(57)【要約】【課題】  熱分解法により超高温で安定して粉体を生成できる粉体製造装置を提供する。【解決手段】  筒状の粉体生成塔２に、粉体生成塔２内部に原料溶液を噴霧する噴霧手段６と、粉体生成塔２内で、噴霧された原料水溶液の液滴を加熱乾燥して粉体にする加熱手段７と、粉体生成塔２内で、加熱手段７により生成した粉体を、プラズマ放電によって熱変成するプラズマ放電手段８とを設ける。【選択図】図１
2007083113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の粉体生成塔と、
前記粉体生成塔内部に原料溶液を噴霧する噴霧手段と、
前記粉体生成塔内で、噴霧された前記原料水溶液の液滴を加熱乾燥して粉体にする加熱手段と、
前記粉体生成塔内で、前記加熱手段により生成した粉体を、プラズマ放電によって熱変成するプラズマ放電手段とを備えることを特徴とする粉体製造装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記粉体生成塔内部に火炎を噴射する複数の火炎噴射ノズルからなることを特徴とする請求項１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、粉体製造装置に関し、特に、高温で熱変成して生成する粉体を製造するための粉体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、粉体生成塔内に噴霧した原料の液滴を、複数のバーナによって発生させた火炎旋回流によって乾燥し、熱変成（熱分解して融合）させる熱分解法による粉体製造装置が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、粉体生成塔内に噴霧した原料の液滴を、プラズマ放電によって加熱乾燥し、熱変成させる粉体製造装置が記載されており、この粉体製造装置に用いることができるプラズマ発生装置は、特許文献３に詳しく記載されている。
【０００４】
特許文献１の粉体製造装置では、バーナの火炎温度が、約２０００℃が上限であるために、例えば高結晶アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）などの粉体の製造には、変成温度が不十分である。
【０００５】
特許文献２の粉体製造装置は、約１００００℃の超高温が得られるが、液滴を加熱する時間が短く、瞬間的に液滴を乾燥して熱変成する。このため、液滴内の水分が爆発的に気化して反応すべき原料同士が離ればなれになるために反応することができなくなったり、複合材料の製造時などの比較的低温（２０００度以下の高温域）で反応する成分が含まれる場合、それらの成分の反応に熱を奪われるために超高温域での反応が発生する前に加熱空間を通過してしまい、熱変成が不完全になるという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−２９２２２３号公報
【特許文献２】特開２００４−２６３２５７号公報
【特許文献３】特開２０００−４８９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、熱分解法により超高温（２０００℃以上）で安定して粉体を生成でき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】
【０００７】
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、前記粉体生成塔内部に原料溶液を噴霧する噴霧手段と、前記粉体生成塔内で、噴霧された前記原料水溶液の液滴を加熱乾燥して粉体にする加熱手段と、前記粉体生成塔内で、前記加熱手段により生成した粉体を、プラズマ放電によって熱変成するプラズマ放電手段とを備えるものとする。
【０００８】
この構成によれば、加熱手段が噴霧された原料の液滴を乾燥して粉体にし、高温に予熱、或いは、高温域で熱変成する成分を予め反応させておくことができ、プラズマ放電によって、さらに超高温に加熱することで熱分解して融合し、所望の粉体を生成する。このため、プラズマ放電による熱が蒸発や高温での反応のために消費されず、短時間の内に、反応すべき原料全てを超高温に加熱して、残さずに熱変成させることができる。
【０００９】
また、本発明の粉体製造装置において、前記加熱手段は、前記粉体生成塔内部に火炎を噴射する複数の火炎噴射ノズルからなってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の粉体製造装置は、予め、加熱手段で原料液滴の乾燥および高温域での反応を行ってから、プラズマ放電手段で超高温に加熱して熱変成させるので、原料全てが超高温に加熱され、安定した熱変成が行われ、得られる粉体が高品質である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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１の概要を示す。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、直立したパイプからなる精製管３と、バグフィルタ４とからなっている。
【００１２】
粉体生成塔２は、保温材５で覆われており、上端の開口部に、内部に搬送ガスを吹き込むと同時に搬送ガス中に原料溶液を噴霧する２流体式の噴霧手段６が設けられている。噴霧手段６は、製造する粉体の原料の水溶液を粉体生成塔２の内部に下向きに噴霧することができる。また、粉体生成塔２の胴部には、火炎を噴射する複数のバーナ（加熱手段）７が、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ている。また、粉体生成塔２は、火炎噴射手段７より低い位置に、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本の電極（プラズマ発生手段）８が配置されている。
【００１３】
前記１２層交流電源装置は、３層交流の各相電圧および各線間電圧をそれぞれ単相変圧器の１次側に入力し、各単相変圧器の中間タップを互いに接続して中性点とし、各単相変圧器の２次側の出力端子から前記中性点に対して位相が３０°ずつ異なる電圧を出力するものである。各電極８には、隣り合う電極８の位相差が６０°で、上下の電極８の位相差が３０°になるように、１２層交流電源装置の出力が接続されている。
【００１４】
粉体生成塔２の下端には、パイプからなる排気路９が垂直に接続され、排気路９は、垂直に設置された精製管３の下端に垂直に接続されている。精製管３は、排気路９よりも口径の大きな配管と、配管の上下を排気路９と同じ口径に絞るテーパ部分とからなり、ジャケット１０を有する２重管である。ジャケット１０には、冷却ファン１１から外気が送り込まれる。
【００１５】
精製管３の上端は、バグフィルタ４に配管によって接続されている。バグフィルタ４は、濾布１２によって排気ブロワ１３が粉体生成塔２から排気路９および精製管３を通して吸引した気体から粉体を分離する。また、バグフィルタ４の出口配管１４にはオリフィス流量計１５が設けられ、出口配管１４内の気体流量、ひいては、精製管３内の気体の流速を一定に保つように絞り弁１６の開度が調節されるようになっている。
【００１６】
続いて、粉体製造装置１の作用について、高結晶アルミナ（ＡＬ２Ｏ３）粉末の製造を例に説明する。高結晶アルミナの製造には、原料として、硝酸アルミニウム溶液を用いる。
【００１７】
前記混合水溶液を噴霧手段６から粉体生成塔２の内部に噴霧し、原料水溶液の液滴をバーナ７から噴射した約２０００℃の火炎で形成する旋回気流によって乾燥し、熱分解してα−アルミナの微細結晶の集合体からなる粉体（１次粒子）に熱変成する。この粉体は、火炎旋回気流によって、およそ１０００℃から１２００℃に予熱される。
【００１８】
さらに、このα−アルミナの結晶粉体（１次粒子）は、電極８によって発生したプラズマ放電により、およそ１００００℃に加熱され、１次粒子内の微細結晶同士が焼結されて結晶性が高まり、高結晶アルミナが生じる。
【００１９】
電極８は、プラズマ放電を開始するときには、互いに先端を近付け合うように、粉体生成塔２内部に突出し、プラズマ放電が安定してから後退し、粉体生成塔２内部に超高温プラズマ領域を形成する。
【００２０】
こうして生成した高結晶アルミナの粉体は、粉体生成塔２内部の気体（噴霧手段６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）と共に排気路９から引き抜かれ、精製管３に下端から導入される。絞り弁１６の開度を調節して、精製管３における気体の速度を所定の粒子径の高結晶アルミナ粉体の沈降速度に維持することで、所定の粒子径より小さい粉体だけが精製管３の上端から搬出され、バグフィルタ４に送り込まれる。また、精製管３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４へと搬送される。
【００２１】
さらに、ジャケット１０に外気を導入して高結晶アルミナ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、管壁に付着した高結晶アルミナ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。
【００２２】
バグフィルタ４は、濾布１２が高結晶アルミナ粒子の通過を阻み、気体だけを通過させることによって、高結晶アルミナ粒子を分離して回収する。
【００２３】
以上のように、粉体製造装置１は、バーナ７による火炎旋回流で原料水溶液の液滴から水分を全て蒸発させるので、電極８により形成された超高温プラズマ領域においてプラズマエネルギーを気化熱として消費することがない。また、既に水分が奪い去られた粉体粒子を高温プラズマによって加熱するので、粉体粒子が水蒸気爆発を起こすことがなく、反応すべき原料同士が離れ離れにならないので、確実に両者を反応させて高結晶アルミナを生成できる。さらに、バーナ７により原料を１０００℃以上に予熱するので、超高温プラズマ領域を通過する僅かな時間でも、全ての粒子が、α−アルミナの微細結晶が焼結される温度まで加熱され、結晶性が高められて高結晶アルミナ粒子に変成される。また、原料水溶液に高温域で熱変成するような混合物が含まれる場合でも、超高温プラズマ領域に至る前に、バーナ７による火炎旋回流で混合物が反応してしまっているので、混合物の反応のためにプラズマエネルギーが消費されることがない。
【００２４】
次に、図２に、本発明の第２実施形態の粉体製造装置２１を示す。本実施形態において、第１実施形態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２１の粉体生成塔２’は、上下が細く絞られておらず、下部に、横方向から搬送ガスを吹き込むと同時に硝酸アルミニウム溶液をスプレーする噴霧手段６’が複数設けられている。そして、噴霧手段６’の上方にバーナ７が、さらにバーナ７の上方に電極８が設けられている。排気路９’は、粉体形成塔２’の上端に、傘状に拡がる端部が接続され、他端が精製管３を介さずに直接バグフィルタ４に接続されている。
【００２５】
粉体製造装置２１では、原料の液滴が搬送ガスと共に粉体生成塔２’内を上昇しながら、バーナ７により形成される火炎旋回気流により乾燥されて予熱され、電極８によって形成される超高温プラズマ領域において高結晶アルミナに変成される。
【００２６】
このとき、大きな液滴は、粉体生成塔２’内を上昇することができずに落下するので、排気路９’から搬出される高結晶アルミナ粒子は、一定の大きさより小さいものになる。
【００２７】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、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。
【００２８】
例えば、プラズマ発生手段は、直流プラズマや高周波プラズマを発生するものでもよく、加熱手段は、バーナ以外の加熱手段であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】本発明の第２実施形態の粉体製造装置の概略図。
【符号の説明】
【００３０】
１，２１  粉体製造装置
２，２’  粉体生成塔
６  噴霧手段
７  バーナ（加熱手段）
８  電極（プラズマ発生手段）
【図１】
2007083113.tif 000003
【図２】
2007083113.tif 000004