(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の粉体生成塔と、
前記粉体生成塔の内部に原料溶液を噴霧する噴霧装置と、
前記粉体生成塔の内部に火炎を噴射して前記原料溶液の液滴を乾燥し、粉体を生成する火炎噴射装置と、
前記粉体生成塔に接続された排気路から、前記粉体生成塔内部の気体を生成した粉体とともに一定の流量で引き抜く排気装置と、
前記排気路よりも拡径した直立直管部を有し、前記排気装置が引き抜いた気体が下側から導入され、前記粉体の内、前記直立直管部内の前記気体の速度よりも沈降速度が遅いものだけを前記気体とともに流出させる精製管と、
前記精製管から流出した気体から粉体を分離する粉体分離装置と、
前記粉体分離装置が分離した粉体を焼成する焼成炉とを有し、
前記粉体分離装置は、分離した粉体を前記焼成炉に連続して排出する粉体排出手段を有することを特徴とする粉体製造装置。
【請求項２】
前記排気路および前記焼成炉の排出路の少なくともいずれかは、少なくとも部分的に外周管に囲まれており、
前記外周管に空気を供給する送気装置を有し、
前記外周管から排出される空気を、燃焼空気として使用するために、前記火炎噴射装置に導く空気管路を有することを特徴とする請求項１に記載の粉体製造装置。
【請求項３】
前記排気装置は、前記粉体分離装置で粉体を分離した気体を清浄装置を介して外部に放出することを特徴とする請求項１または２に記載の粉体製造装置。
【請求項４】
前記粉体生成塔内の前記火炎噴射装置の下流側に、プラズマ放電を起こさせるプラズマ放電装置をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項５】
前記排気路は分岐を有し、前記粉体生成塔および前記粉体分離装置の少なくともいずれかが複数接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項６】
前記分離装置および前記焼成炉の少なくともいずれかは複数あり、
前記分離装置から排出された粉体を、合流、分配または選択して、前記焼成炉に導く搬送手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項７】
筒状の粉体生成塔の内部に原料溶液を噴霧し、
前記粉体生成塔の内部に火炎を噴射して前記原料溶液の液滴を乾燥することによって粉体を生成し、
前記粉体生成塔に接続された排気路から、前記粉体生成塔内部の気体を生成した粉体とともに一定の流量で引き抜き、
前記粉体生成塔から引き抜いた気体を、前記排気路よりも拡径した直立直管部を有する精製管に下側から導入し、前記粉体の内、前記直立直管部内の前記気体の速度よりも沈降速度が遅いものだけを前記気体とともに流出させ、
粉体分離装置によって前記精製管から流出した気体から前記粉体を分離して、
分離した粉体を前記焼成炉に連続して焼成炉に投入して、前記粉体を焼成する粉体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴霧熱分解法による粉体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴霧熱分解法による粉体の製造方法が公知であり、特許文献１に記載されているような火炎方式の粉体製造装置が公知である。しかし、特許文献１の粉体製造装置は、電池材料となるリチウム酸マンガンなどを製造する場合、加熱が不十分となり完全な焼成ができない。このため、粉体製造装置から回収された粉体を、焼成炉に投入して、さらに仕上げ焼成する必要がある。
【０００３】
このような粉体製造装置から焼成炉への粉体の移送作業は、非効率であると共に、高温の粉体を扱うために危険を伴う。また、一旦、作業可能な温度まで粉体を冷却する必要があり、連続運転ができないので製造量が限られる。また、冷却した粉体を、再度、焼成炉で加熱するために２重にエネルギーを消費するという問題がある。さらに、移送作業中に異物が混入したり、冷却装置に結露した水分が混入するなど、粉体の品質を損なうおそれがあるという問題もある。
【特許文献１】特開２００４−２９２２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みて、少ないエネルギーで高品質の粉体を多量に生産できる噴霧熱分解法による粉体製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明による粉体製造装置は、筒状の粉体生成塔と、前記粉体生成塔の内部に原料溶液を噴霧する噴霧装置と、前記粉体生成塔の内部に火炎を噴射して前記原料溶液の液滴を乾燥し、粉体を生成する火炎噴射装置と、前記粉体生成塔に接続された排気路から、前記粉体生成塔内部の気体を生成した粉体とともに一定の流量で引き抜く排気装置と、前記排気路よりも拡径した直立直管部を有し、前記排気装置が引き抜いた気体が下側から導入され、前記粉体の内、前記直立直管部内の前記気体の速度よりも沈降速度が遅いものだけを前記気体とともに流出させる精製管と、前記精製管から流出した気体から粉体を分離する粉体分離装置と、前記粉体分離装置が分離した粉体を焼成する焼成炉とを有し、前記粉体分離装置は、分離した粉体を前記焼成炉に連続して排出する粉体排出手段を有するものとする。
【０００６】
この構成によれば、噴霧熱分解法による火炎式の粉体製造装置の粉体分離装置から粉体排出手段によって連続的に回収した粉体を排出し、焼成炉に投入するので、原料溶液を噴霧、熱変成させてから粉体を分離し、仕上げ焼成して所望の粉体を完成させるまでを連続的に行うことができる。これにより、粉体製造装置の稼働率が高くなり、粉体を多量に生産できる。また、作業者が粉体に触れることがないので、安全であると共に異物混入の危険が小さく高品質の粉体を製造できる。また、粉体温度を必要以上に下げる必要がなく、連続運転も可能であるのでエネルギー効率が高い。
【０００７】
また、本発明の粉体製造装置において、前記排気路および前記焼成炉の排出路の少なくともいずれかは、少なくとも部分的に外周管に囲まれており、前記外周管に空気を供給する送気装置を有し、前記外周管から排出される空気を、燃焼空気として使用するために、前記火炎噴射装置に導く空気管路を有するものとする。
【０００８】
この構成によれば、外周管を流れる空気で生成した粉体を冷却し、粉体の熱を奪って温度が上昇した空気を燃焼空気として利用するので、火炎噴射装置が消費する燃料が少なくてすむ。
【０００９】
また、本発明の粉体製造装置において、前記排気装置は、前記粉体分離装置で粉体を分離した気体を清浄装置を介して外部に放出してもよい。
【００１０】
この構成によれば、粉体製造装置において硝酸系の溶液を原料に使用しても、粉体の生成と共に生じる窒素酸化物（ＮＯｘ）を外部に放出しないので環境負荷が小さい。
【００１１】
また、本発明の粉体製造装置は、前記粉体生成塔内の前記火炎噴射装置の下流側に、プラズマ放電を起こさせるプラズマ放電装置をさらに有してもよい。
【００１２】
この構成によれば、プラズマ放電装置は、火炎噴射装置で実現不能な２０００℃以上の超高温域で熱変性反応を発生させることができ、火炎噴射装置によって原料溶液の乾燥および高温域以下の温度帯での反応を予め行うことで、プラズマ放電装置の発生するプラズマエネルギーを超高温域での熱変性にのみ消費させることができるので、原料の殆どを超高温で変性させて所望の粉体を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の粉体製造装置において、前記排気路は分岐を有し、前記粉体生成塔および前記粉体分離装置の少なくともいずれかが複数接続されていてもよい。
【００１４】
この構成によれば、粉体生成塔および粉体分離装置のうち、メンテナンスやトラブルのため停止しているものだけを切り離して、粉体製造装置を連続稼働させることができる。
【００１５】
また、本発明の粉体製造装置において、前記分離装置および前記焼成炉の少なくともいずれかは複数あり、前記分離装置から排出された粉体を、合流、分配または選択して、前記焼成炉に導く搬送手段を有してもよい。
【００１６】
この構成によれば、粉体分離装置と焼成炉との単体処理能力が異なる場合にも両者の合計処理能力をバランスさせて処理能力を最大限に引き出すことができる。また、粉体分離装置および焼成炉のうち、メンテナンスやトラブルのため停止しているものだけを切り離して、粉体製造装置を連続稼働させるようにもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による粉体製造装置は、粉体生成塔で噴霧熱分解法により生成した粉体を粉体分離装置で分離回収して連続的に焼成炉に投入し、粉体を連続的に焼成して所望の粉体に完全に熱変性することができる。このように、本発明による粉体製造装置は、連続運転できるので、稼働率が高く、起動停止における熱損失が殆どなく、少ないエネルギーで高品質の粉体を多量に生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の粉体製造装置の概略を示す。粉体製造装置１は、上下が細くなった直立筒状の粉体生成塔２と、粉体生成塔２の下端に接続され、その一部が拡径した直立直管部からなる精製管４を構成する排気路３と、公知の粉体分離装置であるバグフィルタ５と、粉体生成塔２内部の気体および粉体を排気路３、バグフィルタ５および湿式スクラバ（清浄装置）６を介して引き抜く排気ファン（排気装置）７とを有している。
【００１９】
湿式スクラバ６と排気ファン７との間には、排気ファン７に吸入される気体の風量を測定するオリフィス流量計８と、排気ファン７に吸入される気体の流量を調整する排気ダンパ９とが設けられ、排気ファン７に吸入される気体の流量、ひいては、精製管４内の気体の流速を一定に保つようになっている。
【００２０】
また、粉体製造装置１は、バグフィルタ５の下部にロータリ式連続焼成炉１０が設けられ、排出路である排出管１１を介して回収容器１２に焼成した粉体を排出するようになっている。
【００２１】
粉体生成塔２は、上端から内部に、搬送ガスと共に原料溶液を下向きに噴霧する噴霧装置１３と、直胴上部に粉体生成塔２の軸心の周りに均等に、且つ、軸心に対して等しい傾斜角度を有するように配列され、粉体生成塔２の内部に火炎を噴射する複数のバーナ（火炎噴射装置）１４と、バーナ１４の下方の直胴部に配置され、粉体生成塔２の軸心の周りに均等に６本１組として２段に配列され、不図示の１２層交流電源装置の出力にそれぞれ接続され、粉体生成塔内部に突出して互いの先端の距離を小さくすることができる１２本のプラズマ電極（プラズマ放電装置）１５と、プラズマ電極１５のさらに下方の直胴部に複数配置され、粉体生成塔２の内部に冷却空気を吹き込む冷却ノズル１６とを有している。
【００２２】
精製管４および排出管１１は、それぞれ、外周管１７および１８に囲まれた２重構造をしており、外周管１７，１８には、冷却ファン（送気装置）１９によって順番に外気が送り込まれる。外周管１７に送り込まれ、精製管４内部を通過する気体および粉体を冷却した空気は、空気管路２０を介して外周管１８に送り込まれ、外周管１８において排出管１１を通過する粉体を冷却した後、空気管路２０’に排出され、空気管路２０’によって切替弁２１を介してバーナ１４へと導かれる。また、空気管路２０’は、分岐を有し、調整弁２２を介して外部に空気を放出することもできる。つまり、調整弁２２は、バーナ１４へ導入される空気流量を調整することができる。また、バーナ１４には、調整弁２３を介して燃料であるＬＰＧが供給される。また、空気管路２０’から供給される空気に代えて、切替弁２４から不図示の空気源からバーナ１４に空気を供給することもできるようになっている。
【００２３】
バグフィルタ５は、排気ファン７によって精製管４から内部に流入した気体中の粉体を捕捉して分離する濾布２５を有し、下部がテーパ状に細くなっている。バグフィルタ５の下端には、ロータリバルブ（粉体排出手段）２６が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、ロータリバルブ２６は、上下が開口した水平円筒形の壁面を有するハウジング２７と、ハウジング２７内に収容されたロータ２８とからなる。ロータ２８は、ハウジング２７の円筒形の壁面の軸と同心の軸２９周りに回転可能であり、それぞれハウジング２７の内壁に密接するように放射状に回転壁３０が設けられている。ロータリバルブ２６は、回転壁３０の間のバケット空間３１に上方から落下してきた粉体を受け入れ、ロータ２８が回転することでハウジング２７の上下の空間を隔離したまま粉体を軸２９周りに移送して下方に排出することができる。
【００２５】
続いて、以上の構成からなる粉体製造装置１の作用について説明する。
粉体製造装置１は、噴霧装置１３で噴霧した原料溶液の液滴を、バーナ１４が噴射した約２０００℃の火炎によって形成される旋回気流により、乾燥させて粉体状にし、例えば、約１０００℃から１２００℃に加熱する。原料溶液にこの温度以下で変成する物質が含まれている場合は、この火炎旋回気流によって熱変性する。
【００２６】
こうして生成された粉体は、プラズマ電極１５がプラズマ放電して形成する超高温プラズマ空間を通過する際に、例えば、約１００００℃に加熱され、熱分解して融合すること（熱分解法）によって目的とする粉体に変性させられ、冷却ノズル１６から導入される冷却空気により冷却される。
【００２７】
このように、バーナ１４による火炎旋回気流と、プラズマ電極１５による超高温プラズマ空間とによって２段階に加熱して熱変性させることで、原料が比較的短時間の内に超高温プラズマ空間を通過してしまっても、より高い確率で超高温の反応温度まで加熱して熱変性させることができる。
【００２８】
生成された粉体は、粉体生成塔２内の気体（噴霧装置１３から導入された搬送ガス、バーナの燃焼ガス、原料水溶液から気化した水蒸気など）と共に、排気ファン７によって、排気路３から引き抜かれ、精製管４に導入される。
【００２９】
精製管４に導入された粉体の内、精製管４内の気体の流速よりも沈降速度が遅い、つまり、一定の粒子径より小さい粉体粒子だけが精製管４の上端から搬出され、バグフィルタ５に送り込まれる。また、精製管４を上昇できない大径の粒子は、後から搬送されてきた小径の粒子と衝突し、衝撃により粉砕される。所定の粒子径より小さくなるまで粉砕されると、粒子は気体の流れに乗って上昇し、バグフィルタ５へと搬送される。
【００３０】
このとき、冷却ファン１９によって外周管１７に外気を導入し、粉体粒子を冷却することで、粒子が表面から熱収縮して引っ張り応力を生じ、粒子自身が分裂、または、粒子表面に亀裂を生じることで他の粒子との衝突によって粉砕され易くなる。また、管壁に付着した粉体粒子が冷却されて剥離粉砕されることで、管壁に付し難くする作用も認められる。
【００３１】
バグフィルタ５において、濾布２５により分離された粉体は、不図示の払い落とし手段（例えば、振動や逆洗などによる）で払い落とされ、下部のテーパ形状に沿ってロータリバルブ２６に落下してゆく。ロータリバルブ２６は、バグフィルタ５の下部を封止したまま、落下してきた粉体を連続的に下方に排出する。
【００３２】
ロータリバルブ２６から排出された粉体は、連続焼成炉１０に導入され、粉体生成塔２内で熱変性が不完全であったものも、さらに焼成され、所望の粉体へと完全に熱変性する。これにより、粉体製造装置１は、未変性の原料を含まない高品質の粉体を得ることができる。
【００３３】
連続焼成炉１０で仕上げ焼成された粉体は、排出管１１を介して排出され、回収容器１２に集められる。排出管１１の外周管１８には、空気管路２０を介して外周管１７を出た空気が導入され、ここでも、粉体を冷却する。
【００３４】
粉体製造装置１では、外周管１７に導入され、精製管４を通過する気体および粉体から熱を奪うことで加熱された空気は、空気管路２０に排出され、さらに、外周管１８に導入されて排出管１１を通過する粉体から熱を奪って高温に加熱される。この高温の空気を空気管路２０’を介してバーナ１４に導入し、ＬＰＧの燃焼に必要な酸素を供給する燃焼空気として用いることで、精製管４および排出管１１において回収した熱を再び粉体生成塔２に送り込むことができ、ＬＰＧの使用量を低減することが可能である。
【００３５】
湿式スクラバ６は、バグフィルタ５から排気された気体に、例えば、アルカリ系水溶液を散布することで気体からＮＯｘを取り除いて外部に放出するので、環境負荷を低減することができる。
【００３６】
さらに、図３に、本発明の第２実施形態の粉体製造装置３２を示す。粉体製造装置３２において、粉体製造装置１と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。
粉体製造装置３２は、３つの粉体生成塔２を有する。排気路３３は、３つの粉体生成塔２の下端に接続可能なように２つの分岐を有し、粉体生成塔２の直下に、それぞれ、フラップバルブ３４が設けられている。また、粉体製造装置３２は、バグフィルタ５の下に、ベルトコンベア（搬送手段）３５が設けられ、ベルトコンベア３５の中央部にロータリバルブ２６から粉体が排出される。ベルトコンベア３５の両端には、それぞれ、連続焼成炉１０が１台ずつ設けられている。
【００３７】
粉体製造装置３２では、粉体の製造条件によって、使用する粉体生成塔２の数を選択することができ、或いは、粉体生成塔２を１台ずつまたは２台ずつ順番に停止してメンテナンスすることで、長時間の連続運転が可能である。
【００３８】
また、ベルトコンベア３５の進行方向を選択することで、いずれの連続焼成炉１０を使用するかを選択することができ、連続焼成炉１０を交互にメンテナンスすることで粉体製造装置３２の連続運転を可能にしている。
【００３９】
また、連続焼成炉１０に代えてバッチ式の焼成炉を使用した場合にも、粉体生成塔２を連続して運転することが可能になる。
【００４０】
さらに、図４に、本発明の第３実施形態の粉体製造装置３６を示す。粉体製造装置３６において、粉体製造装置１および粉体製造装置３２の少なくともいずれかと同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。
粉体製造装置３６は、バグフィルタ５のロータリバルブ２６から排出された粉体を、さらなる搬送手段である二股の分岐シュート３７で２つに分配し、それぞれベルトコンベア３５を介して２つの連続焼成炉１０に導入するようになっている。
【００４１】
この構成によれば、２台の連続焼成炉１０を同時に使用するので、連続焼成炉１０の合計処理能力を高く設定できる。これにより、粉体生成塔２において処理量を増やして熱変成が不十分になっても、連続焼成炉１０で完全に焼成して高品質の粉体を製造できる。
【００４２】
図５に、本発明の第４実施形態の粉体製造装置３８を示す。粉体製造装置３８において、上述の粉体製造装置１，３２，３６の少なくともいずれかと同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。
粉体製造装置３８は、１台の粉体生成塔２の下端から粉体を気体と共に引き抜き、２つに分岐した後にそれぞれ精製管４が設けられた排気路３９を有する。排気路３９は、各精製管４の直下にフラップバルブ３４が設けられている。さらに、各精製管４に対応して、バグフィルタ５、湿式スクラバ６および排気ファン７が２組設けられている。各排気ファン７の上流には、オリフィス流量計８および排気ダンパ９が設けられており、それぞれの精製管４内の気体の流速を制御できる。各バグフィルタ５のロータリバルブ２６は、同じベルトコンベア３５上の異なる位置に粉体を排出する。連続焼成炉１０は、ベルトコンベア３５の一端に１台だけ設けられている。
【００４３】
粉体製造装置３８は、一方のフラップバルブ３４を閉じることで、いずれか一方の精製管４とバグフィルタ５との組を選択して運転することができ、定期的にバグフィルタ５の濾布２５を清掃または交換しながら長時間連続運転することが可能である。また、微粉末を製造する場合など、バグフィルタ５の能力が低下する場合には、２組の精製管４とバグフィルタ５とを同時に使用し、ベルトコンベア３５で２つのロータリバルブ２６から排出される粉体を合流させて１つの連続焼成炉１０に導入することで、粉体製造装置３８全体のアウトプットを維持することもできる。
【００４４】
図６は、本発明の参考例の粉体製造装置４０を示す。粉体製造装置４０において、上述の粉体製造装置１，３２，３６，３８の少なくともいずれかと同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。
粉体製造装置４０の粉体生成塔４１は、下部の側方から原料を粉体生成塔４１内部に噴霧するように配置された複数の噴霧装置１３を有し、その上部にバーナ１４が配列され、バーナ１４のさらに上方にプラズマ電極１５が配置されており、上端に排気路４２が接続され、上端から精製した粉体と共に粉体生成塔４１内部の気体が引き抜かれるようになっている。排気路４２は、外周管４３が設けられた２重構造をなしており、外周管４３には冷却ファン１９から空気が供給され、空気管路２０に排気する。排気路４２は、精製管４を有しておらず、単純にバグフィルタ５に接続されている。尚、図中の＊印は、互いに接続されていることを示す。
【００４５】
粉体製造装置４０において、噴霧装置１３によって形成される原料溶液の液滴は、搬送ガスと共に粉体生成塔４１内を上昇するが、径が大きい液滴は、自重により、搬送ガスの流れに逆らって下方に落下するので、粉体生成塔４１内を上昇して乾燥、熱変成されて上端から排気路４２に引き抜かれる粉体は、一定の粒径より小さいものばかりとなる。外周管４３および外周管１８を冷却した空気を空気管路２０’を介してバーナ１４に導入して熱回収する点は、粉体製造装置１について説明したのと同様である。
【００４６】
以上のように、本発明は、噴霧熱分解法により所望の粉体を製造するが、連続的に仕上げ焼成して高品質の粉体を得ることができ、製造量が大きく省エネルギーである。
【００４７】
本発明は、本明細書において説明した実施形態に限定されずに、様々な変形が可能であり、特許請求の範囲の記載に含まれるあらゆる構成を除外しない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態の粉体製造装置の概略図。
【図２】図１のロータリバルブの詳細断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の粉体製造装置の概略図。
【図４】本発明の第３実施形態の粉体製造装置の概略図。
【図５】本発明の第４実施形態の粉体製造装置の概略図。
【図６】本発明の参考例の粉体製造装置の概略図。
【符号の説明】
【００４９】
１，３２，３６，３８，４０  粉体製造装置
２，４１  粉体生成塔
３，３３，３９，４２  排気路
５  バグフィルタ（粉体分離装置）
６  スクラバ（浄化装置）
７  排気ファン（排気装置）
１０  連続焼成炉
１３  噴霧装置
１４  バーナ（火炎噴射装置）
１５  プラズマ電極（プラズマ放電装置）
１７，１８，４３  外周管
１９  冷却ファン（送気装置）
２０，２０’  空気管路
２６  ロータリバルブ（粉体排出手段）
３５  搬送コンベア（搬送手段）
３７  分岐シュート（搬送手段）
【図１】
0004619907.tif 000002
【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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