JP5193745B2 - Nanocarbon generation furnace - Google Patents

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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。   The present invention relates to a nanocarbon production furnace for efficiently producing highly useful fibrous nanocarbons such as carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon nanocoils.

カーボンナノチューブの生成法としては、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。 Examples of the method for producing the carbon nanotube include an arc discharge method, a laser vapor deposition method, and a chemical vapor deposition method (CVD method).
The arc discharge method is a method in which graphite is evaporated by causing an arc discharge between positive and negative graphite electrodes, and carbon nanotubes are generated in a carbon deposit condensed at the tip of the cathode (see, for example, Patent Document 1). ). The laser vapor deposition method is a method of generating a carbon nanotube by putting a graphite sample mixed with a metal catalyst in an inert gas heated to a high temperature and irradiating it with a laser (see, for example, Patent Document 2).
Generally, carbon nanotubes with good crystallinity can be produced by the arc discharge method or laser evaporation method, but the amount of carbon nanotubes to be produced is small and it is difficult to produce them in large quantities.

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。   In the CVD method, a substrate method in which carbon nanotubes are generated on a substrate placed in a reaction furnace (see, for example, Patent Document 1), and a catalytic metal and a carbon source are flowed together in a high-temperature furnace to generate carbon nanotubes. There are two methods, a fluidized gas phase method (see, for example, Patent Document 4).

気相成長法について、図１１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。なお、図１０中の符番８は炭化水素ガスを示す。   The vapor phase growth method will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 in the figure indicates a reaction tube in which a catalyst-carrying substrate 3 carrying a catalyst 2 is disposed. An electric heater 4 is disposed on the outer periphery of the reaction tube 1. When a raw material (hydrocarbon) 5 is allowed to flow from one side of the reaction tube 1 and exhausted from the other side of the reaction tube 1 in the reaction tube 1 having such a configuration, a hydrocarbon gas 6 is generated inside the reaction tube 1. Thus, the carbon nanotubes 7 are formed. In addition, the number 8 in FIG. 10 shows hydrocarbon gas.

次に、流動気相法について、図１２を参照して説明する。但し、図１０と同部材は同符番を付して説明を省略する。図１２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。   Next, the fluidized gas phase method will be described with reference to FIG. However, the same members as those in FIG. In FIG. 12, the carrier gas 8 is caused to flow together with the hydrocarbon 5 as the raw material from one side of the reaction tube 1. Thereby, the hydrocarbon gas 6 is generated in the reaction tube 1 corresponding to the portion where the electric heater 4 is disposed, and the carbon nanotube 7 is formed.

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。   However, since the vapor phase growth method is a badge process, mass production is difficult. Further, the fluidized gas phase method is said to be difficult to produce carbon nanotubes with low temperature uniformity and good crystallinity. Further, as a development type of the fluidized gas phase method, a method of forming a fibrous nanocarbon by forming a fluidized bed with a fluid material also serving as a catalyst in a high-temperature furnace and supplying a carbon raw material has been proposed. However, it is considered difficult to produce carbon nanotubes with low temperature uniformity in the furnace and good crystallinity.

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、ナノカーボン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。特に、これまでは特殊な触媒基板を製作し、その基板上で原料ガスと反応させてナノカーボンを生成したおり、長時間運転することで、その特殊な触媒基板が薄くなり、それ以上ナノカーボンが生成しなくなってしまう問題があった。
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 Therefore, if it becomes possible to mass-produce highly useful fibrous nanocarbons such as carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon nanocoils with high purity and stability at low cost, the characteristics of nanocarbons will be improved. It will be possible to supply large quantities of nanotechnology products that have been utilized at low cost. In particular, a special catalyst substrate has been manufactured so far, and nanocarbon is produced by reacting with the raw material gas on the substrate. By operating for a long time, the special catalyst substrate becomes thinner, and more nanocarbon is produced. There was a problem that no longer generated.
JP 2000-95509 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-273308 JP 2000-86217 A JP 2003-342840 A

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、特殊な触媒基板等を用いずにしかも触媒用金属粉が殆ど混入することなく、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。また、本発明は、一定条件で運転することで、殆ど半永久的にナノカーボンを生成しつづけることができ、ナノカーボンを大量に供給することが可能なナノカーボン生成炉を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and without using a special catalyst substrate or the like, and with almost no catalyst metal powder mixed therein, high-quality carbon nanotubes, carbon fibers, high purity and stability, An object of the present invention is to provide a nanocarbon generating furnace capable of mass-producing highly useful fibrous nanocarbons such as carbon nanocoils at a low cost. Another object of the present invention is to provide a nanocarbon generating furnace capable of continuing to generate nanocarbon almost semi-permanently by operating under certain conditions, and capable of supplying a large amount of nanocarbon. To do.

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、この加熱炉容器の内面に配置された円筒状の金属基板と、この加熱炉容器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と微量の金属触媒粉とを混合噴霧する炭化水素・触媒混合噴霧ノズルと、前記加熱炉容器の下流側に配置された生成ナノカーボン排出ノズルとを具備し、炭化水素・触媒混合噴霧ノズルより金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を連続的に或いは間欠的に噴霧することにより加熱炉容器内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前記排出ノズルにより排出することを特徴とする。 A nanocarbon generating furnace according to the present invention includes a heating furnace container in a reducing atmosphere, a cylindrical metal substrate disposed on the inner surface of the heating furnace container, a heating source disposed on the outer periphery of the heating furnace container, A hydrocarbon / catalyst mixed spray nozzle disposed on the upstream side of the heating furnace vessel for mixing and spraying a hydrocarbon and a small amount of metal catalyst powder in the heating furnace vessel, and a generation disposed on the downstream side of the heating furnace vessel A nanocarbon discharge nozzle, and a metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with a metal catalyst powder from a hydrocarbon / catalyst mixed spray nozzle is continuously or intermittently sprayed to react in a heating furnace vessel and nano Carbon is grown, and the grown produced nanocarbon is discharged by the discharge nozzle.

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。しかも一定条件で運転することで、殆ど半永久的にナノカーボンを生成しつづけることができ、ナノカーボンを大量に供給することが可能なナノカーボン生成炉を提供することができる。   According to the present invention, highly useful fibrous nanocarbons such as high-quality carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon nanocoils having high purity and stability can be mass-produced efficiently at low cost. Moreover, by operating under certain conditions, it is possible to provide a nanocarbon generating furnace that can continue to generate nanocarbon almost semi-permanently and can supply a large amount of nanocarbon.

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、還元雰囲気の加熱炉容器と、この加熱炉容器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と微量の金属触媒粉とを混合噴霧する炭化水素・触媒混合噴霧ノズルと、前記加熱炉容器の下流側に配置された生成ナノカーボン排出ノズルとを具備し、炭化水素・触媒混合噴霧ノズルより金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を連続的に或いは間欠的に噴霧することにより加熱炉容器内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前記排出ノズルにより排出することができる。 Hereinafter, the nanocarbon production furnace of the present invention will be described in more detail.
(1). As described above, the nanocarbon generating furnace of the present invention includes a heating furnace container in a reducing atmosphere, a heating source disposed on the outer periphery of the heating furnace container, and an upstream side of the heating furnace container. A hydrocarbon / catalyst mixing spray nozzle for mixing and spraying a hydrocarbon and a small amount of metal catalyst powder in the container, and a generated nanocarbon discharge nozzle arranged on the downstream side of the heating furnace container. Metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with metal catalyst powder is sprayed continuously or intermittently from the mixing spray nozzle to react in the heating furnace vessel to grow nanocarbon, and the generated produced nanocarbon is discharged. It can be discharged by a nozzle.

（２）．上記（１）において、前記加熱炉容器内で生成、成長し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の内面近傍を掻き取るように配置され、この掻取り機構により加熱炉容器の内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、加熱炉容器の下流からナノカーボンを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。   (2). In the above (1), the scraping mechanism for scraping off the nanocarbon generated and grown in the heating furnace vessel is disposed so as to scrape the vicinity of the inner surface of the heating furnace vessel. It is preferable to scrape off the nanocarbon that has grown. With such a configuration, nanocarbon can be stably discharged from the downstream of the heating furnace vessel, and nanocarbon can be continuously produced.

（３）．上記（１）又は（２）において、前記炭化水素と混合噴霧する微量の金属触媒粉の材質は鉄であり、前記加熱炉容器の内面の表面温度は、微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を連続的に或いは間欠的に噴霧する状態で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、金属触媒粉を安価な鉄でナノカーボンを生成できる。また、加熱炉容器の内面上から或る一定厚さ以上に成長しその自重で加熱炉容器から剥離、或いは、生成ナノカーボンを掻取り機構により掻き落とすことにより、自然落下したナノカーボンは前記加熱炉容器の下部に流下し、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。   (3). In the above (1) or (2), the material of the trace metal catalyst powder mixed and sprayed with the hydrocarbon is iron, and the surface temperature of the inner surface of the heating furnace vessel is a metal catalyst mixed with the trace metal catalyst powder. It is preferable that the temperature is set in the range of 550 to 700 ° C. in a state where the powder mixed hydrocarbon is sprayed continuously or intermittently. With such a configuration, it is possible to produce nanocarbon from metal catalyst powder with inexpensive iron. In addition, the nanocarbon that has grown naturally from the inner surface of the heating furnace container and peeled off from the heating furnace container by its own weight, or scraped off the generated nanocarbon by a scraping mechanism, By flowing down to the lower part of the furnace vessel and discharging from the downstream of the heating furnace vessel, nanocarbon can be continuously produced.

（４）．上記（１）乃至（３）において、前記加熱炉容器内に噴霧する微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素は加熱炉容器内で加熱してガス状態とし、前記加熱炉容器の内面の表面温度の温度を下げずに均一に噴霧することが好ましい。こうした構成により、加熱炉容器内の温度が下がることなく、加熱炉容器内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加熱炉容器を最適な範囲に保持することができ、加熱炉容器内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。   (4). In said (1) thru | or (3), the metal catalyst powder mixed hydrocarbon which mixed the trace amount metal catalyst powder sprayed in the said heating furnace container is heated in a heating furnace container, and is made into a gaseous state, It is preferable to spray uniformly without lowering the surface temperature of the inner surface. With such a configuration, the temperature in the heating furnace container is not lowered, the nanocarbon generation reaction in the heating furnace container is promoted, the generation speed of nanocarbon is increased, and the generation efficiency is increased. In addition, even if the set temperature of the heating source is set low, the heating furnace vessel can be kept in the optimum range, the heating temperature in the heating furnace vessel can be lowered, and the nanocarbon generation efficiency is increased. Nanocarbon can be produced and recovered continuously and stably.

（５）．上記（１）乃至（４）において、前記加熱炉容器内に噴霧する微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素は、ガス状態で噴霧するだけでなく、液体状態で噴霧して前記加熱炉容器内で気化させることにより前記加熱炉容器内で反応させることが好ましい。こうした構成により、加熱炉容器内の温度が下がることなく、加熱炉容器内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。   (5). In the above (1) to (4), the metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with a small amount of metal catalyst powder sprayed into the heating furnace vessel is not only sprayed in a gas state but also sprayed in a liquid state. It is preferable to make it react in the said heating furnace container by making it vaporize in a heating furnace container. With such a configuration, the temperature in the heating furnace container is not lowered, the nanocarbon generation reaction in the heating furnace container is promoted, the generation speed of nanocarbon is increased, and the generation efficiency is increased.

（６）．上記（５）において、前記加熱炉容器内に噴霧する微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合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、その液体の微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素には酸成分を含み、前記加熱炉容器内から金属の微粒子が腐食して剥離しやすくすることで、前記加熱炉容器内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、加熱炉容器内の温度が下がることなく、加熱炉容器内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。   (6). In the above (5), the metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with a small amount of metal catalyst powder sprayed into the heating furnace container is sprayed in the heating furnace container in a liquid state, and the liquid trace amount of metal catalyst powder It is preferable to promote the reaction in the heating furnace vessel by including an acid component in the mixed metal catalyst powder mixed hydrocarbon of the metal and facilitating separation and peeling of metal fine particles from the heating furnace vessel. . With such a configuration, the nanocarbon generation reaction in the heating furnace container is promoted without lowering the temperature in the heating furnace container, and the generation efficiency of nanocarbon is increased.

（７）．上記(１)乃至（６）において、前記加熱炉容器内に金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を噴霧するだけでなく、水素も噴霧することで前記加熱炉容器内を活性化させることが好ましい。こうした構成により、加熱炉容器内では加熱炉容器内に噴霧する金属触媒粉混合炭化水素中の触媒粒子が核となり炭化水素だけでなく水素も噴霧され高温状態で反応することで、金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合と比べて、気相成長法によってより効率的にナノカーボンが生成、成長する。また、加熱炉容器内は均一に加熱されるとともに、金属触媒粉混合炭化水素と水素が均一に噴霧されることで、加熱炉容器内で斑なく均一にナノカーボンが生成、成長し、ナノカーボンを連続的に製造することができる。   (7). In the above (1) to (6), the inside of the heating furnace vessel is activated not only by spraying the metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with the metal catalyst powder into the heating furnace vessel but also by spraying hydrogen. It is preferable. With such a configuration, the catalyst particles in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed in the heating furnace vessel become the core in the heating furnace vessel, and not only hydrocarbons but also hydrogen are sprayed and reacted in a high temperature state, so that the metal catalyst powder Compared with the case where only the mixed metal catalyst powder mixed hydrocarbon is sprayed and reacted at a high temperature, nanocarbon is generated and grown more efficiently by the vapor phase growth method. In addition, the inside of the heating furnace vessel is uniformly heated, and the metal catalyst powder mixed hydrocarbon and hydrogen are uniformly sprayed, so that nanocarbon is uniformly generated and grown in the heating furnace vessel, and the nanocarbon. Can be produced continuously.

（８）．上記(１)乃至（６）において、前記加熱炉容器内に金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を噴霧するだけでなく、水蒸気も噴霧することで前記加熱炉容器内を活性化させることが好ましい。こうした構成により、上記(７)と同様、金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合と比べて、気相成長法によってより効率的にナノカーボンが生成、成長するとともに、ナノカーボンを連続的に製造することができる。   (8). In the above (1) to (6), the inside of the heating furnace vessel is activated not only by spraying the metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with the metal catalyst powder into the heating furnace vessel but also by spraying water vapor. It is preferable. With such a configuration, as in the above (7), compared to the case where only the metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with the metal catalyst powder is sprayed and reacted in a high temperature state, nanocarbon is generated more efficiently by the vapor phase growth method. As it grows, nanocarbon can be produced continuously.

（９）．上記(２)において、前記掻取り機構は、前記加熱炉容器の中心軸を中心に掻取り羽根などの掻取り部材を回転させ、かつ前記加熱炉容器内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、加熱炉容器内の金属微粒子を掻き取ることなく、加熱炉容器内表面から或る一定厚さ以上に成長してその自重で加熱炉容器内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内の下部に流下させ、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。   (9). In the above (2), the scraping mechanism rotates a scraping member such as a scraping blade around the central axis of the heating furnace container, and a clearance distance between the surface in the heating furnace container and the scraping member It is preferable that the configuration can be adjusted. With this configuration, the nanocarbon that grows to a certain thickness or more from the inner surface of the heating furnace vessel and does not peel off from the heating furnace vessel is periodically removed without scraping off the metal fine particles in the heating furnace vessel. Can be forced to flow down to the lower part of the heating furnace vessel and stably discharged from the downstream of the heating furnace vessel, and nanocarbon can be continuously produced.

（10）．上記(１)乃至（９）において、前記加熱炉容器の内面の表面温度は、金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合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、前記加熱炉容器内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、加熱炉容器内の表面温度を正確に計測し、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る。従って、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。   (Ten). In said (1) thru | or (9), the surface temperature of the inner surface of the said heating furnace container is 550-700 in the state which sprays the metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with the metal catalyst powder uniformly continuously or intermittently. It is preferable that temperature measuring means for measuring the surface inside the heating furnace vessel is installed so that the temperature can be accurately set in the range of ° C. With such a configuration, the surface temperature in the heating furnace container is accurately measured, and the heater temperature outside the heating furnace container is strictly controlled, whereby the nanocarbon generation efficiency and purity can be increased. Therefore, high-quality and high-purity nanocarbon can be continuously produced.

（11）．上記(１)乃至（10）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、前記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。こうした構成により、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。   (11). In the above (1) to (10), the nanocarbon discharge part of the heating furnace vessel is provided with two upper and lower double dampers for discharging the nanocarbon, and the temperature in the heating furnace vessel is constant and reduced. It is preferable that the nanocarbon be removed to the outside of the heating furnace as it is. With such a configuration, a compact nanocarbon generating furnace capable of stably and reliably delivering the nanocarbon from the heating furnace container can be obtained.

（12）．上記(１)乃至（11）において、金属触媒粉は、鉄の純度の高い鉄粉もしくは鉄を含んだ炭素鋼の高い鉄粉であることが好ましい。こうした構成より、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。   (12). In said (1) thru | or (11), it is preferable that metal catalyst powder is iron powder with high iron purity, or high iron powder of carbon steel containing iron. With such a configuration, it is possible to easily produce high-quality nanocarbon at low cost. In addition, the product standards for high-purity iron plates or carbon steel containing iron are uniform, so that mass production of high-quality nanocarbons with consistently high purity and high stability is always possible at low cost. Can do.

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の概略図である。 図中の符番１１は、還元雰囲気の縦型の加熱炉容器（内筒）を示す。この加熱炉容器１１の内面には、円筒状の金属基板１２が密着して配置されている。この金属基板１２には触媒の機能を持たせることも可能であり、例えば、鉄基板とすることでこの基板に触媒機能を持たせることができる。但し、本発明においては、加熱炉容器１１の上流側に加熱炉容器１１内に炭化水素と微量の金属触媒粉とを混合噴霧する炭化水素・触媒混合噴霧ノズル１５が配置され，ここから金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を注入され、注入する炭化水素中には微量の金属触媒粉を混合しているため、金属基板１２は常時金属触媒の機能を保持する必要はない。この金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素中に混合する金属触媒粉は、ナノカーボン生成の核としての機能を持たせるために微量混合すればよく、炭化水素に比べて十分に微量なレベルである。金属触媒粉は、炭化水素との混合に際しては炭化水素が液体である場合、例えば炭化水素液中に微量の金属触媒粉を注入し、攪拌、混合させることで、炭化水素液中に注入した金属触媒粉が十分に均一に拡散されて混合させる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic view of a vertical type nanocarbon generating furnace according to a first embodiment of the present invention. Reference numeral 11 in the figure indicates a vertical heating furnace container (inner cylinder) in a reducing atmosphere. A cylindrical metal substrate 12 is disposed in close contact with the inner surface of the heating furnace container 11. The metal substrate 12 can have a catalyst function. For example, by using an iron substrate, the substrate can have a catalyst function. However, in the present invention, a hydrocarbon / catalyst mixed spray nozzle 15 for mixing and spraying a hydrocarbon and a small amount of metal catalyst powder is disposed in the heating furnace vessel 11 on the upstream side of the heating furnace vessel 11, from which a metal catalyst is provided. The metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with the powder is injected, and since the trace amount of the metal catalyst powder is mixed in the injected hydrocarbon, the metal substrate 12 does not always need to maintain the function of the metal catalyst. The metal catalyst powder mixed in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon with which the metal catalyst powder is mixed may be mixed in a minute amount so as to have a function as a core of nanocarbon generation. Is a level. When the hydrocarbon is a liquid when mixed with the hydrocarbon, the metal catalyst powder is injected into the hydrocarbon liquid by, for example, injecting a small amount of the metal catalyst powder into the hydrocarbon liquid, stirring and mixing. The catalyst powder is sufficiently uniformly diffused and mixed.

炭化水素中に混合する金属触媒粉の量としては、炭化水素に対する金属触媒粉の比率が、１／１０万〜１０００万程度の微小レベルで十分であり、特に炭化水素が液体の場合、炭化水素の容器に微小レベルの金属触媒粉を添加し均一攪拌する程度で十分である。尚、金属触媒粉の添加量が多いと、ナノカーボンの生成量は高まるが、生成ナノカーボン中に金属触媒粉が含まれ、局所的に純度が低くなるという問題がある。この為、金属触媒粉の添加比率は極力下げて、金属触媒粉が殆ど含まれていない純度の高いナノカーボンが生成するよう、炭化水素原料の種類と添加する金属触媒粉の種類の組合せにより、その組合せ条件での最適な金属触媒粉添加比率を見極めることが重要とある。   As the amount of the metal catalyst powder to be mixed in the hydrocarbon, the ratio of the metal catalyst powder to the hydrocarbon is sufficient at a minute level of about 1 / 100,000 to 10 million, especially when the hydrocarbon is liquid It is sufficient that a minute level of metal catalyst powder is added to the container and stirred uniformly. In addition, when there is much addition amount of a metal catalyst powder, the production amount of nanocarbon will increase, but there exists a problem that metal catalyst powder is contained in produced | generated nanocarbon and purity falls locally. For this reason, the addition ratio of the metal catalyst powder is lowered as much as possible, and the combination of the type of hydrocarbon raw material and the type of metal catalyst powder to be added so that highly pure nanocarbon containing almost no metal catalyst powder is produced, It is important to determine the optimum metal catalyst powder addition ratio under the combination conditions.

これにより、前記加熱炉容器１１内面の円筒状の容器材料は、円筒状の金属基板１２自体が触媒としての機能を有しなくても、耐熱性を有し且つある程度表面が滑らかで熱変形しない材質でありさえすれば問題なく、金属触媒粉混合炭化水素を供給するのみで、安定的にナノカーボンを生成することができる。   Thereby, the cylindrical container material on the inner surface of the heating furnace container 11 has heat resistance and a certain degree of smoothness and does not thermally deform even if the cylindrical metal substrate 12 itself does not have a function as a catalyst. As long as the material is used, there is no problem, and nanocarbon can be stably generated only by supplying metal catalyst powder mixed hydrocarbons.

前記加熱炉容器１１の円筒状の容器材料外周部には加熱源としての電気ヒータ１３が配置され、この電気ヒータ１３により前記加熱炉容器１１内が加熱されるようになっている。前記加熱炉容器１１及び電気ヒータ１３の外側には保温材１４が配置され、加熱炉容器１１の内部を保温するように構成されている。前記加熱炉容器１１の上部側（上流側）には、加熱炉容器１１の内部に金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を注入するための金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５が配置されている。この金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５の先端には金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ１６が取り付けられ、ここで金属触媒粉混合炭化水素が加熱炉容器内に噴霧されるようになっている。加熱炉容器１１の下部側（下流側）には、前記加熱炉容器１１内で生成し、分離したナノカーボン１７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）１８が設けられている。   An electric heater 13 as a heating source is disposed on the outer peripheral portion of the cylindrical container material of the heating furnace container 11, and the inside of the heating furnace container 11 is heated by the electric heater 13. A heat insulating material 14 is disposed outside the heating furnace container 11 and the electric heater 13 so as to keep the inside of the heating furnace container 11 warm. A metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 for injecting metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with metal catalyst powder into the furnace furnace 11 is arranged on the upper side (upstream side) of the furnace vessel 11. Has been. A metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 16 is attached to the tip of the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 so that the metal catalyst powder mixed hydrocarbon is sprayed into the heating furnace vessel. On the lower side (downstream side) of the heating furnace vessel 11, a generated nanocarbon discharge nozzle (hereinafter simply referred to as a discharge nozzle) 18 that discharges the separated nanocarbon 17 generated in the heating furnace vessel 11 is provided. ing.

次に、上記構成のナノカーボン生成炉１０の動作について作用する。
まず、ナノカーボン生成炉１０内の上流側から金属触媒粉混合炭化水素を金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５から金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ１６を経由して連続的に或いは間欠的に噴霧する。これにより、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１内面に密着して配置した金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面で反応させてナノカーボン１７を成長させる。ナノカーボン生成炉１０内の上部で噴霧された金属触媒粉混合炭化水素は、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１内面に配置した金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面で反応させてナノカーボン１７が成長する。 Next, the operation of the nanocarbon generating furnace 10 having the above-described configuration will be performed.
First, metal catalyst powder mixed hydrocarbons are sprayed continuously or intermittently from the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 via the metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 16 from the upstream side in the nanocarbon generating furnace 10. To do. Thus, the nanocarbon 17 is grown by reacting on the metal substrate 12 arranged in close contact with the inner surface of the heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10 or on the inner surface of the heating furnace container 11. The metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed at the upper part in the nanocarbon generating furnace 10 reacts on the metal substrate 12 arranged on the inner surface of the heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10 or on the inner surface of the heating furnace container 11. As a result, nanocarbon 17 grows.

前記加熱炉容器１１内面の円筒状の容器材料、金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面で成長した生成ナノカーボン１７は、その自重で前記加熱炉容器１１内面、或いは、前記加熱炉容器１１内面から下流側に飛散し、剥離、飛散したナノカーボン１７’は自然落下する。微視的なナノカーボンの生成形態としては、最適温度において前記加熱炉容器１１内面の円筒状の容器材料、金属基板１２の表面、或いは、前記加熱炉容器１１内で金属微粒子と炭化水素とが反応してナノカーボン１７が生成し、成長する。また、これとともに、ナノカーボンの成長につれて反応する金属微粒子が空間に剥離し、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が生成、成長し、純度の高いナノカーボンが大量に合成できる。   The cylindrical container material on the inner surface of the heating furnace container 11, the generated nanocarbon 17 grown on the metal substrate 12 or the inner surface of the heating furnace container 11, the inner surface of the heating furnace container 11, or the heating furnace The nanocarbon 17 ′ scattered, peeled off and scattered from the inner surface of the container 11 naturally falls. As a form of microscopic nanocarbon generation, a cylindrical container material on the inner surface of the heating furnace container 11, a surface of the metal substrate 12, or metal fine particles and hydrocarbons in the heating furnace container 11 at an optimum temperature. In response, nanocarbon 17 is generated and grown. Along with this, the metal fine particles that react with the growth of nanocarbon peel into the space, the slightly peeled metal fine particles separate, and the nanocarbon is newly generated and grown from the separated metal fine particles to accelerate. As a result, nanocarbon is generated and grown, and high-purity nanocarbon can be synthesized in large quantities.

ナノカーボンは短時間で大量合成する。そのため、前記加熱炉容器１１内面の円筒状の容器材料、金属基板１２の表面、或いは、前記加熱炉容器１１内で或る一定厚さ以上に成長したナノカーボンの束は、その自重で前記加熱炉容器１１内面の円筒状の容器材料、金属基板１２の表面から剥離、或いは、前記加熱炉容器１１内で金属微粒子から成長し、自然落下する。その際、金属基板１２の表面から剥離する金属微粒子、また、ナノカーボンに含まれる金属微粒子はほんの僅かである。前記金属微粒子は、噴霧された金属触媒粉混合炭化水素中の金属触媒粉を核として、金属微粒子と炭化水素とが反応してナノカーボンが生成、成長を連続的に繰り返す。これにより、ナノカーボン生成炉１０の上部の金属触媒粉混合炭化水素を金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５から金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ１６を経由して連続的に噴霧し続ける。つまり、ナノカーボン生成炉内、及び、内筒内面に配置した金属基板上で反応を繰り返し、ナノカーボンが連続的に生成、成長を連続的に繰り返す。   Nanocarbon is synthesized in large quantities in a short time. Therefore, the cylindrical container material on the inner surface of the heating furnace container 11, the surface of the metal substrate 12, or the bundle of nanocarbons grown to a certain thickness or more in the heating furnace container 11 is heated by its own weight. The cylindrical container material on the inner surface of the furnace vessel 11 is peeled off from the surface of the metal substrate 12 or grown from metal fine particles in the heating furnace vessel 11 and spontaneously falls. At that time, only a few metal fine particles are peeled off from the surface of the metal substrate 12 and the metal fine particles contained in the nanocarbon. The metal fine particles react with the metal fine particles and hydrocarbons by using the metal catalyst powder in the sprayed metal catalyst powder mixed hydrocarbon as a nucleus to produce nanocarbon and continuously repeat growth. As a result, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon in the upper part of the nanocarbon generation furnace 10 is continuously sprayed from the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 via the metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 16. That is, the reaction is repeated in the nanocarbon generating furnace and on the metal substrate disposed on the inner surface of the inner cylinder, and nanocarbon is continuously generated and grown continuously.

即ち、ナノカーボン生成炉１０内、及び、前記加熱炉容器１１内面の円筒状の容器材料、内筒内面に配置した金属基板上では金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり噴霧された金属触媒粉混合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。ナノカーボン生成炉１０内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、ナノカーボン生成炉１０内で斑なく均一にナノカーボンが生成、成長できる。これにより、特殊な金属基板等を保持せずとも、金属触媒粉混合炭化水素を供給するのみで、安定的にナノカーボンを連続的に製造することができることになる。   That is, the metal catalyst in which the catalyst particles constituting the metal catalyst powder are atomized and sprayed on the inside of the nanocarbon generating furnace 10 and the cylindrical container material on the inner surface of the heating furnace container 11 and the metal substrate disposed on the inner surface of the inner cylinder. It reacts with powdered hydrocarbons at high temperature, and nanocarbon is generated and grown by vapor phase growth. The inner surface of the nanocarbon generating furnace 10 is uniformly heated and the hydrocarbons are also uniformly sprayed, so that nanocarbon can be generated and grown uniformly in the nanocarbon generating furnace 10 without spots. Thereby, even if it does not hold | maintain a special metal board | substrate etc., nanocarbon can be continuously manufactured stably only by supplying a metal catalyst powder mixed hydrocarbon.

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の外周部に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内に金属触媒粉混合炭化水素を噴霧する金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５と、加熱炉容器１１の下流側に配置された生成ナノカーボン排出ノズル１８とを具備し、加熱炉容器１１内に、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５より金属触媒粉混合炭化水素を連続的に噴霧することにより加熱炉容器１１内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前記排出ノズル１８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。 なお、第１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利用し、ナノカーボン製造装置全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。   As described above, according to the first embodiment, the heating furnace vessel 11, the electric heater 13 arranged on the outer periphery of the heating furnace vessel 11, and the upper side of the heating furnace vessel 11 are arranged. A metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 for spraying the metal catalyst powder mixed hydrocarbon into the container 11 and a generated nanocarbon discharge nozzle 18 disposed on the downstream side of the heating furnace container 11 are provided. Inside, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 continuously sprays the metal catalyst powder mixed hydrocarbon to cause reaction in the heating furnace vessel 11 to grow nanocarbon, and the grown produced nanocarbon is discharged. The nozzle 18 is configured to discharge. Therefore, high-quality nanocarbon with high purity and stability can be mass-produced efficiently at low cost. In addition, in 1st Embodiment, although the case where the electric heater was used as a heating source was described, it is not restricted to this, Hot air etc. which utilize exhaust heat of an apparatus, a plant, etc. are utilized, and the whole nanocarbon manufacturing apparatus is used. Efficiency and overall system efficiency may be improved.

また、設計上、炭化水素注入ノズルから噴霧する流量が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することは適宜実施する。   In addition, by design, the flow rate from the hydrocarbon injection nozzle is optimal for the production of nanocarbon. Installation of valves is performed as appropriate.

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、金属触媒粉混合炭化水素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、電気ヒータ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。   Furthermore, in FIG. 1, the nanocarbon production furnace is a vertical type, and the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle is installed at the top and the production nanocarbon discharge nozzle is installed at the bottom. Efficient by devising the method of discharging the generated nanocarbon, etc., by arranging the metal substrate in close contact with the inner surface of the concentric inner cylinder in the reducing carbon nanocarbon generating furnace heated from the electric heater Alternatively, nanocarbon may be continuously produced.

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。しかも一定条件で運転することで、殆ど半永久的にナノカーボンを生成しつづけることができ、ナノカーボンを大量に供給することが可能なナノカーボン生成炉を提供することができる。   According to the present invention, highly useful fibrous nanocarbons such as high-quality carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon nanocoils having high purity and stability can be mass-produced efficiently at low cost. Moreover, by operating under certain conditions, it is possible to provide a nanocarbon generating furnace that can continue to generate nanocarbon almost semi-permanently and can supply a large amount of nanocarbon.

（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、駆動軸回転モータ２２より回転する回転駆動軸である。この回転駆動軸２２には、金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面で成長した生成ナノカーボン１７を掻き取る板状の掻取り羽根２３ａ，及び掻き落としたナノカーボン１７を更に排出ノズル１８から確実に下部側に落とすための掻取り羽根２３ｂが夫々加熱炉容器１１と同心円状に取り付けられている。ここで、回転駆動軸２１，駆動軸回転モータ２２及び掻取り羽根２３ａ，２３ｂを総称して掻取り機構２４と呼ぶ。掻取り羽根２３ａ，２３ｂは、その最外側寄りの縁が円筒状の金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面の表面から僅かに均一な距離を離して回転するように構成されている。従って、掻取り羽根２３ａ，２３ｂは、円筒状の金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面の表面近傍に生成したナノカーボン１７のみを掻き落とすようになっている。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic view of a vertical nanocarbon generating furnace according to a second embodiment of the present invention. Note that the same members as those in FIG.
Reference numeral 21 in the figure is a rotational drive shaft that is rotated by a drive shaft rotary motor 22. The rotary drive shaft 22 has a plate-like scraping blade 23 a that scrapes off the generated nanocarbon 17 grown on the metal substrate 12 or on the inner surface of the heating furnace vessel 11, and further discharges the nanocarbon 17 scraped off. Scraping blades 23b for reliably dropping from 18 to the lower side are attached concentrically with the heating furnace vessel 11, respectively. Here, the rotation drive shaft 21, the drive shaft rotation motor 22, and the scraping blades 23a and 23b are collectively referred to as a scraping mechanism 24. The scraping blades 23a and 23b are configured such that their outermost edges rotate on the cylindrical metal substrate 12 or at a slightly uniform distance from the surface of the inner surface of the heating furnace vessel 11. . Accordingly, the scraping blades 23a and 23b scrape only the nanocarbon 17 generated on the cylindrical metal substrate 12 or in the vicinity of the surface of the inner surface of the heating furnace container 11.

次に、こうした構成のナノカーボン生成炉１０の動作について作用する。
まず、金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面の表面近傍では、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズルから注入、噴霧された金属触媒粉が核となる。この金属触媒粉は、注入、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１７が生成、成長する。掻き取り機構２４は常時回転させることも可能である。しかし、生成、成長したナノカーボン１７を頻繁に掻き取ると、ナノカーボンの回収量が低下し、金属表面を掻き取ることで、金属触媒粒子も同伴するようになりナノカーボンの含有金属量も増加する。この為、掻き取り機構２４は常時駆動させず、金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面の表面近傍である程度ナノカーボン１７が成長した段階で回転させるようにするのが効果的である。 Next, the operation of the nanocarbon generating furnace 10 having such a configuration will work.
First, on the metal substrate 12 or in the vicinity of the surface of the inner surface of the heating furnace vessel 11, the metal catalyst powder injected and sprayed from the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle becomes a nucleus. This metal catalyst powder reacts with the injected and sprayed hydrocarbons in a high temperature state, and nanocarbon 17 is generated and grown by the vapor phase growth method. The scraping mechanism 24 can be always rotated. However, if the generated and grown nanocarbon 17 is scraped frequently, the recovered amount of nanocarbon decreases, and the metal surface is also entrained by scraping the metal surface, increasing the amount of metal contained in the nanocarbon. To do. For this reason, it is effective not to drive the scraping mechanism 24 at all times, but to rotate it when the nanocarbon 17 has grown to some extent on the metal substrate 12 or in the vicinity of the inner surface of the heating furnace vessel 11. .

更に、ナノカーボンの嵩比重は非常に低いため、加熱炉容器１１の下部のナノカーボン排出ノズル１８が細く狭まっていると、掻き取られ流下したナノカーボンが加熱炉容器１１の下部でブリッジして排出されなくなることもある。このようなブリッジ防止の為に、ナノカーボン生成炉１０の下部側に位置する回転駆動軸２１に掻取り羽根２３ｂを設けている。これにより、ブリッジしやすいナノカーボン生成炉１０下部の生成ナノカーボン排出ノズル１８近傍表面を掻き取ることができ、生成ナノカーボンの掻き取り、掻き落としと同時に生成ナノカーボンの排出ブリッジ防止も効果的に行うことができる。   Furthermore, since the bulk specific gravity of nanocarbon is very low, if the nanocarbon discharge nozzle 18 at the bottom of the heating furnace vessel 11 is narrowed and narrowed, the nanocarbon scraped and flowed down bridges at the bottom of the heating furnace vessel 11. It may not be discharged. In order to prevent such bridging, a scraping blade 23 b is provided on the rotary drive shaft 21 located on the lower side of the nanocarbon generating furnace 10. As a result, the surface near the generated nanocarbon discharge nozzle 18 in the lower part of the nanocarbon generating furnace 10 that is easily bridged can be scraped off, and the generated nanocarbon can be effectively scraped and scraped off at the same time. It can be carried out.

第２の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、回転駆動軸２１，駆動軸回転モータ２２及び掻取り羽根２３ａ，２３ｂからなる掻取り機構２４を加熱炉容器１１に配置し、掻取り羽根２３ａにより金属基板表面の生成ナノカーボンを掻き取る構成になっている。このため、金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面の表面から或る一定厚さ以上に成長してその自重で金属基板１２上、或いは、前記加熱炉容器１１内面の表面近傍から剥離しきれないナノカーボン１７を定期的に強制的にナノカーボン生成炉１０の下部に流下させ、ナノカーボン生成炉１０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。
また、ナノカーボン生成炉１０の下部側に位置する回転駆動軸２１に掻取り羽根２３ｂを設けるため、ブリッジしやすいナノカーボン生成炉１０下部の生成ナノカーボン排出ノズル１８近傍表面を掻き取ることができるようにもすることで、生成ナノカーボンの掻き取り、掻き落としと同時に生成ナノカーボンの排出ブリッジ防止も効果的に行うことができる。 According to the nanocarbon generating furnace of the second embodiment, the scraping mechanism 24 including the rotary drive shaft 21, the drive shaft rotating motor 22, and the scraping blades 23a and 23b is arranged in the heating furnace container 11, and the scraping blade 23a. Thus, the generated nanocarbon on the surface of the metal substrate is scraped off. For this reason, it grows to a certain thickness or more from the surface of the inner surface of the heating furnace vessel 11 on the metal substrate 12 and peels from the surface of the inner surface of the heating furnace vessel 11 or the metal substrate 12 by its own weight. The nanocarbon 17 that cannot be completely forced to flow down to the lower part of the nanocarbon generation furnace 10 can be discharged stably from the downstream side of the nanocarbon generation furnace 10, and the nanocarbon is continuously produced. Can do.
Further, since the scraping blade 23b is provided on the rotary drive shaft 21 located on the lower side of the nanocarbon generating furnace 10, the surface in the vicinity of the generated nanocarbon discharge nozzle 18 at the lower part of the nanocarbon generating furnace 10 that is easily bridged can be scraped off. By doing so, it is possible to effectively prevent the generated nanocarbon from being discharged and bridged simultaneously with scraping and scraping off the generated nanocarbon.

なお、第２の実施形態において、生成ナノカーボンの掻き取り、掻き落としと同時に生成ナノカーボンの排出ブリッジ防止機構としては、上述した生成ナノカーボン掻き取り棒、掻き取り羽根の方式に限らず、両者を最適に実施できるよう、生成ナノカーボンの排出ブリッジ防止用にブラシを設置する等、ナノカーボンの安定的排出が行える方式を設計することもできることは言うまでもない。また、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利用し、ナノカーボン製造装置全体の効率、システム全体の効率化を図るようにしてもよい。   In the second embodiment, the generation nanocarbon discharge bridge prevention mechanism at the same time as scraping and scraping off the generated nanocarbon is not limited to the above-described generated nanocarbon scraping rod and scraping blade system, Needless to say, it is possible to design a system that can stably discharge nanocarbons, such as installing a brush for preventing discharge bridges of the generated nanocarbons so that the nanocarbons can be optimally implemented. Moreover, although the case where the electric heater was used as a heating source was described, not only this but the hot air etc. which use exhaust heat of an apparatus, a plant, etc. are used, and the efficiency of the whole nanocarbon manufacturing apparatus, the efficiency of the whole system You may make it plan.

（第３の実施形態）
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は、図２の生成炉と比較して基本的な構成は同じであるので、図２を利用して説明する。
第３の実施形態に係るナノカーボン生成炉は、炭化水素と混合噴霧する微量の金属触媒粉の材質を鉄とし、前記加熱炉容器内面の表面温度は、微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を連続的に或いは間欠的に噴霧する状態で５５０〜７００℃の範囲に設定したことを特徴とする。 (Third embodiment)
The vertical type nanocarbon generating furnace according to the third embodiment of the present invention has the same basic configuration as that of the generating furnace of FIG. 2, and will be described with reference to FIG.
In the nanocarbon generating furnace according to the third embodiment, the material of a small amount of metal catalyst powder mixed and sprayed with hydrocarbon is iron, and the surface temperature of the inner surface of the heating furnace container is a metal catalyst mixed with a small amount of metal catalyst powder. It is characterized by being set in a range of 550 to 700 ° C. in a state where the powder mixed hydrocarbon is sprayed continuously or intermittently.

前記加熱炉容器内面の表面温度をなるべく低くし、ナノ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、微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素の金属触媒粉を鉄とし、前記加熱炉容器内面の表面温度を８００℃以上に高めなくても、５５０〜７００℃の範囲に設定することで、最も効率的に高純度のカーボンナノチューブを生成できることを検証している。   The surface temperature of the inner surface of the heating furnace vessel should be as low as possible to increase the efficiency of the entire nanocarbon generating furnace. However, from our previous research, metal catalyst powder mixed with a small amount of metal catalyst powder By setting the metal catalyst powder of mixed hydrocarbon as iron and setting the surface temperature of the inner surface of the heating furnace vessel to 800 ° C. or higher, the temperature can be set within a range of 550 to 700 ° C., so that the most efficient high-purity carbon nanotubes are obtained. It is verified that can be generated.

第３の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、炭化水素と混合噴霧する微量の金属触媒粉を安価な鉄でナノカーボンを生成できるだけでなく、前記加熱炉容器内面で或る一定厚さ以上に成長しその自重で前記加熱炉容器内面から剥離、或いは、生成ナノカーボンを掻取り機構２４により掻き落とすことにより、自然落下したナノカーボン１７はナノカーボン生成炉の下部に流下し、ナノカーボン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することができる。   According to the nanocarbon generating furnace of the third embodiment, not only can a small amount of metal catalyst powder mixed and sprayed with hydrocarbons generate nanocarbon with inexpensive iron, but the inner surface of the heating furnace container has a certain thickness or more. The nanocarbon 17 that has fallen spontaneously flows down to the lower part of the nanocarbon generation furnace by peeling off from the inner surface of the heating furnace vessel with its own weight or scraping off the generated nanocarbon by the scraping mechanism 24. By discharging from the downstream of the furnace, nanocarbon can be produced continuously.

（第４の実施形態）
図３は、本発明の第４の実施形態に係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３１は、液体又は気体の状態の炭化水素を生成炉内に噴霧する為の金属触媒粉混合炭化水素注入ノズルを示す。また、符番３２は、液体又は気体の状態の金属触媒粉混合炭化水素を通す為の金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュを示す。 (Fourth embodiment)
FIG. 3 is a schematic view of a vertical type nanocarbon generating furnace according to a fourth embodiment of the present invention. The same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
Reference numeral 31 in the figure indicates a metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle for spraying liquid or gaseous hydrocarbons into the production furnace. Reference numeral 32 denotes a metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh for passing a metal catalyst powder mixed hydrocarbon in a liquid or gas state.

第４の実施形態では、加熱炉容器１１内面に噴霧する金属触媒粉混合炭化水素を液体或いは気体の状態でナノカーボン生成炉１０内に注入、噴霧し、この金属触媒粉混合炭化水素を加熱しガス状態とし、前記加熱炉容器１１内面の表面温度を下げずに均一に噴霧するようにしている。   In the fourth embodiment, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed on the inner surface of the heating furnace vessel 11 is injected and sprayed into the nanocarbon generating furnace 10 in a liquid or gas state, and the metal catalyst powder mixed hydrocarbon is heated. In a gas state, spraying is performed uniformly without lowering the surface temperature of the inner surface of the heating furnace vessel 11.

ナノカーボン生成炉１０の構造は、基本的に図２と同じである。しかし、図３では、還元雰囲気のナノカーボン生成炉内の上部の金属触媒粉混合炭化水素の注入部を金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル３１から金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ３２を経由して連続的に或いは間欠的に噴霧し続けるようにし、金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ３２をナノカーボン生成炉内の電気ヒータ１３の直近まで下げて、注入される液体或いは気体の状態の金属触媒粉混合炭化水素がナノカーボン生成炉内の電気ヒータ１３で加熱され、ガス状態となり、前記加熱炉容器１１内面の温度を下げずに均一に噴霧するようにした。   The structure of the nanocarbon generating furnace 10 is basically the same as FIG. However, in FIG. 3, the upper part of the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection part in the nanocarbon generating furnace in the reducing atmosphere passes from the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 31 through the metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 32. The metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 32 is continuously sprayed continuously or intermittently, and is lowered to the position close to the electric heater 13 in the nanocarbon generating furnace, so that the metal catalyst powder in a liquid or gas state to be injected The mixed hydrocarbon was heated by the electric heater 13 in the nanocarbon generating furnace to be in a gas state, and sprayed uniformly without lowering the temperature of the inner surface of the heating furnace container 11.

この場合、ナノカーボン生成炉は縦型とし、前記加熱炉容器１１内面の温度をナノカーボンの生成に最適な温度（５００〜７００℃）の範囲にとなるようにしているが、ナノカーボン生成炉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金属触媒粉混合炭化水素を噴霧することで加熱されガス状態となり、ガス状態の金属触媒粉混合炭化水素が前記加熱炉容器１１内部に均一に噴霧されて反応することで、前記加熱炉容器１１内の温度を下げずに効率的にナノカーボン１７を生成することができる。   In this case, the nanocarbon generating furnace is a vertical type, and the temperature of the inner surface of the heating furnace vessel 11 is set to a temperature range (500 to 700 ° C.) optimal for generating nanocarbon. The upper part is in a high temperature atmosphere due to the rising airflow. By spraying the metal catalyst powder mixed hydrocarbon in a liquid or gas state into this high temperature atmosphere, it is heated to become a gas state, and the metal catalyst powder mixed hydrocarbon in the gas state is uniformly sprayed inside the heating furnace vessel 11 to react. By doing so, the nanocarbon 17 can be efficiently generated without lowering the temperature in the heating furnace vessel 11.

第４の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル３１に連結した金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ３２をナノカーボン生成炉内の電気ヒータ１３の直近まで下げ、前記加熱炉容器１１に噴霧する金属触媒粉混合炭化水素を予めナノカーボン生成炉内で加熱し、ガス状態として前記加熱炉容器１１内に連続的に或いは間欠的に噴霧する構成になっている。これにより、前記加熱炉容器１１内の温度を下げることなく、前記加熱炉容器１１内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、これだけでなく、電気ヒータ１３の設定温度を低めに設定しても前記加熱炉容器１１内を最適な範囲に保持することができ、ナノカーボン生成炉１０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。   According to the nanocarbon generating furnace of the fourth embodiment, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 32 connected to the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 31 is lowered to the position close to the electric heater 13 in the nanocarbon generating furnace, The metal catalyst powder mixed hydrocarbon to be sprayed on the heating furnace container 11 is heated in advance in a nanocarbon generating furnace and sprayed into the heating furnace container 11 continuously or intermittently as a gas state. As a result, the nanocarbon generation reaction in the heating furnace container 11 is promoted without lowering the temperature in the heating furnace container 11, the generation rate of nanocarbon is increased, and the generation efficiency is increased. In addition to this, even if the set temperature of the electric heater 13 is set low, the inside of the heating furnace vessel 11 can be maintained in an optimum range, and the heating temperature of the nanocarbon generating furnace 10 can be lowered, Nanocarbon can be continuously and stably produced and recovered with the nanocarbon production efficiency increased.

（第５の実施形態）
図４は、本発明の第５の実施形態に係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３３は、液体の状態の金属触媒粉混合炭化水素を生成炉内に噴霧する為の金属触媒粉混合炭化水素注入ノズルを示す。また、符番３４は、電気ヒータ１３の直近まで下げられた、液体の状態の金属触媒粉混合炭化水素を通す為の金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュを示す。 (Fifth embodiment)
FIG. 4 is a schematic view of a vertical type nanocarbon generating furnace according to a fifth embodiment of the present invention. In addition, the same member as FIGS.
Reference numeral 33 in the figure indicates a metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle for spraying the metal catalyst powder mixed hydrocarbon in a liquid state into the production furnace. Reference numeral 34 denotes a metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh that is lowered to a position close to the electric heater 13 to pass the metal catalyst powder mixed hydrocarbon in a liquid state.

図４のナノカーボン生成炉１０は、図１，図２，図３のナノカーボン生成炉と基本的な構成は同様である。しかし、図４では、還元雰囲気のナノカーボン生成炉の加熱炉容器１１内に噴霧する液体の金属触媒粉混合炭化水素は、加熱してガス状態で噴霧するだけでなく、液体状態のまま噴霧してナノカーボン生成炉内で噴霧した液体の金属触媒粉混合炭化水素を気化させることにより前記加熱炉容器１１内で反応させるようにした構成となっている。   The nanocarbon generation furnace 10 of FIG. 4 has the same basic configuration as the nanocarbon generation furnace of FIGS. However, in FIG. 4, the liquid metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed in the heating furnace vessel 11 of the nanocarbon generating furnace in the reducing atmosphere is not only heated and sprayed in a gas state but also sprayed in a liquid state. Thus, the liquid metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed in the nanocarbon generating furnace is vaporized to cause the reaction in the heating furnace vessel 11.

即ち、還元雰囲気のナノカーボン生成炉１０内の同心円状の加熱炉容器１１内に噴霧する金属触媒粉混合炭化水素は、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微量の金属触媒粉を混合して液体状態で噴霧してナノカーボン生成炉１０内で気化させている。これにより、加熱炉容器１１内に気化した金属触媒粉混合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１７を生成できるようにするものである。   That is, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed in the concentric heating furnace vessel 11 in the nanocarbon generating furnace 10 in a reducing atmosphere is a trace amount in hydrocarbon oils such as ethanol, methanol, bioethanol, various alcohols, kerosene and the like. These metal catalyst powders are mixed and sprayed in a liquid state and vaporized in the nanocarbon generating furnace 10. As a result, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon vaporized in the heating furnace vessel 11 is continuously and uniformly sprayed and reacted so that the nanocarbon 17 can be generated.

図４のナノカーボン生成炉１０内において、噴霧する金属触媒粉混合炭化水素中の金属触媒粉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１７が生成、成長する。   In the nanocarbon generating furnace 10 of FIG. 4, the vaporized hydrocarbon reacts in a high temperature state with the catalyst particles constituting the metal catalyst powder in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon to be sprayed as nuclei, Nanocarbon 17 is efficiently generated and grown.

第５の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル３３に連結した金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ３４をナノカーボン生成炉内の電気ヒータ１３の直近まで下げ、加熱炉容器１１内に噴霧するエタノール、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微量の金属触媒粉を混合した液体状態の炭化水素を予めナノカーボン生成炉内で加熱し、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、加熱炉容器１１内の温度が下がることなく、加熱炉容器１１内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加熱炉容器１１内を５５０〜７００℃の範囲に保持することができるため、ナノカーボン生成炉１０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。   According to the nanocarbon generating furnace of the fifth embodiment, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 34 connected to the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 33 is lowered to the position close to the electric heater 13 in the nanocarbon generating furnace, A liquid hydrocarbon in which a small amount of metal catalyst powder is mixed with hydrocarbon oil such as ethanol, methanol, bioethanol, various alcohols, and kerosene sprayed in the heating furnace vessel 11 is heated in advance in the nanocarbon generating furnace, The gas is continuously sprayed on the surface of the metal substrate. Therefore, the temperature inside the heating furnace container 11 is not lowered, the nanocarbon generation reaction in the heating furnace container 11 is promoted, the generation speed of nanocarbon is increased, and the generation efficiency is increased. Even if the set temperature is set low, the inside of the heating furnace vessel 11 can be maintained in the range of 550 to 700 ° C., so the heating temperature of the nanocarbon generating furnace 10 can be lowered, and the nanocarbon generating efficiency is increased. In this state, nanocarbon can be continuously and stably generated and recovered.

（第６の実施形態）
図５は、本発明の第６の実施形態に係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、４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番３５は、酸成分を含む金属触媒粉混合炭化水素を生成炉内に噴霧する為の金属触媒粉混合炭化水素注入ノズルを示す。また、符番３６は、電気ヒータ１３の直近まで下げられた、酸成分を含む金属触媒粉混合炭化水素を通す為の炭化水素分散メッシュを示す。 (Sixth embodiment)
FIG. 5 is a schematic view of a vertical type nanocarbon generating furnace according to a sixth embodiment of the present invention. In addition, the same member as FIGS.
Reference numeral 35 in the drawing indicates a metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle for spraying the metal catalyst powder mixed hydrocarbon containing the acid component into the production furnace. Reference numeral 36 denotes a hydrocarbon dispersion mesh for passing the metal catalyst powder mixed hydrocarbon containing an acid component, which is lowered to the position close to the electric heater 13.

図５のナノカーボン生成炉１０は、図１，図２，図３，図４のナノカーボン生成炉と基本的な構成は同様である。しかし、図５では、還元雰囲気のナノカーボン生成炉１０内に噴霧する酸成分を含む金属触媒粉混合炭化水素を液体状態でナノカーボン生成炉内に噴霧するようにし、金属触媒粉の表面から金属微粒子内が腐食して粒子が剥離しやすくすることで、加熱炉容器１１内の反応を促進させるようにしたことを特徴とする。   The nanocarbon generating furnace 10 of FIG. 5 has the same basic configuration as the nanocarbon generating furnace of FIGS. 1, 2, 3, and 4. However, in FIG. 5, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon containing the acid component sprayed into the nanocarbon production furnace 10 in the reducing atmosphere is sprayed into the nanocarbon production furnace in a liquid state, and the metal is separated from the surface of the metal catalyst powder. It is characterized in that the reaction in the heating furnace vessel 11 is promoted by corroding the inside of the fine particles and facilitating the separation of the particles.

酸成分を含む金属触媒粉混合炭化水素としては、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に微量の金属触媒粉を混合した液体、バイオマスオイル等の酸性の炭化水素液に微量の金属触媒粉を混合した液体等が挙げられる。こうした酸成分を含む金属触媒粉混合炭化水素を液体状態で噴霧してナノカーボン生成炉内で気化させることにより、加熱炉容器１１内に金属触媒粉混合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ものである。   Metal catalyst powder mixed hydrocarbons containing acid components include hydrocarbons made acidic by mixing trace amounts of acids such as acetic acid and hydrochloric acid with hydrocarbon oils such as ethanol, methanol, bioethanol, various alcohols, and kerosene. And a liquid in which a small amount of metal catalyst powder is mixed in an acidic hydrocarbon liquid such as biomass oil. By spraying the metal catalyst powder mixed hydrocarbon containing the acid component in a liquid state and vaporizing it in the nanocarbon generating furnace, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon is continuously sprayed uniformly in the heating furnace vessel 11. It is made to react, and nanocarbon can be produced | generated.

図５のナノカーボン生成炉１０において、加熱炉容器１１内に噴霧された液体状態の酸成分を含む金属触媒粉混合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。   In the nanocarbon generating furnace 10 of FIG. 5, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon containing the acid component in the liquid state sprayed in the heating furnace vessel 11 reacts in a high temperature state, so that the nanocarbon can be efficiently nano-sized by the vapor phase growth method. Carbon is generated and grows.

第６の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル３５に連結した金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ３６をナノカーボン生成炉内の電気ヒータ１３の直近まで下げ、加熱炉容器１１内に噴霧する酸成分を含む液体状態の金属触媒粉混合炭化水素を予めナノカーボン生成炉内で加熱し、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、加熱炉容器１１内の温度が下がることなく、加熱炉容器１１内におけるナノカーボン生成反応が促進され、ナノカーボン１７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る。そのため、ナノカーボン生成炉１０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。   According to the nanocarbon generating furnace of the sixth embodiment, the metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh 36 connected to the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 35 is lowered to the position close to the electric heater 13 in the nanocarbon generating furnace, The liquid metal catalyst powder mixed hydrocarbon containing the acid component to be sprayed into the heating furnace container 11 is heated in advance in the nanocarbon generating furnace and continuously sprayed on the surface of the metal substrate as a gas state. Therefore, the temperature in the heating furnace container 11 does not decrease, the nanocarbon generation reaction in the heating furnace container 11 is promoted, the generation efficiency of the nanocarbon 17 is increased, and the set temperature of the electric heater 13 is set low. Even in this case, the surface of the metal substrate can be maintained in the range of 500 to 700 ° C. Therefore, the heating temperature of the nanocarbon production furnace 10 can be lowered, and nanocarbon can be continuously and stably produced and recovered with the nanocarbon production efficiency increased.

（第７の実施形態）
図６は、本発明の第７の実施形態に係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、４、５と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番３７は、ナノカーボン生成炉内に水素を連続的に或いは間欠的に注入するための水素注入ノズルを示し、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５の近くに配置されている。
図６のナノカーボン生成炉は、還元雰囲気のナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１内に噴霧する金属触媒粉混合炭化水素を金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５から噴霧するだけでなく、水素も水素注入ノズル３７から噴霧することで金属触媒粉を活性化させることを特徴とする。 (Seventh embodiment)
FIG. 6 is a schematic view of a vertical type nanocarbon generating furnace according to a seventh embodiment of the present invention. In addition, the same member as FIGS.
Reference numeral 37 in the figure indicates a hydrogen injection nozzle for continuously or intermittently injecting hydrogen into the nanocarbon generating furnace, and is arranged near the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15.
6 not only sprays the metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed into the heating furnace vessel 11 of the nanocarbon generation furnace 10 in a reducing atmosphere from the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15, but also hydrogen. Also, the metal catalyst powder is activated by spraying from the hydrogen injection nozzle 37.

金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５と水素注入ノズル３７の位置は、ナノカーボン生成炉１０の設計形状によるが、ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１内上側とし、加熱炉容器１１内の上部から噴霧された金属触媒粉混合炭化水素、水素がナノカーボン生成炉内の加熱炉容器１１内にそれぞれ単独で注入しても加熱炉容器１１内で混合した後に反応してナノカーボンを成長させるに最適な位置を調整できるようにするとよい。   The positions of the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 and the hydrogen injection nozzle 37 depend on the design shape of the nanocarbon generation furnace 10, but the upper side in the heating furnace container 11 of the nanocarbon generation furnace 10 and the upper part in the heating furnace container 11. In order to grow nanocarbon by reacting after mixing in the heating furnace vessel 11 even if the metal catalyst powder mixed hydrocarbons and hydrogen sprayed from above are individually injected into the heating furnace vessel 11 in the nanocarbon production furnace. It is better to be able to adjust the optimal position.

第７の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、噴霧する金属触媒粉混合炭化水素中の金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり炭化水素だけでなく水素も噴霧され高温状態で反応することで、炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合と比べて、気相成長法によってより効率的にナノカーボン１７が生成、成長する。加熱炉容器１１内は均一に加熱されるとともに、炭化水素と水素が均一に噴霧されることで、加熱炉容器１１内で斑なく均一にナノカーボン１７が生成、成長できる。これにより、ナノカーボン１７を連続的に製造することができる。   According to the nanocarbon generation furnace of the seventh embodiment, the catalyst particles constituting the metal catalyst powder in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon to be sprayed serve as a nucleus to spray not only hydrocarbon but also hydrogen and react in a high temperature state. Thus, compared to the case where only hydrocarbons are sprayed and reacted at a high temperature, the nanocarbon 17 is generated and grown more efficiently by the vapor phase growth method. The inside of the heating furnace container 11 is uniformly heated, and the hydrocarbons and hydrogen are sprayed uniformly, so that the nanocarbon 17 can be generated and grown uniformly in the heating furnace container 11 without spots. Thereby, the nanocarbon 17 can be manufactured continuously.

（第８の実施形態）
図８は、本発明の第８の実施形態に係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、４、５、６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番３８は、ナノカーボン生成炉内に水蒸気を連続的に或いは間欠的に注入するための水蒸気注入ノズルを示し、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５の近くに配置されている。 (Eighth embodiment)
FIG. 8 is a schematic view of a vertical nanocarbon generating furnace according to an eighth embodiment of the present invention. In addition, the same member as FIG.
The number 38 in the figure indicates a water vapor injection nozzle for continuously or intermittently injecting water vapor into the nanocarbon generating furnace, and is arranged near the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15.

図８のナノカーボン生成炉１０は、還元雰囲気のナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１内に噴霧する金属触媒粉混合炭化水素を金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５から噴霧するだけでなく、水蒸気も水蒸気注入ノズル３８から噴霧することで金属触媒粉を活性化させることを特徴とする。   The nanocarbon production furnace 10 of FIG. 8 not only sprays the metal catalyst powder mixed hydrocarbon sprayed into the heating furnace vessel 11 of the nanocarbon production furnace 10 in a reducing atmosphere from the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15, The metal catalyst powder is activated by spraying water vapor from the water vapor injection nozzle 38.

図８において、金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル１５と水蒸気注入ノズル３８の位置は、ナノカーボン生成炉の設計形状によるが、ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１内上側とし、加熱炉容器１１内の上部から噴霧された金属触媒粉混合炭化水素、水蒸気がナノカーボン生成炉内の加熱炉容器１１内にそれぞれ単独で注入しても加熱炉容器１１内で混合した後に反応してナノカーボンを成長させるに最適な位置を調整できるようにする。また、水蒸気を連続的に或いは間欠的に均一に噴霧できる水蒸気注入ノズル３８から水蒸気に切り替えて水素も注入できるようにしてもよい。   In FIG. 8, the positions of the metal catalyst powder mixed hydrocarbon injection nozzle 15 and the water vapor injection nozzle 38 depend on the design shape of the nanocarbon generation furnace, but are located on the upper side in the heating furnace container 11 of the nanocarbon generation furnace 10. Even if the metal catalyst powder mixed hydrocarbon and water vapor sprayed from the upper part of the inside are individually injected into the heating furnace container 11 in the nanocarbon production furnace, they react after mixing in the heating furnace container 11 to react with the nanocarbon. Make it possible to adjust the optimal position for growth. Further, hydrogen may be injected by switching to the water vapor from the water vapor injection nozzle 38 capable of spraying water vapor continuously or intermittently uniformly.

第８の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、噴霧する金属触媒粉混合炭化水素中の金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり炭化水素だけでなく水蒸気も噴霧され高温状態で反応することで、炭化水素だけ噴霧され高温状態で反応する場合と比べて、気相成長法によってより効率的にナノカーボン１７が生成、成長する。加熱炉容器１１内は均一に加熱されるとともに、炭化水素と水蒸気が均一に噴霧されることで、加熱炉容器１１内で斑なく均一にナノカーボン１７が生成、成長できる。これにより、ナノカーボン１７を連続的に製造することができる。   According to the nanocarbon generating furnace of the eighth embodiment, the catalyst particles constituting the metal catalyst powder in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon to be sprayed serve as a nucleus to spray not only hydrocarbon but also water vapor and react in a high temperature state. Thus, compared to the case where only hydrocarbons are sprayed and reacted at a high temperature, the nanocarbon 17 is generated and grown more efficiently by the vapor phase growth method. The inside of the heating furnace container 11 is uniformly heated, and the hydrocarbons and water vapor are sprayed uniformly, so that the nanocarbon 17 can be uniformly generated and grown in the heating furnace container 11 without spots. Thereby, the nanocarbon 17 can be manufactured continuously.

（第９の実施形態）
図７は、本発明の第９の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成炉である。なお、図１，２、３、４、５、６、７と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第９の実施形態に係るナノカーボン生成炉は、図７に示すように、加熱炉容器１１内の表面と掻き落とし機構２４の一構成である掻取り羽根２３ａの縁部との隙間距離Δａを調整可能としたことを特徴とする。 (Ninth embodiment)
FIG. 7 shows a vertical nanocarbon generating furnace according to the ninth embodiment of the present invention. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 7, the nanocarbon generating furnace according to the ninth embodiment has a gap distance Δa between the surface inside the heating furnace container 11 and the edge of the scraping blade 23 a which is one configuration of the scraping mechanism 24. It is characterized by being adjustable.

掻き落とし機構２４は、前述したように、ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１内表面に直接接触せず、加熱炉容器１１近傍から成長したナノカーボン１７のみを掻き落とすことができるように設計したものである。ここで、掻き落とし機構２４の掻取り羽根２３ａは加熱炉容器１１内表面には直接接触させず、金属触媒粉を構成する触媒粒子が核となり成長したナノカーボン１７のみを掻き落とすように構成されている。そうでないと、加熱炉容器１１内表面に付着した金属触媒粉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１７中に金属不純物が混入しナノカーボン１７の純度が低下するだけでなく、加熱炉容器１１内表面に金属を設置する場合にはその金属がそぎ落とされ、ナノカーボン１７の連続生成速度の低下を招き、ナノカーボン１７の生成効率が低下する。   As described above, the scraping mechanism 24 is designed to scrape only the nanocarbon 17 grown from the vicinity of the heating furnace vessel 11 without directly contacting the inner surface of the heating furnace vessel 11 of the nanocarbon generating furnace 10. It is a thing. Here, the scraping blade 23a of the scraping mechanism 24 is configured not to directly contact the inner surface of the heating furnace vessel 11, but to scrape only the nanocarbon 17 grown with the catalyst particles constituting the metal catalyst powder as a nucleus. ing. Otherwise, the metal fine particles of the metal catalyst powder adhering to the inner surface of the heating furnace container 11 are also scraped off. As a result, not only the purity of the nanocarbon 17 decreases due to metal impurities mixed into the generated nanocarbon 17, but when the metal is placed on the inner surface of the heating furnace vessel 11, the metal is scraped off, The continuous production rate of 17 is lowered, and the production efficiency of nanocarbon 17 is lowered.

加熱炉容器１１内表面と掻き落とし機構２４の一構成である掻取り羽根２３ａの縁部との隙間距離Δａを調整する構造としては、ナノカーボン生成炉１０の設計に合わせて以下に示すような様々な構造、方式が考えられる。
１）加熱炉容器１１の内面を均一に掻き取る構造に合わせて、掻き落とし機構２４は掻取り羽根２３ａの根元を回転駆動軸２１にねじを取り付け、このねじを回転させることでアーム長さＨ（回転駆動軸２１の中心と掻取り羽根２３ａの縁部間の距離）を微調整する方法。
２）掻き落とし機構２４の掻取り羽根２３ａの回転駆動軸２１側に掻取り羽根２３ａ取り付け冶具５１を設置し、その取り付け冶具設置５１の高さｈを調整することでアーム長さＨを微調整する方法。
３）掻取り羽根２３ａのアームの角度を微調整することでアーム長さＨを微調整する方法。
４）掻取り羽根２３ａの先端の角度を微調整することで加熱炉容器１１内表面と掻き落とし棒との隙間距離Δａを微調整する方法。 The structure for adjusting the gap distance Δa between the inner surface of the heating furnace container 11 and the edge of the scraping blade 23a, which is one configuration of the scraping mechanism 24, is as follows according to the design of the nanocarbon generating furnace 10. Various structures and methods are conceivable.
1) In accordance with the structure for uniformly scraping the inner surface of the heating furnace vessel 11, the scraping mechanism 24 attaches a screw to the rotary drive shaft 21 at the base of the scraping blade 23a, and rotates this screw to make the arm length H A method of finely adjusting the distance between the center of the rotary drive shaft 21 and the edge of the scraping blade 23a.
2) A scraping blade 23a mounting jig 51 is installed on the rotary drive shaft 21 side of the scraping blade 23a of the scraping mechanism 24, and the arm length H is finely adjusted by adjusting the height h of the mounting jig installation 51. how to.
3) A method of finely adjusting the arm length H by finely adjusting the angle of the arm of the scraping blade 23a.
4) A method of finely adjusting the gap distance Δa between the inner surface of the heating furnace container 11 and the scraping bar by finely adjusting the angle of the tip of the scraping blade 23a.

第９の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、加熱炉容器１１内表面近傍の金属微粒子を掻き取ることなく、加熱炉容器１１内表面上から或る一定厚さ以上に成長してその自重で加熱炉容器１１内表面から剥離しきれないナノカーボン１７を定期的に強制的にナノカーボン生成炉１０の下部に流下させ、ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１下流から安定的に排出することができ、ナノカーボン１７を連続的に製造することができる。   According to the nanocarbon generating furnace of the ninth embodiment, it grows to a certain thickness or more from the inner surface of the heating furnace vessel 11 without scraping off the metal fine particles in the vicinity of the inner surface of the heating furnace vessel 11 and its own weight. The nanocarbon 17 that cannot be completely separated from the inner surface of the heating furnace vessel 11 is periodically forced to flow down to the lower part of the nanocarbon generation furnace 10 and is stably discharged from the downstream of the heating furnace vessel 11 of the nanocarbon generation furnace 10. The nanocarbon 17 can be manufactured continuously.

また、図７に示すように、掻き落とし機構２４の回転駆動軸２１の下側（加熱炉容器１１の下側）の部分に落下してくる生成ナノカーボンが堆積・ブリッジするのを防止するために掻き落とし羽根２３ｂを設置することにより、回転駆動軸２１が回転することで、落下してブリッジしやすい生成ナノカーボンを掻き落とし羽根２３ｂでナノカーボン生成炉１０下部の生成ナノカーボン排出ノズル１８近傍表面を掻き取ることができる。これにより、生成ナノカーボンの掻き取り、掻き落としと同時に生成ナノカーボンの排出ブリッジ防止も効果的に行うことができる。   In addition, as shown in FIG. 7, in order to prevent the generated nanocarbon falling on the lower side of the rotary drive shaft 21 of the scraping mechanism 24 (the lower side of the heating furnace vessel 11) from depositing and bridging. By installing the scraping blade 23b, the rotation drive shaft 21 rotates, so that the generated nanocarbon that falls and bridges easily is scraped off by the blade 23b and near the generated nanocarbon discharge nozzle 18 in the lower part of the nanocarbon generating furnace 10. The surface can be scraped off. As a result, the generated nanocarbon can be effectively scraped and scraped off simultaneously with preventing the generated nanocarbon from being discharged.

なお、上記ナノカーボン生成炉は、縦型方式とし、電気ヒータから加熱する還元雰囲気のナノカーボン生成炉内の加熱炉容器の内面を加熱するようにしている。しかし、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。   In addition, the said nanocarbon production | generation furnace is made into a vertical system, and the inner surface of the heating furnace container in the nanocarbon production | generation furnace of the reducing atmosphere heated from an electric heater is heated. However, the heating source is not limited to the electric heater, and hot air using exhaust heat from an apparatus, a plant, or the like may be used to improve the efficiency of the entire nanocarbon generation furnace and the efficiency of the entire system.

（第１０の実施形態）
図９は、本発明の第１０の実施形態に係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１，２，８と同部材は同符番を付して説明を省略する。
図中の符番３９は、ナノカーボン生成炉１０内の前記加熱炉容器１１内面の表面温度
Ｔ１を計測する第１の表面温度計であり、符番４０は掻取り機構２４の一構成である掻取り羽根２３ａの縁部の温度Ｔ２を計測する第２の表面温度計である。なお、図中の符番４１は熱電対を示す。図９のナノカーボン生成炉１０は、こうした表面温度計３９，４０によりナノカーボン生成炉１０内の前記加熱炉容器１１内面の表面温度を、金属触媒粉混合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できるようにすることを特徴とする。 (Tenth embodiment)
FIG. 9 is a schematic view of a vertical nanocarbon generating furnace according to a tenth embodiment of the present invention. In addition, the same member as FIGS.
Reference numeral 39 in the figure is a first surface thermometer that measures the surface temperature T 1 of the inner surface of the heating furnace vessel 11 in the nanocarbon generating furnace 10, and reference numeral 40 is a configuration of the scraping mechanism 24. a second surface thermometer to measure the temperature T 2 of the edge of a scraping blade 23a. In addition, the number 41 in a figure shows a thermocouple. The nanocarbon production furnace 10 of FIG. 9 continuously and uniformly sprays the metal catalyst powder mixed hydrocarbon on the surface temperature of the inner surface of the heating furnace vessel 11 in the nanocarbon production furnace 10 by using these surface thermometers 39 and 40. It is characterized by being able to set correctly in the range of 550-700 degreeC in a state.

ナノカーボン生成炉１０の加熱炉容器１１の内面表面を均一に加熱し、ナノカーボン生成に最適な温度を常時キープすることが重要である。それには、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１の外側のヒータ温度を計測するだけでは不十分で、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１の表面温度を正確に計測し、それによりナノカーボン生成炉１０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。ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器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しない。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、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１の表面温度が金属触媒粉混合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。ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１の表面温度を正確に計測し、それによりナノカーボン生成炉１０内の外側の加熱炉容器１１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。   It is important to uniformly heat the inner surface of the heating furnace vessel 11 of the nanocarbon generating furnace 10 and always keep the optimum temperature for nanocarbon generation. For that purpose, it is not sufficient to measure the heater temperature outside the heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10, and the surface temperature of the heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10 is accurately measured, thereby It is important to strictly control the temperature of the heater outside the nanocarbon generating furnace 10. If the surface temperature of the heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10 is lower than the range of 550 to 700 ° C. in a state where the hydrocarbon is continuously sprayed uniformly, nanocarbon is not generated. On the other hand, when the temperature is higher than the range of 550 to 700 ° C., carbon soot is generated and nanocarbon is not generated. For this reason, it is possible to accurately set the surface temperature of the heating furnace vessel 11 in the nanocarbon generating furnace 10 within a range of 550 to 700 ° C. in a state where the mixed metal catalyst powder mixed hydrocarbon is sprayed uniformly. It is a decisive factor to increase production efficiency and production purity. By accurately measuring the surface temperature of the heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10 and thereby strictly controlling the heater temperature of the outer heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10, the generation of nanocarbon is performed. Efficiency and production purity can be increased. As a result, high-quality and high-purity nanocarbon can be continuously produced.

第１０の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１の表面温度Ｔ１を計測する第１の表面温度計３９、及び掻取り機構２４の一構成である掻取り羽根２３ａの縁部の温度Ｔ２を計測する第２の表面温度計４０を設けることにより、ナノカーボン生成炉１０内の加熱炉容器１１の表面温度を正確に計測し、ナノカーボン生成炉１０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。従って、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。 According to the nanocarbon generating furnace of the tenth embodiment, with one configuration of the first surface thermometer 39 that measures the surface temperature T 1 of the heating furnace container 11 in the nanocarbon generating furnace 10 and the scraping mechanism 24. by providing the second surface thermometer 40 for measuring the temperature T 2 of the edge of a scraping blade 23a, accurately measure the surface temperature of the heating furnace vessel 11 of the nanocarbon product furnace 10, generates nanocarbon By strictly controlling the temperature of the heater outside the furnace 10, the production efficiency and production purity of nanocarbon can be increased. Therefore, high-quality and high-purity nanocarbon can be continuously produced.

（第１１の実施形態）
図１０は、本発明の第１１の実施形態に係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４１，４２は、生成ナノカーボン排出ノズル１８の下部に夫々設けられた上部ダンパー、下部ダンパーを示す。下部ダンパー４２の下部には、生成ナノカーボンを収容するナノカーボン回収容器４３が配置されている。 (Eleventh embodiment)
FIG. 10 is a schematic view of a vertical type nanocarbon generating furnace according to an eleventh embodiment of the present invention. The same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
Reference numerals 41 and 42 in the figure indicate an upper damper and a lower damper respectively provided at the lower part of the generated nanocarbon discharge nozzle 18. A nanocarbon recovery container 43 that stores the generated nanocarbon is disposed below the lower damper 42.

上部ダンパー４１及び下部ダンパー４２の動作は、まず上部ダンパー４１、下部ダンパー４２を全閉とした後、上部ダンパー４１を開にし、上部ダンパー４１と下部ダンパー４２の間に生成ナノカーボンを溜める。更に、上部ダンパー４１を全閉、下部ダンパー４２を開にすることにより、ナノカーボン生成炉１０内部と生成ナノカーボン回収容器４３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、生成ナノカーボン回収容器４３内の空気がナノカーボン生成炉１０内に混入しないよう、上部ダンパー４１と下部ダンパー４２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。   The operations of the upper damper 41 and the lower damper 42 are as follows. First, the upper damper 41 and the lower damper 42 are fully closed, then the upper damper 41 is opened, and the generated nanocarbon is accumulated between the upper damper 41 and the lower damper 42. Further, by fully closing the upper damper 41 and opening the lower damper 42, the generated nanocarbon is recovered with the inside of the nanocarbon generating furnace 10 and the generated nanocarbon recovery container 43 cut off. In addition, an inert gas may be intermittently injected between the upper damper 41 and the lower damper 42 so that air in the generated nanocarbon recovery container 43 does not enter the nanocarbon generating furnace 10. Sequentially, it will be possible to perform stable nanocarbon payout.

第１１の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、生成ナノカーボン排出ノズル１８の下部に上部ダンパー４１、下部ダンパー４２を夫々設けるとともに、下部ダンパー４２の下部に生成ナノカーボン回収容器４３を設けることにより、ナノカーボン生成炉１０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。   According to the nanocarbon generating furnace of the eleventh embodiment, an upper damper 41 and a lower damper 42 are provided below the generated nanocarbon discharge nozzle 18, and a generated nanocarbon recovery container 43 is provided below the lower damper 42. As a result, a compact nanocarbon generating furnace capable of stably and surely delivering the nanocarbon from the nanocarbon generating furnace 10 is obtained.

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４１、下部ダンパー４２）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、ナノカーボン生成炉の内部は運転中、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。 更に、ナノカーボン生成炉の下部には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が、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、下部ダンパー）を設置し、その下部にナノカーボン回収容器等を設置して回収するようにする。 Although the installation of the rotary valve is omitted in FIG. 10, it is also possible to install the rotary valve on the upper side or the lower side of the upper and lower double dampers (upper damper 41 and lower damper 42).
In addition, it is needless to say that the inside of the nanocarbon generation furnace must secure a reducing atmosphere during operation, and consider a sealing structure for ensuring sufficient airtightness with the outside. In addition, by installing a rotary valve or the like at the bottom of the nanocarbon production furnace, it is possible to stably discharge the produced nanocarbon that has fallen to the bottom, but in that case as well, in order to improve the sealing performance with the outside In addition, a double damper (upper damper, lower damper) with two upper and lower stages is installed in the lower part, and a nanocarbon recovery container is installed in the lower part to recover.

（第１２の実施形態）
第１２の実施形態に係る縦型方式のナノカーボン生成炉は、図１０のナノカーボン生成炉と基本的に同じ構成であるので、図１０を参照して説明する。なお、図１，２，１０と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第１２の実施形態では、金属触媒粉混合炭化水素中に微量混合させる金属触媒粉は、鉄の純度の高い鉄粉もしくは鉄を含んだ炭素鋼の高い鉄粉であることを特徴とする。 (Twelfth embodiment)
The vertical type nanocarbon generating furnace according to the twelfth embodiment has basically the same configuration as the nanocarbon generating furnace of FIG. 10 and will be described with reference to FIG. In addition, the same member as FIGS.
The twelfth embodiment is characterized in that the metal catalyst powder mixed in a small amount in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon is iron powder having high iron purity or iron powder containing carbon steel containing iron.

第１２の実施形態のナノカーボン生成炉によれば、金属触媒粉混合炭化水素中に微量混合させる金属触媒粉は、鉄の純度の高い鉄粉もしくは鉄を含んだ炭素鋼の高い鉄粉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、鉄の純度の高い鉄粉もしくは鉄を含んだ炭素鋼の高い鉄粉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。   According to the nanocarbon generating furnace of the twelfth embodiment, the metal catalyst powder mixed in a small amount in the metal catalyst powder mixed hydrocarbon uses iron powder having high iron purity or iron powder containing carbon steel containing iron. Thus, high-quality nanocarbon can be easily generated at low cost without using noble metals such as nickel alloy and platinum. In addition, since the product standards for high-purity iron powder or high-iron powder of carbon steel containing iron are uniform, it is always easy to produce high-quality nanocarbon with stable purity and high stability at low cost. It can be mass-produced efficiently.

なお、上述したような掻取り機構を取り付ければ、ナノカーボン生成炉１０内の外側の加熱炉容器１１の内面から或る一定厚さ以上に成長してその自重で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。   If the scraping mechanism as described above is attached, the nanocarbon grows from the inner surface of the heating furnace vessel 11 outside the nanocarbon generating furnace 10 to a certain thickness or more and the nanocarbon is periodically forced by its own weight. Then, it is allowed to flow down to the lower part of the nanocarbon generating furnace and stably discharged from the downstream of the nanocarbon generating furnace, and nanocarbon can be continuously produced.

以上に説明したように、ナノカーボン生成炉１０内の外側の加熱炉容器１１の内面から或る一定厚さ以上に成長しその自重で剥離、自然落下したカーボンナノチューブ等のナノカーボンは生成炉の下部に流下し、ナノカーボン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、ナノカーボン生成炉１０内の外側の加熱炉容器１１の内面から或る一定厚さ以上に成長してその自重で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。   As described above, nanocarbons such as carbon nanotubes that grow to a certain thickness or more from the inner surface of the heating furnace vessel 11 outside the nanocarbon generation furnace 10 and peel off due to their own weight and naturally fall off are generated in the generation furnace. By flowing down to the bottom and discharging from the downstream of the nanocarbon production furnace, nanocarbon can be continuously produced. Further, the nanocarbon that grows from the inner surface of the heating furnace vessel 11 outside the nanocarbon generation furnace 10 to a certain thickness or more and cannot be separated from the metal substrate by its own weight is forcibly periodically generated. Since it can flow down to the bottom and stably discharge from the downstream of the production furnace, and nanocarbon can be continuously produced, high-quality nanocarbon with high purity and stability is easily and efficiently produced at low cost Can be mass-produced well.

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羽根は板状であるが、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。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Specifically, in the above embodiment, the scraping blade of the scraping mechanism is plate-shaped, but may be a wire-shaped scraping member because it scrapes light nanocarbon. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

本発明の第１の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。1 is a schematic view of a nanocarbon generating furnace according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２、第３の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。The schematic of the nanocarbon production furnace concerning the 2nd and 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第４の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。The schematic of the nanocarbon production furnace concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第５の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。Schematic of the nanocarbon production furnace which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。Schematic of the nanocarbon production furnace which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。Schematic of the nanocarbon generation furnace which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 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。Schematic of the nanocarbon generation furnace which concerns on the 9th Embodiment of this invention. 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。Schematic of the nanocarbon production furnace which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第１０，第１３の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。The schematic of the nanocarbon production furnace concerning the 10th and 13th embodiment of the present invention. 本発明の第１１,第１２の実施形態に係るナノカーボン生成炉の概略図。The schematic of the nanocarbon production furnace which concerns on 11th, 12th embodiment of this invention. 従来のＣＶＤ法によるナノカーボン製造方法の説明図。Explanatory drawing of the nanocarbon manufacturing method by the conventional CVD method. 従来の基板法によるナノカーボン製造方法の説明図。Explanatory drawing of the nanocarbon manufacturing method by the conventional board | substrate method.

符号の説明Explanation of symbols

１０…ナノカーボン生成炉、１１…加熱炉容器、１２…金属基板、１３…電気ヒータ（加熱源）、１４…保温材、１５，３１，３３，３５…金属触媒粉混合炭化水素注入ノズル、１６，３２，３４，３６…金属触媒粉混合炭化水素分散メッシュ、１７…生成ナノカーボン、１８…生成ナノカーボン排出ノズル、２１…回転駆動軸、２２…駆動軸回転モータ、２３ａ，２３ｂ…掻取り羽根、２４…掻取り機構、３７…水素注入ノズル、３８…水蒸気注入ノズル、３９，４０…表面温度計、４１…上部ダンパー、４２…下部ダンパー、４３…生成ナノカーボン回収容器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Nanocarbon production furnace, 11 ... Heating furnace container, 12 ... Metal substrate, 13 ... Electric heater (heating source), 14 ... Insulation material, 15, 31, 33, 35 ... Metal catalyst powder mixing hydrocarbon injection nozzle, 16 , 32, 34, 36 ... Metal catalyst powder mixed hydrocarbon dispersion mesh, 17 ... Generated nanocarbon, 18 ... Generated nanocarbon discharge nozzle, 21 ... Rotation drive shaft, 22 ... Drive shaft rotation motor, 23a, 23b ... Scraping blade 24 ... scraping mechanism, 37 ... hydrogen injection nozzle, 38 ... steam injection nozzle, 39, 40 ... surface thermometer, 41 ... upper damper, 42 ... lower damper, 43 ... generated nanocarbon recovery container.

Claims (12)

還元雰囲気の加熱炉容器と、この加熱炉容器の内面に配置された円筒状の金属基板と、この加熱炉容器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と微量の金属触媒粉とを混合噴霧する炭化水素・触媒混合噴霧ノズルと、前記加熱炉容器の下流側に配置された生成ナノカーボン排出ノズルとを具備し、炭化水素・触媒混合噴霧ノズルより金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を連続的に或いは間欠的に噴霧することにより加熱炉容器内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前記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。 A heating furnace container in a reducing atmosphere, a cylindrical metal substrate disposed on the inner surface of the heating furnace container, a heating source disposed on the outer periphery of the heating furnace container, and an upstream side of the heating furnace container , Comprising a hydrocarbon / catalyst mixed spray nozzle for mixing and spraying a hydrocarbon and a small amount of metal catalyst powder in the heating furnace vessel, and a generated nanocarbon discharge nozzle disposed on the downstream side of the heating furnace vessel; Metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with metal catalyst powder is sprayed continuously or intermittently from a hydrogen / catalyst mixed spray nozzle to cause reaction in a heating furnace vessel to grow nanocarbon, and the grown nanocarbon is grown. Is discharged by the discharge nozzle. 前記加熱炉容器内で生成、成長し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の内面近傍を掻き取るように配置され、この掻取り機構により加熱炉容器の内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記載のナノカーボン生成炉。   The scraping mechanism for scraping off the nanocarbon generated and grown in the heating furnace vessel is arranged so as to scrape the vicinity of the inner surface of the heating furnace vessel, and the scraping mechanism removes the nanocarbon grown on the inner surface of the heating furnace vessel. The nanocarbon generating furnace according to claim 1, wherein the nanocarbon generating furnace is scraped off. 金属触媒粉は、鉄の純度の高い鉄粉もしくは鉄を含んだ炭素鋼の高い鉄粉であり、前記円筒状の金属基板は鉄基板であることを特徴とする請求項１または２に記載のナノカーボン生成炉。 Metal catalyst powder, high iron powder der of inclusive carbon steel highly pure iron powder or iron in iron is, the cylindrical metal substrate according to claim 1 or 2, characterized in that the iron substrate Nanocarbon generation furnace. 前記炭化水素と混合噴霧する微量の金属触媒粉の材質は鉄であり、前記加熱炉容器内面の表面温度は、微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素を連続的に或いは間欠的に噴霧する状態で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３のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。 The material of the minute amount of the metal catalyst powder to be mixed and sprayed with the hydrocarbon is iron, and the surface temperature of the inner surface of the heating furnace container is continuously or intermittently the metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with the minute amount of the metal catalyst powder. The nanocarbon generating furnace according to any one of claims 1 to 3 , wherein the temperature is set in a range of 550 to 700 ° C in a state of being sprayed onto the nanocarbon. 前記加熱炉容器内に噴霧する微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素は加熱炉容器内で加熱してガス状態とし、前記加熱炉容器の内面の表面温度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４のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。 The metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with a small amount of metal catalyst powder sprayed in the heating furnace container is heated in the heating furnace container to be in a gas state without lowering the surface temperature of the inner surface of the heating furnace container. The nanocarbon production furnace according to any one of claims 1 to 4 , wherein the nanocarbon production furnace is uniformly sprayed. 前記加熱炉容器内に噴霧する微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素は、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加熱炉容器内で反応させ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。 The metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with a small amount of metal catalyst powder sprayed in the heating furnace container is not only sprayed in a gas state but also sprayed in a liquid state and vaporized in the heating furnace container. The nanocarbon production furnace according to any one of claims 1 to 5 , wherein the reaction is performed in a container. 前記加熱炉容器内に噴霧する微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素は液体状態で加熱炉容器内に噴霧するようにし、その液体の金属触媒粉混合炭化水素には酸成分を含み、金属触媒粉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、金属触媒粉表面での反応を促進させることを特徴とする請求項６に記載のナノカーボン生成炉。 The metal catalyst powder mixed hydrocarbon mixed with a small amount of metal catalyst powder to be sprayed into the heating furnace container is sprayed into the heating furnace container in a liquid state, and an acid component is added to the liquid metal catalyst powder mixed hydrocarbon. The nanocarbon generating furnace according to claim 6 , further comprising promoting the reaction on the surface of the metal catalyst powder by making the metal fine particles corrode and peel easily from the surface of the metal catalyst powder. 前記加熱炉容器内に微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素炭化水素を噴霧するだけでなく、水素も噴霧することで前記加熱炉容器のガスを活性化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。 In addition to spraying a metal catalyst powder mixed hydrocarbon hydrocarbon mixed with a small amount of metal catalyst powder in the furnace vessel, the gas in the furnace vessel is activated by spraying hydrogen as well. The nanocarbon production furnace as described in any one of Claims 1 thru | or 7 . 前記加熱炉容器内に微量の金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素炭化水素を噴霧するだけでなく、水蒸気も噴霧することで前記加熱炉容器内のガスを活性化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。 In addition to spraying a metal catalyst powder mixed hydrocarbon hydrocarbon mixed with a small amount of metal catalyst powder in the heating furnace vessel, the gas in the heating furnace vessel is activated by spraying water vapor. The nanocarbon generating furnace according to any one of claims 1 to 7 . 前記掻取り機構は、加熱炉容器の内面は中心軸を中心に同心円状とし、その中心軸を中心に加熱炉容器内で掻取り部材を回転させ、かつ前記加熱炉容器内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２に記載のナノカーボン生成炉。   The scraping mechanism is configured such that the inner surface of the heating furnace container is concentric around a central axis, the scraping member is rotated within the heating furnace container around the central axis, and the inner surface of the heating furnace container, the scraping member, The nanocarbon generating furnace according to claim 2, wherein the gap distance is adjustable. 前記加熱炉容器内面の表面温度は、金属触媒粉の混合した金属触媒粉混合炭化水素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、前記加熱炉容器内面の表面温度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。 The surface temperature of the inner surface of the heating furnace container can be accurately set in a range of 550 to 700 ° C. in a state where the metal catalyst powder mixed hydrocarbon hydrocarbon mixed with the metal catalyst powder is sprayed uniformly continuously or intermittently. The temperature measuring means for measuring the surface temperature of the inner surface of the heating furnace container is installed in the nanocarbon generating furnace according to any one of claims 1 to 10 . 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１１のいずれか一に記載のナノカーボン生成炉。 At the nanocarbon discharge part of the heating furnace vessel, two upper and lower double dampers for discharging the nanocarbon are installed, and the nanocarbon is blown out of the heating furnace vessel with the temperature inside the heating furnace vessel kept constant and in a reducing atmosphere. The nanocarbon generating furnace according to any one of claims 1 to 11 , wherein the nanocarbon generating furnace is configured to be capable of performing the following.
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