(57)【要約】【課題】ランニングコストが抑えられ、縦型炉内を流れる燃焼排ガスの偏流を抑制して、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる粉体製造装置を提供する。また、粉体の熱履歴が均一になる処理空間に粉体を投射できる粉体製造装置を提供する。【解決手段】第１の原料噴出ノズル列４４を構成する各原料噴出ノズル４ａは、それぞれ等しいピッチ角で配列されている。第２の原料噴出ノズル列４６を構成する各原料噴出ノズル４ｂは、第１の原料噴出ノズル列４４を構成する各原料噴出ノズル４ａよりも小さなピッチ角で配列されている。第１の原料噴出ノズル列４４と第２の原料噴出ノズル列４６は、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列されており、それらで形成される間隙を燃焼排ガスの通路として形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に処理空間を形成する縦型炉と、
燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、
前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとからなり、
前記上部には、前記燃焼室の他端が前記縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている粉体製造装置において、
前記原料噴出ノズルは、前記炉頂部から上部空間内に均一に複数配置され、且つ前記上部に形成された前記燃焼排ガスの噴出口の軸心に対して直交する方向に配置されており、
さらに、前記原料噴出ノズルにおける前記縦型炉の内部に挿入する挿入長さは、前記噴出口の開口長さ以上の長さを有しており、
前記噴出口から前記縦型炉内に導入された前記燃焼排ガスを隣接する原料噴出ノズル間の間隙に流入させ、当該燃焼排ガスの流れ方向を変化させて前記縦型炉内の下流側に導くことを特徴とする粉体製造装置。
【請求項２】
前記炉頂部に配置される複数の原料噴出ノズルは、所定数の前記原料噴出ノズルからなる環状の原料噴出ノズル列を同軸上に少なくとも１列以上配置したものであり、
同列上で隣接する前記原料噴出ノズルのピッチ角が等しく且つ、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列した請求項１に記載の粉体製造装置。
【請求項３】
前記噴出口から前記複数の原料噴出ノズルに流入する直前の前記燃焼排ガスの圧力をＰ１、前記複数の原料噴出ノズルを通過後の前記燃焼排ガスの圧力をＰ２としたとき、前記燃焼排ガスの差圧Ｐ１−Ｐ２が５ｍｍＨ２Ｏから３０ｍｍＨ２０となるように前記隣接する原料噴出ノズル間の間隙を設定する請求項１又は請求項２に記載の粉体製造装置。
【請求項４】
前記噴出口と前記上部との接合部分における内縁下部は、面取りされている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粉体製造装置。
【請求項５】
前記面取りを施す領域は、前記内縁下部の中央部を大きくし、前記内縁下部の両端に近づくに従って小さくする請求項４に記載の粉体製造装置。
【請求項６】
前記原料噴出ノズルの下端から、前記隣接する原料噴出ノズルから噴出される噴流の交差部までの距離をＬ、隣接する原料噴出ノズルの中心間距離をＰ、原料噴出ノズルのノズル孔径をｄ、原料噴出ノズルから噴出される原料の噴流角度をθとしたとき、それぞれの関係が、Ｌ＝{（Ｐ−ｄ）／２｝／（ｔａｎθ／２）［ｍｍ］を満たすものであり、
前記距離Ｌの位置における原料の温度が、原料が乾燥粉体の場合は凝集しない温度以上、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上となる前記Ｐを定める請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の粉体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料粉体の高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理を行う加熱方法としては、一定容量の容器に粉体を充填して電気炉やキルンで加熱する静置型加熱方法、高温の燃焼排ガス中に原料粉体を直接投射し、高温の処理空間で原料粉体を加熱する浮遊型加熱方法が知られている。
【０００３】
静置型加熱方法を採用した装置の一例として、粉体が充填された匣鉢と呼ばれるセラミック製の容器をローラ上に戴置し、該ローラで匣鉢を搬送しながら所定の温度に加熱するローラハースキルンが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、浮遊型加熱方法を採用した装置の一例として、内部に処理空間を形成する縦型炉と、燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとから構成された粉体製造装置が公知である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
この粉体製造装置の縦型炉の上部には、燃焼室の他端が縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されており、縦型炉内に導入された燃焼排ガスの流れ方向を９０度変化させて当該燃焼排ガスを本体内の下流側に導く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実用新案登録第３１７３３７４号公報
【特許文献２】特開２０１２−３５２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、熱容量の大きいセラミック製の匣鉢内の原料粉体を加熱するため、匣鉢内の原料粉体が均一加熱温度になるまで約３０分〜数時間の加熱時間を要する。また、セラミック製の匣鉢は、急激な加熱・冷却を行うと、表面と内部との熱膨張差による応力割れ（熱的スポーリング）が発生する。このため、緩やかに加熱・冷却する必要があり、結果的に処理時間が長くなる。いずれにせよ、特許文献１では、ランニングコストが高くなるという問題がある。それに加えて、炉内の耐火材等の不純物が匣鉢内に混入する懸念もある。
【０００８】
特許文献２は、個々の原料粒子が高温の処理空間内に分散されて加熱するため、原料粉体の加熱時間は数秒であり、特許文献１に記載の加熱方法と比較して非常に短くなる。また、特許文献２は、原料粉体を浮遊状態で処理するため、原料粉体と炉内の耐火材との接触が少なく、特許文献１のように不純物の混入の懸念もない。
【０００９】
その反面、特許文献２は、例えば、縦型炉のスケールアップに伴って炉の容積が大きくなった場合、その構造上、縦型炉内を流れる燃焼排ガスに偏流が生じやすくなり、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱することが困難であり、粉体の熱履歴が均一にならないという問題点を有している。
【００１０】
また、高温の処理空間内の温度分布は均一ではなく、原料粉体の粒子が高温の処理空間中のどの場所を通過するかによって個々の粒子が受ける熱履歴が均一にならないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、ランニングコストが抑えられ、縦型炉内を流れる燃焼排ガスの偏流を抑制して、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる粉体製造装置を提供することを第１の目的とする。また、本発明の他の目的は、粉体の熱履歴が均一になる処理空間に粉体を投射できる粉体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の粉体製造装置は、内部に処理空間を形成する縦型炉と、燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとからなり、前記上部には、前記燃焼室の他端が前記縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている粉体製造装置において、前記原料噴出ノズルは、前記炉頂部から上部空間内に均一に複数配置され、且つ前記上部に形成された前記燃焼排ガスの噴出口の軸心に対して直交する方向に配置されており、さらに、前記原料噴出ノズルにおける前記縦型炉の内部に挿入する挿入長さは、前記噴出口の開口長さ以上の長さを有しており、前記噴出口から前記縦型炉内に導入された前記燃焼排ガスを隣接する原料噴出ノズル間の間隙に流入させ、当該燃焼排ガスの流れ方向を変化させて前記縦型炉内の下流側に導くことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、炉頂部から上部空間内に均一に複数配置された隣接する原料噴出ノズル間の間隙に燃焼排ガスを流入させて、縦型炉内の下流側に燃焼排ガスを導くので、複数の原料噴出ノズルが整流手段として機能する。このため、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる。また、縦型炉のスケールアップに伴って炉の容積が大きくなった場合でも、粉体の熱履歴を均一にできる。
【００１４】
前記炉頂部に配置される複数の原料噴出ノズルは、所定数の前記原料噴出ノズルからなる環状の原料噴出ノズル列を同軸上に少なくとも１列以上配置したものであり、同列上で隣接する前記原料噴出ノズルのピッチ角が等しく且つ、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列することが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、燃焼排ガスは、複数の原料噴出ノズル列を構成する各原料噴出ノズルで形成される間隙に均等に流入するので、複数の原料噴出ノズルが配置されている炉内空間において燃焼排ガスが整流される。
【００１６】
前記噴出口から前記複数の原料ノズルに流入する直前の前記燃焼排ガスの圧力をＰ１、前記複数の原料ノズルを通過後の前記燃焼排ガスの圧力をＰ２としたとき、前記燃焼排ガスの差圧Ｐ１−Ｐ２が５ｍｍＨ２Ｏから３０ｍｍＨ２０となるように前記隣接する原料噴出ノズル間の間隙を設定することが好ましい。この構成によると、複数の原料噴出ノズルの隣接するノズル間の間隙が適切に設定でき、複数の原料噴出ノズルが適切な整流手段として機能する。
【００１７】
前記噴出口と前記上部との接合部分における内縁下部は、面取りされていることが好ましい。この構成によれば、噴出口の角部の近傍で発生する渦流が軽減される結果、燃焼排ガスの速度分布が略均等になり、燃焼排ガスの整流効果が向上する。
【００１８】
前記面取りを施す領域は、前記内縁下部の中央部を大きくし、前記内縁下部の両端に近づくに従って小さくしてもよい。この構成によると、噴出口を通過する燃焼排ガスの速度は噴出口における内縁下部の中央部が速く、縦型炉内の壁面と接合する前記噴出口の両端角部に近づくに従って次第に速度が低下するので、流速の速い中央部の面取りを大きくすれば、そこで発生する渦流が更に軽減される結果、燃焼排ガスの速度分布が均等になり、燃焼排ガスの整流効果が更に向上する。
【００１９】
前記原料噴出ノズルの下端から、前記隣接する原料噴出ノズルから噴出される噴流の交差部までの距離をＬ、隣接する原料噴出ノズルの中心間距離をＰ、原料噴出ノズルのノズル孔径をｄ、原料噴出ノズルから噴出される原料の噴流角度をθとしたとき、それぞれの関係が、Ｌ＝{（Ｐ−ｄ）／２｝／（ｔａｎθ／２）［ｍｍ］を満たすものであり、前記距離Ｌの位置における原料の温度が、原料が乾燥粉体の場合は凝集しない温度以上、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上となる前記Ｐを定めることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、縦型炉の処理空間の中で、高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理が促進される高温の領域に原料粉体の粒子を通過させることができる。その結果、原料粉体の個々の粒子が受ける熱履歴を均一にできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ランニングコストが抑えられ、縦型炉内を流れる燃焼排ガスの偏流を抑制して、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる粉体製造装置を提供できる。更に、粉体の熱履歴が均一になる処理空間に粉体を投射できる粉体製造装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る粉体製造装置の側断面図、（ｂ）は噴出口の面取り形状を示す平面図である。
【図２】（ａ）は原料噴出ノズルの断面図、（ｂ）は下端のセラミックファイバーを大径にした原料噴出ノズルを示す図である。
【図３】図１（ａ）におけるＡ方向から見た縦型炉の炉頂部の平面図である。
【図４】図１（ａ）における縦型炉のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】（ａ）は縦型炉内に形成された燃焼排ガスの噴出口の角部に面取りを施していない場合における原料噴出ノズルの下端近傍の燃焼排ガスの速度分布をシミュレーションした図、（ｂ）は噴出口の角部に面取りを施した場合における原料噴出ノズルの下端近傍の燃焼排ガスの速度分布をシミュレーションした図である。
【図６】（ａ）は縦型炉内に形成された燃焼排ガスの噴出口の角部に面取りを施していない場合における縦型炉内中央部の燃焼排ガスの速度分布をシミュレーションした図、（ｂ）は噴出口の角部に面取りを施した場合における縦型炉内中央部の燃焼排ガスの速度分布をシミュレーションした図である。
【図７】原料噴出ノズルの下端から、隣接する原料噴出ノズルから噴出される噴流の交差部までの距離Ｌを説明する概略図である。（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は本発明例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の第１の実施形態に係る粉体製造装置について、添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、方向や位置を表す用語（例えば、「一端」や「他端」、「上流」や「下流」等）を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、粉体製造装置１は、直立円筒状の縦型炉２と、横型円筒状の燃焼装置３と、縦型炉２の炉頂部２０に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内２に原料を噴出する原料噴出ノズル４とを有する。
【００２５】
縦型炉２は、上部２２の上端に位置する炉頂部２０と、上部２２から円錐状に拡径した本体部２４を有している。縦型炉２には、断熱材２６が内張りされており、内部に原料粉体を高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理ための処理空間２８を形成している。
【００２６】
図１に示すように、燃焼装置３は、断熱材３０が内張りされた燃焼室３２を有する。燃焼室３２は一端にバーナ３４を有し、他端は円錐状に縮径している。図示するように、上部２２には、燃焼室３２の他端が縦型炉２の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている。上部２２の壁面２６０には噴出口３６（図１（ｂ）参照）が形成されており、当該噴出口３６を介して縦型炉２内と燃焼室３２が連通している。
【００２７】
バーナ３４により生成された燃焼生成ガスは、燃焼室３２の外周部に設けられた空気供給口３８から流入する空気と混合して適切な温度に調整された高温の燃焼排ガス３００となり、噴出口３６を介して縦型炉２内に導入され、本体部２４内の下流側に導かれる。
【００２８】
バーナ３４は、例えば、都市ガス１３Ａ、プロパンガス、又はブタンガス等の気体燃料と燃焼用空気とを任意の空気比で燃焼できるものが好ましい。燃料は、気体燃料のほか、液体燃料、固体燃料のいずれであってもよい。
【００２９】
本実施の形態では、バーナ３４で生成された燃焼生成ガスに空気を混合した燃焼排ガス３００を縦型炉２内に導入しているが、これに限らず、燃料の理論燃焼空気量の例えば、１．０５〜８倍の過剰な燃焼用空気量で燃焼可能なバーナで生成される燃焼生成ガスを縦型炉２内に直接導入してもよい。そのようなバーナを用いることで、燃焼装置３の構造を簡略化できる。
【００３０】
図２に示すように、原料噴出ノズル４は、乾燥状態の原料粉体、又はスラリー状の原料粉体が内部を流通する長軸ノズル４０を有する。長軸ノズル４０の一端側（上端側）には、矩形のフランジ４２が貫通して設けられている。
【００３１】
また、フランジ４２の下面側であって長軸ノズル４０外周部には、リブ４２２が円周方向に等間隔（例えば９０°）で固着されている。このリブ４２２で長軸ノズル４０の外周部とフランジ４２の下面を固定することにより、長軸ノズル４０の撓みを防止している。
【００３２】
長軸ノズル４０の他端側（下端側）の外周部には、円錐台状のセラミックファイバー４００が外装されている。円錐台状のセラミックファイバー４００は、長軸ノズル４０の他端側（下端側）の近傍に設けられた２つの金属製リング４０２によって脱落が防止されている。
【００３３】
フランジ４２の下面から円錐台状のセラミックファイバー４００の底面４０４までの領域には、底面４０４の直径と略等しい外径であって所定厚みを有するドーナツ状のセラミックファイバー４０６が厚み方向に多数積層されている。それらのセラミックファイバー４０６は、長軸ノズル４０の外周部に所定の間隔で設けられた金属製リング４０８で自重による緩み、脱落を防止している。
【００３４】
上述のように構成された原料噴出ノズル４は、原料粉体が流通する長軸ノズル４０内部の温度を所定温度に保持できる。また、長軸ノズル４０の外周部を冷却媒体が流通する多重管構成とする必要がないので、原料噴出ノズル４の製造が容易になる。
【００３５】
次に、縦型炉２の炉頂部２０に配置される原料噴出ノズル４について説明する。図１（ａ）、図３、及び図４に示すように、炉頂部２０には、中心２００から合計２４本の原料噴出ノズル４ａ，４ｂが放射状に設けられている。
【００３６】
合計２４本の原料噴出ノズル４は、炉頂部２０から上部２２の空間内に均一になるよう放射状に配置されている。複数の原料噴出ノズル４の配置は、炉頂部２０から上部２２の空間内に均一に配置できれば放射状に限定されない。複数の原料噴出ノズル４を例えば、格子状、網目状に配置することも可能である。なお、放射状に配置する場合、中心２００にも原料噴出ノズル４を配置してもよいが、そうすると中心２００付近の燃焼排ガスの流速が不均一になる傾向を示すため、図３に示したように、中心２００には原料噴出ノズル４を配置しない方が好ましい。
【００３７】
図４に示すように、原料噴出ノズル４は、噴出口３６の軸心に対して直交する方向に配置されている。図示するように、原料噴出ノズル４ａ，４ｂにおける縦型炉２の内部に挿入する挿入長さＨ１は、噴出口３６の開口長さＨ２以上の長さを有している。ここで、「挿入長さ」とは、炉頂部２０の底面から原料噴出ノズル４の下端までの寸法を意味し、「噴出口３６の開口長さ」とは、噴出口３６の開口形状が例えば矩形の場合においては、炉頂部２０の底面から長辺又は短辺の下端までの寸法であり、噴出口３６の開口形状が例えば円形の場合においては、炉頂部２０の底面から円の下端までの寸法を意味する。
【００３８】
図３に戻り、炉頂部２０には、中心２００に対して、８本の原料噴出ノズル４ａからなる環状の第１の原料噴出ノズル列４４が配列されていると共に、第１の原料噴出ノズル列４４の外側に１６本の原料噴出ノズル４ｂからなる環状の第２の原料噴出ノズル列４６が同軸上に配列されている。
【００３９】
また、第１の原料噴出ノズル列４４を構成する各原料噴出ノズル４ａは、それぞれ等しいピッチ角で配列されている。第２の原料噴出ノズル列４６を構成する各原料噴出ノズル４ｂは、第１の原料噴出ノズル列４４を構成する各原料噴出ノズル４ａよりも小さなピッチ角で配列されている。図示するように、第１の原料噴出ノズル列４４と第２の原料噴出ノズル列４６は、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列されており、各原料噴出ノズル４ａと各原料噴出ノズル４ｂとで形成される間隙を燃焼排ガスの通路（図示せず）として形成している。
【００４０】
このため、燃焼排ガスは、各原料噴出ノズル４ａと各原料噴出ノズル４ｂとで形成される間隙に均等に流入するので、複数の原料噴出ノズルが配置されている炉内空間において燃焼排ガスが整流される。
【００４１】
本発明の第１の実施形態に係る粉体製造装置１は、上述のように構成されているため、第１、２の原料噴出ノズル列４４，４６を構成する各原料噴出ノズル４ａ，４ｂとで形成される間隙が燃焼排ガスの整流手段として機能する結果、浮遊状態で縦型炉２内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる。また、縦型炉２のスケールアップに伴って炉の容積が大きくなった場合でも、粉体の熱履歴を均一にできる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、２４本の原料噴出ノズル４を炉頂部２０に配置する例を説明したが、これに限定するものではない。粉体製造装置１の処理能力（例えば、燃焼排ガス３００の流量、縦型炉２の容積等）に応じて炉頂部２０に配置される原料噴出ノズル４の本数を適宜に変更し、隣接する原料噴出ノズル４間の間隙を燃焼排ガスの通路として形成すればよい。
【００４３】
原料噴出ノズル４の本数、即ち、隣接する原料噴出ノズル４間の間隙の形成は、噴出口３６から複数の原料噴出ノズル４に流入する直前の燃焼排ガス３００の圧力と、複数の原料噴出ノズル４を通過後（即ち、複数の原料噴出ノズル４の下流側）の燃焼排ガス３００の圧力との差圧を５ｍｍＨ２Ｏから３０ｍｍＨ２０となるように隣接する原料噴出ノズル４間の間隙を設定することで実現できる（図１（ａ）参照）。
【００４４】
上述の差圧の下限値である５ｍｍＨ２Ｏを下回ると、整流効果が得られない。逆に、上限値の３０ｍｍＨ２Ｏを上回ると、炉圧が高くなる結果、炉気が炉外に漏洩するのを防ぐ耐圧シールの構造が複雑化すると共に、設備全体のコストが高くなる。このように、差圧を５ｍｍＨ２Ｏから３０ｍｍＨ２０の範囲内に設定すれば、設備全体がコストアップすることなく、燃焼排ガス３００を整流できる。
【００４５】
なお、図２（ｂ）に示すように、原料噴出ノズル４の下端の円錐台状のセラミックファイバー４００のみを大径にし、差圧を５ｍｍＨ２Ｏから３０ｍｍＨ２０の範囲内に設定することも可能である。このようにすれば、複数の原料噴出ノズル４の下端から上流側の空間（噴出口３６と対向する空間）の内圧が高まる。その結果、隣接する原料噴出ノズル４間の間隙から燃焼排ガス３００を均等に流出させることができる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る粉体製造装置を説明する。図１（ａ）に示すように、第２の実施形態に係る粉体製造装置１は、噴出口３６から縦型炉２内に流入した燃焼排ガス３００の流れ方向が当該縦型炉２内で９０度変化する曲がり部の内側と対向する領域を面取りする面取り部３６２を有している。
【００４７】
詳しく説明すると、面取り部３６２は、噴出口３６と上部２２との接合部分における内縁下部３６０に形成されている。その他の構成については、第１の実施形態で説明した粉体製造装置１と同じであるので、ここでの再度の説明は省略する。
【００４８】
このように、噴出口３６と上部２２との接合部分における内縁下部３６０に形成することにより、その領域の近傍で発生する渦流が軽減される。その結果、縦型炉２内に流入する燃焼排ガス３００の速度分布が略均等になり、燃焼排ガスの整流効果が向上する。
【００４９】
図１（ｂ）に示すように、面取り部３６２において面取りを施す領域は、内縁下部３６０の中央部３６４を大きくし、当該内縁下部３６０の両端３６６に近づくに従って小さくする（平面視で三日月状）ことが整流効果をより向上させるうえで好ましい。
【００５０】
通常、噴出口３６の内縁下部３６０を通過する燃焼排ガス３００の速度は、中央部３６４が速く、縦型炉２内の壁面２６０と接合点である両端３６６に近づくに従って次第に速度が低下するので、流速の速い中央部３６４の面取りを大きくすれば、そこで発生する渦流が更に軽減される。その結果、縦型炉２内に流入する燃焼排ガス３００の速度分布が均等になり、燃焼排ガス３００の整流効果が更に向上する。
【００５１】
図５、図６は、縦型炉２を縦割りにし、燃焼排ガス３００の流量が１００００ｍ３Ｎ／ｈ、燃焼排ガス３００の温度が１２００℃の条件において、原料噴出ノズル４の下端近傍領域２８０、及び縦型炉２内中央部の領域２８２での径方向の流速分布をシミュレーションした図を示す。図５（ａ）、図６（ａ）は面取り部３６２が無い場合（比較例）を示し、図５（ｂ）、図６（ｂ）は面取り部３６２が有りの場合（本発明例）を示す。図において、太い矢印は速度の速い燃焼排ガス３００の流速分布を示す。
【００５２】
図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、比較例では、原料噴出ノズル４の下端近傍領域２８０、及び縦型炉２内中央部の領域２８２で燃焼排ガス３００の速度が速くなる傾向を示した。
【００５３】
一方、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、本発明例の場合、原料噴出ノズル４の下端近傍領域２８０、及び縦型炉２内中央部の領域２８２において、燃焼排ガス３００の速度が略均等になっているという結果が得られた。このように、面取り部３６２を有することで燃焼排ガス３００の整流効果が向上することが理解できる。
【００５４】
本発明の第３の実施形態に係る粉体製造装置に説明する。図７（ａ）に示すように、各原料噴出ノズル４には、当該原料噴出ノズル４から噴出される原料の噴流角度θを有している。各原料噴出ノズル４は近接して配置されているため、縦型炉（図示せず）の処理空間２８において、噴流４８０が交差する交差部４８２が必ず形成される。
【００５５】
交差部４８２が形成される処理空間２８が高温の領域（原料が乾燥粉体の場合は焼成温度以上、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上の領域）であれば、原料粉体は問題なく高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理される。
【００５６】
しかし、図７（ａ）に示すように、隣接する原料噴出ノズル４の中心間距離Ｐが適切でないと、高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理が促進される処理空間２８の手前の領域（原料が乾燥粉体の場合は焼成温度以下、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以下の領域）で交差部４８２が形成されてしまう。そのような領域で交差部４８２が形成されると、原料が乾燥粉体の場合は粉体の粒子が凝集し、粉体が密着した内側と外側とで反応が遅れるため、製品が不揃いになる。また、原料がスラリー状の粉体の場合は液滴が衝突して大きな粒子と小さな粒子が混在した製品になる。
【００５７】
そこで、発明者らは、鋭意検討した結果、図７（ｂ）に示すように、原料噴出ノズル４の下端から、噴流４８０の交差部４８２までの距離をＬ、隣接する原料噴出ノズル４の中心間距離をＰ、原料噴出ノズル４のノズル孔径をｄ、原料噴出ノズル４から噴出される原料の噴流角度をθとしたとき、それぞれの関係が、Ｌ＝{（Ｐ−ｄ）／２｝／（ｔａｎθ／２）［ｍｍ］を満たし、この距離Ｌの位置における原料の温度が、原料が乾燥粉体の場合は凝集しない温度以上、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上となる原料噴出ノズル４の中心間距離Ｐであることを知見した。上述の距離Ｌは、原料噴出ノズル４の近傍の燃焼排ガス３００の温度、流量、炉内圧力等の条件から、発明者らの実験、及び実験データの解析から得られたものである。
【００５８】
このように、本発明の第３の実施形態に係る粉体製造装置によれば、粉体の熱履歴が均一になる処理空間２８に粉体を投射できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る粉体製造装置は、機能材微粉末の熱処理分解又は焼成処理、複合酸化物粉末の合成処理、ガラス等のセラミックス粉末の球状化処理又は発泡化処理するのに有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  粉体製造装置、２  縦型炉、３  燃焼装置、４，４ａ，４ｂ  原料噴出ノズル、２０  炉頂部、２２  上部、２４  本体部、２８  処理空間、３２  燃焼室、３４  バーナ、３６  噴出口、４４  第１の原料噴出ノズル列、４６  第２の原料噴出ノズル列、３００  燃焼排ガス、３６０  内縁下部、３６２  面取り部、４００，４０６  セラミックファイバー、４８０  噴流、４８２  交差部
【図１】
2015077545.tif 000003
【図２】
2015077545.tif 000004
【図３】
2015077545.tif 000005
【図４】
2015077545.tif 000006
【図５】
2015077545.tif 000007
【図６】
2015077545.tif 000008
【図７】
2015077545.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月23日(2014.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に処理空間を形成する縦型炉と、
燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、
前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとからなり、
前記上部には、前記燃焼室の他端が前記縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている粉体製造装置において、
前記原料噴出ノズルは、多数の原料噴出ノズルで構成されており、
前記多数の原料噴出ノズルは、前記燃焼排ガスの噴流が隣接する原料噴出ノズル間の間隙を流通する際に、所定の流通抵抗が付与されるよう前記炉頂部から上部空間内に均一に配置され、且つ前記上部に形成された前記燃焼排ガスの噴出口の軸心に対して直交する方向に配置されており、
さらに、前記多数の原料噴出ノズルにおける前記縦型炉の内部に挿入する挿入長さは、前記噴出口の開口長さ以上の長さを有しており、
前記噴出口は、当該噴出口から噴出される前記燃焼排ガスの噴流が前記多数の原料噴出ノズルの長手方向の周壁に衝突する位置に設けられており、
前記噴出口から前記縦型炉内に導入された前記燃焼排ガスの噴流を前記間隙に流通させ、当該燃焼排ガスの流れ方向を変化させて前記縦型炉内の下流側に導くことを特徴とする粉体製造装置。
【請求項２】
前記多数の原料噴出ノズルは、所定数の原料噴出ノズルからなる環状の原料噴出ノズル列を同軸上に少なくとも２列以上配置したものであり、
同列上で隣接する原料噴出ノズルのピッチ角が等しく且つ、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列した請求項１に記載の粉体製造装置。
【請求項３】
前記噴出口から前記多数の原料噴出ノズルに流入する直前の前記燃焼排ガスの圧力をＰ１、前記多数の原料噴出ノズルを通過後の前記燃焼排ガスの圧力をＰ２としたとき、前記燃焼排ガスの差圧Ｐ１−Ｐ２が５ｍｍＨ２Ｏから３０ｍｍＨ２０となるように前記隣接する原料噴出ノズル間の間隙を設定する請求項１又は請求項２に記載の粉体製造装置。
【請求項４】
前記噴出口と前記上部との接合部分における内縁下部は、面取りされている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粉体製造装置。
【請求項５】
前記面取りを施す領域は、前記内縁下部の中央部を大きくし、前記内縁下部の両端に近づくに従って小さくする請求項４に記載の粉体製造装置。
【請求項６】
前記多数の原料噴出ノズルにおける前記隣接する各原料噴出ノズルの下端から噴出される噴流の交差部までの距離をＬ、前記隣接する原料噴出ノズルの中心間距離をＰ、前記各原料噴出ノズルのノズル孔径をｄ、前記各原料噴出ノズルから噴出される前記原料の噴流角度をθとしたとき、それぞれの関係が、Ｌ＝{（Ｐ−ｄ）／２｝／（ｔａｎθ／２）［ｍｍ］を満たすものであり、前記距離Ｌの位置における前記原料の温度が、当該原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上となる前記Ｐを定める請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の粉体製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の粉体製造装置は、内部に処理空間を形成する縦型炉と、燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとからなり、前記上部には、前記燃焼室の他端が前記縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている粉体製造装置において、前記原料噴出ノズルは、多数の原料噴出ノズルで構成されており、前記多数の原料噴出ノズルは、前記燃焼排ガスの噴流が隣接する原料噴出ノズル間の間隙を流通する際に、所定の流通抵抗が付与されるよう前記炉頂部から上部空間内に均一に配置され、且つ前記上部に形成された前記燃焼排ガスの噴出口の軸心に対して直交する方向に配置されており、さらに、前記多数の原料噴出ノズルにおける前記縦型炉の内部に挿入する挿入長さは、前記噴出口の開口長さ以上の長さを有しており、前記噴出口は、当該噴出口から噴出される前記燃焼排ガスの噴流が前記多数の原料噴出ノズルの長手方向の周壁に衝突する位置に設けられており、前記噴出口から前記縦型炉内に導入された前記燃焼排ガスの噴流を前記間隙に流通させ、当該燃焼排ガスの流れ方向を変化させて前記縦型炉内の下流側に導くことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この構成によれば、燃焼排ガスの噴流は、隣接する原料噴出ノズル間の間隙を流通する際に、所定の流通抵抗が付与されて縦型炉内の下流側に導かれる。即ち、上述の多数の原料噴出ノズルは整流手段として機能する。このため、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる。また、縦型炉のスケールアップに伴って炉の容積が大きくなった場合でも、粉体の熱履歴を均一にできる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記多数の原料噴出ノズルは、所定数の原料噴出ノズルからなる環状の原料噴出ノズル列を同軸上に少なくとも２列以上配置したものであり、同列上で隣接する原料噴出ノズルのピッチ角が等しく且つ、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列することが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
前記噴出口から前記多数の原料噴出ノズルに流入する直前の前記燃焼排ガスの圧力をＰ１、前記多数の原料噴出ノズルを通過後の前記燃焼排ガスの圧力をＰ２としたとき、前記燃焼排ガスの差圧Ｐ１−Ｐ２が５ｍｍＨ２Ｏから３０ｍｍＨ２０となるように前記隣接する原料噴出ノズル間の間隙を設定することが好ましい。この構成によると、多数の原料噴出ノズルの隣接するノズル間の間隙が適切に設定でき、多数の原料噴出ノズルが適切な整流手段として機能する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記多数の原料噴出ノズルにおける前記隣接する各原料噴出ノズルの下端から噴出される噴流の交差部までの距離をＬ、前記隣接する原料噴出ノズルの中心間距離をＰ、前記各原料噴出ノズルのノズル孔径をｄ、前記各原料噴出ノズルから噴出される前記原料の噴流角度をθとしたとき、それぞれの関係が、Ｌ＝{（Ｐ−ｄ）／２｝／（ｔａｎθ／２）［ｍｍ］を満たすものであり、前記距離Ｌの位置における前記原料の温度が、当該原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上となる前記Ｐを定めることが好ましい。