JP2003238132A

JP2003238132A - フラーレン類の製造用バーナー及びこれを用いたフラーレン類の製造方法

Info

Publication number: JP2003238132A
Application number: JP2002034012A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takehara; 弘明武原; Takaharu Yamamoto; 隆晴山本
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】炭素含有燃料ガス及び酸素含有ガスの噴き出
し速度を下げても逆火が起こらず、燃焼炉において安定
してフラーレン類を製造可能なフラーレン類の製造用バ
ーナー及びこれを用いたフラーレン類の製造方法を提供
する。【解決手段】反応炉１１ａに露出するバーナーヘッド
１４から、反応炉１１ａ内に炭素含有燃料ガスと酸素含
有ガスとを導くフラーレン類の製造用バーナー１０であ
って、バーナーヘッド１４には、炭素含有燃料ガスと酸
素含有ガスのいずれか一方を流す噴出口Ｐ２５と、炭素
含有燃料ガスと酸素含有ガスのいずれか他方を流す噴出
口Ｑ２４とがそれぞれ混在して小間隔で多数設けられ、
しかも、噴出口Ｐ２５と噴出口Ｑ２４とは各々独立した
ガス通路を有し、バーナーヘッド１４内での炭素含有燃
料ガスと酸素含有ガスとの混合を防止するフラーレン類
の製造用バーナー及びこれを用いたフラーレン類の製造
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラーレン類（Ｃ
₆₀、Ｃ₇₀、Ｃ₇₆、Ｃ₇₈、Ｃ₈₄を含む）の製造用バーナー
及びこれを用いたフラーレン類の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラーレンは、ダイヤモンド、黒鉛に次
ぐ第三の炭素同素体の総称であり、Ｃ₆₀、Ｃ₇₀等に代表
されるような５員環と６員環のネットワークで閉じた中
空殻状の炭素分子である。フラーレンの存在が最終的に
確認されたのは比較的最近の１９９０年のことであり、
比較的新しい炭素材料であるが、その特殊な分子構造ゆ
え特異的な物理的性質を示すことが認められ、例えば以
下のような広範囲な分野に渡り、革新的な用途開発が急
速に展開されつつある。（１）超硬材料への応用フラーレンを前駆体とすることで微細結晶粒子をもつ人
工ダイヤモンド等の精製が可能となるため、付加価値の
ある耐摩耗材料への利用が期待されている。（２）医薬品への応用フラーレン薄膜に金属カリウムをドープすると１８Ｋと
いう高い転移温度を持つ超伝導材料を作り出すことがで
きることが発見され、多方面から注目を集めている。（３）半導体装置への応用レジストにＣ₆₀を混ぜることでレジスト構造がより一層
強化されることを利用し、次世代半導体製造への応用が
期待されている。各種炭素数のフラーレンの中でも、Ｃ
₆₀及びＣ₇₀は比較的合成が容易であり、それゆえ今後の
需要も爆発的に高まることが予想されている。現在知ら
れているフラーレンの製造方法としては、レーザー蒸着
法、抵抗加熱法、アーク放電法、高周波誘導加熱法、燃
焼法、ナフタリン熱分解法等があるが、燃焼炉中でヘリ
ウム等の不活性ガスと酸素との酸素含有ガスと、ベンゼ
ン、トルエン等の炭化水素原料とを不完全燃焼させる燃
焼法が比較的製造コストが安価である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この燃焼法において
は、燃焼炉内にそれぞれガス化した炭化水素原料と酸素
含有ガスとを導入して減圧下で不完全燃焼させている
が、燃焼炉内にそれぞれ別々に炭化水素原料ガスと酸素
含有ガスを導入する燃料供給口と酸素含有ガス供給口を
設けてこれらを燃焼させると、燃焼炉内の両ガスの混合
が不完全であるので燃焼反応が部分的にばらつき、フラ
ーレン類の収率が低い。そこで、バーナー内で炭化水素
原料ガスと酸素含有ガスをプリミックスした後、多数の
小孔（ノズル）から燃焼炉内に噴き出すと、両ガスが混
ざった状態で燃焼炉内に吹き込まれることが行われ、燃
焼炉内の両ガスの混合性が確保され、これによってフラ
ーレン類の収率を向上することが期待できる。ところ
が、このようなプリミックスタイプのバーナーを使用す
ると、操業条件によっては逆火が起こる可能性があり、
特に、工業規模での大型の製造炉の場合には重大な問題
となり、従って、バーナーの設計に当たっては細心の注
意を払う必要があるという問題がある。本発明はかかる
事情に鑑みてなされたもので、炭素含有燃料ガス及び酸
素含有ガスの噴き出し速度を下げても逆火が起こらず、
燃焼炉において安定してフラーレン類を製造可能なフラ
ーレン類の製造用バーナー及びこれを用いたフラーレン
類の製造方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う第１の発
明に係るフラーレン類の製造用バーナーは、反応炉に露
出するバーナーヘッドから、前記反応炉内に炭素含有燃
料ガスと酸素含有ガスとを導くフラーレン類の製造用バ
ーナーであって、前記バーナーヘッドには、前記炭素含
有燃料ガスと前記酸素含有ガスのいずれか一方を噴出口
Ｐと、前記炭素含有燃料ガスと前記酸素含有ガスのいず
れか他方を流す噴出口Ｑとがそれぞれ混在して小間隔で
多数設けられ、しかも、前記噴出口Ｐと前記噴出口Ｑと
は各々独立したガス通路を有し、前記バーナーヘッド内
での炭素含有燃料ガスと酸素含有ガスとの混合を防止し
ている。これによって、噴出口Ｐ及び噴出口Ｑを通過す
るガスが混合することがないので、これらのガスの速度
を遅くしても逆火の心配がない。更には、噴出口Ｐと噴
出口Ｑとは小間隔（例えば、０．５〜１００ｍｍ）で多
数混在しているので、噴出直後に炭素含有燃料ガスと酸
素含有ガスが混ざり合う。ここで、酸素含有ガスには酸
素ガス（Ｏ₂ ）を主体とする純酸素ガスの他、オゾンガ
ス（Ｏ₃ ）を主体とする場合も含まれ、更には、ヘリウ
ムやアルゴン等の不活性ガスを含む場合や、酸素含有ガ
スに爆発限界以下の炭素含有燃料ガスを含む場合もあ
る。また、炭素含有燃料ガスに爆発限界以下の酸素ガス
やオゾンガスを含む場合もある。更には、炭素含有燃料
ガスにヘリウムやアルゴン等の不活性ガスを含む場合も
ある。

【０００５】第２の発明に係るフラーレン類の製造用バ
ーナーは、第１の発明に係るフラーレン類の製造用バー
ナーにおいて、前記反応炉には複数の前記バーナーヘッ
ドが設けられている。これによって、バーナーヘッドを
それぞれ含む複数のバーナーの製造、メンテナンスが容
易となる。第３の発明に係るフラーレン類の製造用バー
ナーは、第１、第２の発明に係るフラーレン類の製造用
バーナーにおいて、前記バーナーヘッドの上流側に、そ
れぞれ隔離した第１及び第２の蓄圧室を設け、前記第１
の蓄圧室に前記噴出口Ｐのガス通路が連通し、前記第２
の蓄圧室に前記噴出口Ｑのガス通路が連通している。こ
れによって、それぞれ噴出口Ｐ及び噴出口Ｑから吐出さ
れるガスの流れが均一になる。

【０００６】第４の発明に係るフラーレン類の製造用バ
ーナーは、第３の発明に係るフラーレン類の製造用バー
ナーにおいて、前記第１の蓄圧室より前記第２の蓄圧室
が上流側に設けられ、該第１の蓄圧室から前記バーナー
ヘッドを貫通する挿通孔が設けられ、該挿通孔内の断面
形状とは異なる断面形状の第１のパイプが該挿通孔を通
って前記第２の蓄圧室まで延設され、前記第１のパイプ
が前記噴出口Ｑのガス通路を形成し、前記挿通孔と前記
第１のパイプの隙間が前記噴出口Ｐのガス通路を形成し
ている。これによって、バーナーヘッドに形成する挿通
孔の数が減少し、より高い密度で噴出口Ｐ及び噴出口Ｑ
を形成できる。第５の発明に係るフラーレン類の製造用
バーナーは、第４の発明に係るフラーレン類の製造用バ
ーナーにおいて、前記挿通孔は断面円形であって、前記
第１のパイプの断面は、三角〜八角のいずれか１の形状
（更に、好ましくは四角形）となっている。これによっ
て、製作が容易となる。第６の発明に係るフラーレン類
の製造用バーナーは、第４、第５の発明に係るフラーレ
ン類の製造用バーナーにおいて、前記挿通孔は、前記バ
ーナーヘッドに実質的に均等に配置されている。これに
よって、ノズルヘッドからより均等にガスを放出するこ
とができ、結果として、より炭素含有燃料ガスと酸素含
有ガスの混合を行うことができる。

【０００７】第７の発明に係るフラーレン類の製造用バ
ーナーは、第３の発明に係るフラーレン類の製造用バー
ナーにおいて、前記第１の蓄圧室より前記第２の蓄圧室
が上流側に設けられ、前記第１の蓄圧室から前記バーナ
ーヘッドを貫通する挿通孔が設けられていると共に、前
記バーナーヘッドには前記挿通孔とは別位置に、前記第
１の蓄圧室を通って前記第２の蓄圧室から前記バーナー
ヘッドを貫通する第２のパイプが設けられ、前記挿通孔
が前記噴出口Ｐのガス通路を形成し、前記第２のパイプ
が前記噴出口Ｑのガス通路を形成している。第８の発明
に係るフラーレン類の製造用バーナーは、第７の発明に
係るフラーレン類の製造用バーナーにおいて、前記噴出
口Ｐと前記噴出口Ｑは、前記バーナーヘッドに実質的に
均等に隣り合って配置されている。これによって、噴出
口Ｐと噴出口Ｑとを少し離して別位置に配置でき、全体
として噴出口Ｐと噴出口Ｑを効率的に散在させてより炭
素含有燃料ガスと酸素含有ガスとの混合性を高めること
ができる。第９の発明に係るフラーレン類の製造方法
は、先に説明した第１〜第８の発明に係るフラーレン類
の製造用バーナーを用いて、前記反応炉内で前記炭素含
有燃料ガスと前記酸素含有ガスとを反応させてフラーレ
ン類を製造しているので、より効率良く、目的とするフ
ラーレンの製造が可能となる。なお、Ｐ、Ｑは２つの噴
出口を区別するために用いたもので、技術的意味はな
い。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の第１の実施の形態に
係るフラーレン類の製造用バーナーを使用する製造装置
の断面図、図２（Ａ）は図１における矢視Ａ−Ａ断面
図、（Ｂ）は噴出口部分の変形例を示す説明図、図３は
本発明の第２の実施の形態に係るフラーレン類の製造用
バーナーを用いた製造装置の断面図、図４は図３におけ
る矢視Ｂ−Ｂ断面図、図５は本発明の第３の実施の形態
に係るフラーレン類の製造用バーナーを用いた製造装置
の断面図、図６は同フラーレン類の製造用バーナーの詳
細断面図、図７は同平面図、図８は本発明の第４の実施
の形態に係るフラーレン類の製造用バーナーの断面図で
ある。

【０００９】図１、図２に示す本発明の第１の実施の形
態に係るフラーレン類の製造用バーナー１０及びこれを
用いた製造装置１１について説明する。製造装置１１に
は、下部から供給される炭素含有燃料ガスと酸素含有ガ
スを、低圧高温下で反応させてフラーレンを製造する反
応炉１１ａを備えている。この反応炉１１ａは上部がテ
ーパ状に縮径する円筒状で耐熱性金属からなる炉壁１２
を有し、その内側には耐火材１３が貼られている。炉壁
１２の下部にフラーレン類の製造用バーナー１０を有
し、このフラーレン類の製造用バーナー１０は、反応炉
１１ａに露出した円形板状のバーナーヘッド１４と、そ
の下部に設けられた酸素含有ガスの蓄圧室（第１の蓄圧
室）１５と、更にその下部に設けられた炭素含有燃料ガ
スの蓄圧室（第２の蓄圧室）１６とを備えている。バー
ナーヘッド１４はステンレス又は銅等の耐熱性金属から
なって、その直径は２０〜３００ｃｍ程度であり、その
周囲には冷却ジャケット部１７が設けられている。図２
（Ａ）において、１８及び１９は冷却ジャケット部１７
に繋がる冷媒の入口及び出口を示す。ここで、冷媒とし
ては水を使用することもできるが、バーナーヘッド１４
の温度が下がるので、適当に加温（例えば１５０〜３５
０℃）した熱媒を、冷媒として使用することもできる
（以下の実施の形態においても同様）。これによって、
バーナーヘッド１４の温度の過上昇を防ぐと共に、熱効
率を向上させる。冷却ジャケット部１７の材質は、金属
材料の一例である鉄、ステンレス、鋼材、銅等を用いる
ことができるが、中でも銅、真鍮のように熱伝導性の高
い材料を使用するのがバーナーヘッド１４の冷却を図る
上で好ましい（以下の実施の形態においても同じ）。蓄
圧室１５には、ヘリウム又はアルゴン等の不活性ガスと
酸素とを混合した酸素含有ガスの供給口２０が、蓄圧室
１６にはベンゼン、トルエン等の高温が気化させた炭素
含有燃料ガスの供給口２１が設けられている。この炭素
含有燃料ガスにも、適当量のヘリウム又はアルゴン等の
不活性ガスが含まれているのが好ましい。この実施の形
態及び以下の実施の形態においては、ガス流は下から上
に流れるので、下側が上流側となり、上側から下流側と
なる。

【００１０】第２の蓄圧室１６には、炭素含有燃料ガス
の液化を防止するため又は気化を促進するために適当に
ヒータを配置することは可能であり、更に、第１の蓄圧
室１５にも酸素含有ガスを加熱するためにヒータを設け
ることは自由である（以下の実施の形態においても同
じ）。バーナーヘッド１４には図２（Ａ）に示すよう
に、上下方向に貫通する複数の断面円形の挿通孔２２が
所定ピッチ（例えば、３〜３０ｍｍ）で均等に設けられ
ている。この挿通孔２２の直径は隣り合う挿通孔２２と
のピッチにもよるが、２〜２０ｍｍ程度となっている。
そして、各挿通孔２２には多角パイプ（第１のパイプ）
の一例である四角形のパイプ２３がそれぞれ挿入されて
いる。挿通孔２２は蓄圧室１５に連通しているがパイプ
２３は蓄圧室１６に連通している。蓄圧室１５と蓄圧室
１６の仕切り板２３ａは完全に閉塞され、蓄圧室１５内
の酸素含有ガスと蓄圧室１６の炭素含有燃料ガスとが混
合しないようになっている。一方、挿通孔２２とパイプ
２３との間には、図２（Ａ）の拡大部に示すように、４
つ隙間があり、この隙間を通って蓄圧室１５から酸素含
有ガスが反応炉１１ａ内に送り込まれ、パイプ２３を通
って蓄圧室１６から炭素含有燃料ガスが反応炉１１ａ内
に送られる。従って、パイプ２３の先端が炭素含有燃料
ガスの噴出口２４となり、挿通孔２２からパイプ２３の
部分を除く先端部分が酸素含有ガスの噴出口２５とな
る。

【００１１】また、以上のように炭素含有燃料ガスと酸
素含有ガスとのガス通路を分けているので、逆火の恐れ
がなく、フラーレン類が製造できる最適の条件に噴出口
２４、２５からの速度を設定できる。また、各パイプ２
３から炭素含有燃料ガスをその周囲から酸素含有ガスを
供給しているので、バーナーヘッド１４の噴出口２４、
２５を出たところで両ガスは混合する。この製造装置１
１には、反応炉１１ａからガスと共に排出される生成物
を回収するために、バッグフィルターがガス冷却器を介
して設けられて、発生したフラーレン類がカーボンブラ
ックと共に回収される。また、この実施の形態において
は、炭素含有燃料ガスを中央のパイプ２３から供給し、
酸素含有ガスをその周囲から供給しているが、中央のパ
イプ２３から酸素含有ガスをその周囲から炭素含有燃料
ガスを流すこともできる。この場合は、蓄圧室１５、１
６に供給されるガスも入れ代わる。そして、この実施の
形態においては、挿通孔２２内に断面四角形のパイプ２
３を入れたが、例えば図２（Ｂ）に示すように断面三角
形のパイプ２６とすることもできるし、その他の形状
（例えば、五〜八角形）とすることもできる。更には、
挿通孔の断面形状に対してこれに挿入するパイプの形状
が異なれば、同一又は類似の作用効果を発揮するので、
このようなものにも本発明は適用される。

【００１２】次に、図３、図４に示す本発明の第２の実
施の形態に係るフラーレン類の製造用バーナー２７及び
これを用いる製造装置２７ａについて説明するが、図
１、図２の同一の構成要素については同一の番号を付し
てその詳しい説明を省略する（以下の実施の形態におい
ても同じ）。第２の実施の形態に係るフラーレン類の製
造用バーナー２７は、反応炉１１ｂの下部に設けられ、
底板兼用のバーナーヘッド２８を有している。バーナー
ヘッド２８の下部には第１、第２の蓄圧室２９、３０が
設けられ、第１の蓄圧室２９には炭素含有燃料ガスの供
給口３１が、第２の蓄圧室３０には酸素含有ガスの供給
口３２が設けられている。一方、バーナーヘッド２８に
は大小の挿通孔３３、３４が隣り合って均等に設けられ
ている。小さい挿通孔３４は、第１の蓄圧室２９に連通
しているが、大きい挿通孔３３には下端が第２の蓄圧室
３０まで連通するパイプ（第２のパイプ）３５が挿通し
ている。第１、第２の蓄圧室２９、３０の仕切り板３６
は完全に密閉状態となって、蓄圧室２９、３０内のガス
が混じらないようになっている。なお、この実施の形態
ではパイプ３５は仕切り板３６を貫通して、仕切り板３
６とパイプ３５の当接部分で溶接又は鑞付けが行われて
いるが、仕切り板３６に貫通孔を設け、この貫通孔にパ
イプを連結するようにしてもよい（その他の実施の形態
でも同じ）。パイプ３５の内径は、小さい挿通孔３４の
内径と同じ程度が好ましいが、異なる場合であってもよ
い。また、パイプ３５はバーナーヘッド２８に密封状態
で取付け、大きい挿通孔３３とパイプ３５の隙間をガス
が通過しないようにするのが好ましいが、必須の要件で
はない。

【００１３】大小の挿通孔３３、３４の間隔は、反応炉
１１ｂの大きさにもよるが、通常２〜２００ｍｍ程度で
あり、挿通孔３４の内径は１〜１０ｍｍ程度が好ましい
が、反応炉１１ｂの大きさに合わせて適宜調整する。こ
れによって、挿通孔３４の先部が炭素含有燃料ガスの噴
出口３７となり、パイプ３５の先部が酸素含有ガスの噴
出口３８となる。これによって、反応炉１１ｂ内で炭素
含有燃料ガスと酸素含有ガスが混ざって燃焼し、バーナ
ーヘッド２８内では、炭素含有燃料ガスと酸素含有ガス
とが独立しているので、減圧及び低ガス流速であって
も、逆火や爆発の危険性が全くない。従って、安定して
フラーレンを製造できる。

【００１４】次に、図５〜図７に示す第３の実施の形態
に係るフラーレン類の製造用バーナー４０及びこれを用
いた製造装置４１について説明する。この実施の形態に
おいては、製造装置４１を構成する反応炉４２の底板４
３に複数のフラーレン類の製造用バーナー４０が設けら
れている。底板４３は銅又はステンレス等の金属部材か
らなって、温度の上昇を防止するため所定温度の熱媒又
は水によって冷却されている。フラーレン類の製造用バ
ーナー４０を図６に示すが、基本的構造は、第１の実施
の形態に係るフラーレン類の製造用バーナー１０と同一
であって、上部のバーナーヘッド４４の下方（即ち、上
流側）に、第１、第２の蓄圧室４５、４６を備えてい
る。バーナーヘッド４４の周囲には冷却ジャケット部４
７を備え、水等の冷媒が循環している。４８、４９はそ
れぞれ冷媒の入口及び出口である。バーナーヘッド４４
を貫通する多数の挿通孔５０が設けられ、この挿通孔５
０には一方が第２の蓄圧室４６まで延長された角パイプ
５１（例えば、断面三角形〜八角形）が挿通している。
なお、第１、第２の蓄圧室４５、４６の仕切り板５２は
完全に密閉されている。第１の蓄圧室４５には炭素含有
燃料ガス又は酸素含有ガスのいずれか一方を供給する供
給口５３が、第２の蓄圧室４６には炭素含有燃料ガス又
は酸素含有ガスのいずれか他方を供給する供給口５４が
設けられている。

【００１５】このようなフラーレン類の製造用バーナー
４０が反応炉４２の底板４３には、図５に示すように、
出来る限り密に配置されている。これによって、フラー
レン類の製造用バーナー４０内では炭素含有燃料ガスと
酸素含有ガスが独立のガス通路を通り、反応炉４２内に
混合されるので、逆火等の心配がない。更には、フラー
レン類の製造用バーナー４０が個々に分かれているの
で、製造が容易であり、更には故障の場合にも故障した
フラーレン類の製造用バーナー４０のみを取り替えるこ
とによって補修ができる。この実施の形態では、フラー
レン類の製造用バーナー４０自体に冷却ジャケット部４
７を設けたが、フラーレン類の製造用バーナーには冷却
ジャケット部は設けず、底板に冷却部を設けることもで
き、これによって、更には密にフラーレン類の製造用バ
ーナーを底板に配置できる。

【００１６】次に、図８に示す第４の実施の形態に係る
フラーレン類の製造用バーナー５６について説明する。
このフラーレン類の製造用バーナー５６は第３の実施の
形態に係るフラーレン類の製造用バーナー４０の代わり
に使用するものであり、底板４３に並べて使用する。そ
して、フラーレン類の製造用バーナー５６の基本的構成
は、第２の実施の形態に係るフラーレン類の製造用バー
ナー２７と同一である。即ち、図８に示すように、フラ
ーレン類の製造用バーナー５６は、バーナーヘッド５７
の下方（即ち、上流側）に、第１、第２の蓄圧室５８、
５９を有し、蓄圧室５８には炭素含有燃料ガス又は酸素
含有ガスのいずれか一方が、蓄圧室５９には炭素含有燃
料ガス又は酸素含有ガスのいずれか他方が導入される供
給口６０、６１を備えている。バーナーヘッド５７に
は、径の大きい挿通孔６２と径の小さい挿通孔６３が形
成され、径の大きい挿通孔６２にはパイプ６４が挿通さ
れている。パイプ６４の内径は挿通孔６３の内径と同等
又は近似の値（例えば、０．５〜３ｍｍ）となってい
る。第１、第２の蓄圧室５８、５９を区分けする仕切り
板６５は密閉構造となって、貫通するパイプ６４の周囲
は溶接又は鑞付けにて密閉されている。

【００１７】バーナーヘッド５７の中央には、径の比較
的大きい噴出ノズル６５ａが設けられ、先部には複数の
ノズル小孔６６が形成されている。この噴出ノズル６５
ａからは、炭素含有燃料ガス及び酸素含有ガスを除く他
の物質（例えば、珪素、金属類、その他の無機物粉末、
活性又は不活性ガス）を反応炉内に入れることが可能で
あり、必要に応じてフラーレン類の複合化合物を製造す
ることができる。また、特別な場合として、炭素含有燃
料ガスや酸素含有ガスを、反応炉内に吹き込むこともで
きる。この場合であっても、吹き込まれるガスはプリミ
ックスされていないので、逆火等が起こることはなく、
安定して操業ができる。この実施の形態ではバーナーヘ
ッド本体は冷却構造としていないが、冷媒を循環させる
ことも可能であり、更には、底板４３に冷却ジャケット
部又は冷却パイプを設けて冷却することもできる。第
３、第４の実施の形態に係るフラーレン類の製造用バー
ナー４０、５６を使用することによって、各バーナーを
個別化することができ、より大型のフラーレン類の製造
装置を構成することができる。第３、第４の実施の形態
に係るフラーレン類の製造用バーナー４０、５６の周囲
に取付けフランジを設けることによって、底板４３に簡
単に取外し可能となる。底板４３の表面でフラーレン類
の製造用バーナー４０、５６の露出していない部分には
適当に耐火物を貼ることもできる。

【００１８】本発明は前記個々の実施の形態に限定され
るものではなく、前記実施の形態を組み合わせてフラー
レン類の製造装置を構成する場合にも本発明は適用され
る。また、前記実施の形態においては、炭素含有燃料ガ
スとしては任意のものを使用でき、例えば、メタン、エ
タン、プロパン、エチレン、プロピレン等の直鎖又は分
岐鎖を有する脂肪族飽和若しくは不飽和炭化水素、前記
したベンゼン、トルエンの他、オルト、メタ、パラのキ
シレン、ナフタリン、アントラセン等の芳香族炭化水素
やこれらの混合物等がある。前記したフラーレン類の製
造用バーナーが使用される燃焼法は、フラーレン合成域
における温度が他の方法に比較して低温であるので、大
型の装置の構築が可能となり、フラーレンの大量生産に
向く。燃焼法における燃焼方法や状態はフラーレンが生
成する条件であれば、任意の条件を設定してよいが、一
般的には、酸素（酸素ガスやオゾンガス）を主体とする
ガスを用いて前述の炭素水素原料を不完全燃焼させる方
法を用いるが、この酸素にヘリウム、アルゴン等の不活
性ガスと酸素の混合ガス（酸素含有ガス）を用いてもよ
い。この際の燃焼温度は、原料炭化水素の種類にもよる
が、通常１０００〜２１００℃、より好ましくは１２０
０〜１７００℃程度である。また、燃焼における炭素含
有燃料ガスと酸素含有ガスとの割合も適宜選択すればよ
いが、理論燃焼酸素含有ガス量に対して、より少ない酸
素含有ガス量となる。また、反応炉内の圧力は、フラー
レンが製造可能な圧力であれば任意であるが、一般的に
は、１０〜６００ｔｏｒｒ、より好ましくは３０〜１０
０ｔｏｒｒであるのがよい。なお、前記それぞれの実施
の形態においては、フラレーン類の製造用バーナーは反
応炉の底部に設けたが、その取付け位置及び方法は任意
である。

【００１９】

【発明の効果】請求項１〜８記載のフラーレン類の製造
用バーナー及び請求項９記載のフラーレン類の製造方法
は、以上の説明からも明らかなように、前記バーナーヘ
ッド内での炭素含有燃料ガスと酸素含有ガスとの混合を
防止している。これによって、バーナー内で炭素含有燃
料ガスと酸素含有ガスの混合がないので、逆火等の心配
がない。そして、噴出口Ｐと噴出口Ｑとは小間隔で多数
混在しているので、噴出直後に炭素含有燃料ガスと酸素
含有ガスが混ざり、より効率よくフラーレン類の製造が
可能となる。特に、請求項２記載のフラーレン類の製造
用バーナーにおいては、反応炉には複数のバーナーヘッ
ドが設けられているので、バーナーヘッドをそれぞれ含
む複数のバーナーの製造、メンテナンスが容易となる
他、任意の数のフラーレン類の製造用バーナーを並べて
大型の製造装置を構成できる。

【００２０】請求項３記載のフラーレン類の製造用バー
ナーにおいては、バーナーヘッドの上流側に、それぞれ
隔離した第１及び第２の蓄圧室を設けているので、それ
ぞれ噴出口Ｐ及び噴出口Ｑから吐出されるガスの流れが
より均一になり、より効率のよいフラーレン類の製造を
期待できる。請求項４記載のフラーレン類の製造用バー
ナーにおいては、第１の蓄圧室からバーナーヘッドを貫
通する挿通孔が設けられ、挿通孔内の断面形状とは異な
る断面形状の第１のパイプが挿通孔を通って第２の蓄圧
室まで延設され、第１のパイプが噴出口Ｑのガス通路を
形成し、挿通孔と第１のパイプの隙間が噴出口Ｐのガス
通路を形成しているので、バーナーヘッドに形成する挿
通孔の数が減少し、より高い密度で噴出口Ｐ及び噴出口
Ｑを形成できる。更には、炭素含有燃料ガスと酸素含有
ガスとがより密接に接するので、両ガスの混合性が向上
する。

【００２１】請求項５記載のフラーレン類の製造用バー
ナーは、挿通孔は断面円形であって、第１のパイプの断
面は、三角〜八角のいずれか１の形状（更に、好ましく
は四角形）となっているので、製造が容易であると共
に、第１のパイプの外側に確実なる噴出口を確保するこ
とができる。請求項６記載のフラーレン類の製造用バー
ナーにおいては、挿通孔は、バーナーヘッドに実質的に
均等に配置されているので、ノズルヘッドからより均等
にガスを放出することができ、結果として、より炭素含
有燃料ガスと酸素含有ガスの混合を行うことができる。
請求項７記載のフラーレン類の製造用バーナーは、第１
の蓄圧室より第２の蓄圧室が上流側に設けられ、第１の
蓄圧室からバーナーヘッドを貫通する挿通孔が設けられ
ていると共に、バーナーヘッドには挿通孔とは別位置
に、第１の蓄圧室を通って第２の蓄圧室からバーナーヘ
ッドを貫通する第２のパイプが設けられ、挿通孔が噴出
口Ｐのガス通路を形成し、第２のパイプが噴出口Ｑのガ
ス通路を形成しているので、製造が容易で、かつガスの
分離が確実となる。そして、請求項９記載のフラーレン
類の製造方法は、請求項１〜８記載のフラーレン類の製
造用バーナーを用いてフラーレン類を製造しているの
で、安全性を高めてより大量のフラーレン類を効率よく
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフラーレン類
の製造用バーナーを使用する製造装置の断面図である。

【図２】（Ａ）は図１における矢視Ａ−Ａ断面図、
（Ｂ）は噴出口部分の変形例の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係るフラーレン類
の製造用バーナーを用いた製造装置の断面図である。

【図４】図３における矢視Ｂ−Ｂ断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係るフラーレン類
の製造用バーナーを用いた製造装置の断面図である。

【図６】同フラーレン類の製造用バーナーの詳細断面図
である。

【図７】同平面図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態に係るフラーレン類
の製造用バーナーの断面図である。

【符号の説明】

１０：フラーレン類の製造用バーナー、１１：製造装
置、１１ａ、１１ｂ：反応炉、１２：炉壁、１３：耐火
材、１４：バーナーヘッド、１５、１６：蓄圧室、１
７：冷却ジャケット部、１８：入口、１９：出口、２
０、２１：供給口、２２：挿通孔、２３：パイプ、２３
ａ：仕切り板、２４、２５：噴出口、２６：パイプ、２
７：フラーレン類の製造用バーナー、２７ａ：製造装
置、２８：バーナーヘッド、２９、３０：蓄圧室、３
１、３２：供給口、３３、３４：挿通孔、３５：パイ
プ、３６：仕切り板、３７、３８：噴出口、４０：フラ
ーレン類の製造用バーナー、４１：製造装置、４２：反
応炉、４３：底板、４４：バーナーヘッド、４５、４
６：蓄圧室、４７：冷却ジャケット部、４８：入口、４
９：出口、５０：挿通孔、５１：角パイプ、５２：仕切
り板、５３、５４：供給口、５６：フラーレン類の製造
用バーナー、５７：バーナーヘッド、５８、５９：蓄圧
室、６０、６１：供給口、６２、６３：挿通孔、６４：
パイプ、６５：仕切り板、６５ａ：噴出ノズル、６６：
ノズル小孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K017 CA05 CB02 CD01 CH04 3K019 AA05 BA04 BB03 BD11 4G046 CA01 CC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応炉に露出するバーナーヘッドから、
前記反応炉内に炭素含有燃料ガスと酸素含有ガスとを導
くフラーレン類の製造用バーナーであって、前記バーナ
ーヘッドには、前記炭素含有燃料ガスと前記酸素含有ガ
スのいずれか一方を流す噴出口Ｐと、前記炭素含有燃料
ガスと前記酸素含有ガスのいずれか他方を流す噴出口Ｑ
とがそれぞれ混在して小間隔で多数設けられ、しかも、
前記噴出口Ｐと前記噴出口Ｑとは各々独立したガス通路
を有し、前記バーナーヘッド内での炭素含有燃料ガスと
酸素含有ガスとの混合を防止していることを特徴とする
フラーレン類の製造用バーナー。
【請求項２】請求項１記載のフラーレン類の製造用バ
ーナーにおいて、前記反応炉には複数の前記バーナーヘ
ッドが設けられていることを特徴とするフラーレン類の
製造用バーナー。
【請求項３】請求項１又は２記載のフラーレン類の製
造用バーナーにおいて、前記バーナーヘッドの上流側
に、それぞれ隔離した第１及び第２の蓄圧室を設け、前
記第１の蓄圧室に前記噴出口Ｐのガス通路が連通し、前
記第２の蓄圧室に前記噴出口Ｑのガス通路が連通してい
ることを特徴とするフラーレン類の製造用バーナー。
【請求項４】請求項３記載のフラーレン類の製造用バ
ーナーにおいて、前記第１の蓄圧室より前記第２の蓄圧
室が上流側に設けられ、該第１の蓄圧室から前記バーナ
ーヘッドを貫通する挿通孔が設けられ、該挿通孔内の断
面形状とは異なる断面形状の第１のパイプが該挿通孔を
通って前記第２の蓄圧室まで延設され、前記第１のパイ
プが前記噴出口Ｑのガス通路を形成し、前記挿通孔と前
記第１のパイプの隙間が前記噴出口Ｐのガス通路を形成
することを特徴とするフラーレン類の製造用バーナー。
【請求項５】請求項４記載のフラーレン類の製造用バ
ーナーにおいて、前記挿通孔は断面円形であって、前記
第１のパイプの断面は、三角〜八角のいずれか１の形状
となっていることを特徴とするフラーレン類の製造用バ
ーナー。
【請求項６】請求項４又は５記載のフラーレン類の製
造用バーナーにおいて、前記挿通孔は、前記バーナーヘ
ッドに実質的に均等に配置されていることを特徴とする
フラーレン類の製造用バーナー。
【請求項７】請求項３記載のフラーレン類の製造用バ
ーナーにおいて、前記第１の蓄圧室より前記第２の蓄圧
室が上流側に設けられ、前記第１の蓄圧室から前記バー
ナーヘッドを貫通する挿通孔が設けられていると共に、
前記バーナーヘッドには前記挿通孔とは別位置に、前記
第１の蓄圧室を通って前記第２の蓄圧室から前記バーナ
ーヘッドを貫通する第２のパイプが設けられ、前記挿通
孔が前記噴出口Ｐのガス通路を形成し、前記第２のパイ
プが前記噴出口Ｑのガス通路を形成することを特徴とす
るフラーレン類の製造用バーナー。
【請求項８】請求項７記載のフラーレン類の製造用バ
ーナーにおいて、前記噴出口Ｐと前記噴出口Ｑは、前記
バーナーヘッドに実質的に均等に隣り合って配置されて
いることを特徴とするフラーレン類の製造用バーナー。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載のフ
ラーレン類の製造用バーナーを用いて、前記反応炉内で
前記炭素含有燃料ガスと前記酸素含有ガスとを反応させ
てフラーレン類を製造するフラーレン類の製造方法。