JP2012107828A - 無機質球状化粒子製造用バーナ、無機質球状化粒子製造装置、及び無機質球状化粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、平均粒度が３μｍ以下の無機質球状化粒子を効率良く生成することの可能な無機質球状化粒子製造用バーナ、無機質球状化粒子製造装置、及び無機質球状化粒子の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】燃焼室Ｃの入口側に位置する噴出面３４の中心に配置され、燃焼室Ｃに無機質原料粉体を含む原料スラリーを噴出する原料噴出孔３１Ｂと、原料噴出孔３１Ｂの外側に位置する噴出面３４に配置され、燃焼室Ｃ内に原料スラリーを分散させる噴霧流体を噴出する噴霧流体噴出部３２Ｂと、噴霧流体噴出部３２Ｂよりも外側の位置に複数設けられ、燃料室Ｃに燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出孔３３Ｂと、燃料ガス噴出孔３３Ｂよりも外側の位置に複数設けられ、燃料室Ｃに支燃性ガスを噴出する第１及び第２の支燃性ガス噴出孔３５Ｂ，３８と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無機質球状化粒子製造用バーナ、該無機質球状化粒子製造用バーナを備えた無機質球状化粒子製造装置、及び該無機質球状化粒子製造装置を用いた無機質球状化粒子の製造方法に関する。

従来、無機質原料粉体を火炎により溶融させることで、無機質球状化粒子を製造することが行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。
このような無機質球状化粒子を製造する際には、無機質球状化粒子製造用バーナの先端において形成される火炎（燃料ガス及び支燃性ガスの燃焼により形成される火炎）により無機質原料粉体を溶融することが行われる。

図４は、特許文献２に開示された従来の無機質球状化粒子製造用バーナの断面図である。
この無機質球状化粒子製造用バーナ１００は、中心に配置された原料粉体供給路１０１から酸素ガス或いは酸素富化ガスを搬送ガスとして原料粉体を、原料噴出孔１０２を介して、燃焼室１０３に供給し、原料噴出孔１０２の外周から燃料ガスを、更にその外周から１次酸素と２次酸素を供給するように形成され、最外周には、バーナを冷却する冷却水ジャケットが設けられている。

図５は、特許文献３に開示された従来の無機質球状化粒子製造装置の概略構成を示す図である。
この無機質球状化粒子製造装置１１０は、原料粉体が通常のフィーダーＡから切り出され、経路Ａ’から供給されるキャリアガスに同伴されて酸素・ガス燃焼バーナＢに搬送される。この、酸素・ガス燃焼バーナＢには、酸素供給設備Ｃからの酸素と、ＬＰＧ供給設備Ｄからの燃焼ガスとが供給されており、炉Ｅ内の火炎中で球状化された粒子は、経路Ｆから炉Ｅに導入された空気により温度希釈され、後段のサイクロンＧや、バグフィルターＨで回収される。

特開昭５８−１４５６１３号公報 特許第３３１２２２８号公報 特許第３３３１４９１号公報

ところで、無機質原料粉体を生成する方法としては、ボールミルやジェットミル等を用いた乾式粉砕法と、湿式粉砕法とがある。乾式粉砕法を用いた場合、平均粒度が３μｍ以下の無機質原料粉体を生成することは困難である。
一方、湿式粉砕法を用いた場合、平均粒度が３μｍ以下の無機質原料粉体を生成することが可能である。

よって、平均粒度が３μｍ以下の無機質球状化粒子を生成させたい場合、湿式粉砕法による原料を用いる必要がある。この原料を、例えば、図４に示したバーナを用いて処理することを考える。

図４に示した従来のバーナは、キャリアガスで無機質原料粉体を搬送するものであり、同じ孔からキャリアガス及び無機質原料粉体を噴出させている。そのため、湿式粉砕法による湿度の高い無機質原料粉体を用いると、火炎中で十分に分散させることが困難となり、凝集して融着した粒子が生成されてしまうという問題があった。

そこで、湿式粉砕法による無機質原料粉体を使用する場合、球状化処理を行なう前に、湿度の高い無機質原料粉体を乾燥及び解砕する必要があった。このため、製造工程が煩雑になってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、無機質球状化粒子の製造工程を煩雑にすることなく、平均粒度が３μｍ以下の無機質球状化粒子を効率良く生成することの可能な無機質球状化粒子製造用バーナ、無機質球状化粒子製造装置、及び無機質球状化粒子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、出口側が拡径した燃焼室と、前記燃焼室により露出され、前記燃焼室の入口側に配置された噴出面と、前記噴出面の中心に配置され、前記燃焼室に無機質原料粉体を含む原料スラリーを噴出する原料噴出孔と、前記原料噴出孔の外側に位置する前記噴出面に配置され、前記燃焼室内に前記原料スラリーを分散させる噴霧流体を噴出する噴霧流体噴出部と、前記噴霧流体噴出部よりも外側の位置に複数設けられ、前記燃料室に燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出孔と、前記燃料ガス噴出孔よりも外側の位置に複数設けられ、前記燃料室に支燃性ガスを噴出する支燃性ガス噴出孔と、を有することを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項２に係る発明によれば、前記噴霧流体噴出部は、前記原料噴出孔を連続して囲む溝であることを特徴とする請求項１記載の無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項３に係る発明によれば、前記噴霧流体は、酸素、空気、窒素のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項４に係る発明によれば、前記噴霧流体噴出部、複数の前記燃料ガス噴出孔、及び複数の前記支燃性ガス噴出孔を、前記噴出面の中心に対して同心円状に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項５に係る発明によれば、前記支燃性ガスは、第１の支燃性ガス及び第２の支燃性ガスにより構成されており、前記支燃性ガス噴出孔は、複数の前記燃料ガス噴出孔よりも外側の位置に複数設けられ、かつ前記燃焼室の入口側から該燃焼室の出口側に向けて旋回流が形成されるように、前記第１の支燃性ガスを噴出する第１の支燃性ガス噴出孔と、複数の前記第１の支燃性ガス噴出孔よりも外側で、かつ前記燃焼室の出口側に複数設けられ、前記噴出面と直交する方向に前記第２の支燃性ガスを噴出する第２の支燃性ガス噴出孔と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項６に係る発明によれば、複数の前記第１の支燃性ガス噴出孔と接続された第１の支燃性ガス供給路と、複数の前記第２の支燃性ガス噴出孔と接続された第２の支燃性ガス供給路と、を有することを特徴とする請求項５記載の無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項７に係る発明によれば、複数の前記燃料ガス噴出孔は、前記噴出面に対して直交する方向に前記燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項８に係る発明によれば、前記燃焼室の外側に、冷却水が流れる冷却水用管路を有することを特徴とする請求項１乃至７のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナが提供される。

また、請求項９に係る発明によれば、請求項１乃至８のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナと、竪型炉と、前記竪型炉と接続され、該竪型炉内で生成された無機質球状化粒子を捕集する捕集部と、を備え、前記竪型炉上に、前記竪型炉の上端と前記燃焼室とが対向するように、前記無機質球状化粒子製造用バーナを配置したことを特徴とする無機質球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１０に係る発明によれば、前記原料噴出孔から噴出される前記噴霧流体の量を調整する噴霧流体量調整部を有することを特徴とする請求項９記載の無機質球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１１に係る発明によれば、前記第１の支燃性ガス供給路に供給する前記第１の支燃性ガスの流量と、前記第２の支燃性ガス供給路に供給する前記第２の支燃性ガスの流量とを個別に制御する支燃性ガス制御部を有することを特徴とする請求項９または１０記載の無機質球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１２に係る発明によれば、前記捕集部は、前記竪型炉と接続され、前記無機質球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた無機質球状化粒子を捕集するサイクロンと、前記サイクロンと接続され、前記無機質球状化粒子のうち、前記第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた無機質球状化粒子を捕集するバグフィルターと、を有することを特徴とする請求項９乃至１１のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造装置が提供される。

また、請求項１３に係る発明によれば、請求項９乃至１２のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造装置を用いた無機質球状化粒子の製造方法であって、火炎を形成し、前記噴霧流体により、前記燃焼室内に前記原料スラリーを分散させ、前記火炎により、分散された前記原料スラリーに含まれる前記無機質原料粉体を溶融させることで、前記無機質球状化粒子を生成する工程と、前記捕集部により前記無機質球状化粒子を捕集する工程と、を含むことを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法が提供される。

また、請求項１４に係る発明によれば、前記無機質球状化粒子を生成する際、前記噴霧流体噴出部を中心とする旋回流が形成されるように、前記燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項１３記載の無機質球状化粒子の製造方法が提供される。

本発明の無機質球状化粒子製造用バーナによれば、噴出面の中心に配置され、燃焼室に無機質原料粉体を含む原料スラリーを噴出する原料噴出孔と、原料噴出孔の外側に位置する噴出面に配置され、燃焼室内に原料スラリーを分散させる噴霧流体を噴出する噴霧流体噴出部と、を有することにより、燃焼室内に原料スラリーに含まれる無機質原料粉体が分散されるため、湿式粉砕法により生成された３μｍ以下の無機質原料粉体を、乾燥及び解砕等の処理を行なうことなく用いることが可能となる。
これにより、無機質原料粉体の製造工程を煩雑にすることなく、平均粒度が１μｍ前後の無機質球状化粒子を効率良く生成できる。

本発明の実施の形態に係る無機質球状化粒子製造装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す無機質球状化粒子製造用バーナを拡大した断面図である。 図２に示す無機質球状化粒子製造用バーナをＢ視した際の模式的な平面図である。 特許文献２に開示された従来の無機質球状化粒子製造用バーナの断面図である。従来の無機質球状化粒子製造用バーナの断面図である。 特許文献３に開示された従来の無機質球状化粒子製造装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の無機質球状化粒子製造装置の寸法関係とは異なる場合がある。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る無機質球状化粒子製造装置の概略構成を示す模式図である。図１において、無機質球状化粒子製造用バーナ１６の延在方向は、鉛直方向を示している。
図１を参照するに、本実施の形態の無機質球状化粒子製造装置１０は、噴霧流体供給源１１と、燃料ガス供給源１２と、支燃性ガス供給源１３と、原料フィーダー１４と、冷却水循環供給源１５と、無機質球状化粒子製造用バーナ１６と、竪型炉１７と、送風ブロア１８と、捕集部１９を構成するサイクロン２１及びバグフィルター２３と、空気導入口２２と、空気供給管２４と、ダクト２５，２６と、噴霧流体量調整部２８と、支燃性ガス制御部２９と、を有する。

図１を参照するに、噴霧流体供給源１１は、噴霧流体を供給可能な状態で、噴霧流体量調整部２８を介して、無機質球状化粒子製造用バーナ１６と接続されている。噴霧流体供給源１１からの噴霧流体は、原料フィーダー１４から供給された原料スラリーＡを細かい液滴状にするため、無機質球状化粒子製造用バーナ１６に供給される。噴霧流体としては、例えば、酸素、空気、窒素のうち、いずれかを用いることができる。

図１を参照するに、燃料ガス供給源１２は、燃料ガスを供給可能な状態で、無機質球状化粒子製造用バーナ１６と接続されている。燃料ガスとしては、例えば、ＬＰＧ(Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｇａｓ)を用いることができる。
図１を参照するに、支燃性ガス供給源１３は、支燃性ガスを供給可能な状態で、支燃性ガス制御部２９を介して、無機質球状化粒子製造用バーナ１６と接続されている。支燃性ガスとしては、例えば、酸素や酸素富化空気等を用いることができる。

図１を参照するに、原料フィーダー１４は、無機質球状化粒子製造用バーナ１６に、無機質原料粉体（図示せず）を含む原料スラリーＡを供給するためのものである。原料スラリーＡとしては、水或いは水溶液に無機質原料粉体が分散されたものを用いる。また、無機質原料粉体としては、湿式粉砕法により形成され、平均粒度が３μｍ以下であり、その形状が非球形の無機質原料粉体を用いる。また、無機質原料粉体の材料としては、例えば、シリカ、ガラス、アルミナ、ジルコニア等を用いることができる。

図１を参照するに、冷却水循環供給源１５は、無機質球状化粒子製造用バーナ１６に対して冷却水を供給、及び回収可能な状態で、無機質球状化粒子製造用バーナ１６と接続されている。冷却水循環供給源１５は、回収した冷却水を冷却し、再度、無機質球状化粒子製造用バーナ１６に供給する。

図１を参照するに、無機質球状化粒子製造用バーナ１６は、無機質球状化粒子製造用バーナ１６に設けられた燃焼室Ｃ（図１には図示せず、図２参照）が竪型炉１７の上端に収容されるように配置されている。つまり、燃焼室Ｃは、竪型炉１７の上端と対向している。
無機質球状化粒子製造用バーナ１６は、原料スラリーＡに含まれる無機質原料粉体を火炎により溶融させることで、無機質球状化粒子を生成するためのバーナである。

図２は、図１に示す無機質球状化粒子製造用バーナを拡大した断面図である。図２では、図１に示す無機質球状化粒子製造用バーナ１６を右側に９０度回転させた状態の断面を示している。また、図２に示すＤは、無機質球状化粒子製造用バーナ１６の中心軸（以下、「中心軸Ｄ」という）を示している。また、図２に示す「入口側」は、燃焼室Ｃの入口側を示しており、図２に示す「出口側」は、燃焼室Ｃの出口側を示している。
図３は、図２に示す無機質球状化粒子製造用バーナをＢ視した際の模式的な平面図である。図３において、図２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。

次に、図１〜図３を参照して、無機質球状化粒子製造用バーナ１６の構成について説明する。
図２を参照するに、無機質球状化粒子製造用バーナ１６は、燃焼室Ｃと、原料供給管３１と、原料供給路３１Ａと、原料噴出孔３１Ｂと、噴霧流体供給管３２と、噴霧流体供給路３２Ａと、噴霧流体噴出部３２Ｂと、燃料ガス供給管３３と、燃料ガス供給路３３Ａと、燃料ガス噴出孔３３Ｂと、噴出面３４と、支燃性ガス供給管３５と、第１の支燃性ガス供給路３５Ａと、第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂと、外筒３６と、第２の支燃性ガス供給路３７と、第２の支燃性ガス噴出孔３８と、冷却水用管路４１と、を有する。
なお、本実施の形態では、第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂ及び第２の支燃性ガス噴出孔３８により支燃性ガス噴出孔が構成されている。

図２を参照するに、燃焼室Ｃは、その断面が台形とされている。燃焼室Ｃは、燃焼室Ｃの入口側と比較して、燃焼室Ｃの出口側が拡径した形状とされている。
図２を参照するに、原料供給管３１は、無機質球状化粒子製造用バーナ１６の中心軸Ｄと原料供給管３１の中心軸とが一致するように配置されている。燃焼室Ｃ側に位置する原料供給管３１の端面３１ａは、平坦な面とされている。

図２を参照するに、原料供給路３１Ａは、原料供給管３１の内部に設けられた円筒形状の空間であり、無機質球状化粒子製造用バーナ１６の中心軸Ｄ方向に延在している。
図１及び図２を参照するに、原料供給路３１Ａは、原料フィーダー１４と接続されている。
図２を参照するに、原料噴出孔３１Ｂは、燃焼室Ｃに露出された原料供給管３１の端部に設けられており、原料供給路３１Ａと一体に構成されている。原料噴出孔３１Ｂは、噴出面３４の中心Ｅに配置されている。原料噴出孔３１Ｂは、原料供給路３１Ａに供給された原料スラリーＡを燃焼室Ｃに噴出する。

図２を参照するに、噴霧流体供給管３２は、円筒形状とされている。噴霧流体供給管３２は、原料供給管３１の外側に、隙間を介在させた状態で、原料供給管３１の外周を囲むように設けられている。燃焼室Ｃ側に位置する噴霧流体供給管３２の端面３２ａは、平坦な面とされており、原料供給管３１の端面３１ａに対して面一とされている。
図２を参照するに、噴霧流体供給路３２Ａは、原料供給管３１と噴霧流体供給管３２との間に形成された円筒形状の空間である。噴霧流体供給路３２Ａは、図１に示す噴霧流体量調整部２８を介して、噴霧流体供給源１１（図１参照）と接続されている。

図２及び図３を参照するに、噴霧流体噴出部３２Ｂは、燃焼室Ｃに露出された原料供給管３１の端部と燃焼室Ｃに露出された噴霧流体供給管３２の端部との間に設けられている。
噴霧流体噴出部３２Ｂは、原料噴出孔３１Ｂよりも外側に位置する噴出面３４に配置されている。図３に示すように、噴霧流体噴出部３２Ｂは、原料噴出孔３１Ｂを連続的に囲んでいる。噴霧流体噴出部３２Ｂとしては、例えば、噴出面３４の中心Ｅを中心とするリング状の溝を用いることができる。
噴霧流体噴出部３２Ｂは、噴霧流体供給路３２Ａを経由して供給された噴霧流体を燃焼室Ｃに噴霧する。このとき、噴霧流体は、噴出面３４と直交する方向（無機質球状化粒子製造用バーナ１６の中心軸Ｄ方向）に噴出される。

このように、燃焼室Ｃに無機質原料粉体を含む原料スラリーＡを噴出する原料噴出孔３１Ｂと、燃焼室３４内に原料スラリーＡを分散させる噴霧流体を噴出する噴霧流体噴出部３２Ｂと、を有することにより、燃焼室Ｃ内に原料スラリーＡに含まれる無機質原料粉体が分散される。そのため、乾燥及び解砕等の処理を行なうことなく、湿式粉砕法により生成された無機質原料粉体を無機質球状化粒子の製造に用いることが可能となる。

また、原料噴出孔３１Ｂを連続して囲むように、噴霧流体噴出部３２Ｂを設けることにより、原料噴出孔３１Ｂから噴出された原料スラリーＡに含まれる無機質原料粉体をさらに効率良く分散させることができる。

図２を参照するに、燃料ガス供給管３３は、円筒形状とされている。燃料ガス供給管３３は、噴霧流体供給管３２の外側に、隙間を介在させた状態で、噴霧流体供給管３２の外周を囲むように設けられている。燃焼室Ｃ側に位置する燃料ガス供給管３３の端面３３ａは、平坦な面とされており、原料供給管３１の端面３１ａ及び噴霧流体供給管３２の端面３２ａに対して面一とされている。

図２を参照するに、燃料ガス供給路３３Ａは、噴霧流体供給管３２と燃料ガス供給管３３との間に形成された円筒形状の空間である。燃料ガス供給路３３Ａは、図１に示す燃料ガス供給源１２と接続されている。

図２及び図３を参照するに、燃料ガス噴出孔３３Ｂは、燃焼室Ｃに露出された噴霧流体供給管３２の端部と燃焼室Ｃに露出された燃料ガス供給管３３の端部との間に複数設けられている。つまり、複数の燃料ガス噴出孔３３Ｂは、噴霧流体噴出部３２Ｂよりも外側に位置する噴出面３４に配置されている。複数の燃料ガス噴出孔３３Ｂは、円形リング形状とされた噴霧流体噴出部３２Ｂに対して、同心円状に等間隔で配置されている。

複数の燃料ガス噴出孔３３Ｂは、燃料ガス供給路３３Ａと一体に構成されている。複数の燃料ガス噴出孔３３Ｂは、噴霧流体噴出部３２Ｂを中心とする旋回流が形成されるように、燃料ガス（例えば、ＬＰＧ）を噴出する。
このように、噴霧流体噴出部３２Ｂ付近を中心とする旋回流が形成されるように、燃料ガスを噴出することにより、噴霧流体噴出部３２Ｂに原料スラリーＡが付着することを防止でき、目詰まりを防止できる。

図２を参照するに、噴出面３４は、原料供給管３１の端面３１ａ、噴霧流体供給管３２の端面３２ａ、及び燃料ガス供給管３３の端面３３ａにより構成されている。噴出面３４は、円形とされている。噴出面３４は、燃焼室Ｃにより露出されており、燃焼室Ｃの入口側に配置されている。

図２を参照するに、支燃性ガス供給管３５は、円筒形状とされている。支燃性ガス供給管３５は、燃料ガス供給管３３の外側に、隙間を介在させた状態で、燃料ガス供給管３３の外周を囲むように設けられている。支燃性ガス供給管３５は、噴出面３４から中心軸Ｄに向かう方向に突出すると共に、噴出面３４の中心Ｅに向かう方向に突出した突出部３５Ｃを有する。突出部３５Ｃは、燃焼室Ｃに露出された傾斜面３５ａを有する。この傾斜面３５ａにより、燃焼室Ｃは、燃焼室Ｃの入口側と比較して、燃焼室Ｃの出口側が拡径した形状とされている。

図２及び図３を参照するに、第１の支燃性ガス供給路３５Ａは、燃料ガス供給管３３と支燃性ガス供給管３５との間に形成された円筒形状の空間である。第１の支燃性ガス供給路３５Ａは、支燃性ガス制御部２９を介して、図１に示す支燃性ガス供給源１３と接続されている。

図２を参照するに、第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂは、燃料ガス供給管３３の端面３３ａと突出部３５Ｃとの間に複数設けられている。つまり、複数の第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂは、複数の燃料ガス噴出孔３３Ｂの外側で、かつ燃焼室Ｃの入口側に同心円状に等間隔で配置されている。これら第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂは、対向する側の突出部３５Ｃの傾斜面３５ａに向かう方向に、第１の支燃性ガス（例えば、酸素や酸素富化空気等）を噴出する。

このような構成とすることで、第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂから第１の支燃性ガスを、燃焼室Ｃ内に突出部３５Ｃの傾斜面３５ａに沿った旋回流として、噴出させることが可能となる。これにより、燃焼室Ｃの側壁（具体的には、突出部３５Ｃの傾斜面３５ａ）への原料スラリーＡの付着を防止可能となるので、効率良く無機質球状化粒子を生成できる。

図２を参照するに、外筒３６は、支燃性ガス供給管３５の外側に、隙間を介在させた状態で、支燃性ガス供給管３５の外周を囲むように設けられている。外筒３６は、その先端３６Ａが突出部３５Ｃよりも燃焼室Ｃの出口側に突出している。外筒３６の先端３６Ａの内壁は、燃焼室Ｃの側壁の一部を構成している。

図２を参照するに、第２の支燃性ガス供給路３７は、支燃性ガス供給管３５と外筒３６との間に形成された円筒形状の空間である。第２の支燃性ガス供給路３７は、支燃性ガス制御部２９を介して、図１に示す支燃性ガス供給源１３と接続されている。

図２を参照するに、第２の支燃性ガス噴出孔３８は、支燃性ガス供給管３５の突出部３５Ｃと外筒３６の先端３６Ａとの間に複数設けられている。つまり、複数の第２の支燃性ガス噴出孔３８は、複数の第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂの外側で、かつ燃焼室Ｃの出口側に配置されている。複数の第２の支燃性ガス噴出孔３８は、第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂに対して、同心円状に等間隔で配置されている。複数の第２の支燃性ガス噴出孔３８は、噴出面３４に対して直交する方向で、かつ燃焼室Ｃの入口側から燃焼室Ｃの出口側に向かう方向に第２の支燃性ガスを噴出する。
なお、本実施の形態では、上記説明した第１及び第２の支燃性ガスにより支燃性ガスが構成されている。

上記説明したように、本実施の形態の無機質球状化粒子製造用バーナ１６は、支燃性ガスと燃焼ガスとを別々の孔から噴出する拡散型バーナであるため、混合型バーナとは異なり、逆火が形成されることがない。

図２を参照するに、冷却水用管路４１は、燃焼室Ｃ、燃焼室Ｃ側に位置する原料供給管３１の端部、燃焼室Ｃ側に位置する噴霧流体供給管３２の端部、燃焼室Ｃ側に位置する燃料ガス供給管３３の端部、及び燃焼室Ｃ側に位置する支燃性ガス供給管３５の端部を冷却可能なように、外筒３６に内設されている。これにより、冷却水用管路４１の一部は、燃焼室Ｃの外側に配置されている。

冷却水用管路４１は、冷却水を冷却水用管路４１に供給、或いは回収可能な状態で冷却水循環供給源１５と接続されており、冷却水用管路４１には、冷却水が循環されている。
このような冷却水用管路４１を外筒３６に設けることにより、無機質球状化粒子製造用バーナ１６の先端が熱により破損することを防止できる。

図１を参照するに、竪型炉１７は、円筒形状とされた炉である。竪型炉１７上には、竪型炉１７の上端と燃焼室Ｃとが対向するように、無機質球状化粒子製造用バーナ１６が配置されている。
竪型炉１７の下端は、空気供給管２４と接続されている。また、竪型炉１７の下端側には、空気供給管２４と対向するように、サイクロン２１と接続されたダクト２５が設けられている。
竪型炉１７内では、無機質球状化粒子製造用バーナ１６の火炎により、無機質原料粉体が溶融され、溶融した無機質原料粉体が竪型炉１７の下方に移動しながら固まることで無機質球状化粒子となる。

図１を参照するに、送風ブロア１８は、空気供給管２４と接続されている。送風ブロア１８は、空気供給管２４を介して、竪型炉１７の下端に空気を供給する。送風ブロア１８からの空気で、無機質球状化粒子を冷却すると共に、ダクト２５を介して、冷却した無機質球状化粒子をサイクロン２１に搬送する。

図１を参照するに、サイクロン２１は、竪型炉１７の下流側に設けられており、ダクト２５を介して、竪型炉１７の下端と接続されている。サイクロン２１は、搬送された無機質球状化粒子のうち、第１の粒子径の無機質球状化粒子を捕集するためのものである。第１の粒子径の無機質球状化粒子は、サイクロン２１の下端から捕集される。第１の粒子径は、後述する第２の粒子径よりも大きい値である。

図１を参照するに、空気導入口２２は、サイクロン２１の上端と接続されている。空気導入口２２は、サイクロン２１の上端に接続されたダクト２６と対向するように配置されている。空気導入口２２は、サイクロン２１の上端に空気を導入するための導入口である。
空気導入口２２を介して、サイクロン２１の上端に導入された空気は、無機質球状化粒子を冷却すると共に、ダクト２６を介して、無機質球状化粒子をバグフィルター２３に搬送する。

図１を参照するに、バグフィルター２３は、サイクロン２１の下流側に設けられており、ダクト２６を介して、サイクロン２１の上端と接続されている。バグフィルター２３は、ダクト２６を介して、第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径の無機質球状化粒子を捕集する。

図１及び図２を参照するに、噴霧流体量調整部２８は、噴霧流体供給源１１及び原料供給路３１Ａと接続されている。
噴霧流体の流量を制御する噴霧流体量調整部２８を設けることにより、原料スラリーＡの液滴の粒径を制御することが可能となる。

図１及び図２を参照するに、支燃性ガス制御部２９は、支燃性ガス供給源１３、第１の支燃性ガス供給路３５Ａ、及び第２の支燃性ガス供給路３７と接続されている。支燃性ガス制御部２９は、第１の支燃性ガス供給路３５Ａに供給する第１の支燃性ガスの流量と、第２の支燃性ガス供給路３７に供給する第２の支燃性ガスの流量とを個別に制御する。

このように、第１の支燃性ガスの流量と、第２の支燃性ガスの流量とを個別に制御することにより、２つの支燃性ガスの流量を異ならせることが可能となるので、生成させたい無機質球状化粒子の粒径に応じた最適な火炎（例えば、温度や形状等）を形成することができる。

具体的には、例えば、第１及び第２の支燃性ガスとして酸素を用い、第２の支燃性ガスの流量よりも第１の支燃性ガスの流量を多くして、第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂから噴出する酸素の比率を高くした場合、第２の支燃性ガス噴出孔３８から噴出される酸素と燃料ガス噴出孔３３Ｂから噴出される燃料ガスとの混合が緩慢になるため、燃焼室Ｃの出口側での温度が低く、かつ燃焼室Ｃの入口側での温度の高い火炎を形成することができる。
逆に、第１の支燃性ガス噴出孔３５Ｂから噴出する酸素の比率を低くした場合、第２の支燃性ガスと燃料ガスとの混合が促進されるため、燃焼室Ｃの出口側での温度の高い火炎を形成することができる。

本実施の形態の無機質球状化粒子製造用バーナ１６によれば、出口側が拡径した燃焼室Ｃと、燃焼室Ｃの入口側に配置され、燃焼室Ｃにより露出された噴出面３４と、噴出面３４の中心に設けられ、燃焼室Ｃに無機質原料粉体を含む原料スラリーＡを噴出する原料噴出孔３１Ｂと、原料噴出孔３１Ｂを連続して囲むように、噴出面３４に設けられ、燃焼室Ｃ内において無機質原料粉体を分散させる噴霧流体を噴出する噴霧流体噴出部３２Ｂと、を備えることにより、燃焼室Ｃ内において、原料噴出孔３１Ｂから噴出された原料スラリーＡを細かい液滴として分散させることが可能となり、燃焼室Ｃ内において原料スラリーＡに含まれる無機質原料粉体の凝集を抑制できる。

これにより、乾燥及び解砕等の処理といった製造工程を繁雑にする工程を行なうことなく、湿式粉砕法により得られた３μｍ以下の無機質原料粉体を用いることが可能となる。
また、上記構成とされた無機質球状化粒子製造用バーナ１６を備えた本実施の形態の無機質球状化粒子製造装置１０は、無機質球状化粒子製造用バーナ１６と同様な効果を得ることができる。

ここで、図１を参照して、上記説明した無機質球状化粒子製造装置１０を用いた無機質球状化粒子の製造方法について説明する。
始めに、燃料ガス（例えば、ＬＰＧ）及び支燃性ガス（例えば、酸素）を、無機質球状化粒子製造用バーナ１６に供給することで、燃焼室Ｃに火炎を形成する。このとき、燃料ガスは、噴霧流体噴出部３２Ｂを中心とする旋回流が形成されるように形成する。

次いで、原料フィーダー１４から、平均粒度が３μｍ以下の無機質原料粉体を含む原料スラリーＡを無機質球状化粒子製造用バーナ１６に供給すると共に、噴霧流体（例えば、酸素、空気、窒素等）を無機質球状化粒子製造用バーナ１６に供給することで、原料スラリーＡを細かい液滴にして（微粒化して）、燃焼室Ｃ内に分散させる。
分散された原料スラリーＡに含まれる無機質原料粉体を火炎により溶融させることで、平均粒度が３μｍ以下の無機質球状化粒子を生成する。
その後、サイクロン２１により、第１の粒子径の無機質球状化粒子を捕集し、バグフィルター２３により、第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径の無機質球状化粒子を捕集する。

本実施の形態の無機質球状化粒子の製造方法によれば、噴霧流体により、燃焼室Ｃ内に原料スラリーＡを分散させ、火炎により、原料スラリーＡに含まれる無機質原料粉体を溶融させることで、平均粒度が３μｍ以下の無機質球状化粒子を生成することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について、平均粒度が３μｍ以下の無機質原料粉体を用いる場合について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
以下、実施例においては、平均粒度が１μｍの無機質原料粉体を用いる場合について述べる。

（実施例１〜４）
図１に示す無機質球状化粒子製造装置１０に設けられた図２に示す無機質球状化粒子製造用バーナ１６に、水１Ｌ（リットル）に平均粒度が１μｍのシリカ粉体を１ｋｇの割合で混練することで作成された原料スラリーＡを２０Ｌ／ｈの供給量で供給し、噴霧流体として酸素を供給した。
このとき、無機質球状化粒子製造用バーナ１６に、燃焼ガスとして５Ｎｍ^３／ｈのＬＰＧ、第１の支燃性ガスとして７．５Ｎｍ^３／ｈの酸素、及び第２の支燃性ガスとして１７．５Ｎｍ^３／ｈの酸素を供給して火炎を形成し、該火炎により、シリカ粉体を溶融させて無機質球状化粒子を作成した。

また、上記条件において、噴霧流体である酸素の供給量を１Ｎｍ^３／ｈ（実施例１）、２Ｎｍ^３／ｈ（実施例２）、３Ｎｍ^３／ｈ（実施例３）、４Ｎｍ^３／ｈ（実施例４）と変化させることで、噴霧流体の供給量が無機質球状化粒子の粒径に及ぼす影響について確認した。
表１に、上記条件により得られた実施例１〜４の無機質球状化粒子の平均粒度（μｍ）を示す。

表１を参照するに、噴霧流体である酸素の供給量を増加させるにつれて、無機質球状化粒子の平均粒度が、原料となるシリカ粉体の平均粒度である１μｍに近づくことが確認できた。このことから、噴霧流体の供給量を調整することで、無機質球状化粒子の平均粒度を制御可能なことが確認できた。

本発明は、無機質球状化粒子製造用バーナ、無機質球状化粒子製造装置、及び無機質球状化粒子の製造方法に適用可能である。

１０…無機質球状化粒子製造装置、１１…噴霧流体供給源、１２…燃料ガス供給源、１３…支燃性ガス供給源、１４…原料フィーダー、１５…冷却水循環供給源、１６…無機質球状化粒子製造用バーナ、１７…竪型炉、１８…送風ブロア、１９…捕集部、２１…サイクロン、２２…空気導入口、２３…バグフィルター、２４…空気供給管、２５，２６…ダクト、２８…噴霧流体量調整部、２９…支燃性ガス制御部、３１…原料供給管、３１ａ，３２ａ，３３ａ…端面、３１Ａ…原料供給路、３１Ｂ…原料噴出孔、３２…噴霧流体供給管、３２Ａ…噴霧流体供給路、３２Ｂ…噴霧流体噴出部、３３…燃料ガス供給管、３３Ａ…燃料ガス供給路、３３Ｂ…燃料ガス噴出孔、３４…噴出面、３５…支燃性ガス供給管、３５ａ…傾斜面、３５Ａ…第１の支燃性ガス供給路、３５Ｂ…第１の支燃性ガス噴出孔、３５Ｃ…突出部、３６…外筒、３６Ａ…先端、３７…第２の支燃性ガス供給路、３８…第２の支燃性ガス噴出孔、４１…冷却水用管路、Ｃ…燃焼室、Ｄ…中心軸、Ｅ…中心

Claims (14)

1. 出口側が拡径した燃焼室と、
   前記燃焼室により露出され、前記燃焼室の入口側に配置された噴出面と、
   前記噴出面の中心に配置され、前記燃焼室に無機質原料粉体を含む原料スラリーを噴出する原料噴出孔と、
   前記原料噴出孔の外側に位置する前記噴出面に配置され、前記燃焼室内に前記原料スラリーを分散させる噴霧流体を噴出する噴霧流体噴出部と、
   前記噴霧流体噴出部よりも外側の位置に複数設けられ、前記燃料室に燃料ガスを噴出する燃料ガス噴出孔と、
   前記燃料ガス噴出孔よりも外側の位置に複数設けられ、前記燃料室に支燃性ガスを噴出する支燃性ガス噴出孔と、
   を有することを特徴とする無機質球状化粒子製造用バーナ。
2. 前記噴霧流体噴出部は、前記原料噴出孔を連続して囲む溝であることを特徴とする請求項１記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
3. 前記噴霧流体は、酸素、空気、窒素のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
4. 前記噴霧流体噴出部、複数の前記燃料ガス噴出孔、及び複数の前記支燃性ガス噴出孔を、前記噴出面の中心に対して同心円状に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
5. 前記支燃性ガスは、第１の支燃性ガス及び第２の支燃性ガスにより構成されており、
   前記支燃性ガス噴出孔は、複数の前記燃料ガス噴出孔よりも外側の位置に複数設けられ、かつ前記燃焼室の入口側から該燃焼室の出口側に向けて旋回流が形成されるように、前記第１の支燃性ガスを噴出する第１の支燃性ガス噴出孔と、
   複数の前記第１の支燃性ガス噴出孔よりも外側で、かつ前記燃焼室の出口側に複数設けられ、前記噴出面と直交する方向に前記第２の支燃性ガスを噴出する第２の支燃性ガス噴出孔と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
6. 複数の前記第１の支燃性ガス噴出孔と接続された第１の支燃性ガス供給路と、
   複数の前記第２の支燃性ガス噴出孔と接続された第２の支燃性ガス供給路と、
   を有することを特徴とする請求項５記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
7. 複数の前記燃料ガス噴出孔は、前記噴出面に対して直交する方向に前記燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項１乃至６のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
8. 前記燃焼室の外側に、冷却水が流れる冷却水用管路を有することを特徴とする請求項１乃至７のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナ。
9. 請求項１乃至８のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造用バーナと、
   竪型炉と、
   前記竪型炉と接続され、該竪型炉内で生成された無機質球状化粒子を捕集する捕集部と、を備え、
   前記竪型炉上に、前記竪型炉の上端と前記燃焼室とが対向するように、前記無機質球状化粒子製造用バーナを配置したことを特徴とする無機質球状化粒子製造装置。
10. 前記原料噴出孔から噴出される前記噴霧流体の量を調整する噴霧流体量調整部を有することを特徴とする請求項９記載の無機質球状化粒子製造装置。
11. 前記第１の支燃性ガス供給路に供給する前記第１の支燃性ガスの流量と、前記第２の支燃性ガス供給路に供給する前記第２の支燃性ガスの流量とを個別に制御する支燃性ガス制御部を有することを特徴とする請求項９または１０記載の無機質球状化粒子製造装置。
12. 前記捕集部は、前記竪型炉と接続され、前記無機質球状化粒子のうち、第１の粒子径とされた無機質球状化粒子を捕集するサイクロンと、
    前記サイクロンと接続され、前記無機質球状化粒子のうち、前記第１の粒子径よりも小さい第２の粒子径とされた無機質球状化粒子を捕集するバグフィルターと、
    を有することを特徴とする請求項９乃至１１のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造装置。
13. 請求項９乃至１２のうち、いずれか１項記載の無機質球状化粒子製造装置を用いた無機質球状化粒子の製造方法であって、
    火炎を形成し、前記噴霧流体により、前記燃焼室内に前記原料スラリーを分散させ、前記火炎により、分散された前記原料スラリーに含まれる前記無機質原料粉体を溶融させることで、前記無機質球状化粒子を生成する工程と、
    前記捕集部により前記無機質球状化粒子を捕集する工程と、
    を含むことを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法。
14. 前記無機質球状化粒子を生成する際、前記噴霧流体噴出部を中心とする旋回流が形成されるように、前記燃料ガスを噴出することを特徴とする請求項１３記載の無機質球状化粒子の製造方法。

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