WO2023132105A1 - 熱交換構造 - Google Patents

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WO2023132105A1
WO2023132105A1 PCT/JP2022/034821 JP2022034821W WO2023132105A1 WO 2023132105 A1 WO2023132105 A1 WO 2023132105A1 JP 2022034821 W JP2022034821 W JP 2022034821W WO 2023132105 A1 WO2023132105 A1 WO 2023132105A1
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WO
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heat exchange
fluid
exchange structure
structure according
porous body
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PCT/JP2022/034821
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English (en)
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Inventor
拓哉 吉野谷
Original Assignee
株式会社Ihi
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/06—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being attachable to the element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D9/0031—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0037—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the conduits for the other heat-exchange medium also being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal

Definitions

  • the present disclosure relates to a heat exchange structure that exchanges heat between two fluids.
  • a heat exchange type catalytic reactor is equipped with a heat exchange structure that exchanges heat between two fluids.
  • the heat exchange structure has a heat medium channel and a reaction channel adjacent to each other.
  • a heat medium fluid flows through the heat medium channel, and a reaction fluid containing reaction raw materials flows through the reaction channel.
  • the heat medium channel and the reaction channel are thermally coupled to each other through the partition wall. Therefore, heat is exchanged between the heat transfer fluid and the reaction fluid, which have a temperature difference, and the reaction of the reaction raw materials is promoted.
  • a fin structure may be installed in at least one of the heat medium flow path and the reaction flow path to improve the overall heat transfer coefficient between the heat transfer fluid and the reaction fluid.
  • the fin structure is called a corrugated fin, a waving fin, or the like, and is formed by bending a metal plate.
  • the fin structure has a plurality of fins (side surfaces) extending or curved in the longitudinal direction of the channel in which the fin structure is installed.
  • Patent Document 1 discloses a heat transfer promoter as a fin structure. When the fin structure described above is installed in the reaction channel, the fin structure may carry a catalyst.
  • a predetermined clearance is provided between the fin structure and the inner peripheral surface of the flow channel in order to facilitate the attachment of the fin structure to the flow channel.
  • the clearance reduces friction between the fin structure and the channel, facilitating insertion and removal of the fin structure into and out of the channel.
  • the clearance is essential for inserting and removing the fin structure, it is also a space that forms a fluid flow that contributes little to heat exchange and reaction, and is one of the factors that reduce heat transfer performance.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and aims to provide a heat exchange structure that can improve the workability of installation or removal while suppressing deterioration in heat transfer performance. .
  • a heat exchange structure includes a channel that is thermally coupled to other channels that are stacked in a stacking direction, and a route forming part that is provided in the channel.
  • the passage forming portion includes a plurality of walls forming a main flow passage of a fluid, and a porous body provided in the passage and having permeability to the fluid.
  • the plurality of walls may be permeable to fluid.
  • the permeability of the plurality of walls may be lower than the permeability of the porous body to fluid.
  • FIG. 2 is a YZ plane cross-sectional view of a flow channel in the heat exchange structure according to the first embodiment of the present disclosure
  • 1 is an exploded perspective view of a heat exchange structure
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the flow of fluid in the path forming portion according to the first embodiment, and is a cross-sectional view seen from the Y direction; It is a figure which shows the 1st modification of the path
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of the path configuration portion according to the second embodiment and the flow of fluid therein, and is a cross-sectional view seen from the Y direction.
  • FIG. 10 is a perspective view showing each modification of the wall portion and the porous body;
  • FIG. 11 is a side view of a passage forming part in a heat exchange structure according to another embodiment;
  • FIG. 11 is a side view of a passage forming part in a heat exchange structure according to another embodiment;
  • FIG. 11 is a side view of a passage forming part in a heat exchange structure according to another embodiment;
  • FIG. 11 is a side view of a passage forming part in a heat exchange structure according to another embodiment;
  • FIG. 11 is a side view of a passage forming part in a heat exchange structure according to another embodiment;
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of the path configuration portion according to the second embodiment and the flow of fluid therein, and is a cross-sectional view seen from the Y direction
  • FIG. 11 is a side view of a passage forming part in a heat exchange structure according to another embodiment
  • 1 is a side view of a reactor with a heat exchanging structure according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 10
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 10
  • FIG. 3 is a three-dimensional cross-sectional view showing part of a heat exchange section as a heat exchange structure in the reactor.
  • a heat exchange structure 50 will now be described with reference to the drawings.
  • symbol is attached
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are defined as three mutually orthogonal directions.
  • the X direction is the width direction of flow paths 51 and 52, which will be described later, and is also the arrangement direction when a plurality of flow paths are provided in parallel.
  • the Y direction is the stacking direction of the channels 51 and 52 and is also the main direction of heat transfer between the two channels.
  • the Z direction is the longitudinal direction (stretching direction) of each channel.
  • a path forming part which will be described later, is formed separately from the flow paths 51 and 52 and provided in at least one of the flow paths 51 and 52 .
  • the path forming part 60 is installed only in the flow path 51.
  • FIG. 1 is a YZ plane cross-sectional view of a flow channel in the heat exchange structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the heat exchange structure.
  • the heat exchanging structure 50 according to the first embodiment comprises at least one channel 51 and at least one channel 52 .
  • the flow paths 51 and 52 have a length (that is, height) h3 along the Y direction and a length (that is, width) w3 along the X direction. It is stretched in the Z direction.
  • the channels 51 and 52 are stacked along the Y direction (stacking direction). Note that the cross-sectional shape of each of the flow paths 51 and 52 along the Y direction is not limited to the rectangle shown in FIG.
  • the flow path 51 and the flow path 52 are provided in parallel and thermally coupled to each other via the partition wall 55 .
  • the flow path 51 may be applied as one of the first flow path 11 and the second flow path 21 in the heat exchange section 2 (see FIGS. 10 to 13) of the reactor 1 to be described later.
  • the channel 52 may be applied as the other channel of the first channel 11 and the second channel 21 .
  • the channel 51 and the channel 52 are alternately stacked along the Y direction, and the partition 55 between the channel 51 and the channel 52 is the first partition 13 and the second partition 23 of the reactor 1. correspond to each
  • the heat exchange structure 50 may include multiple flow paths 51 and multiple flow paths 52 .
  • the plurality of channels 51 are arranged on a plane parallel to the XZ plane, and the plurality of channels 52 are arranged on another plane parallel to the XZ plane.
  • the longitudinal direction of the channel 51 and the longitudinal direction of the channel 52 may be parallel to each other or may cross each other. The latter may thus be in a twisted relationship.
  • one of the flow paths 51 and 52 communicates with the other flow path of the flow paths 51 and 52 via the partition wall 55 in substantially the entire section in the longitudinal direction. are stacked and thermally bonded together.
  • a fluid 53 flows through the flow path 51 and a fluid 54 flows through the flow path 52 .
  • the fluid 53 is one of a heat transfer fluid M and a reaction fluid R which will be described later.
  • the fluid 54 is the other of the heat transfer fluid M and reaction fluid R.
  • the flow of the fluid 53 and the fluid 54 may be countercurrent or parallel.
  • the amount of heat Q per unit time at this time is proportional to the product of the overall heat transfer coefficient (heat transfer rate) U, the heat transfer area A of the partition wall 55, and the temperature difference ⁇ T between the fluids 53 and 54. That is, the relationship between these values is represented by the following formula (1).
  • Q UA( ⁇ T) (1)
  • the heat transfer area A is constant.
  • the change in the temperature difference ⁇ T is small. Therefore, it can be seen that an increase in the heat quantity Q is obtained by an increase in the overall heat transfer coefficient U.
  • the heat transfer coefficient H1 increases when the main stream of the fluid 53 approaches or enters the temperature boundary layer near the partition wall 55 . That is, the heat transfer coefficient H1 is increased by deflecting the main flow toward the partition wall 55 or by creating turbulence in the main flow with a component directed toward the partition wall 55 . This tendency is the same for the heat transfer coefficient H2, and by controlling the flow of the fluid 54, the heat transfer coefficient H2 increases. As at least one of the heat transfer coefficient H1 and the heat transfer coefficient H2 increases, the overall heat transfer coefficient U increases, and finally the heat quantity Q increases. That is, the overall heat transfer coefficient between two fluids can be improved in a space of limited length. In other words, at least deterioration in heat transfer performance can be suppressed.
  • the heat exchanging structure 50 comprises a passage forming portion 60 .
  • the passage forming part 60 includes a plurality of walls 61 forming a main passage of the fluid 53 , and a porous body 62 provided in the passage and having permeability to the fluid 53 .
  • the path forming part 60 is configured to be replaceable with respect to the flow path 51 by adjusting its dimensions and the like.
  • the path formed by the wall is not limited to the path formed between the walls adjacent to each other, and includes the path formed between the wall and the inner peripheral surface of the flow path.
  • the wall portion 61 and the porous body 62 may be held together by friction between their contact surfaces, or may be joined (integrated) to each other by joining means such as adhesion, brazing, or diffusion joining. good. Alternatively, they may be integrally held by fastening members such as pins and rivets.
  • the wall portion 61 has a surface 61a extending in directions perpendicular to the Z direction (that is, the X direction and the Y direction). For example, as shown in FIG. 2, it is formed in a plate shape extending in the X and Y directions.
  • the wall portion 61 has a length (ie, width) w2 along the X direction and a length (ie, height) h2 along the Y direction.
  • the width w2 of the wall portion 61 is smaller than the width w3 of the flow path 51 and the width w1 of the porous body 62, and the height h2 of the wall portion 61 is equal to the height h1 of the porous body 62.
  • the plurality of wall portions 61 are arranged while being spaced apart in the Z direction of the flow channel 51 and shifted in a direction parallel to the extending direction of the surface 61a.
  • the wall portions 61 are alternately arranged along the Z direction on one side and the other side of the channel 51 in the X direction.
  • the wall portions 61 are arranged in a zigzag pattern with intervals along the Z direction.
  • the main path of the fluid 53 meanders in the X direction.
  • the wall portion 61 is inserted into the groove portion 63 of the porous body 62 having dimensions complementary to the wall portion 61 .
  • the groove portion 63 supports the wall portion 61 and defines the position of the wall portion 61 .
  • the wall portion 61 is formed from a plate-like member made of a thermally conductive material having heat resistance. Thermally conductive materials are, for example, refractory metals or ceramics. Also, the wall portion 61 is impermeable to the fluid 53 . Therefore, the fluid 53 passes through the porous body 62 except for leakage flow between the flow path 51 and the path forming portion 60 . However, as will be described later, the wall portion 61 may have permeability.
  • the porous body 62 occupies a portion other than the wall portion 61 in the structure constituting the path forming portion 60 .
  • the porous body 62 has a large number of interconnected voids (vacuoles, voids, pores) and is permeable to fluid.
  • the porous body 62 is, for example, a metal foam body (metal foam body) made of continuous cells (open cell structure), or a porous sintered body having a large number of communication holes (through holes).
  • the permeability is determined depending on its porosity.
  • the porosity is the ratio of the volume of space to the total volume of a substance.
  • the porous body 62 has a width w1 along the X direction and a height h1 along the Y direction. Width w1 of porous body 62 is equal to width w3 of channel 51 . In addition, this "equal" means substantially equal. That is, it has a value that allows installation of the porous body 62 in the channel 51 while suppressing leakage flow between the inner peripheral surface (inner peripheral wall) 56 (see FIG. 1) of the channel 51 and the flow channel 51 as much as possible. It means that the width w1 and the width w3 are not strictly matched.
  • the width w1 may be set to a value larger than the width w3 of the flow path 51 as long as the porous body 62 can be installed. In this case, the degree of adhesion between the partition wall 55 and the porous body 62 is increased, and the heat transfer performance can be improved.
  • the height h1 of the porous body 62 is also equal to the height h3 of the flow path 51.
  • the depth d1 of the porous body 62 is appropriately set according to the dimensions of the flow path 51 and the mode of use. For example, the depth d1 is set to a value equal to or less than the depth d3 of the channel 51 .
  • the depth d1 of the porous body 62 is approximately equal to the length L of the path forming portion 60 in the Z direction.
  • the porous body 62 has a groove portion 63 into which the wall portion 61 is inserted.
  • the groove portion 63 has dimensions complementary to the wall portion 61, supports the wall portion 61, and defines its position.
  • the porous body 62 has heat resistance and is made of a material capable of supporting a catalyst.
  • a material capable of supporting a catalyst include Fe (iron), Cr (chromium), Al (aluminum), Y (yttrium), Co (cobalt), Ni (nickel), Mg (magnesium), Ti (titanium), Mo (molybdenum), ), W (tungsten), Nb (niobium), Ta (tantalum), etc., or a plurality of these metals as a main component.
  • the porous body 62 may be formed by molding a thin plate structural material made of a heat-resistant alloy such as Fecralloy (registered trademark).
  • the material of the porous body 62 may be ceramic.
  • the porous body 62 When the porous body 62 is made of metal foam, the porous body 62 may be made elastic. The degree of elasticity can be set by adjusting the material, porosity, and dimensions of the support (cell edge) of the metal foam. In general, metal foams are easier to manufacture with higher porosity than porous sintered bodies.
  • a catalyst may be supported on the porous body 62 .
  • the catalyst mainly contains an active metal that is effective in promoting the progress of the chemical reaction.
  • active metals include Ni (nickel), Co (cobalt), Fe (iron), Pt (platinum), Ru (ruthenium), Rh (rhodium), and Pd (palladium).
  • One type may be used alone, or a plurality of types may be used in combination as long as they are effective in promoting the reaction.
  • the surface area of the porous body 62 is much larger than the surface area of corrugated fins having the same dimensions and can promote the reaction.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of the fluid 53 in the path forming portion 60, and is a cross-sectional view seen from the Y direction.
  • the fluid 53 in the path forming part 60 is disturbed by collision with the porous body 62 while passing through the porous body 62, and is directed from the upstream side (entrance side) to the downstream side (outlet side) of the flow path 51. (from left to right in FIG. 1).
  • the turbulence of the flow of the fluid 53 increases the frequency of the fluid 53 entering the temperature boundary layer near the partition wall 55, thereby suppressing deterioration in heat transfer performance.
  • heat is transferred through the portion where the path forming portion 60 and the partition wall 55 are in contact with each other. This heat transfer contributes to the improvement of the heat transfer performance described above.
  • the wall portion 61 is supported by the porous body 62 by being inserted into the groove portion 63 .
  • the porous body 62 itself functions as a support member for the wall portions 61
  • the path forming portion 60 does not have a member for supporting the plurality of wall portions 61 with each other. Therefore, compared to the case where such a support member is provided, the friction between the path forming portion 60 and the inner peripheral surface 56 (see FIG. 1) of the flow path 51 is reduced, and the installation to the flow path 51 and the flow path Removal from 51 is facilitated. That is, workability of installation or removal can be improved.
  • FIG. 4 are diagrams showing a first, second, and third modifications of the route configuration unit 60 according to the present embodiment, respectively.
  • the height h2 of the wall portion 61 according to the first modification is equal to the height h1 of the porous body 62.
  • the width w2 of the wall portion 61 is smaller than the width w1 of the porous body 62 .
  • the number of wall portions 61 along the X direction changes according to the position along the Z direction. For example, as shown in FIG. 4, one wall portion 61 arranged at the center in the width direction of the flow channel 51 and two wall portions 61, 61 arranged at both ends in the width direction of the flow channel 51 are arranged alternately along the Z direction. Therefore, the main flow of the fluid 53 is divided into two flows, and flows in the Z direction while meandering in the X direction so as to repeat confluence and separation.
  • the width w2 of the wall portion 61 according to the second modification is equal to the width w1 of the porous body 62.
  • the height h2 of the wall portion 61 is smaller than the height h1 of the porous body 62.
  • the wall portions 61 are alternately arranged along the Z direction on one side and the other side of the channel 51 in the Y direction. Therefore, the main flow of the fluid 53 flows in the Z direction while meandering in the Y direction.
  • the number of wall portions 61 along the Y direction may change according to the position along the Z direction.
  • the wall portions 61 according to the third modification may be formed in a plate shape (strip shape) extending in the Z direction, and may be arranged parallel to each other while being spaced apart in the X direction.
  • the wall portion 61 is formed in a plate shape extending in the Y direction and the Z direction.
  • the height h 2 of the wall portion 61 is equal to the height h 1 of the porous body 62 .
  • the height h2 of the wall portion 61 is set to be less than or equal to half the height h1 of the porous body 62, and the groups of rows of the porous bodies 62 and the wall portions 61 alternately arranged in the X direction are separated from each other.
  • a plurality of stages may be provided in the Y direction so that the phase shifts in the X direction.
  • the second embodiment differs from the first embodiment only in the characteristics of the wall portion of the path forming portion, and the other configurations are the same as those of the first embodiment. Therefore, while the path configuration unit 60 according to the second embodiment will be described, the same reference numerals will be assigned to the configurations common to the first embodiment, and description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of the path configuration portion 60 according to the second embodiment and the flow of fluid therein, and is a cross-sectional view seen from the Y direction.
  • the path-forming portion 60 includes a wall portion 61 and a porous body 62 .
  • the wall portion 61 constitutes the main flow path of the fluid 53
  • the porous body 62 is provided within the main flow path of the fluid 53 formed by the wall portion 61 .
  • the porous body 62 has permeability.
  • the wall portion 61 is also permeable to the fluid 53 . Therefore, in the second embodiment, both the wall portion 61 and the porous body 62, which are constituent members of the path forming portion 60, have permeability.
  • the wall portion 61 is made of the same material as the porous body 62 . That is, the wall portion 61 is a metal foam (metal foam) made of continuous cells (that is, an open cell structure), or a porous sintered body that has a large number of communicating holes (that is, through holes). However, the permeability of the wall portion 61 is lower than the permeability of the porous body 62 to the fluid 53 .
  • metal foam metal foam
  • continuous cells that is, an open cell structure
  • a porous sintered body that has a large number of communicating holes (that is, through holes).
  • the permeability of the wall portion 61 is lower than the permeability of the porous body 62 to the fluid 53 .
  • the wall portion 61 according to the second embodiment also functions as a wall that deflects the main flow of the fluid 53 in the same manner as the wall portion 61 according to the first embodiment.
  • the wall portion 61 has permeability, and its permeability is lower than that of the porous body 62 . Therefore, as shown in FIG. 7, most of the main flow of fluid 53 is deflected by wall 61 and flows inside porous body 62 . Additionally, a portion of the main flow of fluid 53 may pass through wall 61 .
  • pressure drop can be reduced more than when non-permeable walls are used. Note that the configuration of the first embodiment can be applied to the configuration other than the point that the wall portion 61 has transparency. Therefore, in the second embodiment as well, the same effects as those obtained in the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 8 is a perspective view showing each modification of the wall portion 61 and the porous body 62.
  • the porous body 62 may consist of an assembly of a plurality of blocks 62B arranged as a main flow path for the fluid 53.
  • the wall portion 61 may consist of an assembly of a plurality of blocks 61B arranged as a mainstream wall of the fluid 53 .
  • the interval between the wall portions 61 adjacent to each other along the Z direction may be constant or may vary. Also, the interval between the wall portions 61 adjacent to each other along the X direction may be constant or may vary. By varying the spacing, the local overall heat transfer coefficient can be varied along the Z or X direction.
  • the outer shape of the blocks 61B and 62B is not limited to the rectangular parallelepiped shown in FIG. That is, these blocks 61B and 62B may be other polyhedrons, and their outer surfaces also have perfect planes, as long as they can exist stably in shape as the minimum structural unit that constitutes the main path or the walls of the path. does not require
  • the block 61B of the wall portion 61 or the block 62B of the porous body 62 is made of metal particles, fine undulations are formed on the outer surface of the block. In this case, adjacent blocks may touch (bond) at some of their boundaries and form spaces at other locations that are much larger than the pores within the block.
  • the shape of the wall portion 61 is not limited to the shapes shown in FIGS.
  • the wall portion 61 may have a rod-like shape extending in a predetermined direction (eg, X direction or Y direction).
  • FIG. 9A to 9E are side views of a passage forming part in a heat exchange structure according to another embodiment. Note that illustration of the wall portion 61 is omitted in each figure.
  • the total length of the path forming portion 60 described above is not limited to a value close to the total length of the flow path 51 . That is, as shown in FIG. 9A, they may be arranged continuously from the inlet 51a to the outlet 51b of the channel 51, or they may be divided into a plurality arranged along the channel 51 as shown in FIG. 9B. . In the latter case, by dividing the path forming portion 60, deformation such as bending during the installation work of the flow path 51 can be suppressed.
  • the divided path forming portions 60 may be arranged at intervals along the flow path 51 (see FIG. 9C).
  • this interval P the restriction of the wall portion 61 with respect to the traveling direction of the main flow of the fluid 53 is temporarily relaxed within the interval, and the resistance to the flow of the fluid 53 is reduced.
  • the effect of setting this interval is that when the continuity of the main path of the fluid 53 is interrupted (for example, the permeability of the porous body 62 varies depending on the position of the porous body 62 (path including the porous body 62). It is particularly effective in the case of changing according to the position of the component 60).
  • the interval P of the divided route forming portions 60 or the length L of the divided route forming portions 60 may change stepwise along the flow path 51 .
  • the density of the path forming portions 60 in the flow path 51 that is, the total length of the path forming portions 60 per unit length
  • the permeability of the porous body 62 may change stepwise according to the position on the channel 51 .
  • the permeability of the porous body 62 of the path-constituting part 60B is The permeability of the porous body 62 of the path forming portion 60A may be set to be smaller than that of the porous body 62 of the path forming portion 60A, and the permeability of the porous body 62 of the route forming portion 60C may be set to be smaller than that of the porous body 62 of the route forming portion 60B.
  • the required heat transfer performance can be changed according to the flow position of the fluid 53 . Further, by changing the transmittance, the contact area of the fluid 53 with the porous body 62 is changed. Therefore, for example, the probability of contact with the catalyst supported on the porous body 62 can be changed.
  • the heat transfer coefficient H1 increases by increasing the frequency at which the main stream of the fluid 53 flows into the vicinity of the partition wall 55. This tendency is the same for the heat transfer coefficient H2.
  • the heat transfer coefficient H2 increases when the main flow of at least one of the fluid 53 and the fluid 54 is caused to meander in the X direction or the Y direction, the flow path length of the fluid increases, and the temperature boundary layer near the partition wall 55 increases. The frequency with which the main stream flows increases. Therefore, heat transfer between the fluid and the partition wall 55 is promoted.
  • the overall heat transfer coefficient U increases, and finally the heat quantity Q increases. That is, the overall heat transfer coefficient between two fluids can be improved in a space of limited length. In other words, it can be achieved by at least suppressing deterioration in heat transfer performance.
  • a reaction apparatus (catalytic reactor) 1 as an example to which the heat exchange structure 50 is applied will be described below.
  • the reactor 1 comprises a heat exchange section 2 as a heat exchange structure 50 .
  • the first heat transfer body 10 and the second heat transfer body 20 are stacked in the Y direction, and the flow path (hereinafter referred to as the first flow path) 11 and the flow path (hereinafter referred to as the second flow path) 21 extends in the Z direction.
  • the width direction of each channel is defined as the X direction described above.
  • the X direction is also an arrangement direction when a plurality of first flow paths 11 (second flow paths 21) are provided in parallel.
  • FIG. 10 is a side view showing a reactor (catalytic reactor) 1 having a heat exchange structure 50 according to this embodiment.
  • 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 10.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII in FIG. 10.
  • FIG. 13 is a three-dimensional cross-sectional view showing part of the heat exchange section 2 as the heat exchange structure 50. As shown in FIG.
  • the reaction device 1 advances (accelerates) the reaction of the reaction fluid R by heating or cooling the reaction fluid R containing reaction raw materials.
  • the reactor 1 comprises a heat exchange section 2 as a heat exchange structure 50 (see FIG. 1) for heat exchange between the heat transfer fluid M and the reaction fluid R.
  • the heat exchange section 2 includes a first heat transfer body 10 , a second heat transfer body 20 and a cover plate 30 .
  • the first heat conductor 10, the second heat conductor 20, and the cover plate 30 are plate-shaped members made of heat-resistant, heat-conductive material, and can withstand high internal pressure generated when the reaction fluid R flows. It has sufficient thickness.
  • the first heat transfer body 10 has a first flow path 11 through which the heat transfer fluid M flows.
  • the second heat transfer body 20 has a second channel 21 through which the reaction fluid R flows.
  • the first heat conductors 10 and the second heat conductors 20 are alternately stacked in the Y direction (stacking direction), and the cover plate 30 is installed on the top.
  • the first flow path 11 and the second flow path 21 are adjacent to each other via the first partition wall 13 or the second partition wall 23 (see FIG. 13).
  • the first flow path 11 and the second flow path 21 are stacked in a non-contact state in the stacking direction of the first heat transfer body 10 and the second heat transfer body 20 .
  • the first heat conductor 10 and the second heat conductor 20 are made of a thermally conductive material. Therefore, the first channel 11 and the second channel 21 are thermally coupled to each other.
  • the heat exchange section 2 has a counterflow structure in which the reaction fluid R and the heat transfer fluid M flow in opposite directions. At least one of the first flow path 11 and the second flow path 21 is provided with the above-described path forming portion 60 . In the second channel 21 through which the reaction fluid R flows, a path forming part 60 having a porous body 62 supporting a catalyst may be installed.
  • the heat exchange section 2 is composed of at least one pair of a first heat transfer body 10 and a second heat transfer body 20 .
  • the number of each heat transfer element may be increased in order to improve the performance of heat exchange.
  • the number of flow paths formed in each heat transfer body is set in consideration of the design conditions of the heat exchange section 2, heat transfer efficiency, and the like.
  • a housing or heat insulating material may surround the heat exchange section 2.
  • the heat medium introduction part 34 is a lid curved in a concave shape, and forms a space S ⁇ b>1 between itself and the heat exchange part 2 .
  • the first inlets 12 of the plurality of first flow paths 11 are open to the space S1 (see FIG. 10).
  • the first introduction port 12 opens in the side surface (end surface) 2 a of the heat exchange section 2 facing the heat medium introduction section 34 .
  • the heat medium introduction part 34 has a first introduction pipe 36 for introducing the heat medium fluid M. As shown in FIG. The heat transfer fluid M flows into each first channel 11 via the first introduction pipe 36 .
  • the heat medium introduction part 34 is installed on the fixed member 32 so as to be attachable/detachable or openable/closable. By this attachment and detachment, for example, an operator can insert and withdraw the path forming part 60 with respect to the first flow path 11 .
  • the heat medium discharge part 41 is a box-shaped member having one open surface.
  • the heat medium discharge part 41 is installed in the heat exchange part 2 so that the open surface of the heat medium discharge part 41 is aligned with the first discharge port 18 of the first heat transfer body 10 .
  • the heat medium discharge part 41 has a first discharge pipe 42 .
  • the first discharge pipe 42 discharges the heat medium fluid M that has flowed through the heat exchange section 2 .
  • a reaction fluid introduction part 35 is attached to the fixing member 33 .
  • the reaction fluid introduction part 35 is a concavely curved lid body, similarly to the heat medium introduction part 34 , and forms a space S ⁇ b>2 between itself and the heat exchange part 2 .
  • the second inlets 22 of the plurality of second flow paths 21 are open to the space S2 (see FIG. 10). In other words, the second inlet 22 opens in the side surface (end surface) 2 b of the heat exchange section 2 facing the reaction fluid introduction section 35 .
  • the reaction fluid introduction part 35 has a second introduction pipe 37 for introducing the reaction fluid R. As shown in FIG. The reaction fluid R flows into each second channel 21 via the second introduction pipe 37 .
  • the reaction fluid introduction part 35 is installed on the fixing member 33 so as to be attachable/detachable or openable/closable.
  • an operator can insert or extract the path forming part 60 into/from the second flow path 21 .
  • the product discharge part 43 is a box-shaped member having one open surface, like the heat medium discharge part 41 .
  • the product discharge part 43 is installed in the heat exchanging part 2 so that the open surface of the product discharge part 43 is aligned with the second discharge port 28 of the second heat transfer body 20 .
  • the product discharge section 43 also has a second discharge pipe 44 .
  • the second discharge pipe 44 discharges the reaction gas G containing the reaction fluid R-derived products.
  • the first heat transfer body 10 has a plurality of first flow paths 11. As shown in FIG. The plurality of first flow paths 11 extend in the Z direction and are arranged in the X direction (width direction). The first flow path 11 supplies the heat of the heat transfer fluid M to the first heat transfer body 10 .
  • the first flow path 11 is a groove formed on one surface (the upper surface in this embodiment) of the first heat transfer body 10 .
  • the groove has a rectangular cross-section (see FIG. 13) of width w3 and height h3 and extends in one direction with a length of depth d3 (see FIG. 11).
  • Width w3 has a value equal to or greater than width w1 of porous body 62 .
  • the height h3 also has a value equal to or greater than the height h1 of the porous body 62 .
  • the depth d3 is greater than the depth d1 of the porous body 62 .
  • the first flow path 11 extends linearly from the first inlet 12 located on the fixing member 32 side toward the fixing member 33 . As shown in FIG. 11, the plurality of first flow paths 11 are provided in parallel. In addition, the width, height, and length of the first flow path 11 and the first flow path 11 may be different.
  • the first heat transfer body 10 includes a first partition wall 13, two first side walls 14, a plurality of first intermediate walls 15, and a first end wall 16.
  • a first side wall 14 , a plurality of first intermediate walls 15 and a first end wall 16 are provided on one surface of the first partition wall 13 . That is, these are provided on the same surface as the surface on which the first side wall 14 and the like are provided with respect to the first partition 13 .
  • the first partition 13 is a rectangular wall and defines the overall shape of the first heat transfer body 10 .
  • the first side walls 14 are walls provided on both sides in the extending direction of the first flow path 11 .
  • the plurality of first intermediate walls 15 are walls located between two first side walls 14 and provided in parallel with each first side wall 14 .
  • the first end wall 16 is a wall portion provided on the side opposite to the first inlet 12 across the first flow path 11 and extending in the arrangement direction of the first flow paths 11 .
  • the first end wall 16 prevents the heat transfer fluid M from flowing into the space S2.
  • the first heat transfer body 10 has a first communication channel 17 extending along the first end wall 16 .
  • the first communication channel 17 communicates with all the first channels 11 and communicates with the first discharge port 18 .
  • the second heat transfer body 20 has a plurality of second flow paths 21 including reaction regions.
  • the second channel 21 has a middle portion as a main reaction area.
  • the plurality of second flow paths 21 extend in the Z direction and are arranged in the X direction (width direction).
  • the second flow path 21 receives the heat of the heat transfer fluid M flowing through the first flow path 11 in the first heat transfer body 10 to cause the reaction fluid R to react with the reaction fluid R-derived product.
  • a gas G is produced.
  • the second flow path 21 is a groove formed on one surface (the upper surface in this embodiment) of the second heat transfer body 20 .
  • the groove has a rectangular cross-section (see FIG. 13) of width w3 and height h3 and extends in one direction with a length of depth d3 (see FIG. 12).
  • the second flow path 21 extends linearly from the second inlet 22 located on the fixing member 33 side toward the fixing member 32 . As shown in FIG. 12, the plurality of second flow paths 21 are provided in parallel.
  • the second heat transfer body 20 includes a second partition wall 23, two second side walls 24, a plurality of second intermediate walls 25, and a second end wall 26.
  • a second side wall 24 , a second intermediate wall 25 and a second end wall 26 are provided on one surface of the second partition wall 23 .
  • the second partition wall 23 is a rectangular wall and defines the overall shape of the second heat transfer body 20 .
  • the second side walls 24 are walls provided on both sides in the extending direction of the second flow path 21 .
  • the plurality of second intermediate walls 25 are walls located between two second side walls 24 and provided in parallel with each second side wall 24 .
  • the second end wall 26 is a wall portion provided on the opposite side of the second inlet 22 across the second flow path 21 and extending in the arrangement direction of the second flow paths 21 .
  • the second end wall 26 prevents the reaction gas G from flowing into the space S1.
  • the second heat transfer body 20 has a second communication channel 27 extending along the second end wall 26 .
  • the second communication channel 27 communicates with all the second channels 21 and communicates with the second outlet 28 .
  • the second communication channel 27 is also a fluid channel, and there is no substantial difference between the two.
  • the heat exchange section 2 can be used as a liquid-liquid heat exchanger, a gas-gas heat exchanger, or a gas-liquid heat exchanger.
  • the reaction fluid R and heat transfer fluid M may be either gas or liquid.
  • the reaction apparatus 1 of the present embodiment enables chemical synthesis by various thermal reactions such as endothermic reactions and exothermic reactions. Synthesis by such a thermal reaction includes, for example, a steam reforming reaction of methane represented by formula (3), an endothermic reaction such as a dry reforming reaction of methane represented by formula (4), and a shift represented by formula (5). reaction, methanation reaction represented by formula (6), and synthesis by exothermic reaction such as Fischer-Tropsch synthesis reaction represented by formula (7). Note that the reaction fluid R in these reactions is gas.
  • the heat transfer fluid M is preferably a substance that does not corrode the constituent materials of the reactor 1.
  • gaseous substances such as combustion gas and heated air can be used.
  • the heat transfer fluid M may be, for example, a liquid substance such as water or oil.

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Abstract

熱交換構造（５０）は、積層方向に互いに積層される他の流路と熱的に結合する流路（５１）と、流路（５１）内に設けられる経路構成部（６０）と、を備える。経路構成部（６０）は、流体の主流の経路を構成する複数の壁部（６１）と、経路内に設けられ、流体に対して透過性を有する多孔質体（６２）とを含む。

Description

熱交換構造
　本開示は、二流体間の熱交換を行う熱交換構造に関する。
　熱交換型の触媒反応装置は、二流体間の熱交換を行う熱交換構造を装備している。熱交換構造は、互いに隣接する熱媒流路と反応流路を有する。熱媒流路には熱媒流体が流れ、反応流路には反応原料を含んだ反応流体が流れる。熱媒流路と反応流路とは隔壁を介して互いに熱的に結合している。従って、温度差をもつ熱媒流体と反応流体との間では熱交換が行われ、反応原料の反応が促進される。
　熱媒流体と反応流体との間の総括熱伝達係数を向上させるため、熱媒流路及び反応流路のうちの少なくとも一方にフィン構造体が設置される場合がある。フィン構造体は、コルゲートフィン又はウェービングフィン等と呼ばれ、金属板に曲げ加工等を施すことで形成されている。フィン構造体は、当該フィン構造体が設置される流路の長手方向に延伸又は湾曲した複数のフィン（側面）を有する。これに関して、特許文献１はフィン構造体としての伝熱促進体を開示している。なお、上述のフィン構造体が反応流路に設置される場合、当該フィン構造体に触媒が担持されることもある。
特開２０１７－１４０５９１号公報
　流路へのフィン構造体の取付けを容易にするため、フィン構造体と流路の内周面との間に所定のクリアランス（間隙）が設けられる。クリアランスはフィン構造体と流路の間の摩擦を低減し、フィン構造体の流路への挿入や当該流路からの取出しを容易にする。つまり、クリアランスは、フィン構造体の挿入や除去に不可欠であるものの、熱交換や反応への寄与が少ない流体の流れを形成する空間でもあり、伝熱性能を低下させる要因の１つとなる。
　本開示はこのような事情を鑑みて成されたものであって、伝熱性能の低下を抑制しつつ、設置又は除去の作業性を向上させることが可能な熱交換構造の提供を目的とする。
　本開示に係る熱交換構造は、積層方向に互いに積層される他の流路と熱的に結合する流路と、　前記流路内に設けられる経路構成部とを備える。前記経路構成部は、流体の主流の経路を構成する複数の壁部と、前記経路内に設けられ、前記流体に対して透過性を有する多孔質体とを含む。
　前記複数の壁部は流体に対して透過性を有してもよい。この場合、前記複数の壁部の透過率は、流体に対する前記多孔質体の透過率よりも低くてもよい。
　本開示によれば、伝熱性能の低下を抑制しつつ、設置又は除去の作業性を向上させることが可能な熱交換構造を提供することができる。
本開示の第１実施形態に係る熱交換構造における流路のＹ－Ｚ面断面図である。 熱交換構造の分解斜視図である。 第１実施形態に係る経路構成部内の流体の流れを説明するための図であり、Ｙ方向から見た断面図である。 第１実施形態に係る経路構成部の第１変形例を示す図である。 第１実施形態に係る経路構成部の第２変形例を示す図である。 第１実施形態に係る経路構成部の第３変形例を示す図である。 第２実施形態に係る経路構成部の構成及びその内部の流体の流れを説明するための図であり、Ｙ方向から見た断面図である。 壁部及び多孔質体の各変形例を示す斜視図である。 他の実施形態に係る熱交換構造における経路構成部の側面図である。 他の実施形態に係る熱交換構造における経路構成部の側面図である。 他の実施形態に係る熱交換構造における経路構成部の側面図である。 他の実施形態に係る熱交換構造における経路構成部の側面図である。 他の実施形態に係る熱交換構造における経路構成部の側面図である。 本開示の各実施形態に係る熱交換構造を備える反応装置を示す側面図である。 図１０におけるＸＩ－ＸＩ断面図である。 図１０におけるＸＩＩ－ＸＩＩ断面図である。 反応装置における、熱交換構造としての熱交換部の一部を示す立体断面図である。
　以下、いくつかの例示的な実施形態に係る熱交換構造５０について、図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、説明の便宜上、互いに直交する３方向として、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を定義する。Ｘ方向は、後述する流路５１、５２の幅方向であり、各流路が平行に複数設けられる場合の配列方向でもある。Ｙ方向は流路５１、５２の積層方向であり、両流路の間の熱の主な伝達方向でもある。Ｚ方向は、各流路の長手方向（延伸方向）である。後述する経路構成部は、流路５１、５２とは別体に形成され、流路５１及び流路５２のうちの少なくとも一方の流路内に設けられる。以下、説明の便宜上、経路構成部６０が流路５１のみに設置される例を挙げて説明する。
（第１実施形態）
　本開示の第１実施形態について説明する。
　図１は、第１実施形態に係る熱交換構造における流路のＹ－Ｚ面断面図である。図２は、熱交換構造の分解斜視図である。図１に示すように、第１実施形態に係る熱交換構造５０は少なくとも１つの流路５１と、少なくとも１つの流路５２を備える。また、図２に示すように、流路５１及び流路５２は、Ｙ方向に沿った長さ（即ち高さ）ｈ３とＸ方向に沿った長さ（即ち幅）ｗ３を有し、長手方向となるＺ方向に延伸している。また、流路５１及び流路５２は、Ｙ方向（積層方向）に沿って積層される。なお、Ｙ方向に沿った流路５１及び流路５２の各断面形状は図２に示す矩形に限られない。
　流路５１及び流路５２は平行に設けられ、隔壁５５を介して互いに熱的に結合している。なお、流路５１は、後述する反応装置１の熱交換部２（図１０～図１３参照）における第１流路１１及び第２流路２１のうちの一方の流路として適用されてもよく、流路５２は第１流路１１及び第２流路２１のうちの他方の流路として適用されてもよい。この場合、流路５１及び流路５２は、Ｙ方向に沿って交互に積層され、流路５１と流路５２の間の隔壁５５は、反応装置１の第１隔壁１３及び第２隔壁２３のそれぞれに相当する。
　熱交換構造５０は、複数の流路５１と、複数の流路５２とを備えてもよい。例えば、複数の流路５１はＸ－Ｚ平面と平行な平面上に配置され、複数の流路５２はＸ－Ｚ平面と平行な他の平面上に配置される。この場合、流路５１の長手方向と流路５２の長手方向は互いに平行もよく、交差していてもよい。後者は即ち、ねじれの関係にあってもよい。何れの場合も、流路５１及び流路５２のうちの一方の流路は、その長手方向の略全区間において、流路５１及び流路５２のうちの他方の流路と、隔壁５５を介して互いに積層され熱的に結合している。
　図１に示すように、流路５１には流体５３が流れ、流路５２には流体５４が流れる。流体５３は、後述する熱媒流体Ｍ及び反応流体Ｒのうちの一方の流体である。流体５４は、熱媒流体Ｍ及び反応流体Ｒのうちの他方の流体である。なお、流体５３と流体５４の流れは、向流でもよく、並流でもよい。
　流体５３と流体５４との間には温度差ΔＴがある。従って、流体５３が流路５１を流れ、流体５４が流路５２を流れているとき、流体５３と流体５４との間で熱が移動する。具体的には、流体５３と隔壁５５との間では対流熱伝達によって、隔壁５５内では熱伝導によって、そして、隔壁５５と流体５４との間では対流熱伝達によって、流体５３と流体５４との間で熱が移動する。
　このときの単位時間当たりの熱量Ｑは、総括伝熱係数（熱通過率）Ｕ、隔壁５５の伝熱面積Ａ、及び流体５３と流体５４の温度差ΔＴの積に比例する。即ち、これらの値の関係は次の（１）式で表される。
　Ｑ＝ＵＡ（ΔＴ）　・・・（１）
　伝熱面積Ａは一定である。また、流体５３と流体５４は定常的に流れるので、温度差ΔＴの変化は小さい。従って、熱量Ｑの増加は、総括伝熱係数Ｕの増加によって得られることが判る。
　また、総括伝熱係数Ｕ、流体５３と隔壁５５との間の熱伝達率Ｈ１、隔壁５５と流体５４との間の熱伝達率Ｈ２、及び、隔壁５５の熱伝導率Ｋの間には次の関係がある。
　１／Ｕ＝１／Ｈ１＋１／Ｈ２＋Ｔ／Ｋ　・・・（２）
　ここで、Ｔは隔壁５５の厚さである。（２）式からは、熱伝達率Ｈ１及び熱伝達率Ｈ２のうちの少なくとも一方が増加すると、総括伝熱係数Ｕが増加することが判る。
　熱伝達率Ｈ１は、隔壁５５付近の温度境界層に流体５３の主流が接近又は進入すると増加する。つまり、熱伝達率Ｈ１は、当該主流を隔壁５５に向けて偏向させる、或いは、隔壁５５に向かう成分をもつ当該主流の乱流を発生させることによって増加する。この傾向は、熱伝達率Ｈ２についても同様であり、流体５４の流れを制御することによって熱伝達率Ｈ２は増加する。熱伝達率Ｈ１及び熱伝達率Ｈ２うちの少なくとも一方が増加することによって、総括伝熱係数Ｕが増加し、最終的に熱量Ｑが増加する。即ち、限られた長さの空間において、二流体間の総括熱伝達係数を向上させることができる。換言すれば、少なくとも伝熱性能の低下を抑制できる。
　次に本実施形態に係る経路構成部について説明する。
　熱交換構造５０は、経路構成部６０を備える。経路構成部６０は、流体５３の主流の経路を構成する複数の壁部６１と、経路内に設けられ、流体５３に対して透過性を有する多孔質体６２とを含む。経路構成部６０は、その寸法等の調整により流路５１に対して交換可能に構成される。なお、壁部によって構成される経路とは、互いに隣接する壁部の間に形成された経路に限られず、壁部と流路の内周面との間に形成された経路も含まれる。また、壁部６１と多孔質体６２は、互いの接触面間の摩擦により互いに保持されていてもよく、接着、ろう付け、拡散接合等の接合手段によって互いに接合（一体化）されていてもよい。或いは、ピンやリベット等の締結部材によって一体的に保持されていてもよい。
　壁部６１は、Ｚ方向と直交する方向（即ちＸ方向及びＹ方向）に延伸する表面６１ａを有する。例えば、図２に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に延伸する板状に形成される。壁部６１は、Ｘ方向に沿った長さ（即ち幅）ｗ２を有し、Ｙ方向に沿った長さ（即ち高さ）ｈ２を有する。壁部６１の幅ｗ２は流路５１の幅ｗ３及び多孔質体６２の幅ｗ１よりも小さく、壁部６１の高さｈ２は多孔質体６２の高さｈ１に等しい。
　複数の壁部６１は、流路５１のＺ方向に間隔を置きつつ表面６１ａの延伸方向と平行な方向にずれながら配列する。例えば図２に示すように、壁部６１は、Ｘ方向における流路５１の一方側と他方側とにＺ方向に沿って交互に配列する。換言すれば、壁部６１はＺ方向に沿って間隔を置きつつ、ジグザグに配列する。このような配列により、流体５３の主流の経路はＸ方向に蛇行する。なお、壁部６１は、当該壁部６１と相補的な寸法を有する多孔質体６２の溝部６３に挿入される。溝部６３は、壁部６１を支持するとともに、壁部６１の位置を規定する。
　壁部６１は、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成された板状部材から形成される。熱伝導性素材は、例えば、耐熱性金属或いはセラミックである。また、壁部６１は流体５３に対して透過性をもたない。従って、流路５１と経路構成部６０の間の漏れ流れを除き、流体５３は多孔質体６２を通過する。ただし、後述の通り、壁部６１は透過性を有してもよい。
　多孔質体６２は、経路構成部６０を構成する構造のうち、壁部６１以外の部分を占めている。多孔質体６２は、互いに連通した多数の空隙（空胞、ボイド、ポア）を有し、流体に対して透過性を有する。多孔質体６２は、例えば、連続気泡体（オープンセル構造）からなる金属発泡体（発泡金属体）、或いは、多数の連通孔（貫通孔）をもつ多孔質焼結体である。多孔質体６２が金属発泡体である場合、その気孔率（ポロシティ）に依存して透過率が決まる。なお、気孔率は、物質の全体積に占める空間の体積の割合である。
　図２に示すように、多孔質体６２はＸ方向に沿った幅ｗ１を有し、Ｙ方向に沿った高さｈ１を有する。多孔質体６２の幅ｗ１は、流路５１の幅ｗ３に等しい。なお、この「等しい」とは、実質的に等しいことを意味する。即ち、流路５１の内周面（内周壁）５６（図１参照）との間の漏れ流れを極力抑えつつ、流路５１内への多孔質体６２の設置が可能な値を有することを意味し、幅ｗ１と幅ｗ３の厳密な一致に限るものではない。例えば、多孔質体６２の弾力性を考慮した場合、幅ｗ１は、多孔質体６２の設置が可能である限り、流路５１の幅ｗ３よりも大きな値に設定されてもよい。この場合、隔壁５５と多孔質体６２の間の密着度が高まり、伝熱性能を向上させることができる。
　幅ｗ１と同様に、多孔質体６２の高さｈ１も、流路５１の高さｈ３に等しい。多孔質体６２の奥行きｄ１は、流路５１の寸法や使用形態に応じて適宜設定される。例えば、奥行きｄ１は、流路５１の奥行きｄ３以下の値に設定される。なお、多孔質体６２の奥行きｄ１は、経路構成部６０のＺ方向の長さＬに略等しい。
　多孔質体６２は、壁部６１が挿入される溝部６３を有する。溝部６３は、壁部６１と相補的な寸法を有し、壁部６１を支持するとともに、その位置を規定する。
　多孔質体６２は耐熱性を有し、触媒の担持が可能な材料によって形成される。このような材料としては、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｎｂ（ニオブ）、及びＴａ（タンタル）等のうちの金属の１種又はこれらの複数種を主成分とする耐熱合金である。例えば、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）のような耐熱合金製の薄板状構造材を成形加工して多孔質体６２を構成してもよい。或いは、多孔質体６２の材質はセラミックでもよい。
　多孔質体６２が金属発泡体によって形成される場合、当該多孔質体６２に弾力性を持たせてもよい。弾力性の程度は、金属発泡体の材質、気孔率、支柱（セルエッジ）の寸法等の調整によって設定できる。一般的には、金属発泡体は、多孔質焼結体よりも気孔率を高めた製造が容易である。
　多孔質体６２には触媒が担持されてもよい。この場合、当該触媒は、化学反応の進行促進に有効な活性金属を主成分として含む。活性金属としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｆｅ（鉄）、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）等が挙げられ、これらのうちの１種のみを使用してもよく、反応促進に有効である限り、複数種を組み合わせて使用してもよい。多孔質体６２の表面積は、同一寸法の外形を有するコルゲートフィンの表面積に比べて非常に大きく、反応を促進できる。
　図３は、経路構成部６０内の流体５３の流れを説明するための図であり、Ｙ方向から見た断面図である。経路構成部６０内の流体５３は、多孔質体６２を通過する間に多孔質体６２との衝突によって乱されつつ、流路５１の上流側（入口側）から下流側（出口側）に向けて流れる（図１における左方から右方）。流体５３の流れが乱れることによって、流体５３は、隔壁５５付近の温度境界層に進入する頻度が増加し、その結果、伝熱性能の低下が抑制される。また、経路構成部６０と隔壁５５が接触している箇所は、その箇所を介した熱の伝達も遂行される。この熱の伝達は、上述した伝熱性能の向上に寄与する。
　また、壁部６１は、溝部６３に挿入されることによって、多孔質体６２に支持される。つまり、多孔質体６２自体が壁部６１の支持部材として機能するので、経路構成部６０は複数の壁部６１を互いに支持する部材を持たない。従って、このような支持部材を設けた場合と比べて、経路構成部６０と流路５１の内周面５６（図１参照）の間の摩擦が低減され、流路５１への設置及び流路５１からの除去が容易となる。つまり、設置又は除去の作業性を向上させることができる。
　図４、図５及び図６はそれぞれ、本実施形態に係る経路構成部６０の第１変形例、第２変形例及び第３変形例を示す図である。図４に示すように、第１変形例に係る壁部６１の高さｈ２は、多孔質体６２の高さｈ１に等しい。一方、壁部６１の幅ｗ２は多孔質体６２の幅ｗ１よりも小さい。また、Ｘ方向に沿った壁部６１の数は、Ｚ方向に沿った位置に応じて変化する。例えば、図４に示すように、流路５１の幅方向の中央に配置される１個の壁部６１と、流路５１の幅方向の両端側に配置される２個の壁部６１、６１が交互にＺ方向に沿って配列する。従って、流体５３の主流は２つの流れに分かれ、合流と分離を繰り返すようにＸ方向に蛇行しながらＺ方向に流れる。
　図５に示すように、第２変形例に係る壁部６１の幅ｗ２は多孔質体６２の幅ｗ１に等しい。一方、壁部６１の高さｈ２は多孔質体６２の高さｈ１よりも小さい。この場合、図５に示すように、壁部６１は、Ｙ方向における流路５１の一方側と他方側とにＺ方向に沿って交互に配列する。従って、流体５３の主流はＹ方向に蛇行しながらＺ方向に流れる。なお、第１変形例と同様に、第２変形例においても、Ｙ方向に沿った壁部６１の数が、Ｚ方向に沿った位置に応じて変化してもよい。
　図６に示すように、第３変形例に係る壁部６１は、Ｚ方向に延伸する板状（帯状）に形成され、Ｘ方向に間隔を置きながら互いに平行に配列してもよい。例えば、壁部６１はＹ方向及びＺ方向に延伸する板状に形成される。この場合、壁部６１の高さｈ２は多孔質体６２の高さｈ１に等しい。或いは、壁部６１の高さｈ２を多孔質体６２の高さｈ１の半分以下に設定し、Ｘ方向に交互に配列する多孔質体６２及び壁部６１の列の群を、互いの配列の位相がＸ方向にずれるように、Ｙ方向に複数段設けてもよい。
（第２実施形態）
　本開示の第２実施形態について説明する。
　第２実施形態は、経路構成部の壁部の特性だけが第１実施形態と相違し、その他の構成は第１実施形態のものが適用される。従って、第２実施形態に係る経路構成部６０について説明する一方、第１実施形態と共通の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
　図７は、第２実施形態に係る経路構成部６０の構成及びその内部の流体の流れを説明するための図であり、Ｙ方向から見た断面図である。第１実施形態と同様に、経路構成部６０は、壁部６１と、多孔質体６２とを含む。壁部６１は流体５３の主流の経路を構成し、多孔質体６２は、壁部６１によって構成される流体５３の主流の経路内に設けられる。第１実施形態と同様に、多孔質体６２は透過性を有する。一方、壁部６１も流体５３に対して透過性を有している。従って、第２実施形態において、経路構成部６０の構成部材である壁部６１及び多孔質体６２は何れも透過性を有している。
　壁部６１は、多孔質体６２と同様の素材によって構成される。即ち、壁部６１は、連続気泡体（即ち、オープンセル構造）からなる金属発泡体（発泡金属体）、或いは、多数の連通孔（即ち、貫通孔）をもつ多孔質焼結体である。ただし、壁部６１の透過率は、流体５３に対する多孔質体６２の透過率よりも低い。
　第１実施形態に係る壁部６１と同様に、第２実施形態に係る壁部６１も、流体５３の主流の流れを偏向させる壁として機能する。ただし、上述の通り、壁部６１は透過性を有し、その透過率は多孔質体６２の透過率よりも低い。従って、図７に示すように、流体５３の主流の大部分は壁部６１によって偏向され、多孔質体６２の内部を流れる。更に、流体５３の主流の一部は壁部６１を通過することができる。壁部６１が流体５３の通過を許容することによって、透過性のない壁部が使用されたときよりも、圧損を軽減することができる。なお、壁部６１が透過性を有する点以外の構成は第１実施形態の構成を適用できる。従って、第２実施形態においても、第１実施形態で得られる効果と同様の効果が得られる。
　図８は、壁部６１及び多孔質体６２の各変形例を示す斜視図である。この図に示すように、多孔質体６２は、流体５３の主流の経路として配列する複数のブロック６２Ｂの集合体からなってもよい。同様に、壁部６１は、流体５３の主流の壁として配列する複数のブロック６１Ｂの集合体からなってもよい。多孔質体６２及び壁部６１を細分化することにより、主流の経路の設定の自由度が向上する。また、所望の経路を単一の多孔質部材で形成することが困難である場合には、ブロックの敷設によってその経路を形成できる。
　Ｚ方向に沿って互いに隣接する壁部６１の間隔は一定でもよく、変化していてもよい。また、Ｘ方向に沿って互いに隣接する壁部６１の間隔についても、一定でもよく、変化していてもよい。間隔を変化させることで、局所的な総括熱伝達係数をＺ方向或いはＸ方向に沿って変化させることができる。
　なお、ブロック６１Ｂ、６２Ｂの外形は、図８に示す直方体に限られない。即ち、これらのブロック６１Ｂ、６２Ｂは、主流の経路或いは当該経路の壁を構成する最小の構造単位として形状的に安定に存在し得る限り、他の多面体でもよく、その外面も完全な平面を有することを要しない。例えば、壁部６１のブロック６１Ｂ又は多孔質体６２のブロック６２Ｂが、金属粒子を原料として形成される場合、当該ブロックの外面には細かな起伏が形成される。この場合、隣接するブロックは、その境界の一部が接触（結合）し、その他の箇所は当該ブロック内の気孔よりも十分に大きい空間を形成することがある。また、壁部６１の形状は図２及び図８に示す形状に限られない。例えば、壁部６１は所定の方向（例えばＸ方向又はＹ方向）に延伸する棒状の形状を有してもよい。
（その他の実施形態）
　本開示の他の実施形態について説明する。
　本実施形態においても、経路構成部６０内の壁部６１及び多孔質体６２の各材質、寸法、および相対的な位置関係については上述の第１及び第２実施形態が適用される。
　図９Ａ～図９Ｅは、他の実施形態に係る熱交換構造における経路構成部の側面図である。なお、各図において壁部６１の図示を省略している。上述した経路構成部６０の全長は、流路５１の全長に近い値に限られない。即ち、図９Ａに示すように流路５１の入口５１ａから出口５１ｂに向けて連続的に配置されてもよく、図９Ｂに示すように流路５１に沿って配列する複数に分割されてもよい。後者の場合、経路構成部６０を分割することによって、流路５１の設置作業時の折れ曲がり等の変形を抑えることができる。
　更に、分割された経路構成部６０は、流路５１に沿って間隔を置きながら配列していてもよい（図９Ｃ参照）。この間隔Ｐを確保することにより、流体５３の主流の進行方向に対する壁部６１の制限が当該間隔内で一旦緩和され、流体５３の流れに対する抵抗が減少する。この間隔の設定による効果は、流体５３の主流の経路の連続性が分断される場合（例えば、多孔質体６２の透過率が、当該多孔質体６２の位置（当該多孔質体６２を含む経路構成部６０の位置）に応じて変化する場合）に特に有効である。
　図９Ｄに示すように、分割された経路構成部６０の間隔Ｐ又は分割された経路構成部６０の長さＬは、流路５１に沿って段階的に変化してもよい。当該間隔または当該長さの調整により、流路５１内における経路構成部６０の密度（即ち、単位長さ当たりの経路構成部６０の合計長）を設置位置毎に調整できる。従って、流路５１において経路構成部６０による伝熱領域および伝熱性能を調整することができる。
　多孔質体６２の透過率は、流路５１上の位置に応じて段階的に変化してもよい。例えば、図９Ｅに示すように、流路５１の入口５１ａから出口５１ｂまで３つの経路構成部６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃが配列している場合、経路構成部６０Ｂの多孔質体６２の透過率は、経路構成部６０Ａの多孔質体６２の透過率よりも小さく、経路構成部６０Ｃの多孔質体６２の透過率は、経路構成部６０Ｂの多孔質体６２の透過率よりも小さく設定されてもよい。このような設定により、流体５３の流れの位置に応じて、必要とされる伝熱性能を変化させることができる。また、透過率を変化させることにより、流体５３が多孔質体６２に接触する面積が変化する。従って、例えば、多孔質体６２に担持された触媒に接触する確率を変化させることができる。
　上述の通り、熱伝達率Ｈ１は、流体５３の主流が隔壁５５付近に流入する頻度を増やすことによって増加する。この傾向は、熱伝達率Ｈ２についても同様である。特に、流体５３及び流体５４のうちの少なくとも一方の流体の主流の流れを、Ｘ方向又はＹ方向に蛇行させた場合、当該流体の流路長が増加し、隔壁５５近傍の温度境界層に流体の主流が流れる頻度が増加する。従って、当該流体と隔壁５５との間の熱の移動が促進される。熱伝達率Ｈ１及び熱伝達率Ｈ２うちの少なくとも一方が増加するので、総括伝熱係数Ｕが増加し、最終的に熱量Ｑが増加する。即ち、限られた長さの空間において、二流体間の総括熱伝達係数を向上させることができる。換言すれば、少なくとも、伝熱性能の低下を抑制することでできる。
（熱交換構造の適用例）
　以下、熱交換構造５０が適用された一例としての反応装置（触媒反応器）１について説明する。反応装置１は、熱交換構造５０としての熱交換部２を備える。後述の通り、第１伝熱体１０と第２伝熱体２０はＹ方向に積層され、流路（以下、第１流路と称する）１１と流路（以下、第２流路と称する）２１はＺ方向に延伸する。また、各流路の幅方向を上述のＸ方向とする。Ｘ方向は、第１流路１１（第２流路２１）が平行に複数設けられる場合の配列方向でもある。
　図１０は、本実施形態に係る熱交換構造５０を備える反応装置（触媒反応器）１を示す側面図である。図１１は、図１０におけるＸＩ－ＸＩ線断面図である。図１２は、図１０におけるＸＩＩ－ＸＩＩ線断面図である。図１３は、熱交換構造５０としての熱交換部２の一部を示す立体断面図である。
　反応装置１は、反応原料を含む反応流体Ｒを加熱又は冷却することで、反応流体Ｒの反応を進行（促進）させるものである。この加熱又は冷却のため、反応装置１は、熱媒流体Ｍと反応流体Ｒの間で熱交換を行う熱交換構造５０（図１参照）としての熱交換部２を備える。熱交換部２は、第１伝熱体１０と、第２伝熱体２０と、蓋板３０とを備える。第１伝熱体１０、第２伝熱体２０及び蓋板３０は、耐熱性を有する熱伝導性素材で形成された板状部材であり、反応流体Ｒの流通時に発生する高い内圧に耐えられる十分な厚みを有する。
　第１伝熱体１０は、熱媒流体Ｍを流通させる第１流路１１を有する。一方、第２伝熱体２０は、反応流体Ｒを流通させる第２流路２１を有する。第１伝熱体１０と第２伝熱体２０はＹ方向（積層方向）に交互に積層され、その最上部に蓋板３０が設置される。
　上述の積層により、第１流路１１と第２流路２１は、第１隔壁１３又は第２隔壁２３を介して互いに隣り合う（図１３参照）。換言すれば、第１流路１１と第２流路２１は、第１伝熱体１０と第２伝熱体２０の積層方向に非接触な状態で積層される。上述の通り、第１伝熱体１０と第２伝熱体２０は熱伝導性素材で形成されている。従って、第１流路１１と第２流路２１は、互いに熱的に結合している。
　熱交換部２は、反応流体Ｒと熱媒流体Ｍが互いに反対方向に流れる対向流型の構造を有する。第１流路１１及び第２流路２１のうちの少なくとも一方の流路には、上述の経路構成部６０が設置される。なお、反応流体Ｒが流れる第２流路２１には、触媒が担持された多孔質体６２を備える経路構成部６０が設置されてもよい。
　熱交換部２は、第１伝熱体１０と第２伝熱体２０の少なくとも一組で構成される。また、熱交換の性能を向上させるために、各伝熱体の数を増やしてもよい。各伝熱体に形成される流路の数は、熱交換部２の設計条件や伝熱効率などを考慮して設定される。さらに、熱交換部２からの放熱による熱損失を抑えるため、ハウジング又は断熱材が熱交換部２の周囲を覆ってもよい。
　積層体である熱交換部２の両端は、固定部材３２、３３によって保持される。固定部材３２には、熱媒導入部３４が取り付けられている。熱媒導入部３４は、凹状に湾曲した蓋体であり、熱交換部２との間に空間Ｓ１を形成する。空間Ｓ１には複数の第１流路１１の第１導入口１２が開口している（図１０参照）。換言すれば、第１導入口１２は、熱媒導入部３４に面した熱交換部２の側面（端面）２ａに開口している。熱媒導入部３４は、熱媒流体Ｍを導入する第１導入管３６を有する。熱媒流体Ｍは、第１導入管３６を介して各第１流路１１に流入する。
　熱媒導入部３４は、固定部材３２に着脱可能又は開閉可能に設置される。この着脱等により、例えば、作業者が第１流路１１に対する経路構成部６０の挿入や抜き出しを行うことができる。
　熱媒排出部４１は、１つの開放面を有する箱状部材である。熱媒排出部４１は、当該開放面が第１伝熱体１０の第１排出口１８に合うように、熱交換部２に設置される。また、熱媒排出部４１は第１排出管４２を有する。第１排出管４２は、熱交換部２を流通した熱媒流体Ｍを排出する。
　固定部材３３には、反応流体導入部３５が取り付けられている。反応流体導入部３５は、熱媒導入部３４と同様に、凹状に湾曲した蓋体であり、熱交換部２との間に空間Ｓ２を形成する。空間Ｓ２には、複数の第２流路２１の第２導入口２２が開口している（図１０参照）。換言すれば、第２導入口２２は、反応流体導入部３５に面した熱交換部２の側面（端面）２ｂに開口している。反応流体導入部３５は、反応流体Ｒを導入するための第２導入管３７を有する。反応流体Ｒは、第２導入管３７を介して各第２流路２１に流入する。
　反応流体導入部３５は、固定部材３３に着脱可能又は開閉可能に設置される。この着脱等により、例えば、作業者が第２流路２１に対する経路構成部６０の挿入や抜き出しを行うことができる。
　生成物排出部４３は、熱媒排出部４１と同様に、１つの開放面を有する箱状部材である。生成物排出部４３は、当該開放面が第２伝熱体２０の第２排出口２８に合うように、熱交換部２に設置される。また、生成物排出部４３は第２排出管４４を有する。第２排出管４４は、反応流体Ｒ由来の生成物を含む反応ガスＧを排出する。
　図１１に示すように、第１伝熱体１０は、複数の第１流路１１を有する。複数の第１流路１１は、Ｚ方向に延伸すると共に、Ｘ方向（幅方向）に配列している。第１流路１１は、熱媒流体Ｍの熱を第１伝熱体１０に供給する。
　第１流路１１は、第１伝熱体１０の一方の面（本実施形態では上面）に形成された溝である。この溝は、幅ｗ３及び高さｈ３の矩形の断面（図１３参照）を有し、奥行きｄ３の長さ（図１１参照）で一方向に延伸する。幅ｗ３は多孔質体６２の幅ｗ１以上の値を有する。同様に、高さｈ３も多孔質体６２の高さｈ１以上の値を有する。奥行きｄ３は多孔質体６２の奥行きｄ１よりも大きい。
　第１流路１１は、固定部材３２側に位置する第１導入口１２から、固定部材３３に向けて直線状に延伸している。図１１に示すように、複数の第１流路１１は並列に設けられる。なお、第１流路１１及び第１流路１１の幅、高さ及び長さは異なっていてもよい。
　第１伝熱体１０は、第１隔壁１３と、２つの第１側壁１４と、複数の第１中間壁１５と、第１端壁１６とを含む。第１側壁１４、複数の第１中間壁１５および第１端壁１６は、第１隔壁１３の一方の面に設けられる。即ち、これらは、第１隔壁１３に対して第１側壁１４等が設けられる面と同様の面に設けられる。第１隔壁１３は、矩形の壁部であり、第１伝熱体１０の全体的な形状を規定する。第１側壁１４は、第１流路１１の延伸方向の両側に設けられる壁部である。複数の第１中間壁１５は、２つの第１側壁１４の間に位置し、各第１側壁１４と並列に設けられる壁部である。
　第１端壁１６は、第１流路１１を挟んで第１導入口１２と反対側に設けられ、第１流路１１の配列方向に延伸する壁部である。第１端壁１６は、空間Ｓ２への熱媒流体Ｍの流入を阻止する。
　第１伝熱体１０は、第１端壁１６に沿って延伸する第１連絡流路１７を有する。第１連絡流路１７は、全ての第１流路１１に連通するとともに、第１排出口１８に連通する。
　図１２に示すように、第２伝熱体２０は、反応領域を含む複数の第２流路２１を有する。第２流路２１は、その中間部分を主な反応領域とする。複数の第２流路２１は、Ｚ方向に延伸すると共に、Ｘ方向（幅方向）に配列している。第２流路２１は、第１伝熱体１０内の第１流路１１を流通する熱媒流体Ｍの熱を受容して反応流体Ｒを反応させ、反応流体Ｒ由来の生成物を含む反応ガスＧを生成する。
　第２流路２１は、第２伝熱体２０の一方の面（本実施形態では上面）に形成された溝である。この溝は、幅ｗ３及び高さｈ３の矩形の断面（図１３参照）を有し、奥行きｄ３の長さ（図１２参照）で一方向に延伸する。第２流路２１は、固定部材３３側に位置する第２導入口２２から、固定部材３２に向けて直線状に延伸している。図１２に示すように、複数の第２流路２１は並列に設けられる。
　第２伝熱体２０は、第２隔壁２３と、２つの第２側壁２４と、複数の第２中間壁２５と、第２端壁２６とを含む。第２側壁２４、第２中間壁２５および第２端壁２６は、第２隔壁２３の一方の面に設けられる。第２隔壁２３は矩形の壁部であり、第２伝熱体２０の全体的な形状を規定する。第２側壁２４は、第２流路２１の延伸方向の両側に設けられる壁部である。複数の第２中間壁２５は、２つの第２側壁２４の間に位置し、各第２側壁２４と並列に設けられる壁部である。
　第２端壁２６は、第２流路２１を挟んで第２導入口２２と反対側に設けられ、第２流路２１の配列方向に延伸する壁部である。第２端壁２６は、空間Ｓ１への反応ガスＧの流入を阻止する。
　第２伝熱体２０は、第２端壁２６に沿って延伸する第２連絡流路２７を有する。第２連絡流路２７は、全ての第２流路２１に連通するとともに、第２排出口２８に連通する。第１流路１１と同じく、第２連絡流路２７も流体の流路であり、両者に実質的な差異は無い。
　熱交換部２は、液－液型熱交換器、気－気型熱交換器及び気－液型熱交換器のいずれとしても使用可能である。反応流体Ｒ及び熱媒流体Ｍは、気体及び液体のいずれであってもよい。また、本実施形態の反応装置１は、吸熱反応や発熱反応など様々な熱的反応による化学合成を可能とする。そのような熱的反応による合成として、例えば、式（３）で示すメタンの水蒸気改質反応、式（４）で示すメタンのドライリフォーミング反応のような吸熱反応、式（５）で示すシフト反応、式（６）で示すメタネーション反応、式（７）で示すフィッシャー－トロプシュ（Fischer Tropsch）合成反応等の発熱反応による合成がある。なお、これらの反応における反応流体Ｒは気体である。
　ＣＨ４　＋　Ｈ２Ｏ　→　３Ｈ２　＋　ＣＯ　　　・・・（３）
　ＣＨ４　＋　ＣＯ２　→　２Ｈ２　＋　２ＣＯ　　・・・（４）
　ＣＯ　＋　Ｈ２Ｏ　→　ＣＯ２　＋　Ｈ２　　　　・・・（５）
　ＣＯ　＋　３Ｈ２　→　ＣＨ４　＋　Ｈ２Ｏ　　　・・・（６）
　（２ｎ＋１）Ｈ２　＋　ｎＣＯ　→　ＣｎＨ２ｎ＋２　＋　ｎＨ２Ｏ　・・・（７）
　熱媒流体Ｍは、反応装置１の構成素材を腐食させない物質が望ましい。熱媒流体Ｍとして加熱ガスを用いる場合は、燃焼ガス、加熱空気等の気体状物質が使用できる。熱媒流体Ｍは、例えば、水、油等の液状物質でもよい。
　いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。

Claims (16)

  1. 　積層方向に互いに積層される他の流路と熱的に結合する流路と、
    　前記流路内に設けられる経路構成部と、
    を備え、
    　前記経路構成部は、
    　流体の主流の経路を構成する複数の壁部と、
    　前記経路内に設けられ、前記流体に対して透過性を有する多孔質体と
    を含む
    熱交換構造。
  2. 　前記複数の壁部は、前記流路の長手方向と直交する方向に延伸する表面を有し、
    　前記複数の壁部は、前記流路の長手方向に間隔を置きつつ前記表面の延伸方向と平行な方向にずれながら配列する、
    請求項１に記載の熱交換構造。
  3. 　前記複数の壁部は、前記流路の長手方向に延伸する板状に形成され、
    　前記複数の壁部は、前記流路の幅方向に間隔を置きながら互いに平行に配列する
    請求項１に記載の熱交換構造。
  4. 　前記複数の壁部は流体に対して透過性を有し、
    　前記複数の壁部の透過率は、流体に対する前記多孔質体の透過率よりも低い、
    請求項１～３のうちの何れか一項に記載の熱交換構造。
  5. 　前記複数の壁部はそれぞれ、複数のブロックの集合体からなる、
    　請求項４に記載の熱交換構造。
  6. 　前記複数の壁部は、連続気泡体からなる金属発泡体である、
    請求項４又は５に記載の熱交換構造。
  7. 　前記複数の壁部は流体に対して透過性を持たない、
    請求項１～３のうちの何れか一項に記載の熱交換構造。
  8. 　前記多孔質体は複数のブロックの集合体からなる、
    請求項１～７の何れか一項に記載の熱交換構造。
  9. 　前記多孔質体は、連続気泡体からなる金属発泡体である、
    請求項１～８の何れか一項に記載の熱交換構造。
  10. 　前記経路構成部は、前記流路の入口から出口に向けて連続的に配置される、
    請求項１～９の何れか一項に記載の熱交換構造。
  11. 　前記経路構成部は、前記流路に沿って配列する複数に分割されている、
    請求項１～９の何れか一項に記載の熱交換構造。
  12. 　前記分割された経路構成部は、前記流路に沿って間隔を置きながら配列する
    請求項１１に記載の熱交換構造。
  13. 　前記間隔又は前記分割された経路構成部の長さは、前記流路に沿って段階的に変化する、
    請求項１２に記載の熱交換構造。
  14. 　前記多孔質体の透過率は、前記流路上の位置に応じて段階的に変化する、
    請求項１～１３の何れか一項に記載の熱交換構造。
  15. 　前記経路構成部は、前記流路と別体に形成されている、
    請求項１～１４のうちの何れか一項に記載の熱交換構造。
  16. 　前記多孔質体には触媒が担持されている、
    請求項１～１５のうちの何れか一項に記載の熱交換構造。
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