(57)【要約】【課題】カーボン物質を微粉末状にし、ナノサイズで結晶化させることは可能か。【解決の手段】密封並びに開放できる容器に原料と水を入れて密封し、これを加熱する。温度並びに圧力が十分上がった状態で急激に圧力を抜くと膜沸騰蒸気膜の破壊により内部で圧力波が発生し、原料は微粉砕される。このとき、急激に圧力を抜く代わりに冷水を注入しても温度差によって同様の圧力波が発生する。あるいは、原料を攪拌することによっても熱水幕の破壊によって同様の圧力波が発生する。こうして飛散する原料をイオン化して分級されたものを捕集する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン原料と水とを密封できる容器に入れ、底部より加熱する。内部の温度が上昇するに従って圧力も上昇する。容器内の温度が膜沸騰蒸気膜の自発粒生成温度に達すると原料と熱水は膜沸騰を伴う粗混合状態となり、原料は熱水膜で覆われる。この熱水膜を外部的要因によって無理矢理破壊することにより爆発を起こす。
外部的要因による熱水膜の破壊方法のひとつとして冷水を噴射する方法がある。熱水膜に包まれた原料に冷水を噴射し、熱水と冷水とが接触し、粗混合状態となり低温液体は急激に蒸発し、圧力波を発生させながら膨張し、急激に圧力を上昇させる。この衝撃波によって原料は微粉砕される。
【請求項２】
原料を攪拌することによっても熱水膜を破壊し、爆発を誘発させ、原料を微粉砕することができる。カーボン原料と水を充分加熱し、粗混合状態をつくる。このときできた膜沸騰蒸気膜を機械的に攪拌し蒸気膜を破壊すると急激な圧力上昇による圧力波が発生し、カーボン原料は微粉砕され飛散する。
また、攪拌する代わりに別置きのナノ捕集室へ繋がるバルブを開放することでも圧力差によって同様の圧力波が発生し、カーボン原料を微粉砕することができる。このように圧力差や温度差を作るために装置下部の原料加熱室を適時に取り外しナノ捕集室とともに冷却する。
このように比較的低温で作られたカーボンナノは、非晶質で柔らかい特性を持つ。補強材や摩擦材として用いる場合など強度が要求される場合は、このカーボンナノを再結晶温度まで加熱処理することで結晶化させる。
【請求項３】
装置は分割及び密閉できる容器の形状をなす。容器の下部は破砕室となり、その上部にダンパーを備える。容器の上部は放射線状に分岐し、微粉砕された物質を捕集する捕集室となる。
容器の内部に原料と水を所定量入れ密閉し、外部より加熱する。爆発による急激な圧力上昇によってダンパーが開き、上部の捕集室へと微粉砕された物質を誘導する。また、加熱時には、このダンパーが閉じていることによって熱が破砕室上部へと逃げるのを防ぎ、熱効率を高める働きをなす。またこのとき破砕室と捕集室の温度差及び圧力差が大きくなることで、より容易に熱水膜の破壊を誘発し易くなり効率のよい物質の破砕が可能となる。
またこのダンパーによって破砕室からダンパーを経てより微細な物質を上部の捕集室へと誘導することで均一な粒度の破砕物を捕集することが出来、分級の効果を発揮する。
捕集室の壁面に電極を配し、負極の荷電を施す。このことにより捕集室内で飛散する粉砕物の捕集を容易にする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ナノカーボン分野
本発明は、高分子系の廃タイヤ、ゴム、古ベルト等の石油製品を二次加工したものを原料としてナノカーボンを製造する方法、及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ナノカーボンを製造する方法として容器に不活性ガスを充填し、電極を用いて高電圧、高温度を発生させ、素材を分解、ナノ化する不活性ガスレーザー方式が一般的であった。他にもＹＡＧレーザーを用いたものや短い波長の光線を照射するエキシマレーザー方式、機械的に粉砕する衝撃法などが提案されている。いずれもおおがかりな装置でしかも少量しか生成できないというのが従来の技術であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
解決しなければならない課題は、大量にナノ物質の生成ができるようにすることと現在のように３０００℃に及ぶ高温を必要とせず１００℃〜水の臨界温度程度の温度で製造きるようにすること、生成されたナノ物質を分級し捕集することの三点である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
タイヤやゴムベルトといった石油製品は、本来多くの種類の元素から構成されているためナノ物質を生成する原料としては最適である。
これを原料とし、熱水膜の破壊あるいは蒸気差圧による圧力波のエネルギーを利用してナノ物質ができることに気がついた。また、非晶質の微粉砕物質を空気を遮断した状態で結晶化温度にまで加熱することで結晶化することもわかった。密閉された容器に原料と水を入れこれを加熱する。充分に温度と圧力が上がった状態で圧力を抜くと蒸気差圧により原料内部を核とした圧力波が発生し、内部の原料を微粉砕し、ナノ物質を生成する。充分に温度と圧力があがった状態で冷水を注入しても温度差による爆発が発生し、同様の効果が得られる。また、内部の原料を攪拌することによっても熱水膜の破壊による爆発が発生し、同様の効果が得られ、かつ連続的に生成することが可能である。
このことによって１００℃〜水の臨界温度程度の低温でナノ物質を大量に製造できるようになった。
【０００５】
原料が爆発、飛散する地点と捕集タンクの中間にダンパーを設け、より微小な物質のみがダンパーより上方へと誘導される機構を備える。また捕集タンクの壁面に負極に荷電した電極を配する。飛散する物質は通常陽極に荷電しているため、捕集室壁面に付着しようとする。これらのことにより微粉砕された物質の分級が可能となり、またその捕集が容易なものとなった。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１及び図２について説明する。
１．破砕室下部に原料と水を適宜に投入し、１．破砕室下部と２．破砕室上部を強固に締結する。５．ダンパーを閉じた状態で３．攪拌ハンドルを回すことにより原料と水を適宜に攪拌する。
【０００７】
１３．バーナーにより加熱をおこない、充分に温度、圧力が上がった状態で３．攪拌ハンドルを回すことにより原料内部で熱水幕の破壊による爆発が発生し、原料は粉砕され飛散する。爆発の圧力によって５．ダンパーは開き、飛散物は８．ナノノ捕集室及び９．別置ナノ捕集タンクへと誘導される。
【０００８】
破砕室に原料と水を封入し加熱すると破砕室の内圧はいったん徐々に低下しその後上昇しはじめる。温度が水の蒸発温度を超え、内圧が０．０２ＭＰａ以上の状態で１４．バルブを開放し９．別置きナノ捕集室へと圧力を抜くことによっても蒸気差圧による爆発を誘発できる。１４．バルブを閉じて再度破砕室を加熱し、温度と圧力の上昇を待って１４．バルブを開放し、ナノ物質を９．別置きナノ捕集室にて捕集する。このようにして連続的にナノカーボンを製造する。
破砕室の圧力を急激に抜く代わりに冷水を圧入することでも温度差による爆発を誘発することができる。
【０００９】
物質を結晶化させたい場合は、８．ナノ捕集室及び９．別置きナノ捕集室を外部より結晶化温度まで過熱する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によってこれまで決定的な再利用方法のなかった廃タイヤ等の石油製品の産業廃棄物についてそれらを原料とした付加価値の高いナノカーボンの生産が従来に比べてはるかに安価な設備で可能になる。従来方式では、高温を必要とし、設備もおおがかりでありながら少量しか生産できなかったものが簡易な設備で大量に生産できるようになる。
これは増えつづける石油製品の廃棄物によって悪化する環境の改善に貢献できる発明である一方で、資源を持たない日本においてより高付加価値の新産業の可能性を提案する発明でもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の横断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を上方より見た図である。
【符号の説明】
１．破砕室下部                          ９．別置きナノ捕集室
２．破砕室上部                        １０．安全弁
３．攪拌ハンドル                      １１．温度計
４．攪拌羽根                          １２．圧力計
５．ダンパー                          １３．バーナー
６．捕集室フタ                        １４．バルブ
７．集塵極
８．ナノ捕集室
【図１】
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【図２】
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