炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法
【課題】炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法を提供する。
【解決手段】本装置１０は、水蒸気を導入する導入部１１ａと、８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部１２と、ＣＦＲＰを含む被処理体を保持する保持部１３と、を備えた炭素繊維の回収装置１０であって、被処理体を過熱水蒸気にて処理することにより、ＣＦＲＰ中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収する。また、本方法は、ＣＦＲＰを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、ＣＦＲＰ中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収する。
【解決手段】本装置１０は、水蒸気を導入する導入部１１ａと、８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部１２と、ＣＦＲＰを含む被処理体を保持する保持部１３と、を備えた炭素繊維の回収装置１０であって、被処理体を過熱水蒸気にて処理することにより、ＣＦＲＰ中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収する。また、本方法は、ＣＦＲＰを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、ＣＦＲＰ中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法に関する。更に詳しくは、炭素繊維強化プラスチック（以下、単に「ＣＦＲＰ」ともいう）中のプラスチックを除去して炭素繊維の回収を行うことができる炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過熱水蒸気は、大型のセラミックス成形体の乾燥、粉体処理、金型の表面改質、水素製造装置、食品加工（加熱、乾燥、解凍、焼き、蒸し、殺菌、滅菌、脱臭等）等の分野に広く展開されている。そして、近年は、下記特許文献１〜３に開示されるように、過熱水蒸気をリサイクルに利用する試みがなされている。また、過熱水蒸気発生装置としては下記特許文献４が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８９８４８号公報
【特許文献２】特開２００７−０７１４５２号公報
【特許文献３】特開２００６−３２６３８３号公報
【特許文献４】特開２００８−２０１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１は、炭化処理方法及び炭化処理システムに関する。この特許文献１には、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を炭化させたうえで、振動ミルなどの分離装置を併用することで活性炭と繊維（ガラス）とに分離できるとの記載がある。しかし、この装置及びシステムは炭化を目的とするものであるために樹脂分は炭化されてしまい、残存する炭化物を除去する必要を生じることが問題となる。更に、再利用可能な形態でＣＦＲＰから炭素繊維を回収することについては何ら検討されていない。
【０００５】
また、特許文献２は、高温水蒸気発生装置に関する。この特許文献２には、ＦＲＰ破砕物に過熱水蒸気を当射すると樹脂分が気化して残留物としてガラス繊維が残るとの記載がある。しかし、一般的な記載に留まっており、この装置を利用して、ＦＲＰ破砕物の樹脂分の炭化を抑制しつつ、ガラス繊維を回収できる方法については検討はなされておらず、まして、再利用可能な形態でＣＦＲＰから炭素繊維を回収することについては何ら検討されていない。
【０００６】
更に、特許文献３は、廃車のリサイクル処理方法に関する。この特許文献３には、５５０℃までの過熱水蒸気を用いて過熱することで、ポリエチレン、ポリプロピレン等のほとんどの樹脂類が熱分解、気化が終了するとの記載があるものの、熱分解されずに残る熱硬化性樹脂類、ＦＲＰ系の樹脂類は最終的には炭化物となって残るとの記載がある。しかし、この処理方法は記載の通り、特に熱硬化性樹脂は炭化されてしまうために、残存する炭化物を除去する必要を生じることが問題となる。更に、再利用可能な形態でＣＦＲＰから炭素繊維を回収することについては何ら検討されていない。
【０００７】
本発明の目的は、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法を提供することを目的とする。特に炭素繊維強化プラスチックを過熱水蒸気処理するにあたって、炭素繊維強化プラスチックを構成するプラスチックの炭化を抑制して、炭素繊維を回収できる炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下に示される。
〈１〉水蒸気を導入する導入部と、
前記水蒸気を８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部と、
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持する保持部と、を備えた炭素繊維の回収装置であって、
前記被処理体を前記過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収装置。
〈２〉前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する前記〈１〉記載の炭素繊維の回収装置。
〈３〉前記処理は常圧下で行う前記〈１〉又は〈２〉の炭素繊維の回収装置。
〈４〉炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収方法。
〈５〉前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する前記〈４〉記載の炭素繊維の回収方法。
〈６〉前記処理は常圧下で行う前記〈４〉又は〈５〉の炭素繊維の回収方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炭素繊維の回収装置によれば、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる。特に炭素繊維強化プラスチックを過熱水蒸気処理するにあたって、炭素繊維強化プラスチックを構成するプラスチックの炭化を抑制して、炭素繊維を回収できる。
炭素繊維を束ねた繊維束を備え、前記処理ではプラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する場合は、とりわけ再利用性に優れた炭素繊維を回収できる。特に長繊維の炭素繊維であっても、その形態を損なうことなく、短時間で炭素繊維の回収を行うことができる。
本発明の炭素繊維の回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる。特に炭素繊維強化プラスチックを過熱水蒸気処理するにあたって、炭素繊維強化プラスチックを構成するプラスチックの炭化を抑制して、炭素繊維を回収できる。
炭素繊維を束ねた繊維束を備え、前記処理ではプラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する場合は、とりわけ再利用性に優れた炭素繊維を回収できる。特に長繊維の炭素繊維であっても、その形態を損なうことなく、短時間で炭素繊維の回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の炭素繊維の回収装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の炭素繊維の回収装置の他例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の炭素繊維の回収装置の更に他例を示す模式的な断面図である。
【図４】発熱体の構造の一例を示す模式的な斜視図である。
【図５】発熱体の構造の他例を示す模式的な斜視図である。
【図６】集成発熱体の一例を示す模式的な斜視図である。
【図７】図６に示す集成発熱体の模式的な平面図である。
【図８】集成発熱体の他例を示す模式的な斜視図である。
【図９】集成発熱体の更に他例を示す模式的な斜視図である。
【図１０】保持部の形態の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１１】保持部の形態の他例を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図１〜１１を用いて詳しく説明する。
［１］炭素繊維の回収装置
本発明の炭素繊維の回収装置１０（以下、単に「装置１０」ともいう）は、水蒸気を導入する導入部１１ａと、
前記水蒸気を８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部１２と、
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持する保持部１３と、を備えた炭素繊維の回収装置であって、
前記被処理体を前記過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする。
【００１２】
これらの導入部１１ａ、ヒータ部１２及び保持部１３の位置関係は特に限定されないが、通常、水蒸気の温度の低い側から、導入部１１ａ、ヒータ部、保持部１３の順に配置される。即ち、水蒸気の上流側から下流側に向かって、導入部１１ａ、ヒータ部、保持部１３の順に配置される。また、これらの各部は互いに隣接されてもよいが、他部を介在してもよい。以下に、各部を説明する。
【００１３】
前記「導入部（１１ａ）」は、水蒸気を導入するものである。この導入部の形状及び大きさ等は特に限定されない。また、ここでいう水蒸気は、通常、飽和水蒸気であるが、８００℃未満の過熱水蒸気を導入してもよい。
【００１４】
前記「ヒータ部（１２）」は、導入部１１ａから導入された水蒸気を８００℃以上の過熱水蒸気に加熱するものである。このヒータ部の構成は特に限定されず、例えば、電磁誘導方式、加圧加熱方式等の種々の方式を採用したヒータ部が挙げられる。これらは１種のみ用いてもよく２種以上を併用してもよいが、これらのなかでも、電磁誘導方式を採用したヒータ部１２が好ましい。
【００１５】
電磁誘導方式を採用したヒータ部１２としては、図１及び図２が例示される。このヒータ部１２（即ち、電磁誘導ヒータ部１２）は、例えば、発熱体１２１と、内部に発熱体１２１が収容された収容体１２４と、収容体１２４の外側に巻回して配置された励磁コイル１２５と、を備えて構成される。
このうち発熱体１２１は、励磁コイル１２５への通電に伴い電磁誘導されて発熱されるものである。そして、発熱体１２１は、電磁誘導により、９００℃程度の高い温度にまで、自身が分解、変質、脱ガス、変形粒成長等することなく発熱させることができるものである。
また、収容部１２４は、発熱体１２１と励磁コイル１２５との間に介在されると共に、発熱体１２１を収容する容器である。
更に、収容体１２４は水蒸気及び過熱水蒸気を外部で開放しないための流路としても機能する。励磁コイル１２５は発熱体１２１を電磁誘導により発熱させるためのコイルである。
【００１６】
前記発熱体１２１を成形する材料は電磁誘導により発熱される材料であれば特に限定されないが、本発明の炭素繊維の回収装置１０においては、下記電磁誘導型発熱体成形材料（以下、単に「成形材料」ともいう）からなる。成形材料は、例えば、下記一般式（１）で表される化合物（以下、「特定酸化物」ともいう）が好ましい。
Ｌａ１−ｘＭ１ｘＭ２Ｏ３−ｙ （１）
〔式中、Ｍ１は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素であり、０＜ｘ≦０．５、且つ、０≦ｙ≦０．１である。〕
【００１７】
この特定酸化物において、元素Ｍ１は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれた少なくとも１種であり、これらのうちの１種のみであってよいし、２種以上の組合せであってもよい。本発明において元素Ｍ１は、Ｓｒを含むことが好ましく、この場合の特定酸化物は、下記一般式（３）及び（４）で表すことができる。
Ｌａ１−ｘＳｒｘＭ２Ｏ３−ｙ （３）
Ｌａ１−ｘＳｒｘｚＭ１１ｘ−ｘｚＭ２Ｏ３−ｙ （４）
〔但し、Ｍ１１は、Ｍｇ、Ｃａ及びＢａから選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素であり、０＜ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．１、且つ、０．５≦ｚ＜１である。〕
上記一般式（３）及び（４）で表される特定酸化物は、単独で用いてよいし、組み合わせて用いてもよい。
【００１８】
また、上記一般式（１）、（３）及び（４）で表される特定酸化物において、元素Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種であり、これらのうちの１種のみであってよいし、２種以上の組合せであってもよい。本発明において元素Ｍ２は、Ｍｎを含むことが好ましい。
【００１９】
上記一般式（１）、（３）及び（４）で表される特定酸化物において、電磁誘導により発熱（特に８００℃以上に発熱）させたときの安定性の観点から、０＜ｘ≦０．５である。また、長期及び繰り返し使用可能等の観点から、好ましくは０＜ｘ≦０．４、より好ましくは０．１≦ｘ≦０．３である。
【００２０】
本発明においては、特定酸化物は、上記一般式（１）において、元素Ｍ１がＳｒである化合物、即ち、上記一般式（３）で表される化合物であって、元素Ｍ２がＭｎであり、且つ、０．１≦ｘ≦０．３である化合物であることが好ましい。成形材料がこの化合物を含むと、電磁誘導により、８００℃以上の高温域の所望の温度に発熱させやすく、この温度において過熱水蒸気を生成させる際の耐食性に特に優れる。
尚、この成形材料は、前記特定酸化物を含む以外に、特定酸化物の製造に際して生成した不可避的不純物及び下記一般式（５）で表される酸化物を含有してもよい。
ＬａＭ２Ｏ３−ｙ （５）
〔式中、Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素であり、且つ、０≦ｙ≦０．１である。〕
【００２１】
成形材料に含まれる特定酸化物の含有割合は、すべての化合物の合計を１００質量％とした場合、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９５〜１００質量％である。この特定酸化物の含有割合が高いほど、８００℃以上の高い発熱温度に対する安定性に優れる。
【００２２】
更に、この成形材料からなる発熱体は、その表面に配された、下記一般式（２）で表される化合物を含む被覆部を備えることができる（この被覆部を備える場合、発熱体の前記特定酸化物からなる部位を基部というものとする）。この被覆部は１層のみからなってもよく、２層以上からなってもよい。
Ｌａ２Ｏ３・ｎ（ＳｉＯ２） （２）
〔式中、ｎは、１以上２以下の数である。〕
【００２３】
前記被覆部は、前記基部の表面を覆う部分（層）であり、前記一般式（２）で表される化合物を含む。即ち、被覆部は、前記一般式（２）で表される化合物のみからなる部分であってよいし、前記一般式（２）で表される化合物と、他の化合物とからなる部分であってもよい。前記一般式（２）で表される化合物の含有量は、発熱体の耐久性の観点から、被覆部を構成する化合物の全量に対して、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、更に好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは６５〜１００質量％である。
【００２４】
被覆部に含まれる、前記一般式（２）で表される化合物は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。前記一般式（２）において、ｎ＝１及びｎ＝２の場合の化合物、即ち、Ｌａ２Ｏ３・ＳｉＯ２及びＬａ２Ｏ３・２ＳｉＯ２は、安定化合物である。また、１＜ｎ＜２の化合物の場合、この構成の成形材料を、電磁誘導の利用による発熱体として用いると、時間とともに、ｎ＝１及び／又はｎ＝２の化合物に変化する傾向にある。
前記被覆部を構成する一般式（２）で表される化合物の構造は、Ｘ線回折により、同定（定性分析）される。
【００２５】
前記被覆部には、前記一般式（２）で表される化合物以外に、例えば、下記一般式（６）で表される他の化合物を含むことができる。
ｐ（Ｍ２Ｏ）・ｑ（ＳｉＯ２） （６）
〔式中、Ｍ２Ｏは、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素Ｍ２の酸化物の１種又は２種以上であり、且つ、０≦ｐ／ｑ≦１０である。〕
この一般式（６）の構造はＸ線回折により、同定（定性分析）される。
【００２６】
本発明に用いる発熱体においては、前記一般式（６）で表される化合物を構成する元素Ｍ２は、前記基部に含まれる特定酸化物（前記一般式（１）で表される化合物）を構成する元素Ｍ２と同一元素を含むことが好ましい。例えば、前記特定酸化物がＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３である場合には、他の化合物を表す前記一般式（６）における元素Ｍ２がＭｎであることが好ましい。即ち、前記一般式（６）で表される他の化合物としては、下記式（７）が挙げられる。
ｐ１（ＭｎＯ）・ｐ２（Ｍｎ２Ｏ３）・ｑ（ＳｉＯ２） （７）
前記一般式（７）において、ｐ１＝１のとき、好ましくは０≦ｐ２≦３、０．５≦ｑ≦１である。
【００２７】
この被覆部の厚さは、電磁誘導を利用した発熱体としての安定性、発熱体自身と被覆部との熱膨張係数差の影響を軽減する等の観点から、好ましくは０．５〜５０μｍ、より好ましくは１〜１０μｍ、更に好ましくは２〜５μｍである。
この被覆部の形成方法は、特に限定されないが、後述するポリシラザンを用いた方法、ゾルゲル法、溶射法等が挙げられる。このうちポリシラザンを用いた方法とは、前記一般式（１）で表される化合物を含む成形体を得る成形体作製工程と、ポリシラザンを含む溶液を用いて、前記成形体の表面にポリシラザンを含む塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜を、熱処理し、前記一般式（２）で表される化合物を含む皮膜を形成する皮膜化工程と、を備えて得る方法である。
【００２８】
前記成形体作製工程は、前記特定酸化物を含む成形体を得る工程である。この工程においては、特定酸化物からなる粉末を含む原料組成物（成形用バインダー、焼結助剤等を含んでもよい）を、金型プレス、ＣＩＰ等のプレス成形等に供して所定の形状体（棒体、線体、板体、球体、多面体等）とし、これを、大気等の酸素含有雰囲気、又は、真空雰囲気にて、例えば、１，２００℃〜１，６００℃の温度で熱処理することにより、成形体とすることができる。
【００２９】
前記塗膜形成工程において、ポリシラザンを含む溶液（以下、「ポリシラザン溶液」という。）を用いて、前記成形体の表面にポリシラザンを含む塗膜が形成される。
前記ポリシラザンは、下記一般式（８）で表される単位を含み、数平均分子量が、好ましくは３０，０００〜１２０，０００、より好ましくは３２，０００〜８０，０００、更に好ましくは３６，０００〜５４，０００の化合物である。
【化１】
〔式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、互いに同一又は異なって、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、フルオロアルキル基、アルキルアミノ基又はアルキルシリル基である。〕
【００３０】
前記ポリシラザン溶液における溶媒は、ポリシラザンを溶解する化合物が好ましく、トルエン、キシレン、メシチレン、２−ブタノン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。これらは、単独で用いてよいし、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
前記ポリシラザン溶液におけるポリシラザンの濃度は、特に限定されない。
前記ポリシラザン溶液は、市販品を用いることができ、例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製ポリシラザン溶液「ＮＮ３１０−３０」（商品名）を用いることができる。
前記塗膜形成工程において、塗膜の形成方法は、特に限定されず、ディッピング法、スプレー法、スピンコート法等が適用される。また、塗膜形成時の温度も、特に限定されず、室温等とすることができる。
【００３１】
次に、皮膜化工程により、前記成形体の表面の塗膜が熱処理され、前記一般式（２）で表される化合物を含む皮膜が形成される。この工程においては、ポリシラザンが、それ自身の又は水分との反応によって分解されて、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉネットワークが形成されると同時に、このＳｉ元素と、前記成形体を構成する前記一般式（１）で表される化合物におけるＬａ元素とからなる複合酸化物、即ち、前記一般式（２）で表される化合物が形成される。尚、前記一般式（１）で表される化合物の種類によっては、前記一般式（６）で表される化合物が皮膜（被覆部）中に併存する場合がある。
【００３２】
前記皮膜化工程において、熱処理条件としては、温度は、好ましくは９００℃〜１，５００℃の範囲、より好ましくは１，１００℃〜１，３００℃の範囲であり、雰囲気は、大気等の酸素含有雰囲気が好ましい。前記温度において、昇温、温度の保持、降温等を組み合わせてもよい。尚、熱処理時間は、前記成形体の大きさ、塗膜の厚さ等によって、適宜、選択される。
【００３３】
前記塗膜形成工程及び前記皮膜化工程は、各々複数回行ってもよい。この場合、得られた成形材料における皮膜部は、前記一般式（２）で表される化合物を含むものの、皮膜部の元素分布を断面方向で調べると、傾斜構造を有する場合がある。
【００３４】
前記発熱体１２１の形状は、特に限定されず、定形体及び不定形体のいずれでもよい。更に、多孔質であってもよい。その形態も特に限定されないが、例えば、図４及び図５に例示されるように規則的に貫通された貫通孔１２２ｃを備える形態とすることができる。
即ち、図４に例示される発熱体１２２ａは、断面形状が円形であり且つ上下方向に通気可能な貫通孔１２２ｃを複数有し、これらが等間隔に配列した構造を有する発熱体の例である。尚、図４の発熱体１２２ａの側面（図４の手前側）には、通気をより効率よくする等のために、上下方向に半円形の断面形状を有する切り欠きが設けられている。図４に類するものとして、１以上の螺旋状連通孔を備える発熱体とすることもできる。
また、図５の発熱体１２２ｂは、すべての開口形状が同じ大きさの四角形である貫通孔１２２ｃを複数有し、縦方向及び横方向に通気可能な立体メッシュ（３次元正方格子）構造を有する発熱体の例である。図５に類するものとして、３次元六方格子構造を有する発熱体とすることもできる。
【００３５】
前記貫通孔１２２ｃを備える場合、貫通孔１２２ｃは、発熱体（１２２ａ、１２２ｂ）の一面から他面に通気するものであれば、その断面形状、孔径、長さ、数、向き等は特に限定されない。断面形状は、円形、楕円形、三角形、四角形等の多角形、星形等とすることができる。孔径について、孔の切断面を得た場合の最短長さは、通常、１００μｍ以上である。また、この貫通孔１２２ｃは、一面から他面に対して、孔径が一様であってよいし、異なってもよい。更に、この貫通孔１２２ｃは、一面から他面に対して、直線状であってよいし、曲線状であってもよい。また、発熱体が、複数の貫通孔１２２ｃを備える場合には、断面形状、孔径、長さ、向き、隣り合う貫通孔の間隔等が一様であってよいし、異なってもよい。尚、貫通孔１２２ｃを取り巻く壁の表面には、比表面積を大きくする等の目的で、凸部、凹部等を備えてもよい。
【００３６】
これらの発熱体１２１（１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ〜１２３ｆを含む）の好ましい形状は特に限定されないが、板体（円板、角板を含む）、棒体、球体（楕円球体を含む）、線体、多面体等の定形体が好ましい。更に、棒体、板体、球体及び多面体がより好ましい。尚、発熱体１２１は、凸部、凹部、貫通孔等の部位を有してもよい。
【００３７】
更に、図６〜図９に例示されるように、発熱体１２１は、複数の発熱体を集成した集成発熱体１２３（１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅを含む）として用いることもできる。この場合には、ここの発熱体の前記通気性は有してもよいが、有さなくてもよい。即ち、中実である発熱体１２１を利用できる。
集成発熱体１２３は、複数の発熱体が積み上げられて形成された、上下方向に通気可能な複合物である。そして、集成発熱体１２３は、全体として、各発熱体（１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆを含む）の接触により連結した連続体を形成している。これにより、発熱体間の電子伝導性を維持でき、電磁誘導により発熱させることができる。また、複数の発熱体（１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆを含む）により形成される空間が、少なくとも上下方向に連続しているので、水蒸気の加熱が効率よく進められる。
【００３８】
図６の円板集成発熱体１２３ａは、円板型発熱体１２３ｂを５枚準備し、各円板型発熱体１２３ｂの中心を結んだときに正五角形を形成するように、円板型発熱体１２３ｂの側面を互いに接触させて配置し、これを上方にずらしながら複数段積層（図７参照）した積層物である。図６の円板集成発熱体１２３ａは、各段における円板型発熱体１２３ｂが接触して、見かけ上、円柱体の中心を上下方向にくり抜いたような、略筒状を有しているので、そのくり抜かれている部分が水蒸気の流路となる。円板型発熱体１２３ｂを用いずに、多角形状、楕円形状等の板を用い、適宜、所定間隔を設けながら積層した発熱体とすることもできる。
【００３９】
図８の棒体集成発熱体１２３ｃは、棒型発熱体（角柱等の柱状体）１２３ｄを交互に半周期ずらしながら交互積層してなるウッドパイル型構造を有する。各棒型発熱体１２３ｄの配置方法によっては、上方から見たときの通気経路（流路）が直線状である場合、波線状である場合等がある。
【００４０】
図９の球体集成発熱体１２３ｅは、球型発熱体１２３ｆを面方向に最密充填し、各球型発熱体１２３ｆの中心を結んだときに正三角形を形成するように配置及び積層した、逆オパール構造を有する。最密充填せずに、球型発熱体１２３ｆを、各球型発熱体１２３ｆの中心を結んだときに正方形を形成するように真上に積み上げてなるオパール構造の球体集成発熱体１２３ｅとすることもできる。また、球体を用いずに、立方体、直方体等の多面体、楕円球等の形状の発熱体を積み上げてなる集成発熱体１２３や、球体、立方体等の発熱体の表面から棒体、線体等の発熱体が更に放射状に突き出してなる集成発熱体１２３等とすることもできる。
尚、図６〜図９に係る集成発熱体１２３においては、集成発熱体１２３の形成に用いる発熱体（各ピース）は、各々形状及び大きさが同じものを用いる必要はなく、互いに同一形状であって大きさが異なる発熱体の組合せ、異なる形状どうしの組合せ等とすることができる。
【００４１】
図６〜図９により示される集成発熱体１２３は、いずれも隣り合う発熱体同士が面接触、線接触又は点接触することにより連結した連続体を構成し、乱れのない一定構造を備える。このため、誘導加熱による発熱を誘起しやすく、この集成発熱体１２３から均一な輻射熱を与えることができ、導入される水蒸気に対する効率的な加熱を進めることができる。
【００４２】
本発明の炭素繊維の回収装置において、前記各発熱体１２１は、収容体１２４の内部空間の、好ましくは、発熱体１２１の表面から収容体１２４の内壁までの距離がほぼ一定となるような位置に配設されることが好ましい。尚、前記発熱体１２１の外径、及び、前記収容体１２４の内径、の長さの関係は、導入される水蒸気の加熱効率の観点から、好ましくは、前者＜後者である。
【００４３】
前記収容体１２４の形状は特に限定されないが、例えば、略筒形状とすることができる。この略円筒形状である場合は、通常、円形、楕円形、多角形等の断面形状を有する形態とすることができる。収容体１２４は、単層構造であってよいし、同一の又は異なる材料からなる複層構造であってもよい。尚、目的、用途等に応じて、ふくれ、くびれ、曲がり等の部分、内壁面に凹部、凸部、溝部等を有してもよい。
【００４４】
収容体１２４を構成する材料は、電磁誘導により発熱せず、且つ、耐火性を有するものであれば特に限定されない。このような材料としては、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、石英ガラス等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。これらのなかでもチタン酸アルミニウムが好ましい。即ち、収容体１２４の内壁は、Ａｌ２ＴｉＯ５（チタン酸アルミニウム、五酸化チタン二アルミニウム）を含む材料で構成されることが好ましい。Ａｌ２ＴｉＯ５を含む内壁を有する場合、この内壁におけるＡｌ２ＴｉＯ５の含有割合は特に限定されないが、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは８０体積％以上、更に好ましくは９０体積％以上（１００体積％であってもよい）である。Ａｌ２ＴｉＯ５を含むことにより、９００℃程度までの高い温度に対して安定であることから耐熱性に優れ、更に、断熱性、耐衝撃性、耐水蒸気性等にも優れた収容体とすることができる。
本発明においては、収容体１２４は、その全体がＡｌ２ＴｉＯ５のみからなる単層型筒状体又は複層型筒状体であることが特に好ましい。
【００４５】
前記励磁コイル１２５は、前記収容体１２４の外側にあって、少なくとも発熱体１２１（集成発熱体１２３を含む）を包囲するように配設される。また、通常、円状又は螺旋状に巻回されている。更に、励磁コイル１２５は、高周波交流電源（図示せず）に接続され、この電源からの電力供給により磁力線を発し、発熱体１２１の発熱を誘起する。
【００４６】
上記励磁コイル１４の周辺部には、発熱構造体１１の発熱時に、収容体１２からの輻射熱の影響を抑制するために、コイル１４を冷却するための冷却手段を備えてもよい。
【００４７】
前記「保持部（１３）」は、炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持するものである。この保持部１３において、被処理体は保持されて、被処理体が過熱水蒸気に対して曝露（過熱水蒸気が充満された流路内に配置した場合等）、又は、過熱水蒸気が被処理体に対して当射（ノズルから過熱水蒸気を射出させて被処理体に当てる場合等）などされることとなる。
保持部１３の構造は特に限定されず、、収容体１２４と一体に備えてもよく、収容体１２４と別体に備えてもよい。収容体１２４と一体に備える場合としては、収容体１２４の一部に保持部１３を備える場合が挙げられる（図２参照）。一方、収容体１２４と別体に備える場合としては、装置１０の排出部１１ｂ側に、収容体１２４とは別体に保持部１３を備える場合が挙げられる（図１参照）。この保持部１３は、前記いずれの形態であっても、被処理体を保持するための保持用部材１３１を備えることができる。この保持用部材１３１は、どのような位置にどのような構成で、どのような形状で配されてもよい。例えば、収容体１２４と別体に備える場合にあっては、図１０及び図１１に例示されるような構成とすることができる。
【００４８】
即ち、図１０に例示される形態は、保持部構成壁（側壁）１３２の排出部１１ｂ側（図２参照）の内側に配された格子形態の保持用部材１３１を備える例である。一方、図１１に例示される形態は、保持部構成壁（側壁）１３２の排出部１１ｂ側（図２参照）の内側に配された枠形態の保持用部材１３１を備える例である。
これらの保持用部材１３１を構成する材料、並びに、保持部構成壁１３２を構成する材料には、前記収容体１２４を構成する材料をそのまま適用できるが、収容体１２４と同じであってもよく異なっていてもよい。
【００４９】
本発明の炭素繊維の回収装置１０（１０ａ、１０ｂ及び１０ｃを含む）は、前記構成以外にも他の構成を備えることができる。他の構成としては、高周波交流電源が挙げられる。この高周波交流電源は本装置１０外に配置してもよいが、本装置１０内に付設することができる。
また、本装置１０内で加熱される水蒸気を供給するための水蒸気供給装置を備えることができる。水蒸気供給装置は本装置１０外に配置してもよいが、本装置１０内に付設することができる。水蒸気供給装置（図示せず）を備える場合には、例えば、収容体１２４の導入部１１ａの側に接続できる。
水蒸気供給装置は、収容体１２４の内部に、水蒸気｛少なくとも水蒸気を含む混合気体（水蒸気及び空気からなる混合気体等）等｝を供給するために、収容体１２４の導入部１１ａに直接的に又は間接的に結合される装置である。水蒸気供給装置は、公知のボイラー等の水蒸気製造手段等を備える。尚、この際の気化は、減圧下、常圧下及び加圧下のいずれでもよい。
【００５０】
本装置１０では、高周波交流電源により励磁コイル１２５に所定の電力を供給し、収容体１２４内の発熱体１２１を発熱させると同時に、又は、発熱させた後、水蒸気供給装置から水蒸気（水蒸気を含む混合気体等の気体を含む）を導入部１１ａ側から供給する。そして、ヒータ部１２により水蒸気は過熱されて、８００℃以上の高温域の所望の温度の過熱水蒸気となる。その後、ヒータ部１２で形成された過熱水蒸気は、保持部１３を通って排出部１１ｂから系外へと排出される。
【００５１】
より詳細には、通常、利用される飽和水蒸気は、収容体１２４の導入部１１ａ側から、一定速度又は一定圧で、水蒸気供給装置（図示せず）から、発熱体１２１が収容されている収容体１２４の内部へと導入される。一方、発熱体１２１は、予め、励磁コイル１４により誘導加熱され発熱しており、導入された飽和水蒸気が発熱体１２１に接触し、又は、収容体１２４内の加熱空間を通気することにより、過熱水蒸気が形成される。その後、この過熱水蒸気は、排出部１１ｂから排出される。
尚、前記励磁コイル１２５による誘導過熱条件としては、発信周波数を、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲から選択して電力を供給することが好ましい。この範囲であれば、発熱体１２１による、所望の温度（温度範囲８００℃以上）への発熱を効率的に進めることができる。
【００５２】
加えて、図３（集成発熱体１２３を利用した例）に例示されるように更に他の構成を備えることができる。即ち、炭素繊維の回収装置１０ｃは、開口部材１４８ａ及びブラケット１４１により形成された導入部１１ａを備える。更に、集成発熱体１２３と収容体１２４と励磁コイル１２５とを含むヒータ部１２を備える。このヒータ部１２は、発熱体支持台１４４と、この発熱体支持台１４４上に集成された集成発熱体１２３と、集成発熱体１２３に内壁が接触しないように配置された円筒状の収容体１２４と、収容体１２４の外側において集成発熱体１２３を包囲しつつ収容体１２４の外壁に接触しないように螺旋状に配設された励磁コイル１２５とにより構成される。また、収容体１２４のうちの排出部１１ｂ側に、収容体１２４と一体的に備えられた保持部１３を備える。この保持部１３は、収容体１２４の内壁から延設された保持用部材を備える。
【００５３】
その他、装置１０ｃには、収容体１２４を励磁コイル１２５に対して所定位置に固定し保持するために、非磁性材料（例えば、ステンレス製）からなるブラケット１４１及び１４２並びに非磁性ステンレス製のボルト１５０及びナット１５１が用いられる。
また、収容体１２４の下方側（導入部１１ａ側）には、一方のブラケット１４１に保持される側に、水蒸気を供給するための水蒸気供給装置（図示せず）から連通させ接続された導入部１１ａを有する。一方、この収容体１２４の上方側（排出部１１ｂ側）には、他方のブラケット１４２に保持される側に、排出部１１ｂを有する。
更に、収容体１２４の上下の各端部及び外壁面には、それぞれ、これらと接するように、断熱性材料からなるシール材１４６及び断熱層１２６が配設される。更に、前記シール材１４６及び断熱層１２６を介して、前記導入部１１ａ近傍に開口部材１４８ａが、排出部１１ｂ近傍に開口部材１４８ｂが、それぞれ配設される。各開口部材１４８ａ及び１４８ｂは、それぞれ、導入部１１ａ及び排出部１１ｂを形成する各外側に突出される管状部を有するとともに、断熱層１２６の両端を遮断するための蓋部１４９ａ及び１４９ｂを備える。
【００５４】
前記励磁コイル１２５は、適当なブラケットから連結されて固定され、この励磁コイル１２５に適当な周波数の電圧を供給するための高周波交流電源（図示せず）に接続される。また、励磁コイル１２５への電圧供給による磁界変化を利用して集成発熱体１２３を発熱させた際に、収容体１２４の外壁より発せられる輻射熱から励磁コイル１２５を保護するために、励磁コイル１２５の内部に冷却水を供給するための冷却系（図示せず）が備えられる。
【００５５】
前記収容体１２４は、適当な断熱材１４７ａ及び１４７ｂを介して配設されたブラケット１４１及び１４２並びにボルト１５０及びナット１５１により固定される。また、これらのブラケット１４１及び１４２は、それぞれ、開口部材１４８ａ及び１４８ｂも固定し、固定した開口部材１４８ａ及び１４８ｂによって、導入部１１ａ及び排出部１１ｂを形成する。
【００５６】
前記ブラケット１４１には、ブラケット１４２、ボルト１５０及びナット１５１とともに、前記収容体１２４の機械的強度を補うとともに導入された水蒸気及び／又は生成された過熱水蒸気の気密性を補うために、スプリングコイル等の弾性体１４５と、台座１４３とを備える。この弾性体１４５を、台座１４３により圧縮させた状態とし、この台座１４３及びブラケット１４２を、ボルト１５０及びナット１５１を用いて固定することにより、収容体１２４において確実な気密性及び機械的強度を確保できる。
【００５７】
前記収容体１２４に収容された集成発熱体１２３は、上記のように、５個の円板型成形材料によって環状とし、これを１段ごとにずらしながら積層してなる略円筒体を形成する（図３、図６及び図７参照）。従って、水蒸気供給装置から導入部１１ａを介して導入された水蒸気を、略筒状の集成発熱体１２３の貫通孔内に通し、連続した凹凸面を形成している、集成発熱体１２３の内壁面との接触効率を高めて、電磁誘導により発熱させた集成発熱体１２３により過熱水蒸気を生成させるようになっている。生成された過熱水蒸気は、その後、排出部１１ｂから排出される。
【００５８】
［２］炭素繊維の回収方法
本発明の炭素繊維の回収方法（以下、単に「回収方法」ともいう）は、炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする。
【００５９】
ＣＦＲＰを温度８００℃以上の過熱水蒸気で処理する本発明の回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる。即ち、炭化を抑制しながらＣＦＲＰを構成するプラスチックを除去できる。更に、除去する際には当初のプラスチック質量の一部に相当する部分が適度に残存される。これにより、特にＣＦＲＰ内に炭素繊維基布が積層された積層布（積層炭素繊維基布）が含まれている場合には、その層間を剥離させながら、各基布の形態を維持したまま、炭素繊維束の単繊維間の解離を抑制して、炭素繊維を回収できる。
【００６０】
前記「被処理体」は、ＣＦＲＰを少なくとも処理物であればよく、その種類及び形態等は特に限定されない。即ち、例えば、ＣＦＲＰと樹脂（ＣＦＲＰに含まれるプラスチックと異なる樹脂）との複合体、ＣＦＲＰと金属との複合体、ＣＦＲＰとセラミックとの複合体等が挙げられる。
【００６１】
前記「炭素繊維強化プラスチック」は、プラスチック内部に炭素繊維が強化材として含まれた素材である。このＣＦＲＰには、例えば、フィラメント及び／又は織布を樹脂含浸させたプリプレグを積層した後、プレス成形及び／又はオートクレーブ成型等を施して得られたＣＦＲＰ、樹脂と短繊維を混合物を射出成形（更には硬化処理）等が施されて得られたＣＦＲＰ、等が含まれる。
【００６２】
ＣＦＲＰ内に含まれる炭素繊維の形態は特に限定されず、炭素繊維（短繊維及び／又は長繊維）はＣＦＲＰ内に不規則に含まれてもよく、炭素繊維（短繊維及び／又は長繊維）はＣＦＲＰ内に不織布として含まれてもよく、炭素繊維（短繊維及び／又は長繊維）はＣＦＲＰ内に織布として含まれてもよく、更には、その他の形態で含まれてもよい。また、不織布及び織布にあっては、単層で含まれてもよく、単独又は併用により積層されて含まれてもよい。
【００６３】
更に、ＣＦＲＰ内に含まれる炭素繊維は、短繊維であってもよく、長繊維であってもよいが、本方法は繊維束を維持したまま炭素繊維を回収できるという観点から、本発明の作用を効果的に得ることができる長繊維の繊維束であることが好ましく、更には、長繊維の繊維束を用いた織布として含まれていることが好ましい。この繊維束を構成する炭素繊維の本数は特に限定されないが、例えば、１０００〜２４０００本とすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この繊維束を構成する炭素繊維の本数は１０００〜１２０００本が好ましく、１０００〜６０００本がより好ましく、１０００〜３０００本が特に好ましい。
【００６４】
前記「炭素繊維」は、どのような種類のものを用いてもよいが、通常、有機繊維、石炭ピッチ、石油ピッチ等を紡糸して製造した繊維を炭化して得られる繊維である。即ち、例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）繊維を原料に用いたＰＡＮ系炭素繊維、石炭ピッチ、石油ピッチを原料に用いたピッチ系炭素繊維が含まれる。これらの炭素繊維は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００６５】
更に、その繊維径は特に限定されないが、例えば、５〜１５μｍとすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この繊維径は５〜１２μｍが好ましく、６〜１０μｍがより好ましく、６〜９μｍが特に好ましい。また、炭素繊維強化プラスチック内に占める炭素繊維の体積割合（ＣＦＲＰ全体を１００体積％とする）も特に限定されないが、例えば、３０〜８０体積％とすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この体積割合は４０〜６０体積％が好ましく、４０〜５５体積％がより好ましく、４５〜５０体積％が特に好ましい。
【００６６】
前記「プラスチック」は、ＣＦＲＰを構成する高分子である。このプラスチックの樹脂種は問わず用いることができる。即ち、例えば、熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよく、更には、その他の樹脂（高分子）であってもよい。熱可塑性樹脂としては、メチルメタクリレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、熱硬化性樹脂が好ましく、更には、エポキシ樹脂がより好ましい。
【００６７】
炭素繊維強化プラスチック内に占めるプラスチックの体積割合（ＣＦＲＰ全体を１００体積％とする）も特に限定されないが、例えば、２０〜７０体積％とすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この体積割合は４０〜６０体積％が好ましく、４０〜５５体積％がより好ましく、４５〜５０体積％が特に好ましい。
【００６８】
前記「処理」は、過熱水蒸気と接触させることである。この接触によりプラスチックがＣＦＲＰから除去される。ここでいう除去とは、過熱水蒸気より前記プラスチックが気化、昇華、分解、焼失されることを含む意味である。
前記処理におけるＣＦＲＰと過熱水蒸気との接触はどのように行ってもよい。即ち、例えば、過熱水蒸気の雰囲気下にＣＦＲＰを曝露してもよく、過熱水蒸気をノズル等を利用してＣＦＲＰに当射してもよい。これらのうちでは前者が好ましい。前者、即ち、曝露であれば、炭素繊維の飛散を抑制でき、炭素繊維の回収のしやすさの観点から好ましい。更には、前記本発明の炭素繊維の回収装置を利用することがより好ましい。
【００６９】
また、前記処理では、過熱水蒸気の温度は８００℃以上であればよく、その温度は特に限定されないが、８００〜１０００℃が好ましい。この範囲の温度では、プラスチックの炭化を抑制しつつ、プラスチックの除去速度を大きくできる。この温度は、更に、８００〜９００℃がより好ましく、８５０〜９００℃が特に好ましい。
更に、処理時間も特に限定されないが、２〜１０分が好ましい。この範囲の時間では十分にプラスチックの除去を行うことができると共に、これ以上の時間処理を行ってもプラスチックの除去への寄与が低くなる傾向にあるからである。この時間は、３〜７分がより好ましく、３〜５分が特に好ましい。
【００７０】
更に、本方法では、処理するＣＦＲＰが、炭素繊維を束ねた繊維束を備える場合には、前記処理ではプラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収できる。これにより、とりわけ再利用性に優れた炭素繊維を回収できると共に、特に長繊維の炭素繊維であっても、その形態を損なうことなく、短時間で炭素繊維の回収を行うことができる。
尚、前記残存とは、処理前のプラスチックのままでの残存のみを表すのではなく、どのような形態での残存であってもよい。即ち、処理前におけるプラスチックの質量割合として換算した場合に、残存形態に関わらず、前記質量の２０〜３２質量％に相当するものが残存されることを意味する。この残存されるものとしては、プラスチック自体、プラスチックの炭化物等が含まれる。
【００７１】
この「プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させる」ことを、後述する実施例における式（９）に基づいて除去率として換算した場合には、「除去率において６８〜８０％に相当するプラスチックを除去するとともに、２０〜３２％に相当するプラスチックを残存させる」こととなる。更に、下記式（１１）に基づいて残存率として換算した場合には、「除去率６８〜８０％且つ残存率２０〜３２％とする」こととなる。
残存率（％）＝｛ＭＰ−（Ｍ１−Ｍ２）｝／ＭＰ×１００ （１１）
処理前のＣＦＲＰの質量――――――――――――；Ｍ１
処理後のＣＦＲＰ（炭素繊維回収物）の質量―――；Ｍ２
処理前のＣＦＲＰ中に含まれるプラスチックの質量；ＭＰ
（ＭＰは下記炭素繊維強化プラスチックに関する各含有率及び密度を利用して算出）
【００７２】
前記残存率は、２０〜３２％とすることが好ましく、２４〜３２％とすることがより好ましく、２５〜３１％とすることが特に好ましい。即ち、除去率は６８〜８０％とすることが好ましく、６８〜７６％とすることがより好ましく、６９〜７５％とすることが特に好ましい。
【００７３】
更に、前記処理は常圧下で行うことが好ましい。常圧下で行うとは、図１、図２及び図３に示すように、保持部１３を密閉せずに開放系で前記処理を行うことを意味する。この常圧下で処理を行うことにより、ＣＦＲＰから炭素繊維の形態を損なわず再利用可能に回収することができる。
【実施例】
【００７４】
以下に、実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。尚、下記において、部及び％は、特に断らない限り、質量基準である。
【００７５】
〈１〉円板型発熱体の製造
第一稀元素工業社製Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ３粉末を、プレス成形（圧力：２０ＭＰａ）し、その後、ＣＩＰ成形（圧力：６００ＭＰａ）することにより、円板形状とした。次いで、酸素気流中、温度１，５００℃で５時間焼成することにより、直径２４ｍｍ及び厚さ１０ｍｍの焼結体を得た。
その後、この焼結体をアセトンで超音波洗浄した。そして、焼結体を、２５℃に調整した、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製ポリシラザン溶液「ＮＮ３１０−３０」（商品名）中に、１０秒間浸漬させた後、これを取り出し、酸素気流中、下記条件で熱処理した。これにより、上記焼結体の表面に、Ｓｉ系の酸化物被膜を形成させ、円板型発熱体を得た。上記商品のポリシラザンは、−（ＳｉＨ２ＮＨ）ｎ−であり、ｎ＝８００〜１，２００の化合物である。
＜熱処理条件＞
塗膜付き焼結体を２時間かけて４５０℃まで昇温加熱し、４５０℃で１時間保持した。その後、５時間かけて１，２００℃まで昇温加熱し、１，２００℃で１時間保持した。次いで、５時間かけて、室温まで降温させた。
【００７６】
前記円板型発熱体について、リガク社製「ＲＩＮＴ２０００」（型式名）を用いたＸＲＤ測定、及び、ＰＨＩ社製「ＡＤＥＰＴ１０１０」（型式名）を用いたＤ−ＳＩＭＳ測定に供して、それぞれ、被覆部の組成分析、及び、被覆部表面からの深さ方向分析を行った。その結果、被覆部が、Ｌａ９．３３Ｓｉ６Ｏ２６及びＭｎ７ＳｉＯ１２からなることが分かった。また、これらの割合を求めたところ、Ｌａ９．３３Ｓｉ６Ｏ２６が６５質量％であり、Ｍｎ７ＳｉＯ１２が３５質量％であることが分かった。更に、円板型成形材料の表面から約４μｍのあたりで、Ｓｉ元素の減衰が停滞していることから、被覆部の厚さが約４μｍであることが分かった。
【００７７】
ＸＲＤ測定及びＤ−ＳＩＭＳ測定は、以下の通りである。
＜ＸＲＤ測定条件＞
Ｘ線源：Ｃｕ
スキャンステップ：０．０２ｄｅｇ．
スキャンスピード：４．０ｄｅｇ．／ｍｉｎ．
管電圧：４０ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
＜Ｄ−ＳＩＭＳ測定条件＞
１次イオン：Ｃｓ＋
１次加速電圧：５．０ｋＶ
検出領域：１００μｍ×１００μｍ
【００７８】
〈２〉炭素繊維の回収装置１０（１０ｂ）の作製
前記〈１〉で得られた円板型発熱体を５個単位で用い、各側面を密着させて各中心を結んだときに正五角形を形成するように配置してこれを１段とし、図６及び図７に示すように、縦方向に３６度ずつずらして５０段積層し、上下方向に通気可能な構造を備える円板集成発熱体１２３ａを得た。この円板集成発熱体１２３ａを集成発熱体１２３として用いた。
次いで、集成発熱体１２３を、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）からなる円筒状の収容体１２４（内径６９ｍｍ）の中央部に、その内壁に接触しないように、発熱体支持台１４４（図３の符号１４４参照、図２に図示せずないが、同様に配設している）上に設置した。また、この収容体１２４の外側であって、集成発熱体１２３を包囲するように且つ収容体１２４の外壁に接触しないように、螺旋状の励磁コイル１２５を配設した。
更に、収容体１２４とは別体の保持部１３を用意した。この保持部１３は、図１０に示す形態であり、収容体１２４上に重ねて配置される保持部構成壁１３２と、２本のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製の丸棒を上下に交差させて格子状に組まれ、保持部構成壁１３２の内壁面に取り外し可能に固定された保持用部材１３１と、を有する（図２及び図１０参照）。
【００７９】
〈３〉炭素繊維の回収
前記〈２〉に示した装置１０ｂ（図２参照）を用い、以下の要領で生成させた各温度の過熱水蒸気で炭素繊維強化プラスチックの処理を行い、炭素繊維の回収を行った。尚、水蒸気供給装置として、水蒸気製造用ボイラー及び送気ポンプを、配管を介して導入部１１ａと連結した。
そして、前記装置１０ｂの保持部１３を取り外したまま、熱電対を排出部１１ｂ側の発熱体１２３の開口部上に配置した状態で、高周波交流電源から、励磁コイル１２５に周波数５０ｋＨｚの電圧を供給し、電磁誘導により集成発熱体１２３を１，１００℃に発熱させた。
【００８０】
その後、比較例１においては、水蒸気供給装置から飽和水蒸気を９．０ｋｇ／時で供給して、導入部１１ａより導入し、発熱している集成発熱体１２３の外表面及び内表面に飽和水蒸気を接触させて、過熱水蒸気の温度が６００℃に安定することを確認し、排出部１１ｂから９．０ｋｇ／時で排出した。次いで、前記上下に組まれた保持用部材１３１の間にＣＦＲＰの試験片を挟んで固定した保持部１３を、過熱水蒸気の温度が６００℃で安定した時点で、過熱水蒸気を発生させたままで、収容体１２４上に積み重ね、そのまま３分間の処理を行った。
【００８１】
同様にして、実施例１〜３においては、水蒸気供給装置から飽和水蒸気を９．０ｋｇ／時で供給して、導入部１１ａより導入し、発熱している集成発熱体１２３の外表面及び内表面に飽和水蒸気を接触させて、８００℃の過熱水蒸気を生成させ、排出部１１ｂから９．０ｋｇ／時で排出して、表１に示すように、実施例１では３分間、実施例２では３０分間、実施例３では６０分間、各々処理を行った。
【００８２】
前記処理の結果を以下の基準で評価し、表１に示した。即ち、当初の炭素繊維強化プラスチックから除去されたプラスチックの質量割合を除去率として、下記式（９）により算出される値を表１に示した。
また、比較例１及び実施例１では、各々１分間あたりに除去されたプラスチックの体積を除去速度とし、下記式（１０）により算出される値を表１に示した。
更に、回収された炭素繊維の状態を下記基準にあてはめ、その結果を表１の「回収状態」の欄に示した。
「○」…基布層間が剥離し、且つ、繊維束を維持したまた回収できた。
「×」…基布層間は剥離せず、炭素繊維を回収できなかった。
【００８３】
【表１】
【００８４】
除去率の算出方法
除去率（％）＝（Ｍ１−Ｍ２）／ＭＰ×１００ （９）
処理前のＣＦＲＰの質量――――――――――――；Ｍ１
処理後のＣＦＲＰ（炭素繊維回収物）の質量―――；Ｍ２
処理前のＣＦＲＰ中に含まれるプラスチックの質量；ＭＰ
（ＭＰは下記炭素繊維強化プラスチックに関する各含有率及び密度を利用して算出）
【００８５】
除去速度の算出方法
除去速度（ｃｍ３／分）＝｛（Ｍ１−Ｍ２）／ρ｝／Ｔ （１０）
処理前のＣＦＲＰの質量――――――――――――；Ｍ１
処理後のＣＦＲＰ（炭素繊維回収物）の質量―――；Ｍ２
ρ（プラスチックの密度）―――――――――――；１．２４ｇ／ｃｍ３
Ｔ（処理時間）――――――――――――――――；３分
【００８６】
試験片として利用した炭素繊維強化プラスチックは以下の通りである。
寸法；２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍ
炭素繊維種；東レ株式会社製、品名「Ｔ３００」（繊維径７μｍ、密度１．７６ｇ／ｃｍ３）
炭素繊維形態；単繊維３０００本が無撚り状態で束ねられた繊維束（幅約１．５ｍｍ）
炭素繊維基布；平織り織布
炭素繊維積層数；１０層（１０層積層炭素繊維基布）
炭素繊維含有率；４６体積％（炭素繊維強化プラスチック全体１００体積％）
プラスチック種；エポキシ樹脂（密度１．２４ｇ／ｃｍ３）
プラスチック含有率；５４体積％（炭素繊維強化プラスチック全体１００体積％）
【００８７】
〈４〉実施例の効果
比較例１における除去率は６５％であったものの、積層炭素繊維基布の層間が剥離されておらず、再利用可能な回収ができなかった。
これに対して、実施例１〜３では、いずれも炭素繊維強化プラスチックに含まれるプラスチックの７０質量％以上を除去し、且つ、当初含まれたプラスチックの３０質量％に相当する成分を残存させた状態で炭素繊維を回収することができた。これにより、炭素繊維製の積層された基布の層間は剥離可能な状態にできた。一方で、繊維束が過度に分解されて、単繊維の状態にまで解離されてしまうことを抑制できた。このことから、再利用性に極めて優れた状態の炭素繊維を回収することができたことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法は、炭素繊維リサイクル分野において広く利用できる。例えば、自動車材料、航空機材料、スポーツ用品材料、家電製品材料等を利用する各種分野において好適である。
【符号の説明】
【００８９】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ；炭素繊維の回収装置、
１１ａ；導入部、１１ｂ；排出部、
１２；ヒータ部、
１２１：発熱体、
１２２ａ、１２２ｂ：通気性発熱体、１２２ｃ；通気孔、
１２３；集成発熱体、
１２３ａ；円板集成発熱体、１２３ｂ；円板型発熱体、
１２３ｃ；棒体集成発熱体、１２３ｄ；棒型発熱体、
１２３ｅ；球体集成発熱体、１２３ｆ；球型発熱体、
１２４；収容体、１２５；励磁コイル、１２６；断熱層、
１３；保持部、１３１；保持用部材、１３２；保持部構成壁、
１４１，１４２：ブラケット、１４３：台座、１４４：発熱体支持台、１４５：弾性体、１４６：シール材、１４７ａ，１４７ｂ：断熱材、１４８ａ：開口部材（導入部側開口部材）、１４８ｂ：開口部材（排出部側開口部材）、１４９ａ：蓋部（導入部側蓋部）、１４９ｂ：蓋部（排出部側蓋部）、１５０；ボルト、１５１；ナット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法に関する。更に詳しくは、炭素繊維強化プラスチック（以下、単に「ＣＦＲＰ」ともいう）中のプラスチックを除去して炭素繊維の回収を行うことができる炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過熱水蒸気は、大型のセラミックス成形体の乾燥、粉体処理、金型の表面改質、水素製造装置、食品加工（加熱、乾燥、解凍、焼き、蒸し、殺菌、滅菌、脱臭等）等の分野に広く展開されている。そして、近年は、下記特許文献１〜３に開示されるように、過熱水蒸気をリサイクルに利用する試みがなされている。また、過熱水蒸気発生装置としては下記特許文献４が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８９８４８号公報
【特許文献２】特開２００７−０７１４５２号公報
【特許文献３】特開２００６−３２６３８３号公報
【特許文献４】特開２００８−２０１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１は、炭化処理方法及び炭化処理システムに関する。この特許文献１には、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を炭化させたうえで、振動ミルなどの分離装置を併用することで活性炭と繊維（ガラス）とに分離できるとの記載がある。しかし、この装置及びシステムは炭化を目的とするものであるために樹脂分は炭化されてしまい、残存する炭化物を除去する必要を生じることが問題となる。更に、再利用可能な形態でＣＦＲＰから炭素繊維を回収することについては何ら検討されていない。
【０００５】
また、特許文献２は、高温水蒸気発生装置に関する。この特許文献２には、ＦＲＰ破砕物に過熱水蒸気を当射すると樹脂分が気化して残留物としてガラス繊維が残るとの記載がある。しかし、一般的な記載に留まっており、この装置を利用して、ＦＲＰ破砕物の樹脂分の炭化を抑制しつつ、ガラス繊維を回収できる方法については検討はなされておらず、まして、再利用可能な形態でＣＦＲＰから炭素繊維を回収することについては何ら検討されていない。
【０００６】
更に、特許文献３は、廃車のリサイクル処理方法に関する。この特許文献３には、５５０℃までの過熱水蒸気を用いて過熱することで、ポリエチレン、ポリプロピレン等のほとんどの樹脂類が熱分解、気化が終了するとの記載があるものの、熱分解されずに残る熱硬化性樹脂類、ＦＲＰ系の樹脂類は最終的には炭化物となって残るとの記載がある。しかし、この処理方法は記載の通り、特に熱硬化性樹脂は炭化されてしまうために、残存する炭化物を除去する必要を生じることが問題となる。更に、再利用可能な形態でＣＦＲＰから炭素繊維を回収することについては何ら検討されていない。
【０００７】
本発明の目的は、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法を提供することを目的とする。特に炭素繊維強化プラスチックを過熱水蒸気処理するにあたって、炭素繊維強化プラスチックを構成するプラスチックの炭化を抑制して、炭素繊維を回収できる炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下に示される。
〈１〉水蒸気を導入する導入部と、
前記水蒸気を８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部と、
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持する保持部と、を備えた炭素繊維の回収装置であって、
前記被処理体を前記過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収装置。
〈２〉前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する前記〈１〉記載の炭素繊維の回収装置。
〈３〉前記処理は常圧下で行う前記〈１〉又は〈２〉の炭素繊維の回収装置。
〈４〉炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収方法。
〈５〉前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する前記〈４〉記載の炭素繊維の回収方法。
〈６〉前記処理は常圧下で行う前記〈４〉又は〈５〉の炭素繊維の回収方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炭素繊維の回収装置によれば、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる。特に炭素繊維強化プラスチックを過熱水蒸気処理するにあたって、炭素繊維強化プラスチックを構成するプラスチックの炭化を抑制して、炭素繊維を回収できる。
炭素繊維を束ねた繊維束を備え、前記処理ではプラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する場合は、とりわけ再利用性に優れた炭素繊維を回収できる。特に長繊維の炭素繊維であっても、その形態を損なうことなく、短時間で炭素繊維の回収を行うことができる。
本発明の炭素繊維の回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる。特に炭素繊維強化プラスチックを過熱水蒸気処理するにあたって、炭素繊維強化プラスチックを構成するプラスチックの炭化を抑制して、炭素繊維を回収できる。
炭素繊維を束ねた繊維束を備え、前記処理ではプラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する場合は、とりわけ再利用性に優れた炭素繊維を回収できる。特に長繊維の炭素繊維であっても、その形態を損なうことなく、短時間で炭素繊維の回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の炭素繊維の回収装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の炭素繊維の回収装置の他例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の炭素繊維の回収装置の更に他例を示す模式的な断面図である。
【図４】発熱体の構造の一例を示す模式的な斜視図である。
【図５】発熱体の構造の他例を示す模式的な斜視図である。
【図６】集成発熱体の一例を示す模式的な斜視図である。
【図７】図６に示す集成発熱体の模式的な平面図である。
【図８】集成発熱体の他例を示す模式的な斜視図である。
【図９】集成発熱体の更に他例を示す模式的な斜視図である。
【図１０】保持部の形態の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１１】保持部の形態の他例を示す模式的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を図１〜１１を用いて詳しく説明する。
［１］炭素繊維の回収装置
本発明の炭素繊維の回収装置１０（以下、単に「装置１０」ともいう）は、水蒸気を導入する導入部１１ａと、
前記水蒸気を８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部１２と、
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持する保持部１３と、を備えた炭素繊維の回収装置であって、
前記被処理体を前記過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする。
【００１２】
これらの導入部１１ａ、ヒータ部１２及び保持部１３の位置関係は特に限定されないが、通常、水蒸気の温度の低い側から、導入部１１ａ、ヒータ部、保持部１３の順に配置される。即ち、水蒸気の上流側から下流側に向かって、導入部１１ａ、ヒータ部、保持部１３の順に配置される。また、これらの各部は互いに隣接されてもよいが、他部を介在してもよい。以下に、各部を説明する。
【００１３】
前記「導入部（１１ａ）」は、水蒸気を導入するものである。この導入部の形状及び大きさ等は特に限定されない。また、ここでいう水蒸気は、通常、飽和水蒸気であるが、８００℃未満の過熱水蒸気を導入してもよい。
【００１４】
前記「ヒータ部（１２）」は、導入部１１ａから導入された水蒸気を８００℃以上の過熱水蒸気に加熱するものである。このヒータ部の構成は特に限定されず、例えば、電磁誘導方式、加圧加熱方式等の種々の方式を採用したヒータ部が挙げられる。これらは１種のみ用いてもよく２種以上を併用してもよいが、これらのなかでも、電磁誘導方式を採用したヒータ部１２が好ましい。
【００１５】
電磁誘導方式を採用したヒータ部１２としては、図１及び図２が例示される。このヒータ部１２（即ち、電磁誘導ヒータ部１２）は、例えば、発熱体１２１と、内部に発熱体１２１が収容された収容体１２４と、収容体１２４の外側に巻回して配置された励磁コイル１２５と、を備えて構成される。
このうち発熱体１２１は、励磁コイル１２５への通電に伴い電磁誘導されて発熱されるものである。そして、発熱体１２１は、電磁誘導により、９００℃程度の高い温度にまで、自身が分解、変質、脱ガス、変形粒成長等することなく発熱させることができるものである。
また、収容部１２４は、発熱体１２１と励磁コイル１２５との間に介在されると共に、発熱体１２１を収容する容器である。
更に、収容体１２４は水蒸気及び過熱水蒸気を外部で開放しないための流路としても機能する。励磁コイル１２５は発熱体１２１を電磁誘導により発熱させるためのコイルである。
【００１６】
前記発熱体１２１を成形する材料は電磁誘導により発熱される材料であれば特に限定されないが、本発明の炭素繊維の回収装置１０においては、下記電磁誘導型発熱体成形材料（以下、単に「成形材料」ともいう）からなる。成形材料は、例えば、下記一般式（１）で表される化合物（以下、「特定酸化物」ともいう）が好ましい。
Ｌａ１−ｘＭ１ｘＭ２Ｏ３−ｙ （１）
〔式中、Ｍ１は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素であり、０＜ｘ≦０．５、且つ、０≦ｙ≦０．１である。〕
【００１７】
この特定酸化物において、元素Ｍ１は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれた少なくとも１種であり、これらのうちの１種のみであってよいし、２種以上の組合せであってもよい。本発明において元素Ｍ１は、Ｓｒを含むことが好ましく、この場合の特定酸化物は、下記一般式（３）及び（４）で表すことができる。
Ｌａ１−ｘＳｒｘＭ２Ｏ３−ｙ （３）
Ｌａ１−ｘＳｒｘｚＭ１１ｘ−ｘｚＭ２Ｏ３−ｙ （４）
〔但し、Ｍ１１は、Ｍｇ、Ｃａ及びＢａから選ばれた少なくとも１種の元素であり、Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素であり、０＜ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．１、且つ、０．５≦ｚ＜１である。〕
上記一般式（３）及び（４）で表される特定酸化物は、単独で用いてよいし、組み合わせて用いてもよい。
【００１８】
また、上記一般式（１）、（３）及び（４）で表される特定酸化物において、元素Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種であり、これらのうちの１種のみであってよいし、２種以上の組合せであってもよい。本発明において元素Ｍ２は、Ｍｎを含むことが好ましい。
【００１９】
上記一般式（１）、（３）及び（４）で表される特定酸化物において、電磁誘導により発熱（特に８００℃以上に発熱）させたときの安定性の観点から、０＜ｘ≦０．５である。また、長期及び繰り返し使用可能等の観点から、好ましくは０＜ｘ≦０．４、より好ましくは０．１≦ｘ≦０．３である。
【００２０】
本発明においては、特定酸化物は、上記一般式（１）において、元素Ｍ１がＳｒである化合物、即ち、上記一般式（３）で表される化合物であって、元素Ｍ２がＭｎであり、且つ、０．１≦ｘ≦０．３である化合物であることが好ましい。成形材料がこの化合物を含むと、電磁誘導により、８００℃以上の高温域の所望の温度に発熱させやすく、この温度において過熱水蒸気を生成させる際の耐食性に特に優れる。
尚、この成形材料は、前記特定酸化物を含む以外に、特定酸化物の製造に際して生成した不可避的不純物及び下記一般式（５）で表される酸化物を含有してもよい。
ＬａＭ２Ｏ３−ｙ （５）
〔式中、Ｍ２は、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素であり、且つ、０≦ｙ≦０．１である。〕
【００２１】
成形材料に含まれる特定酸化物の含有割合は、すべての化合物の合計を１００質量％とした場合、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９５〜１００質量％である。この特定酸化物の含有割合が高いほど、８００℃以上の高い発熱温度に対する安定性に優れる。
【００２２】
更に、この成形材料からなる発熱体は、その表面に配された、下記一般式（２）で表される化合物を含む被覆部を備えることができる（この被覆部を備える場合、発熱体の前記特定酸化物からなる部位を基部というものとする）。この被覆部は１層のみからなってもよく、２層以上からなってもよい。
Ｌａ２Ｏ３・ｎ（ＳｉＯ２） （２）
〔式中、ｎは、１以上２以下の数である。〕
【００２３】
前記被覆部は、前記基部の表面を覆う部分（層）であり、前記一般式（２）で表される化合物を含む。即ち、被覆部は、前記一般式（２）で表される化合物のみからなる部分であってよいし、前記一般式（２）で表される化合物と、他の化合物とからなる部分であってもよい。前記一般式（２）で表される化合物の含有量は、発熱体の耐久性の観点から、被覆部を構成する化合物の全量に対して、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、更に好ましくは６０質量％以上、特に好ましくは６５〜１００質量％である。
【００２４】
被覆部に含まれる、前記一般式（２）で表される化合物は、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。前記一般式（２）において、ｎ＝１及びｎ＝２の場合の化合物、即ち、Ｌａ２Ｏ３・ＳｉＯ２及びＬａ２Ｏ３・２ＳｉＯ２は、安定化合物である。また、１＜ｎ＜２の化合物の場合、この構成の成形材料を、電磁誘導の利用による発熱体として用いると、時間とともに、ｎ＝１及び／又はｎ＝２の化合物に変化する傾向にある。
前記被覆部を構成する一般式（２）で表される化合物の構造は、Ｘ線回折により、同定（定性分析）される。
【００２５】
前記被覆部には、前記一般式（２）で表される化合物以外に、例えば、下記一般式（６）で表される他の化合物を含むことができる。
ｐ（Ｍ２Ｏ）・ｑ（ＳｉＯ２） （６）
〔式中、Ｍ２Ｏは、Ｃｒ、Ｃｏ及びＭｎから選ばれた少なくとも１種の元素Ｍ２の酸化物の１種又は２種以上であり、且つ、０≦ｐ／ｑ≦１０である。〕
この一般式（６）の構造はＸ線回折により、同定（定性分析）される。
【００２６】
本発明に用いる発熱体においては、前記一般式（６）で表される化合物を構成する元素Ｍ２は、前記基部に含まれる特定酸化物（前記一般式（１）で表される化合物）を構成する元素Ｍ２と同一元素を含むことが好ましい。例えば、前記特定酸化物がＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３である場合には、他の化合物を表す前記一般式（６）における元素Ｍ２がＭｎであることが好ましい。即ち、前記一般式（６）で表される他の化合物としては、下記式（７）が挙げられる。
ｐ１（ＭｎＯ）・ｐ２（Ｍｎ２Ｏ３）・ｑ（ＳｉＯ２） （７）
前記一般式（７）において、ｐ１＝１のとき、好ましくは０≦ｐ２≦３、０．５≦ｑ≦１である。
【００２７】
この被覆部の厚さは、電磁誘導を利用した発熱体としての安定性、発熱体自身と被覆部との熱膨張係数差の影響を軽減する等の観点から、好ましくは０．５〜５０μｍ、より好ましくは１〜１０μｍ、更に好ましくは２〜５μｍである。
この被覆部の形成方法は、特に限定されないが、後述するポリシラザンを用いた方法、ゾルゲル法、溶射法等が挙げられる。このうちポリシラザンを用いた方法とは、前記一般式（１）で表される化合物を含む成形体を得る成形体作製工程と、ポリシラザンを含む溶液を用いて、前記成形体の表面にポリシラザンを含む塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜を、熱処理し、前記一般式（２）で表される化合物を含む皮膜を形成する皮膜化工程と、を備えて得る方法である。
【００２８】
前記成形体作製工程は、前記特定酸化物を含む成形体を得る工程である。この工程においては、特定酸化物からなる粉末を含む原料組成物（成形用バインダー、焼結助剤等を含んでもよい）を、金型プレス、ＣＩＰ等のプレス成形等に供して所定の形状体（棒体、線体、板体、球体、多面体等）とし、これを、大気等の酸素含有雰囲気、又は、真空雰囲気にて、例えば、１，２００℃〜１，６００℃の温度で熱処理することにより、成形体とすることができる。
【００２９】
前記塗膜形成工程において、ポリシラザンを含む溶液（以下、「ポリシラザン溶液」という。）を用いて、前記成形体の表面にポリシラザンを含む塗膜が形成される。
前記ポリシラザンは、下記一般式（８）で表される単位を含み、数平均分子量が、好ましくは３０，０００〜１２０，０００、より好ましくは３２，０００〜８０，０００、更に好ましくは３６，０００〜５４，０００の化合物である。
【化１】
〔式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、互いに同一又は異なって、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、フルオロアルキル基、アルキルアミノ基又はアルキルシリル基である。〕
【００３０】
前記ポリシラザン溶液における溶媒は、ポリシラザンを溶解する化合物が好ましく、トルエン、キシレン、メシチレン、２−ブタノン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。これらは、単独で用いてよいし、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。
前記ポリシラザン溶液におけるポリシラザンの濃度は、特に限定されない。
前記ポリシラザン溶液は、市販品を用いることができ、例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製ポリシラザン溶液「ＮＮ３１０−３０」（商品名）を用いることができる。
前記塗膜形成工程において、塗膜の形成方法は、特に限定されず、ディッピング法、スプレー法、スピンコート法等が適用される。また、塗膜形成時の温度も、特に限定されず、室温等とすることができる。
【００３１】
次に、皮膜化工程により、前記成形体の表面の塗膜が熱処理され、前記一般式（２）で表される化合物を含む皮膜が形成される。この工程においては、ポリシラザンが、それ自身の又は水分との反応によって分解されて、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉネットワークが形成されると同時に、このＳｉ元素と、前記成形体を構成する前記一般式（１）で表される化合物におけるＬａ元素とからなる複合酸化物、即ち、前記一般式（２）で表される化合物が形成される。尚、前記一般式（１）で表される化合物の種類によっては、前記一般式（６）で表される化合物が皮膜（被覆部）中に併存する場合がある。
【００３２】
前記皮膜化工程において、熱処理条件としては、温度は、好ましくは９００℃〜１，５００℃の範囲、より好ましくは１，１００℃〜１，３００℃の範囲であり、雰囲気は、大気等の酸素含有雰囲気が好ましい。前記温度において、昇温、温度の保持、降温等を組み合わせてもよい。尚、熱処理時間は、前記成形体の大きさ、塗膜の厚さ等によって、適宜、選択される。
【００３３】
前記塗膜形成工程及び前記皮膜化工程は、各々複数回行ってもよい。この場合、得られた成形材料における皮膜部は、前記一般式（２）で表される化合物を含むものの、皮膜部の元素分布を断面方向で調べると、傾斜構造を有する場合がある。
【００３４】
前記発熱体１２１の形状は、特に限定されず、定形体及び不定形体のいずれでもよい。更に、多孔質であってもよい。その形態も特に限定されないが、例えば、図４及び図５に例示されるように規則的に貫通された貫通孔１２２ｃを備える形態とすることができる。
即ち、図４に例示される発熱体１２２ａは、断面形状が円形であり且つ上下方向に通気可能な貫通孔１２２ｃを複数有し、これらが等間隔に配列した構造を有する発熱体の例である。尚、図４の発熱体１２２ａの側面（図４の手前側）には、通気をより効率よくする等のために、上下方向に半円形の断面形状を有する切り欠きが設けられている。図４に類するものとして、１以上の螺旋状連通孔を備える発熱体とすることもできる。
また、図５の発熱体１２２ｂは、すべての開口形状が同じ大きさの四角形である貫通孔１２２ｃを複数有し、縦方向及び横方向に通気可能な立体メッシュ（３次元正方格子）構造を有する発熱体の例である。図５に類するものとして、３次元六方格子構造を有する発熱体とすることもできる。
【００３５】
前記貫通孔１２２ｃを備える場合、貫通孔１２２ｃは、発熱体（１２２ａ、１２２ｂ）の一面から他面に通気するものであれば、その断面形状、孔径、長さ、数、向き等は特に限定されない。断面形状は、円形、楕円形、三角形、四角形等の多角形、星形等とすることができる。孔径について、孔の切断面を得た場合の最短長さは、通常、１００μｍ以上である。また、この貫通孔１２２ｃは、一面から他面に対して、孔径が一様であってよいし、異なってもよい。更に、この貫通孔１２２ｃは、一面から他面に対して、直線状であってよいし、曲線状であってもよい。また、発熱体が、複数の貫通孔１２２ｃを備える場合には、断面形状、孔径、長さ、向き、隣り合う貫通孔の間隔等が一様であってよいし、異なってもよい。尚、貫通孔１２２ｃを取り巻く壁の表面には、比表面積を大きくする等の目的で、凸部、凹部等を備えてもよい。
【００３６】
これらの発熱体１２１（１２２ａ、１２２ｂ、１２３ａ〜１２３ｆを含む）の好ましい形状は特に限定されないが、板体（円板、角板を含む）、棒体、球体（楕円球体を含む）、線体、多面体等の定形体が好ましい。更に、棒体、板体、球体及び多面体がより好ましい。尚、発熱体１２１は、凸部、凹部、貫通孔等の部位を有してもよい。
【００３７】
更に、図６〜図９に例示されるように、発熱体１２１は、複数の発熱体を集成した集成発熱体１２３（１２３ａ、１２３ｃ、１２３ｅを含む）として用いることもできる。この場合には、ここの発熱体の前記通気性は有してもよいが、有さなくてもよい。即ち、中実である発熱体１２１を利用できる。
集成発熱体１２３は、複数の発熱体が積み上げられて形成された、上下方向に通気可能な複合物である。そして、集成発熱体１２３は、全体として、各発熱体（１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆを含む）の接触により連結した連続体を形成している。これにより、発熱体間の電子伝導性を維持でき、電磁誘導により発熱させることができる。また、複数の発熱体（１２３ｂ、１２３ｄ、１２３ｆを含む）により形成される空間が、少なくとも上下方向に連続しているので、水蒸気の加熱が効率よく進められる。
【００３８】
図６の円板集成発熱体１２３ａは、円板型発熱体１２３ｂを５枚準備し、各円板型発熱体１２３ｂの中心を結んだときに正五角形を形成するように、円板型発熱体１２３ｂの側面を互いに接触させて配置し、これを上方にずらしながら複数段積層（図７参照）した積層物である。図６の円板集成発熱体１２３ａは、各段における円板型発熱体１２３ｂが接触して、見かけ上、円柱体の中心を上下方向にくり抜いたような、略筒状を有しているので、そのくり抜かれている部分が水蒸気の流路となる。円板型発熱体１２３ｂを用いずに、多角形状、楕円形状等の板を用い、適宜、所定間隔を設けながら積層した発熱体とすることもできる。
【００３９】
図８の棒体集成発熱体１２３ｃは、棒型発熱体（角柱等の柱状体）１２３ｄを交互に半周期ずらしながら交互積層してなるウッドパイル型構造を有する。各棒型発熱体１２３ｄの配置方法によっては、上方から見たときの通気経路（流路）が直線状である場合、波線状である場合等がある。
【００４０】
図９の球体集成発熱体１２３ｅは、球型発熱体１２３ｆを面方向に最密充填し、各球型発熱体１２３ｆの中心を結んだときに正三角形を形成するように配置及び積層した、逆オパール構造を有する。最密充填せずに、球型発熱体１２３ｆを、各球型発熱体１２３ｆの中心を結んだときに正方形を形成するように真上に積み上げてなるオパール構造の球体集成発熱体１２３ｅとすることもできる。また、球体を用いずに、立方体、直方体等の多面体、楕円球等の形状の発熱体を積み上げてなる集成発熱体１２３や、球体、立方体等の発熱体の表面から棒体、線体等の発熱体が更に放射状に突き出してなる集成発熱体１２３等とすることもできる。
尚、図６〜図９に係る集成発熱体１２３においては、集成発熱体１２３の形成に用いる発熱体（各ピース）は、各々形状及び大きさが同じものを用いる必要はなく、互いに同一形状であって大きさが異なる発熱体の組合せ、異なる形状どうしの組合せ等とすることができる。
【００４１】
図６〜図９により示される集成発熱体１２３は、いずれも隣り合う発熱体同士が面接触、線接触又は点接触することにより連結した連続体を構成し、乱れのない一定構造を備える。このため、誘導加熱による発熱を誘起しやすく、この集成発熱体１２３から均一な輻射熱を与えることができ、導入される水蒸気に対する効率的な加熱を進めることができる。
【００４２】
本発明の炭素繊維の回収装置において、前記各発熱体１２１は、収容体１２４の内部空間の、好ましくは、発熱体１２１の表面から収容体１２４の内壁までの距離がほぼ一定となるような位置に配設されることが好ましい。尚、前記発熱体１２１の外径、及び、前記収容体１２４の内径、の長さの関係は、導入される水蒸気の加熱効率の観点から、好ましくは、前者＜後者である。
【００４３】
前記収容体１２４の形状は特に限定されないが、例えば、略筒形状とすることができる。この略円筒形状である場合は、通常、円形、楕円形、多角形等の断面形状を有する形態とすることができる。収容体１２４は、単層構造であってよいし、同一の又は異なる材料からなる複層構造であってもよい。尚、目的、用途等に応じて、ふくれ、くびれ、曲がり等の部分、内壁面に凹部、凸部、溝部等を有してもよい。
【００４４】
収容体１２４を構成する材料は、電磁誘導により発熱せず、且つ、耐火性を有するものであれば特に限定されない。このような材料としては、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）、コージェライト、アルミナ、ジルコニア、石英ガラス等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。これらのなかでもチタン酸アルミニウムが好ましい。即ち、収容体１２４の内壁は、Ａｌ２ＴｉＯ５（チタン酸アルミニウム、五酸化チタン二アルミニウム）を含む材料で構成されることが好ましい。Ａｌ２ＴｉＯ５を含む内壁を有する場合、この内壁におけるＡｌ２ＴｉＯ５の含有割合は特に限定されないが、好ましくは７０体積％以上、より好ましくは８０体積％以上、更に好ましくは９０体積％以上（１００体積％であってもよい）である。Ａｌ２ＴｉＯ５を含むことにより、９００℃程度までの高い温度に対して安定であることから耐熱性に優れ、更に、断熱性、耐衝撃性、耐水蒸気性等にも優れた収容体とすることができる。
本発明においては、収容体１２４は、その全体がＡｌ２ＴｉＯ５のみからなる単層型筒状体又は複層型筒状体であることが特に好ましい。
【００４５】
前記励磁コイル１２５は、前記収容体１２４の外側にあって、少なくとも発熱体１２１（集成発熱体１２３を含む）を包囲するように配設される。また、通常、円状又は螺旋状に巻回されている。更に、励磁コイル１２５は、高周波交流電源（図示せず）に接続され、この電源からの電力供給により磁力線を発し、発熱体１２１の発熱を誘起する。
【００４６】
上記励磁コイル１４の周辺部には、発熱構造体１１の発熱時に、収容体１２からの輻射熱の影響を抑制するために、コイル１４を冷却するための冷却手段を備えてもよい。
【００４７】
前記「保持部（１３）」は、炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持するものである。この保持部１３において、被処理体は保持されて、被処理体が過熱水蒸気に対して曝露（過熱水蒸気が充満された流路内に配置した場合等）、又は、過熱水蒸気が被処理体に対して当射（ノズルから過熱水蒸気を射出させて被処理体に当てる場合等）などされることとなる。
保持部１３の構造は特に限定されず、、収容体１２４と一体に備えてもよく、収容体１２４と別体に備えてもよい。収容体１２４と一体に備える場合としては、収容体１２４の一部に保持部１３を備える場合が挙げられる（図２参照）。一方、収容体１２４と別体に備える場合としては、装置１０の排出部１１ｂ側に、収容体１２４とは別体に保持部１３を備える場合が挙げられる（図１参照）。この保持部１３は、前記いずれの形態であっても、被処理体を保持するための保持用部材１３１を備えることができる。この保持用部材１３１は、どのような位置にどのような構成で、どのような形状で配されてもよい。例えば、収容体１２４と別体に備える場合にあっては、図１０及び図１１に例示されるような構成とすることができる。
【００４８】
即ち、図１０に例示される形態は、保持部構成壁（側壁）１３２の排出部１１ｂ側（図２参照）の内側に配された格子形態の保持用部材１３１を備える例である。一方、図１１に例示される形態は、保持部構成壁（側壁）１３２の排出部１１ｂ側（図２参照）の内側に配された枠形態の保持用部材１３１を備える例である。
これらの保持用部材１３１を構成する材料、並びに、保持部構成壁１３２を構成する材料には、前記収容体１２４を構成する材料をそのまま適用できるが、収容体１２４と同じであってもよく異なっていてもよい。
【００４９】
本発明の炭素繊維の回収装置１０（１０ａ、１０ｂ及び１０ｃを含む）は、前記構成以外にも他の構成を備えることができる。他の構成としては、高周波交流電源が挙げられる。この高周波交流電源は本装置１０外に配置してもよいが、本装置１０内に付設することができる。
また、本装置１０内で加熱される水蒸気を供給するための水蒸気供給装置を備えることができる。水蒸気供給装置は本装置１０外に配置してもよいが、本装置１０内に付設することができる。水蒸気供給装置（図示せず）を備える場合には、例えば、収容体１２４の導入部１１ａの側に接続できる。
水蒸気供給装置は、収容体１２４の内部に、水蒸気｛少なくとも水蒸気を含む混合気体（水蒸気及び空気からなる混合気体等）等｝を供給するために、収容体１２４の導入部１１ａに直接的に又は間接的に結合される装置である。水蒸気供給装置は、公知のボイラー等の水蒸気製造手段等を備える。尚、この際の気化は、減圧下、常圧下及び加圧下のいずれでもよい。
【００５０】
本装置１０では、高周波交流電源により励磁コイル１２５に所定の電力を供給し、収容体１２４内の発熱体１２１を発熱させると同時に、又は、発熱させた後、水蒸気供給装置から水蒸気（水蒸気を含む混合気体等の気体を含む）を導入部１１ａ側から供給する。そして、ヒータ部１２により水蒸気は過熱されて、８００℃以上の高温域の所望の温度の過熱水蒸気となる。その後、ヒータ部１２で形成された過熱水蒸気は、保持部１３を通って排出部１１ｂから系外へと排出される。
【００５１】
より詳細には、通常、利用される飽和水蒸気は、収容体１２４の導入部１１ａ側から、一定速度又は一定圧で、水蒸気供給装置（図示せず）から、発熱体１２１が収容されている収容体１２４の内部へと導入される。一方、発熱体１２１は、予め、励磁コイル１４により誘導加熱され発熱しており、導入された飽和水蒸気が発熱体１２１に接触し、又は、収容体１２４内の加熱空間を通気することにより、過熱水蒸気が形成される。その後、この過熱水蒸気は、排出部１１ｂから排出される。
尚、前記励磁コイル１２５による誘導過熱条件としては、発信周波数を、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲から選択して電力を供給することが好ましい。この範囲であれば、発熱体１２１による、所望の温度（温度範囲８００℃以上）への発熱を効率的に進めることができる。
【００５２】
加えて、図３（集成発熱体１２３を利用した例）に例示されるように更に他の構成を備えることができる。即ち、炭素繊維の回収装置１０ｃは、開口部材１４８ａ及びブラケット１４１により形成された導入部１１ａを備える。更に、集成発熱体１２３と収容体１２４と励磁コイル１２５とを含むヒータ部１２を備える。このヒータ部１２は、発熱体支持台１４４と、この発熱体支持台１４４上に集成された集成発熱体１２３と、集成発熱体１２３に内壁が接触しないように配置された円筒状の収容体１２４と、収容体１２４の外側において集成発熱体１２３を包囲しつつ収容体１２４の外壁に接触しないように螺旋状に配設された励磁コイル１２５とにより構成される。また、収容体１２４のうちの排出部１１ｂ側に、収容体１２４と一体的に備えられた保持部１３を備える。この保持部１３は、収容体１２４の内壁から延設された保持用部材を備える。
【００５３】
その他、装置１０ｃには、収容体１２４を励磁コイル１２５に対して所定位置に固定し保持するために、非磁性材料（例えば、ステンレス製）からなるブラケット１４１及び１４２並びに非磁性ステンレス製のボルト１５０及びナット１５１が用いられる。
また、収容体１２４の下方側（導入部１１ａ側）には、一方のブラケット１４１に保持される側に、水蒸気を供給するための水蒸気供給装置（図示せず）から連通させ接続された導入部１１ａを有する。一方、この収容体１２４の上方側（排出部１１ｂ側）には、他方のブラケット１４２に保持される側に、排出部１１ｂを有する。
更に、収容体１２４の上下の各端部及び外壁面には、それぞれ、これらと接するように、断熱性材料からなるシール材１４６及び断熱層１２６が配設される。更に、前記シール材１４６及び断熱層１２６を介して、前記導入部１１ａ近傍に開口部材１４８ａが、排出部１１ｂ近傍に開口部材１４８ｂが、それぞれ配設される。各開口部材１４８ａ及び１４８ｂは、それぞれ、導入部１１ａ及び排出部１１ｂを形成する各外側に突出される管状部を有するとともに、断熱層１２６の両端を遮断するための蓋部１４９ａ及び１４９ｂを備える。
【００５４】
前記励磁コイル１２５は、適当なブラケットから連結されて固定され、この励磁コイル１２５に適当な周波数の電圧を供給するための高周波交流電源（図示せず）に接続される。また、励磁コイル１２５への電圧供給による磁界変化を利用して集成発熱体１２３を発熱させた際に、収容体１２４の外壁より発せられる輻射熱から励磁コイル１２５を保護するために、励磁コイル１２５の内部に冷却水を供給するための冷却系（図示せず）が備えられる。
【００５５】
前記収容体１２４は、適当な断熱材１４７ａ及び１４７ｂを介して配設されたブラケット１４１及び１４２並びにボルト１５０及びナット１５１により固定される。また、これらのブラケット１４１及び１４２は、それぞれ、開口部材１４８ａ及び１４８ｂも固定し、固定した開口部材１４８ａ及び１４８ｂによって、導入部１１ａ及び排出部１１ｂを形成する。
【００５６】
前記ブラケット１４１には、ブラケット１４２、ボルト１５０及びナット１５１とともに、前記収容体１２４の機械的強度を補うとともに導入された水蒸気及び／又は生成された過熱水蒸気の気密性を補うために、スプリングコイル等の弾性体１４５と、台座１４３とを備える。この弾性体１４５を、台座１４３により圧縮させた状態とし、この台座１４３及びブラケット１４２を、ボルト１５０及びナット１５１を用いて固定することにより、収容体１２４において確実な気密性及び機械的強度を確保できる。
【００５７】
前記収容体１２４に収容された集成発熱体１２３は、上記のように、５個の円板型成形材料によって環状とし、これを１段ごとにずらしながら積層してなる略円筒体を形成する（図３、図６及び図７参照）。従って、水蒸気供給装置から導入部１１ａを介して導入された水蒸気を、略筒状の集成発熱体１２３の貫通孔内に通し、連続した凹凸面を形成している、集成発熱体１２３の内壁面との接触効率を高めて、電磁誘導により発熱させた集成発熱体１２３により過熱水蒸気を生成させるようになっている。生成された過熱水蒸気は、その後、排出部１１ｂから排出される。
【００５８】
［２］炭素繊維の回収方法
本発明の炭素繊維の回収方法（以下、単に「回収方法」ともいう）は、炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする。
【００５９】
ＣＦＲＰを温度８００℃以上の過熱水蒸気で処理する本発明の回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維を再利用可能に取り出すことができる。即ち、炭化を抑制しながらＣＦＲＰを構成するプラスチックを除去できる。更に、除去する際には当初のプラスチック質量の一部に相当する部分が適度に残存される。これにより、特にＣＦＲＰ内に炭素繊維基布が積層された積層布（積層炭素繊維基布）が含まれている場合には、その層間を剥離させながら、各基布の形態を維持したまま、炭素繊維束の単繊維間の解離を抑制して、炭素繊維を回収できる。
【００６０】
前記「被処理体」は、ＣＦＲＰを少なくとも処理物であればよく、その種類及び形態等は特に限定されない。即ち、例えば、ＣＦＲＰと樹脂（ＣＦＲＰに含まれるプラスチックと異なる樹脂）との複合体、ＣＦＲＰと金属との複合体、ＣＦＲＰとセラミックとの複合体等が挙げられる。
【００６１】
前記「炭素繊維強化プラスチック」は、プラスチック内部に炭素繊維が強化材として含まれた素材である。このＣＦＲＰには、例えば、フィラメント及び／又は織布を樹脂含浸させたプリプレグを積層した後、プレス成形及び／又はオートクレーブ成型等を施して得られたＣＦＲＰ、樹脂と短繊維を混合物を射出成形（更には硬化処理）等が施されて得られたＣＦＲＰ、等が含まれる。
【００６２】
ＣＦＲＰ内に含まれる炭素繊維の形態は特に限定されず、炭素繊維（短繊維及び／又は長繊維）はＣＦＲＰ内に不規則に含まれてもよく、炭素繊維（短繊維及び／又は長繊維）はＣＦＲＰ内に不織布として含まれてもよく、炭素繊維（短繊維及び／又は長繊維）はＣＦＲＰ内に織布として含まれてもよく、更には、その他の形態で含まれてもよい。また、不織布及び織布にあっては、単層で含まれてもよく、単独又は併用により積層されて含まれてもよい。
【００６３】
更に、ＣＦＲＰ内に含まれる炭素繊維は、短繊維であってもよく、長繊維であってもよいが、本方法は繊維束を維持したまま炭素繊維を回収できるという観点から、本発明の作用を効果的に得ることができる長繊維の繊維束であることが好ましく、更には、長繊維の繊維束を用いた織布として含まれていることが好ましい。この繊維束を構成する炭素繊維の本数は特に限定されないが、例えば、１０００〜２４０００本とすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この繊維束を構成する炭素繊維の本数は１０００〜１２０００本が好ましく、１０００〜６０００本がより好ましく、１０００〜３０００本が特に好ましい。
【００６４】
前記「炭素繊維」は、どのような種類のものを用いてもよいが、通常、有機繊維、石炭ピッチ、石油ピッチ等を紡糸して製造した繊維を炭化して得られる繊維である。即ち、例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）繊維を原料に用いたＰＡＮ系炭素繊維、石炭ピッチ、石油ピッチを原料に用いたピッチ系炭素繊維が含まれる。これらの炭素繊維は１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００６５】
更に、その繊維径は特に限定されないが、例えば、５〜１５μｍとすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この繊維径は５〜１２μｍが好ましく、６〜１０μｍがより好ましく、６〜９μｍが特に好ましい。また、炭素繊維強化プラスチック内に占める炭素繊維の体積割合（ＣＦＲＰ全体を１００体積％とする）も特に限定されないが、例えば、３０〜８０体積％とすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この体積割合は４０〜６０体積％が好ましく、４０〜５５体積％がより好ましく、４５〜５０体積％が特に好ましい。
【００６６】
前記「プラスチック」は、ＣＦＲＰを構成する高分子である。このプラスチックの樹脂種は問わず用いることができる。即ち、例えば、熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよく、更には、その他の樹脂（高分子）であってもよい。熱可塑性樹脂としては、メチルメタクリレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニールエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。これらは１種のみを用いてもよく２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、熱硬化性樹脂が好ましく、更には、エポキシ樹脂がより好ましい。
【００６７】
炭素繊維強化プラスチック内に占めるプラスチックの体積割合（ＣＦＲＰ全体を１００体積％とする）も特に限定されないが、例えば、２０〜７０体積％とすることができる。本方法による作用をより効果的に得るには、この体積割合は４０〜６０体積％が好ましく、４０〜５５体積％がより好ましく、４５〜５０体積％が特に好ましい。
【００６８】
前記「処理」は、過熱水蒸気と接触させることである。この接触によりプラスチックがＣＦＲＰから除去される。ここでいう除去とは、過熱水蒸気より前記プラスチックが気化、昇華、分解、焼失されることを含む意味である。
前記処理におけるＣＦＲＰと過熱水蒸気との接触はどのように行ってもよい。即ち、例えば、過熱水蒸気の雰囲気下にＣＦＲＰを曝露してもよく、過熱水蒸気をノズル等を利用してＣＦＲＰに当射してもよい。これらのうちでは前者が好ましい。前者、即ち、曝露であれば、炭素繊維の飛散を抑制でき、炭素繊維の回収のしやすさの観点から好ましい。更には、前記本発明の炭素繊維の回収装置を利用することがより好ましい。
【００６９】
また、前記処理では、過熱水蒸気の温度は８００℃以上であればよく、その温度は特に限定されないが、８００〜１０００℃が好ましい。この範囲の温度では、プラスチックの炭化を抑制しつつ、プラスチックの除去速度を大きくできる。この温度は、更に、８００〜９００℃がより好ましく、８５０〜９００℃が特に好ましい。
更に、処理時間も特に限定されないが、２〜１０分が好ましい。この範囲の時間では十分にプラスチックの除去を行うことができると共に、これ以上の時間処理を行ってもプラスチックの除去への寄与が低くなる傾向にあるからである。この時間は、３〜７分がより好ましく、３〜５分が特に好ましい。
【００７０】
更に、本方法では、処理するＣＦＲＰが、炭素繊維を束ねた繊維束を備える場合には、前記処理ではプラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収できる。これにより、とりわけ再利用性に優れた炭素繊維を回収できると共に、特に長繊維の炭素繊維であっても、その形態を損なうことなく、短時間で炭素繊維の回収を行うことができる。
尚、前記残存とは、処理前のプラスチックのままでの残存のみを表すのではなく、どのような形態での残存であってもよい。即ち、処理前におけるプラスチックの質量割合として換算した場合に、残存形態に関わらず、前記質量の２０〜３２質量％に相当するものが残存されることを意味する。この残存されるものとしては、プラスチック自体、プラスチックの炭化物等が含まれる。
【００７１】
この「プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させる」ことを、後述する実施例における式（９）に基づいて除去率として換算した場合には、「除去率において６８〜８０％に相当するプラスチックを除去するとともに、２０〜３２％に相当するプラスチックを残存させる」こととなる。更に、下記式（１１）に基づいて残存率として換算した場合には、「除去率６８〜８０％且つ残存率２０〜３２％とする」こととなる。
残存率（％）＝｛ＭＰ−（Ｍ１−Ｍ２）｝／ＭＰ×１００ （１１）
処理前のＣＦＲＰの質量――――――――――――；Ｍ１
処理後のＣＦＲＰ（炭素繊維回収物）の質量―――；Ｍ２
処理前のＣＦＲＰ中に含まれるプラスチックの質量；ＭＰ
（ＭＰは下記炭素繊維強化プラスチックに関する各含有率及び密度を利用して算出）
【００７２】
前記残存率は、２０〜３２％とすることが好ましく、２４〜３２％とすることがより好ましく、２５〜３１％とすることが特に好ましい。即ち、除去率は６８〜８０％とすることが好ましく、６８〜７６％とすることがより好ましく、６９〜７５％とすることが特に好ましい。
【００７３】
更に、前記処理は常圧下で行うことが好ましい。常圧下で行うとは、図１、図２及び図３に示すように、保持部１３を密閉せずに開放系で前記処理を行うことを意味する。この常圧下で処理を行うことにより、ＣＦＲＰから炭素繊維の形態を損なわず再利用可能に回収することができる。
【実施例】
【００７４】
以下に、実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。尚、下記において、部及び％は、特に断らない限り、質量基準である。
【００７５】
〈１〉円板型発熱体の製造
第一稀元素工業社製Ｌａ０．８Ｓｒ０．２ＭｎＯ３粉末を、プレス成形（圧力：２０ＭＰａ）し、その後、ＣＩＰ成形（圧力：６００ＭＰａ）することにより、円板形状とした。次いで、酸素気流中、温度１，５００℃で５時間焼成することにより、直径２４ｍｍ及び厚さ１０ｍｍの焼結体を得た。
その後、この焼結体をアセトンで超音波洗浄した。そして、焼結体を、２５℃に調整した、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製ポリシラザン溶液「ＮＮ３１０−３０」（商品名）中に、１０秒間浸漬させた後、これを取り出し、酸素気流中、下記条件で熱処理した。これにより、上記焼結体の表面に、Ｓｉ系の酸化物被膜を形成させ、円板型発熱体を得た。上記商品のポリシラザンは、−（ＳｉＨ２ＮＨ）ｎ−であり、ｎ＝８００〜１，２００の化合物である。
＜熱処理条件＞
塗膜付き焼結体を２時間かけて４５０℃まで昇温加熱し、４５０℃で１時間保持した。その後、５時間かけて１，２００℃まで昇温加熱し、１，２００℃で１時間保持した。次いで、５時間かけて、室温まで降温させた。
【００７６】
前記円板型発熱体について、リガク社製「ＲＩＮＴ２０００」（型式名）を用いたＸＲＤ測定、及び、ＰＨＩ社製「ＡＤＥＰＴ１０１０」（型式名）を用いたＤ−ＳＩＭＳ測定に供して、それぞれ、被覆部の組成分析、及び、被覆部表面からの深さ方向分析を行った。その結果、被覆部が、Ｌａ９．３３Ｓｉ６Ｏ２６及びＭｎ７ＳｉＯ１２からなることが分かった。また、これらの割合を求めたところ、Ｌａ９．３３Ｓｉ６Ｏ２６が６５質量％であり、Ｍｎ７ＳｉＯ１２が３５質量％であることが分かった。更に、円板型成形材料の表面から約４μｍのあたりで、Ｓｉ元素の減衰が停滞していることから、被覆部の厚さが約４μｍであることが分かった。
【００７７】
ＸＲＤ測定及びＤ−ＳＩＭＳ測定は、以下の通りである。
＜ＸＲＤ測定条件＞
Ｘ線源：Ｃｕ
スキャンステップ：０．０２ｄｅｇ．
スキャンスピード：４．０ｄｅｇ．／ｍｉｎ．
管電圧：４０ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
＜Ｄ−ＳＩＭＳ測定条件＞
１次イオン：Ｃｓ＋
１次加速電圧：５．０ｋＶ
検出領域：１００μｍ×１００μｍ
【００７８】
〈２〉炭素繊維の回収装置１０（１０ｂ）の作製
前記〈１〉で得られた円板型発熱体を５個単位で用い、各側面を密着させて各中心を結んだときに正五角形を形成するように配置してこれを１段とし、図６及び図７に示すように、縦方向に３６度ずつずらして５０段積層し、上下方向に通気可能な構造を備える円板集成発熱体１２３ａを得た。この円板集成発熱体１２３ａを集成発熱体１２３として用いた。
次いで、集成発熱体１２３を、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２ＴｉＯ５）からなる円筒状の収容体１２４（内径６９ｍｍ）の中央部に、その内壁に接触しないように、発熱体支持台１４４（図３の符号１４４参照、図２に図示せずないが、同様に配設している）上に設置した。また、この収容体１２４の外側であって、集成発熱体１２３を包囲するように且つ収容体１２４の外壁に接触しないように、螺旋状の励磁コイル１２５を配設した。
更に、収容体１２４とは別体の保持部１３を用意した。この保持部１３は、図１０に示す形態であり、収容体１２４上に重ねて配置される保持部構成壁１３２と、２本のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製の丸棒を上下に交差させて格子状に組まれ、保持部構成壁１３２の内壁面に取り外し可能に固定された保持用部材１３１と、を有する（図２及び図１０参照）。
【００７９】
〈３〉炭素繊維の回収
前記〈２〉に示した装置１０ｂ（図２参照）を用い、以下の要領で生成させた各温度の過熱水蒸気で炭素繊維強化プラスチックの処理を行い、炭素繊維の回収を行った。尚、水蒸気供給装置として、水蒸気製造用ボイラー及び送気ポンプを、配管を介して導入部１１ａと連結した。
そして、前記装置１０ｂの保持部１３を取り外したまま、熱電対を排出部１１ｂ側の発熱体１２３の開口部上に配置した状態で、高周波交流電源から、励磁コイル１２５に周波数５０ｋＨｚの電圧を供給し、電磁誘導により集成発熱体１２３を１，１００℃に発熱させた。
【００８０】
その後、比較例１においては、水蒸気供給装置から飽和水蒸気を９．０ｋｇ／時で供給して、導入部１１ａより導入し、発熱している集成発熱体１２３の外表面及び内表面に飽和水蒸気を接触させて、過熱水蒸気の温度が６００℃に安定することを確認し、排出部１１ｂから９．０ｋｇ／時で排出した。次いで、前記上下に組まれた保持用部材１３１の間にＣＦＲＰの試験片を挟んで固定した保持部１３を、過熱水蒸気の温度が６００℃で安定した時点で、過熱水蒸気を発生させたままで、収容体１２４上に積み重ね、そのまま３分間の処理を行った。
【００８１】
同様にして、実施例１〜３においては、水蒸気供給装置から飽和水蒸気を９．０ｋｇ／時で供給して、導入部１１ａより導入し、発熱している集成発熱体１２３の外表面及び内表面に飽和水蒸気を接触させて、８００℃の過熱水蒸気を生成させ、排出部１１ｂから９．０ｋｇ／時で排出して、表１に示すように、実施例１では３分間、実施例２では３０分間、実施例３では６０分間、各々処理を行った。
【００８２】
前記処理の結果を以下の基準で評価し、表１に示した。即ち、当初の炭素繊維強化プラスチックから除去されたプラスチックの質量割合を除去率として、下記式（９）により算出される値を表１に示した。
また、比較例１及び実施例１では、各々１分間あたりに除去されたプラスチックの体積を除去速度とし、下記式（１０）により算出される値を表１に示した。
更に、回収された炭素繊維の状態を下記基準にあてはめ、その結果を表１の「回収状態」の欄に示した。
「○」…基布層間が剥離し、且つ、繊維束を維持したまた回収できた。
「×」…基布層間は剥離せず、炭素繊維を回収できなかった。
【００８３】
【表１】
【００８４】
除去率の算出方法
除去率（％）＝（Ｍ１−Ｍ２）／ＭＰ×１００ （９）
処理前のＣＦＲＰの質量――――――――――――；Ｍ１
処理後のＣＦＲＰ（炭素繊維回収物）の質量―――；Ｍ２
処理前のＣＦＲＰ中に含まれるプラスチックの質量；ＭＰ
（ＭＰは下記炭素繊維強化プラスチックに関する各含有率及び密度を利用して算出）
【００８５】
除去速度の算出方法
除去速度（ｃｍ３／分）＝｛（Ｍ１−Ｍ２）／ρ｝／Ｔ （１０）
処理前のＣＦＲＰの質量――――――――――――；Ｍ１
処理後のＣＦＲＰ（炭素繊維回収物）の質量―――；Ｍ２
ρ（プラスチックの密度）―――――――――――；１．２４ｇ／ｃｍ３
Ｔ（処理時間）――――――――――――――――；３分
【００８６】
試験片として利用した炭素繊維強化プラスチックは以下の通りである。
寸法；２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍ
炭素繊維種；東レ株式会社製、品名「Ｔ３００」（繊維径７μｍ、密度１．７６ｇ／ｃｍ３）
炭素繊維形態；単繊維３０００本が無撚り状態で束ねられた繊維束（幅約１．５ｍｍ）
炭素繊維基布；平織り織布
炭素繊維積層数；１０層（１０層積層炭素繊維基布）
炭素繊維含有率；４６体積％（炭素繊維強化プラスチック全体１００体積％）
プラスチック種；エポキシ樹脂（密度１．２４ｇ／ｃｍ３）
プラスチック含有率；５４体積％（炭素繊維強化プラスチック全体１００体積％）
【００８７】
〈４〉実施例の効果
比較例１における除去率は６５％であったものの、積層炭素繊維基布の層間が剥離されておらず、再利用可能な回収ができなかった。
これに対して、実施例１〜３では、いずれも炭素繊維強化プラスチックに含まれるプラスチックの７０質量％以上を除去し、且つ、当初含まれたプラスチックの３０質量％に相当する成分を残存させた状態で炭素繊維を回収することができた。これにより、炭素繊維製の積層された基布の層間は剥離可能な状態にできた。一方で、繊維束が過度に分解されて、単繊維の状態にまで解離されてしまうことを抑制できた。このことから、再利用性に極めて優れた状態の炭素繊維を回収することができたことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の炭素繊維の回収装置及び炭素繊維の回収方法は、炭素繊維リサイクル分野において広く利用できる。例えば、自動車材料、航空機材料、スポーツ用品材料、家電製品材料等を利用する各種分野において好適である。
【符号の説明】
【００８９】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ；炭素繊維の回収装置、
１１ａ；導入部、１１ｂ；排出部、
１２；ヒータ部、
１２１：発熱体、
１２２ａ、１２２ｂ：通気性発熱体、１２２ｃ；通気孔、
１２３；集成発熱体、
１２３ａ；円板集成発熱体、１２３ｂ；円板型発熱体、
１２３ｃ；棒体集成発熱体、１２３ｄ；棒型発熱体、
１２３ｅ；球体集成発熱体、１２３ｆ；球型発熱体、
１２４；収容体、１２５；励磁コイル、１２６；断熱層、
１３；保持部、１３１；保持用部材、１３２；保持部構成壁、
１４１，１４２：ブラケット、１４３：台座、１４４：発熱体支持台、１４５：弾性体、１４６：シール材、１４７ａ，１４７ｂ：断熱材、１４８ａ：開口部材（導入部側開口部材）、１４８ｂ：開口部材（排出部側開口部材）、１４９ａ：蓋部（導入部側蓋部）、１４９ｂ：蓋部（排出部側蓋部）、１５０；ボルト、１５１；ナット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を導入する導入部と、
前記水蒸気を８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部と、
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持する保持部と、を備えた炭素繊維の回収装置であって、
前記被処理体を前記過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収装置。
【請求項２】
前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する請求項１記載の炭素繊維の回収装置。
【請求項３】
前記処理は常圧下で行う請求項１又は２の炭素繊維の回収装置。
【請求項４】
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収方法。
【請求項５】
前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する請求項４記載の炭素繊維の回収方法。
【請求項６】
前記処理は常圧下で行う請求項４又は５の炭素繊維の回収方法。
【請求項１】
水蒸気を導入する導入部と、
前記水蒸気を８００℃以上に加熱して過熱水蒸気とするヒータ部と、
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を保持する保持部と、を備えた炭素繊維の回収装置であって、
前記被処理体を前記過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収装置。
【請求項２】
前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する請求項１記載の炭素繊維の回収装置。
【請求項３】
前記処理は常圧下で行う請求項１又は２の炭素繊維の回収装置。
【請求項４】
炭素繊維強化プラスチックを含む被処理体を８００℃以上の過熱水蒸気にて処理することにより、前記炭素繊維強化プラスチック中のプラスチックを除去して炭素繊維を回収することを特徴とする炭素繊維の回収方法。
【請求項５】
前記炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維を束ねた繊維束を備え、
前記処理前の前記炭素繊維強化プラスチック中に含まれるプラスチックを１００質量％とした場合に、前記処理では前記プラスチックの６８〜８０質量％を除去するとともに２０〜３２質量％を残存させ、前記繊維束の形態を保った状態で炭素繊維を回収する請求項４記載の炭素繊維の回収方法。
【請求項６】
前記処理は常圧下で行う請求項４又は５の炭素繊維の回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２２０３２（Ｐ２０１１−１２２０３２Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９８７２（Ｐ２００９−２７９８７２）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度，文部科学省，委託研究（都市エリア産学官連携促進事業（発展型）東濃西部エリア 環境調和型セラミックス新産業の創出），産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３５２２）財団法人ファインセラミックスセンター (147)
【出願人】（５０５３７４３５８）株式会社大同 (6)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度，文部科学省，委託研究（都市エリア産学官連携促進事業（発展型）東濃西部エリア 環境調和型セラミックス新産業の創出），産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１７３５２２）財団法人ファインセラミックスセンター (147)
【出願人】（５０５３７４３５８）株式会社大同 (6)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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