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JP7555587B2 - Reactor - Google Patents
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Description

本発明は、反応装置に関し、詳しくは、反応触媒を充填したカラムの入口端から反応流体を導入してカラム内で反応させ、カラムの出口端から反応生成物を導出する反応装置に関する。 The present invention relates to a reactor, and more specifically, to a reactor in which a reaction fluid is introduced into the inlet end of a column packed with a reaction catalyst, reacted in the column, and the reaction product is discharged from the outlet end of the column.

従来、反応触媒を充填したカラムを有する反応装置(フローリアクタ)において、その出入口両端部開口部にフィルタが設けられており、当該フィルタをその外周にて保持するパッキンとして、フッ素樹脂やPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等の樹脂が用いられることが知られている(例えば、特許文献1、2を参照。)。また、上記フィルタとして、金網を積層したフィルタエレメントを用いることが知られている(例えば、特許文献3を参照。)。 Conventionally, in a reaction apparatus (flow reactor) having a column packed with a reaction catalyst, a filter is provided at both the inlet and outlet openings, and it is known that a resin such as fluororesin or PEEK (polyether ether ketone) is used as a packing that holds the filter at its periphery (see, for example, Patent Documents 1 and 2). It is also known that a filter element made of laminated wire mesh is used as the filter (see, for example, Patent Document 3).

特開2016-109506号公報JP 2016-109506 A 特開2014-32134号公報JP 2014-32134 A 特開平7-24227号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-24227

特許文献1、2に示されるように、フィルタ外周に用いるパッキンを樹脂で作った場合、フィルタが、特許文献3に示されるような積層金網のフィルタエレメントであれば、気孔率が高く目詰まりを生じにくい。また、仮に目詰まりが起きても超音波洗浄で容易に回復することができる。但し、フローリアクタではカラムを200℃前後に保って運転することがあるが、パッキンが樹脂製の場合は、耐熱温度の点から、変形やクリープなどを起こして、反応装置の運転中にトラブルを生じる可能性がある。 As shown in Patent Documents 1 and 2, when the packing used around the filter periphery is made of resin, if the filter is a laminated wire mesh filter element as shown in Patent Document 3, it has a high porosity and is less likely to clog. Even if clogging does occur, it can be easily restored by ultrasonic cleaning. However, in flow reactors, columns are sometimes operated at around 200°C, and if the packing is made of resin, it may deform or creep due to its heat resistance, which may cause problems during operation of the reactor.

そこで、パッキンの材質を樹脂からステンレスに変え、フィルタエレメントの外周とステンレス製リングをアルゴン溶接で接合すると、濾過性能に問題のないフィルタを得ることができる。但し、アルゴン溶接を行うと、溶接部において「焼け」を生じるために、溶接後に酸洗いが必須となり、その酸洗いによって、狭隘な金網の中に酸化物が生成し網目の中に残留する心配が生じる。 Therefore, if the packing material is changed from resin to stainless steel and the outer circumference of the filter element is joined to a stainless steel ring by argon welding, a filter with no problems in filtering performance can be obtained. However, argon welding causes "burns" at the welded joint, so pickling after welding is necessary, and there is a concern that this pickling will cause oxides to form in the narrow wire mesh and remain in the mesh.

このように、ステンレス製リングのフィルタ本体と円盤状の積層金網を組み合わせたフィルタは容易に製作できる。その上で、カラム内に充填された触媒粒子の反応中の温度を測定するために、フィルタに貫通穴を設け、当該貫通穴に温度センサを挿入することがある。その際、挿入する温度センサが一本の場合には、円盤の中央に穴を設けたドーナツ型とすれば良い。しかし、カラム内において反応温度の径方向の分布を知りたい場合には、温度センサを複数挿入する必要があり、カラムの内壁近くに温度センサ用の貫通穴を追加して設ける必要がある。そのためには、フィルタの形状は円盤状ではなく、例えば、円を一部切り欠いたD字型となり、さらにその内部に丸穴を設けたもの(D字型ドーナツ状)となる(図3(a)を参照。)。 In this way, a filter that combines a stainless steel ring filter body with a disk-shaped laminated wire mesh can be easily manufactured. Then, in order to measure the temperature during the reaction of the catalyst particles packed in the column, a through hole may be made in the filter and a temperature sensor may be inserted into the through hole. In this case, if only one temperature sensor is inserted, a donut-shaped disk with a hole in the center may be used. However, if it is desired to know the radial distribution of the reaction temperature in the column, multiple temperature sensors must be inserted, and additional through holes for the temperature sensors must be provided near the inner wall of the column. To achieve this, the filter is not disk-shaped, but rather, for example, a D-shaped circle with a cutout and a circular hole provided inside (D-shaped donut shape) (see Figure 3(a)).

このD字型ドーナツ状のフィルタを溶接するために、ステンレス製リングのフィルタ本体には、対応するD字型の掘り込み部(フィルタ嵌合凹部)を設ける必要がある。しかしながら、上記掘り込み部をD字型にした場合、場所によって径方向の肉厚が一様ではないので、当該フィルタとリングの接合をアルゴン溶接で行うと、場所によって蓄熱量に違いが生じ、溶接後にリング全体として歪みを生じてしまう。また、当該歪みが生じることで、リングの鍔部の平坦性が失われてしまうので、リングのシール性能に悪影響を及ぼす。また、フィルタ中央の貫通穴の溶接部分は径が小さいために溶接時に変形してしまうので、アルゴン溶接自体を行うことが困難なものとなる。 In order to weld this D-shaped donut filter, it is necessary to provide a corresponding D-shaped recess (filter fitting recess) in the stainless steel ring filter body. However, if the recess is D-shaped, the radial thickness is not uniform depending on the location, so if the filter and ring are joined by argon welding, the amount of heat stored will differ depending on the location, and the ring as a whole will become distorted after welding. In addition, the occurrence of this distortion causes the flatness of the flange of the ring to be lost, which has an adverse effect on the sealing performance of the ring. In addition, the welded portion of the through hole in the center of the filter is small in diameter, so it will deform during welding, making it difficult to perform argon welding itself.

そこで、本発明は、積層金網のフィルタエレメントと外周部のパッキンリング(フィルタ本体)を適切に溶接し、フローリアクタ等の反応装置のカラムにおいて温度センサを複数挿入することが可能な反応装置を提供することを目的としている。 The present invention aims to provide a reaction device in which a laminated wire mesh filter element and a packing ring (filter body) on the outer periphery can be appropriately welded, and multiple temperature sensors can be inserted in the column of a reaction device such as a flow reactor.

上記目的を達成するため、本発明の反応装置は、反応触媒を充填したカラムの入口端から複数の反応原料を導入してカラム内で反応させ、カラムの出口端から反応生成物を導出する反応装置において、前記カラムの出入口両端に設けられる一対のカラムエンドと、前記カラムの出入口両端と前記一対のカラムエンドとの間に組み込まれる一対のフィルタ部材と、前記カラムと前記一対のカラムエンドとを固着させる一対のナットとを備え、出口側カラムエンドは、複数の温度センサをそれぞれ内挿支持する複数のポートを有し、前記カラムと前記出口側カラムエンドとを固着したときに、前記複数のポートが出口側フィルタ部材を介してカラム内に連通し、前記出口側フィルタ部材は、フィルタエレメントと、該フィルタエレメントを取り付ける円盤状のフィルタ本体とで構成され、前記フィルタ本体には、前記複数のポートにそれぞれ連通する孔を備えた複数のセンサ挿通部と、該複数のセンサ挿通部を避けた領域を窪ませたフィルタ嵌合凹部とが設けられ、前記フィルタエレメントは、金網層と、該金網層の表層に配置されたリテーナとが一体で前記フィルタ嵌合凹部に嵌合され、前記フィルタ嵌合凹部の周縁部には、前記リテーナを接合する環状のレーザ溶接部が形成されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the reactor of the present invention is a reactor in which a plurality of reaction raw materials are introduced from the inlet end of a column packed with a reaction catalyst, reacted in the column, and a reaction product is discharged from the outlet end of the column, the reactor comprising a pair of column ends provided at both the inlet and outlet ends of the column, a pair of filter members installed between both the inlet and outlet ends of the column and the pair of column ends, and a pair of nuts for fastening the column to the pair of column ends, the outlet side column end having a plurality of ports for supporting a plurality of temperature sensors, respectively, and when the column and the outlet side column end are fastened to each other, the plurality of ports are provided with a plurality of outlets. The outlet filter member is connected to the inside of the column through the inlet filter member, and the outlet filter member is composed of a filter element and a disk-shaped filter body to which the filter element is attached. The filter body is provided with a plurality of sensor insertion parts with holes that respectively communicate with the plurality of ports, and a filter fitting recess that is recessed in an area avoiding the plurality of sensor insertion parts. The filter element is characterized in that a wire mesh layer and a retainer arranged on the surface of the wire mesh layer are integrally fitted into the filter fitting recess, and an annular laser weld is formed on the periphery of the filter fitting recess to join the retainer.

また、前記複数のポートは、前記カラムの中心軸上に設けられた中央側ポートと、該中央側ポートの外周側に設けられた外周側ポートの2つからなり、前記フィルタ本体は、前記中央側ポートに対応する中央側センサ挿通部と、前記外周側ポートに対応する外周側センサ挿通部とを有し、これら2つのセンサ挿通部が前記フィルタ嵌合凹部によって互いに隔てられ、前記レーザ溶接部は、前記中央側センサ挿通部の外周縁部と、前記外周側センサ挿通部の内周縁部とに形成されていることを特徴とするものである。 The plurality of ports are comprised of a central port provided on the central axis of the column and an outer periphery port provided on the outer periphery of the central port, the filter body has a central sensor insertion portion corresponding to the central port and an outer periphery sensor insertion portion corresponding to the outer periphery port, these two sensor insertion portions are separated from each other by the filter fitting recess, and the laser weld is formed on the outer periphery edge of the central sensor insertion portion and the inner periphery edge of the outer periphery sensor insertion portion.

さらに、前記フィルタ嵌合凹部の深さは、前記フィルタエレメントの厚みに対応し、前記フィルタエレメントを前記フィルタ嵌合凹部に取り付けた状態で、前記リテーナの上面が前記フィルタ嵌合凹部から突出することなく面一又は凹状に配置され、前記レーザ溶接部は、前記リテーナの周端縁と前記フィルタ嵌合凹部の周端縁との間に形成された突合せ全周レーザ溶接部であることを特徴とするものである。 Furthermore, the depth of the filter fitting recess corresponds to the thickness of the filter element, and when the filter element is attached to the filter fitting recess, the upper surface of the retainer is flush or concave without protruding from the filter fitting recess, and the laser weld is a full-circumference butt laser weld formed between the peripheral edge of the retainer and the peripheral edge of the filter fitting recess.

本発明の反応装置によれば、フィルタエレメントを構成する金網層の表層にリテーナが設けられ、前記リテーナとフィルタ嵌合凹部とがレーザ溶接によって溶接されているので、溶接点の周囲に熱を逃がすことが可能となり、リテーナより下層の金網層は保護され、適切な溶接がなされる。さらに、レーザ溶接を用いることによって溶接後の酸洗いや洗浄が不要になり、フィルタに酸化物などが残留する心配がない。 According to the reaction device of the present invention, a retainer is provided on the surface of the wire mesh layer that constitutes the filter element, and the retainer and the filter fitting recess are welded by laser welding, so that heat can be released around the weld point, the wire mesh layer below the retainer is protected, and proper welding is performed. Furthermore, the use of laser welding eliminates the need for pickling or cleaning after welding, and there is no need to worry about oxides remaining on the filter.

また、出口側フィルタ部材において、複数のセンサ挿通部を設けてもフィルタの機能を保つことが可能となり、複数の温度センサにより、カラム内の長さ方向だけでなく、径方向の温度分布を知りたいといったニーズに、確実に応えることができる。 In addition, even if multiple sensor insertion holes are provided in the outlet filter member, the filter function can be maintained, and the use of multiple temperature sensors can reliably meet the need to know the temperature distribution not only in the longitudinal direction within the column but also in the radial direction.

従来例の円盤状のフィルタとリングの構造を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the structure of a disk-shaped filter and a ring in a conventional example. 従来例の円盤状のフィルタがリングと溶接された状態を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a state in which a disk-shaped filter according to a conventional example is welded to a ring. 本発明の一形態例の反応装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a reaction apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一形態例の反応装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a reaction apparatus according to an embodiment of the present invention. 上記形態例の反応装置におけるフィルタの構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of a filter in the reaction apparatus of the above embodiment. 上記形態例の反応装置におけるフィルタエレメントがリングと溶接された状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a state in which a filter element in the reactor of the above embodiment is welded to a ring. 上記形態例の反応装置におけるフィルタエレメントを構成する各層の輪郭形成前の状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a state before contour formation of each layer constituting a filter element in the reactor of the above embodiment. 上記形態例の反応装置におけるフィルタエレメントを構成する各層の輪郭形成後の状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the state after contour formation of each layer constituting the filter element in the reactor of the above embodiment.

上記のように、D字型のフィルタエレメントとリング(フィルタ本体)の溶接にはアルゴン溶接を用いることが困難であるので、本発明ではレーザ溶接を用いることを試みた。レーザビームは溶接スポットが小さく、溶接点に集中したパワーで母材同士を溶かし合わせるため、周囲への熱の影響は最小となる。また、レーザ溶接は歪みや焼けを生じないため、溶接後の酸洗いが不要になるなど、大きなメリットがある。 As mentioned above, it is difficult to use argon welding to weld the D-shaped filter element and the ring (filter body), so in this invention we attempted to use laser welding. A laser beam has a small welding spot, and melts the base materials together with the power concentrated at the welding point, minimizing the thermal impact on the surrounding area. In addition, laser welding has great advantages, such as not causing distortion or burning, making pickling after welding unnecessary.

但し、積層金網のフィルタエレメントでは、レーザ溶接のパワーが集中することによって網目を構成するワイヤが焼け切れてしまうという問題があった。図1は、従来例の円盤状フィルタ12を示す。当該フィルタ12は、図1(a)に示すように、複数枚の円形の金網層2~6を重ねた状態で加熱圧縮した後に真空にすることで金網層同士が拡散接合して一体化したものである。この際に用いられる金網層は、上から順に、保護層2、濾過層3、保護層4、強度層5、強度層6となっている。これらの金網層2~6は拡散接合により一体化されてフィルタエレメント1とした後、鍔部35を有するステンレス製リング(フィルタ本体)10と溶接される(図1(b)を参照。)。このうち、濾過層3とその上下の保護層2、4はワイヤの線径が細いので、そのままレーザ溶接を行うと、ワイヤが過熱し焼け切れて金網にピンホールを生じてしまい、カラム7中の触媒粒子が流出してしまう恐れがある。この点を解消するために、本発明では、図3(a)に示すように、ステンレスの薄板をD字形状に切り抜いたリテーナ9を金網層2~6の表層に設けた。 However, in the case of a laminated wire mesh filter element, there was a problem that the wires constituting the mesh were burned off due to the concentration of the laser welding power. Figure 1 shows a conventional disk-shaped filter 12. As shown in Figure 1 (a), the filter 12 is made by stacking multiple circular wire mesh layers 2 to 6, heating and compressing them, and then evacuating them to form a vacuum, which diffusion-bonds the wire mesh layers together to form an integrated unit. The wire mesh layers used in this case are, from top to bottom, the protective layer 2, the filtration layer 3, the protective layer 4, the strength layer 5, and the strength layer 6. These wire mesh layers 2 to 6 are integrated by diffusion bonding to form the filter element 1, and then welded to a stainless steel ring (filter body) 10 having a flange 35 (see Figure 1 (b)). Of these, the filtration layer 3 and the protective layers 2 and 4 above and below it have a thin wire diameter, so if laser welding is performed as is, the wires will overheat and burn off, causing pinholes in the wire mesh, which may cause the catalyst particles in the column 7 to leak out. To solve this problem, in the present invention, as shown in FIG. 3(a), a retainer 9 made of a thin stainless steel plate cut into a D-shape is provided on the surface of the wire mesh layers 2 to 6.

上記リテーナ9は、中央側センサ挿通部43を取り囲む穴部39と、輪郭をなす周辺部40と、穴部39と周辺部40とを接続するリブ部41とから構成されている。リブ部41は、穴部39の位置決め機能を有し、その領域は、濾過面積が十分確保可能な程度に小さく形成され、本形態例においては、穴部39から放射状に延びる3本の板状部材からなる。 The retainer 9 is composed of a hole 39 surrounding the central sensor insertion portion 43, a peripheral portion 40 forming an outline, and a rib portion 41 connecting the hole 39 and the peripheral portion 40. The rib portion 41 has a positioning function for the hole 39, and its area is formed small enough to ensure a sufficient filtration area, and in this embodiment, it is composed of three plate-shaped members extending radially from the hole 39.

上記リテーナ9を設けてD字型フィルタ13を作製する際には、保護層2、濾過層3、保護層4、強度層5、強度層6を積層した複数枚の金網層2~6の表層にリテーナ9を配置して、拡散接合を行って全体を一体化している。 When providing the retainer 9 to fabricate the D-shaped filter 13, the retainer 9 is placed on the surface of the multiple wire mesh layers 2 to 6, which are made up of a protective layer 2, a filtration layer 3, a protective layer 4, a strength layer 5, and a strength layer 6, and the whole is integrated by diffusion bonding.

図2は、本形態例の反応装置100を示すものである。この反応装置100は、図2(a)、(b)に示されるように、触媒粒子を充填したカラム7と、該カラム7の出入口両端にそれぞれ設けられる一対のカラムエンド20、20と、カラム入口側に設けられる、図1に示されるような従来型の円盤状フィルタ(入口側フィルタ部材)12と、カラム出口側に設けられるD字型フィルタ(出口側フィルタ部材)13と、各フィルタの鍔部35、36に取り付けられてカラム7とカラムエンド20、20の間を密封するフィルタ用Oリング(保持部材)21、21、21、21と、カラム7とカラムエンド20、20とを固着するナット22、22と、2つの原料入口配管23、24と、生成物出口配管25とを備えている。また、当該反応装置100の出口側には、D字型フィルタ13の有する2つの貫通穴のそれぞれに温度センサ26、26が、温度センサ用Oリング27、27を介して、カラム7内に挿入されている。 Figure 2 shows a reaction apparatus 100 of this embodiment. As shown in Figures 2(a) and (b), this reaction apparatus 100 includes a column 7 filled with catalyst particles, a pair of column ends 20, 20 provided at both the inlet and outlet ends of the column 7, a conventional disk-shaped filter (inlet side filter member) 12 as shown in Figure 1 provided at the column inlet side, a D-shaped filter (outlet side filter member) 13 provided at the column outlet side, filter O-rings (retaining members) 21, 21, 21, 21 attached to the flanges 35, 36 of each filter to seal between the column 7 and the column ends 20, 20, nuts 22, 22 that secure the column 7 and the column ends 20, 20, two raw material inlet pipes 23, 24, and a product outlet pipe 25. In addition, on the outlet side of the reaction device 100, temperature sensors 26, 26 are inserted into the column 7 via temperature sensor O-rings 27, 27 in each of the two through holes of the D-shaped filter 13.

カラム7は、ステンレス鋼などの金属材料によって形成された管状の本体部28と、当該本体部28の両端外周にそれぞれ設けられたフランジ部29とを有している。本体部28には触媒粒子が充填されている。フランジ部29の外周には、ナット22に固着するためのネジ部30が設けられている。 The column 7 has a tubular main body 28 made of a metal material such as stainless steel, and flanges 29 provided on the outer periphery of both ends of the main body 28. The main body 28 is filled with catalyst particles. A threaded portion 30 is provided on the outer periphery of the flanges 29 for fastening to the nut 22.

カラムエンド20は、略円筒状の本体部31と、該本体部31のカラム装着側外周に設けられたフランジ部32と、側面に設けられた円形の嵌合凹部33とを有している。フランジ部32の外周には、ナット22に固着するための平面部34が設けられている。なお、出口側のカラムエンド20には、複数の温度センサを内挿支持するための複数のポートが設けられている。上記形態例においては、カラム7の中心軸上に設けられた中央側ポート45と、当該中央側ポート45の外周側に設けられた外周側ポート46の2つが設けられている。 The column end 20 has a substantially cylindrical main body 31, a flange 32 provided on the outer periphery of the main body 31 on the column mounting side, and a circular fitting recess 33 provided on the side. A flat surface 34 for fastening to the nut 22 is provided on the outer periphery of the flange 32. The column end 20 on the outlet side is provided with multiple ports for inserting and supporting multiple temperature sensors. In the above embodiment, two ports are provided: a central port 45 provided on the central axis of the column 7, and an outer periphery port 46 provided on the outer periphery of the central port 45.

フィルタ用Oリング21は、入口側のカラムエンド20の嵌合凹部33内に嵌入された円盤状フィルタ12の鍔部35の表裏と、出口側のカラムエンド20の嵌合凹部33内に嵌入されたD字型フィルタ13の鍔部36の表裏とにそれぞれ装着されるもので、Oリング21の内径は、各鍔部35、36の外形よりも僅かに小さく設定されている。 The filter O-rings 21 are attached to the front and back of the flange 35 of the disk-shaped filter 12 fitted into the fitting recess 33 of the column end 20 on the inlet side, and to the front and back of the flange 36 of the D-shaped filter 13 fitted into the fitting recess 33 of the column end 20 on the outlet side. The inner diameter of the O-ring 21 is set slightly smaller than the outer diameter of each flange 35, 36.

ナット22は、カラム7とカラムエンド20とを固着するための接続部品であり、内周面にネジ部37が設けられている。当該ネジ部37は、カラム7のネジ部30と係合されて、カラム7及びカラムエンド20を物理的に固定する。 The nut 22 is a connecting part for fastening the column 7 and the column end 20, and has a threaded portion 37 on its inner circumferential surface. The threaded portion 37 engages with the threaded portion 30 of the column 7 to physically fasten the column 7 and the column end 20 together.

原料入口配管23、24は、入口側のカラムエンド20に設けられる配管であり、当該原料入口配管23、24を通じて反応原料が円盤状フィルタ12を通過した後にカラム7内に導入され、カラム7内に充填されている触媒粒子を介してカラム7内で反応が起こるようになっている。 The raw material inlet pipes 23 and 24 are pipes provided at the column end 20 on the inlet side. The reaction raw material passes through the disk filter 12 through the raw material inlet pipes 23 and 24 and is then introduced into the column 7, where a reaction occurs via the catalyst particles packed in the column 7.

生成物出口配管25は出口側のカラムエンド20に設けられる配管であり、カラム7内で反応後の生成物がカラム7からD字型フィルタ13を通過して、当該生成物出口配管25を通じて外部に導出されるようになっている。 The product outlet pipe 25 is a pipe provided at the column end 20 on the outlet side, and the product after the reaction in the column 7 passes from the column 7 through the D-shaped filter 13 and is discharged to the outside through the product outlet pipe 25.

温度センサ26は、カラム7内での反応時の温度を測定するためのセンサであり、カラム7中央部とカラム7内壁周辺にそれぞれ内挿されている。温度センサ26は、カラムエンド20の貫通部に対し、温度センサ用Oリング27により密閉状態で保持されている。また、カラム7中央部に内挿される温度センサ26は、D字型フィルタ13の中央部に設けられた中央側センサ挿通部43を通過している。また、カラム7内壁周辺に内挿される温度センサ26は、D字型フィルタ13の切り欠き部38に設けられた外周側センサ挿通部44を通過している。 The temperature sensor 26 is a sensor for measuring the temperature during the reaction in the column 7, and is inserted into the center of the column 7 and around the inner wall of the column 7. The temperature sensor 26 is held in a sealed state by a temperature sensor O-ring 27 at the penetration part of the column end 20. The temperature sensor 26 inserted into the center of the column 7 passes through a central sensor insertion part 43 provided in the center of the D-shaped filter 13. The temperature sensor 26 inserted around the inner wall of the column 7 passes through an outer sensor insertion part 44 provided in the cutout part 38 of the D-shaped filter 13.

カラム7の本体部28とカラムエンド20、20の嵌合凹部33との間には、入口側に円盤状フィルタ(入口側フィルタ部材)12が、出口側にD字型フィルタ(出口側フィルタ部材)13が設けられ、各フィルタの鍔部35、36でフィルタ用Oリング(保持部材)21を介して保持されている。 Between the main body 28 of the column 7 and the fitting recesses 33 of the column ends 20, 20, a disk-shaped filter (inlet filter member) 12 is provided on the inlet side, and a D-shaped filter (outlet filter member) 13 is provided on the outlet side, and is held by the flanges 35, 36 of each filter via a filter O-ring (holding member) 21.

上記円盤状フィルタ(入口側フィルタ部材)12は、従来例として図1に示したものと同一のフィルタであり、円盤状のフィルタエレメント1とステンレス製リング(入口側フィルタ本体)10とを溶接したものである。 The above-mentioned disk-shaped filter (inlet side filter member) 12 is the same filter as the conventional example shown in FIG. 1, and is made by welding a disk-shaped filter element 1 and a stainless steel ring (inlet side filter body) 10.

上記D字型フィルタ(出口側フィルタ部材)13は、図3(a)、(b)に示されるフィルタであり、円形から一部を切り欠いたD字形状かつ内部に丸穴が設けられたD字型ドーナツ状のフィルタエレメント8とステンレス製リング(出口側フィルタ本体)11とを溶接したものである。 The D-shaped filter (outlet side filter member) 13 is the filter shown in Figures 3(a) and (b), and is made by welding a D-shaped donut-shaped filter element 8, which is a circle with a part cut out to form a D shape and has a round hole inside, to a stainless steel ring (outlet side filter body) 11.

ステンレス製リング(出口側フィルタ本体)11には、上記中央側センサ挿通部43、外周側センサ挿通部44と、これらのセンサ挿通部を避けた領域を窪ませたD字型のフィルタ嵌合凹部42とが設けられている。フィルタ嵌合凹部42の深さは、フィルタエレメント8の厚みに対応しており、これにより、フィルタエレメント8をフィルタ嵌合凹部42に取り付けた状態で、フィルタ嵌合凹部42の開口端とリテーナ9の板面とが面一又は僅かに凹状になるように形成されている。これにより、D字型フィルタ13の取り付け状態の安定化やカラム7に充填される触媒の均一化を図ることが可能となる。 The stainless steel ring (outlet side filter body) 11 is provided with the above-mentioned center side sensor insertion portion 43, outer peripheral side sensor insertion portion 44, and a D-shaped filter fitting recess 42 that is recessed in the area avoiding these sensor insertion portions. The depth of the filter fitting recess 42 corresponds to the thickness of the filter element 8, so that when the filter element 8 is attached to the filter fitting recess 42, the opening end of the filter fitting recess 42 and the plate surface of the retainer 9 are formed to be flush or slightly concave. This makes it possible to stabilize the attachment state of the D-shaped filter 13 and to uniformly pack the catalyst in the column 7.

また、上記形態例のD字型ドーナツ状のフィルタエレメント8を作成する際は、図4(a)に示すように、当該フィルタエレメント8よりも大きな四角形の金網素材と、後加工できないリブ部41を先に形成したリテーナ素材とを重ねて、上記円盤状のフィルタエレメント1と同様に拡散接合で一体化した後に、レーザ加工機などで内外径を切り抜くことで、図4(b)に示すように、D字型ドーナツ状の輪郭を作ることができる。 When creating the D-shaped donut-shaped filter element 8 of the above embodiment, as shown in FIG. 4(a), a rectangular wire mesh material larger than the filter element 8 is stacked on a retainer material on which a rib portion 41 that cannot be processed later is formed in advance, and these are integrated by diffusion bonding in the same manner as the disk-shaped filter element 1 described above. Then, the inner and outer diameters are cut out using a laser processing machine or the like, to create the outline of a D-shaped donut shape as shown in FIG. 4(b).

なお、拡散接合で一体化した金網の周囲の切断面にはワイヤの切断面が露出しているため、そのままフィルタとして用いると、カラム7内の触媒粒子が流出してしまう恐れがある。これを避けるために、積層金網の切断面のみをアルゴン溶接で封止してもよい。封止後に、封止面を切削して仕上げると、D字型ドーナツ状のフィルタエレメント8が完成する。 In addition, since the cut surfaces of the wires are exposed at the cut surfaces around the wire mesh that is integrated by diffusion bonding, if it is used as a filter as is, there is a risk that the catalyst particles in the column 7 will leak out. To avoid this, only the cut surfaces of the laminated wire mesh may be sealed with argon welding. After sealing, the sealing surfaces are cut and finished to complete the D-shaped donut-shaped filter element 8.

続いて、完成したフィルタエレメント8を、フィルタ嵌合凹部42をD字型に加工した出口側フィルタ本体11の当該フィルタ嵌合凹部42に嵌入した状態で環状にレーザ溶接を行い、フィルタエレメント8のリテーナ9部分と上記出口側フィルタ本体11とを溶接する。レーザ溶接部分は中央側センサ挿通部43の外周縁部と、外周側センサ挿通部44の内周縁部とに形成され、リテーナ9の周端縁とフィルタ嵌合凹部42の周端縁との間に突合せ全周レーザ溶接部47が形成される(図3(b)を参照。)。こうしてD字型フィルタ13が完成する。この様にすると、フィルタエレメント8とフィルタ本体11の溶接を適切に行うことができるとともに、カラム7内に温度センサを複数内挿することができるようになる。この際、溶接後のフィルタに、過熱によるピンホールは生じず、フィルタ、リングともに大きな歪みは生じなかった。 Next, the completed filter element 8 is inserted into the filter fitting recess 42 of the outlet side filter body 11, which has the filter fitting recess 42 machined into a D-shape, and laser welded in an annular shape to weld the retainer 9 part of the filter element 8 to the outlet side filter body 11. The laser welded part is formed on the outer peripheral edge of the center side sensor insertion part 43 and the inner peripheral edge of the outer peripheral side sensor insertion part 44, and a butt joint full circumference laser welded part 47 is formed between the peripheral edge of the retainer 9 and the peripheral edge of the filter fitting recess 42 (see FIG. 3(b)). In this way, the D-shaped filter 13 is completed. In this way, the filter element 8 and the filter body 11 can be properly welded, and multiple temperature sensors can be inserted into the column 7. At this time, no pinholes due to overheating were generated in the welded filter, and no significant distortion occurred in either the filter or the ring.

よって、本発明の反応装置によれば、フィルタエレメントを構成する金網層の表層にリテーナが設けられ、前記リテーナとフィルタ嵌合凹部とがレーザ溶接によって溶接されていることから、リテーナによって熱の逃げ道が十分確保されており、リテーナより下層の金網層は保護され、金網層への熱影響を考慮する必要がなく、適切な溶接がなされる。さらに、レーザ溶接を用いることによって溶接後の酸洗いや洗浄が不要になり、フィルタに酸化物などが残留する心配がない。 Therefore, according to the reaction device of the present invention, a retainer is provided on the surface layer of the wire mesh layer that constitutes the filter element, and the retainer and the filter fitting recess are welded by laser welding, so that the retainer provides a sufficient escape route for heat, the wire mesh layer below the retainer is protected, and there is no need to consider the thermal effects on the wire mesh layer, and appropriate welding can be performed. Furthermore, the use of laser welding eliminates the need for pickling or cleaning after welding, and there is no need to worry about oxides remaining on the filter.

また、出口側フィルタ部材において、複数のセンサ挿通部を設けてもフィルタの機能を保つことが可能となり、複数の温度センサを、カラム内の長さ方向だけでなく、径方向の温度分布を知りたいといったニーズに、確実に答えることができる。 In addition, even if multiple sensor insertion holes are provided in the outlet filter member, the filter function can be maintained, and multiple temperature sensors can be used to reliably meet the need to know the temperature distribution in the radial direction, not just the length direction, within the column.

なお、上記形態例は、カラム7内に温度センサを2本挿入することを想定して、フィルタの形状をD字型ドーナツ状としたが、温度センサを3本以上挿入する場合には、その本数に応じて切り欠き部38を出口側フィルタ本体11に複数設けて、D字型ドーナツ状以外の態様としてもよい。また、温度センサを2本挿入する場合においても、濾過面積の確保等を考慮した上で、出口側フィルタ本体11やフィルタ嵌合凹部42の形状をD字型以外の形状としても良い。また、金網層2~6は、必ずしもすべて必要ではなく、濾過層1枚とそれを保護する粗い層2枚の合計3枚を備えていれば、フィルタエレメントを構成することが可能である。また、リテーナ9のリブ部41について、上記形態例においては3箇所設けているが、濾過面積の確保等を考慮した上で、1箇所以上設けていれば良い。 In the above embodiment, the filter is shaped like a D-shaped donut, assuming that two temperature sensors are inserted into the column 7. However, if three or more temperature sensors are inserted, multiple cutouts 38 may be provided in the outlet filter body 11 according to the number of sensors, and the filter may be shaped in a form other than a D-shaped donut. Even when two temperature sensors are inserted, the outlet filter body 11 and the filter fitting recess 42 may be shaped in a form other than a D-shaped form, taking into consideration factors such as securing the filtration area. In addition, all of the wire mesh layers 2 to 6 are not necessarily required, and a filter element can be constructed with a total of three layers, one filtration layer and two coarse layers to protect it. In addition, the retainer 9 has three ribs 41 in the above embodiment, but one or more may be provided, taking into consideration factors such as securing the filtration area.

1・・・円盤状のフィルタエレメント、2、4・・・金網層(保護層)、3・・・金網層(濾過層)、5、6・・・金網層(強度層)、7・・・カラム、8・・・D字型ドーナツ状のフィルタエレメント、9・・・リテーナ、10・・・ステンレス製リング(入口側フィルタ本体)、11・・・ステンレス製リング(出口側フィルタ本体)、12・・・円盤状フィルタ(入口側フィルタ部材)、13・・・D字型フィルタ(出口側フィルタ部材)、20・・・カラムエンド、21・・・フィルタ用Oリング(保持部材)、22・・・ナット、23、24・・・原料入口配管、25・・・生成物出口配管、26・・・温度センサ、27・・・温度センサ用Oリング、28・・・本体部、29・・・フランジ部、30・・・ネジ部、31・・・本体部、32・・・フランジ部、33・・・嵌合凹部、34・・・平面部、35、36・・・鍔部、37・・・ネジ部、38・・・切り欠き部、39・・・穴部、40・・・周辺部、41・・・リブ部、42・・・掘り込み部(フィルタ嵌合凹部)、43・・・中央側センサ挿通部、44・・・外周側センサ挿通部、45・・・中央側ポート、46・・・外周側ポート、47・・・突合せ全周レーザ溶接部、100・・・反応装置 1: Disk-shaped filter element, 2, 4: Wire mesh layer (protective layer), 3: Wire mesh layer (filtration layer), 5, 6: Wire mesh layer (strength layer), 7: Column, 8: D-shaped donut-shaped filter element, 9: Retainer, 10: Stainless steel ring (inlet side filter body), 11: Stainless steel ring (outlet side filter body), 12: Disk-shaped filter (inlet side filter member), 13: D-shaped filter (outlet side filter member), 20: Column end, 21: Filter O-ring (retaining member), 22: Nut, 23, 24: Raw material inlet piping, 25...・Product outlet pipe, 26...Temperature sensor, 27...O-ring for temperature sensor, 28...Main body, 29...Flange, 30...Threaded portion, 31...Main body, 32...Flange, 33...Fitting recess, 34...Flat portion, 35, 36...Flange, 37...Threaded portion, 38...Notch, 39...Hole, 40...Periphery, 41...Rib, 42...Drilled portion (filter fitting recess), 43...Center sensor insertion portion, 44...Outer sensor insertion portion, 45...Center port, 46...Outer port, 47...Full circumference laser butt weld, 100...Reaction device

Claims (3)

反応触媒を充填したカラムの入口端から複数の反応原料を導入してカラム内で反応させ、カラムの出口端から反応生成物を導出する反応装置において、
前記カラムの出入口両端に設けられる一対のカラムエンドと、前記カラムの出入口両端と前記一対のカラムエンドとの間に組み込まれる一対のフィルタ部材と、前記カラムと前記一対のカラムエンドとを固着させる一対のナットとを備え、
出口側カラムエンドは、複数の温度センサをそれぞれ内挿支持する複数のポートを有し、前記カラムと前記出口側カラムエンドとを固着したときに、前記複数のポートが出口側フィルタ部材を介してカラム内に連通し、
前記出口側フィルタ部材は、フィルタエレメントと、該フィルタエレメントを取り付ける円盤状のフィルタ本体とで構成され、
前記フィルタ本体には、前記複数のポートにそれぞれ連通する孔を備えた複数のセンサ挿通部と、該複数のセンサ挿通部を避けた領域を窪ませたフィルタ嵌合凹部とが設けられ、
前記フィルタエレメントは、金網層と、該金網層の表層に配置されたリテーナとが一体で前記フィルタ嵌合凹部に嵌合され、
前記フィルタ嵌合凹部の周縁部には、前記リテーナを接合する環状のレーザ溶接部が形成されていることを特徴とする反応装置。
A reactor in which a plurality of reaction raw materials are introduced into an inlet end of a column packed with a reaction catalyst, reacted in the column, and a reaction product is discharged from an outlet end of the column,
a pair of column ends provided at both ends of an inlet/outlet of the column, a pair of filter members inserted between both ends of the inlet/outlet of the column and the pair of column ends, and a pair of nuts fastening the column to the pair of column ends,
the outlet-side column end has a plurality of ports for inserting and supporting a plurality of temperature sensors, respectively, and when the column and the outlet-side column end are fixed to each other, the plurality of ports communicate with the inside of the column via an outlet-side filter member;
The outlet side filter member is composed of a filter element and a disk-shaped filter body to which the filter element is attached,
the filter body is provided with a plurality of sensor insertion portions each having a hole communicating with the plurality of ports, and a filter fitting recess formed by recessing an area avoiding the plurality of sensor insertion portions,
The filter element is configured such that a wire mesh layer and a retainer disposed on a surface of the wire mesh layer are integrally fitted into the filter fitting recess,
A reaction device, characterized in that an annular laser welded portion for joining the retainer is formed on the peripheral edge of the filter fitting recess.
前記複数のポートは、前記カラムの中心軸上に設けられた中央側ポートと、該中央側ポートの外周側に設けられた外周側ポートの2つからなり、
前記フィルタ本体は、前記中央側ポートに対応する中央側センサ挿通部と、前記外周側ポートに対応する外周側センサ挿通部とを有し、これら2つのセンサ挿通部が前記フィルタ嵌合凹部によって互いに隔てられ、
前記レーザ溶接部は、前記中央側センサ挿通部の外周縁部と、前記外周側センサ挿通部の内周縁部とに形成されていることを特徴とする請求項1記載の反応装置。
the plurality of ports include a central port provided on a central axis of the column and an outer circumferential port provided on the outer circumferential side of the central port;
the filter body has a central sensor insertion portion corresponding to the central port and an outer peripheral sensor insertion portion corresponding to the outer peripheral port, the two sensor insertion portions being separated from each other by the filter fitting recess;
2. The reaction device according to claim 1, wherein the laser welds are formed on an outer periphery of the center sensor insertion portion and an inner periphery of the outer periphery sensor insertion portion.
前記フィルタ嵌合凹部の深さは、前記フィルタエレメントの厚みに対応し、前記フィルタエレメントを前記フィルタ嵌合凹部に取り付けた状態で、前記リテーナの上面が前記フィルタ嵌合凹部から突出することなく面一又は凹状に配置され、
前記レーザ溶接部は、前記リテーナの周端縁と前記フィルタ嵌合凹部の周端縁との間に形成された突合せ全周レーザ溶接部であることを特徴とする請求項1又は2記載の反応装置。
a depth of the filter fitting recess corresponds to a thickness of the filter element, and an upper surface of the retainer is disposed flush or concavely without protruding from the filter fitting recess in a state in which the filter element is attached to the filter fitting recess,
3. The reaction device according to claim 1, wherein the laser weld is a full circumference butt weld formed between a peripheral edge of the retainer and a peripheral edge of the filter fitting recess.
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