JP7843909B2 - 静電選別装置 - Google Patents

Description

本開示は、静電選別装置に関する。

従来、複数種類の物体（例えば、プラスチック片）を含む混合物を物体の種類毎に選別する技術が知られている。この選別技術において、例えば、混合物に含まれる複数種類の物体を帯電させ、静電選別により特定の物体をリサイクル対象の物体として選別する静電選別装置がある。静電選別による選別の精度を向上させるための技術として、例えば特許文献１に記載された静電選別装置が知られている。

上記の静電選別装置は、混合プラスチックの組成を測定する原料組成評価部と、分離された第１のプラスチックおよび第２のプラスチックのいずれか一方を帯電部へ送る循環部と、を備える。循環部は、原料組成評価部による測定結果に基づいて、分離された第１のプラスチックを帯電部へ送るか、分離された第２のプラスチックを帯電部へ送るか、を切り替える。

特許第５１９４３２０号公報

しかしながら、循環部によって物体を帯電部へ送ると、帯電部に投入される物体の組成比および投入量が変化する。このため、選別条件（例えば、仕切りの位置や静電界の強度等）が、適切な範囲から外れてしまい、回収する物体の純度や回収率が低下する場合がある。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、物体を循環させた場合も、選別条件を適切にすることが可能な静電選別装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る静電選別装置は、帯電特性が異なる複数種の物体を含んだ被選別材料を投入する投入部と、前記被選別材料に含まれる複数種の物体を帯電させる帯電部と、所定の電圧が印加される一対の電極を有し、前記複数の電極間を落下する複数種の物体を、帯電状態に応じていずれかの電極側へ引き寄せる静電分離部と、前記複数の電極の下方に配置され、仕切りによって複数の領域に区分けされた回収容器と、前記回収容器から前記帯電部へと、選別された前記物体の一部を循環させる循環部と、選別条件を決定する制御部と、を有し、前記制御部は、前記投入部から前記帯電部に投入される物体の組成比および投入量を評価した結果である第１評価結果と、前記循環部から前記帯電部に投入される物体の組成比および投入量を評価した結果である第２評価結果と、に基づき、前記選別条件を決定する。

本開示によれば、物体を循環させた場合も、選別条件を適切にすることが可能な静電選別装置を提供できる。

実施の形態に係る静電選別装置を示す図である。 実施の形態に係る静電選別方法を示すフローチャートである。

以下、実施の形態に係る静電選別装置について図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る静電選別装置１は、投入部１０と、帯電部２０と、搬送部３０と、静電分離部４０と、回収容器５０と、循環部６０と、制御部７０と、を備える。

静電選別装置１は、帯電特性が異なる複数種の物体を選別するための装置である。「帯電特性が異なる」とは、プラスとマイナスのいずれに帯電するかが異なることや、帯電のしやすさが異なること等を意味する。例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂の場合は、ＰＶＣ樹脂が最もマイナスに帯電しやすく、ＰＡ樹脂が最もプラスに帯電しやすい。より具体的には、ＰＶＣ樹脂、ＰＰ樹脂、ＰＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＡ樹脂の順にマイナスに帯電しやすく、ＰＡ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂、ＰＰ樹脂、ＰＶＣ樹脂の順にプラスに帯電しやすい。静電選別装置１によって選別される物体は、例えばプラスチック片、食物片、または金属片等である。ただし、静電選別装置１によって選別される物体はこれらに限定されず、帯電特性の違いを用いた選別が可能であれば適宜変更可能である。

本実施形態に係る帯電部２０は、筒状に形成された帯電ドラム（帯電筒）である。帯電部２０は、円筒状、多角柱形状等に形成されていてもよい。帯電部２０は、中心軸線Ｏを有する。帯電部２０の内部には、被選別材料が通過する帯電空間Ｉが形成されている。帯電部２０の内部に帯電空間Ｉが形成されていれば、帯電部２０の内径および外径は、中心軸線Ｏに平行な軸方向において一定であってもよいし、一定でなくてもよい。

帯電部２０は、中心軸線Ｏまわりに回転可能に構成されている。帯電部２０は、中心軸線Ｏまわりに回転することで、帯電部２０（帯電空間Ｉ）を通過する複数種の物体を帯電させる。帯電空間Ｉには、帯電部２０の内周面から中心軸線Ｏに向かって突出する羽根部材や、帯電空間Ｉを軸方向に区切る区切板等が設けられていてもよい。なお、物体を帯電させることが可能であれば、帯電部２０の種類は帯電ドラムに限定されず、適宜変更可能である。

搬送部３０は、被選別材料を搬送する。本実施形態に係る搬送部３０は、第１搬送機３１および第２搬送機３２を有する。第１搬送機３１は、投入部１０から供給された被選別材料を、帯電部２０に搬送する。第２搬送機３２は、帯電部２０から排出された被選別材料を、静電分離部４０に搬送する。

投入部１０は、複数種の物体を含む被選別材料を帯電部２０に投入するための装置である。本実施形態に係る投入部１０は、第１搬送機３１を介して、被選別材料を帯電部２０に投入する。なお、投入部１０は、被選別材料を、第１搬送機３１を介さず直接帯電部２０に投入してもよい。この場合、静電選別装置１は第１搬送機３１を有していなくてもよい。

静電分離部４０は、帯電部２０によって帯電させられた複数種の物体を、各物体の帯電特性に応じて選別する。本実施形態に係る静電分離部４０は、所定の電圧が印加される複数の（図示の例においては一対の）電極４１、４２を有する。以下、一対の電極４１、４２を、各々、第１電極４１および第２電極４２と称する。なお、静電分離部４０は、複数の第１電極４１を有していてもよいし、複数の第２電極４２を有していてもよい。また、第１電極４１の数と第２電極４２の数とは等しくなくてもよい。

帯電部２０によって帯電させられた複数種の物体は、第１搬送機３１によって搬送された後、第１電極４１と第２電極４２との間を落下する。なお、帯電部２０によって帯電させられた物体は、第１搬送機３１を介さず直接電極４１、４２間に落下してもよい。この場合、静電選別装置１は第２搬送機３２を有していなくてもよい。

第１電極４１および第２電極４２には、例えば直流電源によって互いに異なる電圧が印加される。例えば、第１電極４１にはプラスの電圧が印加され、第２電極４２にはマイナスの電圧が印加される。電極４１、４２間を落下する複数種の物体は、帯電状態に応じて、第１電極４１および第２電極４２のいずれかに引き寄せられる。

電極４１、４２に印加される電圧は、変更可能に構成されていてもよい。この場合、電極４１、４２に印加される電圧を変化させることで、選別の対象となる物体の混合比率等に応じた適切な選別を行いやすくなる。

回収容器５０は、複数の電極４１、４２の下方に配置される。本実施形態に係る回収容器５０は、第１仕切り５１および第２仕切り５２を有している。第１仕切り５１および第２仕切り５２によって、回収容器５０の内部空間Ｓは、第１回収領域Ｓ１と、第２回収領域Ｓ２と、回収領域Ｓ１、Ｓ２の間に位置する中間領域Ｓ３と、を含む複数の領域に区分けされている。第１回収領域Ｓ１は、第１電極４１に引き寄せられた物体を回収する領域である。第２回収領域Ｓ２は、第２電極４２に引き寄せられた物体を回収する領域である。中間領域Ｓ３は、いずれの回収領域Ｓ１、Ｓ２にも回収されなかった物体を回収する領域である。

仕切り５１、５２の位置は、変更可能に構成されていてもよい。この場合、仕切り５１、５２の位置を変化させることで、選別の対象となる物体の混合比率等に応じた適切な選別を行いやすくなる。仕切りの数、および領域の数は適宜変更可能である。

循環部６０は、回収容器５０から帯電部２０へと、選別された物体の一部を循環させる。図示の例における循環部６０は、中間領域Ｓ３に回収された物体を、第１搬送機３１を介して帯電部２０に循環させている。ただし、循環部６０は回収領域Ｓ１、Ｓ２に回収された物体を帯電部２０に循環させてもよい。また、循環部６０は、物体を、第１搬送機３１を介さず帯電部２０に直接循環させてもよい。

本実施形態に係る制御部７０は、投入原料評価部７１と、循環評価部７２と、推定部７３と、を有する。なお、制御部７０（投入原料評価部７１、循環評価部７２、および推定部７３）の機能は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）がプログラムを実行することによって実現されてもよい。または、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などのハードウェア（回路部；ｃｉｒｃｕｉｔｒｙを含む）を用いて制御部７０の機能を実現することも可能である。あるいは、ソフトウェアとハードウェアの協働により制御部７０の機能を実現することも可能である。また、制御部７０（投入原料評価部７１、循環評価部７２、および推定部７３）の各機能は、互いに同一のハードウェアによって実現されていてもよいし、別々のハードウェアによって実現されていてもよい。

投入原料評価部７１は、投入部１０から帯電部２０に投入される物体の組成比および投入量を評価する。以下、この評価結果を「第１評価結果」と称する。投入原料評価部７１は、第１評価結果を、推定部７３に出力する。組成比を評価する方法例として、投入される原料の一部を抜き取って、物体の種類を赤外光によって識別し、組成比を推定する方法が挙げられる。投入量を評価する方法例として、投入原料が通過する箇所に粒体センサを設置し、投入量を推定する方法が挙げられる。また、組成比や投入量を都度評価せず、過去の評価結果を流用する方法も挙げられる。

循環評価部７２は、循環部６０から帯電部２０に投入される物体の組成比および投入量を評価する。以下、この評価結果を「第２評価結果」と称する。循環評価部７２は、第２評価結果を、推定部７３に出力する。

推定部７３は、投入原料評価部７１から出力された第１評価結果を取得する。また、推定部７３は、循環評価部７２から出力された第２評価結果を取得する。推定部７３は、第１評価結果および第２評価結果に基づき、投入部１０および循環部６０の両方から投入部１０に投入される物体の、合計組成比および合計投入量を推定する。具体的に、「合計組成比」は、投入部１０から帯電部２０に投入される物体と、循環部６０から帯電部２０に投入される物体と、を合わせた際の、物体の組成比を意味する。「合計投入量」は、投入部１０から帯電部２０に投入される物体の量と、循環部６０から帯電部２０に投入される物体の量と、を合計した量（投入量）を意味する。

推定部７３による推定の例を以下に示す。以下の例は、被選別材料に含まれるＡＢＳ樹脂片およびポリスチレン（ＰＳ）樹脂片を静電選別装置１によって選別する例である。
＜投入原料評価部７１による第１評価結果＞
組成比 ＡＢＳ：ＰＳ＝５０：５０
投入量 ５００ｋｇ／ｈ
＜循環評価部７２による第２評価結果＞
組成比 ＡＢＳ：ＰＳ＝９０：１０
投入量 １００ｋｇ／ｈ
＜推定部７３による推定＞
合計組成比 ＡＢＳ：ＰＳ＝５７：４３
合計投入量 ６００ｋｇ／ｈ

制御部７０は、推定部７３による推定結果に基づき、選別条件を決定する。「選別条件」とは、静電選別装置１による物体の選別に影響を与える条件（パラメータ）を意味する。選別条件の例としては、仕切り５１、５２の位置や、電極４１、４２に印加される電圧等が挙げられる。

制御部７０は、決定した選別条件に基づき、静電選別装置１を制御する。つまり、制御部７０は、決定した選別条件を、静電選別装置１に適用する。例えば、制御部７０は、決定した選別条件に基づき、仕切り５１、５２の位置および電極４１、４２に印加される電圧の少なくとも一方を制御する。

なお、制御部７０は、推定部７３による推定を介さず、第１評価結果および第２評価結果に基づいて直接選別条件を決定してもよい。すなわち、制御部７０は、合計組成比および合計投入量の推定を行わなくてもよい。この場合、制御部７０は推定部７３を有していなくてもよい。

以下、実施の形態に係る静電選別方法について図２に基づいて説明する。

図２に示すように、本実施形態に係る静電選別方法は、投入原料評価工程ＳＴ１と、選別工程ＳＴ２と、循環原料評価工程ＳＴ３と、推定工程ＳＴ４と、選別条件調整工程ＳＴ５と、を有する。

投入原料評価工程ＳＴ１においては、投入原料評価部７１が、投入部１０から帯電部２０に投入される物体の組成比および投入量を評価する。その結果である第１評価結果を、投入原料評価部７１は、推定部７３に出力する。

選別工程ＳＴ２においては、静電選別装置１が、投入部１０から帯電部２０に投入された物体の選別処理を行う。つまり、複数種の物体が、帯電状態に応じて、回収容器５０が有する複数の領域Ｓ１～Ｓ３のいずれかに選別される。選別工程ＳＴ２が行われた後、選別された物体の一部は、循環部６０によって帯電部２０に循環される。例えば、中間領域Ｓ３に回収された物体が、循環部６０によって帯電部２０に循環される。

循環原料評価工程ＳＴ３においては、循環評価部７２が、循環部６０から帯電部２０に投入される物体の組成比および投入量を評価する。その結果である第２評価結果を、循環評価部７２は、推定部７３に出力する。

推定工程ＳＴ４において、推定部７３は、第１評価結果および第２評価結果に基づいて、合計組成比および合計投入量を推定する。

選別条件調整工程ＳＴ５において、制御部７０は、推定された合計組成比および合計投入量に基づいて、選別条件を決定する。そして、制御部７０は、決定した選別条件に基づいて、静電選別装置１を制御する。このように制御された選別条件に基づいて、再び選別工程ＳＴ２が行われる。以降は、工程ＳＴ２～ＳＴ５が繰り返し行われる。なお、工程ＳＴ２～ＳＴ５だけでなく、投入原料評価工程ＳＴ１も繰り返し行われてもよい。すなわち、工程ＳＴ１～ＳＴ５が繰り返し行われてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る静電選別装置は、帯電特性が異なる複数種の物体を含んだ被選別材料を投入する投入部１０と、被選別材料に含まれる複数種の物体を帯電させる帯電部２０と、所定の電圧が印加される複数の電極４１、４２を有し、複数の電極４１、４２間を落下する複数種の物体を、帯電状態に応じていずれかの電極４１、４２側へ引き寄せる静電分離部４０と、複数の電極４１、４２の下方に配置され、仕切り５１、５２によって複数の領域Ｓ１～Ｓ３に区分けされた回収容器５０と、回収容器５０から帯電部２０へと、選別された物体の一部を循環させる循環部６０と、選別条件を決定する制御部７０と、を有し、制御部７０は、投入部１０から帯電部２０に投入される物体の組成比および投入量を評価した結果である第１評価結果と、循環部６０から帯電部２０に投入される物体の組成比および投入量を評価した結果である第２評価結果と、に基づき、選別条件を決定する。

この構成により、第１評価結果だけでなく、循環部６０から帯電部２０に投入される物体の組成比および投入量を評価した結果である第２評価結果も用いて、選別条件が決定される。したがって、物体を循環させた場合も、選別条件を適切にすることが可能となる。選別条件を適切にすることで、物体の純度や回収率を向上することができる。

また、制御部７０は、第１評価結果および第２評価結果に基づき、投入部１０および循環部６０の両方から帯電部２０に投入される物体の、合計組成比および合計投入量を推定してもよい。この構成によれば、合計組成比および合計投入量を用いて、選別条件を適切に調整することができる。

以上、実施の形態について説明したが、本開示は、上記の実施の形態に限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変更が可能である。

なお、上述した静電選別装置１が備える各構成は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した静電選別装置１が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した静電選別装置１が備える各構成における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ及び周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、インターネット又はＷＡＮ、ＬＡＮ、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、ＣＤ－ＲＯＭ等の非一過性の記録媒体であってもよい。

また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部又は外部に設けられた記録媒体も含まれる。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に静電選別装置１が備える各構成で合体される構成であってもよく、また、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバ又はクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１…静電選別装置 １０…投入部 ２０…帯電部 ４０…静電分離部 ４１…第１電極 ４２…第２電極 ５０…回収容器 ５１…第１仕切り ５２…第２仕切り ６０…循環部 ７０…制御部

Claims (3)

1. 帯電特性が異なる複数種の物体を含んだ被選別材料を投入する投入部と、
   前記被選別材料に含まれる複数種の物体を帯電させる帯電部と、
   所定の電圧が印加される複数の電極を有し、前記複数の電極間を落下する複数種の物体を、帯電状態に応じていずれかの電極側へ引き寄せる静電分離部と、
   前記複数の電極の下方に配置され、仕切りによって複数の領域に区分けされた回収容器と、
   前記回収容器から前記帯電部へと、選別された前記物体の一部を循環させる循環部と、
   選別条件を決定する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記投入部から前記帯電部に投入される物体の組成比および投入量を評価した結果である第１評価結果と、
   前記循環部から前記帯電部に投入される物体の組成比および投入量を評価した結果である第２評価結果と、に基づき、前記選別条件を決定する、
   静電選別装置。
2. 前記制御部は、前記第１評価結果および前記第２評価結果に基づき、前記投入部および前記循環部の両方から前記帯電部に投入される物体の、合計組成比および合計投入量を推定する、
   請求項１に記載の静電選別装置。
3. 帯電特性が異なる複数種の物体を含んだ被選別材料を投入する投入部と、
   前記被選別材料に含まれる複数種の物体を帯電させる帯電部と、
   複数の電極を有し、前記複数の電極間を落下する複数種の物体を、帯電状態に応じていずれかの電極側へ引き寄せる静電分離部と、
   前記静電分離部によって分離された前記物体の一部を循環させる循環部と、
   選別条件を決定する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記投入部から前記帯電部に投入される物体の組成比および投入量と、
   前記循環部から前記帯電部に投入される物体の組成比および投入量と、に基づき、前記選別条件を決定する、
   静電選別装置。