KR102201024B1

KR102201024B1 - 탄화 연료 제조 장치 및 탄화 연료 제조 방법

Info

Publication number: KR102201024B1
Application number: KR1020197006932A
Authority: KR
Inventors: 코발치크 제임스; 엘. 존스 프레드; 다카미치 마츠시타
Original assignee: 에코 리서치 인스티튜트 엘티디.; 에코 바이오 플라스틱스 미들랜드 인코포레이티드
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2021-01-08
Also published as: WO2018074189A1; JP6621546B2; KR20190034666A; EP3527647B1; EP3527647A4; EP3527647A1; TWI641680B; JP2019172713A; CA3032929A1; JPWO2018074189A1; TW201819606A; CA3032929C

Abstract

[과제] 합성 수지나 음식물 쓰레기 등을 포함하는 원료를 2축 압출기에서 탄화하는 것에 의해 양질인 탄화 연료를 얻을 수 있는 연료 제조 장치 및 연료 제조 방법을 제공한다.
[해결 수단] 연료 제조 시스템(100)은, 연료 제조 장치(1)와, 세퍼레이터(2)와, 슈레더(3)와, 보일러(4)를 구비하고 있다. 연료 제조 장치(1)는, 2축 압출기(20)의 스크류(21)의 개선된 형상을 가지고, 제1 배기구(24)로부터 수증기(S)를 분출시키고, 제2 배기구(25)로부터 가연성 가스(G1)를 분출시키며, 제3 배기구(26)로부터 가연성 가스(G2)를 분출시킴과 아울러, 도출구(27)로부터 탄화된 연료(F)가 얻어진다.

Description

탄화 연료 제조 장치 및 탄화 연료 제조 방법

본 발명은, 합성 수지를 포함하는 연소 칼로리가 높은 자원, 및 바이오매스(biomass) 등을 포함하는 자원을 양질의 연료로 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

현대 생활에서는, 합성 수지는 빠뜨릴 수 없는 소재가 되고 있고, 여러 가지의 제품이나 용기를 포함하는 포장 재료, 혹은 구조재 등에 널리 이용되고 있다. 또, 합성 수지에 대해서는, 현재 리사이클화를 진행시키기 위해, 일반 가정이나 사업소로부터 리사이클용 합성 수지를 회수하는 것이 행해지고 있다.

예를 들면, 합성 수지제 보틀(이른바 PET 보틀 등)에 대해서는, 널리 회수가 행해지고 있고, 이것을 재단하여 용융시키고, 섬유 제품 등에 재이용하는 것이 행해지고 있다. 그렇지만, 이 합성 수지제 보틀의 재이용은, 최종 제품인 섬유 제품의 품질을 유지하기 위해서 양질인 보틀을 회수할 필요가 있어, 질이 낮은 보틀은 재이용되어 있지 않은 것이 현상이다.

또, 합성 수지제 보틀은, 여러가지 성분의 합성 수지가 혼합되어 형성되어 있다. 또, 보틀의 표면에 가스 배리어(barrier) 성능을 갖게 하기 위한 것 등의 이유에 의해 여러 가지의 코팅제가 이용되고 있다. 이 때문에, 이러한 합성 수지제 보틀이 포함되는 리사이클 원료는, 그 성분이나 코킹제의 종류에 따라서는, 섬유 제품의 재료로 가능하지 않는 경우가 있다. 또, 수지의 사출 성형품의 제조를 위해서 상기 원료를 사용하는 경우도 고려되지만, 코팅제 등의 종류에 따라서는, 다른 재료와 혼합하기 어려운 등의 문제점에 의해, 현재 상태에서는 별로 이용되고 있지 않다.

이와 마찬가지로, 현대 사회에서는, 많은 합성 수지 제품이 사용되고 있지만, 그 재이용은 생각한 것처럼 진행되고 있지 않다. 예를 들면, 제조업이나 운송업 등의 기업에서 사용되고 있는 합성 수지제의 팔레트 등은, 본래는 복수회 사용 가능하지만, 관리의 시간과 노력이 걸리는 등의 이유로부터 1회밖에 사용되지 않고, 그 다음은 폐기되는 경우가 많다. 또, 건재(建材) 등에도 합성 수지가 많이 사용되고 있지만, 합성 수지 이외의 폐기물의 혼입이 많은 등의 이유로, 폐기된 후의 재이용은 진행되고 있지 않다.

상기와 같은 리사이클 재료는, 사용 용도가 없으면 소각하던지 매립하는 등의 처분을 할 필요가 생긴다. 또, 일반 폐기물이나 산업 폐기물은, 플라스틱제의 포장재나 발포 스티롤(Styrol) 등의 발포체, 또는 음식물 쓰레기나 종이 등을 포함하는 것이 많다. 통상은, 이들 폐기물도 소각 처분이나 매립 처분이 이루어진다.

그런데, 사용할 수 없는 리사이클 재료나 폐기물의 처분에는 높은 코스트를 필요로 하고, 환경에 악영향을 미친다. 예를 들면, 환경성이 발표한 「일반 폐기물 처리 사업 실태 조사의 결과(헤세이 26년도)에 대해」에는, 일반 폐기물의 소각 처리 시설이 1162개소 있고, 코스트로서는 연간에 2조엔을 초과하는 액수가 되는 것이 기재되어 있다.

한편으로, 상기와 마찬가지로 재이용을 하기 어려운 합성 수지나, 합성 수지를 포함하는 폐기물은, 그것 자신으로 많은 열량을 가지고 있기 때문에, 이것을 연료로 전환하는 기술도 여러 가지 검토되고 있다. 예를 들면, 본원 발명자 등이 개발한 연료 제조 장치가 알려져 있다(특허 문헌 1). 상기 특허 문헌 1에 개시된 장치는, 2축 압출기를 기본 구성으로 하고, 상기 2축 압출기에 원료가 되는 폐기물 등을 투입하며, 장치 내에서 원료에 전단력을 부여함과 아울러 원료를 압축하여 발열시키고, 외부로부터 열을 가하지 않고 폐기물을 탄화하는 것이다.

특허 문헌 1 : 일본특허 제2927849호 공보

특허 문헌 1에 개시된 장치는, 플라스틱이나 음식물 쓰레기 등을 포함하는 폐기물을 2축 압출기에 의해 탄화하는 것에 의해 양질인 탄화 연료를 얻을 수 있지만, 근래에서는, 더 효율 좋게 폐기물을 탄화 연료로 하는 기술이 요구되고 있다.

그래서, 본 발명은, 합성 수지를 포함하는 원료를 탄화시켜 연료로 하는 장치 및 탄화 연료의 제조 방법의 개량을 목적으로 하고, 종래의 설비에 비해 더 효율이 좋은 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 연료 제조 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 적어도 합성 수지가 포함되는 유기 원료를 압축 혼련하는 것에 의해 탄화시켜, 연속적으로 탄화 연료를 제조하는 연료 제조 장치로서, 구동 수단에 의해 동일한 방향으로 동일한 회전 속도로 구동되는 2축의 스크류와, 상기 스크류가 수납되는 케이싱을 구비한 2축 압출기와, 상기 구동 수단의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하며, 상기 스크류는, 회전축과, 상기 회전축의 표면에 마련되는 날개 부재를 가지고, 상기 케이싱에는, 원료가 투입되는 투입구와, 가공된 물질이 도출되는 도출구와, 상기 투입구와 상기 도출구와의 사이에 마련된 복수의 배기구를 가지며, 상기 배기구는, 상기 케이싱의 상류측으로부터 제1 배기구, 제2 배기구 및 제3 배기구의 순서로 적어도 3개소에 마련되고, 상기 2축 압출기는, 상기 투입구로부터 상기 제1 배기구의 상류까지의 도입 영역과, 상기 제1 배기구의 상류로부터 하류까지의 제1 배기 영역과, 상기 제2 배기구의 상류로부터 하류까지의 제2 배기 영역과, 상기 제3 배기구의 상류로부터 하류까지의 제3 배기 영역과, 상기 도입 영역과 상기 제1 배기 영역과의 사이에 마련된 제1 혼련 영역과, 상기 제1 배기 영역과 상기 제2 배기 영역과의 사이에 마련된 제2 혼련 영역과, 상기 제2 배기 영역과 상기 제3 배기 영역과의 사이에 마련된 제3 혼련 영역과, 상기 도출구의 상류로부터 상기 도출구의 위치까지를 포함하는 도출 영역을 가진다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치에서, 상기 스크류의 날개 부재는, 상기 스크류의 측면에서 볼 때 상기 회전축에 대한 각도에 대해서, 상기 회전축에 대해서 90°가 되는 각도를 최대로 하고, 상기 스크류가 회전했을 때에 투입된 원료가 하류측으로 반송되는 방향을 순방향의 기울기, 상류측으로 반송되는 방향을 역방향의 기울기로 했을 때에, 상기 도입 영역은 순방향의 기울기를 가지며, 상기 제1 혼련 영역은 순방향의 기울기로 상기 도입 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지며, 상기 제1 배기 영역은 순방향의 기울기를 가지고, 상기 제2 혼련 영역은 순방향의 기울기로 상기 제1 배기 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지며, 상기 제2 배기 영역은 순방향의 기울기를 가지고, 상기 제3 혼련 영역은 순방향의 기울기로 상기 제2 배기 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지며, 상기 제3 배기 영역은 순방향의 기울기를 가지고, 상기 도출 영역은 순방향의 기울기로 상기 제3 배기 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지고 있으며, 상기 제어 수단이, 상기 제1 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 100℃~150℃, 상기 제2 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 180℃~280℃, 상기 제3 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 260℃~320℃가 되도록 상기 구동 수단을 구동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연료 제조 장치에 의하면, 제1 혼련 영역이 도입 영역과 제1 배기 영역과의 사이에 마련되어 있기 때문에, 제1 배기 영역에서의 배기의 도입 영역으로의 역류가 방지된다. 또, 제1 혼련 영역에서는, 도입 영역에 비해 스크류의 날개 부재의 각도가 크기 때문에, 원료의 반송 속도가 느리게 되며, 도입 영역으로부터 반송되는 원료가 압축되고, 또한 혼련된다. 마찬가지로, 제2 혼련 영역 및 제3 혼련 영역에서도, 원료가 압축되고, 또한 혼련된다.

또, 제어 수단은, 상기 제1 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 100℃~150℃, 상기 제2 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 180℃~280℃, 상기 제3 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 260℃~320℃로 상기 제2 혼련 영역보다도 높아지도록 상기 구동 수단을 구동시킨다.

상기 제어 수단에 의해, 제1 배기 영역에서는, 원료에 포함되는 합성 수지는 휘발하지 않고, 원료에 포함되는 수분이 증발하여 수증기가 되어 배기된다. 이것에 의해, 원료 중의 수분량이 감소하므로, 후의 제2 혼련 영역 및 제3 혼련 영역에서의 혼련, 압축에 의한 원료의 가열이 용이해진다.

또, 제2 혼련 영역으로부터 제3 혼련 영역에 걸쳐서, 서서히 원료의 온도를 올려 가는 것에 의해, 최종적으로 제3 혼련 영역에서, 원료를 효율 좋게 탄화할 수 있다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치에서, 상기 제1 혼련 영역은 상기 제2 혼련 영역에 비해 축방향으로 짧게 설정되고, 상기 제2 혼련 영역은 상기 제3 혼련 영역에 비해 축방향으로 짧게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해, 제1 혼련 영역으로부터 제3 혼련 영역에 걸쳐 서서히 원료의 압축 및 혼련을 행할 수 있고, 원료의 단계적인 가열이 행해지므로, 제3 혼련 영역에서 원료를 효율 좋게 탄화시킬 수 있다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치에서는, 상기 제1 혼련 영역이, 상기 도입 영역으로부터 연속하는 상류측 제1 혼련 영역과, 상기 상류측 제1 혼련 영역과 상기 제1 배기 영역과의 사이에 마련된 하류측 제1 혼련 영역을 가지며, 상기 상류측 제1 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가 상기 도입 영역보다도 크고, 상기 하류측 제1 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재가 축방향에서 볼 때 타원 모양의 판 부재를 회전 방향으로 각도를 바꾸어 복수매 축방향으로 적층되며 상기 판 부재의 기울기가 90°인 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 제1 혼련 영역이 상류측과 하류측으로 나뉘어 있고, 상류측 제1 혼련 영역의 스크류의 날개 부재의 기울기가 도입 영역보다도 크기 때문에, 이 상류측 제1 혼련 영역에서 원료를 압축 혼련할 수 있다. 또, 하류측 제1 혼련 영역에서는, 스크류의 날개 부재가 축방향에 대해서 90°가 된 복수의 판 부재에 의해 형성되어 있으므로, 이 하류측 제1 혼련 영역을 통과하는 원료에 더 큰 압축력과 전단력을 부여할 수 있다. 이것에 의해, 원료 자신이 가지는 열량에 의해 발열시킬 수 있다. 여기서, 하류측 제1 혼련 영역에서의 날개 부재의 각도는, 실질적으로 90°이면 좋고, 전후 5퍼센트 정도의 범위가 포함된다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치에서는, 상기 제2 혼련 영역이, 상기 제1 배기 영역으로부터 연속하는 상류측 제2 혼련 영역과, 상기 상류측 제2 혼련 영역과 상기 제2 배기 영역과의 사이에 마련된 하류측 제2 혼련 영역을 가지며, 상기 상류측 제2 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가, 상기 제1 배기 영역보다도 크고, 상기 하류측 제2 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재가 축방향에서 볼 때 타원 모양의 판 부재를 회전 방향으로 각도를 바꾸어 복수매 축방향으로 적층되며 상기 판 부재의 기울기가 90°인 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 제2 혼련 영역이 상류측과 하류측으로 나뉘어 있고, 상류측 제2 혼련 영역의 스크류의 날개 부재의 기울기가 제1 배기 영역보다도 크기 때문에, 이 상류측 제2 혼련 영역에서 원료를 압축 혼련할 수 있다. 또, 하류측 제2 혼련 영역에서는, 스크류의 날개 부재가 축방향에 대해서 90°가 된 복수의 판 부재에 의해 형성되어 있으므로, 이 하류측 제2 혼련 영역을 통과하는 원료에 더 큰 압축력과 전단력을 부여할 수 있다. 이것에 의해, 원료 자신이 가지는 열량에 의해 발열시킬 수 있다. 또, 원료는 제1 혼련 영역에서 가열되어 있기 때문에, 이 제2 혼련 영역에서 더 가열하여 원료를 열분해시킬 수 있다. 또, 여기서의 90°의 각도에 대해서도 전후 5퍼센트 정도의 범위가 포함된다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치에서는, 상기 제3 혼련 영역이, 상기 제2 배기 영역으로부터 연속하는 상류측 제3 혼련 영역과, 상기 제3 배기 영역에 연속하는 하류측 제3 혼련 영역과, 상기 상류측 제3 혼련 영역과 상기 하류측 제3 혼련 영역과의 사이에 마련된 중간 제3 혼련 영역을 가지며, 상기 상류측 제3 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가, 상기 제2 배기 영역보다도 크고, 상기 중간 제3 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재가 축방향에서 볼 때 타원 모양의 판 부재를 회전 방향으로 각도를 바꾸어 복수매 축방향으로 적층함과 아울러 상기 판 부재의 기울기를 90°로 하고, 상기 하류측 제3 혼련 영역은, 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가 순방향인 순방향 영역이 상류측에 마련되고, 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가 역방향인 역방향 영역이 하류측에 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 제3 혼련 영역이 상류측과 중간과 하류측으로 나뉘어 있고, 상류측 제3 혼련 영역의 스크류의 날개 부재의 기울기가 제2 배기 영역보다도 크기 때문에, 이 상류측 제3 혼련 영역에서 원료를 압축 혼련할 수 있다. 또, 중간 제3 혼련 영역에서는, 스크류의 날개 부재가 축방향에 대해서 90°가 된 복수의 판 부재에 의해 형성되어 있으므로, 이 중간 제3 혼련 영역을 통과하는 원료에 더 큰 압축력과 전단력을 부여할 수 있다.

게다가, 하류측 제3 혼련 영역이, 상류측의 순방향 영역과 하류측의 역방향 영역을 가지고 있기 때문에, 역방향 영역에서 원료에 반송 방향과는 역방향의 반송력이 가해진다. 이것에 의해, 원료와 역방향 영역의 날개 부재와의 사이에 마찰력 및 전단력이 발생하여, 원료를 보다 고온으로 가열할 수 있다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 제2 혼련 영역에서 열분해된 원료를, 이 제3 혼련 영역에서 더 가열하여 열분해시켜, 탄화시킬 수 있다.

이 하류측 제3 혼련 영역의 역방향 영역은, 원료를 제3 혼련 영역에 충분히 체류시키기 위해서 마련되어 있지만, 원료를 서서히 하류측으로 반송시키기 위해서는, 원료가 역류하는 힘보다도 원료를 반송하는 힘을 크게 할 필요가 있다. 그래서, 본 발명의 연료 제조 장치에서는, 상기 하류측 제3 혼련 영역의 상기 역방향 영역은, 상기 순방향 영역보다도 축방향으로 짧게 설정되어 있는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치에서는, 상기 도출 영역은, 상기 제3 배기 영역으로부터 연속하는 상류측 도출 영역과, 상기 상류측 도출 영역으로부터 연속하는 도출 개구 영역을 가지며, 상기 상류측 도출 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가, 상기 도출 개구 영역보다도 작게 설정되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 도출 영역이 상류측과 하류측(도출 개구 영역)으로 나뉘어져 있고, 상류측 도출 영역의 스크류의 날개 부재의 기울기를 도출 개구 영역보다도 작게 하는 것에 의해, 도출 개구 영역에 탄화된 원료인 탄화 연료를 서서히 압축하면서 반송하여, 도출구로부터 원활히 탄화 연료를 도출할 수 있다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치에서는, 상기 도출 영역은, 상기 도출 개구 영역의 하류측에 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가 역방향인 역방향 종단 영역을 더 가지는 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하면, 도출 개구 영역으로 반송되어 온 탄화 연료가 도출구로부터 도출되지 않았던 경우에도, 역방향 종단 영역에 의해서 탄화 연료가 도출 개구 영역으로 되돌려지므로, 탄화 연료를 도출구로부터 원활히 도출시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 연료 제조 방법은, 적어도 합성 수지가 포함되는 유기 원료를 2축 압출기에 의해서 압축 혼련하는 것에 의해 탄화시켜, 연속적으로 탄화 연료를 제조하는 연료 제조 방법으로서, 이하의 특징을 가지고 있다.

본 발명의 연료 제조 방법에 이용되는 연료 제조 장치는, 구동 수단에 의해 동일한 방향으로 동일한 회전 속도로 구동되는 2축의 스크류와, 상기 스크류가 수납되는 케이싱을 구비한 2축 압출기와, 상기 구동 수단의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하며, 상기 스크류는, 회전축과, 상기 회전축의 표면에 마련되는 날개 부재를 가지며, 상기 케이싱에는, 원료가 투입되는 투입구와, 가공된 물질이 도출되는 도출구와, 상기 투입구와 상기 도출구와의 사이에 마련된 복수의 배기구를 가지며, 상기 배기구는, 상기 케이싱의 상류측으로부터 제1 배기구, 제2 배기구 및 제3 배기구의 순서로 적어도 3개소에 마련되고, 상기 2축 압출기는, 상기 투입구로부터 상기 제1 배기구의 상류까지의 도입 영역과, 상기 제1 배기구의 상류로부터 하류까지의 제1 배기 영역과, 상기 제2 배기구의 상류로부터 하류까지의 제2 배기 영역과, 상기 제3 배기구의 상류로부터 하류까지의 제3 배기 영역과, 상기 도입 영역과 상기 제1 배기 영역과의 사이에 마련된 제1 혼련 영역과, 상기 제1 배기 영역과 상기 제2 배기 영역과의 사이에 마련된 제2 혼련 영역과, 상기 제2 배기 영역과 상기 제3 배기 영역과의 사이에 마련된 제3 혼련 영역과, 상기 도출구의 상류로부터 상기 도출구의 위치까지를 포함하는 도출 영역을 가지고 있다.

본 발명의 연료 제조 방법에서는, 상기 2축 압출기를 상기 구동 수단에 의해서 구동한 상태에서, 상기 투입구에 원료를 투입하고, 투입된 상기 원료를 상기 도입 영역에서 하류측으로 반송하여, 상기 제1 혼련 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 도입 영역보다도 느리게 하여 압축하면서 혼련하고, 상기 제1 배기 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제1 혼련 영역보다도 빠르게 하여 상기 원료의 압축 상태를 완화하여 상기 제1 배기구로부터 상기 원료에 포함되는 가스를 배출시키며, 상기 제2 혼련 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제1 배기 영역보다도 느리게 하여 상기 원료를 압축하면서 혼련하고, 상기 제2 배기 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제2 혼련 영역보다도 빠르게 하여 상기 원료의 압축 상태를 완화하여 상기 제2 배기구로부터 상기 원료에 포함되는 가스를 배출시키며, 상기 제3 혼련 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제2 배기 영역보다도 느리게 하여 상기 원료를 압축하면서 혼련하고, 상기 제3 배기 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제3 혼련 영역보다도 빠르게 하여 상기 원료의 압축 상태를 완화하여 상기 제3 배기구로부터 상기 원료에 포함되는 가스를 배출시키며, 상기 도출 영역에서 상기 제3 배기 영역을 통과한 원료를 상기 2축 압출기로부터 도출하는 것이며, 상기 제어 수단이, 상기 제1 혼련 영역에서의 온도가 100℃~150℃, 상기 제2 혼련 영역에서의 온도가 180℃~280℃, 상기 제3 혼련 영역에서의 온도가 260℃~320℃로 상기 제2 혼련 영역보다도 높아지도록 상기 구동 수단을 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연료 제조 방법에서는, 제1 혼련 영역에서 원료의 온도가 100℃~150℃로 제어되고, 제1 배기 영역에서 원료 중의 수분이 증기가 되어 배기된다. 또, 제2 혼련 영역에서 원료의 온도가 180℃~280℃로 제어되고, 원료 중의 용해 온도가 낮은 합성 수지 등이 열분해되어 가연성 가스가 발생하고, 제2 배기 영역에서 외부로 배기된다. 게다가, 제3 혼련 영역에서 원료의 온도가 260℃~320℃로 제어되고, 원료 중의 용해 온도가 높은 합성 수지 등이 열분해되어 가연성 가스가 발생하고, 제3 배기 영역에서 외부로 배기된다. 상기 제어에 의해, 원료를 효율 좋게 탄화 연료로 할 수 있다.

본 발명의 연료 제조 방법에서는, 상기 제3 혼련 영역의 하류측에서, 상기 스크류의 회전에 의해서 원료에 역방향의 반송력을 부여하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제3 혼련 영역에서 원료에 역방향의 반송력을 부여하는 것에 의해, 원료에 강한 압축력과 전단력을 부여하여 원료 자신의 열량으로 발열시킬 수 있다.

이상의 본 발명의 연료 제조 장치 및 연료 제조 방법에 의하면, 합성 수지성 자원이나, 합성 수지를 포함하는 폐기물을 원료로서, 320℃ 이하의 저온에서 고형 연료를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 소각 처리 시설 등을 필요로 하지 않고 원료를 연료화할 수 있다.

또, 본 발명의 연료 제조 장치 및 연료 제조 방법에 의하면, 고형(固形) 연료의 제조시에 발생하는 수증기나 가연성 가스는 회수할 수 있다. 따라서, 연료 제조 장치에 의한 연료의 제조시에, CO₂나 CH₄, 혹은 NO_X 등의 가스를 배출하지 않고 연료를 제조할 수 있다.

또, 상기 제조된 연료는, 발전 시설 등에 의해 이용할 수 있는 우량한 연료이며, 본래 폐기되어야 할 것을 연료로 할 수 있으므로, 통상의 석탄 등의 연료를 이용하는 경우에 비해, 코스트나 환경 부하를 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 연료 제조 장치를 포함하는, 연료 제조 시스템의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 연료 제조 장치의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 연료 제조 장치에서의 2축 압출기의 스크류를 나타내는 설명도이다.
도 4는 도 3의 스크류의 도입 영역에서의 스크류의 날개 부재의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 5는 도 3의 스크류의 제1 혼련 영역에서의 스크류의 날개 부재의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 5의 VI－VI선 단면의 참고도이다.
도 7은 도 3의 스크류의 제1 배기 영역에서의 스크류의 날개 부재의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 8은 도 3의 스크류의 제2 혼련 영역에서의 스크류의 날개 부재의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 9는 도 3의 스크류의 제2 배기 영역 및 제3 배기 영역에서의 스크류의 날개 부재의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 10은 도 3의 스크류의 제3 혼련 영역에서의 스크류의 날개 부재의 형상을 나타내는 설명도이다.
도 11은 도 3의 스크류의 도출 영역에서의 스크류의 날개 부재의 형상을 나타내는 설명도이다.

다음으로, 본 발명의 실시 형태인 연료 제조 장치 및 연료 제조 방법에 대해서, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 연료 제조 장치(1)를 포함하는 연료 제조 시스템(100)을 나타내고 있다. 이 연료 제조 시스템(100)은, 연료 제조 장치(1) 외에, 세퍼레이터(2)와, 슈레더(3, shredder)와, 보일러(4)를 구비하고 있다.

연료 제조 장치(1)는, 합성 수지가 포함되는 유기 원료를 압축 혼련하는 것에 의해 탄화시켜, 연속적으로 탄화 연료를 제조하는 장치이다. 이 연료 제조 장치(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 구동 장치(구동 수단)(10)와, 2축의 스크류를 가지는 2축 압출기(20)와, 제어 장치(제어 수단)(16)와, 냉각기(17)를 구비하고 있다. 구동 장치(10)는, 모터(11)와, 동력 전달 기어(12)를 가진다. 2축 압출기(20)는, 스크류(21)와, 케이싱(22)과, 원료를 투입하는 투입구(23)와, 복수의 배기구(제1 배기구(24), 제2 배기구(25), 제3 배기구(26))와, 가공된 물질이 도출되는 도출구(27)를 구비하고 있다.

케이싱(22)은, 내부에 축방향에서 볼 때 8자 모양의 통로가 형성된 부재이며(도 6 참조), 내부에 스크류(21)가 수납된다. 또, 케이싱(22)에는, 상기 투입구(23)와, 제1 배기구(24)와, 제2 배기구(25)와, 제3 배기구(26)와, 도출구(27)가 마련된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 배기구는 케이싱(22)의 3개소에 마련되어 있다. 또, 케이싱(22)의 외주에는, 도시하지 않은 워터 쟈켓이 마련되고, 이하에 설명하는 각 영역마다 온도 제어가 가능하게 형성되어 있다.

2축 압출기(20)는, 투입구(23)가 마련되어 있는 영역이 도입 영역(31)이며, 투입구(23)와 제1 배기구(24)와의 사이가 제1 혼련 영역(32)이고, 제1 배기구(24)의 근방 영역이 제1 배기 영역(33)으로 되어 있다. 또, 제1 배기구(24)와 제2 배기구(25)와의 사이가 제2 혼련 영역(34)이며, 제2 배기구(25)의 근방 영역이 제2 배기 영역(35)으로 되어 있다. 또, 제2 배기구(25)와 제3 배기구(26)와의 사이가 제3 혼련 영역(36)이며, 제3 배기구(26)의 근방 영역이 제3 배기 영역(37)으로 되어 있다. 또, 제3 배기구(26)와 도출구(27)의 위치까지를 포함하는 영역이 도출 영역(38)으로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 혼련 영역(32)이 제2 혼련 영역(34)에 비해 축방향으로 짧게 설정되고, 제2 혼련 영역(34)이 제3 혼련 영역(36)에 비해 축방향으로 짧게 설정되어 있다.

또, 케이싱(22)에는, 도입 영역(31) 등의 각 영역에 대해서, 그 하류측의 온도를 검출하는 온도 센서가 각각 마련되어 있다. 구체적으로는, 도입 영역(31)에는 도입 영역 온도 센서(31t), 제1 혼련 영역(32)에는 제1 혼련 영역 온도 센서(32t), 제2 혼련 영역(34)에는 제2 혼련 영역 온도 센서(34t), 제3 혼련 영역(36)에는 제3 혼련 영역 온도 센서(36t), 냉각기(17)에는 냉각기 온도 센서(17t)이다.

또, 케이싱(22)에는, 각 배기 영역에서, 배기가스의 온도를 검출하는 온도 센서가 마련되어 있다. 구체적으로는, 제1 배기 영역(33)에는 제1 배기 영역 온도 센서(33t), 제2 배기 영역(35)에는 제2 배기 영역 온도 센서(35t), 제3 배기 영역(37)에는 제3 배기 영역 온도 센서(37t)이다. 게다가, 도출 영역(38)의 도출구(27)에는, 생성된 탄화 연료의 온도를 검출하는 도출 온도 센서(27t)가 마련되어 있다.

다음으로, 도 3~도 11을 참조하여, 상기 각 영역의 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태의 연료 제조 장치(1)의 케이싱(22) 내에 내장되어 있는 스크류(21)의 평면도이다. 스크류(21)는, 동일한 형상의 것이 2열 병렬로 마련되어 있고, 동력 전달 기어(12)를 매개로 하여 모터(11)에 의해 구동된다. 각 스크류(21)의 회전 방향은 동일하고, 회전 속도도 동일하게 되어 있다. 스크류(21)는, 회전축(21a)과 날개 부재(210(211~225))로 구성된다.

먼저, 도입 영역(31)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 스크류(21)의 날개 부재(211)가 1조(條)의 나사 모양으로 형성되어 있다. 날개 부재(211)의 회전축(21a)에 대한 각도는 측면에서 볼 때 약 60°로 형성되고, 피치는 약 1.5D(D는 스크류의 직경)로 되어 있다. 도입 영역(31)의 날개 부재(211)의 형상은, 상류측의 면(211a)이 회전축(21a)의 표면에 대해서 약 90˚로 형성되어 있고, 하류측의 면(211b)이 회전축(21a)의 표면에 대해서 약 50˚로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 날개 부재(211)의 회전축(21a)에 대한 각도는, 90˚가 되는 각도를 최대로 하고, 스크류(21)가 회전했을 때에 투입된 원료가 하류측으로 반송되는 방향을 순방향의 기울기, 상류측으로 반송되는 방향을 역방향의 기울기로 하고 있다.

제1 혼련 영역(32)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 도입 영역(31)으로부터 연속하는 상류측 제1 혼련 영역(32a)과, 하류측 제1 혼련 영역(32b)으로 나뉘어져 있다. 상류측 제1 혼련 영역(32a)은, 스크류(21)의 날개 부재(212)가 2조의 나사 모양으로 형성되어 있다. 날개 부재(212)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 70˚로 형성되고, 피치는 약 1.0D로 되어 있다. 즉, 제1 혼련 영역(32)에서는, 스크류(21)의 날개 부재(212)는, 순방향의 기울기로, 도입 영역(31)의 날개 부재(211)보다도 기울기가 큰 부분을 가지고 있다.

한편, 하류측 제1 혼련 영역(32b)은, 날개 부재(213)의 형상이, 도 6에 나타내는 타원 모양(럭비볼 모양)을 나타내고 있고, 이 날개 부재(213)가 회전축(21a)의 축방향으로 4매 마련되어 있다. 이 4매의 날개 부재(213)는, 회전축(21a)의 회전 방향으로 각도를 바꾸어 복수매 축방향으로 적층되어 고정되어 있다. 그 배열은, 서로 이웃하는 날개 부재(213)마다 순차적으로 동일한 각도를 이루어 적층해도 좋고, 각도를 균일하게 하지 않고 적층해도 괜찮다. 또, 하류측 제1 혼련 영역(32b)의 스크류(21)의 날개 부재(213)의 측면에서 볼 때의 기울기는 90˚로 형성되어 있다.

제1 배기 영역(33)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 스크류(21)의 날개 부재(214)의 형상이 2조의 나선형상으로 형성되어 있다. 날개 부재(214)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 70˚로 형성되고, 피치는 약 1.0D로 되어 있다.

제2 혼련 영역(34)은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 배기 영역(33)으로부터 연속하는 상류측 제2 혼련 영역(34a)과 하류측 제2 혼련 영역(34b)으로 나뉘어져 있다. 상류측 제2 혼련 영역(34a)은, 스크류(21)의 날개 부재(215)가 1조의 나선 모양으로 형성되어 있다. 날개 부재(215)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 85˚로 형성되고, 피치는 약 0.25D로 되어 있다.

하류측 제2 혼련 영역(34b)은, 스크류(21)의 날개 부재(216)의 기본 구성이 하류측 제1 혼련 영역(32b)과 동일하게 되어 있지만, 하류측 제2 혼련 영역(34b)의 날개 부재(216)는, 하류측 제1 혼련 영역(32b)의 날개 부재에 비해 두께가 얇게 되어 있다. 한편으로, 하류측 제2 혼련 영역(34b)에서는, 하류측 제1 혼련 영역(32b)에 비해 날개 부재(216)의 수를 많게 하고 있다. 이것에 의해, 하류측 제2 혼련 영역(34b)의 축방향의 길이는, 하류측 제1 혼련 영역(32b)의 약 3배로 되어 있다.

제2 배기 영역(35)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 스크류(21)의 날개 부재(217)가 1조의 나선 모양으로 형성되어 있다. 날개 부재(217)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 60°로 형성되고, 피치는 약 2.0D로 되어 있다. 제2 배기 영역(35)의 날개 부재(217)의 형상은, 단면이 판 모양(직사각 형상)으로 되어 있다.

제3 혼련 영역(36)은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제2 배기 영역(35)으로부터 연속하는 상류측 제3 혼련 영역(36a)과, 중간 제3 혼련 영역(36b)과, 하류측 제3 혼련 영역(36c)으로 나뉘어져 있다. 상류측 제3 혼련 영역(36a)은, 스크류(21)의 날개 부재(218)가, 상류측으로부터 2조의 넓은 피치인 광(廣)피치부(36d)와, 1조의 좁은 피치인 협(狹)피치부(36e)로 나뉘어져 있다.

광피치부(36d)는, 스크류(21)의 날개 부재(218a)가 2조의 넓은 피치로 되어 있고, 피치는 약 1.0D로 되어 있다. 협피치부(36e)는, 스크류(21)의 날개 부재(218b)의 기본 구성이 상류측 제2 혼련 영역(34a)과 동일하지만, 축방향의 길이는 상류측 제2 혼련 영역(34a)의 약 2배의 길이로 되어 있다. 중간 제3 혼련 영역(36b)은, 스크류(21)의 날개 부재(219)가 하류측 제2 혼련 영역(34b)과 동일하고, 축방향의 길이도 동일하게 되어 있다.

하류측 제3 혼련 영역(36c)은, 순방향 영역(36f)과 역방향 영역(36g)을 가지고 있다. 순방향 영역(36f)의 스크류(21)의 날개 부재(220)는, 상류측 제3 혼련 영역(36a)의 협피치부(36e)와 동일한 구성이며, 역방향 영역(36g)은 순방향 영역(36f)과는 회전축(21a)에 대한 각도가 반대로 되어 있다. 역방향 영역(36g)의 스크류(21)의 날개 부재(221)는, 순방향 영역(36f)과 피치는 동일하지만, 축방향의 길이는 순방향 영역(36f)의 1/2로 되어 있다.

제3 배기 영역(37)은, 도 9에 나타내는 제2 배기 영역(35)과 동일한 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 스크류(21)의 날개 부재(222)가 1조의 나선 모양으로 형성되어 있다. 날개 부재(222)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 60°로 형성되고, 피치는 약 2.0D(D는 스크류의 직경)로 되어 있다. 또, 이 날개 부재(222)의 형상은, 단면이 판 모양(직사각 형상)으로 되어 있다.

도출 영역(38)은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제3 배기 영역(37)으로부터 연속하는 상류측 도출 영역(38a)과, 도출 개구 영역(38b)으로 나뉘어져 있고, 도출 개구 영역(38b)의 하류측에는, 스크류(21)의 날개 부재의 기울기가 역방향인 역방향 종단 영역(38c)이 마련되어 있다.

상류측 도출 영역(38a)은, 스크류(21)의 날개 부재(223)의 형상이 상류측 제3 혼련 영역(36a)의 광피치부(36d)와 기본 구성이 공통되어 있지만, 축방향의 길이가 광피치부(36d)보다도 짧게 되어 있다. 도출 개구 영역(38b)은, 도출구(27)에 개구하고 있는 영역이며, 스크류(21)의 날개 부재(224)의 형상이 상류측 제3 혼련 영역(36a)의 협피치부(36e)와 기본 구성으로 공통되어 있지만, 축방향의 길이는 협피치부(36e)보다도 길게 되어 있다. 상류측 도출 영역(38a)에서는, 스크류(21)의 날개 부재(223)의 기울기가, 도출 개구 영역(38b)의 날개 부재(223)의 기울기에 비해 작게 되어 있다. 역방향 종단 영역(38c)은, 스크류(21)의 날개 부재(225)의 형상이, 하류측 제3 혼련 영역(36c)의 역방향 영역(36g)과 동일한 구성으로 되어 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 연료 제조 장치(1)를 이용한 연료 제조 방법에 대해서, 폐기물을 원료로 하는 경우에 대해 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 원료가 되는 폐기물(W)은, 세퍼레이터(2)에 투입되고, 무기물(유리) 등의 이물(異物)(C)이 제거된다. 이물(C)이 제거된 후의 폐기물은, 슈레더(3)에 투입되고, 5mm정도의 크기로 분쇄된다.

이 원료가 되는 폐기물(W)은, 내용물이 여러 가지 잡다하지만, 본 실시 형태의 연료 제조 장치(1)에 투입되는 폐기물로서, 합성 수지를 포함하는 유기 폐기물을 주성분으로 하는 것이 선택된다. 예를 들면, 플라스틱제의 용기나 발포스티롤과 같은 발포체 등이 포함되어 있는 폐기물이 이것에 해당된다. 합성 수지를 포함하는 유기 폐기물의 함유량이 적은 와륵(瓦礫) 등은 본 실시 형태의 연료 제조 장치(1)에서 처리하기에는 적합하지 않는다.

또, 폐기물(W)의 수분 함유량은, 20%~60%로 조정되는 것이 바람직하다. 수분 함유량이 20% 미만이면, 연료 제조 장치(1) 내에 투입해도 압축, 혼련이 곤란해진다. 또, 마찬가지로, 수분 함유량이 60%를 초과하면, 연료 제조 장치(1) 내에 투입해도 충분히 폐기물(W)을 발열시키는 것이 곤란해진다.

슈레더(3)에서 분쇄된 원료(M)는, 연료 제조 장치(1)까지 도시하지 않은 컨베이어에 의해 반송되고, 투입구(23)로부터 2축 압출기(20) 내에 투입된다. 2축 압출기(20) 내에 투입된 원료(M)는, 우선은 도입 영역(31) 내에 도입된다. 도입 영역(31)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 스크류(21)의 날개 부재(211)가 1조의 나선 모양으로 형성되어 있고, 피치가 1.5D와 비교적 넓은 피치로 되어 있다. 이 때문에, 투입된 원료(M)는, 비교적 빠른 속도로 다음의 제1 혼련 영역(32)으로 반송된다.

제1 혼련 영역(32)에서는, 비교적 빠른 속도로 반송되어 온 원료(M)를, 도 5에 나타내는 스크류(21)에 의해서 혼련 및 압축을 행한다. 상류측 제1 혼련 영역(32a)에서는, 2조의 나선 모양의 날개 부재(212)에 의해 원료가 혼련된다. 도입 영역(31)에서는, 날개 부재(211)가 1조로 피치 1.5D이며, 상류측 제1 혼련 영역(32a)에서는 피치가 좁아지므로, 원료(M)의 반송 속도가 느리게 되어, 원료(M)가 압축되면서 혼련된다.

다음으로, 상류측 제1 혼련 영역(32a)에 의해서 압축, 혼련되면서 반송된 원료(M)는, 하류측 제1 혼련 영역(32b)에서, 더 압축, 혼련된다. 하류측 제1 혼련 영역(32b)에서는, 도 6에 나타내는 축방향에서 볼 때 타원 모양의 날개 부재(213)에 의해서 혼련된다.

하류측 제1 혼련 영역(32b)에서는, 날개 부재(213)에 의해서는 하류측으로의 반송력은 발생하지 않으므로, 상류측 제1 혼련 영역(32a)으로부터 반송되는 원료(M)에 의해서 하류측 제1 혼련 영역(32b) 내의 원료가 압출되면서 혼련된다. 한편으로, 이 제1 혼련 영역(32)은, 축방향의 길이가 다른 제2 혼련 영역(34)이나 제3 혼련 영역(36)보다도 짧기 때문에, 이 제1 혼련 영역(32)에서의 원료(M)의 압축, 혼련에 의해서 생기는 열은 적다. 이 하류측 제1 혼련 영역(32b)에서의 원료(M)의 온도는, 제1 혼련 영역 온도 센서(32t)에 의해서 검출되고, 제어 장치(16)에 의해서 그 값이 100℃~150℃가 되도록 조정된다.

다음으로, 원료(M)는, 제1 배기 영역(33)으로 반송된다. 이 제1 배기 영역(33)에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 스크류(21)의 날개 부재(214)의 형상이 1조의 나선형상이며, 날개 부재(214)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 70°로 형성되고, 피치는 약 1.0D로 되어 있다. 여기서, 압축된 원료(M)의 반송 속도가 빠르게 되어, 압축 상태가 완화된다.

원료(M)는, 제1 혼련 영역(32)에서 압축, 혼련되어 발열하고 있기 때문에, 이 제1 배기 영역(33)으로 반송되어 압축 상태가 완화되면, 원료(M) 내의 수분이 증발하여 수증기(S)가 되고, 제1 배기구(24)로부터 외부로 배출된다. 한편으로, 제1 혼련 영역(32)에 의해서 생기는 열은 적고, 원료(M)에 포함되는 합성 수지의 성분은 휘발하고 있지 않기 때문에, 제1 배기구(24)로부터는 합성 수지의 휘발 성분은 배출되지 않는다.

또, 제1 배기 영역(33)의 상류측은 제1 혼련 영역(32)이며, 하류측은 후술 하는 제2 혼련 영역(34)이기 때문에, 모두 원료(M)가 압축된 상태로 되어 있다. 따라서, 제1 배기 영역(33)에서 발생하는 수증기(S)를 포함하는 가스가 도입 영역(31)에 역류하지 않고, 제2 혼련 영역(34)으로 진행하지 않는다.

다음으로, 원료(M)는, 제2 혼련 영역(34)으로 반송된다. 이 제2 혼련 영역(34)에서는, 먼저 상류측 제2 혼련 영역(34a)으로 반송된다. 상류측 제2 혼련 영역(34a)은, 스크류(21)의 날개 부재(215)가 1조의 나선 모양이며, 날개 부재(215)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 85°로 형성되고, 피치는 약 0.25D로 되어 있다.

이 때문에, 이 상류측 제2 혼련 영역(34a)에서는, 제1 배기 영역(33)으로부터 반송되어 온 원료(M)의 반송 속도가 느리게 되어, 원료(M)가 압축된다. 또, 날개 부재(215)의 각도가 90°에 가깝게 되어 있고, 피치가 좁기 때문에, 원료(M)에 강한 반송력이 부여된다.

다음으로, 원료(M)는, 하류측 제2 혼련 영역(34b)으로 반송된다. 이 하류측 제2 혼련 영역(34b)에서는, 축방향에서 볼 때 타원 모양의 날개 부재(216)가 복수축방향으로 적층되어 있고, 날개 부재(216)에 의해서는 하류측으로의 반송력은 발생하지 않기 때문에, 상류측 제2 혼련 영역(34a)으로부터 반송되는 원료(M)에 의해서 하류측 제2 혼련 영역(34b) 내의 원료가 압출되면서 혼련된다.

또, 이 하류측 제2 혼련 영역(34b)은, 축방향의 길이가 하류측 제1 혼련 영역(32b)보다도 길기 때문에, 이 하류측 제2 혼련 영역(34b)에서의 원료(M)의 압축, 혼련에 의해서, 원료(M)에 많은 전단력이나 압축력이 가해지고, 원료(M) 자신으로부터 많은 열이 발생한다. 이 때의 원료(M)의 온도는, 제2 혼련 영역 온도 센서(34t)에 의해서 검출되고, 제어 장치(16)에 의해서 그 값이 180℃~280℃가 되도록 조정된다.

다음으로, 원료는, 제2 배기 영역(35)으로 반송된다. 이 제2 배기 영역(35)에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 스크류(21)의 날개 부재(217)의 형상이 1조의 나선형상이며, 날개 부재(217)의 회전축(21a)에 대한 각도는 약 60°로 형성되고, 피치는 약 2.0D로 되어 있다. 여기서, 제2 혼련 영역(34)에 의해 압축되어 가열된 원료(M)의 반송 속도가 빠르게 되어, 압축 상태가 완화된다.

원료(M)는, 제2 혼련 영역(34)에서 압축, 혼련되어 180℃~280℃의 온도로 가열되어 있기 때문에, 압축 상태가 완화되면 원료(M)로부터 열분해하여 발생한 가연성 가스(G1)가 이 제2 배기 영역(35) 내에 분출한다. 이 때의 가연성 가스(G1)의 성분은, 원료(M)의 내용물의 성분에도 의하지만, 탄화수소가 주성분이 된다.

또, 제2 배기 영역(35)의 상류측은 제2 혼련 영역(34)이며, 하류측은 제3 혼련 영역(36)이기 때문에, 아울러 원료(M)가 압축된 상태로 되어 있다. 따라서, 제2 배기 영역(35)에서 발생하는 가연성 가스(G1)가 제2 혼련 영역(34)으로 역류하지 않고, 제3 혼련 영역(36)으로 진행하는 경우가 없다.

다음으로, 원료(M)는, 제3 혼련 영역(36)으로 반송된다. 제3 혼련 영역(36)은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 상류측 제3 혼련 영역(36a)과, 중간 제3 혼련 영역(36b)과, 하류측 제3 혼련 영역(36c)으로 나뉘어져 있다.

상류측 제3 혼련 영역(36a)에서는, 우선 광피치부(36d)에 원료(M)가 반송된다. 상류측의 제2 배기 영역(35)에서는 원료(M)의 압축 상태가 완화되어 있지만, 이 광피치부(36d)는 스크류(21)의 날개 부재(218a)가 2조이며, 그 피치가 약 0.9D로 되어 있기 때문에, 이 광피치부(36d)를 통과하는 원료(M)의 반송 속도가 느리게 되고, 서서히 압축된다. 이와 같이, 광피치부(36d)에 의해서 어느 정도 압축된 원료(M)는, 날개 부재(218b)의 피치가 약 0.25D로 되어 있는 협피치부(36e)에 의해서 반송 속도가 더 느리게 되고, 압축된다.

중간 제3 혼련 영역(36b)에서는, 스크류(21)의 날개 부재(219)가 하류측 제2 혼련 영역(34b)과 동일하게 되어 있다. 따라서, 상류측 제3 혼련 영역(36a)의 협피치부(36e)에 의해서 압축되어 강한 반송력이 가해진 원료(M)가, 이 중간 제3 혼련 영역(36b)을 통과하는 것에 의해, 원료(M)에 많은 전단력이나 압축력이 가해지고, 원료(M) 자신으로부터 많은 열이 발생한다.

하류측 제3 혼련 영역(36c)에서는, 상류측 제3 혼련 영역(36a)의 협피치부(36e)와 동일한 좁은 피치를 가지는 순방향 영역(36f)에 의해서, 원료(M)에 강한 반송력이 가해진다. 그리고, 역방향 영역(36g)에 원료(M)가 반송되면, 역방향 영역(36g)에서는 원료(M)에 반송 방향과는 역방향의 반송력이 가해진다. 여기서, 반송력으로서는, 순방향 영역(36f)의 축방향의 길이가 역방향 영역(36g)의 길이의 2배로 되어 있기 때문에, 원료(M)에 가해지는 반송력은 순방향의 쪽이 크다.

따라서, 역방향 영역(36g)에서는, 원료(M)에 역방향의 반송력이 가해지면서, 원료(M)는 순방향으로 반송되므로, 원료(M)에는 날개 부재(221)와의 강한 마찰력 및 전단력이 가해지므로, 원료(M)의 온도가 고온이 된다. 이 하류측 제3 혼련 영역(36c)에서의 원료(M)의 온도는, 제3 혼련 영역 온도 센서(36t)에 의해서 검출되고, 제어 장치(16)에 의해서 그 값이 260℃~320℃가 되도록 조정된다. 또, 제어 장치(16)는, 제3 혼련 영역(36)에서의 원료(M)의 온도가, 제2 혼련 영역(34)에서의 온도에 비해 높게 되도록 제어하고 있다.

다음으로, 원료(M)는, 제3 배기 영역(37)으로 반송된다. 이 제3 배기 영역(37)에서는, 스크류(21)의 날개 부재(222)의 형상이 제2 배기 영역(35)과 동일하기 때문에, 이 제3 배기 영역(37)에서도 원료(M)로부터 발생한 가연성 가스(G2)가 분출한다. 이 제3 배기 영역(37)에서 회수되는 가연성 가스의 주성분은, 제2 배기 영역보다도 가스 전체에 차지하는 탄화수소 성분의 비율이 높게 되어 있다. 이것은, 제3 혼련 영역(36)에서, 제2 혼련 영역(34)보다도 높은 열을 발생시켰던 것이 요인이라고 생각되어진다.

다음으로, 원료(M)는, 도 11에 나타내는 도출 영역(38)으로 반송된다. 도출 영역(38)에서는, 원료(M)는 우선 상류측 도출 영역(38a)으로 반송된다. 상류측 도출 영역(38a)은, 스크류(21)의 날개 부재(223)가 2조이며, 피치는 약 0.9D로 되어 있다. 상류측의 제3 배기 영역(37)에서 압축력이 완화된 원료(M)는, 이 상류측 도출 영역(38a)에 의해서 재차 압축되면서 도출 개구 영역(38b)으로 반송된다.

도출 개구 영역(38b)에서는, 날개 부재(224)의 피치가 약 0.25D로 되어 있으므로, 원료(M)가 더 압축되면서 하류측으로 반송된다. 또, 도출 개구 영역(38b)에서는, 하부에 도출구(27)가 개구하고 있기 때문에, 반송되어 온 원료(M)는 이 도출구(27)로부터 2축 압출기(20)의 외부로 도출된다.

여기서, 도출 개구 영역(38b)에서, 스크류(21)의 날개 부재(224)에 부착되는 등의 이유에 의해 도출구(27)로부터 외부로 도출되지 않았던 원료(M)가 있었던 경우, 상기 원료(M)는, 도출 개구 영역(38b)의 하류측에 마련되어 있는 역방향 종단 영역(38c)의 날개 부재(225)에 의해서 도출 개구 영역(38b)으로 되돌려진다. 이것에 의해, 한 번 도출 개구 영역(38b)을 통과한 원료(M)가 있었던 경우라도, 역방향 종단 영역(38c)에 의해서 다시 도출 개구 영역(38b)으로 되돌려지고, 도출구(27)로부터 외부로 도출된다.

도출구(27)로부터 도출된 원료(M)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 냉각기(17)에 의해서 냉각되어, 연료(F)로서 반출된다. 냉각기(17)에서는, 260℃~310℃의 온도로 가공된 원료(M)를, 약 200℃ 이하로 냉각한다. 냉각기(17)의 외주에 도시하지 않은 워터 쟈켓이 마련되어 있고, 이 워터 쟈켓 내에서 가열된 물은, 보일러(4)의 증기 발생용의 물로서 이용된다. 보일러(4)에서는, 가연성 가스(G1 및 G2)를 연료로서 수증기(BS)를 발생시키고, 이 수증기(BS)를 발전기(도시하지 않음)나 공조기 등에 공급한다.

또, 본 발명은, 상기 실시 형태에서 예시된 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 배기구는, 제1 배기구(24), 제2 배기구(25), 및 제3 배기구인 3개의 배기구를 예로 하여 설명했지만, 3개에 한정되지 않고, 필요에 따라서 배기구를 추가해도 괜찮다.

1 - 연료 제조 장치 10 - 구동 장치
16 - 제어 장치(제어 수단) 20 - 2축 압출기
21 - 스크류 21a - 회전축
210 - 날개 부재 22 - 케이싱
23 - 투입구 24 - 제1 배기구
25 - 제2 배기구 26 - 제3 배기구
27 - 도출구 32 - 제1 혼련 영역
33 - 제1 배기 영역 34 - 제2 혼련 영역
35 - 제2 배기 영역 36 - 제3 혼련 영역
37 - 제3 배기 영역 38 - 도출 영역

Claims

적어도 합성 수지가 포함되는 유기 원료를 압축 혼련하는 것에 의해 탄화(炭化)시켜, 연속적으로 탄화 연료를 제조하는 연료 제조 장치로서,
구동 수단에 의해 동일한 방향으로 동일한 회전 속도로 구동되는 2축의 스크류와, 상기 스크류가 수납되는 케이싱을 구비한 2축 압출기(押出機)와, 상기 구동 수단의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하며,
상기 스크류는, 회전축과, 상기 회전축의 표면에 마련되는 날개 부재를 가지고,
상기 케이싱에는, 원료가 투입되는 투입구와, 가공된 물질이 도출되는 도출구와, 상기 투입구와 상기 도출구와의 사이에 마련된 복수의 배기구를 가지며,
상기 배기구는, 상기 케이싱의 상류측으로부터 제1 배기구, 제2 배기구 및 제3 배기구의 순서로 적어도 3개소에 마련되고,
상기 2축 압출기는, 상기 투입구로부터 상기 제1 배기구의 상류까지의 도입 영역과, 상기 제1 배기구의 상류로부터 하류까지의 제1 배기 영역과, 상기 제2 배기구의 상류로부터 하류까지의 제2 배기 영역과, 상기 제3 배기구의 상류로부터 하류까지의 제3 배기 영역과, 상기 도입 영역과 상기 제1 배기 영역과의 사이에 마련된 제1 혼련 영역과, 상기 제1 배기 영역과 상기 제2 배기 영역과의 사이에 마련된 제2 혼련 영역과, 상기 제2 배기 영역과 상기 제3 배기 영역과의 사이에 마련된 제3 혼련 영역과, 상기 도출구의 상류로부터 상기 도출구의 위치까지를 포함하는 도출 영역을 가지며,
상기 스크류의 날개 부재는, 상기 스크류의 측면에서 볼 때 상기 회전축에 대한 각도에 대해서, 상기 회전축에 대해서 90°가 되는 각도를 최대로 하고, 상기 스크류가 회전했을 때에 투입된 원료가 하류측으로 반송되는 방향을 순방향의 기울기, 상류측으로 반송되는 방향을 역방향의 기울기로 했을 때에,
상기 도입 영역은 순방향의 기울기를 가지고, 상기 제1 혼련 영역은 순방향의 기울기로 상기 도입 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지며,
상기 제1 배기 영역은 순방향의 기울기를 가지고, 상기 제2 혼련 영역은 순방향의 기울기로 상기 제1 배기 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지며,
상기 제2 배기 영역은 순방향의 기울기를 가지고, 상기 제3 혼련 영역은 순방향의 기울기로 상기 제2 배기 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지며,
상기 제3 배기 영역은 순방향의 기울기를 가지고, 상기 도출 영역은 순방향의 기울기로 상기 제3 배기 영역보다도 기울기가 큰 부분을 가지고 있으며,
상기 제어 수단이, 상기 제1 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 100℃~150℃, 상기 제2 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 180℃~280℃, 상기 제3 혼련 영역에서의 하류측의 온도가 260℃~320℃로 상기 제2 혼련 영역보다도 높아지도록 상기 구동 수단을 구동시키는 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 혼련 영역은 상기 제2 혼련 영역에 비해 축방향으로 짧게 설정되고, 상기 제2 혼련 영역은 상기 제3 혼련 영역에 비해 축방향으로 짧게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 혼련 영역이, 상기 도입 영역으로부터 연속하는 상류측 제1 혼련 영역과, 상기 상류측 제1 혼련 영역과 상기 제1 배기 영역과의 사이에 마련된 하류측 제1 혼련 영역을 가지며,
상기 상류측 제1 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가, 상기 도입 영역보다도 크고,
상기 하류측 제1 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재가 축방향에서 볼 때 타원 모양의 판(板) 부재를 회전 방향으로 각도를 바꾸어 복수매 축방향으로 적층되며 상기 판 부재의 기울기가 90°인 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 혼련 영역이, 상기 제1 배기 영역으로부터 연속하는 상류측 제2 혼련 영역과, 상기 상류측 제2 혼련 영역과 상기 제2 배기 영역과의 사이에 마련된 하류측 제2 혼련 영역을 가지며,
상기 상류측 제2 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가, 상기 제1 배기 영역보다도 크고,
상기 하류측 제2 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재가 축방향에서 볼 때 타원 모양의 판 부재를 회전 방향으로 각도를 바꾸어 복수매 축방향으로 적층되며 상기 판 부재의 기울기가 90°인 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제3 혼련 영역이, 상기 제2 배기 영역으로부터 연속하는 상류측 제3 혼련 영역과, 상기 제3 배기 영역에 연속하는 하류측 제3 혼련 영역과, 상기 상류측 제3 혼련 영역과 상기 하류측 제3 혼련 영역과의 사이에 마련된 중간 제3 혼련 영역을 가지며,
상기 상류측 제3 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가, 상기 제2 배기 영역보다도 크고,
상기 중간 제3 혼련 영역의 상기 스크류의 날개 부재가 축방향에서 볼 때 타원 모양의 판 부재를 회전 방향으로 각도를 바꾸어 복수매 축방향으로 적층함과 아울러 상기 판 부재의 기울기를 90°로 하고,
상기 하류측 제3 혼련 영역은, 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가 순방향인 순방향 영역이 상류측에 마련되고, 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가 역방향인 역방향 영역이 하류측에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 하류측 제3 혼련 영역의 상기 역방향 영역은, 상기 순방향 영역보다도 축방향으로 짧게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 도출 영역은, 상기 제3 배기 영역으로부터 연속하는 상류측 도출 영역과, 상기 상류측 도출 영역으로부터 연속하는 도출 개구 영역을 가지며,
상기 상류측 도출 영역의 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가, 상기 도출 개구 영역보다도 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 도출 영역은, 상기 도출 개구 영역의 하류측에 상기 스크류의 날개 부재의 기울기가 역방향인 역방향 종단 영역을 더 가지는 것을 특징으로 하는 연료 제조 장치.
적어도 합성 수지가 포함되는 유기 원료를 연료 제조 장치에 의해서 압축 혼련하는 것에 의해 탄화시켜, 연속적으로 탄화 연료를 제조하는 연료 제조 방법으로서,
상기 연료 제조 장치는, 구동 수단에 의해 동일한 방향으로 동일한 회전 속도로 구동되는 2축의 스크류와, 상기 스크류가 수납되는 케이싱을 구비한 2축 압출기와, 상기 구동 수단의 제어를 행하는 제어 수단을 구비하며,
상기 스크류는, 회전축과, 상기 회전축의 표면에 마련되는 날개 부재를 가지고,
상기 케이싱에는, 원료가 투입되는 투입구와, 가공된 물질이 도출되는 도출구와, 상기 투입구와 상기 도출구와의 사이에 마련된 복수의 배기구를 가지며,
상기 배기구는, 상기 케이싱의 상류측으로부터 제1 배기구, 제2 배기구 및 제3 배기구의 순서로 적어도 3개소에 마련되고,
상기 2축 압출기는, 상기 투입구로부터 상기 제1 배기구의 상류까지의 도입 영역과, 상기 제1 배기구의 상류로부터 하류까지의 제1 배기 영역과, 상기 제2 배기구의 상류로부터 하류까지의 제2 배기 영역과, 상기 제3 배기구의 상류로부터 하류까지의 제3 배기 영역과, 상기 도입 영역과 상기 제1 배기 영역과의 사이에 마련된 제1 혼련 영역과, 상기 제1 배기 영역과 상기 제2 배기 영역과의 사이에 마련된 제2 혼련 영역과, 상기 제2 배기 영역과 상기 제3 배기 영역과의 사이에 마련된 제3 혼련 영역과, 상기 도출구의 상류로부터 상기 도출구의 위치까지를 포함하는 도출 영역을 가지고 있으며,
상기 2축 압출기를 상기 구동 수단에 의해서 구동한 상태에서, 상기 투입구에 원료를 투입하고,
투입된 상기 원료를 상기 도입 영역에서 하류측으로 반송하며,
상기 제1 혼련 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 도입 영역보다도 느리게 하여 압축하면서 혼련하고,
상기 제1 배기 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제1 혼련 영역보다도 빠르게 하여 상기 원료의 압축 상태를 완화하여 상기 제1 배기구로부터 상기 원료에 포함되는 가스를 배출시키고,
상기 제2 혼련 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제1 배기 영역보다도 느리게 하여 상기 원료를 압축하면서 혼련하고,
상기 제2 배기 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제2 혼련 영역보다도 빠르게 하여 상기 원료의 압축 상태를 완화하여 상기 제2 배기구로부터 상기 원료에 포함되는 가스를 배출시키고,
상기 제3 혼련 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제2 배기 영역보다도 느리게 하여 상기 원료를 압축하면서 혼련하고,
상기 제3 배기 영역에서 상기 원료의 반송 속도를 상기 제3 혼련 영역보다도 빠르게 하여 상기 원료의 압축 상태를 완화하여 상기 제3 배기구로부터 상기 원료에 포함되는 가스를 배출시키고,
상기 도출 영역에서 상기 제3 배기 영역을 통과한 원료를 상기 2축 압출기로부터 도출하는 것이며,
상기 제어 수단이, 상기 제1 혼련 영역에서의 온도가 100℃~150℃, 상기 제2 혼련 영역에서의 온도가 180℃~280℃, 상기 제3 혼련 영역에서의 온도가 260℃~320℃로 상기 제2 혼련 영역보다도 높아지도록 상기 구동 수단을 구동하는 것을 특징으로 하는 탄화 연료를 제조하는 연료 제조 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 제3 혼련 영역의 하류측에서, 상기 스크류의 회전에 의해서 원료에 역방향의 반송력을 부여하는 것을 특징으로 하는 연료 제조 방법.