特許 6988209 流体分散器及び流体分散装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6988209

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】流体分散器及び流体分散装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 4/00 20060101AFI20211220BHJP

   F28F 9/22 20060101ALI20211220BHJP

   B01J 19/26 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   B01J4/00 102

   F28F9/22

   B01J19/26

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-135286(P2017-135286)

(22)【出願日】2017年7月11日

(65)【公開番号】特開2019-13912(P2019-13912A)

(43)【公開日】2019年1月31日

【審査請求日】2020年6月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】角田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】坂倉 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】本間 信之

(72)【発明者】

【氏名】鶴ヶ谷 高平

【審査官】 中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−３３４２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０９５９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１１２３８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−２８３５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２４０７２２４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５１０７９２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２０３７１７５（ＥＰ，Ａ２）

【文献】 米国特許第０４６３０７７６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ３／００、５３／００−９６

Ｂ０１Ｊ ４／００、８／００−１２／００、１９／２４−２６

Ｆ２８Ｆ ９／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路内に設置され、上流側に面する第１表面の中心領域に当該中心領域を一方の主平面として含む第１壁部を有し、前記第１壁部の周囲に上流側から下流側へ流体を流通可能とする複数の孔を有する板体と、
前記第１表面から一端が突出するように設けられ、前記第１表面の前記中心領域から外縁部に向けて延びる直線に交差する内面を有する第２壁部と、
を有する流体分散器。

【請求項2】

前記第１表面に対して平行に切った前記第２壁部の断面形状は、前記第１表面の前記中心領域を中心基準とした環状である請求項１に記載の流体分散器。

【請求項3】

前記第２壁部の高さは、前記板体に設けられている前記孔の開口径よりも小さい請求項１又は２に記載の流体分散器。

【請求項4】

前記第１表面とは反対側となる前記板体の第２表面に設けられ、前記第２表面の中心領域から外縁部に向けて延びる直線に交差する内面を有する第３壁部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体分散器。

【請求項5】

前記第２表面に対して平行に切った前記第３壁部の断面形状は、前記第２表面の前記中心領域を中心基準とした環状である請求項４に記載の流体分散器。

【請求項6】

前記第３壁部の高さは、前記第２壁部の高さよりも高い請求項４又は５に記載の流体分散器。

【請求項7】

前記第３壁部の内径は、前記第２壁部の内径と同一、又は、前記第２壁部の内径よりも大きい請求項４乃至６のいずれか１項に記載の流体分散器。

【請求項8】

前記第２表面に設けられ、前記第２表面の中心領域から外縁部に向けて延びる直線に交差する内面を有する第４壁部を有し、
前記第４壁部の外径は、前記第２壁部及び前記第３壁部のいずれの内径よりも小さい、請求項４乃至７のいずれか１項に記載の流体分散器。

【請求項9】

下流側の流路径が上流側の流路径よりも大きくなる内曲面を有する筒状部と、
前記筒状部に設置され、前記流路内に前記流体を流入させる開口部と、
前記流路内に設置される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体分散器と、
を有し、
前記流体分散器の前記第１壁部は、前記開口部の開口に対向し、
前記流体分散器の前記第２壁部は、前記内曲面に向けて突出する、
流体分散装置。

【請求項10】

上流側から下流側へ前記流体を流通可能とする複数の孔を有する多孔板を有し、
前記多孔板は、前記流路内において、前記流体分散器の前記板体と平行に、かつ、前記流体分散器よりも下流側に設置される、
請求項９に記載の流体分散装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体分散器及びそれを用いた流体分散装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、反応装置や熱交換器などの熱処理装置や、圧力容器において、流入した流体を、下流側に設置されている複数の流路などに向けて分散させる分散板が用いられている。特許文献１は、流入した排気再循環ガスを、下流側に設置されている複数の伝熱管に向けて分散させる複数の多孔板を有する熱交換器を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１７０２７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されているような多孔板に対して流体が正面から衝突すると、その流体は、すぐには多孔板に形成されている孔を通過せず、多孔板の表面に沿って流れる。そして、多孔板の表面を流れる流体は、多孔板を収容している容器の内壁に近接している多孔板の外縁部近傍に集中し、圧力が上昇することで、多孔板の外縁部の孔や、多孔板の外縁部と容器の内壁との間の隙間から、流体が下流側へと通り抜けていく。したがって、実際には、流速分布が多孔板の外縁部に偏っており、多孔板が流体をバランスよく分散させているとは言い難い。

【0005】

そこで、本発明は、流体の分散性を向上させるのに有利な流体分散器及び流体分散装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によれば、流体分散器は、流路内に設置され、上流側に面する第１表面の中心領域に当該中心領域を一方の主平面として含む第１壁部を有し、第１壁部の周囲に上流側から下流側へ流体を流通可能とする複数の孔を有する板体と、第１表面から一端が突出するように設けられ、第１表面の中心領域から外縁部に向けて延びる直線に交差する内面を有する第２壁部と、を有する。

【0007】

また、上記の流体分散器において、第１表面に対して平行に切った第２壁部の断面形状は、第１表面の中心領域を中心基準とした環状であるものとしてもよい。第２壁部の高さは、板体に設けられている孔の開口径よりも小さいものとしてもよい。第１表面とは反対側となる板体の第２表面に設けられ、第２表面の中心領域から外縁部に向けて延びる直線に交差する内面を有する第３壁部を有するものとしてもよい。第２表面に対して平行に切った第３壁部の断面形状は、第２表面の中心領域を中心基準とした環状であるものとしてもよい。第３壁部の高さは、第２壁部の高さよりも高いものとしてもよい。第３壁部の内径は、第２壁部の内径と同一、又は、第２壁部の内径よりも大きいものとしてもよい。また、第２表面に設けられ、第２表面の中心領域から外縁部に向けて延びる直線に交差する内面を有する第４壁部を有し、第４壁部の外径は、第２壁部及び第３壁部のいずれの内径よりも小さいものとしてもよい。

【0008】

また、本発明の一態様によれば、流体分散装置は、下流側の流路径が上流側の流路径よりも大きくなる内曲面を有する筒状部と、筒状部に設置され、流路内に流体を流入させる開口部と、流路内に設置される上記の流体分散器と、を有し、流体分散器の第１壁部は、開口部の開口に対向し、流体分散器の第２壁部は、内曲面に向けて突出する。

【0009】

また、上記の流体分散装置において、上流側から下流側へ流体を流通可能とする複数の孔を有する多孔板を有し、多孔板は、流路内において、流体分散器の板体と平行に、かつ、流体分散器よりも下流側に設置されるものとしてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、流体の分散性を向上させるのに有利な流体分散器及び流体分散装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る流体分散装置の構成を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る流体分散器の構成を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る流体分散器の構成条件を説明する図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る流体分散器の寸法条件を説明する図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係る流体分散器の構成を示す図である。

【図6】比較例としての流体分散装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、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。以下の実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は、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。また、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については、図示を省略する。さらに、以下の各図では、流体分散器において、多数の孔が形成されている板体の表面と平行にＸＹ平面を取り、ＸＹ平面に対して垂直となる孔の貫通方向にＺ方向を取る。

【0013】

図１は、本発明の一実施形態に係る流体分散装置１２０の一部の構成を示す斜視図である。本発明の流体分散装置は、例えば、反応装置や熱交換器などの熱処理装置や、圧力容器に採用され得る装置であり、流入した流体を、下流側に設置されている複数の流路などに向けて分散させる。本実施形態では、一例として、流体分散装置が反応装置に設置される場合を想定する。ここで、反応装置とは、反応流体と熱媒体との熱交換を利用し、反応体としての反応原料を含んだ気体又は液体の反応流体を加熱又は冷却することで反応体の反応を進行させて、所望の生成物を得る装置をいう。

【0014】

反応装置１００は、本体部としての熱交換部１１０と、流体を熱交換部１１０に導入する流体導入部としての流体分散装置１２０とを含む。なお、流体分散装置１２０に流入される流体は、反応装置１００の構成により、反応流体となる場合も熱媒体となる場合もあるが、ここでは、反応流体であるものとする。

【0015】

熱交換部１１０は、反応流体に含まれる原料ガスから生成物を生成する。熱交換部１１０は、複数の第１伝熱体と、複数の第２伝熱体とを含む。第１伝熱体及び第２伝熱体は、それぞれ、耐熱性の高い熱伝導性素材で形成された平板状部材である。第１伝熱体と第２伝熱体とは、交互に積層されて、全体として直方体状の熱交換部１１０を形成する。

【0016】

第１伝熱体は、Ｙ方向に一列に並ぶ複数の第１流路を有する。第１流路は、流体分散装置１２０を通じて導入された反応流体が流通する反応流路となる管内流路である。第１流路の入口側の開口１３０は、それぞれ、流体分散装置１２０側の第３空間Ｓ３に面した管の先端部の開口に相当する。また、第１流路の出口側の開口は、不図示であるが、熱交換部１１０の別位置に設けられており、生成された生成物等を熱交換部１１０の外部へ排出する。

【0017】

第２伝熱体は、Ｙ方向に一列に並ぶ複数の第２流路を有する。第２流路は、熱媒体が流通する熱媒体流路となる管内流路である。第２流路の入口側の開口は、不図示であるが、それぞれ、流体分散装置１２０とはＺ方向で反対側に面するように設けられており、流体分散装置１２０の筒状部１４０と類似形状の熱媒体導入部を通じて熱媒体を導入する。また、第２流路の出口側の開口は、不図示であるが、熱交換部１１０の別位置に設けられており、第２流路を通過し終えた熱媒体を熱交換部１１０の外部へ排出する。

【0018】

熱交換部１１０は、このように、第１流路内の反応流体と第２流路内の熱媒体とが互いに反対方向に流れる対向流型の構造を有する。そして、第１流路では、第２流路を流通する熱媒体から供給された熱を受容して原料ガスが反応し、生成物が生成される。

【0019】

流体分散装置１２０は、筒状部１４０と、それぞれ筒状部１４０の内部に設置される、本発明の一実施形態に係る流体分散器１０と、多孔板１５０とを有する。

【0020】

筒状部１４０は、互いにＺ方向で対向する２つの開口を有し、その内部空間を反応流体の流路とする部材である。特に、一方の開口が、反応流体を導入する第１開口部１４０ａであり、他方の開口が、熱交換部１１０に向けて反応流体を導出する第２開口部１４０ｂである。Ｚ方向に沿った軸を中心軸とすると、中心軸に対して垂直となるＸＹ平面で切った筒状部１４０の断面形状は環状となる。ただし、筒状部１４０の内径である流路径は、上流側から下流側に進むにつれて徐々に大きくなる。特に、第１開口部１４０ａにおける流路径が最小であり、第２開口部１４０ｂにおける流路径が最大である。すなわち、筒状部１４０は、下流側の流路径が上流側の流路径よりも大きい内曲面１４０ｃを有する。

【0021】

第１開口部１４０ａは、不図示であるが、反応装置１００の外部に設置されている反応流体供給部に供給配管を介して接続されている。したがって、第１開口部１４０ａの内径は、供給配管の管径におおよそ合わせて設定されている。一方、第２開口部１４０ｂは、複数の開口１３０が形成されている熱交換部１１０の側面をすべて覆う程度の内径を有する。これにより、筒状部１４０の内部には、熱交換部１１０の反応流体導入側の側面に面する密閉された空間が形成される。

【0022】

なお、筒状部１４０は、熱交換部１１０に対して着脱可能又は開閉可能に設置される。この着脱等により、筒状部１４０の内部空間に、流体分散器１０及び多孔板１５０を設置することができる。また、熱交換部１１０の第１流路内には、反応に寄与する触媒体が別途設置される場合があるが、この着脱等により、作業者が第１流路に対する触媒体の挿入や抜き出しを行うことができる。

【0023】

図２は、流体分散器１０の構成を示す斜視図である。このうち、図２（ａ）は、流体分散器１０の反応流体が突き当たる側を見た図である。一方、図２（ｂ）は、流体分散器１０の反応流体が放出される側を見た図である。

【0024】

流体分散器１０は、まず、円板状の板体１２を有する。板体１２は、円形である表裏の主表面を有する。以下、筒状部１４０の流路内に設置されたときに反応流体が突き当たる側、すなわち、上流側に面する側の主表面を第１表面１２ａとする。一方、筒状部１４０の流路内に設置されたときに反応流体が放出される側、すなわち、下流側に面する側の主表面を第２表面１２ｂとする。板体１２は、それぞれ、第１表面１２ａと第２表面１２ｂとで貫通し、上流側から下流側へ反応流体を流通可能とする複数の孔１２ｃを有する。ただし、孔１２ｃは、板体１２の主平面全体に形成されてはおらず、特に主平面の中心領域には形成されていない。以下、孔１２ｃが形成されていない板体１２の中心領域の部分を第１壁部１２ｄと表記する。

【0025】

また、流体分散器１０は、第１表面１２ａに設けられる第２壁部１４を有する。本実施形態では、第２壁部１４は、板体１２の中心領域を中心基準として設置される環状部材である。第２壁部１４は、板体１２とは別に製作され、板体１２に対して、溶接や接着等により固定され得る。ただし、板体１２と第２壁部１４とは、予め一体として製作されてもよい。なお、第２壁部１４を規定する条件などについては、以下で詳説する。

【0026】

さらに、流体分散器１０は、それぞれ、第２表面１２ｂに設けられる第３壁部１６及び第４壁部１８を有する。本実施形態では、第３壁部１６及び第４壁部１８は、ともに、板体１２の中心領域を中心基準として設置される環状部材である。また、第３壁部１６の内径は、第４壁部１８の外径よりも大きい。第３壁部１６及び第４壁部１８も、板体１２とは別に製作され、板体１２に対して、溶接や接着等により固定されてもよいし、板体１２と第３壁部１６及び第４壁部１８とは、予め一体として製作されてもよい。なお、第３壁部１６及び第４壁部１８を規定する条件などについては、以下で詳説する。

【0027】

図３は、流体分散器１０の構成条件を説明するための平面図である。このうち、図３（ａ）は、流体分散器１０の第１表面１２ａ側を見た図である。一方、図３（ｂ）は、流体分散器１０の第２表面１２ｂ側を見た図である。

【0028】

第２壁部１４は、図３（ａ）に示すように、第１表面１２ａの中心領域から外縁部に向けて延びる直線ＬＮに交差する内面１４ａを有する。例えば、ここでいう中心領域を、第１表面１２ａの重心点Ｐ_０とする。重心点Ｐ_０から外縁部に向けて放射状に延びる直線ＬＮは、第２壁部１４のいずれかの部分に突き当たる必要がある。本実施形態では、第２壁部１４のＸＹ平面で切った断面形状が環状であるから、直線ＬＮが重心点Ｐ_０からＸＹ平面内のどの方向の外縁部に向けて延びたとしても、必ず第２壁部１４の内面１４ａに突き当たり、交点Ｐ_１で交差することになる。

【0029】

第３壁部１６及び第４壁部１８についても、図３（ｂ）に示すように、上記の第２壁部１４に関する条件と同様の条件を満たすことが望ましい。例えば、第３壁部１６は、板体１２の中心領域から外縁部に向けて延びる直線ＬＮに交点Ｐ_２で交差する内面１６ａを有するものとする。同様に、第４壁部１８も、板体１２の中心領域から外縁部に向けて延びる直線ＬＮに交点Ｐ_３で交差する内面１８ａを有するものとする。

【0030】

図４は、流体分散器１０の寸法条件を説明するための側面及び断面図である。板体１２について、外径はＤであり、厚さはｔ_０である。板体１２に形成されている孔１２ｃの開口径は、それぞれｄ_０である。第２壁部１４について、壁部の厚さはｔ_１であり、内径はｄ_１であり、第１表面１２ａからの高さはＬ_１である。第３壁部１６について、壁部の厚さはｔ_２であり、内径はｄ_２であり、第２表面１２ｂからの高さはＬ_２である。また、第４壁部１８について、壁部の厚さはｔ_３であり、内径はｄ_３であり、第２表面１２ｂからの高さは、第３壁部１６と同様にＬ_２である。ここで、各壁部の厚さｔ_１，ｔ_２，ｔ_３については、特に限定するものではないが、多くの孔１２ｃを塞ぐことのないように、孔１２ｃの開口径ｄ_０よりも小さいことが望ましい。なお、これらの定義を用いた流体分散器１０の各条件については、流体分散器１０及び流体分散装置１２０の作用と併せて後述する。

【0031】

また、多孔板１５０は、上流側から下流側へ反応流体を流通可能とする複数の孔１５０ａを有する流体分散板である。特に、多孔板１５０は、図１に示すように、筒状部１４０の流路内において、流体分散器１０の板体１２と平行となり、かつ、流体分散器１０よりも下流側に設置される。多孔板１５０の外径は、設置される流路内の位置により、筒状部１４０に接しない程度に、筒状部１４０の内径と同等とし得る。多孔板１５０の厚さも、流体分散器１０の板体１２の厚さｔ_０と同等とし得る。また、多孔板１５０に形成されている孔１５０ａの開口径も、流体分散器１０の板体１２に形成されている孔１２ｃの開口径と同等とし得る。

【0032】

筒状部１４０の流路内には、流体分散器１０と、多孔板１５０との存在により、３つの空間が形成される。具体的には、第１開口部１４０ａと流体分散器１０との間の空間が第１空間Ｓ１であり、流体分散器１０と多孔板１５０との間の空間が第２空間Ｓ２であり、そして、多孔板１５０と第２開口部１４０ｂとの間の空間が第３空間Ｓ３である。

【0033】

次に、本実施形態による作用について、図１を参照して説明する。図１では、反応流体Ｒを流れ方向とともに白抜きの矢印で示している。

【0034】

流体分散器１０は、板体１２の中央領域にある第１壁部１２ｄが、第１開口部１４０ａの開口に対向するように、予め筒状部１４０の流路内に設置されている。また、板体１２の外径Ｄは、板体１２が筒状部１４０に接しない程度に、筒状部１４０の内径と同等に予め設定されている。すなわち、厳密には、板体１２の外縁部とそれに近接する筒状部１４０の内面との間には、隙間が存在している。

【0035】

まず、外部の反応流体供給部から供給された反応流体Ｒ１は、第１開口部１４０ａから筒状部１４０内の第１空間Ｓ１へ流入する。流入した反応流体Ｒ１は、流体分散器１０の第１壁部１２ｄに衝突する。第１壁部１２ｄには孔１２ｃが存在しないので、衝突した反応流体Ｒ２は、第１表面１２ａに沿って放射状に流れる。

【0036】

本実施形態では、第１表面１２ａ上に、第２壁部１４が存在する。特に、流体分散器１０が第１開口部１４０ａに近い位置に設置されていると、第２壁部１４は、第１表面１２ａから、筒状部１４０の内曲面１４０ｃに向かって突出する形となる。換言すれば、第１表面１２ａに対して垂直となるＺ方向について、第２壁部１４の内面１４ａの延長上に、内曲面１４０ｃが存在することになる。したがって、第１表面１２ａに沿って放射状に流れてきた反応流体Ｒ２は、第２壁部１４の内面１４ａに衝突する。内面１４ａに衝突した反応流体Ｒ３は、内曲面１４０ｃに向かうように流れ方向を変える。そして、内曲面１４０ｃに衝突した反応流体は、２つの流れ方向に分岐する。

【0037】

第１に、内曲面１４０ｃに衝突した反応流体の一部は、反応流体Ｒ４として、第２壁部１４よりも内側の領域で、第１壁部１２ｄ側に戻され、再度、第１表面１２ａに沿って第２壁部１４に向かうような、旋回流となる。ここで、第２壁部１４よりも内側の領域の圧力が上昇すると、旋回流の一部が、反応流体Ｒ５として、第２壁部１４よりも内側の板体１２に存在する孔１２ｃを通過し、第２空間Ｓ２へ流入する。

【0038】

第２に、内曲面１４０ｃに衝突した反応流体のその他の一部は、反応流体Ｒ６として、内曲面１４０ｃに沿って板体１２の外縁部側に流れる。そして、外縁部近傍の圧力が上昇すると、反応流体Ｒ６の一部が、反応流体Ｒ７として、第２壁部１４よりも外側の領域に存在する孔１２ｃを通過し、第２空間Ｓ２へ流入する。一方、反応流体Ｒ６のその他の一部は、反応流体Ｒ８として、板体１２の外縁部とそれに近接する筒状部１４０の内面との間の隙間を通過して、第２空間Ｓ２へ流入する。

【0039】

このように、流体分散器１０を通過する反応流体は、反応流体Ｒ５のように、板体１２のおおよそ中心領域から分散されるものと、反応流体Ｒ７のように、板体１２のおおよそ外縁部から分散されるものとに分かれる。すなわち、流体分散器１０を通過する反応流体は、板体１２の第２表面１２ｂの一部の領域から偏って放出されるのではなく、第２表面１２ｂの比較的全面から放出されることになり、結果として分散性が良好となる。

【0040】

第２空間Ｓ２へと流入した反応流体Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８は、おおよそ直線状に多孔板１５０に向かって流れ、それぞれ、多孔板１５０に形成されている孔１５０ａを通過する。そして、それぞれ孔１５０ａを通過した反応流体Ｒ９は、多孔板１５０により整流されて、多孔板１５０の全面についておおよそ均一な流速分布となって、熱交換部１１０にある複数の開口１３０のそれぞれに対してバランスよく分配される。

【0041】

ここで、本実施形態に対する比較例として、本実施形態に係る流体分散器１０を用いない場合の反応流体Ｒの流れについて説明する。図６は、比較例としての流体分散装置２２０の一部の構成を示す斜視図である。なお、図６は、図１に対応するように描画されており、ここでも、反応流体Ｒを流れ方向とともに白抜きの矢印で示している。

【0042】

流体分散装置２２０は、本実施形態と同様に反応装置２００に採用されるものである。特に、流体分散装置２２０では、流体分散器１０に代えて、複数の孔２３０ａが形成されている単なる多孔板２３０が設置されている点が、本実施形態に係る流体分散装置１２０と異なる。ここでは、比較を容易とするために、多孔板２３０が、流体分散器１０に含まれる板体１２と同等の構成を有するものとする。

【0043】

まず、外部の反応流体供給部から供給された反応流体Ｒ１が、多孔板２３０の表面に衝突し、衝突した反応流体Ｒ２が、表面に沿って放射状に流れる点は、本実施形態の場合と同様である。

【0044】

しかし、多孔板２３０は、本実施形態のような第２壁部１４を有しない。そのため、反応流体Ｒ２は、多孔板２３０の表面に沿って多孔板２３０の外縁部まで流れる。そして、外縁部に到達した反応流体Ｒ２は、２つの流れ方向に分岐する。

【0045】

第１に、外縁部に到達した反応流体Ｒ２の一部は、反応流体Ｒ３として、筒状部１４０の内曲面１４０ｃに沿って第１開口部１４０ａ側に戻され、再度、多孔板２３０の表面に沿って外縁部に向かうような、旋回流となる。結果として、この旋回流は、反応流体Ｒ２に合流する。

【0046】

第２に、外縁部に到達した反応流体Ｒ２のその他の一部は、反応流体Ｒ４として、圧力上昇に伴って、外縁部近傍に存在する孔２３０ａを通過するとともに、外縁部とそれに近接する筒状部１４０の内面との間の隙間を通過して、第２空間Ｓ２へ流入する。

【0047】

このように、多孔板２３０を通過する反応流体は、そのほとんどが、反応流体Ｒ４のように、多孔板２３０のおおよそ外縁部から分散される。すなわち、多孔板２３０を通過する反応流体は、板体１２の第２表面１２ｂに相当する多孔板２３０の裏面の一部の領域から偏って放出される。

【0048】

第２空間Ｓ２へと流入した反応流体Ｒ４は、おおよそ直線状に多孔板１５０に向かって流れる。そのため、反応流体Ｒ９が多孔板１５０により整流されたとしても、多孔板１５０の中心領域を含む広い領域にある孔１５０ａを通過した反応流体Ｒ９ｂよりも、多孔板１５０の外縁部にある孔１５０ａを通過した反応流体Ｒ９ａの方が、流速が速まる。したがって、多孔板１５０の全面に対する流速分布には偏りが生じることになるため、反応流体Ｒ９が、熱交換部１１０にある複数の開口１３０のそれぞれに対してバランスよく分配されづらくなる。

【0049】

次に、本実施形態による効果について説明する。

【0050】

まず、本実施形態に係る流体分散器１０は、流路内に設置され、上流側に面する第１表面１２ａの中心領域に第１壁部１２ｄを有し、上流側から下流側へ流体を流通可能とする複数の孔１２ｃを有する板体１２を有する。また、流体分散器１０は、第１表面１２ａに設けられ、第１表面１２ａの中心領域から外縁部に向けて延びる直線ＬＮに交差する内面１４ａを有する第２壁部１４を有する。

【0051】

第１壁部１２ｄに向けて流入してきた流体は、第１表面１２ａに沿って放射状に流れるが、放射状に流れる流体は、一旦、第２壁部１４の内面１４ａに衝突することになる。これにより、流体分散器１０は、通過する流体を、第２壁部１４よりも内側にある孔１２ｃを流通するものと、第２壁部１４よりも外側にある孔１２ｃを流通するものとに分けて分散させることができる。これに対して、上記例示したように、第２壁部１４が存在しない場合には、板体１２の主に外縁部から流体を分散させることになり、板体１２の表面全体からバランスよく分散させることが難しい。したがって、本実施形態に係る流体分散器１０によれば、流体の分散性を向上させることができると言える。

【0052】

また、本実施形態に係る流体分散器１０では、第１表面１２ａに対して平行に切った第２壁部１４の断面形状は、第１表面１２ａの中心領域を中心基準とした環状である。

【0053】

本実施形態に係る流体分散器１０によれば、第１に、第２壁部１４の断面形状が環状であるので、第１壁部１２ｄに衝突した後に第１表面１２ａに沿って流れる流体を、第２壁部１４の内面１４ａに確実に衝突させることができる。第２に、第２壁部１４を設置するときの基準を第１表面１２ａの中心領域に合わせるので、第１壁部１２ｄに衝突して第１表面１２ａに沿って放射状に流れる流体は、放射方向のいずれの方向について、ほぼ同じタイミングで第２壁部１４の内面１４ａに衝突する。したがって、流体分散器１０により分散される流体は、放射方向のいずれの方向においても同等の流れとなるので、流体の分散性のバランスを向上させることができる。第３に、第２壁部１４の断面形状を環状とすることで、第２壁部１４の製作が容易となる。

【0054】

また、本実施形態に係る流体分散器１０では、第２壁部１４の高さＬ_１は、板体１２に設けられている孔１２ｃの開口径ｄ_０よりも小さい。

【0055】

本実施形態に係る流体分散器１０によれば、第１に、第１壁部１２ｄに衝突した後に第１表面１２ａに沿って流れる流体の流れ方向を、第２壁部１４の内面１４ａで確実に方向転換させることができる。第２に、第２壁部１４の高さＬ_１を孔１２ｃの開口径ｄ_０よりも小さく抑えることで、のちに流体が第２壁部１４を越えて第２壁部１４の外側に流れようとしたときに、その流体の流れを阻害することを抑えることができる。特に、これらの効果をより好適に奏するためには、第２壁部１４の高さＬ_１は、（０．４×開口径ｄ_０）よりも大きく、かつ、開口径ｄ_０よりも小さいことが望ましい。

【0056】

また、本実施形態に係る流体分散器１０は、第１表面１２ａとは反対側となる板体１２の第２表面１２ｂに設けられ、第２表面１２ｂの中心領域から外縁部に向けて延びる直線ＬＮに交差する内面１６ａを有する第３壁部１６を有する。

【0057】

本実施形態に係る流体分散器１０によれば、第３壁部１６は、孔１２ｃを通過して第２表面１２ｂ側から放出される流体の旋回を抑止して、その流体の流れ方向を、下流側の所定の方向に向かうように整流することができる。

【0058】

また、本実施形態に係る流体分散器１０では、第３壁部１６の高さＬ_２は、第２壁部１４の高さＬ_１よりも高い。

【0059】

本実施形態に係る流体分散器１０によれば、第３壁部１６は、孔１２ｃを通過して第２表面１２ｂ側から放出される流体の旋回の抑止と、その流体の整流とを、より確実に、又は、より精度よく行うことができる。特に、この効果をより好適に奏するためには、第３壁部１６の高さＬ_２は、孔１２ｃの（３×開口径ｄ_０）よりも大きく、かつ、（５×開口径ｄ_０）よりも小さいことが望ましい。なお、この高さ範囲は、第４壁部１８についても同様である。また、図４に示す例では、第３壁部１６の高さと第４壁部１８の高さとを同一のＬ_２としているが、互いに差があってもよい。

【0060】

また、本実施形態に係る流体分散器１０では、第３壁部１６の内径ｄ_２は、第２壁部１４の内径ｄ_１と同一、又は、第２壁部１４の内径ｄ_１よりも大きい。

【0061】

本実施形態に係る流体分散器１０によれば、第３壁部１６は、特に、第２壁部１４よりも内側の領域にある孔１２ｃを通過した流体の整流を行うことができるので、流体分散器１０の全体としての整流効率が向上する。

【0062】

また、本実施形態に係る流体分散器１０では、第２表面１２ｂに設けられ、第２表面１２ｂの中心領域から外縁部に向けて延びる直線ＬＮに交差する内面１８ａを有する第４壁部１８を有する。そして、第４壁部１８の外径は、第２壁部１４及び第３壁部１６のいずれの内径よりも小さい。

【0063】

本実施形態に係る流体分散器１０によれば、流体分散器１０は、第２表面１２ｂに、第３壁部１６に限らず、第４壁部１８のような複数の同様の壁部を設置することで、孔１２ｃを通過した流体の整流を、より確実に、又は、より精度よく行うことができる。特に、第４壁部１８の外径は、第２壁部１４及び第３壁部１６のいずれの内径よりも小さく設定しておくことが望ましい。これにより、第２空間Ｓ２へ流入した反応流体Ｒ５（図１参照）の流れのうち、外周側へ移動しようとする流れは、第３壁部１６の内面１６ａに沿って整流され、一方、内周側へ移動しようとする流れは、第４壁部１８の外面１８ｂに沿って整流される。したがって、反応流体Ｒ５は、おおよそ直線状に多孔板１５０に向かって流れることになり、多孔板１５０での整流がより効率的に行われやすくなる。

【0064】

また、本実施形態に係る流体分散装置１２０は、下流側の流路径が上流側の流路径よりも大きくなる内曲面１４０ｃを有する筒状部１４０と、筒状部１４０に設置され、流路内に流体を流入させる開口部１４０ａと、流路内に設置される流体分散器１０とを有する。流体分散器１０の第１壁部１２ｄは、開口部１４０ａの開口に対向する。また、流体分散器１０の第２壁部１４は、内曲面１４０ｃに向けて突出する。

【0065】

本実施形態に係る流体分散装置１２０によれば、流体の分散性を向上させることができる流体分散器１０を用いるので、流体分散装置１２０から排出される流体の流速分布の均一化や分散バランスの向上に寄与し得る。特に、第１壁部１２ｄが開口部１４０ａの開口に対向し、また、第２壁部１４が内曲面１４０ｃに向けて突出するように、筒状部１４０の流路内に流体分散器１０を設置することで、より効率よく上記の効果を奏し得る。

【0066】

また、本実施形態に係る流体分散装置１２０は、上流側から下流側へ流体を流通可能とする複数の孔１５０ａを有する多孔板１５０を有する。また、多孔板１５０は、流路内において、流体分散器１０の板体１２と平行に、かつ、流体分散器１０よりも下流側に設置される。

【0067】

本実施形態に係る流体分散装置１２０によれば、流体分散器１０に加えて、その下流側に多孔板１５０を設置するので、流体分散装置１２０から排出される流体の流速分布の均一化や分散バランスの向上を、より効果的に実現させることができる。

【0068】

なお、上記説明では、第２壁部１４の断面形状が環状、より具体的には円環状であるものとしたが、本発明は、これに限定するものではない。例えば、図５に示すように、第２壁部１４に相当する第５壁部２０の断面形状を、円環状ではなく、直線状の内面２０ａをいくつか組み合わせて環状とした多角形状としてもよい。この場合も、第５壁部２０は、第１表面１２ａの中心領域から外縁部に向けて延びる直線ＬＮに交点Ｐ_４で交差する内面２０ａを有することになるので、流体分散器１０は、上記効果を奏し得る。

【0069】

また、第２壁部１４の断面形状を説明するに際して、環状と表現したが、これは、必ずしも完全な環状のみを意図したものではない。例えば、上記説明した効果を奏するものであれば、第２壁部１４は、所々が分断されているものの連続と見なせる環状であってもよい。

【0070】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0071】

１０ 流体分散器
１２ 板体
１２ａ 第１表面
１２ｂ 第２表面
１２ｃ 孔
１２ｄ 第１壁部
１４ 第２壁部
１４ａ 第２壁部の内面
１６ 第３壁部
１６ａ 第３壁部の内面
１８ 第４壁部
１８ａ 第４壁部の内面
１２０ 流体分散装置
１４０ 筒状部
１５０ 多孔板
ＬＮ 直線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】