JP2023068755A - 反応装置、反応システムおよび反応生成物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供する。【解決手段】反応装置１０において、キルン部１００は、中心軸に沿って回転可能に延伸する筒部１０３と、筒部１０３の一端側から供給される原料を受け入れる原料供給口１０１と、筒部１０３の他端側に反応生成物を送出する送出口１０２と、を有する。温度制御装置１１０は、加熱装置または冷却装置を含み、原料供給口１０１と送出口１０２との間の中間領域におけるキルン部１００の温度を制御する。反応補助装置は、一端側または他端側から筒部の中間領域に延伸する支持体において原料の反応を補助するための補助器を有する。補助器は、攪拌器、混合器、粉砕器、混練器、搬送器、流体噴射口、流体吸引口、およびスクレーパのうち少なくともいずれか１つを含む。【選択図】図１

Description

本発明は反応装置、反応システムおよび反応生成物製造方法に関する。

原料に対して所定の雰囲気を与えることにより所望の製品を連続的に製造するための反応装置が存在する。例えば一般には、ロータリーキルンと称される反応装置は、中心軸周りに回転する中空のキルン部を加熱し、このキルン部に材料を転動させながら通過させることにより所望の製品を製造する。また例えばローラーハースキルンと称される反応装置は、トンネル型のキルン部に原料やワークを通過させることにより所望の製品を製造する。またその他にも種々の反応装置が開発されている。

例えば特許文献１は、以下の反応装置について開示している。反応装置は、圧力反応容器となるスクリュフィーダ本体と、スクリュフィーダ本体内に触媒を導入する触媒供給部と、スクリュフィーダ本体内に低級炭化水素を導入する低級炭化水素供給部と、を有する。またこの反応装置は、生成したナノ炭素を移送するスクリュと、スクリュによって移送される触媒とナノ炭素を送出する固体送出部と、生成した水素をフィーダ本体外に送出する気体送出部と、を有する。

特開２００６－２９０６８２号公報

所で、所定の機能を有する反応生成物を製造する場合には、例えば原料を高温に加熱し、さらにこれを攪拌したり、あるいは所定の雰囲気ガスなどの流体に接触させたりすることが望まれる。しかしながらこのような複数の外的刺激を原料に付与して好適に反応を生じさせるには、上述の技術を含む複数の装置を用いなければならず、所望の製品を効率よく製造することが困難だった。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供するものである。

本開示にかかる反応装置は、キルン部、温度制御装置および反応補助装置を有する。キルン部は、中心軸に沿って回転可能に延伸する筒部と、筒部の一端側から供給される原料を受け入れる原料供給口と、筒部の他端側に反応生成物を送出する送出口と、を有する。温度制御装置は、加熱装置または冷却装置を含み、原料供給口と送出口との間の中間領域におけるキルン部の温度を制御する。反応補助装置は、一端側または他端側から筒部の中間領域に延伸する支持体において原料の反応を補助するための補助器を有する。補助器は、攪拌器、混合器、粉砕器、混練器、搬送器、流体噴射口、流体吸引口、およびスクレーパのうち少なくともいずれか１つを含む。

本開示にかかる反応生成物製造方法は、反応生成物を製造する使用者が以下の工程を実行する。使用者は、中心軸に沿って回転可能に延伸する筒部と、筒部の一端側から供給される原料を受け入れる原料供給口と、筒部の他端側に反応生成物を送出する送出口と、を有するキルン部を用意する。使用者は、原料供給口と送出口との間の中間領域におけるキルン部の温度を制御する。使用者は、流体供給口から原料を供給する。使用者は、キルン部を回転させることにより、原料を流体に接触させながら中心軸に平行な方向に沿って送出口へ搬送する。使用者は、中間領域において原料の反応を補助するために、原料の攪拌、原料の混合、原料の粉砕、原料の混練、原料の運搬、原料のスクレーピング、流体の噴射、流体の吸引、のうち少なくともいずれか１つを含む反応補助動作を行う。使用者は、送出口から反応生成物を送出する。

本開示によれば、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供することができる。

実施の形態１にかかる反応装置の側面方向の断面図である。 実施の形態１にかかる反応装置の正面方向の第１断面図である。 実施の形態１にかかる反応装置の正面方向の第２断面図である。 反応装置が実行する処理のフローチャートである。 実施の形態２にかかる反応装置の側面方向の断面図である。 実施の形態５にかかる反応システムの構成図である。 実施の形態６にかかる反応システムの構成図である。 実施の形態７にかかる電池用材料製造システムの構成図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜実施の形態１＞
図１を参照しながら、実施の形態１にかかる反応装置の主な構成について説明する。図１は、実施の形態１にかかる反応装置１０の側面方向の断面図である。反応装置１０は、原料に所定の物理的な刺激等の条件を与えることにより反応生成物を製造するための装置である。

原料や反応生成物の種類や状態は特に制限されないが、リチウムを成分の一つに含む金属酸化物や金属硫化物のような無機物であってもよいし、炭化水素のような有機物であってもよい。また、原料や反応生成物の形状や大きさは特に制限されないが、形状が塊状の場合の対角長さは、好ましくは０．１ｍｍ～５０ｍｍであり、さらに好ましくは１～２０ｍｍである。さらに、原料や反応生成物の形状が塊状の場合、対角長さの比率（アスペクト比）は、好ましくは１～１０であり、さらに好ましくは１．３～１．８である。反応装置１０は主な構成として、キルン部１００、温度制御装置１１０、第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０を有している。また反応装置１０は上記構成に加えて、フィーダ１４０、キルンフット１５０、駆動装置１６０等を有している。

キルン部１００は主な構成として、原料供給口１０１、送出口１０２および筒部１０３を有している。原料供給口１０１は、一端側に供給される原料Ｒ１０を受け入れる。送出口１０２は、他端側に反応生成物Ｒ１１を送出する。筒部１０３は、一端側に原料供給口１０１を有し他端側に送出口１０２を有する円筒状の部材であって、中心軸Ｃ１０に沿って回転可能に延伸する。

キルン部１００は受け入れる原料に対して室温から摂氏１５００度の範囲における所定の温度を付与する。そのため、キルン部１００、第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０の主たる構成部材はこの温度に耐えうる部材により形成されている。すなわちキルン部１００、第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０を構成する部材は、例えば、アルミナやジルコニアなどの酸化物、炭化ケイ素や炭化チタンなどの炭化物、窒化ケイ素や窒化チタンなどの窒化物のようなセラミックス、または、結晶質グラファイトや繊維強化グラファイトのようなカーボンである。あるいはキルン部１００、第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０を構成する部材は、ニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、鉄、銅、アルミニウム、ケイ素、ホウ素、炭素などの合金元素のうち少なくとも一つを成分に含む耐熱合金が採用され得る。

キルン部１００は筒部１０３における供給口側が送出口側より高くなるように傾斜して設置されてもよい。図１に示すキルン部１００は、筒部１０３の中心軸Ｃ１０が水平方向に対して所定の角度θの傾斜を有している。これにより、キルン部１００は、受け入れた所定の原料Ｒ１０が筒部１０３の内壁に接触しながら中心軸Ｃ１０に沿って送出口１０２へ搬送されるように構成されている。角度θは－９０度から＋９０度の範囲から選択し得る。

なお、以降の説明において、相対的にキルン部１００の原料供給口１０１に近い側を上流側と表現し、送出口１０２に近い側を下流側と表現する場合がある。すなわちキルン部１００は、受け入れた所定の原料Ｒ１０が上流側から下流側へ搬送されるように構成されている。

図１に示すキルン部１００の原料供給口１０１には、軸受け１０４を介してフィーダ１４０が係合する。フィーダ１４０は、キルン部１００における原料供給口１０１の側を回転可能に支持する。すなわちフィーダ１４０は、キルン部１００を支持する支持部である。フィーダ１４０は上方に設けられた開口部である原料投入口１４１から原料Ｒ１０を受け入れて、受け入れた原料Ｒ１０を原料供給口１０１に案内する。さらにフィーダ１４０は第１反応補助装置１２０を支持する。

またキルン部１００の送出口１０２には、軸受け１０４を介してキルンフット１５０が係合する。キルンフット１５０は送出口１０２の側を回転可能に支持する。すなわちキルンフット１５０はキルン部１００を支持する支持部である。またキルンフット１５０は反応生成物出口１５１を有しており、送出口１０２から送出される反応生成物Ｒ１１を反応生成物出口１５１から送出する。さらに、キルンフット１５０は、第２反応補助装置１３０を支持する。

温度制御装置１１０は、加熱装置または冷却装置を含み、キルン部１００を加熱または冷却することによりキルン部１００の温度を制御する。温度制御装置１１０は例えば室温から摂氏１５００度程度の範囲の加熱を行う。温度制御装置１１０は、例えば原料供給口１０１と送出口１０２との間の中間領域における筒部１０３の周囲を囲むように加熱装置を有している。加熱装置は例えばシースヒータ、コイルヒータまたはセラミックヒータなどの温度制御可能な任意のヒータを含む。あるいは加熱装置は、ガスを燃焼して加熱した流体を循環させるものであってもよい。温度制御装置１１０は、キルン部１００の温度を制御するための制御装置を含みうる。例えば温度制御装置１１０は、キルン部１００の所定の位置に温度を監視するための温度計を有していてもよい。

第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０は、反応補助装置の実施態様の例である。反応補助装置は、キルン部１００の一端側または他端側から筒部１０３の内側に延伸する支持体を有している。またこの支持体は、キルン部１００の中間領域において原料の反応を補助するための補助器を有している。補助器は、攪拌器、混合器、粉砕器、混練器、搬送器（コンベヤ）、流体噴射口、流体吸引口、およびスクレーパのうち少なくともいずれか１つを含む。

第１反応補助装置１２０は、主な構成として第１支持体１２１およびストッパ１２２を有している。第１支持体１２１はフィーダ１４０に支持され、フィーダ１４０から筒部１０３に突出する梁状の構造体である。第１支持体１２１は筒部１０３の中間領域においてストッパ１２２を保持する。

図２を参照して第１反応補助装置１２０についてさらに説明する。図２は、実施の形態１にかかる反応装置の正面方向の第１断面図である。図２は、図１に示した断面II－IIを中心軸Ｃ１０に平行な方向から観察した断面図である。

ストッパ１２２は中心軸Ｃ１０に直交する面に平行な主面を有する円盤状の部材である。ストッパ１２２の外周部は、筒部１０３の内壁との間に原料Ｒ１０が通過する程度の隙間を有している。またストッパ１２２は原料供給口１０１の側においてボール１２３を受け止める機能を担う。ボール１２３は、キルン部１００のストッパ１２２よりも上流側に複数が配置され、筒部１０３の回転にしたがって自由に動く。またボール１２３はストッパ１２２を通過できない程度の直径を有している。

これにより第１反応補助装置１２０および複数のボール１２３は、キルン部１００の内部の原料Ｒ１０を粉砕するボールミルの機能を有している。つまり第１反応補助装置１２０は補助器として粉砕器を有する反応補助装置の一実施態様である。反応装置１０は、第１反応補助装置１２０を有することにより、原料Ｒ１０を粉砕して効率よく所望の反応を促すことができる。

図１に戻り説明を続ける。第２反応補助装置１３０は、第２支持体１３１およびスクレーパ１３２を有している。第２支持体１３１は、キルンフット１５０に支持され、キルンフット１５０から筒部１０３に突出する梁状の構造体である。第２支持体１３１は筒部１０３の中間領域の下流側において補助器であるスクレーパ１３２を有している。スクレーパ１３２は、キルン部１００の中間領域において生成された反応生成物Ｒ１１が筒部１０３の内壁に付着した場合に、これを剥ぎ取るために設けられている。

図３を併せて参照しながら第２反応補助装置１３０についてさらに説明する。図３は、実施の形態１にかかる反応装置の正面方向の第２断面図である。図３は、図１に示した断面III－IIIを中心軸Ｃ１０に平行な方向から観察した断面図である。

スクレーパ１３２は第２支持体１３１から筒部１０３の内壁に向かって延伸する平板状の部材である。スクレーパ１３２は筒部１０３の内壁面に付着した反応生成物Ｒ１１を剥ぎ取る（スクレーピングする）役割を担う。そのためスクレーパ１３２の先端部と筒部１０３の内壁との隙間は内壁に付着したこれらの物質を剥ぎ取ることができる程度の距離に設定されている。これにより筒部１０３の内壁に付着した反応生成物Ｒ１１は、内壁から剥離し、送出口１０２に搬送される。

第２反応補助装置１３０を有することにより、反応装置１０は反応生成物Ｒ１１が筒部１０３の内壁に固着するのを抑制できる。これにより反応装置１０は効率よく所望の反応生成物を製造できる。

再び図１に戻り説明を続ける。駆動装置１６０は、モータと、このモータから突出する駆動軸に嵌合する駆動力伝達部１６１とを有している。駆動装置１６０は駆動力伝達部１６１を介してモータの駆動力を従動部１０６に伝えることによりキルン部１００を回転させる。駆動力伝達部１６１および従動部１０６は例えば互いに噛み合うように構成された歯車である。駆動装置１６０はこのような構成により中心軸Ｃ１０を回転中心としてキルン部１００を回転させる。これにより、キルン部１００は、原料供給口１０１から受け入れた原料Ｒ１０を転動させながら送出口１０２に搬送する。

次に、図４を参照して、反応装置１０が実行する処理について説明する。図４は、反応装置が実行する処理（反応生成物製造方法）のフローチャートである。図４に示すフローチャートは、例えば反応装置１０を使用して反応生成物を製造する使用者が反応装置１０を使って実行する。

まず、使用者は、キルン部１００を含む反応装置１０を用意する（ステップＳ１１）。使用者が用意する反応装置１０は、上述した構成を有している。

次に、使用者は、反応装置１０を操作し、温度制御装置１１０にキルン部１００を加熱させる。すなわち温度制御装置１１０は、キルン部１００の内部を所定の温度に加熱する（ステップＳ１２）。

次に、使用者は、原料供給口１０１からキルン部１００に原料Ｒ１０を供給する（ステップＳ１３）。なお、使用者はフィーダ１４０に原料Ｒ１０を投入することにより原料Ｒ１０を原料供給口１０１に供給する。

次に、使用者は、キルン部１００を回転させることにより、原料Ｒ１０を下流へ搬送する（ステップＳ１４）。なお使用者は、キルン部１００に供給した原料Ｒ１０を下流に搬送するために、ステップＳ１１の後であってステップＳ１２の前に、キルン部１００の回転を開始させるのが好ましい。このとき反応装置１０は、駆動装置１６０を駆動することによりキルン部１００を回転させる。

次に、使用者は、第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０に反応補助動作を行わせる（ステップＳ１５）。すなわち、使用者は、第１反応補助装置１２０により原料Ｒ１０を粉砕させる。さらに使用者は、原料Ｒ１０から生成された反応生成物Ｒ１１を第２反応補助装置１３０によりスクレーピングさせる。

次に、使用者は、送出口１０２から反応生成物を送出させる（ステップＳ１６）。

以上、反応装置１０が実行する反応生成物製造方法について説明した。上述の方法により、反応装置１０は、キルン部１００に原料Ｒ１０を受け入れ、受け入れた原料Ｒ１０をキルン部１００において所定の反応を促し、反応生成物Ｒ１１を生成する。より詳細には反応装置１０は受け入れた原料Ｒ１０を搬送して、第１反応補助装置１２０により粉砕する。さらに反応装置１０は粉砕した原料Ｒ１０をキルン部１００において下流へ転動流動させながら所定の温度環境下に晒して反応生成物Ｒ１１を生成する。さらに反応装置１０は送出口１０２の手前で第２反応補助装置１３０により筒部１０３の反応生成物Ｒ１１をスクレーピングする。そして反応装置１０は反応生成物Ｒ１１を送出口１０２から送出し、さらに反応生成物出口１５１からこれを排出する。

上述の方法は、反応装置１０が原料Ｒ１０から反応生成物Ｒ１１を製造し、製造した反応生成物Ｒ１１を送出するまでの流れに沿って示されている。しかし、反応装置１０が実行する方法は、上述の順序に拘束されるものではない。例えば反応装置１０は、例えばキルン部１００の回転操作を、ステップＳ１２の前から実行していてもよいし、ステップＳ１２と同時に行ってもよい。

以上、実施の形態１について説明したが、実施の形態１にかかる反応装置１０は上述の構成に限られない。第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０は他の補助器を有するものであってもよい。また反応装置１０は、第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０のうちいずれか一方のみを有するものであってもよい。第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０はその支持体にそれぞれ複数の補助器を有するものであってもよい。

第１反応補助装置１２０および第２反応補助装置１３０はそれぞれ複数の支持体を有するものであってもよい。第１支持体１２１または第２支持体１３１は筒部１０３の内部において分岐した形状を有していてもよい。また第１反応補助装置１２０の第１支持体１２１と第２反応補助装置１３０の第２支持体１３１とは接続されて一体となっていてもよい。すなわち反応補助装置は、原料供給口１０１側と送出口１０２側とに支持される支持体を有していてもよい。上述の搬送器（コンベヤ）は代表的にはスクリュが選択され得るが、搬送機能を有するものであれば、スクリュに限定されない。例えば、搬送器は、振り子式パドルや回転式パドルであってもよいし、中心軸Ｃ１０に沿って動くパドル付きベルトであってもよい。さらに、搬送器は、原料に接触して搬送するものに限らず、ファンやジェットノズルのように流体を用いて非接触で搬送させるものであってもよい。

実施の形態１は、上述のように反応補助装置を有する構成により、ロータリキルンである反応装置１０は、キルン部１００における筒部１０３の空間を活用して原料Ｒ１０に対して連続的に効率よく所定の反応を付与し、反応生成物Ｒ１１を製造できる。よって、実施の形態１によれば、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供することができる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２について説明する。図５は、実施の形態２にかかる反応装置２０の側面方向の断面図である。実施の形態２にかかる反応装置２０は、反応補助装置の態様が実施の形態１と異なる。また反応装置２０は、温度制御装置１１０の態様が実施の形態１と異なる。

温度制御装置１１０は、筒部の外壁に接触することにより筒部の内部の温度を制御する。本実施の形態における温度制御装置１１０は、キルン部１００の延伸方向に沿って複数の温度制御部を有している。すなわち本実施の形態における温度制御装置１１０は、中間領域において中心軸Ｃ１０に沿った方向に異なる複数の温度制御領域を有する。

より具体的には、温度制御装置１１０は、第１温度制御部１１０Ａ、第２温度制御部１１０Ｂおよび第３温度制御部１１０Ｃを含む。第１温度制御部１１０Ａは、原料供給口１０１に比較的に近い側であって、原料供給口１０１から離間した位置に配置される。第２温度制御部１１０Ｂは、第１温度制御部１１０Ａよりも下流側であって、且つ、第３温度制御部１１０Ｃより上流側に配置される。第３温度制御部１１０Ｃは、第２温度制御部１１０Ｂよりも下流側に配置される。

第１温度制御部１１０Ａ、第２温度制御部１１０Ｂおよび第３温度制御部１１０Ｃは、それぞれが別の温度に設定される。例えば第１温度制御部１１０Ａはキルン部１００の内部温度を例えば５００度になるように制御する。さらに第２温度制御部１１０Ｂはキルン部１００の内部温度を例えば１５００度になるように制御する。第３温度制御部１１０Ｃはキルン部１００の内部温度を例えば４０度になるように制御する。このように、温度制御装置１１０は、キルン部１００の異なる領域に対して異なる温度を設定することができる。これにより反応装置２０はキルン部１００の領域に応じて所望の反応を促進したり抑制したりすることができる。

本実施の形態における反応装置２０は、反応補助装置として、反応補助装置１７０を有している。反応補助装置１７０は主な構成として、支持体１７１、攪拌器１７２、粉砕器１７３、スプレー１７４、搬送器１７５、減速機１７６、駆動力伝達部１７７および支持体駆動装置１７８を有している。

反応補助装置１７０は、支持体１７１が一端側と他端側とにより回転可能に支持されている。より具体的には、支持体１７１はキルン部１００の中心軸Ｃ１０に沿って延伸する軸であって、一端側がフィーダ１４０に設けられた軸受け１８０により支持され、他方側がキルンフット１５０に設けられた軸受け１８０により支持されている。

また支持体１７１は減速機１７６および駆動力伝達部１７７を介して支持体駆動装置１７８に接続している。すなわち本実施の形態における反応装置２０は、反応補助装置１７０の支持体１７１を回転させる支持体駆動装置１７８をさらに備える。

支持体駆動装置１７８はモータであって、駆動力伝達部１７７を回転させて減速機１７６に駆動力を伝達する。減速機１７６は例えば複数の歯車の組み合わせにより駆動力伝達部１７７から受ける力を所定の回転数に変換して支持体１７１に伝達する。

減速機１７６、駆動力伝達部１７７および支持体駆動装置１７８は、反応補助装置１７０を回転させるための機構である。反応補助装置１７０は、支持体１７１がキルン部１００と別個に回転できるように支持されている。すなわちキルン部１００の回転方向およびキルン部１００の回転速度と、支持体１７１の回転方向および回転速度は、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。具体的には、例えばキルン部１００は毎分０．１回転～１０回転程度であって、反応補助装置１７０は毎分０回転～５００回転程度である。反応補助装置１７０の回転速度または回転方向は、時間に応じて変化してもよい。

反応補助装置１７０は、支持体１７１の延伸方向に沿って複数の補助器を有する。より具体的には、反応補助装置１７０は、上流側から順に、攪拌器１７２、粉砕器１７３、スプレー１７４および搬送器１７５を有している。

攪拌器１７２は、原料供給口１０１から受け入れた原料Ｒ１０を攪拌するための機能を有する。より具体的には、攪拌器１７２は例えば支持体１７１から突出する棒状部材である。この棒状部材は支持体１７１から中心軸Ｃ１０に直交する方向に突出し、筒部１０３の内壁近傍で直角に折れ曲がり、中心軸Ｃ１０に平行な方向に延伸した後に再び直角に折れ曲がり支持体１７１に接続する。図５に示す例では、攪拌器１７２はこの棒状部材を２つ有している。攪拌器１７２は、支持体１７１に固定されているため、支持体１７１が回転することにより原料Ｒ１０を攪拌する。

粉砕器１７３は、攪拌器１７２により攪拌された原料Ｒ１０を粉砕する機能を有する。粉砕器１７３は、楕円形の主面を有する板状の楕円形部材を複数有する。楕円形部材は、その長径部分が筒部１０３の内壁近傍に延伸している。粉砕器１７３は、支持体１７１に固定されているため、支持体１７１が回転することにより塊状の原料Ｒ１０が粉砕器１７３と筒部１０３とに挟まれ、粉砕される。

スプレー１７４は、所定の流体を筒部１０３の内部に吐出して原料Ｒ１０にこの流体を接触させる。支持体１７１は、上流側の端部において流体受け入れ口１７４Ａを有し、ここから受け入れた粒体をスプレー１７４に発送するためのパイプを有している。スプレー１７４は流体受け入れ口１７４Ａを介して供給された流体を、流体噴射口１７４Ｂから吐出する。すなわち粉砕器１７３により粉砕された原料Ｒ１０はスプレー１７４から吐出される流体と接触する。スプレー１７４が吐出する流体は、不活性ガスでもよいし、反応を促すための所定のガスでもよい。またスプレー１７４が吐出する流体は、流動性を有している粉体や液体などを含んでいてもよい。

搬送器１７５は、スプレー１７４が配置された領域を通過することにより生成された所定の反応生成物を下流へ搬送するための機能を有している。より具体的には、搬送器１７５は支持体１７１が回転することによりこの反応生成物を搬送するスクリュである。搬送器１７５は例えばスクリュのピッチまたは支持体１７１の回転速度に応じた搬送速度により反応生成物を搬送する。

次に、温度制御装置１１０と反応補助装置１７０との関連について説明する。温度制御装置１１０のうち、第１温度制御部１１０Ａが温度を制御する領域は、攪拌器１７２および粉砕器１７３が設置されている。第２温度制御部１１０Ｂが温度を制御する領域は、スプレー１７４が設置されている。そして第３温度制御部１１０Ｃが温度を制御する領域は、搬送器１７５が設置されている。

すなわち反応装置２０は、第１温度制御部１１０Ａがキルン部１００の温度を摂氏５００度程度に制御する領域において、原料Ｒ１０を脱脂するとともに攪拌および粉砕を行う。次に、反応装置２０は、第２温度制御部１１０Ｂが温度を摂氏１０００度程度に制御する領域において流体噴射口１７４Ｂから所定の流体を吐出して原料Ｒ１０の反応を促す。次に反応装置２０は、第３温度制御部１１０Ｃが温度を摂氏４０度程度に制御する領域において反応生成物を送出口１０２に搬送する。

以上に説明したように、反応装置２０は温度制御装置１１０と反応補助装置１７０とを連携させることにより所望のプロセスを実現できる。なお、反応補助装置１７０が有する補助器の態様は上述の例に限られない。例えば攪拌器１７２の構成は原料Ｒ１０を攪拌する機能を有する構成であれば上述の構成に限られない。攪拌器１７２は板状部材であってもよいし、ピン状部材であってもよい。この場合、板状部材は平板に限らず、凹凸や孔などを有していてもよい。同様に、粉砕器１７３の形状は、例えば外縁部が周方向に沿って凹凸を有するものであってもよい。粉砕器１７３は実施の形態１に示したボール１２３を粉砕媒とするボールミルであってもよいし、ボール１２３よりも直径の小さいビーズを粉砕媒とするビーズミルであってもよいし、長辺と短辺をもった棒状物を粉砕媒とするロッドミルであってもよい。反応補助装置１７０は上述した補助器のうちの１つ以上を有していればよい。

また反応補助装置１７０は上述の構成に加えて、例えばガスを吸引して外部へ排気するための吸気口を有していてもよい。反応補助装置１７０は、上述の構成に加えて、または上述の構成に代えて、混練器を有していてもよい。図５に示した反応補助装置１７０の構成や配置は一例であって、補助器の構成は種々の組み合わせが可能である。

反応装置２０は、反応補助装置１７０を複数有するものであってもよい。この場合、例えば反応装置２０は中心軸Ｃ１０に平行な軸に沿って遊星回転可能に支持されている複数の支持体１７１を有していてもよい。

以上、反応装置２０について説明した。反応装置２０はキルン部１００の内部に補助器を含むことにより、所定の複数の工程を連続的に実行できる。よって、本実施の形態によれば、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供することができる。

＜実施の形態３＞
次に、図６を参照して実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３にかかる反応システムの構成図である。図６に示す反応システム１は、２つの反応装置１０すなわち第１反応装置１０Ａおよび第２反応装置１０Ｂが直列に連結されたシステムである。図６には、第１反応装置１０Ａと第２反応装置１０Ｂとが連結した状態が模式的に示されている。本実施の形態における反応システム１は、１台の反応装置により行うことが出来る処理数を超える工程を要する反応生成物の製造工程を実現する例である。反応システム１は、第１反応装置１０Ａにおける反応生成物の反応生成物出口１５１Ａと、第２反応装置１０Ｂにおける原料投入口１４１Ｂとが連結している。

図に示す第１反応装置１０Ａは、原料投入口１４１Ａから受け入れた原料Ｒ１０に対して所定の反応を与えることにより反応生成物Ａを生成する。第１反応装置１０Ａは、生成した反応生成物Ａを、反応生成物出口１５１Ａから送出する。

第２流体制御領域１４０Ａは、第１反応装置１０Ａの反応生成物出口１５１Ａから送出された反応生成物Ａを原料投入口１４１Ｂに受け入れる。第２反応装置１０Ｂは所定の反応を与えることにより反応生成物Ａから反応生成物Ｂを生成する。第２反応装置１０Ｂは、生成した反応生成物Ｂを、反応生成物出口１５１Ｂから送出する。

以上、実施の形態３について説明した。なお、上述の反応システム１において、第１反応装置１０Ａおよび第２反応装置１０Ｂの一方または両方は、もちろん反応装置１０または反応装置２０のうちいずれかであってもよい。また反応システム１は、３つ以上の反応装置が連結するものであってもよい。このような構成により、実施の形態３にかかる反応システム１は、原料に対して複数の物理的刺激を連続して付与できる。またこのような構成により、反応システム１は、システム自体の柔軟な配置および柔軟なシステム構成を可能とする。すなわち、反応システム１は、１台の反応装置により行うことが出来る処理数を超える工程を要する場合であっても、構成が煩雑になるのを抑制できる。以上、実施の形態３によれば、複数の反応を要する所望の製品を効率よく製造する反応システムを提供することができる。

＜実施の形態４＞
次に、図７を参照して実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４にかかる反応システムの構成図である。図７に示す反応システム２は主な構成として、造粒装置２１０および反応装置２０を有している。また本実施の形態における反応装置２０は反応補助装置として少なくとも中間領域に攪拌器を有しているものとする。

造粒装置２１０は、粉粒体である原料に圧力を加えて造粒物を製造する。造粒物は例えば数十ミクロンから数百ミクロン程度の２次粒子から成る粉粒体に例えば１０メガパスカルから７００メガパスカルの圧力を加えることにより製造する。圧力を加える手段は特に限定されないが、生産の効率を考慮すると、回転する金型ロールを用いた連続加圧方式が望ましい。造粒物の形状は特に限定されないが、造粒装置２１０における搬送しやすさを考慮すると、球状、円盤状、もしくは楕円体状のようなタブレット形状を有していることが望ましい。造粒物の大きさは、造粒物の直径もしくは長辺の長さが数ミリメートルから数十ミリメートルとすることが目安であるが、３０ミリメートル以下とすることが望ましい。また、造粒装置２１０における反応の効率を考慮すると、各々の造粒物の大きさは、互いに同じくらいであることが望ましい。また、造粒物の製造において加圧する際は、造粒性の向上や造粒物を反応させた後の解砕性の向上を目的として、例えばビニル基やイミド基を有するバインダ樹脂を微量添加しながら造粒してもよいし、有機高分子結合剤をあらかじめ混合した原料を用いてもよい。造粒装置２１０は、製造した造粒物を原料投入口１４１に供給する。

反応装置２０は、原料投入口１４１において造粒物を受け入れると、受け入れた造粒物をキルン部１００に供給する。反応装置２０は、受け入れた造粒物に対して所定の物理的刺激と所定の雰囲気を付与し、反応生成物を生成する。より具体的には、反応装置２０は反応補助装置１７０により造粒物を攪拌するとともに、反応用のガスを噴出および反応後のガスを吸引し、温度制御装置１１０により所定の熱を加える。反応装置２０は反応生成物を生成すると、生成した反応生成物を反応生成物出口１５１から送出する。

以上、実施の形態４について説明した。本実施の形態にかかる反応システム２は、造粒装置２１０において原料に圧力を付与し、次いで、雰囲気制御された反応装置２０において熱を加えながら攪拌する。これにより、反応システム２は例えば酸化物系固体電解質や硫化物系固体電解質を連続的に製造できる。すなわち、実施の形態４によれば、所望の反応生成物を効率よく連続的に製造できる。

＜実施の形態５＞
次に、実施の形態５について説明する。図８は、実施の形態５にかかる電池用材料製造システム３の構成図である。図８に示す電池用材料製造システム３は、反応システムの一実施態様であって、例えば反応生成物を含む固体二次電池の固体電解質シートおよび電池積層体を製造するためのシステムである。電池用材料製造システム３は主な構成として第１工程領域Ｐ３１、第２工程領域Ｐ３２、第３工程領域Ｐ３３および第４工程領域Ｐ３４を有する。すなわち電池用材料製造システム３は、上述の第１工程、第２工程、第３工程および第４工程を経ることにより電池用材料を製造する。

以下に示す例は、電池用材料製造システム３を用いて固体電解質シートおよび電池積層体を製造するものである。第１工程領域Ｐ３１において、電池用材料製造システム３は、固体電解質を製造する。第１工程領域Ｐ３１は主な構成として、造粒装置２１０および反応装置２０を有する。

第１工程領域Ｐ３１において、造粒装置２１０は粉粒体である原料を受け入れ、圧力を加えてタブレット状の造粒物を製造する。造粒装置２１０は、製造した造粒物を、反応装置２０に供給する。反応装置２０は受け入れた造粒物を加熱しながら攪拌し、固体電解質を製造する。反応装置２０は、製造した固体電解質を第２工程領域Ｐ３２に供給する。

第２工程領域Ｐ３２において、電池用材料製造システム３は、固体電解質とバインダ樹脂との混合と混練を行う。第２工程領域Ｐ３２は、押出機３５０を有する。押出機３５０は、第１工程領域Ｐ３１において生成された固体電解質と、別途供給されるバインダ樹脂とを併せて受け入れ、受け入れた固体電解質とバインダ樹脂とを混合および混練して混練物を製造する。押出機３５０は、製造した混練物を第３工程領域Ｐ３３に供給する。

第３工程領域Ｐ３３において、電池用材料製造システム３は、第２工程領域Ｐ３２から混練物を受け入れ、受け入れた混練物から固体電解質シートを製造する。第３工程領域Ｐ３３は主な構成として、押出成形機３６０、コータ３７０、乾燥機３８０および圧延機３９０を有する。

押出成形機３６０は、押出機３５０から混練物を受け入れ、受け入れた混練物を押出成形してシート状の成形物を連続的に製造する。このとき第３工程領域Ｐ３３は、押出成形機３６０が押し出したシートに不織布などの基材３６１を合わせて一体化してもよい。すなわち第３工程領域Ｐ３３は、シート製造装置を含む。なお、押出成形機３６０はシート製造装置と称されてもよい。

次にコータ３７０は、成形物の表面に所定の正極活物質等を塗布する。さらに乾燥機３８０は、所定の正極活物質等が塗布された成形物を乾燥し、圧延機３９０に供給する。圧延機３９０は、乾燥した成形物を圧延して第４工程領域Ｐ３４に供給する。

第４工程領域Ｐ３４において、電池用材料製造システム３は、所定のシートを貼り合わせ、これを巻き取る工程を有する。第４工程領域Ｐ３４は主な構成として、ラミネータ４００および巻取機４１０を有する。ラミネータ４００は、圧延機３９０から供給されるシート状の成形物に、負極活物質を含む負極シート４０１（または電極シート）を貼り合わせ、貼り合わせた電池積層体を巻取機４１０に供給する。巻取機４１０は、電池積層体を巻き取る。

以上、電池用材料製造システム３の構成および電池用材料製造システム３が実行する電池用材料製造方法について説明した。本実施の形態にかかる電池用材料製造システム３は、複数の反応を要する固体電解質等の反応生成物を一貫して効率よく製造し、製造した反応生成物を用いて連続的にシートを製造できる。なお、本実施の形態にかかる電池用材料製造システム３は、図８に示したものに限られない。例えば電池用材料製造システム３は例えば第４工程領域Ｐ３４における巻取機４１０を有していなくてもよい。

また図８に示す反応システムは、電池用材料ではない所定の材料を製造することもできる。すなわち、図８に示す反応システムは、材料製造システムまたは固体電解質製造システムと称することが出来る。また、かかる材料製造システムが実行する方法を、材料製造方法と称することが出来る。

また図８に示す電池用材料製造システム３は、上述のように、第３工程領域Ｐ３３において固体電解質シートを製造し、且つ、第４工程領域Ｐ３４において負極シートを含む電解質シートをラミネートすることができる。これにより、電池用材料製造システム３は、電池積層体を製造することが出来る。すなわちこの場合、図８に示すシステムを、電池製造システムと称し、図８に示すシステムが実行する方法を、電池製造方法と称することが出来る。

以上に述べたように、実施の形態５によれば、反応生成物を含む所望の電池用材料、電池または所定の材料を効率よく製造するための反応システムまたはその方法を提供できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、２ 反応システム
３ 電池用材料製造システム
１０、２０ 反応装置
１００ キルン部
１０１ 原料供給口
１０２ 送出口
１０３ 筒部
１０４ 軸受け
１０６ 従動部
１１０ 温度制御装置
１１０Ａ 第１温度制御部
１１０Ｂ 第２温度制御部
１１０Ｃ 第３温度制御部
１２０ 第１反応補助装置
１２１ 第１支持体
１２２ ストッパ
１２３ ボール
１３０ 第２反応補助装置
１３１ 第２支持体
１３２ スクレーパ
１４０ フィーダ
１４１ 原料投入口
１５０ キルンフット
１５１ 反応生成物出口
１６０ 駆動装置
１６１ 駆動力伝達部
１７０ 反応補助装置
１７１ 支持体
１７２ 攪拌器
１７３ 粉砕器
１７４ スプレー
１７４Ａ 流体受け入れ口
１７４Ｂ 流体噴射口
１７５ 搬送器
１７６ 減速機
１７７ 駆動力伝達部
１７８ 支持体駆動装置
１８０ 軸受け
２１０ 造粒装置
３５０ 押出機
３６０ 押出成形機
３６１ 基材
３７０ コータ
３８０ 乾燥機
３９０ 圧延機
４００ ラミネータ
４０１ 負極シート
４１０ 巻取機
Ｃ１０ 中心軸
Ｒ１０ 原料
Ｒ１１ 反応生成物

Claims (14)

1. 中心軸に沿って回転可能に延伸する筒部と、前記筒部の一端側から供給される原料を受け入れる原料供給口と、前記筒部の他端側に反応生成物を送出する送出口と、を有するキルン部と、
   加熱装置または冷却装置を含み、前記原料供給口と前記送出口との間の中間領域における前記キルン部の温度を制御する温度制御装置と、
   前記一端側または前記他端側から前記筒部の前記中間領域に延伸する支持体と、前記支持体に設けられ、前記原料の反応を補助する攪拌器、混合器、粉砕器、混練器、搬送器、流体噴射口、流体吸引口、およびスクレーパのうち少なくともいずれか１つを含む補助器と、を含む反応補助装置と、
   を有する反応装置。
2. 前記反応補助装置は、前記支持体が前記一端側と前記他端側とにより支持されている、
   請求項１に記載の反応装置。
3. 前記反応補助装置は、前記支持体が延伸する方向に沿って回転可能に支持されている、
   請求項１または２に記載の反応装置。
4. 前記反応補助装置は、前記中心軸に平行な軸に沿って遊星回転可能に支持されている、
   請求項１または２に記載の反応装置。
5. 前記反応補助装置は、前記支持体が前記キルン部と別個に回転できるように支持されている、請求項３または４に記載の反応装置。
6. 前記反応補助装置は、前記支持体を複数有する、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の反応装置。
7. 前記反応補助装置は、前記支持体の延伸方向に沿って複数の前記補助器を有する、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の反応装置。
8. 前記反応補助装置は、前記支持体を回転させる支持体駆動装置をさらに含む、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の反応装置。
9. 前記温度制御装置は、前記中間領域において前記中心軸に沿った方向に異なる複数の温度制御領域を有する、
   請求項１～８のいずれか一項に記載の反応装置。
10. 前記温度制御装置は、前記筒部の外壁に接触することにより前記筒部の内部の温度を制御する、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の反応装置。
11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載の反応装置である第１反応装置と第２反応装置とを直列に連結した、
    反応システム。
12. 前記原料に圧力を加えて造粒物を製造する造粒装置と、
    前記造粒物を受け入れて反応生成物を製造する請求項１～１０のいずれか一項に記載の反応装置と、を備える
    反応システム。
13. 反応生成物を製造する請求項１～１０のいずれか一項に記載の反応装置と、
    前記反応生成物と、バインダ樹脂と、を混練して連続的に押し出すことにより混練物を製造する押出機と、
    前記混練物をシート状に成形してシートを製造するシート製造装置と、を備える
    反応システム。
14. 中心軸に沿って回転可能に延伸する筒部と、前記筒部の一端側から供給される原料を受け入れる原料供給口と、前記筒部の他端側に反応生成物を送出する送出口と、を有するキルン部を用意し、
    前記原料供給口と前記送出口との間の中間領域における前記キルン部の温度を制御し、
    前記原料供給口から前記原料を供給し、
    前記キルン部を回転させることにより、前記原料を前記中心軸に平行な方向に沿って前記送出口へ搬送し、
    前記中間領域において前記原料の反応を補助するために、前記原料の攪拌、混合、粉砕、混練、搬送、スクレーピング、流体の噴射、流体の吸引、のうち少なくともいずれか１つを含む反応補助動作を行い、
    前記送出口から反応生成物を送出する、
    反応生成物製造方法。

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