JP4698127B2 - 粉体製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、2次電池や半導体の材料の製造に適用される粉体製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
2次電池等の製造に際しては、その化学組成、微細構造の制御が重要であり、その原料となる粉体の製造装置には、固相反応法や液相反応法を利用したものの他、火炎式噴霧熱分解法を利用したものがある。
【0003】
図3は、この火炎式噴霧熱分解法を利用した粉体製造装置50を示し、筒状の反応部51の底部から上方に向けて火炎を噴射するバーナ52と、このバーナ52の側方に並設され、同じく反応部51の底部から上方に向けて粉体原料を含む微細ミストを噴霧する噴霧装置53が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記粉体製造装置50における反応部51内においては、径方向に均一な温度分布が得られるのが望ましく、厳しい温度管理が求められる。ところが、図4に示すように、この粉体製造装置50の場合、バーナ52の近くでは、急激に温度が上昇し、バーナ52から離れるにしたがって、温度が低下し、不均一な温度分布となる。このため、均質な粉体が得られないという問題があった。
【0005】
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、反応部内の温度分布を均一にし、均質な粉体製造を可能にした粉体製造装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第1発明は、装置本体の下部に設けられ、装置本体の下部側方に設けられた微細ミスト導入部のノズルから噴霧された粉体原料を含む微細ミストが拡散して貯留する微細ミスト貯留部と、上記微細ミスト貯留部の上方に設けられ、軸直角断面の内周が90°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有し、上記微細ミスト貯留部から粉体原料を含む微細ミストが供給される反応部と、上記反応部の軸直角断面の上記内周に沿って火炎噴射可能に配設された複数のバーナとを備え、前記微細ミスト導入部は前記微細ミスト貯留部に向かって広がる漏斗形状を有する導入管からなり、前記ノズルは前記導入管の小径側端部に取り付けられ、前記微細ミスト貯留部は、前記微細ミスト導入部のノズルから噴霧された微細ミストを拡散させる容積と、前記微細ミストを一旦溜める空間を内部に有する構成とした。
【0007】
第2発明は、第1発明の構成に加えて、上記反応部での温度を調節する温度調節装置を備えた構成とした。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図1及び2は、本発明に係る粉体製造装置1を示し、この粉体製造装置1は、粉体生成器11と粉体収集部12と吸引機13とを備え、それぞれはダクト14及び15を介して連通している。
【0009】
粉体生成器11は、中空体で、微細ミスト導入部21と微細ミスト貯留部22と反応部23とに大別され、微細ミスト導入部21は、粉体生成器11の下部側方に、微細ミスト貯留部22に向けて設けられ、微細ミスト貯留部22の上方に筒状の反応部23が続いている。
粉体収集部12は、内部に微粒子とガスとを分離するフィルター部材、例えばバグフィルター24を内蔵している。
吸引機13は、ダクト14、粉体収集部12内のバグフィルター24及びダクト15を介して粉体生成器11内を吸引し、バグフィルター24を通過したガスを外部に排出するように設けられている。従って、粉体生成器11内には、この吸引機13の作用により、微細ミスト導入部21から微細ミスト貯留部22、反応部23を経て、ダクト14に向かう流体の流れが形成される。
【0010】
粉体生成器11について、さらに詳説すると、この微細ミスト導入部21は、微細ミスト貯留部22の側方に固定され、微細ミスト貯留部22に向かって広がった漏斗形状を有する導入管31と、この導入管31の小径側端部に取り付けられ、粉体原料を含んだ溶液と高圧空気とを微細ミスト貯留部22に向けて噴霧する流体ノズル、例えば2流体ノズル32とから形成されている。
【0011】
微細ミスト貯留部22は、2流体ノズル32から噴霧された粉体原料を含んだ微細ミストを拡散させる容積を有し、上記微細ミストを一旦貯める空間を内部に有している。
【0012】
反応部23は、軸直角断面が円形の筒状の形状を有し、この反応部23には、同じく軸直角断面が円形の内周面に沿って火炎噴射可能に4個のバーナ41が2段に配設されている。そして、斯かるバーナ配置により、火炎の旋回流を生じさせ、内部温度が均一になるとともに、微細ミスト貯留部22からの微細ミストも旋回流に沿って流れ、対流時間が長くなる故、反応部23の長さの短縮が可能となっている。また、反応部23は、バーナ41の下方の空間に冷却ガス、例えば冷却空気を供給するための冷却ガス供給手段42を有している。そして、バーナ41への燃料の流量を調節することにより、また冷却ガス供給手段42からの冷却ガスの流量を調節することにより反応部23内における温度調節が可能となっている。なお、冷却ガス供給手段42は必ずしも必要とするものではない。
【0013】
次に、上記構成からなる粉体生成器11における粉体生成プロセスについて説明する。
2流体ノズル32には、図示しない圧送器により水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等の溶液が圧送され、2流体ノズル32から高圧空気とともに上記溶液が導入管31内に噴霧されることにより平均径10μm程度の微細ミストが生成される。この微細ミストは、導入管31から微細ミスト貯留部22内に流入し、流速が減じられて層流化するとともに、比較的大きな径の微細ミストは壁面に接触すると濡れて微細ミスト貯留部22でトラップされるのに対して、比較的小さい径の微細ミストは壁面に接触しても微細ミスト自身の表面張力が大きく濡れない。この結果、径の分布標準偏差が小さい微細ミストが残存することになり、この残存した微細ミストは、微細ミスト貯留部22からダクト14に向かって吸引され、反応部23に至る。
【0014】
図示する例では、反応部23のバーナ41は4個ずつ2段に配設されており、火炎流は反応部23内で円周方向に噴射し、旋回流を形成している。これにより、反応部23内での温度が均一になり、微細ミストは旋回流の流線に沿って流動する。このため、液滴が蒸発し、熱分解するのに十分な滞留時間の確保が可能となっている。そして、この反応部23で瞬時に熱分解、溶融、合成が起こり、目的とする粉体処理が行われる。
【0015】
例えば、マンガン酸リチウムを硝酸塩溶液を用いて作成する場合は、急激な温度勾配の雰囲気下では、マンガン酸リチウムは所望形状の微粉体にならないことがある。このため、反応部23での昇温速度を厳密に管理する必要がある。したがって、本発明はバーナ41の数を限定するものでなく、反応部23内で処理溶液等に応じた軸方向温度分布を実現するように、バーナ41の円周方向における個数、軸方向の段数を最適値を求めて、バーナ41を配置すればよい。
また、図示しない温度制御装置により上述したバーナ41の燃料流量或いは冷却ガス流量を調節して、最適な温度分布を得るようにしてもよい。
【0016】
このようにして熱分解させて得られた粉体は、径がナノメートルオーダの超微粒粉体となり、排ガスとともに粉体生成器11からダクト14を経由して粉体収集部12に至る過程で粉体収集部12の耐熱温度以下に冷却される。そして、固の粉体は排ガスとともに粉体収集部12に導かれ、バグフィルター24により排ガスと分離され、粉体は粉体収集部12内に収集され、バグフィルター24を通過した排ガスはダクト15を介して吸引機13により外部に排出される。
【0017】
なお、粉体生成器11内の圧力は大気圧より低くてもよく、大気圧でもよく、大気圧よりも高くてもよい。さらに、粉体生成器11内の雰囲気ガスの種類については、何等限定するものでなく、種々の雰囲気ガスが適用される。
また、本発明は、反応部23の断面形状を円形に限定するものでなく、軸直角断面の内周が90°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有していればよく、例えば5角形、6角形等の断面形状のものでもよい。
さらに、本発明は、微細ミスト導入部21の数についても限定するものでなく、微細ミスト導入部21の数は一つでもよい。
その他、本発明は、2流体ノズル32に限定するものでなく、複数のノズルを用いて微細ミスト導入部21へ微細ミストを噴出するようにしてもよい。
【0018】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第1発明によれば、装置本体の下部に設けられ、装置本体の下部側方に設けられた微細ミスト導入部のノズルから噴霧された粉体原料を含む微細ミストが拡散して貯留する微細ミスト貯留部と、上記微細ミスト貯留部の上方に設けられ、軸直角断面の内周が90°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有し、上記微細ミスト貯留部から粉体原料を含む微細ミストが供給される反応部と、上記反応部の軸直角断面の上記内周に沿って火炎噴射可能に配設された複数のバーナとを備え、微細ミスト導入部は微細ミスト貯留部に向かって広がる漏斗形状を有する導入管からなり、ノズルは導入管の小径側端部に取り付けられ、微細ミスト貯留部は、微細ミスト導入部のノズルから噴霧された微細ミストを拡散させる容積と、微細ミストを一旦溜める空間を内部に有する構成としてある。
このため、反応部内に火炎が届かないデッドスペースがなくなり、円周方向に沿った火炎の旋回流が形成され、均一な温度分布が得られるとともに、微細ミストは旋回流の流線に沿って流動するようになる結果、液滴が蒸発し、熱分解するのに十分な滞留時間の確保が可能となり、均質な粉体製造が可能になり、かつ反応部の長さを短くでき、装置全体をコンパクトなものにすることができる。
また、微細ミストは、導入管から微細ミスト貯留部内に流入し、流速が減じられて層流化するとともに、比較的大きな径の微細ミストは壁面に接触すると濡れて微細ミスト貯留部でトラップされるのに対して、比較的小さい径の微細ミストは壁面に接触しても微細ミスト自身の表面張力が大きく濡れない。この結果、径の分布標準偏差が小さい微細ミストが残存することになり、この残存した微細ミストのみを反応部に至らせることができる等の効果を奏する。
【0019】
第2発明によれば、第1発明の構成に加えて、上記反応部での温度を調節する温度調節装置を備えた構成としてある。
このため、上記効果に加えて、処理溶液等に応じて反応部内での厳密な昇温速度の管理が可能となり、粉体の種類が異なっても良好な品質を確保することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る粉体製造装置の全体構成の概略を示す図である。
【図2】 図1に示す粉体製造装置における反応部の断面図である。
【図3】 従来の粉体製造装置の概略を示す図である。
【図4】 図3に示す従来の粉体製造装置内における温度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 粉体製造装置
11 粉体生成器
12 粉体収集部
13 吸引機
14,15 ダクト
21 微細ミスト導入部
22 微細ミスト貯留部
23 反応部
24 バグフィルター
31 導入管
32 2流体ノズル
41 バーナ
42 冷却ガス供給手段
Claims (2)
- 装置本体の下部に設けられ、装置本体の下部側方に設けられた微細ミスト導入部のノズルから噴霧された粉体原料を含む微細ミストが拡散して貯留する微細ミスト貯留部と、
上記微細ミスト貯留部の上方に設けられ、軸直角断面の内周が90°よりも小さい角部を有さない筒状の形状を有し、上記微細ミスト貯留部から粉体原料を含む微細ミストが供給される反応部と、
上記反応部の軸直角断面の上記内周に沿って火炎噴射可能に配設された複数のバーナとを備え、
前記微細ミスト導入部は前記微細ミスト貯留部に向かって広がる漏斗形状を有する導入管からなり、前記ノズルは前記導入管の小径側端部に取り付けられ、前記微細ミスト貯留部は、前記微細ミスト導入部のノズルから噴霧された微細ミストを拡散させる容積と、前記微細ミストを一旦溜める空間を内部に有することを特徴とする粉体製造装置。 - 上記反応部での温度を調節する温度調節装置を備えたことを特徴とする請求項1に記載の粉体製造装置。
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