TW201819606A - 碳化燃料製造裝置及碳化燃料製造方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種以雙軸擠壓機將含有合成樹脂或廚餘等之原料碳化，藉此可得到優質碳化燃料的燃料製造裝置及燃料製造方法。 [解決手段]燃料製造系統具備有燃料製造裝置、分離器、粉碎機、鍋爐。燃料製造裝置講究雙軸擠壓機之螺桿的形狀，使水蒸氣從第1排氣口噴出，使可燃性氣體從第2排氣口噴出，使另一可燃性氣體從第3排氣口噴出，並且從導出口可得到已被碳化的燃料。

Description

碳化燃料製造裝置及碳化燃料製造方法
發明領域 本發明是有關於一種用來將含有合成樹脂之高燃燒卡路里資源、以及含有生質等之資源製作成優質燃料的裝置及方法。
發明背景 在現代的生活中，合成樹脂已成為不可或缺的素材，且已被廣泛應用於各種之包含製品或容器在內的包裝材料或是結構材料等。又，在合成樹脂方面，目前為了推廣資源回收再利用化，而有在進行從一般家庭或公司行號回收可循環使用的合成樹脂。
例如，在合成樹脂製瓶(所謂的PET瓶等)方面，有在進行廣泛回收，且有在進行將其切斷後熔融，進而再利用於纖維製品等。但是，目前這種合成樹脂製瓶之再利用，因為要保持最終製品之纖維製品的品質，所以必須回收優質的瓶子，而品質較低的瓶子就沒有被再利用。
還有，合成樹脂製瓶是混合了各種成分之合成樹脂所形成。又，基於讓瓶子表面具備氣體阻隔性能等理由，而使用了各種的塗佈劑。因此，含有這種合成樹脂製瓶的回收原料，有時會因為其成分或塗佈劑的種類，而無法作為纖維製品的材料。又，雖然也可以考慮使用該原料來製造樹脂之射出成形品，但根據塗佈劑等的種類，會有不易與其他材料混合等的不佳狀況，因此目前並沒有被多加利用。
像這樣，在現代社會中，雖然有很多合成樹脂製品被使用，但是其製品之再利用並沒有如預期般地進行。例如，在製造業或運輸業等企業中被使用之合成樹脂製的棧板等，原本可以使用數次，但因為管理上的麻煩等理由，僅使用1次之後就被廢棄的情況很常見。還有，建材等方面也有很多合成樹脂被使用，但由於混入太多合成樹脂外的廢棄物等理由，因此廢棄之後的再利用並沒有在進行。
如上述般的回收材料如果沒有使用用途的話，就會產生進行焚化或掩埋等處分的必要性。又，一般廢棄物或產業廢棄物有很多都包含了塑膠製之包裝材或保麗龍等發泡體，或是廚餘或紙等。通常這些廢棄物也會被進行焚化處分或掩埋處分。
然而，無法使用之回收材料或廢棄物的處分需要很高的成本，且會對環境產生不良影響。例如，在日本環境省所公佈之「一般廢棄物處理事業實態調查結果(2014年度)」中記載了：一般廢棄物之焚化處理設施有1162處，在成本方面，每年超過2兆日圓的金額。
另一方面，如上所述難以再利用的合成樹脂或含有合成樹脂的廢棄物，因其本身具有許多的熱量，將其轉換為燃料的諸般技術也正被檢討中。例如，本案發明者等所開發之燃料製造裝置已為人所知(專利文獻1)。該專利文獻1中所揭示之裝置是以雙軸擠壓機為基本構成，將成為原料的廢棄物等投入該雙軸擠壓機，然後在裝置內對原料賦予剪力，並且將原料壓縮而使該原料發熱，在不從外部加熱之情況下將廢棄物碳化。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特許第2927849號公報
發明概要 發明欲解決之課題 專利文獻1中所揭示之裝置雖然是以雙軸擠壓機將含有塑膠或廚餘等之廢棄物碳化，藉此可得到優質碳化燃料，但近年來，要求的是更有效率地將廢棄物製作成碳化燃料的技術。
所以，本發明是以使含有合成樹脂之原料碳化來製作成燃料的裝置及碳化燃料之製造方法的改良為目的，且是以提供一種比以往的設備更有效率之裝置及方法為目的。 用以解決課題之手段
為了達到上述目的，本發明之燃料製造裝置是一種將至少含有合成樹脂之有機原料加以壓縮混練，藉此使該有機原料碳化，從而連續製造碳化燃料的燃料製造裝置，具備：雙軸擠壓機，其具備雙軸螺桿及殼體，該雙軸螺桿是藉由驅動機構往相同方向以相同旋轉速度被驅動，該殼體可收納前述螺桿；及控制機構，進行前述驅動機構的控制，前述螺桿具有：旋轉軸；及葉片構件，設置於前述旋轉軸的表面，前述殼體具有：投入口，可投入原料；導出口，可導出已被加工的物質；及複數個排氣口，設置於前述投入口與前述導出口之間，前述排氣口從前述殼體之上游側以第1排氣口、第2排氣口及第3排氣口的順序至少設置於3處，前述雙軸擠壓機具有：導入區域，從前述投入口到前述第1排氣口的上游為止；第1排氣區域，從前述第1排氣口的上游到下游為止；第2排氣區域，從前述第2排氣口的上游到下游為止；第3排氣區域，從前述第3排氣口的上游到下游為止；第1混練區域，設置於前述導入區域與前述第1排氣區域之間；第2混練區域，設置於前述第1排氣區域與前述第2排氣區域之間；第3混練區域，設置於前述第2排氣區域與前述第3排氣區域之間；及導出區域，包含從前述導出口的上游到前述導出口的位置為止。
又，在本發明之燃料製造裝置中，其特徵在於前述螺桿之葉片構件在前述螺桿之側面視角當中相對於前述旋轉軸的角度方面，是以相對於前述旋轉軸成為90°的角度為最大，且，將前述螺桿在旋轉時會使得所投入之原料被搬送至下游側的方向設為順向傾斜，且將被搬送至上游側的方向設為逆向傾斜時，前述導入區域具有順向傾斜，前述第1混練區域具有呈順向傾斜且比前述導入區域傾斜更大的部分，前述第1排氣區域具有順向傾斜，前述第2混練區域具有呈順向傾斜且比前述第1排氣區域傾斜更大的部分，前述第2排氣區域具有順向傾斜，前述第3混練區域具有呈順向傾斜且比前述第2排氣區域傾斜更大的部分，前述第3排氣區域具有順向傾斜，前述導出區域具有呈順向傾斜且比前述第3排氣區域傾斜更大的部分，前述控制機構會使前述驅動機構驅動，以使得前述第1混練區域中的下游側之溫度成為100℃~150℃，前述第2混練區域中的下游側之溫度成為180℃~280℃，前述第3混練區域中的下游側之溫度成為260℃~320℃。
根據本發明之燃料製造裝置，由於第1混練區域被設置於導入區域與第1排氣區域之間，因此可以防止第1排氣區域中的排氣朝導入區域逆流。又，在第1混練區域中，由於螺桿之葉片構件的角度比導入區域中的還要大，因此原料的搬送速度變慢，從導入區域被搬送的原料會被壓縮且被混練。同樣的，在第2混練區域及第3混練區域中，原料也會被壓縮且被混練。
又，控制機構會使前述驅動機構驅動，以使得前述第1混練區域中的下游側之溫度為100℃~150℃，前述第2混練區域中的下游側之溫度為180℃~280℃，前述第3混練區域中的下游側之溫度為260℃~320℃且會比前述第2混練區域還要高。
藉由該控制機構，在第1排氣區域中，原料中所含的合成樹脂不會揮發，且原料中所含的水分會蒸發成為水蒸氣而被排氣。藉此，由於原料中的水分量減少，因此在之後的第2混練區域及第3混練區域中，透過混練、壓縮所進行之原料的加熱會變得容易。
又，藉由從第2混練區域到第3混練區域慢慢地提高原料的溫度，最後在第3混練區域中就可以有效率地將原料碳化。
又，本發明之燃料製造裝置中，較理想的是前述第1混練區域被設定為在軸方向上比前述第2混練區域還要短，前述第2混練區域被設定為在軸方向上比前述第3混練區域還要短。藉由作成如此之構成，可以從第1混練區域到第3混練區域慢慢地進行原料的壓縮及混練，從而進行原料的階段性加熱，因此在第3混練區域中可以有效率地使原料碳化。
又，本發明之燃料製造裝置中，較理想的是前述第1混練區域具有：上游側第1混練區域，接連自前述導入區域；及下游側第1混練區域，設置於前述上游側第1混練區域與前述第1排氣區域之間，前述上游側第1混練區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜比前述導入區域還要大，前述下游側第1混練區域的前述螺桿之葉片構件是將軸方向視角下呈橢圓形之板構件往旋轉方向改變角度並積層複數片於軸方向上，且前述板構件的傾斜為90°。
根據該構成，第1混練區域被區分為上游側與下游側，且由於上游側第1混練區域的螺桿之葉片構件的傾斜比導入區域還要大，因此在此上游側第1混練區域中可以將原料壓縮混練。又，在下游側第1混練區域中，由於螺桿之葉片構件是由相對於軸方向呈90°的複數個板構件所形成，因此可以對通過此下游側第1混練區域的原料賦予更大的壓縮力與剪力。藉此，可以藉由原料本身所具有的熱量來使原料發熱。在此，下游側第1混練區域中的葉片構件的角度，只要實質上為90°即可，包含前後5個百分比左右的範圍。
又，本發明之燃料製造裝置中，較理想的是前述第2混練區域具有：上游側第2混練區域，接連自前述第1排氣區域；及下游側第2混練區域，設置於前述上游側第2混練區域與前述第2排氣區域之間，前述上游側第2混練區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜比前述第1排氣區域還要大，前述下游側第2混練區域的前述螺桿之葉片構件是將軸方向視角下呈橢圓形之板構件往旋轉方向改變角度並積層複數片於軸方向上，且前述板構件的傾斜為90°。
根據該構成，第2混練區域被區分為上游側與下游側，且由於上游側第2混練區域的螺桿之葉片構件的傾斜比第1排氣區域還要大，因此在此上游側第2混練區域中可以將原料壓縮混練。又，在下游側第2混練區域中，由於螺桿之葉片構件是由相對於軸方向呈90°的複數個板構件所形成，因此可以對通過此下游側第2混練區域的原料賦予更大的壓縮力與剪力。藉此，可以藉由原料本身所具有的熱量來使原料發熱。又，由於原料已在第1混練區域中被加熱，因此可以在此第2混練區域中進一步加熱來使原料熱分解。另外，此處之90°的角度亦包含前後5個百分比左右的範圍。
又，本發明之燃料製造裝置中，較理想的是前述第3混練區域具有：上游側第3混練區域，接連自前述第2排氣區域；下游側第3混練區域，接連到前述第3排氣區域；及中間第3混練區域，設置於前述上游側第3混練區域與前述下游側第3混練區域之間，前述上游側第3混練區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜比前述第2排氣區域還要大，前述中間第3混練區域的前述螺桿之葉片構件是將軸方向視角下呈橢圓形之板構件往旋轉方向改變角度並積層複數片於軸方向上，並且將前述板構件的傾斜設為90°，前述下游側第3混練區域中，前述螺桿之葉片構件的傾斜為順向的順向區域被設置於上游側，前述螺桿之葉片構件的傾斜為逆向的逆向區域被設置於下游側。
根據該構成，第3混練區域被區分為上游側、中間、與下游側，且由於上游側第3混練區域的螺桿之葉片構件的傾斜比第2排氣區域還要大，因此在此上游側第3混練區域中可以將原料壓縮混練。又，在中間第3混練區域中，由於螺桿之葉片構件是由相對於軸方向呈90°的複數個板構件所形成，因此可以對通過此中間第3混練區域的原料賦予更大的壓縮力與剪力。
再者，下游側第3混練區域由於具有上游側的順向區域與下游側的逆向區域，因此在逆向區域中，會對原料施加與搬送方向逆向的搬送力。藉此，在原料與逆向區域之葉片構造之間會產生摩擦力及剪力，可以將原料加熱到更高溫。因此，根據該構成，可以將第2混練區域中被熱分解之原料在此第3混練區域中進一步加熱來使該原料熱分解，從而使該原料碳化。
此下游側第3混練區域的逆向區域雖然是為了使原料充分地滯留於第3混練區域而設計，但為了要使原料慢慢地搬送至下游側，就必須將搬送原料的力量增加到比原料逆流的力量還要大。所以，本發明之燃料製造裝置中，較理想的是前述下游側第3混練區域的前述逆向區域被設定為在軸方向上比前述順向區域還要短。
又，本發明之燃料製造裝置中，較理想的是前述導出區域具有：上游側導出區域，接連自前述第3排氣區域；及導出開口區域，接連自前述上游側導出區域，前述上游側導出區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜被設定為比前述導出開口區域還要小。
根據該構成，導出區域被區分為上游側與下游側(導出開口區域)，且藉由將上游側導出區域的螺桿之葉片構件的傾斜作成為比導出開口區域還要小，便可以在導出開口區域中慢慢地將已被碳化的原料即碳化燃料一邊壓縮一邊搬送，從而將碳化燃料順暢地從導出口導出。
又，本發明之燃料製造裝置中，較理想的是前述導出區域在前述導出開口區域之下游側更具有前述螺桿之葉片構件的傾斜為逆向的逆向終端區域。根據該構成，即便是在被搬送至導出開口區域的碳化燃料沒有從導出口被導出的情況下，碳化燃料也會藉逆向終端區域而被送回導出開口區域，因此可使碳化燃料順暢地從導出口導出。
接下來，本發明之燃料製造方法是一種藉由雙軸擠壓機將至少含有合成樹脂之有機原料加以壓縮混練，藉此使該有機原料碳化，從而連續製造碳化燃料的燃料製造方法，其具有以下特徵。
本發明之燃料製造方法中所使用之燃料製造裝置具備：雙軸擠壓機，其具備雙軸螺桿及殼體，該雙軸螺桿是藉由驅動機構往相同方向以相同旋轉速度被驅動，該殼體可收納前述螺桿；及控制機構，進行前述驅動機構的控制，前述螺桿具有：旋轉軸；及葉片構件，設置於前述旋轉軸的表面，前述殼體中具有：投入口，可投入原料；導出口，可導出已被加工的物質；及複數個排氣口，設置於前述投入口與前述導出口之間，前述排氣口從前述殼體之上游側以第1排氣口、第2排氣口及第3排氣口的順序至少設置於3處，前述雙軸擠壓機具有：導入區域，從前述投入口到前述第1排氣口的上游為止；第1排氣區域，從前述第1排氣口的上游到下游為止；第2排氣區域，從前述第2排氣口的上游到下游為止；第3排氣區域，從前述第3排氣口的上游到下游為止；第1混練區域，設置於前述導入區域與前述第1排氣區域之間；第2混練區域，設置於前述第1排氣區域與前述第2排氣區域之間；第3混練區域，設置於前述第2排氣區域與前述第3排氣區域之間；及導出區域，包含從前述導出口的上游到前述導出口的位置為止。
本發明之燃料製造方法中，其特徵在於：在已藉由前述驅動機構驅動前述雙軸擠壓機的狀態下，將原料投入前述投入口，並將被投入的前述原料在前述導入區域中搬送至下游側，在前述第1混練區域中，令前述原料之搬送速度比前述導入區域還要慢，並一邊壓縮一邊混練，在前述第1排氣區域中，令前述原料之搬送速度比前述第1混練區域還要快，並緩和前述原料之壓縮狀態，使前述原料中所含的氣體從前述第1排氣口排出，在前述第2混練區域中，令前述原料之搬送速度比前述第1排氣區域還要慢，並將前述原料一邊壓縮一邊混練，在前述第2排氣區域中，令前述原料之搬送速度比前述第2混練區域還要快，並緩和前述原料之壓縮狀態，使前述原料中所含的氣體從前述第2排氣口排出，在前述第3混練區域中，令前述原料之搬送速度比前述第2排氣區域還要慢，並將前述原料一邊壓縮一邊混練，在前述第3排氣區域中，令前述原料之搬送速度比前述第3混練區域還要快，並緩和前述原料之壓縮狀態，使前述原料中所含的氣體從前述第3排氣口排出，在前述導出區域中，將已通過前述第3排氣區域的原料從前述雙軸擠壓機導出，前述控制機構會驅動前述驅動機構，以使得前述第1混練區域中的溫度為100℃~150℃，前述第2混練區域中的溫度為180℃~280℃，前述第3混練區域中的溫度為260℃~320℃且會比前述第2混練區域還要高。
本發明之燃料製造方法中，在第1混練區域中，原料的溫度會被控制在100℃~150℃，在第1排氣區域中，原料中的水分會成為蒸氣而被排氣。又，在第2混練區域中，原料的溫度會被控制在180℃~280℃，原料中的溶解溫度低的合成樹脂等會被熱分解而產生可燃性氣體，並在第2排氣區域中被排氣至外部。再者，在第3混練區域中，原料的溫度會被控制在260℃~320℃，原料中的溶解溫度高的合成樹脂等會被熱分解而產生可燃性氣體，並在第3排氣區域中被排氣至外部。藉由該控制，可以將原料有效率地製作成碳化燃料。
本發明之燃料製造方法中，較理想的是在前述第3混練區域之下游側中，藉由前述螺桿之旋轉來賦予原料逆向的搬送力。像這樣，藉由在第3混練區域中賦予原料逆向的搬送力，可以賦予原料強大的壓縮力與剪力，從而以原料本身的熱量來使原料發熱。
根據以上的本發明之燃料製造裝置及燃料製造方法，可以將合成樹脂性資源或含有合成樹脂之廢棄物作為原料，以320℃以下之低溫來製造固體燃料。因此，根據本發明，可以在不需焚化處理設施等之情況下，將原料加以燃料化。
又，根據本發明之燃料製造裝置及燃料製造方法，可以回收在製造固體燃料時所產生的水蒸氣或可燃性氣體。因此，在透過燃料製造裝置製造燃料時，可以在不排出CO2 或CH4 、或是NOX 等氣體之情況下來製造燃料。
又，被製造之該燃料是可以使用在發電設施等的優良燃料，且可以將原本應廢棄的物質製作成燃料，因此和使用一般的石炭等燃料的情況相比較，可以降低成本或環境負荷。
用以實施發明之形態 接下來，針對本發明之實施形態的燃料製造裝置及燃料製造方法，參照圖1至圖11來進行說明。
圖1是顯示包含本實施形態之燃料製造裝置1的燃料製造系統100。此燃料製造系統100，除了燃料製造裝置1之外，還具備有分離器2、粉碎機3、與鍋爐4。
燃料製造裝置1是一種將含有合成樹脂之有機原料加以壓縮混練，藉此使該有機原料碳化，從而連續製造碳化燃料的裝置。此燃料製造裝置1如圖2所示，具備有驅動裝置(驅動機構)10、具有雙軸之螺桿的雙軸擠壓機20、控制裝置(控制機構)16、與冷卻器17。驅動裝置10具有馬達11、與動力傳達齒輪12。雙軸擠壓機20具備有螺桿21、殼體22、可投入原料的投入口23、複數個排氣口(第1排氣口24、第2排氣口25、第3排氣口26)、與可導出已被加工的物質的導出口27。
殼體22是一種內部形成有在軸方向視角下呈8字形之通路的構件(參照圖6)，且在內部收納螺桿21。又，殼體22中設置有上述投入口23、第1排氣口24、第2排氣口25、第3排氣口26、與導出口27。如此，在本實施形態中，排氣口設置於殼體22的3處。又，殼體22的外周設置有圖未示之水套(Water jacket)，且形成為可對以下說明之各區域進行溫度控制。
雙軸擠壓機20中，設置有投入口23的區域為導入區域31，投入口23與第1排氣口24之間為第1混練區域32，第1排氣口24附近的區域為第1排氣區域33。又，第1排氣口24與第2排氣口25之間為第2混練區域34，第2排氣口25附近的區域為第2排氣區域35。又，第2排氣口25與第3排氣口26之間為第3混練區域36，第3排氣口26附近的區域為第3排氣區域37。又，包含到第3排氣口26與導出口27的位置為止的區域為導出區域38。本實施形態中，第1混練區域32被設定為在軸方向上比第2混練區域34還要短，第2混練區域34被設定為在軸方向上比第3混練區域36還要短。
又，在殼體22中，針對導入區域31等之各區域，各別設置有檢測其下游側溫度的溫度感測器。具體而言，設在導入區域31中的是導入區域溫度感測器31t，設在第1混練區域32中的是第1混練區域溫度感測器32t，設在第2混練區域34中的是第2混練區域溫度感測器34t，設在第3混練區域36中的是第3混練區域溫度感測器36t，設在冷卻器17中的是冷卻器溫度感測器17t。
又，在殼體22中，在各排氣區域中設置有檢測排氣氣體溫度的溫度感測器。具體而言，設在第1排氣區域33中的是第1排氣區域溫度感測器33t，設在第2排氣區域35中的是第2排氣區域溫度感測器35t，設在第3排氣區域37中的是第3排氣區域溫度感測器37t。再者，在導出區域38之導出口27中，設置有檢測所生成之碳化燃料溫度的導出溫度感測器27t。
接下來，參照圖3~圖11，針對上述各區域之詳細構成來進行說明。圖3是顯示本實施形態之燃料製造裝置1之殼體22內所內藏的螺桿21之平面圖。螺桿21是2支相同形狀之螺桿並排設置，且透過動力傳達齒輪12被馬達11所驅動。各螺桿21的旋轉方向相同，且旋轉速度也相同。螺桿21是由旋轉軸21a與葉片構件210(211~225)所構成。
首先，導入區域31中，如圖4所示，螺桿21之葉片構件211是形成為一條螺旋狀。葉片構件211的相對於旋轉軸21a之角度，在側面視角下形成為大約60°，間距大約為1.5D(D為螺桿的直徑)。導入區域31的葉片構件211的形狀是上游側的面211a相對於旋轉軸21a的表面形成為大約90°，且下游側的面211b相對於旋轉軸21a的表面形成為大約50°。在本實施形態中，葉片構件211的相對於旋轉軸21a之角度是以成為90°的角度為最大，且，將螺桿21在旋轉時會使得所投入之原料被搬送至下游側的方向設為順向傾斜，且將被搬送至上游側的方向設為逆向傾斜。
第1混練區域32如圖5所示，區分為接連自導入區域31的上游側第1混練區域32a、與下游側第1混練區域32b。上游側第1混練區域32a中，螺桿21之葉片構件212是形成為2條螺旋狀。葉片構件212的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約70°，間距大約為1.0D。亦即，在第1混練區域32中，螺桿21之葉片構件212呈順向傾斜，且具有比導入區域31的葉片構件211傾斜更大的部分。
另一方面，下游側第1混練區域32b中，葉片構件213的形狀呈現出圖6所示之橢圓形(橄欖球狀)，此葉片構件213在旋轉軸21a的軸方向上設置有4片。此4片葉片構件213是往旋轉軸21a之旋轉方向改變角度並積層複數片於軸方向上而被固定。此配置排列可以是相鄰之每一葉片構件213依序以相同角度積層，也可以用不一致的角度來積層。又，下游側第1混練區域32b的螺桿21之葉片構件213在側面視角下的傾斜是形成為90°。
第1排氣區域33中，如圖7所示，螺桿21之葉片構件214的形狀是形成為2條螺旋狀。葉片構件214的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約70°，間距大約為1.0D。
第2混練區域34如圖8所示，區分為接連自第1排氣區域33的上游側第2混練區域34a、與下游側第2混練區域34b。上游側第2混練區域34a中，螺桿21之葉片構件215是形成為1條螺旋狀。葉片構件215的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約85°，間距大約為0.25D。
下游側第2混練區域34b中，螺桿21之葉片構件216的基本構成雖與下游側第1混練區域32b相同，但下游側第2混練區域34b的葉片構件216與下游側第1混練區域32b的葉片構件相比，厚度變得比較薄。另一方面，下游側第2混練區域34b中，與下游側第1混練區域32b相比，增加了葉片構件216的數量。藉此，下游側第2混練區域34b的軸方向的長度成為下游側第1混練區域32b的大約3倍。
第2排氣區域35中，如圖9所示，螺桿21之葉片構件217是形成為1條螺旋狀。葉片構件217的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約60°，間距大約為2.0D。第2排氣區域35的葉片構件217的形狀是截面為板狀(長方形)。
第3混練區域36如圖10所示，區分為接連自第2排氣區域35的上游側第3混練區域36a、中間第3混練區域36b、與下游側第3混練區域36c。上游側第3混練區域36a中，螺桿21之葉片構件218從上游側區分為2條寬間距的寬間距部36d、與1條窄間距的窄間距部36e。
寬間距部36d中，螺桿21之葉片構件218a成為2條寬間距，且間距大約為1.0D。窄間距部36e中，螺桿21之葉片構件218b的基本構成雖與上游側第2混練區域34a相同，但軸方向的長度成為上游側第2混練區域34a的大約2倍。中間第3混練區域36b中，螺桿21之葉片構件219與下游側第2混練區域34b相同，且軸方向的長度也相同。
下游側第3混練區域36c具有順向區域36f與逆向區域36g。順向區域36f的螺桿21之葉片構件220是與上游側第3混練區域36a的窄間距部36e相同的構成，逆向區域36g與順向區域36f在相對於旋轉軸21a之角度是相反的。逆向區域36g的螺桿21之葉片構件221的間距雖與順向區域36f相同，但軸方向的長度成為順向區域36f的1/2。
第3排氣區域37成為與圖9所示之第2排氣區域35相同的構造。具體而言，螺桿21之葉片構件222是形成為1條螺旋狀。葉片構件222的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約60°，間距大約為2.0D(D為螺桿的直徑)。又，此葉片構件222的形狀是截面為板狀(長方形)。
導出區域38如圖11所示，區分為接連自第3排氣區域37的上游側導出區域38a、與導出開口區域38b，導出開口區域38b之下游側設置有螺桿21之葉片構件的傾斜為逆向的逆向終端區域38c。
上游側導出區域38a中，螺桿21之葉片構件223的形狀與上游側第3混練區域36a的寬間距部36d在基本構成雖是共通的，但軸方向的長度會比寬間距部36d還要短。導出開口區域38b是開口於導出口27的區域，螺桿21之葉片構件224的形狀與上游側第3混練區域36a的窄間距部36e在基本構成雖是共通的，但軸方向的長度會比窄間距部36e還要長。上游側導出區域38a中，螺桿21之葉片構件223的傾斜會比導出開口區域38b的葉片構件223的傾斜還要小。逆向終端區域38c中，螺桿21之葉片構件225的形狀成為與下游側第3混練區域36c的逆向區域36g相同的構成。
接下來，關於使用本實施形態之燃料製造裝置1的燃料製造方法，針對將廢棄物作為原料的情形來進行說明。如圖1所示，成為原料的廢棄物W被投入分離器2，使得無機物(玻璃)等之異物C被去除。異物C被去除之後的廢棄物會被投入粉碎機3，粉碎成5mm左右的大小。
此成為原料的廢棄物W雖然內容物種類繁雜，但選擇的是以含有合成樹脂之有機廢棄物作為主要成分者，來作為被投入本實施形態之燃料製造裝置1的廢棄物。例如，含有塑膠製容器或保麗龍之類的發泡體等的廢棄物就有符合。含有合成樹脂之有機廢棄物的含量少的瓦礫等，不適合由本實施形態之燃料製造裝置1來處理。
又，廢棄物W之含水量較宜被調整為20%~60%。若含水量未達20%，即使投入燃料製造裝置1內也難以壓縮、混練。又，同樣地，若含水量超過60%，即使投入燃料製造裝置1內也難以使廢棄物W充分發熱。
用粉碎機3粉碎的原料M是以圖未示之輸送帶被搬送至燃料製造裝置1，並從投入口23被投入雙軸擠壓機20內。被投入雙軸擠壓機20內的原料M首先會被導入導入區域31內。導入區域31中，如圖4所示，螺桿21之葉片構件211是形成為1條螺旋狀，間距為1.5D，是比較寬的間距。因此，被投入的原料M會以較快的速度被搬送至接下來的第1混練區域32。
第1混練區域32中，藉由圖5所示之螺桿21，將以較快的速度被搬送過來的原料M進行混練及壓縮。上游側第1混練區域32a中，原料是藉由2條螺旋狀之葉片構件212而被混練。導入區域31中，葉片構件211為1條且間距為1.5D，又，間距在上游側第1混練區域32a中會變窄，因此原料M的搬送速度變慢，原料M會被一邊壓縮一邊混練。
接下來，藉由上游側第1混練區域32a被一邊壓縮、混練一邊搬送的原料M，會在下游側第1混練區域32b中，進一步被壓縮、混練。下游側第1混練區域32b中，會藉由圖6所示之在軸方向視角下呈橢圓形之葉片構件213而被混練。
下游側第1混練區域32b中，由於沒有藉由葉片構件213來產生朝下游側的搬送力，因此下游側第1混練區域32b內的原料會藉由從上游側第1混練區域32a被搬送的原料M而被一邊擠出一邊混練。另一方面，此第1混練區域32由於軸方向的長度比其他之第2混練區域34或第3混練區域36還要短，因此在此第1混練區域32中，藉由原料M的壓縮、混練所產生的熱會很少。此下游側第1混練區域32b中的原料M的溫度是藉由第1混練區域溫度感測器32t而被檢測，並藉由控制裝置16調整成其數值會成為100℃~150℃。
接下來，原料M會被搬送至第1排氣區域33。此第1排氣區域33中，如圖7所示，螺桿21之葉片構件214的形狀為1條螺旋狀，葉片構件214的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約70°，間距大約為1.0D。在此，被壓縮的原料M的搬送速度變快，使得壓縮狀態被緩和。
原料M由於在第1混練區域32中被壓縮、混練而發熱，因此被搬送至此第1排氣區域33而使得壓縮狀態被緩和後，原料M內的水分會蒸發成為水蒸氣S，並從第1排氣口24被排出至外部。另一方面，藉由第1混練區域32所產生的熱很少，原料M中所含之合成樹脂的成分還沒有揮發，因此合成樹脂的揮發成分不會從第1排氣口24被排出。
又，由於第1排氣區域33的上游側為第1混練區域32，且下游側為後述的第2混練區域34，因此原料M均成為壓縮的狀態。因此，含有在第1排氣區域33中所產生之水蒸氣S的氣體不會逆流至導入區域31，且不會行進至第2混練區域34。
接下來，原料M會被搬送至第2混練區域34。在此第2混練區域34中，首先被搬送至上游側第2混練區域34a。上游側第2混練區域34a中，螺桿21之葉片構件215為1條螺旋狀，葉片構件215的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約85°，間距大約為0.25D。
因此，在此上游側第2混練區域34a中，從第1排氣區域33被搬送過來的原料M的搬送速度會變慢，且使原料M被壓縮。又，葉片構件215的角度變得接近90°且間距較窄，因此原料M會被賦予強大的搬送力。
接下來，原料M會被搬送至下游側第2混練區域34b。在此下游側第2混練區域34b中，軸方向視角下呈橢圓形之葉片構件216被積層複數片於軸方向上，且沒有藉由葉片構件216來產生朝下游側的搬送力，因此下游側第2混練區域34b內的原料會藉由從上游側第2混練區域34a被搬送的原料M而被一邊擠出一邊混練。
又，此下游側第2混練區域34b由於軸方向的長度比下游側第1混練區域32b還要長，因此在此下游側第2混練區域34b中，會藉由原料M的壓縮、混練，對原料M施加很多的剪力或壓縮力，進而從原料M本身產生很多的熱。此時之原料M的溫度是藉由第2混練區域溫度感測器34t而被檢測，並藉由控制裝置16調整成其數值會成為180℃~280℃。
接下來，原料會被搬送至第2排氣區域35。此第2排氣區域35中，如圖9所示，螺桿21之葉片構件217的形狀為1條螺旋狀，葉片構件217的相對於旋轉軸21a之角度形成為大約60°，間距大約為2.0D。在此，藉由第2混練區域34被壓縮而加熱的原料M的搬送速度變快，使得壓縮狀態被緩和。
原料M由於在第2混練區域34中被壓縮、混練而加熱到180℃~280℃的溫度，因此在壓縮狀態被緩和後，從原料M熱分解所產生的可燃性氣體G1會噴出到此第2排氣區域35內。此時之可燃性氣體G1的成分雖視原料M之內容物成分而定，但碳氫化合物(hydrocarbon)會成為其主要成分。
又，由於第2排氣區域35的上游側為第2混練區域34，且下游側為第3混練區域36，因此原料M均成為被壓縮的狀態。因此，在第2排氣區域35所產生的可燃性氣體G1不會逆流至第2混練區域34，且不會行進至第3混練區域36。
接下來，原料M會被搬送至第3混練區域36。第3混練區域36如圖10所示，區分為上游側第3混練區域36a、中間第3混練區域36b、與下游側第3混練區域36c。
上游側第3混練區域36a中，首先原料M會被搬送至寬間距部36d。上游側的第2排氣區域35中，原料M的壓縮狀態雖已緩和，但此寬間距部36d中的螺桿21之葉片構件218a為2條，其間距大約為0.9D，因此通過此寬間距部36d的原料M的搬送速度變慢，從而慢慢被壓縮。像這樣，藉由寬間距部36d被壓縮某種程度的原料M，會藉由葉片構件218b之間距大約為0.25D的窄間距部36e而使搬送速度進一步變慢，從而被壓縮。
中間第3混練區域36b中，螺桿21之葉片構件219與下游側第2混練區域34b相同。因此，藉由上游側第3混練區域36a的窄間距部36e被壓縮而被施加強大搬送力的原料M會藉由通過此中間第3混練區域36b，對原料M施加很多的剪力或壓縮力，進而從原料M本身產生很多的熱。
在下游側第3混練區域36c中，是藉由順向區域36f來對原料M施加強大搬送力，該順向區域36f具有與上游側第3混練區域36a的窄間距部36e相同的窄間距。然後，原料M被搬送至逆向區域36g後，會在逆向區域36g中，對原料M施加與搬送方向逆向的搬送力。在此，在搬送力方面，由於順向區域36f的軸方向的長度成為逆向區域36g的長度的2倍，因此對原料M施加的搬送力在順向較大。
因此，在逆向區域36g中，因為對原料M施加逆向的搬送力的同時，原料M會往順向被搬送，所以會對原料M施加與葉片構件221之間的強大的摩擦力及剪力，故原料M的溫度成為高溫。此下游側第3混練區域36c中的原料M的溫度是藉由第3混練區域溫度感測器36t而被檢測，並藉由控制裝置16調整成其數值會成為260℃~320℃。此外，控制裝置16會進行控制，以使得第3混練區域36中的原料M的溫度會比第2混練區域34中的溫度還要高。
接下來，原料M會被搬送至第3排氣區域37。此第3排氣區域37中，由於螺桿21之葉片構件222的形狀與第2排氣區域35相同，因此即使是在此第3排氣區域37中，也會有從原料M產生的可燃性氣體G2噴出。在此第3排氣區域37中被回收之可燃性氣體的主要成分是氣體整體中所占的碳氫化合物成分的比例會比第2排氣區域還要高。這主要原因應該是在第3混練區域36中產生了比第2混練區域34還要高的熱。
接下來，原料M會被搬送至圖11所示之導出區域38。導出區域38中，原料M首先被搬送至上游側導出區域38a。上游側導出區域38a中，螺桿21之葉片構件223為2條，間距大約為0.9D。在上游側之第3排氣區域37中被緩和了壓縮力的原料M，會藉由此上游側導出區域38a而再次被壓縮且一邊被搬送至導出開口區域38b。
導出開口區域38b中，由於葉片構件224的間距大約為0.25D，因此原料M會進一步被一邊壓縮一邊搬送至下游側。又，導出開口區域38b中，由於在下方開有導出口27，因此被搬送過來的原料M會從此導出口27被導出至雙軸擠壓機20的外部。
在此，導出開口區域38b中，當存在有因為附著於螺桿21之葉片構件224等理由而沒有從導出口27被導出至外部的原料M時，該原料M會藉由設置於導出開口區域38b下游側之逆向終端區域38c的葉片構件225而被送回導出開口區域38b。藉此，即使存在有一度通過導出開口區域38b的原料M時，也會藉由逆向終端區域38c而再次被送回導出開口區域38b，並從導出口27被導出至外部。
從導出口27被導出的原料M如圖1及圖2所示，會被冷卻器17冷卻，並作為燃料F被搬出。冷卻器17中，會將以260℃~310℃之溫度被加工的原料M冷卻到大約200℃以下。冷卻器17的外周設置有圖未示之水套，在此水套內被加熱的水是作為鍋爐4的產生蒸氣用的水來使用。在鍋爐4中，會將可燃性氣體G1及G2作為燃料來使水蒸氣BS產生，並將此水蒸氣BS供給到發電機(圖未示)或空調機等。
此外，本發明並不限定於上述實施形態中所例示之構成。例如，排氣口雖然是以第1排氣口24、第2排氣口25及第3排氣口的3個排氣口為例子來進行說明，但並不限定於3個，也可以視必要性來追加排氣口。
1‧‧‧燃料製造裝置
2‧‧‧分離器
3‧‧‧粉碎機
4‧‧‧鍋爐
10‧‧‧驅動裝置
11‧‧‧馬達
12‧‧‧動力傳達齒輪
16‧‧‧控制裝置(控制機構)
17‧‧‧冷卻器
20‧‧‧雙軸擠壓機
21‧‧‧螺桿
21a‧‧‧旋轉軸
22‧‧‧殼體
23‧‧‧投入口
24‧‧‧第1排氣口
25‧‧‧第2排氣口
26‧‧‧第3排氣口
27‧‧‧導出口
31‧‧‧導入區域
32‧‧‧第1混練區域
33‧‧‧第1排氣區域
34‧‧‧第2混練區域
35‧‧‧第2排氣區域
36‧‧‧第3混練區域
37‧‧‧第3排氣區域
38‧‧‧導出區域
32a‧‧‧上游側第1混練區域
32b‧‧‧下游側第1混練區域
34a‧‧‧上游側第2混練區域
34b‧‧‧下游側第2混練區域
36a‧‧‧上游側第3混練區域
36b‧‧‧中間第3混練區域
36c‧‧‧下游側第3混練區域
36d‧‧‧寬間距部
36e‧‧‧窄間距部
36f‧‧‧順向區域
36g‧‧‧逆向區域
38a‧‧‧上游側導出區域
38b‧‧‧導出開口區域
38c‧‧‧逆向終端區域
17t‧‧‧冷卻器溫度感測器
27t‧‧‧導出溫度感測器
31t‧‧‧導入區域溫度感測器
32t‧‧‧第1混練區域溫度感測器
33t‧‧‧第1排氣區域溫度感測器
34t‧‧‧第2混練區域溫度感測器
35t‧‧‧第2排氣區域溫度感測器
36t‧‧‧第3混練區域溫度感測器
37t‧‧‧第3排氣區域溫度感測器
100‧‧‧燃料製造系統
210~225、218a、218b‧‧‧葉片構件
211a‧‧‧上游側之面
211b‧‧‧下游側之面
BS、S‧‧‧水蒸氣
C‧‧‧異物
D‧‧‧螺桿的直徑
F‧‧‧燃料
G1、G2‧‧‧可燃性氣體
M‧‧‧原料
W‧‧‧廢棄物
圖1是顯示包含本發明之燃料製造裝置的燃料製造系統的概要之說明圖。 圖2是顯示本發明之燃料製造裝置的概要之說明圖。 圖3是顯示本發明之燃料製造裝置中的雙軸擠壓機的螺桿之說明圖。 圖4是顯示圖3之螺桿之導入區域中的螺桿之葉片構件的形狀之說明圖。 圖5是顯示圖3之螺桿之第1混練區域中的螺桿之葉片構件的形狀之說明圖。 圖6是圖5之VI-VI線截面的參考圖。 圖7是顯示圖3之螺桿之第1排氣區域中的螺桿之葉片構件的形狀之說明圖。 圖8是顯示圖3之螺桿之第2混練區域中的螺桿之葉片構件的形狀之說明圖。 圖9是顯示圖3之螺桿之第2排氣區域及第3排氣區域中的螺桿之葉片構件的形狀之說明圖。 圖10是顯示圖3之螺桿之第3混練區域中的螺桿之葉片構件的形狀之說明圖。 圖11是顯示圖3之螺桿之導出區域中的螺桿之葉片構件的形狀之說明圖。

Claims (10)

  1. 一種燃料製造裝置，是將至少含有合成樹脂之有機原料加以壓縮混練，藉此使該有機原料碳化，從而連續製造碳化燃料的燃料製造裝置，其特徵在於： 具備：雙軸擠壓機，其具備雙軸螺桿及殼體，該雙軸螺桿是藉由驅動機構往相同方向以相同旋轉速度被驅動，該殼體可收納前述螺桿；及控制機構，進行前述驅動機構的控制， 前述螺桿具有：旋轉軸；及葉片構件，設置於前述旋轉軸的表面， 在前述殼體具有：投入口，可投入原料；導出口，可導出已被加工的物質；及複數個排氣口，設置於前述投入口與前述導出口之間， 前述排氣口從前述殼體之上游側以第1排氣口、第2排氣口及第3排氣口的順序至少設置於3處， 前述雙軸擠壓機具有：導入區域，從前述投入口到前述第1排氣口的上游為止；第1排氣區域，從前述第1排氣口的上游到下游為止；第2排氣區域，從前述第2排氣口的上游到下游為止；第3排氣區域，從前述第3排氣口的上游到下游為止；第1混練區域，設置於前述導入區域與前述第1排氣區域之間；第2混練區域，設置於前述第1排氣區域與前述第2排氣區域之間；第3混練區域，設置於前述第2排氣區域與前述第3排氣區域之間；及導出區域，包含從前述導出口的上游到前述導出口的位置為止， 前述螺桿之葉片構件在前述螺桿之側面視角當中相對於前述旋轉軸的角度方面，是以相對於前述旋轉軸成為90°的角度為最大，且，將前述螺桿在旋轉時會使得所投入之原料被搬送至下游側的方向設為順向傾斜，且將被搬送至上游側的方向設為逆向傾斜時， 前述導入區域具有順向傾斜，前述第1混練區域具有呈順向傾斜且比前述導入區域傾斜更大的部分， 前述第1排氣區域具有順向傾斜，前述第2混練區域具有呈順向傾斜且比前述第1排氣區域傾斜更大的部分， 前述第2排氣區域具有順向傾斜，前述第3混練區域具有呈順向傾斜且比前述第2排氣區域傾斜更大的部分， 前述第3排氣區域具有順向傾斜，前述導出區域具有呈順向傾斜且比前述第3排氣區域傾斜更大的部分， 前述控制機構會使前述驅動機構驅動，以使得前述第1混練區域中的下游側之溫度為100℃~150℃，前述第2混練區域中的下游側之溫度為180℃~280℃，前述第3混練區域中的下游側之溫度為260℃~320℃且會比前述第2混練區域還要高。
  2. 如請求項1之燃料製造裝置，其中前述第1混練區域被設定為在軸方向上比前述第2混練區域還要短，前述第2混練區域被設定為在軸方向上比前述第3混練區域還要短。
  3. 如請求項1或2之燃料製造裝置，其中前述第1混練區域具有：上游側第1混練區域，接連自前述導入區域；及下游側第1混練區域，設置於前述上游側第1混練區域與前述第1排氣區域之間， 前述上游側第1混練區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜比前述導入區域還要大， 前述下游側第1混練區域的前述螺桿之葉片構件是將軸方向視角下呈橢圓形之板構件往旋轉方向改變角度並積層複數片於軸方向上，且前述板構件的傾斜為90°。
  4. 如請求項1或2之燃料製造裝置，其中前述第2混練區域具有：上游側第2混練區域，接連自前述第1排氣區域；及下游側第2混練區域，設置於前述上游側第2混練區域與前述第2排氣區域之間， 前述上游側第2混練區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜比前述第1排氣區域還要大， 前述下游側第2混練區域的前述螺桿之葉片構件是將軸方向視角下呈橢圓形之板構件往旋轉方向改變角度並積層複數片於軸方向上，且前述板構件的傾斜為90°。
  5. 如請求項1或2之燃料製造裝置，其中前述第3混練區域具有：上游側第3混練區域，接連自前述第2排氣區域；下游側第3混練區域，接連到前述第3排氣區域；及中間第3混練區域，設置於前述上游側第3混練區域與前述下游側第3混練區域之間， 前述上游側第3混練區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜比前述第2排氣區域還要大， 前述中間第3混練區域的前述螺桿之葉片構件是將軸方向視角下呈橢圓形之板構件往旋轉方向改變角度並積層複數片於軸方向上，並且將前述板構件的傾斜設為90°， 前述下游側第3混練區域中，前述螺桿之葉片構件的傾斜為順向的順向區域被設置於上游側，前述螺桿之葉片構件的傾斜為逆向的逆向區域被設置於下游側。
  6. 如請求項5之燃料製造裝置，其中前述下游側第3混練區域的前述逆向區域被設定為在軸方向上比前述順向區域還要短。
  7. 如請求項1或2之燃料製造裝置，其中前述導出區域具有：上游側導出區域，接連自前述第3排氣區域；及導出開口區域，接連自前述上游側導出區域， 前述上游側導出區域的前述螺桿之葉片構件的傾斜被設定為比前述導出開口區域還要小。
  8. 如請求項7之燃料製造裝置，其中前述導出區域在前述導出開口區域之下游側更具有前述螺桿之葉片構件的傾斜為逆向的逆向終端區域。
  9. 一種燃料製造方法，用以製造碳化燃料，是藉由燃料製造裝置將至少含有合成樹脂之有機原料加以壓縮混練，藉此使該有機原料碳化，從而連續製造碳化燃料的燃料製造方法，其特徵在於： 前述燃料製造裝置具備：雙軸擠壓機，其具備雙軸螺桿及殼體，該雙軸螺桿是藉由驅動機構往相同方向以相同旋轉速度被驅動，該殼體可收納前述螺桿；及控制機構，進行前述驅動機構的控制， 前述螺桿具有：旋轉軸；及葉片構件，設置於前述旋轉軸的表面， 在前述殼體具有：投入口，可投入原料；導出口，可導出已被加工的物質；及複數個排氣口，設置於前述投入口與前述導出口之間， 前述排氣口從前述殼體之上游側以第1排氣口、第2排氣口及第3排氣口的順序至少設置於3處， 前述雙軸擠壓機具有：導入區域，從前述投入口到前述第1排氣口的上游為止；第1排氣區域，從前述第1排氣口的上游到下游為止；第2排氣區域，從前述第2排氣口的上游到下游為止；第3排氣區域，從前述第3排氣口的上游到下游為止；第1混練區域，設置於前述導入區域與前述第1排氣區域之間；第2混練區域，設置於前述第1排氣區域與前述第2排氣區域之間；第3混練區域，設置於前述第2排氣區域與前述第3排氣區域之間；及導出區域，包含從前述導出口的上游到前述導出口的位置為止， 在已藉由前述驅動機構驅動前述雙軸擠壓機的狀態下，將原料投入前述投入口， 將被投入的前述原料在前述導入區域中搬送至下游側， 在前述第1混練區域中，令前述原料之搬送速度比前述導入區域還要慢，並一邊壓縮一邊混練， 在前述第1排氣區域中，令前述原料之搬送速度比前述第1混練區域還要快，並緩和前述原料之壓縮狀態，使前述原料中所含的氣體從前述第1排氣口排出， 在前述第2混練區域中，令前述原料之搬送速度比前述第1排氣區域還要慢，並將前述原料一邊壓縮一邊混練， 在前述第2排氣區域中，令前述原料之搬送速度比前述第2混練區域還要快，並緩和前述原料之壓縮狀態，使前述原料中所含的氣體從前述第2排氣口排出， 在前述第3混練區域中，令前述原料之搬送速度比前述第2排氣區域還要慢，並將前述原料一邊壓縮一邊混練， 在前述第3排氣區域中，令前述原料之搬送速度比前述第3混練區域還要快，並緩和前述原料之壓縮狀態，使前述原料中所含的氣體從前述第3排氣口排出， 在前述導出區域中，將已通過前述第3排氣區域的原料從前述雙軸擠壓機導出， 前述控制機構會驅動前述驅動機構，以使得前述第1混練區域中的溫度為100℃~150℃，前述第2混練區域中的溫度為180℃~280℃，前述第3混練區域中的溫度為260℃~320℃且會比前述第2混練區域還要高。
  10. 如請求項9之燃料製造方法，其中在前述第3混練區域之下游側中，藉由前述螺桿之旋轉來賦予原料逆向的搬送力。
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