JP2007083111A - Powder production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火炎式噴霧熱分解法による粉体製造装置に関する。 The present invention relates to a powder production apparatus using a flame spray pyrolysis method.
例えば、電池の電極の原料となる粉末を製造する方法として、例えば特許文献1から3に記載されているように、粉体原料の水溶液を粉体形成塔内で噴霧し、火炎によって乾燥および熱分解する方法が公知である。
特許文献1から3に記載されている従来の粉体製造装置は、筒状の粉体生成塔と、粉体生成塔の内部に原料水溶液を噴霧する噴霧手段と、粉体生成塔内に火炎を噴射する複数の火炎噴射ノズルと、粉体生成塔の中から、水溶液から気化した水蒸気および生成した粉体を空気と共に引き抜く排気ファンとを有している。また、従来の粉体製造装置は、噴霧した水溶液のミストを火炎による高温部分に搬送し排気ファンによって引き抜かれる搬送ガス(一般に空気)を、噴霧装置の周囲から噴霧方向に供給する。
The conventional powder production apparatus described in
噴霧手段による水溶液の噴霧は、搬送ガスとの表面張力のバランスによって水溶液を小径のミストに分離させる。しかし、高速流体である水溶液と搬送ガスとの表面張力のバランスを一定に保つのは難しく、そのバランスが崩れると、噴霧ミストは「息継ぎ」と呼ばれる非定常かつ急激な流量上下変動を起こす。噴霧されるミストの量が上下変動すると、蒸発する水蒸気の量も上下変動し、粉体生成塔内部の圧力が上下変動することになる。 The spraying of the aqueous solution by the spraying means separates the aqueous solution into small diameter mists by the balance of surface tension with the carrier gas. However, it is difficult to keep the balance of the surface tension between the aqueous solution, which is a high-speed fluid, and the carrier gas constant, and when the balance is lost, the spray mist causes an unsteady and rapid flow rate fluctuation called “breathing”. When the amount of sprayed mist fluctuates up and down, the amount of water vapor that evaporates also fluctuates up and down, and the pressure inside the powder production tower fluctuates up and down.
粉体生成塔の内圧の上昇は、火炎噴射ノズルから噴射する燃料或いは燃焼空気と、粉体生成塔の内圧との圧力差が小さくなり、燃料或いは燃焼空気の流量低下を招くため、火炎噴射ノズルの失火につながり、製造に支障をきたすという問題があった。 The increase in the internal pressure of the powder generation tower causes a decrease in the pressure difference between the fuel or combustion air injected from the flame injection nozzle and the internal pressure of the powder generation tower, leading to a decrease in the flow rate of the fuel or combustion air. There was a problem of causing misfire and hindering production.
そこで前記問題点に鑑みて、本発明は、火炎式噴霧熱分解法による、粉体生成塔内部の圧力上下変動の小さい粉体製造装置を提供することを課題とする。 Then, in view of the said problem, this invention makes it a subject to provide the powder manufacturing apparatus with a small pressure up-and-down fluctuation inside a powder production tower by a flame type spray pyrolysis method.
前記課題を解決するために、本発明による粉体製造装置は、密閉した筒状の粉体生成塔と、前記粉体生成塔の内部に原料水溶液を噴霧する噴霧手段と、前記粉体生成塔の内部に前記噴霧手段の周囲から搬送ガスを供給する搬送ガス流路と、前記粉体生成塔の内部に火炎を噴射する火炎噴射ノズルと、前記粉体生成塔から、前記粉体生成塔内の気体を排出する排気装置とを有し、前記搬送ガス流路は、定常状態において外部に対して負圧となる負圧部に外部に開放された外気流路が設けられているものとする。 In order to solve the above problems, a powder production apparatus according to the present invention includes a sealed cylindrical powder production tower, spraying means for spraying a raw material aqueous solution inside the powder production tower, and the powder production tower. A carrier gas flow path for supplying a carrier gas from the periphery of the spraying means, a flame injection nozzle for injecting a flame into the powder production tower, and the powder production tower. The carrier gas flow path is provided with an external air flow path that is open to the outside in a negative pressure portion that is negative with respect to the outside in a steady state. .
この構成によれば、定常的に外気流路から外気が導入される。粉体生成塔の内圧の変化に応じて外気流路から導入される外気の流量が変化するが、外気流路の流路抵抗により、内圧が低下する(負圧が大きくなる)場合は外気流量の増加が抑制されるが、内圧が上昇する(負圧が小さくまたは正圧になる)場合は外気流路の流路抵抗が小さく、外気流量が減少し易い。このため、粉体生成塔の内圧が上昇した際は、導入される外気が減少して内圧を定常状態に戻そうとする作用が強くなり、過度の内圧上昇を抑制する。これによって、火炎噴射ノズルの失火を防止することができる。 According to this configuration, outside air is constantly introduced from the outside air flow path. The flow rate of the outside air introduced from the outside air flow path changes according to the change in the internal pressure of the powder generation tower, but the flow rate of the outside air when the internal pressure decreases (negative pressure increases) due to the flow path resistance of the outside air flow path. However, when the internal pressure increases (the negative pressure becomes small or becomes positive), the flow resistance of the external air flow path is small, and the flow rate of the external air tends to decrease. For this reason, when the internal pressure of a powder production tower rises, the external air introduce | transduced decreases and the effect | action which tries to return an internal pressure to a steady state becomes strong, and suppresses an excessive internal pressure rise. Thereby, misfire of the flame injection nozzle can be prevented.
前記排気装置は、前記粉体生成塔から排出する気体の流量を制御する流量制御手段を備えれば、粉体形成塔から排気される気体の量が一定であるので、外気流路による圧力安定化作用のバランス点が一定になる。これにより、粉体形成塔の内圧が安定する。 If the exhaust device includes a flow rate control means for controlling the flow rate of the gas discharged from the powder production tower, the amount of gas exhausted from the powder formation tower is constant. The balance point of crystallization is constant. Thereby, the internal pressure of the powder forming tower is stabilized.
以上のように、本発明によれば、粉体形成塔に流路抵抗を有する外気流路から外気を取り入れるので、粉体形成塔の内圧変動を、圧力上昇側で強く抑制することができ、火炎噴射ノズルの失火を防止できる。 As described above, according to the present invention, since the outside air is taken in from the outside air channel having the channel resistance to the powder forming tower, the internal pressure fluctuation of the powder forming tower can be strongly suppressed on the pressure increase side, Misfire of the flame injection nozzle can be prevented.
これより、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1に、本発明の第1実施形態の粉体製造装置1を示す。粉体製造装置1は、両端が小さく絞り込まれた筒状の直立した金属容器である粉体生成塔2と、粉体生成塔2の上端から粉体生成塔2の内部に生成すべき粉体の原料となる水溶液を噴霧するスプレー(噴霧手段)3と、粉体生成塔2の上端を封止し、送気ファン4から供給される空気(搬送ガス)をスプレー3の周囲から噴霧方向と同じく下向きに導入するように案内する1次空気流路(搬送ガス流路)5を有する封止ヘッダ6と、粉体生成塔2の胴壁に設けられ、内部に火炎を噴射して火炎旋回流を形成する複数の火炎噴射ノズル7と、火炎噴射ノズル7の粉体生成塔2の胴壁の下部に設けられ、冷却空気を導入する複数の冷却ノズル8と、粉体生成塔2の下端から延伸するように設けられた排気路9と、排気路9からバグフィルタ10を介して粉体生成塔2内部の気体を吸引して排気する排気ファン(排気装置)11とからなっている。粉体生成塔2は、両端がそれぞれ1次空気流路5と排気路9とに連通し、火炎噴射ノズル7や冷却ノズル8が設けられているが、直接大気に開放しない密閉容器であり、表面が保温材12で覆われている。また、バグフィルタ10の下流の排気路9にはオリフィス流量計13と、排気路9における気体の流量を調節できる絞り弁(流量制御手段)14とが設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, the
図2に示すように、封止ヘッダ6の1次空気流路5は、送気ファン4から送られてきた空気をスプレー3の配管を囲むように分配する分配部15と、空気をスプレー3の配管に沿うように折り返す流路の狭い負圧部16と、空気をスプレー3の配管に沿って下向きに案内する整流部17とからなり、負圧部16には、大気開放された小径の孔からなる外気流路18が設けられている(空気の流れを一点鎖線の矢印で示す)。
As shown in FIG. 2, the primary
続いて、以上の構成からなる粉体製造装置1の作用を説明する。
粉体製造装置1は、スプレー3から噴射された水溶液のミストを火炎噴射ノズル7の火炎によって加熱し、乾燥熱分解することで所望の組成の粉体を生成する。冷却ノズル8から冷気を導入して生成した粉体を冷却し、1次空気流路5から供給した空気やミストから蒸発した水蒸気などを含む気体と共に生成した粉体を排気ファン11によって吸引して排気路9から排出する。バグフィルタ10は、排出した気体から粉体を分離して回収する。
Then, the effect | action of the
The
送気ファン4が高圧で送出する空気は、流路の狭い負圧部16において、ベルヌーイの定理に従い、流速が速く、圧力が低くなる。このため、相対的に高圧の外気流路18から外気を吸い込んで流量を増し、整流部17からスプレー3の周囲から下向きに粉体生成塔2の内部に導入される。これらの空気は、スプレーが噴霧した水溶液のミスト(液滴)を随伴して下降し、火炎噴射ノズル7の火炎によって高温の旋回気流となる。
According to Bernoulli's theorem, the air sent out at high pressure by the air supply fan 4 has a high flow velocity and a low pressure in the
粉体製造装置1は、粉体の漏れを防ぐために、粉体生成塔2の内圧が大気より僅かに負圧の状態になるように、送気ファン4から供給される空気、外気流路18から導入される外気、スプレー3が噴霧した水溶液から蒸発する水蒸気、火炎噴射ノズル7から噴射される燃焼ガス、冷却ノズル8から導入される空気量の総和と、排気ファン11によって排気路9から排気される気体の量とを調整した条件で運転される。このとき、排気される気体の総量は、オリフィス流量計13で測定され、絞り弁14を調節して排気される量が一定になるように制御される。
In order to prevent the powder from leaking, the
定常運転時、スプレー3から噴霧されたミストから蒸発する水蒸気の量は一定であるが、スプレーが息継ぎを起こしたりして水蒸気量が増減すると、粉体生成塔2内の圧力が変動する。
During steady operation, the amount of water vapor evaporated from the mist sprayed from the
粉体生成塔2の内圧が低下すると、整流部17および負圧部16の圧力も低下する。これによって、外気流路18からさらに多量の外気を吸い込もうとするが、外気流路18の流路抵抗は流速の2乗に比例するため、外気流路18での圧力損失が大幅に増加する。このため、粉体生成塔2の内圧が低下しても、整流部17から供給される空気量はさほど増加せず、粉体生成塔2の内圧低下に任せる結果となる。
When the internal pressure of the
逆に、粉体生成塔2の内圧が上昇すると、整流部17および負圧部16の圧力も上昇する。すると、外気流路18から流れ込む外気の量が少なくなり、外気流路18における圧力損失が低減される。粉体生成塔2の内圧が大気に対して正圧になるまで上昇すると、外気流路18の圧力損失もなくなり、粉体生成塔2の内圧の上昇分の空気が外気流路18から外部に流出し、粉体生成塔2の内圧を低下させる。
Conversely, when the internal pressure of the
図3に、外気流路18がある場合とない場合との粉体生成塔2の内圧変動の違いを示す。図示するように、外気流路18を設けることで、粉体生成塔2の内圧が大気圧以上になる場合にのみ、圧力変動を小さくすることができる。
In FIG. 3, the difference in the internal pressure fluctuation | variation of the
火炎噴射ノズル7は、粉体生成塔2の内圧が低下しても失火することはないが、内圧が上昇すると、火炎噴射ノズル7から噴射する燃料或いは燃焼空気と粉体生成塔2の内圧との圧力差が小さくなり、燃料或いは燃焼空気の流量低下を招くため、火炎噴射ノズルの失火につながり、製造に支障をきたす危険がある。外気流路18は、粉体生成塔2の内圧が定常状態から低下することは阻害しないが、定常状態から上昇する(正圧になる)ことを抑制し、火炎噴射ノズル7の失火を防止できる。
The
さらに、図4に本発明の第2実施形態の粉体製造装置1’を示す。第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
粉体製造装置1’の粉体生成塔2’は、第1実施形態のように金属容器を保温した2重構造を有しておらず、耐熱ボード或いはキャスタブル耐火物からなる断熱材12’によって構成され、内壁面は断熱ボード或いはキャスタブル耐火物12’の表面である。また、粉体製造装置1’は、送気ファン4を有しておらず、粉体生成塔2’と大気との圧力差によって外気を吸入するようになっている。本実施形態のように、外気流路18’は、封止ヘッダ6’の開口6a封止する蓋体19と封止ヘッダ6’との間に形成される隙間であってもよい。
FIG. 4 shows a
The
また、本発明において、粉体生成塔2,2’と1次空気流路(搬送ガス流路)5とは、機械的な構造によって区別されるものではなく、図5に示す本発明の第3実施形態の粉体製造装置1”のように、粉体生成塔2’を形成する構造体の上部の、整流部17と連通し、スプレー3の周囲に空気を案内する部分の大気に対して負圧となる部分に外気流路20を設けてもよい。
Further, in the present invention, the
また、本発明において、送気ファン4で粉体生成塔2,2’に送り込む搬送ガスは、空気以外にも、窒素や酸素を多く含む気体など、如何なる気体であってもよい。また、粉体生成塔2,2’の外部雰囲気を空気以外の気体にすることで、外気流路18,20から空気以外の気体が吸入されるようにしてもよい。
In the present invention, the carrier gas fed into the
1,1’,1” 粉体製造装置
2,2’ 粉体生成塔
3 スプレー(噴霧手段)
4 送気ファン
5 1次空気流路(搬送ガス流路)
6 封止ヘッダ
7 火炎噴射ノズル
9 排気路
11 排気ファン(排気装置)
14 絞り弁(流量制御手段)
15 分配部
16 負圧部
17 整流部
18,20 外気流路
1,1 ', 1 "
4
6
14 Throttle valve (flow control means)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記粉体生成塔の内部に原料水溶液を噴霧する噴霧手段と、
前記粉体生成塔の内部に前記噴霧手段の周囲から搬送ガスを供給する搬送ガス流路と、
前記粉体生成塔の内部に火炎を噴射する火炎噴射ノズルと、
前記粉体生成塔から、前記粉体生成塔内の気体を排出する排気装置とを有し、
前記搬送ガス流路は、定常状態において外部に対して負圧となる負圧部に外部に開放された外気流路が設けられていることを特徴とする粉体製造装置。 A sealed cylindrical powder production tower;
Spraying means for spraying the aqueous raw material solution into the powder generating tower;
A carrier gas flow path for supplying a carrier gas from around the spraying means to the inside of the powder generation tower;
A flame injection nozzle for injecting a flame into the powder generation tower;
An exhaust device for discharging the gas in the powder generation tower from the powder generation tower;
The powder production apparatus according to claim 1, wherein the carrier gas flow path is provided with an open air flow path that is open to the outside in a negative pressure portion that is negative with respect to the outside in a steady state.
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