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公開番号2025101286
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-07
出願番号2023218021
出願日2023-12-25
発明の名称メタン生成システム
出願人株式会社ジェイテクト,トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類B01J 8/06 20060101AFI20250630BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】複数の伝熱管の周囲を熱媒体が流通する反応器を備えるメタン生成システムにおいて、伝熱管毎の温度バラツキの発生を抑制する。
【解決手段】メタン生成システムは、メタン生成反応に用いられる触媒が内部に設けられた複数の伝熱管104と、複数の伝熱管104を収容する筒状のシェル101とを有する反応器100と、反応器100の外周に熱媒体が通過可能に接続され、反応器100に熱媒体を供給して触媒の温度調整を行う温度調整装置200とを備える。シェル101の内部には、伝熱管104の周囲に熱媒体が流通する熱媒体流路111が形成されている。シェル101の軸方向に直交する断面であるシェル断面において、伝熱管104の断面積に対する熱媒体流路111の断面積の比は、シェル断面の外周側よりも中央側の方が大きくなっている。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
原料ガスとして二酸化炭素と水素を用いたメタン生成反応によってメタンを生成するメタン生成システムであって、
前記メタン生成反応に用いられる触媒が内部に設けられた複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管を収容する筒状のシェルとを有する反応器と、
前記反応器の外周に熱媒体が通過可能に接続され、前記反応器に前記熱媒体を供給して前記触媒の温度調整を行う温度調整装置と、
を備え、
前記シェルの内部には、前記伝熱管の周囲に前記熱媒体が流通する熱媒体流路が形成されており、
前記シェルの軸方向に直交する断面であるシェル断面において、前記伝熱管の断面積に対する前記熱媒体流路の断面積の比は、前記シェル断面の外周側よりも中央側の方が大きくなっている、メタン生成システム。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記シェル断面において、複数の前記伝熱管が周方向に並んで複数列に分かれて配置されており、
前記シェル断面を前記伝熱管が周方向に並んで配置された列ごとに複数の層状領域に区画した場合に、前記複数の層状領域では、前記シェル断面における前記伝熱管の断面積に対する前記熱媒体流路の断面積の比は、前記シェル断面の外周側に位置する層状領域よりも中央側に位置する層状領域の方が大きくなっている、請求項１に記載のメタン生成システム。
【請求項３】
前記層状領域における前記伝熱管の断面積は、前記層状領域に含まれる１本の前記伝熱管の断面積と前記層状領域に含まれる前記伝熱管の数の積である、請求項２に記載のメタン生成システム。
【請求項４】
前記層状領域における前記伝熱管の間隔は、前記シェル断面の外周側に位置する層状領域よりも中央側に位置する層状領域の方が大きくなっている、請求項２に記載のメタン生成システム。
【請求項５】
前記シェルの外周に設けられた前記温度調整装置との入口側接続部は、前記シェル断面における最外周側の前記層状領域に含まれる前記伝熱管に対向して設けられており、
前記熱媒体は、前記入口側接続部を介して前記熱媒体流路に流入する、請求項２に記載のメタン生成システム。
【請求項６】
複数の前記入口側接続部は、前記シェル断面における最外周側の前記伝熱管に対向して設けられている、請求項５に記載のメタン生成システム。
【請求項７】
前記入口側接続部を構成する貫通孔の孔径は、前記シェル断面における前記伝熱管の外径よりも小さくなっている、請求項５に記載のメタン生成システム。
【請求項８】
前記シェルの外周における前記入口側接続部に対応する位置に、前記入口側接続部を通過する前記熱媒体を貯留可能な熱媒体貯留部が設けられている、請求項５に記載のメタン生成システム。
【請求項９】
前記シェルの外周に設けられた前記温度調整装置との出口側接続部は、前記シェル断面における最外周側の前記層状領域に含まれる前記伝熱管に対向して設けられており、
前記熱媒体は、前記出口側接続部を介して前記熱媒体流路から流出する、請求項２に記載のメタン生成システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン生成システムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素と水素を反応させるメタン生成反応では、メタン生成効率を高めるために温度管理が重要となる。具体的には、触媒を用いてメタンを生成する場合には、触媒反応によって触媒温度が上昇してメタン生成効率が低下するため、触媒温度を所定範囲内に保ってメタン生成効率の低下を抑制する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、触媒が充填された複数の伝熱管が並列配置してシェルに収容されたメタン生成装置が開示されている。このメタン生成装置では、シェル内部に、ガスが流れる触媒が充填された伝熱管空間と、伝熱管外部で熱媒体が流れる空間とを有する構造を備えており、伝熱管の周囲に熱媒体を流通させて伝熱管内部の温度調整を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第７１４５９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数の伝熱管は、熱媒体の流入口および流出口との距離が異なるため、各伝熱管の周囲を流れる熱媒体の流量は伝熱管ごとにバラツキが生じやすい。このため、伝熱管ごとに冷却能力のバラツキが生じ、全体をメタン生成反応に適切な温度に維持することが難しい。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、複数の伝熱管の周囲を熱媒体が流通する反応器を備えるメタン生成システムにおいて、伝熱管ごとの温度バラツキを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
原料ガスとして二酸化炭素と水素を用いたメタン生成反応によってメタンを生成するメタン生成システムであって、
前記メタン生成反応に用いられる触媒が内部に設けられた複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管を収容する筒状のシェルとを有する反応器と、
前記反応器の外周に熱媒体が通過可能に接続され、前記反応器に熱媒体を供給して前記触媒の温度調整を行う温度調整装置と、
を備え、
前記シェルの内部には、前記伝熱管の周囲に前記熱媒体が流通する熱媒体流路が形成されており、
前記シェルの軸方向に直交する断面であるシェル断面において、前記伝熱管の断面積に対する前記熱媒体流路の断面積の比は、前記シェル断面の外周側よりも中央側の方が大きくなっている、
ことを特徴とするメタン生成システムにある。
【発明の効果】
【０００８】
熱媒体が熱媒体流路に流入した直後は、熱媒体流入口に近いシェルの外周側で熱媒体の流量が多くなりやすく、シェル断面の外周側と中央側との間で冷却油の流量バラツキが発生しやすい。これに対し、本発明のメタン生成システムでは、シェル断面の外周側よりも中央側の方が伝熱管の断面積に対する熱媒体流路の断面積の比を大きくしており、シェル断面の中央側で冷却油の流量が増大しやすくしている。このため、シェル断面の外周側と中央側との間における冷却油の流量バラツキを抑制でき、複数の伝熱管の間で温度バラツキの発生を抑制できる。この結果、複数の伝熱管のそれぞれをメタン生成反応に適した温度に調整することができ、メタン生成反応を効率的に進行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
メタンガス生成システムを示す構成図である。
第１実施形態の反応器の正面図である。
第１実施形態の反応器の断面図である。
図２のＩＶ－ＩＶ断面図である。
図４の一部を拡大した断面図である。
第２実施形態の反応器の正面図である。
第２実施形態の反応器の断面図である。
図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。
図８の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
１．メタン生成システムの概要
以下、メタン生成システム１０について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、メタン生成システム１０は、反応器１００および温度調整装置２００を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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