(57)【要約】【課題】反応部内の温度分布を均一にし、均質な粉体製造を可能にした粉体製造装置を提供する。【解決手段】粉体製造装置１は、軸直角断面が円形の筒状の形状を有し、粉体原料を含む微細ミストが供給される反応部２３と、軸直角断面円形の内周に沿って火炎噴射可能に配設された複数のバーナ４１とを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸直角断面の内周が９０°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有し、粉体原料を含む微細ミストが供給される反応部と、上記軸直角断面の上記内周に沿って火炎噴射可能に配設された複数のバーナとを備えたことを特徴とする粉体製造装置。
【請求項２】
上記反応部での温度が調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の粉体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、２次電池や半導体の材料の製造に適用される粉体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２次電池等の製造に際しては、その化学組成、微細構造の制御が重要であり、その原料となる粉体の製造装置には、固相反応法や液相反応法を利用したものの他、火炎式噴霧熱分解法を利用したものがある。
【０００３】
図３は、この火炎式噴霧熱分解法を利用した粉体製造装置５０を示し、筒状の反応部５１の底部から上方に向けて火炎を噴射するバーナ５２と、このバーナ５２の側方に並設され、同じく反応部５１の底部から上方に向けて粉体原料を含む微細ミストを噴霧する噴霧装置５３が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記粉体製造装置５０における反応部５１内においては、径方向に均一な温度分布が得られるのが望ましく、厳しい温度管理が求められる。ところが、図４に示すように、この粉体製造装置５０の場合、バーナ５２の近くでは、急激に温度が上昇し、バーナ５２から離れるにしたがって、温度が低下し、不均一な温度分布となる。このため、均質な粉体が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、反応部内の温度分布を均一にし、均質な粉体製造を可能にした粉体製造装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、軸直角断面の内周が９０°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有し、粉体原料を含む微細ミストが供給される反応部と、上記軸直角断面の上記内周に沿って火炎噴射可能に配設された複数のバーナとを備えた構成とした。
【０００７】
第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記反応部での温度が調節可能である構成とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１及び２は、本発明に係る粉体製造装置１を示し、この粉体製造装置１は、粉体生成器１１と粉体収集部１２と吸引機１３とを備え、それぞれはダクト１４及び１５を介して連通している。
【０００９】
粉体生成器１１は、中空体で、微細ミスト導入部２１と微細ミスト貯留部２２と反応部２３とに大別され、微細ミスト導入部２１は、粉体生成器１１の下部側方に、微細ミスト貯留部２２に向けて設けられ、微細ミスト貯留部２２の上方に筒状の反応部２３が続いている。
粉体収集部１２は、内部に微粒子とガスとを分離するフィルター部材、例えばバグフィルター２４を内蔵している。
吸引機１３は、ダクト１４、粉体収集部１２内のバグフィルター２４及びダクト１５を介して粉体生成器１１内を吸引し、バグフィルター２４を通過したガスを外部に排出するように設けられている。従って、粉体生成器１１内には、この吸引機１３の作用により、微細ミスト導入部２１から微細ミスト貯留部２２、反応部２３を経て、ダクト１４に向かう流体の流れが形成される。
【００１０】
粉体生成器１１について、さらに詳説すると、この微細ミスト導入部２１は、微細ミスト貯留部２２の側方に固定され、微細ミスト貯留部２２に向かって広がった漏斗形状を有する導入管３１と、この導入管３１の小径側端部に取り付けられ、粉体原料を含んだ溶液と高圧空気とを微細ミスト貯留部２２に向けて噴霧する流体ノズル、例えば２流体ノズル３２とから形成されている。
【００１１】
微細ミスト貯留部２２は、２流体ノズル３２から噴霧された粉体原料を含んだ微細ミストを拡散させる容積を有し、上記微細ミストを一旦貯める空間を内部に有している。
【００１２】
反応部２３は、軸直角断面が円形の筒状の形状を有し、この反応部２３には、同じく軸直角断面が円形の内周面に沿って火炎噴射可能に４個のバーナ４１が２段に配設されている。そして、斯かるバーナ配置により、火炎の旋回流を生じさせ、内部温度が均一になるとともに、微細ミスト貯留部２２からの微細ミストも旋回流に沿って流れ、対流時間が長くなる故、反応部２３の長さの短縮が可能となっている。また、反応部２３は、バーナ４１の下方の空間に冷却ガス、例えば冷却空気を供給するための冷却ガス供給手段４２を有している。そして、バーナ４１への燃料の流量を調節することにより、また冷却ガス供給手段４２からの冷却ガスの流量を調節することにより反応部２３内における温度調節が可能となっている。なお、冷却ガス供給手段４２は必ずしも必要とするものではない。
【００１３】
次に、上記構成からなる粉体生成器１１における粉体生成プロセスについて説明する。
２流体ノズル３２には、図示しない圧送器により水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等の溶液が圧送され、２流体ノズル３２から高圧空気とともに上記溶液が導入管３１内に噴霧されることにより平均径１０μｍ程度の微細ミストが生成される。この微細ミストは、導入管３１から微細ミスト貯留部２２内に流入し、流速が減じられて層流化するとともに、比較的大きな径の微細ミストは壁面に接触すると濡れて微細ミスト貯留部２２でトラップされるのに対して、比較的小さい径の微細ミストは壁面に接触しても微細ミスト自身の表面張力が大きく濡れない。この結果、径の分布標準偏差が小さい微細ミストが残存することになり、この残存した微細ミストは、微細ミスト貯留部２２からダクト１４に向かって吸引され、反応部２３に至る。
【００１４】
図示する例では、反応部２３のバーナ４１は４個ずつ２段に配設されており、火炎流は反応部２３内で円周方向に噴射し、旋回流を形成している。これにより、反応部２３内での温度が均一になり、微細ミストは旋回流の流線に沿って流動する。このため、液滴が蒸発し、熱分解するのに十分な滞留時間の確保が可能となっている。そして、この反応部２３で瞬時に熱分解、溶融、合成が起こり、目的とする粉体処理が行われる。
【００１５】
例えば、マンガン酸リチウムを硝酸塩溶液を用いて作成する場合は、急激な温度勾配の雰囲気下では、マンガン酸リチウムは所望形状の微粉体にならないことがある。このため、反応部２３での昇温速度を厳密に管理する必要がある。したがって、本発明はバーナ４１の数を限定するものでなく、反応部２３内で処理溶液等に応じた軸方向温度分布を実現するように、バーナ４１の円周方向における個数、軸方向の段数を最適値を求めて、バーナ４１を配置すればよい。
また、図示しない温度制御装置により上述したバーナ４１の燃料流量或いは冷却ガス流量を調節して、最適な温度分布を得るようにしてもよい。
【００１６】
このようにして熱分解させて得られた粉体は、径がナノメートルオーダの超微粒粉体となり、排ガスとともに粉体生成器１１からダクト１４を経由して粉体収集部１２に至る過程で粉体収集部１２の耐熱温度以下に冷却される。そして、固の粉体は排ガスとともに粉体収集部１２に導かれ、バグフィルター２４により排ガスと分離され、粉体は粉体収集部１２内に収集され、バグフィルター２４を通過した排ガスはダクト１５を介して吸引機１３により外部に排出される。
【００１７】
なお、粉体生成器１１内の圧力は大気圧より低くてもよく、大気圧でもよく、大気圧よりも高くてもよい。さらに、粉体生成器１１内の雰囲気ガスの種類については、何等限定するものでなく、種々の雰囲気ガスが適用される。
また、本発明は、反応部２３の断面形状を円形に限定するものでなく、軸直角断面の内周が９０°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有していればよく、例えば５角形、６角形等の断面形状のものでもよい。
さらに、本発明は、微細ミスト導入部２１の数についても限定するものでなく、微細ミスト導入部２１の数は一つでもよい。
その他、本発明は、２流体ノズル３２に限定するものでなく、複数のノズルを用いて微細ミスト導入部２１へ微細ミストを噴出するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、軸直角断面の内周が９０°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有し、粉体原料を含む微細ミストが供給される反応部と、上記軸直角断面の上記内周に沿って火炎噴射可能に配設された複数のバーナとを備えた構成としてある。
このため、反応部内に火炎が届かないデッドスペースがなくなり、円周方向に沿った火炎の旋回流が形成され、均一な温度分布が得られるとともに、微細ミストは旋回流の流線に沿って流動するようになる結果、液滴が蒸発し、熱分解するのに十分な滞留時間の確保が可能となり、均質な粉体製造が可能になり、かつ反応部の長さを短くでき、装置全体をコンパクトなものにすることができる等の効果を奏する。
【００１９】
第２発明によれば、第１発明の構成に加えて、上記反応部での温度が調節可能である構成としてある。
このため、上記効果に加えて、処理溶液等に応じて反応部内での厳密な昇温速度の管理が可能となり、粉体の種類が異なっても良好な品質を確保することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る粉体製造装置の全体構成の概略を示す図である。
【図２】図１に示す粉体製造装置における反応部の断面図である。
【図３】従来の粉体製造装置の概略を示す図である。
【図４】図３に示す従来の粉体製造装置内における温度分布を示す図である。
【符号の説明】
１  粉体製造装置
１１  粉体生成器
１２  粉体収集部
１３  吸引機
１４，１５  ダクト
２１  微細ミスト導入部
２２  微細ミスト貯留部
２３  反応部
２４  バグフィルター
３１  導入管
３２  ２流体ノズル
４１  バーナ
４２  冷却ガス供給手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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