(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対の電極に高電圧パルスを印加して、これら電極間の放電路内に置かれて気体又は液体を内包する被破砕物を放電により破砕する電気破砕方法であって、
前記電極が対の電極板で上下方向に開通して下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路を形成して対向配置され、
これら対の電極板間の通路に被破砕物が投入されて対電極間に被破砕物の接触経路が形成され、
前記被破砕物と前記電極板との接触部分から被破砕物同士の接触部分を経由して前記被破砕物内の気体又は液体を通る放電により放電経路内の被破砕物が破砕されることを特徴とした電気破砕方法。
【請求項２】
前記対の電極板を上下多段に且つ下段側ほど対向間隔が小さくなるように装備した構成とし、多段階放電で徐々に小径とする破砕を可能としたことを特徴とした請求項１に記載の電気破砕方法。
【請求項３】
上下方向に開通して下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路を形成して対向配置された対の電極板と、該対の電極板に高電圧パルスを印加して電極板間に置かれて気体又は液体を内包する被破砕物の接触経路に放電を発生させる高電圧パルス発生手段と、前記電極板間の通路に前記被破砕物を投入する被破砕物供給手段とを備えることを特徴とした電気破砕装置。
【請求項４】
前記対の電極板を絶縁体により上下多段に且つ下段側ほど対向間隔が小さくなるように装備したことを特徴とした請求項３に記載の電気破砕装置。
【請求項５】
前記対の電極板が処理槽の液中に浸漬されていることを特徴とした請求項３又は４に記載の電気破砕装置。
【請求項６】
前記対の電極板の少なくとも１つに角度調整手段が設けられていることを特徴とした請求項３〜５の一項に記載の電気破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対の電極板に高電圧パルスを印加して、この電極板間に発生する放電により被破砕物を破砕する電気破砕方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、電気放電によって起こる被破砕物の破砕現象は、図９の（１）〜（３）の三つの場合に分けられる。
図９の（１）は、電気放電が被破砕物６から離れた位置を通る場合である。この場合は、電気放電によってその周囲の媒体が状態変化を起こして衝撃波が発生し、衝撃波が圧縮力として被破砕物６に作用することによって被破砕物６が破砕される場合である。
【０００３】
図９の（２），（３）は、いずれも電気放電が被破砕物６内を通り、被破砕物６内部を通る電気放電が物体内部の微細空隙６ａ中の空気や水等に爆発的熱膨張を引き起こし、この爆発的熱膨張によって物体に作用する引っ張り荷重によって被破砕物６が破砕される場合である。
【０００４】
例えば、鉱石の場合、次の表１に示すように、圧縮強度と比較して、引張強度が著しく小さい。従って、被破砕物６が鉱石の場合では、破砕方法としては、電気放電を物体内に通して、電気放電が引き起こす爆発的熱膨張により引っ張り破壊を起こさせることが、破砕の効率化に繋がる。
【０００５】
なお、前述の図９の（３）の場合は電気放電を発生する両電極が被破砕物６に密着しているが、図９の（２）場合は一方の電極と被破砕物６との間に隙間が存在する。このように、隙間が存在している場合は、放電エネルギの一部が隙間空間に散逸してしまうエネルギロスが起こるため、図９の（３）のように両電極が被破砕物６に密着している場合と比較すると、破砕効率が悪くなる。
【０００６】
【表１】
0003825889.tif 000002
【０００７】
ここで、図８は従来の電気破砕装置の一例であり、特開昭６０−１１８２５２号公報に開示されたものがある。この電気破砕装置１は、タイヤ等の常温では破砕が不能又は困難な被破砕物に対し、例えば液化窒素ガス等の低温液化ガスで冷却して脆化させた後に、電気放電によって破砕するものである。
【０００８】
この電気破砕装置１では、被破砕物６を収容しているバケット８は昇降装置１８によって搬入用のコンベヤ５の終端から処理槽３内の固定電極４の付近まで昇降可能にされている。また、可動電極１０は移動装置１９によって支持されている。
【０００９】
この移動装置１９は、バケット８が被破砕物６を固定電極４上に降ろす時には、図に実線で示すように、バケット８の動作の邪魔にならない位置に可動電極１０を退避させ、バケット８がコンベヤ５の終端側に戻った時には、図に２点鎖線で示すように、固定電極４と対向する位置に可動電極１０が来るように、可動電極１０を進出させる。また、移動装置１９は、固定電極４上の被破砕物６が固定電極４と可動電極１０によって挟まれるように、固定電極４を降下させる構成となっている。
【００１０】
ここで、電気放電により破砕を行う場合には、図９の（３）に示した状態で電気放電が成されるように、一対の電極相互の位置、あるいは一対の電極間の被破砕物６の状態を制御・管理すれば、より少ない電力で効率よく破砕処理を実施でき、省エネルギーと、生産性の向上とを図ることが可能になる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図８に示した従来の電気破砕装置１では、可動電極１０と被破砕物６とをバランスよく接触させることができず、被破砕物６を固定電極４と可動電極１０とで隙間なく挟み込んだ状態を得ることは、実際上不可能に近い。従って、可動電極１０と被破砕物６とは非接触の状態で放電されるので、図９の（１）または（２）の状態で電気放電がなされる場合が大半となり、放電エネルギーのロスが多くなるという問題があった。
【００１２】
更に、図８の装置では、被破砕物６を一定量ずつバッチ式に搬入・搬出する方式となっており、連続処理ができず生産性の向上を図ることが難しい。
また、放電エネルギーのロスを見込んで放電電圧を高めていると、たまたま可動電極１０と被破砕物６との距離が近く、図９の（３）に示す理想の放電がなされた場合には、電気放電が強力すぎて、過度の破砕が発生する虞もあった。
【００１３】
このように、図９の（３）に示す理想の放電を安定して実現させるには、被破砕物の一つずつの固まりを電極により挟む他になく、生産性が悪すぎるために、今日まで実現されていない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することにあり、一対の電極間に隙間なく被破砕物を挟んだ理想の状態で被破砕物内に電気放電を通して、エネルギーロスが少なく効率の良い電気破砕を実現でき、また、被破砕物の投入時に一方の電極の退避等が必要なく、連続処理が可能で、省エネルギーと生産性の向上とを実現することのできる電気破砕方法及び装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、対の電極に高電圧パルスを印加して、これら電極間の放電路内に置かれて気体又は液体を内包する被破砕物を放電により破砕する電気破砕方法であって、前記電極が対の電極板で上下方向に開通して下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路を形成して対向配置され、これら対の電極板間の通路に被破砕物が投入されて対電極間に被破砕物の接触経路が形成され、前記被破砕物と前記電極板との接触部分から被破砕物同士の接触部分を経由して前記被破砕物内の気体又は液体を通る放電により放電経路内の被破砕物が破砕されることにより達成される。
【００１６】
実際の主要な構成としては、上下方向に開通して下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路を形成して対向配置された対の電極板と、該対の電極板に高電圧パルスを印加して電極板間に置かれて気体又は液体を内包する被破砕物の接触経路に放電を発生させる高電圧パルス発生手段と、電極板間の通路に被破砕物を投入する被破砕物供給手段とを備える構成の電気破砕装置となる。
【００１７】
そして、上記構成によれば、被破砕物供給手段から対の電極板間に投入された被破砕物は、自然落下によって対の電極板間の通路を通過しようとする。そして、対の電極板間の通路は、下側に向かって次第に通路幅が狭まる構成のため、対の電極板間の下端の離間寸法を適宜に設定しておけば、対の電極板の下端部で投入された被破砕物が詰まった状態を作ることができ、結局、対の電極間に接触状態で被破砕物を挟んだ理想の状態で被破砕物内に電気放電を通すことができ、エネルギーロスが少なく効率の良い電気破砕を実現することができる。
そして、対の電極板は、投入される被破砕物の粒塊寸法に変更がなければ、いずれも固定配置にしても良く、被破砕物の投入時に一方の電極の退避等が必要なく、電極板の退避操作等によるタイムロスを招くことなく、連続処理が可能である。
【００１８】
また、被破砕物に両電極が密着して、放電エネルギーのロスが少ない理想の状態で電気破砕を実施できるため、放電エネルギーのロスを見込んで放電電圧を高めに設定する必要がなく、電気放電が強力すぎて過度の破砕が発生するという不都合を防止することができる。
【００１９】
なお、上記の電気破砕方法及び装置において、上下方向に開通すると共に下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路を形成するように対向配置される上記対の電極板は、上下多段に且つ下段側ほど対向間隔が小さくなるように装備し、多段階放電で徐々に小径とする破砕を可能とすることができる。
このようにすると、各段の電極板毎に、破砕対象の被破砕物の塊の大きさをある程度の範囲に設定することができ、より適正な放電電圧を設定することができる。
【００２０】
なお、上記の電気破砕方法及び装置において、対の電極板は、処理槽の液中に浸漬されて、液中で被破砕物に電気放電を行うようにしてもよい。
このようにすると、一対の電極板を浸漬する液の電気特性を適宜に選定することによって、被破砕物に通す電気放電をより高精度に制御・管理可能になる。
また、上記の電気破砕方法及び装置において、対の電極板の角度調整機構を備えることができる。この機構により、破砕処理済みの物体の落下を調整することができ、破砕物の粒径を任意に変更することもできる。
更に、本発明は対の電極板間でプリッジングしている被破砕物に放電電流を通す発明であるが、放電しない時のプリッジングは不要であるので、電極板に揺動機構を設けることで、プリッジングを解消することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態に係る電気破砕装置を詳細に説明する。
図１は本発明に係る電気破砕装置の第１実施形態の概略構成図、図２は図１における要部の拡大図、図３は対向配置された一対の電極板間における電気放電の発生形態の説明図である。
【００２２】
この第１実施形態の電気破砕装置３０は、上下方向に開通すると共に下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路３１を形成するように対向配置された対の電極板３３，３４と、これらの対の電極板３３，３４に高電圧パルスを印加して放電を発生させる高電圧パルス発生装置３６と、通路３１に被破砕物３８を投入する被破砕物供給手段としてのシュータ４０と、対の電極板３３，３４を浸漬する液４２を貯留した処理槽４４と、通路３１の下端出口から落下してくる破砕処理済みの被破砕物３８を槽外に排出する回収用搬送手段４６とを備えて、対の電極板３３，３４間の通路３１に投入された被破砕物３８を対の電極板３３，３４間に発生する電気放電により破砕させる。
【００２３】
この第１実施形態の場合は、電極板３３，３４は、これらの電極板３３，３４間の挟角αが３０゜程度になるように、設定しているが、対向する電極板相互の挟角αは、この実施形態のものに限定するものではなく、投入される被破砕物３８の初期の塊の大きさ等に応じて、適宜に設計変更可能である。但し、実用的には、挟角αは、約３０〜９０゜の範囲で適宜値に設定するとよい。
【００２４】
前述の各電極板３３，３４はいずれも、図２に示すように、上下方向の途中の３カ所に絶縁材料性の絶縁域４８を装備したもので、実質的には、電極板３３は上下方向に離間配置した４つの互いに独立した電極板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとして機能し、電極板３４は上下方向に離間配置した４つの互いに独立した電極板３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄとして機能する。
また、絶縁域４８で分割された各電極板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、水平方向に対向するもの同士が、下方側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路３１を形成する電極板の対となる。
絶縁域４８は、電気放電が対向配置された電極板間以外に飛ぶことを防止するためのもの、即ち、上下に近接する電極板間で電気放電が発生することを防止するためのものである。
【００２５】
即ち、この第１実施形態の場合は、実質的には、上下方向に開通すると共に下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路３１を形成するように対向配置される４対の電極板が、対向間隔が下段側が小さくなるように、上下に４段に装備された構成となっている。
図３に示すように、上下方向に開通すると共に下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路５１を形成するように対向配置される電極板５２，５３に、電気放電を発生させる所定の電圧が印加されると、基本的には、通路幅ｗが最小となる各電極板の下端域Ａ間に、電気放電が発生する。
実際には、被破砕物が投入されると、各電極板５２，５３に接触している被破砕物同士が更に接触している経路が下端域Ａ間に形成され、この経路を通って電気放電が発生する。そして、この経路にある被破砕物が破砕される。
【００２６】
従って、この第１実施形態のように、上下方向に４段に、電極板対を配置した構成では、各段の電極板対毎に、各電極板の下端域で電気放電が発生し、結局、被破砕物３８は、通路３１を通過するまでに、最大、４回の電気破砕を受け、段階的に所望の粒径に破砕されることになる。
なお、対の電極板の隙間は目的の破砕程度に対応して設定される。
【００２７】
高電圧パルス発生装置３６は、一定周期毎に、互いに対をなす各段の電極板３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄに、高電圧パルスの印加を行う。
また、高電圧パルス発生装置３６は、被破砕物３８を通過する電気放電が強力過ぎて過破砕が生じないように、各段の電極板に印加する高電圧パルスは、各段における通路幅や、被破砕物３８の特性（引張強度や硬度などの特性）に応じて設定する。更に、対となっている電極以外の電極に放電しないように、各段へのパルス供給を同時に行うことが好適である。
【００２８】
実際には、高電圧パルス発生装置３６では、所望の破砕程度について、各段の電極板毎に、図４に示すようなサンプリングデータに基づいて、各電極板間の電気容量や、各供給電圧条件、更には、電極板間の媒体の電気抵抗、放電インターバルを設定している。
図４は、花崗岩を破砕する場合を例にとって、各電極板間の電気容量について、印加する電圧と放電エネルギーとの相関を示したもので、各電気容量の線上の●印は電気は流れるが花崗岩は破砕されない部分、電気容量の線上△印は流れる電気によって花崗岩が実際に破砕される部分を示している。
この図４では、曲線Ｂよりも上方の範囲が絶縁破壊（electrical  breakdown）を興じる部分で、曲線Ｃよりも上方の部分が実際に花崗岩が電気破砕される範囲である。従って、曲線Ｃよりも上方の範囲に入るように、各電極板間の電気容量設定や、供給電圧を設定することになる。
【００２９】
電極板３３，３４が浸漬される液４２は、電気放電が良好に果たせるように両極板間における絶縁特性を調整する機能と、例えば、被破砕物３８が多孔性の鉱石等の場合に、電気放電が被破砕物３８内を通過したときに起こる爆発的膨張によって引っ張り荷重が被破砕物３８内の微細空隙に効率良く作用するように、被破砕物３８内の空隙を埋める機能を果たすもので、これらの機能を満足する液体（水が好適）が適宜選定される。
【００３０】
更に、上記の装置における対の電極板の隙間やなす角度、及び、各電極板間の電気容量、各供給電圧条件、電極板間の媒体の電気抵抗、放電インターバル等は、原料の粒度、空隙率、硬度、水分量にもよって変更を受ける。
【００３１】
以上の電気破砕装置３０では、対の電極板間の放電域に被破砕物３８を挟んだ理想の状態で被破砕物３８内に電気放電を通して、エネルギーロスが少なく効率の良い電気破砕を実現することができる。
そして、対の電極板３３，３４は、投入される被破砕物３８の粒塊寸法に変更がなければ、いずれも固定配置にしても良く、被破砕物３８の投入時に一方の電極の退避等が必要なく、電極板３３，３４の退避操作等によるタイムロスを招くことなく、連続処理が可能である。
従って、より少ない電力で効率よく破砕処理を実施でき、省エネルギーと生産性の向上とを実現することができる。
【００３２】
また、被破砕物３８に両電極が接触して、放電エネルギーのロスが少ない理想の状態で電気破砕を実施できるため、放電エネルギーのロスを見込んで放電電圧を高めに設定する必要がなく、電気放電が強力すぎて過度の破砕が発生するという不都合を防止することができ、適正な破砕処理を経済的に連続実施することができる。
【００３３】
上記のように、段階的に破砕を実施できるため、一度の電気破砕で処理を完了させる場合と比較すると、各段の電極板毎に、破砕対象の被破砕物３８の塊の大きさに応じた適正な放電電圧を設定することができ、破砕を徐々に進めて、破砕程度をより均一にすることができ、製品歩留まりの低下を防止することができる。
【００３４】
また、この第１実施形態の場合は、一対の電極板３３，３４は、処理槽４４の液４２中に浸漬されて、液４２中で被破砕物３８に電気放電を行うため、液４２の電気特性を適宜に選定することによって、被破砕物３８に通す電気放電をより高精度に制御・管理可能になる。
【００３５】
なお、以上の実施形態では、下方に向かって次第に通路幅が狭まるように対向配置される電極板５７，５８を、液中に浸漬するようにしたが、電極板５７，５８は、被破砕物３８の特性によっては、空中に設置するようにしても良い。
【００３６】
図５は本発明に係る電気破砕装置の第２実施形態の概略構成図、図６は図５における要部の拡大図である。
この第２実施形態の電気破砕装置５５は、上下方向に開通すると共に下側に向かって次第に通路幅が狭くなる通路を形成するように対向配置された電極板５７，５８と、これらの電極板５７，５８に高電圧パルスを印加してこれらの電極板５７，５８間に電気放電を発生させる高電圧パルス発生装置３６と、電極板５７，５８間の通路に被破砕物３８を投入する被破砕物供給手段としてのシュータ４０と、電極板５７，５８間の通路を通過した被破砕物３８を受ける処理槽６０と、処理槽６０の底部に落下してくる破砕処理済みの被破砕物３８を槽外に排出する回収用搬送手段６２とを備えて、電極板５７，５８間の通路に投入された被破砕物３８を電極板５７，５８間に発生する電気放電により破砕させる。
【００３７】
前述の第１実施形態と異なる点は、電極板５７，５８が上下方向に三段に完全に分離して装備されている点、三段に装備した各電極板５７，５８はいずれも空中に設置している点、さらに、シュータ４０の上に投入された被破砕物３８に対して散水するシャワー６４を装備した点である。
【００３８】
シャワー６４は、被破砕物３８が多孔質性または亀裂が多い構造で強度的に弱い素材の場合に、散水により投入された被破砕物３８に含水させて、電気放電による被破砕物３８の過破砕を防止するためのものである。
【００３９】
この実施形態では、上下方向に三段に装備された各電極板５７，５８の内、最上段の電極板５７，５８は挟角θ1が約３０゜、中断の電極板５７，５８は挟角θ2が約６０゜、最下段の電極板５７，５８は挟角θ3が約９０゜になるように、対向配置されている。
また、それぞれの電極板５７，５８は、背面が絶縁体６６で覆われている。この絶縁体６６は、電気放電が対向配置された電極板５７，５８間以外に飛ぶことを防止するためのもの、即ち、上下に近接する電極板間で電気放電が発生することを防止するためのものである。
【００４０】
また、この実施形態の場合は、各段の電極板間の下端の通路幅は、各電極板の下端を結んだ線分６８，６９相互の挟角βが３０゜よりも小さくなるように、下段側のものほど小さく設定されている。
しかしながら、各角度及び電極板間の下端の通路幅は、適宜設定されることができる。
【００４１】
また、処理槽６０の底部側には、液７０が貯留されている。この液７０は、最下段の電極板５７，５８を通過して落下してくる破砕処理済みの被破砕物３８を受けて、処理槽６０への衝突による過破砕を防止すると共に、処理槽６０への落下・衝突による騒音の発生を防止する。
【００４２】
以上の電気破砕装置５５の場合も、前述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、下方に向かって次第に通路幅が狭まるように対向配置される電極板の装備段数は、前述の実施形態に限定するものではない。例えば、２段あるいは５段以上の任意段数に装備するようにしてもよい。
また、以上の実施形態では、下方に向かって次第に通路幅が狭まるように対向配置される電極板が、上下方向に多段に装備する構成としたが、多段階に破砕を行う必要がない場合には、電極板の装備を一段としてもよい。
【００４３】
更に、図７は被破砕物のプリッジングを防止するための揺動装置８０と、破砕処理済みの被破砕物の落下調整若しくは破砕物の粒径調整のための開度調整装置９０を備えた形態をしている。図５，６の実施形態の装置を例に取ると、この揺動装置８０と開度調整装置９０は少なくとも一方が電極板５７，５８の背面に備えられた絶縁体６６に取り付けられるが、当然、図１，２の実施形態の装置にも適用できる。揺動装置８０としては、振動を与える機構や揺動モーター等により電極板５７，５８を振る機構などが与えられる。また、開度調整装置９０は、油圧シリンダーや電動のアクチュエーター等を電極板５７，５８の下部又は上部に取付け、その取付位置の反対端を軸支して、適宜角度調整が計られる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の電気破砕方法及び装置によれば、対の電極間に被破砕物を挟んだ理想の状態で被破砕物内に電気放電を通して、エネルギーロスが少なく効率の良い電気破砕を実現することができる。また、連続処理が可能で、より少ない電力で効率よく破砕処理を実施でき、省エネルギーと生産性の向上とを実現することができる。
そして、被破砕物に両電極が密着して、放電エネルギーのロスが少ない理想の状態で電気破砕を実施できるため、適正な破砕処理を経済的に連続実施することができる。
さらに、上記の電気破砕方法及び装置において、上下に多段に電極板対を装備したことで、破砕を徐々に進めることができ、破砕程度をより均一にすることができ、製品歩留まりの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気破砕装置の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】図１における要部の拡大図である。
【図３】対向配置された一対の電極板間における電気放電の発生形態の説明図である。
【図４】対向配置された一対の電極板間の電気容量についての電圧と放電エネルギーとの相関図である。
【図５】本発明に係る電気破砕装置の第２実施形態の概略構成図である。
【図６】図５における要部の拡大図である。
【図７】本発明に係る電気破砕装置の電極板の他の形態を示す部分概略図である。
【図８】従来の電気破砕装置の概略構成図である。
【図９】電気放電による物体の破砕形態の説明図である。
【符号の説明】
３０  電気破砕装置
３１  通路
３３，３４  電極板
３６  高電圧パルス発生装置
３８  被破砕物
４０  シュータ（被破砕物供給手段）
４２  液
４４  処理槽
４６  回収用搬送手段
５５  電気破砕装置
５７，５８  電極板
６０  処理槽
６２  回収用搬送手段
６４  シャワー
【図１】
0003825889.tif 000003
【図２】
0003825889.tif 000004
【図３】
0003825889.tif 000005
【図４】
0003825889.tif 000006
【図５】
0003825889.tif 000007
【図６】
0003825889.tif 000008
【図７】
0003825889.tif 000009
【図８】
0003825889.tif 000010
【図９】
0003825889.tif 000011