JPH066955U - プレートフィン式反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応器に係り、プレートフィン方式を採用す
ることにより、伝熱面積の拡大、耐圧性の向上、反応効
率の向上等を図る。 【構成】 複数の隔離板と波形状フィンとを交互に積層
状態として、高温流体を挿通する高温流路と、粒状の触
媒を充填してなる反応流路とを積層方向に交互に配設し
てなり、反応流路の波形状フィンに配設された複数の流
体挿通孔を貫通する方向に反応流体を挿通させる構成で
あり、波形状フィンの表面が反応流路に沿って配される
ことを回避して、波形状フィンの表面と触媒との接触部
分に形成され易いリークパスの発生を防止する。また、
反応流路を上下方向に配することにより、触媒の上方に
形成される隙間がリークパスを構成することを回避す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、プレートフィン式反応器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、水素ガス等の燃料を生成する反応器としては、シェルアンドチューブ方 式のものが一般に知られている。この反応器は、二重管状に形成された反応流路 内に触媒を充填して構成した反応管をシェル内に複数配置してなり、該シェル内 に高温流体を挿通させることにより触媒を加熱して、触媒による反応を活発化さ せるものであり、その構造上、耐圧性に優れるという利点を有しているが、その 反面、伝熱面積を大きく確保するために、装置自体の大きさを大きくしなければ ならないという不都合がある。

【０００３】 一方、熱交換器の分野においては、耐圧性、省スペースを達成し、かつ、伝熱 効率を向上する熱交換器として、平行間隔を空けて配される隔離板の間に波形状 フィンを配設することにより複数の熱交換流路を積層状態に構成するプレートフ ィン方式の熱交換器が知られている。

【０００４】 そして、このプレートフィン方式を反応器に採用することにより、省スペース かつ高反応効率の反応器を構成することが考えられている。

【０００５】

【考案が解決しようとする問題点】

しかしながら、このようなプレートフィン方式の反応器を構成するためには、 波形状フィンで区切られた熱交換流路内に触媒を充填する方法が考えられるが、 触媒は通常粒状に形成されているため、波形状フィンの壁面とそれに接触する触 媒との間に反応流体が挿通する一定の流路（リークパス）が形成されやすいとい う欠点がある。このリークパスが形成された場合であると、反応流体に接触する 触媒が、反応流路全体のうちの一部の触媒に限られることになり、反応効率の低 下をもたらすとともに、触媒の部分的な劣化をもたらして触媒の交換周期が短縮 され経済性が低下するという問題点が考えられる。

【０００６】 本考案は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、プレートフィン方式 を採用することにより、伝熱面積の拡大、耐圧性の向上、反応効率の向上等を図 ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、次の２つの手段を提案している。 第１の手段は、平行間隔を空けて配される複数の隔離板とその間に配される波 形状フィンとを積層状態として、高温流体を挿通する高温流路と、粒状の触媒を 充填してなる反応流路とを積層方向に交互に配設してなり、該反応流路の波形状 フィンには、流体挿通孔が複数配設され、該流体挿通孔を貫通する方向に反応流 体が挿通させられるプレートフィン式反応器を提案している。 第２の手段は、反応流路が上下方向に沿って配設されているプレートフィン式 反応器を提案している。

【０００８】

【作用】

第１の手段に係るプレートフィン式反応器によれば、反応流路に反応流体を挿 通させ、かつ、高温流路に高温流体を挿通させることにより、高温流体から反応 流路に充填された触媒を加熱して、触媒と反応流体との反応を活発化させる。反 応流路に進入した原料となる流体は、波形状フィンに設けられた流体挿通孔を貫 通する方向に挿通させられることにより波形状フィンの壁面と触媒との接触部分 に形成され易いリークパスを形成することなく触媒の周囲に均一に挿通させられ ることになる。 第２の手段に係るプレートフィン式反応器によれば、反応流路が上下方向に沿 って配設されることによって、波形状フィン内に配される触媒が、その下方に配 される波形状フィンの壁面に載置され、反応流体の挿通面積を埋めるように分布 するので、触媒の充填量が少ない場合に触媒との上方に形成される隙間がリーク パスとならないように構成することができる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案に係るプレートフィン式反応器の一実施例について、図１および 図２を参照して説明する。これら各図において、符号１０は反応器（プレートフ ィン式反応器）、１１は側板、１２は隔離板、１３Ａ・１３Ｂは波形状フィン、 １３ａはリブ部材、１４は流体挿通孔、１５は反応流路、１６は高温流路、１７ は反応流路入口ヘッダ、１８は反応流路出口ヘッダ、１９は触媒、２０は小空間 、２１は高温流路入口ヘッダ、２２は高温流路出口ヘッダである。

【００１０】 本実施例の反応器１０は、平行間隔を空けて配される２枚の側板１１の間に複 数の隔離板１２と複数の波形状フィン１３Ａ・１３Ｂとを交互に積層状態として 複数並列に形成された流路を有している。この流路は、原料となる反応流体（例 えば、メタンガスと水蒸気の混合気体）を挿通させて燃料となる水素を生成する 反応流路１５と、高温流体を挿通させる高温流路１６とからなり、該反応流路１ ５と高温流路１６とは、交互に積層状態に配されている。

【００１１】 反応流路１５は、図１に示すように、反応器１０の長手方向に沿って直線状に 流体を挿通させるように形成されており、その両端に、反応流路入口ヘッダ１７ および反応流路出口ヘッダ１８が配設されている。該反応流路１５には、図２に 示すように、波形状フィン１３Ａがその凹凸を上下方向に並べるように配設され ており、該波形状フィン１３Ａが、隔離板１２を連結するリブ部材１３ａを構成 するとともに、該リブ部材１３ａによって、反応流路１５の内部が上下方向に配 列する複数の小空間２０に区画されている。

【００１２】 反応流路１５を区画して形成された複数の小空間２０には、反応流体を水素に 改質する触媒１９がそれぞれ充填されている。該触媒１９は、例えばニッケルの 粉末をセラミックで粒状に固めて平均粒径が約３ｍｍとなるように成形されたも のであり、それぞれの小空間２０を仕切るリブ部材１３ａの上面に該リブ部材１ ３ａを覆うように載置され、反応流体の流通面積全体に分布させられるようにな っている。

【００１３】 小空間２０を仕切るリブ部材１３ａには、複数の流体挿通孔１４が穿孔されて いる。該流体挿通孔１４は、触媒１９の外形寸法より小さい口径（例えば直径約 ２ｍｍ）に形成されており、触媒１９を小空間２０内に保持するとともに、該流 体挿通孔１４に反応流体を挿通させることによって、反応器１０の下部に配され る反応流体入口ヘッダ１７から反応器１０上部に配される反応流体出口ヘッダ１ ８まで、反応流体を導くことができるようになっている。

【００１４】 一方、高温流路１６は、前記反応流路出口ヘッダ１８側方に配設される高温流 路入口ヘッダ２１と、前記反応流路入口ヘッダ１７の側方に配置される高温流体 出口ヘッダ２２とを連通状態とする流路であって、高温流体入口ヘッダ２１に進 入した高温流体を前記反応流路１５と直交する方向から進入させ、図１に破線で 示すように、途中位置にて流通方向を直角に変えて反応流路１５の長手方向に沿 って流通させる。この反応流路１５の長手方向に沿う部分の高温流路１６におい て反応流路１５の触媒１９が主に加熱させられることになるが、この部分におい て高温流体と反応流体との流通方向は互いに逆行する方向になっており、挿通の 間に加熱させられる反応流体と、挿通の間に冷却させられる高温流体との温度差 を均一化して、反応器１０各部における伝熱特性の均一化が図られている。そし て、高温流体は、その後に、反応流路１５の終端付近で再度流通方向を直角に変 更されて高温流体出口ヘッダ２２に合流させられるようになっている。

【００１５】 このように構成された反応器１０を使用して水素ガスを生成するには、高温流 路入口ヘッダ２１から高温流体（例えば７００℃から８００℃）を注入して高温 流路１６内部を挿通させると同時に、反応流路入口ヘッダ１７から反応流体を流 入させて反応流路１５内部を挿通させることにより、高温流体によって触媒１９ を加熱して原料との反応を促進させる。

【００１６】 ここで、反応流路入口ヘッダ１７に流入した反応流体は、該反応流路入口ヘッ ダ１７に並列状態に接続された各反応流路１５に分配され、該反応流路１５を図 １に実線で示す方向に挿通させられた後に反応流路出口ヘッダ１８において合流 させられて外部に排出される。反応流体は、反応流路１５を流通させられる際に 、その内部に配された触媒１９の周囲を挿通させられることになるが、波形状フ ィン１３Ａがその凹凸を流通方向に沿って配列し、かつ、該波形状フィン１３Ａ に設けられた流体挿通孔１４を通して反応流体が流通させられるので、波形状フ ィン１３Ａの表面が反応流路１５に沿って配されることがなく、波形状フィン１ ３Ａの表面と触媒１９との接触部分に形成されやすいリークパスの発生を防止す ることができる。しかも、反応流路１５が上下方向に反応流体を挿通させるよう に配置されるので、小空間２０に充填される触媒１９が小空間２０の容積より少 ない場合に触媒１９の上方に形成される隙間が、反応流体の挿通方向に沿って形 成されることがないので、該隙間によって構成されるリークパスの発生をも防止 することができることになる。

【００１７】 〈他の実施態様〉 なお、本考案に係る反応器１０にあっては、次の技術を採用することができる 。 反応流路１５に配される波形状フィン１３Ａに穿孔することによって形成 される流体挿通孔１４にかえて、金網、あるいは、グレーティング等を使用する こと。 ニッケルをセラミックで固めて粒状とした触媒１９に代えて他の任意の触 媒を使用すること。 任意の高温流体および反応流体を使用すること。 流体挿通孔の形状を任意の形状とすること。

【００１８】

【考案の効果】

以上、説明したように、本考案に係る第１の手段によるプレートフィン式反応 器は、複数の隔離板と波形状フィンとを交互に積層状態として、高温流体を挿通 する高温流路と、粒状の触媒を充填してなる反応流路とを積層方向に交互に配設 してなり、反応流路の波形状フィンに配設された複数の流体挿通孔を貫通する方 向に反応流体を挿通させる構成であるので、以下の効果を奏する。 （１） 隔離板と波形状フィンとを積層するプレートフィン方式とすることによ って各流路を挿通する流体の圧力に対する耐圧性を向上し、かつ、積層構造およ び波形状フィンによって伝熱効率を向上してコンパクトな反応器を構成すること ができる。 （２） 波形状フィンの表面を反応流路に沿って配することを回避して、波形状 フィンの表面と触媒との接触部分におけるリークパスの形成を防止することによ り、反応流体を触媒の周囲に均一に挿通させて反応効率の向上を図ることができ る。 本考案に係る第２の手段によるプレートフィン式反応器によると、反応流路が 上下方向に沿って配設されているので、第１の手段の効果に加えて、触媒の上方 に形成される隙間が、反応流路に沿うリークパスを形成することを回避すること ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る反応器の一実施例を示す一部を破
断した正面図である。

【図２】図１の反応器の内部構造を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 反応器（プレートフィン式反応器） １１ 側板 １２ 隔離板 １３Ａ・１３Ｂ 波形状フィン １３ａ リブ部材 １４ 流体挿通孔 １５ 反応流路 １６ 高温流路 １７ 反応流路入口ヘッダ １８ 反応流路出口ヘッダ １９ 触媒 ２０ 小空間 ２１ 高温流路入口ヘッダ ２２ 高温流路出口ヘッダ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行間隔を空けて配される複数の隔離板
   とその間に配される波形状フィンとを積層状態として、
   高温流体を挿通する高温流路と、粒状の触媒を充填して
   なる反応流路とを積層方向に交互に配設してなり、該反
   応流路の波形状フィンには、流体挿通孔が複数配設さ
   れ、該流体挿通孔を貫通する方向に反応流体が挿通させ
   られることを特徴とするプレートフィン式反応器。
2. 【請求項２】 反応流路が上下方向に沿って配設されて
   いることを特徴とする請求項１記載のプレートフィン式
   反応器。