KR200328364Y1 - 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조 - Google Patents

파암용 금속팽창제의 카트리지 구조 Download PDF

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KR200328364Y1
KR200328364Y1 KR20-2003-0019314U KR20030019314U KR200328364Y1 KR 200328364 Y1 KR200328364 Y1 KR 200328364Y1 KR 20030019314 U KR20030019314 U KR 20030019314U KR 200328364 Y1 KR200328364 Y1 KR 200328364Y1
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Abstract

본 고안은 케이스의 도중에 고전압을 인가하기 위한 방전 와이어가 형성되고, 방전 와이어에서 인가된 대전류에 의해 발생된 플라즈마 채널이 케이스의 하측에 수용된 금속팽창제까지 미칠 수 있도록 상기 방전 와이어가 장착되는 구간의 케이스 내부에 압력관이 형성된 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조에 관한 것으로,
금속염, 금속분말, 금속산화물 등이 혼합된 금속팽창제를 케이스에 수용되고, 상기 케이스 내부에 수용된 금속팽창제에 대전류가 방전될 수 있도록 하기 위한 기폭 와이어가 형성되고, 상기 기폭 와이어의 양단으로 전원공급부에서 제공되는 대전류가 전선을 통해서 입력되도록 구성되는 파암용 금속팽창제 카트리지 구조에 있어서,
상기한 기폭 와이어가 위치된 구간의 케이스가 파괴되는 것을 지연시켜 상기 기폭 와이어에서 발생된 플라즈마 채널이 케이스의 하측으로 유도될 수 있도록, 상기한 기폭 와이어가 위치되는 구간의 케이스 내부벽에는 압력에 견디는 강도가 강한 재질로 된 압력관이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

파암용 금속팽창제의 카트리지 구조{Cartidge of metal expansion cell for rock destruction}
본 고안은 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케이스의 도중에 고전압을 인가하기 위한 방전 와이어가 형성되고, 방전 와이어에서 인가된 대전류에 의해 발생된 플라즈마 채널이 케이스의 하측에 수용된 금속팽창제까지 미칠 수 있도록 상기 방전 와이어가 장착되는 구간의 케이스 내부에 압력관이 형성된 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조에 관한 것이다.
일반적으로 터널굴착, 도심지 택지개발, 채석장 발파, 지하 공동, 지하철 공사 시에 작업의 효율성을 높이기 위해서 암반이나 암석에 강한 충격을 가하여 파쇄되도록 하기 위한 폭발물이 사용된다.
종전에는 암반파쇄를 위한 폭발물로는 대부분이 화약류나 다이너마이트 등이 이용되었었다. 그런데 화약류나 다이너마이트의 폭발물의 경우에는 그 보관과정이나 운반과정에서 관리의 부주의나 충격 등에 의해서 폭발될 위험성이 있었을 뿐만 아니라, 폭발과정에서 엄청난 폭발음이 발생되므로서 주변환경에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.
최근에는, 암반파쇄를 위한 폭발물로 화약류나 다이너마이트를 대신하여 산화 반응을 일으키는 금속산화물에 전류를 급속 방전하여 카트리지 내에 담긴 전해질과 금속산화물이 산화반응되는 과정에서 매질이 팽창 및 발열되도록 하므로서 그 주변에 충격을 가하여 목적물이 파괴되도록 하는 '급팽창 금속혼합물'이 개발되어 사용되고 있다. 상기한 '급팽창 금속혼합물'에 대한 자세한 기술적내용은 이미 공개된 대한민국 등록특허공보 제 213577호 또는 대한민국 공개특허공보 2003-0006083호에서 알 수 있다.
즉, 산화제인 금속염과, 금속염에 의해 산화되면서 발열반응으로 부피가 증가되는 금속분말과, 상기 금속염과 금속분말의 산화반응을 촉진시키는 반응 촉진제 등을 혼합하여 급팽창 금속혼합물이 만들어지게 된다.
금속염으로는 질산철{Fe(NO3)3}, 질산구리{Cu(NO3)2}, 질산바륨{Ba(NO3)4}, 질산망간{Mn(NO3)4}, 질산마그네슘{Mg(NO3)}, 질산칼륨{KNO3}, 질산나트륨{NaNO3}, 질산칼슘{Ca(NO3)2} 등의 질산염과, 삼산화이철(Fe2O3), 사산화삼철(Fe2O4),산화구리(CuO), 이산화망간(MnO2), 삼산화이니켈(Ni2O3), 산화납(PbO) 등의 금속 산화물이 이용될 수 있다.
한편, 상기한 금속분말로는 알루미늄(Al) 나트륨(Na), 칼륨(K), 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 망간(Mn), 바륨(Ba), 크롬(Cr), 규소(Si) 등의 환원제가 이용된다.
그리고 산화 촉진제는 황산나트륨(NaSO4), 황산마그네슘(MgSO4), 황산철(FeSO4), 황산망간(MgSO4), 황산니켈(NiSO4), 황산칼슘(CaSO4) 등이 이용된다.
또한, 금속염과 금속분말의 산화반응이 촉진되도록 하기 위한 전기 스파크 유도 전해질로는, 붕산 암모늄, 질산염, 황산염 등을 에티렌 그리콜 등의 그리세린류 및 알콜류에 미량을 녹인 액이 이용된다.
즉, 상기한 물질들이 적정량씩 혼합된 '급팽창 금속혼합물'은 비닐지 또는 카트리지에 소정량씩 담겨져 발파공에 위치되고, 원격지에서 스위치 조작으로 급팽창 금속혼합물이 담긴 용기로 대전류가 인가될 수 있도록 형성되는 것이다. 그런데 금속혼합물을 비닐지에 담아서 사용하는 경우에는 정형화 및 규격화를 할 수 없게 되므로서 일반적으로 급팽창 금속혼합물을 카트리지에 담아 사용하게 된다.
도 4는 종래의 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조를 도시한 도면으로, 종래의 파암용 금속팽창제의 카트리지(10)는 금속산화물이 담기는 원통형으로 케이스(11)와, 상기 케이스(11)의 상하부를 막는 상부캡(12) 및 하부캡(13)과, 상기한 케이스(11)의 내부에 수용된 매질에 대전류가 인가되도록 하기 위한 양측 단자(14)와, 상기한 단자(14)로 전류가 공급되도로 하기 위한 전원공급부(17) 및 전선(16) 등으로 구성된다. 상기한 양측 단자(14) 사이에는 소정의 갭(gap)이 형성되고, 상기 단자(14)의 끝단 사이에는 알루미늄 선 등으로 된 기폭 와이어(15)가 연결된다.
따라서 상기한 전원공급부(17)에서 스위칭되어 상기한 한쌍의 단자(14) 사이에 대전류가 흐르게 되고, 상기 기폭 와이어(15)에서는 방전되어 플라즈마 채널이 형성된다. 이러한 플라즈마 채널에서 발생되는 고열과 충격파 에너지에 의해서 금속팽창제(20)의 불꽃산화반응이 발생되는 과정에서 금속팽창제(20)의 부피가 팽창되어 발파공을 확대시키게 되는 것이다.
그런데 종래의 금속팽창제가 담긴 카트리지의 경우에 상기한 기폭 와이어에서 고압이 발생되는 순간에 기폭 와이어 주변의 금속산화물이 우선 산화반응을 일으키게 되므로서, 원통형으로 길이가 길게 형성되는 케이스의 하부측에 수용된 금속산화물이 완전히 반응되기 전에 케이스가 파괴되었다. 따라서 카트리지 내에 수용된 금속팽창제 중 케이스의 상부측에 위치된 금속팽창제 만이 반응되므로서 충분한 팽창압력을 얻지 못하는 문제점이 있었다.
그리고 상기한 기폭 와이어가 원통형의 케이스의 지름방향으로 짧게 연결되므로서, 금속산화물에 전달되는 방전효율이 향상되지 못하였다. 한편, 종래의 파암용 금속산화물 카트리지의 경우에 원통형의 케이스 내부에 수용된 금속산화물이 보관과정에서나 이동과정에서 시간이 지날수록 케이스 하부에 위치된 산화물 간의 공극사이를 미립자의 산화물이 메우게 되므로서 원통케이스의 하부측의 산화물은 다져지고 케이스의 상부측은 공기층으로 남게되어 기폭 와이어로 방전되어 산화반응되는 과정에서 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 케이스의 도중에 고전압을 인가하기 위한 방전 와이어가 형성되고, 방전 와이어에서 인가된 대전류에 의해 발생된 플라즈마 채널이 케이스의 하측에 수용된 금속팽창제까지 미칠 수 있도록 상기 방전 와이어가 장착되는 구간의 케이스 내부에 압력관이 형성된 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조를 제공하는 데 목적이 있다.
본 고안은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
금속염, 금속분말, 금속산화물 등이 혼합된 금속팽창제가 케이스에 수용되고, 상기 케이스 내부에 수용된 금속팽창제에 대전류가 방전될 수 있도록 하기 위한 기폭 와이어가 형성되고, 상기 기폭 와이어의 양단으로 전원공급부에서 제공되는 대전류가 전선을 통해서 입력되도록 구성되는 파암용 금속팽창제 카트리지 구조에 있어서,
상기한 기폭 와이어가 위치된 구간의 케이스가 파괴되는 것을 지연시켜 상기 기폭 와이어에서 발생된 플라즈마 채널이 케이스의 하측으로 유도될 수 있도록, 상기한 기폭 와이어가 위치되는 구간의 케이스 내부벽에는 압력에 견디는 강도가 강한 재질로 된 압력관이 추가형성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 고안에 의해 형성된 파암용 금속팽창제 카트리지의 단면도.
도 2는 본 고안에 의해 형성된 카트리지의 분해 사시도.
도 3은 본 고안에 의한 파암용 금속팽창제 카트리지가 사용되는 상태도.
도 4는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
30 : 파암용 금속팽창제의 카트리지 31 : 케이스
32 : 상부캡 33 : 가이드
34 : 하부캡 35 : 압력관
36 : 원판 37 : 스프링
41,42 : 고정단자 44 : 기폭 와이어
50 : 전원공급부 51,52 : 전선
53 : 커넥터 20 : 금속팽창제
이하, 본 고안에 의한 파암용 금속팽창제 카트리지의 구성 및 작용에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 고안에 의해 형성된 파암용 금속팽창제 카트리지의 단면도이고, 도 2는 본 고안에 의해 형성된 카트리지의 분해 사시도이고, 도 3은 본 고안에 의한 파암용 금속팽창제 카트리지가 사용되는 상태도이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 고안에 의해 형성된 파암용 금속팽창제의 카트리지를 지시하는 것이다. 상기 카트리지(30)의 몸체는 크게 원통형의 길이가 긴 케이스(31)와, 상기 케이스(31)의 개방된 상부단을 막으며 전류가 입력되기 위한 고정단자(41,42)가 마련된 상부캡(32)과, 상기 케이스(31)의 개방된 하부단을 막기 위한 하부캡(34)으로 구성된다.
상기한 상부캡(32)의 하측으로는 케이스(31)의 내부를 향해서 전원공급부(50)의 (+)전원 및 (-)전원이 입력되기 위한 한쌍의 고정단자(41,42)의 돌출형성된다. 그런데 일측의 고정단자(42)는 다른 일측의 고정단자(41)보다 훨씬 길게 돌출되어, 그 양끝단 간을 연결하는 기폭 와이어(44)가 상기 케이스(31)의 길이방향과 대각선 방향을 이루도록 형성된다. 특히, 길게 형성되는 고정단자(42)의 외주는 상기 상부캡(32)의 하부측으로 상부캡과 동일체로 연장형성되는 가이드(33)에 끼워져 보호된다. 즉, 상기한 상부캡(32)의 양측으로는 상기 고정단자(41,42)가 서로 나란히 인서트될 수 있도록 사출되고, 상기 고정단자 중 길이가 긴 것이 입력되는 측에는 가이드가 하측으로 길게 연장형성되는 것이다.
한편, 상기한 상부캡(32)의 상부측으로는 상기 고정단자(41,42)의 상단이 케넌 플러그 타입(Cannon plug type)으로 소정구간이 돌출형성되고, 전원공급부(50)에 연결된 전선의 끝단이 연결될 수 있도록 구성된다. 상기 전선(51,52)의 끝단에는 상기한 고정단자(41,42)의 상부 끝단에 쉽게 탈장착될 수 있는 컨넥터(53)가 형성되는데, 상기 컨넥터(53)는 케넌 플러그 타입으로 돌출된 고정단자(41,42)의 상단을 감싸며 상하로 슬라이딩되며 착탈될 수 있도록 형성된다. 그리고 상기한 컨넥터(53)를 고정단자(41,42)의 상단에 연결한 상태에서 그 접점이 보호될 수 있도록 통형상의 비닐캡(54)이 씌워진다.
본 고안에 의한 파암용 금속팽창제 카트리지(30)는 상기한 바와 같이 기폭 와이어(44)가 경사방향으로 위치되므로서, 상기한 케이스(31)에 기폭 와이어(44)가 위치되는 구간이 종래기술의 경우보다 크게 확장된다.
그리고 상기한 기폭 와이어(44)가 위치되는 구간의 케이스(31) 내주연에는 압력에 견디는 강도가 강한 재질로 형성된 원통형상의 압력관(35)이 인서트 사출된다. 상기 압력관(35)을 케이스(31)의 도중에 위치시키는 이유는, 상기한 기폭 와이어(44)에 대전류가 인가되었을 때, 상기 케이스(31) 내부에 충진된 금속팽창제(60)들 중에서 상기 기폭 와이어(44)와 인접한 금속팽창제(60)가 우선 반응되어 상기 케이스(31)의 하부측에 위치된 금속팽창제(60)까지 반응열이 전달되기 전에 상기 기폭 와이어(44)가 위치된 구간의 케이스(31)가 파괴되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 압력관(35)은 내부식성이 강한 스테인레스 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기한 기폭 와이어(44)가 위치되는 구간의 케이스(31)의 부분이 상기 압력관(44)으로써 보강되어 기폭 와이어(44)가 위치되는 구간의 케이스(31)의 파괴가 지연되므로서 상기 기폭 와이어(44)에서 발생되는 플라즈마 채널이 상기 케이스(31)의 하부에 위치된 금속팽창제(60)까지 유도되도록 구성되는 것이다.
한편, 상기한 케이스(31)의 하측 내부에는 하부캡(34)의 내부면과 스프링(37)으로써 탄력지지되는 원판(36)이 개재되고, 상기한 원판(36)의 상부측으로 금속팽창제(60)가 담기도록 구성된다. 즉, 상기한 금속팽창제(60)의 하중을 상기 스프링(47)으로써 탄력지지하게 된다. 스프링(37)을 이용하여 금속팽창제(60)의 하중을 지지하는 이유는 상기한 케이스(31) 내부에 금속팽창제(60)가 충진된 카트리지(30)를 보관 및 이동하는 과정에서 상기 금속팽창제(60)의 입자들 간의 공극들을 미세입자의 금속입자가 메꾸게 되어 케이스(31)의 상부측에 공기층이 형성되려고 하면 상기한 스프링(37)의 탄력으로 상기 원판(36)이 상승과 함께 매질이 케이스(31) 내부에서 상승되므로서 케이스(31) 상부에 공기층이 형성되는 현상이 방지되도록 하기 위한 것이다.
그리고 상기한 케이스(31)의 상하부에 장착되는 상부캡(32)과 하부캡(34)의결합면에는 도면상에는 도시되지 않았지만 수밀유지를 위한 실링처리가 이루어진다.
이상과 같이 구성되는 구성된 파암용 금속혼합물의 카트리지의 사용방법 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기한 카트리지(30)는 발파가 요구되는 위치에 천공기 등의 장비를 이용하여 형성된 발파공(70)에 배치되고, 상기한 카트니지(30)의 상부캡(32)에 돌출된 고정단자(41,42)의 상단부에 전원공급부(50)로부터 연결된 전선(51,52)의 컨넥터(53)가 연결된다.
상기한 전원공급부(50)와, 상기 카트니지(30)로 대전류가 인가되도록 제어하기 위한 스위치는 상기한 카트니지(30)를 원격지에서 폭발시킬 수 있도록 전선(51,52)이 배선된다.
안전을 확인한 폭발 책임자가 스위치를 ON작동시키게 되면, 상기한 전원공급부(50)의 전원이 상기 기폭 와이어(44)로 유도되므로서 상기한 기폭 와이어(44)에는 고압의 대전류가 방출되어 플라즈마 채널이 형성되고, 상기 기폭 와이어(44) 주변의 금속팽창제(20)로 고온 고압의 에너지가 전달된다. 따라서 기폭 와이어(44)를 중심으로 케이스(31) 내부에 충진된 금속팽창제(20)는 고온의 반응열에 의해서 반응되어 산화되는 과정에서 팽창되면서 고열을 방출하게 되고, 이 에너지가 발파공을 확대시키며 폭발 목적물을 파쇄시키게 된다.
그런데 이 과정에서 본 고안에 의한 카트리지(30)에는 상기한 기폭 와이어(44)가 위치된 구간의 케이스(31) 내벽에는 상기 케이스(31)보다 강도가 높은 압력관(35)이 개재되므로서, 종래의 기술에서와는 달리 케이스(31) 하부 위치에 충진된 금속팽창제(20)까지 정상적으로 반응될 수 있도록 상기한 기폭 와이어(44)가 위치된 구간의 케이스(31)의 파괴를 지연시키고, 플라즈마 채널이 케이스(31)의 하측으로 유도하게 된다. 따라서 케이스(31) 내부에 충진된 금속팽창제(20)에서 얻을 수 있는 이론적인 폭발압력에 가까운 에너지를 얻을 수 있게 되는 것이다.
상기한 기폭 와이어(44)가 대각선 방향으로 길게 형성되므로서, 상기 기폭 와이어(44)로부터 고온의 반응열을 초기에 전달받을 수 있는 금속팽창제(44)의 표면적이 넓게 된다.
그리고 본 고안에 의한 파암용 금속혼합물 카트리지(30)의 경우에는 케이스(31) 내부에 충진되는 금속팽창제(20)의 하중이 스프링(37)에 의해서 탄력지지되므로서, 금속팽창제가 충진된 상기한 카트리지(30)의 보관 및 이동과정에서 케이스(31) 내부에 수용된 금속팽창제의 공극 사이로 미세한 금속입자들이 입력되더라고 케이스(31) 상부에 공기층이 형성되는 것이 억제된다.
상기한 폭발작업이 이루어지는 현장에서 상기한 카트리지(30)의 고정단자(41,42)에 전선(51,52)의 컨넥터(53)를 연결하는 방법이 쉽게 이루어지므로서 작업성이 향상된다.
이상과 같이 구성되는 본 고안은 파암용 금속혼합물이 충진되는 카트리지에서 기폭 와이어가 위치되는 케이스 도중을 압력관으로 감싸게 되므로서, 케이스 내부에 충진된 대부분의 금속팽창제가 반응되어 보다 큰 팽창압력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 기폭 와이어가 케이스의 축방향에 비해 대각선의 방향으로 위치되므로서 기폭 와이어로부터 초기에 반응열이 전달되는 금속혼합물이 체적이 증가되는 커다란 장점이 있는 것이다. 또한, 금속혼합물이 충진된 카트리지의 보관 및 이동과정에서, 스프링에 의해서 금속혼합물의 하중이 지지하게 되므로서 케이스 상부측에 공기층이 형성되는 것이 방지되는 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 금속염, 금속분말, 금속산화물 등이 혼합된 금속팽창제가 케이스에 수용되고, 상기 케이스 내부에 수용된 금속팽창제에 대전류가 방전될 수 있도록 하기 위한 기폭 와이어가 형성되고, 상기 기폭 와이어의 양단으로 전원공급부에서 제공되는 대전류가 전선을 통해서 입력되도록 구성되는 파암용 금속팽창제 카트리지 구조에 있어서,
    상기한 기폭 와이어(44)에 대전류가 인가되었을 시에, 고열과 충격파 에너지에 의해서 상기 기폭 와이어(44)와 인접된 구간의 케이스(31)가 우선 파괴되는 것을 지연시켜, 상기 기폭 와이어(44)에서 발생된 플라즈마 채널이 케이스(31)의 하측으로 유도될 수 있도록, 상기한 기폭 와이어(44)가 위치되는 구간의 케이스(31) 내부벽에는 압력에 견디는 강도가 강한 재질로 된 압력관(35)이 추가형성되는 것을 특징으로 하는 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 케이스(31)의 하측 내부 공간에는 스프링(37)에 의해서 탄력지지되는 원판(36)이 개재되고, 상기 원판(36)의 상측부터 금속팽창제(60)가 수용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기한 케이스(31)의 상부를 막는 상부캡(32)의 하측으로 두개의 고정단자(41,42)가 케이스(31) 내부를 향해 돌출형성되어지되, 일측의 고정단자(42)는 길이가 길고 다른 일측 고정단자(41)는 상대적으로 길이가 짧게 돌출되어, 상기 양측 고정단자(41,42)에 연결되는 기폭 와이어(44)는 케이스(31)의 길이방향에 대해 대각선 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기한 상부캡(32)의 상측으로는 고정단자(41)의 상단부가 전원공급부(50)와 연결된 전선(51,52)이 탈부착될 수 있도록 하기 위한 케넌 플러그 타입으로 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조.
KR20-2003-0019314U 2003-06-19 2003-06-19 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조 KR200328364Y1 (ko)

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KR20-2003-0019314U KR200328364Y1 (ko) 2003-06-19 2003-06-19 파암용 금속팽창제의 카트리지 구조

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100829918B1 (ko) * 2006-06-14 2008-05-16 주식회사 플라즈마토건 금속발화체를 이용한 테르밋 파암용 카트리지

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