特許 7425892 静電分離装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-23

(45)【発行日】2024-01-31

(54)【発明の名称】静電分離装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   B03C 7/02 20060101AFI20240124BHJP

【ＦＩ】

B03C7/02 B

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022557547

(86)(22)【出願日】2021-10-19

(86)【国際出願番号】 JP2021038541

(87)【国際公開番号】W WO2022085665

(87)【国際公開日】2022-04-28

【審査請求日】2022-11-30

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2020/039915

(32)【優先日】2020-10-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井原 崇之

(72)【発明者】

【氏名】池田 光毅

(72)【発明者】

【氏名】荻山 直也

(72)【発明者】

【氏名】飯田 雄介

(72)【発明者】

【氏名】政本 学

(72)【発明者】

【氏名】福本 康二

(72)【発明者】

【氏名】清瀧 元

(72)【発明者】

【氏名】真塩 圭一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 智之

(72)【発明者】

【氏名】山本 竜馬

【審査官】目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００２／０７６６２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１６０１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３４０２８１４（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００３－１２６８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０１５２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１７８７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０３Ｃ７／００－７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性粒子及び非帯電の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、
前記原料層の底部又は前記原料層内に配置された下部電極と、
前記容器の底部から前記原料層内へ導入され、前記下部電極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、
不導体からなる搬送面を有し、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、下向きの前記搬送面が前記捕捉領域を通過するように回転する、無端状のコンベヤベルトと、
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るように、前記上部電極及び前記下部電極の電極間に電圧を印加する電源装置と、
前記上部電極と共に前記コンベヤベルトを昇降させる昇降装置とを備え、
前記原料層内で前記導電性粒子と前記下部電極とを接触させることにより、前記導電性粒子のみを前記下部電極と同じ極性に帯電させ、前記捕捉領域を通過する前記コンベヤベルトの下向きの前記搬送面に誘電分極によって前記上部電極と同じ極性を出現させ、帯電した前記導電性粒子を静電気力によって選択的に前記原料層から離脱させて前記コンベヤベルトの前記搬送面に付着させ、前記電界の外へ移動した前記搬送面から前記導電性粒子を分離して回収するように構成されている、
静電分離装置。

【請求項2】

前記上部電極と前記原料層の表面との距離を監視し、前記上部電極と前記原料層の表面との距離がスパークが生じない所定の基準範囲となるように前記昇降装置を動作させる昇降コントローラを、更に備える、
請求項１に記載の静電分離装置。

【請求項3】

前記昇降コントローラは、前記上部電極と前記原料層の表面との距離が前記基準範囲から外れると、前記上部電極と前記原料層の表面との距離が前記基準範囲内に含まれる所定の基準値となるように前記昇降装置を動作させる、
請求項２に記載の静電分離装置。

【請求項4】

前記電源装置は、前記上部電極の昇降移動に対応して、前記電界の強さが維持されるように前記上部電極と前記下部電極との電極間に印加する電圧を調整する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の静電分離装置。

【請求項5】

前記コンベヤベルトを下向きの前記搬送面を除いて覆うフードと、
前記フード内を加圧する加圧機とを、更に備える、
請求項１～４のいずれか一項に記載の静電分離装置。

【請求項6】

前記コンベヤベルトの前記搬送面又は前記導電性粒子に付着している前記絶縁性粒子の離脱を促進する絶縁性粒子脱離促進装置を更に備える、
請求項１～５のいずれか一項に記載の静電分離装置。

【請求項7】

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。

【請求項8】

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１～７のいずれか一項に記載の静電分離装置。

【請求項9】

導電性粒子及び非帯電の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方法であって、
前記原料から成る原料層の底部又は内部に配置された下部電極と、前記原料層の上方に配置された上部電極との間に電圧を印加して電極間に電界を生じさせるステップ、
前記原料層を流動させて前記原料層内で前記導電性粒子と前記下部電極とを接触させることにより、前記導電性粒子のみを前記下部電極と同じ極性に帯電させるステップ、
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、前記捕捉領域を通過するコンベヤベルトの不導体からなる下向きの搬送面に誘電分極によって前記上部電極と同じ極性を出現させるステップ、
前記上部電極と前記原料層の表面との距離を監視し、前記上部電極と前記原料層の表面との距離がスパークが生じない所定の基準範囲となるように前記上部電極と共に前記コンベヤベルトを昇降させるステップ、
前記原料層の表面から帯電した前記導電性粒子を静電気力によって選択的に離脱させて前記コンベヤベルトの前記搬送面に付着させるステップ、及び、
前記電界の外へ移動した前記搬送面から前記導電性粒子を分離して回収するステップ、を含む、
静電分離方法。

【請求項10】

前記コンベヤベルトの前記搬送面を振動させることにより、前記搬送面又は前記導電性粒子に付着している前記絶縁性粒子を振り落とすステップを、更に含む、
請求項９に記載の静電分離方法。

【請求項11】

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て回収するステップを、更に含む、
請求項９又は１０に記載の静電分離方法。

【請求項12】

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搬送面の移動方向と前記原料層内で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９～１１のいずれか一項に記載の静電分離方法。

【請求項13】

導電性粒子及び非帯電の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、
前記原料層の底部又は前記原料層内に配置された下部電極と、
前記容器の底部から前記原料層内へ導入され、前記下部電極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、
不導体からなる搬送面を有し、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、下向きの前記搬送面が前記捕捉領域を通過するように回転する、無端状のコンベヤベルトと、
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るように、前記上部電極及び前記下部電極の電極間に電圧を印加する電源装置と、
前記コンベヤベルトを下向きの前記搬送面を除いて覆うフードと、
前記フード内を加圧する加圧機とを、備え、
前記原料層内で前記導電性粒子と前記下部電極とを接触させることにより、前記導電性粒子のみを前記下部電極と同じ極性に帯電させ、前記捕捉領域を通過する前記コンベヤベルトの下向きの前記搬送面に誘電分極によって前記上部電極と同じ極性を出現させ、帯電した前記導電性粒子を静電気力によって選択的に前記原料層から離脱させて前記コンベヤベルトの前記搬送面に付着させ、前記電界の外へ移動した前記搬送面から前記導電性粒子を分離して回収するように構成されている、
静電分離装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、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及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第３９８１０１４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

火力発電所の石炭灰には、未燃炭素（導電性粒子）と灰分（絶縁性粒子）とが含まれている。この石炭灰から未燃炭素が取り除かれたものは、高品質の石炭灰として価値が高い。そのため、石炭灰に含まれる未燃炭素がより少なくなるように、石炭灰から未燃炭素を分離することが望ましい。

【0006】

上記特許文献１の静電分離装置では、分離ゾーンの上方へ飛び出す導電性粒子に絶縁性粒子が同伴することがあり、飛び出した絶縁性粒子は導電性粒子と一緒に集塵機まで気流搬送されて回収される。このような事情から、集塵機で回収された粉粒体における導電性粒子の純度を向上させる点で改善の余地が残されている。

【0007】

本開示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導電性粒子を分離する静電分離装置において、回収された導電性粒子からなる粉粒体の純度を高めることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る静電分離装置は、導電性粒子及び非帯電の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、
前記原料層の底部又は前記原料層内に配置された下部電極と、
前記容器の底部から前記原料層内へ導入され、前記下部電極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、
不導体からなる搬送面を有し、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、下向きの前記搬送面が前記捕捉領域を通過するように回転する、無端状のコンベヤベルトと、
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るように、前記上部電極及び前記下部電極の電極間に電圧を印加する電源装置と、
前記上部電極と共に前記コンベヤベルトを昇降させる昇降装置とを備え、
前記原料層内で前記導電性粒子と前記下部電極とを接触させることにより、前記導電性粒子のみを前記下部電極と同じ極性に帯電させ、前記捕捉領域を通過する前記コンベヤベルトの下向きの前記搬送面に誘電分極によって前記上部電極と同じ極性を出現させ、帯電した前記導電性粒子を静電気力によって選択的に前記原料層から離脱させて前記コンベヤベルトの前記搬送面に付着させ、前記電界の外へ移動した前記搬送面から前記導電性粒子を分離して回収するように構成されていることを特徴としている。

【0009】

また、本開示の一態様に係る静電分離方法は、導電性粒子及び非帯電の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方法であって、
前記原料から成る原料層の底部又は内部に配置された下部電極と、前記原料層の上方に配置された上部電極との間に電圧を印加して電極間に電界を生じさせるステップ、
前記原料層を流動させて前記原料層内で前記導電性粒子と前記下部電極とを接触させることにより、前記導電性粒子のみを前記下部電極と同じ極性に帯電させるステップ、
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、前記捕捉領域を通過するコンベヤベルトの不導体からなる下向きの搬送面に誘電分極によって前記上部電極と同じ極性を出現させるステップ、
前記上部電極と前記原料層の表面との距離を監視し、前記上部電極と前記原料層の表面との距離がスパークが生じない所定の基準範囲となるように前記上部電極と共に前記コンベヤベルトを昇降させるステップ、
前記原料層の表面から帯電した前記導電性粒子を静電気力によって選択的に離脱させて前記コンベヤベルトの前記搬送面に付着させるステップ、及び、
前記電界の外へ移動した前記搬送面から前記導電性粒子を分離して回収するステップ、を含むことを特徴としている。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、導電性粒子及び絶縁性粒子が混在する原料から導電性粒子を分離する静電分離装置において、回収された導電性粒子からなる粉粒体の純度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る静電分離装置の全体的な構成を示す図である。

【図2】図２は、容器振動装置を備えた静電分離装置の変形例を示す図である。

【図3】図３は、コンベヤベルトの環の外側に上部電極が配置された静電分離装置の変形例を示す図である。

【図4】図４は、コンベヤベルトの搬送面の移動方向と原料の進行方向との関係を示す平面図である。

【図5】図５は、ベルト振動方式による絶縁性粒子脱離促進装置を備えた静電分離装置の変形例を示す図である。

【図6】図６は、ガス透過方式による絶縁性粒子脱離促進装置を備えた静電分離装置の変形例を示す図である。

【図7】図７は、加圧装置を備えた静電分離装置の変形例を示す図である。

【図8】図８は、昇降装置を備えた静電分離装置の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、図１を用いて、本開示の実施形態に係る静電分離装置１を説明する。図１は本開示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。本開示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。

【0013】

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の底部又は原料層１５内に配置された下部電極２８と、原料層１５の上方に配置された上部電極２２と、原料層１５を流動化させる流動化ガス供給装置２９と、コンベヤ装置５０と、電源装置２０とを備える。

【0014】

容器２５の底部には、多数の微小孔を有するガス分散部材２６が配置されている。ガス分散部材２６は、多孔板（即ち、ガス分散板）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内において下部電極２８の上に堆積した原料１７によって、原料層１５が形成されている。

【0015】

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。

【0016】

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、容器２５の底部から原料層１５内へ導入され、ガス分散部材２６及び下部電極２８を通過しながら原料層１５を上昇する。この流動化ガス３１によって、原料層１５が流動化される。

【0017】

本実施形態では、ガス分散部材２６として金属製のガス分散板が採用されており、このガス分散板がガス分散部材２６及び下部電極２８の機能を併せ備えている。但し、原料層１５内においてガス分散部材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、ガス分散部材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。

【0018】

図２は、容器振動装置３２を備えた静電分離装置１の変形例を示す図である。図２に示すように、静電分離装置１は、容器２５を振動させる容器振動装置３２を更に備えていてもよい。容器２５が振動することによって、容器２５に固定されて当該容器と一体的に挙動する下部電極２８が振動する。容器振動装置３２の加振により、容器２５（及び下部電極２８）は、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してよい。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。

【0019】

図１に戻って、コンベヤ装置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。

【0020】

図１に示す静電分離装置１では、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。但し、図３に示すように、コンベヤベルト５１の環の外側に上部電極２２が配置されていてもよい。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。

【0021】

図４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４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１～３、５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。

【0022】

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。

【0023】

コンベヤベルト５１は、少なくとも搬送面５２が不導体からなる。つまり、搬送面５２以外の部分は不導体に限定されない。例えば、コンベヤベルト５１は、全体が不導体で構成されていてもよい。また、例えば、コンベヤベルト５１は、内部にスチールコードを包有したスチールコードコンベヤベルトであってもよい。スチールコードコンベヤベルトが採用される場合、コンベヤベルト５１の内周面においてスチールコードを露出させて、電源装置２０と接続することにより、スチールコードを上部電極２２として機能させることができる。

【0024】

コンベヤ装置５０には、粒子分離部材４３が付帯している。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。

【0025】

図５，６は、絶縁性粒子脱離促進装置５３を備えた静電分離装置１の変形例を示す図である。図５，６に示すように、静電分離装置１は、分子間力によってコンベヤベルト５１の搬送面５２又は導電性粒子１６に付着している絶縁性粒子１８の離脱を促進する絶縁性粒子脱離促進装置５３（５３Ａ，５３Ｂ）を備えてもよい。

【0026】

図５に示す絶縁性粒子脱離促進装置５３Ａは、ベルト振動方式である。この絶縁性粒子脱離促進装置５３Ａは、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ている。コンベヤベルト５１の振動によって、コンベヤベルト５１の搬送面５２又は導電性粒子１６から絶縁性粒子１８が振るい落とされる。但し、絶縁性粒子脱離促進装置５３Ａの配置は本実施形態に限定されず、絶縁性粒子脱離促進装置５３Ａがコンベヤベルト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）に配置されてもよい。また、絶縁性粒子脱離促進装置５３Ａは、圧縮空気を断続的に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ていてもよい。

【0027】

図６に示す絶縁性粒子脱離促進装置５３Ｂは、ガス透過方式である。この絶縁性粒子脱離促進装置５３Ｂ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するように構成されている。この絶縁性粒子脱離促進装置５３Ｂでは、分子間力によってコンベヤベルト５１の搬送面５２又は導電性粒子１６から絶縁性粒子１８が脱離する程度に微量のガスがコンベヤベルト５１の内側から捕捉領域１０へ向かう方向へ吹き出す。この気流によってコンベヤベルト５１の搬送面５２又は導電性粒子１６から絶縁性粒子１８が吹き落される。

【0028】

図１に戻って、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にマイナス電位が与えられ、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。

【0029】

〔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。

【0030】

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と同極性）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。

【0031】

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には上向き及び下向きの原料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と同極性）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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

上記の静電分離装置１及び静電分離方法において、捕捉領域１０を浮遊している導電性粒子１６がコンベヤ装置５０の搬送面５２に付着せずに、搬送面５２の裏側へ回り込んでしまうことがある。このような粒子の回り込みを防止するために、コンベヤ装置５０が加圧装置６０を備えてもよい。

【0036】

図７は、加圧装置６０を備えた静電分離装置１の変形例を示す図である。図７に示すように、コンベヤ装置５０は加圧装置６０を備えている。加圧装置６０は、フード６１と、フード６１内を加圧する加圧機６２とを備える。フード６１は、コンベヤ装置５０のコンベヤベルト５１の全体を、下向きの搬送面５２を除いて覆っている。加圧機６２は、フード６１内が外部に対して正圧となるように、フード６１を加圧する。加圧機６２は、例えば、圧縮空気をフード６１内へ供給するブロワであってよい。加圧機６２は、フード６１内が外部に対して僅かに正圧となるような所定圧力となるように、フード６１内へ圧縮空気を供給する。加圧装置６０は、フード６１内の圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサの検出値に基づいてフード６１内の圧力が所定圧力となるように加圧機６２による加圧が制御されてもよい。このように、コンベヤ装置５０が加圧装置６０を備えることにより、フード６１内、即ち、コンベヤ装置５０の内部に浮遊する粒子が進入することを防止できる。

【0037】

また、上記の静電分離装置１及び静電分離方法では、容器２５に供給される原料１７の量の変動によって、原料層１５の表面高さが上下に変動する。ここで、原料層１５の表面高さは、所定の基準高さを基準とした原料層１５の表面の垂直方向の位置とする。原料層１５の表面高さが変動すると、上部電極２２と原料層１５の表面との距離が変動する。上部電極２２と原料層１５の表面との距離が過度に小さくなると、上部電極２２と原料層１５の表面との間でスパークが生じやすくなる。スパークが生じると、その都度電圧印加が中断して、静電分離装置１の安定した運転が継続できなくなる。更に、スパークが発生した部材や電源装置２０の損傷に至って、静電分離装置１の分解点検や整備のための運転停止が余儀なくされる。一方で、上部電極２２と原料層１５の表面との距離が過度に大きくなると、理想的な静電分離作用が得られないおそれがある。

【0038】

そこで、図８に示すように、静電分離装置１は、上部電極２２と原料層１５の表面との距離を適性に保持するために、上部電極２２と原料層１５の表面との距離を調整可能とする昇降装置６５を備えてもよい。図８に示す例では、コンベヤ装置５０はケーシング６８に収容されており、コンベヤベルト５１やその支持ローラがケーシング６８に支持されている。また、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２の上方に配置された上部電極２２も、ケーシング６８に支持されている。昇降装置６５は、ケーシング６８を昇降移動させるように構成されている。昇降装置６５は、油圧式であってもよいし、電動式であってもよい。昇降装置６５がケーシング６８を昇降させると、ケーシング６８と一体的に上部電極２２及び搬送面５２も昇降する。昇降装置６５の動作は昇降コントローラ６７によって制御される。昇降コントローラ６７は、メモリとプロセッサとを備え、インストールされたプログラムに従って動作するコンピュータであってよい。昇降コントローラ６７は、上部電極２２の高さを制御する。ここで、上部電極２２の高さは、前記の基準高さを基準とした上部電極２２の垂直方向の位置とする。

【0039】

静電分離装置１は、容器２５の原料層１５の表面高さを測定するレベルセンサ６６を備えていてよい。容器２５の原料層１５の表面高さは容器２５内でばらつきがあるが、例えば、捕捉領域１０の入口で原料層１５の表面高さが計測されてよい。レベルセンサ６６は、接触式又は非接触式のセンサであってよい。或いは、レベルセンサ６６は、ケーシング６８に取り付けられて、上部電極２２と原料層１５の表面との距離を検出する非接触式の距離センサであってもよい。レベルセンサ６６の検出値は昇降コントローラ６７へ出力される。昇降コントローラ６７は、上部電極２２の高さと原料層１５の表面高さとから、上部電極２２と原料層１５の表面との距離を求める。或いは、昇降コントローラ６７は、レベルセンサ６６から上部電極２２と原料層１５の表面との距離を直接に取得してもよい。

【0040】

昇降コントローラ６７は、静電分離装置１の運転中に上部電極２２と原料層１５の表面との距離を監視する。上部電極２２と原料層１５の表面との距離に関し、適切な数値範囲（以下、標準範囲）が昇降コントローラ６７に予め設定されている。標準範囲は、原料１７の種類や、使用される電界の強さ、静電分離装置１の仕様などによって異なる。

【0041】

昇降コントローラ６７は、静電分離装置１の運転中に上部電極２２と原料層１５の表面との距離が、標準範囲よりも大きくなる、或いは、小さくなると、上部電極２２と原料層１５の表面との距離が標準値となるように昇降装置６５を動作させる。上部電極２２と原料層１５の表面との距離の標準値は、標準範囲に含まれる値であって、予め昇降コントローラ６７に設定されている。

【0042】

上記のように上部電極２２と原料層１５の表面との距離が調整されることによって、上部電極２２と下部電極２８との距離が変化して電界の強さも変化する。そこで、昇降コントローラ６７は、電界の強さが所望の値で保持されるように、上部電極２２の高さに応じて上部電極２２と下部電極２８との間の電位差を調整するように電源装置２０を動作させてもよい。この場合、昇降コントローラ６７は、電源装置２０へ動作指令を出力可能に、電源装置２０と電気的に接続される。昇降コントローラ６７から上部電極２２の高さに関する情報を取得した電源装置２０は、例えば、上部電極２２の高さが初期値よりも高くなると上部電極２２と下部電極２８との間の電位差が大きくなり、上部電極２２の高さが初期値よりも低くなると上部電極２２と下部電極２８との間の電位差が小さくなるように、上部電極２２と下部電極２８との間に電圧を印加する。

【0043】

〔本実施形態の総括〕
以上に説明した通り、本実施形態に係る静電分離装置１は、導電性粒子１６及び非帯電の絶縁性粒子１８が混在する原料１７から導電性粒子１６を分離するものであって、
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の底部又は原料層１５内に配置された下部電極２８と、
容器２５の底部から原料層１５内へ導入され、下部電極２８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、
不導体からなる搬送面５２を有し、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、無端状のコンベヤベルト５１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及び下部電極２８の電極間に電圧を印加する電源装置２０とを備える。そして、静電分離装置１は、原料層１５内で導電性粒子１６と下部電極２８とを接触させることにより、導電性粒子１６のみを下部電極２８と同じ極性に帯電させ、捕捉領域１０を通過するコンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２に誘電分極によって上部電極２２と同じ極性を出現させ、帯電した導電性粒子１６を静電気力によって選択的に原料層１５から離脱させてコンベヤベルト５１の搬送面５２に付着させ、電界の外へ移動した搬送面５２から導電性粒子１６を分離して回収するように構成されている。

【0044】

また、本実施形態に係る静電分離方法は、導電性粒子１６及び非帯電の絶縁性粒子１８が混在する原料から導電性粒子１６を分離する静電分離方法であって、
原料１７から成る原料層１５の底部又は内部に配置された下部電極２８と、原料層１５の上方に配置された上部電極２２との間に電圧を印加して電極間に電界を生じさせるステップ、
原料層１５を流動させて原料層１５内で導電性粒子１６と下部電極２８とを接触させることにより、導電性粒子１６のみを下部電極２８と同じ極性に帯電させるステップ、
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、捕捉領域１０を通過するコンベヤベルト５１の不導体からなる下向きの搬送面５２に誘電分極によって上部電極２２と同じ極性を出現させるステップ、
原料層１５の表面から帯電した導電性粒子１６を静電気力によって選択的に離脱させてコンベヤベルト５１の搬送面５２に付着させるステップ、及び、
電界の外へ移動した搬送面５２から導電性粒子１６を分離して回収するステップ、を含む。

【0045】

上記構成の静電分離装置１及び方法では、原料層１５で下部電極２８と接触することにより下部電極２８と同じ極性に帯電した導電性粒子１６は、原料層１５の流動により表層まで移動する。原料層１５の上方には、帯電した導電性粒子１６と反対の極性が出現したコンベヤベルト５１の搬送面５２が存在しており、静電気力によって原料層１５から導電性粒子１６が選択的に飛び出して搬送面５２に付着する。一方、原料層１５中の絶縁性粒子１８は下部電極２８との接触によっては帯電しない。搬送面５２は下向きであり、流動の勢いで原料層１５から飛び出した絶縁性粒子１８が付着しようとしても、絶縁性粒子１８は自重で落下する。よって、コンベヤベルト５１の搬送面５２に捕捉された粒子は、概ね導電性粒子１６となる。このようにして、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２に捕捉された導電性粒子１６は、コンベヤベルト５１の回転によって電界の外へ搬送され、電界の外でコンベヤベルト５１の搬送面５２から分離されて、回収される。よって、回収された導電性粒子１６からなる粉粒体への絶縁性粒子１８の混入が抑えられ、回収された導電性粒子１６からなる粉粒体の純度を高めることができる。

【0046】

上記構成の静電分離装置１は、上部電極２２を昇降させる昇降装置６５を更に備えてよい。これにより、上部電極２２と原料層１５の表面との距離を適切に調整することが可能となる。

【0047】

また、上記構成の静電分離装置１において、昇降装置６５は、上部電極２２と供にコンベヤベルト５１を昇降させるものであってよい。これにより、上部電極２２の昇降に伴ってコンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２も昇降して、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２と原料層１５の表面との距離を適切に調整することが可能となる。

【0048】

また、上記構成の静電分離装置１が、上部電極２２と原料層１５の表面との距離を監視し、上部電極２２と原料層１５の表面との距離がスパークが生じない所定の基準範囲となるように昇降装置６５を動作させる昇降コントローラ６７を更に備えてもよい。ここで、昇降コントローラ６７は、上部電極２２と原料層１５の表面との距離が基準範囲から外れると、上部電極２２と原料層１５の表面との距離が基準範囲内に含まれる所定の基準値となるように昇降装置６５を動作させてよい。

【0049】

同様に、上記の静電分離方法が、上部電極２２と原料層１５の表面との距離を監視し、上部電極２２と原料層１５との距離がスパークが生じない所定の基準範囲となるように上部電極２２を昇降させるステップ、を更に含んでもよい。

【0050】

これにより、上部電極２２と原料層１５の表面との距離が自動的に適切に調整される。

【0051】

更に、上記構成の静電分離装置１において、電源装置２０は、上部電極２２の昇降に対応して電界の強さが維持さえるように上部電極２２と下部電極２８との電極間に印加する電圧を調整してよい。これにより、上部電極２２の高さ位置が変化しても、電界は適切な強さに維持される。

【0052】

また、上記構成の静電分離装置１は、コンベヤベルト５１を下向きの搬送面５２を除いて覆うフード６１と、フード６１内を加圧する加圧機６２とを、更に備えてよい。これにより、捕捉領域１０を飛散する粒子が、コンベヤベルト５１の下向きの搬送面５２の裏側へ回り込んで侵入することを防止できる。

【0053】

また、上記構成の静電分離装置１は、コンベヤベルト５１の搬送面５２又は導電性粒子１６に付着している絶縁性粒子１８の離脱を促進する絶縁性粒子脱離促進装置５３（５３Ａ，５３Ｂ）を更に備えていてよい。

【0054】

同様に、上記構成の静電分離方法は、コンベヤベルト５１の搬送面５２を振動させることにより、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を振り落とすステップを、更に含んでいてよい。

【0055】

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。本実施形態に係る静電分離装置１及び方法では、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、コンベヤベルト５１の振動により落下して、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。

【0056】

また、上記構成の静電分離装置１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を更に備えていてよい。

【0057】

同様に、上記の静電分離方法は、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を分離させて回収するステップを、更に含んでいてよい。

【0058】

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。

【0059】

また、上記構成の静電分離装置１において、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てよい。

【0060】

同様に、上記の静電分離方法において、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てよい。

【0061】

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。

【0062】

以上に本開示の好適な実施の形態（及び変形例）を説明したが、発明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開示に含まれ得る。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。

【0063】

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。

【符号の説明】

【0064】

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
４３ ：粒子分離部材
５０ ：コンベヤ装置
５１ ：コンベヤベルト
５２ ：搬送面
５３ ：絶縁性粒子脱離促進装置
６１ ：フード
６２ ：加圧機
６５ ：昇降装置
６７ ：昇降コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】