(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷熱源より冷熱の供給を受けて原料を、低温脆性を示すガラス化点温度以下に低温凍結するフリーザと、該フリーザにより低温凍結された原料を破砕する破砕機とよりなり、前記フリーザにより低温凍結された原料を低温脆性を利用して破砕する、低温破砕システムにおいて、
低温脆性を示すガラス化点温度以上の第１の熱源(高温冷熱)を得る第１の冷凍サイクルと、前記高温冷熱を凝縮器側に導入して低温脆性を示すガラス化点温度以下の低温冷熱を得る第２の冷凍サイクルからなる二つの異なる冷凍サイクルを組み合わせた二元冷凍サイクルとにより上記冷熱源を構成するとともに、
上記フリーザは、上記二元冷凍サイクルを構成する第１及び第２の二つの冷凍サイクルより夫々高温冷熱と低温冷熱の供給を前段側と後段側に夫々受ける二段階冷却部を内蔵する構成とし、
更に、前記冷熱源は、アンモニア冷媒を用いて第１の冷凍サイクルを構成する高元コンデンシングユニットと、エタン冷媒を用いて第２の冷凍サイクルにより不活性液体の低温ブラインを得る低元コンデンシングブラインユニットよりなり、
高元コンデンシングユニットの蒸発潜熱の一部を前記フリーザの前段冷却部に導入して原料の予冷に使用し、他の蒸発潜熱は低元コンデンシングブラインユニットの凝縮側に導入してカスケードコンデンサを形成して高圧高温エタン冷媒を凝縮させ、得られた凝縮エタンを介して前記不活性液体からなる低温ブラインを得る構成としたことを特徴とする低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システム。
【請求項２】
前記フリーザは、原料を搬送する搬送ベルトと、該ベルトの上部に搬送方向に直角に配設した冷気還流路に設けた衝突噴流形成用ノズル群と、これらをトンネル状に包被するトンネル式フリーザにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システム。
【請求項３】
上記破砕機は、低温凍結原料の破砕に際し前記低温冷熱源により形成された低温脆性を示すガラス化点温度以下の低温冷風の吹き込みにより破砕熱を除去しながら凍結原料の破砕を行う構成としたことを特徴とする請求項１記載の低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温脆性を利用した低温破砕に関するもので、特に廃タイヤやプラスチックなどの廃物処理・再資源化に寄与する、低温脆性を利用した二元冷凍破砕システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より行なわれている低温破砕は液体窒素による冷却凍結を主流としている。
ゴム、プラスチック類では材質によって多少異なるが、低温脆性を示すガラス化点温度は略−７０℃〜７５℃である。そのため、微粉砕化には前記ガラス化点温度以下に冷却すればよいわけで、現在使用されている方法としては、破砕前に液体窒素（−１９６℃）を散布して冷却する方法が殆どである。
上記低温液体窒素を使用した従来の低温破砕システムは図３に示すように、原料供給部５０と、液体窒素を供給する冷熱源５１と、前記原料供給部５０より供給された温度約２０℃の原料５０ａに冷熱源５１より約−１９６℃の液体窒素５１ａの散布供給を受けて約−１３０℃の凍結体５２ａを形成搬出する液体窒素フリーザ５２と、前記凍結体５２ａを破砕して約−７５℃の破砕製品５３ａを得る破砕機５３とより構成する。
なお、上記液体窒素フリーザ５２においては液体窒素を原料５０ａに散布し、散布されてガス化した窒素ガスは図示していない排気ブロワ等により大気中に排出されるようにしてあり、また、破砕機５３においては約−１３０℃の凍結体５２ａの破砕の際は破砕熱の発生により昇温され約−７５℃の破砕製品５３ａを得ている。
【０００３】
上記従来の液体窒素を使用する方法においては、凍結に使用した窒素ガスは大気中へ放出する構成にしてあるため、液体窒素は比較的安価で取り扱いが容易である利点があるが、環境衛生上優れたシステムとは言い得ない問題点を持っている。また、液体窒素使用の場合は、高効率の段階的冷却の使用が不可能であるという問題があり、略−７５℃のガラス化点温度の凍結体を得るために−１９６℃の冷熱源を使用している問題点を内蔵している。
また、破砕機構に破砕熱を吸収する冷却機構を設けていないため、破砕により凍結部材は加熱され、破砕熱の昇温による品質変化を考慮に入れた凍結温度の設定が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、従来の液体窒素冷却と比べて環境負荷の低減が図れる低温破砕システムで、且つ段階的冷却の採用により冷却の効率化を可能とするとともに、破砕熱の効果的除去を可能とした低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システムの提供を目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、冷熱源より冷熱の供給を受けて原料を、低温脆性を示すガラス化点温度以下に低温凍結するフリーザと、該フリーザにより低温凍結された原料を破砕する破砕機とよりなり、前記フリーザにより低温凍結された原料を低温脆性を利用して破砕する、低温破砕システムにおいて、
低温脆性を示すガラス化点温度以上の第１の熱源(高温冷熱)を得る第１の冷凍サイクルと、前記高温冷熱を凝縮器側に導入して低温脆性を示すガラス化点温度以下の低温冷熱を得る第２の冷凍サイクルからなる二つの異なる冷凍サイクルを組み合わせた二元冷凍サイクルとにより上記冷熱源を構成するとともに、
上記フリーザは、上記二元冷凍サイクルを構成する第１及び第２の二つの冷凍サイクルより夫々高温冷熱と低温冷熱の供給を前段側と後段側に夫々受ける二段階冷却部を内蔵する構成とし、
更に、前記冷熱源は、アンモニア冷媒を用いて第１の冷凍サイクルを構成する高元コンデンシングユニットと、エタン冷媒を用いて第２の冷凍サイクルにより不活性液体の低温ブラインを得る低元コンデンシングブラインユニットよりなり、
高元コンデンシングユニットの蒸発潜熱の一部を前記フリーザの前段冷却部に導入して原料の予冷に使用し、他の蒸発潜熱は低元コンデンシングブラインユニットの凝縮側に導入してカスケードコンデンサを形成して高圧高温エタン冷媒を凝縮させ、得られた凝縮エタンを介して前記不活性液体からなる低温ブラインを得る構成としたことを特徴とする。
【０００６】
本発明は、現在主流となっている液体窒素による冷却凍結の代わりとして、約−１００℃の二元冷凍機を使用するようにしたもので、また使用するフリーザは上記二元冷凍サイクルの使用により可能となる２段階冷却部を持つ構造としたものである。
即ち、一般冷媒では、−７０℃程度以下の蒸発温度になると蒸発蒸気の比体積が非常に大きくなるため、飽和蒸気の比体積の小さい冷媒のメタンやエタン等の使用が必要となる。そこで、一般冷媒を使用した他の高温側冷凍機（この場合アンモニア冷凍機）を使用して、低温側冷凍機での圧縮冷媒ガス（エタン）を圧力の低い低温で凝縮させるようにしたもので、高温側冷凍機の蒸発器と低温側冷凍機の凝縮器とを熱交換させ、カスケードコンデンサの形成により低温側冷媒を凝縮させている。
そして、高温側冷凍機である第１の冷凍サイクルにより高効率の高温冷熱源を得るとともに、低温側冷凍機である第２の冷凍サイクルにより低温冷熱源を得るようにし、得られた高温冷熱源と低温冷熱源により２段階冷却を可能とし、低温側の冷却負荷を軽くする構成にしてある。
【０００７】
上記冷熱源は、
アンモニア冷媒を用いて第１の冷凍サイクルを構成する高元コンデンシングユニットとエタン冷媒を用いて第２の冷凍サイクルを構成する低元コンデンシングブラインユニットよりなり、
前記高元コンデンシングユニットは、アンモニア冷媒の蒸発潜熱の一部を高温冷熱源として負荷に供給するとともに、低元コンデンシングブラインユニットの凝縮側に導入してカスケードコンデンサを形成させる構成とし、
低元コンデンシングブラインユニットは、前記カスケードコンデンサを介して凝縮したエタン冷媒によりブラインクーラを作動させて低温冷熱源を得る構成とする。
【０００８】
上記発明により、前記冷熱源は、高元側冷媒に蒸発温度の高いアンモニア冷媒を使用し、低元側冷媒にエタンを使用する構成とする。
上記低元側では地球温暖化係数も低く、大気中の寿命も短く地球環境に対しても配慮されたオゾン破壊係数が零のフッソ系不活性液体で且つ、引火性もなく安全性の高いＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）をブラインとして使用するようにしてある。
そして、高元側ユニットの蒸発潜熱の一部をトンネル式フリーザの前段冷却部に導入して原料の予冷に使用し、他の蒸発潜熱は低元コンデンシングブラインユニットの凝縮側に導入してカスケードコンデンサを形成して高圧高温エタン冷媒を凝縮させ、得られた凝縮エタンを介して前記不活性液体のＨＦＥを使用した低温ブラインを得る構成として、前記トンネル式フリーザの後段冷却部の低温冷熱源と、破砕熱除去用の低温冷風の低温冷熱源に使用するようにしたものである。
【０００９】
また、前記請求項１記載のフリーザは、原料を搬送する搬送ベルトと、該ベルトの上部に搬送方向に直角に配設した冷気還流路に設けた衝突噴流形成用ノズル群と、これらをトンネル状に包被するトンネル式フリーザにより構成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記請求項２記載の発明により、本発明に使用するフリーザは、原料を搬送しながら冷風冷却をさせ、低温脆性を示すガラス化点温度以下に冷却させて凍結体を形成する搬送ベルトと、その上部に搬送方向に直角に設けた冷風循環路に多数のノズル郡を設けてそれらをトンネル状に包被する、冷風吹き付けトンネルベルト式フリーザよりなる構成にしてある。そして、前記トンネルフリーザの前段に予冷冷却室を形成させ、後段に低温冷却用冷却室を形成させる構成にするとともに、前記予冷冷却により後段の低温冷却の冷却負荷を軽減する構成にしてある。
また、上記前後段の各冷却室には搬送方向に直角に設けた前記冷風循環路に、搬送方向に直角の多数の並列ノズル群を設け、搬送ベルト上に載置された原料上に高速冷風よりなる衝突噴流を形成させ、高効率冷却凍結を可能にする構成にしてある。
【００１１】
また、請求項１記載の破砕機は、低温凍結原料の破砕に際し前記低温冷熱源により形成された低温脆性を示すガラス化点温度以下の低温冷風の吹き込みにより破砕熱を除去しながら凍結原料の破砕を行う構成としたことを特徴とする。
【００１２】
上記請求項３記載の発明により、
破砕工程において低温脆性を示すガラス化点温度以下の低温冷風の吹き込みにより破砕熱の除去と低温破壊を促進させ、また、破砕熱による被破砕物の溶着や熱による変質も防止するようにしたものである。
【００１３】
なお、上記破砕機の破砕熱除去には、上記低温冷風の吹き込みに加えて、破砕機のジャケット冷却も併せて行なうようにすることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システムの概略の構成を示す図で、図２は図１の破砕システムによる被破砕物の温度変化を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明の低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システムは、冷熱源１０とフリーザ３０と、破砕部４０とより構成し、冷熱源１０はアンモニア冷媒を使用した高元コンデンシングユニット１１とエタン冷媒を使用した低元コンデンシングブラインユニット２１とより構成する。
【００１６】
上記高元コンデンシングユニット１１は、アンモニア冷媒を圧縮する高元側の第１の冷凍サイクルの圧縮機１２と、オイルセパレータ１２ａと、圧縮された高圧高温アンモニアガスをクーリングタワー１４を介して凝縮するコンデンサ１３と、凝縮された凝縮液を貯留する高元側レシーバ１５とを主要構成とする。
上記高元側レシーバ１５より膨張弁１５ａを介して高温冷熱源１６を形成してフリーザ３０の予冷室３２のエアクーラ３２ａへ−４５℃のアンモニガスを供給して−３５℃の衝突噴流を形成させている。
また、上記高元側レシーバ１５より膨張弁１５ｂを介して、カスケードコンデンサ２３へ送られアンモニアガスは蒸発器を形成し、低元側圧縮機２２よりオイルセパレータ２２ａを経由して送られた高温高圧圧縮エタンガスを凝縮させ、低元側レシーバ２４にエタン凝縮液として貯留させるようにしてある。
上記貯留されたエタン凝縮液は、膨張弁２４ａ、ブラインクーラ２６を介して約−９５℃の低温ブラインを形成させ、ブラインタンク２７を経由して低温冷熱源２８としてフリーザ３０の低温冷却室３３のエアクーラ３３ａ及び破砕部４０、エアクーラ３４ａ、３７ａ等へ約−９５℃の低温ブラインを供給する。
【００１７】
上記フリーザ３０は、コンベアベルト３１ａを介して、原料投入部３１より投入された被破砕原料である例えば廃棄ゴムタイヤを、冷却させながら搬送して、後段の破砕部４０へ搬出する包被状トンネル式フリーザよりなり、該フリーザ内には予冷室３２と低温冷却室３３とを設ける構成とし、各冷却室はそれぞれ前記高温冷熱源１６に連通するエアクーラ３２ａと低温冷熱源２８に連通するエアクーラ３３ａを設け、該クーラを介して搬送方向に対し直角の冷風循環路を形成させ、該循環路に搬送方向に直角に配設した多数の並列ノズル群３２ｂ、３３ｂにより、前記搬送ベルト上に高速冷風よりなる衝突噴流を形成させ、衝突面における乱流効果により高効率の冷却を可能とする構成にしてある。
そして、原料投入部３１では２０〜２５℃の原料である例えばゴム片を投入し、予冷室３２では約−３５℃の冷風を使用し、低温冷却室３３では約−８７℃の冷風を使用しフリーザ３０の出口では約−７５℃の低温脆性を示すガラス化点温度以下に冷却された凍結原料を得るようにしてある。
【００１８】
なお、上記フリーザパネルは二重構造としパネル面の温度差を少なくする構造とし、各冷却室へ供給する高温冷熱源１６及び低温冷熱源２８の温度と外気との温度差を小さくする構成にしてあるため、冷気漏れや熱侵入を小さく抑えることができる。
【００１９】
上記、破砕部４０は、前記低温脆性を示すガラス化点温度以下に冷却された約−７５℃の凍結原料を破砕機３６に投入して破砕する破砕室３４と破砕した原料より微細原料を分別する分離室３５とより構成する。
破砕室３４には室温を約０℃に保持するエアクーラ３４ａと破砕機３６へ破砕時に吹き込む前記ガラス化点温度以下の約−８０℃の冷風３７を、分離室３５に設けたブロワ３７ｃを介して形成するエアクーラ３７ａを備え、且つ前記破砕機には冷却用ジャケットを設け低温冷熱源２８より低温ブラインを導入して前記吹き込み冷風とともに破砕熱を吸収する構造にしてある。
【００２０】
上記分離室３５には、破砕機３６より前記冷風３７とともに吐出される破砕原料を前記冷風より分離して微細原料片を得るサイクロン３８とフィルタ３７ｂと冷風として還流させる前記ブロワ３７ｃと微細原料片を取り出すスクリュウフィーダ３８ａとより構成する。
【００２１】
図２に見るように、図１の低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システムを使用した場合の破砕物の温度変化状況を示してある。図に見るように予冷室３２の負荷を全体の１／２に設定すると、図のように原料温度はガラス化点温度−７５℃まで略直線的に変化し、破砕時には破砕熱の除去を低温脆性を示すガラス化点温度以下の冷風の吹き込みにより効率的除去をするようにしてあるため、そのままの温度で後段の加工工程に供給できる。
【００２２】
なお、前記低温冷熱源に使用するブラインには、地球温暖化係数も低く、大気中の寿命も短く地球環境に対しても配慮されたオゾン破壊係数が零のフッソ系不活性液体であり、引火性もなく安全性の高いＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）をブラインとして使用するようにしてある。
【００２３】
【発明の効果】
上記構成により、従来の液体窒素冷却と比べてアンモニア／エタンの二元冷却サイクルの使用により環境負荷の低減を図ることができ、且つ段階的冷却の採用により原料を低温脆性を示すガラス化温度以下に効率的に冷却することを可能とするとともに、破砕熱の除去に際しても前記ガラス化温度以下の冷風吹き込みにより効果的除去を可能としたため、廃タイヤ等の破砕に限定されることなく広い範囲の低温破砕における高い効用を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低温脆性を利用した二元冷凍低温破砕システムの概略の構成を示す図である。
【図２】図１の破砕システムによる被破砕物の温度変化を示す図である。
【図３】従来の低温破砕システムの概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０    冷熱源
１１    高元コンデンシングユニット
１２    高元側圧縮機
１３    コンデンサ
１５    高温側レシーバ
１６    高温冷熱源
２１    低元コンデンシングブラインユニット
２２    低元側圧縮機
２３    カスケードコンデンサ
２４    低温側レシーバ
２６    ブラインクーラ
２８    低温冷熱源
３０    フリーザ
３１    原料投入部
３２    予冷室
３３    低温冷却室
３４    破砕室
３５    分離室
３６    破砕機
３７    冷風
４０    破砕部
【図１】
0004201936.tif 000002
【図２】
0004201936.tif 000003
【図３】
0004201936.tif 000004