JP2018126698A - 分別装置および分別方法、並びに異物除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多種の不導体を含む分別対象物であっても誘電効果の大小により静電吸着しにくいプラスチックなどの弱吸着物と静電吸着しやすい木片やゴムなどの強吸着物とに分別する。【解決手段】ドラム２０の表面上の互いに離間した位置に配置された正電極および負電極からなる電極層２１と、電極層２１上に配置された絶縁層２２と、正電極と負電極とに電圧を印加することで、絶縁層２２の表面に静電場Ｅを発生させる電源回路と、静電場Ｅが発生した絶縁層２２上にプラスチックを含む分別対象物Ｐを供給する振動フィーダー３と、分別対象物Ｐのうち静電場Ｅが発生した絶縁層２２上に静電吸着しにくい弱吸着物Ｐ１を回収する弱吸着物回収容器４と、分別対象物Ｐのうち静電場Ｅが発生した絶縁層２２上に静電吸着しやすい強吸着物Ｐ２を回収する強吸着物回収容器５とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、分別対象物を誘電効果の大小により静電吸着しにくいプラスチックなどの弱吸着物と静電吸着しやすい木片やゴムなどの強吸着物とに分別する分別装置および分別方法、並びに、ＡＳＲなどのプラスチックを含む廃棄物からプラスチック以外の異物を除去する異物除去装置に関する。

日本では２００５年に自動車リサイクル法が施行され、自動車メーカーが引取・再資源化することが義務付けされた。現在、使用済み自動車からエアバッグ類、フロン類、ドアやエンジンなどの再利用可能な部品を取り外し、破砕（シュレッディング）して有用金属が回収されている。また、この処理の最後に残るものは自動車破砕残渣（ＡＳＲ：Automobile Shredder Residue）と呼ばれている。

ＡＳＲの内容物は各処理業者によっても異なり、例えば、プラスチックが７９．５１％、木くずが８．２０％、ゴムが４．９２％、その他が７．３８％のようになっている。これらから有価物となりうるプラスチックを回収することで、廃棄物の量を削減でき、逼迫する最終処分場への持ち込み量を減らすことが可能である。また、石油を原料としているプラスチックを素材として再利用することは、ＣＯ₂排出量の削減にも貢献する。さらに、このプラスチックを素材として再利用することは、油化や熱回収などの他のリサイクル技術に比べて、より効率的なリサイクルであるとされている。

しかしながら、プラスチックを素材として再利用するためには、不純物が非常に少ない状態にすることが重要である。特に、木くずやゴムといった不要なものが多く混ざっているＡＳＲをプラスチック素材として再利用するためには、プラスチック以外の異物（夾雑物）を除去することが必要となる。

従来、廃棄物を分別回収する装置としては、静電選別機と呼ばれる選別装置が一般的である。静電選別機は、ワークに余剰な電荷を帯びさせ、その電荷の極性による反発や吸着現象を元に分別回収するものである。従来、実用化されている主な静電選別機は、粒子の帯電方法により、静電・コロナ放電併用式および摩擦帯電式の２つに分類される（非特許文献１参照。）。

静電・コロナ放電併用式の装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。静電・コロナ放電併用式の装置は、鋳造後の鋳物の型に含まれる金属粉などを回収する工程で用いられており、電極から接地電極に向け電荷をかけることで導電性の良い金属などは反発するが、導電性のない鋳物の砂などは反発しないことを利用して分離する。

また、摩擦帯電式はプラスチック種類の分別に用いられており、２種類のプラスチックを摩擦帯電させることで、負極に帯電する樹脂（例えば、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂）と正極に帯電する樹脂（例えばＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂）とが、電圧のかかった電極間で分離することを利用するものである。

特開２０００−３１７３４５号公報

大和田 秀二，電気的選別，資源と素材，社団法人資源・素材学会，１９９７年，第１１３巻，第１２号，ページｐ．９２０−９２３

前述のように、ＡＳＲからプラスチックを再利用するためには、木くずやゴムなどの夾雑物を除去することが必要となるが、ＡＳＲはその成分のほとんどが不導体であるため、帯電の差が生じず、静電・コロナ放電併用式の装置でプラスチックのみを分離選別することは難しい。一方、摩擦帯電式では、帯電させることができても、静電気による吸着が機能するサイズに小さくしておく必要がある。さらに、帯電したものが空気中の水分により中和されないために、試料自体を十分に乾燥させるとともに、装置の雰囲気全体も乾燥する必要がある。

そこで、本発明においては、多種の不導体を含む分別対象物であっても誘電効果の大小により静電吸着しにくいプラスチックなどの弱吸着物と静電吸着しやすい木片やゴムなどの強吸着物とに分別する分別装置および分別方法、並びに、多種の不導体を含むＡＳＲなどのプラスチックを含む廃棄物からプラスチック以外の異物（夾雑物）を除去する異物除去装置を提供することを目的とする。

本発明の分別装置は、胴体の表面上の互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層と、第１電極と第２電極とに電圧を印加することで、電極層上に静電場を発生させるための電源回路と、静電場が発生した電極層上に分別対象物を供給する供給装置と、分別対象物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しにくい弱吸着物を回収する弱吸着物回収手段と、分別対象物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物を回収する強吸着物回収手段とを含むものである。

本発明の分別装置によれば、胴体の表面上に互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層の第１電極と第２電極とに電圧が印加されることで、絶縁層上に静電場が発生する。この静電場が発生した電極層上に分別対象物を供給すると、分別対象物のうち静電吸着しにくいプラスチックなどの弱吸着物は弱吸着物回収手段により回収され、分別対象物のうち静電吸着しやすい強吸着物であるプラスチック以外の夾雑物は強吸着物回収手段により回収される。

また、本発明の異物除去装置は、胴体の表面上の互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層と、第１電極と第２電極とに電圧を印加することで、電極層上に静電場を発生させるための電源回路と、静電場が発生した電極層上にプラスチックを含む廃棄物を供給する供給装置と、廃棄物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物を回収する強吸着物回収手段とを含むものである。

本発明の異物除去装置によれば、胴体の表面上に互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層の第１電極と第２電極とに電圧が印加されることで、絶縁層上に静電場が発生し、この静電場が発生した電極層上にプラスチックを含む廃棄物を供給すると、静電吸着しにくいプラスチック以外の木片やゴムなどの夾雑物が吸着され、強吸着物回収手段により回収される。

ここで、電極層上には絶縁層を有することが望ましい。電極層上に絶縁層を有さない場合、第１電極と第２電極との間の近いところだけで静電場が発生し、誘電効果が小さくなり、静電吸着力が弱いが、電極層上に絶縁層を有することで、絶縁層上に広く静電場が発生し、誘電効果が大きくなり、静電吸着力が向上する。

また、胴体は、回転体であることが望ましい。これにより、回転体上にプラスチックを含む分別対象物を供給することで、分別対象物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物であるプラスチック以外の夾雑物は回転体上に保持されて回転体とともに回転し、強吸着物回収手段により回収される。また、分別対象物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しにくい弱吸着物は、回転体上に保持されないため、回転体とともに回転せずに落下し、弱吸着物回収手段により回収される。

また、電源回路は、胴体の内部に設けられた昇圧回路を有するものであることが望ましい。これにより、ドラム内部の昇圧回路により発生させた高圧電力をドラム表面の電極に供給するため、外部の高圧電源は不要となる。

また、第１電極および第２電極は櫛状であり、一方の櫛歯が他方の櫛歯間に入り込む関係に配置されたものであることが望ましい。これにより、静電場を高密度で発生させることができ、静電吸着力を向上させることが可能となる。

（１）胴体の表面上に互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層の第１電極と第２電極とに電圧を印加することで、電極層上に静電場を発生させ、この静電場が発生した電極層上に分別対象物を供給して、分別対象物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しにくい弱吸着物を回収するとともに、分別対象物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物を回収する構成により、分別対象物が多種の不導体を含むものであっても誘電効果の大小により静電吸着しにくいプラスチックなどの弱吸着物と静電吸着しやすい木片やゴムなどの強吸着物とに分別することが可能となる。

（２）胴体の表面上の互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層と、第１電極と第２電極とに電圧を印加することで、電極層上に静電場を発生させるための電源回路と、静電場が発生した電極層上にプラスチックを含む廃棄物を供給する供給装置と、廃棄物のうち静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物を回収する強吸着物回収手段とを含む異物除去装置によれば、多種種の不導体を含むＡＳＲなどのプラスチックを含む廃棄物からプラスチック以外の異物（夾雑物）を除去してプラスチックを分別回収することが可能となる。

（３）電極層上に絶縁層を有することにより、誘電効果が大きくなり、静電吸着力が向上するため、より効率良く強吸着物を吸着することが可能となる。

（４）胴体が回転体であることにより、回転体上の分別対象物を供給することで、連続的に弱吸着物と強吸着物とを分別回収することが可能となる。

（５）電源回路が胴体の内部に設けられた昇圧回路を有するものであることにより、外部の高圧電源は不要となるため、取り扱いが容易となる。

（６）第１電極および第２電極が櫛状であり、一方の櫛歯が他方の櫛歯間に入り込む関係に配置されたものであることにより、静電場を高密度で発生させることができ、静電吸着力を向上させ、より効率良く強吸着物を吸着することが可能となる。

本発明の実施の形態における分別装置の概略構成図である。 図１の静電ドラムの一部切欠き斜視図である。 図２の電極の配置構成図である。 図２の電極の別の実施形態を示す配置構成図である。 図２の電極のさらに別の実施形態を示す配置構成図である。 静電ドラムの表面に発生する静電場と木片（強吸着物）およびプラスチック（弱吸着物）の分極の様子を示す説明図である。 絶縁層を省略した静電ドラムの表面に発生する静電場と木片（強吸着物）およびプラスチック（弱吸着物）の分極の様子を示す説明図である。 実験結果を示す図である。

図１は本発明の実施の形態における異物除去装置の概略構成図、図２は図１の静電ドラムの一部切欠き斜視図、図３Ａは図２の電極の配置構成図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態における分別装置としての異物除去装置１は、表面に静電場を発生させる静電ドラム２と、静電場を発生させた静電ドラム２上に分別対象物Ｐを供給する供給装置としての振動フィーダー３と、分別対象物Ｐのうち静電場が発生した静電ドラム２上に静電吸着しにくい弱吸着物Ｐ１を回収する弱吸着物回収手段としての弱吸着物回収容器４と、分別対象物Ｐのうち静電場が発生した静電ドラム２上に静電吸着しやすい強吸着物Ｐ２を回収する強吸着物回収手段としての強吸着物回収容器５およびスクレーパー６とを有する。

静電ドラム２は、図２に示すように、胴体としての円筒状の回転体であるドラム２０の表面上に電極層２１と絶縁層２２とを設けたものである。電極層２１は、互いに離間した位置に配置される第１電極としての正電極２１Ａと第２電極としての負電極２１Ｂとから構成される。正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂは、図３Ａに示すように櫛状であり、一方の櫛歯が他方の櫛歯間に入り込む関係に配置されている。正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂは、金属箔や導電性塗料等により形成することが可能である。絶縁層２２は、電極層２１の全体を覆うように、電極層２１上に配置されている。

なお、正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂの櫛状については、図３Ｂに示すように、２方向でそれぞれ一方の櫛歯が他方の櫛歯に入り込む関係に配置されたものとしたり、図３Ｃに示すように、櫛歯が斜め方向に入り込む関係に配置されたものとしたり、櫛歯を波状としたりすることも可能である。

また、静電ドラム２の内部には、電源回路としての昇圧回路７が設けられている。昇圧回路７は、正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂに対してそれぞれ±１０００Ｖ〜±１００００Ｖ、好ましくは±１０００Ｖ〜±５０００Ｖ、より好ましくは±１５００Ｖ〜±４０００Ｖ、さらに好ましくは±２０００Ｖ〜±３０００Ｖの正電圧および負電圧を印加することで、絶縁層２２の表面に静電場Ｅを発生させるものである。なお、昇圧回路７への電力供給は、蓄電池や乾電池等を用いることが可能である。あるいは、スリップリングなどを介して外部から電力供給する構成とすることも可能である。

振動フィーダー３は、分別対象物Ｐを振動により搬送して静電ドラム２の絶縁層２２上に供給するものである。本実施形態における分別対象物ＰはＡＳＲである。ＡＳＲは、プラスチック、木くずやゴム等を含む廃棄物であり、処理業者によりサイズは異なるが、おおよそ１０〜１００ｍｍ程度の破砕品である。

ＡＳＲのうち誘電率が低く分極しにくいプラスチックは、静電場Ｅが発生した静電ドラム２上に静電吸着しにくい弱吸着物であり、誘電率が高く分極しやすい木くずやゴム等の夾雑物は、静電場Ｅが発生した静電ドラム２上に静電吸着しやすい強吸着物である。表１は物質ごとの比誘電率（出典：比誘電率表，山本電機インスツルメント株式会社，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.yei-jp.com/technology/hiyudenritu/hiyudenritu.html＞）を、リサイクルしやすいもの、リサイクルしにくいもの、および、夾雑物に分けて抜粋したものである。

静電ドラム２の絶縁層２２の表面には正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂに数千ボルトの電圧が印加されることによって静電場Ｅが発生しており、ＡＳＲのうち誘電率が高く分極しやすい木くずやゴム等の夾雑物（強吸着物Ｐ２）は静電誘導あるいは誘電分極し、グラジエント力などにより静電ドラム２に静電吸着される。正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂに対して印可する正電圧および負電圧は、分別対象物Ｐの大きさに応じて調整する。すなわち、大きな電圧を掛けて大きな範囲で静電場Ｅを発生させると、強吸着物Ｐ２の全体で誘電効果が起きるため、大きな強吸着物Ｐ２でも吸着できるようになる。

スクレーパー６は、静電ドラム２に静電吸着された木くずやゴム等（強吸着物Ｐ２）を掻き落とすものである。強吸着物回収容器５は、このスクレーパー６により静電ドラム２から掻き落とされた強吸着物Ｐ２を受けて回収するものである。なお、スクレーパー６に代えてブラシ等の他の分離手段により静電ドラム２上の強吸着物Ｐ２を分離する構成とすることも可能である。

一方、ＡＳＲのうち分極しにくいプラスチックは静電ドラム２に静電吸着されず、静電ドラム２の絶縁層２２の表面を滑り落ちる。弱吸着物回収容器４は、この静電ドラム２に静電吸着されずに滑り落ちたプラスチック（弱吸着物Ｐ１）を受けて回収するものである。

ここで、図４Ａおよび図４Ｂを参照して静電吸着原理について説明する。図４Ａは静電ドラム２の表面に発生する静電場と木片（強吸着物）およびプラスチック（弱吸着物）の分極の様子を示す説明図である。

図４Ａに示すように、木片のような誘電率の高いもの（強吸着物Ｐ２）は、静電場Ｅの中でよく分極するため電荷の向きが揃いやすい。一方、誘電率の低いプラスチックなど（弱吸着物Ｐ１）は、静電場Ｅの中で分極しづらいため、電荷の向きが揃いにくい。そのため、電極に対して電荷の極性が揃いやすい木片のような誘電率の高いもの（強吸着物Ｐ２）はより強い吸着力を得ることができ、静電ドラム２に吸着されたまま回転するが、分極しづらいプラスチックのような誘電率の低いもの（弱吸着物Ｐ１）は静電ドラム２に吸着されず、その表面から滑り落ちる。

なお、本実施形態における異物除去装置１は、電極層２１上に絶縁層２２を設けたものであるが、図４Ｂに示すように絶縁層２２を省略することも可能である。この場合、正電極２１Ａと負電極２１Ｂとの間の近いところだけで静電場が発生し、誘電効果が小さくなるため、静電吸着力が弱くなるが、原理的には木片のような誘電率が高いもの（強吸着物Ｐ２）とプラスチックのような誘電率が低いもの（弱吸着物Ｐ１）とを分別することが可能である。

上記構成の異物除去装置１によれば、静電ドラム２の表面上に互いに離間した位置に配置された正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂに対してそれぞれ正と負の電荷が供給されることで、電極層２１上に配置された絶縁層２２の表面に静電場が発生し、静電ドラム２上に振動フィーダー３からＡＳＲが供給されると、ＡＳＲのうち静電吸着しない弱吸着物Ｐ１であるプラスチックは静電ドラム２の絶縁層２２上を滑り落ち、弱吸着物回収容器４により回収される。なお、弱吸着物回収容器４に代えて、ベルトコンベアや空気搬送装置などの弱吸着物回収装置を設置することも可能である。

一方、ＡＳＲのうち静電吸着する強吸着物Ｐ２であるプラスチック以外の木くずやゴム等の夾雑物は静電ドラム２に静電吸着されて絶縁層２２上に保持され、静電ドラム２とともに回転する。そして、スクレーパー６により静電ドラム２から掻き落とされ、強吸着物回収容器５により回収される。なお、一部の強吸着物Ｐ２は、スクレーパー６により掻き落とされる前に静電ドラム２の表面から剥がれ落ち、強吸着物回収容器５に回収されるものもある。このように、本実施形態における異物除去装置１によれば、分別対象物Ｐが多種の不導体を含むＡＳＲであっても夾雑物を除去してプラスチックを分別回収することが可能である。

また、表１に示したように、ＡＳＲに含まれるプラスチックのうち、ポリアセタール樹脂やポリウレタン等のリサイクルしにくいプラスチックについても、ポリエチレン、ポリプロピレンやポリスチレン等のリサイクルしやすいプラスチックと比較して誘電率が低いため、静電ドラム２の表面に発生させる静電場Ｅを調整することで、リサイクルしにくいプラスチックについては静電ドラム２に吸着させて、リサイクルしやすいプラスチックと分別回収することも可能である。なお、正電極２１Ａと負電極２１Ｂとの間隔が狭く、電圧が高いほど電界強度の勾配が大きくなり、正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂの幅が狭いほど電界密度は増加するため、これらを調整することにより、静電場Ｅを調整することが可能である。

また、本実施形態における異物除去装置１では、静電ドラム２内部の昇圧回路７により発生させた高圧電力をその表面の正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂに供給するため、外部の高圧電源は不要である。また、従来の静電・コロナ放電併用式の装置のようなコロナ電極も不要であり、ドラムに導体を設置したり、アースに接続したりすることも不要である。

また、従来の静電・コロナ放電併用式の装置では電極が一点しかないため、その周辺でしか強力な吸着力は存在せず、ドラムはアースに接続されているため、帯電吸着したものでも徐々に電荷が奪われていく。一方、本実施形態における異物除去装置１では、静電ドラム２はアースに接続されておらず、静電ドラム２の表面全体に静電場Ｅを発生させることで、静電ドラム２の全周に渡り、高い吸着力を維持することが可能となっており、分別能力の向上が期待できる。

異物除去装置１によるプラスチックの分別回収実験を行った。処理したＡＳＲは１２ｍｍメッシュの破砕機で粉砕したものであり、長辺２０ｍｍ以下、短辺５ｍｍ程度、厚さ２ｍｍ程度のサイズである。

異物除去装置１は、塩ビ管によりドラム２０を形成し、このドラム２０にアルミ箔を切り出すことにより正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂを形成したものである。ドラム２０の内部には昇圧回路７と乾電池を設置し、ドラム２０の２箇所に設けた孔を通じて正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂに接続した。この正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂの上から絶縁テープを巻き付けることにより絶縁層２２を形成した。なお、正電極２１Ａおよび負電極２１Ｂにはそれぞれ±２５００Ｖ程度の電圧が印加されている。

図５は実験結果を示している。図５に示すように、ＡＳＲ（投入プラ）１５４４ｇを異物除去装置１により処理したところ、弱吸着物回収容器４により回収された弱吸着物Ｐ１（製品プラ）は１３６４ｇであり、夾雑物であるゴムは２１％、木片はほぼ１００％除去できており、プラスチックの割合は９７％であった。一方、強吸着物回収容器５に回収された強吸着物Ｐ２（除去物）は５９ｇであり、木くず等の異物を多く除去できている。

本発明は、ＡＳＲなどの廃棄物からプラスチックを分別回収するための分別装置および分別方法として有用であり、特に、多種の不導体を含むＡＳＲなどの廃棄物であっても夾雑物を除去してプラスチックを分別回収することが可能な分別装置および分別方法として好適である。

１ 異物除去装置
２ 静電ドラム
３ 振動フィーダー
４ 弱吸着物回収容器
５ 強吸着物回収容器
６ スクレーパー
７ 昇圧回路
２０ ドラム
２１ 電極層
２１Ａ 正電極
２１Ｂ 負電極
２２ 絶縁層

Claims (7)

1. 胴体の表面上の互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層と、
   前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加することで、前記電極層上に静電場を発生させるための電源回路と、
   前記静電場が発生した電極層上に分別対象物を供給する供給装置と、
   前記分別対象物のうち前記静電場が発生した電極層上に静電吸着しにくい弱吸着物を回収する弱吸着物回収手段と、
   前記分別対象物のうち前記静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物を回収する強吸着物回収手段と
   を含む分別装置。
2. 前記電極層上に絶縁層を有する請求項１記載の分別装置。
3. 前記胴体は、回転体である請求項１または２に記載の分別装置。
4. 前記電源回路は、前記胴体の内部に設けられた昇圧回路を有するものである請求項１から３のいずれか１項に記載の分別装置。
5. 前記第１電極および前記第２電極は櫛状であり、一方の櫛歯が他方の櫛歯間に入り込む関係に配置されたものである請求項１から４のいずれか１項に記載の分別装置。
6. 胴体の表面上に互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層の前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加することで、前記電極層上に静電場を発生させ、前記静電場が発生した電極層上に分別対象物を供給して、前記分別対象物のうち前記静電場が発生した電極層上に静電吸着しない弱吸着物を回収するとともに、前記分別対象物のうち前記静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物を回収する分別方法。
7. 胴体の表面上の互いに離間した位置に配置された第１電極および第２電極からなる電極層と、
   前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加することで、前記電極層上に静電場を発生させるための電源回路と、
   前記静電場が発生した電極層上にプラスチックを含む廃棄物を供給する供給装置と、
   前記廃棄物のうち前記静電場が発生した電極層上に静電吸着しやすい強吸着物を回収する強吸着物回収手段と
   を含む異物除去装置。

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