(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄含有化合物の分解温度よりも低い温度で気化された鉄含有化合物と非酸化性ガスを混合し、この気相混合物をリアクタ室に導入するとともに、前記リアクタ室に前記鉄含有化合物が酸化して鉄酸化物粒子を生成するのに十分な温度に加熱された酸化性ガスの流れを形成して鉄酸化物粒子を製造する方法において、前記気相混合物のリアクタ室への導入を、断熱されるとともに先端部を円錐形状としたインジェクタより吐出して行うとともに、前記インジェクタの内側表面温度を前記鉄含有化合物の酸化温度よりも低い温度に保持し、前記鉄含有化合物は、カルボニル、ベータジケトンのキレート、シアン化物錯体またはフェロセン誘導体であることを特徴とする鉄酸化物粒子を製造する方法。
【請求項２】
前記鉄酸化物の粒径が１００オングストローム未満である請求項１の方法。
【請求項３】
前記鉄含有化合物は、ペンタカルボニル鉄である請求項１の方法。
【請求項４】
断熱され、先端部を円錐形状としたインジェクタが、熱伝導率２８．４Ｗ／ｍ2／℃未満の材料で形成される請求項１の方法。
【請求項５】
前記ペンタカルボニル鉄は、約１４９℃乃至約４８２℃の温度で酸化される請求項３の方法。
【請求項６】
前記ペンタカルボニル鉄は、約２０４℃乃至約３９９℃の温度で酸化される請求項３の方法。
【請求項７】
断熱され、先端部を円錐形状としたインジェクタは、加熱された酸化性ガスの流れに対して同軸状に配置される請求項１の方法。
【請求項８】
リアクタ室と、加熱された酸化性ガスと、前記加熱された酸化性ガスを前記リアクタ室に導入する手段と、鉄含有化合物の分解温度よりも低い温度の鉄含有化合物と非酸化性ガスの気相混合物と、該気相混合物を前記リアクタ室に導入して前記酸化性ガスに接触させる手段とによって構成され、前記気相混合物の導入手段を、断熱され、先端部を円錐形状とし、前記酸化性ガスの流れに対して同心円状の位置に配設されたインジェクタによって構成した鉄酸化物粒子を製造する装置であって、断熱され、先端部を円錐形状としたインジェクタが、熱伝導率２８．４Ｗ／ｍ2／℃未満の材料で形成され、前記インジェクタは、ポリテトラフルオロエチレンから形成されることを特徴とする鉄酸化物粒子を製造する装置。
【請求項９】
リアクタ室と、加熱された酸化性ガスと、前記加熱された酸化性ガスを前記リアクタ室に導入する手段と、鉄含有化合物の分解温度よりも低い温度の鉄含有化合物と非酸化性ガスの気相混合物と、該気相混合物を前記リアクタ室に導入して前記酸化性ガスに接触させる手段とによって構成され、前記気相混合物の導入手段を、断熱され、先端部を円錐形状とし、前記酸化性ガスの流れに対して同心円状の位置に配設されたインジェクタによって構成した鉄酸化物粒子を製造する装置であって、断熱され、先端部を円錐形状としたインジェクタが、熱伝導率２８．４Ｗ／ｍ2／℃未満の材料で形成され、前記インジェクタは、ケイ酸カルシウムで形成されることを特徴とする鉄酸化物粒子を製造する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、鉄酸化物及び固体ロケット推進燃料の鉄酸化物触媒の製造技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この分野の複合ロケット推進装置において有用であり、常に燃焼率の向上が計られてきている。こうした固体推進燃料における燃焼率の向上は、燃焼ガスの体積速度を増加させ、推進装置によって発生させる推進力を増加させる。この種の改良された推進装置を開発する上での重要な特徴の一つは、ロケット推進燃料の燃焼を加速する燃焼率向上用触媒の使用である。種々の触媒中、鉄酸化物が触媒としての性能に優れていることが証明されている。また、これらの触媒の最適効率及び性能を得るために、鉄酸化物の粒子を出来る限り小さくし、好ましくは１００オングストローム未満とすることが望ましいことが発見されている。鉄酸化物触媒の製造及びその使用並びにこの触媒を使用した推進燃料に関しては、出願人が所有するアメリカ特許第４，８５４，９８１号に開示されている。このアメリカ特許の開示内容は、本明細書の開示の一部として援用する。
【０００３】
上記のアメリカ特許に開示されているような、この種の鉄酸化物の製造過程が図１に示されている。図１の製造工程は、非酸化性ガスと混合された鉄含有化合物２のガス流をインジェクタ４を介してリアクタ室１０内のヒータ８によって加熱された高温酸化性ガス６流中に導入する構成となっている。希釈された鉄含有化合物は、ブロア１２によってリアクタ室１０内に強制送風される高温酸化性ガスと接触して、鉄含有化合物が酸化され鉄酸化物の非常に粒子の細かい微粒子１４が生成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法の欠点は、量産過程において、鉄含有化合物の酸化による鉄酸化物の生成が、鉄含有化合物をリアクタ室１０に導入するためのインジェクタ４の先端すなわちポート１６で発生して、このポート１６に鉄酸化物が堆積することである。これは、明らかにインジェクタの動作を阻害して、生産工程において不良品として排除される好ましくない大きな粒径の鉄酸化物を生成し、鉄酸化物の生産性を悪化させるものとなる。
【０００５】
上記したアメリカ特許第４，８５４，９８１号の動作において発生する問題を解消するための一つの方法が、出願人が所有するアメリカ特許出願第２８３，１１７号に開示されている。この出願の開示内容も、本明細書の開示の一部として援用する。この出願の開示内容の概略が図２に示されている。この方法は、前述の方法と非常に類似しており、鉄含有化合物２のガス流は、リアクタダクト１０にインジェクタ４を介して導入され、ヒータ８によって適当な温度に加熱されると同時にブロア１２によってリアクタダクトに強制送風される酸化性ガス６中に導入される。しかしながら、この発明においては、鉄含有化合物は、ブロア２０によって供給ダクト１８に送風される低温酸化性ガスによって希釈される。供給ダクト１８に流通する低温酸化性ガスで希釈された鉄含有化合物のガス流は、リアクタダクト１０内の高温酸化性ガスに導入される。これによって、鉄含有化合物と酸化性ガスの間により完全な反応を生起して、インジェクタのポート１６における鉄酸化物粒子の成長を防止する。
【０００６】
しかしながら、この改良された方法においては、低温の鉄含有化合物と酸化性ガスのガス流がリアクタダクトの高温壁面に接触する導入位置から下流側のリアクタ室２２の壁面に鉄酸化物が堆積することが発見された。この堆積物の温度は鉄酸化物のアニール温度よりも十分に高い温度となるため、粒子の表面積が減少する。アニールされた材料の高密度層が厚くなると、壁面より剥離して鉄酸化物粒子の流れに混入して、所望の低密度、大表面積の鉄酸化物の生産性を悪化させる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、こうした従来の方法における問題を生じることなく大表面積、低密度で、且つ粒径の非常に小さい鉄酸化物の微粒子を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記及び上記以外の目的を達成するために、本発明の第一の構成によれば、鉄含有化合物の分解温度よりも低い温度で気化された鉄含有化合物と非酸化性ガスを混合し、この気相混合物をリアクタ室に導入するとともに、前記リアクタ室に前記鉄含有化合物が酸化して鉄酸化物を生成するのに十分な温度に加熱された酸化性ガスの流れを形成して鉄酸化物粒子を製造する方法において、前記気相混合物のリアクタ室への導入を、断熱されるとともに先端部を円錐形状としたインジェクタより吐出して行うとともに、前記インジェクタの内側表面温度を前記鉄含有化合物の酸化温度よりも低い温度に保持したことを特徴とする鉄酸化物粒子を製造する方法が提供される。
【０００９】
なお、第一の構成による発明において製造される前記鉄酸化物の粒径が１００オングストローム未満とすることが出来る。また、前記鉄含有化合物は、カルボニル、ベータジケトンのキレート、シアン化物錯体またはフェロセン誘導体から選択することが出来、好ましくはペンタカルボニル鉄である。この場合、前記ペンタカルボニル鉄は、約１４９℃（約３００゜Ｆ）乃至約４８２℃（約９００゜Ｆ）の温度で酸化させることが望ましく、さらに好ましくは、約２０４℃（約４００゜Ｆ）乃至約３９９℃（約７５０゜Ｆ）の温度で酸化させる。
【００１０】
さらに、断熱され、先端部を円錐形状としたインジェクタが、熱伝導率約２８．４Ｗ／ｍ2／℃（５ＢＴＵ／Ｈｒ／ＳｑＦｔ／゜Ｆ）未満の材料で形成することが出来、望ましくは、ケイ酸カルシウムで形成する。また、断熱され、先端部を円錐形状としたインジェクタは、酸化性ガスの流れに対して同軸状に配置することが適当である。
【００１１】
本発明の第二の構成によれば、リアクタ室と、加熱された酸化性ガスと、前記加熱された酸化性ガスを前記リアクタ室に導入する手段と、鉄含有化合物の分解温度よりも低い温度の鉄含有化合物と非酸化性ガスの気相混合物と、該気相混合物を前記リアクタ室に導入して前記酸化性ガスに接触させる手段とによって構成され、前記気相混合物の導入手段を、断熱され、先端部を円錐形状とし、前記酸化性ガスの流れに対して同心円状の位置に配設されたインジェクタによって構成したことを特徴とする鉄酸化物粒子を製造する装置が提供される。
【００１２】
【実施例】
以下に本発明の好適実施例を説明する。前述した従来技術による製造方法における問題点を解消するために、断熱性の円錐状端部を有するインジェクタを使用して鉄含有化合物及び非酸化性ガスの気相混合物が、インジェクタ通路からリアクタ室に導入される。断熱性インジェクタは、インジェクタ通路の内面温度を鉄含有化合物が化合して鉄酸化物を生成するためまたは鉄含有化合物が金属鉄に分解するために必要な温度よりも低い温度に維持することが出来る材料及び寸法で形成される。
【００１３】
こうした材料は、ガラスセラミック、例えばケイ酸カルシウム、好ましくはマンビル  プロダクツ(Manville Products)より入手可能な「マリナイト(Marinite)」（登録商標）等の鉱物性断熱物質、または、例えばポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)等のフッ化炭化水素重合体(fluorinated hydrocarbon polymer)若しくは、熱伝導率が約２８．４Ｗ／ｍ2／℃（５BUT/Hr/SqFt/゜F）（この単位で表される熱伝導率は通常「ｋ因子」と呼ばれる。）未満の他の材料である。いずれかの材料を選択する場合には、この装置が動作する温度及び環境において寸法的に安定かつ化学的に安定でなければならないことを考慮して選択を行わなければならない。さらに、こうした材料は、機械加工または成形によって所望の形状が容易に製造できるものでなければならない。さらに、インジェクタの形成材料の望ましい特性は、取扱い易くかつ丈夫なことである。こうした材料の選択においては、処理の作業パラメータに応じてある種の妥協が必要であることが発見された。例えば、インジェクタは、ポリテトラフルオロエチエレンによって容易に製造することが出来、非常に丈夫であるが、作業温度が約３２９℃（６２５゜Ｆ）を超えた場合には、寸法的な安定性が失われることが発見された。一方、ケイ酸カルシウムによって形成されたインジェクタは、非常に高い温度で作業を行うことが出来るが、脆く容易に破壊する。
【００１４】
インジェクタは、種々の形状に形成することが出来るが、円形状、管状構造をすることが好ましい。こうしたインジェクタは、材料の単一のブロックとして形成しても良く、また、異なる材料を組み合わせて構成することも可能である。ケイ酸カルシウムによって形成されたインジェクタにおいては、インジェクタは二つのステンレス鋼管に挟まれたケイ酸カルシウム層として形成された。こうしたインジェクタの壁厚は、インジェクタの形成する材料のｋ因子及び予測されるリアクタの作業温度に応じて決定される。しかしながら、壁厚は、約１．２７ｍｍ（約０．０５インチ）乃至約２５．４ｍｍ（約１．０インチ）の間が適切であり、好ましい壁厚は約６．３５ｍｍ（約０．２５インチ）乃至約１２．７ｍｍ（約０．５インチ）の範囲である。インジェクタの先端部またはポートは、円錐状にテーパーを形成して流線形状の空力的な外形として、ポートにおける流れの乱れを減少させる。鉄含有化合物の早期の加熱を防止し、出口部分における乱流による還流を防止することによって、インジェクタの清掃及び交換が不要となる。これにより連続的な製造作業が可能となる。インジェクタ先端部におけるテーパーは、通路中心線に対するテーパー部の角度で、約５゜乃至約１５゜の範囲とされ、好ましくは約５゜乃至約１０゜の範囲とされる。一般に、断熱層が薄くなる先端部においては、インジェクタの内部温度が高くなりすぎることによって、早期の分解または酸化が発生する可能性がある。これを防止するために、非酸化性搬送ガスと鉄含有化合物の流速を高く維持することにより温度上昇を制限する必要がある。流量は、実験的に決定されるもので、インジェクタの形式、デザイン、形成材料及び高温酸化性ガスの温度等に応じて変化する。
【００１５】
インジェクタは、リアクタ室内に、インジェクタの先端部、従って鉄含有化合物と非酸化性ガスの流れが、高温酸化性ガスの流れに対して同軸となり、さらに好ましくない乱流の発生の可能性を減少するように配置する。さらに、インジェクタを、酸化性ガスが鉄含有化合物混合物に接触するときに、ガスがリアクタ室の壁面または高温に加熱されて鉄酸化物をその表面に生成蓄積する高温スポットとして作用するリアクタの他の構成部材に接触する前に反応が生起されることが望ましい。一般に、こうした状態は、壁面またはリアクタ室内の他の構成部材からインジェクタの先端開口を約５０．８ｍｍ（約２インチ）乃至約１０１．６ｍｍ（約４インチ）離間させて配置するとともに、リアクタを約３２９℃（約６２５゜Ｆ）の温度で運転してペンタカルボニル鉄(iron pentacarbonyl)を酸化させることによって回避することが出来る。なお、当然のことながら、実際の位置は、流量、温度、酸化される材料によって決定されるが、これらのパラメータは多大な実験を行わずとも容易に決定することが出来る。
【００１６】
さらに、鉄含有化合物及び非酸化性ガスの混合物が通過するインジェクタを通る通路は、一般に、直径は好ましくは約４．７６２５ｍｍ（約３／１６インチ）乃至約２５．４ｍｍ（約１インチ）の範囲で変化するが、直線的に形成される。しかしながら、リアクタの大きさ及び反応剤通路の径に応じて、径の変化範囲を約３．１７５ｍｍ（約１／８インチ）乃至約５０．８ｍｍ（約２インチ）とすることも可能である。
【００１７】
本発明を含む一般的なリアクタの構成が図３に示されている。この図は、説明に供するもので、本発明を限定するものではない。図示のように、リアクタ２４は、直角折り曲げ部２６を有するダクトで構成されており、折り曲げ部２６は、リアクタダクト２８に渦巻状冷却部（図示せず）を介して直線部に連続し、鉄酸化物粒子を捕集する電気式集塵機（図示せず）に接続されている。酸化性ガスは、抵抗式ヒータ／ブロア３２が加熱された後に、入口ポート３０から導入される。酸化性ガスは、ダクト内を流通して折り曲げ部２６に突き当たるとともに、この点において、インジェクタの出口ポート３６がダクト２８のリアクタ部及び加熱された酸化性ガスの流れと同軸に配置された断熱性インジェクタ３４に突き当たる。加熱されたガスは、ダクトのリアクタ部に流入するときに、インジェクタ３４の周囲に同軸の加熱ガスの流れを生成する。インジェクタの周囲を加熱ガスが通過すると同時に、鉄含有化合物と非酸化性搬送ガスの気相混合物の流れが形成され、インジェクタ３４の通路３８に流通して、インジェクタの出口ポート３６より吐出されて、高温の酸化性ガスと鉄含有化合物が接触して、鉄含有化合物が酸化され、鉄酸化物粒子４０を形成する。鉄含有化合物を鉄酸化物に転換した酸化性ガス流は、鉄酸化物粒子を含んだままリアクタダクト２８内を流れて、集塵機（図示せず）に流入し、この集塵機により鉄酸化物の粒子が捕集される。
【００１８】
一般に、約４８２℃（９００゜Ｆ）未満の温度で実質的な分解を生じることなく気化することが出来、約４８２℃（約９００゜Ｆ）未満の酸素を含有する雰囲気と反応して完全に固相の鉄酸化物を生成することが出来る、すなわち酸化され得る、いかなる鉄含有化合物をも本発明の方法の実施に使用することが可能である。最も細かく分割された（例えば、最小粒径）生成物は出発物質において鉄の原子が広く空間的に拡散されているときにのみ得られるので、化合物が約４８２℃（９００゜Ｆ）未満の温度で分解することなく気化され得ることが重要である。鉄の原子が、例えば凝集化合物（即ち、固相または液相）として密接に連係している場合には、酸化生成物としての粒子には、多数の鉄原子を含むものとなり、従って鉄酸化物の粒子が大きくなる。非変換出発物質または鉄酸化物以外の固相生成物は、低級燃焼率触媒となり、また燃焼率以外の推進燃料の特性に悪影響（例えば、ポットライフの短縮及びエージング安定性の低下）を与える可能性があるので、化合物が約４８２℃（約９００゜Ｆ）未満の温度で酸素含有雰囲気と反応して完全に固相の生成物として鉄酸化物を生成することが出来ることが重要である。約４８２℃（９００゜Ｆ）よりも高い温度においては、酸化生成物の凝集や焼結が生じて、触媒の作用の低下につながる比表面積の減少が生じる可能性がある。
【００１９】
また、鉄含有化合物は、所望の鉄酸化物の収率を向上するために高い鉄含有量であることが望ましい。最後に、好ましくは、鉄含有化合物は、燃焼工程において燃焼せず有害なガスを生成するいかなる不純物も含まないものとする。特に、鉄以外の金属を含有する不純物は、非常に好ましくない。
【００２０】
鉄の他に炭素、水素、窒素及び酸素元素のみを含む化合物を使用するのが特に好ましい。ハロゲン、硫黄、リン、ホウ素の存在は、これらが完全な酸化物への転換を阻害するので、望ましくない。さらに、リン、ホウ素及び硫黄は、ガラス質生成物や望ましくない固相残留物を生成して、これが鉄酸化物を被覆する。
【００２１】
好適な鉄含有化合物は、カルボニル類（ｃａｒｂｏｎｙｌｓ）、ベータジケトン類（ｂｅｔａ  ｄｉｋｅｔｏｎｓ）のキレート類（ｃｈｅｌａｔｅｓ）、シアン化物の錯体類（ｃｏｍｐｌｅｘ  ｃｙａｎｉｄｅｓ）フェロセン誘導体（ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）等である。これらの化合物は、十分な量の鉄を含有し、所要の揮発性、熱安定性を有し、高い温度において容易に酸化して鉄酸化物のみを固体生成物として生成するので、好ましいものである。化合物の例としては、アセチルアセトナト鉄（ＩＩＩ）（ｆｅｒｒｉｃ  ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ヘキサシアノ鉄酸鉄（ｆｅｒｒｏｕｓ  ｆｅｒｒｏｃｙａｎｉｄｅ）及びフェロセン類（ｆｅｒｒｏｃｅｎｅｓ）（例えば、低アルキル）等がある。
【００２２】
ペンタカルボニル鉄（ｉｒｏｎ  ｐｅｎｔａｃａｒｂｏｎｙｌ）（ニューヨーク州ニューヨークのガフ  コーポレイション（ＧＡＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）より入手可能）の使用が、高気化性、低融点、高鉄含有量、沸点以上の温度の暗所において高い安定性を有しているので、特に好ましい。また、この材料によって生成される生成品は、優れた触媒性能を有している。
【００２３】
一般に、（不活性）搬送ガス（例えば、窒素）は、鉄を含有する気相の出発物質、例えばペンタカルボニル鉄、の蒸気の酸化処理位置までの搬送に使用される。
【００２４】
鉄含有化合物の酸化には、酸素含有ガス（例えば、空気）が必要である。好ましくは、この酸素含有ガスは、酸化過程において燃焼せずに有害ガスを発生する不純物を含まないものを使用する。一般に、酸素含有量は完全にかつ即座に酸化を行うために少なくとも１０容量％であることが必要である。
【００２５】
本発明による触媒は、上述の鉄含有化合物を酸素雰囲気（通常、不燃性搬送ガスで搬送される）で気化させることよって生成される。鉄含有化合物は酸化される。好ましくは、ペンタカルボニル鉄を約１４９℃（約３００゜Ｆ）乃至約４８２℃（９００゜Ｆ）の温度で酸化させる。約１４９℃（約３００゜Ｆ）よりも低い温度では、不十分な量（生成されたとしても）Ｆｅ2Ｏ3のみが生成される。また、約４８２℃（約９００゜Ｆ）を超える温度では、生成される鉄酸化物の粒径が大きくなってしまう。ペンタカルボニル鉄を約２０４℃（約４００゜Ｆ）乃至約３９９℃（約７５０゜Ｆ）の温度範囲で酸化させることが特に好ましい。約２０４℃（約４００゜Ｆ）よりも低い温度においてはＦｅ2Ｏ3の収率が低く（例えば、約１０％未満）、約３９９℃（約７５０゜Ｆ）よりも高い温度では、触媒のアニールが始まり、粒径が大きくなり、結晶の表面積が減少して、触媒の表面積が小さくなる。
【００２６】
気化温度において液相の鉄含有化合物を使用する場合には、不燃性搬送ガスを液相の鉄含有化合物に吹き込んで発泡させ、この結果得られた蒸気と搬送ガスの混合物を、ブロアから供給される加熱空気と組み合わせてリアクタダクトに供給して自然に酸化させる。酸化生成物１８は、電気式集塵機を介してリスかご形ブロアによって吸引される。これに適した電気式集塵機は、エメルソン電気空気清浄器（Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ａｉｒ  Ｃｌｅａｎｅｒ）  モデル１４Ｃ２２Ｍ４１０００（ハリソン  アークのエレクトローエア部門であるホワイト−ロジャーズ，インコーポレイテッドより入手可能である）である。また、適当なリスかご形ブロアは、デイトン（Ｄａｙｔｏｎ）５２５ｃｆｍブロア−ＡＯＬ、モデル４Ｃ３４４５−Ａ（イリノイ州シカゴのダブリュー．  ダブリュー．  グラインガー  インコーポレイテッドより入手可能である）である。この結果生成された触媒は、集塵機の電極から掻き取り、または単に電極を振動させて回収する。
【００２７】
気化温度において固相の鉄含有化合物は、搬送ガスを固相の化合物の表面に吹き付けることによって直接気化され、前述した酸化、捕集及び回収が行われる。固相化合物の蒸気圧は約０．０００５気圧より高い圧力とすることが好ましい。これにより十分な量の触媒の回収が可能となる。特に、蒸気圧を約０．０１気圧より高いものとすることにより、触媒の高い生産効率を得ることが出来るので、特に好ましい。これらの蒸気圧は、気化する化合物の温度を上昇させることで得ることが出来る。
【００２８】
これらの処理によって生成される生成物は、非常に細かく分割され、高い触媒的な活性を有する、無水性の酸化物である。多くの特徴が、高い活性に寄与しているものと考えられる。最も重要なものは、約１００オングストローム、さらには約５０オングストロームを下回る平均粒径によって得られる非常に大きな表面積である。粒子は、一般に球状の形状であり、処理のし易いものとなっている。一般に、平均比表面積は約２５０ｍ２／ｇよりも大きくなっている。
【００２９】
一般に、蒸気の触媒は、過塩素酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）ベースのロケット推進燃料の燃焼率の加速剤として使用される。しかしながら、例えば過塩素酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）等の他の過塩素酸化合物ベースの推進燃料に対しても、優れた触媒性能を発揮するものと確信される。一般に、他の従来より知られている組成剤及び添加剤が、従来より周知の分量で添加されてロケット推進燃料の使用を容易にする。例えば、添加剤の例としては、燃料バインダ、硬化剤、可塑剤、接着増強剤（即ち、接着剤）、酸化防止剤、粉末金属燃料、燃焼安定剤等である。
【００３０】
本発明はロケット推進燃料の鉄酸化物触媒の製造を例にとって説明をしたが、鉄酸化物は、固相で、高い表面積の耐火性触媒を必要とする他の気相酸化処理においても有利に使用することが出来るものである。
【００３１】
本発明は、非常に優れた触媒活性を有するロケット推進燃料の燃焼率触媒を便利に製造する方法を提供する。特に、本発明の方法は、高い燃焼率と低い圧力指数の非常に細かい粒子の鉄酸化物を製造することが出来る。
【００３２】
実施例
インジェクタは、薄い（１．５８７５ｍｍ）（１／１６インチ）二つのステンレス鋼板製の管を一方を他方の内側に同心円状に配設して形成された。外側管は、２５．４ｍｍ（１．０インチ）の外径を有し、内側管は９．５２５ｍｍ（３／８インチ）の外径を有していた。インジェクタの出口ポートにおいて、内側管は外側管の端部よりも約５０．８ｍｍ（約２インチ）突出して配置され、インジェクタの管の作成が終了した時に、インジェクタの先端部に中心線から約１５゜のテーパー角が与えられるように設定された。インジェクタの全長は３０４．８ｍｍ（１２インチ）であり、内部に６．３５ｍｍ（１／４インチ）の内径の通路が形成された。二つの管の間に形成された管状のキャビティにはケイ酸カルシウムの断熱材（コロラド州デンバーのマンビル  プロダクツ  コーポレイションから入手可能なマリナイト）が充填され、外側管の先端部と内側管の先端部間を結ぶようにテーパーが付されて、先端部が円錐形状に形成された。この断熱性インジェクタは、直径１０１．６ｍｍ（４．０インチ）のリアクタダクトの入口部において断熱性支持板を用いて同心円状に取り付けられた。
【００３３】
図３に戻って説明すると、リアクタダクトの下流側冷却部（図示せず）は、９．１４４ｍ（３０フィート）の自立螺旋状に形成した可撓性で、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）の薄い肉厚（０．５０８ｍｍ）（０．０２０インチ）のアルミニウム製コルゲート管ダクトによって構成した。
【００３４】
リアクタダクトの上流側は、長さ６６０．４ｍｍ（２６インチ）、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）、２６ゲージ(gauge)の剛性ステンレス鋼製ダクトで構成し、上流側端部は直角折り曲げ部２６において同様の加熱空気供給ダクトに接続された。作業中において、酸化性ガス（空気）は、ブロア／ヒータ３２によって約３４３℃（６５０゜Ｆ）に加熱されてリアクタダクト２８に毎分約４．８９９立方メートル（約１７３立方フィート）の流量で供給された。
【００３５】
気相のペンタカルボニル鉄混合物は、ペンタカルボニル鉄を毎分平均４．６グラム気化させて形成され、毎分６０リットルの流量の窒素搬送ガスと混合された。この混合物は、リアクタダクト２８に断熱インジェクタ通路３８を介して供給され、出口ポート３６から加熱酸化性ガスの流れと同心円状に吐出されて、酸化され、鉄酸化物粒子を形成した。この鉄酸化物粒子は電気式集塵機によってガス流から捕集された。
【００３６】
この処理を４４０分間行い、２０２５グラムのペンタカルボニル鉄から７５７グラムの超微粒状の鉄酸化物粒子が得られた。変換率は、６５．７％であった。得られた粒子の比表面積は、２８０ｍ２／ｇであり、粒径は約５０オングストロームであった。
【００３７】
装置を解体して検査したところ、インジェクタの先端部３６、リアクタダクト２８には、従来技術の処理ではおびただしく集められた鉄または鉄酸化物の堆積は全く見られなかった。
【００３８】
このリアクタは、断熱性インジェクタとともに動作することにより、従来技術のリアクタにおいて見られたような有害な堆積物は生成しなかった。インジェクタを断熱することによって、内部表面が鉄含有化合物の酸化温度を超える温度まで加熱されず、従って、出口ポート部分、すなわちこのインジェクタ出口ポートより吐出されるガス、の温度は鉄含有化合物の酸化温度より低い温度となり、インジェクタポート周辺での酸化は発生しなかったことが判る。この結果、インジェクタの出口ポート付近には、好ましくない鉄酸化物の堆積は発生しなかったものである。さらに、インジェクタを加熱された酸化性ガスの流れに対して同心円状に吐出することとしたので、鉄含有化合物の鉄酸化物への実際の酸化は、リアクタの壁面及びリアクタダクト内の他の構成部材のホットスポットから離れたリアクタダクトの中心部で実質的に発生した。
【００３９】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、非常に大きな比表面積を持つ非常に粒径の小さい超微粒状の鉄酸化物粒子が高い変換率で製造でき、しかも、インジェクタを断熱することによって、内部表面が鉄含有化合物の酸化温度を超える温度まで加熱されず、従って、出口ポート部分、すなわちこの出口ポートより吐出されるガス、の温度は鉄含有化合物の酸化温度より低い温度となり、インジェクタポート周辺での酸化の発生を未然に防止して、インジェクタの出口ポート付近には、好ましくない鉄酸化物の堆積が生じないものとすることが出来る。さらに、インジェクタを加熱された酸化性ガスの流れに対して同心円状に吐出することとしたので、鉄含有化合物の鉄酸化物への実際の酸化は、リアクタの壁面及びリアクタダクト内の他の構成部材のホットスポットから離れたリアクタダクトの中心部で実質的に発生し、リアクタの壁面及びリアクタダクト内の他の構成部材のホットスポットへの鉄酸化物の堆積も未然に防止されるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による鉄酸化物粒子の製造方法の概略を示す図である。
【図２】図１を改良した他の従来技術による鉄酸化物粒子の製造方法の概略を示す図である。
【図３】本発明の一実施例による鉄酸化物粒子の製造方法の概略を示す図である。
【符号の説明】
２４  リアクタ
２８  リアクタダクト
３２  ヒータ／ブロア
３４  インジェクタ
３６  出口ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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