JP2024123992A - 除染装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた除染装置を提供する
【解決手段】除染装置１は、熱可塑性樹脂のフレークが投入されるように構成されており、内部を減圧して前記フレークにエネルギーを与えることで、前記フレークから汚染物質を除去するように構成された第１除染タンク１０と、第１除染タンク１０で処理された前記フレークが投入されるように構成されており、内部を減圧して前記フレークにエネルギーを与えることで、前記フレークから汚染物質を除去するように構成された第２除染タンク３０と、スクリュウ６１を有しており、第２除染タンク３０で処理された前記フレークをスクリュウ６１によって送り出す送り出し部６０とを備え、送り出し部６０の入口におけるフレークの最高温度が当該フレークの溶融温度を下回るように制御されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、合成樹脂の除染装置に関する。

一般にＰＥＴボトルなどと呼ばれる、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂を用いた合成樹脂製の容器が、各種飲料品、各種調味料等を内容物とする容器として広く利用されている。使用済みのＰＥＴボトルを回収し、これをリサイクル材として再利用し、再びＰＥＴボトルを製造することが行われている。例えば、特許文献１には、回収したＰＥＴボトルをフレーク状に粉砕し、除染装置を用いてこのフレークから汚染物質を除去し、除染したフレークを用いてプリフォームを作製することが開示されている。上述のような除染装置については、長時間連続運転時の処理能力の維持など、更なる高性能化が求められている。

特表２０１９－５１４７２８号公報

本発明は、優れた除染装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、除染装置は、熱可塑性樹脂のフレークが投入されるように構成されており、内部を減圧して前記フレークにエネルギーを与えることで、前記フレークから汚染物質を除去するように構成された第１除染タンクと、前記第１除染タンクで処理された前記フレークが投入されるように構成されており、内部を減圧して前記フレークにエネルギーを与えることで、前記フレークから汚染物質を除去するように構成された第２除染タンクと、スクリュウを有しており、前記第２除染タンクで処理された前記フレークを前記スクリュウによって送り出す送り出し部とを備え、前記送り出し部の入口における前記フレークの最高温度が当該フレークの溶融温度を下回るように制御されている。

本発明によれば、優れた除染装置を提供できる。

図１は、一実施形態に係る除染装置の構成例の概略を模式的に示す図である。 図２は、変形例に係る除染装置の構成例の概略を模式的に示す図である。

一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る除染装置１の構成例の概略を模式的に示す図である。除染装置１は、プラスチックのリサイクル材の除染を行うための装置である。リサイクル材は、使用済みプラスチックボトルを粉砕して洗浄することによって生成された熱可塑性樹脂のフレークである。

このフレークは、例えば、ＰＥＴボトルなどと呼ばれるポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂を用いた合成樹脂製の使用済み容器が回収され、粉砕、洗浄、乾燥等の処理を経て準備されたＰＥＴフレークである。ＰＥＴフレークは、例えば約８ｍｍ角の小片である。本実施形態の除染装置１は、長時間連続運転しても、処理能力が低下しないように工夫されている。

図１に示すように、除染装置１は、第１除染タンク１０と、第２除染タンク３０と、送り出し部６０とを備える。第１除染タンク１０と第２除染タンク３０とは類似の構成を有する。第１除染タンク１０と第２除染タンク３０において、フレークから汚染物質が除去される。除染されたフレークは、送り出し部６０から下流の工程へと供給される。送り出し部６０の下流には、例えば、射出成形機が設けられていてもよい。

第１除染タンク１０は、その内部でフレークの除染を行う第１タンク本体１１を有する。第１タンク本体１１には、第１真空ポンプ１６に接続された第１減圧管１５が設けられている。第１タンク本体１１内は、フレークの除染のため、第１真空ポンプ１６によって減圧される。

第１タンク本体１１の上部には、フレークが投入される第１投入部１２が設けられている。また、第１投入部１２には、２つの第１シャッター１３が設けられている。２つの第１シャッター１３が順に開閉することで、第１タンク本体１１内の真空を維持したまま、フレークは、第１タンク本体１１内に投入される。第１タンク本体１１内の所定高さまで堆積するように、フレークは、第１タンク本体１１内に投入される。

第１除染タンク１０内には、垂直に伸びる第１回転軸２１が設けられている。第１回転軸２１には、複数の羽根を含む第１羽根群２３が設けられている。第１回転軸２１は、例えばモータを含む第１駆動部２２によって軸周りに回転する。第１回転軸２１の回転によって、第１羽根群２３が回転することで、第１タンク本体１１内に堆積しているフレークは水平方向に攪拌される。このとき生じる摩擦熱によって、フレークは加熱され、フレークの温度は上昇する。すなわち、この例では第１羽根群２３を介して行われるように、フレークにエネルギーが与えられることで、フレークが加熱される。第１タンク本体１１内において、真空下でフレークが加熱されることで、フレークに含まれる汚染物質は揮発し、フレークは除染される。

第１タンク本体１１内は、例えば１０００Ｐａ以下に減圧される。また、フレークは、溶融することがないように、例えば１６０～２２０℃程度に加熱される。真空下でフレークが加熱されることで、水分が除去され、また、フレークに含まれる、例えば、アセトアルデヒド（ＡＡ）、ビスヒドロキシエチルテレフタレート（ＢＨＥＴ）、モノヒドロキシエチルテレフタレート（ＭＨＥＴ）、サイクリックトリマー（ＣＴ）等のオリゴマー、内容物由来のリモネンなどの低分子量の不純物成分が除去される。また、加熱によりフレークを形成するポリエステル系樹脂の固相重合反応が進行し、樹脂の固有粘度が回復する。

第１除染タンク１０の下部には、フレークを第１除染タンク１０から第２除染タンク３０へと搬送する転送装置２８が設けられている。第１除染タンク１０で除染されたフレークは、第１タンク本体１１に設けられた排出口から転送装置２８に入る。転送装置２８には、転送部スクリュウ２９が設けられている。転送部スクリュウ２９は、図示しないモータ等を含む駆動部によって軸周りに回転する。この転送部スクリュウ２９の回転によって、フレークは、第１タンク本体１１から第２除染タンク３０へと搬送される。

第２除染タンク３０は、上述の通り第１除染タンク１０と類似の構成を有する。すなわち、第２除染タンク３０は、その内部でフレークの除染を行う第２タンク本体３１と、２つの第２シャッター３３が設けられた第２投入部３２とを有する。また、第２除染タンク３０は、第２タンク本体３１内を減圧するために、第２タンク本体３１と第２真空ポンプ３６とを接続する第２減圧管３５を有する。転送装置２８によって搬送されたフレークは、第２タンク本体３１内の真空を維持したまま、第２タンク本体３１内に投入される。フレークは、第２タンク本体３１内の所定高さまで堆積するように、第２タンク本体３１内に投入される。

第２除染タンク３０内には、垂直に伸びる第２回転軸４１が設けられている。第２回転軸４１には、複数の羽根を含む第２羽根群４３が設けられている。第２羽根群４３に含まれる羽根の数はいくつであってもよい。図１に示す例では、第２羽根群４３は、第１羽根４４と、第２羽根４５と、第３羽根４６と、第４羽根４７との４つの羽根を有する。第２回転軸４１は、例えばモータを含む第２駆動部４２によって軸周りに回転する。第２回転軸４１の回転によって、第２羽根群４３が回転することで、第２タンク本体３１内に堆積したフレークは水平方向に攪拌され、摩擦熱が生じる。すなわち、この例では第２羽根群４３を介して行われるように、フレークにエネルギーが与えられることで、フレークが加熱される。このようにして、フレークは、第２除染タンク３０内でも汚染物質が除去される。

第２除染タンク３０の下部には、フレークを第２除染タンク３０から送り出す送り出し部６０が設けられている。第２除染タンク３０で除染されたフレークは、第２タンク本体３１に設けられた排出口から送り出し部６０に入る。例えば、第２除染タンク３０の最下部に設けられた第４羽根４７の回転により、フレークが送り出し部６０の入口へと送り込まれてもよい。送り出し部６０には、スクリュウ６１が設けられている。スクリュウ６１は、図示しないモータ等を含む駆動部によって軸周りに回転する。このスクリュウ６１の回転によって、フレークは、第２除染タンク３０から搬出される。

送り出し部６０の下流には、例えば射出成形機が設けられていてもよい。この場合、除染された熱可塑性樹脂のフレークは溶融させられ、溶融樹脂は射出成形機に供給される。

第２除染タンク３０の詳細についてさらに説明する。本実施形態に係る除染装置１では、送り出し部６０の入口におけるフレークの最高温度が、当該フレークの溶融温度を下回るように制御されている。ここで、フレークの最高温度がその溶融温度を下回るとは、温度が不均一である場合も、部分的にもフレークが溶融温度以上となっていないことを意図している。ＰＥＴフレークの場合、最高温度が例えば２４０℃未満となるように制御される。

仮に、部分的であっても送り出し部６０の入口においてフレークが溶融温度以上となってしまうと、溶融した樹脂がスクリュウ６１に溶着して蓄積し、動作時間の経過とともに送り出し部６０のフレークの送り出し能力が低下するなど、除染装置１の性能が低下するおそれがある。本実施形態では、このような性能低下が抑止されている。その具体的な方法は複数あり得るが、例えば、除染装置１は、以下のように構成されていてもよい。

例えば、第２除染タンク３０の内部におけるフレークへのエネルギー供給は、第２除染タンク３０の下方よりも第２除染タンク３０の上方の方が大きくなるように、第２除染タンク３０は構成されていてもよい。

例えば、第２羽根群４３の羽根は、第２回転軸４１と垂直な平面（本実施形態では水平面）に対する角度が大きい方が、角度が小さい場合よりも、フレークとの抵抗が大きくなり、フレークに与えるエネルギーが大きくなる。そこで、例えば、第２除染タンク３０の上方に配置された第１羽根４４及び第２羽根４５は、第２除染タンク３０の下方に配置された第３羽根４６及び第４羽根４７よりも、水平面に対して大きな角度を有するなど、フレークとの抵抗が大きい形状を有していてもよい。このように、第２除染タンク３０の上方と下方で羽根の形状を異なるものとすることで、フレークへのエネルギー供給を、第２除染タンク３０の下方よりも上方の方が大きくなるようにすることができる。

また、例えば、第２羽根群４３の羽根の回転速度が大きい方が、回転速度が小さい場合よりも、フレークに与えるエネルギーが大きくなる。そこで、例えば、第２回転軸４１の構成を、外管とその内部を通る内軸とを有する構成といったように、場所に応じて異なる回転速度で回転し得る構成とし、内軸に第１羽根４４及び第２羽根４５を固定し、外管に第３羽根４６及び第４羽根４７を固定する。第１羽根４４及び第２羽根４５を、第３羽根４６及び第４羽根４７よりも速く回転させることで、フレークへのエネルギー供給を、第２除染タンク３０の下方よりも上方の方が大きくなるようにすることができる。

あるいは、第２除染タンク３０は、例えば、第２除染タンク３０内の温度を測定するように構成された温度センサ５１と、第２羽根群４３の何れかの羽根の回転速度を制御するように構成された制御装置５２とをさらに備えていてもよい。制御装置５２は、送り出し部６０の入口におけるフレークの温度が当該フレークの溶融温度を下回るように、温度センサ５１による測定値に基づいて第２回転軸４１の回転速度を制御するように構成されていてもよい。例えば、制御装置５２は、温度センサ５１で計測されるフレークの温度が高くなった場合には、第２回転軸４１の回転速度を低下させるように構成されていてもよい。

あるいは、除染装置１は、第２除染タンク３０から送り出し部６０へとフレークが送られるときに、当該フレークの温度が上昇しないように構成されていてもよい。例えば、第２タンク本体３１の排出口と送り出し部６０の入口との間に段差があるなど抵抗があると、例えば第４羽根４７がフレークを第２タンク本体３１から送り出し部６０へと強く押し込む必要があり、そのときにフレークの温度が上昇する可能性がある。そこで、例えば、第２タンク本体３１の排出口と送り出し部６０の入口との間に段差がないようにしたり、送り出し部６０を第２タンク本体３１よりも低くしたりして、フレークが滑らかに第２除染タンク３０から送り出し部６０に入るように除染装置１は構成されていてもよい。

あるいは、送り出し部６０のスクリュウ６１への樹脂の溶着が生じにくいように、送り出し部６０に工夫が施されてもよい。例えば、スクリュウ６１の表面には、フレークが付着しにくいように表面処理が施されていてもよい。

あるいは、送り出し部６０は、例えば、送り出し部６０の入口の部分を冷却する冷却機構６５を備えていてもよい。冷却機構６５は、送り出し部６０の入口近傍のスクリュウ６１を冷却するために、入口近傍のスクリュウ６１の周囲に設けられた、冷却水が流れる冷却部６６を有していてもよい。冷却機構６５は、冷却水循環機構６７によって冷却部６６等に対して冷却水を循環させる。

あるいは、例えば、除染装置１は、フレークの除染を主に第１除染タンク１０で行うように構成されていてもよい。この場合、第２除染タンク３０は、フレークの除染については補助的に貢献し、送り出し部６０へのフレークの送り出し量の調整やフレークの温度の調整に貢献してもよい。

この場合、例えば、除染装置１は、第１除染タンク１０内のフレークの量が、第２除染タンク３０内のフレークの量よりも多くなるように構成されていてもよい。例えば、第１除染タンク１０内のフレークの量が第２除染タンク３０内のフレークの量よりも多くなるように、転送装置２８又は第２投入部３２は、第１除染タンク１０から第２除染タンク３０へと導入されるフレークの量を調整するように構成されており、転送装置２８又は第２投入部３２は、フレークの量を調整する調整機構として機能してもよい。

また、例えば、第１除染タンク１０内のフレークの量が第２除染タンク３０内のフレークの量よりも多くなるように、第１除染タンク１０の容量が第２除染タンク３０の容量よりも大きくてもよい。

あるいは、例えば、第１除染タンク１０の内部におけるフレークへのエネルギー供給量が、第２除染タンク３０の内部におけるフレークへのエネルギー供給よりも大きくてもよい。このため、上述の第１羽根群２３及び第２羽根群４３によるエネルギー供給量が調整されてもよい。エネルギー供給量の調整は、上述の通り例えば、羽根の形状の調整や、羽根の回転速度の調整で行われ得る。また、上述のとおり、第１除染タンク１０では、第１羽根群２３を用いてフレークにエネルギーが供給され、一方で、第２除染タンク３０にはヒーターが設けられてこのヒーターによってフレークにエネルギーが供給されてもよい。ヒーターによるフレークへのエネルギー供給は、フレークを保温する程度であってもよい。この場合、第２羽根群４３は、発熱のためではなく、例えば送り出し部６０へとフレークを送り込むために用いられてもよい。

なお、フレークへのエネルギー供給は、第１羽根群２３又は第２羽根群４３によらず、ヒーターによって行われてもよい。すなわち、第１除染タンク１０の内部におけるフレークへのエネルギー供給は、第１羽根群２３によって行われてもよいし、ヒーターによって行われてもよいし、第１羽根群２３とヒーターとの両方によって行われてもよい。同様に、第２除染タンク３０の内部におけるフレークへのエネルギー供給は、第２羽根群４３によって行われてもよいし、ヒーターによって行われてもよいし、第２羽根群４３とヒーターとの両方によって行われてもよい。ここで、上述のとおり、第２除染タンク３０の内部におけるフレークへのエネルギー供給は、フレークを保温する程度であってもよく、このため、エネルギー供給がヒーターによって行われてもよい。

あるいは、図２に示すように、除染装置１は、第２除染タンク３０と送り出し部６０との間に、中間タンク７０がさらに設けられてもよい。中間タンク７０は、フレークを一時的にためるように構成されている。中間タンク７０によって、送り出し部６０へのフレークの送り出し量が調整されたり、フレークの温度が調整されたりしてもよい。このため、中間タンク７０は、ヒーター７１と、温度センサ７２と、温度センサ７２が検出した温度に基づいてヒーター７１の動作を制御する制御装置７３とを有していてもよい。中間タンク７０は、送り出し部６０へフレークを導入する導入部７４を有していてもよい。中間タンク７０が真空に維持されるように、中間タンク７０にも真空ポンプと減圧管が設けられてもよい。また、第２タンク本体３１から中間タンク７０への経路にも、シャッターが設けられてもよい。

送り出し部６０の入口におけるフレークの最高温度が当該フレークの溶融温度を下回るように制御するいくつかの手段の例を示した。これらの手段は、適宜に組み合わせて用いられ得る。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。

１：除染装置
１０：第１除染タンク、１１：第１タンク本体、１２：第１投入部、１３：第１シャッター、１５：第１減圧管、１６：第１真空ポンプ、２１：第１回転軸、２２：第１駆動部、２３：第１羽根群
２８：転送装置、２９：転送部スクリュウ
３０：第２除染タンク、３１：第２タンク本体、３２：第２投入部、３３：第２シャッター、３５：第２減圧管、３６：第２真空ポンプ、４１：第２回転軸、４２：第２駆動部、４３：第２羽根群、４４：第１羽根、４５：第２羽根、４６：第３羽根、４７：第４羽根
５１：温度センサ、５２：制御装置
６０：送り出し部、６１：スクリュウ、６５：冷却機構、６６：冷却部、６７：冷却水循環機構
７０：中間タンク、７１：ヒーター、７２：温度センサ、７３：制御装置、７４：導入部

Claims (13)

1. 熱可塑性樹脂のフレークが投入されるように構成されており、内部を減圧して前記フレークにエネルギーを与えることで、前記フレークから汚染物質を除去するように構成された第１除染タンクと、
   前記第１除染タンクで処理された前記フレークが投入されるように構成されており、内部を減圧して前記フレークにエネルギーを与えることで、前記フレークから汚染物質を除去するように構成された第２除染タンクと、
   スクリュウを有しており、前記第２除染タンクで処理された前記フレークを前記スクリュウによって送り出す送り出し部と
   を備え、
   前記送り出し部の入口における前記フレークの最高温度が当該フレークの溶融温度を下回るように制御されている、
   除染装置。
2. 前記第２除染タンクの内部における前記フレークへのエネルギー供給は、前記第２除染タンクの下方よりも前記第２除染タンクの上方の方が大きくなるように構成されている、請求項１に記載の除染装置。
3. 前記第２除染タンクは、前記第２除染タンクの内部の上方と下方とにそれぞれ少なくとも１つずつ、中心軸周りに回転可能であり前記フレークを攪拌するように構成された羽根を備え、
   前記第２除染タンクの内部における前記フレークへのエネルギー供給は、前記第２除染タンクの下方よりも前記第２除染タンクの上方の方が大きくなるように、前記上方の羽根は前記下方の羽根よりも前記フレークとの抵抗が大きい形状を有する、又は、前記上方の羽根は前記下方の羽根よりも速く回転する、
   請求項２に記載の除染装置。
4. 前記第１除染タンク内の前記フレークの量は、前記第２除染タンク内の前記フレークの量よりも多くなるように構成されている、請求項１乃至３の何れかに記載の除染装置。
5. 前記第１除染タンク内の前記フレークの量は前記第２除染タンク内の前記フレークの量よりも多くなるように、前記第１除染タンクから前記第２除染タンクへと導入される前記フレークの量を調整する調整機構を備える、請求項４に記載の除染装置。
6. 前記第１除染タンク内の前記フレークの量は前記第２除染タンク内の前記フレークの量よりも多くなるように、前記第１除染タンクの容量は、前記第２除染タンクの容量よりも大きい、請求項４に記載の除染装置。
7. 前記第１除染タンクの内部における前記フレークへのエネルギー供給量は、前記第２除染タンクの内部における前記フレークへのエネルギー供給量よりも大きい、請求項１に記載の除染装置。
8. 前記第１除染タンクは、中心軸周りに回転可能であり前記フレークを攪拌するように構成された羽根とヒーターとの少なくとも一方を備え、
   前記第２除染タンクは、前記第２除染タンクを保温するためのヒーターを備える、
   請求項７に記載の除染装置。
9. 前記第２除染タンクは、
   前記第２除染タンク内の温度を測定するように構成された温度センサと、
   中心軸周りに回転可能であり前記フレークを攪拌するように構成された羽根と、
   前記送り出し部の入口における前記フレークの最高温度が当該フレークの溶融温度を下回るように、前記温度センサによる測定値に基づいて前記羽根の回転速度を制御するように構成された制御装置と
   を備える、請求項１乃至３の何れかに記載の除染装置。
10. 前記第２除染タンク及び前記送り出し部は、前記第２除染タンクから前記送り出し部へと前記フレークが送られるときに前記フレークの温度が上昇しない形状を有する、請求項１乃至３の何れかに記載の除染装置。
11. 前記送り出し部は、当該送り出し部の入口の部分を冷却する冷却機構を備える、請求項１乃至３の何れかに記載の除染装置。
12. 前記第２除染タンクと前記送り出し部との間に設けられた、前記フレークを一時的にためるための中間タンクをさらに備える、請求項１に記載の除染装置。
13. 前記スクリュウの表面には、前記フレークが付着しにくいように表面処理が施されている、請求項１乃至３の何れかに記載の除染装置。
    
    

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