KR19980018598A - Discharge shock destruction method and discharge shock destruction device - Google Patents
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Abstract
큰 암석이나 콘크리이트도 단시간에 파괴할 수 있는 방전충격발생장치를 제공한다.The present invention provides a discharge shock generating device capable of breaking large rocks or concrete in a short time.
피파괴물의 주위가 액중분위기인지 또는 액중분위기로 된 피파괴물(4)에 대하여, 우선 정부(正負)의 전극(3a,3b)을 피파괴부에 근접시켜, 계속하여 양 전극간에 고전압펄스를 인가하고, 이것에 의하여 양 전극간에서 방전시켜, 이 방전에 의하여 발생된 충격파에 의해서 피파괴부를 파쇄하는 방전충격파괴방법에 있어서, 방전하기전에 양 전극이 담겨있는 액을 기포분위기로 한다.With respect to the to-be-damaged object 4 in which the surroundings of the to-be-destructed object are in the liquid atmosphere or in the liquid atmosphere, first, the positive electrodes 3a and 3b are brought close to the to-be-destructed part, and a high voltage pulse is subsequently applied between both electrodes. The discharge shock destruction method of discharging between the electrodes by crushing the to-be-damaged portion by the shock wave generated by the discharge, wherein the liquid containing both electrodes is bubbled before being discharged.
Description
본발명은, 암석이나 콘크리이트를 피파하기 위하여 사용되는 방전충격파괴방법 및 방전충격파괴장치에 관한 것이다.The present invention relates to a discharge shock breaking method and a discharge shock breaking device which are used for piercing rock or concrete.
방전충격파괴장치는, 고전압펄스발생장치와, 이 고전압펄스발생장치로부터 고전압펄스가 인가되어서 방전하는 정부(＋, －)극 쌍으로 된 방전전극을 보유하고 있다. 또한, 방전전극은, 정전극과 부전극이 상대로 되어야 할 때는, 「정부전극」 또는 「양전극」으로 하고, 어느 한쪽 또는 상대의 어느쪽이라도 상관없을 때는 「전극」으로 한다.The discharge shock destroyer includes a high voltage pulse generator and a discharge electrode formed of positive (+,-) pole pairs in which high voltage pulses are applied and discharged from the high voltage pulse generator. In addition, when a positive electrode and a negative electrode should be made into a counter electrode, a discharge electrode is set as a "predetermined electrode" or a "positive electrode", and when either or a counterpart does not matter, it is set as an "electrode".
즉, 이 방전충격파괴장치는, 피파괴부의 주위가 액중분위기인지 또는 액중분위기로 된 암석이나 콘크리이트 등(이하, 단지 「피파괴물」로 한다)에 대하여, 우선 정부전극을 피파괴부에 근접시켜, 계속하여 양 전극간에 고전압펄스발생장치로부터 고전압펄스를 인가하며, 이것에 의하여 양전극간에서 방전시켜, 이 방전에 의하여 발생된 충격파에 의하여 피파괴부(즉, 피파괴물)를 파쇄하는 장치이다.In other words, this discharge shock destructor first closes the stationary electrode to the to-be-destructed part with respect to whether the surroundings of the to-be-destructed part are in a liquid atmosphere or rocks, concrete, etc. (hereinafter, simply referred to as “destructive objects”) in the liquid atmosphere. Then, a high voltage pulse is applied from the high voltage pulse generator between the two electrodes, thereby discharging between the two electrodes, and crushing the to-be-damaged portion (that is, the to-be-damaged object) by the shock wave generated by the discharge. .
그리고 전극으로서는 종래에, 예컨대 바늘형상, 구형상, 평면형상, 오목형상 및 이들의 조합된 것이 알려진다.As the electrode, conventionally, for example, a needle, a sphere, a plane, a recess, and a combination thereof are known.
그런데 상기한 종래의 전극은, 수명 연장이나 방전 용이화를 도모하기 위한 형상개선이며, 그 나름대로의 경제성이나 작업 효율의 향상을 기대할 수 있지만, 예컨대 「큰 암석이나 콘크리이트의 피파괴물이라도 단시간에 파괴하는」 큰파괴에 대하여 직접적으로 공헌하지 않는다.By the way, the above-described conventional electrode is a shape improvement for extending the life and facilitating the discharge, and can be expected to improve its economic efficiency and work efficiency. Don't contribute directly to major destruction.
본발명은, 상기한 종래기술의 문제점에 감안하여, 큰 암석이나 콘크리이트도 단시간에 파괴할 수 있는 방전충격파 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a discharge shock wave generator capable of destroying large rocks and concrete in a short time in view of the above-described problems of the prior art.
도 1은, 제1사례의 전체도.1 is an overall view of a first example.
도 2는, 제2사례의 전체블록도.2 is an overall block diagram of a second example.
도 3은, 제2사례를 설명하기 위한 시각축에 있어서의 고전압펄스(P)의 인가시기와 약전류상태를 표시하는 그래프.3 is a graph showing an application time and a weak current state of the high voltage pulse P on the time axis for explaining the second example.
도 4는, 제3사례의 전체도.4 is an overall view of a third example.
도 5는, 제4사례의 전체블록도.5 is an overall block diagram of a fourth example.
도 6은, 제4사례의 회로도.6 is a circuit diagram of a fourth example.
도 7은, 수중에서의 기포붕괴수격압의 관계를 표시하는 대수그래프.7 is a logarithmic graph showing the relationship between bubble collapse and hydrostatic pressure in water;
도 8은, 플라스마 발생 후의 경과 시간과, 플라스마의 잔류물의 밀도의 관계를 표시하는 대수그래프.8 is a logarithmic graph showing the relationship between the elapsed time after plasma generation and the density of the residue of plasma.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawing-
1 : 고전압펄스발생장치, 12 : 저전류발생부,1: high voltage pulse generator, 12: low current generator,
13 : 트리거전압발생기,13: trigger voltage generator,
a, b, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f : 리이드선,a, b, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f: lead wire,
3a : 정전극, 3b : 부전극,3a: positive electrode, 3b: negative electrode,
3c : 트리거전압전극, 31 : 절연부재,3c: trigger voltage electrode, 31: insulation member,
32 : 절연성 기대, 4 : 피파괴물,32: insulating expectations, 4: the to-be-damaged object,
5 : 절연성 가요관, 6 : 기포들이 수류발생장치,5: insulated flexible pipe, 6: bubble into the water flow generator,
7 : 기포, 8 : 수류,7: bubble, 8: water flow,
9 : 물, 10 : 기포유지부재,9: water, 10: bubble holding member,
C : 콘덴서, Io : 약전류,C: capacitor, Io: weak current,
P : 고전압펄스, t : 시간,P: high voltage pulse, t: time,
L1 : 트랜스의 1차측, L2 : 트랜스의 2차측.L1: Primary side of the transformer, L2: Secondary side of the transformer.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 제1발명으로 된 방전충격파괴방법은, 피파괴부의 주위가 액중분위기인지 또는 액중분위기로 된 피파괴물에 대하여, 우선 정부전극을 피파괴부에 근접시켜, 계속하여 양 전극간에 고전압펄스를 인가하고, 이것에 의하여 양 전극간에서 방전시켜, 이 방전에 의하여 발생된 충격파에 의해서 피파괴부를 파쇄하는 방전충격파괴 방법에 있어서, 방전하기 전에 양 전극이 담겨있는 액을 기포분위기로 하는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 제2발명은, 상기한 제1발명에 있어서, 「기포분위기」는 「평균입경 1㎜이하의 기포의 분위기」로 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.In order to achieve the above object, the discharge shock destruction method according to the first aspect of the present invention is directed to a method in which the surrounding electrode is first brought close to the to-be-destructed part, with respect to the to-be-destructed object in the vicinity of the to-be-destructed part. A discharge shock destruction method in which a high voltage pulse is applied between two electrodes, thereby discharging between the two electrodes, and crushing the to-be-damaged portion by the shock wave generated by the discharge. It is characterized by a bubble atmosphere. The second invention is characterized in that, in the first invention, the "bubble atmosphere" is set to "the atmosphere of bubbles having an average particle diameter of 1 mm or less".
제3발명∼제7발명은 방전충격파괴장치로 되어 있고, 모두, 고전압펄스 발생 장치와, 이 고전압펄스발생장치로부터 고전압펄스가 인가되어서 방전하는 정부전극 을 보유하는 방전충격파괴 장치에 있어서, 다음의 구성을 보유하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.In the third to seventh inventions, the discharge shock destroyer includes a high voltage pulse generator and a high voltage pulse generator and a stationary electrode to which high voltage pulses are applied and discharged from the high voltage pulse generator. It is characterized by having a configuration of.
제3발명은, 양 전극간의 액중에 기포를 안내하는 기포도입장치를 보유하는 것.A third aspect of the invention provides a bubble introduction device for guiding bubbles in a liquid between both electrodes.
제4발명은, 전극 또는 그 근방에, 양 전극간에 기포가 들어있는 액류를 유입시키는 중공관을 보유하는 것.The fourth invention has a hollow tube for introducing a liquid stream containing bubbles between the electrodes in or near the electrode.
제5발명은, 고전압펄스발생장치가 고전압펄스를 발생하기 전에 고전압펄스의 전류보다도 약한 전류를 양 전극간에 인가할 수 있는 것으로 되어 있는 것.According to a fifth aspect of the invention, before the high voltage pulse generator generates the high voltage pulse, a current weaker than that of the high voltage pulse can be applied between the two electrodes.
제6발명은, 양 전극간에 기포유지부재를 보유하는 것.The sixth invention is to retain the bubble retaining member between both electrodes.
제7발명은, 고전압펄스발생장치가 20㎐ 이상에서 고전압펄스를 양 전극에 인가할 수 있는 것으로 되어 있는 것.According to a seventh aspect of the invention, a high voltage pulse generator can apply a high voltage pulse to both electrodes at 20 mA or more.
제8발명은, 양 전극간에 트리거전압전극을 보유함과 아울러, 고전압펄스 발생 장치는 양 전극간에 고전압펄스를 인가할 때 트리거전압전극에 트리거전압을 인가하는 트리거전압발생기를 보유하는 것.An eighth aspect of the invention provides a trigger voltage electrode for holding a trigger voltage electrode between both electrodes, and a high voltage pulse generator for applying a trigger voltage to the trigger voltage electrode when applying a high voltage pulse between both electrodes.
상기한 제1발명 내지 제8발명에 의하면, 다음의 효과를 성취한다. 피파괴물을 단지 크게 파괴하게 되면, 초고전압고전류펄스를 전극에 인가하면 된다. 단 이 경우에, 전극이 대형화된다. 또 고전압펄스 발생 장치도 초고전압 고전류화되고 대형화되며, 수송상, 안전상, 유지상 불리하게 된다. 결국 단순한 큰 에너지화에서는, 종래기술의 답습에 불과하다. 그런데 임시로 고전압펄스가 일정하게 되면, 방전거리가 길수록, 큰 구멍의 형성이나 큰 암석의 파쇄를 실시하는 효과가 있다. 다시 말하면, 일정한 방전거리가 얻어지면, 고전압펄스를 저전압화, 저비용화, 저소음화할 수 있고, 또 안전하게 효율적 파쇄를 실시하는 효과가 있다. 즉, 상기한 제1발명 내지 제8발명은 방전 거리를 길게하는 구성이고, 이들 효과가 얻어진다. 상세하게는 다음과 같다.According to the first to eighth inventions described above, the following effects are achieved. If the object to be destroyed is largely destroyed, an ultra high voltage high current pulse may be applied to the electrode. In this case, however, the electrode is enlarged. In addition, the high voltage pulse generator is also extremely high voltage high current and large, and disadvantages in transportation, safety, and maintenance. In the end, in a simple big energyization, it is only a conventional technique. By the way, when the high voltage pulse is temporarily fixed, the longer the discharge distance, the more effective the formation of large holes and the breaking of large rocks. In other words, when a constant discharge distance is obtained, the high voltage pulse can be reduced in voltage, reduced in cost, and reduced in noise, and there is an effect of safely and efficiently crushing. That is, the above-mentioned first to eighth inventions are configured to increase the discharge distance, and these effects are obtained. In detail, it is as follows.
예컨대 액중에 암석이 있으면, 10㎜ 정도의 방전 거리는 암석 표면에서의 연면방전에 의하여 35㎸ 정도의 고전압펄스로 얻어진다. 이때에 암석이 없다고 하면(즉, 단순한 액중방전이라면), 50㎸ 정도의 고전압펄스가 필요하게 된다. 더욱이 액체도 없는 것으로 하면(즉, 공기중 방전이라면), 불과 10㎸의 고전압펄스로 끝난다. 이상의 것에서, 동일한 고전압펄스라도, 양 전극간에 기포가 있으면, 연면방전의 상승효과에 의해서 방전 가능 거리가 수배 늘어나는 것을 알 수 있다.For example, if there is a rock in the liquid, a discharge distance of about 10 mm is obtained with a high voltage pulse of about 35 kV by creeping discharge on the rock surface. If there is no rock at this time (i.e. simple liquid discharge), a high voltage pulse of about 50 kW is required. Furthermore, if there is no liquid (i.e. discharge in the air), it ends with a high voltage pulse of only 10 kW. As mentioned above, even if it is the same high voltage pulse, when a bubble exists between both electrodes, it turns out that the dischargeable distance increases several times by the synergistic effect of creeping discharge.
즉, 제1발명에 의하면, 다음의 효과를 성취한다. 제1발명에서는 「방전하기전에 양 전극이 담겨있는 액을 기포분위기로 하고」있으므로, 방전거리가 길어진다. 따라서 고전압펄스가 일정하게 되면, 방전거리를 종래기술보다도 길게할 수 있고, 큰 구멍의 개삭이나 큰 암석의 파쇄를 실시한다. 역으로, 방전거리가 짧아도 좋으면, 종래기술보다도 낮은 고전압펄스로 피파괴물을 파쇄할 수 있다. 즉, 상기한 효과가 얻어진다.That is, according to the first invention, the following effects are achieved. In the first aspect of the invention, "the liquid in which both electrodes are contained is made into a bubble atmosphere before discharging", so that the discharge distance becomes long. Therefore, when the high voltage pulse becomes constant, the discharge distance can be made longer than in the prior art, and the large hole is cut and the large rock is broken. On the contrary, if the discharge distance may be short, the to-be-damaged object can be crushed with a high voltage pulse lower than the prior art. That is, the above effects are obtained.
제2발명에 의하면, 다음의 효과를 성취한다. 기포는 단지 방전거리를 늘릴 뿐만 아니라, 방전충격파로 캐비테이션을 붕괴하며, 이 붕괴시에 발생하는 수격압이 방전충격파로 거듭되는 상승효과를 초래한다. 단, 기포의 크기에 따라서는 역으로 방전충격파를 흡수해버리는 문제가 발생한다. 이것을 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 실험 및 시뮬레이션에 의해서 얻은 기포반경(횡축[㎜])과, 수중에서의 기포붕괴수격압(횡축[MPs])의 관계(G1)를 표시하는 대수그래프이다. 기포붕괴수격압은, 기포가 캐비테이션붕괴했을 때에 수중에서 발생하는 압력이고, 동 도 7에 표시하듯이, 기포반경이 약 1.0㎜(입경 약 2.0㎜)를 경계로 하여, 소경측에서는 수격압을 발생하고, 방전충격파로 거듭된다. 그런데 역으로 대경측에서는, 캐비테이션붕괴를 발생하기 어렵고, 방전충격파를 흡수한다. 동 도 7에 의하면, 반경 약 0.1㎜(입경 약 0.2㎜)로 최대수격압으로 되지만, 반경이 약 0.5㎜ 이하(입경 약 1㎜ 이하, 도면에서의 표시 범위(P))가 실용 범위로 된다. 또한, 실제로 사용할 때에는, 대소의 기포가 혼합하지만, 평균입경이 1㎜ 이하라면, 상기한 「수격압이 방전충격파로 거듭되는 상승효과」가 얻어진다고 간주하게 한다. 즉, 제2발명에 의하면, 「평균입경 1㎜ 이하의 기포의 분위기」이므로, 상기한 제1발명의 효과에 더하여, 상기한 「수격압이 방전충격파로 거듭되는 상승효과」가 얻어진다.According to the second invention, the following effects are achieved. The bubble not only increases the discharge distance, but also collapses the cavitation with the discharge shock wave, and the water hammer pressure generated during the collapse causes a synergistic effect that is repeated to the discharge shock wave. However, depending on the size of the bubble, the problem of absorbing the discharge shock wave inversely occurs. This will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a logarithmic graph showing the relationship G1 between the bubble radius (horizontal axis [mm]) obtained by experiment and simulation and the bubble collapse water pressure (horizontal axis [MPs]) in water. Bubble collapse water pressure is the pressure generated in water when bubbles collapse cavitation, and as shown in FIG. 7, bubble radius is about 1.0 mm (particle diameter about 2.0 mm) and water hammer pressure is generated on the small diameter side. And discharge shock waves. On the contrary, on the large diameter side, cavitation collapse is less likely to occur and the discharge shock wave is absorbed. According to FIG. 7, the maximum water pressure is reached with a radius of about 0.1 mm (particle diameter of about 0.2 mm), but the radius is about 0.5 mm or less (particle diameter of about 1 mm or less, and the display range P in the drawing) becomes a practical range. . In actual use, bubbles of large and small are mixed, but if the average particle diameter is 1 mm or less, it is assumed that the above-mentioned "synergistic effect that the water hammer pressure is repeated by the discharge shock wave" is obtained. That is, according to the second invention, since it is an "atmosphere of bubbles having an average particle diameter of 1 mm or less", in addition to the above-described effects of the first invention, the above-mentioned "synergistic effect in which the water hammer pressure is repeated in the discharge shock wave" is obtained.
제3발명 내지 제6발명은, 상기한 제1발명의 장치화 예이다. 결국, 상기한 제1발명의 「방전하기전에 양 전극간의 액중을 기포분위기로 할 것」을 달성하고 있다. 따라서 상기한 제1발명의 효과를 보유한다. 상세하게는 다음과 같다.The third to sixth inventions are examples of device formation of the first invention. As a result, the above-mentioned first invention achieves "bubble atmosphere between both electrodes before discharge". Thus, it retains the effects of the first invention described above. In detail, it is as follows.
제3발명은, 양 전극간의 액중에 기포를 안내하는 기포도입장치를 보유하므로, 한편, 제4발명은, 전극에 또는 그 근방에, 양 전극간에 기포가 들어있는 액류를 유입시키는 중공관을 보유하고 있으므로, 방전하기 전에 양 전극간의 액중이 기포분위기로 된다.The third invention has a bubble introduction device for guiding bubbles in the liquid between the two electrodes, while the fourth invention has a hollow tube for introducing a liquid stream containing bubbles between the electrodes at or near the electrode. Therefore, before discharging, the liquid in the liquid between both electrodes becomes a bubble atmosphere.
제5발명은, 고전압펄스 발생 장치가 고전압펄스를 발생하기 전에 고전압펄스의 전류보다도 약한 전류를 양 전극간에 인가할 수 있으므로, 이 약한 전류에 의하여 액체를 전기 분해하고, 예컨대 물이라면, 산소와 수소의 기포를 생성한다. 즉, 방전하기전에 양 전극이 담겨있는 액이 기포분위기로 된다.According to the fifth aspect of the present invention, before the high voltage pulse generator generates the high voltage pulse, a current weaker than the current of the high voltage pulse can be applied between the electrodes, so that the liquid is electrolyzed by the weak current. Create bubbles. In other words, the liquid containing both electrodes becomes a bubble atmosphere before discharge.
제6발명에 의하면, 다음의 효과를 성취한다. 상기한 제3발명 내지 제5발명은, 강제적으로 방전하기전에 양 전극이 담겨있는 액을 기포분위기로 한다. 그런데 강제적으로 하지 않아도, 방전시에, 양 전극간에 기포나 플라스마가 생성된다. 단 이 기포는 방전 간격이 길어지면, 양 전극간으로 부터 비산하여 존재하지 않게 된다. 그런데 제7발명은 양 전극간에 기포유지부재를 보유하고 있으므로, 기포유지부재가 전번의 방전에서 발생된 기포를 양 전극간에 유지하고, 다음 번의 방전에 이용시함으로 방전거리가 신장한다. 즉, 이 제6발명도, 방전하기 전에 양 전극이 담겨있는 액이 기포분위기로 된다.According to the sixth invention, the following effects are achieved. In the third to fifth inventions described above, the liquid in which both electrodes are contained before being forcibly discharged is made into a bubble atmosphere. By the way, even if it is not forced, bubbles and plasma are generated between both electrodes at the time of discharge. However, when the discharge interval becomes long, the bubbles scatter from both electrodes and do not exist. However, in the seventh invention, since the bubble holding member is held between both electrodes, the discharge distance is extended by the bubble holding member holding the bubbles generated in the previous discharge between the two electrodes and using them for the next discharge. That is, in the sixth invention, the liquid in which both electrodes are contained before being discharged becomes a bubble atmosphere.
제7발명에 의하면, 다음의 효과를 성취한다. 상기한 제6발명의 효과 설명에서 진술하듯이, 방전 시에, 양 전극간에 기포나 플라스마가 생성된다. 플라스마는 잔류물로서 이온이나 래디칼을 남긴다. 동 도 8은, 실험 및 시뮬레이션에 의하여 얻은 플라스마 발생 후의 경과시간(t)과, 이온이나 래디칼의 밀도(개수(N)의 역수, 1/N)의 관계(G2)를 표시하는 대수그래프이다. 동 도 8에 표시한 대로, 이온이나 래디칼은 약 50msec에서 실용할 수 없게 되는 정도까지 감소한다. 그래서 제7발명은 고전압펄스 발생 장치가 20㎐ 이상에서 고전압펄스를 양 전극에 인가할 수 있으므로, 이온, 래디칼이 소멸하기 전에 이들을 다음 번의 방전에 이용할 수 있다. 이 경우에, 이온, 래디칼은 기포이상으로 방전거리를 신장시킨다.According to the seventh invention, the following effects are achieved. As stated in the above description of the sixth invention, during discharge, bubbles or plasma are generated between the electrodes. Plasma leaves ions or radicals as residue. 8 is a logarithmic graph showing the relationship G2 between the elapsed time t after plasma generation obtained by experiment and simulation, and the density of ions or radicals (inverse of the number N, 1 / N). As shown in Fig. 8, ions and radicals decrease to about the extent that they become impractical at about 50 msec. Therefore, in the seventh invention, since the high voltage pulse generator can apply high voltage pulses to both electrodes at 20 mA or more, they can be used for the next discharge before the ions and radicals disappear. In this case, ions and radicals extend the discharge distance beyond the bubble.
제8발명에 의하면, 다음의 효과를 성취한다. 예컨대 공기중 갭스위치, 가스봉입갭스위치, 진공갭스위치 등에서는, 정 부의 주전극과, 트리거전극을 보유하는 3전극식이 있다. 3전극식에서는 트리거전극에 트리거전압을 인가하면, 브레이크다운전압이 내려가지만, 주전극간의 방전거리를 길게하는 특성도 보유한다. 제8발명은 이 원리를 응용한 것이고, 양 전극간에 트리거전압전극을 보유함과 아울러, 고전압펄스발생장치는 양 전극간에 고전압펄스를 인가할 때 트리거전압전극에 트리거전압을 인가하는 트리거전압발생기를 보유한다. 따라서 방전거리를 길게할 수 있다.According to the eighth invention, the following effects are achieved. For example, in the air gap switch, gas-filled gap switch, vacuum gap switch, and the like, there are a three-electrode type having a main electrode of the government and a trigger electrode. In the three-electrode type, when the trigger voltage is applied to the trigger electrode, the breakdown voltage is lowered, but also has the characteristic of lengthening the discharge distance between the main electrodes. The eighth invention applies this principle, and the high voltage pulse generator has a trigger voltage generator for applying the trigger voltage to the trigger voltage electrode when the high voltage pulse generator applies the high voltage pulse between both electrodes. Hold. Therefore, the discharge distance can be extended.
또한, 상기한 각 발명을 적당히 조합함으로써, 상승적으로 방전거리를 길게할 수 있다. 따라서 고전압펄스를 크게하지 않고, 큰 암석이나 콘크리이트라도 단시간에 파괴할 수 있다. 역으로 작은 암석이나 콘크리이트에 대해서는 작은 고전압펄스로 파쇄할 수 있다.Further, by appropriately combining the above-described inventions, the discharge distance can be lengthened synergistically. Therefore, even large rocks and concrete can be destroyed in a short time without increasing the high voltage pulse. Conversely, small rocks or concrete can be broken into small high voltage pulses.
도 1 내지 도 6을 참조하여 사례를 설명한다. 도 1은 제1사례의 전체도이다. 고전압펄스발생장치(1)로 부터 안내된 리이드선(2a,2b)의 각각의 말단에는 정부전극(3a,3b)이 접속되어 있다. 정전극(3a)은 단순한 철판이다. 부전극(3b)은 중공관이다. 정전극(3a)과 부전극(3b)은 암석 등의 피파괴물(4)을 끼우고 대항시켜, 모두 수몰하고 있다. 또한, 중공관(3b)의 외주는 절연부재(31)로 피복되며, 정상부에 중공의 절연성 가요관(5)이 접속된다. 절연성 가요관(5)의 타단은 기포가 들어있는 수류발생장치(6)에 접속된다. 작동 및 효과는 다음과 같다.An example will be described with reference to FIGS. 1 to 6. 1 is an overall view of a first case. The stationary electrodes 3a and 3b are connected to respective ends of the lead wires 2a and 2b guided from the high voltage pulse generator 1. The positive electrode 3a is a simple iron plate. The negative electrode 3b is a hollow tube. The positive electrode 3a and the negative electrode 3b are both submerged by sandwiching a to-be-disturbed object 4 such as rock. The outer circumference of the hollow tube 3b is covered with the insulating member 31, and the hollow insulating flexible tube 5 is connected to the top. The other end of the insulated flexible pipe 5 is connected to the water flow generating device 6 containing bubbles. The operation and effects are as follows.
기포가 들어있는 수류발생장치(6)를 작동시켜서 기포(7)가 들어있는 수류(8)를 부전극(3b)의 선단개구에서 정전극(3a)으로 향해서 흐르게 한다. 이것에 의하여, 방전하기 전에 정부의 전극(3a,3b)이 담겨있는 액은 기포분위기로 된다. 그리고 고전압펄스발생장치(1)를 구동시킨다. 고전압펄스발생장치(1)에서 발생된 고전압펄스는 정부의 전극(3a,3b)이 인가되며 방전한다. 이 방전에 의하여 충격파가 발생하고, 암석이 파쇄된다. 또한, 방전 경로에는 기포(7)가 있으므로, 방전 거리가 신장한다. 따라서, 기포(7)가 없는 상태와 비교하여, 보다 큰 암석(4)을 파쇄할 수 있다. 또 방전 충격파에 의하여 기포(7)가 캐비테이션 붕괴를 발생하지만, 이 붕괴에 따라 수격압이 발생한다. 그리고 이 수격압이, 방전 충격파로 거듭되므로 보다 고효율의 파괴를 실시한다. 또한, 기포(7)의 크기는, 전기한 도 7을 참조하여 설명하듯이, 평균입경을 1㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이와같이 하지 않으면, 기포(7)가 캐비테이션 붕괴를 발생하기 어렵고, 그 기포(7)가 방전 충격파를 흡수하도록 된다. 따라서 파쇄효율이 저하된다. 또한, 고전압펄스 발생 장치(1)로 부터의 고전압펄스는 주기적으로 정부의 전극(3a,3b)에 인가되며, 암석(4)을 파쇄하고, 파쇄의 진행에 따라서 정부의 전극(3a,3b)을 이동시킨다. 이것에 의하여 연속파쇄를 달성하고 있다.The water flow generating device 6 containing bubbles is operated so that the water flow 8 containing bubbles 7 flows from the tip opening of the negative electrode 3b toward the positive electrode 3a. As a result, the liquid containing the electrodes 3a and 3b of the government before discharge becomes a bubble atmosphere. Then, the high voltage pulse generator 1 is driven. The high voltage pulse generated by the high voltage pulse generator 1 is applied with discharge electrodes 3a and 3b. Due to this discharge, a shock wave is generated and the rock is crushed. In addition, since there are bubbles 7 in the discharge path, the discharge distance is extended. Therefore, larger rock 4 can be crushed compared with the state without bubble 7. In addition, although the bubble 7 generate | occur | produces a cavitation collapse by a discharge shock wave, a water hammer pressure arises by this collapse. And since this water hammer is repeated with a discharge shock wave, destruction of a high efficiency is performed. In addition, it is preferable that the size of the bubble 7 shall be 1 mm or less in average particle diameter, as demonstrated with reference to FIG. Otherwise, the bubble 7 is unlikely to cause cavitation collapse, and the bubble 7 absorbs the discharge shock wave. Therefore, the crushing efficiency is lowered. In addition, high voltage pulses from the high voltage pulse generator 1 are periodically applied to the electrodes 3a and 3b of the government, crushing the rock 4, and proceeding with the crushing, the electrodes 3a and 3b of the government. Move it. This achieves continuous crushing.
또한, 제1사례에서는, 부전극(3b) 자체를 중공으로 하였지만, 정전극(3a)측으로 기포(7)가 들어있는 유체(8)를 안내하는 관로를 설치해도 좋고, 또 양쪽으로 설치해도 좋다. 또 정부의 전극(3a,3b) 사이로 향해서 별도로 준비된 노즐로부터 기포(7)가 들어있는 유체(8)를 흐르게 하여도 좋다. 또 기포(7)가 들어있는 유체(8)로 한정할 필요는 없고, 예컨대 선단이 중공사로 되어있는 튜브의 상기한 중공사를 정부의 전극(3a,3b) 사이의 근방으로 배치하고, 튜브내로 압축공기를 보내주고, 중공사의 외벽의 가는 구멍으로 부터 기포(7)를 정부의 전극(3a,3b) 사이의 액중으로 방출하여도 좋다.In addition, in the first example, the negative electrode 3b itself is hollow, but a conduit for guiding the fluid 8 containing the bubbles 7 to the positive electrode 3a side may be provided, or both sides may be provided. . Moreover, the fluid 8 containing the bubble 7 may flow from the nozzle separately prepared toward the electrodes 3a and 3b. Moreover, it is not necessary to limit to the fluid 8 containing the bubble 7, For example, the above-mentioned hollow fiber of the tube whose tip is hollow fiber is arrange | positioned in the vicinity between the electrodes 3a, 3b of the government, and into the tube. Compressed air may be sent and the bubble 7 may be discharged into the liquid between the electrodes 3a and 3b of the government from the thin hole of the outer wall of the hollow yarn.
도 2는 제2사례의 전체블록도이다. 고전압펄스발생장치(1)는, 내부에 고전압펄스발생부(11)와, 약한 전류(Io)를 출력하는 저전류발생부(12)를 보유하며, 각각 정부의 전극(3a,3b)에 접속되어 있다. 작동 및 효과를 도 3을 참조하여 다음에 설명한다.2 is an overall block diagram of a second example. The high voltage pulse generator 1 has a high voltage pulse generator 11 and a low current generator 12 for outputting a weak current Io therein, and is connected to the electrodes 3a and 3b respectively. It is. The operation and effects are described next with reference to FIG.
도 3은 시간(t)과, 정부의 전극(3a,3b)에 대한 고전압펄스(P)의 인가시기 및 저전류발생부(12)로부터의 전류(Io)상태를 표시하는 그래프이다. 동 도 3에 표시하듯이, 고전압펄스발생부(11)는, 상기한 제1사례에서의 고전압펄스발생장치(1)와 마찬가지이며, 주기적으로 고전압펄스(P)를 정부의 전극(3a,3b)에 인가하며, 피파괴물(4)을 연속파쇄한다. 한편, 저전류발생부(12)는, 정부의 전극(3a,3b)에 약전류(Io)를 항상 흐르게하고 있다. 따라서 전류(Io)에 의하여, 물(9)에 있는 정부의 전극(3a,3b)으로 부터 전기 분해에 의한 기포(7)(산소, 수소)가 발생하고, 방전하기전에 정부의 전극(3a,3b)간의 액중은 기포분위기로 된다. 따라서 상기한 제1사례와 마찬가지로, 방전거리의 신장을 가능하게 하고 있다. 또 기포(7)의 캐비테이션 붕괴에 따르는 수격압의 방전 충격파로의 중첩화도 얻어진다.3 is a graph showing the time t, the timing of applying the high voltage pulse P to the electrodes 3a and 3b and the current Io state from the low current generator 12. FIG. As shown in FIG. 3, the high voltage pulse generator 11 is similar to the high voltage pulse generator 1 in the first example, and periodically the high voltage pulse P is applied to the electrodes 3a and 3b. ) And continuously destroy the to-be-damaged object (4). On the other hand, the low current generator 12 always causes the weak current Io to flow through the electrodes 3a and 3b. Therefore, due to the current Io, bubbles 7 (oxygen, hydrogen) by electrolysis are generated from the electrodes 3a, 3b in the water 9, and before the discharge, the electrodes 3a, The liquid in 3b) is bubble atmosphere. Therefore, as in the first example described above, the discharge distance can be extended. In addition, the superimposition of the shock shock pressure discharge wave due to the cavitation collapse of the bubble 7 is also obtained.
또한, 상기한 제2사례에서는, 저전류 발생부(12)를 고전압펄스 발생 장치(1)에 내장하였지만, 독립하여 설치해도 좋다. 또 전류(Io)는, 항상 흐르게하는 것이 아니고, 고전압펄스(P)를 인가하기 이전으로서, 기포(7)가 충분히 발생하는 시간만큼 재촉하여 흐르게 하도록 하여도 좋다. 이 구성도, 본발명에 포함되는 것으로 한다.In the second example, the low current generator 12 is incorporated in the high voltage pulse generator 1, but may be provided independently. In addition, the current Io may not be always flowed, but may be caused to flow in advance as long as the bubble 7 is sufficiently generated before the high voltage pulse P is applied. This configuration is also included in the present invention.
도 4는 제3사례의 전체도이다. 상기한 제1사례와 동일요소에는 동일부호를 붙이고, 중복설명은 생략한다. 정부의 전극(3a,3b)은 절연성 기대(32)와 서로 분리하여 일체 고설되며, 그 사이로 그물이나 스폰지 등의 기포유지부재(10)가 고설되어 있다. 작동 및 효과는 다음과 같다.4 is an overall view of a third example. The same reference numerals are given to the same elements as those in the first example, and duplicate descriptions are omitted. The electrodes 3a and 3b of the government are integrally installed separately from the insulating base 32, and bubble retaining members 10 such as nets and sponges are interposed therebetween. The operation and effects are as follows.
상기한 제1, 제2사례에서는 강제적으로, 방전하기전에 정부의 전극(3a,3b)간의 액중을 기포분위기로 하였지만, 강제적으로 하지 않아도, 방전시에 정부의 전극(3a,3b)에 기포나 플라스마가 생성된다. 단, 이 기포는 방전간격이 길어지면, 정부의 전극(3a,3b) 사이로부터 비산하여 버리며, 정부의 전극(3a,3b) 사이에 존재하지 않게 된다. 그런데, 제3사례에 의하면, 정부의 전극(3a,3b) 사이에 그물이나 스펀지 등의 기포유지부재(10)를 설치하였으므로, 이들 기포를 비산시키는 일 없이 유지할 수 있다. 따라서 다음번의 방전하기 전에 정부의 전극(3a,3b)이 담겨있는 액을 기포분위기로 할 수 있다. 또한, 그물이나 스펀지 등은 생성 기포를 유지할 뿐이므로, 메시에 그다지 구애받지 않지만, 예컨대 그물의 경우, 메시를 1.0㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 메시가 작으면, 작은 기포가 밀집된 경우, 서로 접촉하여 큰 크기로 성장하여 버리기 때문이다.In the above-mentioned first and second cases, the liquid in the liquid between the electrodes 3a and 3b of the government was forced into a bubble atmosphere before being forcibly discharged. However, even if not forced, bubbles in the electrodes 3a and 3b of the government were discharged. Plasma is generated. However, when the discharge interval becomes longer, the bubbles scatter from the electrodes 3a and 3b of the government and do not exist between the electrodes 3a and 3b of the government. By the way, according to the third example, since the bubble holding member 10 such as a net or a sponge is provided between the electrodes 3a and 3b of the government, these bubbles can be held without scattering. Therefore, the liquid containing the electrodes 3a and 3b of the government can be bubbled before the next discharge. In addition, since a net | network or sponge etc. only hold | maintain a production | generation bubble, it does not depend on a mesh very much, In the case of a net | network, for example, it is preferable to make a mesh 1.0 mm or more. This is because when the mesh is small, small bubbles are dense and grow into large sizes in contact with each other.
또한, 상기한 제3사례의 작동 및 효과에서 접촉되듯이, 방전시에, 정부의 전극(3a,3b)에는 기포외에 플라스마도 생성된다. 그리고 이 플라스마는 잔류물로서 이온이나 래디칼을 남긴다. 그리고 이들 이온이나 래디칼을 이용할 수 있으면, 방전 거리를 더욱이 신장할 수 있다. 그런데, 전기한 도 8을 참조하여 설명했듯이, 이들 이온이나 래디칼의 이용 가능한 존재 기간은, 약 50msec 정도이다. 따라서, 이것에 대해서는, 고전압펄스 발생 장치(1)에서 20㎐ 이상의 주기로 고전압펄스를 정부의 전극(3a,3b)으로 인가하면, 이온이나 래디칼을 이용하여 방전 거리를 더욱이 신장할 수 있다.Further, as in contact with the operation and effects of the third case described above, plasma is also generated in the electrodes 3a and 3b of the government in addition to bubbles at the time of discharge. The plasma then leaves ions or radicals as residue. If these ions and radicals can be used, the discharge distance can be further extended. By the way, as demonstrated with reference to FIG. 8 mentioned above, the available existence period of these ion and radical is about 50 msec. Therefore, when the high voltage pulse is applied to the electrodes 3a and 3b of the government in the high voltage pulse generator 1 at a period of 20 mA or more, the discharge distance can be further extended by using ions or radicals.
도 5, 도 6은 제4사례를 설명하는 도면이다. 도 5는 전체블록도, 도 6은 그 회로예이다. 도 5에 표시하듯이, 제4사례의 전극은, 상기한 제1, 제2, 제3사례에 있어서의 정부의 전극(3a,3b)외에, 이들 정부의 전극(3a,3b) 사이로 트리거전압전극(3c)을 보유하고 있다. 한편, 고전압펄스 발생 장치(1)에는 리이드선(2c)에 의하여 트리거전압 발생기(13)가 접속되어 있다. 그리고 트리거전압전극(3c)이 리이드선(2d)에 의하여 트리거전압 발생기(13)가 접속되어 있다. 작동 및 효과는 다음과 같다.5 and 6 illustrate the fourth example. Fig. 5 is an overall block diagram and Fig. 6 is a circuit example thereof. As shown in Fig. 5, the electrode of the fourth case has a trigger voltage between the electrodes 3a and 3b of the government in addition to the electrodes 3a and 3b of the government in the first, second and third cases described above. The electrode 3c is retained. On the other hand, the trigger voltage generator 13 is connected to the high voltage pulse generator 1 by the lead wire 2c. The trigger voltage generator 13 is connected to the trigger voltage electrode 3c by the lead wire 2d. The operation and effects are as follows.
고전압펄스발생장치(1)가 정부의 전극(3a,3b)으로 고전압펄스를 인가할 때, 리이드선(2c)을 사이에 끼워 트리거전압발생기(13)에 동기작동신호를 부여한다(또한, 역으로 되어있어도 좋다). 그러면, 트리거전압 발생기(13)는, 고전압펄스발생장치(1)가 고전압펄스를 정부의 전극(3a,3b)에 인가하기보다 이전에(또는 동시에), 트리거전압을 트리거전압전극(3c)에 인가한다. 그러면, 우선 트리거전압전극(3c)은 자기와 달리하는 극성의 정부전극(3a)(또는 3b)에 대하여 방전을 개시한다. 그러면, 정부의 전극(3a,3b)은, 상기한 제1, 제2, 제3사례에서 인가된 고전압펄스 보다도 저전압으로 주 방전을 개시한다. 즉, 제3사례에서의 고전압펄스를 상기한 제1, 제2, 제3사례에서의 고전압펄스와 동일한 전압으로 하게 되면, 제4실시예에서의 방전거리가 수배로 신장한다.When the high voltage pulse generator 1 applies a high voltage pulse to the electrodes 3a and 3b, the synchronous operation signal is given to the trigger voltage generator 13 by sandwiching the lead wires 2c. May be). The trigger voltage generator 13 then applies the trigger voltage to the trigger voltage electrode 3c before the high voltage pulse generator 1 applies the high voltage pulse to the electrodes 3a and 3b of the government (or at the same time). Is authorized. Then, the trigger voltage electrode 3c first starts discharging to the stationary electrode 3a (or 3b) having a different polarity than that of the trigger voltage electrode 3c. Then, the stationary electrodes 3a and 3b start main discharge at a lower voltage than the high voltage pulses applied in the first, second and third cases described above. That is, when the high voltage pulse in the third case is set to the same voltage as the high voltage pulses in the first, second, and third cases described above, the discharge distance in the fourth embodiment is increased several times.
이와같은 구성예의 자세한 내용을 도 6을 참조하여 설명한다. 우선, 도 6과 도 5의 기본적 구성상의 서로 다른 점을 기술한다. 도 5의 구성에서는, 정부의 전극(3a,3b)은 고전압펄스발생장치(1)로부터 고전압펄스가 직접 인가되어, 한쪽 트리거전압전극(3c)은 트리거전압 발생기(13)로 부터 트리거전압이 직접 인가된다. 결국 동기제어 이외는 서로 독립하고 있다. 이것에 대하여, 도 6의 구성에서는, 고전압펄스 발생 장치(1)로 부터의 고전압펄스가 정부의 전극(3a,3b)과, 트리거전압전극(3c)에 인가되며, 자기동기제어되는 구성으로 되어있다. 즉 도 6의 구성은 다음과 같다.The details of such a configuration example will be described with reference to FIG. 6. First, differences in the basic configuration of FIGS. 6 and 5 will be described. In the configuration of Fig. 5, the high voltage pulses are directly applied to the electrodes 3a and 3b of the government by the high voltage pulse generator 1, so that the trigger voltage is directly transmitted from the trigger voltage generator 13 to one of the trigger voltage electrodes 3c. Is approved. As a result, they are independent of each other except for synchronous control. In contrast, in the configuration of FIG. 6, the high voltage pulse from the high voltage pulse generator 1 is applied to the electrodes 3a and 3b and the trigger voltage electrode 3c of the government, and is configured to be self-synchronously controlled. have. That is, the configuration of FIG. 6 is as follows.
고전압펄스 발생 장치(1)에는 리이드선(a,b)이 접속되며, 리이드선(a)은, 트랜스(T)의 2차측(L2)을 개재하여 부의 전극(3b)에 접속되는 리이드선(2b)과, 전기한 트랜스(T)의 1차측(L1)을 사이에 끼워 콘덴서(C)의 1측 단자에 접속되는 리이드선(2e)으로 분기한다. 한편, 리이드선(b)은, 전기한 콘덴서(C)의 타측단자에 접속되는 리이드선(2f)과, 트리거전압전극(3c)에 접속되는 리이드선(2d)과, 정전극(3a)에 접속되는 리이드선(2a)으로 분기한다. 작동 및 효과는 다음과 같다.The lead wires a and b are connected to the high voltage pulse generator 1, and the lead wire a is connected to the negative electrode 3b via the secondary side L2 of the transformer T. 2b) is branched into the lead wire 2e connected between the 1st terminal of the capacitor | condenser C, between the 1st side L1 of the transformer T mentioned above. On the other hand, the lead wire b is connected to the lead wire 2f connected to the other terminal of the condenser C, the lead wire 2d connected to the trigger voltage electrode 3c, and the positive electrode 3a. It branches to the lead wire 2a connected. The operation and effects are as follows.
고전압펄스 발생 장치(1)로부터 리이드선(a)에 부의 전위, 리이드선(b)에 정의 전위로 되는 고전압펄스가 인가되면, 콘덴서(C)는 1차측(L1)에 의하여 서서히 충전된다. 이때의 전류 변화에 의하여, 2차측(L2)으로 트리거전압이 발생하고, 트리거전압전극(3c)과 부전극(3b)의 사이로 자유 방전이 발생한다. 그리고 이 자유 방전에 유발되어서, 정부의 전극(3a,3b) 사이로 주 방전이 발생한다. 또한, 트리거전압은, 콘덴서(C)에 충전될 때만 발생한다. 즉, 상기한 제1, 제2, 제3사례의 전극은, 2전극식으로 되어있지만, 이 경우에, 큰 브레이크다운전압(즉, 큰 고전압펄스)을 인가하지 않으면, 정부의 전극(3a,3b)은 주 방전을 개시할 수 없다. 이것에 대하여, 제4사례는 트리거전압전극(3c)을 보유하고 있으므로, 작은 브레이크다운전압(즉, 작으 고전압펄스)에서도 주방전을 개시할 수 있다. 단, 일단 주 방전이 일어나게 되면, 고전압펄스는 같은 수준으로 되어있다. 또, 도 6에서는 LC직렬회로를 사용하여 고전압펄스 발생 장치(1)로 부터의 고전압펄스 뿐이고, 트리거전압을 생성하는 간단한 구조이다. 따라서, 도 5와 같이 대규모의 트리거전압 발생기(13)가 불필요하게 된다.When high voltage pulses having a negative potential from the high voltage pulse generator 1 to the lead line a and a positive potential to the lead line b are applied, the capacitor C is gradually charged by the primary side L1. At this time, the trigger voltage is generated on the secondary side L2, and free discharge occurs between the trigger voltage electrode 3c and the negative electrode 3b. This free discharge is caused to cause a main discharge between the electrodes 3a and 3b. Incidentally, the trigger voltage is generated only when the capacitor C is charged. That is, the electrodes of the first, second, and third cases described above are of two-electrode type, but in this case, unless a large breakdown voltage (i.e., a large high voltage pulse) is applied, the electrodes 3a, 3b) cannot start main discharge. On the other hand, since the fourth example has the trigger voltage electrode 3c, it is possible to start discharging even at a small breakdown voltage (i.e., a small high voltage pulse). However, once the main discharge occurs, the high voltage pulses are at the same level. 6, only the high voltage pulse from the high voltage pulse generator 1 using the LC series circuit is a simple structure for generating a trigger voltage. Therefore, a large trigger voltage generator 13 is unnecessary as shown in FIG.
또한, 상기한 제1, 제2, 제3, 제4사례에 있어서, 정전극(3a)과 부전극(3b)을 전부 통일하여 도면에 기재했지만, 극성은 반대로 되어있어도 좋다. 또한, 제4사례에 있어서의 트랜스(T)의 코일(L1,L2)은, 콘덴서(C)에 충전시에, 고전압펄스발생장치(1)로 부터 보아, 양 코일(L1,L2)을 흐르는 전류의 방향이 일치하도록 감을 필요가 있다.In the above first, second, third, and fourth cases, all of the positive electrode 3a and the negative electrode 3b are uniformly described in the drawings, but the polarities may be reversed. In the fourth case, the coils L1 and L2 of the transformer T flow through both coils L1 and L2 when viewed from the high voltage pulse generator 1 when the capacitor C is charged. It is necessary to wind so that the direction of the current coincides.
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