JP6563652B2 - リサイクル可能な物品を分解するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、液中放電効果を用いて、リサイクル材料を再利用可能な物質に物質選択的に分解するための方法および装置に関する。

独国特許第１０ ２００６ ０２７ ２７３ Ｂ３号明細書および独国特許出願公開第１０ ２００８ ０３３ １２２ Ａ１号明細書は、水で満たされた微粉砕室中の供給物質を電気フラッシオーバを用いて（液中放電式に）微粉砕して粉砕物質を形成するために、いわゆる液中放電効果を使用することを開示している。特に、液中放電微粉砕効果を用いた金属級ケイ素からの超高純度ケイ素の回収が前記文書に記載されている。

独国特許第１０ ２００９ ０３４ ３１４ Ｂ４号明細書は、液中放電効果を用いてリサイクルするために燃料電池スタックを物質選択的に分解する方法を開示しており、この方法では、第１の工程において、燃料電池スタックのバイポーラ板の接着領域において横に衝突する音波または衝撃波が、電極システムを用いて目的とする方法で発生され、その結果、接着結合の一体性は破壊され、結果として、パイポーラ板の形態の燃料電池スタックの主構成要素は分離される。さらなる工程において、各バイポーラ板の表面浄化が実行される。

この２工程の分解および浄化法は、特に燃料電池スタックの物質選択的分解に適合されており、他のリサイクル材料の分解を対象とせず、またそれに適切でない。特に、導入されるパルスエネルギーが最大１０Ｊと非常に低く、また発生される高電圧パルスの動作周波数または繰返し数が非常に高く、約１００Ｈｚであるためである。

独国特許出願公開第１９５ ３４ ２３２ Ａ１号明細書は、非金属または部分的金属構成要素から凝集された固体を微粉砕かつ破砕し、できるだけ迅速に電気エネルギーの蓄積を放電することによって均質な非金属固体を分解する方法を開示しており、その方法は、金属−プラスチック結合もしくはプラスチック−セラミック結合、または金属、セラミックおよびプラスチックを含む複合物質を破壊分離するのにも有益であるように意図されている。この公知の方法は、ＬＣ放電回路に提供された寸法のおかげで、確実に電圧の上昇が２００ｎｓの遅延時間未満で絶縁破壊電圧まで発生し、また、電気フラッシオーバが、分解されるべき固体に、すなわち粉砕されるべき物質に実質的に発生されることを目的としている。

本発明は、複数の工作物または構成要素部品から構成されたリサイクル材料を、再利用可能な物質に分解するための特に適切な方法を特定する目的に基づく。さらに本発明は、これに適した装置を特定することを目的とする。特に、簡単かつ費用節約的な方法で、異なる物品、部品または物質の最大可能数を、できるだけ完全に選択することが可能なはずである。

本方法に関して、この目的は請求項１の特徴によって本発明に従い達成される。有利な発展および変形は、前記請求項に戻ってそれを参照する従属項の主題である。

これに関して、５ｋＶ／ｍｍ以下の平均電界強度、および１０Ｊを超える、好ましくは３００Ｊ〜１２００Ｊのパルスまたは放電エネルギーを有するパルス放電が、水中スパークギャップ内でパルス電流源を用いて、少なくとも実質的に液体中で発生される。この場合、リサイクル材料は、容器の底側に存在しかつ少なくとも部分的に水中スパークギャップを満たすように、容器の中に配置される。

好ましくは、本発明による方法において、５００ｎｓを超える上記高電圧パルスまたは各高電圧パルスのパルス立ち上がり時間において１μｓを超えるパルス持続時間が設定され、その結果、放電チャネルが、実質的に容器内の液体中で生じる。

本発明は、分解されるべき固体（粉砕されるべき物質）中の電気フラッシオーバの形成が、関与する物質の物理的特性、特に絶縁耐力に依存し、および分解されるべき固体が導入される液体および液体自体が、経時的に絶縁耐力に関して異なる反応を有するという考えに基づく。短時間の間存在する電圧に関して、水などの液体は、例えば、固体（粉砕されるべき物質）よりはるかに高い絶縁耐力を有する。

従って、電圧が比較的長時間にわたり存在する場合、水の絶縁破壊電圧の曲線は、固体すなわち粉砕されるべき物質のそれより下に落ちる。これは、固体中のフラッシオーバの目的とする発生に関して、特に鋭いエッジを有する電圧パルスが、液体が比較的高い絶縁耐力を有することを可能にするために必要であるということを意味する。そのような電圧上昇率を得るために、３００ｋＶ〜６００ｋＶの高い印加電圧の形態の十分に高い駆動力が必要である。コンデンサバンクにおいて平行に接続される複数のコンデンサのために、対応して高い電圧が発生される可能性があり、放電の場合、コンデンサは直列に接続される（マルクス発生器）。しかしながら、そのようなコンデンサバンクは非常に複雑である。

最初に言及した独国特許出願公開第１９５ ３４ ２３２ Ａ１号明細書から公知の方法も、そのような３００ｋＶ〜６００ｋＶの高いパルス電圧、および各パルスあたりの比較的低いエネルギー、および固体（粉砕されるべき物質）中の電気フラッシオーバの目的とする発生によって特徴づけられる。最後に言及した実体的事項は、微粉砕されるべき物質の本体中の衝撃波の形成に効果的である。前記衝撃波の発生点において、非常に高い圧力勾配が発生し、それにより、衝撃波の発生点のすぐ近くで圧縮破壊の局地的集中が生じ得る。粉砕されるべき物質中でこの圧縮波が球状に伝播する場合、さらなる伝達および反射効果が、隣接する物質間の移行部で生じる。パルス波物理的現象のこれら効果により、物質界面において圧力勾配の顕著な増加が、ひいては好ましくはこれらの地点で機械的破壊がもたらされる。

本発明は、選択されるべき誘電物質の絶縁破壊電圧より時間的にかなり前に液体媒体の絶縁破壊電圧に到達するパルス立ち上がり時間を有する多数の高電圧パルスが、所定の比較的低い繰返し数以内で発生されるとき、リサイクル材料を物質選択的な方法で確実に分解することができるという認識に基づいている。

選択されるべき物質の絶縁破壊電圧より時間的に前に液体媒体の絶縁破壊電圧に到達するそのようなパルス立ち上がり時間の場合に正確には、多数の異なるリサイクル材料を、比較的小さい複雑さで、特に１００ｋＶ未満の比較的より低い高電圧で、物質選択的な方法で、前記リサイクル材料の使用可能な構成要素部品または工作物へ、分解することができる。

この認識は、液体媒体中で衝撃波またはパワー音波が発生する場合、浸漬される、すなわち液体媒体に挿入または浸される物質または粉砕されるべき物質への広範囲の波の入力が発生し、その結果として、異なる選択効果またはプロセス、および従って各リサイクル材料に含まれる工作物の物質選択的崩壊を実現することができるという物理的考察に起因し得る。発生するプロセスは、以下に記載される物理的手順にさらに分割することができる。

液体媒体からの均一な、等方的エネルギー入力の結果として、浸漬された物質は、同様に均一な力の入力を受ける。従って微粉砕方法は、物質の機械的強度における差の点で、高度な破壊選択性を有する。全ての従来の微粉砕変形と対照的に、全ての他の変形では局地的に集中した態様でもたらされる力の入力点における優先的破壊は省かれる。

衝撃波またはパワー音波が物質に入ったあと、衝撃波またはパワー音波は固体を伝播し、伝播経路に配置された各物質不均一性（これは音響インピーダンスの不均一性も表す）において、反射を経験し、その強さまたは強度は、２つの界面物質の音響インピーダンスの比に依存する。

固定端部における反射の場合、２つの媒体間に引張応力をもたらす相侵入を伴う反射がそのような移行部で発生する。ホプキンス効果とも呼ばれるこの物理現象の結果として、破壊の形成はさらに強化される。結果として各物質は、機械的に不安定な地点で、的を絞った方法で壊れる。

リサイクルされるべき複合物質の部分的な導電率により、電流は導電領域に沿って、的を絞った方法で流され、導電領域は対応してより高いエネルギー入力を受ける。対応して小さい断面を考慮に入れると、爆発に似た熱エネルギー転換もここで生じ、その結果として衝撃波が同じく発生される。物理的実験において、この部分的効果は、呼称「線爆（ｗｉｒｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ）」の下で知られている。特に高いエネルギー入力の結果、物質の導電領域と液体（いわゆる「根」）または誘電性固体の残部との間の移行部にこの関係が生じる。

従って複合物質をリサイクルする間の液中放電効果の特定の特徴は、知られているように、上記の効果が組合せで発生し、ゆえに破壊分離の高度な選択性を、要素混合物に依存して達成できるという点にある。

装置に関して、上記目的は、請求項５の特徴によって本発明に従って達成される。有利な構造および変形形態、前記請求項を引用する従属項の主題である。

装置は、リサイクル材料を収容するための、液体で満たすことができる容器と、液体中に電気パルス放電を発生する手段とを含む。高電圧を印加可能でありかつ少なくとも１つの電極と１つの相手方電極とを含む電極システムが提供され、それは、容器底側の電極と、容器カバー側にありかつ前記電極の方を向く多数の電極との間の水中スパークギャップ内で、５ｋＶ／ｍｍ以下の平均高電圧または電界強度と、３００Ｊ〜１２００Ｊのパルスまたは放電エネルギーとを有するパルス放電が発生され、高電圧パルスの立ち上がり時間が５００ｎｓを超える、特に１μｓを超えるような方法で、多数の高電圧パルスをあらかじめ決定可能な繰返し数以内で発生するように設計されている。効果的な衝撃波発生のためには、パルス持続時間は同じく３０μｓ未満であるべきである。

本発明による方法および本発明による装置は、例えば、充電式バッテリ、特にリチウムイオン充電式バッテリをリサイクルするのに適切である。このため、充電式バッテリは、以下でリサイクル用反応器とも呼ばれる容器に導入され、容器は液体媒体、好ましくは油で満たされる。次いで、高電圧電極が、好ましくはリサイクル材料の真上に位置決めされ、その後、電気パルスが、パルス発生器を用いた適切な方法で、各高電圧電極を用いて、発生される。好都合に複数の電極を含む電極システムによって発生された音波または衝撃波が充電式バッテリに衝突し、一般的にプラスチックから成る外装を破壊する。

本発明による方法に従う液中放電効果を用いたさらなる加工により、充電式バッテリの金属ハウジングが裂き開かれ、内側構成要素部品、例えば充電式バッテリの電極などが分解される。このとき、液体媒体として水の代わりに油が好ましくは使用される場合、この無水動作モードにより、充電式バッテリの電極が水と接触することは回避され、従って火災または爆発をもたらす反応は確実に抑えられる。

充電式バッテリの分解後、各構成要素部品は、例えばふるい分けまたは液体サイクロン分離を用いて液体媒体から取り除くことができる。分解または崩壊の結果として粉砕用液体に包含される物質は、化学的に分離することができる。

２工程分解プロセスを実行することも可能である。この場合、第１工程において、充電式バッテリのプラスチック製の外装が取り外され、前記充電式バッテリの金属ハウジングが、無水媒体中の電解質の不活性化を含みながら露出される。第２工程において、充電式バッテリの金属ハウジングおよび電極の物質選択的分離が実行される。

様々な液体媒体中で充電式バッテリを破壊分離するために、反応容器は円錐状であることもできる。しかしながら、円筒状反応容器が好ましい。容器または反応器のサイズは、３００Ｌ以下、好ましくは２Ｌ〜２０Ｌの容量が提供されるように寸法決めされるべきである。この場合、高電圧は、２０ｋＶ〜１００ｋＶ、好ましくは３０ｋＶ〜５０ｋＶの範囲内にあるべきである。電極システムの各電極に提供されるエネルギーは、１００Ｊ〜５０００Ｊ、特に３００Ｊ〜５００Ｊであるべきである。

好ましくは電極システムは、１個より多く１０個より少ない電極、特に３個までの電極を有する。特にパルス発生器によって提供される高電圧パルスの繰返し数は、１０Ｈｚ以下である。可能な液体媒体は特に油であるが、水道水または蒸留水でもあり、化学添加物を含むと好都合である。

液体媒体として油を使用するとき、危険な物質が油の中に配置されることが保証され、特に、フッ素の不活性化が保証され、その結果、フッ化水素酸が生成されず、リチウムと水の反応の結果としての水素の形成が回避される。

特定の例示的実施形態では、始めるために、完全に放電されたリチウムイオン充電式バッテリが、できるだけ平らに、油で、例えば植物油で満たされた反応容器に導入される。次に反応容器は、電極システムが適切な方法で一体化されている容器カバーで密閉される。この場合、電極システムは好ましくは、適切な方法で円形に配置された複数の高電圧電極を含む。そのような多電極システムにより、全反応器断面にわたる表面処理が可能になる。処理中の容器内での圧力蓄積を回避するために、通気接続部が容器カバーに設けられる。

次の工程では、電極間隙、すなわち各高電圧電極と充電式バッテリの上側との間の間隙が設定される。この場合、電極システムが充電式バッテリに直接位置付けられると好都合である。

次の工程において、約５Ｈｚ〜１０Ｈｚの繰返し数を有するパルス放電がパルス発生器によって発生され、パルス放電は、各電極対（すなわち、電極システムの電極の１つ、および容器底側の、好ましくは全電極に共通である相手方電極）において、４０ｋＶの電圧レベルでいずれの場合も約６００Ｊのエネルギーを有する。繰返し数を増加することにより、必要な処理持続時間を短縮することができる。

高電圧電極と充電式バッテリの金属ハウジングとの間の第１フラッシオーバよりも時間的に後に発生する圧力波が油の中を伝播し、それにより充電式バッテリの微粉砕が生じる。この場合、充電式バッテリの分解の処理時間は、繰返し数、数、および導入される充電式バッテリの設計および寸法に依存して変化し、例えば、約４０ｓ〜２００ｓである。

本発明による処理のあと、液体媒体（粉砕用水）中に個々の破片が存在し、それらは機械的および／または化学的に分離することができる。

また本発明による方法により、積層された金属箔をリサイクルすることが可能になる。この方法は、好ましくは鋼から成る反応容器で実行される。積層された箔は液体媒体、好ましくは水道水と一緒に反応容器に導入される。次に反応容器は、電極システムがここでも一体化されている反応器カバーで密閉される。この場合も、電極システムは好ましくは、全反応器断面にわたるできるだけ広い領域に及ぶ実装プロセスにより円形に配置された複数の高電圧電極を含む。ここでも、処理の結果として反応容器内に圧力が蓄積することを回避するために、反応器カバーに通気接続部が設けられる。

同様に、高電圧電極と、粉砕電極として具現化されかつ容器基板に提供されるか容器基板によって形成される相手方電極との間の電極間隙が次に設定される。ここでも、約３Ｈｚ〜８Ｈｚの繰返し数と、電極あたり１００Ｊ〜５０００Ｊ、特に３００Ｊ〜１５００Ｊのパルスエネルギーと、２０ｋＶ〜１００ｋＶ、特に３０ｋＶ〜５０ｋＶの高電圧とを有するパルス放電が、各電極対のまたはそれを有するパルス発生器を用いて発生される。繰返し数を増加することで、ここでも必要処理時間を低減することができる。

高電圧電極と金属箔との間の電気フラッシオーバ後に生じる圧力波が水中を伝播し、コーティングの微粉砕および分離をもたらす。ここでも必要な処理時間は繰返し数および導入された積層箔の充填量に依存して変化し、例えば１分〜１５分である。

この処理の後、粉砕された物質のサイズに基づいて、箔とコーティングの分離を、例えばふるい分けによって実行することができる。次に、コーティングが微細な破片（スラリー）としての反応容器の粉砕用水中に沈殿し、機械的または化学的に分離することができる。

本発明による方法および本発明による装置はまた、記載した液中放電効果を用いて、電子廃棄物の分解を可能にする。開閉装置、特に回路遮断器、接触器、例えばヒューズまたはスパークプラグなどのセラミック部品、コンピュータ構成要素部品、コンデンサ等、およびプラグまたはプラグ型接続部を、特にその再利用可能な構成要素部品を与えるために、リサイクル材料として分解することができる。

ここでも反応容器の形状は円錐状であり得る。しかしながら、好ましくは円筒状反応容器が使用され、容器はここでも３００Ｌ以下、特に４０Ｌの容量を有する。ここでも高電圧は好ましくは１００ｋＶ未満、特に３０ｋＶ〜５０ｋＶである。高電圧電極あたりのエネルギーは同じく５０００Ｊ未満、特に１５００Ｊ未満であるが、好ましくはこのリサイクルプロセスでは電極あたり２００Ｊ超である。ここでも、適切な方法で円形状に配置された複数の電極、好ましくは１０個までの電極を含む電極システムが同じく使用される。適切な液体媒体は水道水または蒸留水であり、好ましくは添加物を含む。

電子廃棄物に包含される再使用可能な工作物の物質の分別、したがって選択は、プラスチック−セラミックおよび金属構成要素部品または粒子中の前記工作物の異なる破壊特性に基づいて実行される。

本発明による方法および本発明による装置は、特に、（電気または電子）プリント回路基板（回路基板）を、添加物のあるまたはない液体媒体中でリサイクルするのにも適切である。プリント回路基板自体が破壊されることを意図しているか否かに依存して、微粉砕されたプリント回路基板またはコンパクトな形状に保持された他のプリント回路基板を用いて、反応容器への供給が実行される。ここでも反応器の形状は円錐状であってもよいが、好ましくは円筒状である。

反応器の容量は同様に３００Ｌ未満であるべきであり、ここでも特に４０Ｌであることができる。高電圧は２０ｋＶ〜１００ｋＶ、特に３０ｋＶ〜５０ｋＶであるべきである。電極特有エネルギーはここでも５０００Ｊ未満、好ましくは２００Ｊ〜１２００Ｊであるべきであり、ここでも単一の電極、しかし好ましくは複数の電極が有利であり、電極はここでも円形状に適切な方法で配置される。最大電極数は同様に１０個の電極を超えないべきである。繰返し数は同じく１０Ｈｚ以下であるべきである。

本方法を実行するのに特に適切な装置は、容器カバー用の固定支持フレーム構造と、カバーのない容器すなわち一体型相手方電極を有する容器基板を含む容器本体用の可動支持フレーム構造とを含む。容器本体は好ましくは円筒状であり、それにより簡素かつ費用節約的なリサイクル用反応器の準備が可能になる。公知の方法では、絶縁のない鋼またはステンレス鋼管を、フランジが基板に取り付けられた容器本体として使用可能である。さらにカバー側において容器本体に取り付けられたフランジにより、ここでも特に費用節約的な方法で、一方で相手方電極を含む好ましくはドーム状の容器基板を、他方で位置付けることができる分離された容器カバーを、例えば密閉ねじ式フランジ接続を用いて、取り付けることが可能である。

適切な方法では、固定反応器フレーム構造は、クロスバーを有する支持側に提供され、クロスバーが所定の方法で電極システムを含む容器カバーを保持する。連結された状態において、容器本体は容器カバーに固定される。この場合容器本体を、特に前記容器本体の簡略化された充填または中身の取出しのために、可動フレーム構造またはそのクロスバーに回動可能に配置することもできる。

リサイクル装置はさらに、適切な方法で、特に防音室を提供するために、好ましくは２つのハウジング室を有するキャビネット状ハウジングを含む。下側ハウジング室は、容器本体を有する可動支持フレーム構造を収容し、固定フレーム構造は反応器ハウジングに配置される。この場合、下側ハウジング室の上に配置されたさらなるハウジング室が、電気工学的構成要素、特に単独の高電圧コンデンサまたは少数の高電圧コンデンサおよび電極システムとの接続線を収容する。

このリサイクル装置はさらに、垂直方向に調整可能な方法で、容器カバーを、可動支持フレーム構造を用いて反応器ハウジングにまたは反応器キャビネットに押し込まれた容器本体に位置付けるように設計され、この場合高電圧接続部およびさらなる高電圧構成要素および／または場合によりさらなる電気工学的構成要素が、上側ハウジング室に位置付けられる。結果として、容器カバーが容器本体に位置付けられかつ結合されると、必要な動作は不利なやり方で損なわれず、高電圧を伝導する部分は、下側フレーム構造または容器領域から離される。

１つまたは好ましくは２つのハウジング扉により、防音のためまたは電磁適合性（ＥＭＣ）を保証するために、および反応容器またはその本体を感電から守るやり方で取り扱うために、反応器ハウジングの上および下側ハウジング室を選択的に閉鎖することが可能になる。

装置の制御用の構成要素のために、反応器ハウジングの側面に適切な方法で、好ましくは反応器ハウジングの物理的にすぐ隣に位置付けられた制御開閉装置キャビネットであって制御盤および表示装置を含むここでも好ましくは柱状のパネルハウジングを含む制御開閉装置キャビネットが、リサイクル装置を操作、開閉および制御するために使用される。

本発明の例示的実施形態を、図面を参照して以下で説明する。

図１は、簡略化された回路図において、リサイクル材料を物質選択的に分解するための装置を示し、装置はカバー側に電極を有する、リサイクル材料を収容するための反応容器を含んでいる。 図２は、前面斜視図において、２つのハウジング室を含む反応器ハウジング内の、部分的に可動な反応器フレーム構造中の反応容器を示す。 図３は、反応器ハウジングと、反応容器を有する可動支持フレーム構造とを前面図で示す。

図１は、リサイクル材料を再利用可能な物質に物質選択的に分解するための装置１の少なくとも主構成要素を概略的に示し、装置１はリサイクル材料を収容するための、液体Ｆで満たされた容器２を含む。示されている容器２は、特に簡単な実施形態において、例えばステンレス鋼からなる円筒容器本体３を有し、円筒容器本体３はカバー側（上側）フランジおよび底側（下側）フランジと、容器カバー４ａおよび容器基板４ｂとを含む。この場合、３つのロッド状電極５が、好ましくは互いに等距離に、容器カバー４ａに挿入または一体化される。電極５は垂直方向の延伸部分、すなわち、容器本体３の円筒状の壁と実質的に平行である延伸部分を有する。容器カバー４ａおよび容器基板４ｂは、周囲に均一に分散された多数のねじ接続部によって、容器本体３の対応するフランジと密閉式および着脱可能に接続される。

容器基板４ｂは相手方電極を形成するか前記相手方電極を含み、大地電位と接続することができるが、その方法はこれ以上詳しくは示されない。それによって形成される電極システムの電極５の配置は、容器カバー４ａにわたって、ひいては容器領域にわたって、できるだけ均一に分散されて配置される。例えば最大１０個の電極５を容器領域にわたって均一に分散して配置することも可能である。容器本体３は好ましくは、内壁の絶縁なしに具現化される。そのような内壁の絶縁は、本発明による方法を実行するために必要ではない。

電極５は、アースまたは大地電位に接続された高電圧開閉装置６ａ（Ｓ１）および安全開閉装置切断器６ｂ（Ｓ２）を介してコンデンサ７（Ｃ）と接続される。この場合、適切な方法では、いずれの場合も１つの安全開閉装置切断器６ｂといずれの場合も１つのコンデンサ７が、電極５のそれぞれに提供される。上記コンデンサまたは各コンデンサ７は、特にオーム抵抗器９（Ｒ）を介して、充電器８（Ｖ）によって充電される。

図２および３は、反応器ハウジング１０を含むリサイクル反応器として具現化された装置１を示し、反応器ハウジング１０は前記反応器ハウジングの片側に関節式に接続された扉１１および１２を有する。反応器ハウジング１０は２つの室１３および１４を有し、それら室は、部分的に穿たれた中間基板１５によって互いに分割または分離される。上室１３は、例えば電気構成要素および送風機を収容するための構成要素空間として機能する。作動空間として機能する下室１４に配置された電極５と接触するための調整ユニット１６が、一方でハウジング１０の中間基板１５の穴１７（貫通開口）を介して作動空間１４に入り、他方、構成要素空間１３において、電極調整用の調整シリンダ１８に接続される。

この実施形態ではドーム状であり相手方電極を形成する容器基部４ｂを有する反応器本体２は、上側クロスバー２０（図３）において、可動支持フレーム構造１９に保持される。下で可動支持フレーム構造１９が移動できる固定支持フレーム構造２１が、容器カバー４ａを支持する。案内レール２１ａが、可動支持フレーム構造または反応器フレーム構造１９を、固定支持フレーム構造２１上にまたはそれに対して位置付けるために使用される。適切な方法で可動支持フレーム構造１９の中央に設けられた持上げシリンダ１９ａが、反応器本体２を、容器カバー４ａの方向におよびそれに対して持ち上げるために使用される一方、張力調整システム２１ｂが、反応器本体２を容器カバー４ａに結合するために使用される。電極５を固定するために、固定支持フレーム構造２１の保持器２１ｃが使用される。

装着された状態で、この構成において容器カバー４ａは容器本体３にねじ留めされる。反応器ハウジング１０の外側に配置されかつ制御盤２２ａと表示装置２２ｂとを有するタワー状制御開閉装置キャビネット２２により反応容器１を作動させること、および異なるリサイクル材料を分解するために前記反応容器を制御することが可能になる。作動空間として使用される下室１４の領域に、目視検査用の確認用窓１０ａが、反応器ハウジング１０に設けられる。

図２に単に示されるように、安全に関連する構成要素、すなわち、電極５と接触するための調整ユニット１６、電極調整用調整シリンダ１８、高電圧開閉装置６ａおよびそのトリガ用ブロック６ｃ、安全開閉装置切断器６ｂ、上記コンデンサまたは各コンデンサ７および充電器８が、反応器ハウジング１０の上室１３に配置される一方、手動操作に使用される構成要素、特に支持フレーム構造１９および２１と、容器本体３、容器カバー４ａおよび容器基板４ｂを含む反応容器１とが、反応器ハウジング１０の下室１４に配置される。さらに、外面に接続された送風機２４の送風機管２３が反応容器１の上室１３に配置され、前記送風機管は下室１４につながっている。

反応容器１を液体媒体、好ましくは水、および分解されるべきリサイクル材料で満たすか充填するために、容器本体２は、容器カバー４ｂが外され、固定支持フレーム構造２１によって支持されるとき、可動支持フレーム構造１９によって下側作動空間１５から外へ移動可能である。液体媒体で満たされ、分解されるべきリサイクル材料が導入された反応器本体２は、その後作動空間１５に移動され、容器カバー５を容器本体２に位置付けかつそれにねじ留めできるように、そこで固定支持フレーム構造１９の下に位置付けられる。次に作動空間１５をハウジング扉１３を用いて前もって密閉することができ、その間、別の接続および予備対策を上側ハウジング室１４で実行し続けることができる。その後、上側ハウジング室１４もハウジング扉１２を用いて閉鎖される。結果として、防音および特に十分なＥＭＣ保護が保証される。

反応器またはリサイクル用容器１は、必要な安全性を確保しながら、制御盤２２を利用して本発明による方法を実行するように運転させることができる。例えば制御盤２２または上側ハウジング室１４に一体化されるパルス発生器が、対応するエネルギー源に、特に約３６０Ｖ〜４００Ｖを有する送電線網に接続され、それにより給電される。高電圧パルスが、１つの高電圧コンデンサのみを用いて、制御された方法でおよび１０Ｈｚ以下の繰返し数で、好ましくはそれにより発生される。発生される高電圧は１００ｋＶ以下、好ましくは約５０ｋＶである。この場合、３００Ｊ〜１２００Ｊのパルス特異的放電エネルギーが、反応器容器２内で５ｋＶ／ｍｎ以下の水中スパークギャップ内の平均電界強度を有するパルス放電を発生するように発生される。

液体媒体に導入されるリサイクル材料はパルス放電によって物質選択的に分解され、この際、液体媒体の絶縁破壊電圧が選択されるべき誘電物質の絶縁破壊電圧より時間的にかなり前に得られるパルス立ち上がり時間を有する多数の高電圧パルスが所定の繰返し数以内で発生される。

結果として、暗示的に液体媒体内の衝撃波の発生が得られる。対照的に、例えば独国特許第１９ ５３４ ２３２ Ａ１号明細書による公知の方法では、技術的境界条件に基づき、明示的にフラッシオーバが固体によってもたらされる。

しかしながら、本発明による方法に対応して、衝撃波が液体媒体中で発生される場合、異なる物理的主効果メカニズムが生じる。液体媒体からリサイクル材料の物質（粉砕される物質）への衝撃波の結合により、物質の微粉砕が最初に生じる。液体媒体からの均質で等方的なエネルギー入力の結果、浸漬された粉砕されるべき物質は、同様に均質な力の入力を受ける。従ってこの微粉砕プロセスは、物質の機械的強度の違いの結果として、高度な破壊選択性を有する。他の微粉砕変形に反して、公知の方法では局地的に集中される態様で実現される力入力点における好ましい破壊は省かれる。

従って液中放電法は、複合材料内の強度の非常に小さい差の結果として、複合材料を分離する可能性を有利に示す。これにより複合材料の分離における質の観点での前進が可能になる。さらに、複雑なマルクス発生器の設計が省かれるので、装置の観点でのより単純な設計が可能になる。従って、発生する１００ｋＶを超える高電圧を絶縁する問題も、もはや関係がない。後者により、より低い電圧、特に５０ｋＶにおける場合と質的に異なる手順がもたらされる。これら電圧を超えるコロナ放電が発生し、これは複雑な方法で遮蔽する必要があるためである。

さらに、比較的低い電圧のため、発電機内で空気絶縁を使用することが可能であり、その結果、上記のマルクス発生器の場合のように油絶縁を使用する必要はもはやない。結果として得られる比較的低い組立て費用により、リサイクルにおけるパルス技術の利用に関する予め重大な制約、すなわち高い投資費用、およびその結果頻繁に起きる利用の収益性の欠如が排除される。

さらに上記の分別に加えて、機械的不安定性によって他の選択効果も生じる。例えば、衝撃波またはパワー音波が、以下で粉砕されるべき物質とも呼ばれるリサイクル材料の各物質または物質に入ったあと、衝撃波またはパワー音波は固体を伝播し、そして、伝播経路に配置された各物質の不均一性において（これは音響インピーダンスの不均一性も表す）、反射を経験し、この反射の強さまたは強度は２つの界面物質の音響インピーダンスの比率に依存する。固定端部における反射の場合、相侵入を伴う反射がそのような移行部で発生し、その反射は２つの媒体間に引張応力をもたらす。ホプキンス効果とも呼ばれるこの物理現象の結果として、破壊の形成はさらに強化される。結果として各物質は、機械的に不安定な地点で、目的とする方法で壊れる。

リサイクルされるべき複合物質の部分的導電率の結果、電流は導電領域に沿って、目的とする方法で流され、導電領域は対応して増大されたエネルギー入力を受ける。対応して小さい断面を考慮に入れると、これにより爆発に似た熱エネルギー転換も生じ、その結果として衝撃波が同じく発生される。物理的実験において、この部分的効果は、用語「線爆（ｗｉｒｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ）」によって知られている。特に高いエネルギー入力レベルの結果、粉砕されるべき物質の導電領域と液体（いわゆる「根」）または残りの誘電性固体との間の移行部にこの関係が生じる。

複合物質をリサイクルする間の液中放電効果の特別な特徴は、上記の効果が組合せで生じることであると考えることができ、ゆえに破壊分離の高度な選択性を、要素混合物に依存して達成することができる。

１ 装置／リサイクル反応器
２ 容器
３ 容器本体
３ａ 上側フランジ
３ｂ 下側フランジ
４ａ 容器カバー
４ｂ 容器基板／相手方電極
５ 電極
６ａ 高電圧開閉装置Ｓ１
６ｂ 安全開閉装置切断器Ｓ２
６ｃ トリガブロック
７ コンデンサＣ
８ 充電器Ｖ
９ 抵抗器Ｒ
１０ 反応器ハウジング
１０ａ 確認用窓
１１ （上側）扉
１２ （下側）扉
１３ 室／構成要素空間
１４ 室／作動空間
１５ 中間基板
１６ 調整ユニット
１７ 穴／貫通開口部
１８ 調整シリンダ
１９ 可動支持フレーム構造
１９ａ 持上げシリンダ
２０ クロスバー
２１ 固定支持フレーム構造
２１ａ ガイドレール
２１ｂ 張力調整システム
２１ｃ 保持器
２２ 制御開閉装置キャビネット
２２ａ 制御盤
２２ｂ 表示装置
２３ 送風機管
２４ 送風機
Ｆ 液体

Claims (19)

1. 複数の工作物または構成要素部品から構成されたリサイクル材料を、液中放電効果のみを用いて、再利用可能な物質に物質選択的に分解するための方法において、
   − 前記方法において、容器（２）の中が液体で満たされ、
   − 前記リサイクル材料が、前記容器（２）内の容器底側において前記液体中の前記容器の底側の電極（４ｂ）と前記電極（４ｂ）の方を向く前記容器（２）のカバー側の複数の電極（５）との間の水中スパークギャップに部分的に囲まれ、
   − パルス電流源（７）を用いて、１０Ｈｚ以下の繰り返し数と、２００Ｊ〜１５００Ｊ（０．２ｋＪ〜１．５ｋＪ）の放電エネルギーを有する電解強度５ｋＶ／ｍｍ以下の高電圧パルスのパルス放電を、選択されるべき誘電物質の絶縁破壊電圧より時間的に前に液体媒体の絶縁破壊電圧に達するようなパルス立ち上がり時間で、前記水中スパークギャップ内で発生させ、これにより再利用可能な物質に物質選択的に分解する、ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記高電圧パルスのパルス立ち上がり時間が５００ｎｓを超えることを特徴とする方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記高電圧パルスのパルス立ち上がり時間が１μｓを超えることを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法が、充電式バッテリを破壊分離するため、使用可能な構成要素部品を積層された金属箔から分離するため、電気部品を装着されたプリント回路基板を分解するため、または電子機器廃棄物、電気または電気機械装置、および／またはセラミック構成要素部品が設けられた部品を分解するための方法であることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法において、前記プリント回路基板が、前記プリント回路基板間に挿入された金属箔とともに、前記満たされた容器（２）に導入されることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法を実行するための装置（１）であって、
   − 前記リサイクル材料を収容するための、液体で満たすことができる容器（２）を含み、
   − 前記液体中で電気パルス放電を発生させるための手段（７、８）を含み、複数の電極（５）を含む電極システムであって高電圧を印加できる電極システムが、５ｋＶ／ｍｍ以下の平均電界強度と、電極（５）あたり、２００Ｊ〜１５００Ｊ（０．２ｋＪ〜１．５ｋＪ）の放電エネルギーと、１０Ｈｚ以下の高電圧パルスの繰返し数とを有するパルス放電を、前記容器の底側の電極（４ｂ）と前記電極（４ｂ）の方を向く、前記容器のカバー側の前記電極（５）との間の前記水中スパークギャップ内で発生させるように提供され、設計されている、
   ことを特徴とする装置（１）。
7. 請求項６に記載の装置（１）において、前記電極システムが、１０個までの電極（５）を含むことを特徴とする装置（１）。
8. 請求項６に記載の装置（１）において、前記電極システムが、３個までの電極（５）を含むことを特徴とする装置（１）。
9. 請求項６乃至８の何れか１項に記載の装置（１）において、円筒状容器（２）を含み、前記円筒状容器（２）は壁絶縁がなく、対電極を含む又は対電極に相当する容器基板（４ｂ）と、前記複数の電極（５）を含む電極システムが一体化されている分離可能な容器カバー（４ａ）とを含むことを特徴とする装置（１）。
10. 請求項６乃至９の何れか１項に記載の装置（１）において、３００Ｌ以下の容器容量を含むことを特徴とする装置（１）。
11. 請求項６乃至９の何れか１項に記載の装置（１）において、５０Ｌ以下の容器容量を含むことを特徴とする装置（１）。
12. 請求項６乃至９の何れか１項に記載の装置（１）において、２Ｌ〜４０Ｌの容器容量を含むことを特徴とする装置（１）。
13. 請求項６乃至１２の何れか１項に記載の装置において、１００ｋＶ以下の高電圧を発生させるための１つだけの高電圧コンデンサ（７）を手段（７、８）として含むことを特徴とする装置。
14. 請求項６乃至１２の何れか１項に記載の装置において、３０ｋＶ〜５０ｋＶの高電圧を発生させるための１つだけの高電圧コンデンサ（７）を手段（７、８）として含むことを特徴とする装置。
15. 請求項６乃至１４の何れか１項に記載の装置（１）において、２００Ｊ〜１５００Ｊ（０．２ｋＪ〜１．５ｋＪ）の各高電圧パルスの放電エネルギーおよび１０Ｈｚ以下の高電圧パルスの繰返し数を設定するように提供され、設計されたパルス発生器（７、８）を含むことを特徴とする装置（１）。
16. 請求項６乃至１５の何れか１項に記載の装置（１）において、電気パルス放電を発生させるためのパルス発生器（７、８）が、前記電極システムの各電極（５）によって、０．２ｋＪ〜１．５ｋＪの放電エネルギーを発生させるように提供され、設計されることを特徴とする装置（１）。
17. 請求項８に記載の装置において、前記容器（２）を収容しかつ固定反応器フレーム構造（２１）の下で移動可能である可動反応器フレーム構造（１９）を含み、前記固定反応器フレーム構造（２１）が、一体化された電極システムを有する前記容器カバー（４ａ）を収容することを特徴とする装置（１）。
18. 請求項１７に記載の装置（１）において、前記反応器フレーム構造（１９、２１）を収容するための第１下側ハウジング室（１４）を含み、かつ前記電気パルス放電を発生させる前記手段（７、８）を収容するための第２上側ハウジング室（１３）を含む反応器ハウジング（１０）を含むことを特徴とする装置（１）。
19. 請求項１８に記載の装置（１）において、制御および／または開閉装置キャビネット（２２）を含み、前記制御および／または開閉装置キャビネット（２２）は前記反応器ハウジングの外側で前記反応器ハウジング（１０）に接続され、前記電気パルス放電を発生させる前記手段（７、８）を作動するための制御盤（２２ａ）を含むことを特徴とする装置（１）。

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