JP4991656B2 - ナノカーボン生成炉 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを効率的に製造するナノカーボン生成炉に関する。

カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等のナノカーボンの生成法としては、例えばアーク放電法、レーザー蒸着法、化学気相成長法(ＣＶＤ法)が挙げられる。
アーク放電法は、正負のグラファイト電極間にアーク放電を起こすことでグラファイトが蒸発し、陰極先端に凝縮したカーボンの堆積物の中にカーボンナノチューブが生成される方法である（例えば、特許文献１参照）。レーザー蒸着法は、高温に過熱した不活性ガス中に金属触媒を混合したグラファイト試料を入れ、レーザー照射することによりカーボンナノチューブを生成する方法である（例えば、特許文献２参照）。
一般に、アーク放電法やレーザー蒸発法では結晶性の良いカーボンナノチューブが生成できるが、生成するカーボンナノチューブの量が少なく大量生成に難しいとされる。

ＣＶＤ法には、反応炉の中に入れた基板にカーボンナノチューブ，カーボンファイバー等のナノカーボンを生成させる基板法（例えば、特許文献１参照）と、触媒金属と炭素源を一緒に高温の炉に流動させカーボンナノチューブ，カーボンファイバー等のナノカーボンを生成する流動気相法（例えば、特許文献４参照）の二つの方法がある。

気相成長法について、図１２を参照して説明する。図中の符番１は、内部に触媒２を担持する触媒担持基板３が配置された反応管を示す。反応管１の外周外側部には電気ヒータ４が配置されている。こうした構成の反応管１内に、該反応管１の一方側から原料（炭化水素）５を流し、反応管１の他方側から排気するようにすると、反応管１内部で炭化水素ガス６が発生し、カーボンナノチューブ７が形成される。

次に、流動気相法について、図１３を参照して説明する。但し、図１２と同部材は同符番を付して説明を省略する。図１３では、反応管１の一方側から原料である炭化水素５と共にキャリアガス８を流すことを特徴とする。これにより、電気ヒータ４が配置された部位に相当する反応管１内で炭化水素ガス６が発生し、カーボンナノチューブ７が形成される。

しかし、上記気相成長法は、バッジ処理であるので大量生産が難しい。また、流動気相法は、温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいとされている。さらに、流動気相法の発展型として、高温の炉の中に、触媒兼用流動材で流動層を形成し、炭素原料を供給して繊維状のナノカーボンを生成する方法も提案されている。しかし、炉内の温度の均一性が低く結晶性の良いカーボンナノチューブを生成するのが難しいと考えられる。

しかして、純度及び安定性の高いカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができるようになれば、カーボンナノチューブの特性を生かしたナノテクノロジー製品を低コストで大量に供給することが可能になる。
特開２０００−９５５０９号公報 特開平１０−２７３３０８号公報 特開２０００−８６２１７号公報 特開２００３−３４２８４０号公報

上述したいずれのカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等のナノカーボンを製造する装置においても、生成したナノカーボンには触媒用金属粉が付着、混入しており、このためナノカーボンの純度が落ち、その特性が十分発揮できないという問題がある。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、特に触媒用金属粉が混入することなく、純度及び安定性の高い高品質のカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができるナノカーボン生成炉を提供することを目的とする。

本発明に係るナノカーボン生成炉は、還元雰囲気の加熱炉容器と、この加熱炉容器内に該容器と同心円状に傾斜角度をつけて配置された円錐状金属基板と，この円錐状金属基板の外周部に配置された加熱源と、前記加熱炉容器の上流側に配置され，加熱炉容器内に炭化水素を連続的に又は間欠的に噴霧する炭化水素注入ノズルと、前記加熱炉容器の下流側に配置されたナノカーボン排出ノズルとを具備し、炭化水素注入ノズルより炭化水素を連続的又は間欠的に噴霧することにより円錐状金属基板上で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを円錐状金属基板から剥離させ、生成ナノカーボンをナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とする。

本発明によれば、純度及び安定性の高い高品質のカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等の有用性の高い繊維状のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができる。

以下、本発明のナノカーボン生成炉について更に詳しく説明する。
（１）．本発明のナノカーボン生成炉は、上述したように、加熱炉容器と、円錐状金属基板と、加熱源と、炭化水素注入ノズルと、ナノカーボン排出ノズルとを具備し、炭化水素注入ノズルより炭化水素を連続的又は間欠的に噴霧することにより円錐状金属基板上で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを円錐状金属基板から剥離させ、生成ナノカーボンをナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とする。

（２）．上記（１）において、前記円錐状金属基板表面に生成されたナノカーボンに不活性ガスを間欠的に噴きかける不活性ガス供給手段を備え、金属表面上部から不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、円錐状金属基板表面の生成ナノカーボンを噴き落とし、ナノカーボン排出ノズルにより排出することが好ましい。こうした構成により、円錐状金属基板上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる揚合よりもナノカーボン生成効率を高めることが可能となる。

（３）．上記（１）において、前記不活性ガス供給手段は、金属表面上部から不活性ガスを間欠的に噴きかける位置を１回ずつ変える機構を備えていることが好ましい。こうした構成により、ナノカーボン生成炉の下流から排出させてナノカーボンを連続的に製造でき、円錐状金属基板の表面に成長したナノカーボンが一気に流下してナノカーボン排出部が閉塞するのを避け、効率的に流下させることができる。

（４）．上記（１）乃至（３）において、前記円錐状金属基板表面に生成されたナノカーボンを掻き取る掻取り機構は前記加熱炉容器に配置され、この掻取り機構により円錐状金属基板の表面に成長したナノカーボンを掻き落とすことが好ましい。こうした構成により、錐状金属基板の表面に成長したナノカーボンを強制的に掻き落として生成ナノカーボンを落下させ、加熱炉容器の下流から排出することによりナノカーボンを連続的に製造することができる。

（５）．上記（１）乃至（４）において、前記円錐状金属基板の材質は鉄であり、この円錐状金属基板の表面温度は、炭化水素を連続的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に設定されていることが好ましい。こうした構成により、円錐状金属基板１２を安価な鉄でナノカーボンを生成できる。

（６）．上記１）乃至（５）において、前記円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素は加熱炉容器内で加熱してガス状態とし、円錐状金属基板表面の温度を下げずに均一に噴霧されることが好ましい。こうした構成により、円錐状金属基板表面の温度が下がることなく、円錐状金属基板表面でのナノカーボン生成反応が促進され、ナノカーボンの生成速度が速まり、生成効率が高まる。また、加熱源の設定温度を低めに設定しても円錐状金属基板を最適な範囲に保持することができ、ナノカーボン生成効率を高めた状態でナノカーボンを連続的に安定的に生成、回収することができる。

（７）．上記(１)乃至（６）において、前記円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素は、ガス状態で噴霧するだけでなく、液体状態で噴霧して加熱炉容器内で気化させることにより円錐状金属基板表面で反応させることが好ましい。こうした構成により、表面温度を均一に加熱された円錐状金属基板上に連続的に或いは間欠的に均一に噴霧する。これにより、円錐状金属基板上で炭化水素と金属とを円錐状金属基板上のどの位置でも均一に反応させ、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板上部の空間にある程度の高さまで成長させるようにし、一方円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素は加熱炉容器内で加熱し気化してガス状態とし、円錐状金属基板表面の温度を下げずに均一に噴霧できる。

（８）．上記(１)乃至（７）において、前記円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素を液体状態で加熱炉容器内に噴霧するようにし、その液体の炭化水素には酸成分を含み、円錐状金属基板表面から金属の微粒子が腐食して剥離しやすくすることで、円錐状金属基板表面での反応を促進させることが好ましい。こうした構成により、円錐状金属基板表面の温度が下がることなく、円錐状金属基板表面でのナノカーボン生成反応が促進され、ナノカーボンの生成効率が高まる。また、加熱源の設定温度を低めに設定しても金属基板表面を５００〜７００℃の範囲に保持することができ、加熱炉容器の加熱温度を下げることができ、ナノカーボン生成効率を高めた状態でナノカーボンを連続的に安定的に生成、回収することができる。

（９）．上記(４)において、前記掻取り機構は、加熱炉容器内の円錐状金属基板の表面の中心軸を中心に掻取り部材を回転させ、かつ円錐状金属基板の表面と掻取り部材との隙間距離を調整できるような構成であることが好ましい。こうした構成により、円錐状金属基板の表面の金属微粒子を掻き取ることなく、円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長してその自重で円錐状金属基板から剥離しきれない生成ナノカーボンを定期的に強制的に加熱炉容器の下部に流下させ、加熱炉容器の下流から安定的に排出することができ、ナノカーボンを連続的に製造することができる。

（10）．上記(１)乃至（９）において、前記円錐状金属基板の表面温度は、炭化水素を連続的又は間欠的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に正確に設定できるように、前記加熱源として電気ヒータを用いることが好ましい。こうした構成により、ナノカーボンの生成効率、生成純度を高めることができ、良質で純度の高いナノカーボンを連続的に製造することができる。

（11）．上記(１)乃至（10）において、前記円錐状金属基板の表面温度は、炭化水素を連続的又は間欠的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に正確に設定できるように、円錐状金属基板の表面を計測する温度計測手段が設置されていることが好ましい。こうした構成により、加熱炉容器内の外側のヒータ温度を厳密に制御することで、ナノカーボンの生成効率、生成純度を高めることができ、良質で純度の高いナノカーボンを連続的に製造することができる。

（12）．上記(１)乃至（1１）において、前記加熱炉容器の外側から加熱する加熱手段を備え、加熱炉容器内の温度を均一に保持できる構成であることが好ましい。こうした構成により、加熱炉容器内の温度を均一に保持することができ、ナノカーボンの生成効率、生成純度を高めることができ、良質で純度の高いナノカーボンを連続的に製造することができる。

（13）．上記(１)乃至（12）において、前記加熱炉容器のナノカーボン排出部にはナノカーボン排出用の上下２段のダブルダンパーが設置され、加熱炉容器内の温度が一定で還元雰囲気にしたままナノカーボンを加熱炉容器外に払い落とすことができる構成であることが好ましい。こうした構成より、加熱炉容器のナノカーボン払出しを安定的に確実に行うことができるコンパクトなナノカーボン生成炉が得られる。

（14）．上記(１)乃至（13）において、金属基板は、鉄の純度の高い鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼であることが好ましい。こうした構成により、低コストで手軽に高品質のナノカーボンを生成することができる。また、鉄の純度の高い鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼の製品規格は画一であるので、常に安定した純度および安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで手軽に効率よく量産することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、本発明はここに説明する実施の形態に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉１０の概略図である。
図中の符番１１は、還元雰囲気の縦型方式の加熱炉容器を示す。この加熱炉容器１１内には、該容器１１と同心円状である角度（３０°〜６０°）をつけて円錐状金属基板１２が配置されている。円錐状金属基板１２の外周部には加熱源としての第１の電気ヒータ１３が円錐状金属基板１２に密着して配置され、この電気ヒータ１３により円錐状金属基板１２が加熱されるようになっている。前記加熱炉容器１１の上部側（上流側）には、該加熱炉容器１１の内部に炭化水素(原料)を連続的又は間欠的に注入するための炭化水素注入ノズル１４が配置されている。この炭化水素注入ノズル１４には炭化水素供給ヘッダー１５が接続され、この炭化水素供給ヘッダー１５から炭化水素が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に矢印Ａのように噴霧されるようになっている。円錐状金属基板１２の下部側（下流側）には、円錐状金属基板１２上で生成し、分離したナノカーボン１６を排出する生成ナノカーボン排出ノズル（以下、単に排出ノズルと呼ぶ）１７が設けられている。この排出ノズル１７の下部には、剥離したナノカーボン１６’を収容するナノカーボン収容容器１８が配置されている。なお、図中の１９は回収した生成ナノカーボンを示す。

次に、上記構成のナノカーボン連続生成炉１０の動作について作用する。
ナノカーボン生成炉１０内の上流側から炭化水素を炭化水素注入ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して連続的又は間欠的に均一に噴霧することにより、加熱炉容器１１内の円錐状金属基板１２上で反応させてナノカーボン１６を成長させる。加熱炉容器１１内の上部で噴霧された炭化水素は、加熱炉容器１１内に配置した円錐状金属基板１２上で反応させてナノカーボン１６が成長する。

微視的なナノカーボンの生成形態としては、最適温度において円錐状金属基板１２の表面の金属微粒子と炭化水素とが反応してナノカーボン１６が生成、成長するとともに、ナノカーボン１６の成長につれて反応する金属微粒子が空間に剥離する。そして、僅かに剥離した金属微粒子が分離し、分離した金属微粒子から新たにナノカーボン１６が生成、成長することを繰り返すことで加速度的にナノカーボン１６が生成、成長し、純度の高いナノカーボン１６が大量に合成できる。

また、ナノカーボン１６が短時間で大量合成するため、円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長したナノカーボン１６の束は、その自重で円錐状金属基板１２から剥離、自然落下する。その際、円錐状金属基板上から剥離する金属微粒子はほんの僅かであり、ナノカーボン１６の剥離後も円錐状金属基板上の金属微粒子と炭化水素とが反応してナノカーボン１６が生成、成長を連続的に繰り返す。これにより、ナノカーボン連続生成炉１０の上部に炭化水素を炭化水素注入ノズル１４から連続的に或いは間欠的に噴霧し続けることで、ナノカーボン生成炉１０内に配置した円錐状金属基板１２上で反応を繰り返しナノカーボン１６が連続的に生成、成長を連続的に繰り返す。

即ち、円錐状金属基板１２上では、該基板１２を構成する触媒粒子が核となり、噴霧された炭化水素と高温状態で反応し、気相成長法によりナノカーボンが生成、成長する。基板表面は均一に加熱されるとともに、炭化水素も均一に噴霧されることで、円錐状金属基板表面で斑なく均一にナノカーボン１６が生成、成長できる。これにより、ナノカーボン１６を連続的に製造することができることになる。

円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長しその自重で円錐状金属基板から剥離、自然落下したナノカーボンは、加熱炉容器１１の下部に流下し、該加熱炉容器１１の下流側に設置した排出ノズル１７から排出することにより、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー等のナノカーボンを連続的に製造することができる。

ところで、円錐状金属基板１２の傾斜角度が小さいと、円錐状金属基板１２上の金属粒子を核としてナノカーボンが生成し、円錐状金属基板１２上側にナノカーボンが成長し、成長して円錐状金属基板１２から浮遊したナノカーボンの金属粒子を核として円錐状金属基板１２上の空間に更に成長を繰り返していくものの、成長したナノカーボンが流下しないため、成長したナノカーボンがナノカーボン生成炉１０内に溢れてしまう。

一方、円錐状金属基板１２の傾斜角度が大きいと、円錐状金属基板１２上に生成したナノカーボンが、円錐状金属基板１２上側の空間にある程度成長するものの、成長したナノカーボンが円錐状金属基板１２上に保持できず、すぐに流下しやすくなり、円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核とした更なる成長の繰り返しが阻害され、ナノカーボンの生成効率が落ちてしまう。これを避けるために、円錐状金属基板１２の傾斜角度はナノカーボンが円錐状金属基板１２上に成長し、更に円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核として更なるナノカーボンの成長の繰り返しが促進され、ある程度の高さまでナノカーボンが成長後に自然落下するように、ある程度大きな角度、例えば、３０°〜６０°程度とすることが望ましい。

また、加熱炉容器１１の上流側の炭化水素注入ノズル１４から連続的に噴霧する炭化水素は、連続的に噴霧する必要はなく、間欠的に散布する方がナノカーボン生成効率の点で優れる。これは、上から炭化水素を噴霧しないタイミングの方が円錐状金属基板１２からの金属粒子の剥離が促進されるためである。従って、円錐状金属基板１２上のナノカーボンとの成長状況、加熱炉容器１１内から流下するナノカーボンの分量、状況等により、炭化水素を噴霧する時間の問隔、噴霧しないタイミング、炭化水素の噴霧量等を適宜調整する。

更に、同心円状の或る傾斜角度をつけて設置した円錐状金属基板１２は表面温度を均一に加熱できる電気ヒータ１３上に密着して設置してあるので、円錐状金属基板１２の表面温度に斑がなく、均一に加熱できるようにしている。円錐状金属基板１２の表面温度に斑があると、表面温度の高めの箇所ではナノカーボン中の煤の混入比率が高まり、表面温度の低めの箇所ではナノカーボンの成長率が落ちる。

なお、上記加熱源としては電気ヒータに限らず、装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を加熱源として利用し、ナノカーボン生成炉全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。
また、設計上、炭化水素注入ノズルから噴霧する流量がカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等のナノカーボンの生成に最適となるように、炭化水素の噴霧流量を制御する為に炭化水素ヘッダーへの炭化水素供給配管に流量計、流量調整バルブを設置したり、炭化水素ヘッダーの代わりに炭化水素が金属基板上へ斑なく散布できるように炭化水素スプレーノズルを設置すること等は適宜実施する。

更に、図１においては、ナノカーボン生成炉は縦型方式とし、炭化水素注入ノズルを上部に、排出ノズルを下部に設置しているが、横型方式、或いは、斜め設置方式とし、外部加熱源から加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内に同心円状の内筒内面に円錐状金属基板を密着して配置するようにし、生成ナノカーボンの排出方式等を工夫することで、効率的にナノカーボンを連続的に製造するようにしてもよい。

上記したように、第１の実施形態によれば、加熱炉容器１１と、この加熱炉容器１１内配置された円錐状金属基板１２と、この円錐状金属基板１２の外周側に密着して配置された電気ヒータ１３と、加熱炉容器１１の上部側に配置され，加熱炉容器１１内に炭化水素を噴霧する炭化水素注入ノズル１４と、加熱炉容器１１の下流側に配置された排出ノズル１７とを具備し、炭化水素注入ノズル１４より炭化水素を連続的又は間欠的に均一に円錐状金属基板１２に噴霧することにより、円錐状金属基板上で反応させてナノカーボン１６を成長させ、成長した生成ナノカーボン１６を円錐状金属基板１２から剥離させ、生成ナノカーボンを排出ノズル１７により排出する構成となっている。従って、純度及び安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで効率よく量産することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番２１は、不活性ガス注入ノズルを示す。この不活性ガス注入ノズル２１には不活性ガス供給ヘッダー２２が接続され、該ヘッダー２２から不活性ガスを矢印Ｂに示すように円錐状金属基板１２に間欠的に噴きかけることができるようになっている。なお、便宜上図示していないが、図２においても、図１と同様、炭化水素供給ヘッダー１５から炭化水素が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

第２の実施形態のナノカーボン生成炉１０では、円錐状金属基板１２表面温度は均一に加熱できるようにし、この還元雰囲気のナノカーボン生成炉１０内の上流から炭化水素を炭化水素ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して表面温度を均一に加熱された円錐状金属基板１２上に炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧することにより、円錐状金属基板１２上で炭化水素と金属とを円錐状金属基板１２上のどの位置でも均一に反応させ、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板１２上部の空間にある程度の高さまで成長させる。また、成長した生成ナノカーボンを円錐状金属基板１２上部から不活性ガスノズル２１から不活性ガス供給ヘッダー２２を経て不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、円錐状金属基板１２の表面に成長した生成ナノカーボン１６群を噴き落としてナノカーボンを落下させ、ナノカーボン生成炉１０の下流から排出してナノカーボンを連続的に製造するようになっている。

微視的なナノカーボンの生成形態等は、図１の説明と同様であり省略する。円錐状金属基板１２の傾斜角度が小さいと、円錐状金属基板１２上の金属粒子を核としてナノカーボンが生成し、円錐状金属基板１２上側にナノカーボンが成長し、成長して円錐状金属基板１２から浮遊したナノカーボンの金属粒子を核として円錐状金属基板11上の空聞に更に成長を繰り返していくものの、成長したナノカーボンが流下しないため、急激に成長したナノカーボンがナノカーボン生成炉１０内に溢れてしまう。しかし、図２においては、円錐状金属基板１２上部には不活性ガスノズル２１から不活性ガスを間欠的に噴きかけられるようになっているので、円錐状金属基板１２の表面に成長した生成ナノカーボン１６群を確実に噴き落とすことにより生成ナノカーボンを落下させ、ナノカーボン生成炉１０の下流から排出してナノカーボンを連続的に製造することができる。

ところで、不活性ガス注入ノズル２１の位置は、円錐状金属基板１２の表面から離して、ある高さまで成長したナノカーボン群の上部側のみに不活性ガスを吹きかけるように設計する。これにより、円錐状金属基板１２上から剥離したばかりでこれからナノカーボンが成長していく余地のある浮遊金属粒子をそのまま排出してしまい、円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核とした更なる成長の繰り返しが阻害され、ナノカーボン生成効率が下がるのを避けることができる。

円錐状金属基板１２の傾斜角度はナノカーボンが円錐状金属基板１２上に成長し、更に円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核として更なるナノカーボンの成長の繰り返しが促進され、ある程度の高さまでナノカーボンが成長後に不活性ガスが吹きかけられ、ナノカーボンが落下するように設計すればよい。これにより、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる角度よりも小さく設定することができ、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる揚合よりもナノカーボン生成効率を高めることが可能となる。

また、ナノカーボン連続生成炉１０内の上流の炭化水素注入ノズル１４から連続的に噴霧する炭化水素は連続的に噴霧する必要はなく、間欠的に散布する方がナノカーボン生成効率が高まる。これは、上から炭化水素を噴霧しないタイミングの方が円錐状金属基板１２からの金属粒子の剥離が促進されるためである。従って、円錐状金属基板１２上のナノカーボンの成長状況、ナノカーボン生成炉１０内から流下するナノカーボンの分量、状況等により、炭化水素を噴霧する時間の間隔、噴霧しないタイミング、炭化水素の噴霧量等を適宜調整する。

同心円状の或る傾斜角度をつけて設置した円錐状金属基板１２は表面温度を均一に加熱できる円錐状基板加熱電気ヒータ１３上に密着して設置してあり、円錐状金属基板１２の表面温度に斑がなく、均一に加熱できるようにしている。円錐状金属基板１２の表面温度に斑があると、表面温度の高めの箇所ではナノカーボン中の煤の混入比率が高まり、表面温度の低めの箇所ではナノカーボンの成長率が落ちる。

第２の実施形態によれば、加熱炉容器１１の上部側に炭化水素ノズル１４及び炭化水素供給ヘッダー１５のみならず、不活性ガス注入ノズル２１及び不活性ガス供給ヘッダー２２を配置することにより、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる角度よりも小さく設定することができ、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる揚合よりもナノカーボン生成効率を高めることが可能となる。

なお、第２の実施形態では、加熱源として電気ヒータを用いた場合について述べたが、これに限らず、装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を加熱源として利用し、ナノカーボン生成炉全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。
また、設計上、炭化水素注入ノズルから噴霧する流量がカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等のナノカーボンの生成に最適となるように、炭化水素の噴霧流量を制御する為に炭化水素供給ヘッダーへの炭化水素供給配管に流量計、流量調整バルブを設置したり、炭化水素供給ヘッダーの代わりに炭化水素が円錐状金属基板上へ斑なく散布できるように炭化水素スプレーノズルを設置すること等は適宜実施する。

更に、設計上、不活性ガス注入ノズルから噴霧する流量が成長したナノカーボン群のみを流下させるに最適な条件になるようにその設置位置、ノズルの形状、ノズル先端のスプレーの配置、形状、不活性ガス散布流量、噴霧するタイミング等を適宜最適になるように適宜設計する。
更には、図２においては、ナノカーボン生成炉は縦型方式とし、炭化水素注入ノズル、不活性ガス注入ノズルを上部に、生成ナノカーボン排出ノズルを下部に設置しているが、横型方式、或いは、斜め設置方式とし、外部加熱源から加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内に同心円状の内筒内面に円錐状金属基板を密着して配置するようにし、生成ナノカーボンの排出方式等を工夫することで、効率的にナノカーボンを連続的に製造するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１，２と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番２３は、不活性ガス供給ノズル２１に接続された不活性ガス噴射ヘッダーを示す。この不活性ガス噴射ヘッダー２３から不活性ガスを矢印Ｃに示すように円錐状金属基板１２に噴きかける位置を一回ずつ変えることができる構成になっている。具体的には、例えば図３に示すように、１回目は数字の丸１（矢印Ｃ１）、２回目は数字の丸２（矢印Ｃ２）、３回目は数字の丸３（矢印Ｃ３）のように噴きかける位置を変える。なお、便宜上図示していないが、図３においても、図１と同様、炭化水素供給ヘッダー１５から炭化水素が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

第３の実施形態のナノカーボン生成炉１０では、円錐状金属基板１２表面温度は均一に加熱できるようにし、還元雰囲気のナノカーボン生成炉１０内の上流から炭化水素を炭化水素ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して表面温度を均一に加熱された円錐状金属基板１２上に炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧することにより、円錐状金属基板１２上で炭化水素と金属とを円錐状金属基板１２上のどの位置でも均一に反応させ、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板１２上部の空間にある程度の高さまで成長させている。また、成長した生成ナノカーボンを円錐状金属基板１２上部から不活性ガスノズル２１から不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、円錐状金属基板１２の表面に成長した生成ナノカーボン１６群を噴き落とすことによりナノカーボンを落下させ、ナノカーボン生成炉１０の下流から排出することによりナノカーボンを連続的に製造するナノカーボン連続生成炉の方式としている。この場合、成長した生成ナノカーボンを円錐状金属基板上部から不活性ガスを間欠的に噴きかける不活性ガス噴射ヘッダー２３を取り付け、該ヘッダー２３から不活性ガスを円錐状金属基板１２に噴きかける位置を一回ずつ変えることにより、円錐状金属基板１２の表面に成長したナノカーボンを位置を変えて噴き落とすことによりナノカーボンを落下させ、ナノカーボン生成炉の下流から排出させてナノカーボンを連続的に製造するようにしている。
これにより、円錐状金属基板１２の表面に成長したナノカーボンが一気に流下してナノカーボン排出部１７が閉塞するのを避け、ナノカーボンを閉塞させることなく、効率的に流下させることができる。

微視的なナノカーボンの生成形態等は、図１の説明と同様であり省略する。円錐状金属基板１２の傾斜角度が小さいと、円錐状金属基板１２上の金属粒子を核としてナノカーボンが生成し、円錐状金属基板１２上側にナノカーボンが成長し、成長して円錐状金属基板１２から浮遊したナノカーボンの金属粒子を核として円錐状金属基板１２上の空間に更に成長を繰り返していくものの、成長したナノカーボンが流下しないため、急激に成長したナノカーボンがナノカーボン生成炉１０内に溢れてしまう。
しかし、図２においては、円錐状金属基板１２上部には不活性ガスノズル２１から不活性ガスを間欠的に噴きかけられるようになっており、円錐状金属基板１２の表面に成長した生成ナノカーボン１６群を確実に噴き落とすことにより、生成ナノカーボンを落下させ、ナノカーボン生成炉１０の下流から排出することによりナノカーボンを連続的に製造することができる。

不活性ガスノズル２１の位置は、円錐状金属基板１２の表面から離して、ある高さまで成長したナノカーボン群の上部側のみに不活性ガスを吹きかけるように設計する。これにより、円錐状金属基板１２上から剥離したばかりでこれからナノカーボンが成長していく余地のある浮遊金属粒子をそのまま排出してしまい、円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核とした更なる成長の繰り返しが阻害され、ナノカーボン生成効率が下がるのを避けることができる。

円錐状金属基板１２の傾斜角度は、ナノカーボンが円錐状金属基板１２上に成長し、更に円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核として更なるナノカーボンの成長の繰り返しが促進され、ある程度の高さまでナノカーボンが成長後に不活性ガスが吹きかけられ、ナノカーボンが落下するように設計すればよい。そして、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる角度よりも小さく設定することができ、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる場合よりもナノカーボン生成効率を高めることが可能となる。

また、ナノカーボン生成炉１０内の上流の炭化水素注入ノズル１４から連続的に噴霧する炭化水素は連続的に噴霧する必要はなく、間欠的に散布する方がナノカーボン生成効率が高まる。これは、上から炭化水素を噴霧しないタイミングの方が円錐状金属基板１２からの金属粒子の剥離が促進されるためである。従って、円錐状金属基板１２からナノカーボンの成長状況、ナノカーボン生成炉１０内から流下するナノカーボンの分量、状況等により、炭化水素を噴霧する時間の間隔、噴霧しないタイミング、炭化水素の噴霧量等を適宜調整する。

同心円状の或る傾斜角度をつけて設置した円錐状金属基板１２は、表面温度を均一に加熱できる電気ヒータ１３上に密着して設置してあり、円錐状金属基板１２の表面温度に斑がなく、均一に加熱できるようにしている。円錐状金属基板１２の表面温度に斑があると、表面温度の高めの箇所ではナノカーボン中の煤の混入比率が高まり、表面温度の低めの箇所ではナノカーボンの成長率が落ちる。

第３の実施形態によれば、加熱炉容器１１の上部側に炭化水素ノズル１４及び炭化水素供給ヘッダー１５のみならず、不活性ガス注入ノズル２１及び不活性ガス噴射供給ヘッダー２３を配置することにより、不活性ガス噴射ヘッダー２３から不活性ガスを円錐状金属基板１２に噴きかける位置を一回ずつ変えることにより、円錐状金属基板１２の表面に成長したナノカーボンを位置を変えて噴き落とすことによりナノカーボンを落下させ、ナノカーボン生成炉の下流から排出させてナノカーボンを連続的に製造できる。従って、円錐状金属基板１２の表面に成長したナノカーボンが一気に流下してナノカーボン排出部１７が閉塞するのを避け、ナノカーボンを閉塞させることなく、効率的に流下させることができる。

なお、上記第１〜第３の実施形態では、加熱源として電気ヒータを用いた場合について述べたが、これに限らず、装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を加熱源として利用し、ナノカーボン生成炉全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。
また、設計上、炭化水素注入ノズルから噴霧する流量がカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等のナノカーボンの生成に最適となるように、炭化水素の噴霧流量を制御する為に炭化水素供給ヘッダーへの炭化水素供給配管に流量計、流量調整バルブを設置したり、炭化水素供給ヘッダーの代わりに炭化水素が円錐状金属基板上へ斑なく散布できるように炭化水素スプレーノズルを設置すること等は適宜実施する。

更に、設計上、不活性ガス注入ノズルから噴霧する流量が成長したナノカーボン群のみを流下させるに最適な条件になるようにその設置位置、ノズルの形状、ノズル先端のスプレーの配置、形状、不活性ガス散布流量、噴霧するタイミング等を適宜最適になるように適宜設計する。
更には、上記第１〜第３の実施形態では、ナノカーボン生成炉は縦型方式とし、炭化水素注入ノズル、不活性ガス注入ノズルを上部に、生成ナノカーボン排出ノズルを下部に設置しているが、横型方式、或いは、斜め設置方式とし、外部加熱源から加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内に同心円状の内筒内面に円錐状金属基板を密着して配置するようにし、生成ナノカーボンの排出方式等を工夫することで、効率的にナノカーボンを連続的に製造するようにしてもよい。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１，２，３と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番２０はナノカーボン掻き落とし機構を示し、駆動軸回転モータ２４と、該モータ２４より回転する回転駆動軸２５と、この回転駆動軸２５に支持された生成ナノカーボン掻き落とし棒（以下、掻き落とし棒と呼ぶ）２６から構成されている。掻き落とし棒２６は、円錐状金属基板１２の表面から若干離間して配置され、その表面に沿って回転するようになっている。なお、便宜上図示していないが、図４においても、図１と同様、炭化水素供給ヘッダー１５から炭化水素が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

第４の実施形態のナノカーボン生成炉では、円錐状金属基板１２表面温度は均一に加熱できるようにし、この還元雰囲気のナノカーボン連続生成炉１２内の上流から炭化水素を炭化水素ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して表面温度を均一に加熱された円錐状金属基板１２上に炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧することにより、円錐状金属基板１２上で炭化水素と金属とを円錐状金属基板１２上のどの位置でも均一に反応させ、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板１２上部の空間にある程度の高さまで成長させる。そして、成長した生成ナノカーボンをナノカーボン掻き落とし機構２０により円錐状金属基板の表面に成長したナノカーボンを掻き落とすことにより、生成ナノカーボン１６を落下させ、加熱炉容器１１の下流から排出することによりナノカーボンを連続的に製造する方式としている。

微視的なナノカーボンの生成形態等は、図１〜３3の説明と同様であり省略する。
円錐状金属基板１２の傾斜角度が小さいと、円錐状金属基板１２上の金属粒子を核としてナノカーボンが生成し、円錐状金属基板１２上側にナノカーボンが成長し、成長して円錐状金属基板１２から浮遊したナノカーボンの金属粒子を核として円錐状金属基板１２上の空間に更に成長を繰り返していくものの、成長したナノカーボンが流下しないため、急激に成長したナノカーボンが加熱炉容器１１内に溢れてしまう。
しかし、図４においては、成長した生成ナノカーボンを掻き落とすナノカーボン掻き落とし機構２０を設置しており、ナノカーボン掻き落とし機構２０を稼動させることで、円錐状金属基板の表面に成長したナノカーボンを掻き落とすことにより生成ナノカーボン１６を落下させ、加熱炉容器１１の下流から排出することによりナノカーボンを連続的に製造することができる。

このナノカーボン掻き落とし機構２０の掻き落とし棒２６の位置は、円錐状金属基板１２の表面から離して、ある高さまで成長したナノカーボン群の上部側のみにナノカーボン掻き落としが当たるように設計する。これにより、円錐状金属基板１２上から剥離したばかりでこれからナノカーボンが成長していく余地のある浮遊金属粒子をそのまま排出してしまい、円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核とした更なる成長の繰り返しが阻害され、ナノカーボン生成効率が下がるのを避けることができる。

円錐状金属基板１２の傾斜角度は、ナノカーボンが円錐状金属基板１２上に成長し、更に円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核として更なるナノカーボンの成長の繰り返しが促進され、ある程度の高さまでナノカーボンが成長後に掻き落とし棒２６が当たり、ナノカーボンが落下するように設計すればよい。これにより、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる角度よりも小さく設定することができ、円錐状金属基板１２上に成長したナノカーボン群が自由落下により流下させる場合よりもナノカーボン生成効率を高めることが可能となる。

また、加熱炉容器１１内の上流の炭化水素注入ノズル１４から連続的に噴霧する炭化水素は、連続的に噴霧する必要はなく、間欠的に散布する方がナノカーボン生成効率が高まる。これは、上から炭化水素を噴霧しないタイミングの方が円錐状金属基板１２からの金属粒子の剥離が促進されるためである。従って、円錐状金属基板１２上のナノカーボンの成長状況、加熱炉容器１１内から流下するナノカーボンの分量、状況等.により、炭化水素を噴霧する時間の間隔、噴霧しないタイミング、炭化水素の噴霧量等を適宜調整する。

同心円状の或る傾斜角度をつけて設置した円錐状金属基板１２は、表面温度を均一に加熱できる電気ヒータ１３上に密着して設置してあり、円錐状金属基板１２の表面温度に斑がなく、均一に加熱できるようにしている。円錐状金属基板１２の表面温度に斑があると、表面温度の高めの箇所ではナノカーボン中の煤の混入比率が高まり、表面温度の低めの箇所ではナノカーボンの成長率が落ちる。

第４の実施形態によれば、駆動軸回転モータ２４と、該モータ２４より回転する回転駆動軸２５と、この回転駆動軸２５に支持された生成ナノカーボン掻き落とし棒２６から構成されたナノカーボン掻き落とし機構２０を備えた構成になっているので、円錐状金属基板１２の表面に成長したナノカーボンを掻き落とすことにより生成ナノカーボン１６を落下させ、加熱炉容器１１の下流から排出することによりナノカーボンを連続的に製造することができる。

なお、第４の実施形態において、設計上、炭化水素注入ノズルから噴霧する流量がカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンナノコイル等のナノカーボンの生成に最適となるように、炭化水素の噴霧流量を制御する為に炭化水素供給ヘッダーへの炭化水素供給配管に流量計、流量調整バルブを設置したり、炭化水素供給ヘッダーの代わりに炭化水素が円錐状金属基板上へ斑なく散布できるように炭化水素スプレーノズルを設置すること等は適宜実施する。

また、設計上、不活性ガス注入ノズルから噴霧する流量が成長したナノカーボン群のみを流下させるに最適な条件になるようにその設置位置、ノズルの形状、ノズル先端のスプレーの配置、形状、不活性ガス散布流量、噴霧するタイミング等を適宜最適になるように適宜設計する。
更に、図４においては、ナノカーボン生成炉は縦型方式とし、炭化水素注入ノズル、不活性ガス注入ノズルを上部に、生成ナノカーボン排出ノズルを下部に設置しているが、横型方式、或いは、斜め設置方式とし、外部加熱源から加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内に同心円状の内筒内面に円錐状金属基板を密着して配置するようにし、生成ナノカーボンの排出方式等を工夫することで、効率的にナノカーボンを連続的に製造するようにしてもよい。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉は、図１の生成炉と比較して基本的な構成は同じであるので、図１を利用して説明する。
第５の実施形態に係るナノカーボン生成炉は、円錐状金属基板１２の材質を鉄とし、該金属基板１２の表面温度を炭化水素を連続的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に設定したことを特徴とする。

第５の実施形態のナノカーボン生成炉では、円錐状金属基板１２の表面温度は均一に加熱できるようにし、この還元雰囲気の加熱炉容器１１内の上流から炭化水素を炭化水素ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して表面温度を均一に加熱された円錐状金属基板１２上に炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧することにより、円錐状金属基板１２上で炭化水素と金属とを円錐状金属基板１２上のどの位置でも均一に反応させ、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板１２上部の空間にある程度の高さまで成長させるようにしている。さらに、円錐状金属基板１２の材質を鉄とし、該金属基板１２の表面温度は、炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に設定するような構成としている。
金属基板表面温度をなるべく低くし、カーボン生成炉全体の効率を高めることができるのが良いが、我々のこれまでの試験研究より、円錐状金属基板１２を鉄とし、その円錐状基板表面温度を８００℃以上に高めなくても、５５０〜７００℃の範囲に設定することで、最も効率的にナノカーボンを生成できることを検証している。

第５の実施形態によれば、円錐状金属基板１２の材質を鉄とし、該金属基板１２の表面温度５５０〜７００℃の範囲に設定するような構成にすることにより、円錐状金属基板１２を安価な鉄でナノカーボンを生成できる。また、円錐状鉄基板１２上から或る一定厚さ以上に成長しその自重で円錐状金属基板１２から自然落下により剥離、或いは、不活性ガスの吹きかけ、ナノカーボン掻き落とし機構等により強制的に掻き落とすことにより、落下したナノカーボンは加熱炉容器１１の下部に流下し、加熱炉容器１１の下流から排出することにより、ナノカーボンを連続的に製造することができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉は、図１の生成炉と比較して基本的な構成は同じであるので、図１を利用して説明する。
第６の実施形態に係るナノカーボン生成炉では、円錐状金属基板１２の表面温度は均一に加熱できるようにし、この還元雰囲気の加熱炉容器１１内の上流から炭化水素を炭化水素ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して噴射する前に加熱することでガス状態で噴霧し、表面温度を均一に加熱された円錐状金属基板１２上に炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一にガス状態で噴霧することにより、円錐状金属基板１２上で炭化水素と金属とを円錐状金属基板１２上のどの位置でも均一に反応させ、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板１２上部の空間にある程度の高さまで成長させるようにしている。また、加熱炉容器１１内に同心円状の或る傾斜角度をつけて設置した円錐状金属基板１２の表面に噴霧する炭化水素は、加熱炉容器１１内で加熱しガス状態とし、円錐状金属基板１２の表面の温度を下げずに均一に噴霧するようにしている。

この場合、ナノカーボン生成炉１０は縦型とし、円錐状金属基板１２表面の温度をナノカーボン生成炉１０の生成に最適な温度(５５０〜７００℃)の範囲にとなるようにしているが、加熱炉容器１１内の上部は上昇気流により高温雰囲気になっている。この高温雰囲気に液体或いは気体の状態の炭化水素を噴霧することで加熱されガス状態となり、ガス状態の炭化水素が金属基板表面に均一に噴霧して反応することで、金属基板表面の温度を下げずに効率的にナノカーボンを生成することができる。

第６の実施形態によれば、円錐状金属基板１１表面に噴霧する炭化水素を予め加熱炉容器１１内で加熱し、ガス状態として円錐状金属基板表面に連続的に噴霧する構成にすることにより、円錐状金属基板表面の温度が下がることなく、円錐状金属基板表面でのナノカーボン生成反応が促進され、ナノカーボンの生成速度が速まり、生成効率が高まるだけでなく、電気ヒータ１３の設定温度を低めに設定しても円錐状金属基板１２を最適な範囲に保持することができ、加熱炉温度１１の加熱温度も下げることができ、ナノカーボン生成効率を高めた状態でナノカーボンを連続的に安定的に生成、回収することができる。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉は、図１の生成炉と比較して基本的な構成は同じであるので、図１を利用して説明する。
第７の実施形態のナノカーボン生成炉は、炭化水素注入ノズル１４から液体状態で加熱炉容器１１内に送った炭化水素を予め加熱炉容器１１内で加熱し、ガス状態として円錐状金属基板表面に連続的に噴霧することを特徴とする。

即ち、第７の実施形態のナノカーボン生成炉では、円錐状金属基板１２の表面温度は均一に加熱できるようにし、還元雰囲気の加熱炉容器１１内の上流から炭化水素を炭化水素ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して炭化水素を液体状態で噴霧して加熱炉容器１１内で気化させることにより、表面温度を均一に加熱された円錐状金属基板１２上に連続的に或いは間欠的に均一に噴霧する。これにより、円錐状金属基板１２上で炭化水素と金属とを円錐状金属基板１２上のどの位置でも均一に反応させ、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板１２上部の空間にある程度の高さまで成長させるようにし、加熱炉容器内に同心円状の或る傾斜角度をつけて設置した円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素は、加熱炉容器１１内で加熱し気化してガス状態とし、円錐状金属基板表面の温度を下げずに均一に噴霧するようにしている。

この場合、ナノカーボン生成炉１０は縦型とし、円錐状金属基板１２表面の温度をナノカーボン生成炉１０の生成に最適な温度(５５０〜７００℃)の範囲にとなるようにしているが、加熱炉容器１１内の上部は上昇気流により高温雰囲気になっている。この高温雰囲気に液体或いは気体の状態の炭化水素を噴霧することで加熱されガス状態となり、ガス状態の炭化水素が金属基板表面に均一に噴霧して反応することで、金属基板表面の温度を下げずに効率的にナノカーボンを生成することができる。

第７の実施形態によれば、円錐状金属基板１１の表面に噴霧する炭化水素を予め加熱炉容器１１内で加熱し、ガス状態として円錐状金属基板表面に連続的に噴霧する構成にすることにより、円錐状金属基板表面の温度が下がることなく、円錐状金属基板表面でのナノカーボン生成反応が促進され、ナノカーボンの生成速度が速まり、生成効率が高まるだけでなく、電気ヒータ１３の設定温度を低めに設定しても、円錐状金属基板１２を最適な範囲に保持することができ、加熱炉容器１１の加熱温度も下げることができ、ナノカーボン生成効率を高めた状態でナノカーボンを連続的に安定的に生成、回収することができる。

（第８の実施形態）
図５は、本発明の第８の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番２７は、酸成分を含む炭化水素を生成炉内に噴霧する為の炭化水素注入ノズルを示す。また、符番２８は、酸成分を含む炭化水素を通す為の炭化水素供給ヘッダーを示す。なお、便宜上図示していないが、図５においても、図１と同様な考えにより、炭化水素供給ヘッダー２８から酸成分含有液体が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

図５のナノカーボン生成炉１０は、還元雰囲気の加熱炉容器１１内の円錐状金属基板１２の表面に噴霧する酸成分を含む炭化水素を液体状態で加熱炉容器１１内に噴霧するようにし、金属基板１２の表面から金属の微粒子が腐食して剥離しやすくすることで、金属基板１２の表面での反応を促進させるようにしたことを特徴とする。

即ち、第８の実施形態のナノカーボン生成炉では、円錐状金属基板１２表面温度は均一に加熱できるようにし、この還元雰囲気の加熱炉容器１１内の上流から酸成分を含む炭化水素を炭化水素ノズル１４から炭化水素供給ヘッダー１５を経由して、円錐状金属基板１３表面から金属の微粒子が腐食して剥離しやすくすることで、円錐状金属基板１３表面での反応を促進させるようにし、金属の微粒子を核としてナノカーボンを円錐状金属基板１３上部の空間にある程度の高さまで成長させる。そして、加熱炉容器１１内に同心円状の或る傾斜角度をつけて設置した円錐状金属基板１２表面に噴霧する炭化水素は、加熱炉容器１１内で加熱し気化してガス状態とし、円錐状金属基板表面の温度を下げずに均一に噴霧するようにしている。

円錐状金属基板１２の表面に噴霧する酸成分を含む炭化水素としては、エタノール、メタノール、バイオエタノール、各種アルコール、灯油等の炭化水素油等に酢酸、塩酸等の酸を微量混ぜることで酸性にした炭化水素液、バイオマスオイル等の酸性の炭化水素液が挙げられる。これらの炭化水素液を液体状態で噴霧して加熱炉容器１１内で気化させることにより、円錐状金属基板１２の表面に炭化水素を連続的に均一に噴霧して反応させ、ナノカーボンを生成できるようにする。

第８の実施形態によれば、炭化水素注入ノズル２７及び炭化水素供給ヘッダー２８により、円錐状金属基板表面に噴霧する酸成分を含む液体状態の炭化水素を予め加熱炉容器１１内で加熱し、ガス状態として金属基板表面に連続的に噴霧する構成になっている。従って、円錐状金属基板１１の表面上では円錐状金属基板１２を構成する触媒粒子が核となり、気化した炭化水素が高温状態で反応することで、気相成長法により効率的にナノカーボンが生成、成長する。円錐状金属基板１２の表面にエタノール、メタノール、酢酸、バイオエタノール、バイオマスオイル等の液体状態の炭化水素を、予め加熱炉容器１１内で加熱し、ガス状態として円錐状金属基板１２の表面に連続的に噴霧することにより、円錐状金属基板１２の表面の温度が下がることなく、円錐状金属基板１２表面でのナノカーボン生成反応が促進され、ナノカーボンの生成効率が高まるだけでなく、電気ヒータ１３の設定温度を低めに設定しても金属基板表面を５００〜７００℃の範囲に保持することができ、ナノカーボン連続生成炉の加熱温度を下げることができ、ナノカーボン生成効率を高めた状態でナノカーボンを連続的に安定的に生成、回収することができる。

（第９の実施形態）
図６は、本発明の第９の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１，４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第９の実施形態のナノカーボン生成炉は、円錐状金属基板１２の表面と掻き落とし機構２の一構成である掻き落とし棒２６の隙間距離Δａ、及び掻き落とし棒２６と駆動軸２５との角度θを調整できるようにしたことを特徴とする。なお、便宜上図示していないが、図６においても、図１と同様、炭化水素供給ヘッダー１５から炭化水素が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

即ち、図６のナノカーボン生成炉１０では、円錐状金属基板１２の表面温度は均一に加熱できるようにし、円錐状金属基板１２上に成長した生成ナノカーボンを掻き落とし機構２０は、加熱炉容器１１内に設置した同心円状の円錐状金属基板１２の表面の中心軸を中心に掻き落とし棒２６を回転させる構造とし、円錐状金属基板１２の表面と掻き落とし棒２６の隙間距離Δａ、及び掻き落とし棒２６と駆動軸２５との角度θを調整できるようになっている。

前記掻き落とし棒２６は、加熱炉容器１１内の円錐状金属基板１２の内面表面に沿って均一に回転させるように構成されているので、円錐状金属基板１２の表面に直接接触せず、円錐状金属基板１２から成長した生成ナノカーボン１６のみを掻き落とすことができるように設計されている。ここで、掻き落とし棒２６は円錐状金属基板１２の表面には直接接触させず、円錐状金属基板１２から成長した生成ナノカーボン１６のみを掻き落とすようにしないと、円錐状金属基板１２の金属微粒子も掻き落とすことになる。その結果、生成したナノカーボン中に金属不純物が混入しナノカーボンの純度が低下するだけでなく、円錐状金属基板１２の表面の金属がそぎ落とされ、ナノカーボンの連続生成速度の低下を招き、ナノカーボン生成効率が低下する。

第９の実施形態によれば、円錐状金属基板１２の表面の金属微粒子を掻き取ることなく、円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長してその自重で円錐状金属基板１２から剥離しきれない生成ナノカーボン１６を定期的に強制的に加熱炉容器１１の下部に流下させ、加熱炉容器１１の下流から安定的に排出することができ、ナノカーボンを連続的に製造することができる。

なお、円錐状金属基板の表面と掻き落とし棒との隙間距離Δａ、及び掻き落とし棒と駆動軸との角度θを調整する構造としては、図示しないが、掻き落とし棒のアーム部分にねじを取り付け、このねじを回転させることで隙間距離Δａ及び角度θを微調整する等、ナノカーボン生成炉の設計に合わせて様々な構造、方式が考えられることは言うまでもない。

また、図９ではナノカーボン生成炉は縦型方式とし、加熱源としての電気ヒータを円錐状金属基板の外側に密着して配置した構造について説明した。但し、加熱源は電気ヒータに限らず、装置、プラント等の排熱を利用する熱風等を利用し、ナノカーボン生成炉全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。これにより、円錐状金属基板表面の金属微粒子を掻き取ることなく、円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長してその自重で円錐状金属基板から剥離しきれないナノカーボンを定期的に強制的に加熱炉容器の下部に流下させ、加熱炉容器の下流から安定的に排出することができ、ナノカーボンを連続的に製造することができる。

（第１０の実施形態）
図７は、本発明の第１０の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉に使用される円錐状金属基板１２の概略的な斜視図である。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図７に示すように、円錐状金属基板１２の傾斜角θは、水平方向に対して３０°に設定されている。ところで、第１の実施形態で述べたように、この傾斜角θは３０°〜６０°の範囲が好ましい。この理由は、既に述べたように、３０°未満では、成長したナノカーボンが流下せずに、成長したナノカーボンが加熱炉容器内に溢れてしまうからである。また、６０°を超えると、成長したナノカーボンが円錐状金属基板１２上に保持できず、すぐに流下しやすくなり、円錐状金属基板１２から剥離した金属粒子を核とした更なる成長の繰り返しが阻害され、ナノカーボンの生成効率が落ちてしまうからである。なお、図７中の符号ｔは、円錐状金属基板１２厚み及び電気ヒータ１３の厚みを合計した厚みである。

（第１１の実施形態）
図８は、本発明の第１１の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第９の実施形態のナノカーボン生成炉は、炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に正確に設定できるように、円錐状金属基板１２の表面温度を計測するための表面温度計３１を備えていることを特徴とする。但し、符番３２はこの表面温度計３１に接続された熱電対を示す。なお、便宜上図示していないが、図８においても、図１と同様、炭化水素供給ヘッダー１５から炭化水素が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

即ち、第１１の実施形態のナノカーボン生成炉では、加熱炉容器１１内の円錐状金属基板１２の表面温度を熱電対３２にて正確に測定できるようにしている。この理由は、加熱炉容器１１内の同心円状の円錐状金属基板１２表面を均一に加熱し、カーボン・連続生成に最適な温度を常時キープすることが重要であるからである。それには、加熱炉容器１１の外側のヒータ温度を計測するだけでは不十分で、加熱炉容器１１内の円錐状金属基板１１の表面温度を正確に計測し、それにより加熱炉容器１１内の外側のヒータ温度を厳密に制御することが重要となる。

加熱炉容器１１内の円錐状金属基板１１の表面温度が、炭化水素を連続的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲よりも低いとナノカーボンは生成せず、一方、５５０〜７００℃の範囲よりも高いとカーボンの煤が生成しナノカーボンは生成しなくなる。この為、加熱炉容器１１内の円錐状金属基板１２の表面温度が炭化水素を連続的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に正確に設定することが、ナノカーボンの生成効率、生成純度を高める決め手となる。従って、円錐状金属基板１２の表面温度を正確に計測し、それにより加熱炉容器１１内の外側のヒータ温度を厳密に制御することで、ナノカーボンの生成効率、生成純度を高めることができる。これにより、良質で純度の高いナノカーボンを連続的に製造することができる。

第１１の実施形態によれば、炭化水素を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に正確に設定できるように、円錐状金属基板１２の表面温度を計測するための表面温度計３１を備えた構成にすることにより、加熱炉容器１１内の外側のヒータ温度を厳密に制御することで、ナノカーボンの生成効率、生成純度を高めることができ、良質で純度の高いナノカーボンを連続的に製造することができる。

（第１２の実施形態）
図９は、本発明の第１２の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１，図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第１２の実施形態のナノカーボン生成炉は、加熱炉容器１１の外側に加熱炉容器加熱電気ヒータ（以下、単に第２の電気ヒータと呼ぶ）３４を設け、加熱炉容器１１内の温度を均一に保持しようとしたことを特徴とする。なお、便宜上図示していないが、図９においても、図１と同様な考えにより、炭化水素供給ヘッダー２８から酸成分含有液体が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

第１２の実施形態によれば、加熱炉容器１１の外側に加熱源としての第２の電気ヒータ３４を設けた構成にすることにより、加熱炉容器１１内の温度を均一に保持することができ、ナノカーボンの生成効率、生成純度を高めることができ、良質で純度の高いナノカーボンを連続的に製造することができる。

（第１３の実施形態）
図１０は、本発明の第１３の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉の概略図である。なお、図１，図５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第１２の実施形態のナノカーボン生成炉は、ナノカーボン排出ノズル１７に上部ダンパー３５，下部ダンパー３６を夫々設け、加熱炉容器１１内の温度が一定で還元雰囲気にしたままナノカーボシを加熱炉容器外に払い落とすことができる構造としたことを特徴とする。なお、便宜上図示していないが、図１０においても、図１と同様な考えにより、炭化水素供給ヘッダー２８から酸成分含有液体が円錐状金属基板１２の表面に連続的又は間欠的に均一に噴霧される。

即ち、加熱炉容器１１下部にロータリーバルブ等を設置することで、下部に落ちた生成ナノカーボンを安定的に払い出すことも可能である。その場合も、外部とのシール性能を高める為に、下部に上下２段のダブルダンパー(上部ダンパー３５、下部ダンパー３６)を設置し、その下部にナノカーボン回収容器１８等を設置して回収するようにする。

上部ダンパー３５及び下部ダンパー３６の動作は、まず上部ダンパー３５、下部ダンパー３６を全閉とした後、上部ダンパー３５を開にし、上部ダンパー３５と下部ダンパー３６の間に生成ナノカーボンを溜める。更に、上部ダンパー３５を全閉、下部ダンパー３６を開にすることにより、加熱炉容器１１内部とナノカーボン回収容器１８とを縁を切った状態で生成ナノカーボンを回収する。また、ナノカーボン回収容器１８内の空気が加熱炉容器１１内に混入しないよう、上部ダンパー３５と下部ダンパー３６の間に不活性ガスを間欠的に注入するようなことも、設計・運用上逐次行い、安定的なナノカーボン払出しが行えるようにする。

第１３の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、ナノカーボン排出ノズル１７に上部ダンパー３５、下部ダンパー３６を夫々設けた構成にすることにより、加熱炉容器１１のナノカーボン払出しを安定的に確実に行うことができるコンパクトなナノカーボン生成炉が得られる。

なお、図１０ではロータリーバルブの設置を省略しているが、上下２段のダブルダンパー（上部ダンパー、下部ダンパー）の上側、或いは下側にロータリーバルブを設置することも可能である。
また、加熱炉容器の内部は運転中、還元雰囲気を確保しなくてはならず、外部との気密性を十分確保する為のシール構造等について考慮すべきことは言うまでもない。

（第１４の実施形態）
図１１は、本発明の第１４の実施形態による縦型方式のナノカーボン生成炉に使用される円錐状金属基板１２の概略的な斜視図である。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図１１に示すように、鉄の純度が高い（９９．５％以上）鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼を用いる円錐状金属基板１２の傾斜角θは、水平方向に対して３０°に設定されている。傾斜角θは、第１の実施形態で述べたように、３０°〜６０°の範囲が好ましい。傾斜角θをこの範囲に設定したのは、第１１の実施形態で述べたとおりである。

第１４の実施形態によれば、円錐状金属基板１２として鉄の純度の高い鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼を用いることにより、ニッケル合金、プラチナ等の貴金属を使用することなく、低コストで手軽に高品質のナノカーボンを生成することができる。また、鉄の純度の高い鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼の製品規格は画一であるので、常に安定した純度および安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで手軽に効率よく量産することができる。

なお、上述したような掻取り機構を取り付ければ、円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長してその自重で鉄基板から剥離しきれないナノカーボンを定期的に強制的にナノカーボン生成炉の下部に流下させ、ナノカーボン生成炉の下流から安定的に排出することができ、ナノカーボンを連続的に製造することができる。

以上に説明したように、円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長しその自重で円錐状金属基板から剥離、自然落下したカーボンナノチューブ，カーボンファイバー，カーボンナノコイル等のナノカーボンは生成炉の下部に流下し、生成炉の下流から排出することにより、ナノカーボンを連続的に製造できる。また、円錐状金属基板上から或る一定厚さ以上に成長してその自重で円錐状金属基板から剥離しきれないナノカーボンを定期的に強制的に生成炉の下部に流下させ、生成炉の下流から安定的に排出することができ、ナノカーボンを連続的に製造することができるので、純度および安定性の高い高品質のナノカーボンを低コストで手軽に効率よく量産することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。具体的には、上記実施形態では、掻取り機構の掻取り棒は板状であるが、軽いナノカーボンを掻き取るので針金状の掻取り部材であってもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１，５，６，７の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第２の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第３の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第４の実施形態に係る生成炉の概略図。 本発明の第８の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第９の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第１０の実施形態に係るナノカーボン生成炉の一構成である円錐状金属基板の斜視図。 本発明の第１１の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第１２の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第１３の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。 本発明の第１４の実施形態に係るナノカーボン生成炉の一構成である円錐状金属基板の斜視図。 従来のＣＶＤ法によるナノカーボン製造方法の説明図。 従来の基板法によるナノカーボン製造方法の説明図。

符号の説明

１０…ナノカーボン生成炉、１１…加熱炉容器、１２…円錐状金属基板、１３…基板加熱電気ヒータ（加熱源）、１４，２７…炭化水素注入ノズル、１５，２８…炭化水素供給ヘッダー、１６…生成ナノカーボン、１７…ナノカーボン排出ノズル、１８…ナノカーボン回収容器、２０…ナノカーボン掻き落とし機構、２１…不活性ガス注入ノズル、２２…不活性ガス供給ヘッダー、２３…不活性ガス噴射ヘッダー、２６…生成ナノカーボン掻き落とし棒、３１…表面温度計、３２…熱電対、３４…加熱炉容器加熱電気ヒータ、３５…上部ダンパー、３６…下部ダンパー。

Claims (14)

1. 還元雰囲気の加熱炉容器と、この加熱炉容器内に該容器と同心円状に傾斜角度をつけて配置された円錐状金属基板と、この円錐状金属基板の外周部に配置された加熱源と、前記加熱炉容器の上流側に配置され，加熱炉容器内に炭化水素を連続的に又は間欠的に噴霧する炭化水素注入ノズルと、前記加熱炉容器の下流側に配置されたナノカーボン排出ノズルとを具備し、
   炭化水素注入ノズルより炭化水素を連続的又は間欠的に噴霧することにより円錐状金属基板上で反応させてナノカーボンを成長させ、成長した生成ナノカーボンを円錐状金属基板から剥離させ、生成ナノカーボンをナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とするナノカーボン生成炉。
2. 前記円錐状金属基板表面に生成されたナノカーボンに不活性ガスを間欠的に噴きかける不活性ガス供給手段を備え、金属表面上部から不活性ガスを間欠的に噴きかけることにより、円錐状金属基板表面の生成ナノカーボンを噴き落とし、ナノカーボン排出ノズルにより排出することを特徴とする請求項１記載のナノカーボン生成炉。
3. 前記不活性ガス供給手段は、金属表面上部から不活性ガスを間欠的に噴きかける位置を１回ずつ変える機構を備えていることを特徴とする請求項２記載のナノカーボン生成炉。
4. 前記円錐状金属基板表面に生成されたナノカーボンを掻き取る掻取り機構は前記加熱炉容器に配置され、この掻取り機構により円錐状金属基板の表面に成長したナノカーボンを掻き落とすことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載のナノカーボン生成炉。
5. 前記円錐状金属基板の材質は鉄であり、この円錐状金属基板の表面温度は、炭化水素を連続的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
6. 前記円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素は加熱炉容器内で加熱してガス状態とし、円錐状金属基板表面の温度を下げずに均一に噴霧されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
7. 前記円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素は、ガス状態で噴霧するだけでなく、液体状態で噴霧して加熱炉容器内で気化させることにより円錐状金属基板表面で反応させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
8. 前記円錐状金属基板表面に噴霧する炭化水素を液体状態で加熱炉容器内に噴霧するようにし、その液体の炭化水素には酸成分を含み、円錐状金属基板表面から金属の微粒子が腐食して剥離しやすくすることで、円錐状金属基板表面での反応を促進させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
9. 前記掻取り機構は、加熱炉容器内の円錐状金属基板の表面の中心軸を中心に掻取り部材を回転させ、かつ円錐状金属基板の表面と掻取り部材との隙間距離を調整できるような構成であることを特徴とする請求項４に記載のナノカーボン生成炉。
10. 前記円錐状金属基板の表面温度は、炭化水素を連続的又は間欠的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に正確に設定できるように、前記加熱源として電気ヒータを用いたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
11. 前記円錐状金属基板の表面温度は、炭化水素を連続的又は間欠的に均一に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に正確に設定できるように、円錐状金属基板の表面を計測する温度計測手段が設置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
12. 前記加熱炉容器の外側から加熱する加熱手段を備え、加熱炉容器内の温度を均一に保持できる構成であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
13. 前記加熱炉容器のナノカーボン排出部にはナノカーボン排出用の上下２段のダブルダンパーが設置され、加熱炉容器内の温度が一定で還元雰囲気にしたままナノカーボンを加熱炉容器外に払い落とすことができる構成であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。
14. 円錐状金属基板は、鉄の純度の高い鉄板もしくは鉄を含んだ炭素鋼であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。

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