WO2009081645A1 - カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバの製造装置、回収装置 - Google Patents

カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバの製造装置、回収装置 Download PDF

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Abstract

反応装置12から排出されたカーボンナノチューブを含んだ排出ガスを排出管24によりフィルタ26に導く。フィルタ26の下流にブロア28を設置する。ブロア28により排出管内の排出ガスを吸引することにより、フィルタが詰まり始めても、フィルタ上流側の排出管内の圧力の上昇を抑える。

Description

カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバの製造装置、回収装置
 本発明は、炭素の微細繊維、特に直径が0.4ナノメートルから数十ナノメートルであるカーボンナノチューブの製造装置、特にその合成された炭素の微細繊維の回収に関する。
 直径が0.4ナノメートルから数十ナノメートルの炭素のカーボンナノチューブの気相成長法による製造方法が知られている。なお、本明細書等においてカーボンナノファイバとは、中空つまりチューブ状ではあっても黒鉛層が繊維軸に平行でないような魚骨黒鉛構造ナノチューブ、中空ではないリボン状黒鉛繊維、黒鉛ウィスカ等を含む。
 気相成長法により作成されたカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバは、ガスより分離し回収する必要がある。特開2006-169002号公報には、気流に乗って搬送されるカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバをネットや孔を有する板などのフィルタにより捕捉する技術が示されている。気流がネット等を通過する際に、ネット等にカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバが捕捉される。
 気流中にフィルタ等の障害物を設け、これにカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを捕捉する場合、捕捉量が多くなると、気流の流路抵抗が増え、フィルタの上流側の圧力が高くなる。この圧力の上昇は、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを合成している反応装置内の圧力の上昇または反応装置内のガス流れの乱れを招き、生成過程に影響を与える場合がある。
 本発明は、フィルタに捕捉されたカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバの量が、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバの生成過程に与える影響を抑制することを目的とする。
 本発明においては、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを合成する反応装置に接続され、合成されたカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを含む排出ガスを反応装置より排出する排出管に、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを捕捉するフィルタを設け、排出管のフィルタ下流に排出管内の排出ガスを吸引する吸引手段を設ける。
 さらに、フィルタ上流側の排出管に、排出管内の圧力を検出する圧力センサを設け、この検出された圧力があらかじめ定められた値になるように吸引手段を制御する制御部を設けるようにできる。
 また、ブロアの吸引により、フィルタの圧損分をキャンセルし、反応装置内の圧力を一定に保つようにできる。
 フィルタが捕捉したカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバの量によるカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバの合成環境への影響を小さくできる。
本実施形態のカーボンナノチューブ製造装置の概略構成図である。
符号の説明
 10 カーボンナノチューブ製造装置、12 反応装置、14 反応管、16 加熱装置、24 排出管、26 フィルタ、28 ブロア(吸引手段)、30 圧力センサ、32 制御部。
 以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、カーボンナノチューブの製造装置10の概略構成を示す図である。反応装置12は、原料が供給される鉛直に立てられた反応管14と、反応管14周囲に、これを囲むように配置される加熱装置16を含む。反応管14は、管形状、好ましくは円管形状のセラミックス製であり、加熱装置16により加熱されて、あらかじめ定められた温度に維持されている。反応管14には、その頂部に原料供給ノズル18が配置され、原料供給装置20から送られた原料が、このノズル18より反応管14内に噴射される。噴射された原料を囲うようにキャリアガスが、キャリアガス供給装置22から反応管14の上部に供給される。原料ガスは、炭素源、触媒とその助剤を含む。反応管14内に供給された原料およびキャリアガスは、反応管14の管壁より加熱されて、管内を下降する過程でカーボンナノチューブが成長、合成される。この方法は、気相流動法と呼ばれている。
 生成されたカーボンナノチューブは、キャリアガス、原料の未反応ガス、反応後のガス等の排出ガスに乗って回収装置23に送られる。回収装置23は、反応管14の下部に接続される排出管24に設置されたフィルタ26、さらに排出管内の排出ガスを吸引する吸引手段としてのブロア28を含む。フィルタ26により、排出ガス中のカーボンナノチューブが捕捉される。フィルタ26を屈曲させた形状とすることによって、表面積を大きくして流路抵抗をできるだけ小さくすることが好ましい。排出管24の、フィルタ26のさらに下流には、ブロア28が設置されている。ブロア28は、このブロアが設置されている位置より上流側の排出管24内の排出ガスを吸引する。ブロア28により、フィルタ26の流路抵抗が大きい場合であっても、フィルタを通過する排出ガスの流量を適切にすることができる。また、ブロアによる吸引をしない場合に比べ、フィルタにより多くのカーボンナノチューブが捕捉されるまで連続運転をすることができる。
 排出管24の、フィルタ26より上流側に、排出管24内の圧力を検出する圧力センサ30を設けることができる。ブロア28の運転状態を制御する制御部32は、この圧力センサにより検出された排出管内の圧力に基づき制御を行う。好適には、検出される圧力があらかじめ定められた一定の値になるようにブロア28の回転速度を制御する。この値は、反応管14内の反応条件に基づき決定することができる。回転速度を制御するために、ブロアに供給する電力をインバータを介して供給することができる。圧力センサ30を設けた位置の圧力を一定に制御することは、フィルタ26における圧損分をブロアがキャンセルしていると見ることができる。
 フィルタ26より上流側の排出管内の圧力が一定となることにより、反応管14内の気流、圧力などの反応条件が安定し、反応効率が向上する。また、反応管14の内壁へのカーボンナノチューブの付着が抑制される。
 本実施形態においては、気相流動法によるカーボンナノチューブの製造装置について説明したが、他の気相成長法によりカーボンナノチューブ、その他のカーボンナノファイバを合成する製造装置においても、上記の回収装置を適用することができる。

Claims (5)

  1.  原料およびキャリアガスが供給され、原料を反応させてカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを合成する反応装置と、
     反応装置から、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを含む原料反応後の生成物とキャリアガスとを排出する排出管と、
     排出管に設けられ、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを捕捉するフィルタと、
     排出管の前記フィルタより下流に設けられ、排出管内のキャリアガス等を吸引する吸引手段と、
    を有するカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ製造装置。
  2.  請求の範囲1に記載のカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ製造装置であって、
     前記反応装置と前記フィルタの間の排出管に設けられ、この部分の排出管内の圧力を検出する圧力センサと、
     前記圧力センサにより検知された圧力があらかじめ定められた値になるよう、前記吸引手段を制御する制御部と、
    を有するカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ製造装置。
  3.  反応装置において合成されたカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを回収するカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ回収装置であって、
     前記反応装置に接続され、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを含む排出ガスを前記反応装置より排出する排出管に設けられ、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを捕捉するフィルタと、
     排出管の前記フィルタ下流に設けられ、排出管内の排出ガスを吸引する吸引手段と、
    を有するカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ回収装置。
  4.  請求の範囲3に記載のカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ回収装置であって、
     前記フィルタより上流の排出管に設けられ、この部分の排出管内の圧力を検出する圧力センサと、
     前記圧力センサにより検知された圧力があらかじめ定められた値になるよう、前記吸引手段を制御する制御部と、
    を有するカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ回収装置。
  5.  原料およびキャリアガスが供給され、原料を反応させてカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを合成する反応装置と、
     反応装置から、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを含む原料反応後の生成物とキャリアガスとを排出する排出管と、
     排出管に備えられ、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバを捕捉するフィルタと、
     前記フィルタの圧損分をキャンセルし、これにより反応装置内の圧力を一定に保つ吸引手段と、
    を有するカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバ製造装置。
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