JP2020117655A

JP2020117655A - 固形燃料の製造方法及び固形燃料

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Publication number: JP2020117655A
Application number: JP2019012022A
Authority: JP
Inventors: 巧角田; Takumi Tsunoda; 辰相田; Tatsu Aida
Original assignee: SEKI SHOTEN KK; Seki Shoten KK
Current assignee: SEKI SHOTEN KK; Seki Shoten KK
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-08-06

Abstract

【課題】リングダイを交換することなく、ある長さの固形燃料と、長さが極く小さな固形燃料との両方が、製造できる製造方法を提供する。【解決手段】図（ａ）では、弁４３は閉じておく。閉じることにより、破砕物１７は冷却されない。現状の長い固形燃料１０が得られる。図（ｂ）で、弁４３を開ける。開けることにより、水配管４２の出口４５から水４６が流れ落ち、破砕物１７は冷却される。得られる成形物１７Ｂでは、樹脂フィルム１１が溶融していない。カッタ２６で打つと、図（ｃ）に示すように、ばらばらになり、破片状の固形燃料４７ａ〜４７ｆが得られる。【効果】弁４３の開閉のみで、２０ｍｍの固形燃料１０と、３〜１０ｍｍ程度の固形燃料４７ａ〜４７ｆとの両方を選択的に得ることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、リングダイ成形機を用いて実施する固形燃料の製造技術に関する。

近年、微細なプラスチック粒（マイクロプラスチック）が生態系を脅かしていることが明らかになった。廃プラスチックの処理が急がれる。
廃プラスチックの処理技術は、幾つか提案されてきたが、中でも燃料として再利用する技術が実用に供されている（例えば、特許文献１（図１）参照）。

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図５は従来の固形燃料を示す斜視図であり、固形燃料１００は、破砕された廃プラスチック１０１と、２０〜３０重量％の古紙１０２とからなる。特許文献１の説明によれば、固形燃料１００は、直径が約４０ｍｍで長さが３０〜１００ｍｍ程度である。

廃プラスチック１０１のみでは、発熱量が高くなりすぎて、ボイラーなどの燃焼装置を傷める。古紙１０２を混ぜることで、発熱量を適度に下げることができる。埋め立てや単純に焼却するよりは、廃プラスチック１０１及び古紙１０２の有効活用が図れる。

このような固形燃料１００は、幾つかの方法で製造されるが、中でもリングダイ成形機による製造方法が広く普及している（例えば、特許文献２（図４）参照）。

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図６に示すように、リングダイ成形機１２０は、リングダイ１２１と、破砕物１１７をリングダイ１２１に投入する投入ダクト１２２と、リングダイ１２１内に配置されリングダイ１２１と共に回転するローラ１２３、１２４と、リングダイ１２１に開けた多数のダイ孔１２５と、リングダイ１２１の外周に沿って配置したカッタ１２６と、ケーシング１２７とからなる。
投入ダクト１２２を通じてリングダイ１２１に投入した破砕物１１７は、ローラ１２３で強く圧縮され、ダイ孔１２５へ進入する。以降の作用は、図７を用いて説明する。

図７では、便宜上、円筒状のリングダイ１２１を平板状に記載した。
図７に示すように、ダイ孔１２５に前の破砕物１１７が残っており、そこへローラ１２３で新たな破砕物１１７が押し込まれる。この押し込みのときに、新たな破砕物１１７はダイ孔１２５により摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、破砕物１１７に含まれる廃プラスチック（図５、符号１０１）が溶融する。

ローラ１２３で押されたことにより、リングダイ１２１から成形物１１７Ａが突出する。突出することで、成形物１１７Ａは冷却され、溶融していた廃プラスチック（図５、符号１０１）が凝固して古紙（図５、符号１０２）を強く接着する。
突出した成形物１１７Ａは、カッタ１２６で折り曲げるように切断され、一定の外径で一定の長さの固形燃料１００が得られる。

固形燃料１００は、直径が４０ｍｍで長さが３０〜１００ｍｍである他、リングダイ１２１を替えることで、直径が８〜１０ｍｍで長さが２０〜３０ｍｍ程度のものが製造される。
固形燃料１００は、ボイラーなどの燃焼装置の燃料として利用される。燃焼領域が大きい場合には、燃焼時間を稼ぐために、直径が大きくて長い固形燃料１００が好まれる。

ところで、燃料領域が小さい場合に、直径が８〜１０ｍｍで長さが２０〜３０ｍｍ程度の小さな固定燃料１００でも、燃え切らないということがある。
対策として、図６において、１個のリングダイ１２１に、向かい合うようにして２個のカッタ１２６を設けた。これで、直径が８〜１０ｍｍで長さが１５ｍｍ程度の固形燃料１００が得られる。
しかし、燃料領域がより小さい燃焼装置では、長さが３〜１０ｍｍ程度の固形燃料１００が必要になる。そのために、リングダイ１２１を、３〜１０ｍｍ程度の固形燃料１００に適したリングダイに交換することが考えられる。しかし、この対策では、設備費用が嵩み好ましくない。

そこで、リングダイ１２１を交換することなく、直径が８〜１０ｍｍで長さが２０〜３０ｍｍ程度の固形燃料１００と、直径が８〜１０ｍｍで長さが３〜１０ｍｍ程度の固形燃料１００との両方が、製造できるような成形技術が求められる。以下、２０〜３０ｍｍ程度の長さを「ある長さ」、３〜１０ｍｍ程度の長さを「極く小さな長さ」と呼ぶことにする。

特開平７−１１８６７３号公報特許第３７０２２４９号公報

本発明は、リングダイを交換することなく、ある長さの固形燃料と、長さが極く小さな固形燃料との両方が、製造できる成形技術を提供することを課題とする。

本発明者らは、現在の固形燃料の構造を詳しく調べてみた。
すなわち、図１に示すように、固形燃料１０は、廃プラスチックと古紙とからなるが、シート状の樹脂フィルム１１が、多数含まれていることが分かった。
樹脂フィルム１１は、映写用のフィルムではなく、ポリ袋（厚さが０．０５〜０．１ｍｍ程度のポリエチレンシートを袋にしたもの）やラップシート（ごく薄いラッピングシート）が主体である。ポリ袋やラップシートは、人間生活で大量に消費されるため、その廃棄物も大量に発生し、固形燃料１０に廃プラスチックとして混入される。
樹脂フィルム１１が、成形過程で溶融し、冷却されて接着作用を発揮する。

本発明者らは、樹脂フィルム１１の接着力を、弱めことにより、固形燃料を破砕できるのではないかと考えた。この考えのもと、試行錯誤した結果、リングダイ内の破砕物を冷却すると、樹脂フィルム１１の接着力を弱めることができることを見いだした。この知見に基づき固形燃料の製造技術を改良し、課題を解決することに成功した。

請求項１に係る発明は、多数のダイ孔を有するリングダイと、このリングダイ内に配置されて前記リングダイと共に回転するローラと、前記リングダイ内へ廃プラスチックと古紙の破砕物を投入する投入ダクトと、前記リングダイ外に配置されるカッタとを備えている固形燃料の製造方法であって、
前記ローラで前記破砕物を前記ダイ孔へ押付け、このダイ孔から突出した成形物を前記カッタで切断して固形燃料を得るときに、
前記破砕物を冷却して、前記ダイ孔を通過するときの前記廃プラスチックが溶融前の軟化に留まるようにすることにより、前記成形物が前記カッタで打たれて複数の破片になるようにし、破片状の固形燃料を得るようにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項４記載の固形燃料の製造方法であって、前記冷却は、水で実施することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料であって、
円柱の一端面が非平坦面であり、前記円柱の他端面も非平坦面であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３記載の固形燃料であって、
外径が８〜１０ｍｍであり、長さが３〜１０ｍｍであることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、破砕物を冷却して、ダイ孔を通過するときの廃プラスチックが溶融前の軟化に留まるようにする。成形物がカッタで打たれたときに、未溶融状態の廃プラスチックが亀裂の始点（起点）になる。さらに、加えた冷却剤が廃プラスチックの表面に付き、廃プラスチックから原料が剥離しやすくなる。結果、成形物がカッタで打たれて複数の破片になるようにした。
本発明により、リングダイを交換することなく、ある長さの固形燃料と、長さが極く小さな固形燃料との両方が、製造できる固形燃料の製造方法が提供される。

請求項２に係る発明では、冷却は、水で実施する。本発明に係る固形燃料の製造方法では、冷却は、冷たい炭酸ガスや窒素ガスで実施してもよい。しかし、水であれば、容易に入手でき安価である。

請求項３に係る発明では、固形燃料は、円柱の両端面が非平坦面である。
固形燃料を燃料として火炎へ投入する場合、端面が平坦面であるよりも、凹凸に富んだ平坦面であれば、火炎との接触面が大きくなり、短時間燃焼が可能となる。すなわち、燃焼領域が小さくても、燃え残りが発生しない。

請求項４に係る発明では、固形燃料は、外径が８〜１０ｍｍであり、長さが３〜１０ｍｍである。
従来の技術で述べた直径が約４０ｍｍの従来の固形燃料であると、芯までの燃料時間が長くなる。対して、本発明の固形燃料は外径が１０ｍｍ以下であるため、短時間燃焼が促進される。

現状の固形燃料の構造図である。本発明に係るリングダイ成形機の正面図である。本発明に係るリングダイ成形機の断面図である。リングダイの作用図であり、（ａ）は冷却なしでの作用図、（ｂ）は冷却ありでの作用図、（ｃ）は（ｂ）のｃ部拡大図である。従来の固形燃料の斜視図である。従来のリングダイ成形機の正面図である。従来のリングダイの作用図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図２に示すように、リングダイ成形機２０は、リングダイ２１と、破砕物１７をリングダイ２１へ投入する投入ダクト２２と、ダイ２１内に配置される左ローラ２３及び右ローラ２４と、リングダイ２１に開けた多数のダイ孔２５と、リングダイ２１の外周に沿って配置したカッタ２６と、ケーシング２７とを備えている。

図３に示すように、ローラ支軸３１が設備側に固定されており、このローラ支軸３１にローラ支持板３２が設けられ、このローラ支持板３２でローラ２３が回転自在に支持されている。
ローラ支軸３１にベアリング３３を介して小径筒３４が回転自在に支持され、この小径筒３４に円板３５を介して大径筒３６が支持され、この大径筒３６の先端にリングダイ２１が一体形成されている。

リングダイ２１は、設備側に固定された電動モータ３７と、この電動モータ３７のモータ軸に設けられたプーリ３８と、小径筒３４に設けたプーリ３９と、プーリ３８とプーリ３９とに渡したベルト４１とによって回される。リングダイ２１が回転することで、内接するローラ２３は自転する。
投入ダクト２２は、Ｌ字断面を呈し、白抜き矢印のように投入される破砕物（破砕された廃プラスチックと古紙との混合物）を、リングダイ２１内へ導く役割を果たす。

そして、本発明では、リングダイ成形機２０に、冷却剤供給管としての水配管４２を設けた。
水配管４２は、外部からケーシング２７を貫通して、リングダイ２１内まで延びており、途中に弁４３を備えている。また、水配管４２は、ケーシング２７にサポート４４により適宜支持される。弁４３は、遠隔操作が可能な自動弁が望ましいが、手動弁であっても差し支えない。

図２に示すように、水配管４２の出口４５は、左ローラ２３と右ローラ２４に配置することが望ましい。
破砕物１７が、リングダイ２１の内周面に沿って移動する。一方、リングダイ２１の中心（回転中心）には破砕物１７は、殆ど存在しない。水配管４２をリングダイ２１の中心に配置することで、水配管４２が破砕物１７で傷められる心配がなくなる。

投入ダクト２２を通じてリングダイ２１に投入した破砕物１７は、ローラ２３で強く圧縮され、ダイ孔２５へ進入する。以降の作用は、図４を用いて説明する。
図４では、便宜上、円筒状のリングダイ２１を平板状に記載した。

図４（ａ）では、弁４３は閉じておく。閉じることにより、破砕物１７は冷却されない。
図４（ａ）に示すように、ダイ孔２５に前の破砕物１７が残っており、そこへローラ２３で新たな破砕物１７が押し込まれる。この押し込みのときに、新たな破砕物１７はダイ孔２５により摩擦熱が発生し、この摩擦熱により、破砕物１７に含まれる樹脂フィルム（図１、符号１１）が溶融しバインダー（接着剤）の役割を果たす。

ローラ２３で押されたことにより、ダイ２１から成形物１７Ａが突出する。突出した成形物１７Ａは、カッタ２６で折り曲げるように切断され、一定の外径（例えば８ｍｍ）で一定の長さ（例えば２０ｍｍ）の固形燃料１０が得られる。

図４（ｂ）で、弁４３を開ける。開けることにより、水配管４２の出口４５から水４６が流れ落ち、破砕物１７は冷却される。図４（ａ）と同様に、ダイ孔２５に前の破砕物１７が残っており、そこへローラ２３で新たな破砕物１７が押し込まれる。

この押し込みのときに、新たな破砕物１７はダイ孔２５により摩擦熱が発生するが、水４６で冷やされているため、樹脂の溶融温度までは温度が上がらない。そのため、成形物１７Ｂに含まれる樹脂フィルム（図１、符号１１）は、溶融前の軟化に留まる。

このような成形物１７Ｂが、カッタ２６に衝突すると、図４（ｃ）に示すように、樹脂フィルム１１の箇所で、例えば、６個の破片状の固形燃料４７ａ〜４７ｆに分割される。
破片状の固形燃料４７ａは、円柱の一端面（図では左の端面）が凹凸に富んだ非平坦面であり、円柱の他端面（図では右の端面）が凹凸に富んだ非平坦面である。

図４（ａ）に示す固形燃料１０が、直径が８〜１０ｍｍで長さが約２０ｍｍであれば、図４（ｃ）に示す破片状の固形燃料４７ａ〜４７ｆは、直径が８〜１０ｍｍで長さが３〜１０ｍｍ程度になる。
すなわち、円柱の外径をＤ、長さをＬとすると、外径Ｄが８〜１０ｍｍで、長さＬが３〜１０ｍｍとなる。他の破片状の固形燃料４７ｂ〜４７ｆも同様である。

図４（ａ）にて、カッタ２６とリングダイ２１との間隔ｄは、通常の下限が３０ｍｍである。よって、図５に示した従来の固形燃料１００は、外径が４０ｍｍで長さが３０〜１００ｍｍであった。間隔ｄは、無理に寄せても２０ｍｍが限界である。

外径が４０ｍｍであると燃焼時間が長くなるが、本発明の固形燃料４７ａ〜４７ｆは、直径１０ｍｍ以下であるため、燃焼時間は格段に短くなる。

また、図５に示した固形燃料１００は円筒の一端及び他端が平坦面（ほぼ平坦面を含む。）である。対して、図４（ｃ）に示す破片状の固形燃料４７ａ〜４７ｆは円筒の一端と他端が共に凹凸に富む非平坦面である。平坦面よりは非平坦面の方が、火炎との接触面積が大きくなり、燃焼時間が短くなる。
本発明により、短時間燃焼が可能な固形燃料４７ａ〜４７ｆが容易に提供される。

なお、成形物１７Ｂは、水４６で冷やされたが、８０℃程度であった。固形燃料４７ａ〜４７ｆに含まれている水は、残熱で十分に蒸発する。よって、十分に乾燥した固形燃料４７ａ〜４７ｆが得られる。

１基のリングダイ成形機２０により、弁４３の開閉のみで、長さが２０ｍｍの固形燃料１０と、長さが３〜１０ｍｍ程度の固形燃料４７ａ〜４７ｆとの両方を選択的に得ることができた。すなわち、２０ｍｍ用のリングダイ成形機２０と３〜１０ｍｍ用リングダイ成形機２０とを各々設置する必要はなくなった。

図２に示す水配管４２の出口４５は、管を軸に直角（又は斜め）に切断しただけの、切りっぱなし形状とした。
出口４５に、シャワーノズルを付けること差し支えないが、シャワーノズルの小径穴が破砕物１７の粉で詰まることがある。切りっぱなしであれば、その心配がない。

また、図４（ａ）、（ｂ）において、水４６を、低温の炭酸ガスや窒素ガスに替えてもよい。低温の炭酸ガスはドライアイスから容易に得られる。低温の窒素ガスは液体窒素から容易に得られる。ただし、ドライアイスや液体窒素ガスは、水に比べて、格段に高価である。対して、水４６であれば安価であり、固形燃料４７ａ〜４７ｆの製造コストを抑えることができる。

尚、水配管４２は、外部から延びて、先端（出口４５）がリングダイ２１内に至ればよく、投入ダクト２２内を通すこともできるため、ルートは、図３に限定されるものではない。

本発明は、リングダイを用いた固形燃料の製造技術に好適である。

１０…現状の固形燃料、１１…破砕された廃プラスチックとしての樹脂フィルム、１７…破砕物、１７Ａ、１７Ｂ…成形物、２０…リングダイ成形機、２１…リングダイ、２３…左ローラ、２４…右ローラ、２５…ダイ孔、２６…カッタ、４２…水配管、４５…水配管の出口、４６…水、４７ａ〜４７ｆ…破片状の固形燃料。

Claims

多数のダイ孔を有するリングダイと、このリングダイ内に配置されて前記リングダイと共に回転するローラと、前記リングダイ内へ廃プラスチックと古紙の破砕物を投入する投入ダクトと、前記リングダイ外に配置されるカッタとを備えているリングダイ成形機を用いて実施する固形燃料の製造方法であって、
前記ローラで前記破砕物を前記ダイ孔へ押付け、このダイ孔から突出した成形物を前記カッタで切断して固形燃料を得るときに、
前記破砕物を冷却して、前記ダイ孔を通過するときの前記廃プラスチックが溶融前の軟化に留まるようにすることにより、前記成形物が前記カッタで打たれて複数の破片になるようにし、破片状の固形燃料を得るようにしたことを特徴とする固形燃料の製造方法。
請求項１記載の固形燃料の製造方法であって、
前記冷却は、水で実施することを特徴とする固形燃料の製造方法。
古紙と廃プラスチックを主原料とする固形燃料であって、
円柱の一端面が非平坦面であり、前記円柱の他端面も非平坦面であることを特徴とする固形燃料。
請求項３記載の固形燃料であって、
外径が８〜１０ｍｍであり、長さが３〜１０ｍｍであることを特徴とする固形燃料。