(57)【要約】【課題】設備上、作業上のいずれにおいても効率の向上を可能とした粉体製造装置を提供する。【解決手段】粉体生成部１１と、この粉体生成部１１に前段接続流路１２を介して連通した粉体分離・回収部１３と、この粉体分離・回収部１３に後段接続流路１４を介して連通し、粉体生成部１１から前段接続流路１２、粉体分離・回収部１３を経て、後段接続流路１４に向かうガス流を形成する吸引・排出部１５とを備え、粉体生成部１１が、供給された粉体材料から乾燥、熱分解、固相反応とともに粉体生成可能に形成され、上記ガス流に生成された粉体を随伴させて前段接続流路１２に流出させ、粉体分離・回収部１３が、粉体分離帯２４とこの下方に位置する粉体貯留帯２５とを有するとともに、上記粉体を上記ガス流から分離・捕集し、粉体貯留帯２５に導く一方、上記粉体が分離された上記ガス流を上記後段接続流路１４に導き、  吸引・排出部１５が、後段接続流路１４からガスを吸引し、排出する粉体製造装置１Ａにおいて、粉体貯留帯２５を温度調節手段２８により温度調節可能に形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体生成部と、この粉体生成部に前段接続流路を介して連通した粉体分離・回収部と、この粉体分離・回収部に後段接続流路を介して連通し、上記粉体生成部から上記前段接続流路、粉体分離・回収部を経て、上記後段接続流路に向かうガス流を形成する吸引・排出部とを備え、
上記粉体生成部が、供給された粉体材料から乾燥、熱分解、固相反応とともに粉体生成可能に形成され、上記ガス流に生成された粉体を随伴させて上記前段接続流路に流出させ、
上記粉体分離・回収部が、粉体分離帯とこの下方に位置する粉体貯留帯とを有するとともに、上記粉体を上記ガス流から分離・捕集し、上記粉体貯留帯に導く一方、上記粉体が分離された上記ガス流を上記後段接続流路に導き、
上記吸引・排出部が、上記後段接続流路からガスを吸引し、排出する粉体製造装置において、
上記粉体貯留帯を温度調節可能に形成したことを特徴とする粉体製造装置。
【請求項２】
上記粉体生成部、前段接続流路、粉体分離・回収部の壁部を断熱構造にするとともに、上記粉体貯留帯を加熱手段により温度調節可能に形成した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】
上記粉体貯留帯が開閉手段により互いに隔てられた上部貯留室と下部貯留室とを有し、上記上部貯留室が上記粉体分離帯にてガスから分離された粉体を受け入れ、上記下部貯留室が上記開閉手段を介して上記上部貯留室から粉体を受け入れることを特徴とする請求項２に記載の粉体製造装置。
【請求項４】
上記粉体分離・回収部が複数設けられ、かつ上記粉体生成部と上記粉体分離・回収部の各々とを連通させる前段接続流路、および上記粉体分離・回収部の各々と上記吸引・排出部とを連通させる後段接続流路の各々に開閉弁が設けられ、この開閉弁の開閉により上記粉体分離・回収部および上記吸引・排出部に連通する上記粉体分離・回収部の内の一つが順番に、かつ周期的に選択可能に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の粉体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉体生成部、粉体収集部等を備えた粉体製造装置は公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３２８４２７号公報
【０００３】
特許文献１には、供給された粉粒体をグロー放電プラズマを発生させて処理する粉体生成部と、この粉体生成部にダクトを介して連通するサイクロン、およびこのサイクロンにタクトを介して連通するバグフィルタをからなる粉体収集部と、処理材排出口を有するダクトを介して上記サイクロンおよび上記バグフィルタの各々の下部に連通するとともに、上記粉体生成部の下部にダクトを介して連通する被処理材貯留ゾーンとを備えた粉体製造装置が開示されている。そして、この粉体製造装置では、グロー放電プラズマにより処理された粉体が、粉体生成部から粉体収集部に送り出され、ガスと分離された後の粉体が、さらに被処理材貯留ゾーンから粉体生成部に戻され、循環を繰り返し、プラズマ空間で十分な時間、滞留させられて、弁により開閉される上記処理材排出口から取出されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の粉体製造装置の場合、粉体生成部で処理された粉体の温度については何等考慮されていない。一方、例えば２次電池や半導体の材料の場合、粉体生成部で生成された粉体を所定温度で、所定時間保持して、一定の品質を有するように焼成する必要がある。しかしながら、上記粉体製造装置の粉体生成部を出た高温の粉体は周囲から熱を奪われ、被処理材貯留ゾーンでの粉体の温度管理は一切なされないため、この被処理材貯留ゾーンでの粉体に対する焼成処理は考えられない。したがって、上記処理材排出口から取出した粉体を集めて、粉体焼成のための装置まで運び、ここで粉体に対する焼成処理を行わなければならず、設備上、作業上のいずれにおいても非効率であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、斯か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、設備上、作業上のいずれにおいても効率の向上を可能とした粉体製造装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために第１発明は、粉体生成部と、この粉体生成部に前段接続流路を介して連通した粉体分離・回収部と、この粉体分離・回収部に後段接続流路を介して連通し、上記粉体生成部から上記前段接続流路、粉体分離・回収部を経て、上記後段接続流路に向かうガス流を形成する吸引・排出部とを備え、上記粉体生成部が、供給された粉体材料から乾燥、熱分解、固相反応とともに粉体生成可能に形成され、上記ガス流に生成された粉体を随伴させて上記前段接続流路に流出させ、上記粉体分離・回収部が、粉体分離帯とこの下方に位置する粉体貯留帯とを有するとともに、上記粉体を上記ガス流から分離・捕集し、上記粉体貯留帯に導く一方、上記粉体が分離された上記ガス流を上記後段接続流路に導き、上記吸引・排出部が、上記後段接続流路からガスを吸引し、排出する粉体製造装置において、上記粉体貯留帯を温度調節可能に形成した。
【０００７】
第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記粉体生成部、前段接続流路、粉体分離・回収部の壁部を断熱構造にするとともに、上記粉体貯留帯を加熱手段により温度調節可能に形成した。
【０００８】
第３発明は、第２発明の構成に加えて、上記粉体貯留帯が開閉手段により互いに隔てられた上部貯留室と下部貯留室とを有し、上記上部貯留室が上記粉体分離帯にてガスから分離された粉体を受け入れ、上記下部貯留室が上記開閉手段を介して上記上部貯留室から粉体を受け入れる構成とした。
【０００９】
第４発明は、第３発明の構成に加えて、上記粉体分離・回収部が複数設けられ、かつ上記粉体生成部と上記粉体分離・回収部の各々とを連通させる前段接続流路、および上記粉体分離・回収部の各々と上記吸引・排出部とを連通させる後段接続流路の各々に開閉弁が設けられ、この開閉弁の開閉により上記粉体分離・回収部および上記吸引・排出部に連通する上記粉体分離・回収部の内の一つが順番に、かつ周期的に選択可能に形成された構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、上記粉体貯留帯にて、粉体の焼成処理が可能となり、別途焼成処理のための設備を設ける必要がなくなり、粉体生成時間の短縮、および生成プロセスの単純化が可能になるという効果を奏する。
【００１１】
第２発明によれば、第１発明による効果に加えて、特に高温での焼成処理を要する場合において、省エネルギー、および焼成処理の迅速化が可能になるという効果を奏する。
【００１２】
第３発明によれば、第２発明による効果に加えて、均質な粉体の製造が可能になるという効果を奏する。
【００１３】
第４発明によれば、第３発明による効果に加えて、より一層均質な粉体の製造が可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る粉体製造装置１Ａを示し、この粉体製造装置１Ａは、粉体生成部１１と、この粉体生成部１１に前段接続流路１２を介して連通する粉体分離・回収部１３と、この粉体収集部１３に後段接続流路１４を介して連通する吸引・排出部１５とを備えている。
【００１５】
粉体生成部１１は、断熱材２１で覆われた中空体で、下部に例えば２流体ノズルを用いた噴霧装置２２を備えるとともに、噴霧装置２２の上方の内壁面にバーナ、電熱ヒータ等の加熱手段２３を備えている。
粉体分離・回収部１３は、サイクロン分離器を用いた粉体分離帯２４とこの下部に位置する粉体貯留帯２５とに分けられ、この粉体貯留帯２５には、開閉弁２６を挟んで、上部貯留室２７Ｕと下部貯留室２７Ｌとが形成され、このそれぞれに内部温度を調節する温度調節手段２８が接続されている。また、この粉体回収部１３の下部には開閉弁２９が介設された粉体取出し部３１が設けられている。
吸引・排出部１５には、いわゆる吸引ブロワ３２が用いられ、後段接続流路１４から吸込まれたガスが排出口３３より排出される。
【００１６】
そして、上記構成からなる粉体製造装置１Ａにおいて、粉体材料となる例えば硫酸リチウム、硫酸コバルト、硫酸マンガン等の有機塩、或いは硝酸マンガン、硝酸リチウム等の無機塩等の溶液が噴霧装置２２から微細霧にされて噴霧され、この微細霧が加熱手段２３により昇温され、乾燥、熱分解、固相反応を経て、所定の均一かつ微細な粉体、例えば二次電池の正極材料となるマンガン酸リチウムが生成される。即ち、この段階で粉体の１次焼成が完了する。粉体生成部１１、前段接続流路１２、粉体分離・回収部１３、および後段接続流路１４には、吸引ブロワ３２により粉体生成部１１から上述した各部を経て、後段接続流路１４に向かうガス流が形成されており、生成された粉体は前段接続流路１２を経て、ガス流に伴われて粉体分離・回収部１３の粉体分離帯２４に導かれる。図示する例では、粉体分離帯２４にサイクロン分離器が用いられており、ここで遠心力の差によって粉体とガスとが分離され、粉体は下方の粉体貯留帯２５に、さらに具体的に言えば、開閉弁２６が閉状態下で上部貯留室２７Ｕに落下し、ガスは後段接続流路１４に吸引されてゆく。さらに、このガスは吸引ブロワ３２により吸引され、排出口３３から排出される。
【００１７】
一方、粉体貯留帯２５内は温度調節手段２８により所定温度に調節されており、この所定温度下で、上述した上部貯留室２７Ｕに落下してきた粉体は、ここで所定時間保持され、ここでの粉体が一定量になると、開閉弁２６が開状態となり、開閉弁２９が閉状態下、上部貯留室２７Ｕ内の粉体が温度調節手段２８により所定温度に調節された下部貯留室２７Ｌに移された後、開閉弁２６が閉状態にされる。そして、２次焼成が完了する所定時間後、開閉弁２９が開状態にされ、下部貯留室２７Ｌ内の粉体が粉体取出し部３１から取出され、開閉弁２９が閉状態にされ、以後上述した工程が繰り返される。上述した工程について、さらに具体的に述べると、例えば、粉体生成部１１の出口部での温度が７００℃で、２次焼成が５００℃である場合、温度調節手段２８は例えば冷却フィン、冷却ファンを用いて形成され、ここからの送風により粉体貯留帯２５内が冷却され、５００℃に保持される。これとは逆に、粉体貯留帯２５内を上記出口部での温度よりも高い状態に保持しなければならない場合があるが、これについては、続いて詳述する。
【００１８】
図２は、本発明の第２実施形態に係る粉体製造装置１Ｂを示し、図２において図１に示す粉体製造装置１Ａと共通する部分については、互いに同一番号を付して説明を省略する。
粉体製造装置１Ｂでは、前段接続流路１２、および粉体分離・回収部１３の全体が断熱材２１で覆われている。
そして、上記同様にして粉体生成部１１から１次焼成された粉体がガス流に伴われて粉体分離・回収部１３に導かれ、ここでガスから分離された粉体が粉体貯留帯２５にて２次焼成されて、開閉弁２９を介して粉体取出し部３１から取出される。
【００１９】
この粉体製造装置１Ｂは、特に２次焼成の温度が高い場合に好適なものであり、一例として、粉体生成部１１の出口部での温度が７００℃で、２次焼成温度が８００℃で、この温度状態下、ｔ時間（ｔはｔＡ以上で、かつｔＡ＋ｔＢ以下）保持して２次焼成する必要がある場合について図３を参照しつつ説明する。なお、横軸は最初に１次焼成された粉体が上部貯留室２７Ｕに流入してきた時を基準として、この時から経過した時間ｔを表し、縦軸の上半分は時間ｔ＝０以降の各瞬間に上部貯留室２７Ｕに流入してきた各粉体の上部貯留室２７Ｕにおける保持時間ｔＵを上向きに示し、縦軸の下半分は時間ｔ＝０以降の各瞬間に下部貯留室２７Ｌ内に移行させられた各粉体の下部貯留室２７Ｌにおける保持時間ｔＬを下向きに示している。実際には、粉体分離帯２４から上部貯留室２７Ｕには連続的に粉体が落下してくるため、図３の上部貯留室２７Ｕの斜線部は黒く塗りつぶされた状態になるが、図３では、見易くするために、粉体が微小時間間隔で落下してくるかのように表されている。また、時間ｔＡおよびその整数倍（２ｔＡ、３ｔＡ、４ｔＡ、……）で示される時間は開閉弁２６が開閉されるタイミングで、時間（ｔＡ＋ｔＢ）以降、時間ｔＡ毎に開閉弁２９が開閉される。図示する例の場合、開閉弁２９の閉状態下で、開閉弁２６の開閉が行われ、開閉弁２６の閉状態下で、開閉弁２９の開閉が行われる。
【００２０】
また、図３の上半分の図では、各瞬間に粉体分離帯２４から上部貯留室２７Ｕに落下してきた各粉体について、開閉弁２６が開閉されるときまでの保持時間が表され、例えば時間０に落下してきた粉体の保持時間ｔＵはｔＡで、時間ｔＸに落下してきた粉体の保持時間ｔＵは（ｔＡ−ｔＸ）で、時間ｔＡに落下してきた粉体の保持時間ｔＵは０となる。換言すれば、上部貯留室２７Ｕ内には、保持時間ｔＵが０からｔＡまでの粉体が混在している。そして、開閉弁２６の開閉により、矢印Iで示すように、上部貯留室２７Ｕ内の粉体の全てが一度に下部貯留室２７Ｌに移行させられる。下部貯留室２７Ｌでは、全ての粉体が同時に２次焼成温度下で時間ｔＢだけ保持されるため、１本の太線で示される。下部貯留室２７Ｌで保持時間がｔＢになると開閉弁２９が開閉され、２次焼成が完了した粉体が矢印IIで示すように取出される。その後、具体的には時間（ｔＡ−ｔＢ）の後、次の粉体が上部貯留室２７Ｕから下部貯留室２７Ｌに移行させられ、以後、時間間隔ｔＡでこの繰り返しとなる。したがって、下部貯留室２７Ｌから取出される粉体の２次焼成温度下での上部貯留室２７Ｕおよび下部貯留室２７Ｌでの積算保持時間ｔＩは、ｔＢ以上で（ｔＡ＋ｔＢ）以下となる。
【００２１】
なお、上述した実施形態では、粉体分離帯２４はサイクロン分離器を用いて形成したものを示したが、本発明はこれに限定するものではない。
図４は、濾過式分離器を用いた粉体分離帯２４を示し、この粉体分離帯２４はハウジング４１内にバグフィルタ４２を収容して形成されている。また、ハウジング４１には、下部側面に前段接続流路１２に結合されるガス・粉体流入口４３、上部側面に後段接続流路１４に接続されるガス流出口４４、底面に粉体貯留帯２５に結合される粉体流出口４５のそれぞれを有し、ガス・粉体流入口４３は粉体流出口４５に直接連通するとともに、バグフィルタ４２を介してガス流出口４４に連通している。そして、ガス・粉体流入口４３からガス流に伴われて流入した粉体はバグフィルタ４２で篩い分けられてハウジング４１の下部に堆積してゆく一方、粉体が除かれたガスは後段接続流路１４、吸引・排出部１５を経て、外部に放出される。また、ハウジング４１の下部に堆積した粉体は徐々に粉体貯留帯２５に落下し、その後上記同様に処理される。
【００２２】
図５は、静電集塵機を用いた粉体分離帯２４を示し、この粉体分離帯２４は電源５１の接地された＋極に導通したハウジング５２内に電源５１の−電極に導通した電極５３を設けて形成されている。また、ハウジング５２には、上部側面に前段接続流路１２に結合されるガス・粉体流入口５４、下部側面に後段接続流路１４に接続されるガス流出口５５、底面に粉体貯留帯２５に結合される粉体流出口５６のそれぞれを有し、ガス・粉体流入口５４はガス流出口５５、粉体流出口５６のそれぞれに直接連通している。そして、粉体を伴ったガスがDC１〜１０kv程度でコロナ放電させている領域を通過させられ、これにより粉体に電位が付与され、対向電極であるハウジング５２の内面に付着させられ、ガスはガス流出口５５から後段接続流路１４、吸引・排出部１５を経て、外部に放出される。一方、上記内面に付着した粉体は徐々に粉体貯留帯２５に落下し、その後上記同様に処理される。
【００２３】
ところで、２次焼成温度が高い場合、２次焼成された粉体が安全に取出される温度まで冷却される必要がある。また、取出し作業終了後に粉体貯留帯２５を所定の２次焼成温度まで加熱しなければ粉体特性に悪い影響の出ることが予測され、このように加熱される間、粉体製造を停止しなければならない。この粉体製造の停止は、粉体製造効率の低下、エネルギーコストの上昇を招く故、回避されるべきである。このため、粉体分離・回収部１３を複数設けてもよい。
【００２４】
図６は、粉体分離・回収部１３を３機並列に設置した本発明の第３実施形態に係る粉体製造装置１Ｃを示し、図１、図２に示す粉体製造装置１Ａ，１Ｂと互いに共通する部分については同一番号を付して説明を省略する。
この粉体製造装置１Ｃでは、並列配置された３機の各粉体分離帯、即ち上段の第１粉体分離帯２４ａ、中段の第２粉体分離帯２４ｂ、下段の第３粉体分離帯２４ｃに結合された前段接続流路１２、後段接続流路１４のそれぞれに前段開閉弁６１，６２，６３、および後段開閉弁６４，６５，６６が介設され、３機の粉体分離・回収部１３が順繰りに使用されるようになっている。即ち、前段開閉弁６１と後段開閉弁６４とが第１の対、前段開閉弁６２と後段開閉弁６５とが第２の対、前段開閉弁６３と後段開閉弁６６とが第３の対になり、上述した時間ｔＡの間隔で第１、第２、第３の各対の順序で繰り返し開閉がなされる。
【００２５】
図７は、図６に示す粉体製造装置１Ｃの上段の第１粉体分離帯２４ａに続く第１粉体貯留帯、中段の第２粉体分離帯２４ｂに続く第２粉体貯留帯、下段の第３粉体分離帯２４ｃに続く第３粉体貯留帯のそれぞれにおける温度変化を示したものである（横軸：上記同様、時間ｔ、縦軸：温度Ｔ）。
３機の粉体分離・回収部１３は図３にて説明した時間ｔＡと同じ時間間隔で稼働状態の切換えが行われる。まず、第１粉体貯留帯が実線で示すように稼働状態にあって、粉体の取出しにあたって、Ｘで示す冷却プロセスがあり、その後、Ｙで示す粉体取出しプロセスがあって、粉体の取出しが行われ、さらにその後、Ｚで示すように加熱プロセスがあり、以後、第２粉体貯留帯での一点鎖線で示す同様な温度変化、第３粉体貯留帯での二点鎖線で示す同様な温度変化が繰り返される。
【００２６】
図８は、本発明の第４実施形態に係る粉体製造装置１Ｄを示し、図１、図２に示す粉体製造装置１Ａ，１Ｂと互いに共通する部分については同一番号を付して説明を省略する。
この粉体製造装置１Ｄでは、粉体生成部１１の上部の上部にバーナ７１が設けられており、このバーナ７１には、燃料ガスが供給されるとともに、粉体供給装置７２からキャリアガスとともに粉体原料が導かれる。そして、粉体生成部１１の下部から１次焼成された粉体がガスとともに搬送装置を内部に収容した前段接続流路１２に送り出される。
この粉体製造装置１Ｄにおいて、粉体の２次焼成温度が高い場合には、上記同様、粉体生成部１１、前段接続流路１２および粉体分離・回収部１３を断熱材２１で覆うようにしてもよい。
【００２７】
また、上記第３、第４実施形態において、上述した各種の粉体分離帯２４のいずれを適用してもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る粉体製造装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、例えば２次電池の材料となる粉体の製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る粉体製造装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る粉体製造装置の全体構成を示す図である。
【図３】図２に示す粉体製造装置における粉体貯留帯での粉体保持時間を説明するための図である。
【図４】本発明に係る粉体製造装置に適用される別の粉体分離帯を示す図である。
【図５】本発明に係る粉体製造装置に適用されるさらに別の粉体分離帯を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る粉体製造装置の全体構成を示す図である。
【図７】図６に示す粉体製造装置における粉体貯留帯の稼働状態を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る粉体製造装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  粉体製造装置
１１  粉体生成部
１２  前段接続流路
１３  粉体分離・回収部
１４  後段接続流路
１５  吸引・排出部
２１  断熱材
２２  噴霧装置
２３  加熱手段
２４  粉体分離帯
２４ａ  第１粉体分離帯
２４ｂ  第２粉体分離帯
２４ｃ  第３粉体分離帯
２５  粉体貯留帯
２６  開閉弁
２７Ｕ  上部貯留室
２７Ｌ  下部貯留室
２８  温度調節手段
２９  開閉弁
３１  粉体取出し部
３２  吸引ブロワ
３３  排出口
４１  ハウジング
４２  バグフィルタ
４３  ガス・粉体流入口
４４  ガス流出口
４５  粉体流出口
５１  電源
５２  ハウジング
５３  電極
５４  ガス・粉体流入口
５５  ガス流出口
５６  粉体流出口
６１，６２，６３  前段開閉弁
６４，６５，６６  後段開閉弁
７１  バーナ
７２  粉体供給装置
Ｘ  冷却プロセス
Ｙ  粉体取出しプロセス
Ｚ  加熱プロセス
【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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【図８】
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