特開 2024-149385 複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置および回収方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024149385

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置および回収方法

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/40 20220101AFI20241010BHJP

   B09B 3/35 20220101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

B09B3/40

B09B3/35 ZAB

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024017959

(22)【出願日】2024-02-08

(31)【優先権主張番号】10-2023-0044781

(32)【優先日】2023-04-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】507002918

【氏名又は名称】ドゥサン エナービリティー カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チョ、スン ジン

【テーマコード（参考）】

4D004

【Ｆターム（参考）】

4D004AA50

4D004BA01

4D004CA03

4D004CA04

4D004CA24

4D004CB09

4D004CB13

4D004CB15

4D004DA03

4D004DA06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】単一工程で廃ブレードから炭素繊維およびガラス繊維をそれぞれ回収することができる装置及び方法を提供する。
【解決手段】廃ブレードを破砕する破砕モジュールと、破砕された前記廃ブレードを圧延する圧延モジュールとを備える前処理ユニットと、前処理された前記廃ブレードを一次熱分解する第１反応ユニットと、前記一次熱分解された前記廃ブレードを二次熱分解する第２反応ユニットと、前記二次熱分解された結果物を第１物質と第２物質とに分離する分離部と、前記第１物質が収容される第１チャンバと、前記第２物質が収容される第２チャンバとを備える分離ユニットと、を含むことを特徴とする複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃ブレードを破砕する破砕モジュールと、破砕された前記廃ブレードを圧延する圧延モジュールとを備える前処理ユニットと、
前処理された前記廃ブレードを一次熱分解する第１反応ユニットと、
前記一次熱分解された前記廃ブレードを二次熱分解する第２反応ユニットと、
前記二次熱分解された結果物を第１物質と第２物質とに分離する分離部と、前記第１物質が収容される第１チャンバと、前記第２物質が収容される第２チャンバとを備える分離ユニットと、を含むことを特徴とする複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項2】

ブレードを所定の長さに切断する切断ユニット、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項3】

前記前処理ユニット、前記第１反応ユニット、前記第２反応ユニットの内部の温度を調節する温度調節ユニット、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項4】

前記前処理ユニットは、破砕モジュールと圧延モジュールとの間にスクリーニングモジュールを備えることを特徴とする請求項１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項5】

前記圧延モジュールの投入部は、第１投入部と、第２投入部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項6】

前記第２投入部の開放時に窒素が供給されることを特徴とする請求項５に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項7】

前記圧延モジュールの内部から排気されるガスは、前記圧延モジュール内に再循環することを特徴とする請求項１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項8】

前記第１反応ユニットの内部の温度は、４００～５００℃であることを特徴とする請求項１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項9】

前記第１反応ユニットで生成された油蒸気は、前記温度調節ユニットで冷却されて、オイルとして抽出されることを特徴とする請求項３に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項10】

前記第２反応ユニットは、前記第２反応ユニット内の酸素濃度を測定するセンサと、前記第２反応ユニット内に外部空気を供給する外部空気タンクとを備えることを特徴とする請求項１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置。

【請求項11】

長手方向に切断された廃ブレードを破砕する破砕ステップと、
破砕された前記廃ブレードを圧延モジュール内に連続的に投入する投入ステップと、
破砕された前記廃ブレードを圧延する圧延ステップと、
圧延された前記廃ブレードを一次熱分解する第１熱分解ステップと、
一次熱分解された前記廃ブレードを二次熱分解する第２熱分解ステップと、
前記第２熱分解ステップの結果物を分離する分離ステップと、を含み、
前記圧延ステップ、前記第１熱分解ステップ、前記第２熱分解ステップでの温度は、温度調節ユニットによって調節されることを特徴とする複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法。

【請求項12】

前記廃ブレードを破砕するステップの後に、
破砕された前記廃ブレードをスクリーニングするステップ、をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法。

【請求項13】

前記圧延モジュールの投入部は、第１投入部と、第２投入部とを備え、
前記破砕された廃ブレードを圧延モジュール内に連続的に投入するステップにおいて、
第１投入部と、第２投入部とは、順次に開放されることを特徴とする請求項１１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法。

【請求項14】

前記圧延ステップでは、圧延モジュールの内部の排気ガスが前記圧延モジュール内に再循環することを特徴とする請求項１１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法。

【請求項15】

前記第１熱分解ステップでの温度は、４００～５００℃であることを特徴とする請求項１１に記載の複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置および回収方法に関する。

【背景技術】

【0002】

風力発電とは、風の運動エネルギーでブレードを回転させて機械的エネルギーに変換させ、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換させる発電方法である。主に化石燃料を使用していた既存の発電方法の代案として活用が増加している。

【0003】

風力発電機は、発電機の回転軸に複数のブレードが装着される。より多くの電気エネルギーを生産するために、ブレードは長くて広く製作される。ブレードの大きさが大きくなるほど、ブレードの重量は増加する。しかし、ブレードはエネルギー効率のために最大限に軽く製作されなければならない。また、ブレードは持続的に風と衝突するので、ブレードの強度を向上させて耐久性も確保しなければならない。このような問題を解決するために、ブレードの素材として炭素繊維強化プラスチックまたはガラス繊維強化プラスチックを使用している。炭素繊維およびガラス繊維が含まれている複合素材は軽いながらもその強度が高く、ブレード以外にも、自動車分野、宇宙、航空分野、防衛産業分野などの多様な分野で活用されている。

【0004】

しかし、風力発電機のブレードが破損したりその寿命が尽きた後には廃ブレードの処理が問題になる。一般的に、炭素繊維強化プラスチックまたはガラス繊維強化プラスチックなどの複合素材は、リサイクルが困難で埋め立てられる場合が大部分であった。しかし、増加する複合素材廃棄物を埋め立て続けることは不可能であり、埋め立て以外の処理方法またはリサイクルできる方法の必要性が持続的に提起されている。

【0005】

そこで、使い済みの廃ブレードから炭素繊維またはガラス繊維を回収できる装置および方法の開発が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】大韓民国登録特許第１０－１８１０２８４号（名称：廃炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を分離する方法）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、複合素材から炭素繊維またはガラス繊維を分離できる回収装置および回収方法を提供することを目的とする。

【0008】

本発明は、単一工程で廃ブレード、宇宙航空分野および防衛産業分野などで廃棄される廃複合素材から炭素繊維およびガラス繊維をそれぞれ回収できる複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置および回収方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置は、前処理ユニットと、第１反応ユニットと、第２反応ユニットと、分離ユニットとを含む。前処理ユニットは、廃ブレードを破砕する破砕モジュールと、破砕された廃ブレードを圧延する圧延モジュールとを備えることができる。第１反応ユニットは、前処理された破砕ブレードを一次熱分解することができる。第２反応ユニットは、一次熱分解された破砕ブレードを二次熱分解することができる。分離ユニットは、二次熱分解された結果物を第１物質と第２物質とに分離する分離部と、第１物質が収容される第１チャンバと、第２物質が収容される第２チャンバとを備えることができる。

【0010】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置は、ブレードを所定の長さに切断する切断ユニットをさらに含むことができる。

【0011】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置は、前処理ユニット、第１反応ユニット、第２反応ユニットの内部の温度を調節する温度調節ユニットをさらに含むことができる。

【0012】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置において、破砕モジュールは、破砕モジュール内の埃を吸い込む吸込部を備えることができる。

【0013】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置において、前処理ユニットは、破砕モジュールと圧延モジュールとの間にスクリーニングモジュールを備えることができる。

【0014】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置において、圧延モジュールの投入部は、第１投入部と、第２投入部とを備えることができる。

【0015】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置は、第２投入部の開放時に窒素が供給される。

【0016】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置において、圧延モジュールの内部から排気されるガスは、圧延モジュール内に再循環できる。

【0017】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置において、第１反応ユニットの内部の温度は、４００～５００℃であってもよい。

【0018】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置において、第１反応ユニットで生成された油蒸気は、温度調節ユニットで冷却されて、オイルとして抽出される。

【0019】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置において、第２反応ユニットは、第２反応ユニット内の酸素濃度を測定するセンサと、第２反応ユニット内に外部空気を供給する外部空気タンクとを備えることができる。

【0020】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法は、長手方向に切断された廃ブレードを破砕するステップと、破砕された廃ブレードを圧延モジュール内に連続的に投入するステップと、破砕された廃ブレードを圧延するステップと、圧延された破砕ブレードを一次熱分解する第１熱分解ステップと、一次熱分解された破砕ブレードを二次熱分解する第２熱分解ステップと、第２熱分解ステップの結果物を分離するステップとを含む。圧延ステップ、第１熱分解ステップ、第２熱分解ステップでの温度は、温度調節ユニットによって調節される。

【0021】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法は、廃ブレードを破砕するステップの後に、破砕された廃ブレードをスクリーニングするステップをさらに含むことができる。

【0022】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法において、圧延モジュールの投入部は、第１投入部と、第２投入部とを備えることができる。破砕された廃ブレードを圧延モジュール内に連続的に投入するステップにおいて、第１投入部と、第２投入部とは、順次に開放される。

【0023】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法は、圧延ステップで圧延モジュールの内部の排気ガスが圧延モジュール内に再循環できる。

【0024】

本発明の一実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法において、第１熱分解ステップでの温度は、４００～５００℃であってもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の実施形態によれば、複合素材から炭素繊維またはガラス繊維を効果的に分離することができる。

【0026】

本発明の実施形態によれば、単一工程で廃ブレードから炭素繊維およびガラス繊維をそれぞれ回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置を概略的に示すブロック図である。

【図2】本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置における前処理ユニットを示す図である。

【図3】本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置における分離ユニットを示す図である。

【図4】本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明は多様な変換が加えられて様々な実施例を有することができるが、特定の実施例を例示して詳細な説明に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変換、均等物あるいは代替物を含むことが理解されなければならない。

【0029】

本発明で使用した用語は単に特定の実施例を説明するために使用されたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本発明において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。

【0030】

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。この時、添付した図面において、同一の構成要素はできるだけ同一の符号で表していることに留意する。また、本発明の要旨をあいまいにしうる公知の機能および構成に関する詳細な説明は省略する。同じ理由により、添付図面において、一部の構成要素は誇張または省略されるか、概略的に示された。

【0031】

図１は、本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置を概略的に示すブロック図であり、図２は、本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置における前処理ユニットを示す図であり、図３は、本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置における分離ユニットを示す図である。

【0032】

図１に示されるように、本発明による複合素材分離装置１０００は、切断ユニット１１００と、前処理ユニット１２００と、第１反応ユニット１３００と、第２反応ユニット１４００と、分離ユニット１５００と、温度調節ユニット１６００とを含む。

【0033】

切断ユニット１１００は、収集された廃ブレードを所定の大きさに切断する。廃ブレードは長いものは５０ｍに達するほど長いため、破砕機に投入することが容易でない。したがって、破砕機器への円滑な投入のために、廃ブレードを長手方向に切断する。円滑な積み降ろしのために、廃ブレードは１０ｍ以下の長さに切断され、ワイヤソーなどを用いて切断される。廃ブレードは、収集された場所から移動して切断装置内に移動してもよいが、移動を容易にするために、収集された場所ですぐに切断作業が行われてもよい。

【0034】

切断された廃ブレードは、前処理ユニット１２００で破砕および圧延される。図２に示されるように、前処理ユニット１２００は、破砕モジュール１２１０と、圧延モジュール１２２０と、スクリーニングモジュール１２３０とを備える。所定の長さに切断された廃ブレードは、破砕モジュール１２１０に投入されて破砕される。廃ブレードは、厚さが２０ｍｍ以下になるように破砕される。

【0035】

廃ブレードの破砕過程では多量の埃が発生する。破砕モジュール１２１０の外部に埃が流出しないように、破砕モジュール１２１０の投入部はシールされる。破砕モジュール１２１０の上端には陽圧フードが備えられる。陽圧フードを通して排気ガスが流入できる。排気ガスは、後述の温度調節ユニットから供給される。

【0036】

また、破砕モジュール１２１０は、破砕モジュール１２１０内の埃を除去するために、埃吸込部を備えることができる。埃吸込部は、廃ブレードの破砕過程で発生する破砕モジュール１２１０内の埃を吸い込んで所定の空間に捕集することができる。埃捕集のために、破砕モジュール１２１０内で空気を持続的に循環させることができる。

【0037】

破砕された廃ブレードは、圧延のために、圧延モジュール１２２０に搬送される。回収工程内で廃ブレードをそれぞれのユニット、それぞれのモジュールに搬送するために、コンベヤが用いられる。複数のコンベヤが廃ブレードの移動経路に沿って連続的にまたは一部重畳して設けられてもよい。

【0038】

一方、破砕モジュール１２１０で破砕された廃ブレードは、圧延モジュール１２２０に投入される前に、スクリーニングモジュール１２３０でスクリーンされる。破砕された廃ブレードは、その粒度がそれぞれ異なる。粒度がそれぞれ異なる廃ブレードが第１反応ユニットで熱分解される場合、粒度の小さい廃ブレード破片は早く炭化されて、一次熱分解結果物を汚染させる恐れがある。そこで、破砕された廃ブレードをスクリーン上でフィルタリングして破砕された粒子の大きさが所定の大きさ以下の場合、スクリーンの下に分離させることができる。小さい粒子の分離が容易になるように、スクリーンに振動を加えてもよい。スクリーンのメッシュサイズは５ｍｍであってもよい。スクリーニングによって粒度が５ｍｍ以上の廃ブレード粒子が圧延モジュール１２２０に搬送される。

【0039】

破砕モジュール１２１０で吸い込みによって捕集された埃およびスクリーンされた粒子は、別の燃焼ラインに移動して熱分解できる。

【0040】

スクリーンを通過しながら小さい粒子が除去された破砕ブレードは、圧延モジュール１２２０に移動する。破砕された廃ブレードは、圧延モジュール１２２０内に所定の分量ずつ連続的に投入される。

【0041】

破砕された廃ブレードはその粒度が均一でなく、定量投入が容易でない。廃ブレード破砕物の定量投入のために、本発明は、セミバッチ形式の供給器を採用した。圧延モジュール１２２０内に定量の廃ブレードを投入するために、圧延モジュール１２２０の投入部は、二重蓋構造を有することができる。圧延モジュール１２２０の投入部は、第１投入部と、第２投入部とを備えることができる。第１投入部と、第２投入部とは、同時に開放されず、順次に開放されるように制御できる。第１投入部、第２投入部は、スライディング方式で開放されてもよいし、投入しようとする量に応じて開放される程度が調節可能である。本実施例において、投入部は、二重構造を形成するが、これに限定せず、投入口側に３つ以上の複数のゲートを備えることができる。それぞれのゲートは、ゲートバルブによって所定の範囲内で移動できる。複数のゲートがそれぞれ開放されることにより、所望するだけの廃ブレード破砕物を圧延モジュール１２２０の内部に投入することができる。また、このようなセミバッチ方式によって廃ブレードを圧延モジュール１２２０に連続投入することができ、第１反応ユニット１３００で圧延された廃ブレードを連続的に供給することができる。

【0042】

また、圧延モジュール１２２０の投入部の二重構造によって、破砕された廃ブレードを圧延モジュール１２２０に投入する時、酸素の流入を最小化することができる。圧延モジュール１２２０の第１投入部は、第２投入部が閉鎖された状態で開放される。第１投入部が開放されて所定量の廃ブレードが投入された後に、第１投入部が閉鎖されて圧延モジュール１２２０が密封されれば、第２投入部が開放される。第２投入部の開放と同時に、窒素パージが行われる。第２投入部の開放中に圧延モジュール内に窒素を供給し、第２投入部が再閉鎖されれば、窒素の供給が中止される。第２投入部の開放によって廃ブレードが圧延モジュール１２２０の圧延チャンバ内に投入される。二重密封構造と窒素供給によって圧延モジュール１２２０内への酸素の流入を最小化することができる。

【0043】

圧延モジュール１２２０のチャンバの内部は、還元雰囲気を維持することができる。還元雰囲気維持のために、圧延モジュール１２２０のチャンバの内部から排気されるガスは、圧延モジュールの内部に再循環できる。排気ガスは、窒素、二酸化炭素などで構成される。圧延モジュール１２２０の内部には、１つ以上の酸素測定センサが配置される。圧延モジュール１２２０の内部の酸素濃度を持続的に測定して、圧延モジュール１２２０の内部の酸素濃度が１０％未満になるように制御される。酸素濃度が高ければ、火災の恐れがあるからである。

【0044】

圧延モジュール１２２０の内部に投入された廃ブレード破砕物は、複数のローラによって圧延される。熱分解反応が容易になるには、廃ブレードの断片は所定の大きさ以下にならなければならない。廃ブレード破砕物は、圧延によって粒子の大きさがより小さくなる。圧延された廃ブレード破砕物は、第１反応ユニット１３００に連続的に供給される。

【0045】

圧延モジュール１２２０の内部は、所定の温度に維持される。圧延モジュール１２２０の内部の温度は常温に維持され、これによって圧延モジュール１２２０内の水分が除去できる。

【0046】

圧延された廃ブレード破砕物は、コンベヤによって第１反応ユニット１３００に搬送される。圧延された廃ブレード破砕物は、第１反応ユニット１３００で一次熱分解される。廃ブレードを連続的に熱分解するために、第１反応ユニット１３００は、圧延モジュール１２２０から連続的に圧延された廃ブレードが供給される。廃ブレードは熱風によって間接加熱され、熱風を生成するバーナの熱源は、熱分解ガス、天然ガスであってもよい。温度調節ユニット１６００によって第１反応ユニット１３００の内部に高温の熱風が供給される。第１反応ユニットの内部の温度は、４００～５００℃であってもよい。

【0047】

圧延された廃ブレードに熱が均一に加えられるように、第１反応ユニット１３００では、ロータリーキルン焼成炉が用いられる。一般的に、ロータリーキルンは、傾斜を与えた円筒状回転炉で、一端に位置した投入口に連続的に反応物が投入されれば、反応を終えた結果物が他端に位置した排出口に排出される。ロータリーキルン内に熱風を流動させて、内部に収容された廃ブレード破砕物を熱分解する。第１反応ユニット１３００の一方から廃ブレードが引き込まれ、他の一方から一次熱分解反応物が連続的に排出される。廃ブレード破砕物は回転して出口側に移動しながら、熱が均一に加えられる。本実施例では、ロータリーキルン方式を使用したが、スクリューなど様々な方式の炉を適用することができる。

【0048】

第１反応ユニット１３００内の酸素濃度は１０％以下に維持されなければならない。第１反応ユニット１３００の内部にセンサを配置して持続的に酸素濃度を測定することができる。他の実施例では、排気ラインにセンサを配置して、排気されるガス内の酸素濃度を測定してもよい。

【0049】

廃ブレード破砕物の第１反応ユニット１３００における滞留時間は、９時間以下であってもよい。滞留時間が９時間以上になると、反応物が過度に炭化され、経済性が低下する。

【0050】

第１反応ユニット１３００内で廃ブレードに含まれているエポキシなどの樹脂、木材がガス化され、炭素繊維およびガラス繊維の塊が残存する。この時、まだガス化されていない樹脂は炭化（チャー、ｃｈａｒ）されて、炭素繊維およびガラス繊維の表面に残るようになる。

【0051】

第１熱分解過程の結果物として、ガスとチャー（Ｃｈａｒ）のほか、油蒸気が生成される。油蒸気は、温度調節ユニット１６００の冷却器を通過しながら冷却されて、一部はガスとして、一部はオイルとして抽出される。油蒸気は、水によって冷却される。油蒸気から生成されたガスは、発熱量を有しており、温度調節ユニット１６００のガスタンクに流動して間接加熱の熱源として使用できる。

【0052】

また、第１反応ユニット１３００から排出された排気ガスの一部は、圧延モジュール１２２０に供給される。これによって、圧延モジュール１２２０内の酸素濃度を低下させることができ、圧延モジュール１２２０内の温度を高めることができる。

【0053】

炭素繊維およびガラス繊維の表面に残っているチャーの一部は、スクリーニング（ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）によって除去できる。第１反応ユニット１３００から排出された結果物は、第２反応ユニットに搬送される前に、スクリーニングされる。スクリーンによって炭素繊維およびガラス繊維とチャーが分離される。チャーを分離するためのスクリーンとして、メッシュの直径が５０ｍｍ以下のものを使用することができる。

【0054】

一部のチャーが除去された炭素繊維およびガラス繊維の塊は、第２反応ユニット１４００に移動する。このステップにおいて、炭素繊維およびガラス繊維は、繊維の間にチャーが付いていることがある。第２反応ユニット１４００では、このようなチャーを除去し、炭素繊維およびガラス繊維のみ残るようにする。

【0055】

チャーを含む炭素繊維およびガラス繊維の塊は、第２反応ユニット１４００で二次熱分解される。二次熱分解のために、第２反応ユニット１４００に高温のガスおよび過熱水蒸気が供給される。熱風を生成するバーナの熱源は、熱分解ガス、天然ガスであってもよい。第２反応ユニット１４００内の温度は、４００～５００℃であってもよい。二次熱分解によって炭素繊維およびガラス繊維の塊に残存した樹脂およびチャーが分解される。

【0056】

炭素繊維およびガラス繊維の塊の第２反応ユニット１４００の滞留時間は、３時間以下になってもよい。この時、第２反応ユニット１４００内に酸素濃度が高ければ、加熱対象物の酸化が起こりうるので、酸素濃度は１０％以下になるように維持する。

【0057】

第２反応ユニット１４００内の酸素濃度は、外部空気タンクおよび後述の煙突によって調節可能である。第２反応ユニット１４００は、外部空気タンクをさらに備えることができ、外部空気タンクは、外部空気を第２反応ユニット１４００に供給する。煙突は、燃焼ガスを第２反応ユニット１４００に供給する。外部空気タンクおよび煙突は、燃焼ガス７０～８０％、外部空気２０～３０％を混合して酸素濃度を１０％以下に制御する。このために、第２反応ユニット１４００内には複数のセンサが装着され、持続的に酸素濃度をセンシングする。酸素濃度が１５％超過であれば、燃焼ガスの混合比率を高め、酸素濃度が７％未満であれば、外部空気の混合比率を高めて酸素濃度を調節することができる。本実施例では、第２反応ユニット１４００内にセンサを配置するが、他の実施例では、排気ラインにセンサを配置して、排気されるガス内の酸素濃度を測定してもよい。

【0058】

二次熱分解の結果、純度の高い炭素繊維およびガラス繊維が残るようになる。

【0059】

本実施例では、第１反応ユニット１３００と第２反応ユニット１４００が別個のチャンバを有するが、１つのチャンバで第１熱分解過程と第２熱分解過程とが行われる。この場合、制御ロジッグを設定して、第１熱分解が完全に終了した後、結果物がスクリーニングされるようにし、スクリーニングされた結果物が第２熱分解されるようにする。

【0060】

一次および二次熱分解の熱源は、熱分解ガスおよび天然ガスであってもよい。

【0061】

図３に示されるように、分離ユニット１５００は、分離部１５１０と、第１チャンバ１５２０と、第２チャンバ１５３０とを備えることができる。分離部１５１０は、第２反応ユニット１４００の結果物をｒ－ＣＦ（リサイクル炭素繊維）とｒ－ＧＦ（リサイクルガラス繊維）とに分離する。ｒ－ＣＦとｒ－ＧＦとは、密度差を利用して分離することができる。密度差を利用する方法には、乾式方式と、湿式方式とがある。乾式方式は、空気の流動を利用したもので、コンベヤ上で移動する第２熱分解の結果物に空気の流動を起こして軽い炭素繊維を移動させる。

【0062】

湿式方式は、炭素繊維とガラス繊維の密度の中間密度を有する液体を用いて炭素繊維とガラス繊維とを分離する方法である。

【0063】

分離部１５１０によって分離された炭素繊維およびガラス繊維はそれぞれ、第１チャンバ１５２０、第２チャンバ１５３０に移動できる。炭素繊維およびガラス繊維の分離作業は、コンベヤ上で行われる。

【0064】

温度調節ユニット１６００は、前処理ユニット１２００、第１反応ユニット１３００、第２反応ユニット１４００の内部の温度および酸素濃度を調節する。温度調節ユニット１６００は、煙突、ガスタンク、冷却器を備えることができる。

【0065】

ガスタンクは、第１反応ユニット１３００および第２反応ユニット１４００を加熱する熱源として、熱分解ガス、天然ガスを供給する。煙突は、第１反応ユニット１３００および第２反応ユニット１４００から排出された燃焼ガスを装置の外部に排出する。また、煙突は、第１反応ユニット１３００から排出された燃焼ガスを第２反応ユニット１４００に供給して、第１反応ユニット１３００の熱を第２反応ユニット１４００に伝達し、第２反応ユニット１４００の内部の酸素濃度を調節する。

【0066】

第１反応ユニット１３００での熱分解過程で油蒸気が発生する。油蒸気は、温度調節ユニット１６００の冷却器に流動して冷却される。油蒸気が冷却されればオイルが抽出され、残りの熱分解ガスは、ガスタンクを通して第１反応ユニット１３００、第２反応ユニット１４００に供給される。

【0067】

本発明において、廃ブレードは、１つの工程で破砕から熱分解、炭素繊維とガラス繊維との分離まで行われ、コンベヤによって各ユニットに移動する。１つ以上のコンベヤが連携されて、各ユニットでの滞留時間を調節することができる。

【0068】

図４は、本発明の実施例による複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収方法を示すフローチャートである。

【0069】

本発明により複合素材を分離するためには、図４に示されるように、まず、廃ブレードを長手方向に切断する（Ｓ１１００）。収集された廃ブレードは、１０ｍ以下の長さに切断される。廃ブレードは、ワイヤソーなどを用いて切断される。切断された廃ブレードは、移動および破砕機への投入が円滑になる。

【0070】

次に、長手方向に切断された廃ブレードを破砕する（Ｓ１２００）。廃ブレードは、破砕モジュール１２１０に投入されて破砕される。廃ブレードは、厚さが２０ｍｍ以下になるように破砕される。廃ブレードの破砕過程では多量の埃が発生するが、破砕モジュール１２１０の外部に埃が流出しないように、破砕モジュール１２１０の投入部はシールされる。また、埃吸込部は、廃ブレードの破砕過程で発生する埃を吸い込んで所定の空間に捕集することができる。埃捕集のために、破砕モジュール１２１０内で空気を持続的に循環させることができる。

【0071】

廃ブレードの破砕後、破砕された廃ブレードをスクリーニングして所定の粒度以下の粒子を除去することができる。破砕された廃ブレードは、その粒度がそれぞれ異なる。粒度がそれぞれ異なる廃ブレードが第１反応ユニットで熱分解される場合、粒度の小さいブレード破片は炭化されて、一次熱分解結果物を汚染させる恐れがある。そこで、破砕された廃ブレードをスクリーン上で移動させて破砕された粒子の大きさが所定の大きさ以下の場合、スクリーンの下に分離させることができる。小さい粒子の分離が容易になるように、スクリーンに振動を加えてもよい。

【0072】

破砕された廃ブレードを圧延モジュール内に連続的に投入する（Ｓ１３００）。破砕された廃ブレードはその粒度が均一でなく、定量投入が容易でない。廃ブレードの破砕物の定量投入のために、セミバッチ形式の供給器を採用した。圧延モジュール内に定量の廃ブレードを投入するために、圧延モジュールの投入部は、二重蓋構造を有することができる。圧延モジュールの投入部は、第１投入部と、第２投入部とを備えることができる。第１投入部と、第２投入部とは、同時に開放されず、順次に開放されるように制御できる。第１投入部、第２投入部は、スライディング方式で開放されてもよいし、投入しようとする量に応じて開放される程度が調節可能である。また、第２投入部の開放と同時に、窒素パージが行われる。第２投入部の開放中に圧延モジュール内に窒素を供給し、第２投入部が再閉鎖されれば、窒素の供給が中止される。これによって、圧延モジュール内への酸素の流入を最小化することができる。

【0073】

破砕された廃ブレードを圧延する（Ｓ１４００）。圧延モジュールの内部に投入された廃ブレード破砕物は、複数のローラによって圧延される。熱分解反応が容易になるには、廃ブレードの断片は所定の大きさ以下にならなければならない。廃ブレード破砕物は、圧延によって粒子の大きさがより小さくなる。

【0074】

圧延モジュールのチャンバの内部は、還元雰囲気を維持することができる。還元雰囲気維持のために、圧延モジュールの内部から排気されるガスは、圧延モジュールの内部に再循環できる。圧延モジュールの内部の酸素濃度を持続的に測定して、圧延モジュール１２２０の内部の酸素濃度が１０％未満になるように制御する。

【0075】

圧延された破砕ブレードを一次熱分解する（Ｓ１５００）。温度調節ユニットは、第１反応ユニットの内部に加熱されたガスを供給することができる。加熱されたガス、すなわち熱風を生成するバーナの熱源は、熱分解ガス、天然ガスであってもよい。第１反応ユニットの内部の温度は、４００～５００℃であってもよい。第１熱分解ステップでの温度は、温度調節ユニットによって調節される。

【0076】

圧延された廃ブレードに熱が均一に加えられるように、第１反応ユニットでは、ロータリーキルン焼成炉が用いられる。一次熱分解時、第１反応ユニット内の酸素濃度は１０％以下に維持できる。廃ブレード破砕物の第１反応ユニットでの滞留時間は、９時間以下であってもよい。

【0077】

第１反応ユニット内で廃ブレードに含まれているエポキシなどの樹脂、木材がガス化され、炭素繊維およびガラス繊維の塊が残存する。この時、まだガス化されていない樹脂は炭化（チャー、ｃｈａｒ）されて、炭素繊維およびガラス繊維の表面に残るようになる。第１熱分解過程の結果物として、ガスとチャー（Ｃｈａｒ）のほか、油蒸気が生成される。油蒸気は冷却されて、一部はガスとして、一部はオイルとして抽出される。油蒸気は、水によって冷却される。油蒸気から抽出された熱分解ガスは、発熱量を有しており、温度調節ユニットに流動して間接熱源として使用できる。一次熱分解過程の結果物は、二次熱分解される前に、スクリーニングされる。

【0078】

一次熱分解された破砕ブレードを二次熱分解する（Ｓ１６００）。チャーを含む炭素繊維およびガラス繊維の塊は、第２反応ユニットで二次熱分解される。二次熱分解のために、第２反応ユニット１４００に高温のガスおよび過熱水蒸気が供給される。熱風を生成するバーナの熱源は、熱分解ガス、天然ガスであってもよい。第２反応ユニット１４００内の温度は、４００～５００℃であってもよい。二次熱分解ステップでの温度は、温度調節ユニットによって調節される。二次熱分解によって炭素繊維およびガラス繊維の塊に残存した樹脂およびチャーが分解される。

【0079】

炭素繊維およびガラス繊維の塊の第２反応ユニットでの滞留時間は、３時間以下になってもよい。この時、第２反応ユニット内に酸素濃度が高ければ、加熱対象物の酸化が起こりうるので、酸素濃度は１０％以下になるように維持する。

【0080】

二次熱分解時、第２反応ユニット内の酸素濃度は、外部空気タンクおよび煙突によって調節可能である。外部空気タンクは外部空気を、煙突は燃焼ガスを第２反応ユニットに供給する。外部空気タンクおよび煙突は、燃焼ガス７０～８０％、外部空気２０～３０％を混合して酸素濃度を１０％以下に制御する。このために、第２反応ユニット内には複数のセンサが装着され、持続的に酸素濃度をセンシングする。酸素の濃度が１５％超過であれば、燃焼ガスの混合比率を高め、酸素濃度が７％未満であれば、外部空気の混合比率を高めて酸素濃度を調節することができる。

【0081】

第２熱分解の結果、純度の高い炭素繊維およびガラス繊維が残るようになる。

【0082】

第２熱分解ステップの結果物を分離する（Ｓ１７００）。第２熱分解の結果物は、ｒ－ＣＦ（リサイクル炭素繊維）とｒ－ＧＦ（リサイクルガラス繊維）とに分離することができる。ｒ－ＣＦとｒ－ＧＦとは、密度差を利用して分離することができる。

【0083】

分離された炭素繊維およびガラス繊維はそれぞれ、第１チャンバ、第２チャンバに移動できる。炭素繊維およびガラス繊維の分離作業は、コンベヤ上で行われる。

【0084】

以上、本発明の一実施例について説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載の本発明の思想を逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などによって本発明を多様に修正および変更させることができ、これも本発明の権利範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0085】

１０００：複合素材からの炭素繊維とガラス繊維回収装置
１１００：切断ユニット １２００：前処理ユニット
１２１０：破砕モジュール １２２０：圧延モジュール
１２３０：スクリーニングモジュール １３００：第１反応ユニット
１４００：第２反応ユニット １５００：分離ユニット
１５１０：分離部 １５２０：第１チャンバ
１５３０：第２チャンバ １６００：温度調節ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】