体９と蓋体８との間に載置した後、封止炉あるいはシーム溶接法によって接合するようにしてもよい。
【００２３】
反応器１０は、反応器本体１の内面５に反応触媒を担持し、反応触媒と反応器本体１内へ導入された原料物質との化学反応によって反応生成物を生成する。なお、原料物質を反応器本体１内へ供給するためには、後述する排出孔２と同様の手法により、反応器本体１の内外を挿通する供給孔（不図示）を設ければよい。
【００２４】
反応器本体１の内面５は、耐食性、耐熱性および反応触媒の担持強度の少なくとも１つを向上させるために被覆コーティングされていてもよい。
【００２５】
反応器本体１には、反応器本体１の内外を挿通する排出孔２が形成され、反応器本体１内で生成した反応生成物は、この排出孔２から反応器本体１の外部へ排出される。この排出孔２は、反応器本体１内部で生成された反応生成物を反応器本体１外部へ排出する働きがある。
【００２６】
排出孔２は、切削工具類や、レーザ加工機等を用いて基体９の基材を穿孔加工して形成されてもよく、またセラミックスのグリーンシート状の材料をプレス加工で打ち抜いた後、単層または複数を積層して焼成してもよい。さらに、基体９に下穴としての孔を形成した後、パイプ状部材を埋め込むか、接続して、パイプ状の部材の中央孔を排出孔２としてもよい。
【００２７】
パイプ状部材は、たとえばＦｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系、またはＳＵＳ等の金属材料、Ａｌ２Ｏ３質焼結体、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２質焼結体、ＳｉＣ質焼結体、ＡｌＮ質焼結体、Ｓｉ３Ｎ４質焼結体、またはガラスセラミック焼結体等のセラミック材料、もしくはポリイミド等の高耐熱の樹脂材料によって形成されてもよい。
【００２８】
基体９に形成した下穴の孔とパイプ状部材との接合方法としては、反応器本体１やパイプ状部材の材料に応じて適宜選択すればよく、超音波接合、熱溶着、圧着、樹脂接着剤による接着、Ａｕ−ＳｉまたはＡｇ−Ｃｕ等のロウ材による接合、硼珪酸ガラス等のガラスによる接合、および同時焼結等の各種方法を適宜選択して採用することができる。
【００２９】
排出孔２の形状としては、通常は軸直角断面が円形の直円筒状とすればよいが、これに限定されない。すなわち、円形の他には、楕円形や、管内の流体の流れが阻害されないように、排出孔２の周囲を面取りした形状のものが挙げられる。
【００３０】
壁部３は、排出孔２の周囲に近接して、たとえばガス流の流れ方向上流側にだけ設けられる。このような壁部３を排出孔２に近接して設けることによって、反応器本体１から剥離した反応触媒が排出孔２を塞ぎ、反応器本体１内で生成された反応生成物が排出孔２を通じて反応器本体１から外部へ排出される際に阻害されることを防止することができる。
【００３１】
壁部３は、排出孔２の周囲を取り囲むように設けられることによって、反応器本体１の内面５から剥離した反応触媒が排出孔２を塞ぐことを防止する効果をさらに高めることができる。
【００３２】
さらに、壁部３は、空隙を有する部材から成ることがさらに好ましい。反応器本体１内で生成したたとえばガス体の反応生成物が壁部３を透過できるため、原料物の供給時の圧力損失が増大することを防止でき、その結果、反応器１０への原料物質の供給が滞り、反応・生成が阻害されることを防止することができる。また、壁部３が空隙を有する部材から成ることによって、反応器本体１の内面５から剥離した反応触媒の一部が壁部３内部に入り込むことが可能となり、壁部３内部でも化学反応が生じ、反応器１０内での化学反応を更に高め、反応生成物の収率を向上することができる。
【００３３】
さらに、壁部３の外側部位の空隙率よりも内側部位の空隙率を低くすることによって、反応触媒が壁部３内部に過度に入り込むことを防止でき、反応器本体１から剥離した大径の反応触媒が排出孔２を塞ぐことを、より一層防止することができる。
【００３４】
図３は、本発明に実施の他の形態の反応器に備えられる壁部３を示す断面図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態の壁部３は、流体の流れ方向Ａに沿って、空隙率が大の壁部３ａと、空隙率が小の壁部３ｂと同一軸線上に接合して構成される。本発明の実施のさらに他の形態では、壁部３において、空隙率が大の壁部３ａから空隙率が小の壁部３ｂに向かって徐々に空隙率を下げてもよく、さらに壁体３の軸線に沿って空隙率が大小組み合わされて構成されてもよい。
【００３５】
図４は、本発明の実施のさらに他の形態の反応器に備えられる壁部３を示す拡大断面図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態の壁部３は、外側部位である外側壁部３ａの空隙率よりも内側部位である内側壁部３ｂの空隙率が低く構成される。
【００３６】
本発明の実施のさらに他の形態では、空隙を有する部材の空隙の内径が反応触媒の粉体粒径よりも小さくすることによって、反応触媒が壁部３内に過度に入り込むことを防止することができる。
【００３７】
図５は、本発明の実施のさらに他の形態の反応器１０ｂを示す断面図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態の反応器１０ｂには、排出孔２を、その軸方向に平面視で排出孔２を覆うように、壁部３の上端面に上方（図５の上方）に所定距離だけ離間させて遮蔽板１１が設けられる。このような遮蔽板１１によって、反応器１０ｂの姿勢が上下に反転しても、反応器本体１から剥離した大径の反応触媒が排出孔２を塞ぐことを防止することができ、結果、反応生成したガス体を反応器１０ｂの外に排出することができる。
【００３８】
以上のように本実施の各形態によれば、次のような効果を奏することができる。
反応器１０内に壁部３が排出孔２の周囲を取り囲むように設けられるので、反応器本体１から剥離した反応触媒が排出孔２を塞ぐことを防止する働きをさらに高めることができる。
【００３９】
また、反応器１０内の壁部３は空隙を有する部材から成るので、反応生成したガス体の透過を阻害することなく、反応器本体１から剥離した大径の反応触媒が排出孔２を塞ぐことを防止することができるとともに、小径の反応触媒は空隙を有する部材の内部に入り込むことが可能なことから、壁部３での化学反応もおこり、反応器１０内での化学反応をさらに高め、反応生成物の収率を高めることができる。
【００４０】
また、反応器１０内の壁部３は、その下方に向かって空隙率が低くなるので、反応生成したガス体の透過を阻害することなく、反応器本体１から剥離した大径の反応触媒が排出孔２を塞ぐことを防止する働きをさらに高めることができる。
【００４１】
また、反応器１０内の壁部３は、その壁部３の外側部位の空隙率よりも内側部位の空隙率を低くすることによって、反応生成したガス体の透過を阻害し、圧力損失が増大することによって、反応器１０への原料物質の供給が滞り、反応生成が阻害されることを防止することができる。
【００４２】
また、反応器１０内の壁部３は、空隙を有する部材の空隙の内径が反応触媒の粉体の粒径よりも小さいので、反応器本体１から剥離した反応触媒が部材内部に大量に入り込むことを防止することができ、反応生成したガス体の透過が阻害されることを防止することができる。
【００４３】
また、反応器１０ｂは、排出孔２を覆うように設けられた遮蔽板１１を有するので、反応器１０ｂの姿勢が上下に反転した場合でああっても、反応器本体１から剥離した大径の反応触媒が排出孔２を塞ぐことを防止することができ、反応生成したガス体を確実に反応器１０ｂの外に排出することができる。
【００４４】
本発明は、以上の実施の各形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の一形態の反応器を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の他の形態の反応器を示す断面図である。
【図３】本発明に実施の他の形態の反応器に備えられる壁部を示す断面図である。
【図４】本発明の実施のさらに他の形態の反応器に備えられる壁部を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の実施のさらに他の形態の反応器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  反応器本体
２  排出孔
３  壁部
４  内部空間
５  内面
６  底部
７  底面
８  蓋体
９  基体
１０，１０ａ，１０ｂ  反応器
１１  遮蔽板
【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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