(57)【要約】【課題】この発明の目的は、安価で安定に極細気相成長炭素繊維を製造することのできる原料ガス供給ノズル装置を提供することにある。【解決手段】加熱された炉芯管の一端内部において開口するように配置されて、原料ガスを前記炉芯管内に供給する原料ガス供給ノズルを囲繞する外套管と前記原料ガス供給ノズルの外周壁面と前記外套管及び前記原料ガス供給ノズルの外周壁面の端部に形成された底面とで形成される有底環状の内部空間を有するジャケットと、このジャケット内に設けられたところの、前記底面に向けて冷却ガスを噴出する複数の冷却ガス吹出管とを備えて成ることを特徴とする原料供給ノズル装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された炉芯管の一端内部において開口するように配置されて、原料ガスを前記炉芯管内に供給する原料ガス供給ノズルを囲繞する外套管と前記原料ガス供給ノズルの外周壁面と前記外套管及び前記原料ガス供給ノズルの外周壁面の端部に形成された底面とで形成される有底環状の内部空間を有するジャケットと、
このジャケット内に設けられたところの、前記底面に向けて冷却ガスを噴出する複数の冷却ガス吹出管とを備えて成ることを特徴とする原料供給ノズル装置。
【請求項２】
前記ジャケットは、前記冷却ガス吹出管を、気密に、かつ、前記ジャケット及び前記冷却ガス吹出管の熱膨張による部材の伸縮を吸収可能に取り付ける取り付け部材を備えて成ることを特徴とする前記請求項１に記載の原料ガス供給ノズル装置。
【請求項３】
前記冷却ガス吹出管から吹き出され、ジャケットから排出される冷却ガスを回収して、冷却ガス吹出管に送り出す冷却ガス循環手段を備えて成ることを特徴とする前記請求項１又は２に記載の原料ガス供給ノズル装置。
【請求項４】
前記冷却ガス吹出管が、冷却ガスを常時に吹き出す冷却ガス常時吹出管と、温度調節用ガスを吹き出す温度調節用ガス吹出管とで形成されてなることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか一項に記載の原料ガス供給ノズル装置。
【請求項５】
前記ジャケットの外周を囲繞するように配置され、整流されたキャリヤーガスを炉芯管内に供給するガス整流装置を有して成る前記請求項１〜４の何れか一項に記載の原料ガス供給ノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は原料ガス供給ノズル装置に関し、さらに詳しくは、極細気相成長炭素繊維製造装置における炉芯管中の反応領域に、原料を均一で安定なガス状にして送り込むことができる極細気相成長炭素繊維製造装置用に適した原料ガス供給ノズル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来、気相成長炭素繊維を製造する装置として、古くは特公昭６２−４９３６３号公報に記載されている（特許文献１）。この特許公報に記載された気相成長炭素繊維を製造する装置は、水平に配置された反応管内で、気相反応により、気相成長炭素繊維を浮遊状態で形成することができるので、生産性の極めて高い装置であると、評価されている。なお、この特許文献１には、原料ガス供給ノズルを冷却する装置について、格別の開示が見あたらない。
【０００３】
上記公報に記載された気相成長炭素繊維を製造する装置に組み込まれたところの、反応管中に原料ガスを供給する原料導入管が特許第２９９９０４２号公報（特許文献２、特開平５−１７９５１４号公報）に記載されている。
【０００４】
同公報に記載された原料導入管は、気相法により炭素化合物から気相成長炭素繊維を製造する気相成長炭素繊維製造装置に組み込まれており、遷移金属化合物と炭化水素化合物とを含有する原料ガスを導入する内管と、前記原料ガスを遷移金属化合物の分解温度以下で、前記遷移金属化合物の凝縮温度以上の温度に調節する温度調節媒体を流通させる外套管とを有して成る。この原料導入管は、原料ガスを導入する内管２の外周に外套管３を有する。内管２の内部には、温度測定手段例えば熱電対４が設けられ、外套管３の内部には、水平に配置されることによって外套管３の内部を例えば上下に仕切り、しかも仕切り板の先端部が外套管３の先端部手前に位置することにより上下に仕切られた外套管３の内部空間を連通させる仕切り板５が設けられている。
【０００５】
しかしながら、この特許文献２に記載された原料導入管においては、冷却媒体の往路側と復路側とでは温度差が大きすぎ、原料ガスの温度を厳密に制御するのに適していず、部分的に原料の凝縮付着、乃至分解付着が原料ガス導入管の内壁に生じるという問題点があった。
【０００６】
特開平６−１４６１１６号公報に記載された気相成長炭素繊維の製造方法は、「原料導入口２より炭素供給源としてベンゼン蒸気を定常的に流し」、「触媒として例えば鉄の有機化合物・・・をベンゼンに溶解した溶液を定量パルスポンプ３より液パルスで打ち込み、反応器壁４に衝突させ」、「気相成長が始まり」、「ＶＧＣＦを回収する」という方法である（特許文献３）。この公報には、気相成長炭素繊維の製造方法を実施する装置において、炭素供給源及び触媒溶液を反応管中に供給するノズルにつき、その詳細な説明がない。
【０００７】
特開平７−１５０４１９号公報（特許文献４）に記載された気相成長炭素繊維の製造方法は、遷移金属又はその化合物を含む有機化合物をスプレーノズルで噴霧することにより、加熱された反応器壁面に炭素繊維を生成させる方法である。同公開公報に記載された気相成長炭素繊維の製造方法は、上記特許文献１に記載された気相中で浮遊状態で炭素繊維を生成させる方法とは全く異なり、一般に基板成長法とも称される炭素繊維の製造方法である。また、同公開公開に記載された製造装置に組み込まれた原料供給ノズルはスプレーノズルである。
【０００８】
この特許文献３及び４に記載された気相成長炭素繊維の製造装置においては、反応管内で原料液滴の蒸発を行うので、一部の蒸発不良品がそのまま反応管内における反応領域に運ばれ、その結果として、気相成長炭素繊維以外に粒状炭素が形成され、あるいは気相成長炭素繊維の収率が低下するという問題がある。さらに、反応管の一部温度低下により発生する対流によって、生成した繊維が反応管の内壁に付着してしまう。
【０００９】
最近、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーといった極細で炭素純度の高い気相成長炭素繊維が求められているのであるが、原料を液状で高温の反応管内に供給することを内容とする従来の原料供給装置では、反応管の内壁に付着した初期生成の炭素繊維が太さ成長を起こすので、良好な極細の気相成長炭素繊維を製造することができないのである。
【００１０】
また、本出願人は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバーと称される極細の気相成長炭素繊維を気相成長法により製造する装置を開示した文献として、特開２０００−１７８８３５号公報（特許文献５）、特開２０００−１７８８３８号公報（特許文献６）、特開２００１−７３２３１号公報（特許文献７）、特開２００１−８０９１３号公報（特許文献８）、特開２００１−１１５３４２号公報（特許文献９）等の提案を行って来た。
【００１１】
上記特許文献５に極細気相成長炭素繊維の製造装置の概略が図１及び図２に示されているが、原料ガス供給ノズルについての詳細な説明が見あたらない。
【００１２】
上記特許文献６に原料ガスを供給する手段として二重管のノズル２６が開示されている。その二重管のノズルにおいて、その内側管が原料ガス供給口であり、その内側管と外側管との間にノズル冷却用の窒素ガスが導入される。この窒素ガスは、縦型炉芯管の中には導入されずに、内側管と外側管との間に導入され、外部に導出される。
【００１３】
上記特許文献７においても、前記特許文献６において開示された二重管のノズルと同様の冷却ガス供給ノズルが、開示されている。
【００１４】
上記特許文献８には、前記特許文献６及び７で開示された製造装置が開示されてはいるものの、冷却ガス供給ノズルについての特に言及が見あたらない。
【００１５】
上記特許文献９には、極細気相成長炭素繊維の製造装置における原料ガス供給ノズルに装着された冷却ジャケットが開示されている。その冷却ジャケット１２は、冷却ガス導入口１３から冷却ガスが冷却ジャケット１２内に導入され、導入された冷却ガスは、原料ガス供給ノズル１０の外周に接触しつつ冷却ジャケット１２内を流通した後に冷却ガス排出口１３Ａから冷却ジャケット１２の外に出て行くように成っている。
【００１６】
しかしながら、今までのところ、極細気相成長炭素繊維の実生産が可能な製造装置において、安価で安定生産に適した原料供給ノズルは未だ完成をみていない。
【００１７】
【特許文献１】
特公昭６２−４９３６号公報、第８欄第７行〜第３９行、第１図及び第２図、
【特許文献２】
特許第２９９９０４２号公報、請求項２、［００１２］、［００１３］、図１及び図２
【特許文献３】
特開平６−１４６１１６号公報、特許請求の範囲、［００１４］、［００１５］、図１
【特許文献４】
特開平７−１５０４１９号公報、特許請求の範囲、［０００９］、図１及び図２
【特許文献５】
特開２０００−１７８８３５号公報、［００２４］、［００３０］、図１及び図２
【特許文献６】
特開２０００−１７８８３８号公報、［００２１］、［００４６］、図２
【特許文献７】
特開２００１−７３２３１号公報、［００３９］、［００４０］、図１及び図２
【特許文献８】
特開２００１−８０９１３号公報、［００６５］、図１
【特許文献９】
特開２００１−１１５３４２号公報、［００４４］、図１
この発明の目的は、安価で安定に極細気相成長炭素繊維を製造することのできる原料ガス供給ノズル装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段は、
加熱された炉芯管の一端内部において開口するように配置されて、原料ガスを前記炉芯管内に供給する原料ガス供給ノズルを囲繞する外套管と前記原料ガス供給ノズルの外周壁面と前記外套管及び前記原料ガス供給ノズルの外周壁面の端部に形成された底面とで形成される有底環状の内部空間を有するジャケットと、
このジャケット内に設けられたところの、前記底面に向けて冷却ガスを噴出する複数の冷却ガス吹出管とを備えて成ることを特徴とする原料供給ノズル装置であり、
前記原料ガス供給ノズル装置の好適な態様においては、前記ジャケットは、前記冷却ガス吹出管を、気密に、かつ、前記ジャケット及び前記冷却ガス吹出管の熱膨張による部材の伸縮を吸収可能に取り付ける取り付け部材を備えて成り、
前記原料ガス供給ノズル装置の好適な態様においては、前記冷却ガス吹出管から吹き出され、ジャケットから排出される冷却ガスを回収して、冷却ガス吹出管に送り出す冷却ガス循環手段を備えて成り、
前記原料ガス供給ノズル装置の好適な態様においては、前記冷却ガス吹出管が、冷却ガスを常時に吹き出す冷却ガス常時吹出管と、温度調節用ガスを吹き出す温度調節用ガス吹出管とで形成されて成り、
前記原料ガス供給ノズル装置の好適な態様においては、前記ジャケットの外周を囲繞するように配置され、整流されたキャリヤーガスを炉芯管内に供給するガス整流装置がさらに設けられて成る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施例を例示しながら、この発明について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は、この発明の一実施例である原料ガス供給ノズル装置を組み込んで成る極細気相成長炭素繊維製造装置の概要を示す説明図である。
【００２１】
この極細気相成長炭素繊維製造装置は、縦に配置されて成る縦型炉芯管と、この縦型炉心管の上部に配置されるとともに、縦型炉心管内部に、極細気相成長炭素繊維の形成原料となり得る炭素源ガス及び極細気相成長炭素繊維の生成を触発する触媒金属を生成する触媒金属源ガスを導入する原料ガス供給ノズルとを備え、前記原料ガス供給ノズルから炭素源ガス及び触媒金属源ガスを縦型炉芯管内に供給し、縦型炉心管内における、加熱手段により高温に加熱された領域で炭素源ガス及び触媒金属源ガスを分解し、浮遊状態のまま極細気相成長炭素繊維を生成させるように、形成されてなる。この極細気相成長炭素繊維製造装置の一例を図１に示す。
【００２２】
図１において、１は一例としての極細気相成長炭素繊維製造装置、２は炭素源及び触媒金属源例えば有機金属化合物の混合物を収容する原料タンク、３は原料タンク内の混合物を吸引吐出し、その流量を調節するポンプ、４は前記混合物を所定の温度に予熱する予熱器、５は予熱された混合物をさらに加熱することにより気化させて、送られて来た混合物と同じ組成のガスを生成させる加熱気化器、６は気化した混合物と共に流通させるキャリヤーガスの流量を調整する第１マスフローコントローラ、７はこの発明に係る極細気相成長炭素繊維製造装置における原料ガス供給ノズルに取り付けられたジャケットに供給される冷却ガス例えば空気又は窒素の流量を測定する流量計、８はキャリヤーガスの流量を調整する第２マスフローコントローラ、９は加熱された混合物のガスを所定温度に維持するヒートチューブ、１０は縦型炉芯管の頂部から内部に混合ガスを導入する円筒管状の原料ガス供給ノズル、１１は縦型炉芯管、１２は前記原料ガス供給ノズルを囲繞するジャケット、１３は冷却ガス排出管、１４はキャリヤーガス供給ノズル、１４Ａは前記キャリヤーガス供給ノズルの先端部に装着されたガス整流手段、１５は加熱手段である電気炉、１８は原料ガス供給ノズルにおける原料ガス供給口、１９は配管、２０は配管、２１はポンプから吐出された混合物を気化器に送り出す原料供給管、２２は配管、２３は配管、３０は排出手段、３１は排出管、３１Ａは排出管３１における開口部、３２は駆動気体噴出ノズル、３３はエジェクター管、４０は案内ガス供給手段、４１はガス均一供給槽、４２は案内ガス供給管、４３はフロー調整部である。
【００２３】
図２及び図３に示されるように、この発明の一実施例である原料ガス供給ノズル装置５０は、原料ガス供給ノズル１０と、ジャケット１２と、複数の冷却ガス吹出管５１とを有する。
【００２４】
この原料ガス供給ノズル１０は、円筒形をなし、下方に向かって開口する原料ガス供給口１８を備える。この原料ガス供給ノズル１０は、その原料ガス供給口１８が、縦型炉芯管１１の内部であって、縦型炉芯管１１の塔頂部から所定の長さのところに位置するように、縦型炉芯管１１の上部に装着されている。前記原料ガス供給口１８が位置する所定の長さのところは、縦型炉芯管１１において１０００〜１２００℃に加熱された反応領域と称される領域の上端部分である。
【００２５】
この原料ガス供給ノズル１０には、図１に示されるように、原料ガスを加熱しつつ原料ガス供給ノズル１０内に供給するヒートチューブ９が取り付けられる。このヒートチューブ９により原料ガスを高温、例えば１５０〜４５０℃に加熱するので、原料ガス供給ノズル１０内で原料ガスが液化乃至固化する等の不都合がなくなる。
【００２６】
図２に示されるように、ジャケット１２は、前記原料ガス供給ノズル１０を囲繞するように配置された円筒状の外套管５２と、この外套管５２の下端部と前記原料ガス供給ノズル１８の下端部とで形成される環状の開口部を閉鎖するようにこの外套管５２の下端部に装着された円環状の底面板５３とで、原料ガス供給ノズル１０の外壁面を囲繞する有底環状の内部空間５４を備える。
【００２７】
前記内部空間５４内には、図３に示されるように、この例においては、６個の冷却ガス吹出管５１が配置される。
【００２８】
図２に示されるように、この６個の冷却ガス吹出管５１は、いずれもその先端部が冷却ガス吹出管５１の軸線に直交する端面となるように切断されていても良く、好ましくは、前記軸線に対して斜（はす）の端面となるように切断され、換言すると、斜に切り欠かれて成る開口部５５を有する。冷却ガス吹出管５１の開口部５４が斜の開口を形成していると、その開口部５５から冷却ガスがジャケット１２内に広がった状態となって吹き出すことになるので、原料ガス供給ノズル１０及びジャケット１２を効率良く冷却することができ、また、この冷却ガス吹出管５１がジャケット１２内で万一に脱落しても脱落した前記開口部５５が底面板５３で閉塞される不都合が防止される。
【００２９】
この例においては、図３に示されるように、冷却ガス吹出管５１が、複数の冷却ガス常時吹出管５６と、複数の温度調節用ガス吹出管５７とで形成される。つまり、原料ガス供給ノズル１０の外壁面の周囲に等間隔をもって前記冷却ガス常時吹出管５６と温度調節用ガス吹出管５７とが交互に配設される。このように、複数の冷却ガス常時吹出管５６と複数の温度調節用ガス吹出管５７とが等間隔に交互に配設されていると、複数の冷却ガス常時吹出管５６と複数の温度調節用ガス吹出管５７とから吹き出される冷却ガスが扇状に広がり、底面板にあたって跳ね返る冷却ガスが更にジャケット内に広がるので、原料ガス供給ノズルの全体を均一に冷却することができる。
【００３０】
なお、図３においては、常時吹出管５６及び温度調節用吹出管５７どちらも原料供給ノズル１０の外壁面に部分熔接で固定されている様に描かれているが、原料ガス供給ノズル１０の全体を均一に冷却するという観点からすると、外套管５２の内壁及び原料ガス供給ノズル１０の外壁のいずれにも接触しないように、後述する取り付け部材で取り付けるのが好ましい。
【００３１】
また、前記冷却ガス常時吹出管５６の先端開口部及び温度調節用ガス吹出管５７の先端開口部は、軸線に対して直交する端面と成る開口部を有していてもよく、好適には、斜の開口部を形成している。斜の開口部の場合、軸線に対する切り口角度θを２０〜７０°、好ましくは３０〜６０°の範囲にするのが良い。さらに、前記冷却ガス常時吹出管５６の先端開口部及び温度調節用ガス吹出管５７の先端開口部の中心部（軸線に直交する端面の開口部では開口位置、斜の開口部では先端と切口終点との中間）を、底面板５３から０．３〜５ｃｍの高さ、好ましくは０．５〜４ｃｍの高さ、更に好ましくは１〜３ｃｍの高さに位置するように、配置するのが、好ましい。前記冷却ガス常時吹出管５６の先端開口部及び温度調節用ガス吹出管５７の先端開口部それぞれの最下端が前記高さに位置していると、前記先端開口部から噴出する冷却ガスが広がりながら底面板５３に当たって跳ね返る際に更に広がって、外套管５２内全体に充満することとなり、結局のところ、原料ガス供給ノズル１０全体を所望の温度に制御することができ、局部的な加熱を防止することができる。原料ガス供給ノズル１０全体を所望温度に制御することができることにより、生成する極細気相成長炭素繊維は、直径の揃った、煤などの不純物の少ない高品質となる。
【００３２】
このように冷却ガス常時吹出管５６と温度調節用ガス吹出管５７とを設置するのは、原料ガス供給口１８から噴出させる原料ガスの温度を精密に制御するためである。つまり、原料ガス供給ノズル１０内は、前述したように、一般的に、１５０〜４５０℃、好ましくは２５０〜４００℃に維持されるように、加熱されることが、好ましい。この原料ガス供給ノズル１０の原料ガス供給口１８が高温度の反応領域に臨んでいるので、原料ガス供給ノズル１０内は反応領域からの熱により加熱される。気相成長炭素繊維製造用の原料ガスは、通常、有機遷移金属化合物などの触媒金属源、有機硫黄化合物及び炭化水素などの炭素源と水素ガスとから成る。原料ガス供給ノズル１０内が過熱されると原料ガス供給ノズル１０内で前記原料ガスの一部の分解や重合反応が起こる。そのため、反応領域における気相成長炭素繊維生成反応が正常に進行せず、煤や異常に太い繊維が多量に生成し、良好な極細の気相成長炭素繊維を製造することができなくなる。
【００３３】
したがって、過熱を抑制するために原料ガス供給ノズル１０内を冷却する必要があるのであるが、冷却し過ぎると、原料ガス供給ノズル１０内の温度が低く成り過ぎてしまい、そうすると原料ガスの一部が凝縮して、液化ないし固化される。液化ないし固化が起こると、原料ガス組成が変化してしまう。したがって、原料ガス供給ノズル１０から予定した組成の以外の原料ガスが反応領域に供給されることになる。組成の異なる原料ガスが反応領域に供給されると、反応領域での原料ガスの分解が適正に行われなくなり、極細気相成長炭素繊維の生成不良、生成した気相成長炭素繊維の成長阻害、気相成長炭素繊維における結晶成長不良等が生じて極細気相成長炭素繊維を生成させることができなくなるのである。
【００３４】
それ故に、この発明の原料ガス供給ノズル装置においては、冷却ガス常時吹出管５６と温度調節用ガス吹出管５７とを併設し、しかも前記原料ガス供給ノズル１０の周囲に前記冷却ガス常時吹出管５６と温度調節用ガス吹出管５７とを交互に一巡するように配設するのが、好ましい。ここで言う交互とは、必ずしも１：１のみをいうのではなく、３：１あるいは１：２といった配設を含む。すなわち、常時吹出管３本毎に１本の温度調節用吹出管、あるいは常時吹出管１本毎に２本の温度調節用吹出管といった配設でも良い。それは、管の太さや冷却ガスの吹出量によって変わり得るからである。ランダムな配設ではなく、一定のピッチでの配設が重要である。
【００３５】
前記冷却ガス常時吹出管５６及び温度調節用ガス吹出管５７は、前記ジャケット１２に、気密に、かつ、前記ジャケット及び前記冷却ガス吹出管の熱膨張による部材の伸縮を吸収可能に取り付ける取り付け部材で、装着される。この取り付け部材は、耐熱性のある弾性部材例えば耐熱性ゴムで形成され、又は、気密性と伸縮性を有する構造体（例えばステンレスやアルミ製の蛇腹状管の溶接・接着）で形成することができる。この前記冷却ガス常時吹出管５６及び温度調節用ガス吹出管５７をジャケットに取り付ける取り付け部材の一例を図４に示す。図４に示されるように、ジャケット１２の上部開口部に冷却ガス常時吹出管５６及び温度調節用ガス吹出管５７を挿入することにより生じる上部開口部に生じる開口を封止する耐熱性ゴム５９により、取り付け部材が構成される。このような耐熱性ゴム５９で取り付け部材を構成すると、熱膨張による歪みが前記取り付け部材が吸収することができ、前記冷却ガス常時吹出管５６及び温度調節用ガス吹出管５７のジャケットからの脱落が防止されると共に、冷却ガスがジャケット１２の上部から漏出することも防止される。前記冷却ガス常時吹出管５６及び温度調節用ガス吹出管５７のジャケット１２に取り付ける部分が熱膨張による悪影響をさらに避けるには、ジャケット１２内に広がった冷却ガスを排出する排出口５９ａの位置を前記取り付け部材である耐熱性ゴム５９の取り付け位置から離隔しておくことが、好ましい。
【００３６】
もし、ジャケット１２の上部開口部の封止に弾性部材・伸縮性構造体を使用せず、熔接・接着など伸縮性のない部材・構造体を使用した場合、熱膨張による原料供給ノズル装置の歪みが、同装置の中で最も高温となる、底面板５３と外套管５２の熔接部か底面板５３と原料供給ノズル１０の熔接のいずれかで致命的破壊を引き起こす畏れがある。
【００３７】
好適な冷却ガス常時吹出管５６は、一定温度の冷却ガスが前記開口部５５から一定流量で吹き出すように、形成される。また好適な温度調節用ガス吹出管５７は、原料ガス供給ノズル１０内の温度が所望温度例えば１５０〜４５０℃の温度範囲内にある適宜の設定温度プラスマイナス１０℃以下に維持されるように、原料ガス供給ノズル１０内の温度に応じて温度調節用ガスが流通し、又は温度調節用ガスの吹き出しが停止するように形成される。
【００３８】
冷却ガス常時吹出管５６及び温度調節用ガス吹出管５７からは、窒素ガスまたは希ガス等の酸素無含有ガスを噴出させるのが、好ましい。気相成長炭素繊維を生成させる反応領域にはキャリヤーガスとして水素ガスが供給され、しかも反応領域は前記高温度に加熱されているので、したがって反応領域への酸素の混入は爆発等を誘発する原因になるので、安全面から、水素に対して不活性なガスが冷却ガス及び温度調節用ガスとして使用されることが望ましいのである。もっとも、冷却ガス常時吹出管５６及び温度調節用ガス吹出管５７から噴出させるガスは窒素ガスであることが、コスト面から、好適である。またこの窒素ガスは、水素ガス、及び原料ガスに対する安全生から、５％程度までの酸素含有を許容することができる。このことから、窒素ガス以外の酸素無含有ガスを冷却ガス及び温度調節用ガスとして採用する場合、５％迄の酸素含有をもって実質的に酸素無含有ガスと称することができる。
【００３９】
原料ガス供給ノズル１０内の具体的な温度調節は、温度調節用ガス吹出管５７と、原料ガス供給ノズル１０内に配設された、例えば熱電対、サーミスター等の温度測定手段５８と、この温度測定手段５８により測定された温度に応じて温度調節用ガス吹出管５７に冷却ガスを送り込む冷却ガス循環手段６０とで構成された温度微調整手段により、実行される。冷却ガス循環手段は、温度調節用ガス吹出管５７に一定流量の冷却ガスの送出（ｏｎ）及び送出停止（ｏｆｆ）を行うように、形成される。
【００４０】
この冷却ガス循環手段の一例を図５に示すことができる。この冷却ガス循環手段６０は、前記原料ガス供給ノズル５０における内部空間５４に導出されたガスを収容するところの、容積可変の緩衝貯留槽６１と、この緩衝貯留槽６１内に貯留されたガスを冷却する冷却手段例えばクーラ６２と、このクーラ６２で冷却されたガスを圧縮する圧縮機６３と、この圧縮機６３で４〜１０気圧に圧縮されたガスを貯留する高圧貯留槽６４と、この高圧貯留槽６４に貯留された圧縮ガスを前記原料ガス供給ノズル１０に送り込む流量調整装置６５とを有してなる。緩衝貯留槽６１は、容積を可変することができて前記冷却ガスを貯留することができる限り種々の構成を採用することができ、一例として膨張伸縮可能な材料で風船状に形成した貯留槽を挙げることができる。このような容積可変の緩衝貯留槽を採用することにより、原料ガス供給ノズル装置５０におけるジャケット１２の内部空間５４の圧力を低くし、しかも一定にすることができる。緩衝貯留槽６１内の圧力は、前記ジャケット１２の圧力とほぼ同じに、（大気圧より僅かに高い圧力）、例えば１気圧以下、好ましくは０．１気圧以下、更に好ましくは０．０００５〜０．０１気圧の範囲に制御するのが望ましい。
【００４１】
この緩衝貯留槽６１は、新鮮な冷却ガス例えば窒素ガスを供給する冷却ガス供給手段６６と余分の冷却ガスを排出する冷却ガス排出手段６７と緩衝貯留槽６１内の圧力を計測する圧力計６８とを備える。この圧力計６８により計測された緩衝貯留槽６１内の冷却ガス圧が所定の値よりも小さいときには、前記冷却ガス供給手段６６から新鮮な冷却ガスが緩衝貯留槽６１内に供給され、圧力計６８により計測された緩衝貯留槽６１内の冷却ガス圧が所定の値よりも大きいときには、前記緩衝貯留槽６１内の冷却ガスが冷却ガス排出手段６７により排出される。このようにこの冷却ガス供給手段６６と冷却ガス排出手段６７と圧力計６８を備えることにより、この冷却ガス循環手段６０内を循環する冷却ガスの量を一定にすることができるとともに、冷却ガス循環手段６０の安全運転を確保することができる。
【００４２】
前記流量調整装置６５は、温度測定手段５８により計測される原料ガス供給ノズル１０内の温度に応じて、温度調節用ガス吹出管５７に送出する冷却ガスの流量を調整し、また冷却ガスの送出を停止し（ｏｆｆ）または継続する（ｏｎ）ようになっている。
【００４３】
この冷却ガス循環手段６０を採用すると、冷却ガスを循環して使用することとなる。極細気相成長炭素繊維を製造するための縦型炉芯管１１（図１参照）は９００〜１３００℃もの高温度になっているので、前記原料ガス供給ノズル装置５０を大量の冷却ガスで冷却する必要がある。安全上、窒素ガスの様な不活性ガスを冷却ガスとする極細気相成長炭素繊維の製造においては、冷却ガスの使用量が極細気相成長炭素繊維を製造するコストに極めて大きな影響を与える。したがって、原料ガス供給ノズル装置に送り込まれた冷却ガスを大気中に放出するのは、工業的な極細気相成長炭素繊維の製造を、コスト面で不可能にする。したがって、冷却ガスの循環使用は、単なるコストの低減を図ることに留まらず、極細気相成長炭素繊維を工業的な実生産可能なコストで製造することに多大の寄与をなす。しかも、コスト面のみならず、冷却ガスの循環使用は、原料ガス供給ノズル１０内の温度を適正に調節することができるので、極細気相成長炭素繊維を有利に製造するという目的を達成することができる。
【００４４】
前記冷却ガス常時吹出管５６には、冷却ガス循環手段６０とは別に、冷却ガスが冷却ガス供給手段（図示せず）から供給される。冷却ガス供給手段は、冷却ガス常時吹出管５６から内部空間５４に冷却ガスを供給することができるように構成される限り様々の手段を採用することができ、また、その手段は当業者に用意に想到することができるので、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
この発明の原料ガス供給ノズル装置は、極細気相成長炭素繊維を良好に製造するという目的を達成するために、原料ガス供給ノズル装置の外周にキャリヤガス用整流器が取り付けられていることが、好ましい。
【００４６】
キャリヤガス用整流器は、原料ガス供給ノズルの先端開口部である原料ガス供給口から流出する原料ガスをその進行方向において囲繞するようにキャリヤガスを流出することができる限り種々の設計を採用することができ、その一例が図６に示される。
【００４７】
図６に示されるキャリヤガス用整流器７０は、前記原料ガス供給ノズル装置５０における外套管５２の外周にハニカム構造体７１を備えて成る。
ハニカム構造体７１は、１段でも良いが、図６の様に間隙を設けて数段にすると、整流効果が高められる。
図７は図６の平面図である。図７のハニカム構造体７１は、波板と平板とからなる空間を形成しているが、４角形や６角形など形状を含めた所謂蜂の巣状のものであれば良く、更には方向性を持つ焼結材などのハニカムと同様の効果を持つものなら良い。ハニカムの材質は、耐熱性が必要であるので、セラミックたとえばアルミナ、ムライト、コージェライト、炭化珪素及び黒鉛等、並びに耐熱金属たとえばステンレス・ニッケル等が良い。ハニカム構造体７１の役目は、キャリアガスの整流と原料ガス供給ノズル装置５０の反応管壁から断熱することとであるが、キャリアガスがハニカム構造体中を通過する際の反応管壁の熱による予熱、そして整流器７０下端からピストンフローで流出する事による反応領域のガスの対流防止という大きな効果もある。そのような効果をはきするに適したハニカム構造体は、セルを構成する材料の肉厚が薄く（例えば金属では０．２ｍｍ以下、好ましくは０．０３〜０．１ｍｍ、セラミックでは２ｍｍ以下、好ましくは０．５〜１ｍｍ）、セル一個の空孔面積が０．０１〜４ｃｍ２、好ましくは０．０４〜１ｃｍ２であるものが、良い。
【００４８】
このような構造のキャリヤガス用整流器７０を原料ガス供給ノズル装置５０に装着すると、原料ガス供給ノズル１０から流出する原料ガスが、この原料ガスを囲繞する高温のキャリヤガス中に拡散することにより、反応領域で希薄な状態で分解していくので、繊維径の小さな極細気相成長炭素繊維が有利に形成されることになる。
【００４９】
以上、この発明の一態様について説明したが、この発明は前記実施例に限定されることはなく、この発明の範囲において適宜に設計変更をすることができる。
【００５０】
例えば、前記の例においては、６個の冷却ガス吹出管５１が配置されるが、この冷却ガス吹出管の配置数は６個に限定されず、適宜に決定されることができる。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によると、安価で安定に、しかも安全に極細気相成長炭素繊維を製造することのできる原料ガス供給ノズル装置を提供することができる。特に、ジャケット内に、前記底面から離隔して配置されたところの、斜に開口する開口部から冷却ガスを噴出する冷却ガス吹出管が設けられていることにより、原料ガス供給口から反応領域に向かって噴出する原料ガスを均一かつ安定なガスとすることができ、これによって極細気相成長炭素繊維を好適に製造することができるようになる。また、この原料ガス供給ノズル装置が、冷却ガス常時吹出管と温度調節用ガス吹出管とを備えていることにより、原料ガスを適正な温度範囲内に加熱することができ、これによっても極細気相成長炭素繊維を好適に製造することができるようになる。この原料ガス供給ノズル装置が、ジャケットの外周を囲繞するようにガス整流装置を有していると、噴出する原料ガスがガス整流装置から噴出するキャリヤーガス中に拡散することとなり、これによっても極細気相成長炭素繊維を好適に製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一例である原料ガス供給ノズル装置を組み込んでなる極細気相成長炭素繊維製造装置を示す説明図である。
【図２】図２は、この発明の一例である原料ガス供給ノズル装置を示す縦断面図である。
【図３】図３は、この発明の一例である原料ガス供給ノズル装置を示す底面図である。
【図４】図４は、冷却ガス吹出管をジャケットに取り付ける取り付け部材の一態様を示す説明図である。
【図５】図５は、この発明の一例である原料ガス供給ノズル装置に付設される冷却ガス循環手段を示す説明図である。
【図６】図６は、この発明の一例である原料ガス供給ノズル装置とこれに付設した整流器とを示す縦断面図である。
【図７】図７は、この発明の一例である原料ガス供給ノズル装置とこれに付設した整流器とを示す底面図である。
【符号の説明】
１・・・極細気相成長炭素繊維製造装置、２・・・原料タンク、３・・・ポンプ、４・・・予熱器、５・・・加熱気化器、６・・・第１マスフローコントローラ、７・・・流量計、８・・・第２マスフローコントローラ、９・・・ヒートチューブ、１０・・・原料ガス供給ノズル、１１・・・縦型炉芯管、１２・・・ジャケット、１３・・・冷却ガス排出管、１４・・・キャリヤーガス供給ノズル、１４Ａ・・・ガス整流手段、１５・・・電気炉、１８・・・原料ガス供給口、１９・・・配管、２０・・・配管、２１・・・原料供給管、２２・・・配管、２３・・・配管、３０・・・排出手段、３１・・・排出管、３１Ａ・・・開口部、３２・・・駆動気体噴出ノズル、３３・・・エジェクター管、４０・・・案内ガス供給手段、４１・・・ガス均一供給槽、４２・・・案内ガス供給管、４３・・・フロー調整部、５０・・・原料ガス供給ノズル装置、５１・・・冷却ガス吹出管、５２・・・外套管、５３・・・底面板、５４・・・内部空間、５５・・・開口部、５６・・・冷却ガス常時吹出管、５７・・・温度調節用ガス吹出管、５８・・・温度測定手段、５９・・・耐熱性ゴム、５９ａ・・・排出口、６０・・・冷却ガス循環手段、６１・・・緩衝貯留槽、６２・・・クーラ、６３・・・圧縮機、６４・・・高圧貯留槽、６５・・・流量調整装置、６６・・・冷却ガス供給手段、６７・・・冷却ガス排出手段、６８・・・圧力計、７０・・・キャリヤガス用整流器、７１・・・波板状円筒板
【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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