特開 2022-142538 焼成物製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022142538

(43)【公開日】2022-09-30

(54)【発明の名称】焼成物製造装置

(51)【国際特許分類】

   F27D 7/02 20060101AFI20220922BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20220922BHJP

【ＦＩ】

F27D7/02 A

F27D17/00 104G

F27D17/00 101A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021042742

(22)【出願日】2021-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 健司

【テーマコード（参考）】

4K056

4K063

【Ｆターム（参考）】

4K056AA12

4K056BB06

4K056CA06

4K056DA22

4K056DA36

4K056DB04

4K063AA06

4K063BA00

4K063CA06

4K063DA06

4K063DA24

4K063DA26

(57)【要約】

【課題】水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成する際に、製造コストを低減することができる技術を提供する。
【解決手段】水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成する焼成炉と、焼成炉に酸素ガスを供給する第１ガス供給路と、焼成炉から水蒸気と酸素ガスとを含む第１混合ガスを排出するガス排出路と、第１混合ガスから水蒸気を凝縮させて除去し、第１混合ガスよりも酸素のモル分率の高い第２混合ガスを得る凝縮器と、焼成炉に第２混合ガスを供給する第２ガス供給路と、を有し、ガス排出路および第２ガス供給路は、ガス排出路内の第１混合ガスと、第２ガス供給路内の第２混合ガスとの熱交換を行うように配置されている、焼成物製造装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成する焼成炉と、
前記焼成炉に酸素ガスを供給する第１ガス供給路と、
前記焼成炉から水蒸気と酸素ガスとを含む第１混合ガスを排出するガス排出路と、
前記第１混合ガスから水蒸気を凝縮させて除去し、前記第１混合ガスよりも酸素のモル分率の高い第２混合ガスを得る凝縮器と、
前記焼成炉に前記第２混合ガスを供給する第２ガス供給路と、を有し、
前記ガス排出路および前記第２ガス供給路は、前記ガス排出路内の前記第１混合ガスと、前記第２ガス供給路内の前記第２混合ガスとの熱交換を行うように配置されている、焼成物製造装置。

【請求項2】

前記ガス排出路の一部および前記第２ガス供給路の一部は、互いに沿うように配置されている、請求項１に記載の焼成物製造装置。

【請求項3】

前記ガス排出路の一部および前記第２ガス供給路の一部は、ガスの流れが対向するように配置されている、請求項１または請求項２に記載の焼成物製造装置。

【請求項4】

前記第２ガス供給路内の前記第２混合ガスを、前記焼成炉内の温度付近まで加熱する加熱部をさらに有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焼成物製造装置。

【請求項5】

前記加熱部は、前記第２ガス供給路と前記焼成炉との接続部近傍に配置されている、請求項４に記載の焼成物製造装置。

【請求項6】

前記ガス排出路の一部および前記第２ガス供給路の一部は、二重管になっている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の焼成物製造装置。

【請求項7】

前記二重管の内管は前記第２ガス供給路であり、前記二重管の外管は前記ガス排出路である、請求項６に記載の焼成物製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焼成物製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、被焼成物を酸素等のガスと接触させながら加熱し、焼成物を得る焼成物製造装置が知られている。例えば、特許文献１には、焼成中の酸素濃度を制御することができる焼成炉が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－２５７８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、被焼成物が水酸化物や水和化合物を含む場合、焼成時に水蒸気が生成されることから、焼成に必要な酸素分圧を維持するため、焼成時に多量の酸素ガスを供給する必要がある。そのため、焼成物の製造においては、製造コストが高くなるという問題がある。

【0005】

本発明の目的は、水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成する際に、製造コストを低減できる技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成する焼成炉と、
前記焼成炉に酸素ガスを供給する第１ガス供給路と、
前記焼成炉から水蒸気と酸素ガスとを含む第１混合ガスを排出するガス排出路と、
前記第１混合ガスから水蒸気を凝縮させて除去し、前記第１混合ガスよりも酸素のモル分率の高い第２混合ガスを得る凝縮器と、
前記焼成炉に前記第２混合ガスを供給する第２ガス供給路と、を有し、
前記ガス排出路および前記第２ガス供給路は、前記ガス排出路内の前記第１混合ガスと、前記第２ガス供給路内の前記第２混合ガスとの熱交換を行うように配置されている、焼成物製造装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成する際に、製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る焼成物製造装置１０の一例を示す概略構成図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態の変形例に係る焼成物製造装置１００の一例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本発明の一実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0010】

＜本発明の第１実施形態＞
（１）焼成物製造装置１０の構成
まず、本実施形態の焼成物製造装置１０の構成について説明する。

【0011】

図１は、焼成物製造装置１０の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、焼成物製造装置１０は、例えば、焼成炉２０と、第１ガス供給路３０と、ガス排出路４０と、凝縮器５０と、第２ガス供給路６０と、加熱部７０とを有している。

【0012】

焼成炉２０は、水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成するように構成されている。このような被焼成物を焼成する際、焼成炉２０内の酸素分圧を所定の範囲に制御する必要がある。

【0013】

焼成炉２０内には、被焼成物を収容するための被焼成物収容容器２１が配置されている。被焼成物収容容器２１は、例えば、上部が開放された状態で被焼成物を収容するように構成されている。また、焼成炉２０の側面には、ヒータ２２が設けられている。ヒータ２２は、焼成炉２０内を、被焼成物を焼成するために適切な温度に制御するように構成されている。

【0014】

第１ガス供給路３０は、焼成炉２０に酸素ガスを供給するように構成されている。第１ガス供給路３０の一端（上流側）は酸素ガスを貯蔵するガスボンベ等（図示せず）に接続され、他端（下流側）は焼成炉２０に接続されている。第１ガス供給路３０は、焼成炉２０内の酸素分圧を、被焼成物を焼成するために適切な範囲に制御するように構成されている。

【0015】

ガス排出路４０は、水蒸気と酸素ガスとを含む第１混合ガスＧａ１を焼成炉２０から排出し、凝縮器５０に導入するように構成されている。ガス排出路４０の一端（上流側）は焼成炉２０に接続され、他端（下流側）は凝縮器５０に接続されている。

【0016】

凝縮器５０は、第１混合ガスＧａ１から水蒸気を凝縮させて除去し、第１混合ガスＧａ１よりも酸素のモル分率の高い第２混合ガスＧａ２を得るように構成されている。凝縮器５０は、第１混合ガスＧａ１を冷却するための冷却部、または第１混合ガスＧａ１を圧縮するためのコンプレッサの少なくとも一方を有している。また、凝縮器５０は、第２混合ガスＧａ２を第２ガス供給路６０へ送り出す送風ファンを有していることが好ましい。また、凝縮器５０は、凝縮器５０内の凝縮水を必要に応じて排水できるように構成されていることが好ましい。

【0017】

第２ガス供給路６０は、凝縮器５０から送り出された前記第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０に供給するように構成されている。第２ガス供給路６０の一端（上流側）は凝縮器５０に接続され、他端（下流側）は焼成炉２０に接続されている。第２ガス供給路６０は、焼成炉２０内の圧力（全圧）を一定に制御するように構成されている。

【0018】

ガス排出路４０および第２ガス供給路６０は、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を行うように配置されている。これにより、第１混合ガスＧａ１が冷却され、水蒸気を凝縮させやすくすることができる。また、第２混合ガスＧａ２が加熱されるため、焼成炉２０内の温度低下を抑制することができる。

【0019】

ガス排出路４０の一部および第２ガス供給路６０の一部は、図１に示すように、互いに沿うように配置されていることが好ましい。これにより、上述の熱交換を効率的に行うことができる。

【0020】

ガス排出路４０の一部および第２ガス供給路６０の一部は、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との流れが対向するように配置されていることが好ましい。これにより、上述の熱交換を効率的に行うことができる。

【0021】

加熱部７０は、上述の熱交換を行った後の第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２を、焼成炉２０内の温度付近（例えば、焼成炉２０内の温度±５０度の範囲内）まで加熱するように構成されている。これにより、焼成炉２０内と、第２混合ガスＧａ２との温度差を低減し、第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０に供給する際、焼成炉２０内の温度低下を抑制することができる。

【0022】

加熱部７０は、図１に示すように、第２ガス供給路６０と焼成炉２０との接続部近傍に配置されていることが好ましい。これにより、第２混合ガスＧａ２を加熱した後、高温の状態を保ったまま焼成炉２０へ供給しやすくなる。

【0023】

上述のような構成を有する焼成物製造装置１０によって、被焼成物を焼成し、焼成物を製造することができる。本実施形態の焼成物製造装置１０は、第１混合ガスＧａ１から水蒸気を凝縮させて除去することで、焼成炉２０内の酸素分圧を保持しやすくなるため、使用する酸素ガス量を低減することができる。また、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２とを熱交換することで、第１混合ガスＧａ１が冷却されるため、効率よく第１混合ガスＧａ１から水蒸気を除去することができる。その結果、焼成物を製造する際の製造コストを低減することが可能となる。さらに、上述の熱交換により第２ガス供給路６０から供給される第２混合ガスＧａ２が加熱されるため、焼成炉２０内の温度低下を抑制することができる。その結果、被焼成物を安定的に焼成することが可能となる。

【0024】

（２）焼成物製造装置１０を用いた、焼成物の製造方法
次に、本実施形態の焼成物製造装置１０を用いた、焼成物の製造方法について説明する。

【0025】

まず、水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を被焼成物収容容器２１内に収容する。そして、第１ガス供給路３０を用いて、酸素ガスを焼成炉２０内に供給する。また、ヒータ２２を用いて、焼成炉２０内を昇温する。

【0026】

被焼成物の焼成により水蒸気が生成されるため、焼成炉２０内の圧力（全圧）を一定に制御した場合、焼成炉２０内の酸素分圧は、被焼成物の焼成が進むにつれて低下することが予想される。そこで、ガス排出路４０を用いて、水蒸気と酸素ガスとを含む第１混合ガスＧａ１を焼成炉２０から排出する。

【0027】

焼成炉２０から排出された直後の第１混合ガスＧａ１は、凝縮器５０から送り出された直後の第２混合ガスＧａ２より高温の状態となっている。第１混合ガスＧａ１がガス排出路４０内を流れる際、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を行うことで、第１混合ガスＧａ１を冷却することができる。これにより、第１混合ガスＧａ１中の水蒸気を凝縮させやすくなる。第１混合ガスＧａ１を適切な温度まで冷却したら、第１混合ガスＧａ１を凝縮器５０に導入する。

【0028】

第１混合ガスＧａ１を凝縮器５０に導入したら、第１混合ガスＧａ１に対して、冷却または圧縮の少なくとも一方を行い、第１混合ガスＧａ１から水蒸気を凝縮させて除去する。そして、第１混合ガスＧａ１よりも酸素のモル分率の高い第２混合ガスＧａ２を得る。なお、水蒸気が凝縮した後の凝縮水は、必要に応じて凝縮器５０から排出すればよい。第２混合ガスＧａ２を得たら、送風ファン等を用いて、第２混合ガスＧａ２を第２ガス供給路６０へ送り出す。

【0029】

凝縮器５０から送り出された直後の第２混合ガスＧａ２は、焼成炉２０から排出された直後の第１混合ガスＧａ１より低温の状態となっている。第２混合ガスＧａ２が第２ガス供給路６０内を流れる際、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を行うことで、第２混合ガスＧａ２を加熱することができる。これにより、第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０に供給する際、焼成炉２０内の温度低下を抑制することができる。その結果、被焼成物を安定的に焼成することが可能となる。

【0030】

第１混合ガスＧａ１と、第２混合ガスＧａ２との熱交換を行い、第２混合ガスＧａ２を加熱しても、第２混合ガスＧａ２の温度は、焼成炉２０内の温度よりも低い場合がある。そこで、焼成炉２０内と、第２混合ガスＧａ２との温度差が大きい場合、加熱部７０を用いて、第２混合ガスＧａ２を、焼成炉２０内の温度付近まで加熱することが好ましい。これにより、焼成炉２０内と、第２混合ガスＧａ２との温度差を低減し、第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０に供給する際、焼成炉２０内の温度低下を抑制することができる。第２混合ガスＧａ２を適切な温度まで加熱したら、第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０に供給する。

【0031】

酸素のモル分率の高い第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０に供給することにより、焼成炉２０内の酸素分圧が上昇する。これにより、焼成炉２０内の酸素分圧を保持しやすくなるため、使用する酸素ガス量を低減することができる。その結果、焼成物を製造する際の製造コストを低減することが可能となる。

【0032】

以上の工程により、製造コストを低減しつつ、焼成物を製造することができる。

【0033】

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

【0034】

（ａ）本実施形態の焼成物製造装置１０は、水酸化物または水和化合物の少なくとも一方を含む被焼成物を焼成する焼成炉２０と、焼成炉２０に酸素ガスを供給する第１ガス供給路３０と、焼成炉２０から水蒸気と酸素ガスとを含む第１混合ガスＧａ１を排出するガス排出路４０と、第１混合ガスＧａ１から水蒸気を凝縮させて除去し、第１混合ガスＧａ１よりも酸素のモル分率の高い第２混合ガスＧａ２を得る凝縮器５０と、焼成炉２０に第２混合ガスＧａ２を供給する第２ガス供給路６０と、を有している。このような構成により、焼成炉２０内の酸素分圧を保持しやすくなるため、使用する酸素ガス量を低減することができる。

【0035】

（ｂ）本実施形態の焼成物製造装置１０において、ガス排出路４０および第２ガス供給路６０は、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を行うように配置されている。これにより、第１混合ガスＧａ１が冷却されるため、効率よく第１混合ガスＧａ１から水蒸気を除去することができる。その結果、焼成物を製造する際の製造コストを低減することが可能となる。さらに、第２ガス供給路６０から供給される第２混合ガスＧａ２が加熱されるため、焼成炉２０内の温度低下を抑制することができる。その結果、被焼成物を安定的に焼成することが可能となる。

【0036】

ここで、例えば、第１ガス供給路３０内の酸素ガスと、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１との熱交換を行うように、各配管を配置した場合、第１ガス供給路３０内の酸素ガスによって、第１混合ガスＧａ１の冷却は行われるものの、第２混合ガスＧａ２を低温の状態で焼成炉２０に供給することになる。そのため、焼成炉２０内の温度が不安定となる可能性がある。これに対し、本実施形態では、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を行うため、第１混合ガスＧａ１の冷却と、第２混合ガスＧａ２の加熱を同時に行うことができる。さらに、加熱部７０により、第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０内の温度付近まで加熱してから焼成炉２０に供給するため、焼成炉２０内の温度を安定化することが可能となる。

【0037】

（ｃ）本実施形態の焼成物製造装置１０において、ガス排出路４０の一部および第２ガス供給路６０の一部は、互いに沿うように配置されていることが好ましい。これにより、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を効率的に行うことができる。

【0038】

（ｄ）本実施形態の焼成物製造装置１０において、ガス排出路４０の一部および第２ガス供給路６０の一部は、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との流れが対向するように配置されていることが好ましい。これにより、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を効率的に行うことができる。

【0039】

（ｅ）本実施形態の焼成物製造装置１０は、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２を、焼成炉２０内の温度付近まで加熱する加熱部７０を有していることが好ましい。これにより、焼成炉２０内と、第２混合ガスＧａ２との温度差を低減し、第２混合ガスＧａ２を焼成炉２０に供給する際、焼成炉２０内の温度低下を抑制することができる。

【0040】

（４）第１実施形態の変形例
上述の実施形態は、必要に応じて、以下に示す変形例のように変更することができる。以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明し、上述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0041】

図２は、本変形の焼成物製造装置１００の一例を示す概略構成図である。図２に示すように、本変形例の焼成物製造装置１００は、ガス排出路４０の一部および第２ガス供給路６０の一部は、二重管として構成されている。具体的には、第２ガス供給路６０が二重管の内管、ガス排出路４０が二重管の外管として構成されている。

【0042】

本変形例では、上述の第１実施形態と比べて、ガス排出路４０および第２ガス供給路６０の接触面積（伝熱面積）を大きくしやすい。これにより、ガス排出路４０内の第１混合ガスＧａ１と、第２ガス供給路６０内の第２混合ガスＧａ２との熱交換を効率的に行うことができる。

【0043】

また、本変形例では、第２ガス供給路６０が二重管の内管として構成されているため、第２ガス供給路６０と外気との接触面積が小さくなり、第２混合ガスＧａ２の熱が外気によって奪われ難い。また、ガス排出路４０が二重管の外管として構成されているため、ガス排出路４０と外気との接触面積が大きくなり、第１混合ガスＧａ１を外気によって冷却しやすくなる。

【0044】

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0045】

例えば、上述の実施形態では、焼成炉２０として、密閉性に優れたバッチ式の炉を例示したが、生産性向上の観点からは、被焼成物を焼成炉２０内に連続的に供給可能なコンベア式等の連続炉を用いてもよい。この場合、焼成炉２０は、被焼成物を供給するための入り口と、焼成物を搬出するための出口を有することが好ましい。

【符号の説明】

【0046】

１０ 焼成物製造装置
２０ 焼成炉
２１ 被焼成物収容容器
２２ ヒータ
３０ 第１ガス供給路
４０ ガス排出路
５０ 凝縮器
６０ 第２ガス供給路
７０ 加熱部
１００ 焼成物製造装置

【図1】

【図2】