(57)【要約】      （修正有）【課題】炉本体に投入された被加熱材料の加熱処理を行う加熱処理装置において、加熱処理時における被加熱への伝熱性の確保と、炉内における被加熱材料の流動性の確保とを両立可能な技術を提供する。【解決手段】加熱処理装置は、内部が中空であって上下に延伸し、かつ、被加熱材料が投入される炉本体１と、炉本体に配設され該炉本体に投入された被加熱材料を加熱するヒーターと、炉本体におけるヒーターが設置される部位に形成され、矩形状の水平断面を有する矩形状断面部１０Ａ、１０Ｂと、矩形状断面部において対向する長辺方向の内壁面１１０に形成され、ヒーターからの熱を被加熱材料に伝える伝熱部１３０と、を備える。【選択図】図３
2014098497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が中空であって上下に延伸し、かつ、被加熱材料が投入される炉本体と、
前記炉本体に配設され、該炉本体に投入された前記被加熱材料を加熱するヒーターと、
前記炉本体における前記ヒーターが設置される部位に形成され、矩形状の水平断面を有する矩形状断面部と、
前記矩形状断面部において対向する長辺方向の内壁面に形成され、前記ヒーターからの熱を前記被加熱材料に伝える伝熱部と、
を備える加熱処理装置。
【請求項２】
前記矩形状断面部は、前記ヒーターが設けられる上端位置側から下端位置側に向かって末広がりに変化する矩形状の水平断面を有する、請求項１に記載の加熱処理装置。
【請求項３】
前記矩形状断面部は、対向する長辺方向の内壁面間隔が、前記ヒーターが形成される上端位置側から下端位置側に向かって末広がりに変化している、請求項２に記載の加熱処理装置。
【請求項４】
前記ヒーターは、前記矩形状断面部において対向する長辺方向の壁内に埋設される、請求項１から３の何れか一項に記載の加熱処理装置。
【請求項５】
前記炉本体の上端には被加熱材料の投入口が形成されると共に、該投入口からは加熱処理の過程でガスを発生させる被加熱材料が投入され、
前記ヒーターによる前記被加熱材料の加熱処理時に、前記炉本体における前記ヒーターの上部側を炉外と遮断する遮断手段と、
前記炉本体のうち、前記加熱処理の過程で前記ガスが発生する領域よりも下方の位置で炉内と連通し、炉内に生じたガスを炉外に排出する排気管と、
を備える請求項１から４の何れか一項に記載の加熱処理装置。
【請求項６】
前記被加熱材料は、第１材料と第２材料との混合物であり、
前記第２材料は、加熱されることで気化し、且つ、該第２材料が気化する温度域よりも高温に加熱されると前記第１材料に付着する、請求項５に記載の加熱処理装置。
【請求項７】
前記第２材料は有機化合物を含み、
前記排気管は、加熱処理時において、前記有機化合物が前記第１材料に付着する領域よりも下方から前記ガスを炉外に排出する、請求項６に記載の加熱処理装置。
【請求項８】
前記被加熱材料の加熱処理を行うことによって電池用材料に用いる炭素材料を製造する、請求項１から７の何れか１項に記載の加熱処理装置。
【請求項９】
内部が中空であって上下に延伸する炉本体の上端に形成される投入口から被加熱材料を投入して該炉本体の内部に形成される加熱部で該被加熱材料を加熱することにより電池用材料に用いる炭素材料を製造する製造方法であって、
前記炉本体において、前記被加熱材料を加熱するヒーターが設置される部位には矩形状の水平断面を有する矩形状断面部が形成されるとともに、該矩形状断面部において対向する長辺方向の内壁面に前記ヒーターからの熱を前記被加熱材料に伝える伝熱部が形成されており、
前記矩形状断面部の伝熱部によって前記ヒーターからの熱を前記被加熱材料に伝えることにより該被加熱材料の加熱処理を行う、
電池用材料に用いる炭素材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱処理装置及び電池用材料に用いる炭素材料の製造方法に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化に伴い二次電池の高容量化が望まれており、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池に比べ、よりエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）が注目されている。リチウムイオン二次電池は、非水電解質二次電池の一種であり、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。リチウムイオン二次電池の負極材料として、リチウム金属の析出を抑制できる黒鉛（グラファイト）等の炭素材料を使用することが注目されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
炭素粉体の黒鉛化処理や黒鉛粉体の高温処理等に使用するための炉としてシャフト炉が公知である（例えば、特許文献２、３を参照）。シャフト炉は、通常、円筒状の炉本体を備えており、上端から原料粉体が供給される。炉本体に供給された原料粉体は、シャフト内を粉体が流下する過程で加熱、冷却の工程を経た後、処理粉体となって炉外に排出される。加熱処理の方式としては、例えば、炉本体の壁面に埋設する電熱ヒーターを用いる方式がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５３４３９１号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４１３号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャフト炉は、通常、炉内が円形断面となっているため、炉内における被加熱材料を均一に加熱することが難しく、炉内の横断面中心部では被加熱材料を所望する温度まで加熱することが難しい。これに対して、例えば、電熱ヒーターの伝熱性を高める観点から炉本体の径を小さくすることが考えられるが、この場合、粉体材料の流動性が悪化してしまい、被加熱材料の円滑な移送が阻害される虞がある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、炉本体に投入された被加熱材料の加熱処理を行う加熱処理装置において、加熱処理時における被加熱への伝熱性の確保と、炉内における被加熱材料の流動性の確保とを両立することの可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る加熱処理装置は、内部が中空であって上下に延伸し、かつ、被加熱材料が投入される炉本体と、前記炉本体に配設され、該炉本体に投入された前記被加熱材料を加熱するヒーターと、前記炉本体における前記ヒーターが設置される部位に形成され、矩形状の水平断面を有する矩形状断面部と、前記矩形状断面部において対向する長辺方向の内壁面に形成され、前記ヒーターからの熱を前記被加熱材料に伝える伝熱部と、を備える。
【０００８】
前記矩形状断面部は、前記ヒーターが設けられる上端位置側から下端位置側に向かって
末広がりに変化する矩形状の水平断面を有していても良い。この場合、前記矩形状断面部は、対向する長辺方向の内壁面間隔が、前記ヒーターが形成される上端位置側から下端位置側に向かって末広がりに変化していても良い。また、前記ヒーターは、前記矩形状断面部において対向する長辺方向の壁内に埋設されるように構成されていても良い。
【０００９】
また、本発明に係る加熱処理装置において、前記炉本体の上端には被加熱材料の投入口が形成されると共に、該投入口からは加熱処理の過程でガスを発生させる被加熱材料が投入されても良い。この場合、加熱処理装置は、前記ヒーターによる前記被加熱材料の加熱処理時に、前記炉本体における前記ヒーターの上部側を炉外と遮断する遮断手段と、前記炉本体のうち、前記加熱処理の過程で前記ガスが発生する領域よりも下方の位置で炉内と連通し、炉内に生じたガスを炉外に排出する排気管と、を備えていても良い。
【００１０】
また、前記被加熱材料は、第１材料と第２材料との混合物であっても良い。そして、前記第２材料は、加熱されることで気化し、且つ、該第２材料が気化する温度域よりも高温に加熱されると前記第１材料に付着する材料であっても良い。この場合、前記第２材料は有機化合物を含み、前記排気管は、加熱処理時において、前記有機化合物が前記第１材料に付着する領域よりも下方から前記ガスを炉外に排出するように構成されても良い。ここで、上記の有機化合物は、重質油であっても良い。また、上述までの加熱処理装置は、被加熱材料の加熱処理を行うことによって電池用材料に用いる炭素材料を製造する用途で用いられても良い。また、本発明は、電池用材料に用いる炭素材料の製造方法として捉えることができる。本発明に係る電池用材料に用いる炭素材料の製造方法は、内部が中空であって上下に延伸する炉本体の上端に形成される投入口から被加熱材料を投入して該炉本体の内部に形成される加熱部で該被加熱材料を加熱することにより電池用材料に用いる炭素材料を製造する製造方法であって、前記炉本体において、前記被加熱材料を加熱するヒーターが設置される部位には矩形状の水平断面を有する矩形状断面部が形成されるとともに、該矩形状断面部において対向する長辺方向の内壁面に前記ヒーターからの熱を前記被加熱材料に伝える伝熱部が形成されており、前記矩形状断面部の伝熱部によって前記ヒーターからの熱を前記被加熱材料に伝えることにより該被加熱材料の加熱処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、炉本体に投入された被加熱材料の加熱処理を行う加熱処理装置において、加熱処理時における被加熱への伝熱性の確保と、炉内における被加熱材料の流動性の確保とを両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る加熱処理装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例１に係る加熱処理装置の概略構成図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿う矢視方向断面図である。
【図４】矩形状断面部における高さ方向の断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明に係る加熱処理装置を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。なお、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
［複層構造炭素材料］
本実施形態に係る加熱処理装置は、例えば、リチウムイオン二次電池の負極材料に使用される複層構造炭素材料を製造する用途に好適に利用することができる。この複層構造炭素材料は、炭素材料の表面に炭素質物、具体的には黒鉛質物、好ましくは非晶質炭素が被覆されてなり、炭素材料を有機化合物と混合した後、該有機化合物を炭素化することによって製造することができる。
【００１６】
炭素材料としては、天然又は人造の黒鉛粉末等であり、好ましくは天然黒鉛粉末である。これらの中でも球形化処理を施された球形化黒鉛が好ましい。また、黒鉛粉末等の炭素材料と混合する有機化合物は、焼成することによって非晶質炭素となる物質であれば、特段限定されない。液相で炭素化を進行させる有機化合物であっても、固相で炭素化を進行させる有機化合物であってもよい。また、気相で炭素化を進行させる有機化合物であってもよい。
【００１７】
焼成することによって炭素化し得る有機化合物としては、重質油など液相炭化反応を伴う有機化合物、熱硬化性樹脂などの固相炭化反応を伴う有機化合物又はそれらの混合物等の有機化合物を用いることができる。重質油としては、軟ピッチ〜硬ピッチまでのコールタールピッチ、石炭液化油等の石炭系重質油、アスファルテン等の直流系重質油、原油、ナフサなどの熱分解時に副生するエチレンヘビーエンドタール等分解系重質油等の石油系重質油、分解系重質油を熱処理することで得られる、エチレンタールピッチ、ＦＣＣデカントオイル、クレハピッチ、アシュランドピッチなど熱処理ピッチ等を好適に用いることができる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１８】
[加熱処理装置及び加熱処理の概要]
以下、図面を参照して、本実施形態に係る加熱処理装置ＰＤ１の構成および加熱処理の概要について説明する。本実施形態における加熱処理装置ＰＤ１が加熱処理を行う被加熱材料は特段限定されないが、ここでは黒鉛粉末と有機化合物（例えば、重質油など）との混合物を被加熱材料とする場合を例に説明する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る加熱処理装置ＰＤ１の概略構成を模式的に示す図である。加熱処理装置ＰＤ１は、その内部が中空で、上下に伸びる縦型の炉本体１を有する焼成炉である。加熱処理装置ＰＤ１、炉本体１の上端から被加熱材料を炉本体１に供給（投入）する供給装置２、処理後の被加熱材料を炉本体１から排出する排出装置３等を備える。供給装置２は第１バルブ２１、第２バルブ２２、不活性ガス置換装置２３を備える。第１バルブ２１と第２バルブ２２とが順次開弁されることで、供給装置２から炉本体１へ被加熱材料が供給される。第１バルブ２１と第２バルブ２２は、双方が同時に開弁状態とはならないように、その作動状態が制御されている。不活性ガス置換装置２３は、第１バルブ２１と第２バルブ２２との間に不活性ガスである窒素ガスを導入すると共に空気を排出する。これにより、黒鉛粉末と有機化合物との混合物を、不活性ガスの雰囲気下で炉内へと供給することができる。なお、加熱処理装置ＰＤ１は、炉本体１の上端側から炉内に供給した被加熱材料を、順次下方に向かって移送する連続式焼成炉である。
【００２０】
炉本体１の上端には、供給装置２からの被加熱材料を投入するための投入口１１が形成されている。また、投入口１１の下方には、電熱ヒーター１２Ａが配設された加熱部１２が形成されており、加熱部１２を通過する際に被加熱材料が加熱される。加熱部１２によって加熱処理がなされた後の被加熱材料は、加熱部１２の下方に設けられた冷却部１３によって冷却された後、排出装置３によって炉外に排出される。
【００２１】
加熱部１２においては、その上部側から下部側に向かって被加熱材料が移送されるに従い、被加熱材料の温度は上昇する。本実施形態では、加熱部１２の上部側から、ガス発生
領域Ａ１、コーティング領域Ａ２、焼成領域Ａ３として機能するように、電熱ヒーター１２Ａの温度管理が行われている。例えば、加熱部１２の上部領域では、黒鉛粉末と有機化合物の混合物が、例えば５００℃以下、好ましくは３００〜５００℃の温度域まで加熱されることにより、有機化合物が気化（蒸発）して揮発成分の蒸気が発生するガス発生領域Ａ１として機能する。なお、上記有機化合物に重質油が含まれる場合には、ガス発生領域Ａ１において、例えばタール蒸気が発生する。
【００２２】
次に、加熱部１２の高さ方向における中央領域は、ガス発生領域Ａ１よりも更に高温の温度域、例えば、５００〜１０００℃の温度域まで被加熱材料を加熱することで、コーティング領域Ａ２として機能する。このコーティング領域Ａ２では、黒鉛粉末の周辺に多量に存在する有機化合物の揮発成分の蒸気が飽和状態となり、有機化合物由来の気体あるいは液体の炭化物前駆体が黒鉛粉末の表面に付着する。コーティング領域Ａ２では、有機化合物由来の炭化物前駆体によって黒鉛粉末の表面を被覆してなる中間生成物が得られる。
【００２３】
加熱部１２の下部領域では、コーティング領域Ａ２よりも更に高温の温度域、例えば１０００℃より高く、好ましくは１０００℃以上３１００℃以下の第１温度域、より好ましくは１０００℃以上２０００℃以下の第２温度域、更に好ましくは１０００℃以上１３００℃以下の第３温度域まで中間生成物が加熱されることで、焼成領域Ａ３として機能する。焼成領域Ａ３では、黒鉛粉末の表面が炭化物前駆体によって被覆された中間生成物を更に高温域まで加熱することにより、炭化物前駆体が炭素質物に変化すると共に黒鉛粉末と一体化する。これにより、表面が炭素質物によって被覆された複層構造炭素材料が得られる。なお、焼成領域Ａ３において、黒鉛粉末の表面が炭化物前駆体によって被覆されてなる中間生成物を、例えば上記第１温度域で焼成することで黒鉛質物が得られ、第２温度域で焼成することで非晶質物が得られ、第３温度域で焼成することで非晶質炭素被覆黒鉛が得られる。
【００２４】
加熱部１２の下方には、水冷ジャケット及びこの水冷ジャケットに冷却水を循環させる循環系統を有する冷却部１３が配置されている。加熱部１２における加熱処理によって得られた複層構造炭素材料は、この冷却部１３を通過する際に冷却される。複層構造炭素材料を冷却する際の目標となる温度域は、特定の温度域に限定されるものではないが、本実施形態では、７００℃程度に設定されている。冷却部１３において冷却された複層構造炭素材料は、排出装置３から炉外に排出される。
【００２５】
このようにして加熱処理装置ＰＤ１での加熱処理によって得られた複層構造炭素材料は、粉砕処理及び分級処理が実施されることで、リチウムイオン二次電池の負極材料の原料製品となる。そして、例えば、複層構造炭素材料とバインダーとを混合すると共に分散媒を加えることでスラリー化させ、これを集電体である金属箔等に塗布することで、リチウムイオン二次電池の負極材料を製造することができる。
【００２６】
なお、加熱部１２の説明において示した上記温度域は例示であって、上記例示範囲に限定されるものではない。例えば、黒鉛粉末に混合される有機化合物の種類等によっても、有機化合物の揮発成分の蒸気が発生する温度域や、当該揮発成分の蒸気が飽和状態となる温度域は相違するため、これらを勘案して電熱ヒーター１２Ａの温度管理を行うようにするのが好ましい。
【００２７】
加熱処理装置ＰＤ１は、加熱部１２による加熱処理で炉内に生じたガスを炉外に排出する排気管１４を備えている。排気管１４は、加熱処理の過程で有機化合物が気化して蒸気が発生するガス発生領域Ａ１よりも下方に配置され、一端側が炉内と連通している。排気管１４の他端側は、例えば、図示しない処理設備に接続されており、この処理設備において燃焼処理等が行われる。図１に示す例では、加熱部１２よりも下方に排気管１４が接続
されている。
【００２８】
加熱処理装置ＰＤ１は、加熱部１２における電熱ヒーター１２Ａで加熱処理を行っている最中、第１バルブ２１と第２バルブ２２の双方が同時に開弁状態とはならないように各バルブを制御する。これにより、加熱処理時において、加熱部１２の上部側が炉外と遮断され、その密閉性が確保される。その結果、加熱処理時に加熱部１２で発生したガスの圧力は、開放されている下方へと逃げようとする。そのため、加熱部１２から排気管１４に向かう、つまり上方から下方に向かうガス流れが生じる。これによれば、加熱処理時に加熱部１２において生じたガスが排気管１４に向かって流れる方向と、被加熱材料を移送する移送方向とが一致するので、被加熱材料を移送する推進力として、被加熱材料に作用する重力に加えて、加熱部１２から下方に逃げようとするガスの圧力を利用することができる。よって、被加熱材料を円滑に下方へと移送することが可能となる。また、この構成によれば、加熱部１２のガス発生領域Ａ１から直接、有機化合物の揮発成分の蒸気が排出されることがない。そのため、排気管１４や炉の内壁面に多量の有機化合物の析出物（例えば、タール）が付着する等して排気管１４の適正な排気や、炉内における被加熱材料の適正な移動（移送）が阻害されることがない。
【００２９】
また、排気管１４が、加熱部１２よりも下方に配置されていることで、コーティング処理に必要とされる有機化合物の揮発成分の蒸気が、コーティングの作用が生じるコーティング領域Ａ２を通過した後に排気管１４から排出されるため、コーティング処理を好適に行うことができる。つまり、黒鉛粉末の表面に十分な量の有機化合物由来の炭化物前駆体を付着させた中間生成物を得ることができる。そして、コーティング処理後の中間生成物を更に高温まで加熱し、焼成することで、黒鉛粉末の表面を充分な量の炭素質物（例えば、非晶質炭素）によって被覆した複層構造炭素材料（例えば、非晶質炭素被覆黒鉛）を得ることができる。
【００３０】
排気管１４は、加熱部１２において、少なくともガス発生領域Ａ１として機能する位置よりも下方に接続されていれば良く、これによって、排気管１４の適正な排気や、炉内における被加熱材料の円滑な移送を担保することができる。更には、排気管１４が、加熱部１２においてコーティング領域Ａ２として機能する位置より下方に接続されると、より好ましい。その場合、コーティング処理をより効率的に行うことができる。また、その場合には、ガス発生領域Ａ１で発生した有機化合物の揮発成分の蒸気は、排気管１４に到達するまでに、１０００℃程度の温度域で加熱されることになる。その結果、有機化合物の揮発成分の蒸気は、発生箇所から排気管１４に至るまでの過程において、その大部分が熱分解によって水素ガス、メタンガス、一酸化炭素等になる。これにより、排気管１４に有機化合物が析出してなる例えばタール等の析出物が付着することを抑制することができる。以下、本実施形態に係る加熱処理装置ＰＤのより具体的な構成を、実施例において説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
図２は、実施例１に係る加熱処理装置ＰＤ２の概略構成図である。図１に示した加熱処理装置ＰＤ１と共通の要素については、同じ符号を付すことで詳しい説明を省略する。加熱処理装置ＰＤ２は上下に伸びる炉本体１を有する縦型の焼成炉であり、被加熱材料の加熱処理を行う装置である。加熱処理装置ＰＤ２は、被加熱材料の加熱処理を行う炉本体１、炉本体１に被加熱材料を供給する供給装置２、加熱処理後の被加熱材料を炉本体１から排出する排出装置３等を備える。炉本体１は、内部が中空で、かつ、上下に延伸する耐熱性の第１炉１Ａと第２炉１Ｂとを有する。第２炉１Ｂは、その上端側が第１炉１Ａの下端側に接続されている。また、第１炉１Ａの上端には、供給装置２側から供給される被加熱材料である、黒鉛粉末と有機化合物（例えば、重質油）との混合物を炉本体内部に投入するための投入口１１が開口している。
【００３２】
供給装置２は、第１供給管２４、第１供給ホッパー２５、第２供給管２６、第２供給ホッパー２７等を備え、上流側からこれらの順に接続されている。また、第２ホッパー２４の底部は、炉本体１（第１炉１Ａ）の投入口１１に接続されている。第１供給管２４及び第２供給管２６のそれぞれには、第１バルブ２１及び第２バルブ２２が設けられている。各バルブ２１，２２を開閉することによって、その上流側と下流側との遮断、及びその解除を行うことができる。第１供給管２４には、適宜のタイミングで被加熱材料が供給されるようになっており、第１供給ホッパー２５、第２供給管２６、第２供給ホッパー２７、投入口１１を通じて、炉本体１の第１炉１Ａに被加熱材料である黒鉛粉末と有機化合物との混合物が供給される。
【００３３】
また、上述の不活性ガス置換装置２３は、窒素ガス供給管２３Ａ及び空気排出管２３Ｂを含んで構成されている。窒素ガス供給管２３Ａ及び空気排出管２３Ｂは、第２供給管２６における第２バルブ２２と第１供給ホッパー２５との間に接続されており、前者が不活性ガスである窒素ガスを第２供給管２６に供給し後者が第２供給管２６から空気を排出する。
【００３４】
炉本体１における第１炉１Ａと第２炉１Ｂとの間には、第１炉１Ａの下端から排出された、黒鉛粉末と有機化合物との混合物が加熱されることで生成された中間生成物を一時的に貯留するバッファ部１５が配設されている。バッファ部１５はその内部が中空であり、第１炉１Ａの下端はバッファ部１５内に突出して開口しており、第１炉１Ａから排出された中間生成物は、バッファ部１５に貯留可能となっている。バッファ部１５の側面には、排気口が形成された排気管１４が接続されている。この排気管１４の機能については上述の通りである。第１炉１Ａには、第１炉１Ａに投入された被加熱材料（黒鉛粉末と有機化合物との混合物）を加熱するための第１電熱ヒーター１２１Ａを有する第１加熱部１２１が設けられている。本実施形態において、第１電熱ヒーター１２１Ａとして電気抵抗ヒーターを採用しているが、例えば、誘導加熱、誘電加熱、アーク加熱等のヒーターを採用しても良い。また、第１電熱ヒーター１２１Ａは、第１炉１Ａの外周面を取り巻くように設置されており、炉外から炉内の混合物を加熱する。
【００３５】
一方、バッファ部１５の下方に位置する第２炉１Ｂには、第２電熱ヒーター１２２Ａを有する第２加熱部１２２が設けられている。本実施形態では、第２電熱ヒーター１２２Ａも、第１電熱ヒーター１２１Ａと同様に電気抵抗ヒーターであるが、誘導加熱、誘電加熱、アーク加熱等のヒーターを採用しても良い。第２電熱ヒーター１２２Ａは、第２炉１Ｂの外周面を取り巻くように設置されており、炉外から炉内の混合物を加熱する。
【００３６】
炉本体１において、第２電熱ヒーター１２２Ａが配設された第２炉１Ｂの下方には、冷却部１３が形成されている。この冷却部１３は、上述した通りである。また、炉本体１（第２炉１Ｂ）の下端には、加熱処理によって得られた非晶質炭素被覆黒鉛などの複層構造炭素材料を、外部に排出するための排出装置３が接続されている。排出装置３は、炉本体１の下端に設置される定量排出装置３１、冷却装置３２、排出ホッパー３３を有する。定量排出装置３１は、第２炉１Ｂの下端と冷却装置３２との間に接続されている。定量排出装置３１は、第２炉１Ｂの下端を閉塞しており、駆動モータ３１Ａによって駆動されると、その閉塞状態を一時的に解除する。定量排出装置３１は、駆動モータ３１Ａによって所定のタイミングで駆動される度に、第２炉１Ｂの下端から一定量の複層構造炭素材料を取り出し、その複層構造炭素材料を冷却装置３２に供給する。
【００３７】
冷却装置３２は、冷却部１３と同様、内壁面に水冷ジャケット（図示省略）を有しており、この水冷ジャケットに冷却水を循環させることで、加熱処理によって得られた非晶質炭素被覆黒鉛などの複層構造炭素材料を冷却する。更に、冷却装置３２における内壁面の
内側には複層構造炭素材料を排出ホッパー３３に向けて送出するプロペラ式のフィーダ装置が設けられている。このフィーダ装置のプロペラが駆動モータ３２Ａによって回転駆動されることで、加熱処理によって得られた複層構造炭素材料が排出ホッパー３３に向かって送り出される。定量排出装置３１は、駆動モータ３１Ａによって駆動され、排出ホッパー３３に貯留されている複層構造炭素材料の貯留量が適正な範囲となるように、第２炉１Ｂの下端から間欠的に複層構造炭素材料を取り出す（切り出す）。
【００３８】
第１供給管２４には図示しない圧送ポンプが設置されており、第１バルブ２１を開弁状態として当該圧送ポンプを作動させることで、第１供給管２４から第１供給ホッパー２５に被加熱材料である黒鉛粉末と有機化合物の混合物が供給される。その際、第２バルブ２２を閉弁した状態で、不活性ガス置換装置２３による窒素ガス置換が行われる。これにより、第２供給管２６とその下流側における雰囲気が不活性雰囲気になる。次いで、第１バルブ２１を閉弁するとともに第２バルブ２２を開弁し、第２供給管２６に設けられた図示しない圧送ポンプを作動させる。これにより、第２供給ホッパー２７から炉本体１の第１炉１Ａに被加熱材料を供給することができる。上記のように、第１バルブ２１と第２バルブ２２とは、双方が同時に開弁されることはなく、何れか一方を開弁するときには他方が閉弁される。これにより、第１炉１Ａの上側の密閉性が確保される。
【００３９】
第１電熱ヒーター１２１Ａによる加熱温度は、第２電熱ヒーター１２２Ａによる加熱温度に比べて相対的に低い温度に設定されている。実施例１では、図１に示した加熱部１２を第１加熱部１２１と第２加熱部１２２に分割した構成となっている。そして、第１加熱部１２１においては、その上側がガス発生領域Ａ１として機能し、下側をコーティング領域Ａ２として機能するように、第１電熱ヒーター１２１Ａの加熱制御が行われている。一方、第２加熱部１２２においては、第１加熱部１２１よりも高温域まで加熱することで、第２加熱部１２２が焼成領域Ａ３として機能するように、第２電熱ヒーター１２２Ａの加熱制御が行われている。なお、ガス発生領域Ａ１、コーティング領域Ａ２、焼成領域Ａ３については上記の通りである。なお、本実施例においては、焼成領域Ａ３において、被加熱材料を１０００℃以上１３００℃以下の上記第３温度域で焼成することにより、複層構造炭素材料としての非晶質炭素被覆黒鉛を得るようにした。但し、焼成領域Ａ３における焼成温度域を上記第１温度域に設定して黒鉛質物を得るようにし、あるいは、第２温度域に設定して非晶質物を得るようにしても良いのは勿論である。
【００４０】
投入口１１を通じて第１炉１Ａに供給された黒鉛粉末及び有機化合物の混合物は、まず、第１加熱部１２１を通過する際に第１電熱ヒーター１２１Ａによって加熱される。そして、第１加熱部１２１の上部側がガス発生領域Ａ１として機能することで、有機化合物からその揮発成分の蒸気が生成される。そして、第１加熱部１２１の下部側がコーティング領域Ａ２として機能することで、有機化合物由来の炭化物前駆体が黒鉛粉末の表面に付着するコーティング処理が行われる。そして、第１炉１Ａにおける第１加熱部１２１による加熱処理によって得られた中間生成物は、第２炉１Ｂにおける第２加熱部１２２において更なる高温域まで加熱される結果、黒鉛粉末の表面が非晶質炭素によって被覆された非晶質炭素被覆黒鉛（複層構造炭素材料）を得ることができる。
【００４１】
本実施例における排気管１４は、第１加熱部１２１と第２加熱部１２２の間に位置するバッファ部１５に接続されている。これによれば、図１において説明したものと同様な効果を奏する。すなわち、加熱処理装置ＰＤ２における加熱処理時においては、第１炉１Ａにおける上部側、より詳しくは第１加熱部１２１における上部側の密閉性が確保されるため、第１加熱部１２１から下方に逃げようとする有機化合物の揮発成分の蒸気の圧力を、被加熱材料を下方に移送する推進力として有効活用できる。また、第１加熱部１２１において発生した有機化合物の揮発成分の蒸気が直接、炉外に排出されることがない。そのため、排気管１４や炉の内壁面に多量のタール等の析出物が付着することや、被加熱材料の
下方への円滑な移送が妨げられることがない。
【００４２】
また、コーティング処理に必要とされる有機化合物の揮発成分の蒸気がコーティング領域Ａ２の通過後に排出されるため、コーティング処理を好適に行うことができる。つまり、黒鉛粉末の表面に有機化合物由来の炭化物前駆体を充分に付着させた中間生成物を得ることができ、ひいては、黒鉛粉末の表面が非晶質炭素によって充分に被覆された非晶質炭素被覆黒鉛を得ることができる。また、バッファ部１５に中間生成物と共に導入されるガスは、有機化合物の揮発成分の蒸気が熱分解して生成された水素ガス、メタンガス、一酸化炭素等が殆どであるため、排気管１４に有機化合物の析出物が多量に付着することもなく、より確実に排気管１４の閉塞を抑制できる。
【００４３】
なお、排気管１４は、第１加熱部１２１における、ガス発生領域Ａ１として機能する位置よりも下方に接続されていれば良く、例えば、第２加熱部１２２の位置に接続しても良いし、第２加熱部１２２よりも更に下方側に接続しても良い。
【００４４】
また、本実施例では、第１加熱部１２１の上部側をガス発生領域Ａ１として機能させ、下部側をコーティング領域Ａ２として機能させ、第２加熱部１２２を焼成領域Ａ３として機能させているが、これに限られない。例えば、第１加熱部１２１がガス発生領域Ａ１として機能し、第２加熱部１２２の上部側がコーティング領域Ａ２として機能し、下部側が焼成領域Ａ３として機能するように、各ヒーター１２１Ａ，１２２Ｂを制御しても良い。本実施形態において、被加熱材料の加熱処理を行う加熱部（ヒーター）の設置数は適宜変更することができる。
【００４５】
［矩形状断面部］
次に、第１電熱ヒーター１２１Ａが設けられる第１加熱部１２１と、第２電熱ヒーター１２２Ａが設けられる第２加熱部１２２における炉本体１の断面形状について説明する。図３は、図２に示すＡ−Ａ線（Ｂ−Ｂ線）に沿う矢視方向断面図である。図示のように、炉本体１における第１加熱部１２１及び第２加熱部１２２には、矩形状の水平断面を有する矩形状断面部１０が形成されている。第１加熱部１２１に形成される矩形状断面部１０Ａと、第２加熱部１２２に形成される矩形状断面部１０Ｂの形状は同一である。
【００４６】
矩形状断面部１０Ａ，１０Ｂは、互いに対向する一組の長辺方向の内壁面（以下、「長辺内壁面」という）１１０，１１０と対向する一組の短辺方向の内壁面（以下、「短辺内壁面」という）１２０，１２０によって形成されている。本実施例では、第１電熱ヒーター１２１Ａ及び第２電熱ヒーター１２２Ａは、対向する一組の長辺内壁面１１０，１１０に沿って、炉本体１の壁内に埋設されている。より詳しくは、第１電熱ヒーター１２１Ａ及び第２電熱ヒーター１２２Ａは夫々、金属抵抗線を絶縁材で被覆し、その上から金属管で被覆保護された棒状の発熱体（抵抗導体）１６を複数本有している。
【００４７】
第１電熱ヒーター１２１Ａ及び第２電熱ヒーター１２２Ａは、発熱体１６を、対向する一組の長辺内壁面１１０，１１０に沿うように、その壁体内に埋設されている。そして、複数の発熱体１６の各々は、矩形状断面部１０Ａ，１０Ｂが形成される範囲において、炉本体１の高さ方向に並設されている。
【００４８】
以上のように構成される第１電熱ヒーター１２１Ａ及び第２電熱ヒーター１２２Ａにおいては、矩形状断面部１０Ａ，１０Ｂの長辺方向の壁体内に埋設される複数の発熱体１６によって長辺内壁面１１０，１１０が加熱されることで、この長辺内壁面１１０，１１０に伝熱部１３０が形成される。伝熱部１３０は、第１電熱ヒーター１２１Ａ（第２電熱ヒーター１２２Ａ）から付与された熱を、炉本体１内に充填されている被加熱材料に伝熱する。なお、本実施例では、炉本体１のうち、第１加熱部１２１及び第２加熱部１２２以外
の部位を円筒形状としているが、矩形状断面部１０Ａ，１０Ｂと同様に矩形状とすることを妨げない。伝熱部１３０は、発熱する発熱体１６から伝達された熱を放射、対流、伝導等することで、被加熱材料を加熱する。
【００４９】
ここで、炉本体１内に充填されている被加熱材料の流動性（移送容易性）は、炉本体１の水平断面積が大きいほど向上する。しかしながら、炉本体１の（断面形状を円形状としたまま）径を単に大きくするのでは、たしかに被加熱材料の流動性は確保されるものの、伝熱部１３０から被加熱材料への伝熱性が低下することが想定される。これに対して、本実施例では、炉本体１における、第１電熱ヒーター１２１Ａ（第２電熱ヒーター１２２Ａ）が設置される部位（範囲）に矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）を形成させたので、被加熱材料の流動性の確保と、伝熱部１３０から被加熱材料への伝熱性の確保を両立することができる。
【００５０】
すなわち、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）は、その水平断面を矩形状とし、長辺内壁面１１０，１１０に沿って第１電熱ヒーター１２１Ａ（第２電熱ヒーター１２２Ａ）の各発熱体１６を配置したので、長辺内壁面１１０，１１０に形成される伝熱部１３０，１３０から被加熱材料への伝熱経路を短くすることができる。また、長辺内壁面１１０，１１０を構成する壁体内に、第１電熱ヒーター１２１Ａ（第２電熱ヒーター１２２Ａ）の発熱体１６を埋設するので、発熱体１６の配置スペースを確保し易く、ひいては伝熱部１３０，１３０の表面積を充分に確保することができる。これらにより、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）は、炉本体１の水平断面を円形状とした場合に比べて、被加熱材料への伝熱性が向上する。一方、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）における被加熱材料への伝熱性を円形断面の炉本体１と同程度のスペックとする場合、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）では被加熱材料の流路断面をより大きくすることができる。これにより、被加熱材料の流動性が向上する。つまり、本実施例の矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）によれば、加熱処理時における被加熱材料に対する伝熱性の確保と、被加熱材料の流動性の確保との両立を図ることができる。
【００５１】
なお、本明細書において、「矩形状」とは、図３に示す「矩形」のほか、例えば、矩形の各角部がラウンド状（Ｒ状）、或いは、面取り状となっている形状等、実質的に矩形と等価な形状も含む概念である。
【００５２】
図４は、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）における高さ方向の断面形状を示す図である。矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）では、第１電熱ヒーター１４（第２電熱ヒーター１５）が設けられる上端位置側から下端位置側に向かって、末広がりに変化する矩形状の水平断面を有する。即ち、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）は、炉本体１における下方に向かって徐々に水平断面積が増大する逆テーパ形状として構成されている。より具体的には、対向する長辺内壁面１１０，１１０の内壁面間隔を、第１電熱ヒーター１４（第２電熱ヒーター１５）の上端位置側から下端位置側に向かって末広がりに変化させるように、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）を構成した。これによれば、炉本体１内に充填されている被加熱材料の流動性をより高めることができ、被加熱材料の円滑な下方への移送が実現される。これにより、炉本体１の閉塞をより確実に回避することが可能となる。
【００５３】
但し、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）は、必ずしも逆テーパ構造を採用する必要は無く、少なくとも水平断面を矩形状にすることで、上記の如く加熱処理時における被加熱材料に対する伝熱性の確保と、被加熱材料の流動性の確保を共に実現することができる。すなわち、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）における水平断面が、炉本体１の上下方向において一定であっても構わない。また、矩形状断面部１０Ａ（１０Ｂ）に逆テーパ構造を採用する場合においても、図４では、長辺内壁面１１０，１１０同士の水平間隔を、炉本体１の上方から下方に向かって末広がりに変化させているが、短辺内壁面１２０，１２０同士の
水平間隔のみを上方から下方に向かって末広がりに変化させる構造、或いは、長辺内壁面１１０，１１０同士の水平間隔と短辺内壁面１２０，１２０同士の水平間隔の双方を炉本体１の上方から下方に向かって末広がりに変化させる構造を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１      炉本体
１Ａ      第１炉
１Ｂ      第２炉
２      供給装置
３      排出装置
１０      矩形状断面部
１１      投入口
１２      加熱部
１２１    第１加熱部
１２２    第２加熱部
１２Ａ    電熱ヒーター
１２１Ａ    第１電熱ヒーター
１２２Ａ    第２電熱ヒーター
１３      冷却部
１４      排気管
１５      バッファ部
１６      発熱体
ＰＤ１，ＰＤ２  加熱処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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