(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス原料を溶解する溶解室に、ガラス原料を加熱溶解するための燃焼火炎を形成する複数本のバーナーを設けるとともに、前記複数本のバーナーの少なくとも１本のバーナーに、該バーナーで形成される燃焼火炎中に、有機物で被覆されたガラス繊維の廃材を支燃性搬送ガスに同伴させて分散供給するガラス繊維廃材供給手段を設けて、該ガラス繊維廃材供給手段を設けたバーナーを、前記溶解室内のガラス溶湯の表面あるいは原料投入部から前記溶解室内に供給される原料山面に燃焼火炎が衝突すべく設置したことを特徴とするガラス繊維廃材リサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス繊維廃材リサイクル装置に関し、詳しくは、グラスウール等のガラス繊維廃材中のガラスを効率よく回収してリサイクルさせるための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ガラス繊維は、ガラス溶解炉から連続的に紡糸されてプラスチック複合材用に供される長繊維あるいは火炎遠心法等により製造されて断熱吸音材用に供される短繊維（通称グラスウール）であって、いずれも有機物で被覆されたものをいう。製造工程で発生した廃材は、一部が建材等として再利用されているが、廃材の大半は産業廃棄物として最終処分場で埋立て処理されるのが現状である。しかし、近年の最終処分場不足に伴い、ガラス繊維廃材の有効利用が望まれている。また、建築用に広く使用されている断熱吸音材は、建築物の解体に伴って多量の廃棄物となるため、この有効利用も必要に迫られている。
【０００３】
このようなガラス繊維廃材の有効利用方法の一つとして、高温炉で有機質を燃焼除去し、回収した無機質をガラス繊維の原料としてリサイクルする方法が提案されている。例えば、特開平２−２６１５８９号公報には、有機物で被覆されたガラス繊維を溶融する方法が開示されている。この方法では、廃棄物を高温炉中に装入し、酸素又は酸素富化空気を溶融層と上部の繊維質物質との境界に送給するか、あるいは、炉底のノズルから送給することによって炉中に送給し、有機物を燃焼させることにより、ガラス繊維を溶融するのに必要な熱量の大半を発生させてガラス繊維を急速溶融させるようにしている。溶融したガラス繊維は、高温炉から取出されて冷却後に回収される。
【０００４】
また、特開平８−２１７４６４号公報には、仕切板によって原料室とノズル室とに分離した溶融炉を使用し、ガラス繊維廃材を原料室中に投入してバーナーによりガラスの軟化点以下に加熱することにより有機物を燃焼させた後、バーナーで１１００℃以上に加熱されているノズル室に移行させ、ここでガラス繊維を完全に溶融し、さらに水中で急冷してガラス繊維材料とする方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平６−５１１４２２号公報には、有機物で被覆された鉱物繊維、即ちガラス繊維廃材を耐火煉瓦容器に供給し、電極によるジュール加熱で溶融しながら攪拌器で溶融ガラス溜りを攪拌することによって鉱物繊維を回収する方法が開示されている。
【０００６】
これらの方法において、ガラス繊維を被覆している有機物は、燃焼又は加熱によりガラス繊維から分離除去されている。このような方法は、有機物の分解開始温度とガラス繊維の軟化点とに十分な温度差がある場合は、両者の分離除去を容易に行うことができるが、温度差が小さい場合は、有機物の分解開始とガラス繊維の溶融とが同時に進行してしまうため、溶融体中に有機物が取込まれることがある。特に、軟化点の比較的低いガラス繊維にフェノール樹脂を被覆した断熱吸音材用のグラスウールの場合、フェノール樹脂の分解開始温度とガラスの軟化点とが近接しているため、溶融体中に有機物が取込まれ易い。このように有機物を取込んだ状態で回収された無機質物質は、再溶融の際に周囲の酸化性ガラスと反応して多量の気泡を発生させるため、ガラス原料としては、実質的に使用できないという不都合が発生する。
【０００７】
ガラス繊維廃材の他の有効利用の方法として、特開平３−６０７８８号公報には、０〜１０％の酸素の存在下で、ガラス繊維廃材をガラス繊維の軟化点以下の温度に加熱し、有機物を熱分解することにより除去する方法が開示されている。この方法では、条件を厳選することにより、有機物を含まないガラス繊維を回収することができ、ガラス繊維製造原料として再利用が可能となるが、雰囲気の酸素分圧や処理温度を厳密に制御する必要がある。特に、前述の有機物の分解開始温度とガラス繊維の軟化点との差が小さい場合は、有機物を完全に除去しようとすれば、ガラス繊維の溶融が始ってしまうため、前記同様に、溶融体中に有機物が取込まれてしまうことになる。
【０００８】
これらの従来の方法では、いずれも、加熱源のバーナ火炎や電極とは異なる場所からガラス繊維廃材が供給されるため、一部に未燃焼部分が生じる。この未燃焼部分も、周囲の廃棄物中の有機物が燃焼する際の発熱により点火されるはずであるが、周囲の廃材の有機物の燃焼時に酸素が消費され、未燃焼部分近傍の酸素濃度が低下し、点火が阻害され、結果的に回収される無機質中に有機物が残留することとなる。
【０００９】
さらに、これらの従来技術では、ガラス繊維廃材に加熱エネルギーを投入して有機物の除去を行った後、室温まで冷却してガラス原料としているため、これを原料としてガラス繊維を製造する際に再び加熱エネルギーを投入しなければならない。したがって、ガラス繊維廃材の回収からガラス繊維の製造までに多大なエネルギーを必要とし、リサイクル用の装置も規模が大きくなってしまうという問題もあった。
【００１０】
そこで本発明は、有機物で被覆されたガラス繊維、特に、樹脂の分解開始温度とガラスの軟化点とが近接している断熱吸音材用グラスウールの廃材からガラス成分を回収する際に、有機物を完全に除去することができ、しかも、有機物が除去されたガラス繊維をガラス溶解炉中に直接投入することにより、ガラス繊維廃材のリサイクルを効率よく行うことができるガラス繊維廃材リサイクル装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のガラス繊維廃材リサイクル装置は、ガラス原料を溶解する溶解室に、ガラス原料を加熱溶解するための燃焼火炎を形成する複数本のバーナーを設けるとともに、前記複数本のバーナーの少なくとも１本のバーナーに、該バーナーで形成される燃焼火炎中に、有機物で被覆されたガラス繊維の廃材を支燃性搬送ガスに同伴させて分散供給するガラス繊維廃材供給手段を設けて、該ガラス繊維廃材供給手段を設けたバーナーを、前記溶解室内のガラス溶湯の表面あるいは原料投入部から前記溶解室内に供給される原料山面に燃焼火炎が衝突すべく設置したことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のガラス繊維廃材リサイクル装置の一形態例を示すガラス溶解炉の横断面図、図２はバーナーの設置状態の参考例を示す縦断面図、図３は本発明のバーナーの設置状態の一形態例を示す縦断面図、図４は本発明の廃材供給バーナーの一形態例を示す断面側面図、図５は図４に示すバーナーの正面図である。
【００１３】
このガラス繊維廃材リサイクル装置は、ガラス溶解炉１の溶解室２に複数本設置した６本のバーナー３ａ〜３ｆの内、原料投入部４に近い側に設置されているバーナー３ｂに、ガラス繊維廃材供給手段５を備えたものを使用している。
【００１４】
上記バーナー（以下、廃材供給バーナーという）３ｂは、図４及び図５に示すように、ガラス繊維廃材を搬送ガスに同伴させて供給する中心の廃材流路１１と、該廃材流路１１の外周の燃料流路１２と、該燃料流路１２の外周の一次支燃性ガス流路１３及び二次支燃性ガス流路１４とからなる四重管構造のバーナー本体の外周に冷却水ジャケット１５を設けたものであって、先端のノズル１６には、噴出方向が拡開した円錐状の燃焼室１７が設けられている。
【００１５】
燃焼室１７の最奥部中心には、廃材流路１１に連通した廃材噴出口２１が、廃材噴出口２１の外周の円周上に複数の燃料噴出口２２が、さらにその外周の円周上に複数の一次支燃性ガス噴出口２３及び二次支燃性ガス噴出口２４がそれぞれ設けられている。
【００１６】
前記廃材流路１１には、搬送ガス供給管３１と、適度な大きさに裁断されたガラス繊維廃材を貯蔵するホッパー３２と、該ホッパー３２内のガラス繊維廃材を所定量で排出する定量排出装置３３と、定量排出装置３３から排出されたガラス繊維廃材を廃材流路１１に送出すスクリューフィーダー３４とからなる前記ガラス繊維廃材供給手段５が接続されている。ホッパー３２内のガラス繊維廃材は、定量排出装置３３からスクリューフィーダー３４を経て廃材流路１１内に単位時間あたり略一定量が供給され、搬送ガス供給管３１から供給される搬送ガスに同伴され、固体気体混相流を形成して廃材流路１１内を流れた後、バーナー先端の廃材噴出口２１からバーナー中心軸の延長線方向に向って噴出する。
【００１７】
前記燃料流路１２には燃料供給管４１が接続されており、燃料供給管４１から燃料流路１２に供給された燃料は、燃料噴出口２２からバーナー中心軸に平行な方向に噴出する。また、一次支燃性ガス流路１３には一次支燃性ガス供給管４２が、二次支燃性ガス流路１４には二次支燃性ガス供給管４３がそれぞれ接続されており、一次支燃性ガス流路１３に供給された一次支燃性ガスは、一次支燃性ガス噴出口２３からバーナ中心軸を中心とした円の接線方向に噴出し、二次支燃性ガス流路１４に供給された二次支燃性ガスは、二次支燃性ガス噴出口２４からバーナー中心軸の延長線上に焦点を結ぶように噴出する。なお、冷却水ジャケット１５には、冷却水供給管４４と冷却水戻り管４５とが接続されている。
【００１８】
廃材供給バーナー３ｂに供給する燃料及び支燃性ガスには特に制限はなく、ガラス溶解炉１に設置される通常のガラス溶解用バーナーと同様の燃料及び酸素含有ガスを使用することができる。さらに、搬送ガスとしても各種ガスを使用することができるが、通常は、支燃性ガスの一部を使用すればよい。
【００１９】
このように形成した廃材供給バーナー３ｂに燃料及び支燃性ガスを供給して燃焼火炎を生成させるとともに、有機物で被覆されたガラス繊維廃材を適当な大きさに裁断したものを、バーナー中心の廃材噴出口２１から噴出させると、ガラス繊維廃材は、搬送ガス中に分散した状態で燃焼火炎中に供給され、有機物を燃焼させるのに必要な酸素ガスが個々のガラス繊維廃材粒子を取巻く環境となる。さらに、このガラス繊維廃材粒子と酸素ガスとが高温の燃焼火炎で包み込まれた状態になるため、ガラス繊維表面の有機物は、瞬時に酸素ガスと反応して点火燃焼を開始する。このとき、個々のガラス繊維廃材粒子が分散状態にあるため、燃焼生成ガスである炭酸ガス及び水蒸気が粒子に取込まれることはなく、ガラス繊維から除去されることになる。これと同時に、有機物の燃焼熱及び燃焼火炎からの伝熱によってガラス繊維が加熱され、溶融あるいは半溶融状態となる。
【００２０】
図２の参考例にあっては、上記廃材供給バーナー３ｂから噴出するガラス繊維廃材は、燃焼火炎中で有機物が除去され、溶融あるいは半溶融状態となって、溶解室２内のガラス溶湯６の表面、あるいは、原料投入部４から溶解室２内に供給される原料山面に落下する。一方、図３の本発明の一形態例にあっては、前記廃材供給バーナー３ｂは、溶解室２内のガラス溶湯６の表面あるいは原料投入部４から溶解室２内に供給される原料山面に燃焼火炎が衝突すべく設置されている。
【００２１】
すなわち、ガラス繊維廃材を燃焼火炎中に分散状態で供給することにより、従来のようなガラス塊を発生させることなく有機物を燃焼させて完全に除去することができる。さらに、通常のガラス溶解炉を利用して実施することが可能であり、ガラス繊維廃材回収用に特別な設備を必要としないので、設備コストも安価であり、その上、有機物の燃焼による発熱量をガラス繊維やガラス原料の加熱源として利用することができるので、ガラス繊維廃材を処理しない場合に比べてエネルギー原単位の低減も図れる。
【００２２】
なお、廃材供給バーナー３ｂの構造は、上記形態例に示したものに限るものではなく、燃料の性状や装置規模、ガラス溶解炉１への設置位置等に応じて最適なものを選択することができる。また、ガラス溶解炉１における廃材供給バーナー３ｂの設置位置や設置本数も任意に設定することができる。さらに、廃材供給バーナー３ｂに供給するガラス繊維廃材も、ガラス繊維廃材の性状や廃材供給バーナー３ｂの構造に応じて任意な大きさにすることができる。
【００２３】
【実施例】
前記形態例に示す構造のガラス溶解炉及び廃材供給バーナーを使用してガラス繊維廃材を回収し、再びガラス繊維としてリサイクルする実験を行った。ガラス繊維廃材は、直径６〜１０μｍの軟化点が比較的低いガラス繊維の表面にフェノール樹脂８重量％を被覆したグラスウールの廃材であって、これを長さ約５００μｍに粉砕してホッパーに投入した。燃料にはＬＰＧを、支燃性ガス及び搬送ガスには純酸素を使用し、一次支燃性ガスと二次支燃性ガスとの供給割合は３対７とした。搬送ガスは、廃材供給量に応じた量とした。
【００２４】
図６に、ガラス溶解炉での溶解量に対する廃材供給バーナーから供給されるガラス繊維廃材の供給量の比、すなわち廃材リターン率（廃材量／全溶解量）と、製造したガラス繊維のエネルギー原単位の削減率との関係を示す。図から明らかなように、ガラス繊維廃材を処理しない場合に比べて、ガラス繊維廃材を廃材供給バーナーに供給して処理することにより、廃材リターン率１０％の増加に従い約５％のエネルギー原単位の低下が実現できることがわかる。これは、廃材に含まれる樹脂が燃料の代替を行い、バーナーに供給する燃料を低減できたためである、また、ガラス溶解炉内では、有機物の残留に起因する発泡等の問題は発生せず、製造したガラス繊維は、ガラス繊維廃材を処理しない場合と比べても品質上の差は認められなかった。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラス繊維廃材リサイクル装置は、有機物で被覆されたガラス繊維の廃材をバーナーの燃焼火炎中に投入して処理するようにしたので、有機物を完全に燃焼させて除去することができ、ガラス繊維やガラス原料中に、有機物あるいは燃焼生成物である炭酸ガス及び水蒸気が取込まれることもない。これにより、有機物の分解開始温度とガラスの軟化点との差が小さい廃材も問題なく処理することができる。さらに、有機物の燃焼熱を溶解用のエネルギーとして効果的に利用することができるので、製造するガラスのエネルギー原単位を低減することもできる。
【００２６】
しかも、有機物の燃焼熱及び燃焼火炎からの伝熱によって加熱され、溶融又は半溶融状態となったガラス繊維をガラス溶湯や原料山面に衝突させことにより、ガラス繊維廃材中のガラス分を効率よくガラス原料として取込むことができ、ガラス繊維廃材のリサイクルを高効率で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のガラス繊維廃材リサイクル装置の一形態例を示すガラス溶解炉の横断面図である。
【図２】  バーナーの設置状態の参考例を示す縦断面図である。
【図３】  本発明のバーナーの設置状態の一形態例を示す縦断面図である。
【図４】  本発明の廃材供給バーナーの一形態例を示す断面側面図である。
【図５】  同じく正面図である。
【図６】  実施例における廃材リターン率とエネルギー原単位の削減率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…ガラス溶解炉、２…溶解室、３ａ〜３ｆ…バーナー（３ｂ…廃材供給バーナー）、４…原料投入部、５…ガラス繊維廃材供給手段、１１…廃材流路、１２…燃料流路、１３…一次支燃性ガス流路、１４…二次支燃性ガス流路、１５…冷却水ジャケット、１６…ノズル、１７…燃焼室、２１…廃材噴出口、２２…燃料噴出口、２３…一次支燃性ガス噴出口、２４…二次支燃性ガス噴出口、３１…搬送ガス供給管、３２…ホッパー、３３…定量排出装置、３４…スクリューフィーダー、４１…燃料供給管、４２…一次支燃性ガス供給管、４３…二次支燃性ガス供給管、４４…冷却水供給管、４５…冷却水戻り管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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