(57)【要約】本発明は、再利用に関連して複合材料からガラス繊維を回収するための方法に関する。これは、風力タービン由来のガラス繊維翼の及びガラス繊維がポリエステル、エポキシ又は類似の重合体物質又は熱可塑性材料のマトリックスの中に埋込まれているタイプのその他のファイバ強化複合材料からの再利用に関連して特に重要なものである。本発明の方法は、例えば窒素の形での不活性雰囲気を用いて閉鎖型炉チャンバ内で材料が比較的低い温度で熱分解される熱プロセスから成る、温度及び燃焼条件は、ガラス繊維が無傷の状態にとどまっている間にマトリックスがガス化され、かくして再利用を可能にするような形で選択される。熱分解の副産物は、燃焼ガスであり、これは炉から運び去られる。ガス中のエネルギーは、例えば、組合せ型発熱及び発電装置の中でガス機関用推進手段又は後に使用するための保存等の数多くの目的のために利用できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維が実質的に無傷の状態にとどまっている間に運び去られプロセス期間の後に再利用のために炉のチャンバから引き抜かれ得るガスの形に実質的に全てのマトリックス材料を転換させる、プロセス期間中にプロセス温度まで閉鎖型炉チャンバ（１ａ）内で複合材料を加熱することによって、エポキシ又はポリエステル樹脂又は熱可塑性材料等のマトリックス材料の中に埋込まれたガラス繊維を含有する複合材料からガラス繊維材料を回収するための方法。
【請求項２】
加熱温度が４５０〜８００℃、好ましくは４８０〜６８０℃、最も好ましくは５５０〜６２５℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
閉鎖型炉チャンバが、プロセス期間内で実質的に不活性の雰囲気を有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
炉チャンバ内の不活性雰囲気が実質的に純粋な窒素（Ｎ2）でのパージによって確保されている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
運び去られたガスが、１０００〜１２００℃の温度で燃焼される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
水蒸気がプロセス期間中に炉チャンバ内で又はその後のガス化チャンバ内で添加される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
スムーズに実施されるプロセスを得るべくプロセス期間中に複合材料を回転させる段階を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記プロセス期間の後に、特に繊維間の炭素残渣の燃焼のため酸素含有雰囲気内でガラス繊維が加熱される二次プロセスを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
二次プロセス中のガラス繊維が６００〜８００℃、好ましくは６００〜６８０℃まで加熱される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の高度の再利用を目的とする、エポキシ又はポリエステル樹脂又は類似の硬化性重合体物質又は熱可塑性材料等のマトリックス材料及びガラス繊維を含有する複合材料の構成要素を分離するための環境的に安全な方法に関する。直ちに利用可能なガラス繊維材料は保持され、一方マトリックス材料内のエネルギー分は、高効率の機関内での利用を可能にするエネルギー形態へと転換されうる。一例としては、該方法は、風力タービンからのガラス繊維翼を再利用するのに適している。
【背景技術】
【０００２】
風力タービン翼及び複合材料製の類似の嵩高い物体の再利用は、一部には物品の寸法が大きいことの結果として、又一部には再利用の対象となる性質をもつ配合材料は一般に再利用が困難であることの結果として、１つの問題となっている。材料を粒状質物又は粉末の形に適切に細断した後、プラスチック及びゴム用の充填材料として複合材料を再利用する試みがなされてきた。しかしながら、このタイプの充填材料は、すでに大部分が市販されており、従って、需要には制限があり価格は低い。その上、複合材料の繊維含有量が充分に確定していないことは、例えばプラスチック又はゴムを後に再利用する場合に厄介な問題を呈する。一例を挙げると、利用分野としては、道路工事用マーキング材料、家畜舎用マット、床格子及び類似の格安製品が考えられる。
【０００３】
廃棄された複合材料のもう１つの既知の利用分野は、マトリックス材料の高い発熱量を燃焼において利用する大型燃焼装置用の燃料補足物としての使用がある。この利用分野については、約１センチメートルの寸法をもつ集合体の形に細断することが適切である。しかしながら複合材料のこの比較的粗な細断でさえ、コストが高く、この方法の収益性を悪化させている。更に、特にガラス繊維で強化されたエポキシプラスチックを細断する際に発生するアレルギー惹起性の塵?によって、作業環境内で多大な不都合が起こる。環境的には、該方法は、環境上の損害をもたらす物質の放出を完全に回避する程度まで燃焼を制御することが困難であることから、問題がある。燃焼装置からのダイオキシン及びＮＯXの放出は、ポリエステル、エポキシ及びその他の類似の重合体の燃焼によって増大し、物品の中のゲルコート、接着剤、及びその他の助剤からの重金属が煙道ガスに随伴して成る程度周囲環境内に入る。燃焼装置内では、材料のガラス繊維含有分は、スラグ内で失われる。かくして、ガラス繊維の極細ガラス原材料含有分は、再利用され得ず、堆積させるのが望ましくないスラグ製品となる。
【０００４】
特に風力タービン翼は、１９７０年代及び１９８０年代からの風力タービンの第１世代が解体されていくにつれて増々問題となっている。１００ｋＷ未満のタービンの交換に関してデンマーク一国で政治的に可決された決議には、１２００〜１８００トンのガラス繊維のスクラップ化が関与している。２００２年、ヨーロッパにおいて架設された風力タービンの合計能力は２０,０００ＭＷを超え、これは、約１５〜２０年の寿命をもつ回転翼内にある４０,０００トンを上回るガラス繊維強化複合材料に対応している。古い翼以外にも、例えば縁部における振動に起因するひびわれ及び稲妻によりひき起こされた損傷の結果として数多くの新しい翼も又解体されている。標準的に手作業でレイアップされたガラス繊維強化ポリエステルで作られている翼は、地方自治体の廃棄物処理場に堆積される。しかしながら、新しい法律では、材料を堆積させる代りに再利用させるように要求されている。例えばガラス又は繊維の生成等の材料のガラス繊維含有分の再利用は、ガラス材料の純度が高くかくして比較的高価であることに起因して、魅力のあるものである。ガラスを再利用するには、それを化学的に不変の条件であらゆる不純物の無い状態で単離できることが必要である。
【０００５】
先行技術の記述
ドイツ特許出願ＤＥ４４４２８１４は、溶剤を用いることで材料を個々の構成要素に分離することによって、複合材料を再利用するための方法について記述している。マトリックス材料からこのように繊維を分離することによって、複合材料のガラス繊維を再利用することが可能である。
【０００６】
しかしながら、この方法には数多くの欠点がある。必要な溶剤は、健康にとって危険であり、その結果、溶剤の放出又は喪失を回避するために広範な予防措置を構じなければならないことから、それは、特に大型の物品について、効果的に実施するには要求の多いプロセスである。その上、このプロセスは、材料に応じて３〜２４時間というように、時間のかかるものである。該方法は、分離される繊維が分離のむずかしい混合物となるため、例えばガラス繊維と炭素繊維の混合物等の異なるタイプの繊維を含有する複合材料については利用可能性が低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述の欠点を克服する、複合材料からガラス繊維を回収するための代替的方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従うと、解決法は、任意には不活性雰囲気を用いて、閉鎖型炉チャンバ内で比較的低温で複合材料を熱分解することにある。適正な温度で、ポリエステル又はエポキシ材料は、ガス化することになり、一方ガラス繊維は化学的にも物理的にも実質的に無傷の状態にとどまる。温度は、処理対象の材料に準ずる。
【０００９】
本発明は、図面に関連して以下でより詳細に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
ガラス繊維材料を保持するためには、マトリックス材料及び望まれる最終生成物に応じて４５０〜８００℃の範囲の温度が適切であろう。熱可塑性材料は、すでに約３００℃から熱分解され、プロセスは、約４５０℃から工業的に利用可能な分解率を有し、一方エポキシ樹脂は、工業的に利用可能な熱分解率に達するために少なくとも４８０〜５００℃、好ましくは少なくとも５５０℃まで加熱されなくてはならない。最高温度は、ガラスのタイプによって左右されるが、ガラス材料をガラス繊維として再利用しなくてはならない場合、６５０〜６８０℃を上回らず、好ましくは６２５℃を上回らない。７００〜８００℃までの広範な加熱の後、ガラス繊維は脆性材料へと転換され、これは、ガラス製造における原料として再利用されうる粉末化された材料まで容易に粉砕され、この温度範囲までの加熱も同じく本発明の中に内含されている。ケブラー、炭素、木材、麻、ココナツ又はサイザル繊維等の複合材料のさらなるあらゆる繊維タイプが、約５００℃より高い温度で燃焼することになり、こうして、実質的にガラス繊維材料のみが残される。独立したプロセスの中で複合材料を処理することにより、プロセスの推移を、複合材料の分離と関連した環境上の負担を最小限にしうる又は除去しうるような形で制御することができる。
【００１１】
プロセス時間の長さも同様に、再利用を目的とした分離のための先行技術に比べ有利である。厚物の複合材料については、プロセス持続時間は１〜２時間であり、一方約４ミリメートルの厚みをもつ薄物の物品については、約１０〜１５分である。
【００１２】
プロセスの初めに存在する雰囲気中の酸素は熱の発生に伴って解放されたガスとすばやく反応することから、炉チャンバへの大気の流入が熱分解プロセス中に実質的に停止させられた場合に、炉チャンバ内の不活性雰囲気は自然に発生する。不活性雰囲気は又、炉に対し窒素等の不活性ガスを補給することによっても得ることができる。酸素の存在は炉チャンバ内で爆発の危険性をひき起こし得ることから、酸素を含有する大気が炉チャンバ内へ進入するのを実質的に防止するような形で適切な方法で炉を密封することが有利である。
【００１３】
発生したガスは、既存の組合せ型発熱及び発電装置の場合と同様に、組合せ型電気及び熱発生のためのガス機関の中で利用することができる。代替的には、バーナー、燃料電池、及びガスタービンの中でガスを使用することもできるし、或いは又後に使用するためにタンクの中にガスを収集し保管することもできる。熱分解中に炉チャンバに又はその後のガス化チャンバに水蒸気特に過熱水蒸気を添加することによって、本発明に従うと、水性ガスを生成し、かくして、より高い効率を達成することが可能である。
【００１４】
その代わり、大気と共にガスが中に補給される別の燃焼チャンバの中でガスを燃焼させることも可能である。燃焼された時点で、ガスは、加熱のために利用できる熱の解放の下で、空気中の酸素と反応する。燃焼温度は、約１０００〜１２００℃でなくてはならない。かくして、温度は、残留ガスに伴うダイオキシンの放出を防ぐのに充分高いものである。燃焼生成物中のＮＯX及びＣＯの含有量は、燃焼を適切に制御することによって最小レベルに保つことができる。残留生成物ＣＯ2及びＨ2Ｏは、すす粒子及び重金属を清浄した後に大気中に放出される。
【００１５】
特に厚物の複合品については、スムーズに作動するプロセスを得るべく熱分解周期中に物品を回転させることがさらなる利点であり得る。例えば物品の向きを変えることによる周期的位置変更又は常時回転いずれかの形で物品を回転させることにより、一部には表面全体に均等に熱が供給されること、又一部には、残りのガラス繊維が鱗状剥離し熱を物品の内部部分に進入させるような形でマトリックス材料が均等にガス化されうることを保証することができる。回転は、物品の長手方向にそれぞれ片端で１つ又は両端で２つの回転可能なホルダに物品を懸垂させることによって実施でき、この場合、物品はプロセスの開始以前に前記ホルダー内に懸垂させられるが、好ましくは回転は、湾曲した上側面をもつようなくさび形状をもつ固定型保持装置又は歯が炉チャンバ内の単数又は複数の物品を好ましくは水平軸を中心として回転又は方向転換させる一方で、１つの方向に炉チャンバ内で物品が載っているベースの動きによってひき起こされる。代替的には例えばセメントクリンカ製造から既知であるような回転する炉を使用することもできる。
【００１６】
熱分解プロセスの後の炉チャンバ内の固体残渣であるガラス繊維の精製のためには、特に繊維間の石炭残渣の燃焼のため酸素含有雰囲気内でガラス繊維が加熱される二次プロセスを実施することができる。この二次プロセスは、例えば大気又はもう１つの酸素含有ガスの供給により炉チャンバ内で実施することができるが、二次プロセスは、代替的には、内部で熱分解プロセスが行なわれる最初に言及した炉チャンバからガラス繊維が中に補給される別の炉チャンバの中で実施することができる。別の炉チャンバ内の二次プロセスは、例えば、ガラス繊維がコンベヤに載ってキャンバを通過させられる連続プロセスとして実施可能である。温度は、有効な精製を得るべく、６００℃を上回っているべきであり、かつ、考慮されているガラスの再利用形態（以上の論述参照）に応じてそれぞれ６５０〜６８０℃及び８００℃を超えてはならない。
【００１７】
熱分解技術はそれ自体、例えば、脱ガス及びガスの燃焼による生体材料の衛生的な廃棄に関する特許出願Ｗ０９６／３０７００及び車の使用済みタイヤの廃棄に関するＧＢ２２７４９０８号で記述されているように、数多くのその他の利用分野に関連して既知である。熱分解は、例えば特許出願Ｗ０８８／０９３６４内に記述されているようなわらの焼却に関連するような、焼却によるエネルギー目的での利用を保証することに関連しても知られている。このタイプの焼却により、第１のチャンバ内の熱分解プロセスの比較的低い温度は、より高い温度でのガスのその後の燃焼に関連する有利なエネルギー利用と共に、より高い温度でのわらの焼却に比べてスラグ形成を防止する。熱分解は同様に、硬質石炭からのガスの生成に関連しても知られている。
【００１８】
再利用に関連した材料の分離のための熱分解の使用は新規のことである。本発明に従うと、ガラス繊維を直ちに又は単純な精製の後のいずれでも使用できる形でプロセスにより生成する要領で、複合材料を分離するために熱分解プロセスが使用される。ガラスは更に、新しい複合材料の生成において使用できる更に短い繊維又は微粉砕繊維へと加工することができる。
【００１９】
かくして、該方法は、マトリックス材料のエネルギーを利用しながらガラス繊維材料を再利用させることを可能にする。該方法は、例えば解体された風力タービン翼及び、今日標準的に単に廃棄場に堆積されているだけである繊維複合材料の類似のかさ高い物体の再利用を保証する。更に該プロセスは、上述のようにガス燃焼からの燃焼生成物が、一般的に言って環境的に中性の物質ＣＯ2及びＨ2Ｏのみで構成されていることから、環境的にも望ましいものである。
発明の実施態様
本発明に従うと、記述された分離プロセスは、結果として得られるガスのエネルギーの利用と組合せて、有利には、主として閉鎖型炉チャンバ及び熱分解プロセス内で生成されたガスのための燃焼チャンバで構成されている設備において実施されうる。熱分解炉のサイズは、破壊すべき最大の物品に適合させられ、かくして材料の細断は回避されている。炉は、炉内の加熱されたガスが単数又は複数の破壊物品の全ての部品のまわりを有効に循環することができるような形で、炉チャンバ自体の中に挿入された循環ブロワ及び格子トレイを伴って適切に設計されている。こうして、熱分解プロセスは加速される。炉の加熱は、電気又はガスの形で外部熱エネルギーを供給することによって実施される。本発明の特定の実施形態においては、燃焼チャンバは熱分解炉の内部に設置される。このようにして、燃焼チャンバが、熱分解プロセスのための熱エネルギーを節約するべく炉チャンバの加熱に寄与できるようにすることができる。炉は断熱されており、耐腐食性のある材料で気密に作られる。
【００２０】
燃焼チャンバは、パイプ接続を通して熱分解炉と連絡状態にあり、温度制御、酸素制御及び燃焼ゾーンへの大気の制御された供給を含めた燃焼制御のための手段が具備されている。このようにして、ガスの燃焼は、環境的に健全な形で実施することができる。（以上のコメントを参照のこと）。燃焼チャンバは、適切には、例えば加熱用途のためか又は熱分解炉の加熱のために余剰の熱を意図的に利用できるように、大気中への放出の前に燃焼生成物を冷却するため熱交換パイプ又は類似の熱交換装置を伴って設計されている。
詳細な説明
図面中に示された実施形態においては、再利用設備は主として熱分解炉１と燃焼チャンバ２で構成されている。熱分解炉は、炉チャンバ内で風力タービン翼Ｖを処理している状態で示されている。
【００２１】
熱分解炉１は、円形横断面をもつ細長いトンネル炉として建設されている。炉チャンバ１ａ自体は、円筒形シェル３、後端底面４及び前端５で構成されている。前端５には、その開放位置で炉チャンバ１ａの出入りを可能にする上面ヒンジ留め扉６が具備されている。炉の内側には水平格子トレイ７が配置されており、この格子トレイは、炉チャンバの各々の側で長手方向レール９の上に取付けられている一定数の横方向鋼異形材８で構成されている（図２及び４参照）。
【００２２】
格子トレイ７の下には、循環ブロワ１０が挿入される。このブロワは、炉の外側に設置された原動機１１によって駆動される。エンジンとブロワ１０自体の間には、中間フランジ１２が挿入され、原動機を高温の炉壁から適切な距離のところに設置している。ブロワ１０は、炉チャンバの内部で噴射空気を分配する解放した水平空気分配パイプ１３の中に挿入される。空気循環は、図１において矢印マークで表わされている。空気分配パイプ１３は、格子トレイ７のすぐ下に位置づけされている。
【００２３】
電気加熱要素１４が、炉の下部部分に組込まれ、この加熱要素は、図示されていない加熱用羽根又は類似の熱交換器面が具備された管状加熱要素１５で構成されている。空気分配パイプ１３からの循環する空気は、それがパイプを出る時に加熱要素と直接接触し、かくして加熱される。空気（不活性ガス）は、ポリエステルについて約５００〜６２５℃である熱分解温度まで加熱される。炉には、外部断熱材１６が具備されている。
【００２４】
熱分解プロセスにおいては、ガラス繊維翼Ｖのポリエステルは、揮発性ガスへと分解される。これらのガスは、循環空気内に混合され、翼の分解が起こるにつれて、ガスは、炉チャンバ１ａの上部部分に組込まれたパイプ１７を通って放出される。ガスは、このパイプを通って燃焼チャンバ２に補給される。プロセス内の爆発の危険性を考慮して、炉チャンバ１ａには、熱分解プロセス（加熱）を開始する前に例えば窒素等の不活性ガスが充填される。前方扉６には、安全用爆発放散口シャッタ１８が配置されている（図３参照）。翼Ｖの最終的熱分解の後、繊維強化材は、扉６を通してかき出すことのできる緩んだ層として格子トレイ７上に残される。翼からの幾つかの残留生成物、例えばペイント用顔料、硬化剤、上塗りからの残渣などは、格子を通って一部落下する緩んだ粉末を生成する。この残留生成物は、炉の前の取外し可能な灰用し扉１９を通して炉チャンバからかき出される。ブロワ原動機は、その目的で円形開口部が備わっているこの灰用し扉１９の上にフランジで取りつけられている。更に、監視用扉２０が、炉の前方側面内に配置されている。
【００２５】
図１に概略的に示されている燃焼チャンバ２は、閉鎖型断熱チャンバ２１で構成されている。ガス出口パイプ１７は、このチャンバに熱分解ガスを補給し、このチャンバでは、流量制御弁２３の備わった配管２２を通して大気が供給される。空気中の酸素との反応により、ガスは、約１０００〜１２００℃の温度で完全燃焼させられる。実質的にＣＯ2及びＨ2Ｏである燃焼生成物は、出口パイプ２４を通って燃焼チャンバを離れる。屋外への放出の前に、燃焼生成物は熱交換器２５を通過し、ここでガスの余剰な熱が除去される。熱は、図示されていない加熱設備内で利用される。
【００２６】
本発明は、図面中に示され以上で記述された実施形態に制限されるものではない。熱分解プロセスは、異なるタイプの設備内で実施され得、ガスは、例えばメタン含有天然ガス等のもう１つのガスと混合させた状態で、例えばガス機関又はタービン内での収集又は燃焼によって異なる形で利用可能である。複合材料内で使用される構成要素及びガスの異なる利用分野に応じたプロセス及びプロセスパラメータの変動は、当事者の能力範囲内に入り、かくして保護によって網羅されるものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、概略的な形で本発明に従った炉設備を示している。
【図２】図２は、部分的に断面図となった側面図の形で別途示された設備の熱分解炉を示す。
【図３】図３は、図２中のラインＡ−Ａに沿って見た同じ炉の前面図である。
【図４】図４は、図２のラインＢ−Ｂに沿った断面図の形で熱分解炉を示す。
【図３】
2004528175.tif 000003
【図４】
2004528175.tif 000004
【国際公開パンフレット】
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2004528175.tif 000013
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2004528175.tif 000017
2004528175.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004528175.tif 000019
2004528175.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004528175.tif 000021
2004528175.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月4日(2003.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維が実質的に無傷の状態にとどまっている間に運び去られプロセス期間の後に再利用のために炉のチャンバから引き抜かれ得るガスの形に実質的に全てのマトリックス材料を転換させる、プロセス期間中に４５０〜６５０℃のプロセス温度まで閉鎖型炉チャンバ（１ａ）内での実質的に不活性の雰囲気内で複合材料を加熱することによって、エポキシ又はポリエステル樹脂又は熱可塑性材料等のマトリックス材料の中に埋込まれたガラス繊維を含有する複合材料からガラス繊維材料を回収するための方法。
【請求項２】
加熱温度が４８０〜６２５℃、好ましくは５５０〜６２５℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
炉チャンバ内の不活性雰囲気が実質的に純粋な窒素（Ｎ2）でのパージによって確保されている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
運び去られたガスが、１０００〜１２００℃の温度で燃焼される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
水蒸気が、プロセス期間中に炉チャンバ内で又はその後のガス化チャンバ内で添加される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
スムーズに実施されるプロセスを得るべくプロセス期間中に複合材料を回転させる段階を更に含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記プロセス期間の後に、特に繊維間の炭素残渣の燃焼のため酸素含有雰囲気内でガラス繊維が加熱される二次プロセスを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
二次プロセス中のガラス繊維が６００〜８００℃、好ましくは６００〜６８０℃まで加熱される、請求項７に記載の方法。
【国際調査報告】
2004528175.tif 000023
2004528175.tif 000024