特許 6231103 高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための方法及び装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231103

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   B02C 19/00 20060101AFI20171106BHJP

   E21C 37/18 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   B02C19/00 Z

   E21C37/18

【請求項の数】39

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-527743(P2015-527743)

(86)(22)【出願日】2012年8月24日

(65)【公表番号】特表2015-531679(P2015-531679A)

(43)【公表日】2015年11月5日

(86)【国際出願番号】CH2012000203

(87)【国際公開番号】WO2014029034

(87)【国際公開日】20140227

【審査請求日】2015年7月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】508294169

【氏名又は名称】ゼルフラーク アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ｓｅｌＦｒａｇ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(72)【発明者】

【氏名】ラインハート ミュラー−ズィーベアト

(72)【発明者】

【氏名】ファブリス モンティ ディ ソプラ

(72)【発明者】

【氏名】ハラルト ギーゼ

(72)【発明者】

【氏名】ウアス フリードリ

【審査官】 神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】 特表昭６２−５０２７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５４０１２７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３１３５７３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１９２５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１１１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２６６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０１７１７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５２１６８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｊ １９／０８

Ｂ０２Ｃ ９／００−１１／０８

Ｂ０２Ｃ １９／００−２５／００

Ｅ２１Ｃ ３７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための方法において、
破砕及び／又は弱化すべき前記材料と処理液とを、２つの電極の間に形成された処理ゾーン内において、当該処理ゾーン全体が前記処理液で充填されるように配置し、
前記２つの電極の間に高電圧ブレークダウンが生じるように、又は、ブレークダウンせずに予備放電チャネルが形成されるように、前記２つの電極に高電圧パルスを印加し、
前記２つの電極のうちの少なくとも第１電極のために、金属導体（１）を有する電極を選択し、
前記金属導体（１）には、前記処理液に接触している、当該電極の作業端において、部分的又は完全に第１絶縁部（２）が設けられており、
前記第１絶縁部は、前記処理液の誘電率の少なくとも７５％の誘電率を有する、
方法。

【請求項2】

前記第１絶縁部（２）は、第１絶縁被覆部（２）である、
請求項１記載の方法。

【請求項3】

５０より大きい誘電率を有する前記第１絶縁部（２）が設けられている、第１電極を選択する、
請求項１または２記載の方法。

【請求項4】

６０から１００の間の誘電率を有する前記第１絶縁部（２）が設けられている、第１電極を選択する、
請求項３記載の方法。

【請求項5】

前記処理液に接触している、前記電極の作業端に、部分的に又は完全に前記第１絶縁部が設けられており、かつ、部分的に第２絶縁部（３）が設けられている、第１電極を選択し、
前記第２絶縁部（３）は、前記処理液の誘電率の５０％未満の誘電率を有する、
請求項１から４のいずれか一項記載の方法。

【請求項6】

前記第２絶縁部（３）は、第２絶縁被覆部（４）である、
請求項５記載の方法。

【請求項7】

前記第２絶縁部は、２から１０の間の誘電率を有する、
請求項５または６記載の方法。

【請求項8】

前記第１絶縁部と前記第２絶縁部（３）とが、１つのつながった絶縁面を形成するように直接隣接するか、又は、互いに混ざり合っているか、又は、互いに浸透している、第１電極を選択する、
請求項５から７のいずれか一項記載の方法。

【請求項9】

前記第１絶縁部（２）と前記第２絶縁部（３）とによって形成された前記絶縁面の誘電率が、前記作業端から離れる方向に向かって減少する第１電極を選択する、
請求項８記載の方法。

【請求項10】

前記第１絶縁部（２）と前記第２絶縁部（３）とによって形成された前記絶縁面の誘電率が、前記作業端から離れる方向に向かって連続的に少なくとも部分的に無段階に減少する第１電極を選択する、
請求項９記載の方法。

【請求項11】

前記処理ゾーンを、上下に互いに離間して配置された２つの電極の間に形成し、
前記処理ゾーン内に配置される前記破砕及び／又は弱化すべき材料を、下側の電極の上に載置し、
前記第１電極を上側の電極として使用する、
請求項１から１０のいずれか一項記載の方法。

【請求項12】

密閉された処理ゾーンを形成する、
請求項１から１１のいずれか一項記載の方法。

【請求項13】

開放された処理ゾーンを形成し、下側の電極としてコンベヤベルト形電極を使用する、
請求項１から１１のいずれか一項記載の方法。

【請求項14】

岩石材料又は鉱石が破砕及び／又は弱化される、
請求項１から１３のいずれか一項記載の方法。

【請求項15】

前記処理液は、水である、
請求項１から１４のいずれか一項記載の方法。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれか一項記載の方法において使用するための電極において、
前記電極は、金属導体（１）を含み、
前記金属導体（１）には、前記電極の所定の使用時に処理液に接触する前記電極の作業端において、部分的又は完全に第１絶縁部（２）が設けられており、
前記第１絶縁部（２）は５０より大きい誘電率を有する、
電極。

【請求項17】

前記第１絶縁部（２）は、第１絶縁被覆部（２）である、
請求項１６記載の電極。

【請求項18】

前記第１絶縁部の誘電率は、６０から１００の間である、
請求項１６または１７記載の電極。

【請求項19】

前記金属導体（１）には、前記電極の所定の使用時に処理液に接触する前記電極の作業端において、部分的に第２絶縁部（３）が設けられており、
前記第２絶縁部（３）は、５０未満の誘電率を有する、
請求項１６から１８のいずれか一項記載の電極。

【請求項20】

前記第２絶縁部（３）は、第２絶縁被覆部（４）である、
請求項１９記載の電極。

【請求項21】

前記第２絶縁部は、２から１０の間の誘電率を有する、
請求項１９または２０記載の電極。

【請求項22】

前記第１絶縁部（２）と前記第２絶縁部（３）とが、１つのつながった絶縁面を形成するように直接隣接するか、又は、互いに混ざり合っているか、又は、互いに浸透している、
請求項１９から２１のいずれか一項記載の電極。

【請求項23】

前記第１絶縁部（２）と前記第２絶縁部（３）とによって形成された前記絶縁面の誘電率は、前記作業端から離れる方向に向かって減少する、
請求項２２記載の電極。

【請求項24】

前記第１絶縁部（２）と前記第２絶縁部（３）とによって形成された前記絶縁面の誘電率は、前記作業端から離れる方向に向かって連続的に少なくとも部分的に無段階に減少する、
請求項２３記載の電極。

【請求項25】

前記電極の前記金属導体（１）は、前記作業端において、丸み付けられた縁部（６）を有するリング形状の領域（５）を形成している、
請求項１６から２４のいずれか一項記載の電極。

【請求項26】

前記リング形状の領域（５）は、前記第１絶縁部（２）によって前記金属導体（１）から隔離されている、
請求項２５記載の電極。

【請求項27】

前記リング形状の領域（５）は、当該リング形状の領域（５）の、少なくとも前記作業端から離れる方向に向いた面上において前記第１絶縁部を有する、
請求項２５又は２６記載の電極。

【請求項28】

前記リング形状の領域（５）は、前記電極の作業端側の端部を形成している、
請求項２５から２７のいずれか一項記載の電極。

【請求項29】

前記リング形状の領域に、球冠形状又は回転放物形状の電極先端部が接続されており、
前記電極先端部は、前記電極の作業端を形成している、
請求項２５から２７のいずれか一項記載の電極。

【請求項30】

前記電極先端部は、前記電極の作業端を形成しており、前記電極先端部の自由端部は、金属露出している、
請求項２９記載の電極。

【請求項31】

前記電極は、２０未満の誘電率を有する材料からなる絶縁体（３）を有し、
前記作業端において前記絶縁体（３）から前記金属導体（１）が突出している、
請求項１６から３０のいずれか一項記載の電極。

【請求項32】

前記絶縁体（３）を貫通する前記金属導体（１）に対して同心円状に延在する１つ又は複数のリング形状のエレメント（７）が、前記絶縁体（３）の中に埋め込まれており、
前記リング形状のエレメント（７）は、前記絶縁体（３）の材料よりも高い誘電率を有する材料からなる、
請求項３１記載の電極。

【請求項33】

前記絶縁体（３）から前記金属導体（１）が突出している領域において、前記金属導体（１）に、前記第１絶縁部、又は、前記第２絶縁部が設けられている、
請求項３１又は３２記載の電極。

【請求項34】

請求項１から１５のいずれか一項記載の方法を実施するための、高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための装置において、
前記装置は２つの電極を有し、前記２つの電極のうちの少なくとも一方が、請求項１６から３３のいずれか一項記載の電極として構成されており、
前記２つの電極の間に処理ゾーンが形成されており、
前記処理ゾーン内において、破砕及び／又は弱化すべき前記材料と処理液とが、当該処理ゾーン全体が前記処理液で充填されるように配置されており、
前記２つの電極の間に高電圧ブレークダウンが生じるように、又は、ブレークダウンせずに予備放電チャネルが形成されるように、前記２つの電極に高電圧パルスが印加される、
ことを特徴とする装置。

【請求項35】

前記２つの電極は両方とも、請求項１６から３３のいずれか一項記載の電極として構成されている、
請求項３４記載の装置。

【請求項36】

前記２つの電極は、充填された前記処理ゾーンにおいて、前記破砕及び／又は弱化すべき材料が下側の電極の上に載置されるように上下に配置されており、
少なくとも上側の電極が、請求項１６から３３のいずれか一項記載の電極として構成されている、
請求項３４又は３５記載の装置。

【請求項37】

前記処理ゾーンは、密閉された処理容器の中に形成されている、
請求項３４から３６のいずれか一項記載の装置。

【請求項38】

前記処理ゾーンは、開放された処理ゾーンとして構成されており、
前記２つの電極は上下に配置されており、下側の電極はコンベヤベルト形電極として構成されている、
請求項３４から３６のいずれか一項記載の装置。

【請求項39】

請求項１６から３３のいずれか一項記載の電極を、請求項１から１５のいずれか一項記載の方法を実施して、高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するために使用する、電極の使用方法、
又は、
請求項３４から３８のいずれか一項記載の装置を、請求項１から１５のいずれか一項記載の方法を実施して、高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するために使用する、装置の使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、各々独立請求項の上位概念に記載の、高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための方法と、当該方法において使用するための電極と、特に前記方法に基づいて高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための装置と、材料を破砕及び／又は弱化するための前記電極又は前記装置の使用方法と、に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術から、例えばコンクリート又は岩石材料のような種々異なる材料を、高電圧パルス放電を用いて破砕すること、又は、例えば後続する機械的な粉砕処理において簡単に粉砕できるよう亀裂を設ける等のように弱化することが公知である。

【0003】

このために粉砕乃至弱化すべき材料は、例えば水のような処理液と共に、２つの電極の間における高電圧ブレークダウンが形成される領域の中に入れられる。ブレークダウンを形成するためには、これら２つの電極に高電圧パルスが印加される。この場合には、処理液と材料との間の間隔を予備放電チャネルによって架橋するため、及び、一貫したプラズマチャネルを形成してブレークダウンを発生させるために、所定の時間が必要となる。この時間内には、所定の導電性を有する処理液を介して２つの電極の間に電流が流れ、この導電性は、運転時間が増加するにつれて増加しうる。これによって２つの電極の間の電圧は、エネルギ供給を行うエネルギ蓄電器の放電の結果、持続的に減少する。ブレークダウンに至るまでの期間に流れる電流は、破砕作業又は弱化作業には役立たず、処理液を温めるだけである。つまりこの電流は損失であり、この損失によって処理のエネルギ効率が悪化する。導電性を維持乃至低減を目的とした処理液の恒常的な交換、乃至、継続的な高コストの精製も、処理の効率を低下させる。予備放電チャネルの形成中に既に電圧がブレークダウン電圧を下回った場合には、予備放電チャネルはこれ以上成長せずに“死ぬ”。この場合にはブレークダウン又は一貫したプラズマチャネルは発生せず、供給された全てのエネルギが破砕乃至弱化プロセスにとって失われる。

【0004】

特定の用途においては、材料の事前弱化を丁寧に処理するために、ブレークダウンを形成するのではなく、予備放電チャネルのみを形成する方が望ましいこともある。しかしながらこの場合には、供給されたエネルギのうちのできるだけ小さい割合を処理液の加熱に使用し、できるだけ大きい割合を予備放電チャネルの形成に使用することも望まれる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従って本発明の課題は、高電圧パルスを用いて材料を破砕乃至弱化するための方法及び装置であって、できるだけ良好なエネルギ効率を有し、かつ処理液の導電率の増加に対して寛容な、方法及び装置を提供することである。

【0006】

この課題は、各独立請求項に記載の発明によって解決される。

【0007】

独立請求項によれば、本発明の第１側面は、高電圧パルスを用いて材料、好ましくは岩石材料又は鉱石を破砕及び／又は弱化するための方法に関する。

【0008】

破砕は、材料を細かく砕くことである。弱化（事前弱化とも呼ばれる）は、特に材料のさらなる機械的な破砕を容易にするための内部亀裂を材料内に形成することである。

【0009】

破砕及び／又は弱化すべき材料は、処理液と共に、２つの電極の間に形成された開放又は密閉された処理ゾーン内において、当該処理ゾーン全体が処理液で充填されるように、かつ、２つの電極が両方とも処理液に接触するように、かつ、２つの電極の間に配置された破砕又は弱化すべき材料が当該処理液の中に完全に浸漬されるように、配置される。この状態において電極に高電圧パルス印加され、これによってこれらの電極の間に高電圧ブレークダウンが発生するか、又は、このような高電圧ブレークダウンが望ましくない場合には、高電圧ブレークではなく予備放電チャネルが形成されるのみとなる。

【0010】

本発明によれば、２つの電極のうちの少なくとも一方のために、本発明の第１電極が使用される。第１電極は金属導体を有し、当該金属導体は、当該第１電極の、処理液に接触する作業端において、部分的又は完全に本発明の第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部を有しており、当該第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部は、処理液の誘電率の少なくとも７５％の誘電率を有する。好ましくは処理液として、一般的に約８０の誘電率を有する水が使用される。

【0011】

驚くべきことに、このような本発明の電極を使用することによって、高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための上位概念に記載の方法を格段に改善することができ、さらには処理液の導電率の増加に対する耐久性を向上させることができることが判明した。

【0012】

好ましくは、５０より大きい誘電率、好ましくは８０より大きい誘電率を有する第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部が設けられている、本発明の第１電極が使用される。

【0013】

この場合には、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部の誘電率が６０から１００の間、特に７５から８５の間であるとさらに好ましい。

【0014】

このような第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部を有する電極の使用は、特に処理液として水が使用される方法において特に有利である。

【0015】

本発明の好ましい１つの実施形態においては、第１電極の金属導体が、当該第１電極の、処理液に接触している作業端において、本発明の第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部に加えてさらに、本発明の第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部を有している、形式の第１電極が使用され、当該第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部は、処理液の誘電率の５０％未満の誘電率を有し、特に２から１０の間の誘電率を有する。この第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部が設けられている電極領域は、電極を支持構造に機械的に結合させるために特に良好に適している。

【0016】

この場合に好ましくは、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部と第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部とが、１つのつながった絶縁面、好ましくは閉じられた絶縁面を形成するように直接隣接するか、又は、互いに混ざり合っているか、又は、互いに浸透している、本発明の第１電極が使用される。

【0017】

こうすることにより、予備放電チャネルの形成、場合によっては高電圧ブレークダウンの形成が望まれているそれぞれの電極輪郭の領域に、狙いを定めて非常に強力な電界を有するゾーンを設けることができる。

【0018】

この場合にさらに好ましくは、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部と第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部とによって形成された絶縁面の誘電率が、作業端から離れる方向に向かって減少する。すなわち絶縁面は、電極の作業端の自由端部に最も近い領域において最も高い誘電率を有し、かつ、電極の作業端の自由端部から最も遠い領域において最も低い誘電率を有する。この場合に好ましくは、前記誘電率の減少が、少なくとも部分的に無段階に実施される。このことは例えば、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部と第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部とが、所定の領域に亘って互いに浸透する、又は、互いに混ざり合うことによって達成することができる。こうすることにより、電界の突然の変化を回避することができる。

【0019】

本方法の別の１つの好ましい実施形態においては、処理ゾーンは、上下に互いに離間して配置されている２つの電極の間に形成され、この際、当該処理ゾーン内に配置される破砕及び／又は弱化すべき材料は下側の電極の上に載置される。少なくとも上側の電極のためには、本発明の第１電極を使用することが好ましい。このような電極配置は、特に有利であることが判明しており、またさらに、上側の電極を本発明の第１電極として構成した場合には、第１電極の第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部及び／又は第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部に対し、破砕及び／又は弱化すべき材料によって非常に僅かにしか機械的な負荷が加わらないという利点が提供される。

【0020】

別の好ましい１つの実施形態においては、本方法は、密閉された処理ゾーン内で、好ましくは密閉された処理容器内で実施されるか、又は、開放された処理ゾーン内で実施される。前者の変形例は、特にバッチ式運転に適しており、その一方で後者の変形例は、連続式運転の場合に好まれる。この後者の変形例の場合、好ましくは下側の電極としてコンベヤベルト形電極が使用され、このコンベヤベルト形電極によって、破砕及び／又は弱化すべき材料を処理ゾーンへと供給し、材料に対する作用後には処理ゾーンから除去することが可能となる。

【0021】

本発明の第２側面は、本発明の第１側面に基づく方法において使用するための電極に関する。

【0022】

電極は、例えば銅製又はステンレス鋼製の金属導体を含み、金属導体には、電極の所定の使用時に処理液に接触している、当該電極の作業端において、つまり当該電極の端部において、部分的又は完全に本発明の第１絶縁部又は絶縁被覆部が設けられている。この絶縁部又は絶縁被覆部は、５０より大きい誘電率、好ましくは８０より大きい誘電率を有する。

【0023】

このような本発明の電極によれば、高電圧パルスを用いて材料を破砕及び／又は弱化するための公知の方法に比べてエネルギ効率を格段に改善することができ、さらには処理液の導電率の増加に対する耐久性を向上させることができる。

【0024】

本発明の第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部は、好ましくは６０から１００の間の誘電率、さらに好ましくは７５から８５の間の誘電率を有する。このような第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部を有する電極は、処理液として水が使用される方法において使用するために特に良好に適している。

【0025】

電極の好ましい１つの実施形態においては、電極の金属導体は、当該電極の作業端において、本発明の第１絶縁部又は絶縁被覆部に加えてさらに、本発明の第２絶縁部又は絶縁被覆部を有しており、当該第２絶縁部又は絶縁被覆部は５０未満の誘電率、特に２から１０の間の誘電率を有する。この第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部が設けられている領域は、電極を支持構造に機械的に結合させるために特に良好に適している。

【0026】

この場合に好ましくは、本発明の第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部と本発明の第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部とが、１つのつながった絶縁面、有利には閉じられた絶縁面を形成するように直接隣接するか、又は、互いに混ざり合っているか、又は、互いに浸透している。こうすることにより、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部と第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部との間に放電ゾーンが形成される可能性を回避することができる。

【0027】

上記の実施形態の場合には好ましくは、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部と第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部とによって形成された絶縁面の誘電率は、作業端から離れる方向に向かって減少する。すなわち絶縁面は、電極の作業端の自由端部に最も近い領域において最も高い誘電率を有し、かつ、電極の作業端の自由端部から最も遠い領域において最も低い誘電率を有する。この場合に特に好ましくは、前記誘電率の減少が、少なくとも部分的に無段階に実施される。こうすることにより、電界の突然の変化を回避することができる。

【0028】

電極の別の好ましい１つの実施形態においては、金属導体が、電極の作業端において、丸み付けられた縁部を有するリング形状の領域を形成している。電極の所定の動作時には、このリング形状の領域が電界緩和部として使用される。

【0029】

この場合には、リング形状の領域と金属導体とを一体的に形成することによってリング形状の領域と金属導体とを導電的に接続させることができるか、又は、リング形状の領域を第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部によって金属導体から隔離して、金属導体から電気的に絶縁させることができる。電界緩和部としての機能は、これによって殆ど影響を受けなくなる。

【0030】

特に、リング形状の領域と金属導体とが導電的に接続されている場合には、有利には、リング形状の領域の、少なくとも電極の作業端から離れる方向に向いた面上に、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部が設けられている。こうすることによって、電極の導電面を格段に小さくすることができる。

【0031】

上述した電極の１つの変形例においては、リング形状の領域が、電極の作業端側の端部を形成している。このようにすると、例えばプレート形状の大きい端面を有する先の丸い電極が形成される。

【0032】

電極の別の１つの変形例においては、リング形状の領域に、有利には球冠形状又は回転放物形状の電極先端部が接続されており、この電極先端部が、電極の作業端側の端部を形成している。好ましくは、この電極先端部の自由端部は金属露出している。このようにすると、小さな端面を有する比較的先鋭な電極が形成される。

【0033】

電極の使用領域に応じて、上記変形例のうちの一方又は他方を選択することができる。

【0034】

さらなる別の好ましい１つの実施形態においては、電極が、例えばＰＥ又はＰＰ製の２０未満の誘電率を有する材料からなる絶縁体を有しており、この絶縁体から、作業端において金属導体が突出している。この絶縁体は、本発明の第２絶縁部を形成しているか、又は、本発明の別の第２絶縁部又は絶縁被覆部に加えて追加的に設けることもできる。このような電極は、絶縁体を用いて支持構造へと簡単に電気絶縁的に固定させることができる。

【0035】

電極のこの実施形態の１つの変形例においては、絶縁体の中心に延在する金属導体に対して同心円状に延在する１つ又は複数のリング形状のエレメントが、絶縁体の中に埋め込まれており、前記リング形状のエレメントは、絶縁体の材料よりも高い誘電率を有する材料から、例えばグラファイトが混入されたプラスチック又はステンレス鋼のような金属材料からなる。このようにすると、この領域における絶縁体の体積に亘って平均化される誘電率推移に対して、狙いを定めて影響を与えることができる。

【0036】

電極が絶縁体を有している形式の実施形態においては、絶縁体から金属導体が突出している領域において、当該金属導体に、第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部、又は、第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部を設けることが好ましい。特に当該領域において、金属導体に第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部が設けられている場合には、絶縁体から金属導体への電界強度の移行がより緩やかになる。

【0037】

本発明の第３側面は、高電圧パルスを用いて材料、好ましくは岩石材料又は鉱石を破砕及び／又は弱化するための装置に関する。有利には、本装置は、本発明の第１側面に基づく方法を実施するために適している。

【0038】

本装置は２つの電極を含み、これら２つの電極のうちの一方又は両方が、本発明の第２側面に基づく電極として構成されている。これら２つの電極の間には処理ゾーンが形成されており、当該処理ゾーン内において、破砕及び／又は弱化すべき材料と処理液とを、当該処理ゾーン全体が処理液で充填されるように配置することができる。この状態において、２つの電極の間に高電圧ブレークダウンが生じるように、及び／又は、ブレークダウンせずに予備放電チャネルが形成されるように、２つの電極に高電圧パルスを印加することができる。

【0039】

本装置の好ましい１つの実施形態においては、２つの電極は、充填された処理ゾーンにおいて、破砕及び／又は弱化すべき材料が下側の電極の上に載置されるように上下に配置されている。この場合に有利には、少なくとも上側の電極が、本発明の第２側面に基づく電極である。このような電極配置は、特に有利であることが判明しており、またさらに、上側の電極を本発明の第１電極として構成した場合には、第１電極の第１絶縁部乃至第１絶縁被覆部及び／又は第２絶縁部乃至第２絶縁被覆部に対し、破砕及び／又は弱化すべき材料によって非常に僅かにしか機械的な負荷が加わらないという利点が提供される。

【0040】

別の好ましい実施形態においては、本装置は、好ましくは密閉された処理容器によって形成されている密閉された乃至密閉可能な処理ゾーンを有しているか、又は、開放された処理ゾーンを有している。前者の変形例は、特にバッチ式運転に適しており、その一方で後者の変形例は、連続式運転の場合に好まれる。この後者の変形例の場合、好ましくは下側の電極はコンベヤベルト形電極として構成され、このコンベヤベルト形電極によって、破砕及び／又は弱化すべき材料を処理ゾーンへと供給し、材料に対する作用後には処理ゾーンから除去することが可能となる。

【0041】

本発明のさらなる形態、利点、適用例は、従属請求項と、図面に基づく以下の記載から明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】本発明の第１電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図2】本発明の第２電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図3】本発明の第３電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図4】本発明の第４電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図5】本発明の第５電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図6】本発明の第６電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図7】本発明の第７電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図8】本発明の第８電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図9】本発明の第９電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図10】本発明の第１０電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図11】本発明の第１１電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図12】本発明の第１２電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図13】本発明の第１３電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図14】本発明の第１４電極の作業端の半分の横方向の垂直断面を図示している。

【図15】図１４に図示した本発明の第１４電極の作業端の半分の縦方向の垂直断面を図示している。

【図16】本発明の第１５電極の作業端の半分の縦方向の垂直断面を図示している。

【図17】図１６に図示した本発明の第１５電極の作業端の半分の横方向の垂直断面を図示している。

【図18】本発明の第１６電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。

【図19】図１８に図示した電極の作業端の半分の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

図１は、本発明の回転対称の第１電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。見て取れるようにこの電極は、例えば銅製又はステンレス鋼製の実質的にロッド形状の金属導体１を有しており、金属導体１は、図示した電極の作業端において、丸み付けられた縁部６を有するリング形状の領域５を形成している。金属導体１は、リング形状の領域５に続いて、電極の自由端部へと向かって球冠形状の電極先端部８となって終端しており、この電極先端部８が、電極の作業端側の端部となっている。金属導体１には、本来の電極先端部８を除いて完全に本発明の第１絶縁被覆部２が設けられている。第１絶縁被覆部は５０より大きい誘電率を有し、例えばＴｉＯ_２からなる。リング形状の領域５は、電界緩和部として使用される。

【0044】

図２は、本発明の第２電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第２電極と、図１に図示した電極との違いは、金属導体１が、例えばＰＥ又はＰＰ製の２０未満の誘電率を有する材料からなる絶縁体３から突出しているという点のみにある。

【0045】

図３は、本発明の第３電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第３電極と、図２に図示した電極との違いは、絶縁体３によって包囲されている領域において、金属導体１が絶縁被覆部を有していないという点のみにある。

【0046】

図４は、本発明の第４電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第４電極と、図３に図示した電極との違いは、電極先端部８が陥凹部９を有しており、陥凹部９において絶縁被覆部２が終端しているという点のみにある。

【0047】

図５は、本発明の第５電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第５電極と、図２に図示した電極との違いは、リング形領域５の、作業端とは反対の側に続いている領域において、金属導体１が、例えばＰＥ製の５０未満の誘電率を有する本発明の第２絶縁被覆部４を有しているという点のみにある。

【0048】

図６は、本発明の第６電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第６電極と、図２に図示した電極との違いは、絶縁体３を貫通する金属導体１に対して同心円状に延在する複数のリング形状のエレメント７が、絶縁体３の中に埋め込まれており、前記リング形状のエレメント７が、絶縁体３の材料よりも高い誘電率を有する材料から、例えばグラファイトが混入されたプラスチック又はステンレス鋼からなるという点のみにある。

【0049】

図７は、本発明の第７電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第７電極と、図３及び図４に図示した電極との違いは、リング形状の領域５に、電極の作業端側の端部を形成する電極先端部が接続されておらず、その代わりにこのリング形状の領域５が、電極の作業端側の端部を形成しており、かつ、リング形状の領域５の端面１０が、絶縁被覆部２によって完全に被覆されているという点のみにある。

【0050】

図８は、本発明の第８電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第８電極と、図７に図示した電極との違いは、端面１０が金属露出しており、絶縁被覆部２が、絶縁体３の中に所定の程度しか突入していないという点のみにある。

【0051】

図９は、本発明のロッド形状の第９電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第９電極と、図１に図示した電極との違いは、図１に図示した電極には設けられていたリング形状の領域が、この第９電極には設けられていないという点のみにある。

【0052】

図１０は、本発明の第１０電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第１０電極と、図９に図示した電極との違いは、金属導体１が、例えばＰＥ又はＰＰ製の２０未満の誘電率を有する材料からなる絶縁体３から突出しているという点のみにある。

【0053】

図１１は、本発明の第１１電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第１１電極と、図９に図示した電極との違いは、電極先端部８の領域においてのみ、金属導体１に本発明の第１絶縁被覆部２が設けられており、但し、電極先端部８そのものは金属露出しており、さらに、残りの領域においては、例えばＰＥ製の５０未満の誘電率を有する本発明の第２絶縁被覆部４が設けられているという点のみにある。この場合、これら２つの絶縁被覆部２，４は、移行領域１１において互いに混ざり合っている。

【0054】

図１２は、本発明の第１２電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第１２電極と、図１１に図示した電極との違いは、金属導体１が、例えばＰＥ又はＰＰ製の２０未満の誘電率を有する材料からなる絶縁体３から突出しているという点のみにある。

【0055】

図１３は、本発明の第１３電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第１３電極と、図１０に図示した電極との違いは、金属導体１が、電極先端部８と絶縁体３との間において、金属導体１と同じ金属又は別の金属材料からなる丸み付けられた縁部６を有するリング形の隆起部５を保持しており、当該リング形の隆起部５は、電界緩和部として使用され、本発明の第１絶縁被覆部２によって金属導体１から隔離されており、当該金属導体１から電気的に絶縁されている、という点にある。図１０に図示した電極とのさらなる違いは、電極先端部８全体が金属露出していることである。本発明の第１絶縁被覆部が設けられている円形の金属ロッドから、当該金属ロッドの端部を捻り切って金属先端部８を金属露出させ、そして、金属先端部８に続く被覆された領域において、被覆された金属ロッド上に、リング形状の隆起部５を形成する構成部品１２を焼き嵌めすることによって、このような電極の金属導体１を低コストに製造することができる。

【0056】

図１４及び図１５は、それぞれ本発明の第１４電極の作業端の半分の横方向の垂直断面（図１４）と、縦方向の垂直断面（図１５）を図示している。第１４電極と、図７に図示した電極との違いは、第１４電極が、図７に図示した電極の円形のプレート形状の電極ヘッドの代わりに、丸み付けられた縁部６を有するバー類似形状の電極ヘッド１３を有するという点のみにある。

【0057】

図１６及び図１７は、それぞれ本発明の第１５電極の作業端の半分の横方向の垂直断面（図１７）と、縦方向の垂直断面（図１６）を図示している。第１５電極と、図１４及び図１５に図示した電極との違いは、第１５電極が、バー類似形状の電極ヘッドの代わりに、本発明の第１絶縁被覆部２が設けられたヨーク形状の電極ヘッド１４を有し、電極ヘッド１４の間に、金属露出した電極ワイヤ１５が張架されているという点のみにある。

【0058】

図１８は、本発明の第１６電極の作業端の半分の垂直断面を図示している。第１６電極と、図７に図示した電極との違いは、第１６電極が、図７の電極の丸み付けられた縁部を有する円形のプレート形状の電極ヘッドの代わりに、円錐台の輪郭を画定する縁部１７を有する円形のプレート形状の電極ヘッド１６を有しており、当該電極ヘッド１６の下側の縁部領域において、６つのフィンガ形状の電極先端部１８が、当該電極ヘッド１６の周に亘って均等に分布して若干外側に向かって傾斜して突出しているという点のみにある。電極先端部１８は、球冠形状の端面を有する。この球冠形状の端面を除いて、電極ヘッド１６全体には本発明の第１絶縁被覆部２が設けられている。

【0059】

図１９は、図１８の電極の作業端の半分の上面図である。

【0060】

本明細書において本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明はこれらの実施形態には限定されず、以下の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることは明らかである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】