KR101999069B1 - 토양 해쇄장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입단 형태로 뭉쳐져 있는 토양을 토양 입자 단위로 해쇄하기 위한 토양 해쇄장치를 개시한다. 본 발명에서는 토양과 물을 혼합한 광액을 교반하며, 광액에 난류 및 와류를 형성하여 토양 입단이 입자 단위로 해쇄될 수 있는 시스템을 제공한다. 특히 광액은 와류발생기를 통해 연속적으로 순환되므로, 토양 해쇄가 촉진된다.

Description

토양 해쇄장치{SOIL CRUSHING APPARATUS}

본 발명은 입단을 형성하는 등 상호 뭉쳐져 응집된 토양을 풀어헤쳐 입자 분산 분산이 가능하게 하는 해쇄장치에 관한 것이며, 특히 토양을 물에 수용한 상태에서 해쇄하는 습식 해쇄장치에 관한 것이다.

토양은 지질조건에 따라 각기 다른 구성성분들로 이루어지지만, 일반적으로 모래, 실트, 점토가 주성분을 이룬다. 굴착된 토양을 살펴보면, 위 성분들은 토양입자가 낱개의 입자들로 따로 분리되어 있지 않고, 물리적, 정전기적으로 상호 결합되어 있다. 토양입자들이 이른바 입단(aggregate)을 형성하며 덩어리 형태로 뭉쳐있다.

이렇게 뭉쳐져 있는 덩어리를 낱개의 입자들로 상호 분리하는 것을 해쇄라고 한다. '해쇄'와 '분쇄'가 혼용되기는 하지만, 일반적으로 '해쇄'는 단일 토양입자를 물리적으로 깨는 것을 의미하지 않으며, 뭉쳐진 덩어리를 낱개의 알갱이 상태로 분산하는 것을 의미한다.

토양의 해쇄는 다양한 산업분야에서 사용된다.

먼저 오염된 토양을 복원하기 위한 환경분야에서 널리 사용된다. 중금속 등으로 오염된 토양에서 제거해야 하는 타겟물질인 중금속 입자들은 모래와 같이 입도가 큰 성분에는 거의 부착되어 있지 않고, 입도가 작은 실트질이나 점토질 입자에 부착되어 있는 경우가 많다. 이러한 특성을 가진 오염토양의 정화효율을 높이기 위해서는 먼저 토양에 대한 입도분리를 수행해서 중금속 오염율이 높은 미세입자를 조립자와 상호 분리하는 작업을 수행한다. 조립자와 미립자를 입도분리하기 위해서는 먼저 토양입자들이 상호 분리되어 낱개의 알갱이 형태로 만들어야 한다. 즉 입도분리를 위한 전처리로서 토양의 해쇄가 필요하다.

또한 토목이나 건축분야에서 토양, 모래 등을 골재로 사용하고자 하는 경우, 미세입자는 입도를 분리하여 분류하는데, 이를 위해서도 먼저 해쇄를 수행하면 분류가 용이하다.

더욱이 오염토양에 대한 정밀한 연구를 수행할 때에는 앞선 산업분야에 적용하는 경우에 비하여 훨씬 더 정교한 해쇄 작업이 요청된다.

종래의 토양 해쇄장치는 건식, 습식으로 나뉘는데, 기존의 해쇄장치는 과도한 물리적 에너지를 가하여 토양 입자를 해쇄하는데 그치지 않고 토양입자를 분쇄하여 해당 토양의 정확한 입도분포 등을 파악하기 곤란하다는 문제가 있었다.

또한 종래의 토양 해쇄장치를 사용하는 경우 0.002mm 이하 수준의 점토에 대해서는 입자 분산에 어려움이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 토양입자들을 분쇄하거나 교란하지 않고 원상태를 그대로 유지하면서 낱개의 알갱이 상태로 분산시키며, 점토 수준의 미세입자에 대해서도 입자 분산이 가능하도록 구조가 개선된 토양 해쇄장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 토양 해쇄장치는, 처리대상 토양과 물이 혼합된 광액을 수용하는 처리조; 상기 처리조에 하단에 배치되어 회전함으로써 상기 광액에 난류를 형성하는 제1블레이드와, 상기 제1블레이드를 회전시켜 난류를 발생시키는 모터를 포함하는 난류발생기; 및 상기 광액이 와류를 형성하도록 하는 와류발생기;를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 와류발생기는 상기 처리조의 하단에 연결되어 상기 광액이 배출되는 인출관과, 상기 인출관을 통해 배출된 상기 광액에 와류를 형성하게 하는 와류펌프(vortex pump)와, 상기 와류펌프로부터 배출된 상기 광액을 다시 상기 처리조로 유입시키는 인입관을 구비하여, 상기 광액은 순환되면서 와류가 형성된다. 그리고 상기 인입관에는 상기 광액에 와류가 형성되게 하는 와류발생관이 추가적으로 개재될 수 있다.

본 발명의 다른 예에서, 상기 와류발생기는 상기 처리조의 하단에 연결되어 상기 광액이 배출되는 인출관과, 상기 인출관에 연결된 슬러리펌프와, 상기 슬러리펌프로부터 상기 광액을 다시 상기 처리조로 유입시키는 인입관과, 상기 광액에 와류가 형성되도록 상기 인입관에 개재되는 와류발생관을 구비하여, 상기 광액은 순환되면서 와류가 형성된다.

본 발명의 일 예에서, 상기 난류발생기는 상기 제1블레이드 상부에 제2블레이드를 더 구비하며, 상기 제1블레이드와 제2블레이드는 상기 난류모터에 연결된 구동축에 동축적으로 배치된다.

특히, 본 발명에서 상기 처리조의 하부는 콘 형상으로 직경이 점차 작아지도록 형성되며, 상기 제1블레이드는 수직한 판상으로 형성되어 상기 처리조 하단의 형상에 대응되도록 경사지게 배치된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 처리조에는 수위계가 설치되며, 상기 와류발생기의 인입관에는 압력계가 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 광액의 교반 및 해쇄를 촉진하도록, 상기 처리조의 내주면에 결합되는 수직바를 더 구비하며, 상기 수직바는 상기 처리조의 둘레방향을 따라 복수개 배치될 수 있다.

본 발명에서, 상기 광액에서 토사의 비율은 10~30부피%이며, 상기 와류발생기의 와류주파수(Vf, vortex frequency)는 500Hz 이상이며, 스트로우홀 수(St, strouhal number)는 0.2 < St < 0.4 범위이며, 상기 난류발생기의 제1블레이드는 300rpm 이상으로 회전되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 토양 해쇄장치는 광액을 교반하면서, 광액에 난류와 와류를 형성함으로써 토양 입단을 효과적으로 해쇄한다.

특히 토양 입단의 해쇄 과정에서 토양입자가 분쇄되지 않고 원상태를 유지할 수 있어 토양의 원상태를 보존할 수 있어 토양의 상태를 파악하는데 유리하다.

또한 본 발명에서는 광액을 연속적으로 순환시키면서 와류를 형성함으로 토양을 효과적으로 해쇄할 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 해쇄장치의 개략적 종단면도이다.
도 2는 도 1의 a-a선 개략적 평단면도이다.
도 3은 와류펌프의 개략적 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 토양 해쇄장치의 개략적 사시도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 구체적으로 설명하기 위한 예시에 불과하며, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 예에 따른 토양 해쇄장치를 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 해쇄장치의 개략적 종단면도이며, 도 2는 도 1의 a-a선 개략적 평단면도이다.

도면을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토양 해쇄장치(100)는 처리조(10), 난류발생기 및 와류발생기를 포함한다.

처리조(10)는 처리대상이 되는 토사와 물의 혼합물(이하, '광액'이라 함)을 수용하여 교반하면서 입단으로 뭉쳐져 있는 토사를 낱개의 알갱이로 해쇄하기 위한 것이다. 처리조(10)는 원통형으로 형성되되, 하부는 콘 형상으로 아래로 갈수록 직경이 점차 작아진다. 처리조(10)의 상부에는 물이 유입될 수 있는 유입구(11)가 형성되며, 최하단부에는 광액이 배출되는 배출구(12)가 형성된다. 또한 된다.

유입구(11)에는 물탱크(40)와 연결된 유입관(13)이 결합되며, 유입관(13)에는 펌프(441)와 유량계(42)가 설치되어 처리조(10)로 유입되는 물의 유량을 제어할 수 있다. 또한 배출구(11)에는 배출관(14)이 연결되어 처리완료된 광액을 외부의 배출조(50)로 배출할 수 있다. 배출관(14)에는 배출펌프(51)가 설치되며, 배출관(14)을 개폐할 수 있는 밸브(15)가 설치된다.

그리고 처리조(10)의 내부에는 수위계(100)가 설치되어 광액의 수위를 측정하고 제어할 수 있다.

처리조(10)의 내주면에는 적어도 하나의 수직바(16)가 설치된다. 본 실시예에서 수직바(16)는 처리조(10)의 원주방향을 따라 일정 간격으로 3개 배치된다. 수직바(16)는 상하방향을 따라 길게 배치되며, 반경방향을 따라 돌출된다. 처리조(10) 내에서 광액이 교반 및 회전될 때, 광액은 수직바(16)와 충돌 및 마찰되면서 광액 내 토양의 해쇄를 촉진한다.

본 발명에 따른 해쇄장치에서는 광액에 난류 및 와류를 형성함으로써 토양을 해쇄한다. 앞에서 언급한 수직바(16)에 의한 해쇄작용도 있지만, 수직바와의 충돌이 심하면 종래기술에서 언급한 토양입자가 깨지는 문제가 발생할 수 있다. 이에 본 발명에서는 토양입자의 원상태를 그대로 유지하면서도 해쇄를 원활히 수행하기 위하여 광액에 와류와 난류를 도입한다.

이에 본 발명에서는 난류발생기와 와류발생기를 구비한다.

난류발생기는 난류모터(21), 회전축(22), 제1블레이드(23) 및 제2블레이드(24)를 구비한다. 난류모터(21)는 처리조(10)의 상측 중앙에 설치되며, 회전축(22)과 연결된다. 회전축(22)은 난류모터(21)로부터 처리조(10)의 배출구(12) 근처까지 수직 하방으로 연장된다. 회전축(22)의 하단부에는 제1블레이드(23)가 설치된다. 제1블레이드(23)는 수직한 바(bar) 형상으로 처리조(10)의 하단의 경사면에 대응되게 경사지게 배치된다. 제1블레이드(23)는 회전축을 중심으로 대칭되게 한 쌍으로 마련되어 회전을 통해 광액을 교반하며, 광액에 난류를 형성한다. 광액 내 토사가 침전될 수 있는 바, 제1블레이드(23)는 처리조(10)의 가장 낮은 곳에 배치되어 광액의 교반 효율을 증대시킨다. 제2블레이드(24)는 제1블레이드(23)로부터 상측으로 이격되어 회전축(22)에 설치된다. 제2블레이드(24)는 송풍팬(fan) 형상으로 광액에 난류를 형성하는 역할을 수행한다. 제1블레이드(23)에 비하여 광액 내 난류 형성에 더 주도적인 역할을 수행한다. 제1블레이드(23)와 제2블레이드(24)가 함께 회전하면서 광액 내에 난류를 형성하며, 광액을 교반한다. 난류발생기의 제1블레이드는 300rpm 이상으로 회전되는 것이 바람직하다.

와류발생기는 와류펌프(31, vortex pump)는 광액에 와류를 형성하기 위한 것으로서 처리조(10)의 외부에 설치된다. 와류펌프(31)의 일단은 배출관(12)으로부터 분기된 인출관(32)과 연결되며, 와류펌프(31)의 타단에는 인입관(33)이 설치되어, 펌핑된 광액을 다시 처리조(10)로 유입시킨다. 와류펌프(31), 인출관(32), 인입관(33)은 처리조(10)의 양측에 대칭적으로 한 쌍 마련된다. 와류발생기를 통해 광액은 반복적인 순환 경로를 형성한다.

와류발생기는 광액에 와류를 형성시켜 토양 입자가 부서지지 않고 원래의 상태를 유지하면서 토양 입단을 토양 입자 단위로 해쇄 및 분산시키는 작용을 한다. 와류가 형성되면 토양 입단들 사이에서 충돌을 일으켜 토양 입단이 해쇄되도록 한다. 불규칙한 소용돌이 형태의 와류로 인하여 토양 입단들은 토양 입자 단위로 해쇄되지만, 종래와 달리 토양 입자 자체가 깨지지는 않는다. 본 발명에서는 광액을 계속적으로 순환시키면서 와류를 발생시킴으로써 토양 입단을 효과적으로 해쇄할 수 있다.

본 발명에서는 실시예에 따라 와류를 발생시키는 구성이 달라질 수 있다. 즉 앞에서 설명한 바와 같이 와류펌프를 이용하여 광액에 와류를 형성할 수 있다. 와류펌프는 공지의 기술인 바 자세한 설명은 생략한다. 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 원통형의 와류챔버와 그 내부에 설치된 임펠러가 구비된 와류펌프를 이용하여 와류를 발생시킬 수 있다.

또한 와류펌프를 사용하지 않고 일반 슬러리펌프를 사용하되, 인입관(33)에 와류발생관(35)을 개재하여 와류를 발생시킬 수도 있다. 물론 와류발생관을 사용하는 경우에도 와류펌프를 사용하여 최대의 와류를 형성할 수도 있다.

와류발생관(35)은 슬러리펌프에 의하여 가속된 광액이 관을 지나면서 와류가 형성되도록 하는데, 예컨대 특허 제10-1786168호에 개시된 와류발생관을 사용할 수 있다. 와류발생관의 내부에는 관의 길이방향을 따라 날개가 형성되며, 날개는 관의 원주방향을 따라 일정 간격으로 복수 개 배치된다. 다만 날개는 길이방향과 나란하게 배치되는 것이 아니라 관의 길이방향에 대하여 일정한 각도를 가지고 배치되어 관을 지나는 광액에 와류가 형성되게 한다.

상기한 바와 같이 와류펌프 및/또는 와류발생관을 이용하여 와류를 형성할 때 중요한 점은 광액의 농도와 와류주파수(Vf, vortex frequency) 및 스트로우홀 수(St, strouhal number)이다.

광액에서 토사의 비율은 10~30부피%가 적절하다. 토사의 비율이 이 보다 높은 경우 점도가 증대하여 광액 내 와류 및 난류 발생이 원활하지 않으므로 토양 해쇄에 적절하지 않다. 반대로 위 비율보다 낮은 경우 토양 입단에 대한 처리량이 너무 낮아 효율성을 담보할 수 없다.

와류발생기의 와류주파수는 500Hz 이상이며, 스트로우홀 수(St)는 0.2 < St < 0.4 범위가 적절하다. 와류주파수와 스트로우홀 수가 위 범위를 벗어나면 토양 입단들 사이의 마찰이 너무 많거나 적어지게 됨으로써 토양 입자가 부서지거나 반대로 입단에 대한 해쇄가 원활하지 않을 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 와류펌프 또는 와류발생관을 조절하여 주파수와 스트로우홀 수를 위 범위에 맞춘다. 한편, 인입관(33)에는 압력계(39)를 설치하여 처리조(10)로 인입되는 광액의 압력을 계속적으로 측정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토양 해쇄장치는 광액을 교반하면서, 광액에 난류와 와류를 형성함으로써 토양 입단을 효과적으로 해쇄한다.

특히 토양 입단의 해쇄 과정에서 토양입자가 분쇄되지 않고 원상태를 유지할 수 있어 토양의 원상태를 보존할 수 있어 토양의 상태를 파악하는데 유리하다.

또한 본 발명에서는 광액을 연속적으로 순환시키면서 와류를 형성함으로 토양을 효과적으로 해쇄할 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

<부호의 설명>

100 ... 토양 해쇄장치

10 ... 처리조

21 ... 난류모터, 23 ... 제1블레이드, 24 ... 제2블레이드

31 ... 와류펌프, 32 ... 인출관, 33 ... 인입관, 35 ... 와류발생관

40 ... 물탱크, 50 ... 배출조

Claims (10)

1. 처리대상 토양과 물이 혼합된 광액을 수용하는 처리조;
   상기 처리조에 하단에 배치되어 회전함으로써 상기 광액에 난류를 형성하는 제1블레이드와, 상기 제1블레이드를 회전시켜 난류를 발생시키는 모터를 포함하는 난류발생기; 및
   상기 광액이 와류를 형성하도록 하는 와류발생기;를 포함하여 이루어지며,
   상기 와류발생기에는 압력계가 설치되어 와류가 형성된 광액의 유입 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 와류발생기는 상기 처리조의 하단에 연결되어 상기 광액이 배출되는 인출관과, 상기 인출관을 통해 배출된 상기 광액에 와류를 형성하게 하는 와류펌프(vortex pump)와, 상기 와류펌프로부터 배출된 상기 광액을 다시 상기 처리조로 유입시키는 인입관을 구비하여, 상기 광액은 순환되면서 와류가 형성되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 인입관에는 상기 광액에 와류가 형성되게 하는 와류발생관이 개재되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 와류발생기는 상기 처리조의 하단에 연결되어 상기 광액이 배출되는 인출관과, 상기 인출관에 연결된 슬러리펌프와, 상기 슬러리펌프로부터 상기 광액을 다시 상기 처리조로 유입시키는 인입관과, 상기 광액에 와류가 형성되도록 상기 인입관에 개재되는 와류발생관을 구비하여, 상기 광액은 순환되면서 와류가 형성되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 난류발생기는 상기 제1블레이드 상부에 제2블레이드를 더 구비하며,
   상기 제1블레이드와 제2블레이드는 상기 난류모터에 연결된 구동축에 동축적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 처리조의 하부는 콘 형상으로 직경이 점차 작아지도록 형성되며,
   상기 제1블레이드는 수직한 판상으로 형성되어 상기 처리조 하단의 형상에 대응되도록 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 처리조에는 수위계가 설치되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 광액의 교반 및 해쇄를 촉진하도록, 상기 처리조의 내주면에 결합되는 수직바를 더 구비하며,
   상기 수직바는 상기 처리조의 둘레방향을 따라 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 광액에서 토사의 비율은 10~30부피%이며,
   상기 와류발생기의 와류주파수(Vf, vortex frequency)는 500Hz 이상이며, 스트로우홀 수(St, strouhal number)는 0.2 < St < 0.4 범위이며,
   상기 난류발생기의 제1블레이드는 300rpm 이상으로 회전되는 것을 특징으로 하는 토양 해쇄장치.
10. 삭제

Images