JP7142438B2 - 比重選別装置及び比重選別方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、液体に浸漬された被選別物を選別する比重選別装置及び比重選別方法に関するものである。

従来、使用済みの家電製品に用いられているプラスチックは、回収されてリサイクルされている。回収されたプラスチックには、複数の異なる種類のプラスチックが含まれている。回収されたプラスチックは、粉砕され、種類毎に選別されて、新たなプラスチック材料となる。以下、粉砕された複数の異なる種類のプラスチックの混合物を、プラスチック混合物という。

プラスチック混合物には、主にポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）が含まれている。プラスチック混合物には、他に、ポリカーボネート（ＰＣ）、電線被覆材に用いられている塩化ビニル（ＰＶＣ）などが含まれている。各プラスチックの比重は、ＰＰが約０．９、ＰＳとＡＢＳが約１．０５、ＰＣが１．２、ＰＶＣが約１．４である。湿式比重選別機では、この比重の差を利用して、液体中で比重の大きさごとに各プラスチックを分離、積層させることにより、プラスチック混合物の選別をしている。

しかし、分離、積層の精度が低いと、異なるプラスチック同士が混ざりあい、各層のプラスチックの純度が低下する。すると、選別されたプラスチックの強度、伸び等の物性が変化してしまう。よって、選別機には、高い選別精度が要求される。そこで、液体中にプラスチック混合物を供給し、液体を上下に脈動させて、各プラスチックを上下動させることにより、各プラスチックの選別精度を向上させる湿式比重選別機が開示されている（例えば特許文献１参照）。

液体を上下に脈動させることによる、各プラスチックの上下の移動距離は、比重の小さいプラスチックは長く、比重の大きいプラスチックは短いという特性がある。特許文献１の比重選別装置は、この特性を利用して、液体中の各プラスチックに流動化開始速度を与え、かつ脈動波形を可変とすることにより、各プラスチックの選別精度を向上させている。

特開２００６－３２０８８１号公報

しかしながら、特許文献１には、以下のような課題がある。回収されたプラスチック混合物には、その前工程で分別できなかった金属等の異物が混入している。これらの異物は、時間の経過とともに、選別槽の液体中に堆積する。すると、選別槽内の液体を上下に脈動させても、堆積した異物が障壁となって、脈動の流速が選別槽内で不均一になる。脈動の流速が不均一であると、同じ比重のプラスチックであっても、上下に移動する距離が異なってくる。すなわち、流速の速い場所では、プラスチックの移動距離が長くなり、流速の遅い場所では、プラスチックの移動距離が短くなる。すると、流速の速い場所で上下の移動距離が長くなった、比重の大きいプラスチックが、周囲の比重の小さいプラスチックの上に堆積してしまい、選別精度が低下してしまう。この課題は、脈動波形を変化させたとしても、解決することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、選別槽に異物が堆積している場合であっても、被選別物を高精度で選別することのできる、比重選別装置及び比重選別方法を得るものである。

本発明に係る比重選別装置は、選別槽と、選別槽の内部に配置され、被選別物が浸漬される液体と、液体を脈動させる脈動発生機構と、移動制限機構とを有し、移動制限機構は、少なくとも一部が液体の中に配置されて、被選別物の、液体内における上下方向の移動範囲を制限する。

本発明の比重選別装置は、選別槽内におけるプラスチック混合物が、選別槽内で上下動することのできる範囲を制限することにより、プラスチック混合物を、比重の異なる各プラスチックに高精度で分離し、比重の大きさの順に高純度で積層することができる。これにより、プラスチック混合物の選別精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１による比重選別装置を示す模式図である。 図１の比重選別装置において、液体を脈動させた状態を示す模式図である。 図１の比重選別装置において、移動制限機構のない状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態１による比重選別装置の変形例を示す模式図である。 本発明の実施の形態２による比重選別装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態３による比重選別装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態４による比重選別装置を示す模式図である。

以下、本発明の比重選別装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。また、各図面は模式的なものであり、各部の寸法及び各部相互の比率は、現実のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における比重選別装置１を示す模式図である。図１に示すように、比重選別装置１は、タンク２と、選別槽４と、液体５と、スクリーン８と、脈動発生機構９と、移動制限機構１０と、循環ポンプ１３とを有している。

タンク２は、被選別物であるプラスチック混合物を貯蔵している。プラスチック混合物には、比重の小さい軽プラスチック６と、比重の大きい重プラスチック７が含まれている。また、プラスチック混合物には、前工程で分別回収されなかった金属などの異物１４も含まれている。

タンク２は、供給口３を有している。タンク２は、供給口３を介して、プラスチック混合物を比重選別装置１の選別槽４に供給する。供給口３から供給されるプラスチック混合物には、金属などの複数の異物１４も含まれる。

選別槽４は、液体５を貯蔵している。液体５の一例としては、比重が１．０である水が挙げられる。なお、液体５は、水に限るものではない。また、選別槽４は、スクリーン８を有している。スクリーン８は、選別槽４に貯蔵される液体５の中に浸漬されている。

スクリーン８は、液体５を通過させることは可能であるが、プラスチック混合物を通過させることができない形状に形成されている。そして、スクリーン８は、タンク２から供給されるプラスチック混合物を、その表面に保持する。スクリーン８は、例えばパンチングメタル、網、メッシュ状の布で形成されている。なお、スクリーン８の素材及び形状は、液体５が通過可能で、プラスチック混合物を通過させないものであれば、どのようなものでも構わない。

選別槽４は、軽プラスチック６を排出する第１排出部１１と、重プラスチック７を排出する第２排出部１２とを有している。第１排出部１１は、選別槽４の上方に配置されており、上方の液体５とともに、軽プラスチック６を選別槽４の外部に排出する。第２排出部１２は、選別槽４の下方に配置されており、下方の液体５とともに、重プラスチック７を選別槽４の外部に排出する。排出された液体５は回収されて、循環ポンプ１３によって選別槽４に戻される。

さらに、選別槽４は、スクリーン８の下方に、脈動発生機構９を有している。脈動発生機構９は、選別槽４に貯蔵された液体５を、上下に脈動させる機構を有している。なお、脈動発生機構９の構成は、従来の脈動発生機構と同様であり、ここでは説明を省略する。

移動制限機構１０は、選別槽４の中で、少なくとも底面を液体５の中に浸漬させて固定されている。移動制限機構１０の底部１０ｂと、スクリーン８との間には、供給されたプラスチック混合物が堆積する。堆積したプラスチック混合物は、液体５の脈動によって上下に移動するとともに、循環ポンプ１３による液体５の流れに沿って、供給側から排出側へと移動する。そして、移動制限機構１０は、堆積しているプラスチック混合物の上部から、移動制限機構１０の底部１０ｂまでの距離ｃが、移動制限機構１０の下部に堆積しているプラスチック混合物の平均的な厚さｔよりも小さくなる位置に配置される。

なお、堆積するプラスチック混合物の厚さｔは、循環ポンプ１３によって設定される、液体５の供給側から排出側への流れの速度によって定まる。よって、堆積しているプラスチック混合物の上部から、移動制限機構１０の底部１０ｂまでの距離ｃは、プラスチック混合物の堆積状態に応じて設定する。プラスチック混合物の堆積厚さｔは、例えばレーザ変位計などの測定器を用いて、プラスチック混合物の上面の高さを数か所測定した値の平均値によって求めてもよい。

このような位置に移動制限機構１０を配置することにより、プラスチック混合物の上方への移動範囲が、プラスチック混合物の堆積している厚さｔよりも小さい範囲に制限される。これにより、脈動時の移動距離が長い軽プラスチック６は、上昇時に移動制限機構１０の底部１０ｂに突き当たり、それ以上上昇することができず、移動制限機構１０の下方に滞留する。一方、脈動時の移動距離が短い重プラスチック７は、上方で滞留する軽プラスチック６が障壁となって、上昇する範囲が制限される。

複数の異物１４の隙間付近では、脈動時に液体５の流速が速くなるため、重プラスチック７の移動距離が長くなる。このような場合であっても、移動制限機構１０によって、移動制限機構１０の下方に軽プラスチック６の障壁が形成されるため、重プラスチック７の上昇する範囲は制限される。

以上のように、実施の形態１の比重選別装置１は、プラスチック混合物の上下方向の移動範囲を制限する移動制限機構１０を有している。移動制限機構１０は、堆積しているプラスチック混合物の上部から、移動制限機構１０の底部１０ｂまでの距離ｃが、堆積しているプラスチック混合物の厚さｔよりも小さくなる位置に配置される。そして、比重選別装置１は、液体５の脈動時に、移動制限機構１０の下部に軽プラスチック６の障壁を形成させて、重プラスチック７の上方への移動を制限している。これにより、比重選別装置１では、重プラスチック７が軽プラスチック６よりも上に移動することを抑制し、軽プラスチック６と重プラスチック７とが、互いに混ざり合うことを抑制している。この結果、軽プラスチック６と重プラスチック７とは、選別槽４の中で、比重ごとに高精度で分離され、比重の大きさの順に高精度で積層される。よって、実施の形態１の比重選別装置１によれば、軽プラスチック６と重プラスチック７とを高精度で選別することが可能となる。

次に、この発明の実施の形態１における比重選別装置１の作用について説明する。

図１に示すように、タンク２から供給口３を介して選別槽４に供給されたプラスチック混合物は、供給口３に近い位置ほど、軽プラスチック６と重プラスチック７とが混ざり合っている。脈動発生機構９を稼働させて液体５を上下に脈動させると、図２に示すように、プラスチック混合物が上下に脈動する。この脈動によって、プラスチック混合物に含まれる軽プラスチック６は液体５の上方に移動し、重プラスチック７は液体５の下方に移動する。

スクリーン８の表面には、複数の異物１４が不均一に分布して堆積している。異物１４が堆積している場所の上方は、脈動時の液体５の流速が遅くなる。一方、異物１４が堆積していない場所の上方は、液体５の流速が速くなる。さらに、図２のＡ部のように、複数の異物１４が接近して堆積している場所では、隣接する異物１４の間を通過する液体５の流速が、局所的に速くなる。Ａ部の周辺に位置する重プラスチック７は、周囲の軽プラスチック６よりも上方に移動して、周囲の軽プラスチック６の上部に堆積することがある。すると、軽プラスチック６と重プラスチック７とが混ざり合い、比重ごとに積層されないおそれがある。

しかしながら、実施の形態１の比重選別装置１では、移動制限機構１０によって、プラスチック混合物の上方への移動範囲が制限されている。このため、移動距離の長い軽プラスチック６が、移動制限機構１０の底部１０ｂに突き当たる。そして、軽プラスチック６が、移動制限機構１０の下方に留まって障壁を形成する。すると、重プラスチック７は、軽プラスチック６の障壁によって、軽プラスチック６よりも上方に移動することができない。よって、軽プラスチック６と重プラスチック７との、比重ごとの積層が維持される。

液体５の脈動を続けると、移動距離の短い重プラスチック７は下方に堆積し、移動距離の大きい軽プラスチック６は、重プラスチック７の上部に積層される。そして、上方に位置する軽プラスチック６は、第１排出部１１から、液体５とともに、選別槽４の外部に排出される。一方、下方に位置する重プラスチック７は、第２排出部１２から、液体５とともに、選別槽４の外部に排出される。

これに伴い、選別槽４内のプラスチック混合物は、供給側から排出側へと、比重ごとに積層されながら移動する。なお、選別槽４の外部に排出された軽プラスチック６及び重プラスチック７は、それぞれ液体５と分離されて回収される。液体５は、循環ポンプ１３により選別槽４に戻される。

ここで、比重選別装置１に移動制限機構１０がない場合のプラスチック混合物の挙動を、図３を用いて説明する。図３は、液体５を脈動させた状態を示している。図３のＢ部のように、複数の異物１４が接近して堆積している場所では、隣接する異物１４の間を通過する液体５の流速が、局所的に速くなる。そして、Ｂ部の周辺に位置する重プラスチック７は、周囲の軽プラスチック６よりも上方に移動し、周囲の軽プラスチック６の上部に堆積する。すると、軽プラスチック６と重プラスチック７とが混ざり合い、軽プラスチック６と重プラスチック７の積層が乱れるため、高精度の選別ができなくなる。

以上のように、実施の形態１の比重選別装置１は、選別槽４内のプラスチック混合物の上方への移動範囲を制限する、移動制限機構１０を有している。これにより、異物１４の存在によって選別槽４内の液体５の流速が不均一になった場合であっても、軽プラスチック６と重プラスチック７とを高精度で分離し、比重の大きさの順に高精度で積層させることができる。よって、軽プラスチック６と重プラスチック７とを、高い精度で選別することができ、高い純度で回収することができる。

なお、実施の形態１では、移動制限機構１０を固定されたものとして説明したが、移動制限機構１０は、移動可能としてもよい。例えば、移動制限機構１０の比重を、液体５の比重よりも小さくして、移動制限機構１０を液体５に浮遊させてもよい。

また、例えば図４に示すように、移動制限機構１０を、モータ２１と、モータ２１に取り付けられた支持部材２２によって、昇降可能に支持してもよい。そして、プラスチック混合物の堆積厚さｔが変動した場合に、厚さｔの変動に応じて移動制限機構１０を昇降させてもよい。これにより、選別槽４に供給されるプラスチック混合物の量が変動し、スクリーン８に堆積するプラスチック混合物の厚さｔが変動した場合であっても、移動制限機構１０の位置を移動させて、距離ｃを適切な値に維持することができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による比重選別装置１Ａを示す模式図である。実施の形態２の比重選別装置１Ａは、移動制限機構１５の構成が、実施の形態１の移動制限機構１０とは異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態２の移動制限機構１５は、液体５が通過可能で、かつ選別対象である軽プラスチック６及び重プラスチック７が通過不可能な内径を有し、上下方向に貫通する貫通孔１６を、１つ以上有している。なお、貫通孔１６の水平方向の断面は、円形、多角形など、どのような形状であってもよい。

このように形成された実施の形態２の比重選別装置１Ａによれば、脈動発生機構９によって液体５を上下に脈動させた場合に、液体５が移動制限機構１５の貫通孔１６を通過できるようにしている。これにより、液体５が脈動して移動制限機構１５の底面１５ｂに衝突することによる、液体５の乱流の発生を抑制することができる。よって、液体５に乱流が発生することによる、軽プラスチック６と重プラスチック７との積層の乱れを抑制することができる。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による比重選別装置１Ｂを示す模式図である。実施の形態３の比重選別装置１Ｂは、移動制限機構１７の構成が、実施の形態１の移動制限機構１０とは異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態３の移動制限機構１７は、複数の移動制限部材１７ａによって形成されており、各移動制限部材１７ａは、連結部材１８によって水平方向に連結されている。各移動制限部材の形状は、球、円柱、直方体、及びこれらを組み合わせた形状のいずれであってもよい。

隣接する移動制限部材１７ａの各間隔は、液体５が通過可能であり、かつ選別対象である軽プラスチック６及び重プラスチック７が通過不可能な間隔に設定されている。

このように形成された実施の形態３の比重選別装置１Ｂによれば、脈動発生機構９によって液体５を上下に脈動させた場合に、液体５が各移動制限部材の間を通過する。これにより、液体５が脈動して、各移動制限部材１７ａの底面１７ｂに衝突することによる、液体５の乱流の発生を抑制することができる。よって、液体５の乱流によって、軽プラスチック６と重プラスチック７との積層を乱すことがなく、より高い精度で選別することができる。

実施の形態４．
図７は、この発明の実施の形態４による比重選別装置１Ｃを示す模式図である。実施の形態４の比重選別装置１Ｃは、移動制限機構１９の構成が、実施の形態１の移動制限機構１０とは異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態４の移動制限機構１９は、複数の移動制限部材１９ａによって形成されており、複数の移動制限部材１９ａの周囲は、各移動制限部材１９ａの水平方向の移動範囲を規制する規制部材２０によって囲まれている。各移動制限部材１９ａの形状は、球、円柱、直方体、またはこれらを組み合わせた形状のいずれであってもよい。

規制部材２０は、隣接する移動制限部材１９ａの各間隔が、最大に広がっても、選別対象である軽プラスチック６及び重プラスチック７が通過可能な間隔以上に広がらないように、複数の移動制限部材１９ａの周囲を取り囲んでいる。

このように形成された実施の形態４の比重選別装置１によれば、脈動発生機構９によって液体５を上下に脈動させた場合に、液体５が各移動制限部材１９ａの間を通過する。これにより、液体５が脈動して移動制限機構１９の底面１９ｂに衝突することによる、液体５の乱流の発生を抑制することができる。よって、液体５の乱流によって、軽プラスチック６と重プラスチック７との積層を乱すことがなく、より高い精度で選別することができる。

なお、実施の形態１～４では、被選別物をプラスチック混合物とし、軽プラスチック６と重プラスチック７とを比重ごとに選別するものとして説明したが、被選別物は、プラスチック混合物に限るものではない。例えば、液体５よりも比重が大きく、かつ、液体５の脈動に合せて液体５中を上下に移動可能な複数の異なる物質の混合物であれば、実施の形態１～４の比重選別装置を用いて、比重ごとに選別することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 比重選別装置、２ タンク、３ 供給口、４ 選別槽、５ 液体、６ 軽プラスチック、７ 重プラスチック、８ スクリーン、９ 脈動発生機構、１０，１５，１７，１９ 移動制限機構、１１ 第１排出部、１２ 第２排出部、１３ 循環ポンプ、１４ 異物、１６ 貫通孔、１７ａ，１９ａ 移動制限部材、１８ 連結部材、２０ 規制部材、２１ モータ、２２ 支持部材。

Claims (8)

1. 選別槽と、
   前記選別槽の内部に配置され、プラスチック混合物である被選別物が浸漬される液体と、
   前記液体を脈動させて、前記被選別物を上下動させる脈動発生機構とを備え、前記被選別物を比重ごとに分離して選別する比重選別装置であって、
   移動制限機構を有し、
   前記選別槽は、前記液体の中に浸漬されているスクリーンを有し、
   前記液体は、前記被選別物が堆積する液体であり、
   前記移動制限機構の底部は、前記液体の中に浸漬されており、
   前記底部と前記スクリーンとの間に供給された前記被選別物が堆積した時点で、堆積した前記被選別物の上部から前記底部までの距離が０でない正の値となっており、
   堆積した前記被選別物は、前記液体の脈動によって上下動し、
   前記移動制限機構は、前記液体内における、前記被選別物の上下方向の移動範囲を制限し、
   前記移動制限機構は、昇降装置によって上下方向に移動可能に支持される、比重選別装置。
2. 選別槽と、
   前記選別槽の内部に配置され、プラスチック混合物である被選別物が浸漬される液体と、
   前記液体を脈動させて、前記被選別物を上下動させる脈動発生機構とを備え、前記被選別物を比重ごとに分離して選別する比重選別装置であって、
   移動制限機構を有し、
   前記選別槽は、前記液体の中に浸漬されているスクリーンを有し、
   前記液体は、前記被選別物が堆積する液体であり、
   前記移動制限機構の底部は、前記液体の中に浸漬されており、
   前記底部と前記スクリーンとの間に供給された前記被選別物が堆積した時点で、堆積した前記被選別物の上部から前記底部までの距離が０でない正の値となっており、
   堆積した前記被選別物は、前記液体の脈動によって上下動し、
   前記移動制限機構は、前記液体内における、前記被選別物の上下方向の移動範囲を制限し、
   前記移動制限機構の比重は、前記液体の比重よりも小さく、
   前記移動制限機構は、前記液体に浮遊している、比重選別装置。
3. 前記移動制限機構は、少なくとも１つの上下方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記貫通孔は、前記液体が通過可能で、かつ前記被選別物の外径よりも小さい内径を有する、
   請求項１または請求項２に記載の比重選別装置。
4. 前記移動制限機構は、水平方向に互いに間隔を有して連結された、複数の移動制限部材によって形成されており、
   各前記間隔は、前記液体が通過可能で、かつ前記被選別物の外径よりも小さい間隔に設定される、
   請求項１または請求項２に記載の比重選別装置。
5. 前記移動制限機構は、水平方向に互いに独立して配置された複数の移動制限部材によって形成されており、
   前記複数の移動制限部材の周囲は、各前記移動制限部材の水平方向の移動範囲を制限する規制部材で囲まれており、
   前記規制部材は、隣接する前記移動制限部材間の各距離を、前記被選別物の外径よりも小さい距離に規制している、
   請求項１または請求項２に記載の比重選別装置。
6. 前記移動制限機構は、
   前記選別槽に堆積している前記被選別物の上部から前記移動制限機構の底面までの距離が、前記被選別物の堆積している厚さよりも小さくなる位置に配置される、
   請求項１または請求項２に記載の比重選別装置。
7. 前記液体は水であり、
   前記被選別物の比重は、１．０よりも大きい、
   請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の比重選別装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の比重選別装置を用いて、被選別物を選別する比重選別方法であって、
   前記液体が配置された前記選別槽の内部に、前記被選別物を供給する工程と、
   前記液体に、前記被選別物を浸漬する工程と、
   前記脈動発生機構によって前記液体を上下に脈動させる工程と、
   前記脈動によって、前記液体内の前記被選別物を上下に移動させる工程と、
   前記移動制限機構によって、前記被選別物の上下方向の移動範囲を制限する工程と、
   前記被選別物を、比重の大きさの順に積層させる工程と、
   前記被選別物を、比重の大きさごとに排出する工程と、を有する、
   比重選別方法。

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