[發明專利]燃燒合成系統、反應生成物、物品、燃燒合成方法、發電系統、等離子體發生裝置以及發電裝置

在審

• 申請號: 201480045277.4
• 申請日: 2014-08-11
• 公開（公告）號: CN105473498A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 渡邊敏幸;昆野晴暉;松下晶子
• 申請（專利權）人: 新資源研究所控股合同會社
• 主分類號: C01B21/082
• 分類號: C01B21/082
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 葛凡

技術領域

本發明涉及燃燒合成系統、反應生成物、物品以及燃燒合成方法，尤其涉及使用含有Si的顆粒粉末、含有SiO₂的顆粒粉末以及N₂氣的燃燒合成系統、反應生成物、物品以及燃燒合成方法。此外，涉及發電系統、等離子體發生裝置以及發電裝置。

背景技術

在產業、運輸、消費生活等中使用的全世界的消費電力，在2010年為1.36×10¹⁶Wh。其中，主要工業用素材的制造約占30％。特別地，以鐵為主成分的特種鋼的制造約占8％。作為能源，化石燃料依然占約85％的高比例。但是，擺脫對于化石燃料的過度依賴的根本性的解決對策尚未被發現。

工業革命以來一直辛勞持續的鐵文明導致使特定資源枯竭的狀況，并且被認為是全球變暖的原因之一。因此，作為代替鐵的材料，硅(以下，也稱為金屬硅、金屬Si，簡稱Si)受到關注。盡管Si在構成地球地殼的元素中占27％，但基本上以未使用的狀態殘留。利用Si的技術尚且剛剛開始開發。

為了由Si得到有用的材料，已開發了幾種方法。例如，作為用來在氮氣氛下的加熱室內使金屬Si反應而得到硅氧氮化物系陶瓷的方法，已知有燃燒合成法(以下，也簡稱為燃燒合成)。對將燃燒合成時的反應體系的內壓和溫度控制在一定值，從而穩定地實行硅-氧-氮系燃燒合成的控制型燃燒合成裝置的實用化進行了研究。這里，硅-氧-氮系燃燒合成是指使用固體的Si、SiO₂等氧供給源、以及氣體的N₂作為原料的燃燒合成。控制型燃燒合成是指通過控制內壓和溫度，從而盡可能地抑制反應熱的燃燒合成。作為用控制型燃燒合成裝置制造的各種硅氧氮化物系陶瓷的Si_6-zAl_zO_zN_8-z(以下，也稱為塞隆、Sialon(s))、不含Al的SiON(以下，也稱為塞恩(サイ才ン)、Sion(s))被稱為硅合金，對用途開發也進行了研究。特別地，作為控制型燃燒合成裝置，對于控制燃燒合成時的壓力和溫度從而能夠穩定地合成塞隆系陶瓷的裝置的實用化已有進展。

控制型燃燒合成的特點為，與現有技術相比幾乎沒有能源成本而能夠穩定地生產硅氧氮化物系陶瓷。使用控制型燃燒合成裝置，可生產出具有在工業上有用的特性的幾種硅氧氮化物系陶瓷(非專利文獻1、2)。

[現有技術文獻]

[非專利文獻]

[非專利文獻1]K.H.Jack，JournalMaterialScience(材料科學)Vol.11(1976)pp1135

[非專利文獻2]YuwanwenWo等，JournalofMaterialsSynthesisandProcessing(材料合成與加工)Vol.4，No.3，(1996)pp137

發明內容

[本發明要解決的技術問題]

由于燃燒合成一般爆發性地進行，因此伴隨反應會產生大量的能量。硅在氮環境中燃燒時所產生的能量在合成O’塞隆時被實際測到。由于通過用來誘發反應的短時間的火花而點火，因此如以下的式1所示的那樣，沒有從外部投入能量而進行放熱反應。

3Si+SiO₂+2N₂→2Si₂N₂O(ΔH⁰＝-984.6kJmol^-1)···(式1)

這里所示的焓變ΔH⁰表示由反應體系或生成體系的每1mol材料產生的總放熱量。若將該值換算成反應體系或生成體系的每單位重量的材料的電量，則可換算為1.36kWh/kg。換言之，在該體系的反應體系或生成體系中的放熱反應，通過素材材料的氮燃燒合成產生1.36kWh的電力。

同樣地，關于生成β塞隆(z＝3)的焓變ΔH⁰，可如以下的式2那樣進行計算。

3Si+6Al+3SiO₂+5N₂→2Si₃N₄AlNAl₂O₃(ΔH⁰＝-973.6kJmol^-1)···(式2)

若將此時產生的每1kg反應生成物(這里為Si₃N₄AlNAl₂O₃)的1157Kcal的熱量換算成電力，則為1.4kWh。