KR102646352B1 - 이수 토사물 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이수 토사물 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 별도의 추가 공정없이 이수 토사물을 토사와 물로 선별하고 토사의 분산을 통해 탈수율을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치는, 이수 토사물의 투입구, 토사 배출구 및 물 배수구를 포함하는 처리조(10)와; 상기 처리조 안에 고화재를 투입하는 고화재 투입기(20)와; 상기 처리조에 투입된 이수 토사물과 고형제를 교반하는 교반기(30)를 포함하고, 상기 교반기는 내부가 중공인 파이프 형태로 형성되어 내부에 상기 고화재 투입기의 주입관이 배치되며 고화재를 토출하면서 상기 이수 토사물과 고화재를 교반하는 교반축(32), 상기 교반축의 둘레부에 방사형으로 형성되는 교반 날개(33), 상기 교반축의 저부에 상기 처리조의 바닥부에 대향되도록 형성되어 상기 처리조의 바닥부와 함께 이수 토사물을 비벼 분산시키는 분산 날개(34)를 포함한다.

Description

이수 토사물 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SEPARATING WATER SOIL MATERIAL}
본 발명은 이수 토사 처리기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세미쉴드 공법 등에서 발생하는 이수와 토사를 선별하는 이수 토사물 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.
잘 알려진 바와 같이, 세미쉴드공법(semi-shield driving method)은 도시기반 시설인 상하수관, 전력구, 통신구, 상수도, 가스 등 관로나 터널을 시공하는 공법으로, 개착공법(open cut method)으로 시공하기 어려운 부분을 기계식 장비를 통해 비개착식으로 터널을 굴착하는 공법으로 굴진기의 전면의 커터 헤드(cutter head)가 회전하면서 지중을 굴착하며, 이완된 잭을 다시 수축하여 그 공간에 추진관을 설치하는 반복된 공정으로 수직구 내에 설치된 에 의해 추진관 전체가 유동되며, 전진하는 공법으로, 토사와 이수를 발생하여 지상으로 운반한 후 처리하는 공정을 필요로 한다.
또한, 하천이나 저수지의 준설 작업 시에도 이수와 토사가 발생하여 이들을 처리하는 공정을 필요로 한다.
본 발명의 배경기술을 확인할 수 있는 특허문헌으로 예를 들어 등록특허 제10-2045174호는 외부로부터 공급되는 이수토사물을 이수와 토사물로 분리하는 분리부; 상기 분리부에서 분리되는 토사물이 포집되는 포집부; 상기 분리부에서 분리되는 이수가 저장되는 저장부; 및 상수기 분리부에서 걸러지는 토사물이 상기 포집부로 배출되도록 하는 배출구가 형성되는 몸체를 구비하는 몸체부를 포함하며, 상기 포집부는, 상기 배출구를 통해 배출되는 토사물이 포집되는 포집통; 상기 몸체에 구비되면서 상기 배출구와 상기 포집통이 연통되도록 하는 연결로; 상기 연결로에 구비되면서 상기 배출구에서 배출되는 토사물이 건조되며 상기 포집통으로 유입되도록 하는 열풍기; 상기 연결로와 상기 포집통을 연결하면서 상기 열풍기에 의해 가열된 고온의 공기가 상기 포집통으로 유입되도록 하는 연결관; 및 상기 연결관에 구비되면서 상기 연결로를 통과하며 식은 공기가 가열되면서 상기 포집통으로 유입되도록 하는 열선을 포함하는 세미쉴드 공법의 이수토사물 분리장치이다.
종래 특허문헌은 이수와 토사를 선별하는 정도로서 선별 효율이 좋지 못하고 결국 별도의 추가 공정을 필요로 한다.
또한, 이수와 토사를 선별하기 위한 복잡한 구성을 이용하기 때문에 잦은 고장이 발생 및 이를 해결하기 위한 유지보수 공정을 필요로 한다.
등록특허 제10-2045174호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 추가 공정없이 이수 토사물을 토사와 물로 선별하고 토사의 분산을 통해 탈수율을 높이는 이수 토사물 처리 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치는, 이수 토사물의 투입구, 토사 배출구 및 물 배수구를 포함하는 처리조와; 상기 처리조 안에 고화재를 투입하는 고화재 투입기와; 상기 처리조에 투입된 이수 토사물과 고형제를 교반하는 교반기를 포함하고, 상기 교반기는 내부가 중공인 파이프 형태로 형성되어 내부에 상기 고화재 투입기의 주입관이 배치되며 고화재를 토출하면서 상기 이수 토사물과 고화재를 교반하는 교반축, 상기 교반축의 둘레부에 방사형으로 형성되는 교반 날개, 상기 교반축의 저부에 상기 처리조의 바닥부에 대향되도록 형성되어 상기 처리조의 바닥부와 함께 이수 토사물을 비벼 분산시키는 분산 날개를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 처리조에 고정되면서 상기 교반축이 회전하도록 지지되어 토사를 투입구의 반대쪽으로 유도하는 비빔 유도판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치 및 방법에 의하면, 처리조 안에서 교반 날개가 회전하면서 이수 토사물과 고화재를 교반하여 이수와 토사를 효율적으로 선별하고 아울러 토사가 배출되지 전에 분산 날개를 통해 분산시켜 토사 안에 있고 겉에 남은 물을 떨어뜨림으로써 선별 효율을 극대화하는 효과가 있다.
그리고, 비빔 유도판이 적용된 경우 토사가 토사 배출구로 배출되지 않도록 하고 토사 배출구의 반대쪽으로 토사를 유도하여 분산 날개를 통해 분산을 유도함으로써 이수와 토사의 선별효율을 더욱 향상하는 효과가 있다. 따라서, 별도의 추가시설(탈수나 건조 시설)을 사용하지 않고 사용하더라도 사용시간을 줄여 이수 토사물 처리 시설로서의 신뢰성을 향상하고 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치의 전체 구성을 보인 정면도.
도 2는 본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치에 적용된 주입관의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치에 비빔 유도판이 적용된 예를 보인 정면도.
도 4는 본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치에 적용된 비빔 유도판의 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치의 비빔 유도판에 적용된 게이트를 보인 도면.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 이수 토사물 처리 장치는, 내부에 토사와 물을 분리하는 공간을 갖는 처리조(10), 처리조(10) 안에 투입되어 이수 토사물을 고형화하는 고화재 투입기(20), 처리조(10)에 투입된 이수 토사물과 고형제를 교반하는 교반기(30)를 포함한다.
처리조(10)는 내부는 이수 토사물이 투입되고 고형물(토사)과 물을 분리하는 공간이 구비되는 탱크 구조이며, 이수 토사물의 투입구(11), 토사 배출구(12) 및 물 배수구(13)를 포함한다.
투입구(11)는 처리조(10)의 상부(천정부)에 배치되고 예를 들어 처리조(10)의 중앙에 배치되지만 정중에는 교반기(30)의 교반축(32)이 배치되어야 할 것이므로 교반축(32)의 둘레부에 동심원의 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 토사 배출구(12)는 바닥부(또는 바닥부의 옆)에 배치되며 물 배수구(13)는 상부에 근접하는 둘레부에 배치된다. 토사 배출구(12)는 게이트에 의해 개폐될 수 있고, 개폐식인 경우 회전식, 슬라이드식 다양한 개폐 방식이 가능하며 폐쇄를 통해 토사의 고화와 분산을 조절할 수 있다. 물 배수구(13)는 처리조(10)의 옆쪽으로 개방되고 고형물의 배출을 막기 위하여 선별망이 적용될 수 있다.
또한, 처리조(10)는 서로 다른 크기의 처리부(14)와 호퍼부(15)로 구성될 수 있다. 처리부(14)는 처리조(10)의 본체이고 호퍼부(15)는 처리부(14)보다 작은 크기(적은 부피)이며 그 중심이 처리부(14)의 중심과 일치하도록 설치된다.
고화재 투입기(20)는 고화재(고화를 위한 공지의 다양한 조성물 사용 가능, 응집의 기능도 포함될 수 있음)가 저장되는 고화재 탱크, 상기 고화재 탱크에 저장된 고화재를 펌핑하는 펌프, 상기 펌프와 연결되어 상기 펌프로부터 펌핑되는 고화재를 처리조(10) 안에 투입하는 주입관(21)을 포함한다.
주입관(21)은 교반기(30)의 교반축(32)과 2중 구조의 형태로 구성될 수 있고, 따라서, 고화재의 투입 즉시 고화재가 이수 토사물과 교반됨으로써 고화효율을 향상한다.
교반축(32)은 회전체이고 교반축(32) 안에 삽입된 주입관(21)은 고정체가 바람직하고 이 때, 주입관(21)과 교반축(32)의 상호 간에 간섭을 일으키지 않도록 주입관(21)은 하단부가 베어링을 통해 교반축(32)의 바닥부에 지지될 수 있다.
도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 주입관(21)은 내부와 외부가 통하는 1개 이상의 주입홀(21a)을 포함한다. 여기에, 주입홀(21a)을 통해 주입되는 고화재를 교반축(32)의 둘레부로 집중시키기 위하여 주입홀(21a)의 상부와 하부에는 각각 주입 가이드(21b)가 포함될 수 있다.
주입 가이드(21b)는 주입관(21)의 둘레부에 횡방향으로 연장되는 날개 형태이며 가장자리가 교반축(32)의 내주면에 근접된다.
교반기(30)는 구동원으로서 예를 들어, 교반 모터(31), 교반 모터(31)에 의해 회전하는 교반축(32), 교반축(31)의 둘레부에 형성되어 이수 토사물과 고화재를 교반하고 혼합하는 교반 날개(33), 고형물을 분산 내지 분쇄하는 분산날(34)을 포함한다.
교반 모터(31)는 교반기(30)의 구동원으로 전기 모터, 유압 모터 등이 가능하다.
교반축(32)은 처리조(10)의 정중앙에 상하 종방향을 따라 수직으로 설치되며 교반 모터(31)와 동력전달수단(벨트, 기어 등)을 통해 연결되어 회전하며, 내부에 주입관(21)이 수용되는 파이프 형태이면서 주입관(21)에서 주입되는 고화재를 처리조(10) 안으로 토출하기 위하여 1개 이상의 주입홀(32a)이 포함된다.
교반축(32)의 주입홀(32a)은 주입관(21)의 상하측의 주입 가이드(21b) 사이에 배치되어 주입홀(12a)을 통해 주입되어 상하측의 주입 가이드(21b) 사이에 집중되어 있는 고화재를 처리조(10) 안에 토출한다.
교반 날개(33)는 다수개가 교반축(32)의 둘레부에 방사형으로 배열되어 처리조(10) 안의 모든 이수 토사물과 고화재를 교반하며, 바람직하게 지그재그 형태로 구성된다.
또한, 교반 날개(33)는 횡방향의 교반뿐만 아니라 상하 교반도 가능한 구조로 구성된다.
교반 날개(33)는 그 길이가 처리조(10)의 반지름보다 짧아 단부가 처리조(10)의 내벽과 떨어지면서 처리조(10)의 바닥부로부터 위쪽에 설치되고, 반면에, 분산 날개(34)는 처리조(10)의 내벽에 근접되는 길이이면서 처리조(10)의 바닥부에 닿거나 바닥부에 근접되도록 설치된다.
교반 날개(33)는 원형, 각형의 봉, 스크류형 등이 가능하다.
분산 날개(34)는 교반축(32)의 둘레부에 방사형으로 형성되며, 고형물의 분산 즉 토사를 작게 하기 위하여 산과 골이 교대로 반복하는 톱니형태의 분산날(34a)이 포함된다.
분산날(34a)은 분산 날개(34)의 저부에 산과 골이 처리조(10)의 바닥부를 향하도록 형성되어 바닥부와 함께 고형물을 비빔작용으로 분산시킨다.
분산날(34a)은 초경을 재질로 하여 장착될 수 있다.
또한, 분산 날개(34)의 가장자리로서 처리조(10)의 내벽을 향하는 곳에는 분산 팁(35)이 형성된다. 분산 팁(35)은 초경 팁으로 처리조(10)의 내벽과 함께 고형물을 비빔작용으로 분산시키며 분산 날개(34)의 가장자리에 원주방향을 따라 상호 간에 일정 간격을 두고 다수개가 설치되거나 링 형태로 전체적으로 설치된다.
토사 배출구(12)가 처리조(10)의 바닥부에 있고 분산 날개(34)가 토사 배출구(12)를 향하기 때문에 분산 날개(34)에 의해 분산된 고형물은 토사 배출구(12)를 통해 배출된다.
본 발명에 의한 이수 토사물 처리 방법은 다음과 같다.
1. 이수 토사물 투입.
투입구(11)를 통해 처리조(10) 안에 이수 토사물을 투입하며, 예를 들어 투입 컨베이어를 통해 투입한다.
2. 장치 가동.
교반기(30)의 교반 모터(31)에 전원을 인가하면 교반 모터(31)의 회전력이 교반축(32)으로 전달되어 교반축(32)과 교반 날개(33) 및 분산 날개(34)가 회전한다.
아울러, 고화재 주입기(20)의 펌프를 가동하여 고화재를 주입관(21)에 공급한다.
고화재는 주입관(21)에서 교반축(32)의 내부에 토출된 후 교반축(32)의 주입홀을 통해 처리조(10) 안에 투입된다.
이 때, 비중으로 인하여 고형물은 하부에 물은 상부에 있게 된다.
3. 교반 및 고형화.
교반 날개(33)가 회전하면서 처리조(10) 안에 있는 이수 토사물과 고화재를 교반하고 이수 토사물과 고화재를 혼합한다. 이 과정에서 고형물인 토사가 고형으로 안정화된다.
4. 분산.
교반 및 고형화 공정을 거친 토사는 분산 날개(34)의 분산날(34a)과 처리조(10)의 바닥부 사이에서 이들에 의해 비벼지고 부피가 작아지면서 분산된다.
5. 토사와 물 배출.
토사는 분산 날개(34)를 통해 토사 배출구(12)로 이동하여 처리조(10)의 외부로 배출된다. 물은 고형물의 상부에 있는 상등수로 물 배수구(13)를 통해 처리조(10)의 외부로 배수된다.
이하, 본 발명에 의한 추가 구성에 대해 설명한다.
1. 비빔 유도판(도 3, 도 4).
토사를 분산 날개(34)에 의해 일정 구간 동안 비빔으로 분산한 후 토사 배출구(12)로 배출할 수 있도록 비빔 유도판(40)이 적용된다.
비빔 유도판(40)은 개방부(41)와 무공부(42)를 갖는 판형이며 분산 날개(34)의 위쪽에 횡방향을 따라 설치되어 처리조(10)의 내부를 교반 날개(33)들이 있는 상부의 교반존 및 분산 날개(34)가 있는 하부의 분산존으로 구분한다.
무공부(42)는 상부의 교반존에서 토사(물 포함)와 고화재의 교반을 위하여 구멍이 없는 구조로 형성된 것이며, 토사 배출구(12)의 상부에 배치되고, 즉, 토사 배출구(12) 상부에 있는 토사가 고화재와 교반되지 못한 채로 배출되는 것을 막을 수 있다.
무공부(42)의 상면에는 상기 교반존에 있는 토사와 고화재의 교반을 돕기 위하여 교반턱(43)이 포함될 수 있다. 교반턱(43)은 바람직하게 평면에서 볼 때 곡선형 단면의 날개 형태이면서 무공부(42)의 상면에서 교반 날개(33)와 간섭을 일으키지 않는 높이로 돌출된다. 비빔 유도판(40)은 고정체이지만 상부에서 교반 날개(33)를 통해 이수 토사물과 고화재가 교반되기 때문에 교반턱(43)이 고정 상태에서 이들을 교반할 수 있다.
개방부(41)는 상부의 상기 교반존에서 교반된 토사를 분산 날개(34)가 있는 하부의 분산존으로 배출하기 위한 것이며, 토사 배출구(12)의 반대쪽(180도)에 형성된다. 따라서, 분산 날개(34)는 회전체이지만 비빔 유도판(40)은 고정체이기 때문에 개방부(41)를 통해 하부로 배출된 토사를 반대쪽의 토사 배출구(12)로 이동시키면서 분산시킨 후 토사 배출구(12)로 배출을 유도한다.
또한, 도 5에서 보이는 것처럼, 개방부(41)를 게이트(44)를 통해 개폐식으로 구성할 수 있다. 게이트(44)는 비빔 유도판(40)의 무공부(42)의 저부에 회전 가능하게 장착되며 개방부(41)의 저부로 회전하여 개방부(41)를 폐쇄하고 무공부(42)의 저부에 겹쳐지도록 회전하여 개방부(41)를 개방한다. 게이트(44)의 회전 각도에 따라 개방부(41)의 개방 정도를 조절할 수 있다.
이와 같이 게이트(44)가 적용된 경우 상기 교반존과 분산존을 차단하여 교반 시간을 길게 하고 교반과 분산의 분리를 통해 교반과 분산의 효율을 높일 수 있다.
한편, 비빔 유도판(40)은 고화 효율을 높이기 위하여 고온의 열을 발열하여 교반존에 공급하는 열선이 포함될 수도 있다. 비빔 유도판(40)은 고정체이기 때문에 열선의 설치와 전원의 인가를 위한 구조와 설치가 용이하다.
한편, 비빔 유도판(40)은 하부에 있는 토사를 눌러 탈수하는 기능이 포함될 수도 있으며, 예를 들어, 교반축(32)에는 비빔 유도판(40)의 상부에 설치도어 비빔 유도판(40)을 처리조(10)의 바닥부로 탄력 지지하는 탄성부재(45)(예를 들어 코일스프링)이 적용되고 비빔 유도판(40)은 교반축(32)에 승강 가능하게 연결된다. 탄성부재(45)의 상부에는 탄성부재(45)를 지지하는 지지구(46)가 적용되고, 따라서 탄성부재(45)는 지지구(46)와 비빔 유도판(40)의 사이에서 고정체인 지지구(46)의 탄성력을 통해 하부에 있는 토사를 눌러 탈수한다. 탈수된 물은 개방부(41)를 통해 상부로 올라와 배수된다.
이 때, 탄성부재(45)의 탄성력을 조절할 수 있도록 지지구(46)는 너트로 구성되고 교반축(32)의 외주면에 나사선이 형성되어 지지구(46)가 승강한다.
또한, 탄성부재(45)를 토사와 물로부터 보호하기 위하여 탄성부재(45)의 둘레부에는 보호커버(47)가 포함된다. 보호커버(47)는 지지구(46)의 높이 조절에 맞춰 길이 조절이 가능하도록 주름관의 형태이거나 신축성이 있는 재질이다.
10 : 처리조, 11 : 투입구
12 : 토사 배출구, 13 : 물 배수구
14 : 처리부, 15 : 호퍼부
20 : 고화재 주입기, 21 : 주입관
21a : 주입홀, 21b : 주입 가이드
30 : 교반기, 31 : 교반 모터
32 : 교반축, 33 : 교반 날개
34 : 분산 날개, 34a : 분산날
35 : 분산 팁,
40 : 비빔 유도판, 41 : 개방부
42 : 무공부, 43 : 교반턱
44 : 게이트, 45 : 탄성부재
46 : 지지구, 47 : 보호커버

Claims (5)

  1. 이수 토사물의 투입구, 토사 배출구 및 물 배수구를 포함하는 처리조와;
    상기 처리조 안에 고화재를 투입하는 고화재 투입기와;
    상기 처리조에 투입된 이수 토사물과 고형제를 교반하는 교반기를 포함하고,
    상기 교반기는 내부가 중공인 파이프 형태로 형성되어 내부에 상기 고화재 투입기의 주입관이 배치되며 고화재를 토출하면서 상기 이수 토사물과 고화재를 교반하는 교반축, 상기 교반축의 둘레부에 방사형으로 형성되는 교반 날개, 상기 교반축의 저부에 상기 처리조의 바닥부에 대향되도록 형성되어 상기 처리조의 바닥부와 함께 이수 토사물을 비벼 분산시키는 분산 날개를 포함하고,
    상기 토사 배출구는 상기 처리조의 바닥부의 일측에 배치되고,
    상기 처리조의 내부로서 상기 분산 날개의 상부에 횡방향으로 배열되면서 상기 처리조에 고정되며 상기 토사 배출구의 반대쪽에 개방부가 형성되어 상기 교반 날개를 통해 교반된 토사를 상기 토사 배출구의 반대쪽인 개방부로 유도하여 토사를 상기 토사 배출구로 이동시키면서 분산시킨 후 배출을 유도하는 비빔 유도판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이수 토사물 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 비빔 유도판은 상기 교반축에 승강 가능하게 연결되며, 상기 교반축의 상기 비빔 유도판 상부에 지지구를 통해 설치되어 상기 비빔 유도판을 상기 처리조의 바닥부로 탄력 지지함으로써 토사를 탈수하도록 하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이수 토사물 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 지지구는 상기 교반축에 승강 가능하게 설치되어 상기 탄성부재의 탄성력을 조절하는 것을 특징으로 하는 이수 토사물 처리 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 분산 날개의 가장자리에 상기 처리조의 내벽과 대향되도록 장착되어 토사를 분산하는 분산 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 이수 토사물 처리 장치.
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