(57)【要約】【課題】マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造するに際し、プラズマを容易に着火でき、また、高熱による反応管の破損も回避できるようにする。【解決手段】マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置１であって、反応管１０内にプラズマ生成ガスｂを供給するプラズマ生成ガス供給機構１２と、反応管１０内に粉体原料ａを供給する原料供給機構１１と、反応管１０内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構５０を有する。プラズマ生成ガス供給機構１２は、反応管１０の内側面に沿ってプラズマ生成ガスｂを吐出し、原料供給機構１１は、反応管１０の内側面から離れた位置で反応管１０内に粉体原料ａを供給する。【選択図】図１
2009095685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、
反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、
前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、
前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構を有することを特徴とする、粉体製造装置。
【請求項２】
マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、
反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、
前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、
前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構と、
粉体を捕集する粉体捕集機構を有することを特徴とする、粉体製造装置。
【請求項３】
前記粉体捕集機構は、粉体捕集液が散水されるスプレー室を備え、前記反応管の下方は、前記スプレー室の内部に挿入されてい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】
前記スプレー室の下方には、液溜め容器が配置され、前記スプレー室の内部と前記液溜め容器の内部を仕切るように、捕集フィルタが設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の粉体製造装置。
【請求項５】
前記液溜め容器内の粉体捕集液を吸引し、前記スプレー室に粉体捕集液を散水させるポンプを有することを特徴とする、請求項４に記載の粉体製造装置。
【請求項６】
前記スプレー室内の雰囲気は、トラップ容器に導入されていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項７】
前記反応管は、石英で構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項８】
前記反応管は、内壁と外壁で構成された二重構造であり、前記内壁と前記外壁の間に冷媒の流路が形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項９】
前記プラズマ生成ガス供給機構は、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項１０】
前記反応管が円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れることを特徴とする、請求項９に記載の粉体製造装置。
【請求項１１】
前記原料供給機構は、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項１２】
前記原料供給機構は、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出することを特徴とする、請求項１１に記載の粉体製造装置。
【請求項１３】
前記原料供給機構は、粉体原料水溶液を微粒子状にして、粉体原料を生成する噴霧器を備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項１４】
前記噴霧器では、水中を介して伝達される超音波振動の作用によって粉体原料が発生させられることを特徴とする、請求項１３に記載の粉体製造装置。
【請求項１５】
前記噴霧器で生成された粉体原料が、キャリアガスと一緒に前記反応管に供給されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の粉体製造装置。
【請求項１６】
前記マイクロ波伝播機構は、導波管であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項１７】
粉体触媒を製造することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の粉体製造装置。
【請求項１８】
マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造方法であって、
反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料を互いに別に供給し、
前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させてプラズマ生成ガスをプラズマ化させ、粉体原料から粉体を製造することを特徴とする、粉体製造方法。
【請求項１９】
前記反応管内にプラズマ生成ガスを供給するに際し、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出することを特徴とする、請求項１８に記載の粉体製造方法。
【請求項２０】
前記反応管が円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れることを特徴とする、請求項１９に記載の粉体製造方法。
【請求項２１】
前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給することを特徴とする、請求項１８〜２０のいずれかに記載の粉体製造方法。
【請求項２２】
前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出することを特徴とする、請求項２１に記載の粉体製造方法。
【請求項２３】
前記反応管を冷却することを特徴とする、請求項１８〜２２のいずれかに記載の粉体製造方法。
【請求項２４】
粉体触媒を製造することを特徴とする、請求項１８〜２３のいずれかに記載の粉体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する技術に関する。本発明で製造される粉体とは、所望の組成を有する種々の無機系粒子である。代表的には、本発明は、アルコール、メタン、灯油等の炭化水素燃料を水蒸気改質することにより水素を製造する際に用いられる粉体状の改質触媒、一酸化炭素と水蒸気とを反応させて一酸化炭素を転化する際に使用される粉体状の一酸化炭素転化触媒に例示される無機系触媒および担体、吸着剤、更にＦｅ、Ｎｉなどを主成分とする磁性粉体では、磁気ヘッド、磁気テープ、フロッピーディスク（登録商標）等に使用される磁性体材料、あるいは、ガスクロマトグラフィ用カラム充填剤、電子材料、医療用などに使用される粉体を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質触媒や磁性粉体などといった粉体を製造する技術として、所望の成分元素を含む水溶液のｐＨや温度を調整して沈殿物を得る沈殿法が一般に知られている。しかしながら、沈殿法は目的とする組成の沈殿物を得るのが困難で操作も煩雑であり、また、大量の水を使用するという欠点もある。
【０００３】
そこで、従来の湿式法に代えて、アーク放電を利用した乾式法により粉体の製造することが行われている。また最近では、所望の成分を含む水溶液を微細化させて、Ａｒガスなどのプラズマ生成ガスと一緒に反応管内に噴霧し、マイクロ波のエネルギーにより反応管内に発生させたプラズマを利用して溶液中の成分を熱分解させることにより、粉体触媒を製造する方法が試みられている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−８７９６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された方法の場合、水溶液が含まれたことにより、プラズマ生成ガスの着火性能が悪くなり、十分なプラズマが発生しなくなる恐れがあった。また、噴霧された水溶液中にマイクロ波のエネルギーが吸収されて生じた高熱により、石英等の誘電体で構成された反応管の内側面が融解され、破損が発生するという問題もあった。また、このような高熱による反応管の破損を回避するために、マイクロ波発生装置の電力を低く抑えることが必要となり、生産能力を高くできないという問題もあった。また、本発明者らは、プラズマ発生時に高熱に晒される反応管を冷却することも試みたが、冷却のみで反応管の破損を回避することは困難であった。
【０００５】
したがって本発明の目的は、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造するに際し、プラズマを容易に着火でき、また、高熱による反応管の破損も回避できるようにすることにある。
【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、本発明によれば、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構を有することを特徴とする、粉体製造装置が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造装置であって、反応管内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給機構と、前記反応管内に粉体原料を供給する原料供給機構と、前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるマイクロ波伝播機構と、粉体を捕集する粉体捕集機構を有することを特徴とする、粉体製造装置が提供される。
【０００８】
本発明にあっては、プラズマ生成ガス供給機構とマイクロ波伝播機構が別に設けられており、反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料が互いに別に供給される。このため、従来のように粉体原料をプラズマ生成ガスと一緒に反応管内に噴霧していた場合に比べて、プラズマ生成ガス中への粉体原料の混合を少なくできる。その結果、反応管内においてプラズマ生成ガスが高純度に存在する領域を形成させることができ、かかる領域において、プラズマを安定して着火させることができるようになる。これにより、反応管内においてプラズマを確実に発生させ、プラズマによる粉体製造を円滑に行うことが可能となる。
【０００９】
ここで、前記粉体捕集機構は、粉体捕集液が散水されるスプレー室を備え、前記反応管の下方は、前記スプレー室の内部に挿入されていても良い。また、前記スプレー室の下方には、液溜め容器が配置され、前記スプレー室の内部と前記液溜め容器の内部を仕切るように、捕集フィルタが設けられていても良い。また、前記液溜め容器内の粉体捕集液を吸引し、前記スプレー室に粉体捕集液を散水させるポンプを有していても良い。更に、前記スプレー室内の雰囲気は、トラップ容器に導入されても良い。
【００１０】
また、前記反応管は、例えば誘電体である石英で構成されている。また、前記反応管は、内壁と外壁で構成された二重構造であり、前記内壁と前記外壁の間に冷媒の流路が形成されていても良い。
【００１１】
また、前記プラズマ生成ガス供給機構は、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出することが望ましい。このように、反応管の内側面に沿ったプラズマ生成ガスの流れを形成することにより、粉体原料が反応管の内側面に接触することを回避できる。その結果、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料が反応管の内側面に接触しなくなるので、反応管の内側面の融解、破損が防止される。この場合、前記反応管が例えば円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れるようにしても良い。
【００１２】
また、粉体原料が反応管の内側面に接触することを回避するために、前記原料供給機構は、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給することが好ましい。また、前記原料供給機構は、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出することが好ましい。
【００１３】
また、前記原料供給機構は、粉体原料水溶液を微粒子状にして、粉体原料を生成する噴霧器を備えていても良い。また、前記噴霧器では、水中を介して伝達される超音波振動の作用によって粉体原料が発生させられても良い。また、前記噴霧器で生成された粉体原料が、キャリアガスと一緒に前記反応管に供給されても良い。
【００１４】
前記マイクロ波伝播機構は、例えば導波管である。なお、本発明の粉体製造装置は、例えば粉体触媒の製造に利用できる。
【００１５】
また、本発明によれば、マイクロ波のエネルギーにより発生させたプラズマを利用して粉体を製造する粉体製造方法であって、反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料を互いに別に供給し、前記反応管内にマイクロ波のエネルギーを伝播させてプラズマ生成ガスをプラズマ化させ、粉体原料から粉体を製造することを特徴とする、粉体製造方法が提供される。
【００１６】
この粉体製造方法において、前記反応管内にプラズマ生成ガスを供給するに際し、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスを吐出しても良い。この場合、前記反応管が例えば円管状であり、前記反応管の内側面に沿ってプラズマ生成ガスが螺旋状に流れるようにしても良い。
【００１７】
また、前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面から離れた位置で前記反応管内に粉体原料を供給しても良い。また、前記反応管内に粉体原料を供給するに際し、前記反応管の内側面に指向しない方向に粉体原料を吐出しても良い。
【００１８】
また、前記反応管を冷却しても良い。また、本発明の粉体製造方法は、例えば粉体触媒の製造に利用できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、反応管内にプラズマ生成ガスと粉体原料を互いに別に供給することにより、反応管内においてプラズマ生成ガスと粉体原料との混合をなるべく少なくできる。その結果、反応管内においてプラズマ生成ガスが高純度に存在する領域が形成され、かかる領域において、プラズマを安定して着火させることができ、プラズマによる粉体製造を円滑に行うことが可能となる。
【００２０】
また、反応管の内側面に沿ったプラズマ生成ガスの流れを形成することにより、粉体原料が反応管の内側面に接触することを回避できる。その結果、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料が反応管の内側面に接触しなくなるので、反応管の内側面の融解、破損が防止される。また、反応管の破損が防止されるので、マイクロ波発生装置の電力を高くすることができ、生産能力を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる粉体製造装置１の説明図である。図２は、この粉体製造装置１が備える反応管１０の縦断面図であり、図３は、反応管１０の平面図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
反応管１０の周囲には、微粒子状にした粉体原料ａを反応管１０内に供給する原料供給機構１１と、プラズマ生成ガスｂを反応管１０内に供給するプラズマ生成ガス供給機構１２が設けられている。
【００２３】
原料供給機構１１は、粉体原料水溶液ａ’を微粒子状にして、粉体原料ａを生成する噴霧器１６を備えている。例えばＡｒガス、Ａｒガスと酸素ガスとの混合ガス等のキャリアガスが、流路２１を経て噴霧器１６に供給される。
【００２４】
噴霧器１６は、水槽２５に入れられた水２４中に噴霧容器２６の下部を挿入した構成であり、噴霧容器２６は、水槽２５の壁面には直接は接触していない。水槽２５の底部には超音波発振器２７が配置されており、水槽２５内の水２４を介して噴霧容器２６に超音波振動が伝達されている。噴霧容器２６の下面と水槽２５の底面との隙間（噴霧容器２６の下面と水槽２５の底面の間に存在する水２４の距離（高さ））は、２０ｍｍ程度である。噴霧容器２６内には、粉体原料水溶液ａ’が入れられており、前述の超音波発振器２７から水２４中を介して伝達される超音波振動の作用によって、噴霧容器２６内において、粉体原料水溶液ａ’の液面上に微粒子状にされた粉体原料ａが発生させられている。噴霧容器２６の底面は、超音波振動を効率良く粉体原料水溶液ａ’に伝達できるように、例えば０．５ｍｍ以下の厚さである。こうして、噴霧容器２６内で微粒子状にされた粉体原料ａが、流路２１から供給されたキャリアガスと一緒に、流路２８を経て次の反応管１０に安定して供給される。
【００２５】
プラズマ生成ガス供給機構１２は、プラズマ生成ガス供給源３０と流路３１を備えている。プラズマ生成ガス供給源３０には、マイクロ波のエネルギーによってプラズマ化させることが可能な、例えばＡｒガスなどのプラズマ生成ガスが溜められている。このプラズマ生成ガス供給源３０から、流路３１を経て反応管１０にプラズマ生成ガスｂが供給される。
【００２６】
図２に示すように、反応管１０は、天井面３５が閉塞され、下面が開口された、円筒形状の石英管で構成されている。反応管１０は、いずれも石英で構成された内壁３６と外壁３７で構成された二重構造であり、内壁３６と外壁３７の間には、冷媒の流路３８が形成されている。反応管１０（外壁３７）の上部には、流路３８に連通する冷却空気の導入管３９が接続され、反応管１０（外壁３７）の下部には、流路３８に連通する冷却空気の排出管４０が接続されている。これら導入管３９および排出管４０を通じて、流路３８に冷却空気が流されることにより、反応管１０全体が冷却されるようになっている。
【００２７】
反応管１０の上端を塞いでいる天井面３５の中央を貫通して、粉体原料ａの吐出ノズル４５が取付けられている。この吐出ノズル４５は円筒形状に構成されている反応管１０の中心軸に沿って配置されている。吐出ノズル４５上端には、前述の流路２８が接続されており、噴霧容器２６内で微粒子状にされた粉体原料ａが、キャリアガスと一緒に吐出ノズル４５から反応管１０内に吐出される。
【００２８】
この場合、吐出ノズル４５が反応管１０の中心軸に沿って配置されていることにより、反応管１０の内側面（内壁３６）から離れた反応管１０の中心位置において、反応管１０の内部に粉体原料ａを供給することができる。また、吐出ノズル４５から反応管１０内に吐出された粉体原料ａを、反応管１０の中心軸に沿って、反応管１０の内側面（内壁３６）に指向しない方向に粉体原料ａを吐出することができる。
【００２９】
反応管１０の上部には、プラズマ生成ガスｂの吐出ノズル４６が取付けられている。この吐出ノズル４６は、図２に示すように、側面視では、水平よりも斜め下向きに指向し、かつ、図３に示すように、平面視では、円筒形状に構成された反応管１０の内側面（内壁３６）に沿った方向（接線方向）に指向して設けられている。吐出ノズル４６には、前述の流路３１が接続されており、プラズマ生成ガス供給源３０から供給されたプラズマ生成ガスｂが、吐出ノズル４６から反応管１０内に吐出される。
【００３０】
この場合、吐出ノズル４６が水平よりも斜め下向きに指向し、かつ、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿った方向に指向して設けられていることにより、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って、螺旋状にプラズマ生成ガスｂを流すことができる。
【００３１】
図４に示すように、粉体原料ａの吐出ノズル４５の吐出口４５’は、プラズマ生成ガスｂの吐出ノズル４６の吐出口４６’よりも下方に位置している。このため、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿った螺旋状のプラズマ生成ガスｂの流れを予め形成させた位置において、螺旋状のプラズマ生成ガスｂの流れの内部に向けて、粉体原料ａを吐出させることができる。これにより、反応管１０の内部において、反応管１０の中心軸に沿って粉体原料ａが流れ、粉体原料ａの外側を包みながら反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って螺旋状にプラズマ生成ガスｂが流れる状態を作り出すことができる。
【００３２】
図２に示すように、反応管１０の途中には、マイクロ波伝播機構としての導波管５０が取付けてある。導波管５０の基端部には、マイクロ波発生装置（マグネトロン）５１が設けられており、このマイクロ波発生装置５１で発生させられた例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波が、導波管５０を介して、反応管１０の内部に伝播させられる。
【００３３】
導波管５０の先端部には、調整板５２が設けられている。この調整板５２を導波管５０の長手方向に沿って移動させて、導波管５０内に発生する定在波ｓのピークトゥーピークｓ’の位置を、反応管１０の位置に合わせることにより、反応管１０の内部にマイクロ波のエネルギーを効率よく伝播させることができる。
【００３４】
反応管１０の内部においては、上述のように粉体原料ａとプラズマ生成ガスｂを流しながら、導波管５０からマイクロ波が伝播されることにより、プラズマ生成ガスｂがプラズマ化される。そして、反応管１０内に生成されたプラズマＰの作用によって、粉体原料ａが熱分解され、所望の粉体ｃが製造される。
【００３５】
図１に示すように、反応管１０の下方は、粉体捕集機構としてのスプレー室５３の内部に挿入されている。スプレー室５３の下方には、液溜め容器５５が配置されている。これらスプレー室５３の内部と液溜め容器５５の内部を仕切るように、捕集フィルタ５４が設けられている。液溜め容器５５の内部には、粉体捕集液５６が溜められている。液溜め容器５５内の粉体捕集液５６は、ポンプ５７の動力によって、流路５８を経て、液溜め容器５５の最下部からスプレー室５３の上部に汲み上げられ、スプレー室５３内に配置された複数のスプレーノズル５９から散水されて、再び、液溜め容器５５内に流下される。スプレー室５３内においては、スプレーノズル５９からスプレー室５３の内部全体に向けて粉体捕集液５６が常時散水されている。これにより、反応管１０の下端から放出される粉体ｃが、粉体捕集液５６で捕集され、粉体捕集液５６と一緒に流下して行く途中で、捕集フィルタ５４上に捕集されるようになっている。このように捕集フィルタ５４上に粉体ｃが捕集される場合、ポンプ５７の動力によって液溜め容器５５内は負圧となる。これにより、スプレー室５３内を流下した粉体捕集液５６が強制的に捕集フィルタ５４に通されることとなり、粉体ｃの捕集が効率よく行われる。なお、流路５８には、粉体捕集液５６を各スプレーノズル５９へ分岐して送水させる分岐マニホールド５２が設けられている。
【００３６】
スプレー室５３内の雰囲気は、スプレー室５３の上部から流路６０を経て、トラップ容器６１に導入されている。流路６０の出口端６０’は、トラップ容器６１内に溜められたトラップ液６２の液面下に配置されており、スプレー室５３内から漏れ出た粉体ｃが、トラップ容器６１においてトラップ液６２中に捕捉されるようになっている。トラップ容器６１内の雰囲気は、流路６３から外部に放出されている。
【００３７】
さて、以上のように構成された粉体製造装置１において、プラズマ生成ガス供給機構１２により、吐出ノズル４６を通じて反応管１０内にプラズマ生成ガスｂを吐出し、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って、螺旋状にプラズマ生成ガスｂを流す。また一方で、原料供給機構１１により、吐出ノズル４５を通じて反応管１０内に粉体原料ａをキャリアガスと一緒に吐出し、反応管１０の中心軸に沿って粉体原料ａを流す。これにより、反応管１０の内部において、反応管１０の中心軸に沿って粉体原料ａが流れ、粉体原料ａの外側を包みながら反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って螺旋状にプラズマ生成ガスｂが流れる状態を作り出すことができる。
【００３８】
そして、導波管５０からマイクロ波が伝播されることにより、反応管１０内を流れるプラズマ生成ガスｂがプラズマ化される。そして、反応管１０内に生成されたプラズマＰの作用によって、粉体原料ａが熱分解され、所望の粉体ｃが製造される。こうして製造された粉体ｃが、スプレー室５３内において粉体捕集液５６で捕集され、粉体捕集液５６と一緒に流下して行く途中で、捕集フィルタ５４上に捕集される。
【００３９】
この粉体製造装置１にあっては、反応管１０内にプラズマＰが生成される場合、反応管１０の内側面（内壁３６）近傍にはプラズマ生成ガスｂが高純度に存在している。このため、反応管１０の内側面（内壁３６）近傍においては、粉体原料ａの混合率が低いプラズマ生成ガスｂが、安定してプラズマ化される。その結果、反応管１０内にプラズマＰを確実に生成させることができる。
【００４０】
また、粉体原料ａはプラズマ生成ガスｂで包まれながら反応管１０の中心軸に沿って流れるので、粉体原料ａが反応管１０の内側面（内壁３６）に接触することを回避できる。その結果、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料ａが反応管１０の内側面（内壁３６）に接触しなくなり、反応管１０の内側面（内壁３６）の融解、破損が防止される。また、反応管１０の破損が防止されるので、マイクロ波発生装置５１の電力を高くすることができ、生産能力を向上させることも可能となる。また、反応管１０を内壁３６と外壁３７で構成された二重構造として、両者の間（流路３８）に冷却空気を流すことにより、反応管１０の発熱を防止でき、反応管１０の融解、破損をより確実に防止できるようになる。
【００４１】
なお、反応管１０内に粉体原料ａを供給する場合、プラズマ生成ガスｂの供給が開始されていない状態で、先に粉体原料ａの供給を開始してしまうと、反応管１０の内側面（内壁３６）に粉体原料ａが接触しやすくなる。反応管１０の内側面（内壁３６）に粉体原料ａが接触すると、マイクロ波のエネルギーを吸収して高熱となった粉体原料ａにより、反応管１０の内側面（内壁３６）の融解、破損が発生する心配がある。かかる不具合を回避するために、予めプラズマ生成ガスｂの供給を開始した後に、粉体原料ａの供給を開始するか、あるいは、遅くとも、粉体原料ａの供給を開始すると同時に、プラズマ生成ガスｂの供給を開始することが望ましい。
【００４２】
以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４３】
例えば、上記実施の形態では、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って螺旋状にプラズマ生成ガスｂを流す例を説明した。これに限らず、図５に示すように、反応管１０の内側面（内壁３６）に沿って、反応管１０の長手方向に向けてプラズマ生成ガスｂを流すことにより、反応管１０の中心軸に沿って流れる粉体原料ａの周りに、プラズマ生成ガスｂを供給しても良い。
【００４４】
また、反応管１０内にマイクロ波のエネルギーを伝播させるために、図６に示すように、導波管５０によって反応管１０を円周方向に囲み、導波管５０の内面に形成したスリット７０からマイクロ波を反応管１０内に伝播させる構成としても良い。また、マイクロ波伝播機構は、導波管に限らず、同軸管、その他の機構を利用できる。
【００４５】
プラズマ生成ガス供給機構１２によって反応管１０内に供給するプラズマ生成ガスｂとしては、大気圧でプラズマを発生することができるＡｒガスが好適である。また、コスト面からは窒素ガスが好適である。なお、必要に応じて酸素などの酸化性ガスあるいは水素などの還元性ガスをプラズマ生成ガスｂに混合させても良い。
【００４６】
粉体原料ａとしては、貴金属、遷移金属、希土類、アルカリ金属、アルカリ土類など触媒活性成分として作用する金属があげられる。これらの金属の金属塩である硝酸塩、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、酢酸塩、臭化物、リン酸塩、シュウ酸塩、有機金属錯体などを用いて粉体原料水溶液ａ’を作成することができる。例えばニッケルの場合、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、臭化ニッケル、ヘキサアンミンニッケル塩化物などを用いることができる。
【００４７】
粉体原料ａを反応管１０内に供給する際に用いるキャリアガスは、不活性ガスが望ましい。例えば、Ａｒガス、窒素ガス、Ｈｅガス等である。また、熱分解する際に触媒成分を酸化したいときは、キャリアガスに酸化性ガスを混合しても良い。例えば、酸化性ガスとしては空気、酸素、Ｎ２Ｏ等である。水蒸気だけでは十分酸化状態になりにくい触媒活性成分の場合に、これらの酸化性ガスをキャリアガスに混合することは有効である。
【００４８】
また、触媒成分を還元したい場合は、還元性ガスとして、例えば水素ガス、Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、ＣＨ４などをキャリアガスに添加すれば良い。この場合、水蒸気により酸化されるのを防止するか、または、プラズマによって一旦酸化もされても、還元性ガスにより再び還元させることができる。但し、酸化、還元が不要で、熱分解のみを行う場合は、上記キャリアガスのみでも良い。
【００４９】
また、酸化性ガスや還元性ガスの代わりに、粉体原料水溶液ａ’に水溶性の酸化剤、還元剤を添加し、粉体原料ａと同時に微細液滴として、反応管１０内に導入しても良い。酸化剤としては、例えば過酸化水素、オキソ酸（硝酸、塩素酸）等、また、還元剤としてはアルコール、ギ酸、アンモニア水等である。
【００５０】
熱分解により製造した粉体ｃが、粉体捕集液５６で捕集されて、捕集フィルタ５４上に捕集される例を示したが、この方式に代えて、電気集塵機あるいはろ過機等よる捕集方法を用いても良い。
【００５１】
本発明は、近年の燃料電池で使用される水素を製造するための粉体触媒を製造する技術として特に有効である。即ち、灯油やメタノール等の液体燃料やメタン、天然ガスなどの気体燃料を改質して水素を得ているが、例えばメタンの場合、次式に示す３工程の触媒反応で水素を製造している。
【００５２】
1)水蒸気改質反応
CH4+2H2O=4H2+CO2
CH4+H2O=3H2+CO
2)CO転化反応
CO+H2O=CO2+H2
3)CO除去反応
CO+1/2O2=CO2
【００５３】
上記３工程からなる反応に対して、本願発明は有効である。この場合、1)の水蒸気改質反応に使用する粉体触媒としては、触媒活性化成分として、Ni、Co、Feおよび／またはPt、Ru、Rh、Pd等の貴金属元素の１種以上と、触媒担体としてAl、Ti、Zr、Siからなる担体を選択することが好適である。
【００５４】
2)CO転化反応に使用する粉体触媒としては、Fe、Cr、Cu、Zn、Ce、Mnおよび／またはPt、Ru、Rh、Pdなどの貴金属元素の１種以上を含む触媒が望ましい。また、必要であれば触媒担体としてAl、Ti、Zr、Si、Ba、Mg、Laの１種以上含む触媒担体を使用しても良い。
【００５５】
3)CO選択酸化反応に使用する粉体触媒としては、Pt、Ru、Rh、Pd、Fe、
Cu、Mn、Ag、Co、Zn、Niなどの１種以上を含む触媒が望ましい。
【００５６】
本発明の粉体触媒を用いる他の例として次式で示すような酸化反応あるいは燃焼反応に使用することができる。
【００５７】
COの酸化反応;CO+1/2O2=CO2
水素の燃焼反応：H2+1/2O2=H2O
アルコールの燃焼反応：CH3OH+3/2O2=CO2+2H2O
炭化水素の燃焼反応：CH4+2O2=CO2+2H2O
【００５８】
これらの反応に対して本発明の粉体触媒として、Pt、Pdなどの貴金属またはFe、Ni、Co、Mn等の遷移元素の１種以上の活性成分と、アルミナ又はチタニア、シリカなどを担体として用いることが望ましい。
【００５９】
本発明によって得られる粉体触媒を還元反応に適用することもできる。例えば次式で示すNOのN2への還元反応にも有効である。
2NO+2NH3+1/2O2＝N2+3H2O
【００６０】
還元反応に対する粉体触媒の成分としては、各種の貴金属、Mo、V、Wなどの多価金属をアルミナ、チタニア、ジルコニアなどの担体に担持した触媒が望ましい。
【００６１】
以上の反応以外に分解反応、例えばフロンやダイオキシン等の塩素化合物を含む環境汚染物質の分解反応、更に水素化反応、脱水素反応、メタン化反応等にも適用できる。
【００６２】
また、本発明は、磁気ヘッド、磁気テープ、フロッピーディスク（登録商標）等に使用される磁性粉体の製造にも適用できる。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
プラズマ生成ガスにマイクロ波を伝播させて、プラズマ着火の容易さを調べた。プラズマ生成ガスは、Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスと、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスの２種で比較を行った。その結果を表１に示す。Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスを用いた場合、投入電力が４００〜１０００Ｗの範囲において、プラズマを着火させることができた。これに対して、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスを用いた場合は、投入電力が４００〜６００Ｗの範囲では、プラズマを着火させることができず、投入電力を８００〜１０００Ｗの範囲に上げないと、プラズマを着火させることができなかった。
【００６４】
【表１】
2009095685.tif 000003
【００６５】
（実施例２）
石英管で構成した反応管内にプラズマ生成ガスを流し、マイクロ波を伝播させてプラズマを生成させた場合の、反応管の損傷を調べた。プラズマ生成ガスは、Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスと、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスの２種で比較を行った。その結果を表２に示す。Ａｒガスのみからなるプラズマ生成ガスを反応管内に流した場合は、投入電力が４００〜１０００Ｗの範囲において、反応管の損傷は発生しなかった。これに対して、Ａｒガスに蒸気を添加したプラズマ生成ガスを反応管内に流した場合は、投入電力が４００Ｗのときは、反応管の損傷は発生しなかったが、投入電力を６００〜１０００Ｗの範囲に上げると、反応管の損傷が発生した。
【００６６】
【表２】
2009095685.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、アルコール、メタン、灯油等の炭化水素燃料を水蒸気改質することにより水素を製造する際に用いられる粉体状の改質触媒、一酸化炭素と水蒸気とを反応させて一酸化炭素を転化する際に使用される粉体状の一酸化炭素転化触媒、あるいは、磁気ヘッド、磁気テープ、フロッピーディスク（登録商標）等に使用される磁性粉体などといった粉体の製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる粉体製造装置の説明図である。
【図２】反応管の縦断面図である。
【図３】反応管の平面図である。
【図４】反応管内におけるプラズマ生成ガスと粉体原料の流れの状態を示す説明図である。
【図５】反応管の長手方向に向けてプラズマ生成ガスを流す実施の形態の説明図である。
【図６】反応管を円周方向に囲んで配置した導波管の説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
ａ  粉体原料
ａ’  粉体原料水溶液
ｂ  プラズマ生成ガス
１  粉体製造装置
１０  反応管
１１  原料供給機構
１２  プラズマ生成ガス供給機構
１６  噴霧器
３０  プラズマ生成ガス供給源
３６  内壁
３７  外壁
４５、４６  吐出ノズル
５０  導波管
５１  マイクロ波発生装置
５３  スプレー室
５４  捕集フィルタ
５５  液溜め容器
６１  トラップ容器
【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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