(57)【要約】【課題】処理対象のプラスチックの形状を問わず、装置の大型化を防止でき、安定して操業でき、処理コストの低減できる溶融プラスチック冷却固化方法及び溶融プラスチック冷却固化装置を提供すること。【解決手段】溶融したプラスチック６０を保持する容器１２と、溶融したプラスチック６０を容器１２から供給される搬送装置２４と、搬送装置２４から溶融したプラスチック６０を供給されるベルトクーラー４８とから、溶融プラスチック冷却固化装置１０を構成する。そして、容器１２を出るプラスチックから異物をストレーナ２２で除去し、搬送装置２４からベルトクーラー４８への供給量を供給量制御装置３２で制御し、加熱冷却装置３３によりベルトクーラー４８へ供給されるプラスチック６０の温度を流動性を維持可能な範囲に維持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内で溶融状態にあるプラスチックを、前記容器から取り出して冷却し固化させる溶融プラスチック冷却固化方法であって、
前記容器内からプラスチックを溶融状態のまま搬送装置へ供給し、
前記搬送装置からプラスチックを溶融状態のままベルトクーラーへ供給するとともに、前記搬送装置から当該ベルトクーラーへのプラスチックの供給量を制御し、
前記ベルトクーラーにおいて溶融状態にあるプラスチックを冷却して固化させることを特徴とする溶融プラスチック冷却固化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶融プラスチック冷却固化方法であって、前記搬送装置内で溶融状態にあるプラスチックを、このプラスチックが流動性を維持可能な温度範囲内において冷却することを特徴とする溶融プラスチック冷却固化方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の溶融プラスチック冷却固化方法であって、溶融状態のプラスチックが前記ベルトクーラーへ供給される前に、この溶融状態のプラスチックから異物を分別することを特徴とする溶融プラスチック冷却固化方法。
【請求項４】
溶融状態にあるプラスチックを保持する容器と、当該容器から溶融状態にあるプラスチックの供給を受ける搬送装置と、当該搬送装置から溶融状態にあるプラスチックの供給を受けるベルトクーラーとからなり、
前記搬送装置は供給量制御手段を有し、当該供給量制御手段により前記搬送装置から前記ベルトクーラーへ供給されるプラスチックの供給量を制御可能とする構成を有することを特徴とする溶融プラスチック冷却固化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の溶融プラスチック冷却固化装置であって、前記搬送装置は冷却装置を有し、前記搬送装置内でプラスチックを、そのプラスチックの流動性が維持される温度範囲内において冷却可能とする構成を有することを特徴とする溶融プラスチック冷却固化装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の溶融プラスチック冷却固化装置であって、前記容器と前記搬送装置との間及び前記搬送装置と前記ベルトクーラーとの間の少なくともいずれか一方に、溶融状態にあるプラスチックから異物を除去する異物除去装置を有することを特徴とする溶融プラスチック冷却固化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱処理して溶融状態となったプラスチックを冷却し固化させる溶融プラスチック冷却固化方法及び溶融プラスチック冷却固化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃プラスチックの有効利用が求められている。廃プラスチックを有効利用する方法の一つとして、廃プラスチックを微紛化して固体還元剤や固体燃料に転化することが検討されている。廃プラスチックを微紛化するとその燃焼性が飛躍的に向上し、燃料資源として有効利用可能となる。
【０００３】
廃プラスチックを固体燃料に転化する技術として、廃プラスチックを粉砕機により直接微粉砕する方法がある（従来技術１）（例えば、非特許文献１を参照）。
また、一般家庭等から排出される廃プラスチック（以下、一般家庭等から排出される廃プラスチックを「一廃プラ」という。）には、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の塩素含有プラスチックが混入している。かかる一廃プラをそのまま高炉用の固体還元剤や固体燃料として燃焼させると、塩素含有プラスチックが熱分解して塩化水素等を生じ、高炉内の耐火物内壁に腐食を生じたり、高炉から生産されるスラグ中に塩素が混入する等の問題を生じる。
【０００４】
このため、廃プラスチックを加熱して脱塩素処理を施した上で、冷却固化して固体燃料を得、この固体燃料を炉内で燃焼させて、廃プラスチックを有効利用する方法がある（従来技術２）（例えば、特許文献１を参照）。
また、溶融させた廃プラスチックに脱塩素処理を施してから、溶融状態にある廃プラスチックを押し出し機により多数の円筒状に押し出して冷却固化し、これを剪断して粒状体の固体燃料を造粒する方法がある（従来技術３）（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
さらに、溶融させた廃プラスチックに脱塩素処理を施してから、溶融状態の廃プラスチックを棒状体として押し出し、この棒状体を円筒状の回転カッターで切断するとともに冷却し、粒状体の固体燃料を造粒する方法がある（従来技術４）（例えば、特許文献３を参照）。
ここで、溶融状態の廃プラスチックを冷却し固化させる装置の一つとしてベルトクーラーを挙げることができる。ベルトクーラーは無限循環可能なベルトを有し、このベルト面上に溶融状態のプラスチックを供給して堆積させて搬送する。プラスチックがベルト面上で搬送されている間に、ベルトへの熱伝導によりプラスチックの温度が低下するとともに、ベルト上のプラスチックへ噴出される水等によってプラスチックから熱が奪われる。このようにして、ベルトクーラーの出口まで搬送されたプラスチックは冷却されて固化するものである。
【０００６】
ベルトクーラーは一廃プラに異物が含まれる場合でも比較的トラブルなく冷却固化が可能であり、より効率的に操業できる装置として、本願発明者らは既に、ベルトの上方に可動堰を設けた装置（従来技術５；特許文献４を参照）や、ベルトの走行方向に沿った回転可能な回転部材を設けた装置（従来技術６；特許文献５を参照）を提案している。
【０００７】
【非特許文献１】
村田勝英、平野義直著、「ここまですすんだプラスチックリサイクル技術「粉体燃料化」」、プラスチックス、日本、株式会社工業調査会、１９９６年７月１日、第４７巻、第７号、ｐ．６０
【特許文献１】
特開平１１―２９２９７６号公報（第２〜１９頁）
【特許文献２】
特開平１０―３０５４３０号公報（第２〜３頁、第１〜４図、第６図）
【特許文献３】
特開平１０―３１５２３６号公報（第２〜４頁、第１〜９図、第１１図）
【特許文献４】
特願２００１―１８０５１３号明細書
【特許文献５】
特願２００１―１８０５１４号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１の方法では、硬い廃プラスチックを粉砕機で粉砕しても、１〜２ｍｍ程度の粒度にまでしか粉砕できないという不都合があった。また、粉砕機で廃プラスチックを直接粉砕するには多大な時間と費用がかかり、廃プラスチックの形状によっては粉砕機による直接粉砕が困難な場合もある。
【０００９】
例えば、繊維状やフィルム状の廃プラスチックについては、これらを溶融して固化させた後に改めて粉砕機で粉砕しなければならず、処理工程が複雑化し、処理コストも大きくなってしまう。
また、一廃プラはその性質上組成が安定しておらず、平均的な融点や粘度の変動幅が大きい。このため、従来技術３及び４の方法では、溶融状態の廃プラスチックの押し出しを安定して行うことが困難となり、さらに、廃プラスチック中に金属やガラス等の異物が含まれる場合にしばしば閉塞等を引き起こし、操業安定性が低下するなどの不都合もあった。
【００１０】
一方、ベルトクーラーでは平均融点や粘度の変動、異物の存在に対してはある程度許容範囲が広いが、ベルト上に載置された溶融プラスチックの固化過程において、必要十分な除熱を行うためには、溶融プラスチックの幅、厚み、ベルトの回転速度を制御し、必要除熱量と装置の大きさとから計算される必要除熱時間を満足する必要がある。従来技術５、６の装置によればある程度の供給量の変動に対応することができるが、供給量が大きく変動した場合に吸収できる変動には自ずと限界がある。すなわち、ベルトクーラーに供給される溶融プラスチックの量が変動し、計算値以上の溶融プラスチックがベルトクーラーに供給されたときには充分冷却固化できない恐れが生じる。このため、変動幅の最大供給量を元にベルトクーラーの性能や大きさを決定する必要が生じ、装置サイズが必要以上に大きくなるという不都合も生じる。
【００１１】
特に、廃プラスチックにビン、缶等の異物が多量に含まれる場合、閉塞等のために溶融プラスチックの供給速度に変動を生じやすく、これらの異物によってベルトが損傷しやすくなるという問題もある。
また、従来技術２に示されるように、一廃プラを加熱、脱塩素処理する場合、処理温度は一般に２００〜４００℃であるが、処理後の溶融プラスチックを固化するためには平均的に１００〜１２０℃まで冷却する必要があり、ベルトクーラーの除熱能力を相対的に高め、結果的に装置が巨大化し、処理コストの肥大化、操業安定性の低下等の問題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、処理対象のプラスチックの形状や種類により処理方法を変更する必要がなく、冷却固化装置が大型化することを抑制でき、冷却固化装置の操業安定性を向上させることができ、処理コストの低減を図ることができる溶融プラスチック冷却固化方法及び溶融プラスチック冷却固化装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明は、容器内で溶融状態にあるプラスチックを、前記容器から取り出して冷却し固化させる溶融プラスチック冷却固化方法であって、前記容器内からプラスチックを溶融状態のまま搬送装置へ供給し、前記搬送装置からプラスチックを溶融状態のままベルトクーラーへ供給するとともに、前記搬送装置から当該ベルトクーラーへのプラスチックの供給量を制御し、前記ベルトクーラーにおいて溶融状態にあるプラスチックを冷却して固化させる溶融プラスチック冷却固化方法である。
【００１４】
請求項１の発明によると、ベルトクーラーへ供給されるプラスチックの量は制御されており、ベルトクーラーの冷却能力を効率的に発揮させることが可能な量のプラスチックをベルトクーラーへ連続して供給できる。
搬送装置として、例えば、ギアポンプやスクリューフィーダー等を挙げることができる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の溶融プラスチック冷却固化方法であって、前記搬送装置内で溶融状態にあるプラスチックを、このプラスチックが流動性を維持可能な温度範囲内において冷却する溶融プラスチック冷却固化方法である。
請求項２の発明によると、搬送装置内でプラスチックは流動性を維持可能な温度範囲内で冷却されるので、ベルトクーラーで冷却固化されるために必要な除熱量は減少する。したがって、ベルトクーラーに求められる除熱能力を小さくすることができる。また、ベルトクーラーの除熱能力を増大させることなく処理可能なプラスチックの量を増大させることも可能である。
【００１６】
搬送装置内のプラスチックを冷却する方法として、例えば、水やジベンジルトルエン等の冷却用熱媒体を使用して冷却する方法や、空気冷却により冷却する方法等を挙げることができる。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の溶融プラスチック冷却固化方法であって、溶融状態のプラスチックが前記ベルトクーラーへ供給される前に、この溶融状態のプラスチックから異物を分別する溶融プラスチック冷却固化方法である。
【００１７】
請求項３の発明によると、溶融状態のプラスチックから異物が分別されるので、搬送装置やベルトクーラーに異物が送られることは防止される。したがって、搬送装置が異物によって閉塞したり、ベルトクーラーのベルトが異物によって損傷することも防止される。
異物を分別する方法として、例えば、ストレーナーやフィルター等に溶融状態のプラスチックを通す方法等を挙げることができる。
【００１８】
請求項４の発明は、溶融状態にあるプラスチックを保持する容器と、当該容器から溶融状態にあるプラスチックの供給を受ける搬送装置と、当該搬送装置から溶融状態にあるプラスチックの供給を受けるベルトクーラーとからなり、前記搬送装置は供給量制御手段を有し、当該供給量制御手段により前記搬送装置から前記ベルトクーラーへ供給されるプラスチックの供給量を制御可能とする構成を有する溶融プラスチック冷却固化装置である。
【００１９】
請求項４の発明により、請求項１に記載の方法が実施される。例えば、搬送装置として、ギアポンプやスクリューフィーダー等を挙げることができる。
請求項５の発明は、請求項４に記載の溶融プラスチック冷却固化装置であって、前記搬送装置は冷却装置を有し、前記搬送装置内でプラスチックを、そのプラスチックの流動性が維持される温度範囲内において冷却可能とする構成を有する溶融プラスチック冷却固化装置である。
【００２０】
請求項５の発明により、請求項２に記載の方法が実施される。例えば、冷却装置として、搬送装置に装着された熱媒体ジャケットであって内部を冷却用熱媒体が循環するものや、空気冷却装置等を挙げることができる。
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５に記載の溶融プラスチック冷却固化装置であって、前記容器と前記搬送装置との間及び前記搬送装置と前記ベルトクーラーとの間の少なくともいずれか一方に、溶融状態にあるプラスチックから異物を除去する異物除去装置を有する溶融プラスチック冷却固化装置である。
請求項６の発明により、請求項３に記載の方法が実施される。例えば、異物除去装置として、ストレーナーやフィルター等を挙げることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１を参照して本実施の形態の構成を説明する。
図１に示すように、溶融プラスチック冷却固化装置１０は、容器１２、搬送装置２４、加熱冷却装置３３及びベルトクーラー４８とから構成されている。
【００２２】
容器１２は、この容器内部を２００℃〜４００℃まで加熱可能な図示しない加熱装置と、モータ駆動の攪拌機１５を有し、容器１２内で溶融状態にあるプラスチック６０に脱塩素処理を施すことが可能に構成されている。
容器１２へ供給されるプラスチック６０は、いわゆるバージン材プラスチック及び廃プラスチックのいずれであってもよい。例えば、廃プラスチックとして、都市ごみ、産業廃棄物及び一般廃棄物等に含まれるプラスチックを挙げることができ、都市ごみ中のプラスチックとして包装容器材料、産業廃棄物中のプラスチックとして電気製品や自動車等の解体過程で生じるプラスチックを挙げることができる。また、プラスチック６０は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれであってもよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド等を挙げることができる。さらに、プラスチック６０を構成するプラスチックの種類は、これら各種プラスチックのうちのいずれか１種類だけであってもよく、２種類以上のものが混合したものであってもよい。
【００２３】
容器１２に投入される前のプラスチック６０の形状は、塊状、フィルム状、シート状、繊維状のいずれであってもよく、塊の径は１０ｃｍ程度以下とすることが好ましい。塊の径が１０ｃｍ程度を超えると、容器１２内での加熱溶融に時間がかかり好ましくない。
容器１２内の上部空間は塩酸回収装置１４に連なっており、脱塩素処理されるプラスチック６０から熱分解して発生する塩酸を回収可能に構成されている。
【００２４】
容器１２の下部には容器出口１６が形成されており、容器出口１６から搬送装置２４まで配管１８が連なっている。容器出口１６は容器出口弁２０により開閉可能となっており、容器出口１６下流の配管１８にはストレーナ２２が異物除去装置として設けられている。
搬送装置２４はモータ３０によって駆動されるスクリューフィーダー２６からなり、スクリューフィーダー２６はジャケット２８を有する。モータ３０は、供給量制御装置３２によってその回転数を制御されており、モータ３０の回転数を制御してスクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へ供給されるプラスチック６０の量を制御可能な構成となっている。
【００２５】
ジャケット２８内には、加熱冷却装置３３の一部をなす熱媒体の配管３４が通っており、この熱媒体配管３４中を流れる熱媒体によってスクリューフィーダー２６内の加熱と冷却とを可能に構成されている。
加熱冷却装置３３は熱媒体配管３４及び熱媒体加熱冷却装置３５とから形成されている。熱媒体配管３４は熱媒体加熱冷却装置３５とジャケット２８とをループをなしてつないでいる。熱媒体配管３４内には、例えばジベンジルトルエン等の熱媒体が充填されている。熱媒体加熱冷却装置３５の前後の熱媒体配管３４上には切換弁４２ａ、４２ｂがそれぞれ設けられており、熱媒体加熱冷却装置３５からジャケット２８へ熱媒体が送られる熱媒体配管３４上の切換弁４２ａの下流側には、ポンプ４３及び流量コントロール弁４４が設けられている。
【００２６】
熱媒体加熱冷却装置３５内には並列してボイラー３６と水冷式の熱交換器３８とがあり、切換弁４２ａ、４２ｂを切り換えることによってボイラー３６と熱交換器３８とを適宜熱媒体配管３４に接続可能になっている。ボイラー３６が熱媒体配管３４に接続されているときは、ボイラー３６により熱媒体を加熱可能であり、熱交換器３８が熱媒体配管３４に接続されているときは、熱交換器３８により熱媒体を冷却可能に構成されている。
【００２７】
さらに、ベルトクーラー４８がスクリューフィーダー２６の下流にあり、スクリューフィーダー２６からプラスチック６０の供給を受ける構成となっている。スクリューフィーダー２６の出口には温度計４６が設けられており、スクリューフィーダー２６の出口におけるプラスチック６０の温度Ｔｓを測定可能に構成されている。
【００２８】
温度計４６は、切換弁４２ａ、４２ｂ及び流量コントロール弁４４と温度制御部４０を介してつながっている。温度制御部４０が温度計４６から温度Ｔｓを検知し、検知した温度Ｔｓに応じて切換弁４２ａ、４２ｂの切り換え信号及び流量コントロール弁４４の開度調整信号をそれぞれ切換弁４２ａ、４２ｂ、流量コントロール弁４４へ送信し、切換弁４２ａ、４２ｂ、流量コントロール弁４４の制御を可能とする構成となっている。
【００２９】
ベルトクーラー４８は無限循環するベルト５０とこのベルト５０上に水を散布する冷却水散布装置５４とを有する。ベルト５０は図示しないモータにより回転移動し、このモータを制御してベルト５０の移動速度を制御可能に構成されている。
ベルトクーラー４８の下流側には、ジョークラッシャーからなる粉砕機５６が設置されており、ベルトクーラー４８から供給されるプラスチック６０を粉砕機５６が粉砕可能な構成となっている。
【００３０】
本実施の形態は上記のように構成されており、次にその作用について説明する。
原料のプラスチック６０が容器１２内へ連続供給されて加熱溶融され、攪拌機１５により溶融状態にあるプラスチック６０の攪拌がなされる。同時に、プラスチック６０の脱塩素処理が容器１２内で行われる。プラスチック６０を加熱溶融し脱塩素処理する温度Ｔｍ１はプラスチック６０の融点よりも高い温度であり、後述の温度Ｔｍ２＋ΔＴｍよりも高い温度となっている。一廃プラを処理するために、温度Ｔｍ１を２００℃〜４００℃とすることが好ましく、２５０℃〜３４０℃とすることがより好ましい。
【００３１】
脱塩素処理されるプラスチック６０からは、プラスチック６０が含有する塩素が熱分解により塩酸となって遊離し、この塩酸は塩酸回収装置１４により回収される。加熱溶融して脱塩素処理する時間は１０分〜３０時間とすることが好ましい。この時間が１０分未満であると、容器１２内の温度管理が困難となるとともに脱塩素率が低下して好ましくない。この時間が３０時間を超えると、溶融プラスチック冷却固化装置１０の処理効率が低下して好ましくない。容器１２内でプラスチック６０を加熱溶融させているので、プラスチック６０の形状を問わず処理可能となる。
【００３２】
容器１２内でプラスチック６０の加熱溶融を開始してから、スクリューフィーダー２６内の加熱を開始する。容器１２から溶融状態のプラスチック６０がスクリューフィーダー２６に供給される前の状態では、スクリューフィーダー２６内の温度は常温Ｔｎとなっており、スクリューフィーダー２６の出口の温度Ｔｓも常温Ｔｎとなっている。
【００３３】
温度制御部４０は温度計４６からの信号により温度Ｔｓが常温Ｔｎであることを判断し、切換弁４２ａ、４２ｂに切り換え信号を送り、ボイラー３６を熱媒体配管３４につなぎ、熱交換器３８を熱媒体配管３４から切り離す。ボイラー３６により熱媒体は加熱され、加熱された熱媒体は加熱用熱媒体としてポンプ４３によりジャケット２８へ送られ、スクリューフィーダー２６内は加熱される。そして、スクリューフィーダー２６内の温度がプラスチック６０の融点よりもやや高い温度Ｔｍ２に達するまで、スクリューフィーダー２６内の加熱は続けられる。ジャケット２８において熱を失った熱媒体はボイラー３６へ戻って加熱された後、再び、ポンプ４３によりジャケット２８へ送られる。
【００３４】
スクリューフィーダー２６の出口の温度Ｔｓが温度Ｔｍ２に達したら、温度制御部４０は流量コントロール弁４４の流量を調整してスクリューフィーダー２６の出口の温度Ｔｓを温度Ｔｍ２±ΔＴｍの範囲内に維持する。なお、温度Ｔｍ２−ΔＴｍはプラスチック６０の融点よりも高い温度である。
スクリューフィーダー２６の出口の温度Ｔｓが温度Ｔｍ２±ΔＴｍの範囲内になったら、容器出口弁２０を開き溶融状態のプラスチック６０をスクリューフィーダー２６へ流す。容器１２を出たプラスチック６０はストレーナ２２を通り、プラスチック６０中に含まれる異物はストレーナ２２により除去される。したがって、プラスチック６０中の異物がスクリューフィーダー２６中で詰まったりして、溶融プラスチック冷却固化装置１０の安定した操業が妨げられることは防止されている。
【００３５】
スクリューフィーダー２６内に溶融状態のプラスチック６０が入ると、モータ３０が供給量制御装置３２により制御されて一定の回転数で回転し、スクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へプラスチック６０が一定の供給量で供給される。スクリューフィーダー２６出口の温度Ｔｓは温度Ｔｍ２±ΔＴｍの範囲内にあるので、スクリューフィーダー２６内でプラスチック６０の溶融状態は維持されており、プラスチック６０は流動性を有した状態でスクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へ送られることとなる。したがって、プラスチック６０がスクリューフィーダー２６内で流動性を失うことはなく、スクリューフィーダー２６内に固化したプラスチック６０が詰まることも防止されている。
【００３６】
また、供給量制御装置３２がモータ３０の回転数を制御し、下流のベルトクーラー４８へ供給されるプラスチック６０の供給量を制御し、ベルトクーラー４８の冷却能力を効率よく発揮させることができる量のプラスチック６０がベルトクーラー４８へ供給されている。供給量制御装置３２によるモータ３０の回転数の制御は、ベルトクーラー４８へ供給されるプラスチック６０の供給量の変動幅が±２０％となるようにすることが好ましい。
【００３７】
容器１２からスクリューフィーダー２６内に温度Ｔｍ１のプラスチック６０が入ると、プラスチック６０の熱によってスクリューフィーダー２６内の温度は上昇し、スクリューフィーダー２６出口の温度Ｔｓも温度Ｔｍ２＋ΔＴｍを超えて上昇する。温度Ｔｓが温度Ｔｍ２＋ΔＴｍを超えると、温度制御部４０は切換弁４２ａ、４２ｂに切り換え信号を送り、ボイラー３６を熱媒体配管３４から切り離し、熱交換器３８を熱媒体配管３４につなぐ。
【００３８】
スクリューフィーダー２６内には、容器１２から温度Ｔｍ１のプラスチック６０が連続して供給され、このプラスチック６０の熱によりスクリューフィーダー２６内の温度は常に温度Ｔｍ２＋ΔＴｍを超えようとしている。これに対し、熱交換器３８から低温となった熱媒体が冷却用熱媒体としてポンプ４３によりジャケット２８へ送られ、ジャケット２８で熱媒体がスクリューフィーダー２６内のプラスチック６０から熱を奪い、スクリューフィーダー２６の出口の温度Ｔｓは温度Ｔｍ２±ΔＴｍの範囲内に維持される。温度Ｔｓが温度Ｔｍ２と乖離している量に応じて、温度制御部４０は制御信号を流量コントロール弁４４へ送り熱媒体の流量を調整し、熱媒体がスクリューフィーダー２６内のプラスチック６０から奪う熱量を調整する。
【００３９】
スクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へのプラスチック６０の供給量は、供給量制御装置３２により一定に制御されており、ベルト５０の移動速度も一定に制御されており、溶融状態のプラスチック６０はベルト５０上で一定の厚さと幅で広がる。ストレーナ２２によりベルト５０上のプラスチック６０から異物が既に分別されるので、ベルト５０が異物によって損傷することは防止されている。
【００４０】
ベルト５０が移動するに連れて、ベルト５０上のプラスチック６０には冷却水散布装置５４から水が散布される。プラスチック６０はベルト５０と散布された水とによって熱を奪われて融点以下まで冷却し固化する。
ベルトクーラー４８へ供給されるプラスチック６０は、スクリューフィーダー２６内で熱を既に除熱されており、プラスチック６０の融点よりもやや高い温度Ｔｍ２±ΔＴｍの範囲内にあるにすぎないので、ベルトクーラー４８でプラスチック６０を固化させるために必要な除熱量は、容器１２内で溶融状態にあるプラスチック６０をそのまま直接冷却して固化させる場合に必要な除熱量よりも少ない。すなわち、ベルトクーラー４８において必要となる除熱能力を必要最小量まで低減可能となり、ベルトクーラー４８が大型化することを防止できる。
【００４１】
ベルト５０上で固化したプラスチック６０は粉砕機５６に供給されて所定の粒径に粉砕される。ベルトクーラー４８から供給されるプラスチック６０は、冷却されて固化しているので、半溶融状態の部分を有するプラスチック６０を粉砕機５６に供給されることは防止される。このため、半溶融状態のプラスチック６０が粉砕機５６に付着して溶融プラスチック冷却固化装置１０の安定した連続運転が妨げられることも防止される。
【００４２】
次に、溶融プラスチック冷却固化装置１０で処理するプラスチック６０がポリエチレンである場合を例にとって、スクリューフィーダー２６におけるプラスチック６０からの除熱量とベルトクーラー４８における除熱量との関係について、図２を参照しつつ具体的に説明する。
ポリエチレンの融点範囲は１４０℃〜１５０℃であり、ポリエチレンを３００℃まで加熱すると溶融する。その後、溶融したポリエチレンを１５０℃まで冷却し、顕熱Ｑ１をポリエチレンから除去していくと、温度が低下するにつれてその粘度が増大するが流動性は保たれている。ポリエチレンの冷却が進み温度が１５０℃〜１４０℃まで低下すると、結晶化がポリエチレン内で起こる。１５０℃〜１４０℃の間では、融解潜熱Ｑ２がポリエチレンから除去されている。温度が１４０℃以下となるとポリエチレンは固化し始め、１２０℃まで冷却されると均一な固化体となる。１４０℃〜１２０℃の間では、顕熱Ｑ３がポリエチレンから除去されている。
【００４３】
したがって、溶融プラスチック冷却固化装置１０でポリエチレンを処理することとし、容器１２内においてポリエチレンを３００℃で加熱溶融し、スクリューフィーダー２６を通さずに、容器１２から直接ベルトクーラー４８へ溶融状態にあるポリエチレンを供給し、ベルトクーラー４８から粉砕機５６へ供給されるポリエチレンの温度を１２０℃まで冷却する場合を考える。この場合、ベルトクーラー４８における必要な除熱量ＱｔはＱ１＋Ｑ２＋Ｑ３である。
【００４４】
しかし、ベルトクーラー４８においてＱ１＋Ｑ２＋Ｑ３の熱量Ｑｔを除熱する必要はなく、ベルトクーラー４８と容器１２との間で熱量Ｑｔの一部を予め除熱しておくことが可能である。ベルトクーラー４８と容器１２との間で、ポリエチレンをスクリューフィーダー２６に通し、スクリューフィーダー２６において熱量Ｑｔの一部を除熱しておくことが可能である。
【００４５】
例えば、スクリューフィーダー２６においてポリエチレンを１６０℃まで予め冷却しておき、１６０℃のポリエチレンをベルトクーラー４８に供給し、ベルトクーラー４８から１２０℃に冷却したポリエチレンを粉砕機５６へ供給することとする。この場合、スクリューフィーダー２６における除熱量Ｑｓは次式（１）で表される値となり、
Ｑｓ＝Ｑ１×（３００−１６０）／（３００−１５０）  ・・・（１）
ベルトクーラー４８におけるポリエチレンから除熱量Ｑｂは次式（２）で表される値となる。
【００４６】
Ｑｂ＝Ｑｔ−Ｑｓ
＝Ｑ１×（１６０−１５０）／（３００−１５０）＋Ｑ２＋Ｑ３  ・・・（２）
したがって、スクリューフィーダー２６においてプラスチック６０を予め冷却しておくことにより、ベルトクーラー４８における除熱量を大幅に小さくすることができ、ベルトクーラー４８のサイズを縮小化したり、ベルトクーラー４８における処理量を増大させることが可能となる。これにより、固体燃料や固体還元材の生産性を向上させてその製造コストを低減させることができる。
【００４７】
また、溶融プラスチック冷却固化装置１０により、粉砕機５６で容易に粉砕可能に固化されたプラスチック６０を製造でき、この固化したプラスチック６０を粉砕機５６で粉砕して燃焼性に優れる微粉状の固体燃料や固体還元材を得ることができる。
さらに、プラスチック６０を最初に加熱溶融して脱塩素処理を施しているので、実質的に塩素を含有しない安全性の高い固体燃料や固体還元材を製造できる。このような実質的に塩素を含有しない固体燃料や固体還元材を、高炉、ボイラ、キルン、キュポラ、コークス炉等の炉内で燃焼させることにより、炉内の内壁耐火物が塩素又は塩素化合物による化学的浸食を受けることを防止できる。
【００４８】
なお、本実施の形態において、容器１２内へプラスチック６０を連続供給して連続運転することとしたが、替わりに、バッチ運転により溶融プラスチック冷却固化装置１０を稼動させることも可能である。
また、熱媒体配管３４中を流れる熱媒体をジベンジルトルエンとしたが、熱媒体がジベンジルトルエンに限定されるものではないことは勿論である。ボイラー３６と熱交換器３８とでそれぞれ異なる種類の加熱用熱媒体と冷却用熱媒体を加熱、冷却し、切換弁４２を切り換えて異なる種類の熱媒体をそれぞれ熱媒体配管３４中に流すことも可能である。例えば、加熱用熱媒体としてジベンジルトルエンを使用し、冷却用熱媒体として水を使用することもできる。ただし、溶融プラスチック冷却固化装置１０の運転、保守等を簡便化する観点から、単一種類の熱媒体を加熱用熱媒体及び冷却用熱媒体として使用することが望ましい。
【００４９】
さらに、スクリューフィーダー２６内の加熱と冷却とをジャケット２８中の熱媒体配管３４中を流れる熱媒体により行うこととしたが、スクリューフィーダー２６を電気ヒータで加熱するとともに、空気冷却機で冷却することも可能である。
また、切換弁４２ａ、４２ｂ、流量コントロール弁４４を温度制御部４０が制御する構成としたが、切換弁４２ａ、４２ｂ、流量コントロール弁４４の開閉をオペレータが手動により行うことが可能であることは勿論である。
【００５０】
また、異物除去装置としてのストレーナ２２を容器出口弁２０の下流に設けたが、替わりに、スクリューフィーダー２６とベルトクーラー４８との間にストレーナ２２を設けることも可能であり、容器出口弁２０の下流及びスクリューフィーダー２６とベルトクーラー４８との間の両方の位置にそれぞれ設けることも可能である。ストレーナ２２の替わりにフィルターを設置することも可能である。
【００５１】
また、粉砕機５６をジョークラッシャーにより形成したが、ジョークラッシャーに限定されるものではなく、ロールクラッシャー、ボールミル、遠心ミル等により粉砕機５６を形成可能であることは勿論である。
（実施例）
次に、本実施の形態に係る溶融プラスチック冷却固化装置１０を用いて行った検証試験１〜３及び参考試験について説明する。
【００５２】
検証試験１において使用した溶融プラスチック冷却固化装置１０は、切換弁４２ａ、４２ｂ及び流量コントロール弁４４の制御操作を手動で行う構成とした他は、本実施の形態で説明したものと同様の構成を有する。
処理対象のプラスチック６０は神奈川県で分別収集された１５０ｋｇの一廃プラとし、このプラスチック６０を内容積５００リットルの容器１２内において３２０℃で加熱溶融し、１時間にわたって脱塩素処理を施した。そして、容器１２内で脱塩素処理後のプラスチック６０を３２０℃に維持するとともに、ボイラー３６で３４０℃とした熱媒体によってスクリューフィーダー２６内の温度をほぼ３２０℃まで上昇させた。その後も、スクリューフィーダー２６内を３４０℃の熱媒体によって連続して加熱し続けた。
【００５３】
そして、スクリューフィーダー２６を稼動させてから容器出口弁２０を開き、スクリューフィーダー２６へ容器１２から溶融状態にあるプラスチック６０を供給した。供給量制御装置３２によりスクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へのプラスチック６０の供給量を５０ｋｇ／時に制御し、ベルトクーラー４８のベルト５０上へプラスチック６０を連続供給した。スクリューフィーダー２６からのプラスチック６０の供給量とベルト５０の移動速度を一定に維持し、ベルト５０上に堆積するプラスチック６０の厚さを７ｍｍに維持した。このとき、ベルト５０上でプラスチック６０を冷却する時間は平均１６０秒であった。ベルト５０上で冷却され固化したプラスチック６０をそのまま粉砕機５６で粉砕し、固体燃料を製造した。
【００５４】
本検証試験１により、以下の結果が得られた。スクリューフィーダー２６の出口におけるプラスチック６０の温度Ｔｓは３１２℃であり、溶融状態にあるプラスチック６０をスクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へ連続供給することができた。また、３時間にわたってプラスチック６０を連続処理して粉砕することができ、この間に溶融プラスチック冷却固化装置１０の稼動を妨げる問題は何ら発生しなかった。
【００５５】
また、処理前のプラスチック６０に含有されていた塩素濃度は３．５％であったが、ベルトクーラー４８を出たプラスチック６０中に含有される塩素濃度は０．３％に減少していた。したがって、プラスチック６０を容器１２中で加熱溶融して脱塩素処理することにより、実質的に塩素を含有しない安全性の高い固体燃料や固体還元材を製造できることが確認された。また、処理した廃プラスチック中には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンが合計で７０％程度含まれていた。
【００５６】
次に、検証試験２について説明する。本検証試験２で使用した溶融プラスチック冷却固化装置１０の構成は検証試験１におけるものと同様とした。そして、溶融プラスチック冷却固化装置１０の運転条件は、以下の点を除いて、検証試験１における運転条件と同様とした。すなわち、スクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へのプラスチック６０の供給量を１００ｋｇ／時とした。
【００５７】
スクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へのプラスチック６０の供給開始から２５分後に、粉砕機５６の粉砕用の刃に溶融状態のプラスチック６０が付着し、以後の溶融プラスチック冷却固化装置１０の連続稼動が不可能となった。この時点で、ベルトクーラー４８を出たプラスチック６０の状態を調べたところ、プラスチック６０の上下表面は固化していたが、中心部には厚さ３ｍｍにわたって半溶融状態の部分が存在していた。
【００５８】
本検証試験２において、ベルトクーラー４８を出たプラスチック６０が部分的に半溶融状態であったのは、ベルト５０上へのプラスチック６０の供給量がベルトクーラー４８の冷却能力を超えてしまったからである。したがって、この供給量を適正に調整し制御することが溶融プラスチック冷却固化装置１０の連続稼動には必要であり、供給量制御装置３２の有用性が確かめられた。
【００５９】
次に、検証試験３について説明する。本検証試験３で使用した溶融プラスチック冷却固化装置１０の構成は検証試験１におけるものと同様とした。そして、溶融プラスチック冷却固化装置１０の運転条件は、以下の点を除いて、検証試験１における運転条件と同様とした。
すなわち、ベルトクーラー４８においてプラスチック６０の冷却固化を開始してから、切換弁４２ａ、４２ｂを切り換えてボイラー３６を熱媒体配管３４から切り離し、熱交換器３８を熱媒体配管３４につないだ。熱交換器３８で５０℃とした熱媒体によってスクリューフィーダー２６内のプラスチック６０を冷却し、流量コントロール弁４４の開度を調節して、熱交換器３８の切り換えてから２０分後に、スクリューフィーダー２６の出口におけるプラスチック６０の温度Ｔｓを２３０℃で安定させた。
【００６０】
本検証試験３の結果、溶融状態にあるプラスチック６０をスクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へ連続供給することができた。また、３時間にわたってプラスチック６０を連続処理して粉砕することができ、この間に溶融プラスチック冷却固化装置１０の稼動を妨げる問題は何ら発生しなかった。
次に、検証試験４について説明する。本検証試験４で使用した溶融プラスチック冷却固化装置１０の構成は検証試験１におけるものと同様とした。そして、溶融プラスチック冷却固化装置１０の運転条件は、以下の点を除いて、検証試験１における運転条件と同様とした。
【００６１】
すなわち、ベルトクーラー４８においてプラスチック６０の冷却固化を開始してから、切換弁４２ａ、４２ｂを切り換えてボイラー３６を熱媒体配管３４から切り離し、熱交換器３８を熱媒体配管３４につないだ。ボイラー３６から熱交換器３８へ切り換えるのと同時に、スクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へのプラスチック６０の供給量を１００ｋｇ／時とした。熱交換器３８で５０℃に冷却した熱媒体によってスクリューフィーダー２６内のプラスチック６０を冷却し、流量コントロール弁４４の開度を調節して、熱交換器３８へ切り換えてから２０分後に、スクリューフィーダー２６の出口におけるプラスチック６０の温度Ｔｓを２６０℃で安定させた。また、ベルト５０の移動量を調整して、ベルト５０上に堆積するプラスチック６０の厚さを７ｍｍに維持し、このときのベルト５０の移動量を維持した。ベルト５０上でプラスチック６０を冷却する時間は平均８０秒であった。
【００６２】
本検証試験４の結果、溶融状態にあるプラスチック６０をスクリューフィーダー２６からベルトクーラー４８へ連続供給することができた。また、１時間３０分にわたってプラスチック６０を連続処理して粉砕することができ、この間に溶融プラスチック冷却固化装置１０の稼動を妨げる問題は何ら発生しなかった。
本検証試験４の結果を検証試験３の結果と比較することにより、スクリューフィーダー２６内でプラスチック６０の温度を熱交換器３８から送られる熱媒体により予め冷却して除熱しておき、ベルトクーラー４８における除熱量を減少させると、溶融プラスチック冷却固化装置１０の処理能力を向上可能であることが確認された。
【００６３】
次に、参考のために行った比較試験について説明する。本参考試験で使用した溶融プラスチック冷却固化装置１０の構成は、以下の点を除いて検証試験１におけるものと同様とした（図３を参照）。
すなわち、容器出口弁２０の下流で溶融状態にあるプラスチック６０を直接ベルトクーラー４８へ供給する構成とし、ストレーナ２２、スクリューフィーダー２６、加熱冷却装置３３を取り外した。
【００６４】
容器１２内でのプラスチック６０の加熱溶融、脱塩素処理は検証試験１と同様とし、３２０℃のプラスチック６０を容器出口弁２０からベルトクーラー４８へ連続供給した。容器出口弁２０の開閉を間欠的に行い、ベルトクーラー４８へのプラスチック６０の供給量を５０ｋｇ／時に調整した。そして、ベルトクーラー４８のベルト５０上でプラスチック６０を冷却、固化し、粉砕機５６で固化したプラスチック６０を粉砕した。
【００６５】
本比較試験において、ベルト５０上に堆積するプラスチック６０の厚さは２〜１２ｍｍの間で変動し、７ｍｍの一定厚さに維持することができなかった。また、ベルト５０の移動速度は、ベルト５０上でプラスチック６０を冷却する時間が平均１６０秒となるように維持した。
比較試験の結果、１時間にわたって溶融プラスチック冷却固化装置１０を稼動させた間に、粉砕機５６の粉砕用の刃に溶融状態のプラスチック６０が付着して溶融プラスチック冷却固化装置１０の連続稼動が不可能となる事態が３回発生した。
【００６６】
これらの連続稼動が不可能となったときに、ベルトクーラー４８を出たプラスチック６０の状態を観察したところ、プラスチック６０の上下表面は固化していたが、中心部には半溶融状態の部分が存在していた。ベルト５０上で厚さが１２ｍｍとなっているプラスチック６０の部分では、半溶融状態の部分の厚さは４ｍｍであった。
【００６７】
したがって、本比較試験より、スクリューフィーダーによりプラスチック６０をベルトクーラー４８へ一定の制御された供給量で供給しないと、溶融プラスチック冷却固化装置１０を安定して連続稼動させることができないことが確認された。
【００６８】
【発明の効果】
本発明は、上記のような溶融プラスチック冷却固化方法及び溶融プラスチック冷却固化装置であるので、処理対象のプラスチックの形状により処理方法を変更する必要がなく、溶融プラスチックを冷却固化する冷却固化装置が大型化することを抑制でき、冷却固化装置の操業安定性を向上させることができ、処理コストの低減を図ることができる溶融プラスチック冷却固化方法及び溶融プラスチック冷却固化装置を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶融プラスチック冷却固化装置の構成図である。
【図２】ポリエチレンの除熱量の説明図である。
【図３】比較試験で使用した溶融プラスチック冷却固化装置の構成図である。
【符号の説明】
１０    溶融プラスチック冷却固化装置
１２    容器
１４    塩酸回収装置
１５    攪拌機
１６    容器出口
１８    配管
２０    容器出口弁
２２    ストレーナ
２４    搬送装置
２６    スクリューフィーダー
２８    ジャケット
３０    モータ
３２    供給量制御装置
３３    加熱冷却装置
３４    熱媒体配管
３６    ボイラー
３８    熱交換器
４０    温度制御部
４２ａ、４２ｂ    切換弁
４３    ポンプ
４４    流量コントロール弁
４６    温度計
４８    ベルトクーラー
５０    ベルト
５４    冷却水散布装置
５６    粉砕機
６０    プラスチック
【図１】
2004204177.tif 000003
【図２】
2004204177.tif 000004
【図３】
2004204177.tif 000005