JP2014015026A - 混練造粒製造装置における熱の再利用方法及び混練造粒製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混練造粒製造装置から排出された熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、混練機及び／又は造粒機に返送することで、高効率で熱の再利用が行えるようにすること。
【解決手段】本発明の混練造粒製造装置１における熱の再利用方法は、樹脂を混練する混練機２と、混練機２で混練された樹脂を造粒機７で粒状に切断すると共に切断後の粒状樹脂Ｎを冷却水Ｗで冷却する造粒機７と、造粒機７から排出された粒状樹脂Ｎを冷却水Ｗから分離する分離器１１と、を備えた混練造粒製造装置１における熱の再利用方法であって、分離器１１から排出された粒状樹脂分離後の冷却水Ｗが有する熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、混練機２及び／又は造粒機７へと供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、混練造粒製造装置における熱の再利用方法、熱の再利用方法を適応可能な混練造粒製造装置に関する。

周知のように、混練造粒製造装置は、ＰＥやＰＰなどの樹脂材料を溶融しながら混練し、混練された樹脂を押し出す混練機と、混練された樹脂をカッティングし冷却水で冷却することで粒状樹脂を製造する造粒機と、冷却水から粒状樹脂を分離する分離器とで構成されている。
具体的には、混練機は、内部が空洞とされたバレル内に、樹脂材料を混練する混練ロータが回転自在に収容され、混練ロータが回転するバレル内を樹脂材料が通過することで樹脂などの材料が混練されるようになっている。混練機の下流側には、造粒機が配置されている。造粒機は、混練され流動状態となった樹脂を押し出すダイ（ダイプレート）と、このダイから押し出された樹脂を回転しながら粒状に切断するカッタと、を有している。これらダイとカッタは、冷却水が流通する水室内に収納される構造となっている。この水室では、冷却水が切断された樹脂の冷却を行っている。造粒機の下流側には、分離器が配置されている。分離器は、冷却された樹脂と冷却水とを分離するものであり、冷却された樹脂が外部に排出されるようになっている。冷却水は、冷却器などで温度を下げた後、再度樹脂の冷却に用いられ、循環するようになっている。

粒状樹脂を製造するには、まず、混練機で樹脂材料を溶融状態の樹脂に混練し、造粒機に送る。次に、造粒機に備えられたダイから溶融樹脂を押し出しつつ、ダイに備えられたカッタで切断する。切断された樹脂は、粒状樹脂となり、冷却水で満たされている水室に送られ、冷却される。冷却された樹脂は、冷却水とともに分離器に送られ、粒状樹脂と冷却水とに分離される。分離された粒状樹脂は、外部に排出され、次工程に送られる。

ところで、造粒機の水室では、高温の熱を有した樹脂を冷却水によって冷却している。そのため、冷却後の冷却水は比較的高温の温水となり、所定の熱量を有することとなる。この冷却水が有する熱量を有効に再利用することは、省エネなどの観点から好ましく、混練造粒製造装置における熱の再利用の技術として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。

特許文献１は、押出機から押出された合成樹脂を水中切断ユニットの循環水中で粒状に切断し、循環水を循環水冷却器で冷却するようにした水中切断式合成樹脂造粒方法及び装置において、前記循環水冷却器で熱交換して得られた高温をエネルギ源として用い、省エネルギを達成するとされている。具体的には、特許文献１の混練造粒製造装置は、循環水冷却器で熱交換して得られた温水の熱量を熱源として発電を行うものとされている。

特開平４−２６３９０６号公報

従来、混練造粒製造装置の混練機で溶融状態とされた樹脂は、２００℃以上の高温状態で造粒機に供給され、ダイから押し出され回転カッタにより粒状に切断される。切断された粒状樹脂は、造粒機の水室内を流れる冷却水により１００℃以下に冷却される。このとき、冷却水は粒状樹脂と熱交換され７０℃〜９０℃の温水となり、造粒機から排出される。

このように、造粒機から排出された冷却水（温水）は所定量の熱エネルギを有するものであるが、その温度が７０〜９０℃ということで、冷却水が有する熱エネルギを高い効率で取り出して再利用するためには、特許文献１のように何らかの技術が必要となる。
しかしながら、特許文献１に開示された熱エネルギの再利用方法では、排出熱量を発電機を用いて電気に変換しているため、熱エネルギの利用効率が低下してしまう虞がある。
それ故、多くの熱エネルギが失われることとなる。また、発電機や膨張機などの発電設備を混練造粒製造装置に用いることにより、混練造粒製造装置の設備が大型となってしまう。このような、大型の混練造粒製造装置を設置するためには、多額の費用と、広い設置場所とが必要となってくる。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、混練造粒製造装置から排出された粒状樹脂分離後の冷却水が有する熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、混練造粒製造装置に返送することで、熱の再利用が高効率で行える混練造粒製造装置及びこの混練造粒製造装置を用いた熱の再利用方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
本発明に係る混練造粒製造装置における熱の再利用方法は、樹脂を混練する混練機と、混練機で混練された樹脂を造粒機で粒状に切断すると共に切断後の粒状樹脂を冷却水で冷却する造粒機と、前記造粒機から排出された粒状樹脂を冷却水から分離する分離器と、を備えた混練造粒製造装置における熱の再利用方法であって、前記分離器から排出された粒状樹脂分離後の冷却水が有する熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、前記混練機及び／又は造粒機へと供給することを特徴とする。

好ましくは、前記混練造粒製造装置は、膨張弁と圧縮機とを備えており、前記膨張弁で粒状樹脂分離後の冷却水を気化し、この気化した冷却水を前記圧縮機で断熱圧縮して過熱蒸気を生成し、前記生成された過熱蒸気が有する熱量を前記混練機及び／又は造粒機へと供給するとよい。
好ましくは、前記過熱蒸気の熱量を熱交換器を介して不活性ガスに付与し、熱量が付与された不活性ガスを、混練機に備えられたホッパ内に通過させることで、前記ホッパ内に存在する樹脂材料を加熱するとよい。

好ましくは、前記過熱蒸気の熱量により前記混練機に備えられたホッパを加熱することで、前記ホッパ内に存在する樹脂材料を加熱することを特徴とするとよい。
好ましくは、前記過熱蒸気の熱量を熱交換器を介して作動媒体に付与し、熱量が付与された作動媒体を、造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部に通過させることで、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するようにしているとよい。

好ましくは、前記過熱蒸気を造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部に通過させることで、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するようにしていることを特徴とするとよい。
好ましくは、前記造粒機へ供給される冷却水を工場内の水供給源から供給し、前記圧縮機で過熱蒸気とされ樹脂材料と熱交換された冷却水を再度工場内の水供給源へ返送することを特徴とするとよい。

本発明に係る混練造粒製造装置は、樹脂を混練する混練機と、混練機で混練された樹脂を造粒機で粒状に切断すると共に切断後の粒状樹脂を冷却水で冷却する造粒機と、前記造粒機から排出された粒状樹脂を冷却水から分離する分離器と、を備えた混練造粒製造装置であって、前記分離器から排出された冷却水が有する熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、前記混練機及び／又は造粒機へと供給する熱量回収手段を備えていることを特徴とする。

好ましくは、前記熱量回収手段は、粒状樹脂分離後の冷却水を気化させる膨張弁と、前記膨張弁で気化した冷却水を断熱圧縮して過熱蒸気を生成する圧縮機と、を備えているとよい。
好ましくは、前記熱量回収手段は、前記圧縮機で生成された過熱蒸気の熱を不活性ガスに付与する熱交換器を備え、前記熱交換器により熱量を付与された不活性ガスは、混練機に備えられたホッパ内を通過するように構成されているとよい。

好ましくは、前記熱量回収手段は、前記過熱蒸気の熱量により前記混練機に備えられたホッパを加熱することで、前記ホッパ内に存在する樹脂材料を加熱するように構成されているとよい。
好ましくは、前記熱量回収手段は、前記圧縮機で生成された過熱蒸気の熱量を作動媒体
に付与する熱交換器を備え、前記熱交換器により熱量を付与された作動媒体は、造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部を通過し、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するように構成されているとよい。

好ましくは、前記熱量回収手段は、造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部に過熱蒸気を通過させ、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するように構成されているとよい。
好ましくは、前記造粒機へ供給される冷却水を工場内の水供給源から供給し、前記圧縮機で過熱蒸気とされ樹脂材料と熱交換された冷却水を再度工場内の水供給源へ返送するように構成されているとよい。

本発明によれば、混練造粒製造装置から排出された粒状樹脂分離後の冷却水が有する熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、混練造粒製造装置に返送することで、混練造粒製造装置の熱の再利用が高効率で行えるようになる。

混練造粒製造装置で生じた熱を再利用する方法を示した図である。 第１実施形態の混練造粒製造装置を示した図である。 第１実施形態の混練造粒製造装置の変形例を示した図である。 第２実施形態の混練造粒製造装置を示した図である。 第２実施形態の混練造粒製造装置の変形例を示した図である。 第３実施形態の混練造粒製造装置を示した図である。 第３実施形態の混練造粒製造装置の変形例を示した図である。 第４実施形態の混練造粒製造装置を示した図である。 第４実施形態の混練造粒製造装置の変形例を示した図である。 第５実施形態の混練造粒製造装置を示した図である。 第５実施形態の混練造粒製造装置の変形例を示した図である。

以下、本発明に係る混練造粒製造装置１における熱の再利用方法の実施形態を、図を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、本発明の第１実施形態の混練造粒製造装置１は、ＰＥ、ＰＰなどの樹脂材料Ｍ（パウダ）を溶融しながら混練し、混練された樹脂を押し出す混練機２と、混練された樹脂Ｍをカッティングし冷却水Ｗで冷却することで粒状樹脂Ｎを製造する造粒機７と、冷却水Ｗから粒状樹脂Ｎを分離する分離器１１とで構成されている。加えて、造粒機７から排出され分離器１１を通過した冷却水Ｗを貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを冷却する冷却器１４とを有している。

具体的には、混練機２は、内部が空洞とされたバレル４内に、樹脂材料Ｍを混練する混練ロータ３が回転自在に収容され、混練ロータ３が回転するバレル４内を樹脂材料Ｍが通過することで、ＰＥなどの樹脂材料Ｍが混練されるようになっている。
混練機２の下流側には、造粒機７が配置されている。造粒機７は、混練され流動状態となった樹脂材料Ｍを押し出すダイ８（ダイプレート）と、このダイ８から押し出された樹脂材料Ｍを回転しながら粒状に切断するカッタ９と、冷却水Ｗが流通する水室１０とを有している。これらダイ８とカッタ９は、冷却水Ｗが流通する水室１０内に収納される構造となっている。この水室１０では、冷却水Ｗが切断された樹脂（粒状樹脂Ｎ）の冷却を行っている。冷却後の冷却水Ｗは、高温の粒状樹脂Ｎから熱をもらい、温水となっている。

造粒機７の下流側には、分離器１１が配置されている。分離器１１は、冷却された粒状樹脂Ｎが混入する冷却水Ｗから粒状樹脂Ｎのみを分離するものであり、冷却水Ｗと粒状樹脂Ｎが分離され、分離器１１の外部に排出されるようになっている。
図２に示すように、分離器１１の下流側には、貯留タンク１２が配置されている。貯留タンク１２は、分離器１１で分離された高温の冷却水Ｗを貯留する内部が空洞の筐体であり、上流側（分離器１１側）から流入した冷却水Ｗを下流側へ排出するようになっている
。この貯留タンク１２の形状としては、内部が空洞で流入口と流出口を備えていれば、様々なものが採用可能である。例えば、内部が空洞の円筒形状などが挙げられる。

貯留タンク１２の下流側には、循環ポンプ１３が配置されている。循環ポンプ１３は、上流側にある貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを下流側にある冷却器１４の圧送するものである。
循環ポンプ１３の下流側には、冷却器１４が配置されている。冷却器１４は、造粒機７で粒状樹脂Ｎとの熱交換によって温水となった冷却水Ｗを降温し、再び粒状樹脂Ｎの冷却に用いることが可能な温度の冷却水Ｗに低下させるものである。冷却器１４によって冷却された冷却水Ｗは、再び造粒機７の水室１０内に供給されるようになる。

冷却器１４の冷却方式は、大気中の空気と冷却水Ｗとを熱交換することによって、この冷却水Ｗの温度を低下させる方法（空冷方式）であったり、冷媒と冷却水Ｗとを熱交換することによって、この冷却水Ｗの温度を低下させる方法（冷媒冷却方式）が採用可能である。
まとめれば、これらの造粒機７（造粒機の水室１０）、分離器１１、貯留タンク１２、冷却器１４、循環ポンプ１３は、閉ループ状の第１水流路１９により接続され、循環ポンプ１３の働きにより、冷却水Ｗを造粒機７から分離器１１→貯留タンク１２→冷却器１４の順に経由して造粒機７に循環させるようになっている。つまり、冷却水Ｗは、これら第１水流路１９を循環するようになっている。

次に、上記した混練造粒製造装置１を用いた粒状樹脂Ｎを製造する製造工程について説明する。
図１及び図２に示すように、樹脂材料Ｍの製造工程では、まず混練機２に備えられたホッパ５に樹脂材料Ｍが装入される。装入された樹脂材料Ｍは、混練機２の混練部６に送られ、混練ロータ３が回転し樹脂材料Ｍの混練が開始される。このとき、混練された樹脂材料Ｍは溶融状態となり、２００℃以上の高温となり、多くの熱エネルギ（以下、熱量と呼ぶことがある）を有することとなる。混練機２で樹脂材料Ｍの混練が終了すると、溶融状態で高温となった樹脂は、混練機２の下流側にある造粒機７に送られる。

造粒機７に送られた溶融樹脂は、造粒機７に備えられたダイ８から造粒機内の水室１０へ押し出されつつ、このダイ８に備えられたカッタ９で粒状に切断される。粒状樹脂Ｎは、冷却水Ｗで満たされている水室１０で１００℃以下に冷却される。このとき、冷却水Ｗは、粒状樹脂Ｎとの熱交換により、７０〜９０℃の温水となる。
冷却された粒状樹脂Ｎは、冷却水Ｗと共に分離器１１に送られる。分離器１１では、冷却水Ｗから粒状樹脂Ｎが分離される。

分離器１１から排出された冷却水Ｗは、貯留タンク１２に送られる。貯留タンク１２に流入した冷却水Ｗは、所定の水量まで貯留タンク１２に貯留され、その後、循環ポンプ１３で圧送される。
循環ポンプ１３で圧送された冷却水Ｗは、冷却器１４に送られる。冷却器１４に流入した冷却水Ｗは、大気中の空気若しくは冷温媒体などと熱交換され、低温の冷却水Ｗに冷却される。

冷却された冷却水Ｗは、造粒機７に送られ、再び粒状樹脂Ｎの冷却水Ｗとして用いられる。
その結果、冷却水Ｗは第１水流路１９を循環することで、粒状樹脂Ｎの冷却を複数回行えるようになっている。
さて、粒状樹脂Ｎと熱交換された冷却水Ｗ（７０〜９０℃の温水）は所定の熱エネルギを有している。このような熱エネルギを取り出して利用することは、非常に有益なことであるが、熱源として用いるには比較的低温であるため、回収して効率よく再利用することが難しいのが実情であった。

そこで、本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、粒状樹脂Ｎと熱交換された冷却水Ｗ（温水）の熱エネルギを熱の状態を維持しつつ、再び混練機２及び／又は造粒機７に供給する方法を用いることで、有効な熱の再利用（廃熱の再利用）を行うことができることを知見した。
以下、本発明に係る混練造粒製造装置１での熱の再利用方法、すなわち、廃熱の回収方法を具体的に述べる。

図２に示すように、第１実施形態の混練造粒製造装置１は、前述した混練機２、造粒機７、分離器１１、製造された粒状樹脂Ｎを冷却する冷却水Ｗが流れる第１水流路１９とを有すると共に、造粒機７内で熱交換され温水となった冷却水Ｗの熱エネルギを回収し、この熱エネルギを用いて不活性ガスＴを蒸発させ、蒸発した不活性ガスＴの蒸気で樹脂材料Ｍを加熱する熱量回収手段１５を備えていることを特徴としている。

この熱量回収手段１５は、造粒機７から排出された冷却水Ｗを減圧し気化させる膨張弁１６と、気化した冷却水Ｗを断熱圧縮し過熱蒸気Ｘに生成する圧縮機１７と、過熱蒸気Ｘの熱量を不活性ガスＴに付与する熱交換器１８と、で構成されている。
具体的には、造粒機７から分離器１１を経由して吐出された冷却水Ｗは、貯留タンク１２に一時的に貯留される。この貯留タンク１２の下流側には、冷却水Ｗを減圧し気化させる膨張弁１６が接続されており、貯留タンク１２の冷却水Ｗを分岐し気化することができるようになっている。

この膨張弁１６の下流側には、気化した冷却水Ｗを断熱圧縮し過熱蒸気Ｘを生成させる圧縮機１７が備えられている。
圧縮機１７の下流側には、熱交換器１８が備えられている。この熱交換器１８の一次側には、圧縮機１７で生成された過熱蒸気Ｘが流通し、二次側には不活性ガスＴ（例えば、窒素）が流通しており、過熱蒸気Ｘから不活性ガスＴへと熱が付与される。すなわち、過熱蒸気Ｘが不活性ガスＴと熱交換される。熱交換後の過熱蒸気Ｘは液体へと相変化し、冷却器１４の上流側へと返送され、第１水流路１９内を流れる冷却水Ｗと合流するようになっている。

これらの膨張弁１６、圧縮機１７、熱交換器１８の一次側は、貯留タンク１２から分岐されて第１水流路１９上の冷却器１４と循環ポンプ１３の間に戻る第２水流路２０上（閉ループ状の第２水流路２０上）に配備されることになる。
熱交換器１８の二次側には、不活性ガスＴ（窒素）が流通している媒体流路２１が配備されており、この媒体流路２１は、混練機２に備えられているホッパ５内を通過するように配備されている。

このように、上記した熱量回収手段１５を用いて、熱エネルギを再利用するに際しては、造粒機７内で熱交換され温水となった冷却水Ｗの熱エネルギを回収し、この熱エネルギを用いて不活性ガスＴを加熱し、加熱した不活性ガスＴで樹脂材料Ｍを加熱するようにしている。
具体的には、造粒機７に備えられたカッタ９で切断された粒状樹脂Ｎが造粒機７内を流通する冷却水Ｗ中に押し出され、粒状樹脂Ｎの熱エネルギが冷却水Ｗに付与される。この冷却水Ｗは、７０〜９０℃程度に上昇し温水となる。熱エネルギが付与された冷却水Ｗ（温水）は、第１水流路１９を通って、冷却された粒状樹脂Ｎと共に分離器１１に送られる。

分離器１１では、熱エネルギが付与された冷却水Ｗが粒状樹脂Ｎから分離される。このとき、冷却水Ｗは貯留タンク１２に送られ、粒状樹脂Ｎは外部に排出される。貯留タンク１２では、第１水流路１９を通って冷却器１４に送られる冷却水Ｗと、第２水流路２０を通って膨張弁１６に送られる冷却水Ｗとに分岐される。
第２水流路２０に分岐された冷却水Ｗは、膨張弁１６で減圧され７０℃以上の蒸気となり、圧縮機１７に送られる。蒸気となった冷却水Ｗは、圧縮機１７で断熱圧縮され、２１５℃以上の過熱蒸気Ｘに生成され、熱交換器１８に送られる。熱交換器１８では、圧縮機１７から送られてきた過熱蒸気Ｘが媒体流路２１内を流れる不活性ガスＴと熱交換され、不活性ガスＴは１１０℃以上に加熱される。熱交換器１８を介して降温された冷却水Ｗは、冷却器１４の上流側に返送される。

熱エネルギが付与され１１０℃以上とされた不活性ガスＴは、混練機２に備えられているホッパ５内を下側から流入し上側から流出するように通過し、ホッパ５内の樹脂材料Ｍに直接接触することで、ホッパ５内の樹脂材料Ｍを１００℃程度に加熱する。このとき、
ホッパ５内の樹脂材料Ｍの温度が１１０℃を超えないように制御する。樹脂材料Ｍが１１０℃を超えると、樹脂材料Ｍが溶融しホッパ５内で固着してしまう恐れがあるため、溶融しないように樹脂の温度の制御を行う。樹脂材料Ｍの加熱を終えた不活性ガスＴは、樹脂材料Ｍとの熱交換によって降温され、熱交換器１８に返送される。

つまり、本発明の第１実施形態は、冷却水Ｗが貯留タンク１２→膨張弁１６→圧縮機１７→熱交換器１８→冷却器１４の順に閉ループ状に形成された第２水流路２０を循環し、このとき熱交換器１８で、媒体流路２１内の不活性ガスＴに熱が付与される。熱が付与された不活性ガスＴは、媒体流路２１を流れ、低温（〜８０℃）の樹脂材料Ｍ（パウダ）を直接加熱させるようになっている。

このようにすることで、粒状樹脂Ｎの冷却で生じた熱エネルギを回収し、熱エネルギをホッパ５内の樹脂材料Ｍに付与し、高い効率で熱エネルギの再利用が行われるようになっている。さらに、このような方法を用いて樹脂材料Ｍを加熱することで樹脂材料Ｍが柔らかくなり、混練機２の混練ロータ３の駆動力を低減することができる。
［第１実施形態の変形例］
次に、本発明の製造装置１における第１実施形態の変形例について、図を参照して説明する。

図３に示すように、第１実施形態の変形例に係る混練造粒製造装置１の構成は、第１実施形態の装置（図２参照）と略同じである。
すなわち、本変形例の混練造粒製造装置１は、混練された樹脂を押し出す混練機２と、混練された樹脂をカッティングし冷却水Ｗで冷却することで粒状樹脂Ｎを製造する造粒機７と、冷却水Ｗから粒状樹脂Ｎを分離する分離器１１とを備えている点が同じである。加えて、造粒機７から排出され分離器１１を通過した冷却水Ｗを貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを冷却する冷却器１４とを有し、冷却水Ｗが第１水流路１９を循環する点も同じである。

さらに、熱量回収手段１５として、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを減圧し気化させる膨張弁１６、気化した冷却水Ｗを断熱圧縮し過熱蒸気Ｘを生成させる圧縮機１７を備えている点も同じである。
しかしながら、本変形例では、冷却水Ｗが貯留タンク１２→膨張弁１６→圧縮機１７→熱交換器１８を経た後、熱交換器１８の一次側の配管が、工場内の排水設備２２や工場内を循環する循環水設備２２に繋がるように構成され、熱交換器１８における熱交換後の冷却水Ｗが、工場内の排水設備２２などに返送されるようになっている点（ループ状の水流路となっていない点）が大きく異なっている。

また、造粒機７、分離器１１、貯留タンク１２、冷却器１４を順に接続し、冷却水Ｗを循環ポンプ１３で循環させる閉ループ状の第１水流路１９に、工場内を循環する循環水設備２２からの冷却水Ｗが冷却器１４の上流側に供給される点も第１実施形態と大きく異なっている。
つまり、本変形例は、造粒機７へ供給される冷却水Ｗを工場内の水供給源（排水設備２２）から供給し、圧縮機１７で過熱蒸気Ｘとされ樹脂材料Ｍと熱交換された冷却水Ｗを再度工場内の水供給源（排水設備２２）へ返送することが大きな特徴となっている。このようにすることで、多量の冷却水Ｗを工場内から供給することができ、粒状樹脂Ｎの冷却や不活性ガスＴへの熱の付与を高い効率で行うことができるようになる。

なお、第１実施形態の変形例におけるその他の構成、奏する作用効果は第１実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
［第２実施形態］
次に、本発明の製造装置１における第２実施形態について、図を参照して説明する。
図４に示すように、第２実施形態に係る混練造粒製造装置１の構成は、第１実施形態の装置（図２参照）と略同じである。

すなわち、第２実施形態の混練造粒製造装置１は、混練された樹脂を押し出す混練機２と、混練された樹脂をカッティングし冷却水Ｗで冷却することで粒状樹脂Ｎを製造する造粒機７と、冷却水Ｗから粒状樹脂Ｎを分離する分離器１１とを備えている点が同じである
。加えて、造粒機７から排出され分離器１１を通過した冷却水Ｗを貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを冷却する冷却器１４とを有し、冷却水Ｗが第１水流路１９を循環する点も同じである。

さらに、熱量回収手段１５として、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを減圧し気化させる膨張弁１６、気化した冷却水Ｗを断熱圧縮し過熱蒸気Ｘを生成させる圧縮機１７を備えている点も同じである。
しかしながら、第２実施形態では、第２水流路２０に熱交換器１８が設けられておらず、圧縮機１７で生成された過熱蒸気Ｘが流通する第２水流路２０が、図４に示すように、ホッパ５の外周面をらせん状に取り巻くように配置され、過熱蒸気Ｘがホッパ５の下側から上側に向かって通過するようになっている。過熱蒸気Ｘが流通する第２水流路２０をホッパ５の内周面に敷設してもよい。

このようにすることで、過熱蒸気Ｘの熱エネルギをホッパ５に付与することができるようになっており、ホッパ５内の樹脂材料Ｍを間接的に加熱することができるようになっている点が大きく異なっている。
このように、熱交換器１８を不要とすることで不活性ガスＴを用いる必要が無くなり、この不活性ガスＴの供給量の制御することを省略することができる。さらに、ホッパ５内の樹脂材料Ｍと過熱蒸気Ｘが直接接触しない構造としているため、熱量回収手段１５を簡単な構成で且つ低コストで構成することが可能となる。

なお、第２実施形態におけるその他の構成、奏する作用効果は第１実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
［第２実施形態の変形例］
次に、本発明の製造装置１における第２実施形態の変形例について、図を参照して説明する。

図５に示すように、第２実施形態の変形例に係る混練造粒製造装置１の構成は、第２実施形態の装置（図４参照）と略同じである。
しかしながら、本変形例では、図５に示すように、圧縮機１７で生成された過熱蒸気Ｘが流通する第２水流路２０が閉ループ状となっていない点が、第２実施形態の装置とは大きく異なる。すなわち、第２水流路２０は、ホッパ５の外周面をらせん状に取り巻くように配置され、過熱蒸気Ｘがホッパ５の下側から上側に向かって通過するようになっている。配置された第２水流路２０は、その出側（下流側）で、工場内の排水設備２２や工場内を循環する循環水設備２２に繋がるように構成され、熱交換後の冷却水Ｗが、工場内の排水設備２２などに返送されるようになっている。

また、造粒機７、分離器１１、貯留タンク１２、冷却器１４を順に接続し、冷却水Ｗを循環ポンプ１３で循環させる閉ループ状の第１水流路１９に、工場内を循環する循環水設備２２からの冷却水Ｗが冷却器１４の上流側に供給される点も第１実施形態と大きく異なっている。
つまり、本変形例は、造粒機７へ供給される冷却水Ｗを工場内の水供給源（排水設備２２）から供給し、圧縮機１７で過熱蒸気Ｘとされ、樹脂材料Ｍと熱交換された冷却水Ｗを再度工場内の水供給源（排水設備２２）へ返送することが大きな特徴となっている。このようにすることで、多量の冷却水Ｗを工場内から供給することができ、粒状樹脂Ｎの冷却やホッパ５への熱の付与を高い効率で行うことができるようになる。

なお、第２実施形態の変形例におけるその他の構成、奏する作用効果は第２実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
［第３実施形態］
次に、本発明の製造装置１における第３実施形態について、図を参照して説明する。
図６に示すように、第３実施形態に係る混練造粒製造装置１の構成は、第１実施形態の装置（図２参照）と略同じである。

すなわち、第３実施形態の混練造粒製造装置１は、混練された樹脂を押し出す混練機２と、混練された樹脂をカッティングし冷却水Ｗで冷却することで粒状樹脂Ｎを製造する造粒機７と、冷却水Ｗから粒状樹脂Ｎを分離する分離器１１とを備えている点が同じである
。加えて、造粒機７から排出され且つ分離器１１を通過した冷却水Ｗを貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを冷却する冷却器１４とを有し、冷却水Ｗが第１水流路１９を循環する点も同じである。

さらに、造粒機７から排出された冷却水Ｗが有する熱を再利用するために回収する熱量回収手段１５として、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを減圧し気化させる膨張弁１６、気化した冷却水Ｗを断熱圧縮し過熱蒸気Ｘを生成させる圧縮機１７、過熱蒸気Ｘが有する熱を交換するための熱交換器１８の一次側とで第２水流路２０を形成し、第１水流路１９から分岐した冷却水Ｗが第２水流路２０を循環する点も同じである。また、熱交換器１８の二次側には、オイルＲ（加熱媒体）が流通する媒体流路２１が接続されている点も同じである。

しかしながら、第３実施形態では、第２水流路２０に備えられた熱交換器１８で熱交換されたオイルＲの熱エネルギにより、造粒機７（ペレタイザ）のダイ８を加熱するように構成されている点が、第１実施形態と大きく異なるものとなっている。造粒機７のダイ８の内部を媒体流路２１が貫通しており、圧縮機１７で生成された過熱蒸気Ｘの熱エネルギにより加熱されたオイルＲが通過するようになっている。

具体的には、造粒機７のダイ８は、円柱状であって、ダイ８の外側を構成するリング状の外側体と、この外側体の内部に設けられてノズル（ダイ孔）が設けられたダイ本体８と、このダイ本体８の内部に設けられた円柱状の内側体とで構成されている。これら外側体、ダイ本体８の間、及び内側体とダイ本体８の間には空隙が形成されている。この空隙はダイ本体８の内部に形成された流路と連通しており、ダイ内部の流路と空隙とで、媒体流路２１を流入するオイルＲ（加熱媒体）が通る流路が形成されている。このようなダイ８の構成は、特開２０１０−２３４０４号公報の[００１１]〜[００２０]に記載されているように一般的なものである。

このように、上記した熱量回収手段１５を用いて、熱エネルギを再利用するに際しては、造粒機７内で熱交換され温水となった冷却水Ｗの熱エネルギを回収し、この熱エネルギを用いて加熱媒体（オイルＲ）を加熱し、加熱したオイルＲでダイ自体を加熱するようになっている。
具体的には、上記した第１実施形態と同様に、第２水流路２０に分岐された冷却水Ｗは、圧縮機１７で断熱圧縮され２１５℃以上の過熱蒸気Ｘとなり、熱交換器１８の一次側に送られる。熱交換器１８では、圧縮機１７から送られてきた過熱蒸気Ｘが、二次側の媒体流路２１内を流れるオイルＲと熱交換され、オイルＲは２００℃以上に加熱される。熱交換器１８を介して降温された一次側の冷却水Ｗは、第１水流路１９に備えられた冷却器１４の入側に返送される。

熱交換器１８により熱エネルギが付与され２００℃以上とされたオイルＲは、製造装置１に備えられている造粒機７のダイ８の内部に流入し、ダイ８を２００℃以上に加熱することで、ダイ８に形成されたノズルの目詰まり（溶融樹脂による詰まり）を防止する。このとき、溶融樹脂がノズル内に固着し、粒状樹脂Ｎの製造が停止しないように、オイルＲの温度を制御する。ダイ８の加熱を終え降温したオイルＲは、熱交換器１８の二次側に返送され、再び加熱されるようになる。

なお、第３実施形態におけるその他の構成、奏する作用効果は第１実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
［第３実施形態の変形例］
次に、本発明の製造装置１における第３実施形態の変形例について、図を参照して説明する。

図７に示すように、第３実施形態の変形例に係る混練造粒製造装置１の構成は、第３実施形態の装置（図６参照）と略同じであり、第２水流路２０に備えられた熱交換器１８により取り出された熱エネルギにより、造粒機７のダイ８を加熱するように構成されている点も同じである。
しかしながら、第３実施形態では、第２水流路２０において、冷却水Ｗが貯留タンク１２→膨張弁１６→圧縮機１７→熱交換器１８の一次側を経た後、熱交換器１８の一次側の
配管が、工場内の排水設備２２や工場内を循環する循環水設備２２に繋がるように構成され、熱交換器１８における熱交換後の冷却水Ｗが、工場内の排水設備２２などに返送されるようになっている点（ループ状の循環水流路となっていない点）が大きく異なっている。

また、第１水流路１９に接続された冷却器１４の上流側に工場内を循環する循環水設備２２からの冷却水Ｗが供給される点も第３実施形態と大きく異なっている。
つまり、本変形例は、造粒機７へ供給される冷却水Ｗを工場内の水供給源（排水設備２２）から供給し、圧縮機１７で過熱蒸気Ｘとされ樹脂材料Ｍと熱交換された冷却水Ｗを再度工場内の水供給源（排水設備２２）へ返送することが大きな特徴となっている。このようにすることで、多量の冷却水Ｗを工場内から供給することができ、粒状樹脂Ｎの冷却やオイルＲへの熱の付与を高い効率で行うことができるようになる。

なお、第３実施形態の変形例におけるその他の構成、奏する作用効果は第３実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
［第４実施形態］
次に、本発明の製造装置１における第４実施形態について、図を参照して説明する。
図８に示すように、第４実施形態に係る混練造粒製造装置１の構成は、第２実施形態の装置（図４参照）と略同じである。

しかしながら、第４実施形態では、圧縮機１７で生成された過熱蒸気Ｘが流通する第２水流路２０が、図８に示すように、造粒機７のダイ８に接続されていて、ダイ内部に形成された流路内を圧縮機１７で断熱圧縮されて昇温された過熱蒸気Ｘが流通している点が、第２実施形態とは大きく異なる。
さらには、第４実施形態では、圧縮機１７の下流側において、工場内からの過熱蒸気Ｘが供給される過熱蒸気配管２３が閉ループ状の第２水流路２０に繋げられ、この過熱蒸気Ｘが圧縮機１７で生じた過熱蒸気Ｘと合流し、ダイ８に送られるようになっている点も大きく異なる。また、ダイ８（造粒機７）の下流側において、工場内の排水設備２２などに排出できる配管が閉ループ状の第２水流路２０に繋げられ、降温した冷却水Ｗの一部を工場内の排水設備２２などに排出できるようになっている点が大きく異なる。

つまり、本発明の第４実施形態は、過熱蒸気Ｘを直接ダイ８の内部に流通させることで、ダイ８を過熱することができ、粒状樹脂Ｎの固着によるノズルの目詰まりを防止することができる。過熱蒸気Ｘを直接ダイ８の内部に流通させるようにしているため、オイルＲなどの加熱媒体を省略することができる。また、造粒機７から排出された冷却水Ｗの温度が低い場合（熱エネルギが少ない場合）であっても、工場内の過熱蒸気Ｘを用いることで、ダイ８を確実に昇温することが可能となる。
［第４実施形態の変形例］
次に、本発明の製造装置１における第４実施形態の変形例について、図を参照して説明する。

図９に示すように、第４実施形態の変形例に係る混練造粒製造装置１の構成は、第４実施形態の装置（図８参照）と略同じである。
しかしながら、本変形例では、貯留タンク１２→膨張弁１６→圧縮機１７→造粒機７を経た後の配管が、工場内の排水設備２２や工場内を循環する循環水設備２２に繋がるように構成され、第２水流路２０内を流れて造粒機７のダイ８を加熱した後の冷却水Ｗが、工場内の排水設備２２などに全て返送されるようになっている点が、第４実施形態とは大きく異なっている。

また、造粒機７、分離器１１、貯留タンク１２、冷却器１４を順に接続し、冷却水Ｗを循環ポンプ１３で循環させる閉ループ状の第１水流路１９（冷却器１４の上流側）に、工場内の水供給源（工場内の排水設備２２）からの冷却水Ｗが供給される点も第４実施形態と大きく異なっている。
つまり、本変形例は、造粒機７へ供給する冷却水Ｗを工場内の水供給源（排水設備２２）から供給されることが大きな特徴となっており、このようにすることで、多量の冷却水Ｗを工場内から供給することができ、冷却効率や熱回収効率の工場に資することができる
。

なお、第４実施形態の変形例におけるその他の構成、奏する作用効果は第４実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
［第５実施形態］
次に、本発明の製造装置１における第５実施形態について、図を参照して説明する。
図１０に示すように、第５実施形態に係る混練造粒製造装置１の構成は、第４実施形態の装置（図８参照）と略同じである。

すなわち、第４実施形態の混練造粒製造装置１は、混練された樹脂を押し出す混練機２と、混練された樹脂をカッティングし冷却水Ｗで冷却することで粒状樹脂Ｎを製造する造粒機７と、冷却水Ｗから粒状樹脂Ｎを分離する分離器１１とを備えている点が同じである。加えて、造粒機７から排出され分離器１１を通過した冷却水Ｗを貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを冷却する冷却器１４とを有し、冷却水Ｗが第１水流路１９を循環するようになっている点も同じである。

さらに、熱量回収手段１５として、貯留タンク１２から排出された冷却水Ｗを減圧し気化させる膨張弁１６、気化した冷却水Ｗを断熱圧縮し過熱蒸気Ｘを生成させる圧縮機１７を備えている点も同じである。
さらには、圧縮機１７の下流側において、工場内からの過熱蒸気Ｘが供給される過熱蒸気配管２３と、降温した冷却水Ｗの一部を工場内の排水設備２２などに排出できる配管とが第２水流路２０に繋げられている点も同じである。

しかしながら、第５実施形態では、圧縮機１７で生成された過熱蒸気Ｘが流通する第２水流路２０が、図１０に示すように、混練機２のチャンバ４（バレル）に接続されていて、チャンバ４内部に形成された流路内を、圧縮機１７で断熱圧縮されて昇温された過熱蒸気Ｘが流通している点が、第４実施形態とは大きく異なる。
具体的には、混練機２のチャンバ４は、その内部に空洞とされた混練室が形成され、この混練室に２本の混練ロータ３が挿入（収容）された構成となっている。この混練室の断面は、２つの円形が連通された形状（めがね孔状）をしており、混練室に収容された２本の混練ロータ３が回転することで樹脂材料Ｍが混練されるようになっている。

チャンバ４の中実部であって混練室の内壁面の外周側には、加熱乃至は冷却された流体が流通可能な流路（温調流路）が形成されている。この温調流路は、混練室の内壁面に沿って、チャンバ４の軸方向（混練ロータ３の軸心方向）を向くように形成されている。このようなチャンバ４の構成は、例えば、特開２００８−２３８８２４号公報の[００１１]〜[００１８]及び図１に記載されているように一般的なものである。

そこで、第５実施形態においては、圧縮機１７で生成され且つ第２水流路２０を流れる過熱蒸気Ｘをチャンバ４内の温調流路へと導いて流通させることで、チャンバ４（混練室）内の樹脂材料Ｍを加熱することができる。この樹脂材料Ｍを加熱することで、樹脂材料Ｍを混練する際に必要な混練ロータ３の駆動力を抑制することができ、造粒機７から排出された排水が有する熱量を有効に再利用することが可能となる。

また、第４実施形態と同じように、また、第２水流路２０に工場内からの過熱蒸気Ｘが供給される構成（過熱蒸気配管２３）となっているため、造粒機７から排出された冷却水Ｗの温度が低い場合（熱エネルギが少ない場合）であっても、工場内の過熱蒸気Ｘを用いることで、チャンバ４を確実に昇温することが可能となる。
［第５実施形態の変形例］
次に、本発明の製造装置１における第５実施形態の変形例について、図を参照して説明する。

図１１に示すように、第５実施形態の変形例に係る混練造粒製造装置１の構成は、第５実施形態の装置（図１０参照）と略同じである。
しかしながら、本変形例では、造粒機７、分離器１１、貯留タンク１２、冷却器１４を順に接続し、冷却水Ｗを循環ポンプ１３で循環させる閉ループ状の第１水流路１９に、工場内を水供給源（排水設備２２）からの冷却水Ｗが供給される点が、第５実施形態とは大きく異なっている。

また、貯留タンク１２→膨張弁１６→圧縮機１７→チャンバ４を経た後、チャンバ４を加熱した冷却水Ｗが、工場内の排水設備２２などに全て返送されるようになっている点も、第５実施形態とは大きく異なっている。
つまり、本変形例は、造粒機７へ供給する冷却水Ｗを工場内の水供給源（工場内の排水設備２２）から供給されることが大きな特徴となっており、このようにすることで、多量の冷却水Ｗを工場内から供給することができ、冷却効率や熱回収効率の向上に資することができる。

なお、第５実施形態の変形例におけるその他の構成、奏する作用効果は第５実施形態と略同じであるため、その説明は省略する。
以上、数々の実施形態を通じて述べたように、本発明の製造装置１及びこの製造装置１における熱エネルギの再利用方法によれば、粒状樹脂Ｎの冷却する際に生じた冷却水Ｗの熱エネルギを回収し、この熱エネルギを電気変換することなく、高い回収効率で熱エネルギの再利用することができる。さらに、このような再利用方法を用いて樹脂材料Ｍを加熱すると、樹脂材料Ｍを混練する際の混練ロータ３の駆動力を低減することができる。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 混練造粒製造装置（製造装置）
２ 混練機
３ 混練ロータ
４ チャンバ（バレル）
５ ホッパ
６ 混練部
７ 造粒機（ペレタイザ）
８ ダイ（ダイプレート）
９ カッタ
１０ 水室
１１ 分離器
１２ 貯留タンク
１３ 循環ポンプ
１４ 冷却器
１５ 熱量回収手段
１６ 膨張弁
１７ 圧縮機
１８ 熱交換器
１９ 第１水流路
２０ 第２水流路
２１ 媒体流路
２２ 排水設備（循環水設備）
２３ 過熱蒸気配管
Ｍ 樹脂材料（パウダ）
Ｎ 粒状樹脂
Ｔ 不活性ガス（媒体）
Ｒ オイル（媒体）
Ｗ 冷却水
Ｘ 過熱蒸気

Claims (14)

1. 樹脂を混練する混練機と、混練機で混練された樹脂を造粒機で粒状に切断すると共に切断後の粒状樹脂を冷却水で冷却する造粒機と、前記造粒機から排出された粒状樹脂を冷却水から分離する分離器と、を備えた混練造粒製造装置における熱の再利用方法であって、
   前記分離器から排出された粒状樹脂分離後の冷却水が有する熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、前記混練機及び／又は造粒機へと供給することを特徴とする混練造粒製造装置における熱の再利用方法。
2. 前記混練造粒製造装置は、膨張弁と圧縮機とを備えており、
   前記膨張弁で粒状樹脂分離後の冷却水を気化し、この気化した冷却水を前記圧縮機で断熱圧縮して過熱蒸気を生成し、
   前記生成された過熱蒸気が有する熱量を前記混練機及び／又は造粒機へと供給することを特徴とする請求項１に記載の混練造粒製造装置における熱の再利用方法。
3. 前記過熱蒸気の熱量を熱交換器を介して不活性ガスに付与し、
   熱量が付与された不活性ガスを、混練機に備えられたホッパ内に通過させることで、前記ホッパ内に存在する樹脂材料を加熱することを特徴とする請求項２に記載の混練造粒製造装置における熱の再利用方法。
4. 前記過熱蒸気の熱量により前記混練機に備えられたホッパを加熱することで、前記ホッパ内に存在する樹脂材料を加熱することを特徴とする請求項２に記載の混練造粒製造装置における熱の再利用方法。
5. 前記過熱蒸気の熱量を熱交換器を介して作動媒体に付与し、
   熱量が付与された作動媒体を、造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部に通過させることで、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するようにしていることを特徴とする請求項２に記載の混練造粒製造装置における熱の再利用方法。
6. 前記過熱蒸気を造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部に通過させることで、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するようにしていることを特徴とする請求項２に記載の混練造粒製造装置における熱の再利用方法。
7. 前記造粒機へ供給される冷却水を工場内の水供給源から供給し、前記圧縮機で過熱蒸気とされ樹脂材料と熱交換された冷却水を再度工場内の水供給源へ返送することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の混練造粒製造装置における熱の再利用方法。
8. 樹脂を混練する混練機と、混練機で混練された樹脂を造粒機で粒状に切断すると共に切断後の粒状樹脂を冷却水で冷却する造粒機と、前記造粒機から排出された粒状樹脂を冷却水から分離する分離器と、を備えた混練造粒製造装置であって、
   前記分離器から排出された冷却水が有する熱量を回収し、熱の状態を維持しつつ、前記混練機及び／又は造粒機へと供給する熱量回収手段を備えていることを特徴とする混練造粒製造装置。
9. 前記熱量回収手段は、粒状樹脂分離後の冷却水を気化させる膨張弁と、前記膨張弁で気化した冷却水を断熱圧縮して過熱蒸気を生成する圧縮機と、を備えていることを特徴とする請求項８に記載の混練造粒製造装置。
10. 前記熱量回収手段は、前記圧縮機で生成された過熱蒸気の熱を不活性ガスに付与する熱交換器を備え、
    前記熱交換器により熱量を付与された不活性ガスは、混練機に備えられたホッパ内を通過するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の混練造粒製造装置。
11. 前記熱量回収手段は、前記過熱蒸気の熱量により前記混練機に備えられたホッパを加熱することで、前記ホッパ内に存在する樹脂材料を加熱するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の混練造粒製造装置。
12. 前記熱量回収手段は、前記圧縮機で生成された過熱蒸気の熱量を作動媒体に付与する熱交換器を備え、
    前記熱交換器により熱量を付与された作動媒体は、造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部を通過し、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の混練造粒製造装置。
13. 前記熱量回収手段は、造粒機のダイの内部及び／又は混練機のチャンバの内部に過熱蒸気を通過させ、前記造粒機のダイ及び／又は混練機のチャンバを加熱するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の混練造粒製造装置。
14. 前記造粒機へ供給される冷却水を工場内の水供給源から供給し、前記圧縮機で過熱蒸気とされ樹脂材料と熱交換された冷却水を再度工場内の水供給源へ返送するように構成されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の混練造粒製造装置。

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