(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブ生成炉内に炭化水素と触媒用金属粉を投入して反応させ、カーボンナノチューブを製造する装置において、
カーボンナノチューブ生成炉から排出された触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離する触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置を具備し、
前記分離装置は、触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを炭化水素液中に漬けて超音波により触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離するものであり、
前記分離装置に使用する炭化水素液は、カーボンナノチューブ生成炉に投入する炭化水素液とし、炭化水素液に触媒用金属粉の混入した状態でカーボンナノチューブ生成炉に投入することにより触媒用金属粉を再利用することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項２】
触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置にカーボンナノチューブ生成炉から排出される触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを連続的に投入して、炭化水素液の混入した状態の触媒用金属粉とカーボンナノチューブを分離後の混合液を、下側に沈降する炭化水素液と触媒用金属粉との混合液、及び上側に浮遊する炭化水素液とカーボンナノチューブとの混合液とを夫々連続的に排出することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項３】
超音波により分離・揮発した液体としての炭化水素のミストを、カーボンナノチューブ生成炉から発生するオフガスとともにカーボンナノチューブ生成炉加熱用の燃料とすることを特徴とする請求項１または２記載のカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項４】
触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置に接続され，炭化水素液に触媒用金属粉の混入した状態で触媒を活性化する触媒調整装置を更に有し、この触媒調整装置に触媒用金属粉が混入された炭化水素液を投入するとともに、酸素、水素のいずれか又は両方を投入して触媒を活性化させた後、カーボンナノチューブ生成炉内に炭化水素液とともに投入して反応させてカーボンナノチューブを生成することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載のカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項５】
触媒調整装置の加熱源は、カーボンナノチューブ生成炉加熱後の燃焼ガスとすることを特徴とする請求項４に記載のカーボンナノチューブ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、純度および安定性の高い高機能のカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産する可能なカーボンナノチューブ製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ等の高機能カーボンの生成法には、例えばアーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法(ＣＶＤ法）が挙げられる。
【０００３】
アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である（例えば、特許文献１参照）。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
一般に、アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいとされる。
【０００５】
ＣＶＤ法には、反応炉の中に入れた基板にカーボンナノチューブを生成させる気相成長基板法(例えば、特許文献３参照)と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブを生成する流動気相法(例えば、特許文献４参照)の二つの方法がある。
【０００６】
気相成長法について、図９を参照して説明する。図中の符番101は、内部に触媒102を担持する触媒担持基板103が配置された反応管を示す。反応管101の外周外側部には電気ヒータ104が配置されている。こうした構成の反応管101内に、該反応管101の一方側から原料（炭化水素）105を流し、他方側から排気するようにすると、反応管101内部で炭化水素ガス106が発生し、カーボンナノチューブ107が形成される。
【０００７】
次に、図１０を用いて流動気相法について説明する。但し、図９と同部材は同符番を付して説明を省略する。図１０では、反応管101の一方側から原料である炭化水素105とともにキャリアガス108を流すことを特徴とする。これにより、電気ヒータ104が配置された部位に相当する反応管101内で炭化水素ガス106が発生し、カーボンナノチューブ107が形成される。
【０００８】
一方、気相成長基板法はバッジ処理であるので大量生産に難しい。また、流動気相法は温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されているが、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。
【０００９】
純度および安定性の高いカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができるようになれば、カーボンナノチューブの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。
【００１０】
しかし、アーク放電法、レーザー蒸着法ではアーク放電、レーザー蒸着用の電気、原料のＬＰＧガス等の化石資源由来の炭化水素、化学気相成長法では加熱するための電気或いはガス等の燃料、原料のＬＰＧガス等の化石資源由来の炭化水素を必要とし、いずれのカーボンナノチューブを製造する装置においても、カーボンナノチューブを製造するのに大量の化石資源由来のエネルギーを使用している。地球温暖化防止の対策が急務である今、高機能カーボンであるカーボンナノチューブを生成する為に大量の二酸化炭素を排出しているということは大きな問題である。
【特許文献１】特開２００７−０９５５０９号公報
【特許文献２】特開平１０−２７３３０８号公報
【特許文献３】特開２０００−０８６２１７号公報
【特許文献４】特開２００３−３４２８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、純度および安定性の高い高機能のカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができ、特にカーボンナノチューブから触媒用金属粉を分離する触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置を有するカーボンナノチューブ製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るカーボンナノチューブ製造装置は、カーボンナノチューブ生成炉内に炭化水素と触媒用金属粉を投入して反応させ、カーボンナノチューブを製造する装置において、カーボンナノチューブ生成炉から排出された触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離する触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置を具備し、前記分離装置は、触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを炭化水素液中に漬けて超音波により触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離するものであり、 
前記分離装置に使用する炭化水素液は、カーボンナノチューブ生成炉に投入する炭化水素液とし、炭化水素液に触媒用金属粉の混入した状態でカーボンナノチューブ生成炉に投入することにより触媒用金属粉を再利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、純度および安定性の高い高機能のカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のカーボンナノチューブ製造装置について更に詳しく説明する。  
(1) 本発明のカーボンナノチューブ製造装置は、上述したように、カーボンナノチューブ生成炉内に炭化水素と触媒用金属粉を投入して反応させ、カーボンナノチューブを製造する装置において、カーボンナノチューブ生成炉から排出された触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離する触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置を具備することを特徴とする。
【００１５】
(2) 上記（１）において、触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置は、触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを液体中に漬けて超音波により触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離する場合が挙げられる。  
(3) 上記（２）において、前記液体が炭化水素液である場合が挙げられる。炭化水素液としては、例えばメタノール、エタノールが挙げられる。  
(4) 上記（１）〜（３）において、触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置に使用する液体は、カーボンナノチューブ生成炉に投入する液体とし、液体に触媒用金属粉の混入した状態でカーボンナノチューブ生成炉に投入することにより触媒用金属粉を再利用することが好ましい。
【００１６】
(5) 上記（１）〜（４）において、触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置にカーボンナノチューブ生成炉から排出される触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを連続的に投入して、液体の混入した状態の触媒用金属粉とカーボンナノチューブを分離後の混合液を、下側に沈降する液体と触媒用金属粉との混合液、及び上側に浮遊する液体とカーボンナノチューブとの混合液とを夫々連続的に排出することが好ましい。  
(6) 上記（１）〜（５）において、超音波により分離・揮発した液体としての炭化水素のミストを、カーボンナノチューブ生成炉から発生するオフガスとともにカーボンナノチューブ生成炉加熱用の燃料とすることが好ましい。
【００１７】
(7) 上記（１）〜（６）において、触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置に接続され，液体に触媒用金属粉の混入した状態で触媒を活性化する触媒調整装置を更に有し、この触媒調整装置に触媒用金属粉が混入された液体を投入するとともに、酸素或いは水素を投入して触媒を活性化させた後、カーボンナノチューブ生成炉内に液体としての炭化水素とともに投入して反応させてカーボンナノチューブを生成することが好ましい。  
(8) 上記（７）において、触媒調整装置の加熱源は、カーボンナノチューブ生成炉加熱後の燃焼ガスとすることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。  
（第１の実施形態）  
図１は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置に関わり、特にその主要構成装置であるカーボンナノチューブ生成炉周りの概略フロー図である。  
図中の符番１は、カーボンナノチューブ生成炉（高温炉）を示す。高温炉１は、運転中、内部が外部と遮断された高温還元雰囲気になっている。高温炉１内には、駆動モータ２によりゆっくり回転する横型の内容器３が配置されている。高温炉１の内部には、多数の耐熱性を有する耐熱ボール４が充填されている。耐熱ボール４は、直径が５〜１００ｍｍ程度で、ステンレス、鉄、ニッケル、クロム、アルミナ等の金属或いはセラミック等の耐熱性を有するボールである。図示していないが、内容器３内は、炭化水素や触媒用金属粉と同様な投入方法で還元ガス(H２ガスまたはH２ガスを含む不活性ガス、またはＣＯガス)を注入できる構造になっている。また、内容器３は入口側回転軸シールと出口側軸シールでシールされ、内容器３内部に外気が侵入しない構造になっている。なお、内容器２内の構造は、本出願人出願が既に出願したように、仕切板等で区切り、投入される炭化水素と触媒用金属粉が回転する耐熱ボール４表面を均一に流動するような構造が好ましい。
【００１９】
前記高温炉１の内容器３には、該内容器３に炭化水素を供給する炭化水素投入ホッパー５、内容器３に触媒用金属粉を供給する触媒用金属粉投入ホッパー６が夫々接続されている。ここで、投入する触媒用金属粉は、平均粒径が１０〜２００μmのステンレス、鉄、ニッケル、クロム、アルミナ、コバルト等の触媒機能を有する金属粉末である。炭化水素は炭化水素投入ノズル７を経由して、また触媒用金属は触媒用金属粉投入ノズル８を経由して内容器３内に連続的に定量投入できるようになっている。ここで、内容器２内に投入する炭化水素と触媒用金属粉は、両者の比率を反応に合わせて最適比率に調整して定量投入することができるようになっている。
【００２０】
内容器３に投入された炭化水素と触媒用金属粉は、内容器３内の高温反応部で反応させ、カーボンナノチューブを生成し、生成したカーボンナノチューブを触媒用金属粉付きカーボンナノチューブ排出ノズル（以下、排出ノズルと呼ぶ）９から連続的に排出できる構成になっている。高温炉１には、排出ノズル９を介して触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置（以下、分離装置と呼ぶ）１０が接続されている。高温炉１の外側には、加熱源（加熱ヒータ或いは加熱ジャケット）１１が配置されている。加熱源１１は加熱ヒータによって加熱する方式、即ち内容器３の外側に熱風ジャケットを設け、排熱等の熱風を熱風ジャケット内に流すことによって内容器３内部まで十分に加熱できる構成になっている。加熱温度は８００℃〜９００℃程度としている。内容器３の出口側には耐熱ボール４が排出されない程度の細長いスリット（図示せず）が同心円状に開いており、このスリット穴から生成カーボンナノチューブが排出される。高温炉１の上端部には、オフガスを排出するオフガス出口ノズル１２が設けられている。
【００２１】
本発明では、耐熱ボール４が十分に蓄熱され、炭化水素と触媒用金属粉が一緒に攪拌されるため温度が均一になる。そして、触媒用金属粉を核としてカーボンナノチューブが成長し、少しづつ出口側に移動する。一方、内部で発生するオフガスもスリット穴を通って出口側に移動し、オフガス出口ノズル１２から排出される。なお、ここでは高温炉１は金属ボールを充填した構造で説明しているが、カーボンナノチューブを生成する為の別の構造でもよい。
【００２２】
内容器３の触媒を核としてカーボンナノチューブが生成されるが、この内容器３内で温度が十分に均一になり、滞留時間も容易にコントロールできるので、純度および安定性の高い高機能のカーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができる。但し、高温反応部（内容器）内部においてカーボンナノチューブは触媒用金属粉を核に成長する為、排出された生成カーボンナノチューブには触媒用金属粉が付着したままの状態である。
【００２３】
第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置は、高温炉１から排出された生成カーボンナノチューブをそのまま分離装置１０に流下させ、ここで触媒用金属粉とカーボンナノチューブとを分離する。触媒用金属粉とカーボンナノチューブとを分離する機構としては、以下に説明するような液体に漬けて分離する方式の他に、乾式の分離装置による分離方法等が考えられる。
【００２４】
乾式の分離装置による分離方法の場合、分離装置１０では、分離装置１０には加振器（図示せず）が設置されており、分離装置内の触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブは大きく振動する。また、分離装置１０内には触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブを攪拌する攪拌機（図示せず）も設置されている。触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブはこの分離装置１０に流下し、加振器による振動効果と、攪拌機による攪拌効果により、触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブは衝撃を受け、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離される。このように、高温炉１から流下する触媒用金属粉／カーボンナノチューブに微振動を与え、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離する。触媒用金属粉とカーボンナノチューブの比重差により、軽いカーボンナノチューブは分離装置の上側に、重い触媒用金属粉は分離装置の下側に片寄ることで、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離することができる。
【００２５】
第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉１から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置１０を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを製造することができる。
【００２６】
なお、第１の実施形態では、分離装置１０を容器の構造としているが、振動コンベア等で振動させながら搬送しつつ、触媒用金属粉とカーボンナノチューブの比重差により分離する形態も考えられる。
【００２７】
（第２の実施形態）  
図２は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置の一構成である触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番２１は、分離装置１０内に充填された液体としての水を示す。分離装置１０内の水２１は、攪拌機２２により攪拌されるようになっている。この攪拌機２２は、駆動モータ２３と、この駆動モータ２３に連結する回転軸２４と、この回転軸２４と連結する支持部材２５と、この支持部材２５に支持された攪拌羽根２６とから構成されている。分離装置１０の上部には、触媒用金属粉付カーボンナノチューブ投入ノズル（以下、チューブ投入ノズルと呼ぶ）２７と、水注入ノズル２８が設けられている。
【００２８】
分離装置１０の下部外側には、超音波を発振する超音波発振機２９が取り付けられている。分離装置１０の底部には、沈降した触媒用金属粉を掻き出し装置（図示せず）で払い出すための触媒用金属粉排出ノズル（以下、第１の排出ノズルと呼ぶ）３０が設けられている。また、分離装置の上部側には、浮遊したカーボンナノチューブを排出するためのカーボンナノチューブ排出ノズル（以下、第２の排出ノズルと呼ぶ）３１が設けられている。なお、図２において、符号Ｌ１はモータ駆動時の液面であり、符号Ｌ２はモータ停止時の液面を示す。
【００２９】
こうした構成の分離装置１０において、分離装置１０内の水２１には、チューブ投入ノズル２７より触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブが水２１の中に流下し、また水注入ノズル２８から水を注入補充できるようになっている。攪拌機２２により、触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブは水２１に溶解、攪拌され、冷却されるととともに、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離される。分離装置１０内は攪拌機２２にて攪拌されることで、生成カーボンナノチューブが水２１と親和し、溶解する。  
更に、装置外部に取り付けた超音波発信機２９の超音波により水２１と溶解している触媒用金属粉／カーボンナノチューブから触媒用金属粉とカーボンナノチューブとを分離する。分離後、触媒用金属粉は比重が大きい為、分離装置１０の下部に沈降する。一方、カーボンナノチューブは比重が小さい為、分離装置１０の上部に浮遊する。浮遊したカーボンナノチューブは第２の排出ノズル３１よりカーボンナノチューブ掻き出し装置等で払出し、沈降した触媒用金属粉は第１の排出ノズル３０より触媒用金属粉掻き出し装置等で払出される。
【００３０】
実際の運転においては、分離装置１０内に水２１を充填し、触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブを投入後、攪拌機２２にて攪拌し、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとを分離しつつ、カーボンナノチューブを第２の排出ノズル１５より連続的に排出するのが良い。一方、触媒用金属粉は、分離装置１０内に或る一定レベル以上溜まったら攪拌機２２を停止し、第１の排出ノズル３０より排出するのが良い。払出されたカーボンナノチューブは、水と親和した状態であるが、そのまま利用先に供給するか、或いは乾燥後利用先に供給する。一方、沈降分離し払出された触媒用金属粉は、水に触媒用金属粉の混入した状態のまま触媒を活性化する工程(触媒調整装置)に注入され再利用される。
【００３１】
第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、図２のような分離装置１０を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを製造できるとともに、触媒用金属粉は水に触媒用金属粉の混入した状態のまま再利用することができる。
【００３２】
（第３の実施形態）  
図３は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置の一構成である触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置の概略図である。但し、図１，図２と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番３２は、分離装置１０内に収容された炭化水素液（例えばメタノール）である。また、分離装置１０の上部には、分離装置１０内に炭化水素液を注入するための炭化水素注入ノズル３３が設けられている。即ち、チューブ投入ノズル２７より触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブが炭化水素液３２中に流下する。
【００３３】
こうした構成の分離装置１０において、分離装置１０内の炭化水素液３２には、チューブ投入ノズル２７より触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブが炭化水素液３２の中に流下し、また炭化水素液注入ノズル３３から炭化水素液を注入補充できるようになっている。攪拌機２２により、触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブは炭化水素液３２に溶解、攪拌され、冷却されるととともに、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離される。分離装置１０内は攪拌機２２にて攪拌されることで、生成カーボンナノチューブが炭化水素液３２と親和し、溶解する。
【００３４】
更に、装置外部に取り付けた超音波発信機２９の超音波により炭化水素液３２と溶解している触媒用金属粉／カーボンナノチューブから触媒用金属粉とカーボンナノチューブとを分離する。分離後、触媒用金属粉は比重が大きい為、分離装置１０の下部に沈降する。一方、カーボンナノチューブは比重が小さい為、分離装置１０の上部に浮遊する。浮遊したカーボンナノチューブは第２の排出ノズル３１よりカーボンナノチューブ掻き出し装置等で払出し、沈降した触媒用金属粉は第１の排出ノズル３０より触媒用金属粉掻き出し装置等で払出される。
【００３５】
実際の運転においては、分離装置１０内に炭化水素液３２を充填し、触媒用金属粉付き生成カーボンナノチューブを投入後、攪拌機２２にて攪拌し、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとを分離しつつ、カーボンナノチューブを第２の排出ノズル１５より連続的に排出するのが良い。一方、触媒用金属粉は、分離装置１０内に或る一定レベル以上溜まったら攪拌機２２を停止し、第１の排出ノズル３０より排出するのが良い。払出されたカーボンナノチューブは、水と親和した状態であるが、そのまま利用先に供給するか、或いは乾燥後利用先に供給する。一方、沈降分離し払出された触媒用金属粉は、水に触媒用金属粉の混入した状態のまま触媒を活性化する工程(触媒調整装置)に注入され再利用される。  
この場合、炭化水素液はカーボンナノチューブ生成原料であり、触媒用金属粉を外部に廃棄することなく、カーボンナノチューブ製造装置内で再利用できるというメリットがある。
【００３６】
第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、図３に示すような分離装置１０を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを製造できるとともに、触媒用金属粉は炭化水素液に触媒用金属粉の混入した状態のまま再利用することができる。
【００３７】
（第４の実施形態）  
図４は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番３４は、分離装置１０と高温炉１を接続する第１の循環ラインを示す。第４の実施形態の製造装置は、分離装置１０に使用する水或いは炭化水素液などの液体を、高温炉１に投入する液体とし、液体に触媒用金属粉の混入した状態で高温炉１に投入することにより触媒用金属粉を再利用できるようにしたことを特徴とする。なお、分離装置１０の運転方法については、第２の実施形態、第３の実施形態における説明と同様である。
【００３８】
第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉１から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、分離装置１０と高温炉１を接続する第１の循環ライン３４を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを製造できるとともに、触媒用金属粉は液体に触媒用金属粉の混入した状態のまま再利用することができる。また、高温炉１に投入する水或いは炭化水素液などの液体を予め分離装置１０でも利用することができ、ランニングコストを下げることができる。
【００３９】
（第５の実施形態）  
図５は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置の一構成である分離装置の概略図である。但し、図１〜図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番３５は、分離装置１0内に収容された水或いは炭化水素液（液体）である。分離装置１０の側部には、分離装置１０内に水或いは炭化水素液を注入するための液体注入ノズル３６が設けられている。液体注入ノズル３６の位置は、分離装置１０内の液体３５の液面の多少下目に設置している。これにより、触媒用金属粉付カーボンナノチューブが分離装置１０の上から連続的に投入され、分離装置１０内部で水或いは炭化水素液と混合しやすくなり、触媒用金属粉とカーボンナノチューブの分離も促進される。
【００４０】
こうした構成の分離装置１０を備えたカーボンナノチューブ製造装置は、分離装置１０に高温炉から排出される触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブをチューブ投入ノズル２７より液体３５の中に連続的に投入して、液体３５の混入した状態の触媒用金属粉とカーボンナノチューブを分離後の混合液を、下側に沈降する液体と触媒用金属粉との混合液、上側に浮遊する液体とカーボンナノチューブとの混合液とを夫々連続的に排出することができるようにしたことを特徴とする。
【００４１】
なお、分離装置１０の形状、液体注入ノズル３６の設置位置、攪拌機２２の形状、液体の注入量等は、触媒用金属粉とカーボンナノチューブとの分離性能が向上するように適宜設計する。これにより、下側に沈降する水或いは炭化水素液と触媒用金属粉との混合液は連続的に排出でき、そのままカーボンナノチューブ生成炉に投入することにより簡単に触媒用金属粉を再利用することができる。  
一方、上側に浮遊する液体３５とカーボンナノチューブとの混合液も連続的に排出でき、そのまま次の乾燥工程に導入し、液体３５分を蒸発・揮発させることにより、カーボンナノチューブ単体を回収することができる。
【００４２】
第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、図５に示すような分離装置１０を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを連続的に製造できるとともに、液体３５と触媒用金属粉との混合液、液体３５とカーボンナノチューブとの混合液とを夫々連続的に排出することができ、ランニングコストを大幅に下げることができる。
【００４３】
（第６の実施形態）  
図６は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番３７は燃焼バーナを示す。燃焼バーナ３７とオフガス出口ノズル１２は第２の循環ライン３８により接続され、オフガス出口ノズル１２より燃焼バーナ３７にオフガスが供給するようになっている。燃焼バーナ３７と前記排出ノズル9とは第３の循環ライン３９により接続され、排出ノズル9から燃焼バーナ３７に炭化水素液のミストが供給されるようになっている。燃焼バーナ３７と高温炉１の加熱源１１とは第４の循環ライン４０により接続され、燃焼バーナ３７より加熱源１１に燃焼ガスが供給されるようになっている。
【００４４】
図６では、超音波により分離・揮発した炭化水素液のミストを、高温炉１から発生するオフガスとともに燃焼バーナ３７に導入し燃焼させ、その燃焼ガスを高温炉１の加熱用の燃料とするようにしている。また、揮発した炭化水素液のミストは、高温炉１から発生するオフガスとともに高カロリーを有しており、高温炉１の加熱用バーナ等の燃料として活用できる。
【００４５】
第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉１から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、図6のような分離装置１０を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを連続的に製造できるとともに、揮発した炭化水素液のミストをカーボンナノチューブ生成炉加熱用の燃料とすることができ、ランニングコストを大幅に下げることができる。
【００４６】
（第７の実施形態）  
図７は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置の概略図である。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番４１は、水或いは炭化水素液に触媒用金属粉の混入した状態で触媒を活性化する触媒調整装置である。分離装置１０と触媒調整装置４１は第５の循環ライン４２により接続され、触媒調整装置４１と触媒用金属粉投入ホッパー６は第６の循環ライン４３により接続されている。
【００４７】
図７では、水或いは炭化水素液に触媒用金属粉の混入した状態で触媒を活性化する触媒調整装置３０に投入するとともに、触媒調整装置４１に酸素４５或いは水素４６を投入し、触媒を活性化させた後、触媒用金属粉投入ホッパー６に戻し、再度高温炉１内に炭化水素とともに投入して反応させてカーボンナノチューブを生成するようにしたものである。触媒調整装置４１内の温度は４００〜６００℃程度に高めることと触媒と酸素４５或いは水素４６と接触させることで、触媒を活性化させることができる。
【００４８】
第７の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉１から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、前記分離装置１０を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを連続的に製造できるとともに、再度触媒をカーボンナノチューブ生成炉投入する際に触媒を活性化することで、高温炉１内でのカーボンナノチューブ生成効率を高めることができる。
【００４９】
（第８の実施形態）  
図８は、本発明によるカーボンナノチューブ製造装置の概略図である。但し、図１〜図７と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番４６は、触媒調整装置４１を加熱するために該触媒調整装置４１の周囲に配置された触媒調整装置加熱ジャケットである。この触媒調整装置加熱ジャケット４６には、高温炉１加熱後の燃焼ガスを流入させることで、余熱を利用して加熱するようにしたものである。前記ジャケット４１と高温炉１の加熱源１１は第７の循環ライン４７により接続されている。
【００５０】
第８の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置によれば、高温炉１から触媒用金属粉が付着した状態でカーボンナノチューブが排出されても、前記分離装置１０を有することで、純度の高いカーボンナノチューブを連続的に製造でき、且つ、再度触媒を高温炉１に投入する際に触媒を活性化することができ高温炉１内でのカーボンナノチューブ生成効率を高めることができるとともに、高温炉１加熱後の燃焼ガスを熱源とすることで、製造装置全体の効率を高めることができ、カーボンナノチューブを低コストで効率よく量産することができる。
【００５１】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。  
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］カーボンナノチューブ生成炉内に炭化水素と触媒用金属粉を投入して反応させ、カーボンナノチューブを製造する装置において、カーボンナノチューブ生成炉から排出された触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離する触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置を具備することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
［２］触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置は、触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを液体中に漬けて超音波により触媒用金属粉とカーボンナノチューブとに分離することを特徴とする［１］に記載のカーボンナノチューブ製造装置。
［３］前記液体が炭化水素液であることを特徴とする［２］に記載のカーボンナノチューブ製造装置。
［４］触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置に使用する液体は、カーボンナノチューブ生成炉に投入する液体とし、液体に触媒用金属粉の混入した状態でカーボンナノチューブ生成炉に投入することにより触媒用金属粉を再利用することを特徴とする［１］乃至［３］いずれか一記載のカーボンナノチューブ製造装置。
［５］触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置にカーボンナノチューブ生成炉から排出される触媒用金属粉の付着したカーボンナノチューブを連続的に投入して、液体の混入した状態の触媒用金属粉とカーボンナノチューブを分離後の混合液を、下側に沈降する液体と触媒用金属粉との混合液、及び上側に浮遊する液体とカーボンナノチューブとの混合液とを夫々連続的に排出することを特徴とする［１］乃至［４］いずれか一記載のカーボンナノチューブ製造装置。
［６］超音波により分離・揮発した液体としての炭化水素のミストを、カーボンナノチューブ生成炉から発生するオフガスとともにカーボンナノチューブ生成炉加熱用の燃料とすることを特徴とする［１］乃至［５］いずれか一記載のカーボンナノチューブ製造装置。
［７］触媒用金属粉／カーボンナノチューブ分離装置に接続され，液体に触媒用金属粉の混入した状態で触媒を活性化する触媒調整装置を更に有し、この触媒調整装置に触媒用金属粉が混入された液体を投入するとともに、酸素、水素のいずれか又は両方を投入して触媒を活性化させた後、カーボンナノチューブ生成炉内に液体としての炭化水素とともに投入して反応させてカーボンナノチューブを生成することを特徴とする［１］乃至［６］いずれか一記載のカーボンナノチューブ製造装置。
［８］触媒調整装置の加熱源は、カーボンナノチューブ生成炉加熱後の燃焼ガスとすることを特徴とする［７］に記載のカーボンナノチューブ製造装置。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の概略図を示す。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の一構成である分離装置の概略図を示す。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の一構成である分離装置の概略図を示す。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の概略図を示す。
【図５】本発明の第５の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の一構成である分離装置の概略図を示す。
【図６】本発明の第６の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の概略図を示す。
【図７】本発明の第７の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の概略図を示す。
【図８】本発明の第８の実施形態に係るカーボンナノチューブ製造装置の概略図を示す。
【図９】従来の気相成長法の説明図を示す。
【図１０】従来の流動気相法の説明図を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１…カーボンナノチューブ生成炉（高温炉）、２…駆動モータ、３…内容器、４…耐熱ボール、５…添加水素投入ホッパー、６…触媒用金属粉投入ホッパー、７…炭化水素投入ノズル、８…触媒用金属粉投入ノズル、９…触媒用金属粉付カーボンナノチューブ排出ノズル、１０…触媒用金属粉/カーボンナノチューブ分離装置、１１…加熱源、１２…オフガス出口ノズル、２１…水、２２…攪拌機、２７…触媒用金属粉付カーボンナノチューブ投入ノズル、２８…水注入ノズル、２９…超音波発信機、３０…触媒用金属粉排出ノズル、３１…カーボンナノチューブ排出ノズル、３２…炭化水素液、３３…炭化水素液注入ノズル、３５…水或いは炭化水素液（液体）、３６…液体注入ノズル、４１…触媒超製装置、３４，３８，３９，４０，４２，４３，４７…循環ライン、４６…触媒調整加熱ジャケット。
【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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【図９】
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【図１０】
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