(57)【要約】【課題】  ディーゼルエンジン等の「負」の部分に着目して、エネルギーの有効利用と環境問題を同時に解決する微粒子カーボンブラックの製造方法と製造装置を提供する。【解決手段】  微粒子カーボンブラックの製造方法が、負荷を付与する負荷手段３と、この負荷手段３に連結され該負荷手段に出力を付与する熱機関１を用い、前記熱機関１の燃焼室内に、燃料を供給して、該燃焼室内で該燃料を不完全燃焼状態で燃焼させて燃焼室内において前記微粒子カーボンブラックを生成させるとともに、熱機関の排気通路から該微粒子カーボンブラックを含む燃焼ガスを排出させて、この燃焼ガスを微粒子分離装置５に導いて該微粒子分離装置内で微粒子カーボンブラックを分離させる。【選択図】        図１
2005330346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子カーボンブラックの製造方法であって、
この製造方法が、
負荷を付与する負荷手段と、この負荷手段に連結され該負荷手段に出力を付与する熱機関を用い、
前記熱機関の燃焼室内に、燃料を供給して、該燃焼室内で該燃料を不完全燃焼状態で燃焼させて燃焼室内において前記微粒子カーボンブラックを生成させるとともに、熱機関の排気通路から該微粒子カーボンブラックを含む燃焼ガスを排出させて、この燃焼ガスを微粒子分離装置に導いて該微粒子分離装置内で微粒子カーボンブラックを分離させることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記熱機関がディーゼルエンジンであり、前記ディーゼルエンジンを高負荷状態で運転することによって、燃焼室内で不完全燃焼を生じさせることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記微粒子分離装置が、サイクロン型分離装置であることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
微粒子カーボンブラックを製造する製造装置であって、
負荷を付与する負荷手段と、
前記熱機関の燃焼室と、この燃焼室と外気を連通させる排気通路と、燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給装置と、燃焼室内へフレッシュエアを供給する給気装置とを備え、前記負荷手段に出力を付与する熱機関と、
前記熱機関の排気通路の後流側に配置され、前記微粒子カーボンブラックを含む燃焼ガス内の該微粒子カーボンブラックを分離する微粒子分離装置と、
前記微粒子分離装置で分離した微粒子カーボンブラックを収納する微粒子収納容器とを具備したことを特徴とする製造装置。
【請求項５】
前記熱機関がディーゼルエンジンであり、このディーゼルエンジンの出力軸に負荷手段が配設されていることを特徴とする請求項４記載の製造装置。
【請求項６】
前記負荷手段が、発電機であることを特徴とする請求項４又は５記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム製品への添加物として、あるいはインク材料、塗料材料等として、広く用いられる微粒子状の炭素（この明細書および特許請求の範囲において、微粒子カーボンブラックという）の製造方法とその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微粒子カーボンブラックは、ゴム製品への添加物として、あるいはインク材料、塗料等の材料等として広く用いられている。このような微粒子カーボンブラックは、現在、黒煙が生じるような状態で石油のタールを燃焼させることによって生成し、しかる後に、所望の径の微粒子となるよう選別装置で所定粒径毎に選別し、あるいは造粒したりすることによって、所望の粒径の該微粒子カーボンブラックを製造している。かかる製法の場合には、大がかりな設備を必要とするという欠点があった。
【０００３】
一方において、近年、電力の自由化等の環境下において、所定規模以上の工場あるいはショピングセンター等では、コジェネレーション装置として、ディーゼルエンジン等によって発電とそこで発生する熱を有効に利用しようとする傾向が顕著になっている。
【０００４】
前記ディーゼルエンジンの場合には、燃焼効率が高い点で優れているが、エンジンの燃焼室内での燃焼状態によっては、黒煙が発生する。このため、前記コジェネレーション装置の原動機としてディーゼルエンジンを用いる場合には、管理者は、可及的に黒煙が生じないように、その燃焼状態、換言すると負荷状態に絶えず気を配っている必要がある。
しかし、一方において発電量や発熱量（負荷）は時間帯等によって変動するため、前記ディーゼルエンジンはその負荷変動に合わせて運転され、その結果、黒煙の発生を最小限に維持することはかなり困難な状態となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような現状に鑑みておこなわれたもので、前記ディーゼルエンジン等の熱機関の具備する「負」の部分に着目して、従来「負」の所産であったものを逆手にとって、エネルギーの有効利用と環境問題（産業廃棄物の有効利用）を同時に解決する微粒子カーボンブラックの製造方法と製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
なお、このような本発明の先行技術としては出願人は不知である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記本発明の目的は、以下の構成からなる微粒子カーボンブラックの製造方法と製造装置によって解決することができる。
【０００８】
つまり、本発明にかかる製造方法は、微粒子カーボンブラックの製造方法であって、
この製造方法が、
負荷を付与する負荷手段と、この負荷手段に連結され該負荷手段を駆動する熱機関ともを用い、
熱機関の燃焼室内に、燃料を供給して、該燃焼室内で該燃料を不完全燃焼状態で燃焼させて燃焼室内において前記微粒子カーボンブラックを生成させるとともに、熱機関の排気通路から該微粒子カーボンブラックを含む燃焼ガスを排出するとともに、この燃焼ガスを微粒子分離装置に導いて該微粒子分離装置内で微粒子カーボンブラックを分離させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる製造装置は、微粒子カーボンブラックを製造する製造装置であって、
負荷を付与する負荷手段と、
前記熱機関の燃焼室と、この燃焼室と外気を連通させる排気通路と、燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給装置と、燃焼室内へフレッシュエアを供給する給気装置とを備え、前記負荷手段に出力を付与する熱機関と、
この熱機関の排気通路の後流側に配置され、前記微粒子カーボンブラックを含む燃焼ガス内の該微粒子カーボンブラックを分離する微粒子分離装置と、
この微粒子分離装置で分離した微粒子カーボンブラックを収納する微粒子収納容器とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
前述のような構成からなる本発明にかかる微粒子カーボンブラックの製造方法によれば、負荷手段によって負荷を熱機関に与えて、該熱機関の燃焼室内において、供給された燃料を不完全状態で燃焼させて該燃焼室内部に微粒子カーボンブラックを生成させ、これら生成した微粒子カーボンブラックを含む燃焼ガスを排気通路から排出し、この排出した排気ガス中から微粒子カーボンブラックを微粒子分離装置で分離することによって、微粒子カーボンブラックを製造することができる。そして、具体的には、前記熱機関として、内燃式エンジン（内燃式熱機関）、ガスタービン（ジェットエンジン）やボイラー等の外燃式熱機関が考えられ、また、前記負荷手段として、例えば、発電機あるいは熱交換装置等が考えられ、前記熱機関によって負荷手段を運転することによって、所要の発電あるいは発熱（暖房および冷房用の熱源）を得ることができる。また、微粒子分離装置としては、サイクロン型集塵機や、バクフィルター等が考えられる。
【００１１】
また、本発明にかかる前記製造装置によれば、前記製造方法を実施することができる。
【００１２】
この結果、微粒子カーボンブラックを得ることができるとともに、この微粒子カーボンブラックを生成する課程で発生した熱機関からの出力を、発電あるいは暖房あるいは冷房等の熱源としても使用できる。特に、負荷が熱機関の最大定格出力状態あるいはそれを上回る状態で該熱機関を運転すると、多量の微粒子カーボンブラックを生成することができる。また、このように熱機関の定格出力状態あるいはそれを上回る状態で運転すると、熱機関の稼働率が最大の状態になり、設備の稼働効率を高めることができ、また初期投資が抑えられる点でも好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
また、前記製造方法において、前記熱機関がディーゼルエンジンであり、前記ディーゼルエンジンを高負荷状態で運転することによって、燃焼室内で不完全燃焼を生じさせて微粒子カーボンブラックを生成するように構成すると、ディーゼルエンジンを最大限に利用でき、しかも大きな出力を得られ、さらに初期投資を少なくする上で、好ましい実施形態となる。
【００１４】
また、前記製造方法において、前記微粒子分離装置が、サイクロン型分離装置（サイクロン型集塵機）であれば、信頼性の高い且つ比較的安価な、しかもメンテナンスが容易な装置を用いた製造方法となる。
【００１５】
また、前記製造装置において、前記熱機関がディーゼルエンジンであり、このディーゼルエンジンの出力軸に負荷手段として加負荷装置（例えば、発電機や暖房、冷房用の熱交換器）が配設されていると好ましい構成となる。
【００１６】
また、前記製造装置において、前記加負荷装置が、発電機であることが望ましい。しかし、冷暖房装置であっても、あるいは発電機と冷暖房装置を組み合わせたものであってもよい。
【実施例１】
【００１７】
以下、本願発明にかかる微粒子カーボンブラックの製造装置と製造方法を図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１８】
図１は発明の一実施例にかかる微粒子カーボンブラックの製造装置の全体の概略の構成を概念的に示した全体構成図である。
【００１９】
図１において、１は熱機関としてのディーゼルエンジンで、このディーゼルエンジン１は、燃焼室と、この燃焼室へ燃料を供給する燃料供給装置として噴射ノズルと、燃焼室へフレッシュエアを供給する吸気装置と、燃焼室で燃焼した排気を外部へ排出する排気管と、出力軸（クランクシャフト）とを具備する。
そして、前記ディーゼルエンジン１の出力軸は、連結軸２を介して負荷手段である発電装置３の入力軸に接続されている。
そして、前記ディーゼルエンジン１の排気管は、排気パイプ４を介して、微粒子分離装置である第１のサイクロン型分離装置（サイクロン型集塵装置）５の取り入れ口５Ａに接続され、該ディーゼルエンジン１の燃焼室から微粒子カーボンブラックを含んだ排気ガス（燃焼ガス）が、該第１のサイクロン型分離装置５へ流出するよう構成されている。また、この第１のサイクロン型分離装置５の上端から上方へ突出するよう該第１のサイクロン型分離装置５の排気筒体５Ｄが設けられ、この第１のサイクロン型分離装置５内部を負圧にし、排気ガス中から微粒子カーボンブラックを分離するべく、内部に渦流を形成するよう構成されている。
そして、前記第１のサイクロン型分離装置５の底部には、前記分離した微粒子カーボンブラックを溜めるための回収ボックス５Ｂが配置されている。また、この微粒子カーボンブラックの回収ボックス５Ｂの側部には、開口５Ｃが形成されており、この開口５Ｃには、造粒装置６の取り入れ口６Ａに先端が接続されている、送流パイプ７の基端の開口７Ａが接続されている。つまり、第１のサイクロン型分離装置５の回収ボックス（微粒子収納容器）５Ｂに溜まった微粒子カーボンブラックを、所定の粒径の微粒子カーボンブラックにするために、造粒装置６内へ供給するよう構成されている。前記造粒装置６の底部には、この造粒装置６内で所定の粒径になった微粒子カーボンブラックを回収する回収ボックス（微粒子収納容器）６Ｂが配置されている。前記送流パイプに代えて、搬送手段、例えば、流体コンベアやスクリューコンベア等を用いることもできる。
【００２０】
また、この図１では、１ユニットのみ図示しているが、実際のプラントでは、前記発電装置３とディーゼルエンジン１は、その設備（ショピングセンター）の大きさに合わせて複数のユニットが配置される。そして、これらの複数の発電装置３とディーゼルエンジン１からなるユニットは、１ユニットの前記サイクロン型分離装置５に排気ガスを排出するとともに造粒装置６で造粒するように構成してもよいし、あるいは発電装置３とディーゼルエンジン１からなるユニット毎に、サイクロン型分離装置５と前記造粒装置６を設けてもよい。
【００２１】
そして、発電装置３とディーゼルエンジン１を複数配置する場合には、所望の発電量に合わせて、何ユニット稼働させるか制御するような制御装置を設けて、自動運転することが望ましい構成となる。
【００２２】
そして、前記ディーゼルエンジン１の出力は、常にディーゼルエンジン１の略最大定格出力の状態で運転するようにセットされている。
【００２３】
しかして、このように構成された本微粒子カーボンブラックの製造装置によれば、以下のように所望の微粒子カーボンブラックを得る微粒子カーボンブラックの製造方法を実施することが可能となっている。つまり、この本微粒子カーボンブラックの製造装置が配置されている設備、例えば、大型ショッピングセンターのそのときの所望発電量が８００ｋＷであると、前記制御装置は、発電装置３とディーゼルエンジン１からなるユニットを、例えば、１ユニット当たり最大出力（最大出力＞最大定格出力）２００ｋＷであるとすると、４台のユニットを最大出力状態で運転するように制御する。
この際、各ディーゼルエンジン１に対して、最大出力状態のときに最適な燃料供給量よりやや多めの燃料を供給するような構成としてもよい。かかる場合には、排気ガス中の微粒子カーボンブラックの量がより増加させることが可能となる。つまり、かかる場合には、ディーゼルエンジン１の燃焼室内では、所謂「不完全燃焼」状態が発生し、このディーゼルエンジン１の排気管を介して、前記排気パイプ４へ、微粒子カーボンブラックを多量に含んだ排気ガス（黒煙状の排気ガス）が送られてくる。
【００２４】
この排気ガスは、内部が負圧になった前記第１のサイクロン型分離装置５内へ流出し、このサイクロン型分離装置５内部で、排気ガス中の微粒子カーボンブラックは分離されて、下方の回収ボックス５Ｂに溜まることになる。この回収ボックス５Ｂ内部の微粒子カーボンブラックＡ１の粒径を概念的に示したものを該回収ボックス５Ｂの下方に示している。
この溜まって微粒子カーボンブラックは、前記送流パイプ７を介して、造粒装置６内へ送られて、この造粒装置６内で、所定の粒径に造粒された微粒子カーボンブラックがその底部の回収ボックス６Ｂに溜まることになる。この回収ボックス６Ｂ内部の微粒子カーボンブラックＡ２の粒径を概念的に示したものを該回収ボックス６Ｂの下方に示している。
【００２５】
また、前記負荷手段である発電装置３によって、所望の発電がおこなわれて、ショッピングセンターの照明設備、エスカレータ等へ給電されるとともに、前記ディーゼルエンジンから生じる廃熱は冷暖房あるいは給湯等のエネルギー源としても利用できることになる。
【００２６】
前述のように構成された本発明にかかる微粒子カーボンブラックの製造装置と製造方法によれば、前記発電設備３による発電や冷暖房設備等への熱エネルギーが得られるとともに、熱機関であるディーゼルエンジン１の排気ガス内に含まれる微粒子カーボンブラックを有効に回収して有効利用することができる。従って、エネルギー効率の高さから最近脚光を浴びている「コジェネレーション設備」を、さらにそのエネルギー効率を向上させるものとなる。
また、この微粒子カーボンブラックの製造装置から排出される排気ガス中に存在する微粒子カーボンブラックの量が大幅に低減され、この点においても、環境に優しい設備となる。
さらには、発電装置３とディーゼルエンジン１とを最大出力状態で使用するため、その設備に必要となる、これら発電装置３とディーゼルエンジン１からなるユニット数を最小限に抑えられることから、設備のイニシャルコストを低減することにもなる。
【００２７】
ところで、前記実施例では、ディーゼルエンジン１を最大定格出力あるいは最大出力の状態で運転することによって、排気ガス中に微粒子カーボンブラックを多く生成するよう構成しているが、過負荷に代えて、ディーゼルエンジン１内への燃料の供給量を適正な量より多く供給することによって、排気ガス中に微粒子カーボンブラックを多く生成するよう構成してもよい。
【００２８】
また、前記微粒子カーボンブラックの製造装置では、サイクロン型分離装置を１基備え所望の粒径の微粒子カーボンブラックに造粒装置でするよう構成されていたが、これに代えて、サイクロン型分離装置を多数、例えば、図２に図示するように、サイクロン型分離装置を２基備え、これに対応して各サイクロン型分離装置５，１５毎に造粒装置６，１６を設けた構成とし、複数種類（この場合２種類）の粒径の微粒子カーボンブラックが生成できるように構成してもよく、かかる場合には、用途に合わせた複数種類（２種類）の粒径の微粒子カーボンブラックをつくることが可能になる。なお、図２において、図１の構成と同じあるいは対応する構成については同じ参照記号を付して、また、２ユニットあるサイクロン型分離装置のうち２ユニット目のサイクロン型分離装置には、参照記号１５を、同じく、２ユニット目の造粒装置には、参照記号１６を、また、前記サイクロン型分離装置１５と造粒装置１６を接続する送流パイプには参照記号１７を付し、前記サイクロン型分離装置５とサイクロン型分離装置１５を接続する排気パイプには参照記号２０を付して、全体の説明を省略する。また、この図２に示す実施例では、まずサイクロン型分離装置５で粒径の大きい微粒子カーボンブラックＡ１を捕捉し、サイクロン型分離装置１５で粒径の小さい微粒子カーボンブラックＡ１０を捕捉するよう構成されている。また、サイクロン型分離装置１５で捕捉された微粒子カーボンブラックＡ１０から造粒された粒径の大きい微粒子カーボンブラックを参照記号Ａ２０で示す。また、参照記号１５Ｂは、サイクロン型分離装置１５の回収ボックスを、参照記号１６Ｂは、造粒装置１６の回収ボックスを示す。
【００２９】
かかる構成の場合、最終的に外気側に排出されるディーゼルエンジン１からの排気ガスも、さらに微粒子カーボンブラックが除去された状態の排気ガスとなる。
【００３０】
ところで、前記両方の実施例では、微粒子分離装置として、サイクロン型分離装置を使用しているが、これに代えて又はこれに追加してバクフィルター型の微粒子分離装置を設けて、排気ガス中から微粒子カーボンブラックを分離するよう構成してもよい。
【００３１】
なお、前記実施例では、熱機関１として、ディーゼルエンジンを用いた場合について説明したが、ガスタービンを用いた場合、あるいはボイラーを用いた場合にも、同様に燃焼室内で不完全燃焼させることによって、同様に微粒子カーボンブラックを生成させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本願発明にかかるは微粒子カーボンブラックの製造方法とその製造装置は、広い用途を有する微粒子カーボンブラックの製造等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】発明の一実施例にかかる微粒子カーボンブラックの製造装置の全体の概略の構成を概念的に示した全体構成図である。
【図２】図１とは別の実施例にかかる微粒子カーボンブラックの製造装置の全体の概略の構成を概念的に示した全体構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ディーゼルエンジン（熱機関）
３…発電装置（負荷手段）
５…サイクロン型分離装置（微粒子分離装置）
【図１】
2005330346.tif 000003
【図２】
2005330346.tif 000004