KR101363248B1 - 해저 광물 자원을 위한 채광 로봇의 광석 파쇄 장치 - Google Patents

Abstract

해저 광물 자원 채광 로봇의 파쇄 송출부를 이루는 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 개시한다.
상기 채광 로봇의 광석 파쇄 장치는, 유압 모터; 상기 유압 모터에서 일방향으로 연장되는 축; 상기 축의 양단에 위치하는 고정 블록; 및 서로 다른 위치에 형성된 키 홈을 구비하고, 상기 고정 블록 사이에서 상기 축 상에서 각각의 파쇄날이 서로 연속하여 묶음을 이루면서 형성되며, 이들 연속한 묶음과 인접한 연속한 묶음이 서로 다른 각도를 이루면서 조립되는 파쇄날 묶음을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 파쇄날 묶음은, 두 개 이상 연속하여 묶음을 이루는 것이 바람직하며, 이때, 상기 파쇄날 묶음이 이루는 서로 다른 각도는, 0° 또는 45°일 수 있다.
상기 해저 광물 자원으로는, 해저 망간 단괴, 열수 광상, 망간각 중의 적어도 하나 이상일 수 있다.

Description

해저 광물 자원을 위한 채광 로봇의 광석 파쇄 장치{MINERAL CRUSHER FOR DEEP-SEA FLOOR MINING ROBOT}

본 발명은 채광 로봇의 광석 파쇄 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 심해저에 분포하고 있는 다양한 해저 광물 자원을 채광할 때, 이들 해저 광물 자원을 양광하기에 적합하도록 적절한 크기로 파쇄시키기 위한 채광 로봇의 광석 파쇄 장치에 관한 것이다.

심해저에는 여러 가지 광물 자원이 존재하는 것으로 알려져 있다. 그 중에서 최근에 관심이 집중되어 주목받고 있는 해저 망간 단괴는 대표적인 해저 광물 자원으로 알려져 있으며, 향후 열수 광상이라든가 망간각(manganese crust) 등도 관심이 대상이 될 가능성이 높다.

이하, 본 발명에서는, 이들 해저 광물 자원 중에서, 상술한 해저 망간 단괴를 구체적인 예로 하여 설명하기로 한다.

상기 해저 망간 단괴는 심해저에 분포되어 있고 주성분이 망간으로 이루어진 단괴를 말한다. 이 망간 단괴에는 망간 이외에도 구리나 코발트, 니켈 등의 다른 금속이 포함되어 있기 때문에, 유용한 자원으로서 매우 주목받고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에 따르면, 세계 각국에서 심해저의 유가 금속을 회수하는 방법을 두고 치열한 경쟁을 치루고 있음을 알 수 있다.

상기 망간 단괴는 평균 50 ~ 60 mm 정도의 크기로 형성되어 있는 것으로 알려져 있다. 또한 상기 망간 단괴의 강도는 대략 2 MPa 정도, 비중은 2 정도로 알려져 있다.

이와 같은 망간 단괴를 채광하는 방법으로는, 종래 그물을 이용한 저인망 방식의 채광 방법이 있었으나, 심해저에 그물을 내려서 망간 단괴를 채광하는 데 소요되는 에너지 및 시간이 막대하고, 그물이 파손되는 사고가 발생하거나 해저면의 환경 오염을 야기하는 경우가 발생하기도 하였으므로 실험적으로 약간의 망간 단괴를 수집하는 경우를 제외하고는 상업적인 망간 단괴 채광 방법으로는 부적합하였다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결하고자, 각국에서는 망간 단괴를 포함하는 해저 광물 자원 채광 로봇을 활용하고자 연구하고 있는 중이다.

본 발명의 발명자들도 해저 광물 자원 채광 로봇을 이미 개발하여 출원한 상태이며, 이하에서는 간략하게 해저 광물 자원 채광 로봇에 대해서, 도 1 내지 5를 참조하여 설명하면서 모의 해저 망간 단괴 채광에서 직면한 문제점에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 해저 광물 자원 채광 로봇의 간략한 측면도이다.

도 1에 따르면, 해저 광물 자원 채광 로봇은, 크게 보아, 최상단의 부력부(10), 해저 광물 자원 채광 로봇의 이동 및 작업을 제어하기 위한 유압/제어부(20), 해저 광물 자원 채광 로봇을 이동시키기 위한 구동 주행부(30), 해저 광물 자원 채광 로봇에서 실제 채광을 담당하는 채광부(40), 채광된 망간 단괴를 파쇄/송출하기 위한 파쇄 송출부(50), 및 제어 케이블(60) 등으로 이루어진다.

여기에서, 채광된 망간 단괴는 채광부(40)의 채광 종단(44)에서 파쇄 모듈(52) 내로 낙하한다. 파쇄 모듈(52) 내로 낙하한 망간 단괴는 파쇄되어 송출 파이프(54)로 이송되고, 해저 광물 자원 채광 로봇 상단의 제어 케이블(60)에 부착되거나 별도로 형성된 송출 배관(미도시)을 통해서 버퍼(미도시)를 거쳐서 해상의 망간 단괴 채광 모선(미도시)으로 양광되어 최종 수집된다.

상기 해저 광물 자원 채광 로봇은, 해저 광물 자원 채광 로봇의 채광부를 확대한 확대도인 도 2에 나타낸 바와 같이, 채광부(40)가 네 개의 채광 모듈(42)로 분할 형성되어 있다. 상기 각각의 채광 모듈(42)의 뒷쪽에는 채광 라인(44)이 배치되어 있는데, 도 2에서는 채광 모듈(42)에 가려져 도시되어 있다.

해저 광물 자원 채광 로봇의 채광부의 파쇄 송출부의 확대도인 도 3에는 파쇄 송출부(50)를 나타내었다. 상기 파쇄 송출부(50)는 파쇄 모듈(52), 파쇄된 망간 단괴를 송출하는 송출 파이프(54), 및 상기 파쇄 모듈(52)에서 파쇄된 망간 단괴를 송출하기 위한 송출 펌프(56) 등으로 이루어져 있다.

이때, 파쇄 모듈(52)에서 파쇄된 망간 단괴를 송출 펌프(56)가 송출 파이프(54)로 용이하게 이송하기 위해서는, 평균 크기 50 ~ 60 mm의 망간 단괴를 20 mm 이하로 파쇄하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 발명자들이 제작한 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 확대 사시도이다.

도 4에 따르면, 파쇄 모듈(52)로서의 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치는 동력 전달용 유압 모터(400), 상기 유압 모터(400)에 접속되는 모터 샤프트(410), 고정 블록(420, 430), 상기 유압 모터(400)에서 모터 샤프트(410)를 지나 양쪽 고정 블록(420, 430)을 연결하는 도시하지 않은 축, 유압 모터 지지 축받이(440), 가이드(450) 등으로 이루어져 있다.

여기에서, 파쇄 드럼을 이루는 파쇄날(460)은 틈(470, 또는 골)을 두고 이격되어 배치되어 있으며, 이때 이격 거리는 파쇄날의 두께와 동일하게 20 mm로 설정하였다. 상기 틈(470)은 파쇄날(460)의 폭과 동일한 폭의 링(ring)을 삽입하여 형성하였다. 따라서, 본 발명의 발명자들은 링으로 형성된 틈(470)에 의해서 망간 단괴가 20 mm 폭으로 파쇄될 수 있을 것으로 기대하였다.

그러나, 상기 도 4의 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 장착한 해저 광물 자원 채광 로봇(도 1 참조)을 사용하여 해저 망간 단괴를 모의 파쇄하여 본 결과, 채광부(40)에서의 채광은 적절하게 이루어지는 것을 알 수 있었으나, 파쇄 송출부(50)에서의 망간 단괴의 파쇄가 제대로 이루어지지 않는 현상을 발견하게 되었다.

구체적으로, 0.07 m × 0.05 m 크기의 큰 모조 단괴와, 이와 동시에 0.05 m × 0.03 m 크기의 작은 모조 단괴를 사용하여 망간 단괴 파쇄 시험을 행하였다. 이 모조 단괴는 해저 망간 단괴의 물성과 최대한 유사한 물성을 나타내도록 제작하였으며, 특히 해저 망간 단괴의 강도 2 MPa와, 비중 2를 고려하여 제작한 것이다.

이때, 일부 파쇄된 망간 단괴의 크기가 20 mm를 초과하는 등의 문제가 발생하였다. 파쇄된 망간 단괴의 크기가 20 mm를 넘어가게 되면 양광시에 양광 펌프에 무리가 발생할 수 있다.

이와 관련하여, 도 4의 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 개략 단면도인 도 5를 참고하여 추가로 설명한다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 장치의 좌측과 우측에는 고정 블록(520, 530)이 형성되어 있고, 그 가운데에 파쇄날(560)과 틈(570)이 교대로 형성되어 있다. 상기 파쇄날(560)과 틈(570)의 폭은 20 mm인 것이 바람직하다. 상기 틈(570)에는 이 틈(570)에 대응하여 가이드(550)가 설치되어 있다. 도 5에서 도면 부호 580은 중심선을 나타낸다.

본 발명의 발명자들이 이 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 사용하여 망간 단괴를 모의 파쇄한 결과, 망간 단괴가 파쇄 장치에 형성된 파쇄날(560)과 틈(570) 사이, 및 틈(570)과 가이드(550) 사이에도 파쇄된 망간 단괴 조각이 끼이는 문제가 발생하였다.

따라서, 망간 단괴가 끼이지 않도록 파쇄 성능은 충분히 높이면서 동시에 안정적인 파쇄 크기를 얻을 수 있는 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 파쇄날 구조가 요청되었다.

(특허 문헌 1) 대한민국 등록특허 특0165964호(1998년 12월 15일 공고)

따라서, 본 발명은 해저 광물 자원인 망간 단괴를 파쇄함에 있어서, 망간 단괴가 끼이지 않도록 파쇄 성능은 높이면서 파쇄 크기는 안정적으로 얻을 수 있는 해저 광물 자원을 위한 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해저 광물 자원 채광 로봇의 파쇄 송출부를 이루는 채광 로봇의 광석 파쇄 장치는, 유압 모터; 상기 유압 모터에서 일방향으로 연장되는 축; 상기 축의 양단에 위치하는 고정 블록; 및 서로 다른 위치에 형성된 키 홈을 구비하고, 상기 고정 블록 사이에서 상기 축 상에서 각각의 파쇄날이 서로 연속하여 묶음을 이루면서 형성되며, 이들 연속한 묶음과 인접한 연속한 묶음이 서로 다른 각도를 이루면서 조립되는 파쇄날 묶음을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 파쇄날 묶음은, 두 개 이상 연속하여 묶음을 이루는 것이 바람직하다.

이때, 상기 파쇄날 묶음이 이루는 서로 다른 각도는, 0° 또는 45°일 수 있으며, 이들 각도만으로 제한되지는 않는다.

상기 해저 광물 자원으로는, 해저 망간 단괴, 열수 광상, 망간각 중의 적어도 하나 이상일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술되어 있을 수 있음을 알아야 한다.

이상과 같은 본 발명의 심해저에서의 망간 단괴 채광용 채광 로봇의 광석 파쇄 장치에 따르면, 망간 단괴가 끼이지 않는 등 파쇄 성능은 높아지고 파쇄 크기는 일정하게 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 해저 광물 자원 채광 로봇의 간략한 측면도이다.
도 2는, 해저 광물 자원 채광 로봇의 채광부를 확대한 확대도이다.
도 3은, 해저 광물 자원 채광 로봇의 채광부의 파쇄 송출부의 확대도이다.
도 4는, 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 확대 사시도이다.
도 5는, 도 4의 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 개략 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 1 측면도이다.
도 7은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 2 측면도이다.
도 8은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 3 측면도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 4 측면도이다.
도 10은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 파쇄날의 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 파쇄날의 중첩된 상태를 보여주는 측면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 6은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 1 측면도이다.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 장치의 좌측과 우측에는 고정 블록(620, 630)이 형성되어 있고, 그 가운데에 인접한 파쇄날(660)이 두 개씩 연속하여 묶여서 형성되어 있다.

이때, 상기 파쇄날(660)의 두께는 15 ~ 25 mm인 것이 바람직하다. 상기 파쇄날(660)의 두께가 15 mm 미만인 경우 망간 단괴의 파쇄 크기가 지나치게 작아서 양광시 파쇄된 망간 단괴가 슬러리화하여 송출 배관의 막힘 현상을 초래하며, 상기 파쇄날(660)의 두께가 25 mm를 초과하는 경우에는 망간 단괴의 파쇄 크기가 지나치게 커서 양광에 소요되는 에너지가 증가하게 되므로 바람직하지 않다. 도 6에서 도면 부호 680은 중심선을 나타낸다.

도 6에 따르면, 상기 도 5의 초기형 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 개략 단면도에서 볼 수 있었던 파쇄날(560)과 파쇄날(560) 사이의 틈(570)이 사라졌으며, 상기 틈(570) 사이를 채우기 위한 가이드(550) 역시 사라졌음을 알 수 있다. 이와 같은 점은, 도 7 내지 도 9에도 모두 동일하게 적용됨을 알아야 한다.

도 6의 파쇄날 구조는, 파쇄날(660)이 두 개씩 묶여 형성되어 있고, 다음번 파쇄날도 두 개씩 묶여서 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으며, 이때, 다음번 파쇄날의 경우는 45° 회전되어 결합되어 직전 묶음의 파쇄날의 팁부(도 10의 도면 부호 1040 참조)와 어긋나게 조립 배치되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 파쇄날이 어긋나게 배치되는 구조에 대해서는, 도 11을 참조하여 후술한다.

여기에서, 도 6의 파쇄날(660) 구조에 대해서, 도 5에 도시한 파쇄날(560)과 대비하면, 도 5의 파쇄날(560)은 링(ring) 등에 의해서 형성되는 틈(570)을 사이에 두고 파쇄날(560)이 각각 분리되어 형성되어 있으며, 이때 상기 파쇄날(560)의 팁부는 모두 동일한 위치에 형성되어 있었다. 즉, 도 5의 파쇄날(560)의 팁부는 축 전체에 걸쳐서 모두 동일한 각도로 정렬되어 있었다.

이와는 달리, 도 6의 파쇄날(660)은 두 개씩 묶여서 형성되어 있으며, 인접한 다음번 묶음의 파쇄날과의 각도 차이가, 예를 들면, 45° 각도 차이가 나게 정렬되어 있다. 따라서, 본 발명의 도 6에 도시한 파쇄날(660)은 최초의 파쇄날(660)과 이 파쇄날(660)에 인접한 다른 두 개의 파쇄날이 일정한 각도를 이루고 형성되어 있을 수 있다. 이들 두 개씩 묶인 파쇄날(660, 660)은 축의 양단에 형성된 고정 블록(620, 630) 사이에서 반복하여 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 도 7 및 도 8의 파쇄날(760, 860)의 구조에서도 도 6에서와 마찬가지로 묶음으로 묶인 파쇄날(760, 860)은 인접한 파쇄날의 묶음에 대해서 일정한 각도 차이가 나도록 형성되어 있다고 이해하여야 한다. 상기 각도 차이는 45°가 바람직하지만, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 각도를 다른 각도로도 형성할 수 있음을 잘 알 것이다. 즉, 상술한 각도 차이 45° 이외에도 모든 파쇄날의 묶음이 동일한 각도를 이루는 경우도 상정할 수 있으며, 상기 각도 차이는 30° 또는 60°를 이룰 수도 있다.

상기 파쇄날(660, 760, 860)에 형성된 키 홈의 위치에 대해서는 도 10 및 도 11을 참조하여 후술한다.

도 6의 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 사용하여 모의 망간 단괴를 파쇄한 실험 결과를 다음 표 1에 나타낸다.

표 1에 따르면, 파쇄날을 2 개씩 결합한 경우, 평균 파쇄율은 1.08 kg/sec로 측정되었으며, 무게가 많을수록 파쇄 시간이 증가하는 경향이 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 해저 망간 단괴의 평균 강도 2 MPa 및 비중 2를 고려하여 모조 단괴의 파쇄에 사용된 유압 모터(400)의 최대 작동 압력은 175 Bar, 유압 모터의 RPM은 240 RPM으로 설정하였다.

상기 작동 압력이나 RPM은 다른 값으로 설정될 수도 있으나, 본 발명의 발명자들의 실험 결과, 파쇄가 진행될 때 발생하는 최대 순간 압력이 80 Bar로 계측되었기 때문에, 유압 모터의 최대 작동 압력은 여유분을 감안하여 175 Bar 정도가 가장 바람직하며, 따라서 최대 순간 파쇄 압력이 80 Bar를 상회하는 수준의 유압 모터라면 어떠한 유압 모터를 사용하여도 무방하다.

이하의 설명에서도, 유압 모터의 작동 조건은, 최대 작동 압력 175 Bar, 회전수 240 RPM인 경우를 상정하였음에 주목하여야 한다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 압력은 평균 50 Bar 정도이다.

다음으로, 도 7은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 2 측면도이다.

도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 장치의 좌측과 우측에는 고정 블록(720, 730)이 형성되어 있고, 그 가운데에 파쇄날(760)이 세 개씩 연속하여 묶여서 형성되어 있다. 상기 파쇄날(760)의 두께는, 도 6에서와 마찬가지로, 15 ~ 25 mm인 것이 바람직하다. 도 7에서 도면 부호 780은 중심선을 나타낸다.

도 7의 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 사용하여 모의 망간 단괴를 파쇄한 실험 결과를 다음 표 2에 나타낸다.

표 2에 따르면, 파쇄날을 3 개씩 연속하여 결합한 경우, 평균 파쇄율은 2.27 kg/sec로 측정되었다. 표 2에서의 나머지 파쇄 조건들은 도 6 및 관련된 표 1에서의 조건과 동일하다.

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 압력은 평균 55 Bar 정도이다.

다음으로, 도 8은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 3 측면도이다.

도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 장치의 좌측과 우측에는 고정 블록(820, 830)이 형성되어 있고, 그 가운데에 파쇄날(860)이 네 개씩 연속하여 묶여서 형성되어 있다. 상기 파쇄날(860)의 두께는, 도 6 및 도 7에서와 마찬가지로, 15 ~ 25 mm인 것이 바람직하다. 도 8에서 도면 부호 880은 중심선을 나타낸다.

도 8의 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 사용하여 모의 망간 단괴를 파쇄한 실험 결과를 다음 표 3에 나타낸다.

표 3에 따르면, 파쇄날을 4 개씩 연속하여 결합한 경우, 평균 파쇄율은 2.38 kg/sec로 측정되었다. 표 3에서의 나머지 파쇄 조건들은 도 6, 도 7 및 관련된 표 1, 표 2에서의 조건과 동일하다.

표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 압력은 평균 57 Bar 정도이다.

한편, 표 3에서의 평균 파쇄율은 표 1 및 표 2의 평균 파쇄율에 비해서 다소 높은 결과를 나타내고 있지만, 파쇄날(860)의 네 개씩 연속하여 묶은 묶음과 묶음 사이의 거리가 넓어져서 파쇄된 모조 단괴의 길이 역시 길어지는 문제가 발생하였다. 모조 단괴의 길이가 길어지면, 해저에서의 양광에 불리하며, 막힘 현상 등을 초래할 가능성이 높아지게 된다.

다음으로, 도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 제 4 측면도이다.

도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 장치의 좌측과 우측에는 고정 블록(920, 930)이 형성되어 있고, 그 가운데에 파쇄날(960)이 일자 형태로 묶여서 형성되어 있다. 도 9에서 파쇄날(960)의 일자 형태의 선단은 도면 부호 965로 나타내었다.

상기 파쇄날(960)의 두께는, 도 6 내지 도 8에서와 마찬가지로, 15 ~ 25 mm인 것이 바람직하다. 도 9에서 도면 부호 980은 중심선을 나타낸다.

도 9는 파쇄날(960)을 일자 형태로 결합하였다는 점에 주의하여야 한다.

도 9의 파쇄날(960)은, 도 5에 도시한 파쇄날(560)의 경우에서와 마찬가지로, 팁부가 모두 동일한 위치에 형성되어 있다. 즉, 도 6 내지 도 8에서와 같이, 묶음으로 형성된 파쇄날이 인접 파쇄날에 대해서 일정한 각도를 두고 형성되어 있지 않고, 모든 파쇄날(960)의 팁부가 동일한 각도를 이루고 형성되어 있음에 주목하여야 한다. 따라서, 파쇄날(960)의 팁부는 모두 같은 각도와 같은 방향으로 형성되어 있다.

도 9의 채광 로봇의 광석 파쇄 장치를 사용하여 모의 망간 단괴를 파쇄한 실험 결과를 다음 표 4에 나타낸다.

표 4에 따르면, 파쇄날을 일자로 결합한 경우, 평균 파쇄율은 2.85 kg/sec로 측정되었다. 표 4에서의 나머지 파쇄 조건들은 도 6 내지 도 8 및 관련된 표 1 내지 표 3에서의 조건과 동일하다.

표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 파쇄 압력은 대략 59 Bar 정도이다. 표 4에서 No. 5에 대한 결과값은 측정 중에 누락된 것으로, 다른 시료의 경우를 감안하였을 때, 파쇄 압력은 거의 유사하다고 이해하는 것이 바람직하다.

한편, 표 4에서의 평균 파쇄율은 표 1 내지 표 3의 평균 파쇄율에 비해서 가장 효율이 높은 것으로 나타났지만, 도 8의 결과에서와 마찬가지로 파쇄된 모조 단괴가 길어지는 문제가 발생하였다. 따라서, 도 9의 파쇄날(960)의 배치 역시 양광에는 적합한 배치가 아님을 알 수 있었다.

이상의 결과로부터, 해저 망간 단괴의 파쇄에 적합한 파쇄날(660, 760, 860, 960)의 형태 중에서, 평균 파쇄율은 다소 낮지만, 양광을 위한 최적의 모조 단괴의 크기를 나타내는 도 7에 따른 파쇄날(760)의 형태가 가장 바람직한 것을 알 수 있다. 이때, 양광에 최적인 모조 단괴의 크기는, 상술한 바와 같이, 20 mm임에 주목하여야 한다.

도 10은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 파쇄날의 단면도이다.

도 10으로부터, 파쇄날(1000)에는 키 홈(1020)과 파쇄날(1000) 팁부(1040)가 형성되어 있음을 알 수 있다.

상기 파쇄날(1000)의 지름은 200 mm 정도이며, 상기 파쇄날(1000)에는 파쇄날(1000)의 원주 전체에 걸쳐서 12 개의 팁부(1040)가 형성되어 있다. 파쇄날(1000)의 팁부(1040)의 갯수는 12 개로 한정되지 않으며, 필요에 따라서 적절한 갯수로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이, 파쇄날(1000)의 지름이 200 mm 정도인 경우, 망간 단괴를 20 mm 사이즈로 파쇄하기 위해서는 12 개의 팁부(1040)가 형성된 경우가 가장 바람직하다.

상기 키 홈(1020)은 상기 파쇄날(1000)을 파쇄 드럼의 축에 삽입하여 고정하는데 유용하다. 본 발명에서는 상기 키 홈(1020)을 두 가지 각도로 형성하여 파쇄 드럼의 축에 삽입하도록 제작하였다. 상기 키 홈(1020)은 도 10에서는 하나만 도시하였으나, 바람직하게는, 도 10에 도시한 키 홈(1020)에 대해서 45° 위치가 이동된 키 홈이 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 파쇄날(1000)은 두 가지 형태가 가능할 수 있음에 유의하여야 한다.

또한, 팁부(1040)는 본 발명의 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 또 다른 특징을 이루는 부분으로서, 화살표로 표시된 회전 방향으로 파쇄날(1000)이 회전할 때 망간 단괴를 효율적으로 파쇄하는 형태이다.

파쇄날(1000)의 재질은 해저에서의 작업을 감안하여 스테인레스 스틸로 형성하는 것이 바람직하며, 표면에는 부식이나 강도 보완 등을 고려하여 니켈 등으로 도금하여 두는 것이 더욱 바람직하다.

파쇄날(1000)의 팁부(1040)를 이루는 돌출부는, 도 10의 경우에, 망간 단괴를 파지하는 쪽(수평 방향)의 날의 폭이 8 mm 정도, 상기 돌출부 자체의 높이는 5 mm 정도일 수 있다. 파쇄날(1000)의 이뿌리면으로부터 돌출부 상단까지의 높이는 50 mm 정도일 수 있다. 또한, 돌출부의 강도 보강을 위해서, 후면의 각도는 이중으로 설정하는 것이 바람직하며, 첫번째 각도는 35°, 두번째 각도는 44° 정도일 수 있다. 이상과 같은 치수 한정 조건은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다른 수치로 적절히 변경할 수 있을 것이다.

도 11은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 채광 로봇의 광석 파쇄 장치의 파쇄날의 중첩된 상태를 보여주는 측면도이다.

도 11로부터, 파쇄날(1100)과 파쇄날(1120)은 중첩되어 있다. 이와 같은 상태는, 도 6 내지 도 8에서, 각각의 파쇄날(660, 760, 860)이 2 개 ~ 4 개씩 중첩되어 배치되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 참고로 도 6 내지 도 8에서는 각 파쇄날(660, 760, 860)의 선단에 대해서 그 표현을 생략하였으나, 도 9에서 도면 부호 965로 그 선단을 표시한 것에 의해서 그 취지를 이해할 수 있을 것이다.

도 11에서 파쇄날(1100)과 파쇄날(1120)은 대략 45° 각도로 회전되어 축에 결합되어 있는 것이 바람직하다. 이를 위해서, 도 10에서 나타낸 키 홈(1020)을 45° 각도로 회전시켜서, 파쇄날(1100)과 파쇄날(1120)을 결합할 수 있다.

도 11에서의 화살표는 파쇄날(1100, 1120)의 회전 방향을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 키 홈(1020)의 위치를 키 홈(1020)의 위치에 대해서 45° 이동한 키 홈이 형성되는 경우(도 10의 키 홈(1020) 참조), 파쇄날의 형태는 두 가지가 가능할 수 있으며, 예를 들어, 파쇄날(1100)은 전자에 해당하고, 파쇄날(1120)은 후자에 해당할 수 있다.

도 11에서, 예를 들면, 파쇄날(1100)은 두 개씩 연속하여 묶음을 이루면서 형성된 도 6의 파쇄날(660) 묶음을 나타낼 수 있고, 파쇄날(1120)은 두 개씩 연속하여 묶음을 이루면서 형성된 파쇄날(660) 묶음에 인접한 연속한 묶음을 나타낼 수 있다.

마찬가지로, 도 7 및 도 8에서의 3 개씩 및 4 개씩 연속하여 묶어진 파쇄날(760 및 860)의 경우에 대해서도, 파쇄날(1100)은 세 개씩 또는 네 개씩 연속하여 묶음을 이루면서 형성된 도 7 또는 도 8의 파쇄날(760 또는 860) 묶음을 나타낼 수 있고, 파쇄날(1120)은 세 개씩 또는 네 개씩 연속하여 묶음을 이루면서 형성된 파쇄날(760 또는 860) 묶음에 인접한 연속한 묶음을 나타낼 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 부력부 20 : 유압/제어부
30 : 구동 주행부 40 : 채광부
42 : 채광 모듈 44 : 채광 라인
44 : 채광 종단 50 : 파쇄 송출부
52 : 파쇄 모듈 54 : 송출 파이프
56 : 송출 펌프 60 : 제어 케이블
400 : 유압 모터
460, 560, 660, 760, 860, 960 : 파쇄날
470, 570 : 틈
520, 530; 620, 630; 720, 730; 820, 830; 920, 930 : 고정 블록
580, 680, 780, 880, 980 : 중심선
965 : 파쇄날 선단
1000 : 파쇄날
1020 : 키 홈
1040 : (파쇄날) 팁부
1100, 1120 : 파쇄날

Claims (5)

1. 해저 광물 자원 채광 로봇의 파쇄 송출부를 이루는 채광 로봇의 광석 파쇄 장치에 있어서,
   유압 모터;
   상기 유압 모터에서 일방향으로 연장되는 축;
   상기 축의 양단에 위치하는 고정 블록; 및
   서로 다른 위치에 형성된 키 홈을 구비하고, 상기 고정 블록 사이에서 상기 축 상에서 각각의 파쇄날이 서로 연속하여 묶음을 이루면서 형성되며, 이들 연속한 묶음과 인접한 연속한 묶음이 서로 다른 각도를 이루면서 조립되는 파쇄날 묶음; 을 포함하여 이루어지되,
   상기 파쇄날은 지름이 200 mm일 때, 파쇄날의 원주 전체에 걸쳐서 12개의 팁부가 형성되고,
   상기 파쇄날은 15 ~ 20 mm의 두께로 형성되고,
   상기 서로 다른 위치에 형성된 키 홈은 어느 하나의 키 홈의 위치에 대해서 45° 각도로 이동한 위치에 다른 하나의 키 홈이 형성되며,
   상기 파쇄날 묶음은 45° 각도의 서로 다른 위치에 형성된 키 홈에 의해 연속한 묶음의 파쇄날과 인접한 연속한 묶음의 파쇄날이 45° 각도로 회전되어 축에 결합되는 것을 특징으로 하는, 해저 광물 자원을 위한 채광 로봇의 광석 파쇄 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 파쇄날 묶음은, 두 개 이상 연속하여 묶음을 이루는 것을 특징으로 하는, 해저 광물 자원을 위한 채광 로봇의 광석 파쇄 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 해저 광물 자원은, 해저 망간 단괴, 열수 광상, 망간각 중의 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 해저 광물 자원을 위한 채광 로봇의 광석 파쇄 장치.

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