KR20110106357A

KR20110106357A - 유로 구조체, 리액터 및 리액터를 사용한 반응 방법

Info

Publication number: KR20110106357A
Application number: KR1020117016097A
Authority: KR
Inventors: 고지 노이시끼; 다쯔오 요시다; 세이이찌 야마모또; 가즈또 오까다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2011-09-28
Also published as: US20110266498A1; EP2377605A1; CN102271799A; KR101274810B1; WO2010082287A1; CN102271799B; EP2377605A4; US9242223B2; EP2377605B1

Abstract

본 발명은 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 하면서, 각 유로의 형상의 자유도를 향상시킨다. 유로 구조체는 유체가 도입되는 복수의 유로를 형성하는 유로 구조체이며, 상기 복수의 유로는 서로 유로 길이가 다른 유로를 포함하고, 상기 각 유로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록 그 각 유로의 유로 길이에 따라서 당해 각 유로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있다.

Description

유로 구조체, 리액터 및 리액터를 사용한 반응 방법 {FLUID PATH STRUCTURE, REACTOR, AND REACTION METHOD USING THE REACTOR}

본 발명은 유로 구조체, 리액터 및 리액터를 사용한 반응 방법에 관한 것이다.

종래, 유체가 도입되는 미소한 유로를 내부에 갖는 유로 구조체가 알려져 있다. 예를 들어, 하기의 특허문헌 1에는 그와 같은 유로 구조체를 구비한 리액터가 개시되어 있다.

이 특허문헌 1에 개시된 리액터에서는 그 유로 구조체 내에 복수의 미소한 유로가 병렬로 설치되어 있다. 각 유로에는 그 단부로부터 제1 원료 유체와 제2 원료 유체가 도입된다. 그리고, 이 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 각 유로의 출구측으로 유통시키면서 서로 반응시킴으로써, 원하는 생성물이 제조된다.

그런데, 상기와 같이 유로 구조체에 복수의 유로를 설치하는 경우에는, 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 하는 것이 요망된다. 예를 들어, 특허문헌 2에 개시되어 있는 열교환기에서는, 각 유로의 유로 길이를 일치시켜 각 유로의 압력 손실을 동등하게 함으로써, 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 하고 있다.

그러나, 이와 같이 각 유로의 유로 길이를 일치시키는 경우에는, 각 유로의 형상이 현저하게 제약을 받아, 유로의 자유로운 설계가 곤란해진다고 하는 문제점이 있다.

일본 공표 특허 제2005-525229호 공보 일본 공개 특허 소64-3496호 공보

본 발명의 목적은 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 하면서, 각 유로의 형상의 자유도를 향상시키는 것이다.

본 발명의 하나의 면에 따르면, 유로 구조체는 유체가 도입되는 복수의 유로를 형성하는 유로 구조체이며, 상기 복수의 유로는 서로 유로 길이가 다른 유로를 포함하고, 상기 각 유로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록 그 각 유로의 유로 길이에 따라서 상기 각 유로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있다.

본 발명의 다른 하나의 면에 따르면, 리액터는 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 반응시키기 위한 복수의 반응 유로를 형성하는 유로 구조체를 구비한 리액터이며, 상기 각 반응 유로는 상기 제1 원료 유체가 도입되는 제1 도입로와, 상기 제2 원료 유체가 도입되는 제2 도입로와, 상기 제1 도입로와 상기 제2 도입로의 하류측에 연결되어, 상기 제1 원료 유체와 상기 제2 원료 유체를 합류시키기 위한 합류부와, 이 합류부의 하류측에 연결되어, 상기 제1 원료 유체와 상기 제2 원료 유체를 서로 반응시키기 위한 반응로를 포함하고, 상기 각 반응 유로의 제1 도입로로 이루어지는 그룹과 상기 각 반응 유로의 제2 도입로로 이루어지는 그룹 중 적어도 한쪽의 그룹은 서로 유로 길이가 다른 도입로를 포함하고, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록, 그 각 도입로의 유로 길이에 따라서 당해 각 도입로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 리액터를 구성하는 유로 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 유로 장치를 구성하는 제1 유로 구조체의 분해 사시도이다.
도 3은 제1 유로 구조체에 있어서의 제1 도입로의 그룹과, 제2 도입로의 그룹과, 합류부의 그룹과, 반응로의 그룹의 위치 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 유로 장치를 구성하는 제1 유로 구조체의 제1 도입로 및 반응로에 따른 단면도이다.
도 5는 제1 유로 구조체를 구성하는 유로 플레이트의 표면측의 평면도이다.
도 6은 도 5 중 A부의 확대도이다.
도 7은 제1 유로 구조체를 구성하는 유로 플레이트의 이면측의 평면도이다.
도 8은 도 7 중 B부의 확대도이다.
도 9는 유로 플레이트의 도 5 중 IX-IX선을 따른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태의 제1 변형예에 의한 유로 플레이트의 표면측의 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 제1 변형예에 의한 유로 플레이트의 이면측의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태의 제2 변형예에 의한 유로 구조체의 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시한 제2 변형예에 의한 유로 구조체에 있어서의 유로의 구조를 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

우선, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 리액터 및 그 리액터를 구성하는 제1 유로 구조체(1a)의 구조에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 의한 리액터는 도 1에 도시한 바와 같은 유로 장치(S)를 구비하고 있다. 이 유로 장치(S)는 원료 유체를 유통시키는 복수의 반응 유로(2)를 형성하는 제1 유로 구조체(1a)와, 열매체를 유통시키는 복수의 열매체 유로(30)를 형성하는 제2 유로 구조체(1b)가 교대로 적층됨으로써 구성되어 있다. 또한, 제1 유로 구조체(1a)는 본 발명의 유로 구조체의 개념에 포함되는 것이다.

그리고, 본 실시 형태에 의한 리액터는 제1 유로 구조체(1a) 내에 설치된 복수의 미소한 반응 유로(2)에 제1 원료 유체와 제2 원료 유체의 2종류의 원료 유체를 유통시키면서 이 양 원료 유체를 서로 반응시킴으로써 소정의 반응 생성물을 제조한다.

구체적으로는, 제1 유로 구조체(1a)는, 도 4에 도시한 바와 같이 유로 플레이트(4)와 한 쌍의 밀봉 플레이트(6, 8)로 이루어진다. 이 한 쌍의 밀봉 플레이트(6, 8) 사이에 상기 유로 플레이트(4)가 끼워 넣어진 상태로 이들 밀봉 플레이트(6, 8) 및 유로 플레이트(4)가 일체화됨으로써 제1 유로 구조체(1a)가 구성되어 있다. 그리고, 제1 유로 구조체(1a) 내에는 상기 복수의 반응 유로(2)가 당해 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 각 반응 유로(2)는 제1 원료 유체가 도입되는 제1 도입로(10)와, 제2 원료 유체가 도입되는 제2 도입로(12)와, 제1 도입로(10)와 제2 도입로(12)의 하류측에 연결되어, 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 합류시키는 합류부(14)와, 이 합류부(14)의 하류측에 연결되어, 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 서로 반응시키기 위한 반응로(16)에 의해 구성되어 있다.

상기 각 반응 유로(2)는 유로 플레이트(4)에 형성된 홈부의 개구가 밀봉됨으로써 형성되어 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 제1 도입 홈(18)이 유로 플레이트(4)의 표면에 개방되도록 형성되어 있는 한편, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 복수의 제2 도입 홈(20) 및 복수의 반응 홈(22)이 유로 플레이트(4)의 이면에 개방되도록 형성되어 있다. 상기 각 제2 도입 홈(20)은, 후술하는 소경부(12e)를 구성하는 소경 홈(20a)과, 그 소경 홈(20a)보다도 큰 폭을 갖고, 후술하는 대경부(12f)를 구성하는 대경 홈(20b)으로 이루어진다. 또한, 상기 제1 도입 홈(18)의 하류측 단부 및 상기 제2 도입 홈(20)의 하류측 단부와, 반응 홈(22)의 상류측 단부를 연결하는 위치에 유로 플레이트(4)를 두께 방향으로 관통하는 관통 구멍(24)이 형성되어 있다.

그리고, 도 2에 도시한 바와 같이 유로 플레이트(4)의 표면에 상기 밀봉 플레이트(6)가 겹쳐져 제1 도입 홈(18)의 개구가 밀봉됨으로써, 상기 제1 도입로(10)가 형성되어 있다. 한편, 유로 플레이트(4)의 이면에 상기 밀봉 플레이트(8)가 겹쳐져 제2 도입 홈(20)의 개구가 밀봉됨으로써, 상기 제2 도입로(12)가 형성되어 있는 동시에, 반응 홈(22)의 개구가 밀봉됨으로써, 상기 반응로(16)가 형성되어 있다. 또한, 상기 관통 구멍(24)의 양 개구가 상기 밀봉 플레이트(6, 8)에 의해 밀봉됨으로써 상기 합류부(14)가 형성되어 있다.

그리고, 제1 유로 구조체(1a)에 있어서, 각 반응 유로(2)의 제1 도입로(10)로 이루어지는 그룹과, 각 반응 유로(2)의 제2 도입로(12)로 이루어지는 그룹과, 각 반응 유로(2)의 합류부(14)로 이루어지는 그룹과, 각 반응 유로(2)의 반응로(16)로 이루어지는 그룹은, 도 3에 도시하는 위치 관계로 각각 배치되어 있다.

각 제1 도입로(10)는 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향의 한쪽 단부로부터 그 길이 방향으로 제1 원료 유체를 흘려 각 합류부(14)에 유입시킨다. 각 제2 도입로(12)는 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향의 한쪽 단부로부터 그 폭 방향으로 제2 원료 유체를 흘린 후, 도중에 유통 방향을 90° 변경시켜 제2 원료 유체를 상기 제1 원료 유체와 동일한 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 흘리고, 그 제2 원료 유체를 각 합류부(14)에서 상기 제1 원료 유체에 동일 방향으로부터 합류시킨다. 그리고, 각 반응로(16)는 각 합류부(14)에서 합류한 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 직선적으로 흘리면서 서로 반응시킨다.

구체적으로는, 상기 각 제1 도입로(10)는 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향의 한쪽 단부에 도입구(10a)를 갖고 있다. 그리고, 각 제1 도입로(10)는 그 도입구(10a)로부터 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 직선적으로 연장되어, 대응하는 각 합류부(14)에 연결되어 있다. 각 제1 도입로(10)의 도입구(10a)에는 도시 생략한 원료 공급부가 접속되어, 그 원료 공급부로부터 제1 원료 유체가 각 제1 도입로(10)에 배분되어 도입된다. 각 제1 도입로(10)는 반원 형상의 단면 형상을 갖고 있는 동시에, 그 전체 길이에 걸쳐서 일정한 상당 직경을 갖고 있다.

그리고, 각 제1 도입로(10)는 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향으로 등간격으로 병렬 배치되어 있고, 이들 각 제1 도입로(10)는 각각 동등한 유로 길이 및 동등한 상당 직경을 갖고 있다. 이에 의해, 각 제1 도입로(10)의 전체의 압력 손실이 균등화되어 있다. 그리고, 각 제1 도입로(10)의 전체의 압력 손실이 균등화됨으로써, 상기 원료 공급부로부터 각 제1 도입로(10)에 배분되어 흐르는 제1 원료 유체의 유량이 균일화된다.

상기 각 제2 도입로(12)는 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향의 한쪽 단부에 도입구(12a)를 갖고 있다. 각 제2 도입로(12)의 도입구(12a)에는 상기 제1 원료 유체를 공급하는 원료 공급부와는 별도의 도시 생략의 원료 공급부가 접속되어, 그 원료 공급부로부터 제2 원료 유체가 각 제2 도입로(12)에 배분되어 도입된다.

그리고, 각 제2 도입로(12)는, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 도입구(12a)로부터 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향, 즉 상기 각 제1 도입로(10)와 직교하는 방향으로 직선적으로 연장하는 제1 직선부(12b)와, 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향, 즉 상기 각 제1 도입로(10)를 따라서 직선적으로 연장되어, 대응하는 상기 각 합류부(14)에 연결되는 제2 직선부(12c)와, 이들 양 부분의 사이에서 상기 각 제1 도입로(10)에 직교하는 방향으로부터 상기 각 제1 도입로(10)와 동일 방향으로 도입로의 방향을 변경하기 위한 굴곡부(12d)를 갖는다. 즉, 각 제2 도입로(12)는 상기 각 제1 도입로(10)의 도입구(10a)와 다른 위치에 도입구(12a)를 갖고, 그 도입구(12a)로부터 상기 각 제1 도입로(10)와 다른 방향으로 연장된 후, 굴곡부(12d)에 의해 방향이 변경되고, 상기 각 제1 도입로(10)와 동일 방향으로부터 대응하는 각 합류부(14)에 합류하고 있다.

또한, 각 제2 도입로(12)는 각각 유로 길이가 다르다. 구체적으로는, 각 제2 도입로(12)는 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향으로 등간격으로 병렬 배치되어 있는 동시에, 굴곡부(12d)에 의해 동일 방향으로 굴곡되어 있다. 이 각 제2 도입로(12)의 굴곡부(12d)에 있어서 외측 근처에 배치된 제2 도입로(12)는, 내측 근처에 배치된 제2 도입로(12)에 비해 큰 유로 길이를 갖고 있다. 즉, 각 제2 도입로(12)의 굴곡부(12d)에 있어서 외측 근처에 배치된 제2 도입로(12)일수록, 유로 길이가 증가하도록 되어 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는 유로 길이가 다른 각 제2 도입로(12)의 각 부의 상당 직경이, 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록 그 각 제2 도입로(12)의 유로 길이에 따라서 설정되어 있다.

구체적으로는, 각 제2 도입로(12)는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부(12e)와, 이 소경부(12e)보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부(12f)에 의해 구성되어 있다. 상기 소경부(12e)는 반원 형상의 단면 형상을 갖고 있고, 상기 제1 직선부(12b)와 상기 굴곡부(12d)와 상기 제2 직선부(12c) 중 상기 굴곡부(12d)측으로부터 소정의 길이의 범위에 걸치는 부분이, 이 소경부(12e)에 상당한다. 상기 대경부(12f)는 반원 형상의 단면 형상을 갖고 있고, 상기 제2 직선부(12c) 중 상기 소경부(12e) 이외의 부분에 상당한다. 그리고, 소경부(12e)와 대경부(12f)의 접속부의 위치는 각 제2 도입로(12)의 굴곡부(12d)에 있어서 외측 근처에 배치된 제2 도입로(12)로부터 내측 근처에 배치된 제2 도입로(12)로 옮기는 것에 따라서 상기 합류부(14)측으로 서서히 이행하도록 배치되어 있다.

각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실은 그 제2 도입로(12)를 구성하는 소경부(12e)의 압력 손실과 대경부(12f)의 압력 손실의 합에 의해 구해진다. 즉, 소경부(12e)와 대경부(12f)의 길이의 비율에 따라서 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 변화된다. 그리고, 본 실시 형태에서는 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 균등화되도록, 각 제2 도입로(12)의 유로 길이에 따라서 소경부(12e)의 길이와 대경부(12f)의 길이의 비율이 설정되어 있다.

구체적으로는, 소경부(12e)는 대경부(12f)에 비해 상당 직경이 작은 것에 기인하여, 소경부(12e)의 압력 손실은 대경부(12f)의 압력 손실보다도 크게 되어 있다. 또한, 상기한 바와 같이 각 제2 도입로(12)의 굴곡부(12d)에 있어서 외측 근처에 배치된 제2 도입로(12)일수록 큰 유로 길이를 갖고 있으므로, 그 유로 길이에 비례하여 상기 외측 근처에 배치된 제2 도입로(12)일수록 압력 손실이 커진다. 따라서, 본 실시 형태에서는 각 제2 도입로(12)의 굴곡부(12d)에 있어서 외측 근처에 배치된 제2 도입로(12)일수록, 압력 손실이 큰 상기 소경부(12e)의 길이의 비율을 작게 함으로써, 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 균등화되어 있다. 그리고, 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 균등화됨으로써, 각 제2 도입로(12)를 흐르는 제2 원료 유체의 유량이 균일화된다.

그리고, 각 제2 도입로(12)의 소경부(12e)와 대경부(12f)의 형상은, 이하의 원리에 기초하여 설정되어 있다.

즉, 유로 내를 흐르는 유체의 압력 손실(Δp)은 일반적으로, 이하의 패닝의 식에 의해 구해진다.

단, 이 수학식 1에 있어서, f는 유체 마찰 계수, ρ는 유체의 밀도, v는 유체의 유속, L은 유로 길이, D는 유로의 상당 직경을 각각 나타낸다.

또한, 유체의 흐트러짐의 상태를 나타내는 레이놀즈수(Re)는 이하의 수학식 2로 나타낸다.

단, 이 수학식 2에 있어서, μ는 유체의 점성계수를 나타낸다.

그리고, 후술하는 바와 같이 상기 각 제2 도입로(12)에는 제2 원료 유체를 층류 영역에 있는 상태로 흘린다. 유체의 흐름이 층류 영역에 있는 것은, 레이놀즈수(Re)가 Re＜2100의 범위에 있는 경우이고, 이 경우에는 유체 마찰 계수(f)가 다음 수학식 3과 같이 나타내어진다.

이 수학식 3과 상기 수학식 2를 사용하여 상기 수학식 1을 식변형함으로써, 유체의 흐름이 층류 영역에 있을 때의 유로 내를 흐르는 유체의 압력 손실(Δp)은 이하의 수학식 4와 같이 나타낸다.

여기서, 유체의 유속(v)은 유로 내를 흐르는 유체의 유량(F)과 유로의 상당 직경(D)을 사용하여 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

이 수학식 5를 사용하여 상기 수학식 4는 이하의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

그리고, 상기 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실을 Δp₁로 하면, 이 압력 손실(Δp₁)은 그 제2 도입로(12)를 구성하는 소경부(12e)의 압력 손실(Δp₂)과 대경부(12f)의 압력 손실(Δp₃)의 합이므로, 소경부(12e)의 유로 길이를 L₂, 상당 직경을 D₂로 하고, 대경부(12f)의 유로 길이를 L₃, 상당 직경을 D₃으로 하면, 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실(Δp₁)은 다음 수학식 7과 같이 나타내어진다.

이 수학식 7에 있어서, 유체의 점성계수(μ)는 상수이므로, L₂/D₂ ⁴＋L₃/D₃ ⁴의 값이 일정하면, 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실(Δp₁)은 제2 원료 유체의 유량(F)에 정비례한 값으로 된다. 즉, L₂/D₂ ⁴＋L₃/D₃ ⁴의 값이 일정하면, 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실(Δp₁)이 동등할 때 각 제2 도입로(12)를 흐르는 제2 원료 유체의 유량(F)이 균등해진다고 하는 관계가 성립된다.

따라서, 본 실시 형태에서는 각 제2 도입로(12)의 소경부(12e)의 상당 직경(D₂)이 동등하고, 또한 각 제2 도입로(12)의 대경부(12f)의 상당 직경(D₃)이 동등하다고 하는 조건 하에 있어서, 각 제2 도입로(12)에 있어서 L₂/D₂ ⁴＋L₃/D₃ ⁴의 값이 일정해지도록 소경부(12e)의 유로 길이(L₂)와 대경부(12f)의 유로 길이(L₃)의 비율이 설정되어 있다.

상기 각 합류부(14)는 대응하는 상기 제1 도입로(10) 및 상기 제2 도입로(12)의 하류측에 연속해서 설치되어 있는 동시에, 그 제1 도입로(10) 및 제2 도입로(12)의 제2 직선부(12c)와 동일 방향으로 직선적으로 연장되어 있다. 이 합류부(14)는 제1 도입로(10)를 통과한 제1 원료 유체와 제2 도입로(12)를 통과한 제2 원료 유체를 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 흘리면서 합류시킨다. 그리고, 각 합류부(14)는, 도 9에 도시한 바와 같이 2개의 반원이 원호의 정점 근방에서 서로 결합한 단면 형상을 갖는 동시에, 상기 제1 도입로(10)의 상당 직경 및 상기 제2 도입로(12)의 상당 직경보다도 큰 상당 직경을 갖는다.

상기 각 반응로(16)는 대응하는 상기 합류부(14)의 하류측에 연속해서 설치되어 있는 동시에, 그 합류부(14)와 동일 방향, 즉 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 직선적으로 연장되어 있다. 이 각 반응로(16)는 합류부(14)에서 합류시킨 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 흘리면서 서로 반응시킨다. 그리고, 각 반응로(16)는 동등한 유로 길이를 갖고 있다. 또한, 각 반응로(16)는 반원 형상의 단면 형상을 갖는 동시에, 상기 제2 도입로(12)의 대경부(12f)의 상당 직경보다도 큰 상당 직경을 갖는다.

상기 제2 유로 구조체(1b)는 상기한 바와 같이 열매체를 유통시키는 복수의 열매체 유로(30)를 형성하는 것이고, 이 제2 유로 구조체(1b)는 열매체용 유로 플레이트(26)와, 그 열매체용 유로 플레이트(26)의 표면 상에 적층된 밀봉 플레이트(28)에 의해 구성되어 있다. 상기 복수의 열매체 유로(30)는, 도 1에 도시한 바와 같이 제2 유로 구조체(1b) 내에 있어서 당해 제2 유로 구조체(1b)의 폭 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 각 열매체 유로(30)는 상기 제1 유로 구조체(1a)의 각 제1 도입로(10), 각 제2 도입로(12)의 제2 직선부(12c), 각 합류부(14) 및 각 반응로(16)에 대응하는 위치에 그들 각 부와 동일 방향으로 직선적으로 연장되도록 설치되어 있다. 그리고, 열매체용 유로 플레이트(26)의 표면에 개방되도록 복수의 홈부(32)가 형성되어 있고, 이 홈부(32)의 개구가 밀봉 플레이트(28)에 의해 밀봉됨으로써 상기 열매체 유로(30)가 형성되어 있다. 또한, 상기 밀봉 플레이트(28)는 제1 유로 구조체(1a)를 구성하는 밀봉 플레이트(8)와 겸용되어 있다.

그리고, 제2 유로 구조체(1b)의 열매체 유로(30)에 도시 생략한 열매체 공급부로부터 열매체가 흐름으로써, 그 열매체와 상기 제1 유로 구조체(1a)의 반응로(16)를 흐르는 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체와의 열교환이 행해져, 반응로(16)에 있어서의 제1 원료 유체와 제2 원료 유체의 반응이 촉진되도록 되어 있다.

다음에, 본 실시 형태에 의한 리액터를 사용한 반응 방법에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 의한 리액터를 사용한 반응 방법에서는, 우선 원료 공급부로부터 제1 원료 유체를 각 반응 유로(2)의 제1 도입로(10)에 도입하는 동시에, 상기 원료 공급부와는 별도의 원료 공급부로부터 제2 원료 유체를 각 반응 유로(2)의 제2 도입로(12)에 도입한다. 이때, 제1 원료 유체를 제1 도입로(10)에 층류로 되는 조건으로 흘리는 동시에, 제2 원료 유체를 제2 도입로(12)에 층류로 되는 조건으로 흘린다. 제1 원료 유체는 각 제1 도입로(10)의 전체의 압력 손실이 균등화되어 있는 것에 기인하여, 각 제1 도입로(10)에 균일한 유량으로 배분되어 흐른다. 또한, 제2 원료 유체는 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 균등화되어 있는 것에 기인하여, 각 제2 도입로(12)에 균일한 유량으로 배분되어 흐른다.

그리고, 제1 도입로(10)를 통과한 제1 원료 유체와, 제2 도입로(12)를 통과한 제2 원료 유체가 합류부(14)에 있어서 합류하고, 이 합류한 제1 원료 유체와 제2 원료 유체가 합류부(14)로부터 반응로(16)로 흐르는 동시에 서로 반응함으로써 소정의 반응 생성물이 제조된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 각 반응 유로(2)의 제2 도입로(12)의 유로 길이가 각각 다른 경우라도, 이 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록 그 각 제2 도입로(12)의 유로 길이에 따라서 각 제2 도입로(12)의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있으므로, 다른 유로 길이를 갖는 각 제2 도입로(12)에 흐르는 제2 원료 유체의 유량을 균일하게 할 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는, 유로 길이가 다른 각 제2 도입로(12)의 유로 길이에 따라서 각 제2 도입로(12)의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있으므로, 각 제2 도입로(12)의 유로 길이 및 각 제2 도입로(12)의 각 부의 상당 직경의 양쪽을 각각 적절하게 설정하여 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실을 균등화하고, 각 제2 도입로(12)에 흐르는 제2 원료 유체의 유량을 균일하게 할 수 있다. 이로 인해, 종래와 같이 각 도입로의 유로 길이를 일치시킴으로써 각 도입로에 흐르는 원료 유체의 유량을 균일하게 하는 경우에 비해, 본 실시 형태에서는 각 제2 도입로(12)의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는 유로 길이가 다른 각 제2 도입로(12)에 흐르는 제2 원료 유체의 유량을 균일하게 하면서, 그 각 제2 도입로(12)의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 각 제2 도입로(12)의 유로 길이에 따라서 소경부(12e)와 대경부(12f)의 길이의 비율을 바꿈으로써, 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 균등화되어 있으므로, 각 제2 도입로(12)의 전체의 상당 직경을 조금씩 바꿈으로써 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실을 균등화하는 경우에 비해, 각 제2 도입로(12)의 형상의 조정이 용이해진다. 이로 인해, 유로 길이가 다른 각 제2 도입로(12)를 전체의 압력 손실이 각각 동등해지는 형상으로 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 각 제2 도입로(12)가 굴곡부(12d)에 있어서 동일 방향으로 굴곡되어 있는 동시에, 그 굴곡부(12d)에 있어서 각 제2 도입로(12) 중 외측 근처에 배치된 것일수록, 소경부(12e)의 길이의 비율이 작아지도록 설정되어 있다. 이로 인해, 각 제2 도입로(12)가 동일 방향으로 굴곡되어 유로 길이가 각각 다름에도, 그 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실을 균등화하여, 각 제2 도입로(12)에 흐르는 제2 원료 유체의 유량을 균일하게 할 수 있는 동시에, 각 제2 도입로(12)의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 서로 다른 위치에 형성된 도입구(10a)와 도입구(12a)로부터 각 제1 도입로(10)와 각 제2 도입로(12)가 서로 다른 방향으로 연장되는 동시에, 각 제2 도입로(12)의 굴곡부(12d)가 제2 도입로(12)의 연장되는 방향을 대응하는 제1 도입로(10)와 동일 방향으로 변경하고 있으므로, 각 제1 도입로(10)와 각 제2 도입로(12)가 서로 다른 위치에 도입구[10a(12a)]를 갖는 경우라도, 이들 각 제1 도입로(10)와 각 제2 도입로(12)를 동일 방향으로부터 합류부(14)에 합류시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 서로 다른 위치로부터 서로 다른 방향으로 흘리면서도, 이들 양 원료 유체를 서로 동일 방향에 합류시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 리액터는 서로 적층된 복수의 제1 유로 구조체(1a)를 구비하므로, 리액터 전체 유로수를 보다 증가시킬 수 있어, 반응 생성물을 보다 대량 생산할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 제2 원료 유체를 각 제2 도입로(12)에 층류로 되는 조건으로 흘리므로, 각 제2 도입로(12)의 소경부(12e)의 유로 길이 및 상당 직경과 대경부(12f)의 유로 길이 및 상당 직경이 소정의 관계를 만족시키는 조건 하에 있어서, 각 제2 도입로(12)의 전체의 압력 손실이 균등하면 각 제2 도입로(12)에 흐르는 제2 원료 유체의 유량이 균일해진다고 하는 관계를 성립시킬 수 있다.

또한, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태의 설명에서는 없고 특허청구의 범위에 의해 나타내고, 또한 특허청구의 범위와 균일한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.

즉, 제1 도입로, 제2 도입로, 합류부 및 반응로의 형상 및 배치는 상기 실시 형태에 있어서 나타낸 것으로 한정되지 않고, 상기 이외의 다양한 구성으로 제1 도입로, 제2 도입로, 합류부 및 반응로를 형성 및 배치해도 좋다.

예를 들어, 도 10 및 도 11에 나타내는 상기 실시 형태의 제1 변형예와 같이 유로 플레이트(34)의 표면측에 제1 도입로(36)와 제2 도입로(38)를 양쪽 모두 설치하는 동시에, 유로 플레이트(34)의 이면측에 반응로(40)를 설치하고, 상기 제1 도입로(36)의 하류측 단부와 상기 제2 도입로(38)의 하류측 단부와 상기 반응로(40)의 상류측 단부를 연결하도록 합류부(42)를 설치해도 좋다.

구체적으로는, 도 10에 이 제1 변형예에 의한 유로 플레이트(34)의 표면의 구조가 도시되어 있고, 도 11에 그 유로 플레이트(34)의 이면의 구조가 도시되어 있다.

이 제1 변형예에서는 유로 플레이트(34)의 표면에 복수의 제1 도입로(36)를 구성하는 복수의 제1 도입 홈(44)과, 복수의 제2 도입로(38)를 구성하는 복수의 제2 도입 홈(46)이 형성되어 있다. 또한, 유로 플레이트(34)의 이면에는 복수의 반응로(40)를 구성하는 복수의 반응 홈(48)이 형성되어 있다. 그리고, 각 제1 도입 홈(44)의 하류측 단부 및 각 제2 도입 홈(46)의 하류측 단부와, 각 반응 홈(48)의 상류측 단부를 연결하도록 합류부(42)를 구성하는 관통 구멍(50)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(50)은 유로 플레이트(34)를 두께 방향으로 관통하도록 형성되어 있다.

그리고, 유로 플레이트(34)의 표면이 도시 생략한 밀봉 플레이트에 의해 덮임으로써, 제1 도입 홈(44)의 개구 및 제2 도입 홈(46)의 개구가 밀봉되어 제1 도입로(36) 및 제2 도입로(38)가 형성되어 있다. 한편, 유로 플레이트(34)의 이면이 도시 생략한 밀봉 플레이트에 의해 덮임으로써 반응 홈(48)의 개구가 밀봉되어 반응로(40)가 형성되어 있다. 또한, 상기 관통 구멍(50)의 양 개구가 상기 양 밀봉 플레이트에 의해 밀봉됨으로써 합류부(42)가 형성되어 있다.

각 제1 도입로(36)의 도입구(36a) 및 각 제2 도입로(38)의 도입구(38a)는 모두 제1 유로 구조체(1a)(도 1 참조)의 길이 방향의 한쪽 단부에 형성되어 있다. 그리고, 각 제1 도입로(36)는 그 도입구(36a)로부터 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 직선적으로 연장되는 제1 직선부(36b)와, 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향으로 직선적으로 연장되어, 대응하는 합류부(42)에 연결되는 제2 직선부(36c)와, 이들 양 직선부(36b, 36c) 사이에서 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로부터 폭 방향으로 도입로의 방향을 변경하기 위한 굴곡부(36d)를 갖는다. 또한, 각 제1 도입로(36)는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부(36e)와, 그 소경부(36e)보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부(36f)로 이루어진다. 소경부(36e)는 상기 제1 직선부(36b)와 상기 굴곡부(36d)와 상기 제2 직선부(36c) 중 상기 굴곡부(36d)측으로부터 소정의 길이의 범위에 걸치는 부분을 구성하고, 대경부(36f)는 상기 제2 직선부(36c) 중 상기 소경부(36e) 이외의 부분을 구성한다.

그리고, 각 제1 도입로(36)는 상기 실시 형태의 제2 도입로(12)와 마찬가지로, 그 굴곡부(36d)에 있어서 외측 근처에 배치된 것일수록, 소경부(36e)의 길이의 비율이 작아지도록 구성되어 있다. 이에 의해, 유로 길이가 다른 각 제1 도입로(36)의 전체의 압력 손실이 균등화되는 동시에, 각 제1 도입로(36)를 흐르는 제1 원료 유체의 유량이 균일화되어 있다.

그리고, 각 제2 도입로(38)는 유로 플레이트(34)의 폭 방향의 중심선에 대해 상기 각 제1 도입로(36)를 반전시킨 구조를 갖고 있다. 즉, 각 제2 도입로(38)는 상기 제1 직선부(36b), 상기 제2 직선부(36c) 및 상기 굴곡부(36d)에 대응하는 제1 직선부(38b), 제2 직선부(38c) 및 굴곡부(38d)를 갖는다. 또한, 각 제2 도입로(38)는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부(38e)와, 그 소경부(38e)보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부(38f)로 이루어지고, 상기 굴곡부(38d)에 있어서 외측 근처에 배치된 것일수록, 소경부(38e)의 길이의 비율이 작아지도록 구성되어 있다. 이에 의해, 유로 길이가 다른 각 제2 도입로(38)의 전체의 압력 손실이 균등화되는 동시에, 각 제2 도입로(38)를 흐르는 제2 원료 유체의 유량이 균일화되어 있다.

그리고, 각 제1 도입로(36)와 각 제2 도입로(38)는 대응하는 합류부(42)에 서로 반대측으로부터 합류하고 있다. 각 합류부(42)는 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향의 중심 위치에 설치되어 있다. 즉, 이 제1 변형예에서는, 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향의 한쪽 단부의 도입구(36a)로부터 각 제1 도입로(36)에 도입된 제1 원료 유체와, 제1 유로 구조체(1a)의 상기 단부의 도입구(38a)로부터 각 제2 도입로(38)에 도입된 제2 원료 유체가, 모두 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 흐른 후, 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향 내측으로 서로 접근하도록 흐르고, 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향의 중심 위치에 있는 합류부(42)에 있어서 합류한다.

그리고, 각 합류부(42)에 연결되도록 유로 플레이트(34)의 이면측에 각 반응로(40)가 설치되어 있다. 따라서, 상기 각 합류부(42)에서 합류한 제1 원료 유체와 제2 원료 유체는 그 합류부(42)를 통해 유로 플레이트(34)의 이면측의 각 반응로(40)로 빠지는 동시에, 이 각 반응로(40)를 유통하면서 서로 반응하도록 되어 있다. 그리고, 각 반응로(40)는 복수회 굴곡하면서 연장되어 있고, 그 도출구(40a)가 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향의 측면에 형성되어 있다. 각 반응로(40)는 그 유로 길이가 동등해지도록 구성되어 있다. 이에 의해, 각 반응로(40)의 압력 손실이 균등화되는 동시에, 각 반응로(40)의 유량이 균일화되어 있다.

이 제1 변형예에서는, 유로 길이가 다른 각 제1 도입로(36)의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록, 각 제1 도입로(36)의 유로 길이에 따라서 소경부(36e)와 대경부(36f)의 길이의 비율이 설정되어 있는 동시에, 유로 길이가 다른 각 제2 도입로(38)의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록, 각 제2 도입로(38)의 유로 길이에 따라서 소경부(38e)와 대경부(38f)의 길이의 비율이 설정되어 있으므로, 상기 실시 형태와 동일한 원리에 의해, 각 제1 도입로(36)에 흐르는 제1 원료 유체의 유량을 균일하게 하면서, 그 각 제1 도입로(36)의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있는 동시에, 각 제2 도입로(38)에 흐르는 제2 원료 유체의 유량을 균일하게 하면서, 그 각 제2 도입로(38)의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

이 제1 변형예에 있어서의 각 제1 도입로(36) 및 각 제2 도입로(38)에 관한 상기 이외의 효과는, 상기 실시 형태에 있어서의 제2 도입로(12)에 관한 효과와 마찬가지이다.

또한, 이 제1 변형예의 구성으로 한정되지 않고, 각 제1 도입로(36)와 각 제2 도입로(38) 중 어느 한쪽의 각 도입로를 제1 유로 구조체(1a)의 측단부로부터 폭 방향으로 직선적으로 연장되도록 구성하고, 굴곡되어 연장되는 다른 쪽의 각 도입로와 합류부(42)에 있어서 합류시키도록 해도 좋다. 이 경우, 제1 유로 구조체(1a)의 폭 방향의 측단부로부터 직선적으로 연장되는 각 도입로는 전체 길이에 걸쳐서 상당 직경이 균일해지도록 형성한다.

또한, 상기 실시 형태에서는 유로 플레이트(4)의 표면측에 설치한 각 제1 도입로(10)를 제1 유로 구조체(1a)의 길이 방향으로 직선적으로 연장되도록 형성하는 동시에, 유로 플레이트(4)의 이면측에 설치한 각 제2 도입로(12)를 굴곡된 형상으로 형성하였지만, 이 구성으로 한정되지 않고, 상기 각 제1 도입로(10)를 상기 각 제2 도입로(12)와 마찬가지로 굴곡된 형상으로 형성하는 동시에, 소경부와 대경부에 의해 구성해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는 제1 도입로(10)와 제2 도입로(12)를 합류부(14)에 있어서 합류시키는 형태의 제1 유로 구조체(1a)를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 1개의 도입로로부터 다른 도입로와 합류하지 않고 연장되는 유로를 형성하는 유로 구조체에도 본 발명을 적용할 수 있다. 예를 들어, 이 형태의 일례로서 도 12에 상기 실시 형태의 제2 변형예에 의한 유로 구조체(61)가 도시되어 있다.

이 제2 변형예에 의한 유로 구조체(61)는 유로 플레이트(64)와 밀봉 플레이트(66)로 이루어지고, 유로 플레이트(64)의 이면측에만 복수의 유로(68)가 설치되어 있다. 각 유로(68)의 도입구(68a)는 유로 구조체(61)의 폭 방향의 한쪽 단부에 형성되어 있다. 그리고, 각 유로(68)는, 도 13에 도시한 바와 같이 제1 직선부(68b)와, 제2 직선부(68c)와, 굴곡부(68d)를 갖는다. 제1 직선부(68b)는 도입구(68a)로부터 유로 구조체(61)의 폭 방향으로 직선적으로 연장되는 부분이고, 제2 직선부(68c)는 유로 구조체(61)의 길이 방향으로 직선적으로 연장되는 부분이다. 그리고, 굴곡부(68d)는 제1 직선부(68b)와 제2 직선부(68c) 사이에서 유로 구조체(61)의 폭 방향으로부터 길이 방향으로 유로(68)의 방향을 변경하기 위한 부분이다.

또한, 각 유로(68)는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부(68e)와, 그 소경부(68e)보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부(68f)로 이루어진다. 소경부(68e)는 상기 제1 직선부(68b)와 상기 굴곡부(68d)와 상기 제2 직선부(68c) 중 상기 굴곡부(68d)측으로부터 소정의 길이의 범위에 걸치는 부분을 구성하고, 대경부(68f)는 상기 제2 직선부(68c) 중 상기 소경부(68e) 이외의 부분을 구성한다.

각 유로(68)의 소경부(68e)는 상기 실시 형태의 각 제2 도입로(12)의 소경부(12e)와 동일한 구조를 갖고 있다. 각 유로(68)의 대경부(68f)는 상기 실시 형태의 각 제2 도입로(12)의 대경부(12f)를 그대로 하류측에 유로 구조체(61)의 단부까지 직선적으로 연장시킨 구조를 갖고 있다. 그리고, 이 제2 변형예에 있어서도, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 각 유로(68)의 굴곡부(68d)에 있어서 외측 근처에 배치된 유로(68)일수록, 소경부(68e)의 길이의 비율이 작게 되어 있고, 그것에 의해 유로 길이가 다른 각 유로(68)의 전체의 압력 손실이 균등화되어 있다.

이 제2 변형예에서는, 유로 길이가 다른 각 유로(68)의 전체의 압력 손실이 동등해지도록 각 유로(68)의 유로 길이에 따라서 소경부(68e)와 대경부(68f)의 길이의 비율이 설정되어 있고, 상기 실시 형태와 동일한 원리에 의해, 각 유로(68)에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 하면서, 그 각 유로(68)의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

이 제2 변형예에 있어서의 각 유로(68)에 관한 상기 이외의 효과는, 상기 실시 형태에 있어서의 제2 도입로(12)에 관한 효과와 마찬가지이다.

또한, 상기 실시 형태에서는 리액터에 본 발명을 적용한 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 리액터 이외의 유체를 취급하는 각종 장치, 예를 들어 열교환기 등에 본 발명의 유로 구조체를 사용해도 좋다. 이 열교환기의 경우에는 상기 제2 변형예에 의한 유로 구조체(61)를 적용하면 좋다.

(본 실시 형태의 개요)

본 실시 형태를 정리하면 이하와 같이 된다.

즉, 본 실시 형태에 관한 유로 구조체는, 유체가 도입되는 복수의 유로를 형성하는 유로 구조체이며, 상기 복수의 유로는 서로 유로 길이가 다른 유로를 포함하고, 상기 각 유로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록 그 각 유로의 유로 길이에 따라서 당해 각 유로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있다.

이 유로 구조체에서는, 각 유로의 전체의 압력 손실이 동등해지도록 각 유로의 유로 길이에 따라서 각 유로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있으므로, 각 유로가 각각 다른 유로 길이를 가진 경우라도, 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 할 수 있다. 그리고, 이 유로 구조체에서는 각 유로의 유로 길이에 따라서 각 유로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있으므로, 각 유로의 유로 길이 및 각 유로의 각 부의 상당 직경의 양쪽을 각각 적절하게 설정하여 각 유로의 전체의 압력 손실을 균등화하여, 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 할 수 있다. 이로 인해, 종래와 같이 각 유로의 유로 길이를 일치시킴으로써 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 하는 경우에 비해, 각 유로의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 유로 구조체에서는 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 하면서, 각 유로의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

상기 유로 구조체에 있어서, 상기 각 유로는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부와, 그 소경부의 상당 직경보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부를 포함하고, 상기 각 유로의 전체의 압력 손실이 균등화되도록, 상기 각 유로의 유로 길이에 따라서 상기 소경부의 길이와 상기 대경부의 길이의 비율이 설정되어 있는 것이 바람직하다.

유로 길이가 다른 각 유로의 압력 손실을 균등화하는 경우에는, 각 유로의 전체의 상당 직경을 그 각 유로의 유로 길이에 따라서 적절하게 설정함으로써 각 유로의 압력 손실의 균등화를 도모하는 것도 생각된다. 그러나, 이 경우에는 각 유로의 유로 길이에 따라서 각 유로의 전체의 상당 직경을 미소한 범위에서 서서히 바꿀 필요가 있고, 그와 같이 전체의 상당 직경이 미소하게 다르도록 각 유로를 고정밀도로 형성하는 것은 매우 곤란하다. 이에 대해, 상기 구성과 같이 각 유로의 유로 길이에 따라서 소경부와 대경부의 길이의 비율을 바꿈으로써 각 유로의 압력 손실을 균등화하는 경우에는, 각 유로의 전체의 상당 직경을 미소하게 바꾸는 경우에 비해, 각 유로의 형상의 조정이 용이해진다. 이로 인해, 상기 구성에 따르면, 각 유로를 전체의 압력 손실이 각각 동등해지는 형상으로 용이하게 형성할 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 각 유로는 병렬로 배치되어 있는 동시에, 동일 방향으로 굴곡되어 있고, 그 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 유로 중 외측 근처에 배치된 유로는, 내측 근처에 배치된 유로에 비해 큰 유로 길이를 갖고, 상기 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 유로 중 외측 근처에 배치된 것일수록, 상기 소경부의 길이의 비율이 작게 되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 각 유로가 동일 방향으로 굴곡되어 유로 길이가 각각 다름에도, 각 유로의 전체의 압력 손실을 균등화하여 각 유로에 흐르는 유체의 유량을 균일하게 할 수 있는 동시에, 유로 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 관한 리액터는 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 반응시키기 위한 복수의 반응 유로를 형성하는 유로 구조체를 구비한 리액터이며, 상기 각 반응 유로는 상기 제1 원료 유체가 도입되는 제1 도입로와, 상기 제2 원료 유체가 도입되는 제2 도입로와, 상기 제1 도입로와 상기 제2 도입로의 하류측에 연결되어, 상기 제1 원료 유체와 상기 제2 원료 유체를 합류시키기 위한 합류부와, 이 합류부의 하류측에 연결되어, 상기 제1 원료 유체와 상기 제2 원료 유체를 서로 반응시키기 위한 반응로를 포함하고, 상기 각 반응 유로의 제1 도입로로 이루어지는 그룹과 상기 각 반응 유로의 제2 도입로로 이루어지는 그룹 중 적어도 한쪽의 그룹은 서로 유로 길이가 다른 도입로를 포함하고, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록, 그 각 도입로의 유로 길이에 따라서 당해 각 도입로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있다.

이 리액터에서는 각 반응 유로의 제1 도입로로 이루어지는 그룹과 각 반응 유로의 제2 도입로로 이루어지는 그룹 중 적어도 한쪽의 그룹이 서로 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 경우라도, 이 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록, 그 각 도입로의 유로 길이에 따라서 각 도입로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있으므로, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로에 흐르는 원료 유체의 유량을 균일하게 할 수 있다. 그리고, 이 리액터에서는 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로의 유로 길이에 따라서 그 각 도입로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있으므로, 상기 각 도입로의 유로 길이 및 각 부의 상당 직경의 양쪽을 각각 적절하게 설정하여 상기 각 도입로의 전체의 압력 손실을 균등화하여, 상기 각 도입로에 흐르는 원료 유체의 유량을 균일하게 할 수 있다. 이로 인해, 각 도입로의 유로 길이를 일치시킴으로써 각 도입로의 유량을 균일하게 하는 경우에 비해, 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 리액터에서는 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로에 흐르는 원료 유체의 유량을 균일하게 하면서, 그 각 도입로의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부와, 그 소경부의 상당 직경보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부를 포함하고, 그 각 도입로의 전체의 압력 손실이 균등화되도록, 당해 각 도입로의 유로 길이에 따라서 상기 소경부의 길이와 상기 대경부의 길이의 비율이 설정되어 있는 것이 바람직하다.

유로 길이가 다른 도입로의 압력 손실을 균등화하는 경우에는, 각 도입로의 전체의 상당 직경을 그 각 도입로의 유로 길이에 따라서 적절하게 설정함으로써 각 도입로의 압력 손실의 균등화를 도모하는 것도 생각된다. 그러나, 이 경우에는, 각 도입로의 유로 길이에 따라서 각 도입로의 전체의 상당 직경을 미소한 범위에서 서서히 바꿀 필요가 있고, 그와 같이 전체의 상당 직경이 미소하게 다르도록 각 도입로를 고정밀도로 형성하는 것은 매우 곤란하다. 이에 대해, 상기 구성과 같이 각 도입로의 유로 길이에 따라서 소경부와 대경부의 길이의 비율을 바꿈으로써 각 도입로의 압력 손실을 균등화하는 경우에는, 각 도입로의 전체의 상당 직경을 미소하게 바꾸는 경우에 비해, 각 도입로의 형상의 조정이 용이해진다. 이로 인해, 상기 구성에 따르면, 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로를 전체의 압력 손실이 각각 동등해지는 형상으로 용이하게 형성할 수 있다.

또한 이 경우에 있어서, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로는 병렬로 배치되어 있는 동시에, 동일 방향으로 굴곡되어 있고, 그 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 도입로 중 외측 근처에 배치된 도입로는, 내측 근처에 배치된 도입로에 비해 큰 유로 길이를 갖고, 상기 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 도입로 중 외측 근처에 배치된 것일수록, 상기 소경부의 길이의 비율이 작게 되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로가 동일 방향으로 굴곡되어 있음에도, 그 각 도입로의 전체의 압력 손실을 균등화하여 각 도입로에 흐르는 원료 유체의 유량을 균일하게 할 수 있는 동시에, 각 도입로의 형상의 자유도를 향상시킬 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 각 제1 도입로와 상기 각 제2 도입로는 서로 다른 위치에 도입구를 갖고, 그 도입구로부터 서로 다른 방향으로 연장되는 동시에, 상기 합류부에 동일 방향으로부터 합류하고, 상기 각 제1 도입로와 상기 각 제2 도입로 중 적어도 한쪽의 각 도입로는 그 연장되는 방향을 다른 쪽의 각 도입로와 동일 방향으로 변경하기 위한 굴곡부를 갖고 있어도 좋다.

이와 같이 구성하면, 각 제1 도입로와 각 제2 도입로가 서로 다른 위치에 도입구를 갖는 경우라도, 각 제1 도입로와 각 제2 도입로 중 적어도 한쪽이 연장되는 방향을 굴곡부에 의해 변경시킴으로써, 이들 각 제1 도입로와 각 제2 도입로를 동일 방향으로부터 합류부에 합류시킬 수 있다. 이에 의해, 제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 서로 다른 위치에서 서로 다른 방향으로 흘리면서도, 이들 양 원료 유체를 서로 동일 방향으로 합류시키는 것이 가능한 리액터를 구성할 수 있다.

상기 리액터에 있어서, 서로 적층된 복수의 상기 유로 구조체를 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 리액터 전체적인 유로수를 보다 증가시킬 수 있으므로, 반응 생성물을 보다 대량 생산할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의한 리액터를 사용한 반응 방법은 상기 어느 하나의 리액터를 사용한 반응 방법이며, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로에 원료 유체를 층류로 되는 조건으로 흘리는 것이다.

이 반응 방법과 같이 다른 유로 길이를 갖는 각 도입로에 원료 유체를 층류로 되는 조건으로 흘리면, 각 도입로의 유로 길이와 각 도입로의 각 부의 상당 직경이 소정의 관계를 만족시키는 조건 하에 있어서, 각 도입로의 전체의 압력 손실이 균등하면 각 도입로에 흐르는 원료 유체의 유량이 균일해진다고 하는 관계를 성립시킬 수 있다.

Claims

유체가 도입되는 복수의 유로를 형성하는 유로 구조체이며,
상기 복수의 유로는 서로 유로 길이가 다른 유로를 포함하고,
상기 각 유로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록 그 각 유로의 유로 길이에 따라서 당해 각 유로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있는, 유로 구조체.
제1항에 있어서, 상기 각 유로는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부와, 그 소경부의 상당 직경보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부를 포함하고,
상기 각 유로의 전체의 압력 손실이 균등화되도록, 상기 각 유로의 유로 길이에 따라서 상기 소경부의 길이와 상기 대경부의 길이의 비율이 설정되어 있는, 유로 구조체.
제2항에 있어서, 상기 각 유로는 병렬로 배치되어 있는 동시에, 동일 방향으로 굴곡되어 있고,
그 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 유로 중 외측 근처에 배치된 유로는, 내측 근처에 배치된 유로에 비해 큰 유로 길이를 갖고,
상기 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 유로 중 외측 근처에 배치된 것일수록, 상기 소경부의 길이의 비율이 작게 되어 있는, 유로 구조체.
제1 원료 유체와 제2 원료 유체를 반응시키기 위한 복수의 반응 유로를 형성하는 유로 구조체를 구비한 리액터이며,
상기 각 반응 유로는 상기 제1 원료 유체가 도입되는 제1 도입로와, 상기 제2 원료 유체가 도입되는 제2 도입로와, 상기 제1 도입로와 상기 제2 도입로의 하류측에 연결되어, 상기 제1 원료 유체와 상기 제2 원료 유체를 합류시키기 위한 합류부와, 이 합류부의 하류측에 연결되어, 상기 제1 원료 유체와 상기 제2 원료 유체를 서로 반응시키기 위한 반응로를 포함하고,
상기 각 반응 유로의 제1 도입로로 이루어지는 그룹과 상기 각 반응 유로의 제2 도입로로 이루어지는 그룹 중 적어도 한쪽의 그룹은 서로 유로 길이가 다른 도입로를 포함하고,
상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로의 전체의 압력 손실이 각각 동등해지도록, 그 각 도입로의 유로 길이에 따라서 당해 각 도입로의 각 부의 상당 직경이 설정되어 있는, 리액터.
제4항에 있어서, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로는 소정의 상당 직경을 갖는 소경부와, 그 소경부의 상당 직경보다도 큰 상당 직경을 갖는 대경부를 포함하고,
그 각 도입로의 전체의 압력 손실이 균등화되도록, 당해 각 도입로의 유로 길이에 따라서 상기 소경부의 길이와 상기 대경부의 길이의 비율이 설정되어 있는, 리액터.
제5항에 있어서, 상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로는 병렬로 배치되어 있는 동시에, 동일 방향으로 굴곡되어 있고,
그 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 도입로 중 외측 근처에 배치된 도입로는, 내측 근처에 배치된 도입로에 비해 큰 유로 길이를 갖고,
상기 굴곡된 부분에 있어서 상기 각 도입로 중 외측 근처에 배치된 것일수록, 상기 소경부의 길이의 비율이 작게 되어 있는, 리액터.
제6항에 있어서, 상기 각 제1 도입로와 상기 각 제2 도입로는 서로 다른 위치에 도입구를 갖고, 그 도입구로부터 서로 다른 방향으로 연장되는 동시에, 상기 합류부에 동일 방향으로부터 합류하고,
상기 각 제1 도입로와 상기 각 제2 도입로 중 적어도 한쪽의 각 도입로는 그 연장되는 방향을 다른 쪽의 각 도입로와 동일 방향으로 변경하기 위한 굴곡부를 갖는, 리액터.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 적층된 복수의 상기 유로 구조체를 구비하는, 리액터.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 리액터를 사용한 반응 방법이며,
상기 유로 길이가 다른 도입로를 포함하는 그룹의 각 도입로에 원료 유체를 층류로 되는 조건으로 흘리는, 리액터를 사용한 반응 방법.