JP2000080885A - 電気破砕装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源に起因するシステムの大型化及び複雑化を
招くことなく、破砕対象物での導電経路の形成及び物理
的破砕を効率良く行うことができる電気破砕装置及び方
法を提供すること。 【解決手段】前記破砕対象物１７に電極１３Ａ及び１３
Ｂを当接して、電圧パルス発生部１１から高電圧パルス
を発生すると、インダクタンス制御部１４が、少なくと
も破砕対象物に導電経路を形成する電極１３Ｂ（Ｂ型電
極）に対しては高電圧を印加し、すでに導電経路を形成
した電極１３Ａ（Ａ型電極）に対しては大電流を供給し
て、電極１３Ａを当接した領域を物理的に破砕する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、破砕対象物に当接
した電極組に高電圧パルスを印加して該破砕対象物内に
導電経路を形成し、該形成した導電経路に大電流を供給
して破砕対象物を物理的に破砕する電気破砕装置及び方
法に関し、特に、電源に起因するシステムの大型化及び
複雑化を招くことなく、破砕対象物での導電経路の形成
及び物理的破砕を効率良く行う電気破砕装置及び方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、オイルや水等の液体中で岩石等の
絶縁性固体（破砕対象物）を電気エネルギーの放電によ
り破砕する電気破砕技術では、一度の電気パルスで破砕
対象物が破砕できないことが多いので、同じ箇所に何度
も繰り返し電気パルスを印加する。そして、この破砕対
象物に当接した電極間に何度も電気パルスを印加する
と、最初の数発の電気パルスによって該電極間を橋絡す
る導電経路が形成され、その後の電気パルスによって導
電経路に放電エネルギーが注入され、破砕対象物が電気
破砕される。

【０００３】このように、かかる電気破砕技術では、高
い電圧の印加によって破砕対象物中に導電経路を形成す
る過程では電流を特に必要とせず、逆に破砕対象物を物
理的に破砕する過程では大電流を必要とする。

【０００４】このため、高電圧小電流（小エネルギー）
のパルス電圧発生器と、低電圧大電流（大エネルギー）
のパルス電流発生器とを設け、パルス電圧発生器で発生
した電圧パルスによって導電経路を形成した後に、パル
ス電流発生器で発生した電流パルスにより破砕対象物を
物理的に破砕する技術が知られている。

【０００５】すなわち、この従来技術は、導電路の形成
に際しては小エネルギー電源を利用しているので、エネ
ルギー効率に優れた電気破砕技術である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術のように、導電経路形成用の電源と破砕用の電源
とを別個に設けることとすると、システムが大型化かつ
複雑化し、電気破砕装置の機動性の低下及びコストの高
騰を招くという問題が生じる。

【０００７】すなわち、導電経路形成用の電源のみを考
えた場合であっても、絶縁性媒体（液体）中で非導電性
固体（固体）に導電経路を形成するためには、該液体の
絶縁破壊曲線と固体の絶縁破壊曲線とのクロス点よりも
早く立ち上がる急峻な電圧パルスが必要であるために大
型かつ高価な電源が必要となる。

【０００８】したがって、この導電経路形成用の電源以
外に、さらに新たな破砕用の電源を設けたのでは、シス
テムの大型化及び複雑化を招くのである。

【０００９】これらのことから、電源に起因するシステ
ムの大型化及び複雑化を招くことなく、破砕対象物での
導電経路の形成及び物理的破砕を効率良く行うことがで
きる電気破砕をいかに実現するかが極めて重要な課題と
なっている。

【００１０】そこで、本発明では上記課題を解決し、電
源に起因するシステムの大型化及び複雑化を招くことな
く、破砕対象物での導電経路の形成及び物理的破砕を効
率良く行うことができる電気破砕装置及び方法を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用効果】上記目的
を達成するため、第１の発明は、破砕対象物に当接した
電極組に高電圧パルスを印加して該破砕対象物内に導電
経路を形成し、該形成した導電経路に大電流を供給して
前記破砕対象物を物理的に破砕する電気破砕装置におい
て、前記破砕対象物に当接する複数の電極組と、前記複
数の電極組に並列に印加する高電圧パルスを発生する一
又は複数のパルス発生手段と、前記一又は複数のパルス
発生手段が発生した高電圧パルスを受け取り、少なくと
も前記破砕対象物に導電経路を形成する第１の電極組に
対して高電圧を印加するとともに、該破砕対象物を物理
的に破砕する第２の電極組に対しては大電流を供給する
よう制御する制御手段とを具備するよう構成したので、
下記に示す効果が得られる。

【００１２】１）共通の電源を使って導電経路の形成及
び破砕対象物の物理的破砕を効率良く行うことができ
る。

【００１３】２）共通の電源に２つの役割を担わせるた
め、電源に伴うシステムの大型化及び複雑化を低減する
ことができる。

【００１４】３）一つの電圧パルスによって、導電路形
成と物理的破砕という２種類の効果が得られ、作業能率
が向上する。

【００１５】また、第２の発明は、前記制御手段は、前
記破砕対象物に導電経路を形成する第１の電極組に対す
る電流の供給を阻止する電流阻止手段を具備し、前記電
流阻止手段による電流の阻止を通じて前記第２の電極組
に対する高電圧の印加を継続しつつ、該第２の電極組に
対して大電流を供給するよう構成したので、導電経路を
形成する電極に対する無駄な電流の供給を阻止し、エネ
ルギーを有効利用することができる。

【００１６】また、第３の発明は、前記制御手段は、前
記第１の電極組向けの第１のインダクタンスを前記パル
ス発生手段が内在するインダクタンスよりも大きくし
て、該第１の電極組へ供給する電流を少なくするよう構
成したので、第２の電極向けの高電圧を維持しつつ極め
て簡単に第１の電極向けの電流を阻止できる。

【００１７】また、第４の発明は、前記制御手段は、前
記第２の電極組向けの第２のインダクタンスを前記パル
ス発生手段が内在するインダクタンスよりも大きくする
とともに、該第２のインダクタンスを前記第１のインダ
クタンスよりも小さくするよう構成したので、下記に示
す効果が得られる。

【００１８】１）第２の電極に流れる電流を多くし、破
砕対象物の物理的破砕を効率良く行うことができる。

【００１９】２）第２の電極での絶縁破壊後も第１の電
極にかかる高電圧を容易に維持することができる。

【００２０】また、第５の発明は、前記制御手段は、前
記パルス発生手段が前記第１の電極に対して電流を供給
する経路上にスイッチ手段と、前記パルス発生手段が供
給しスイッチ手段に流れる電流が所定値以上になった場
合又は前記パルス発生手段が電圧パルスを印加した後所
定の期間経過後に、該スイッチ手段を開放して、前記第
１の電極に流れる電流を阻止するよう制御する電流制御
手段とを具備するよう構成したので、第１の電極に流れ
る電流をほとんどなくし、エネルギー効率をより高める
ことができる。

【００２１】また、第６の発明は、破砕対象物に当接し
た電極組に高電圧パルスを印加して該破砕対象物内に導
電経路を形成し、該形成した導電経路に大電流を供給し
て前記破砕対象物を物理的に破砕する電気破砕装置にお
いて、前記破砕対象物に当接する複数の電極組と、前記
複数の電極組に並列に印加する高電圧パルスを発生する
一又は複数のパルス発生手段と、前記一又は複数のパル
ス発生手段が発生した高電圧パルスに伴う電流の供給制
御によって、前記複数の電極組を前記破砕対象物に導電
経路を形成する第１の電極組又は前記破砕対象物を物理
的に破砕する第２の電極組として切替制御する切替制御
手段とを具備するよう構成したので、電極組の移動を伴
わずに、容易かつ短時間で破砕対象物を電気破砕するこ
とができる。

【００２２】また、第７の発明は、破砕対象物に当接し
た電極組に高電圧パルスを印加して該破砕対象物内に導
電経路を形成し、該形成した導電経路に大電流を供給し
て前記破砕対象物を物理的に破砕する電気破砕装置にお
いて、前記破砕対象物に当接する複数の電極組と、前記
複数の電極組に並列に印加する高電圧パルスを発生する
一又は複数のパルス発生手段と、前記一又は複数のパル
ス発生手段が発生した高電圧パルスに伴う電流の供給制
御によって、前記複数の電極組を前記破砕対象物に導電
経路を形成する第１の電極組、前記破砕対象物を物理的
に破砕する第２の電極組又は高電圧パルスを印加しない
第３の電極組として切替制御するよう構成したので、電
気破砕中に電極組を移動させ、作業効率をより向上させ
ることができる。

【００２３】また、第８の発明は、破砕対象物に当接し
た電極組に高電圧パルスを印加して該破砕対象物内に導
電経路を形成し、該形成した導電経路に大電流を供給し
て前記破砕対象物を物理的に破砕する電気破砕方法にお
いて、前記破砕対象物に複数の電極組を当接した後、該
破砕対象物を絶縁破壊し得る高電圧パルスを発生し、該
発生した高電圧パルスを前記複数の電極組に同時に印加
しつつ、前記破砕対象物に導電経路を形成した電極組に
対して大電流を供給することを特徴とする。

【００２４】また、第９の発明は、前記破砕対象物に導
電経路を形成する第１の電極組と該破砕対象物を物理的
に破砕する第２の電極組とに少なくとも１つ以上の電圧
パルスを印加した後、該第１の電極組を前記第２の電極
組に切り替えることを特徴とする。

【００２５】また、第１０の発明は、破砕対象物に当接
した電極組に高電圧パルスを印加して該破砕対象物内に
導電経路を形成し、該形成した導電経路に大電流を供給
して前記破砕対象物を物理的に破砕する電気破砕装置に
おいて、前記破砕対象物に当接する電極組を含む破砕ヘ
ッドをそれぞれ有する複数のブームと、前記複数のブー
ムを支承し、前記複数の電極組に印加する高電圧パルス
を発生するパルス発生部及び該パルス発生部が発生した
高電圧パルスにより、前記破砕対象物に導電経路を形成
する第１の電極組に対しては高電圧を印加するととも
に、該破砕対象物を物理的に破砕する第２の電極組に対
しては大電流を供給する制御部とを有する車体本体とを
具備するよう構成したので、複数のブームを順次移動し
つつ効率良く電気破砕を行うことができる。

【００２６】また、第１１の発明は、破砕対象物に当接
した電極組に高電圧パルスを印加して該破砕対象物内に
導電経路を形成し、該形成した導電経路に大電流を供給
して前記破砕対象物を物理的に破砕する電気破砕装置に
おいて、前記破砕対象物に当接する複数の電極組を含む
破砕ヘッドを有するブームと、前記ブームを支承し、前
記破砕ヘッド内の複数の電極組に印加する高電圧パルス
を発生するパルス発生部及び該パルス発生部が発生した
高電圧パルスにより、前記破砕対象物に導電経路を形成
する第１の電極組に対しては高電圧を印加するととも
に、該破砕対象物を物理的に破砕する第２の電極組に対
しては大電流を供給する制御部とを有する車体本体とを
具備するよう構成したので、一つの破砕ヘッドで破砕対
象物の広い領域を一度に電気破砕することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施の形態
について図面を参照して説明する。

【００２８】まず最初に、本発明が用いる導電経路の形
成の概念について図２を用いて説明する。

【００２９】図２は、固体及び液体に関する絶縁破壊電
圧と時間との関係を示す図である。

【００３０】同図に示すように、固体の絶縁破壊電圧及
び液体の絶縁破壊電圧は、それぞれ時間の経過とともに
低下する点で共通するが、液体の電圧低下率は、固体の
電圧低下率よりも大きい。

【００３１】このため、固体の絶縁破壊曲線と液体の絶
縁破壊曲線は、所定の位置（以下「クロス点」と言
う。）ｐで交差し、該クロス点ｐが固体を絶縁破壊し得
るか否かを示す指標となる。

【００３２】すなわち、図中の曲線２１に示すように、
絶縁性固体に印加する電圧の立ち上りが早く、クロス点
ｐに対応する時間ｔｐ以内に固体の絶縁破壊電圧を上回
る電圧を所定時間印加できれば、この固体は基本的に絶
縁破壊できる。

【００３３】一方、図中の曲線２２に示すように、絶縁
性固体に印加する電圧の立ち上がりが遅く、クロス点に
対応する時間ｔｐの時点で固体の絶縁破壊電圧を上回る
ことができない場合には、固体を絶縁破壊できない。

【００３４】このように、液体の絶縁破壊曲線と固体の
絶縁破壊曲線のクロス点を求めることにより、少なくと
も固体を絶縁破壊するための時間的条件及び電気的条件
が判明する。

【００３５】したがって、かかる電気破砕技術では、液
体の絶縁破壊曲線と固体の絶縁破壊曲線のクロス点に基
づいて、該固体を絶縁破壊するための条件を求め、この
条件を満たす高電圧パルスを破砕対象物に印加して、該
破砕対象物内に導電経路を形成する。なお、一度の電圧
パルスで電極間を橋絡できない場合には、繰り返し電圧
パルスを印加することによって導電経路を形成できる。

【００３６】次に、本実施の形態で用いる電気破砕装置
の基本的な構成について説明する。

【００３７】図１は、本実施の形態で用いる電気破砕装
置の基本的な構成を示す図である。なお、同図に示す電
極１３Ａの間には既に導電経路が形成され、電極１３Ｂ
の間には未だ導電経路が形成されていないものとする。

【００３８】同図に示すように、この電気破砕装置は、
図２に示す条件を満たす立ち上がりの急峻な電圧パルス
を発生する電圧パルス発生部１１と、絶縁性媒体たるオ
イル１５を蓄えるタンク１２と、電極組（以下単に「電
極」と呼称する。）１３Ａ及び１３Ｂと、インダクタン
ス制御部１４と、タンク１２から注入したオイル１５の
漏れを防ぐカバー１６とからなる。

【００３９】電極１３Ａは、既に形成された導電経路を
用いた破砕対象物１７の物理的破砕を目的とした電極
（以下「Ａ型電極」と言う。）である。一方、電極１３
Ｂは、未だ導電経路が形成されていないことから、破砕
対象物１７中での導電経路の形成のみを目的とした電極
（以下「Ｂ型電極」と言う。）である。

【００４０】インダクタンス制御部１４は、高電圧パル
ス発生部１１と電極１３との間に配設され、各電極１３
向けのインダクタンスを制御して、導電経路を形成する
電極１３Ｂ（Ｂ型電極）には高電圧を印加し、破砕対象
物の物理的破砕を行う電極１３Ａ（Ａ型電極）には大電
流を供給する。

【００４１】すなわち、このインダクタンス制御部１４
は、Ｂ型電極による導電経路の形成に際しては高電圧が
主要な役割を果たし、電流すなわちエネルギーがその役
割を担わないことから、このＢ型電極向けのインダクタ
ンスを大きくする。一方、Ａ型電極による物理的破砕に
際しては大電流すなわちエネルギーが主要な役割を果た
すため、このＡ型電極向けのインダクタンスを小さくす
る。

【００４２】なお、このインダクタンス制御部１４は、
Ｂ型電極向けのインダクタンスが大きくなるよう制御し
ているので、Ｂ型電極間の導電経路が橋絡した場合であ
っても該Ｂ型電極間には大電流が流れない。

【００４３】以上、本実施の形態で用いる電気破砕装置
の基本的な構成について説明した。

【００４４】次に、図１に示す電気破砕装置を３つの腕
（ブーム）を持つ電気破砕車両に適用した場合について
具体的に説明する。

【００４５】図３は、図１に示す電気破砕装置を３つの
ブームを持つ電気破砕車両に適用した場合の上面図、側
面図及び処理動作を示す図である。

【００４６】同図（ａ）に示すように、車両本体３１
は、それぞれ破砕ヘッド３３ａ〜３３ｃを有する３基の
ブーム３２ａ〜３２ｃを支承し、各破砕ヘッド３３ａ〜
３３ｃにはそれぞれ一対の電極を装着する。なお、図１
に示す電圧パルス発生部１１、タンク１２及びインダク
タンス制御部１４はそれぞれ車体本体３１に装着され、
各破砕ヘッド３３ａ〜３３ｃ自体がそれぞれカバー１６
の役割を有する。

【００４７】そして、この３つの破砕ヘッド３３ａ〜３
３ｃのうちの一つをＡ型電極を内在する物理的破砕用の
破砕ヘッド（以下「破砕ヘッドＡ」と言う。）とし、他
の一つをＢ型電極を有する導電路形成用の破砕ヘッド
（以下「破砕ヘッドＢ」と言う。）とし、残りの一つを
移動用の破砕ヘッド（以下「破砕ヘッドＣ」と言う。）
としている。なお、これらの破砕ヘッド３３ａ〜３３ｃ
は、それぞれある時点では破砕ヘッドＡとなり、別の時
点では破砕ヘッドＢとなり、さらに別の時点では破砕ヘ
ッドＣとなる。

【００４８】同図（ｂ）に示すように、例えば状態１の
時点で、破砕ヘッド３３ａが破砕ヘッドＢであり、破砕
ヘッド３３ｂが破砕ヘッドＡであり、破砕ヘッド３３ｃ
が破砕ヘッドＣであるとすると、車体本体３１に搭載し
た電圧パルス発生部１１からの電圧パルスの印加によっ
て、破砕ヘッド３３ａは導電経路を形成し、破砕ヘッド
３３ｂは物理的破砕を行う。なお、破砕ヘッド３３ｃは
移動中である。

【００４９】そして、この破砕ヘッド３３ｂが行う物理
的破砕が完了すると、この電気破砕の間に破砕ヘッド３
３ｃが目的場所まで移動して状態２に移行し、破砕ヘッ
ド３３ａが破砕ヘッドＡ、破砕ヘッド３３ｂが破砕ヘッ
ドＣ、破砕ヘッド３３ｃが破砕ヘッドＢに移行する。こ
のため、電圧パルス発生部１１からの電圧パルスの印加
によって、破砕ヘッド３３ａが物理的破砕を行い、破砕
ヘッド３３ｃが導電経路を形成する。

【００５０】そして、この破砕ヘッド３３ａが行う物理
的破砕が完了すると、この電気破砕の間に破砕ヘッド３
３ｂが目的場所まで移動して状態３に移行し、破砕ヘッ
ド３３ｃが破砕ヘッドＡ、破砕ヘッド３３ａが破砕ヘッ
ドＣ、破砕ヘッド３３ｂが破砕ヘッドＢに移行する。こ
のため、電圧パルス発生部１１からの電圧パルスの印加
によって、破砕ヘッド３３ｃが物理的破砕を行い、破砕
ヘッド３３ｂが導電経路を形成する。

【００５１】同様にして、状態４及び状態５の場合にも
図示したように破砕対象物１７を順次電気破砕する。

【００５２】次に、図３に示す電気破砕車両を用いた場
合のインダクタンス制御部１４の具体的構成について説
明する。

【００５３】図４は、図３に示す電気破砕車両を用いた
場合のインダクタンス制御部１４の具体的構成を示す図
である。なお、キャパシタバンク式の高圧パルス発生器
１１のコンデンサ１１ｂは、あらかじめ所定の電圧に充
電されているものとする。

【００５４】同図に示すように、インダクタンス制御部
１４は、コイル１４ａ及び１４ｂ並びに切替スイッチＳ
Ｗ１〜ＳＷ３で形成され、この切替スイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ３の切り替えによって、破砕ヘッド３３ａ〜３３ｂを
物理的破砕用の破砕ヘッドＡ、導電路形成用の破砕ヘッ
ドＢ又は移動用の破砕ヘッドＣにする。

【００５５】例えば、図３の状態１の場合には、ＳＷ３
を切り替えて破砕ヘッド３３ａを導電路形成用の破砕ヘ
ッドＢとし、ＳＷ１を切り替えて破砕ヘッド３３ｂを物
理的破砕用の破砕ヘッドＡとし、ＳＷ２を非接続状態に
して破砕ヘッド３３ｃを移動用の破砕ヘッドＣとする。

【００５６】このため、実際に電気破砕処理を行う破砕
ヘッド３３ａ及び３３ｂには、ヘッド内に絶縁性媒体た
るオイル１５を供給するが、移動用の破砕ヘッド３３ｃ
にはオイル１５を供給しない。

【００５７】次に、このコイル１４ａ及び１４ｂのイン
ダクタンスの関係について図５を用いて説明する。ただ
し、ここでは説明の便宜上、例えば経路の持つコイル以
外のインダクタンスは、コイルのインダクタンスに含ま
れるものとする。

【００５８】図５は、図４に示すインダクタンス制御部
１４の切替スイッチＳＷ１〜３を状態１に切り替えた場
合の回路構成を示す図である。

【００５９】まず最初に、Ａ型電極を持つ破砕ヘッドＡ
（破砕ヘッド３３ｂ）に接続されるコイル１４ａのイン
ダクタンスＬＡと、電圧パルス発生部１１のコイル１１
ａのインダクタンスＬＧとは、 ＬＡ ＞ ＬＧ の関係式が成立するように調整している。

【００６０】その理由は、コイル１４ａのインダクタン
スＬＡを非常に小さくすると、破砕ヘッドＢよりも先に
破砕ヘッドＡが絶縁破壊した時点で、該破砕ヘッドＡに
かかる電圧が一気に減少して破砕ヘッドＢにかかる電圧
まで低下し、破砕ヘッドＢのＢ型電極における導電経路
の形成が進行しなくなるからである。

【００６１】次に、コイル１４ａのインダクタンスＬＡ
とコイル１４ｂのインダクタンスＬＢは、 ＬＢ ＞ ＬＡ の関係式が成立するよう調整している。ただし、電圧パ
ルス発生部１１のインダクタンスＬＧと、物理的破砕を
行う破砕ヘッドＡ側のインダクタンスＬＡとは、 ＬＡ ＞ ＬＧ の関係式が成立するよう調整する。Ａ型電極の電極間が
橋絡した時点でＢ型電極での絶縁破壊が不十分な場合
に、Ｂ型電極にかかる電圧の低下を防ぎ、導電経路の形
成に支障が生じないようにするためである。

【００６２】このように、インダクタンスＬＢをインダ
クタンスＬＡよりも大きくすると、破砕ヘッドＡ及びＢ
の両方で絶縁破壊が生じた場合であっても、破砕ヘッド
Ａ側により多くの電流が流れるので、破砕ヘッドＡ側に
エネルギーを集中し、物理的な破砕を行うことができる
のである。この際、導電経路を形成する破砕ヘッドＢ側
に余分なエネルギーを供給しないので、エネルギーのロ
スが少なく、効率が良い。

【００６３】このように、電圧パルス発生部１１のイン
ダクタンスＬＧと、物理的破砕を行う破砕ヘッドＡ側の
インダクタンスＬＡと、導電経路を形成する破砕ヘッド
Ｂ側のインダクタンスＬＢとを調整することによって、
エネルギー効率に優れた電気破砕を行うことができる。

【００６４】なお、ここではコイル１４ａ及び１４ｂを
用いてインダクタンスを制御する場合を示したが、通常
はケーブル自体もインダクタンスを有するので、その長
さや経路を調整してインダクタンスの制御を実現するこ
ともできる。

【００６５】次に、図５に示す回路構成のシミュレーシ
ョン結果の一例について説明する。

【００６６】図６〜図８は、それぞれ図５に示す回路構
成におけるシミュレーション結果の一例を示す図であ
る。

【００６７】具体的には、図６は、電圧パルス印加後１
００ｎｓ経過時点で破砕ヘッドＡ及びＢの各電極間に同
時に絶縁破壊が発生した場合を示しており、図７は、電
圧パルス印加後１００ｎｓ経過時に破砕ヘッドＡの電極
間に絶縁破壊が生じ、５００ｎｓ経過時に破砕ヘッドＢ
の電極間に絶縁破壊が生じた場合を示しており、図８
は、電圧パルス印加後１００ｎｓ経過時に破砕ヘッドＢ
の電極間に絶縁破壊が生じ、５００ｎｓ経過時に破砕ヘ
ッドＡの電極間に絶縁破壊が生じた場合を示している。

【００６８】ただし、コンデンサ１１ｂの静電容量（Ｃ
Ｇ）及び充電電圧を０．１２μＦ及び５００ｋＶとし、 ＬＧ ＝ １μＨ ＬＡ ＝ ９μＨ ＬＢ ＝ ４５μＨ とする。なお、回路の内部抵抗及びオイルの導電性は無
視し、破砕対象物１７の抵抗は、絶縁破壊前が無限大、
絶縁破壊後がゼロとする。

【００６９】また、図中に破線で示したＶG は、分岐点
１４ｃとアースとの間の電圧を示し、ＶA は、破砕ヘッ
ドＡのＡ型電極にかかる電圧を示し、ＶB は、破砕ヘッ
ドＢのＢ型電極にかかる電圧を示している。一方、図中
に実線で示したＩG は、コンデンサ１１ｂに流れる電流
を示し、ＩA は、破砕ヘッドＡのＡ型電極に流れる電流
を示し、ＩB は、破砕ヘッドＢのＢ型電極に流れる電流
を示している。

【００７０】図６に示すように、電圧パルス印加後１０
０ｎｓ経過時に破砕ヘッドＡ及びＢの各電極間に同時に
絶縁破壊が発生した場合には、電圧ＶG は１００ｎｓで
やや低下し、その後コサイン状に変化する。また、電圧
ＶA 及びＶB は、ともに１００ｎｓまではＶG と同じで
あるが、それ以降はゼロになる。

【００７１】一方、電流ＩG は最も振幅が大きいサイン
状の曲線となり、電流ＩA は電流ＩGよりもやや振幅が
小さいサイン状の曲線となり、電流ＩB は振幅の小さい
サイン状の曲線となる。

【００７２】このように、電流のピーク時点において
は、破砕ヘッドＡのＡ型電極間には、総電流ＩG （５
９．３ｋＡ）の約８３パーセントにあたる４９．４ｋＡ
の電流ＩA が流れる。

【００７３】また、図７に示すように、電圧パルス印加
後１００ｎｓ経過時に破砕ヘッドＡのＡ型電極間に絶縁
破壊が生じ、５００ｎｓ経過時に破砕ヘッドＢのＢ型電
極間に絶縁破壊が生じた場合には、電圧ＶG は１００ｎ
ｓでやや低下し、５００ｎｓでもわずかに低下し、その
後コサイン状に変化する。また、電圧ＶA は、１００ｎ
ｓまではＶG と同じであるが、それ以降はゼロになる。
さらに、電圧ＶB は、５００ｎｓまではＶG と同じであ
るが、それ以降はゼロになる。

【００７４】一方、電流ＩG は最も振幅が大きいサイン
状の曲線となり、電流ＩA は電流ＩGよりもやや振幅が
小さいサイン状の曲線となり、電流ＩB は振幅の小さい
サイン状の曲線となる。

【００７５】このように、電流のピーク時点において
は、破砕ヘッドＡのＡ型電極間には、総電流ＩG （５
８．７ｋＡ）の約８９パーセントにあたる５２．１ｋＡ
の電流ＩA が流れる。また、破砕ヘッドＡのＡ型電極間
に絶縁破壊が生じた後でも、破砕ヘッドＢのＢ型電極間
の電圧ＶB は高い値に維持されるため、破砕ヘッドＢに
おける導電経路の形成を続行できる。

【００７６】また、図８に示すように、電圧パルス印加
後１００ｎｓ経過時に破砕ヘッドＢのＢ型電極間に絶縁
破壊が生じ、５００ｎｓ経過時に破砕ヘッドＡのＡ型電
極間に絶縁破壊が生じた場合には、電圧ＶG は１００ｎ
ｓでやや低下し、５００ｎｓでもわずかに低下し、その
後コサイン状に変化する。また、電圧ＶA は、５００ｎ
ｓまではＶG と同じであるが、それ以降はゼロになる。
さらに、電圧ＶB は、１００ｎｓまではＶG と同じであ
るが、それ以降はゼロになる。

【００７７】一方、電流ＩG は最も振幅が大きいサイン
状の曲線となり、電流ＩA は電流ＩGよりもやや振幅が
小さいサイン状の曲線となり、電流ＩB は振幅の小さい
サイン状の曲線となる。

【００７８】このように、電流のピーク時点において
は、破砕ヘッドＡのＡ型電極間には、総電流ＩG （５
８．６ｋＡ）の約７７パーセントにあたる４５．２ｋＡ
の電流ＩA が流れる。また、破砕ヘッドＢのＢ型電極間
に絶縁破壊が生じた後でも、破砕ヘッドＡのＡ型電極間
の電圧ＶA は高い値に維持される。

【００７９】これらのシミュレーション結果から分かる
ように、かかるインダクタンス制御部１４を用いること
によって、いずれか一方の電極が先に絶縁破壊を起こし
た場合や両電極が同時に絶縁破壊を起こした場合であっ
ても、Ａ型電極側に大電流を流しつつ、Ｂ型電極側では
絶縁破壊が起こるまでの間、高電圧を維持できる。

【００８０】次に、図５に示す回路構成の変形例につい
て説明する。

【００８１】図９は、破砕ヘッドＢ側にのみインダクタ
ンスＬＢを有するコイル１４ｂを設けた場合の回路構成
を示す図である。

【００８２】すでに説明したように、図５の回路構成を
採用した場合には、 ＬＢ ＞ ＬＡ という関係式を満たす必要があるが、破砕ヘッドＡ側の
コイルを省略することによってもこの関係式を満足する
ことができる。

【００８３】ただし、この場合には、 ＬＡ ＞ ＬＧ の関係式を満たすことができないので、破砕ヘッドＢよ
りも先に破砕ヘッドＡが絶縁破壊した時点で、該破砕ヘ
ッドＡにかかる電圧が一気に減少して破砕ヘッドＢにか
かる電圧まで低下し、破砕ヘッドＢのＢ型電極における
導電経路の形成が進行しなくなるという欠点がある。

【００８４】このため、破砕ヘッドＡ側のケーブル長な
どを調整して、かかる条件式を満足するインダクタンス
を破砕ヘッドＡ側にも付与することが望ましい。

【００８５】図１０は、図９に示す破砕ヘッドＢ側のコ
イル１４ｂに代えて、電流計１４ｄ及びスイッチ１４ｅ
を設けた場合の回路構成を示す図であり、Ｂ側電極を持
つ破砕ヘッドＢ側に流れる電流が所定値を超えるとスイ
ッチ１４ｅが開くようにしている。

【００８６】具体的には、もし破砕ヘッドＢで絶縁破壊
がなされると、破砕ヘッドＢに流れる電流が急激に増加
するため、この電流を電流計１４ｄで検出してスイッチ
１４ｅを開き、破砕ヘッドＢのＢ型電極に流れる電流を
遮断する。

【００８７】その結果、導電経路を形成するＢ型電極に
無駄な電流が流れるのを防ぎ、効率良くエネルギーを利
用することができる。また、Ｂ型電極での絶縁破壊によ
るＡ型電極の電圧低下が生じないため、仮にＢ型電極が
先に絶縁破壊したとしても、その後支障なくＡ型電極で
の絶縁破壊を行うことができる。

【００８８】このように、かかるインダクタンス制御部
１４は、直接インダクタンスを制御しているわけではな
いが、かかる電流値に基づくスイッチの切り替え制御に
よって、図９に示すインダクタンス制御と同様の効果が
得られる。

【００８９】なお、ここでは電流計１４ｄ及びスイッチ
１４ｅを用いることとしたが、タイマーによって電圧パ
ルスの印加から所定時間経過後にスイッチ１４ｅを開く
よう構成することもできる。

【００９０】また、ここでは電流計１４ｄ及びスイッチ
１４ｅをＢ型電極の高電圧側（電圧パルス発生部１１
側）に設けた場合を示したが、該Ｂ型電極の接地側に設
けることもできる。

【００９１】さらに、図１１に示すように、Ｂ型電極側
には電流計１４ｄ及びスイッチ１４ｅを設け、Ａ型電極
側にはインダクタンスＬＡを有するコイルを設けること
もできる。

【００９２】ところで、上記一連の説明では、図３に示
す３つのブームを持つ３腕型電気破砕車両に本発明に係
わる電気破砕装置を適用した場合を示したが、単腕型電
気破砕車両に本発明を適用することもできる。

【００９３】図１２は、図１に示す電気破砕装置を単一
ブームを持つ単腕型電気破砕車両に適用した場合の上面
図、側面図及び破砕ヘッドの構成を示す図である。

【００９４】同図（ａ）に示すように、車両本体３１
は、破砕ヘッド４３を有するブーム４２を支承し、この
破砕ヘッド４３には同図（ｂ）に示すように複数対の電
極を装着する。なおこの場合も、図１に示す電圧パルス
発生部１１、タンク１２及びインダクタンス制御部１４
はそれぞれ車体本体４１に装着され、破砕ヘッド４３自
体がカバー１６の役割を有する。

【００９５】図１３は、図１２に示す電気破砕車両を用
いた場合のインダクタンス制御部４４の具体的構成を示
す図である。

【００９６】同図に示すように、インダクタンス制御部
４４は、図４に示すインダクタンス制御部１４と同様の
構成となり、コイル１４ａ及び１４ｂ並びに切替スイッ
チＳＷ１〜ＳＷ２で形成される。なお、ここでは説明の
便宜上、２つのプラス電極の切り替え制御のみを図示し
ているが、各プラス電極についても同様の切り替えスイ
ッチが設けられる。

【００９７】したがって、かかる切替スイッチＳＷ１〜
ＳＷ２を切り替え制御することによって、各プラス電極
を順次Ａ型電極又はＢ型電極とすることができる。

【００９８】このように、図１に示す電気破砕装置は、
例えば３腕型の如き複数腕を持つ電気破砕車両のみなら
ず、複数の電極組を有する単腕型電気破砕車両に適用す
ることも可能である。

【００９９】上述してきたように、本実施の形態で用い
る電気破砕装置は、インダクタンス制御部１４の制御に
よって、破砕対象物１７を物理的に破砕するＡ型電極に
は大電流を流しつつ、導電経路を形成するＢ型電極には
高電圧を印加するよう構成したので、下記に示す効果が
得られる。

【０１００】１）単一の電圧パルス発生部１１で導電経
路の形成及び破砕対象物の物理的破砕を効率良く行うこ
とができる。

【０１０１】２）単一の電圧パルス発生部１１のみしか
用いないので、電源に伴うシステムの大型化及び複雑化
を防ぐことができる。

【０１０２】なお、本実施の形態では、単一の電圧パル
ス発生部１１のみを用いた場合を示したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、複数の電圧パルス発生部
を用いることもできる。ただし、この場合には、それぞ
れの電圧パルス発生部１１がＡ型電極による破砕対象物
１７の物理的破砕とＢ型電極による導電経路の形成の役
割を担うことになる。

【０１０３】また、本実施の形態では、絶縁性媒体とし
てオイルを用いた場合を示したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、水等の他の絶縁性媒体を用いるこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態で用いる電気破砕装置の基本的な
構成を示す図である。

【図２】固体及び液体に関する絶縁破壊電圧と時間との
関係を示す図である。

【図３】図１に示す電気破砕装置を３つのブームを持つ
電気破砕車両に適用した場合の上面図、側面図及び処理
動作を示す図である。

【図４】図３に示す電気破砕車両を用いた場合のインダ
クタンス制御部の具体的構成を示す図である。

【図５】図４に示すインダクタンス制御部の切替スイッ
チを状態１に切り替えた場合の回路構成を示す図であ
る。

【図６】図５に示す回路構成におけるシミュレーション
結果の一例を示す図である。

【図７】図５に示す回路構成におけるシミュレーション
結果の別の例を示す図である。

【図８】図５に示す回路構成におけるシミュレーション
結果の別の例を示す図である。

【図９】破砕ヘッドＢ側にのみインダクタンスＬＢを有
するコイルを設けた場合の回路構成を示す図である。

【図１０】図９に示す破砕ヘッドＢ側のコイルに代え
て、電流計及びスイッチを設けた場合の回路構成を示す
図である。

【図１１】Ｂ型電極側には電流計及びスイッチを設け、
Ａ型電極側にはインダクタンスＬＡを有するコイルを設
けた回路構成を示す図である。

【図１２】図１に示す電気破砕装置を単一ブームを持つ
単腕型電気破砕車両に適用した場合の上面図、側面図及
び破砕ヘッドの構成を示す図である。

【図１３】図１２に示す電気破砕車両を用いた場合のイ
ンダクタンス制御部の具体的構成を示す図である。

【符号の説明】

１１…電圧パルス発生部 １２…タンク １３Ａ，１３Ｂ…電極 １４，４４…インダクタンス制御部 １５…オイル １６…カバー １７…破砕対象物 １１ａ，１４ａ，１４ｂ…コイル １１ｂ…コンデンサ １４ｄ…電流計 １４ｅ…スイッチ ３１，４１…車両本体 ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，４２…ブーム ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，４３…破砕ヘッド

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 破砕対象物に当接した電極組に高電圧パ
   ルスを印加して該破砕対象物内に導電経路を形成し、該
   形成した導電経路に大電流を供給して前記破砕対象物を
   物理的に破砕する電気破砕装置において、 前記破砕対象物に当接する複数の電極組（１３Ａ及び１
   ３Ｂ）と、 前記複数の電極組に並列に印加する高電圧パルスを発生
   する一又は複数のパルス発生手段（１１）と、 前記一又は複数のパルス発生手段が発生した高電圧パル
   スを受け取り、少なくとも前記破砕対象物に導電経路を
   形成する第１の電極組に対して高電圧を印加するととも
   に、該破砕対象物を物理的に破砕する第２の電極組に対
   しては大電流を供給するよう制御する制御手段（１４）
   とを具備することを特徴とする電気破砕装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、 前記破砕対象物に導電経路を形成する第１の電極組に対
   する電流の供給を阻止する電流阻止手段（１４ｂ、１４
   ｅ）を具備し、 前記電流阻止手段による電流の阻止を通じて前記第２の
   電極組に対する高電圧の印加を継続しつつ、該第２の電
   極組に対して大電流を供給することを特徴とする請求項
   １記載の電気破砕装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、 前記第１の電極組向けの第１のインダクタンスを前記パ
   ルス発生手段が内在するインダクタンスよりも大きくし
   て、前記第２の電極組での高電圧を維持しつつ前記第１
   の電極組へ供給する電流を少なくすることを特徴とする
   請求項１又は２記載の電気破砕装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、 前記第２の電極組向けの第２のインダクタンスを前記パ
   ルス発生手段が内在するインダクタンスよりも大きくす
   るとともに、該第２のインダクタンスを前記第１のイン
   ダクタンスよりも小さくすることを特徴とする請求項３
   記載の電気破砕装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、 前記パルス発生手段が前記第１の電極に対して電流を供
   給する経路上にスイッチ手段（１４ｅ）と、 前記パルス発生手段が供給しスイッチ手段に流れる電流
   が所定値以上になった場合又は前記パルス発生手段が電
   圧パルスを印加した後所定の期間経過後に、該スイッチ
   手段を開放して、前記第１の電極に流れる電流を阻止す
   るよう制御する電流制御手段（１４ｄ）とを具備するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の電気破砕装置。
6. 【請求項６】 破砕対象物に当接した電極組に高電圧パ
   ルスを印加して該破砕対象物内に導電経路を形成し、該
   形成した導電経路に大電流を供給して前記破砕対象物を
   物理的に破砕する電気破砕装置において、 前記破砕対象物に当接する複数の電極組（１３Ａ及び１
   ３Ｂ）と、 前記複数の電極組に並列に印加する高電圧パルスを発生
   する一又は複数のパルス発生手段（１１）と、 前記一又は複数のパルス発生手段が発生した高電圧パル
   スに伴う電流の供給制御によって、前記複数の電極組を
   前記破砕対象物に導電経路を形成する第１の電極組又は
   前記破砕対象物を物理的に破砕する第２の電極組として
   切替制御する切替制御手段（１４）とを具備することを
   特徴とする電気破砕装置。
7. 【請求項７】 破砕対象物に当接した電極組に高電圧パ
   ルスを印加して該破砕対象物内に導電経路を形成し、該
   形成した導電経路に大電流を供給して前記破砕対象物を
   物理的に破砕する電気破砕装置において、 前記破砕対象物に当接する複数の電極組（１３Ａ及び１
   ３Ｂ）と、 前記複数の電極組に並列に印加する高電圧パルスを発生
   する一又は複数のパルス発生手段（１１）と、 前記一又は複数のパルス発生手段が発生した高電圧パル
   スに伴う電流の供給制御によって、前記複数の電極組を
   前記破砕対象物に導電経路を形成する第１の電極組、前
   記破砕対象物を物理的に破砕する第２の電極組又は高電
   圧パルスを印加しない第３の電極組として切替制御する
   切替制御手段（１４）とを具備することを特徴とする電
   気破砕装置。
8. 【請求項８】 破砕対象物に当接した電極組に高電圧パ
   ルスを印加して該破砕対象物内に導電経路を形成し、該
   形成した導電経路に大電流を供給して前記破砕対象物を
   物理的に破砕する電気破砕方法において、 前記破砕対象物に複数の電極組を当接した後、該破砕対
   象物を絶縁破壊し得る高電圧パルスを発生し、 該発生した高電圧パルスを前記複数の電極組に同時に印
   加しつつ、前記破砕対象物に導電経路を形成した電極組
   に対して大電流を供給することを特徴とする電気破砕方
   法。
9. 【請求項９】 前記破砕対象物に導電経路を形成する第
   １の電極組と該破砕対象物を物理的に破砕する第２の電
   極組とに少なくとも１つ以上の電圧パルスを印加した
   後、該第１の電極組を前記第２の電極組に切り替えるこ
   とを特徴とする請求項８記載の電気破砕方法。
10. 【請求項１０】 破砕対象物に当接した電極組に高電圧
    パルスを印加して該破砕対象物内に導電経路を形成し、
    該形成した導電経路に大電流を供給して前記破砕対象物
    を物理的に破砕する電気破砕装置において、 前記破砕対象物に当接する電極組を含む破砕ヘッドをそ
    れぞれ有する複数のブーム（３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）
    と、 前記複数のブームを支承し、前記複数の電極組に印加す
    る高電圧パルスを発生するパルス発生部及び該パルス発
    生部が発生した高電圧パルスにより、前記破砕対象物に
    導電経路を形成する第１の電極組に対しては高電圧を印
    加するとともに、該破砕対象物を物理的に破砕する第２
    の電極組に対しては大電流を供給する制御部とを有する
    車体本体（３１）とを具備することを特徴とする電気破
    砕装置。
11. 【請求項１１】 破砕対象物に当接した電極組に高電圧
    パルスを印加して該破砕対象物内に導電経路を形成し、
    該形成した導電経路に大電流を供給して前記破砕対象物
    を物理的に破砕する電気破砕装置において、 前記破砕対象物に当接する複数の電極組を含む破砕ヘッ
    ドを有するブーム（４２）と、 前記ブームを支承し、前記破砕ヘッド内の複数の電極組
    に印加する高電圧パルスを発生するパルス発生部及び該
    パルス発生部が発生した高電圧パルスにより、前記破砕
    対象物に導電経路を形成する第１の電極組に対しては高
    電圧を印加するとともに、該破砕対象物を物理的に破砕
    する第２の電極組に対しては大電流を供給する制御部と
    を有する車体本体（４１）とを具備することを特徴とす
    る電気破砕装置。