JP2023536917A - 超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造と超微粉粒子成形方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造及び超微粉末粒子成形方法に関する。超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造は超微粉末粒子調製システムに設けられ、順次接続された、排気および還流構造１と、粒子成形制御構造３と、タンク型可変方向配送構造５とを含む。排気および還流構造１の前端は前方の高温蒸発器に接続され、タンク型可変方向配送構造５の後端には後方の収集構造７と冷却構造とが接続される。【選択図】図１
Description
本発明は、超微粉末粒子の調製技術の分野に属し、特に超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造と超微粉粒子成形方法に関するものである。
超微小粉末粒子の調製に蒸発凝縮気相法成形と冷却技術を使用する場合、調製すべき材料をまず高温で加熱気化し、気体状態から液体状態を経て硬化成形するので、調製すべき超微小粉末粒子は微細な材料、主にナノメートル、サブミクロンまたはミクロンの粉末であり、成形粒子のサイズは小さく、成形スピードは非常に速く、温度が非常に高く、技術原理は、成形の原理がシンプルであるが、実用化は非常に難しいである。大量で使用できる均一で安定した、よく分散した粉体粒子を製造することはさらに困難である。
一般的な方法としては、蒸気の流れを遅くしてから粒子成形を制御するフレア構造、あるいは蒸気を急冷する吹き付け冷却構造があるが、いずれも気流の内層と外層の温度が不均一になるか、内層への吹き付けにより内部の流動様式が不均一になり、極小粒子や特大粒子が多数発生してその後の粉末の使用に影響してしまう。
本発明の目的は、従来の技術では超小型粒子や超大型粒子が大量に発生し、その後の使用に影響を与えるという問題を解決するための超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造と超微粉粒子成形方法を提供することにある。
超微粉末粒子調製システムに設けられる超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造であって、順次接続された、排気および還流構造と、廃物還流構造または廃物収集構造と、粒子成形制御構造と、タンク型可変方向配送構造と、を含み、
前記排気および還流構造の前端は前方の高温蒸発器に接続され、タンク型可変方向配送構造の後端は後方の収集構造に接続され、
前記超微粉末粒子調製システムは、高温蒸発器内に設けられ、熱源を提供する加熱システムと、高温蒸発器に原料を供給する原料供給システムと、冷却を行う循環冷却システムと、キャリアガス及び冷却ガスを供給するガス源または循環ガスシステムと、圧力バランス制御を行う圧力バランスシステムと、収集部分の気固分離システムまたは気固液分離システムと、さらに備える。
前記排気および還流構造の前端は前方の高温蒸発器に接続され、タンク型可変方向配送構造の後端は後方の収集構造に接続され、
前記超微粉末粒子調製システムは、高温蒸発器内に設けられ、熱源を提供する加熱システムと、高温蒸発器に原料を供給する原料供給システムと、冷却を行う循環冷却システムと、キャリアガス及び冷却ガスを供給するガス源または循環ガスシステムと、圧力バランス制御を行う圧力バランスシステムと、収集部分の気固分離システムまたは気固液分離システムと、さらに備える。
選択的に、前記排気および還流構造の前端は、高温蒸発器の排気口に接続され、
前記排気および還流構造の内部には、少なくとも高温蒸気が入る第１流路を含み、第１流路の外側には、保温または加熱装置が設けられる。
前記排気および還流構造の内部には、少なくとも高温蒸気が入る第１流路を含み、第１流路の外側には、保温または加熱装置が設けられる。
選択的に、前記廃物還流構造または廃物収集構造の内部には、少なくとも第２流路を含み、前記第２流路の前端は第１流路に接続され、前記第２流路の後端は前記粒子成形制御構造の内腔に接続され、前記第２流路の外側には保温または加熱装置が設けられる。
選択的に、前記粒子成形制御構造の内腔先端は、第２流路に接続され、
前記粒子成形制御構造の内腔後端は、ジェット冷却構造またはタンク型可変方向配送構造の吸気管に接続され、
前記粒子成形制御構造の内部には、超微粉末粒子成形領域が設置され、
前記粒子成形制御構造の内部には、保温または加熱または冷却の構造が設置され、熱伝導又は熱放射により間接的に超微粉末粒子成形領域の温度が制御され、
キャリアガスの速度と超微粉末粒子成形領域の断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って超微粉末粒子成形領域を通過する速度を制御する。
前記粒子成形制御構造の内腔後端は、ジェット冷却構造またはタンク型可変方向配送構造の吸気管に接続され、
前記粒子成形制御構造の内部には、超微粉末粒子成形領域が設置され、
前記粒子成形制御構造の内部には、保温または加熱または冷却の構造が設置され、熱伝導又は熱放射により間接的に超微粉末粒子成形領域の温度が制御され、
キャリアガスの速度と超微粉末粒子成形領域の断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って超微粉末粒子成形領域を通過する速度を制御する。
選択的に、前記粒子成形制御構造と前記タンク型可変方向配送構造との間には、成形された粒子を予冷却するためのジェット冷却構造が設けられ、前記ジェット冷却構造は、少なくとも内部の第３流路を含み、前記第３流路の前端は、超微粉粒子成形領域に連通され、前記第３流路の後端は、前記タンク型可変方向配送構造に接続され、
前記第３流路の外には、多孔質内層板が設けられ、周辺から前記第３流路内に冷却ガスが均一に吹き込まれる。
前記第３流路の外には、多孔質内層板が設けられ、周辺から前記第３流路内に冷却ガスが均一に吹き込まれる。
選択的に、前記タンク型可変方向配送構造は可変方向タンク型チャンバーを含み、
前記可変方向タンク型チャンバーには吸気ダクトと排気ダクトが接続され、
前記吸気ダクトは第３流路または前記粒子成形制御構造に接続され、前記排気ダクトは前記収集構造に接続され、
前記吸気ダクトと前記排気ダクトの内部には、内層保温構造または冷却構造が設けられ、
前記吸気ダクトの軸心線と排気ダクトの軸心線との間の角度が、３０°～１５０゜である。
前記可変方向タンク型チャンバーには吸気ダクトと排気ダクトが接続され、
前記吸気ダクトは第３流路または前記粒子成形制御構造に接続され、前記排気ダクトは前記収集構造に接続され、
前記吸気ダクトと前記排気ダクトの内部には、内層保温構造または冷却構造が設けられ、
前記吸気ダクトの軸心線と排気ダクトの軸心線との間の角度が、３０°～１５０゜である。
選択的に、前記可変方向タンク型チャンバーの容積Ｖと吸気口の内側の断面積Ｓ１との関係式は、
Ｖ／Ｓ１＞１００であり、Ｖの単位は立方センチメートル、Ｓ１の単位は平方センチメートルである。
Ｖ／Ｓ１＞１００であり、Ｖの単位は立方センチメートル、Ｓ１の単位は平方センチメートルである。
選択的に、前記可変方向タンク型チャンバーに１つ以上の冷却流体入口が設けられ、冷却流体は気体または液体であり、冷却流体は前記冷却流体入口を介して前記可変方向タンク型チャンバー内に入り、可変方向タンク型チャンバーを通過するキャリアガスと粉末を混合して冷却する。
超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造を用いた超微粉粒子凝集冷却タンク型構造成形方法であって、
超微粉粒子の調製用材料を高温蒸発器に入れ、加熱蒸発した材料蒸気とキャリアガスを混合ガスに混合した後、高温蒸発器の排気口から前記排気および還流構造に入れ、保温または加熱により、前記排気および還流構造の内部温度が必要な調製材料の融点より高くなるように制御するステップＳ１と、
前記混合ガスは、前記排気および還流構造と、前記廃物還流構造または廃物収集構造とを通過した後、前記粒子成形制御構造に入り、前記粒子成形制御構造内の超微粉粒子成形領域で、保温構造または加熱構造または冷却構造を通過し、熱伝導または熱放射により間接的に前記超微粉粒子成形領域の各部の温度を制御し、キャリアガスの速度とダクト断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って内部各領域を通過する速度を制御し、粒子の成形に安定した制御可能な条件を提供し、調製用物質をガス状態から液体状態に変化させ、液体状態を固体状態に変化させ、ガス状態で互いに接触し凝縮して小さい液滴になり、小さい液滴が互いに接触して大きい液滴になり、または、ガス状態と小さい液滴が接触して大きい液滴になり、大きい液滴が継続して互いに接触して成長、または固化して固体粒子になり、小さい液核と固体粒子は結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、ガス状態で固体粒子と結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、固体粒子を継続して冷却し、所望の粒径と形態の粒子を調製するステップＳ２と、
ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子が、キャリアガスに伴って、直接前記タンク型可変方向配送構造に入り、粒子中の不良品粒子と良品粒子が分離され、その中の良品粒子はキャリアガスに伴って次の工程に移動し、不良品粒子は廃物還流構造または廃物収集構造に集まるステップＳ３と、
良品粒子はキャリアガスに伴って収集構造内に入り、成形された超微粉粒子はキャリアガスから分離され、その中の超微粉粒子は製品として収集され、キャリアガスは排出されまたは循環使用されるステップＳ４と、を含む超微粉粒子成形方法である。
超微粉粒子の調製用材料を高温蒸発器に入れ、加熱蒸発した材料蒸気とキャリアガスを混合ガスに混合した後、高温蒸発器の排気口から前記排気および還流構造に入れ、保温または加熱により、前記排気および還流構造の内部温度が必要な調製材料の融点より高くなるように制御するステップＳ１と、
前記混合ガスは、前記排気および還流構造と、前記廃物還流構造または廃物収集構造とを通過した後、前記粒子成形制御構造に入り、前記粒子成形制御構造内の超微粉粒子成形領域で、保温構造または加熱構造または冷却構造を通過し、熱伝導または熱放射により間接的に前記超微粉粒子成形領域の各部の温度を制御し、キャリアガスの速度とダクト断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って内部各領域を通過する速度を制御し、粒子の成形に安定した制御可能な条件を提供し、調製用物質をガス状態から液体状態に変化させ、液体状態を固体状態に変化させ、ガス状態で互いに接触し凝縮して小さい液滴になり、小さい液滴が互いに接触して大きい液滴になり、または、ガス状態と小さい液滴が接触して大きい液滴になり、大きい液滴が継続して互いに接触して成長、または固化して固体粒子になり、小さい液核と固体粒子は結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、ガス状態で固体粒子と結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、固体粒子を継続して冷却し、所望の粒径と形態の粒子を調製するステップＳ２と、
ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子が、キャリアガスに伴って、直接前記タンク型可変方向配送構造に入り、粒子中の不良品粒子と良品粒子が分離され、その中の良品粒子はキャリアガスに伴って次の工程に移動し、不良品粒子は廃物還流構造または廃物収集構造に集まるステップＳ３と、
良品粒子はキャリアガスに伴って収集構造内に入り、成形された超微粉粒子はキャリアガスから分離され、その中の超微粉粒子は製品として収集され、キャリアガスは排出されまたは循環使用されるステップＳ４と、を含む超微粉粒子成形方法である。
選択的に、前記ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子は、キャリアガスに伴って、前記ジェット冷却構造内部に入り、多孔質内層板を介して周辺から内部流路内に冷却ガスが均一に吹き込み、入ってきた高温ガス及び成形された粒子と混合し冷却した後、タンク型可変方向配送構造に入る。
本開示は、温度場制御、速度場制御、構造間の接続の制御など、特定の構造を通して超微粉末粒子成形プロセスの各段階を正確に制御し、その内部循環を利用して蒸気が制御部分を均一に通過し、超微粉末粒子成形に安定かつ制御可能な条件を提供し、結果として成形粒子の均一粒径、安定形態、良好な分散を実現する。
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。以下の実施例は例示的なものにすぎず、本発明の解釈と説明にしか使用できず、本発明の制限と解釈することはできない。本発明の説明において、用語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「垂直」、「水平」、「内」、「外」などの指示方位または位置関係は、図面に示す方位または位置関係に基づくものであり、単に本発明の説明を容易にし、説明を簡略化し、一方、指定された装置または要素は、特定の方位を有しなければならない、特定の方位で構成され、動作されなければならないことを指示または暗示していないため、本発明に対する制限であるとは理解できない。また、用語「第１」、「第２」、「第３」は、説明の目的のためだけに使用され、相対的な重要性を指示または暗示するとは理解できない。
本発明の説明では、特に明確な規定と限定がない限り、用語「取り付け」、「接続」、「連結」は広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、または一体的に接続してもよい、機械的接続でもよいし、電気的接続でもよい、直接接続してもよいし、中間媒体を介して間接的に接続してもよいし、２つの素子内部の接続でもよい。当業者であれば、本発明における上記用語の具体的な意味は、状況に応じて理解することができる。
本発明の説明では、特に明確な規定と限定がない限り、用語「取り付け」、「接続」、「連結」は広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよく、取り外し可能な接続であってもよく、または一体的に接続してもよい、機械的接続でもよいし、電気的接続でもよい、直接接続してもよいし、中間媒体を介して間接的に接続してもよいし、２つの素子内部の接続でもよい。当業者であれば、本発明における上記用語の具体的な意味は、状況に応じて理解することができる。
本構造は、超微粉末粒子調製に用いられ、金属超微粉末粒子調製も含む。以下の実施例では、金属超微粉粒子の調製を例に挙げて説明するが、本構造が金属超微粉粒子の調製にのみ使用できることを限定するものではない。
蒸発凝縮気相法によりナノスケール、サブミクロンスケール、ミクロンスケールの微細な粒子粉末を調製する場合に、凝集冷却タンク型構造と粒子成形方法を用いる。凝集冷却タンク型構造は、様々な部品を接続するために設計されたインターフェースを持つ流路であり、温度場制御、速度場制御、様々な構造間の接続の制御など、粒子成形プロセスの様々な段階を正確に制御し、制御部品を通る蒸気の内部流を利用して、粒子成形に安定かつ制御された条件を与え、微小な粒子微細な粒子を成形するための条件を整えている。調製される材料は、気体状態から液体状態へ、液体状態から固体状態へ、気体状態は衝突してより小さな液滴に凝縮し、小さな液滴は衝突してより大きな液滴となり、または気体状態は小さな液滴と衝突してより大きな液滴に、大きな液滴は引き続き衝突して成長または固化して固体粒子になり、小さな液滴は固体粒子と結合して大きな固体粒子または核殻構造になり、気体状態は固体粒子と結合して大きな固体粒子または核殻構造になり、固体粒子は冷却され続けることで、目的のサイズと形状の粒子が作られる。成形された粒子は、大きさが均一で、形状が安定し、よく分散されている。
図１に示されるように、本開示に提供される超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造は、超微粉末粒子調製システムに設けられる。本開示の超微粉末粒子調製システムは、高温蒸発器内に設けられ、熱源を提供する加熱システムと、高温蒸発器に原料を供給する原料供給システムと、冷却を行う循環冷却システムと、キャリアガス及び冷却ガスを供給するガス源または循環ガスシステムと、圧力バランス制御を行う圧力バランスシステムと、回収部の気体-固体分離システムまたは気体-固体-液体分離システムを含む。上述したこれらの部品は、いずれも従来技術であり、その接続関係や構造は、本願発明において改良されるものではない。したがって、これらは本願では詳しく説明せず、ここではすべて先行特許文献を通じて理解可能なものである。
同時に、本開示は、超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造の内部の各機能部をさらに提供する。各機能部の接続が実現できる必要性に応じて設計できる限り、各機能部の断面形状、口径サイズなどが必要性に応じて同じ、または類似、または変形、または可変径などに設定できるようになる。同時に、各機能部の長さは、本開示の技術的な解決策の実施に影響を与えることなく、必要に応じて選択できる。また、各機能部は、複数のセクションや全体構造の個々の部分であってもよく、実際のニーズ（例えば、スペース、生産量など）に応じて調整することができ、本願発明の技術的解決を制限したり、改善するものではない。
本発明の設計ポイントは、高温蒸発器と収集構造との間に設定される凝集冷却タンク型構造であって、順次接続された、排気および還流構造１と、廃物還流構造または廃物収集構造２と、粒子成形制御構造３と、タンク型可変方向配送構造５とを含む。
前記排気および還流構造１の前端は前方の高温蒸発器の排気口に接続され、タンク型可変方向配送構造５の後端は後方の収集構造に接続される。
排気および還流構造１の内部には、少なくとも高温蒸気が入る第１流路を含み、第１流路の外側には、排気および還流構造１のケースが設けられる。第１流路と排気および還流構造１のケースとの間に保温構造が設けられ、第１流路の外側に補強構造または加熱装置が設けられる。ここで、排気および還流構造１のケースはジャケット構造であり、ジャケット構造の内部には循環冷却液が通過されている。ここで、第１流路は、調製される材料と物理的または/および化学的に反応しない材料で作られる。保温または加熱により、排気および還流構造１内の温度は、調製する超微粉末粒子材料の融点以上に保持されている。
廃物還流構造または廃物収集構造２の内部には、少なくとも第２流路を含む。前記第２流路の前端は第１流路に接続され、前記第２流路の後端は前記粒子成形制御構造３の内腔に接続され。ガスの通過を確保しながら、上部のダクトや流路内の廃物を溶融して液体にしてから還流させ、または、上部のダクトや流路内の廃物を廃物保持用収納ドラムに回収し、それにより、流路内のガスの通過を阻害しないようにする。第２流路の外側には、保温装置または加熱装置が設置される。保温装置または加熱装置により、廃物還流構造内の温度は、調製する材料の融点以上に保持されるように、または、廃物収集構造のガス流路内の温度は、調製する材料の融点以上に保持されるように、廃物保持用収納ドラム内の温度は、調製する材料の融点以下に保持されるように、制御する。
前記粒子成形制御構造３の内腔先端は第２流路に接続され、前記粒子成形制御構造３の内腔後端は、ジェット冷却構造４またはタンク型可変方向配送構造５に接続され、前記粒子成形制御構造３の内部には、超微粉末粒子成形領域が設置される。超微粉末粒子成形領域は、流路構造であり、粒子成形制御の主要な場所である。前記粒子成形制御構造３の内部には、保温または加熱または冷却構造が設置され、熱伝導または熱放射により間接的に超微粉末粒子成形領域の温度が制御され、キャリアガスの速度と超微粉末粒子成形領域の断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って超微粉末粒子成形領域を通過する速度を制御することにより、粒子成形のための安定した制御された条件を提供する。
粒子成形制御構造３は、外殻構造体と、中間保温層と、内側伝熱層から構成される。前記外殻構造体は、冷却剤を循環させるためのジャケット構造を有するジャケット構造である。前記中間保温層は、単層または多層構造である。前記内側伝熱層には、保温された流路が成形され、すなわち超微粉末粒子成形領域が成形され、それは、熱伝導または熱放射により、流路内を流通する材料の温度を間接的に制御するために使用される。
粒子成形制御構造３を通じて、調製する材料は、気体状態から液体状態になり、液体状態から固体状態になり、気体状態が互いに接触して凝縮して小さい液滴になり、小さい液滴が互いに接触して大きい液滴になり、または気体状態が小さい液滴に衝突して大きい液滴になり、大きい液滴が互いに衝突を続けて成長または固化して固体粒子になり、小さい液滴は固体粒子と結合して大きい固体粒子または核殻構造になり、気体は固体粒子と結合して大きい固体粒子または核殻構造になり、固体粒子が冷却し続けて、所望の粒子サイズおよび形状を有する粒子が生成される。本願において、核が小さいとは相対的な概念のみを指し、特定のサイズを指すものではなく、同様に、液滴が大きいとは相対的な概念を指し、特定のサイズを指すものではない。したがって、上記の「大きい」と「小さい」は、不明確な意味ではなく、分子の内部変化を伴うため、文字表現にのみ使用され、後記の「大きい」と「小さい」もそのように理解されるべきものである。
粒子成形制御構造３とタンク型可変方向配送構造５との間には、成形された粒子を予冷却するためのジェット冷却構造４が設けられ、前記ジェット冷却構造４は、少なくとも内部の第３流路を含み、前記第３流路の前端は、超微粉粒子成形領域に連通され、前記第３流路の後端は、タンク型可変方向配送構造５に接続され、
前記第３流路の外には、多孔質内層板が設けられ、周辺から前記第３流路内に冷却ガスが均一に吹き込まれることにより、成形された粒子が高温の原因での軟質・硬質凝集現象を防止する。
前記第３流路の外には、多孔質内層板が設けられ、周辺から前記第３流路内に冷却ガスが均一に吹き込まれることにより、成形された粒子が高温の原因での軟質・硬質凝集現象を防止する。
前記タンク型可変方向配送構造５は可変方向タンク型チャンバーを含み、前記可変方向タンク型チャンバーには吸気ダクトと排気ダクトが接続され、前記吸気ダクトは第３流路または前記粒子成形制御構造３に接続され、前記排気ダクトは前記収集構造に接続される。前記吸気ダクトの軸心線と排気ダクトの軸心線との間の角度が３０°～１５０゜である。
以上のいずれか１つの超微粉末粒子の凝集冷却用管状構造を用いた超微粉粒子成形方法は、ステップＳ１と、ステップＳ２と、ステップＳ３と、ステップＳ４と、を含む。
ステップＳ１：調製される超微粉粒子の調製用材料を高温蒸発器に入れ、加熱蒸発した材料蒸気とキャリアガスを混合ガスに混合した後、高温蒸発器の排気口から前記排気および還流構造に入れ、保温または加熱により、前記排気および還流構造の内部温度が必要な調製材料の融点より高くなるように制御する。
ステップＳ２：前記混合ガスが、前記排気および還流構造と、前記廃物還流構造または廃物収集構造とを通過した後、前記粒子成形制御構造に入り、前記粒子成形制御構造内の超微粉粒子成形領域で、保温構造または加熱構造または冷却構造を通過し、熱伝導または熱放射により間接的に前記超微粉粒子成形領域の各部の温度を制御し、キャリアガスの速度とダクト断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って内部各領域を通過する速度を制御し、粒子の成形に安定した制御可能な条件を提供し、調製用物質をガス状態から液体状態に変化させ、液体状態を固体状態に変化させ、ガス状態で互いに接触し凝縮して小さい液滴になり、小さい液滴が互いに接触して大きい液滴になり、または、ガス状態と小さい液滴が接触して大きい液滴になり、大きい液滴が継続して互いに接触して成長、または固化して固体粒子になり、小さい液滴と固体粒子が結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、ガス状態で固体粒子と結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、固体粒子を継続して冷却し、所望の粒径と形態の粒子を調製する。
ステップＳ３：ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子が、キャリアガスに伴って、第１ジェット冷却構造内部に入り、多孔質内層板により周辺から内部流路内に冷却ガスを均一に吹き込み、入ってきた高温ガス及び成形された粒子と混合して冷却する。
ステップＳ４：冷却された粒子がキャリアガスに伴って前記曲管可変方向配送構造に入り、粒子中の不良品粒子（基準を満たさず、製品になり得ない粒子）と良品粒子（基準を満たし製品となり得る粒子）が分離され、ｆその中の良品粒子はキャリアガスに伴って次の工程に移動し、不良品粒子は前記廃物還流構造または廃物収集構造に集められる。
ステップＳ４１：良品粒子がキャリアガスに伴って、第２ジェット冷却構造内部に入り、前記第２ジェット冷却構造内部に設けられた冷却ガス噴出口または前記第２ジェット冷却構造の軸心線に設けられたジェット管を介して前記第２ジェット冷却構造内部の流路の中心領域に向かってジェット冷却を行う。
ステップＳ５：良品粒子はキャリアガスに伴って収集構造内に入り、成形された超微粉粒子はキャリアガスから分離され、その中の超微粉粒子は製品として収集され、キャリアガスは排出されまたは循環使用される。
ステップＳ１：調製される超微粉粒子の調製用材料を高温蒸発器に入れ、加熱蒸発した材料蒸気とキャリアガスを混合ガスに混合した後、高温蒸発器の排気口から前記排気および還流構造に入れ、保温または加熱により、前記排気および還流構造の内部温度が必要な調製材料の融点より高くなるように制御する。
ステップＳ２：前記混合ガスが、前記排気および還流構造と、前記廃物還流構造または廃物収集構造とを通過した後、前記粒子成形制御構造に入り、前記粒子成形制御構造内の超微粉粒子成形領域で、保温構造または加熱構造または冷却構造を通過し、熱伝導または熱放射により間接的に前記超微粉粒子成形領域の各部の温度を制御し、キャリアガスの速度とダクト断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って内部各領域を通過する速度を制御し、粒子の成形に安定した制御可能な条件を提供し、調製用物質をガス状態から液体状態に変化させ、液体状態を固体状態に変化させ、ガス状態で互いに接触し凝縮して小さい液滴になり、小さい液滴が互いに接触して大きい液滴になり、または、ガス状態と小さい液滴が接触して大きい液滴になり、大きい液滴が継続して互いに接触して成長、または固化して固体粒子になり、小さい液滴と固体粒子が結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、ガス状態で固体粒子と結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、固体粒子を継続して冷却し、所望の粒径と形態の粒子を調製する。
ステップＳ３：ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子が、キャリアガスに伴って、第１ジェット冷却構造内部に入り、多孔質内層板により周辺から内部流路内に冷却ガスを均一に吹き込み、入ってきた高温ガス及び成形された粒子と混合して冷却する。
ステップＳ４：冷却された粒子がキャリアガスに伴って前記曲管可変方向配送構造に入り、粒子中の不良品粒子（基準を満たさず、製品になり得ない粒子）と良品粒子（基準を満たし製品となり得る粒子）が分離され、ｆその中の良品粒子はキャリアガスに伴って次の工程に移動し、不良品粒子は前記廃物還流構造または廃物収集構造に集められる。
ステップＳ４１：良品粒子がキャリアガスに伴って、第２ジェット冷却構造内部に入り、前記第２ジェット冷却構造内部に設けられた冷却ガス噴出口または前記第２ジェット冷却構造の軸心線に設けられたジェット管を介して前記第２ジェット冷却構造内部の流路の中心領域に向かってジェット冷却を行う。
ステップＳ５：良品粒子はキャリアガスに伴って収集構造内に入り、成形された超微粉粒子はキャリアガスから分離され、その中の超微粉粒子は製品として収集され、キャリアガスは排出されまたは循環使用される。
または、前記ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子は、キャリアガスに伴って、前記ジェット冷却構造内部に入り、多孔質内層板を介して周辺から内部流路内に冷却ガスが均一に吹き込み、入ってきた高温ガス及び成形された粒子と混合し冷却した後、タンク型可変方向配送構造に入る。
前記可変方向タンク型チャンバーの容積Ｖと吸気口の内側の断面積Ｓ１との関係式は、Ｖ／Ｓ１＞１００であり、Ｖの単位は立方センチメートル、Ｓ１の単位は平方センチメートルである。
前記可変方向タンク型チャンバーに１つ以上の冷却流体入口が設けられ、冷却流体は気体または液体であり、冷却流体は前記冷却流体入口を介して前記可変方向タンク型チャンバー内に入り、可変方向タンク型チャンバーを通過するキャリアガスと粉末を混合して冷却する。
凝集冷却成形される粒子は製品として収集され、キャリアガスは排出されまたは循環使用される。
上記の構造を通して、前部の高温蒸発器、後部の収集冷却構造、高温蒸発器に熱源を供給する加熱システム、高温蒸発器の前部に原料を供給する供給システム、冷却を行う循環冷却システム、キャリアガスと冷却を行うガス源または循環ガスシステム、圧力バランスを制御する圧力バランスシステムと共に、粒子の凝集、冷却、成形の連続サイクル生産プロセスが完了し、粒子サイズが均一、形態が安定、分散性が良いナノスケール、サブミクロンスケールまたはミクロンスケールの粉末が生産できる。
本発明の実施形態を示し、説明したが、本発明の原理と精神から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な変形、修正、置換、および変種を行うことができることは、当業者には理解され、その範囲は添付の特許請求の範囲によって極めてよく定義されている。
１：排気および還流構造
２：廃物還流構造または廃物収集構造
３：粒子成形制御構造
４：ジェット冷却構造
４１：ジェット冷却構造でのジェット
５：タンク型可変方向配送構造
５１：冷却流体入口
６：高温蒸発器の内腔
７：収集構造
２：廃物還流構造または廃物収集構造
３：粒子成形制御構造
４：ジェット冷却構造
４１：ジェット冷却構造でのジェット
５：タンク型可変方向配送構造
５１：冷却流体入口
６：高温蒸発器の内腔
７：収集構造
Claims (10)
- 超微粉末粒子調製システムに設けられる超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造であって、
順次接続された、排気および還流構造と、廃物還流構造または廃物収集構造と、粒子成形制御構造と、タンク型可変方向配送構造と、を含み、
前記排気および還流構造の前端は、前方の高温蒸発器に接続され、
前記タンク型可変方向配送構造の後端は、後方の収集構造に接続され、
前記超微粉末粒子調製システムは、
高温蒸発器内に設けられ、熱源を提供する加熱システムと、
高温蒸発器に原料を供給する原料供給システムと、
冷却を行う循環冷却システムと、
キャリアガス及び冷却ガスを供給するガス源または循環ガスシステムと、
圧力バランス制御を行う圧力バランスシステムと、
収集部分の気固分離システムまたは気固液分離システムと、をさらに備えることを特徴とする超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。 - 前記排気および還流構造の前端は、高温蒸発器の排気口に接続され、
前記排気および還流構造の内部には、少なくとも高温蒸気が入る第１流路を含み、第１流路の外側には、保温または加熱装置が設けられることを特徴とする請求項１に記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。 - 前記廃物還流構造または廃物収集構造の内部には、少なくとも第２流路を含み、
前記第２流路の前端は、第１流路に接続され、
前記第２流路の後端は、前記粒子成形制御構造の内腔に接続され、
前記第２流路の外側には、保温または加熱装置が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。 - 前記粒子成形制御構造の内腔先端は、前記第２流路に接続され、
前記粒子成形制御構造の内腔後端は、ジェット冷却構造または前記タンク型可変方向配送構造の吸気管に接続され、
前記粒子成形制御構造の内部には、超微粉末粒子成形領域が設置され、
前記粒子成形制御構造の内部には、保温または加熱または冷却の構造が設置され、熱伝導又は熱放射により間接的に超微粉末粒子成形領域の温度が制御され、
キャリアガスの速度と超微粉末粒子成形領域の断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って超微粉末粒子成形領域を通過する速度を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。 - 前記粒子成形制御構造と前記タンク型可変方向配送構造との間には、成形された粒子を予冷却するためのジェット冷却構造が設けられ、前記ジェット冷却構造は、少なくとも内部の第３流路を含み、前記第３流路の前端は、超微粉粒子成形領域に連通され、前記第３流路の後端は、前記タンク型可変方向配送構造に接続され、
前記第３流路の外には、多孔質内層板が設けられ、周辺から前記第３流路内に冷却ガスが均一に吹き込まれることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。 - 前記タンク型可変方向配送構造は可変方向タンク型チャンバーを含み、
前記可変方向タンク型チャンバーには吸気ダクトと排気ダクトが接続され、
前記吸気ダクトは前記第３流路または前記粒子成形制御構造に接続され、前記排気ダクトは前記収集構造に接続され、
前記吸気ダクトと前記排気ダクトの内部には、内層保温構造または冷却構造が設けられ、
前記吸気ダクトの軸心線と前記排気ダクトの軸心線との間の角度が、３０°～１５０゜であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。 - 前記可変方向タンク型チャンバーの容積Ｖと吸気口の内側の断面積Ｓ１との関係式は、
Ｖ／Ｓ１＞１００であり、Ｖの単位は立方センチメートル、Ｓ１の単位は平方センチメートルであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。 - 前記可変方向タンク型チャンバーに１つ以上の冷却流体入口が設けられ、冷却流体は気体または液体であり、冷却流体は前記冷却流体入口を介して前記可変方向タンク型チャンバー内に入り、前記可変方向タンク型チャンバーを通過するキャリアガスと粉末を混合して冷却することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造。
- 請求項１～８のいずれか１項に記載の超微粉末粒子の凝集冷却タンク型構造を用いた超微粉粒子凝集冷却タンク型構造成形方法であって、
超微粉粒子の調製用材料を高温蒸発器に入れ、加熱蒸発した材料蒸気とキャリアガスを混合ガスに混合した後、高温蒸発器の排気口から前記排気および還流構造に入れ、保温または加熱により、前記排気および還流構造の内部温度が必要な調製材料の融点より高くなるように制御するステップＳ１と、
前記混合ガスは、前記排気および還流構造と、前記廃物還流構造または廃物収集構造とを通過した後、前記粒子成形制御構造に入り、前記粒子成形制御構造内の超微粉粒子成形領域で、保温構造または加熱構造または冷却構造を通過し、熱伝導または熱放射により間接的に前記超微粉粒子成形領域の各部の温度を制御し、キャリアガスの速度とダクト断面寸法により、粒子がキャリアガスに伴って内部各領域を通過する速度を制御し、粒子の成形に安定した制御可能な条件を提供し、調製用物質をガス状態から液体状態に変化させ、液体状態を固体状態に変化させ、ガス状態で互いに接触し凝縮して小さい液滴になり、小さい液滴が互いに接触して大きい液滴になり、または、ガス状態と小さい液滴が接触して大きい液滴になり、大きい液滴が継続して互いに接触して成長、または固化して固体粒子になり、小さい液核と固体粒子は結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、ガス状態で固体粒子と結合して大きい固体粒子になる、または核殻構造になり、固体粒子を継続して冷却し、所望の粒径と形態の粒子を調製するステップＳ２と、
ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子が、キャリアガスに伴って、直接前記タンク型可変方向配送構造に入り、粒子中の不良品粒子と良品粒子が分離され、その中の良品粒子はキャリアガスに伴って次の工程に移動し、不良品粒子は前記廃物還流構造または廃物収集構造に集まるステップＳ３と、
良品粒子はキャリアガスに伴って収集構造内に入り、成形された超微粉粒子はキャリアガスから分離され、その中の超微粉粒子は製品として収集され、キャリアガスは排出されまたは循環使用されるステップＳ４と、を含むことを特徴とする超微粉粒子凝集冷却タンク型構造成形方法。 - 前記ステップＳ２で調製された所望の粒径及び形態の粒子は、キャリアガスに伴って、ジェット冷却構造内部に入り、多孔質内層板を介して周辺から内部流路内に冷却ガスが均一に吹き込み、入ってきた高温ガス及び成形された粒子と混合し冷却した後、前記タンク型可変方向配送構造に入ることを特徴とする請求項９に記載の超微粉粒子凝集冷却タンク型構造成形方法。
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