JP6722874B2

JP6722874B2 - 板状物品の分解装置

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Publication number: JP6722874B2
Application number: JP2017111877A
Authority: JP
Inventors: 省吾内海; 鈴木　規之; 規之鈴木; 源一郎松田; 吉岡　章夫; 章夫吉岡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2037-06-06
Also published as: CN108993730B; CN108993730A; EP3412363A1; JP2018202340A; EP3412363B1

Description

本発明は、液体中においてパルスパワー放電を起こすことにより、板状物品を分解する物品の分解装置に関する。

使用済み家電製品などの物品をリサイクルするためには、効率的な解体が必要である。中でも、複数の材料が積層されている板状物品は、層間が強固に接合されていることが多く、解体の効率が悪い。複数の材料が積層されている板状物品の事例としては、太陽電池パネルなどが挙げられる。

特許文献１には、板状体を準備し、電極を配置し、媒体を配置し、電極の位置と放電を発生させるために供給されるエネルギーの値は、ホプキンソン効果により、板状体の主に裏面に破断が生じるよう放電することによって破砕を行う方法が記載されている。

図３は、特許文献１に示されている従来の物品の分解装置を用いた破砕方法によって、破砕対象物の層剥離を行う状態を説明する図である。図３において、板状体２０２と同軸電極２０１との間には、媒体としてのゼリー状物質２０３が配置された状態になっている。同軸電極２０１を用いて放電を行うことにより、急激なジュール加熱によってゼリー状物質２０３の一部がガス化又はプラズマ化する。そして、ゼリー状物質２０３の一部がガス化等することによって膨張するため、ゼリー状物質２０３の中において圧力波２１０が発生する。この圧力波２１０は、ゼリー状物質２０３を媒体として板状体２０２の表面２０４へと入射する。この圧力波２１０は、圧力波２１０の進行方向において圧縮波となっている。そして、板状体２０２に入射した圧力波２１０は、板状体２０２の内部を表面２０４側から裏面２０５側へと伝播する。さらに、裏面２０５側に圧力波２１０が到達し、自由面である裏面２０５で当該圧力波２１０が反射する。このとき、反射した圧力波の位相は反射前の圧力波の位相に対して反転するため、反射した圧力波は引張波となる。このため、板状体２０２の裏面側の最外周層である被剥離層２０６は、反射した圧力波によって引張応力を受ける。なお、同軸電極２０１に流れる電流の値と、同軸電極２０１の板状体２０２に対する位置とは、被剥離層２０６が圧力波によって受ける引張応力が、板状体２０２を構成する材料の破壊強度より大きくなるように決定されている。この結果、この圧力波により、板状体２０２の被剥離層２０６の一部である剥離部２０７が、板状体２０２の裏面から引き剥がされることになる。

特開２００５−１６１１５１号公報

しかしながら、従来技術をリサイクルに適用する場合は、分解対象となる板状体２０２への制約事項が大きい。従来技術では、同軸電極２０１に流れる電流の値と、同軸電極２０１の板状体２０２に対する位置とは、被剥離層２０６が圧力波２１０によって受ける引張応力が板状体２０２を構成する材料の破壊強度より大きくなるように設定する必要がある。同じ形態の対象物を連続して分解する場合は効果があるが、リサイクルの場合は、表面２０４と裏面２０５との表裏を揃えることが制約となる場合がある。さらに１つの同軸電極２０１で剥離できるのは１ヶ所であり、剥離位置の変更は、同軸電極２０１もしくは板状体２０２の移動が必要であるという課題があった。板状体２０２を移動させられない場合は、同軸電極２０１を移動させる必要があり、高電圧の同軸電極２０１を移動させるためには時間が掛かり、分解の効率が悪い。

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、板状物品の表裏を揃える必要が無く、剥離位置の変更のために電極及び／又は板状物品を移動させる必要が無い、効率の良い物品の分解装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる物品の分解装置は、
パルス放電を用いて、分解対象である板状物品を破砕する物品の分解装置であって、
液体を満たすことができる容器と、
前記容器の前記液体内で、互いに平行にかつ共に垂直方向に設置される正電極及び負電極と、
前記容器の前記液体内で、前記正電極及び前記負電極間に平行に設置される絶縁板と、
前記正電極と前記負電極との間に高電圧パルスを印加するパルス電源を備え、
前記絶縁板は、前記正電極と前記負電極との間に形成される放電隙間の下方に配置され、かつ、前記絶縁板は、前記放電隙間内で前記正電極および前記負電極と接することなく、かつ前記正電極と前記絶縁板との距離および前記負電極と前記絶縁板との距離のそれぞれが、前記板状物品の幅より狭く、
前記絶縁板の上面は、前記放電隙間の下面より上方に設置されている。

以上のように、本発明の前記態様は、液体中における放電によって、板状物品を分解する際、板状物品が放電する度に移動するために、パルス放電の放電経路が一箇所に集中してしまうことによって板状物品の一部分だけが局所的に分解されることを防ぐことができる。板状物品の様々な箇所へ放電経路が設定されるため、剥離位置の変更のために電極及び／又は板状物品を移動させる必要が無い。

本発明の実施形態にかかるパルスパワー放電を用いる板状物品の分解装置の全体概略図本発明の実施形態にかかるパルスパワー放電を用いる板状物品の分解装置の全体概略図従来のパルスパワー放電を用いる板状物品の分解装置の概略図

以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施形態にかかる物品の分解装置は、液体中に静置された電極間でパルス放電を発生させ、放電、もしくは放電により誘起された衝撃波を利用して板状物品の分解を行うというものである。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる板状物品の分解装置の一様態を表す。

物品分解装置１は、液体２を満たした容器３と、負電極４及び正電極５と、パルス電源６と、絶縁板７とを備える。

容器３は、一例として、直方体の容器であるが、形状はこれに限られるものではない。容器３内には、液体２を満たしている。正電極５から負電極４に安定して放電させるため、液体２の絶縁性は高い方が好ましいが、水道水を使用してもよい。不純物の混入を嫌うような処理物を破砕する場合は、導電度の低い、イオン交換水又は純水を使用してもよい。

負電極４及び正電極５は、容器３の液体２中に、鉛直方向と直交する方向において互いに対向しかつ互いに平行にかつ共に鉛直方向沿いに設置された導電性の板状部材である。

また、絶縁板７は、容器３の液体２中に、負電極４及び正電極５に平行に設置され、かつ、絶縁板７は、負電極４と正電極５との対向面間に形成される例えば直方体形状の放電隙間９の下方に設置されている。

分解対象である板状物品８は、放電隙間９の鉛直方向沿いに配置されて解体が行われる。板状物品８の例としては、使用済み家電製品などであり、具体的には、複数の材料が積層されている板状物品、より具体的には太陽電池パネルなどが挙げられる。

また、絶縁板７は、放電隙間９の中で負電極４と正電極５とに接することなく、負電極４と絶縁板７との最短距離１０と、正電極５と絶縁板７との最短距離１１とが分解対象である板状物品８の鉛直方向と直交する方向の最大幅１２より狭く設置されている。

図１では、絶縁板７の上面１３は、負電極４の下端及び正電極５の下端間の放電隙間９の下面１４より上方に設置されている。

なお、放電隙間９は絶縁板７により隙間が仕切られるため、実質的に下方の放電隙間９の下面は、下面１４ではなく、絶縁板７の上面１３までとなる。

パルス電源６は、正電極５と負電極４との間に高電圧パルスを印加する。パルス電源６は、５００ｋＶまでの任意の電圧を印加できるマルクス発生器を用いることが出来る。

分解対象である板状物品８は、正電極５と負電極４との間に挟まれ、絶縁板７の上面１３の上に載置されることで、放電隙間９の中に板状物品８を配置することができる。このとき、板状物品８には、重力で下方へ移動する力が働くが、正電極５と負電極４とは鉛直方向沿いに設置されており、負電極４と絶縁板７との最短距離１０と正電極５と絶縁板７との最短距離１１とが分解対象である板状物品８の幅１２より狭く設置されているため、板状物品８が負電極４と絶縁板７との間の第１隙間２１又は正電極５と絶縁板７との間の第２隙間２２にし入り込んでも、板状物品８は、重力で放電隙間９よりも下方に落ちることはない。また、絶縁板７が放電隙間９の中で負電極４と正電極５と接すると、絶縁板７に放電が生じる確率が高くなるため、絶縁板７が放電隙間９の中で負電極４と正電極５が接しないよう設置する必要がある。そして、パルス電源６を用いて正電極５と負電極４との間に高電圧パルスを印加することで、板状物品８は、放電もしくは放電により誘起された衝撃波により分解される。このとき、正電極５と負電極４と絶縁板７とは鉛直方向沿いに設置されており、絶縁板７は放電隙間９の中で負電極４と正電極５と接することがなく、負電極４と絶縁板７との最短距離１０と正電極５と絶縁板７との最短距離１１とが分解対象である板状物品８の最大幅１２より狭く設置されているため、放電により板状物品８から分解されて剥離した剥離部１５が、負電極４と絶縁板７との最短距離１０もしくは正電極５と絶縁板７との最短距離１１より小さい場合、負電極４と絶縁板７との第１隙間２１もしくは正電極５と絶縁板７との第２隙間２２から下方に落ちる。すなわち、負電極４と絶縁板７との第１隙間２１と正電極５と絶縁板７との第２隙間２２は篩いの機能を持っている。これにより、剥離部１５が過度に破砕されることによるロスを抑制できるため、板状物品８を効率的に分解することができる。また、放電もしくは放電により誘起された衝撃波により板状物品８は、放電する度に移動する。すなわち放電が篩いに必要な振動機能を持っていることになる。また、板状物品８は放電する度に移動するため、パルス放電の放電経路が一箇所に集中してしまうことによって板状物品８の一部分だけが局所的に分解されることを防ぐことができる。板状物品８の様々な箇所へ放電経路が設定されるため、一つの条件設定で多種多様な種類の物品に対応することができる。

以上で説明した通り、液体２中における放電によって、板状物品８を分解する際に、放電もしくは放電により誘起された衝撃波と、負電極４と絶縁板７との第１隙間２１もしくは正電極５と絶縁板７との第２隙間２２が、篩いの機能を持つため、剥離部１５が過度に破砕されることによるロスを抑制できるため、多種多様な種類の板状物品に対して、板状物品８を効率的に分解することができる。また、絶縁板７が放電隙間９の中で負電極４と正電極５とがそれぞれ接しないよう設置されているため、絶縁板７に放電が生じる確率が低く、効率的な分解が可能となる。また、板状物品８の表裏と放電現象との依存性が無いため、放電隙間９に対して、板状物品の表裏を揃えて配置する必要が無い。さらに、板状物品８は放電する度に移動するために、パルス放電の放電経路が一箇所に集中してしまうことによって板状物品８の一部分だけが局所的に分解されることを防ぐことができる。板状物品８の様々な箇所へ放電経路が設定されるため、剥離位置の変更のために電極４，５及び／又は板状物品８の移動の必要が無い。

（実施の形態２）
図２の本発明の実施の形態２にかかる、物品の分解装置は、図１の装置において、さらに電気的に浮遊した中間電極１０１が負電極４と正電極５との間の放電隙間の中間部に追加されている分解装置である。すなわち、負電極４と正電極５との間に、放電隙間を複数の例えば直方体形状の分割放電隙間１０９，１５９に分割しつつ少なくとも１つ以上の電気的に浮遊して配置された中間電極１０１をさらに備えている。

絶縁板は、容器３の液体２内で、中間電極１０１と負電極４との間に平行に設置される第１絶縁板１０７と、中間電極１０１と正電極５との間に平行に設置される第２絶縁板１５７とで構成されている。

第１及び第２絶縁板１０７，１５７は、それぞれの分割放電隙間１０９，１５９の下方に配置され、かつ、第１及び第２絶縁板１０７，１５７は、それぞれの分割放電隙間１０９，１５９内で各電極４，５，１０１と接することなく、かつそれぞれの電極と第１及び第２絶縁板１０７，１５７との距離１１０，１１１，１６０，１６１のそれぞれが、板状物品の幅１１２，１６２より狭い。

第１及び第２絶縁板１０７，１５７の上面１１３，１６３は、それぞれの分割放電隙間の下面１１４，１６４より上方に設置されている。

この結果、負電極４と中間電極１０１との間に配置される絶縁板１０７、負電極４と中間電極１０１に配置される板状物品１０８、負電極４と中間電極１０１に形成される放電隙間１０９、負電極４と絶縁板１０７との最短距離１１０と、中間電極１０１と絶縁板１０７との最短距離１１１、板状物品１０８の最大幅１１２、絶縁板１０７の上面１１３、放電隙間１０９の下面１１４との配置関係は、図１で説明したそれぞれの配置関係と同等である。また、正電極５と中間電極１０１との間に配置される絶縁板１５７、正電極５と中間電極１０１に配置される板状物品１５８、正電極５と中間電極１０１に形成される放電隙間１５９、中間電極１０１と絶縁板１５７との最短距離１６０と、正電極５と絶縁板１５７との最短距離１６１、板状物品１５８の最大幅１６２、絶縁板１５７の上面１６３、放電隙間１５９の下面１６４との配置関係も、図１で説明したそれぞれの配置関係と同等である。

パルス電源６を用いて正電極５と負電極４との間に高電圧パルスを印加することで、中間電極１０１を介して放電隙間１０９と放電隙間１５９とに放電をそれぞれ発生させることで、板状物品１０８と板状物品１５８とは、放電もしくは放電により誘起された衝撃波によりそれぞれ個別に分解される。従って、図２に示す構成では、板状物品１０８と板状物品１５８とを、放電隙間１０９と放電隙間１５９との２つの隙間にそれぞれ配置することにより、一つのパルス電源６を用いてそれぞれ別々に分解することができるため、効率が良い装置を提供できる。また、図２では、中間電極１０１が１つの場合で例示しているが、複数存在してもよい。（中間電極の数）＋１の値が、放電隙間の数となる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる物品の分解装置は、太陽電池パネルなど複数の材料が積層されている板状物品の解体を効率的に行うことができる。層状の材料が樹脂で固定されている場合は、有機溶媒又は加熱により樹脂を溶解させることで分解する方法もあるが、パルス放電を用いることで、非加熱で有機溶媒を使用せずに、樹脂を溶解することなく分解が可能である。本発明の前記態様にかかる物品の分解装置では、電極及び／又は板状物品の移動が不要であり、効率が良いとともに、省エネルギー化も期待できる。

１物品分解装置
２液体
３容器
４負電極
５正電極
６パルス電源
７絶縁板
８板状物品
９放電隙間
１０負電極４と絶縁板７との距離
１１正電極５と絶縁板７との距離
１２板状物品８の幅
１３絶縁板７の上面
１４放電隙間９の下面
１５剥離部
２１第１隙間
２２第２隙間
１０１中間電極
１０７第１絶縁板
１０８板状物品
１０９分割放電隙間
１１０負電極４と第１絶縁板１０７との距離
１１１中間電極１０１と第１絶縁板１０７との距離
１１２板状物品１０８の幅
１１３第１絶縁板１０７の上面
１１４分割放電隙間１０９の下面
１５７第２絶縁板
１５８板状物品
１５９分割放電隙間
１６０中間電極１０１と第２絶縁板１５７との距離
１６１正電極５と第２絶縁板１５７との距離
１６２板状物品１５８の幅
１６３第２絶縁板１５７の上面
１６４分割放電隙間１５９の下面

Claims

パルス放電を用いて、分解対象である板状物品を破砕する物品の分解装置であって、
液体を満たすことができる容器と、
前記容器の前記液体内で、互いに平行にかつ共に鉛直方向に設置される正電極及び負電極と、
前記容器の前記液体内で、前記正電極及び前記負電極間に平行に設置される絶縁板と、
前記正電極と前記負電極との間に高電圧パルスを印加するパルス電源とを備え、
前記絶縁板は、前記正電極と前記負電極との間に形成される放電隙間の下方に配置され、かつ、前記絶縁板は、前記放電隙間内で前記正電極および前記負電極と接することなく、かつ前記正電極と前記絶縁板との距離および前記負電極と前記絶縁板との距離のそれぞれが、前記板状物品の幅より狭く、
前記絶縁板の上面は、前記放電隙間の下面より上方に設置されている、
物品の分解装置。