JP2012148228A - 流動層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉粒体の被覆処理に用いた有機溶媒を大気中に放出しないで、且つ粉粒体が堆積していない状態で処理材を焼結し得る流動層装置を提供する。
【解決手段】粉粒体２を浮遊流動させながら被覆処理するための処理容器３、処理容器内に処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置６、粉粒体を浮遊流動させるために処理容器に設けられた流動用ガス供給口７、および処理容器から排出された処理液中の有機溶媒を燃焼させて処理材を焼結するために処理容器の後流路に設けられた燃焼装置８を備えてなる流動層装置１。
【選択図】図３

Description

本発明は、流動層装置に関し、さらに詳しくは処理材で粉粒体を被覆するための被覆処理および処理材の焼結を連続的に行うことができる流動層装置に関する。

近年、新素材の分野では、２つの特性を兼ね備えた粉粒体を得ることが必要となり、装置内で１つ以上の特性を有する粉粒体に他の特性を有する処理材を含む処理液を噴霧することによって粉粒体に処理材を被覆し、装置から取り出した被覆処理された粉粒体を別の焼結炉に入れて処理材を焼結するプロセスが採用されている。そのような被覆処理を行うための装置の１例として、装置内に熱風を流通させ、駆動源により回転盤を回転させて粉粒体を浮遊流動させながら処理液を噴霧して、粉粒体の表面を被覆処理する転動型の流動層装置が知られている。

しかし、このような粉粒体を流動処理する装置は、湿潤状態の粉粒体が装置の底部に堆積して長時間の被覆処理が行えないという問題を有しており、その解決のため様々な検討がされている。
例えば、特許文献１には、流動層容器内で粉粒体を気体により浮遊流動させながら被覆処理を行う流動層装置において、流動層容器に、粉粒体の処理を行う処理室と、該処理室の上方に位置し、固気分離用のフィルター部が配され、該フィルター部を昇降移動させるフィルター昇降機構が設けられている流動層装置が記載されている。そして、具体例として処理材を含むスプレー液を噴霧して流動気体による浮遊流動下に粉粒体を被覆処理し、排気ダクトを通って液の蒸気および気体を外部にそのまま排気した例が示されているが、スプレー液中の有機溶媒を回収した例は示されていない。

特開２００７−３０７４４８号公報

しかし、上記の従来技術によって粉粒体に処理材を被覆処理しても、得られた粉粒体がそのままでは最終製品には適用できない場合は、被覆処理された粉粒体を別の焼結炉に入れて処理材を高温で焼結することが必要である。そのような場合、粉粒体を堆積させて焼結が行われるため、得られる粉粒体の品質の均一性が不十分な場合がある。このため、焼結後の粉粒体の品質の均一性を確保する必要性から、粉粒体が堆積していない状態で焼結することが望まれている。また、上記の従来技術においては、粉粒体の被覆処理に用いた有機溶媒は資源として利用されることなく大気中に放出されており、省資源、焼結に要するエネルギーの消費および環境上の観点から問題がある。

従って、本発明の目的は、粉粒体の被覆処理に用いた有機溶媒を大気中に放出しないで、且つ粉粒体が堆積していない状態で粉粒体に被覆された処理材を焼結し得る流動層装置を提供することである。

本発明は、粉粒体を浮遊流動させながら被覆処理するための処理容器、処理容器内に処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置、粉粒体を浮遊流動させるために処理容器に設けられた流動用ガス供給口、および処理容器から排出された処理液中の有機溶媒を燃焼させて処理材を焼結するために処理容器の後流路に設けられた燃焼装置を備えてなる流動層装置に関する。

本発明によれば、粉粒体の被覆処理に用いた有機溶媒を大気中に放出しないで、且つ粉粒体が堆積していない状態で粉粒体に被覆された処理材を焼結し得る流動層装置が得られる。

図１は、従来の流動層装置の概略図である。 図２は、従来の流動層装置により被覆処理された粉粒体の処理材を焼結炉に入れて焼結している状態を示す模式図である。 図３は、本発明の第１の実施態様の流動層装置の概略図である。 図４は、本発明の第２の実施態様の流動層装置の概略図である。 図５は、本発明の第３の実施態様の流動層装置の概略図である。 図６は、本発明の第２および第３の実施態様の燃焼装置における温度制御フローチャートである。 図７は、本発明の第４の実施態様の流動層装置の概略図である。 図８は、本発明の第４の実施態様の燃焼装置における温度制御フローチャートである。

特に、本発明において、以下の実施態様を挙げることができる。
１）前記燃焼装置が、有機溶媒蒸気に着火させるための着火源および有機溶媒が燃焼して生じる炎を閉じ込めるための火炎制御装置を備えてなる前記流動層装置。
２）前記流動用ガス供給口が不活性ガス供給口であり、前記燃焼装置が前記着火源である燃焼触媒層、有機溶媒蒸気を燃焼させるために必要な空気又は酸素を供給する支燃ガス供給装置、および燃焼温度を測定するための熱電対を備えてなる前記流動層装置。
３）前記流動用ガス供給口が不活性ガス供給口であり、前記燃焼装置が前記着火源である放電装置、有機溶媒蒸気を燃焼させるために必要な空気又は酸素を供給する支燃ガス供給装置、燃焼温度を測定するための熱電対、および有機溶媒が燃焼して生じる炎を一定領域に閉じ込めるための火炎制御装置を備えてなる前記流動層装置。

４）前記流動用ガス供給口が空気又は酸素供給口であり、前記燃焼装置が、前記着火源である燃焼触媒層、燃焼温度が過度に上昇しないように制御するための不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置、燃焼温度を測定するための熱電対、および有機溶媒が燃焼して生じる炎を一定領域に閉じ込めるための火炎制御装置を備えてなる前記流動層装置。
５）前記処理容器が、固体電池用活物質粒子にリチウムイオン伝導体を被覆するためのものである前記流動層装置。

以下、図面を参照して本発明を詳説する。
従来の流動層装置１０は、図１に示すように、粉粒体２を浮遊流動させながら被覆処理するための処理容器３、該処理容器内の底部に設けられて粉粒体２を回転させるために水平回転する回転盤４と該処理容器の下部に設けられて回転盤を回転駆動するモーターなどの回転盤駆動手段５、処理容器内に処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置６、粉粒体２を浮遊流動させるために処理容器の下方に設けられた流動用ガス導入口７、処理された粉粒体の系外への排出を防止するためのフィルター３０および気体排出口４０を備えてなるものである。

そして、従来の流動層装置１０においては、浮遊流動状態にある粉粒体２はフィルター３０によって気体と分離され、処理液に通常含まれる有機溶媒、例えばアルコールが系外に排出され、省資源および環境上の問題が生じる。しかも、フィルターによる目詰まりの問題があるため、粒径が４μｍ以下の粉粒体は処理し得ない。
また、このようにして被覆処理された粉粒体はそのままでは最終製品に適用できない場合があり、図２に示すように、焼結炉に入れて粉粒体に被覆された処理材を焼結される。その際、粉粒体を堆積して高温での焼結が行われるため、堆積物の内部と表面とでは温度にむらが生じ、得られる粉粒体に品質の均一性が確保されない場合がある。

本発明の第１の実施態様の流動層装置１は、図３に示すように、粉粒体２を浮遊流動させながら被覆処理するための処理容器３、該処理容器内の底部に設けられて粉粒体２を回転させるために回転する回転盤４と該処理容器の下部に設けられて回転盤を回転駆動する回転盤駆動手段５、処理容器３内に処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置６、粉粒体を浮遊流動させるために処理容器の下方に設けられた流動用ガス供給口７、それぞれ処理容器の後流路２０に設けられた、処理容器から排出された処理液中の有機溶媒蒸気を燃焼させて処理材を焼結させるための燃焼装置８、焼結粉粒体を回収するための焼結粉粒体回収容器４０、および気体排出口５０を備えている。
前記第１の実施態様においては回転盤４と回転盤駆動手段５とを備えているが、流動用ガスのみによって粉粒体を浮遊流動させることも可能である。

本発明の前記実施態様の流動層装置１によれば、処理容器の後流路に有機溶媒蒸気を燃焼させて処理材を焼結させるための燃焼装置８を備えていることにより、被覆処理された粉粒体は燃焼装置８を気体とともに通過中に堆積していない状態で焼結され、また粉粒体の被覆処理に用いた有機溶媒は焼結用燃料として利用される。そして、フィルターを用いる必要がないため、粒径が４μｍ以下、例えば２μｍ程度の粉粒体であっても処理され得る。

本発明における粉粒体としては、特に制限はなく１つ以上の特性を有する粉粒体に他の特性を有する処理材を含む処理液を噴霧して粉粒体に処理材を被覆する必要のある任意の技術分野の粉粒体が挙げられ、例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、固体電池用活物質粒子などの粉粒体が挙げられる。特に、本発明は、湿式コーティングの適用が困難である固体電池用活物質粒子にリチウムイオン伝導体を被覆する場合に特に好適に適用し得る。

本発明における処理液としては、特に制限はなく、粉粒体とは異なる所定の特性を有する処理材、例えばリチウムイオン伝導体（焼結体）がＬｉ_４ＳｉＯ_４である場合、その原料である（Ｃ_２Ｈ_５Ｏ）_４ＳｉおよびＣＨ_３ＣＯＯＬｉ・２Ｈ_２Ｏなどのリチウムイオン伝導体前駆体又はその加水分解物を含む有機溶媒、例えばアルコール溶液が挙げられる。前記処理液は、例えば貯蔵槽６０から供給され得る。
また、本発明における流動用ガスとしては、特に制限はなく、不活性ガス、例えば窒素や空気、酸素などが挙げられる。
また、本発明における処理液の噴霧装置としては、一般的な液送ポンプと噴霧ノズルを組み合わせて使用し得る。
また、本発明の処理液噴霧装置に用いる気体（ガス）としては、処理液を噴霧させるために通常は噴出用ガス、例えば窒素などの不活性ガス又は空気が用いられる。

前記処理容器としては、処理温度が１００℃未満である通常の処理条件では特に制限はなく、例えば剛性を有する樹脂製、例えばアクリル樹脂製あるいはステンレス製の略円筒状の装置を使用できる。本発明における前記回転盤と回転盤駆動手段とを備えた処理容器として、例えば一般的な転動流動層コーティング装置、例えば株式会社パウレック製のマルチプレックス（ＭＰシリーズ）や回転盤部に解砕機構を備えた装置（ＭＰ−ＳＦＰシリーズ）やフロイント産業株式会社のフローコーター、コートマイザーなどを使用することができる。

本発明において、前記燃焼装置として、有機溶媒に着火させるための着火源および有機溶媒が燃焼して生じる炎を閉じ込めるための火炎制御装置の組み合わせが挙げられる。
また、本発明において、前記処理容器への粉粒体の導入は、バッチ式に処理前に処理容器内に一度に加えられてもよくあるいは、粉粒体導入口（図示せず）を介して連続的又は逐次的に処理容器内に加えてもよい。前記の粉粒体をバッチ式に処理前に処理容器内に一度に加える場合、処理容器としては開閉可能な構造を有している必要があり、開閉部はシーリング部材、例えばオーリングによって処理容器の上部と下部とが粒体導入後は密閉され得る。

また、本発明の第２の実施態様の流動層装置１は、図４に示すように、前記流動用ガス供給口７が不活性ガス供給口であり、燃焼装置８として、処理容器の後流路２０に設けられた、有機溶媒を燃焼させるための着火源としての燃焼触媒層２１、有機溶媒蒸気を燃焼させるために必要な空気又は酸素を供給する支燃ガス供給装置２２、燃焼温度を測定するための熱電対２３、および有機溶媒が燃焼して生じる炎を一定領域に閉じ込めるための火炎制御装置２４が備えられている。また、前記の流動層装置１においては、図４に示すように、処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置６には噴霧ガスとして不活性ガス、例えば窒素（Ｎ_２）が供給され得る。

前記の燃焼触媒層としては、例えば、触媒成分としてＰｔ、Ａｇ、ＡｕやＭｏＯ_３をベースとする複合モリブデン酸やＳｂ複合酸化物、Ｗ、Ｃｏの酸化物などの粉末又は顆粒の固定床であり得て、特に急激な燃焼が起こらず温度制御が容易である前記燃焼触媒成分を担持させたハニカムを設置することが好適である。
また、燃焼触媒層には、少なくとも１ヶ所に熱電対２３が設置され、燃焼温度を測定する。
また、前記支燃ガス供給装置には、通常高い精度で支燃ガスを供給するためにマスフローコントローラが備えられ得る。
また、前記火炎制御装置としては、熱を奪うために高熱伝導性のステンレス等の金属で作製され、一般的にフレームアレスタ又は逆火防止装置と呼ばれるフィルター付の弁が挙げられる。前記フレームアレスタは通常着火源の前後に備えられ、炎は燃焼域内に閉じ込められる。フレームアレスタによって、運転状態が非定常状態となって大きな炎が形成されても、燃焼による炎が出口あるいは処理容器側に噴き出ることを防止し得る。
前記の後流路２０の火炎制御装置の後の位置に、必要であればクーラーなどを設けて排出される粉粒体および気体を室温まで冷却してもよい。

また、本発明の第３の実施態様の流動層装置１は、図５に示すように、前記流動用ガス供給口７が不活性ガス供給口であり、燃焼装置８として、処理容器の後流路２０に設けられた、有機溶媒を燃焼させるための着火源としての放電装置３１、有機溶媒蒸気を燃焼させるために必要な空気又は酸素を供給する支燃ガス供給装置３２、燃焼温度を測定するための熱電対３３、および有機溶媒が燃焼して生じる炎を一定領域に閉じ込めるための火炎制御装置３４が備えられている。また、前記の流動層装置１においては、図５に示すように、処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置６において噴霧ガスとして不活性ガス、例えば窒素（Ｎ_２）が供給され得る。
前記の放電装置３１としては、パルス放電や連続放電などが用いられ得る。
そして、前記支燃ガス供給装置には、通常高い精度で支燃ガスを供給するためにマスフローコントローラが備えられ得る。

本発明の第２、第３の実施態様の装置により有機溶媒蒸気を燃焼させる際に、図６に示すように、燃焼温度を測定し、測定温度と設定温度とを比較し、フローチャートに従って、測定温度が設定温度より低い場合は空気又は酸素の支燃ガス流量を増やし、測定温度が設定温度より高い場合は空気又は酸素の支燃ガス流量を減らして、支燃ガス供給装置からの支燃ガスの供給を調整することによって、燃焼温度を設定温度に保つことができる。この設定温度は、処理材の種類によって異なり、例えば固体電池用活物質粒子にリチウムイオン伝導体を被覆する場合は焼結に必要な燃焼温度は３００〜５００℃の範囲内であり得る。

また、本発明の第４実施態様の流動層装置１は、図７に示すように、前記流動用ガス供給口７が空気又は酸素供給口であり、前記燃焼装置として、前記着火源としての燃焼触媒層４１、燃焼温度が過度に上昇しないように制御するための不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置４２、燃焼温度を測定するための熱電対４３、および有機溶媒が燃焼して生じる炎を一定領域に閉じ込めるための火炎制御装置４４が備えられている。また、前記の流動層装置１においては、図７に示すように、処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置６において噴霧ガスとして空気又は酸素（Ｏ_２）が供給され得る。
そして、前記不活性ガス供給装置には、通常高い精度で不活性ガスを供給するためにマスフローコントローラが備えられ得る。

本発明の第４の実施態様の装置により有機溶媒蒸気を燃焼させる際に、図８に示すように、燃焼温度を測定し、測定温度と設定温度とを比較し、フローチャートに従って、測定温度が設定温度より高い場合は不活性ガス流量を増やし、測定温度が設定温度より低い場合は不活性ガス流量を減らして、不活性ガス供給装置からの不活性ガスの供給量を調整することによって、燃焼温度を設定温度に保つことができる。
本発明の第４実施態様の流動層装置によれば、不活性ガスの使用量を大幅に低減し得るので特に好適である。

本発明によって、粉粒体の表面全体又は表面の一部に焼結処理材が被覆又は堆積した被覆処理粉粒体を、省資源、エネルギー消費および環境等の従来の問題を生じることなく連続的に得ることができる。
特に、熱電対で温度測定し、支燃ガス流量又は不活性ガス流量、特に支燃ガス流量にフィードバックすることにより、安定した燃焼温度を維持することが可能となり、品質の安定した焼結粉粒体を得ることができる。

本発明の流動層装置によって、粉粒体の被覆処理に用いた有機溶媒は大気中に放出しないで、且つ粉粒体が堆積していない状態で焼結した被覆処理粉粒体を連続的に得ることができる。

１ 本発明の実施態様の流動層装置
２ 粉粒体
３ 処理容器
４ 回転盤
５ 回転盤駆動手段
６ 処理液噴霧装置
７ 流動用ガス導入口
８ 燃焼装置
１０ 従来の流動層装置
２０ 後流路
２１、４１ 燃焼触媒層
２２、３２ 支燃ガス供給装置
２３、３３、４３ 熱電対
２４、３４、４４ 火炎制御装置
３０ フィルター
３１ 放電装置
４０ 焼結粉粒体回収容器
４１ 不活性ガス供給装置
５０ 気体排出口
６０ 処理液貯蔵槽

Claims (6)

1. 粉粒体を浮遊流動させながら被覆処理するための処理容器、処理容器内に処理液を噴霧するために処理容器に設けられた処理液噴霧装置、粉粒体を浮遊流動させるために処理容器に設けられた流動用ガス供給口、および処理容器から排出された処理液中の有機溶媒を燃焼させて処理材を焼結するために処理容器の後流路に設けられた燃焼装置を備えてなる流動層装置。
2. 前記燃焼装置が、着火源および有機溶媒が燃焼して生じる炎を閉じ込めるための火炎制御装置を備えてなる請求項１に記載の流動層装置。
3. 前記流動用ガス供給口が不活性ガス供給口であり、前記燃焼装置が前記着火源である燃焼触媒層、有機溶媒蒸気を燃焼させるために必要な空気又は酸素を供給する支燃ガス供給装置、および燃焼温度を測定するための熱電対を備えてなる請求項２に記載の流動層装置。
4. 前記流動用ガス供給口が不活性ガス供給口であり、前記燃焼装置が前記着火源である放電装置、有機溶媒蒸気を燃焼させるために必要な空気又は酸素を供給する支燃ガス供給装置、燃焼温度を測定するための熱電対、および有機溶媒が燃焼して生じる炎を一定領域に閉じ込めるための火炎制御装置を備えてなる請求項１又は２に記載の流動層装置。
5. 前記流動用ガス供給口が空気又は酸素供給口であり、前記燃焼装置が前記着火源である燃焼触媒層、燃焼温度が過度に上昇しないように制御するための不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置、燃焼温度を測定するための熱電対、および有機溶媒が燃焼して生じる炎を一定領域に閉じ込めるための火炎制御装置を備えてなる請求項１又は２に記載の流動層装置。
6. 前記処理容器が、固体電池用活物質粒子にリチウムイオン伝導体を被覆するためのものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の流動層装置。

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