JP2012196612A - 比重選別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液媒体よりも比重が小さい複数種類の粒状体が混ざった混合物を、比重の違いにより選別する。
【解決手段】渦流発生装置（攪拌機３）は、選別槽（水槽１）に入れられた液媒体５に渦流を発生させる。仕切り板（筒２）は、渦流発生装置が発生させる渦流の中心を囲み、仕切り板より下側で、仕切り板の内側と外側との間を液媒体５が自由に行き来することができる。混合物を仕切り板の内側に投入する。回収装置（吸引ノズル１３）は、渦流発生装置が発生させる渦流の中心付近で、液媒体５の液面に浮かぶ粒状体を回収する。
【選択図】図１

Description

この発明は、比重の違いにより混合物を選別する比重選別装置に関する。

家電製品などの機器に使用されるプラスチックには、ポリプロピレン（ＰＰ：比重約０．９）、ポリスチレン（ＰＳ：比重約１．１）、アクリロニトル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ：比重約１．１）などがある。また、断熱材としてウレタン（比重約０．３）などが使われる場合がある。
家電製品などの機器のリサイクル処理において、機器を破砕機で破砕し、金属類を回収したあとに残る残渣物には、上記のような異なる種類のプラスチック片が混在して含まれている。
これらのプラスチック片を選別する装置として、水などの液媒体を用いて、液媒体よりも比重の小さいプラスチック片と、液媒体よりも比重の大きいプラスチック片とを選別する比重選別装置がある。

特開昭５０−１４２６８１号公報 国際公開第ＷＯ９８／４１３７４号

従来の比重選別装置において、水（比重１）を液媒体として使用する場合、ＰＰと、ＰＳ及びＡＢＳとを選別することはできるが、ＰＰと、ウレタンとを選別することはできない。
液媒体として、ＰＰとウレタンとの間の比重（例えば０．５）を有する液体を使用すれば、ＰＰと、ウレタンとを選別することができるが、特殊な液体を使う必要があるため、液媒体の購入コストが高く、また安全性の面から、管理コスト、廃棄コストも高くなる。また、液媒体の比重が安定していないと、選別の精度が落ちる場合がある。
この発明は、例えば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、液媒体よりも比重が小さい複数種類の粒状体が混ざった混合物を、比重の違いにより選別することを目的とする。

この発明にかかる比重選別装置は、
液体を入れる選別槽と、
上記選別槽に入れられた液体に渦流を発生させる渦流発生装置と、
上記渦流発生装置が発生させる渦流の中心を囲み、上記液体の液面より下で潜り抜け可能な仕切り板と、
上記仕切り板の内側に、比重の異なる複数種類の粒状体が混ざった混合物を投入する投入装置と、
上記渦流発生装置が発生させる渦流の中心付近で、上記液体の液面に浮かぶ粒状体を回収する回収装置とを有することを特徴とする。

この発明にかかる比重選別装置によれば、液体よりも比重が小さい粒状体が混ざった混合物を、比重の違いにより選別することができる。

実施の形態１における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す図。 実施の形態２における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す図。 実施の形態３における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す図。 実施の形態４における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す平面図及び断面図。 実施の形態４における液媒体３００の流れの一例を示す図。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１を用いて説明する。

図１は、この実施の形態における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す図である。
比重選別装置１００は、ウレタン８やＰＰ（ポリプロピレン）９などの粒状体が混合した混合物を比重の違いによって選別する。液媒体５は、選別したい粒状体の間の比重である必要はなく、選別したい粒状体より比重が重い。例えば、ウレタン８（比重約０．３）とＰＰ９（比重約０．９）とを選別するにあたって、比重１の水を液媒体５として使う。

比重選別装置１００は、水槽１と、筒２と、攪拌機３と、吸引ノズル１３とを有する。
水槽１（選別槽）は、例えば円筒形状であり、内部に水などの液媒体５を入れて使用する。
筒２（仕切り板）は、例えば円筒形状である。筒２は、液媒体５の液面の上下の所定の範囲にわたって液媒体５を仕切り、液媒体５の移動を制限するが、下端は開放されていて、潜り抜けることにより、液媒体５の行き来が可能である。
攪拌機３（渦流発生装置）は、筒２の内側にあり、液媒体５を攪拌して、渦流を発生させる。
吸引ノズル１３（回収装置）は、攪拌機３が発生させる渦流の中心付近で、液媒体５の表面に浮かぶ粒状体を回収する。

例えば、一般廃棄物や産業廃棄物、家電製品などのリサイクル処理において、様々な家電製品や自動車などの廃棄物を破砕機で破砕する。次に、磁力選別装置や渦電流選別装置を多段に活用することにより、破砕されたシュレッダーダストから金属類を回収すると、複数種類のプラスチック片（粒状体）が混合した混合プラスチックが残る。比重選別装置１００は、この混合プラスチックを被選別材料とする。家電製品には、ＰＰが多く含まれている。また、冷蔵庫には、ウレタンが含まれている。このため、この混合プラスチックには、大量のＰＰ９と、少量の異物としてのウレタン８とが含まれている。

まず、筒２のなかで攪拌機３を回転方向４に回し、筒２のなかに渦流６を発生させる。
次に、筒２のなかに、ウレタン８とＰＰ９との混合物を、投入方向１０から供給する。
比重が軽いウレタン８には、大きな浮力１１が働くので、ウレタン８は、液媒体５の流れの影響を受けずに、筒２のなかの液面の渦流の中央に集まる。吸引ノズル１３は、このウレタン８を回収する。
これに対し、比重が液媒体５に近いＰＰ９に働く浮力１２は小さいので、ＰＰ９は、下向きの水の流れ７に流されて液媒体５のなかに沈み込む。ＰＰ９は、筒２の下を潜り抜けて、筒２の外に出たのち、浮力１２により液面に浮かんでくるので、これを回収する。

このように、比重選別装置１００は、液媒体５（例えば水：比重１）よりも比重の軽い二種類の粒状体（例えばＰＰ：比重約０．９、ウレタン：比重約０．３）を、比重の違いにより選別することができる。
すなわち、筒２の内側の渦流６を利用して、比較的比重が大きい粒状体（ＰＰ９）を液媒体５のなかに押し込む。比較的比重が小さい粒状体（ウレタン８）は、筒２のなかの液面に留まり、回収される。液媒体５のなかに押し込まれた粒状体（ＰＰ９）は、筒２の下を潜って筒２の外に出てから浮力により浮上し、筒２の外の液面に浮かび、回収される。このため、液媒体５の比重が、二種類の粒状体の比重の中間である必要がない。
このため、ウレタン８とＰＰ９とのように、水よりも比重が軽い二種類の粒状体を選別する場合でも、特殊な液媒体５を使う必要がなく、水を液媒体５として使うことができる。このため、液媒体５の購入コストや廃棄コストが低く、安全性が高い。また、液媒体５の比重を調整する必要もないので、動作が安定している。更に、液体サイクロンのような水流を起こすための大きな動力が不要なので、装置全体が小型化でき、エネルギー消費量が少なくできる。すなわち、比重選別装置１００の導入時にかかる初期投資費用から、ランニングコストまで、全体的なコストを低減することができる。

比重選別装置１００は、水槽１と筒２とで構成され、前記筒２内には渦流を発生させる攪拌機３が設置され、筒２内の液体媒体（液媒体５）面には被選別物の回収器（吸引ノズル１３）が設置されている。
これにより、液体媒体の比重が２種類の被選別物（ウレタン８・ＰＰ９）の比重よりも大きくても、高精度で高効率に比重選別をすることができる。

実施の形態２．
実施の形態２について、図２を用いて説明する。
なお、実施の形態１と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図２は、この実施の形態における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す図である。
比重選別装置１００は、実施の形態１で説明した構成に加えて、更に、整流板１４を有する。
整流板１４は、筒２のなかに設けられ、攪拌機３が発生させる渦流６に沿った曲率を有する曲面板形状である。整流板１４は、渦流６の乱れを減らし、渦流６の中心位置を安定させる。

ウレタン８とＰＰ９との混合比率（バランス）が変化すると、液媒体５の流れに対する抵抗が変動するため、水流が乱れ、渦流６の中心位置が変動する可能性がある。整流板１４が渦流６の中心位置を安定させることにより、渦流６の中心位置の変動によるウレタン８とＰＰ９との再混合を防ぎ、選別精度を安定させる。

実施の形態３．
実施の形態３について、図３を用いて説明する。
なお、実施の形態１及び実施の形態２と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図３は、この実施の形態における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す図である。
比重選別装置１００は、実施の形態１で説明した構成に加えて、更に、邪魔板１５を有する。
邪魔板１５（潜行装置）は、例えばプラスチックなど液媒体５よりも比重が軽い材料で形成されていて、筒２のなかの液媒体５の液面に浮かべる。邪魔板１５は、渦流６に対する抵抗が十分小さくなるように薄く形成された板状である。邪魔板１５が液面に浮かんでいるので、筒２のなかに投入されたウレタン８とＰＰ９との混合物は、邪魔板１５の下を通る。

ウレタン８やＰＰ９などの投入物に気泡がついていると、比重にかかわらず液面に浮いてしまい、選別ができない可能性がある。投入物が邪魔板１５の下を通ることにより、一旦液面の下を潜るので、投入物全面が液媒体５に濡れることにより濡れ性が良くなる。これにより、ＰＰ９が沈みやすくなり、選別精度が高くなる。

実施の形態４．
実施の形態４について、図４〜図５を用いて説明する。
なお、実施の形態１〜実施の形態３と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図４は、この実施の形態における比重選別装置１００の全体構成の一例を示す平面図及び断面図である。
比重選別装置１００は、選別槽１１０と、仕切り板１２０と、渦流発生装置１３０と、２つの整流板１４０と、潜行装置１５０と、投入装置１６０と、３つの回収装置１７０，１８０，１９０とを有する。
選別槽１１０は、液媒体（液体）を入れるタンクであり、例えば、中心軸が略鉛直方向を向き、上面が開口した中空円柱形状である。選別槽１１０のなかには、液面３０１の位置まで液媒体を入れる。

渦流発生装置１３０は、選別槽１１０のなかに入れた液媒体に渦流を発生させる装置である。渦流発生装置１３０は、例えば、回転軸１３１と、回転翼１３２と、導流板１３３と、モータ（図示せず）とを有する。回転軸１３１は、選別槽１１０の中心軸にほぼ一致する位置に設けられている。回転翼１３２は、回転軸１３１の下端付近に設けられている。導流板１３３は、回転翼１３２の周囲を囲む円筒板状であり、回転翼１３２の周りで液媒体の流れに乱れが生じるのを防ぐ。導流板１３３の上端は、液面３０１より下に位置する。導流板１３３の下端は、選別槽１１０の底面から離れている。したがって、液媒体は、導流板１３３の上側及び下側の双方で、導流板１３３の内側と外側とを自由に行き来することができる。なお、導流板１３３の位置を固定するため、導流板１３３の一部が、選別槽１１０の側面や底面に繋がっている構成であってもよい。
モータは、回転運動を発生させる。モータが発生させた回転運動は、回転軸１３１により、回転翼１３２に伝えられ、回転翼１３２が回転する。

仕切り板１２０は、選別槽１１０のなかに設けられている。仕切り板１２０は、選別槽１１０とほぼ同軸の略円筒板状であり、渦流発生装置１３０が発生させる渦流の中心を囲んでいる。仕切り板１２０の上端は、液面３０１より上に位置する。仕切り板１２０の下端は、導流板１３３の上端より下、導流板１３３の下端より上に位置し、選別槽１１０の底面から離れている。したがって、液媒体は、仕切り板１２０の下側で、仕切り板１２０の内側と外側とを自由に行き来できるが、仕切り板１２０の上側では、行き来できない。なお、仕切り板１２０の位置を固定するため、仕切り板１２０の一部が、選別槽１１０の側面や底面に繋がっている構成であってもよい。

整流板１４０は、仕切り板１２０の内側に設けられている。整流板１４０は、選別槽１１０の中心軸とほぼ同軸の略円筒側面の一部をなす形状であり、渦流発生装置１３０が発生させる渦流の流れに沿って、渦流の流れを安定させる。整流板１４０の上端は、液面３０１より上に位置する。整流板１４０の下端は、液面３０１より下の比較的浅い位置に位置する。なお、整流板１４０の数は、２つに限らず、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。また、複数の整流板１４０は、選別槽１１０の中心軸からの距離が同じでもよいし、異なっていてもよい。

投入装置１６０は、仕切り板１２０の内側に、比重の異なる複数種類の粒状体が混ざった混合物を投入する装置である。投入装置１６０は、例えば、投入口１６１と、筒部１６２と、運搬装置（図示せず）とを有する。投入口１６１は、例えば、上側が広い略円錐台側面形状である。筒部１６２は、投入口１６１の下端から繋がった略円筒板状である。筒部１６２の下端は、液面３０１より下に位置する。運搬装置は、例えばベルトコンベアなどであり、前段の処理が終わった混合物を運搬して、投入口１６１に投入する。
投入装置１６０が混合物を投入する投入位置は、仕切り板１２０に比較的近い位置である。投入位置から仕切り板１２０までの距離は、仕切り板１２０の半径の半分よりも短い。

潜行装置１５０は、投入装置１６０が投入した混合物を、液媒体のなかに潜らせる装置である。潜行装置１５０は、投入装置１６０の筒部１６２と繋がっていて、筒部１６２よりも渦流の下流側に位置する。潜行装置１５０は、例えば、天面部１５１と、内壁部１５２と、外壁部１５３とを有する。天面部１５１は、略扇形板状である。天面部１５１は、斜めに傾いていて、渦流の上流側において、液面３０１よりも上で筒部１６２と接続し、渦流の下流側では、液面３０１よりも下に位置する。内壁部１５２は、選別槽１１０の中心軸とほぼ同軸の略円筒側面の一部をなす形状であり、選別槽１１０の中心軸に近い側で、天面部１５１及び筒部１６２と接続している。外壁部１５３は、選別槽１１０の中心軸とほぼ同軸の略円筒側面の一部をなす形状であり、選別槽１１０の中心軸から遠い側で、天面部１５１及び筒部１６２と接続している。内壁部１５２及び外壁部１５３の下端は、液面３０１よりも下に位置する。

回収装置１７０は、渦流発生装置１３０が発生させる渦流の中心付近で、液面３０１に浮かぶ粒状体を回収する。回収装置１７０は、例えば、パイプ１７２と、吸引装置（図示せず）とを有する。パイプ１７２は、一方の端が吸入口１７１として開放されていて、他方の端が吸引装置に接続している。吸入口１７１は、選別槽１１０の中心軸付近、液面３０１よりもわずかに上に、下向きに配置されている。吸引装置は、負圧を発生させる。これにより、回収装置１７０は、吸入口１７１の付近にある粒状体を吸引し、回収する。回収装置１７０は、粒状体の混合物のうち、液媒体より比重が小さく、かつ、その差が大きい粒状体を回収する。
回収装置１８０は、仕切り板１２０の外側で、液面３０１に浮かぶ粒状体を回収する。回収装置１８０は、例えば、パイプ１８２と、吸引装置（図示せず）とを有する。パイプ１８２は、一方の端が吸入口１８１として開放されていて、他方の端が吸引装置に接続している。吸入口１８１は、選別槽１１０と仕切り板１２０との間、液面３０１よりもわずかに上に、下向きに配置されている。吸引装置は、負圧を発生させる。これにより、回収装置１８０は、吸入口１８１の付近にある粒状態を吸引し、回収する。回収装置１８０は、粒状体の混合物のうち、液媒体より比重が小さく、まつ、その差が小さい粒状体を回収する。
回収装置１９０は、選別槽１１０の底に沈んだ粒状体を回収する。回収装置１９０は、例えば、パイプ１９２と、吸引装置（図示せず）とを有する。パイプ１９２は、一方の端が吸入口１９１に接続し、他方の端が吸引装置に接続している。吸入口１９１は、選別槽１１０の底面の外周付近に設けられている。吸引装置は、負圧を発生させる。これにより、回収装置１９０は、吸入口１９１の付近に沈んだ粒状体を吸引し、回収する。回収装置１９０は、粒状体の混合物のうち、液媒体より比重が大きい粒状体を回収する。
なお、回収装置１７０〜１９０は、粒状体と一緒に、液媒体も吸入してしまう場合があるので、比重選別装置１００は、回収装置１７０〜１９０が吸入した液媒体を、選別槽１１０のなかへ戻す装置を有する構成であってもよい。

図５は、この実施の形態における液媒体３００の流れの一例を示す図である。
渦流発生装置１３０が、回転翼１３２を回転方向３５１に回転させると、導流板１３３の下側から液媒体３００を、流れ３１１のように吸い込み、渦状の上昇する流れ３１２が発生する。これにより、仕切り板１２０の内側には、全体にわたって、渦状の流れ３１３〜３１５が発生する。また、仕切り板１２０のすぐ内側には、仕切り板１２０に当たって下降する流れ３１６，３１７が発生する。なお、選別槽１１０と仕切り板１２０との間に挟まれた領域３０２には、流れが発生せず、比較的穏やかである。

投入口１６１から投入された混合物は、まず、流れ３１３に乗って、潜行装置１５０のなかを移動する。混合物は、天面部１５１に当たるので、液媒体３００より比重が小さくても、液面３０１に浮かんだままとはならず、液媒体３００のなかに潜る。
潜行装置１５０から出た混合物は、流れ３１５に乗って移動する。このとき、液媒体３００よりも比重が非常に小さい粒状体は、液媒体３００よりも遠心力が小さいので、渦流の中心のほうへ近づいていき、整流板１４０の内側に集まる。回収装置１７０は、これを回収する。
一方、液媒体３００よりも比重がわずかに小さい粒状体は、液媒体３００との遠心力の差が小さいので、流れ３１５に乗って仕切り板１２０のすぐ内側へ流され、流れ３１６に乗る。粒状体は、浮力によって上昇しようとするが、浮力が小さいので、流れ３１６が速ければ、流れ３１６に乗って下降することになる。仕切り板１２０の下端まで達すると、流れ３１７が広がって遅くなる。粒状体が、仕切り板１２０の下を潜って外に出ると、流れのない領域３０２に入るので、浮力によって上昇し、液面３０１に浮かんでくる。回収装置１８０は、これを回収する。

また、混合物のなかに液媒体３００よりも比重が大きい粒状体が混ざっていたとすると、流れ３１６に乗るところまでは、液媒体３００よりも比重がわずかに小さい粒状体と同じように移動するが、その後、選別槽１１０の底に沈む。回収装置１９０は、これを回収する。

液媒体３００よりも比重が小さい粒状体が、回収装置１７０によって回収されるか、回収装置１８０によって回収されるかの分かれ目は、流れ３１６の速さと浮力との関係による。すなわち、浮力が大きく流れ３１６に逆らって上昇する粒状体は、回収装置１７０によって回収され、浮力が小さく流れ３１６に乗って下降する粒状体は、回収装置１８０によって回収される。
流れ３１６の速さは、回転翼１３２を回転する速さによって変わるから、回転翼１３２を回転する速さを調整することにより、選別の精度を高めることができる。

以上、各実施の形態で説明した構成は、一例であり、他の構成であってもよい。例えば、異なる実施の形態で説明した構成を組み合わせた構成としてもよいし、重要でない部分の構成を他の構成で置き換えた構成としてもよい。

以上説明した比重選別装置（１００）は、
液体（液媒体５；３００）を入れる選別槽と、
上記選別槽に入れられた液体に渦流を発生させる渦流発生装置（１３０；攪拌機３）と、
上記渦流発生装置が発生させる渦流の中心を囲み、上記液体の液面より下で潜り抜け可能な仕切り板（１２０；筒２）と、
上記仕切り板の内側に、比重の異なる複数種類の粒状体が混ざった混合物を投入する投入装置（１６０）と、
上記渦流発生装置が発生させる渦流の中心付近で、上記液体の液面に浮かぶ粒状体を回収する回収装置（１７０；吸引ノズル１３）とを有する。
これにより、液体よりも比重が小さい粒状体が混ざった混合物を、比重の違いにより選別することができる。

上記比重選別装置（１００）は、更に、
上記仕切り板（１２０；筒２）の外側で、上記液体（液媒体５；３００）の液面に浮かぶ粒状体を回収する第二の回収装置（１８０）を有する。
これにより、液体よりも比重が小さい粒状体が混ざった混合物のなかから、液体に比重が比較的近い粒状体を回収することができる。

上記比重選別装置（１００）は、更に、
上記仕切り板（１２０；筒２）の内側に、上記渦流発生装置（１３０；攪拌機３）が発生させる渦流を安定させる整流板（１４；１４０）を有する。
渦流が安定するので、選別の精度を高めることができる。

上記比重選別装置（１００）は、更に、
上記仕切り板（１２０；筒２）の内側に、上記投入装置（１６０）が投入した混合物を上記液体（液媒体５；３００）のなかに潜らせる潜行装置（１５０；邪魔板１５）を有する。
粒状体に付着した気泡を取り除くことができるので、選別の精度を高めることができる。

１ 水槽、２ 筒、３ 攪拌機、４，３５１ 回転方向、５，３００ 液媒体、６ 渦流、７ 流れ、８ ウレタン、９ ＰＰ、１０ 投入方向、１１，１２ 浮力、１３ 吸引ノズル、１４，１４０ 整流板、１５ 邪魔板、１００ 比重選別装置、１１０ 選別槽、１２０ 仕切り板、１３０ 渦流発生装置、１３１ 回転軸、１３２ 回転翼、１３３ 導流板、１５０ 潜行装置、１５１ 天面部、１５２ 内壁部、１５３ 外壁部、１６０ 投入装置、１６１ 投入口、１６２ 筒部、１７０，１８０，１９０ 回収装置、１７１，１８１，１９１ 吸入口、１７２，１８２，１９２ パイプ、３０１ 液面、３０２ 領域、３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６，３１７ 流れ。

Claims (5)

1. 液体を入れる選別槽と、
   上記選別槽に入れられた液体に渦流を発生させる渦流発生装置と、
   上記渦流発生装置が発生させる渦流の中心を囲み、上記液体の液面より下で潜り抜け可能な仕切り板と、
   上記仕切り板の内側に、比重の異なる複数種類の粒状体が混ざった混合物を投入する投入装置と、
   上記渦流発生装置が発生させる渦流の中心付近で、上記液体の液面に浮かぶ粒状体を回収する回収装置とを有することを特徴とする比重選別装置。
2. 上記比重選別装置は、更に、
   上記仕切り板の外側で、上記液体の液面に浮かぶ粒状体を回収する第二の回収装置を有することを特徴とする請求項１に記載の比重選別装置。
3. 上記比重選別装置は、更に、
   上記仕切り板の内側に、上記渦流発生装置が発生させる渦流を安定させる整流板を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の比重選別装置。
4. 上記比重選別装置は、更に、
   上記仕切り板の内側に、上記投入装置が投入した混合物を上記液体のなかに潜らせる潜行装置を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の比重選別装置。
5. 液体を入れる選別槽と、上記選別槽のなかに設けられた仕切り板とを有する比重選別装置を使って、比重が異なる複数種類の粒状体が混ざった混合物を選別する比重選別方法において、
   上記選別槽に入れられた液体に、上記仕切り板で囲まれた位置を中心とする渦流を発生させ、
   上記仕切り板の内側に、混合物を投入し、
   上記渦流の中心付近で、上記液体の液面に浮かぶ粒状体を回収することを特徴とする比重選別方法。

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