JP4026831B2 - キルンドライヤー - Google Patents

Description

本発明は、使用済みの缶容器（ＵＢＣ：Used Beverage Can と呼称）をはじめとする機械加工から出る切削屑（切粉と呼称）等の鉄製またはアルミなどの非鉄金属製のスクラップ材料を溶解して再利用するに先立ち、高歩留り溶解を目的として、その表面の塗料被膜や油水分等の不要有機物質を揮発除去するための装置（キルンドライヤー）に関するものである。

従来から、例えば、アルミなどの非鉄金属製の飲料缶容器（ＵＢＣ）を溶解して再利用するに先立ち、その表面の塗料被膜や油水分等の不要有機物質を揮発除去するためにキルンドライヤーが使用されている。
このキルンドライヤーには、図４に示すような切粉用の直下自燃式ロータリーキルン型や、図５に示すようなＵＢＣ用の内筒放射加熱対向流式ロータリーキルン型と称されるものなどがある。

このうち、前者の直下自燃式ロータリーキルン型は、切粉（材料Ｍ）をコンベア３１によって回転するキルン本体３０内に搬入し、バーナー３２から噴射する火炎Ｆをその材料Ｍに直接当てて、当該材料Ｍに付着している切削油他油脂分や水分等の不要有機物質を揮発除去するものである。

また、後者の内筒放射加熱対向流式ロータリーキルン型は、回転するキルン本体３０内に内筒３４を設け、使用済みの缶容器（材料Ｍ）をキルン本体３０内に投入口３５から投入すると共に、バーナー３２をアフターバーナー３６内で燃焼させ、その熱を循環ファン３７によって内筒３４に送り、内筒３４からの輻射熱で材料Ｍ表面に付着している塗料被膜等の不要有機物質を揮発除去するものである。
例えば、これに関連する発明は、特許文献１に開示されている。
特開平１０−１７９４５号公報

しかしながら、上記した従来技術には次のような問題点がある。
前者の直下自燃式ロータリーキルン型は、バーナー３２の火炎Ｆおよび燃焼ガスＧを材料Ｍに直接当て、自燃させるもので、材料Ｍの表面付近で油脂分が自燃する火炎の温度も低く、酸素との混合不足によって不完全燃焼が起こり、黒煙が発生する。この黒煙は、ＣＯや煤および有機未燃分を含んでおり、そのまま大気に放出することになるため大気汚染と環境衛生上出来ない。よって、当該黒煙と有機物質を完全燃焼させるための再燃炉３３を設ける必要がある。従って、装置が大型化すると共に処理コストも高いものとなる。

また、後者の内筒放射加熱対向流式ロータリーキルン型は、火炎Ｆを材料Ｍに直接当てず酸素分圧を制御した処理ガスに接触させるためにキルン内では自燃せず、有機分を揮発させたのちに、バーナー３２をキルン本体３０からかなり離れたアフターバーナー３６内に導き燃焼させ、温度と酸素分圧を制御された再生処理ガスとして内筒３４に循環ファン３７によって供給するので、装置が大型化と処理コストが高くつくといった問題がある。

そこで、本発明の目的とするところは、小型で処理コストの低廉なキルンドライヤーを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のキルンドライヤーは、使用済みの缶容器をはじめとする機械加工から出る切削屑等の鉄製または非鉄金属製のスクラップ材料（Ｍ）を再利用すべく、溶解工程に先立って前記材料（Ｍ）の表面に付着している塗料被膜や油水分などの不要有機物質を揮発除去する装置であって、上流側から下流側へ下降傾斜し、軸心を中心として回転する円筒状のキルン本体（１）と、前記キルン本体（１）内に同心状に固定され、下流側の周面にガス孔（４ｂ）を有する内筒（４）と、火炎（Ｆ）を前記内筒（４）内に、上流側入口から噴射して当該内筒（４）を加熱するバーナー（５）と、前記キルン本体（１）の上流端部を覆うように固設された第一フード（２）と、前記キルン本体（１）の下流端部を覆うように固設された第二フード（３）と、前記第二フード（３）の下端部に設けられ、熱処理された有用物質を排出する物質排出通路（８）と、前記第二フード（３）に設けられ、燃焼ガス（Ｇ）を排出するガス排出口（９）と、を備えてなり、
前記バーナー（５）の噴射圧力を利用して燃焼ガス（Ｇ）を、前記ガス孔（４ｂ）、そして前記キルン本体（１）と内筒（４）との間の通路（１１）を通して上流側に導き、前記内筒（４）の上流側入口（４ａ）から内筒（４）へ引き込み前記バーナー（５）で更に燃焼させるように循環させるとともに、その一部を前記ガス排出口（９）から排出させる構造であり、
前記材料（Ｍ）が前記通路（１１）へ上流側から供給された場合、その供給された材料（Ｍ）を、前記内筒（４）の輻射熱と、前記ガス孔（４ｂ）から上流側に導かれる循環ガス（Ｇ：Ｇｂ）に接触させることによる伝熱とにより加熱してその表面の不要有機物質を揮発除去した後、前記物質排出通路（８）から排出させるとともに、前記材料（Ｍ）に接触後の有機分を含有するガス（Ｇ：Ｇｃ）を前記バーナー（５）で更に燃焼させて清浄ガス（Ｇ：Ｇａ）として循環させ、その清浄ガス（Ｇ：Ｇａ）の一部を前記ガス排出口（９）から排出させることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記内筒（４）の上流端部に、循環ガス吸込み調整管（１２）を軸方向に伸縮自在に嵌合し、前記燃焼ガス（Ｇ）の前記内筒（４）への循環量を調節自在としてなることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記内筒（４）内に回転羽根（１６）を取付けて、当該内筒（４）の温度を高めると共に、前記材料（Ｍ）に接触後の有機分を含有するガス中の有機分を混合接触させて燃焼させてなることを特徴とする。

またさらに、請求項４に記載の発明は、前記第一フード（２）の下端部に、灰（フライバック）を排出する排出通路（７）を形成し、該排出通路（７）に二つの開閉式ダンパー（１５）を直列に取付けた第一ダブルダンパー機構（１３）を設けると共に、前記物質排出通路（８）に、二つの開閉式ダンパー（１５）を直列に取付けた第二ダブルダンパー機構（１４）を設け、燃焼ガス（Ｇ）の酸素濃度を適切に維持してなることを特徴とする。

なお、カッコ内の記号は、図面および後述する発明を実施するための最良の形態に記載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の請求項１に記載のキルンドライヤーによれば、バーナーの火炎を内筒内に噴射して当該内筒を加熱すると共に、材料をキルン本体と内筒との間の通路に供給し、内筒の輻射熱とガス孔から上流側に導かれる循環ガスに接触させることによる伝熱とによって材料を加熱するので、火炎を材料に直接当てて加熱する場合と異なり、バーナーの空燃比制御によって酸素の供給量を適切に調節することができる。従って、黒煙の発生を抑えることができ、黒煙中の物質を燃焼させるための再燃炉を必要としない。
これにより、装置の小型化と材料の処理コストを低減することができる。

また、バーナーの火炎を内筒内に直接噴射するので、従来例で示したような、アフターバーナーを必要としない。従って、さらなる装置の小型化を図ることができる。同時に、アフターバーナーで燃焼させて得た熱を内筒に供給するのと異なり、内筒を直接加熱するので当該内筒を効果的に加熱することができ、材料に、より効率的に輻射熱を与えることができる。

さらに、燃焼ガスを、バーナーの噴射圧力によって、ガス孔、そしてキルン本体と内筒との間の通路を通して上流側に導き、内筒の上流側入口から内筒へ引き込みバーナーで更に燃焼させるように循環させ、その一部をガス排出口から排出させるので、循環ファンを必要としない。従って、装置をさらに小型化することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、内筒の上流側に、循環ガス吸込み調整管を軸方向に伸縮自在に嵌合したので、当該循環ガス吸込み調整管を軸方向に伸縮させることによって燃焼ガスの循環量を調節することができる。これによって、内筒を、材料に適した適度な加熱温度に設定することができる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、内筒内に回転羽根を設けたので、当該回転羽根が高温化すること、および当該回転羽根が燃焼ガスを攪拌することによって対流伝熱効果を増大させ、内筒の温度を効率的に高めることができる。これにより、内筒の輻射熱が迅速に高温化し、材料をより効果的に加熱することができる。
また、この回転羽根は燃焼ガスを攪拌するので、それに含まれる有機物の燃焼を促進する。従って、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素濃度を低減することができる。

またさらに、請求項４に記載の発明によれば、第一フードに灰（フライバック）を排出する排出通路を形成し、そこに第一ダブルダンパー機構を設けると共に、第二フードの物質排出通路にも同様な構造の第二ダブルダンパー機構を設けたので、それらのダンパーを開閉することによって装置内の燃焼ガスの酸素濃度を適切に維持することができる。

図１を参照して、本発明の実施形態に係るキルンドライヤーについて説明する。図１はそのキルンドライヤーを示す断面図である。

本発明の実施形態に係るキルンドライヤーは、使用済みのアルミニウム製の缶容器（ＵＢＣ 材料Ｍ）を再利用するために、溶解工程に先立ってその材料Ｍの表面に付着している塗料被膜、水分、油分などの不要有機物質を揮発除去する装置であり、キルン本体１、内筒４、バーナー５およびコンベア６を備える。また、キルン本体１内および内筒４内の温度を測定するための温度計１７や、装置内の圧力を測定するための圧力計１８を備えている。
なお、このキルンドライヤーは、缶容器を粉砕せずそのままの状態を材料Ｍとして処理するものであるが、粉砕して切粉状とした材料Ｍを処理することもできる。

本実施形態において、キルン本体１は円筒状であり、上流側から下流側へ材料Ｍが自然降下する程度の角度に下降傾斜し、軸心を中心として回転する。この回転は、キルン本体１の外周面に当接する回転体２０によって行われる。また、このキルン本体１の上流端部にはその上流端部を覆う第一フード２が固設され、下流端部にはその下流端部を覆う第二フード３が固設されている。また、キルン本体１の内壁には複数の掻き板１ａが設けられている。

内筒４は、キルン本体１内に同心状に固定され、下流側の周面に燃焼ガスＧが通過することのできるガス孔４ｂを有する。バーナー５は、第一フード２に取付けられ、火炎Ｆを内筒４内にその上流側から噴射して当該内筒４を加熱する。また、コンベア６は、第一フード２に取付けられ、材料Ｍをキルン本体１と内筒４との間の通路１１へ上流側から供給する。

このキルンドライヤーは、コンベア６によって通路１１に上流側から供給された材料Ｍを、バーナー５によって加熱された内筒４の輻射熱と、ガス孔４ｂから上流側に導かれる循環ガスＧｂに接触させることによる伝熱とによって加熱し、その表面に付着している塗料被膜などの不要有機物質を燃焼して揮発除去した後、第二フード３の下端部に形成した物質排出通路８から排出して処理ボックス（図示せず）に送る。この材料Ｍは、溶解炉に送られて溶融され、再利用される。

また、燃焼ガスＧを、バーナー５の噴射圧力を利用して、ガス孔４ｂ、そしてキルン本体１と内筒４との間の通路１１を通して上流側に導き、内筒４の上流側入口４ａから内筒４へ引き込みバーナー５で更に燃焼させるように循環させるとともに、その一部をガス排出口９から排出させている。これにより、材料Ｍに接触後の有機分を含有するガスＧｃはバーナー５で更に燃焼されて清浄ガスＧａとして循環させられ、その清浄ガスＧａの一部をガス排出口９から排出させる。

上記した構成の本実施形態に係るキルンドライヤーは、バーナー５の火炎Ｆを内筒４内に噴射して当該内筒４を加熱し、材料Ｍをキルン本体１と内筒４との間の通路１１に供給し、内筒４の輻射熱と、ガス孔４ｂから上流側に導かれる循環ガスＧｂに接触させることによる伝熱とによって加熱する。従って、火炎Ｆを材料Ｍに直接当てて加熱する場合と異なり、バーナー５の空燃比制御によって酸素の供給量を適切に調節することができ、黒煙の発生を抑えることができる。これにより、再燃炉を必要とせず、装置の小型化と材料Ｍの処理コストを低減することができる。

また、バーナー５の火炎Ｆを内筒４内に噴射するので、アフターバーナーを必要とせず、よって、装置をさらに小型化することができる。同時に、内筒４を直接加熱するので加熱効率が良く、よって、材料Ｍに、輻射熱を効果的に与えることができる。
さらに、燃焼ガスＧを、バーナー５の噴射圧力によって循環するので、循環ファンを必要としない。これによっても装置の小型化を図ることができる。

また、本実施形態に係るキルンドライヤーは、内筒４の上流端部に、循環ガス吸込み調整管１２を軸方向に伸縮自在に嵌合している。この循環ガス吸込み調整管１２を軸方向に伸縮させることによって、内筒４の上流側入口４ａから供給される燃焼ガスＧの量を調節して内筒４の温度を一定に保つことができる。

すなわち、循環ガス吸込み調整管１２を伸長して第一フード２との距離を縮めることによって内筒４の上流側入口４ａから供給される燃焼ガスＧの量を減少させる。燃焼ガスＧには可燃性である有機物質が含まれているため、循環量が減少すると可燃物が減少してバーナー５の火力が減衰するので内筒４の温度が低下する。反対に、循環ガス吸込み調整管１２を収縮させると燃焼ガスＧの循環量が増大して火力が増大するので内筒４の温度は高められる。

また、このキルンドライヤーは、第一フード２の下端部に、灰（フライバック）を排出する排出通路７を下方に向けて形成し、その排出通路７に二つの開閉式のダンパー１５を直列に上下に取付けた第一ダブルダンパー機構１３を設けている。また、第二フード３の下端部に下方に向けて形成した物質排出通路８に、同様に、二つの開閉式のダンパー１５を直列に上下に取付けた第二ダブルダンパー機構１４を設けている。

第一ダブルダンパー機構１３および第二ダブルダンパー機構１４において、それぞれ二つのダンパー１５を共に開くと装置内への酸素供給量が増加し、逆に、閉じると酸素供給量が減少する。また、二つのダンパー１５のうち、一方のみを開くこともできる。こうしたダンパー１５の調整によって、燃焼ガスＧの酸素濃度を適切に保つことができる。

なお、このキルンドライヤーは、図２および図３に示すように、その内筒４内に、当該円筒４と共に回転する回転羽根１６を取付けることができる。この回転羽根１６はバーナー５の火炎Ｆによって高温化し、また、燃焼ガスＧを攪拌して対流伝熱効果を増大させるので、内筒４の温度をより効率的に高めることができる。従って、高温化した内筒４の輻射熱によって材料Ｍをより効果的に加熱することができ、それに付着している不要有機物質をさらに迅速に燃焼させて除去することができる。

また、この回転羽根１６は、バーナー５の火炎Ｆと再循環ガスＧｃを攪拌混合してそれに含まれる有機物の燃焼を促進するので、未燃有機分および一酸化炭素濃度を低減することができる。これによって、排出ガスＧａによる環境汚染を抑制することができる。ちなみに、テストデーターでは再循環ガスＧｃが含有する一酸化炭素濃度８００〜１２００ｐｐｍに対して、回転羽根１６を設けない場合と設けた場合の内筒４を通過した清浄ガスＧａの一酸化炭素濃度は、各々５０〜１００ｐｐｍおよび５〜１０ｐｐｍに減少させることを確認した。
なお、この回転羽根１６は、図４の右側に示すように捻りを加えたものであっても良いし、直線状に形成しても良い。また、接触効果を持たせるために、パンチィングプレートを用いても良い。

本発明の実施形態に係るキルンドライヤーを示す断面図である。 本発明の実施形態に係るキルンドライヤーに取付けることのできる回転羽根を示す側面図である。 図２に示す回転羽根の正面図である。 従来例に係るキルンドライヤーを示す断面図である。 他の従来例に係るキルンドライヤーを示す断面図である。

符号の説明

１ キルン本体
１ａ 掻き板
２ 第一フード
３ 第二フード
４ 内筒
４ａ 上流側入口
４ｂ ガス孔
５ バーナー
６ コンベア
７ 排出通路
８ 物質排出通路
９ ガス排気口
１１ 通路
１２ 循環ガス吸込み調整管
１３ 第一ダブルダンパー機構
１４ 第二ダブルダンパー機構
１５ ダンパー
１６ 回転羽根
１７ 温度計
１８ 圧力計
２０ 回転体
３０ キルン本体
３１ コンベア
３２ バーナー
３３ 再燃炉
３４ 内筒
３５ 投入口
３６ アフターバーナー
３７ 循環ファン
Ｍ 材料
Ｆ 火炎
Ｇ 燃焼ガス
Ｇａ 清浄ガス
Ｇｂ 循環ガス
Ｇｃ 有機分を含有するガス

Claims (4)

1. 使用済みの缶容器をはじめとする機械加工から出る切削屑等の鉄製または非鉄金属製のスクラップ材料を再利用すべく、溶解工程に先立って前記材料の表面に付着している塗料被膜や油水分などの不要有機物質を揮発除去する装置であって、
   上流側から下流側へ下降傾斜し、軸心を中心として回転する円筒状のキルン本体と、
   前記キルン本体内に同心状に固定され、下流側の周面にガス孔を有する内筒と、
   火炎を前記内筒内に、上流側入口から噴射して該内筒を加熱するバーナーと、
   前記キルン本体の上流端部を覆うように固設された第一フードと、
   前記キルン本体の下流端部を覆うように固設された第二フードと、
   前記第二フードの下端部に設けられ、熱処理された有用物質を排出する物質排出通路と、
   前記第二フードに設けられ、燃焼ガスを排出するガス排出口と、を備えてなり、
   前記バーナーの噴射圧力を利用して燃焼ガスを、前記ガス孔、そして前記キルン本体と内筒との間の通路を通して上流側に導き、前記内筒の上流側入口から内筒へ引き込み前記バーナーで更に燃焼させるように循環させるとともに、その一部を前記ガス排出口から排出させる構造であり、
   前記材料が前記通路へ上流側から供給された場合、その供給された材料を、前記内筒の輻射熱と、前記ガス孔から上流側に導かれる循環ガスに接触させることによる伝熱とにより加熱してその表面の不要有機物質を揮発除去した後、前記物質排出通路から排出させるとともに、前記材料に接触後の有機分を含有するガスを前記バーナーで更に燃焼させて清浄ガスとして循環させ、その清浄ガスの一部を前記ガス排出口から排出させることを特徴とするキルンドライヤー。
2. 前記内筒の上流端部に、循環ガス吸込み調整管を軸方向に伸縮自在に嵌合し、前記燃焼ガスの前記内筒への循環量を調節自在としてなることを特徴とする請求項１に記載のキルンドライヤー。
3. 前記内筒内に回転羽根を取付けて、該内筒の温度を高めると共に、前記材料に接触後の有機分を含有するガス中の有機分を混合接触させて燃焼させてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のキルンドライヤー。
4. 前記第一フードの下端部に、灰を排出する排出通路を形成し、該排出通路に二つの開閉式ダンパーを直列に取付けた第一ダブルダンパー機構を設けると共に、前記物質排出通路に、二つの開閉式ダンパーを直列に取付けた第二ダブルダンパー機構を設け、燃焼ガスの酸素濃度を適切に維持してなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のキルンドライヤー。

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