JP5686683B2

JP5686683B2 - 混練押出装置の起動方法

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Publication number: JP5686683B2
Application number: JP2011153843A
Authority: JP
Inventors: 晋宝谷; 達人長岡; 豪畑中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: JP2013018205A; DE102012212114A1; DE102012212114B4; US20130016580A1; CN102873783B; US9346208B2; CN102873783A

Description

本発明は、混練押出装置の起動方法に関する。

樹脂ペレットの製造に用いる混練押出機は、樹脂の投入部と、投入された樹脂をロータやスクリュ等で混練させつつ送り出す混練部と、混練され溶融状態となった溶融樹脂を押し出す押出部とを有したものであり、押出部の出口部分（下流側）に水中カット造粒装置などの造粒機が連結されて、この造粒機でペレットへの造粒が行われるようになっている。

このような混練押出機に対し、混練部のロータやスクリュ等を回転駆動させるための電動機と、この電動機に駆動用電力を供給する電源装置とが備えられることで混練押出装置が構成される。電動機には、混練する樹脂の種類や処理量に応じて、数千ｋＷ〜一万ｋＷを超える出力の中から最適なものが選出される。
混練押出装置の起動時には、電動機を起動し、次に混練押出機の投入部から少量の樹脂を投入し、押出部の出口手前に設けられた開口部（ダイバータ）から溶融した樹脂を混練押出機の機外へ取り出したり、押出部と造粒機とを分離させて、押出部の出口に設けられたダイプレートから溶融した樹脂を混練押出機の機外へ取り出したりする。そして、取り出した樹脂の溶融状態を確認後、ダイバータの閉鎖や押出部への造粒機の連結を行って、連続した定常運転に移行する（例えば、特許文献１，２参照）。

ところで、近年では処理量の増加が要求されることで、混練押出機として、混練室の内径（口径）が大きな大型混練押出機が使用されることが多くなってきている。この混練押出機では、起動時に投入する樹脂の流量が少ないと、樹脂の滞留時間が増えることになる。さらに、混練部内では定常運転時と同じ高速の定速回転が樹脂に加えられることになって、少ない投入量の樹脂に比して過剰となる回数のせん断力が樹脂に加えられることになる。

これらが要因となって樹脂温度が必要以上に上昇してしまうことになる。もし、このような樹脂の状態のまま定常運転へ移行したとすると、実際の定常運転では溶融した樹脂として品質上の問題が生じたり、造粒機でのカッティング運転が困難になったりする問題があった。
このような理由により、起動時に投入する樹脂の流量は定常運転時に可及的に近づける（流量を多くする）のが好ましいとされる。しかしその反面、混練押出機から取り出した樹脂を人手作業で処理する場合では、流量をむやみに増やすことは好ましくない。そこで、混練押出機から取り出した樹脂の溶融状態を確認後、流量が多い場合の人手作業が不要となるように、排出される多量の樹脂を搬送装置でプラント建屋の屋外などへ搬出する方法が提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。

なお、上記したような混練押出機における起動時の問題を回避する一つの策として、電動機とは別に起動用の小型電動機を備えさせ、混練押出装置を起動させる際の低速での回転駆動はこの起動用の小型電動機を用いるものとし、混練押出装置を定常運転へ移行させるときに電動機に切り替えて、この電動機により高速の定速回転駆動を行う方法も提案されている（例えば、特許文献５，６参照）。

特開２００９−２２０４８６号公報特開２００９−２２０３３３号公報特表２００２−５２２２５３号公報特開２００７−１８１９４９号公報特開２００８−３０４４２号公報特開２００９−５１０３２号公報

特許文献３，４に開示された混練押出機から取り出した樹脂を搬送装置でプラント建屋の屋外などへ搬出する方法では、起動時の投入樹脂量は多くできるが、取り出される樹脂の量も多いために環境への悪影響が大きくなる問題があった。
特許文献５，６に開示された電動機とは別に起動用の小型電動機を備えさせる方法では２台の電動機によって装置構成が大型且つ複雑となり、設備コストだけでなく、ひいてはペレットの製造コストも高くなる問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、混練押出装置の起動時に混練押出機からの樹脂取り出し量を少なく抑制することができ、定常運転に移行した場合の樹脂品質の悪化やカッティング運転での問題を防止でき、更に装置構成の大型化や複雑化をも防止できるようにした混練押出装置の起動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に、本発明は次の手段を講じた。
本発明に係る混練押出装置の起動方法は、混練押出機に樹脂が投入されていない状態で、混練押出機が備えているダイバータを開き、前記混練押出機を駆動する電動機を起動用電力供給部からの駆動電力により定常運転時の出力より小さな出力で低速回転させ、次いで、前記混練押出機に定常運転時より少ない流量の樹脂を投入し、前記ダイバータから取り出される樹脂の溶融状態に基づいて前記電動機の回転速度を制御しつつ、定常運転を行う際の当該回転速度を上限として当該回転速度を増加する一方、前記起動用電力供給部からの駆動電力による電動機の駆動中に樹脂の流量を増加し、次いで、前記樹脂の流量増加によって起動用電力供給部からの駆動用電力による電動機の最高出力を超える負荷が電動機に発生する際に、運転用電力供給部からの駆動電力に切り替えて電動機を定常運転時の出力で高速回転させ、前記ダイバータを閉じて定常運転に移行することを特徴とする。

好ましくは、前記電動機の最高出力を定格出力の６０％以下とする駆動用電力を前記起動用電力供給部から当該電動機へ供給するとよい。
好ましくは、前記混練押出機の起動の際には、起動用電力供給部により電動機の回転数を定常運転時の回転数まで上昇させ、その後、前記電動機へ供給する駆動電力を運転用電力供給部からの駆動電力に切り替えるとよい。

本発明に係る混練押出装置の起動方法は、混練押出装置の起動時に混練押出機からの樹脂取り出し量を少なく抑制することができ、定常運転に移行した場合の樹脂品質の悪化やカッティング運転での問題を防止でき、更に装置構成の大型化や複雑化をも防止できるようになっている。

本発明に係る混練押出装置の第１実施形態を模式的に示した側面図である。本発明に係る混練押出装置の起動方法において電動機の回転速度を制御する状況を示したグラフである。本発明に係る混練押出装置の第２実施形態を模式的に示した側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る混練押出装置の第１実施形態を示している。
この混練押出装置１は、樹脂を混練し押出する混練押出機２と、この混練押出機２を駆動する電動機３（主電動機）と、この電動機３に駆動用電力を供給する電源装置４とを有している。

混練押出機２は、樹脂の投入部７と、投入された樹脂を混練する混練部と混練され溶融状態となった樹脂を下流へと送る搬送部とを備えたロータやスクリュ等を有している。本実施形態においては、この混練押出機２に対し、その出口部分（下流側）に水中カット造粒装置などの造粒機１０が連結されて、この造粒機１０によってペレットへの造粒が行われるようになっている。

混練押出機２には、出口手前にダイバータ１２（開口部）が設けられており、このダイバータ１２を開けば、混練部で混練され且つ溶融された樹脂を混練押出機２の機外へ取り出すことができるようになっている。また、混練押出機２と造粒機１０とを分離させると、混練押出機２の先端に取付部９を介して備えられたダイプレート１３から溶融樹脂を混練押出機２の機外へ取り出すことができるようになっている。

混練押出機２と電動機３との連結間には減速機１５が設けられており、この減速機１５により電動機３の駆動回転が減速されたうえで、混練押出機２におけるロータやスクリュ等に伝達されるようになっている。
電動機３には、定速回転駆動の誘導電動機や同期電動機が使用されている。この電動機３は、混練する樹脂の種類や処理量に応じて、数千ｋＷ〜一万ｋＷを超える出力の中から最適なものが選出されている。

電源装置４は、三相交流電源１６からの電力を元に混練押出装置１の起動の際に必要とされる電力を電動機３に供給する仕様の起動用電力供給部１７と、三相交流電源１６からの電力を元に混練押出装置１の定常運転の際に必要とされる電力を電動機３に供給する仕様の運転用電力供給部１８と、電動機３に対する電力供給をこれら起動用電力供給部１７と運転用電力供給部１８との間で切り替える電源切換装置１９とを有している。

起動用電力供給部１７は、電動機３に対し、混練押出装置１を定常運転させる時の出力より小さな出力で低速回転させるものである。例えば、電動機３が定格１０，０００ｋＷを出力するものであるとした場合、起動用電力供給部１７には、定格の６０％以下の出力を最高出力とするように電動機３に電力を供給するものを採用すればよい。
本実施形態において起動用電力供給部１７は、定常運転させる時の出力より小さな出力とするための変圧器２０と、電動機３の回転速度制御を可能にするために、可変電圧可変周波数電源装置（ＶＶＶＦ）２１とを有した構成としてある。また、可変電圧可変周波数電源装置２１は、容量が電動機３の出力の６０％に相当する６，０００ｋＷのものを採用した。

起動用電力供給部１７の最高出力を６０％以下に設定することの理由は、次の通りである。
すなわち、混練押出装置１の起動時において、混練押出機２の投入部７へ投入する樹脂の流量は、樹脂取り出し作業の作業性を考慮するとできる限り少量であることが望ましく、多くとも定常運転時に混練押出機２の投入部７へ投入する樹脂の最大流量の半分以下とすべきである。混練押出機２に投入する樹脂の流量を半分以下に少なくすることに伴い、混練押出機２の混練部８ではロータ又はスクリュの回転速度も低速でよいことになって、このとき混練部８で必要とされるトルクを基に電動機３の消費動力を算出すると、電動機３の定格出力の６０％以下でよいことを本願発明者らは知見した。

一方、運転用電力供給部１８は、電動機３に対し、混練押出装置１を定常運転に即した出力で高速回転させるためのものである。当然に、電動機３が定格１０，０００ｋＷを出力するものであるとした場合、運転用電力供給部１８には、電動機３をその最大能力で駆動できる出力（電動機３の定格出力の１００％）のものを採用する必要がある。それ故、運転用電力供給部１８としては、この三相交流電源１６の出力をそのまま電動機３へ供給できるようにするための直結回路（バイパス）を構成させればよいことになる。

電源切換装置１９は、前記したように電動機３に対する電力供給状態を起動用電力供給部１７と運転用電力供給部１８との間で切り替えるためのもので、本実施形態では、起動用電力供給部１７の回路を接続したり切断したりする開閉器からなる起動側切換部１９ａと、運転用電力供給部１８の回路を接続したり切断したりする開閉器からなる運転側切換部１９ｂとを有したものとしてある。

次に、本発明に係る混練押出装置１の使用態様に基づき、本発明に係る混練押出装置の起動方法を説明する。
まず、混練押出機２のダイバータ１２を開け、また混練押出機２から造粒機１０を分離させて取付部９に取り付けられているダイプレート１３を開放状態（外部へ露出した状態）にする。また、電源装置４の電源切換装置１９において、起動側切換部１９ａを「入」にし、運転側切換部１９ｂを「切」にすることで、起動用電力供給部１７を選択しておく。そして、この起動用電力供給部１７からの電力を供給して電動機３を起動し、この電動機３によって混練押出機２における混練部８のロータ又はスクリュを回転駆動させるようにする。

このとき、起動用電力供給部１７において可変電圧可変周波数電源装置２１を制御することで、電動機３の回転速度が、混練押出装置１を定常運転させるときの回転速度（最高回転速度）に対する５０％〜８０％程度の低速回転となるように設定する。当然に、この起動用電力供給部１７の制御で、混練押出機２における混練部８のロータ又はスクリュの回転速度も低速回転となる。

次に、原料樹脂供給機（図示略）を起動し、混練押出機２に対して投入部７から原料樹脂を投入する。このとき樹脂を投入する流量は、樹脂取り出し作業の作業性を考慮し、混練押出機２の投入部７へ投入する樹脂の最大流量に対して約１０％〜４０％程度とするのが好ましい。
このようにして、混練押出機２のダイバータ１２やダイプレート１３から混練により溶融した樹脂を取り出しできる状態とし、取り出された樹脂の溶融状態を確認する。取り出した樹脂の溶融温度が高すぎる場合は、起動用電力供給部１７における可変電圧可変周波数電源装置２１を制御して、電動機３の回転速度を更に低下させる。これにより、混練押出機２のロータ又はスクリュの回転速度も下げて、樹脂温度を低下させる。

このような起動用電力供給部１７を用いた混練押出装置１の起動運転では、混練押出機２における混練部内での樹脂流量は少ないので、電動機３に作用する負荷は定格出力時の６０％以下、すなわち６，０００ｋＷ以下に収まる。
混練押出機２のダイバータ１２やダイプレート１３から取り出した樹脂の溶融状態が適正になれば、ダイバータ１２側から樹脂が取り出される状態を維持させつつ、混練押出機２の押出部９を造粒機１０と連結させる。

そして、造粒機１０内に冷却水を供給させながら、この造粒機１０内でカッター（図示略）を回転させ、このカッターを混練押出機２（押出部９）のダイプレート１３に接触させる。この際ダイバータ１２を閉じることで定常運転に移行する。このようにして、造粒機１０内でペレットの製造が開始されることになる。
図２に示すように、起動用電力供給部１７の出力能力の範囲内（可変電圧可変周波数電源装置２１の最高出力、即ち最大容量に至るまで）で、電動機３の回転速度を徐々に増速させてゆきながら、混練押出機２の投入部７へ投入する樹脂の流量を増加させてゆく。

このときの電動機３に対して行う増速は、混練押出装置１が定常運転を行う際の電動機３の回転速度を上限として行う。また、混練押出機２に対する樹脂投入流量の増加は、混練押出装置１が定常運転を行う際の最高流量に対する約４０％〜５０％程度を上限とするようにして行う。
混練押出機２に対する樹脂投入流量の増加に伴い、電動機３に対する負荷も増加し、やがては起動用電力供給部１７における可変電圧可変周波数電源装置２１の出力（容量）を超える負荷が発生する（電動機３の消費動力が可変電圧可変周波数電源装置２１の定格出力を超える）ようになる。

そこで、この負荷の発生時に、電源切換装置１９において起動側切換部１９ａを「切」にし、運転側切換部１９ｂを「入」にするように、自動又は手動により切換動作させる。これにより、電動機３に対する駆動電力の電力供給状態が、起動用電力供給部１７により供給される状態から運転用電力供給部１８により供給される状態へと切り換わる。
ペレットの生産計画に応じ、混練押出機２に対する樹脂の投入流量を、最高投入流量の５０％〜１００％の範囲内で設定し、これより以降を混練押出装置１の定常運転とする。定常運転中は樹脂処理量を上げて運転しているので、混練押出機２における混練部８のロータ又はスクリュが最高回転速度で回転駆動されても、混練部８内で樹脂が滞留する時間が適正に保たれるので、溶融した樹脂の温度が設定温度を超えて上昇することはない。このようにして、それ以降、適正な温度で混練、造粒運転が行われることになる。

なお、図２に示す如く、電動機３に対する負荷は、処理量に応じ、電動機定格出力（動力）が１００％（本実施形態では最大１０，０００ｋＷ）となるまで許容されるものであることは言うまでもない。
［第２実施形態］
図３は、本発明に係る混練押出装置１の第２実施形態を示している。

この第２実施形態では、電動機３と混練押出機２との連結間に設ける減速機１５が、２段変速機を備えた構成とされている。混練押出装置１としての起動方法は、基本的には第１実施形態と同じである。
ただ、第２実施形態では、定常運転時において、混練押出機２に対する樹脂の投入流量が、最高投入流量の５０％〜８０％とするような場合（低生産量の運転を行う場合）に、起動前から減速機１５を低速ギヤ側に設定しておき、混練押出機２における混練部８のロータ又はスクリュの回転速度を、低速域に固定しておく。

これに対し、定常運転時において、混練押出機２に対する樹脂の投入流量が、最高投入流量の８０％〜１００％とするような場合（高生産量の運転を行う場合）に、起動前から減速機１５を高速ギヤ側に設定しておき、混練押出機２における混練部８のロータ又はスクリュの回転速度を、高速域に固定しておく。
なお、このような減速機１５のギヤ切換は、混練押出機２を停止して行うのが好適である。

以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、起動用電力供給部１７の最高出力を電動機３の出力の６０％として説明を行ったが、４０％であってもよい。混練押出装置１の起動時において必要とされるトルクから算出された電動機３の消費動力に見合う出力であれば６０％以下のいずれの値でもよい。

また、電源切換装置１９として起動側切換部１９ａと運転側切換部１９ｂの２つを備えた場合を例示したが、起動側と運転側とを一つの切換部で切り替えるものでもよい。
また、混練押出機２の構成は何ら限定されるものではない。

１混練押出装置
２混練押出機
３電動機
４電源装置
７投入部
８混練部
９取付部
１０造粒機
１２ダイバータ
１３ダイプレート
１５減速機
１６三相交流電源
１７起動用電力供給部
１８運転用電力供給部
１９電源切換装置
１９ａ起動側切換部
１９ｂ運転側切換部
２０変圧器
２１可変電圧可変周波数電源装置

Claims

混練押出機に樹脂が投入されていない状態で、混練押出機が備えているダイバータを開き、前記混練押出機を駆動する電動機を起動用電力供給部からの駆動電力により定常運転時の出力より小さな出力で低速回転させ、
次いで、前記混練押出機に定常運転時より少ない流量の樹脂を投入し、前記ダイバータから取り出される樹脂の溶融状態に基づいて前記電動機の回転速度を制御しつつ、定常運転を行う際の当該回転速度を上限として当該回転速度を増加する一方、前記起動用電力供給部からの駆動電力による電動機の駆動中に樹脂の流量を増加し、
次いで、前記樹脂の流量増加によって起動用電力供給部からの駆動用電力による電動機の最高出力を超える負荷が電動機に発生する際に、運転用電力供給部からの駆動電力に切り替えて電動機を定常運転時の出力で高速回転させ、
前記ダイバータを閉じて定常運転に移行することを特徴とする混練押出装置の起動方法。
前記電動機の最高出力を定格出力の６０％以下とする駆動用電力を前記起動用電力供給部から当該電動機へ供給することを特徴とする請求項１に記載の混練押出装置の起動方法。
前記混練押出機の起動の際には、起動用電力供給部により電動機の回転数を定常運転時の回転数まで上昇させ、その後、前記電動機へ供給する駆動電力を運転用電力供給部からの駆動電力に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の混練押出装置の起動方法。