(57)【要約】【課題】排気管の壁面へのタールの付着を効果的に抑制することができる加熱炉を提供する。【解決手段】加熱炉１は、被処理材を加熱する炉体部２と、炉体部２に接続され、炉体部２内のガスを炉外へ導く排気管３と、を有している。排気管３は、融点１８００℃以上の結晶性材料または軟化点１６００℃以上の非晶質材料からなる耐熱管部３３と、耐熱管部３３の径方向外方に配置され、炉体部２における加熱温度よりも高い温度で耐熱管部３３を加熱する耐熱管加熱部３３３と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理材を加熱する炉体部と、
前記炉体部に接続され、前記炉体部内のガスを炉外へ導く排気管と、を有し、
前記排気管は、
融点１８００℃以上の結晶性材料または軟化点１６００℃以上の非晶質材料からなる耐熱管部と、
前記耐熱管部の径方向外方に配置され、前記炉体部における加熱温度よりも高い温度で前記耐熱管部を加熱する耐熱管加熱部と、
を有している、加熱炉。
【請求項２】
前記排気管は、前記耐熱管部に接続され、前記耐熱管部を通過したガス中に含まれる粉塵を捕集するトラップ部をさらに有している、請求項１に記載の加熱炉。
【請求項３】
前記排気管は、前記耐熱管部と前記トラップ部との間に接続され、前記ガスに前記トラップ部を迂回させるバイパス管部をさらに有している、請求項２に記載の加熱炉。
【請求項４】
前記炉体部は、
水平方向に対して傾斜した方向に軸心を有する炉心管と、
前記軸心に沿う方向における前記炉心管の上方に配置され、前記被処理材を前記炉心管内に供給する材料供給部と、
前記炉心管の径方向外方に配置され、前記炉心管を加熱して前記被処理材を処理済み材とする炉心管加熱部と、
前記軸心に沿う方向における前記炉心管の下方に配置され、前記炉心管から排出される前記処理済み材を回収する回収部と、
前記軸心を中心にして前記炉心管を回動させる回動駆動部と、
を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱炉。
【請求項５】
前記炉体部は、
前記炉心管の内部まで延設されたキャリアガス供給管を備え、前記キャリアガス供給管を通じて前記炉心管内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、
前記炉心管の内部まで延設された原料ガス供給管を備え、前記原料ガス供給管を通じて堆積膜の原料となる原料ガスを前記炉心管内に供給する原料ガス供給部と、
を備え、
前記被処理材の表面に前記堆積膜を形成可能に構成されている、
請求項４に記載の加熱炉。
【請求項６】
前記原料ガス供給管及び前記キャリアガス供給管は、前記軸心に沿う方向における下方から前記炉心管内に進入しており、前記原料ガス供給管の先端は、前記キャリアガス供給管の先端よりも、前記軸心に沿う方向における上方に配置されている、請求項５に記載の加熱炉。
【請求項７】
前記炉心管は、前記軸心に沿う方向における上方に位置する上流部と、下方に位置する下流部と、前記上流部と前記下流部との間に位置する中間部とを有しており、前記炉心管加熱部は、前記中間部の径方向外方に配置されており、前記キャリアガス供給管の先端は、前記下流部内に配置されている、請求項６に記載の加熱炉。
【請求項８】
前記原料ガス供給管の先端は、前記中間部内に配置されている、請求項７に記載の加熱炉。
【請求項９】
前記キャリアガス供給管は、その側周面に、キャリアガスが吹き出される吹き出し口を有している、請求項５〜８のいずれか１項に記載の加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、被処理材を加熱するための炉体部と、炉体部に接続され、炉体部内の雰囲気を炉体部から排出するための排気管とを有する加熱炉がある（特許文献１）。このような加熱炉は、例えば、被処理材の熱処理や焼却、熱ＣＶＤ（化学気相成長）法による被処理材表面への堆積膜の形成などの種々の用途に使用されている。
【０００３】
加熱炉を用いて炉内の被処理材を加熱する場合、被処理材自体や堆積膜の原料となる原料ガスが熱分解され、熱分解ガスが発生することがある。また、この熱分解ガス中には、完全に熱分解されなかった有機物からなるタールの蒸気が含まれていることがある。タールの蒸気が炉体部から排気管内へ流入した場合、排気管の壁面に接触したタールの蒸気が凝縮し、排気管の壁面にタールが付着するおそれがある。そして、タールの付着量が過度に多くなると、排気管が閉塞され、加熱炉の運転の妨げとなるおそれがある。
【０００４】
そこで、排気管の壁面へのタールの付着を抑制することを目的として、排気管を加温してタールの蒸気の凝縮を抑制する技術や、排気管の下流にタールの蒸気を燃焼するための除害炉を接続する技術が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３５４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タールの付着を抑制する方法として排気管を加温する方法を採用する場合、排気管の温度を高くするほどタールの付着量を低減することができる。しかし、加熱炉の排気管は、ステンレス鋼等の金属から構成されている。そのため、排気管の温度を高くすると、排気管が軟化し、たわみなどの変形が生じやすくなる。それ故、排気管を加温する方法においては、排気管の温度を変形が始まる温度以上に高くすることが難しいため、タールの付着量の低減には限界がある。
【０００７】
また、排気管の下流に除害炉を設ける場合には、加熱炉から除害炉とまでの間におけるタールの蒸気の凝縮を抑制するため、排気管を短くする必要がある。そのため、この場合には、装置全体が大掛かりなものとなる上、加熱炉の配置が除害炉によって制約される。また、加熱炉から除害炉までの間におけるタールの蒸気の凝縮を抑制するためには、排気管を加温する必要がある。そのため、前述したように、排気管の壁面へのタールの付着量の低減には限界がある。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、排気管の壁面へのタールの付着を効果的に抑制することができる加熱炉を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、被処理材を加熱する炉体部と、
前記炉体部に接続され、前記炉体部内のガスを炉外へ導く排気管と、を有し、
前記排気管は、
融点１８００℃以上の結晶性材料または軟化点１６００℃以上の非晶質材料からなる耐熱管部と、
前記耐熱管部の径方向外方に配置され、前記炉体部における加熱温度よりも高い温度で前記耐熱管部を加熱する耐熱管加熱部と、
を有している、加熱炉にある。
【発明の効果】
【００１０】
例えば、被処理材が有機物である場合や、熱ＣＶＤ法により有機成分を含む原料ガスを用いて被処理材の表面に堆積膜を形成しようとする場合等には、前述したように、加熱によって炉体部内にタールの蒸気が発生することがある。このタールの蒸気は、排気管内へ流入する。
【００１１】
前記加熱炉は、融点１８００℃以上の結晶性材料または軟化点１６００℃以上の非晶質材料から構成された耐熱管部と、耐熱管部を加熱する耐熱管加熱部と、を備えた排気管を有している。耐熱管部は、前記特定の材料から構成されているため、従来の金属製の排気管に比べて高い温度においても加熱による変形を抑制することができる。そのため、耐熱管部を炉体部における加熱温度よりも高い温度で加熱し、排気管内に流入したタールの蒸気を熱分解することができる。
【００１２】
それ故、前記加熱炉は、加熱によってタールが発生する場合に、排気管の壁面へのタールの付着をより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１における、加熱炉の説明図である。
【図２】実施例１における、上流側ベローズ部と耐熱管部との接続部分の一部断面図である。
【図３】実施例２における、ロータリーキルンとして構成された炉体部を有する加熱炉の要部を示す断面図である。
【図４】実施例２における、炉心管内のガスの流れの一例を示す説明図である。
【図５】実施例３における、加熱炉の要部を示す断面図である。
【図６】実施例４における、側周面に吹き出し口が設けられたキャリアガス供給管を有する加熱炉の要部を示す断面図である。
【図７】図６における、キャリアガス供給管の吹き出し口近傍の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前記加熱炉において、炉体部の形式及び加熱方式は特に限定されることはない。例えば、炉体部の形式としては、箱型炉、ルツボ炉等のバッチ式を採用してもよいし、トンネル炉、ロータリーキルンなどの連続式を採用してもよい。また、炉体部の加熱方式としては、油バーナー式、ガスバーナー式、ラジアントチューブ式等の燃焼式を採用してもよいし、抵抗加熱、誘導加熱などの電気式を採用してもよい。
【００１５】
炉体部は、例えば、水平方向に対して傾斜した方向に軸心を有する炉心管と、
前記軸心に沿う方向における前記炉心管の上方に配置され、前記被処理材を、前記炉心管内に供給する材料供給部と、
前記炉心管の径方向外方に配置され、前記炉心管を加熱して前記被処理材を処理済み材とする炉心管加熱部と、
前記軸心に沿う方向における前記炉心管の下方に配置され、前記炉心管から排出される前記処理済み材を回収する回収部と、
前記軸心を中心にして前記炉心管を回動させる回動駆動部と、
を有していてもよい。
【００１６】
即ち、炉体部は、ロータリーキルンとして構成されていてもよい。従来のロータリーキルンにおいては、排気管の壁面に付着したタールを除去するため、定期的にロータリーキルンの運転を停止し、タールの除去作業を行う必要があった。これに対し、前記加熱炉は、耐熱管部及び耐熱管加熱部により、被処理材の加熱によって生じたタールの蒸気の凝縮を抑制し、排気管の壁面へのタールの付着量を低減することができる。
【００１７】
それ故、前記の構成を有する炉体部を採用した場合には、従来のロータリーキルンに比べて排気管の壁面に付着したタールの除去作業の頻度を低減し、より長時間にわたって連続運転を行うことができる。その結果、処理済み材の生産効率をより高めることができる。
【００１８】
また、炉体部は、
前記炉心管の内部まで延設されたキャリアガス供給管を備え、前記キャリアガス供給管を通じて前記炉心管内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部と、
前記炉心管の内部まで延設された原料ガス供給管を備え、前記原料ガス供給管を通じて堆積膜の原料となる原料ガスを前記炉心管内に供給する原料ガス供給部と、
を備え、
前記被処理材の表面に前記堆積膜を形成可能に構成されていてもよい。
【００１９】
即ち、前記加熱炉は、熱ＣＶＤ（化学気相成長）法による表面被覆処理を行うことができるように構成されていてもよい。熱ＣＶＤ法においては、原料ガスを熱分解する際に完全に熱分解されなかった原料ガス中の有機成分がタールとなるため、タールの発生量が比較的多い。そのため、ロータリーキルンを用いて熱ＣＶＤ法による表面被覆処理を行う場合には、排気管に付着したタールの除去作業を頻繁に行う必要があり、連続運転を行うことが可能というロータリーキルンのメリットを十分に活かすことができなかった。かかる背景から、熱ＣＶＤ法に使用される加熱炉としてはバッチ式の加熱炉が使用されており、ロータリーキルンは、熱ＣＶＤ法を行うための加熱炉としてはいまだ実用には至っていないのが現状であった。
【００２０】
これに対し、前記加熱炉は、前述したように、耐熱管部及び耐熱管加熱部により、タールの排気管の壁面への付着を抑制することができる。それ故、前記加熱炉によれば、排気管に付着したタールの除去作業の頻度を低減し、熱ＣＶＤ法による表面被覆処理を従来よりも長時間にわたって連続して行うことができる。
【００２１】
原料ガス供給部は、原料ガス供給管を通じて炉心管内に原料ガスを供給することができるように構成されている。原料ガス供給部は、例えば、室温環境下においてガス状を呈する化合物を原料ガスとして炉心管内に供給するように構成されていてもよい。また、原料ガス供給部は、室温環境下において液状または固体状を呈する化合物を加熱して気化させることにより原料ガスを生成し、この原料ガスを炉心管内に供給するように構成されていてもよい。更に、原料ガス供給部は、室温環境下において液状または固体状を呈する化合物を炉心管内の熱によって加熱し、原料ガス供給管の内部で気化させて原料ガスを生成するように構成されていてもよい。
【００２２】
原料ガスとしては、熱ＣＶＤ用の原料化合物の中から所望する堆積膜の材質に応じて選択した１種または２種以上の化合物を使用することができる。例えば、被処理材の表面に堆積膜としての金属膜やセラミック膜を形成する場合には、有機金属化合物等の有機成分を含む化合物を原料ガスとして使用することができる。
【００２３】
また、被処理材の表面に堆積膜としての炭素膜を形成する場合には、非酸化性雰囲気下で加熱することによって熱分解し、炭素を生じ得る炭素系化合物を原料ガスとして使用することができる。より具体的には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサンなどの飽和脂肪族炭化水素、エチレン、プロピレン、アセチレンなどの不飽和脂肪族炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、ナフタレン、フェノール、クレゾール、安息香酸、サリチル酸、ニトロベンゼン、クロルベンゼン、インデン、ベンゾフラン、ピリジン、アントラセン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル類、脂肪酸類などの炭素系化合物を原料ガスとして使用することができる。これらの炭素系化合物は、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
キャリアガス供給部は、キャリアガス供給管を通じて炉心管内にキャリアガスを供給することができるように構成されている。キャリアガスとしては、例えば、ヘリウムや窒素、アルゴン等の不活性ガスを使用することができる。
【００２５】
軸心に沿う方向における炉心管の上方には、被処理材を炉心管内に供給する材料供給部が配置されている。材料供給部は、被処理材の形態に応じて種々の態様を採用することができる。例えば、被処理材が金属や金属酸化物からなる粉末である場合には、材料供給部としては、スクリューによって粉末を搬送するスクリューフィーダーやベルトによって粉末を搬送するベルトフィーダー、粉末を振動させて搬送する振動フィーダー等を使用することができる。
【００２６】
原料ガス供給管及びキャリアガス供給管は、軸心に沿う方向における下方から炉心管内に進入しており、原料ガス供給管の先端は、キャリアガス供給管の先端よりも、軸心に沿う方向における上方に配置されていることが好ましい。
【００２７】
従来のロータリーキルンを用いて熱ＣＶＤ法による表面被覆処理を行う場合、炉心管の均熱帯領域、即ち軸心に沿う方向における中央部において原料ガスが熱分解される。原料ガスの熱分解によって生じた熱分解ガスは、原料ガスに比べて大きな体積を有している。そのため、原料ガスの熱分解に伴って炉心管の均熱帯領域の内圧が上昇し、熱分解ガスの一部は炉心管の入口側へ移動し、被処理材と接触する。しかし、熱分解ガスの残部は、被処理材の存在しない出口側に逆流する。そのため、従来のロータリーキルンは、炉心管内の被処理材と接触する熱分解ガスの量の変動が大きくなり、被処理材の表面に堆積する堆積膜の量のバラつきの増大を招くおそれがあった。
【００２８】
また、出口側に逆流した熱分解ガスは、均熱帯領域での滞在時間が比較的短いため、原料ガスの熱分解が不十分となりやすい。それ故、熱分解ガスが逆流した場合には、熱分解ガス中に含まれる堆積膜の成分の量が不足し、ひいては被処理材の表面上に形成される堆積膜の量が所望の量よりも少なくなるおそれがあった。
【００２９】
これに対し、前記加熱炉においてキャリアガス供給管から炉心管内にキャリアガスを供給した場合、炉心管内に、軸心に沿う方向における下方から上方へのガスの流れを発生させることができる。また、原料ガス供給管の先端はキャリアガス供給管の先端よりも上方に配置されているため、原料ガス供給管から供給された原料ガスを、キャリアガスの流れに沿って上方に移動させることができる。
【００３０】
上方に移動した原料ガスは、炉心管内で加熱されることにより熱分解し、熱分解ガスとなる。前述したように、炉心管内には下方から上方へ向かうガスの流れが生じているため、熱分解ガスの下方への移動を規制することができる。その結果、熱分解ガスの下方への逆流を抑制することができる。
【００３１】
また、原料ガスは、上述した流れに沿って炉心管内を上方に移動し、炉心管加熱部によって十分に加熱される。そのため、前記加熱炉は、原料ガスを十分に熱分解し、熱分解ガス中のタールの含有量そのものを低減することができる。更に、原料ガスを十分に熱分解することにより、熱分解ガス中に堆積膜の成分を十分に生成することができる。
【００３２】
以上のように、前記加熱炉によれば、熱分解ガス中のタールの含有量そのものを低減することにより、排気管の壁面へのタールの付着をより効果的に抑制することができる。また、原料ガスを十分に熱分解し、処理済み材の表面に形成される堆積膜の量をより多くするとともに、堆積膜の量のバラつきをより効果的に抑制することができる。
【００３３】
炉心管は、軸心に沿う方向における上方に位置する上流部と、下方に位置する下流部と、上流部と下流部との間に位置する中間部とを有しており、炉心管加熱部は、中間部の径方向外方に配置されており、キャリアガス供給管の先端は、下流部内に配置されていてもよい。この場合には、炉心管内における下流部から上流部までの範囲に亘って、前述したガスの流れを形成することができる。そのため、熱分解ガスの下方への逆流をより効果的に抑制することができる。
【００３４】
原料ガス供給管の先端は、中間部内に配置されていてもよい。この場合には、炉心管内に供給された原料ガスを速やかに熱分解することができる。更に、この場合には、キャリアガスによって形成された下方から上方への流れに沿って熱分解ガスを上方に移動させることができる。そのため、熱分解ガスの下方への逆流をより効果的に抑制することができる。
【００３５】
キャリアガス供給管は、その側周面に、キャリアガスが吹き出される吹き出し口を有していてもよい。これにより、炉心管内を逆流しようとするガスの流れを遮断し、熱分解ガスの下方への逆流をより効果的に抑制することができる。その結果、熱分解ガス中のタールの含有量をより低減することができる。更に、この場合には、キャリアガスを上方に吹き出す場合に比べて少量のガスにより熱分解ガスの逆流を抑制することができる。それ故、炉心管内に供給される原料ガスの濃度をより高くし、処理済み材における堆積膜の量をより多くすることができる。
【００３６】
加熱炉の炉体部には、炉体部内のガスを炉外へ導く排気管が接続されている。また、排気管は、耐熱管部と、耐熱管部を加熱する耐熱管加熱部とを有している。耐熱管部は、排気管の全長に亘って設けられていてもよいし、排気管の一部を耐熱管部としてもよい。排気管の一部を耐熱管部とする場合には、排気管における耐熱管部以外の部分は、ステンレス鋼などの金属材料から構成されていてもよい。
【００３７】
また、耐熱管部は、炉体部に直接接続されていてもよいし、耐熱管部と炉体部との間に例えば金属管などの、耐熱管部に比べて耐熱性の低い材料からなる管が介在していてもよい。
【００３８】
耐熱管部は、融点１８００℃以上の結晶性材料または軟化点１６００℃以上の非晶質材料から構成されている。耐熱管部を前記特定の材料から構成することにより、加熱による耐熱管部の軟化を抑制しつつ、金属からなる従来の排気管に比べて高温まで耐熱管部を加熱することができる。これにより耐熱管部においてタールの蒸気を熱分解し、コークとすることもできる。その結果、排気管の壁面へのタールの付着を抑制することができる。
【００３９】
耐熱管部を構成する材料としては、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア等のセラミックや、石英ガラス等のガラスを使用することができる。
【００４０】
耐熱管部の径方向外方には、炉体部における加熱温度よりも高い温度で耐熱管部を加熱する耐熱管加熱部が配置されている。耐熱管加熱部としては、油バーナー式、ガスバーナー式、ラジアントチューブ式等の燃焼式の耐熱管加熱部を採用してもよいし、抵抗加熱、誘導加熱などの電気式の耐熱管加熱部を採用してもよい。また、耐熱管加熱部は、耐熱管部の全体を加熱することができるように配置されていてもよいし、耐熱管部の一部を加熱することができるように配置されていてもよい。
【００４１】
排気管は、耐熱管部に接続され、耐熱管部を通過したガス中に含まれる粉塵を捕集するトラップ部をさらに有していてもよい。この場合には、トラップ部にガスを通過させることにより、熱分解ガス中に含まれるコーク等の粉塵の量を低減し、ガスの後処理をより容易に行うことができる。トラップ部における粉塵の捕集方式は特に限定されることはないが、例えば、フィルターによってガス中の粉塵を捕集するフィルター式トラップや、液体中にガスを吹き込むことによって粉塵を捕集するバブリング式トラップをトラップ部として使用することができる。
【００４２】
排気管は、耐熱管部とトラップ部との間に接続され、ガスにトラップ部を迂回させるバイパス管部をさらに有していてもよい。この場合には、トラップ部の整備等を行う際にガスをバイパス管部に流通させることにより、加熱炉の運転を継続しつつトラップ部へのガスの流入を停止することができる。そのため、加熱炉の運転を継続したままトラップ部の整備等を行うことができる。
【００４３】
排気管の下流には、更に除害炉が接続されていてもよい。前記加熱炉は、排気管に耐熱管部及び耐熱管加熱部を設けることにより、排気管の壁面へのタールの付着を抑制することができる。そのため、除害炉を加熱炉から比較的離れた位置に設けることができ、加熱炉の配置の制約を軽減することができる。また、耐熱管部においてタールの蒸気を熱分解することにより、除害炉をより小型化することができる。
【００４４】
前記加熱炉は、例えば、リチウムイオン二次電池用の活物質の作製に使用することができる。この場合には、被処理材として、Ｓｉ単体や、加熱によって不均化反応を起こし、Ｓｉ単体とＳｉＯ2とを生成するケイ素酸化物（ＳｉＯx、０．２≦ｘ≦１．５）等のケイ素系材料を使用することができる。
【００４５】
この種のケイ素系材料としては、例えば、複数枚の板状ナノシリコン体がその厚み方向に積層された積層構造を有するシリコン材料を使用することもできる。かかるシリコン材料は、例えば、以下の方法により作製することができる。まず、ＣａＳｉ2と酸とを反応させる。この反応物からＣａを除去することにより、ポリシランを主成分として含有し、複数の層がその厚み方向に積層された積層構造を有する層状ポリシランを作製する。そして、得られた層状ポリシランを３００℃以上で加熱して層状ポリシランから水素を脱離させることにより、前記シリコン材料を得ることができる。このようなシリコン材料及びその作製方法、並びに当該シリコン材料からなる活物質を備えたリチウムイオン二次電池の例は、例えば国際公開第２０１４／０８０６０８号に、より具体的に記載されている。
【実施例】
【００４６】
（実施例１）
前記加熱炉の実施例について、図１及び図２を用いて説明する。図１に示すように、加熱炉１は、被処理材を加熱する炉体部２と、炉体部２に接続され、炉体部２内のガスを炉外へ導く排気管３と、を有している。排気管３は、融点１８００℃以上の結晶性材料または軟化点１６００℃以上の非晶質材料からなる耐熱管部３３と、耐熱管部３３の径方向外方に配置され、炉体部２における加熱温度よりも高い温度で耐熱管部３３を加熱する耐熱管加熱部３３３と、を有している。
【００４７】
本例の炉体部２は、抵抗加熱式の箱型炉である。排気管３は、炉体部２の側壁を貫通して配置されている。
【００４８】
本例の排気管３は、炉体部２から延設された上流側金属管部３１と、上流側金属管部３１に接続された上流側ベローズ部３２と、上流側ベローズ部３２に接続された耐熱管部３３と、耐熱管部３３に接続された下流側ベローズ部３４と、下流側ベローズ部３４に接続された下流側金属管部３５と、を有している。また、本例の排気管３は、下流側金属管部３５に接続されたトラップ部３６と、耐熱管部３３とトラップ部３６との間に接続されたバイパス管部３７とを有している。
【００４９】
上流側金属管部３１は、伸縮性のないステンレス鋼管から構成されている。上流側金属管部３１の一端は炉体部２の炉内空間に開口している。また、上流側金属管部３１の他端には、径方向外方に突出したフランジ３１１が設けられている。
【００５０】
上流側ベローズ部３２は、ステンレス鋼からなり伸縮性を有するベローズから構成されている。上流側ベローズ部３２の両端には、径方向外方に突出したフランジ３２１、３２２が設けられている。上流側ベローズ部３２の一方のフランジ３２１は、上流側金属管部３１のフランジ３１１に接続されている。上流側ベローズ部３２のフランジ３２１と上流側金属管部３１のフランジ３１１との間には、ガスケット（図示略）が介在している。また、上流側ベローズ部３２の他方のフランジ３２２は、図２に示すように、後述する耐熱管部３３のフランジ３３１に接続されている。
【００５１】
耐熱管部３３は、非晶質材料としての石英ガラスから構成されている。図１に示すように、耐熱管部３３の両端には、径方向外方に突出したフランジ３３１、３３２が設けられている。図２に示すように、耐熱管部３３の一方のフランジ３３１は、上流側ベローズ部３２のフランジ３２２に接続されている。耐熱管部３３のフランジ３３１と上流側ベローズ部３２のフランジ３２２との間には、ガスケット３２３が介在している。ガスケット３２３は、耐熱管部３３のフランジ３３１及び上流側ベローズ部３２のフランジ３２２を覆うクランプ３２４によって、両者の間に狭持されている。なお、図１においては、便宜上、クランプ３２４の記載を割愛した。
【００５２】
また、耐熱管部３３の他方のフランジ３３２は、後述する下流側ベローズ部３４のフランジ３４１に接続されている。図には示さないが、フランジ３３２とフランジ３４１との接続の態様は、前述したフランジ３３１とフランジ３２２との接続の態様と同様である。
【００５３】
図１に示すように、耐熱管部３３の径方向外方には、炉体部２における加熱温度よりも高い温度で耐熱管部３３を加熱する耐熱管加熱部３３３が配置されている。本例の耐熱管加熱部３３３は、抵抗加熱式のヒーターである。耐熱管加熱部３３３は、耐熱管部３３を１０００℃以上の温度に加熱することができるように構成されている。
【００５４】
下流側ベローズ部３４は、ステンレス鋼からなり伸縮性を有するベローズから構成されている。下流側ベローズ部３４の両端には、径方向外方に突出したフランジ３４１、３４２が設けられている。下流側ベローズ部３４の一方のフランジ３４１は、前述したように、耐熱管部３３のフランジ３３２に接続されている。下流側ベローズ部３４の他方のフランジ３４２は、ガスケット（図示略）を介して後述する下流側金属管部３５のフランジ３５１に接続されている。
【００５５】
下流側金属管部３５は、伸縮性を有さないステンレス鋼管から構成されている。下流側金属管部３５は、その一端に、径方向外方に突出したフランジ３５１が設けられている。下流側金属管部３５のフランジ３５１は、ガスケット（図示略）を介して下流側ベローズ部３４のフランジ３４２に接続されている。下流側金属管部３５の他端は、２方向に分岐しており、トラップ部３６及びバイパス管部３７に接続されている。
【００５６】
トラップ部３６は下流側金属管部３５に接続されている。下流側金属管部３５とトラップ部３６との間には、ガスの流通と停止とを切り替える切換え弁３６１が設けられている。切換え弁３６１が開放されている場合には、下流側金属管部３５からトラップ部３６へガスを流通させることができる。また、切換え弁３６１が閉鎖されている場合には、下流側金属管部３５からトラップ部３６へガスを流通させることができない。
【００５７】
トラップ部３６は、耐熱管部３３を通過したガス中に含まれる粉塵を捕集可能に構成されている。本例のトラップ部３６は、液体を保持する容器部３６２と、容器部３６２の上方から容器部３６２内まで延設された入口管部３６３と、容器部３６２の上方に配置された出口管部３６４と、を有している。
【００５８】
本例のトラップ部３６は、容器部３６２内の液体中にガスを吹き込むことにより液体中に粉塵を捕集する、いわゆるバブリング式のトラップである。容器部３６２内には、入口管部３６３の先端と、出口管部３６４との間に液面が存在するようにして液体が保持されている。これにより、入口管部３６３から吹き込まれたガスは、液体を通過した後、容器部３６２の上方へ浮上する。このとき、ガス中の粉塵が液体に捕集される。そして、容器部３６２の上方へ浮上したガスは、出口管部３６４を通り、トラップ部３６から排出される。
【００５９】
バイパス管部３７の一端は、下流側金属管部３５、つまり、耐熱管部３３とトラップ部３６との間に接続されており、他端は、トラップ部３６の出口管部３６４に合流している。下流側金属管部３５とバイパス管部３７との間には、ガスの流通と停止とを切り替える切換え弁３７１が設けられている。切換え弁３７１が開放されている場合には、下流側金属管部３５からバイパス管部３７へガスを流通させることができる。また、切換え弁３７１が閉鎖されている場合には、下流側金属管部３５からバイパス管部３７へガスを流通させることができない。
【００６０】
本例のバイパス管部３７は、下流側金属管部３５とトラップ部３６との間の切換え弁３６１を閉鎖し、下流側金属管部３５とバイパス管部３７との間の切換え弁３７１を開放することにより、耐熱管部３３を通過したガスがトラップ部３６を迂回することができるように配置されている。
【００６１】
次に、本例の作用効果を説明する。加熱炉１は、非晶質材料としての石英ガラスから構成された耐熱管部３３と、耐熱管部３３を加熱する耐熱管加熱部３３３と、を備えた排気管３を有している。耐熱管部３３は、１６００℃以上の軟化点を有する石英ガラスから構成されているため、従来の金属製の排気管３に比べて高い温度においても加熱による変形を抑制することができる。そのため、排気管３を従来の金属製の排気管３よりも高温まで加熱し、タールの蒸気を熱分解することができる。
【００６２】
それ故、本例の加熱炉１によれば、排気管３の壁面へのタールの付着をより効果的に抑制することができる。
【００６３】
また、本例の排気管３は、耐熱管部３３に接続され、耐熱管部３３を通過したガス中に含まれる粉塵を捕集するトラップ部３６をさらに有している。そのため、トラップ部３６にガスを通過させることにより、コーク等のガス中に含まれる粉塵の量を低減し、ガスの後処理をより容易に行うことができる。
【００６４】
排気管３は、耐熱管部３３とトラップ部３６との間に接続され、ガスにトラップ部３６を迂回させるバイパス管部３７をさらに有している。そのため、トラップ部３６の整備等を行う際にガスをバイパス管部３７に流通させることにより、加熱炉１の運転を継続しつつトラップ部３６へのガスの流入を停止することができる。そのため、加熱炉１の運転を継続したままトラップ部３６の整備等を行うことができる。
【００６５】
本例の排気管３は、伸縮性を有するベローズからなる上流側ベローズ部３２及び下流側ベローズ部３４を有しており、耐熱管部３３は、上流側ベローズ部３２と下流側ベローズ部３４との間に配置されている。排気管３は、炉体部２から排出されたガスによって加熱され、熱膨張することがある。上流側ベローズ部３２及び下流側ベローズ部３４は、伸縮性を有するため、熱膨張による変形に容易に追従することができる。そのため、上流側ベローズ部３２と下流側ベローズ部３４との間に耐熱管部３３を配置することにより、熱膨張による変形が緩衝され、耐熱管部３３に加わる負荷を軽減することができる。その結果、熱膨張による耐熱管部３３の破損を防止することができる。
【００６６】
（実施例２）
本例は、図３に示すように、ロータリーキルンとして構成された炉体部２０２を有する加熱炉１０２の例である。なお、本実施例以降の実施例において使用する符号のうち、既出の実施例において用いられた符号と同一のものは、特に説明のない限り既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を示す。
【００６７】
本例の加熱炉１０２は、粉末状の被処理材の表面に熱ＣＶＤ法によって堆積膜を形成する表面被覆処理を行うことができるように構成されている。加熱炉１０２の炉体部２０２は、筒状を呈する炉心管２１と、炉心管２１内に被処理材を供給する材料供給部４と、炉心管２１から排出される処理済み材を回収する回収部５とを有している。また、炉体部２０２は、炉心管２１を加熱する炉心管加熱部２１１と、炉心管２１を、その軸心Ｃを中心に回動させる回動駆動部６と、炉心管２１内に原料ガスを供給する原料ガス供給部７と、炉心管２１内にキャリアガスを供給するキャリアガス供給部８と、を有している。
【００６８】
炉心管２１は、水平方向Ｈに対して傾斜した方向に軸心Ｃを有している。炉心管２１の径方向外方には炉心管加熱部２１１が配置されている。炉心管加熱部２１１は、炉心管２１を加熱して被処理材の表面に堆積膜を形成し、処理済み材とすることができるように構成されている。材料供給部４は、軸心Ｃに沿う方向における炉心管２１の上方Ｃ１に配置されている。回収部５は、軸心Ｃに沿う方向における炉心管２１の下方Ｃ２に配置されており、炉心管２１から排出される処理済み材を回収することができるように構成されている。
【００６９】
原料ガス供給部７は、炉心管２１の内部まで延設された原料ガス供給管７１を備え、原料ガス供給管７１を通じて炉心管２１内に原料ガスを供給することができるように構成されている。また、キャリアガス供給部８は、炉心管２１の内部まで延設されたキャリアガス供給管８１を備え、キャリアガス供給管８１を通じて炉心管２１内にキャリアガスを供給することができるように構成されている。
【００７０】
また、軸心Ｃに沿う方向における炉心管２１の上方Ｃ１には、排気管３が接続されている。本例の排気管３は、実施例１と同様の構成を有している。なお、便宜上、図３においては、排気管３の構成を簡略化して記載した。
【００７１】
以下、炉体部２０２の各部について詳細に説明する。本例の炉体部２０２における炉心管２１は、黒鉛から構成されており、円筒状を呈している。炉心管２１の内径は３００ｍｍであり、長さは１８００ｍｍである。また、水平方向Ｈに対する炉心管２１の軸心Ｃの傾きの角度は約３度である。なお、炉心管２１の材質としては、黒鉛の他に、非晶質炭素や石英、セラミック等を採用することができる。また、炉心管２１は、金属製の円筒に内包されていてもよい。水平方向Ｈに対する軸心Ｃの傾きの角度は、０度超え１０度以下の範囲から適宜設定することができる。
【００７２】
軸心Ｃに沿う方向における炉心管２１の上方Ｃ１の端部２１２及び下方Ｃ２の端部２１３には、各端部２１２、２１３を覆うシール２２、２３が設けられている。２か所のシール２２、２３のうち、上方Ｃ１に設けられた上方シール２２は、排気管３における上流側金属管部３１を接続するための開口部２２１及び材料供給部４のフィーダー４２（後述）を挿入するための貫通穴（図示略）を有している。
【００７３】
また、下方Ｃ２に設けられた下方シール２３は、炉心管２１の内部と回収部５とを連通させるための開口部２３１と、原料ガス供給管７１及びキャリアガス供給管８１（後述）を挿通するための貫通穴（図示略）とを有している。上方シール２２及び下方シール２３は、例えば、金属やセラミック、樹脂等の耐熱性を有する樹脂から構成されている。上方シール２２及び下方シール２３は、平板状を呈していてもよいし、炉心管２１に対面する部分が周囲よりも陥没したカップ状を呈していてもよい。
【００７４】
軸心Ｃに沿う方向における炉心管２１の上方Ｃ１には、排気管３及び材料供給部４が配置されている。本例の材料供給部４は、炉心管２１内に供給する被処理材を一時的に蓄積するホッパー４１と、上方シール２２を貫通し、ホッパー４１から供給された被処理材を炉心管２１内に搬送するフィーダー４２とを有している。本例のフィーダー４２は、具体的には、スクリュー４２１によって粉末状の被処理材を搬送するスクリューフィーダーである。
【００７５】
軸心Ｃに沿う方向における炉心管２１の下方Ｃ２には、回収部５、原料ガス供給管７１及びキャリアガス供給管８１が配置されている。本例の回収部５は、炉心管２１から排出される処理済み材を収容する回収容器５２と、回収容器５２と炉心管２１とを接続する回収管５１とを有している。回収管５１は、下方シール２３の開口部２３１に接続されている。炉心管２１から排出された処理済み材は、開口部２３１及び回収管５１を通過して回収容器５２内に収容される。
【００７６】
キャリアガス供給部８は、炉心管２１の外部に配置され、キャリアガスを一時的に蓄積するキャリアガスタンク８０と、キャリアガスタンク８０から下方シール２３を貫通して炉心管２１の内部まで延設されたキャリアガス供給管８１とを有している。キャリアガス供給管８１の先端８１１は、炉心管２１の内部に配置されている。
【００７７】
キャリアガスタンク８０に蓄積されたキャリアガスは、キャリアガス供給管８１を通じて炉心管２１の内部に供給される。本例のキャリアガス供給管８１は、キャリアガスを上方Ｃ１に向けて吹き出すことができるように構成されている。なお、本例のキャリアガスは窒素である。
【００７８】
原料ガス供給部７は、炉心管２１の外部に配置され、原料を一時的に蓄積する原料ガスタンク７０と、原料ガスタンク７０から下方シール２３を貫通して炉心管２１の内部まで延設された原料ガス供給管７１とを有している。原料ガス供給管７１の先端７１１は、キャリアガス供給管８１の先端８１１よりも上方Ｃ１に配置されている。
【００７９】
原料ガスタンク７０に蓄積された原料ガスは、原料ガス供給管７１を通じて炉心管２１の内部に供給される。本例の原料ガス供給管７１は、原料ガスを上方Ｃ１に向けて吹き出すことができるように構成されている。なお、本例の原料ガスは、ヘキサンである。
【００８０】
炉心管２１の径方向外方には、２台の回動駆動部６（６ａ、６ｂ）と、炉心管加熱部２１１とが配置されている。２台の回動駆動部６のうち一方の回動駆動部６ａは、炉心管２１の上端部における径方向外方に配置されている。また、他方の回動駆動部６ｂは、炉心管２１の下端部における径方向外方に配置されている。
【００８１】
回動駆動部６は、炉心管２１を回動させる動力を発生させるモータ６１と、モータ６１と炉心管２１との間に介在し、モータ６１の動力を炉心管２１に伝達するギヤ６２とを有している。図には示さないが、炉心管２１の外表面には、ギヤ６２の歯と噛み合うように構成された凹凸が設けられている。これにより、ギヤ６２を介してモータ６１の動力を炉心管２１に伝達し、炉心管２１を回動させることができる。
【００８２】
炉心管２１の外表面における回動駆動部６が配置された部分を除く部分は、炉心管加熱部２１１によって覆われている。本例の炉心管加熱部２１１は、具体的には、抵抗加熱式のヒーターである。炉心管加熱部２１１は、炉心管２１全体を加熱することができるように構成されている。
【００８３】
次に、本例の作用効果を説明する。本例の加熱炉１０２において、原料ガス供給管７１及びキャリアガス供給管８１は、軸心Ｃに沿う方向における下方Ｃ２から炉心管２１内に進入しており、原料ガス供給管７１の先端７１１は、キャリアガス供給管８１の先端８１１よりも、軸心Ｃに沿う方向における上方Ｃ１に配置されている。
【００８４】
そのため、キャリアガス供給管８１から炉心管２１内にキャリアガスＧ１を供給した場合、図４に示すように、キャリアガスＧ１は、炉心管２１内を径方向外方に広がりながら上方Ｃ１へ向かって移動する。これにより、軸心Ｃに沿う方向における下方Ｃ２から上方Ｃ１へのガスの流れを発生させ、原料ガス供給管７１から供給された原料ガスを上方Ｃ１に移動させることができる。
【００８５】
上方Ｃ１に移動した原料ガスは、炉心管２１内で加熱されることにより熱分解し、熱分解ガスＧ２となる。このとき、原料ガスの熱分解によって炉心管２１の内圧が上昇するため、熱分解ガスＧ２は、軸心Ｃに沿う上方Ｃ１及び下方Ｃ２の両側に移動しようとする。しかし、上述したように、キャリアガスＧ１によって炉心管２１内に下方Ｃ２から上方Ｃ１へ向かうガスの流れが生じているため、熱分解ガスＧ２の下方Ｃ２への移動を規制することができる。その結果、熱分解ガスＧ２の下方Ｃ２への逆流を抑制することができる。
【００８６】
また、原料ガスは、上述した流れに沿って炉心管２１内を上方Ｃ１に移動し、炉心管加熱部２１１によって十分に加熱される。そのため、加熱炉１０２は、原料ガスを十分に熱分解し、熱分解ガスＧ２中のタールの含有量そのものをより低減することができる。
【００８７】
更に、炉心管２１には、耐熱管部３３及び耐熱管加熱部３３３を備えた排気管３が炉心管２１に接続されている。そのため、実施例１と同様に、耐熱管部３３及び耐熱管加熱部３３３により、タールの排気管３の壁面への付着を抑制することができる。
【００８８】
このように、本例の加熱炉１０２は、原料ガス供給管７１及びキャリアガス供給管８１の配置によって熱分解ガスＧ２中のタールの含有量そのものを低減し、更に、耐熱管部３３及び耐熱管加熱部３３３を備えた排気管３によってタールの蒸気の凝縮を抑制することができる。本例の加熱炉１０２は、これらの効果が相乗的に作用することにより、排気管３の壁面へのタールの付着をより効果的に抑制することができる。それ故、加熱炉１０２によれば、熱ＣＶＤ法による表面被覆処理を従来よりも長時間にわたって連続して行うことができる。
【００８９】
また、本例の加熱炉１０２によれば、原料ガスを十分に熱分解することにより、熱分解ガス中に堆積膜の成分を十分に生成することができる。その結果、処理済み材の表面に形成される堆積膜の量をより多くするとともに、堆積膜の量のバラつきを抑制することができる。その他、本例の加熱炉１０２は、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００９０】
（実施例３）
本例は、炉心管加熱部２１４が炉心管２１の一部を覆うように配置された加熱炉１０３の例である。図５に示すように、本例の炉体部２０３は、軸心Ｃに沿う方向における上方Ｃ１に位置する上流部２１５と、下方Ｃ２に位置する下流部２１７と、上流部２１５と下流部２１７との間に位置する中間部２１６とを備えた炉心管２１を有している。炉心管加熱部２１４は、中間部２１６の径方向外方に配置されている。
【００９１】
軸心Ｃに沿う方向における上流部２１５の長さＬu、中間部２１６の長さＬm、下流部２１７の長さＬlは、それぞれ、４５０ｍｍ、９００ｍｍ、４５０ｍｍである。
【００９２】
キャリアガス供給管８１の先端８１１は、下流部２１７内に配置されている。より具体的には、キャリアガス供給管８１の先端８１１は、炉心管２１の下方Ｃ２の端部２１３から０．２Ｌl［ｍｍ］以内の位置に配置されている。
【００９３】
また、原料ガス供給管７１の先端７１１は、中間部２１６内に配置されている。より具体的には、本例の原料ガス供給管７１の先端７１１は、中間部２１６と下流部２１７との境界２１８から０．２Ｌm［ｍｍ］以内の位置に配置されている。また、原料ガス供給管７１の先端７１１は、キャリアガス供給管８１の先端８１１から軸心Ｃに沿う方向に０．８Ｌl［ｍｍ］以上離れた位置に配置されている。その他は実施例２と同様である。
【００９４】
本例の炉心管２１は、軸心Ｃに沿う方向における上方Ｃ１に位置する上流部２１５と、下方Ｃ２に位置する下流部２１７と、上流部２１５と下流部２１７との間に位置する中間部２１６とを有している。炉心管加熱部２１４は、中間部２１６の径方向外方に配置されている。また、キャリアガス供給管８１の先端８１１は、下流部２１７内に配置されている。
【００９５】
更に、本例のキャリアガス供給管８１の先端８１１は、軸心Ｃに沿う方向における下流部２１７の長さをＬl［ｍｍ］とした場合に、炉心管２１の下方Ｃ２の端部２１３から０．２Ｌl［ｍｍ］以内の位置に配置されている。キャリアガス供給管８１の先端８１１の位置を前記特定の範囲とすることにより、キャリアガスが中間部２１６に到達するまでの間にキャリアガスを炉心管２１の径方向外方に広げることができる。
【００９６】
これらの結果、本例の加熱炉１０３は、炉心管２１内における中間部２１６から上流部２１５までの範囲に亘って前述したガスの流れをより確実に形成することができる。その結果、熱分解ガスの下方Ｃ２への逆流をより効果的に抑制することができる。
【００９７】
また、原料ガス供給管７１の先端は、中間部２１６内に配置されている。そのため、炉心管２１内に供給された原料ガスを速やかに熱分解することができる。その結果、熱分解ガス中のタールの含有量をより低減することができる。
【００９８】
従って、本例の加熱炉１０３は、排気管３の壁面へのタールの付着をより効果的に抑制し、熱ＣＶＤ法による表面被覆処理を従来よりも長時間にわたって連続して行うことができる。更に、本例の加熱炉１０３は、処理済み材の表面に形成される堆積膜の量をより多くするとともに、堆積膜の量のバラつきを抑制することができる。その他、本例の加熱炉１０３は、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。
【００９９】
（実施例４）
本例は、キャリアガスＧ１が炉心管２１の径方向外方に吹き出されるように構成された炉体部２０４を有する加熱炉１０４の例である。本例の加熱炉１０４においては、図６に示すように、キャリアガス供給管８２の先端８２１が、下流部２１７における中間部２１６との境界２１８の近傍に配置されている。また、キャリアガス供給管８２は、図７に示すように、その先端部における側周面８２２に、キャリアガスＧ１が吹き出される吹き出し口８２３を有している。本例のキャリアガス供給管８２は、吹き出し口８２３から炉心管２１の径方向外方に向けてキャリアガスＧ１を吹き出すことができる。
【０１００】
キャリアガス供給管８２の吹き出し口８２３は、軸心Ｃに沿う方向における下流部２１７の長さをＬl［ｍｍ］とした場合に、中間部２１６と下流部２１７との境界２１８から０．２Ｌl［ｍｍ］以内の位置に配置されている。その他は実施例３と同様である。
【０１０１】
本例のように、キャリアガスＧ１を吹き出し口８２３から炉心管２１の径方向外方に吹き出すことにより、炉心管２１内を逆流しようとする熱分解ガスＧ２の流れを遮断し、熱分解ガスの下方Ｃ２への逆流をより効果的に抑制することができる。これにより、熱分解ガスＧ２中のタールの含有量をより低減することができる。
【０１０２】
また、キャリアガスＧ１を吹き出し口８２３から炉心管２１の径方向外方に吹き出すことにより、キャリアガスＧ１を上方Ｃ１に吹き出す場合に比べて少量のガスにより熱分解ガスＧ２の逆流を抑制することができる。その結果、炉心管２１内に供給される原料ガスの濃度をより高くし、処理済み材の表面に形成される堆積膜の量をより多くすることができる。
【０１０３】
また、キャリアガス供給管８２の吹き出し口８２３は、軸心Ｃに沿う方向における下流部２１７の長さをＬl［ｍｍ］とした場合に、中間部２１６と下流部２１７との境界２１８から０．２Ｌl［ｍｍ］以内の位置に配置されている。本例のようにキャリアガス供給管８２の側周面８２２に吹き出し口８２３が設けられている場合には、吹き出し口８２３を中間部２１６と下流部２１７との境界２１８の近傍に設けることにより、熱分解ガスＧ２が下流部２１７の内壁面に接触することをより効果的に抑制することができる。その結果、熱分解ガスＧ２中のタールの含有量をより低減し、排気管３の壁面へのタールの付着をより効果的に抑制することができる。
【０１０４】
その他、本例の加熱炉１０４は、実施例３と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０５】
本発明に係る加熱炉の態様は、実施例１〜４に示した態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。例えば、実施例２〜４には、炉心管２１の内壁面に羽根を有さない加熱炉１０２〜１０４の例を示したが、炉心管２１の内壁面に、炉心管２１の回動に伴って粉末を掻き上げる掻き上げ羽根を設けてもよい。この場合には、被処理材を攪拌しながら熱分解ガスと接触させることができるため、処理済み材の表面に形成される堆積膜の量のバラつきをより低減することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１０２、１０３、１０４  加熱炉
２、２０２、２０３、２０４  炉体部
３  排気管
３３  耐熱管部
３３３  耐熱管加熱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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