JP3578646B2 - プラスチック選別装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック製のごみ等を破砕した後のプラスチック片を種類ごとに選別するプラスチック選別装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、プラスチック選別装置としては例えば図3に示すように、水平軸心周りに所定方向へ回転自在な金属ドラム1と、この金属ドラム1の回転方向斜め上方に一定間隔をおいて対向する円弧状の電極板2と、帯電させた複数種のプラスチック片3を金属ドラム1と電極板2との間に供給する供給トレー4とが備えられている。上記金属ドラム1と電極板2との間には高圧直流電源5によって高電圧が印加され、金属ドラム1はプラスに,電極板2はマイナスに帯電されている。上記金属ドラム1の下方には、選別されたプラスチック片3を受ける容器6が設けられており、この容器6には第1収集室7と第2収集室8とが形成されている。尚、金属ドラム1の外周面には金属ブラシ9が接触しており、上記高圧直流電源5の陽極が金属ブラシ9に接続されている。
【0003】
これによると、複数種のプラスチックが混在したプラスチック片3は、先ず、摩擦帯電装置(図示せず)によって攪拌されて摩擦帯電され、この際、プラスチック片3の各種類に応じてプラスまたはマイナスのいずれかに帯電される。このようにして帯電されたプラスチック片3は、供給トレー4から回転している金属ドラム1と電極板2との間に供給される。
【0004】
そして、金属ドラム1の外周面上に散布されたプラスチック片3のうち、プラスに帯電したプラスチック片3は電極板2に吸い寄せられながら落下して第1収集室7内に集められ、マイナスに帯電したプラスチック片3は、金属ドラム1の外周面に吸い寄せられ、金属ドラム1の回転によって落下して第2収集室8内に集められる。これにより、種類の異なるプラスチック片3が第1収集室7と第2収集室8とに選別されて集められる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来形式では、プラスチック片3は可燃性であるため粉体爆発を起こし易く、その中でも例えば、ポリエチレン(大きさ約100ミクロン)の最小着火エネルギーは10mJ(ミリジュール)と小さく、粉体爆発を起こし易いプラスチックの一種である。このようなプラスチック片3が金属ドラム1と電極板2との間を通過する際、スパーク10が発生することがあり、このスパーク10のエネルギーがプラスチック片3の最小着火エネルギーよりも大きい場合、プラスチック片3が着火して爆発する恐れがある。
【0006】
本発明は、プラスチック片を選別している際、プラスチック片の着火爆発を防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第1発明におけるプラスチック選別装置は、帯電させた複数種のプラスチック片を陽極部材と陰極部材との間に供給して、プラスに帯電されたプラスチック片とマイナスに帯電されたプラスチック片とを分離するプラスチック選別装置であって、
上記陽極部材と陰極部材との間に電圧を印加するコンデンサを設け、
上記陰または陽のいずれかの極部材とコンデンサとの間に放電側抵抗を挿入し、上記コンデンサを充電するための直流電源をコンデンサに並列に接続し、
上記陽極部材と陰極部材との間のスパーク発生時の抵抗値をRp、放電側抵抗の抵抗値をRd、コンデンサの静電容量をC、コンデンサの両端電圧をVc、上記プラスチック片の最小着火エネルギーをEとすると、
Rd>(C×Vc2/(2×E)−1)×Rp
を満足するように上記放電側抵抗の抵抗値Rdが設定されているものである。
【0008】
これによると、放電側抵抗の抵抗値Rdを、Rd>(C×Vc2/(2×E)−1)×Rpと設定することにより、陽極部材と陰極部材との間に発生するスパークのエネルギーがプラスチック片の最小着火エネルギーEよりも小さくなるため、プラスチック片の着火爆発を防止することができ、安全である。
【0009】
本第2発明におけるプラスチック選別装置は、コンデンサに並列に接続された直流電源に、充電側抵抗が直列に接続され、
上記充電側抵抗の抵抗値をRcとすると、
Rc>Rd
を満足するように充電側抵抗の抵抗値Rcと放電側抵抗の抵抗値Rdとが設定されているものである。
【0010】
これによると、陽極部材と陰極部材との間にスパークが発生してコンデンサに蓄えられた電気エネルギーが放出された後、再び直流電源から充電側抵抗を通してコンデンサに充電される。スパーク発生時には、コンデンサの電荷は放電時定数τd=C×Rdで放電され、その後、充電時定数τc=C×Rcで充電される。この際、Rc>Rdの関係によって、充電時定数τcが放電時定数τdよりも大きくなるため、コンデンサの両端電圧Vcがほぼ0Vになるまで低下してスパークの発生が停止した後に、コンデンサの充電が始まる。このように、一旦、コンデンサの両端電圧Vcを0Vまで落すことによって、上記スパークが陽極部材と陰極部材との間で連続して発生することを防止することができるため、安全である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1および図2に基づいて説明する。尚、上述した従来のプラスチック選別装置と同一の部材については同じ番号を付記してその説明を省略する。
【0012】
プラスチック選別装置は、帯電させた複数種のプラスチック片3を金属ドラム1(陽極部材の一例)と電極板2(陰極部材の一例)との間に供給し、金属ドラム1と電極板2との間の電場内で受ける静電気力によってプラスに帯電されたプラスチック片3とマイナスに帯電されたプラスチック片3とを分離するものである。
【0013】
上記金属ドラム1と電極板2との間に電圧を印加するコンデンサ20が設けられており、上記電極板2とコンデンサ20との間には放電側抵抗21が挿入されている。また、上記コンデンサ20を充電するための高圧直流電源22がコンデンサ20に並列に接続されている。また、上記高圧直流電源22の陰極には、充電側抵抗23が直列に接続されている。
【0014】
上記金属ドラム1と電極板2との間のスパーク発生時の抵抗値をRp(Ω)とし、充電側抵抗23の抵抗値をRc(Ω)とし、放電側抵抗21の抵抗値をRd(Ω)とし、コンデンサ20の静電容量をC(F)とし、コンデンサ20の両端電圧をVc(V)とし、プラスチック片3の最小着火エネルギーをE(J)とすると、
上記コンデンサ20に蓄えられる電気エネルギーW(J)は以下の式で示される。
【0015】
W=C×Vc2/2
上記金属ドラム1と電極板2との間にスパーク10が発生した場合、コンデンサ20に蓄えられたエネルギーWが放出され、放出されたエネルギーWは放電側抵抗21の抵抗値Rdおよび金属ドラム1と電極板2との間の抵抗値Rpに応じて比例分配されて消費される。この際、金属ドラム1と電極板2との間で消費されるエネルギーがスパーク10のエネルギーWs(J)に相当する。したがって、スパーク10のエネルギーWsは以下の式で示される。
上記スパーク10のエネルギーWsがプラスチック片3の最小着火エネルギーEよりも小さく(すなわちWs<E)なれば、プラスチック片3の着火爆発を防止することができ、これにより、以下の式が導かれる。
(1/2)×C×Vc2×Rp/(Rd+Rp)<E
上記式を変形して、
Rd>(C×Vc2/(2×E)−1)×Rp ・・・(2)
ここで、スパーク10の発生時の金属ドラム1と電極板2との間の抵抗値をRp=100kΩ=100×103Ω(実測した値の一例)とし、プラスチック片3のうち粉体爆発を起こし易いポリエチレンの最小着火エネルギーがE=10mJ=10×10−3Jであるため、これらの数値を上記の式(2)に代入することにより、以下の式が求められる。
Rd>(C×Vc2/(2×10×10−3)−1)×100×103
上記式を変形して、
Rd>(5×C×Vc2−0.1)×106 ・・・(3)
したがって、上記式(3)を満足するように放電側抵抗21の抵抗値Rdを設定することにより、金属ドラム1と電極板2との間に発生するスパーク10のエネルギーWsがプラスチック片3の最小着火エネルギーEよりも小さくなるため、プラスチック片3の着火爆発を防止することができ、安全である。
【0016】
また、金属ドラム1と電極板2との間にスパーク10が発生してコンデンサ20に蓄えられた電気エネルギーWが放出された後、再び高圧直流電源22から充電側抵抗23を通してコンデンサ20に充電される。図2のグラフで示すように、スパーク10の発生時には、コンデンサ20の両端電圧Vcは放電時定数τd=C×Rdで放電され、その後、充電時定数τc=C×Rcで充電される。この際、Rc>Rdとして、充電時定数τc≫放電時定数τdとすることにより、コンデンサ20の両端電圧Vcが放電時間Tdでほぼ0Vまで低下してスパーク10が停止した後に、コンデンサ20の充電が始まり、上記放電時間Tdよりも長い充電時間Tcで充電が完了する。実験によると、Rc≧Rd×10とすることによって、上記のようにコンデンサ20が0Vになるまで放電され、その後、放電時間Tdよりも長い充電時間Tcで充電するため、上記スパーク10が連続して発生することを防止することができる。
【0017】
尚、放電側抵抗21の抵抗値Rdをスパーク10の発生していない状態での金属ドラム1と電極板2との間の抵抗値Rp0に対して無視できる程度に小さくすることによって、コンデンサ20の両端電圧Vcとほぼ同じだけの電圧が金属ドラム1と電極板2との間に印加される。
【0018】
次に、例えば、ポリエチレンを含んだプラスチック片3を以下のような条件で選別した場合を示す。
充電側抵抗23の抵抗値Rc=45MΩ
放電側抵抗21の抵抗値Rd=4.5MΩ
コンデンサ20の静電容量C=1000pF
極間電圧(金属ドラム1と電極板2との間の電圧)Vp=30kV
スパーク10の発生時の金属ドラム1と電極板2との間の抵抗値Rp=100kΩ
スパーク10の発生していない状態での金属ドラム1と電極板2との間の抵抗値Rp0=180MΩ
上記の条件によると、Rd≪Rp0であるため、上記極間電圧Vpには上記コンデンサ20の両端電圧Vcが印加される。したがって、Vc=30kVとなり、上記各数値を上記式(3)に代入すると以下のようになる。
したがって実際には上記のようにRd=4.5MΩの放電側抵抗21を用いているため、上記式(4)で得られたRd>3.5(MΩ)の条件を満たしている。この際、金属ドラム1と電極板2との間に発生するスパーク10のエネルギーWsは上記式(1)によって以下のようになる。
Ws=1/2×1000×10−12×(30×103)2×100×103/(4 .5×106+100×103)=0.98×10−2(J)=9.8( mJ)
したがって、Ws=9.8mJ<最小着火エネルギーE=10mJとなるため、プラスチック片3の着火爆発を防止することができ、プラスチック選別時の安全性が向上する。
【0019】
上記実施の形態では、金属ドラム1をプラス,電極板2をマイナスに帯電させているが、逆に、金属ドラム1をマイナス,電極板2をプラスに帯電させてもよい。
【0020】
上記実施の形態では、上記式(2)にRp=100kΩ,E=10mJを代入しているが、代入したこれらの値は一例であり、Rpは金属ドラム1と電極板2との間隔等によって様々に変化し、また、Eはプラスチック片3の種類によって異なるものである。
【0021】
【発明の効果】
以上のように本第1発明によれば、放電側抵抗の抵抗値Rdを、Rd>(C×Vc2/(2×E)−1)×Rpと設定することにより、陽極部材と陰極部材との間に発生するスパークのエネルギーがプラスチック片の最小着火エネルギーEよりも小さくなるため、プラスチック片の着火爆発を防止することができ、安全である。
【0022】
また、本第2発明によれば、スパーク発生時には、コンデンサの電荷は放電時定数τd=C×Rdで放電され、その後、充電時定数τc=C×Rcで充電される。この際、Rc>Rdの関係によって、充電時定数τcが放電時定数τdよりも大きくなるため、コンデンサの両端電圧Vcがほぼ0Vになるまで低下してスパークの発生が停止した後に、コンデンサの充電が始まる。このように、一旦、コンデンサの両端電圧Vcを0Vまで落すことによって、上記スパークが陽極部材と陰極部材との間で連続して発生することを防止することができるため、安全である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるプラスチック選別装置の構成を示す図である。
【図2】同、プラスチック選別装置のコンデンサの放電時間と充電時間とのグラフである。
【図3】従来のプラスチック選別装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 金属ドラム(陽極部材)
2 電極板(陰極部材)
3 プラスチック片
20 コンデンサ
21 放電側抵抗
22 高圧直流電源
23 充電側抵抗
Claims (2)
- 帯電させた複数種のプラスチック片を陽極部材と陰極部材との間に供給して、プラスに帯電されたプラスチック片とマイナスに帯電されたプラスチック片とを分離するプラスチック選別装置であって、
上記陽極部材と陰極部材との間に電圧を印加するコンデンサを設け、
上記陰または陽のいずれかの極部材とコンデンサとの間に放電側抵抗を挿入し、
上記コンデンサを充電するための直流電源をコンデンサに並列に接続し、
上記陽極部材と陰極部材との間のスパーク発生時の抵抗値をRp、放電側抵抗の抵抗値をRd、コンデンサの静電容量をC、コンデンサの両端電圧をVc、上記プラスチック片の最小着火エネルギーをEとすると、
Rd>(C×Vc2/(2×E)−1)×Rp
を満足するように上記放電側抵抗の抵抗値Rdが設定されていることを特徴とするプラスチック選別装置。 - コンデンサに並列に接続された直流電源に、充電側抵抗が直列に接続され、
上記充電側抵抗の抵抗値をRcとすると、
Rc>Rd
を満足するように充電側抵抗の抵抗値Rcと放電側抵抗の抵抗値Rdとが設定されていることを特徴とする請求項1記載のプラスチック選別装置。
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