JP6583590B1

JP6583590B1 - ロータリーキルン

Info

Publication number: JP6583590B1
Application number: JP2019530505A
Authority: JP
Inventors: 亙小田; 片山　美和; 美和片山; 精二岡崎
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: WO2019187909A1; JPWO2019187909A1

Abstract

ロータリーキルンは、被処理物を収容して軸回りに回転可能な筒体１０と、被処理物を加熱処理するための加熱手段１１と、被処理物を筒体の一端側に設けられた入口から筒体内に供給するための供給手段１２とを備えている。筒体内には、該筒体の内周面から内半径未満の高さで立設され、筒体の軸方向に螺旋状に延びるヘリカル部２０が互いに間隙をあけて複数配置され、複数のヘリカル部同士の間には、筒体の内周面から立設された被処理物を撹拌するためのフライト板２１が配置されている。ヘリカル部は、筒体の正回転によって、被処理物が入口側に流動する方向で螺旋状に延びており、螺旋状に延びるヘリカル部により形成される螺旋状の通路は一端から他端まで閉じられることなく連通するように構成されている。

Description

本発明は、ロータリーキルンに関し、特に、炉内が複数の加熱室に仕切られた構造を有するロータリーキルンに関する。

従来から、粒体等の被処理物に対して加熱処理等を施すためにロータリーキルンが用いられている。ロータリーキルンは種々の被処理物に適用可能であり、例えば炭化水素ガスと共に触媒金属粒子をロータリーキルン内で加熱処理することにより、カーボンナノチューブを生成すること等も行われている（例えば特許文献１〜３等を参照）。

ロータリーキルンは、通常、被処理物が収容される筒体（炉心管）において、被処理物が導入される入口側が、被処理物が排出される出口側よりも高くなるように傾斜されており、筒体の回転に伴って被処理物が出口側に移送されるように構成されている。被処理物に対して均一に加熱するためには、筒体の回転速度を大きくして被処理物の運動を大きくすることが必要となるが、筒体の回転速度を大きくすると、被処理物が筒体の出口側に進む速度が大きくなるため、被処理物が十分な熱処理を受けないままに筒体の外に排出されるおそれがある。さらに、筒体内における被処理物の充填率を高くすることができず、処理効率を向上することもできない。

このような問題を解決するために、筒体の回転速度を大きくしても被処理物を出口側に前進させることを促進しないように構成されたロータリーキルンが特許文献４に開示されている。特許文献４に開示されたロータリーキルンは、被処理物が収容される筒体内に、筒体の内周面から螺旋状に立設されたスクリューと該スクリューにより形成された溝を閉じるストッパーとにより構成された閉スクリューが設けられている。当該閉スクリューは、被処理物を堰き止めることができるため、被処理物の出口側への移動を妨げることができ、筒体内における被処理物の充填率を高くすることができる。

特表２０１３−５１８０１５号公報特開２０１１−１１６６５６号公報特表２００６−５１６９４６号公報特開２０１６−１２１８５２号公報

しかしながら、特許文献４に開示されたロータリーキルンでは、筒体内に収容された被処理物の全量を迅速に排出するために、閉スクリューの螺旋方向と同じ方向に筒体の回転を促進させた場合であっても、閉スクリューのストッパーにより被処理物の前進が妨げられるため、迅速に排出することができない。また、ロータリーキルン内への被処理物の充填率をより向上して、処理効率をより向上させることも望まれている。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理物の充填率を向上して被処理物の処理効率を向上させ、さらに、被処理物の全量の排出も迅速かつ簡便にできるようにすることにある。

前記の目的を達成するために、本発明では、ロータリーキルンを構成する筒体内に、筒体の正回転によって、被処理物が筒体の入口側に流動させる螺旋状のヘリカル部を複数設けた。

具体的に、本発明に係るロータリーキルンは、被処理物を収容して軸回りに回転可能な筒体と、前記被処理物を加熱処理するための加熱手段と、前記被処理物を前記筒体の一端側に設けられた入口から前記筒体内に供給するための供給手段とを備えたロータリーキルンであって、前記筒体内には、該筒体の内周面から内半径未満の高さで立設され、前記筒体の軸方向に螺旋状に延びるヘリカル部が互いに間隙をあけて複数配置され、前記複数のヘリカル部同士の間には、前記筒体の内周面から立設された前記被処理物を撹拌するためのフライト板が配置され、前記ヘリカル部は、前記筒体の正回転によって、被処理物が前記入口側に流動する方向で螺旋状に延びており、前記螺旋状に延びるヘリカル部と前記筒体の内周面とにより規定される螺旋状の通路は一端から他端まで閉じられることなく連通するように構成されていることを特徴とする。

本発明に係るロータリーキルンによると、ヘリカル部は、筒体の正回転によって被処理物が筒体の入口側に流動する方向で螺旋状に延びているため、被処理物は筒体の正回転に伴ってヘリカル部により筒体の入口側に案内されることとなる。従って、被処理物が筒体の出口側に前進することを抑制でき、筒体内における被処理物の充填率を向上できる。また、ヘリカル部が互いに間隙をあけて複数配置されているため、筒体内はヘリカル部によって複数の加熱室に区切られた構造となる。このため、被処理物は筒体の入口側の加熱室から出口側の加熱室に順次移送されることとなるが、ヘリカル部は上述の通り被処理物が筒体の出口側に前進することを抑制するため、被処理物が次の加熱室に移送されるのを妨げる。従って、加熱室内の被処理物の量がヘリカル部の立設高さ程度まで溜まった後に、オーバーフローによって次の加熱室に移送されることとなる。この過程が各加熱室で順次行われるため、各加熱室における被処理物の充填率を大きくでき、その結果、筒体内における被処理物の充填率をより向上することができて被処理物の処理効率を向上できる。また、ヘリカル部により形成される螺旋状の通路は一端から他端まで閉じられることなく連通するように構成されているため、筒体を逆回転させることによってヘリカル部と筒体の内周面により規定された螺旋状の通路に沿って迅速に筒体内の被処理物を全量排出することができる。

本発明に係るロータリーキルンにおいて、複数のヘリカル部のそれぞれは、筒体の内周面を２周から３周する長さで形成されていることが好ましい。

ヘリカル部を２周以上にすることにより、特にオーバーフローによらずに炉の回転による撹拌作用によって前進する被処理物が、次の加熱室への移送されるのを効率的に妨げることができる。具体的に、被処理物は炉の回転と共に炉内上部に持ち上げられた後に下方に落下するのを繰り返しながら前進するが、その際に、被処理物がヘリカル部の螺旋状の通路内に落下することで、炉の正回転による螺旋状の通路内における流動によって入口側に戻されることとなる。ヘリカル部が１周程度で形成されている場合、このような効果を示す螺旋状の通路を形成できないため、被処理物の次の加熱室への移送を有効に妨げるために、ヘリカル部は上記の通り２週以上に形成されていることが好ましい。一方、ヘリカル部が３周を超えると被処理物の前進抑制の効果はほぼ向上しない。また、ヘリカル部を２周から３周の長さにすることにより、ヘリカル部の長さが過剰に長くならず、複数のヘリカル部により区切られる複数の加熱室の容積を十分に確保できる。さらに、ヘリカル部と筒体の内周面により規定された螺旋状の通路が十分な長さ確保でき、筒体の正回転による被処理物の前進の抑制、及び筒体の逆回転による被処理物の迅速な排出の効果を十分に奏することが可能となる。また、閉じられることなく連通した螺旋状の通路は筒体の逆回転による被処理物の迅速な排出を妨げることがない。

本発明に係るロータリーキルンは、筒体の入口側にガスを導入するためのガス導入手段をさらに備えていることが好ましい。なお、ガス導入手段は、例えば筒体の入口側からガスを導入する形態でもよいし、筒体の出口から入口側にまで延びるガス供給管によってガスを筒体の入口側に導入する形態でもよい。

このようにすると、筒体の入口側において被処理物がガスと接触しやすくなり、本発明のロータリーキルンは上述の通り、被処理物の出口側への前進を抑制する構成となっているため、被処理物とガスとの接触効率を向上できる。従って、被処理物に対して加熱処理のみならず所定のガスと反応させることを目的とする場合、この構成により被処理物とガスとの反応効率を向上することができる。

本発明に係るロータリーキルンは、筒体内への被処理物の付着を抑制するための手段を備えていることが好ましい。手段としては、例えばエアーノッカーや、ロータリーキルン運転時の回転に応じて筒体又は筒体の内周面から立設されたフライト板を叩くノッカーが挙げられる。ノッカーの設置場所は特に限定しないが、ロータリーキルンの内部に設置すると、効果的に被処理物の付着を抑制できるのでより好ましい。

また、本発明に係るロータリーキルンにおいて、筒体は傾けられて配置されても構わない。

本発明に係るロータリーキルンにおいて、ガスは炭化水素ガスを５０％以上含むものであり、被処理物は炭化水素ガスを炭素と水素とに分解するための触媒金属粒子を含むものであって、ナノ炭素材料及び水素を生成するために用いられることが好ましい。ナノ炭素材料は、カーボンナノチューブ又はグラフェン等を含む。ナノ炭素材料及び水素を生成するために、本発明に係るロータリーキルンに導入するガスは窒素を含まないことが好ましい。これは、窒素が高温で水素と反応して生成するアンモニアガスが触媒金属粒子を失活させるからである。

この場合、加熱された筒体内において被処理物としての触媒金属粒子と炭化水素ガスが接触し、反応することで炭化水素が分解されて炭素原子が触媒金属粒子中に取り込まれて移動拡散すると共に水素が発生する。その後、過飽和状態となった炭素原子が触媒金属粒子上に析出して堆積が進むこととなる。そうすると、上記反応後の被処理物は嵩高くなってその密度は小さくなるため、反応が進んだ被処理物は回転する筒体の中心付近に位置し、オーバーフローによって次の加熱室に移送されやすくなる。一方で、反応が十分に進んでいない被処理物は、嵩が小さく密度が大きいため筒体の内周面付近に沈んで位置し、ヘリカル部の螺旋状の通路内での流動によって前進が抑制されたり、出口側の加熱室から入口側の加熱室に戻されたりする。従って、反応が進んだ被処理物を優先的に出口側に移送できるため、被処理物の処理効率を向上でき、被処理物を均一に処理することができる。

本発明に係るロータリーキルンによると、被処理物の充填率を向上できるため、被処理物の処理効率を向上することができる。さらに、ロータリーキルン外への被処理物の全量の排出も迅速かつ簡便にすることができる。

本発明の一実施形態に係るロータリーキルンの全体構成を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るロータリーキルンの筒体の内部構造を示す概略図である。本発明の一実施形態に係るロータリーキルンの筒体の入口側を示す正面図である。本発明の一実施形態に係るロータリーキルンの筒体の入口側を示す、図２のＡ−Ａ線における断面斜視図である。本発明の一実施形態に係るロータリーキルンの筒体内に配置されたヘリカル部の形状を示す図である。本発明の一実施形態に係るロータリーキルンに設けられたノッカーの動作について説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用方法或いはその用途を制限することを意図するものではない。

まず、本発明の一実施形態に係るロータリーキルンの全体構成について図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態に係るロータリーキルンは、被処理物を収容して熱処理するための炉心管である筒体１０（図１では筒体１０の内部構造は省略する。）と、筒体１０を加熱する加熱手段としてのヒータ１１、筒体の入口から被処理物を供給する供給手段としてのフィーダー１２とを備えている。なお、ヒータ１１は筒体１０の外側を覆う断熱カバー１１ａ内に設けられている。さらに、本実施形態に係るロータリーキルンは、筒体の入口１０ａ側及び出口１０ｂ側の外周に設けられたタイヤ１３と、タイヤ１３を回転可能に該タイヤ１３と接続されたローラ１４とを備えている。ローラ１４の回転によってタイヤ１３が回転されることにより筒体１０は自身の軸回りに（長手方向を軸として）所望の方向（正回転又は逆回転）に回転可能に構成される。

また、本実施形態に係るロータリーキルンには、筒体１０の入口１０ａ側に、筒体１０内にガスを供給するためのガス供給管１５が設けられている。なお、図１ではガス供給管１５が筒体の入口側から延びた形態を示しているが、例えば筒体１０の出口１０ｂから入口１０ａ側にまで延びるガス供給管を配設する形態であっても構わない。また、筒体１０の入口１０ａ側には、その入口１０ａを覆う固定端（軸シールカバー）１６ａが設けられ、上記フィーダー１２及びガス供給管１５は、固定端１６ａを貫通して筒体１０内にまで延びている。筒体１０の出口１０ｂ側にも入口１０ａと同様に、出口１０ｂを覆う固定端（軸シールカバー）１６ｂが設けられている。また、筒体１０の出口１０ｂ側には、固定端１６ｂの内部空間と連通し、出口１０ｂから排出された筒体１０内で処理された被処理物を貯留するための貯留部１７が設けられている。また同様に、筒体１０の出口１０ｂ側には、固定端１６ｂの内部空間と連通し、筒体１０内で発生したガスを排出するためのガス排出口１８が設けられており、該ガス排出口には気体以外の微粒子等をトラップするためのフィルタ１９が設けられている。

次に、筒体内の構造について図２〜図５を参照しながら説明する。図２〜図４に示すように、筒体１０内には、その内周面から中心方向に立設されたヘリカル部２０が複数配置されている（図２では図の簡略化のためにヘリカル部２０を簡易的に示している。）。具体的に、複数のヘリカル部２０は、それぞれ筒体１０の軸方向に螺旋状に延びる形状であり（図５を参照）、互いに筒体１０の軸方向に間隙をあけて配置されている。この螺旋状のヘリカル部２０の周回方向は、筒体１０の正回転とは反対の方向となるように構成されており、螺旋状に約２周の周回数で構成されている。図４に示すように、螺旋状のヘリカル部２０によって、該ヘリカル部２０と筒体１０の内周面によって規定される螺旋状の通路２５が形成されている。また、図３及び図４に示すように、ヘリカル部２０は、筒体の内周面からその内半径未満の高さで立設されているため、筒体１０の中心付近は筒体の軸方向（長手方向）に向かって開口している。

また、図２に示すように、複数のヘリカル部２０により、筒体１０内の空間が複数の加熱室３０として区切られる。ここでは、筒体１０の入口１０ａ側のヘリカル部から順次、第１ヘリカル部２０ａ、第２ヘリカル部２０ｂ及び第３ヘリカル部２０ｃと呼び、筒体１０の入口１０ａ側の加熱室から順次、第１加熱室３０ａ、第２加熱室３０ｂ、第３加熱室３０ｃ及び第４加熱室３０ｄと呼ぶ。

複数のヘリカル部２０同士の間には、筒体１０の内周面から中心方向に立設されたフライト板２１が配置されている。フライト板２１は、筒体１０内に充填された被処理物を筒体１０の回転に伴って掻き上げて撹拌する。これにより、被処理物の熱処理及びガス供給管１５から供給されたガスとの接触を均一にすることができる。

次に、本実施形態に係るロータリーキルンを用いた被処理物の処理工程について説明する。まず、フィーダー１２により筒体１０内に被処理物が供給され、具体的には、筒体１０内の第１加熱室３０ａに被処理物が供給される。筒体１０内は上記ヒータ１１により所望の温度になるように加熱されており、また、筒体１０は、上記タイヤ１３及びローラ１４により正回転される。これにより、被処理物は第１加熱室３０ａにおいてフライト板２１に撹拌されながら加熱処理される。なお、被処理物に対して、加熱処理と共に所望のガスと反応させる場合は、そのようなガスがガス供給管１５から筒体１０内に供給される。

フィーダー１２により被処理物が供給されると共に第１加熱室３０ａ内の被処理物量が増大し、被処理物が出口１０ｂ側に向かって前進するが、第１ヘリカル部２０ａにより遮られることとなる。また、さらに被処理物が供給されて、第１ヘリカル部２０ａと筒体１０の内周面とにより規定された螺旋状の通路２５内に被処理物が進入したとしても、第１ヘリカル部２０ａは、筒体１０の正回転とは反対方向に周回する螺旋状に形成されており、すなわち上記通路２５も同一の方向の螺旋状に形成されているため、被処理物を入口１０ａ方向に案内されることとなる。

しかしながら、さらに被処理物が第１加熱室３０ａに供給されることにより、第１加熱室３０ａ及び第１ヘリカル部２０ａの通路２５においてオーバーフローが生じて、第１ヘリカル部２０ａの中央の開口を通って、第１加熱室３０ａの隣の第２加熱室３０ｂに被処理物が移送されることとなる。その後、フィーダー１２からの更なる被処理物の供給に従って、第１加熱室３０ａから第２加熱室３０ｂへの被処理物の移送も進むこととなり、同様の態様で第２加熱室３０ｂから第３加熱室３０ｃ、及び第３加熱室３０ｃから第４加熱室３０ｄへの被処理物の移送が順次進行する。そして、被処理物は、最も出口１０ｂ側に近い第４加熱室３０ｄから出口１０ｂを通って、筒体１０の外に排出されて貯留部１７に送られることとなる。

このように、本実施形態に係るロータリーキルンでは、被処理物を筒体１０の入口１０ａ側に戻すような構成となっており、各加熱室において十分に被処理物が充填された後に次の加熱室に移送される構成となっている。従って、筒体１０内における被処理物の充填率を向上でき、被処理物に対する処理効率を向上することができる。

また、本実施形態に係るロータリーキルンにおいて、筒体１０内に充填された被処理物の全量を迅速に出口１０ｂから排出させたい場合、筒体１０を逆回転させることによって実現できる。これは、上述の通り、ヘリカル部２０が筒体１０の正回転と反対方向に周回する螺旋状であるので、ヘリカル部２０と筒体１０の内周面とで規定された螺旋状の通路２５も同一方向に周回するため、筒体１０を逆回転させることで、被処理物は当該通路２５に従って出口１０ｂ方向への前進を促進されるためである。

また、本実施形態に係るロータリーキルンでは、図２に示すように、筒体１０内に、筒体１０内への被処理物の付着を抑制するためのノッカー４０が設けられている。ノッカー４０は、筒体１０の回転に応じて筒体１０のうち例えばフライト板２１を叩くように構成されている。具体的に、筒体１０の入口１０側の固定端１６ａに固定されたノッカー軸４１に、該ノッカー軸４１を軸心として回転可能に取り付けられている。なお、ノッカー軸４１は、筒体１０の軸心からずれた位置に設けられている。

図６を参照しながら、ノッカー４０の動作について説明する。図６では、ノッカー軸４１が、筒体１０の軸心から左側にずれて配置されている場合を例として示し、図６における二点鎖線の円はノッカー軸４１を軸として回転するノッカー４０の先端が通る軌道を示す。破線は、筒体１０の回転に伴って回転するノッカー４０及びフライト板２１の位置を示す。

まず、ノッカー４０が実線で示す通り、下方（６時の位置）に配置されており、筒体１０の時計回りの回転と共にフライト板２１に押されて左方向（９時の位置）にまで、ノッカー軸４１を軸として回転する。そして、筒体１０の回転と共にフライト板２１に押されて上方（１２時の位置）にまで上がり、その後、ノッカーが１時から２時の位置にまで回転した際に、ノッカー軸４１が筒体１０の軸心から左側にずれて配置されているため、ノッカー４０がフライト板２１から離れ、重力によって時計回りに勢いよく回転し、もう一方のフライト板２１を叩く。この衝撃によって、筒体１０に付着する被処理物を除くことができる。その後、再び６時の位置に戻り、上記工程が繰り返されることとなる。

なお、ここでは、ノッカー軸４１にノッカー４０を回転可能に取り付けた構成を示したが、例えばガス供給管１５を筒体１０の軸心からずれるように配置して、当該ガス供給管１５を軸心として回転可能にノッカー４０を取り付けても構わない。このようにすると、別途ノッカー軸４１が不要となり部品点数の増加を防ぐことができる。また、ここでは、ノッカーを筒体１０の内部に設けたが、これに限らず筒体１０の外部に設けられても構わない。

以上の通り、本実施形態に係るロータリーキルンによると、被処理物の充填率を向上できるため、被処理物の処理効率を向上することができ、さらに、ロータリーキルン外への被処理物の全量の排出も迅速かつ簡便にすることができて極めて有用である。

次に、本実施形態に係るロータリーキルンを、化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）法によるカーボンナノチューブの生成に用いる場合について説明する。当該ＣＶＤ法では、加熱室３０内に炭化水素ガス及び触媒金属粒子を供給し、炭化水素ガスが触媒及び加熱によって炭素と水素に分解され、炭素原子が触媒金属粒子中に取り込まれて、その中を移動拡散する。その後、過飽和状態になることで炭素が析出し、堆積することでカーボンナノチューブが生成される。従って、この場合、被処理物として炭化水素ガスを炭素と水素とに分解するための触媒金属粒子が用いられ、ガス供給管１５より供給されるガスとして炭化水素ガスを５０％以上含むガス（以下、炭化水素ガスと呼ぶ）が用いられる。

具体的にその工程について説明する。まず、筒体１０がヒータ１１により加熱されると共に、ガス供給管１５より筒体１０内に炭化水素ガスが供給される。その後、触媒金属粒子がフィーダー１２により筒体１０内、具体的には第１加熱室３０ａに供給される。供給された触媒金属粒子は、筒体１０の正回転と共にフライト板２１で撹拌されながら炭素原子を取り込み、上記機序によって触媒金属粒子において炭素が析出し始める。さらに反応が進むことにより炭素の堆積が進み、その結果カーボンナノチューブが生成される。従って、第１加熱室３０ａには、反応が進みカーボンナノチューブに堆積された触媒金属粒子と、フィーダー１２から供給されて直ぐの未反応で炭素の析出が生じていない触媒金属粒子とが混在する。さらに、ガスとの反応が進んだ触媒金属粒子であっても、それぞれ反応度が異なる触媒金属粒子が混在している。上述の通り、フィーダー１２からの第１加熱室３０ａへの触媒金属粒子の供給が進むと、第１加熱室３０ａにおいてオーバーフローが生じることとなる。このとき、未反応又は反応度が低い触媒金属粒子は嵩が小さく密度が大きく、一方、カーボンナノチューブに堆積された反応度が高い触媒金属粒子は嵩が大きく密度が小さいため、未反応又は反応度が低い触媒金属粒子は筒体１０の内周面側に沈み、一方、反応度が高い触媒金属粒子は、筒体１０の中心側に露出するように分布することとなる。その結果、反応が進んでいる触媒金属粒子が優先的にオーバーフローにより第１ヘリカル２０ａの中心における開口を通って第２加熱室３０ｂに移送されることとなる。

その後、フィーダー１２からの更なる触媒金属粒子の供給に従って、第１加熱室３０ａから第２加熱室３０ｂへの触媒金属粒子の移送も進むこととなり、同様の態様で第２加熱室３０ｂから第３加熱室３０ｃ、及び第３加熱室３０ｃから第４加熱室３０ｄへの触媒金属粒子の移送が順次進行する。そして、触媒金属粒子は、最も出口１０ｂ側に近い第４加熱室３０ｄから出口１０ｂを通って、筒体１０の外に排出されて貯留部１７に送られる。なお、上述の通り、未反応又は反応度が低い触媒金属粒子は筒体１０の内周面側に沈み、一方、反応度が高い触媒金属粒子は、筒体１０の中心側に露出するように分布することとなるので、第２加熱室３０ｂから第３加熱室３０ｃ、及び第３加熱室３０ｃから第４加熱室３０ｄへの移送も反応が進んでいる触媒金属粒子が優先的に行われる。また、カーボンナノチューブと共に発生する水素は、ガス排出口１８から筒体の外部へ排出される。

また、第１加熱室３０ａから第２加熱室３０ｂに未反応の触媒金属粒子が移送された場合、上述の通り、未反応又は反応度が低い触媒金属粒子は筒体１０の内周面側に沈むように分布するため、筒体１０の正回転に従って第１ヘリカル部２０ａと筒体１０の内周面により規定された螺旋状の通路２５を通って、第１加熱室３０ａに優先的に戻されることとなる。第３加熱室３０ｃ及び第４加熱室３０ｄにおいても同様に、未反応又は反応度が低い触媒金属粒子は入口１０ａ側の加熱室に戻されることとなる。本実施形態では、ガス供給管１５から第１加熱室３０ａに炭化水素ガスが供給されているため、入口１０ａ側の加熱室、特に第１加熱室３０ａにおいて炭化水素ガスと反応し易い環境となっているため、未反応又は反応度が低い触媒金属粒子は入口１０ａ側の加熱室に戻すことは、触媒金属粒子を均一に反応させることを可能とし、効率よくカーボンナノチューブを得ることを可能とする。また、本実施形態では、触媒金属粒子は筒体１０の回転と共に筒体１０内上部に持ち上げられた後に下方に落下するのを繰り返しながら前進するが、その際に、筒体１０の内周面側に沈んでいた未反応又は反応度が低い触媒金属粒子が筒体１０の中心側に露出するように撹拌されることとなる。このため、未反応又は反応度が低い触媒金属粒子の炭化水素ガスとの接触性が向上され、触媒金属粒子を均一に反応させることができる。

以上の通り、本実施形態に係るロータリーキルンをＣＶＤ法によるカーボンナノチューブの生成に用いた場合、反応が進んだ被処理物を優先的に筒体の出口側に移送できると共に、未反応又は反応度が低い被処理物を筒体の入口側に戻すことができる。このため、被処理物の処理効率を向上でき、被処理物を均一に処理することができる。なお、ここでは、被処理物としてカーボンナノチューブ及び水素を生成する触媒金属粒子を例示したが、被処理物の反応が進むに従って被処理物が嵩高くなり、密度が小さくなるものであれば、同様の効果を得ることが可能である。

また、本実施形態では、筒体１０の入口１０ａ側からガス供給管１５により筒体１０内にガスを供給しているが、これ以外に筒体１０の出口１０ｂ側からや筒体１０の中央部分からもガスを供給しても構わない。また、供給されるガスは、予め所定の温度に加熱されていても構わない。本実施形態では、ヘリカル部２０を３つ形成し、加熱室３０を４つに分けているが当然にこれに限られず、ヘリカル部２０は２つでもよく、４つ以上であっても構わない。また、本実施形態では、螺旋状のヘリカル部２０の周回数を約２周としたがこれに限られない。但し、加熱室の容積を十分に確保するためには３周以下とすることが好ましく、十分な長さの螺旋状の通路２５を確保するためには２周以上とすることが好ましい。

１０筒体（炉心管）
１１ヒータ（加熱手段）
１２フィーダー（供給手段）
１３タイヤ
１４ローラ
１５ガス供給管
１６ａ、ｂ軸シールカバー（固定端）
１７貯留部
１８ガス排出口
１９フィルタ
２０ヘリカル部
２１フライト板
２５通路
３０加熱室
４０ノッカー
４１ノッカー軸

Claims

被処理物を収容して軸回りに回転可能な筒体と、前記被処理物を加熱処理するための加熱手段と、前記被処理物を前記筒体の一端側に設けられた入口から前記筒体内に供給するための供給手段とを備えたロータリーキルンであって、
前記筒体内には、該筒体の内周面から内半径未満の高さで立設され、前記筒体の軸方向に螺旋状に延びるヘリカル部が互いに間隙をあけて複数配置され、
前記複数のヘリカル部同士の間には、前記筒体の内周面から立設された前記被処理物を撹拌するためのフライト板が配置され、
前記ヘリカル部の全ては、前記筒体の正回転によって、被処理物が前記入口側に流動する方向で螺旋状に延びており、
前記螺旋状に延びるヘリカル部と前記筒体の内周面とにより規定される螺旋状の通路の全ては一端から他端まで閉じられることなく連通するように構成されていることを特徴とするロータリーキルン。
前記複数のヘリカル部のそれぞれは、前記筒体の内周面を２周から３周する長さで形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルン。
前記筒体の入口側にガスを導入するためのガス導入手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリーキルン。
前記ガスは炭化水素ガスを５０％以上含むものであり、前記被処理物は炭化水素ガスを炭素と水素とに分解するための触媒金属粒子を含むものであって、ナノ炭素材料及び水素を生成するために用いられることを特徴とする請求項３に記載のロータリーキルン。