JP7425891B2 - 静電分離装置 - Google Patents
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Description
本発明は、導電性粒子及び絶縁性粒子が混在する原料から導電性粒子を分離する静電分離装置に関する。
従来から、導電性粒子及び絶縁性粒子（非導電性粒子）が混在する原料から、静電気力によって導電性粒子を分離する静電分離装置が知られている。このような静電分離装置は、石炭灰や廃棄物（例えば、廃プラスチック、ごみ及び焼却灰等）からの特定成分の分離、食品の不純物除去、鉱物の濃縮などに利用され得る。特許文献１は、この種の静電分離装置を開示する。
特許文献１に開示された静電分離装置は、平板状の底面電極と、底面電極の上方に設置された多数の開口部を有する平板状のメッシュ電極とを備え、両電極間に電圧が印加され、両電極間に静電気力による分離ゾーンが形成される。更に、底面電極が通気性を有するガス分散板で構成され、ガス分散板の下側から分離ゾーンに分散用気体が導入され、底面電極およびメッシュ電極の少なくとも一方に振動が付与される。これにより、分離ゾーンに供給した原料中の導電性粒子が、メッシュ電極の開口部を通過して分離ゾーンの上方に分離される。分離ゾーンの上方に分離された導電性粒子は吸引管を通じて集塵機へ気流搬送され、集塵機で回収される。
上記特許文献１の静電分離装置では、底面電極の上に薄い原料の層が形成されるにとどまる。また、底面電極をそれが据え付けられた容器ごと振動させるため、装置の大型化が難しい。このような理由から一度に大量の原料を処理することが難しく、処理能力を向上させる点で改良の余地が残されている。
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、導電性粒子及び絶縁性粒子が混在する原料から静電気力で導電性粒子を分離する静電分離装置において、処理能力の向上を可能とする構造を提供することにある。
本発明の一態様に係る静電分離装置は、導電性粒子及び絶縁性粒子が混在する原料から前記導電性粒子を分離する静電分離装置であって、
前記原料からなる原料層が形成された容器と、
前記原料層の底部に配置されたガス分散板と、
前記ガス分散板と同一面又は前記ガス分散板より上方の前記原料層内に配置された少なくとも１つの振動体と、
前記容器の底部から前記原料層内へ導入され、前記ガス分散板を通じて前記原料層を上昇する流動化ガスを供給する流動化ガス供給装置と、
前記原料層の上方に配置された上部電極と、
前記ガス分散板と同一面又は前記ガス分散板より上方の前記原料層内に配置された下部電極と、
前記下部電極よりも上方の前記原料層内に配置された少なくとも１つの中間電極と、
前記上部電極及び前記下部電極のうち一方をマイナス電極とし他方をプラス電極としてこれらの電極間に電界を生じさせ、且つ、前記上部電極と前記中間電極との電位差が前記上部電極と前記下部電極との電位差以下となるように前記上部電極と前記中間電極と前記下部電極の電極間に電圧を印加する電源装置と、
前記原料層の表面から前記上部電極へ向けて飛び出した前記導電性粒子を捕捉する捕捉装置と、を備えることを特徴としている。
前記原料からなる原料層が形成された容器と、
前記原料層の底部に配置されたガス分散板と、
前記ガス分散板と同一面又は前記ガス分散板より上方の前記原料層内に配置された少なくとも１つの振動体と、
前記容器の底部から前記原料層内へ導入され、前記ガス分散板を通じて前記原料層を上昇する流動化ガスを供給する流動化ガス供給装置と、
前記原料層の上方に配置された上部電極と、
前記ガス分散板と同一面又は前記ガス分散板より上方の前記原料層内に配置された下部電極と、
前記下部電極よりも上方の前記原料層内に配置された少なくとも１つの中間電極と、
前記上部電極及び前記下部電極のうち一方をマイナス電極とし他方をプラス電極としてこれらの電極間に電界を生じさせ、且つ、前記上部電極と前記中間電極との電位差が前記上部電極と前記下部電極との電位差以下となるように前記上部電極と前記中間電極と前記下部電極の電極間に電圧を印加する電源装置と、
前記原料層の表面から前記上部電極へ向けて飛び出した前記導電性粒子を捕捉する捕捉装置と、を備えることを特徴としている。
原料層を構成している原料は、一般的な流動層を形成する流動媒体（例えば、砂）と比較して粒径が小さいため流動化ガスの吹き抜けが生じ易く、吹き抜けが生じると原料層が良好に流動化しない。そこで、上記のように原料層内に振動体を設けることによって、原料層に吹き抜けが生じることが抑制され、これにより原料層の良好な流動状態を維持することができる。これにより原料層内での電極と原料との接触が促進され、静電分離装置の処理能力の向上を図ることができる。
本発明によれば、導電性粒子及び絶縁性粒子が混在する原料から静電気力で導電性粒子を分離する静電分離装置において、処理能力の向上を可能とする構造を提供することができる。
次に、図１を用いて、本発明の実施形態に係る静電分離装置１を説明する。図１は本発明の実施形態に係る静電分離装置１の全体的な構成を示す図である。本実施形態に係る静電分離装置１は、導電性粒子１６及び絶縁性粒子１８が混在する原料１７から、主に導電性粒子１６を分離するものである。この静電分離装置１は、例えば、未燃炭素（導電性粒子１６）と灰分（絶縁性粒子１８）を含む石炭灰（原料１７）から未燃炭素を分離するために用いられ得る。但し、静電分離装置１の用途は上記に限定されず、様々な粒子又は粉体の分離、例えば、廃棄物からの金属分別や水銀、鉱物や食品からの不純物除去等、導電性や帯電性の異なる物質の分離にも用いられ得る。
〔静電分離装置１の構成〕
図１に示すように、本実施形態に係る静電分離装置１は、原料層１５が形成された容器２５と、原料層１５の底部に配置されたガス分散板２６と、ガス分散板２６と同一面（又は、ガス分散板２６より上方）の原料層１５内に配置された少なくとも１つの振動体Ｖと、ガス分散板２６を通じて原料層１５を上昇する流動化ガス３１を供給する流動化ガス供給装置２９と、原料層１５の上方に配置された上部電極２２と、ガス分散板２６と同一面（又は、ガス分散板２６より上方）の原料層１５内に配置された下部電極２８と、捕捉装置５０と、電源装置２０とを備える。
図１に示すように、本実施形態に係る静電分離装置１は、原料層１５が形成された容器２５と、原料層１５の底部に配置されたガス分散板２６と、ガス分散板２６と同一面（又は、ガス分散板２６より上方）の原料層１５内に配置された少なくとも１つの振動体Ｖと、ガス分散板２６を通じて原料層１５を上昇する流動化ガス３１を供給する流動化ガス供給装置２９と、原料層１５の上方に配置された上部電極２２と、ガス分散板２６と同一面（又は、ガス分散板２６より上方）の原料層１５内に配置された下部電極２８と、捕捉装置５０と、電源装置２０とを備える。
捕捉装置５０として、コンベヤ式捕捉装置が採用されている。捕捉装置５０は、無端状のコンベヤベルト５１と、コンベヤベルト５１の回転駆動装置（図示略）からなる。コンベヤベルト５１は、不導体からなる。
コンベヤベルト５１の環の内側に上部電極２２が配置されている。コンベヤベルト５１は、環の外側の面を搬送面５２としている。原料層１５の上方且つ上部電極２２の下方を「捕捉領域１０」と規定する。回転するコンベヤベルト５１は、搬送面５２が下向きの姿勢で捕捉領域１０を通過する。捕捉領域１０を通過するコンベヤベルト５１の搬送面５２は、略水平であってよい。
捕捉装置５０は、粒子分離部材４３を備える。粒子分離部材４３の下方には、導電性粒子回収容器４１が設けられている。粒子分離部材４３は、例えば、へら状の部材（スクレーパ）であって、コンベヤベルト５１に付着した粒子を掻き落とすことができる。但し、粒子分離部材４３は、除電機能を有する部材（例えば、除電ブラシ）であって、コンベヤベルト５１に付着した粒子の除電を行うことにより、コンベヤベルト５１から粒子を分離させるものであってもよい。
図２には、捕捉装置５０に絶縁性粒子脱離促進装置５３を設けた静電分離装置１の変形例が示されている。図２に示すように、捕捉装置５０は、コンベヤベルト５１又は導電性粒子１６に分子間力で付着している絶縁性粒子１８をコンベヤベルト５１から脱離させる絶縁性粒子脱離促進装置５３を更に備えていてもよい。これにより分子間力によって付着した絶縁性粒子１８をコンベヤベルト５１から脱離させ、導電性粒子回収容器４１に回収される導電性粒子１６の濃度を高めることができる。
絶縁性粒子脱離促進装置５３は、例えば、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２に接触してモータの回転により生じる回転振動を与えることにより、当該搬送面５２を加振するように構成された加振装置である。但し、絶縁性粒子脱離促進装置５３はコンベヤベルト５１の搬送面５２と反対側の面に接触するように、搬送面５２の上方（即ち、コンベヤベルト５１の環の内側）に配置された加振装置であってよい。また、絶縁性粒子脱離促進装置５３は、圧縮空気を断続的吹き付けることによりコンベヤベルト５１に振動を与えるように構成されたものであってもよい。また、絶縁性粒子脱離促進装置５３は、導電性粒子１６及び絶縁性粒子１８は透過させないが気体は透過可能な材質によってコンベヤベルト５１を形成し、コンベヤベルト５１の内側から捕捉領域１０へ向かう方向に微量のガスを供給し、搬送面５２又は導電性粒子１６に付着している絶縁性粒子１８を脱離させるように構成されたものであってもよい。
図１に戻って、容器２５の底部には、多数の微小孔を有するガス分散板２６が配置されている。ガス分散板２６は、多孔板であってもよいし、多孔シートであってもよい。容器２５には、図示されない供給装置によって、導電性粒子１６及び絶縁性粒子１８が混在する原料１７が供給される。容器２５内に堆積した原料１７によって、原料層１５が形成される。
原料１７が容器２５の第１側に連続的又は断続的に供給されることによって、原料１７は容器２５の第１側から反対側の第２側に向かって徐々に移動する。容器２５の第２側には、容器２５からオーバーフローした粒子（主に絶縁性粒子１８）を回収する絶縁性粒子回収容器４０が設けられている。
図３は、コンベヤベルト５１の搬送面５２の移動方向Ｄ１と原料１７の進行方向Ｄ２との関係を示す平面図である。図３に示すように、捕捉領域１０を通過するコンベヤベルト５１の搬送面５２の移動方向Ｄ１、即ち、搬送面５２に付着した導電性粒子１６の移動方向と、容器２５（原料層１５）内での原料１７の進行方向Ｄ２とは、平面視において略直交している。より多くの原料１７を一度に処理するためには、容器２５は進行方向Ｄ２と直交する幅方向Ｄ３の寸法を大きくすることが望ましい。なお、図１では、移動方向Ｄ１と進行方向Ｄ２とは平行に示されているが、移動方向Ｄ１と進行方向Ｄ２との関係はこれらの図面に図示されたものに限定されない。
前述の通り、容器２５内の原料１７は容器２５の第１側から第２側へ向かう進行方向Ｄ２へ徐々に移動する。容器２５内の原料１７は、捕捉領域１０に差し掛かると導電性粒子１６が帯電し、コンベヤベルト５１の搬送面５２に付着していくため、帯電する導電性粒子１６の量は進行方向Ｄ２の上流側から下流側にかけて減少していく。一方で、コンベヤベルト５１の搬送面５２に付着した導電性粒子１６は粒子分離部材４３によって除去されるまで搬送面５２を付着占有するため、更なる導電性粒子１６の付着が阻害されることになる。よって、移動方向Ｄ１と進行方向Ｄ２とが直交していると、移動方向Ｄ１と進行方向Ｄ２とが平行である場合と比較して、より効率的に搬送面５２に導電性粒子１６を付着回収させることができる。仮に、捕捉領域１０を通過するコンベヤベルト５１の搬送面５２の移動方向Ｄ１と進行方向Ｄ２とが平行であれば、コンベヤベルト５１の幅が大きくなってしまう。このようにコンベヤベルト５１の幅を抑える観点からも移動方向Ｄ１と進行方向Ｄ２とは平面視において直交していることが望ましい。但し、移動方向Ｄ１と進行方向Ｄ２とが平行であってもかまわない。
図１に戻って、容器２５の下方には、風箱３０が設けられている。風箱３０には、流動化ガス供給装置２９から流動化ガス３１が供給される。流動化ガス３１は、例えば、空気であってよい。流動化ガス３１は、除湿されたガス（例えば、露点０℃以下の除湿ガス）であることが望ましい。流動化ガス３１は、風箱３０から前記容器２５の底部から原料層１５内へ導入され、ガス分散板２６、下部電極２８及び中間電極３４を通過しながら原料層１５を上昇する。
本実施形態では、ガス分散板２６として金属製のガス分散板が採用されており、ガス分散板２６が下部電極２８の機能を併せ備えている。但し、図４に示すように、原料層１５内においてガス分散板２６の上方に下部電極２８が設けられていてもよい。この場合の下部電極２８は流動化ガス３１の通過を許容するメッシュ板で構成され、ガス分散板２６には樹脂製、金属製、又はセラミックス製の多孔シートが採用される。
ガス分散板２６と同一面、又は、ガス分散板２６より上方の原料層１５内は、少なくとも１つの振動体Ｖが配置されている。本実施形態においては、振動体Ｖはガス分散板２６より上方の原料層１５内に配置された金属製のメッシュ板で構成され、振動体Ｖは中間電極３４としての機能を併せ備えている。但し、中間電極３４が省略され、振動体Ｖのみが設けられていてもよい。なお、図４に示すように、原料層１５内においてガス分散板２６の上方に下部電極２８が設けられている場合には、下部電極２８が振動可能に構成されて、振動体Ｖが下部電極２８としての機能を併せ備えてもよい。
中間電極３４（振動体Ｖ）を形成しているメッシュ板は、原料層１５中の導電性粒子１６及び絶縁性粒子１８の通過を許容する目開きを有する。中間電極３４は、原料層１５内において下部電極２８よりも上方に配置される。下部電極２８と中間電極３４との間隔は、数ｍｍ～数十ｍｍ程度であってよい。複数の中間電極３４が設けられる場合は、複数の中間電極３４は上下方向に並び、複数の中間電極３４及び下部電極２８は容器２５の底面と略平行に配置される。
複数の中間電極３４が設けられる場合に、これら複数の中間電極３４の目開きは同じであってよい。或いは、複数の中間電極３４が設けられる場合に、上に配置される中間電極３４ほど目開きが大きくてよい。例えば、複数の中間電極３４が上下に並ぶ第１中間電極３４ａ及び第２中間電極３４ｂを含む場合に、上に配置される第１中間電極３４ａの目開きのほうが第２中間電極３４ｂの目開きよりも大きい。
電源装置２０は、上下方向に対峙する上部電極２２及び下部電極２８の両電極間に電圧を印加することにより、上部電極２２及び下部電極２８のうち一方をマイナス（－）電極とし他方をプラス（＋）電極とし両電極間に電界を生じさせる。本実施形態では、上部電極２２がマイナス電極となり下部電極２８がプラス電極となるように、電源装置２０によって上部電極２２にマイナス電圧が与えられ、下部電極２８が接地されている。一例として、上部電極２２と下部電極２８との間隔が数十ｍｍ～数百ｍｍである場合に、上部電極２２と下部電極２８との間に生じる電界の強度の絶対値は０．１～１．５ｋＶ／ｍｍ程度であってよい。
また、電源装置２０は、中間電極３４がマイナス電極とプラス電極のうち下部電極２８と同じ極性となるように、上部電極２２と中間電極３４の電極間に電圧を印加する。上部電極２２と中間電極３４の各々との電位差は、上部電極２２と下部電極２８との電位差以下であればよい。
例えば、図５に示すように、複数の中間電極３４及び下部電極２８が接地され、上部電極２２にマイナス電圧が与えられてよい。この場合、複数の中間電極３４及び下部電極２８がプラス電極となり、上部電極２２がマイナス電極となり、下部電極２８と複数の中間電極３４とが等電位である。この場合、中間電極３４同士、及び、中間電極３４と下部電極２８には電位差がない。しかし、中間電極３４はメッシュ板であることから、下部電極２８と上部電極２２の電位差によって中間電極３４の目開きを通過するように下部電極２８と上部電極２２の電極間に電界が生じることから、下部電極２８と中間電極３４との間及び中間電極同士の間にも電界が生じていると考えられる。
また、例えば、図６に示すように、下部電極２８が接地され、中間電極３４及び上部電極２２にマイナス電圧が与えられてよい。複数の中間電極３４が上下に並ぶ第１中間電極３４ａ及び第２中間電極３４ｂを含む場合に、上部電極２２を－２０ｋＶ、第１中間電極３４ａ及び第２中間電極３４ｂを－２ｋＶ、下部電極２８を０ｋＶとすることができる（数値は例示に過ぎない）。この場合、複数の中間電極３４及び下部電極２８がプラス電極となり、上部電極２２がマイナス電極となり、複数の中間電極３４ａ，３４ｂ同士の間が等電位である。中間電極３４ａ，３４ｂと下部電極２８との間に電位差が生じているが、上部電極２２と中間電極３４ａ，３４ｂの電位差及び上部電極２２と下部電極２８の電位差と比較して十分に小さい。このような関係において、下部電極２８と最も下方に配置された中間電極３４（本実施形態では第２中間電極３４ｂ）との間の電界強度を、図５に示す場合と比較して高くすることができる。
また、複数の中間電極３４が上下に並ぶ第１中間電極３４ａ及び第２中間電極３４ｂを含む場合に、上部電極２２を－２０ｋＶ、第１中間電極３４ａを－４ｋＶ、第２中間電極３４ｂを－２ｋＶ、下部電極２８を０ｋＶとすることができる（数値は例示に過ぎない）。つまり、下部電極２８から離れるに従って上部電極２２と中間電極３４の電位差が小さくなるように（換言すれば、下部電極２８との電位差が大きくなるように）、上部電極２２と各中間電極３４の電位差が設定されてよい。この場合に、下部電極２８と最も下方に配置された中間電極３４（本実施形態では第２中間電極３４ｂ）との間の電界強度に加えて、中間電極３４同士の間の電界強度も、図５に示す場合と比較して高くすることができる。
図７は、振動体加振装置３３を備えた静電分離装置１の変形例を説明する図である。図７に示すように、静電分離装置１は、振動体Ｖ（振動体Ｖは、中間電極３４として機能してもよい）のうち少なくとも１つを容器２５から独立して振動させる振動体加振装置３３を、備えてもよい。図７に示す例では、容器２５は固定されており、振動体Ｖが容器２５に対して振動する。振動体加振装置３３は、少なくとも１つの振動体Ｖを上下方向及び水平方向のうちいずれか一つ、或いは、２つ以上の組み合わせの方向へ振動させる手段である。振動は、往復運動であってもよいし円運動であってもよい。また、周波数の異なる複数の振動体加振装置３３を備えて、振動体Ｖが小さな振幅で運動しながら大きな振幅で運動するように、周波数の異なる振動を重畳させてもよい。
図８は、振動体加振装置３３及び容器振動装置３２を備えた静電分離装置１の変形例を説明する図である。図８に示すように、静電分離装置１は、上記の振動体加振装置３３に加えて、容器振動装置３２を備えてもよい。容器振動装置３２は、容器２５を上下方向及び水平方向のうちいずれか一つ、或いは、２つ以上の組み合わせの方向へ振動させる手段である。振動は、往復運動であってもよいし円運動であってもよい。このように独立した容器振動装置３２及び振動体加振装置３３を備えることによって、下部電極２８と少なくとも１つの中間電極３４とを独立して振動させることができる。例えば、下部電極２８と中間電極３４とを互いに異なる振動数で振動させたり、下部電極２８と中間電極３４とを互いに異なる方向へ振動させたりすることができる。
〔静電分離方法〕
ここで、上記構成の静電分離装置１を用いた静電分離方法を説明する。
ここで、上記構成の静電分離装置１を用いた静電分離方法を説明する。
図１に示す静電分離装置１では、上部電極２２と下部電極２８との間に生じた電界によって不導体（絶縁体・誘導体）であるコンベヤベルト５１に誘電分極が生じ、コンベヤベルト５１のうち捕捉領域１０を通過する下向きの搬送面５２にマイナス又はプラス（上部電極２２と対応）の電荷が発生する。本実施形態では、上部電極２２がマイナス電極であるから、搬送面５２にはマイナスの電荷が発生する。
容器２５内の原料層１５は流動化ガス３１によって流動化され、原料層１５には上下及び左右方向の原料１７の流れが生じている。つまり、原料層１５は攪拌されている。この攪拌によって下部電極２８及び／又は中間電極３４と接触した導電性粒子１６はプラス又はマイナス（下部電極２８と対応）に帯電する。本実施形態では、下部電極２８がプラス電極であるから、導電性粒子１６はプラスに帯電する。絶縁性粒子１８（不導体）は、下部電極２８と接触しても帯電しない。
帯電した導電性粒子１６は、原料１７の流れによって原料層１５の表層部まで移動して、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２に静電気力によって引き付けられ、原料層１５から飛び出して下向きの搬送面５２に付着する。導電性粒子１６は上部電極２２へ直接に接触しないので、帯電した状態を維持でき、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２に引き付けられた状態を継続することができる。
上記のようにコンベヤベルト５１の搬送面５２に付着した導電性粒子１６は、コンベヤベルト５１の回転によって電界の外へ運ばれる。そして、導電性粒子１６は、電界の外で粒子分離部材４３によってコンベヤベルト５１の搬送面５２から剥がされて、導電性粒子回収容器４１に回収される。
一方、原料層１５にある絶縁性粒子１８は帯電していないため、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２に静電気によって引き付けられることなく、原料層１５内に留まる。容器２５に投入された原料１７は、容器２５を第１側から第２側へ向かうに従って導電性粒子１６の割合が低下し、絶縁性粒子１８の割合が高まる。容器２５の第２側に配置された絶縁性粒子回収容器４０では、容器２５からオーバーフローした絶縁性粒子１８の割合が高い原料１７が回収される。
〔本実施形態の総括〕
以上に説明したように、上記実施形態に係る静電分離装置１は、導電性粒子１６及び絶縁性粒子１８が混在する原料１７から導電性粒子１６を分離する静電分離装置１であって、
原料１７からなる原料層１５が形成された容器２５と、
原料層１５の底部に配置されたガス分散板２６と、
ガス分散板２６と同一面又はガス分散板２６より上方の原料層１５内に配置された少なくとも１つの振動体Ｖと、
容器２５の底部から原料層１５内へ導入され、ガス分散板２６を通じて原料層１５を上昇する流動化ガス３１を供給する流動化ガス供給装置２９と、
原料層１５の上方に配置された上部電極２２と、
ガス分散板２６と同一面又はガス分散板２６より上方の原料層１５内に配置された下部電極２８と、
上部電極２２及び下部電極２８のうち一方をマイナス電極とし他方をプラス電極としてこれらの電極間に電界を生じさせるように上部電極２２と下部電極２８の電極間に電圧を印加する電源装置２０と、
原料層１５の表面から上部電極２２へ向けて飛び出した導電性粒子１６を捕捉する捕捉装置５０と、を備える。
以上に説明したように、上記実施形態に係る静電分離装置１は、導電性粒子１６及び絶縁性粒子１８が混在する原料１７から導電性粒子１６を分離する静電分離装置１であって、
原料１７からなる原料層１５が形成された容器２５と、
原料層１５の底部に配置されたガス分散板２６と、
ガス分散板２６と同一面又はガス分散板２６より上方の原料層１５内に配置された少なくとも１つの振動体Ｖと、
容器２５の底部から原料層１５内へ導入され、ガス分散板２６を通じて原料層１５を上昇する流動化ガス３１を供給する流動化ガス供給装置２９と、
原料層１５の上方に配置された上部電極２２と、
ガス分散板２６と同一面又はガス分散板２６より上方の原料層１５内に配置された下部電極２８と、
上部電極２２及び下部電極２８のうち一方をマイナス電極とし他方をプラス電極としてこれらの電極間に電界を生じさせるように上部電極２２と下部電極２８の電極間に電圧を印加する電源装置２０と、
原料層１５の表面から上部電極２２へ向けて飛び出した導電性粒子１６を捕捉する捕捉装置５０と、を備える。
上記において、振動体Ｖのうち少なくとも１つは容器２５に対して独立して振動するように構成されていてよい。
原料層１５を構成している原料１７は、一般的な流動層を形成する流動媒体（例えば、砂）と比較して粒径が小さいため流動化ガス３１の吹き抜けが生じ易く、吹き抜けが生じると原料層１５が良好に流動化しない。そこで、上記のように原料層１５内に振動体Ｖを設けることによって、原料層１５に吹き抜けが生じることが抑制され、これにより原料層１５の良好な流動状態を維持することができる。これによって、電極と原料１７との接触が促進され、静電分離装置１の処理能力の向上を図ることができる。
とりわけ、容器２５を固定して振動体Ｖのみを振動体加振装置３３で振動させる場合には、容器２５を振動させる場合と比較して、振動対象の軽量化及び小型化により、振動体加振装置３３の小型化及び低コスト化を図ることができる。従って、静電分離装置１の処理能力を高めるために、容器２５の規模を拡大することが容易となる。
また、上記実施形態に係る静電分離装置１は、下部電極２８よりも上方の原料層１５内に配置された少なくとも１つの中間電極３４を備えている。
上記の静電分離装置１において、上部電極２２と中間電極３４との電位差が、上部電極２２と下部電極２８との電位差以下である。例えば、中間電極３４と下部電極２８とは等電位であってよい。或いは、複数の中間電極３４を備える場合には、中間電極３４と下部電極２８との距離が大きいほど上部電極２２と中間電極３４との電位差が小さいように、上部電極２２と各中間電極３４との間に電圧が印加されてもよい。
上記構成の静電分離装置１によれば、流動する原料層１５内に中間電極３４が配置されており、原料層１５中の導電性粒子１６は下部電極２８のみならず中間電極３４と接触することによっても帯電する。よって、中間電極３４が設けられていない場合と比較して、導電性粒子１６の帯電機会が増加し、導電性粒子１６の帯電が促進される。
更に、上記構成の静電分離装置１では、中間電極３４は下部電極２８の上方に配置されるので、原料層１５内において下部電極２８から上方へ離れたところにおいても導電性粒子１６を帯電させることができる。これにより、原料層１５に厚みを持たせて容器２５内に滞留する原料１７の量を増やすことが可能となり、静電分離装置１の処理能力を高めることができる。更に、中間電極３４との接触で帯電した導電性粒子１６は、下部電極２８との接触で帯電した導電性粒子１６よりも、帯電してから原料層１５の表層部へ移動するまでの時間（上昇距離）が短い。これにより、導電性粒子１６の分離効率が上昇し、処理時間の短縮を図ることができる。
上記実施形態に示した通り、中間電極３４は振動可能に構成されており、中間電極３４が振動体Ｖとしての機能を併せ備えていてよい。
また、上記実施形態に示した通り、下部電極２８は振動可能に構成されており、下部電極２８が振動体Ｖとしての機能を併せ備えていてよい。
このように、中間電極３４や下部電極２８が振動することにより、原料層１５中の導電性粒子１６と中間電極３４及び下部電極２８との接触機会が増加し、導電性粒子１６の更なる帯電促進効果が期待できる。
また、上記実施形態に示した通り、上記の静電分離装置１において、中間電極３４は、上下方向に並ぶ第１中間電極３４ａ及び第２中間電極３４ｂを含み、第１中間電極３４ａの目開きは第２中間電極３４ｂの目開きよりも大きくてもよい。
中間電極３４は、導電性粒子１６の帯電を促進する一方で、導電性粒子１６の上昇移動を阻害してしまう。そこで、上に配置される第１中間電極３４ａの目開きを下に配置される第２中間電極３４ｂの目開きよりも大きくすることによって、導電性粒子１６が原料層１５内を上へ移動するほど移動の阻害の程度が軽減されるようにしている。これにより、原料層１５の良好な流動化を維持する効果が期待される。
また、上記実施形態に係る静電分離装置１において、捕捉装置５０は、原料層１５の上方且つ上部電極２２の下方を捕捉領域１０とし、下向きの搬送面５２が捕捉領域１０を通過するように回転する、不導体からなるコンベヤベルト５１を備える。
上記構成の静電分離装置１では、静電気力によって原料層１５から導電性粒子１６を選択的に離脱させてコンベヤベルト５１の搬送面５２に付着させる。よって、コンベヤベルト５１の搬送面５２に付着する絶縁性粒子１８の量が抑えられる。その結果、導電性粒子回収容器４１に回収された主に導電性粒子１６からなる粉粒体への絶縁性粒子１８の混入が抑えられる。
また、上記実施形態に係る静電分離装置１において、捕捉装置５０は、コンベヤベルト５１又は導電性粒子１６に分子間力で付着している絶縁性粒子１８をコンベヤベルト５１から離脱させる絶縁性粒子脱離促進装置５３を更に有する。
導電性粒子１６と絶縁性粒子１８とが分子間力によって引き付けられて、絶縁性粒子１８が導電性粒子１６に同伴して原料層１５から飛び出して、絶縁性粒子１８がコンベヤベルト５１（又は導電性粒子１６）に付着することが想定され得る。このようにコンベヤベルト５１に付着した絶縁性粒子１８は、絶縁性粒子脱離促進装置５３の作用によりコンベヤベルト５１から離脱して、原料層１５へ戻るか、又は、絶縁性粒子回収容器４０へ回収される。このようにして、導電性粒子回収容器４１に回収される導電性粒子１６に混入する絶縁性粒子１８を低減させることができる。その結果、導電性粒子回収容器４１に回収される導電性粒子１６の純度を高めることができる。
また、上記実施形態に係る静電分離装置１において、捕捉装置５０は、コンベヤベルト５１に静電気力で付着している導電性粒子１６を除電することにより、コンベヤベルト５１から導電性粒子１６を分離させる粒子分離部材４３を更に有する。
これにより、コンベヤベルト５１に付着した導電性粒子１６を、コンベヤベルト５１から容易に離れさせることができるとともに、導電性粒子１６の帯電を除去することにより、回収後の除電処理が不要となる。
また、上記実施形態に係る静電分離装置１では、コンベヤベルト５１の回転による捕捉領域１０における搬送面５２の移動方向Ｄ１と、容器２５内の原料１７の進行方向Ｄ２とが平面視において直交している。
同様に、本実施形態に係る静電分離方法では、コンベヤベルト５１の回転による捕捉領域１０における搬送面５２の移動方向Ｄ１と原料層１５内での原料１７の進行方向Ｄ２とが平面視において直交している。
このように捕捉領域１０における搬送面５２の移動方向Ｄ１と原料１７の進行方向Ｄ２とが直交していることで、これらの方向が平行である場合と比較してより効率的に搬送面５２に導電性粒子１６を付着させることができる。
以上に本発明の好適な実施の形態（及び変形例）を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。
例えば、上記実施形態では、下部電極２８をプラス電極とし上部電極２２をマイナス電極としているが、導電性粒子１６の性質に応じて、下部電極２８をマイナス電極とし上部電極２２をプラス電極としてもよい。
例えば、上記実施形態では、捕捉装置５０として静電気力を利用したコンベヤ式捕捉装置が採用されているが、捕捉装置５０の態様はこれに限定されない。例えば、捕捉装置５０は、原料層１５の表層から飛び出した導電性粒子１６を気流搬送して回収するように構成されていてもよい。
１ ：静電分離装置
１０ ：捕捉領域
１５ ：原料層
１６ ：導電性粒子
１７ ：原料
１８ ：絶縁性粒子
２０ ：電源装置
２２ ：上部電極
２５ ：容器
２６ ：ガス分散部材
２８ ：下部電極
２９ ：流動化ガス供給装置
３１ ：流動化ガス
３２ ：容器振動装置
３３ ：振動体加振装置
３４ ：中間電極
３４ａ ：第１中間電極
３４ｂ ：第２中間電極
４３ ：粒子分離部材
５０ ：捕捉装置
５１ ：コンベヤベルト
５２ ：搬送面
５３ ：絶縁性粒子脱離促進装置
Ｖ ：振動体
１０ ：捕捉領域
１５ ：原料層
１６ ：導電性粒子
１７ ：原料
１８ ：絶縁性粒子
２０ ：電源装置
２２ ：上部電極
２５ ：容器
２６ ：ガス分散部材
２８ ：下部電極
２９ ：流動化ガス供給装置
３１ ：流動化ガス
３２ ：容器振動装置
３３ ：振動体加振装置
３４ ：中間電極
３４ａ ：第１中間電極
３４ｂ ：第２中間電極
４３ ：粒子分離部材
５０ ：捕捉装置
５１ ：コンベヤベルト
５２ ：搬送面
５３ ：絶縁性粒子脱離促進装置
Ｖ ：振動体
Claims (10)
- 導電性粒子及び絶縁性粒子が混在する原料から前記導電性粒子を分離する静電分離装置であって、
前記原料からなる原料層が形成された容器と、
前記原料層の底部に配置されたガス分散板と、
前記ガス分散板と同一面又は前記ガス分散板より上方の前記原料層内に配置された少なくとも１つの振動体と、
前記容器の底部から前記原料層内へ導入され、前記ガス分散板を通じて前記原料層を上昇する流動化ガスを供給する流動化ガス供給装置と、
前記原料層の上方に配置された上部電極と、
前記ガス分散板と同一面又は前記ガス分散板より上方の前記原料層内に配置された下部電極と、
前記下部電極よりも上方の前記原料層内に配置された少なくとも１つの中間電極と、
前記上部電極及び前記下部電極のうち一方をマイナス電極とし他方をプラス電極としてこれらの電極間に電界を生じさせ、且つ、前記上部電極と前記中間電極との電位差が前記上部電極と前記下部電極との電位差以下となるように前記上部電極と前記中間電極と前記下部電極の電極間に電圧を印加する電源装置と、
前記原料層の表面から前記上部電極へ向けて飛び出した前記導電性粒子を捕捉する捕捉装置と、を備える、
静電分離装置。 - 前記振動体のうち少なくとも１つは前記容器に対して独立して振動するように構成されている、
請求項１に記載の静電分離装置。 - 前記下部電極は振動可能に構成されており、前記下部電極が前記振動体としての機能を併せ備える、
請求項１又は２に記載の静電分離装置。 - 前記中間電極は振動可能に構成されており、前記中間電極が前記振動体としての機能を併せ備える、
請求項１に記載の静電分離装置。 - 上下方向に並ぶ複数の前記中間電極を備え、
前記下部電極から離れるに従って前記上部電極との電位差が小さくなるように、前記上部電極と前記中間電極との間に電圧が印加される、
請求項１又は４に記載の静電分離装置。 - 前記中間電極は、上下に並ぶ第１中間電極及び第２中間電極を含み、
前記第１中間電極の目開きは前記第２中間電極の目開きよりも大きい、
請求項１～５のいずれか一項に記載の静電分離装置。 - 前記捕捉装置は、前記原料層の上方且つ前記上部電極の下方を捕捉領域とし、下向きの搬送面が前記捕捉領域を通過するように回転するコンベヤベルトを備える、
請求項１～６のいずれか一項に記載の静電分離装置。 - 前記捕捉装置は、前記コンベヤベルト又は前記導電性粒子に分子間力で付着している前記絶縁性粒子を前記コンベヤベルトから脱離させる絶縁性粒子脱離促進装置を更に有する、
請求項７記載の静電分離装置。 - 前記捕捉装置は、前記コンベヤベルトに静電気力で付着している前記導電性粒子を除電することにより、前記コンベヤベルトから前記導電性粒子を分離させる粒子分離部材を更に有する、
請求項７又は８に記載の静電分離装置。 - 前記コンベヤベルトの回転による前記捕捉領域における前記搬送面の移動方向と、前記容器内の前記原料の進行方向とが平面視において直交している、
請求項７～９のいずれか一項に記載の静電分離装置。
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