JP5557631B2

JP5557631B2 - 水中カット造粒装置

Info

Publication number: JP5557631B2
Application number: JP2010158739A
Authority: JP
Inventors: 達人長岡; 眞彦柏
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: US20120012686A1; US8974209B2; DE102011079028B4; JP2012020438A; CN102328359A; DE102011079028A1

Description

本発明は、樹脂ペレットを製造する水中カット造粒装置に関する。

水中カット造粒装置は、切断装置と、この切断装置よりも高い位置に設置された分離装置と、この分離装置の下方に設置されたタンクとを有している。これら切断装置、分離装置、タンクの相互間は給水接続されており、水中カット造粒装置の全体として、水の循環経路が形成されるようになっている（例えば、特許文献１等参照）。
切断装置は、樹脂混練機から加圧供給される溶融樹脂を水室内で細かく切断して、ペレットにする。このペレットは水と共に水室から排出され、分離装置へと送り出される。分離装置は、切断装置の水室から水と共に送り出されたペレットを、水から分離するためのものである。また、タンクは、分離装置から排出された水を暫時的に貯留する。タンクを出た水は、所定の温度まで冷却された後、再び切断装置の水室へと供給されるようになっている。

なお、切断装置から分離装置へと送られる水は、ペレットを搬送する作用があるために搬送水と呼ばれているが、以下では、水中カット造粒装置の全体として循環する水を、全て（即ち、分離装置からタンク、及び切断装置へと戻される水を含んで）搬送水と呼ぶことにする。

特開２００６−１１０７７７号公報

前述した如く、切断装置よりも分離装置の設置位置を高くしているのは、切断装置の水室内でキャビテーションが発生するのを防止（背圧を付与）し、また搬送水の搬送距離をある程度、長くして水温を可及的に冷却させることなどが理由である。
このため分離装置は、切断装置が設置された建物の上層階など、切断装置よりも高所となる位置に設置され、結果として分離装置とタンクとの高低差も大きくなっている。例えば、切断装置の水室から分離装置へ向けて吐出される水量が６００ｍ³／ｈを超えるような大型の水中カット造粒装置では、分離装置からタンクまでの高低差が２０〜３０ｍにも及ぶことがある。

従来、分離装置からタンクへ送られる搬送水からは、何らエネルギーの回収はされておらず、ここに位置エネルギーの無駄が生じていた。
一方、切断装置の水室内は、溶融樹脂の切断に好適となるように、おおよそ５０℃〜８０℃程度で一定になるように制御されている。従って、切断装置の水室から（分離装置へ向けて）吐出される搬送水の水温は、９０℃又はそれ以上の温度となっている。

そのため、この搬送水をタンク経由で再び切断装置の水室へと供給する経路途中に冷却装置（熱交換器）を設置して、搬送水の温度を５０℃程度まで冷却していた。この熱交換器で放熱されることになる熱量、すなわち、搬送水が切断装置の水室内で溶融樹脂から吸収した熱量は、何ら利用されておらず、ここに熱エネルギーの無駄が生じていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、搬送水が高所に揚水されたことで生じている位置エネルギーや、搬送水が溶融樹脂から吸収した熱エネルギーなどを回収して再利用できるようにすることで、省エネルギー化が図れるようにした水中カット造粒装置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。
即ち、本発明に係る水中カット造粒装置は、ダイから押し出される溶融樹脂を水室内でカッタにより切断してペレットにする切断装置と、この切断装置の水室から搬送水と共に下流へ送り出されたペレットを搬送水から分離する分離装置と、この分離装置の下方に設置されて分離装置から排出された搬送水を貯留するタンクとを有すると共に、このタンクと前記水室との間で搬送水を循環させるように循環経路が形成されている水中カット造粒装置において、前記水室の下流側に形成されている戻り側循環経路に、該経路を構成する配管又はタンクに取り付けられ、該経路内を上から下へ流れ落ちる搬送水のエネルギーで発電する水力発電装置及び該経路内にある搬送水の有する熱量を元に発電を行う熱電発電装置の少なくとも一方が設けられていることを特徴とする。

水力発電装置は、例えば、高所設置の分離装置からその下方に設置されたタンクへ向けて搬送水が流下する経路などへ設けることができる。この水力発電装置を具備した構成とすれば、上から下へ流れ落ちる搬送水のエネルギーにより、この水力発電装置において発電が行われることになる。従って、発電された電気を種々の用途に使用することができ、エネルギーの有効利用となる。

一方、熱電発電装置は、水室の下流側であって好ましくは水室の出口に近い経路へ設けるとよいが、水室の下流側に形成される経路内、すなわち水室の出口を起点とし、この水室よりも下流側に設けられるポンプの入口を終点とする戻り側循環経路であり、該経路を構成する配管又はタンクに取り付けられるものであれば、設置箇所を特に詳細に限定されるものではない。この熱電発電装置を具備した構成とすれば、搬送水の有する熱量から、この熱電発電装置において発電が行われることになる。従って、発電された電気を種々の用途に使用することができ、エネルギーの有効利用となる。

言うまでもなく、水力発電装置及び熱電発電装置の両方を具備した構成とすれば、上から下へ流れ落ちる搬送水のエネルギーと、搬送水の有する熱量との両方から、発電が可能となり、更なるエネルギーの有効利用ができる。
なお、前記熱電発電装置が、熱電素子であればよい。

本発明に係る水中カット造粒装置は、搬送水が高所に揚水されたことで生じる位置エネルギーや、搬送水が溶融樹脂から吸収した熱エネルギーなどを回収して再利用できるものであり、その結果として省エネルギー化を図ることができる。

本発明に係る水中カット造粒装置の第１実施形態を模式的に示した側面図である。本発明に係る水中カット造粒装置の第２実施形態を模式的に示した側面図である。本発明に係る水中カット造粒装置の第３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、本発明に係る水中カット造粒装置１の第１実施形態を示している。
この水中カット造粒装置１は、切断装置２と、分離装置３と、タンク４とを有している。分離装置３は、切断装置２よりも高い位置に設置されている。また、この分離装置３の下方にタンク４が設置され、タンク４の出側にポンプ２０が設置されている。

切断装置２の出側と分離装置３の入側との相互間は第１配管５によって接続されており、分離装置３の出側とタンク４の入側との相互間は第２配管６によって接続されており、タンク４の出側とポンプ２０の入側との相互間は第３配管７によって接続されており、ポンプ２０の出側と切断装置２の入側との相互間は第４配管８によって接続されている。
このようにこの水中カット造粒装置１は、装置全体（切断装置２、分離装置３及びタンク４）が、搬送水を循環させることのできる循環経路として形成されたものである。

そして、切断装置２の出側とポンプ２０の入側との間、すなわち戻り側循環経路中における上下間、更に言えば、分離装置３の出側とタンク４の入側との上下間（第２配管６の経路中）に、上から下への搬送水の流れで発電する水力発電装置１０が設けられている。
次に、各装置の構成を詳しく説明する。
切断装置２はハウジング１２を有しており、このハウジング１２の内部には水室１１が形成されるようになっている。このハウジング１２の一方側は、水室１１内に面するようにして設けられたダイ（図示略）によって構成されており、またハウジング１２の他方側には、水室１１内でダイへ向けて進退可能で且つ回転可能なカッタ（図示略）が設けられている。ダイは略円板状であって、貫通する多数のノズルがほぼ等間隔に設けられている。このダイの一次側には、ギヤポンプや押出機等の樹脂供給装置１３が接続されている。また、この樹脂供給装置１３がギヤポンプの場合には、更に一次側に樹脂混練機１４が連結されている。

従って、樹脂混練機１４により溶融され、且つ混練された溶融樹脂が、樹脂供給装置１３を経て切断装置２側へ供給されると、切断装置２の水室１１内では、ダイの各ノズルから溶融樹脂が一定の断面形状を保持しつつ連続的に吐出され、この溶融樹脂が、回転するカッタにより細かく切断されてペレットとされる。このペレットは、水と共に水室１１から第１配管５を介して分離装置３へと送り出される。

これら切断装置２、樹脂供給装置１３及び樹脂混練機１４などは、例えば建物の１階に互いに同じ高さで設置されている。
分離装置３は、搬送水は通すが、ペレットは通さない程度のスリットや選別孔などが多数形成された選別部１５を有した水槽とされており、選別部１５の二次側や槽下端部に、搬送水だけを排出する出口部３ａ，３ｂが設けられている。

従って、切断装置２の水室１１から搬送水と共に送り出されたペレットは、この分離装置３にて搬送水から分離されることになる。選別部１５にて分離されたペレットは、この分離装置３の近傍に設置されたペレット乾燥機１６へと送られ、乾燥される。一方で、ペレットが分離除去された後の搬送水は、分離装置３の出側（出口部３ａ，３ｂ）から第２配管６を介してタンク４へ向けて排出される。

この分離装置３は、前記したように切断装置２よりも高く設置されている。例えば、切断装置２が建物の１階に設置されている場合に、この分離装置３は同じ建物の２階又はそれよりも上層階に設置される。この分離装置３が切断装置２よりも高く設置されていることで、切断装置２の出側と分離装置３の入側との相互間を接続している第１配管５中の搬送水を介して、切断装置２の水室１１内に背圧が付与されるようになる。そのため、この水室１１内でキャビテーションが発生することは防止される。また第１配管５による搬送距離を利用して、搬送水が放熱（冷却）される。

タンク４は、分離装置３から排出された搬送水を暫時的に貯留するためのものである。このタンク４は、前記したように分離装置３の下方、例えば、分離装置３に対して２０〜３０ｍ下方となるように設置されている。
なお、このタンク４の出側と切断装置２の入側との相互間を接続している第３配管７（戻り側循環経路の一部）及び第４配管８（送り側循環経路）の経路中には、ポンプ２０と熱交換器２１とが設けられている。言うまでもなく、ポンプ２０は搬送水に送水圧を付与するところであり、熱交換器２１は搬送水を冷却する冷却装置である。熱交換器２１では水冷方式などが採用されており、９０℃程度の搬送水をおおよそ５０℃程度まで冷却する。

また、ポンプ２０の出側と切断装置２の入側との相互間を接続している第４配管８には、その経路途中に三方弁２５が設けられている。この三方弁２５とタンク４との相互間も、第４配管８とは別に、第５配管２６によって接続されている。
この三方弁２５において、第４配管８を連通状態にしてタンク４の出側から、ポンプ２０を介して切断装置２の水室１１へ搬送水を供給するようにした場合には、熱交換器２１により冷却された後（５０℃程度）の搬送水が水室１１へ供給され、切断装置２により切断が開始される。これに対し、三方弁２５を切り換えて第５配管２６からタンク４に搬送水を戻し、切断装置２の水室１１へ搬送水を供給しないようにした場合に、切断装置２による切断は停止する。このような三方弁２５の切り換えを必要に応じて行って、水室１１内への搬送水の供給と停止を行う。

水力発電装置１０は、分離装置３から排出されてタンク４へ向けて流下する搬送水の流れを受けて回転する水車（図示略）を備えたもので、この水車の回転で発電機（図示略）を回転駆動させ、この発電機によって発電する構成となっている。
水車の回転を安定させ、場合によっては可変制御するための調速機（図示略）を、水車の回転支持部に設けるのが好適である。また、発電機により発電された電気の位相、周波数、電圧などを所定のものとし、外部に戻すための回生装置３０を発電機に対して接続した構成にしておけばよい。

なお、回生装置３０によって取り出される電気（直流又は交流）の活用方法は何ら限定されるものではない。例えば、水中カット造粒装置１において、各種制御用の電力として利用してもよいし、周辺機器への駆動電力、建物内の照明や空調用電力として利用してもよい。勿論、送電施設へ回帰させる（いわゆる電力会社への売電をする）ようにしてもよい。

次に、水中カット造粒装置１の動作について説明する。
いま、タンク４に貯留されている搬送水が、ポンプ２０によって、送り側循環経路である第４配管８を介して切断装置２の水室１１へ供給されているとする。また、樹脂混練機１４及び樹脂供給装置１３を経て溶融樹脂が切断装置２へ供給され、切断装置２の水室１１内でペレットが製造されているものとする。

水室１１内の温度は、熱交換器２１を経由して冷却された搬送水の温度と、切断装置２の水室１１内で溶融樹脂から吸収される温度と、更に、熱交換器２１の一次冷却水側の配管ＣＷに設けられた温度調節弁２７により、第３配管７上に設置した温度センサー２８及び温度制御器２９を用いて管理される温度とによって、溶融樹脂の切断に最適な温度（５０℃〜８０℃）に保持されている。

従って、切断装置２のから吐出される搬送水の温度も、９０℃程度で安定したものとなっている。
水室１１内で製造されたペレットは搬送水と共に水室１１から送り出される。ペレットを含む搬送水は、第１配管５に導かれて分離装置３が設置された高さまで揚水され、そのうえでこの分離装置３へと送り込まれることになる。

この搬送水が分離装置３内を通過することで、搬送水からペレットが分離され、その後、ペレットだけがペレット乾燥機１６へと送られ、乾燥される。一方で、ペレットを分離された後の搬送水は、分離装置３の出側（出口部３ａ，３ｂ）から第２配管６を介してタンク４へ向けて排出（流下）される。
この第２配管６を流下する搬送水は、タンク４に至る前に水力発電装置１０内を通り、この水力発電装置１０が備える水車を回転駆動させる。そのため、この水力発電装置１０において発電される。

水力発電装置１０には回生装置３０が電気的に接続されており、水力発電装置１０で発電された電気は、回生装置３０で位相、周波数、電圧などが整えられた後、各種の電源として供給されることになる。
この水力発電装置１０による発電の具体例は次のようになる。
タンク４と分離装置３との高低差Ｈが２５（ｍ）の場合であって、第１配管５内を流れる搬送水の水量Ｑを約０．１９４（ｍ³／ｓｅｃ）すなわち７００（ｍ³／ｈ）とするとき、水力発電装置１０の出力Ｐ（ｋＷ）を次式により求める。

Ｐ＝９．８×Ｑ×Ｈ×μＧ×μＴ
但し：μＧは発電装置効率、μＴは水車効率である。
ここではμＧ×μＴ＝０．８５を採用する。

結果、水力発電装置１０により約４０ｋＷの出力が得られることが判る。
以上の説明から明かなように、本第１実施形態の水中カット造粒装置１では、分離装置３からタンク４へ向けて送られる（流下する）搬送水の流れによって水力発電装置１０が発電する構成である。従って、この水力発電装置１０で発電された電気を種々の用途に使用することができる。

すなわち、本第１実施形態の水中カット造粒装置１では、切断装置２から高所設置の分離装置３へ向けて搬送水を揚水させることに伴って生じる搬送水の位置エネルギーについて、その有効利用が図られる。
［第２実施形態］
図２は、本発明に係る水中カット造粒装置１の第２実施形態を示している。

この第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、更に、熱電発電装置４０が設けられたものとなっている。
熱電発電装置４０は、搬送水の有する熱量を元に発電を行うためのものであって、例えば、熱電素子により構成されている。
この熱電発電装置４０は、切断装置２(水室１１)の出側とポンプ２０の入側との間であれば、特に、その設置位置が限定されるものではない。第２実施形態では、切断装置２の水室１１に可及的に近い配置とするために、第１配管５において切断装置２側から上方へ立ち上がる部分に、この熱電発電装置４０を配置している。このようにすることで、水室１１内で溶融樹脂から吸収した熱を最大限に発電に利用できることになる。

熱電発電装置４０は、第１配管５の外周面に接触させる状態で配備させるのが好適である。
その理由は、熱電発電装置４０を第１配管５の内部へ設けた場合には、シール構造の複雑化等により第１配管５内の管路抵抗が大きくなったり、搬送水内の樹脂滓の溜まりによるプロセスへの悪影響が懸念されたり、熱電発電装置４０のメンテナンスが面倒になったり、熱電発電装置４０が水分により腐食や短絡などを起こしやすくなったりするためである。すなわち、熱電発電装置４０を第１配管５の外部へ設けることで、これらの不具合を防止できる。但し、これらの不具合を確実に回避できる構造を採用する場合には、熱電発電装置４０を第１配管５の内部（搬送水に接触する配置）に設けてもよい。

この熱電発電装置４０には変換装置４１が電気的に接続されており、熱電発電装置４０で発電された電気は、変換装置４１で位相、周波数、電圧などが整えられた後、各種の電源として供給されることになる。
このように、第２実施形態の水中カット造粒装置１では、水力発電装置１０だけでなく、搬送水の有する熱量を元に発電を行う熱電発電装置４０をも設けた構成である。従って、この熱電発電装置４０で発電された電気をも種々の用途に使用することができる。

すなわち、本第２実施形態の水中カット造粒装置１では、切断装置２から高所設置の分離装置３へ向けて搬送水を揚水させることに伴って生じる搬送水の位置エネルギーについて、その有効利用が図られていると共に、尚かつ、切断装置２の水室１１内で搬送水が溶融樹脂から吸収した熱エネルギーについて、その有効利用が図られているものである。
なお、熱エネルギーの有効利用について、換言すれば、搬送水をタンク４に貯留している間の放熱や、タンク４の下流側にて熱交換器２１で搬送水を冷却させることに伴う熱エネルギーの損失を、事前に回収したものということができる。
［第３実施形態］
図３は、本発明に係る水中カット造粒装置１の第３実施形態を示している。

この第３実施形態では、切断装置２（水室１１）の出側とポンプ２０の入側との間に、熱電発電装置４０のみが設けられたものとなっている。
このように、水力発電装置１０を省略し熱電発電装置４０のみを設けた構成とするだけでも、搬送水に生じた熱エネルギーの有効利用が図られるものである。なお、熱電発電装置４０を配備するだけであるために、その配備位置は分離装置３とタンク４との相互間（第２配管６の中途部）や、タンク４自体や、タンク４とポンプ２０との相互間（第３配管７の中途部）などとしてもよい。

なお、タンク４は大量の搬送水を貯留しているので、タンク４自体に熱電発電装置４０を取り付けることで、タンク４に貯留している間のタンク４からの放熱に伴う熱エネルギーの損失を効果的に回収することができる。
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。

例えば、水中カット造粒装置１、および水中カット造粒装置１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
水力発電装置１０において、分離装置３とタンク４との相互間における設置高さは、特に限定されるものではない。また、この水力発電装置１０や回生装置３０の細部構造、出力などは、限定されない。

切断装置２における水室１１の出側から、分離装置３を経ないでタンク４の入側へ搬送水を導くようなバイパス配管（戻り側循環経路に含まれる）を設けることが可能である。このようなバイパス配管を設ける場合には、このバイパス配管に水力発電装置１０や熱電発電装置４０を設けることが可能である。
熱電発電装置４０や変換装置４１の細部構造、出力などは、限定されない。

１水中カット造粒装置
２切断装置
３分離装置
４タンク
１０水力発電装置
１１水室
１３樹脂供給装置
１４樹脂混練機
４０熱電発電装置

Claims

ダイから押し出される溶融樹脂を水室内でカッタにより切断してペレットにする切断装置と、この切断装置の水室から搬送水と共に下流へ送り出されたペレットを搬送水から分離する分離装置と、この分離装置の下方に設置されて分離装置から排出された搬送水を貯留するタンクとを有すると共に、このタンクと前記水室との間で搬送水を循環させるように循環経路が形成されている水中カット造粒装置において、
前記水室の下流側に形成されている戻り側循環経路に、該経路内を上から下へ流れ落ちる搬送水のエネルギーで発電する水力発電装置及び該経路を構成する配管又はタンクに取り付けられ、該経路内にある搬送水の有する熱量を元に発電を行う熱電発電装置の少なくとも一方が設けられていることを特徴とする水中カット造粒装置。
前記熱電発電装置が、熱電素子であることを特徴とする請求項１に記載の水中カット造粒装置。