KR102145713B1 - 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치 - Google Patents
저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치에 관한 것으로, 파쇄대상물에 천공된 삽입홈에 충진되는 발열 팽창재와, 길이 방향이 발열 팽창재에 매설된 상태로 삽입홈에 삽입되며, 폭 방향이 나란하게 이격 위치되는 제1발열체와 제2발열체와, 제1발열체와 제2발열체의 전단을 연결하며, 제1발열체와 제2발열체 중 어느 하나를 통한 전류를 다른 하나로 이동시키는 연결 조인트 및, 제1발열체와 제2발열체의 후단에 각각 접속되며, 제1발열체와 제2발열체를 통해 전류를 이동시켜 설정 온도로 가열하는 전원 공급부를 포함한다.
Description
본 발명은 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조체, 암석, 암반 등의 파쇄대상물을 비발파(非發破) 방식으로 파쇄할 수 있는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치에 관한 것이다.
터널을 시공하거나 광산에서 석재를 채취하는 경우, 또는 콘크리트 구조체, 암석, 암반 등을 파쇄하는 경우, 종래에는 파쇄하고자 하는 대상물 즉, 파쇄대상물을 천공하고, 화약을 장약한 후 발파시키는 방식을 적용하였다. 그러나, 이러한 화약 발파를 이용한 파쇄장치의 경우, 발파 시 소음, 진동 및 분진이 발생되어 주위 환경에 부정적인 영향을 주는 문제점이 있다. 또한 화약을 이용하여 파쇄 작업을 수행하므로, 파쇄 범위 등을 조절하기 어렵고, 폭발로 인하여 안전사고가 발생되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 가열부는 열선 등에서 직접 발생되는 열을 이용하여 주변 장치를 가열하므로, 가열부의 열파손이 발생되거나, 암반 등을 파쇄할 때, 파쇄 후 가열부를 분리하기 어려운 바, 재활용이 어려운 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-0423567호(2004년 03월 06일)가 있으며, 선행 문헌에는 장약홀더를 이용한 심발발파방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 콘크리트 구조체, 암석, 암반 등의 파쇄대상물을 비발파(非發破) 방식으로 파쇄할 수 있는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 파쇄대상물에 천공된 삽입홈에 충진되는 발열 팽창재와, 길이 방향이 상기 발열 팽창재에 매설된 상태로 상기 삽입홈에 삽입되며, 폭 방향이 나란하게 이격 위치되는 제1발열체와 제2발열체와, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 전단을 연결하며, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체 중 어느 하나를 통한 전류를 다른 하나로 이동시키는 연결 조인트 및, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 후단에 각각 접속되며, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체를 통해 전류를 이동시켜 설정 온도로 가열하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체는 상기 전원 공급부로부터 전류 전달시 임계 온도로 가열되며, 전단에 상기 연결 조인트가 각각 연결되는 급속 가열부 및, 상기 급속 가열부의 후단에 연결되며, 상기 전원 공급부의 연결 라인과 전기적으로 접속되어 전류를 출입시키는 온도 저감부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 온도 저감부에는 상기 전원 공급부가 서로 다른 극성으로 연결되는 접속부가 각각 구비될 수 있으며, 상기 접속부는, 상기 온도 저감부의 일측에 일체로 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체는 대면하는 방향이 폭 방향으로 오목한 곡면을 형성하고, 반대되는 방향이 폭 방향으로 볼록한 곡면을 형성할 수 있다.
또한, 상기 연결 조인트는 중공이 형성된 원형 빔 형상을 가지며, 원주면이 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 대면하는 방향에 각각 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체는 대면하는 방향이 길이 방향을 따르는 절곡선을 기준으로 폭 방향으로 오목하게 절곡되고, 반대되는 방향이 상기 절곡선을 기준으로 볼록하게 절곡될 수 있다.
또한, 상기 연결 조인트는 중공이 형성된 다각 빔 형상을 가지며, 다각면이 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 대면하는 방향에 각각 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체는 폭 방향을 따라 원통 형상을 가지며, 길이 방향을 따라 중공이 형성될 수 있다.
또한, 상기 연결 조인트는 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 전단이 암수로 대응 삽입되도록 한 쌍의 체결홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부에는 상기 전원 공급부의 구동을 제어하기 위한 제어부가 전기적으로 더 연결될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 가열 온도를 감지하여, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체를 기설정된 기준 온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부에는 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 가열 온도를 측정하기 위한 감지부가 전기적으로 더 연결될 수 있다.
또한, 상기 발열 팽창재는 질석 팽창재 70 ~ 90 중량 %, 발열 합성재 10 ~ 30 중량 %의 혼합으로 구비될 수 있다.
본 발명은 직접 가열 방식에 의한 팽창력을 이용하여 파쇄대상물에 균열 및 파쇄를 유도함으로써, 파쇄 과정에서 소음과 진동 및 먼지의 비산 등을 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 제1발열체와 제2발열체의 길이 방향을 따라 전류를 순환시킴으로써, 발열체의 폭 방향에 대한 단면적을 축소할 수 있어 발열 저항값을 증가시킬 수 있고, 발열체가 단시간에 임계 온도에 도달하므로 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 온도 저감부와 연결 조인트가 급속 가열부보다 상대적으로 낮은 발열 저항값을 가지므로, 발열 팽창재와 접촉되는 영역이 집중적으로 가열되므로 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 곡면 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 다각면 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 7은 도 5에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 원통 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 9는 도 8에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 10은 도 8에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 4는 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 다각면 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 7은 도 5에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 원통 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이다.
도 9는 도 8에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 10은 도 8에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 곡면 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이고, 도 4는 도 1에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 다각면 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이며, 도 7은 도 5에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 제1발열체와 제2발열체를 원통 형태로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 사시도이고, 도 9는 도 8에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이며, 도 10은 도 8에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치를 파쇄대상물의 삽입홈에 삽입시킨 상태에서 삽입홈의 가장자리에 발열 팽창재를 투입시킨 상태를 보여주기 위한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 가열에 의한 발열 팽창재(100)의 팽창력을 이용하여, 콘크리트 구조체, 암석, 암반 등의 파쇄대상물(10)를 무진동으로 파쇄하기 위한 것이다.
도 1 내지 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 발열 팽창재(100)와, 제1발열체(200-1)와, 제2발열체(200-2)와, 연결 조인트(300)와, 전원 공급부(400) 및, 제어부(500)를 포함한다.
먼저, 발열 팽창재(100)는 콘크리트 구조체, 암석, 암반 등의 파쇄대상물(10)에 천공된 삽입홈(11)에 충진되는 것으로, 후술 될 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)에 의해 가열된다.
또한, 발열 팽창재(100)는 후술 될 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)와 삽입홈(11)의 사이에 충진되며, 삽입홈(11)에 충진시 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 외면과 밀착된 상태로 가열된다.
이를 위해, 발열 팽창재(100)는 일정 온도로 가열시 급속히 팽창될 수 있는 소재를 이용하는데, 발열 팽창재(100)는 질석(Vermiclulite) 팽창재 70 ~ 90 중량 %, 전도성 발열 합성재 10 ~ 30 중량 %의 혼합으로 제작할 수 있다.
이와 같은 발열 팽창재(100)는 임계온도 이상으로 가열되는 경우, 그 부피가 급속히 팽창되는 재료를 모두 포함할 수 있으며, 분말 형태 또는 플레이크(flake) 형태 등을 가질 수 있다.
질석(Vermiclulite)은 광물 중에서 유일하게 흡수수와 층간수 및 결정수의 3가지 수분을 함유 하고 있는 것으로, 가열시 결정 속에서 발생하는 수증기의 압력 때문에 박리 팽창하여 거머리와 같이 늘어나는 성질이 있다.
질석을 열처리하여 팽창 시키는 경우, 처리의 조건과 원료의 성질에 따라서 6 ~ 20배 정도로 팽창되며, 열에 의해서 박리 팽창한 것은 비중이 매우 낮고 우수한 단열성과 소리의 차단성(방음효과)을 갖는다. 예를 들어, 발열 팽창재(100)로 적용되는 질석(Vermiclulite)은 팽창이 급속히 이루어지기 시작하는 온도인 팽창 임계온도가 대략 섭씨 800℃ ~ 1,200℃에 해당하며, SiO2, MgO, FeAl2O2, S2O3 및 K2O를 포함할 수 있다.
또한, 발열 팽창재(100)는 퍼라이트와 열전도성 물질의 혼합물을 포함하여 이루어질 수도 있고, 일 예로 퍼라이트는 진주암 또는 흑요석을 고온 처리하여 만들어진 것으로서, 가열되면 그 부피가 상온에서의 부피 대비 약 5 내지 30배로 팽창할 수 있으며, 본 실시예에서 퍼라이트는 SiO2, Al2O3, K2O, Na2O 및 Fe2O3를 포함하는 조성을 가질 수도 있다.
이하, 제1발열체(200-1)와 제1발열체(200-2)에 대해 설명하기에 앞서, 도 1 내지 10의 하부를 전단으로 규정하고 상부를 후단으로 규정하여 설명하도록 한다.
제1발열체(200-1)와 제1발열체(200-2)는 길이 방향이 파쇄 대상물(10)에 형성된 삽입홈(11)에 삽입되는 것으로, 제1발열체(200-1)와 제1발열체(200-2)는 폭 방향이 상호 나란하게 이격 위치될 수 있다. 여기서, 제1발열체(200-1)와 제1발열체(200-2)는 발열 팽창재(100)의 팽창이 급속히 이루어지기 시작하는 팽창 임계온도보다 녹는점이 높은 스테인레스(S tainless) 소재를 이용해 제작할 수 있다.
제1발열체(200-1)와 제1발열체(200-2)는 파쇄대상물(10)에 형성된 삽입홈(11)의 상하 길이와 대응하는 길이를 가질 수 있으며, 급속 가열부(210-1)(210-2)의 폭 방향은 삽입홈(11)보다 작은 직경을 갖는다. 더 상세히 설명하면, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)는 길이 방향을 따라 급속 가열부(210-1)(210-2) 및, 온도 저감부(220-1)(220-2)로 구분될 수 있다.
급속 가열부(210-1)(210-2)는 파쇄대상물(10)의 삽입홈(11)에 삽입되는 부분으로, 급속 가열부(210-1)(210-2)는 전력 인가시 급속히 가열되어 임계 온도로 가열된다. 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 급속 가열부(210-1)(210-2)는 후술 될 전원 공급부(400)로부터 전력 인가시 5분 이내에 임계 온도인 800℃ ~ 1,200℃ 에 동시에 도달할 수 있다. 급속 가열부(210-1)(210-2)의 임계 온도는 800℃ ~ 1,200℃인 것이 바람직하나, 급속 가열부(210-1)(210-2)의 임계 온도는 필요에 따라 다양하게 설정이 가능하다. 급속 가열부(210-1)(210-2)는 전후 방향으로 길이를 가지며, 급속 가열부(210-1)(210-2)의 전후 방향의 길이 부위가 급속 가열구간(A)에 해당된다. 일 실시예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 교류 220V 또는 그 이상을 입력하면 전력변환장치가 10V ~ 30V의 직류로 변환하게 되며, 전류량이 증가하게 되고, 발열체를 거쳐 단면적이 작은 부위에서 저항이 높아져 발열하게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 저전약 가열기반의 발열팽창을 이용하여 무진동으로 파쇄하는 것을 특징으로 한다.
온도 저감부(220-1)(220-2)들은 급속 가열부(210-1)(210-2)의 후단에 연결되는 것으로, 후술 될 전원 공급부(400)의 연결 라인과 접속되어 전류를 출입시킨다. 여기서, 온도 저감부(220-1)(220-2)들에는 후술 될 전원 공급부(400)로부터 전류가 전달되도록 접속부(410)가 각각 결합된다.
한 쌍의 접속부(410)는 온도 저감부(220-1)(220-2)들의 대향되는 일면에 각각 결합될 수 있으며, 통전이 가능하도록 금속 소재를 이용해 결합(용접 등)시킬 수 있다. 이와 같은 접속부(410)들은 온도 저감부(220-1)(220-2)의 외부로 돌출될 수 있고, 후술 될 전원 공급부(400)와 서로 다른 극성(+/-)으로 연결될 수 있다.
도 2와 3에 도시한 바와 같이, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 파쇄대상물(10)의 삽입홈(11)에 삽입시키는 경우, 온도 저감부(220-1)(220-2)가 삽입홈(11)의 외부로 노출될 수 있다. 즉, 온도 저감부(220-1)(220-2)들은 후술 될 전원 공급부(400)로부터 초기 전력이 인가되며, 급속 가열부(210-1)(210-2)를 통한 전력이 급속 가열부(210-1)(210-2)를 통하는 과정에서 저항이 크게 발생한다.
연결 조인트(300)는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단을 연결하기 위한 것으로, 전기가 통전될 수 있도록 금속 소재를 이용해 결합시킬 수 있다. 여기서, 연결 조인트(300)는 양단이 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단에 각각 결합되며, 연결 조인트(300)에 의해 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단이 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 연결 조인트(300)는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2) 중 어느 하나를 통한 전류를 다른 하나로 이동시키며, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단은 연결 조인트(300)에 의해 두께가 보강될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)는 도 1 내지 4에서처럼 대면하는 방향이 폭 방향으로 오목한 곡면을 형성하고, 반대되는 방향이 폭 방향으로 볼록한 곡면을 형성할 수 있다. 이 경우, 연결 조인트(300)는 전후 방향으로 중공(310)이 형성된 원형 빔 형상을 가질 수 있으며, 원주면(320)이 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 대면하는 방향에 각각 결합(용접 등)될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단은 연결 조인트(300)에 의해 일정 간격을 유지하면서 전기적으로 연결될 수 있고, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2) 중 어느 하나를 통한 전류가 연결 조인트(300)를 통해 다른 하나로 흐를 수 있다. 또한, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 폭 방향 두께(T1)보다 연결 조인트(300)와 결합된 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단 두께(T2)가 더 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단이 급속 가열부(210-1)(210-2)의 폭 방향보다 더 넓은 단면적으로 보강되므로, 후술 될 전원 공급부(400)로부터 전원 인가시 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단은 상대적으로 낮은 저항 발생에 의해 급속 가열부(210-1)(210-2)보다 낮은 온도로 가열될 수 있다.
이와 다른 형태로, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)는 도 5 내지 7에서처럼 대면하는 방향이 길이 방향을 따르는 절곡선을 기준으로 폭 방향으로 오목하게 절곡되고, 반대되는 방향이 상기 절곡선을 기준으로 볼록하게 절곡될 수 있다. 이 경우, 연결 조인트(300)는 중공(310)이 형성된 다각 빔 형상을 가질 수 있으며, 다각면이 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 대면하는 방향에 각각 결합(용접 등)될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단은 연결 조인트(300)에 의해 일정 간격을 유지하면서 전기적으로 연결될 수 있고, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2) 중 어느 하나를 통한 전류가 연결 조인트(300)를 통해 다른 하나로 흐를 수 있다.
또한, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 폭 방향 두께(T1)보다 연결 조인트(300)와 결합된 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단 두께(T2)가 더 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단이 급속 가열부(210-1)(210-2)의 폭 방향보다 더 넓은 단면적으로 보강되므로, 후술 될 전원 공급부(400)로부터 전원 인가시 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단은 상대적으로 낮은 저항 발생에 의해 급속 가열부(210-1)(210-2)보다 낮은 온도로 가열될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)는 도 8 내지 10에서처럼 폭 방향을 따라 원주를 이루는 원통 형상을 가질 수 있으며, 길이 방향을 따라 중공(230-2)이 형성될 수 있다. 이 경우, 연결 조인트(300)는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단이 암수로 대응 삽입되도록 한 쌍의 체결홈(340)이 형성될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단은 연결 조인트(300)에 의해 일정 간격을 유지하면서 전기적으로 연결될 수 있고, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2) 중 어느 하나를 통한 전류가 연결 조인트(300)를 통해 다른 하나로 흐를 수 있다.
또한, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 폭 방향 두께(T1)보다 연결 조인트(300)와 결합된 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단 두께(T2)가 더 두껍게 형성될 수 있다. 즉, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단이 급속 가열부(210-1)(210-2)의 폭 방향보다 더 넓은 단면적으로 보강되므로, 후술 될 전원 공급부(400)로부터 전원 인가시 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단은 상대적으로 낮은 저항발생에 의해 급속 가열부(210-1)(210-2)보다 낮은 온도로 가열될 수 있다.
전원 공급부(400)는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 가열하기 위한 것으로, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 통해 전류를 인가하여 설정 온도로 가열한다. 여기서, 전원 공급부(400)는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)에 전기적으로 연결되어 직접적으로 가열하기 위한 것으로, 전원 공급부(400)로부터 연장된 연결 라인이 전술한 접속부(410)에 전기적으로 접속된다. 전원 공급부(400)는 외부 전원으로부터 전력(AC 220V)이 공급되며, 고용량 전류의 공급에 따른 고주파 노이즈(Noise)를 제거하기 위한 필터부와, 전력을 변환하기 위한 트랜스부가 구비될 수 있다.
제어부(500)는, 전원 공급부(400)의 구동을 제어하기 위한 것으로, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 가열 온도를 감지하여, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 기설정된 기준 온도로 유지시킨다. 이를 위해, 제어부(500)에는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 온도를 측정하기 위한 감지부(600)가 전기적으로 더 연결될 수 있다.
감지부(600)는 연결 라인(L)에 의해 전원 공급부(400)와 전기적으로 연결될 수 있고, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 온도를 측정하기 위해 온도 센서를 사용할 수 있다. 이와 같은 감지부(600)는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 사이 간격에 배치되어 가열 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 물론, 감지부(600)의 설치 위치는 한정하지 않고 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 온도를 감지할 수 있는 위치에 선택적으로 설치할 수 있다.
또한, 제어부(600)에는 설정 온도나 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 현재 가열 온도 등의 정보를 외부로 표시하기 위한 표시부(미도시)와, 전원을 온(ON)/오프(OFF) 시키거나 각종 정보를 입력하기 위한 조작부(미도시) 등이 구비될 수 있다.
이하, 도 1 내지 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치의 시공 및 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 콘크리트 구조체, 암석, 암반 등과 같은 파쇄대상물(10)에 천공할 삽입홈(11)의 위치를 선정하고, 파쇄 범위 등을 고려하여 천공할 삽입홈(11)의 위치, 개수 등을 결정한 후, 파쇄대상물(10)의 대상면을 천공하여 삽입홈(11)을 형성할 수 있다. 이때, 삽입홈(11)은 발열 팽창재(100)를 충진시키기 위해, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 폭 방향 외경보다 더 큰 직경으로 형성시킨다.
반면, 삽입홈(11)을 형성시키는 과정 이전에, 단위 중량 및 탄성계수, 일축압축강도 등을 통해 파쇄대상물(10)의 상태를 분류하는 과정이 선행될 수 있다. 예를 들어, 파쇄대상물(10)이 암석인 경우 지질학적 생성과정, 지질상태 및 절리의 발달정도, 지역, 암석의 생성시기, 심도 등 다양한 변수도 추가적으로 고려할 수 있다.
다음으로, 도 2에서처럼 삽입홈(11)에 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 삽입시켜, 삽입홈(11) 내에서 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 위치를 조정한다. 이때, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 폭 방향측 외주면과 삽입홈(11)의 내주면 사이에는 발열 팽창재(100) 충진공간이 형성되고, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 전단이 삽입홈(11)의 바닥면에 안착 또는 이격 위치될 수 있다.
다음으로, 도 3에서처럼 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 폭 방향측 외주면과 삽입홈(11)의 내주면 사이에 형성된 충진공간으로 발열 팽창재(100)를 충진시킨다. 이때, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)가 발열 팽창재(100)에 의해 삽입홈(11) 내에서 고정적으로 위치되며, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 촉 방향과 발열 팽창재(100)가 밀착된 상태를 유지한다.
이와 다르게, 삽입홈(11)에 발열 팽창재(100)를 충진시킨 후, 발열 팽창재(100)에 매설되도록 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 삽입홈(11)에 삽입시킬 수도 있다.
이후, 제어부(500)의 감지부(600)를 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 사이 공간으로 투입시켜 위치를 조정할 수 있으나, 충진공간에 발열 팽창재(100)를 충진하기 이전에 감지부(600)를 투입시켜 위치를 조정할 수도 있다.
물론, 감지부(600)를 설치하는 순서나 설치 위치 등은 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하며, 감지부(600)가 고정되는 구조(미도시)도 필요에 따라 다양한 형태를 사용할 수 있다.
또한, 전원 공급부(400)의 연결 라인을 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 온도 저감부(220-1)(220-2)에 각각 설치된 접속부(410)에 서로 다른 극성(+/-)으로 각각 연결시킬 수 있다.
물론, 삽입홈(11)에 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 삽입시키기 이전에, 전원 공급부(400)의 연결 라인을 온도 저감부(220-1)(220-2)에 각각 설치된 접속부(410)에 각각 연결시킬 수도 있다.
아울러, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 폭 방향 넓이와 발열 팽창재(100)의 충진되는 두께 등을 조절하여, 발열 팽창재(100)의 팽창되는 정도를 조절할 수도 있다.
이와 같이, 삽입홈(11)에 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)를 삽입시키고, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 가장자리에 발열 팽창재(100)를 충진시켜 파쇄 준비를 완료한다.
최종적으로, 전원 공급부(400)를 전원 공급 온(ON) 상태로 전환시켜 온도 저감부(220-1)(220-2)들 중 입측에 설치된 접속부(410)로 전류를 공급한다. 이때, 접속부(410)를 통해 공급된 전류는 입측의 온도 저감부(220-1)(220-2) 를 통해 급속 가열부(210-1)(210-2)의 길이 방향을 따라 이동된 후, 연결 조인트(300)를 통해 출측의 급속 가열부(210-1)(210-2)로 이동한다.
이후, 출측의 급속 가열부(210-1)(210-2)를 통한 전류는 출측의 온도 저감부(220-1)(220-2)와 접속부(410)를 통해 전원 공급부(400)로 입력된다.
이 과정에서, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)가 전류가 이동할 때 발생하는 저항에 의해 임계 온도(800℃ ~ 1,200℃)까지 가열되면서 외부로 열을 발산하며, 감지부(600)는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 가열 온도를 실시간으로 측정한다.
이와 함께, 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 가열 온도가 발열 팽창재(100)에 전달되며, 발열 팽창재(100)는 전달되는 온도에 의해 팽창(부피 증가)되면서 삽입홈(11)의 내주면으로 팽창 압력을 전달한다. 이때, 도 4에서처럼 발열 팽창재(100)의 팽창 압력에 의해 파쇄대상물(10)에 균열(C)이 발생하게 되며, 이 과정에서 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 가열 온도가 설정된 임계 온도에 도달하지 않거나 초과하지 여부를 감지부(600)로 측정한다.
최종적으로, 파쇄대상물(10)의 파쇄를 완료한 후 전원 공급부(400)를 전원 공급 오프(OFF) 상태로 전환시켜 전류 공급을 차단하여 파쇄 공정을 종료시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 직접 가열에 의한 팽창력을 이용해 파쇄대상물의 균열 및 파쇄를 유도함으로써, 파쇄 과정에서 소음과 진동 및 먼지의 비산 등을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 제1발열체(200-1)와 제2발열체(200-2)의 길이 방향을 따라 전류를 순환시킴으로써, 발열체의 폭 방향에 대한 단면적을 축소할 수 있어 발열 저항값을 증가시킬 수 있고, 발열체가 단시간에 임계 온도에 도달하므로 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치는 온도 저감부(220-1)(220-2)와 연결 조인트(300)가 급속 가열부(210-1)(210-2)보다 상대적으로 낮은 발열 저항값을 가지므로, 발열 팽창재(100)와 접촉되는 영역이 집중적으로 가열되므로 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다. 그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 파쇄대상물 11: 삽입홈
100: 발열 팽창재 200-1: 제1발열체
210-1: 급속 가열부 220-1: 온도 저감부
230-1: 중공 200-2: 제2발열체
210-2: 급속 가열부 220-2: 온도 저감부
230-2: 중공 300: 연결 조인트
310: 중공 320: 원주면
330: 다각면 340: 체결홈
400: 전원 공급부 410: 접속부
500: 제어부 600: 감지부
A: 급속 가열구간 C: 균열
G: 간격 L: 연결라인
T1, T2: 두께
100: 발열 팽창재 200-1: 제1발열체
210-1: 급속 가열부 220-1: 온도 저감부
230-1: 중공 200-2: 제2발열체
210-2: 급속 가열부 220-2: 온도 저감부
230-2: 중공 300: 연결 조인트
310: 중공 320: 원주면
330: 다각면 340: 체결홈
400: 전원 공급부 410: 접속부
500: 제어부 600: 감지부
A: 급속 가열구간 C: 균열
G: 간격 L: 연결라인
T1, T2: 두께
Claims (12)
- 파쇄대상물에 천공된 삽입홈에 충진되는 발열 팽창재와, 길이 방향이 상기 발열 팽창재에 매설된 상태로 상기 삽입홈에 삽입되며, 폭 방향이 나란하게 이격 위치되는 제1발열체와 제2발열체와, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 전단을 연결하며, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체 중 어느 하나를 통한 전류를 다른 하나로 이동시키는 연결 조인트 및, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 후단에 각각 접속되며, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체를 통해 전류를 이동시켜 설정 온도로 가열하는 전원 공급부를 포함하되,
상기 제1발열체와 상기 제2발열체는 상기 전원 공급부로부터 전류 전달시 상기 발열 팽창재의 팽창이 이루어지기 시작하는 임계 온도로 가열되며, 전단에 상기 연결 조인트가 각각 연결되는 급속 가열부 및, 상기 급속 가열부의 후단에 연결되고, 상기 전원 공급부의 연결 라인과 전기적으로 접속되어 전류를 출입시키는 온도 저감부가 형성되며, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체는 상기 연결 조인트와 결합된 전단 두께가 상기 급속 가열부의 폭 방향보다 더 넓은 단면적으로 보강되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 온도 저감부에는, 상기 전원 공급부가 서로 다른 극성으로 연결되는 접속부가 각각 구비되며,
상기 접속부는, 상기 온도 저감부의 일측에 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1발열체와 상기 제2발열체는, 대면하는 방향이 폭 방향으로 오목한 곡면을 형성하고, 반대되는 방향이 폭 방향으로 볼록한 곡면을 형성하는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제4항에 있어서,
상기 연결 조인트는, 중공이 형성된 원형 빔 형상을 가지며, 원주면이 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 대면하는 방향에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1발열체와 상기 제2발열체는, 대면하는 방향이 길이 방향을 따르는 절곡선을 기준으로 폭 방향으로 오목하게 절곡되고, 반대되는 방향이 상기 절곡선을 기준으로 볼록하게 절곡되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제6항에 있어서,
상기 연결 조인트는, 중공이 형성된 다각 빔 형상을 가지며, 다각면이 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 대면하는 방향에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1발열체와 상기 제2발열체는, 폭 방향을 따라 원통 형상을 가지며, 길이 방향을 따라 중공이 형성되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제8항에 있어서,
상기 연결 조인트는, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 전단이 암수로 대응 삽입되도록 한 쌍의 체결홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제1항에 있어서,
상기 전원 공급부에는, 상기 전원 공급부의 구동을 제어하기 위한 제어부가 전기적으로 더 연결되며,
상기 제어부는, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 가열 온도를 감지하여, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체를 기설정된 기준 온도로 유지시키는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제10항에 있어서,
상기 제어부에는, 상기 제1발열체와 상기 제2발열체의 가열 온도를 측정하기 위한 감지부가 전기적으로 더 연결되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치. - 제1항에 있어서,
상기 발열 팽창재는, 질석 팽창재 70 ~ 90 중량 %, 발열 합성재 10 ~ 30 중량 %의 혼합으로 구비되는 것을 특징으로 하는 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190178626A KR102145713B1 (ko) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190178626A KR102145713B1 (ko) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102145713B1 true KR102145713B1 (ko) | 2020-08-19 |
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ID=72265483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020190178626A KR102145713B1 (ko) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 저전압 가열기반의 발열팽창을 이용한 무진동 파쇄장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR102145713B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3773305B2 (ja) * | 1996-08-23 | 2006-05-10 | 株式会社大林組 | 被破壊物の破壊方法 |
| KR101773006B1 (ko) * | 2016-08-18 | 2017-09-01 | 한국철도기술연구원 | 무진동 파쇄장치 |
-
2019
- 2019-12-30 KR KR1020190178626A patent/KR102145713B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3773305B2 (ja) * | 1996-08-23 | 2006-05-10 | 株式会社大林組 | 被破壊物の破壊方法 |
| KR101773006B1 (ko) * | 2016-08-18 | 2017-09-01 | 한국철도기술연구원 | 무진동 파쇄장치 |
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