JP5523129B2 - 静電選別装置および静電選別方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、プラスチックを静電分離して選別する静電選別装置および静電選別方法に関するものである。

複数種類のプラスチック片を含む被選別材料を摩擦帯電させ、帯電した各プラスチック片を静電界で選別するプラスチック静電選別装置が一般に知られている。

プラスチック片は摩擦帯電序列（帯電列ともいう）に従って帯電する。
摩擦帯電序列とは、異種材料同士を摩擦したときに正に帯電しやすい物質を上位に、負に帯電しやすい物質を下位に並べた序列のことである。
例えば、プラスチック片（ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＶＣ）の摩擦帯電序列は「ＡＢＳ→ＰＳ→ＰＥ→ＰＰ→ＰＥＴ→ＰＶＣ」という序列になる。「ＡＢＳ」はアクリルニトリルとブタジエンとスチレンとの重合体、「ＰＳ」はポリスチレン、「ＰＥ」はポリエチレン、「ＰＰ」はポリプロピレン、「ＰＥＴ」はポリエチレンテレフタレート、「ＰＶＣ」はポリ塩化ビニルを表す。

摩擦帯電序列を利用することにより、廃棄プラスチックを選別して再利用することができる。

特許文献１は、２種類以上のプラスチック片（被選別材料）を選別する静電選別装置を開示している。
一般的に静電選別装置は、投入ストッカー、乾燥炉、投入ホッパー、投入Ｆｅｅｄｅｒ、帯電筒、搬入Ｆｅｅｄｅｒ、電極部、並びに、回収箱から構成されている。

被選別材料は投入ホッパーに移され、投入ホッパーの下に設けられた投入Ｆｅｅｄｅｒにより帯電筒へ供給される。投入Ｆｅｅｄｅｒは、振動して被選別材料を帯電筒に投入することにより、帯電筒への被選別材料の投入速度を調整する。帯電筒には単位時間に一定量の被選別材料が投入される。
回転する帯電筒内では、被選別材料を構成する複数種のプラスチック片が摩擦し合い、各プラスチック片が帯電列に応じた極性（プラスまたはマイナス）および帯電量で帯電する。帯電した被選別材料はプラスに帯電したプラスチック片とマイナスに帯電したプラスチック片とが静電気力（クーロン力）によってくっ付き合うペアリングを起こす。
帯電筒から出た被選別材料は搬入Ｆｅｅｄｅｒに移される。搬入Ｆｅｅｄｅｒは被選別材料を上下動させながら前方に押し出す上下押し出し振動により被選別材料のペアリングを解消する。
ペアリングを解消した被選別材料は、直流の高電圧を印加された電極間（静電界）に落とされる。すると、被選別材料に含まれる各プラスチック片は、自然落下しながら、極性と帯電量とに応じた静電気力でどちらかの電極側に引き寄せられる。そのため、各プラスチック片は放物線の軌道を描きながら落下する。
放物線の軌道を描いて落下したプラスチック片は電極の下に設けられた回収箱に回収される。

このため、被選別材料に含まれるプラスチック片の種類ごとの割合（以下、混合比率という）に応じて回収箱内を適切に仕切れば、回収箱の各部分にプラスチック片を種類ごとに回収することができる。
例えば、被選別材料にＡＢＳ、ＰＳおよびＰＰが含まれる場合、回収箱をマイナス電極側とプラス電極側とその中間との３つに仕切れば、マイナス電極側にＡＢＳを回収し、プラス電極側にＰＳとＰＰとを回収することができる。中間には、ＡＢＳとＰＳとＰＰとが混合して回収される。

しかし、被選別材料に含まれるプラスチック片の混合比率は変動し、回収箱の最適な仕切り位置も変動する。
このため、選別したプラスチック片の回収率およびその純度が低下する可能性がある。

特開２００５−１３８０３０号公報 特開２０００−３４２９９８号公報

本発明は、例えば、被選別材料に含まれるプラスチック片の混合比率が変動してもプラスチック片を高純度でかつ高回収率で回収できるようにすることを目的とする。

本発明の静電選別装置は、
帯電特性が異なる複数の被選別片を含んだ被選別材料を投入され、投入された被選別材料に含まれる複数の被選別片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、前記帯電部で帯電して一対の電極間を落下する複数の被選別片を被選別片の極性に応じた電極側へ引き寄せる静電分離部と、
複数の回収部に区分けされて一対の電極間の下方に配置され、一対の電極間を落下した複数の被選別片を前記複数の回収部で回収する回収箱と、
前記複数の回収部のうち所定の回収部に回収された被選別片を前記帯電部へ投入する循環部とを備える。

本発明によれば、例えば、被選別材料に含まれるプラスチック片（被選別片の一例）の混合比率が変動してもプラスチック片を高純度でかつ高回収率で回収できる。

実施の形態１におけるプラスチック静電選別装置１００の構成図。 実施の形態１における回収箱１４１とストック部１５０との構成図。 実施の形態１における回収率および純度の計算例を示す表。 実施の形態１における切り替え弁１５４を示す図。 実施の形態１における「（１）確率的に帯電不足のプラスチック片」を示す図。 実施の形態１においてペアリングを解消できたプラスチック片を示す図。 実施の形態１における「（２）ペアリングを解消できなかったプラスチック片」を示す図。 実施の形態１における「（３）電極に衝突したプラスチック片」を示す図。 実施の形態１における「（４）帯電しにくいプラスチック片」を示す図。 実施の形態１におけるプラスチック静電選別装置１００によるミドル循環時のプラスチック片の回収率を示すグラフ。 実施の形態２におけるストック部１５０との構成図。 実施の形態２におけるミドル循環のサイクル時間と回収率・純度との関係を示すグラフ。

実施の形態１．
静電選別処理した被選別材料のうち選別できなかった被選別材料を再び静電選別処理する循環式の静電選別装置について説明する。

実施の形態１において被選別材料とは、帯電特性（帯電のしやすさ）が異なる複数種の被選別片を含んだものである。
例えば、リサイクルされる廃棄物（例えば、エアコン、冷蔵庫、洗濯機などの家電製品）を破砕して得られた混合プラスチックを比重選別した後に残ったプラスチック片（被選別片）が被選別材料となる。被選別材料には複数種のプラスチック片が混ざっている。

図１は、実施の形態１におけるプラスチック静電選別装置１００の構成図である。
実施の形態１におけるプラスチック静電選別装置１００の構成および動作について、図１に基づいて以下に説明する。
図１において、実線および点線の矢印は被選別材料１０１の経路を示す。

まず、プラスチック静電選別装置１００の構成について説明する。

プラスチック静電選別装置１００（静電選別装置の一例）は、被選別材料１０１が摩擦帯電する前の処理部として投入ストッカー１１１、乾燥機１１２、投入ホッパー１１３および投入フィーダー１１４を備える。
投入ストッカー１１１は被選別材料１０１を格納する。投入ストッカー１１１に格納された被選別材料１０１は乾燥機１１２へ投入される。
乾燥機１１２は投入された被選別材料１０１を乾燥させる。乾燥機１１２で乾燥した被選別材料１０１は投入ホッパー１１３に移される。
投入ホッパー１１３は被選別材料１０１を一定量ずつ投入フィーダー１１４へ放出する。
投入フィーダー１１４は振動しながら被選別材料１０１を単位時間あたり一定量ずつ帯電筒１２１内に投入する。投入フィーダー１１４は振動することによって被選別材料１０１の投入速度を調整する。例えば、投入フィーダー１１４はベルトコンベアで構成される。

プラスチック静電選別装置１００は、被選別材料１０１を摩擦帯電させる摩擦帯電部として帯電筒１２１を備える。
帯電筒１２１は回転することにより、帯電筒１２１内の被選別材料１０１を撹拌して摩擦し、被選別材料１０１を摩擦帯電序列に応じた極性（プラスまたはマイナス）および帯電量で帯電させる。
また、帯電筒１２１は特定の帯電特性を有する材料（例えば、ＡＢＳ）で作られており、帯電筒１２１自体も被選別材料１０１との摩擦によって摩擦帯電序列に従って帯電する。

プラスチック静電選別装置１００は、摩擦帯電した被選別材料１０１を静電分離部へ搬入する静電分離搬入部として搬入フィーダー１２２およびフィーダー駆動装置１２３を備える。
搬入フィーダー１２２は、振動して被選別材料１０１を上下動させながら前方に押し出し、マイナスの電圧が印加された電極（マイナス電極１３１）とプラスの電圧が印加された電極（プラス電極１３２）とによって作られる静電界に被選別材料１０１を落下させる。以下の搬入フィーダー１２２の振動を「上下押し出し振動」という。
搬入フィーダー１２２は、上下押し出し振動によって被選別材料１０１のペアリングを解消する。ペアリングとは、異なる極性に帯電した被選別材料１０１同士が静電気力によってくっ付き合うことである。
フィーダー駆動装置１２３は搬入フィーダー１２２を上下押し出し振動させるように動作させる。例えば、搬入フィーダー１２２は電磁フィーダーまたは電動フィーダー方式である。

プラスチック静電選別装置１００は、摩擦帯電した被選別材料１０１を静電分離する静電分離部としてマイナス電極１３１、プラス電極１３２および電圧制御装置１３３を備える。
マイナス電極１３１とプラス電極１３２とは一対の電極を構成する。
電圧制御装置１３３はマイナス電極１３１とプラス電極１３２とに直流の高電圧を印加して電極間に静電界を作る。
例えば、マイナス電極１３１とプラス電極１３２とは２０ｃｍ（センチメートル）の間隔で設置され、電圧制御装置１３３は電極間に６０ｋＶ（キロボルト）を印加する。このとき、電極間の電界強度は「３ｋＶ／ｃｍ」となる。
マイナス電極１３１とプラス電極１３２とは、電極間（静電界）を落下する被選別材料１０１を帯電した極性と帯電量とに応じた静電気力によって一方の電極側へ引き寄せる。つまり、被選別材料１０１を構成する各プラスチック片はバラけながら静電界を落下する。これを「静電分離」という。

プラスチック静電選別装置１００は、電極間で静電分離しながら落下する被選別材料１０１を回収する回収部として回収箱１４１を備える。
回収箱１４１は３つに区分けされ、３つの区域のうち２つの区域（マイナス電極側回収箱１４１Ａ、プラス電極側回収箱１４１Ｂ）には選別された被選別材料１０１が回収され、残りの１つの区域（ミドル回収箱１４１Ｃ）には選別できなかった被選別材料１０１が回収される。選別とは、種類ごとに分けることである。
回収箱１４１の詳細については後述する。

さらに、プラスチック静電選別装置１００は、回収箱１４１に回収された被選別材料１０１のうち選別できた被選別材料１０１を貯蔵し、選別できなかった被選別材料１０１を摩擦帯電部（帯電筒１２１）へ循環させる循環部としてストック部１５０を備える。
ストック部１５０の詳細については後述する。また、ミドル循環ホッパー１５９はストック部１５０の構成として説明する。

図２は、実施の形態１における回収箱１４１とストック部１５０との構成図である。
実施の形態１における回収箱１４１とストック部１５０との構成について、図２に基づいて以下に説明する。

回収箱１４１は、２枚の仕切り板１４２（１４２Ａ、１４２Ｂ）により３つの区域に仕切られる。
以下、２枚の仕切り板１４２のうちマイナス電極１３１側に配置された仕切り板１４２を「仕切り板１４２Ａ」とし、プラス電極１３２側に配置された仕切り板１４２を「仕切り板１４２Ｂ」とする。また、仕切り板１４２Ａにより仕切られたマイナス電極１３１側の区域を「マイナス電極側回収箱１４１Ａ」、仕切り板１４２Ｂにより仕切られたプラス電極１３２側の区域を「プラス電極側回収箱１４１Ｂ」とする。また、仕切り板１４２Ａと仕切り板１４２Ｂとにより仕切られた真ん中の区域を「ミドル回収箱１４１Ｃ」とする。

回収箱１４１の仕切り板１４２Ａ・Ｂの位置は、被選別材料１０１の混合比率の基準値（平均値）に基づいて設定される。
例えば、エアコン、冷蔵庫、洗濯機などの家電製品をリサイクルする場合、家電製品を破砕選別し、破砕選別によって回収したプラスチック片を比重選別する。そして、比重選別によって選別できなかったプラスチック片（被選別材料１０１）をプラスチック静電選別装置１００によって静電選別する。この場合の被選別材料１０１の混合比率の基準値は「ＡＢＳ：ＰＳ：ＰＰ＝４２：５０：８」であり、回収箱１４１の仕切り板１４２Ａ・Ｂの位置はこの混合比率の基準値に基づいて設定される。

しかし、リサイクルされる廃棄物の種類や量は季節（または月、日）によって変化するため、被選別材料１０１の混合比率は季節によって変動する。また、同じ季節であっても処理する廃棄物は時間によって異なるため、被選別材料１０１の混合比率は時間によっても変動する。

以下、混合比率の基準値に基づいて設定される仕切り板１４２Ａ・Ｂの位置を「基準位置」という。

被選別材料１０１の混合比率が基準値に近い値である場合、回収箱１４１の仕切り板１４２Ａ・Ｂを基準位置に設けることにより、プラスチック片を高純度でかつ高回収率で回収することができる。
被選別材料１０１の混合比率が基準値から大きくずれた値である場合、回収箱１４１の仕切り板１４２Ａ・Ｂを基準位置より安全サイド（外寄り）にずらすことにより、プラスチック片を高純度で回収することができる。但し、マイナス電極側回収箱１４１Ａとプラス電極側回収箱１４１Ｂとが狭まるためプラスチック片の回収率は低下する。

図３は、実施の形態１における回収率および純度の計算例を示す表である。
実施の形態１における回収率の計算例と純度の計算例とについて、図３に基づいて以下に説明する。

回収率とは、被選別材料１０１に含まれる対象のプラスチック片（例えば、ＡＢＳ）の量に対する対象のプラスチック片の回収量の割合のことである。
純度とは、対象のプラスチック片として回収された複数のプラスチック片に含まれる対象のプラスチック片の割合のことである。

以下、ＡＢＳのプラスチック片の集まりを「ＡＢＳ群」、ＰＳおよびＰＰのプラスチック片の集まりを「ＰＳＰＰ群」という。

例えば、「１００ｋｇ（キログラム）」の被選別材料１０１が存在し、被選別材料１０１には「４０．２ｋｇ」のＡＢＳ群と「５９．８ｋｇ」のＰＳＰＰ群とが含まれているものとする。
被選別材料１０１をプラスチック静電選別装置１００により静電選別した結果、ＡＢＳ回収箱（マイナス電極側回収箱１４１Ａ）にはＡＢＳ群「２９．７ｋｇ」とＰＳＰＰ群「０．３ｋｇ」とが回収され、ＰＳＰＰ回収箱（プラス電極側回収箱１４１Ｂ）にはＰＳＰＰ群「４９．５ｋｇ」とＡＢＳ群「０．５ｋｇ」とが回収された。また、ミドル回収箱１４１ＣにはＡＢＳ群「１０ｋｇ」とＰＳＰＰ群「１０ｋｇ」とが回収された。

この場合、ＡＢＳ群の回収率は、被選別材料１０１に含まれる量（４０．２ｋｇ）に対してＡＢＳ回収箱に回収されたＡＢＳ群の量（２９．７ｋｇ）の割合であり、「７３．９％（＝（２９．７÷４０．２）×１００）」となる。
また、ＡＢＳ群の純度は、ＡＢＳ回収箱に回収されたプラスチック群（２９．７ｋｇ＋０．３ｋｇ）に含まれるＡＢＳ群（２９．７ｋｇ）の割合であり、「９９％（＝２９．７÷（２９．７＋０．３））」となる。

同様に、ＰＳＰＰ群の回収率は「８２．８％（＝（４９．５÷５９．８）×１００）」であり、ＰＳＰＰ群の純度は「９９％（＝４９．５÷（４９．５＋０．５））」である。

プラスチック静電選別装置１００は、被選別材料の混合比率が変動しても、また、回収箱１４１の仕切り板１４２の位置が適切でなくても、後述するミドル循環方式によりプラスチック片を高純度でかつ高回収率で回収できる。

図２に戻り、ミドル循環方式を実行するストック部１５０について説明する。

ストック部１５０は、搬送機１５１、ホッパー１５２、フレコン１５３（フレキシブルコンテナバック）、切り替え弁１５４、ミドル循環搬送機１５５およびミドル循環ホッパー１５９を備える。
搬送機１５１、ホッパー１５２およびフレコン１５３は、回収箱１４１に回収された被選別材料１０１を搬送するラインを構成し、回収箱１４１の区域（１４１Ａ〜Ｃ）毎に設けられる。
切り替え弁１５４、ミドル循環搬送機１５５およびミドル循環ホッパー１５９はミドル回収箱１４１Ｃのラインにだけ設けられ、ミドル循環方式を実行する。ミドル循環方式については後述する。

搬送機１５１Ａ〜Ｃは、回収箱１４１に回収された被選別材料１０１を同じラインのホッパー１５２Ａ〜Ｃへ搬送し、ホッパー１５２Ａ〜Ｃに投入する。例えば、搬送機１５１はベルトコンベアである。
ホッパー１５２Ａ〜Ｃは、開閉する下部を閉じて被選別材料１０１を一時貯蔵し、下部の開放時に被選別材料１０１を放出する。
フレコン１５３Ａ〜Ｃは、ホッパー１５２Ａ〜Ｃから放出された被選別材料１０１を詰める袋である。

切り替え弁１５４は、ミドル回収箱１４１Ｃのラインのホッパー１５２Ｃとフレコン１５３Ｃとの間に設けられ、ホッパー１５２Ｃから放出された被選別材料１０１の経路をフレコン１５３Ｃへの経路とミドル循環ホッパー１５９への経路とのいずれかに切り替える。

ミドル循環搬送機１５５は、切り替え弁１５４により被選別材料１０１の経路がミドル循環ホッパー１５９への経路に切り替えられている間、ホッパー１５２Ｃから放出された被選別材料１０１をミドル循環ホッパー１５９へ搬送する。例えば、ミドル循環搬送機１５５はベルトコンベアである。

ミドル循環ホッパー１５９は、ミドル循環搬送機１５５により搬送された被選別材料１０１を投入フィーダー１１４に移す。

図４は、実施の形態１における切り替え弁１５４を示す図である。
実施の形態１における切り替え弁１５４について、図４に基づいて以下に説明する。

切り替え弁１５４は断面Ｌ字型の回転体である。切り替え弁１５４の位置はホッパー１５２Ｃの下方で且つフレコン１５３Ｃの上方である。

切り替え弁１５４は、（ａ）ホッパー１５２Ｃから放出された被選別材料１０１の経路をミドル循環ホッパー１５９への経路に切り替えるとき（ミドル循環ＯＮ）、下方を閉塞する。このとき、被選別材料１０１はミドル循環搬送機１５５によってミドル循環ホッパー１５９へ搬送される。
切り替え弁１５４は、（ｂ）ホッパー１５２Ｃから放出された被選別材料１０１の経路をフレコン１５３Ｃへの経路に切り替えるとき（ミドル循環ＯＦＦ）、下方を開放する。このとき、被選別材料１０１はフレコン１５３Ｃに投入される。

例えば、切り替え弁１５４はスイッチによって「（ａ）ミドル循環ＯＮ」と「（ｂ）ミドル循環ＯＦＦ」とのいずれかの状態に切り替えられる。

次に、被選別材料１０１の流れについて、図１および図２に基づいて説明する。

リサイクルされる廃棄物は、プラスチック静電選別装置１００で処理される前に人手によって解体されて部品に分けられる。
次に、各部品は機械によって破砕され、風力によって金属群とプラスチック群とに分けられる。プラスチック群には、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＶＣなど、複数種のプラスチック片が混在する。
プラスチック群は、比重選別によって比重の軽いもの（例えば、ＰＰ）と比重の重いもの（例えば、ＡＢＳ、ＰＳおよび一部の重いＰＰ）とに選別することもできる。

以下、ＡＢＳとＰＳとＰＰとが混在したプラスチック群を被選別材料１０１として説明する。
ＡＢＳとＰＳとＰＰとの摩擦帯電序列を正に帯電しやすいものから負に帯電しやすいものの順で表すと「ＡＢＳ→ＰＳ→ＰＰ」という序列になる。

図１において、被選別材料１０１は随時または定期的に投入ストッカー１１１に補充される。

被選別材料１０１は投入ストッカー１１１から乾燥機１１２に投入され、乾燥機１１２で乾燥される。

乾燥機１１２で乾燥した被選別材料１０１は投入ホッパー１１３に移され、投入ホッパー１１３の下に設けられた投入フィーダー１１４により単位時間あたり一定量ずつ帯電筒１２１へ供給される。

被選別材料１０１は帯電筒１２１内で撹拌される。
すると、被選別材料１０１を構成する複数種のプラスチック片は帯電筒１２１内で摩擦し合い、摩擦帯電序列に応じた極性および帯電量で帯電する。

帯電筒１２１内で帯電した被選別材料１０１は搬入フィーダー１２２に移される。このとき、被選別材料１０１は静電気力によるペアリングを起こしている。
しかし、被選別材料１０１は搬入フィーダー１２２の上下押し出し振動によってペアリングを解消する。

搬入フィーダー１２２でペアリングを解消した被選別材料１０１はマイナス電極１３１とプラス電極１３２との間（静電界）に落とされる。すると、被選別材料１０１を構成する各プラスチック片は、帯電した極性と帯電量とに応じた静電気力で一方の電極側に引き寄せられながら自然落下する。
つまり、各プラスチック片は、極性と帯電量とに応じた放物線状の軌道を描き、回収箱１４１の異なる位置に落下する。

各プラスチック片は落下位置に応じてマイナス電極側回収箱１４１Ａ、プラス電極側回収箱１４１Ｂまたはミドル回収箱１４１Ｃに回収される。
ＡＢＳのプラスチック片はプラスに帯電しやすいためマイナス電極側回収箱１４１Ａに回収され、ＰＳまたはＰＰのプラスチック片はマイナスに帯電しやすいためプラス電極側回収箱１４１Ｂに回収される。

図２において、マイナス電極側回収箱１４１Ａに回収されたＡＢＳ群とプラス電極側回収箱１４１Ｂに回収されたＰＳＰＰ群は搬送機１５１Ａ・Ｂによってホッパー１５２Ａ・Ｂに搬送され、フレコン１５３Ａ・Ｂに梱包される。
フレコン１５３Ａに梱包されたＡＢＳ群は資源として再利用される。
フレコン１５３Ｂに梱包されたＰＳＰＰ群は、次段のプラスチック静電選別装置によってＰＳ群とＰＰ群とに選別された後、資源として再利用される。次段のプラスチック静電選別装置は、ＰＳＰＰ群をＰＳ群とＰＰ群とに選別するために電極（１３１、１３２）に印加する電圧や回収箱１４１の仕切り板１４２の位置を調整したものである。

ミドル回収箱１４１Ｃには、以下のような理由によってマイナス電極側回収箱１４１Ａにもプラス電極側回収箱１４１Ｂにも回収されなかったプラスチック片（ＡＢＳ片、ＰＳ片およびＰＰ片）が回収される。
（１）確率的に帯電不足のプラスチック片
（２）ペアリングを解消できなかったプラスチック片
（３）電極に衝突したプラスチック片
（４）帯電しにくいプラスチック片

図５は、実施の形態１における「（１）確率的に帯電不足のプラスチック片」を示す図である。
ミドル回収箱１４１Ｃに回収される「（１）確率的に帯電不足のプラスチック片」について、図５に基づいて以下に説明する。

ＡＢＳ片、ＰＳ片およびＰＰ片は帯電筒１２１内で互いに摩擦し合って帯電する。
（ａ）ほとんどの場合、ＡＢＳ片はＰＳ片とＰＰ片との摩擦によりプラスに帯電し、ＰＳ片とＰＰ片はＡＢＳ片との摩擦によりマイナスに帯電する。
（ｂ）しかし、最後にＰＳ片とＰＰ片とが摩擦しあった場合、ＰＳ片がプラスに帯電する。但し、ＰＳ片の帯電量はＡＢＳ片より小さい。

（ｂ）のようにプラスに帯電したＰＳ片は「（１）確率的に帯電不足のプラスチック片」の一例である。
このＰＳ片は、プラス電極１３２に引き寄せられず、またマイナス電極１３１にも十分に引き寄せられないため、ミドル回収箱１４１Ｃに回収される。

図６は、実施の形態１においてペアリングを解消できたプラスチック片を示す図である。
図７は、実施の形態１における「（２）ペアリングを解消できなかったプラスチック片」を示す図である。
ミドル回収箱１４１Ｃに回収される「（２）ペアリングを解消できなかったプラスチック片」について、図６および図７に基づいて以下に説明する。

図６に示すように、帯電筒１２１によってＡＢＳ片はプラスに帯電し、ＰＳ片（またはＰＰ片）はマイナスに帯電する。このため、ＡＢＳ片とＰＳ片（またはＰＰ片）は静電気力によってくっ付き合う（ペアリング）。
くっ付き合うＡＢＳ片とＰＳ片とは搬入フィーダー１２２の上下押し出し振動によってそのペアリングを解消して電極（１３１、１３２）間を落下する。そして、ＡＢＳ片はマイナス電極１３１に引き寄せられてマイナス電極側回収箱１４１Ａに回収され、ＰＳ片はプラス電極１３２に引き寄せられてプラス電極側回収箱１４１Ｂに回収される。

しかし、図７に示すように、くっ付き合うＡＢＳ片とＰＳ片とが搬入フィーダー１２２の上下押し出し振動によってペアリングを解消できない場合、ＡＢＳ片とＰＳ片とはくっ付き合ったまま電極間を落下する。そして、いずれの電極側にも十分に引き寄せられずにミドル回収箱１４１Ｃに回収される。

例えば、ＡＢＳ片とＰＳ片との静電気力が大きい（帯電量が大きい）場合や搬入フィーダー１２２の上下押し出し振動が小さい場合にはペアリングが解消されない。

図７に示したＡＢＳ片とＰＳ片は「（２）ペアリングを解消できなかったプラスチック片」の一例である。

図８は、実施の形態１における「（３）電極に衝突したプラスチック片」を示す図である。
図８に示すように、電極間を落下する際にプラス電極１３２に衝突したＰＳ片（またはＰＰ片）は跳ね返ってミドル回収箱１４１Ｃに回収される。
このようなＰＳ片（またはＰＰ片）は「（３）電極に衝突したプラスチック片」の一例である。

図９は、実施の形態１における「（４）帯電しにくいプラスチック片」を示す図である。
図９（ａ）は表面に紙などが貼ってあるプラスチック片を示し、図９（ｂ）は質量に比べて相対的に表面積が小さい「ころころ」したプラスチック片を示す。
このようなプラスチック片は「（４）帯電しにくいプラスチック片」の一例である。「（４）帯電しにくいプラスチック片」は、帯電量が十分でないためマイナス電極１３１にもプラス電極１３２にも十分に引き寄せられず、ミドル回収箱１４１Ｃに回収される。

ミドル回収箱１４１Ｃには、上記（１）〜（４）のような理由によってＡＢＳ片、ＰＳ片およびＰＰ片が混在して回収される。
以下、ミドル回収箱１４１Ｃに混在して回収されるＡＢＳ片、ＰＳ片およびＰＰ片の集合を「混合群」という。

図２において、ミドル回収箱１４１Ｃに回収された混合群は搬送機１５１Ｃによってホッパー１５２Ｃに搬送され、ホッパー１５２Ｃから放出される。

切り替え弁１５４が（ａ）ミドル循環ＯＮの状態である場合（図４参照）、ホッパー１５２Ｃから放出された混合群はミドル循環搬送機１５５によってミドル循環ホッパー１５９に搬送される。
搬送された混合群はミドル循環ホッパー１５９から投入フィーダー１１４に落され、被選別材料１０１に混ざって帯電筒１２１内に投入される。

混合群に含まれていた「（１）確率的に帯電不足のプラスチック片」の一部（または全部）は、帯電筒１２１内で新たに帯電して帯電不足を解消し、マイナス電極側回収箱１４１Ａおよびプラス電極側回収箱１４１Ｂに回収される。

また、混合群に含まれていた「（２）ペアリングを解消できなかったプラスチック片」の一部（または全部）は、搬入フィーダー１２２によって新たに上下押し出し振動を受けてペアリングを解消し、マイナス電極側回収箱１４１Ａおよびプラス電極側回収箱１４１Ｂに回収される。

さらに、混合群に含まれていた「（３）電極に衝突したプラスチック片」の一部（または全部）は、電極に衝突せずに電極間を落下し、マイナス電極側回収箱１４１Ａおよびプラス電極側回収箱１４１Ｂに回収される。

但し、混合群に含まれていた「（４）帯電しにくいプラスチック片」は帯電筒１２１内で新たに帯電しても帯電不足を解消できず、ミドル回収箱１４１Ｃに再び回収される可能性が高い。

上記の通り、選別されずにミドル回収箱１４１Ｃに回収された混合群を再び帯電筒１２１に投入することにより、混合群に含まれる上記（１）〜（３）に該当したプラスチック片は今度は選別されマイナス電極側回収箱１４１Ａおよびプラス電極側回収箱１４１Ｂに回収される。
これにより、選別したプラスチック片の純度を落とさずに回収率を向上できる。

以下、選別されずにミドル回収箱１４１Ｃに回収された混合群を再び帯電筒１２１に投入することを「ミドル循環」という。

図１０は、実施の形態１におけるプラスチック静電選別装置１００によるミドル循環時のプラスチック片の回収率を示すグラフである。
図１０（ａ）に示すように、被選別材料１０１に含まれるＡＢＳ片の含有率が何パーセントの場合でも、ミドル循環によってＰＳＰＰ群の回収率が向上した。
さらに、図１０（ｂ）に示すように、ＡＢＳ群の回収率もミドル循環によって向上した。

図２に戻り、被選別材料１０１の流れの説明を続ける。

切り替え弁１５４が（ａ）ミドル循環ＯＮの状態から（ｂ）ミドル循環ＯＦＦの状態に切り替えられた場合（図４参照）、ホッパー１５２Ｃから放出された混合群はフレコン１５３Ｃに梱包される。
フレコン１５３Ｃに梱包されるプラスチック片の多くは「（４）帯電しにくいプラスチック片」だと考えられる。

実施の形態１において、例えば、以下のようなプラスチック静電選別装置１００について説明した。

プラスチック静電選別装置１００は、摩擦帯電装置（帯電筒１２１）と静電分離部（マイナス電極１３１、プラス電極１３２）と回収部（回収箱１４１）とを備える。
摩擦帯電装置は、粉砕された複数種のプラスチック片（被選別材料１０１）を攪拌して摩擦帯電させる。
静電分離部は、この摩擦帯電装置の後工程に配置され、帯電したプラスチック片をその極性と帯電量とに応じて静電分離して選別する。
回収部は、この静電分離部を通過して分離されたプラスチック片を別々に回収する。
静電分離部は一対の固定電極と分離空間（静電界）とを有する。摩擦帯電装置で種類に応じた極性と帯電量とに帯電したプラスチック片は分離空間を通過して分離回収される。
回収部は仕切り板により３個の回収箱を形成する。
プラスチック静電選別装置１００はミドル循環方式を採用する。ミドル循環方式とは、回収部の中央（ミドル回収箱１４１Ｃ）に回収されたプラスチック片を、摩擦帯電装置の前工程（例えば、投入フィーダー上）で帯電前の複数種のプラスチック片と混合させる方式である。

ミドル回収箱に回収されたプラスチック片は、ミドル循環方式によって、投入フィーダー上で被選別材料と混合され、次工程の帯電筒へと進んで再帯電し、搬入フィーダー上でペアリングを再解消し、電極部で再偏向力を受けて回収箱に再回収される。
ここで、ミドル回収箱に始めて回収された一つのプラスチック片に注目する。このプラスチック片はミドル循環の過程中で初回の過程とは異なった帯電、ペアリング解消、偏向力によって回収される。このため、初回とは異なり、プラスチック片はミドル回収箱ではなくてマイナス電極側回収箱またはプラス電極側回収箱に回収されることがありえる。また、このミドル循環でプラスチック片が再びミドル回収箱に回収されても、次のミドル循環ではこのプラスチック片がマイナス電極側回収箱またはプラス電極側回収箱に回収されることがありうる。
以上のことはミドル循環方式によって回収率の向上が可能であることを示している。

つまり、ミドル循環方式により、プラスチック片の混合比率が季節毎、月毎、日毎または時間毎に変動したとしても、プラスチック片を種類ごとに規定値以上の純度のままで高い回収率で回収することができる。

静電分離部の一対の電極（マイナス電極１３１、プラス電極１３２）は、平行に配置されても（図１参照）、ハの字型に配置されても構わないし（図６参照）、一方（または双方）がドラム型の電極であっても構わない（特許文献２参照）。
電極への電圧印加の極性は電極１３１がマイナス、電極１３２をプラスで説明したが、逆極性であってもよい。

摩擦帯電装置は帯電筒１２１に限らない。
さらに、プラスチック片を摩擦以外の方法で帯電させても構わない。

選別するプラスチック片の種類はＡＢＳとＰＳＰＰとに限らない。
例えば、ＡＢＳとＰＳとＰＰとの３種類に選別しても構わないし、その他の種類（ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＶＣなど）を選別しても構わない。選別する種類の数に応じて、回収箱１４１を３枚以上の仕切り板１４２で４つ以上の区域に区分けしても構わない。また、回収箱１４１を１枚の仕切り板１４２で２つの区域に区分けしても構わない。

回収箱１４１の真ん中の区域（ミドル回収箱１４１Ｃ）以外の区域に回収されたプラスチック片を循環させても構わない。
例えば、回収箱１４１を２つに区域に区分けし、いずれか一方の区域に回収されたプラスチック片を循環させても構わない。
また、回収箱１４１を３つの区域に区分けし、真ん中の区域に回収されたプラスチック片と残りの２つの区域のうちいずれか一方の区域に回収されたプラスチック片とを循環させても構わない。
また、回収箱１４１を４つの区域に区分けし、真ん中の２つの区域のうちいずれか一方の区域に回収されたプラスチック片を循環させても構わない。

さらに、プラスチック片の循環先は投入フィーダー１１４に限らない。
例えば、プラスチック片を搬入フィーダー１２２へ循環させても構わない。これにより、「（２）ペアリングを解消できなかったプラスチック片」を選別でき、さらに「（３）電極に衝突したプラスチック片」を選別できる。
また、プラスチック片を電極間へ循環させても構わない。これにより、「（３）電極に衝突したプラスチック片」を選別できる。

帯電するものであればプラスチック片以外のものを被選別材料１０１にしても構わない。

実施の形態２．
「ミドル循環ＯＮ」と「ミドル循環ＯＦＦ」とを適当なタイミングで切り替えて回収率を向上させる形態について説明する。

プラスチック静電選別装置１００の全体構成は実施の形態１（図１参照）と同じである。
但し、ストック部１５０の構成は実施の形態１と一部異なる。

図１１は、実施の形態２におけるストック部１５０との構成図である。
実施の形態２におけるストック部１５０の構成について、図１１に基づいて以下に説明する。

ストック部１５０は、実施の形態１の構成（図２参照）に加えて、切り替え弁制御器１５６を備える。

切り替え弁制御器１５６は、切り替え弁１５４の状態を定期的に切り替える切り替え弁制御信号１５６Ａを出力する。切り替え弁制御信号１５６Ａはミドル循環のサイクル時間を表す。
切り替え弁制御信号１５６Ａを受けた切り替え弁１５４は、切り替え弁制御信号１５６Ａに従って「ミドル循環ＯＮ」の状態または「ミドル循環ＯＦＦ」の状態に順次切り替わる（図４参照）。
プラスチック静電選別装置１００は、ミドル循環を必要以上に長い時間連続して行わず、ミドル循環期間（ミドル循環ＯＮ）と非ミドル循環期間（ミドル循環ＯＦＦ）とをサイクリックに繰り返す。

図１２は、実施の形態２におけるミドル循環のサイクル時間と回収率・純度との関係を示すグラフである。
ミドル循環のサイクル時間と回収率・純度との関係について、図１２に基づいて以下に説明する。

ミドル循環のサイクル時間を変えて実験を行い、ミドル循環のサイクル時間と回収されたＡＢＳ片の回収率・純度との関係を調べた。実験に使用したプラスチック静電選別装置は、１時間あたり１８０キログラムの被選別材料１０１を処理する能力を持つ。図１２はこの実験結果を示している。

まず、４５分毎にミドル循環期間と非ミドル循環期間とを切り替えた（サイクル時間：４５分）。この結果、高い純度（９９％以上）および回収率（約９０％）でＡＢＳ片を回収できた。
次に、６０分毎にミドル循環期間と非ミドル循環期間とを切り替えた（サイクル時間：６０分）。この結果、サイクル時間「４５分」の場合と同程度の純度および回収率でＡＢＳ片を回収できた。
しかし、７５分毎にミドル循環期間と非ミドル循環期間とを切り替えた結果（サイクル時間：７５分）、サイクル時間「４５分」「６０分」に比べて純度および回収率は低下した。

回収率および純度が低下する理由は以下のように推定される。
ミドル循環をスタートしてしばらくは純度も回収率もまったく問題ない。しかし、ミドル循環を続けると実施の形態１で説明した「（４）帯電しにくいプラスチック片」が次第に増加し、ミドル循環をスタートしてある程度経過すると投入フィーダー上、帯電筒内、搬入フィーダー上にて「（４）帯電しにくいプラスチック片」の比率が増大する。つまり、静電選別しづらいプラスチック片が増えるため、純度および回収率が悪化するものと推定される。

そこで、実施の形態２では、適当なタイミングでミドル循環を停止し、ミドル回収箱１４１Ｃ内のプラスチック片を循環させずフレコン１５３Ｃに収集して取り除く。

実用的な運転において、ミドル循環のサイクル時間は長い方が望ましい。例えば、図１２の場合、ミドル循環のサイクル時間として望ましい時間は「６０分」である。
最適なミドル循環のサイクル時間は、プラスチック静電選別装置の処理能力や構造、被選別材料１０１に含まれる「（４）帯電しにくいプラスチック片」の比率、回収箱１４１の仕切り位置、必要とする純度・回収率などによって異なる。ミドル循環のサイクル時間は、プラスチック静電選別装置ごとに図１２のような特性カーブを求め、それに従って決定すべきである。

ミドル循環期間と非ミドル循環期間は同じ時間でなくてもよい。

実施の形態２において、例えば、以下のようなプラスチック静電選別装置１００について説明した。

ミドル回収箱に回収されたプラスチック片を帯電筒の前工程（例えば、投入フィーダー上）で被選別材料と混合させるミドル循環方式を採用する。
但し、ミドル循環は連続的ではなく、ＯＮ−ＯＦＦを交互に切り替えて間欠的に行う。

ミドル循環期間と非ミドル循環期間とを適正に選び、適正に選んだミドル循環期間と非ミドル循環期間とを繰り返すことにより、規定の純度を確保しつつ最大の回収率を得ることができる。

１００ プラスチック静電選別装置、１０１ 被選別材料、１１１ 投入ストッカー、１１２ 乾燥機、１１３ 投入ホッパー、１１４ 投入フィーダー、１２１ 帯電筒、１２２ 搬入フィーダー、１２３ フィーダー駆動装置、１３１ マイナス電極、１３２ プラス電極、１３３ 電圧制御装置、１４１ 回収箱、１４１Ａ マイナス電極側回収箱、１４１Ｂ プラス電極側回収箱、１４１Ｃ ミドル回収箱、１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ 仕切り板、１５０ ストック部、１５１，１５１Ａ，１５１Ｂ，１５１Ｃ 搬送機、１５２，１５２Ａ，１５２Ｂ，１５２Ｃ ホッパー、１５３，１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｃ フレコン、１５４ 切り替え弁、１５５ ミドル循環搬送機、１５６ 切り替え弁制御器、１５６Ａ 切り替え弁制御信号、１５９ ミドル循環ホッパー。

Claims (4)

1. 帯電特性が異なる複数の被選別片を含んだ被選別材料を投入され、投入された被選別材料に含まれる複数の被選別片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、前記帯電部で帯電して一対の電極間を落下する複数の被選別片を被選別片の極性に応じた電極側へ引き寄せる静電分離部と、
   複数の回収部に区分けされて一対の電極間の下方に配置され、一対の電極間を落下した複数の被選別片を前記複数の回収部で回収する回収箱と、
   前記複数の回収部のうち所定の回収部に回収された被選別片を前記帯電部へ投入する循環部とを備え、
   前記循環部は、前記所定の回収部に回収された被選別片を前記帯電部へ投入する循環処理を所定時間続けて実行した後、前記循環処理を停止し、前記循環処理を停止した後に前記所定の回収部に回収された被選別片を取り除く
   ことを特徴とする静電選別装置。
2. 前記循環部は、前記循環処理と前記循環処理を停止した後に前記所定の回収部に回収された被選別片を取り除く非循環処理とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１記載の静電選別装置。
3. 前記静電分離部は、プラスの電圧が印加されるプラス電極とマイナスの電圧が印加されるマイナス電極とを前記一対の電極として有し、
   前記回収箱は、前記プラス電極側に位置するプラス電極側回収部と、前記マイナス電極側に位置するマイナス電極側回収部と、前記プラス電極側回収部と前記マイナス電極側回収部との間に位置するミドル回収部とに区分けされ、
   前記循環部は、前記回収箱の前記ミドル回収部に回収された被選別片を前記帯電部へ投入する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電選別装置。
4. 帯電部が、帯電特性が異なる複数の被選別片を含んだ被選別材料を投入され、投入された被選別材料に含まれる複数の被選別片を帯電させ、
   静電分離部が、所定の電圧が印加される一対の電極を有し、前記帯電部で帯電して一対の電極間を落下する複数の被選別片を被選別片の極性に応じた電極側へ引き寄せ、
   回収箱が、複数の回収部に区分けされて一対の電極間の下方に配置され、一対の電極間を落下した複数の被選別片を前記複数の回収部で回収し、
   循環部が、前記複数の回収部のうち所定の回収部に回収された被選別片を前記帯電部へ投入する循環処理を所定時間続けて実行した後、前記循環処理を停止し、前記循環処理を停止した後に前記所定の回収部に回収された被選別片を取り除く
   ことを特徴とする静電選別方法。

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